WO2007086426A1

WO2007086426A1 - 加速度発生装置及び擬似力覚発生装置

Info

Publication number: WO2007086426A1
Application number: PCT/JP2007/051088
Authority: WO
Inventors: Tomohiro Amemiya; Hideyuki Andou; Tarou Maeda
Original assignee: Nippon Telegraph And Telephone Corporation
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2007-08-02
Also published as: JPWO2007086426A1; US20100033030A1; US7868489B2; US7956498B2; CN101213730A; JP4551448B2; CN101213730B; US20110074227A1

Abstract

　特定の直線上で周期的な並進運動を行う移動部材(２１，２５)と、移動部材に対し、移動部材との相対位置によって大きさの異なる第１の力を、上記の特定の直線と平行に加える第１の作用部（２４）と、移動部材に対し、移動部材との相対位置によって大きさの異なる第２の力を、上記の特定の直線と平行に加える第２の作用部（２７）とによって加速度発生装置２０を構成する。そして、移動部材は、正方向の加速度と負方向の加速度とが一周期中で非対称な並進運動を行う。

Description

明細書

加速度発生装置及び擬似カ覚発生装置

技術分野

[0001] 本発明は、手応えのようなカ覚を利用者に知覚させる技術に関し、特に、その反作用力を支持する支点や力点を外部や人体に必要とせず、物理的な作用力としての平均はゼロのままでありながらカ覚を知覚させる装置に関する。

背景技術

[0002] 現代は情報が輻輳する時代である。ところが、人間の情報処理能力には限界がある。それもかかわらず、従来の情報提供手法は視覚や聴覚を用いたものが中心であつた。そのため、視聴覚に対する情報提供では、提供された情報が視聴覚に集中し、ユーザの注意を遷移させてしまうという点が問題であった。また、視聴覚の刺激を運動に反映させるには意識上の解釈を必要とするため、情報を受けて力動作を開始するまでの遅延時間が比較的長、と、う問題点もあった。

このような問題点を解決するため、視聴覚チャンネル以外の情報提供チャンネルとして手応え等のカ覚チャンネルの開発が進められている。

[0003] 従来のカ覚研究は接地型、非接地型の 2つに分類することができる。接地型は、発生させるカ覚の反作用力を支持する支点や力点を外部或いは人体に固定する形態であり、非接地型は、このような支点，力点を用いない形態である（例えば、非特許文献 1、特許文献 1参照)。

しかし、従来のカ覚発生手法では、モパイル機器やウェアブルコンピューティングなどの可搬型機器分野への応用が困難であったという問題点がある。

[0004] 例えば、外部に支点，力点を固定する接地型の場合、自由な移動を伴うモパイル機器やウェアラブルコンビユーティングなどの分野への応用は困難である。また、支点'力点を作用点以外の身体部位に設ける接地型の場合、提示したカ覚情報の反作用力も人体に加わるため、このカ覚情報によって正確な方向情報を提示することは困難である。また、特許文献 1「撃力発生装置及びその制御装置、制御方法並びにプログラム」は急激なモーメント力の反作用によって上記の問題点を解決するために発明されたものであるが、提示可能な力覚が撃力に限定されており、時間的に安定したカ覚を提示することは困難であった。

[0005] これに対し、本願の発明者は、反作用力を支持する支点や力点を設けることなく時間的に安定したカ覚を知覚させる手法を提案している (本願の優先日時点で未公開であった「特開 2006— 065665」）。この手法は、回転動力に対してリンク機構等を適用し、正負の絶対値が大きく異なる加速度を発生させるものである。

非特許文献 1 :筧直之，矢野博昭，斉藤充，小木哲郎，廣瀬通考:投入型仮想空間におけるカ覚提示デバイス HapticGERAの開発とその評価，日本バーチャルリアリティ学会論文誌， VOL. 5, No.4, pp. 1113-1120, 2000.

特許文献 1：特開 2002— 346225号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかし、リンク機構或いは非円形歯車機構を用いた特開 2006— 065665の手法では、回転動力がリンク機構等に伝達された際、カ覚を知覚させたい方向と異なる方向の力ベクトルも発生してしまうという問題点がある。この力ベクトルは、カ覚を知覚させたい方向と異なる方向の振動として知覚され、カ覚提示機能を低減させる原因となる本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、反作用力を支持する支点や力点を外部や人体に設けることなく時間的に安定したカ覚を知覚させ、なおかつ、カ覚を知覚させたい方向と異なる方向の力ベクトルの発生を抑制し、時間的に安定したカ覚をより明確に知覚させることが可能な技術を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 上記課題を解決するために、第 1の本発明では、特定の直線上で周期的な並進運動を行う移動部材と、特定の直線と平行な方向に発生させた第 1の力を、移動部材に対し、特定の直線と平行な方向に加える第 1の作用部と、特定の直線と平行な方向に発生させた第 2の力を、移動部材に対し、特定の直線と平行な方向に加える第 2 の作用部と、を有し、第 1の力の大きさは、第 1の作用部の支点に対する移動部材の相対位置によって異なり、第 2の力の大きさは、第 2の作用部の支点に対する移動部材の相対位置によって異なり、移動部材は、特定の直線と平行な一方向を正方向とし、当該正方向の反対方向を負方向とした場合における、移動部材の一周期中での加速度の時間変化が、当該加速度が正方向である場合と負方向である場合とで非対称となる、並進運動を行う加速度発生装置が提供される。

[0008] 通常、物理的に完全な作用力を生じさせるためには、その反作用力を支持する支点や力点が必要となる。これに対し、本発明では、そのような支点や力点はなぐ物理的な作用力としての平均はゼロのままである。しかし、本発明の移動部材は、正方向の加速度と負方向の加速度とがー周期中で非対称な並進運動を行う。そして、この移動部材の加速度の正負の絶対値の差、作用時間の差及び人間のカ覚知覚の非線形性により、上記の特定の直線上の狙った方向への擬似的なカ覚を表示する（詳細は後述)。さらに、本発明では、第 1の作用部及び第 2の作用部が上記の特定の直線と平行な力を移動部材に加えることによって移動部材の並進運動を実現している。この場合、第 1の作用部及び第 2の作用部は、上記の特定の直線と平行な方向以外の加速度を生じさせない。そのため、上記の特定の直線方向と異なる方向の力ベクトルの発生を抑制できる。なお、本発明における「平行」とは厳密な平行のみを意味するのではなぐ本発明の目的を達成できる程度の幅を持った概念 (略平行)である。

[0009] また、第 1の本発明において、第 1の力の大きさと第 2の力の大きさとの比率は、第 1 の作用部の支点及び第 2の作用部の支点に対する移動部材の相対位置によって変化する。これにより、移動部材が、正方向の加速度と負方向の加速度とがー周期中で非対称な並進運動を行う。

また、第 1の本発明において、移動部材の正方向の加速度の最大値部分と負方向の加速度の絶対値の最大値部分とでは、加速度の変化に対する生体の知覚反応量の変化の比率が異なる。これにより、反作用力を支持する支点や力点を設けることなく時間的に安定したカ覚を知覚させることが可能となる。

[0010] この移動部材の並進運動は、正方向の加速度の絶対値の最大値と、負方向の加速度の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動である。そして、移動部材は、例えば、その加速度と、その加速度の力を人体に加えた際に人体が知覚する加速度と、の関係を示す s字型曲線の傾きが、移動部材の正方向の加速度の最大値点と負方向の加速度の最大値点とで異なる、並進運動を行う。この移動部材の加速度の正負の絶対値の差、作用時間の差及び人間のカ覚知覚の非線形性により、上記の特定の直線上の狙った方向への擬似的なカ覚を表示できる (詳細は後述)。

[0011] また、第 1の本発明において好ましくは、第 1の作用部及び第 2の作用部の少なくとも一方は、パネの弾性力によって移動部材にカを加える構成を採り、当該加速度発生装置は、パネの少なくとも一方のパネ定数を変化させるパネ定数可変部を有する。なお、ここでの「パネ」とは、金属材料のコイルパネや板パネのみに限らず、ゴムや合成榭脂ゃ空気パネや液体パネ等のその他の弾性体をも含む広い概念である。

[0012] ここで、パネ定数可変部によって上述のパネ定数を変化させることにより、第 1の作用部が移動部材に加える第 1の力、及び、第 2の作用部が移動部材に加える第 2の力の少なくとも一方を変化させることができる。これにより、移動部材が行う並進運動の周期や振幅を変化させ、移動部材の加速度を調整することが可能となる。そして、この調整は、加速度発生装置を動作させる前だけではなぐ移動部材が並進運動を行っている最中であっても可能である。

[0013] また、好ましくは、第 1の本発明の加速度発生装置は、フレームを具備し、特定の直線は、フレームを基準とした直線であり、移動部材は、特定の直線上で周期的な並進運動を行う第 1の永久磁石を具備し、第 1の作用部は、支点がフレームに対して固定され、他端が移動部材に固定され、移動部材を、特定の直線上で振幅運動させる弾性体であり、第 2の作用部は、特定の直線上の位置に配置され、支点が前記フレームに対して固定された第 2の永久磁石である。これによつて第 1の本発明の構成が実現できる。

[0014] また、好ましくは、第 1の本発明の加速度発生装置は、フレームを具備し、特定の直線は、フレームを基準とした直線であり、第 1の作用部は、特定の直線上に配置される第 1の鉄芯と、支点がフレームに固定され、他端が第 1の鉄芯に固定され、第 1の鉄芯を特定の直線上で振幅運動させる第 1の弾性体と、を有し、第 2の作用部は、特定の直線上に配置される第 2の鉄芯と、支点がフレームに固定され、他端が第 2の鉄芯に固定され、第 2の鉄芯を特定の直線上で振幅運動させる第 2の弾性体と、を有し、移動部材は、第 1の鉄芯と第 2の鉄芯との間を、特定の直線に沿って並進運動する。これによつて第 1の本発明の構成が実現できる。

[0015] さらにこの構成においてより好ましくは、第 1の弾性体及び第 2の弾性体の少なくとも一方は、パネであり、当該加速度発生装置は、パネである第 1の弾性体及び第 2の弾性体の任意の位置を、フレームに対して固定するパネ定数可変部を更に有する。また、第 1の弾性体及び第 2の弾性体の少なくとも一方を導電性のパネとし、当該カロ速度発生装置は、導電性のパネである第 1の弾性体及び第 2の弾性体に電圧を加える電源であるパネ定数可変部を更に有する構成としてもょヽ。電圧が加えられたパネはその電気抵抗に応じて発熱する。これにより、パネのパネ定数が変化する。その結果、移動部材が行う並進運動の周期や振幅を変化させ、移動部材の加速度を調整することが可能となる。そして、これらの調整は、加速度発生装置を動作させる前だけではなぐ移動部材が並進運動を行っている最中であっても可能である。

[0016] また、好ましくは、第 1の本発明の加速度発生装置は、フレームと、フレームに対する特定の直線方向の相対位置を変更可能な可動部とを有し、第 1の作用部は、フレームを支点とし、移動部材に対して第 1の力を加える構成を採り、第 2の作用部は、可動部を支点とし、移動部材に対して第 2の力を加える構成を採る。

[0017] ここで、フレームに対する可動部の相対位置を、上述した特定の直線方向に変化させた場合、第 1の作用部及び第 2の作用部の少なくとも一方に対する移動部材の相対位置は必ず変化する。その結果、移動部材に加えられる第 1の力と第 2の力との合力も変化させることができ、移動部材の並進運動の周期及び振幅を変化させることが可能となる。すなわち、フレームに対する可動部の相対位置を変化させるだけで、容易に移動部材の加速度を調整することができる。そして、この調整は、加速度発生装置を動作させる前だけではなぐ移動部材が並進運動を行っている最中であっても可能である。

[0018] また、上記課題を解決するために、第 2の本発明の擬似カ覚発生装置は、第 1の本発明の加速度発生装置を 2台以上具備してなる。これにより、各加速度発生装置が発生した加速度を合成し、 2次元或いは 3次元空間内に任意に非対称な加速度を発生させることができる。

また、好ましくは、第 2の本発明の擬似カ覚発生装置は、擬似カ覚発生装置を構成する所定数の加速度発生装置を駆動させた場合、それぞれの加速度発生装置が発生させる力ベクトルの総和が、全ての時刻においてゼロとなる。これにより、駆動させる擬似カ覚発生装置に応じて任意な方向のカ覚を発生させたり、カ覚を全く発生させな力つたりといった制御が可能となる。

[0019] また、好ましくは、第 2の本発明の擬似カ覚発生装置は、当該擬似カ覚発生装置を構成する複数の加速度発生装置間の位置関係を変化させる位置可変部を有し、当該擬似カ覚発生装置を構成する複数の加速度発生装置が所定の位置関係にある際、それぞれの加速度発生装置が発生させる力ベクトルの総和は、全ての時刻においてゼロとなり、当該擬似カ覚発生装置を構成する複数の加速度発生装置が他の位置関係にある際、それぞれの加速度発生装置が発生させる力ベクトルの総和は、少なくとも一部の時刻においてゼロ以外の値となる。これにより、位置可変部を用いて擬似カ覚発生装置を構成する加速度発生装置の位置関係を変化させることにより、任意な方向のカ覚を発生させたり、カ覚を全く発生させな力つたりといった制御が可能となる。

[0020] また、上記課題を解決するために、第 3の本発明の擬似カ覚発生装置では、回転動力が伝えられる回転入力軸と、回転入力軸に伝えられた回転動力を、特定の直線上での周期的な並進運動に変換する動力伝達部と、動力伝達部によって伝達された動力により、特定の直線上での周期的な並進運動を行う移動部材と、特定の直線に対して動力伝達部と対称に構成された対称部とを有し、移動部材は、特定の直線と平行な一方向を正方向とし、当該正方向の反対方向を負方向とした場合における、移動部材の一周期中での加速度の時間変化が、当該加速度が正方向である場合と負方向である場合とで非対称となる、並進運動を行い、動力伝達部及び対称部がそれぞれ発生させる力ベクトルの総和は、特定の直線と平行な方向を除き、全ての時刻においてゼロであることを特徴とする擬似カ覚発生装置が提供される。これにより、カ覚を知覚させたい方向と異なる方向の力ベクトルの発生を抑制することが可能となる。発明の効果

[0021] 以上のように、本発明では、反作用力を支持する支点や力点を外部や人体に設けることなく時間的に安定したカ覚を知覚させ、なおかつ、カ覚を知覚させたい方向と異なる方向の力ベクトルの発生を抑制し、時間的に安定したカ覚をより明確に知覚させることが可能となる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]図 1Aは、第 1の実施の形態における加速度発生装置の構成を示した上面図である。また、図 1Bは、図 1Aにおける IB— 1B断面図である。

[図 2]図 2A〜図 2Cは、加速度発生装置の振る舞!/、を示したグラフである。

[図 3]図 3は、第 2の実施の形態における加速度発生装置の構成を示した断面図である。

[図 4]図 4は、第 3の実施の形態における加速度発生装置の構成を示した断面図である。

[図 5]図 5 A〜図 5Cは、加速度発生装置の振る舞!/、を示したグラフである。

[図 6]図 6は、第 4の実施の形態における加速度発生装置の構成を示した断面図である。

[図 7]図 7A及び図 7Bは、巻き数調整機構の構成例を説明するための部分断面図である。

[図 8]図 8は、第 5の実施の形態における加速度発生装置の構成を示した断面図である。

[図 9]図 9A及び図 9Bは、第 6の実施の形態における加速度発生装置の構成を示した断面図である。

[図 10]図 10A〜図 10Cは、フレームに対する可動ボビンの相対位置による加速度発生装置の振る舞、の違、を示したグラフである。

[図 11]図 11A〜図 11Cは、フレームに対する可動ボビンの相対位置による加速度発生装置の振る舞、の違、を示したグラフである。

[図 12]図 12A〜図 12Cは、フレームに対する可動ボビンの相対位置による加速度発生装置の振る舞、の違、を示したグラフである。 [図 13- 1]図 13A〜図 13Cは、第 7の実施の形態のバリエーションを示した図である。

[図 13- 2]図 13D〜図 13Eは、第 7の実施の形態のノリエーシヨンを示した図である。

[図 14]図 14は、図 13Aに示した構成の具体例であり、第 6の実施の形態の加速度発生装置を利用した擬似カ覚発生装置の構成を示した断面図である。

[図 15]図 15A〜図 15Cは、フレームに対する可動ボビンの相対位置による加速度発生装置の振る舞、の違、を示したグラフである。

[図 16]図 16 A〜図 16Cは、フレームに対する可動ボビンの相対位置による加速度発生装置の振る舞、の違、を示したグラフである。

[図 17]図 17A〜図 17Cは、フレームに対する可動ボビンの相対位置による加速度発生装置の振る舞、の違、を示したグラフである。

[図 18]図 18 A〜図 18Cは、フレームに対する可動ボビンの相対位置による加速度発生装置の振る舞、の違、を示したグラフである。

[図 19]図 19は、第 8の実施の形態の加速度発生装置の構成を示した断面図である。

[図 20]図 20Aは、第 9の実施の形態の擬似カ覚発生装置の構成を示した断面図である。また、図 20Bは、図 20Aの 20B—20B断面図である。

圆 21]図 21Aは、第 10の実施の形態の擬似カ覚発生装置の構成を示した断面図である。また、図 21Bは、図 21Aの 21B—21B断面図である。

圆 22]図 22は、第 11の実施の形態における並進型の加速度発生装置の構成を例示した平面図である。

[図 23]図 23Aは、図 22の WO方向力もみた正面図であり、図 23Bは図 22における 23 A— 23A部分断面図である。

[図 24]図 24A及び図 24Bは、モータによって回転入力軸が W1方向回転した際の各機構の動きを例示した図である。

圆 25]図 25は、加速度発生装置を 2つ組み合わせた擬似カ覚発生装置の構成を示した図である。

[図 26-1]図 26A〜図 26Cは、擬似カ覚発生装置のモデルを示した概念図である。

[図 26-2]図 26D〜図 26Fは、擬似カ覚発生装置のモデルを示した概念図である。

[図 27]図 27は、知覚反応を近似する S字型曲線を例示した図である。 [図 28]図 28Aは各被験者の極性の正答率を示す表である。図 28Bは各被験者の正答率の平均を極性ごとに表示したグラフである。

[図 29]図 29は、各被験者の正答率を示すグラフである。

[図 30- 1]図 30A, 30Bは、それぞれ、モータの回転周波数が 10Hz, 20Hzである場合の錘 284の加速度を示すグラフである。

[図 30- 2]図 30C, 30Dは、それぞれ、モータの回転周波数が 30Hz, 40Hzである場合の錘 284の加速度を示すグラフである。

[図 31]図 31 Aは、同位相タンデム装置でのカ覚知覚方位精度の実験結果を示すグラフである。図 31Bは、逆位相タンデム装置でのカ覚知覚方位精度の実験結果を示すグラフである。

符号の説明

[0023] 10, 40, 50, 60, 91〜94, 110, 201 カロ速度発生装置

100, 130, 300 擬似カ覚発生装置

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

〔原理〕

まず、本発明の構成によって、反作用力を支持する支点や力点を設けることなく時間的に安定したカ覚を知覚させる原理を説明する。ある質量をもった物体の並進運動を考える。そしてこの並進運動は、擬似カ覚を提示したい方向へは大きな加速度で短時間で移動し、逆の方向へは小さな加速度で長時間で移動する、偏加速度をもつた周期運動であるものとする。この場合、この物体を含む系を把持しているユーザは、この提示方向への擬似カ覚を知覚する。これは、人間の知覚特性を利用したものであり、把持動作に関わる固有感覚と触覚によって発生する現象である。すなわち、筋紡錘 (筋肉の収縮を感知して感覚を起こす骨格筋中の感覚器)の反射特性には、筋の長さが変化するときに強く興奮する動的反応と、伸ばされた筋が一定の長さに保たれるときにインパルス発射を続ける静的反応とがある。また動的反応は、筋の長さの変化が比較的小さく急であるときに強い (例えば「大山正,今井省吾,和気典二編：新編感覚 ·知覚心理学ノ、ンドブック,誠信書房, 1994.」参照)。このような知覚反応は一般に図 27に示すような S字型曲線 (sigmoid curve)で近似できることが知られている。なおこの図の横軸は人体に加えられる物理的な加速度を示し、縦軸はその加速度が人体に加えられた際に人体が知覚する加速度 (知覚反応量)を示して、る。物理的な周期運動では加速度を一周期分積分すると零になるが、この S字型曲線の知覚反応量は同様に積分しても零になるとは限らない。例えば、図 27の f (X)のような範囲では、加速度の変化すなわち微分値の差 (f ' (a+k)-f ' (a))が、感覚値の差より

1 1

も大きくなる。逆に f (X)のような範囲では、加速度の変化 (f ' (b+k)-f ' (b))が、感覚

2 1 1

値の差よりも小さくなる。これは、物理的な加速度の変化を感覚的に過小評価する箇所と、感覚的に過大評価する箇所とが存在することを意味している。そして、この感覚強度の違いを利用することにより、擬似的なカ覚を発生させることができることを意味している。

[0025] また、皮膚表面と運動物体との接触面では、静止摩擦係数と動摩擦係数との関係により、ある加速度において並進運動の並進力が静止摩擦力を超え、すべりが生じることがある。そのため、提示したい方向へ大きな加速度を加えることにより、このすベりを発生させ、カ覚を表示することもできる。

[0026] 〔第 1の実施の形態〕

まず、本発明における第 1の実施の形態について説明する。

<構成>

図 1Aは、第 1の実施の形態における加速度発生装置 10の構成を示した上面図である。また、図 1Bは、図 1Aにおける IB— 1B断面図である。

図 1に例示する通り、本形態の加速度発生装置 10は、表裏面で磁気極性が異なる円盤状の永久磁石 11, 17 (「第 1,第 2の永久磁石」に相当）と、リンク状のフレーム 12 aと、ドーナツ型円盤であるフレームベース 12bと、円盤の中心部に窪み部 13aを有するカップ状のヨーク (継鉄） 13と、ポリプロピレン等の特殊繊維力もなる糸状の弾性体である複数のセンターサスペンション 14 (「弾性体」に相当）と、円筒の一端 (端部 1 5b)を閉じた形状のボビン (絶縁材料） 15と、銅線等の導線の側面を絶縁体で覆ったコイル 16と、円柱状のヨーク (継鉄） 18とを有する。

[0027] ヨーク 13の窪み部 13a内の底面 13bには永久磁石 17が固着されている。この例の場合、永久磁石 17の N極側の面が底面 13bに固着されている。また、この永久磁石 17の S極側の面 (底面 13b側と反対の面 Z「支点」に相当）には、ヨーク 18の底面 18 a固着されている。これにより、ヨーク 18の支点がフレーム 12aに対して固定される。さらに、ヨーク 13の表面部 13cには、フレームベース 12bが固着されている。なお、フレームベース 12bの中空部 12baは、窪み部 13aの開口位置に配置されている。フレームベース 12bのヨーク 13と反対側の面のエッジ部分にはフレーム 12aが固着されている。このフレーム 12aの内周の同一円周上には、複数のセンターサスペンション 14の一端（「支点」に相当）が、一定の間隔をおいて固着され、各センターサスペンシヨン 14の他端は、それぞれ「移動部材」を構成するボビン 15の側面部 15cの同一円周上に一定の間隔をおいて固着されている。これにより、ボビン 15は、各センターサスペンション 14の張力によってフレーム 12a内の位置に配置される。さらに、このボビン 15の内部 15aの開口部側には、ヨーク 18の少なくとも一部が配置される。ここで、ヨーク 18の外径は、ボビン 15の内径よりも小さい。また、ボビン 15の側面部 15cには、それを周回する一定の向きにコイル 16が卷きつけられている。さらに、ボビン 15 の端部 15bの外面には、永久磁石 11が固着されている。この例の場合、永久磁石 1 1の S極側の面が端部 15bの外面に固着されている。そして、永久磁石 11, 17の中心軸と、ヨーク 13の底面 13bの中心軸と、ボビン 15の端部 15bの中心軸と、ヨーク 18の中心軸とは、フレーム 12aを基準としたほぼ同一の直線 A (「特定の直線」に相当）上に配置される。

[0028] <動作 >

以上のような構成により、ボビン 15は、永久磁石 11と永久磁石 17とのクーロン力（磁極が同じ Sであるため斥力）と、センターサスペンション 14による張力と、重力とのバランスが取れた位置（「原点位置」と呼ぶ）に配置されることになる。そして、コイル 1 6に正弦波状の交流電流が供給されると、その電流の向きに応じた磁界が発生し (フレミングの左手の法則）、ボビン 15及び永久磁石 11 (これらが「移動部材」に相当する）が直線 A上で周期的な並進運動を行う。

[0029] ここで、ボビン 15及び永久磁石 11が原点位置力ずれた位置に存在していた場合、弾性体であるセンターサスペンション 14 (「第 1の作用部」に相当）の張力の合力（「第 1の力」に相当）は直線 Aと平行な方向に発生する。その合力はボビン 15及び永久磁石 11に対し、直線 Aと平行な方向にカ卩えられる。そして、その大きさは、センタ一サスペンション 14の支点に対する、ボビン 15及び永久磁石 11の相対位置によつて変化する。また、永久磁石 17 (「第 2の作用部」に相当）と、永久磁石 11とのクーロンカ（「第 2の力」に相当）は、直線 Aと平行な向きとなり、その力は永久磁石 11に対し、直線 Aと平行な方向に加えられる。また、その大きさは、永久磁石 17の支点に対する、ボビン 15及び永久磁石 11の相対位置によって変化する。すなわち、上述の「第 1の力」の大きさと「第 2の力」の大きさとの比率は、センターサスペンション 14の支点と、ヨーク 18の支点となる永久磁石 17と、ボビン 15及び永久磁石 11との相対位置によって変化する。これにより、ボビン 15及び永久磁石 11は、正方向〔直線 Aと平行な図 1Bの上方向〕の加速度と、負方向〔直線 Aと平行な図 1Bの下方向〕の加速度とが、一周期中で非対称な並進運動を行う。すなわち、ボビン 15及び永久磁石 11は、その一周期中での加速度の時間変化が、当該加速度が正方向である場合と負方向である場合とで非対称となる、並進運動を行う。より具体的には、本形態のボビン 15及び永久磁石 11の並進運動は、正方向の加速度の絶対値の最大値と、負方向の加速度の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動である。

[0030] これを、重力及びコイル 16によるクーロン力を無視した運動方程式で近似すると以下のようになる。

mx"=-k(x-x )+M/x² - --(1)

0

M=m m /(4 π μ ) · '·(2)

1 2

[0031] ただし、本形態の場合、 kはセンターサスペンション 14のパネ定数を示し、 mはボビン 15及び永久磁石 11の合計質量を示し、 Xはボビン 15及び永久磁石 11が「原点

0

位置」にある際の永久磁石 11と永久磁石 17との距離を示し、 Xは永久磁石 11と永久磁石 17との距離を示し、 x '，は Xの 2階微分 (加速度）を示す。また、 Mは永久磁石 1 1と永久磁石 17との磁荷斥力の比例定数であり、 m , mは永久磁石 11及び永久磁

1 2

石 17の磁気量をそれぞれ示し、 μは透磁率を示す。

[0032] 図 2は、 m=0. 04 [kg] , k= 50[N/m] , M = 0. 2[N/m²] , x = 130 X 10"³[ m] ,ボビン 15及び永久磁石 11の初期速度 x' (0) =0[m/s] ,永久磁石 11と永久磁石 17との距離の初期値 x(0) = 100 X 10^_3[m]とした場合の加速度発生装置 10 の振る舞いを示したグラフである。ここで図 2Aは、時間と距離 Xとの関係を示しており、縦軸は距離 x[m]を横軸は時間 [s]を表している。また、図 2Bは、時間と速度 x'との関係を示しており、縦軸は速度 x' [mZs]を横軸は時間 [s]を表している。さらに、図 2Cは、時間と加速度 x' 'との関係を示しており、縦軸は加速度 x' ' [mZs²]を横軸は時間 [s]を表している。また、図 2B及び図 2Cでは、図 1Bにおける上方向を正とし、下方向を負としている。

[0033] 図 2Cに示すように、ボビン 15及び永久磁石 11は、正方向の加速度と負方向の加速度とがー周期中で非対称な並進運動を行っている。具体的には、正方向の加速度の最大値が 500 [mZs²]程度であるのに対し、負方向の加速度の絶対値の最大値がその半分程度となっている。そして、正方向の加速度の最大値部分と負方向の加速度の絶対値の最大値部分とで、加速度の変化に対する知覚反応量の変化の比率が異なっていた場合、すなわち、正方向の加速度の最大値力図 27に例示した S 字型曲線の f (X)の範囲にあり、負方向の加速度の絶対値の最大値が f (X)の範囲

2 1 にあった場合、前述したような擬似的なカ覚が発生する。言い換えれば、「移動部材」であるボビン 15及び永久磁石 11が、移動部材の正方向の加速度の最大値点と負方向の加速度の最大値点とで前述の S字型曲線の傾きが異なる並進運動を行う場合に、前述したような擬似的なカ覚が発生する。

[0034] <本形態の特徴 >

以上のように、本形態では、反作用力を支持する支点や力点を設けることなく時間的に安定したカ覚を知覚させることができる。

また、加速度発生装置 10は、直線 A方向の単振動のみによって、この A方向に擬似的なカ覚を発生させている。そのため、直線 Aと異なる方向の力ベクトルはほとんど発生しない。これにより、時間的に安定したカ覚をより明確に知覚させることが可能となる。

[0035] さらに、加速度発生装置 10は、摩擦等の損失が存在せず、エネルギーが完全に保存されるのであれば、永久に並進運動を継続する構成である。よって、コイル 16に供給される交流電流は、この損失分を補う程度のものであればよい。すなわち、低い消費電力で上述の擬似的なカ覚を発生させることができる。なお、コイル 16に供給する交流電流の制御は、例えば、一般の共振駆動回路と同様に行う。すなわち、例えば、コイル 16に発生する誘導起電力を検出し、その誘導起電力からボビン 15及び永久磁石 11の速度を計算し、指定された速度になるようにコイル 16に交流電流を流す制御を行う。

[0036] 力！]えて、加速度発生装置 10は、ー且発生させた回転動力を並進運動に変換するのではなぐコイル 16に交流電流を供給することによって並進運動方向（直線 A方向 )の動力を直接発生させている。そのため、回転動力を並進運動に変換する場合に必要な機構が不要となり、装置の小型 ·軽量ィ匕が可能となる。その結果、加速度発生装置 10を携帯電話等の電子機器に内蔵することも可能となり、その応用分野が広がる。

[0037] なお、本形態では、円盤状の永久磁石 11, 17、リンク状のフレーム 12a、ドーナツ型円盤であるフレームベース 12b、円盤の中心部に窪み部 13aを有するカップ状のョーク 13、円筒の一端を閉じた形状のボビン 15等、 B— B断面と垂直な断面形状が円形の部材を用いて加速度発生装置 10を構成したが、断面形状が多角形等その他の形状である部材を用いて加速度発生装置 10を構成してもよい。また、永久磁石 11, 17の磁極を反転させた構成であってもよい。さらに、本形態では、コイル 16に交流電流を供給することによって並進運動方向（直線 A方向）の動力を発生させることとした 1S レシプロモータやシャフトモータを利用し、この動力を発生させる構成としてもよい

[0038] 〔第 2の実施の形態〕

次に、本発明における第 2の実施の形態について説明する。

第 2の実施の形態も、パネの弾性力と永久磁石間のクーロン力とを用いて移動部材を並進運動させ、擬似的なカ覚を発生させるものである。第 1の実施の形態との相違点は、そのための構成のみである。

[0039] く構成〉

図 3は、第 2の実施の形態における加速度発生装置 20の構成を示した断面図である。

図 3に例示する通り、本形態の加速度発生装置 20は、表裏面で磁気極性が異なる円盤状の永久磁石 21,27 (「第 1,第 2の永久磁石」に相当）と、円筒の両開口部を塞 V、だ形状のフレーム (絶縁材料） 22と、円筒の一端を塞!ヽだカップ状のヨーク (継鉄） 23と、弾性体であるパネ 24と、円筒の一端 (端部 25b)を閉じた形状のボビン (絶縁材料） 25と、銅線等の導線の側面を絶縁体で覆ったコイル 26と、円柱状のヨーク (継鉄） 28とを有する。

[0040] ヨーク 23内部の底面 23aには、フレーム 22の長手方向の一端 22b及び永久磁石 2 7が固着されている。この例の場合、永久磁石 27の N極側の面（「支点」に相当）が底面 23aに固着されている。また、この永久磁石 27の S極側の面（底面 23a側と反対の面）には、ヨーク 28の底面 28aが固着されている。フレーム 22の長手方向の一端 22c (一端 22bと反対側）の内部に位置する支点 22aには、パネ 24の一端が固着されている。このパネ 24の他端には、永久磁石 21が固着されている。この例の場合、永久磁石 21の N極側の面がパネ 24の一端に固着されている。さらに、この永久磁石 21 の他面（この例では S極側の面）には、ボビン 25の端部 25bが固着されている。そして、このボビン 25の内部 25aの開口部側には、ヨーク 28の少なくとも一部が配置される。ここで、ヨーク 28の外径は、ボビン 25の内径よりも小さい。また、ボビン 25の側面部 25cには、それを周回する一定の向きにコイル 26が卷きつけられている。そして、永久磁石 21 , 27の中心軸と、ヨーク 23の中心軸と、支点 22aと、パネ 24の永久磁石 2 1への固着位置と、ボビン 25の端部 25bの中心軸と、ヨーク 28の中心軸とは、フレーム 22aを基準としたほぼ同一の直線 C (「特定の直線」に相当）上に配置される。

[0041] <動作 >

以上のような構成により、ボビン 25は、永久磁石 21と永久磁石 27とのクーロン力（磁極が同じ Sであるため斥力）と、パネ 24の弾性力とのバランスが取れた位置（「原点位置」と呼ぶ）に配置されることになる。そして、コイル 26に正弦波状の交流電流が供給されると、その電流の向きに応じた磁界が発生し、ボビン 25及び永久磁石 21 (これらが「移動部材」に相当する）が直線 C上で周期的な並進運動を行う。

[0042] ここで、パネ 24 (「第 1の作用部」に相当）の弾性力（「第 1の力」に相当）は、直線 C と平行な方向に発生し、それによつてボビン 25及び永久磁石 21に加えられる力は、直線 Cと平行な向きとなる。そして、その大きさは、パネ 24の支点 22aに対する、ボビン 25及び永久磁石 21の相対位置によって変化する。また、永久磁石 27 (「第 2の作用部」に相当）と、永久磁石 21とのクーロン力（「第 2の力」に相当）は、直線 Cと平行な方向に発生し、それによつて永久磁石 21に加えられる力も直線 Cと平行な向きとなる。また、その大きさは、永久磁石 27の支点に対する、ボビン 25及び永久磁石 21の相対位置によって変化する。すなわち、上述の「第 1の力」の大きさと「第 2の力」の大きさとの比率は、パネ 24の支点 22aと、永久磁石 27の支点と、ボビン 25及び永久磁石 21との相対位置によって変化する。これにより、ボビン 25及び永久磁石 21は、正方向〔直線 Cと平行な図 3の右方向〕の加速度と、負方向〔直線 Cと平行な図 3の左方向〕の加速度とが、一周期中で非対称な並進運動を行う。すなわち、ボビン 25及び永久磁石 21は、その一周期中での加速度の時間変化が、当該加速度が正方向である場合と負方向である場合とで非対称となる、並進運動を行う。より具体的には、本形態のボビン 25及び永久磁石 21の並進運動は、正方向の加速度の絶対値の最大値と、負方向の加速度の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動である。

[0043] これを、重力及びコイル 26によるクーロン力を無視した運動方程式で近似すると前述の式（1) (2)と同様になる。ただし、本形態での場合、 kはパネ 24のパネ定数を示し、 mはボビン 25及び永久磁石 21の合計質量を示し、 Xはボビン 25及び永久磁石

0

21が「原点位置」にある際の永久磁石 21と永久磁石 27との距離を示し、 Xは永久磁石 21と永久磁石 27との距離を示し、 x '，は Xの 2階微分 (加速度）を示す。また、 Mは永久磁石 21と永久磁石 27との磁荷斥力の比例定数であり、 m , mは永久磁石 21

1 2

及び永久磁石 27の磁気量をそれぞれ示し、 μは透磁率を示す。

[0044] そして、正方向の加速度の最大値部分と負方向の加速度の絶対値の最大値部分とで、加速度の変化に対する知覚反応量の変化の比率が異なっていた場合、すなわち、正方向の加速度の最大値力図 27に例示した S字型曲線の f (X)の範囲にあり

2

、負方向の加速度の絶対値の最大値力 ¾ (X)の範囲にあった場合、前述したような擬似的なカ覚が発生する。言い換えれば、「移動部材」であるボビン 25及び永久磁石 21が、移動部材の正方向の加速度の最大値点と負方向の加速度の最大値点とで前述の S字型曲線の傾きが異なる並進運動を行う場合に、前述したような擬似的なカ覚が発生する。

[0045] <本形態の特徴 >

また、加速度発生装置 20は、直線 C方向の単振動のみによって、この C方向に擬似的なカ覚を発生させている。そのため、直線 Cと異なる方向の力ベクトルはほとんど発生しない。これにより、時間的に安定したカ覚をより明確に知覚させることが可能となる。

さらに、加速度発生装置 20は、摩擦等の損失が存在せず、エネルギーが完全に保存されるのであれば、永久に並進運動を継続する構成である。よって、コイル 26に供給される交流電流は、この損失分を補う程度のものであればよい。すなわち、低い消費電力で上述の擬似的なカ覚を発生させることができる。なお、コイル 26に供給する交流電流の制御は、例えば、第 1の実施の形態と同様に行う。

[0046] 力！]えて、加速度発生装置 20は、ー且発生させた回転動力を並進運動に変換するのではなぐコイル 26に交流電流を供給することによって並進運動方向（直線 C方向 )の動力を直接発生させている。そのため、回転動力を並進運動に変換する場合に必要な機構が不要となり、装置の小型 ·軽量ィ匕が可能となる。その結果、加速度発生装置 20を携帯電話等の電子機器に内蔵することも可能となり、その応用分野が広がる。

[0047] なお、本形態では、円盤状の永久磁石 21, 27、円筒の両開口部を塞いだ形状のフレーム 22、円筒の一端を塞いだヨーク 23、円筒の一端を閉じた形状のボビン 25、円柱状のヨーク 28等、断面形状が円形の部材を用いて加速度発生装置 20を構成した力断面形状が多角形等その他の形状である部材を用いて加速度発生装置 20を構成してもよい。また、永久磁石 21, 27の磁極を反転させた構成であったもよい。さらに、本形態では、コイル 26に交流電流を供給することによって並進運動方向（直線 C 方向）の動力を発生させることとした力レシプロモータやシャフトモータを利用し、この動力を発生させる構成としてもよい。

[0048] 〔第 3の実施の形態〕

次に、本発明における第 3の実施の形態について説明する。

第 3の実施の形態では、 2つ以上のパネから成る質点パネ系にお、て移動部材 (プランジャー）が並進運動を行う構成を採る。そして、移動部材がその位置に応じて異なるパネ定数を有するパネと衝突することで、この移動部材が、一周期中で加速度が非対称な並進運動を行う。なお、本形態では、 2つのパネ力成る質点パネ系を例示する力本発明はこれに限定されるものではない。

[0049] <構成 >

図 4は、第 3の実施の形態における加速度発生装置 30の構成を示した断面図である。

図 4に例示する通り、本形態の加速度発生装置 30は、円盤状の鉄芯 31a, 31b (「第 1の鉄芯」，「第 2の鉄芯」に相当）と、円筒の両開口部を塞いだ形状であり絶縁材料で構成されたフレーム 32と、パネ定数が大きく異なるパネ 34a, 34bと、銅線等の導線の側面を絶縁体で覆ったコイル 36と、強磁性体である可動鉄芯 (プランジャー） 37 (「移動部材」に相当）とを有している。

[0050] フレーム 32の長手方向の一端 32cの内側に位置する支点 32aには、パネ 34aの一端が固着され、このパネ 34aの他端には鉄芯 31aの片面側が固着されている。また、フレーム 32の長手方向の他端に位置する一端 32dの内側の支点 32bには、パネ 34 bの一端が固着され、このパネ 34bの他端には鉄芯 3 lbの片面側が固着されている。鉄芯 31a, 31bも直線 Dに沿って並進運動できる。さらに、フレーム 32内部空間の鉄芯 31aと鉄芯 31bとの間には、可動鉄芯 37が配置されている。この可動鉄芯 37は、鉄芯 31a, 31bと接続されていない。そのため、可動鉄芯 37は、鉄芯 31a, 31bと独立に、それらの間を、フレーム 32の長手方向の直線 D (フレーム 32を基準とした「特定の直線」に相当）に沿って並進運動できる。なお、本形態の鉄芯 31a, 31bや可動鉄芯 37の外形は、フレーム 32の内径よりもわずかに小さい。そのため、鉄芯 31a, 3 lbや可動鉄芯 37は、フレーム 32の内壁に支持されつつ並進運動可能である。また、別の構成例として、フレーム 32の内部にレールを設け、鉄芯 3 la, 3 lbや可動鉄芯 37がこのレールに支持されつつ並進運動する構成であってもよい。

[0051] また、可動鉄芯 37が並進運動する付近のフレーム 32の外周には、フレーム 32を周回する一定の向きにコイル 36が卷きつけられている。そして、鉄芯 31a, 31bの中心軸と、支点 32a, 32bと、パネ 34a, 34bの鉄芯 31a, 31bへの固着位置と、可動鉄芯

37の中心軸とは、ほぼ直線 D上に配置される。

[0052] <動作 >

フレーム 32の一端 32dを基準位置 (x=0)とした場合、初期静止状態では、鉄芯 31a は x=x の位置に静止し、鉄芯 31bは x=x の位置に静止している。また、初期静

AO BO

止状態では、可動鉄芯 37 (「移動部材」に相当）は、鉄芯 31a, 31bの何れか一方側に偏った位置に配置されているものとする。以下では、可動鉄芯 37が鉄芯 31a側に偏った位置に配置されているものとする。なお、図 4における直線 Dに沿った右方向を正方向とし、左方向を負方向とする。

[0053] ここでコイル 36に正弦波状の交流電流が供給されると、その電流の向きに応じた磁界が発生し、可動鉄芯 37が磁化される。磁化された可動鉄芯 37は、隣接する鉄芯 3 laに引き寄せられ、これにより可動鉄芯 37に D直線方向（負）の初速度が与えられる。なお、可動鉄芯 37の速度は、例えば、コイル 36に発生する誘導起電力を用いて検出され、可動鉄芯 37に所定の速度が与えられた場合、コイル 36への電流の供給は一端中止される。

[0054] 初速度が与えられた可動鉄芯 37は、まず鉄芯 31aに衝突し、この力を受けた鉄芯 31aは、それに接続されたパネ 34a (「第 1の作用部」に相当）を負方向に縮める。次に、縮められたパネ 34aが発生させた直線 Dと平行な方向（正方向）の弾性力（「第 1 の力」に相当）を、鉄芯 31aが可動鉄芯 37に対し、直線 Dと平行な方向（正方向）に加える。可動鉄芯 37は、この力を受け、 D直線上を正方向に移動する。次に、可動鉄芯 37は、鉄芯 31bに衝突し、この力を受けた鉄芯 31bは、それ接続されたパネ 34 b (「第 2の作用部」に相当）を正方向に縮める。そして、縮められたパネ 34bが発生させた直線 Dと平行な方向（負方向）の弾性力（「第 2の力」に相当）を、鉄芯 31bが可動鉄芯 37に対し、直線 Dと平行な方向（負方向）に加える。可動鉄芯 37は、この力を受け、 D直線上を負方向に移動する。 [0055] このような動作を繰り返すことにより、可動鉄芯 37は D直線上で周期的な並進運動を行う。なお、完全にエネルギーが保存されるのであれば、可動鉄芯 37の並進運動は永遠に継続する。しかし、実際は、可動鉄芯 37と鉄芯 31a, 31bとの衝突等によりエネルギーが失われる。そのため、可動鉄芯 37に初速度を与えたのと同様な処理により、可動鉄芯 37にエネルギーを補充することにより、この並進運動を継続させる。

[0056] ここで、パネ 34aは、可動鉄芯 37が鉄芯 31aに接触している間は、パネ 34aの縮み量に応じた力（「第 1の力」に相当）を直線 Dと平行に可動鉄芯 37に与える力可動鉄芯 37が鉄芯 31aと非接触になると、この力は可動鉄芯 37に加わらない。同様に、パネ 34bは、可動鉄芯 37が鉄芯 31bに接触している間は、パネ 34bの縮み量に応じた力（「第 2の力」に相当）を直線 Dと平行に可動鉄芯 37に与えるが、可動鉄芯 37が鉄芯 31bと非接触になると、この力は可動鉄芯 37に加わらない。すなわち、パネ 34a , 34bは、それぞれの支点 32a, 32bに対する可動鉄芯 37の相対位置によって大きさの異なる力を、直線 Dと平行な方向に加える。そして、パネ 34a, 34bが、それぞれ可動鉄芯 37に与える力の大きさの比率は、可動鉄芯 37とパネ 34a, 34bの支点 32a , 32bとの相対位置によって変化する。その結果、可動鉄芯 37は、正方向の加速度と負方向の加速度とがー周期中で非対称な並進運動を行う。すなわち、可動鉄芯 37 は、その一周期中での加速度の時間変化が、当該加速度が正方向である場合と負方向である場合とで非対称となる、並進運動を行う。より具体的には、本形態の可動鉄芯 37の並進運動は、正方向の加速度の絶対値の最大値と、負方向の加速度の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動である。

[0057] 以下に、可動鉄芯 37が鉄芯 31aに接触に接触しているときの可動鉄芯 37の並進運動の周期 Tと、可動鉄芯 37が鉄芯 31bに接触に接触しているときの可動鉄芯 37

A

の並進運動の周期 Tとを示す。ただし、 k , kは、それぞれパネ 34a, 34bのバネ定

B A B

数であり、 mは可動鉄芯 37の質量である。

[数 1]

Τ_Α = 2π」^ , To = 2π - - (3) [0058] よって、可動鉄芯 37が鉄芯 31a, 31bの一方に接触に接触しているとき、及び、可動鉄芯 37がいずれの鉄芯 3 la, 3 lbにも接触していないときを含む可動鉄芯 37の周期 Tは、以下のように表される。なお、 T は、可動鉄芯 37がいずれの鉄芯 31a

notoi

, 31bにも接触していないときの周期を示す。

[数 2]

T = i + + T_no½uch - (4)

2 2

[0059] また、以下に、可動鉄芯 37の並進運動を示す運動方程式を示す。

[数 3]

式 (3) (4) (5)に示すように、一周期の中で正負の大きく異なる加速度を可動鉄芯 3 7に与えるためには、 Τ , Tが大きく異なるように、パネ 34a, 34bのパネ定数 k , k

A B A B

を選択すればよい。

[0060] 図 5は、 m=0. 02 [kg] , k = 1000.0 [N/m] , k = 30 [N/m] , x = 20 X 10

A B AO

^_3[m] , x =40 X 10"³[m] ,初期静止状態時の可動鉄芯 37の速度 x， (0) =0[m

BO

/s] ,可動鉄芯 37の初期位置 x(0) = 20 X 10^_3[m]とした場合の加速度発生装置 30の振る舞いを示したグラフである。ここで図 5Aは、時間と可動鉄芯 37の基準点からの距離 Xとの関係を示しており、縦軸は距離 x[m]を横軸は時間 [s]を表している。また、図 5Bは、時間と速度 x'との関係を示しており、縦軸は速度 x' [mZs]を横軸は時間 [s]を表している。さらに、図 5Cは、時間と加速度 x' 'との関係を示しており、縦軸は加速度 x， ' [mZs²]を横軸は時間 [s]を表している。

[0061] 図 5Cに示すように、可動鉄芯 37は、正方向の加速度と負方向の加速度とがー周期中で非対称な並進運動を行っている。具体的には、正方向の加速度の最大値が 5 00 [m/s²]程度であるのに対し、負方向の加速度の絶対値の最大値が 100 [m/s²] 程度となっている。そして、正方向の加速度の最大値部分と負方向の加速度の絶対値の最大値部分とで、加速度の変化に対する知覚反応量の変化の比率が異なっていた場合、すなわち、正方向の加速度の最大値力図 27に例示した S字型曲線の f

2

(X)の範囲にあり、負方向の加速度の絶対値の最大値力 ¾ (X)の範囲にあった場合

、前述したような擬似的なカ覚が発生する。言い換えれば、「移動部材」である可動鉄芯 37が、移動部材の正方向の加速度の最大値点と負方向の加速度の最大値点とで前述の S字型曲線の傾きが異なる並進運動を行う場合に、前述したような擬似的なカ覚が発生する。

[0062] <本形態の特徴 >

また、加速度発生装置 30は、直線 D方向の単振動のみによって、この D方向に擬似的なカ覚を発生させている。そのため、直線 Dと異なる方向の力ベクトルはほとんど発生しない。これにより、時間的に安定したカ覚をより明確に知覚させることが可能となる。

さらに、加速度発生装置 30は、損失が存在せず、エネルギーが完全に保存されるのであれば、永久に並進運動を継続する構成である。よって、コイル 36に供給される電流は、この損失分を補う程度のものであればよい。すなわち、低い消費電力で上述の擬似的なカ覚を発生させることができる。

[0063] 力！]えて、加速度発生装置 30は、ー且発生させた回転動力を並進運動に変換するのではなぐコイル 36に交流電流を供給することによって並進運動方向（直線 D方向 )の動力を直接発生させている。そのため、回転動力を並進運動に変換する場合に必要な機構が不要となり、装置の小型 ·軽量ィ匕が可能となる。その結果、加速度発生装置 30を携帯電話等の電子機器に内蔵することも可能となり、その応用分野が広がる。

なお、第 1,第 2の実施の形態と同様、本形態の加速度発生装置 30を構成する各部品の形状が、これまで例示したもとに限定されないのは言うまでもない。本形態では、コイル 36に電流を供給することによって並進運動方向（直線 D方向）の動力を発生させることとした力レシプロモータやシャフトモータを利用し、この動力を発生させる構成としてちよい。

[0064] 〔第 4の実施の形態〕

次に、本発明における第 4の実施の形態について説明する。

本形態は、第 3の実施の形態の変形例であり、パネの少なくとも一方のパネ定数を変化させる機構 (パネ定数可変部)を設け、パネ定数を変化させることで可動鉄芯の共振周波数を制御する形態である。本形態では、パネの巻き数 Nを変化させることによりパネ定数を変化させる構成を採る。以下では、第 3の実施の形態との相違点を中心に説明を行う。

[0065] <構成 >

図 6は、第 4の実施の形態における加速度発生装置 40の構成を示した断面図である。図 6に例示する通り、本形態の加速度発生装置 40は、円盤状の鉄芯 41a, 41b と、円筒の両開口部を塞いだ形状であり絶縁材料で構成されたフレーム 42と、パネ 4 4a, 44b (「第 1の弾性体」，「第 2の弾性体」に相当）と、銅線等の導線の側面を絶縁体で覆ったコイル 46と、強磁性体である可動鉄芯（プランジャー） 47と、パネ 44a, 44 bのパネ定数をそれぞれ変更可能な巻き数調整機構 48a, 48b (「パネ定数可変部」に相当）を有し、可動鉄芯 47を直線 Eと平行に並進運動させる。

[0066] 巻き数調整機構 48a, 48b以外の構成は第 3の実施の形態と同じである。すなわち、鉄芯 41a, 41b、フレーム 42、ノネ 44a, 44b、コイル 46、可動鉄芯 47及び直線 E は、それぞれ、第 3の実施の形態の鉄芯 31a, 31b、フレーム 32、パネ 34a, 34b、コィル 36、可動鉄芯 37及び直線 Dに相当する。以下では、巻き数調整機構 48a, 48b の構成について説明する。

[0067] 図 7A,図 7Bは、巻き数調整機構 48aの構成例を説明するための部分断面図である。なお、以下では、巻き数調整機構 48aの構成例のみを示すが、巻き数調整機構 4 8bも同様な構成となる。また、図 7A,図 7Bの例はパネ 44a, 44bとしてコイルパネを用いた場合に適用可能な例である。以下では、パネ 44a, 44bがコイルパネであるとして説明を行う。

[0068] 図 7Aは、巻き数調整機構 48aの構成例の一つを示してヽる。この例の巻き数調整機構 48aは、円筒状のベース部 48aaの内壁にらせん状のねじ込み溝 48abを形成してなる。このねじ込み溝 48abは、ベース部 48aaの一方の開放端力も他方の開放端までらせん状に連なる溝であり、このねじ込み溝 48abによってパネ 44aが保持される。これにより、パネ 44aの任意の位置がフレーム 42に対して固定される。また、フレーム 42の内壁には、直線 Eを軸として巻き数調整機構 48aを回転可能に保持する保持部 42aが形成されている。この例の保持部 42aは、フレーム 42の内壁面をリング状に周回する 2本のリングであり、この 2本のリングの間に若干の隙間をおいて巻き数調整機構 48aが保持される。これにより、巻き数調整機構 48aは、直線 Eを軸として F方向に回転可能であるが、直線 E方向には移動しない。このような構成の巻き数調整機構 48aを、直線 Eを軸として F方向に回転させた場合、そのねじ込み溝 48abに保持されているパネ 44aが直線 Eと平行に送り出される。なお、パネ 44aが送り出される向きは、ねじ込み溝 48abのらせん方向、パネ 44aのつる巻き方向及び巻き数調整機構 48a の回転方向によって定まる。ここで、パネ 44aのうち弾性体として機能するのは、巻き数調整機構 48aの鉄芯 41a側の外部に位置する部分のみである。従って、巻き数調整機構 48aが送り出すパネ 44aの方向によってパネ 44aのうち弾性体として機能する部分の長さ（実質的な巻き数 N)を調整することができ、これにより、実質的なバネ定数を調整することができる。

[0069] 図 7Bは、巻き数調整機構 48aの他の構成例を示してヽる。この例の巻き数調整機構 48aは、フレーム 42の内壁に固着されるベース部 48acと、このベース部 48acに回転可能に取り付けられた送り駆動歯車 48adとを有している。送り駆動歯車 48adは、直線 Eと垂直な回転軸を中心とした G方向の回転及び回転固定が可能な歯車であり、その歯 48aeによってパネ 44aを保持する。これにより、パネ 44aの任意の位置がフレーム 42に対して固定される。このような送り駆動歯車 48adを回転させることによつて、パネ 44aを直線 Eと平行に送り出すことができ、パネ 44aのうち弾性体として機能する部分 (実質的な巻き数 N)を調整することができる。これにより、実質的なバネ定数を調整することができる。

[0070] なお、パネの実質的な巻き数 Nを減少させるとパネ定数は増加する。一般にバネ定数 kは以下の等式で表されるからである。

[数 4] k = - = · ' · (6)

δ 8ND³

(k:ばね定数 (N/mm), P:荷重（Ν), δ：変位（mm), G:ばね材料の剛性率（N/mm²=M pa), d:ばねの線径（mm), N:巻き数， D :平均コイル径 (mm))

[0071] <本形態の特徴 >

本形態では、パネ 44a, 44bの実質的なパネ定数を調整可能であるため、可動鉄芯 47の並進運動の加速度も調整できる。そして、この巻き数調整機構 48a, 48bをモータ等によって駆動可能な構成とすれば、加速度発生装置 40の駆動前のみではなぐ駆動中も可動鉄芯 47の並進運動の加速度を調整することが可能となる。その結果、擬似的な知覚が最もよく発生させるための加速度の調整が容易になる。

なお、ここでは、パネ 44a, 44b双方の実質的なパネ定数を調整可能とした力パネ 44a, 44bの何れか一方のみの実質的なパネ定数を調整可能としてもよい。また、本形態の巻き数調整機構を用い、図 3のパネ 24のパネ定数を調整する構成としてもよい。

[0072] 〔第 5の実施の形態〕

次に、本発明における第 5の実施の形態について説明する。

本形態は、第 3の実施の形態の変形例であり、パネの少なくとも一方のパネ定数を変化させる機構 (パネ定数可変部)を設け、パネ定数を変化させることで可動鉄芯の共振周波数を制御する形態である。本形態では、パネを加熱することによってバネ定数を変化させる構成を採る。以下では、第 3の実施の形態との相違点を中心に説明を行う。

[0073] <構成 >

図 8は、第 5の実施の形態における加速度発生装置 50の構成を示した断面図である。

図 8に例示する通り、本形態の加速度発生装置 50は、円盤状の鉄芯 5 la, 5 lbと、円筒の両開口部を塞いだ形状であり絶縁材料で構成されたフレーム 52と、導電性のパネ 54a, 54bと、銅線等の導線の側面を絶縁体で覆ったコイル 56と、強磁性体である可動鉄芯 (プランジャー） 57と、パネ 54a, 54bそれぞれに電流を供給する電源 55 a, 55b (「パネ定数可変部」に相当）を有し、可動鉄芯 57を直線 Hと平行に並進運動させる。

[0074] 電源 55a, 55bによってパネ 54a, 54bそれぞれに電流を供給する以外の構成は、第 3の実施の形態と同じである。すなわち、鉄芯 51a, 51b、フレーム 52、パネ 54a, 54b、コイル 56、可動鉄芯 57及び直線 Hは、それぞれ、第 3の実施の形態の鉄芯 31 a, 31b、フレーム 32、ノネ 34a, 34b、コィノレ 36、可動鉄芯 37及び直線 D【こネ目当する。以下では、電源 55a, 55bによってパネ 54a, 54bに電流を供給する部分のみを説明する。

[0075] 図 8に示すように、電源 55aは、パネ 34aの端部 54aaと端部 54abとの間に電圧を加える。これにより、パネ 54aは、その電気抵抗に応じた発熱を行う。同様に、電源 55 bは、パネ 34bの端部 54baと端部 54bbとの間に電圧をカ卩える。これにより、パネ 54b は、その電気抵抗に応じた発熱を行う。これらにより、パネ 54a, 54bのパネ定数を変ィ匕させることができる。

なお、パネの温度が上昇するとパネ定数は増加する。以下に示すように、パネ定数 kを示す式（6)のパネの剛性率 Gは、温度の上昇に従って減少するからである。

[0076] [数 5]

G (E :ヤング率， γ :ポアソン比） - (7)

2(1 + γ)

E - E₀ - ETexp(-¾ (E。： O Kでのヤング率， T: i&J [K] , T_c：定数）〜(8) <本形態の特徴 >

本形態では、パネ 54a, 54bのパネ定数を調整可能であるため、可動鉄芯 57の並進運動の加速度も調整できる。そして、この調整は、加速度発生装置 50の駆動前のみではく駆動中も可能である。その結果、擬似的な知覚が最もよく発生させるための加速度の調整が容易になる。なお、電源 55a, 55bが供給電流量を調整できる構成であれば、より詳細な調整が可能となるが、電源 55a, 55bが供給電流量を調整できなくても、電源 55a, 55bのオン'オフにより、パネ 54a, 54bのパネ定数をそれぞれ 2 段階に調整することは可能である。なお、ここでは、パネ 54a, 54b双方のパネ定数を調整可能とした力パネ 54a, 54 bの何れか一方のみのパネ定数を調整可能としてもよい。また、本形態の構成を用い、図 3のパネ 24のパネ定数を調整する構成としてもょ、。

[0077] 〔第 6の実施の形態〕

次に、本発明における第 6の実施の形態について説明する。

本形態は、第 1の作用部と第 2の作用部と移動部材との相対位置を調整可能とし、これらの釣り合い点をシフトさせることが可能な形態である。

<構成>

図 9A及び図 9Bは、第 6の実施の形態における加速度発生装置 60の構成を示した断面図である。

図 9Aに例示する通り、本形態の加速度発生装置 60は、表裏面で磁気極性が異なる円盤状の永久磁石 61a, 67と、表裏面で磁気極性が異なり貫通孔 61baを具備するドーナツ円盤状の永久磁石 61bと、絶縁材料力なる円筒の両開口部を塞いだ形状であるフレーム 62と、円筒の両開口部を塞いだ形状であって、その長手方向の一端 63bに貫通孔 63cを具備し、絶縁材料力もなる可動ボビン 63 (「可動部」に相当）と、パネ 64と、銅線等の導線の側面を絶縁体で覆ったコイル 66とを有する。

[0078] フレーム 62の内部には、可動ボビン 63 (「可動部」に相当）が収納される。可動ボビン 63が外形はフレーム 62の内径よりもわずかに小さい。可動ボビン 63は、フレーム 6 2内部を直線 1 (フレーム 62を基準とした「特定の直線」に相当）方向にスライド可能であるとともに、好みの位置で固定可能な構成となっている。また、可動ボビン 63の一端 63bの内壁には、永久磁石 61bが固着されている。この例の場合、永久磁石 61b の S極側の面が一端 63bの内壁に固着され、永久磁石 61bの貫通孔 61baと可動ボビン 63の貫通孔 63cとが同一の直線 I上に配置されている。また、フレーム 62の長手方向の端部 62aの内壁（「第 1の作用部の支点」に相当）には、パネ 64 (「第 1の作用部」に相当）の一端が固着されている。このパネ 64の他端は、永久磁石 61bの貫通孔 6 lbaと可動ボビン 63の貫通孔 63cを通じて可動ボビン 63の内部 63dに配置され、永久磁石 67 (「移動部材」に相当）に固着されている。この例の場合、永久磁石 67 の N極側の面がパネ 64に固着されている。さらに、可動ボビン 63の他端 63aの内壁 (「第 2の作用部の支点」に相当）には、永久磁石 61a (「第 2の作用部」に相当）が固着されている。この例の場合、永久磁石 61aの N極側の面が他端 63aの内壁に固着されている。また、フレーム 62の側面には、それを周回する一定の向きにコイル 66が巻きつけられている。そして、フレーム 62の中心軸と、可動ボビン 63の中心軸と、永久磁石 61a, 61b, 67の中心軸と、パネ 64の両端とは、ほぼ直線 I上に配置される。

[0079] また、永久磁石 67の外形は、可動ボビン 63の内径よりもわずかに小さい。そのため、永久磁石 67は、可動ボビン 63の内壁に支持されつつ並進運動可能である。また、例えば、可動ボビン 63の内部にレールを設け、永久磁石 67がこのレールに支持されつつ並進運動する構成であってもよ、。

[0080] 以上の構成により、可動ボビン 63は、フレーム 62に対する直線 I方向の相対位置を変更可能である。また、パネ 64は、フレーム 62の端部 62aを支点として直線 I方向の「第 1の力」を発生し、永久磁石 67に対して直線 I方向の「第 1の力」を加える構成を採る。さらに、永久磁石 61aは、可動ボビン 63の他端 63aを支点として直線 I方向の「第 2の力」を発生し、永久磁石 67に対して直線 I方向の「第 2の力」を加える構成を採る。また、永久磁石 61bは、可動ボビン 63の一端 63bを支点とし、永久磁石 67に対して直線 I方向の力を加える構成を採る。

[0081] <動作 >

以上のような構成により、永久磁石 67は、永久磁石 61a, 61b力受けるクーロン力 (共に斥力）と、パネ 64から受ける弾性力とのバランスが取れた位置（「原点位置」と呼ぶ）に配置される。なお、図 9Aと図 9Bとでは、フレーム 62に対する可動ボビン 63 の相対位置が異なる。この場合、永久磁石 67にカ卩えられる、可動ボビン 63を支点とする永久磁石 61a, 61bのクーロン力と、フレーム 62を支点とするパネ 64の弾性力とが相違する。その結果、図 9Aと図 9Bとでは、原点位置も異なる。そして、このようにフレーム 62に対する可動ボビン 63の相対位置の設定を変化させることにより、原点位置や永久磁石 67の加速度の変位を調整することができる。なお、フレーム 62に対する可動ボビン 63の相対位置の設定は、加速度発生装置 60の駆動前に行ってもよいし、駆動中に行っても良い。

[0082] コイル 66に正弦波状の交流電流が供給されると、その電流の向きに応じた磁界が発生し、その磁力を受けた永久磁石 67は、直線 I上で周期的な並進運動を行う。ここで、パネ 64の弾性力によって永久磁石 67にカ卩えられる力は、直線 Iと平行な向きとなる。そして、その大きさは、永久磁石 67とパネ 64の支点との相対位置によって変化する。また、永久磁石 61a, 61bによって永久磁石 67に加えられるクーロン力は、直線 Iと平行な向きとなり、その大きさは、永久磁石 61a, 61bと永久磁石 67との相対位置によって変化する。すなわち、上述の「第 1の力」の大きさと「第 2の力」の大きさとの比率は、永久磁石 67とパネ 64と永久磁石 61a, 61bとの相対位置によって変化する。これにより、永久磁石 67は、正方向〔直線 Iと平行な図 9の右方向〕の加速度と、負方向〔直線 Iと平行な図 9の左方向〕の加速度とが、一周期中で非対称な並進運動を行う。すなわち、永久磁石 67は、その一周期中での加速度の時間変化が、当該加速度が正方向である場合と負方向である場合とで非対称となる、並進運動を行う。より具体的には、本形態の永久磁石 67の並進運動は、正方向の加速度の絶対値の最大値と、負方向の加速度の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動である。

[0083] これを、運動方程式で近似すると

[数 6] mx"= -kix - x₀) + ~ —— …

(X - XBO ) (X _ XCO ) となる。ただし、本形態の場合、 mは永久磁石 67の質量を示し、 Xは「原点位置」に

0

ある際の永久磁石 67の端部 62aからの距離を示し、 X は永久磁石 67が「原点位置

BO

」にある際の永久磁石 61bの端部 62aからの距離を示し、 X は永久磁石 67が「原点

CO

位置」にある際の永久磁石 61aの端部 62aからの距離を示し、 xは永久磁石 67の端部 62aからの距離を示す。また、 kは、パネ 64のパネ定数を示し、 Mは永久磁石 67

B

と永久磁石 61bとの磁荷斥力の比例定数を示し、 Mは永久磁石 67と永久磁石 61a

C

との磁荷斥力の比例定数を示す。

[0084] 図 10力ら 12は、フレーム 62に対する可動ボビン 63の相対位置による加速度発生装置 60の振る舞いの違いを示したグラフである。ここで、図 10は、 m=0. 05 [kg] , k = 100[N/m], x =150X10" [m], x =100X10 [m], x =400X10 [

0 BO CO

m], M =0.3[N/m²], M =0.005 [N/m²], x' (0)=0[m/s], x(0)=200

B C

X10^_3[m]とした場合のグラフである。また、図 11は、 m=0.05 [kg], k=100[N /m], x =150X10"³[m], x =50X 10"³[m], x =250X 10"³[m], M =0

0 BO CO B

.3 [N/m²], M =0.005 [N/m²], x' (0)=0[m/s], x(0) =200X 10"³[m] c

とした場合のグラフである。また、図 12は、 m=0.05 [kg], k= 100 [N/m], x =1 o

50X10"³[m], x =0[m], x =300X 10"³[m], M =0.3 [N/m²], M =0

BO CO B C

.005 [N/m²], x， (0)=0[m/s], x(0) =200 X 10^_3[m]とした場合のグラフである。ここで図 10A,図 11A,図 12Aは、時間と距離 Xとの関係を示しており、縦軸は距離 x[m]を横軸は時間 [s]を表している。また、図 10B,図 11B,図 12Bは、時間と速度 x'との関係を示しており、縦軸は速度 x' [mZs]を横軸は時間 [s]を表している。さらに、図 10C,図 11C,図 12Cは、時間と加速度 X"との関係を示しており、縦軸は加速度 x， ' [mZs²]を横軸は時間 [s]を表している。

[0085] 図 10C,図 11C,図 12Cに示すように、永久磁石 67の並進運動の加速度の変位は、フレーム 62に対する可動ボビン 63の相対位置によって異なる。すなわち、図 10 C及び図 11Cの場合には、永久磁石 67は、正方向の加速度と負方向の加速度とが一周期中で非対称な並進運動を行っているが、図 12Cの場合には、永久磁石 67は、正方向の加速度と負方向の加速度とがー周期中でほぼ対称な並進運動を行っている。本形態では、フレーム 62に対する可動ボビン 63の相対位置の設定を変えることにより、永久磁石 67の加速度の変位を調整できる。そして、正方向の加速度の最大値部分と負方向の加速度の絶対値の最大値部分とで、加速度の変化に対する知覚反応量の変化の比率が異なるものとなった場合、すなわち、正方向の加速度の最大値が、図 27に例示した S字型曲線の f (X)の範囲にあり、負方向の加速度の絶対

2

値の最大値が (X)の範囲になった場合、前述したような擬似的なカ覚が発生する。言い換えれば、「移動部材」である永久磁石 67が、移動部材の正方向の加速度の最大値点と負方向の加速度の最大値点とで前述の S字型曲線の傾きが異なる並進運動を行う場合に、前述したような擬似的なカ覚が発生する。

[0086] <本形態の特徴 > 第 1の実施の形態と同様、本形態でも、反作用力を支持する支点や力点を設けることなく時間的に安定したカ覚を知覚させることができる。加えて本形態では、フレーム

62に対する可動ボビン 63の相対位置の設定を変えることにより、永久磁石 67の加速度の変位を調整できる。その結果、擬似的なカ覚を発生させるために適した加速度の変位を容易に設定可能となる。

また、加速度発生装置 60は、直線 I方向の単振動のみによって、この I方向に擬似的なカ覚を発生させている。そのため、直線 Iと異なる方向の力ベクトルはほとんど発生しない。これにより、時間的に安定したカ覚をより明確に知覚させることが可能となる。

[0087] さらに、加速度発生装置 60は、摩擦等の損失が存在せず、エネルギーが完全に保存されるのであれば、永久に並進運動を継続する構成である。よって、コイル 66に供給される交流電流は、この損失分を補う程度のものであればよい。すなわち、低い消費電力で上述の擬似的なカ覚を発生させることができる。なお、コイル 66に供給する交流電流の制御は、例えば、一般の共振駆動回路と同様に行う。

[0088] 力！]えて、加速度発生装置 60は、ー且発生させた回転動力を並進運動に変換するのではなぐコイル 66に交流電流を供給することによって並進運動方向（直線 I方向）の動力を直接発生させている。そのため、回転動力を並進運動に変換する場合に必要な機構が不要となり、装置の小型 ·軽量ィ匕が可能となる。その結果、加速度発生装置 60を携帯電話等の電子機器に内蔵することも可能となり、その応用分野が広がるなお、永久磁石 61bは必ずしも必要ではない。また、パネ 64の代わりに永久磁石を用いても良いし、永久磁石 61aの代わりにパネを用いてもよい。その他、第 1の実施の形態で述べたような部材の形状や磁極の反転等の変形が可能なことはいうまでもない。

[0089] 〔第 7の実施の形態〕

次に、本発明における第 7の実施の形態について説明する。

本形態は、本発明の加速度発生装置を 2台以上具備する擬似カ覚発生装置の形態である。これにより、擬似的なカ覚を発生させたくないときには外部への力の発生を極力抑え、擬似的なカ覚を発生させたいときには明確に擬似的なカ覚を知覚させる構成をとることができる。さらには、 2次元或いは 3次元上の好みの方向に擬似的なカ覚を知覚させる構成も可能となる。

[0090] <バリエーション >

図 13は、第 7の実施の形態のバリエーションを示した図である。

図 13Aは、 2つの加速度発生装置 71, 72同士を直謝上に固定することによって構成された擬似カ覚発生装置 70を例示した図である。これらの加速度発生装置 71 , 72は、それらの移動部材の並進運動方向が共に直謝方向となり、その擬似的なカ覚発生方向 Jl, J2が相互に逆 (この図では外向き）になるように構成される。

[0091] ここで、加速度発生装置 71, 72の移動部材の加速度の振幅や周期が同一であつた場合、それぞれの加速度発生装置 71, 72が発生させる力ベクトルの総和は、全ての時刻においてゼロとなる。その結果、外部に対する力はほとんど発生しない。しかし、加速度発生装置 71, 72の移動部材の加速度の振幅や周期の互いのバランスを崩した場合 (例えば、一方の加速度発生装置を停止させる、或いは、一方の加速度発生装置の移動部材の加速度の振幅や周期を変化させる）、方向 J1或い ίお 2のいずれ力の方向に擬似的なカ覚を発生させることができる。その結果、擬似的なカ覚の発生の有無、発生方向、擬似的なカ覚の強度等を容易に制御することが可能となる。

[0092] 図 13Bは、 2つの加速度発生装置 81, 82同士をある角度で固定することによって構成された擬似カ覚発生装置 80を例示した図である。ここで、加速度発生装置 81, 82は、それらの移動部材の並進運動方向がそれぞれ直線 Κ, L方向（直線 Κと直線 Lとはある角度をもつ）となり、それらの擬似的なカ覚発生方向がそれぞれ Kl, Κ2となるように構成される。この場合、 2つの加速度発生装置 81, 82がそれぞれ直線 Κ, L方向に発生する擬似的なカ覚の合力を K1 +L1方向に生じさせることができる。そして、この K1 +L1方向は、加速度発生装置 81, 82の移動部材の加速度の振幅や周期の相互のバランスによって変化させることができる。また、 2つの加速度発生装置 81, 82の位置関係を変化させる位置可変部を設け、 2つの加速度発生装置 81, 82 の位置関係（例えば、各加速度発生装置 81, 82の可動部材の並進運動方向がなす角度）を変化させることにより、この K1 + L 1方向を変化させる構成としてもよい。或いは、加速度発生装置 81 , 82が所定の位置関係にある際、それぞれの加速度発生装置 81 , 82が発生させる力ベクトルの総和力全ての時刻においてゼロとなり、加速度発生装置 81 , 82が他の位置関係にある際、それぞれの加速度発生装置 81 , 82が発生させる力ベクトルの総和力少なくとも一部の時刻においてゼロ以外の値となる構成としてもよい。これにより、擬似的なカ覚の発生の有無、発生方向、擬似的な力覚の強度等を容易に制御することが可能となる。この場合の構成は、例えば、図 13D ,図 13Eのようになる。

[0093] 図 13D,図 13Eの例の擬似カ覚発生装置 80は、加速度発生装置 81 , 82と、ベース部 83とを有する。加速度発生装置 81 , 82には、それぞれ歯車 8 la, 82aが固着され、各歯車 81a, 82aは、相互に嚙み合った状態でベース部 83に対して回転可能に構成されている。そして、各歯車 81a, 82aが Yl , Y2方向に回転することにより、これらの回転軸を中心として、加速度発生装置 81 , 82がそれぞれ Y5, Y6方向に回転する構成となっている。これにより、図 13Dの状態のような、加速度発生装置 81 , 82 がそれぞれ発生させる Y3, Y4方向の擬似的なカ覚が相殺される状態と、図 13Eの状態のような、加速度発生装置 81 , 82がそれぞれ発生させる Y3, Y4方向の擬似的なカ覚の合力方向 Y5に擬似的なカ覚を発生させる状態と、を容易に切り替えることが可能となる。

[0094] 図 13Cは、正 a面体における中心点と頂点とを結ぶ直線上に加速度発生装置 91 〜94を 1個ずつ配置した擬似カ覚発生装置 90を例示した図である。なお、図 13C は、 ex = 4の場合の例である。各加速度発生装置 91〜94は、それぞれの移動部材が正 4面体の中心点と頂点とを結ぶ直線上で並進運動する位置に配置され、各加速度発生装置 91〜94は、正 4面体の中心点から各頂点へ向かう向きに擬似的なカ覚を発生させる。

[0095] 加速度発生装置 91〜94の移動部材の加速度の振幅や周期が同一であった場合、それぞれの加速度発生装置 91〜94が発生させる力ベクトルの総和は、全ての時刻においてゼロとなる。その結果、外部に対する力はほとんど発生しない。しかし、加速度発生装置 91〜94の移動部材の加速度の振幅や周期の互いのバランスを崩す (例えば、一部の加速度発生装置を停止させる、一部の加速度発生装置の移動部材の加速度の振幅や周期を変化させる、或いは、加速度発生装置 91〜94間の相対位置や向きを変化させる）ことによって、各加速度発生装置 91〜94間が発生させる力ベクトルの総和を、少なくとも一部の時刻においてゼロ以外の値とし、擬似的なカ覚を三次元空間上の任意の向きに発生させることができる。これにより、擬似的なカ覚の発生の有無、発生方向、擬似的なカ覚の強度等を容易に制御することができる。

[0096] 次に、このように複数の加速度発生装置を組み合わせた擬似カ覚発生装置の具体的構成例を示す。

<構成>

図 14は、図 13Aに示した構成の具体例であり、第 6の実施の形態の加速度発生装置を利用した擬似カ覚発生装置 100の構成を示した断面図である。

図 14に例示する通り、この例の擬似カ覚発生装置 100は、表裏面で磁気極性が異なる円盤状の永久磁石 101b, 107a, 107bと、表裏面で磁気極性が異なり貫通孔 1 01aa, 101caをそれぞれ具備するドーナツ円盤状の永久磁石 101a, 101cと、円筒形状のフレーム（絶縁材料） 102と、長手方向の端部 103b, 103cに貫通孔 103aa, l 03caをそれぞれ具備する円筒形状の可動ボビン (絶縁材料） 103と、パネ 104a, 10 4bと、銅線等の導線の側面を絶縁体で覆ったコイル 106a, 106bとを有する。

[0097] フレーム 102の内部には、可動ボビン 103 (「可動部」に相当）が収納される。可動ボビン 103は、フレーム 102内部を直線 N (フレーム 102を基準とした「特定の直線」に相当）方向にスライド可能であるとともに、好みの位置で固定可能な構成となっている。また、可動ボビン 103の端部 103a, 103cの内壁には、永久磁石 101a, 101cがそれぞれ固着されている。この例の場合、永久磁石 101aの N極側の面が端部 103a の内壁に固着され、永久磁石 101cの S極側の面が端部 103cの内壁に固着されている。また、永久磁石 101aの貫通孔 lOlaaと可動ボビン 103の貫通孔 103aaと永久磁石 101cの貫通孔 lOlcaと可動ボビン 103の貫通孔 103caとは同一の直線 N上に配置されている。また、フレーム 102の長手方向の端部 102a, 102bの各内壁には、パネ 104a, 104b (「第 1の作用部」に相当）の一端がそれぞれ固着されている。これらのパネ 104a, 104bの他端は、それぞれ、可動ボビン 103の貫通孔 103aa, 103ca、及び、永久磁石 101a, 101cの貫通孔 101aa, 101caを通じて可動ボビン 103の内部に配置され、それぞれ、永久磁石 107a, 107b (「移動部材」に相当）に固着されている。この例の場合、永久磁石 107aの N極側の面がパネ 104aに固着され、永久磁石 107bの S極側の面がパネ 104bに固着されている。さらに、永久磁石 107aと永久磁石 107bとの間には、永久磁石 101b (「第 2の作用部」に相当）が配置され、永久磁石 101bの側面は可動ボビン 103の内壁 103bに固着されている。この例の場合、永久磁石 101bの S極側が永久磁石 107a側を向き、永久磁石 101bの N極側が永久磁石 107b側を向くように固着されている。また、フレーム 102の側面には、それを周回する一定の向きにコイル 106a, 106bが卷きつけられている。なお、コイル 106a, 106 bは、それぞれ永久磁石 107a, 107bが存在する位置付近（永久磁石 107a, 107bにクーロン力を与えられる位置）に配置される。また、コイル 106a, 106bは、それらに供給される電流量が別々に制御可能なように構成される。そして、フレーム 102の中心軸と、可動ボビン 103の中心軸と、永久磁石 101a, 101b, 101c, 107a, 107bの中心軸と、パネ 104a, 104bの両端とは、ほぼ直線 N上に配置される。

[0098] また、永久磁石 107a, 107bの外形は、可動ボビン 103の内径よりもわずかに小さい。そのため、永久磁石 107a, 107bは、可動ボビン 103の内壁に支持されつつ並進運動可能である。また、例えば、可動ボビン 103の内部にレールを設け、永久磁石 107 a, 107bが当該レールに支持されつつ並進運動する構成であってもよ!/、。

[0099] 以上の構成により、可動ボビン 103は、フレーム 102に対する直線 N方向の相対位置を変更可能とする。また、ノネ 104a, 104bは、それぞれ、フレーム 102の端部 102 a, 102bを支点とし、永久磁石 107a, 107bに対して直線 N方向の「第 1の力」をカ卩える構成を採る。さらに、永久磁石 101bは、可動ボビン 103の内壁 103bを支点とし、永久磁石 107a, 107bに対して直線 N方向の「第 2の力」を加える構成を採る。また、永久磁石 101a, 101cは、それぞれ、可動ボビン 103の端部 103a, 103cを支点とし、永久磁石 107a, 107bに対して直線 N方向の力を加える構成を採る。

[0100] <動作 >

以上のような構成においてコイル 106a, 106bに交流電流を供給することにより、各永久磁石 107a, 107bは、第 6の実施の形態と同様な並進運動を行う。そして、フレーム 102に対する可動ボビン 103の相対位置の設定に応じて、永久磁石 107aと永久磁石 107bとの加速度運動のバランスを制御でき、これによつて、擬似的なカ覚の発生の有無、発生方向、強度を調整することができる。

[0101] 図 15から図 18は、フレーム 102に対する可動ボビン 103の相対位置に応じた、擬似カ覚発生装置 100の振る舞いの違いを示したグラフである。これらの図 15A,図 1 6A,図 17A,図 18Aは永久磁石 107aの加速度を、図 15B,図 16B,図 17B,図 18 Bは永久磁石 107bの加速度を、図 15C,図 16C,図 17C,図 18Cは永久磁石 107a の加速度と永久磁石 107bの加速度の合成加速度を、それぞれ示している。なお、これらの縦軸は加速度 [mZs²]を横軸は時間 [s]を表している。また、図 14における右方向を正方向とし、左方向を負方向としている。

[0102] ここで、図 15は、 m =0.05 [kg], k =100[N/m], x =150X 10"³[m], x

= 100X10"³[m], x =400X10"³[m], M =0. 3[N/m²], M =0.005

[N/m²], x ' (0)=l[m/s], x (0) =200X 10"³[m], m =0.05 [kg], k =

100 [N/m], x =150X10"³[m], x =100X 10"³[m], x =400X10"³[ m], M =0. 3 [N/m²], M =0.005 [N/m²], x ，（0)=l[m/s], x (0)=2

00 X 10^_3[m]とした場合のグラフである。

[0103] また、図 16は、 m =0.05[kg], k =100 [N/m], x =150X 10"³[m], x

= 130X10"³[m], x =430X10"³[m], M 0· 3 [N/m²], M 0· 005 [

N/m ], x (0)=l[m/s], x (0) =200X 10" [m], m =0.05 [kg], k =1

00 [N/m], x =150X10"³[m], x =70X10"³[m], x =370X10"³[m] M 0· 3 [N/m²], M 0· 005 [N/m²], x ⁵ (0)=l[m/s], x (0)=200

X 10^_3[m]とした場合のグラフである。

[0104] また、図 17は、 m =0.05[kg], k =100 [N/m], x =300X 10"³[m], x

= 200X10"³[m], x =400X10"³[m], M 0· 01 [N/m²], M 0· 01[

N/m ], x (0)=l[m/s], x (0) =300X 10" [m], m =0.05 [kg], k =1

00 [N/m], x =300X10"³[m], x =200X 10"³[m], x =400X10"³[m

] M =0.01[N/m ], M =0.01[N/m ] x (0)=l[m/s], x (0)=30 0 X 10"^d[m]とした場合のグラフである。

[0105] 図 18は、 m =0.05[kg], k =100[NZm], X =300X 10"³[m], x =290

A A AO DO

10"³[m], x =490X10"³[m], M =0.01[N/m²], M =0.01[N/m²

3

], x， (0)=l[m/s], x (0)=300X10 [m], m =0.05 [kg], k =100[N

A A B B

Zm]，x =300X10" [m], x =110X10" [m], x =310X10" [m], M

BO EO CEO E

0· 01[N/m²], M 0· 01[N/m²], x，（0)=l[m/s]， x (0) =300X10

CB B B

^_3[m]とした場合のグラフである。

[0106] なお、 m ,mはそれぞれ永久磁石 107a, 107bの質量を示し、 k ,kはそれぞれバ

A B A B

ネ 104a,104bのパネ定数を示し、 M は永久磁石 101bと永久磁石 107aとの磁荷

CA

斥力の比例定数を示し、 M は永久磁石 101aと永久磁石 107aとの磁荷斥力の比

CB

例定数を示し、 M は永久磁石 101cと永久磁石 107aとの磁荷斥力の比例定数を示

D

し、 Mは永久磁石 101aと永久磁石 107bとの磁荷斥力の比例定数を示す。また、 x

E A

は均衡状態における端部 102aと永久磁石 107aとの距離を、 x は端部 102aと永

0 DO

久磁石 101cとの距離を、 X は端部 102aと永久磁石 101bとの距離を、 x は端部

CDO CE0

102bと永久磁石 101bとの距離を、 X は均衡状態における端部 102bと永久磁石 1

B0

07bとの距離を、 X は端部 102bと永久磁石 101aとの距離を、 X (0)は端部 102aと

EO A

永久磁石 107aとの初期の距離を、 X (0)は端部 102bと永久磁石 107bとの初期の

B

距離を、 X ，（0)は（0)の一階微分値 (初期速度)を、x ，（0)は（0)の一階微分

A A B B

値 (初期速度)を、それぞれ示している。

[0107] 図 15C,図 16C,図 17C,図 18Cに示した通り、永久磁石 107aの加速度と永久磁石 107bの加速度の合成加速度は、フレーム 102に対する可動ボビン 103の相対位置に応じて変化する。よって、フレーム 102に対する可動ボビン 103の相対位置の設定を調整するだけで、擬似カ覚発生装置 100全体としての合成加速度を調整でき、発生させる擬似カ覚を調整することができる。

[0108] <本形態の特徴 >

以上のように、本形態では、複数の加速度発生装置によって擬似カ覚発生装置を構成することとしたため、擬似的なカ覚の発生の有無、発生方向、擬似的なカ覚の強度等を容易に制御することが可能となる。〔第 8の実施の形態〕

次に、本発明における第 8の実施の形態について説明する。

本形態は、回転動力が伝えられる回転入力軸力の入力を偏心カム (偏心板)機構により非対称な加速度を有する並進運動を起こさせる形態である。

[0109] <構造 >

図 19は、第 8の実施の形態の加速度発生装置 110の構成を示した断面図である。図 19に示すように、本形態の加速度発生装置 110は、フレーム 111と、モータ等（図示しない）の回転動力が伝えられる入力軸 112と、回転軸 112に固着され偏心回転を行う偏心カム 113と、先端部 114aが偏心カム 113に接触し、偏心カム 113の形状に応じた並進運動を行うガイド棒 114と、ガイド棒 114の他端部 114b (先端部 114 aの他端）に固着された錘 115とを有している。

[0110] <動作 >

入力軸 112が P1方向に回転することにより、偏心カム 113も P2方向に回転し、それに接しているガイド棒 114が上下運動する。この上下運動の加速度は、偏心カム 1 13の形状によって異なり、その形状によってガイド棒 114に固着されている錘 115の並進運動の加速度も異なる。そして、このような機構によって錘 115の正方向（図 19 の上方向）の加速度の最大値部分と負方向（図 19の下方向）の加速度の最大値部分とで、加速度の変化に対する知覚反応量の変化の比率が異なるものであった場合、すなわち、正方向の加速度の最大値力図 27に例示した S字型曲線の f (X)の範

2 囲にあり、負方向の加速度の絶対値の最大値力 ¾ (X)の範囲であった場合、前述したような擬似的なカ覚が発生する。

[0111] 〔第 9の実施の形態〕

次に、本発明における第 9の実施の形態について説明する。

本形態は、第 8の実施の形態の変形例であり、対称な 2つの偏心カムを回転させ、それぞれ発生させる力ベクトルの総和を、特定の直線と平行な方向を除き、全ての時刻においてゼロとする構成である。

[0112] <構成 >

図 20Aは、第 9の実施の形態の擬似カ覚発生装置 120の構成を示した断面図である。また、図 20Bは、図 20Aの 20B—20B断面図である。

図 20に示すように、擬似カ覚発生装置 120は、フレーム 121と、回転動力が伝えられる回転人力軸 122a, 122bと、同形状 ·同質量の 2つの偏'、カム 123a, 123bと、ガイド棒 124と、鍾 125と、モータ 126a, 126bとを有して! /、る。

[0113] フレーム 121は、内部が空洞である箱形状力もなり、その上面（図 20における上面）内壁には板状の軸保持部 121aが固着されている。フレーム 121の向い合う 2つ側面に ίま、それぞれモータ 126a, 126b力 S固着され、各モータ 126a, 126bの回転軸である入力軸 122a, 122b力それぞれ、フレーム 121の図示していない貫通孔を通じ、フレーム 121の内部に挿入されている。フレーム 121の内部に挿入された各入力軸 122a, 122bの他端は、それぞれ、軸保持部 121aに回転可能に保持される。なお、各入力軸 122a, 122bは同軸上に配置される力これらは連動していない。フレーム 121の内咅こ位置する各人力軸 122a, 122b【こ ίま、それぞれ偏、カム 123a, 123b が固着され、各偏心カム 123a, 123bは、各入力軸 122a, 122bの回転に伴って回転する。また、フレーム 121の上面（図 20における上面）に設けられた貫通孔 121b には、ガイド棒 124が挿入されている。このガイド棒 124のフレーム 121外部に配置される他端部 124bには錘 125が固着され、フレーム 121内部に配置される先端部 12 4aは、ガイド棒 124及び錘 125の重さにより、一方の偏心カム 123aに常時接した状態となる。

[0114] なお、入力軸 122aは、「回転動力が伝えられる回転入力軸」に相当し、偏心カム 1 23aは、「回転入力部に伝えられた回転動力を、特定の直線上での周期的な並進運動に変換する動力伝達部」に相当し、錘 125は、「動力伝達部によって伝達された動力により、特定の直線上での周期的な並進運動を行う移動部材」に相当し、偏心カム 123bは、「動力伝達部と対称に構成された対称部」に相当する。

[0115] <動作 >

モータ 126aとモータ 126bとは、同一の回転方向に同一の角速度で回転させる。これにより、入力軸 122aは S1方向に回転し、入力軸 122bは S2方向に回転し、これに伴い、偏心カム 123aは S3方向に回転し、偏心カム 123bは S4方向に回転する。また、図 20Aの紙面と平行な面に対する偏心カム 123a, 123bそれぞれの射影が重なり合った際、この面に対する偏心カム 123a, 123bそれぞれの先端部 123aa, 123b aの射影力直線 R (「特定の直線」に相当）の射影上に位置するように、入力軸 122a , 122bの回転位相を設定する。これにより、偏心カム 123a, 123bがそれぞれ発生させる力ベクトルの総和が、直線 Rと平行な方向を除き、全ての時刻においてゼロとなる。その結果、直線 Rと平行な方向にはカ覚が生じ得るが、直線 R以外の方向にはカ覚が生じない。

[0116] そして、偏心カム 123aが S3方向に回転すると、それに接しているガイド棒 124の上下運動し、ガイド棒 124に固着されている錘 125も上下運動（S5方向の並進運動）する。この錘 125の並進運動の加速度は、偏心カム 123aの形状によって異なる力本形態の偏心カム 123aは、この正方向（直線 Rと平行な図 20の上方向）の加速度の変位と負方向（直線 Rと平行な図 20の下方向）の加速度の変位とがー周期中で非対称となるような形状に構成してある。これにより、錘 125は、加速度が正方向である場合と負方向である場合とで非対称となる、並進運動を行う。より具体的には、本形態の錘 125の並進運動は、正方向の加速度の絶対値の最大値と、負方向の加速度の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動である。

[0117] そして、このような機構によって錘 125の正方向の加速度の最大値部分と負方向の加速度の絶対値の最大値部分とで、加速度の変化に対する知覚反応量の変化の比率が異なるものであった場合、すなわち、正方向の加速度の最大値が、図 27に例示した S字型曲線の f (X)の範囲にあり、負方向の加速度の絶対値の最大値が f (X)の

2 1 範囲であった場合、前述したような擬似的なカ覚が直線 R方向に発生する。言い換えれば、「移動部材」である錘 125が、移動部材の正方向の加速度の最大値点と負方向の加速度の最大値点とで前述の S字型曲線の傾きが異なる並進運動を行う場合に、前述したような擬似的なカ覚が発生する。

[0118] <本形態の特徴 >

本形態のような構成としても前述したような擬似的なカ覚を発生させることができる。カロえて、本形態の構成では、擬似的なカ覚を発生させる方向以外の方向の力べタトルは常時ゼロであるため、擬似的なカ覚を生じさせる方向以外には振動等を生じさせない。これにより、擬似的なカ覚をより明確に認識させることが可能となる。

[0119] 〔第 10の実施の形態〕

次に、本発明における第 10の実施の形態について説明する。

本形態は、第 9の実施の形態の変形例であり、 1つのモータを用いて対称な 2つの偏心カムを回転させ、それぞれ発生させる力ベクトルの総和を、特定の直線と平行な方向を除き、全ての時刻にお、てゼロとする構成である。

[0120] <構成 >

図 21Aは、第 10の実施の形態の擬似カ覚発生装置 130の構成を示した断面図である。また、図 21Bは、図 21Aの 21B—21B断面図である。

図 21に示すように、擬似カ覚発生装置 130は、フレーム 131と、回転動力が伝えられる回転人力軸 132a, 132bと、同形状 ·同質量の 2つの偏'、カム 133a, 133bと、ガイド棒 134と、鍾 135と、モータ 136と、その回転軸 137とを有して!/ヽる。

[0121] フレーム 121は、内部が空洞である箱形状力もなり、その上面（図 21における上面）内壁には板状の軸保持部 131aが固着されている。フレーム 121の底面（図 21における下面）には、モータ 136が固着され、モータ 136の回転軸 137は、フレーム 131 の図示していない貫通孔を通じ、フレーム 131の内部に挿入されている。そして、フレーム 131の内部に挿入された回転軸 137の先端部 137aには、力さ歯車 138aが固着されている。また、回転軸 137と垂直な直線上には、入力軸 132a, 132bが配置され、それらの両端部 132aa, 132ab及び両端部 132ba, 132bbは、フレーム 131の内壁及び軸保持部 131aに回転可能に保持されている。さらに、各入力軸 132a, 13 2bの一端に ίま、それぞれ、力さ歯車 138b, 138c固着される。これらの力さ歯車 138 b, 138cは、回転軸 137に固着された力さ歯車 138aと嚙み合って回転する。

[0122] フレーム 131の内部に位置する各入力軸 132a, 132bには、それぞれ偏心カム 13 3a, 133b力 S固着され、各偏' 、カム 133a, 133biま、各人力軸 132a, 132bの回転に伴って回転する。また、フレーム 131の上面（図 21における上面）に設けられた貫通孔 131bには、ガイド棒 134が挿入されている。このガイド棒 134のフレーム 131外部に配置される他端部 134bには錘 135が固着され、フレーム 131内部に配置される先端部 134aは、ガイド棒 134及び錘 135の重さにより、一方の偏心カム 133aに常時接した状態となる。

[0123] なお、入力軸 132aは、「回転動力が伝えられる回転入力軸」に相当し、偏心カム 1 33aは、「回転入力部に伝えられた回転動力を、特定の直線上での周期的な並進運動に変換する動力伝達部」に相当し、錘 135は、「動力伝達部によって伝達された動力により、特定の直線上での周期的な並進運動を行う移動部材」に相当し、偏心カム 133bは、「動力伝達部と対称に構成された対称部」に相当する。

[0124] <動作 >

モータ 136が駆動し、回転軸 137が UO方向に回転すると、入力軸 132aが U1方向に回転し、入力軸 132bが U2方向に回転する。そして、入力軸 132aが U1方向に回転することにより、偏心カム 133aも U3方向に回転し、入力軸 132bが U2方向に回転することにより、偏心カム 133bも U4方向に回転する。

[0125] また、図 21Aの紙面と平行な面に対する偏心カム 133a, 133bそれぞれの射影が重なり合った際、この面に対する偏心カム 133a, 133bそれぞれの先端部 133aa, 1 33baの射影力直線 T (「特定の直線」に相当）の射影上に位置するように、入力軸 1 32a, 132bの回転位相を設定する。これ〖こより、偏心カム 133a, 133bがそれぞれ発生させる力ベクトルの総和が、直線 Tと平行な方向を除き、全ての時刻においてゼロとなる。その結果、直線 Tと平行な方向にはカ覚が生じ得る力直線 T以外の方向にはカ覚が生じない。

そして、偏心カム 133aが U3方向に回転すると、それに接しているガイド棒 134の上下運動し、ガイド棒 134に固着されている錘 135も上下運動（U5方向の並進運動 )する。そして、前述したのと同様な原理により、擬似的なカ覚が直線 T方向に発生する。

[0126] <本形態の特徴 >

[0127] 〔第 11の実施の形態〕次に、本発明における第 11の実施の形態について説明する。

本形態は、回転動力を一周期中で加速度の変位が非対称の並進運動に変換し、この並進運動によって擬似的なカ覚を発生させる。そして、このような機構の加速度発生装置を 2つ用い、それらを鏡面対称に配置して擬似カ覚発生装置を構成する。

[0128] <加速度発生装置の構成 >

図 22は、第 11の実施の形態における並進型の加速度発生装置 201の構成を例示した平面図であり、図 23Aは、図 22の WO方向力みた正面図であり、図 23Bは図 2 2における 23B— 23B部分断面図である。なお、図 23Bのベース部 210は断面図ではなく側面図である。

以下、これらの図を用いて本形態の加速度発生装置 201の構成を説明する。

[0129] 図 22, 23に例示するように、本形態の加速度発生装置 201は、ベース部 210と、ベース部 210に内蔵されたモータ 220と、モータ 220の回転動力が伝えられる回転入力軸 221と、回転入力軸 221に固定された回転部材 230 (クランク）と、回転入力軸 221以外の回転部材 230上の部分に、当該回転入力軸 221と平行な第 1回転軸 2 33によって回転可能に接合された第 1リンク機構 250と、第 1回転軸 233以外の第 1 リンク機構 250上の部分に、当該第 1回転軸 233と平行な第 2回転軸 251によって回転可能に接合された第 2リンク機構 270と、第 2回転軸 251以外の第 2リンク機構 270 上の部分が、当該第 2回転軸 251と平行な第 3回転軸 283aによって回転可能に接合され、移動範囲が一方向 (W6方向）のスライド運動に限定されたスライド機構 282 と、回転入力軸 221に対する相対位置が固定されたスライド支点ベース部 241と、回転入力軸 221と平行なスライド支点回転軸 243によってスライド支点ベース部 241に回転可能に接合され、第 1リンク機構 250を長手方向 (W7方向）ヘスライド可能に保持するスライド支点機構 242と、回転入力軸 221に固着され、その回転に伴って回転する歯車 291とを主な構成部品とする。

[0130] この例のベース部 210は、 1つの段差によって低段部 211と高段部 212とが構成された階段状の中空体であり、その底面にはねじ孔が設けられた板状のタブ 213, 21 4が構成されている。このベース部 210の高段部 212の端部には、モータ 220の回転動力を伝える回転入力軸 221を通すための貫通孔 212aが設けられる。また、ベース部 210の貫通孔 212aが設けられている反対側の面（図 23の下方向）にも貫通孔（図示しない）が設けられている。モータ 220は、その回転動力を伝える回転入力軸 221 がこれらの貫通孔を通じ、上下面外部に突き出した状態でベース部 210の高段部 21 2内部に固定配置される。

[0131] 貫通孔 212aからベース部 210の上面外部に突き出した回転入力軸 221には、円盤状の回転部材 230の中心部が固着される。また、ベース部 210の下面外部に突き出した回転入力軸 221には、円盤状の歯車 291が固着される。これにより、回転部材 230及び歯車 291は、回転入力軸 221の回転動力により W1方向に回転運動する。回転部材 230上の辺縁部 232には、柱状の第 1リンク機構 250の端部が第 1回転軸 233 (ビス等）によって W2方向に回転可能に取り付けられる。これにより、第 1リンク機構 250は、回転入力軸 221以外の回転部材 230上の部分に、当該回転入力軸 2 21と平行な第 1回転軸 233によって回転可能に接合されることになる。なお、この第 1 リンク機構 250の長手方向の両側面には直線上の溝 252が構成されている。

[0132] また、ベース部 210の高段部 212表面には、断面がコの字型となる部材の両端を外側に直角に折り返した形状の (この折り返し部分をタブと呼ぶ)スライド支点ベース部 241が、回転入力軸 221に対する相対位置が固定されて配置されている。この例の場合、スライド支点ベース部 241は、回転入力軸 221からベース部 210の中央部側 (すなわち低段部 211方向）へずれた位置 (より具体的には、図 22の静止状態において第 1リンク機構 250の回転入力軸 221側先端付近が配置される位置）にタブを通じてねじ止めされる。このスライド支点ベース部 241の内側中央部には、第 1リンク機構 250の溝 252を両側力もスライド可能に抱え込むスライド支点機構 242が配置される。このスライド支点機構 242は、スライド支点回転軸 243 (ビス等）によってスライド支点ベース部 421に対し W3方向に回転可能に取り付けられる。なお、このスライド支点回転軸 243の位置は第 1回転軸 233よりもベース部 210中央寄り（低段部 211 寄り）である。以上により、スライド支点機構 242は、回転入力軸 221と平行なスライド支点回転軸 243 (ビス等）によってスライド支点ベース部 241に W3方向に回転可能に接合され、第 1リンク機構 250を長手方向 (W7方向）ヘスライド可能に保持することになる。 [0133] 第 1リンク機構 250の他端部のベース部 210側には、補強部材 260がねじ 261, 26 2によってねじ止めされ、この補強部材 260を介し、柱状の第 2リンク機構 270の端部が第 2回転軸 251によって W4方向に回転可能に取り付けられる。

また、図 22における回転入力軸 221とスライド支点回転軸 243とを結ぶ直線上に位置するベース部 210低段部 211表面には柱状のレール 281が、ねじ 281a〜281fによってねじ止めされる。このレール 281の長手方向（W6方向）の両側面には直線上の溝 282aが設けられ、このレール 281上には、これらの溝 282aを両側から挟みこみ、このレール 281に沿って W6方向にスライド移動するスライド機構 282が配置される。このスライド機構 282におけるレール 281と反対側の面には、錘保持板 283が固着される。そして、この錘保持板 283のベース部 210と反対側面の両端には錘 284, 2 85 質量）力ねじ 284a, 284b, 285a, 285bによってそれぞれねじ止めされる。また、この錘保持板 283の中央部には、第 3回転軸 283a (ビス等）によって第 2リンク機構 270の他端部が W5方向に回転可能に取り付けられる。この構成により、スライド機構 282には、第 2回転軸 251以外の第 2リンク機構 270上の部分が、当該第 2回転軸 251と平行な第 3回転軸 283aによって回転可能に接合され、このスライド機構 2 82の移動範囲は、レール 281によって一方向（W6方向）のスライド運動に限定されることとなる。

[0134] 図 24A及び図 24Bは、モータ 220によって回転入力軸 221が W1方向回転した際の各機構の動きを例示した図である。これらの図に示すように、回転入力軸 221が W 1方向回転するとそれに保持されている第 1回転軸 233も W1方向に回転移動する。これに伴い、第 1リンク機構 250の第 1回転軸 233に保持された部分も当該第 1回転軸 233を中心とした W2方向の回転運動を伴いながらスライド移動する。この移動に伴い、第 1リンク機構 250の第 2回転軸 251部分に保持された第 2リンク機構 270も、第 2回転軸 251を中心とした回転運動を伴いながらスライド移動する。そして、この移動に伴い、第 2リンク機構 270の第 3回転軸 283a部分に回転保持された錘保持板 2 83及びスライド機構 282が W6方向に移動する。

これにより、加速度発生装置 201は、前述したのと同様な原理により、 W6方向の擬似的なカ覚を発生させる。 [0135] <擬似カ覚発生装置の構成 >

図 25は、上述のような加速度発生装置 201を 2つ組み合わせた擬似カ覚発生装置 300の構成を示した図である。図 25に示すように、本形態の擬似カ覚発生装置 3 00は、上述した 2つの加速度発生装置 201をその擬似的な力覚発生方向が平行となるように鏡面対称に配置する。そして、 2つの加速度発生装置 201の歯車 291は相互に嚙み合い、これらが同じ角速度で XI, X2方向に回転するように構成される。これにより、 2つの加速度発生装置 201は、鏡面対称の動作を行い、 X3, X4方向に擬似的なカ覚を発生させる。

[0136] <擬似カ覚発生装置 300の動作 >

図 26A〜図 26Fは、この擬似カ覚発生装置 300のモデルを示した概念図である。これらの図に示すように、第 1回転軸 233の円周回転運動（W13, W14方向）に伴い、第 1リンク機構 250がスライド支点回転軸 243にスライド回転保持されつつ回転シフト運動を行い、これに伴って、第 2回転軸 251が略楕円状の軌道を描いて移動し、第 3回転軸 283aが W61或いは W62方向（W6方向）に移動する。この図の例の場合、図 26A,図 26Fの時点では、第 3回転軸 283aが W61方向に移動しており、図 26C ,図 26Dの時点では、 W62方向に移動している。この第 3回転軸 283aの移動に伴い、スライド機構 282、錘保持板 283及び錘 284, 285も W6方向に並進移動するが、モータ 220が定速回転であった場合、これらの並進運動は、一周期の中で正及び負の加速度をもつ周期的な加速度運動となる。

[0137] また、 2つの加速度発生装置 201は、相互に鏡面対称に駆動する。そのため、擬似的なカ覚が発生する W6方向以外の方向の合力は各時点においてゼロになる。この図の例の場合、図 26Aの時点では、反対向きの W81方向及び W82方向の同一の力が発生しており、図 26C,図 26D,図 26Fの時点では、反対向きの W83方向及び W84方向の同一の力が発生している。これらは、互いに相殺しあうためそれらの合力はゼロになる。また、全ての時点において、歯車 291等の W13, W14方向の回転に伴う力が発生しているが W13, W14方向は互いに逆向きであるため、これに起因する力の合力もゼロになる。よって、擬似的なカ覚を発生させる X3, X4方向以外の合力は大きく抑制され、擬似的なカ覚を明確に知覚させることができる。 [0138] <本形態の特徴 >

なお、本形態では、歯車 291を用い、擬似カ覚発生装置 300を構成する各加速度発生装置 201のモータ 220の位相を合わせることとした。しかし、電気的な制御によつて、これらのモータ 220の位相を合わせる構成としてもよい。例えば、ホール素子やロータリーエンコーダを用いて各モータ 220の位相情報を獲得し、それらの情報を利用して各モータ 220の同期制御を行ってもよい。

[0139] 〔知覚特性評価結果〕

最後に、本発明の擬似カ覚発生装置の知覚特性評価結果を示す。なお、以下は、第 11の実施の形態で示した回転運動を質点の並進運動に変換して本発明を構成する場合の評価結果である。

<実験 1 >

[実験方法]

任意の方向のみに出力を出すため、リニアレール（日本トムソン社製 LWFF,レール長 400mm)を用い、錘の並進方向を一軸のみに限定した。また錘の重量は 20gとした。本実験では、肘力も手掌の方向を正とした軸について調べた。本形態の擬似カ覚発生装置に ABS榭脂の箱を装着させ、被験者はその部分を利き手で握持した。被験者は 24歳から 31歳までの男性 5名であり、アイマスクにより視覚力の情報を遮断させた。そして、擬似カ覚発生装置を駆動させ、被験者は「前方 (肘から掌の方向）」又は「後方 (掌力も肘の方向）」の、ずれにカ覚を感じた力を答えることとした。なお、カ覚を提示する秒数は 2秒であり、振動成分の順応を防ぐため 20試行おきに 1 分程度の休息を入れた。また加速度の出力の極性 (前方 ·後方)及び周波数の値は、ランダムに変化させ、被験者間で統一させた順序とした。周波数の値は 5Hzから 11 Hzまで 1Hzずつの 7段階とし、被験者ごとに 10試行ずつ（正逆 5試行ずつ）測定を行った。 [0140] [実験結果]

実験結果を図 28に示す。ここで図 28Aは各被験者の極性の正答率を示す表であり、図 28Bは各被験者の正答率の平均を極性ごと（前方〃 forward" ·後方" backward" · 両方" total")に表示したグラフである。

これらに示すように、正答率は周波数の増加とともに上がっていく傾向が見られる。これは周波数の増加とともに加速度成分の絶対値が大きくなることによるものである。そして、周波数が 10Hz以上の場合において全員の正答率が 80%を超えることとなつた。なお、正答とは、擬似カ覚発生装置が発生させたカ覚と被験者が回答した力覚との極性が一致することを意味する。

[0141] <実験 2>

[実験方法]

任意の方向のみに出力を出すため、リニアレールを用い、錘の並進方向を一軸のみに限定した。また錘の重量は 20gとした。本実験では、肘から手掌の方向を正とした軸について調べた。本形態の擬似カ覚発生装置に ABS榭脂の箱を装着させ、被験者はその部分を利き手で握持した。被験者は 28歳力も 31歳までの男性 3名（IT,

GK, TB)と女性 1名（AM)であり、アイマスクにより視覚からの情報を遮断させた。そして、擬似カ覚発生装置を駆動させ、被験者は「前方 (肘力も掌の方向）」又は「後方 (掌力も肘の方向）」のいずれにカ覚を感じた力を答えることとした。モータの回転周波数の値は 5, 10, 15, 20, 40Hzの 5水準を用いた。加速度の出力の極性及び周波数の値はランダムに変化させ、各被験者ごとに 500試行 (各回転周波数条件あたり 100試行、前方への提示に 50試行、後方への提示に 50試行）を行った。加速度の出力の極性及び周波数の値の順番は、被験者ごとにランダムに変化させた。被験者は知覚した方向が「前方 (肘力も掌の方向）」又は「後方 (掌力も肘の方向）」のどちらかを把持しているリングマウスの左右のボタンを押して回答した。そのため，チャンスレベルは 50%である。被験者の回答を決定する「決定」ボタンを押された 2秒後に次の刺激が 2秒間 1回だけ提示された。振動順応と疲労の影響を考慮して、 50試行おきに 2分間の休憩を入れた。また、並進運動する錘 284の加速度を計測した。

[0142] [実験結果] 実験結果を図 29及び図 30A〜30Dに示す。

図 29は各被験者の正答率を示すグラフである。ここで、横軸はモータの回転周波数，縦軸は正答率である。また、図 30A, 30B, 30C, 30Dは、それぞれ、モータの回転周波数が 10Hz, 20Hz, 30Hz, 40Hzである場合の錘 284の加速度を示すグラフである。図 30において実線は測定値を示し、破線はシミュレーションによる理論値を示す。

[0143] 図 29に示すように、すべての被験者においてモータの回転周波数が 10Hzのときが最も高い正答率であり、平均正答率は 96. 5%であった。また 40Hzのとき最も低 V、正答率となり、ほぼチャンスレベルと等 U、値となった。

前述のように、く実験 1 > <実験 2>は、第 11の実施の形態で示した回転運動を質点の並進運動に変換して本発明を構成する場合の評価結果である。しかし、正方向と負方向で加速度が非対称となる並進運動によって擬似カ覚を発生させるという原理については、全ての実施形態について共通する。よって、これらの実験結果は、第 11の実施の形態以外の構成に対しても妥当なものといえる。

[0144] <実験 3 >

実験 3では、第 11の実施の形態の構成において、擬似的なカ覚を発生させる方向以外の方向の力ベクトルを常時ゼロにすることにより、擬似的なカ覚をより明確に認識させることができることを示す。

[0145] [実験方法]

この実験では、直交方向の揺動の有無の影響を比較するために、第 11の実施の形態で説明したような逆位相で動作する 2つの加速度発生装置 201, 202によって構成される擬似カ覚発生装置 (以下「逆位相タンデム装置」と呼ぶ)と、それとは異なり、同位相で動作する 2つの加速度発生装置 201, 202によって構成される擬似力覚発生装置 (以下「同位相タンデム装置」と呼ぶ)とを用いた。擬似カ覚発生装置は、アクリル円盤に対して回転する平歯車上に固定される。この平歯車を回転させることにより、擬似カ覚発生装置の向きが変えられ、任意の方向に擬似カ覚を発生させることができる。

[0146] 被験者はアクリル円盤のマークされた位置を両手で持ち、実験を通して把持状態を変化させない。被験者の腕や手は固定されず、被験者は能動的に円盤を動力して方位を探索することができる。被験者の聴覚情報は防音保護具によつて制限され、視覚情報は一枚の遮断板によって抑制された。被験者はその遮断板の上に置かれた分度器を見て、感じた力の方向を口頭で答えた。擬似カ覚発生装置による擬似力覚の発生は、被験者が十分に擬似カ覚の発生方向を認識するまで継続して行った。被験者が擬似カ覚発生装置の振動に順応することによって、擬似カ覚を知覚しにくくなることを防ぐため、被験者は 10試行 (およそ 55分間）おきに 2分間の休憩を行つた。また、被験者の疲労を考慮し、被験者に自由に小休止をとることを許した。

[0147] [実験結果]

図 31は、カ覚知覚方位精度の実験結果を示すグラフである。ここで図 31Aは同位相タンデム装置での実験結果を、図 31Bは、逆位相タンデム装置での実験結果を示す。両図とも、横軸はカ覚刺激の提示方向を示し、縦軸は被験者の回答方向を示す。また、両図の黒丸は各試行に対応する。また、これらの黒丸が図 31の破線の直線上にある場合、その試行に対する回答は正解であったことを示す。なお、被験者からみた前方は 0度、後方は ± 180度、左方は 90度、右方は 90度に、それぞれ対応する。

[0148] 図 31Bに示すように、逆位相タンデム装置では、ほとんどの試行において応答は正解となった。これに対し、図 31Aに示すように、同位相タンデム装置では、回答の誤りが発生している。これは、逆位相タンデム装置では、擬似的なカ覚を発生させる方向以外の方向の力ベクトルを常時ゼロにすることにより、擬似的なカ覚をより明確に認識させることがでさることを示して、る。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなぐその他、本発明の趣旨を逸脱しな、範囲で適宜変更が可能であることは、うまでもな!/、。

産業上の利用可能性

[0149] 物理的に完全な作用力を生じさせるためには通常、その反作用力を支持する支点や力点が必要となる力本発明では、物理的な作用力としての平均は 0のままでありながら、人間のカ覚知覚の非線形性と作用力の正負の絶対値の差によって擬似的に狙った方向へのカ覚表示を可能にする。このように外部や人体に支点を必要としな、ため、感覚提示デバイスとして携帯電話等のモパイル機器やウェアラブルコンビユーティングなどの分野にも応用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 加速度発生装置であって、

特定の直線上で周期的な並進運動を行う移動部材と、

前記特定の直線と平行な方向に発生させた第 1の力を、前記移動部材に対し、前記特定の直線と平行な方向に加える第 1の作用部と、

前記特定の直線と平行な方向に発生させた第 2の力を、前記移動部材に対し、前記特定の直線と平行な方向に加える第 2の作用部と、を有し、

前記第 1の力の大きさは、

前記第 1の作用部の支点に対する前記移動部材の相対位置によって異なり、前記第 2の力の大きさは、

前記第 2の作用部の支点に対する前記移動部材の相対位置によって異なり、前記移動部材は、

前記特定の直線と平行な一方向を正方向とし、当該正方向の反対方向を負方向とした場合における、前記移動部材の一周期中での加速度の時間変化力当該加速度が正方向である場合と負方向である場合とで非対称となる、並進運動を行う。

[2] 請求項 1の加速度発生装置であって、

前記第 1の力の大きさと、前記第 2の力の大きさとの比率は、

前記第 1の作用部の支点及び前記第 2の作用部の支点に対する、前記移動部材の相対位置によって変化する。

[3] 請求項 1の加速度発生装置であって、

前記移動部材の並進運動は、

正方向の加速度の絶対値の最大値と、負方向の加速度の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さ、方向の加速度をもつ時間よりも短い運動である。

[4] 請求項 1の加速度発生装置であって、

前記移動部材は、

前記移動部材の加速度と、その加速度を人体に加えた際に人体の知覚する加速度と、の関係を示す S字型曲線の傾きが、前記移動部材の正方向の加速度の最大値点と負方向の加速度の最大値点とで異なる、並進運動を行う。

[5] 請求項 1の加速度発生装置であって、

前記第 1の作用部及び前記第 2の作用部の少なくとも一方は、パネの弾性力によつて前記移動部材にカを加える構成を採り、

当該加速度発生装置は、前記パネの少なくとも一方のパネ定数を変化させるパネ定数可変部を有する。

[6] 請求項 1の加速度発生装置であって、

フレームを具備し、

前記特定の直線は、

前記フレームを基準とした直線であり、

前記移動部材は、

前記特定の直線上で周期的な並進運動を行う第 1の永久磁石を具備し、前記第 1の作用部は、

支点が前記フレームに対して固定され、他端が前記移動部材に固定され、前記移動部材を、前記特定の直線上で振幅運動させる弾性体であり、

前記第 2の作用部は、

前記特定の直線上の位置に配置され、支点が前記フレームに対して固定された第 2の永久磁石である。

[7] 請求項 1の加速度発生装置であって、

フレームを具備し、

前記特定の直線は、

前記フレームを基準とした直線であり、

前記第 1の作用部は、

前記特定の直線上に配置される第 1の鉄芯と、

支点が前記フレームに固定され、他端が前記第 1の鉄芯に固定され、前記第 1の鉄芯を前記特定の直線上で振幅運動させる第 1の弾性体と、を有し、

前記第 2の作用部は、

前記特定の直線上に配置される第 2の鉄芯と、支点が前記フレームに固定され、他端が前記第 2の鉄芯に固定され、前記第 2の鉄芯を前記特定の直線上で振幅運動させる第 2の弾性体と、を有し、

前記移動部材は、

前記第 1の鉄芯と前記第 2の鉄芯との間を、前記特定の直線に沿って並進運動する。

[8] 請求項 7の加速度発生装置であって、

前記第 1の弾性体及び前記第 2の弾性体の少なくとも一方は、パネであり、当該加速度発生装置は、

パネである前記第 1の弾性体及び前記第 2の弾性体の任意の位置を、前記フレームに対して固定するパネ定数可変部を更に有する。

[9] 請求項 7の加速度発生装置であって、

前記第 1の弾性体及び前記第 2の弾性体の少なくとも一方は、導電性のパネであり当該加速度発生装置は、

導電性のパネである前記第 1の弾性体及び前記第 2の弾性体に電圧を加える電源であるパネ定数可変部を更に有する。

[10] 請求項 1に記載の加速度発生装置であって、

フレームと、前記フレームに対する前記特定の直線方向の相対位置を変更可能な可動部とを有し、

前記第 1の作用部は、前記フレームを支点とし、前記移動部材に対して前記第 1の力を加える構成を採り、

前記第 2の作用部は、前記可動部を支点とし、前記移動部材に対して前記第 2の力を加える構成を採る。

[11] 請求項 1に記載の加速度発生装置を 2台以上具備する擬似カ覚発生装置。

[12] 請求項 11に記載の擬似カ覚発生装置であって、

当該擬似カ覚発生装置を構成する所定数の前記加速度発生装置が駆動した場合、それぞれの前記加速度発生装置が発生させる力ベクトルの総和は、全ての時刻においてゼロとなる、ことを特徴とする擬似カ覚発生装置。

[13] 請求項 11に記載の擬似カ覚発生装置であって、

当該擬似カ覚発生装置を構成する複数の前記加速度発生装置間の位置関係を変化させる位置可変部を有し、

当該擬似カ覚発生装置を構成する複数の前記加速度発生装置が所定の位置関係にある際、それぞれの前記加速度発生装置が発生させる力ベクトルの総和は、全ての時刻においてゼロとなり、

当該擬似カ覚発生装置を構成する複数の前記加速度発生装置が他の位置関係にある際、それぞれの前記加速度発生装置が発生させる力ベクトルの総和は、少なくとも一部の時刻においてゼロ以外の値となる、

ことを特徴とする擬似カ覚発生装置。

[14] 擬似カ覚発生装置であって、

回転動力が伝えられる回転入力軸と、

前記回転入力軸に伝えられた回転動力を、特定の直線上での周期的な並進運動に変換する動力伝達部と、

前記動力伝達部によって伝達された動力により、前記特定の直線上での周期的な並進運動を行う移動部材と、

前記動力伝達部と対称に構成された対称部と、を有し、

前記移動部材は、

前記特定の直線と平行な一方向を正方向とし、当該正方向の反対方向を負方向とした場合における、前記移動部材の一周期中での加速度の時間変化力当該加速度が正方向である場合と負方向である場合とで非対称となる、並進運動を行い、前記動力伝達部及び前記対称部がそれぞれ発生させる力ベクトルの総和は、前記特定の直線と平行な方向を除き、全ての時刻においてゼロである。