(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に擬似的な力覚を提示する加速度発生装置であって、
前記所定の方向と平行な直線上で周期的な並進運動を行う移動部材と、
前記所定の方向に発生させた第１の力を、前記移動部材に対し、前記所定の方向に加える第１の作用部と、
前記所定の方向とは逆の方向に発生させた第２の力を、前記移動部材に対し、前記所定の方向とは逆の方向に加える第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、
前記所定の方向を正方向とし、前記所定の方向とは逆の方向を負方向とした場合に、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
ことを特徴とする加速度発生装置。
【請求項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
ことを特徴とする加速度発生装置。
【請求項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、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動である
ことを特徴とする加速度発生装置。
【請求項４】
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、バネの弾性力によって前記移動部材に力を加える構成を採り、
当該加速度発生装置は、前記バネの少なくとも一方のバネ定数を変化させるバネ定数可変部を有する
ことを特徴とする加速度発生装置。
【請求項５】
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
ことを特徴とする加速度発生装置。
【請求項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
ことを特徴とする加速度発生装置。
【請求項７】
請求項６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、バネであり、
当該加速度発生装置は、
バネである前記第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バネ定数可変部を更に有する
ことを特徴とする加速度発生装置。
【請求項８】
請求項６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、導電性のバネであり、
当該加速度発生装置は、
導電性のバネである前記第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バネ定数可変部を更に有する
ことを特徴とする加速度発生装置。
【請求項９】
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
ことを特徴とする加速度発生装置。
【請求項１０】
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力覚発生装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の擬似力覚発生装置であって、
当該擬似力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力覚発生装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の擬似力覚発生装置であって、
当該擬似力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、
当該擬似力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、
当該擬似力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力覚発生装置。
【請求項１３】
所定の方向に擬似的な力覚を提示する擬似力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、前記所定の方向と平行な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、前記所定の方向と平行な直線上での周期的な並進運動を行う移動部材と、
前記所定の方向と平行な直線を中心として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、
前記所定の方向を正方向とし、当該正方向の反対方向を負方向とした場合に、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、前記正方向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力覚発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手応えのような力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力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った。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、情報を受けてから動作を開始するまでの遅延時間が比較的長いという問題点もあった。
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力覚チャンネルの開発が進められている。【０００３】
従来の力覚研究は接地型、非接地型の２つに分類することができる。接地型は、発生させる力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、従来の力覚発生手法では、モバ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バイル機器やウェアラブルコンビューティングなどの分野ヘ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、提示した力覚情報の反作用力も人体に加わるため、この力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、時間的に安定した力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力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力覚提示デバイス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】
【発明が解決しようとする課題】
【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、力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、力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、力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力覚を知覚させ、なおかつ、力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、時間的に安定した力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く、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一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力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ヘの擬似的な力覚を表示する（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く、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一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力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力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ヘの擬似的な力覚を表示できる（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、バネの弾性力によって移動部材に力を加える構成を採り、当該加速度発生装置は、バネの少なくとも一方のバネ定数を変化させるバネ定数可変部を有する。なお、ここでの「バネ」とは、金属材料のコイルバネや板バネのみに限らず、ゴムや合成樹脂や空気バネや液体バ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、バネ定数可変部によって上述のバ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く、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。これによって第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。これによって第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、バネであり、当該加速度発生装置は、バネである第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バ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バネとし、当該加速度発生装置は、導電性のバネである第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バネ定数可変部を更に有する構成としてもよい。電圧が加えられたバネはその電気抵抗に応じて発熱する。これにより、バネのバネ定数が変化する。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く、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く、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の本発明の擬似力覚発生装置は、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の本発明の擬似力覚発生装置は、擬似力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、駆動させる擬似力覚発生装置に応じて任意な方向の力覚を発生させたり、力覚を全く発生させなかったりといった制御が可能となる。【００１９】
また、好ましくは、第２の本発明の擬似力覚発生装置は、当該擬似力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、当該擬似力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、当該擬似力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力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、任意な方向の力覚を発生させたり、力覚を全く発生させなかっ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の本発明の擬似力覚発生装置では、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力覚発生装置が提供される。これにより、力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力覚を知覚させ、なおかつ、力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、時間的に安定した力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１Ｂ−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い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５Ａ〜図５Ｃは、加速度発生装置の振る舞い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いの違い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いの違い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いの違い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の実施の形態のバリエーショ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力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いの違いを示したグラフである。
【図１６】図１６Ａ〜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いの違い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いの違いを示したグラフである。
【図１８】図１８Ａ〜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いの違い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力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。
【図２１】図２１Ａは、第１０の実施の形態の擬似力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。
【図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Ｗ０方向からみた正面図であり、図２３Ｂは図２２における２３Ａ−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。
【図２５】図２５は、加速度発生装置を２つ組み合わせた擬似力覚発生装置の構成を示した図である。
【図２６−１】図２６Ａ〜図２６Ｃは、擬似力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、擬似力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３１Ａは、同位相タンデム装置での力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力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  加速度発生装置
１００，１３０，３００  擬似力覚発生装置
【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力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、擬似力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、偏加速度をもっ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力覚を知覚する。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・知覚心理学ハンドブック,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）を示している。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ｆ１（ｘ）のような範囲では、加速度の変化すなわち微分値の差（f1’(a+k)-f1’(a)）が、感覚値の差よりも大きくなる。逆にｆ２（ｘ）のような範囲では、加速度の変化（f1’(b+k)-f1’(b)）が、感覚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、擬似的な力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、このすべりを発生させ、力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１Ｂ−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１２ａ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から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１５ｂ）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／「支点」に相当）には、ヨーク１８の底面１８ａ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ョン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が巻きつけられている。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１１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１６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が原点位置から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と平行な方向に加えられる。そして、その大きさは、センターサスペンション１４の支点に対する、ボビン１５及び永久磁石１１の相対位置によって変化する。また、永久磁石１７（「第２の作用部」に相当）と、永久磁石１１とのクーロン力（「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‐x0)+M/x2  …(1)
M=m1m2/(4πμ)  …(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のバネ定数を示し、ｍはボビン１５及び永久磁石１１の合計質量を示し、ｘ０はボビン１５及び永久磁石１１が「原点位置」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１１と永久磁石１７との磁荷斥力の比例定数であり、ｍ１，ｍ２は永久磁石１１及び永久磁石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］，ｘ０＝１３０×１０−３［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）＝１００×１０−３［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’［m／ｓ］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’’［m／ｓ２］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一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［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が、図２７に例示したＳ字型曲線のｆ２（ｘ）の範囲にあり、負方向の加速度の絶対値の最大値がｆ１（ｘ）の範囲にあった場合、前述したような擬似的な力覚が発生する。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力覚が発生する。【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力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方向に擬似的な力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、時間的に安定した力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力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】
加えて、加速度発生装置１０は、一旦発生させた回転動力を並進運動に変換するのではなく、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・軽量化が可能となる。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ヨーク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が、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、バ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、擬似的な力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】
＜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いだ形状のフレーム（絶縁材料）２２と、円筒の一端を塞いだカップ状のヨーク（継鉄）２３と、弾性体であるバネ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２７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、バネ２４の一端が固着されている。このバネ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極側の面がバネ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が巻きつけられている。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、バネ２４の永久磁石２１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、バネ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、バネ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、それによってボビン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、バネ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、それによって永久磁石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、バネ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はバネ２４のバネ定数を示し、ｍはボビン２５及び永久磁石２１の合計質量を示し、ｘ０はボビン２５及び永久磁石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、ｍ１，ｍ２は永久磁石２１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が、図２７に例示したＳ字型曲線のｆ２（ｘ）の範囲にあり、負方向の加速度の絶対値の最大値がｆ１（ｘ）の範囲にあった場合、前述したような擬似的な力覚が発生する。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力覚が発生する。【００４５】
＜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力覚を知覚させることができる。
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方向に擬似的な力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、時間的に安定した力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力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】
加えて、加速度発生装置２０は、一旦発生させた回転動力を並進運動に変換するのではなく、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・軽量化が可能となる。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が、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つ以上のバネから成る質点バネ系において移動部材（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バネ定数を有するバ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つのバネから成る質点バネ系を例示するが、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、バネ定数が大きく異なるバネ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、バネ３４ａの一端が固着され、このバネ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、バネ３４ｂの一端が固着され、このバネ３４ｂの他端には鉄芯３１ｂ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，３１ｂ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３１ａ，３１ｂ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が巻きつけられている。そして、鉄芯３１ａ，３１ｂの中心軸と、支点３２ａ，３２ｂと、バネ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＝ｘＡ０の位置に静止し、鉄芯３１ｂはｘ＝ｘＢ０の位置に静止している。また、初期静止状態では、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３１ａ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、それに接続されたバネ３４ａ（「第１の作用部」に相当）を負方向に縮める。次に、縮められたバネ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、それ接続されたバネ３４ｂ（「第２の作用部」に相当）を正方向に縮める。そして、縮められたバネ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、バネ３４ａは、可動鉄芯３７が鉄芯３１ａに接触している間は、バネ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に与えるが、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、バネ３４ｂは、可動鉄芯３７が鉄芯３１ｂに接触している間は、バネ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、バネ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、バネ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とバネ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一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ＴＡ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の並進運動の周期ＴＢとを示す。ただし、ｋＡ，ｋＢは、それぞれバネ３４ａ，３４ｂのバネ定数であり、ｍは可動鉄芯３７の質量である。
【数１】
0004551448.tif 000002
【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３１ａ，３１ｂ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、Ｔnotouchは、可動鉄芯３７がいずれの鉄芯３１ａ，３１ｂにも接触していないときの周期を示す。
【数２】
0004551448.tif 000003
【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】
0004551448.tif 000004
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３７に与えるためには、ＴＡ，ＴＢが大きく異なるように、バネ３４ａ，３４ｂのバネ定数ｋＡ，ｋＢを選択すればよい。【００６０】
図５は、ｍ＝０．０２［ｋｇ］，ｋＡ＝１０００.０［Ｎ／ｍ］，ｋＢ＝３０［Ｎ／ｍ］，ｘＡ０＝２０×１０−３［ｍ］，ｘＢ０＝４０×１０−３［ｍ］，初期静止状態時の可動鉄芯３７の速度ｘ’（０）＝０［ｍ／ｓ］，可動鉄芯３７の初期位置ｘ（０）＝２０×１０−３［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’［m／ｓ］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’’［m／ｓ２］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一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［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が、図２７に例示したＳ字型曲線のｆ２（ｘ）の範囲にあり、負方向の加速度の絶対値の最大値がｆ１（ｘ）の範囲にあった場合、前述したような擬似的な力覚が発生する。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力覚が発生する。【００６２】
＜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力覚を知覚させることができる。
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方向に擬似的な力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、時間的に安定した力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力覚を発生させることができる。【００６３】
加えて、加速度発生装置３０は、一旦発生させた回転動力を並進運動に変換するのではなく、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・軽量化が可能となる。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が、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。【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、バネの少なくとも一方のバネ定数を変化させる機構（バネ定数可変部）を設け、バ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、バネの巻き数Ｎを変化させることにより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。【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、バネ４４ａ，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、バネ４４ａ，４４ｂのバネ定数をそれぞれ変更可能な巻き数調整機構４８ａ，４８ｂ（「バネ定数可変部」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、バネ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、バネ３４ａ，３４ｂ、コイル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４８ｂも同様な構成となる。また、図７Ａ，図７Ｂの例はバネ４４ａ，４４ｂとしてコイルバネを用いた場合に適用可能な例である。以下では、バネ４４ａ，４４ｂがコイルバ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いる。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の一方の開放端から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によってバネ４４ａが保持される。これにより、バネ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に保持されているバネ４４ａが直線Ｅと平行に送り出される。なお、バネ４４ａが送り出される向きは、ねじ込み溝４８ａｂのらせん方向、バネ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、バネ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が送り出すバネ４４ａの方向によってバネ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いる。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によってバネ４４ａを保持する。これにより、バネ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って、バネ４４ａを直線Ｅと平行に送り出すことができ、バネ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、バネの実質的な巻き数Ｎを減少させるとバネ定数は増加する。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】
0004551448.tif 000005
(k：ばね定数 (N/mm), P：荷重 (N), δ：変位 (mm), G:ばね材料の剛性率 (N/mm2=Mpa), 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、バネ４４ａ，４４ｂの実質的なバ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く、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、バネ４４ａ，４４ｂ双方の実質的なバネ定数を調整可能としたが、バネ４４ａ，４４ｂの何れか一方のみの実質的なバ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のバネ２４のバ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、バネの少なくとも一方のバネ定数を変化させる機構（バネ定数可変部）を設け、バ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、バ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５１ａ，５１ｂ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、導電性のバネ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、バネ５４ａ，５４ｂそれぞれに電流を供給する電源５５ａ，５５ｂ（「バネ定数可変部」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によってバネ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、バネ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３１ａ，３１ｂ、フレーム３２、バネ３４ａ，３４ｂ、コイル３６、可動鉄芯３７及び直線Ｄに相当する。以下では、電源５５ａ，５５ｂによってバネ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、バネ３４ａの端部５４ａａと端部５４ａｂとの間に電圧を加える。これにより、バネ５４ａは、その電気抵抗に応じた発熱を行う。同様に、電源５５ｂは、バネ３４ｂの端部５４ｂａと端部５４ｂｂとの間に電圧を加える。これにより、バネ５４ｂは、その電気抵抗に応じた発熱を行う。これらにより、バネ５４ａ，５４ｂのバネ定数を変化させることができる。
なお、バネの温度が上昇するとバネ定数は増加する。以下に示すように、バネ定数ｋを示す式（６）のバネの剛性率Ｇは、温度の上昇に従って減少するからである。【００７６】
【数５】
0004551448.tif 000006
＜本形態の特徴＞
本形態では、バネ５４ａ，５４ｂのバ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、バネ５４ａ，５４ｂのバネ定数をそれぞれ２段階に調整することは可能である。
なお、ここでは、バネ５４ａ，５４ｂ双方のバネ定数を調整可能としたが、バネ５４ａ，５４ｂの何れか一方のみのバ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のバネ２４のバネ定数を調整する構成としてもよい。【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、絶縁材料から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、絶縁材料からなる可動ボビン６３（「可動部」に相当）と、バネ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６２内部を直線Ｉ（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、バネ６４（「第１の作用部」に相当）の一端が固着されている。このバネ６４の他端は、永久磁石６１ｂの貫通孔６１ｂａ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極側の面がバネ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、バネ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い。【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、バネ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から受けるクーロン力（共に斥力）と、バネ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に加えられる、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を支点とするバネ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、バネ６４の弾性力によって永久磁石６７に加えられる力は、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とバネ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とバネ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】
0004551448.tif 000007
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、ｘ０は「原点位置」にある際の永久磁石６７の端部６２ａからの距離を示し、ｘＢ０は永久磁石６７が「原点位置」にある際の永久磁石６１ｂの端部６２ａからの距離を示し、ｘＣ０は永久磁石６７が「原点位置」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、バネ６４のバネ定数を示し、ＭＢは永久磁石６７と永久磁石６１ｂとの磁荷斥力の比例定数を示し、ＭＣは永久磁石６７と永久磁石６１ａとの磁荷斥力の比例定数を示す。【００８４】
図１０から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］，ｘ０＝１５０×１０−３［ｍ］，ｘＢ０＝１００×１０−３［ｍ］，ｘＣ０＝４００×１０−３［ｍ］，ＭＢ＝０．３［Ｎ／ｍ２］，ＭＣ＝０．００５［Ｎ／ｍ２］，ｘ’（０）＝０［ｍ／ｓ］，ｘ（０）＝２００×１０−３［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］，ｘ０＝１５０×１０−３［ｍ］，ｘＢ０＝５０×１０−３［ｍ］，ｘＣ０＝２５０×１０−３［ｍ］，ＭＢ＝０．３［Ｎ／ｍ２］，ＭＣ＝０．００５［Ｎ／ｍ２］，ｘ’（０）＝０［ｍ／ｓ］，ｘ（０）＝２００×１０−３［ｍ］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］，ｘ０＝１５０×１０−３［ｍ］，ｘＢ０＝０［ｍ］，ｘＣ０＝３００×１０−３［ｍ］，ＭＢ＝０．３［Ｎ／ｍ２］，ＭＣ＝０．００５［Ｎ／ｍ２］，ｘ’（０）＝０［ｍ／ｓ］，ｘ（０）＝２００×１０−３［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’［m／ｓ］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’’［m／ｓ２］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１０Ｃ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一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ｆ２（ｘ）の範囲にあり、負方向の加速度の絶対値の最大値がｆ１（ｘ）の範囲になった場合、前述したような擬似的な力覚が発生する。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力覚が発生する。【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力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、擬似的な力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方向に擬似的な力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、時間的に安定した力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力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】
加えて、加速度発生装置６０は、一旦発生させた回転動力を並進運動に変換するのではなく、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・軽量化が可能となる。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、バネ６４の代わりに永久磁石を用いても良いし、永久磁石６１ａの代わりにバネを用いてもよい。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力覚発生装置の形態である。これにより、擬似的な力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、擬似的な力覚を発生させたいときには明確に擬似的な力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力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同士を直線Ｊ上に固定することによって構成された擬似力覚発生装置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線Ｊ方向となり、その擬似的な力覚発生方向Ｊ１，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った場合、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或いはＪ２のいずれかの方向に擬似的な力覚を発生させることができる。その結果、擬似的な力覚の発生の有無、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。【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力覚発生装置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Ｋ，Ｌ方向（直線Ｋと直線Ｌとはある角度をもつ）となり、それらの擬似的な力覚発生方向がそれぞれＫ１，Ｋ２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Ｋ，Ｌ方向に発生する擬似的な力覚の合力を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＋Ｌ１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が、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が、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、擬似的な力覚の発生の有無、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の例の擬似力覚発生装置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８１ａ，８２ａが固着され、各歯車８１ａ，８２ａは、相互に噛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Ｙ１，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方向の擬似的な力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方向の擬似的な力覚の合力方向Ｙ５に擬似的な力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α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力覚発生装置９０を例示した図である。なお、図１３Ｃは、α＝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力覚を発生させる。【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、擬似的な力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、擬似的な力覚の発生の有無、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力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力覚発生装置１００の構成を示した断面図である。
図１４に例示する通り、この例の擬似力覚発生装置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１０１ａａ,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,１０３ｃａ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、バネ１０４ａ,１０４ｂ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１０１ａａと可動ボビン１０３の貫通孔１０３ａａと永久磁石１０１ｃの貫通孔１０１ｃａ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、バネ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。これらのバネ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極側の面がバネ１０４ａに固着され、永久磁石１０７ｂのＳ極側の面がバネ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が巻きつけられている。なお、コイル１０６ａ,１０６ｂ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、バネ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１０７ａ,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い。【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、バネ１０４ａ,１０４ｂは、それぞれ、フレーム１０２の端部１０２ａ,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」を加える構成を採る。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、これによって、擬似的な力覚の発生の有無、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、擬似力覚発生装置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１６Ａ，図１７Ａ，図１８Ａは永久磁石１０７ａの加速度を、図１５Ｂ，図１６Ｂ，図１７Ｂ，図１８Ｂ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［m／ｓ２］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、ｍＡ＝０．０５［ｋｇ］，ｋＡ＝１００［Ｎ／ｍ］，ｘＡ０＝１５０×１０−３［ｍ］，ｘＤ０＝１００×１０−３［ｍ］，ｘＣＤ０＝４００×１０−３［ｍ］，ＭＤ＝０．３［Ｎ／ｍ２］，ＭＣＡ＝０．００５［Ｎ／ｍ２］，ｘＡ’（０）＝１［ｍ／ｓ］，ｘＡ（０）＝２００×１０−３［ｍ］，ｍＢ＝０．０５［ｋｇ］，ｋＢ＝１００［Ｎ／ｍ］，ｘＢ０＝１５０×１０−３［ｍ］，ｘＥ０＝１００×１０−３［ｍ］，ｘＣＥ０＝４００×１０−３［ｍ］，ＭＥ＝０．３［Ｎ／ｍ２］，ＭＣＢ＝０．００５［Ｎ／ｍ２］，ｘＢ’（０）＝１［ｍ／ｓ］，ｘＢ（０）＝２００×１０−３［ｍ］とした場合のグラフである。【０１０３】
また、図１６は、ｍＡ＝０．０５［ｋｇ］，ｋＡ＝１００［Ｎ／ｍ］，ｘＡ０＝１５０×１０−３［ｍ］，ｘＤ０＝１３０×１０−３［ｍ］，ｘＣＤ０＝４３０×１０−３［ｍ］，ＭＤ＝０．３［Ｎ／ｍ２］，ＭＣＡ＝０．００５［Ｎ／ｍ２］，ｘＡ’（０）＝１［ｍ／ｓ］，ｘＡ（０）＝２００×１０−３［ｍ］，ｍＢ＝０．０５［ｋｇ］，ｋＢ＝１００［Ｎ／ｍ］，ｘＢ０＝１５０×１０−３［ｍ］，ｘＥ０＝７０×１０−３［ｍ］，ｘＣＥ０＝３７０×１０−３［ｍ］，ＭＥ＝０．３［Ｎ／ｍ２］，ＭＣＢ＝０．００５［Ｎ／ｍ２］，ｘＢ’（０）＝１［ｍ／ｓ］，ｘＢ（０）＝２００×１０−３［ｍ］とした場合のグラフである。【０１０４】
また、図１７は、ｍＡ＝０．０５［ｋｇ］，ｋＡ＝１００［Ｎ／ｍ］，ｘＡ０＝３００×１０−３［ｍ］，ｘＤ０＝２００×１０−３［ｍ］，ｘＣＤ０＝４００×１０−３［ｍ］，ＭＤ＝０．０１［Ｎ／ｍ２］，ＭＣＡ＝０．０１［Ｎ／ｍ２］，ｘＡ’（０）＝１［ｍ／ｓ］，ｘＡ（０）＝３００×１０−３［ｍ］，ｍＢ＝０．０５［ｋｇ］，ｋＢ＝１００［Ｎ／ｍ］，ｘＢ０＝３００×１０−３［ｍ］，ｘＥ０＝２００×１０−３［ｍ］，ｘＣＥ０＝４００×１０−３［ｍ］，ＭＥ＝０．０１［Ｎ／ｍ２］，ＭＣＢ＝０．０１［Ｎ／ｍ２］，ｘＢ’（０）＝１［ｍ／ｓ］，ｘＢ（０）＝３００×１０−３［ｍ］とした場合のグラフである。【０１０５】
図１８は、ｍＡ＝０．０５［ｋｇ］，ｋＡ＝１００［Ｎ／ｍ］，ｘＡ０＝３００×１０−３［ｍ］，ｘＤ０＝２９０×１０−３［ｍ］，ｘＣＤ０＝４９０×１０−３［ｍ］，ＭＤ＝０．０１［Ｎ／ｍ２］，ＭＣＡ＝０．０１［Ｎ／ｍ２］，ｘＡ’（０）＝１［ｍ／ｓ］，ｘＡ（０）＝３００×１０−３［ｍ］，ｍＢ＝０．０５［ｋｇ］，ｋＢ＝１００［Ｎ／ｍ］，ｘＢ０＝３００×１０−３［ｍ］，ｘＥ０＝１１０×１０−３［ｍ］，ｘＣＥ０＝３１０×１０−３［ｍ］，ＭＥ＝０．０１［Ｎ／ｍ２］，ＭＣＢ＝０．０１［Ｎ／ｍ２］，ｘＢ’（０）＝１［ｍ／ｓ］，ｘＢ（０）＝３００×１０−３［ｍ］とした場合のグラフである。【０１０６】
なお、ｍＡ,ｍＢはそれぞれ永久磁石１０７ａ,１０７ｂの質量を示し、ｋＡ,ｋＢはそれぞれバネ１０４ａ,１０４ｂのバネ定数を示し、ＭＣＡは永久磁石１０１ｂと永久磁石１０７ａとの磁荷斥力の比例定数を示し、ＭＣＢは永久磁石１０１ａと永久磁石１０７ａとの磁荷斥力の比例定数を示し、ＭＤ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し、ＭＥ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、ｘＡ０は均衡状態における端部１０２ａと永久磁石１０７ａとの距離を、ｘＤ０は端部１０２ａと永久磁石１０１ｃとの距離を、ｘＣＤ０は端部１０２ａと永久磁石１０１ｂとの距離を、ｘＣＥ０は端部１０２ｂと永久磁石１０１ｂとの距離を、ｘＢ０は均衡状態における端部１０２ｂと永久磁石１０７ｂとの距離を、ｘＥ０は端部１０２ｂと永久磁石１０１ａとの距離を、ｘＡ（０）は端部１０２ａと永久磁石１０７ａとの初期の距離を、ｘＢ（０）は端部１０２ｂと永久磁石１０７ｂとの初期の距離を、ｘＡ’（０）はｘＡ（０）の一階微分値（初期速度）を、ｘＢ’（０）はｘＢ（０）の一階微分値（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、擬似力覚発生装置１００全体としての合成加速度を調整でき、発生させる擬似力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力覚発生装置を構成することとしたため、擬似的な力覚の発生の有無、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。
〔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からの入力を偏心カム（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１１４ａ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１１３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が、図２７に例示したＳ字型曲線のｆ２（ｘ）の範囲にあり、負方向の加速度の絶対値の最大値がｆ１（ｘ）の範囲であった場合、前述したような擬似的な力覚が発生する。【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力覚発生装置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、擬似力覚発生装置１２０は、フレーム１２１と、回転動力が伝えられる回転入力軸１２２ａ，１２２ｂと、同形状・同質量の２つの偏心カム１２３ａ，１２３ｂと、ガイド棒１２４と、錘１２５と、モータ１２６ａ，１２６ｂとを有している。【０１１３】
フレーム１２１は、内部が空洞である箱形状からなり、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つ側面には、それぞれモータ１２６ａ，１２６ｂが固着され、各モータ１２６ａ，１２６ｂの回転軸である入力軸１２２ａ，１２２ｂが、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が、これらは連動していない。フレーム１２１の内部に位置する各入力軸１２２ａ，１２２ｂには、それぞれ偏心カム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１２４ａ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１２３ａ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，１２３ｂａの射影が、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と平行な方向には力覚が生じ得るが、直線Ｒ以外の方向には力覚が生じない。【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が、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一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ｆ２（ｘ）の範囲にあり、負方向の加速度の絶対値の最大値がｆ１（ｘ）の範囲であった場合、前述したような擬似的な力覚が直線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力覚が発生する。【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力覚を発生させることができる。加えて、本形態の構成では、擬似的な力覚を発生させる方向以外の方向の力ベクトルは常時ゼロであるため、擬似的な力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、擬似的な力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、全ての時刻におい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力覚発生装置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、擬似力覚発生装置１３０は、フレーム１３１と、回転動力が伝えられる回転入力軸１３２ａ，１３２ｂと、同形状・同質量の２つの偏心カム１３３ａ，１３３ｂと、ガイド棒１３４と、錘１３５と、モータ１３６と、その回転軸１３７とを有している。【０１２１】
フレーム１２１は、内部が空洞である箱形状からなり、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、かさ歯車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，１３２ｂの一端には、それぞれ、かさ歯車１３８ｂ，１３８ｃ固着される。これらのかさ歯車１３８ｂ，１３８ｃは、回転軸１３７に固着されたかさ歯車１３８ａと噛み合って回転する。【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１３３ａ，１３３ｂが固着され、各偏心カム１３３ａ，１３３ｂは、各入力軸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１３３ａ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Ｕ０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，１３３ｂａの射影が、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１３２ａ，１３２ｂの回転位相を設定する。これにより、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と平行な方向には力覚が生じ得るが、直線Ｔ以外の方向には力覚が生じない。
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、擬似的な力覚が直線Ｔ方向に発生する。【０１２６】
＜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力覚を発生させることができる。加えて、本形態の構成では、擬似的な力覚を発生させる方向以外の方向の力ベクトルは常時ゼロであるため、擬似的な力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、擬似的な力覚をより明確に認識させることが可能となる。【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力覚を発生させる。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力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Ｗ０方向からみた正面図であり、図２３Ｂは図２２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２３３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）へ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２１３，２１４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２１２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２２１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を両側から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）へ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２６１，２６２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２８４，２８５（慣性質量）が、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２８２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Ｗ１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２８３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方向の擬似的な力覚を発生させる。【０１３５】
＜擬似力覚発生装置の構成＞
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力覚発生装置３００の構成を示した図である。図２５に示すように、本形態の擬似力覚発生装置３００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は相互に噛み合い、これらが同じ角速度でＸ１，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方向に擬似的な力覚を発生させる。【０１３６】
＜擬似力覚発生装置３００の動作＞
図２６Ａ〜図２６Ｆは、この擬似力覚発生装置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、擬似的な力覚が発生する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、擬似的な力覚を発生させるＸ３，Ｘ４方向以外の合力は大きく抑制され、擬似的な力覚を明確に知覚させることができる。【０１３８】
＜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力覚を発生させることができる。加えて、本形態の構成では、擬似的な力覚を発生させる方向以外の方向の力ベクトルは常時ゼロであるため、擬似的な力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、擬似的な力覚をより明確に認識させることが可能となる。
なお、本形態では、歯車２９１を用い、擬似力覚発生装置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、電気的な制御によって、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、本発明の擬似力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。本形態の擬似力覚発生装置にＡＢＳ樹脂の箱を装着させ、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からの情報を遮断させた。そして、擬似力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（掌から肘の方向）」のいずれに力覚を感じたかを答えることとした。なお、力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１１Ｈｚ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％を超えることとなった。なお、正答とは、擬似力覚発生装置が発生させた力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。本形態の擬似力覚発生装置にＡＢＳ樹脂の箱を装着させ、被験者はその部分を利き手で握持した。被験者は２８歳から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、擬似力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（掌から肘の方向）」のいずれに力覚を感じたか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（肘から掌の方向）」又は「後方（掌から肘の方向）」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のとき最も低い正答率となり、ほぼチャンスレベルと等しい値となった。
前述のように、＜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力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、擬似的な力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、擬似的な力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力覚発生装置（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。擬似力覚発生装置は、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、擬似力覚発生装置の向きが変えられ、任意の方向に擬似力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か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って制限され、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。擬似力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力覚の発生方向を認識するまで継続して行った。被験者が擬似力覚発生装置の振動に順応することによって、擬似力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分間の休憩を行った。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、力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、横軸は力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、擬似的な力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、擬似的な力覚をより明確に認識させることができることを示している。
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く、その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【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が、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、人間の力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ヘの力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いため、感覚提示デバイスとして携帯電話等のモバイル機器やウェアラブルコンビューティングなどの分野にも応用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３−１】
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【図１３−２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６−１】
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【図２６−２】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０−１】
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【図３０−２】
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【図３１】
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