JP6447150B2 - 手袋型入力装置 - Google Patents
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Description
光ファイバーやロッド状センサーを用いる方法は、機械的関節を配置する方法に比較して小型軽量の手袋型センサーを実現可能となるが、ロッド状センサーにより検出される情報は指の動きの総量になるため、各関節の動きは総量からの推算になってしまう。個別の関節の動きを独立に捉えているわけでは無いため、指が不自然に動いた場合などを正確に検知することはできない。
1.使用者の手の動きや形を検出するため手に装着される手袋型入力装置であって、伸縮可能な素材により構成された手袋の外側および/または内側に、伸縮性を有する導電性インクを用いて、指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが形成されていることを特徴とする手袋型入力装置。
2.指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが、センシングデバイスを構成する導電性インクの抵抗変化を検出する機構を有することを特徴とする1.に記載の手袋型入力デバイス。
3.指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが複数配置されてなるとともに、少なくとも各々の関節に独立に配置された事を特徴とする1.又は2.に記載の手袋型入力デバイス。
4.前記手袋型入力装置の複数の指先に相当する位置に、他の指先との接触を検知可能なセンシングデバイスを備えることを特徴とする1.から3.のいずれかに記載の手袋型入力装置。
5.前記他の指先との接触を検知可能なセンシングデバイスが、導電インクにより形成された電極を有し、該電極間の直接接触による導通検知機構を有することを特徴とする4.に記載の手袋型入力装置。
6.前記他の指先との接触を検知するセンシングデバイスが、導電性インクにより形成された電極を有し、該電極間の静電容量結合検知機構を有することを特徴とする4.に記載の手袋型入力装置。
8.前記手袋に形成されるセンシングデバイスは導体部分を有するとともに、該センシングデバイスにアクセスするための導体配線を備え、該導体部分、およびまたは、該導体配線が伸縮性を有する導電性インクにより形成されていることを特徴とする1.から7.のいずれかに記載の手袋型入力装置。
9.前記導電性インクが、厚さ5μm以上300μ以下の範囲のシート形態に加工された状態において、少なくとも30%の繰り返し伸縮に1000回以上耐える素材であることを特徴とする1.から8.のいずれかに記載の手袋型入力装置。
10.手首装着型の情報処理機器とインターフェースを有することを特徴とする1.から9.のいずれかに記載の手袋型入力装置。
11.前記センシングデバイスの少なくとも一部が、前記導電性インクを前記手袋を構成する素材に印刷することにより形成されていることを特徴とする、1.〜10.のいずれかに記載の手袋型入力装置。
12.前記導電性インクは、導電性フィラーとバインダー樹脂を含有してなり、該バインダー樹脂成分の65質量%以上が、合成ゴム材料であり、かつバインダー樹脂成分中のアルカリ金属含有量が4000ppm以下である事を特徴とする1.から11.のいずれかに記載の手袋型入力装置。
本発明では、手袋の両面に印刷することにより関節の動きを順方向だけで無く逆方向の動きも検知可能となる。また模式図では簡略化したが、関節の回転方向、ヒネリ方向に印刷パターンの伸縮成分を配置することでさらに複雑な動きも検知可能である。
前記指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスは、センシングデバイスを構成する導電性インクのインピーダンス変化を検出する機構を有することが好ましく、伸縮性を有することがより好ましい。インピーダンス変化としては抵抗変化、インダクタンス変化、静電容量変化を利用することが出来る。
前記指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスは複数配置されてなることが好ましく、少なくとも各々の関節に独立に配置される事がより好ましい。
該導電性インクは、導電性フィラーとバインダー樹脂を含有してなることが好ましく、該バインダー樹脂成分の65質量%以上が、重合温度0〜45℃の範囲の乳化重合法にて得られる合成ゴム材料であることがより好ましく、かつバインダー樹脂成分中のアルカリ金属含有量が4000ppm以下である事がさらに好ましい。
本発明においては、導電性インクを印刷する際に手袋は平板状の型板に履かせて、一時的に平面化してから印刷することが好ましい。
本発明における印刷法としては、平版印刷、凸版印刷、凹版印刷、孔版印刷などの有版印刷法、インクジェット印刷、電子写真、マグネトグイラフィ、静電印刷、熱転写等の無版印刷法、の他、箔押し手法なども利用可能である。本発明では特にスクリーン印刷法、グラビア印刷法、インクジェット印刷法の適用が好ましい。
導電性を有するフィラーとして金属粉を用いる場合、金属粉体の粒子形状が鱗片状、凝集塊状、繊維状であることが好ましい。
本発明では、さらに好ましい方法として、電極間の静電容量結合検知によるセンシングデバイスを指先に設けることが出来る。本センシングデバイスも印刷法で形成されることが好ましい。
本発明では、個々に示した指関節の屈伸に関する情報、手指の接触に関する情報などを、手首装着型の情報処理機器、いわゆるウェアラブル機器に入力するためのインターフェイスを設け、手首装着型機器にて情報集約することが好ましい。このような組合わせにより、手首装着型機器に組み込まれた位置情報、角度情報と、手袋型入力装置から得られる手指の動きに関する情報を足し合わせ、上肢全体の動きをデータ化することが可能となる。
得られた樹脂材料をNMR分析して得られた組成比から、モノマーの重量比による重量%に換算した。
島津製作所製 SMV−300RT「ムーニービスコメータ」を用いて測定した。
樹脂を灰化処理し、得られた灰分を塩酸抽出し、原子吸光法にてナトリウム、カリウムの含有量を求め、両者を合計した。
(1)試験片シート形成
a)樹脂材料の場合
樹脂材料を厚さ200±20μmのシート状に加熱圧縮成形し、次いでISO 527−2−1Aにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。
b)バインダー樹脂組成物、ないし導電インクの場合
バインダー樹脂組成物mないし導電インクをシリコーンゴムシート表面にバーコーターにて塗布し、120℃にて乾燥硬化後に剥離し、ISO527−2−1Aにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。なお乾燥硬化膜の厚さが50μmに満たない場合には、必要厚さになるまで塗布と乾燥硬化サイクルを繰り返し、50μm以上75μm以下の範囲に収まるように調整した。
(2)伸縮試験
山下マテリアル製のIPC屈曲試験機を改造し、試験機の往復ストロークを20mmに設定、可動板側に試験片をクランプで固定、もう一端を別の固定端にクランプにて固定、ダンベル型試験片中の幅10mm、長さ80mmの部分を用いて、有効長が66mmとなるように調整し(伸張度30%に相当)した。樹脂材料、バインダー樹脂シートについては10000回、導電インク乾燥皮膜については1000回の繰り返し伸張を行った。
(3)評価
・樹脂材料、バインダー樹脂シートについては目視にて、破断、欠け、クラック等の有無を観察し、特に不可逆的な変化が認められない場合に合格「○」、不可逆的変化が認められた場合には不合格「×」とした。
・導電インク乾燥皮膜については、初期のシート抵抗値に対し、1000回繰り返し伸張を行った後のシート抵抗値の変化率が+10%以下の場合に合格「○」、+10%〜+25%の場合を「△」、+25%を越える場合を不合格「×」とした。
ISO 527−2−1Aにて規定されるダンベル型試験片の中央部にある幅10mm、長さ80mmの部分の抵抗値[Ω]を、アジレントテクノロージ社製ミリオームメーターを用いて測定し、試験片の縦横比(1/8)を乗じてシート抵抗値「Ω□」を求めた。
また、抵抗値[Ω]に断面積(幅1[cm]mm×厚さ[cm])を乗じ、長さ(8cm)にて除して、比抵抗[Ωcm]を求めた。
幅1.0mm、長さ30.0mmの導体パターン2本が1.0mmの間隔にて平行するテストパターンをポリエステルフィルム上に印刷・硬化して試験片とした。試験片の電極間にDC5Vを印可した状態で、脱イオン水を導体間に滴下し、電極間がデンドライト状の析出物にて短絡されるまでの時間を測定し、60秒以内である場合を×、60秒以上の場合を○とした。なお、脱イオン水の滴下量は、水滴が電極間を8〜10mmの幅にて覆う程度とし、短絡の判断は目視観察とした。
<合成ゴム材料の重合>
攪拌機、水冷ジャケットを備えたステンレス鋼製の反応容器に
ブタジエン 54重量部
アクリロニトリル 46重量部
脱イオン水 270重量部
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム 0.5重量部
ナフタレンスルホン酸ナトリウム縮合物 2.5重量部
t−ドデシルメルカプタン 0.3重量部
トリエタノールアミン 0.2重量部
炭酸ナトリウム 0.1重量部
を仕込み、窒素を流しながら浴温度を15℃に保ち、静かに攪拌した。次いで 過硫酸カリウム0.3重量部を脱イオン水19.7重量部に溶解した水溶液を30分間かけて滴下し、さらに20時間反応を継続した後、ハイドロキノン0.5重量部を脱イオン水19.5重量部に溶解した水溶液を加えて重合停止操作を行った。
次いで、未反応モノマーを留去させるために、まず反応容器内を減圧し、さらにスチームを導入して未反応モノマーを回収し、NBRからなる合成ゴムラテックス(L1)を得た。
得られたラテックスに食塩と希硫酸を加えて凝集・濾過し、樹脂に対する体積比20倍量の脱イオン水を5回に分けて樹脂を脱イオン水に再分散、濾過を繰り返すことで洗浄し、空気中にて乾燥して合成ゴム樹脂R1を得た。
以下仕込み原料、重合条件、洗浄条件などを変えて同様に操作を行い、表1に示す樹脂材料を得た。なお、表中の略号は以下の通りである。
NBR:アクロニトリルブタジエンゴム
NBIR:アクリロニトリル−イソプレンゴム(イソプレン10重量%)
SBR:スチレンブタジエンゴム(スチレン/ブタジエン=50/50重量%)
エポキシ当量175〜195の液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂1.5重量部、製造例にて得られた伸縮性樹脂(R1)10重量部、潜在性硬化剤[味の素ファインケミカル株式会社製 商品名アミキュアPN23] 0.5重量部、をイソホロン30重量部と混合攪拌して溶解させバインダー樹脂組成物A1を得た。次いでバインダー樹脂組成物A1に、微細フレーク状銀粉[福田金属箔粉工業社製 商品名Ag−XF301、50%粒子径4〜7μm]58.0重量部を加えて均一に混合し、三本ロールミルにて分散することにより導電インクC1を得た。得られた導電インクC1の評価結果を表2に示す。
以下、材料を変えて配合を行い、表2に示す導電インクC2〜C9を得た。
5mm厚のプラスチック板で作られた平面状の手形に、ポリウレタン樹脂製の手袋を、皺が出ないように履かせ、スクリーン印刷機を用いて導電インク(C1)を、図1.に示す導電パターン状に印刷した。次いで、80℃にて120分間乾燥し、本発明の手袋型入力装置を得た。得られた手袋型入力装置の手首相当部分の電極に導電性接着剤を用いてリード線を取り付け、各関節の屈曲に応じた抵抗変化が多チャンネルの抵抗測定器により読み取れるように構成した。
得られたCG手指の動作は自然で滑らかで良好であった。また「じゃんけん」や、指文字のような複雑な動作についても再現可能であった。
本実施例では、各指関節の動作を、多チャンネルの抵抗測定器に接続して信号処理を行ったが、手首装着型の入力装置を用いてデータ収集し、無線装置などを用いて送信する様にすれば、リード線を伴わないスマートな入力装置を興生可能である。
本発明の手袋型入力装置は、仮想現実空間などとのインターフェースとして有用であるのみならず、例えば手指の動作解析と組み合わせることにより手話の翻訳機、指サインによる装置の駆動、制御などが可能となる。
Claims (11)
- 使用者の手の動きや形を検出するため手に装着される手袋型入力装置であって、伸縮可能な素材により構成された手袋の外側および/または内側に、導電性フィラーとバインダー樹脂を含有してなり、該バインダー樹脂成分の65質量%以上が、合成ゴム材料であり、かつバインダー樹脂成分中のアルカリ金属含有量が4000ppm以下である伸縮性を有する導電性インクを用いて、指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが形成されていることを特徴とする手袋型入力装置。
- 指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが、センシングデバイスを構成する導電性インクの抵抗変化を検出する機構を有することを特徴とする請求項1に記載の手袋型入力装置。
- 指関節の動作を検知するためのセンシングデバイスが複数配置されてなるとともに、少なくとも各々の関節に独立に配置された事を特徴とする請求項1又は2に記載の手袋型入力装置。
- 前記手袋型入力装置の複数の指先に相当する位置に、他の指先との接触を検知可能なセンシングデバイスを備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の手袋型入力装置。
- 前記他の指先との接触を検知可能なセンシングデバイスが、導電インクにより形成された電極を有し、該電極間の直接接触による導通検知機構を有することを特徴とする請求項4に記載の手袋型入力装置。
- 前記他の指先との接触を検知するセンシングデバイスが、導電性インクにより形成された電極を有し、該電極間の静電容量結合検知機構を有することを特徴とする請求項4に記載の手袋型入力装置。
- 前記手袋型入力装置の指先に相当する位置に圧力を検知するセンシングデバイスが、導電性インクにより形成されてい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手袋型入力装置。
- 前記手袋に形成されるセンシングデバイスは導体部分を有するとともに、該センシングデバイスにアクセスするための導体配線を備え、該導体部分、およびまたは、該導体配線が伸縮性を有する導電性インクにより形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の手袋型入力装置。
- 前記導電性インクが、厚さ5μm以上300μ以下の範囲のシート形態に加工された状態において、少なくとも30%の繰り返し伸縮に1000回以上耐える素材であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の手袋型入力装置。
- 手首装着型の情報処理機器とインターフェースを有することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の手袋型入力装置。
- 前記センシングデバイスの少なくとも一部が、前記導電性インクを前記手袋を構成する素材に印刷することにより形成されていることを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の手袋型入力装置。
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