(57)【要約】  複数の自由度の力覚を体感させることが可能でありながら軽量化／小型化された力覚発生装置を提供する。  筐体Ｂ１に固定される外側リング１２、２２と、外側リング１２、２２の内側の二点により支持された内側リング１１、２１と、内側リング１１の内側に固定された電気−機械振動変換器１０と、内側リング２１の内側に固定された電気−機械振動変換器２０と、内側リング１１、２１を回転させる回転部１５、２５と、を備える。
2018146934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体に固定される枠形状の固定支持部と、
前記固定支持部の内側の二点により当該内側に支持された枠形状の回転支持部であって、前記二点を結ぶ線の周りに、前記固定支持部を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持された回転支持部と、
前記回転支持部の内側に固定された第１電気−機械振動変換器と、
前記固定支持部を含む平面内において、前記固定支持部の外部に支持された第２電気−機械振動変換器と、
前記回転支持部及び前記第１電気−機械振動変換器を、前記線の周りに回転させる回転手段と、
前記回転支持部を含む平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように前記第１電気−機械振動変換器を駆動する第１駆動手段と、
前記固定支持部を含む平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように前記第２電気−機械振動変換器を駆動する第２駆動手段と、
を備えることを特徴とする力覚発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の力覚発生装置において、
前記固定支持部を含む平面内で且つ当該固定支持部の外部に固定される枠形状の第２固定支持部と、
前記第２固定支持部の内側の二点により当該内側に支持された枠形状の第２回転支持部であって、当該二点を結ぶ線の周りに、前記第２固定支持部を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持されており、且つ前記第２電気−機械振動変換器が内側に固定された第２回転支持部と、
前記第２回転支持部及び前記第２電気−機械振動変換器を、前記第２固定支持部の内側の二点を結ぶ線の周りに回転させる第２回転手段と、
を更に備えることを特徴とする力覚発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の力覚発生装置において、
前記固定支持部及び前記第２固定支持部を含む平面内又は当該平面に垂直な面内において、前記固定支持部又は前記第２固定支持部の外部に支持された第３電気−機械振動変換器と、
前記固定支持部及び前記第２固定支持部を含む平面内の方向又は当該平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように前記第３電気−機械振動変換器を駆動する第３駆動手段と、
を更に備えることを特徴とする力覚発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の力覚発生装置において、
前記固定支持部及び前記第２固定支持部を含む平面内で且つ当該固定支持部又は当該第２工程支持部の外部に固定される枠形状の第３固定支持部と、
前記第３固定支持部の内側の二点により当該内側に支持された枠形状の第３回転支持部であって、当該二点を結ぶ線の周りに、前記第３固定支持部を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持されており、且つ前記第３電気−機械振動変換器が内側に固定された第３回転支持部と、
前記第３回転支持部及び前記第３電気−機械振動変換器を、前記第３固定支持部の内側の二点を結ぶ線の周りに回転させる第３回転手段と、
を更に備えることを特徴とする力覚発生装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の力覚発生装置において、
請求項３又は請求項４に記載の力覚発生装置において、前記第１電気−機械振動変換器における前記力覚の発生点、前記第２電気−機械振動変換器における前記力覚の発生点、及び前記第３電気−機械振動変換器における前記力覚の発生点、が正三角形の各頂点にそれぞれ位置するように、当該第１電気−機械振動変換器、当該第２電気−機械振動変換器及び当該第３電気−機械振動変換器が配置されていることを特徴とする力覚発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力覚発生装置の技術分野に属し、より詳細には、いわゆる体感振動を発生させる力覚発生装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば手で持てる程度の大きさの重りを持って左右に振動（往復運動）させる場合、当該往復運動の両端でその重りに印加される加速度が異なると、その人が、速い加速度が印加されている端部の方向に引っ張られるように感じることが知られている。これは、人は一般に、小さい力よりも大きい力の方が認識し易いという、いわゆる「知覚の非線形性」と称される現象である。このとき当該力の知覚においては、物理的な力が実際に人に作用しているわけではないと考えられる。よってこのような知覚は、擬似的な「力覚」と称される。このような力覚は、例えばゲームにおけるシミュレーションやバーチャルリアリティの実現や、広いイベント会場内で人を案内するために当該人に持たせる装置において案内すべき方向に力覚を発生させて案内すること等に用いられる。そして、上記擬似的な力覚を発生させる装置に関する先行技術を開示した文献としては、例えば下記特許文献１及び特許文献２が挙げられる。【０００３】
一方、上述したような力覚を使用者に体感させる装置は、三次元空間でその使用者に携帯される場合が多いが、当該三次元空間でその装置の位置や挙動を定義する際には、その位置及びその姿勢をそれぞれ示す「自由度」なる概念が用いられる。この自由度は、それが多い（自由度が高い）ほど、上記位置や挙動を正確に定義することができる。そして、上記位置及び挙動を最も正確に定義するためには、位置について三自由度（ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の三自由度）、姿勢について三自由度（ψ角、θ角及びφ角の三自由度）の、合計六自由度を制御できることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７８７７７７号公報
【特許文献２】特開２０１５−０１４９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、例えば上記特許文献１に記載されている電気−機械振動変換器を用いて力覚を体感させる場合、一個の電気−機械振動変換器では力覚を体感させる方向が一方向となる。よって、例えば並進一自由度、回転一自由度の合計二自由度を実現するためには、並列に接続された二つの電気−機械振動変換器が必要となる。また同様に、例えば並進二自由度、回転二自由度の合計四自由度を実現するためには、互いに固定された四つの電気−機械振動変換器が必要となる。そしてこれらいずれの場合も、装置規模の拡大に起因して、使用者に携帯させる装置としては大型化及び重量化が避けられないという問題点があった。【０００６】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたものであり、その課題の一例は、複数の自由度の力覚を体感させることが可能でありながら軽量化／小型化された力覚発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、筐体に固定される枠形状の外側リング等の固定支持部と、前記固定支持部の内側の二点により当該内側に支持された枠形状の回転支持部であって、前記二点を結ぶ線の周りに、前記固定支持部を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持された内側リング等の回転支持部と、前記回転支持部の内側に固定された第１電気−機械振動変換器と、前記固定支持部を含む平面内において、前記固定支持部の外部に支持された第２電気−機械振動変換器と、前記回転支持部及び前記第１電気−機械振動変換器を、前記線の周りに回転させる回転部等の回転手段と、前記回転支持部を含む平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように前記第１電気−機械振動変換器を駆動する駆動部等の第１駆動手段と、前記固定支持部を含む平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように前記第２電気−機械振動変換器を駆動する駆動部等の第２駆動手段と、を備える。【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、筐体に固定される枠形状の固定支持部の内側の二点により当該内側に支持された枠形状の回転支持部であって、当該二点を結ぶ線の周りに、固定支持部を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持された回転支持部の内側に、第１電気−機械振動変換器が固定されている。また、固定支持部を含む平面内において、固定支持部の外部に第２電気−機械振動変換器が支持されている。そして、回転支持部及び第１電気−機械振動変換器が上記二点を結ぶ線の周りに回転される。以上の構成において、回転支持部を含む平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように第１電気−機械振動変換器が駆動され、固定支持部を含む平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように第２電気−機械振動変換器が駆動される。よって、回転支持部及び第１電気−機械振動変換器の回転、並びに第１電気−機械振動変換器及び第２電気−機械振動変換器の駆動により、三自由度（並進二自由度及び回転一自由度）の力覚を発生可能な力覚発生装置を、二つの電気−機械振動変換器により実現することができる。【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の力覚発生装置において、前記固定支持部を含む平面内で且つ当該固定支持部の外部に固定される枠形状の外側リング等の第２固定支持部と、前記第２固定支持部の内側の二点により当該内側に支持された枠形状の第２回転支持部であって、当該二点を結ぶ線の周りに、前記第２固定支持部を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持されており、且つ前記第２電気−機械振動変換器が内側に固定された内側リング等の第２回転支持部と、前記第２回転支持部及び前記第２電気−機械振動変換器を、前記第２固定支持部の内側の二点を結ぶ線の周りに回転させる回転部等の第２回転手段と、を更に備える。【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、枠形状の第２固定支持部が、上記固定支持部を含む平面内で且つ当該固定支持部の外部に固定されている。また、第２電気−機械振動変換器が内側に固定された枠形状の第２回転支持部が、第２固定支持部の内側の二点により当該内側に支持されて、且つ当該二点を結ぶ線の周りに、第２固定支持部を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持されている。そして、第２回転支持部及び第２電気−機械振動変換器が第２固定支持部の内側の二点を結ぶ線の周りに回転される。よって、第２回転支持部及び第２電気−機械振動変換器の回転が更に加わることにより、四自由度（並進二自由度及び回転二自由度）の力覚を発生可能な力覚発生装置を、二つの電気−機械振動変換器により実現することができる。【００１１】
上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の力覚発生装置において、前記固定支持部及び前記第２固定支持部を含む平面内又は当該平面に垂直な面内において、前記固定支持部又は前記第２固定支持部の外部に支持された第３電気−機械振動変換器と、前記固定支持部及び前記第２固定支持部を含む平面内の方向又は当該平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように前記第３電気−機械振動変換器を駆動する駆動部等の第３駆動手段と、を更に備える。【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、固定支持部及び第２固定支持部を含む平面内又は当該平面に垂直な面内において、第３電気−機械振動変換器が固定支持部又は第２固定支持部の外部に支持されている。そして第３電気−機械振動変換器が、固定支持部及び第２固定支持部を含む平面内の方向又は当該平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように駆動される。よって、固定支持部又は第２固定支持部の外部に支持された第３電気−機械振動変換器が加わることにより、五自由度（並進二自由度及び回転三自由度）の力覚を発生可能な力覚発生装置を、三つの電気−機械振動変換器により実現することができる。【００１３】
上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の力覚発生装置において、前記固定支持部及び前記第２固定支持部を含む平面内で且つ当該固定支持部又は当該第２工程支持部の外部に固定される枠形状の外側リング等の第３固定支持部と、前記第３固定支持部の内側の二点により当該内側に支持された枠形状の第３回転支持部であって、当該二点を結ぶ線の周りに、前記第３固定支持部を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持されており、且つ前記第３電気−機械振動変換器が内側に固定された内側リング等の第３回転支持部と、前記第３回転支持部及び前記第３電気−機械振動変換器を、前記第３固定支持部の内側の二点を結ぶ線の周りに回転させる回転部等の第３回転手段と、を更に備える。【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の作用に加えて、枠形状の第３固定支持部が、上記固定支持部及び上記第２固定支持部を含む平面内で且つ当該固定支持部又は当該第２固定支持部の外部に固定されている。また、第３電気−機械振動変換器が内側に固定された枠形状の第３回転支持部が、第３固定支持部の内側の二点により当該内側に支持されて、且つ当該二点を結ぶ線の周りに、第３固定支持部を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持されている。そして、第３回転支持部及び第３電気−機械振動変換器が第３固定支持部の内側の二点を結ぶ線の周りに回転される。よって、第３回転支持部及び第３電気−機械振動変換器の回転が更に加わることにより、六自由度（並進三自由度及び回転三自由度）の力覚を発生可能な力覚発生装置を、三つの電気−機械振動変換器により実現することができる。【００１５】
上記の課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の力覚発生装置において、前記第１電気−機械振動変換器における前記力覚の発生点、前記第２電気−機械振動変換器における前記力覚の発生点、及び前記第３電気−機械振動変換器における前記力覚の発生点、が正三角形の各頂点にそれぞれ位置するように、当該第１電気−機械振動変換器、当該第２電気−機械振動変換器及び当該第３電気−機械振動変換器が配置されている。【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、請求項３又は請求項４に記載の発明の作用に加えて、各電気−機械振動変換器における力覚の発生点のそれぞれが正三角形の各頂点にそれぞれ位置するように当該各電気−機械振動変換器が配置されているので、各自由度における力覚を効率的に発生させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、筐体に固定される枠形状の固定支持部の内側の二点により当該内側に支持された枠形状の回転支持部であって、当該二点を結ぶ線の周りに、固定支持部を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持された回転支持部の内側に、第１電気−機械振動変換器が固定されている。また、固定支持部を含む平面内において、固定支持部の外部に第２電気−機械振動変換器が支持されている。そして、回転支持部及び第１電気−機械振動変換器が上記二点を結ぶ線の周りに回転される。以上の構成において、回転支持部を含む平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように第１電気−機械振動変換器が駆動され、固定支持部を含む平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように第２電気−機械振動変換器が駆動される。【００１８】
従って、回転支持部及び第１電気−機械振動変換器の回転、並びに第１電気−機械振動変換器及び第２電気−機械振動変換器の駆動により、三自由度（並進二自由度及び回転一自由度）の力覚を発生可能な力覚発生装置を、二つの電気−機械振動変換器により実現することができるので、複数自由度の力覚を発生させることが可能でありながら軽量化／小型化された力覚発生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る力覚発生装置の概要構成を示す外観斜視図である。
【図２】第１実施形態の支持部の構成を示す外観図であり、（ａ）は当該支持部の第１状態を示す平面外観図であり、（ｂ）は当該第１状態を示す正面外観図であり、（ｃ）は当該第１状態を示す側面外観図であり、（ｄ）は当該支持部の第２状態を示す平面外観図であり、（ｅ）は当該第２状態を示す正面外観図であり、（ｆ）は当該第２状態を示す側面外観図である。
【図３】第１実施形態に係る力覚発生装置の動作を示す概念図であり、（ａ）は当該動作の第一例を示す正面概念図であり、（ｂ）は当該第一例を示す平面概念図であり、（ｃ）は当該動作の第二例を示す正面概念図であり、（ｄ）は当該第二例を示す平面概念図であり、（ｅ）は当該動作の第三例を示す正面概念図であり、（ｆ）は当該第三例を示す平面概念図である。
【図４】第２実施形態に係る力覚発生装置の動作を示す概念図であり、（ａ）は当該動作の第一例を示す正面概念図であり、（ｂ）は当該第一例を示す平面概念図であり、（ｃ）は当該動作の第二例を示す正面概念図であり、（ｄ）は当該第二例を示す平面概念図であり、（ｅ）は当該動作の第三例を示す正面概念図であり、（ｆ）は当該第三例を示す平面概念図であり、（ｇ）は当該動作の第四例を示す正面概念図であり、（ｈ）は当該第四例を示す平面概念図である。
【図５】第３実施形態に係る力覚発生装置の動作を示す概念図であり、（ａ）は当該動作の第一例を示す平面概念図であり、（ｂ）は当該第一例を示す正面概念図であり、（ｃ）は当該動作の第二例を示す平面概念図であり、（ｄ）は当該第二例を示す正面概念図であり、（ｅ）は当該動作の第三例を示す平面概念図であり、（ｆ）は当該第三例を示す正面概念図であり、（ｇ）は当該動作の第四例を示す平面概念図であり、（ｈ）は当該第四例を示す正面概念図であり、（ｉ）は当該動作の第五例を示す平面概念図であり、（ｊ）は当該第四例を示す正面概念図である。
【図６】第４実施形態に係る力覚発生装置の動作を示す概念図であり、（ａ）は当該動作の第一例を示す平面概念図であり、（ｂ）は当該第一例を示す正面概念図であり、（ｃ）は当該動作の第二例を示す平面概念図であり、（ｄ）は当該第二例を示す正面概念図であり、（ｅ）は当該動作の第三例を示す平面概念図であり、（ｆ）は当該第三例を示す正面概念図であり、（ｇ）は当該動作の第四例を示す平面概念図であり、（ｈ）は当該第四例を示す正面概念図であり、（ｉ）は当該動作の第五例を示す平面概念図であり、（ｊ）は当該第五例を示す正面概念図であり、（ｋ）は当該動作の第六例を示す平面概念図であり、（ｌ）は当該第六例を示す正面概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、使用者に携帯されて当該使用者に力覚を体感させるための力覚発生装置に対して本発明を適用した場合の実施形態である。なおこの場合の力覚は、使用者に対して三次元空間内で体感されるものである。
（Ｉ）第１実施形態
始めに、本発明に係る第１実施形態について、図１乃至図３を用いて説明する。なお、図１は第１実施形態に係る力覚発生装置の概要構成を示す外観斜視図であり、図２は第１実施形態の支持部の構成を示す外観図であり、図３は第１実施形態に係る力覚発生装置の動作を示す概念図である。
【００２１】
図１に示すように、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１は、メガネフレーム形状の筐体Ｂ１と、電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０と、内側リング１１及び内側リング２１と、外側リング１２及び外側リング２２と、内側リング１１を外側リング１２に対して直角以上に回転させる回転部１５と、内側リング２１を外側リング２２に対して直角以上に回転させる回転部２５と、により構成されている。このとき、電気−機械振動変換器１０、内側リング１１及び外側リング１２は、上記メガネフレームのレンズ穴の一方に相当する部分の内側に備えられている。また、電気−機械振動変換器２０、内側リング２１及び外側リング２２は、上記メガネフレームのレンズ穴の他方に相当する部分の内側に備えられている。そして、上記内側リング１１及び内側リング２１が本発明に係る「回転支持部」の一例、「第２回転支持部」の一例及び「第３回転支持部」の一例にそれぞれ相当し、上記外側リング１２及び外側リング２２が本発明に係る「固定支持部」の一例、「第２固定支持部」の一例及び「第３固定支持部」の一例にそれぞれ相当し、上記回転部１５及び回転部２５が本発明に係る「回転手段」の一例、「第２回転手段」の一例及び「第３回転手段」の一例にそれぞれ相当する。
【００２２】
以上の構成において、内側リング１１の内側には、略円柱形の電気−機械振動変換器１０が、内側リング１１のリング面と略円柱形の底面とが平行となるように固定されている。そして内側リング１１は、回転軸１３を中心として外側リング１２の内側で回転部１５により回転される。一方内側リング２１の内側には、略円柱形の電気−機械振動変換器２０が、内側リング２１のリング面と略円柱形の底面とが平行となるように固定されている。そして内側リング２１は、回転軸２３を中心として外側リング２２の内側で回転部２５により回転される。
【００２３】
次に、本発明に係る内側リング１１及び内側リング２１並びに外側リング１２及び外側リング２２それぞれの構造について、図３を用いて説明する。
【００２４】
図３にそれぞれ示すように、本発明に係る内側リング１１及び内側リング２１並びに外側リング１２及び外側リング２２においては、それぞれのリング面が同一となる第１状態（図２（ａ）乃至図２（ｃ）参照）と、内側リング１１及び内側リング２１のリング面と外側リング１２及び外側リング２２のリング面とが直角を為す第２状態（図２（ｄ）乃至図２（ｆ）参照）と、を取り得るように、回転部１５及び回転部２５により内側リング１１及び内側リング２１がそれぞれ別個に回転される。そして各回転は、中心軸１３及び中心軸２３を通る中心線Ｃ１を中心として行われる。なお回転部１５及び回転部２５については、例えば微細加工技術又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いることにより、例えば外側リング１２及び外側リング２２それぞれの内部に形成することも可能である。
【００２５】
一方、第１実施形態に係る電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０としては、例えば上記特許文献１に記載されている電気−機械振動変換器を用いることができる。そして電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０は、それぞれ独立して、図示しない駆動部の制御の下、上記略円柱形の底面に対して垂直な方向に力覚を発生させる。この駆動部が本願に係る「駆動手段」の一例に相当する。
【００２６】
次に、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１の動作について、図１乃至図３を用いて説明する。なお図３は、当該説明を明確化すべく、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１の構成を概念的に示した概念図であり、図１及び図２に示した構成部材と同様の構成部材については同様の部材番号を用いている。
【００２７】
先ず図３（ａ）の正面概念図及び図３（ｂ）の平面概念図に示すように、電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０をそれぞれ同じ方向に回転部１５及び回転部２５により中心線Ｃ１の周りに回転させた状態で当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０を駆動すると、当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０は、同一方向の力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０をそれぞれ発生させる。よって力覚発生装置Ｓ１全体としては、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す軸Ａ１に沿った方向（すなわち、力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０と同じ方向）の力覚Ｆ１を発生させる。これにより、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ１の方向（軸Ａ１の方向）に引っ張られるような体感をさせることができる。
【００２８】
これに対し、図３（ｃ）の正面概念図及び図３（ｄ）の平面概念図に示すように、電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０を互いに反対方向に回転部１５及び回転部２５により中心線Ｃ１の周りに回転させた状態で当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０を駆動すると、当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０は、互いに反対方向の力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０をそれぞれ発生させる。よって力覚発生装置Ｓ１全体としては、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示す軸Ａ２の周りを回転する方向の力覚Ｆ２を発生させる。これにより、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ２の方向（軸Ａ２の周りの回転の方向）に回転されるような体感をさせることができる。
【００２９】
次に、図３（ｅ）の正面概念図及び図３（ｆ）の平面概念図に示すように、回転させない状態で電気−機械振動変換器１０のみを駆動すると、当該電気−機械振動変換器１０は図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示す方向の力覚Ｆ１０を発生させる。このとき電気−機械振動変換器２０は駆動されないので、当該電気−機械振動変換器２０は力覚を発生させない。よって力覚発生装置Ｓ１全体としては、図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示す軸Ａ３に沿った方向（すなわち、力覚Ｆ１０と同じ方向）の力覚Ｆ３を発生させる。これにより、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ３の方向（軸Ａ３の方向）に引っ張られるような体感をさせることができる。
【００３０】
なお上記図３（ａ）乃至図３（ｆ）において、軸Ａ１と軸Ａ２のなす角度は直角であり、軸Ａ２と軸Ａ３とは平行であることになる。
【００３１】
以上説明したように、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１の構成及び動作によれば、筐体Ｂ１に固定される外側リング１２の内側の二点により当該内側に支持された内側リング１１であって、中心線Ｃ１の周りに、外側リング１２を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持された内側リング１１の内側に、電気−機械振動変換器１０が固定されている。また、外側リング１２を含む平面内において、外側リング１２の外部に電気−機械振動変換器２０が支持されている。そして、内側リング１１及び電気−機械振動変換器１０が中心線Ｃ１の周りに回転される。以上の構成において、内側リング１１を含む平面に対して垂直な方向の力覚Ｆ１０を生じさせるように電気−機械振動変換器１０が駆動され、内側リング２１を含む平面に対して垂直な方向の力覚Ｆ２０を生じさせるように電気−機械振動変換器２０が駆動される場合は、内側リング１１及び電気−機械振動変換器１０の回転、並びに電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０の駆動により、三自由度（軸Ａ１及び軸Ａ３についての並進二自由度並びに軸Ａ２についての回転一自由度）の力覚を発生可能な力覚発生装置Ｓ１を、二つの電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０により実現することができる。これにより、複数自由度の力覚を発生させることが可能でありながら軽量化／小型化された力覚発生装置Ｓ１を実現することができる。
（II）第２実施形態
次に、本発明に係る他の実施形態である第２実施形態について、図４を用いて説明する。なお図４は、第２実施形態に係る力覚発生装置の動作を示す概念図である。この図４は、当該説明を明確化すべく、第２実施形態に係る力覚発生装置の構成を概念的に示した概念図である。そして図４に示すように、第２実施形態に係る力覚発生装置の構成は、基本的に第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１の構成と同一であるため、図４では、図１乃至図３に示した各構成部材と同様の構成部材については、同様の部材番号を用いている。
【００３２】
第２実施形態に係る力覚発生装置Ｓ２の動作については、先ず図４（ａ）の正面概念図及び図４（ｂ）の平面概念図に示すように、電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０をそれぞれ同じ方向に回転部１５及び回転部２５により中心線Ｃ１の周りに回転させた状態で当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０を駆動すると、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１の場合と同様に、当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０は、同一方向の力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０をそれぞれ発生させる。よって力覚発生装置Ｓ２全体としては、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す軸Ａ１に沿った方向の力覚Ｆ１を発生させる。これにより、第２実施形態に係る力覚発生装置Ｓ２を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ１の方向（軸Ａ１の方向）に引っ張られるような体感をさせることができる。
【００３３】
次に、図４（ｃ）の正面概念図及び図４（ｄ）の平面概念図に示すように、電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０を互いに反対方向に回転部１５及び回転部２５により中心線Ｃ１の周りに回転させた状態で当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０を駆動すると、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１の場合と同様に、当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０は、互いに反対方向の力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０をそれぞれ発生させる。よって力覚発生装置Ｓ２全体としては、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示す軸Ａ２の周りを回転する方向の力覚Ｆ２を発生させる。これにより、第２実施形態に係る力覚発生装置Ｓ２を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ２の方向に回転されるような体感をさせることができる。
【００３４】
次に、図４（ｅ）の正面概念図及び図４（ｆ）の平面概念図に示すように、回転させない状態で電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０を駆動すると、当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０はそれぞれ、図４（ｅ）及び図４（ｆ）に示す方向の力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０を発生させる。よって力覚発生装置Ｓ２全体としては、図４（ｅ）及び図４（ｆ）に示す軸Ａ３に沿った方向（すなわち、力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０と同じ方向）の力覚Ｆ３を発生させる。これにより、第２実施形態に係る力覚発生装置Ｓ２を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ３の方向に引っ張られるような体感をさせることができる。
【００３５】
最後に、図４（ｇ）の正面概念図及び図４（ｈ）の平面概念図に示すように、電気−機械振動変換器１０のみを反対の方向に図４において図示しない回転部により回転させた状態で電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０を駆動すると、当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０は、反対方向の力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０をそれぞれ発生させる。よって力覚発生装置Ｓ２全体としては、図４（ｇ）及び図４（ｈ）に示す軸Ａ４の周りを回転する方向の力覚Ｆ４を発生させる。これにより、第２実施形態に係る力覚発生装置Ｓ２を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ４の方向に回転されるような体感をさせることができる。
【００３６】
なお上記図４（ａ）乃至図４（ｈ）において、軸Ａ１と軸Ａ４とは平行であり、軸Ａ２と軸Ａ３とは平行であり、軸Ａ１（軸Ａ４）と軸Ａ２（軸Ａ３）とのなす角度は直角であることになる。
【００３７】
以上説明したように、第２実施形態に係る力覚発生装置Ｓ２の構成及び動作によれば、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１の構成及び動作による効果に加えて、外側リング２２が、外側リング１２を含む平面内で且つ外側リング１２の外部に固定されている。また、電気−機械振動変換器２０が内側に固定された内側リング２１が、外側リング２２の内側の二点により当該内側に支持されて、且つ中心線Ｃ１の周りに、外側リング２２を含む平面に対して相対的に直角以上回転可能に支持されている。そして、内側リング２１及び電気−機械振動変換器２０が中心線Ｃ１の周りに回転させる。よって、内側リング２１及び電気−機械振動変換器２０の回転が更に加わることにより、四自由度（軸Ａ１及び軸Ａ３についての並進二自由度並びに軸Ａ２及び軸Ａ４についての回転二自由度）の力覚を発生可能な力覚発生装置Ｓ２を、電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０により実現することができる。
（II）第３実施形態
次に、本発明に係る更に他の実施形態である第３実施形態について、図５を用いて説明する。なお図５は、第３実施形態に係る力覚発生装置の動作を示す概念図である。この図５は、当該説明を明確化すべく、第３実施形態に係る力覚発生装置の構成を概念的に示した概念図である。
【００３８】
ここで、第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３は、図５にそれぞれ示すように、正三角形に配置された三つの電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０が、図５において図示しない内側リング及び外側リングを介して、三角形状の枠状の筐体Ｂ３内に備えられている。このとき、電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０は、第１実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１に係る内側リング１１及び外側リング１２と同様の構成をそれぞれに有する内側リング及び外側リングにより、それぞれ別個に回転可能に、筐体Ｂ３に支持されている。また、電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０それぞれによる力覚の発生の態様も、第１実施形態に係る電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０と同様である。よって以下の説明では、第３実施形態に係る内側リング及び外側リングの構成自体については、それぞれの説明を省略する。これに伴い、図５では、図１乃至図４に示した各構成部材と同様の構成部材については、同様の部材番号を用いている。
【００３９】
第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３の動作については、先ず図５（ａ）の正面概念図及び図５（ｂ）の平面概念図に示すように、回転させない状態で電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０を駆動すると、当該電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０は、同一方向の力覚Ｆ１０乃至力覚Ｆ３０をそれぞれ発生させる。よって力覚発生装置Ｓ３全体としては、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す軸Ａ１に沿った方向（即ち、力覚Ｆ１０乃至力覚Ｆ３０と同じ方向）の力覚Ｆ１を発生させる。これにより、第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ１の方向（軸Ａ１の方向）に引っ張られるような体感をさせることができる。
【００４０】
次に、図５（ｃ）の正面概念図及び図５（ｄ）の平面概念図に示すように、電気−機械振動変換器１０のみを反対の方向に図５において図示しない回転部により回転させた状態で電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０のみを駆動すると、当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０は、反対方向の力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０をそれぞれ発生させる。よって力覚発生装置Ｓ３全体としては、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す軸Ａ２の周りを回転する方向の力覚Ｆ２を発生させる。これにより、第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ２の方向に回転されるような体感をさせることができる。
【００４１】
次に、図５（ｅ）の正面概念図及び図５（ｆ）の平面概念図に示すように、電気−機械振動変換器３０のみを反対の方向に図５において図示しない回転部により回転させた状態で電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０を駆動すると、当該電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０は、図５（ｅ）及び図５（ｆ）にそれぞれ示す方向の力覚Ｆ１０乃至力覚Ｆ３０をそれぞれ発生させる。よって力覚発生装置Ｓ３全体としては、図５（ｅ）及び図５（ｆ）に示す軸Ａ３の周りを回転する方向の力覚Ｆ３を発生させる。これにより、第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ３の方向に回転されるような体感をさせることができる。
【００４２】
次に、図５（ｇ）の正面概念図及び図５（ｈ）の平面概念図に示すように、図５において図示しない回転部により同じ方向にそれぞれ回転させた状態で電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０のみを駆動すると、当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０は、図５（ｇ）及び図５（ｈ）にそれぞれ示す方向の力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０をそれぞれ発生させる。よって力覚発生装置Ｓ３全体としては、図５（ｇ）及び図５（ｈ）に示す軸Ａ４の周りを回転する方向の力覚Ｆ４を発生させる。これにより、第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ４の方向に回転されるような体感をさせることができる。
【００４３】
最後に、図５（ｉ）の正面概念図及び図５（ｊ）の平面概念図に示すように、図５において図示しない回転部により反対方向に電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０のみをそれぞれ回転させた状態で当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０を駆動すると共に、電気−機械振動変換器３０を駆動しない状態とすると、当該電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０は、図５（ｉ）及び図５（ｊ）にそれぞれ示す方向の力覚Ｆ１０及び力覚Ｆ２０をそれぞれ発生させる。よって力覚発生装置Ｓ３全体としては、図５（ｉ）及び図５（ｊ）に示す軸Ａ５の方向（即ち、力覚Ｆ１０と力覚Ｆ２０の合力の方向）の力覚Ｆ５を発生させる。これにより、第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ５の方向（軸Ａ５の方向）に引っ張られるような体感をさせることができる。
【００４４】
なお上記図５（ａ）乃至図５（ｊ）において、軸Ａ１と軸Ａ４とは平行であり、軸Ａ２と軸Ａ５とは平行であり、軸Ａ２（軸Ａ５）と軸Ａ３とのなす角度は直角であることになる。
【００４５】
以上説明したように、第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３の構成及び動作によれば、第２実施形態に係る力覚発生装置Ｓ２の構成及び動作による効果に加えて、第３実施形態に係る各外側リングを含む平面内又は当該平面に垂直な面内において、電気−機械振動変換器３０が支持されている。そして電気−機械振動変換器３０が、第３実施形態に係る各外側リングを含む平面内の方向又は当該平面に対して垂直な方向の力覚を生じさせるように駆動される。よって、電気−機械振動変換器３０が加わることにより、五自由度（軸Ａ１及び軸Ａ５についての並進二自由度並びに軸Ａ２乃至軸Ａ４についての回転三自由度）の力覚を発生可能な力覚発生装置Ｓ３を、三つの電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０により実現することができる。
（II）第４実施形態
最後に、本発明に係る更に他の実施形態である第４実施形態について、図６を用いて説明する。なお図６は、第４実施形態に係る力覚発生装置の動作を示す概念図である。この図５は、当該説明を明確化すべく、第４実施形態に係る力覚発生装置の構成を概念的に示した概念図である。そして図６に示すように、第４実施形態に係る力覚発生装置の構成は、基本的に第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３の構成と同一であるため、図６では、図５に示した各構成部材と同様の構成部材については、同様の部材番号を用いている。
【００４６】
第４実施形態に係る力覚発生装置Ｓ４は、先ず図６（ａ）乃至図６（ｊ）に示すように、図５（ａ）乃至図５（ｊ）を用いてそれぞれ説明した第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３と同様の動作をそれぞれ行う。
【００４７】
これらに加えて第４実施形態に係る力覚発生装置Ｓ４は、図６（ｋ）の正面概念図及び図６（ｌ）の平面概念図に示すように、図５において図示しない回転部によりそれぞれ回転させた状態で電気−機械振動変換器３０を駆動すると共に、電気−機械振動変換器１０及び電気−機械振動変換器２０を駆動しない状態とすると、当該電気−機械振動変換器３０は、図５（ｋ）及び図５（ｌ）にそれぞれ示す方向の力覚Ｆ３０を発生させる。よって第４実施形態に係る力覚発生装置Ｓ４全体としては、図５（ｋ）及び図５（ｌ）に示す軸Ａ６の方向（即ち、力覚Ｆ３０と同じ方向）の力覚Ｆ６を発生させる。これにより、第４実施形態に係る力覚発生装置Ｓ４を携帯する使用者に対しては、力覚Ｆ６の方向（軸Ａ６の方向）に引っ張られるような体感をさせることができる。
【００４８】
なお上記図６（ａ）乃至図６（ｌ）において、軸Ａ１と軸Ａ４とは平行であり、軸Ａ２と軸Ａ５とは平行であり、軸Ａ３と軸Ａ６とは平行であり、軸Ａ２（軸Ａ５）と軸Ａ３（軸６）とのなす角度は直角であることになる。
【００４９】
以上説明したように、第４実施形態に係る力覚発生装置Ｓ４の構成及び動作によれば、第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３の構成及び動作による効果に加えて、電気−機械振動変換器３０が内側に固定された内側リングが、外側リングの内側の二点により当該内側に直角以上回転可能に支持されている。そして、電気−機械振動変換器３０が外側リングの内側の中心線の周りに回転される。よって、電気−機械振動変換器３０の回転が更に加わることにより、六自由度（軸Ａ１、軸Ａ５及び軸Ａ６についての並進三自由度並びに軸Ａ２乃至軸Ａ４についての回転三自由度）の力覚を発生可能な力覚発生装置Ｓ４を、三つの電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０により実現することができる。
【００５０】
また、第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３及び第４実施形態に係る力覚発生装置Ｓ４それぞれの構成及び動作によれば、電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０の各中心（即ち力覚Ｆ１０乃至力覚Ｆ３０の発生点）のそれぞれが正三角形の各頂点にそれぞれ位置するように電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０が配置されているので、各自由度における力覚を効率的に発生させることができる。
【００５１】
更に、第３実施形態に係る力覚発生装置Ｓ３及び第４実施形態に係る力覚発生装置Ｓ４それぞれの構成によれば、電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０の中心が上記正三角形の頂点に位置していることで、使用者にとって持ちやすく、従って、軽量化／小型化された力覚発生装置Ｓ３又は力覚発生装置Ｓ４において、力覚の体感を効果的に知覚し得る当該装置の持ち方（把持方法）が実現可能となる。
【００５２】
なお、上述した各実施形態においては、電気−機械振動変換器１０乃至電気−機械振動変換器３０それぞれの姿勢（状態）については、上記第１状態又は上記第２状態である場合について説明したが、これ以外に、上記第１状態からの角度差がある他の状態であれば、第１状態と第２状態の間の角度差を有する状態であっても、或いは上記第２状態を越えて直角以上に回転させた状態であっても、本発明としての効果、即ち、所望される方向の力覚を自由度に応じて発生させることが可能となる。
【００５３】
また、各実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１乃至力覚発生装置Ｓ４のそれぞれに対して、いわゆる慣性計測装置を搭載することも可能である。このとき当該慣性計測装置（ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit））とは、例えば、加速度センサ、ジャイロスコープ又は地磁気センサ等から構成され、当該慣性計測装置が搭載されている装置の移動量や回転量又は方位等を検出可能なセンサである。そして慣性計測装置の搭載により、各実施形態に係る力覚発生装置Ｓ１乃至力覚発生装置Ｓ４のような重力の方向だけでなく，当該力覚発生装置Ｓ１乃至力覚発生装置Ｓ４が、使用者によりどのような状態（姿勢）で携帯されて移動しているか等を検出することができる。よってこれを利用することで、力覚発生装置Ｓ１乃至力覚発生装置Ｓ４の使用状態（携帯状態）に拘わらず、空間的に一定の（即ち統一された）方向に力覚を体感させたり，実体が存在しないいわゆる空中映像の輪郭に沿ってそれを撫でたりといった体験を使用者に提示することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上それぞれ説明したように、本発明は力覚発生装置の分野に利用することが可能であり、特に、使用者に携帯される力覚発生装置の分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。
【符号の説明】
【００５５】
１０、２０、３０    電気−機械振動変換器
１１、２１    内側リング
１２、２２    外側リング
１３、２３    回転軸
１５，２５    回転部
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４    力覚発生装置
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６    軸
Ｂ１、Ｂ３    筐体
Ｃ１    中心線
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ１０、Ｆ２０、Ｆ３０    力覚
【図１】
2018146934.tif 000003
【図２】
2018146934.tif 000004
【図３】
2018146934.tif 000005
【図４】
2018146934.tif 000006
【図５】
2018146934.tif 000007
【図６】
2018146934.tif 000008
【国際調査報告】
2018146934.tif 000009
2018146934.tif 000010