JP2019050708A

JP2019050708A - 触覚アクチュエータ

Info

Publication number: JP2019050708A
Application number: JP2017174948A
Authority: JP
Inventors: グレゴリ・エフレイノフ; Evreinov Grigori; アーメド・ファルーク; Farooq Ahmed; 大介高畠; Daisuke Takahata; 哲哉荒澤; Tetsuya Arasawa
Original assignee: Fukoku Co Ltd; Fukoku KK
Current assignee: Fukoku Co Ltd; Fukoku KK
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-03-28
Also published as: US20190081533A1

Abstract

【課題】所望の触覚パターンを実現するために回転を平行移動運動に変換する触覚アクチュエータを提供すること。【解決手段】触覚アクチュエータは、ハウジング１０８と、第１シャフト１１０を有し、第１シャフトを回転させるアクチュエータ１０２と、アクチュエータの第１シャフトに結合された回転−平行移動変換手段１０４と、アクチュエータの第１シャフトと平行にまたは同軸に配置された第２シャフト１２４と、回転−平行移動変換手段の運動に応じて、第２シャフトに沿って移動する変位ユニット１０６と、を含む。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、概して触覚アクチュエータの技術に関し、より詳細に述べれば、電気モータの回転運動を移動質量の運動に変換／転換し、多様なインタラクション対象における触覚出力モダリティとして触感覚を発生させる触覚アクチュエータに関する。

モバイルおよびウエアラブル・デバイス、スマート衣類（職業的用途、医学的応用、またはフィットネスのためのもの）、およびそれらの付属品といった消費者製品は、概して、従来的なキュー（警告）および条件付きキュー（方向、数、リズム等の条件）等の触感情報を生成するために小型の振動器を含んでいることがある。たとえば、携帯電話および手首装着デバイス（スマート・ウォッチおよび追跡装置等）は、ユーザと接触している間に振動触感フィードバック信号を生成するための埋め込み振動器を有している。

多様なタイプのアクチュエータの中でも回転する偏心マスを伴う小型ＤＣモータ（別名をページャ・モータと言う）は、長年にわたって、触感フィードバックが備えられたモバイルおよびウエアラブル電子デバイスにおいてもっとも広く普及した、堅牢、かつ効率的なテクノロジであった。偏心回転マス（ＥＲＭ）振動モータは、単純な構造であるが、有している機能も限定的である。

ＥＲＭ振動モータは、多くの場合、調和振動を発生し、モータ・シャフトの軸に対して直交する平面の２つの直交する方向の間に力ベクトルを分散させ、しばしばそのことが、それ自体を単方向の（線形および／または共振）触覚アクチュエータより効率的でないものにしている。ＤＣモータの速度ならびにトルクは適性パフォーマンスのためにコントロール可能であるが、偏心された回転マスの求心力ならびに遠心力は、モータの連続的な微小変位を生じさせ、また、連続的に力モーメントのベクトルを変化させ、その結果としてモータのマウント／懸架機構に対して伝達される運動エネルギの変動がもたらされる。

ＥＲＭアクチュエータの形状設計（特許文献１、特許文献２）および作動の間におけるそれらのパフォーマンス特性のコントロール（特許文献３、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３）をはじめ、複数ＥＲＭアクチュエータのアッセンブリの構成（特許文献４、特許文献５）に対しては、多くの改良が加えられてきた。

しかしながら、振動信号の複雑なパターンを発生させるための派生的な機能の根本的でない改良は、アクチュエータのコントロールおよび／またはそれらの製造コストを有意に悪化させている。

線形共振アクチュエータ（ＬＲＡ）においては、可動体（変位ユニットまたはマス）が振動基材（ばねまたは弾性体）に取り付けられ、多様な物理的な力および現象（電界または電磁界、圧電および磁歪効果等）または電気機械的ポリマ−金属複合物および合金（たとえば、非特許文献４）、電子／光／熱／磁気−活性材料等といった『スマート材料』の使用を伴って前後に駆動される。

これらのアクチュエータ（特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、非特許文献５、非特許文献６）およびそれらがインタラクションするデバイスの多くは、それら独自の共振周波数を有し、したがって、特許文献６内に開示されているとおり、もっとも効果的かつ効率的に、ＬＲＡデバイスの作動を最適化する方法で触覚効果を発生させるには、駆動信号を最適に、かつ動的に決定し、コントロールすることが非常に重要になる。

しかしながら、このタイプのアクチュエータは、通常、限定的な機能しか有してなく、比較的狭い周波数帯域内（ほぼ共振周波数＋／−１０Ｈｚにおいてのみ効率的）において振動信号を生成する。それに加えて、その種のアクチュエータの共振同調もまた、コイルによって生成される電磁力がコイル外のマスおよび／または磁石アッセンブリの変位の非線形関数を有することから、比較的困難である。

ＬＲＡは、広範囲の振動周波数にわたって高い非対称形式の振動信号を生成することにおいて効率的でない。いくつかのアクチュエータは、有意の電力を消費し、それらのサイズからそれらの応用が限定される。

これに対してＥＲＭのために使用されるＤＣモータは、それらの磁気システムの構成に起因して安定したトルクおよび電力消費を提供する。したがって、ＥＲＭアクチュエータは、それらが線形共振アクチュエータ（ＬＲＡ）の機械的特性より優ることができたのであれば、消費者エレクトロニクスおよび製造者にとってもっとも魅力的なものとなったであろう。特に、回転モータに基づく線形アクチュエータは、それらが、影響を生じさせる時間にわたって割り当てられた力モーメントの分布関数とともに、それらの可動マスの周期的な単方向作動を（ＥＲＭと同様に）提供可能であったならば、よりコストが低く、かつより効率が高い（作動対電力消費の比に関して）ものとなったであろう。

このことは、触覚アクチュエータの機能を拡張することが可能であり、本発明の中でそれが実現された。

米国特許第３３８３５３１号明細書米国特許出願公開第２００３／０２０１９７５号明細書米国特許出願公開第２０１４／０３２７５３０号明細書米国特許第７１８２６９１号明細書国際公開第２０１５／１２３３６１号パンフレット米国特許第７８４３２７７号明細書米国特許第９３５０２２２号明細書国際公開第２０１０／０６７７５３号パンフレット米国特許第９１４２７５４号明細書米国特許出願公開第２０１５／０３１６９３３号明細書

Ｈａｐｔｉｃｓ：ＳｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒＥＲＭａｎｄＬＲＡＡｃｔｕａｔｏｒｓ．ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．Ａｖａｌａｂｌｅａｔ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｃｏｍ．ｃｎ／ｃｎ／ｌｉｔ／ｍｌ／ｓｓｚｂ１５１／ｓｓｚｂ１５１．ｐｄｆＨａｐｔｉｃＤｒｉｖｅｒｗｉｔｈＡｕｔｏＲｅｓｏｎａｎｃｅＴｒａｃｋｉｎｇｆｏｒＬＲＡａｎｄＯｐｔｉｍｉｚｅｄＤｒｉｖｅｆｏｒＥＲＭ．Ａｖａｉｌａｂｌｅａｔ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｉｔ／ｄｓ／ｓｙｍｌｉｎｋ／ｄｒｖ２６０３．ｐｄｆＢｅｎｅｆｉｔｓｏｆＡｕｔｏＲｅｓｏｎａｎｃｅＴｒａｃｋｉｎｇ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｐｏｒｔＳＬＯＡ１８８Ｏｃｔ．２０１３．ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．Ａｖａｌａｂｌｅａｔ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｉｔ／ａｎ／ｓｌｏａ１８８／ｓｌｏａ１８８．ｐｄｆＳｉａＮｅｍａｔ−ＮａｓｓｅｒａａｎｄＪｉａｎｇＹｕＬｉ（２０００）Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｉｏｎｉｃｐｏｌｙｍｅｒ−ｍｅｔａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．８７，ｎ．７，ｐｐ．３３２１−３３３２Ｔａｅ−ＨｅｏｎＹａｎｇ，ＤｏｎｇｂｕｍＰｙｏ，Ｓａｎｇ−ＹｏｕｎＫｉｍ，ｅｔａｌ．（２０１１）ＡＮｅｗＳｕｂｍｉｎｉａｔｕｒｅＩｍｐａｃｔＡｃｔｕａｔｏｒｆｏｒＭｏｂｉｌｅＤｅｖｉｃｅｓ．Ｉｎ：ＩＥＥＥＷｏｒｌｄＨａｐｔｉｃｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ２０１１，２１−２４Ｊｕｎｅ，Ｉｓｔａｎｂｕｌ，Ｔｕｒｋｅｙ，ｐｐ．９５−１００．ＤＯＩ：１０．１１０９／ＷＨＣ．２０１１．５９４５４６８Ｃａｖａｒｅｃ，Ｐ．Ｅ．，Ａｈｍｅｄ，Ｈ．Ｂ．，Ｍｕｌｔｏｎ，Ｂ．（２００２）Ｎｅｗｍｕｌｔｉ−ｒｏｄｌｉｎｅａｒａｃｔｕａｔｏｒｆｏｒｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅ，ｗｉｄｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂａｎｄｐａｓｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｉｎ：ＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．１，ｐｐ．３６９−３７６．ＤＯＩ：１０．１１０９／ＩＡＳ．２００２．１０４４１１４

本発明の目的の１つは、所望の触覚パターンを実現するために回転を平行移動運動に変換する触覚アクチュエータを与えることにある。

ハウジングと、
第１シャフトを有し、前記第１シャフトを回転させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの前記第１シャフトに結合された回転−平行移動変換手段と、
前記アクチュエータの前記第１シャフトと平行にまたは同軸に配置された第２シャフトと、
前記回転−平行移動変換手段の運動に応じて、前記第２シャフトに沿って移動する変位ユニットとを含む、触覚アクチュエータ。

本発明の触覚アクチュエータには、線形共振アクチュエータおよび／または偏心回転マス振動モータと比べて、単純な構造／構造、低い製造コスト、強い力、長いストロークで、所定周期に沿って分布された所定の力を伴う触覚振動を生成できる。

図１は、本発明の第１の実施態様に係る触覚アクチュエータのブロック図である。図２Ａは、第１の実施態様に係る触覚アクチュエータの構成を示す図である。図２Ｂは、第１の実施態様に係る触覚アクチュエータの構成を示す図である。図３Ａは、本発明の第２の実施態様に係る触覚アクチュエータの構成を示す図である。図３Ｂは、本発明の第２の実施態様に係る触覚アクチュエータの構成を示す図である。図３Ｃは、本発明の第２の実施態様に係る触覚アクチュエータの構成を示す図である。図４は、図３ＡのＡ−Ａ矢視の断面図である。図５は、図３ＢのＢ−Ｂ矢視の断面図である。図６Ａは、本発明の第３の実施態様に係る触覚アクチュエータの構成を示す図である。図６Ｂは、本発明の第３の実施態様に係る触覚アクチュエータの構成を示す図である。図７は、触覚アクチュエータにおける回転−平行移動変換手段の機能および動作を示す図である。図８Ａは、変位ユニットを平行移動させるためにピンの軌跡を定義するスロットまたは溝の形成パターンの例を示す。図８Ｂは、変位ユニットを平行移動させるためにピンの軌跡を定義するスロットまたは溝の形成パターンの例を示す。図８Ｃは、変位ユニットを平行移動させるためにピンの軌跡を定義するスロットまたは溝の形成パターンの例を示す。図９は、図８ＡのＣ−Ｃ矢視のスロットまたは溝の拡大断面図である。図１０は、本発明の第４の実施態様に従った触覚アクチュエータの構成を示す図である。図１１は、センサおよびマイクロコントローラが統合された触覚アクチュエータのブロック図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施態様を説明する。図面および説明においては、同一の参照番号を使用して同一または類似の部品を参照する。

実施態様は、変位ユニットを特定の方向において移動させることで、時間周期に沿って分布された所定の力を伴う触覚振動を、たとえば、単方向の正弦波状の力（調和振動）、非対称（鋸歯状）振動、および／または対称（三角形または矩形に近い）波形、およびより複雑な振動信号の触覚パターンを、生成させる。

図１を参照する。図１に示されるように、触覚アクチュエータは、回転モータ（第１シャフト１１０を回転させるアクチュエータ）１０２、回転−平行移動変換手段１０４、および変位ユニット１０６を含む。

回転モータ１０２は任意の種類とすることが可能であり、回転−平行移動変換手段１０４が、両方向（時計方向および反時計方向）の回転を変位ユニット１０６の平行移動に変換する。回転−平行移動変換手段１０４が、回転モータ１０２の異なる方向の回転を、変位ユニット１０６の異なる平行移動に変換するように構成されてもよい。

図２Ａを参照する。図２Ａは、本発明の第１の実施形態の触覚アクチュエータを示す。

図２Ａに示されるように、第１の実施形態の触覚アクチュエータは、支持ハウジング１０８を有する。支持ハウジング１０８には、機械的リンクおよび電子制御を提供するための構成要素が取り付けられる。

第１の実施態様においては、円筒状カム１１２が、回転モータ１０２の第１シャフト１１０と同軸状に堅固に固定されている。

回転モータ１０２は、任意の種類のＤＣモータ、ＡＣモータ、ステップ・モータ等を使用することができる。

円筒状カム１１２は、平板状のフォロワ１２０とリンクしている。フォロワ１２０は、第１ピン１１６が移動可能に配置された第１スロット１１８ａと、第２ピン１２８が移動可能に配置された第２スロット１１８ｂとを有する。フォロワ１２０は、第１シャフト１１０に直交する第３シャフト１２２に軸支されており、第３シャフト１２２を中心として揺動可能である。

円筒状カム１１２における湾曲表面としての外周面には、溝１１４が形成されている。溝１１４の中には第１ピン１１６が挿入されている。回転モータ１０２の第１シャフト１１０が回転することで、第１ピン１１６が第１スロット１１８ａ内を溝１１４の軌跡に沿って移動し、これによって、フォロワ１２０が揺動する。

変位ユニット１０６は、第１シャフト１１０に平行な第２シャフト１２４上に、平行移動可能に設けられている。第２ピン１２８は、変位ユニット１０６と一緒に動くように連結されている。フォロワ１２０が揺動すると、第２ピン１２８が第２スロット１１８ｂ内を移動し、これによって、変位ユニット１０６が第２シャフト１２４上を平行移動する。

溝１１４は、円筒状カム１１２の回転方向において連続しており、無端状である。第１ピン１１６は、円筒状カム１１２の回転に伴って、溝１１４によって案内されつつ、円筒状カム１１２の軸心Ｏｘに沿って振動する。従って、戻りばねを設ける必要は無い。

上記の構成によって、回転モータ１０２の回転が、変位ユニット１０６の平行移動へと変換される。

なお、第１の実施形態の触覚アクチュエータにおいては、溝１１４を有する円筒状カム１１２と、第１スロット１１８ａと第２スロット１１８ｂを有するフォロワ１２０と、第１ピン１１６と、第２ピン１２８とが、回転−平行移動変換手段１０４に相当する。

触覚アクチュエータが、変位ユニット１０６と回転モータ１０２の第１シャフト１１０（または円筒状カム１１２）との両方の正確な位置を収集するために、任意の種類の非接触センサ（図示せず）（たとえば、光学または磁気等）を更に含んでいてもよい。この場合、マイクロコントローラ１３０は、収集された情報に基づいて、駆動メカニズムの出力（電気信号）を調整してもよい。

図２Ｂに示されるように、ばねまたは弾性バンパ１３２および１３４が第２シャフト１２４に更に与えられてもよい。ばねまたは弾性バンパ１３２および１３４は、変位ユニット１０６の移動を制限する。

ばねまたは弾性バンパ１３２の一端は、第２シャフト１２４または支持ハウジング１０８に取り付けられてもよい。ばねまたは弾性バンパ１３２の他端は、変位ユニット１０６に取り付けられてもよい。ばねまたは弾性バンパ１３４の一端は、第２シャフト１２４または支持ハウジング１０８に取り付けられてもよい。ばねまたは弾性バンパ１３４の他端は、変位ユニット１０６に取り付けられてもよい。ばねまたは弾性バンパ１３２および１３４は、同一弾性（ばね定数）であってもよいし、異なる弾性（ばね定数）であってもよい。

第１の実施形態によると、第１ピン１１６と第２ピン１２８を有する平板状のフォロワ１２０を介して、円筒状カム１１２の回転が変位ユニット１０６の平行移動へ変換される。この構成によると、円筒状カム１１２と変位ユニット１０６とが平行軸上に配置されるため、変位ユニット１０６の平行移動のストローク長を増幅することができる。しかし、円筒状カム１１２の回転が変位ユニット１０６の平行移動へ効率よく変換するにあたり、第１ピン１１６と第２ピン１２８を有する平板状のフォロワ１２０に代えて、異なるスロット−フォロワ接続を用いることができる。

円筒状カム１１２の同じ湾曲表面上に２つの異なるエンドレスの溝（「第１軌跡」及び「第２軌跡」）が形成されてもよい。２つの異なるエンドレスの溝は、回転モータ１０２の第１シャフト１１０が時計方向に回転するときに第１ピン１１６が第１軌跡に沿って移動し、回転モータ１０２の第１シャフト１１０が反時計方向に回転するときに第１ピン１１６が第２軌跡に沿って移動するように形成してもよい。

フォロワ１２０を、板状ではなく、ロッド状に構成してもよい。

図３Ａ−図３Ｃを参照する。図３Ａ−図３Ｃは、本発明の第２の実施形態の触覚アクチュエータを示す。図３Ａ−図３Ｃに示されるように、第２の実施態様においては、触覚アクチュエータを円筒形状の支持ハウジング１０８内に実装することが可能である。

第２の実施形態の触覚アクチュエータにおいては、回転−平行移動変換手段１０４を構成する円筒状カム１１２と変位ユニット１０６とが、回転モータ１０２の第１シャフト１１０の軸に沿って同軸状に配置される。従って、変位ユニット１０６の平行移動のストローク長の増幅効果は、得られない。

図３Ａ−図３Ｃは、一周期分の平行移動における異なった場所にある変位ユニット１０６を示している。図４は、図３ＡのＡ−Ａ矢視の断面図である。

第２シャフト１２４は、回転モータ１０２の第１シャフト１１０と同軸に配置される。第２シャフト１２４の一端は支持ハウジング１０８に取り付けられ、第２シャフト１２４の他端は回転モータ１０２の第１シャフト１１０に向かって延伸している。

変位ユニット１０６は、第２シャフト１２４に沿って平行移動することが可能である。第２シャフト１２４には軸方向に沿って形成された溝１３８を有し、変位ユニット１０６は溝１３８に入り込む突起を有する。溝１３８および突起は、変位ユニット１０６の回転を防止する回転防止機構として機能する。

回転防止機構として、第２シャフト１２４が軸方向に沿って形成された突条を有し、変位ユニット１０６が突条を受け入れる凹部を有していても良い。あるいは、第２シャフト１２４と変位ユニット１０６との接続部分の断面形状を、図５に例示されるように形成してもよい。

変位ユニット１０６の外周面には、パイプ状のフォロワ１３６が堅固に固定されている。フォロワ１３６は、第１シャフト１１０および変位ユニット１０６と同軸に配置される。フォロワ１３６の一部は、円筒状カム１１２へ向かって延伸している。

フォロワ１３６の延出部分の内周面にはピン１１６が配置されており、円筒状カム１１２の外周面には溝１１４が形成されている。回転モータ１０２の第１シャフト１１０が回転すると、ピン１１６が溝１１４に沿って移動し、これによって、フォロワ１３６が第１シャフト１１０に沿って前後にスライドする。そして、フォロワ１３６に固定された変位ユニット１０６も、第２シャフト１２４に沿って前後にスライド（平行移動）する。

図３Ａに示されるように、ばねまたは弾性バンパ１３２が第２シャフト１２４に更に与えられてもよい。ばねまたは弾性バンパ１３２は、変位ユニット１０６の移動を制限する。

ばねまたは弾性バンパ１３２の一端は、第２シャフト１２４または支持ハウジング１０８に取り付けられてもよい。ばねまたは弾性バンパ１３２の他端は、変位ユニット１０６に取り付けられてもよい。

図６Ａおよび図６Ｂを参照する。図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の第３の実施形態の触覚アクチュエータを示す。

第３の実施形態の触覚アクチュエータでは、第２の実施形態の触覚アクチュエータと比べて、回転−平行移動変換手段１０４を構成する円筒状カム１１２ａが、変位ユニット１０６の一部として与えられる、あるいは、変位ユニット１０６に堅固に固定されている。

具体的には、変位ユニット１０６における第１シャフト１１０に向かって延長した部分または全体が円筒状カム１１２ａとしても機能し、その内周面に溝１１４が形成される。この場合、変位ユニット１０６あるいは円筒状カム１１２ａの内周面が、溝１１４を形成するための湾曲表面として機能する。溝１１４は、例えば、湾曲表面としての変位ユニット１０６あるいは円筒状カム１１２ａの内周面に、あらかじめ定義済みの軌跡を彫ることで、形成される。

変位ユニット１０６あるいは円筒状カム１１２ａは、溝１１４を形成するのに十分な厚みをもっている。溝１１４に替えてスロットを形成してもよい。

回転モータ１０２の第１シャフト１１０にはスリーブ１４２が堅固に固定されており、スリーブ１４２からピン１４０が径方向に突出している。ピン１４０は変位ユニット１０６あるいは円筒状カム１１２ａの内周面に形成された溝１１４に挿入されている。回転モータ１０２の第１シャフト１１０が回転すると、ピン１４０が溝１１４に沿って移動し、これによって、変位ユニット１０６あるいは円筒状カム１１２ａが第２シャフト１２４に沿って前後にスライド（平行移動）する。

第３の実施形態においては、回転モータ１０２の第１シャフト１１０に取り付けられたピン１４０が、第１シャフト１１０と変位ユニット１０６とを接続するフォロワとして機能する。変位ユニット１０６および円筒状カム１１２ａは、回転モータ１０２の第１シャフト１１０の軸方向に沿って前後に移動することは許されるが、回転は防止される。

図６Ａおよび図６Ｂは、一周期分の平行移動における異なった場所にある変位ユニット１０６を示している。

図７は、回転−平行移動変換手段１０４の機能および動作を示す。

図８Ａ−図８Ｃは、変位ユニット１０６を平行移動させるためにピンの軌跡を定義するスロットまたは溝１１４の形成パターンの例を示す。

図９は、図８ＡのＣ−Ｃ矢視のスロットまたは溝の断面の例を示す。

図１０を参照する。図１０は、本発明の第４の実施形態の触覚アクチュエータを示す。第４の実施形態の触覚アクチュエータでは、第１の実施形態から第３の実施形態で示した円筒状カム１１２，１１２ａに替えて、傾斜カムが用いられる。

第４の実施形態の触覚アクチュエータは、回転−平行移動変換手段１０５を有する。回転−平行移動変換手段１０５は、回転モータ１０２の第１シャフト１１０に堅固に固定された傾斜カム１５０を含む。傾斜カム１５０は、円筒の一部を斜めに切り取った斜切円筒形状を有している。

変位ユニット１０６は、前後に移動することは許されるが、回転は防止される。

傾斜カム１５０の切取部楕円形表面における周縁には、軌跡１１４が形成されている。一方で、変位ユニット１０６から傾斜カム１５０へ向かって、ロッド状のフォロワ１４４が突出している。第２シャフト１２４には、変位ユニット１０６の移動を制限し、変位ユニット１０６を傾斜カム１５０の方向へ押し戻す、ばねまたは弾性バンパ１３２が取り付けられている。フォロワ１４４の先端が軌跡１１４に接触することで、カム・ジョイント１４６が構成されている。なお、カム・ジョイント１４６は、異なる構成であってもよい。

回転モータ１０２の第１シャフト１１０が回転して傾斜カム１５０が回転すると、フォロワ１４４は、傾斜カム１５０の軌跡１１４に従い、第２シャフト１２４に沿って前後にスライドする。フォロワ１４４のスライドに応じて、ばねまたは弾性バンパ１３２によって付勢されながら、変位ユニット１０６が第２シャフト１２４に沿って前後にスライド（平行移動）する。

第４の実施態様においては、フォロワ１４４に弾性を与えるために、戻りばね１４８が与えられてもよい。あるいは、フォロワ１４４による軌跡１１４への追随性を向上させるために、フォロワ１４４の先端を、ボールで構成してもよい。

図１１を参照する。図１１は、センサおよびマイクロコントローラと統合された本発明の触覚アクチュエータのブロック構成を示している。

センサは、例えば、回転モータ１０２の第１シャフト１１０の位置センサ（回転角度センサ）１５４や変位ユニット１０６の位置センサ１５６を含む。位置センサ１５４は、第１シャフト１１０に取り付けられてもよいし、ステップ・モータ設計の場合のように回転モータ１０２の内部に統合されていてもよい。位置センサ１５６は、変位ユニット１０６の移動軌跡に近接した位置において、支持ハウジング１０８または電子構成要素の回路基板（図示せず）に設けられてもよい。

駆動コントロール・メカニズム１５２は、回転モータ１０２を、その種類に応じて異なる態様で制御する。マイクロコントローラ１３０は、位置センサ１５４，１５６からのセンサ信号および駆動コントロール・メカニズム１５２からのフィードバック信号に応じて、メモリ１５８に格納された触覚パターンに従って、駆動パラメータを調整できる。

マイクロコントローラ１３０は、位置センサ１５４によって検出される回転モータ１０２の第１シャフト１１０の回転角度や、位置センサ１５６によって検出される変位ユニット１０６の位置を参照することで、回転−平行移動変換手段１０４の回転速度および振動周波数を得て、それらの情報を触覚パターンと関連付けてメモリ１５８に格納させてもよい。

本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、例えば、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることで、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示されている全構成要素から、いくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

例えば、マイクロコントローラ１３０および位置センサ１５４，１５６は、含まれていてもよいし、省略されてもよい。この場合、駆動コントロール・メカニズム１５２は、回転モータ１０２を、例えばＤＣモータ、ＡＣモータ、ステップ・モータ等、その種類のみに応じて制御してもよい。

Claims

ハウジングと、
第１シャフトを有し、前記第１シャフトを回転させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの前記第１シャフトに結合された回転−平行移動変換手段と、
前記アクチュエータの前記第１シャフトと平行にまたは同軸に配置された第２シャフトと、
前記回転−平行移動変換手段の運動に応じて、前記第２シャフトに沿って移動する変位ユニットと、を含む、触覚アクチュエータ。
前記回転−平行移動変換手段が、
湾曲表面上に形成された無端閉ループ状の溝を有する円筒状カムと、
第１スロットと第２スロットを有し、前記円筒状カムと前記変位ユニットを接続するフォロワと、
第１ピンと、
第２ピンと、を含み、
前記第１ピンが、前記フォロワの前記第１スロット内において前記溝の軌跡に沿って移動可能であり、
前記第２ピンが、前記変位ユニットに接続され、前記フォロワの前記第２スロット内において移動可能である、請求項１に記載の触覚アクチュエータ。
第３シャフトが、前記アクチュエータの前記第１シャフトと直交するように、前記ハウジングに取り付けられており、
前記フォロワは、平板形状を持つとともに、第３シャフトに軸支されている、請求項２に記載の触覚アクチュエータ。
前記変位ユニットが、前記フォロワの揺動に応じて、前記第２シャフトに沿って振動するように構成されている、請求項２に記載の触覚アクチュエータ。
第３シャフトが、前記アクチュエータの前記第１シャフトと直交するように、前記ハウジングに取り付けられており、
前記フォロワは、ロッド形状を持つとともに、第３シャフトに軸支されている、請求項２に記載の触覚アクチュエータ。
前記第２シャフトの両端に、それぞれ、前記変位ユニットの移動を制限するように、ばねまたは弾性バンパが取り付けられている、請求項１に記載の触覚アクチュエータ。
前記ばねまたは弾性バンパのそれぞれは、一端が前記第２シャフトまたは前記ハウジングに取り付けられ、他端が前記変位ユニットに取り付けられている、請求項６に記載の触覚アクチュエータ。
前記ばねまたは弾性バンパは、同一の、または、異なるばね定数を有している、請求項６に記載の触覚アクチュエータ。
前記円筒状カムの前記湾曲表面上には、２つの異なる無端閉ループ状の溝が形成されており、
前記アクチュエータの前記第１シャフトが時計方向に回転するときに前記２つの溝の第１軌跡が、前記第１ピンを案内し、
前記アクチュエータの前記第１シャフトが反時計方向に回転するときに、前記２つの溝の第２軌跡が、前記第１ピンを案内する、請求項２に記載の触覚アクチュエータ。
前記第２シャフトは前記第１シャフトと同軸に配置され、その一端がハウジングに取り付けられ、その他端が前記第１シャフトに向かって延伸しており、
前記第２シャフトは、前記変位ユニットの軸方向における移動を許しつつ、周方向における回転を防止する、回転防止機構を有し、
前記回転−平行移動変換手段が、湾曲表面上に形成された無端閉ループ状の溝を有し、前記アクチュエータの前記第１シャフトに堅固に固定された、円筒状カムを有し、
前記変位ユニットの外周面には、パイプ状のフォロワが堅固に固定されており、その一部が前記円筒状カムへ向かって延伸しており、
前記フォロワの延出部分の内周面にはピンが配置されており、
前記アクチュエータの前記第１シャフトが回転するときに、前記溝が前記ピンを案内する、請求項１に記載の触覚アクチュエータ。
前記変位ユニットは、前記第２シャフトが前記ハウジングに取り付けられる端においてばねまたは弾性バンパを有する、請求項１０に記載の触覚アクチュエータ。
前記第２シャフトは前記第１シャフトと同軸に配置され、その一端がハウジングに取り付けられ、その他端が前記第１シャフトに向かって延伸しており、
前記第２シャフトは、前記変位ユニットの軸方向における移動を許しつつ、周方向における回転を防止する、回転防止機構を有し、
前記回転−平行移動変換手段としての円筒状カムが前記変位ユニットに堅固に固定されており、あるいは、前記変位ユニットの一部として構成されており、
前記円筒状カムが湾曲表面としての内周面に形成された無端閉ループ状の溝またはスロットを有し、
前記アクチュエータの前記第１シャフトにはスリーブが堅固に固定されており、前記スリーブからは、ピンが径方向に突出しており、
前記アクチュエータの前記第１シャフトが回転するときに、前記ピンが前記溝またはスロットの中を移動することで、前記円筒状カムおよび前記変位ユニットが前記第２シャフトに沿って移動する、請求項１に記載の触覚アクチュエータ。
前記第２シャフトは前記第１シャフトと同軸に配置され、その一端がハウジングに取り付けられ、その他端が前記第１シャフトに向かって延伸しており、
前記第２シャフトは、前記変位ユニットの軸方向における移動を許しつつ、周方向における回転を防止する、回転防止機構を有し、
前記回転−平行移動変換手段は、円筒の一部を斜めに切り取った斜切円筒形状を有し、前記アクチュエータの前記第１シャフトに堅固に固定された、傾斜カムを有し、
前記変位ユニットからは、前記傾斜カムへ向かって、ロッド状のフォロワが突出しており、
前記第２シャフトには、前記変位ユニットを付勢することで、前記フォロワの先端を前記傾斜カムの切取部楕円形表面へ接触させるばねまたは弾性バンパが取り付けられており、
前記アクチュエータの前記第１シャフトが回転するときに、前記フォロワが前記傾斜カムの前記切取部楕円形表面に沿って移動することで、前記変位ユニットが前記第２シャフトに沿って移動する、請求項１に記載の触覚アクチュエータ。