(57)【要約】【課題】触感の違和感を抑制しつつ、小型化が容易な感触感覚デバイスを提供する。【解決手段】感触感覚デバイスにおいて、可動体２０は、第１位置から第２位置まで移動可能に支持される。駆動機構５０は、通電状態に応じて伸縮する伸縮ワイヤ部材５４に通電して、当該伸縮ワイヤ部材５４を収縮させることで可動体２０を第２位置まで移動させる。保持機構は、第２位置にて可動体２０の位置を保持する。可動体２０が第２位置に移動することによって身体に感触感覚を付与する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１位置から第２位置まで移動可能に支持される可動体と、
通電状態に応じて伸縮する伸縮ワイヤ部材に通電して、当該伸縮ワイヤ部材を収縮させることで前記可動体を第２位置まで移動させる駆動機構と、
第２位置にて前記可動体の位置を保持する保持機構と、
を備え、
前記可動体が第２位置に移動することによって身体に感触感覚を付与することを特徴とする感触感覚デバイス。
【請求項２】
前記保持機構は、前記伸縮ワイヤ部材への通電電流を制御する通電機構を含み、
前記通電電流により当該伸縮ワイヤ部材の収縮状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の感触感覚デバイス。
【請求項３】
前記保持機構は、第２位置にて前記可動体の移動を制限する機構を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の感触感覚デバイス。
【請求項４】
別の伸縮ワイヤ部材に通電することで、当該別の伸縮ワイヤ部材の収縮力に基づいて前記可動体の移動制限を解除する解除機構を備えることを特徴とする請求項３に記載の感触感覚デバイス。
【請求項５】
前記可動体を第１位置に向けて付勢する付勢機構を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の感触感覚デバイス。
【請求項６】
収容部を有するベースと、
前記収容部に収容される収容位置から、前記収容部から突出する突出位置まで移動可能に支持される可動体と、
通電状態に応じて伸縮する伸縮ワイヤ部材に通電して、当該伸縮ワイヤ部材を収縮させることで前記可動体を突出位置まで移動させる機構と、
突出位置にて前記可動体の移動を制限する制限機構と、
通電される別の伸縮ワイヤ部材の収縮力によって前記可動体の移動制限を解除する解除機構と、
前記可動体を収容位置に向けて付勢する付勢機構と、
を備え、
前記可動体が前記収容部から突出することによって身体に感触感覚を付与することを特徴とする感触感覚デバイス。
【請求項７】
前記伸縮ワイヤ部材は両端部の間に折り返し部である中間部を有し、
前記両端部間に通電するとき、前記伸縮ワイヤ部材は前記中間部が前記両端部に接近するように変形することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の感触感覚デバイス。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の感触感覚デバイスと、
前記感触感覚デバイスを支持するとともに身体に装着される装着材と、
前記伸縮ワイヤ部材に通電する駆動電流を供給する配線材と、
前記駆動電流を制御する制御部と、
を備え、
身体に感触感覚を付与することを特徴とする感触感覚装置。
【請求項９】
前記感触感覚デバイスを複数含み、
身体の複数の箇所に感触感覚を付与することを特徴とする請求項８に記載の感触感覚装置。
【請求項１０】
一つの指の複数の箇所に感触感覚を付与することを特徴とする請求項９に記載の感触感覚装置。
【請求項１１】
前記装着材は前記感触感覚デバイスの少なくとも一部を収容する凹部を有し、
前記配線材は前記凹部の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の感触感覚装置。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれかに記載の感触感覚装置を備え、コンピュータによって提供される仮想環境中において仮想物体使用者の仮想身体が接触するときの感触感覚を使用者に付与するシステムであって、
使用者の仮想身体が仮想環境中の仮想物体に接触するとき、前記コンピュータは、前記感触感覚装置の前記制御部に信号を送出することによって、前記感触感覚デバイスの前記可動体を移動させて前記使用者の身体に感触感覚を付与することを特徴とする感触感覚システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、身体に感触感覚を付与するための感触感覚デバイス、感触感覚装置および感触感覚システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゲーム装置などコンピュータにより作り出される仮想現実に対応して、操作者に物に触れた感覚である触感を付与するマンマシンインターフェースが知られている。例えば特許文献１には、使用者に対して触感を提供する振動触覚ユニットが記載されている。この振動触覚ユニットは、運動アクチュエータによりシャフトに装着された偏心マスを回転させることで振動を発生させ、その振動を使用者に付与することによって擬似的に触感と感じさせる。つまり、触感の代用として振動を与えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１０２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
まず、発明者は従来の振動触覚ユニットについて以下のような認識を得た。
従来の振動触覚ユニットでは、振動ユニットの振動を短時間だけ付与することで使用者に触った瞬間の感覚を擬似的に持たせていた。この場合、短時間の振動であれば触感との相違が目立ちにくく使用者は触感として受け入れることが可能であった。しかし、物に触れている感触は継続的に感じられることも多く、疑似触感も継続的に感じうることが望ましい。使用者に継続的に疑似触感を持たせるために、振動を継続的に付与すると、現実の触感との相違が目立ち、触感としてのリアリティーが低下してひいては使用者に違和感を与えることがある。また、振動触覚ユニットでは、感覚の強さを可変しにくい点からも触感の違和感を軽減してリアリティーを向上することが難しい。
このことから、発明者は従来の振動触覚ユニットには、触感の違和感を軽減する観点で改善する余地があることを認識した。
【０００５】
また、触感を付与するマンマシンインターフェースを医療用などの高度な技能を疑似体験するシミュレータに適用することが考えられる。この場合に、例えばメスを操作する際の高度で複雑な感触を再現することが求められる。このためには、一つの手や一つの指先の複数の点それぞれに微妙な触感を与えられるように、振動触覚ユニットを多点に設ける多点化が望ましい。しかし、従来の振動触覚ユニットは回転モータを使用するため、小型化に限界があり、多点化が難しい問題がある。このことから、発明者は振動触覚ユニットには小型化を容易にする観点で改善する余地があることを認識した。
【０００６】
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、触感の違和感を抑制しつつ、小型化が容易な感触感覚デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の感触感覚デバイスは、第１位置から第２位置まで移動可能に支持される可動体と、通電状態に応じて伸縮する伸縮ワイヤ部材に通電して、当該伸縮ワイヤ部材を収縮させることで可動体を第２位置まで移動させる駆動機構と、第２位置にて可動体の位置を保持する保持機構と、を備える。可動体が第２位置に移動することによって身体に感触感覚を付与する。
【０００８】
この態様によると、感触感覚デバイスにおいて、可動体が第２位置に移動することによって身体に感触感覚を付与するから、継続的な触感を付与することが可能になる。
【０００９】
本発明の別の態様もまた、感触感覚デバイスである。この感触感覚デバイスは、収容部を有するベースと、収容部に収容される収容位置から、収容部から突出する突出位置まで移動可能に支持される可動体と、通電状態に応じて伸縮する伸縮ワイヤ部材に通電して、当該伸縮ワイヤ部材を収縮させることで可動体を突出位置まで移動させる機構と、突出位置にて可動体の移動を制限する制限機構と、通電される別の伸縮ワイヤ部材の収縮力によって可動体の移動制限を解除する解除機構と、可動体を収容位置に向けて付勢する付勢機構と、を備える。可動体が収容部から突出することによって身体に感触感覚を付与する。
【００１０】
本発明のさらに別の態様は、感触感覚装置である。この感触感覚装置は、前述の感触感覚デバイスと、感触感覚デバイスを支持するとともに身体に装着される装着材と、伸縮ワイヤ部材に通電する駆動電流を供給する配線材と、駆動電流を制御する制御部と、を備え、身体に感触感覚を付与する。
【００１１】
本発明のさらに別の態様は、感触感覚システムである。このシステムは前述の感触感覚装置を備え、コンピュータによって提供される仮想環境中において仮想物体に使用者の仮想身体が接触するときの感触感覚を使用者の身体に付与するシステムであって、仮想身体が仮想環境中の仮想物体に接触するとき、コンピュータは、前記感触感覚装置の前記制御部に信号を送出することによって、感触感覚デバイスの可動体を移動させて使用者の身体に感触感覚を付与する。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、触感の違和感を抑制しつつ、小型化が容易な感触感覚デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】収容状態における実施形態に係る感触感覚デバイスを示す正面図である。
【図２】突出状態における図１の感触感覚デバイスを示す正面図である。
【図３】図１の感触感覚デバイスの分解した状態を示す正面図である。
【図４】図１の感触感覚デバイスの分解した状態を示す平面図である。
【図５】図１の感触感覚デバイスの分解した状態を示す側面図である。
【図６】図１の感触感覚デバイスの制限機構の動作を説明する説明図である。
【図７】図１の感触感覚デバイスの解除機構の動作を説明する説明図である。
【図８】実施形態に係る感触感覚デバイスを用いた感触感覚装置を右手に装着した状態を示す説明図である。
【図９】感触感覚デバイスを用いた指ユニットを示す説明図である。
【図１０】感触感覚デバイスを保持する別の構成を説明する模式図である。
【図１１】制御部の駆動回路のブロック図である。
【図１２】図１１の駆動回路の出力部の周辺の回路図である。
【図１３】感触感覚装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図１４】感触感覚システムを説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を好適ないくつかの実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態、変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
【００１６】
［実施形態］
本発明の実施形態に係る感触感覚デバイス１０について説明する。感触感覚デバイス１０は可動体を移動させることによって身体に感触感覚を付与する機構である。図１は、実施形態の感触感覚デバイス１０の収容状態を示す正面図である。図２は、実施形態の感触感覚デバイス１０の突出状態を示す正面図である。図１、図２では正面の一部を切り欠いて示している。以下、ＸＹＺ直交座標系をもとに説明する。Ｘ軸方向は水平な左右方向に対応し、Ｙ軸方向は水平な前後方向に対応し、Ｚ軸方向は鉛直な上下方向に対応する。Ｙ軸方向およびＺ軸方向はそれぞれＸ軸方向に直交する。Ｘ軸方向は左方向あるいは右方向と、Ｙ軸方向は前方向あるいは後方向と、Ｚ軸方向は上方向あるいは下方向と表記することがある。このような方向の表記は感触感覚デバイス１０の使用姿勢を制限するものではなく、感触感覚デバイス１０は任意の姿勢で使用されうる。
【００１７】
実施形態の感触感覚デバイス１０は、ベース３０と、可動体２０と、駆動機構５０と、保持機構６０と、解除機構７０と、付勢機構７６と、を主に含む。ベース３０は可動体２０を収容可能な凹部である収容部３２を有する。可動体２０は収容部３２から突出することによって身体に感触感覚を付与する部材である。可動体２０は、収容部３２に収容される収容位置Ｐ１から、収容部３２から突出する突出位置Ｐ２まで移動可能に支持される。なお、可動体２０が収容位置Ｐ１にある状態を収容状態と、可動体２０が突出位置Ｐ２にある状態を突出状態という。駆動機構５０は、通電状態に応じて伸縮する伸縮ワイヤ部材５４に通電して、当該伸縮ワイヤ部材５４を収縮させることで可動体２０を突出位置Ｐ２まで移動させる。保持機構６０は、突出位置Ｐ２に移動した状態の可動体２０の下向の移動を制限する。解除機構７０は、通電される別の伸縮ワイヤ部材７４の収縮力によって可動体２０の下向の移動制限を解除する。付勢機構７６は、可動体２０を収容位置Ｐ１に向けて下向に付勢する。
【００１８】
（ベース）
図３は感触感覚デバイス１０の正面視の分解図である。図４は感触感覚デバイス１０の上面視の分解図である。図５は感触感覚デバイス１０の右側面視の分解図である。ベース３０は、基部３１と、枠部３３と、を含む。基部３１は、板状部３１ｂと、突出部３１ｃと、爪部３１ｄと、を有する。板状部３１ｂと、突出部３１ｃと、爪部３１ｄとは一体に樹脂材料からモールド成型によって形成されてもよい。板状部３１ｂは、上下に薄い板状の部材で、上面視で略矩形状に形成される。突出部３１ｃは、板状部３１ｂから上向に突出する短冊状の部位である。突出部３１ｃは前後方向に容易に撓む程度の弾性を備える。このため、突出部３１ｃは左右方向に比べて前後方向に薄く形成される。突出部３１ｃは、板状部３１ｂの前縁に近い位置で板状部３１ｂの左右の中心からやや左方に寄った領域に設けられる。爪部３１ｄは、突出部３１ｃの突出端から後方に延伸する突起状の部位である。爪部３１ｄは、例えば上面視で後方側が半円弧の輪郭を有する。爪部３１ｄの下部には、後方ほど上下方向の厚みが小さくなる案内面部３１ｅが設けられる。案内面部３１ｅは、例えば側面視で四分円弧の輪郭を有する。
【００１９】
（枠部）
枠部３３は、後壁部３３ｂと、左壁部３３ｃと、前壁部３３ｄと、右壁部３３ｅと、を有する。後壁部３３ｂと、左壁部３３ｃと、前壁部３３ｄと、右壁部３３ｅとは一体に樹脂材料からモールド成型によって形成されてもよい。各壁部は基部３１の四つの縁に沿って配置され、内側に可動体２０を収容する第１空間３３ｓと、基部３１の突出部３１ｃと爪部３１ｄとを収容する第２空間３３ｒと、を含む。第１空間３３ｓと第２空間３３ｒは、それぞれ上面視で略矩形状に形成される。第２空間３３ｒは第１空間３３ｓに繋がっている。枠部３３が基部３１上に重ねられることによって、第１空間３３ｓに可動体２０を収容可能な凹部である収容部３２が形成される。つまり、基部３１は収容部３２の底部となる。
【００２０】
後壁部３３ｂと前壁部３３ｄには後述する可動体２０の支持部２０ｂを収容する支持凹部３３ｐが設けられる。支持凹部３３ｐは前後方向に貫通する溝で下方が開放されている。支持凹部３３ｐは、正面視で上向きの半円弧と、当該半円弧の両端から下方に延伸する直線とで形成される逆Ｕ文字状の輪郭を有する。
【００２１】
右壁部３３ｅには、後述する伸縮ワイヤ部材５４の両端部５４ｂが導出されるリード孔３３ｆが２箇所に設けられる。リード孔３３ｆは左右に貫通する孔であり、一方の開口は第１空間３３ｓにつながり、他方の開口は右壁部３３ｅの外部空間に繋がっている。
【００２２】
前壁部３３ｄには、後述する別の伸縮ワイヤ部材７４の両端部７４ｂが導出されるリード孔３３ｇが２箇所に設けられる。リード孔３３ｇは前後に貫通する孔であり、一方の開口は第２空間３３ｒにつながり、他方の開口は前壁部３３ｄの外部空間に繋がっている。
【００２３】
左壁部３３ｃには、後述する可動体２０の下斜面部２０ｄに対応する傾斜台部３３ｈが設けられる。傾斜台部３３ｈの上面は前後に平坦で右側ほど下方に下がる傾斜面を有し、傾斜台部３３ｈの下面は前後および左右に平坦な面を有する。
【００２４】
（可動体）
次に可動体２０について説明する。可動体２０は、本体部２０ａと、支持部２０ｂと、を含む。本体部２０ａは、上面視で左右に長い略矩形状の輪郭を有し、正面視で左下と右上に鈍角な頂点を有する略平行四辺形状の輪郭を有する。つまり、本体部２０ａは、正面視の輪郭が略平行四辺形の前後に延びる略四角柱状の部位である。支持部２０ｂは本体部２０ａの前後両面の右方端近傍からそれぞれ前後に突出する。支持部２０ｂは一対の円筒状の部分である。特に、支持部２０ｂは正面視で略円形の輪郭を有する。支持部２０ｂは本体部２０ａが回動するための回転軸である。本体部２０ａと支持部２０ｂとは一体に樹脂材料からモールド成型によって形成されてもよい。
【００２５】
（本体部）
本体部２０ａは、上面部２０ｃと、下斜面部２０ｄと、下面部２０ｅと、上斜面部２０ｆと、前面部２０ｇと、後面部２０ｈと、ワイヤ掛け部２０ｊと、爪逃げ部２０ｋと、爪係合部２０ｉと、有する。上面部２０ｃと下面部２０ｅは、それぞれＺ軸に垂直な面である本体部２０ａの上面と下面に設けられる。上斜面部２０ｆと下斜面部２０ｄは、それぞれＹ軸に平行でＸ軸およびＺ軸に対して傾斜した本体部２０ａの斜面に設けられる。下斜面部２０ｄは上面部２０ｃの左端から右下向きに延在して下面部２０ｅの左端に繋がる。下斜面部２０ｄは下面部２０ｅの右端から左上向きに延在して上面部２０ｃの右端に繋がる。上面部２０ｃと下斜面部２０ｄとは鋭角なエッジを形成する。下面部２０ｅと上斜面部２０ｆとは前後に延びる円筒面状の曲面によって接続される。前面部２０ｇと後面部２０ｈは、それぞれＹ軸に垂直な面である本体部２０ａの前面と後面に設けられる。
【００２６】
（ワイヤ掛け部）
ワイヤ掛け部２０ｊは後述する伸縮ワイヤ部材５４を掛ける部分である。特に、ワイヤ掛け部２０ｊは伸縮ワイヤ部材５４が収縮するときその収縮力を受ける部分である。ワイヤ掛け部２０ｊは伸縮ワイヤ部材５４が容易に外れないように、開口部２０ｍと、溝部２０ｎと、ガイド溝部２０ｐと、を含む凹部を有する。開口部２０ｍは、上面部２０ｃの中程から下向きに形成される開口で、上面視で前後に長い矩形状の輪郭を有する。溝部２０ｎは開口部２０ｍの右壁部２０ｑに設けられる前後に伸びる溝を含む。特に、溝部２０ｎは開口部２０ｍの右壁部２０ｑの下部において右向きに窪む部分である。ガイド溝部２０ｐは前面部２０ｇに設けられる左右に伸びる溝を含む。ガイド溝部２０ｐの左端は溝部２０ｎの前端に接続され、ガイド溝部２０ｐの右端は上斜面部２０ｆに開口する。溝部２０ｎとガイド溝部２０ｐには伸縮ワイヤ部材５４が係合する。特に、ワイヤ掛け部２０ｊは、溝部２０ｎとガイド溝部２０ｐを含むことで、伸縮ワイヤ部材５４が接触する位置を一定の範囲に規制することができる。
【００２７】
（爪逃げ部）
爪逃げ部２０ｋはベース３０の爪部３１ｄを逃げる部分である。特に、爪逃げ部２０ｋは前面部２０ｇに形成される上下に伸びる凹部２０ｓを含む。凹部２０ｓの上端は開口部２０ｍに繋がれる。可動体２０が移動するとき、爪部３１ｄの先端は凹部２０ｓを通って上下に移動する。
【００２８】
（爪係合部）
爪係合部２０ｉは可動体２０が突出位置に移動したときに爪部３１ｄと係合する部分である。爪係合部２０ｉは爪逃げ部２０ｋの凹部２０ｓの下端を塞ぐように設けられる。爪部３１ｄと爪係合部２０ｉの動作については後述する。
【００２９】
可動体２０の支持部２０ｂがベース３０の支持凹部３３ｐに隙間を介して軸支される。可動体２０の本体部２０ａは支持部２０ｂを支軸として移動可能に支持される。特に、本体部２０ａは支持部２０ｂを中心として回動可能に設けられる。図１は可動体２０がベース３０の収容部３２に収容されて第１位置である収容位置にある状態を示す。図２は、本体部２０ａが、時計回りに回動することで収容部３２から突出し、第２位置である突出位置に移動した状態を示す。可動体２０の本体部２０ａが突出位置に移動するとき、本体部２０ａは身体（例えば手指）に直接的または間接的に圧力を加えることによって感触感覚を付与する。
【００３０】
（駆動機構）
駆動機構５０は、可動体２０を第１位置である収容位置から第２位置である突出位置に向かって移動させる機構である。この機構としては多様なアクチュエータを採用してもよいが、実施形態の駆動機構５０は伸縮ワイヤ部材５４を含む。つまり、伸縮ワイヤ部材５４の収縮力を可動体２０のワイヤ掛け部２０ｊに付与することによって、可動体２０を突出位置に向かって駆動する。
【００３１】
（伸縮ワイヤ部材）
伸縮ワイヤ部材５４は、例えば繊維状の形状記憶合金から形成される。伸縮ワイヤ部材５４は、無通電である場合には柔らかく容易に撓むことが可能であり、所定の大きさの電流が流れ加温されると緊張して収縮力を発生する。図４に示すように、伸縮ワイヤ部材５４は両端に設けられる両端部５４ｂと中程に設けられる中間部５４ｃとを含む。中間部５４ｃは両端部５４ｂの間に設けられる折り返し部である。伸縮ワイヤ部材５４は中間部５４ｃの近傍で折り返すようにＵ文字状に曲げられる。伸縮ワイヤ部材５４は、中間部５４ｃが可動体２０のワイヤ掛け部２０ｊに掛かるように配置される。より具体的には、伸縮ワイヤ部材５４の中間部５４ｃはワイヤ掛け部２０ｊの溝部２０ｎに掛けられる。中間部５４ｃから両端部５４ｂに向かうリード部分はガイド溝部２０ｐに収容される。両端部５４ｂはベース３０のリード孔３３ｆを通じて右壁部３３ｅの外部に導出され、ベース３０に固定される。両端部５４ｂには通電端子５４ｄが設けられる。通電端子５４ｄには図示しない配線部材の配線が接続される。
【００３２】
伸縮ワイヤ部材５４は、非通電状態では、実施的に可動体２０に張力を加えない程度に撓んでいる（図１も参照）。伸縮ワイヤ部材５４は、通電端子５４ｄを通じて通電されると収縮して全長が短くなり、中間部５４ｃが両端部５４ｂに接近するように変形する。この状態では、中間部５４ｃが支持部２０ｂの溝部２０ｎを両端部５４ｂに引き寄せる。この結果、ワイヤ掛け部２０ｊの溝部２０ｎにはＸ軸方向右向きの力が入力され、本体部２０ａは支持部２０ｂを支軸として時計回りに回動する。つまり、本体部２０ａは回転することで収容位置から突出位置に向かって移動する。本体部２０ａが回動するとやがて上斜面部２０ｆが右壁部３３ｅの内壁３３ｑに当接する（図２も参照）。つまり、右壁部３３ｅの内壁３３ｑは本体部２０ａの過度な回動を規制するストッパとしても機能する。
【００３３】
（保持機構）
触感の違和感を軽減するために物に触れている感触を継続的に付与できることが望ましい。そこで、実施形態の感触感覚デバイス１０は、突出位置にて可動体２０の位置を保持する保持機構６０を具備する。つまり、保持機構６０は突出位置に移動した可動体２０が収容位置に戻らないようにその動作を制御する。可動体２０が突出位置に継続的に位置することで、感触を継続的に付与することができる。保持機構６０は、伸縮ワイヤ部材５４の収縮状態を維持する程度に伸縮ワイヤ部材５４への通電電流を制御する通電機構８０を含んでもよい。保持機構６０は突出位置にて可動体２０の移動を制限する制限機構６２を含んでもよい。制限機構６２は、例えば突出位置にて可動体２０を固定する機構であってもよい。保持機構６０は、通電機構８０と制限機構６２の一方を備えてもよく、双方を備えてもよい。保持機構６０に制限機構６２を含む場合は、可動体２０の位置を保持する際の伸縮ワイヤ部材５４への通電電流を少なくできる。保持機構６０に通電機構８０を含む場合は、後述する解除機構を省略することが可能になる。保持機構６０はこれらの構成を必要に応じて適宜組み合わせて構成されてもよい。
【００３４】
（通電機構）
通電機構８０は、可動体２０が突出位置に移動したとき、伸縮ワイヤ部材５４の収縮状態を維持する程度に伸縮ワイヤ部材５４への通電電流を制御する。通電機構８０は、通電電流を駆動時と同程度の大きさに維持してもよく、通電電流を大きくあるいは小さくしてもよい。通電機構８０は、例えば後述する駆動回路１３４によって実現することができる。通電機構８０は、可動体２０の保持状態を解除するために、伸縮ワイヤ部材５４が非収縮状態に移行する程度に伸縮ワイヤ部材５４への通電電流を小さくあるいは遮断することができる。伸縮ワイヤ部材５４が非収縮状態に移行することで、可動体２０は収容位置に移動可能になる。
【００３５】
（制限機構）
次に、図６（ａ）〜（ｃ）は制限機構６２の動作を説明する説明図である。実施形態の感触感覚デバイス１０において、制限機構６２は、突出部３１ｃと、爪部３１ｄと、爪逃げ部２０ｋと、爪係合部２０ｉと、を含んで構成される。図６（ａ）〜（ｃ）は側面視において、突出部３１ｃと、爪部３１ｄと、爪逃げ部２０ｋと、爪係合部２０ｉの関係の変化を示す。図６（ａ）に示すように、可動体２０が収容位置に位置するとき、爪部３１ｄは爪逃げ部２０ｋの凹部２０ｓの上部に位置する。このとき突出部３１ｃは荷重を受けずに直立しており、爪部３１ｄは凹部２０ｓに収容される。可動体２０が突出位置に向かって移動するとき、爪部３１ｄは凹部２０ｓの上部から下部に向かって移動し、やがて爪逃げ部２０ｋの爪係合部２０ｉに接する。このとき、図６（ｂ）に示すように、爪部３１ｄの案内面部３１ｅの作用により突出部３１ｃは前方向（Ｙ軸方向）に撓むことで、爪部３１ｄは爪係合部２０ｉをスムーズに乗り越える。爪係合部２０ｉを越えた爪部３１ｄは、図６（ｃ）に示すように、突出部３１ｃの復元力によって可動体２０の左下側の空間に移動する。このことによって、可動体２０が収容位置に向かって移動しようとすると爪部３１ｄが爪係合部２０ｉの左下側に当接して、その移動を制限する。つまり、爪部３１ｄは突出位置にて爪係合部２０ｉと係合して、可動体２０の移動を制限する。これらが係合することによって、制限機構６２は可動体２０を突出位置にて保持する。
【００３６】
（解除機構）
次に、図７を参照して解除機構７０の一例を説明する。図７は解除機構７０の動作を説明する説明図である。可動体２０の突出状態は任意に解除できることが望ましい。そこで、実施形態の感触感覚デバイス１０は、可動体２０の移動制限を解除する解除機構７０を具備する。特に、解除機構７０は、制限機構６２の爪部３１ｄをアクチュエータによって前方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、爪部３１ｄと爪係合部２０ｉの係合状態を解除する。このアクチュエータの構成には特別の制限はなく、種々の動作原理に基づく構成であってもよい。解除機構７０は、爪部３１ｄを移動させるために、通電することによって収縮力を発生する別の伸縮ワイヤ部材７４を備える。
【００３７】
（別の伸縮ワイヤ部材）
別の伸縮ワイヤ部材７４は、伸縮ワイヤ部材５４と同様に繊維状の形状記憶合金から形成され、同様の伸縮特性を有する。伸縮ワイヤ部材７４は両端部に設けられる両端部７４ｂと中程に設けられる中間部７４ｃとを含む。伸縮ワイヤ部材７４は中間部７４ｃの近傍で折り返すようにＵ文字状に曲げられる（図４も参照）。伸縮ワイヤ部材７４は、中間部７４ｃが突出部３１ｃの爪部３１ｄの近傍（例えば直下）に掛かるように配置される。前壁部３３ｄには、後述する別の伸縮ワイヤ部材７４の両端部７４ｂが導出されるリード孔３３ｇが２箇所に設けられる（図４も参照）。リード孔３３ｇは前後に貫通する孔であり、一方の開口は第２空間３３ｒにつながり、他方の開口は前壁部３３ｄの外部空間に繋がっている。両端部７４ｂはベース３０の前壁部３３ｄのリード孔３３ｇを通じて前壁部３３ｄの外部に導出され、ベース３０に固定される。両端部７４ｂには通電端子７４ｄが設けられる。通電端子７４ｄには図示しない配線部材の配線が接続される。
【００３８】
伸縮ワイヤ部材７４は、非通電状態では、実施的に突出部３１ｃや爪部３１ｄに張力を加えない程度に撓んでいる。伸縮ワイヤ部材７４は、通電端子７４ｄを通じて通電されると収縮して全長が短くなり、中間部７４ｃが両端部７４ｂに接近するように変形する。この状態では、中間部７４ｃが突出部３１ｃを両端部７４ｂ向き（前向き）に引き寄せる。この結果、突出部３１ｃにはＹ軸方前向きの力が入力され、突出部３１ｃに固定された爪部３１ｄは、前向きに移動して、爪係合部２０ｉとの係合が外れて係合状態が解除される。解除機構７０の動作によって可動体２０の移動制限が解除されると、可動体２０は後述する付勢機構７６に付勢されて収容位置に向かって移動する。
【００３９】
（付勢機構）
移動制限が解除された可動体２０は収容位置に向けて速やかに移動することが望ましい。そこで、実施形態の感触感覚デバイス１０は、可動体２０を収容位置に向けて付勢する付勢機構７６を具備する。この付勢力が入力されることによって、可動体２０は収容位置に向けて加速され、収容位置に向けて速やかに移動可能になる。この付勢機構としては種々の構成が考えられる。実施形態の付勢機構７６は、図３に示すように、線状の材料から形成され、環状に巻かれた環状部７６ｂと環状部７６ｂから伸びる腕部７６ｃ、腕部７６ｄとを有するスプリングである。付勢機構７６は、環状部７６ｂが前方の支持部２０ｂに嵌合し、一方の腕部７６ｃが右壁部３３ｅに係止され、他方の腕部７６ｄが可動体２０に設けた溝（不図示）に係止される。付勢機構７６は、腕部７６ｄが突出位置に位置する可動体２０を下向きに付勢するように形成される。
【００４０】
次に、このように構成された実施形態の感触感覚デバイス１０の作用効果について説明する。
【００４１】
実施形態の感触感覚デバイス１０では、第１位置から第２位置まで移動可能に支持される可動体２０と、通電状態に応じて伸縮する伸縮ワイヤ部材５４に通電して、当該伸縮ワイヤ部材５４を収縮させることで可動体２０を第２位置まで移動させる駆動機構５０と、第２位置にて可動体２０の位置を保持する保持機構６０と、を備えており、可動体２０が第２位置に移動することによって身体に感触感覚を付与する。この構成によれば、伸縮ワイヤ部材５４に通電することで可動体２０を第２位置まで移動させて身体に感触感覚を付与するから、モータを用いて感触感覚を付与する場合に比べて、容易に小型化できる。小型化できるから多点化が容易になる。駆動源に伸縮ワイヤ部材を用いることで、構成が簡便になり低コスト化に有利であり、消費電力を抑えることが可能になる。可動体２０の移動によって触覚を再現するから、「触る」、「掴む」などについて適切な触覚再現が可能になる。
【００４２】
実施形態の感触感覚デバイス１０では、保持機構６０は、伸縮ワイヤ部材５４への通電電流を制御する通電機構８０を含み、通電電流により当該伸縮ワイヤ部材５４の収縮状態を維持する。この構成によれば、通電機構８０を設けることで簡便な構成により物に触れている感触を継続的に付与できる。
【００４３】
実施形態の感触感覚デバイス１０では、保持機構６０は、第２位置にて可動体２０の移動を制限する機構を含む。この構成によれば、可動体２０の移動を制限する機構を設けることで物に触れている感触を継続的に付与できる。可動体２０の位置を保持する際の伸縮ワイヤ部材５４への通電電流を殆どなくすことができる。
【００４４】
実施形態の感触感覚デバイス１０では、別の伸縮ワイヤ部材７４に通電することで、当該別の伸縮ワイヤ部材７４の収縮力に基づいて可動体２０の移動制限を解除する解除機構７０を備える。この構成によれば、可動体２０の移動制限を解除して可動体２０を第１位置である収容位置に向けて移動させることが可能になる。
【００４５】
実施形態の感触感覚デバイス１０では、可動体２０を第１位置に向けて付勢する付勢機構７６を備える。この構成によれば、可動体２０を第１位置である収容位置に向けて速やかに移動させることができる。
【００４６】
実施形態の感触感覚デバイス１０では、伸縮ワイヤ部材５４は両端部５４ｂの間に折り返し部である中間部５４ｃを有し、両端部５４ｂの間に通電するとき、伸縮ワイヤ部材５４は中間部５４ｃが両端部５４ｂに接近するように変形する。この構成によれば、中間部５４ｃが両端部５４ｂに接近するように変形するから、牽引する力が強くなる。中間部５４ｃはワイヤ掛け部２０ｊに掛ける簡便な構成で可動体２０を牽引することができる。
【００４７】
次に、このように構成された実施形態の感触感覚デバイス１０の変形例について説明する。
【００４８】
（変形例１）
実施形態の感触感覚デバイス１０では、駆動機構が伸縮ワイヤ部材によって駆動される例について説明したがこれに限定されない。駆動機構は圧電素子などの振動を利用する手段、高分子ポリマー系の人工筋肉を利用する手段、電磁気的な駆動力を利用する手段あるいは圧縮空気を利用する手段であってもよい。
【００４９】
（変形例２）
実施形態の感触感覚デバイス１０では、付勢機構が環状に巻かれたスプリングである例について説明したがこれに限定されない。付勢機構はゴムなどの弾性体を含んで構成されてもよい。
【００５０】
（変形例３）
実施形態の感触感覚デバイス１０では、可動体２０が回動動作する例について説明したがこれに限定されない。可動体２０は直線運動やらせん運動するように構成されてもよい。
【００５１】
次に、感触感覚デバイス１０の用途を説明する。図８は実施形態に係る感触感覚デバイス１０を用いた感触感覚装置１００を右の手１３５に装着した状態を示す説明図である。感触感覚装置１００は、身体の一部（例えば手）に装着され、１または複数の感触感覚デバイス１０を介してその身体の一部（例えば手の指）に感触感覚を付与する装置である。感触感覚装置１００は、５つの指ユニット１０２と、制御部１３０と、保持部材１３３と、を主に含む。保持部材１３３は制御部１３０を手１３５の甲に保持する部材である。保持部材１３３は例えばグローブのように手１３５を包む筒状の部分を有し、必要に応じて指を通す孔などが設けられる。制御部１３０は、５つの指ユニット１０２の各感触感覚デバイス１０の動作を制御する制御手段である。特に、制御部１３０は各感触感覚デバイス１０のアクチュエータである伸縮ワイヤ部材５４および伸縮ワイヤ部材７４の駆動電流を制御する。制御部１３０は、配線基板１３２と、駆動回路１３４と、５つのコネクタ１３６と、を主に含む。指ユニット１０２は手の五指それぞれに装着されて感触感覚デバイス１０の動作により感触感覚を指に付与する。感触感覚デバイス１０は指ユニット１０２に含まれる。
【００５２】
図９は、感触感覚デバイス１０を用いた指ユニット１０２を示す説明図である。図９の（ａ）は正面視の指ユニット１０２を示す。図９の（ｂ）は側面視の指ユニット１０２を示す。図９の（ｃ）は上面視の指ユニット１０２を示す。指ユニット１０２は、複数個（例えば８個）の感触感覚デバイス１０と、装着材１１０と、配線材１２０と、を主に含む。指ユニット１０２に使用する感触感覚デバイス１０は、例えば長辺が３．０ｍｍ、短辺が１．５ｍｍの矩形状で厚さが１．５ｍｍの直方体形状を有する。
【００５３】
装着材１１０は、感触感覚デバイス１０を指先に保持するために指先に装着される部材である。装着材１１０は、例えば第１関節と指先の間の末節に装着される。装着材１１０は感触感覚デバイス１０を支持する。装着材１１０は、例えば樹脂材料からモールド成型によって形成される。装着材１１０は、指に被せた状態で容易に落下しない程度に指を覆う形状を有する。一例として、装着材１１０は指の腹から指の背の周縁にかけて覆う袋状に形成される。装着時の圧迫感を緩和するために、装着材１１０は指の背の中央領域は覆わない開いた形状に形成されてもよい。装着材１１０には、感触感覚デバイス１０を載置する載置部１１０ｂが設けられる。載置部１１０ｂには感触感覚デバイス１０の少なくとも一部を収容可能な凹部１１０ｃが設けられる。感触感覚デバイス１０は凹部１１０ｃに収容された状態で固定される。８個の感触感覚デバイス１０は、例えばそれぞれ間隔を設けて略左右対称に配置される。
【００５４】
配線材１２０は、制御部１３０からの駆動電流を感触感覚デバイス１０に供給するための部材である。配線材１２０は、一例として、フレキシブルプリント配線板であってもよい。配線材１２０は、一方の端部１２０ｂが装着材１１０に固定され、他方の端部に電極部１２０ｄが設けられる。電極部１２０ｄは制御部１３０の配線基板１３２に設けたコネクタ１３６に挿入され電気的に接続される。端部１２０ｂからは、それぞれの指ユニット１０２の伸縮ワイヤ部材５４の通電端子５４ｄおよび伸縮ワイヤ部材７４の通電端子７４ｄに接続するための通電ワイヤ１２６が延伸する（図４も参照）。つまり、制御部１３０からの駆動電流が配線材１２０と通電ワイヤ１２６とを介して伸縮ワイヤ部材５４および伸縮ワイヤ部材７４に供給される。配線材１２０は、感触感覚デバイス１０それぞれに対応してこれと同数設けられてもよいが、指ユニット１０２では一つの配線材１２０によって８個の感触感覚デバイス１０に給電する。
【００５５】
次に、感触感覚デバイス１０を保持する別の構成について説明する。前述の通電ワイヤを用いる構成では、伸縮ワイヤ部材の通電端子に通電ワイヤを接続する作業に多くの製造工数が掛かることがある。そこで、感触感覚デバイス１０は配線材１２０の配線パターンに直接はんだ付けされてもよい。図１０は感触感覚デバイス１０を保持する別の構成を説明する模式図である。図１０は配線材１２０と感触感覚デバイス１０と装着材１１０の断面を示す。この場合、例えば、感触感覚デバイス１０を略直方体形状に形成して、その側面に伸縮ワイヤ部材５４の通電端子５４ｄおよび伸縮ワイヤ部材７４の通電端子７４ｄを露出させる。通電端子５４ｄおよび通電端子７４ｄは例えばはんだ１２０ｆによって配線材１２０の配線パターンにリフローはんだ付けされてもよい。図１０に示すように、感触感覚デバイス１０は、配線材１２０と装着材１１０の間に介在し、配線材１２０に固定されて少なくともその一部が装着材１１０の凹部１１０ｃに収容される。したがって、この構成では配線材１２０は凹部１１０ｃの少なくとも一部を覆う。
【００５６】
（駆動回路）
次に制御部１３０の駆動回路１３４について説明する。図１１は制御部１３０の駆動回路１３４のブロック図である。図１２は駆動回路１３４の出力部の周辺の回路図である。駆動回路１３４は、コネクタ１３６を介して４０個の感触感覚デバイス１０の伸縮ワイヤ部材５４と伸縮ワイヤ部材７４の合計８０個の伸縮ワイヤからなるアクチュエータそれぞれの駆動電流を制御する。駆動回路１３４は、マイクロコントローラ１３８と、変換部１４０と、出力部１４２と、を主に含む。これらの各ブロックおよびそのサブブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。
【００５７】
マイクロコントローラ１３８は、外部通信部１４３と、ＣＰＵ１４４と、変調部１４５と、ＩＯポート１４６と、を主に含む。マイクロコントローラ１３８は、外部通信部１４３で受信したコンピュータ１３７からの外部信号１３７ａに基づき、シリアル信号化した制御信号（ＤＡＴＡ、ＣＬＫ、Ｅ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）をＩＯポート１４６から変換部１４０に送出する。この制御信号は各伸縮ワイヤの駆動電流を制御する。ＣＰＵ１４４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。ＣＰＵ１４４は、外部信号１３７ａに基づき感触感覚デバイスの伸縮ワイヤ部材５４と伸縮ワイヤ部材７４を制御するように、外部通信部１４３と、ＣＰＵ１４４と、変調部１４５と、ＩＯポート１４６と、を所定のプログラムにしたがって制御する。外部通信部１４３は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェースによってコンピュータ１３７と通信してもよい。
【００５８】
変調部１４５は、駆動電流を制御するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である信号Ｅ２３を生成して後述する第２変換部１４０ｂと第３変換部１４０ｃに出力する。例えば、信号Ｅ２３がＨレベルであるときには駆動電流を流し、Ｌレベルであるときにはこの駆動電流を遮断するように構成してもよい。ＩＯポート１４６は、シリアル信号ＤＡＴＡ、信号Ｅ１、クロック信号ＣＬＫおよびラッチ信号Ｌ１〜Ｌ３を生成して出力する。信号Ｅ１は、後述する第１変換部１４０ａおよび第１出力部１４２ａの動作を制御するための信号である。例えば、信号Ｅ１がＨレベルであるときには第１変換部１４０ａおよび第１出力部１４２ａは駆動電流を流し、Ｌレベルであるときにはこの駆動電流を遮断するように構成してもよい。シリアル信号ＤＡＴＡは、いずれの伸縮ワイヤに駆動電流を流すかの情報を含むシリアル信号である。クロック信号ＣＬＫは、シリアル信号ＤＡＴＡをパラレル信号に変換するための同期信号である。ラッチ信号Ｌ１〜Ｌ３は、後述する三つの変換部１４０にデータを取り込み保持するタイミングを付与するラッチ信号である。このように、シリアル信号ＤＡＴＡをバス形式で変換部に送出するから、ＩＯポートの数の少ないマイクロコントローラによっても駆動回路を実現可能になる。
【００５９】
変換部１４０は、第１変換部１４０ａと、第２変換部１４０ｂと、第３変換部１４０ｃと、を含む。第１変換部１４０ａと、第２変換部１４０ｂと、第３変換部１４０ｃとは、マイクロコントローラ１３８のＩＯポート１４６からのシリアル信号ＤＡＴＡをパラレル信号である出力信号Ｃ１〜Ｃ３に変換して出力部１４２に出力する。具体的には、それぞれの変換部は、ＩＯポート１４６からのシリアル信号ＤＡＴＡをクロック信号ＣＬＫで同期をとりながらパラレル化して、ラッチ信号Ｌ１〜Ｌ３によって取り込んで保持する。保持されたパラレル信号は、信号Ｅ１、信号Ｅ２３がＨレベルであるときに出力信号Ｃ１〜Ｃ３として出力部１４２に出力される。
【００６０】
出力部１４２は、第１出力部１４２ａと、第２出力部１４２ｂと、第３出力部１４２ｃと、を含む。第１出力部１４２ａと、第２出力部１４２ｂと、第３出力部１４２ｃとは、変換部１４０からの出力信号Ｃ１〜Ｃ３に基づきスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の導通（オン）と非道通（オフ）とを制御して、コネクタ１３６に伸縮ワイヤ部材５４と伸縮ワイヤ部材７４を駆動する駆動出力Ｄ１〜Ｄ３を出力する。
【００６１】
第１出力部１４２ａは、Ｖｃｃ（電源）からの電流を流し出すソース側のスイッチング素子Ｑ１を８個含む。スイッチング素子Ｑ１に用いる素子に特別の制限はないが、実施形態では、一例としてＭＯＳＦＥＴを採用している。つまり、第１出力部１４２ａは８ＣＨのＦＥＴアレイを含む。スイッチング素子Ｑ１の個数は、指ユニット１０２に含まれる感触感覚デバイス１０の個数に対応しており、感触感覚デバイス１０の個数と同数であってもよい。つまり、８個のスイッチング素子Ｑ１によって８０個の伸縮ワイヤ部材のソース側の駆動出力Ｄ１を制御する。第１出力部１４２ａは、第１変換部１４０ａからの出力信号Ｃ１に基づき、８個のスイッチング素子Ｑ１の導通状態を制御し、駆動機構５０の伸縮ワイヤ部材５４および解除機構７０の伸縮ワイヤ部材７４を駆動する。
【００６２】
第２出力部１４２ｂは電流をＧＮＤに向けて吸込むシンク側のスイッチング素子Ｑ２を５個含む。第３出力部１４２ｃは電流をＧＮＤに向けて吸込むシンク側のスイッチング素子Ｑ３を５個含む。スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３に用いる素子に特別の制限はないが、実施形態では、一例としてＭＯＳＦＥＴを採用している。つまり、第２出力部１４２ｂ、第３出力部１４２ｃはそれぞれ５ＣＨのＦＥＴアレイである。スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３それぞれの個数は指ユニット１０２の個数に対応しており、指ユニット１０２の個数と同数であってもよい。つまり、５個のスイッチング素子Ｑ２および５個のスイッチング素子Ｑ３によって８０個の伸縮ワイヤ部材５４のシンク側の駆動電流を制御する。第２出力部１４２ｂは、第２変換部１４０ｂからの出力信号Ｃ２に基づき、スイッチング素子Ｑ２の導通状態を制御し、駆動機構５０の伸縮ワイヤ部材５４を駆動する。第３出力部１４２ｃは、第３変換部１４０ｃからの出力信号Ｃ３に基づき、スイッチング素子Ｑ３の導通状態を制御し、解除機構７０の伸縮ワイヤ部材７４を駆動する。
【００６３】
第１出力部１４２ａは、指の第１点〜第８点の８つの点を選択し、第２出力部１４２ｂおよび第３出力部１４２ｃは第１指〜第５指の５の指を選択する。特に、第１出力部１４２ａの８個の出力を行として、第２出力部１４２ｂおよび第３出力部１４２ｃの１０個の出力を列として、これらは８行１０列のマトリックス出力を構成する。８０個の伸縮ワイヤ部材それぞれは各行のいずれかのソース出力と各列のいずれかのシンク出力との間に接続される。つまり、Ｎ（Ｎは２以上の整数）行のスイッチング素子のいずれかのソース側出力端と、Ｍ（Ｍは２以上の整数）列のスイッチング素子のいずれかのシンク側出力端と、の間にＮ行Ｍ列のＮ×Ｍ個の伸縮ワイヤ部材が接続される。
【００６４】
例えば、第１指（親指）の指ユニット１０２には、第１列の８個の伸縮ワイヤ部材５４と、第６列の８個の伸縮ワイヤ部材７４と、が割り当てられる。第２指（人差し指）の指ユニット１０２には、第２列の８個の伸縮ワイヤ部材５４と、第７列の８個の伸縮ワイヤ部材７４と、が割り当てられる。第３指（中指）の指ユニット１０２には、第３列の８個の伸縮ワイヤ部材５４と、第８列の８個の伸縮ワイヤ部材７４と、が割り当てられる。第４指（薬指）の指ユニット１０２には、第４列の８個の伸縮ワイヤ部材５４と、第９列の８個の伸縮ワイヤ部材７４と、が割り当てられる。第５指（小指）の指ユニット１０２には、第５列の８個の伸縮ワイヤ部材５４と、第１０列の８個の伸縮ワイヤ部材７４と、が割り当てられる。
【００６５】
例えば、第１指（親指）の指ユニット１０２には、駆動機構５０を構成する第１列の８個の伸縮ワイヤ部材５４と、解除機構７０を構成する第６列の８個の伸縮ワイヤ部材７４が設けられる。図１２に示すように、駆動機構５０の伸縮ワイヤ部材５４の一方端と解除機構７０の伸縮ワイヤ部材７４の一方端とは一緒にされてソース側のスイッチング素子Ｑ１に接続される。伸縮ワイヤ部材５４の他方端と伸縮ワイヤ部材７４の他方端は、それぞれ別にシンク側のスイッチング素子Ｑ２とＱ３とに接続される。第１行のスイッチング素子Ｑ１が導通状態にあるとき、第１列のスイッチング素子Ｑ２を導通状態にすることで、その間に接続された伸縮ワイヤ部材５４が通電されて駆動機構５０が動作する。また、第１行のスイッチング素子Ｑ１が導通状態にあるとき、第６列のスイッチング素子Ｑ２を導通状態にすることでその間に接続された伸縮ワイヤ部材７４が通電されて解除機構７０が動作する。
【００６６】
この構成により、８個のスイッチング素子Ｑ１と５個のスイッチング素子Ｑ２および５個のスイッチング素子Ｑ３とによって８０個の伸縮ワイヤ部材のいずれかを独立して駆動制御することができる。８０個の伸縮ワイヤ部材をそれぞれ個別のスイッチング素子で駆動する場合に比べて、スイッチング素子の数を大幅に減らすことができる。また、駆動回路と伸縮ワイヤ部材を接続する配線数も大幅に減らすことができる。また、マイクロコントローラのＩＯポート数も減らすことができる。このようにスイッチング素子の数や配線数を減らすことで装置の小型化と低コスト化に有利になる。
【００６７】
次に、このように構成された感触感覚装置１００の動作の一例について説明する。図１３は、感触感覚装置１００の動作の一例を説明するフローチャートである。ここでは、一例として、第１指の指ユニット１０２の第１行の伸縮ワイヤ部材５４に通電して駆動機構５０を動作させる場合について説明する。以下の説明は、他の伸縮ワイヤ部材についても同様である。まず、ステップＳ１０１において、第１変換部１４０ａを無効化する。具体的には、信号Ｅ１を無効化する（例えばＬレベルにする）ことによって第１変換部１４０ａの出力信号Ｃ１を非駆動状態にする。次に、ステップＳ１０２において、第２変換部１４０ｂと第３変換部１４０ｃを無効化する。具体的には、信号Ｅ２３を無効化する（例えばＬレベルにする）ことによって第２変換部１４０ｂの出力信号Ｃ２および第３変換部１４０ｃの出力信号Ｃ３を非駆動状態にする。
【００６８】
次に、ステップＳ１２０はループ処理の始まりであり、ループ処理の終わりであるステップＳ１２２までの間の各ステップを繰り返し実行する。ループ処理では、ステップＳ１０３において、外部通信部１４３が外部のコンピュータ１３７と通信して制御指示の有無を確認する。次に、ステップＳ１０４は判断ステップである。ステップＳ１０４において、制御指示がある場合はステップＳ１０５に移行し、そうでない場合はループ処理の終わりであるステップＳ１２２にジャンプする。その後ループ処理の始まりであるステップＳ１２０に戻る。次に、ステップＳ１０５において、制御指示に基づき感触感覚を付与すべき指の指定を更新する。例えば第１指を指定する。次に、ステップＳ１０６において、制御指示に基づき動作させるべき感触感覚デバイス１０の指定を更新する。つまり、第１指の８個の感触感覚デバイス１０のいずれかを指定する。次に、ステップＳ１０７において、制御指示に基づき駆動か解除かの指定を更新する。つまり、駆動機構５０と解除機構７０のいずれを動作させるかを設定する。
【００６９】
次に、ステップＳ１０８において、シリアル信号をパラレル信号に変換する。具体的には、指の指定と、感触感覚デバイス１０の指定と、駆動か解除かの指定と、に基づくシリアル信号ＤＡＴＡを生成して変換部１４０に送出する。変換部１４０は、信号ＣＬＫとラッチ信号Ｌ１〜Ｌ３を用いてシリアル信号ＤＡＴＡをパラレル信号に変換して保持する。次に、ステップＳ１０９において第１変換部１４０ａを有効化する。具体的には信号Ｅ１を有効化して（例えばＨレベルにして）、第１変換部１４０ａからの出力信号Ｃ１を駆動状態にする。この動作により、８個のスイッチング素子Ｑ１のいずれかが導通状態になる。この例では第１行のスイッチング素子Ｑ１が導通状態になる。この状態では、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３は非導通であるので、伸縮ワイヤ部材には電流は流れない。
【００７０】
次に、ステップＳ１１０においてＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。具体的には、制御指示に基づき変調部１４５のＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。ＰＷＭ信号は信号Ｅ２３として送出され、伸縮ワイヤ部材に供給する駆動電力を制御する。例えば、駆動機構５０の伸縮ワイヤ部材５４に供給する場合の駆動電力は、解除機構７０の伸縮ワイヤ部材７４に供給する場合の駆動電力に対して異なってもよく、例えば大きく設定されてもよい。
【００７１】
次に、ステップＳ１１１において、第２変換部１４０ｂと第３変換部１４０ｃを有効化する。変調部１４５から設定されたＰＷＭ信号のデューティ比である信号Ｅ２３を送出することで、第２変換部１４０ｂおよび第３変換部１４０ｃからの出力信号Ｃ２、Ｃ３を駆動状態にする。この動作により、５個のスイッチング素子Ｑ２および５個のスイッチング素子Ｑ３のいずれかが設定されたデューティ比にて導通状態になる。この例では第１列のスイッチング素子Ｑ２を導通状態にする。この結果、第１行のスイッチング素子Ｑ１と第１列のスイッチング素子Ｑ２の間に接続される伸縮ワイヤ部材５４に駆動電流が供給される。このとき、スイッチング素子Ｑ１は連続導通するが、スイッチング素子Ｑ２は設定されたデューティ比にて間欠的に導通する。したがって、伸縮ワイヤ部材５４にはこのデューティ比に対応する駆動電流が流れる。この駆動電流により伸縮ワイヤ部材５４は加温されて収縮し、やがて可動体２０を突出位置Ｐ２まで移動させる。可動体２０は移動することで身体の装着部に接触して感触感覚を付与する。
【００７２】
次に、ステップＳ１１２において、予め設定された時間が経過するまで、前述の駆動状態を維持し、この時間が経過したらステップＳ１１３に移行する。
【００７３】
次に、ステップＳ１１３において、第２変換部１４０ｂと第３変換部１４０ｃを無効化する。具体的には、信号Ｅ２３を無効化する（例えばＬレベルにする）ことによって第２変換部１４０ｂの出力信号Ｃ２および第３変換部１４０ｃの出力信号Ｃ３を非駆動状態にする。この結果、スイッチング素子Ｑ２が非導通状態になり伸縮ワイヤ部材５４への駆動電流が停止される。この駆動電流が停止されても、前述した制限機構６２の作用により可動体２０は突出したままで、感触感覚を連続して付与する。感触感覚の停止は、前述のステップに沿って伸縮ワイヤ部材７４に駆動電流を流して解除機構７０を動作させることによって実現できる。
【００７４】
ステップＳ１１３が終了したらループ処理の終わりであるステップＳ１２２に移行して、ループ処理の始まりであるステップＳ１２０に戻る。以上が感触感覚装置１００の動作の一例である。なお、前述の動作は一例であって、必要に応じてステップの順番を変更したり、別のステップを追加したり、一部のステップを削除してもよい。
【００７５】
以上が感触感覚装置１００の構成である。実施形態に係る感触感覚デバイス１０は、感触感覚装置１００に好適に用いることができる。感触感覚装置１００は、医療用などの高度な技能を疑似体験するシミュレータの触感を付与するマンマシンインターフェースとしても利用可能である。
【００７６】
次に、このように構成された実施形態の感触感覚装置１００の作用効果について説明する。
【００７７】
実施形態の感触感覚装置１００では、感触感覚デバイス１０を支持するとともに身体に装着される装着材１１０と、伸縮ワイヤ部材に通電する駆動電流を供給する配線材１２０と、駆動電流を制御する制御部１３０と、を備える。この構成によれば、感触感覚デバイス１０は、身体に装着される装着材１１０に支持されるから、容易に身体に装着することができる。また、配線材１２０を有することで、個別のワイヤを用いて配線する場合に比べて、感触感覚デバイス１０への配線を簡便に実現できる。特に、感触感覚デバイス１０を複数設ける場合に配線が容易になる。
【００７８】
実施形態の感触感覚装置１００では、感触感覚デバイスを複数含み、身体の複数の箇所に感触感覚を付与する。この構成によれば、身体の複数の箇所に感触感覚を付与する感覚の多点化が実現する。身体の複数の点それぞれに微妙な触感を与え、高度で複雑な感触を再現することが可能になる。
【００７９】
実施形態の感触感覚装置１００では、一つの指の複数の箇所に感触感覚を付与する。この構成によれば、多点化が実現して一つの指の複数の箇所に感触感覚を付与するから、一つの指先の複数の点それぞれに微妙な触感を与え、高度で複雑な感触を再現することが可能になる。
【００８０】
実施形態の感触感覚装置１００では、装着材１１０は感触感覚デバイス１０の少なくとも一部を収容する凹部１１０ｃを有し、配線材１２０は凹部１１０ｃの少なくとも一部を覆う。この構成によれば、装着材１１０が凹部１１０ｃを有するから、感触感覚デバイス１０の位置を一定の範囲に保持することができる。配線材１２０が凹部１１０ｃの少なくとも一部を覆うから、凹部１１０ｃに収容した感触感覚デバイス１０を配線材１２０に固定することができる。また、感触感覚デバイス１０を装着材１１０と配線材１２０の間の隙間に収めることができる。
【００８１】
（変形例）
実施形態に係る感触感覚装置１００では、感触感覚デバイス１０の伸縮ワイヤ部材５４は駆動と非駆動の２状態の間でデジタル的に駆動される例について説明したがこれに限られない。例えば、伸縮ワイヤ部材５４は駆動の強弱がアナログ的に変化するように駆動されてもよい。
【００８２】
次に、感触感覚装置１００を備えた感触感覚システム２００について説明する。図１４は感触感覚システム２００を説明するブロック図である。感触感覚システム２００は、前述の感触感覚装置１００を備え、コンピュータ１３７によって提供される仮想環境中において仮想物体に使用者の仮想身体が接触するときの感触感覚を使用者に付与するシステムである。感触感覚システム２００は、感触感覚装置１００と、コンピュータ１３７と、ディスプレイ２０２と、を主に含む。コンピュータ１３７は仮想環境を提供すると共に、ディスプレイ２０２に仮想環境中の仮想物体を画面表示する。仮想身体の一部が仮想環境中の仮想物体に接触するとき、コンピュータ１３７は、感触感覚装置１００の制御部１３０の外部通信部１４３に信号を送出する。感触感覚装置１００はコンピュータ１３７からの信号に基づき、感触感覚デバイス１０の可動体２０を移動させて仮想身体に対応する身体の一部に感触感覚を付与する。
【００８３】
感触感覚システム２００によれば、使用者は、ディスプレイ２０２に表示される仮想環境中の仮想物体を見ながら、感触感覚装置１００が装着された身体の一部を動かし、感触感覚装置１００から付与される感触感覚によって仮想物体との接触などの相互作用を疑似体験できる。このような感触感覚システム２００は、医療用などの高度な技能を疑似体験するシミュレータに適用することができる。
【００８４】
以上、本発明のいくつかの実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【００８５】
説明に使用した図面では、部材の関係を明瞭にするために一部の部材にハッチングを施しているが、当該ハッチングはこれらの部材の素材や材質を制限するものではない。
【符号の説明】
【００８６】
１０・・感触感覚デバイス、  ２０・・可動体、  ３０・・ベース、  ５０・・駆動機構、  ５４・・伸縮ワイヤ部材、  ６０・・保持機構、  ６２・・制限機構、  ７０・・解除機構、  ７４・・伸縮ワイヤ部材、  ７６・・付勢機構、  ８０・・通電機構、  １００・・感触感覚装置、  １１０・・装着材、  １２０・・配線材、  １３０・・制御部、  １３２・・配線基板、  １３３・・保持部材、  １３４・・駆動回路、  １３７・・コンピュータ、  １４０・・変換部、  １４２・・出力部、  ２００・・感触感覚付与システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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