JP2020160668A - 力覚付与デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】操作者に皮膚感覚フィードバックを与えるハプティクスデバイスにおいて、実際に接触物の硬さの相違が感じられるようなデバイスを提供すること。
【解決手段】磁性体と前記磁性体が分散する分散媒とを有する磁場応答性材料１１と、前記磁場応答性材料１１と接触する可撓性膜１２とを有する磁場応答性変質体１３と、前記分散媒中の前記磁性体に磁場を印加するコイル１５とを備えており、前記可撓性膜１２は、接触物に力覚を付与する触感付与面Ｐを有しており、前記磁場応答性変質体１３は、前記磁性体が前記磁場の磁力線方向に配向して前記分散媒の流動性が低下することで、前記触感付与面Ｐの硬さが変化するものである力覚付与デバイス１とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、触ったときの感触を変化させることができる力覚付与デバイスに関する。

近年、タッチパネルセンサの普及やバーチャルリアリティー（ＶＲ）システムの発展に伴い、操作者に皮膚感覚フィードバックを与える装置（ハプティクスデバイス）の需要が高まっている。従来のハプティックデバイスでは、力覚を付与する動力源として、偏心モーターやピエゾ素子等といった、振動子を用いるものが知られている。しかし、それらはあくまで振動で疑似的に衝撃を再現しているのみであり、振動による触感しか与えることができなかった。そうした一方で、操作者が操作部を操作すると、機能性流体を利用して力感覚を提示する技術が、例えば特許第３８１９３６号公報（特許文献１）に記載されている。

特許第３８１９３６号公報

しかしながら、特許第３８１９３６号公報（特許文献１）に記載されている技術によっても、操作が重くなったり軽くなったりするなど、動き難さによって操作感の相違を感じさせるものの、被接触物（指等の接触物が触れる対象となる物）の硬さそのものを変化させるものではなく、触感による柔軟性の変化を感じさせることができるデバイスではなかった。

そこで本発明は、操作者に皮膚感覚フィードバックを与えるハプティクスデバイスにおいて、実際に被接触物の硬さの相違が感じられるデバイスの提供を目的とする。

上記目的を達成するため本発明の力覚付与デバイスは以下のとおり構成される。即ち本発明は、磁性体と前記磁性体が分散する分散媒とを有する磁場応答性材料と、前記磁場応答性材料と接触する可撓性膜とを有する磁場応答性変質体と、前記分散媒中の前記磁性体に磁場を印加するコイルとを備えており、前記可撓性膜は、接触物に力覚を付与する触感付与面を有しており、前記磁場応答性変質体は、前記磁性体が前記磁場の磁力線方向に配向して前記分散媒の流動性が低下することで、前記触感付与面の硬さが変化するものである力覚付与デバイスである。

本発明は、磁性体と前記磁性体が分散する分散媒とを有する磁場応答性材料と、前記磁場応答性材料と接触する可撓性膜とを有する磁場応答性変質体と、前記分散媒中の前記磁性体に磁場を印加するコイルとを備えているため、コイルによって発生する磁場を磁場応答性材料に及ぼし、それにより磁場応答性変質体のみかけ硬度を変えることができる。そして本発明では、前記可撓性膜は、接触物に力覚を付与する触感付与面を有しており、前記磁場応答性変質体は、前記磁性体が前記磁場の磁力線方向に配向して前記分散媒の流動性が低下することで、前記触感付与面の硬さが変化するものであるため、接触物がヒトの指などであれば、触感付与面に触れれば磁場応答性材料の受ける状態変化を表出する可撓性膜が、触感付与面として指などに磁場応答性変質体の硬さの変化を触感の変化として感じさせることができる。

本発明では、前記磁場応答性変質体は前記コイルの外周側又は内周側に配置されているものとして構成できる。本発明は、前記磁場応答性変質体が前記コイルの外周側又は内周側に配置されているため、磁場応答性変質体の受ける状態変化が大きい部分に接触付与面があり、接触物がヒトの指などであれば、指などにおける触感の変化を感じ易くさせることができる。

本発明はまた、さらに前記コイルを囲うヨークを有するものとして構成できる。本発明は前記コイルを囲うヨークをさらに有するため、コイルで発生した磁場を効率的に磁場応答性材料に伝えることができる。

あるいは本発明では、前記可撓性膜は袋状に形成されているものとして構成できる。本発明は、前記可撓性膜を袋状に形成したため、磁場応答性変質体を袋ごと取り扱うことができ、所望の部分への配置が容易であるため、力覚付与デバイスの製造が容易である。

本発明では、前記磁場応答性変質体は、円筒状に形成することができる。前記磁場応答性変質体を円筒状に形成する本発明は、その円筒状の内周面又は外周面を触感付与面とすることができ、触感の変化を感じさせたい部分を囲む力覚付与デバイスとして、又は触感の変化を感じさせたい部分に囲まれた力覚付与デバイスとすることができる。

本発明では、前記コイルは、内周に挿入穴を有し、前記挿入穴の表面に前記触感付与面を有することができる。前記コイルの内周に挿入穴を有し、前記挿入穴の表面に前記触感付与面を有する本発明は、触感の変化を感じ易い指にはめるようにして利用することができる。したがって、ＶＲゲーム等で感じさせたい触感を指に伝えるデバイスとして利用できる。

本発明では、前記触感付与面は、平面形状であるものとして構成できる。前記触感付与面を平面形状として構成する本発明は、こうした平面形状の接触付与面を皮膚に当てるマッサージ器などとして利用できる。

本発明では、さらにセンサ又はスイッチの少なくとも何れかであって、前記接触物の接触又は押圧を感知する入力感知装置を備えるものとすることができる。このように構成すれば、操作者の接触を感知することで、例えば触ったときだけ動作させたり、接触箇所や接触強さに応じた力覚を付与するなど、多彩な動作を実現することができる。

本発明では、前記磁場応答性変質体の表面に、前記入力感知装置を備えるものとすることができる。磁場応答性変質体の表面に前記入力感知装置を備えれば、単に触感の変化を与えるだけでなく、所定の押圧動作による入力デバイスとしても利用することができる。本形態は、例えばコイルの下端側にヨークを備えるとき、磁場応答性変質体と前記ヨークとの間に押圧を感知するセンサ又はスイッチを配置することができる。

本発明では、前記可撓性膜の表面に、接触を感知する前記センサを備えるものとすることができる。前記可撓性膜の表面に前記センサを備えることで、接触の有無や、可撓性膜の変形の程度から接触強さを感知することができ、接触箇所や接触強さに応じた力覚を付与するなど、多彩な動作を実現することができる。前記センサとしては、伸縮によって抵抗値が変化する伸縮センサや静電容量センサを用いることができる。

本発明では、前記磁場応答性変質体と前記コイルの間に、押圧を感知する前記センサ又はスイッチを備えるものとすることができる。このように構成しても、単に触感の変化を与えるだけでなく、所定の押圧動作による入力デバイスとしても利用することができる。また、コイルの内部空間にセンサ又はスイッチを配置すれば、外形を大きくすることなく入力デバイスとしての機能を付与することができる。

本発明の力覚付与デバイスは、コイルに０．２Ｈｚ〜２０ｋＨｚの交流電圧又はパルス直流電圧を印加することで力覚を付与するように動作させることができる。前記周波数が０．２Ｈｚ未満では、触感の変化を感じにくくなる場合がある。また、前記周波数が２０ｋＨｚを超えると、磁場応答性材料の応答速度の限界に近くなり、触感の変化を感じにくくなる場合がある。

また、前記交流電圧は矩形波であることが好ましい。矩形波とすることで、特に低周波数で動作させたときにも、際立った触感の変化を与えることができる。

本発明の力覚付与デバイスによれば、被接触物のみかけの硬度を変化させて操作者に対し触感の相違を感じさせることができる。

本発明の第１実施形態である力覚付与デバイスであり、分図１Ａは平面図、分図１Ｂは分図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線断面図である。 本発明の第２実施形態である力覚付与デバイスであり、分図２Ａは平面図、分図２Ｂは分図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線断面図である。 本発明の第３実施形態である力覚付与デバイスであり、分図３Ａは平面図、分図３Ｂは分図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線断面図である。 本発明の第４実施形態である力覚付与デバイスであり、分図４Ａは平面図、分図４Ｂは分図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線断面図である。 本発明の第５実施形態である力覚付与デバイスであり、分図５Ａは平面図、分図５Ｂは分図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線断面図である。 本発明の第６−１実施形態である力覚付与デバイスの分図１Ｂ相当の断面図である。 本発明の第６−２実施形態である力覚付与デバイスの分図１Ｂ相当の断面図である。 本発明の第６−３実施形態である力覚付与デバイスの分図１Ｂ相当の断面図である。

本発明の力覚付与デバイスについて実施形態に基づき詳細に説明する。各実施形態で共通する部材については、同一の符号を付して重複説明を省略する。また、共通する材質、作用、効果、形状等についても重複説明を省略する。

第１実施形態［図１］：

第１実施形態の力覚付与デバイス１は、磁場応答性変質体１３ａ（１３）と、磁場応答性変質体１３ａ（１３）に磁場を印加するコイル１５と、コイル１５の周囲を覆うヨーク１６とを有している。ここで磁場応答性変質体１３ａ（１３）は、磁場応答性材料１１と、可撓性膜１２とを有している。

力覚付与デバイス１は、図１に平面図と断面図を示すように、中央に挿入穴１０ａ（１０）を有する円柱形状に形成されている。コイル１５は、磁場応答性変質体１３ａの周囲を囲むように配置されている。コイル１５は、外周１５ａ、上端１５ｃ、下端１５ｄがそれぞれヨーク１６で囲われている。ヨーク１６は、第１のヨーク１６ａ、第２のヨーク１６ｂ、第３のヨーク１６ｃとを有する。第１のヨーク１６ａは、円環形状であり、その中央には挿入穴１０ａが配置されている。第１のヨーク１６ａは、力覚付与デバイス１の天面部を形成する。第２のヨーク１６ｂは、円筒形状であり、コイル１５の外周を囲むように配置されている。第２のヨーク１６ｂは、力覚付与デバイス１の外周部を形成する。第３のヨーク１６ｃは、円形であり、力覚付与デバイス１の底面部を形成する。コイル１５の内周１５ｂには、樹脂フィルム等でなる被覆部材１８が配置されている。挿入穴１０ａは、可撓性膜１２で形成されている。可撓性膜１２は、底部を有する円筒形状に形成されている。可撓性膜１２の外側面は、磁場応答性材料１１と接触している。可撓性膜１２と被覆部材１８とヨーク１６（第１のヨーク１６ａ、第３のヨーク１６ｃ）は、磁場応答性材料１１を封入するための収容室を有する容器を形成している。そして、可撓性膜１２の表面は、挿入穴１０ａに挿入した「接触物」としての人の指に力覚を付与する触感付与面Ｐとして形成されている。なお、コイル１５の「上端１５ｃ」、「下端１５ｄ」の「上」「下」は、説明の便宜上の表現であり、用い方の向き等を制限するものではない。こうした構成からなる力覚付与デバイス１の各部位について、以下でさらに詳しく説明する。

磁場応答性材料１１は、「分散媒」としてのベース剤に多数の磁性体を分散させて形成されている。磁場応答性材料１１は、磁場が印加されると、ベース剤の内部で多数の磁性体が磁力線方向（磁束方向）に連鎖するように配向することができる。そして、磁場応答性材料１１は、磁場の印加を解除すると、磁力線方向に沿って連鎖する多数の磁性体の配向状態も解除される。このようにベース剤に分散する多数の磁性体は、磁場の印加状態で磁力線方向に沿う連鎖体を形成する。この連鎖体の形成により、磁場応答性材料１１は、みかけ上の硬さが硬くなる。他方、多数の磁性体は、磁場の非印加状態では連鎖体が形成されず自由に分散可能となる。このため磁場応答性材料１１は、連鎖体の形成時と比べて、硬さがベース剤の粘性に相応する程度に軟らかくなる。磁性体は、磁場に置かれると簡単に磁化して配向し易い軟磁性材料からなる粒子を用いることができ、これらの粒子には、例えば、Ｆｅ、ＦｅＳｉ、ＦｅＮｉ、ＦｅＳｉＡｌ、ＦｅＮｉＳｉＢ、ＦｅＳｉＢ等の鉄系の軟磁性金属、ＣｏＦｅＳｉＢ等のコバルト系軟磁性金属、ＭｎＺｎフェライト、ＭｇＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライト等の軟磁性酸化物等が挙げられる。

ベース剤は、多数の磁性体を分散させることができ、且つ磁場を受けて多数の磁性体が配向できる性質のものであれば良い。ベース剤は、具体的には液状、グリス状、ゲル状等のものを選択でき、例えばシリコーン系オイル、パラフィン系オイル、フッ素系オイル、エステル系オイル、液状ゴム等を利用できる。

可撓性膜１２は、磁場印加時と磁場非印加時における磁場応答性材料１１のみかけ上の硬さの変化を「接触物」に対して伝達することができる柔軟性のある材料から形成される。また、可撓性膜１２は、磁場印加時と磁場非印加時における磁場応答性材料１１のみかけ上の硬さの変化が、磁場応答性材料１１の形状変化として現れる場合には、磁場応答性材料１１の形状変化に応じて変形することができる柔軟性のある材料にて形成される。こうした材質としてはゴム状弾性体が好ましい。但し、そのゴム状弾性体の表面保護のために、ゴム状弾性体を合成樹脂製被膜でコーティングすることとしても良い。ゴム状弾性体には、合成ゴム、熱可塑性エラストマーが挙げられ、例えば、合成ゴムとしては、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム等、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー等を例示できる。力覚付与デバイス１では、可撓性膜１２を有するため、柔軟な磁場応答性材料１１が必要以上に変形することと、磁場応答性材料１１が流出し操作者に付着することを防ぐことができる。

磁場応答性変質体１３ａは、多数の磁性体が分散した磁場応答性材料１１と、この磁場応答性材料１１に接触する可撓性膜１２とからなる部分であり、操作者が触感の変化を感知する触感付与面Ｐを可撓性膜１２の表面に形成することができる。磁場応答性変質体１３ａは、図１Ｂで示すように磁場応答性材料１１の全体を可撓性膜１２で覆うものでなくても良い。

コイル１５は、絶縁した銅線（電線）を螺旋状に巻いたものである。コイル１５は図外の電源に通じており、図外の制御部がコイル１５に対する通電を制御してコイル１５の励磁を行う。励磁したコイル１５は磁場応答性材料１１に磁場を印加する。なお,コイル１５は、電線を巻くコアを有するものでも、コアを欠く空芯コイルでもよい。ヨーク１６は、透磁率の高い金属で構成することが好ましい。また、磁場においたとき着磁され難い軟磁性材料を用いることが好ましく、具体的には、鉄、ケイ素鉄、パーマロイ、ＦｅＳｉＡｌ合金、パーメンジュール、電磁ステンレスなどの軟磁性材料を用いることが好ましい。ヨーク１６でコイル１５を覆うことで、磁場を効率的に磁場応答性材料１１に伝えることができる。

力覚付与デバイス１によれば、操作者が触感の変化を感知する触感付与面Ｐを、コイル１５の内周１５ｂに隣接した磁場応答性変質体１３ａの表面に有する。このためコイル１５を通電して磁場を発生させると、最も磁束が集中する部分の一つに触感付与面Ｐが位置することになり、発生した磁場の影響を受けて磁場応答性材料１１のみかけの硬度が大きく変化する。即ち、コイル１５への通電を行ったり解いたりすることで磁場応答性材料１１内の多数の磁性体がベース剤の中で配向したり配向を解いたりする変異を起こす。これにより磁場応答性変質体１３ａは、みかけの硬さが変化する。そのため、操作者は挿入穴１０ａに指を挿入することで可撓性膜１２を介して磁場応答性材料１１に触れることができ、この硬さの相違の感触を力覚として感じ取ることができる。

力覚付与デバイス１のより具体的な実施形態は、例えばコイル１５を絶縁被覆された直径０．５ｍｍの銅線を４５０回巻回して内径２５ｍｍ、外径４０ｍｍ、高さ４０ｍｍの円筒状に形成し、磁場応答性材料１１を、平均粒径５μｍの鉄ケイ素合金からなる磁性体を液状シリコーンオイルに分散させてなるものとして形成できる。このコイル１５に１０Ｖの直流電圧を印加することで、挿入穴１０に挿入した指先に磁場応答性材料１１の硬度変化を感じさせることができる。あるいはまた、このコイル１５に印加する直流電圧のＯＮ／ＯＦＦを連続して切り替えるパルス直流電圧を印加するか、又は交流電圧を印加することができる。このとき前記ＯＮ／ＯＦＦの切り替え（パルス）又は交流電圧の周波数を０．２Ｈｚ〜２０ｋＨｚ、より好ましくは０．５Ｈｚ〜１０Ｈｚとすることで、パルス磁場を発生させることができ、磁場応答性材料１１の硬さの連続的な変化に従って、挿入穴１０に挿入した指先に振動を感じさせることができる。

ここで、パルス直流電圧又は交流電圧の周波数が０．２Ｈｚ未満では、触感の変化を感じ難い場合があり、周波数が２０ｋＨｚを超えると、磁場応答性材料１１の応答速度が限界に近くなり、触感の変化を感じ難くなる場合がある。そして、パルス直流電圧又は交流電圧の周波数が０．５Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲であると、振動の変化が際立ち、操作者へ多彩な触感の変化を与えることができる。そうした一方で、前記周波数が１０Ｈｚを超えると振動の感触は感じることができるものの、触感の変化が際立ち難いことが懸念される。前記パルス直流電圧および交流電圧の波形は矩形波であることが好ましい。矩形波とすることで、特に低周波数で動作させたときにも、際立った触感の変化を与えることができる。

第２実施形態［図２］：

第２実施形態としての力覚付与デバイス２を図２で示す。力覚付与デバイス２では、図２Ｂで示すように、挿入穴１０ｂ（１０）が貫通しており、磁場応答性材料１１がこの挿入穴１０ｂを取り巻くような円柱状に形成されている点で第１実施形態の力覚付与デバイス１と異なる。そのためヨーク１６についても、第１のヨーク１６ａ及び第３のヨーク１６ｃはともに円環形状としている。力覚付与デバイス２でも、操作者が触感の変化を力覚として感知できる触感付与面Ｐを、コイル１５の内周１５ｂに隣接した磁場応答性変質体１３ｂ（１３）の表面に有している。

力覚付与デバイス２では、力覚付与デバイス１と異なり、挿入穴１０ｂが貫通孔として形成されている。このため力覚付与デバイス２は、挿入穴１０ｂを貫通するように指や腕などを挿入させて用いることができる。そして、例えば、力覚付与デバイス２を指の第１関節よりも指の根元に装着する一方で、力覚付与デバイス１を指先に装着することで、力覚付与デバイス２を力覚付与デバイス１と組み合わせて用いることができ、より多様な触感を指に与えることができる。この際、力覚付与デバイス２と力覚付与デバイス１を、関節にまたがって装着することで、この両者の繋ぎ目で指等を曲げ変形ができ、関節の折り曲げを妨害することなく、触感を指等の幅広い部位に伝えることができる。

第３実施形態［図３］：

第３実施形態としての力覚付与デバイス３を図３で示す。力覚付与デバイス３では、図３Ｂで示すように、これまで説明した力覚付与デバイス１や力覚付与デバイス２で有していた挿入穴１０ａが設けられておらず、代わりに軟磁性材料である芯１７がコイル１５の内周１５ｂを埋めている。この芯１７の材質は、透磁率の高い金属で構成することが好ましくヨーク１６と同様の材質とすることができる。具体的には、鉄、ケイ素鉄、パーマロイ、ＦｅＳｉＡｌ合金、パーメンジュール、電磁ステンレスなどの軟磁性材料を用いることが好ましい。

また、力覚付与デバイス３は、磁場応答性材料１１がコイル１５の外周１５ａを取り巻くような円柱状に形成されている点で、第１実施形態の力覚付与デバイス２及び第２実施形態の力覚付与デバイス２と異なる。そのためヨーク１６についても、第１のヨーク１６ａ及び第３のヨーク１６ｃはともに円環形状としており、また第２のヨーク１６ｂに相当するヨーク１６は用いていない。力覚付与デバイス３では、操作者が触感の変化を感知する触感付与面Ｐを、磁場応答性材料１１と可撓性膜１２とで構成する磁場応答性変質体１３ｃ（１３）のうちのコイル１５の外周１５ａに隣接した位置に形成している。

力覚付与デバイス３では、コイル１５の内周１５ｂに設けた芯１７がヨーク１６を通じて、コイル１５で発生した磁場を効率的に磁場応答性材料１１に伝えることができる。力覚付与デバイス３では、力覚付与デバイス１及び力覚付与デバイス２と異なり、磁場応答性材料１１がコイル１５の外周１５ａに位置するので、例えばグリップ又はハンドル等の操作者がコイル１５の外周１５ａに触れる用途に利用できる。

第４実施形態［図４］：

第４実施形態としての力覚付与デバイス４を図４で示す。力覚付与デバイス４では、図４Ｂで示すように、コイル１５の内周１５ｂに磁場応答性変質体１３ｄ（１３）を設けている。換言すれば、第３実施形態の力覚付与デバイス３では、コイル１５を巻き回した軸心に芯１７を配置していたのに対し、本実施形態の力覚付与デバイス４では、磁場応答性材料１１を配置している。また、力覚付与デバイス４では力覚付与デバイス１及び力覚付与デバイス２と異なり挿入穴１０を有せず、コイル１５の軸心方向に対する垂直方向に操作者が触感の変化を感知する触感付与面Ｐを有している点で異なる。ヨーク１６については、力覚付与デバイス４の内部に隠れるが、コイル１５の内周１５ｂを覆う第４のヨーク１６ｄを有している。

力覚付与デバイス４では、コイル１５の部分を外枠としてその内側に平面状に触覚付与面Ｐを有するため、平面を人体に押し当てて用いるマッサージ器などとして利用することができる。なお、図４で示す力覚付与デバイス４では、コイル１５の内周１５ｂにヨーク１６ｄを介して磁場応答性材料１１を隣接しているが、この部分のヨーク１６ｄを廃してコイル１５に磁場応答性材料１１が直接接するようにしても良い。

第５実施形態［図５］：

第５実施形態としての力覚付与デバイス５を図５で示す。力覚付与デバイス５では、その内部構造は、図３で示す第３実施形態の力覚付与デバイス３と同様であるが、その外形を変えることで力覚付与デバイス３とは異なる用途に利用できるようにしたものである。即ち、力覚付与デバイス５は、力覚付与デバイス３と同様に、磁場応答性変質体１３ｅ（１３）がコイル１５の外周１５ａを取り巻くように形成されているが、磁場応答性変質体１３ｅが角柱状に形成されている点で力覚付与デバイス３と異なる。力覚付与デバイス５では、触感付与面Ｐを、図５Ａで示すように、矩形の平面上に設けることができる。そのため、触覚付与面Ｐを矩形にできる点で、力覚付与デバイス５の形状も直方体状とすることができ利用し易いというメリットがある。

第６実施形態：

第６実施形態としての力覚付与デバイス６（６ａ〜６ｃ）を図６〜図８で示す。力覚付与デバイス６では、これまで説明した実施形態の力覚付与デバイス１〜５に、さらに接触又は押圧を感知するセンサ又はスイッチからなる入力感知装置１９（１９ａ〜１９ｃ）を備えたものである。

第６−１実施形態［図６］：

第６−１実施形態としての力覚付与デバイス６ａを図６で示す。力覚付与デバイス６ａでは、図１で示す第１実施形態の力覚付与デバイス１に３と同様の構成に加えて、可撓性膜１２の触感付与面Ｐの表面に入力感知装置１９ａ（１９）を備えている。
入力感知装置１９ａには、指などの接触物が可撓性膜１２に触れると、その接触又は押圧を感知するセンサが挙げられる。センサとしては、力覚付与デバイス６を動作させたときの触感の変化を損なわないものであればよく種々のセンサを用いることができる。一例として、可撓性膜１２の可撓性を損なわない柔軟なセンサを挙げることができ、より具体的には、弾性導電材料でなる電極を備える伸張可能なセンサ、又は伸張性の低い部分と伸張性の高い部分とを組合せることで全体として伸張可能としたセンサを挙げることができる。また、センサの方式としては抵抗値変化を読み取る伸縮センサ又は静電容量センサを挙げることができる。なお、センサは図示しない配線によって制御ＩＣ等に接続している。

力覚付与デバイス６ａでは、可撓性膜１２の触感付与面Ｐにセンサを設けたため、接触物の接触の有無や、可撓性膜１２の変形の程度から接触強さを感知することができ、接触箇所や接触強さに応じた力覚を付与するなど、多彩な動作を実現することができる。なお、図６では、可撓性膜１２のうち、接触物が触れる側の表面に入力感知装置１９ａを設けているが、接触物が直接的には触れない可撓性膜１２と磁場応答性材料１１との間に入力感知装置１９ａを設けても良い。

第６−２実施形態［図７］：

第６−２実施形態としての力覚付与デバイス６ｂを図７で示す。力覚付与デバイス６ｂでは、図１で示す第１実施形態の力覚付与デバイス１に３と同様の構成に加えて、磁場応答性変質体１３の表面であって、磁場応答性変質体１３とコイル１５の間に力感知装置１９ｂ（１９）を備えている。この入力感知装置１９には、指などの接触物が可撓性膜１２に触れると、その接触又は押圧を感知するセンサ又はスイッチが挙げられる。センサ又はスイッチとしては、力覚付与デバイス６を動作させたときの触感の変化を損なわないものであればよく種々のセンサ又はスイッチを用いることができる。

一例として、力覚付与デバイス６ａで用いることのできる弾性導電材料でなる電極を備える伸張可能なセンサ、又は伸張性の低い部分と伸張性の高い部分とを組合せることで全体として伸張可能としたセンサを挙げることができる他、伸長性に乏しいセンサ又はスイッチであってよく、種々の感圧センサ又は押圧スイッチを挙げることができる。より具体的には、導電ゴムでなる感圧センサ、又は小型のゴムスイッチ若しくはタクトスイッチ等の押圧スイッチを挙げることができる。本形態では、磁場を印加しているときは、磁場応答性材料１１が硬質になるため、センサ又はスイッチの感度が高まり、磁場を印加していないときは逆に感度を低めることができる。また、力覚付与デバイス６ｂでは、コイル１５の内部空間にセンサ又はスイッチを配置するため、外形を大きくすることなく、所定の押圧動作による入力機能を付与することができる。

第６−３実施形態［図８］：

第６−３実施形態としての力覚付与デバイス６ｃを図８で示す。力覚付与デバイス６ｃでは、図１で示す第１実施形態の力覚付与デバイス１に３と同様の構成に加えて、磁場応答性変質体１３の表面であって、磁場応答性変質体１３とヨーク１６の間に入力感知装置１９ｃ（１９）を備えている。入力感知装置１９ｃには、第６−２実施形態の力覚付与デバイス６ｂで用いることのできるセンサ又はスイッチを用いることができる。本実施形態の力覚付与デバイス６ｃでは、磁場応答性変質体１３の下面に、押圧を感知するセンサ又はスイッチを設けたため、所定の押圧動作による入力デバイスとしても利用することができる。

なお、本実施形態では、磁場応答性変質体１３の下面を受けるヨーク１６とこの磁場応答性変質体１３との間の配置に代えて、ヨーク１６を用いない場合等においては、力覚付与デバイス６ｃを取付ける筐体などの硬質な部材と磁場応答性変質体１３との間に入力感知装置１９ｃを配置することもできる。本形態では、磁場を印加しているときは、磁場応答性材料１３が硬質になるため、センサ又はスイッチの感度が高まり、磁場を印加していないときは逆に感度を低めることができる。

上記第６−１実施形態から第６−３実施形態では、図１で示す力覚付与デバイス１にセンサ又はスイッチを設ける例で説明したが、図１で示す以外の力覚付与デバイス２〜５にセンサ又はスイッチを設けることができる。センサ又はスイッチは、上記何れか一つを設けても良いし、複数のものを組合せて設けるようにしても良い。このように、力覚付与デバイス１〜６が接触又は押圧を感知するセンサ又はスイッチを備える構成とすれば、操作者の接触を感知することで、例えば触ったときだけ動作させたり、接触箇所や接触強さに応じた力覚を付与するなど、多彩な動作を実現することができる。

変形例の説明

前記実施形態は本発明の例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施形態の変更又は公知技術の付加、組合せ等を行い得るものであり、それらの技術もまた本発明の範囲に含まれるものである。

各実施形態で説明した力覚付与デバイス１〜６について、それらの複数を組み合わせたような構成とすることができる。例えば、第２実施形態の力覚付与デバイス２の複数個を挿入穴１０が連続するように組み合わせることで、連続する挿入穴１０の穴の深さが変わると磁場応答性変質体１３の区分が変わるようにできる。そのため、区分した磁場応答性変質体１５ごとにみかけの硬さを変更できるため、挿入穴１０の深さごとに異なる触感を与えるデバイスとすることができる。

上記各実施形態における説明では、磁場応答性材料１１を被覆部材１８と、ヨーク１６と、可撓性膜１２とによって覆う例を示した。しかしながら、可撓性膜１２を袋状に形成し、磁場応答性材料１１の全体を可撓性膜１２に封入した袋状体で磁場応答性変質体１３を形成し、これを所定の形状、場所に配置するようにしても良い。また、上記各実施形態における説明では、コイル１５の周囲をヨーク１６で囲っているが、ヨーク１６をコイル１５の周囲の一部に有するものとしたり、ヨーク１６を有しないものとしたりすることができる。

磁場応答性材料１１は、それ自体で独立して一定の形態を取り得るものであれば、可撓性膜１２のように磁場応答性材料１１を封止する部材を用いず、可撓性膜１２なしに磁場応答性材料１１を直接操作者に触れるように構成することも可能である。可撓性膜１２がないことでより直接的に感触変化を感じさせることができる。この場合、ベース材としてはゲル状の材料を用いることが好ましい。また、ゲル状の材料としてはシリコーンゲル、ウレタンゲルを用いることが好ましい。

１〜６，６ａ〜６ｃ力覚付与デバイス
１０，１０ａ，１０ｂ 挿入穴
１１ 磁場応答性材料
１２ 可撓性膜
１３，１３ａ〜１３ｅ 磁場応答性変質体
１５ コイル
１５ａ 外周
１５ｂ 内周
１５ｃ 上端
１５ｄ 下端
１６ ヨーク
１６ａ 第１のヨーク
１６ｂ 第２のヨーク
１６ｃ 第３のヨーク
１６ｄ 第４のヨーク
１７ 芯
１８ 被覆部材
１９，１９ａ〜１９ｃ 入力感知装置
Ｐ 触感付与面

Claims (13)

1. 磁性体と前記磁性体が分散する分散媒とを有する磁場応答性材料と、前記磁場応答性材料と接触する可撓性膜とを有する磁場応答性変質体と、
   前記分散媒中の前記磁性体に磁場を印加するコイルとを備えており、
   前記可撓性膜は、接触物に力覚を付与する触感付与面を有しており、
   前記磁場応答性変質体は、前記磁性体が前記磁場の磁力線方向に配向して前記分散媒の流動性が低下することで、前記触感付与面の硬さが変化するものである力覚付与デバイス。
2. 前記磁場応答性変質体は、前記コイルの外周側又は内周側に配置されている
   請求項１記載の力覚付与デバイス。
3. さらに前記コイルを囲うヨークを有する
   請求項１又は２記載の力覚付与デバイス。
4. 前記可撓性膜は、袋状に形成されている
   請求項１〜３何れか１項記載の力覚付与デバイス。
5. 前記磁場応答性変質体は、円筒形状である
   請求項１〜４何れか１項記載の力覚付与デバイス。
6. 前記コイルは、内周に挿入穴を有し、前記挿入穴の表面に前記触感付与面を有する
   請求項１〜５何れか１項記載の力覚付与デバイス。
7. 前記触感付与面は、平面形状である
   請求項１〜６何れか１項記載の力覚付与デバイス。
8. さらにセンサ又はスイッチの少なくとも何れかであって、前記接触物の接触又は押圧を感知する入力感知装置を備える請求項１〜７何れか１項記載の力覚付与デバイス。
9. 前記磁場応答性変質体の表面に、前記入力感知装置を備える請求項１〜８何れか１項記載の力覚付与デバイス。
10. 前記可撓性膜の表面に、接触を感知する前記センサを備える請求項１〜９何れか１項記載の力覚付与デバイス。
11. 前記磁場応答性変質体と前記コイルの間に、押圧を感知する前記センサ又はスイッチを備える請求項１〜１０何れか１項記載の力覚付与デバイス。
12. 前記コイルに０．２Ｈｚ〜２０ｋＨｚの交流電圧又はパルス直流電圧を印加する請求項１〜１１何れか１項記載の力覚付与デバイス。
13. 前記交流電圧が矩形波である請求項１２記載の力覚付与デバイス。

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