(57)【要約】【課題】誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器における設計の自由度を向上させる。【解決手段】ぬいぐるみ１０は、膜状のＤＥＡ２３と、ＤＥＡ２３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２８と、ＤＥＡ２３に取り付けられ、第１磁気デバイス２８との間に斥力を発生させる第２磁気デバイス２９とを備えている。【選択図】図１
2020028189.tif 000002
【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ることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記第１磁気デバイスと前記第２磁気デバイスとの間には、当該電子機器を構成する構成部品の少なくとも一部が配置されてい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】
前記構成部品は、前記基材、配線、スイッチの接点、及び前記誘電エラストマーアクチュエータを包む袋体から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記第１磁気デバイスと前記第２磁気デバイスとの間の距離を調整する調整機構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】
前記第１磁気デバイスは、前記基材に対して取り外し可能に取り付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。
【請求項６】
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１〜５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、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、誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器における設計の自由度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る。
【０００６】
上記構成では、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。これにより、第１磁気デバイスと第２磁気デバイスとが切り離された状態となり、第１磁気デバイスと第２磁気デバイスとの間に空間が形成される。この空間を利用して、種々の配線を配索したり、可動部分を設けたりすることが可能であり、電子機器の設計の自由度が向上する。
【０００７】
上記電子機器において、前記第１磁気デバイスと前記第２磁気デバイスとの間には、当該電子機器を構成する構成部品の少なくとも一部が配置されていることが好ましい。前記構成部品は、例えば、前記基材、配線、スイッチの接点、及び前記誘電エラストマーアクチュエータを包む袋体から選ばれる少なくとも一種である。
【０００８】
上記構成によれば、装置の小型化や長寿命化を図ることができる。
上記電子機器において、前記第１磁気デバイスと前記第２磁気デバイスとの間の距離を調整する調整機構を備えることが好ましい。
【０００９】
上記構成によれば、第１磁気デバイスと第２磁気デバイスとの間に発生する斥力又は引力（誘電エラストマーアクチュエータに対する付勢力）を変化させることにより、誘電エラストマーアクチュエータの出力を調節できる。
【００１０】
上記電子機器において、前記第１磁気デバイスは、前記基材に対して取り外し可能に取り付けられていることが好ましい。
上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータを付勢する付勢手段を取り替えて誘電エラストマーアクチュエータの出力を変更することができる。そして、その変更を行う際に必要となる作業スペースを小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００１１】
上記付勢手段として、ばね等の弾性部材を用いた場合には、弾性部材を取り替える際に、弾性部材の取り外し及び取り付け作業を誘電エラストマーアクチュエータ及び基材の両方に対して行う必要がある。そのため、誘電エラストマーアクチュエータ側及び基材側の両方に作業スペースを確保する必要がある。
【００１２】
これに対して、上記付勢手段として、第１磁気デバイス及び第２磁気デバイスを用いた場合には、第２磁気デバイスはそのままの状態として、基材に対して第１磁気デバイスの取り外し及び取り付け作業を行えばよい。そのため、取り外し及び取り付け作業に必要となる作業スペースを誘電エラストマーアクチュエータ側に確保する必要がなく、作業スペースを小さくできる。
【００１３】
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。
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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電子機器によれば、設計の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電子機器としてのぬいぐるみの説明図。
【図２】変更例の鼓動装置の説明図。
【図３】変更例の鼓動装置の説明図。
【図４】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、鼓動するぬいぐるみに適用した一実施形態について説明する。
図１に示すように、ぬいぐるみ１０は、動物等を模した形状の表皮材１１を備えている。表皮材１１は、布材等の軟質材料により構成されている。表皮材１１の内部には、綿等の詰め物（図示略）と共に鼓動装置１２が収容されている。
【００１７】
鼓動装置１２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、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、一方側が開口する箱状の部材である。基材２０の周壁２２における立設方向の先端側の部分には、膜状の誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ：Dielectric Elastomer Actuator）２３が取り付けられている。ＤＥＡ２３は、その周縁部分の全周が周壁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。
【００１８】
ＤＥＡ２３は、誘電エラストマーからなるシート状の誘電部２４と、導電エラストマーからなり、誘電部２４の厚さ方向の両側に積層された正極電極２５及び負極電極２６とを有する多層構造体である。ＤＥＡ２３の正極電極２５と負極電極２６との間に直流電圧が印加されると、ＤＥＡ２３は、印加電圧の大きさに応じて、誘電部２４が厚さ方向に圧縮されるとともに誘電部２４の面に沿って面方向に伸張するように変形する。
【００１９】
誘電部２４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２４の厚さは、例えば、２０〜２００μｍである。
【００２０】
正極電極２５及び負極電極２６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。
【００２１】
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２５及び負極電極２６の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００２２】
基材２０の底壁２１の内面側の中央部には、ＤＥＡ２３に対して接近離間する方向（上下方向）にスライド移動可能な可動部材２７が取り付けられている。可動部材２７は、基材２０の内側に配置される本体部２７ａと、本体部２７ａから底壁２１の外面側に突出する操作レバー２７ｂとを備えている。なお、基材２０の底壁２１には、操作レバー２７ｂが挿通される挿通孔が設けられている。
【００２３】
本体部２７ａの上面には、円柱状の磁石により構成される第１磁気デバイス２８がネジ止めにより取り外し可能に取り付けられている。ＤＥＡ２３の第１主面２３ａ（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２９が取り付けられている。
【００２４】
第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８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２９が取り付けられたＤＥＡ２３の中央部は、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力によって、第１磁気デバイス２８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。
【００２５】
ＤＥＡ２３における第１主面２３ａの反対側の面である第２主面２３ｂの中央部、即ち第２磁気デバイス２９が取り付けられている部分の反対側には、パッド３０が取り付けられている。ＤＥＡ２３に対して電圧が印加されていない状態において、パッド３０の先端は、表皮材１１に近接又は接触している。
【００２６】
基材２０における底壁２１と周壁２２との間の角部の内側には、配線３１ａによってＤＥＡ２３に電気的に接続される制御部３２及び電源３３が取り付けられている。また、ぬいぐるみ１０は、動物の目等の部位に配置されたＬＥＤ３４を備え、ＬＥＤ３４は、配線３１ｂによって制御部３２に電気的に接続されている。配線３１ａ，３１ｂは、その一部が第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の空間Ｓを通るように配索されている。
【００２７】
制御部３２は、電源３３からＤＥＡ２３に印加される電圧を所定の周期で増減させるように制御する。また、制御部３２は、所定のタイミング（例えば、使用者の操作に基づく信号が入力されたタイミング）でＬＥＤ３４を発光させる。
【００２８】
ぬいぐるみ１０の鼓動装置１２のＤＥＡ２３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ＤＥＡ２３は面方向に伸縮する。これにより、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の斥力（ＤＥＡ２３に作用する付勢力）と、ＤＥＡ２３の張力とが均衡するようにＤＥＡ２３が連続的に変形する。そして、ＤＥＡ２３の中央部が上下方向（第１磁気デバイス２８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、ＤＥＡ２３は鼓動を模した所定のリズムで上下方向に振動する。ＤＥＡ２３の振動は、パッド３０を通じて表皮材１１に伝達される。ＤＥＡ２３に追従して表皮材１１が振動することにより、使用者は、ぬいぐるみ１０の鼓動を視覚的及び触覚的に感じることができる。
【００２９】
ここで、鼓動装置１２は、可動部材２７を操作することにより、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の距離を変化させて、ＤＥＡ２３の変位幅に基づく出力（鼓動の大きさ）を調節できる。なお、本実施形態においては、可動部材２７によって、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の距離を調整する調整機構が構成されている。
【００３０】
操作レバー２７ｂを操作し、可動部材２７を上側に変位させて、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の距離を短くすると、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力が大きくなることに基づいてＤＥＡ２３の変位幅が大きくなる。その結果、ぬいぐるみ１０の鼓動が小さくなる。
【００３１】
また、可動部材２７を下側に変位させて、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の距離を長くすると、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力が小さくなることに基づいてＤＥＡ２３の変位幅が小さくなる。その結果、ぬいぐるみ１０の鼓動が小さくなる。
【００３２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図１に示すように、鼓動装置１２において、ＤＥＡ２３を付勢する付勢手段として、ＤＥＡ２３及び基材２０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。これにより、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９とが切り離された状態となり、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に空間Ｓが形成される。この空間Ｓを利用することにより、ぬいぐるみ１０全体の設計の自由度が向上する。
【００３３】
本実施形態では、ＤＥＡ２３の配線３１ａ及びＬＥＤ３４の配線３１ｂを配置するための収容部として上記の空間Ｓを利用している。また、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の距離を調整する可動部材２７を設け、第２磁気デバイス２９に対して接近離間する方向への第１磁気デバイス２８の移動を許容させるための空間として上記の空間Ｓを利用している。
【００３４】
次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）ぬいぐるみ１０は、膜状のＤＥＡ２３と、ＤＥＡ２３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２８と、ＤＥＡ２３に取り付けられ、第１磁気デバイス２８との間に斥力を発生させる第２磁気デバイス２９とを備えている。
【００３５】
上記構成によれば、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に形成される空間Ｓを利用することにより、ぬいぐるみ１０の設計の自由度が向上する。
（２）第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間には、ＤＥＡ２３の配線３１ａ及びＬＥＤ３４の配線３１ｂが配置されている。
【００３６】
上記構成によれば、ＤＥＡ２３と基材２０との間に配線３１ａ，３１ｂが配置されることにより、装置の小型化を図ることができる。また、ＤＥＡ２３と基材２０との間に制御部３２及び電源３３を配置することも容易であり、これにより装置の更なる小型化を図ることができる。
【００３７】
（３）第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の距離を調整する調整機構（可動部材２７）を備えている。
上記構成によれば、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力（ＤＥＡ２３に対する付勢力）を変化させることにより、ＤＥＡ２３の出力を調節できる。
【００３８】
（４）第１磁気デバイス２８は、基材２０に対して取り外し可能に取り付けられている。
上記構成によれば、ＤＥＡ２３を付勢する付勢手段を取り替えてＤＥＡ２３の出力を変更することができる。そして、その変更を行う際に必要となる作業スペースを小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００３９】
上記付勢手段として、ばね等の弾性部材を用いた場合には、弾性部材を取り替える際に、弾性部材の取り外し及び取り付け作業をＤＥＡ２３及び基材２０の両方に対して行う必要がある。そのため、ＤＥＡ２３側及び基材２０側の両方に作業スペースを確保する必要がある。これに対して、上記付勢手段として、第１磁気デバイス２８及び第２磁気デバイス２９を用いた場合には、第２磁気デバイス２９はそのままの状態として、基材２０に対して第１磁気デバイス２８の取り外し及び取り付け作業を行えばよい。そのため、取り外し及び取り付け作業に必要となる作業スペースをＤＥＡ２３側に確保する必要がなく、作業スペースを小さくできる。
【００４０】
（５）第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８との間に斥力を発生させるように構成されている。
上記構成によれば、ＤＥＡ２３の動作を、表皮材１１の動作に効率的に変換できる。
【００４１】
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。
・第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８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、表皮材１１（ＤＥＡ２３の動作が伝達される作用部）と、パッド３０とを接着する等して、ＤＥＡ２３と表皮材１１とが一体に動作するように構成することが好ましい。
【００４２】
・上記実施形態では、第１磁気デバイス２８及び第２磁気デバイス２９として磁石を用いていたが、第１磁気デバイス２８及び第２磁気デバイス２９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２８及び第２磁気デバイス２９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。
【００４３】
・第１磁気デバイス２８及び第２磁気デバイス２９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方法、磁力を利用した取り付け方法が挙げられる。
【００４４】
・可動部材２７は、手動により変位させてもよいし、モータ等の駆動装置を用いて変位させてもよい。
・第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の距離を調整する調整機構は、可動部材２７に限定されるものではなく、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の空間Ｓを利用して、第１磁気デバイス２８を第２磁気デバイス２９側に相対的に移動させるものであればよい。例えば、基材２０に関して、第１磁気デバイス２８が取り付けられる第１部分と、ＤＥＡ２３を支持する第２部分とが別体として設けられた構成とするとともに、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の距離が変化するように第１部分及び第２部分の少なくとも一方を移動可能に構成する。
【００４５】
・第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に配置される構成部品は、ＤＥＡ２３の配線３１ａ及びＬＥＤ３４の配線３１ｂ等の各種配線に限定されるものではない。
【００４６】
例えば、図２に示すように、可動部材２７を省略し、基材２０の底壁２１におけるＤＥＡ２３を向く側の反対側となる部分に第１磁気デバイス２８を取り付ける。この場合には、基材２０の一部（底壁２１）が第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に配置される構成部品となる。上記構成によれば、第１磁気デバイス２８の取り替え等の作業を行う際に、ＤＥＡ２３が障害物になり難く、当該作業を容易に行うことができる。
【００４７】
また、図３に示すように、ＤＥＡ２３を包む袋体３５を設け、ＤＥＡ２３及び第２磁気デバイス２９を袋体３５の内部に配置する。この場合には、袋体３５の一部が第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に配置される構成部品となる。上記構成によれば、ＤＥＡ２３に対する埃や水分等の付着が抑制される。これにより、ＤＥＡ２３の絶縁破壊耐性が向上し、ＤＥＡ２３の長寿命化を図ることができる。
【００４８】
・第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に、ぬいぐるみ１０の構成部品を配置する構成を省略してもよい。また、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間の距離を調整する調整機構を省略してもよい。
【００４９】
・本発明の用途は、鼓動するぬいぐるみ１０に限定されるものではなく、膜状のＤＥＡ２３を備える電子機器の全般に適用できる。例えば、図４は、本発明を押しボタン型のスイッチに適用した例を示している。
【００５０】
図４に示すスイッチ４０は、板状の基部４１（第１基材）と、基部４１の表面側に取り付けられた有底筒状のボタン本体４２（第２基材）とを備えている。ボタン本体４２は、基部４１に対して、上下方向（押し込み方向）にスライド移動可能かつ抜け止めされた状態で取り付けられている。ボタン本体４２は、その周壁の内周面から突出する突出部４２ａを備えている。突出部４２ａと基部４１との間には、ボタン本体４２を上方に付勢する付勢部材４３が設けられている。
【００５１】
ボタン本体４２の内部には、ボタン本体４２の周壁に支持される態様でＤＥＡ２３が取り付けられている。ＤＥＡ２３における基部４１側の主面（第１主面）の中央部には、第２磁気デバイス２９が取り付けられるとともに、ＤＥＡ２３における基部４１側と反対側の主面（第２主面）の中央部には、パッド３０が取り付けられている。基部４１の裏面側（ＤＥＡ２３と反対側）には、第１磁気デバイス２８が取り付けられている。第２磁気デバイス２９及び基部４１における互いに対向する部分には、第１接点４４ａ及び第２接点４４ｂが設けられている。
【００５２】
使用者がボタン本体４２を押し込むと、第１接点４４ａと第２接点４４ｂとが接触して、図示しない電気回路がオフ状態からオン状態に切り替えられる。第１接点４４ａと第２接点４４ｂとが接触したタイミングで、ＤＥＡ２３を上下に振動させるようにＤＥＡ２３に電圧が印加され、ＤＥＡ２３に取り付けられたパッド３０がボタン本体４２を叩く。使用者は、パッド３０がボタン本体４２を叩く振動を感じることにより、電気回路が切り替わったことを感覚的に把握できる。なお、上記構成においては、第１接点４４ａ及び第２接点４４ｂ、並びに基部４１（基材）が第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に配置される構成部品となる。
【００５３】
また、その他の電子機器としては、例えば、使用者に疑似力覚（触感）を提示するハプティクス機器、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。なお、ハプティクス機器に適用する場合、ＤＥＡ２３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ことから、第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８との間に斥力を発生させるように構成されていることが好ましい。
【００５４】
・電子機器の用途等に応じて、基材２０及びＤＥＡ２３の形状等の構成を変更してもよい。また、ＤＥＡ２３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ＤＥＡ２３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、ＤＥＡ２３の周縁部分の全周が基材２０に支持されていたが、ＤＥＡ２３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。
【符号の説明】
【００５５】
Ｓ…空間、１０…ぬいぐるみ、１１…表皮材、１２…鼓動装置、２０…基材、２３…誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ）、２３ａ…第１主面、２３ｂ…第２主面、２７…可動部材、２８…第１磁気デバイス、２９…第２磁気デバイス、３１ａ，３１ｂ…配線、３５…袋体、４１…基部、４２…ボタン本体、４４ａ…第１接点、４４ｂ…第２接点。
【図１】
2020028189.tif 000003
【図２】
2020028189.tif 000004
【図３】
2020028189.tif 000005
【図４】
2020028189.tif 000006