JP2020057249A - Tactile sense presentation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触覚呈示装置に関する。 The present invention relates to a tactile presentation device.
従来の技術として、ベース材と、ベース材に固定され、タッチセンサが設けられた操作部を有し、少なくとも操作部がベース材に対して変位可能である操作部材と、形状記憶合金を有し、通電加熱時の形状記憶合金の変形によりベース材に対して操作部を移動させるアクチュエータと、周囲温度を検出する温度検出部と、対象構造体側から供給される入力電圧を検出する電圧検出部と、アクチュエータを制御する処理部と、を備えた衝撃フィードバック触覚呈示装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As a conventional technique, a base member, an operation member fixed to the base member and provided with a touch sensor, an operation member having at least the operation portion displaceable with respect to the base member, and a shape memory alloy An actuator that moves the operation unit with respect to the base material due to deformation of the shape memory alloy during electric heating, a temperature detection unit that detects an ambient temperature, and a voltage detection unit that detects an input voltage supplied from the target structure side There is known an impact feedback tactile sensation presentation device including a processing unit for controlling an actuator (for example, see Patent Document 1).
この衝撃フィードバック触覚呈示装置の処理部は、温度検出部により検出された温度及び電圧検出部により検出された電圧に応じて、通電加熱時における形状記憶合金に対する通電条件を設定するように構成されている。 The processing unit of the impact feedback tactile sensation presentation device is configured to set energization conditions for the shape memory alloy during energization heating according to the temperature detected by the temperature detection unit and the voltage detected by the voltage detection unit. I have.
しかし従来の衝撃フィードバック触覚呈示装置は、形状記憶合金の形状回復温度(Af点)を超えた高温環境下では制御に関係なく形状が元に戻るので、アクチュエータとして機能せず、高温環境下で使用できない。また従来の衝撃フィードバック触覚呈示装置は、高温環境下で使用できるように、予め圧力をアクチュエータに付加すると、形状回復温度が高温側にシフトするものの動作による耐久性(作動耐久)が低下する。 However, the conventional impact feedback tactile sensation presentation device returns to its original shape regardless of control in a high temperature environment exceeding the shape recovery temperature (Af point) of the shape memory alloy, so it does not function as an actuator and is used in a high temperature environment. Can not. Further, in the conventional impact feedback tactile sensation presentation device, if pressure is applied to the actuator in advance so that it can be used in a high temperature environment, the shape recovery temperature shifts to a high temperature side, but the durability (operation durability) due to the operation is reduced.
従って本発明の目的は、作動耐久の低下を抑制しつつ動作する温度範囲を拡張することができる触覚呈示装置を提供することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a tactile sensation providing device that can extend a temperature range in which operation can be performed while suppressing a decrease in operation durability.
本発明の一態様は、ベースと、ベースに移動可能に取り付けられ、操作がなされる操作部と、形状記憶合金を用いて形成されると共にベースと操作部との間に配置され、通電による形状復帰によって操作部を駆動するアクチュエータと、アクチュエータの第1の形状回復温度よりも低い第2の形状回復温度を有する形状記憶合金によって形成され、周辺温度が第2の形状回復温度より高い場合、形状復帰によりベースと操作部との距離を縮めてアクチュエータの予圧を増加させて第1の形状回復温度を高温側にシフトさせる弾性体部と、を備えた触覚呈示装置を提供する。 One embodiment of the present invention provides a base, an operation unit movably attached to the base, and an operation unit, and a shape formed by using a shape memory alloy and disposed between the base and the operation unit. The actuator is formed by an actuator that drives the operation unit by return and a shape memory alloy having a second shape recovery temperature lower than the first shape recovery temperature of the actuator, and the shape is formed when the ambient temperature is higher than the second shape recovery temperature. Provided is a tactile sensation providing device including: an elastic body that reduces a distance between a base and an operation unit by returning to increase a preload of an actuator to shift a first shape recovery temperature to a higher temperature side.
本発明によれば、作動耐久の低下を抑制しつつ動作する温度範囲を拡張することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to extend a temperature range in which operation is performed while suppressing a decrease in operation durability.
(実施の形態の要約)
実施の形態に係る触覚呈示装置は、ベースと、ベースに移動可能に取り付けられ、操作がなされる操作部と、形状記憶合金を用いて形成されると共にベースと操作部との間に配置され、通電による形状復帰によって操作部を駆動するアクチュエータと、アクチュエータの第1の形状回復温度よりも低い第2の形状回復温度を有する形状記憶合金によって形成され、周辺温度が第2の形状回復温度より高い場合、形状復帰によりベースと操作部との距離を縮めてアクチュエータの予圧を増加させて第1の形状回復温度を高温側にシフトさせる弾性体部と、を備えて概略構成されている。
(Summary of Embodiment)
The tactile sensation presentation device according to the embodiment, a base, an operation unit that is movably attached to the base, an operation is performed, and is formed between the base and the operation unit while being formed using a shape memory alloy, The actuator is formed by an actuator that drives the operation unit by shape return by energization, and a shape memory alloy having a second shape recovery temperature lower than the first shape recovery temperature of the actuator, and an ambient temperature is higher than the second shape recovery temperature. In this case, the elastic member is configured to include a resilient member that reduces the distance between the base and the operation unit by returning the shape and increases the preload of the actuator to shift the first shape recovery temperature to the higher temperature side.
形状記憶合金は、予め付加する圧力(予圧)を増加させることにより、形状回復温度(Af点)が高温側にシフトすることが知られている。しかし形状記憶合金は、予圧が増加すると、作動耐久が低下することもまた知られている。このように形状記憶合金は、動作する温度範囲を拡張すると作動耐久が低下し、作動耐久を向上させると動作する温度範囲が縮小するので、動作する温度範囲と作動耐久とはトレードオフの関係にある。 It is known that the shape recovery temperature (Af point) of a shape memory alloy shifts to a higher temperature side by increasing a pre-applied pressure (preload). However, it is also known that shape memory alloys have reduced operating durability with increasing preload. As described above, when the operating temperature range of a shape memory alloy is extended, the operating durability is reduced, and when the operating durability is improved, the operating temperature range is reduced. Therefore, there is a trade-off between the operating temperature range and the operating durability. is there.
この触覚呈示装置は、周辺温度が弾性体部の第2の形状回復温度以上に上昇すると、先に弾性体部の形状が元に戻ってアクチュエータに付加する予圧を増加させるので、この構成を採用しない場合と比べて、アクチュエータの第1の形状回復温度が高温側にシフトし、動作する温度範囲を拡張することができる。また触覚呈示装置は、常時高い予圧をアクチュエータに付加するのではなく、弾性体部の第2の形状回復温度を超えて初めて予圧が増加するので、この構成を採用しない場合と比べて、作動耐久の低下を抑制することができる。従って触覚呈示装置は、作動耐久の低下を抑制しつつ動作する温度範囲を拡張することができる。 This tactile sensation presentation device employs this configuration because when the ambient temperature rises above the second shape recovery temperature of the elastic body portion, the shape of the elastic body portion returns to its original shape and increases the preload applied to the actuator. The first shape recovery temperature of the actuator shifts to a higher temperature side as compared with the case where the actuator is not operated, and the operating temperature range can be extended. In addition, the tactile sensation presentation device does not always apply a high preload to the actuator, but increases the preload only when the temperature exceeds the second shape recovery temperature of the elastic body portion. Can be suppressed. Therefore, the tactile sense presentation device can extend the operating temperature range while suppressing a decrease in operation durability.
[実施の形態]
(触覚呈示装置1の概要)
本実施の形態に係る触覚呈示装置1について各図を参照しながら説明する。なお以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図1(b)では、主な情報などの流れを矢印で示している。さらに数値範囲を示す「A〜B」は、A以上B以下の意味で用いるものとする。
[Embodiment]
(Overview of Tactile Presentation Device 1)
The tactile
この触覚呈示装置1は、例えば、図1(a)に示すように、車両9に搭載されている。触覚呈示装置1は、例えば、車両9の運転席と助手席の間のフロアコンソール90に配置されている。そして触覚呈示装置1は、例えば、車両9に搭載された電子機器の遠隔操作部として機能すると共に、操作に対するフィードバックを呈示するように構成されている。なお触覚呈示装置1の配置は、一例であって車両9に限定されない。
This tactile
触覚呈示装置1は、例えば、図1(b)〜図3(b)に示すように、ベース2と、ベース2に移動可能に取り付けられ、操作がなされる操作部3と、形状記憶合金を用いて形成されると共にベース2と操作部3との間に配置され、通電による形状復帰によって操作部3を駆動するアクチュエータ5と、アクチュエータ5の第1の形状回復温度(Afw点)よりも低い第2の形状回復温度(Afc点)を有する形状記憶合金によって形成され、周辺温度が第2の形状回復温度(Afc点)より高い場合、形状復帰によりベース2と操作部3との距離を縮めてアクチュエータ5の予圧Paを増加させて第1の形状回復温度(Afw点)を高温側にシフトさせる弾性体部としてのコイル部6と、を備えて概略構成されている。
As shown in FIGS. 1B to 3B, the tactile
操作部3は、第1の面(裏面31)側から突出する複数の柱体としての円柱体35a及び円柱体35b、及び円柱体35aと円柱体35bの先端に設けられたストッパ36a及びストッパ36bを有している。またベース2は、円柱体35a及び円柱体35bが挿入される複数の貫通孔(貫通孔26a及び貫通孔26b)を有している。そしてコイル部6は、円柱体35aと円柱体35bに通されてベース2とストッパ36a及びストッパ36bの間に配置されている。
The
本実施の形態のコイル部6は、一例として、コイルばねであるコイル60及びコイル61によって構成されている。なおコイル部6のコイルの数は、2つに限定されない。また柱体や貫通孔は、コイル部6のコイルの数に応じて設けられる。
As an example, the
触覚呈示装置1は、例えば、図1(b)〜図3(b)に示すように、操作部3に配置され、表面(操作面30)になされた操作を検出する検出部としてのタッチセンサ4と、タッチセンサ4が操作を検出した場合、アクチュエータ5に電流Iを供給して操作に対する触覚を呈示する制御部8と、を備えている。
As shown in FIGS. 1B to 3B, for example, the tactile
また制御部8は、周辺温度に応じてアクチュエータ5に供給する電流Iを制御するように構成されている。この周辺温度とは、例えば、アクチュエータ5やコイル部6などの周辺の温度である。
The
制御部8は、例えば、周辺温度を測定する温度センサ91から出力された温度情報S2に基づいて周辺温度を得るがこれに限定されない。変形例として触覚呈示装置1は、周辺温度を測定する温度センサを備えても良い。また触覚呈示装置1は、例えば、制御部8が車両9の温度センサ91によって測定された車両内部の温度を周辺温度に換算する構成を有していても良い。
また他の変形例として触覚呈示装置1は、予圧を検出する圧力センサを備え、制御部8がこの予圧の変化からアクチュエータ5に供給する電流Iを変えるように構成されても良い。
As another modification, the tactile
触覚呈示装置1は、例えば、図2(a)及び図2(b)に示すように、ベース2の操作部3に対向する第1の面(表面20)、及び操作部3のベース2と対向する第2の面(裏面31)には、複数の凹部(凹部21及び凹部32)と複数の凸部(凸部22及び凸部33)が交互に形成されると共に互いに噛み合うように形成されている。アクチュエータ5は、表面20及び裏面31の凹部(凹部21及び凹部32)及び凸部(凸部22及び凸部33)に挟まれて変形して配置されている。
The tactile
具体的には、コイル部6が生成する弾性力に基づく予圧Paにより、操作部3の凸部33がベース2の凹部21に嵌ると共に、ベース2の凸部22が操作部3の凹部32に嵌るようにベース2と操作部3との距離が縮まる。その結果、アクチュエータ5には、凸部と凹部の間に挟まれて複数の湾曲部51が形成される。予圧Paとは、アクチュエータ5に複数の湾曲部51を形成するように予めアクチュエータ5に作用する圧力である。
Specifically, the preload P a which is based on the elastic force of the
アクチュエータ5、ベース2の凹部21及び凸部22、操作部3の凹部32及び凸部33は、駆動機構7を構成している。この駆動機構7は、例えば、図2(a)及び図2(b)に示すように、通電による温度上昇に伴うアクチュエータ5の形状復帰によって操作部3を紙面の上方向に駆動する機構である。
The actuator 5, the
なお駆動機構7は、形状記憶合金の形状復帰によって操作部3を駆動する構成であれば上述の構成に限定されない。
The
(ベース2の構成)
ベース2は、例えば、金属材料又は樹脂材料を用いて形成されている。このベース2は、例えば、図3(a)及び図3(b)に示すように、四角柱の上部に、両側面(側面2a及び側面2b)から突出するフランジ25a及びフランジ25bが設けられている。
(Configuration of base 2)
The
このフランジ25aには、貫通孔26aが設けられている。この貫通孔26aは、開口が円形を有し、操作部3の円柱体35aが挿入される。同様に、フランジ25bには、貫通孔26bが設けられている。この貫通孔26bは、開口が円形を有し、操作部3の円柱体35bが挿入される。
The
ベース2は、例えば、図3(a)及び図3(b)に示すように、複数の凹部21及び複数の凸部22からなる凹凸部23が表面20に設けられている。この凹凸部23は、凹部21と凸部22が交互に、直線的に並んでいる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, for example, the
凸部22は、例えば、頂点が平坦な三角柱形状を有し、この三角柱形状に応じた形状を凹部21が有している。また凹部21と凸部22は、横に長く形成されている。なお凹部21と凸部22の形状は、これらに限定されない。
The
ここで凹凸部23は、例えば、図3(b)に示すように、フランジ25aとフランジ25bとを結ぶ直線上に沿って設けられるが、これに限定されず、当該直線と交差するように設けられても良い。また凹凸部23は、表面20上に形成されても良いし、凹凸部23を表面20に取り付けても良い。さらに凹凸部23は、凹凸部34と共に複数設けられても良い。この際、アクチュエータ5は、凹凸部23及び凹凸部34の数に応じて配置される。
Here, for example, as shown in FIG. 3B, the
このベース2は、例えば、車両9のフロアコンソール90に取り付けられる。つまりベース2は、フロアコンソール90に対して静止している。従って操作部3は、アクチュエータ5の駆動によってフロアコンソール90に対して移動する。
The
(操作部3の構成)
操作部3は、例えば、樹脂材料を用いて板形状に形成されている。この操作部3は、例えば、図2(a)などに示すように、タッチセンサ4が操作面30の下方に配置されている。
(Configuration of the operation unit 3)
The
操作部3は、裏面31側にベース2の貫通孔26a及び貫通孔26bに挿入される円柱体35a及び円柱体35bが設けられている。この円柱体35a及び円柱体35bの先端には、ストッパ36a及びストッパ36bが取り付けられている。
The
このストッパ36a及びストッパ36bは、貫通孔26a及び貫通孔26bよりも大きい半径を有する円板形状を備えている。そしてストッパ36a及びストッパ36bは、例えば、貫通孔26a及び貫通孔26bに挿入された円柱体35a及び円柱体35bの先端に取り付けられる。なお触覚呈示装置1は、例えば、柱体とストッパが一体となったものを操作部3に取り付ける構造を有していても良い。
The
操作部3は、例えば、図2(a)〜図3(a)に示すように、複数の凹部32及び複数の凸部33からなる凹凸部34が裏面31に設けられている。この凹凸部34は、凹部32と凸部33が交互に、直線的に並んでいる。
As shown in FIGS. 2A to 3A, for example, the
凸部33は、例えば、ベース2の凸部22と同様に、頂点が平坦な三角柱形状を有し、この三角柱形状に応じた形状を凹部32が有している。また凹部32と凸部33は、ベース2の凹部21と凸部22に応じて、横に長く形成されている。なお凹部32と凸部33の形状は、ベース2の凹部21と凸部22に応じた形状であれば良く、これらに限定されない。
The
また凹凸部34は、裏面31に形成されても良いし、凹凸部34を裏面31に取り付けても良い。
In addition, the
(タッチセンサ4の構成)
タッチセンサ4は、例えば、ユーザの体の一部(例えば、操作指)が触れた操作面30上の位置を検出するものである。ユーザは、例えば、操作面30に操作を行うことにより、接続された電子機器に対する入力操作を行うことが可能となる。タッチセンサ4としては、例えば、抵抗膜方式、赤外線方式、静電容量方式などのタッチセンサを用いることが可能である。本実施の形態のタッチセンサ4は、一例として、静電容量方式のタッチパネルである。
(Configuration of Touch Sensor 4)
The touch sensor 4 detects, for example, a position on the
タッチセンサ4は、例えば、操作面30の下方に絶縁を保ちながら交差する複数の駆動電極と複数の検出電極を有している。タッチセンサ4は、この複数の駆動電極と複数の検出電極の全ての組み合わせを走査して組み合わせごとの静電容量を読み出し、静電容量情報S1として制御部8に出力する。
The touch sensor 4 has, for example, a plurality of drive electrodes and a plurality of detection electrodes that intersect below the
制御部8は、静電容量情報S1とタッチしきい値80とを比較し、タッチしきい値80以上の静電容量から検出対象が検出された検出点を算出する。この検出点の算出は、例えば、加重平均を用いて行われる。制御部8は、例えば、この検出点の座標の情報を含む操作情報S3を生成して接続された電子機器に出力する。この座標は、操作面30に設定された直交座標系における座標である。
(アクチュエータ5の構成)
アクチュエータ5は、形状記憶合金を用いて形成されたワイヤである。このアクチュエータ5は、例えば、NiTi合金や銅系及び鉄系の合金からなる形状記憶合金である。本実施の形態のアクチュエータ5は、一例として、Niの含有量によって形状回復温度の制御が容易なNiTi合金を用いて形成されている。
(Configuration of Actuator 5)
The actuator 5 is a wire formed using a shape memory alloy. The actuator 5 is, for example, a shape memory alloy made of a NiTi alloy or a copper-based or iron-based alloy. The actuator 5 of the present embodiment is formed using, for example, a NiTi alloy whose shape recovery temperature can be easily controlled by the Ni content.
アクチュエータ5は、例えば、図2(b)に示すように、変形前の形状が直線である。アクチュエータ5は、例えば、図2(a)に示すように、ベース2の凹凸部23と操作部3の凹凸部34とに挟まれることにより、複数の湾曲部51が形成される。この際、アクチュエータ5には、予圧Paが付加される。この予圧Paは、コイル部6の弾性力によって生成される。
The shape of the actuator 5 before deformation is a straight line, for example, as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 2A, the actuator 5 is sandwiched between the concave and
アクチュエータ5は、例えば、図1(b)に示すように、制御部8と電気的に接続されている。アクチュエータ5は、制御部8から出力される電流Iに基づいて温度が上昇し、この温度が第1の形状回復温度(Afw点)を超えると、元の直線形状、つまり縮むことで湾曲部51が直線となって直線形状となる。
The actuator 5 is, for example, electrically connected to the
触覚呈示装置1は、例えば、図2(a)及び図2(b)に示すように、アクチュエータ5が変形した形状から元の形状に復帰する、つまりアクチュエータ5が縮んで真っ直ぐに変形することにより、操作部3が駆動されて持ち上がり、ユーザに触覚を呈示する。
2 (a) and 2 (b), the tactile
(コイル部6の構成)
コイル部6のコイル60及びコイル61は、例えば、NiTi合金や銅系及び鉄系の合金からなる形状記憶合金である。本実施の形態のコイル60及びコイル61は、一例として、Niの含有量によって形状回復温度の制御が容易なNiTi合金を用いて形成されている。なお弾性体部は、コイル部6のコイルばねに限定されず、アクチュエータ5に予圧Paを付加可能とされた板バネや円錐ばねなどであっても良い。
(Configuration of coil unit 6)
The
コイル60は、ベース2のフランジ25aの下面24aと、ストッパ36aの上面37aと、により挟まれ、圧縮された状態で配置されている。またコイル61は、フランジ25bの下面24bと、ストッパ36bの上面37bと、により挟まれ、圧縮された状態で配置されている。
The
コイル60及びコイル61は、圧縮された状態で配置されているので、ベース2と操作部3との距離を縮める方向に弾性力を生成する。アクチュエータ5は、この弾性力に基づいた予圧Paが付加される。
Since the
このコイル60及びコイル61の形状回復温度(Afc点)は、例えば、図4(a)に示すように、アクチュエータ5の形状回復温度(Afw点)よりも低くされている。この形状回復温度の制御は、例えば、Niの含有量によって行う。
The shape recovery temperature (Afc point) of the
図4(b)は、横軸がNiの含有量(wt.%)であり、縦軸が形状回復温度(Af点)であり、Niの含有量と形状回復温度(Af点)との関係を示している。図4(b)に示すように、形状回復温度(Af点)は、Niの含有量を変えることによって容易に数十℃変えることができる。 In FIG. 4B, the horizontal axis represents the Ni content (wt.%), The vertical axis represents the shape recovery temperature (Af point), and the relationship between the Ni content and the shape recovery temperature (Af point). Is shown. As shown in FIG. 4B, the shape recovery temperature (Af point) can be easily changed by several tens of degrees by changing the Ni content.
触覚呈示装置1の周辺温度が上昇してコイル部6の形状回復温度(Afc点)を超えると、コイル60及びコイル61がマルテンサイト相からオーストナイト相に変化し、元の形状に戻る。このコイル60及びコイル61の元の形状とは、伸びた状態である。
When the temperature around the tactile
従ってコイル60及びコイル61は、例えば、図3(a)に示すように、操作部3をベース2に押し付けるような弾性力を増加させ、アクチュエータ5に予圧Paよりも大きな予圧Pbを付加する。
Thus the
ここで形状記憶合金は、例えば、図5(a)に示すように、予圧と形状回復温度(Af点)とが比例する関係にある。よってアクチュエータ5の形状回復温度(Afw点)は、例えば、図4(a)に示すように、元の形状回復温度(Afw点)よりも予圧増加時の形状回復温度(Afw点)の方が大きくなる。 Here, in the shape memory alloy, for example, as shown in FIG. 5A, the preload and the shape recovery temperature (Af point) are in a proportional relationship. Therefore, the shape recovery temperature (Afw point) of the actuator 5 when the preload is increased (Afw point) is higher than the original shape recovery temperature (Afw point) as shown in FIG. growing.
例えば、触覚呈示装置1が予圧Paを増加することができない場合、触覚呈示装置1の周辺温度がアクチュエータ5の形状回復温度(Afw点)を超えると、タッチセンサ4が操作を検出していないにも拘らずアクチュエータ5が形状復帰して操作部3を駆動してしまう。従って予圧が増加されない場合、アクチュエータ5が動作する温度範囲は、例えば、図4(a)に示すように、初期に付加された予圧Paに基づく形状回復温度(Afw点)までとなる。
For example, in a case where the tactile
図5(a)は、形状記憶合金の動作(変形と形状復帰の繰り返し動作)に対する耐久性(作動耐久)の一例を示し、縦軸が予圧であり、横軸が形状記憶合金の歪みである。形状記憶合金は、予圧と歪みが小さい場合、100万回以上の作動耐久が得られる。そして形状記憶合金は、歪みが増加すると、50万〜100万回、10万〜50万回と徐々に作動耐久が低下する。 FIG. 5A shows an example of durability (operation durability) with respect to the operation (repeated operation of deformation and shape return) of the shape memory alloy, in which the vertical axis is the preload and the horizontal axis is the strain of the shape memory alloy. . When the preload and the distortion are small, the shape memory alloy can achieve an operation durability of 1,000,000 times or more. When the strain increases, the operating durability of the shape memory alloy gradually decreases from 500,000 to 1,000,000 times, and from 100,000 to 500,000 times.
上述のように、初期に付加する予圧Paを増加して高温環境下で動作するようにした場合、常に付加される増加した予圧Paによってアクチュエータ5の歪みが増加するので、作動耐久が低下する。 As mentioned above, when to work in a high temperature environment to increase the preload P a to be added initially, is always distortion of the actuator 5 by increased preload P a is added increases, operating endurance is lowered I do.
本実施の形態では、コイル部6の形状回復温度(Afc点)をアクチュエータ5の形状回復温度(Afw点)よりも低くすることで、周辺温度が高温になった場合のみコイル部6によって予圧を増加させるので、元の形状回復温度(Afw点)よりも予圧増加時の形状回復温度(Afw点)が大きくなる。従ってアクチュエータ5は、元の温度範囲よりも予圧増加時の温度範囲が大きくなり、元の形状回復温度(Afw点)よりも高温になっても動作する。
In the present embodiment, by setting the shape recovery temperature (Afc point) of the
図4(a)に示すように、触覚呈示装置1が動作する温度範囲は、アクチュエータ5の形状回復温度(Afw点)に依存する。触覚呈示装置1は、作動耐性の観点から、想定される動作時には予圧Paが小さい方が好ましい。そして触覚呈示装置1は、想定される高温環境時に予圧Paを増加し、想定される高温環境の温度より高い温度に、アクチュエータ5の形状回復温度(Afw点)がなるようにアクチュエータ5やコイル部6の形状回復温度が調整される。
As shown in FIG. 4A, the temperature range in which the tactile
従ってアクチュエータ5の形状回復温度(Afw点)は、通電によるアクチュエータ5の温度によってベース2や操作部3に不具合がでないように、かつ触覚呈示装置1の動作を保障する高温環境時の温度より上に調整される。そしてコイル部6は、形状回復温度(Afc点)が動作する際に想定される通常の温度より上であり、またアクチュエータ5の形状回復温度(Afw点)となる予圧Pbを生成する弾性力を発生するように調整される。
Therefore, the shape recovery temperature (Afw point) of the actuator 5 is higher than the temperature in a high-temperature environment where the
なおアクチュエータ5は、一例として、予圧Paの際の形状回復温度(Afw点)と予圧Pbの際の形状回復温度(Afw点)の差が20℃、つまり動作の温度範囲が20℃拡張される。
Note the actuator 5, as an example, the shape recovery temperature (AFW point) during preload P a and the difference is 20 ° C. of shape recovery temperature in the preload P b (AFW point), the temperature range of
(制御部8の構成)
制御部8は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うCPU(Central Processing Unit)、半導体メモリであるRAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)などから構成されるマイクロコンピュータである。このROMには、例えば、制御部8が動作するためのプログラムが格納されている。RAMは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。また制御部8は、例えば、タッチしきい値80をRAM又はROMに有している。
(Configuration of the control unit 8)
The
タッチしきい値80は、タッチセンサ4が検出対象を検出したか否かを判定するためのしきい値である。制御部8は、タッチセンサ4から取得した静電容量情報S1の静電容量がタッチしきい値80以上である場合、検出対象が検出されたとして検出点を算出する。
The
制御部8は、例えば、タッチセンサ4が操作を検出した場合、操作に対するフィードバックとして操作部3を上方に駆動して操作指Fに触覚を呈示する。制御部8は、この際、周辺温度に応じてアクチュエータ5に供給する電流Iを変化させる。この触覚の呈示は、操作部3を上に、一回突き上げて行われる。
For example, when the touch sensor 4 detects an operation, the
なお変形例として制御部8は、周辺温度に関係なく、高温環境下において増加した予圧Pbに応じた電流Iを供給するように構成されても良い。この電流Iの供給は、予め定められた時間行われる。
Note the
以下に本実施の形態の触覚呈示装置1の動作について各図を参照しながら説明する。
Hereinafter, the operation of the tactile
(動作)
周辺温度がコイル部6の形状回復温度(Afc点)より低い場合、例えば、図2(a)に示すように、コイル部6が形状復帰しないので、アクチュエータ5に付加される予圧がPaであり、アクチュエータ5は、この予圧Paに応じた形状回復温度(Afw点)となる。
(motion)
If the ambient temperature is lower than the shape recovery temperature of the coil unit 6 (Afc point), for example, as shown in FIG. 2 (a), the
制御部8は、温度センサ91によって測定された周辺温度がコイル部6の形状回復温度(Afc点)よりも低く、かつタッチセンサ4が検出した静電容量情報S1とタッチしきい値80に基づいて操作が検出された場合、アクチュエータ5の形状回復温度(Afw点)を超える温度を発生させる電流Iをアクチュエータ5に供給する。
The
アクチュエータ5は、例えば、図2(b)に示すように、電流Iによって温度が上昇し、形状回復温度(Afw点)を超えると形状復帰して操作部3を駆動し、操作指Fに触覚を呈示する。
For example, as shown in FIG. 2B, the temperature of the actuator 5 rises due to the current I, and when the temperature exceeds a shape recovery temperature (Afw point), the actuator 5 returns to its shape, drives the
また周辺温度がコイル部6の形状回復温度(Afc点)以上の場合、例えば、図3(a)に示すように、コイル部6が形状復帰するので、アクチュエータ5に付加される予圧がPb(>Pa)となり、この予圧Pbに応じて形状回復温度(Afw点)が高温側にシフトする。
Also if the ambient temperature is above shape recovery temperature of the coil unit 6 (Afc point), for example, as shown in FIG. 3 (a), the
制御部8は、温度センサ91が測定した周辺温度がコイル部6の形状回復温度(Afc点)以上であり、かつタッチセンサ4が検出した静電容量情報S1とタッチしきい値80に基づいて操作が検出された場合、高温側にシフトした形状回復温度(Afw点)を超える温度となる電流Iをアクチュエータ5に供給する。
The
アクチュエータ5は、例えば、図2(b)に示すように、電流Iによって温度が上昇し、高温側にシフトした形状回復温度(Afw点)を超えると形状復帰して操作部3を駆動し、操作指Fに触覚を呈示する。
For example, as shown in FIG. 2B, the actuator 5 rises in temperature due to the current I and returns to a shape when the temperature exceeds a shape recovery temperature (Afw point) shifted to a high temperature side, and drives the
(実施の形態の効果)
本実施の形態に係る触覚呈示装置1は、作動耐久の低下を抑制しつつ動作する温度範囲を拡張することができる。具体的には、この触覚呈示装置1は、周辺温度がコイル部6の形状回復温度(Afc点)以上に上昇すると、先にコイル部6の形状が元に戻ってアクチュエータ5に付加する予圧Paを予圧Pbに増加させるので、この構成を採用しない場合と比べて、アクチュエータ5の形状回復温度(Afw点)が高温側にシフトし、動作する温度範囲を拡張することができる。また触覚呈示装置1は、常時高い予圧をアクチュエータ5に付加するのではなく、高温環境に曝されて、コイル部6の形状回復温度(Afc点)を超えて初めて予圧が増加するので、この構成を採用しない場合と比べて、作動耐久の低下を抑制することができる。
(Effects of Embodiment)
The tactile
触覚呈示装置1は、車両9に搭載されるので、温度変化が激しく、また走行時には振動が生じる。しかし触覚呈示装置1は、動作する温度範囲が広いので温度変化に対応することができる。また触覚呈示装置1は、コイル部6の弾性力によって振動によるがたつきなどを抑制することができる。さらに触覚呈示装置1は、圧電素子によって触覚を呈示する場合と比べて、アクチュエータ5の形状の変化が大きく、その結果、強い触覚を操作指Fに伝達するので、走行時の振動によって触覚が弱くなることを抑制することができる。
Since the tactile
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While some embodiments and modifications of the present invention have been described above, these embodiments and modifications are merely examples, and do not limit the invention according to the claims. These new embodiments and modified examples can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the spirit of the present invention. In addition, not all combinations of the features described in the embodiments and the modified examples are necessarily indispensable as means for solving the problems of the invention. Furthermore, these embodiments and modifications are included in the scope and spirit of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…触覚呈示装置、2…ベース、2a,2b…側面、3…操作部、4…タッチセンサ、5…アクチュエータ、6…コイル部、7…駆動機構、8…制御部、9…車両、20…表面、22…凸部、23…凹凸部、24a,24b…下面、25a,25b…フランジ、26a…,26b…貫通孔、30…操作面、31…裏面、32…凹部、33…凸部、34…凹凸部、35a,35b…円柱体、36a,36b…ストッパ、37a,37b…上面、51…湾曲部、60,61…コイル、80…タッチしきい値、90…フロアコンソール、91…温度センサ、F…操作指、I…電流、Pa,Pb…予圧、S1…静電容量情報、S2…温度情報、S3…操作情報
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ベースに移動可能に取り付けられ、操作がなされる操作部と、
形状記憶合金を用いて形成されると共に前記ベースと前記操作部との間に配置され、通電による形状復帰によって前記操作部を駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータの第1の形状回復温度よりも低い第2の形状回復温度を有する形状記憶合金によって形成され、周辺温度が前記第2の形状回復温度より高い場合、形状復帰により前記ベースと前記操作部との距離を縮めて前記アクチュエータの予圧を増加させて前記第1の形状回復温度を高温側にシフトさせる弾性体部と、
を備えた触覚呈示装置。 Base and
An operation unit movably attached to the base and operated.
An actuator that is formed using a shape memory alloy and is disposed between the base and the operation unit, and drives the operation unit by shape return by energization,
When the actuator is formed of a shape memory alloy having a second shape recovery temperature lower than a first shape recovery temperature of the actuator, and when an ambient temperature is higher than the second shape recovery temperature, the base and the operating portion are restored by shape recovery. An elastic body portion that reduces the distance between the first shape recovery temperature and the first shape recovery temperature to a higher temperature side by increasing the preload of the actuator;
Tactile sense presentation device provided with.
前記アクチュエータは、前記第1の面及び前記第2の面の前記凹部及び前記凸部に挟まれて変形して配置される、
請求項1に記載の触覚呈示装置。 A plurality of concave portions and a plurality of convex portions are alternately formed on a first surface of the base facing the operation portion and a second surface of the operation portion facing the base so as to mesh with each other. Placed,
The actuator is deformed and arranged between the concave portion and the convex portion of the first surface and the second surface,
The tactile presentation device according to claim 1.
前記ベースは、前記柱体が挿入される複数の貫通孔を有し、
前記弾性体部は、前記柱体に通されて前記ベースと前記ストッパの間に配置される、
請求項1又は2に記載の触覚呈示装置。 The operation unit has a plurality of pillars projecting from the first surface side, and a stopper provided at a tip of the pillar,
The base has a plurality of through holes into which the pillars are inserted,
The elastic body portion is disposed between the base and the stopper through the pillar.
The tactile presentation device according to claim 1.
前記検出部が操作を検出した場合、前記アクチュエータに電流を供給して操作に対する触覚を呈示する制御部と、
を備えた、
請求項3に記載の触覚呈示装置。 A detection unit disposed on the operation unit, for detecting an operation performed on the surface;
When the detecting unit detects an operation, a control unit that supplies a current to the actuator to present a tactile sensation to the operation,
With
The tactile presentation device according to claim 3.
請求項4に記載の触覚呈示装置。 The control unit controls a current supplied to the actuator according to the ambient temperature,
The tactile presentation device according to claim 4.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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-
2018
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WO2022263833A1 (en) * | 2021-06-16 | 2022-12-22 | Cambridge Mechatronics Limited | Sma haptic assembly |
GB2607932B (en) * | 2021-06-16 | 2024-03-27 | Cambridge Mechatronics Ltd | SMA haptic assembly |
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