JP4395572B2

JP4395572B2 - Tactile information transmission device using mechanical vibration of shape memory alloy as information transmission means

Info

Publication number: JP4395572B2
Application number: JP2007106017A
Authority: JP
Inventors: 秀之澤田; 陽介水上; 啓治内田
Original assignee: SCA Corp
Current assignee: SCA Corp
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: JP2008262478A

Description

本発明は、形状記憶合金を用いて、生体に触覚の情報を伝達する情報伝達装置に関する。 The present invention relates to an information transmission device that transmits tactile information to a living body using a shape memory alloy.

従来から、振動モータや圧電素子などを振動源とし、人体の触覚を刺激することにより情報を伝達する情報伝達装置が知られている。従来の情報伝達装置の例を説明する。図１７に示されるように、情報伝達装置１０１は、握り棒１９１の形状をし、内部に振動モータ１０４と駆動アンプ１９２と有しており、駆動アンプ１９２が振動モータ１０４に電源を供給することにより振動モータ１０４が振動し、人体Ｍ１０３に情報を伝達する。また、例えば特許文献１に示されるように形状記憶合金と弾性体を備え、形状記憶合金自体への通電による加熱や形状記憶合金に沿って設置された発熱体による加熱、又はレーザ光の照射による加熱等により、形状記憶合金を相変化により変形させ、また、冷却により弾性体の弾力により元の形状に戻すことにより、人体の触覚に情報を伝達する情報伝達装置が知られている。また、例えば、特許文献２に示されるように、形状記憶合金の近傍に熱源を設け、この熱源への電圧、電流値を制御することにより形状記憶合金の伸縮を制御し、触力覚呈示を行なう装置が知られている。 2. Description of the Related Art Information transmission devices that transmit information by using a vibration motor or a piezoelectric element as a vibration source and stimulating the sense of touch of the human body have been known. An example of a conventional information transmission device will be described. As shown in FIG. 17, the information transmission device 101 has a shape of a grip bar 191, and has a vibration motor 104 and a drive amplifier 192 inside. The drive amplifier 192 supplies power to the vibration motor 104. As a result, the vibration motor 104 vibrates and transmits information to the human body M103. Further, for example, as disclosed in Patent Document 1, a shape memory alloy and an elastic body are provided, and heating by energization of the shape memory alloy itself, heating by a heating element installed along the shape memory alloy, or laser light irradiation 2. Description of the Related Art There is known an information transmission device that transmits information to the tactile sensation of a human body by deforming a shape memory alloy by a phase change by heating or the like, and returning to an original shape by the elasticity of an elastic body by cooling. In addition, for example, as shown in Patent Document 2, a heat source is provided in the vicinity of the shape memory alloy, and the expansion and contraction of the shape memory alloy is controlled by controlling the voltage and current values to the heat source. Devices for performing are known.

しかしながら、従来の振動モータを用いる情報伝達装置１０１では、機械振動部の寸法が大きいために、指の一部などの微小な触覚部への情報伝達ができず、また、複数個所へ情報伝達するのに複数個の振動モータ１０４を駆動させると相互に振動が干渉し、隣接した複数箇所に細かい情報を伝達することが困難であるという問題がある。また、高周波数の振動ができず、エネルギー効率も悪い。圧電素子を用いる情報伝達装置では、その変位量が小さいために十分に情報を伝達することができない。 However, in the information transmission apparatus 101 using the conventional vibration motor, since the size of the mechanical vibration part is large, information cannot be transmitted to a minute tactile part such as a part of a finger, and information is transmitted to a plurality of places. However, when a plurality of vibration motors 104 are driven, vibrations interfere with each other and it is difficult to transmit detailed information to a plurality of adjacent locations. In addition, it cannot vibrate at a high frequency and has poor energy efficiency. In an information transmission device using a piezoelectric element, information cannot be sufficiently transmitted because the amount of displacement is small.

また、特許文献１に示されるような触力覚呈示装置においては、形状記憶合金の形状変化により情報を伝達するが、このような形状変化では応答が遅く、振動現象を呈することは困難で、情報伝達には十分なものとは言えない。 Further, in the tactile force sense presentation device as shown in Patent Document 1, information is transmitted by the shape change of the shape memory alloy, but such a shape change has a slow response and it is difficult to exhibit a vibration phenomenon. It is not enough for information transmission.

また、特許文献２に示されるような触力覚呈示装置においては、形状記憶合金を熱源により加熱するので、加熱、冷却に時間を要し、上記と同様、振動現象を呈することは不可能である。 Further, in the tactile force sense presentation device as shown in Patent Document 2, since the shape memory alloy is heated by a heat source, it takes time for heating and cooling, and it is impossible to exhibit a vibration phenomenon as described above. is there.

また、特許文献３に示されるように、形状記憶合金にパルス電圧を印加することにより情報を伝達する情報伝達装置が知られている。その情報伝達装置の小型振動アクチュエータを、図１８を参照して説明する。小型振動アクチュエータ１１４は２本のリード線部１０９と、リード線部１０９を固定している絶縁部１０６と、２本のリード線部１０９の先端に馬蹄形に曲げられて接続されている形状記憶合金本体１０５とを備えており、形状記憶合金本体１０５はリード線部１０９からパルス電圧を印加されると、伸縮を繰り返して振動する。そして、形状記憶合金本体１０５の頂点１５３に接触する人体に振動を伝えて情報を伝達する。この情報伝達装置により、小型軽量で効率が良く、生体に高度な情報を十分に伝達することができる。 Further, as disclosed in Patent Document 3, an information transmission device that transmits information by applying a pulse voltage to a shape memory alloy is known. The small vibration actuator of the information transmission device will be described with reference to FIG. The small vibration actuator 114 includes two lead wire portions 109, an insulating portion 106 that fixes the lead wire portions 109, and a shape memory alloy that is bent and connected to the tips of the two lead wire portions 109 in a horseshoe shape. The shape memory alloy main body 105 vibrates by repeating expansion and contraction when a pulse voltage is applied from the lead wire portion 109. Then, vibration is transmitted to the human body that contacts the vertex 153 of the shape memory alloy main body 105 to transmit information. This information transmission device is small, light and efficient, and can sufficiently transmit advanced information to a living body.

しかしながら、特許文献３に示される情報伝達装置においては、形状記憶合金本体１０５の馬蹄形の形状によって人体が感じる感覚が非常に異なり、最適な形状に製造するのが困難である。また、形状記憶合金本体１０５の振動の振幅が小さいために、人体がその接触面と形状記憶合金１０５との距離を微妙に調整する必要がある。また、人体の触覚は皮膚の表面より少し内部にあるので、振動が触覚に達するには接触に圧力が必要であるが、形状記憶合金は直径５０μｍ程度の糸状のものであるため、少しの圧力で屈曲し、振動を十分に伝達することが困難である。
特開平１１−２１９１４３号公報特開平１１−２０３０４０号公報特開２００７−４８２６８号公報 However, in the information transmission device disclosed in Patent Document 3, the human body feels very different depending on the shape of the horseshoe shape of the shape memory alloy body 105, and it is difficult to manufacture the shape in an optimal shape. Further, since the amplitude of vibration of the shape memory alloy main body 105 is small, it is necessary for the human body to finely adjust the distance between the contact surface and the shape memory alloy 105. In addition, since the tactile sensation of the human body is slightly inside the surface of the skin, pressure is necessary for contact to reach the tactile sensation, but since the shape memory alloy is a thread-like material having a diameter of about 50 μm, a little pressure is applied. It is difficult to bend enough to transmit vibration sufficiently.
JP 11-219143 A JP-A-11-203040 JP 2007-48268 A

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、触覚子が応答性良く振動現象を呈することが可能で、小型軽量でエネルギー効率が良く、かつ、製造が容易であり、振動振幅を大きくすることが可能な情報伝達装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, the tactile sensation can exhibit a vibration phenomenon with high responsiveness, is small and light, has high energy efficiency, and is easy to manufacture, An object of the present invention is to provide an information transmission device capable of increasing the vibration amplitude.

上記目的を達成するために請求項１の発明は、形状記憶合金を用いた情報伝達装置において、形状記憶合金本体と、前記形状記憶合金本体に取り付けられた触覚子と、前記形状記憶合金本体に、情報伝達のための、オン・オフデューティを有し、同一、又は異なる波高値のパルス電圧を印加するパルス発生器と、を備え、前記形状記憶合金本体は屈曲自在な形状であり、弛緩した状態で両端部が固定され、中間部に前記触覚子の一端、又は一部が取り付けられており、前記触覚子の他端側は、生体に接触可能に構成され、前記形状記憶合金本体は、前記触覚子によって押圧又は牽引されて張力を与えられた状態において前記パルス電圧印加により機械振動を生じ、前記触覚子が振動して前記他端側の生体の触覚に情報を伝達するものである。 In order to achieve the above object, an information transmission device using a shape memory alloy according to a first aspect of the present invention provides a shape memory alloy main body, a tactile element attached to the shape memory alloy main body, and the shape memory alloy main body. A pulse generator for applying information, having an on / off duty and applying a pulse voltage of the same or different peak value, and the shape memory alloy body has a flexible shape and is relaxed Both ends are fixed in the state, one end of the tactile sensation is attached to the intermediate part, or the other end of the tactile sensation is configured to be able to contact a living body, and the shape memory alloy main body is Mechanical vibration is generated by applying the pulse voltage in a state in which tension is applied by being pressed or pulled by the tactile element, and the tactile element vibrates to transmit information to the tactile sense of the living body on the other end side.

請求項２の発明は、請求項１に記載の情報伝達装置において、前記形状記憶合金本体は、複数個が線状又は面状又は立体的に配置され、各触覚子の前記他端側が生体に接触するように、該触覚子の長さが異なっているものである。 According to a second aspect of the present invention, in the information transmission device according to the first aspect, a plurality of the shape memory alloy main bodies are arranged linearly, planarly, or three-dimensionally, and the other end side of each tactile sensor is placed on a living body. The tactile elements have different lengths so that they come into contact with each other.

請求項３の発明は、請求項１に記載の情報伝達装置において、前記形状記憶合金本体は、複数個が線状又は面状又は立体的に配置され、前記パルス発生器は、それら隣り合う複数の形状記憶合金本体に、同時に、又は時間差をもってパルス電圧を印加することにより、生体に触覚移動を与えるようにしたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the information transmission device according to the first aspect, a plurality of the shape memory alloy main bodies are arranged linearly, planarly, or three-dimensionally, and the pulse generators are arranged adjacent to each other. By applying a pulse voltage to the shape memory alloy body simultaneously or with a time difference, a tactile movement is given to the living body.

請求項１の発明によれば、形状記憶合金にパルス電圧を印加することにより、触覚子が応答性良く振動現象を呈することが可能であり、簡単な構成であるので情報伝達装置を小型軽量にすることができる。また、振動モータを用いるよりエネルギー効率も良い。また、従来の形状記憶合金に直接接触して振動を伝達する方式では、形状記憶合金の形状のバラツキの影響を強く受けるが、本発明の情報伝達装置では、形状記憶合金に張力を与えた状態で、形状記憶合金の振動を触覚子によって生体に伝達する方式であるので、形状記憶合金の形状に関係なく張力だけ与えればよい。形状記憶合金の形状の影響がないので、情報伝達装置の製造が容易である。また、形状記憶合金に張力を与えた状態で振動を行なわせるので、振動振幅を大きくすることができる。 According to the invention of claim 1, by applying a pulse voltage to the shape memory alloy, it is possible for the tactile sensation to exhibit a vibration phenomenon with good responsiveness. can do. Also, energy efficiency is better than using a vibration motor. Further, in the conventional method of transmitting vibration by directly contacting the shape memory alloy, the shape memory alloy is strongly influenced by the shape variation of the shape memory alloy. Thus, since the vibration of the shape memory alloy is transmitted to the living body by the tactile element, only the tension may be applied regardless of the shape of the shape memory alloy. Since there is no influence of the shape of the shape memory alloy, the information transmission device can be easily manufactured. Further, since vibration is performed in a state where tension is applied to the shape memory alloy, the vibration amplitude can be increased.

請求項２の発明によれば、形状記憶合金の振動を曲面の生体に容易に伝達することができる。 According to the invention of claim 2, the vibration of the shape memory alloy can be easily transmitted to the curved body.

請求項３の発明によれば、隣り合う複数の形状記憶合金本体に時間差をもってパルス電圧を印加することにより、生体に触覚移動の感覚を与えることができ、例えば文字をなぞったように情報を伝達するといったことも可能となる。 According to the invention of claim 3, by applying a pulse voltage to a plurality of adjacent shape memory alloy bodies with a time difference, it is possible to give a sense of tactile movement to a living body, for example, transmitting information like tracing a character. It is also possible to do.

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る情報伝達装置について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る情報伝達装置の構成を示す。本実施形態に係る情報伝達装置１は、パルス電圧を発生するパルス発生器２と、パルス発生器２が発生したパルス電圧を増幅する電圧増幅器３と、電圧増幅器３からパルス電圧を印加されて振動運動を行なう小型振動アクチュエータ４（以下、アクチュエータという）と、を備えている。図２（ａ）は、アクチュエータ４の外観を、図２（ｂ）は、アクチュエータ４の断面を示す。アクチュエータ４は、パルス電圧を印加されて振動運動を行なう形状記憶合金本体５と、形状記憶合金本体５が取り付けられる基板６と、形状記憶合金本体５の振動を生体の触覚に伝達する触覚子７と、触覚子７を保持するサポータ８と、基板６と対向して触覚子７を保持する上板６１と、を有している。 (First embodiment)
An information transmission apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a configuration of an information transmission apparatus according to the present embodiment. The information transmission apparatus 1 according to the present embodiment includes a pulse generator 2 that generates a pulse voltage, a voltage amplifier 3 that amplifies the pulse voltage generated by the pulse generator 2, and a pulse voltage that is applied from the voltage amplifier 3 to vibrate. And a small vibration actuator 4 (hereinafter referred to as an actuator) that moves. FIG. 2A shows the appearance of the actuator 4, and FIG. 2B shows a cross section of the actuator 4. The actuator 4 includes a shape memory alloy main body 5 that applies a pulse voltage to perform a vibration motion, a substrate 6 to which the shape memory alloy main body 5 is attached, and a tactile sensor 7 that transmits vibrations of the shape memory alloy main body 5 to a tactile sense of a living body. And a supporter 8 that holds the tactile element 7, and an upper plate 61 that holds the tactile element 7 so as to face the substrate 6.

形状記憶合金本体５は、屈曲自在な形状であり、弛緩した状態で基板６に取り付けられており、例えば、直径５０μｍ、長さ６ｍｍであり、５ｍｍの間隔で両端部５１が基板６に半田によって固定されている。基板６は基板穴６２を有して、触覚子７を貫通させている。触覚子７は、一端側が形状記憶合金本体５の中間部５２に取り付けられており、他端側が生体に接触するように構成されている。サポータ８は、弾性を有し、例えば樹脂やゴムから成っている。サポータ８は、触覚子７と基板６とに接合しており、触覚子７を弾性により形状記憶合金本体５に押圧し、形状記憶合金本体５に張力を与えている。上板６１はスペーサ６３を挟んで基板６と対向しており、上板穴６４を有して、触覚子７を貫通させ、触覚子７を軸方向に移動自在に保持している。触覚子７はストッパ７１を基板６と上板６１の内側に有しており、基板穴６２及び上板穴６４から抜け出さない。また、形状記憶合金本体５は抵抗値が２Ωであり、両端部５１がリード線９に接続されて電圧増幅器３に繋がっており、電圧増幅器３を介してパルス発生器２から電圧を印加されると自身の抵抗により自己発熱して昇温し、形状記憶合金は収縮する。 The shape memory alloy body 5 has a flexible shape and is attached to the substrate 6 in a relaxed state. For example, the shape memory alloy body 5 has a diameter of 50 μm and a length of 6 mm, and both ends 51 are soldered to the substrate 6 at intervals of 5 mm. It is fixed. The substrate 6 has a substrate hole 62 through which the tactile sensor 7 passes. The tactile element 7 is configured such that one end side is attached to the intermediate portion 52 of the shape memory alloy main body 5 and the other end side contacts the living body. The supporter 8 has elasticity, and is made of, for example, resin or rubber. The supporter 8 is joined to the tactile element 7 and the substrate 6, and presses the tactile element 7 against the shape memory alloy main body 5 by elasticity to give tension to the shape memory alloy main body 5. The upper plate 61 faces the substrate 6 with the spacer 63 interposed therebetween, has an upper plate hole 64, penetrates the tactile element 7, and holds the tactile element 7 so as to be movable in the axial direction. The tactile element 7 has a stopper 71 inside the substrate 6 and the upper plate 61, and does not come out of the substrate hole 62 and the upper plate hole 64. The shape memory alloy body 5 has a resistance value of 2Ω, and both end portions 51 are connected to the lead wire 9 and connected to the voltage amplifier 3, and a voltage is applied from the pulse generator 2 through the voltage amplifier 3. As a result, the shape memory alloy shrinks due to self-heating due to its own resistance.

次に、上記のように構成された情報伝達装置１の動作について説明する。パルス発生器２は、アクチュエータ４の形状記憶合金本体５を振動させるパルス波を発生し、電圧増幅器３は、該パルス波を所定の電圧に増幅する。パルス波が印加されたときの形状記憶合金本体５の動作を、図３を参照して説明する。図３は、形状記憶合金本体５の温度と長さの関係を示す。横軸は形状記憶合金本体５の温度を示し、縦軸は形状記憶合金本体５の長さを示す。形状記憶合金本体５は、抵抗値を有しているので電圧が印加されているときは発熱し、温度Ｔ２以上になると長さが７％収縮し、元の長さＬから長さ０．９３Ｌに短くなる。そして、電圧が印加されていないときは放熱し、温度Ｔ１以下に冷却されると元の長さＬに戻る。そして、温度Ｔ２以上の加熱と、温度Ｔ１以下の冷却とがパルス波の印加により繰り返される間、形状記憶合金本体５の長さは、長さＬと長さ０．９３Ｌとの間で伸縮を繰り返し、形状記憶合金本体５は振動する。 Next, the operation of the information transmission apparatus 1 configured as described above will be described. The pulse generator 2 generates a pulse wave that vibrates the shape memory alloy body 5 of the actuator 4, and the voltage amplifier 3 amplifies the pulse wave to a predetermined voltage. The operation of the shape memory alloy body 5 when a pulse wave is applied will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the relationship between the temperature and length of the shape memory alloy body 5. The horizontal axis indicates the temperature of the shape memory alloy main body 5, and the vertical axis indicates the length of the shape memory alloy main body 5. Since the shape memory alloy body 5 has a resistance value, it generates heat when a voltage is applied, and contracts by 7% when the temperature is equal to or higher than the temperature T2, and is 0.93L from the original length L. Becomes shorter. When no voltage is applied, the heat is dissipated, and when the voltage is cooled to a temperature T1 or lower, the original length L is restored. And while heating above the temperature T2 and cooling below the temperature T1 are repeated by applying the pulse wave, the length of the shape memory alloy body 5 expands and contracts between the length L and the length 0.93L. Repeatedly, the shape memory alloy body 5 vibrates.

そして、形状記憶合金本体５を押圧している触覚子７は触覚子７の軸方向である方向Ａの向きに振動する（図２参照）。図４は、アクチュエータ４の使用状況を示す。アクチュエータ４は、触覚子７に接触した指Ｍ１に振動を伝達する。このように、触覚子７によって形状記憶合金本体５を三角形状に形成し、パルス電圧を印加して振動させる方式を本明細書において三角駆動法という。 And the tactile sensation 7 pressing the shape memory alloy main body 5 vibrates in the direction of the direction A which is the axial direction of the tactile sensation 7 (see FIG. 2). FIG. 4 shows how the actuator 4 is used. The actuator 4 transmits the vibration to the finger M1 that is in contact with the tactile element 7. In this specification, the method in which the shape memory alloy body 5 is formed in a triangular shape by the tactile sensor 7 and is vibrated by applying a pulse voltage is referred to as a triangular driving method in this specification.

次に、アクチュエータを振動させるパルス波の印加方法について図５を参照して説明する。図５（ａ）乃至（ｅ）は、パルス波の印加の状態を示す。これらの図において横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。図５（ａ）は、パルス波のオンとオフの時間の比率を示す。形状記憶合金本体は、加熱して収縮すると、一旦放熱して冷却してからでないと再加熱して収縮をさせることができないので冷却時間が必要である。形状記憶合金本体が加熱される電圧印加時間と、形状記憶合金本体が冷却される電圧無印加時間の比率であるオン・オフデューティは、印加電圧が１Ｖのとき１：２０程度が効果的であり、電圧無印加時間をこれより短くすると冷却が不十分で振動が起きない。図５（ａ）での電圧印加時間を１〜１００ｍｓにすると電圧無印加時間は２０〜２０００ｍｓとなる。 Next, a method for applying a pulse wave for vibrating the actuator will be described with reference to FIG. FIGS. 5A to 5E show the state of application of a pulse wave. In these figures, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates voltage. FIG. 5A shows the ratio of the on time and off time of the pulse wave. When the shape memory alloy body is heated and contracted, it must be cooled once after it has dissipated heat and cannot be reheated and contracted. The on / off duty, which is the ratio of the voltage application time during which the shape memory alloy body is heated and the voltage non-application time during which the shape memory alloy body is cooled, is effective to be about 1:20 when the applied voltage is 1V. If the voltage non-application time is shorter than this, cooling is insufficient and vibration does not occur. When the voltage application time in FIG. 5A is 1 to 100 ms, the voltage non-application time is 20 to 2000 ms.

図５（ｂ）は、形状記憶合金本体を余熱するときの電圧印加方法を示す。オフセット電圧として０．３Ｖを印加しておくと、形状記憶合金本体は余熱され、パルス波の波高値を低くして、形状記憶合金本体を振動させることができる。 FIG. 5B shows a voltage application method when preheating the shape memory alloy body. When 0.3 V is applied as an offset voltage, the shape memory alloy body is preheated, and the peak value of the pulse wave can be lowered to vibrate the shape memory alloy body.

図５（ｃ）は、パルス波の波高値を変化させた電圧印加方法を示す。波高値を１Ｖ、１．２Ｖ、０．５Ｖ、１．５Ｖ、０．７Ｖ、及び１．２Ｖと変化させている。波高値が低いと形状記憶合金本体は、弱く振動し、波高値が高いと形状記憶合金本体は、強く振動する。波高値の高さを変えることにより、形状記憶合金本体の振動の強さを調整することができる。 FIG.5 (c) shows the voltage application method which changed the peak value of the pulse wave. The peak values are changed to 1V, 1.2V, 0.5V, 1.5V, 0.7V, and 1.2V. When the crest value is low, the shape memory alloy main body vibrates weakly, and when the crest value is high, the shape memory alloy main body vibrates strongly. By changing the height of the peak value, the strength of vibration of the shape memory alloy main body can be adjusted.

図５（ｄ）は、パルス波を断続的に印加するときに、パルス波を印加する時間を一定にし、パルス波を印加する間隔を変化させる電圧印加方法を示す。パルス波を印加する時間は、１０ｍｓ〜５００ｍｓの間の一定時間とし、パルス波を印加する間隔時間を１０ｍｓ〜１ｓの間で変化させる。間隔時間が短いと生体に与える刺激は、強くなり、間隔時間が長いと生体に与える刺激は、弱くなる。パルス波を印加する間隔時間を変えることにより、生体に与える刺激を調整することができる。 FIG. 5D shows a voltage application method in which, when a pulse wave is intermittently applied, the time for applying the pulse wave is made constant and the interval for applying the pulse wave is changed. The time for applying the pulse wave is a constant time between 10 ms and 500 ms, and the interval time for applying the pulse wave is changed between 10 ms and 1 s. When the interval time is short, the stimulus given to the living body becomes strong, and when the interval time is long, the stimulus given to the living body becomes weak. The stimulus given to the living body can be adjusted by changing the interval time for applying the pulse wave.

図５（ｅ）は、パルス波を断続的に印加するときに、パルス波を印加する間隔を一定にし、パルス波を印加する時間を変化させる電圧印加方法を示す。パルス波を印加する間隔時間は、１０ｍｓ〜１ｓの間の一定時間とし、パルス波を印加する時間を１ｍｓ〜５０ｍｓの間で変化させる。印加する時間が長いと生体に与える刺激は、強くなり、印加する時間が短いと生体に与える刺激は、弱くなる。パルス波を印加する時間を変えることにより、生体に与える刺激を調整することができる。 FIG. 5E shows a voltage application method in which when applying a pulse wave intermittently, the pulse wave application interval is made constant and the time for applying the pulse wave is changed. The interval time for applying the pulse wave is a constant time between 10 ms and 1 s, and the time for applying the pulse wave is changed between 1 ms and 50 ms. When the application time is long, the stimulus given to the living body becomes strong, and when the application time is short, the stimulus given to the living body becomes weak. The stimulus given to the living body can be adjusted by changing the time for applying the pulse wave.

上述のようにパルス波を形状記憶合金本体に印加することにより形状記憶合金本体を振動させ、生体の触覚に情報を伝達することができる。三角駆動法において形状記憶合金本体を振動させたときの振幅について、特許文献３の情報伝達装置における形状記憶合金本体と比較して図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）は、本実施形態における形状記憶合金本体の振動動作を示し、図６（ｂ）は、特許文献３における形状記憶合金本体１０５の振動動作を示す。図中において形状記憶合金本体が伸びている状態を２点鎖線で、収縮している状態を実線で示し、６ｍｍ程度の長さの形状記憶合金本体が０．２ｍｍ収縮したときの振幅を比較する。本実施形態における形状記憶合金本体５は、両端部５１を固定されており、頂点５３が触覚子によって図中上向きに押圧され、三角形状になっている（図６（ａ）参照）。両端部５１が固定されている長さｄ１を６ｍｍとする。また、形状記憶合金本体５が伸びているときの長さを２×１０^１／２（約６．３２ｍｍ）とし、加熱したとき０．２ｍｍ収縮して、６．１２ｍｍになるとする。すると、形状記憶合金本体５が伸びているときの頂点５３の高さｈ１はピタゴラスの定理により１ｍｍとなり、収縮しているときの高さｈ２は同様に０．６１４ｍｍとなるので、形状記憶合金本体５の加熱時と冷却時の高さの差、即ち振幅ｈ３は０．３８６ｍｍとなる。 As described above, by applying a pulse wave to the shape memory alloy main body, the shape memory alloy main body is vibrated, and information can be transmitted to the tactile sense of a living body. The amplitude when the shape memory alloy main body is vibrated in the triangular drive method will be described with reference to FIGS. 6A and 6B in comparison with the shape memory alloy main body in the information transmission device of Patent Document 3. FIG. FIG. 6A shows the vibration operation of the shape memory alloy main body in this embodiment, and FIG. 6B shows the vibration operation of the shape memory alloy main body 105 in Patent Document 3. In the figure, the state where the shape memory alloy body is extended is indicated by a two-dot chain line, and the state where the shape memory alloy body is contracted is indicated by a solid line, and the amplitude when the shape memory alloy body having a length of about 6 mm is contracted by 0.2 mm is compared. . The shape memory alloy main body 5 in the present embodiment has both end portions 51 fixed, and the apex 53 is pressed upward in the figure by a tactile element to form a triangular shape (see FIG. 6A). The length d1 to which both end portions 51 are fixed is 6 mm. Further, the length when the shape memory alloy body 5 is extended is 2 × 10 ^1/2 (about 6.32 mm), and when heated, the length is contracted by 0.2 mm to be 6.12 mm. Then, the height h1 of the apex 53 when the shape memory alloy main body 5 is extended is 1 mm by the Pythagorean theorem, and the height h2 when it is contracted is similarly 0.614 mm. 5, the difference in height between heating and cooling, that is, the amplitude h3 is 0.386 mm.

特許文献３における形状記憶合金本体１０５は、両端部１５１を固定されており、形状記憶合金本体１０５が伸びているときの形状を半径ｒ１が２ｍｍの半円とする（図６（ｂ）参照）。このとき、形状記憶合金本体１０５の長さは、図６（ａ）における形状記憶合金本体５とほぼ同等の長さの６．２８ｍｍとなる。また、形状記憶合金本体１０５の頂点１５３の高さｈ４は２ｍｍとなる。そして、形状記憶合金本体１０５が収縮により、図６（ａ）における形状記憶合金本体５と同様に加熱により０．２ｍｍ短くなるとする。このとき、形状記憶合金本体１０５は円弧形状を維持するとする。すると、形状記憶合金本体１０５は、中心点Ｏ２が図中下方向に長さｄ２（０．１０４ｍｍ）離れたところにあり、半径が２．００３ｍｍの円弧になる。すると、収縮しているときの形状記憶合金本体１０５の頂点１５３の高さｈ５は１．８９９ｍｍとなるので、形状記憶合金本体５の振幅ｈ６は０．１０１ｍｍとなり、本実施形態に係る形状記憶合金本体５の振幅の約１／４となる。 The shape memory alloy body 105 in Patent Document 3 has both ends 151 fixed, and the shape when the shape memory alloy body 105 is extended is a semicircle having a radius r1 of 2 mm (see FIG. 6B). . At this time, the length of the shape memory alloy main body 105 is 6.28 mm, which is substantially the same length as the shape memory alloy main body 5 in FIG. Further, the height h4 of the vertex 153 of the shape memory alloy main body 105 is 2 mm. Then, it is assumed that the shape memory alloy main body 105 is contracted and shortened by 0.2 mm by heating in the same manner as the shape memory alloy main body 5 in FIG. At this time, the shape memory alloy main body 105 is assumed to maintain an arc shape. Then, the shape memory alloy main body 105 is a circular arc having a radius of 2.003 mm, with the center point O2 being away from the length d2 (0.104 mm) in the downward direction in the figure. Then, since the height h5 of the vertex 153 of the shape memory alloy main body 105 when contracted becomes 1.899 mm, the amplitude h6 of the shape memory alloy main body 5 becomes 0.101 mm, and the shape memory alloy according to the present embodiment. It becomes about 1/4 of the amplitude of the main body 5.

上述のように本実施形態に係る情報伝達装置における三角駆動法による形状記憶合金本体５の頂点５３の振幅が、特許文献３に係る情報伝達装置における形状記憶合金本体１０５の頂点１５３の振幅よりも約４倍の大きさとなっており、振動を機械的に増幅することができる。 As described above, the amplitude of the vertex 53 of the shape memory alloy main body 5 by the triangular drive method in the information transmission device according to the present embodiment is larger than the amplitude of the vertex 153 of the shape memory alloy main body 105 in the information transmission device according to Patent Document 3. The size is about 4 times, and vibration can be mechanically amplified.

上述した本実施形態の情報伝達装置１によれば、形状記憶合金本体５にパルス電圧を印加することにより、応答性良く振動現象を呈することが可能であり、振動モータを用いるよりもエネルギー効率を良くすることができる。また、構成が簡単であるので情報伝達装置１を小型軽量にすることができる。また、形状記憶合金本体５に張力を与えた状態で、形状記憶合金本体５の振動を触覚子７によって生体に伝達する構成であるので、形状記憶合金本体５の形状のバラツキの影響を受け難く、情報伝達装置１の製造が容易であり、振動の振幅も大きくすることができる。また、形状記憶合金本体５が屈曲することもなく、生体にも直接触れないので、形状記憶合金本体５の損傷も防ぐことができる。 According to the information transmission device 1 of the present embodiment described above, by applying a pulse voltage to the shape memory alloy body 5, it is possible to exhibit a vibration phenomenon with good responsiveness, and energy efficiency is higher than using a vibration motor. Can be better. Further, since the configuration is simple, the information transmission device 1 can be reduced in size and weight. Further, since the vibration of the shape memory alloy main body 5 is transmitted to the living body by the tactile element 7 in a state in which the tension is applied to the shape memory alloy main body 5, the shape memory alloy main body 5 is hardly affected by the variation in the shape of the shape memory alloy main body 5. The information transmission device 1 can be easily manufactured and the vibration amplitude can be increased. Further, since the shape memory alloy main body 5 is not bent and does not directly touch the living body, the shape memory alloy main body 5 can be prevented from being damaged.

また、本実施形態のアクチュエータ４は、小型にすることができるので、極めて微小な部分への刺激が可能である。アクチュエータ４を手に装着するときは、敏感な部分として中指、小指の付け根、人差し指の先端などが確認されているので、その部分に重点的に配置すればよい。また、触覚子を介しており、形状記憶合金本体に触れることがないので、形状記憶合金本体に加えられる電圧による感電や、過熱によるやけどの心配もない。 Moreover, since the actuator 4 of this embodiment can be reduced in size, it can stimulate a very minute portion. When the actuator 4 is mounted on the hand, the middle finger, the base of the little finger, the tip of the index finger, and the like have been confirmed as sensitive parts, and the actuator 4 may be arranged with emphasis on that part. Further, since the shape memory alloy body is not touched through the tactile element, there is no fear of electric shock due to the voltage applied to the shape memory alloy body or burns due to overheating.

本実施形態に係るアクチュエータ４の機械振動を情報伝達手投とする情報伝達装置１は、小型軽量で、エネルギー効率が良く、高周波まで応答可能であり、振動源の分解能も極めて高い。また、単体で０．５Ｈｚ程度の振動を与えれば人の脈の様に感じ、１０〜２００Ｈｚの振動を加えるとびりびりした触覚を与えることができる。 The information transmission device 1 using mechanical vibration of the actuator 4 according to this embodiment as an information transmission hand pitch is small and light, has high energy efficiency, can respond to high frequencies, and has a very high resolution of the vibration source. In addition, if a vibration of about 0.5 Hz is given alone, it can be felt like a human pulse, and if a vibration of 10 to 200 Hz is applied, it can give a crisp touch.

このアクチュエータ４には、種々な用途がある。例えば、人が使用する杖に配設し、杖に信号を送信するときや、犬の首輪に付けて指示をするにはアクチュエータ４を単体で使用すればよい。アクチュエータ４を単体でなく、複数組み合わせることにより高度な情報を振動により伝達することも可能である。医療教育用の脈発生装置、携帯電話の情報伝送、身障者への情報伝送、アミューズメントなどへの利用も可能である。 The actuator 4 has various uses. For example, the actuator 4 may be used alone when it is disposed on a cane used by a person and a signal is sent to the cane or attached to a dog collar. It is also possible to transmit advanced information by vibration by combining a plurality of actuators 4 instead of a single unit. It can also be used for pulse generators for medical education, mobile phone information transmission, information transmission for the handicapped, and amusement.

次に、本実施形態のアクチュエータの第１の変形例を、図７を参照して説明する。本変形例では、形状記憶合金本体は触覚子によって牽引されている。形状記憶合金本体５は基板６の上板６１側に固定されており、形状記憶合金本体５の中間部５２が触覚子７の一端に取り付けられている。触覚子７はサポータ８によって上板６１側へ押し上げられており、形状記憶合金本体５は触覚子７に牽引されて張力を与えられている。この構成により、基板６に穴を開けなくてもよく、また、ストッパ７１も一つでよいので、構成を簡素化することができる。また、形状記憶合金本体５がアクチュエータ４の内部にあるので、形状記憶合金本体５が外部と接触して損傷することを防ぐことができる。 Next, a first modification of the actuator of this embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, the shape memory alloy main body is pulled by a tactile element. The shape memory alloy body 5 is fixed to the upper plate 61 side of the substrate 6, and an intermediate portion 52 of the shape memory alloy body 5 is attached to one end of the tactile element 7. The tactile element 7 is pushed up to the upper plate 61 side by the supporter 8, and the shape memory alloy main body 5 is pulled by the tactile element 7 and given tension. With this configuration, it is not necessary to make a hole in the substrate 6 and only one stopper 71 is required, so that the configuration can be simplified. Further, since the shape memory alloy main body 5 is inside the actuator 4, it is possible to prevent the shape memory alloy main body 5 from being damaged due to contact with the outside.

本実施形態のアクチュエータの第２の変形例を、図８（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。本変形例では、触覚子７は、上板６１に埋め込まれたインシュレータ６５で固定されている。インシュレータ６５は、弾性を有しており、例えばゴムや樹脂から成っている。インシュレータ６５は、基板６に取り付けられた形状記憶合金本体５に対して垂直方向に触覚子７を押圧し、形状記憶合金本体５に張力を与える。本変形例のアクチュエータはサポータやストッパを有していないので、構成が簡単となり、アクチュエータを小型にすることができる。 A second modification of the actuator of this embodiment will be described with reference to FIGS. In this modification, the tactile element 7 is fixed by an insulator 65 embedded in the upper plate 61. The insulator 65 has elasticity, and is made of, for example, rubber or resin. The insulator 65 presses the tactile sensator 7 in the vertical direction against the shape memory alloy main body 5 attached to the substrate 6 to apply tension to the shape memory alloy main body 5. Since the actuator of this modification does not have a supporter or a stopper, the configuration becomes simple and the actuator can be downsized.

本実施形態のアクチュエータの第３の変形例を、図９を参照して説明する。本変形例では、触覚子７は、触覚子の軸の垂直方向に振動（ゴマすり運動）する。触覚子７は、一端部７２が傾倒自在に基板６に固定されている。形状記憶合金本体５は、中間部５２が触覚子７を囲んだ状態で両端部５１が基板６に固定されている。サポータ８は、触覚子７を形状記憶合金本体５の方向に押圧しており、形状記憶合金本体５は触覚子７によって張力を与えられている。形状記憶合金本体５にパルス電圧が印加されると、形状記憶合金本体５が伸縮して振動し、触覚子７は方向Ｂに振動する。この構成により、アクチュエータ４全体を薄くすることができる。携帯電話や時計などの薄さが要求される機器に有効である。 A third modification of the actuator of this embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, the tactile sensation 7 vibrates in the direction perpendicular to the axis of the tactile sensation (tilt movement). The tactile element 7 has one end 72 fixed to the substrate 6 so as to be tiltable. The shape memory alloy main body 5 has both end portions 51 fixed to the substrate 6 with the intermediate portion 52 surrounding the tactile element 7. The supporter 8 presses the tactile element 7 toward the shape memory alloy main body 5, and the shape memory alloy main body 5 is tensioned by the tactile element 7. When a pulse voltage is applied to the shape memory alloy body 5, the shape memory alloy body 5 expands and contracts and vibrates, and the tactile element 7 vibrates in the direction B. With this configuration, the entire actuator 4 can be thinned. It is effective for devices that require thinness such as mobile phones and watches.

本実施形態のアクチュエータの第４の変形例を、図１０を参照して説明する。本変形例は複数のアクチュエータを用いる場合であり、アクチュエータの触覚子の長さが異なっている。複数のアクチュエータ４が線状に、又は面状に並設されており、各アクチュエータ４の触覚子７の先端が生体Ｍ２に沿って接触するように、触覚子７の長さが異なっており、上板６１の形状も生体Ｍ２に沿った曲面形状となっている。振動を伝達される生体Ｍ２が曲面である場合に、その生体に合わせて基板６を曲面形状にし、アクチュエータ４を製造するのは難しいが、本変形例の構成のように触覚子７の長さを異ならせることにより、基板６を平面形状のままで、曲面の生体Ｍ２に振動を容易に伝達することができる。 A fourth modification of the actuator of this embodiment will be described with reference to FIG. This modification is a case where a plurality of actuators are used, and the lengths of the tactile elements of the actuators are different. A plurality of actuators 4 are arranged in a line or in a plane, and the lengths of the tactile elements 7 are different so that the tips of the tactile elements 7 of the respective actuators 4 are in contact with the living body M2. The shape of the upper plate 61 is also a curved surface shape along the living body M2. When the living body M2 to which vibration is transmitted is a curved surface, it is difficult to manufacture the actuator 4 by making the substrate 6 into a curved shape in accordance with the living body, but the length of the tactile element 7 as in the configuration of the present modification example. Therefore, vibration can be easily transmitted to the curved living body M2 while the substrate 6 remains in a planar shape.

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る情報伝達装置について図１１を参照して説明する。本実施形態に係る情報伝達装置は、上述した第１の実施形態に係る情報伝達装置のアクチュエータ４を複数個用いて生体に情報を与えるものである。本実施形態に係る情報伝達装置１は、握り棒９１の形状をしており、複数のアクチュエータ４と、アクチュエータ４を駆動させる駆動アンプ９２と、アクチュエータ４と駆動アンプ９２を接続する配線９３とを備えている。アクチュエータ４は、握り棒９１を握持したときに掌Ｍ３の触覚の敏感な部位である指先の腹Ｍ４に触覚子が当接するように握り棒９１に貼着されている。このとき、形状記憶合金本体５に駆動アンプ９２を介して０．１Ｈｚ〜１ｋＨｚでの電気信号を印加すると機械振動が発生し、触覚子に当接する指先の腹Ｍ４にその振動が伝達される。さらに、電気信号の強弱やその周期を時系列に変化させて、例えば、ＰＷＡＭ波として印加すると、その触覚子に当接した指先の腹Ｍ４に様々な機械振動の組み合わせを、時系列で体感させることができる。予めその機械振動の強弱、周期及び組み合わせに何らかの意味を持たせておけば、それが複雑な意味を備えた情報として伝達される。 (Second Embodiment)
An information transmission apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The information transmission device according to the present embodiment gives information to a living body using a plurality of actuators 4 of the information transmission device according to the first embodiment described above. The information transmission apparatus 1 according to the present embodiment has a shape of a grip bar 91, and includes a plurality of actuators 4, a drive amplifier 92 that drives the actuator 4, and a wiring 93 that connects the actuator 4 and the drive amplifier 92. I have. The actuator 4 is attached to the grip bar 91 so that the tactile sensation comes into contact with the abdomen M4 of the fingertip, which is a sensitive part of the palm M3 when the grip bar 91 is gripped. At this time, when an electric signal at 0.1 Hz to 1 kHz is applied to the shape memory alloy main body 5 via the drive amplifier 92, mechanical vibration is generated, and the vibration is transmitted to the abdomen M4 of the fingertip that contacts the tactile element. Furthermore, when the strength of the electrical signal and its period are changed in time series, for example, when applied as a PWAM wave, various combinations of mechanical vibrations are experienced in time series on the fingertip abdomen M4 in contact with the tactile sensor. be able to. If some meaning is given in advance to the mechanical vibration intensity, cycle, and combination, it is transmitted as information having a complicated meaning.

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る情報伝達装置について図１２を参照して説明する。本実施形態に係る情報伝達装置は、上記第１の実施形態に係る情報伝達装置のアクチュエータにより人体の背中に情報を伝達するものである。本実施形態に係る情報伝達装置１は、複数のアクチュエータ４と、アクチュエータ４を駆動させる駆動アンプ９２と、アクチュエータ４と駆動アンプ９２を接続する配線９３とを備えている。アクチュエータ４を人体の背中Ｍ５全体に貼着し、第２の実施形態と同様に駆動アンプ９２を介して電気信号を印加すると、複雑な情報を背中Ｍ５に伝達することができる。このアクチュエータ４を直接人体に貼着せずに、人体の触覚に敏感な部位が触れる生活用具、例えば、椅子の背もたれ、杖、携帯電話などに複数のアクチュエータ４を適宜貼着する構造とすることもできる。 (Third embodiment)
An information transmission apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The information transmission device according to the present embodiment transmits information to the back of the human body by the actuator of the information transmission device according to the first embodiment. The information transmission apparatus 1 according to the present embodiment includes a plurality of actuators 4, a drive amplifier 92 that drives the actuator 4, and a wiring 93 that connects the actuator 4 and the drive amplifier 92. When the actuator 4 is attached to the entire back M5 of the human body and an electrical signal is applied via the drive amplifier 92 as in the second embodiment, complicated information can be transmitted to the back M5. The actuator 4 may not be directly attached to the human body, and a structure in which a plurality of actuators 4 are appropriately attached to a daily tool such as a chair back, a cane, or a mobile phone that is touched by a sensitive part of the human body. it can.

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る情報伝達装置について図１３乃至図１６を参照して説明する。本実施形態に係る情報伝達装置は、上述第１の実施形態に係る情報伝達装置のアクチュエータを複数個用いて生体に触覚の動的感覚を与えるものである。図１３は、本実施形態に係る情報伝達装置の構成を示す。本実施形態に係る情報伝達装置１は、複数のアクチュエータ４と、アクチュエータ４に印加するパルス電圧を発生するマルチパルス発生器２１と、パルス電圧を増幅するマルチ電圧増幅器３１と、を備えている。複数のアクチュエータ４は、複数の列となって面状に配置され、それぞれの触覚子が生体に触れるように配設されている。アクチュエータ４は、それぞれがマルチ電圧増幅器３１に接続されており、個別にパルス波を印加されるので、該情報伝達装置１に覆われた任意の箇所のアクチュエータ４の触覚子を振動させ、生体に情報を与えることができる。 (Fourth embodiment)
An information transmission apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The information transmission device according to the present embodiment gives a tactile dynamic sensation to a living body by using a plurality of actuators of the information transmission device according to the first embodiment. FIG. 13 shows the configuration of the information transmission apparatus according to this embodiment. The information transmission apparatus 1 according to the present embodiment includes a plurality of actuators 4, a multi-pulse generator 21 that generates a pulse voltage applied to the actuator 4, and a multi-voltage amplifier 31 that amplifies the pulse voltage. The plurality of actuators 4 are arranged in a plane in a plurality of rows, and are arranged so that the respective tactile elements touch the living body. Each of the actuators 4 is connected to the multi-voltage amplifier 31 and individually applied with a pulse wave, so that the tactile sensation of the actuator 4 at an arbitrary location covered by the information transmission device 1 is vibrated to the living body. Information can be given.

本実施形態に係る情報伝達装置へのパルス波の印加方法を図１４（ａ）乃至（ｄ）を参照して説明する。図１４（ａ）乃至（ｄ）は、生体の６０ｍｍ程離れた２箇所（Ｃ、Ｄ点）に装着したアクチュエータを同時に振動させたときの、生体が感じる触感を示す。横軸は時間を示し、縦軸は２箇所（Ｃ、Ｄ点）それぞれに装着されたアクチュエータの形状記憶合金本体に印加されたパルス波の波高値を示す。また、Ｃ、Ｄ点に与えられた刺激の大きさと生体が感じる刺激の位置とをグラフの横に刺激Ｅと触覚点Ｆの記号で示す。刺激Ｅの記号の大きさは、刺激の大きさを表し、触覚点Ｆの記号の位置は、生体が感じた振動源の位置を示す。図１４（ａ）は、Ｃ点及びＤ点のパルス波の波高値が同じ１Ｖであるときの状態を示し、生体は、Ｃ、Ｄ点の中間点に振動源が有るように感じる。図１４（ｂ）は、Ｃ点の波高値が１ＶでＤ点の波高値が０．５Ｖであるときの状態を示し、生体は、Ｃ点に近い方に振動源が有るように感じる。図１４（ｃ）は、Ｃ点の波高値が０．５ＶでＤ点の波高値が１Ｖであるときの状態を示し、生体は、Ｄ点に近い方に振動源が有るように感じる。図１４（ｄ）は、Ｃ点の波高値が０．２ＶでＤ点の波高値が１Ｖであるときの状態を示し、生体は、図１４（ｃ）のときよりもさらにＤ点に近い方に振動源が有るように感じる。このようにして実際には振動源が存在していない箇所に振動源が有るように触覚に感じさせるファントムセンセーションを起こすことができる。 A method of applying a pulse wave to the information transmission apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 14A to 14D show tactile sensations that the living body feels when the actuators mounted at two locations (C and D points) separated by 60 mm from the living body are simultaneously vibrated. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the peak value of the pulse wave applied to the shape memory alloy body of the actuator mounted at each of two locations (C and D points). Further, the magnitude of the stimulus given to the points C and D and the position of the stimulus felt by the living body are indicated by the symbols of the stimulus E and the tactile point F on the side of the graph. The size of the symbol of the stimulus E represents the size of the stimulus, and the position of the symbol of the tactile point F indicates the position of the vibration source felt by the living body. FIG. 14A shows a state where the peak values of the pulse waves at the points C and D are the same 1V, and the living body feels that there is a vibration source at an intermediate point between the points C and D. FIG. 14B shows a state when the peak value at point C is 1V and the peak value at point D is 0.5V, and the living body feels that the vibration source is closer to point C. FIG. 14C shows a state when the peak value at point C is 0.5 V and the peak value at point D is 1 V, and the living body feels that there is a vibration source closer to point D. FIG. 14 (d) shows a state when the peak value at point C is 0.2V and the peak value at point D is 1V. The living body is closer to point D than in FIG. 14 (c). I feel like there is a vibration source. In this way, it is possible to cause phantom sensation that makes a tactile sensation feel that a vibration source is present at a place where the vibration source does not actually exist.

次に、Ｃ、Ｄ点に同じ高さの波高値のパルス波を、時間差をもって印加したときの生体に与える触感を、図１５（ａ）乃至（ｄ）を参照して説明する。図１５（ａ）乃至（ｄ）において、横軸は時間を示し、縦軸はパルス波の波高値を示す。また、振動源の移動速度の触感を移動感覚Ｇの記号で示す。移動感覚Ｇの矢印の記号のうねりで生体が感じた振動源の移動速度の様子を示し、うねりが多いほど遅く感じたことを表す。図１５（ａ）乃至（ｄ）において、Ｃ、Ｄ点のパルス波の波高値は１Ｖであるが、Ｃ点にパルス電圧を印加してからＤ点にパルス電圧を印加するまでの時間差が異なっている。図１５（ａ）は、時間差が１００ｍｓのときの状態を示す。以下、同様に図１５（ｂ）は、２００ｍｓのときの、図１５（ｃ）は３５０ｍｓのときの、図１５（ｄ）は５００ｍｓのときの状態を示す。そして、図１５（ａ）における印加条件においては、生体の触覚に、振動源がＣ点からＤ点へ速く移動したように感じさせることができる。そして、Ｃ、Ｄ点にパルス波を印加する時間差を大きくするにつれて、生体の触覚に、振動源がＣ点からＤ点へ遅く移動したように感じさせる仮現運動を起こすことができる。 Next, a tactile sensation given to a living body when a pulse wave having the same height at point C and D is applied with a time difference will be described with reference to FIGS. 15 (a) to 15 (d). 15A to 15D, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the peak value of the pulse wave. Further, the tactile sensation of the moving speed of the vibration source is indicated by a symbol of movement sense G. The state of the moving speed of the vibration source felt by the living body is indicated by the swell of the arrow symbol of the movement sensation G. The more the swell, the slower the feeling is felt. 15A to 15D, the peak value of the pulse wave at points C and D is 1 V, but the time difference from the application of the pulse voltage to point C to the application of the pulse voltage to point D is different. ing. FIG. 15A shows a state when the time difference is 100 ms. Similarly, FIG. 15B shows a state at 200 ms, FIG. 15C shows a state at 350 ms, and FIG. 15D shows a state at 500 ms. And in the application conditions in Fig.15 (a), it can be made to feel to the tactile sense of the living body that the vibration source moved quickly from the C point to the D point. Then, as the time difference between the application of the pulse wave to the points C and D is increased, a manifestation motion that causes the tactile sense of the living body to feel as if the vibration source has moved slowly from the point C to the point D can be caused.

上述のように２箇所のアクチュエータへの印加条件により、生体の触覚に種々の情報を伝達することができる。本実施形態に係る情報伝達装置の動作について再び図１３を参照して説明する。図１３において、アクチュエータ４の配置位置は、座標で示される。図中の左下の基準点Ｌに配置されているアクチュエータ４の位置座標を（０，０）とし、基準点Ｌから方向Ｘに順に配置されているアクチュエータ４の位置座標を順に（１，０）（２，０）としていく。また、基準点Ｌから方向Ｙに順に配置されているアクチュエータ４の位置座標を順に、（０，１）（０，２）としていく。アクチュエータ４それぞれに波高値の差異、時間差、印加時間などを適宜制御した信号を与えることにより、アクチュエータ４を配置した面全体に対し、振動源が移動しているかのような触感を与え、文字をなぞったように情報を伝達することができる。例えば、位置座標（０，２）のアクチュエータ４に波高値１Ｖのパルス波を印加して振動させ、次に、５００ｍｓ後に位置座標（１，２）のアクチュエータ４に波高値１Ｖのパルス波を印加して振動させる。続けて同様に位置座標（２，２）（３，２）（４，２）（５，２）（６，２）のアクチュエータ４に順にパルス波を印加して振動させる。この情報伝達装置１を装着された生体の触覚は、位置座標（０，２）の位置から順に位置座標（１，２）（２，２）（３，２）（４，２）（５，２）（６，２）の位置にかけて、振動源が移動し、なぞられたように感じる。このことを利用して、生体の触覚に文字情報を伝達することができる。 As described above, various information can be transmitted to the tactile sensation of the living body according to the application conditions to the two actuators. The operation of the information transmission apparatus according to the present embodiment will be described again with reference to FIG. In FIG. 13, the arrangement position of the actuator 4 is indicated by coordinates. The position coordinates of the actuator 4 arranged at the lower left reference point L in the figure is (0, 0), and the position coordinates of the actuators 4 arranged in order from the reference point L in the direction X are (1, 0) in order. (2, 0). Further, the position coordinates of the actuators 4 arranged in order from the reference point L in the direction Y are sequentially set to (0, 1) (0, 2). By giving each actuator 4 a signal that appropriately controls the difference in peak value, time difference, application time, etc., the entire surface on which the actuator 4 is arranged is given a tactile sensation as if the vibration source is moving. Information can be transmitted as traced. For example, a pulse wave having a peak value of 1V is applied to the actuator 4 at position coordinates (0, 2) to vibrate, and then a pulse wave having a peak value of 1V is applied to the actuator 4 at position coordinates (1, 2) after 500 ms. And vibrate. Subsequently, similarly, a pulse wave is sequentially applied to the actuator 4 at the position coordinates (2, 2) (3, 2) (4, 2) (5, 2) (6, 2) to vibrate. The tactile sensation of the living body to which this information transmission device 1 is attached is determined by the position coordinates (1, 2) (2, 2) (3, 2) (4, 2) (5, in order from the position coordinates (0, 2). 2) The vibration source moves to the position of (6, 2) and feels like being traced. By utilizing this fact, character information can be transmitted to the sense of touch of a living body.

文字情報の具体的な伝達方法を、図１６を参照して説明する。パルス波を印加するアクチュエータ４を枠で囲み、斜線を施して示している。例えば、「Ａ」の文字を伝達するとき、まず波高値１Ｖのパルス波を位置座標（３，６）から位置座標（２，５）（２，４）（１，３）（１，２）（０，１）（０，０）へ５００ｍｓ間隔で順に印加して振動させる。次に数秒後に同様に位置座標（３，６）から位置座標（４，５）（４，４）（５，３）（５，２）（６，１）（６，０）へ順に印加して振動させる。さらに、数秒後に位置座標（１，２）から位置座標（２，２）（３，２）（４，２）（５，２）へ順に印加して振動させる。このようにアクチュエータ４にパルス波を印加すると、生体は位置座標（３，６）から位置座標（０，０）へ、位置座標（３，６）から位置座標（６，０）へ、位置座標（１，２）から位置座標（５，２）へかけて振動源が移動し、なぞられたように感じて「Ａ」の文字を認識することができる。「Ａ」の文字の位置にあるアクチュエータ４に同時にパルス波を印加して振動させても、生体は複数個所に振動を感じるだけで文字を認識することができないが、このように印加する時間の間隔をあけてアクチュエータ４に順にパルス波を印加することにより文字をなぞったように情報を生体に伝達することができる。 A specific method of transmitting character information will be described with reference to FIG. The actuator 4 to which the pulse wave is applied is surrounded by a frame and hatched. For example, when transmitting the letter “A”, first, a pulse wave having a peak value of 1 V is transmitted from the position coordinates (3, 6) to the position coordinates (2, 5) (2, 4) (1, 3) (1, 2). It is applied to (0, 1) (0, 0) in order at 500 ms intervals to vibrate. Next, after a few seconds, the position coordinates (3, 6) are applied in order from the position coordinates (4, 5) (4, 4) (5, 3) (5, 2) (6, 1) (6, 0). Vibrate. Further, a few seconds later, the vibration is applied in order from the position coordinates (1, 2) to the position coordinates (2, 2) (3, 2) (4, 2) (5, 2). When the pulse wave is applied to the actuator 4 in this way, the living body moves from the position coordinate (3, 6) to the position coordinate (0, 0), from the position coordinate (3, 6) to the position coordinate (6, 0), and the position coordinate. The vibration source moves from (1,2) to the position coordinates (5,2), and the character “A” can be recognized by feeling like being traced. Even if a pulse wave is simultaneously applied to the actuator 4 at the position of the letter “A” to vibrate, the living body cannot recognize the letter only by feeling the vibration at a plurality of places. By applying pulse waves to the actuator 4 in order at intervals, information can be transmitted to the living body as if the characters were traced.

本実施形態に係る情報伝達装置により、画像情報の伝送が可能である。また、音階情報や会話などの複雑な情報を人間の触覚に伝達することができる。具体的な適用例を次に挙げる。第１の適用例は、音声データや文字データを点字や文字情報として呈示し、また、点字ブロック、階段、ゲート及び交差点等から発信される信号データや任意の対象物の形状を触覚への情報に変換して呈示する情報伝達装置であって、身障者の人に有効な情報を伝達することができる。本適用例では、アクチュエータが配設されている部分が情報伝達装置本体部分と一体であっても、分離していても構わない。第２の適用例は、第１の適用例における情報伝達装置であって、カメラ部を備えており、画像データを触覚への情報に変換するものである。第３の適用例は、パソコン等とＵＢＳ接続をすることができ、パソコンの画面中から文字や記号を読取り、文字情報に変換し、また、任意の対象物の形状を触覚への情報に変換して呈示するものであって、パソコンからの情報を触覚で知ることができる。第４の適用例は、腕時計への適用で、複数のアクチュエータを備え、時間を文字情報として人体に伝達する情報伝達装置であり、装着している人は、腕時計を見なくても触覚により時間を知ることができる。第５の適用例は、自動車のハンドルへの適用であり、アクチュエータをハンドル部分に配設する。情報伝達装置は、居眠り運転の警告やカーナビゲーションからの自動車の進行方向の情報を運転者の触覚へ伝達する。 The information transmission apparatus according to the present embodiment can transmit image information. In addition, complex information such as scale information and conversation can be transmitted to the human sense of touch. Specific application examples are given below. In the first application example, voice data and character data are presented as Braille and character information, and signal data transmitted from Braille blocks, stairs, gates, intersections, etc. It is an information transmission device that converts and presents information, and can transmit effective information to persons with disabilities. In this application example, the portion where the actuator is disposed may be integrated with the information transmission device main body portion or may be separated. The second application example is an information transmission device according to the first application example, and includes a camera unit, and converts image data into information for tactile sensation. In the third application example, a UBS connection can be made with a personal computer, etc., characters and symbols are read from the screen of the personal computer and converted into character information, and the shape of an arbitrary object is converted into information for tactile sensation. The information from the personal computer can be known by touch. A fourth application example is an information transmission device that is applied to a wristwatch and includes a plurality of actuators and transmits time as character information to a human body. Can know. A fifth application example is an application to a steering wheel of an automobile, and an actuator is disposed on the steering wheel portion. The information transmission device transmits a drowsy driving warning and information on the direction of travel of the vehicle from the car navigation to the tactile sense of the driver.

本発明に係る情報伝達装置は、アクチュエータを線状に配置してもよく、線状に配置すれば小型化することができ、必要な部位のみに情報を伝達することができる。また、アクチュエータを立体的に配置してもよく、生体に沿わせて立体的に配置すれば、生体により多くの情報を伝達することができる。 In the information transmission device according to the present invention, the actuators may be arranged in a line, and if arranged in a line, the actuator can be miniaturized and information can be transmitted only to a necessary part. Further, the actuator may be arranged in a three-dimensional manner, and more information can be transmitted to the living body if the actuator is arranged in a three-dimensional manner along the living body.

この情報伝達装置は、目、耳などに障害のある障害者に対する情報伝達手段や意志の疎通手段として、その機能を最大限に発揮させることができる。また、他人には騒音になるなどの制約から音情報による伝達が規制される環境下において、有効に機能させることができる。また、機械振動による触覚の疑似体験ができるので医療、各種訓練、ゲーム、それにマジックハンドなど隔壁内の現象の再現などにも活用することができる。 This information transmission device can maximize its functions as information transmission means and communication means for persons with disabilities in the eyes and ears. Moreover, it can function effectively in an environment where transmission by sound information is restricted due to restrictions such as noise caused to others. In addition, since a simulated experience of tactile sensation by mechanical vibration is possible, it can be used for medical treatment, various trainings, games, and reproduction of phenomena in the bulkhead such as a magic hand.

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば形状記憶合金本体は、直径５０μｍ、長さ６ｍｍで２Ωの線状としたが、直径や長さや抵抗値に拘らず、パルス波を印加したときに振動が発生するように調整すればよい。また、形状記憶合金本体の形状は、薄片板に成形したものでもよい。また、形状記憶効果によって所定の温度以上になると、形状記憶合金本体が屈曲することにより振動を起こすようにしてもよい。また、振動により情報を伝える生体は人間のみに限らず犬などの動物でもよい。また、パルス波の波高値や印加時間や無印加時間等の印加条件も、形状記憶合金本体が振動するように調整すればよい。 In addition, this invention is not restricted to the structure of the said various embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the meaning of invention. For example, the shape memory alloy body has a diameter of 50 μm, a length of 6 mm, and a linear shape of 2Ω. However, the shape memory alloy body may be adjusted so that vibration is generated when a pulse wave is applied, regardless of the diameter, length, or resistance value. Further, the shape of the shape memory alloy main body may be a thin plate. Further, when the temperature becomes higher than a predetermined temperature due to the shape memory effect, the shape memory alloy body may be bent to cause vibration. In addition, the living body that transmits information by vibration is not limited to a human being but may be an animal such as a dog. Further, the application conditions such as the peak value of the pulse wave, the application time, and the non-application time may be adjusted so that the shape memory alloy body vibrates.

本発明の第１の実施形態に係る情報伝達装置の構成図。The block diagram of the information transmission apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. （ａ）は同上装置におけるアクチュエータの斜視図、（ｂ）はアクチュエータの断面図。(A) is a perspective view of the actuator in the apparatus same as the above, (b) is a sectional view of the actuator. 同上装置における形状記憶合金本体の特性図。The characteristic view of the shape memory alloy main body in an apparatus same as the above. 同上装置におけるアクチュエータの使用状況を示す図。The figure which shows the use condition of the actuator in an apparatus same as the above. 同上装置におけるパルス波の印加条件を示す図。The figure which shows the application conditions of the pulse wave in an apparatus same as the above. （ａ）は同上装置における形状記憶合金本体の振幅を示す図、（ｂ）は特許文献３の情報伝達装置における形状記憶合金本体の振幅を示す図。(A) is a figure which shows the amplitude of the shape memory alloy main body in an apparatus same as the above, (b) is a figure which shows the amplitude of the shape memory alloy main body in the information transmission apparatus of patent document 3. FIG. 同上装置における第１の変形例によるアクチュエータの断面図。Sectional drawing of the actuator by the 1st modification in an apparatus same as the above. （ａ）は同上装置における第２の変形例によるアクチュエータの斜視図、（ｂ）はアクチュエータの断面図。(A) is a perspective view of the actuator by the 2nd modification in an apparatus same as the above, (b) is sectional drawing of an actuator. （ａ）は同上装置における第３の変形例によるアクチュエータの斜視図、（ｂ）は同アクチュエータの断面図。(A) is a perspective view of the actuator by the 3rd modification in an apparatus same as the above, (b) is sectional drawing of the actuator. 同上装置における第４の変形例によるアクチュエータの断面図。Sectional drawing of the actuator by the 4th modification in an apparatus same as the above. 本発明の第２の実施形態に係る情報伝達装置の斜視図。The perspective view of the information transmission apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る情報伝達装置の使用状況を示す図。The figure which shows the use condition of the information transmission apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態に係る情報伝達装置の構成図。The block diagram of the information transmission apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 同上装置におけるパルス波の同時刺激の印加条件を示す図。The figure which shows the application conditions of the simultaneous stimulation of the pulse wave in an apparatus same as the above. 同上装置におけるパルス波の同一波高値の印加条件を示す図。The figure which shows the application conditions of the same peak value of the pulse wave in an apparatus same as the above. 同上装置における文字の伝達方法の説明図。Explanatory drawing of the transmission method of the character in an apparatus same as the above. 従来の情報伝達装置の斜視図。The perspective view of the conventional information transmission apparatus. 特許文献３の情報伝達装置におけるアクチュエータの斜視図。The perspective view of the actuator in the information transmission apparatus of patent document 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１情報伝達装置
２パルス発生器
４アクチュエータ
５形状記憶合金本体
５１形状記憶合金本体の両端部
５２形状記憶合金本体の中間部
７触覚子

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Information transmission apparatus 2 Pulse generator 4 Actuator 5 Shape memory alloy main body 51 Both ends 52 of shape memory alloy main body Intermediate part 7 of shape memory alloy main body Tactile sensor

Claims

形状記憶合金を用いた情報伝達装置において、
形状記憶合金本体と、
前記形状記憶合金本体に取り付けられた触覚子と、
前記形状記憶合金本体に、情報伝達のための、オン・オフデューティを有し、同一、又は異なる波高値のパルス電圧を印加するパルス発生器と、を備え、
前記形状記憶合金本体は屈曲自在な形状であり、弛緩した状態で両端部が固定され、中間部に前記触覚子の一端、又は一部が取り付けられており、
前記触覚子の他端側は、生体に接触可能に構成され、
前記形状記憶合金本体は、前記触覚子によって押圧又は牽引されて張力を与えられた状態において前記パルス電圧印加により機械振動を生じ、前記触覚子が振動して前記他端側の生体の触覚に情報を伝達することを特徴とする情報伝達装置。 In an information transmission device using a shape memory alloy,
A shape memory alloy body;
A tactile sensor attached to the shape memory alloy body;
A pulse generator for applying information to the shape memory alloy main body, having an on / off duty and applying a pulse voltage of the same or different peak value ;
The shape memory alloy main body is a bendable shape, both ends are fixed in a relaxed state, and one or a part of the tactile sensator is attached to an intermediate part,
The other end side of the tactile element is configured to be able to contact a living body,
The shape memory alloy body is mechanically vibrated by applying the pulse voltage in a state where it is pressed or pulled by the tactile element to apply tension, and the tactile element vibrates to provide information on the tactile sense of the living body on the other end side. An information transmission device characterized by transmitting information.

前記形状記憶合金本体は、複数個が線状又は面状又は立体的に配置され、
各触覚子の前記他端側が生体に接触するように、該触覚子の長さが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の情報伝達装置。 A plurality of the shape memory alloy main bodies are linearly or planarly or three-dimensionally arranged,
The information transmission device according to claim 1, wherein the tactile elements have different lengths so that the other end side of each tactile element contacts a living body.

前記形状記憶合金本体は、複数個が線状又は面状又は立体的に配置され、
前記パルス発生器は、それら隣り合う複数の形状記憶合金本体に、同時、又は時間差をもってパルス電圧を印加することにより、生体に触覚移動を与えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の情報伝達装置。 A plurality of the shape memory alloy main bodies are linearly or planarly or three-dimensionally arranged,
2. The pulse generator according to claim 1, wherein a tactile movement is given to the living body by applying a pulse voltage to the adjacent plurality of shape memory alloy bodies simultaneously or with a time difference. Information transmission device.