特開 2024-93652 乾湿感評価方法、乾湿感評価プログラム、および乾湿感評価装置

(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】P2024093652

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】乾湿感評価方法、乾湿感評価プログラム、および乾湿感評価装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 19/02 20060101AFI20240702BHJP

【ＦＩ】

G01N19/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022210169

(22)【出願日】2022-12-27

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）、「適応型マルチフィジックス触覚技術と価値評価」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304028346

【氏名又は名称】国立大学法人 香川大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001704

【氏名又は名称】弁理士法人山内特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高尾 英邦

(57)【要約】

【課題】測定対象物の乾湿感を評価できる方法を提供する。
【解決手段】乾湿感評価方法は、接触子を測定対象物に押し当てながら掃引して測定した複数の異なる垂直荷重における動摩擦力から求められた垂直荷重と動摩擦力との関係または垂直荷重と動摩擦係数との関係を指標として測定対象物の乾湿感を評価する。垂直荷重と動摩擦力との関係を示す複数の測定点を予め定められた関数でフィッティングして得られたパラメータを指標として測定対象物の乾湿感を評価してもよい。垂直荷重と動摩擦係数との関係を示す複数の測定点を予め定められた関数でフィッティングして得られたパラメータを指標として測定対象物の乾湿感を評価してもよい。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

接触子を測定対象物に押し当てながら掃引して測定した複数の異なる垂直荷重における動摩擦力から求められた前記垂直荷重と前記動摩擦力との関係または前記垂直荷重と動摩擦係数との関係を指標として前記測定対象物の乾湿感を評価する
ことを特徴とする乾湿感評価方法。

【請求項2】

前記垂直荷重と前記動摩擦力との関係を示す複数の測定点を予め定められた関数でフィッティングして得られたパラメータを指標として前記測定対象物の乾湿感を評価する
ことを特徴とする請求項１記載の乾湿感評価方法。

【請求項3】

前記垂直荷重と前記動摩擦力との関係を示す複数の測定点を式（Ｉ）でフィッティングして得られたｂまたはｂ／ａを指標として前記測定対象物の乾湿感を評価する
ことを特徴とする請求項２記載の乾湿感評価方法。
Ｆ＝ａＮ＋ｂ （Ｉ）
ここで、Ｆは動摩擦力、Ｎは垂直荷重、ａおよびｂは係数である。

【請求項4】

前記垂直荷重と前記動摩擦係数との関係を示す複数の測定点を予め定められた関数でフィッティングして得られたパラメータを指標として前記測定対象物の乾湿感を評価する
ことを特徴とする請求項１記載の乾湿感評価方法。

【請求項5】

前記垂直荷重と前記動摩擦係数との関係を示す複数の測定点を式（II）でフィッティングして得られたｂまたはｂ／ａを指標として前記測定対象物の乾湿感を評価する
ことを特徴とする請求項４記載の乾湿感評価方法。
μ＝ｂ／Ｎ＋ａ （II）
ここで、μは動摩擦係数、Ｎは垂直荷重、ａおよびｂは係数である。

【請求項6】

低荷重領域における前記動摩擦係数と高荷重領域における前記動摩擦係数との差分を指標として前記測定対象物の乾湿感を評価する
ことを特徴とする請求項１記載の乾湿感評価方法。

【請求項7】

予め機械学習が行われた学習器を用いて抽出した前記垂直荷重と前記動摩擦力との関係または前記垂直荷重と前記動摩擦係数との関係を表す特徴量を指標として前記測定対象物の乾湿感を評価する
ことを特徴とする請求項１記載の乾湿感評価方法。

【請求項8】

請求項１～７のいずれかに記載の乾湿感評価方法をコンピュータに実行させる
ことを特徴とする乾湿感評価プログラム。

【請求項9】

請求項８記載の乾湿感評価プログラムがインストールされたコンピュータからなる
ことを特徴とする乾湿感評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、乾湿感評価方法、乾湿感評価プログラム、および乾湿感評価装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、人間の皮膚が感じる乾湿感を再現した乾湿感評価方法、乾湿感評価プログラム、および乾湿感評価装置に関する。

【背景技術】

【0002】

人間の触覚を工学的に模した触覚センサとして種々のものが開発されている。例えば、特許文献１には微小な接触子を有する触覚センサが開示されている。触覚センサを測定対象物に押し当てながら掃引し、接触子の変位を検出することで、測定対象物表面の微細な凹凸および微小領域の摩擦力を検知できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２０４５２７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

人間の皮膚で起こる感覚の一つに乾湿感がある。乾湿感は皮膚と接した物体がさらさらしているか、潤っているかという感覚である。また、人間にとって適度で心地よい潤いを有する物体に触れるとしっとり感が得られる。しっとり感は適度な潤いの場合に得られる感覚である。例えば、なめし革に触れるとしっとり感が得られ、その感覚が高級感につながる。また、美容健康分野では肌のしっとり感が重量な指標となっている。

【0005】

しっとり感は対象物の含水状態だけでなく、対象物表面の平滑度などにも影響すると考えられている。また、しっとり感を得るには対象物の水分は不可欠ではないとも考えられている。そのため、対象物の含水量を測定しても乾湿感を正しく評価することができない。また、人間は対象物の表面を指先でなぞる「能動触動作」の最中にしっとり感を感じ取っている。そして、人間が指先で感じる乾湿感を再現して評価する方法は未だ確立されていない。

【0006】

本発明は上記事情に鑑み、人間の指先による知覚に近い方法で測定対象物の乾湿感を評価できる方法、プログラム、および装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１態様の乾湿感評価方法は、接触子を測定対象物に押し当てながら掃引して測定した複数の異なる垂直荷重における動摩擦力から求められた前記垂直荷重と前記動摩擦力との関係または前記垂直荷重と動摩擦係数との関係を指標として前記測定対象物の乾湿感を評価することを特徴とする。
第２態様の乾湿感評価方法は、第１態様において、前記垂直荷重と前記動摩擦力との関係を示す複数の測定点を予め定められた関数でフィッティングして得られたパラメータを指標として前記測定対象物の乾湿感を評価することを特徴とする。
第３態様の乾湿感評価方法は、第２態様において、前記垂直荷重と前記動摩擦力との関係を示す複数の測定点を式（Ｉ）でフィッティングして得られたｂまたはｂ／ａを指標として前記測定対象物の乾湿感を評価することを特徴とする。
Ｆ＝ａＮ＋ｂ （Ｉ）
ここで、Ｆは動摩擦力、Ｎは垂直荷重、ａおよびｂは係数である。
第４態様の乾湿感評価方法は、第１態様において、前記垂直荷重と前記動摩擦係数との関係を示す複数の測定点を予め定められた関数でフィッティングして得られたパラメータを指標として前記測定対象物の乾湿感を評価することを特徴とする。
第５態様の乾湿感評価方法は、第４態様において、前記垂直荷重と前記動摩擦係数との関係を示す複数の測定点を式（II）でフィッティングして得られたｂまたはｂ／ａを指標として前記測定対象物の乾湿感を評価することを特徴とする。
μ＝ｂ／Ｎ＋ａ （II）
ここで、μは動摩擦係数、Ｎは垂直荷重、ａおよびｂは係数である。
第６態様の乾湿感評価方法は、第１態様において、低荷重領域における前記動摩擦係数と高荷重領域における前記動摩擦係数との差分を指標として前記測定対象物の乾湿感を評価することを特徴とする。
第７態様の乾湿感評価方法は、第１態様において、予め機械学習が行われた学習器を用いて抽出した前記垂直荷重と前記動摩擦力との関係または前記垂直荷重と前記動摩擦係数との関係を表す特徴量を指標として前記測定対象物の乾湿感を評価することを特徴とする。
第８態様の乾湿感評価プログラムは、第１～第７態様のいずれかの乾湿感評価方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
第９態様の乾湿感評価装置は、第８態様の乾湿感評価プログラムがインストールされたコンピュータからなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、人間の指先による知覚に近い方法で測定対象物の乾湿感を評価できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係る乾湿感評価装置の全体構成図である。

【図2】一実施形態に係る乾湿感評価装置の機能ブロック図である。

【図3】図（Ａ）は小さい垂直荷重で接触子を測定対象物に押し当てながら掃引したときの説明図である。図（Ｂ）は大きい垂直荷重で接触子を測定対象物に押し当てながら掃引したときの説明図である。

【図4】垂直荷重と動摩擦力との関係を示すグラフである。

【図5】垂直荷重と動摩擦係数との関係を示すグラフである。

【図6】低荷重領域における動摩擦係数と高荷重領域における動摩擦係数との比較の説明図である。

【図7】触覚センサの平面図である。

【図8】触覚センサによる測定方法の説明図である。

【図9】触覚センサから得られる各種信号の波形を示すグラフおよび各種信号を変化して得られるグラフの例である。

【図10】他の例の触覚センサの平面図である。

【図11】図（Ａ）はクラフト紙を測定して得られた垂直荷重および摩擦力の波形である。図（Ｂ）は測定データを垂直荷重と摩擦力との関係に変換した散布図である。図（Ｃ）は測定データを垂直荷重と摩擦係数との関係に変換した散布図である。

【図12】図（Ａ）は人工皮革を測定して得られた垂直荷重および摩擦力の波形である。図（Ｂ）は測定データを垂直荷重と摩擦力との関係に変換した散布図である。図（Ｃ）は測定データを垂直荷重と摩擦係数との関係に変換した散布図である。

【図13】図（Ａ）は乾燥状態のコットン布地を測定して得られた垂直荷重および摩擦力の波形である。図（Ｂ）は測定データを垂直荷重と摩擦力との関係に変換した散布図である。図（Ｃ）は測定データを垂直荷重と摩擦係数との関係に変換した散布図である。

【図14】図（Ａ）は湿潤状態のコットン布地を測定して得られた垂直荷重および摩擦力の波形である。図（Ｂ）は測定データを垂直荷重と摩擦力との関係に変換した散布図である。図（Ｃ）は測定データを垂直荷重と摩擦係数との関係に変換した散布図である。

【図15】図（Ａ）は乾燥状態のレーヨン布地を測定して得られた垂直荷重および摩擦力の波形である。図（Ｂ）は測定データを垂直荷重と摩擦力との関係に変換した散布図である。図（Ｃ）は測定データを垂直荷重と摩擦係数との関係に変換した散布図である。

【図16】図（Ａ）は湿潤状態のレーヨン布地を測定して得られた垂直荷重および摩擦力の波形である。図（Ｂ）は測定データを垂直荷重と摩擦力との関係に変換した散布図である。図（Ｃ）は測定データを垂直荷重と摩擦係数との関係に変換した散布図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（乾湿感評価装置、乾湿感評価プログラム）
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る乾湿感評価装置ＡＡは、測定対象物Ｏの乾湿感を評価するための装置である。乾湿感は人間の皮膚で起こる感覚の一つであり、皮膚と接した物体がさらさらしているか、潤っているかという感覚である。また、人間にとって適度で心地よい潤いを有する物体に触れるとしっとり感が得られる。しっとり感は適度な潤いの場合に得られる感覚である。乾湿感評価装置ＡＡは機械的な接触子１０を用いた測定により得られたデータに基づき乾湿感を評価する。

【0011】

乾湿感評価装置ＡＡは、ＣＰＵ、メモリなどで構成されたコンピュータからなる。コンピュータに乾湿感評価プログラムをインストールすることで、乾湿感評価装置ＡＡとしての機能が実現する。乾湿感評価プログラムはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（非一過性のものを含む）に記憶してもよい。

【0012】

図２に示すように、乾湿感評価装置ＡＡは記憶部２１および評価部２２を有する。これらは、ハードウエアで構成されてもよいし、プログラムをコンピュータにインストールすることにより実現してもよい。また、乾湿感評価装置ＡＡは、キーボード、マウスなどの入力装置、およびディスプレイなどの出力装置を有してもよい。

【0013】

記憶部２１としてハードディスクなどの記憶装置を用いることができる。記憶部２１には測定対象物Ｏを測定して得られた測定データが記憶されている。測定データは接触子１０などを構成要素とする測定機器により生成され、測定機器から直接、または、記録媒体などを介して記憶部２１に記憶される。

【0014】

評価部２２は記憶部２１に記憶された測定データを読み込み、分析して、乾湿感を評価する。評価部２２は測定機器により生成された測定データを直接処理して、リアルタイムで乾湿感を評価してもよい。この場合、記憶部２１はなくてもよい。なお、乾湿感の評価方法は後述する。

【0015】

図３（Ａ）に示すように、測定データは接触子１０を測定対象物Ｏに押し当てながら測定対象物Ｏの表面に沿って掃引することにより得られる。ここで、接触子１０から測定対象物Ｏに作用する垂直荷重をＮ_１とする。また、接触子１０と測定対象物Ｏとの間に生じる動摩擦力をＦ_１とする。測定データは垂直荷重Ｎ_１と動摩擦力Ｆ_１の組み合わせを含む。

【0016】

また、図３（Ｂ）に示すように、Ｎ_１とは異なる垂直荷重Ｎ_２における動摩擦力Ｆ_２も測定データに含まれる。すなわち、測定データは複数の異なる垂直荷重における動摩擦力を含む。

【0017】

測定は、接触子１０を測定対象物Ｏの表面に沿って掃引する一回の動作の中で垂直荷重を変化させながら行えばよい。この際、垂直荷重の変化は、測定対象物Ｏの表面形状などによる偶発的なものでもよい。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、接触子１０先端部の幅を測定対象物Ｏ表面の凹凸の半周期よりも小さくすれば、掃引の過程で接触子１０が測定対象物Ｏの凹凸に追従して上下動する。この場合、測定対象物Ｏの凹部では垂直荷重Ｎ_１が小さくなり（図３（Ａ））、凸部では垂直荷重Ｎ_２が大きくなる（図３（Ｂ））。このように、測定対象物Ｏの表面形状によって一回の掃引動作の中で垂直荷重が偶発的に変化する。

【0018】

一回の掃引動作の中での垂直荷重の変化は、接触子１０を測定対象物Ｏに押し当てる機構による意図的なものでもよい。また、測定は、垂直荷重を変更しながら接触子１０を測定対象物Ｏに複数回接触させることにより行ってもよい。測定データに含まれる垂直荷重はセンサにより測定された値でもよいし、接触子１０を測定対象物Ｏに押し当てる機構の設定値でもよい。測定データに含まれる動摩擦力は、通常、センサにより測定された値である。

【0019】

以上の測定で得られた測定データは、図４に示すように、横軸を垂直荷重Ｎ、縦軸を動摩擦力Ｆとしたグラフにプロットできる。本願発明者は、人間の触覚としてしっとり感または適度な潤いを感じる物体は、垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの間に特徴的な関係が見られるとの知見を得ている。

【0020】

具体的には、さらさらしている物体（潤いを感じにくい物体）の場合、動摩擦力Ｆは垂直荷重Ｎに比例するという傾向がある。これはクーロン・アモントンの法則として一般に知られているとおりであり、垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係は以下の式（１）で表される。図４に示すグラフでは、さらさらしている物体の垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係は破線（Ｆ軸の切片が０の直線）で表される。
Ｆ＝ａ_１Ｎ （１）

【0021】

一方、しっとりしている物体の場合、動摩擦力Ｆには垂直荷重Ｎとは無関係な成分が含まれる。この場合の垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係は以下の式（２）で表される。図４に示すグラフでは、しっとりしている物体の垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係は実線（Ｆ軸の切片がｂの直線）で表される。
Ｆ＝ａ_２Ｎ＋ｂ （２）

【0022】

指先と物体との間に存在するわずかな水分により水滴または水膜が生成され、その表面張力が指先に作用する。表面張力は、特に、指先が物体に軽く触れた（垂直荷重が小さい）ときに、指先と物体との間に生じる吸着力または粘着力として表れる。この吸着力または粘着力が垂直荷重Ｎとは無関係に存在する摩擦力成分ｂに相当すると考えられる。

【0023】

動摩擦力を垂直荷重で除すると動摩擦係数が得られる。例えば、垂直荷重がＮ_１のときの動摩擦力がＦ_１であれば、動摩擦係数はμ_１＝Ｆ_１／Ｎ_１である。また、垂直荷重がＮ_２のときの動摩擦力がＦ_２であれば、動摩擦係数はμ_２＝Ｆ_２／Ｎ_２である。複数の異なる垂直荷重における動摩擦力から各垂直荷重における動摩擦係数を求めると、図５に示すように、横軸を垂直荷重Ｎ、縦軸を動摩擦係数μとしたグラフに測定データをプロットできる。

【0024】

式（１）および式（２）の両辺を垂直荷重Ｎで除すると、動摩擦係数μを示す式（３）および（４）が得られる。
μ＝ａ_１ （３）
μ＝ｂ／Ｎ＋ａ_２ （４）

【0025】

式（３）はさらさらしている物体（潤いを感じにくい物体）の垂直荷重Ｎと動摩擦係数μとの関係を表している。図５に示すグラフでは、さらさらしている物体の垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係は破線で表される。すなわち、さらさらしている物体は、垂直荷重Ｎの大小によらず動摩擦係数μが一定であるという傾向がある。

【0026】

式（４）はしっとりしている物体の垂直荷重Ｎと動摩擦係数μとの関係を表している。図５に示すグラフでは、しっとりしている物体の垂直荷重Ｎと動摩擦係数μとの関係は実線で表される。すなわち、しっとりしている物体は、垂直荷重Ｎによって動摩擦係数μが変化する。式（４）に従えば、垂直荷重Ｎと動摩擦係数μとは反比例の関係にあり、また、垂直荷重が大きくなるほど動摩擦係数μは係数ａ_２に漸近する。

【0027】

以上のことから、本願発明者は、特に低荷重領域における垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係、または垂直荷重Ｎと動摩擦係数μとの関係を指標として測定対象物Ｏの乾湿感を評価することの着想を得た。

【0028】

クーロン・アモントンの法則によれば、摩擦力は垂直荷重に比例する。したがって、摩擦係数は垂直荷重によらず一定である。しかし、弾性体の場合、この法則は破れ、垂直荷重が小さいほど摩擦係数が大きくなる。物体の表面がなめらかであったり、湿り気があったりする場合、人間の皮膚が物体の表面に密着し、粘着力が生じる。実際、界面に水分が存在する場合、水の表面張力によって粘着力が発生していると考えられる。一方、界面に水分が存在しない場合であっても、弾性体が有する粘着性によって水の表面張力と錯覚することが起きる。このことは水分が無くても人間が対象物にしっとり感を感じるという観測事実とよく一致する。よって、この粘着力により人間の皮膚がしっとり感を感じていると考えることができる。また、粘着力により人間の皮膚に作用する力は弾性体との間に生じる摩擦力に近いと考えられる。したがって、垂直荷重と動摩擦力との関係を表す特徴量、または垂直荷重と動摩擦係数との関係を表す特徴量を指標とすれば、人間が指先などで感じる乾湿感を正しく再現して評価できる。

【0029】

（乾湿感評価方法）
評価部２２は以上の原理に基づき乾湿感を評価する。すなわち、評価部２２は、まず、測定データに含まれる複数の異なる垂直荷重Ｎにおける摩擦力Ｆから、垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係を求める。そして、垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係を指標として測定対象物Ｏの乾湿感を評価する。なお、垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係とは、垂直荷重Ｎが変化すると動摩擦力Ｆがどのように変化するかという特徴を意味する。

【0030】

例えば、評価部２２は垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係を示す複数の測定点を予め定められた関数でフィッティングし、得られたパラメータを指標として測定対象物Ｏの乾湿感を評価する。フィッティングには式（Ｉ）で示される一次関数を用いることができる。
Ｆ＝ａＮ＋ｂ （Ｉ）
ここで、Ｆは動摩擦力、Ｎは垂直荷重、ａおよびｂは係数である。

【0031】

乾湿感はフィッティングの結果得られた切片ｂの値を指標として評価できる。切片ｂが大きく正の値である場合にはしっとり感が強く、切片ｂが０（ゼロ）または絶対値が小さい場合にはさらさら感が強いと評価される。

【0032】

傾きａに対する切片ｂの比率であるｂ／ａの値を指標として乾湿感を評価してもよい。比率ｂ／ａの絶対値が大きい場合にはしっとり感が強く、比率ｂ／ａの絶対値が小さい場合にはさらさら感が強いと評価される。

【0033】

フィッティングに用いる関数は一次関数に限られず、二次関数などの多項式でもよい。この場合でも、一次関数の場合と同様に、切片の値を指標として乾湿感を評価できる。

【0034】

評価部２２は垂直荷重Ｎと動摩擦係数μとの関係を指標として測定対象物Ｏの乾湿感を評価してもよい。この場合、評価部２２は、まず、測定データに含まれる複数の異なる垂直荷重Ｎにおける摩擦力Ｆから、各垂直荷重Ｎにおける動摩擦係数μを求める。つぎに、垂直荷重Ｎと動摩擦係数μとの関係を求め、その関係を指標として測定対象物Ｏの乾湿感を評価する。なお、垂直荷重Ｎと動摩擦係数μとの関係とは、垂直荷重Ｎが変化すると動摩擦係数μがどのように変化するかという特徴を意味する。

【0035】

例えば、評価部２２は垂直荷重Ｎと動摩擦係数μとの関係を示す複数の測定点を予め定められた関数でフィッティングし、得られたパラメータを指標として測定対象物Ｏの乾湿感を評価する。フィッティングには式（II）で示される反比例の関係式を用いることができる。なお、式（II）は式（Ｉ）の両辺を垂直荷重Ｎで除したものである。
μ＝ｂ／Ｎ＋ａ （II）
ここで、μは動摩擦係数、Ｎは垂直荷重、ａおよびｂは係数である。

【0036】

乾湿感はフィッティングの結果得られた係数ｂの値を指標として評価できる。係数ｂが大きい場合にはしっとり感が強く、係数ｂが０（ゼロ）または絶対値が小さい場合にはさらさら感が強いと評価される。

【0037】

係数ａに対する係数ｂの比率であるｂ／ａの値を指標として乾湿感を評価してもよい。比率ｂ／ａの絶対値が大きい場合にはしっとり感が強く、比率ｂ／ａの絶対値が小さい場合にはさらさら感が強いと評価される。

【0038】

垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係を示す複数の測定点を式（III）に示される指数関数でフィッティングしてもよい。式（III）はＮを底とする指数関数と定数の和である。
μ＝Ｎ^－ｃ＋ｄ （III）

【0039】

フィッティングの結果得られた指数ｃを指標として測定対象物Ｏの乾湿感を評価する。指数ｃが大きい場合にはしっとり感が強く、指数ｃが小さい場合にはさらさら感が強いと評価される。

【0040】

評価部２２は低荷重領域における動摩擦係数と高荷重領域における動摩擦係数との差分を指標として測定対象物Ｏの乾湿感を評価してもよい。図６に示すように、低荷重領域とは相対的に垂直荷重が小さい領域を意味し、高荷重領域とは相対的に垂直荷重が大きい領域を意味する。低荷重領域および高荷重領域は、測定機器の特性、接触子１０の寸法、および人間がしっとり感を感じる水分含有量の対象物が生む粘着力または摩擦力の大きさに応じて、乾湿感の評価に適した範囲に設定される。

【0041】

具体的には、低荷重領域および高荷重領域のそれぞれにおいて特定の一の垂直荷重を選択し、動摩擦係数の差分を求めればよい。すなわち、低荷重領域に含まれる垂直荷重Ｎ_１および高荷重領域に含まれる垂直荷重Ｎ_２を選択する。そして、垂直荷重Ｎ_１における動摩擦係数μ_１と垂直荷重Ｎ_２における動摩擦係数μ_２との差を差分ｄ（＝μ_１－μ_２）とする。これに代えて、低荷重領域における動摩擦係数の平均値と高荷重領域における動摩擦係数の平均値との差を差分ｄとしてもよい。

【0042】

このようにして求めた差分ｄを指標として測定対象物Ｏの乾湿感を評価する。差分ｄが大きい場合にはしっとり感が強く、差分ｄが小さい場合にはさらさら感が強いと評価される。

【0043】

予め機械学習が行われた学習器を用いて、垂直荷重Ｎと動摩擦力Ｆとの関係を表す特徴量、または垂直荷重Ｎと動摩擦係数μとの関係を表す特徴量を抽出してもよい。学習器のアルゴリズムとしては、ニューラルネットワーク、サポートベクターマシンなどの公知のアルゴリズムを用いることができる。機械学習の方式としては、特に限定されないが、教師あり学習、強化学習、教師なし学習が挙げられる。学習器に測定データあるいは測定データを変換して得た垂直荷重と動摩擦係数の組み合わせを入力して、特徴量を出力させる。その特徴量を指標として測定対象物Ｏの乾湿感を評価してもよい。

【0044】

複数の試料に対して上記の方法で乾湿感評価の指標の値を求めるとともに、人間が感じる乾湿感を官能試験により数値化すれば、乾湿感評価の指標を人間が感じる乾湿感に変換することもできる。

【0045】

（触覚センサ）
乾湿感を評価する基礎となる測定データを得るのに用いられる測定機器の構成は特に限定されないが、例えば、図７に示す触覚センサＳ１を用いることができる。

【0046】

触覚センサＳ１は全体として平板状である。触覚センサＳ１の全体的な寸法は特に限定されないが、例えば１～２０ｍｍ四方である。触覚センサＳ１はその一側面（図７における上側の側面）を測定対象物Ｏからの力を受けるセンシング面としている。

【0047】

触覚センサＳ１は略矩形のフレーム３０を有する。フレーム３０の側面のうちセンシング面の一部を構成する側面を基準面３１と称する。フレーム３０の中央部分には空間部３２が形成されている。フレーム３０の基準面３１を有する部分に開口３３が形成されている。空間部３２は開口３３を介してフレーム３０の外部と連通している。

【0048】

以下、基準面３１を基準としてｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を定義する。ｘ軸およびｚ軸は基準面３１と平行な軸である。ｚ軸はｘ軸に対して垂直である。ｘ軸は触覚センサＳ１の幅方向に沿っており、ｚ軸は触覚センサＳ１の厚さ方向に沿っている。ｙ軸は基準面３１に対して垂直な軸である。ｘ－ｙ平面は平板状の触覚センサＳ１が有する表裏の主面と平行である。ｘ－ｚ平面は基準面３１と平行である。ｘ軸に沿った方向をｘ軸方向、ｙ軸に沿った方向をｙ軸方向、ｚ軸に沿った方向をｚ軸方向と称する。

【0049】

フレーム３０の開口３３には接触子１０が配置されている。接触子１０は棒状の部材であり、その中心軸がｙ軸に沿って配置されている。接触子１０の先端面（先端部の側面）はセンシング面の一部を構成する。接触子１０の先端部の形状は特に限定されないが、半円形または扇形とすればよい。

【0050】

人間の触覚に近い検知を実現するという観点からは、接触子１０の先端部は指紋を構成する隆線の断面と同様の形状、寸法を有することが好ましい。具体的には、接触子１０の先端部を半円形とし、その直径を１００～５００μｍとすることが好ましい。

【0051】

フレーム３０の空間部３２には支持体４０が配置されている。支持体４０は接触子１０をフレーム３０に対して支持する。支持体４０は、一または複数の横梁４１と、一または複数の縦梁４２と、接続部４３とからなる。横梁４１は接触子１０と接続部４３との間に架け渡されている。縦梁４２は接続部４３とフレーム３０との間に架け渡されている。

【0052】

横梁４１は弾性を有しており、板ばねと同様の性質を有する。また、横梁４１はｘ軸に沿って配置されている。したがって、横梁４１は接触子１０のｙ軸方向の変位を許容する。縦梁４２は弾性を有しており、板ばねと同様の性質を有する。また、縦梁４２はｙ軸に沿って配置されている。したがって、縦梁４２は接触子１０のｘ軸方向の変位を許容する。すなわち、接触子１０はフレーム３０（基準面３１）に対してｘ軸方向およびｙ軸方向に変位可能に支持されている。なお、支持体４０は、所望の弾性を得られればよく、梁以外の部材で構成してもよい。

【0053】

触覚センサＳ１のセンシング面に法線力（ｙ軸方向の力）が作用すると、接触子１０がｙ軸方向に変位する。また、触覚センサＳ１のセンシング面に接線力（ｘ軸方向の力）が作用すると、接触子１０がｘ軸方向に変位する。このような接触子１０の変位を検出するために変位検出器５０が設けられている。変位検出器５０により接触子１０のフレーム３０（基準面３１）に対する変位を検出できる。

【0054】

変位検出器５０は支持体４０に設けられている。変位検出器５０は、接触子１０のｙ軸方向の変位を検出する縦変位検出器５１と、接触子１０のｘ軸方向の変位を検出する横変位検出器５２とからなる。縦変位検出器５１として横梁４１の歪を検出するピエゾ抵抗素子を用いることができる。横変位検出器５２として縦梁４２の歪を検出するピエゾ抵抗素子を用いることができる。

【0055】

なお、変位検出器５０はピエゾ抵抗素子に限定されない。接触子１０の変位により接触子１０とフレーム３０との距離が変化する。これを利用して、変位検出器５０を接触子１０とフレーム３０との間の静電容量を検出する構成としてもよい。

【0056】

触覚センサＳ１は半導体基板を半導体マイクロマシニング技術により加工して形成できる。触覚センサＳ１の全体または一部を３次元プリンタによる造形技術により形成してもよい。

【0057】

触覚センサＳ１を用いて測定を行う際には、触覚センサＳ１のセンシング面を測定対象物Ｏに押し当てながら掃引する。図８に示すように、触覚センサＳ１のセンシング面を測定対象物Ｏに押し当てると、基準面３１は測定対象物Ｏの表面の凹凸のピークを結んだ平面に配置される。また、接触子１０の先端は測定対象物Ｏと接触する。接触子１０は触覚センサＳ１の押し当て力の反力により押し込まれ、ｙ軸方向に変位する。

【0058】

触覚センサＳ１のセンシング面を測定対象物Ｏに押し当てたまま、測定対象物Ｏの表面に沿って掃引する。触覚センサＳ１を掃引すると、接触子１０は測定対象物Ｏの表面の凹凸に沿ってｙ軸方向に変位する。また、接触子１０は先端部と測定対象物Ｏとの間に働く摩擦力によりｘ軸方向に変位する。

【0059】

図９に上記操作により触覚センサＳ１から得られる各種信号の例を示す。
（１）のグラフは横軸が時間、縦軸が縦変位検出器５１により検出された接触子１０のｙ軸方向の変位である。横梁４１の弾性率は既知であるため、接触子１０のｙ軸方向の変位から垂直荷重を算出できる。すなわち、接触子１０のｙ軸方向の変位は測定対象物Ｏに作用する垂直荷重を意味する。

【0060】

（２）のグラフは横軸が時間、縦軸が横変位検出器５２により検出された接触子１０のｘ軸方向の変位である。縦梁４２の弾性率は既知であるため、接触子１０のｘ軸方向の変位から接触子１０にかかる摩擦力を算出できる。すなわち、接触子１０のｘ軸方向の変位は接触子１０と測定対象物Ｏとの間に働く摩擦力を意味する。

【0061】

（３）のグラフは横軸が垂直荷重、縦軸が動摩擦力である。このように、測定データを垂直荷重と動摩擦力との関係を示すグラフに変換できる。

【0062】

動摩擦力を垂直荷重で除すれば各測定点における動摩擦係数を求めることができる。（４）のグラフは横軸が垂直荷重、縦軸が動摩擦係数である。このように、測定データを垂直荷重と動摩擦係数との関係を示すグラフに変換することもできる。

【0063】

触覚センサＳ１を測定対象物Ｏの表面に沿って掃引する一回の動作の中で、測定対象物Ｏの表面の凹凸により、垂直荷重が変化する。したがって、一回の測定で複数の異なる垂直荷重における摩擦力を測定できる。そして、複数の異なる垂直荷重における動摩擦力および動摩擦係数を特定できる。

【0064】

測定機器として図１０に示す触覚センサＳ２を用いてもよい。
触覚センサＳ２は略立方体のフレーム３０を有する。フレーム３０の上面が基準面３１である。フレーム３０の中央部分には円柱状の空間部３２が形成されている。空間部３２の下側開口部はダイヤフラム４０で閉塞されている。ダイヤフラム４０の中央には円柱状の接触子１０が立設している。すなわち、フレーム３０の空間部３２の中央に接触子１０が設けられている。また、接触子１０の先端は基準面３１よりも外部に突出している。ダイヤフラム４０は接触子１０をフレーム３０に対して支持する支持体である。

【0065】

フレーム３０と接触子１０との間には接触子１０が揺動可能な隙間が設けられている。ダイヤフラム４０は接触子１０が外力によりｘ軸方向、ｙ軸方向に傾いたり、ｚ軸方向に変位したりすることにより歪む。このようなダイヤフラム４０の変形を検出するために、ダイヤフラム４０には変位検出器が設けられている。

【0066】

触覚センサＳ２を用いて測定を行う際には、触覚センサＳ２のセンシング面を測定対象物Ｏに押し当てながら掃引する。触覚センサＳ２を測定対象物Ｏに押し当てながら掃引すると、接触子１０がｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向に変位する。その変位に基づき垂直荷重および摩擦力を測定できる。

【実施例0067】

つぎに、実施例を説明する。
半導体基板を加工して図７に示す構成の触覚センサを製作した。触覚センサは、全体として約６ｍｍ角である。接触子の先端部は直径５００μｍの半円形である。

【0068】

測定対象物としてクラフト紙および人工皮革（アマレッタ（登録商標））の２種類の試料を用意した。触覚センサを各試料に押し当てながら掃引して測定を行った。測定により垂直荷重の波形および摩擦力の波形が得られた。また、各測定点の摩擦力を垂直荷重で除して摩擦係数を得た。

【0069】

図１１（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）にクラフト紙の測定結果を示す。図１２（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に人工皮革の測定結果を示す。図１１（Ａ）および図１２（Ａ）は垂直荷重および摩擦力の波形である。図１１（Ｂ）および図１２（Ｂ）は垂直荷重と摩擦力との関係を示す散布図である。図１１（Ｃ）および図１２（Ｃ）は垂直荷重と摩擦係数との関係を示す散布図である。

【0070】

図１１（Ｃ）から分かるように、さらさら感のあるクラフト紙は垂直荷重の大小によらず動摩擦係数がほぼ一定である。一方、図１２（Ｃ）から分かるように、しっとり感のある人工皮革は垂直荷重が小さくなるほど動摩擦係数が大きくなる。これより、直感的にも、垂直荷重と摩擦係数との関係は乾湿感を反映したものであることが理解できる。

【0071】

図１１（Ｂ）および図１２（Ｂ）に示した垂直荷重と摩擦力との関係を示す複数の測定点を前記式（Ｉ）で示される一次関数でフィッティングした。フィッティングの結果得られた式（Ｉ）の係数ａ、ｂの値は表１に示すとおりである。

【表1】

【0072】

さらさら感のあるクラフト紙は切片ｂの値が小さく、しっとり感のある人工皮革は切片ｂの値が大きい。また、さらさら感のあるクラフト紙は比率ｂ／ａの値が小さく、しっとり感のある人工皮革は比率ｂ／ａの値が大きい。このように、切片ｂまたは比率ｂ／ａを用いて乾湿感を定量化できることが確認された。

【0073】

つぎに、測定対象物としてコットン布地およびレーヨン布地を用意した。乾燥状態の各布地に触覚センサを押し当てながら掃引して測定を行った。つぎに、湿潤状態の各布地に触覚センサを押し当てながら掃引して測定を行った。測定により垂直荷重の波形および摩擦力の波形が得られた。また、各測定点の摩擦力を垂直荷重で除して動摩擦係数を得た。

【0074】

図１３（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に乾燥状態のコットン布地の測定結果を示す。図１４（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に湿潤状態のコットン布地の測定結果を示す。図１５（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に乾燥状態のレーヨン布地の測定結果を示す。図１６（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に湿潤状態のレーヨン布地の測定結果を示す。

【0075】

図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）、図１５（Ｂ）および図１６（Ｂ）に示した垂直荷重と摩擦力との関係を示す複数の測定点を前記式（Ｉ）で示される一次関数でフィッティングした。フィッティングの結果得られた式（Ｉ）の係数ａ、ｂの値は表２に示すとおりである。

【表2】

【0076】

コットン布地もレーヨン布地も、乾燥状態では切片ｂの値が小さく、湿潤状態では切片ｂの値が大きい。また、乾燥状態では比率ｂ／ａの値が小さく、湿潤状態では比率ｂ／ａの値が大きい。垂直荷重と動摩擦係数と関係を示す散布図に注目すると、乾燥状態（図１３（Ｃ）および図１５（Ｃ））では垂直荷重の大小によらず動摩擦係数がほぼ一定であるのに対して、湿潤状態（図１４（Ｃ）および図１６（Ｃ））では垂直荷重が小さくなるほど摩擦係数が大きくなる。

【0077】

人間の指先で乾燥状態の布地を触るとさらさら感が得られ、湿潤状態の布地を触るとしっとり感が得られる。表２に示す各係数の値、および図１３（Ｃ）、図１４（Ｃ）、図１５（Ｃ）および図１６（Ｃ）に示されたグラフの傾向は、この乾湿感と符合する。これより、水分吸収による布地の乾湿感の変化を捉えられることを確認できた。

【符号の説明】

【0078】

ＡＡ 乾湿感評価装置
２１ 記憶部
２２ 評価部
１０ 接触子
Ｏ 測定対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】