JP6303076B2 - 触覚振動提示装置 - Google Patents

Description

本発明は、触覚振動提示装置に関するものである。

様々な情報伝達アイテムが存在するが、その一つとして、人間に振動を付与する手法がある。近年では、例えば周波数や振幅を複雑に変化させながら振動を付与することにより、人間に対して様々な感覚を与えることが求められている。そこで、利用者は、目的に応じた振動アクチュエータを選択している。また、振動アクチュエータの種別の選択に際して、利用者は電力消費を考慮することが一般的である。また、振動アクチュエータには、触覚振動を提示するアクチュエータと、音声振動を提示するアクチュエータとが存在する。触覚振動は、低周波振動であるのに対し、音声振動は、高周波振動である。

ここで、振動を発生するアクチュエータとして、偏心マス部材を回転させる偏心モータ、ボイスコイルモータ（リニア共振アクチュエータとも称する）により振動部材を振動させる装置、静電型のアクチュエータ、圧電型のアクチュエータが知られている。

偏心モータは、一般にＤＣ駆動であるため単一振動のみの動作となり、振動の大きさや振動のタイミングで変化を伝達することしかできず、複雑な振動を付与することには適しない。また、偏心モータの消費電力は、比較的大きい。

ボイスコイルモータは、磁石、コイル及びマスばね系により駆動されるため、様々な入力信号を供給することにより複雑な振動を付与することが可能となる。ここで、ボイスコイルモータは、ＬＣＲ回路を構成するため、電気的な共振周波数を有している。そのため、共振周波数においては消費電力が小さく振幅が大きくなるのに対して、共振周波数から外れると消費電力が大きくなり且つ振幅が小さくなる。そのため、広い周波数帯域には適しておらず、仮に広い周波数帯域に適用する場合には入力信号を変化させる制御アルゴリズムが必要となる。ただし、消費電力は、共振周波数から外れた帯域においては大きくなってしまう。

静電型のアクチュエータ及び圧電型のアクチュエータは、ＲＣ回路を構成するため、ボイスコイルモータのような電気的な共振周波数は有していないため、広い周波数帯域において、消費電力が小さくなる。静電型のアクチュエータは、特許第５２８１３２２号公報及び特表２０１４−５０６６９１号公報に開示されている。また、国際公開第２０１３／１４５４１１号には、静電型のアクチュエータを利用したスピーカが開示されている。

しかし、静電型のアクチュエータ及び圧電型のアクチュエータは、単体として用いるだけでは、振動の振幅が小さい。そのため、これらのアクチュエータは、触覚振動を提示するアクチュエータとして用いるには、出力振動が十分でない。

本発明は、静電型又は圧電型のアクチュエータを用いて、効率的に振動を出力できる触覚振動提示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る触覚振動提示装置は、扁平状に形成され、厚み方向に対向する第一電極及び第二電極を備え、少なくとも前記厚み方向に伸縮する静電型又は圧電型のアクチュエータと、前記アクチュエータの厚み方向の弾性率より小さな弾性率を有し、前記アクチュエータの前記第一電極側の面に接触して配置される第一弾性体と、前記第一弾性体における前記アクチュエータとの接触面と反対の面を被覆し、前記アクチュエータ及び前記第一弾性体を前記アクチュエータの厚み方向に押圧し、前記第一弾性体を前記アクチュエータより大きく圧縮させた状態で保持する第一カバーとを備える。

第一弾性体の弾性率は、アクチュエータの厚み方向の弾性率より小さい。従って、第一カバーにより押圧された状態において、第一弾性体がアクチュエータより大きく圧縮した状態となる。そして、第一カバーは、この状態を初期状態として保持している。さらに、第一カバーがアクチュエータ及び第一弾性体を押圧した状態において、アクチュエータの圧縮量は小さい。そのため、第一カバーがアクチュエータを押圧したとしても、アクチュエータの伸縮動作にそれほど影響を与えることはない。

そして、アクチュエータの第一電極及び第二電極に電圧を印加すると、アクチュエータは、厚み方向に伸縮する。アクチュエータの伸縮動作によって生じるアクチュエータの第一電極側の面の変位が、第一弾性体を介して第一カバーに伝達される。加えて、アクチュエータの伸縮動作によって第一弾性体の弾性変形力が変化して、第一弾性体の弾性変形力の変化が第一カバーに伝達される。従って、初期状態として、第一弾性体が圧縮されていることにより、第一カバーに効率的に振動を付与することができる。つまり、アクチュエータ単体としては小さな振動であっても、第一カバーに触覚振動を付与することができる。

第一実施形態の触覚振動提示装置の断面図である。 図１の触覚振動提示装置において、カバーに装着される前の状態の内部要素の断面図である。 図１の触覚振動提示装置を構成する静電型のアクチュエータ及び駆動回路の電気的な接続状態を示し、静電型のアクチュエータに電圧を印加したときの変形状態を示す。 第二実施形態の触覚振動提示装置の断面図である。 図４の触覚振動提示装置において、カバーに装着される前の状態の内部要素の断面図である。 第三実施形態の触覚振動提示装置の断面図である。 第四実施形態の静電型のアクチュエータの基材の斜視図である。 第四実施形態の静電型のアクチュエータの斜視図である。

＜１．第一実施形態＞
（１−１）触覚振動提示装置１の構成
触覚振動提示装置１の構成について図１を参照して説明する。触覚振動提示装置１は、人間に対して触覚振動を提示するための装置である。なお、触覚振動は、音声振動と対比する意味で用いており、人間が触覚により振動を検知することができる振動であって、音声振動に対して低周波の振動である。

触覚振動提示装置１は、図１に示すように、アクチュエータ１０、第一弾性体２０、第二弾性体３０、第一カバー４０、第二カバー５０、及び、周面カバー６０を備える。
アクチュエータ１０は、静電型のアクチュエータ、又は、圧電型のアクチュエータである。第一実施形態においては、アクチュエータ１０は、静電型のアクチュエータを例にあげる。アクチュエータ１０は、扁平状に形成される。アクチュエータ１０の外形は、例えば矩形状とするが、任意形状とすることができる。また、アクチュエータ１０は、少なくとも厚み方向に伸縮する構造を有する。ただし、アクチュエータ１０が、静電型の場合には、さらに扁平面方向にも伸縮する。つまり、アクチュエータ１０は、静電型の場合には、エラストマーにより成形されている。

詳細には、アクチュエータ１０は、図１に示すように、第一電極１１、第二電極１２、誘電層１３、第一絶縁層１４及び第二絶縁層１５を備え、これらは全て扁平状に形成される。アクチュエータ１０全体としての厚み方向の弾性率（ヤング率）は、Ｅ１_（１０）である。また、アクチュエータ１０全体としての扁平面方向の弾性率は、Ｅ２_（１０）である。また、アクチュエータ１０全体としての損失係数ｔａｎδは、ｔａｎδ_（１０）である。

第一電極１１と第二電極１２は、アクチュエータ１０の厚み方向に距離を隔てて対向して配置される。誘電層１３が、第一電極１１と第二電極１２との間に挟まれる。また、第一絶縁層１４は、第一電極１１のうち誘電層１３とは反対の面に接触して配置され、第一電極１１を被覆する。第二絶縁層１５は、第二電極１２のうち誘電層１３とは反対の面に接触して配置され、第二電極１２を被覆する。

第一電極１１及び第二電極１２は、同形状に形成され、エラストマー中に導電性フィラーを配合させることにより成形する。そして、第一電極１１及び第二電極１２は、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。第一電極１１及び第二電極１２を構成するエラストマーには、例えば、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用できる。また、第一電極１１及び第二電極１２に配合される導電性フィラーは、導電性を有する粒子であればよく、例えば、炭素材料や金属等の微粒子を適用できる。

誘電層１３、第一絶縁層１４及び第二絶縁層１５は、いずれもエラストマーにより成形される。そして、誘電層１３、第一絶縁層１４及び第二絶縁層１５は、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。誘電層１３には、静電型のアクチュエータ１０における誘電体として機能する材料が適用される。特に、誘電層１３が、アクチュエータ１０を構成する部材の中で最も厚みが厚く形成され、厚み方向の伸縮及び扁平面方向の伸縮を可能とする。また、第一絶縁層１４及び第二絶縁層１５には、絶縁性を有する材料が適用される。

誘電層１３、第一絶縁層１４及び第二絶縁層１５を構成するエラストマーには、例えば、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用できる。

第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、同一材料により扁平状の同一形状に形成される。また、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の外周縁形状は、アクチュエータ１０の外周縁形状と同一である。第一弾性体２０は、アクチュエータ１０のうちの第一電極１１側の面（図１の上面）、すなわち第一絶縁層１４の表面の全面に接触して配置される。第二弾性体３０は、アクチュエータ１０のうちの第二電極１２側の面（図１の下面）、すなわち第二絶縁層１５の表面の全面に接触して配置される。

第一弾性体２０及び第二弾性体３０には、小さな弾性率Ｅ_（２０），Ｅ_（３０）を有すると共に、小さな損失係数ｔａｎδ_（２０），ｔａｎδ_（３０）を有する材料が用いられる。言い換えると、第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、柔らかく、且つ、減衰特性が低い材料が好適である。特に、第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、アクチュエータ１０の厚み方向の弾性率Ｅ１_（１０）より小さな弾性率Ｅ_（２０）を有する。

特に、アクチュエータ１０の厚み方向の弾性率Ｅ１_（１０）に対する第一弾性体２０の弾性率Ｅ_（２０）の比は、１５％以下である。また、アクチュエータ１０の厚み方向の弾性率Ｅ１_（１０）に対する第二弾性体３０の弾性率Ｅ_（３０）の比は、１５％以下である。これらの比は、好ましくは、１０％以下である。

さらに、第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、所定条件下において、アクチュエータ１０の損失係数ｔａｎδ_（１０）と同等以下の損失係数ｔａｎδ_（２０），ｔａｎδ_（３０）を有する。所定条件下とは、温度を−１０〜５０℃、振動周波数を３００Ｈｚ以下とする使用環境下を意味する。

上記を満たす材料として、第一弾性体２０及び第二弾性体３０には、例えば、シリコーンゴムが好適である。例えば、ウレタンゴムの場合には、比較的、減衰特性が良いため、第一弾性体２０及び第二弾性体３０にはウレタンゴムはあまり適しない。ただし、目的の特性によっては、第一弾性体２０及び第二弾性体３０に、ウレタンゴムを使用することも可能である。

第一カバー４０は、平面状に形成され、第一弾性体２０の表面（図１の上面）を被覆する。第一弾性体２０の表面とは、第一弾性体２０におけるアクチュエータ１０との接触面と反対の面である。また、第二カバー５０は、平面状に形成され、第二弾性体３０の表面（図１の下面）を被覆する。第二弾性体３０の表面とは、第二弾性体３０におけるアクチュエータ１０との接触面と反対の面である。

周面カバー６０は、アクチュエータ１０、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の周面を全周に亘って被覆する筒状に形成されている。周面カバー６０は、第一カバー４０の外周縁に設けられ、第一カバー４０と一体部材として形成される。つまり、第一カバー４０と周面カバー６０とによる一体部材は、第一弾性体２０の表面と、アクチュエータ１０、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の周面とを被覆するカプセル型形状に形成されている。そして、周面カバー６０は、別部材である第二カバー５０に固定される。また、周面カバー６０は、アクチュエータ１０、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の外周面に対して僅かに隙間を有している。つまり、周面カバー６０は、アクチュエータ１０、第一弾性体２０及び第二弾性体３０が扁平面方向に伸張することを許容している。

ここで、第一カバー４０、第二カバー５０及び周面カバー６０により、アクチュエータ１０、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の全ての表面が被覆される。さらに、第一カバー４０と第二カバー５０とは、アクチュエータ１０、第一弾性体２０及び第二弾性体３０を、アクチュエータ１０の厚み方向に押圧する。この状態で、第一カバー４０と第二カバー５０は、周面カバー６０を介して固定される。

第一カバー４０及び第二カバー５０は、アクチュエータ１０の厚み方向の弾性率Ｅ１_（１０）、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の弾性率Ｅ_（２０），Ｅ_（３０）より大きな弾性率Ｅ_（４０），Ｅ_（５０）を有する。第一カバー４０及び第二カバー５０は、上記条件を満たす材料であれば、例えば、樹脂、金属、エラストマーなど、種々の材料を適用できる。

上記より、触覚振動提示装置１を構成する部材の弾性率は、以下の式（１）の関係となる。従って、第一カバー４０及び第二カバー５０は、アクチュエータ１０、第一弾性体２０及び第二弾性体３０を圧縮させた状態で、これらを保持する。ただし、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の弾性率Ｅ_（２０），Ｅ_（３０）は、アクチュエータ１０の厚み方向の弾性率Ｅ１_（１０）より小さい。従って、アクチュエータ１０に比べて、第一弾性体２０及び第二弾性体３０が大きく圧縮された状態となる。

さらに、第二カバー５０は、第一電極１１及び第二電極１２に電気的に接続され、第一電極１１及び第二電極１２に印加する電圧を制御するための駆動回路５１を備える回路基板ユニットである。一方、第一カバー４０は、被提示者に対する触覚振動提示部位である。つまり、被提示者は、第一カバー４０に接触することで、触覚振動を受ける。

（１−２）内部要素の変形状態の説明
次に、第一カバー４０及び第二カバー５０により保持される前後において、触覚振動提示装置１の内部要素１０，２０，３０の状態について、図１及び図２を参照して説明する。第一カバー４０及び第二カバー５０により保持された状態においては、内部要素１０，２０，３０は、図１に示すようになる。つまり、アクチュエータ１０の厚みは、Ｗ１０であり、扁平方向の幅は、Ｌ１０である。また、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の厚みは、それぞれ、Ｗ２０、Ｗ３０である。

一方、第一カバー４０及び第二カバー５０により保持される前の状態において、内部要素１０，２０，３０は、図２に示すようになる。つまり、アクチュエータ１０の厚みは、Ｗ１０とほぼ同程度であるが、実際にはＷ１０より極めて僅かに大きなＷ１１である。一方、アクチュエータ１０の扁平方向の幅は、Ｌ１０とほぼ同程度であるが、実際にはＬ１０より極めて僅かに小さなＬ１１である。また、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の厚みは、それぞれ、Ｗ２０、Ｗ３０より十分に大きなＷ２１、Ｗ３１である。これらの関係により、内部要素１０，２０，３０は、圧縮前後において、式（２）（３）の関係を満たすことになる。

式（２）は、圧縮率で比較した関係式であり、式（３）は、圧縮量で比較した関係式である。つまり、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の圧縮率は、アクチュエータ１０の厚み方向の圧縮率より大きい。また、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の圧縮量についても、アクチュエータ１０の圧縮量より大きい。

（１−３）アクチュエータの動作及び触覚振動提示装置の動作
次に、アクチュエータ１０の動作及び触覚振動提示装置１の動作について、図１及び図３を参照して説明する。図３に示すように、アクチュエータ１０の第一電極１１及び第二電極１２のそれぞれが、駆動回路５１に接続される。駆動回路５１は、交流電圧（正負を含む周期的な電圧）を印加してもよいし、正値にオフセットされた周期的な電圧を第二電極１２に印加し、且つ、第一電極１１をグランド電位に接続するようにしてもよい。特に、人間が近接する側に位置する第一電極１１をグランド電位に接続することで、より安全性を高めることができる。

そして、第一電極１１と第二電極１２に蓄積される電荷が増加されると、誘電層１３が圧縮変形する。つまり、図３に示すように、アクチュエータ１０の厚みが小さくなり、アクチュエータ１０の扁平方向の幅が大きくなる。反対に、第一電極１１と第二電極に蓄積される電荷が減少すると、誘電層１３が元に戻る。つまり、図３に示すように、アクチュエータ１０の厚みが大きくなり、アクチュエータ１０の扁平方向の幅が小さくなる。このように、アクチュエータ１０は、厚み方向に伸縮すると共に、扁平面方向に伸縮する。

アクチュエータ１０が伸縮動作を行うときに、触覚振動提示装置１は、以下のように動作する。触覚振動提示装置１は、図１に示すように、第一弾性体２０及び第二弾性体３０が厚み方向に圧縮した状態を初期状態とする。従って、電荷の増加によってアクチュエータ１０の厚みが小さくなると、第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、初期状態に対して圧縮量が小さくなるように変形する。反対に、電荷の減少によってアクチュエータ１０の厚みが大きくなると、第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、初期状態に戻るように動作する。つまり、第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、電荷の増加の場合に比べて、圧縮量が大きくなるように変形する。

駆動回路５１が第一電極１１及び第二電極１２に周期的な電圧を印加することで、例えば、第一弾性体２０及び第二弾性体３０に挟まれたアクチュエータ１０は、平面状→図１の上側凸となる弓状→平面状→図１の下側凸となる弓状→平面状と繰り返す。

アクチュエータ１０の上記変形動作に伴うアクチュエータ１０の第一絶縁層１４側の面の変位が、第一弾性体２０を介して第一カバー４０に伝達される。加えて、アクチュエータ１０の伸縮動作によって第一弾性体２０の弾性変形力が変化して、第一弾性体２０の弾性変形力の変化が第一カバー４０に伝達される。従って、初期状態として、第一弾性体２０及び第二弾性体３０が圧縮されていることにより、第一カバー４０に効率的に振動を付与することができる。つまり、アクチュエータ１０単体としては小さな振動であっても、第一カバー４０に触覚振動を付与することができる。

仮に、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の損失係数ｔａｎδ_（２０），ｔａｎδ_（３０）が非常に大きいとすると、アクチュエータ１０が伸縮動作を行ったとしても、第一弾性体２０及び第二弾性体３０によって振動が吸収されてしまう。この場合、アクチュエータ１０が伸縮動作を行ったとしても、アクチュエータ１０の振動が第一カバー４０に伝達されにくい。

しかし、本実施形態においては、第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、損失係数ｔａｎδ_（２０），ｔａｎδ_（３０）の小さな材料を用いる。特に、アクチュエータ１０、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の損失係数ｔａｎδ_（１０），ｔａｎδ_（２０），ｔａｎδ_（３０）は、式（４）の関係を満たす。従って、アクチュエータ１０の伸縮動作による振動が、第一弾性体２０及び第二弾性体３０にほとんど吸収されることなく、第一カバー４０に伝達される。

また、式（１）に示すように、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の弾性率Ｅ_（２０），Ｅ_（３０）は、アクチュエータ１０の厚み方向の弾性率Ｅ１_（１０）より小さい。そのため、第一電極１１及び第二電極１２に電圧を印加していない初期状態において、アクチュエータ１０はほとんど圧縮されていない状態となる。従って、第一カバー４０及び第二カバー５０がアクチュエータ１０を押圧したとしても、アクチュエータ１０の伸縮動作に影響を与えることはない。つまり、アクチュエータ１０は確実に伸縮動作を行うことができる。

（１−４）第一実施形態の効果
上述したように、第一実施形態の触覚振動提示装置１は、アクチュエータ１０の小さな振動を効率的に第一カバー４０に伝達することで、確実に触覚振動を発生できる。特に、第一弾性体２０及び第二弾性体３０が、アクチュエータ１０を挟んだ状態で、第一カバー４０及び第二カバー５０が、アクチュエータ１０、第一弾性体２０及び第二弾性体３０を押圧する。そのため、初期状態において、アクチュエータ１０は、外部からの影響をほとんど受けることなく伸縮動作を行う。従って、第一カバー４０における触覚振動が非常に効率的に得られる。ここで、第二カバー５０は、駆動回路５１を有する回路基板ユニットである。このように、回路基板ユニットを第二カバー５０として兼用することで、小型化、配置の効率化が図れる。

また、アクチュエータ１０の厚み方向の弾性率Ｅ１_（１０）に対する第一弾性体２０の弾性率Ｅ_（２０）の比は、１５％以下である。アクチュエータ１０の厚み方向の弾性率Ｅ１_（１０）に対する第二弾性体３０の弾性率Ｅ_（３０）の比は、１５％以下である。これらにより、初期状態において、第一弾性体２０及び第二弾性体３０が、アクチュエータ１０より十分に大きく圧縮できる。

さらに、第一弾性体２０及び第二弾性体３０には、損失係数ｔａｎδ_（２０），ｔａｎδ_（３０）の小さな材料が用いられる。これにより、第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、アクチュエータ１０の伸縮動作による振動を吸収することなく、第一カバー４０に伝達できる。特に、シリコーンゴムが適用されることで、確実に実現できる。また、第一弾性体２０及び第二弾性体３０の損失係数ｔａｎδ_（２０），ｔａｎδ_（３０）は、温度を−１０〜５０℃、振動周波数を３００Ｈｚ以下とする使用環境下において、アクチュエータ１０の損失係数ｔａｎδ_（１０）と同等以下である。このことにより、第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、アクチュエータ１０の伸縮動作による振動を吸収することなく、確実に、第一カバー４０に伝達できる。

また、第一弾性体２０及び第二弾性体３０は、エラストマーにより扁平状に形成されている。これにより、アクチュエータ１０の伸縮動作に伴う変形を、確実に第一カバー４０に伝達することができる。アクチュエータ１０が、静電型であっても圧電型であっても、第一カバー４０にて発生する振動を低周波とすることができる。つまり、上記構成により、触覚振動提示装置１は、音声振動より低周波帯域となる触覚振動を発生させやすくなる。

さらに、アクチュエータ１０が、エラストマーにより形成される静電型のアクチュエータとすることで、触覚振動提示装置１は、より確実に、低周波の触覚振動を発生することができる。

＜２．第一実施形態の変形態様＞
第一実施形態においては、アクチュエータ１０は、静電型のアクチュエータを適用した。この他に、アクチュエータ１０は、圧電型のアクチュエータを適用できる。この場合、誘電層１３が、圧電体に置換される。つまり、圧電体が、第一電極１１と第二電極１２との間に挟まれて配置される。この場合にも、アクチュエータ１０は、第一実施形態と同様の動作を行い、第一カバー４０に触覚振動を発生させることができる。

また、第一実施形態における第一カバー４０は、タッチパネル部材とすることもできる。この場合、例えば、被提示者によるタッチパネル部材の操作に伴って、駆動回路５１が周期的な電圧を印加する。そうすると、被提示者によるタッチ操作に伴って、タッチパネル部材に接触している被提示者に対して触覚振動を付与することができる。

＜３．第二実施形態＞
第二実施形態の触覚振動提示装置１００について、図４及び図５を参照して説明する。ここで、第二実施形態の触覚振動提示装置１００において、第一実施形態の触覚振動提示装置１と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

触覚振動提示装置１００は、アクチュエータ１０、第一弾性体２０、第二弾性体３０、周面弾性体１７０、第一カバー１４０、第二カバー１５０、及び、周面カバー１６０を備える。第二実施形態の触覚振動提示装置１００は、第一実施形態の触覚振動提示装置１に対して、第一カバー１４０、第二カバー１５０及び周面カバー１６０の形状が異なり、且つ、周面弾性体１７０を新たに追加した構成である。

周面弾性体１７０は、第一弾性体２０と同一材料により筒状に形成される。周面弾性体１７０は、第一弾性体２０の外周面に設けられ、第一弾性体２０と一体部材として形成される。さらに、周面弾性体１７０の内周面形状は、アクチュエータ１０の外周面形状に対応する形状である。そして、周面弾性体１７０は、アクチュエータ１０の周面に全周に亘って接触して配置される。

周面弾性体１７０には、第一弾性体２０と同様に、小さな弾性率Ｅ_{（１７０）}を有すると共に、小さな損失係数ｔａｎδ_{（１７０）}を有する材料が用いられる。言い換えると、周面弾性体１７０は、柔らかく、且つ、減衰特性が低い材料が好適である。特に、周面弾性体１７０は、式（５）の関係を満たす。すなわち、周面弾性体１７０は、アクチュエータ１０の扁平面方向の弾性率Ｅ２_（１０）より小さな弾性率Ｅ_{（１７０）}を有する。さらに、アクチュエータ１０の扁平面方向の弾性率Ｅ２_（１０）に対する周面弾性体１７０の弾性率Ｅ_{（１７０）}の比は、１５％以下である。この比は、好ましくは、１０％以下である。

さらに、周面弾性体１７０は、所定条件下において、式（６）の関係を有する。すなわち、周面弾性体１７０は、所定条件下において、アクチュエータ１０の損失係数ｔａｎδ_（１０）と同等以下の損失係数ｔａｎδ_{（１７０）}を有する。所定条件下とは、温度及び振動周波数を同一としたときを意味する。

上記を満たす材料として、周面弾性体１７０は、第一弾性体２０と同様に、例えば、シリコーンゴムが好適である。例えば、ウレタンゴムの場合には、比較的、減衰特性が良いため、周面弾性体１７０にはウレタンゴムはあまり適しない。ただし、目的の特性によっては、周面弾性体１７０に、ウレタンゴムを使用することも可能である。

第一カバー１４０は、平面状に形成され、第一弾性体２０の表面（図４の上面）及び周面弾性体１７０の一端面（図４の上面）を被覆する。第二カバー１５０は、平面状に形成され、第二弾性体３０の表面（図４の下面）及び周面弾性体１７０の他端面（図４の下面）を被覆する。第一カバー１４０及び第二カバー１５０は、第一実施形態の第一カバー４０及び第二カバー５０と大きさが異なるが、実質的に同一の機能を有する。

周面カバー１６０は、周面弾性体１７０の外周面を全周に亘って被覆する。さらに、周面カバー１６０の内周面は、周面弾性体１７０をアクチュエータ１０の扁平面方向の内側に向かって押圧する。つまり、周面カバー１６０は、周面弾性体１７０の外周面に密着している。

さらに、周面カバー１６０は、アクチュエータ１０の扁平面方向の弾性率Ｅ２_（１０）、周面弾性体１７０の弾性率Ｅ_{（１７０）}より大きな弾性率Ｅ_{（１６０）}を有する。周面カバー１６０は、上記条件を満たす材料であれば、例えば、樹脂、金属、エラストマーなど、種々の材料を適用できる。本実施形態においては、周面カバー１６０は、第一カバー１４０と同一材料により、第一カバー１４０と一体部材として形成される。

以上より、周面カバー１６０は、アクチュエータ１０及び周面弾性体１７０を扁平面方向に圧縮させた状態で、これらを保持する。ただし、周面弾性体１７０の弾性率Ｅ_{（１６０）}は、アクチュエータ１０の扁平面方向の弾性率Ｅ２_（１０）より小さい。従って、アクチュエータ１０に比べて、周面弾性体１７０が大きく圧縮された状態となる。

次に、周面カバー１６０により保持される前後において、触覚振動提示装置１００の内部要素１０，１７０の状態について、図４及び図５を参照して説明する。周面カバー１６０により保持された状態においては、内部要素１０，１７０は、図４に示すようになる。つまり、アクチュエータ１０の扁平面方向の幅は、Ｌ１０である。また、周面弾性体１７０の幅は、Ｌ１７０である。

一方、周面カバー１６０により保持される前の状態において、内部要素１０，１７０は、図５に示すようになる。つまり、アクチュエータ１０の扁平面方向の幅は、Ｌ１０とほぼ同程度であるＬ１１である。また、周面弾性体１７０の幅は、Ｌ１７１である。これらの関係により、内部要素１０，１７０は、圧縮前後において、式（７）（８）の関係を満たすことになる。

式（７）は、圧縮率で比較した関係式であり、式（８）は、圧縮量で比較した関係式である。つまり、周面弾性体１７０の圧縮率は、アクチュエータ１０の扁平面方向の圧縮率より大きい。また、周面弾性体１７０の圧縮量についても、アクチュエータ１０の扁平面方向の圧縮量より大きい。

第二実施形態の触覚振動提示装置１００によれば、アクチュエータ１０の扁平面が、第一弾性体２０及び第二弾性体３０に挟まれることに加えて、アクチュエータ１０の周面が、周面弾性体１７０によって挟まれる。従って、第二実施形態の触覚振動提示装置１００にでは、第一実施形態の触覚振動提示装置１における厚み方向の動作と同様の現象が、扁平面方向にて生じる。つまり、第一カバー１４０及び周面カバー１６０には、第一弾性体２０及び第二弾性体３０を介して伝達される触覚振動に加えて、周面弾性体１７０を介して伝達される触覚振動が発生する。その結果、アクチュエータ１０の伸縮動作によって、第一カバー１４０及び周面カバー１６０に接触した被提示者に対して、触覚振動がより効率的に付与される。

＜４．第三実施形態＞
第三実施形態の触覚振動提示装置２００について、図６を参照して説明する。第三実施形態の触覚振動提示装置２００において、第二実施形態の触覚振動提示装置１００と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

触覚振動提示装置２００は、アクチュエータ１０、第一弾性体２０、第二弾性体３０、周面弾性体１７０、第一カバー２４０、第二カバー１５０、及び、周面カバー１６０を備える。第三実施形態の触覚振動提示装置２００は、第二実施形態の触覚振動提示装置１００に対して、第一カバー２４０のみ相違する。第一カバー２４０は、被提示者に対する触覚振動提示部位として、表面に複数の突起２４１を備える。突起２４１は、円柱状、角柱状、円錐台形状、角錐第形状等、種々の形状を採用できる。突起２４１の先端面の面積は、被提示者の接触面の面積より十分に小さくする。

これにより、第一カバー２４０の触覚振動が、突起２４１を介して被提示者に伝達されることで、被提示者に付与する面圧が大きくなる。その結果、被提示者は、より触覚振動を感じやすくなる。突起２４１には、第一弾性体２０と同様に、シリコーンゴム等が好適に用いられる。その理由は、突起２４１がある程度の柔らかさを有することで、被提示者に対して刺激を抑えることができ、触覚振動を適切に付与できる。さらに、シリコーンゴムは、上述したように、損失係数ｔａｎδが小さいため、第一カバー２４０が振動する際に、突起２４１を介在したとしても、振動が減衰されにくい。従って、確実に、被提示者に対して触覚振動が付与される。

＜５．第四実施形態＞
第四実施形態のアクチュエータ３１０について、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。上記実施形態のアクチュエータ１０においては、第一電極１１、第二電極１２、誘電層１３、第一絶縁層１４及び第二絶縁層１５がそれぞれ扁平状に形成し、アクチュエータ１０は、これらを積層して形成されることとした。この他に、図７Ａに示すように、長尺状で扁平状の基材３１０ａを準備する。基材３１０ａは、第一実施形態のアクチュエータ１０と同様の構成からなり、形状のみ相違する。

続いて、図７Ａに示す長尺状の基材３１０ａを巻回することで、図７Ｂに示すアクチュエータ３１０を製造する。つまり、図７Ｂに示すアクチュエータ３１０は、図１に示すアクチュエータ１０を３層積層した構造となる。このアクチュエータ３１０を用いることで、多層アクチュエータ構造を容易に得ることができ、且つ、大きな触覚振動を発生することができる。

なお、第四実施形態においては、基材３１０ａを巻回してアクチュエータ３１０を形成したが、図１に示すアクチュエータ１０を複数積層することにより、多層アクチュエータ構造を形成することもできる。

＜６．その他の変形態様＞
上記実施形態においては、アクチュエータ１０は、第一弾性体２０を介して第一カバー４０，１４０に接触しており、第二弾性体３０を介して第二カバー５０，１５０に接触している。この他に、第二弾性体３０を排除して、アクチュエータ１０が第二カバー５０，１５０に直接接触するようにしてもよい。つまり、アクチュエータ１０の第一電極１１側の面は、第一弾性体２０を介して第一カバー４０，１４０に接触するが、アクチュエータ１０の第二電極１２側の面は、第二カバー５０，１５０に直接接触する。この場合、第一弾性体２０による作用によって、第一カバー４０，１４０に触覚振動が付与される。ただし、第二弾性体３０を介する場合に比べて、アクチュエータ１０の第二電極１２側の面において、第二カバー５０，１５０に動作の規制力が大きくなる。そのため、アクチュエータ１０の変位量が小さくなりやすい。つまり、触覚振動提示装置は、第二弾性体３０を有さない構成とすることもできるが、第一カバー４０，１４０に伝達される触覚振動が小さくなる。

１，１００，２００：触覚振動提示装置、 １０，３１０：アクチュエータ、 １１：第一電極、 １２：第二電極、 １３：誘電層、 １４：第一絶縁層、 １５：第二絶縁層、 ２０：第一弾性体、 ３０：第二弾性体、 ４０，１４０，２４０：第一カバー、 ５０，１５０：第二カバー、 ５１：駆動回路、 ６０，１６０：周面カバー、 １７０：周面弾性体、 ２４１：突起

Claims (11)

1. 扁平状に形成され、厚み方向に対向する第一電極及び第二電極を備え、少なくとも前記厚み方向に伸縮する静電型又は圧電型のアクチュエータと、
   前記アクチュエータの厚み方向の弾性率より小さな弾性率を有し、前記アクチュエータの前記第一電極側の面に接触して配置される第一弾性体と、
   前記第一弾性体における前記アクチュエータとの接触面と反対の面を被覆し、前記アクチュエータ及び前記第一弾性体を前記アクチュエータの厚み方向に押圧し、前記第一弾性体を前記アクチュエータより大きく圧縮させた状態で保持する第一カバーと、
   を備える、触覚振動提示装置。
2. 前記触覚振動提示装置は、
   前記アクチュエータの厚み方向の弾性率より小さな弾性率を有し、前記アクチュエータの前記第二電極側の面に接触して配置される第二弾性体と、
   前記第二弾性体における前記アクチュエータとの接触面と反対の面を被覆し、前記第一カバーとにより前記アクチュエータ、前記第一弾性体及び前記第二弾性体を前記アクチュエータの厚み方向に押圧し、前記第一弾性体及び前記第二弾性体を前記アクチュエータより大きく圧縮させた状態で保持する第二カバーと、
   を備える、請求項１に記載の触覚振動提示装置。
3. 前記第二カバーは、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続され、前記第一電極及び前記第二電極に印加する電圧を制御する回路基板ユニットである、請求項２に記載の触覚振動提示装置。
4. 前記アクチュエータは、扁平面方向に伸縮し、
   前記触覚振動提示装置は、
   前記アクチュエータの扁平面方向の弾性率より小さな弾性率を有し、前記アクチュエータの周面に接触して配置される周面弾性体と、
   前記周面弾性体における前記アクチュエータとの接触面と反対の面を被覆し、前記アクチュエータ及び前記周面弾性体を前記アクチュエータの扁平面方向に押圧し、前記周面弾性体を前記アクチュエータより大きく圧縮させた状態で保持する周面カバーと、
   を備える、請求項１−３の何れか一項に記載の触覚振動提示装置。
5. 前記アクチュエータの厚み方向の弾性率に対する前記第一弾性体の弾性率の比は、１５％以下である、請求項１−４の何れか一項に記載の触覚振動提示装置。
6. 前記第一弾性体の損失係数ｔａｎδは、所定条件下において、前記アクチュエータの損失係数ｔａｎδと同等以下である、請求項１−５の何れか一項に記載の触覚振動提示装置。
7. 前記第一弾性体は、エラストマーにより扁平状に形成されている、請求項５又は６に記載の触覚振動提示装置。
8. 前記第一カバーは、被提示者に対する触覚振動提示部位として、表面に複数の突起を備える、請求項１−７の何れか一項に記載の触覚振動提示装置。
9. 前記第一カバーは、タッチパネル部材である、請求項１−７の何れか一項に記載の触覚振動提示装置。
10. 前記アクチュエータは、
    前記第一電極及び前記第二電極と、
    前記第一電極と前記第二電極との間に挟まれて配置され、エラストマーにより形成される誘電体と、
    を備える静電型のアクチュエータである、請求項１−９の何れか一項に記載の触覚振動提示装置。
11. 前記アクチュエータは、
    前記第一電極及び前記第二電極と、
    前記第一電極と前記第二電極との間に挟まれて配置される圧電体と、
    を備える圧電型のアクチュエータである、請求項１−９の何れか一項に記載の触覚振動提示装置。

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