JP2000081917A - 力触覚及び温度覚の呈示用装置 - Google Patents
力触覚及び温度覚の呈示用装置Info
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- JP2000081917A JP2000081917A JP25077698A JP25077698A JP2000081917A JP 2000081917 A JP2000081917 A JP 2000081917A JP 25077698 A JP25077698 A JP 25077698A JP 25077698 A JP25077698 A JP 25077698A JP 2000081917 A JP2000081917 A JP 2000081917A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 操作者に力触覚及び温度感覚を呈示する呈示
用装置において、放熱の効率化、使い易さの向上及び軽
量化を図る。 【解決手段】 力触覚及び温度覚の呈示用装置１におい
て、流体２の力学的作用により操作者に力触覚を呈示し
たり、温度調整用素子３の発熱又は吸熱の作用によって
操作者に温度覚を呈示する。温度調整用素子３によって
発生する熱を、流体２に伝達して放熱させるために熱伝
導材４を設けた。
用装置において、放熱の効率化、使い易さの向上及び軽
量化を図る。 【解決手段】 力触覚及び温度覚の呈示用装置１におい
て、流体２の力学的作用により操作者に力触覚を呈示し
たり、温度調整用素子３の発熱又は吸熱の作用によって
操作者に温度覚を呈示する。温度調整用素子３によって
発生する熱を、流体２に伝達して放熱させるために熱伝
導材４を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、力触覚及び温度覚
の呈示用装置についての効率的な放熱技術に関する。
の呈示用装置についての効率的な放熱技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】仮想現実（バーチャルリアリティ）や遠
隔現実（テレリアリティ）等の分野では、コンピュータ
によって創出される仮想空間（あるいは仮想世界）や操
作者からは隔絶した遠隔世界（あるいは遠隔環境）にお
ける力触覚や温度感覚を、該操作者に体感させることが
できるようにするためのマン・マシンインターフェース
として、例えば、サーモグローブや力触覚グローブ等が
知られている。前者は、仮想空間等において操作者から
みた場合に架空の物体であったり、遠隔の物体であるが
ために単に視覚上の存在としてしか認知することができ
ない対象物や状況に関して、操作者が人体にとって危険
のない温度範囲で熱や温度をその手に感じることができ
るようにしたものである。また、後者は、主に視覚や聴
覚によって認知される仮想現実感を、さらに力学的な感
覚（力触覚）にまで拡張したり、あるいは、遠隔世界に
おける操作感覚に臨場感を与えるために導入されるもの
で、例えば、電気粘性流体等を用いて人間の手の触覚に
作用を及ぼすものである。
隔現実（テレリアリティ）等の分野では、コンピュータ
によって創出される仮想空間（あるいは仮想世界）や操
作者からは隔絶した遠隔世界（あるいは遠隔環境）にお
ける力触覚や温度感覚を、該操作者に体感させることが
できるようにするためのマン・マシンインターフェース
として、例えば、サーモグローブや力触覚グローブ等が
知られている。前者は、仮想空間等において操作者から
みた場合に架空の物体であったり、遠隔の物体であるが
ために単に視覚上の存在としてしか認知することができ
ない対象物や状況に関して、操作者が人体にとって危険
のない温度範囲で熱や温度をその手に感じることができ
るようにしたものである。また、後者は、主に視覚や聴
覚によって認知される仮想現実感を、さらに力学的な感
覚（力触覚）にまで拡張したり、あるいは、遠隔世界に
おける操作感覚に臨場感を与えるために導入されるもの
で、例えば、電気粘性流体等を用いて人間の手の触覚に
作用を及ぼすものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、人体に温度
感覚を与えるための温度調整用素子については、その放
熱対策を十分に考慮しないと火傷等の危険を伴う虞が生
じるが、従来の装置にあっては、放熱板やヒートシンク
等の放熱用部材をグローブに付設していたため、これが
グローブの動きや柔軟性に支障を来す原因となったり、
また重量化の一因となっている。
感覚を与えるための温度調整用素子については、その放
熱対策を十分に考慮しないと火傷等の危険を伴う虞が生
じるが、従来の装置にあっては、放熱板やヒートシンク
等の放熱用部材をグローブに付設していたため、これが
グローブの動きや柔軟性に支障を来す原因となったり、
また重量化の一因となっている。
【０００４】そこで、本発明は、操作者に対して力触覚
及び温度の感覚を呈示する呈示用装置において、放熱の
効率化、使い易さの向上及び軽量化を図ることを課題と
する。
及び温度の感覚を呈示する呈示用装置において、放熱の
効率化、使い易さの向上及び軽量化を図ることを課題と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る装置は上記
した課題を解決するために、温度調整用素子によって発
生する熱を、流体に伝達して放熱させるための熱伝導材
を設けたものである。
した課題を解決するために、温度調整用素子によって発
生する熱を、流体に伝達して放熱させるための熱伝導材
を設けたものである。
【０００６】従って、本発明によれば、温度調整用素子
によって発生する熱を、流体に伝達して放熱させること
ができるので、放熱板等の放熱用部材が不要となる。
によって発生する熱を、流体に伝達して放熱させること
ができるので、放熱板等の放熱用部材が不要となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る装置の基本構
成の説明図である。
成の説明図である。
【０００８】力触覚及び温度覚の呈示用装置１は、流体
２の力学的作用により操作者（使用者）に力触覚を呈示
したり、温度調整用素子３の発熱又は吸熱の作用によっ
て操作者に温度（感）覚を呈示するための装置である。
２の力学的作用により操作者（使用者）に力触覚を呈示
したり、温度調整用素子３の発熱又は吸熱の作用によっ
て操作者に温度（感）覚を呈示するための装置である。
【０００９】流体２としては、電気粘性流体又は磁性流
体、駆動油等の液体、あるいは不活性ガス等の気体が用
いられる。尚、「電気粘性流体」（あるいは電気流動流
体）とは、電界を加えたときに粘性が瞬間的かつ可逆的
に変化する流体であり、「ＥＲ流体」（Ｅｌｅｃｔｒｏ
Ｒｈｅｌｏｇｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ」として知られて
おり、誘電体粒子、例えば、表面を絶縁性薄膜で被覆し
た金属粒子や導電ポリマー性粒子等を分散質とし、これ
を電気絶縁性の液体（分散媒）、例えば、シリコーン
油、フルオロカーボン油、鉱物油等の絶縁油に分散させ
た分散系のものと、液晶性、粘度異方性、強誘電性、高
双極子能率等を有する物質やその溶液を用いた均一系の
ものが挙げられる。また、磁性流体については磁界の印
加によって流動性を変化させることができ、駆動油につ
いては温度や圧力制御に依る。
体、駆動油等の液体、あるいは不活性ガス等の気体が用
いられる。尚、「電気粘性流体」（あるいは電気流動流
体）とは、電界を加えたときに粘性が瞬間的かつ可逆的
に変化する流体であり、「ＥＲ流体」（Ｅｌｅｃｔｒｏ
Ｒｈｅｌｏｇｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ」として知られて
おり、誘電体粒子、例えば、表面を絶縁性薄膜で被覆し
た金属粒子や導電ポリマー性粒子等を分散質とし、これ
を電気絶縁性の液体（分散媒）、例えば、シリコーン
油、フルオロカーボン油、鉱物油等の絶縁油に分散させ
た分散系のものと、液晶性、粘度異方性、強誘電性、高
双極子能率等を有する物質やその溶液を用いた均一系の
ものが挙げられる。また、磁性流体については磁界の印
加によって流動性を変化させることができ、駆動油につ
いては温度や圧力制御に依る。
【００１０】流体２から人体Ｈに作用する力によって、
呈示用装置１を装着した操作者が力触覚を感じることが
できる。尚、流体２の圧力制御には、加圧／減圧装置や
ポンプ等が用いられ、また、流体２の粘性の制御には、
電気粘性流体の場合に電界発生用の電圧源等が用いられ
る。
呈示用装置１を装着した操作者が力触覚を感じることが
できる。尚、流体２の圧力制御には、加圧／減圧装置や
ポンプ等が用いられ、また、流体２の粘性の制御には、
電気粘性流体の場合に電界発生用の電圧源等が用いられ
る。
【００１１】温度調整用素子３としては、例えば、温熱
／冷却（吸熱）素子としてペルチェ素子が用いられ、素
子表面から直接に又は所定の熱伝導部材を介して人体Ｈ
に伝熱される。
／冷却（吸熱）素子としてペルチェ素子が用いられ、素
子表面から直接に又は所定の熱伝導部材を介して人体Ｈ
に伝熱される。
【００１２】この温度調整用素子３によって発生する熱
は、熱伝導材４を介して流体２に伝達されることで放熱
される。これによって、局部的な温度上昇や下降を温度
調整用素子３によって瞬時に制御することができるよう
になる。
は、熱伝導材４を介して流体２に伝達されることで放熱
される。これによって、局部的な温度上昇や下降を温度
調整用素子３によって瞬時に制御することができるよう
になる。
【００１３】尚、熱伝導材４としては、人体における関
節等の対偶の動きに対して柔軟性をもたせるために、な
るべく柔らかい材料が好ましく、例えば、ブチルゴム等
のゴム材料を使用し、熱伝導率を上げるために、アルミ
ニウム粉を混ぜたナイロンや、ポリプロピレン（Ｐ
Ｐ）、シリコーン等の材料を用いる。
節等の対偶の動きに対して柔軟性をもたせるために、な
るべく柔らかい材料が好ましく、例えば、ブチルゴム等
のゴム材料を使用し、熱伝導率を上げるために、アルミ
ニウム粉を混ぜたナイロンや、ポリプロピレン（Ｐ
Ｐ）、シリコーン等の材料を用いる。
【００１４】また、図１に示すように、流体２を封入す
る管状部材５を、あたかも血管のようにはり巡らせて、
これらを熱伝導材４によって覆い、温度調整用素子３の
放熱部３ａが熱伝導材４に密着されるように構成する
と、温度調整用素子３の熱が熱伝導材４に伝達された
後、管状部材５を介して流体２に伝えられるので、管状
部材５の表面積によって必要な放熱面積を確保すること
ができる。
る管状部材５を、あたかも血管のようにはり巡らせて、
これらを熱伝導材４によって覆い、温度調整用素子３の
放熱部３ａが熱伝導材４に密着されるように構成する
と、温度調整用素子３の熱が熱伝導材４に伝達された
後、管状部材５を介して流体２に伝えられるので、管状
部材５の表面積によって必要な放熱面積を確保すること
ができる。
【００１５】そして、流体２を管状部材５で循環させる
ためのポンプを設けることによって、さらに放熱効率を
高めることが可能である。
ためのポンプを設けることによって、さらに放熱効率を
高めることが可能である。
【００１６】上記した呈示用装置１の実施形態として
は、例えば、人体の手足や体の一部等の形状に適合した
形状を有するグローブ、アームバンド、マスク、指サッ
ク、ボディスーツ、ソックス等、各種の形態が挙げられ
る。
は、例えば、人体の手足や体の一部等の形状に適合した
形状を有するグローブ、アームバンド、マスク、指サッ
ク、ボディスーツ、ソックス等、各種の形態が挙げられ
る。
【００１７】
【実施例】図２乃至図４は本発明に係る実施の一例を示
すものであり、本発明を、力触覚及び温度覚を呈示する
ためのグローブ（サーモ・フォースグローブ）に適用し
たものである。
すものであり、本発明を、力触覚及び温度覚を呈示する
ためのグローブ（サーモ・フォースグローブ）に適用し
たものである。
【００１８】図２はグローブ６を概略的に示したもので
あり、グローブ６内のホースには、ポンプ７により圧力
が加えられる構成となっている。尚、同図に破線Ｄで示
す部分が手を表している。
あり、グローブ６内のホースには、ポンプ７により圧力
が加えられる構成となっている。尚、同図に破線Ｄで示
す部分が手を表している。
【００１９】図３に示すように、グローブ６内のホース
（あるいはチューブ）８には、ＥＲ流体又は磁性流体等
の流体９が充填されており、該流体９の制御によってグ
ローブ６をはめた使用者に対して、流体９による力学的
な作用を伝達する。例えば、上記ＥＲ流体を使用した場
合には、流体の粘性変化に基づく流動抵抗の変化を力触
覚の呈示に利用することができる。尚、力触覚として
は、「押す」、「触れる」、「握る」等、人間が手で感
じることのできる感触が含まれる。
（あるいはチューブ）８には、ＥＲ流体又は磁性流体等
の流体９が充填されており、該流体９の制御によってグ
ローブ６をはめた使用者に対して、流体９による力学的
な作用を伝達する。例えば、上記ＥＲ流体を使用した場
合には、流体の粘性変化に基づく流動抵抗の変化を力触
覚の呈示に利用することができる。尚、力触覚として
は、「押す」、「触れる」、「握る」等、人間が手で感
じることのできる感触が含まれる。
【００２０】ホース８は、熱伝導材１０によって包まれ
ており、その材料としては柔軟性に富み、熱伝導率の高
い材料が好ましい。
ており、その材料としては柔軟性に富み、熱伝導率の高
い材料が好ましい。
【００２１】また、グローブ６内において手の指部に接
触する場所には、ペルチェ素子１１、１１、・・・が設
けられており、それらの放熱部が熱伝導材１０に密着し
ている。
触する場所には、ペルチェ素子１１、１１、・・・が設
けられており、それらの放熱部が熱伝導材１０に密着し
ている。
【００２２】各ペルチェ素子１１の間及びこれらに対応
する熱伝導材１０の部分には、グローブ６の内部と外部
とを連通する孔１２、１２、・・・が形成されており、
この孔は放熱孔としての機能の他、湿度調節や通気を図
る等の機能を備えている。
する熱伝導材１０の部分には、グローブ６の内部と外部
とを連通する孔１２、１２、・・・が形成されており、
この孔は放熱孔としての機能の他、湿度調節や通気を図
る等の機能を備えている。
【００２３】しかして、このグローブ６においては、ペ
ルチェ素子１１の制御によって手の指に熱さや冷たさの
感じを操作者に与えることができる。そして、ペルチェ
素子１１の使用に伴って発生する熱は、熱伝導材１０を
介して流体９に伝達されて放熱されるので、放熱板等、
動きに支障のある部材をグローブ６に付設する必要がな
くなる。
ルチェ素子１１の制御によって手の指に熱さや冷たさの
感じを操作者に与えることができる。そして、ペルチェ
素子１１の使用に伴って発生する熱は、熱伝導材１０を
介して流体９に伝達されて放熱されるので、放熱板等、
動きに支障のある部材をグローブ６に付設する必要がな
くなる。
【００２４】尚、流体の制御やペルチェ素子の制御に必
要な装置、指の曲げ角や温度計測用のセンサ等について
は既知の手段を用いれば良いのでそれらの説明を省略す
る。
要な装置、指の曲げ角や温度計測用のセンサ等について
は既知の手段を用いれば良いのでそれらの説明を省略す
る。
【００２５】図４は、ホース内の流体をポンプによって
循環させることによって放熱効果を高めることのできる
グローブの構成例６Ａを示したものである。
循環させることによって放熱効果を高めることのできる
グローブの構成例６Ａを示したものである。
【００２６】このグローブ６Ａでは、ホース８Ａ内を通
る流体９が手や指の表裏を通って循環するように当該ホ
ース８Ａがポンプ７Ａに接続されており、流体９の流路
が環状に形成されている。
る流体９が手や指の表裏を通って循環するように当該ホ
ース８Ａがポンプ７Ａに接続されており、流体９の流路
が環状に形成されている。
【００２７】よって、例えば、同図に矢印で示すよう
に、ポンプ７Ａから出た流体９が指の裏側を通った後、
ペルチェ素子１１、１１、・・・が設けられた指の表面
側を通った後、再びポンプ７Ａへと戻されていく。
に、ポンプ７Ａから出た流体９が指の裏側を通った後、
ペルチェ素子１１、１１、・・・が設けられた指の表面
側を通った後、再びポンプ７Ａへと戻されていく。
【００２８】このホース８Ａについても熱伝導材１０Ａ
による被覆が施されており、該熱伝導材１０Ａのうちペ
ルチェ素子１１の放熱部との接触部分から、ペルチェ素
子１１による発生熱が流体９へと伝達された後、グロー
ブ６Ａの外に放熱されることになる。
による被覆が施されており、該熱伝導材１０Ａのうちペ
ルチェ素子１１の放熱部との接触部分から、ペルチェ素
子１１による発生熱が流体９へと伝達された後、グロー
ブ６Ａの外に放熱されることになる。
【００２９】しかして、上記したグローブ６、６Ａによ
れば、これをはめた操作者の手に対して目的場所の局所
的な温度変化を高速に制御することができ、しかも当該
場所の温度を実際の温度設定によることなく安全に認識
させることができる。
れば、これをはめた操作者の手に対して目的場所の局所
的な温度変化を高速に制御することができ、しかも当該
場所の温度を実際の温度設定によることなく安全に認識
させることができる。
【００３０】これらのグローブの用途については、例え
ば、コンピュータ上で仮想現実感を得ることのできる力
触覚及び温度覚の呈示装置等が挙げられる。これによっ
て、グローブをはめた操作者は、視覚上にのみ認識され
る仮想物体を捕まえたときに、あたかも実物を掴んだか
のような感覚を得たり、当該仮想物体の温度を手に感じ
ることができる。
ば、コンピュータ上で仮想現実感を得ることのできる力
触覚及び温度覚の呈示装置等が挙げられる。これによっ
て、グローブをはめた操作者は、視覚上にのみ認識され
る仮想物体を捕まえたときに、あたかも実物を掴んだか
のような感覚を得たり、当該仮想物体の温度を手に感じ
ることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１に係る発明によれば、温度調整用素子によ
って発生する熱を、流体に伝達して放熱させることがで
きるので、放熱板等の放熱用部材が不要となる。よっ
て、放熱用部材の付設によって装置の使用者の動きが規
制されたり、装置の重量化をもたらすことがないので、
放熱の効率化及び使い易さの向上、軽量化を図ることが
できる。
に、請求項１に係る発明によれば、温度調整用素子によ
って発生する熱を、流体に伝達して放熱させることがで
きるので、放熱板等の放熱用部材が不要となる。よっ
て、放熱用部材の付設によって装置の使用者の動きが規
制されたり、装置の重量化をもたらすことがないので、
放熱の効率化及び使い易さの向上、軽量化を図ることが
できる。
【００３２】請求項２に係る発明によれば、流体を封入
する管状部材を熱伝導材によって被覆して、温度調整用
素子の放熱部を該熱伝導材に密着した構成を採用するこ
とによって放熱面積を確保することができる。
する管状部材を熱伝導材によって被覆して、温度調整用
素子の放熱部を該熱伝導材に密着した構成を採用するこ
とによって放熱面積を確保することができる。
【００３３】請求項３に係る発明によれば、流体をポン
プによって管状部材内で循環させることで放熱効果をよ
り高めることができる。
プによって管状部材内で循環させることで放熱効果をよ
り高めることができる。
【００３４】請求項４乃至６に係る発明によれば、電気
粘性流体又は磁性流体を用い、温度調整用素子としてペ
ルチェ素子を用いることによって、目的場所における力
触覚及び温度を素早く変化させることができる。
粘性流体又は磁性流体を用い、温度調整用素子としてペ
ルチェ素子を用いることによって、目的場所における力
触覚及び温度を素早く変化させることができる。
【図１】本発明に係る装置の基本構成を示す図である。
【図２】図３及び図４とともに本発明をグローブに適用
した実施の一例を示すものであり、本図はグローブの概
略図である。
した実施の一例を示すものであり、本図はグローブの概
略図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略的な断面図
である。
である。
【図４】図３とは異なる構成を有するグローブを示す概
略的な断面図である。
略的な断面図である。
１…力触覚及び温度覚の呈示用装置、２…流体、３…温
度調整用素子、３ａ…放熱部、４…熱伝導材、５…管状
部材、７、７Ａ…ポンプ、９…流体、１０、１０Ａ…熱
伝導材、１１…ペルチェ素子
度調整用素子、３ａ…放熱部、４…熱伝導材、５…管状
部材、７、７Ａ…ポンプ、９…流体、１０、１０Ａ…熱
伝導材、１１…ペルチェ素子
Claims (6)
- 【請求項１】 流体の力学的作用により操作者に力触覚
を呈示したり、温度調整用素子の発熱又は吸熱の作用に
よって操作者に温度覚を呈示するための、力触覚及び温
度覚の呈示用装置において、 上記温度調整用素子によって発生する熱を、上記流体に
伝達して放熱させるための熱伝導材を設けたことを特徴
とする力触覚及び温度覚の呈示用装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載した力触覚及び温度覚の
呈示用装置において、 流体を封入した管状部材が熱伝導材によって覆われてお
り、温度調整用素子の放熱部が該熱伝導材に密着されて
いることを特徴とする力触覚及び温度覚の呈示用装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載した力触覚及び温度覚の
呈示用装置において、 流体を管状部材内で循環させるためのポンプを備えてい
ることを特徴とする力触覚及び温度覚の呈示用装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載した力触覚及び温度覚の
呈示用装置において、 流体が電気粘性流体又は磁性流体とされ、温度調整用素
子がペルチェ素子とされていることを特徴とする力触覚
及び温度覚の呈示用装置。 - 【請求項５】 請求項２に記載した力触覚及び温度覚の
呈示用装置において、 流体が電気粘性流体又は磁性流体とされ、温度調整用素
子がペルチェ素子とされていることを特徴とする力触覚
及び温度覚の呈示用装置。 - 【請求項６】 請求項３に記載した力触覚及び温度覚の
呈示用装置において、 流体が電気粘性流体又は磁性流体とされ、温度調整用素
子がペルチェ素子とされていることを特徴とする力触覚
及び温度覚の呈示用装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25077698A JP2000081917A (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | 力触覚及び温度覚の呈示用装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25077698A JP2000081917A (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | 力触覚及び温度覚の呈示用装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000081917A true JP2000081917A (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=17212883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25077698A Pending JP2000081917A (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | 力触覚及び温度覚の呈示用装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000081917A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011519098A (ja) * | 2008-04-29 | 2011-06-30 | コミサリア ア レネルジ アトミ−ク エ オエネルジー アルテルナティヴ | 操作感覚を向上させたフォースフィードバック・インタフェース |
| JP2012527024A (ja) * | 2009-05-15 | 2012-11-01 | アルカテル−ルーセント | 手触りで情報を読み取るために使用されるグローブおよびタッチスクリーン |
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-
1998
- 1998-09-04 JP JP25077698A patent/JP2000081917A/ja active Pending
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