(57)【要約】【課題】触感提示装置の軽量化を図る。【解決手段】触感提示装置１０Ａは、印加電圧に応じて面方向に沿った第１方向Ａの長さが変化するシート状のＤＥＡ１２と、ＤＥＡ１２の第１主面１２ａを弾性的に押圧する押圧部１３と、少なくとも、押圧部１３により押圧される部分を挟んだ第１方向Ａの両側において、ＤＥＡ１２を保持する保持部１１とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧に応じて面方向に沿った第１方向の長さが変化するシート状の誘電エラストマーアクチュエータと、
前記誘電エラストマーアクチュエータの一方の主面を弾性的に押圧する押圧部と、
少なくとも、前記押圧部により押圧される部分を挟んだ前記第１方向の両側において、前記誘電エラストマーアクチュエータを保持する保持部とを備えることを特徴とする触感提示装置。
【請求項２】
前記誘電エラストマーアクチュエータは、前記第１方向に延びる矩形状であり、前記第１方向の両端部が前記保持部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の触感提示装置。
【請求項３】
前記誘電エラストマーアクチュエータ、前記押圧部、及び前記保持部を備える構成単位を複数、備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の触感提示装置。
【請求項４】
湾曲可能な軟質材料により構成され、異なる前記構成単位同士を連結する連結部を備えることを特徴とする請求項３に記載の触感提示装置。
【請求項５】
異なる前記構成単位の前記誘電エラストマーアクチュエータ同士が一体化されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の触感提示装置。
【請求項６】
異なる前記構成単位の前記保持部同士が一体化されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の触感提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触感提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
相互作用コンピュータアプリケーション、遠隔ロボット工学、娯楽、医療等の技術分野において、使用者に対して触感をフィードバックする触感提示装置を適用する研究が進められている。特許文献１には、モータを駆動部とする触感提示装置が開示されている。特許文献１の触感提示装置は、モータの回転を制御することにより、触感提示装置を装着した使用者に与える疑似力覚（触感）を変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−００３３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
触感提示装置は、装着時の使用者の負担を軽減する観点から、軽量なものであることが好ましい。また、触感提示装置の軽量化は、繊細な触感を表現する観点においても重要である。例えば、特許文献１の触感提示装置の場合、装着時において、駆動部であるモータの重量が常に使用者に作用するため、モータの重量以下の軽い触感を表現することが難しい。
【０００５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、触感提示装置の軽量化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する触感提示装置は、印加電圧に応じて面方向に沿った第１方向の長さが変化するシート状の誘電エラストマーアクチュエータと、前記誘電エラストマーアクチュエータの一方の主面を弾性的に押圧する押圧部と、少なくとも、前記押圧部により押圧される部分を挟んだ前記第１方向の両側において、前記誘電エラストマーアクチュエータを保持する保持部とを備える。
【０００７】
上記構成によれば、シート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弾性的に押圧する押圧部とによって駆動部が構成されているため、駆動部がモータである従来の触感提示装置と比較して軽量な装置となる。触感提示装置が軽量化されることにより、より繊細な触感を表現することが容易になる。
【０００８】
上記触感提示装置において、前記誘電エラストマーアクチュエータは、前記第１方向に延びる矩形状であり、前記第１方向の両端部が前記保持部に固定されていることが好ましい。
【０００９】
上記構成によれば、指等の装着部位に対して触感提示装置を複数、装着させて用いる場合に、一定範囲内に多くの触感提示装置を配置することが容易である。したがって、触感提示装置の配置密度を高めることができる。
【００１０】
上記触感提示装置において、前記誘電エラストマーアクチュエータ、前記押圧部、及び前記保持部を備える構成単位を複数、備えることが好ましい。
上記構成によれば、指等の装着部位における複数の箇所に対して触感を与えることができる。また、各構成単位のストロークを異ならせて、装着部位に対する圧力勾配を生み出すことにより、複雑な触感を表現できる。
【００１１】
上記触感提示装置において、湾曲可能な軟質材料により構成され、異なる前記構成単位同士を連結する連結部を備えることが好ましい。
上記構成によれば、触感提示装置を装着した状態で使用者が指を曲げる等の動作を行った場合に、軟質な連結部が曲がることにより、使用者の動作に追従して装置が変形する。したがって、ウェアラブルデバイスとして適している。
【００１２】
上記触感提示装置において、異なる前記構成単位の前記誘電エラストマーアクチュエータ同士が一体化されていることが好ましい。
上記構成によれば、複数の箇所に対して触感を与えることができる触感提示装置を製造する際の組み立て作業が簡単になる。
【００１３】
上記触感提示装置において、異なる前記構成単位の前記保持部同士が一体化されていることが好ましい。
上記構成によれば、複数の箇所に対して触感を与えることができる触感提示装置を製造する際の組み立て作業が簡単になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、触感提示装置の軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の触感提示装置の斜視図。
【図２】図１の２−２線断面図。
【図３】誘電エラストマーアクチュエータの概略図。
【図４】（ａ）は、電圧印加前の触感提示装置の断面図、（ｂ）は、電圧印加後の触感提示装置の断面図。
【図５】第２実施形態の触感提示装置の説明図。
【図６】第３実施形態の触感提示装置の斜視図。
【図７】第３実施形態の触感提示装置の分解斜視図。
【図８】（ａ），（ｂ）は、変更例の触感提示装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、触感提示装置の第１実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、触感提示装置１０Ａは、側面視Ｕ字状の保持部１１と、保持部１１の両端に張設されたシート状の誘電エラストマーアクチュエータ１２（ＤＥＡ：Dielectric Elastomer Actuator）とを備えている。
【００１７】
保持部１１は、ＰＰ、ＡＢＳ等の硬質樹脂製で、平板状の底部１１ａと、平板状の底部１１ａの両端部から上方に延びる一対の腕部１１ｂとを備えている。
誘電エラストマーアクチュエータ１２は、第１方向Ａに延びる矩形状である。誘電エラストマーアクチュエータ１２の長辺と短辺の比（長辺／短辺）は、例えば、２〜５である。誘電エラストマーアクチュエータ１２は、その第１主面１２ａ側において、第１方向Ａの両端部が保持部１１の各腕部１１ｂの先端に固定されることにより、保持部１１に保持されている。
【００１８】
図３に示すように、誘電エラストマーアクチュエータ１２は、誘電エラストマーからなるシート状の誘電部２０と、導電エラストマーからなり、誘電部２０の厚さ方向の両側に配置された正極電極２１及び負極電極２２が一つ又は複数、積層された多層構造体である。誘電エラストマーアクチュエータ１２の最外層には絶縁層２３が積層されている。誘電エラストマーアクチュエータ１２は、正極電極２１と負極電極２２との間に直流電圧が印加されると、印加電圧の大きさに応じて、誘電部２０が厚さ方向に圧縮されるとともに誘電部２０の面に沿って第１方向Ａに伸張するように変形する。
【００１９】
誘電部２０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、公知の誘電エラストマーアクチュエータ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。
【００２０】
正極電極２１及び負極電極２２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、公知の誘電エラストマーアクチュエータ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。
【００２２】
絶縁層２３を構成する絶縁エラストマーは特に限定されるものではなく、公知の誘電エラストマーアクチュエータの絶縁部分に用いられる公知の絶縁エラストマーを用いることができる。上記絶縁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。これら絶縁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。
【００２３】
誘電部２０の厚さは、例えば、２０〜２００μｍである。正極電極２１及び負極電極２２の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。絶縁層２３の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。なお、以下では、「誘電エラストマーアクチュエータ１２」を単に「ＤＥＡ１２」として記載する。
【００２４】
図１及び図２に示すように、保持部１１の底部１１ａとＤＥＡ１２との間には、スプリングからなる押圧部１３が配置されている。押圧部１３の一端は、ＤＥＡ１２の第１主面１２ａ側における第１方向Ａの中央部に固定されるとともに、押圧部１３の他端は、保持部１１の底部１１ａに固定されている。
【００２５】
また、押圧部１３は圧縮状態で配置されており、ＤＥＡ１２の第１主面１２ａを保持部１１から離間する方向に弾性的に押圧している。したがって、保持部１１は、押圧部１３により押圧される部分を挟んだ第１方向Ａの両側においてＤＥＡ１２を保持している。
【００２６】
次に、第１実施形態の作用について説明する。
図４（ａ）に示すように、触感提示装置１０Ａは、ＤＥＡ１２の第２主面１２ｂの中央部であって、押圧部１３が固定されて押圧している位置の反対側の部分である触感提示部１２ｃが指に接触した状態となるようにして使用者に装着される。この状態において、触感提示装置１０ＡのＤＥＡ１２に電圧を印加するとＤＥＡ１２は第１方向Ａに伸張する。これにより、図４（ｂ）に示すように、圧縮状態にある押圧部１３の復元力に基づいて、ＤＥＡ１２が第２主面１２ｂ側に押し上げられる。
【００２７】
すなわち、押圧部１３の押圧力とＤＥＡ１２の張力とが均衡するようにＤＥＡ１２が変形して、ＤＥＡ１２の触感提示部１２ｃが膨出する。そして、ＤＥＡ１２の触感提示部１２ｃが膨出して使用者の接触部位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。
【００２８】
また、ＤＥＡ１２の触感提示部１２ｃの膨出量として規定できる触感提示装置１０Ａのストロークは、印加電圧に応じて変化するＤＥＡ１２の第１方向Ａの長さに応じた量となる。そのため、印加電圧を制御することによって、触感提示装置１０Ａのストロークを細かく調整できる。また、ＤＥＡ１２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。
【００２９】
次に、第１実施形態の効果について説明する。
（１）触感提示装置１０Ａは、印加電圧に応じて面方向に沿った第１方向Ａの長さが変化するシート状のＤＥＡ１２と、ＤＥＡ１２の第１主面１２ａを弾性的に押圧する押圧部１３と、押圧部１３により押圧される部分を挟んだ第１方向Ａの両側においてＤＥＡ１２を保持する保持部１１とを備える。
【００３０】
上記構成によれば、シート状のＤＥＡ１２と、ＤＥＡ１２を弾性的に押圧する押圧部１３とによって駆動部が構成されているため、駆動部がモータである従来の触感提示装置と比較して軽量な装置となる。そして、触感提示装置１０Ａが軽量化されることにより、より繊細な触感を表現することが容易になる。
【００３１】
なお、駆動部として、ＤＥＡ１２をそのまま用いた場合には、使用者が認知できる程度の出力（ストローク及び押し付け力）を得ることは難しい。この点、上記構成では、ＤＥＡ１２と、ＤＥＡ１２を弾性的に押圧する押圧部１３と組み合わせることによって、使用者が認知できる程度の出力（ストローク及び押し付け力）を確保している。例えば、ＤＥＡ１２の大きさが長辺１０ｍｍ×短辺２ｍｍであり、触感提示部１２ｃの外径が１．７ｍｍである小型の触感提示装置１０Ａとした場合においても、１ｍｍ以上のストロークと、０．５Ｎ以上の押し付け力を確保できる。
【００３２】
また、上記構成によれば、駆動部の構成要素が少なく、構造が簡素であるため、装置の小型化を図ること（特に、薄く形成こと）が容易である。触感提示装置１０Ａが小型化されることによって、装着した際の使用者の負担を軽減できる。
【００３３】
（２）ＤＥＡ１２は、第１方向Ａに延びる矩形状であり、第１方向Ａの両端部が保持部１１に固定されている。
上記構成によれば、指に対して触感提示装置１０Ａを複数、装着させて用いる場合に、一定範囲内に多くの触感提示装置１０Ａを配置することが容易である。したがって、触感提示装置１０Ａの配置密度を高めることができる。
【００３４】
（第２実施形態）
以下、触感提示装置の第２実施形態について説明する。
図５に示すように、第２実施形態の触感提示装置１０Ｂは、保持部１１、ＤＥＡ１２、及び押圧部１３を備える複数の構成単位１４と、各構成単位１４を連結する連結部１５とを備えている。
【００３５】
連結部１５は、布材等の湾曲可能な軟質材料により構成され、指に被せて使用可能な袋状（例えば、手袋状）の部材である。各構成単位１４は、第１実施形態の触感提示装置１０Ａであり、連結部１５の内面に固定されている。連結部１５内において、各構成単位１４は、ＤＥＡ１２が内側を向く状態、かつ第１方向Ａに直交する方向に間隔をあけて並ぶ状態となるように配置されるとともに、保持部１１の外面が連結部１５の内面に固定されている。
【００３６】
次に、第２実施形態の作用について説明する。
図５に示すように、触感提示装置１０Ｂは、袋状の連結部１５を指に被せて、各構成単位１４のＤＥＡ１２の第２主面１２ｂが指に接触した状態となるようにして使用者に装着される。この状態において、各構成単位１４のＤＥＡ１２に電圧を印加することにより、指の複数の箇所に対して触感を与えることができる。また、各構成単位１４のＤＥＡ１２に対する印加電圧を異ならせることにより、各構成単位１４のストロークを異ならせることができる。これにより、指に対する圧力勾配を生み出して、複雑な触感を表現できる。
【００３７】
第２実施形態の場合にも、上記（１）〜（２）の効果が得られる。また、第２実施形態によれば以下に記載する効果が得られる。
（３）触感提示装置１０Ｂは、保持部１１、ＤＥＡ１２、及び押圧部１３を備える複数の構成単位１４を備えている。
【００３８】
上記構成によれば、指における複数の箇所に対して触感を与えることができる。また、各構成単位１４のストロークを異ならせて、装着部位に対する圧力勾配を生み出すことにより、複雑な触感を表現できる。
【００３９】
（４）湾曲可能な軟質材料により構成され、異なる構成単位１４同士を連結する連結部１５を備えている。
上記構成によれば、触感提示装置１０Ｂを装着した状態で使用者が指を曲げる等の動作を行った場合に、軟質な連結部１５が曲がることにより、使用者の動作に追従して装置が変形する。したがって、ウェアラブルデバイスとして適している。
【００４０】
（第３実施形態）
以下、触感提示装置の第３実施形態について説明する。
第３実施形態の触感提示装置１０Ｃは、保持部１１同士及びＤＥＡ１２同士がそれぞれ一体化されている点、及び連結部１５を備えていない点において第２実施形態と異なっている。
【００４１】
図６及び図７に示すように、触感提示装置１０Ｃの保持部１１は、ウレタン、シリコーン等のエラストマー製で、第１方向Ａに直交する方向に長く形成されて、各構成単位１４が共用する一つの部材として構成されている。
【００４２】
また、触感提示装置１０Ｃは、各構成単位１４のＤＥＡ同士が一体化されたＤＥＡ複合体１６を備えている。ＤＥＡ複合体１６は、第１方向Ａに延びる矩形状の本体部１６ａと、第１方向Ａに延びる矩形状の接続部分１６ｂとを備え、複数の本体部１６ａと、複数の接続部分１６ｂとが第１方向Ａに直交する方向に交互に配置されたシート状に形成されている。各接続部分１６ｂの中央部には、第１方向Ａに延びるスリット１６ｃが設けられている。
【００４３】
ＤＥＡ複合体１６は、図３に示す第１実施形態のＤＥＡ１２と同様に、誘電部２０、正極電極２１及び負極電極２２が複数、積層された多層構造体である。ただし、ＤＥＡ複合体１６の正極電極２１は、図６及び図７において破線で示すように、本体部１６ａにのみに位置して、各本体部１６ａに位置する正極電極２１は互いに絶縁された状態で設けられている。一方、負極電極２２は、接続部分１６ｂにて互いに接続され共通の電極とされている。
【００４４】
これにより、一つの本体部１６ａの正極電極２１と負極電極２２の間と、別の本体部１６ａの正極電極２１と負極電極２２の間に印加する印加電圧を異ならせることが可能になり、各本体部１６ａをそれぞれ独立したＤＥＡとして機能させることができる。したがって、第３実施形態においては、本体部１６ａがそれぞれ、各構成単位１４を構成するＤＥＡとなる。
【００４５】
保持部１１の底部１１ａと、ＤＥＡ複合体１６の各本体部１６ａとの間にはそれぞれ、押圧部１３が圧縮状態で配置されている。押圧部１３の一端は、本体部１６ａにおける第１方向Ａの中央部に固定されるとともに、押圧部１３の他端は、保持部１１の底部１１ａに固定されている。
【００４６】
次に、第３実施形態の作用について説明する。
触感提示装置１０Ｃは、ＤＥＡ複合体１６の各本体部１６ａが指に接触した状態となるようにして使用者に装着される。この状態において、各構成単位１４のＤＥＡである本体部１６ａに電圧を印加することにより、指の複数の箇所に対して触感を与えることができる。また、各本体部１６ａに対する印加電圧を異ならせることにより、各構成単位１４のストロークを異ならせて、指に対する圧力勾配を生み出すことが可能であり、より複雑な触感を表現できる。
【００４７】
第３実施形態の場合にも、上記（１）〜（３）の効果が得られる。また、第３実施形態によれば以下に記載する効果が得られる。
（５）異なる構成単位１４のＤＥＡ同士が一体化されている。
【００４８】
上記構成によれば、複数の箇所に対して触感を与えることができる触感提示装置を製造する際の組み立て作業が簡単になる。
（６）一体化されたＤＥＡ複合体１６は、複数の本体部１６ａと、複数の接続部分１６ｂとが第１方向Ａに直交する方向に交互に配置されたシート状に形成されている。接続部分１６ｂの中央部には、第１方向Ａに延びるスリット１６ｃが設けられている。
【００４９】
上記構成によれば、隣に位置する本体部１６ａ同士がそれぞれ独立して動きやすくなる。
（７）異なる構成単位１４の保持部１１同士が一体化されている。
【００５０】
上記構成によれば、複数の箇所に対して触感を与えることができる触感提示装置を製造する際の組み立て作業が簡単になる。
なお、上記の各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。各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。
【００５１】
・上記各実施形態の触感提示装置は、指以外の部位に装着されるものであってもよい。
・上記各実施形態では、押圧部１３としてスプリングを用いていたが、スプリングに代えて、ＤＥＡを弾性的に押圧可能な他の弾性部材を用いてもよい。他の弾性部材としては、例えば、ゴム、発泡体、板バネが挙げられる。押圧部１３を変更した具体例を図８に示す。
【００５２】
図８（ａ）に示す例では、保持部１１の底部１１ａに取り付けられたウェーブワッシャ１７と、ウェーブワッシャ１７及びＤＥＡ１２の間に配置された当て板１８とによって押圧部１３が構成されている。
【００５３】
当て板１８は、ウェーブワッシャ１７側に位置する円板状の基部１８ａと、基部１８ａからＤＥＡ１２側に突出してＤＥＡ１２に接触する突出部１８ｂとを備える部材である。ウェーブワッシャ１７のように外径の大きい弾性部材を採用した場合であっても、当て板１８を配置することにより、ＤＥＡ１２における触感提示部１２ｃの大きさを任意の大きさに調整できる。なお、当て板１８は、ウェーブワッシャ１７を用いた場合に限らず、スプリングやゴム等の弾性部材と組み合わせてもよい。
【００５４】
図８（ｂ）に示す例では、ウレタンやシリコーン等の弾性材からなる保持部１１を用いるとともに、保持部１１の一部を円錐型の板バネ状に成形することにより、押圧部１３が設けられている。
【００５５】
・触感提示装置１０Ａを装着した際や装着状態で装着部位を動かした際等の所定のタイミングにおいて、使用者の体の表面に対して予め設定された所定距離に触感提示部１２ｃが位置するように、ＤＥＡ１２に電圧を印加して触感提示部１２ｃの位置を調整（ゼロ点補正）してもよい。なお、使用者の体の表面と触感提示部１２ｃとの距離は、例えば、使用者の体の表面がＤＥＡ１２に近接した際に生じる静電容量に基づいて推定できる。第２実施形態及び第３実施形態についても同様である。
【００５６】
・第１実施形態及び第２実施形態に関して、ＤＥＡ１２の形状は、矩形状に限定されるものではない。例えば、正方形状、多角形状、円形状、楕円形状等のＤＥＡ１２であってもよい。第３実施形態のＤＥＡ複合体１６の本体部１６ａについても同様である。さらにＤＥＡは、少なくとも、押圧部１３により押圧される部分を挟んだ第１方向Ａの両側を保持部１１に保持されていればよく、例えば、その全周を保持部１１に保持されていてもよい。
【００５７】
・第２実施形態に関して、各構成単位１４の配置を変更してもよい。
・第２実施形態に関して、連結部１５の形状は袋状に限定されるものではなく、触感提示装置が装着される部位に応じて適宜、変更できる。
【００５８】
・第３実施形態のＤＥＡ複合体１６に関して、本体部１６ａ及び接続部分１６ｂのうち、本体部１６ａのみに設ける電極は、負極電極２２であってもよいし、正極電極２１及び負極電極２２の両方であってもよい。
【００５９】
・第３実施形態に関して、保持部１１が一体化されていない構成としてもよい。
・第３実施形態に関して、ＤＥＡ複合体１６に代えて、第１実施形態のＤＥＡ１２を複数、配置してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…触感提示装置、１１…保持部、１２…誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ）、１３…押圧部、１４…構成単位、１５…連結部、１６…ＤＥＡ複合体。
【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】
2019200699.tif 000007
【図６】
2019200699.tif 000008
【図７】
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【図８】
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