JP2011096133A - Information transmitter to living body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、形状記憶合金を用いて、生体に触覚の情報を伝達する情報伝達装置に関する。 The present invention relates to an information transmission device that transmits tactile information to a living body using a shape memory alloy.
従来から微小な振動を提示することで生体の触覚に情報を伝達する装置として振動モーター、圧電素子、形状記憶合金等を用いた情報伝達装置が知られている。これらの情報伝達で利用される生体の触覚が振動を感ずるメカニズムは、次のように説明されている。皮膚感覚等の触覚の形成に関与する人間の受容器は、皮膚及び皮下組織に分布している。皮膚面に刺激が加わると、皮下組織の数種類の受容器が刺激される。人間の受容器では、100[Hz]以下の振動を知覚するのがマイスナー小体、100〜300[Hz]程度の振動に反応するのがパチニ小体であり、メルケル触盤が圧に反応し、ルフィニ終末が歪みと変位を知覚するものとされている。マイスナー小体は順応が速く、かつ受容野が狭いものであり、パチニ小体は順応が速く、かつ受容野が広いものであり、メルケル細胞は順応が遅く、かつ受容野が狭いものであるとされている。具体的には、パチニ小体は200[Hz]程度の振動に最も敏感に反応し、マイスナー小体は、30[Hz]程度の振動に最も敏感に反応するとされている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an information transmission device using a vibration motor, a piezoelectric element, a shape memory alloy, or the like is known as a device that transmits information to the sense of touch of a living body by presenting minute vibrations. The mechanism by which the tactile sensation of the living body used for information transmission senses vibration is explained as follows. Human receptors involved in the formation of tactile sensations such as skin sensations are distributed in the skin and subcutaneous tissue. When stimulation is applied to the skin surface, several types of receptors in the subcutaneous tissue are stimulated. In human receptors, the Meissner body senses vibrations below 100 [Hz], and the Pacini body reacts to vibrations of about 100 to 300 [Hz], and the Merkel touch panel reacts to pressure. The Rufini ending is supposed to perceive distortion and displacement. The Meissner body has a fast adaptation and a narrow receptive field, the Patini body has a fast adaptation and a wide receptive field, and the Merkel cell has a slow adaptation and a narrow receptive field. Has been. Specifically, it is said that the Pachiny body reacts most sensitively to vibration of about 200 [Hz], and the Meissner body reacts most sensitively to vibration of about 30 [Hz].
形状記憶合金を用いて、生体の触覚に情報を伝達する情報伝達装置として、例えば、長さ3mm、直径50μ程度の形状記憶合金を馬蹄形に曲げ、その馬蹄形の頂点付近を生体に触れさせる構造をしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この情報伝達装置では、形状記憶合金に波高値2V、デューティー比5%のパルス波を印加することにより、形状記憶合金の加熱・冷却を繰り返して形状記憶合金を収縮・伸長させ、高い周波数で振動させる。この振動によって、ファントムセンセーションや仮現運動を利用し、生体の触覚に文字や図形、点字等の高度な提示を行なう。 As an information transmission device for transmitting information to the tactile sensation of a living body using a shape memory alloy, for example, a structure in which a shape memory alloy having a length of about 3 mm and a diameter of about 50 μ is bent into a horseshoe shape, and the apex of the horseshoe shape is touched to the living body. Is known (for example, see Patent Document 1). In this information transmission device, by applying a pulse wave having a peak value of 2 V and a duty ratio of 5% to the shape memory alloy, the shape memory alloy is repeatedly heated and cooled to contract and elongate and vibrate at a high frequency. Let This vibration makes use of phantom sensation and apparent motion to provide advanced presentation of characters, figures, braille, etc. to the tactile sense of the living body.
しかしながら、このような情報伝達装置においては、触覚を提示する形状記憶合金が馬蹄形に形成され、形状記憶合金自身が持つ復元力にて生体を刺激する構造である。該合金は50μと細く、柔らかく復元力が乏しいため、発生する刺激が小さく、生体に触覚による情報提示を十分に行なえない。また、複数の形状記憶合金を一緒に用いる場合に、それらの形状記憶合金が均等に振動するように均一な馬蹄形に製造するのが難しい。 However, in such an information transmission device, a shape memory alloy that presents a sense of touch is formed in a horseshoe shape, and the living body is stimulated by the restoring force of the shape memory alloy itself. Since the alloy is as thin as 50 μm, and is soft and poor in restoring force, the generated stimulus is small and information cannot be sufficiently presented to the living body by touch. Further, when a plurality of shape memory alloys are used together, it is difficult to manufacture a uniform horseshoe shape so that the shape memory alloys vibrate evenly.
また、形状記憶合金を弛緩した状態で、平面又は曲面上に形状記憶合金の両端を固定して取付け、形状記憶合金の振動を生体に伝達する触覚子の一端を形状記憶合金の中間部に取付けて、触覚子の他端を生体に接触可能なように設けた構造をした情報伝達装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, with the shape memory alloy relaxed, both ends of the shape memory alloy are fixed and attached on a flat or curved surface, and one end of the tactile element that transmits the vibration of the shape memory alloy to the living body is attached to the middle part of the shape memory alloy. An information transmission device having a structure in which the other end of the tactile sensation is provided so as to be in contact with a living body is known (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、このような情報伝達装置においては、生体の触覚への振動の提示が触覚子を介して行なうために、生体との接触部が大きくなり、ファントムセンセーションや仮現運動等の高度な触覚提示ができない。また、構造が複雑であるので、製造が難しい。 However, in such an information transmission device, since vibrations are presented to the tactile sensation of the living body via the tactile sensor, the contact portion with the living body becomes large, and advanced tactile presentation such as phantom sensation and apparent movement is performed. I can't. Moreover, since the structure is complicated, manufacturing is difficult.
本発明は、上記問題を解消するものであり、形状記憶合金の強い振動によって生体に情報を確実に伝達することができ、しかも、簡単な構成で製造するのが容易な生体への情報伝達装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problem, and can transmit information to a living body reliably by strong vibration of a shape memory alloy, and can be easily manufactured with a simple configuration. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために請求項1の発明は、形状記憶合金を用いた生体への情報伝達装置において、線状の形状記憶合金と、前記形状記憶合金が取付けられる板と、前記形状記憶合金に、信号伝達のためのオン・オフデューティーを有し、同一、又は異なる波高値のパルス波を印加する信号発生手段と、を備え、前記形状記憶合金は、前記板に弛緩した状態で取付けられ、かつ、張力を与えられた状態でパルス波を印加され、該合金の長さが変化することを繰り返すことにより機械振動を生じさせ、該合金に接した生体の触覚に情報を伝達するものである。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2の発明は、請求項1に記載の生体への情報伝達装置において、前記板は、板面に開けられた穴部を有し、前記形状記憶合金は、前記穴部を跨って弛緩した状態で、穴部の両端側で板に固定されており、使用時に該穴部を押圧する生体により張力を与えられるものである。 According to a second aspect of the present invention, in the information transmission device to the living body according to the first aspect, the plate has a hole portion formed in the plate surface, and the shape memory alloy is relaxed across the hole portion. In this state, it is fixed to the plate at both ends of the hole, and is tensioned by a living body that presses the hole during use.
請求項3の発明は、請求項1に記載の生体への情報伝達装置において、前記板は、対をなす突起を板面に有し、前記形状記憶合金は、前記の対をなす突起間を跨って弛緩した状態で該突起に固定されており、使用時に該突起間を押圧する生体により張力を与えられるものである。 According to a third aspect of the present invention, in the information transmission device to the living body according to the first aspect, the plate has a pair of protrusions on the plate surface, and the shape memory alloy has a gap between the pair of protrusions. It is fixed to the protrusions in a relaxed state across the bridge, and is tensioned by a living body that presses between the protrusions during use.
請求項4の発明は、請求項1に記載の生体への情報伝達装置において、前記形状記憶合金は、馬蹄形に曲げられて弛緩した馬蹄形部を有し、前記馬蹄形部は、前記板に垂直方向に起こされた状態で、馬蹄形の根元で該板に固定され、前記馬蹄形部と前記板との間に弾性を有する樹脂が充填され、該樹脂により馬蹄形部の外周方向に張力を与えられるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the information transmission device to the living body according to the first aspect, the shape memory alloy has a horseshoe-shaped portion bent and relaxed in a horseshoe shape, and the horseshoe-shaped portion is perpendicular to the plate. In this state, it is fixed to the plate at the base of the horseshoe shape and is filled with elastic resin between the horseshoe portion and the plate, and the resin gives tension in the outer peripheral direction of the horseshoe portion. is there.
請求項1の発明によれば、形状記憶合金に張力を与えた状態でパルス波を印加するので、形状記憶合金の機械振動が強くなり、生体に情報を確実に伝達することができる。また、形状記憶合金を弛緩した状態に取付けるという簡単な構造であるので、容易に製造することができる。
According to the invention of
請求項2乃至請求項4の発明によれば、生体又は樹脂によって形状記憶合金に張力を与えた状態で形状記憶合金を駆動することで、該合金の機械振動を生体に効率的に伝達することができ、生体への情報伝達がより確実なものとなる。 According to the second to fourth aspects of the invention, the mechanical vibration of the alloy is efficiently transmitted to the living body by driving the shape memory alloy in a state where the shape memory alloy is tensioned by the living body or the resin. And information transmission to the living body becomes more reliable.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る生体への情報伝達装置について図1を参照して説明する。生体への情報伝達装置1は、生体に接触される状態の形状記憶合金21を有した透明板状の触覚子ユニット2と、この触覚子ユニット2を駆動する信号を生成する信号発生部(信号発生手段を成す)3とを備える。触覚子ユニット2は、映像、絵図等を表示する表示パネル5の上に配置される。信号発生部3は、触覚子ユニット2を駆動させる信号を発生する信号発生装置31と、この信号発生装置31から出力された信号を受けて触覚子ユニット2の形状記憶合金21を駆動させるパルス波を発生する形状記憶合金ドライバ32とを有している。
(First embodiment)
An apparatus for transmitting information to a living body according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
表示パネル5は、信号を受けて映像を表示する映像ディスプレイや、絵図や記号等を描かれた表示物である。表示パネル5が映像ディスプレイである場合には、映像を表示するための信号を生成する制御装置6が備えられる。この場合、制御装置6は、表示パネル5に表示させた映像データに関連付けられた信号を信号発生装置31に出力する。これにより、信号発生装置31は触覚子ユニット2が映像に関連した情報を生体に伝達し得るように駆動するための信号を生成する。また、表示パネル5が、絵画が描かれた表示物である場合には、信号発生装置31は表示物に関連したデータを生成する。この場合には、制御装置6は必ずしも必要でない。
The
触覚子ユニット2は、振動運動を行なう線状の形状記憶合金21と、形状記憶合金21が上面に取付けられる透明板(板)22と、形状記憶合金21及び透明板22を上から覆う薄膜状の透明保護カバー24とを有している。透明板22は、板面に開けられた穴部23aを有し、形状記憶合金21は穴部23aを跨って透明板22に取付けられ、両端を透明板22の端部まで伸ばし、信号発生部3から形状記憶合金21への信号を伝達するリード線4に接続されている。形状記憶合金21の穴部23aを跨っている部分は、弛緩した状態で、穴部23aの両端側で透明板22に固定される。形状記憶合金21は、形状記憶合金21が生体に押圧されても、形状記憶合金21が穴部23aの下に載置されている物に到達せず、形状記憶合金21に張力が発生する程度に弛緩している。形状記憶合金21は、触覚子ユニット2に触れるユーザの生体に押圧されて張力を与えられ、その状態でパルス波を印加されると、該合金の長さが変化することを繰り返すことにより強い機械振動を生じさせ、生体の触覚に情報を確実に伝達する。
The
透明保護カバー24も、透明板22の穴部23aに対応する個所に、穴部23bを有している。穴部23a及び穴部23bの両方を指す場合は、穴部23と称する。なお、透明保護カバー24は穴部23bを有しなくてもよい。
The transparent
形状記憶合金21は、直径50μm以下の細い線材で成る。透明板22及び透明保護カバー24は、透明ガラスや透明樹脂等で成る。形状記憶合金21及び穴部23は、図1では、4対の例を示したが、透明板22の面上に多数個がマトリックス状に配置されたものとすることが望ましい。
The
信号発生装置31は、上述したように制御装置6が備えられる場合は、制御装置6からのデータを受け、制御装置6が備えられていない場合は、表示パネル5に表示されている絵図等に関連した情報を格納しておく。形状記憶合金ドライバ32は、形状記憶合金21を駆動するパルス波を、リード線4を介して形状記憶合金21に出力する。
The
図2(a)及び(b)は、表示パネル5に取付けられた触覚子ユニット2の例を示す。図2(a)では、表示パネル5は表示物であって矢印Hの図を表示しており、ユーザは矢印Hを、触覚子ユニット2を通して見ることができる。矢印Hの上には、複数個の形状記憶合金21及び穴部23が配置されている。信号発生装置31は、格納している矢印Hの情報から、矢印Hと同じ方向に物が移動している触感を生体に与えるための信号を形状記憶合金ドライバ32に出力し、形状記憶合金ドライバ32は信号発生装置31からの信号に基づいて形状記憶合金21を駆動させるパルス波を出力する。ユーザは、触覚子ユニット2に触れ、形状記憶合金21に張力を与えることによって、矢印Hと同じ方向に物が移動している触感を得ることができる。
FIGS. 2A and 2B show an example of the
図2(b)では、表示パネル5は映像ディスプレイであり、ディスプレイ上に複数の形状記憶合金21及び穴部23がマトリックス状に配置されている。この図では、形状記憶合金21を駆動するリード線の図示を省いているが、例えば、図1(a)に示した触覚子ユニット2を複数組用いればよい。表示パネル5には制御装置6により布地Iの映像が表示されている。ユーザは布地Iの映像を触覚子ユニット2を通して見ることができる。制御装置6は、布地Iの映像データに関連付けられた信号を信号発生装置31に出力する。信号発生装置31は、制御装置6からの信号に基づいて布地Iの触感を生体に与えるための信号を形状記憶合金ドライバ32に出力し、形状記憶合金ドライバ32は信号発生装置31からの信号に基づいて形状記憶合金21を駆動させるパルス波を出力する。ユーザは、触覚子ユニット2に触れ、形状記憶合金21に張力を与えることによって、布地Iの触感を得ることができる。このように、表示パネル5に映像される物体の触覚情報を伝達することにより、遠隔でありながら、当該物体に触れた感覚をユーザに与えることができる。
In FIG. 2B, the
次に、パルス波が印加されたときの形状記憶合金21の動作原理を、図3を参照して説明する。図3は、形状記憶合金21の温度と長さの関係を示す。横軸は、形状記憶合金21の温度を示し、縦軸は形状記憶合金21の長さを示す。形状記憶合金21は、抵抗値を有しているのでパルス波が印加されているときは発熱し、温度T2以上になると長さが7%収縮し、元の長さLから長さ0.93Lに短くなる。そして、パルス波が印加されていないときは放熱し、温度T1以下に冷却されると元の長さLに戻る。そして、温度T2以上の加熱と、温度T1以下の冷却がパルス波の印加により繰り返される間、形状記憶合金21の長さは、長さLと長さ0.93Lとへの変化を繰り返し、形状記憶合金21は振動する。
Next, the principle of operation of the
次に、触覚子ユニット2を振動させるパルス波の印加方法について図4を参照して説明する。ここでは、穴部23を跨る部分の形状記憶合金21が、直径50μm、長さ5mm、抵抗値5Ωの場合の例を示す。図4は、パルス波の印加の状態を示す。横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。図4(a)は、パルス波のオンとオフの時間の比率を示す。形状記憶合金21は、加熱して収縮すると一旦放熱して冷却してからでないと再加熱して収縮をさせることができないので冷却時間が必要である。形状記憶合金21が加熱される電圧印加時間と、形状記憶合金21が冷却される電圧無印加時間の比率であるオン・オフデューティーは、印加電圧が1Vのとき1:20程度が効果的であり、電圧無印加時間をこれより短くすると冷却が不十分で振動が起きない。図4(a)での電圧印加時間を1〜100msにすると電圧無印加時間は20〜2000msとなる。
Next, a method of applying a pulse wave that vibrates the
図4(b)は、形状記憶合金21を余熱するときの電圧印加方法を示す。オフセット電圧として0.3Vを印加しておくと、形状記憶合金21は余熱され、パルス波の波高値を低くして、形状記憶合金21を振動させることができる。
FIG. 4B shows a voltage application method when preheating the
図4(c)は、パルス波の波高値を変化させた電圧印加方法を示す。波高値を1V、1.2V、0.5V、1.5V、0.7V、及び1.2Vと変化させている。波高値が低いと形状記憶合金21は、弱く振動し、波高値が高いと形状記憶合金21は、強く振動する。波高値の高さを変えることにより、形状記憶合金21の振動の強さを調整することができる。
FIG. 4C shows a voltage application method in which the peak value of the pulse wave is changed. The peak values are changed to 1V, 1.2V, 0.5V, 1.5V, 0.7V, and 1.2V. When the crest value is low, the
図4(d)は、パルス波を断続的に印加するときに、パルス波を印加する時間を一定にし、パルス波を印加する間隔を変化させる電圧印加方法を示す。パルス波を印加する時間は、10ms〜500msの間の一定時間とし、パルス波を印加する間隔時間を10ms〜1sの間で変化させる。間隔時間が短いと生体に与える刺激は、強くなり、間隔時間が長いと生体に与える刺激は、弱くなる。パルス波を印加する間隔時間を変えることにより、生体に与える刺激を調整することができる。 FIG. 4D shows a voltage application method in which when applying a pulse wave intermittently, the time for applying the pulse wave is made constant and the interval for applying the pulse wave is changed. The time for applying the pulse wave is a constant time between 10 ms and 500 ms, and the interval time for applying the pulse wave is changed between 10 ms and 1 s. When the interval time is short, the stimulus given to the living body becomes strong, and when the interval time is long, the stimulus given to the living body becomes weak. The stimulus given to the living body can be adjusted by changing the interval time for applying the pulse wave.
図4(e)は、パルス波を断続的に印加するときに、パルス波を印加する間隔を一定にし、パルス波を印加する時間を変化させる電圧印加方法を示す。パルス波を印加する間隔時間は、10ms〜1sの間の一定時間とし、パルス波を印加する時間を1ms〜50msの間で変化させる。印加する時間が長いと生体に与える刺激は、強くなり、印加する時間が短いと生体に与える刺激は、弱くなる。パルス波を印加する時間を変えることにより、生体に与える刺激を調整することができる。 FIG. 4E shows a voltage application method in which, when a pulse wave is applied intermittently, the interval at which the pulse wave is applied is constant and the time for applying the pulse wave is changed. The interval time for applying the pulse wave is a constant time between 10 ms and 1 s, and the time for applying the pulse wave is changed between 1 ms and 50 ms. When the application time is long, the stimulus given to the living body becomes strong, and when the application time is short, the stimulus given to the living body becomes weak. The stimulus given to the living body can be adjusted by changing the time for applying the pulse wave.
本実施形態に係る情報伝達装置1は、小型軽量で、エネルギー効率が良く、高周波まで応答可能であり、振動源の分解能も極めて高い。また、単体で0.5Hz程度の振動を与えれば人の脈やスイッチを押したときのクリック感の様に感じ、10〜200Hzの振動を加えるとびりびりした触覚を与えることができる。
The
次に、本実施形態に係る情報伝達装置1によって、振動源位置を生体に与える方法、及び、物が移動する触覚を生体に与える方法について図5及び図6を参照して説明する。図5(a)乃至(d)は、それぞれ2箇所(A点、B点)の形状記憶合金21に与える駆動パルスの波高値を異ならせることにより、両点に接触する生体に振動源の位置情報を伝達することができることを示す。図5の一点鎖線の枠内にA点、B点の平面視を示す。60mm程離れた2箇所(A、B点)の各穴部23に跨る各形状記憶合金21に生体を押圧し、形状記憶合金21を同時に振動させ、該2箇所のパルス波の波高値を異ならせたときの生体が感じる触感を示す。横軸は時間を示し、縦軸はA点及びB点に対応する形状記憶合金21に印加されたパルス波の波高値を示す。また、A、B点で生体に与えられた刺激の大きさと生体が感じる刺激の位置とについて、それぞれ、刺激Cと認識位置Dの記号で示す。刺激Cの記号の大きさは、刺激の大きさを表し、認識位置Dの記号の位置は、生体がA、B点の間のどの位置に振動源を感じたかを示す。
Next, a method for giving a vibration source position to a living body and a method for giving a tactile sensation that an object moves to the living body by the
図5(a)では、A点及びB点のパルス波の波高値は、同じ1Vであるので、生体は、A、B点の中間点に振動源が有るように感じる。図5(b)では、A点の波高値が1VでB点の波高値が0.5Vであるので、生体は、A点に近い方に振動源が有るように感じる。図5(c)では、A点の波高値が0.5VでB点の波高値が1Vであるので、生体は、B点に近い方に振動源が有るように感じる。図5(d)では、A点の波高値が0.2VでB点の波高値が1Vであるので、生体は、図5(c)よりも更にB点に近い方に振動源が有るように感じる。このようにして実際には振動源が存在していない箇所に振動源が有るように触覚に感じさせるファントムセンセーションを起こすことができる。 In FIG. 5A, the peak values of the pulse waves at the points A and B are the same 1V, so that the living body feels that the vibration source is at the midpoint between the points A and B. In FIG. 5B, since the peak value at point A is 1V and the peak value at point B is 0.5V, the living body feels that there is a vibration source closer to point A. In FIG. 5C, since the peak value at point A is 0.5V and the peak value at point B is 1V, the living body feels that there is a vibration source closer to point B. In FIG. 5 (d), the peak value at point A is 0.2V and the peak value at point B is 1V, so that the living body has a vibration source closer to point B than in FIG. 5 (c). To feel. In this way, it is possible to cause phantom sensation that makes a tactile sensation feel that a vibration source is present at a place where the vibration source does not actually exist.
図6(a)乃至(d)は、2箇所(A点、B点)の形状記憶合金21に時間差をもって駆動パルスを印加することにより、両点間を物が移動する触覚を伝達することができることを示す。図6において、振動源の移動速度の触感を移動感覚Eの記号で示す。移動感覚Eの矢印の記号のうねりで生体が感じた振動源の移動速度の様子を示し、うねりが多いほど遅く感じたことを表す。図6(a)乃至図6(d)ともA、B点のパルス波の波高値は1Vであるが、A点へのパルス電圧の印加からB点へパルス電圧を印加するまでの時間差が異なっており、図6(a)では100msで、図6(b)では200msで、図6(c)では350msで、図6(d)では500msとなっている。そして、図6(a)の印加条件では、生体は、振動源がA点からB点へ速く移動したように触覚に感じる。そして、A、B点へのパルス波を印加する時間差が大きくなるにつれて、生体は、振動源がA点からB点へ遅く移動したように触覚に感じさせる仮現運動を起こすことができる。また、仮現運動によって、生体の触覚に、ザラザラやツルツルといった感覚を与えることができる。
6A to 6D show that a tactile sensation in which an object moves between both points can be transmitted by applying a drive pulse to the
この仮現運動により、表示パネル5上に配置された触覚子ユニット2の形状記憶合金21に接触する生体の触覚に、表示と関連した情報を伝達することができる。こうして、上述したように、映像表示される物等の触覚情報を伝達することができる。また、形状記憶合金21の線径が細く、透明板22及び透明保護カバー24が透明であるので、表示パネル5の視界を邪魔することなく、表示内容を見ることができる。
By this apparent movement, information related to the display can be transmitted to the tactile sense of the living body that contacts the
また、形状記憶合金21に張力を与えた状態でパルス波を印加すると、該合金が生体に少し食い込み、皮膚の中にある振動受容体を効率よく刺激して振動することにより、生体に情報を伝達することができる。また、張力によって形状記憶合金21の機械振動が強くなり、生体に情報を確実に伝達することができる。また、形状記憶合金を弛緩した状態に取付けるという簡単な構造であるので、容易に製造することができる。
Further, when a pulse wave is applied in a state where tension is applied to the
また、情報伝達装置1は、表示パネル5と制御装置6を備えずに、信号発生装置31が有するデータに基づいて触覚子ユニット2を駆動させてもよい。また、触覚子ユニット2は透明である必要はない。
Further, the
(第1の変形例)
次に、本実施形態の第1の変形例について図7を参照して説明する。本変形例では、形状記憶合金21の内で、生体に接触しない部分が、他の材質に代替されている。図7(a)は、同部分がマイクロワイヤ71によって代替された例を示す。マイクロワイヤ71は、直径が10〜50μmの金、銀、銅、アルミニウム、タングステン等の金属線である。マイクロワイヤ71と形状記憶合金21との接続方法には、超音波や溶接等があり、それぞれの接続方法に適した材料が選択される。マイクロワイヤ71の直径が、形状記憶合金21の直径の同等以下であるので、表示パネルの視界が一層改善される。
(First modification)
Next, a first modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present modification, the portion of the
図7(b)は、同部分が透明電極72に代替された例を示す。この場合も、透明電極72が透明であるので、表示パネルの視界が一層改善される。
FIG. 7B shows an example in which the same part is replaced with a
これらのマイクロワイヤ71や透明電極72は、形状記憶合金21より一般的に抵抗値が低いので、駆動電圧を低くすることが可能で、触覚子ユニット2の製造が容易になり、かつ、省エネルギーになる。また、電池駆動が可能になり情報伝達装置1を携帯用にすることもできる。
Since the
(第2の変形例)
次に、本実施形態の第2の変形例について図8を参照して説明する。本変形例では、透明板22と透明保護カバー24に挟まれた形状記憶合金21が弛緩した状態であり、形状記憶合金21は、穴部23の両端側で、穴部23の径方向に移動自在に固定されている。穴部23の形状記憶合金21が、指Yで押圧されると、形状記憶合金21全体が張り、パルス波が印加されると振動して指Yに情報を伝達する。形状記憶合金21の透明板22への固定が強固でなくてもよいので、触覚子ユニット2の組み立てが容易になる。
(Second modification)
Next, a second modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, the
(第3の変形例)
次に、本実施形態の第3の変形例について図9を参照して説明する。本変形例では、透明板22の上面に対をなす突起8が設けられており、形状記憶合金21が両突起8の間に弛緩した状態で固定されている。透明板22は、穴部を有さない。形状記憶合金21は、形状記憶合金21が生体に押圧されても、形状記憶合金21が透明板22に到達せず、形状記憶合金21に張力が発生する程度に弛緩している。突起8には、形状記憶合金ドライバ32に繋がるリード線4が接続されている。突起8や形状記憶合金21を薄い保護カバーで覆ってもよい。突起8間の形状記憶合金21が、指Yで押圧されると、形状記憶合金21が張り、パルス波が印加されると該合金が生体に少し食い込み、皮膚の中にある振動受容体を効率よく刺激して振動することにより指Yに情報を伝達する。形状記憶合金21に張力が与えられた状態でパルス波が印加されるので、形状記憶合金21の機械振動が強くなり、生体に情報が確実に伝達される。透明板22に穴部23を形成しなくてよいので、触覚子ユニット2を容易に製造することができる。
(Third Modification)
Next, a third modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, a pair of
(第4の変形例)
次に、本実施形態の第4の変形例について図10を参照して説明する。本変形例では、形状記憶合金21は馬蹄形に曲げられた馬蹄形部9を有しており、馬蹄形部9は、透明板22から垂直方向に起こされた状態であり、馬蹄形の根元で透明板22に固定されている。透明板22は、穴部を有さなくてもよい。形状記憶合金21は、弾性を有する透明な樹脂25で覆われ、馬蹄形部9の頂部を樹脂25の上に露出させている。馬蹄形部9の内側も樹脂25によって充填されており、馬蹄形部9は樹脂25によって馬蹄形の外側に向けて押圧され、張力を与えられている。形状記憶合金21に電流が流れると、形状記憶合金21は加熱されて収縮し、樹脂25を締め付けて頂部が下降する。電流が停止すると、形状記憶合金21は冷却されて元の長さの戻り、樹脂25の弾性によって頂部が上昇する。電流をオン・オフすることにより、頂部の下降上昇が繰り返されて形状記憶合金21が振動する。このような構成にすることにより、形状記憶合金21に張力が加わった状態で振動するので、形状記憶合金21に接触した生体に強い刺激を与えることができる。なお、樹脂25は、馬蹄形部9の頂部の上に、形状記憶合金21の振動を阻害しない程度に覆ってもよい。
(Fourth modification)
Next, a fourth modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る情報伝達装置について図11を参照して説明する。本実施形態では、表示パネルがタッチパネル51になっており、タッチパネル51への入力に対応して触覚子ユニット2が生体の触覚に情報を伝達する。タッチパネル51は、タッチスイッチ52a、52b、52c、52d(総称してタッチスイッチ52)を有しており、それぞれのタッチスイッチ52の上に、穴部23a、23b、23c、23dが位置するように触覚子ユニット2が配置されている。これら穴部23には形状記憶合金21(21a、21b、21c、21d)が位置する。形状記憶合金21は、上述した図1と同様に、穴部23を跨って弛緩した状態で穴部23の両端側で透明保護カバー24に固定されている。形状記憶合金21は、タッチスイッチ52に触れるユーザの生体に押圧されて張力を与えられる。ユーザが、例えば、穴部23aから指でタッチスイッチ52aを押圧すると、タッチスイッチ52aからの信号が制御装置6に送られ、制御装置6は、信号発生装置31にタッチスイッチ52aが入力されたことのデータを出力する。信号発生装置31は、制御装置6からのデータに基づいて、形状記憶合金ドライバ32を介して穴部23aを跨っている形状記憶合金21aを振動させる。形状記憶合金21aは、張力を与えられているので、強く振動し、ユーザの触覚に情報を伝達する。このことにより、タッチスイッチ52aを押圧したユーザは、指先に形状記憶合金21の振動を感じ、クリック感を得ることができる。
(Second Embodiment)
Next, an information transmission apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the display panel is the
このとき、それぞれのタッチスイッチ52毎によって、形状記憶合金21の振動数や振動時間等の振動パターンを変えるようにしてもよい。形状記憶合金21の振動パターンによって、どのタッチスイッチを押圧したかが分かるので、タッチパネル51を見ずに操作することができる。自動車の操作パネル等に有効である。
At this time, the vibration pattern such as the frequency and vibration time of the
次に、タッチパネル51における、タッチスイッチと形状記憶合金の配置構成の他例を、図12を参照して説明する。図12(a)では、タッチパネル51は、タッチスイッチ52a乃至52dを有し、それぞれの上に、穴部23a乃至23dと形状記憶合金21a乃至21dが配置されている。各穴部23a乃至23dに対する形状記憶合金21a乃至21dの設け方は、上述と同様である。一つのタッチスイッチの上に、他のタッチスイッチの穴部23に配置される形状記憶合金21が複数本通過している。このように、複数本の形状記憶合金21が一つのタッチスイッチの上を通過していても何ら支障はなく、配線設計が容易となる。
Next, another example of the arrangement configuration of the touch switch and the shape memory alloy in the
図12(b)では、タッチスイッチ52a乃至52dの上に配された穴部23a乃至23dを1本の形状記憶合金21が連続して貫通している。各穴部23a乃至23dに対する形状記憶合金21の設け方は、上述と同様である。いずれのタッチスイッチ52が入力されても、全ての穴部23を貫通する1本の形状記憶合金21が振動することによってユーザに応答する。1本の形状記憶合金21に多くのタッチスイッチ52を配することができるので、低コストとなる。
In FIG. 12B, one
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、パルス波の印加条件は、形状記憶合金21が振動するように調整すればよい。また、上述した各実施内容を任意に組み合わせて実施してもよい。
In addition, this invention is not restricted to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the meaning of invention. For example, the pulse wave application condition may be adjusted so that the
1 情報伝達装置
21 形状記憶合金
22 透明板(板)
3 信号発生部(信号発生手段)
23 穴部
8 突起
9 馬蹄形部
1
3 Signal generator (signal generator)
23
Claims (4)
線状の形状記憶合金と、
前記形状記憶合金が取付けられる板と、
前記形状記憶合金に、信号伝達のためのオン・オフデューティーを有し、同一、又は異なる波高値のパルス波を印加する信号発生手段と、を備え、
前記形状記憶合金は、前記板に弛緩した状態で取付けられ、かつ、張力を与えられた状態でパルス波を印加され、
該合金の長さが変化することを繰り返すことにより機械振動を生じさせ、該合金に接した生体の触覚に情報を伝達することができるようにしたことを特徴とする生体への情報伝達装置。 In an information transmission device to a living body using a shape memory alloy,
A linear shape memory alloy;
A plate to which the shape memory alloy is attached;
The shape memory alloy has an on / off duty for signal transmission, and includes a signal generating means for applying a pulse wave having the same or different peak value,
The shape memory alloy is attached to the plate in a relaxed state, and a pulse wave is applied in a tensioned state,
An apparatus for transmitting information to a living body, wherein mechanical vibration is generated by repeating the change of the length of the alloy so that information can be transmitted to a tactile sense of the living body in contact with the alloy.
前記形状記憶合金は、前記穴部を跨って弛緩した状態で、穴部の両端側で板に固定されており、使用時に該穴部を押圧する生体により張力を与えられることを特徴とする請求項1に記載の生体への情報伝達装置。 The plate has a hole formed in the plate surface;
The shape memory alloy is fixed to a plate at both ends of the hole in a relaxed state across the hole, and is tensioned by a living body that presses the hole during use. Item 2. A device for transmitting information to a living body according to Item 1.
前記形状記憶合金は、前記の対をなす突起間を跨って弛緩した状態で該突起に固定されており、使用時に該突起間を押圧する生体により張力を与えられることを特徴とする請求項1に記載の生体への情報伝達装置。 The plate has a pair of protrusions on the plate surface,
2. The shape memory alloy is fixed to the protrusions in a relaxed state across the pair of protrusions, and is tensioned by a living body that presses between the protrusions during use. The information transmission apparatus to the living body described in 1.
前記馬蹄形部は、前記板に垂直方向に起こされた状態で、馬蹄形の根元で該板に固定され、
前記馬蹄形部と前記板との間に弾性を有する樹脂が充填され、該樹脂により馬蹄形部の外周方向に張力を与えられることを特徴とする請求項1に記載の生体への情報伝達装置。 The shape memory alloy has a horseshoe-shaped portion which is bent and relaxed into a horseshoe shape,
The horseshoe-shaped portion is fixed to the plate at the root of the horseshoe in a state where the horseshoe-shaped portion is raised in a direction perpendicular to the plate
The information transmission device for a living body according to claim 1, wherein an elastic resin is filled between the horseshoe-shaped portion and the plate, and tension is applied to the outer periphery of the horseshoe-shaped portion by the resin.
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