(57)【要約】【課題】膜状の誘電エラストマーアクチュエータの耐久性を向上させる。【解決手段】ハプティクス機器は、膜状の誘電エラストマーアクチュエータ２５と、誘電エラストマーアクチュエータ２５を支持する基材２０と、基材２０に取り付けられた第１磁気デバイス３１と、誘電エラストマーアクチュエータ２５に取り付けられ、第１磁気デバイス３１との間に斥力又は引力を発生させる第２磁気デバイス３２とを備えている。誘電エラストマーアクチュエータ２５は、絶縁油３０に接した状態で配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜状の誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器であって、
前記誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材と、
前記基材に取り付けられた第１磁気デバイスと、
前記誘電エラストマーアクチュエータに取り付けられ、前記第１磁気デバイスとの間に斥力又は引力を発生させる第２磁気デバイスとを備え、
前記誘電エラストマーアクチュエータは、少なくとも一部が絶縁油に接した状態で配置されていることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記誘電エラストマーアクチュエータの少なくとも一部及び前記第２磁気デバイスは、前記絶縁油が封入された袋体の内部に配置され、
前記袋体は、前記誘電エラストマーアクチュエータの動作に追従して変形することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記第２磁気デバイスは、前記第１磁気デバイスとの間に斥力を発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記誘電エラストマーアクチュエータの第１主面側と第２主面側との間で前記絶縁油を流通させる流通部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項５】
前記誘電エラストマーアクチュエータの第２主面側において、前記誘電エラストマーアクチュエータから離間して配置される作用部を備え、
前記誘電エラストマーアクチュエータ及び前記作用部の少なくとも一方には、前記誘電エラストマーアクチュエータの動作に基づく力を前記作用部に伝達する伝達部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜状の誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、誘電エラストマーアクチュエータを利用した電子機器の開発が行われている。例えば、特許文献１には、膜状の誘電エラストマーアクチュエータに対する電圧の印加に基づいて開閉状態を制御するダイアフラムバルブが開示されている。特許文献１のダイアフラムバルブは、膜状の誘電エラストマーアクチュエータと、誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材と、誘電エラストマーアクチュエータを弾性的に付勢する弾性部材とを備えている。開状態にあるダイアフラムバルブの誘電エラストマーアクチュエータに電圧が印加されると、誘電エラストマーアクチュエータは、面方向に伸張し、弾性部材の付勢力に基づいてオリフィスを覆うように押し下げられる。これにより、ダイアフラムバルブは、開状態から閉状態に切り替わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、膜状の誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器に関して、誘電エラストマーアクチュエータの耐久性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する電子機器は、膜状の誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器であって、前記誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材と、前記基材に取り付けられた第１磁気デバイスと、前記誘電エラストマーアクチュエータに取り付けられ、前記第１磁気デバイスとの間に斥力又は引力を発生させる第２磁気デバイスとを備え、前記誘電エラストマーアクチュエータは、少なくとも一部が絶縁油に接した状態で配置されている。
【０００６】
上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータが絶縁油に接した状態で配置されているため、誘電エラストマーアクチュエータに対する埃や水分等の付着が抑制される。これにより、誘電エラストマーアクチュエータの絶縁破壊耐性が向上し、誘電エラストマーアクチュエータの長寿命化を図ることができる。
【０００７】
また、誘電エラストマーアクチュエータを付勢する付勢手段として、誘電エラストマーアクチュエータと基材とを接続するバネ等の弾性部材に代えて、誘電エラストマーアクチュエータ側及び基材側のそれぞれに取り付けた磁気デバイス間に発生する斥力又は引力を用いている。上記構成によれば、第１磁気デバイスと誘電エラストマーアクチュエータとが切り離された状態になることにより、誘電エラストマーアクチュエータの第１主面と基材との間の全体にわたって絶縁油を配置可能な空間が形成される。そのため、誘電エラストマーアクチュエータの周囲に絶縁油を配置する際の自由度が高くなり、誘電エラストマーアクチュエータの周囲に絶縁油を容易に配置できる。
【０００８】
上記電子機器において、前記誘電エラストマーアクチュエータの少なくとも一部及び前記第２磁気デバイスは、前記絶縁油が封入された袋体の内部に配置され、前記袋体は、前記誘電エラストマーアクチュエータの動作に追従して変形することが好ましい。
【０００９】
上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータに絶縁油が接している状態を少量の絶縁油にて実現できる。また、必要のない部分に絶縁油が接することを抑制できる。
上記電子機器において、前記第２磁気デバイスは、前記第１磁気デバイスとの間に斥力を発生させることが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータの動作を、使用者に提示する疑似力覚（触感）に効率的に変換できる。
上記電子機器において、前記誘電エラストマーアクチュエータの第１主面側と第２主面側との間で前記絶縁油を流通させる流通部を備えることが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータの動作に伴って誘電エラストマーアクチュエータの第１主面側又は第２主面側の絶縁油の油圧が上昇することを抑制できる。これにより、絶縁油の局所的な油圧の上昇に起因して、誘電エラストマーアクチュエータの動作の応答性が低下することを抑制できる。
【００１２】
上記電子機器において、前記誘電エラストマーアクチュエータの第２主面側において、前記誘電エラストマーアクチュエータから離間して配置される作用部を備え、前記誘電エラストマーアクチュエータ及び前記作用部の少なくとも一方には、前記誘電エラストマーアクチュエータの動作に基づく力を前記作用部に伝達する伝達部が設けられていることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータと作用部との間に絶縁油を配置可能な空間が形成される。そのため、誘電エラストマーアクチュエータの第２主面側に絶縁油を容易に配置できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、膜状の誘電エラストマーアクチュエータの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、ハプティクス機器の斜視図、（ｂ）は、ハプティクス機器を装着した状態の説明図。
【図２】サブユニットの断面図。
【図３】サブユニットの動作の説明図。
【図４】変更例のサブユニットの断面図。
【図５】流通部の説明図。
【図６】変更例の電子機器の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の電子機器をリストバンド型のハプティクス機器に適用した一実施形態について説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、使用者の腕に装着して用いられるリストバンド型のハプティクス機器１０は、使用者に疑似力覚（触感）を提示する複数のサブユニット１１と、複数のサブユニット１１を環状に連結する連結部１２とから構成されている。各サブユニット１１の構成は全て同じである。
【００１７】
図２に示すように、サブユニット１１は、ＰＰ、ＡＢＳ等の硬質樹脂により構成される基材２０を備えている。基材２０は、四角板状の底壁２１と、底壁２１の周縁から立設された周壁２２とを有し、一方側が開口する四角箱状の部材である。基材２０の開口部分には、布材等の軟質材料により構成される作用部２３が開口部分を塞ぐようにして設けられている。
【００１８】
基材２０の周壁２２における立設方向の中央部には、袋体２４の内部に収容された膜状の誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ：Dielectric Elastomer Actuator）２５が取り付けられている。ＤＥＡ２５は、その周縁部分の全周が袋体２４と共に周壁２２に支持され、底壁２１に対して略平行な状態で基材２０内に配置されている。
【００１９】
ＤＥＡ２５は、誘電エラストマーからなるシート状の誘電部２６と、導電エラストマーからなり、誘電部２６の厚さ方向の両側に積層された正極電極２７及び負極電極２８を有する多層構造体である。ＤＥＡ２５の正極電極２７と負極電極２８との間に直流電圧が印加されると、ＤＥＡ２５は、印加電圧の大きさに応じて、誘電部２６が厚さ方向に圧縮されるとともに誘電部２６の面に沿って面方向に伸張するように変形する。
【００２０】
誘電部２６を構成する誘電エラストマーは特に限定されるものではなく、公知のＤＥＡに用いられる誘電エラストマーを用いることができる。上記誘電エラストマーとしては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら誘電エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。誘電部２６の厚さは、例えば、２０〜２００μｍである。
【００２１】
正極電極２７及び負極電極２８を構成する導電エラストマーは特に限定されるものではなく、公知のＤＥＡに用いられる導電エラストマーを用いることができる。上記導電エラストマーとしては、例えば、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有する導電エラストマーが挙げられる。
【００２２】
上記絶縁性高分子としては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁性高分子のうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。上記導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンブラック、銅や銀等の金属粒子が挙げられる。これら導電性フィラーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。正極電極２７及び負極電極２８の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００２３】
ＤＥＡ２５には、正極電極２７及び負極電極２８に電圧を印加するための接点２９が設けられている。接点２９は、その一部が袋体２４から露出するように設けられるとともに、その露出部分において図示しない導線に接続されている。
【００２４】
袋体２４は、ＰＰ、ＰＥ、ＰＶＣ等の軟質材料により構成されている。袋体２４の内部には、絶縁油３０が液密に封入されており、袋体２４の内部において、ＤＥＡ２５は、絶縁油３０に接した状態で配置されている。絶縁油３０としては、例えば、植物油、ＪＩＳ  Ｃ２３２０に規定される絶縁油が挙げられる。植物油としては、例えば、ひまし油が挙げられる。ＪＩＳ  Ｃ２３２０に規定される絶縁油としては、例えば、鉱油、アルキルベンゼン、ポリブテン、アルキルナフタレン、アルキルジフェニルアルカンが挙げられる。
【００２５】
基材２０の底壁２１の内面には、板状の磁石により構成される第１磁気デバイス３１が取り付けられている。また、ＤＥＡ２５の第１主面２５ａ（基材２０の底壁２１側を向く面）の中央部には、円板状の磁石により構成される第２磁気デバイス３２が取り付けられている。第２磁気デバイス３２は、ＤＥＡ２５と共に袋体２４の内部に配置されている。
【００２６】
第２磁気デバイス３２は、第１磁気デバイス３１との間に斥力を発生させるように構成されている。したがって、第２磁気デバイス３２が取り付けられたＤＥＡ２５の中央部は、第１磁気デバイス３１と第２磁気デバイス３２との間に発生する斥力によって、第１磁気デバイス３１から離間する方向への付勢力が常に作用する状態になっている。
【００２７】
また、ＤＥＡ２５における第１主面２５ａの反対側の面である第２主面２５ｂの中央部、即ち第２磁気デバイス３２が取り付けられている部分の反対側には、伝達部としてのパッド３３が取り付けられている。パッド３３は、ＤＥＡ２５と共に袋体２４の内部に配置されている。ＤＥＡ２５に対して電圧が印加されていない状態において、パッド３３の先端は、作用部２３に近接又は袋体２４を介して接触している。
【００２８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ハプティクス機器１０において、各サブユニット１１は内側に作用部２３を向けた状態として、連結部１２により環状に連結されている。そして、ハプティクス機器１０は、サブユニット１１の作用部２３が使用者の腕に接触した状態となるようにして使用者に装着される。
【００２９】
ハプティクス機器１０を装着した状態において、サブユニット１１のＤＥＡ２５に電圧を印加するとＤＥＡ２５は面方向に伸張する。これにより、図３に示すように、第１磁気デバイス３１と第２磁気デバイス３２との間に発生する斥力によって、ＤＥＡ２５が第１磁気デバイス３１から離れる方向、即ち作用部２３側に変位する。詳述すると、第１磁気デバイス３１と第２磁気デバイス３２との間の斥力（ＤＥＡ２５に作用する付勢力）と、ＤＥＡ２５の張力とが均衡するようにＤＥＡ２５が変形する。そして、ＤＥＡ２５の中央部が作用部２３側に膨出した状態になる。このとき、ＤＥＡ２５を収容する袋体２４もＤＥＡ２５の動作に追従して変形する。
【００３０】
ＤＥＡ２５の中央部が作用部２３側に膨出すると、ＤＥＡ２５に取り付けられたパッド３３によって、作用部２３も同様に押し上げられて膨出した状態になる。そして、作用部２３が使用者の体の接触部分を押し付けることにより、使用者に疑似力覚（触感）が提示される。
【００３１】
また、作用部２３の膨出量として規定できるサブユニット１１のストロークは、印加電圧に応じて変化するＤＥＡ２５の面方向の伸長量に応じた量となる。そのため、印加電圧を制御することによって、サブユニット１１のストロークを細かく調整できる。また、ＤＥＡ２５に電圧を印加する際に、パルス的に電圧を印加してもよい。この場合、パルスの間隔（周波数）を変更することにより、硬さの違いを表現できる。
【００３２】
次に、本実施形態の作用及び効果について記載する。
（１）ハプティクス機器１０は、膜状のＤＥＡ２５と、ＤＥＡ２５を支持する基材２０と、基材２０に取り付けられた第１磁気デバイス３１と、ＤＥＡ２５に取り付けられ、第１磁気デバイス３１との間に斥力又は引力を発生させる第２磁気デバイス３２とを備えている。ＤＥＡ２５は、絶縁油３０に接した状態で配置されている。
【００３３】
上記構成によれば、ＤＥＡ２５が絶縁油３０に接した状態で配置されているため、ＤＥＡ２５に対する埃や水分等の付着が抑制される。これにより、ＤＥＡ２５の絶縁破壊耐性が向上し、ＤＥＡ２５の長寿命化を図ることができる。
【００３４】
また、ＤＥＡ２５を付勢する付勢手段として、ＤＥＡと基材とを接続するバネ等の弾性部材に代えて、ＤＥＡ２５側及び基材２０側のそれぞれに取り付けた磁気デバイス間に発生する斥力を用いている。上記構成によれば、第１磁気デバイス３１とＤＥＡ２５とが切り離された状態になることにより、ＤＥＡ２５の第１主面２５ａと基材２０との間の全体にわたって絶縁油３０を配置可能な空間が形成される。そのため、ＤＥＡ２５の周囲に絶縁油３０を配置する際の自由度が高くなり、ＤＥＡ２５の周囲に絶縁油３０を容易に配置できる。
【００３５】
（２）ＤＥＡ２５及び第２磁気デバイス３２は、絶縁油３０が封入された袋体２４の内部に配置され、袋体２４は、ＤＥＡ２５の動作に追従して変形するように構成されている。
【００３６】
上記構成によれば、ＤＥＡ２５に絶縁油３０が接している状態を少量の絶縁油３０にて実現できる。また、必要のない部分に絶縁油３０が接することを抑制できる。
（３）第２磁気デバイス３２は、第１磁気デバイス３１との間に斥力を発生させるように構成されている。
【００３７】
上記構成によれば、ＤＥＡ２５の動作を、使用者に提示する疑似力覚（触感）に効率的に変換できる。
（４）ＤＥＡ２５の第２主面２５ｂ側において、ＤＥＡ２５から離間して配置される作用部２３を備え、ＤＥＡ２５の第２主面２５ｂには、ＤＥＡ２５の動作に基づく力を作用部２３に伝達するパッド３３が設けられている。
【００３８】
上記構成によれば、ＤＥＡ２５と作用部２３との間に絶縁油を配置可能な空間が形成される。そのため、ＤＥＡ２５の第２主面２５ｂ側に絶縁油３０を容易に配置できる。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【００３９】
・上記実施形態では、ＤＥＡ２５全体を絶縁油３０の中に配置していたが、ＤＥＡ２５の少なくとも一部が絶縁油３０に接する状態であればよい。例えば、ＤＥＡ２５の面に沿った方向における中央部側のみが絶縁油３０に接する状態であってもよいし、ＤＥＡ２５の第１主面２５ａ側及び第２主面２５ｂ側のうちの一方のみが絶縁油３０に接する状態であってもよい。
【００４０】
・ＤＥＡ２５を絶縁油３０に接した状態として配置するための構成は、袋体２４を用いた構成に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、基材２０と作用部２３との接続部分にシール部材３４を設ける等して、基材２０と作用部２３とによって区画される液密な空間を設け、その空間に絶縁油３０を満たすことにより、ＤＥＡ２５を絶縁油３０に接した状態にしてもよい。
【００４１】
・ＤＥＡ２５の積層構造は、上記実施形態の積層構造に限定されない。例えば、最外層に絶縁層が設けられる積層構造であってもよいし、誘電部２６を間に挟んで、複数の正極電極２７と複数の負極電極２８とが交互に積層された積層構造であってもよい。
【００４２】
・ＤＥＡ２５の第１主面２５ａ側と第２主面２５ｂ側との間で絶縁油３０を流通させる流通部を設けてもよい。図５に示す例では、ＤＥＡ２５、第２磁気デバイス３２、パッド３３を貫通する流通部３５を設けている。流通部３５を設けることにより、ＤＥＡ２５の動作に伴ってＤＥＡ２５の第１主面２５ａ側又は第２主面２５ｂ側の油圧が上昇することを抑制できる。これにより、絶縁油３０の局所的な油圧の上昇に起因して、ＤＥＡ２５の動作の応答性が低下することを抑制できる。なお、流通部３５は、ＤＥＡ２５における第２磁気デバイス３２が取り付けられている部位、即ち動作の中心になる部位、又はその近傍に設けることが好ましい。この場合には、流通部３５としての孔部を設けたことによるＤＥＡ２５の動作に与える影響を小さくできる。
【００４３】
・第２磁気デバイス３２は、第１磁気デバイス３１との間に引力を発生させるように構成されていてもよい。この場合には、パッド３３と作用部２３とを接着する等して、ＤＥＡ２５と作用部２３とが一体に動作するように構成することが好ましい。
【００４４】
・上記実施形態では、第１磁気デバイス３１及び第２磁気デバイス３２として磁石を用いていたが、第１磁気デバイス３１及び第２磁気デバイス３２は磁石に限定されるものではない。例えば、第１磁気デバイス３１及び第２磁気デバイス３２の一方が磁石であり、同他方が磁石との間に引力が発生する磁性体であってもよい。
【００４５】
・第１磁気デバイス３１及び第２磁気デバイス３２の取り付け方法を変更してもよい。上記取り付け方法としては、例えば、接着剤を用いた取り付ける方法、磁力を利用した取り付ける方法が挙げられる。
【００４６】
・上記実施形態では、ＤＥＡ２５の第２主面２５ｂにパッド３３を取り付けていたが、作用部２３にパッド３３を取り付けてもよい。また、作用部２３に突出部分を一体に形成し、その突出部分を伝達部としてもよい。
【００４７】
・本発明の用途は、上記実施形態のハプティクス機器１０に限定されるものではなく、膜状のＤＥＡ２５を備える電子機器の全般に適用できる。その他の電子機器としては、例えば、鼓動するぬいぐるみ、特許文献１に開示されるダイアフラムバルブ等の駆動装置が挙げられる。
【００４８】
図６に示すように、鼓動するぬいぐるみ４０は、動物等を模した形状の表皮材３６を備えている。表皮材３６は、布材等の軟質材料により構成されている。表皮材３６の内部には、サブユニット１１と同様に構成される鼓動装置３７が綿等の詰め物（図示略）と共に収容されている。
【００４９】
ぬいぐるみ４０の鼓動装置３７のＤＥＡ２５に対して、所定の周期で増減するように電圧を印加するとＤＥＡ２５は面方向に伸縮する。これにより、第１磁気デバイス３１と第２磁気デバイス３２との間の斥力（ＤＥＡ２５に作用する付勢力）と、ＤＥＡ２５の張力とが均衡するようにＤＥＡ２５が連続的に変形する。そして、ＤＥＡ２５の中央部が上下方向（第１磁気デバイス３１に対して接近離間する方向）に連続的に変位する。その結果、ＤＥＡ２５は鼓動を模した所定のリズムで上下方向に振動する。ＤＥＡ２５の振動は、パッド３３を通じて表皮材３６（作用部）に伝達される。ＤＥＡ２５に追従して表皮材３６が振動することにより、使用者は、ぬいぐるみ４０の鼓動を視覚的及び触覚的に感じることができる。
【００５０】
・電子機器の用途等に応じて、基材２０及びＤＥＡ２５の形状等の構成を変更してもよい。また、ＤＥＡ２５を支持する基材２０の支持構造は特に限定されるものではなく、膜状のＤＥＡ２５を備える公知の電子機器に用いられる支持構造を適用できる。例えば、上記実施形態では、ＤＥＡ２５の周縁部分の全周が基材２０に支持されていたが、ＤＥＡ２５の周縁部分の一部が部分的に基材２０に支持される構成であってもよい。
【００５１】
・作用部２３は、電子機器の用途等に応じて、硬質材料により構成されていてもよい。例えば、使用者に振動を伝える場合、硬質材料により構成される作用部２３が適している。
【符号の説明】
【００５２】
１０…ハプティクス機器、１１…サブユニット、２０…基材、２３…作用部、２４…袋体、２５…誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ）、２５ａ…第１主面、２５ｂ…第２主面、３０…絶縁油、３１…第１磁気デバイス、３２…第２磁気デバイス、３３…パッド（伝達部）、３５…流通部。
【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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