(57)【要約】【課題】操作面に形成された傷を通じて人体に漏れ電流が流れることがあっても、その大きさの抑制が可能な触覚提示用パネル等を提供する。【解決手段】触覚提示用パネル２は、支持基板１１と、支持基板上に設けられた駆動電極１２と、支持基板上に設けられ、駆動電極を覆う第１の絶縁膜１３と、第１の絶縁膜上に配置され、互いに電気的に独立した複数個の浮遊電極１４と、複数個の浮遊電極を覆う第２の絶縁膜１５とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に設けられた駆動電極と、
前記支持基板上に設けられ、前記駆動電極を覆う第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に配置され、互いに電気的に独立した複数個の浮遊電極と、
前記複数個の浮遊電極を覆う第２の絶縁膜と
を有する触覚提示用パネル。
【請求項２】
請求項１に記載の触覚提示用パネルにおいて、
個々の前記浮遊電極は矩形形状であり、複数個の前記浮遊電極が前記第１の絶縁膜上に２次元アレイ状に配列されている
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の触覚提示用パネルにおいて、
前記駆動電極は１枚の平板状である
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の触覚提示用パネルにおいて、
前記駆動電極は複数個に分割されている
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項５】
請求項４に記載の触覚提示用パネルにおいて、
前記第２の絶縁膜側から平面視した場合に、個々の前記浮遊電極と個々の前記駆動電極とが一対一で重なるように配置される
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項６】
請求項５に記載の触覚提示用パネルにおいて、
個々の前記駆動電極の面積は、平面視で重なる個々の前記浮遊電極の面積より小さい
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の触覚提示用パネルにおいて、
前記浮遊電極の面積は９ｍｍ2 以下である
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項８】
請求項１に記載の触覚提示用パネルにおいて、
個々の前記浮遊電極は導電性粒子であり、複数個の前記浮遊電極は前記第２の絶縁膜により覆われている
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項９】
請求項８に記載の触覚提示用パネルにおいて、
前記第２の絶縁膜と複数個の前記浮遊電極とはアンチグレア層を構成する
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれかに記載の触覚提示用パネルにおいて、
前記駆動電極と複数個の前記浮遊電極とはいずれも透明電極である
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の触覚提示用パネルにおいて、
前記第１の絶縁膜はＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ダイヤモンドライクカーボンのうちのいずれかで構成される
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれかに記載の触覚提示用パネルにおいて、
前記第２の絶縁膜はＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ダイヤモンドライクカーボンのうちのいずれかで構成される
ことを特徴とする触覚提示用パネル。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の触覚提示用パネルと
前記駆動電極に接続され、触覚を提示するための電圧信号を前記駆動電極に供給する信号電源と
を有する触覚提示装置。
【請求項１４】
備えられたプロセッサによる処理結果を表示し、当該処理結果に対応する操作入力を受け付けるタッチパネル式表示装置と、
前記処理結果の表示に対応したテクスチャ感を提示する請求項１３に記載の触覚提示装置と
を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚提示用パネル、触覚提示装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、タッチパネルを搭載する情報装置が数多く存在する。タッチパネルは、人体（例えば指）による操作位置を直接検出して入力に用いることができ、利用者の使い勝手の向上に有効である。現在では、利用者に触知覚、圧覚又は振動感覚（以下「触覚」という。）を提示できる技術を採用したタッチパネルも存在する。この触覚として物体表面のテクスチャ感を提示するには、例えばパネル表面に発生される静電気力が使用される。ここでの静電気力は、絶縁膜を挟んで対向する電極と人体との間に形成される容量結合を通じて発生される。
【０００３】
この種の技術には、特許文献１に記載される触覚提示装置がある。この触覚提示装置は、下層側から人体が触れる上層側に順番に、信号電圧が直接印加される導電体、絶縁層、半導体層、表面絶縁層を積層した構成を有し、半導体層と人体との間に形成された容量結合を通じて利用者に触覚を知覚させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０２６６６４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、触覚の提示に用いられるパネルの表面には、使用中に傷が付くことがあり、その傷が深さ方向に成長して電極に到達する可能性もある。更には、その傷の内側に例えば、水等といった導電性の異物が侵入する可能性もある。特許文献１の例であれば、表面絶縁層の表面から半導体層にまで達した傷に、導電性の異物が進入する可能性がある。
【０００６】
しかし、傷の深さやその内部の状態は、表面側からの目視では認識が難しい。このため、傷の進行したパネルを利用者が使用する可能性がある。この状態のパネルが使用されると、利用者が傷の部分に触れた際に、電極に蓄積されている電荷が異物を通じて人体に漏れ出してしまう。このとき流れる電荷を以下では「漏れ電流」という。
【０００７】
仮に漏れ電流が流れても、その大きさが十分小さければ、人体への影響はない。しかし、特許文献１に記載の触覚提示装置には、当該電流を低減する必要性や仕組みは示されていない。例えば半導体層には、導電体との間で形成されるコンデンサの静電容量の大きさに比例した電荷が蓄積されることになるが、静電容量の大きさは半導体層の面積に比例する。ところで、特許文献１に記載の触覚提示装置で用いられる半導体層の面積は、利用者が操作する操作領域の大きさとほぼ同じである。このため、半導体層と導電体との間で形成されるコンデンサの静電容量の大きさは大きな値にならざるを得ず、漏れ電流の大きさを抑制することは困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、操作面に形成された傷を通じて人体に漏れ電流が流れることがあっても、その大きさを抑制することができる触覚提示用パネル、触覚提示装置および電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る触覚提示用パネルは、支持基板と、前記支持基板上に設けられた駆動電極と、前記支持基板上に設けられ、前記駆動電極を覆う第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に配置され、互いに電気的に独立した複数個の浮遊電極と、前記複数個の浮遊電極を覆う第２の絶縁膜とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、操作面に形成された傷を通じて人体に漏れ電流が流れることがあっても、その大きさを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る触覚提示装置の概略構成を示す断面図である（図２のＩ−Ｉの位置に対応）。
【図２】浮遊電極の配置例を表面側の絶縁膜の側から平面視した図である。
【図３】浮遊電極に達する傷に導電性の異物が侵入した状態での使用を模式的に説明する図である。
【図４】異物が最も多くの浮遊電極と接する場合の位置関係を示す図である。
【図５Ａ】シミュレーションに使用した比較例１の断面構造を示す図である。
【図５Ｂ】シミュレーションに使用した実施例１の断面構造を示す図である。
【図６】人体と浮遊電極との実施例１に係る接触モデルを説明する透視斜視図である。
【図７Ａ】人体の状態毎に得られたシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７Ｂ】人体が乾燥指である場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】実施例２に係る触覚提示装置の概略構成を示す断面図である（図９のVIII−VIIIの位置に対応）。
【図９】実施例２に係る駆動電極の構成例を表面側の絶縁膜の側から平面視した図である。
【図１０】図９に符号Ｘで示す駆動電極の一部分を拡大して示す図である。
【図１１】実施例２に係る菱形電極と浮遊電極との対応関係を説明する透視斜視図である。
【図１２】浮遊電極に達する傷に導電性の異物が侵入した状態での使用状態を模式的に説明する図である。
【図１３】異物が最も多くの浮遊電極と接する場合の位置関係を示す図である。
【図１４Ａ】シミュレーションに使用した比較例２の断面構造を示す図である。
【図１４Ｂ】シミュレーションに使用した実施例２の断面構造を示す図である。
【図１５Ａ】人体の状態毎に得られたシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５Ｂ】人体が乾燥指である場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】実施例３に係る駆動電極の概略構成を示す断面図である。
【図１７】実施例４に係る駆動電極の概略構成を示す断面図である。
【図１８】触覚提示装置を搭載する電子機器の外観例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。言うまでもなく、後述する実施の形態は、発明の範囲に属する一例に過ぎない。
【００１３】
（実施例１）
図１に、実施例１に係る触覚提示装置１の概略構成を示す。触覚提示装置１は、触覚提示用パネル２と信号電源３で構成される。触覚提示用パネル２は、信号電源３から印加される駆動信号、例えば電圧信号により駆動され、パネル表面を操作領域として使用する利用者に触覚を知覚させることができる。本実施例では、触覚提示用パネル２に対して信号電源３が外部接続された構成を想定する。もっとも、信号電源３は、触覚提示用パネル２と一体でも良い。
【００１４】
触覚提示用パネル２は、支持基板１１と、駆動電極１２と、第１の絶縁膜１３と、浮遊電極１４と、第２の絶縁膜１５によって構成される。支持基板１１の上面には、下層側から人体が触れる上層側に、駆動電極１２、第１の絶縁膜１３、浮遊電極１４、第２の絶縁膜１５が順番に積層される。各部材には後述する既知の材料を使用する。もっとも、触覚提示装置１を透過して文字、画像、映像その他の情報を視認する必要がある場合には、触覚提示用パネル２を構成する各部材は透明な材料であることが求められる。触覚提示装置１を透過して情報を視認する必要がない場合には、触覚提示用パネル２を構成する各部材は不透明な材料であっても良い。
【００１５】
駆動電極１２は、支持基板１１とほぼ同じ面積を有する単一の電極である。第１の絶縁膜１３は、支持基板１１の上面に設けられ、駆動電極１２の表面全体を覆うように配置される。本実施例の場合、第１の絶縁膜１３としてアクリル樹脂を使用する。本実施例の場合、第１の絶縁膜１３の膜厚Ｄ１は５μｍである。勿論、この数値は一例である。
【００１６】
図２は、第２の絶縁膜１５の側から浮遊電極１４を平面視した図である。第１の絶縁膜１３の上面には、互いに電気的に独立した複数個の浮遊電極１４が配置される。本実施例の場合、複数個の浮遊電極１４は、図２に示すように、２次元アレイ状に配置される。勿論、図２に示す浮遊電極１４の配置は一例である。図１に示すように、個々の浮遊電極１４は、対向する駆動電極１２とコンデンサを形成し、駆動電極１２との容量結合によって電圧が誘起される。各浮遊電極１４と駆動電極１２とが形成するコンデンサの静電容量は、浮遊電極１４の面積によって決まる。
【００１７】
本実施例の場合、図２に示すように、複数個の浮遊電極１４は、いずれも同形状かつ同面積を有している。もっとも、各浮遊電極１４の形状は同一である必要は無く、面積も異なっていても良い。なお、本実施例では、第２の絶縁膜１５に生じる傷の形状が、直径３ｍｍの概略円筒形状であると想定する。
【００１８】
この場合に、傷が収まる最小の浮遊電極１４の形状は、１辺が３ｍｍの正方形である。そこで、本実施例では、浮遊電極１４の形状を１辺が３ｍｍの正方形とする。この場合、浮遊電極１４の面積は９ｍｍ2 となる。勿論、浮遊電極１４の個々の形状や面積は一例であり、想定する傷の形状や寸法に応じて定めれば良い。本実施例の場合、隣接する浮遊電極１４は、互いに０．５ｍｍの隙間を挟んで平面的に配列される。
【００１９】
図１に示すように、複数個の浮遊電極１４の上面には、これらを覆う第２の絶縁膜１５が配置される。第２の絶縁膜１５は、利用者が直接触れる操作面でもあり、人体４と浮遊電極１４との接触を防いでいる。本実施例の場合、第２の絶縁膜１５には例えばアクリル樹脂を使用する。また、第２の絶縁膜１５の膜厚Ｄ２は５μｍである。勿論、この数値は一例である。本実施例の場合、第１の絶縁膜１３の膜厚Ｄ１と第２の絶縁膜１５の膜厚Ｄ２とは同じである。もっとも、第２の絶縁膜１５の膜厚Ｄ２は、第１の絶縁膜１３の膜厚Ｄ１と同じである必要はない。
【００２０】
続いて、本実施例に係る触覚提示装置１の使用例について説明する。第２の絶縁膜１５に傷が無い場合、または、傷があっても浮遊電極１４に達していない場合、人体４の一部が第２の絶縁膜１５に触れると、当該接触位置について第２の絶縁膜１５を挟んで対向する１つ又は複数個の浮遊電極１４と人体４との間にコンデンサが形成され、浮遊電極１４に誘起されている電圧の大きさに応じた静電気力が人体４に作用する。
【００２１】
本実施例の場合、駆動電極１２には信号周波数として１００Ｈｚが印加されている。この信号周波数は、利用者が触覚を知覚できる範囲（５〜５００Ｈｚ）を満たしている（特開２０１５−９７０７６号公報を参照）。従って、この静電気力の変化を利用者は触覚として知覚することができる。
【００２２】
図３に、第２の絶縁膜１５に浮遊電極１４に達する傷が生じ、その内側に水などの導電性の異物２０が進入した状態を示す。前述したように、本実施例では、直径３ｍｍの略円筒形状を有する傷が形成されているものと仮定する。この場合、異物２０は、図４に示すように、最大で４個の浮遊電極１４と電気的に接触する。図中、ａ及びｂは浮遊電極１４の各辺の長さであり、ｃは異物２０の直径である。この実施例の場合、ａ、ｂ及びｃはいずれも３ｍｍである。この際、人体４が異物２０に触れると、４個分の浮遊電極１４の総面積（３６ｍｍ2 ）に相当するコンデンサに蓄積されている電荷が漏れ電流Ｉとして人体４に流れる。ただし、この漏れ電流Ｉは、３６ｍｍ2 相当の面積を有する電極に蓄積されている電荷量と同等であり、漏れ電流Ｉに対する対策が施されていない触覚提示装置に比べると格段に小さく済む。
【００２３】
以下では、本実施例に係る触覚提示装置１で流れ得る漏れ電流と、対策の無い触覚提示装置で流れ得る漏れ電流との大きさの違いをシミュレーションした結果について説明する。まず、図５Ａおよび図５Ｂに、シミュレーションに使用したモデルの構造例を示す。図５Ａは、漏れ電流に対する対策が施されていない比較例１の断面構造であり、図５Ｂは本実施例の断面構造である。なお、図５Ｂに示す断面構造は、図６に示す構造に相当する。ここで、図６は、触覚提示装置１を斜め上方から透視した図である。
【００２４】
図５Ａおよび図５Ｂにおいて、第１の絶縁膜１３の厚さＤ１と第２の絶縁膜１５の厚さＤ２とはいずれも５μｍである。傷は直径が３ｍｍの円筒形状であり、この内側に異物２０が進入した状態を想定している。人体４のインピーダンスはＺで表している。なお、真空の誘電率ε0 を８．８５×１０-12 Ｆ・ｍ-1とし、各絶縁膜の比誘電率εを３．０とする。図５Ａの場合、１５０Ｖ、１００Ｈｚの駆動信号が駆動電極１２に印加される。一方、図５Ｂの場合、１８４Ｖ、１００Ｈｚの駆動信号が駆動電極１２に印加される。
【００２５】
本実施例における浮遊電極１４は、前述したように１辺が３ｍｍの正方形である。このため、図５Ｂに示す本実施例の場合、異物２０は、図６に示したように、最大で４つの浮遊電極１４に接触する。従って、人体４が異物２０を通じて接触する電極の最大の面積は３６ｍｍ2 となる。一方、図５Ａに示す比較例１の場合、指が異物２０を通じて接触する面積は、駆動電極１２の全面積となる。
【００２６】
なお、本実施例と比較例１とは、絶縁膜の膜厚が異なる。このため、本実施例と比較例１を同じ大きさの信号電圧で駆動すると、パネル表面で知覚される触覚の強さに差が生じてしまう。そこで、このシミュレーションでは、本実施例の信号電圧として１８４Ｖを印加し、パネル表面で知覚される触覚の強さを比較例１と揃えている。
【００２７】
図７Ａ及び図７Ｂは、シミュレーション結果を示している。図７Ｂは、図７Ａの一部を拡大した図である。本シミュレーションは、［１］パネル表面に接触する人体４の一部が乾燥していて且つＧＮＤに接触していない場合、［２］人体４の一部が乾燥していて且つＧＮＤに接触している場合、［３］人体４の全身が水で濡れていて且つＧＮＤに接触している場合の３つのパターンについて実施した。図中、白抜きの棒グラフは漏れ電流の低減化策が施されていない触覚提示用パネル（比較例１）についての漏れ電流Ｉ１の大きさを示し、網掛けで示す棒グラフは漏れ電流の低減化策を施した触覚提示用パネル（実施例１）についての漏れ電流Ｉ２の大きさを示す。なお、人が感知可能な電流値を、「最小感知電流」という。最小感知電流は、一般には、図７Ａにおいて破線で示すように１ｍＡとされる（「感電の基礎と過去30年間の死亡災害の統計」、独立行政法人  労働安全衛生総合研究所、２００９、第１４頁、１．２．１節）。
【００２８】
パネル表面に接触する人体の一部が乾燥していて且つＧＮＤに接触している［２］の場合、図７Ａに示すように、漏れ電流の低減化対策が施されていない比較例１における漏れ電流Ｉ１の大きさは２．５３ｍＡであったのに対し、漏れ電流低減化策を施した本実施例における漏れ電流Ｉ２の大きさは２２．１μＡに減少した。全身が水で濡れていて且つＧＮＤに接触している［３］の場合も、比較例１における漏れ電流Ｉ１の大きさは３００ｍＡであったのに対し、本実施例における漏れ電流Ｉ２の大きさは２２．１μＡに減少した。乾燥指の場合には、図７Ｂの拡大図に示すように、比較例１における漏れ電流Ｉ１の大きさは９．４２μＡであったのに対し、本実施例における漏れ電流Ｉ２の大きさは７．６０μＡに減少した。
【００２９】
図７Ａ及び図７Ｂより明らかなように、［１］〜［３］のいずれの場合も、本実施例の触覚提示装置１の漏れ電流Ｉ２は、比較例１の漏れ電流Ｉ１に比して小さくなっている。しかも、漏れ電流Ｉ２の大きさは、最小感知電流よりも格段に小さい。特に、［２］および［３］の場合においては、比較例１に対応する漏れ電流Ｉ１が最小感知電流を超えていたのに対し、本実施例に対応する漏れ電流Ｉ２は大幅に低減され、最小感知電流を下回る結果となった。このシミュレーション結果によれば、本実施例で提案する構造を採用した触覚提示装置１を用いることにより、第２の絶縁膜１５に傷が付いてその傷の内部に導電性の異物２０が進入したとしても、安全な水準まで漏れ電流を低減することができ、利用者は漏れ電流を感知せずに済む。
【００３０】
（実施例２）
図８に、実施例２に係る触覚提示装置１０１の概略構成を示す。図８には、図１との対応部分に同一符号を付して示す。図８は、後述する図９のVIII−VIIIの位置における断面構成を表している。触覚提示装置１０１の基本構成は、実施例１に係る触覚提示装置１と同様である。相違部分は、触覚提示用パネル１０２を構成する駆動電極１１２が複数個の電極に分割されている点である。
【００３１】
図９に、本実施例で使用する駆動電極１１２の平面視構造を示す。駆動電極１１２は、支持基板１１上の第１の方向（Ｘ方向）に延長する複数本のＸ電極１１２Ａと、同じく支持基板１１上の第２の方向（Ｙ方向）に延長する複数本のＹ電極１１２Ｂとで構成される。複数本のＸ電極１１２Ａは不図示のＸ電極駆動回路に接続され、複数本のＹ電極１１２Ｂは不図示のＹ電極駆動回路に接続されている。
【００３２】
図１０は、図９の符号Ｘで表す部分を拡大した図である。１本のＸ電極１１２Ａは、複数個の菱形電極１１４Ａを、それぞれ接続部１１３を介して数珠状に連結した形状を有している。他方、１本のＹ電極１１２Ｂは、複数個の菱形電極１１４Ｂを、接続部１１３を介して数珠状に連結した形状を有している。本実施例の場合、菱形電極１１４ＡのＹ方向の寸法ｄは１６６８μｍであり、Ｘ方向の寸法ｅは１６９２μｍである。菱形電極１１４Ｂについても同様である。
【００３３】
Ｘ電極１１２ＡとＹ電極１１２Ｂとは各接続部１１３においてのみ重なり、且つ、菱形電極１１４Ａと１１４Ｂとが同一面上で隙間を挟んで隣り合う形状となっている。すなわち、菱形電極１１４Ａと１１４Ｂが重なる部分は無い。なお、Ｘ電極１１２ＡとＹ電極１１２Ｂとは、各接続部１１３において間に絶縁膜を介して交差しており、両者の電気的な絶縁が保たれている。
【００３４】
本実施例に係る触覚提示装置１０１において、Ｘ電極駆動回路は、１５０Ｖ、１０００ＨｚでＸ電極１１２Ａを駆動し、Ｙ電極駆動回路は、１５０Ｖ、１２４０ＨｚでＹ電極１１２Ｂを駆動する。このように、Ｘ電極１１２Ａ及びＹ電極１１２Ｂのそれぞれに異なる信号周波数の信号電圧を印加するのは、うなりの現象を利用して触覚を提示するためである。そのため、各浮遊電極１４と人体４との間には、菱形電極１１４Ａに起因する静電気力と菱形電極１１４Ｂに起因する静電気力との両方がそれぞれ作用する必要がある。
【００３５】
そこで、本実施例では、図１０に示すように、Ｘ電極１１２ＡとＹ電極１１２Ｂとが平面視上での重なる部分である接続部１１３の面積を可能な限り小さくしている。これにより、Ｘ電極１１２Ａ及びＹ電極１１２Ｂに交流電圧信号を印加した際の負荷容量が小さく済む。その結果、触覚提示装置１０１の大型化や空間解像度の向上が可能となり、電極同士の容量結合によって発生し得る不要な電圧の誘起も抑制することができる。
【００３６】
本実施例における浮遊電極１４は、平面視で、菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂのそれぞれと同じ形状を有している。また、図１１に示すように、上層の浮遊電極１４と、下層の菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂとは一対一で対向し、コンデンサを形成するように配置される。すなわち、浮遊電極１４は、各菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂの真上に配置される。さらに、菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂのそれぞれと各浮遊電極１４とは、平面視で位置ずれないように配置されることが望ましい。
【００３７】
菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂのそれぞれと各浮遊電極１４とが一対一で対応付けられることにより、Ｘ電極１１２ＡとＹ電極１１２Ｂとに印加される電圧信号の両方に起因する静電気力を無駄なく各浮遊電極１４と人体４との間に作用させることができる。また、触覚を提示するための駆動信号を印加した菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂの位置と、パネル表面において触覚が提示される位置とを一致させることができる。これにより、触覚の解像度を落とさずに済む。もっとも、菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂのそれぞれと浮遊電極１４との位置関係は、製造上許される範囲でズレが認められる。勿論、本実施例の場合も、浮遊電極１４どうしは、電気的に分離されている。
【００３８】
続いて、本実施例に係る触覚提示装置１０１の使用例について説明する。第２の絶縁膜１５に傷が無い場合、または、傷があっても浮遊電極１４に達していない場合、人体４の一部が第２の絶縁膜１５に触れると、当該接触位置について第２の絶縁膜１５を挟んで対向する１つ又は複数個の浮遊電極１４と人体４との間にコンデンサが形成され、浮遊電極１４に誘起されている電圧の大きさに応じた静電気力が利用者に作用する。
【００３９】
前述したように、Ｘ電極１１２Ａに印加される信号周波数とＹ電極１１２Ｂに印加される信号周波数は共に５００Ｈｚ以上であり、２つの信号周波数の差分の絶対値は２４０Ｈｚである。この駆動条件は、利用者がテクスチャ感を知覚できる条件（２つの信号周波数が５００Ｈｚ以上、かつ、２つの信号周波数の差分の絶対値が１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満）を満たしている（特開２０１５−９７０７６号公報を参照）。従って、この静電気力の変化を利用者はテクスチャ感として知覚することができる。
【００４０】
図１２に、第２の絶縁膜１５に浮遊電極１４に達する傷が生じ、その内側に水等の導電性の異物２０が進入した状態を示す。ここでも、直径３ｍｍの略円筒形状を有する傷が形成されているものと仮定する。この実施例の場合、異物２０は、図１３に示すように、最大で１４個の浮遊電極１４と電気的に接触する。図１３では、接触する浮遊電極１４を網掛けで示している。勿論、接触位置によっては、その個数は少なくなる。
【００４１】
人体４が異物２０に触れると、浮遊電極１４の１４個分の総面積（１９.７ｍｍ2 ）に相当するコンデンサに蓄積されている電荷が漏れ電流Ｉとして人体４に流れる。しかし、ここでの漏れ電流Ｉの大きさは、１９.７ｍｍ2 相当の面積を有する電極に蓄積されている電荷量と同等であり、漏れ電流に対する対策が施されていない触覚提示装置に比べると格段に小さく済む。
【００４２】
以下では、本実施例に係る触覚提示装置１０１で流れ得る漏れ電流と、対策の無い触覚提示装置で流れ得る漏れ電流の大きさの違いをシミュレーションした結果について説明する。図１４Ａ及び図１４Ｂに、シミュレーションに使用したモデルの構造例を示す。図１４Ａは、漏れ電流に対する対策が施されていない比較例２の断面構造であり、図１４Ｂは本実施例の断面構造である。
【００４３】
図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて、第１の絶縁膜１３の厚さＤ１と第２の絶縁膜１５の厚さＤ２とはいずれも５μｍである。傷は直径が３ｍｍの円筒形状であり、この内側に異物２０が進入した状態を想定している。人体のインピーダンスはＺで表している。真空の誘電率ε0 を８．８５×１０-12 Ｆ・ｍ-1とし、絶縁膜の比誘電率εを３．０とする。図１４Ａの場合、１５０Ｖ、１２４０Ｈｚの駆動信号が駆動電極１１２に印加される。一方、図１４Ｂの場合、１８４Ｖ、１２４０Ｈｚの駆動信号が駆動電極１１２に印加される。
【００４４】
また、実施例における浮遊電極１４は、Ｙ方向の寸法が１６６８μｍ、Ｘ方向の寸法が１６９２μｍの菱形形状であるものとする。本実施例と比較例２は絶縁膜の膜厚が異なるため、これらを同じ大きさの信号電圧で駆動すると、パネル表面で知覚される触覚の強さに差が生じてしまう。そこで、このシミュレーションでは、本実施例の信号電圧として１８４Ｖを印加し、パネル表面で知覚される触覚の強さを比較例２と揃えている。なお、周波数の増加と共にインピーダンスＺが低くなるため、漏れ電流Ｉ２は流れ易くなる。このため、本シミュレーションでは、Ｘ電極１１２Ａの駆動に用いられる１０００ＨｚとＹ電極１１２Ｂの駆動に用いられる１２４０Ｈｚとのうち周波数の高い１２４０Ｈｚを用いている。１２４０Ｈｚの場合に安全であれば、より電流の流れ難い１０００Ｈｚで駆動しても安全だからである。
【００４５】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、シミュレーション結果を示している。図１５Ｂは、図１５Ａの一部を拡大した図である。本シミュレーションも、図７Ａの場合と同じく、［１］パネル表面に接触する人体４の一部が乾燥していて且つＧＮＤに接触していない場合、［２］人体４の一部が乾燥していて且つＧＮＤに接触している場合、［３］人体４の全身が水で濡れていて且つＧＮＤに接触している場合の３つのパターンについて実施した。図中、白抜きの棒グラフは漏れ電流の低減化策が施されていない触覚提示用パネル（比較例２）についての漏れ電流Ｉ１の大きさを示し、網掛けで示す棒グラフは漏れ電流の低減化策を施した触覚提示用パネル（実施例２）についての漏れ電流Ｉ２の大きさを示す。
【００４６】
最小感知電流は、図１５Ａにおいて破線で示すように１ｍＡとされる。パネル表面に接触する人体の一部が乾燥していて且つＧＮＤに接触している［２］の場合、漏れ電流低減化策を施していない比較例２における漏れ電流Ｉ１の大きさは６．３６ｍＡであったのに対し、漏れ電流低減化策を施した本実施例における漏れ電流Ｉ２の大きさは１４８μＡに減少した。全身が水で濡れていて且つＧＮＤに接触している［３］の場合も、比較例２における漏れ電流Ｉ１の大きさは３００ｍＡであったのに対し、本実施例における漏れ電流Ｉ２の大きさは１５０μＡに減少した。乾燥指の場合には、図１５Ｂの拡大図に示すように、比較例２における漏れ電流Ｉ１の大きさは１１７μＡであったのに対し、本実施例における漏れ電流Ｉ２の大きさは７３．４μＡに減少した。
【００４７】
図１５Ａ及び図１５Ｂより明らかなように、［１］〜［３］のいずれの場合も、本実施例の触覚提示装置１の漏れ電流Ｉ２は、比較例２の漏れ電流Ｉ１に比して小さくなっている。しかも、漏れ電流Ｉ２の大きさは、最小感知電流よりも格段に小さい。特に、［２］及び［３］の場合においては、比較例２に対応する漏れ電流Ｉ１が最小感知電流を超えていたのに対し、本実施例に対応する漏れ電流Ｉ２は大幅に低減され、最小感知電流を下回る結果となった。このシミュレーション結果によれば、本実施例で提案する構造を採用した触覚提示装置１０１を用いることにより、第２の絶縁膜１５に傷が付いてその傷の内部に導電性の異物２０が進入したとしても、安全な水準まで漏れ電流を低減することができ、利用者は漏れ電流を感知せずに済む。
【００４８】
（実施例３）
図１６に、実施例３に係る触覚提示装置２０１の概略構成を示す。図１６には、図８との対応部分に同一符号を付して示す。触覚提示装置２０１の基本構成は、実施例２に係る触覚提示装置１０１と同様である。相違部分は、触覚提示用パネル２０２を構成する駆動電極２１２と第１の絶縁膜２１３とが以下の構成を有する点である。
（ａ）駆動電極２１２
駆動電極２１２を構成する菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂの面積を実施例２における菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂの面積の５分の１とする。
（ｂ）第１の絶縁膜２１３
第１の絶縁膜２１３の膜厚Ｄ１１を実施例２における第１の絶縁膜１３の膜厚Ｄ１の５分の１とする。すなわち、Ｄ１１はＤ１／５である。
【００４９】
このため、浮遊電極１４と対応する菱形電極１１４Ａ又は１１４Ｂとの間で構成されるコンデンサの静電容量は、次式で与えられる。
【００５０】
【数１】
2017228232.tif 000003
【００５１】
ここで、Ｃ２０１は、浮遊電極１４と対応する菱形電極１１４Ａ又は１１４Ｂとの間で構成されるコンデンサの静電容量である。また、Ｓ２０１は、本実施例における菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂの面積であり、Ｓ１０１は、実施例２の場合における菱形電極１１４Ａ及び１１４Ｂの面積である。
【００５２】
右辺第２の式を見ると、その分子と分母は共に定数、すなわち１／５を有している。そこで、この定数を消去すると、消去後の値は、実施例２の場合に浮遊電極１４と対応する菱形電極１１４Ａ又は１１４Ｂとの間で構成されるコンデンサの静電容量と同じ値になる。すなわち、浮遊電極１４と対応する菱形電極１１４Ａ又は１１４Ｂとの間に形成されるコンデンサの静電容量は、実施例２の場合と同じ値になる。このため、Ｘ電極１１２Ａ及びＹ電極１１２Ｂに印加される信号周波数に対するインピーダンスも実施例２の場合と同じ値になる。
【００５３】
よって、触覚提示装置２０１の第２の絶縁膜１５に浮遊電極１４に達する傷が生じ、当該傷に侵入した導電性の異物２０を通じて漏れ電流Ｉ２が人体４に流れたとしても、その低減効果は実施例２の場合と同じになる。なお、本実施例の場合にも、浮遊電極１４の寸法は実施例２の場合と同じであるため、人体４と浮遊電極１４とが対向する面積と、人体４と浮遊電極１４との間の電位差も同じになる。このため、触覚提示装置２０１は、実施例２の触覚提示装置１０１を用いる場合と同じ触覚を利用者に与えることができる。加えて、本実施例の場合、第１の絶縁膜２１３を薄くできるため、触覚提示装置２０１の全体的な厚みも薄くできる。
【００５４】
（実施例４）
図１７に、実施例４に係る触覚提示装置３０１の概略構成を示す。図１７には、図８との対応部分に同一符号を付して示す。触覚提示装置３０１の基本構成は、実施例２に係る触覚提示装置１０１と同様である。相違部分は、浮遊電極１４と第２の絶縁膜１５に代えて、第１の絶縁膜１３の上面にアンチグレア層３１６を積層した触覚提示用パネル３０２を用いる点である。
【００５５】
アンチグレア層３１６は、いわゆる反射防止層である。本実施例のアンチグレア層３１６は、浮遊電極として機能する導電性の粒子３１４と、第２の絶縁膜として機能する絶縁性のコート層３１５によって形成される。アンチグレア層３１６は、絶縁性のコート層３１５として用いられる材料に導電性の粒子３１４を均一に含む材料を、第１の絶縁膜１３の表面に塗布する等して形成する。アンチグレア層３１６の膜厚Ｄ１２は、例えば５μｍとする。勿論、この値は一例である。
【００５６】
導電性の粒子３１４は、コート層３１５の内部において互いに電気的に絶縁された状態で存在している。このため、導電性の粒子３１４は、実施例２における浮遊電極１４と同様に機能する。コート層３１５内の粒子３１４は、コート層３１５に直径３ｍｍの円筒状の傷が形成された場合に、人体４と接触する粒子３１４の総面積が１９．７ｍｍ2 以下となることが好ましい。
【００５７】
本実施例に係るアンチグレア層３１６は、前述したように実施例２に係る触覚提示用パネル１０２だけなく、実施例１に係る触覚提示用パネル２や実施例３に係る触覚提示用パネル２０２に対しても適用することができる。そのいずれにおいても、浮遊電極１４及び第２の絶縁膜１５の製造工程を簡略化できる。
【００５８】
（他の構造例）
（ａ）前述の実施例においては、第１の絶縁膜１３の素材としてアクリル樹脂を例示したが、より強度に優れるＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ダイヤモンドライクカーボン等の透明素材を用いることもできる。その場合、駆動電極１２、１１２と浮遊電極１４は透明電極となる。勿論、触覚提示装置を透過させて文字、画像、映像その他の情報を視認する必要がない場合には、アクリル樹脂よりも強度に優れる不透明な素材を用いることもできる。強度に優れる材料を用いることにより、第１の絶縁膜１３にクラックが生じ難くなる。また、第２の絶縁膜１５及びコート層３１５にクラックが生じたとしても、そのクラックが第１の絶縁膜１３まで拡がり難くなる。その結果、第１の絶縁膜１３の薄膜化が可能になる。この第１の絶縁膜１３の薄膜化は、実施例３における第１の絶縁膜２１３（図１６参照）の薄膜化にも応用できる。また、膜厚が薄く済むため、成膜に長時間を要する絶縁材料の採用が可能になる。
【００５９】
（ｂ）前述の実施例においては、第２の絶縁膜１５の素材としてアクリル樹脂を例示したが、より強度に優れるＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ダイヤモンドライクカーボン等の透明素材を用いることもできる。その場合、駆動電極１２、１１２と浮遊電極１４は透明電極となる。勿論、触覚提示装置を透過させて文字、画像、映像その他の情報を視認する必要がない場合には、アクリル樹脂よりも強度に優れる不透明な素材を用いることもできる。強度に優れる材料を用いることにより、第２の絶縁膜１５にクラックが生じ難くなり、またクラックの成長リスクも低下できる。また、第２の絶縁膜１５の薄膜化が可能となり、成膜に長時間を要する絶縁材料の採用が可能になる。なお、第２の絶縁膜１５の材料は、第１の絶縁膜１３と同じでも良い。
【００６０】
（応用例）
図１８に、前述の各実施例に係る触覚提示装置１、１０１、２０１、３０１を応用した電子機器４００の外観例を示す。電子機器４００は、具体的には、スマートフォン、タブレット型電子ブックリーダー、ノートブック型パーソナルコンピュータなどである。
【００６１】
電子機器４００は、タッチパネル式表示装置４０１と触覚提示装置４０２を有している。触覚提示装置４０２は、前述した実施例のいずれかに係る触覚提示装置であり、タッチパネル式表示装置４０１の表示画面側又は背面側に配設される。ただし、タッチパネル式表示装置４０１の入力方式には、現在の主流である静電容量方式以外の入力方式（例えば光学式、抵抗膜式など）を使用する。前述した各実施例に係る触覚提示装置４０２と静電容量方式のタッチパネル式表示装置４０１は共に人体との間での容量結合を利用するため、機能の両立を図れないためである。
【００６２】
電子機器４００には、プロセッサ４０３が内蔵されており、その処理結果がタッチパネル式表示装置４０１に表示される。利用者は、複数の操作キー４０４等に対するタッチ操作を通じ、タッチパネル式表示装置４０１の表示画面に表示された内容に対する入力を行う。なお、電子機器４００は、ケーブルや無線通信を通じて外部接続された外部装置（例えばデスクトップ型パーソナルコンピュータなど）からの処理結果を表示し、操作入力を外部装置に返すものでもよい。
【００６３】
以上、図面を参照しつつ本発明の幾つかの実施例を説明したが、本発明は前述の実施例に限らない。人体に流れる漏れ電流の低減効果が得られる限り、本発明は、既知の任意の構成を採用した構成も可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１、１０１、２０１、３０１、４０２…触覚提示装置
２、１０２、２０２、３０２…触覚提示用パネル
３…信号電源
４…人体
１１…支持基板
１２、１１２、２１２…駆動電極
１３、２１３…第１の絶縁膜
１４…浮遊電極
１５…第２の絶縁膜
２０…異物
１１２Ａ…Ｘ電極
１１２Ｂ…Ｙ電極
１１３…接続部
１１４Ａ、１１４Ｂ…菱形電極
３１４…粒子
３１５…コート層
３１６…アンチグレア層
４００…電子機器
４０１…タッチパネル式表示装置
４０３…プロセッサ
４０４…操作キー
【図１】
2017228232.tif 000004
【図２】
2017228232.tif 000005
【図３】
2017228232.tif 000006
【図４】
2017228232.tif 000007
【図５Ａ】
2017228232.tif 000008
【図５Ｂ】
2017228232.tif 000009
【図６】
2017228232.tif 000010
【図７Ａ】
2017228232.tif 000011
【図７Ｂ】
2017228232.tif 000012
【図８】
2017228232.tif 000013
【図９】
2017228232.tif 000014
【図１０】
2017228232.tif 000015
【図１１】
2017228232.tif 000016
【図１２】
2017228232.tif 000017
【図１３】
2017228232.tif 000018
【図１４Ａ】
2017228232.tif 000019
【図１４Ｂ】
2017228232.tif 000020
【図１５Ａ】
2017228232.tif 000021
【図１５Ｂ】
2017228232.tif 000022
【図１６】
2017228232.tif 000023
【図１７】
2017228232.tif 000024
【図１８】
2017228232.tif 000025