(57)【要約】      （修正有）【課題】可撓性の外皮に対して好適に振動を伝えることができるハプティクス機器を提供する。【解決手段】ハプティクス機器の機器本体１０は、可撓性の外皮１１と、外皮１１内に設けられ、振動を発生するアクチュエータ１２と、外皮１１内に充填された多数の伝達粒子１３とを備える。上記ハプティクス機器において、前記伝達粒子は発泡樹脂からなることが好ましい。上記ハプティクス機器において、前記アクチュエータは、誘電エラストマーからなる誘電層と、導電エラストマーからなり、前記誘電層を挟む電極層と、を有する誘電アクチュエータであることが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性の外皮と、
前記外皮内に設けられ、振動を発生するアクチュエータと、
前記外皮内に充填された多数の伝達粒子と、を備える、
ハプティクス機器。
【請求項２】
前記伝達粒子は発泡樹脂からなる、
請求項１に記載のハプティクス機器。
【請求項３】
前記アクチュエータは、誘電エラストマーからなる誘電層と、導電エラストマーからなり、前記誘電層を挟む電極層と、を有する誘電アクチュエータである、
請求項１または請求項２に記載のハプティクス機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータにより発生する振動を利用者の触覚受容器に伝えるハプティクス機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のハプティクス機器の一例として、バイブレータが内蔵された携帯電話機がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５９５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、携帯電話機などのハプティクス機器は、アクチュエータの振動を硬質樹脂などの高剛性のケーシングを介して利用者の触覚受容器に伝えるものである。そのため、ケーシングなどの外皮を可撓性のゴムなどで構成した場合、アクチュエータの振動が外皮に対して伝わりにくい。
【０００５】
本発明の目的は、可撓性の外皮に対して好適に振動を伝えることのできるハプティクス機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためのハプティクス機器は、可撓性の外皮と、前記外皮内に設けられ、振動を発生するアクチュエータと、前記外皮内に充填された多数の伝達粒子と、を備える。
【０００７】
同構成によれば、アクチュエータにより発生する振動が外皮内に充填された多数の伝達粒子を介して外皮に伝えられる。このため、外皮の外表面のうちアクチュエータから離れた部分であっても、同部分に触れる利用者の触覚受容器に対して振動を伝えることができる。これにより、例えば外皮の外表面のうち表面積が小さく、その内側にアクチュエータを設けることの困難な部分であっても、利用者の触覚受容器に対して振動を伝えることができる。
【０００８】
また、上記構成によれば、利用者が外皮を手で掴むなどすると、外皮が手の形状に応じて撓むとともに外皮の変形に追従して外皮内を伝達粒子が移動する。このため、外皮を変形させながらも利用者の手に対して振動を伝えることができる。しかもこのとき、利用者の手の広い範囲に外皮の外表面が触れることとなる。このため、外皮に伝えられる振動が微弱な場合であっても、利用者の手に対して振動が伝わりやすい。
【０００９】
上記ハプティクス機器において、前記伝達粒子は発泡樹脂からなることが好ましい。
同構成によれば、伝達粒子が軽量となるため、ハプティクス機器の軽量化を図ることができる。また、アクチュエータにより発生する振動が伝達粒子を介して外皮に伝わりやすくなる。したがって、アクチュエータの体格を小さくすることが可能となり、ハプティクス機器の小型化を図ることができる。
【００１０】
上記ハプティクス機器において、前記アクチュエータは、誘電エラストマーからなる誘電層と、導電エラストマーからなり、前記誘電層を挟む電極層と、を有する誘電アクチュエータであることが好ましい。
【００１１】
アクチュエータが電動モータなどの機械的な駆動部を有する場合には、同駆動部に伝達粒子が進入するおそれがある。そのため、伝達粒子の進入を阻止するためのシール構造を設けるなどの対策が必要となる。
【００１２】
この点、上記構成によれば、アクチュエータが誘電層及び電極層の積層構造を有するものであり、モータのような機械的な駆動部を有するものではない。このため、上述したシール構造を設ける必要がなく、構成が複雑になることを回避できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、可撓性の外皮に対して好適に振動を伝えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ハプティクス機器の一実施形態について、機器本体の平面図。
【図２】同実施形態の機器本体の断面図。
【図３】同実施形態のアクチュエータの層構成を示す断面図。
【図４】同実施形態のハプティクス機器の使用態様の一例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１〜図４を参照して、一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、ハプティクス機器は、有底筒状をなし、その長手方向の両端が閉塞された可撓性の外皮１１と、外皮１１内に設けられ、振動を発生するアクチュエータ１２と、外皮１１内に充填された多数の伝達粒子１３とを備えた機器本体１０と、アクチュエータ１２の振動態様を制御する制御装置３０とからなる。
【００１６】
外皮１１は、例えばシリコンラバーからなり、柔軟性を有している。外皮１１の厚さは、０．１〜３ｍｍが好ましい。本実施形態の外皮１１の厚さは約２ｍｍである。
伝達粒子１３は、例えば発泡ポリスチレンなどの発泡樹脂からなり、球状をなしている。伝達粒子１３の粒径は、０．１〜３ｍｍが好ましい。本実施形態の伝達粒子１３の平均粒径は約０．７ｍｍである。
【００１７】
図３に示すように、アクチュエータ１２は、シート状の誘電アクチュエータ（ＤＥＡ：Dielectric Elastomer Actuator ）である。すなわち、アクチュエータ１２は、誘電エラストマーからなる誘電層２１と、導電エラストマーからなり、誘電層２１をその厚さ方向の両側から挟む一対の電極層２２，２３と、絶縁材料からなり、電極層２２，２３を隠蔽する保護層２４とを有するエラストマー製の圧電素子である。
【００１８】
本実施形態では、誘電層２１及び保護層２４が、架橋されたポリロタキサンを含有する誘電エラストマーにより形成されている。具体的には、誘電エラストマーは、直鎖状分子としてのポリエチレングリコールと、環状分子としてのシクロデキストリンと、封鎖基としてのアダマンタンアミンとからなる。
【００１９】
また本実施形態では、各電極層２２，２３が、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により形成されている。上記絶縁性高分子としては、シリコーンエラストマーが用いられている。また、上記導電性フィラーとしては、ケッチェンブラック（登録商標）が用いられている。
【００２０】
誘電層２１及び電極層２２，２３の厚さは、いずれも数十〜数百μｍである。
本実施形態のアクチュエータ１２は、誘電層２１が複数（本実施形態では１００）積層された構造を有している。
【００２１】
なお、本実施形態では、アクチュエータ１２は、外皮１１の長手方向の一端側にて、上記積層方向が長手方向と一致するように収容されている（図１及び図２参照）。
図１及び図２に示すように、アクチュエータ１２には、同アクチュエータ１２の振動態様を制御する制御装置３０が電気的に接続されている。すなわち、アクチュエータ１２の各正電極層２２には、図示しない導線を介して制御装置を構成する電源のプラス端子が接続されている。また、アクチュエータ１２の各負電極層２３には、図示しない導線を介して上記電源の接地端子が接続されている。なお、本実施形態の制御装置３０は、機器本体１０の外部に設けられている。
【００２２】
制御装置３０は、アクチュエータ１２の電極層２２，２３間に対して上記電源から例えば８００〜１５００Ｖの直流電圧を印加する際の印加態様を制御する。
本実施形態のアクチュエータ１２では、制御装置３０が、例えば１２００Ｖの電圧を１０Ｈｚの周波数にて印加した場合、アクチュエータ１２の積層方向における振動の変位量が約０．０４ｍｍとなり、積層方向に直交する方向における振動の変位量が約０．０２ｍｍとなる。また、制御装置３０が１２００Ｖの電圧を１Ｈｚの周波数にて印加した場合、アクチュエータ１２の積層方向における振動の変位量が約０．０８ｍｍとなり、積層方向に直交する方向における振動の変位量が約０．０４ｍｍとなる。
【００２３】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図４に示すように、アクチュエータ１２により発生する振動が外皮１１内に充填された多数の伝達粒子１３を介して外皮１１に伝えられる。このため、外皮１１の外表面のうちアクチュエータ１２から離れた部分であっても、同部分に触れる利用者の手４０などの触覚受容器に対して振動を伝えることができる。
【００２４】
また、利用者が外皮１１を手４０で掴むなどすると、外皮１１が手４０の形状に応じて撓むとともに外皮１１の変形に追従して外皮１１内を伝達粒子１３が移動する。このため、外皮１１を変形させながらも利用者の手４０に対して振動を伝えることができる。しかもこのとき、利用者の手４０の広い範囲に外皮１１の外表面が触れることとなる。このため、外皮１１に伝えられる振動が微弱な場合であっても、利用者の手４０に対して振動が伝わりやすい。
【００２５】
以上説明した本実施形態に係るハプティクス機器によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ハプティクス機器の機器本体１０は、可撓性の外皮１１と、外皮１１内に設けられ、振動を発生するアクチュエータ１２と、外皮１１内に充填された多数の伝達粒子１３とを備える。
【００２６】
こうした構成によれば、外皮１１の外表面のうちアクチュエータ１２から離れた部分であっても、同部分に触れる利用者の手４０などの触覚受容器に対して振動を伝えることができる。これにより、例えば外皮１１の外表面のうち表面積が小さく、その内側にアクチュエータ１２を設けることの困難な部分であっても、利用者の触覚受容器に対して振動を伝えることができる。したがって、可撓性の外皮１１に対して好適に振動を伝えることができる。
【００２７】
（２）伝達粒子１３は発泡樹脂からなる。
こうした構成によれば、伝達粒子１３が軽量となるため、機器本体１０の軽量化を図ることができる。また、アクチュエータ１２により発生する振動が伝達粒子１３を介して外皮１１に伝わりやすくなる。したがって、アクチュエータ１２の小型化が可能となり、機器本体１０の小型化を図ることができる。
【００２８】
（３）アクチュエータ１２は、誘電エラストマーからなる誘電層２１と、導電エラストマーからなり、誘電層２１を挟む電極層２２，２３とを有する誘電アクチュエータである。
【００２９】
アクチュエータが電動モータなどの機械的な駆動部を有する場合には、同駆動部に伝達粒子１３が進入するおそれがある。そのため、伝達粒子１３の進入を阻止するためのシール構造を設けるなどの対策が必要となる。
【００３０】
この点、上記構成によれば、アクチュエータ１２が誘電層２１及び電極層２２，２３の積層構造を有するものであり、モータのような機械的な駆動部を有するものではない。このため、上述したシール構造を設ける必要がなく、構成が複雑になることを回避できる。
【００３１】
（４）アクチュエータ１２が誘電アクチュエータである。このため、駆動音が生じないため、静音性に優れる。また、アクチュエータ１２の発熱が問題になることもない。
＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
【００３２】
・アクチュエータ１２の積層方向が外皮１１の径方向（図１の紙面に直交する方向）と一致するように同アクチュエータ１２を収容することもできる。この場合であっても、上記積層方向に直交する方向である外皮１１の長手方向に対してもアクチュエータ１２が振動するため、伝達粒子１３を介して外皮１１に対して振動を伝えることができる。
【００３３】
・上記実施形態では、外皮１１の長手方向の一端側にアクチュエータ１２が収容されているが、長手方向の中央部にアクチュエータ１２を収容することもできる。また、外皮１１の形状を任意の形状に変更することができる。
【００３４】
・誘電層２１を構成する誘電エラストマーはポリロタキサンに限定されるものではなく、シリコーンエラストマーやアクリルエラストマー、ウレタンエラストマーなどの他の誘電エラストマーを採用することもできる。
【００３５】
・電極層２２，２３を構成する導電エラストマーの絶縁性高分子はシリコーンエラストマーに限定されるものではなく、ポリロタキサン、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーなどの他の絶縁性高分子を採用することもできる。また、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。
【００３６】
・電極層２２，２３を構成する導電エラストマーの導電性フィラーはケッチェンブラックに限定されるものではなく、その他のカーボンブラックや、銅や銀などの金属粒子を採用することもできる。また、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。
【００３７】
・アクチュエータは、シート状の誘電アクチュエータに限定されない。他に例えば、シート状の誘電アクチュエータが筒状に丸められた筒形のものであってもよい。この場合、アクチュエータはその軸線方向に沿って伸縮することにより振動を発生する。
【００３８】
・アクチュエータは、誘電アクチュエータに限定されない。他に例えば、イオン交換ポリマーメタル複合体（ＩＰＭＣ：Ionic Polymer Metal Composite ）などの他の電場応答性高分子アクチュエータ（ＥＰＡ：Electroactive Polymer Actuator）を採用することもできる。
【００３９】
・アクチュエータは振動を発生するものであればよく、ボイスコイルモータなどの直進運動するアクチュエータによって構成することもできる。
・伝達粒子を発泡ポリプロピレンや発泡ポリエチレンなど発泡ポリスチレン以外の発泡樹脂によって形成することもできる。また、伝達粒子は発泡樹脂に限定されるものではなく、アクチュエータの振動を外皮に伝達することができるものであれば、硬質樹脂などの他の材料によって形成することができる。
【００４０】
・外皮は伝達粒子を内部に閉じこめるとともに可撓性を有するものであればよく、シリコンゴム以外のゴムやエラストマーによって形成することもできるし、ポリウレタンなどの発泡樹脂や、布によって形成することもできる。
【００４１】
・本発明に係るハプティクス機器を例えば睡眠用の枕や、車両用シートのヘッドレストなどに適用すれば、利用者をリラックスさせる振動を伝えることができる。また、本発明に係るハプティクス機器を、例えば人形や動物などのコミュニケーションロボットに適用すれば、人形や動物の心臓の鼓動を模擬することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…機器本体、１１…外皮、１２…アクチュエータ、１３…伝達粒子、２１…誘電層、２２…正電極層、２３…負電極層、２４…保護層、３０…制御装置、４０…手。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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