(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記変換部品は自在継手である請求項１に記載の振動発生装置。
【請求項３】
前記変換部品から前記偏心カムに回転力を伝達する経路にはギアが介設されている請求項１又は請求項２に記載されている振動発生装置。
【請求項４】
前記偏心カムの変位を規制する変位制限機構がさらに備えられている請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の振動発生装置。
【請求項５】
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、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動を発生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６-０３０９３２号公報
【特許文献２】特開２００５-１９０４６５号公報
【特許文献３】特開２０１０-１０２６１３号公報
【特許文献４】特開２０００-２１０７０１号公報
【特許文献５】特開平１０-２４４２２３号公報
【特許文献６】特開平８-２６０９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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。
【図２】本発明に係る第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】図２の上方側から図２に表される振動発生装置を見た場合における簡略化された平面図である。
【図４】自在継手の機能の一つを説明する図である。
【図５】本発明に係る第３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６】本発明に係る第４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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
＜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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
＜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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
0006786878.tif 000002
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
＜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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
＜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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
＜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。
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
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
【図１】
0006786878.tif 000003
【図２】
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【図３】
0006786878.tif 000005
【図４】
0006786878.tif 000006
【図５】
0006786878.tif 000007
【図６】
0006786878.tif 000008