JP2016130940A - 手袋型入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装着感が軽く、任意の関節の動きを独立に検出可能で、なおかつ製造が容易な手袋型入力装置を提供する。【解決手段】使用者の手の動きや形を検出するため手に装着される手袋型入力装置であって、伸縮可能な素材により構成された手袋の外側及び／又は内側に、伸縮性を有する導電性インクを用いて、指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、手の動き、形を検知して、情報処理機器に情報を入力するために用いられる手袋型入力装置に関する。かかる手袋型入力装置は、バーチャルリアリティを利用したシステムに対してデータ入力を行う場合などはもとより、身体の動きを検知して機器側が適切なアシストを行う用途、たとえば手話通話の翻訳、ジェスチャーによる機器操作、あるいは遠隔において身体の動作状態から健康状態、危険行動、異常行動などを検知するシステムなど幅広い分野に用いられる。

バーチャルリアリティ技術において、仮想空間内に手の動きを伝えるデバイスとして実用化された最初の製品はデータグローブと呼ばれた。この最初の実用化例においては、手袋の各指に対応して設けられた光ファイバ内を通る光量の変化を解析することによって各指の曲がり等を検出、つまり手の動きを計測できるようになっていた。この光ファイバを用いるもの以外にも、機械リンク（例えば、ゴニオメータ等）を用いるものや、あるいは圧力や曲げによって抵抗が変わる素子（例えば、液体導電性インク等）を用いるものなどが従来から提案されてきた。

例えば特開昭５５−９５８０４号公報（特許文献１）には、関節を挟んで固定されたロッドの角度を検知することにより関節の曲がりを検知する方法が、膝関節を例に提案されている。特開平５−１１３３２７号公報（特許文献２）には、手首、肘を例に、身体の関節部と並列に位置された機械的関節の曲げを検知して関節の動きを検知する方法が、また特開平７−１８４８８２号公報（特許文献５）、特開平１０−１７６９１９号公報（特許文献６）にも同様に身体の関節に沿って機械的関節を配置し、機械的関節の動きから身体関節の動きを検知する方法が提案されている。

特開平５−１４９７０６号公報（特許文献３）には、先に例示した光ファイバーを用いた例と同じように各指に屈曲により電気抵抗変化が生じるロッド状センサーを配置して手指の関節の動きを検知する方法が提案されている。

特開平６−３４６５号公報（特許文献４）にて提案されている手袋型の入力装置は、可撓性手袋の各関節部に塗布され且つ手や指の関節の屈曲量に応じて抵抗値が変化する導電性ゲルを備えており、これら導電性ゲルの夫々の抵抗値の変化に基づいて、手や指の形状変化を検出することができるように構成されている。

特開昭５５−９５８０４号公報 特開平５−１１３３２７号公報 特開平５−１４９７０６号公報 特開平６−３４６５号公報 特開平７−１８４８８２号公報 特開平１０−１７６９１９号公報

上記に例示した技術において、特に機械的な関節を身体に併置して用いる方法では、関節の動きの検知は確実に行えるが、装置が大がかりになってしまい、装置そのものを支える負荷により、本来検知したい繊細な動き自体に支障が出る場合がある。
光ファイバーやロッド状センサーを用いる方法は、機械的関節を配置する方法に比較して小型軽量の手袋型センサーを実現可能となるが、ロッド状センサーにより検出される情報は指の動きの総量になるため、各関節の動きは総量からの推算になってしまう。個別の関節の動きを独立に捉えているわけでは無いため、指が不自然に動いた場合などを正確に検知することはできない。

各関節に導電性ゲルを配置する方法によれば、各関節の動きを個別に検出可能となるが、先の例では検出部が大きいため、関節が曲がった場合に生じる、曲げ外側の伸び、と曲げ内側の圧縮の両方が同時に検出部に加わり、両者の影響が混在してしまう結果、手指の形状変化を正確に入力することが困難になってしまうといった問題が生じる場合がある。また各関節部に配置された導電ゲルから電気信号を取り出すための配線が嵩張るのも実装上問題となる。

これらいずれの先願技術においても、手袋型入力装置は、程度の差はあれど、ゴワゴワした装着感の手袋にならざるを得ないのが実情であり、自然な、ないし軽い着用感の手袋型入力装置は実現されていなかった。また、いずれの先願技術においても、多数の部品のアッセンブルや実装が必要となり、非常に複雑な製造工程となり、相当の組み立てコストが必要になってしまう。

本発明は、このような課題を解決するために成されており、その目的は、装着感が軽く、任意の関節の動きを独立に検出可能で、なおかつ製造が容易な手袋型入力装置を実現する事にある。

上記課題を解決してなる本発明は、以下の構成からなる。
１．使用者の手の動きや形を検出するため手に装着される手袋型入力装置であって、伸縮可能な素材により構成された手袋の外側および／または内側に、伸縮性を有する導電性インクを用いて、指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが形成されていることを特徴とする手袋型入力装置。
２．指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが、センシングデバイスを構成する導電性インクの抵抗変化を検出する機構を有することを特徴とする１．に記載の手袋型入力デバイス。
３．指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが複数配置されてなるとともに、少なくとも各々の関節に独立に配置された事を特徴とする１．又は２．に記載の手袋型入力デバイス。
４．前記手袋型入力装置の複数の指先に相当する位置に、他の指先との接触を検知可能なセンシングデバイスを備えることを特徴とする１．から３．のいずれかに記載の手袋型入力装置。
５．前記他の指先との接触を検知可能なセンシングデバイスが、導電インクにより形成された電極を有し、該電極間の直接接触による導通検知機構を有することを特徴とする４．に記載の手袋型入力装置。
６．前記他の指先との接触を検知するセンシングデバイスが、導電性インクにより形成された電極を有し、該電極間の静電容量結合検知機構を有することを特徴とする４．に記載の手袋型入力装置。

７．前記手袋型入力装置の指先に相当する位置に圧力を検知するセンシングデバイスが、導電性インクにより形成されていることを特徴とする１．から６．のいずれかに記載の手袋型入力装置。
８．前記手袋に形成されるセンシングデバイスは導体部分を有するとともに、該センシングデバイスにアクセスするための導体配線を備え、該導体部分、およびまたは、該導体配線が伸縮性を有する導電性インクにより形成されていることを特徴とする１．から７．のいずれかに記載の手袋型入力装置。
９．前記導電性インクが、厚さ５μｍ以上３００μ以下の範囲のシート形態に加工された状態において、少なくとも３０％の繰り返し伸縮に１０００回以上耐える素材であることを特徴とする１．から８．のいずれかに記載の手袋型入力装置。
１０．手首装着型の情報処理機器とインターフェースを有することを特徴とする１．から９．のいずれかに記載の手袋型入力装置。
１１．前記センシングデバイスの少なくとも一部が、前記導電性インクを前記手袋を構成する素材に印刷することにより形成されていることを特徴とする、１．〜１０．のいずれかに記載の手袋型入力装置。
１２．前記導電性インクは、導電性フィラーとバインダー樹脂を含有してなり、該バインダー樹脂成分の６５質量％以上が、合成ゴム材料であり、かつバインダー樹脂成分中のアルカリ金属含有量が４０００ｐｐｍ以下である事を特徴とする１．から１１．のいずれかに記載の手袋型入力装置。

本発明によれば、手指の関節の動きを、個別の関節毎に独立に検出可能で、かつ、薄型軽量の、高機能な手袋型入力装置を実現できる。本発明の好ましい様態においては、入力装置のメカニズムに金属ないし硬質部材による機械装置を含まないため組立・調整が不要であり、製造についても低コストで簡便な印刷法を適用できるため大量生産が可能である。
本発明では、手袋の両面に印刷することにより関節の動きを順方向だけで無く逆方向の動きも検知可能となる。また模式図では簡略化したが、関節の回転方向、ヒネリ方向に印刷パターンの伸縮成分を配置することでさらに複雑な動きも検知可能である。

本発明の実施形態を示す概略模式図である。

本発明の手袋型入力装置は、使用者の手の動きや形を検出するため手に装着される手袋型入力装置であって、伸縮可能な素材により構成された手袋の外側および／または内側に、伸縮性を有する導電性インクを用いて、指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが形成されていることを特徴とするものである。
前記指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスは、センシングデバイスを構成する導電性インクのインピーダンス変化を検出する機構を有することが好ましく、伸縮性を有することがより好ましい。インピーダンス変化としては抵抗変化、インダクタンス変化、静電容量変化を利用することが出来る。
前記指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスは複数配置されてなることが好ましく、少なくとも各々の関節に独立に配置される事がより好ましい。

本発明の手袋型入力装置は、複数の指先に相当する位置に、他の指先との接触を検知可能なセンシングデバイスを備えることが好ましい。該センシングデバイスは、導電インクにより形成された電極を有することがより好ましく、該電極間の直接接触による導通検知機構あるいは、該電極間の静電容量結合検知機構を有することがより好ましい。

本発明の手袋型入力装置の指先に相当する位置に、圧力を検知するセンシングデバイス、直接接触を検出するセンシングデバイス、ないしは静電容量変化を検知するセンシングデバイスが、導電性インクにより形成されていることが好ましい。

本発明の手袋型入力装置において、前記手袋に形成されるセンシングデバイスは導体部分を有するとともに、該センシングデバイスにアクセスするための導体配線を備えることが好ましく、該導体部分、およびまたは、該導体配線が伸縮性を有する導電性インクにより形成されていることが好ましい。

本発明の手袋型入力装置を構成する導電性インクは、厚さ５μｍ以上３００μ以下の範囲のシート形態に加工された状態において、少なくとも３０％の繰り返し伸縮に１０００回以上耐える素材であることが好ましい。

本発明の前記センシングデバイスの少なくとも一部は、前記導電性インクを前記手袋を構成する素材に印刷することにより形成されていることが好ましい。
該導電性インクは、導電性フィラーとバインダー樹脂を含有してなることが好ましく、該バインダー樹脂成分の６５質量％以上が、重合温度０〜４５℃の範囲の乳化重合法にて得られる合成ゴム材料であることがより好ましく、かつバインダー樹脂成分中のアルカリ金属含有量が４０００ｐｐｍ以下である事がさらに好ましい。

本発明の手袋型入力装置に於ける基材は伸縮可能な素材で作られた手袋である。手袋の構成としては、例えば伸縮性のある樹脂材料で構成される手袋、ニット製品のような伸縮可能な繊維素材で構成される手袋、さらに繊維素材で作られた手袋に樹脂コーティングすることにより得られる伸縮可能な手袋を用いても良い。繊維素材部分は編み物で構成されることが好ましい。繊維素材の材質は特に制限されない。

手袋に用いられる樹脂素材としては、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、スチレンブタジエン熱可塑性エラストマー、スチレンイソプレン熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン熱可塑性エラストマー、ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ネオプレン、バイトン、ハイパロン、ポリウレタン、ポリエステルウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンポリエチレン、ポリオレフィン、ハロゲン化ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの室温にて伸縮性を有する素材を用いることが出来る。

本発明に用いられる前記の樹脂素材は、厚さ５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲のシート形態に加工した状態において、少なくとも３０％の繰り返し伸縮に１００００回以上耐える素材であることが好ましい。

本発明では、かかる手袋の外側および／または内側に、伸縮性を有する導電インク材料を用いて、印刷法により、伸縮により抵抗変化を生じる配線パターンを形成する。模式図（図１）では導電配線をジグザグに配することにより抵抗変化を強調するパターンを形成した例を示している。
本発明においては、導電性インクを印刷する際に手袋は平板状の型板に履かせて、一時的に平面化してから印刷することが好ましい。
本発明における印刷法としては、平版印刷、凸版印刷、凹版印刷、孔版印刷などの有版印刷法、インクジェット印刷、電子写真、マグネトグイラフィ、静電印刷、熱転写等の無版印刷法、の他、箔押し手法なども利用可能である。本発明では特にスクリーン印刷法、グラビア印刷法、インクジェット印刷法の適用が好ましい。

本発明ではあらかじめ平面シート状に加工した樹脂素材上に、導電インクを用いて所定のパターンを印刷、硬化の後に必要部分を裁断し、縫製、接着などにより手袋形態に加工しても良い。

本発明における伸縮性を有する導電インク材料としては、導電性を有するフィラーと柔軟性の高いバインダー成分からなるポリマー型導電インクを用いることが出来る。なお、ここに用語として「導電インク」を用いたが、「導電ペースト」と同義である。

本発明における導電性を有するフィラーとしては、金、銀、白金、ロジウム、パラジウム、銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、鉄、鉛、錫、タングステン、シリコン、ゲルマニウム、モリブデン、などの金属粒子、黄銅、青銅、リン青銅、白銅、銀銅、半田などの合金粒子、銀被覆銅粉などの加工金属粒子、カーボンブラック、グラファイト粉、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの炭素系の導電粒子、ＩＴＯ、ＩＧＺＯ、酸化錫、酸化ルテニウム、酸化亜鉛、酸化チタンなどの導電性ないし半導電性フィラー、ポリアセチレンやＰＥＤＯＴ等の導電性高分子の粒子などを単独ないし組み合わせて用いることができる。
導電性を有するフィラーとして金属粉を用いる場合、金属粉体の粒子形状が鱗片状、凝集塊状、繊維状であることが好ましい。

本発明の導電性インクにおける、柔軟性の高いバインダー成分としては、手袋に用いることが出来る樹脂成分とおおむね同じように、室温にて伸縮性を有する素材を用いることが出来る。本発明に用いられる柔軟性の高いバインダー成分としては、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、スチレンブタジエン熱可塑性エラストマー、スチレンイソプレン熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン熱可塑性エラストマー、ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン−イソプレンゴム、エチレン・プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ネオプレン、バイトン、ハイパロン、ポリウレタン、ポリエステルウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンポリエチレン、ポリオレフィン、ハロゲン化ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの樹脂を単独ないし複数組み合わせた樹脂組成物を用いることが出来る。バインダー成分としては、被印刷基材となる手袋に用いられる素材との接着性が得られる樹脂成分が望ましい。

本発明においては非架橋の合成ゴム材料をバインダー樹脂の６５重量％以上用いることが好ましい。合成ゴム材料ののムーニー粘度が２０〜１００の範囲、さらにはムーニー粘度が２４〜７０のゴム材料を用いることが好ましい。ここにムーニー粘度とはＩＳＯ ２８９−１：２００５にて規定される非架橋ゴムのパラメータである。ムーニー粘度がこの範囲より低い場合には導電性インク塗膜の硬度が低くなり耐擦過性が低下する場合がある。またムーニー粘度が高すぎる場合にはインク作製時の加工性が低下し、導電性フィラーの分散性が低下し、結果的に硬化膜の導電性が損なわれる場合がある。

本発明においてはバインダー樹脂の６５％以上に非架橋のアクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ、ニトリルゴムと略記）を使用することが好ましい。またニトリルゴムとしてはニトリル含有量が２５〜６０％の物を用いることがあ好ましく、さらには３６〜５１％の物を用いることが好ましい。ここにニトリル含有量はＮＭＲ分析などから得られた組成比を重量％に換算した値である。

本発明において用いられる非架橋の合成ゴム材料としては、乳化重合により得られた重合体を塩析により凝固、濾過、洗浄、脱水して得られるゴム重合体、ないし溶液重合体を用いることが好ましい。乳化重合における重合触媒としては過硫酸アルカリ金属塩等の水溶性開剤を用いることが好ましい。懸濁重合法で得られたゴム材料は分岐が多く、導電性フィラーの分散性が低下しやすい。

本発明の合成ゴム材料は、重合温度を４５℃以下、好ましくは３℃〜２５℃、さらに好ましくは５℃〜１８℃として得られる、所謂コールドラバーを用いることが好ましい。比較的低温で重合されたゴム材料は分岐が少なく、導電フィラーの分散性が優れると共に、柔軟性、特に微細な構造体とした際の変形自由度が大きくなる。かかる特性は特に導電インク硬化膜の繰返伸縮時および圧縮時に（硬化膜の内部では、導電フィラーの変形は比較的少ないため、歪みは樹脂部分に集中する）樹脂部分の変形、復元が速やかに行われることに繋がるため、導電性インク硬化膜の繰り返し伸縮耐久性、および繰り返し圧縮耐久性が向上する。

本発明にて用いられる導電性インクのバインダー樹脂に含まれるアルカリ金属量は４０００ｐｐｍ以下である事が好ましく、１５００ｐｐｍ以下である事がなお好ましく、４５０ｐｐｍ以下である事がなおさらに好ましい。該アルカリ金属量はナトリウム量とカリウム量の合計である。かかるアルカリ金属は重合開始剤の残渣および塩析に用いられる無機塩に由来するが、これらは極力洗浄などにより除去することが好ましい。アルカリ金属量がこの範囲より多いばあいには、塗膜の耐マイグレーション性が低下する。マイグレーションとは電圧が印加された電極間に金属成分が析出して、やがては短絡に到る現象であり、水分の存在によって加速されるが、アルカリ金属の存在はさらに加速する結果を招く。

本発明に用いられる導電性インクには、これらの成分の他、必要に応じ溶剤、表面張力調整剤、粘弾性特性調整剤、乾燥性調整剤などを配合することができる

本発明におけるセンシングデバイス、およびまたは、導体配線を形成する導電性インクの印刷パターンの厚さは０．３μｍ〜２００μｍの範囲が好ましく、３μｍ〜１２０μｍの範囲がさらに好ましく、７μｍ〜６０μｍがなおさらに好ましい。印刷された配線パターンは、必要に応じて絶縁性コーティングが施される。絶縁コーティング材においても、十分な伸縮性を有するコーティング剤を使用することが好ましい。

本発明ではかかるパターンを、手袋の表裏、いずれの面にも簡便に形成可能である。また印刷後に裏返せば手袋の内側にパターンを配することも可能となる。

本発明では、例えば、手袋の指先に相当する位置に、他の指先との接触を検知するセンシングデバイスを備えることができる。かかるセンシングデバイスは、導電性インクの印刷により形成された電極間の直接接触による導通検知による方式を用いることが出来る。この手法は最も簡単であるが、指先部分の汚染の影響を受ける場合がある。
本発明では、さらに好ましい方法として、電極間の静電容量結合検知によるセンシングデバイスを指先に設けることが出来る。本センシングデバイスも印刷法で形成されることが好ましい。

さらに本発明では、手袋の掌側に相当する側に感圧性のあるセンシングデバイスを設けることができる。感圧デバイスを指先に設けることにより指どうしの接触圧情報、手指と物体との接触圧情報を得ることができる。これにより物体との接触のみならず、物体の硬さなどの触感を検知することが可能となる。

本発明では前記手袋に形成されるセンシングデバイスにアクセスするための導体配線が伸縮性を有する導電インク材料を印刷することにより形成されていることが好ましい。このような構成とすることで、導電材料を統一でき、材料構成を簡素化できるため、低コストで簡便な製作が可能となる。

手指の各関節の動きに応じたパターンの伸縮による抵抗変化は、手甲、掌、ないし手首付近にて集約され、ＡＤ変換の後、データ処理装置にて各々の関節の屈曲度合いに変換され、総合的に手指全体の動きがデータ化される。
本発明では、個々に示した指関節の屈伸に関する情報、手指の接触に関する情報などを、手首装着型の情報処理機器、いわゆるウェアラブル機器に入力するためのインターフェイスを設け、手首装着型機器にて情報集約することが好ましい。このような組合わせにより、手首装着型機器に組み込まれた位置情報、角度情報と、手袋型入力装置から得られる手指の動きに関する情報を足し合わせ、上肢全体の動きをデータ化することが可能となる。

以下、実施例を示し、本発明をより詳細かつ具体的に説明する。なお実施例中の評価結果などは以下の方法にて測定した。

＜ニトリル量＞
得られた樹脂材料をNMR分析して得られた組成比から、モノマーの重量比による重量％に換算した。

＜ムーニー粘度＞
島津製作所製 ＳＭＶ−３００ＲＴ「ムーニービスコメータ」を用いて測定した。

＜アルカリ金属量＞
樹脂を灰化処理し、得られた灰分を塩酸抽出し、原子吸光法にてナトリウム、カリウムの含有量を求め、両者を合計した。

＜繰り返し伸縮耐久性＞
(1)試験片シート形成
a)樹脂材料の場合
樹脂材料を厚さ２００±２０μｍのシート状に加熱圧縮成形し、次いでＩＳＯ ５２７−２−１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。
b)バインダー樹脂組成物、ないし導電インクの場合
バインダー樹脂組成物ｍないし導電インクをシリコーンゴムシート表面にバーコーターにて塗布し、１２０℃にて乾燥硬化後に剥離し、ＩＳＯ５２７−２−１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。なお乾燥硬化膜の厚さが５０μｍに満たない場合には、必要厚さになるまで塗布と乾燥硬化サイクルを繰り返し、５０μｍ以上７５μｍ以下の範囲に収まるように調整した。
(2)伸縮試験
山下マテリアル製のＩＰＣ屈曲試験機を改造し、試験機の往復ストロークを２０ｍｍに設定、可動板側に試験片をクランプで固定、もう一端を別の固定端にクランプにて固定、ダンベル型試験片中の幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの部分を用いて、有効長が６６ｍｍとなるように調整し（伸張度３０％に相当）した。樹脂材料、バインダー樹脂シートについては１００００回、導電インク乾燥皮膜については１０００回の繰り返し伸張を行った。
(3)評価
・樹脂材料、バインダー樹脂シートについては目視にて、破断、欠け、クラック等の有無を観察し、特に不可逆的な変化が認められない場合に合格「○」、不可逆的変化が認められた場合には不合格「×」とした。
・導電インク乾燥皮膜については、初期のシート抵抗値に対し、１０００回繰り返し伸張を行った後のシート抵抗値の変化率が＋１０％以下の場合に合格「○」、＋１０％〜＋２５％の場合を「△」、＋２５％を越える場合を不合格「×」とした。

＜導電性（シート抵抗、比抵抗）＞
ＩＳＯ ５２７−２−１Ａにて規定されるダンベル型試験片の中央部にある幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの部分の抵抗値［Ω］を、アジレントテクノロージ社製ミリオームメーターを用いて測定し、試験片の縦横比（１／８）を乗じてシート抵抗値「Ω□」を求めた。
また、抵抗値［Ω］に断面積（幅１［ｃｍ］ｍｍ×厚さ[ｃｍ]）を乗じ、長さ（８ｃｍ）にて除して、比抵抗［Ωｃｍ］を求めた。

＜耐マイグレーション性評価＞
幅１．０ｍｍ、長さ３０．０ｍｍの導体パターン２本が１．０ｍｍの間隔にて平行するテストパターンをポリエステルフィルム上に印刷・硬化して試験片とした。試験片の電極間にＤＣ５Ｖを印可した状態で、脱イオン水を導体間に滴下し、電極間がデンドライト状の析出物にて短絡されるまでの時間を測定し、６０秒以内である場合を×、６０秒以上の場合を○とした。なお、脱イオン水の滴下量は、水滴が電極間を８〜１０ｍｍの幅にて覆う程度とし、短絡の判断は目視観察とした。

［製造例］
＜合成ゴム材料の重合＞
攪拌機、水冷ジャケットを備えたステンレス鋼製の反応容器に
ブタジエン ５４重量部
アクリロニトリル ４６重量部
脱イオン水 ２７０重量部
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム ０．５重量部
ナフタレンスルホン酸ナトリウム縮合物 ２．５重量部
ｔ−ドデシルメルカプタン ０．３重量部
トリエタノールアミン ０．２重量部
炭酸ナトリウム ０．１重量部
を仕込み、窒素を流しながら浴温度を１５℃に保ち、静かに攪拌した。次いで 過硫酸カリウム０．３重量部を脱イオン水１９．７重量部に溶解した水溶液を３０分間かけて滴下し、さらに２０時間反応を継続した後、ハイドロキノン０．５重量部を脱イオン水１９．５重量部に溶解した水溶液を加えて重合停止操作を行った。
次いで、未反応モノマーを留去させるために、まず反応容器内を減圧し、さらにスチームを導入して未反応モノマーを回収し、ＮＢＲからなる合成ゴムラテックス（Ｌ１）を得た。
得られたラテックスに食塩と希硫酸を加えて凝集・濾過し、樹脂に対する体積比２０倍量の脱イオン水を５回に分けて樹脂を脱イオン水に再分散、濾過を繰り返すことで洗浄し、空気中にて乾燥して合成ゴム樹脂Ｒ１を得た。

得られた合成ゴム樹脂Ｒ１の評価結果を表１に示す。
以下仕込み原料、重合条件、洗浄条件などを変えて同様に操作を行い、表１に示す樹脂材料を得た。なお、表中の略号は以下の通りである。
ＮＢＲ：アクロニトリルブタジエンゴム
ＮＢＩＲ：アクリロニトリル−イソプレンゴム（イソプレン１０重量％）
ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム（スチレン／ブタジエン＝５０／５０重量％）

［導電インクの調整］
エポキシ当量１７５〜１９５の液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１．５重量部、製造例にて得られた伸縮性樹脂（Ｒ１）１０重量部、潜在性硬化剤[味の素ファインケミカル株式会社製 商品名アミキュアＰＮ２３] ０．５重量部、をイソホロン３０重量部と混合攪拌して溶解させバインダー樹脂組成物Ａ１を得た。次いでバインダー樹脂組成物Ａ１に、微細フレーク状銀粉［福田金属箔粉工業社製 商品名Ａｇ−ＸＦ３０１、５０％粒子径４〜７μｍ］５８．０重量部を加えて均一に混合し、三本ロールミルにて分散することにより導電インクＣ１を得た。得られた導電インクＣ１の評価結果を表２に示す。

以下、材料を変えて配合を行い、表２に示す導電インクＣ２〜Ｃ９を得た。

［手袋の製作］
５ｍｍ厚のプラスチック板で作られた平面状の手形に、ポリウレタン樹脂製の手袋を、皺が出ないように履かせ、スクリーン印刷機を用いて導電インク（Ｃ１）を、図１．に示す導電パターン状に印刷した。次いで、８０℃にて１２０分間乾燥し、本発明の手袋型入力装置を得た。得られた手袋型入力装置の手首相当部分の電極に導電性接着剤を用いてリード線を取り付け、各関節の屈曲に応じた抵抗変化が多チャンネルの抵抗測定器により読み取れるように構成した。

得られた装置構成を用いて、まず、右手に手袋型入力装置を装着し、手を開いた状態：じゃんけんの「パー」状態での各関節相当部の抵抗値を初期値、握り拳状態：じゃんけんの「グー」状態での抵抗値を限界値として設定し、その間の各関節の抵抗変化幅を６４階調に分け、各関節の屈伸状態と対応させ、ソフトウエアにてＣＧ合成した手指の三次元画像を動作させた。
得られたＣＧ手指の動作は自然で滑らかで良好であった。また「じゃんけん」や、指文字のような複雑な動作についても再現可能であった。

以下、導電インクを変えて印刷を行い、各インクの手袋型入力装置適性を評価した。結果を表２に記す。

［応用例］
本実施例では、各指関節の動作を、多チャンネルの抵抗測定器に接続して信号処理を行ったが、手首装着型の入力装置を用いてデータ収集し、無線装置などを用いて送信する様にすれば、リード線を伴わないスマートな入力装置を興生可能である。
本発明の手袋型入力装置は、仮想現実空間などとのインターフェースとして有用であるのみならず、例えば手指の動作解析と組み合わせることにより手話の翻訳機、指サインによる装置の駆動、制御などが可能となる。

以上述べてきたように、本発明によれば、高機能かつ安価な手袋型入力装置を実現可能である。本明細書では、特に手指の動きに着目しているが、本発明の基本原理は身体の筋肉、関節の動きを伴う動作を検知する目的に応用することができる。さらに通信機能と組み合わせることにより、例えば、遠隔地で活動する作業者の手指を含めた身体の動きや状態をモニターすることも可能となる。

Claims (12)

1. 使用者の手の動きや形を検出するため手に装着される手袋型入力装置であって、伸縮可能な素材により構成された手袋の外側および／または内側に、伸縮性を有する導電性インクを用いて、指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが形成されていることを特徴とする手袋型入力装置。
2. 指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが、センシングデバイスを構成する導電性インクの抵抗変化を検出する機構を有することを特徴とする請求項１に記載の手袋型入力デバイス。
3. 指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが複数配置されてなるとともに、少なくとも各々の関節に独立に配置された事を特徴とする請求項１又は２に記載の手袋型入力デバイス。
4. 前記手袋型入力装置の複数の指先に相当する位置に、他の指先との接触を検知可能なセンシングデバイスを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の手袋型入力装置。
5. 前記他の指先との接触を検知可能なセンシングデバイスが、導電インクにより形成された電極を有し、該電極間の直接接触による導通検知機構を有することを特徴とする請求項４に記載の手袋型入力装置。
6. 前記他の指先との接触を検知するセンシングデバイスが、導電性インクにより形成された電極を有し、該電極間の静電容量結合検知機構を有することを特徴とする請求項４に記載の手袋型入力装置。
7. 前記手袋型入力装置の指先に相当する位置に圧力を検知するセンシングデバイスが、導電性インクにより形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の手袋型入力装置。
8. 前記手袋に形成されるセンシングデバイスは導体部分を有するとともに、該センシングデバイスにアクセスするための導体配線を備え、該導体部分、およびまたは、該導体配線が伸縮性を有する導電性インクにより形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の手袋型入力装置。
9. 前記導電性インクが、厚さ５μｍ以上３００μ以下の範囲のシート形態に加工された状態において、少なくとも３０％の繰り返し伸縮に１０００回以上耐える素材であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の手袋型入力装置。
10. 手首装着型の情報処理機器とインターフェースを有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の手袋型入力装置。
11. 前記センシングデバイスの少なくとも一部が、前記導電性インクを前記手袋を構成する素材に印刷することにより形成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の手袋型入力装置。
12. 前記導電性インクは、導電性フィラーとバインダー樹脂を含有してなり、該バインダー樹脂成分の６５質量％以上が、合成ゴム材料であり、かつバインダー樹脂成分中のアルカリ金属含有量が４０００ｐｐｍ以下である事を特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の手袋型入力装置。