JP2021128412A - 触感提示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】使用者に振動及び熱感の双方を提示すること。
【解決手段】触感提示装置は、少なくとも1つの誘電層20、誘電層20を挟む複数の電極層21,22、及び少なくとも1つの電極層21に積層されて最外層を構成する提示層としての第1絶縁層23を有するDEA12と、誘電層20を挟む電極層21,22間に電圧を印加する駆動部とを備えている。誘電層20は、電圧の印加により伸縮する伸縮部20Aと、電圧の印加により発熱する発熱部20Bとを有している。駆動部を通じて、伸縮部20Aを挟む電極層21,22間に対して低周波の伸縮電圧を印加することにより、第1絶縁層23を介して使用者に振動を提示する一方、発熱部20Bを挟む電極層21,22間に対して伸縮電圧よりも高周波の発熱電圧を印加することにより、第1絶縁層23を介して使用者に熱感を提示する。
【選択図】図2
【解決手段】触感提示装置は、少なくとも1つの誘電層20、誘電層20を挟む複数の電極層21,22、及び少なくとも1つの電極層21に積層されて最外層を構成する提示層としての第1絶縁層23を有するDEA12と、誘電層20を挟む電極層21,22間に電圧を印加する駆動部とを備えている。誘電層20は、電圧の印加により伸縮する伸縮部20Aと、電圧の印加により発熱する発熱部20Bとを有している。駆動部を通じて、伸縮部20Aを挟む電極層21,22間に対して低周波の伸縮電圧を印加することにより、第1絶縁層23を介して使用者に振動を提示する一方、発熱部20Bを挟む電極層21,22間に対して伸縮電圧よりも高周波の発熱電圧を印加することにより、第1絶縁層23を介して使用者に熱感を提示する。
【選択図】図2
Description
本発明は、触感提示装置に関する。
従来、使用者に対して触覚を提示する触覚提示装置がある(例えば特許文献1参照)。
特許文献1に記載の触覚提示装置は、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、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、押圧部により押圧される部分を挟んだ第1方向の両側において、誘電エラストマーアクチュエータ(DEA:Dielectric Elastomer Actuator)を保持する保持部とを備えている。
特許文献1に記載の触覚提示装置は、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、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、押圧部により押圧される部分を挟んだ第1方向の両側において、誘電エラストマーアクチュエータ(DEA:Dielectric Elastomer Actuator)を保持する保持部とを備えている。
この装置は、DEAの一方の主面の中央部であって、押圧部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が使用者の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。DEAに電圧を印加するとDEAは第1方向に伸張する。これにより、圧縮状態にある押圧部の復元力に基づいて、DEAが一方の主面側に押し上げられる。すなわち、押圧部の押圧力とDEAの張力とが均衡するようにDEAが変形して、DEAの触感提示部が膨出する。そして、DEAの触感提示部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。
特許文献1に記載の装置を含む従来の触感提示装置においては、電圧の印加によるDEAの伸縮を利用して使用者に対して圧力を提示することができる。
本発明の目的は、使用者に振動及び熱感の双方を提示することのできる触感提示装置を提供することにある。
上記目的を達成するための触感提示装置は、少なくとも1つの誘電層、前記誘電層を挟む複数の電極層、及び少なくとも1つの前記電極層に積層されて最外層を構成する提示層を有する誘電エラストマーアクチュエータと、前記誘電層を挟む前記電極層間に電圧を印加する駆動部と、を備え、前記誘電層は、電圧の印加により伸縮する伸縮部と、電圧の印加により発熱する発熱部と、を有し、前記駆動部を通じて、前記伸縮部を挟む前記電極層間に対して伸縮電圧を印加することにより、前記提示層を介して使用者に振動を提示する一方、前記発熱部を挟む前記電極層間に対して発熱電圧を印加することにより、前記提示層を介して使用者に熱感を提示する。
同構成によれば、誘電層の伸縮部に対して伸縮電圧が印加されると、伸縮部が伸縮することで提示層を介して使用者に振動が提示される。一方、誘電層の発熱部に対して発熱電圧が印加されると、発熱部が発熱することで提示層を介して使用者に熱感が提示される。このように、上記構成によれば、使用者に振動及び熱感の双方を提示することができる。
上記触感提示装置において、前記発熱電圧は、前記伸縮電圧よりも高周波であることが好ましい。
同構成によれば、誘電層の伸縮部に対して低周波の伸縮電圧が印加されると、伸縮部が伸縮することで提示層を介して使用者に振動が提示される。一方、誘電層の発熱部に対して伸縮電圧よりも高周波の発熱電圧が印加されると、発熱部が発熱することで提示層を介して使用者に熱感が提示される。このように、上記構成によれば、使用者に振動及び熱感の双方を提示することができる。
同構成によれば、誘電層の伸縮部に対して低周波の伸縮電圧が印加されると、伸縮部が伸縮することで提示層を介して使用者に振動が提示される。一方、誘電層の発熱部に対して伸縮電圧よりも高周波の発熱電圧が印加されると、発熱部が発熱することで提示層を介して使用者に熱感が提示される。このように、上記構成によれば、使用者に振動及び熱感の双方を提示することができる。
上記触感提示装置において、前記発熱電圧が印加される前記電極層が、前記誘電エラストマーアクチュエータの積層方向において前記提示層に隣接していることが好ましい。
同構成によれば、発熱部が積層方向において提示層に最も近い位置に配置される。このため、発熱部において発生する熱を、提示層を介して使用者に、より効果的に提示することができる。
同構成によれば、発熱部が積層方向において提示層に最も近い位置に配置される。このため、発熱部において発生する熱を、提示層を介して使用者に、より効果的に提示することができる。
上記触感提示装置において、前記発熱部が、前記伸縮部と同一の前記誘電層により構成されていることが好ましい。
同構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータの構成を簡単にできる。
同構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータの構成を簡単にできる。
上記触感提示装置において、前記発熱部が、前記伸縮部と異なる前記誘電層により構成されていることが好ましい。
発熱部が伸縮部と同一の誘電層により構成されている場合には、伸縮及び発熱が繰り返されることによって誘電層が早期に劣化するおそれがある。
発熱部が伸縮部と同一の誘電層により構成されている場合には、伸縮及び発熱が繰り返されることによって誘電層が早期に劣化するおそれがある。
この点、上記構成によれば、発熱部が伸縮部と異なる誘電層により構成されているため、誘電層の早期劣化を抑制できる。
上記触感提示装置において、前記発熱部と前記伸縮部とが前記誘電エラストマーアクチュエータの積層方向において積層して配置されていることが好ましい。
上記触感提示装置において、前記発熱部と前記伸縮部とが前記誘電エラストマーアクチュエータの積層方向において積層して配置されていることが好ましい。
同構成によれば、提示部の同じ領域によって使用者に振動及び熱感を提示することができる。
また、上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータの面方向における体格を小さくできる。
また、上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータの面方向における体格を小さくできる。
上記触感提示装置において、前記発熱部と前記伸縮部とが前記誘電エラストマーアクチュエータの面方向において隣接して配置されていることが好ましい。
同構成によれば、提示部のうち使用者に振動を提示する領域と熱感を提示する領域とを分けることができる。
同構成によれば、提示部のうち使用者に振動を提示する領域と熱感を提示する領域とを分けることができる。
また、上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータの積層方向における体格を小さくできる。
上記触感提示装置において、前記発熱部の主面の面積は、前記伸縮部の主面の面積よりも小さいことが好ましい。
上記触感提示装置において、前記発熱部の主面の面積は、前記伸縮部の主面の面積よりも小さいことが好ましい。
人が熱を知覚する際の空間分解能は、振動を知覚する際の空間分解能に比べて低い。
この点、上記構成によれば、発熱部の主面の面積が伸縮部の主面の面積よりも小さいことから、振動及び熱感の提示を効果的に行いつつ、誘電エラストマーアクチュエータの面方向における体格を小さくできる。
この点、上記構成によれば、発熱部の主面の面積が伸縮部の主面の面積よりも小さいことから、振動及び熱感の提示を効果的に行いつつ、誘電エラストマーアクチュエータの面方向における体格を小さくできる。
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、前記提示層とは反対側の最外層を構成する放熱板を有していることが好ましい。
同構成によれば、電圧の印加によって発熱部及び電極層において発生した熱が放熱板を介して外部に向けて効果的に逃がされるようになる。これにより、発熱部及び電極層に熱が残留することによる誘電エラストマーアクチュエータの劣化を抑制できる。
同構成によれば、電圧の印加によって発熱部及び電極層において発生した熱が放熱板を介して外部に向けて効果的に逃がされるようになる。これにより、発熱部及び電極層に熱が残留することによる誘電エラストマーアクチュエータの劣化を抑制できる。
上記触感提示装置において、複数の前記放熱板が、互いに間隔をおいて設けられていることが好ましい。
同構成によれば、複数の放熱板の間に形成される隙間を利用して放熱板同士の相対変位が可能となる。これにより、各放熱板が全体として誘電エラストマーアクチュエータの変形に追従できる。また、上記隙間を利用して熱を一層効果的に逃がすことができる。
同構成によれば、複数の放熱板の間に形成される隙間を利用して放熱板同士の相対変位が可能となる。これにより、各放熱板が全体として誘電エラストマーアクチュエータの変形に追従できる。また、上記隙間を利用して熱を一層効果的に逃がすことができる。
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を支持するとともに、前記提示層を使用者の身体に接触させた状態で前記身体に装着される基材を有していることが好ましい。
同構成によれば、使用者の身体に基材を装着することによって、誘電エラストマーアクチュエータの提示層を当該身体に接触させた状態に維持することができる。
本発明によれば、使用者に振動及び熱感の双方を提示することができる。
<第1実施形態>
以下、図1〜図4を参照して、触感提示装置の第1実施形態について説明する。
図1に示すように、触感提示装置10は、使用者の手指に装着される袋状の基材11と、基材11の内面に積層された矩形シート状の誘電エラストマーアクチュエータ(Dielectric Elastomer Actuator、以下、DEA12)とを備えている。
以下、図1〜図4を参照して、触感提示装置の第1実施形態について説明する。
図1に示すように、触感提示装置10は、使用者の手指に装着される袋状の基材11と、基材11の内面に積層された矩形シート状の誘電エラストマーアクチュエータ(Dielectric Elastomer Actuator、以下、DEA12)とを備えている。
基材11は、湾曲可能かつ面方向全体に伸縮可能な柔軟材料により構成されている。基材11を構成する柔軟材料としては、例えば、シリコーンやウレタンなどのエラストマー、ストレッチ生地が挙げられる。基材11は、断面環状の環状部分を有し、この環状部分の内面にDEA12が積層された状態で固定されている。
図2及び図3に示すように、DEA12は、誘電エラストマーからなるシート状の誘電層20と、誘電層20の厚さ方向の両側に配置され、誘電層20を挟む第1電極層21及び第2電極層22とが積層された多層構造体である。第1電極層21は、正極電極であり、第2電極層22は、グラウンド電極である。
本実施形態では、基材11に近い側から順に、放熱板25、第2絶縁層24、第1電極層21、誘電層20(伸縮部20A)、第2電極層22、誘電層20(伸縮部20A、発熱部20B)、第1電極層21、及び第1絶縁層23が積層されている。
第1絶縁層23及び第2絶縁層24は、共に絶縁エラストマーからなる。
第1絶縁層23は、DEA12の最外層を構成しており、本発明に係る提示層として機能する。
第1絶縁層23は、DEA12の最外層を構成しており、本発明に係る提示層として機能する。
誘電層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DEA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。誘電層20の厚さは、例えば、10〜200μmである。
第1電極層21及び第2電極層22を構成する材料としては、例えば、導電エラストマー、カーボンナノチューブ、ケッチェンブラック(登録商標)、金属蒸着膜が挙げられる。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。
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。第1電極層21及び第2電極層22の厚さは、例えば、0.1〜100μmである。
第1絶縁層23及び第2絶縁層24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DEAの絶側縁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。第1絶縁層23及び第2絶縁層24の厚さは、例えば、10〜100μmである。
放熱板25は、第2絶縁層24を構成する材料よりも高い熱伝導率の材料からなる。本実施形態では、放熱板25が、例えばアルミニウムなどのシート状の金属材料により形成されている。平面視正方形状の複数の放熱板25が、第2絶縁層24の主面の面方向において互いに一定の間隔をおいて設けられている。
図4に示すように、触感提示装置10は、誘電層20を挟む電極層21,22間に電圧を印加する駆動部30を備えている。各電極層21,22と駆動部30とは図示しない配線を介して電気的に接続されている。
第1電極層21と第2電極層22との間に低周波の交流電圧(以下、伸縮電圧)が印加されると、誘電層20が伸縮を繰り返すことで振動する。すなわち、印加される電圧が上昇すると、誘電層20が厚さ方向に圧縮されるとともに誘電層20の面に沿った方向(DEA12の面方向)に伸張するように変形する。また、印加される電圧が降下すると、誘電層20が厚さ方向に膨張されるとともに誘電層20の面に沿った方向(DEA12の面方向)に収縮するように変形する。こうした誘電層20の伸縮が繰り返されることにより、誘電層20が振動する。
一方、第1電極層21と第2電極層22との間に伸縮電圧よりも高周波の交流電圧(以下、発熱電圧)が印加されると、誘電層20が発熱する。
伸縮電圧の周波数は1kHz以下であり、発熱電圧の周波数は1kHzよりも高い。本実施形態では、伸縮電圧の周波数は1kHzであり、発熱電圧の周波数は20kHzである。発熱電圧の周波数が20kHz以上である場合には、発熱電圧の印加による誘電層20の振動音が人の聴覚の可聴域外となるため、使用者に不快感を与えることがなくなる。
伸縮電圧の周波数は1kHz以下であり、発熱電圧の周波数は1kHzよりも高い。本実施形態では、伸縮電圧の周波数は1kHzであり、発熱電圧の周波数は20kHzである。発熱電圧の周波数が20kHz以上である場合には、発熱電圧の印加による誘電層20の振動音が人の聴覚の可聴域外となるため、使用者に不快感を与えることがなくなる。
駆動部30は、第1電極層21の双方と、第2電極層22との間に伸縮電圧をそれぞれ印加する。
一方、駆動部30は、DEA12の積層方向において第1絶縁層23に隣接している第1電極層21(図2において上側に位置する第1電極層21)と第2電極層22との間に発熱電圧を印加する。なお、伸縮電圧及び発熱電圧の大きさとしては、100〜1500Vが好ましい。
一方、駆動部30は、DEA12の積層方向において第1絶縁層23に隣接している第1電極層21(図2において上側に位置する第1電極層21)と第2電極層22との間に発熱電圧を印加する。なお、伸縮電圧及び発熱電圧の大きさとしては、100〜1500Vが好ましい。
本実施形態では、第1絶縁層23に隣接している第1電極層21と第2電極層22とにより挟まれている誘電層20が、電圧の印加により伸縮する伸縮部20Aとして機能するとともに、電圧の印加により発熱する発熱部20Bとして機能する。すなわち、発熱部20Bは、伸縮部20Aと同一の誘電層20により構成されている。
また、第2絶縁層24に隣接している第1電極層21(図2において下側に位置する第1電極層21)と第2電極層22とにより挟まれている誘電層20が、電圧の印加により伸縮する伸縮部20Aとして機能する。
図1に示すように、基材11の環状部分の内面には、複数のDEA12が固定されている。詳述すると、環状部分の軸線方向において4個のDEA12が互いに間隔をおいて並ぶように配置されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
図1に示すように、触感提示装置10は、使用者の手指に袋状の基材11を被せて、基材11の内面に固定されたDEA12を手指の腹に接触させることにより装着状態とされる。
図1に示すように、触感提示装置10は、使用者の手指に袋状の基材11を被せて、基材11の内面に固定されたDEA12を手指の腹に接触させることにより装着状態とされる。
この装着状態において、駆動部30を通じて、各誘電層20(伸縮部20A)を挟む電極層21,22間に対して低周波の伸縮電圧を印加することにより、提示部としての第1絶縁層23を介して使用者に振動が提示される。
一方、誘電層20(発熱部20B)を挟む電極層21,22間に対して伸縮電圧よりも高周波の発熱電圧が印加されることにより、第1絶縁層23を介して使用者に熱感が提示される。
更に、伸縮部20Aに伸縮電圧を印加するとともに発熱部20Bに発熱電圧を印加することにより、第1絶縁層23を介して使用者に振動及び熱感の双方が同時に提示される。
DEA12が積層される基材11は、面方向に伸縮可能な柔軟性を有している。このため、DEA12は、基材11に積層されるように固定された状態であっても、基材11とともに伸縮することが可能であり、その振動を手指に伝達できる。
DEA12が積層される基材11は、面方向に伸縮可能な柔軟性を有している。このため、DEA12は、基材11に積層されるように固定された状態であっても、基材11とともに伸縮することが可能であり、その振動を手指に伝達できる。
また、基材11は、湾曲可能な柔軟性を有している。このため、触感提示装置10を装着した際に、DEA12及び基材11が手指の表面形状に合わせて変形することにより、手指に対してDEA12を広範囲で密着させることができる。さらに、DEA12及び基材11が手指の動きに追従して変形することにより、触感提示装置10を装着した手指を動かした場合にも手指に対するDEA12の密着性を維持できる。
次に、本実施形態の効果について説明する。
(1)上述した作用を奏することから、使用者に振動及び熱感の双方を提示することができる。
(1)上述した作用を奏することから、使用者に振動及び熱感の双方を提示することができる。
(2)発熱電圧が印加される第1電極層21が、DEA12の積層方向において提示部としての第1絶縁層23に隣接している。
こうした構成によれば、発熱部20Bが積層方向において提示部としての第1絶縁層23に最も近い位置に配置される。このため、発熱部20Bにおいて発生する熱を、第1絶縁層23を介して使用者に、より効果的に提示することができる。
こうした構成によれば、発熱部20Bが積層方向において提示部としての第1絶縁層23に最も近い位置に配置される。このため、発熱部20Bにおいて発生する熱を、第1絶縁層23を介して使用者に、より効果的に提示することができる。
(3)発熱部20Bが、伸縮部20Aと同一の誘電層20により構成されている。このため、DEA12の構成を簡単にできる。
(4)DEA12は、提示部としての第1絶縁層23とは反対側の最外層を構成する放熱板25を有している。このため、電圧の印加によって発熱部20B及び電極層21,22において発生した熱が放熱板25を介して外部に向けて効果的に逃がされるようになる。これにより、誘電層20及び電極層21,22に熱が残留することによるDEA12の劣化を抑制できる。
(4)DEA12は、提示部としての第1絶縁層23とは反対側の最外層を構成する放熱板25を有している。このため、電圧の印加によって発熱部20B及び電極層21,22において発生した熱が放熱板25を介して外部に向けて効果的に逃がされるようになる。これにより、誘電層20及び電極層21,22に熱が残留することによるDEA12の劣化を抑制できる。
(5)複数の放熱板25が、互いに間隔をおいて設けられている。このため、複数の放熱板25の間に形成される隙間を利用して放熱板25同士の相対変位が可能となる。これにより、各放熱板25が全体としてDEA12の変形に追従できる。また、上記隙間を利用して熱を一層効果的に逃がすことができる。
(6)DEA12を支持するとともに、提示部としての第1絶縁層23を使用者の手指に接触させた状態で手指に装着される基材11を有している。このため、使用者の手指に基材11を装着することによって、DEA12の第1絶縁層23を当該手指に接触させた状態に維持することができる。
<第2実施形態>
以下、図5及び図6を参照して、第2実施形態について第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施形態において、第1実施形態の構成と同一の構成については同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
以下、図5及び図6を参照して、第2実施形態について第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施形態において、第1実施形態の構成と同一の構成については同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
図5に示すように、本実施形態のDEA12では、基材11に近い側から順に、放熱板25、第2絶縁層24、第2電極層22、誘電層20(伸縮部20A)、第1電極層21、誘電層20(伸縮部20A)、第2電極層22、誘電層20(発熱部20B)、第1電極層21、及び第1絶縁層23が積層されている。
図6に示すように、駆動部30は、DEA12の積層方向において基材11側に位置する第1電極層21(図5において下側に位置する第1電極層21)と、一対の第2電極層22との間に伸縮電圧をそれぞれ印加する。
一方、駆動部30は、DEA12の積層方向において第1絶縁層23に隣接している第1電極層21(図2において上側に位置する第1電極層21)と第2電極層22との間に発熱電圧を印加する。
図5に示すように、第1絶縁層23に隣接している第1電極層21と第2電極層22とにより挟まれている誘電層20が、電圧の印加により発熱する発熱部20Bとして機能する。
また、第1絶縁層23に隣接していない第1電極層21と一対の第2電極層22とにより挟まれている誘電層20が、電圧の印加により伸縮する伸縮部20Aとして機能する。
すなわち、発熱部20Bは、伸縮部20Aと異なる誘電層20により構成されている。また、発熱部20Bと伸縮部20Aとは、DEA12の積層方向において積層して配置されている。
すなわち、発熱部20Bは、伸縮部20Aと異なる誘電層20により構成されている。また、発熱部20Bと伸縮部20Aとは、DEA12の積層方向において積層して配置されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
触感提示装置10の装着状態において、駆動部30を通じて、誘電層20(伸縮部20A)を挟む電極層21,22間に対して低周波の伸縮電圧を印加することにより、提示部としての第1絶縁層23を介して使用者に振動が提示される。
触感提示装置10の装着状態において、駆動部30を通じて、誘電層20(伸縮部20A)を挟む電極層21,22間に対して低周波の伸縮電圧を印加することにより、提示部としての第1絶縁層23を介して使用者に振動が提示される。
一方、誘電層20(発熱部20B)を挟む電極層21,22間に対して伸縮電圧よりも高周波の発熱電圧が印加されることにより、第1絶縁層23を介して使用者に熱感が提示される。
更に、伸縮部20Aに伸縮電圧を印加するとともに発熱部20Bに発熱電圧を印加することにより、第1絶縁層23を介して使用者に振動及び熱感の双方が同時に提示される。
次に、本実施形態の作用について説明する。
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態に係る触感提示装置によれば、第1実施形態の効果(1)、(2)、(4)〜(6)に加えて、新たに以下に示す効果が得られるようになる。
(7)発熱部20Bが伸縮部20Aと同一の誘電層20により構成されている場合には、伸縮及び発熱が繰り返されることによって誘電層20が早期に劣化するおそれがある。
(7)発熱部20Bが伸縮部20Aと同一の誘電層20により構成されている場合には、伸縮及び発熱が繰り返されることによって誘電層20が早期に劣化するおそれがある。
この点、本実施形態によれば、発熱部20Bが伸縮部20Aと異なる誘電層20により構成されているため、誘電層20の早期劣化を抑制できる。
(8)発熱部20Bと伸縮部20AとがDEA12の積層方向において積層して配置されている。このため、提示部としての第1絶縁層23の同じ領域によって使用者に振動及び熱感を提示することができる。また、上記構成によれば、DEA12の面方向における体格を小さくできる。
(8)発熱部20Bと伸縮部20AとがDEA12の積層方向において積層して配置されている。このため、提示部としての第1絶縁層23の同じ領域によって使用者に振動及び熱感を提示することができる。また、上記構成によれば、DEA12の面方向における体格を小さくできる。
<第3実施形態>
以下、図7及び図8を参照して、第3実施形態について第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施形態において、第1実施形態の構成と同一の構成については同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
以下、図7及び図8を参照して、第3実施形態について第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施形態において、第1実施形態の構成と同一の構成については同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
図7に示すように、本実施形態のDEA12では、DEA12の面方向における中央に位置する第1領域R1と、第1領域R1の外周側に隣接する第2領域R2とを有している。
図8に示すように、第1領域R1では、基材11に近い側から順に、放熱板25、第2絶縁層24、第2電極層22、誘電層20(発熱部20B)、第1電極層21、及び第1絶縁層23が積層されている。
第1領域R1では、第1電極層21と第2電極層22とにより挟まれている誘電層20が、電圧の印加により発熱する発熱部20Bとして機能する。
図7に示すように、第2領域R2では、基材11に近い側から順に、第2絶縁層24、第1電極層21、誘電層20(伸縮部20A)、第2電極層22、誘電層20(伸縮部20A)、第1電極層21、及び第1絶縁層23が積層されている。
図7に示すように、第2領域R2では、基材11に近い側から順に、第2絶縁層24、第1電極層21、誘電層20(伸縮部20A)、第2電極層22、誘電層20(伸縮部20A)、第1電極層21、及び第1絶縁層23が積層されている。
第2領域R2では、第1電極層21と第2電極層22とにより挟まれている誘電層20が、電圧の印加により伸縮する伸縮部20Aとして機能する。
すなわち、発熱部20Bは、伸縮部20Aと異なる誘電層20により構成されている。また、発熱部20Bと伸縮部20Aとは、DEA12の面方向において隣接して配置されている。
すなわち、発熱部20Bは、伸縮部20Aと異なる誘電層20により構成されている。また、発熱部20Bと伸縮部20Aとは、DEA12の面方向において隣接して配置されている。
本実施形態では、発熱部20Bの主面の面積は、伸縮部20Aの主面の面積よりも小さい。
第1領域R1及び第2領域R2は、第1絶縁層23を共有している。一方、第1絶縁層23以外の部分については、互いに別体にて形成されており、第1領域R1と第2領域R2とは、電気的に絶縁されている。
第1領域R1及び第2領域R2は、第1絶縁層23を共有している。一方、第1絶縁層23以外の部分については、互いに別体にて形成されており、第1領域R1と第2領域R2とは、電気的に絶縁されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
触感提示装置10の装着状態において、駆動部30を通じて、第2領域R2の誘電層20(伸縮部20A)を挟む電極層21,22間に対して低周波の伸縮電圧を印加することにより、提示部としての第1絶縁層23を介して使用者に振動が提示される。
触感提示装置10の装着状態において、駆動部30を通じて、第2領域R2の誘電層20(伸縮部20A)を挟む電極層21,22間に対して低周波の伸縮電圧を印加することにより、提示部としての第1絶縁層23を介して使用者に振動が提示される。
一方、第1領域R1の誘電層20(発熱部20B)を挟む電極層21,22間に対して伸縮電圧よりも高周波の発熱電圧が印加されることにより、第1絶縁層23を介して使用者に熱感が提示される。
更に、伸縮部20Aに伸縮電圧を印加するとともに発熱部20Bに発熱電圧を印加することにより、第1絶縁層23を介して使用者に振動及び熱感の双方が同時に提示される。
次に、本実施形態の効果について説明する。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る触感提示装置によれば、第1実施形態の効果(1)、(2)、(4)〜(6)に加えて、新たに以下に示す効果が得られるようになる。
(9)発熱部20Bと伸縮部20AとがDEA12の面方向において隣接して配置されているため、提示部としての第1絶縁層23のうち使用者の手指に振動を提示する領域と熱感を提示する領域とを分けることができる。
(9)発熱部20Bと伸縮部20AとがDEA12の面方向において隣接して配置されているため、提示部としての第1絶縁層23のうち使用者の手指に振動を提示する領域と熱感を提示する領域とを分けることができる。
また、上記構成によれば、DEA12の積層方向における体格を小さくできる。
(10)人が熱を知覚する際の空間分解能は、振動を知覚する際の空間分解能に比べて低い。
(10)人が熱を知覚する際の空間分解能は、振動を知覚する際の空間分解能に比べて低い。
この点、本実施形態によれば、発熱部20Bの主面の面積が伸縮部20Aの主面の面積よりも小さいことから、振動及び熱感の提示を効果的に行いつつ、DEA12の面方向における体格を小さくできる。
<変形例>
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本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。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本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。
・誘電層20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等の他の誘電エラストマーであってもよい。
・電極層21,22を構成する導電エラストマーに含まれる絶縁性高分子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、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマー等の他の絶縁性高分子であってもよい。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。
・電極層21,22を構成する導電エラストマーに含まれる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、カーボンナノチューブ、銅や銀等の金属粒子であってもよい。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。また、これら導電性フィラー材料自身からなる層であってもよい。
・上記実施形態では、発熱電圧を伸縮電圧よりも高周波としたが、発熱電圧を伸縮電圧と同様な低周波とすることもできる。この場合、例えば、発熱部を構成する誘電層として、伸縮部を構成する誘電層よりも発熱しやすい材料を用いることが好ましい。また、例えば、発熱部を構成する誘電層の厚さを、伸縮部を構成する誘電層の厚さよりも大きくすることが好ましい。発熱部を構成する誘電層の厚さとしては、例えば200μm以上であることが好ましい。このように発熱部を設定することによって、駆動部により伸縮電圧と同様な低周波の発熱電圧を印加するだけで使用者に熱感を提示することができる。
・本発明に係る触感提示装置10は、手指に装着されるものに限定されず、足指に装着されるものであってもよい。また、身体におけるその他の部位に装着されるものであってもよい。
・提示部としての第1絶縁層23に粘着剤を設け、同粘着剤を介してDEA12を使用者の身体に装着するようにしてもよい。この場合、基材11を省略することができる。
・図9及び図10に示すように、DEA12の面方向における中央に第2領域R2を配置するとともに、第2領域R2の外周側に第1領域R1を隣接して配置するようにしてもよい。この場合においても、発熱部20Bの主面の面積を伸縮部20Aの主面の面積よりも小さくすればよい。
・図9及び図10に示すように、DEA12の面方向における中央に第2領域R2を配置するとともに、第2領域R2の外周側に第1領域R1を隣接して配置するようにしてもよい。この場合においても、発熱部20Bの主面の面積を伸縮部20Aの主面の面積よりも小さくすればよい。
・第3実施形態及び図9及び図10において例示した上記変形例において、発熱部20Bの主面の面積を伸縮部20Aの主面の面積よりも大きくすることもできる。
・放熱板25の数や形状は、適宜変更することができる。例えば柔軟な放熱板25であれば、第2絶縁層24の主面に放熱板を1つのみ積層するようにしてもよい。
・放熱板25の数や形状は、適宜変更することができる。例えば柔軟な放熱板25であれば、第2絶縁層24の主面に放熱板を1つのみ積層するようにしてもよい。
・放熱板25を省略することもできる。
・発熱部20Bが、DEA12の積層方向において提示層(第1絶縁層23)に隣接しない電極層21(22)により挟まれているものであってもよい。
・発熱部20Bが、DEA12の積層方向において提示層(第1絶縁層23)に隣接しない電極層21(22)により挟まれているものであってもよい。
10…触感提示装置
11…基材
12…誘電エラストマーアクチュエータ(DEA)
20…誘電層
20A…伸縮部
20B…発熱部
21…第1電極層
22…第2電極層
23…第1絶縁層(提示層)
24…第2絶縁層
25…放熱板
30…駆動部
R1…第1領域
R2…第2領域
11…基材
12…誘電エラストマーアクチュエータ(DEA)
20…誘電層
20A…伸縮部
20B…発熱部
21…第1電極層
22…第2電極層
23…第1絶縁層(提示層)
24…第2絶縁層
25…放熱板
30…駆動部
R1…第1領域
R2…第2領域
Claims (11)
- 少なくとも1つの誘電層、前記誘電層を挟む複数の電極層、及び少なくとも1つの前記電極層に積層されて最外層を構成する提示層を有する誘電エラストマーアクチュエータと、
前記誘電層を挟む前記電極層間に電圧を印加する駆動部と、を備え、
前記誘電層は、電圧の印加により伸縮する伸縮部と、電圧の印加により発熱する発熱部と、を有し、
前記駆動部を通じて、前記伸縮部を挟む前記電極層間に対して伸縮電圧を印加することにより、前記提示層を介して使用者に振動を提示する一方、前記発熱部を挟む前記電極層間に対して発熱電圧を印加することにより、前記提示層を介して使用者に熱感を提示する、
触感提示装置。 - 前記発熱電圧は、前記伸縮電圧よりも高周波である、
請求項1に記載の触感提示装置。 - 前記発熱電圧が印加される前記電極層が、前記誘電エラストマーアクチュエータの積層方向において前記提示層に隣接している、
請求項1または請求項2に記載の触感提示装置。 - 前記発熱部が、前記伸縮部と同一の前記誘電層により構成されている、
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の触感提示装置。 - 前記発熱部が、前記伸縮部と異なる前記誘電層により構成されている、
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の触感提示装置。 - 前記発熱部と前記伸縮部とが前記誘電エラストマーアクチュエータの積層方向において積層して配置されている、
請求項5に記載の触感提示装置。 - 前記発熱部と前記伸縮部とが前記誘電エラストマーアクチュエータの面方向において隣接して配置されている、
請求項5に記載の触感提示装置。 - 前記発熱部の主面の面積は、前記伸縮部の主面の面積よりも小さい、
請求項7に記載の触感提示装置。 - 前記誘電エラストマーアクチュエータは、前記提示層とは反対側の最外層を構成する放熱板を有している、
請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の触感提示装置。 - 複数の前記放熱板が、互いに間隔をおいて設けられている、
請求項9に記載の触感提示装置。 - 前記誘電エラストマーアクチュエータを支持するとともに、前記提示層を使用者の身体に接触させた状態で前記身体に装着される基材を有している、
請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の触感提示装置。
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