(57)【要約】【課題】使用者がフィルム３０を介して導電性高分子アクチュエータ２０を触れられても、導電性高分子アクチュエータ２０の形状維持を可能にする。【解決手段】自由形状提示装置１は、導電性高分子膜２１と、対極２２と、導電性高分子膜２１と対極２２との間に挟まれる電解液２３とからそれぞれ構成される複数の導電性高分子アクチュエータ２０を備え、複数の導電性高分子アクチュエータ２０は、マトリックス状に配列されて、導電性高分子膜２１および対極２２の間の印加電圧の変化に伴って導電性高分子アクチュエータ２０毎の導電性高分子膜２１がＺ方向に伸縮することによって、使用者に対して複数の導電性高分子アクチュエータ２０の形状を自由に変更する。導電性高分子アクチュエータ２０の発生応力は、イオン伝導性アクチュエータの発生応力に比べて大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性高分子膜（２１）と、対極（２２）と、前記導電性高分子膜と前記対極との間に挟まれる電解液（２３）とからそれぞれ構成される複数の導電性高分子アクチュエータ（２０）を備え、
前記複数の導電性高分子アクチュエータは、マトリックス状に配列されて、前記導電性高分子膜および前記対極の間の印加電圧の変化に伴って前記導電性高分子アクチュエータ毎に前記導電性高分子膜が前記配列の方向に交差する交差方向に伸縮することによって、使用者に対して提示する前記複数の導電性高分子アクチュエータの形状を自由に変化させることを特徴とする自由形状提示装置。
【請求項２】
前記交差方向から前記複数の導電性高分子アクチュエータを覆うように配置されて、前記導電性高分子アクチュエータ毎の前記導電性高分子膜の伸縮によって変形する柔軟性フィルム（３０）を備え、
前記複数の導電性高分子アクチュエータは、これらの前記形状を前記柔軟性フィルムを介して前記使用者に提示することを特徴とする請求項１に記載の自由形状提示装置。
【請求項３】
前記柔軟性フィルムは、前記導電性高分子アクチュエータ毎の前記導電性高分子膜の伸縮に伴って伸縮するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の自由形状提示装置。
【請求項４】
前記導電性高分子膜のうち交差方向側が前記導電性高分子アクチュエータ毎に前記柔軟性フィルムに対して接着されていることを特徴とする請求項２または３に記載の自由形状提示装置。
【請求項５】
前記複数の導電性高分子アクチュエータが前記柔軟性フィルムに対してそれぞれ分離されていることを特徴とする請求項２または３に記載の自由形状提示装置。
【請求項６】
前記複数の導電性高分子アクチュエータは、前記交差方向を軸線方向とする円柱状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の自由形状提示装置。
【請求項７】
前記複数の導電性高分子アクチュエータは、それぞれ、柱状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つの記載の自由形状提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自由形状提示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、触覚ディスプレイでは、触覚を刺激する刺激部位がマトリックス状に配置される触覚刺激部と、刺激部位を刺激部位毎に上下駆動するイオン伝導性アクチュエータとを備え、刺激部位毎のイオン伝導性アクチュエータの駆動により刺激部位を刺激部位毎に上下することにより、使用者に３次元の自由な形状を伝達するものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７８０５５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の触覚ディスプレイでは、刺激部位を上下駆動するアクチュエータとして、イオン伝導性アクチュエータを用いているので、アクチュエータから発生する応力が弱い。このため、触覚刺激部に対して使用者が触れたとき、使用者の指から触覚刺激部を介してイオン伝導性アクチュエータに伝わる力により、イオン伝導性アクチュエータが容易に変形してしまう。このため、使用者が軽く触覚刺激部を触れないと、使用者の触覚による触覚刺激部の形状を認識することができなかった。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、使用者が触れてもアクチュエータの形状の維持を可能にした自由形状提示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、導電性高分子膜（２１）と、対極（２２）と、前記導電性高分子膜と前記対極との間に挟まれる電解液（２３）とからそれぞれ構成される複数の導電性高分子アクチュエータ（２０）を備え、
前記複数の導電性高分子アクチュエータは、マトリックス状に配列されて、前記導電性高分子膜および前記対極の間の印加電圧の変化に伴って前記導電性高分子アクチュエータ毎に前記導電性高分子膜が前記配列の方向に交差する交差方向に伸縮することによって、使用者に対して提示する前記複数の導電性高分子アクチュエータの形状を自由に変化させることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、使用者に対して形状を提示する為のアクチュエータとして、導電性高分子アクチュエータが用いられる。導電性高分子アクチュエータの発生応力は、イオン伝導性アクチュエータの発生応力に比べて大きい。このため、複数の導電性高分子アクチュエータのそれぞれを使用者が触れても、当該アクチュエータの形状維持を可能にすることができる。
【０００８】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態における自由形状提示装置の斜視図を示す図である。
【図２】図１中の導電性高分子アクチュエータの構造、および作動を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における自由形状提示装置の斜視図を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態における自由形状提示装置の斜視図を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態における自由形状提示装置の斜視図を示す図である。
【図６】本発明の第４実施形態における自由形状提示装置の斜視図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に本発明の自由形状提示装置１の第１実施形態を示す。図１において自由形状提示装置１を説明のためにＸＹＺ座標を設定する。
【００１２】
本実施形態の自由形状提示装置１は、ケーシング１０、複数の導電性高分子アクチュエータ２０、およびフィルム３０を備える。
【００１３】
ケーシング１０は、Ｚ方向に開口するように形成されている。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向であって、後述するように、複数の導電性高分子アクチュエータ２０の３次元の形状をフィルム３０介して使用者に提示する提示方向である。
【００１４】
ケーシング１０には、仕切壁１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、および仕切壁１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが設けられている。
【００１５】
仕切壁１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉは、それぞれ、Ｙ方向（縦方向）に伸びるように形成されている板状部材である。仕切壁１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉは、ケーシング１０内の空間をＸ方向（横方向）に同一間隔で並べられている。
【００１６】
仕切壁１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、それぞれ、Ｘ方向に伸びるように形成されている板状部材である。仕切壁１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、それぞれ、ケーシング１０内の空間をＹ方向に同一間隔で並べられている。
【００１７】
仕切壁１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉと、仕切壁１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとは、ケーシング１０内にて交差する配置されている。
【００１８】
これにより、ケーシング１０内においてＺ方向に開口する複数の矩形状空間１０ａをそれぞれ形成することができる。複数の導電性高分子アクチュエータ２０は、１つずつ矩形状空間１０ａ内に収納されている。このため、複数の導電性高分子アクチュエータ２０は、ＸＹ平面上にマトリックス状に配列されていることになる。本実施形態では、５０個の導電性高分子アクチュエータ２０がマトリックス状に配列されている。
【００１９】
複数の導電性高分子アクチュエータ２０は、それぞれ同一の円柱状に形成されている。複数の導電性高分子アクチュエータ２０は、その軸線方向がそれぞれＺ方向となるように配置されている。このことにより、複数の導電性高分子アクチュエータ２０は、その配列方向（Ｘ方向或いはＹ方向）に直交する方向を軸線方向とする円柱状に形成されていることになる。
【００２０】
図２（ａ）、（ｂ）に本実施形態の導電性高分子アクチュエータ２０の構造を示す。
【００２１】
導電性高分子アクチュエータ２０は、導電性高分子膜２１および対極２２を備える。導電性高分子膜２１は、導電性高分子アクチュエータ２０毎に導電性高分子アクチュエータ２０の軸線方向を軸線方向とする円筒状に形成されている。対極２２は、その軸線方向が導電性高分子膜２１の軸線方向と同一となるように導電性高分子アクチュエータ２０毎に円柱状に形成されている。対極２２は、導電性高分子膜２１に対してその径方向内側に配置されている。導電性高分子膜２１および対極２２の間には、電解液２３が挟まれている。
【００２２】
このように構成される導電性高分子アクチュエータ２０では、導電性高分子膜２１および対極２２の間に与えられる電圧が変化することにより、導電性高分子膜２１が伸縮する。
【００２３】
具体的には、図２（ａ）に示すように、導電性高分子膜２１にバッテリ４０のプラス電極が接続されて、対極２２にバッテリ４０のマイナス電極が接続されているときには、導電性高分子膜２１から電解液２３にイオンを放出する還元反応が行われて、導電性高分子膜２１が縮むことになる。これに伴い、導電性高分子アクチュエータ２０のＺ方向の大きさが短くなる。この場合、導電性高分子膜２１および対極２２の間に与えられる電圧が大きくなるほど、導電性高分子膜２１の縮む量が大きくなる。すなわち、導電性高分子アクチュエータ２０のＺ方向の縮む量が大きくなる。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、導電性高分子膜２１にバッテリ４０のマイナス電極が接続されて、対極２２にバッテリ４０のプラス電極が接続されているときには、電解液２３から導電性高分子膜２１にイオンを入る酸化反応が行われて、導電性高分子膜２１が伸びることになる。これに伴い、導電性高分子アクチュエータ２０のＺ方向の大きさが長くなる。この場合、導電性高分子膜２１および対極２２の間に与えられる電圧が大きくなるほど、導電性高分子膜２１の伸びる量を大きくなる。すなわち、導電性高分子アクチュエータ２０のＺ方向の伸びる量が大きくなる。
【００２５】
図１のフィルム３０は、柔軟性フィルムであって、複数の導電性高分子アクチュエータ２０に対してＺ方向から覆われるように配置されている。フィルム３０と複数の導電性高分子アクチュエータ２０との間が分離されている。本実施形態のフィルム３０として、柔軟性のあるシリコンゴムフィルムが用いられる。
【００２６】
次に、本実施形態の自由形状提示装置１の作動について説明する。
【００２７】
導電性高分子アクチュエータ２０毎に導電性高分子膜２１および対極２２の間に与えられる制御電圧が制御回路（図示省略）によって制御される。これに伴い、導電性高分子アクチュエータ２０毎に導電性高分子膜２１のＺ方向の大きさが、制御回路から導電性高分子膜２１および対極２２の間に与えられる制御電圧に対応して制御される。すなわち、導電性高分子アクチュエータ２０毎に導電性高分子膜２１の伸縮量が、制御回路から出力される制御電圧に応じて制御されることになる。このとき、フィルム３０の形状は、導電性高分子アクチュエータ２０毎の導電性高分子膜２１のＺ方向の大きさによって定まることになる。これにより、複数の導電性高分子アクチュエータ２０の３次元形状をフィルム３０介して使用者に提示することができる。
【００２８】
例えば、図３（ａ）に示すように、３つの導電性高分子アクチュエータ２０のうち真ん中の導電性高分子アクチュエータ２０が両側の２つの導電性高分子アクチュエータ２０よりもＺ方向の大きさが大きい場合には、真ん中の導電性高分子アクチュエータ２０によってフィルム３０が凸になる円弧状に変形する。
【００２９】
また、図３（ｂ）に示すように、３つの導電性高分子アクチュエータ２０のうち真ん中の導電性高分子アクチュエータ２０の方が、両側の２つの導電性高分子アクチュエータ２０よりもＺ方向の大きさが小さい場合には、真ん中の導電性高分子アクチュエータ２０を制御しなくても、フィルム３０が凸になる円弧状に変形することができる。
【００３０】
以上説明した本実施形態によれば、自由形状提示装置１は、導電性高分子膜２１と、対極２２と、導電性高分子膜２１と対極２２との間に挟まれる電解液２３とからそれぞれ構成される複数の導電性高分子アクチュエータ２０を備え、複数の導電性高分子アクチュエータ２０は、マトリックス状に配列されて、導電性高分子膜２１および対極２２の間の印加電圧の変化に伴って導電性高分子アクチュエータ２０毎の導電性高分子膜２１がＺ方向に伸縮することによって、フィルム３０を介して使用者に提示する複数の導電性高分子アクチュエータ２０の形状を自由に変化することができる。
【００３１】
ここで、導電性高分子アクチュエータ２０の発生応力は、数Ｍｐａ〜数百Ｍｐａであるのに対し、イオン伝導性アクチュエータの発生応力は、数０．１Ｍｐａ〜１Ｍｐａである（2007 April参照）。このように導電性高分子アクチュエータ２０の発生応力は、イオン伝導性アクチュエータの発生応力に比べて大きい。したがって、使用者がフィルム３０を介して複数の導電性高分子アクチュエータ２０のそれぞれを触れても、当該導電性高分子アクチュエータ２０の形状維持を可能にすることができる。
【００３２】
本実施形態では、複数の導電性高分子アクチュエータ２０は、導電性高分子膜２１および対極２２の間に電圧が印加されることが停止されても、導電性高分子膜２１の形状が導電性高分子アクチュエータ２０毎に維持される。このため、複数の導電性高分子アクチュエータ２０の形状を制御する際の消費電力を抑えることができる。
【００３３】
本実施形態では、フィルム３０は、複数の導電性高分子アクチュエータ２０に対してＺ方向から覆われるように配置されている。このため、複数の導電性高分子アクチュエータ２０を使用者が直接触れることを避けることができる。したがって、複数の導電性高分子アクチュエータ２０の特性が劣化することを避けることができる。これに加えて、複数の導電性高分子アクチュエータ２０を構成する電解液２３の蒸発を避けることをできる。
【００３４】
本実施形態では、複数の導電性高分子アクチュエータ２０としてそれぞれ円柱状に形成さえたものを用いたので、導電性高分子アクチュエータ２０としてそのサイズを小さくすることができる。このため、複数の導電性高分子アクチュエータ２０の形状を使用者に提示する際に、Ｘ−Ｙ平面における高い分解能を実現することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
本第２実施形態では、フィルム３０として伸縮性を有するフィルムを用いた例について説明する。
【００３６】
例えば、図４（ａ）に示すように、３つの導電性高分子アクチュエータ２０のうち真ん中の導電性高分子アクチュエータ２０が両側の２つの導電性高分子アクチュエータ２０よりもＺ方向の大きさが大きい場合には、真ん中の導電性高分子アクチュエータ２０によって段々状の凸形状になる。
【００３７】
また、図４（ｂ）に示すように、３つの導電性高分子アクチュエータ２０のうち真ん中の導電性高分子アクチュエータ２０が両側の２つの導電性高分子アクチュエータ２０よりもＺ方向の大きさが小さい場合には、両側の２つの導電性高分子アクチュエータ２０のＺ方向の大きさによって、フィルム３０の形状が定まり、円弧状よりも急峻な凸形状が形成できる。
【００３８】
このようにフィルム３０として伸縮性を有するフィルムが用いられているので、上記第１実施形態に比べ，フィルム３０の変位形状の精度を向上できる。
【００３９】
（第３実施形態）
上記第１実施形態及び第２実施形態では、フィルム３０と複数の導電性高分子アクチュエータ２０との間が分離されている例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、フィルム３０に対して複数の導電性高分子アクチュエータ２０をそれぞれ接着する。
【００４０】
本実施形態では、導電性高分子膜２１のうちＺ方向側が導電性高分子アクチュエータ毎にフィルム３０に対して接着されている。このため、図５に示すように、フィルム３０の形状は、複数の導電性高分子アクチュエータ２０のそれぞれのＺ方向の大きさに基づいて定まる。このため、フィルム３０のエッジを強調することができる。
【００４１】
（第４実施形態）
上記第１実施形態では、複数の導電性高分子アクチュエータ２０の自由形状をフィルム３０を介して使用者に提示する例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、図６に示すように、フィルム３０を用いなく、複数の導電性高分子アクチュエータ２０の形状を直接、使用者に提示してもよい。
【００４２】
（他の実施形態）
上記第１〜４の実施形態では、複数の導電性高分子アクチュエータ２０をそれぞれを円柱状に形成した例について説明したが、これに代えて、複数の導電性高分子アクチュエータ２０のそれぞれを角柱状に形成してもよく、或いは、複数の導電性高分子アクチュエータ２０のそれぞれを立方体（或いは、直方体）にしてもよい。
上記第１〜４の実施形態では、導電性高分子アクチュエータ２０の導電性高分子膜２１が伸縮する方向を、導電性高分子アクチュエータ２０の配列方向（Ｘ方向或いはＹ方向）に直交するＺ方向とした例について説明したが、これに限らず、導電性高分子アクチュエータ２０の導電性高分子膜２１が伸縮する方向を、導電性高分子アクチュエータ２０の配列方向（Ｘ方向或いはＹ方向）に交差する交差方向ならば、どのような方向でもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１      自由形状提示装置
１０    ケーシング
２０    導電性高分子アクチュエータ
２１    導電性高分子膜
２２    対極
２３    電解液
３０    フィルム
【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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