特開2018-206002(P2018-206002A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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  • 特開2018206002-触覚発生器および触覚制御システム 図000003
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-206002(P2018-206002A)
(43)【公開日】2018年12月27日
(54)【発明の名称】触覚発生器および触覚制御システム
(51)【国際特許分類】
   G05G 5/03 20080401AFI20181130BHJP
   H01H 13/00 20060101ALI20181130BHJP
   H01H 13/02 20060101ALI20181130BHJP
【FI】
   G05G5/03 Z
   H01H13/00 C
   H01H13/02 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2017-109738(P2017-109738)
(22)【出願日】2017年6月2日
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックIPマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106116
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 健司
(74)【代理人】
【識別番号】100170494
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 浩夫
(72)【発明者】
【氏名】矢野 康治郎
(72)【発明者】
【氏名】松本 賢一
(72)【発明者】
【氏名】中江 竜
【テーマコード(参考)】
3J070
5G206
【Fターム(参考)】
3J070AA07
3J070BA19
3J070BA51
3J070CA42
3J070CB37
3J070CC71
3J070DA41
5G206AS31H
5G206AS31J
5G206AS31Q
5G206AS45H
5G206AS45J
5G206AS45Q
5G206HU34
5G206HU44
5G206KS08
5G206NS02
5G206QS09
(57)【要約】
【課題】本発明は、多様な触覚を発生できる触覚発生器および触覚制御システムの提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、移動部と、発生部とを有する。移動部は、第1の方向に移動する。発生部は、磁性粘性流体と、磁力部とを有する。磁性粘性流体は、移動部よりも第1の方向に配置されている。磁力部は、磁性粘性流体に磁力を加える。また、本発明は、移動部と、磁性粘性流体と、電磁石と、制御部とを有する。移動部は、第1の方向に移動する。磁性粘性流体は、移動部よりも第1の方向に配置されている。電磁石は、磁性粘性流体に磁力を加える。制御部は、電磁石と電子回路的に接続されている。そして、制御部は、磁力の強さを制御する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の方向に移動する移動部と、
前記移動部よりも前記第1の方向に配置された磁性粘性流体と、前記磁性粘性流体に磁力を加える磁力部とを有する発生部と、
を備えた、
触覚発生器。
【請求項2】
前記発生部は、
前記磁性粘性流体を配置された容器部と、
前記第1の方向へ前記移動部が移動することによって、前記磁性粘性流体に向かって変形する弾性部と、
をさらに有する、
請求項1記載の触覚発生器。
【請求項3】
前記弾性部は、前記第1の方向に逆向きの第2の方向へ前記第1の方向に移動した前記移動部を付勢する請求項2記載の触覚発生器。
【請求項4】
前記磁力部は、
前記磁力を発生させる電磁石と、
前記電磁石と電子回路的に接続され前記磁力を制御する制御部と、
を有する、
請求項1記載の触覚発生器。
【請求項5】
前記移動部に加えられた力を検出する検出部をさらに備える、
請求項1記載の触覚発生器。
【請求項6】
第1の方向に移動する移動部と、
前記移動部よりも第1の方向に配置された磁性粘性流体と、
前記磁性粘性流体に磁力を加える電磁石と、
前記電磁石と電子回路的に接続され、前記磁力の強さを制御する制御部と、
を備えた、
触覚制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、各種電子機器に用いられ、操作者に触覚を知覚させる触覚発生器に関する。
【背景技術】
【0002】
以下、従来の触角発生器について説明する。従来の触角発生器は、移動部と、発生部とを有している。操作者は、移動部を第1の方向に押圧する。移動部は、第1の方向へと移動する。発生部は、磁力等によって移動部を第1の方向へ吸引する。
【0003】
移動部が発生部によって吸引されることにより、操作者は押圧力の変化を感じる。具体的には、操作者は、押圧に要する力が軽くなったと感じる。そして、操作者は、押圧力の変化を触覚として知覚する。このような従来の触覚発生器として、たとえば、特許文献1が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2006−260866号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の触覚発生器は、操作者からみて、移動部に加える押圧力を減少させることにより触覚を発生させている。そのため、従来の触覚発生器は、多様な触覚を発生しにくかった。
【0006】
そこで、本発明は、多様な触覚を発生できる触覚発生器の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、移動部と発生部とを有する。移動部は、第1の方向に移動する。発生部は、磁性粘性流体と、磁力制御部とを有する。磁性粘性流体は、移動部よりも第1の方向に配置されている。また、磁力制御部は、磁性粘性流体に加える磁力を制御する。
【発明の効果】
【0008】
磁性粘性流体は、加えられた磁力によって硬さを変化させる。そのため、本発明は、磁性粘性流体の硬さを調整することによって、移動部の移動に必要な力を調整できる。言い換えれば、本発明は、移動部の移動に必要な力を大きくしたり、小さくしたりできる。すなわち、本発明は、多様な触覚を発生できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】触覚発生器の展開斜視図
図2】触覚発生器の断面図
図3】移動部を押圧された触覚発生器の断面図
図4】触覚制御システムの回路図
【発明を実施するための形態】
【0010】
(触覚発生器100)
触覚発生器100の構成について図1を参照して説明する。図1は、触覚発生器100の展開斜視図である。触覚発生器は、移動部10と、発生部20とを有する。発生部20は、磁性粘性流体21と、磁力部22とを有する。移動部10は、第1の方向へ移動する
。磁性粘性流体21は、移動部10よりも第1の方向に配置されている。磁力部22は、磁性粘性流体21に磁力を加える。
【0011】
ここで、磁性粘性流体21の特性について説明する。磁性粘性流体21は、加えられた磁力によって硬さを変化させる液状の物質である。より具体的には、磁性粘性流体21は、磁性粘性流体21に加えられた磁力が大きいほど硬くなるという性質をもつ。
【0012】
触覚発生器100の動作について図2図3とを参照して説明する。図2は、触覚発生器の断面図である。図3は、移動部を押圧された触覚発生器の断面図である。移動部10は、たとえば操作者などによって直接的または間接的に押圧される。そして、移動部10は、第1の方向に移動する。
【0013】
磁性粘性流体21は、移動部10の移動によって力を加えられる。磁力部22は、磁性粘性流体21に磁力を加える。これにより、磁性粘性流体21は、硬くなったり、柔らかくなったりする。この磁性粘性流体21の硬さは、移動部10を介して操作者へ伝えられる。そして、操作者は、触覚を知覚する。このようにして、発生部20は、触覚を発生させる。このようにして、触覚発生器100は、磁性粘性流体21の硬さを変化させることで、多様な触覚を発生できる。
【0014】
触覚発生器100の構成について図1図2を参照して詳細に説明する。説明にあたって「電子回路的に接続」という用語を用いる。ここで「電子回路的に接続」は、電気信号のやり取りや電力の供給をできるように接続されているという意味である。触覚発生器100は、移動部10と、発生部20と、筐体30とを有する。
【0015】
移動部10は、第1の方向へ移動できるように筐体30に保持されている。なお、移動部10の第1の方向への移動は、操作者による操作に限られず、たとえばロボットなどによる操作であってもよい。また、移動部10は、操作者やロボットなどによって直接的に操作される必要はなく、間接的に操作される構成でもよい。
【0016】
発生部20は、磁性粘性流体21と、磁力部22と、容器部23と、弾性部24とを有している。磁性粘性流体21は、移動部10よりも第1の方向に配置されている。言い換えれば、磁性粘性流体21は、移動部10の移動によって、間接的または直接的に押圧されるように配置されている。磁力部22は、磁性粘性流体21に磁力を加えられるように配置されている。磁力部22は、電磁石(図示せず)と、制御部(図示せず)とを有する。電磁石は、磁力を発生させる。制御部は、電磁石と電子回路的に接続されている。そして、制御部は、電磁石の発生させる磁力を制御する。容器部23は、凹部を形成されている。そして、容器部23の凹部には、磁性粘性流体21が配置されている。弾性部24は、容器部23の凹部から磁性粘性流体21が液漏れしない程度に容器部23の凹部を密閉して配置されている。弾性部24は、たとえばゴムなどの弾性体である。
【0017】
なお、磁性粘性流体21は、袋などに梱包されているとよい。これにより、発生部20は、容器部23からの磁性粘性流体21の液洩れをより抑制できる。また、容器部23の凹部を弾性部24によって密閉する必要がなくなる。そのため、弾性部24に、たとえば、バネ部材を用いることができる。また、磁性粘性流体21と磁力部22の距離は近いほど好ましい。これにより、磁力部22は、より少ない磁力で磁性粘性流体21の硬さを変化できる。また、制御部は、触覚発生器100に配置されていなくても良い。制御部は、たとえば、触覚発生器100と接続される機器や、触覚発生器100を内蔵する機器に配置されていてもよい。
【0018】
筐体30は、収納部31と、天面部32と、外枠部33とを有する。収納部31は、凹
状に形成されている。そして、収納部31の凹み内には、容器部23が収納されている。そして、収納部31の縁では、弾性部24が保持されている。そして、収納部31を覆うように天面部32は配置されている。天面部32は、弾性部24を収納部31の縁で挟むように配置されている。また、天面部32は、移動部10によって弾性部24を押圧できるように環状に形成されている。そして、天面部32と収納部31とは、外枠部33に収納されている。外枠部33は、収納部31に天面部32を配置した状態でスライドして、収納部31と天面部32とを保持可能な形状に形成されている。そして、外枠部33の外側には、磁力部22が配置されている。
【0019】
触覚発生器100は、外枠部33や収納部31に、移動部10に加えられた力を検出できる検出部(図示せず)をさらに有していてもよい。これにより、触覚発生器100は、操作者などに移動部10を介して触覚を知覚させるのみならず、入力動作を提供できるようになる。このような、検出部は、たとえば、感圧センサなどを用いられる。なお、検出部は、外枠部33や収納部31に配置されている必要はない。たとえば、検出部は、容器部23や弾性部24、移動部10などに配置されていても良い。このように、検出部は、移動部10に力を加えられたことを検出できる位置に配置されていればよい。
【0020】
触覚発生器100の動作の説明に先立って、第1の方向と第2の方向との関係性について説明する。第1の方向は、移動部10の移動方向である。一方、第2の方向は、第1の方向に逆向きの方向である。たとえば、移動部10が右方向に移動する場合、第1の方向は右方向であり、第2の方向は左方向である。また、たとえば、移動部が下方向に移動する場合、第1の方向は下方向であり、第2の方向は左方向である。なお、ここでの方向は、厳密である必要はなく、技術的に生じる程度のぶれを許容してよい。
【0021】
触覚発生器100の動作について図2図3を参照して詳細に説明する。なお、説明を簡便にするために、第1の方向を下方向、第2の方向を上方向と称する。
【0022】
移動部10は、たとえば、操作者やロボットなどによって押圧される。これにより、移動部10は、下方向へ移動する。そして、移動部10は、弾性部24を押圧する。弾性部24は、移動部10によって磁性粘性流体21に向かって弾性変形する。弾性部24が弾性変形している状態では、下方向へ向かう力と上方向へ向かう力とが移動部10に加えられている。
【0023】
弾性変形した弾性部24は、磁性粘性流体21を押圧する。これにより、移動部10は、磁性粘性流体21の影響を受けられる状態となる。また、磁力部22は、電磁石の発生させる磁力を制御部で制御することにより、磁性粘性流体21の硬さを相対的に変化させる。つまり、触覚発生器100が、操作者やロボットなどに触覚を与えられる状態となる。
【0024】
操作者に与える知覚を具体的な例を用いて説明する。まず、磁性粘性流体21が押圧される前に、磁性粘性流体21に強い磁力が加える制御を制御部が行う場合について説明する。この場合、磁性粘性流体21が硬い状態で、移動部10は下方向へ移動する。そのため、操作者は、移動部10の移動により多くの力を要する。そのため、操作者は、硬い(重い)といった触覚を知覚する。
【0025】
この状態から、磁性粘性流体21に加える磁力を制御部が弱める制御を行う場合、先ほどの状態よりも磁性粘性流体21は柔らかくなる。そのため、移動部10は、下方向へ先ほどよりも急に移動する。そのため、操作者は、クリック感のような触覚を知覚する。
【0026】
次に、磁性粘性流体21に力が加えられてから、磁性粘性流体21に加える磁力を制御
部が徐々に強める制御を行う場合について説明する。この場合、移動部10が第1の方向に移動するにつれて、磁性粘性流体21は徐々に硬くなる。そのため、移動部10の移動に要する力は徐々に大きくなる。そのため、操作者は、硬くなっている(重くなっている)といった触覚を知覚する。また、操作者は、制御部が徐々に強める磁力の変化過程によっては、粘性(粘り気のような感覚)を知覚する。
【0027】
さらに、制御部が、磁性粘性流体21にパルス的に磁力を加える制御を行う場合ついて説明する。この場合、移動部10の移動に要する力は、軽くなったり重くなったりを交互に繰り返す。そのため、操作者は、振動に似た触覚を知覚する。
磁力部22による磁性粘性流体21への磁力の加え方は、前述の組合せでもよい。触覚発生器100は、組み合わせることでより多様な触覚を発生できる。このように、磁力部22が磁性粘性流体21に加える磁力によって、触覚発生器100は多様な触覚を発生できる。
【0028】
そして、移動部10に加えられている押圧力が取り除かれると、移動部10は弾性部24による上方向への付勢により上方向へ移動する。そして、磁性粘性流体21は、弾性部24による押圧から開放される。そのため、操作者やロボットなどは、触覚を与えられなくなる。なお、弾性部24は、下方向に押圧されて上方向に付勢する構成でなくてもよい。たとえば、弾性部24は、上方向に押圧されて下方向に付勢する構成としてもよい。つまり、弾性部24は、移動部10を再度押圧可能な位置へ復帰できる程度に移動部を付勢できればよい。
【0029】
触覚発生器100は、このようにして、操作者やロボットなどに触覚を与えることができる。また、触覚発生器は、磁性粘性流体21を用いることにより、移動部10の下方向に向かう力に反発する抵抗力(硬さ)を制御できる。そのため、触覚発生器100は、様々な触覚を発生できる。
【0030】
なお、触覚発生器100は、移動部10に力が加えられたことを検出する検出部を有している場合、検出部による力の検出によって制御部の制御を開始してもよい。これにより、制御部は、常に磁性粘性流体21を制御する必要がなくなる。そのため、触覚発生器100は、消費電力を抑制できる。また、検出部が、移動部10に加えられた力の増減を検出できる場合、その力の増減に応じた制御を制御部が行うように構成してもよい。これにより、触覚発生器100は、より多様な触覚発生を実現できる。また、検出部が、力の検出量を検出できる場合、その力の量に応じた制御を制御部が行うように構成してもよい。このような制御の例としては、移動部10が非常に強く押圧されている場合に通常よりも激しく磁力を変化させるなどがある。
【0031】
(触覚制御システム200)
触覚制御システム200について、図4を参照して説明する。図4は、触覚制御システムの回路図である。このような触覚制御システム200は、たとえば、ゲーム機、スマートフォン、タブレット端末、VR(バーチャルリアリティ)機器などの電子機器である。
【0032】
触覚制御システム200は、移動部201と、磁性粘性流体202と、電磁石203と、制御部204と、負荷205と、入力部206と、電源部207とを有する。
【0033】
移動部201は、入力部206と機械的に接続されている。そして、移動部201は、第1の方向へ移動する。なお、移動部201は、入力部206と一体でもよく、別体であってもよい。
【0034】
磁性粘性流体202は、移動部201よりも第1の方向に配置されている。言い換えれ
ば、磁性粘性流体202は、移動部201の移動によって、間接的または直接的に押圧されるように配置されている。
【0035】
電磁石203は、磁性粘性流体202に磁力を加えられるように配置されている。言い換えれば、電磁石203は、磁性粘性流体202の硬さを変化できる位置に配置されている。
【0036】
制御部204は、電磁石203と回路的に接続されている。そして、電磁石203に供給する電力量の調整を行う。この調整には、電磁石203の磁力の発生や停止の動作を含んでもよい。
【0037】
負荷205は、制御部204と電子回路的に接続されている。たとえば、ディスプレイやスピーカなどの音や映像などを発生させる電子部品である。
【0038】
入力部206は、操作者などによる入力を受け付ける。そして、その入力による機械的動作を移動部201へ伝達する。
【0039】
電源部207は、たとえば、電池やコンセントプラグなどである。電源部207は、電磁石203と、制御部204と、負荷205とに電力を供給する。すなわち、電源部207は、電磁石203と、制御部204と、負荷205と電子回路的に接続されている。
【0040】
なお、負荷205や、入力部206や、電源部207は、触覚制御システム200に組み込まれている必要はなく、制御システムの外に配置されていてもよい。
【0041】
触覚制御システム200の動作について説明する。触覚制御システム200は、操作者などによる入力(操作)を入力部206で受け付ける。入力部206は、移動部201へ機械的にその入力を伝達する。そして、移動部201は、第1の方向に移動する。そして、移動部201の移動によって、磁性粘性流体202は押圧される。
【0042】
電源部207は、負荷205と、電磁石203と、制御部204とに電力を供給する。磁性粘性流体202には、電磁石203によって磁力が加えられる。ここで、電磁石203によって発生される磁力は、制御部204によって制御されている。制御部204は、負荷205と接続されている。そして、制御部204は、負荷205に応じて電磁石203が発生させる磁力を制御する。
【0043】
電磁石203で発生した磁力によって、磁性粘性流体202は、触覚発生器100で説明した磁性粘性流体21のように硬さを変化させる。そのため、触覚発生器100と同様に移動部201へ触覚が伝達される。そして、入力部206は、移動部201を介して伝達された触覚を操作者に知覚させる。
【0044】
ここで、負荷205に応じた電磁石203が発生させる磁力の制御について説明する。たとえば負荷205がディスプレイである場合、制御部204は、ディスプレイに表示された映像に合わせて電磁石203の発生させる磁力を調整する。たとえば、重い扉を開けようとする映像である場合は、操作者が重いと知覚できるように制御部204は電磁石203の発生させる磁力を調整する。
【0045】
このように動作する触覚制御システム200は、操作者によりリアルな体験を提供できる。そのため、触覚制御システム200は、操作者に操作への没入感を与えられる。
【産業上の利用可能性】
【0046】
本発明にかかる触角発生器は、多様な触覚を発生できるという効果を有し、各種電子機器等に用いると有用である。
【符号の説明】
【0047】
10 移動部
20 発生部
21 磁性粘性流体
22 磁力部
23 容器部
24 弾性部
30 筐体
31 収納部
32 天面部
33 外枠部
100 触覚発生器
200 触覚制御システム
201 移動部
202 磁性粘性流体
203 電磁石
204 制御部
205 負荷
206 入力部
207 電源部
図1
図2
図3
図4