(57)【要約】【課題】電気信号と共に温度を伝えることができる触覚温冷デバイスを提供する。【解決手段】可撓性を有する絶縁フィルム３、絶縁フィルム３の面３ａに形成される配線２１、面３ｂに形成される電極１０を有する基板６に形成されたビアホール１５に充填され、配線２１と電極１０とを電気的かつ温度的に接続するメッキ部材１５０と、面３ｂの電極１０が形成されている形成領域の少なくとも一部と重なって、面３ａの面内に配置されるペルチェ素子５と、によって触覚温冷デバイスを構成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する基板本体と、
前記基板本体の一方の主面である第１面に形成される配線と、
前記第１面の裏面である第２面に形成される電極と、
前記基板本体に形成されたビアホールに充填され、前記配線と前記電極とを電気的かつ温度的に接続する接続部材と、
前記第２面の前記電極が形成されている形成領域の少なくとも一部と重なって、前記第１面の側に配置される加熱または冷却の機能を有する温調部材と、
を有することを特徴とする触覚温冷デバイス。
【請求項２】
前記温調部材が、加熱機能を発揮する加熱部材と、冷却機能を発揮する冷却部材とを含み、前記加熱部材と前記冷却部材とが、互いに離間して且つ共に前記形成領域の一部と重なって配置される、請求項１に記載の触覚温冷デバイス。
【請求項３】
前記配線に接続される入力電極を備え、前記入力電極に外部から電気信号が入力され、前記加熱部材及び前記冷却部材は、前記電気信号に応じていずれかが機能する、請求項２に記載の触覚温冷デバイス。
【請求項４】
前記加熱部材は、前記入力電極による電気信号の連続した入力開始から入力終了までの間常に加熱機能を発揮し、前記冷却部材は前記入力電極による電気信号の連続した入力開始から入力終了までの間常に冷却機能を発揮する、請求項３に記載の触覚温冷デバイス。
【請求項５】
前記配線がランドパターンを備え、一の前記ランドパターンが複数の前記ビアホールを備え、前記接続部材は、複数の前記ビアホールの各々において、前記一のランドパターンと前記電極とを電気的に接続する、請求項１から４のいずれか１項に記載の触覚温冷デバイス。
【請求項６】
前記配線は、前記基板本体の面内において湾曲した金属箔板である、請求項１から５のいずれか１項に記載の触覚温冷デバイス。
【請求項７】
可撓性を有する基板本体の第１の主面に第１金属層が形成され、前記第１の主面に対する裏面に第２金属層が形成された基板に対してビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールに金属部材を充填し、前記第１金属層及び前記第２金属層を電気的かつ温度的に接続する工程と、
前記ビアホールに充填された金属部材と接するように、加熱機能または冷却機能を有する温調部材を配置する工程と、を含むことを特徴とする、触覚温冷デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号とともに温度情報をも伝達可能な触覚温冷デバイス及び触覚温冷デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、遠隔操作や仮想空間の分野において操作者が接触した（以下、「バーチャルな接触」と記す）物体の感触を現実の操作者に伝えることがなされている。バーチャルに接触したことの感触は、現実世界で物体に接触したときの感触に近いほど好ましく、遠隔操作やバーチャル空間のリアリティを高めることができる。また、現実世界の感触は、操作者の手指に電気的な刺激を与えることによって実現できる。このような技術は、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１９８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現実世界で物体に接触した場合、手指には物体の感触とともに温度をも伝わってくる。このため、バーチャルな接触に関する情報を操作者によりリアリティを持って伝えるには、触覚を伝える電気刺激と共に温度を操作者に伝えることが効果的である。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、電気信号と共に温度を伝えることができる触覚温冷デバイス、及びこのような触覚温冷デバイスの製造方法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】
【０００５】
本発明の触覚温冷デバイスは、可撓性を有する基板本体と、前記基板本体の一方の主面である第１面に形成される配線と、前記第１面の裏面である第２面に形成される電極と、前記基板本体に形成されたビアホールに充填され、前記配線と前記電極とを電気的かつ温度的に接続する接続部材と、前記第２面の前記電極が形成されている形成領域の少なくとも一部と重なって、前記第１面の側に配置される加熱または冷却の機能を有する温調部材と、を有することを特徴とする。
なお、「主面」とは、薄板状あるいは薄膜状の部材の面のうち他の面よりもはるかに面積の大きい面をいう。なお、部材が薄板状あるいは薄膜状である以上、この主面に対向するもう一つの面積の大きい面が必然的に存在し、この対向する二つの主面の一方を本実施形態では第１面、他の主面を第２面とする。
【０００６】
本発明の触覚温冷デバイスの製造方法は、可撓性を有する基板本体の第１の主面に第１金属層が形成され、前記第１の主面に対する裏面に第２金属層が形成された基板に対してビアホールを形成する工程と、前記ビアホールに金属部材を充填し、前記第１金属層及び前記第２金属層を電気的かつ温度的に接続する工程と、前記ビアホールに充填された金属部材と接するように、加熱機能または冷却機能を有する温調部材を配置する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、電気信号と共に温度を伝えることができる触覚温冷デバイス及び触覚温冷デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態の触覚温冷デバイスを含む感触情報入力装置の全体的な構成を説明するための図である。
【図２】図１に示した感触情報入力装置が内装されるグローブを示した図である。
【図３】図１に示した感触情報入力装置の出力部を説明するための図である。
【図４】図３に示した感触情報入力装置の出力部の他の例を示した図である。
【図５】図３に示した出力部の模式的な断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の触覚温冷デバイスの製造方法を説明するための図である。
【図７】圧力センサが感知する圧力と、この圧力から判断される物体の表面の状態との関係を説明するための図である。
【図８】ビアホールを複数備える出力部の構成を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態の出力部を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の第１実施形態及び第２実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００１０】
第１実施形態及び第２実施形態は、操作者がバーチャル空間においてバーチャルに接触した物品の触感に係る情報を入力する感触情報入力装置１の一部品として触覚温冷デバイスを使用した例を使って説明を行うものとする。第１実施形態では、例えばロボットに圧力センサを取り付けて、このロボットが物体に接触する。また、ロボットが接触した物体の状態をカメラで撮影する。ロボットが物体に接触したときに圧力センサから出力されたセンサ信号は、カメラから出力される撮像データと共に操作者にリアルタイムで提供される。撮像データは、別途用意された機器により操作者に視覚情報として提供される。視覚情報は、操作者に対して動画として表示される。センサ信号は、視覚情報と同期して操作者に提供され、操作者に疑似的な触感を与える。操作者は、ロボットが物体に触っている動画を見ながら圧力センサが感知した圧力による疑似的な触感を感じるので、物体へのバーチャルな接触を、リアリティを持って感じることができる。
【００１１】
第１実施形態
［全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態の触覚温冷デバイス１００を含む感触情報入力装置１の全体的な構成を説明するための図である。感触情報入力装置１は、触覚温冷デバイス１００と、制御デバイス２００と、を含んでいる。制御デバイス２００は、コントローラ８０と、触覚温冷デバイス１００と接続する制御側コネクタ６０と、コントローラ８０と制御側コネクタ６０とを接続する配線７０と、を有している。また、図１に示した感触情報入力装置１では、一つの制御デバイス２００に２つの触覚温冷デバイス１００が接続されるため、制御側コネクタ６０を２つ備えている。ただし、触覚温冷デバイス１００及び制御側コネクタ６０は、２つでなく、３つ以上備える構成であってもよい。
コントローラ８０には、圧力センサのセンサ信号が入力される。このセンサ信号は、例えば、後述するように、ロボット等に取り付けられた圧力センサから出力された信号である。コントローラ８０は、センサ信号の強弱や分布及び周波数等に応じた電気信号を生成する。電気信号は、配線７０から制御側コネクタ６０を介して触覚温冷デバイス１００の側に入力される。このため、触覚温冷デバイス１００には、制御側コネクタ６０と接続される出力側コネクタ５０が設けられている。また、触覚温冷デバイス１００は、出力部９０を備えている。出力部９０は、配線２０上に配置され、配線２０と電気的に接続している。
【００１２】
出力部９０の電極からは、コントローラ８０が生成した電気信号（感触信号）が出力される。このため、出力部９０が操作者の指先に接するようにして触覚温冷デバイス１００を配置すると、操作者の指先に感触信号による刺激を加え、操作者に物体に接触したような感触を与えることができる。さらに、後述するように、操作者に動画を提供すると、動画中の物体に実際に触っているような感覚を操作者に与えることができる。
操作者の指先に感触信号を与えるためには、例えば、図２に示すグローブ２に触覚温冷デバイス１００を含む感触情報入力装置１を内装することが考えられる。操作者がグローブ２を手Ｈに装着すれば、操作者の手指の動きを妨げることなく出力部９０を指先に当てて固定することができる。
【００１３】
また、第１実施形態では、出力部９０が基板本体となる絶縁フィルムを用いて構成されていて、配線２０は出力部９０の面内においてに湾曲した金属箔板である。絶縁フィルムに配線やカバー等を形成した構成を、フレキシブル基板（ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits））という。フレキシブル基板は、柔軟性があり、弱い力で繰り返し変形させることが可能であり、変形した場合にもその電気的特性を維持する特性をもつプリント基板である。配線２０は、厚さが約０．００１ｍｍ以上、０．０３５ｍｍ以下の平面状の金属薄膜をパターニングし、平面の面内で湾曲する形状に形成されている。このような構成により、感触情報入力装置１は、グローブ２の内部において出力部９０及び配線２０が手指に追従して柔軟に動き、触覚温冷デバイス１００と制御デバイス２００との接続が外れることがない。さらに、配線２０が面内で湾曲することにより、配線２０が３次元方向に張り出してグローブ２に内装され難くなることがない。
ただし、第１実施形態は、このような構成に限定されるものではない。配線２０は、金属の薄板をパターニングした部材の限定されるものではなく、手指に柔軟に追従して制御デバイス２００から触覚温冷デバイス１００に電気信号を伝えるものであれば、どのようなものであってもよい。
【００１４】
（出力部）
次に、図１に示した出力部９０について説明する。
図３（ａ）、図３（ｂ）は、図１に示した出力部９０を拡大して示した図である。
図３（ａ）は、出力部９０の図１に示した面（電極１０側から見た面）を示していて、図３（ｂ）は出力部９０を配線の側の面（図５に示したペルチェ素子５を除いた状態）を示している。
出力部９０は、複数の電極１０を有する全体が矩形形状の配線基板である。図中の出力部９０のＸ方向の長さは１２ｍｍ、Ｙ方向の長さは２４ｍｍである。電極１０はマトリックス状に配置されていて、図３に示すＸ方向に４個、Ｙ方向に７、または８個形成されている。各電極１０は全て等しい形状及び大きさに設計されている。第１実施形態では、電極１０の直径（以下、「径」と記す）Ｒ１を１．４ｍｍとした。また、電極１０間のＸ方向のピッチＲｘ、Ｙ方向のピッチＲｙは、いずれも２．０ｍｍである。第１実施形態では、円形の電極１０の中央に、単一のビアホール１５を形成するものとした。電極１０の上面視においてビアホール１５は目視できないが、ここでは模式的にビアホール１５を図示している。
【００１５】
図３（ｂ）に示すように、電極１０の裏面は、配線のランドパターン１０'になっている。ランドパターン１０'は、それぞれ配線２２と接続されている。フレキシブル基板は、表面がソルダーレジスト等の絶縁部材がコーティングされている。そして、コンタクトやコネクタの箇所ではフレキシブル基板との導通が取れるようになっている。このため、複数の配線２２は配線２０の側に引き回されて配線２０とコンタクトされている。
このような構成によれば、制御デバイス２００は、２．０ｍｍピッチで操作者の手指に任意の感触信号を加えることができる。
【００１６】
なお、第１実施形態の触覚温冷デバイスは、上記の構成に限定されるものではない。例えば、第１実施形態の触覚温冷デバイスは、図４に示す出力部９４のように、１つの電極１０に対して任意の数のビアホール１５を形成してもよい。また、電極１０の周囲に形成されているＧＮＤ電極４０にもビアホール１５を形成してもよい。このようにすることにより、第１実施形態は、温冷の情報の伝達速度を高めることが可能になる。
【００１７】
図５は、出力部９０の図３に示した矢線Ａ−Ａに沿う模式的な断面図であって、特に１つの電極１０の断面を示している。なお、第１実施形態でいう「模式図」とは、構成の説明のために各部材の縦横比、形状及びサイズ等を正確性よりも視認性を優先して示した図を指している。このため、模式図においては、各部材の縦横比等が必ずしも正確でない場合がある。
出力部９０は、前記したように、可撓性を有する基板（フレキシブル基板）を構成する絶縁フィルム３を有している。絶縁フィルム３は、薄膜状の絶縁体（ベースフィルム）であり、第１実施形態ではポリイミド(polyimide)を材料とするものとした。また、第１実施形態では、絶縁フィルム３の一方の主面を面３ａ、面３ａに対して裏面となる主面を面３ｂとする。面３ａには金属箔１１、面３ｂには金属箔１２が形成されている。本明細書では、絶縁フィルム３、金属箔１１及び金属箔１２を基板６（図６（ａ））とする。第１実施形態においては、金属を銅（Ｃｕ）とし、基板６をフレキシブルな銅張積層板（ＣＣＬ：Copper Clad Laminate）とした。
ただし、第１実施形態は、図６に示すように、基板６が一層の構成に限定されず、複数の基板で構成される多層基板であってもよい。多層基板の場合、主面とは、貼り合せ面ではなく、電極１０や配線２１が形成されている面を指す。なお、電極１０や配線２１が形成されている面は、保護層等によって被覆されていてもよい。また、第１実施形態は、絶縁フィルム３の材料をポリイミドに限定するものでなく、例えば、ポリエステル等の他の樹脂を材料とするものであってもよい。また、第１実施形態は、金属箔の金属を銅に限定するものではない。金属箔の材料は、電気伝導及び熱伝導の要求とコストの条件とを満たせば他の材料であってもよい。
【００１８】
絶縁フィルム３の面３ａには配線２１が設けられている。面３ｂには電極１０が形成されている。絶縁フィルム３に形成されたビアホール１５に充填されるメッキ部材１５０は、配線２１と電極とを電気的に接続する接続部材となる。
つまり、出力部９０は、金属箔１１及び絶縁フィルム３に形成されたビアホール１５を有している。金属箔１１、金属箔１２の表面にはメッキ層１３、メッキ層１４がそれぞれ形成される。このとき、面３ａ側においてはメッキ層１３の材料であるメッキ部材１５０がビアホール１５を埋め込んでいる。また、同時にメッキ材料が金属箔１１上にメッキ層１３を形成し、金属箔１１とメッキ層１３とが二層になった配線２１が形成される。このため、メッキ層１３とメッキ部材１５０は同じ材料で一体的な構成になる。配線２１には図１に示した配線２０が接続される。このような構成の全体を配線２０とも記す。
第１実施形態では、メッキ層の形成に銅メッキを用いている。金属箔１１、金属箔１２、メッキ層１３及びメッキ層１４の厚さを各々１２μｍ以上、５０μｍ以下とした。また、絶縁フィルム３を境にして面３ａ側の配線２１の厚さｈ、面３ｂ側の電極１０の厚さｕをそれぞれ２５μｍとした。さらに、ビアホール１５の径ｒ２は０．１ｍｍ、電極１０のランドの径ｒ１は前記したように１．４ｍｍである。
【００１９】
第１実施形態は、ビアホール１５にメッキ部材１５０の銅が充填されているため、例えば、ビアホール１５の内壁面の金属が金属箔１１やメッキ層１３とコンタクトをとる構成よりも、ビアホール１５における銅の横断面積を大きくすることができる。このため、第１実施形態は、金属箔１１と金属箔１２との間で、良好な電気的コンタクトを得ることができる。
なお、第１実施形態は、ビアホール１５の充填材料を銅メッキに限定するものではない。充填材料は、電気的、熱的抵抗が十分小さくて、かつ製造コストの面で要求を満たすものであればどのような材料であってもよい。
【００２０】
さらに、第１実施形態の出力部９０は、面３ｂの電極１０が形成されている形成領域（図５においては径ｒ１で示す範囲）の少なくとも一部と重なって、面３ａの側に配置される加熱または冷却の機能を有する温調部材であるペルチェ素子５を有している。ペルチェ素子５は、ペルチェ効果を利用した板状の半導体素子であり、直流電流を流すと、一方の面が吸熱し、反対面に発熱が起こるという特性を有している。ペルチェ素子５の発熱及び吸熱は、電流の極性を逆転させると、その関係が反転する。ペルチェ素子５のこのような特性は、高精度で制御することができる。
ただし、第１実施形態は、温熱素子としてペルチェ素子５を使用する構成に限定されるものではない。他の温熱素子としては、例えば、ヒーターとして機能を有する導体パターンを設けることが考えられる。第１実施形態の温熱素子は、１つまたは複数の電極１０の形成領域内を高い精度で加熱または冷却できるものであれば、どのようなものであってもよい。
上記構成により、第１実施形態は、配線２１を介してペルチェ素子５の温度を電極１０に伝えることができる。このため、出力部９０を例えばグローブ２に内装して操作者の手指の先に当てておくと、ペルチェ素子５で発生した熱を操作者の手指に伝えることができる。
【００２１】
ここで、図６（ａ）から図６（ｃ）を用い、図５に示した出力部９０の製造方法を説明する。第１実施形態では、先ず、図６（ａ）のように、金属箔１１が形成された面３ａ、金属箔１２が形成された面３ｂを有する絶縁フィルム３を用意する。第１実施形態の金属箔１１及び金属箔１２はいずれも銅製の金属層であるので、このような構成は所謂両面銅張板３０となる。次に、図６（ｂ）のように、金属箔１１及び絶縁フィルム３を貫通するように穴明け加工をし、ビアホール１５を形成する。穴明け加工によって金属箔１２が露出する。このような加工は、レーザー照射によって比較的簡易に、かつ高精度に行われる。
次に、図６（ｃ）のように、ビアホール１５にメッキ部材１５０を充填し、金属箔１１及び金属箔１２を電気的かつ温度的に接続する。このような工程は、ビアフィル工程とも呼ばれていて、ウェット処理によって絶縁フィルム３の表裏を一度に処理するものである。このため、図６（ｃ）に示した工程では、金属箔１１の表面にメッキ層１３が形成されると共に、金属箔１２の表面にもメッキ層１４が形成される。次に、金属箔１１及びメッキ層１３が積層された金属層に対し、第１実施形態では露光、エッチングを行って図３（ｂ）に示したランドパターン１０'を形成する。エッチングにより、金属層が配線になる。そして、図６（ｄ）のように、ランドパターン１０'と接するように、ペルチェ素子５を配置する。なお、メッキ処理前に金属箔１２に剥離可能な被覆層を設け、メッキ処理後にその被覆層を剥離することによってメッキ層１４の形成を省くこともできる。
【００２２】
（動作）
ここで、第１実施形態の出力部９０の動作を説明する。この説明では、出力部９０を使って図示しないロボットが接触した物体の感触を操作者に伝えるときの例を挙げている。
第１実施形態では、ロボットが圧力センサ５００を備えている。圧力センサ５００は、先端が円筒形になっていて、ロボットが触った物体から受ける圧力を感知する。
図７（ａ）から図７（ｆ）は、圧力センサ５００が感知する圧力と、この圧力から判断される物体の表面の状態との関係を示している。図７（ａ）は、圧力センサ５００が机等の台状の物体の表面ｓに接触した際に撮影された画像（動画の１フレーム）を示している。図７（ａ）に示した画像は、撮影に使用されたカメラから操作者のヘッドマウントディスプレイ等に出力される。
【００２３】
図７（ｂ）は、表面ｓと接触したときに圧力センサ５００が得た圧力分布を示している。図７（ｂ）に示した例では、圧力の感知範囲を円形のドットで表し、ドットの配置を（ｘ１，ｙ１）から（ｘ５，ｙ３）で表している。また、圧力の強さはｄ１、ｄ２、ｄ３の三段階で、圧力の強さは、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３となっている。図７（ｂ）に示した例では、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ２）及び（ｘ４，ｙ２）の３点を中心に、その周辺からも圧力が感知されている。このような場合、コントローラ８０は、圧力センサ５００が接触している物体が広がりを持つ「面」であると判定する。
図７（ｃ）は、コントローラ８０がセンサ信号を解析して判定した感触信号の出力分布を表している。図７（ｃ）に示した例では、（ｘ１，ｙ２）から（ｘ５，ｙ２）の位置に対応する電極１０に感触信号が出力されることを示している
【００２４】
なお、感触信号は、電圧、電流を操作者が痛みを感じない範囲で調整し、感触に応じた周波数が予め設定された信号である。第１実施形態では、感触信号の周波数を１Ｈｚから１００Ｈｚの範囲で設定でき、周波数の相違によって「ボコボコした（引っかかる）」、「凸凹した（ざらざらした）」、「さらさらした（平らな）」といった感触を操作者に与えることができる。感触信号の周波数と感触との関係は、特開２０１５−２１９８７７号公報に開示されている。
【００２５】
また、図７（ｄ）は、圧力センサ５００が机等の台状の物体の縁ｅに接触した際に撮影された画像（動画の１フレーム）を示している。図７（ｅ）は、縁ｅと接触したときに圧力センサ５００が得た圧力分布を示している。図７（ｅ）に示した例では、圧力の強さはｄ０、ｄ２、ｄ３の三段階で、圧力の強さは、ｄ０＜ｄ２＜ｄ３である。図７（ｂ）に示した例では、（ｘ３，ｙ３）、（ｘ３，ｙ２）及び（ｘ３，ｙ１）の３点で圧力が感知され、その周辺ではほとんど圧力が感知されていない。このような場合、コントローラ８０は、圧力センサ５００が接触している物体が「縁」であると判定する。
図７（ｆ）は、コントローラ８０がセンサ信号を解析して判定した感触信号の出力分布を表している。図７（ｆ）に示した例では、（ｘ３，ｙ１）から（ｘ３，ｙ３）の位置に対応する電極１０に感触信号が出力されることを示している
以上の処理により、操作者には、物体に触れる画像を見ながら手指に感触信号が与えられる。このため、操作者は、バーチャルに接触した物体をあたかも現実世界で触ったように感じることができる。
【００２６】
さらに、第１実施形態は、コントローラ８０が、操作者が触った物体に応じて出力部９０のペルチェ素子５をオン、オフさせている。このような処理は、例えば操作者が触る物体に応じて予め設定しておくものであってもよいし、ロボットに温度センサを設けておき、温度センサによって測定された温度に応じてペルチェ素子５のオン、オフを切り替えるものであってもよい。
このような処理によれば、操作者は、例えば暖かいお茶の入ったコップを持った画像を見ながら手指に「凸凹した」表面を触った感触信号を受け、さらにはペルチェ素子５で発生した熱を手指で感じることができる。このような処理により、第１実施形態は、感触信号のみを手指に受けて擬似的に物体を触った感触を得るよりも、温度を感じることによってさらにリアリティのある感触を得ることができる。
【００２７】
図８は、図４に示したように、ビアホール１５を複数（２つ）備える出力部９１の構成を説明するための断面図である。ただし、図４においてはビアホール１５を１つの電極１０に対して５つ形成しているが、図８においては図示の簡単化のため、１つの電極１０にビアホール１５を２つ形成した例を示している。
出力部９１は、配線２１の一のランドパターン１０'に複数（２つ）のビアホール１５を形成している。このとき、メッキ部材１５０は、複数のビアホール１５の各々において、一のランドパターン１０'と電極１０とを電気的に接続する。この理由は、１つのビアホール１５の径が大きい場合、ビアホール１５をメッキ部材１５０が十分に埋め込むことができず、ビアホール１５による電気伝導、あるいは熱伝道の効率が低下する可能性が生じるからである。このような可能性をなくすため、第１実施形態は、ビアホール１５の径を小さくし、横断面積の低下を補うためにビアホール１５の数を大きくすることができる。
【００２８】
以上説明したように、第１実施形態の触覚温冷デバイスは、ビアホール１５によって電気信号と温度の両方を電極１０に伝達することができる。この際、第１実施形態では、ビアホール１５内にメッキ部材１５０が充填されているので、電気信号及び温度の高い伝導率を得ることができる。また、第１実施形態では、電極１０の背面のランドパターン１０'上にペルチェ素子５を配置しているため、ペルチェ素子５が周囲に与える温度変化を最小限に抑えてビアホール１５内のメッキ部材１５０を効率的に加熱することができる。
【００２９】
さらに、第１実施形態は、以上説明した構成に限定されるものではない。例えば、第１実施形態は、ペルチェ素子５をランドパターン１０'の加熱に使用しているが、ペルチェ素子５はランドパターン１０'の冷却に使用することが可能である。また、第１実施形態は、両面銅張板３０を使用する構成に限定されるものでなく、フレキシブル基板に配線層を形成して使用することもできる。また、第１実施形態は、図２のようにグローブ２に内装される構成に限定されるものでなく、操作者の手指に装着されるものであればよい。また、電極１０は、マトリックス状に配置される構成に限定されるものでなく、プロセスの条件や触覚温冷デバイスの用途等に応じて任意に配置される。また、第１実施形態は、ビアホール１５の数を１つまたは２つに限定するものでなく、ビアホール１５を任意の数設けることができる。ビアホール１５の数は、ホール内の金属の充填状態とデバイスの設計条件及びプロセスの条件等を考慮して決定される。
【００３０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図９は、第２実施形態の出力部９２を説明するための図である。第２実施形態の出力部９２では、ペルチェ素子が、加熱機能を発揮する加熱用素子５Ｂと、冷却機能を発揮する冷却用素子５Ｃとを含んでいて、加熱用素子５Ｂと冷却用素子５Ｃとが、互いに離間して(距離ｒ３を隔てて)且つ共に複数の電極１０の形成領域の一部と重なって配置されている。
ここで、「加熱機能を発揮する」とは、冷却に使用可能であるか否かに関わらず加熱装置として使用されることを指す。また、「冷却機能を発揮する」とは、加熱に使用可能であるか否かに関わらず冷却装置として使用されることを指す。すなわち、第２実施形態では、ペルチェ素子が金属の接合部に電流を流して一方の金属が発熱、他方の金属が吸熱するという性質を利用した。第２実施形態では、加熱用素子５Ｂと冷却用素子５Ｃとに極性が反対の電流を流し、加熱用素子５Ｂを発熱に使用し、冷却用素子５Ｃを吸熱に使用している。
【００３１】
図９に示した構成では、配線２１に配線２０を介して接続される制御側コネクタ６０（電極）にコントローラ８０から電気信号が入力されている。第２実施形態では、このような電気信号に応じて加熱用素子５Ｂ、冷却用素子５Ｃのいずれかが機能する。より具体的には、第２実施形態では、コントローラ８０が前記した感触信号とは別の温度制御信号を生成し、出力側コネクタ５０に入力させる。温度制御信号は、例えばロボットが接触した物体が温かいか冷たいかをコントローラ８０が判断して生成されるものであってもよい。このような判断は、例えば、ロボットに圧力センサ５００の他、温度センサを取り付けておき、この測定温度をコントローラ８０に入力することによって可能である。なお、物体が暖かいとは、例えば物体の表面温度が室温よりも５度以上高いことを指し、物体が冷たいとは、例えば物体の表面温度が室温よりも５度以上低いことを指すようにしてもよい。
【００３２】
ロボットと接触している物体が暖かいと判断される場合、コントローラ８０は、加熱用素子５Ｂに対して温度制御信号を出力する。加熱用素子５Ｂは、温度制御信号によってオンし、ランドパターン１０'を加熱することによって操作者の手指を加熱する。また、コントローラ８０は、ロボットと接触している物体が冷たいと判断される場合、冷却用素子５Ｃに対して温度制御信号を出力する。冷却用素子５Ｃは、温度制御信号によってオンし、操作者の手指を冷却する。
人間の皮膚表面の触覚の感知精度は、温度の感知精度に比べて高いことが知られている。このため、上記のように構成すると、操作者は指全体が暖かい、または冷たいと感じ、よりリアリティのある感触を得ることができる。
【００３３】
また、第２実施形態では、以上の構成において、加熱用素子５Ｂは一連の処理において常に加熱機能を発揮し、冷却用素子５Ｃは一連の処理において常に冷却機能を発揮する。ここで、一連の処理とは、出力側コネクタ５０による電気信号の連続した入力開始から入力終了までの間をいうものとする。また、電気信号の「連続した入力開始から入力終了まで」とは、図１に示した感触情報入力装置１がコントローラ８０から信号を入力して所定の処理を開始し、この処理を終了するまでの間をいう。つまり、ここでいう信号の連続は、この処理に関する複数の電気信号が一続きとなって連続することを指し、１つの処理の過程で電気信号が断続的にオン、オフすることも含まれる。
このような加熱用素子５Ｂ及び冷却用素子５Ｃは、処理の過程で電流の極性が切り替えられて加熱、冷却の機能に変更が生じることがない。このようにすれば、第２実施形態は、ペルチェ素子が発熱から吸熱に転じることがなく、速やかに発熱または吸熱を行うことができる。このため、第２実施形態は、物体に接触した感触を得るタイミングと温度を感じるタイミングとがずれることによる違和感を操作者に与えることがない。
【００３４】
以上説明した本発明は、以下の思想を含むものである。
＜１＞可撓性を有する基板と、前記フレキシブル基板の一方の主面である第１面に形成される配線と、前記第１面の裏面である第２面に形成される電極と、
前記フレキシブル基板に形成されたビアホールに充填され、前記配線と前記電極とを電気的かつ温度的に接続する接続部材と、前記第２面の前記電極が形成されている形成領域の少なくとも一部と重なって、前記第１面の側に配置される加熱または冷却の機能を有する温調部材と、を有することを特徴とする触覚温冷デバイス。
＜２＞前記温調部材が、加熱機能を発揮する加熱部材と、冷却機能を発揮する冷却部材とを含み、前記加熱部材と前記冷却部材とが、互いに離間して且つ共に前記形成領域の一部と重なって配置される、＜１＞の触覚温冷デバイス。
＜３＞前記配線に接続される入力電極を備え、前記入力電極に外部から電気信号が入力され、前記加熱部材と前記冷却部材は、前記電気信号に応じていずれかが機能する、＜２＞の触覚温冷デバイス。
＜４＞前記加熱部材は、前記入力電極による電気信号の連続した入力開始から入力終了までの間常に加熱機能を発揮し、前記冷却部材は前記入力電極による電気信号の連続した入力開始から入力終了までの間常に冷却機能を発揮する、＜３＞の触覚温冷デバイス。
＜５＞前記配線がランドパターンを備え、一の前記ランドパターンが複数の前記ビアホールを備え、前記接続部材は、複数の前記ビアホールの各々において、前記一のランドパターンと前記電極とを電気的に接続する、＜１＞から＜４＞のいずれか１つの触覚温冷デバイス。
＜６＞前記配線は、前記基板の面内において湾曲した金属箔板である、＜１＞から＜５＞のいずれか１つの触覚温冷デバイス。
＜７＞  可撓性を有する基板本体の第１の主面に第１金属層が形成され、前記第１の主面に対する裏面に第２金属層が形成された基板に対してビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールに金属部材を充填し、前記第１金属層及び前記第２金属層を電気的かつ温度的に接続する工程と、
前記ビアホールに充填された金属部材と接するように、加熱機能または冷却機能を有する温調部材を配置する工程と、を含むことを特徴とする、触覚温冷デバイスの製造方法。
＜８＞基板本体と、当該基板本体の一方の主面である第１面に形成される配線と、前記第１面の裏面である第２面に形成される電極と、を有する基板に形成されたビアホールに充填され、前記配線と前記電極とを電気的かつ温度的に接続する接続部材と、を有することを特徴とする触覚温冷デバイス。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・感触情報入力装置
２・・・グローブ
３・・・絶縁フィルム
３ａ，３ｂ・・・面
５・・・ペルチェ素子
５Ｂ・・・加熱用素子
５Ｃ・・・冷却用素子
６・・・基板
１０・・・電極
１０'・・・ランドパターン
１１，１２・・・金属箔
１３，１４・・・銅メッキ層
１５・・・ビアホール
２０，２１，２２，７０・・・配線
３０・・・両面銅張板
５０・・・出力側コネクタ
６０・・・制御側コネクタ
８０・・・コントローラ
９０，９１，９２，９４・・・出力部
１００・・・触覚温冷デバイス
１５０・・・接続部
２００・・・制御デバイス
５００・・・圧力センサ
【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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