WO2018131371A1 - 触覚呈示装置 - Google Patents

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temperature sensor
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presentation device
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譲 川名
佐藤　邦生
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    • H10N10/81—Structural details of the junction
    • H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered

Definitions

  • the present invention relates to a tactile presentation device that presents a tactile sensation such as a warm sensation or a cold sensation, and more particularly to a tactile sensation presentation device using a thermoelectric element.
  • a temperature detection sensor is provided on the surface of a Peltier element with which a finger or the like comes into contact.
  • the sensor is likely to come off during repeated use, or wear and the like are likely to occur, which has the disadvantage of low durability. is there.
  • the unevenness by the sensor gives a sense of discomfort to the touch.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a tactile sensation presentation apparatus capable of suppressing a decrease in durability and presenting a good tactile sensation without discomfort.
  • a tactile sensation presentation apparatus includes a contacted surface that can be contacted by a tactile presentation target, a thermoelectric conversion unit that generates cold or heat transmitted to the contacted surface, and a temperature sensor that detects a temperature of the contacted surface.
  • the thermoelectric conversion unit includes at least one thermoelectric member that generates a temperature difference between the first heat transfer member and the second heat transfer member based on the first and second heat transfer members and the supplied power.
  • the contacted surface is formed on the surface of the first heat transfer member, or is formed on the surface of another heat transfer member that contacts the surface of the first heat transfer member.
  • the temperature sensor is located outside a region where the contacted surface is formed on the surface of the first heat transfer member, or outside a region contacting the other heat transfer member on the surface of the first heat transfer member. Be placed.
  • a tactile sense presentation target such as a finger does not directly touch the temperature sensor.
  • durability improves compared with the case where the tactile sense presentation object touches the said temperature sensor directly.
  • the temperature sensor is arranged outside the region in contact with the other heat transfer member on the surface of the first heat transfer member. Adhesion with the heat member is improved, and the cold or warm heat of the thermoelectric element is easily transmitted to the contacted surface.
  • the first heat transfer member may have a plate shape.
  • the thermoelectric element may abut on one surface of the first heat transfer member.
  • the contacted surface is formed on the other surface of the first heat transfer member, or formed on the surface of the other heat transfer member in contact with the other surface of the first heat transfer member.
  • the temperature sensor may be disposed on the one surface of the first heat transfer member.
  • the temperature sensor is disposed on the one surface of the first heat transfer member where the contacted surface is not formed, a tactile sense presentation target such as a finger does not directly touch the temperature sensor. . Thereby, a sense of incongruity of touch does not occur and durability is improved.
  • the other heat transfer member abuts on the other surface of the first heat transfer member having a plate shape, the first heat transfer member and the other heat transfer member are in contact with each other.
  • the member is easily brought into contact with a large area, and the cold or warm heat of the thermoelectric element is easily transmitted to the contacted surface.
  • the said tactile sense presentation apparatus may have a heat sink member which suppresses the temperature change of the said 2nd heat-transfer member.
  • the second heat transfer member may have a plate shape.
  • the first heat transfer member and the second heat transfer member may be arranged to face each other.
  • the thermoelectric element may contact one surface of the second heat transfer member.
  • the heat sink member may abut on the other surface of the second heat transfer member.
  • Two detection terminal portions for connecting two detection wires for transmitting a detection signal of the temperature sensor may be formed on the one surface of the second heat transfer member.
  • the heat sink member contacts the other surface of the second heat transfer member, while the two detection terminal portions are formed on the one surface of the second heat transfer member. Accordingly, the second heat transfer member and the heat sink member can be brought into contact with each other over a wide area without being interfered by the two detection terminal portions.
  • the temperature sensor may be positioned between the two detection terminal portions in a plan view as viewed from a direction perpendicular to each surface of the first heat transfer member and the second heat transfer member.
  • thermoelectric element since the area occupied by the two detection terminal portions and the temperature sensor in the plan view is small, the area for arranging the thermoelectric element is relatively large.
  • the first heat transfer member and the second heat transfer member may have a rectangular shape in the plan view.
  • the two detection terminal portions may be arranged at an end portion of the second heat transfer member along one side of the rectangular shape.
  • thermoelectric element is arranged in the plan view.
  • the area for this is relatively large.
  • two driving terminal portions for connecting two driving wirings for supplying electric power to the thermoelectric element may be formed on the one surface of the second heat transfer member.
  • the two drive terminal portions may be aligned with the two end portions of the second heat transfer member along the one side of the rectangular shape together with the two detection terminal portions.
  • the heat sink member abuts on the other surface of the second heat transfer member, while the two drive terminal portions are formed on the one surface of the second heat transfer member. Accordingly, the second heat transfer member and the heat sink member can be brought into contact with each other over a wide area without being interfered by the two drive terminal portions.
  • the two detection terminal portions and the two drive terminal portions are aligned with the end of the second heat transfer member along one side of the rectangular shape. A region for arranging the thermoelectric element becomes relatively large.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a tactile sensation presentation apparatus
  • FIG. 2 is a front view showing an example of the haptic presentation apparatus
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of the tactile presentation apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram in which the first heat transfer member 11 is not shown in the plan view of FIG. 3.
  • X three directions orthogonal to each other are denoted as “X”, “Y”, and “Z”.
  • the opposite directions included in the X direction are denoted as “X1” and “X2”
  • the opposite directions included in the Y direction are denoted as “Y1” and “Y2”
  • the opposite directions included in the Z direction are denoted as “Z1” and “Z2”.
  • the front view of FIG. 2 is the figure which looked at the Y1 direction from the Y2 side
  • the top view of FIG. 3 is the figure which looked at the Z2 direction from the Z1 side.
  • viewing from the Z direction may be referred to as “plan view”.
  • the tactile sensation presentation apparatus has a contacted surface A that can be touched by a tactile sensation presentation target such as a finger.
  • the contacted surface A is a plane perpendicular to the Z direction and is formed on the surface of a thermoelectric conversion unit 10 described later.
  • the tactile sense presentation device includes a thermoelectric converter 10, a temperature sensor 20, and a heat sink member 30.
  • thermoelectric converter 10 is a device that generates cold or warm heat transmitted to the contacted surface A.
  • the thermoelectric conversion unit 10 includes a first heat transfer member 11, a second heat transfer member 12, and a plurality of thermoelectric elements 13.
  • the first heat transfer member 11 and the second heat transfer member 12 each have a plate shape and are disposed to face each other. Each surface of the first heat transfer member 11 and the second heat transfer member 12 is substantially perpendicular to the Z direction. That is, the Z1 side surface 111 and the Z1 side surface 112 of the first heat transfer member 11 and the Z1 side surface 121 and the Z2 side surface 122 of the second heat transfer member 12 are both in the Z direction. It is vertical.
  • the contacted surface A is formed on the surface 112 on the Z1 side of the first heat transfer member 11.
  • the first heat transfer member 11 and the second heat transfer member 12 have a rectangular shape. As shown in FIG. 3, the rectangular shapes of the first heat transfer member 11 and the second heat transfer member 12 are substantially congruent, and are substantially overlapped in plan view.
  • the first heat transfer member 11 and the second heat transfer member 12 are made of an insulating material such as ceramic or resin.
  • the thermoelectric element 13 is a Peltier element, for example, and generates a temperature difference between the first heat transfer member 11 and the second heat transfer member 12 based on electric power supplied from a thermoelectric element drive circuit 80 described later.
  • the thermoelectric element 13 has a prismatic shape extending in the Z direction.
  • the end surface on the Z1 side of the thermoelectric element 13 abuts on the Z2 side surface 111 of the first heat transfer member 11, and the end surface on the Z2 side of the thermoelectric element 13 abuts on the Z1 side surface 121 of the second heat transfer member 12.
  • the plurality of thermoelectric elements 13 are arranged in a matrix in a plan view. In the example of FIG. 4, the number of columns arranged in the X direction and the number of rows arranged in the Y direction are 6, respectively.
  • the temperature sensor 20 is a sensor that detects the temperature of the contacted surface A, and includes, for example, a thermistor.
  • the temperature sensor 20 is disposed outside the region where the contacted surface A is formed on the surface of the first heat transfer member 11.
  • the temperature sensor 20 is disposed on the surface 111 on the Z2 side of the first heat transfer member 11 as shown in FIGS.
  • the heat sink member 30 is disposed in contact with the Z2 side surface 122 of the second heat transfer member 12 and suppresses the temperature change of the second heat transfer member 12.
  • the heat sink member 30 may be, for example, a component having a metal housing having high thermal conductivity, and specifically, a component including a vibration generator such as a solenoid or a motor.
  • the tactile sense presentation device has two detection terminal portions 51 and 52 as shown in FIGS.
  • the detection terminal portions 51 and 52 are connected to two detection wirings 61 and 62 that transmit a detection signal of the temperature sensor 20.
  • a current supplied to a sensor element such as a thermistor included in the temperature sensor 20 flows through the two detection wires 61 and 62.
  • the detection terminal portions 51 and 52 are, for example, land electrodes, and are connected to the detection wirings 61 and 62 by soldering.
  • the two detection terminal portions 51 and 52 are formed on the surface 121 on the Z1 side of the second heat transfer member 12.
  • the detection terminal portions 51 and 52 are provided at the end of the second heat transfer member 12 on the X1 side along the X1 side in the rectangular shape of the surface 121 of the second heat transfer member 12 (that is, along the Y direction).
  • the temperature sensor 20 is positioned between the detection terminal portions 51 and 52 in a plan view.
  • the temperature sensor 20 is located in the approximate center of the Y direction of the 2nd heat-transfer member 12 in planar view.
  • the tactile sense presentation device has two drive terminal portions 53 and 54 as shown in FIGS.
  • the drive terminal portions 53 and 54 are connected to two drive wires 63 and 64 that supply power to the thermoelectric element 13.
  • the plurality of thermoelectric elements 13 of the thermoelectric conversion unit 10 are connected in series by wires formed on the first heat transfer member 11 and the second heat transfer member 12.
  • the current supplied to the plurality of thermoelectric elements 13 connected in series flows through the two drive wirings 63 and 64.
  • the drive terminal portions 53 and 54 are, for example, land electrodes, and are connected to the drive wirings 63 and 64 by soldering.
  • the two drive terminal portions 53 and 54 are formed on the Z1 side surface 121 of the second heat transfer member 12.
  • the drive terminal portions 53 and 54, together with the detection terminal portions 51 and 52, are arranged along the X1 side of the rectangular shape of the surface 121 of the second heat transfer member 12 (that is, along the Y direction). It is lined up at the end of the member 12 on the X1 side.
  • the two drive terminal portions 53 and 54 are arranged at positions sandwiching the two detection terminal portions 51 and 52 in the Y direction.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a control system in the tactile sensation presentation apparatus according to the first embodiment.
  • the tactile presentation device includes a control unit 70 that controls the overall operation of the tactile presentation device, and a thermoelectric element that supplies power to each thermoelectric element 13 according to the control of the control unit 70.
  • the drive circuit 80 includes an interface unit 90 that exchanges signals such as control commands and temperature detection values between a control unit 70 and a device (not shown) such as a host controller.
  • the control unit 70 performs a process of controlling the temperature of the contacted surface A in accordance with, for example, a control command input via the interface unit 90. That is, the controller 70 supplies power (for example, thermoelectric power) supplied from the thermoelectric element drive circuit 80 to the thermoelectric element 13 so that the temperature of the contacted surface A detected by the temperature sensor 20 approaches the temperature specified by the control command. The magnitude of the current flowing through the element 13 is controlled. In addition, the control unit 70 determines a range in which the temperature of the contacted surface A is predetermined in a steady state (a state where a finger or the like is not in contact with the contacted surface A) before and after the period in which the tactile sensation is presented. The process of controlling the temperature of the contacted surface A is performed so as to be maintained inside. Thereby, the response speed of the tactile sensation is increased.
  • power for example, thermoelectric power supplied from the thermoelectric element drive circuit 80 to the thermoelectric element 13 so that the temperature of the contacted surface A detected by the temperature sensor 20 approaches the temperature specified by the control command.
  • the temperature sensor 20 is arranged outside the region where the contacted surface A is formed on the surface of the heat transfer member 11, so that a tactile presentation target such as a finger is present. Do not touch the temperature sensor 20 directly. Thereby, durability can be improved compared with the conventional apparatus with which a finger
  • the temperature sensor 20 is arranged on the surface 111 on the Z2 side of the first heat transfer member 11 where the contacted surface A is not formed.
  • the object to be presented does not touch the temperature sensor 20 directly.
  • durability can be improved compared with the conventional apparatus, and generation
  • the temperature sensor 20 is arrange
  • the heat sink member 30 abuts on the Z2 side surface 122 of the second heat transfer member 12, while the two detection terminal portions 51 and 52 are in the second transfer state. It is formed on the surface 121 on the Z1 side of the thermal member 12. Accordingly, the second heat transfer member 12 and the heat sink member 30 can be brought into contact with each other over a wide area without being interfered by the two detection terminal portions 51 and 52. The temperature change can be effectively suppressed. Since the temperature change of the second heat transfer member 12 is reduced, the temperature setting accuracy of the contacted surface A is improved, and a higher quality tactile sensation can be presented.
  • the two detection terminal portions 51 in a plan view as viewed from the Z direction perpendicular to each surface of the first heat transfer member 11 and the second heat transfer member 12.
  • the temperature sensor 20 is located in the middle of 52.
  • the area occupied by the two detection terminal portions 51 and 52 and the temperature sensor 20 in the plan view is reduced, and the area for arranging the thermoelectric element 13 is relatively increased. Therefore, the arrangement density of the thermoelectric elements 13 can be increased, and the size of the apparatus can be reduced.
  • two end portions of the surface 121 of the second heat transfer member 12 are provided along one side of the rectangular shape of the surface 121 of the second heat transfer member 12.
  • the detection terminal portions 51 and 52 are arranged side by side. That is, the two detection terminal portions 51 and 52 are arranged together at the end of the surface 121. Thereby, since the area
  • the heat sink member 30 abuts on the Z2 side surface 122 of the second heat transfer member 12, while the two drive terminal portions 53 and 54 are in the second transfer. It is formed on the surface 121 on the Z1 side of the thermal member 12.
  • the second heat transfer member 12 and the heat sink member 30 can be brought into contact with each other over a wide area without being interfered by the two drive terminal portions 53 and 54, and the temperature of the second heat transfer member 12 can be increased. Changes can be effectively suppressed.
  • the two drive terminal portions 53 and 54 together with the two detection terminal portions 51 and 52 are in the rectangular shape of the surface 121 of the second heat transfer member 12. Along one side, the second heat transfer member 12 is aligned with the end of the surface 121. That is, four terminal portions (51 to 54) are arranged together at the end of the surface 121.
  • FIGS. 6 to 8 are diagrams showing an example of a tactile sense presentation device according to the second embodiment. 6 is a perspective view, FIG. 7 is a front view, and FIG. 8 is a plan view.
  • the tactile presentation device according to the second embodiment is obtained by adding the third heat transfer member 40 to the tactile presentation device according to the first embodiment which has already been described, and other configurations according to the first embodiment. It is almost the same as the tactile sense presentation device.
  • the third heat transfer member 40 is an example of another heat transfer member in the present invention. The following description will focus on differences from the tactile sense presentation device shown in FIGS.
  • the third heat transfer member 40 is in contact with the Z1 side surface 112 of the first heat transfer member 11 and has a plate shape as shown in FIGS.
  • a contacted surface A is formed on the Z1 side surface 402 of the third heat transfer member 40.
  • a surface 401 on the Z2 side of the third heat transfer member 40 abuts on a surface 112 on the Z1 side of the first heat transfer member 11.
  • the third heat transfer member 40 is, for example, a part such as a flexible substrate, a protective sheet member, a case or a housing that houses a tactile presentation device. Cold heat and warm heat from the first heat transfer member 11 are indirectly transmitted to the contacted surface A via the third heat transfer member 40.
  • the temperature sensor 20 is disposed outside the region in contact with the third heat transfer member 40 on the surface of the first heat transfer member 11. Compared with the case where the temperature sensor 20 is disposed inside, the adhesion between the first heat transfer member 11 and the third heat transfer member 40 is improved, and the cold or warm temperature of the thermoelectric element 13 passes through the third heat transfer member 40. Thus, it is easy to be transmitted to the contacted surface A. Therefore, the temperature setting accuracy of the contacted surface A is improved, and a higher quality tactile sensation can be presented.
  • the temperature sensor 20 is disposed on the surface 111 on the Z2 side of the first heat transfer member 11, but the present invention is not limited to this example.
  • the first transfer is performed.
  • the temperature sensor 20 may be disposed in a region 112 on the Z1 side of the thermal member 11 and outside the contacted surface A.
  • the tactile presentation target such as a finger can be prevented from directly touching the temperature sensor 20, so that the durability can be enhanced as compared with the conventional device, and the occurrence of a sense of incongruity of the tactile sensation can be prevented. Good tactile sensation can be presented.
  • the temperature sensor 20 is arranged at the end of the Z2 side surface 111 of the first heat transfer member 11, but in another embodiment of the present invention, the location away from the end of the surface 111.
  • a temperature sensor may be arranged (for example, at the center).

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Abstract

触覚呈示装置は、触覚呈示対象によって接触され得る被接触面Ａと、被接触面Ａに伝わる冷熱又は温熱を発生する熱電変換部１０と、被接触面Ａの温度を検出する温度センサ２０とを有する。熱電変換部１０は、第１伝熱部材１１及び第２伝熱部材１２と、供給される電力に基づいて第１伝熱部材１１と第２伝熱部材１２との温度差を発生する複数の熱電素子１３とを含む。被接触面Ａは、第１伝熱部材１１の表面に形成される。温度センサ２０は、第１伝熱部材１１の表面において被接触面Ａが形成される領域の外側に配置される。

Description

触覚呈示装置
　本発明は、温覚や冷覚などの触覚を呈示する触覚呈示装置に係り、特に熱電素子を用いた触覚呈示装置に関するものである。
　近年、ＶＲ（virtual reality）を実現する機器の普及に伴って、人の触覚を電気的・機械的に再現する技術が注目されている。下記の特許文献１には、ペルチェ素子を用いて任意の温覚を再現する温覚呈示装置が記載されている。
特開平７－７２０１８号公報
　ペルチェ素子を用いて任意の温覚を再現するためには、ペルチェ素子の温度を検出して制御する必要がある。特許文献１の図７、図８に記載される装置では、指などが接触されるペルチェ素子の表面に温度検出用のセンサが設けられている。しかしながら、指が接触される部分にセンサが貼り付けられていると、繰り返し使用しているうちにセンサが外れ易くなったり、摩耗などを生じ易くなったりするため、耐久性が低いという不利益がある。また、センサによる凹凸が触覚の違和感を与えてしまうという不利益もある。
　本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性の低下を抑制し、違和感のない良好な触覚を呈示できる触覚呈示装置を提供することにある。
　本発明に係る触覚呈示装置は、触覚呈示対象によって接触され得る被接触面と、前記被接触面に伝わる冷熱又は温熱を発生する熱電変換部と、前記被接触面の温度を検出する温度センサとを有する。前記熱電変換部は、第１伝熱部材及び第２伝熱部材と、供給される電力に基づいて前記第１伝熱部材と前記第２伝熱部材との温度差を発生する少なくとも１つの熱電素子とを含む。前記被接触面は、前記第１伝熱部材の表面に形成されるか、若しくは、前記第１伝熱部材の表面に当接する別の伝熱部材の表面に形成される。前記温度センサは、前記第１伝熱部材の表面において前記被接触面が形成される領域の外側、若しくは、前記第１伝熱部材の表面において前記別の伝熱部材に当接する領域の外側に配置される。
　この構成によれば、前記第１伝熱部材の表面において前記被接触面が形成される領域の外側に前記温度センサが配置されるため、指などの触覚呈示対象が前記温度センサに直接触れない。これにより、触覚呈示対象が前記温度センサに直接触れる場合に比べて耐久性が向上する。また、触覚呈示対象が前記温度センサに直接触れることによる触覚の違和感が生じない。
　また、この構成によれば、前記第１伝熱部材の表面において前記別の伝熱部材に当接する領域の外側に前記温度センサが配置されるため、前記第１伝熱部材と前記別の伝熱部材との密着性が良くなり、前記熱電素子の冷熱又は温熱が前記被接触面へ伝わり易くなる。
　好適に、前記第１伝熱部材は、板状の形状を持ってよい。前記熱電素子は、前記第１伝熱部材の一方の面に当接してよい。前記被接触面は、前記第１伝熱部材の他方の面に形成されるか、若しくは、前記第１伝熱部材の前記他方の面に当接する前記別の伝熱部材の表面に形成されてよい。前記温度センサは、前記第１伝熱部材の前記一方の面に配置されてよい。
　この構成によれば、前記被接触面が形成されていない前記第１伝熱部材の前記一方の面に前記温度センサが配置されるため、指などの触覚呈示対象が前記温度センサに直接触れない。これにより、触覚の違和感が生じなくなり、耐久性が向上する。
　また、この構成によれば、板状の形状を持った前記第１伝熱部材の前記他方の面に前記別の伝熱部材が当接するため、前記第１伝熱部材と前記別の伝熱部材とを広い面積で当接させ易くなり、前記熱電素子の冷熱又は温熱が前記被接触面へ伝わり易くなる。
　好適に、上記触覚呈示装置は、前記第２伝熱部材の温度変化を抑制するヒートシンク部材を有してよい。前記第２伝熱部材は、板状の形状を持ってよい。前記第１伝熱部材と前記第２伝熱部材とが対向して配置されてよい。前記熱電素子は、前記第２伝熱部材の一方の面に当接してよい。前記ヒートシンク部材は、前記第２伝熱部材の他方の面に当接してよい。前記温度センサの検出信号を伝送する２つの検出用配線を接続するための２つの検出用端子部が、前記第２伝熱部材の前記一方の面に形成されてよい。
　この構成によれば、前記ヒートシンク部材が前記第２伝熱部材の他方の面に当接する一方で、前記２つの検出用端子部が前記第２伝熱部材の前記一方の面に形成される。これにより、前記２つの検出用端子部によって干渉されることなく、前記第２伝熱部材と前記ヒートシンク部材とを広い面積で当接させることが可能となる。
　好適に、前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材の各面に垂直な方向から見た平面視において、前記２つの検出用端子部の中間に前記温度センサが位置してよい。
　この構成によれば、前記平面視において前記２つの検出用端子部と前記温度センサとにより占められた領域が小さくなるため、前記熱電素子を配置させるための領域が相対的に大きくなる。
　好適に、前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材は、前記平面視において矩形の形状を持ってよい。前記２つの検出用端子部は、前記矩形の形状における１つの辺に沿って前記第２伝熱部材の端部に並んでよい。
　この構成によれば、前記矩形の形状における１つの辺に沿って前記第２伝熱部材の端部に前記２つの検出用端子部が並んでいるため、前記平面視において前記熱電素子を配置させるための領域が相対的に大きくなる。
　好適に、前記熱電素子に電力を供給する２つの駆動用配線を接続するための２つの駆動用端子部が、前記第２伝熱部材の前記一方の面に形成されてよい。前記２つの駆動用端子部は、前記２つの検出用端子部とともに、前記矩形の形状における前記１つの辺に沿って前記第２伝熱部材の前記端部に並んでいてよい。
　この構成によれば、前記ヒートシンク部材が前記第２伝熱部材の他方の面に当接する一方で、前記２つの駆動用端子部が前記第２伝熱部材の前記一方の面に形成される。これにより、前記２つの駆動用端子部によって干渉されることなく、前記第２伝熱部材と前記ヒートシンク部材とを広い面積で当接させることが可能となる。また、前記２つの検出用端子部と前記２つの駆動用端子部とが、前記矩形の形状における１つの辺に沿って前記第２伝熱部材の端部に並んでいるため、前記平面視において前記熱電素子を配置させるための領域が相対的に大きくなる。
　本発明によれば、耐久性の低下を抑制し、違和感のない良好な触覚を呈示できる。
第１の実施形態に係る触覚呈示装置の一例を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る触覚呈示装置の一例を示す正面図である。 第１の実施形態に係る触覚呈示装置の一例を示す平面図である。 図３の平面図において第１伝熱部材の図示を省略した図である。 第１の実施形態に係る触覚呈示装置における制御系の構成の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る触覚呈示装置の一例を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る触覚呈示装置の一例を示す正面図である。 第２の実施形態に係る触覚呈示装置の一例を示す平面図である。
＜第１の実施形態＞
　以下、本発明の第１の実施形態に係る触覚呈示装置について図面を参照しながら説明する。図１は触覚呈示装置の一例を示す斜視図であり、図２は触覚呈示装置の一例を示す正面図であり、図３は触覚呈示装置の一例を示す平面図である。図４は、図３の平面図において第１伝熱部材１１の図示を省略した図である。
　本明細書では、互いに直交する３つの方向を「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」と記す。また、Ｘ方向に含まれる互いに逆の方向を「Ｘ１」及び「Ｘ２」と記し、Ｙ方向に含まれる互いに逆の方向を「Ｙ１」及び「Ｙ２」と記し、Ｚ方向に含まれる互いに逆の方向を「Ｚ１」及び「Ｚ２」と記す。図２の正面図はＹ２側からＹ１方向を見た図であり、図３の平面図はＺ１側からＺ２方向を見た図である。以下の説明では、Ｚ方向から見ることを「平面視」と記す場合がある。
　本実施形態に係る触覚呈示装置は、指などの触覚呈示対象が接触し得る被接触面Ａを有する。図１の例において、被接触面ＡはＺ方向に垂直な平面であり、後述する熱電変換部１０の表面に形成される。
　図１及び図２に示すように、本実施形態に係る触覚呈示装置は、熱電変換部１０と、温度センサ２０と、ヒートシンク部材３０を有する。
　熱電変換部１０は、被接触面Ａに伝わる冷熱又は温熱を発生する装置である。図１及び図２の例において、熱電変換部１０は、第１伝熱部材１１及び第２伝熱部材１２と複数の熱電素子１３を含む。
　第１伝熱部材１１及び第２伝熱部材１２は、それぞれ板状の形状を持ち、互いに対向して配置される。第１伝熱部材１１及び第２伝熱部材１２の各面は、Ｚ方向に対して略垂直である。すなわち、第１伝熱部材１１のＺ２側の面１１１及びＺ１側の面１１２と、第２伝熱部材１２のＺ１側の面１２１及びＺ２側の面１２２とが、何れもＺ方向に対して垂直である。被接触面Ａは、第１伝熱部材１１のＺ１側の面１１２に形成される。平面視において、第１伝熱部材１１及び第２伝熱部材１２は矩形の形状を持つ。図３に示すように、第１伝熱部材１１及び第２伝熱部材１２の当該矩形形状は略合同であり、平面視において略全体が重なっている。第１伝熱部材１１及び第２伝熱部材１２は、例えばセラミックスや樹脂などの絶縁性の材料からなる。
　熱電素子１３は、例えばペルチェ素子であり、後述する熱電素子駆動回路８０から供給される電力に基づいて第１伝熱部材１１と第２伝熱部材１２との間の温度差を発生する。
図１に示すように、熱電素子１３はＺ方向に延びた角柱状の形状を持つ。熱電素子１３のＺ１側の端面が第１伝熱部材１１のＺ２側の面１１１に当接し、熱電素子１３のＺ２側の端面が第２伝熱部材１２のＺ１側の面１２１に当接する。図４に示すように、複数の熱電素子１３が平面視において行列状に配置される。図４の例では、Ｘ方向に並んだ列の数とＹ方向に並んだ行の数がそれぞれ６である。
　温度センサ２０は、被接触面Ａの温度を検出するセンサであり、例えばサーミスタを含む。温度センサ２０は、第１伝熱部材１１の表面において被接触面Ａが形成される領域の外側に配置される。例えば温度センサ２０は、図１及び図２に示すように、第１伝熱部材１１のＺ２側の面１１１に配置される。
　ヒートシンク部材３０は、第２伝熱部材１２のＺ２側の面１２２に当接して配置されており、第２伝熱部材１２の温度変化を抑制する。ヒートシンク部材３０は、例えば熱伝導性の高い金属の筐体を有した部品でもよく、具体的には、ソレノイドやモータ等の振動発生器が含まれた部品でもよい。
　本実施形態に係る触覚呈示装置は、図１及び図４に示すように、２つの検出用端子部５１及び５２を有する。検出用端子部５１及び５２は、温度センサ２０の検出信号を伝送する２つの検出用配線６１及び６２に接続される。温度センサ２０に含まれるサーミスタ等のセンサ素子へ供給される電流は、２つの検出用配線６１及び６２を通じて流れる。検出用端子部５１及び５２は、例えばランド電極であり、半田付けによって検出用配線６１及び６２に接続される。
　２つの検出用端子部５１及び５２は、第２伝熱部材１２のＺ１側の面１２１に形成される。検出用端子部５１及び５２は、第２伝熱部材１２の面１２１の矩形形状におけるＸ１側の辺に沿って（すなわちＹ方向に沿って）第２伝熱部材１２のＸ１側の端部に並んでいる。図４に示すように、温度センサ２０は、平面視において、検出用端子部５１及び５２の中間に位置する。また温度センサ２０は、平面視において、第２伝熱部材１２のＹ方向の略中央に位置する。
　本実施形態に係る触覚呈示装置は、図１及び図４に示すように、２つの駆動用端子部５３及び５４を有する。駆動用端子部５３及び５４は、熱電素子１３に電力を供給する２つの駆動用配線６３及び６４に接続される。熱電変換部１０の複数の熱電素子１３は、第１伝熱部材１１や第２伝熱部材１２に形成された配線によって直列に接続される。直列接続された複数の熱電素子１３へ供給される電流は、２つの駆動用配線６３及び６４を通じて流れる。駆動用端子部５３及び５４は、例えばランド電極であり、半田付けによって駆動用配線６３及び６４に接続される。
　２つの駆動用端子部５３及び５４は、第２伝熱部材１２のＺ１側の面１２１に形成される。駆動用端子部５３及び５４は、検出用端子部５１及び５２とともに、第２伝熱部材１２の面１２１の矩形形状におけるＸ１側の辺に沿って（すなわちＹ方向に沿って）第２伝熱部材１２のＸ１側の端部に並んでいる。図４に示すように、２つの駆動用端子部５３及び５４は、Ｙ方向において２つの検出用端子部５１及び５２を挟んだ位置に配置される。
　図５は、第１の実施形態に係る触覚呈示装置における制御系の構成の一例を示す図である。図５に示すように、本実施形態に係る触覚呈示装置は、触覚呈示装置の全体的な動作を制御する制御部７０と、制御部７０の制御に従って各熱電素子１３に電力を供給する熱電素子駆動回路８０と、図示しない装置（ホストコントローラなど）と制御部７０との間で制御コマンドや温度検出値などの信号のやり取りを行うインターフェース部９０とを有する。
　制御部７０は、例えば、インターフェース部９０を介して入力される制御コマンドに応じて、被接触面Ａの温度を制御する処理を行う。すなわち、制御部７０は、温度センサ２０において検出される被接触面Ａの温度が制御コマンドによって指定された温度へ近づくように、熱電素子駆動回路８０から熱電素子１３へ供給される電力（例えば熱電素子１３に流れる電流の大きさ）を制御する。また、制御部７０は、触覚呈示対象へ触覚を呈示する期間の前後の定常状態（指などが被接触面Ａに接触していない状態）において、被接触面Ａの温度が予め定められた範囲内に維持されるように被接触面Ａの温度を制御する処理を行う。これにより、触覚の呈示の応答速度が高速化する。
　上述した構成を有する本実施形態に係る触覚呈示装置によれば、次のような効果が得られる。
（１）本実施形態に係る触覚呈示装置によれば、伝熱部材１１の表面において被接触面Ａが形成される領域の外側に温度センサ２０が配置されるため、指などの触覚呈示対象が温度センサ２０に直接触れない。これにより、温度センサに直接指が接触する従来の装置に比べて耐久性を高めることができる。また、触覚呈示対象が温度センサ２０に直接触れることによる触覚の違和感が生じないため、良好な触覚を呈示できる。
（２）本実施形態に係る触覚呈示装置によれば、被接触面Ａが形成されていない第１伝熱部材１１のＺ２側の面１１１に温度センサ２０が配置されるため、指などの触覚呈示対象が温度センサ２０に直接触れない。これにより、従来の装置に比べて耐久性を高めることができるとともに、触覚の違和感の発生を防止して良好な触覚を呈示できる。また、第１伝熱部材１１と第２伝熱部材１２との間に温度センサ２０が配置されるため、Ｚ方向における装置のサイズを小型化できる。
（３）本実施形態に係る触覚呈示装置によれば、ヒートシンク部材３０が第２伝熱部材１２のＺ２側の面１２２に当接する一方で、２つの検出用端子部５１及び５２が第２伝熱部材１２のＺ１側の面１２１に形成される。これにより、２つの検出用端子部５１及び５２によって干渉されることなく、第２伝熱部材１２とヒートシンク部材３０とを広い面積で当接させることが可能になり、第２伝熱部材１２の温度変化を効果的に抑制できる。第２伝熱部材１２の温度変化が小さくなることで、被接触面Ａの温度の設定精度が向上し、より高品質の触覚を呈示できる。
（４）本実施形態に係る触覚呈示装置によれば、第１伝熱部材１１及び第２伝熱部材１２の各面に垂直なＺ方向から見た平面視において、２つの検出用端子部５１及び５２の中間に温度センサ２０が位置する。これにより、平面視において２つの検出用端子部５１及び５２と温度センサ２０とにより占められた領域が小さくなり、熱電素子１３を配置させるための領域が相対的に大きくなる。従って、熱電素子１３の配置密度を高めることが可能となり、装置のサイズを小型化できる。
（５）本実施形態に係る触覚呈示装置によれば、第２伝熱部材１２の面１２１の矩形形状における１つの辺に沿って、第２伝熱部材１２の面１２１の端部に２つの検出用端子部５１及び５２が並んでいる。すなわち、面１２１の端部に２つの検出用端子部５１及び５２がまとまって配置されている。これにより、熱電素子１３を配置させるための領域が相対的に大きくなるため、熱電素子１３の配置密度を高めることが可能となり、装置のサイズを小型化できる。
（６）本実施形態に係る触覚呈示装置によれば、ヒートシンク部材３０が第２伝熱部材１２のＺ２側の面１２２に当接する一方で、２つの駆動用端子部５３及び５４が第２伝熱部材１２のＺ１側の面１２１に形成される。これにより、２つの駆動用端子部５３及び５４によって干渉されることなく、第２伝熱部材１２とヒートシンク部材３０とを広い面積で当接させることが可能となり、第２伝熱部材１２の温度変化を効果的に抑制できる。
（７）本実施形態に係る触覚呈示装置によれば、２つの駆動用端子部５３及び５４が、２つの検出用端子部５１及び５２とともに、第２伝熱部材１２の面１２１の矩形形状における１つの辺に沿って、第２伝熱部材１２の面１２１の端部に並んでいる。すなわち、面１２１の端部に４つの端子部（５１～５４）がまとまって配置されている。これにより、熱電素子１３を配置させるための領域が相対的に大きくなるため、熱電素子１３の配置密度を高めることが可能となり、装置のサイズを小型化できる。
＜第２の実施形態＞
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６～図８は第２の実施形態に係る触覚呈示装置の一例を示す図である。図６は斜視図であり、図７は正面図であり、図８は平面図である。
　第２の実施形態に係る触覚呈示装置は、既に説明した第１の実施形態に係る触覚呈示装置に第３伝熱部材４０を追加したものであり、他の構成は第１の実施形態に係る触覚呈示装置と概ね同様である。第３伝熱部材４０は、本発明における別の伝熱部材の一例である。以下では、図１～図５に示す触覚呈示装置との相違点を中心に説明する。
　第３伝熱部材４０は、第１伝熱部材１１のＺ１側の面１１２に当接しており、図６及び図７において示すように板状の形状を持つ。第３伝熱部材４０のＺ１側の面４０２には、被接触面Ａが形成される。第３伝熱部材４０のＺ２側の面４０１は、第１伝熱部材１１のＺ１側の面１１２に当接する。第３伝熱部材４０は、例えば、フレキシブル基板などの部品や、保護用のシート部材、触覚呈示装置を収容するケースや筐体などである。第１伝熱部材１１からの冷熱や温熱は、第３伝熱部材４０を介して間接的に被接触面Ａへ伝わる。
　上述した構成を有する第２の実施形態に係る触覚呈示装置によれば、第１の実施形態に係る触覚呈示装置と同様の効果に加えて、更に次のような効果が得られる。
（１）第２の実施形態に係る触覚呈示装置によれば、第１伝熱部材１１の表面において第３伝熱部材４０に当接する領域の外側に温度センサ２０が配置されるため、当該領域内に温度センサ２０が配置される場合に比べて第１伝熱部材１１と第３伝熱部材４０との密着性が良くなり、熱電素子１３の冷熱又は温熱が第３伝熱部材４０を介して被接触面Ａに伝わり易くなる。従って、被接触面Ａの温度の設定精度が向上し、より高品質の触覚を呈示できる。
（２）第２の実施形態に係る触覚呈示装置によれば、板状の形状を持った第１伝熱部材１１のＺ１側の面１１２と、板状の形状を持った第３伝熱部材４０のＺ２側の面４０１とが当接するため、第１伝熱部材１１と第３伝熱部材４０とを広い面積で当接させ易くなり、熱電素子１３の冷熱又は温熱が被接触面Ａへ伝わり易くなる。従って、被接触面Ａの温度の設定精度が向上し、より高品質の触覚を呈示できる。
　以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、更に種々のバリエーションを含んでいる。
　上述した実施形態では、第１伝熱部材１１のＺ２側の面１１１に温度センサ２０が配置されているが、本発明はこの例に限定されない。例えば、第１伝熱部材１１のＺ１側の面１１２において被接触面Ａの範囲が一部分に限定されている場合（樹脂ケースによって被接触面Ａが限定されている場合など）は、第１伝熱部材１１のＺ１側の面１１２であって、かつ、被接触面Ａの外側の領域に温度センサ２０が配置されてもよい。この場合も、指などの触覚呈示対象が温度センサ２０に直接触れないようにすることができるため、従来の装置に比べて耐久性を高めることができるとともに、触覚の違和感の発生を防止して良好な触覚を呈示できる。
　上述した実施形態では、第１伝熱部材１１のＺ２側の面１１１における端部に温度センサ２０が配置されているが、本発明の他の実施形態では、面１１１の端部から離れた場所（例えば中央部）に温度センサが配置されてもよい。
　上述した実施形態における各部材の形状やサイズ、部材間の位置関係、部材の個数などは一例であり、本発明はこれらの例に限定されない。
　本特許出願は２０１７年１月１３日に出願した日本国特許出願第２０１７－００４６４７号に基づきその優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１７－００４６４７号の全内容を本願に援用する。
　１０…熱電変換部、１１…第１伝熱部材、１１１，１１２…面、１２…第２伝熱部材、１２１，１２２…面、１３…熱電素子、２０…温度センサ、３０…ヒートシンク部材、４０…第３伝熱部材、４０１，４０２…面、５１，５２…検出用端子部、５３，５４…駆動用端子部、６１，６２…検出用配線、６３，６４…駆動用配線、７０…制御部、８０…熱電素子駆動回路、９０…インターフェース部、Ａ…被接触面

Claims (6)

  1. 　触覚呈示対象によって接触され得る被接触面と、
    　前記被接触面に伝わる冷熱又は温熱を発生する熱電変換部と、
    　前記被接触面の温度を検出する温度センサとを有し、
    　前記熱電変換部は、
    　　第１伝熱部材及び第２伝熱部材と、
    　　供給される電力に基づいて前記第１伝熱部材と前記第２伝熱部材との温度差を発生する少なくとも１つの熱電素子とを含み、
    　前記被接触面は、前記第１伝熱部材の表面に形成されるか、若しくは、前記第１伝熱部材の表面に当接する別の伝熱部材の表面に形成されており、
    　前記温度センサは、前記第１伝熱部材の表面において前記被接触面が形成される領域の外側、若しくは、前記第１伝熱部材の表面において前記別の伝熱部材に当接する領域の外側に配置される、
    　触覚呈示装置。
  2. 　前記第１伝熱部材は、板状の形状を持ち、
    　前記熱電素子は、前記第１伝熱部材の一方の面に当接し、
    　前記被接触面は、前記第１伝熱部材の他方の面に形成されるか、若しくは、前記第１伝熱部材の前記他方の面に当接する前記別の伝熱部材の表面に形成されており、
    　前記温度センサは、前記第１伝熱部材の前記一方の面に配置される、
    　請求項１に記載の触覚呈示装置。
  3. 　前記第２伝熱部材の温度変化を抑制するヒートシンク部材を有し、
    　前記第２伝熱部材は、板状の形状を持ち、
    　前記第１伝熱部材と前記第２伝熱部材とが対向して配置され、
    　前記熱電素子は、前記第２伝熱部材の一方の面に当接し、
    　前記ヒートシンク部材は、前記第２伝熱部材の他方の面に当接し、
    　前記温度センサの検出信号を伝送する２つの検出用配線を接続するための２つの検出用
    端子部が、前記第２伝熱部材の前記一方の面に形成される、
    　請求項２に記載の触覚呈示装置。
  4. 　前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材の各面に垂直な方向から見た平面視において、前記２つの検出用端子部の中間に前記温度センサが位置する、
    　請求項３に記載の触覚呈示装置。
  5. 　前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材は、前記平面視において矩形の形状を持ち、
    　前記２つの検出用端子部は、前記矩形の形状における１つの辺に沿って前記第２伝熱部材の端部に並んでいる、
    　請求項４に記載の触覚呈示装置。
  6. 　前記熱電素子に電力を供給する２つの駆動用配線を接続するための２つの駆動用端子部が、前記第２伝熱部材の前記一方の面に形成されており、
    　前記２つの駆動用端子部は、前記２つの検出用端子部とともに、前記矩形の形状における前記１つの辺に沿って前記第２伝熱部材の前記端部に並んでいる、
    　請求項５に記載の触覚呈示装置。
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