CN113302671A - 触觉提示装置、触觉提示方法以及致动器 - Google Patents

Abstract

触觉提示装置具有与施加电压相应地在平面方向及厚度方向上伸缩的片状的电场响应性高分子致动器，使得使用者作为触觉而感知到电场响应性高分子致动器的基于伸缩的振动。电场响应性高分子致动器具有配置为面状的触觉提示部(15a)。在触觉提示部(15a)的内侧配置有夹持部件，该夹持部件与将触觉提示部(15a)向内侧按压的使用者的身体的一部分之间夹入触觉提示部(15a)而在局部限制触觉提示部(15a)的被夹入的部分(P1)的平面方向的伸缩。

Description

触觉提示装置、触觉提示方法以及致动器

技术领域

本公开涉及一种触觉提示装置、触觉提示方法以及致动器。

背景技术

当前，作为与施加电压相应地伸缩的致动器，存在具有锆钛酸铅、所谓PZT类陶瓷等压电元件的结构。例如，专利文献1中记载的脉动发生装置对PZT类陶瓷等压电元件施加具有与动脉的脉搏波形近似的电压波形的脉搏信号，利用压电元件将上述脉搏信号变换为机械振动，由此产生与通过对诊断者的触诊而感知的脉动类似的振动。

另外，近年来，开发了利用与施加电压相应地在平面方向及厚度方向上伸缩的片状的介电弹性体致动器等电场响应性高分子致动器的致动器。如果介电弹性体致动器被施加电压，则在厚度方向上收缩，另一方面，在平面方向上伸长。

专利文献1：日本特开2000-10468号公报

发明内容

本公开的第1目的在于，提供能够使得使用者作为触觉而更强烈地感知到电场响应性高分子致动器的振动的触觉提示装置。

本公开的第2目的在于，提供能够使得使用者作为触觉而更强烈地感知到在平面方向上伸缩的片状物的振动的触觉提示方法。

本公开的第3目的在于，提供能够利用与施加电压相应地在平面方向上伸缩的片状的电场响应性高分子致动器而获得径向输出的致动器。

实现上述第1目的的第1方式的触觉提示装置具有与施加电压相应地在平面方向及厚度方向上伸缩的片状的电场响应性高分子致动器，使得使用者作为触觉而感知到所述电场响应性高分子致动器的基于伸缩的振动，所述电场响应性高分子致动器具有配置为面状的触觉提示部，在所述触觉提示部的内侧配置有夹持部件，该夹持部件与将所述触觉提示部向内侧按压的使用者的身体的一部分之间夹入所述触觉提示部而在局部限制所述触觉提示部的被夹入的部分的平面方向的伸缩。

根据上述结构，在形成为以与夹持部件之间将电场响应性高分子致动器夹入的方式将使用者的手指等按压于触觉提示部的状态时，在触觉提示部的与使用者接触的部分形成有：由使用者和夹持部件夹持而限制平面方向的伸缩的部分(第1部分)；以及未与夹持部件接触而未限制平面方向的伸缩的部分(第2部分)。本发明人发现，如果在该状态下使电场响应性高分子致动器振动，则对使用者提示触觉提示部在厚度方向上位移的触觉。通过利用该现象而能够使得使用者作为平面方向的触觉而更强烈地感知到电场响应性高分子致动器的振动。

关于上述触觉提示装置，优选所述夹持部件是柔软的弹性部件。

根据上述结构，能够使得使用者容易作为在厚度方向上发生位移的触觉而感知到电场响应性高分子致动器的振动。

关于上述触觉提示装置，优选所述夹持部件具有朝向所述触觉提示部凸出的形状。

根据上述结构，在将触觉提示部向内侧按压时，能够抑制触觉提示部的与使用者的手指接触的部分的整体变为由使用者的手指和夹持部件夹持的部分。

优选地，上述触觉提示装置具有限制部，该限制部限制所述触觉提示部向沿着所述平面方向的特定的直线方向的两端部侧的位移。

根据上述结构，能够使触觉提示部的振动放大。

优选地，上述触觉提示装置还具有控制装置，该控制装置以模拟动脉的振动的方式控制向所述电场响应性高分子致动器施加的施加电压。

根据上述结构，以模拟动脉的振动的方式控制向电场响应性高分子致动器施加的施加电压，从而能够使电场响应性高分子致动器如动脉那样振动。

关于上述触觉提示装置，优选地，所述电场响应性高分子致动器是介电弹性体致动器，所述控制装置基于所述介电弹性体致动器的电容而对作用于所述触觉提示部的外力进行推定。

根据上述结构，能够以简易的结构对作用于触觉提示部的外力进行检测。另外，触觉提示部为面状，从而作用于触觉提示部的外力的大小和使外力作用于触觉提示部时的电容的大小的关系变得简单，能够容易地对作用于触觉提示部的外力进行推定。

关于上述触觉提示装置，优选地，所述电场响应性高分子致动器是在所述平面方向上排列配置的多个电场响应性高分子致动器中的一个，所述控制装置分别控制向所述多个电场响应性高分子致动器施加的施加电压。

在中医学中，例如能够通过对左手的挠骨动脉的3个部位的诊脉而掌握心(心脏、血管等)、肝(肝脏、肌肉等)以及肾(肾脏、激素、泌尿器等)的状态。根据上述结构，利用控制装置分别控制向在平面方向上排列配置的多个电场响应性高分子致动器施加的施加电压，从而能够忠实地再现挠骨动脉的振动等。

用于实现上述第1目的的第2方式的触觉提示装置具有：片状的电场响应性高分子致动器，其与施加电压相应地在平面方向及厚度方向上伸缩；以及柔软的弹性部件，其设置为与所述电场响应性高分子致动器的内侧相邻，在使得所述电场响应性高分子致动器和所述弹性部件都变形的状态下，使得使用者作为触觉而感知到与施加电压相应的所述电场响应性高分子致动器以及所述弹性部件的振动。

根据该结构，能够使得使用者作为触觉而更强烈地感知到电场响应性高分子致动器的振动。

关于上述触觉提示装置，优选所述弹性部件为筒状或柱状。

关于上述触觉提示装置，优选所述弹性部件为圆筒状或圆柱状。

优选地，上述触觉提示装置还具有控制装置，该控制装置以模拟动脉的振动的方式控制向所述电场响应性高分子致动器施加的施加电压。

根据该结构，以模拟动脉的振动的方式控制向电场响应性高分子致动器施加的施加电压，从而能够使电场响应性高分子致动器如动脉那样振动。

实现上述第2目的的一个方式的触觉提示方法利用在平面方向上伸缩的片状物，使得使用者作为触觉而感知到所述片状物的基于伸缩的动作，包含如下工序：第1工序，使所述片状物在局部仅与使用者接触；以及第2工序，使所述片状物的仅与所述使用者接触的部分在平面方向上伸长而对使用者提示所述片状物的厚度方向的按压力。

根据该结构，能够使得使用者作为触觉而更强烈地感知到在平面方向上伸缩的片状物的振动。

关于上述触觉提示方法，优选地，在所述第1工序中，在所述片状物形成由所述使用者和夹持部件夹持的第1部分、以及与所述第1部分相邻且仅与使用者接触的第2部分。

根据该结构，主要是片状物的厚度方向的振动传递至使用者的手指的与上述第1部分接触的部分，除了片状物的厚度方向的振动以外，基于片状物的平面方向的伸缩引起的拉伸之类的力传递至与上述第2部分接触的部分。此时，对于使用者的手指，主要是基于平面方向的伸长引起的拉伸之类的力传递至与传递有片状物的厚度方向的振动的部分相邻的部分，由此使得片状物在厚度方向上移动，夹持部件膨胀而对使用者的手指提示受到按压力之类的触觉。特别地，对使用者的手指的与上述第2部分接触的部分强烈地提示片状物在厚度方向上移动之类的触觉。

用于实现上述第3目的的一个方式的致动器具有与施加电压相应地在平面方向上伸缩的片状的电场响应性高分子致动器，所述电场响应性高分子致动器具有：弯曲部，其以弧状弯曲；以及限制部，其限制向所述平面方向中的所述弯曲部的周向的两端部侧的位移，将与所述施加电压相应地要在所述平面方向上伸缩的力变换为所述弯曲部在径向上发生位移的力。

电场响应性高分子致动器与施加电压相应地要在平面方向上伸缩。此时，根据上述结构，向上述平面方向中的弯曲部的周向的两端部侧的位移由限制部限制，因此将要在上述平面方向上伸缩的力中的弯曲部要在周向上发生位移的力变换为弯曲部在径向上发生位移的力。因此，能够利用与施加电压相应地在平面方向上伸缩的片状的电场响应性高分子致动器而获得径向输出。

关于上述致动器，优选所述弯曲部设置于所述电场响应性高分子致动器的一部分。

即使例如电场响应性高分子致动器形成为圆筒状的情况那样而弯曲部设置于整个周向，使弯曲部在径向上发生位移的力也在整个周向上分散，其结果，径向的位移的增加减少，并非为高效方式。

关于这一点，根据上述结构，与弯曲部设置于整个周向的情况相比，能够获得更大的径向输出。

优选上述致动器具有限制部，该限制部限制所述弯曲部向轴线方向的两端部侧的位移。

根据该结构，弯曲部向轴线方向的两端部侧的位移由限制部限制，因此要在上述平面方向上伸缩的力中的弯曲部要向轴线方向的两侧发生位移的力变换为弯曲部在径向上发生位移的力。由此，与不限制弯曲部的轴线方向的位移的情况相比，能够获得更大的径向输出。

发明的效果

根据本公开的触觉提示装置，能够使得使用者作为触觉而更强烈地感知到电场响应性高分子致动器的振动。

另外，根据本公开的触觉提示方法，能够使得使用者作为触觉而更强烈地感知到在平面方向上伸缩的片状物的振动。

另外，根据本公开的致动器，能够利用与施加电压相应地在平面方向上伸缩的片状的电场响应性高分子致动器而获得径向输出。

附图说明

图1是第1实施方式的触觉提示装置的概略图。

图2是图1的2-2线剖面图。

图3是图1的3-3线剖面图。

图4是表示介电弹性体致动器的剖面构造的剖面图。

图5是图1的触觉提示装置的分解斜视图。

图6是表示使用时的触觉提示装置的状态的局部剖面图。

图7是表示变更例的夹持部件的局部剖面图。

图8(a)、(b)是表示变更例的夹持部件的局部剖面图。

图9是变更例的触觉提示装置的斜视图。

图10(a)是第2实施方式的触觉提示装置的概略图，图10(b)是触觉提示装置的横剖面图。

图11是表示构成第2实施方式的触觉提示装置的致动器及弹性部件的斜视图。

图12是介电弹性体致动器的俯视图。

图13是表示介电弹性体致动器的剖面构造的剖面图。

具体实施方式

(第1实施方式)

下面，对第1实施方式的触觉提示装置10进行说明。

如图1所示，触觉提示装置10是使得使用者作为人体的脉动的触觉而感知到与施加电压相应地产生的振动的结构，具有控制装置30。

另外，如图2及图5所示，触觉提示装置10具备在上部具有开口11a的箱状的外壳11。在外壳11的内部收容有支撑台12。支撑台12具有：四方板状的顶板12a，其在中央具有圆形的贯通孔；以及脚部12b，其从顶板12a的四角向下方延伸。支撑台12通过隔着外壳11的底壁插入于脚部12b的螺钉12c而固定于外壳11。

在外壳11内的支撑台12之上配置有作为夹持部件的模拟血管13以及垫片14。模拟血管13是模拟血管而以直线状延伸的圆筒状的中空体，具有朝向上侧凸出的形状。另外，模拟血管13是柔软的弹性部件。作为构成模拟血管13的弹性材料，例如能举出硅、聚氨酯等的弹性体。在外壳11收容有2根模拟血管13，2根模拟血管13以上下堆叠的状态配置于支撑台12的顶板12a之上。

垫片14在隔着支撑台12的顶板12a之上的模拟血管13的两侧配置为上下各堆叠2个的状态。上侧的垫片14的上表面位于与模拟血管13的顶部相同的高度。

在垫片14之上跨越在模拟血管13的两侧配置的垫片14而配置有近似矩形片状的介电弹性体致动器15(DEA：Dielectric Elastomer Actuator)。在垫片14之上，DEA 15配置为其整体呈面状，并且配置为模拟血管13在DEA 15的内侧以接近或接触的状态相邻。此外，上述面状是除了特意使其弯曲的状态以外的概念，面状还包含因重力导致的松弛等而略微弯曲的状态。另外，下面，在DEA 15的平面方向，将沿着模拟血管13的延伸方向的方向设为第1方向A1、且将与第1方向A1正交的方向设为第2方向A2而进行说明。

如图4所示，DEA 15是由介电弹性体构成的片状的介电层20、和在介电层20的厚度方向的两侧配置的作为电极层的正极电极21及负极电极22的多个组合层叠而成的多层构造体。在DEA 15的最外层层叠有绝缘层23。如果对DEA 15的正极电极21与负极电极22之间施加直流电压，则与施加电压的大小相应地使得介电层20以如下方式变形，即，在厚度方向上压缩、且在作为沿着介电层20的面的方向的DEA 15的平面方向伸长。

构成介电层20的介电弹性体并不特别限定，可以使用用于公知的DEA的介电弹性体。作为上述介电弹性体，例如，能举出交联的聚轮烷、硅弹性体、丙烯酸弹性体、聚氨酯弹性体。可以使用上述介电弹性体中的一种，也可以同时使用多种。介电层20的厚度例如为20～200μm。

作为构成正极电极21及负极电极22的材料，例如，能举出导电弹性体、碳纳米管、科琴黑(注册商标)、金属蒸镀膜。作为上述导电弹性体，例如能举出含有绝缘性高分子及导电性填料的导电弹性体。

作为上述绝缘性高分子，例如，能举出交联的聚轮烷、硅弹性体、丙烯酸弹性体、聚氨酯弹性体。可以使用上述绝缘性高分子中的一种，也可以同时使用多种。作为上述导电性填料，例如能举出碳纳米管、科琴黑(注册商标)、炭黑、铜、银等的金属粒子。可以使用上述导电性填料中的一种，也可以同时使用多种。正极电极21及负极电极22的厚度例如为1～100μm。

构成绝缘层23的绝缘弹性体并不特别限定，可以使用用于公知的DEA的绝缘部分的公知的绝缘弹性体。作为上述绝缘弹性体，例如能举出交联的聚轮烷、硅弹性体、丙烯酸弹性体、聚氨酯弹性体。可以使用上述绝缘弹性体中的一种，也可以同时使用多种。绝缘层23的厚度例如为10～100μm。另外，根据确保柔软性及强度的观点，例如优选DEA 15整体的厚度为0.3～3mm。

如图2及图5所示，在DEA 15的位于垫片14之上的部分之上，配置有板状的一对按压部件16。按压部件16以将DEA 15的位于第2方向A2的端部的两侧缘部覆盖的方式配置于DEA 15之上。在本实施方式中，DEA 15的位于一对按压部件16之间的部分构成面状的触觉提示部15a。而且，按压部件16构成限制触觉提示部15a向第2方向A2的两端部侧的位移的限制部。

如图3及图5所示，在外壳11的上部配置有将开口11a封闭的罩17。罩17利用衬套19a及销19b而固定于外壳11。

如图2所示，在罩17固定于外壳11的状态下，由罩17将按压部件16按压于DEA 15。因此，DEA 15的两侧缘部形成为以规定的按压力而夹入于按压部件16与垫片14之间的状态。由此，形成为触觉提示部15a向按压部件16侧、即第2方向A2的两端部侧的位移受到限制的状态。

在罩17的中央部设置有使得DEA 15的触觉提示部15a的至少位于模拟血管13之上的部分露出的矩形的窗部17a。窗部17a的第2方向A2上的长度设定为大于模拟血管13的宽度。

如图1所示，控制装置30以模拟动脉的振动的方式对从电池等电源(省略图示)向DEA 15施加的施加电压进行控制。控制装置30可以构成为包含1)根据计算机程序(软件)而执行动作的大于或等于1个的处理器、2)执行各种处理中的至少一部分处理的面向特定用途的集成电路(ASIC)等的大于或等于1个的专用的硬件电路、或者3)上述部件的组合在内的电路(circuitry)。处理器包含CPU和RAM及ROM等存储器，存储器对构成为使CPU执行处理的程序代码或指令进行储存。存储器即计算机可读介质包含通用或专用的能够由计算机访问的所有可利用的介质。在控制装置30中，如果变更针对DEA 15的施加电压的大小、施加电压的持续时间、前后的施加电压的间隔等，则与此相应地对DEA 15的振动模式进行变更。具体而言，控制装置30具有对与平常健康时的动脉的振动模式对应的施加电压的信号、以及与规定疾患时的动脉的振动模式对应的施加电压的信号进行存储的存储部，构成为能够基于切换开关31的操作而对施加电压的信号进行切换。平常健康时的动脉的振动模式与所谓平脉的振动模式对应。规定疾患时的动脉的振动模式与所谓病脉的振动模式对应。

另外，控制装置30利用DEA 15的自感应特性而对作用于DEA 15的外力、即使用者按压DEA 15的按压力进行推定，将推定结果通报给通报部32。详细而言，控制装置30对施加电压加上与用于使DEA 15振动的施加电压相比足够小的交流电压，由此测定出DEA 15的电容，基于测定出的DEA 15的电容而对作用于DEA 15的外力进行推定。

DEA 15的电容是与DEA 15的电极间的间隔成反比例、且与电极的面积(相对面积)成正比例的参数，与DEA 15的形状相应地变化。因此，如果对DEA 15施加较大的电压而使得介电层20的厚度方向的基于压缩的变形量增大，则DEA 15的电容也增大。因此，在DEA 15的施加电压与电容之间，随着一者的增大而另一者也增大的相关关系成立。而且，在DEA 15的形状、变形量与电容之间，彼此能够变换的相关关系成立。

另外，在压缩的外力作用于DEA 15的状态下，DEA 15的变形量增大。其结果，即使施加电压相同，DEA 15的电容也减小。因此，外力作用于DEA 15的状态与外力未作用于DEA15的状态之间的电容的差异，可以视为表示作用于DEA 15的外力的大小的参数。

接下来，对第1实施方式的作用进行说明。

如图6所示，在以与模拟血管13之间夹入DEA 15的方式将使用者的手指按压于触觉提示部15a的状态下，对DEA 15施加电压。如果对DEA 15施加电压，则触觉提示部15a基于与施加电压相应的DEA 15的平面方向及厚度方向的伸缩而振动，其振动传递至使用者的手指。在本实施方式中，通过限制触觉提示部15a向第2方向A2的两端部侧的位移而使得触觉提示部15a的振动放大。

使用者作为DEA 15的厚度方向的触觉而感知到触觉提示部15a的振动。其原理推测如下。

如图6所示，在触觉提示部15a的与使用者的手指接触的部分形成有：第1部分P1，其与模拟血管13接触而由使用者的手指和模拟血管13夹持；以及第2部分P2，其未与模拟血管13接触而仅与使用者的手指接触。第1部分P1和第2部分P2彼此相邻。触觉提示部15a的第1部分P1由使用者的手指和模拟血管13夹持，从而形成为与触觉提示部15a的其他部分相比限制了平面方向的伸缩的状态。另一方面，触觉提示部15a的第2部分P2以使得使用者的手指的表面拉伸的方式在平面方向上伸缩。

由此，主要是触觉提示部15a的厚度方向的振动传递至使用者的手指的与触觉提示部15a的第1部分P1接触的部分，除了触觉提示部15a的厚度方向的振动以外，基于触觉提示部15a的平面方向的伸缩而拉伸的力传递至与触觉提示部15a的第2部分P2接触的部分。此时，对于使用者的手指，主要在与传递有触觉提示部15a的厚度方向的振动的部分相邻的部分处传递基于平面方向的伸长引起的拉伸之类的力，从而触觉提示部15a在厚度方向上移动，模拟血管13膨胀而对使用者的手指提示受到按压力的触觉。特别地，对于使用者的手指的与上述第2部分P2接触的部分，强烈地提示触觉提示部15a在厚度方向上移动的触觉。

而且，调整针对DEA 15的施加电压的大小、施加电压的持续时间、前后的施加电压的间隔等，由此使得对使用者的手指提示的上述触觉变为模拟血管13的脉动之类的触觉。另外，对通报部32通报使用者按压DEA 15的按压力。

本实施方式的触觉提示装置10可以用作用于进行诊脉的训练、解析的模拟器。例如，切换针对DEA 15的施加电压的信号，从而使得使用者能够亲身感受到平脉和病脉的差异。另外，利用触觉提示装置10实施诊脉的模拟，对此时向通报部32通报的按压力进行解析，由此能够定量地评价诊脉时的按压力。

接下来，对第1实施方式的效果进行说明。

(1)触觉提示装置10具有与施加电压相应地在平面方向及厚度方向上伸缩的片状的DEA 15，使得使用者作为触觉而感知到基于DEA15的伸缩的振动。DEA 15具有配置为面状的触觉提示部15a。在触觉提示部15a的内侧配置有作为夹持部件的模拟血管13，该模拟血管13与将触觉提示部15a向内侧按压的使用者的手指之间夹入触觉提示部15a，由此在局部限制触觉提示部15a的被夹入的第1部分P1的平面方向的伸缩。

根据上述结构，在以与模拟血管13之间夹入DEA 15的方式将使用者的手指按压于触觉提示部15a的状态下，如果使DEA 15振动，则触觉提示部15a对使用者提示要在厚度方向上发生位移的触觉。利用该现象能够使得使用者作为平面方向的触觉而更强烈地感知到DEA15的振动。另外，触觉提示部15a为面状，因此能够容易地进行装置的设计、组装。

(2)模拟血管13是柔软的弹性部件。

根据上述结构，容易使得使用者作为在厚度方向上发生位移之类的触觉而感知到DEA 15的振动。另外，容易使得使用者感知到模拟血管13在执行动作。

(3)模拟血管13具有朝向触觉提示部15a凸出的形状。

根据上述结构，在将触觉提示部15a向内侧按压时，能够抑制触觉提示部15a的与使用者的手指接触的部分全部都变为由使用者的手指和模拟血管13夹持的第1部分P1。

(4)触觉提示装置10具有作为限制触觉提示部15a向沿着平面方向的第2方向A2的两端部侧的位移的限制部的按压部件16。

根据上述结构，能够使得触觉提示部15a的振动放大。

(5)触觉提示装置10具有以模拟动脉的振动的方式控制对DEA15施加的施加电压的控制装置30。

根据上述结构，以模拟动脉的振动的方式控制对DEA 15施加的施加电压，从而能够使触觉提示部15a如动脉那样振动。因此，与对模拟血管压送作为模拟血液的流体、且进行该流体的流量控制的当前的结构相比，能够使触觉提示装置的结构变得简单。

(6)模拟血管13是由中空体构成的弹性部件，由中空体构成的多个弹性部件在DEA15的厚度方向重叠配置。

将中空体用作模拟血管13，从而能够使得使用者作为厚度方向的触觉而更强烈地感知到DEA 15的振动。另外，由中空体构成的弹性部件在DEA 15的厚度方向重叠，从而能够使得使用者作为厚度方向的触觉而更强烈地感知到DEA 15的振动。

(7)控制装置30基于DEA 15的电容而对作用于触觉提示部15a的外力进行推定。

根据上述结构，能够以简易的结构对作用于触觉提示部15a的外力进行检测。另外，触觉提示部15a为面状，从而作用于触觉提示部15a的外力的大小、和使外力作用于触觉提示部15a时的电容的大小的关系变得简单，能够容易地对作用于触觉提示部15a的外力进行推定。

例如，在使外力作用于以向外侧凸出的方式弯曲的触觉提示部15a的情况下，电容在触觉提示部15a从朝外侧凸出的状态向平面状态变形的期间、和从平面状态向朝外侧凹陷的状态变形的期间，对电容的变化方向进行切换。与此相对，在触觉提示部15a为面状的情况下，在使外力作用于触觉提示部15a时，不对电容的变化方向进行切换，因此能够容易地基于电容而对作用于触觉提示部15a的外力进行推定。

(8)利用作为在平面方向上伸缩的片状物的DEA 15，使得使用者作为触觉感知到基于该片状物的伸缩的动作的触觉提示方法，包含如下工序：第1工序，使片状物(DEA 15)在局部仅与使用者接触；以及第2工序，使片状物(DEA 15)的仅与使用者接触的部分在平面方向上伸长，由此对使用者提示片状物的厚度方向的按压力。

根据上述结构，能够使得使用者作为触觉而更强烈地感知到在平面方向上伸缩的片状物的振动。

(9)在上述第1工序中，在片状物(DEA 15)形成由使用者和夹持部件(模拟血管13)夹持的第1部分P1、以及与该第1部分P1相邻且仅与使用者接触的第2部分P2。

根据上述结构，主要是片状物(DEA 15)的厚度方向的振动传递至使用者的手指的与上述第1部分P1接触的部分，除了片状物的厚度方向的振动以外，基于片状物的平面方向的伸缩引起的拉伸之类的力传递至与上述第2部分P2接触的部分。此时，对于使用者的手指，主要在与传递有片状物的厚度方向的振动的部分相邻的部分传递基于平面方向的伸长引起的拉伸之类的力，从而片状物在厚度方向上移动，夹持部件(模拟血管13)膨胀而对使用者的手指提示受到按压力的触觉。特别地，对于使用者的手指的与上述第2部分P2接触的部分，强烈地提示片状物在厚度方向上移动的触觉。

此外，可以以下面的方式对上述第1实施方式进行变更实施。可以在技术上不矛盾的范围内，对第1实施方式以及下面的变更例彼此进行组合而实施。

·关于夹持部件，在DEA 15的厚度方向重叠的中空体的个数并不特别限定，可以重叠配置大于或等于3个的中空体，也可以仅配置1个中空体。

·夹持部件可以是由金属、塑料等构成的硬质部件。

·夹持部件的形状及大小并不特别限定，只要是在将触觉提示部15a向内侧按压时，在触觉提示部15a的与使用者的手指接触的部分形成有与夹持部件接触的第1部分P1以及未与夹持部件接触的第2部分P2的形状及大小即可。例如，作为除了朝向触觉提示部15a凸出的圆筒状以外的形状，能举出圆柱状、角部朝向触觉提示部15a侧的多棱筒状及多棱柱状、球体状。另外，夹持部件13a的触觉提示部15a侧的表面可以是面状。

例如，如图7所示，可以使夹持部件13a的上表面形成为与触觉提示部15a平行且比触觉提示部15a的垫片14未接触的部分更小的面状。在该情况下，以跨越夹持部件13a的上表面的边缘13a1的方式将使用者的手指按压于触觉提示部15a。由此，能够在触觉提示部15a的与使用者的手指接触的部分处，形成与夹持部件13a接触的第1部分P1、以及未与夹持部件13a接触的第2部分P2。

另外，如图8(a)所示，可以使夹持部件13a的上表面形成为与触觉提示部15a平行且与触觉提示部15a的垫片14未接触的部分相同程度的大小的面状，并且配置为与触觉提示部15a分离。在该情况下，如图8(b)所示，在利用使用者的手指将触觉提示部15a向内侧按压时，触觉提示部15a从面状变形为向沿着手指的下侧凸出的曲面状、且其前端侧的一部分与夹持部件13a接触。由此，能够在触觉提示部15a的与使用者的手指接触的部分处，形成与夹持部件13a接触的第1部分P1、以及未与夹持部件13a接触的第2部分P2。

·限制部并不限定于按压部件16，只要是能够限制触觉提示部15a向第2方向A2的两端部侧的位移的结构即可。例如，可以通过将触觉提示部15a的第2方向A2的两端部固定于垫片14而限制触觉提示部15a向第2方向A2的两端部侧的位移。另外，可以省略限制部。

·可以设置限制触觉提示部15a向与第2方向A2正交的第1方向A1的两端部侧的位移的第2限制部。在该情况下，能够进一步增大触觉提示部15a的振动的振幅，因此能够使得使用者作为触觉而更强烈地感知到DEA 15的振动。

·触觉提示装置10并不限定于具有DEA 15。除此以外，例如可以具有离子更换高分子金属络合物(IPMC：Ionic Polymer Metal Composite)等其他电场响应性高分子致动器(EPA：Electroactive Polymer Actuator)。另外，用于上述触觉提示方法的片状物只要在平面方向上伸缩即可，并不限定于DEA 15。例如，可以将离子更换高分子金属络合物(IPMC：Ionic Polymer Metal Composite)等电场响应性高分子致动器(EPA：Electroactive Polymer Actuator)用作片状物。

·对作用于触觉提示部15a的外力进行推定的方法并不限定于基于DEA 15的电容的方法。例如，可以将位移传感器安装于触觉提示部15a，基于利用位移传感器检测出的位移量对作用于触觉提示部15a的外力进行推定。

·对于外壳11、罩17等构成触觉提示装置10的外表面的部分的一部分或全部，可以以模拟人体的前臂及手的方式对其材质、形状进行变更。例如，在利用本实施方式的触觉提示装置进行触诊时，可以以获得接近皮肤的触觉的方式由海绵等柔软材料形成罩17。

·如图9所示，触觉提示装置10可以具有大于或等于2个的DEA15。在中医学中，例如可以通过对左手的挠骨动脉的3个部位的诊脉而掌握心(心脏、血管等)、肝(肝脏、肌肉等)、以及肾(肾脏、激素、泌尿器官等)的状态。图9所示的触觉提示装置10使得3个DEA 15的各触觉提示部15a在上述3个部位进行诊断，各触觉提示部15a在第1方向A1上排列配置。在该情况下，利用控制装置30分别控制针对3个DEA 15施加的施加电压，能够忠实地再现包含各部位的相位差在内的、挠骨动脉的振动。

另外，多个DEA 15可以分别构成为不同的片材，例如，可以在各DEA 15的最外层设置共通的片状的绝缘层23而进行一体化等，构成为一个片材。

·触觉提示装置10的应用对象并不限定于使得使用者作为人体的脉动的触觉而感知到与施加电压相应地产生的DEA 15的振动的装置，只要能够使得使用者感知到触觉提示部15a在厚度方向上位移的触觉即可，也可以针对布制玩偶等应用。

·将触觉提示部15a向内侧按压的使用者的身体的部位并不特别限定，可以是手掌等除了手指以外的部位。

接下来，下面对根据上述实施方式以及变更例而能够掌握的技术思想进行记载。

(A)关于所述触觉提示装置，所述夹持部件为中空体。

(B)关于所述触觉提示装置，多个中空体在所述电场响应性高分子致动器的厚度方向上重叠配置而构成所述夹持部件。

(C)关于所述触觉提示装置，所述夹持部件配置为其上表面的边缘的至少一部分位于所述触觉提示部的内侧。

(第2实施方式)

下面，参照图10～图13对第2实施方式的触觉提示装置210进行说明。

如图10(a)所示，触觉提示装置210使得使用者作为人体的脉动的触觉而感知到与施加电压相应地产生的振动，具有控制装置240。

另外，如图10(a)及图10(b)所示，触觉提示装置210具有模拟人体的前臂以及手的外侧形状、且由柔软材料构成的基材230。作为构成基材230的柔软材料，例如能举出硅、聚氨酯等的弹性体。

在基材230的内部设置有：第1芯部231及第2芯部232，它们分别模拟人体的挠骨及尺骨；以及致动器211，其模拟挠骨动脉。

如图11及图12所示，致动器211具有近似矩形片状的多个(本实施方式中为3个)介电弹性体致动器212(DEA：Dielectric Elastomer Actuator)。

如图13所示，DEA 212是由介电弹性体构成的片状的介电层220、和在介电层220的厚度方向的两侧配置的作为电极层的正极电极221及负极电极222的多个组合层叠而成的多层构造体。在DEA 212的最外层层叠有绝缘层223。关于DEA 212，如果对正极电极221与负极电极222之间施加直流电压，则介电层220与施加电压的大小相应地，以在厚度方向上压缩且在作为沿着介电层220的面的方向的DEA 212的平面方向上伸长的方式变形。

构成介电层220的介电弹性体并不特别限定，可以使用与第1实施方式的介电层20相同的介电弹性体。与介电层20相同地，介电层220的厚度例如为20～200μm。

作为构成正极电极221及负极电极222的材料，与第1实施方式的正极电极21以及负极电极22相同地，例如能举出导电弹性体、碳纳米管、科琴黑(注册商标)、金属蒸镀膜。作为上述导电弹性体，例如能举出含有绝缘性高分子以及导电性填料的导电弹性体。

作为上述绝缘性高分子，例如能举出交联的聚轮烷、硅弹性体、丙烯酸弹性体、聚氨酯弹性体。可以使用上述绝缘性高分子中的一种，也可以同时使用多种。作为上述导电性填料，例如能举出科琴黑(注册商标)、炭黑、铜、银等的金属粒子。可以使用上述导电性填料中的一种，也可以同时使用多种。正极电极221及负极电极222的厚度例如为1～100μm。

构成绝缘层223的绝缘弹性体并不特别限定，可以使用与第1实施方式的绝缘层23相同的绝缘弹性体。与绝缘层23相同地，绝缘层223的厚度例如为10～100μm。

如图12所示，在本实施方式中，3个DEA 212在它们的短边方向上彼此隔开规定的间隔而排列设置。另外，在3个DEA 212的最外层设置有针对它们而共通的1个矩形片状的绝缘层223，3个DEA 212实现了一体化。

如图11及图12所示，DEA 212具有以半圆弧状而弯曲的弯曲部212a。即，对于图12所示的平板状的结构，以使得绝缘层223的短边方向的中央部形成为半圆弧状的剖面的方式将该短边方向的两端部彼此接合而形成DEA 212。此外，下面，将弯曲部212a的周向、径向以及轴线方向分别设为周向A、径向B以及轴线方向C而说明。

在本实施方式中，3个DEA 212在轴线方向C上排列配置。

本实施方式的弯曲部212a设置于DEA 212的一部分，更详细而言，设置于周方向A的一半的部分。

DEA 212具有限制向平面方向中的周向A的两端部侧的位移的限制部212b。将上述短边方向的两端部彼此接合而形成本实施方式的限制部212b。限制部212b配置为与第1芯部231抵接或接近。

具有这种结构的DEA 212，将与施加电压相应地要在平面方向上伸缩的力变换为在弯曲部212a的径向B上发生位移的力。

如图11所示，柔软的圆筒状的弹性部件215插入于DEA 212的内部。弹性部件215设置为与弯曲部212a的内周侧相邻。在本实施方式中，在弹性部件215与DEA 212之间设定有微小的间隙。此外，作为构成弹性部件215的材料，例如能举出硅、聚氨酯等的弹性体。

在DEA 212的轴线方向C的两端部设置有限制弯曲部212a向轴线方向C的两端部侧的位移的一对约束部213。一对约束部213相对于基材230、第1芯部231分别固定。

控制装置240以模拟动脉的振动的方式对从电池等电源(省略图示)向DEA 212施加的施加电压进行控制。控制装置240能够构成为包含1)根据计算机程序(软件)而执行动作的大于或等于1个的处理器、2)执行各种处理中的至少一部分处理的面向特定用途的集成电路(ASIC)等大于或等于1个的专用的硬件电路、或者3)它们的组合的电路(circuitry)。处理器包含CPU、以及RAM和ROM等存储器，存储器对构成为使CPU执行处理的程序代码或指令进行储存。存储器即计算机可读介质包含能够由通用或专用的计算机访问的所有能利用的介质。控制装置240分别控制向3个DEA 212施加的施加电压。

在控制装置240中，如果变更针对各DEA 212的施加电压的大小、施加电压的持续时间、前后的施加电压的间隔等，则与此相应地对各DEA 212的弯曲部212a的振动模式进行变更。具体而言，控制装置240具有对与平常健康时的动脉的振动模式对应的施加电压的信号、以及与规定疾患时的动脉的振动模式对应的施加电压的信号进行存储的存储部，构成为能够基于切换开关241的操作而对施加电压的信号进行切换。平常健康时的动脉的振动模式与所谓平脉的振动模式对应。规定疾患时的动脉的振动模式与所谓病脉的振动模式对应。

根据以上说明的第2实施方式所涉及的致动器以及触觉提示装置，能够获得下面所示的作用效果。

(10)触觉提示装置210具有：片状的电场响应性高分子致动器(DEA 212)，其与施加电压相应地在平面方向及厚度方向上伸缩；以及柔软的弹性部件215，其设置为与DEA212的内侧相邻。触觉提示装置210在使得DEA 212和弹性部件215一起变形的状态下，使得使用者作为触觉而感知到与施加电压相应的DEA 212以及弹性部件215的振动。

根据这种结构，能够使得使用者作为触觉而更强烈地感知到DEA212的振动。

(11)触觉提示装置210具有以模拟动脉的振动的方式控制向DEA 212施加的施加电压的控制装置240。

根据这种结构，以模拟动脉的振动的方式控制向DEA 212施加的施加电压，从而能够使DEA 212如动脉那样振动。因此，与针对模拟血管压送作为模拟血液的流体且进行该流体的流量控制的当前结构相比，能够使触觉提示装置的结构变得简单。

(12)致动器211具有与施加电压相应地在平面方向上伸缩的片状的介电弹性体致动器(DEA 212)。DEA 212具有：弯曲部212a，其以弧状弯曲；以及限制部212b，其限制向平面方向中的弯曲部212a的周向的两端部侧的位移，与施加电压相应地将要在平面方向上伸缩的力变换为在弯曲部212a的径向上发生位移的力。

DEA 212要与施加电压相应地在平面方向上伸缩。此时，根据上述结构，向上述平面方向中的弯曲部212a的周向A的两端部侧的位移由限制部212b限制，因此要在上述平面方向上伸缩的力中的、要在弯曲部212a的周向A上发生位移的力变换为在弯曲部212a的径向B上发生位移的力。因此，能够利用与施加电压相应地在平面方向上伸缩的片状的DEA212而获得径向B的输出。

(13)致动器211具有限制弯曲部212a向轴线方向C的两端部侧的位移的约束部213。

根据这种结构，弯曲部212a向轴线方向C的两端部侧的位移由约束部213限制，因此要在上述平面方向上伸缩的力中的、要向弯曲部212a的轴线方向C的两端部侧发生位移的力，变换为在弯曲部212a的径向B上发生位移的力。由此，与不限制弯曲部212a的轴线方向C上的位移的情况相比，能够获得更大的径向B的输出。

(14)触觉提示装置210具有致动器211，使得使用者作为触觉而感知到与施加电压相应地产生的弯曲部212a的径向B的振动，具有设置为与弯曲部212a的内周侧相邻的柔软的弹性部件215。

根据这种结构，即使触觉提示装置210的使用者强烈地按压致动器211，也能够减少致动器211扭折的情况。另外，能够与施加电压相应地使得使用者作为触觉而感知到弯曲部212a的径向B的振动。利用使用者的按压力使得弹性部件215和DEA 212接触，并且使得它们都变形。因而，针对上述振动而施加有柔软的弹性部件215的弹性反作用力，因此能够使得使用者作为脉动的触觉而更强烈地感知到DEA212的振动。

(15)多个DEA 212在轴线方向C上排列配置。控制装置240分别控制向多个DEA 212施加的施加电压。

在中医学中，例如能够通过对左手的挠骨动脉的3个部位的诊脉而掌握心脏、肝脏以及肾脏的状态。

根据上述结构，利用控制装置240分别控制向在轴线方向C上排列配置的多个DEA212施加的施加电压，由此能够忠实地再现包含各部位的相位差在内的挠骨动脉的振动。

上述第2实施方式可以以下面的方式变更实施。可以在技术上不矛盾的范围内彼此组合而实施第2实施方式以及下面的变更例。

·关于诊脉，在平脉的情况下，如果利用手指按压动脉的按压力分3个阶段增大，则与较小的情况以及较大的情况相比而中等程度时的脉的深度、即弯曲部212a的径向B的位移量增大。与此相对，例如在称为浮脉的病脉的情况下，利用手指按压动脉的按压力越大，脉动的振幅、即弯曲部212a的径向B的位移量越小。

与此相对，还可以通过利用DEA 212的自感应特性对按压DEA 212的弯曲部212a的按压力进行推定，根据该按压力变更向DEA 212施加的施加电压。

DEA 212的电容是与DEA 212的电极间的间隔成反比例、且与电极的面积(相对面积)成正比例的参数，根据DEA 212的形状而变化。因此，如果对DEA 212施加较大的电压而使得介电层220的厚度方向的基于压缩的变形量增大，则DEA 212的电容也增大。因此，在DEA212的施加电压与电容之间，随着一者的增大而另一者也增大的相关关系成立。而且，在DEA 212的形状(变形量)与电容之间，能够彼此变换的相关关系成立。

另外，在压缩的外力(在该情况下，利用手指按压DEA 212的按压力)作用于DEA212的状态下，DEA 212的变形量增大。其结果，即使施加电压相同，DEA 212的电容也减小。因此，外力作用于DEA 212的状态与外力未作用于DEA 212的状态之间的电容的差异可以视为表示作用于DEA 212的外力的大小的参数。

因此，在控制装置240中，对施加电压加上与针对各DEA 212的施加电压相比足够小的交流电压，由此能够对各DEA 212的电容进行测定、且根据施加电压以及电容而对按压力进行推定。

·基材230并不局限于模拟人体的前臂以及手，也可以形成为圆筒状、箱状。

·上述实施方式中，示出了经由绝缘层223而将3个DEA 212设置为一体的例子，但也可以将3个DEA 212设置为彼此分离。

·致动器211可以具有2个、大于或等于4个的DEA 212，也可以具有1个DEA 212。

·弹性部件215并不局限于圆筒状的结构，可以适当地将其形状变更为半圆筒状、圆柱状、半圆柱状、棱柱状等。

·例如可以取代一对约束部213而通过将DEA 212的轴线方向C的两端部固定于基材230，由此限制DEA 212向轴线方向C的两端部侧的位移。

·也可以省略致动器211的限制部。在该情况下，也能够利用DEA 212而获得径向B的输出。

·DEA 212可以为半圆筒状。在该情况下，DEA 212整体为弯曲部212a。另外，例如可以将DEA 212的周向的两端部固定于基材230而构成限制部。

·可以遍及整个周向A而设置DEA 212的弯曲部。即，也可以将DEA 212设为圆筒状。

·致动器211并不限定于具有介电弹性体致动器的结构。除此以外，例如也可以采用离子更换高分子金属络合物(IPMC：Ionic Polymer Metal Composite)等其他电场响应性高分子致动器(EPA：Electroactive Polymer Actuator)。

·第2实施方式所涉及的触觉提示装置并不限定于使得使用者作为脉动的触觉而感知到与施加电压相应地产生的DEA 212的振动的结构，只要能够使得使用者作为触觉而感知到DEA 212的振动即可，也可以应用于布制玩偶等。

·第2实施方式所涉及的致动器的应用对象并不局限于触觉提示装置，只要能够利用弯曲部的径向的位移，则可以是任意对象。

标号的说明

P1…第1部分、P2…第2部分、10…触觉提示装置、13…模拟血管、13a…夹持部件、15…介电弹性体致动器(DEA)、15a…触觉提示部、20…介电层、21…正极电极、22…负极电极、23…绝缘层、30…控制装置、32…通报部、210…触觉提示装置、211…致动器、212…介电弹性体致动器(DEA)、212a…弯曲部、212b…限制部、213…约束部、215…弹性部件、220…介电层、221…正极电极、222…负极电极、223…绝缘层、230…基材、231…第1芯部、232…第2芯部、240…控制装置、241…切换开关。

Claims (16)

1.一种触觉提示装置，其具有与施加电压相应地在平面方向及厚度方向上伸缩的片状的电场响应性高分子致动器，使得使用者作为触觉而感知到所述电场响应性高分子致动器的基于伸缩的振动，所述触觉提示装置的特征在于，

所述电场响应性高分子致动器具有配置为面状的触觉提示部，

在所述触觉提示部的内侧配置有夹持部件，该夹持部件与将所述触觉提示部向内侧按压的使用者的身体的一部分之间夹入所述触觉提示部，从而在局部限制所述触觉提示部的被夹入的部分的平面方向的伸缩。

2.根据权利要求1所述的触觉提示装置，其中，

所述夹持部件是柔软的弹性部件。

3.根据权利要求1或2所述的触觉提示装置，其中，

所述夹持部件具有朝向所述触觉提示部凸出的形状。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的触觉提示装置，其中，

具有限制部，该限制部限制所述触觉提示部向沿着所述平面方向的特定的直线方向的两端部侧的位移。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的触觉提示装置，其中，

还具有控制装置，该控制装置以模拟动脉的振动的方式，控制向所述电场响应性高分子致动器施加的施加电压。

6.根据权利要求5所述的触觉提示装置，其中，

所述电场响应性高分子致动器是介电弹性体致动器，

所述控制装置基于所述介电弹性体致动器的电容而对作用于所述触觉提示部的外力进行推定。

7.根据权利要求5或6所述的触觉提示装置，其中，

所述电场响应性高分子致动器是在所述平面方向上排列配置的多个电场响应性高分子致动器中的一个，

所述控制装置分别控制向所述多个电场响应性高分子致动器施加的施加电压。

8.一种触觉提示装置，其中，

所述触觉提示装置具有：片状的电场响应性高分子致动器，其与施加电压相应地在平面方向及厚度方向上伸缩；以及柔软的弹性部件，其设置为与所述电场响应性高分子致动器的内侧相邻，

在使得所述电场响应性高分子致动器和所述弹性部件都变形的状态下，使得使用者作为触觉而感知到与施加电压相应的所述电场响应性高分子致动器以及所述弹性部件的振动。

9.根据权利要求8所述的触觉提示装置，其中，

所述弹性部件为筒状或柱状。

10.根据权利要求9所述的触觉提示装置，其中，

所述弹性部件为圆筒状或圆柱状。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的触觉提示装置，其中，

还具有控制装置，该控制装置以模拟动脉的振动的方式，控制向所述电场响应性高分子致动器施加的施加电压。

12.一种触觉提示方法，利用在平面方向上伸缩的片状物，使得使用者作为触觉而感知到所述片状物的基于伸缩的动作，其中，

所述触觉提示方法包含如下工序：

第1工序，使所述片状物在局部仅与使用者接触；以及

第2工序，使所述片状物的仅与所述使用者接触的部分在平面方向上伸长，从而对使用者提示所述片状物的厚度方向的按压力。

13.根据权利要求12所述的触觉提示方法，其中，

在所述第1工序中，在所述片状物形成由所述使用者和夹持部件夹持的第1部分、以及与所述第1部分相邻且仅与使用者接触的第2部分。

14.一种致动器，其具有与施加电压相应地在平面方向上伸缩的片状的电场响应性高分子致动器，其中，

所述电场响应性高分子致动器具有：弯曲部，其以弧状弯曲；以及限制部，其限制向所述平面方向中的所述弯曲部的周向的两端部侧的位移，将与所述施加电压相应地要在所述平面方向上伸缩的力，变换为所述弯曲部在径向上发生位移的力。

15.根据权利要求14所述的致动器，其中，

所述弯曲部设置于所述电场响应性高分子致动器的一部分。

16.根据权利要求14或15所述的致动器，其中，

还具有限制部，该限制部限制所述弯曲部向轴线方向的两端部侧的位移。

Images