(57)【要約】【課題】人間が触れることにより知覚可能な感覚（触覚）を提示する装置であって、例えば物体の表面性状（質感）、凹凸形状、クリック感などの多様な感覚を提示できる装置を提供する。【解決手段】感覚提示装置（２０）において、電歪材料層（１、１’）が該電歪材料層を間に挟む第１の電極（３ａ、３ａ’）および第２の電極（３ｂ、３ｂ’）と共に積層された積層体（１０）を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に積層された積層体を含む、感覚提示装置。
【請求項２】
前記電歪材料層は、１００Ｖ／μｍの電界印加により、該電歪材料層の厚さ方向に２％以上歪む、請求項１に記載の感覚提示装置。
【請求項３】
前記第１および第２の電極は、前記積層体の異なる２つの端面にて、外部電極にそれぞれ接続され、または外部にそれぞれ引き出されている、請求項１または２に記載の感覚提示装置。
【請求項４】
前記第１および第２の電極が、有機導電性材料から成る、請求項１〜３のいずれかに記載の感覚提示装置。
【請求項５】
前記積層体は、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に筒状に巻回および扁平化されて成る、請求項１〜４のいずれかに記載の感覚提示装置。
【請求項６】
前記積層体を複数個含み、該複数個の積層体がアレイ状に配置されている、請求項１〜５のいずれかに記載の感覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感覚提示装置に関し、より詳細には、人間が触れることにより知覚可能な感覚を提示する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間（ユーザ）が触れることにより知覚可能な感覚、すなわち（広義の）触覚を擬似的に再現する装置が、バーチャルリアリティなどの分野において盛んに研究されている。なかでも指先の皮膚感覚は、物体表面をなぞることによって、その表面性状、例えば「ざらざら」「つるつる」などの言葉で表現される質感（またはテクスチャ）を把握し得るものであるため、かかる皮膚感覚を擬似的に再現する装置が求められている。
【０００３】
従来の感覚提示装置として、ユーザが指で可動部材を固定部材上で操作することにより、ユーザの指に皮膚感覚を伝達する皮膚感覚提示装置がある（特許文献１を参照のこと）。より詳細には、この装置では、可動部材および固定部材の双方に複数の帯状電極を互いに平行に対向配置しており、これら帯状電極に多相電圧を印加して電位分布を生じさせ、可動部材と固定部材との間にクーロン力を働かせている。かかる状態で、ユーザが指を可動部材に載せて、可動部材を固定部材に対して帯状電極を横断する方向にスライドさせると、ユーザは可動部材を介してクーロン力の作用を指先に感じ、そしてこのスライド操作により電位分布ひいてはクーロン力が変化し、これにより、あたかも物体表面を指先でなぞって、その質感を知覚しているかのような皮膚感覚をユーザに与えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−４１２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、感覚提示装置には、物体の表面性状（例えば質感）のみならず、物体の凹凸形状とその表面性状とを組み合わせて再現するなど、より複雑な感覚を提示することが求められてきている。
【０００６】
しかしながら、上述の従来の皮膚感覚提示装置は、クーロン力の変化による錯覚を利用して皮膚感覚を提示するものであるため、凹凸が比較的小さい物体の表面性状を再現することはできても、比較的大きな凹凸形状までリアルに再現することや、更に、物体の凹凸形状とその表面性状とを組み合わせて再現することは困難である。
【０００７】
また、上述の従来の皮膚感覚提示装置では、可動部材および固定部材の双方に電極パターンを形成する必要があり、構造が複雑である上、指を動かす方向（操作方向）が電極パターンの配置により制限されるという難点もある。
【０００８】
一方、タッチパネルの分野においては、パネルの所定の領域に触れた際にクリック感や押し込み感を与えたり、誤操作防止等の目的で刺激を与えたりと、指先に様々な感覚をフィードバック（いわゆる触覚フィードバック）することができる感覚提示装置が求められている。かかる感覚提示装置としては、圧電セラミック素子などの共振を利用してパネル全体を実際に振動させる発振装置が知られている。しかしながら、このような従来の発振装置は、パネル全体を振動させるものであるため、消費電力が大きいという難点がある。更に、スマートフォンが急速に普及する中、装置の小型軽量化に対する要請も一層高まっている。
【０００９】
そこで、従来の発振装置に代えて上述の従来の皮膚感覚提示装置をタッチパネルに利用することが考えられ得る。しかしながら、従来の皮膚感覚提示装置では、ユーザは指を可動部材に載せて固定部材に対して自ら動かす必要があるため、指を可動部材に載せたまま（パネルの面内方向に）動かさないでいると、皮膚感覚を提示することはできない。よって、ユーザがタッチパネルに触れた際に、その場所（定点）で、クリック感や押し込み感あるいは刺激に通じるような皮膚感覚を与えることはできない。
【００１０】
本発明は、人間が触れることにより知覚可能な感覚（触覚）を提示する装置であって、例えば物体の表面性状（質感）、凹凸形状、クリック感などの多様な感覚を提示できる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】
【００１１】
本発明によれば、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に積層された積層体を含む、感覚提示装置が提供される。第１および第２の電極間に電圧を印加すると、これらの間に挟まれた電歪材料層は、電界印加により厚さ方向に歪むこととなる。そして、本発明の感覚提示装置では、かかる電歪材料層を積層して用いているので、１層当りの厚みが薄くなり、所定の印加電圧に対してより大きな電界印加が得られ、積層方向においてより大きな歪みを得ることができ、人間が触れることにより知覚可能な感覚を提示することができる。また、同じ電界印加条件とする場合、積層数を増やすことで、印加すべき電圧を下げることができる。
【００１２】
一般に、電歪材料層の歪みの大きさは、印加される電界に応じて２次関数的に変化し、印加電界を適切に選択することによって、最大歪みの範囲内であれば任意の大きさの歪みひいては変位を実現することができる。よって、本発明の上記感覚提示装置において、第１および第２の電極間に電圧信号、例えば交流電圧を印加すると、これらの間に挟まれた電歪材料層は、印加電界の変動に応じて厚さ方向に伸縮ひいては振動し、その周波数を調整することにより、人間が物体表面を指でなぞった場合に知覚される物体の表面性状（質感、摩擦特性等）を擬似的に再現することができる。第１および第２の電極間にパルス電圧（例えば矩形波電圧）を印加したり、直流電圧を印加（またはオン／オフ切り換え）すると、電歪材料層上面を厚さ方向に大きく上下動させ得、その変位の大きさを適切に設定することにより、物体表面を指でなぞった場合に知覚される物体の凹凸形状（または起伏）を実際に忠実に再現することができる。また、第１および第２の電極間に交流電圧を印加する場合でも、バイアス電圧を調整することにより、電歪材料層上面を厚さ方向に大きく上下動させ得、その変位の大きさを適切に設定することにより、物体表面を指でなぞった場合に知覚される物体の凹凸形状を実際に忠実に再現することができる。更に、かかる上下動により、人間が定点でのクリック感や押し込み感あるいは刺激として知覚し得る感覚を提示することもできる。加えて、第１および第２の電極間に印加する電圧信号を適宜制御すれば、例えば交流電圧の周波数およびバイアス電圧の双方を制御すれば、物体の凹凸形状とその表面性状とを組み合わせて再現することもできる。従って、本発明の感覚提示装置によれば、物体の表面性状（質感、摩擦特性等）、凹凸形状、クリック感などの多様な感覚を提示することができる。
【００１３】
かかる本発明の感覚提示装置は、従来の皮膚感覚提示装置に比べて、構造がシンプルであり、また、指を動かす方向に何ら制限がない。更に、本発明の感覚提示装置は、タッチパネルに局所的に組み込むことが可能であり、パネル全体を振動させる必要がないので、従来の発振装置に比べて、消費電力が小さく、かつ、小型で軽量な装置を実現できる。
【００１４】
本発明の感覚提示装置に用いる電歪材料層は、１００Ｖ／μｍの電界印加により、該電歪材料層の厚さ方向に２％以上歪むことが好ましい。これにより、人間が指先で触れることにより凹凸形状を識別するのに適した感覚提示装置が得られる。
【００１５】
本発明の１つの態様において、上記第１および第２の電極は、上記積層体の異なる２つの端面にて、外部電極にそれぞれ接続され、または外部にそれぞれ引き出されていてよい。かかる態様によれば、積層されている第１および第２の電極に対して、外部電極形成または外部への引き出しを、それぞれ別個に簡便に行うことができる。
【００１６】
本発明の１つの態様において、上記第１および第２の電極は、有機導電性材料から成る。かかる態様によれば、電極にクラックが導入され難くなり、より信頼性の高い感覚提示装置を得ることができる。
【００１７】
本発明の１つの態様において、上記積層体は、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に筒状に巻回および扁平化されて成る。電歪材料層は、可撓性のフィルムであり得、該フィルムに第１および第２の電極を形成して筒状に巻回することにより容易に積層でき、更に、これを扁平化することにより、体積効率を高めることができる。
【００１８】
本発明の感覚提示装置は、上記積層体を複数個含み、該複数個の積層体がアレイ状に配置されていてよい。このような感覚提示装置は、積層体の動作を個々に制御することができるので、物体表面を指でなぞった場合に知覚される物体の不連続な凹凸形状を再現したり、複数の振動発生領域を互いに独立して設けたりすることができ、あるいは、例えば人間の手のひらなどの比較的広い接触面に対して感覚を提示したりすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電歪材料層を積層して用いることにより、人間が触れることにより知覚可能で、かつ、多様な感覚を提示できる感覚提示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の１つの実施形態における感覚提示装置の概略模式図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）および（ｃ）はＸ−Ｘ方向の部分分解断面図であり、電歪材料層と第１および第２の電極との配置例をそれぞれ示す。
【図２】図１の実施形態のうち、図１（ｂ）の配置例に係る感覚提示装置の製造方法を説明する概略模式図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ方向断面図である。
【図３】図１の実施形態のうち、図１（ｂ）の配置例に係る感覚提示装置の製造方法を説明する概略模式図である。
【図４】図１の実施形態のうち、図１（ｃ）の配置例に係る感覚提示装置の製造方法を説明する概略模式図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢ−Ｂ方向断面図である。
【図５】図１の実施形態における感覚提示装置の製造方法を説明する概略模式図であって、（ａ）は略円筒状の積層体を矢印方向に扁平化する工程を示す斜視図であり、（ｂ）はこれにより得られた積層体に外部電極を形成する工程を示す上面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例における入力電圧と時間との関係を示すグラフ（右側）および指先の感覚から知覚される物体表面のイメージ図（左側）を示す。
【図７】本発明の実施例において、電源から感覚提示装置へ入力した電圧のグラフと、これと同時に積層体上面位置を測定した位置表示値のグラフとを重ねて示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の１つの実施形態における感覚提示装置について、以下、図面を参照しながら詳述する。
【００２２】
図１（ａ）を参照して、本実施形態の感覚提示装置２０は、電歪材料層が、電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に積層された積層体１０を含む。感覚提示装置２０は、積層体１０の異なる２つの端面（図示する態様では対向する２つの端面）に、第１の電極と接続された外部電極１１ａと、第２の電極と接続された外部電極１１ｂとを備え、これら外部電極１１ａ、１１ｂは、電源Ｖに接続される。
【００２３】
第１および第２の電極は、これらの間に電歪材料層を挟み、かつ、第１および第２の電極が互いに直接接触しないように配置されていればよい。例えば、図１（ｂ）に示すように、隣り合う電歪材料層１および１’の間に、第１の電極３ａおよび３ａ’が合計２層で存在し、また、第２の電極３ｂおよび３ｂ’が合計２層で存在してよい。この場合、第１の電極３ａ、３ａ’は積層体１０の１つの端面にて外部電極１１ａに接続され、第２の電極３ｂ、３ｂ’は積層体１０の別の端面にて外部電極１１ｂに接続される。また例えば、図１（ｃ）に示すように、隣り合う電歪材料層１ａおよび１ｂの間に、第１の電極３ａが１層で存在し、また、第２の電極３ｂが１層で存在してよい。これら配置例については、本実施形態の感覚提示装置の製造方法に関連してより詳細に後述する。この場合、第１の電極３ａは積層体１０の１つの端面にて外部電極１１ａに接続され、第２の電極３ｂは積層体１０の別の端面にて外部電極１１ｂに接続される。
【００２４】
電歪材料層１、１’、１ａ、１ｂは、高分子電歪材料から形成される。高分子電歪材料は、永久双極子を有する高分子材料であれば、特に限定されない。高分子電歪材料の例としては、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオロイド）、ＰＶＤＦ系の共重合体、例えば、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＶＦ）などのコポリマーや、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＤＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＨＦＡ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＨＦＰ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＶＣ）などのターポリマーが挙げられる（Ｐはポリを、ＶＤＦはビニリデンフルオライドを、ＴｒＦＥはトリフルオロエチレンを、ＣＦＥはクロロフルオロエチレンを、ＣＴＦＥはクロロトリフルオロエチレンを、ＣＤＦＥはクロロジフルオロエチレンを、ＨＦＡはヘキサフルオロアセトンを、ＨＦＰはヘキサフルオロプロピレンを、ＶＣはビニルクロライドを、ＶＦはビニルフルオライドを意味する）。なかでも、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）が、大きな歪みが得られる点で特に好ましい。電歪材料層１、１’、１ａ、１ｂの厚さは適宜設定してよいが、例えば数μｍ〜１００μｍ程度とし得る。電歪材料層１、１’、１ａ、１ｂは、各配置例につき、使用する高分子電歪材料および厚さが、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
【００２５】
第１の電極３ａ、３ａ’および第２の電極３ｂ、３ｂ’は、電極として機能し得る限り、任意の適切な導電性材料から形成してよい。かかる導電性材料としては、有機導電性材料が、クラックが導入され難いので好ましい。有機導電性材料の例としては、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）、ＰＰｙ（ポリピロール）、ＰＡＮＩ（ポリアニリン）などが挙げられ、これらは、適宜、有機スルホン酸系化合物、例えばポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリルスルホン酸、ポリメタクリルスルホン酸、ポリ−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸などのドーパントがドープされ得る。なかでも、ポリスチレンスルホン酸がドープされたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）が好ましい。しかしながら本発明はこれに限定されず、他の導電性材料、例えばＮｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｐｔ−Ｐｄ（白金−パラジウム合金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ａｕ−Ｐｄ（金パラジウム合金）などの金属材料を使用することも可能である。第１の電極３ａ、３ａ’および第２の電極３ｂ、３ｂ’の厚さは、使用する導電性材料などに応じて適宜設定してよいが、例えば２０ｎｍ〜１０μｍ程度とし得る。第１の電極３ａ、３ａ’および第２の電極３ｂ、３ｂ’は、各配置例につき、使用する導電性材料および厚さが、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
【００２６】
次に、かかる本実施形態の感覚提示装置の製造例について説明する。以下の例では、積層体１０が、電歪材料層を、第１および第２の電極と共に筒状に巻回および扁平化することによって構成される場合について説明する。
【００２７】
まず、電歪材料層を第１および第２の電極と共に、第１の電極と第２の電極との間に電歪材料層が挟まれるようにして、略円筒状（円筒状または実質的に円筒状、以下も同様）に巻回して積層することによって、略円筒状の積層体７（図５（ａ）参照）を形成する。
【００２８】
より詳細には、まず、電歪材料層の表面に第１および第２の電極の少なくとも一方を形成した２枚のシートを作製し、第１および第２の電極が直接接触してショートすることのないように、これら２枚のシートを重ね合わせる。
【００２９】
より具体的には、図１（ｂ）に示す配置例の場合には、次のようにして２枚のシートを重ね合わせる。まず、図２を参照して、電歪材料層１の両面に第１の電極３ａおよび第２の電極３ｂをそれぞれ形成したシートと、電歪材料層１’の両面に第１の電極３ａ’および第２の電極３ｂ’をそれぞれ形成したシートとを準備する。なお、これらシートは、同時に作製されたもの（例えば１枚のシートから分断されたもの）であってもよい。そして、これら２枚のシートを、第１の電極３ａ、３ａ’同士または第２の電極３ｂ、３ｂ’同士を対向させて（図１（ｂ）は後者の場合を例示的に示す）重ね合わせる。この場合、１つの電歪材料層に対して、第１および第２の電極が両面から十分に密着するので、空気層によるロスを防ぐことができる。
【００３０】
また、図１（ｃ）に示す配置例の場合には、次のようにして２枚のシートを重ね合わせる。まず、図４を参照して、電歪材料層１ａの片面に第１の電極３ａを形成したシートと、電歪材料層１ｂの片面に第２の電極３ｂを形成したシートとを準備する。なお、これらシートは、同時に作製されたもの（例えば１枚のシートから分断されたもの）であってもよい。そして、これら２枚のシートを、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとが電歪材料層１ａ、１ｂを介して交互に配置されるように重ね合わせる。この場合、１つの電歪材料層に対して、第１および第２の電極のいずれかのみを形成すればよいので、より少ない工程数で作製可能である。
【００３１】
電歪材料層上への電極の形成は、使用する材料に応じて異なり得る。例えば、電極材料として、上述したような有機導電性材料を使用する場合には、電歪材料層上にマスクを配置し、その上から有機導電性材料含有液（例えばインクまたは塗料などとして市販で入手可能である）を噴霧し、適宜、乾燥および／または加熱した後、マスクを除去することによって、一様な電極パターンを形成することができる。なお、有機導電性材料含有液の粘度等によっては、インクジェット、はけ塗り、スクリーン印刷なども適用可能である。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、例えば、電極材料として、上述したような金属材料を用いる場合には、蒸着、スパッタなどを適用可能である。
【００３２】
次に、上記のようにして重ね合わせた２枚のシートを、例えば図３に示すように、略円筒状の巻芯５の周囲に巻回して積層し、これにより、略円筒状の積層体を形成する。巻芯５は、巻回の際に保持可能な限り、中空および中実のいずれであってもよい。そして、積層体を形成した後に、積層体から巻芯５を抜き出して、図５（ａ）に示すような略円筒状の積層体７を得る。積層体の寸法および積層数は、所望される感覚提示装置の用途および仕様などによって様々であり得る。
【００３３】
そして、この略円筒状の積層体７に外力および熱の少なくとも一方を作用させることによって、図５（ａ）に示す矢印方向に扁平化させる。外力は、手作業で加えても、機械的に加えても、真空吸引（例えば、積層体７をパックまたは袋に入れ、その内部を真空にして、外部からの空気圧により潰す方法）などにより加えてもよい。熱は、電歪材料層に作用して成形することが可能であり、例えば、１００℃前後の熱を加え得る。
【００３４】
これにより、電歪材料層が第１および第２の電極と共に積層された積層体１０が得られる。本製造例のように、積層体１０が、電歪材料層を、第１および第２の電極と共に筒状に巻回および扁平化することによって構成される場合には、扁平化する際の屈曲部にあたる積層体１０の端面（図５（ｂ）中、積層体１０の上下左右に位置する端面のうち、上下の端面）では、積層構造は積層体１０の高さ方向に確保されないが、図１（ａ）に示すように、積層体１０の上面略中央に指を載せて感覚を提示するのに、実質的に差し支えない。
【００３５】
次に、以上のようにして得られた積層体１０に、図５（ｂ）に示すように外部電極１１ａ、１１ｂを第１の電極３ａ、３ａ’および第２の電極３ｂ、３ｂ’にそれぞれ接続して形成する。外部電極１１ａ、１１ｂの材料は、特に限定されず、任意の適切な電極材料を使用してよい。例えば、導電性ペーストを用いて、これを積層体１０の所定の端面（第１および第２の電極の縁部がそれぞれ位置している端面）に塗布し、熱処理に付すことにより、外部電極１１ａ、１１ｂを第１の電極３ａ、３ａ’および第２の電極３ｂ、３ｂ’にそれぞれ接続して形成することができる。外部電極１１ａ、１１ｂは、図１（ａ）に示すように、感覚提示装置２０の使用に際して電源Ｖに接続される。
【００３６】
あるいは、また、外部電極１１ａ、１１ｂに代えて、引き出し線を用いて、第１の電極３ａ、３ａ’および第２の電極３ｂ、３ｂ’を積層体１０の外部に引き出し、電源Ｖに接続してもよい。
【００３７】
以上のようにして、本実施形態の感覚提示装置２０が製造される。しかし、本実施形態の感覚呈示装置２０の製造方法は、かかる製造例に限定されない。例えば、扁平化した積層体を複数個作製して、これらを重ねて用いてもよい。また例えば、図１（ｂ）または（ｃ）に示す配置例に従って、電歪材料層ならびに第１および第２の電極を順次積層していくことにより、積層体１０を作製してよい。また例えば、電歪材料層の表面に第１および第２の電極の少なくとも一方を形成した２枚のシートの端部を、これらの長手方向が互いに直交するように重ね合わせ、第１および第２の電極が直接接触してショートすることのないように、これらシートを交互に順次積層して折り返すことにより、積層体１０を作製してもよい。
【００３８】
本実施形態の感覚提示装置２０は、小型で軽量、かつ低消費電力である。また、本実施形態の感覚提示装置２０は、電歪材料層に高分子材料を用い、第１および第２の電極材料に有機導電性材料を用いて構成すれば、耐衝撃性が高く、壊れにくいという利点が得られる。
【００３９】
次に、感覚提示装置２０の使用方法（動作）の例について説明するが、本発明の感覚提示装置は、かかる使用方法に限定されるものではない。
【００４０】
感覚提示装置２０において、電源Ｖより第１および第２の電極間に電圧信号を印加すると、それらの間に位置する電歪材料層は、電界印加による電歪効果によって歪み、これにより、積層体１０が変形して変位を生じる。よって、積層体１０は、積層型電歪アクチュエータとして理解可能である。電界方向に対する電歪材料層の歪み方向は、３１方向（電界方向に対して垂直な方向、換言すれば、電歪材料層の面内方向）と３３方向（電界方向に対して平行な方向、換言すれば、電歪材料層の厚さ方向）とがあり得るが、本発明においては３３方向、換言すれば、電歪材料層の厚さ方向に歪むことが好ましい。なお、電歪材料層の３１方向での歪みは、電歪材料層を延伸などにより所定の方向に予め異方性を持たせておくことにより選択可能である。
【００４１】
電歪材料層は、１００Ｖ／μｍの電界印加により、該電歪材料層の厚さ方向に２％以上歪むことがより好ましい。電歪材料層の材料として上述した高分子電歪材料は、１００Ｖ／μｍの電界印加により、電歪材料層の厚さ方向に２％以上縮むことができる。人間の指先は、これと接触している物体表面が変形する（変位を生じる）と、接触反力により指自体が変形し、指の内部にある感覚器が刺激を受け、触覚として知覚される。一般に、人間の指先の触覚は、３００μｍの変位があれば凹凸形状を識別できると言われている。仮に、電歪材料層に実際に１００Ｖ／μｍの電界印加を行うとした場合、積層した電歪材料層の厚みの合計が１５ｍｍ以上であれば、その２％すなわち３００μｍ以上の変位が得られ、ユーザが指先で積層体１０の上面をなぞることにより、または、図１（ａ）に示すようにユーザが指を積層体１０に載せて、この積層体１０を任意の平面（図示せず）上でスライドさせることにより、ユーザは凹凸形状を知覚することができる。かかる変位を得るために印加する電圧は、電圧信号のレベルが大きく変化するものであればよく、例えば、矩形波電圧などのパルス電圧の印加、直流電圧のオン／オフ切り換え、交流電圧に対するバイアス電圧の調整などを利用できる。
【００４２】
また、上述した高分子電歪材料は、印加電界やその他の条件にもよるが、概ね、０．３ＭＰａ（約３０ｇ／ｍｍ２）の力を発生させることができる。一般に、人間の指先での圧触覚の下限は３ｇ／ｍｍ２であると言われている。よって、かかる高分子電歪材料を用いれば、十分に圧力を知覚し得る力（接触反力）を発生させることができ、ユーザが積層体１０の上面に触れた際に、その場（定点）で、クリック感や押し込み感を知覚することができる。
【００４３】
一方、物体の表面性状（質感）は、指の指紋によって検知することができ、指を動かす（物体表面をなぞる）速度に依存するものの、数Ｈｚ以上での振動により表面性状（質感）を知覚でき、例えば数十Ｈｚでは、数μｍの振幅で知覚可能であると言われている。ざらざらした感覚を与える周波数は、例えば数Ｈｚ〜数十Ｈｚ（５〜５０Ｈｚ）程度であり得、つるつるした感覚を与える周波数はそれよりも高い周波数、例えば１００〜２００Ｈｚ程度であり得る。よって、かかる周波数の電圧信号、例えば交流電圧を印加すれば、ユーザが指先で積層体１０の上面をなぞることにより、または、図１（ａ）に示すようにユーザが指を積層体１０に載せて、この積層体１０を任意の平面（図示せず）上でスライドさせることにより、ユーザは、擬似的に再現された物体の表面性状を知覚することができる。
【００４４】
以上、本発明の１つの実施形態における感覚提示装置およびその使用方法について詳述したが、本発明は種々の改変が可能であろう。例えば、上記のような積層体を複数個作製してアレイ状に配置してよく、かかる感覚提示装置は、パネル表面に埋め込んで利用可能である。
【実施例】
【００４５】
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から成るキャリアフィルム上に、フッ化ビニリデン系樹脂材料としてＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）を厚さ１０μｍでキャスティングし、キャリアフィルムから剥離することにより、電歪材料層としてフッ化ビニリデン系樹脂材料のシートを準備した。そして、この電歪材料層の両面に、市販のＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ溶液をマスクを介して噴霧し、乾燥させて厚み０．２μｍの電極を形成し、これにより、電歪材料層の両面に電極を形成したシートを２枚作製した（図２（ａ）参照）。次に、かかる２枚のシートを重ね合わせ（図２（ｂ）参照）、これを円筒状の巻芯の周囲に巻回し（図３参照）、巻芯を取り除いて、略円筒状の積層体（図５（ａ）参照）を作製した。得られた略円筒状の積層体を６０〜８０℃に加温して、約９８ＭＰａの圧力で押し潰し、熱圧着することによって、略円筒状の積層体を扁平化し、電歪材料層が約５００層積層された面積１０ｍｍ×１０ｍｍおよび高さ約５ｍｍの寸法の積層体を作製した。この積層体の電極の縁部が位置している両端面に、外部電極形成用のＡｇペースト（Ａｇ粉末をエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を分散させたもの）を塗布して、６０〜７０℃の温度で熱硬化させて、外部電極を形成した（図５（ｂ）参照）。外部電極に引き出し線として軟銅線を接合し、これを外部電源（プログラマブル電源）と接続し、積層体に電圧信号を印加できるようにして、本発明の感覚提示装置を作製した（図１（ａ）参照）。
【００４６】
この感覚提示装置への外部電源からの入力電圧を、そのバイアス電圧（元々ゼロでもよい）および周波数を途中で変えるように制御すると、積層体が歪んでその上面位置が変位する。概略的には、例えば、図６（ａ）右側のグラフを参照して、入力電圧について、一定の比較的低い周波数（５〜５０Ｈｚ程度）を維持しつつ、バイアス電圧を途中で増加させた後に元のバイアス電圧に戻すように制御すると、歪み（変位）もこれにならってほぼ同様に変化することとなる。かかる制御を行っている間に、積層体上面に指を置き、指で積層体を動かして平面上をスライドさせると、この歪みの変化を指でなぞっていることとなり、図６（ａ）左側のイメージ図のように、ざらざらした面にざらざらした凸部があるように感じられる。また例えば、図６（ｂ）右側のグラフを参照して、入力電圧について、あるバイアス電圧および比較的低い周波数（５〜５０Ｈｚ程度）とし、途中でバイアス電圧を増加させると共により高い周波数（１００〜２００Ｈｚ程度）に変更し、その後、元のバイアス電圧および周波数に戻すように制御すると、この場合は、図６（ｂ）左側のイメージ図のように、ざらざらした面につるつるした凸部があるように感じられる。また例えば、図６（ｃ）右側のグラフを参照して、入力電圧について、あるバイアス電圧を維持しつつ、低い周波数（５〜５０Ｈｚ程度）と高い周波数（１００〜２００Ｈｚ程度）とで交互に切り換えるように制御すると、この場合は、図６（ｃ）左側のイメージ図のように、ざらざらした面とつるつるした面とが交互にあるように感じられる。
【００４７】
具体的には、上記で作製した感覚提示装置に、図７に示す入力電圧を電圧信号として印加し、これと同時に、積層体上面の位置をレーザー変位計を用いて測定した。より詳細には、バイアス電界を０Ｖ→８００Ｖ→０Ｖと変化させ、周波数約５Ｈｚおよびピーク間電圧差Ｖｐ−ｐ＝１５０Ｖの正弦波を重畳して電圧信号を印加しつつ、積層体上面位置を測定した。位置表示値の測定結果を図７に合わせて示す。図７から理解されるように、図６（ａ）右側に示す歪みと同様の変位を積層体に与えることができ、この間、積層体上面に指を置き、指で積層体を動かして平面上をスライドさせると、ざらざらした面にざらざらした凸部があるような感覚が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の感覚提示装置は、特に制限されるものではないが、バーチャルリアリティ機器やタッチパネルなどに組み込まれ得、医療、福祉、ロボット産業、エンターテイメント産業、メカトロニクス、化学、電気などの様々な分野において幅広く利用され得る。
【符号の説明】
【００４９】
１、１’、１ａ、１ｂ  電歪材料層
３ａ、３ａ’  第１の電極
３ｂ、３ｂ’  第２の電極
５  巻芯
７  略円筒状の積層体
１０  積層体
１１ａ、１１ｂ  外部電極
２０  感覚提示装置
Ｖ  電源
【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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【図７】
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