JPWO2010058539A1 - Haptic display device and portable terminal device - Google Patents
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Abstract
圧力板を介して使用者に力覚を知覚させることが可能な力覚提示装置であって、振動するアクチュエータと、前記アクチュエータの振動を伝搬する液体の媒質と、前記媒質中を伝搬する振動によって変形する前記圧力板と、を備えている。典型的には、前記アクチュエータは前記圧力板を外壁の一部に有する筐体に固定され、前記アクチュエータ、前記筐体、及び前記圧力板によって密閉空間が形成され、前記密閉空間の内部に前記媒質が封入されている。A force sense presentation device that allows a user to perceive a force sense through a pressure plate, and includes a vibrating actuator, a liquid medium that propagates the vibration of the actuator, and a vibration that propagates in the medium. And the pressure plate to be deformed. Typically, the actuator is fixed to a housing having the pressure plate as a part of an outer wall, and a sealed space is formed by the actuator, the housing, and the pressure plate, and the medium is inside the sealed space. Is enclosed.
Description
本発明は、人の手や指に力覚を知覚させることが可能な力覚提示装置及びそれを備えた携帯端末機器に関するものである。
本願は、2008年11月21日に出願された特願2008−298126号、2009年3月27日に出願された特願2009−078782号、2009年8月4日に出願された特願2009−181715号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to a force sense presentation device that allows a human hand or finger to perceive a force sense, and a portable terminal device including the force sense presentation device.
The present application includes Japanese Patent Application No. 2008-298126 filed on November 21, 2008, Japanese Patent Application No. 2009-078782 filed on March 27, 2009, and Japanese Patent Application No. 2009 filed on August 4, 2009. Claims priority based on 181715, the contents of which are incorporated herein.
マルチモーダル・インターフェースの進展に伴って、視覚や聴覚以外の五感の情報を提供可能な情報提示装置が注目されている。
中でも、物体を触ったときの感触(触覚)や物体からの反力(力覚)を情報提供に利用した力覚提示装置は、インターフェースの操作性や情報の知覚・理解を向上する上で有効と考えられており、各種職業技術訓練、バーチャルリアリティ技術、遠隔医療、ゲーム機器などへの応用が期待されている。With the development of multimodal interfaces, information presentation devices that can provide information on the five senses other than vision and hearing are drawing attention.
In particular, a haptic device that uses information (tactile sensation) when touching an object or reaction force (force sensation) from the object to provide information is effective in improving the operability of the interface and the perception and understanding of information. It is expected to be applied to various vocational technology training, virtual reality technology, telemedicine, game machines, etc.
一般的に力覚提示装置は様々な方式・構造によるものが提案されているが、特に、液体を媒質として人の手や指に力覚を知覚させることが可能な力覚提示装置としては、特許文献1のような、物体に接触している指先にかかる振動感を再現するものが知られている。
特許文献1に示された力覚提示装置は、ポンプによって電気粘性流体に脈圧を発生させ、指先への接触面となる導電性ゴムに対して設けられた電極群の電極に与えられる電圧を制御し、電気粘性流体の粘度および脈圧の圧力と周期を制御して接触物体の形状の感覚を提示するものである。
また、特許文献2に示された力覚提示装置は、内部に流体が封入された多数の袋体の間に電磁石を配置し、隣り合う電磁石の間に働く引力又は斥力によって袋体の間隔を狭くしたり広くしたりすることで、手や指に接触する部分の形状や表面圧を変化させるものである。In general, the haptic presentation device has been proposed by various methods and structures. In particular, as a haptic presentation device that can make a human hand or finger perceive a haptic sense using a liquid as a medium, A device that reproduces a vibration feeling applied to a fingertip that is in contact with an object as in Patent Document 1 is known.
The force sense presentation device disclosed in Patent Document 1 generates a pulse pressure in an electrorheological fluid by a pump, and applies a voltage applied to an electrode of an electrode group provided for a conductive rubber serving as a contact surface to a fingertip. It controls the viscosity of the electrorheological fluid and the pressure and cycle of the pulse pressure to present a sense of the shape of the contact object.
In addition, the force sense presentation device disclosed in Patent Document 2 has an electromagnet disposed between a large number of bag bodies in which a fluid is sealed, and an interval between the bag bodies is reduced by an attractive force or a repulsive force acting between adjacent electromagnets. By narrowing or widening, the shape and surface pressure of the part that contacts the hand or finger are changed.
しかしながら、従来の力覚提示装置では、接触した物体の形状や手触り感をアクチュエータの振動により提示しているだけであり、アクチュエータにより駆動される力覚提示部の変位は、人が力覚として知覚できるほど大きくない。また、アクチュエータの振動方向に対して知覚方向を任意に設定できないという問題がある。 However, in the conventional force sense presentation device, the shape of the touched object and the feeling of touch are merely presented by the vibration of the actuator, and the displacement of the force sense presentation unit driven by the actuator is perceived as a force sense by humans. Not as big as possible. Further, there is a problem that the perceived direction cannot be arbitrarily set with respect to the vibration direction of the actuator.
本発明の目的は、上述の問題点を解決するために、人の手や指に、任意の方向に力覚を知覚させることが可能な力覚提示装置及びそれを備えた携帯端末機器を提供することにある。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a force sense presentation device capable of causing a human hand or finger to perceive a force sense in an arbitrary direction and a portable terminal device including the force sense presentation device. There is to do.
上記の課題を解決するため、本発明は、圧力板を介して使用者に力覚を知覚させることが可能な力覚提示装置であって、振動するアクチュエータと、前記アクチュエータの振動を伝搬する液体の媒質と、前記媒質中を伝搬する振動によって変形する前記圧力板と、を備えている力覚提示装置を提供する。
典型的には、前記アクチュエータは前記圧力板を外壁の一部に有する筐体に固定され、前記アクチュエータ、前記筐体、及び前記圧力板によって密閉空間が形成され、前記密閉空間の内部に前記媒質が封入されている。
また、本発明の携帯端末機器は、上記力覚提示装置を備えていることを特徴とする。In order to solve the above-described problems, the present invention provides a force sense presentation device that allows a user to perceive a force sense through a pressure plate, and includes a vibrating actuator and a liquid that propagates the vibration of the actuator. There is provided a force sense presentation device including the medium and the pressure plate deformed by vibration propagating in the medium.
Typically, the actuator is fixed to a housing having the pressure plate as a part of an outer wall, and a sealed space is formed by the actuator, the housing, and the pressure plate, and the medium is inside the sealed space. Is enclosed.
Moreover, the portable terminal device of this invention is provided with the said force sense presentation apparatus, It is characterized by the above-mentioned.
本発明によれば、アクチュエータと圧力板の間の媒質を液体とすることによって、アクチュエータにより駆動される力覚提示部の変位を大きくすることができ、また、アクチュエータの振動方向に対して知覚方向を任意に設定することが可能となる。 According to the present invention, since the medium between the actuator and the pressure plate is liquid, the displacement of the force sense presentation unit driven by the actuator can be increased, and the perceptual direction can be arbitrarily set with respect to the vibration direction of the actuator. It becomes possible to set to.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1実施形態の力覚提示装置の断面図である。
図1において、符号11はバイモルフ型圧電振動子(アクチュエータ)、符号12は下部構造体(下部筐体)、符号13aは下部シールゴム(下部シール材)、符号13bは上部シールゴム(上部シール材)、符号14は上部構造体(上部筐体)、符号15は圧力板押さえプレート、符号16は圧力板、符号17は媒質(液体)である。[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the force sense presentation device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1,
図1に示されるように、下部構造体12の上に下部シールゴム13aを介してバイモルフ型圧電振動子11が載置され、その上に上部シールゴム13bを介して上部構造体14が載置され、ネジ(図示せず)等により締め付け固定されている。さらに、上部構造体14の上に圧力板16、その上に圧力板押さえプレート15が載置されて、ネジ(図示せず)等により締め付け固定されている。
As shown in FIG. 1, the bimorph type
バイモルフ型圧電振動子11は、長さ方向に伸縮する二枚の圧電セラミックスを金属板を挟んで張り合わせたものである。圧電効果によって一方を長手方向に伸ばし、もう一方を縮めることにより、屈曲振動させる。
媒質(例えば水)17はバイモルフ型圧電振動子11、上部シールゴム13b、上部構造体14、圧力板16で形成される閉空間に封入されている。The bimorph type
A medium (for example, water) 17 is enclosed in a closed space formed by the bimorph
尚、上部構造体14および圧力板押さえプレート15の固定方法についてはネジ締め等に限定されるものではなく、また、上部構造体14、圧力板押さえプレート15、圧力板16を一体で加工することも可能である。
圧力板16にはシリコン、フッ素等のゴム材料、ステンレスやアルミ等の薄い金属板、PET等の樹脂材料、あるいはPETフィルムにアルミを蒸着したような複合材料などを用いることができるが、これらの材料に限定されるものではない。
また、媒質17として使用する液体は、水、プロピレングリコール等の不凍液などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。Note that the fixing method of the
The
Examples of the liquid used as the
図2は、バイモルフ型圧電振動子11と上部シールゴム13bと上部構造体14と圧力板16で形成される閉空間に液体を注入する方法の一例を示す断面図である。図2において、符号18a,18bはそれぞれ継手、符号19a,19bはそれぞれ注入口である。
上部構造体14の側面には媒質を注入するための注入口19a、19b(例えば円筒形の穴)が設けられており、注入口19a、19bそれぞれにはチューブ等を接続するための継手18a、18bが固定されている。
バイモルフ型圧電振動子11、上部シールゴム13b、上部構造体14、圧力板16で形成された閉空間に、継手18a、18bにチューブ等を介して接続されたポンプ等(図示せず)により媒質17(例えば水)を注入し、空気を完全に抜いて媒質17で満たす。媒質17で満たした後はコックや治具(図示せず)によって媒質の出入りを遮断する。
尚、媒質17の注入方法については、ここで述べた方法に限定されるものではない。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a method for injecting liquid into a closed space formed by the bimorph
The side surfaces of the
A
The method for injecting the
次に、本実施形態の力覚提示装置の動作原理について説明する。
バイモルフ型圧電振動子11は電圧を印加すると上に凸または下に凸に変形する性質を有しているため、交流電界を印加すると上に凸の状態と下に凸の状態を繰り返し、振動する(屈曲振動する)。このとき、バイモルフ型圧電振動子11に接している部分の媒質の変位は、密度(体積)の変化を引き起こすので、圧力の変化が生じ、それによって次の瞬間の媒質の変位をもたらすことになる。この過程の連鎖によって、圧力や変位が波として伝搬する。Next, the operation principle of the haptic device according to the present embodiment will be described.
Since the bimorph type
例えば、図3に示したように一定の断面積で一軸方向に伸びる円筒形の管の中の媒質の振動として考えると、AB間の領域の圧力変化は、pを圧力の変化分とすると、
p=−KΔV/V 式(1)
と表せる。ここで、VはAB間の領域の体積、ΔVは体積の変化分、Kは体積弾性率である。For example, considering the vibration of the medium in a cylindrical tube extending in a uniaxial direction with a constant cross-sectional area as shown in FIG. 3, the pressure change in the region between AB is the change in the pressure p.
p = −KΔV / V Equation (1)
It can be expressed. Here, V is the volume of the region between AB, ΔV is the change in volume, and K is the bulk modulus.
また、管内を伝わる音速vは、密度ρと体積弾性率Kより
v=(K/ρ)1/2
と表せることから、体積弾性率Kは
K=ρv2 式(2)
となる。In addition, the speed of sound v transmitted through the pipe is determined by density ρ and bulk modulus K.
v = (K / ρ) 1/2
Therefore, the bulk modulus K is
K = ρv Formula 2 (2)
It becomes.
水中の音速1483m/s、空気中の音速331.45m/s、水の密度1000kg/m3、空気の密度1.29kg/m3とすると、式(2)より水と空気の体積弾性率はそれぞれ2.2GPa、142kPaとなるため、式(1)より圧力変化は空気中に比べて水中の方が大きいと考えられる。
上記の理論に基づいて、バイモルフ型圧電振動子11の振動は媒質17を介して圧力板16に伝搬する。
また、バイモルフ型圧電振動子11の駆動周波数を約10Hz程度の低周波領域とすることにより、圧力板16を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能である。Underwater acoustic velocity 1483m / s, the speed of sound in air 331.45m / s, the density of
Based on the above theory, the vibration of the bimorph
In addition, by setting the driving frequency of the bimorph
なお、駆動周波数としては10Hz以下の低周波領域を用いることもできる。振幅が大きく周波数が小さければ、押され感(力覚)が得られる。例えば、1Hz以上10Hz以下の駆動周波数であれば、確実に力覚を知覚させることができる。 Note that a low frequency region of 10 Hz or less can be used as the driving frequency. If the amplitude is large and the frequency is small, a feeling of pressing (force sense) can be obtained. For example, if the driving frequency is 1 Hz or more and 10 Hz or less, the sense of force can be surely perceived.
[第2の実施の形態]
図4は、本発明の第2実施形態の力覚提示装置の断面図であり、図5は、図4の力覚提示装置のA−A矢視平面図である。
本実施形態において第1実施形態と相違する点は、第1実施形態では、バイモルフ型圧電振動子の振動方向と圧力板の振動方向が同一方向であったのに対して、これらの振動方向が互いに異なっている点である。
本実施形態では、バイモルフ型圧電振動子21の振動方向がZ方向であるのに対して、圧力板26a、26bの振動方向がX方向となっている。[Second Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the force sense presentation device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view of the force sense presentation device of FIG.
In this embodiment, the difference from the first embodiment is that, in the first embodiment, the vibration direction of the bimorph type piezoelectric vibrator and the vibration direction of the pressure plate are the same direction. It is different from each other.
In the present embodiment, the vibration direction of the bimorph
本実施形態において、上部構造体24のX方向に2つの圧力伝搬経路29a、29bが形成され、圧力伝搬経路29a、29bは、圧力板26a、26bおよび圧力板押さえプレート25a、25bでそれぞれ塞がれており、媒質(例えば水)27はバイモルフ型圧電振動子21、上部シールゴム23b、上部構造体24、圧力板26a、26bで形成される閉空間に封入されている。尚、媒質の注入方法については第1実施形態と同様の方法で行うものとする。
In the present embodiment, two
第1実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子21の振動が媒質27を介して、圧力板26a、26bに伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第1実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子21の駆動周波数を約10Hz程度の低周波領域とすることにより、圧力板26a、26bを指や手で触れた時に、振動のような感覚ではなく、力覚として知覚することが可能となる。Based on the same operating principle as described in the first embodiment, also in this embodiment, the vibration of the bimorph
Similarly to the first embodiment, the driving frequency of the bimorph type
尚、図4および図5には圧力伝搬経路および圧力板を2箇所設けているが、1箇所でも構わない。また、2箇所以上の複数箇所を設けてもよい。 4 and FIG. 5 are provided with two pressure propagation paths and pressure plates, it may be one. Two or more places may be provided.
[第3の実施の形態]
図6は、本発明の第3実施形態の力覚提示装置の平面図である。
本実施形態において第1実施形態と相違する点は、第2実施形態と同様、バイモルフ型圧電振動子の振動方向と圧力板の振動方向とが異なる点である。
本実施形態では、バイモルフ型圧電振動子の振動方向がZ方向(紙面に垂直な方向)であるのに対して、圧力板36aの振動方向がX方向、圧力板36bの振動方向がY方向となっている。[Third Embodiment]
FIG. 6 is a plan view of a force sense presentation device according to a third embodiment of the present invention.
In this embodiment, the difference from the first embodiment is that the vibration direction of the bimorph piezoelectric vibrator is different from the vibration direction of the pressure plate, as in the second embodiment.
In this embodiment, the vibration direction of the bimorph piezoelectric vibrator is the Z direction (direction perpendicular to the paper surface), whereas the vibration direction of the
本実施形態において、上部構造体34のX方向、Y方向それぞれの方向に圧力伝搬経路39a、39bが形成され、圧力伝搬経路39a、39bは、圧力板36a、36bおよび圧力板押さえプレート35a、35bでそれぞれ塞がれており、媒質37はバイモルフ型圧電振動子(図示せず)、上部シールゴム(図示せず)、上部構造体34、圧力板36a、36bで形成される閉空間に封入されている。尚、媒質の注入方法については、第1、第2実施形態と同様の方法で行うものとする。
In the present embodiment,
第1実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子(図示せず)の振動が媒質37を介して、圧力板36a、36bに伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第1、第2実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子(図示せず)の駆動周波数を約10Hz程度の低周波領域とすることにより、圧力板36a、36bを指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。Based on the same operation principle as described in the first embodiment, also in this embodiment, the vibration of a bimorph piezoelectric vibrator (not shown) propagates to the
Similarly to the first and second embodiments, the driving frequency of the bimorph piezoelectric vibrator (not shown) is set to a low frequency region of about 10 Hz, so that the
尚、本実施形態においても第2実施形態と同様に、圧力伝搬経路および圧力板を2箇所設けているが、1箇所でもかまわない。また、2箇所以上の複数箇所を設けてもよい。 In this embodiment as well, as in the second embodiment, two pressure propagation paths and pressure plates are provided, but only one may be used. Two or more places may be provided.
[第4の実施の形態]
図7は、本発明の第4実施形態の力覚提示装置の断面図である。
本実施形態において第1実施形態と相違する点は、指や手で触れることが可能な圧力板の開口径が小さい点である。
本実施形態では、図7に示すように、上部構造体114の圧力板116と接する部分の開口径が、バイモルフ型圧電振動子111の径に対して約1/3としており、圧力板押さえプレート115の開口径を上部構造体114の開口径に合わせている。[Fourth Embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view of a force sense presentation device according to a fourth embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the difference from the first embodiment is that the opening diameter of the pressure plate that can be touched with a finger or hand is small.
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the opening diameter of the portion in contact with the
上で説明した構造以外の部分に関しては、第1の実施形態と同様の構造とし、媒質117はバイモルフ型圧電振動子111、上部シールゴム113b、上部構造体114、圧力板116で形成される閉空間に封入されている。
尚、媒質の注入方法については、第1、第2、第3実施形態と同様の方法で行うものとする。 The parts other than the structure described above have the same structure as that of the first embodiment, and the medium 117 is a closed space formed by the bimorph
The medium injection method is the same as in the first, second, and third embodiments.
第1実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子111の振動が媒質117を介して、圧力板116に伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第1、第2、第3実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子111の駆動周波数を約10Hz程度の低周波領域とすることにより、圧力板116を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 Based on the same operating principle as described in the first embodiment, also in this embodiment, vibration of the bimorph
Similarly to the first, second, and third embodiments, the driving frequency of the bimorph
[第5の実施の形態]
図8は、本発明の第5実施形態の力覚提示装置の断面図である。
本実施形態において第1実施形態と相違する点は、第4実施形態と同様、指や手で触れることが可能な圧力板の開口径が小さい点であり、また、第4実施形態と相違する点は、上部構造体の媒質が封入される部分の形状、特に、圧力板と接する部分の開口部の形状である。
第4実施形態では、図7に示すように、上部構造体114の圧力板116と接する部分の開口部を、一定の開口面積で圧力板116の板面に対して垂直な方向に貫通する段付形状としているのに対して、本実施形態では、上部構造体124の圧力板126と接する部分の開口部を、圧力板126に近づくにつれて開口面積が徐々に小さくなるテーパ形状とし、第4実施形態に比べて圧力損失が小さい構造としている。
上部構造体124と圧力板126が接する部分の開口径は、第4実施形態と同様にバイモルフ型圧電振動子121の径に対して約1/3としており、圧力板押さえプレート125の開口径を上部構造体124の開口径に合わせている。[Fifth Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view of a force sense presentation device according to a fifth embodiment of the present invention.
The difference from the first embodiment in the present embodiment is that the opening diameter of the pressure plate that can be touched with a finger or hand is small, as in the fourth embodiment, and is different from the fourth embodiment. The point is the shape of the portion where the medium of the upper structure is enclosed, in particular, the shape of the opening in the portion in contact with the pressure plate.
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, the step of penetrating through the opening portion of the
The opening diameter of the portion where the
上で説明した構造以外の部分に関しては、第1の実施形態と同様の構造とし、媒質127はバイモルフ型圧電振動子121、上部シールゴム123b、上部構造体124、圧力板126で形成される閉空間に封入されている。
尚、媒質の注入方法については、第1、第2、第3、第4実施形態と同様の方法で行うものとする。 The parts other than the structure described above have the same structure as that of the first embodiment, and the medium 127 is a closed space formed by the bimorph
The medium injection method is the same as that in the first, second, third, and fourth embodiments.
第1実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子121の振動が媒質127を介して、圧力板126に伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第1、第2、第3、第4実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子121の駆動周波数を約10Hz程度の低周波領域とすることにより、圧力板126を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 Based on the same operating principle as described in the first embodiment, also in this embodiment, the vibration of the bimorph
Similarly to the first, second, third, and fourth embodiments, the driving frequency of the bimorph
[第6の実施の形態]
図9は、本発明の第6実施形態の力覚提示装置の断面図であり、図10は、図9の力覚提示装置のA−A矢視平面図である。
本実施形態において第1実施形態と相違する点は、第1実施形態では、バイモルフ型圧電振動子の振動方向と圧力板の振動方向が同一方向であったのに対して、これらの振動方向が互いに異なっている点である。
本実施形態では、第2実施形態と同様、バイモルフ型圧電振動子131の振動方向がZ方向であるのに対して、圧力板140の振動方向がX方向となっている。[Sixth Embodiment]
FIG. 9 is a cross-sectional view of the force sense presentation device according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a plan view of the force sense presentation device of FIG.
In this embodiment, the difference from the first embodiment is that, in the first embodiment, the vibration direction of the bimorph type piezoelectric vibrator and the vibration direction of the pressure plate are the same direction. It is different from each other.
In the present embodiment, as in the second embodiment, the vibration direction of the bimorph
また、第2実施形態と相違する点は、第2実施形態では上部構造体のX方向に2つの圧力伝搬経路が形成され、それぞれ圧力板および圧力板押さえプレートで塞がれていたのに対して、本実施形態では、一方の圧力伝搬経路139aはシール材136aを挟んで蓋135で塞がれており、もう一方の圧力伝搬経路139bは、上部構造体134にシール材136bを挟んで中空の延長管138が接続されており、圧力伝搬経路139aに比べて、約100mm程度長くなっている点である。
In addition, the second embodiment differs from the second embodiment in that in the second embodiment, two pressure propagation paths are formed in the X direction of the upper structure and are each blocked by the pressure plate and the pressure plate holding plate. In this embodiment, one
延長管138の上部構造体134に接続されていない方の端は、圧力板140および圧力板押さえプレート141で塞がれており、媒質(例えば水)137はバイモルフ型圧電振動子131、上部シールゴム133b、上部構造体134、蓋135、延長管138、圧力板140で形成される閉空間に封入されている。
The end of the
尚、媒質の注入方法については第1、第2、第3、第4、第5実施形態と同様の方法で行うものとする。
また、図9、図10において、上部構造体134にはX方向に2本の圧力伝搬経路が設けられているが、延長管が接続されていない方の圧力伝搬経路はなくてもよい。また、2本の圧力伝搬経路両方とも延長管が接続されていてもよい。また、延長管138の長さは約100mm程度としたが、これに限定されるものではない。In addition, about the injection | pouring method of a medium, it shall carry out by the method similar to 1st, 2nd, 3rd, 4th, 5th embodiment.
9 and 10, the
第1実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子131の振動が媒質137を介して、圧力板140に伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第1、第2、第3、第4、第5実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子131の駆動周波数を約10Hz程度の低周波領域とすることにより、圧力板140を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 Based on the same operating principle as described in the first embodiment, also in this embodiment, the vibration of the bimorph
Similarly to the first, second, third, fourth, and fifth embodiments, the driving frequency of the bimorph
[第7の実施の形態]
図11は、本発明の第7実施形態の力覚提示装置の断面図であり、図12は、図11の力覚提示装置のA−A矢視平面図である。
本実施形態は第6実施形態とほとんど同じであるが、第6実施形態と相違する点は、第6実施形態では、圧力板の振動方向がX方向であるのに対して、本実施形態ではZ方向となっている点である。[Seventh Embodiment]
11 is a cross-sectional view of a force sense presentation device according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a plan view of the force sense presentation device in FIG.
Although this embodiment is almost the same as the sixth embodiment, the difference from the sixth embodiment is that, in the sixth embodiment, the vibration direction of the pressure plate is the X direction, but in this embodiment. The point is the Z direction.
本実施形態では、延長管138の上部構造体134に接続されていない方の端は、シール材136cを挟んで流路ブロック142が接続され、圧力伝搬経路139bがX方向からZ方向へ変換される。
そして、流路ブロック142の延長管138と接続されていない方は圧力板140および圧力板押さえプレート141で塞がれており、媒質(例えば水)137はバイモルフ型圧電振動子131、上部シールゴム133b、上部構造体134、蓋135、延長管138、流路ブロック142、圧力板140で形成される閉空間に封入されている。尚、延長管138と流路ブロック142は別部品としているが、一体構造部品としてもよい。In this embodiment, the end of the
The end of the flow path block 142 that is not connected to the
尚、媒質の注入方法については第1、第2、第3、第4、第5、第6実施形態と同様の方法で行うものとする。
また、第6実施形態同様、図11、図12において、上部構造体134にはX方向に2本の圧力伝搬経路が設けられているが、延長管が接続されていない方の圧力伝搬経路はなくてもよい。また、2本の圧力伝搬経路両方とも延長管が接続されていてもよい。また、延長管138の長さは約100mm程度としたが、これに限定されるものではない。The medium injection method is the same as in the first, second, third, fourth, fifth, and sixth embodiments.
As in the sixth embodiment, in FIGS. 11 and 12, the
第1実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子131の振動が媒質137を介して、圧力板140に伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第1、第2、第3、第4、第5、第6実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子131の駆動周波数を約10Hz程度の低周波領域とすることにより、圧力板140を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 Based on the same operating principle as described in the first embodiment, also in this embodiment, the vibration of the bimorph
Similarly to the first, second, third, fourth, fifth, and sixth embodiments, the
[携帯端末機器]
第6実施形態又は第7実施形態の力覚提示装置1001を、携帯端末機器1000に搭載した例を図13A〜13Cに示す。
図13A〜13Cの携帯端末機器1000は、本発明による力覚提示装置1001を用いることにより、例えば、ダイヤルキーのクリック感のような感触を使用者に提示することが可能となる。
図13A、13Bは、それぞれ圧力板140が端末表面(ディスプレイ1002およびキーがある面)および側面の方向にある場合を示している。
図13A〜13Cには示していないが、圧力板が端末裏面の方向にあってもよい。
また、図13Cはディスプレイ表示エリア1003に圧力板140がある場合を示しており、タッチパネル等と組み合わせて使用することも可能である。
また、図13A、13Bの場合も、例えば圧力センサ等のセンサと組み合わせてキーを押したときの押下力に応じて力覚を提示することも可能である。[Mobile terminal equipment]
An example in which the force
The
FIGS. 13A and 13B show cases where the
Although not shown in FIGS. 13A to 13C, the pressure plate may be in the direction of the back surface of the terminal.
FIG. 13C shows a case where the
13A and 13B, it is also possible to present a force sense according to a pressing force when a key is pressed in combination with a sensor such as a pressure sensor.
[第8の実施の形態]
図14は、本発明の第8実施形態の力覚提示装置の断面図である。
本実施形態が、他の実施形態と相違する点は、上部構造体に設けられた2つの圧力伝搬経路が中空の延長管で接続され、延長管の途中に圧力板を設けている点である。 [Eighth Embodiment]
FIG. 14 is a cross-sectional view of a force sense presentation device according to an eighth embodiment of the present invention.
This embodiment is different from the other embodiments in that two pressure propagation paths provided in the upper structure are connected by a hollow extension pipe, and a pressure plate is provided in the middle of the extension pipe. .
本実施形態では、上部構造体214に設けられている圧力伝搬経路218a、218bは、シール材216a、216b、延長管接続継手215a、215bを介してそれぞれ延長管219a、219bの一方の端と接続されており、延長管219a、219bの圧力伝搬経路218a、218bに接続されていない方の端は流路ブロック220に、例えば接続継手(図示せず)などを介して接続されている。これにより、圧電振動子211と圧力板222とが圧力伝搬経路218a、218bおよび延長管219a、219bを介して閉回路を形成している。
尚、延長管219a、219bと流路ブロック220の接続方法に関しては、接続継手による方法に限定されるものではなく、媒質217が漏れなければ、接着等により直接接続する方法でもかまわない。In the present embodiment, the
Note that the connection method between the
流路ブロック220の延長管219a、219bと接続されていない開口部は、圧力板222および圧力板押さえプレート221で塞がれており、媒質(例えば水)217はバイモルフ型圧電振動子211、上部シールゴム213b、上部構造体214、延長管219a、219b、流路ブロック220、圧力板222で形成される閉空間に封入されている。
また、延長管219a、219bは、例えば図16に示したような矩形(対向する2辺が円弧状に湾曲しているものを含む:上段右端参照)、円形、楕円、三角形、ひょうたん型、正方形、六角形等の断面形状をしており、自由に屈曲可能なフレキシブルな管(すなわち、柔軟でフレキシブルな管)である。
ただし、延長管219a、219bの断面形状は図16に示した形状に限定されるものではなく、任意の形状としてもかまわない。また、長さの制限もない。 Openings that are not connected to the
Further, the
However, the cross-sectional shape of the
尚、媒質217の注入方法については第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7実施形態と同様の方法で行うものとする。 The medium 217 is injected by the same method as in the first, second, third, fourth, fifth, sixth, and seventh embodiments.
第1実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子211の振動が媒質217を介して、圧力板222に伝搬し、媒質217が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子211の駆動周波数を約10Hz程度の低周波領域とすることにより、圧力板222を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 Based on the same operation principle as described in the first embodiment, also in this embodiment, the vibration of the bimorph
Similarly to the first, second, third, fourth, fifth, sixth, and seventh embodiments, the drive frequency of the bimorph
[第9の実施の形態]
図15は、本発明の第9実施形態の力覚提示装置の断面図である。
本実施形態は第8実施形態とほとんど同じであるが、第8実施形態と相違する点は、第8実施形態では、上部構造体に設けられた2つの圧力伝搬経路が中空の延長管で接続され、延長管の途中に圧力板を1箇所のみ設けているが、本実施形態では、延長管の途中に圧力板を3箇所設けている点である。 [Ninth Embodiment]
FIG. 15 is a cross-sectional view of the force sense presentation device according to the ninth embodiment of the present invention.
Although this embodiment is almost the same as the eighth embodiment, the difference from the eighth embodiment is that in the eighth embodiment, the two pressure propagation paths provided in the upper structure are connected by a hollow extension tube. In this embodiment, only one pressure plate is provided in the middle of the extension pipe, but in this embodiment, three pressure plates are provided in the middle of the extension pipe.
本実施形態では、上部構造体314に設けられている圧力伝搬経路318a、318bはシール材316a、316b、延長管接続継手315a、315bを介してそれぞれ延長管319a、319bの一方の端と接続されており、延長管319a、319bの圧力伝搬経路318a、318bに接続されていない方の端は流路ブロック320a、320bに、例えば接続継手(図示せず)などを介して接続されている。
さらに、流路ブロック320aの延長管319aが接続されていない方の端には延長管319dが、流路ブロック320bの延長管319bが接続されていない方の端には延長管319cがそれぞれ同様の方法で接続されている。
また、延長管319dの流路ブロック320aに接続されていない方の端と、延長管319cの流路ブロック320bに接続されていない方の端は、流路ブロック320cに、同様の方法で接続されている。
第8実施形態と同様に、圧電振動子311と圧力板322a、322b、322cとが、圧力伝搬経路318a、318bおよび延長管319a、319b、319c、319dを介して閉回路を形成している。
尚、延長管319a、319b、319c、319dと流路ブロック320a、320b、320cの接続方法に関しては、接続継手による方法に限定されるものではなく、媒質317が漏れなければ、接着等により直接接続する方法でもかまわない。In the present embodiment, the
Further, the
The end of the
As in the eighth embodiment, the
In addition, the connection method of the
流路ブロック320a、320b、320cの、延長管319a、319b、319c、319dと接続されていない開口部は、それぞれ圧力板322a、322b、322cおよび圧力板押さえプレート321a、321b、321cで塞がれており、媒質(例えば水)317はバイモルフ型圧電振動子311、上部シールゴム313b、上部構造体314、延長管319a、319b、319c、319d、流路ブロック320a、320b、320c、圧力板322a、322b、322cで形成される閉空間に封入されている。
延長管319a、319b、319c、319dは、第8実施形態と同様、例えば図16に示したような矩形(対向する2辺が円弧状に湾曲しているものを含む)、円形、楕円、三角形、ひょうたん型、正方形、六角形等の断面形状をしており、自由に屈曲可能なフレキシブルな管(すなわち柔軟でフレキシブルな管)である。
ただし、延長管319a、319b、319c、319dの断面形状は図16に示した形状に限定されるものではなく、任意の形状としてもかまわない。また、長さの制限もない。
尚、本実施形態では圧力板を3箇所設けているが、これに限定されるものではなく複数個所なら何箇所でもよい。 The openings of the flow path blocks 320a, 320b, and 320c that are not connected to the
As in the eighth embodiment, the
However, the cross-sectional shape of the
In this embodiment, three pressure plates are provided, but the present invention is not limited to this, and any number of pressure plates may be used.
尚、媒質317の注入方法については第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8実施形態と同様の方法で行うものとする。 Note that the medium 317 is injected by the same method as in the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, and eighth embodiments.
第1実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子311の振動が媒質317を介して、圧力板322a、322b、322cに伝搬し、媒質317が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子311の駆動周波数を約10Hz程度の低周波領域とすることにより、圧力板322a、322b、322cを指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 Based on the same operation principle as described in the first embodiment, also in this embodiment, the vibration of the bimorph
Similarly to the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, and eighth embodiments, the driving frequency of the bimorph
[ウェアラブル機器]
第8実施形態または第9実施形態の力覚提示装置は、延長管219a、219b、319a、319b、319c、319dの断面形状が自由に変えられるということと、圧電振動子211、311が、上部および下部シールゴム213a、213b、313a、313bを介して組み込まれた上部および下部構造体212、214、312、314と延長管219a、219b、319a、319b、319c、319dと圧力板222、322a、322b、322cとで環状を形成していることから、腕や首等への身体に装着可能である。
例えば、携帯端末機器に応用した場合、電話やメール着信時にバイブレータのかわりやアラーム通知の時などに圧電振動子211、311を駆動することにより、装着者に圧力板222、322a、322b、322cを介して力覚として知らせることが可能である。[Wearable device]
In the force sense presentation device according to the eighth or ninth embodiment, the cross-sectional shape of the
For example, when applied to a mobile terminal device, the
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記の実施形態では、アクチュエータとしてバイモルフ型圧電振動子を用いたが、これ以外の原理、構造を有するアクチュエータを用いても良い。
また、アクチュエータを支持する筐体として、アクチュエータの両面をシールゴムを挟んで支持固定する上部構造体及び下部構造体を設け、上部構造体の外壁の一部を圧力板によって構成し、アクチュエータ、上部シールゴム、上部構造体、及び圧力板によって、媒質を封入する密閉空間を形成したが、密閉空間の構成はこれに限定されない。
アクチュエータ及び圧力板を固定する筐体の構造は、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。For example, in the above embodiment, a bimorph type piezoelectric vibrator is used as an actuator, but an actuator having other principles and structures may be used.
In addition, an upper structure and a lower structure that support and fix both sides of the actuator with a seal rubber interposed therebetween are provided as a housing that supports the actuator, and a part of the outer wall of the upper structure is configured by a pressure plate. The sealed space for enclosing the medium is formed by the upper structure and the pressure plate, but the configuration of the sealed space is not limited to this.
The structure of the housing for fixing the actuator and the pressure plate can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
本発明の活用例として、携帯端末等の出力インターフェースやバーチャルリアリティ等の触力覚ディスプレイなどに利用される。 As an application example of the present invention, it is used for an output interface of a portable terminal or the like, a tactile force display such as a virtual reality, or the like.
11…圧電振動子(アクチュエータ)、12…下部構造体(筐体)、13a…下部シールゴム、13b…上部シールゴム、14…上部構造体(筐体)、15…圧力板押さえプレート、16…圧力板、17…媒質(液体)、18a…継手、18b…継手、19a…注入口、19b…注入口、21…圧電振動子(アクチュエータ)、22…下部構造体(筐体)、23a…下部シールゴム、23b…上部シールゴム、24…上部構造体(筐体)、25a…圧力板押さえプレート、25b…圧力板押さえプレート、26a…圧力板、26b…圧力板、27…媒質(液体)、29a…圧力伝搬経路、29b…圧力伝搬経路、34…上部構造体(筐体)、35a…圧力板押さえプレート、35b…圧力板押さえプレート、36a…圧力板、36b…圧力板、37…媒質(液体)、39a…圧力伝搬経路、39b…圧力伝搬経路、111…圧電振動子(アクチュエータ)、112…下部構造体(筐体)、113a…下部シールゴム、113b…上部シールゴム、114…上部構造体(筐体)、115…圧力板押さえプレート、116…圧力板、117…媒質(液体)、121…圧電振動子(アクチュエータ)、122…下部構造体(筐体)、123a…下部シールゴム、123b…上部シールゴム、124…上部構造体(筐体)、125…圧力板押さえプレート、126…圧力板、127…媒質(液体)、131…圧電振動子(アクチュエータ)、132…下部構造体(筐体)、133a…下部シールゴム、133b…上部シールゴム、134…上部構造体(筐体)、135…蓋、136a…シール材、136b…シール材、136c…シール材、137…媒質(液体)、138…延長管、139a…圧力伝搬経路、139b…圧力伝搬経路、140…圧力板、141…圧力板押さえプレート、142…流路ブロック、211…圧電振動子(アクチュエータ)、212…下部構造体(筐体)、213a…下部シールゴム、213b…上部シールゴム、214…上部構造体(筐体)、215a…延長管接続継手、215b…延長管接続継手、216a…シール材、216b…シール材、217…媒質(液体)、218a…圧力伝搬経路、218b…圧力伝搬経路、219a…延長管、219b…延長管、220…流路ブロック、221…圧力板押さえプレート、222…圧力板、311…圧電振動子(アクチュエータ)、312…下部構造体(筐体)、313a…下部シールゴム、313b…上部シールゴム、314…上部構造体(筐体)、315a…延長管接続継手、315b…延長管接続継手、316a…シール材、316b…シール材、317…媒質(液体)、318a…圧力伝搬経路、318b…圧力伝搬経路、319a…延長管、319b…延長管、319c…延長管、319d…延長管、320a…流路ブロック、320b…流路ブロック、320c…流路ブロック、321a…圧力板押さえプレート、321b…圧力板押さえプレート、321c…圧力板押さえプレート、322a…圧力板、322b…圧力板、322c…圧力板
DESCRIPTION OF
Claims (12)
振動するアクチュエータと、
前記アクチュエータの振動を伝搬する液体の媒質と、
前記媒質中を伝搬する振動によって変形する前記圧力板と、
を備えていることを特徴とする力覚提示装置。A force sense presentation device that allows a user to perceive a force sense through a pressure plate,
A vibrating actuator;
A liquid medium that propagates the vibration of the actuator;
The pressure plate deformed by vibration propagating in the medium;
A force sense presentation device comprising:
前記アクチュエータ、前記筐体、及び前記圧力板によって密閉空間が形成され、前記密閉空間の内部に前記媒質が封入されている
ことを特徴とする請求項1に記載の力覚提示装置。The actuator is fixed to a housing having the pressure plate as a part of an outer wall;
The force sense presentation device according to claim 1, wherein a sealed space is formed by the actuator, the housing, and the pressure plate, and the medium is sealed in the sealed space.
前記開口部の形状が、一定の開口面積で前記圧力板の板面に対して垂直な方向に貫通する段付形状とされ、
前記圧力板と接する部分の前記開口部の面積が前記アクチュエータの面積よりも小さくなっている
ことを特徴とする請求項4に記載の力覚提示装置。An opening is formed in the housing, the opening is closed by the pressure plate,
The shape of the opening is a stepped shape penetrating in a direction perpendicular to the plate surface of the pressure plate with a constant opening area,
The force sense presentation device according to claim 4, wherein an area of the opening portion in contact with the pressure plate is smaller than an area of the actuator.
前記開口部の形状が、前記圧力板に近づくにつれて開口面積が徐々に小さくなるテーパ形状とされ、
前記圧力板と接する部分の前記開口部の面積が前記アクチュエータの面積よりも小さくなっている
ことを特徴とする請求項4に記載の力覚提示装置。An opening is formed in the housing, the opening is closed by the pressure plate,
The shape of the opening is a tapered shape in which the opening area gradually decreases as it approaches the pressure plate,
The force sense presentation device according to claim 4, wherein an area of the opening portion in contact with the pressure plate is smaller than an area of the actuator.
前記密閉空間の内部に前記媒質が封入されて、かつ、前記中空管に前記圧力板が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の力覚提示装置。A sealed space is formed by a housing for fixing the actuator, a hollow tube connected to a part of the housing, the actuator, and the pressure plate,
The force sense presentation device according to claim 1, wherein the medium is sealed in the sealed space, and the pressure plate is provided in the hollow tube.
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