(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力板を介して使用者に力覚を知覚させることが可能な力覚提示装置であって、
振動するアクチュエータと、
前記アクチュエータの振動を伝搬する液体の媒質と、
前記媒質中を伝搬する振動によって変形する前記圧力板と、
を備え、
前記圧力板の前記媒質と接する部分の面積が前記アクチュエータの面積よりも小さくなっている
ことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、交流電界の印加により屈曲振動することを特徴とする請求項１に記載の力覚提示装置。
【請求項３】
前記アクチュエータはバイモルフ型圧電振動子であることを特徴とする請求項２に記載の力覚提示装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは前記圧力板を外壁の一部に有する筐体に固定され、
前記アクチュエータ、前記筐体、及び前記圧力板によって密閉空間が形成され、前記密閉空間の内部に前記媒質が封入されている
ことを特徴とする請求項１に記載の力覚提示装置。
【請求項５】
前記筐体に開口部が形成され、前記開口部が前記圧力板によって塞がれており、
前記開口部の形状が、一定の開口面積で前記圧力板の板面に対して垂直な方向に貫通する段付形状とされ、
前記圧力板と接する部分の前記開口部の面積が前記アクチュエータの面積よりも小さくなっている
ことを特徴とする請求項４に記載の力覚提示装置。
【請求項６】
前記筐体に開口部が形成され、前記開口部が前記圧力板によって塞がれており、
前記開口部の形状が、前記圧力板に近づくにつれて開口面積が徐々に小さくなるテーパ形状とされ、
前記圧力板と接する部分の前記開口部の面積が前記アクチュエータの面積よりも小さくなっている
ことを特徴とする請求項４に記載の力覚提示装置。
【請求項７】
前記アクチュエータの中心と前記圧力板の中心とが、前記圧力板の板面と垂直な方向から見て異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の力覚提示装置。
【請求項８】
前記アクチュエータを固定する筐体と、該筐体の一部に接続された中空管と、前記アクチュエータと、前記圧力板によって密閉空間が形成され、
前記密閉空間の内部に前記媒質が封入されて、かつ、前記中空管に前記圧力板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の力覚提示装置。
【請求項９】
前記中空管は、任意の断面形状を有し、柔軟でフレキシブルな管であることを特徴とする請求項８に記載の力覚提示装置。
【請求項１０】
前記中空管の途中に、前記圧力板が複数設けられていることを特徴とする請求項８に記載の力覚提示装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の力覚提示装置を搭載していることを特徴とする携帯端末機器。
【請求項１２】
請求項８に記載の力覚提示装置が身体に装着可能であることを特徴とする携帯端末機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人の手や指に力覚を知覚させることが可能な力覚提示装置及びそれを備えた携帯端末機器に関するものである。
本願は、２００８年１１月２１日に出願された特願２００８−２９８１２６号、２００９年３月２７日に出願された特願２００９−０７８７８２号、２００９年８月４日に出願された特願２００９−１８１７１５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
マルチモーダル・インターフェースの進展に伴って、視覚や聴覚以外の五感の情報を提供可能な情報提示装置が注目されている。
中でも、物体を触ったときの感触（触覚）や物体からの反力（力覚）を情報提供に利用した力覚提示装置は、インターフェースの操作性や情報の知覚・理解を向上する上で有効と考えられており、各種職業技術訓練、バーチャルリアリティ技術、遠隔医療、ゲーム機器などへの応用が期待されている。【０００３】
一般的に力覚提示装置は様々な方式・構造によるものが提案されているが、特に、液体を媒質として人の手や指に力覚を知覚させることが可能な力覚提示装置としては、特許文献１のような、物体に接触している指先にかかる振動感を再現するものが知られている。
特許文献１に示された力覚提示装置は、ポンプによって電気粘性流体に脈圧を発生させ、指先への接触面となる導電性ゴムに対して設けられた電極群の電極に与えられる電圧を制御し、電気粘性流体の粘度および脈圧の圧力と周期を制御して接触物体の形状の感覚を提示するものである。
また、特許文献２に示された力覚提示装置は、内部に流体が封入された多数の袋体の間に電磁石を配置し、隣り合う電磁石の間に働く引力又は斥力によって袋体の間隔を狭くしたり広くしたりすることで、手や指に接触する部分の形状や表面圧を変化させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０７３７１２号公報
【特許文献２】特開２００１−５４８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の力覚提示装置では、接触した物体の形状や手触り感をアクチュエータの振動により提示しているだけであり、アクチュエータにより駆動される力覚提示部の変位は、人が力覚として知覚できるほど大きくない。また、アクチュエータの振動方向に対して知覚方向を任意に設定できないという問題がある。【０００６】
本発明の目的は、上述の問題点を解決するために、人の手や指に、任意の方向に力覚を知覚させることが可能な力覚提示装置及びそれを備えた携帯端末機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明は、圧力板を介して使用者に力覚を知覚させることが可能な力覚提示装置であって、振動するアクチュエータと、前記アクチュエータの振動を伝搬する液体の媒質と、前記媒質中を伝搬する振動によって変形する前記圧力板と、を備え、前記圧力板の前記媒質と接する部分の面積が前記アクチュエータの面積よりも小さくなっている力覚提示装置を提供する。
典型的には、前記アクチュエータは前記圧力板を外壁の一部に有する筐体に固定され、前記アクチュエータ、前記筐体、及び前記圧力板によって密閉空間が形成され、前記密閉空間の内部に前記媒質が封入されている。
また、本発明の携帯端末機器は、上記力覚提示装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アクチュエータと圧力板の間の媒質を液体とすることによって、アクチュエータにより駆動される力覚提示部の変位を大きくすることができ、また、アクチュエータの振動方向に対して知覚方向を任意に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の力覚提示装置の断面図である。
【図２】第１実施形態の力覚提示装置に圧力伝達媒質を充填する方法の説明図である。
【図３】第１実施形態の力覚提示装置の動作原理の説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態の力覚提示装置の断面図である。
【図５】第２実施形態の力覚提示装置の平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の力覚提示装置の平面図である。
【図７】本発明の第４実施形態の力覚提示装置の断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態の力覚提示装置の断面図である。
【図９】本発明の第６実施形態の力覚提示装置の断面図である。
【図１０】第６実施形態の力覚提示装置の平面図である。
【図１１】本発明の第７実施形態の力覚提示装置の断面図である。
【図１２】第７実施形態の力覚提示装置の平面図である。
【図１３Ａ】第６実施形態又は第７実施形態の力覚提示装置を携帯端末機器に組み込んだ状態を示す図である。
【図１３Ｂ】同様に、第６実施形態又は第７実施形態の力覚提示装置を携帯端末機器に組み込んだ状態を示す図である。
【図１３Ｃ】同様に、第６実施形態又は第７実施形態の力覚提示装置を携帯端末機器に組み込んだ状態を示す図である。
【図１４】本発明の第８実施形態の力覚提示装置の断面図である。
【図１５】本発明の第９実施形態の力覚提示装置の断面図である。
【図１６】第８、第９実施形態の力覚提示装置で使用される延長管の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１実施形態の力覚提示装置の断面図である。
図１において、符号１１はバイモルフ型圧電振動子（アクチュエータ）、符号１２は下部構造体（下部筐体）、符号１３ａは下部シールゴム（下部シール材）、符号１３ｂは上部シールゴム（上部シール材）、符号１４は上部構造体（上部筐体）、符号１５は圧力板押さえプレート、符号１６は圧力板、符号１７は媒質（液体）である。
【００１１】
図１に示されるように、下部構造体１２の上に下部シールゴム１３ａを介してバイモルフ型圧電振動子１１が載置され、その上に上部シールゴム１３ｂを介して上部構造体１４が載置され、ネジ（図示せず）等により締め付け固定されている。さらに、上部構造体１４の上に圧力板１６、その上に圧力板押さえプレート１５が載置されて、ネジ（図示せず）等により締め付け固定されている。
【００１２】
バイモルフ型圧電振動子１１は、長さ方向に伸縮する二枚の圧電セラミックスを金属板を挟んで張り合わせたものである。圧電効果によって一方を長手方向に伸ばし、もう一方を縮めることにより、屈曲振動させる。
媒質（例えば水）１７はバイモルフ型圧電振動子１１、上部シールゴム１３ｂ、上部構造体１４、圧力板１６で形成される閉空間に封入されている。
【００１３】
尚、上部構造体１４および圧力板押さえプレート１５の固定方法についてはネジ締め等に限定されるものではなく、また、上部構造体１４、圧力板押さえプレート１５、圧力板１６を一体で加工することも可能である。
圧力板１６にはシリコン、フッ素等のゴム材料、ステンレスやアルミ等の薄い金属板、ＰＥＴ等の樹脂材料、あるいはＰＥＴフィルムにアルミを蒸着したような複合材料などを用いることができるが、これらの材料に限定されるものではない。
また、媒質１７として使用する液体は、水、プロピレングリコール等の不凍液などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
図２は、バイモルフ型圧電振動子１１と上部シールゴム１３ｂと上部構造体１４と圧力板１６で形成される閉空間に液体を注入する方法の一例を示す断面図である。図２において、符号１８ａ，１８ｂはそれぞれ継手、符号１９ａ，１９ｂはそれぞれ注入口である。
上部構造体１４の側面には媒質を注入するための注入口１９ａ、１９ｂ（例えば円筒形の穴）が設けられており、注入口１９ａ、１９ｂそれぞれにはチューブ等を接続するための継手１８ａ、１８ｂが固定されている。
バイモルフ型圧電振動子１１、上部シールゴム１３ｂ、上部構造体１４、圧力板１６で形成された閉空間に、継手１８ａ、１８ｂにチューブ等を介して接続されたポンプ等（図示せず）により媒質１７（例えば水）を注入し、空気を完全に抜いて媒質１７で満たす。媒質１７で満たした後はコックや治具（図示せず）によって媒質の出入りを遮断する。
尚、媒質１７の注入方法については、ここで述べた方法に限定されるものではない。
【００１５】
次に、本実施形態の力覚提示装置の動作原理について説明する。
バイモルフ型圧電振動子１１は電圧を印加すると上に凸または下に凸に変形する性質を有しているため、交流電界を印加すると上に凸の状態と下に凸の状態を繰り返し、振動する（屈曲振動する）。このとき、バイモルフ型圧電振動子１１に接している部分の媒質の変位は、密度（体積）の変化を引き起こすので、圧力の変化が生じ、それによって次の瞬間の媒質の変位をもたらすことになる。この過程の連鎖によって、圧力や変位が波として伝搬する。
【００１６】
例えば、図３に示したように一定の断面積で一軸方向に伸びる円筒形の管の中の媒質の振動として考えると、ＡＢ間の領域の圧力変化は、ｐを圧力の変化分とすると、 
ｐ＝−ＫΔＶ／Ｖ                  式（１） 
と表せる。ここで、ＶはＡＢ間の領域の体積、ΔＶは体積の変化分、Ｋは体積弾性率である。
【００１７】
また、管内を伝わる音速ｖは、密度ρと体積弾性率Ｋより 
ｖ＝（Ｋ／ρ）１／２
と表せることから、体積弾性率Ｋは 
Ｋ＝ρｖ２                        式（２） 
となる。
【００１８】
水中の音速１４８３ｍ／ｓ、空気中の音速３３１．４５ｍ／ｓ、水の密度１０００ｋｇ／ｍ３、空気の密度１．２９ｋｇ／ｍ３とすると、式（２）より水と空気の体積弾性率はそれぞれ２．２ＧＰａ、１４２ｋＰａとなるため、式（１）より圧力変化は空気中に比べて水中の方が大きいと考えられる。
上記の理論に基づいて、バイモルフ型圧電振動子１１の振動は媒質１７を介して圧力板１６に伝搬する。
また、バイモルフ型圧電振動子１１の駆動周波数を約１０Ｈｚ程度の低周波領域とすることにより、圧力板１６を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能である。
【００１９】
なお、駆動周波数としては１０Ｈｚ以下の低周波領域を用いることもできる。振幅が大きく周波数が小さければ、押され感（力覚）が得られる。例えば、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の駆動周波数であれば、確実に力覚を知覚させることができる。
【００２０】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２実施形態の力覚提示装置の断面図であり、図５は、図４の力覚提示装置のＡ−Ａ矢視平面図である。
本実施形態において第１実施形態と相違する点は、第１実施形態では、バイモルフ型圧電振動子の振動方向と圧力板の振動方向が同一方向であったのに対して、これらの振動方向が互いに異なっている点である。
本実施形態では、バイモルフ型圧電振動子２１の振動方向がＺ方向であるのに対して、圧力板２６ａ、２６ｂの振動方向がＸ方向となっている。
【００２１】
本実施形態において、上部構造体２４のＸ方向に２つの圧力伝搬経路２９ａ、２９ｂが形成され、圧力伝搬経路２９ａ、２９ｂは、圧力板２６ａ、２６ｂおよび圧力板押さえプレート２５ａ、２５ｂでそれぞれ塞がれており、媒質（例えば水）２７はバイモルフ型圧電振動子２１、上部シールゴム２３ｂ、上部構造体２４、圧力板２６ａ、２６ｂで形成される閉空間に封入されている。尚、媒質の注入方法については第１実施形態と同様の方法で行うものとする。
【００２２】
第１実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子２１の振動が媒質２７を介して、圧力板２６ａ、２６ｂに伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第１実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子２１の駆動周波数を約１０Ｈｚ程度の低周波領域とすることにより、圧力板２６ａ、２６ｂを指や手で触れた時に、振動のような感覚ではなく、力覚として知覚することが可能となる。
【００２３】
尚、図４および図５には圧力伝搬経路および圧力板を２箇所設けているが、１箇所でも構わない。また、２箇所以上の複数箇所を設けてもよい。
【００２４】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３実施形態の力覚提示装置の平面図である。
本実施形態において第１実施形態と相違する点は、第２実施形態と同様、バイモルフ型圧電振動子の振動方向と圧力板の振動方向とが異なる点である。
本実施形態では、バイモルフ型圧電振動子の振動方向がＺ方向（紙面に垂直な方向）であるのに対して、圧力板３６ａの振動方向がＸ方向、圧力板３６ｂの振動方向がＹ方向となっている。
【００２５】
本実施形態において、上部構造体３４のＸ方向、Ｙ方向それぞれの方向に圧力伝搬経路３９ａ、３９ｂが形成され、圧力伝搬経路３９ａ、３９ｂは、圧力板３６ａ、３６ｂおよび圧力板押さえプレート３５ａ、３５ｂでそれぞれ塞がれており、媒質３７はバイモルフ型圧電振動子（図示せず）、上部シールゴム（図示せず）、上部構造体３４、圧力板３６ａ、３６ｂで形成される閉空間に封入されている。尚、媒質の注入方法については、第１、第２実施形態と同様の方法で行うものとする。
【００２６】
第１実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子（図示せず）の振動が媒質３７を介して、圧力板３６ａ、３６ｂに伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第１、第２実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子（図示せず）の駆動周波数を約１０Ｈｚ程度の低周波領域とすることにより、圧力板３６ａ、３６ｂを指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。
【００２７】
尚、本実施形態においても第２実施形態と同様に、圧力伝搬経路および圧力板を２箇所設けているが、１箇所でもかまわない。また、２箇所以上の複数箇所を設けてもよい。
【００２８】
［第４の実施の形態］ 
図７は、本発明の第４実施形態の力覚提示装置の断面図である。
本実施形態において第１実施形態と相違する点は、指や手で触れることが可能な圧力板の開口径が小さい点である。
本実施形態では、図７に示すように、上部構造体１１４の圧力板１１６と接する部分の開口径が、バイモルフ型圧電振動子１１１の径に対して約１／３としており、圧力板押さえプレート１１５の開口径を上部構造体１１４の開口径に合わせている。
【００２９】
上で説明した構造以外の部分に関しては、第１の実施形態と同様の構造とし、媒質１１７はバイモルフ型圧電振動子１１１、上部シールゴム１１３ｂ、上部構造体１１４、圧力板１１６で形成される閉空間に封入されている。
尚、媒質の注入方法については、第１、第２、第３実施形態と同様の方法で行うものとする。 
【００３０】
第１実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子１１１の振動が媒質１１７を介して、圧力板１１６に伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第１、第２、第３実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子１１１の駆動周波数を約１０Ｈｚ程度の低周波領域とすることにより、圧力板１１６を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 
【００３１】
［第５の実施の形態］ 
図８は、本発明の第５実施形態の力覚提示装置の断面図である。
本実施形態において第１実施形態と相違する点は、第４実施形態と同様、指や手で触れることが可能な圧力板の開口径が小さい点であり、また、第４実施形態と相違する点は、上部構造体の媒質が封入される部分の形状、特に、圧力板と接する部分の開口部の形状である。
第４実施形態では、図７に示すように、上部構造体１１４の圧力板１１６と接する部分の開口部を、一定の開口面積で圧力板１１６の板面に対して垂直な方向に貫通する段付形状としているのに対して、本実施形態では、上部構造体１２４の圧力板１２６と接する部分の開口部を、圧力板１２６に近づくにつれて開口面積が徐々に小さくなるテーパ形状とし、第４実施形態に比べて圧力損失が小さい構造としている。
上部構造体１２４と圧力板１２６が接する部分の開口径は、第４実施形態と同様にバイモルフ型圧電振動子１２１の径に対して約１／３としており、圧力板押さえプレート１２５の開口径を上部構造体１２４の開口径に合わせている。
【００３２】
上で説明した構造以外の部分に関しては、第１の実施形態と同様の構造とし、媒質１２７はバイモルフ型圧電振動子１２１、上部シールゴム１２３ｂ、上部構造体１２４、圧力板１２６で形成される閉空間に封入されている。
尚、媒質の注入方法については、第１、第２、第３、第４実施形態と同様の方法で行うものとする。 
【００３３】
第１実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子１２１の振動が媒質１２７を介して、圧力板１２６に伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第１、第２、第３、第４実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子１２１の駆動周波数を約１０Ｈｚ程度の低周波領域とすることにより、圧力板１２６を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 
【００３４】
［第６の実施の形態］ 
図９は、本発明の第６実施形態の力覚提示装置の断面図であり、図１０は、図９の力覚提示装置のＡ−Ａ矢視平面図である。
本実施形態において第１実施形態と相違する点は、第１実施形態では、バイモルフ型圧電振動子の振動方向と圧力板の振動方向が同一方向であったのに対して、これらの振動方向が互いに異なっている点である。
本実施形態では、第２実施形態と同様、バイモルフ型圧電振動子１３１の振動方向がＺ方向であるのに対して、圧力板１４０の振動方向がＸ方向となっている。
【００３５】
また、第２実施形態と相違する点は、第２実施形態では上部構造体のＸ方向に２つの圧力伝搬経路が形成され、それぞれ圧力板および圧力板押さえプレートで塞がれていたのに対して、本実施形態では、一方の圧力伝搬経路１３９ａはシール材１３６ａを挟んで蓋１３５で塞がれており、もう一方の圧力伝搬経路１３９ｂは、上部構造体１３４にシール材１３６ｂを挟んで中空の延長管１３８が接続されており、圧力伝搬経路１３９ａに比べて、約１００ｍｍ程度長くなっている点である。
【００３６】
延長管１３８の上部構造体１３４に接続されていない方の端は、圧力板１４０および圧力板押さえプレート１４１で塞がれており、媒質（例えば水）１３７はバイモルフ型圧電振動子１３１、上部シールゴム１３３ｂ、上部構造体１３４、蓋１３５、延長管１３８、圧力板１４０で形成される閉空間に封入されている。
【００３７】
尚、媒質の注入方法については第１、第２、第３、第４、第５実施形態と同様の方法で行うものとする。
また、図９、図１０において、上部構造体１３４にはＸ方向に２本の圧力伝搬経路が設けられているが、延長管が接続されていない方の圧力伝搬経路はなくてもよい。また、２本の圧力伝搬経路両方とも延長管が接続されていてもよい。また、延長管１３８の長さは約１００ｍｍ程度としたが、これに限定されるものではない。
【００３８】
第１実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子１３１の振動が媒質１３７を介して、圧力板１４０に伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第１、第２、第３、第４、第５実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子１３１の駆動周波数を約１０Ｈｚ程度の低周波領域とすることにより、圧力板１４０を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 
【００３９】
［第７の実施の形態］ 
図１１は、本発明の第７実施形態の力覚提示装置の断面図であり、図１２は、図１１の力覚提示装置のＡ−Ａ矢視平面図である。
本実施形態は第６実施形態とほとんど同じであるが、第６実施形態と相違する点は、第６実施形態では、圧力板の振動方向がＸ方向であるのに対して、本実施形態ではＺ方向となっている点である。
【００４０】
本実施形態では、延長管１３８の上部構造体１３４に接続されていない方の端は、シール材１３６ｃを挟んで流路ブロック１４２が接続され、圧力伝搬経路１３９ｂがＸ方向からＺ方向へ変換される。
そして、流路ブロック１４２の延長管１３８と接続されていない方は圧力板１４０および圧力板押さえプレート１４１で塞がれており、媒質（例えば水）１３７はバイモルフ型圧電振動子１３１、上部シールゴム１３３ｂ、上部構造体１３４、蓋１３５、延長管１３８、流路ブロック１４２、圧力板１４０で形成される閉空間に封入されている。尚、延長管１３８と流路ブロック１４２は別部品としているが、一体構造部品としてもよい。
【００４１】
尚、媒質の注入方法については第１、第２、第３、第４、第５、第６実施形態と同様の方法で行うものとする。
また、第６実施形態同様、図１１、図１２において、上部構造体１３４にはＸ方向に２本の圧力伝搬経路が設けられているが、延長管が接続されていない方の圧力伝搬経路はなくてもよい。また、２本の圧力伝搬経路両方とも延長管が接続されていてもよい。また、延長管１３８の長さは約１００ｍｍ程度としたが、これに限定されるものではない。
【００４２】
第１実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子１３１の振動が媒質１３７を介して、圧力板１４０に伝搬し、媒質が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第１、第２、第３、第４、第５、第６実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子１３１の駆動周波数を約１０Ｈｚ程度の低周波領域とすることにより、圧力板１４０を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 
【００４３】
［携帯端末機器］
第６実施形態又は第７実施形態の力覚提示装置１００１を、携帯端末機器１０００に搭載した例を図１３Ａ〜１３Ｃに示す。
図１３Ａ〜１３Ｃの携帯端末機器１０００は、本発明による力覚提示装置１００１を用いることにより、例えば、ダイヤルキーのクリック感のような感触を使用者に提示することが可能となる。
図１３Ａ、１３Ｂは、それぞれ圧力板１４０が端末表面（ディスプレイ１００２およびキーがある面）および側面の方向にある場合を示している。
図１３Ａ〜１３Ｃには示していないが、圧力板が端末裏面の方向にあってもよい。
また、図１３Ｃはディスプレイ表示エリア１００３に圧力板１４０がある場合を示しており、タッチパネル等と組み合わせて使用することも可能である。
また、図１３Ａ、１３Ｂの場合も、例えば圧力センサ等のセンサと組み合わせてキーを押したときの押下力に応じて力覚を提示することも可能である。
【００４４】
［第８の実施の形態］
図１４は、本発明の第８実施形態の力覚提示装置の断面図である。
本実施形態が、他の実施形態と相違する点は、上部構造体に設けられた２つの圧力伝搬経路が中空の延長管で接続され、延長管の途中に圧力板を設けている点である。 
【００４５】
本実施形態では、上部構造体２１４に設けられている圧力伝搬経路２１８ａ、２１８ｂは、シール材２１６ａ、２１６ｂ、延長管接続継手２１５ａ、２１５ｂを介してそれぞれ延長管２１９ａ、２１９ｂの一方の端と接続されており、延長管２１９ａ、２１９ｂの圧力伝搬経路２１８ａ、２１８ｂに接続されていない方の端は流路ブロック２２０に、例えば接続継手（図示せず）などを介して接続されている。これにより、圧電振動子２１１と圧力板２２２とが圧力伝搬経路２１８ａ、２１８ｂおよび延長管２１９ａ、２１９ｂを介して閉回路を形成している。
尚、延長管２１９ａ、２１９ｂと流路ブロック２２０の接続方法に関しては、接続継手による方法に限定されるものではなく、媒質２１７が漏れなければ、接着等により直接接続する方法でもかまわない。
【００４６】
流路ブロック２２０の延長管２１９ａ、２１９ｂと接続されていない開口部は、圧力板２２２および圧力板押さえプレート２２１で塞がれており、媒質（例えば水）２１７はバイモルフ型圧電振動子２１１、上部シールゴム２１３ｂ、上部構造体２１４、延長管２１９ａ、２１９ｂ、流路ブロック２２０、圧力板２２２で形成される閉空間に封入されている。
また、延長管２１９ａ、２１９ｂは、例えば図１６に示したような矩形（対向する２辺が円弧状に湾曲しているものを含む：上段右端参照）、円形、楕円、三角形、ひょうたん型、正方形、六角形等の断面形状をしており、自由に屈曲可能なフレキシブルな管（すなわち、柔軟でフレキシブルな管）である。
ただし、延長管２１９ａ、２１９ｂの断面形状は図１６に示した形状に限定されるものではなく、任意の形状としてもかまわない。また、長さの制限もない。 
【００４７】
尚、媒質２１７の注入方法については第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７実施形態と同様の方法で行うものとする。 
【００４８】
第１実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子２１１の振動が媒質２１７を介して、圧力板２２２に伝搬し、媒質２１７が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子２１１の駆動周波数を約１０Ｈｚ程度の低周波領域とすることにより、圧力板２２２を指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 
【００４９】
［第９の実施の形態］
図１５は、本発明の第９実施形態の力覚提示装置の断面図である。
本実施形態は第８実施形態とほとんど同じであるが、第８実施形態と相違する点は、第８実施形態では、上部構造体に設けられた２つの圧力伝搬経路が中空の延長管で接続され、延長管の途中に圧力板を１箇所のみ設けているが、本実施形態では、延長管の途中に圧力板を３箇所設けている点である。 
【００５０】
本実施形態では、上部構造体３１４に設けられている圧力伝搬経路３１８ａ、３１８ｂはシール材３１６ａ、３１６ｂ、延長管接続継手３１５ａ、３１５ｂを介してそれぞれ延長管３１９ａ、３１９ｂの一方の端と接続されており、延長管３１９ａ、３１９ｂの圧力伝搬経路３１８ａ、３１８ｂに接続されていない方の端は流路ブロック３２０ａ、３２０ｂに、例えば接続継手（図示せず）などを介して接続されている。
さらに、流路ブロック３２０ａの延長管３１９ａが接続されていない方の端には延長管３１９ｄが、流路ブロック３２０ｂの延長管３１９ｂが接続されていない方の端には延長管３１９ｃがそれぞれ同様の方法で接続されている。
また、延長管３１９ｄの流路ブロック３２０ａに接続されていない方の端と、延長管３１９ｃの流路ブロック３２０ｂに接続されていない方の端は、流路ブロック３２０ｃに、同様の方法で接続されている。
第８実施形態と同様に、圧電振動子３１１と圧力板３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃとが、圧力伝搬経路３１８ａ、３１８ｂおよび延長管３１９ａ、３１９ｂ、３１９ｃ、３１９ｄを介して閉回路を形成している。
尚、延長管３１９ａ、３１９ｂ、３１９ｃ、３１９ｄと流路ブロック３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃの接続方法に関しては、接続継手による方法に限定されるものではなく、媒質３１７が漏れなければ、接着等により直接接続する方法でもかまわない。
【００５１】
流路ブロック３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃの、延長管３１９ａ、３１９ｂ、３１９ｃ、３１９ｄと接続されていない開口部は、それぞれ圧力板３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃおよび圧力板押さえプレート３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃで塞がれており、媒質（例えば水）３１７はバイモルフ型圧電振動子３１１、上部シールゴム３１３ｂ、上部構造体３１４、延長管３１９ａ、３１９ｂ、３１９ｃ、３１９ｄ、流路ブロック３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、圧力板３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃで形成される閉空間に封入されている。
延長管３１９ａ、３１９ｂ、３１９ｃ、３１９ｄは、第８実施形態と同様、例えば図１６に示したような矩形（対向する２辺が円弧状に湾曲しているものを含む）、円形、楕円、三角形、ひょうたん型、正方形、六角形等の断面形状をしており、自由に屈曲可能なフレキシブルな管（すなわち柔軟でフレキシブルな管）である。
ただし、延長管３１９ａ、３１９ｂ、３１９ｃ、３１９ｄの断面形状は図１６に示した形状に限定されるものではなく、任意の形状としてもかまわない。また、長さの制限もない。
尚、本実施形態では圧力板を３箇所設けているが、これに限定されるものではなく複数個所なら何箇所でもよい。 
【００５２】
尚、媒質３１７の注入方法については第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８実施形態と同様の方法で行うものとする。 
【００５３】
第１実施形態で説明したのと同じ動作原理に基づいて、本実施形態においても、バイモルフ型圧電振動子３１１の振動が媒質３１７を介して、圧力板３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃに伝搬し、媒質３１７が空気の場合に比べて水の方がより大きな圧力変化を生じる。
また、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８実施形態と同様に、バイモルフ型圧電振動子３１１の駆動周波数を約１０Ｈｚ程度の低周波領域とすることにより、圧力板３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃを指や手で触れた時に振動のような感覚ではなく力覚として知覚することが可能となる。 
【００５４】
［ウェアラブル機器］
第８実施形態または第９実施形態の力覚提示装置は、延長管２１９ａ、２１９ｂ、３１９ａ、３１９ｂ、３１９ｃ、３１９ｄの断面形状が自由に変えられるということと、圧電振動子２１１、３１１が、上部および下部シールゴム２１３ａ、２１３ｂ、３１３ａ、３１３ｂを介して組み込まれた上部および下部構造体２１２、２１４、３１２、３１４と延長管２１９ａ、２１９ｂ、３１９ａ、３１９ｂ、３１９ｃ、３１９ｄと圧力板２２２、３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃとで環状を形成していることから、腕や首等への身体に装着可能である。
例えば、携帯端末機器に応用した場合、電話やメール着信時にバイブレータのかわりやアラーム通知の時などに圧電振動子２１１、３１１を駆動することにより、装着者に圧力板２２２、３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃを介して力覚として知らせることが可能である。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５６】
例えば、上記の実施形態では、アクチュエータとしてバイモルフ型圧電振動子を用いたが、これ以外の原理、構造を有するアクチュエータを用いても良い。
また、アクチュエータを支持する筐体として、アクチュエータの両面をシールゴムを挟んで支持固定する上部構造体及び下部構造体を設け、上部構造体の外壁の一部を圧力板によって構成し、アクチュエータ、上部シールゴム、上部構造体、及び圧力板によって、媒質を封入する密閉空間を形成したが、密閉空間の構成はこれに限定されない。
アクチュエータ及び圧力板を固定する筐体の構造は、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の活用例として、携帯端末等の出力インターフェースやバーチャルリアリティ等の触力覚ディスプレイなどに利用される。
【符号の説明】
【００５８】
１１…圧電振動子（アクチュエータ）、１２…下部構造体（筐体）、１３ａ…下部シールゴム、１３ｂ…上部シールゴム、１４…上部構造体（筐体）、１５…圧力板押さえプレート、１６…圧力板、１７…媒質（液体）、１８ａ…継手、１８ｂ…継手、１９ａ…注入口、１９ｂ…注入口、２１…圧電振動子（アクチュエータ）、２２…下部構造体（筐体）、２３ａ…下部シールゴム、２３ｂ…上部シールゴム、２４…上部構造体（筐体）、２５ａ…圧力板押さえプレート、２５ｂ…圧力板押さえプレート、２６ａ…圧力板、２６ｂ…圧力板、２７…媒質（液体）、２９ａ…圧力伝搬経路、２９ｂ…圧力伝搬経路、３４…上部構造体（筐体）、３５ａ…圧力板押さえプレート、３５ｂ…圧力板押さえプレート、３６ａ…圧力板、３６ｂ…圧力板、３７…媒質（液体）、３９ａ…圧力伝搬経路、３９ｂ…圧力伝搬経路、１１１…圧電振動子（アクチュエータ）、１１２…下部構造体（筐体）、１１３ａ…下部シールゴム、１１３ｂ…上部シールゴム、１１４…上部構造体（筐体）、１１５…圧力板押さえプレート、１１６…圧力板、１１７…媒質（液体）、１２１…圧電振動子（アクチュエータ）、１２２…下部構造体（筐体）、１２３ａ…下部シールゴム、１２３ｂ…上部シールゴム、１２４…上部構造体（筐体）、１２５…圧力板押さえプレート、１２６…圧力板、１２７…媒質（液体）、１３１…圧電振動子（アクチュエータ）、１３２…下部構造体（筐体）、１３３ａ…下部シールゴム、１３３ｂ…上部シールゴム、１３４…上部構造体（筐体）、１３５…蓋、１３６ａ…シール材、１３６ｂ…シール材、１３６ｃ…シール材、１３７…媒質（液体）、１３８…延長管、１３９ａ…圧力伝搬経路、１３９ｂ…圧力伝搬経路、１４０…圧力板、１４１…圧力板押さえプレート、１４２…流路ブロック、２１１…圧電振動子（アクチュエータ）、２１２…下部構造体（筐体）、２１３ａ…下部シールゴム、２１３ｂ…上部シールゴム、２１４…上部構造体（筐体）、２１５ａ…延長管接続継手、２１５ｂ…延長管接続継手、２１６ａ…シール材、２１６ｂ…シール材、２１７…媒質（液体）、２１８ａ…圧力伝搬経路、２１８ｂ…圧力伝搬経路、２１９ａ…延長管、２１９ｂ…延長管、２２０…流路ブロック、２２１…圧力板押さえプレート、２２２…圧力板、３１１…圧電振動子（アクチュエータ）、３１２…下部構造体（筐体）、３１３ａ…下部シールゴム、３１３ｂ…上部シールゴム、３１４…上部構造体（筐体）、３１５ａ…延長管接続継手、３１５ｂ…延長管接続継手、３１６ａ…シール材、３１６ｂ…シール材、３１７…媒質（液体）、３１８ａ…圧力伝搬経路、３１８ｂ…圧力伝搬経路、３１９ａ…延長管、３１９ｂ…延長管、３１９ｃ…延長管、３１９ｄ…延長管、３２０ａ…流路ブロック、３２０ｂ…流路ブロック、３２０ｃ…流路ブロック、３２１ａ…圧力板押さえプレート、３２１ｂ…圧力板押さえプレート、３２１ｃ…圧力板押さえプレート、３２２ａ…圧力板、３２２ｂ…圧力板、３２２ｃ…圧力板
【図１】
0005505310.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005505310.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005505310.tif 000008
【図８】
0005505310.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0005505310.tif 000012
【図１２】
0005505310.tif 000013
【図１３Ａ】
0005505310.tif 000014
【図１３Ｂ】
0005505310.tif 000015
【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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