JP6786878B2 - Vibration generator and vibration generation method - Google Patents
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Description
本発明は、振動を発生する技術に関する。 The present invention relates to a technique for generating vibration.
駅構内やイベントが開催されるスタジアムなどの施設では、行き交う人によって混雑する。この混雑した状態は、歩行者にとって歩行の妨げとなるだけでなく、転倒による怪我などの問題を誘発し、鉄道会社やスタジアムなどの施設運営者にとって問題となる可能性がある。 Facilities such as train stations and stadiums where events are held are crowded with people passing by. This crowded state not only hinders pedestrians from walking, but also induces problems such as injuries due to falls, which can be a problem for facility operators such as railway companies and stadiums.
このような理由により、そのような混雑の緩和に関する技術は多岐にわたり存在する。例えば、視覚障がい者の歩行を助けるために、誘導ブロックや点字ブロックが敷設されている。視覚障がい者は、杖や足の裏に伝わる感触によって誘導ブロックや点字ブロックの凸部を感知し、凸部の形状等から得られる情報に基づいて歩行進路を判断する。ただ、誘導ブロックや点字ブロックは、足の不自由な人や、ベビーカー、車イス、キャリーバックを利用している人などにとっては、その凸部(突起部)が通行の妨げになる場合がある。 For this reason, there are a wide variety of technologies for alleviating such congestion. For example, guidance blocks and Braille blocks are laid to assist the visually impaired in walking. The visually impaired person senses the convex portion of the guiding block or the Braille block by the feeling transmitted to the cane or the sole of the foot, and determines the walking course based on the information obtained from the shape of the convex portion or the like. However, for people with disabilities, strollers, wheelchairs, carry-backs, etc., the protrusions of the guidance blocks and Braille blocks may obstruct the passage. ..
このような背景から、特許文献1には、通行路面と同一面を成す誘導体が振動することによって、視覚障がい者を誘導する技術が開示されている。 Against this background, Patent Document 1 discloses a technique for inducing a visually impaired person by vibrating a derivative forming the same surface as the road surface.
また、特許文献2には、触力覚(ハプティック)を提示する具体的デバイス(機構又は方式)が開示されている。例えば、特許文献2に開示されているデバイスでは、人が握る筒状の把持部内において、回転同軸上に二枚の偏心回転子が配置されており、これら偏心回転子の位相関係や回転方向や回転速度等のバリエーションにより、把持した手にトルク(力覚)が提示される。また、特許文献3には、直線状に運動する2つの錘を平行に配置し、それら錘の動かし方により、一方向への動きや回転に基づく力覚を提示する構成が開示されている。
Further, Patent Document 2 discloses a specific device (mechanism or method) for presenting a tactile force sense (haptic). For example, in the device disclosed in Patent Document 2, two eccentric rotors are arranged on the rotational coaxial in a tubular grip portion gripped by a person, and the phase relationship and rotation direction of these eccentric rotors are determined. Torque (force sense) is presented to the grasped hand depending on variations such as rotation speed. Further,
なお、特許文献4はプレス装置に関し、当該引用文献4には、可動部分に自在継手(ユニバーサルジョイント)や偏心カムが利用されている構成が示されている。特許文献5は、ローラを利用して地盤等を固める技術に関し、当該特許文献5には、偏心錘を利用してローラを振動させる構成が開示されている。特許文献6には、カムシャフトに取り付けられている環状ディスクを不等速運動させる構成が示されている。
In addition, Patent Document 4 relates to a press device, and the cited document 4 shows a configuration in which a universal joint or an eccentric cam is used for a movable portion.
特許文献2,3に示されている構成は、錘を運動させることにより生じる衝撃によって触力覚を人に与える構成である。これらの構成では、人に与える触力覚を大きくしようとすると、錘を大きくすることが考えられる。また、特許文献3に示されている構成においては、錘の速度や変位方向を可変制御するも考えられる。
The configuration shown in
しかしながら、錘を大きくすることや、特許文献3に示される構成にさらに錘の速度や変位方向を可変制御する構成を追加することは、装置の大型化や構成の複雑化を招くという問題が発生する。
However, increasing the weight or adding a configuration for variably controlling the speed and displacement direction of the weight to the configuration shown in
本発明は上記課題を解決するために考え出された。すなわち、本発明の主な目的は、簡素、かつ、コンパクトな構成で、触力覚を大きくすることが容易な技術を提供することにある。 The present invention has been devised to solve the above problems. That is, a main object of the present invention is to provide a technique which has a simple and compact structure and can easily increase the tactile force sense.
上記目的を達成するために、本発明の振動発生装置は、その一様相として、
等速な回転運動の基になる回転力を発生する回転駆動装置と、
前記回転駆動装置による前記回転力を受け、当該回転力を、不等速な回転運動の基になる回転力に変換する変換部品と、
前記変換部品による変換後の前記回転力によって不等速な回転運動する偏心カムと、
前記偏心カムの回転に応じて不等速に振動する振動体と
を備える。
In order to achieve the above object, the vibration generator of the present invention has a uniform phase thereof.
A rotary drive device that generates a rotational force that is the basis of constant velocity rotational motion,
A conversion component that receives the rotational force from the rotational drive device and converts the rotational force into a rotational force that is the basis of non-constant rotational motion.
An eccentric cam that rotates at a non-constant velocity due to the rotational force after conversion by the conversion component,
It includes a vibrating body that vibrates at a non-constant velocity according to the rotation of the eccentric cam.
また、本発明の振動発生方法は、その一様相として、
回転駆動装置によって、等速な回転運動の基になる回転力を発生し、
等速な回転運動の基になる回転力を不等速な回転運動の基になる回転力に変換する変換部品によって、前記回転駆動装置による前記回転力を、不等速な回転運動の基になる回転力に変換し、
変換後の前記回転力によって偏心カムを不等速な回転運動させ、
前記偏心カムの回転に応じて振動体を不等速に振動させる。
Further, the vibration generation method of the present invention has a uniform phase thereof.
The rotation drive device generates a rotational force that is the basis of constant-velocity rotational movement.
By a conversion component that converts the rotational force that is the basis of the constant velocity rotational motion into the rotational force that is the basis of the non-constant velocity rotational motion, the rotational force by the rotational drive device is used as the basis of the non-constant velocity rotational motion. Converted to rotational force,
The eccentric cam is rotated at a non-constant velocity by the rotational force after conversion.
The vibrating body is vibrated at an unequal velocity in response to the rotation of the eccentric cam.
本発明によれば、簡素、かつ、コンパクトな構成で、触力覚を大きくすることが容易となる。 According to the present invention, it is easy to increase the sense of tactile force with a simple and compact configuration.
以下に、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は、本発明に係る第1実施形態の振動発生装置の構成を簡略化して表すブロック図である。第1実施形態の振動発生装置1は、回転駆動装置3と、変換部品4と、偏心カム5と、振動体6とを備えている。回転駆動装置3は、等速な回転運動の基になる回転力を発生する構成を備えている。変換部品4は、回転駆動装置3による回転力を受け、当該回転力を、不等速な回転運動の基になる回転力に変換する構成を備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a simplified configuration of the vibration generator according to the first embodiment of the present invention. The vibration generator 1 of the first embodiment includes a
偏心カム5は、変換部品4による変換後の回転力によって回転運動する。この偏心カム5の回転運動は、変換部品4による変換後の回転力を利用するために、不等速である。振動体6は、偏心カム5の回転に応じて不等速に振動する。
The
第1実施形態の振動発生装置1は、錘の動きによる衝撃によって触力覚を人に与えるのではなく、振動体6による不等速な振動によって触力覚を与える構成を備えている。この構成は、振動体6を大きくすることなく、振動体6の不等速な振動の状態を変化させることにより、振動体6による触力覚を大きくすることができる。また、振動体6の不等速な振動の状態は、例えば、回転駆動装置3における回転運動の回転数を可変することにより調整することができるので、簡単に可変制御することができる。よって、第1実施形態の振動発生装置1は、簡素、かつ、コンパクトな構成で、触力覚を大きくすることが容易となるという効果を得ることができる。
The vibration generator 1 of the first embodiment has a configuration in which the tactile force sensation is not given to a person by the impact caused by the movement of the weight, but is given by the non-constant velocity vibration by the vibrating
<第2実施形態>
以下に、本発明に係る第2実施形態を説明する。
<Second Embodiment>
The second embodiment according to the present invention will be described below.
図2は、第2実施形態の振動発生装置の構成を模式的に表す断面図である。図3は、図2に表されている振動発生装置を図2における上方側から見た場合における簡略化された平面図である。第2実施形態の振動発生装置20は、大まかに、回転駆動装置であるモータ21と、自在継手(ユニバーサルジョイント)22と、ギア23と、電磁クラッチ24と、偏心カム25と、振動体であるステージ26と、ベース31とを備えている。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the vibration generator of the second embodiment. FIG. 3 is a simplified plan view of the vibration generator shown in FIG. 2 when viewed from above in FIG. The
すなわち、モータ21は、ボトムプレート28に固定部材29によって固定されている。モータ21は、自在継手22に設けられている入力軸22Aに接続され、当該入力軸22Aをその中心軸を中心にして回転させる。当該モータ21による入力軸22Aの回転は等速運動である。また、ここでは、入力軸22Aは、中心軸がボトムプレート28の板面に対して傾いた状態で配置されている。
That is, the
自在継手22に設けられている出力軸22Bは、ギア23を構成する歯車23Bの中心部に挿通され当該歯車23Bと一体的に回転可能となっている。また、当該出力軸22Bの先端側にはベース31が配置されている。ベース31は、板状と成し、その板面がボトムプレート28の板面と平行になるようにボトムプレート28に並設されている。ベース31は、支柱34によりボトムプレート28に支持されている。自在継手22の出力軸22Bの先端部は、ベース31に設けられた軸受け部32に嵌合しベース31に支持されている。なお、ボトムプレート28、ベース31および支柱34は金属材料(アルミニウム、ステンレス、鉄など)により構成される場合が多いが、用途に応じて要求される強度や耐久性によっては樹脂材料により構成されてもよい。
The
第2実施形態では、自在継手22の出力軸22Bはその中心軸がボトムプレート28(ベース31)の板面に直交する向きで配置されている。つまり、入力軸22Aの中心軸と出力軸22Bの中心軸は角度を成す。
In the second embodiment, the
ところで、自在継手22における入力軸22Aの中心軸と出力軸22Bの中心軸が交差する場合には、自在継手22の連結(継手)部分の構造に起因して、入力軸22Aと出力軸22Bの角速度ω1,ω2は、式(1)に表される関係を持つ。
By the way, when the central axis of the
なお、式(1)におけるω1は入力軸22Aの角速度を表し、ω2は出力軸22Bの角速度を表す。θは入力軸22Aの回転角を表す。αは、図4に表されるように入力軸22Aの中心軸と出力軸22Bの中心軸との交差角を表す。
In the equation (1), ω1 represents the angular velocity of the
すなわち、自在継手22において、出力軸22Bは、入力軸22Aの等速な回転運動に応じて、1/2回転を周期として増速と減速を繰り返す不等速な回転運動を行う。換言すれば、自在継手22は、等速な回転運動の基になる回転力を、不等速な回転運動の基になる回転力に変換する変換部品としての機能を持つ。
That is, in the
歯車23Bと対を成してギア23を構成する歯車23Aが歯車23Bと噛み合った状態で配置されている。第2実施形態では、歯車23Bに自在継手22が接続されていることにより、歯車23Aと歯車23Bの歯車比が1対2となるように歯車23A,23Bが構成されている。歯車23Aの中心部には、電磁クラッチ24が設けられており、当該電磁クラッチ24に回転シャフト36が挿通されている。電磁クラッチ24は、歯車23Aから回転シャフト36への回転力の伝達を制御する機能を持つ。
The
回転シャフト36の一端側はボトムプレート28に設けられた軸受け部37に嵌合しボトムプレート28に支持されている。回転シャフト36の他端側は、ベース31に設けられた軸受け部38を通り、ベース31から図2における上方側に突出している。
One end side of the
ベース31における図2における上方側には円盤状の偏心カム25が配置されている。回転シャフト36のベース31側の先端側は偏心カム25における回転中心部に挿通されている。偏心カム25の回転中心部P(図3参照)は、偏心カム25の中心部からずれた位置に設定されている。この偏心カム25には、突起部40が突出形成されている。第2実施形態では、2個の突起部40が偏心カム25の回転中心部Pを通る同一直線上に配置されるように配設されている。
A disk-shaped
また、ベース31における図2における上方側には円盤状のステージ26が配置されている。このステージ26はベアリング(ベアリングボール)42を介してベース31に支持されている。ステージ26には円形の嵌合孔41が形成されている。この嵌合孔41に、偏心カム25における突起部40が嵌め込まれている。
Further, a disk-shaped
また、ステージ26には、長穴(スリット)43が設けられている。第2実施形態では、ステージ26に設けられる長穴43は複数(2個)あり、これら長穴43の長手方向は同方向に揃えられている。また、ベース31には、長穴43の長手方向に直交する方向に伸びる長穴44が設けられている。長穴43,44は一対一に対応して対を成しており、対を成す長穴43,44は互いに一部がオーバラップする態様で配置されている。また、対を成す長穴43,44には共通のストッパ45が挿通されている。ストッパ45は、例えば、図示されないEリングなどを利用して、長穴43,44内を摺動可能な状態でステージ26とベース31に支持されている。長穴43,44とストッパ45は、ステージ26の変位範囲を規制する変位制限機構を構成している。
Further, the
第2実施形態の振動発生装置20は上記のように構成されている。この振動発生装置20では、モータ21の回転駆動によって、自在継手22の入力軸22Aが等速な回転運動し、この入力軸22Aの回転運動に応じて出力軸22Bが不等速な回転運動をする。また、出力軸22Bの回転運動に応じてギア23の歯車23A,23Bが駆動し、回転シャフト36が回転し、偏心カム25が回転中心部Pを中心にして回転運動する。これにより、偏心カム25の突起部40は、ステージ26の嵌合孔41の内周面を押圧しながら、偏心カム25の回転中心部Pを中心にした円軌道を描くように回転変位する。ステージ26は、長穴43,44とストッパ45により変位可能な範囲が規制されているために当該ステージ自体は回転しないものの、突起部40からの押圧力によって、変位方向が偏心カム25の回転中心部Pを中心にした円軌道を描くように変位する。このステージ26の動きは、偏心カム25の不等速な回転運動によって、早戻り運動と同様な動き(つまり、振動)となり、一方向に振動しているような触力覚を人に与えることができる。この第2実施形態では、そのようなステージ26の振動方向は、電磁クラッチ24によってギア23の歯車23Bの回転運動に対する回転シャフト36(偏心カム25)の回転の位相を制御することにより、制御できる。
The
第2実施形態の振動発生装置20は、第1実施形態の振動発生装置と同様に、簡素、かつ、コンパクトな構成で、触力覚を大きくすることが容易となるという効果を得ることができる。特に、第2実施形態では、変換部品として自在継手22が用いられているので、変換部品の構成が簡単であり、振動発生装置20の小型化を図ることがより容易となる。
Similar to the vibration generator of the first embodiment, the
また、第2実施形態の振動発生装置20は、自在継手22から偏心カム25に回転力を伝達する経路にギア23が介設されている構成を備えている。このため、振動発生装置20は、ステージ26による振動の速さを簡単な構成で制御することができる。
Further, the
さらに、第2実施形態の振動発生装置20は、電磁クラッチ24によってステージ26の振動方向を制御できる構成を備えているので、振動方向の可変制御を容易に実現できる。このことと、大きな触力覚を与えることが可能になることとにより、振動発生装置20は、触力覚を用いた方向誘導を行う誘導システムへの適用を実現することが可能となる。
Further, since the
さらに、第2実施形態の振動発生装置20は、ステージ26の変位範囲を規制する構成を備えている。このため、ステージ26は、偏心カム25の回転運動による力を受けても、ステージ自体が回転することなく早戻り運動と同様な運動を行うことができる。
Further, the
さらに、ステージ26は、ベース31に沿うように運動することから、振動発生装置20の低背化を図ることができる。
Further, since the
<第3実施形態>
以下に、本発明に係る第3実施形態を説明する。なお、第3実施形態の説明において、第2実施形態の振動発生装置の構成部分と同一動作部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
<Third Embodiment>
The third embodiment according to the present invention will be described below. In the description of the third embodiment, the same operation parts as the constituent parts of the vibration generator of the second embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicate description of the common parts will be omitted.
図5は、第3実施形態の振動発生装置の構成を簡略化して表す断面図である。第3実施形態の振動発生装置20は、第2実施形態における電磁クラッチ24に代えて、ステージ(振動体)26の振動方向を制御する構成(ギア23の位相制御の構成)が備えられている。すなわち、第3実施形態の振動発生装置20では、電磁クラッチ24が省略され、また、第3実施形態の振動発生装置20は、第2実施形態の構成に加えて、さらに、ギア48と、モータ49と、ブラケット50とを備えている。ギア48は、歯車48A,48Bを有し、歯車48Aは、その中心部に回転シャフト36が挿通され軸受け部52を介して回転シャフト36に支持されている。歯車48Bは、歯車48Aと噛み合うように配置されている。また、モータ49がボトムプレート28に固定されている。歯車48Bは、その中心部にモータ49のシャフトが挿通されており、モータ49の回転力を受けて回転運動する。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a simplified configuration of the vibration generator of the third embodiment. The
モータ21は、ボトムプレート28に固定されるのに代えて、歯車48Aに固定されている。ブラケット50は、ギア23と、ベース31との間に配置されており、その中心部に回転シャフト36が挿通され軸受け部53を介して回転シャフト36に支持されている。ブラケット50は、回転シャフト36と一体的に回転運動する。ブラケット50と歯車48Aは、連結部材55によって連結されている。
The
自在継手22の出力軸22Bの先端側はベース31に支持されるのに代えて、ブラケット50に形成された軸受け部54に支持固定されている。
The tip end side of the
第3実施形態の振動発生装置20は、上記のように構成されている。第3実施形態の振動発生装置20では、モータ49が回転駆動することにより、歯車48Bが回転し、これに伴い歯車48Aも回転する。この歯車48Aの回転運動による回転力が回転シャフト36に伝達される。このギア48から回転シャフト36への力によって、ギア23における歯車23Aの位相(つまり、ステージ26の振動方向)が制御される。
The
第3実施形態の振動発生装置20も第2実施形態の振動発生装置20と同様の効果を得ることができる。また、第3実施形態の振動発生装置20は、電磁クラッチ24に代えて、モータ49とギア48を利用してステージ26の振動方向を制御する構成を備えている。このため、第3実施形態の振動発生装置20は、電磁クラッチ24を利用する場合と比べて、やや大型化してしまうものの、構成がシンプルとなることから、故障しにくくなり、また、メンテナンスが容易となるという効果を得ることができる。
The
<第4実施形態>
以下に、本発明に係る第4実施形態を説明する。なお、第4実施形態の説明において、第2と第3の実施形態の振動発生装置の構成部分と同一動作部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
<Fourth Embodiment>
The fourth embodiment according to the present invention will be described below. In the description of the fourth embodiment, the same operation parts as the constituent parts of the vibration generators of the second and third embodiments are designated by the same reference numerals, and duplicate description of the common parts will be omitted.
図6は、第4実施形態の振動発生装置の構成を簡略化して表す断面図である。第4実施形態の振動発生装置20は、第3の実施形態で説明した構成とは別の構成でもって、ステージ(振動体)26の振動方向を制御する。第4実施形態の振動発生装置20におけるそれ以外の構成は、第3実施形態と同様である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a simplified configuration of the vibration generator of the fourth embodiment. The
すなわち、第4実施形態の振動発生装置20も、第3実施形態と同様に、ギア48とモータ49を利用してステージ26の振動方向を制御する。ただ、第3実施形態ではモータ21はギア48の歯車48Aに搭載されているのに対し、第4実施形態では、モータ21は、第2実施形態と同様にボトムプレート28に固定されている。
That is, the
つまり、第4実施形態では、モータ21は、ボトムプレート28に固定され、また、自在継手22を介してベース31に支持されている。また、ギア23は、歯車23A,23Bに加えて、歯車23C,23Dを有して構成されている。歯車23Dは、その中心部に回転シャフト36が挿通され、軸受け部57を介して回転シャフト36に支持されている。歯車23Dは歯車23Bと噛み合うように配置されている。
That is, in the fourth embodiment, the
歯車23Cは、その中心部にシャフト58が挿通され、当該シャフト58によってギア48の歯車48Aと連結されている。歯車23Cは、歯車23Dおよび歯車23Aと噛み合うように配置されている。
A
なお、図6の例では、モータ49は、固定部材59を介してボトムプレート28に固定されている。
In the example of FIG. 6, the
第4実施形態の振動発生装置20は、第2や第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第4実施形態では、モータ21が固定されているので、第3実施形態のようにモータ21が変位する場合に比べて、モータ21に電力を供給する配線の引き回し経路を気にすることなく、ギア48を設計することが可能となる。
The
<その他の実施形態>
なお、本発明は第1〜第4の実施形態に限定されず、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第2〜第4の実施形態の振動発生装置20における偏心カム25の可動部分に軸受けローラ(カムフォロア)が設けられてもよい。また、第2〜第4の実施形態では、ステージ26は、円形であるが、円形以外の他の形状であってもよい。さらに、偏心カム25の形状は円形であるが、振動発生装置における振動態様の仕様に応じて、円形以外の他の形状であってもよい。
<Other Embodiments>
The present invention is not limited to the first to fourth embodiments, and various embodiments can be adopted. For example, a bearing roller (cam follower) may be provided on the movable portion of the
さらに、第2〜第4の実施形態の振動発生装置20の構成に加えて、用途に応じて、ステージ26や偏心カム25等を保護する部材が設けられていてもよい。
Further, in addition to the configuration of the
1,20 振動発生装置
3 回転駆動装置
4 変換部品
5,25 偏心カム
6 振動体
21,49 モータ
22 自在継手
23,48 ギア
24 電磁クラッチ
26 ステージ
1,20
Claims (5)
前記回転駆動装置による前記回転力を受け、当該回転力を、不等速な回転運動の基になる回転力に変換する変換部品と、
前記変換部品による変換後の前記回転力によって不等速な回転運動する偏心カムと、
前記偏心カムの回転に応じて不等速に振動する振動体と、
前記回転駆動装置とは別個に設けられ、前記偏心カムの回転の位相を制御するモータと
を備える振動発生装置。 A rotary drive device that generates a rotational force that is the basis of constant velocity rotational motion,
A conversion component that receives the rotational force from the rotational drive device and converts the rotational force into a rotational force that is the basis of non-constant rotational motion.
An eccentric cam that rotates at a non-constant velocity due to the rotational force after conversion by the conversion component,
A vibrating body that vibrates at an unequal velocity in response to the rotation of the eccentric cam ,
A vibration generator provided separately from the rotation drive device and including a motor for controlling the rotation phase of the eccentric cam .
等速な回転運動の基になる回転力を不等速な回転運動の基になる回転力に変換する変換部品によって、前記回転駆動装置による前記回転力を、不等速な回転運動の基になる回転力に変換し、
変換後の前記回転力によって、また、前記偏心カムの回転の位相を制御するモータにより位相が制御されている状態で、偏心カムを不等速な回転運動させ、
前記偏心カムの回転に応じて振動体を不等速に振動させる振動発生方法。 The rotation drive device generates a rotational force that is the basis of constant-velocity rotational movement.
By a conversion component that converts the rotational force that is the basis of the constant velocity rotational motion into the rotational force that is the basis of the non-constant velocity rotational motion, the rotational force by the rotational drive device is used as the basis of the non-constant velocity rotational motion. Converted to rotational force,
The eccentric cam is rotated at a non-constant velocity while the phase is controlled by the rotational force after conversion and by the motor that controls the rotational phase of the eccentric cam.
A vibration generation method in which a vibrating body is vibrated at an unequal velocity in response to the rotation of the eccentric cam.
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