WO2023162490A1 - 触覚提示装置及び触覚提示層 - Google Patents

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WO2023162490A1
WO2023162490A1 PCT/JP2023/000361 JP2023000361W WO2023162490A1 WO 2023162490 A1 WO2023162490 A1 WO 2023162490A1 JP 2023000361 W JP2023000361 W JP 2023000361W WO 2023162490 A1 WO2023162490 A1 WO 2023162490A1
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WO
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tactile sense
tactile
sense presentation
presentation device
base material
Prior art date
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PCT/JP2023/000361
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English (en)
French (fr)
Inventor
昭仁 西池
拓哉 柳沢
正啓 佐藤
正樹 折橋
Original Assignee
ソニーグループ株式会社
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer

Definitions

  • the present technology relates to a tactile presentation device that presents a tactile sensation to a user and a tactile presentation layer used in the tactile presentation device.
  • Patent Document 1 a base material and a tactile layer having a tactile surface are provided, and fluid is transferred to a cavity between the base material and the tactile layer to deform the tactile layer, thereby presenting a tactile sensation to the user. interface is described.
  • an object of the present technology is to provide a tactile presentation device and a tactile presentation layer capable of promptly presenting a tactile sensation to a user.
  • a tactile sense presentation device includes a base portion and a tactile sense presentation layer.
  • the base member has a fluid intake/exhaust port.
  • the tactile sensation presenting layer forms a space between itself and the base material portion for holding fluid flowing in and out through the fluid intake/exhaust port.
  • the tactile sense presenting layer has a tactile sense presenting film and a wall-shaped substrate fixing portion.
  • the tactile sense presentation film is deformed by the inflow and outflow of the fluid.
  • the wall-like substrate fixing portion is fixed to the substrate portion and surrounds the tactile sensation presenting film. The deformation rate of the base fixing portion before and after the fluid flows into the space is lower than the deformation rate of the tactile sense presenting film.
  • the tactile sense presenting layer has the tactile sense presenting film that is relatively easily deformed by the inflow and outflow of the fluid and the wall-like substrate fixing portion that is difficult to deform. It deforms in the tactile sense presentation direction and is less likely to deform in directions other than the tactile sense presentation direction. As a result, the volume change rate of the space due to the inflow and outflow of the fluid can be kept low, and the tactile sense can be quickly presented in the tactile sense presentation direction.
  • the space may be formed by the base material portion, the tactile sensation presenting film, and the base material fixing portion.
  • the thickness of the portion of the wall-shaped base material fixing portion forming the space may be thicker than the thickness of the tactile sense presentation film.
  • the tactile sense presentation layer may be formed by integral molding. Thereby, the airtightness of the tactile sense presentation device is improved, and more stable and prompt tactile sense presentation becomes possible.
  • the tactile sensation presenting layer may be adhesively fixed to the base material part by contacting the inner wall surface of the wall-shaped base material fixing part and the base material part.
  • the contact surface between the substrate fixing portion and the substrate portion includes a directional component that is the same as the tactile sense presentation direction, and the area of the tactile sense presentation film can be widened compared to the size of the tactile sense presentation device. It becomes possible.
  • the tactile sensation presenting layer may be adhesively fixed to the base material part by contacting the bottom surface of the wall-shaped base material fixing part and the base material part.
  • the bonding area between the base material and the wall-shaped base material fixing part can be increased to increase the bonding strength, thereby improving the airtightness of the tactile presentation device and enabling more stable and prompt tactile presentation. becomes.
  • the base material portion has a hole in a contact area with the wall-shaped base material fixing part, and the base material part and the wall-like base material fixing part are fixed by an adhesive disposed in the contact area.
  • the adhesive enters the holes, and the anchor effect can further increase the adhesive strength between the base member and the wall-shaped base fixing member. tactile presentation is possible.
  • a housing for holding a tactile sense presentation module having the base portion and the tactile sense presentation layer is further provided, and the wall-shaped base fixing portion protrudes outward in a thickness direction of the housing and the tactile sense presentation module. It may have a protrusion for positioning the . According to such a configuration, the positioning of the tactile sense presentation module with respect to the housing is facilitated by the protrusions provided on the wall-shaped base fixing portion.
  • the tactile sense presentation device when an external force from the user is applied to the tactile sense presentation layer, the tactile sense presentation module does not excessively sink into the housing due to the presence of the protrusion, and the tactile sense presentation module is stable. Tactile presentation becomes possible.
  • a plurality of the tactile sense presentation modules may be provided, and the housing may hold the plurality of the tactile sense presentation modules.
  • the plurality of tactile sense presentation modules can be easily positioned with respect to the housing by the projections provided on the wall-shaped base fixing portion.
  • the plurality of tactile sense presentation modules are arranged so as to have a desired positional relationship with each other, so that a desired tactile sense can be presented using the plurality of tactile sense presentation modules.
  • the wall-shaped base material fixing portion and the base material portion may be fitted together by a screw structure.
  • a tactile sense presentation layer is a base portion having a fluid intake/exhaust port, and a tactile sense presentation layer that forms a space between the base portion and the base portion for holding fluid flowing in and out through the fluid intake/exhaust port. and a tactile presentation device.
  • a tactile sense presentation layer is mounted on the tactile sense presentation device, a tactile sense presentation film deformed by the inflow and outflow of the fluid; a wall-like substrate fixing portion that surrounds the tactile sense presentation film and is fixed to the substrate portion; A deformation rate of the base fixing portion before and after the fluid flows into the space is lower than a deformation rate of the tactile sense presenting film.
  • FIG. 1 is a perspective view of a tactile presentation device according to a first embodiment of the present technology
  • FIG. Fig. 2 is a perspective view of the tactile presentation device with the housing removed
  • 4 is a schematic block diagram showing an internal control configuration of the tactile sense presentation device
  • FIG. It is a perspective view which shows the state which the user hold
  • (A) is a perspective view of a tactile sense presentation module forming part of the tactile sense presentation device
  • (B) is a schematic cross-sectional view taken along line VIB-VIB in FIG. 6(A).
  • 4 is an exploded perspective view of the tactile sense presentation module;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a tactile sense presentation layer forming part of the tactile sense presentation module; 6A is a partial cross-sectional view of the peripheral region of the tactile sense presentation module, FIG. 6A being a schematic cross-sectional view corresponding to the region surrounded by the broken-line ellipse IX in FIG. It is a figure and (B) is a schematic sectional drawing corresponding to the part in which the hole is not located in the base-material part.
  • FIG. 10 is a partial schematic cross-sectional view of a tactile presentation device according to a second embodiment of the present technology; FIG.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a tactile sense presentation module of a modified example, and is a diagram for explaining the position of a contact surface between a tactile sense presentation layer and a base member that constitute the tactile sense presentation module.
  • (A) to (E) are schematic cross-sectional views of another modified tactile sense presentation module, and (F) is a schematic cross-sectional view of another modified tactile sense presentation device.
  • FIG. 11 is a partial schematic cross-sectional view of a tactile sense presentation layer of still another modification;
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating a fitting state of a tactile presentation module according to a third embodiment of the present technology; It is a figure explaining the example of application of a tactile sense presentation device. It is a figure explaining the example of application of a tactile sense presentation device. It is a figure explaining the example of application of a tactile sense presentation device. It is a figure explaining the example of application of a tactile sense presentation device. It is a figure explaining the example of application of a tactile
  • FIG. 1 is a perspective view of a tactile presentation device 1 according to a first embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a perspective view of the tactile presentation device 1 with the housing removed.
  • the height direction of the tactile sense presentation device 1 is the Z-axis, and the axes perpendicular to the Z-axis are the x-axis and the Y-axis.
  • planar view the case where the tactile sense presentation device 1 is viewed from the height direction Z.
  • the tactile sense presentation device 1 of this embodiment has an elliptical shape in plan view, the major axis direction of the ellipse corresponding to the X-axis direction, and the minor axis direction corresponding to the Y-axis direction.
  • the side close to the user's skin may be called the skin side or upper side, and the opposite side may be called the non-skin side or lower side.
  • the tactile sense presentation direction is substantially parallel to the height direction Z. As shown in FIG.
  • the “inside in the height direction Z” means the side facing inward from the outside of the tactile sense presentation module along the direction substantially parallel to the tactile sense presentation direction (the side facing the base member from the tactile sense presentation film).
  • the “height direction Z outer side” means the side facing outward from the inside of the tactile sense presentation module (the side facing the tactile sense presentation film from the base member) along a direction substantially parallel to the tactile sense presentation direction.
  • the tactile presentation device 1 is configured in a size and shape that can be held in the hand.
  • the tactile sense presentation device 1 has an elliptical shape in plan view, and has a curved side surface with a bulging central portion in the height direction Z. As shown in FIG. In this embodiment, the tactile sense presentation device 1 presents a tactile sense to the hand of the user. Also, the size and shape of the tactile sense presentation device can be appropriately set according to the use of the tactile sense presentation device and the tactile sense presentation target site. Other examples are described later.
  • the tactile sense presentation device 1 includes a pair of tactile sense presentation modules 3 , a control module 6 located between the pair of tactile sense presentation modules 3 , and a housing 2 .
  • the tactile sense presentation module 3 configures a presentation unit that presents a tactile sense to the user U together with an actuator 9 to be described later.
  • the tactile sense presentation module 3 has a tactile sense presentation layer 4 and a base portion 5 .
  • the tactile sensation presenting layer 4 and the base material portion 5 form a space (reference numeral 7 in FIG. 6B to be described later) through which fluid can flow.
  • the tactile sense presentation device 1 presents a tactile sense such as pressure stimulation to the skin of the user U by changing the volume in the space 7 and deforming the tactile sense presentation layer 4 by the inflow and outflow of fluid.
  • the tactile sense presentation layer 4 is provided so as to cover the base material portion 5 .
  • the tactile sense presentation layer 4 expands so as to extend mainly outward in the height direction Z.
  • a pressure sensation is presented to the part of the user's body (the hand in this embodiment) that is touching the tactile sense presentation layer 4 .
  • the direction in which the tactile sense presentation layer 4 expands during expansion is sometimes referred to as the tactile sense presentation direction.
  • the tactile sense presentation direction is substantially parallel to the height direction Z. As shown in FIG.
  • the tactile sense presentation direction does not necessarily correspond to the height direction of the tactile sense presentation device.
  • the tactile presentation direction may not correspond to the height direction of the tactile presentation device depending on the shape of the base material of the tactile presentation module or the shape of the tactile presentation layer. can do.
  • the tactile sense presentation directions are radial along the spherical surface.
  • the fluid held in the space 7 may be gas such as air or helium, or liquid such as water or oil.
  • gas such as air or helium
  • liquid such as water or oil.
  • the type of fluid is not particularly limited, and various fluids can be used.
  • a pressure sensor 8 is provided in the control module 6 .
  • the pressure sensor 8 is a detection unit that detects the user's U force.
  • the housing 2 holds a control module 6 and two tactile presentation modules 3 . Details of the control module 6, the housing 2, and the tactile presentation module 3 will be described later.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the internal control configuration of the tactile presentation device 1.
  • the tactile sense presentation device 1 includes a pressure sensor 8 , an actuator 9 , a control section 15 , a communication section 18 and a storage section 19 .
  • the control unit 15 executes various calculations based on various programs stored in the storage unit 19 and controls each unit of the tactile presentation device 1 in an integrated manner.
  • the control unit 15 is realized by hardware or a combination of hardware and software.
  • the hardware is configured as part or all of the control unit 15, and the hardware includes a CPU (Central Processing Unit), DSP (Digital Signal Processor), FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit ), or a combination of two or more of these.
  • the pressure sensor 8 is a detection unit that detects the force of the user U when the user U grips the tactile presentation device 1 .
  • the pressure sensor 8 can be placed at any position as long as it is provided at a position separate from the tactile presentation module 3 serving as the presentation section, as long as it can appropriately detect the gripping force of the user. It may be provided, or may be provided separately for one tactile presentation device 1 .
  • the actuator 9 is driven under the control of the controller 15 to control the flow of fluid into and out of the space 7 .
  • Actuator 9 is attached to a pipe (not shown) connecting space 7 and a fluid supply (not shown).
  • the actuator 9 controls the inflow and outflow of the fluid with respect to the space 7 by its driving.
  • the actuator 9 is composed of various actuators such as a pump, a fan, a blower, a valve, etc., but may have any configuration.
  • a fluid supply is enabled to supply fluid to the space 7 via a pipe.
  • the fluid source may, for example, be a source of compressed air pressure, such as an air compressor, if the fluid used is air.
  • a tank capable of storing the fluid may be used.
  • the storage unit 19 includes a non-volatile memory that stores various programs and various data necessary for the processing of the control unit 15, and a volatile memory that is used as a work area for the control unit 15.
  • the various programs described above may be read from a portable recording medium such as an optical disc or semiconductor memory, or may be downloaded from a server device or the like on a network.
  • the communication unit 18 is configured to be able to communicate with other devices such as other tactile presentation devices by wire or wirelessly.
  • the tactile presentation device 1 may communicate directly with other devices, or indirectly communicate with other devices via other devices such as server devices on a network. you can go
  • control module configuration As shown in FIG. 2, the control module 6 is provided between a pair of tactile sense presentation modules 3 that are spaced apart in the height direction Z and face each other.
  • the control module 6 includes a fluid supply source (not shown) that supplies fluid to the space 7, an actuator 9 as a driving unit that controls the inflow and outflow of the fluid to the space 7, and the space 7 and the fluid supply source.
  • a connecting pipe (not shown) and a pressure sensor 8 are provided.
  • the flow of fluid into and out of the space 7 in the two tactile presentation modules 3 may be controlled individually or collectively. From the viewpoint of presenting a wider variety of tactile sensations, it is more preferable to control each of the tactile sensation presentation modules 3 individually.
  • each tactile sense presentation module 3 has a shape such that an external force directed inward in the height direction Z is likely to be applied.
  • the housing 2 is provided in a frame shape so as to surround the control module 6, and protects the control module 6 and part of the tactile presentation module from the outside.
  • the housing 2 has a function of positioning the tactile presentation module 3 and the housing 2 when the tactile presentation device 1 is assembled, and the tactile presentation module 3 faces inward in the height direction Z with respect to the housing 2. It also has a function to suppress excessive subduction of Details will be described later.
  • FIG. 6A is a perspective view of the tactile sense presentation module 3 forming part of the tactile sense presentation device 1.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view along line VIB--VIB of FIG. 6A.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the tactile presentation module 3.
  • the tactile sense presentation module 3 includes a tactile sense presentation layer 4 and a base portion 5 .
  • the tactile sensation presenting layer 4 and the base material portion 5 form a space 7 through which fluid can flow in and out.
  • a fluid inflow/outflow hole 53 is provided in the base material portion 5 , and the fluid flows in and out of the space 7 via the fluid inflow/outflow hole 53 .
  • the tactile sense presentation device 1 is held in one hand of the user U when in use, and the tactile sense presentation device 1 changes the volume in the space 7 by the inflow and outflow of fluid, thereby deforming the tactile sense presentation layer 4 .
  • pressure stimulation can be presented to the user's U hand.
  • the tactile sense presentation layer 4 can expand (protrude) outward by extending according to the inflow of fluid into the space 7 . Due to the expansion of the tactile sense presentation layer 4, a pressure sense stimulation is applied to the user's hand. Further, the tactile sense presentation layer 4 shrinks according to the outflow of the fluid from the space 7, so that the tactile sense presentation layer 4 can return to the original state by shrinking from the state expanded toward the outside. In this way, by controlling the flow of fluid into and out of the space 7, it is possible to apply a pressure stimulus to the skin of the user U that is in contact with the tactile sense presentation layer 4, thereby presenting a tactile sense such as pressure or hardness. For example, it is possible to adjust the hardness presented by adjusting the pressure in the space 7 .
  • the tactile presentation device 1 includes two tactile presentation modules 3 that are positioned facing each other and spaced apart.
  • the base portion 5 forming part of the space 7 has a flat surface parallel to the XY plane, and the tactile sense presentation layer 4 is provided so as to cover the flat surface.
  • the tactile sense presentation device 1 is configured such that the tactile sense presentation directions of the two tactile sense presentation modules 3 are different from each other by approximately 180 degrees.
  • the number and arrangement of the tactile sense presentation modules provided in the tactile sense presentation device can be appropriately set depending on the application of the tactile sense presentation device and the tactile sense presentation target site.
  • a tactile sense presentation film 41 (details of which will be described later), which is a region of the tactile sense presentation layer 4 that contributes to tactile sense presentation, is configured in the form of a thin film, and is configured to be deformable by the inflow and outflow of fluid into and out of the space 7 .
  • the material used for the tactile sensation presenting layer 4 various rubbers such as silicon rubber and natural rubber are typically used in consideration of elasticity.
  • the tactile sense presentation layer 4 may be deformable (expandable and contractible) according to the flow of fluid into and out of the space 7, and may be made of an elastic material other than rubber.
  • the tactile sense presentation layer 4 that directly touches the user's skin is composed of an elastic body, so that it is easy to present the user with a feeling of touching the actual human skin, and the tactile sense presentation device can be used as a human body. It is suitable for use as a communication device between people.
  • the base material 5 is made of ABS resin (acrylonitrile-butadiene-styrene resin), PMMA resin (polymethyl methacrylate resin), PBT resin ( Resin materials such as polybutylene terephthalate resin) and polycarbonate resins, and rigid materials such as metals such as A1050 (aluminum), C1020 (oxygen-free copper) and C1100 (tough pitch copper) can be used.
  • the base member 5 may be configured using an elastic body made of the same material as the tactile sensation presenting layer 4. In this case, the base member 5 does not expand or contract according to the volume change in the space 7 caused by the inflow and outflow of fluid. Configured to be thick.
  • FIGS. 9A and 9B are partial cross-sectional views of the tactile sense presentation module 3 for explaining the bonding and fixing state between the base member 5 and the tactile sense presentation layer 4.
  • FIG. 9(A) corresponds to an enlarged view of the area surrounded by the dashed ellipse IX in FIG. 6(B).
  • 9A and 9B are both partial enlarged cross-sectional views of the peripheral region of the tactile sense presentation module 3.
  • FIG. 9(B) corresponds to a cross-sectional view of an area where the hole 55 does not exist.
  • the base material portion 5 is indicated by diagonal lines rising to the right.
  • the base portion 5 has a base portion 51 and a wall portion 52 .
  • the base portion 51 has an elliptical shape in plan view.
  • the base portion 51 has an inner region 510 positioned in a region surrounded by the wall portion 52 and a frame region 511 positioned outside the wall portion 52 .
  • Both the inner region 510 and the frame region 511 are substantially flat surfaces substantially parallel to the XY plane.
  • the inner region 510 and the frame region 511 may be positioned on the same XY plane, or may be positioned on different XY planes.
  • the position of the inner region 510 in the height direction Z of the skin side surface is positioned outside the height direction Z of the skin side surface of the frame region 511 (see FIG. 9). up) and located on different XY planes.
  • the frame region 511 of the base portion 51 is provided with a plurality of bottom holes 55b intermittently arranged along the outer periphery of the wall portion 52.
  • the bottom hole 55b is provided as a through hole that penetrates the frame region 511 in the height direction Z, but is a recess that is recessed from the skin side of the frame region 511 toward the non-skin side without penetrating.
  • the wall portion 52 is provided so as to protrude outward in the height direction Z from the base portion 51 .
  • the wall portion 52 is provided substantially perpendicular to the base portion 51 .
  • the wall portion 52 is provided along the peripheral edge of the base portion 51 so as to be positioned slightly inside the peripheral edge.
  • a frame region 511 projecting outward from the wall portion 52 is provided in the peripheral region of the base member 5 .
  • the wall portion 52 has an inner wall surface 521 , an outer wall surface 522 and an upper surface 54 .
  • the wall portion 52 is provided with a plurality of wall holes 55a intermittently arranged along the outer circumference of the wall portion 52 .
  • the wall hole 55a is provided as a concave portion recessed from the outer wall surface 522 toward the inner wall surface 521 without penetrating the wall portion 52 in its thickness direction (direction perpendicular to the height direction Z). It may be configured as a through hole penetrating through the wall portion 52 in the thickness direction.
  • the wall hole 55a and the bottom hole 55b form a hole 55 connected to each other.
  • the skin side surface of the internal region 510 , the inner wall surface 521 of the wall portion 52 , and the upper surface 54 of the wall portion 52 are surfaces that contact the space 7 , that is, surfaces that contribute to the formation of the space 7 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the tactile sense presentation layer 4. As shown in FIG. In FIG. 6B, FIG. 8 and FIG. 9, the tactile sense presentation layer 4 is indicated by right-down diagonal lines. As shown in FIGS. 6A and 7, the tactile sense presentation layer 4 has an elliptical shape in plan view.
  • the external shape of the tactile sense presentation layer 4 has a dome shape with a central portion slightly raised in the height direction Z.
  • the tactile sense presentation layer 4 has a skin side surface (upper surface in FIG. 8) 4a and a non-skin side surface (lower surface in FIG. 8) 4b.
  • the skin side surface 4a is a surface with which the user's U skin can come into direct contact.
  • the non-skin side surface 4 b is a surface in contact with the space 7 .
  • the tactile sense presentation layer 4 has a tactile sense presentation film 41 and a substrate fixing portion 42 .
  • the tactile sensation presenting film 41 is formed relatively thin, and the substrate fixing portion 42 is formed thick.
  • a wall-like substrate fixing portion (hereinafter, sometimes simply referred to as a “substrate fixing portion”) 42 is positioned so as to surround the entire periphery of the tactile sensation presenting film 41 .
  • the tactile sense presentation film 41 is a region formed in a thin film shape that can be deformed by fluid flowing in and out of the space 7 in the tactile sense presentation module 3, and is a part that contributes to tactile sense presentation.
  • the tactile sense presentation film 41 has an elliptical shape in plan view and is configured with a uniform thickness over the entire area.
  • the tactile sense presentation layer 4 is provided so as to cover the base portion 51 and the wall portion 52 of the substantially flat base portion 5 .
  • the "thickness of the tactile sense presentation film” is the dimension in the normal direction perpendicular to the tangential plane along the curved surface of the non-skin side surface 4b of the tactile sense presentation film 41.
  • the skin side surface 4a of the tactile sense presentation film 41 has a substantially flat surface substantially parallel to the XY plane at the central portion and a gently curved surface with a low curvature at the peripheral portion.
  • the tactile sense presentation direction of the presentation module 3 is substantially parallel to the height direction Z. As shown in FIG.
  • the base fixing portion 42 is a portion that is configured to be difficult to deform due to the inflow and outflow of fluid into and out of the space 7 and does not contribute to the tactile presentation.
  • the base material fixing part 42 is provided in a wall shape that surrounds the entire circumference of the tactile sense presentation film 41 and protrudes inward in the height direction Z from the tactile sense presentation film 41 along the peripheral edge of the tactile sense presentation film 41 .
  • the thickness of the base material fixing portion 42 is thicker than the thickness of the tactile sensation presenting film 41 .
  • the substrate fixing portion 42 has a substantially elliptical outer shape in plan view.
  • the wall-like substrate fixing portion 42 has an inner wall surface 421 and an outer wall surface 422 .
  • the inner wall surface 421 is a curved surface substantially parallel to the height direction Z and substantially perpendicular to the inner region 510 of the base portion 51 of the base portion 5 .
  • the “thickness of the substrate fixing portion” corresponds to the dimension of the wall-like substrate fixing portion 42 in the normal direction perpendicular to the tangential plane along the curved surface of the inner wall surface 421 .
  • the thickness direction of the base fixing portion 42 is substantially perpendicular to the tactile sense presentation direction.
  • the thickness direction of the substrate fixing portion 42 substantially corresponds to the direction in which the fluid in the space 7 pushes the substrate fixing portion 42 during expansion.
  • boundary 43 between base material fixing portion 42 and tactile sense presentation film 41 is defined as
  • the normal direction of the tangential plane of the non-skin side surface 4b of the tactile sense presentation layer 4 corresponds to a portion where the direction changes greatly. That is, in the tactile sense presentation module 3 , the normal direction of the tactile sense presentation film 41 is substantially parallel to the height direction Z, whereas the normal direction of the substrate fixing portion 42 is substantially perpendicular to the height direction Z. It can be said that the boundary 43 is a portion where the normal direction changes greatly.
  • the inner side of the portion where the normal line direction is greatly changed corresponds to the tactile sensation presenting film 41
  • the outer side corresponds to the substrate fixing portion 42 .
  • the thickness of the base material fixing portion 42 is thicker than the thickness of the tactile sense presentation film 41 .
  • the tactile sense presentation film has, for example, a corrugated shape that repeats unevenness
  • the tactile sense presentation film has a portion where the normal line direction changes greatly.
  • the portion where the normal direction changes significantly corresponds to the boundary between the base fixing portion and the tactile sense presentation film.
  • the space 7 includes a portion of the inner wall surface 421, the non-skin side surface 41b of the tactile sense presentation film 41, and the base material portion. 5, the inner wall surface 521 of the wall portion 52, and the upper surface 54 of the wall portion 52.
  • the position of the upper surface 54 of the wall portion 52 of the base portion 5 with respect to the height direction Z in the drawing is the boundary 43 between the tactile sense presentation film 41 of the tactile sense presentation layer 4 and the base fixing portion 42 . It is at a position lower than the position (inward in the height direction Z).
  • the inner wall surface 421 of the base fixing portion 42 of the tactile sensation presenting layer 4 has a region in contact with the base portion 5 and a region not in contact with the base portion 5 but in contact with the space 7 .
  • the second region 14 having a relatively thin thickness and a portion of the first region 13 that is continuous with the second region 14 of the base material fixing portion 42 (the lower side of the first region 13 in the figure) ) is in contact with the outer wall surface 522 of the wall portion 52 of the base portion 5, and the base portion 5 and the tactile sense presentation layer 4 are adhesively bonded.
  • An inner wall surface 421 corresponding to the other portion of the first region 13 of the base material fixing portion 42 (a portion above the first region 13 in the drawing) is not in contact with the base material portion 5, and the space 7 is formed.
  • form part of The portion of the base material fixing portion 42 that contributes to the formation of the space 7 is provided with a projection portion 46 described later and has a large thickness.
  • the substrate fixing portion 42 has a first region 13 with a relatively large thickness dimension and a second region 14 with a relatively thin dimension.
  • the first region 13 constitutes a projecting portion 46 projecting outward in a direction perpendicular to the height direction Z.
  • the substrate fixing portion 42 has a non-uniform thickness in the height direction Z.
  • the thickness of the portion of the base material fixing portion 42 that contributes to the formation of the space 7 is thicker than the thickness of the tactile sense presentation film 41 .
  • the thickness of the substrate fixing portion 42 may be uniform in the height direction Z.
  • the base fixing portion 42 is formed as a protrusion as in the present embodiment. 46 and preferably has a wedge-shaped cross-section.
  • the tactile sense presenting layer 4 is produced in a form in which the tactile sense presenting film 41 and the base fixing portion 42 are continuous by integral molding.
  • Integral molding means molding by an integral molding method such as compression molding, a molding method, a modeling method using a 3D printer, or an injection molding method.
  • integrally forming the tactile sense presentation layer 4 the airtightness of the tactile sense presentation module 3 is improved, and more stable and prompt tactile sense presentation becomes possible.
  • the tactile sense presentation layer 4 may be configured using one type of material, or may be configured using a plurality of types of materials. For example, when a tactile sense presentation film is composed of two materials, half of the region is composed of one material and the other half of the region is composed of the other material.
  • the tactile sensation presenting film may be configured to have a plurality of different hardness regions, enabling more diverse tactile sensations to be presented.
  • a structure having a plurality of different hardness regions can be realized, for example, by using different materials with different hardnesses, or by using the same material with different film thicknesses to have different hardnesses.
  • the deformation rate of the tactile sense presentation film and base fixing part In the tactile sense presentation module 3 , the deformation rate of the base fixing portion 42 before and after the fluid flows into the space 7 is lower than the deformation rate of the tactile sense presentation film 41 .
  • the deformation rate of the tactile sense presentation film 41 before and after the fluid inflow is defined as the deformation rate of the dimension a in the height direction Z of the tactile sense presentation layer 4 (see FIG. 8). and
  • the dimension a in the height direction Z of the tactile sense presentation layer 4 is the height between the innermost (lower in the figure) and the outermost (upper in the figure) portions of the tactile sense presentation layer 4 in the height direction Z. is the distance in the Z direction.
  • the deformation rate of the base material fixing part 42 is the part that contributes to the formation of the space 7 of the base material fixing part 42, and the base material fixing part 42 refers to the deformation rate at the thickest part of
  • the deformation rate of the base material fixing part 42 before and after the fluid inflow is calculated as the deformation of the thickness direction of the base material fixing part 42 in the entire tactile sense presentation layer 4. rate.
  • the deformation rate of the dimension in the thickness direction of the base material fixing part 42 in the entire tactile sense presentation layer 4 the deformation rate of the major axis dimension b (see FIG. 8) of the base material fixing part 42 having an oval shape in plan view is obtained.
  • the base fixing part 42 forms the outer shape of the peripheral region of the tactile sense presentation layer 4 , and the long axis dimension of the base base fixing part 42 matches the long axis dimension of the tactile sense presentation layer 4 .
  • a method of calculating the deformation rate of the tactile sensation presenting film 41 and the base fixing portion 42 before and after the fluid is introduced will be described below.
  • the deformation rate of the dimension a in the height direction Z of the tactile sense presentation layer 4 is calculated as the deformation rate of the tactile sense presentation film 41
  • the deformation rate of the dimension b in the long axis direction of the tactile sense presentation layer 4 is calculated as the deformation rate of the base fixing portion 42 .
  • the deformation rate of the tactile sense presentation layer 4 before and after the fluid flows into the space 7 is the pressure in the space 7 before the fluid flows in is 1 kPa, and the fluid flows in until the pressure in the space 7 reaches 10 kPa.
  • the dimensions of the tactile sense presentation layer 4 can be determined based on images of the tactile sense presentation module 3 taken from the lateral direction as shown in FIG. 6B before and after the fluid is introduced.
  • the deformation rate of the tactile sense presentation film 41 can be calculated by a'/a.
  • the deformation rate of the base fixing portion 42 can be calculated by b'/b. .
  • the deformation rate (b′/b, c′/c) in the longitudinal direction is the deformation rate (a′/ a) is lower.
  • the deformation rate of the major axis dimension b of the base material fixing portion 42 is taken as an example to be compared with the deformation rate.
  • the deformation rate of the dimension in the thickness direction is lower than the deformation rate of the tactile sense presenting film 41 over the entire base fixing portion 42 .
  • the tactile sense presentation layer 4 of the tactile sense presentation module 3 is configured to be easily stretchable in the height direction Z, which is the tactile sense presentation direction, and to be difficult or not stretchable in directions other than the tactile sense presentation direction.
  • the deformation rate of the tactile sense presenting film 41 in the tactile sense presenting direction before and after the fluid flows in and out becomes a numerical value larger than 1.0. Since the threshold of the tactile sensation differs depending on the part of the body targeted for tactile sense presentation, the deformation rate of the tactile sense presentation film 41 in the tactile sense presentation direction can be appropriately set depending on the part of the body targeted for tactile sense presentation. From the viewpoint of efficient tactile sense presentation in the tactile sense presentation direction, the deformation ratio of the dimension in the thickness direction of the base material fixing portion 42 in the entire tactile sense presentation layer 4 (the deformation ratio of the base material fixing portion) is 1.0. It is preferably not deformed by inflow and outflow.
  • the thickness of the base material fixing part 42 is made thicker than the thickness of the tactile sense presentation film 41, so that the deformation rate of the base material securing part before and after the fluid flows in is lower than the deformation rate of the tactile sense presentation film. .
  • the thickness of the base fixing portion 42 (dimension in the direction perpendicular to the height direction Z) is greater than the thickness of the tactile sense presentation film 41 .
  • the substrate fixing portion 42 is provided in the form of a wall that protrudes inward in the height direction Z from the tactile sensation presentation film 41, the dimension of the substrate fixing portion 42 in the height direction Z is the same as that of the tactile sensation presentation layer. 4 (dimension in the height direction Z).
  • the tactile sense presentation film 41 is configured to be relatively thin, and the wall-like substrate fixing portion 42 is configured to be thick. With such a configuration, the deformation rate of the base fixing portion 42 before and after the fluid flows in and out can be made lower than the deformation rate of the tactile sense presentation film 41 .
  • the tactile sense presentation film 41 expands and contracts in the tactile sense presentation direction (the height direction Z in this embodiment) according to the inflow and outflow of the fluid, whereas the base fixing portion 42 expands and contracts. do not.
  • the force of the fluid is applied to the substrate fixing portion 42 in a direction different from the tactile sense presentation direction presented to the user U (for example, a direction substantially perpendicular to the tactile sense presentation direction).
  • the portion 42 By configuring the portion 42 to be thick, expansion of the substrate fixing portion 42 is suppressed. Therefore, expansion of the tactile sense presentation layer 4 in directions other than the desired tactile sense presentation direction is suppressed.
  • the volume change rate of the space 7 due to the inflow and outflow of fluid can be reduced, and the tactile sense presentation layer 4 can be expanded and contracted at a high speed to provide a prompt tactile sense. It becomes possible.
  • power loss of the actuator due to expansion and contraction in directions other than the desired tactile sense presentation direction can be suppressed, and power consumption can be reduced.
  • the tactile sense presentation module 103 of the comparative example has a base portion 105 and a tactile sense presentation layer 104 made of an elastic body, and fluid flows in and out of a space 107 formed by the base portion 105 and the tactile sense presentation layer 104. configured as As the fluid flows into and out of the space 107, the tactile sense presentation layer 104 deforms as the volume of the space 107 changes, thereby presenting a tactile sense to the user.
  • the tactile sense presentation layer 104 is a thin film with a uniform thickness over the entire area.
  • the tactile sense presentation layer 104 has a tactile sense presentation film 141 and a substrate fixing portion 142 .
  • the base fixing part 142 is positioned so as to surround the entire periphery of the tactile sense presenting film 141 .
  • the base material fixing portion 142 is adhesively fixed to the base material portion 105 .
  • the tactile sense presentation layer 104 is formed with a uniform film thickness.
  • the tactile sense presentation layer 104 extends in the direction 12 different from the tactile sense presentation direction 11 in the peripheral region of the tactile sense presentation film 141 .
  • the rate of change in volume in the space 107 increases and the speed of expansion and contraction by the fluid slows down, causing power loss in the actuator due to expansion and contraction in a direction different from the tactile sense presentation direction, and prompt tactile sense presentation is difficult. .
  • the deformation rate of the base fixing portion 42 before and after the fluid flows into the space 7 is configured to be lower than the deformation rate of the tactile sense presentation film 41 .
  • the expansion and contraction speed of the tactile sense presentation layer 4 can be increased to enable prompt tactile presentation, and power loss of the actuator due to expansion and contraction in directions other than the desired tactile sense presentation direction can be suppressed.
  • the tactile sense presentation layer 4 is arranged so as to cover the wall portion 52 of the base portion 5, and the tactile sense presentation layer 4 and the base portion 5 are separated from each other. It is glued and fixed. More specifically, the outer wall surface 522 of the wall portion of the base material portion 5 and the inner wall surface 421 of the base fixing portion 42 of the tactile sense presentation layer 4 are in contact with each other, and the frame region 511 of the base portion 51 of the base portion 5 and the base material are in contact with each other.
  • the bottom surface 423 of the fixing part 42 is in contact with the base part 5 and the tactile sensation presenting layer 4, and the base part 5 and the tactile sensation presenting layer 4 are adhered and fixed with an adhesive (not shown) applied to the mutually contacting surfaces (contact surfaces).
  • an adhesive not shown
  • FIGS. 9A and 9B a portion (contact surface) where the base member 5 and the tactile sense presentation layer 4 are in contact is shown surrounded by a dashed ellipse 56 .
  • the adhesive may be applied over the entire contact surface where the base material portion 5 and the tactile sense presentation layer 4 are in contact with each other, or the adhesive may be applied partially.
  • a coating pattern of the adhesive when partially coating the adhesive a continuous spiral or zigzag pattern in which coated portions with adhesive and non-coated portions with no adhesive are alternately positioned. You may use the coating pattern which carried out. Alternatively, a coating pattern may be used in which a plurality of adhesives are intermittently arranged circumferentially on the contact surface.
  • the contact between the outer wall surface 522 of the wall portion 52 of the base material portion 5 and the inner wall surface 421 of the base fixing portion 42 of the tactile sense presentation layer 4 is in contact.
  • the surface is a surface along the tactile sense presentation direction (height direction Z).
  • the tactile sense presentation layer 104 and the base material portion 105 In order to increase the bonding strength between the tactile sense presentation layer 104 and the base material portion 105 and to increase the airtightness of the tactile sense presentation module 103, it is necessary to secure a large bonding area between the tactile sense presentation layer 104 and the base portion 105. .
  • the bonding surface between the tactile sense presentation layer 104 and the base material portion 105 is parallel to the plane perpendicular to the tactile sense presentation direction and does not contribute to the tactile sense presentation.
  • the range that can be presented (the tactile sense presentation film 141) is narrowed.
  • the tactile sense presentation module 3 of the tactile sense presentation device 1 of the present embodiment the base member 5 and the inner wall surface 421 of the wall-like base member fixing portion 42 of the tactile sense presentation layer 4 are fixed in contact with each other.
  • the contact surface between the base member 5 and the tactile sense presentation layer 4 is substantially parallel to the tactile sense presentation direction (height direction Z). For this reason, in the tactile sense presentation module 3 of the present embodiment, it is possible to configure the range of the tactile sense presentation film 41 to be wider than the size of the entire tactile sense presentation module 3, and the effective area capable of presenting the tactile sense is can be widened. In other words, it is possible to expand the degree of freedom in designing the tactile presentation device 1 .
  • the outer wall surface 522 and the inner wall surface 421 are in contact with each other at a contact surface substantially parallel to the height direction Z.
  • the frame region 511 of the base portion 51 of the base member 5 and the bottom surface 423 of the base member fixing portion 42 are in contact with each other on a contact surface substantially perpendicular to the height direction Z.
  • the adhesive strength between the base member 5 and the tactile sense presentation layer 4 can be improved.
  • the base member 5 has the wall portion 52 near the boundary between the wall portion 52 and the frame region 511 of the base portion 51 along the outer periphery of the wall portion 52.
  • a plurality of holes 55 are provided intermittently. That is, a plurality of holes are intermittently positioned in the contact area between the outer wall surface 522 of the wall portion 52 of the base material portion 5 and the inner wall surface 421 of the base fixing portion 42 of the tactile sense presenting layer 4 .
  • the "contact area" between the base material and the tactile sense presentation layer includes a contact surface where the base material part and the tactile sense presentation layer come into contact with each other, and a hole formed in the base material so that the base material and the tactile sense presentation layer contact each other. and a non-contact surface that does not contact the layer.
  • the adhesive is applied into the holes 55 from the non-skin side of the base material portion 5 (upper side of the base material portion 5 in FIG. 9A, the lower side of the base material portion 5). be done.
  • the adhesive is applied to the hole 55 provided in the bonding area of the base material portion 5 and the tactile sense presentation layer 4 , thereby exerting an anchor effect, thereby bonding the base portion 5 and the tactile sense presentation layer 4 together.
  • Adhesion can be made more reliable, and the airtightness of the tactile sense presentation module 3 can be improved.
  • the position of the upper surface 54 of the wall portion 52 of the base portion 5 with respect to the height direction Z on the drawing is It is preferably located at a position lower than the position of the boundary 43 between the tactile sense presentation film 41 and the base fixing portion 42 in the tactile sense presentation layer 4 (inner side in the height direction Z).
  • the inner wall surface 421 of the base material fixing portion 42 of the tactile sense presentation layer 4 has a region in contact with the base portion 5, a region not in contact with the base portion 5 but in contact with the space 7, It is preferred to have With such a configuration, when the tactile sense presentation device 1 presents the tactile sense to the user U, the distance between the rigid base member 5 and the part of the body of the user U to which the tactile sense is to be presented can be made wider. . Therefore, the texture of the base material portion 5 is less likely to be conveyed to the user U, and a better tactile sensation can be presented without causing discomfort in use.
  • the tactile sense presentation film 41 is relatively thin, and has lower rigidity than the thick base material fixing portion 42 . Therefore, when the tactile sense presenting layer 4 expands, stress is more likely to occur at the boundary 43 between the tactile sense presenting film 41 and the base fixing portion 42, which have different rigidity.
  • the base member 5 by positioning the base member 5 inside the boundary 43 between the tactile sensation presenting film 41 and the base member fixing member 42 in the height direction Z, the base member 5 is less likely to come into contact with the boundary 43 . be able to.
  • the tactile sense presentation layer 4 expands, it is possible to suppress the occurrence of an event that the base material portion 5 touches the boundary 43 where stress is likely to occur and the tactile sense presentation layer 4 tends to deteriorate over time.
  • the wall-shaped base material fixing portion 42 has the protrusion 46 that protrudes in its thickness direction (the direction perpendicular to the height direction Z).
  • the protrusion 46 is used for positioning the housing 2 and the tactile presentation module 3 . Further, when the tactile sense presentation device 1 is used and an external force is applied to the tactile sense presentation device 1 toward the inside in the height direction Z due to the user's grip, the projection 46 causes the tactile sense presentation module 3 to move toward the housing 2 . It also functions as a stopper that suppresses excessive sinking inward in the height direction Z. The relationship between the protrusion 46 and the housing 2 will be described in the second embodiment.
  • the size and shape of the tactile sense presentation module 3, and the size, shape, thickness, etc. of the tactile sense presentation layer used in the tactile sense presentation module can be appropriately set according to the application of the tactile sense presentation device and the tactile sense presentation target site. Specific numerical values are given below, but are not limited thereto.
  • the tactile sense presentation module 3 is formed in a substantially elliptical shape with a long axis of 64 mm and a short axis of 34 mm in plan view.
  • the tactile sense presentation layer 4 used in the tactile sense presentation module 3 has a substantially elliptical shape in plan view with a major axis dimension b of 53 mm and a minor axis dimension of 37 mm.
  • the dimension a in the height direction Z of the tactile sense presentation layer 4 is 10.7 mm.
  • the tactile sense presentation film 41 of the tactile sense presentation layer 4 has a substantially elliptical shape in plan view with a major axis dimension d of 46 mm and a minor axis dimension of 30 mm.
  • the thickness e of the tactile sense presentation film 41 is 0.8 mm.
  • the substrate fixing portion 42 of the tactile sensation presenting layer 4 has a height dimension f of 5.5 mm and a maximum thickness dimension g of 3.5 mm.
  • the tactile presentation device 1 of this embodiment has a size that allows the user U to hold it in one hand.
  • two tactile sense presentation modules 3 are capable of presenting a pressure sense stimulus to the user's U hand.
  • One tactile sense presentation module 3 is provided at a position corresponding to the user's fingers when the user U grips the tactile sense presentation device 1. It is provided at a position corresponding to the vicinity.
  • the other tactile sense presentation module 3 is provided at a position corresponding to the user's palm when the user U grips the tactile sense presentation device 1 .
  • the tactile sense presentation device 1 includes a pressure sensor 8 that detects the user's U force as a detection unit.
  • the pressure sensor 8 is provided, for example, at a position corresponding to the user's fingers when the user U grips the tactile presentation device 1, and is provided at a position corresponding to the vicinity of the third joint of the index finger and the middle finger. It is
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a tactile presentation system 100 that enables tactile communication between two users even when they are located at separate locations.
  • FIG. 5B shows two users performing tactile communication using the tactile presentation device 1 .
  • one tactile sense presentation device 1 is called a first tactile sense presentation device 1a
  • the other tactile sense presentation device 1 is called a second tactile sense presentation device 1b.
  • the user who operates the first tactile presentation device 1a is called a first user U1
  • the user who operates the second tactile presentation device 1b is called a second user U2. call.
  • the terms "first” and "second” are used in order to distinguish each part having the same configuration. .
  • a first user U1 and a second user U2 while looking at the display 20 on which the other party is projected, hold the first tactile presentation device 1a and the second tactile presentation device 1a, respectively. Tactile communication can be performed using the tactile presentation device 1b.
  • the number of the tactile sense presentation devices 1 is two will be described, but the number of the tactile sense presentation devices 1 may be three or more.
  • the number of users is not limited to two, and may be three or more.
  • some of the users may include fictitious characters (comic characters displayed on the screen, virtual idols, etc.).
  • the first pressure sensor 8 detects a first pressure value corresponding to the gripping force of the first user U1.
  • the first control unit 15 transmits the detected first pressure value to the second tactile presentation device 1b directly or indirectly via a server device or the like.
  • the second control unit 15 of the second tactile sense presentation device 1b receives the first pressure value directly from the first tactile sense presentation device 1a or indirectly via a server device or the like.
  • the second control unit 15 drives the second actuator 9 according to the first pressure value to control the inflow and outflow of the fluid within the second space 7 .
  • the second control unit 15 expands and contracts the tactile sense presentation layer 4 of the second tactile sense presentation module 3, thereby presenting the pressure sense corresponding to the first pressure value to the second user U2.
  • the second tactile sense presentation device 1b can present to the second user U2 the sensation of being pressed by the expansion of the tactile sense presentation layer, and the contraction of the tactile sense presentation layer causes the pressed palm to be felt. It is possible to present the second user U2 with a feeling of returning to normal. Thereby, the second tactile sense presentation device 1b can present to the second user U2 a feeling as if the hands of the first user U1 were being squeezed.
  • the second pressure sensor 8 responds to the gripping force of the second user U2.
  • a second pressure value is detected.
  • the second control unit 15 transmits the detected second pressure value to the first tactile sense presentation device 1a directly or indirectly via a server device or the like.
  • the first control unit 15 of the first tactile sense presentation device 1a receives the second pressure value directly from the second tactile sense presentation device 1b or indirectly via a server device or the like.
  • the first control unit 15 drives the first actuator 9 according to the second pressure value to control the inflow and outflow of the fluid within the first space 7 .
  • the first control unit 15 expands and contracts the tactile sense presentation layer 4 of the first tactile sense presentation module 3, thereby presenting the first user U1 with a pressure sense corresponding to the second pressure value.
  • the first tactile sense presentation device 1a can present to the first user U1 the feeling of being pressed by the expansion of the tactile sense presentation layer, and the contraction of the expansion membrane causes the pressed palm to return to its original state. Such a feeling can be presented to the first user U1.
  • the first tactile sense presentation device 1a can present to the first user U1 a feeling as if the hand of the second user U2 was being squeezed.
  • the tactile sense presentation device 1 may further include a temperature sensor that detects the temperature of the skin of the user's U hand as a detection unit, and a thermoelectric conversion element as a presentation unit.
  • a temperature sensor that detects the temperature of the skin of the user's U hand as a detection unit
  • a thermoelectric conversion element as a presentation unit.
  • a tactile sensation can be presented to the user U's skin.
  • a thermoelectric conversion element is typically a Peltier element. Using the heat generated by heat radiation or heat absorption of the thermoelectric conversion element, it is possible to give the user a thermal stimulus and present a warm or cold sensation.
  • thermoelectric conversion element is provided so as to be positioned within the space 7, and can be provided, for example, by adhering to the non-skin side surface 4b of the tactile sense presentation layer 4 (the side in contact with the space).
  • the thermoelectric conversion element may be waterproofed.
  • a usage example of a tactile presentation device further including a temperature sensor and a thermoelectric conversion element will be described.
  • a tactile presentation device gripped by one user detects a pressure value corresponding to the force with which one user grips the tactile presentation device. detects the skin temperature value of one user's hand.
  • the detected pressure and temperature values are transmitted to the other user's tactile presentation device.
  • the actuator is driven based on the received pressure value to control the inflow and outflow of the fluid in the space of the tactile sense presentation module, and the thermoelectric conversion element performs temperature control based on the received temperature value. be done.
  • the other user's tactile sense presentation device reproduces the state in which one user's hand is clenched, and the other user feels as if one user's hand was clenched. can be done.
  • the temperature sensor can be used as a limiter to ensure safety during use, such as not to get too hot above 40°C to prevent burns, or to not get too cold below 20°C. can enhance sexuality.
  • the number and positions of the tactile presentation modules in the tactile presentation device 1, the number and positions of the detection units such as pressure sensors and temperature sensors, etc. are not limited to the form described here, and may be It can be appropriately set depending on the target site.
  • the number of tactile sense presentation modules 3 can be appropriately adjusted depending on the part of the body that is to be tactile sense presented, and may be one or more.
  • the two tactile sense presentation modules 3 are positioned facing each other, and the tactile sense presentation directions of the respective tactile sense presentation modules 3 are configured to differ by approximately 180 degrees, but the present invention is not limited to this.
  • the tactile sense presentation direction of each of the plurality of tactile sense presentation modules can be appropriately configured to be the same or different depending on the part of the body to be presented with the tactile sense and the type of tactile sense to be presented.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the tactile presentation device 1A.
  • the tactile sense presentation device 1 of the first embodiment the example in which the two tactile sense presentation modules 3 are arranged facing each other and the respective tactile sense presentation directions differ by approximately 180 degrees when inflated has been given, but the present invention is not limited to this.
  • the tactile sense presentation device 1A shown in FIG. 10 in a form in which a plurality of tactile sense presentation modules 3 are mounted in one tactile sense presentation device 1A, a plurality of tactile sense presentations are performed so that the tactile sense presentation directions are the same when inflated.
  • a module 3 may be arranged.
  • the tactile sense presentation module 3 mounted on the tactile sense presentation device 1A of the second embodiment has the same configuration as the tactile sense presentation module 3 described in the first embodiment.
  • the tactile sense presentation device 1A of this embodiment includes two tactile sense presentation modules 3 and a housing 2A that holds the tactile sense presentation modules 3 .
  • the tactile sense presentation layer 4 of the tactile sense presentation module 3 has projections 46 protruding outward in the thickness direction (direction perpendicular to the height direction Z) on the wall-shaped substrate fixing portion 42 located on the periphery thereof.
  • the wall-shaped substrate fixing portion 42 has a wedge shape in which the thickness in the height direction Z decreases toward the bottom surface 423 (toward the inside in the height direction Z).
  • the protrusion 46 is used for positioning the housing 2A and the tactile sense presentation module 3 .
  • the protrusion 46 has an inclined surface 45 in the first region 13 where the thickness of the wall-like substrate fixing portion 42 gradually decreases from top to bottom in the figure. .
  • the inclined surface 45 is obliquely provided with respect to the tactile sense presentation direction.
  • the housing 2A has an inclined surface 25, and when it is used as the tactile sense presentation module 3, the inclined surface 25 and the inclined surface 45 of the tactile sense presentation layer 4 are brought into contact with each other so that the tactile sense presentation module 3 and the housing 2A are separated. and are positioned.
  • the tactile sense presentation device 1 of the first embodiment In addition, in the tactile sense presentation device 1A of the present embodiment, each of the plurality of tactile sense presentation modules 3 is positioned with respect to the housing 2A. The relationship can also be positioned to have the desired positional relationship.
  • the protrusion 46 has a surface (inclined surface 45 in the present embodiment) in a direction different from the tactile sense presentation direction. Excessive sinking of the module 3 inward in the height direction Z with respect to the housing 2A is suppressed. The same applies to the tactile sense presentation device 1 of the first embodiment.
  • planar shape (shape in plan view) of the tactile sense presentation layer that presents the tactile sense to the user's skin is substantially elliptical. Any shape can be used.
  • the planar shape of the tactile sense presentation layer can be appropriately set depending on the application of the tactile sense presentation device and the tactile sense presentation target site.
  • FIG. 11A is a schematic cross-sectional view of the tactile presentation module 3 of the above embodiment.
  • FIGS. 11B to 11D are modified examples of the tactile presentation module.
  • the contact surfaces between the base member and the tactile sensation presenting layer are indicated by bold lines and denoted by reference numerals 10 and 10A to 10C.
  • the tactile sense presentation film is schematically illustrated in a flat shape, and the shape of the wall-like substrate fixing portion is illustrated in a simplified manner.
  • FIGS. 12A to 12E which will be described later, the shape of the wall-shaped base fixing portion is illustrated in a simplified manner.
  • the tactile sense presentation layer 4 is arranged so as to cover the base material portion 5, and the tactile sense presentation layer 4 is attached to the wall-like base material fixing portion 42.
  • the two different contact surfaces 10 of the inner wall surface 421 and the bottom surface 423 of the base member 5 are in contact with each other and fixed by adhesion, but the present invention is not limited to this form.
  • the inner wall surface 421 of the fixing portion 42 and the side surface 52B of the base portion 5B may be in contact with each other, that is, they may be adhesively fixed at one contact surface 10B.
  • the contact surface 10B between the tactile sense presentation layer 4 and the base material portion 5B is substantially parallel to the tactile sense presentation direction (height direction Z in this embodiment).
  • the range of the tactile sense presentation film can be widened relative to the size of the entire tactile sense presentation module 3, and the effective area in which the tactile sense can be presented can be widened.
  • the tactile sense presentation layer 4 and the base material portion 5C are connected to the bottom surface 423 of the wall-like base material fixing portion 42 and the surface of the base material portion 5B ( It may be in contact with the skin side) 51C, that is, may be adhesively fixed at one contact surface 10C.
  • the contact surface 10C between the tactile sense presentation layer 4 and the base portion 5C is a surface in a direction substantially perpendicular to the tactile sense presentation direction. Further, for example, like the tactile sense presentation module 3D shown in FIG. good too.
  • the tactile sense presentation layer 4 is fixed in contact with the base member 5 on two different surfaces, an outer wall surface 422 and a bottom surface 423 of the wall-like base member fixing portion 42 . That is, the tactile sensation presenting layer 4 and the base material portion 5 are adhered and fixed by two different contact surfaces 10D.
  • FIGS. 12A to 12C are other modifications of the tactile presentation module.
  • the tactile sense presentation film 41 of the tactile sense presentation layer 4 has a film shape that protrudes toward the skin of the body part of the tactile sense presentation target (outward in the height direction Z). but not limited to this.
  • the film shape of the tactile sense presentation film can be appropriately set depending on the application of the tactile sense presentation device and the tactile sense presentation target site. By changing the film shape of the tactile sense presentation film, it is possible to present a wider variety of tactile senses.
  • the tactile sense presentation film 41E may have a concave shape that is dented inward in the height direction Z. Further, for example, like the tactile sense presentation module 3F shown in FIG. 12(B), the tactile sense presentation film 41F may have an uneven shape. In the embodiments and modified examples so far, the tactile sense presentation film 41 has a uniform film thickness over the entire area. 41G may be in the form of a film having a non-uniform film thickness in the plane, in which a plurality of protrusions are regularly or irregularly located on the surface thereof.
  • FIGS. 12(D) and (E) are still other modifications of the tactile presentation module.
  • the tactile sense presentation module 3 of the above-described embodiment an example was given in which the base portion 51 of the base portion 5 forming the space 7 is a flat surface, but the present invention is not limited to this.
  • the shape of the surface of the base member that contributes to space formation can be appropriately set according to the application of the tactile sense presentation device and the tactile sense presentation target portion.
  • the base portion 51H of the base portion 5H that contributes to the formation of the space 7H protrudes toward the skin (outward in the height direction Z). It may be in shape. Further, for example, like the tactile sense presentation module 3J shown in FIG. good too.
  • FIG. 12F is a schematic cross-sectional view of a tactile presentation device 1K as a modification.
  • the tactile sense presentation device 1K includes a tactile sense presentation module 3K and a housing 2K that holds the tactile sense presentation module 3K.
  • the tactile sense presentation module 3K has a base portion 5K and a tactile sense presentation layer 4K forming a space 7K together with the base portion 5K.
  • the tactile sense presentation layer 4K has a tactile sense presentation film 41K and a wall-shaped substrate fixing portion 42K.
  • the tactile sense presentation device 1K may be configured to have a continuous smooth surface near the boundary between the tactile sense presentation film 41K and the housing 2K. As a result, the tactile presentation device 1K having an appearance with a sense of unity as a whole can be provided.
  • FIGS. 13A to 13C show other modifications of the tactile presentation layer forming part of the tactile presentation module.
  • the protrusions 46 provided on the wall-like substrate fixing portion 42 of the tactile sense presentation layer 4 have a slightly rounded shape.
  • the present invention is not limited to this, and a wall-shaped base material fixing portion 42L may have a projection portion 46L projecting at an acute angle like a tactile sense presentation layer 4L shown in FIG. 13(A).
  • the inner wall surface 421M of the base fixing portion 42M and the inner wall surface 421N of the base fixing portion 42N are corrugated.
  • the outer wall surfaces 422M and 422N may also be configured with bellows-shaped uneven surfaces.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a tactile presentation module 3P as a third embodiment.
  • a tactile presentation module 3P as a third embodiment.
  • the base member and the tactile sense presentation layer are adhered and fixed using an adhesive.
  • the material portion 5P and the tactile sense presentation layer 4P may be fitted and fixed.
  • the tactile sense presentation module 3P has a base portion 5P and a tactile sense presentation layer 4P forming a space 7P together with the base portion 5P.
  • the tactile sense presentation layer 4P has a tactile sense presentation film 41P and a wall-like substrate fixing portion 42P.
  • the inner wall surface 421P of the wall-shaped base material fixing portion 42P of the tactile sense presentation layer 4P and the side surface 52P of the base material portion 5P each have a substantially circular shape in plan view. Threads are formed on the inner wall surface 421P of the base material fixing part 42P and the side surface 52P of the base material part 5P, and the tactile sense presentation layer 4P and the base material part 5P are fixed by screwing the respective threads. be done.
  • the tactile sensation presenting layer and the base member may be fixed by the screw structure.
  • the screw structure By fixing with the screw structure, even if a problem occurs in the tactile sense presentation layer or the base portion after forming the tactile sense presentation module, the tactile sense presentation layer and the base portion can be easily separated. As a result, it becomes possible to easily replace the parts, and reuse the tactile sense presentation layer or the base member which is free from defects.
  • ⁇ Another modification of the tactile presentation device> Form examples of the contact surface between the base member and the tactile sense presentation layer shown in FIGS. 11 (A) to (D), film shape examples of the tactile sense presentation film shown in FIGS. Examples of the shape of the base portion of the base portion shown in FIGS. 12 (D) and (E), an example of the appearance of the tactile presentation device shown in FIG. 12 (F), and the base members shown in FIGS.
  • the example of the shape of the part and the example of fitting by the screw structure shown in FIG. 14 can be combined as appropriate.
  • the tactile sense presentation device of the above embodiment includes a pressure sensor, the pressure sensor may not be included.
  • an air pressure sensor may be arranged in a space formed by the base member and the tactile sense presentation layer.
  • a barometric sensor measures the pressure in a space. Measurement results from the air pressure sensor can be used for force control of tactile stimulation.
  • the degree of expansion can be controlled within a desired range so that the tactile sense presentation layer expands too much when fluid flows in and the membrane does not rupture. In this way, the atmospheric pressure sensor can be used as a limiter, and safety during use can be enhanced.
  • the tactile sense presentation module may include a functional element such as a Peltier element (thermoelectric conversion element), it may include an LED (lite-emitting diode) or the like as another functional element.
  • the LED can be arranged in the space of the haptic presentation module. By using an LED, it is possible to perform visual presentation in addition to tactile presentation by, for example, emitting light when the tactile presentation layer expands.
  • the age since the sensitivity to pressure sensation presentation differs depending on the age of the user U, the age may be set in the initial settings at the time of use, and the degree of pressure may be finely adjusted according to the age.
  • thermoelectric conversion elements are provided in the tactile sense presentation device
  • the sensitivity to hot and cold presentation varies depending on the age of the user U. Therefore, the age is set in the initial setting at the time of use, and the degree of hot and cold is finely adjusted according to the age. You may make it adjust.
  • a grandchild can deepen communication with grandparents in a remote location using the tactile sense presentation device.
  • the feeling of gripping can be presented to a plurality of spectators by the tactile presentation devices gripped by the spectators.
  • by gripping the tactile presentation device by a plurality of spectators it is possible to grasp the excitement of a concert or the like.
  • at a handshake event with a celebrity it is possible to shake hands with the tactile presentation device 1 even from a remote location, thereby improving security.
  • the tactile sense presentation device can be used for various purposes. For example, by using a tactile sense presentation device in a VR (Virtual Reality), an AR (Augmented Reality) device, or the like, it is possible to present a tactile sensation to a user as if they were actually touching a virtual object.
  • a tactile presentation device can typically be used for any application that presents a tactile sensation to a user, such as a wearable device, an input device, a medical device, a simulation device, an entertainment device, and the like.
  • the shape of the tactile sense presentation device can be appropriately set according to the application. Specific application examples and configuration examples of the tactile sense presentation device will be described below with reference to FIGS. 15 to 17, but the invention is not limited to those described here.
  • FIGS. 15A to 15D show grip-type tactile presentation devices 1Q to 1T, respectively.
  • the tactile sense presentation device 1Q shown in FIG. 15A is of a type that is held with one hand, and the tactile sense presentation layer 4 of the tactile sense presentation module 3 has a substantially rectangular planar shape.
  • the tactile sense presentation device 1R of FIG. 15(B) has a spherical tactile sense presentation module 3 with three tactile sense presentation layers 4 exposed along its surface.
  • FIG. 15C shows an example in which the handle is provided with the tactile sense presentation module 3 and the handle also functions as the tactile sense presentation device 1S. In the tactile sense presentation device 1S, the tactile sense presentation module 3 is arranged so that the tactile sense presentation layer 4 is exposed to the region where the user U grips with both hands.
  • the tactile sense presentation module 3 is arranged so that the tactile sense presentation layer 4 is exposed in the area that the user U grips with both hands.
  • the user U can hold the tactile presentation device 1T, which is a game controller, and play a game while watching a display such as a television device.
  • the tactile sense presentation device 1T presents the user U with a tactile sense corresponding to the game image projected on the display. This makes it possible to play the game with a sense of presence.
  • the tactile sense presentation device 1V in FIG. 16A presents tactile senses to five fingertips of the hand when worn.
  • the tactile sense presentation module 3 is arranged such that the plurality of tactile sense presentation layers 4 are in contact with each of the five fingertips of the user U when worn.
  • Each of the tactile sense presentation devices 1W and 1W' in FIG. 16B is a wristband type tactile sense presentation device capable of presenting a tactile sense to the arm and wrist.
  • the tactile sense presentation module 3 is arranged so that the tactile sense presentation layer 4 is in contact with the arm and wrist.
  • 16C is a wearable vest-type tactile sense presentation device that presents a tactile sense to the upper body of the user.
  • the tactile sense presentation modules 3 are arranged so that the plurality of tactile sense presentation layers 4 are in contact with the skin of the upper body directly or via clothing.
  • FIGS. 17A and 17B show installation-type tactile presentation devices 1Y to 1Z, respectively.
  • a tactile sense presentation device 1Y in FIG. 17A is installed near the display 21 .
  • the tactile sense presentation device 1Y has a plurality of tactile sense presentation modules 3 each having a tactile sense presentation layer 4 arranged to resemble the shape of a hand.
  • the tactile sense presentation device 1Y presents the tactile sense based on the movement of the user's U2 hand displayed on the display 21 .
  • the user U1 looking at the display 21 can feel the movement of the user U2's hand by placing the hand on the tactile presentation device 1Y.
  • FIG. 17B shows an example in which the tactile sense presentation module 3 is provided on a game stand having a display 22 and a game controller 23, and shows an example in which the game stand also functions as a tactile sense presentation device 1Z.
  • a plurality of tactile sense presentation modules 3 are installed near the game controller 23 fixed to the game table, and the tactile sense presentation layer 4 of each tactile sense presentation module 3 is exposed.
  • the tactile sense presentation device 1Z can present a tactile sense to the user's hand by placing the hand so as to directly touch the tactile sense presentation layer 4 .
  • This technique can also take the following configurations.
  • a substrate portion having a fluid intake/exhaust port; a tactile sensation presenting layer forming a space for holding fluid flowing in and out through the fluid intake/exhaust port between the substrate portion and the base portion;
  • the tactile sense presentation layer is a tactile sensation presenting film deformed by the inflow and outflow of the fluid; a wall-like substrate fixing portion fixed to the substrate portion and surrounding the tactile sense presentation film;
  • a tactile sense presentation device wherein a deformation rate of the base fixing portion before and after the fluid flows into the space is lower than a deformation rate of the tactile sense presenting film.
  • the tactile presentation device according to (5) above, The tactile sense presentation device, wherein the bottom surface of the wall-shaped base material fixing portion and the base portion are in contact with each other, and the tactile sense presentation layer is adhesively fixed to the base portion.
  • the tactile presentation device according to any one of (1) to (6) above, The base material portion has a hole in a contact area with the wall-shaped base material fixing part, and the base material part and the wall-like base material fixing part are fixed by an adhesive disposed in the contact area.
  • the tactile presentation device according to any one of (1) to (7) above, further comprising a housing for holding a tactile sense presentation module having the base portion and the tactile sense presentation layer;
  • the wall-shaped base material fixing section has a protrusion that protrudes outward in a thickness direction thereof and positions the housing and the tactile presentation module.
  • a tactile presentation device (9) The tactile presentation device according to (8) above, comprising a plurality of the tactile presentation modules;
  • the tactile sense presentation device, wherein the housing holds a plurality of the tactile sense presentation modules.
  • the tactile presentation device according to any one of (1) to (4) above, The tactile sense presentation device, wherein the wall-shaped base material fixing portion and the base material portion are fitted together by a screw structure.
  • a tactile sense presentation comprising a base portion having a fluid intake/exhaust port, and a tactile sense presentation layer forming a space between the base portion and the base portion for holding fluid flowing in and out through the fluid intake/exhaust port.
  • a tactile presentation layer used in a device, When the tactile sense presentation layer is mounted on the tactile sense presentation device, a tactile sensation presenting film deformed by the inflow and outflow of the fluid; a wall-shaped substrate fixing portion that surrounds the tactile sense presentation film and is fixed to the substrate portion; A tactile sense presenting layer, wherein a deformation rate of the base fixing portion before and after the fluid flows into the space is lower than a deformation rate of the tactile sense presenting film.

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Abstract

【課題】ユーザに対して速やかに触覚を提示することが可能な触覚提示装置及び触覚提示層を提供すること。 【解決手段】本技術に係る触覚提示装置は、基材部と、触覚提示層と、を具備する。上記基材部は、流体吸排気口を有する。上記触覚提示層は、上記基材部との間に上記流体吸排気口を介して流出入する流体を保持する空間を形成する。上記触覚提示層は、触覚提示膜と、壁状の基材固定部と、を有する。上記触覚提示膜は、前記流体の流出入により変形する。上記壁状の基材固定部は、上記基材部に固定され上記触覚提示膜を囲む。上記空間への流体流入前後の上記基材固定部の変形率は上記触覚提示膜の変形率よりも低い。

Description

触覚提示装置及び触覚提示層
 本技術は、ユーザに触覚を提示する触覚提示装置及び該触覚提示装置に用いられる触覚提示層に関する。
 従来から、ユーザに対して触覚を提示する各種の触覚提示装置が知られている。
 例えば、特許文献1には、基材と触覚面を備える触覚層とを備え、基材と触覚層との間の空洞に流体を移行させて触覚層を変形させることで、触覚を提示するユーザインターフェースが記載されている。
特表2015-520455号公報
 このような触覚提示の分野において、ユーザに対して速やかに触覚を提示することが可能な技術が求められている。
 以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、ユーザに対して速やかに触覚を提示することが可能な触覚提示装置及び触覚提示層を提供することにある。
 本技術に係る触覚提示装置は、基材部と、触覚提示層と、を具備する。
 上記基材部は、流体吸排気口を有する。
 上記触覚提示層は、上記基材部との間に上記流体吸排気口を介して流出入する流体を保持する空間を形成する。
 上記触覚提示層は、触覚提示膜と、壁状の基材固定部と、を有する。
 上記触覚提示膜は、前記流体の流出入により変形する。
 上記壁状の基材固定部は、上記基材部に固定され上記触覚提示膜を囲む。
 上記空間への流体流入前後の上記基材固定部の変形率は上記触覚提示膜の変形率よりも低い。
 このような構成によれば、触覚提示層が、流体の流出入によって相対的に変形しやすい触覚提示膜と変形しにくい壁状の基材固定部を有することで、触覚提示層は、主に触覚提示方向に変形し、触覚提示方向以外の方向に変形しにくくなっている。これにより、流体の流出入による空間の体積変動率を低く抑え、触覚提示方向への触覚提示を速やかに行うことができる。
 上記空間は、上記基材部と、上記触覚提示膜と、上記基材固定部とにより形成されてもよい。
 上記壁状の基材固定部の上記空間を形成する部位の厚みは、上記触覚提示膜の厚みよりも厚くてもよい。
 上記触覚提示層は、一体成形により成形されてもよい。
 これにより、触覚提示装置の気密性が向上し、より安定した速やかな触覚提示が可能となる。
 上記壁状の基材固定部の内壁面と上記基材部とが接して上記基材部に上記触覚提示層が接着固定されてもよい。
 これにより、基材固定部と基材部との接触面は、触覚提示方向と同じ方向成分を含むことになり、触覚提示装置の大きさに比して触覚提示膜の面積を広くとることが可能となる。
 上記壁状の基材固定部の底面と上記基材部とが接して上記基材部に上記触覚提示層が接着固定されてもよい。
 これにより、基材部と壁状の基材固定部との接着面積をより広くして接着強度を高めることができ、触覚提示装置の気密性が向上し、より安定した速やかな触覚提示が可能となる。
 上記基材部は上記壁状の基材固定部との接触領域に孔を有し、上記基材部と上記壁状の基材固定部とは上記接触領域に配される接着剤により固定されてもよい。
 これにより、孔に接着剤が入り込み、アンカー効果によって、基材部と壁状の基材固定部との接着強度をより高めることができ、触覚提示装置の気密性が向上し、より安定した速やかな触覚提示が可能となる。
 上記基材部と上記触覚提示層とを有する触覚提示モジュールを保持する筐体を更に具備し、上記壁状の基材固定部は、その厚み方向外側に突出し、上記筐体と上記触覚提示モジュールとを位置決めする突起部を有してもよい。
 このような構成によれば、壁状の基材固定部に設けられている突起部によって、筐体に対しての触覚提示モジュールの位置決めが容易となる。加えて、触覚提示装置の使用時、ユーザからの外力が触覚提示層に対して加わった場合、突起部の存在により筐体に対して触覚提示モジュールが過度に沈み込むということがなく、安定した触覚提示が可能となる。
 上記触覚提示モジュールを複数具備し、上記筐体は複数の上記触覚提示モジュールを保持してもよい。
 このような構成によれば、壁状の基材固定部に設けられている突起部によって、筐体に対する複数の触覚提示モジュールの位置決めが容易となる。これにより、複数の触覚提示モジュールは、互いが所望の位置関係となるように配置されるので、複数の触覚提示モジュールを用いて所望の触覚提示を行うことができる。
 上記壁状の基材固定部と上記基材部とはネジ構造によって嵌合されてもよい。
 本技術に係る触覚提示層は、流体吸排気口を有する基材部と、上記基材部との間に上記流体吸排気口を介して流出入する流体を保持する空間を形成する触覚提示層と、を備える触覚提示装置に用いられる。
 上記触覚提示層は、上記触覚提示装置に搭載されたときに、
  上記流体の流出入により変形する触覚提示膜と、
  上記基材部に固定される、上記触覚提示膜を囲む壁状の基材固定部と
 を有し、
 上記空間への流体流入前後の上記基材固定部の変形率が上記触覚提示膜の変形率よりも低い。
本技術の第1の実施形態に係る触覚提示装置の斜視図である。 上記触覚提示装置の筐体を外した状態の斜視図である。 上記触覚提示装置の内部制御構成を示す概略ブロック図である。 上記触覚提示装置をユーザが把持した状態を示す斜視図である。 上記触覚提示装置の使用例を説明する図である。 (A)は上記触覚提示装置の一部を構成する触覚提示モジュールの斜視図であり、(B)は図6(A)のVIB-VIB線で切断した概略断面図である。 上記触覚提示モジュールの分解斜視図である。 上記触覚提示モジュールの一部を構成する触覚提示層の断面図である。 上記触覚提示モジュールの周縁領域の部分断面図であり、(A)は図6(B)の破線の楕円IXで囲まれた領域であって基材部に孔が位置する部分に対応する概略断面図であり、(B)は基材部に孔が位置していない部分に対応する概略断面図である。 本技術の第2の実施形態にかかわる触覚提示装置の部分概略断面図である。 変形例の触覚提示モジュールの模式断面図であり、触覚提示モジュールを構成する触覚提示層と基材部との接触面の位置を説明する図である。 (A)~(E)は他の変形例の触覚提示モジュールの概略断面図であり、(F)は他の変形例の触覚提示装置の概略断面図である。 更に他の変形例の触覚提示層の部分概略断面図である。 本技術の第3の実施形態にかかわる触覚提示モジュールの嵌合状態を説明する概略断面図である。 触覚提示装置の適用例を説明する図である。 触覚提示装置の適用例を説明する図である。 触覚提示装置の適用例を説明する図である。 比較例としての触覚提示モジュールの概略断面図である。
 以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、同様の構成については同様の符号を付し、既出の構成については説明を省略する場合がある。
<第1実施形態>
[触覚提示装置の概略全体構成]
 図1は、本技術の第1実施形態に係る触覚提示装置1の斜視図である。
 図2は、触覚提示装置1の筐体を外した状態の斜視図である。
 図において、触覚提示装置1の高さ方向をZ軸とし、該Z軸に互いに直交する軸をx軸及びY軸とする。明細書において、高さ方向Zから触覚提示装置1をみた場合を平面視という。本実施形態の触覚提示装置1は平面視楕円形を有し、該楕円の長軸方向がX軸方向に対応し、短軸方向がY軸方向に対応する。
 また、各構成要素において、触覚提示装置の使用時に、ユーザの肌に近い側を肌側又は上側、その反対の側を非肌側又は下側ということがある。
 本実施形態の触覚提示装置では、触覚提示方向は、高さ方向Zにほぼ平行である。実施形態において、「高さ方向Z内側」とは、触覚提示方向とほぼ平行な方向に沿って触覚提示モジュールの外から内に向かう側(触覚提示膜から基材部に向かう側)を意味する。「高さ方向Z外側」とは、触覚提示方向とほぼ平行な方向に沿って触覚提示モジュールの内から外に向かう側(基材部から触覚提示膜に向かう側)を意味する。
 触覚提示装置1は、手に把持可能な大きさ、形状で構成される。触覚提示装置1は、平面視が楕円形状で、高さ方向Zの中央部が膨らんだ曲面状の側面を有する形状に構成される。なお、本実施形態では、触覚提示装置1によってユーザの手に触覚を提示する例をあげて説明するが、触覚提示対象となる体の部位は手に限定されない。また、触覚提示装置の大きさや形状は、触覚提示装置の用途、触覚提示対象部位によって適宜設定され得る。他の例については後述する。
 図1及び2に示すように、触覚提示装置1は、一対の触覚提示モジュール3と、一対の触覚提示モジュール3間に位置する制御モジュール6と、筐体2と、を備える。
 触覚提示モジュール3は、後述するアクチュエータ9とともにユーザUに対して触覚を提示する提示部を構成する。
 触覚提示モジュール3は、触覚提示層4と、基材部5と、を有する。
 触覚提示層4と基材部5とは、流体が流出入可能な空間(後述する図6(B)における符号7)を形成する。触覚提示装置1では、流体の流出入によって空間7内の体積を変化させ触覚提示層4を変形させることで、ユーザUの肌に圧覚刺激といった触覚を提示する。
 触覚提示モジュール3において、触覚提示層4は、基材部5を覆うように設けられる。
 空間7に流体を流入することで、触覚提示層4は、主に高さ方向Z外側に向かって伸びるように膨張する。これにより、触覚提示層4に触れているユーザの身体部位(本実施形態では手)に対して圧覚が提示される。本明細書において、膨張時、触覚提示層4が膨張する方向を触覚提示方向ということがある。本実施形態の触覚提示装置1では、触覚提示方向は高さ方向Zに略平行である。
 尚、触覚提示装置において、触覚提示方向は、触覚提示装置の高さ方向に必ずしも対応するわけではない。触覚提示モジュールの基材部の形状や触覚提示層の形状等によって、触覚提示方向が触覚提示装置の高さ方向に対応しない場合もあり、このような形態の触覚提示モジュールにおいても本技術を適用することができる。例えば、基材部が球面を有し、該球面を覆って触覚提示層が設けられる触覚提示モジュールでは、触覚提示方向は、球面に沿って放射状となる。
 空間7に保持される流体は、例えば、空気、ヘリウムなどの気体であってもよいし、水や油などの液体であってもよい。なお、流体の種類については特に限定されず、各種の流体を用いることができる。
 制御モジュール6には圧力センサ8が設けられる。圧力センサ8は、ユーザUの力を検出する検出部である。
 筐体2は、制御モジュール6、2つの触覚提示モジュール3を保持する。
 制御モジュール6、筐体2及び触覚提示モジュール3の詳細については後述する。
[触覚提示装置の制御構成]
 図3は、触覚提示装置1の内部制御構成を示すブロック図である。
 図3に示すように、触覚提示装置1は、圧力センサ8と、アクチュエータ9と、制御部15と、通信部18と、記憶部19と、を備える。
 制御部15は、記憶部19に記憶された各種のプログラムに基づき種々の演算を実行し、触覚提示装置1の各部を統括的に制御する。
 制御部15は、ハードウェア、又は、ハードウェア及びソフトウェアの組合せにより実現される。ハードウェアは、制御部15の一部又は全部として構成され、このハードウェアとしては、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、あるいは、これらのうち2以上の組合せなどが挙げられる。
 圧力センサ8は、ユーザUが触覚提示装置1を握ったときのユーザUの力を検出する検出部である。典型的には、圧力センサ8は、ユーザによる握った力を適切に検出可能な位置であれば、提示部となる触覚提示モジュール3と別の位置に設けられている限り、どのような位置に設けられていてもよいし、1つの触覚提示装置1に対して複数個分離して設けられていてもよい。
 アクチュエータ9は、制御部15の制御により駆動されて、空間7に対する流体の流出入を制御する。
 アクチュエータ9は、空間7及び流体供給源(図示せず)を繋ぐパイプ(図示せず)に対して取り付けられている。アクチュエータ9は、その駆動により、空間7に対する流体の流出入を制御する。アクチュエータ9は、例えば、ポンプ、ファン、ブロア、バルブ等の各種のアクチュエータにより構成されるが、どのような構成とされていてもよい。
 流体供給源は、パイプを介して空間7に流体を供給可能とされる。流体供給源は、例えば、用いられる流体が空気の場合、エアコンプレッサなどの圧縮空気圧源であってもよい。また、用いられる流体が水などの液体である場合や、空気以外の特殊な気体(例えば、ヘリウムなど)である場合、流体を貯留可能なタンクなどであってもよい。
 記憶部19は、制御部15の処理に必要な各種のプログラムや、各種のデータが記憶される不揮発性のメモリと、制御部15の作業領域として用いられる揮発性のメモリとを含む。なお、上記各種のプログラムは、光ディスク、半導体メモリなどの可搬性の記録媒体から読み取られてもよいし、ネットワーク上のサーバ装置等からダウンロードされてもよい。
 通信部18は、有線又は無線により、他の触覚提示装置等の他の装置と通信可能に構成されている。触覚提示装置1は、他の装置との間で直接的に通信を行ってもよいし、ネットワーク上のサーバ装置等の他の装置を介して、他の装置との間で間接的に通信を行ってもよい。
[制御モジュールの構成]
 図2に示すように、制御モジュール6は、高さ方向Zに離間して対向して位置する一対の触覚提示モジュール3の間に設けられる。
 制御モジュール6は、空間7に対して流体を供給する流体供給源(図示せず)と、空間7への流体の流出入を制御する駆動部としてのアクチュエータ9と、空間7と流体供給源を繋ぐパイプ(図示せず)と、圧力センサ8と、を備える。
 2つの触覚提示モジュール3における空間7への流体の流出入は、個別に制御されてもよいし、一括して制御されてもよい。より多彩な触覚を提示する観点からは、各触覚提示モジュール3を個別に制御することがより好ましい。
[筐体の構成]
 触覚提示装置1において、ユーザUが触覚提示装置1を握ることにより、各触覚提示モジュール3には高さ方向Z内側に向かう外力が加わりやすい形状となっている。
 筐体2は、制御モジュール6を囲むように額縁状に設けられ、制御モジュール6及び触覚提示モジュールの一部を外部から保護する。加えて、筐体2は、触覚提示装置1の組み立て時の触覚提示モジュール3と筐体2とを位置決めの機能を有するとともに、筐体2に対して高さ方向Z内側に向かう触覚提示モジュール3の過度な沈み込みを抑制する機能も有する。詳細については、後述する。
[触覚提示モジュールの構成]
 図6(A)は、触覚提示装置1の一部を構成する触覚提示モジュール3の斜視図である。
 図6(B)は、図6(A)のVIB-VIB線における概略断面図である。
 図7は、触覚提示モジュール3の分解斜視図である。
 図6及び図7に示すように、触覚提示モジュール3は、触覚提示層4と基材部5とを備える。
 触覚提示層4と基材部5とは、流体が流出入可能な空間7を形成する。基材部5には、流体の流出入孔53が設けられており、該流出入孔53を介して空間7に流体が流出入する。
 図4に示すように、使用時、触覚提示装置1はユーザUの片手に把持され、触覚提示装置1では、流体の流出入によって空間7内の体積を変化させて触覚提示層4を変形させることでユーザUの手に圧覚刺激を提示し得る。
 詳細には、触覚提示層4は、空間7への流体の流入に応じて伸びることで、外側に向けて膨張(突出)することが可能とされている。この触覚提示層4の膨張により、ユーザの手に対して圧覚刺激がなされる。また、触覚提示層4は、空間7からの流体の流出に応じて縮むことで、外側へ向けて膨張した状態から収縮して元の状態へ戻ることが可能とされている。
 このように、空間7への流体の流出入を制御することにより、ユーザUの触覚提示層4と接する肌に対して圧覚刺激を与え、圧迫感や硬軟感といった触覚を提示することができる。例えば、空間7内の圧力の調整により提示する硬さの調整が可能である。
 図1、2及び6に示すように、触覚提示装置1は、対向し離間して位置する2つの触覚提示モジュール3を備える。触覚提示モジュール3において、空間7の一部を形成する基材部5はXY面に平行な平坦面を有し、該平坦面を覆うように触覚提示層4が設けられる。触覚提示装置1では、2つの触覚提示モジュール3での触覚提示方向が略180度異なるように構成される。尚、触覚提示装置に設けられる触覚提示モジュールの数および配置は、触覚提示装置の用途、触覚提示対象部位によって適宜設定され得る。
 触覚提示層4の触覚提示に寄与する領域である触覚提示膜41(詳細については後述する)は、薄い膜状に構成されており、空間7への流体の流出入により変形可能に構成されている。
 触覚提示層4に用いられる材料としては、伸縮性を考慮して典型的にはシリコンゴム、天然ゴムなどの各種のゴムが用いられる。なお、触覚提示層4は、流体の空間7への流出入に応じて変形可能(膨張及び収縮可能)であればよく、ゴム以外の弾性体材料により構成されていてもよい。
 触覚提示装置の使用時、ユーザの肌に直接触れる触覚提示層4が弾性体で構成されることで、実際の人肌に触れているような感覚をユーザに提示しやすく、触覚提示装置は人と人とのコミュニケーションデバイスとして用いることに適している。
 基材部5には、流体の流出入による空間7内の体積変化に応じて膨張、収縮しにくいABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂)、PMMA樹脂(ポリメタクリル酸メチル樹脂)、PBT樹脂(ポリブチレンテレフタレート樹脂)及びポリカーボネート樹脂等の樹脂素材や、A1050(アルミ)、C1020(無酸素銅)及びC1100(タフピッチ銅)等の金属といったリジット素材を用いることができる。尚、基材部5を、触覚提示層4と同様の素材の弾性体を用いて構成してもよく、この場合は、流体の流出入による空間7内の体積変化に応じて膨張、収縮しない厚みとなるように構成する。
 (基材部の詳細)
 図6、図7及び図9を用いて基材部5について説明する。
 図9(A)及び(B)は、基材部5と触覚提示層4との接着固定状態を説明する触覚提示モジュール3の部分断面図である。図9(A)は図6(B)の破線の楕円IXで囲まれた領域の拡大図に対応する。図9(A)及び(B)はいずれも触覚提示モジュール3の周縁領域における部分拡大断面図であるが、図9(A)は、基材部5に設けられる後述する孔55が存在する領域の断面図であり、図9(B)は、該孔55が存在しない領域の断面図に対応する。
 図6(B)及び図9それぞれの断面図において、基材部5を右上がり斜線で示す。
 基材部5は、土台部51と、壁部52と、を有する。
 土台部51は、平面視楕円形状を有する。土台部51は、壁部52により囲まれた領域に位置する内部領域510と、壁部52よりも外側に位置する額縁領域511と、を有する。
 内部領域510及び額縁領域511はいずれもXY面に略平行な略平坦面となっている。内部領域510及び額縁領域511は同一のXY面上に位置してもよいし、異なったXY面上に位置してもよい。本実施形態では、図9に示すように、内部領域510の肌側面の高さ方向Zの位置は、額縁領域511の肌側面の高さ方向Zの位置よりも、高さ方向Z外側(図上、上方向)にあり、異なったXY面上に位置する。
 図7及び図9(B)に示すように、土台部51の額縁領域511には、壁部52の外周に沿って間欠配置された複数の底部孔55bが設けられている。本実施形態では、該底部孔55bは、額縁領域511を高さ方向Zに貫通した貫通孔として設けられるが、貫通せず額縁領域511の肌側面から非肌側面に向かって凹陥した凹部であってもよい。
 壁部52は、土台部51から高さ方向Z外側に向かって突出して設けられる。壁部52は、土台部51に対して略垂直に設けられる。
 壁部52は、土台部51の周縁に沿って、該周縁よりもやや内側に位置して設けられる。これにより、基材部5の周縁領域には、壁部52から外側に向かって張り出した額縁領域511が設けられる。
 壁部52は、内壁面521と、外壁面522と、上面54と、を有する。
 図7及び図9(B)に示すように、壁部52には、壁部52の外周に沿って複数の間欠配置された壁孔55aが設けられている。本実施形態では、該壁孔55aは、壁部52をその厚み方向(高さ方向Zに垂直な方向)に貫通せず外壁面522から内壁面521に向かって凹陥した凹部として設けられるが、壁部52の厚み方向に貫通した貫通孔として構成されてもよい。
 本実施形態では、図7及び図9(B)に示すように、壁孔55aと底面孔55bとは連なって孔55を構成する。
 触覚提示モジュール3において、内部領域510の肌側面、壁部52の内壁面521及び壁部52の上面54は、空間7と接する面、すなわち空間7の形成に寄与する面である。
 (触覚提示層の詳細)
 図6及び8を用いて触覚提示層4について説明する。
 図8は、触覚提示層4の断面図である。図6(B)、図8及び図9において、触覚提示層4を右下がり斜線で示す。
 図6(A)及び図7に示すように、平面視で、触覚提示層4は楕円形状を有する。
 図6及び8に示すように、触覚提示層4の外観形状は、中央部が高さ方向Zにやや盛り上がったドーム状を有する。
 触覚提示層4は、肌側面(図8上、上側にある面)4aと非肌側面(図8上、下側にある面)4bとを有する。肌側面4aは、ユーザUの肌が直接接触し得る面である。非肌側面4bは、空間7と接する面である。
 図8に示すように、触覚提示層4は、触覚提示膜41と、基材固定部42とを有する。
 触覚提示膜41は相対的に肉薄に形成され、基材固定部42は肉厚に形成される。
 壁状の基材固定部(以下、単に「基材固定部」ということがある)42は、触覚提示膜41の全周囲を囲むように位置する。
 触覚提示膜41は、触覚提示モジュール3において、空間7への流体の流出入によって変形可能な薄い膜状に形成された領域であり、触覚提示に寄与する部位である。本実施形態では、触覚提示膜41は、平面視楕円形状を有し、全域にわたって均一な厚みで構成される。
 触覚提示モジュール3では、略平坦な基材部5の土台部51及び壁部52を覆うように触覚提示層4が設けられる。
 ここで、「触覚提示膜の厚み」とは、触覚提示膜41の非肌側面4bの曲面に沿った接平面と垂直な法線方向における寸法である。本実施形態の触覚提示モジュール3では、触覚提示膜41の肌側面4aは、中央部がXY平面にほぼ平行な略平坦面で、周囲部が曲率の低い緩やかな曲面で形成されており、触覚提示モジュール3の触覚提示方向は高さ方向Zに略平行となっている。
 一方、基材固定部42は、空間7への流体の流出入によって変形しにくく構成され、触覚提示に寄与しない部位である。基材固定部42は、触覚提示膜41の全周囲を囲み、触覚提示膜41の周縁に沿って、触覚提示膜41から高さ方向Z内側に向かって突出した壁状に設けられる。
 本実施形態では、基材固定部42の厚みは、触覚提示膜41の厚みよりも厚くなっている。基材固定部42は、平面視でその外形が略楕円状である。
 壁状の基材固定部42は、内壁面421と外壁面422とを有する。本実施形態では、内壁面421は高さ方向Zに略平行な曲面となっており、基材部5の土台部51の内部領域510に対して略垂直な面となっている。
 ここで、「基材固定部の厚み」とは、壁状の基材固定部42の、内壁面421の曲面に沿った接平面と垂直な法線方向における寸法に対応する。本実施形態では、基材固定部42の厚み方向は、触覚提示方向と略垂直な方向となっている。
 基材固定部42の厚み方向は、膨張時、空間7内の流体が基材固定部42を押す方向にほぼ対応する。
 図8を参照して、触覚提示層4の周縁領域において、基材固定部42と触覚提示膜41との境界43は、上記周縁領域を触覚提示層4の中央から周縁に向かう方向でみたときに、触覚提示層4の非肌側面4bの接平面の法線方向が、大きく転じる部位に対応する。
 つまり、触覚提示モジュール3において、触覚提示膜41では上記法線方向が高さ方向Zと略平行であるのに対し、基材固定部42では上記法線方向が高さ方向Zに略垂直であり、境界43は上記法線方向が大きく転じる部位といえる。この法線方向が大きく転じる部位よりも内側が触覚提示膜41に対応し、外側が基材固定部42に対応する。そして、本技術では、基材固定部42の厚みは触覚提示膜41の厚みよりも厚くなっている。
 尚、触覚提示膜が例えば凹凸を繰り返す波型形状である場合、触覚提示膜内においても上記法線方向が大きく転じる部位を有する構成となるが、触覚提示層の周縁領域において、触覚提示層の中央から周縁に向かう方向でみたときに、上記法線方向が大きく転じる部位が、基材固定部と触覚提示膜との境界に対応する。
 図6(B)、図9(A)及び(B)に示すように、触覚提示モジュール3において、空間7は、内壁面421の一部、触覚提示膜41の非肌側面41b、基材部5の内部領域510の肌側面、壁部52の内壁面521、壁部52の上面54に囲まれて構成される。
 触覚提示モジュール3において、図上、高さ方向Zに関し、基材部5の壁部52の上面54の位置は、触覚提示層4の触覚提示膜41と基材固定部42との境界43の位置よりも低い位置(高さ方向Z内側)にある。つまり、触覚提示層4の基材固定部42の内壁面421は、基材部5と接する領域と、基材部5とは接しておらず空間7と接する領域と、を有する。より詳細には、基材固定部42の、相対的に厚みが薄い第2領域14と、該第2領域14に連なった第1領域13の一部(図上、第1領域13の下側の部位)に対応する内壁面421は、基材部5の壁部52の外壁面522と接して、基材部5と触覚提示層4とが接着接合される。そして、基材固定部42の第1領域13の他の部分(図上、第1領域13の上側の部位)に対応する内壁面421は、基材部5と接しておらず、空間7の一部を形成する。空間7の形成に寄与する基材固定部42の部位は、後述する突起部46が設けられ、厚みが厚くなっている。
 図9(A)及び(B)に示すように、基材固定部42は、厚み寸法が相対的に厚い第1領域13と、相対的に薄い第2領域14と、を有する。
 基材固定部42において、第1領域13は、高さ方向Zに垂直な方向外側に向かって突出した突起部46を構成する。
 本実施形態では、基材固定部42は、高さ方向Zにわたって厚みが不均一となっている。触覚提示モジュール3において、空間7の形成に寄与する基材固定部42の部分(空間7と接する部分)の厚みは、触覚提示膜41の厚みよりも厚くなっている。なお、基材固定部42が、高さ方向Zにわたって厚みが均一であってもよい。
 後述するように、筐体2と触覚提示モジュール3との位置決め、使用時における触覚提示モジュール3の過度な沈み込みを抑制する観点から、本実施形態のように、基材固定部42が突起部46を有し、くさび状の断面を有することが好ましい。
 触覚提示層4は、一体成形により触覚提示膜41と基材固定部42とが連続した形態で作製される。一体成形とは、圧縮成形、モールド法、3Dプリンタによる造形法、又は射出成形法等の一体成形法により成形することを意味する。触覚提示層4を一体成形により成形することで、触覚提示モジュール3の気密性が向上し、より安定した速やかな触覚提示が可能となる。
 触覚提示層4は、1種類の材料を用いて構成されてもよいし、複数種類の材料を用いて構成されてもよい。例えば触覚提示膜を2種類の材料を用いて構成する場合、半分の領域を一方の材料で構成し、もう半分の領域を他方の材料で構成することで、触覚提示膜の質感や膨張の度合いが面内で異なるように構成することができ、より多彩な触覚提示が可能となる。
 また、触覚提示膜が複数の異なる硬度領域を有するように構成してもよく、より多彩な触覚提示が可能となる。複数の異なる硬度領域を有する構成は、例えば、硬度の異なる異種材料を用いる、あるいは、同一材料で膜厚を異ならせることで硬度を異ならせる、といった手法により実現できる。
 (触覚提示膜と基材固定部の変形率)
 触覚提示モジュール3において、空間7への流体流入前後の基材固定部42の変形率は、触覚提示膜41の変形率よりも低くなっている。
 後述する流体流入前後の触覚提示膜41の変形率の算出において、触覚提示膜41の流体流入前後の変形率を、触覚提示層4の高さ方向Zの寸法a(図8参照)の変形率とする。触覚提示層4の高さ方向Zの寸法aは、触覚提示層4の高さ方向Zの最も内側(図上、下側)の部位と最も外側(図上、上側)の部位との高さ方向Zにおける距離である。
 触覚提示膜41と基材固定部42の変形率の比較において、基材固定部42の変形率は、基材固定部42の空間7の形成に寄与する部位であって、基材固定部42の厚みが最も厚くなる部位における変形率を参照する。
 後述する流体流入前後の基材固定部42の変形率の算出において、基材固定部42の流体流入前後の変形率を、触覚提示層4全体における基材固定部42の厚み方向の寸法の変形率とする。触覚提示層4全体における基材固定部42の厚み方向の寸法の変形率として、平面視楕円形状の基材固定部42の長軸寸法b(図8参照)の変形率を求める。尚、基材固定部42は、触覚提示層4の周縁領域の外形を形成しており、基材固定部42の長軸寸法は触覚提示層4の長軸寸法と一致する。
 以下、流体流入前後の触覚提示膜41及び基材固定部42の変形率の算出方法について説明する。触覚提示膜41の変形率として触覚提示層4の高さ方向Zの寸法aの変形率を算出し、基材固定部42の変形率として触覚提示層4の長軸方向の寸法bの変形率を算出する例をあげる。
 空間7への流体流入前後の触覚提示層4の変形率は、流体流入前の空間7内の圧力を1kPaとし、空間7の圧力が10kPaとなるまで流体を流入したときの、流体流入前後の触覚提示層4の高さ方向Zの寸法a及び長軸寸法bの変化をもとに算出する。空間7内の圧力の測定は、空間7内に配置した気圧センサを用いることができる。触覚提示層4の寸法は、流体流入前後それぞれで、触覚提示モジュール3を図6(B)のように横方向から撮像した画像に基づいて求めることができる。
 本実施形態の触覚提示装置1の触覚提示モジュール3において、図8を参照して、流体流入前の触覚提示層4の高さ方向Zの寸法をaとし、流体流入後の寸法をa´とすると、触覚提示膜41の変形率は a´/a で算出することができる。
 また、流体流入前の触覚提示層4の長軸寸法をbとし、流体流入後の長軸寸法をb´とすると、基材固定部42の変形率は b´/b で算出することができる。
 本技術では、触覚提示装置1の触覚提示モジュール3において、長軸方向の変形率(b´/b、c´/c)は、触覚提示層4の高さ方向Zの変形率(a´/a)よりも低くなっている。
 尚、ここでは、便宜的に、変形率比較対象として基材固定部42の長軸寸法bの変形率を例にあげたが、本技術において、触覚提示層4全体における基材固定部42の厚み方向の寸法の変形率は、基材固定部42全域にわたって触覚提示膜41の変形率よりも低くなっている。
 つまり、触覚提示モジュール3の触覚提示層4は、触覚提示方向である高さ方向Zに伸びやすく、触覚提示方向以外の方向には伸縮しにくい、又は、伸縮しない構成となっている。
 流体流出入前後での触覚提示膜41の触覚提示方向における変形率は、1.0より大きい数値となる。触覚提示対象となる体の部位によって触圧覚の閾値が異なるため、触覚提示膜41の触覚提示方向における変形率は、触覚提示対象となる体の部位によって適宜設定され得る。
 触覚提示方向への効率的な触覚提示の観点から、触覚提示層4全体における基材固定部42の厚み方向の寸法の変形率(基材固定部の変形率)は、1.0、すなわち流体流出入によって変形しないことが好ましい。
 本実施形態では、基材固定部42の厚みを触覚提示膜41の厚みよりも厚くすることで、流体流入前後の基材固定部の変形率を触覚提示膜の変形率よりも低くしている。
 本実施形態では、触覚提示層4において、基材固定部42の厚み(高さ方向Zに垂直な方向における寸法)は、触覚提示膜41の厚みより厚くなっている。また、基材固定部42は、触覚提示膜41から高さ方向Z内側に向かって突出した壁状に設けられているので、基材固定部42の高さ方向Zの寸法は、触覚提示層4の厚み(高さ方向Zの寸法)よりも厚くなっている。
 このように、触覚提示層4において、触覚提示膜41は相対的に肉薄に構成され、壁状の基材固定部42は肉厚に構成される。
 このような構成とすることで、流体流出入前後での基材固定部42の変形率を触覚提示膜41の変形率よりも低くすることができる。これにより、触覚提示モジュール3において、触覚提示膜41では、流体の流出入に応じて触覚提示方向(本実施形態においては高さ方向Z)に伸縮するのに対し、基材固定部42は伸縮しない。
 つまり、流体流入時、基材固定部42には、ユーザUに対して提示する触覚提示方向とは異なる方向(例えば触覚提示方向と略垂直な方向)で流体の力が加わるが、基材固定部42を肉厚に構成することで基材固定部42では膨張が抑制される。したがって、触覚提示層4において所望の触覚提示方向以外の方向への膨張が抑制されることになる。
 以上のように、触覚提示装置1の触覚提示モジュール3では、流体の流出入による空間7の体積変動率を低くすることができ、触覚提示層4の伸縮速度を速くして速やかな触覚提示が可能となる。加えて、所望の触覚提示方向以外の方向への伸縮によるアクチュエータの電力ロスも抑制することができ、消費電力の低減を図ることができる。
 ここで、図18を用いて、比較例の触覚提示モジュール103について説明する。
 比較例の触覚提示モジュール103は、基材部105と弾性体からなる触覚提示層104を有し、基材部105と触覚提示層104とにより形成される空間107には流体が流出入されるように構成される。空間107に流体が流出入されることで、空間107の体積の変動に伴い触覚提示層104が変形し、ユーザに対して触覚を提示する。
 触覚提示モジュール103では、触覚提示層104は全域にわたって均一な膜厚の薄い膜状となっている。触覚提示層104は、触覚提示膜141と、基材固定部142を有する。基材固定部142は触覚提示膜141の全周囲を囲むように位置する。基材固定部142は、基材部105に接着固定される。
 図18に示すように、触覚提示モジュール103では、触覚提示層104が均一な膜厚で形成されているため、流体を流入し、触覚提示層104の触覚提示膜141を膨張させて高さ方向Zに触覚を提示する場合、触覚提示膜141の周縁領域では、触覚提示方向11とは異なる方向12にも触覚提示層104が伸びてしまう。このため、空間107内の体積変動率が高くなって流体による伸縮速度が遅くなり、触覚提示方向とは異なる方向への伸縮によるアクチュエータの電力ロスが発生しやすく、また、速やかな触覚提示が難しい。
 これに対し、本実施形態の触覚提示モジュール3の触覚提示層4では、空間7への流体流入前後の基材固定部42の変形率を触覚提示膜41の変形率よりも低くなるように構成することで、触覚提示層4の伸縮速度を速くして速やかな触覚提示が可能となるとともに、所望の触覚提示方向以外の方向への伸縮によるアクチュエータの電力ロスも抑制することができる。
 (基材部と触覚提示層の固定状態)
 図6(B)、図9(A)及び(B)に示すように、触覚提示層4は、基材部5の壁部52を覆うように配置され、触覚提示層4と基材部5とは接着固定される。
 より詳細には、基材部5の壁部の外壁面522と触覚提示層4の基材固定部42の内壁面421とが接し、基材部5の土台部51の額縁領域511と基材固定部42の底面423とが接して、基材部5と触覚提示層4は、互いに接する面(接触面)に塗工された図示しない接着剤により接着固定される。
 図9(A)及び(B)において基材部5と触覚提示層4とが接する部分(接触面)を破線の楕円56で囲んで示している。尚、基材部5と触覚提示層4とが互いに接する接触面の全域にわたって接着剤が配されてもよいし、部分的に接着剤が配されてもよい。部分的に接着剤を塗工する際の接着剤の塗工パターンとして、接着剤が存在する塗工部と接着剤が存在しない非塗工部とが交互に位置するスパイラル状、ジグザグ状といった連続した塗工パターンを用いてもよい。また、接触面に周方向にわたって不連続に複数の接着剤が間欠配置される塗工パターンを用いてもよい。
 本実施形態では、図9(A)及び(B)に示すように、基材部5の壁部52の外壁面522と触覚提示層4の基材固定部42の内壁面421とが接する接触面は、触覚提示方向(高さ方向Z)に沿った面となっている。
 このような構成とすることで、触覚提示モジュール3全体の大きさに比して触覚提示膜41の範囲を広くすることができる。
 ここで、図18に示す比較例の触覚提示モジュール103のように、触覚提示層104と基材部105との接着面が、触覚提示方向となる高さ方向Zと垂直な方向にある場合、触覚提示層104と基材部105との接着強度を高め、かつ、触覚提示モジュール103の気密性を高めようとすると、触覚提示層104と基材部105との接着面積を広くとる必要がある。この触覚提示層104と基材部105との接着面は、触覚提示方向と垂直な面に平行で、触覚提示に寄与しない領域であるため、触覚提示モジュール103全体の大きさに比して触覚提示が可能な範囲(触覚提示膜141)が狭くなってしまう。
 これに対し、本実施形態の触覚提示装置1の触覚提示モジュール3では、基材部5と、触覚提示層4の壁状の基材固定部42の内壁面421とが接触して固定される構成とし、基材部5と触覚提示層4との接触面を触覚提示方向(高さ方向Z)に略平行にしている。このため、本実施形態の触覚提示モジュール3では、触覚提示モジュール3全体の大きさに比して触覚提示膜41の範囲が広くなるように構成することが可能となり、触覚提示が可能な有効面積を広くすることができる。言い換えると、触覚提示装置1の設計の自由度を広げることが可能となる。
 更に、触覚提示モジュール3では、図9(A)及び(B)に示すように、高さ方向Zに略平行な接触面で外壁面522と内壁面421とが接しているのに加えて、高さ方向Zに略垂直な接触面で、基材部5の土台部51の額縁領域511と基材固定部42の底面423とが接している。
 このように異なった方向の複数の接触面で基材部5と触覚提示層4とが接着固定されることで、基材部5と触覚提示層4との接着強度を向上させることができる。
 また、上述しように、図7及び図9(A)に示すように、基材部5には、壁部52と土台部51の額縁領域511との境界付近に、壁部52の外周に沿って、間欠的に複数の孔55が設けられている。つまり、基材部5の壁部52の外壁面522と触覚提示層4の基材固定部42の内壁面421との接触領域に複数の孔が間欠的に位置する構成となっている。ここで、基材部と触覚提示層との「接触領域」には、基材部と触覚提示層とが接触する接触面と、基材部に孔が設けられることで基材部と触覚提示層とが接触しない非接触面と、が含まれる。
 図9(A)を参照して、本実施形態では、基材部5の非肌側面側(図9(A)上、基材部5の下側)から孔55内に接着剤が塗工される。
 このように、基材部5の触覚提示層4との接着領域に設けられた孔55に接着剤が塗工されることでアンカー効果が発揮され、基材部5と触覚提示層4との接着をより確実にすることができ、触覚提示モジュール3の気密性を向上することができる。
 (触覚提示モジュールにおける基材部と触覚提示層との位置関係)
 図6(B)、図9(A)及び(B)に示すように、触覚提示モジュール3において、図上、高さ方向Zに関し、基材部5の壁部52の上面54の位置は、触覚提示層4における触覚提示膜41と基材固定部42との境界43の位置よりも低い位置(高さ方向Z内側)にあることが好ましい。つまり、触覚提示モジュール3において、触覚提示層4の基材固定部42の内壁面421が、基材部5と接する領域と、基材部5とは接しておらず空間7と接する領域と、を有することが好ましい。
 このような構成とすることで、触覚提示装置1によるユーザUへの触覚提示時に、リジットな基材部5と触覚提示対象となるユーザUの体の部位との距離をより広くとることができる。したがって、基材部5の質感がユーザUに伝わりにくくなり、使用違和感のない、より良好な触覚提示を行うことができる。
 また、触覚提示層4において、触覚提示膜41は、相対的に肉薄であることで、肉厚な基材固定部42よりも剛性が低くなっている。このため、触覚提示層4の膨張時、互いに剛性が異なる触覚提示膜41と基材固定部42との境界43には、より応力が生じやすくなっている。本実施形態では、触覚提示膜41と基材固定部42との境界43よりも高さ方向Z内側に基材部5を位置させることで、境界43に基材部5が触れにくい構成とすることができる。これにより、触覚提示層4の膨張時、応力が生じやすい境界43に基材部5が触れて触覚提示層4が経時劣化しやすくなるといった事象の発生を抑制することができる。
 (壁状の基材固定部の突起について)
 上述したように、壁状の基材固定部42は、その厚み方向(高さ方向Zに垂直な方向)に突出する突起部46を有する。該突起部46は、筐体2と触覚提示モジュール3との位置決めに用いられる。また、突起部46は、触覚提示装置1の使用時、ユーザの把持によって触覚提示装置1に対し高さ方向Z内側に向かう外力が加わった際、触覚提示モジュール3が筐体2に対しての高さ方向Z内側への過度な沈み込みを抑制するストッパとしても機能する。突起部46と筐体2との関係については、第2実施形態で説明する。
 (各構成の寸法例)
 触覚提示モジュール3のサイズや形状、また、触覚提示モジュールに用いられる触覚提示層のサイズ、形状および厚み等は、触覚提示装置の用途、触覚提示対象部位によって適宜設定され得る。以下、具体的な数値をあげるが、これに限定されない。
 一例として、本実施形態の手で把持して使用する触覚提示装置1では、触覚提示モジュール3は、長軸が64mm、短軸が34mmの平面視で略楕円状に形成される。
 図8を参照し、本実施形態の触覚提示装置1の触覚提示モジュール3にかかわる寸法例を挙げる。
 触覚提示モジュール3に用いられる触覚提示層4は、長軸の寸法bが53mm、短軸の寸法が37mmの平面視で略楕円形状を有する。触覚提示層4の高さ方向Zにおける寸法aは10.7mmである。
 触覚提示層4の触覚提示膜41は、長軸の寸法dが46mm、短軸の寸法が30mmの平面視で略楕円形状を有する。触覚提示膜41の厚み寸法eは0.8mmである。
 触覚提示層4の基材固定部42は、高さ方向における寸法fが5.5mmであり、最大厚みの寸法gが3.5mmである。
[触覚提示装置の適用例]
 本実施形態の触覚提示装置1は、図4に示すように、ユーザUが片手に把持することが可能な程度の大きさを有する。
 触覚提示装置1では、2つの触覚提示モジュール3によって、ユーザUの手に圧覚刺激を提示することが可能となっている。一方の触覚提示モジュール3は、ユーザUが触覚提示装置1を握ったときのユーザの指に対応する位置に設けられ、例えば人差し指、中指、薬指、小指の4本の指における、第1関節部付近に対応する位置に設けられている。他方の触覚提示モジュール3は、ユーザUが触覚提示装置1を握ったときのユーザの掌に対応する位置に設けられる。
 また、本実施形態では、図2に示すように、触覚提示装置1は、検出部としてユーザUの力を検出する圧力センサ8を備えている。圧力センサ8は、例えばユーザUが触覚提示装置1を握ったときのユーザの指に対応する位置に設けられ、人差し指、中指の2本の指における、第3関節部付近に対応する位置に設けられている。
 触覚提示装置1の具体的な適用例について説明する。
 例えば、離れた場所に位置する複数のユーザが、触覚提示装置1を用いて、相互に触覚コミュニケーションを行うことができる。
 図5(A)は、2人のユーザがそれぞれ離れた場所に位置しているような場合でも、相互に触覚コミュニケーションを可能とするための触覚提示システム100を説明する図である。
 図5(B)は、2人のユーザが、触覚提示装置1を用いて触覚コミュニケーションを行っている様子を示す。
 ここでは、2つの触覚提示装置1を特に区別するために、一方の触覚提示装置1を第1の触覚提示装置1aと呼び、他方の触覚提示装置1を第2の触覚提示装置1bと呼ぶ。また、2人のユーザをそれぞれ区別するために、第1の触覚提示装置1aを操作するユーザを第1のユーザU1と呼び、第2の触覚提示装置1bを操作するユーザを第2のユーザU2と呼ぶ。
 また、第1の触覚提示装置1a及び第2の触覚提示装置1bにおいて、同様の構成を有する各部等をそれぞれ区別するために、第1の・・、第2の・・との用語を使用する。
 図5(B)に示すように、第1のユーザU1と第2のユーザU2は、相手が映し出されているディスプレイ20を見ながら、それぞれが把持する第1の触覚提示装置1a及び第2の触覚提示装置1bを用いて触覚コミュニケーションを行うことができる。
 尚、ここでは、触覚提示装置1の数が2つである場合について説明するが、触覚提示装置1の数については、3以上であってもよい。同様に、ユーザの数は、2人に限られず、3人以上であってもよい。また、ユーザの一部に架空の人物(画面上に表示される漫画の登場人物、バーチャルアイドル等)を含んでいてもよい。
 (第1のユーザU1が第1の触覚提示装置1aを握った場合)
 図5(A)及び(B)に示すように、第1のユーザU1が、第1の触覚提示装置1aを把持して、第1の触覚提示装置1aを握ると、第1の圧力センサ8によって、第1のユーザU1の握った力に応じた第1の圧力値が検出される。第1の制御部15は、検出された第1の圧力値を、直接的に、あるいは、サーバ装置等を介して間接的に第2の触覚提示装置1bへと送信する。
 第2の触覚提示装置1bの第2の制御部15は、第1の触覚提示装置1aから直接的に、あるいは、サーバ装置等を介して間接的に第1の圧力値を受信する。
 第2の制御部15は、第1の圧力値に応じて第2のアクチュエータ9を駆動させて、第2の空間7内における流体の流出入を制御する。これにより、第2の制御部15は、第2の触覚提示モジュール3の触覚提示層4を膨張及び収縮させることで、第1の圧力値に応じた圧覚を第2のユーザU2に提示する。これにより、第2の触覚提示装置1bは、触覚提示層の膨張により掌が押されるような感覚を第2のユーザU2に提示することができ、また、触覚提示層の収縮により押された掌が元に戻るような感覚を第2のユーザU2に提示することができる。
 これにより、第2の触覚提示装置1bは、第1のユーザU1に手を握られたような感触を第2のユーザU2に提示することができる。
 (第2のユーザU2が第2の触覚提示装置1bを握った場合)
 第2のユーザU2が、第2の触覚提示装置1bを把持して、第2の触覚提示装置1bを握ると、第2の圧力センサ8によって、第2のユーザU2の握った力に応じた第2の圧力値が検出される。第2の制御部15は、検出された第2の圧力値を、直接的に、あるいは、サーバ装置等を介して間接的に第1の触覚提示装置1aへと送信する。
 第1の触覚提示装置1aの第1の制御部15は、第2の触覚提示装置1bから直接的に、あるいは、サーバ装置等を介して間接的に第2の圧力値を受信する。
 第1の制御部15は、第2の圧力値に応じて第1のアクチュエータ9を駆動させて、第1の空間7内における流体の流出入を制御する。これにより、第1の制御部15は、第1の触覚提示モジュール3の触覚提示層4を膨張及び収縮させることで、第2の圧力値に応じた圧覚を第1のユーザU1に提示する。第1の触覚提示装置1aは、触覚提示層の膨張により掌が押されるような感覚を第1のユーザU1に提示することができ、また、膨張膜の収縮により押された掌が元に戻るような感覚を第1のユーザU1に提示することができる。
 これにより、第1の触覚提示装置1aは、第2のユーザU2に手を握られたような感触を第1のユーザU1に提示することができる。
 触覚提示装置1は、検出部としてユーザUの手の肌の温度を検出する温度センサと、提示部として熱電変換素子を更に備えていてもよい。これにより、例えば、上記で図5を用いて説明した触覚提示装置1を用いた触覚コミュニケーションにおいて、触覚提示モジュール3による触覚提示に加え、熱電変換素子による温冷提示を行うことができ、より多彩な触覚をユーザUの肌に対して提示することができる。
 熱電変換素子は、典型的にはペルチェ素子である。
 熱電変換素子の放熱または吸熱による熱を用いて、ユーザに対して温冷覚刺激を与え、温感や冷感を提示することができる。熱電変換素子は、空間7内に位置するように設けられ、例えば、触覚提示層4の触覚提示層の非肌側面4b(空間に接する側の面)に接着して設けることができる。尚、流体として液体を用いる場合、該熱電変換素子に防水加工処理を施してもよい。
 温度センサ及び熱電変換素子を更に加えた触覚提示装置の使用例について説明する。
 例えば、二人のユーザ間での触覚コミュニケーションにおいて、一方のユーザが把持する触覚提示装置で、一方のユーザの触覚提示装置を握った力に応じた圧力値が検出されるのに加え、温度センサによって一方のユーザの手の肌の温度値が検出される。
 検出された圧力値及び温度値は、他方のユーザの触覚提示装置に送信される。
 他方のユーザの触覚提示装置では、受信した圧力値に基づいてアクチュエータを駆動させて触覚提示モジュールの空間内の流体の流出入が制御され、受信した温度値に基づいて熱電変換素子が温冷制御される。
 これにより、他方のユーザの触覚提示装置では、一方のユーザによる手を握ったときの状態が再現されることになり、他方のユーザは一方のユーザに手を握られたような感触を得ることができる。
 また、温度センサを用いることで、熱電変換素子の放熱及び吸熱による触覚提示層の温度範囲が所望の範囲となるように制御することができる。例えば、火傷の発生を防止するために40℃を超えて熱くなりすぎないようにする、20℃を下回って冷えすぎないようにする等、温度センサをリミッタとして用いることができ、使用時の安全性を高めることができる。
 なお、触覚提示装置1における触覚提示モジュールの数や位置、圧力センサや温度センサといった検出部の数や位置等は、ここで記載する形態に限定されることなく、触覚提示装置の用途、触覚提示対象部位によって適宜設定され得る。
 また、触覚提示モジュール3の数は、触覚提示する体の部位によって適宜調整することができ、1以上であればよい。また、本実施形態では2つの触覚提示モジュール3は対向して位置し、各触覚提示モジュール3での触覚提示方向が略180度異なるように構成されるが、これに限定されない。触覚提示する体の部位や提示したい触覚の種類によって、複数の触覚提示モジュールそれぞれの触覚提示方向を同じ、又は、異なるように適宜構成することができる。
<第2実施形態>
 図10を用いて、第2実施形態の触覚提示装置1Aについて説明する。図10は触覚提示装置1Aの概略断面図である。
 第1実施形態の触覚提示装置1では、2つの触覚提示モジュール3が対向配置され、膨張時における各触覚提示方向が略180度異なる例をあげたが、これに限定されない。例えば、図10に示す触覚提示装置1Aのように、1つの触覚提示装置1Aに複数の触覚提示モジュール3が搭載される形態において、膨張時における触覚提示方向が同じとなるように複数の触覚提示モジュール3が配置されてもよい。第2実施形態の触覚提示装置1Aに搭載される触覚提示モジュール3は第1実施形態で説明した触覚提示モジュール3と同じ構成を有する。
 図10に示すように、本実施形態の触覚提示装置1Aは、2つの触覚提示モジュール3と、触覚提示モジュール3を保持する筐体2Aと、を備える。
 触覚提示モジュール3の触覚提示層4は、その周縁に位置する壁状の基材固定部42に、その厚み方向(高さ方向Zに垂直な方向)外側に向かって突出する突起部46を有する。壁状の基材固定部42は、高さ方向Zにおいて、その底面423に向かって(高さ方向Z内側に向かって)厚みが薄くなるくさび状となっている。突起部46は、筐体2Aと触覚提示モジュール3との位置決めに用いられる。
 図8及び図10において、突起部46は、その第1領域13において、図上、上から下に向かって、壁状の基材固定部42の厚みが漸減する傾斜面45を有している。傾斜面45は、触覚提示方向に対して斜めに設けられる。一方、筐体2Aは傾斜面25を有し、触覚提示モジュール3としたときに、該傾斜面25と触覚提示層4の傾斜面45とが当接することで、触覚提示モジュール3と筐体2Aとが位置決めされる。尚、第1の実施形態の触覚提示装置1においても同様である。加えて、本実施形態の触覚提示装置1Aでは、筐体2Aに対して複数の触覚提示モジュール3それぞれが位置決めされることで、結果的に、2つの触覚提示モジュール3の高さ方向Zにおける位置関係も所望の位置関係となるように位置決めすることができる。
 また触覚提示装置1Aに対し、高さ方向Z内側に向かう外力が加わった際、突起部46が触覚提示方向とは異なる方向の面(本実施形態における傾斜面45)を有することで、触覚提示モジュール3が筐体2Aに対して高さ方向Z内側へ過度に沈み込むことが抑制される。尚、第1の実施形態の触覚提示装置1においても同様である。
<触覚提示モジュールの変形例>
 触覚提示モジュールの変形例について説明する。
 以下に示す各変形例においても、上記実施形態の触覚提示モジュールと同様に、空間への流体流入前後の基材固定部の変形率は触覚提示膜の変形率よりも低くなっており、触覚提示方向への効率的な触覚提示が可能となっている。
 上記実施形態では、ユーザの肌に対し触覚を提示する触覚提示層の平面形状(平面視での形状)が略楕円状である例をあげたが、これに限定されず、正円形状、多角形状等、任意の形状とすることができる。触覚提示層の平面形状は、触覚提示装置の用途、触覚提示対象部位によって適宜設定され得る。
 図11(A)は上記実施形態の触覚提示モジュール3の模式断面図である。
 図11(B)~(D)は、それぞれ、触覚提示モジュールの変形例である。
 図11(A)~(D)において、基材部と触覚提示層との接触面を太字線で示し、符号10、10A~10Cを付している。また、図11(A)~(D)において、触覚提示膜を模式的に平坦形状に図示し、壁状の基材固定部の形状を簡略化して図示している。また、後述する図12(A)~(E)においても、壁状の基材固定部の形状を簡略化して図示している。
 図11(A)に示すように、上記実施形態の触覚提示モジュール3では、触覚提示層4が基材部5を覆うように配置され、触覚提示層4は、壁状の基材固定部42の内壁面421及び底面423の異なる2つの接触面10で、基材部5と接して接着固定されるが、この形態に限定されない。
 例えば、図11(B)に示す触覚提示モジュール3Bのように、触覚提示層4が基材部5Bを覆うように配置され、触覚提示層4と基材部5Bとは、壁状の基材固定部42の内壁面421と基材部5Bの側面52Bとで接して、つまり1つの接触面10Bで接着固定されていてもよい。触覚提示モジュール3Bでは、触覚提示層4と基材部5Bとの接触面10Bは、触覚提示方向(本実施形態では高さ方向Z)と略平行となっている。これにより、触覚提示モジュール3全体の大きさに比して触覚提示膜の範囲を広くし、触覚提示が可能な有効面積を広くすることができる。
 また、例えば、図11(C)に示す触覚提示モジュール3Cのように、触覚提示層4と基材部5Cとが、壁状の基材固定部42の底面423と基材部5Bの表面(肌側面)51Cとで接して、つまり1つの接触面10Cで接着固定されていてもよい。触覚提示モジュール3Cでは、触覚提示層4と基材部5Cとの接触面10Cは、触覚提示方向と略垂直の方向の面となっている。
 また、例えば、図11(D)に示す触覚提示モジュール3Dのように、触覚提示層4が基材部5Dの全周縁に沿って設けられた壁部52Dの内側に位置するように配置されてもよい。触覚提示モジュール3Dでは、触覚提示層4は、壁状の基材固定部42の外壁面422及び底面423の異なる2つの面で、基材部5と接して固定される。つまり、触覚提示層4と基材部5とは、異なる2つの接触面10Dで接着固定される。
 図12(A)~(C)は、それぞれ、触覚提示モジュールの他の変形例である。
 上記実施形態の触覚提示モジュール3では、触覚提示層4の触覚提示膜41が、触覚提示対象の体の部位の肌に向かって(高さ方向Z外側に向かって)凸となる膜形状を有していたが、これに限定されない。触覚提示膜の膜形状は、触覚提示装置の用途、触覚提示対象部位によって適宜設定され得る。触覚提示膜の膜形状を変えることによって、より多彩な触覚提示が可能となる。
 例えば、図12(A)に示す触覚提示モジュール3Eのように、触覚提示膜41Eが高さ方向Z内側に向かってへこんだ凹形状であってもよい。
 また、例えば、図12(B)に示す触覚提示モジュール3Fのように、触覚提示膜41Fが凹凸を有する形状であってもよい。
 これまでの実施形態及び変形例では、触覚提示膜41が全域で膜厚が均一な膜状である例をあげたが、図12(C)に示す触覚提示モジュール3Gのように、触覚提示膜41Gが、その表面に規則的又は不規則的に複数の凸部が位置する、面内で膜厚が不均一な膜状であってもよい。
 図12(D)及び(E)は、それぞれ、触覚提示モジュールのさらに他の変形例である。
 上記実施形態の触覚提示モジュール3では、空間7を形成する基材部5の土台部51が平坦面である例をあげたが、これに限定されない。基材部の空間形成に寄与する面の形状は、触覚提示装置の用途、触覚提示対象部位によって適宜設定され得る。
 例えば、図12(D)に示す触覚提示モジュール3Hのように、空間7Hの形成に寄与する基材部5Hの土台部51Hが肌に向かって(高さ方向Z外側に向かって)凸となる形状であってもよい。
 また、例えば、図12(E)に示す触覚提示モジュール3Jのように、空間7Jの形成に寄与する基材部5Jの土台部51Jが高さ方向Z内側に向かってへこんだ凹形状であってもよい。
 図12(F)は、変形例としての触覚提示装置1Kの概略断面図である。該触覚提示装置1Kは、触覚提示モジュール3Kと、触覚提示モジュール3Kを保持する筐体2Kとを備える。触覚提示モジュール3Kは、基材部5Kと、該基材部5Kとともに空間7Kを形成する触覚提示層4Kと、を有する。触覚提示層4Kは、触覚提示膜41Kと、壁状の基材固定部42Kとを有する。
 図12(F)に示すように、触覚提示装置1Kが、触覚提示膜41Kと筐体2Kとの境界付近が連続した滑らかな表面を有するように構成してもよい。これにより、全体的に一体感のある外観を有する触覚提示装置1Kとすることができる。
 図13(A)~(C)は、それぞれ、触覚提示モジュールの一部を構成する触覚提示層の他の変形例である。
 上記実施形態の触覚提示モジュール3では、図8に示すように、触覚提示層4の壁状の基材固定部42に設けられる突起部46はやや丸みを帯びた形状を有していたが、これに限定されず、図13(A)に示す触覚提示層4Lのように、壁状の基材固定部42Lが鋭角に突出した突起部46Lを有していてもよい。
 また、上記実施形態の触覚提示モジュール3では、図8に示すように、触覚提示層4の壁状の基材固定部42の内壁面421は、略平滑な面で構成されていたが、図13(B)に示す触覚提示層4M及び図13(C)に示す触覚提示層4Nのように、基材固定部42Mの内壁面421M及び基材固定部42Nの内壁面421Nが蛇腹状の凹凸面で構成されていてもよく、加えて、外壁面422M及び422Nも蛇腹状の凹凸面で構成されていてもよい。
<第3実施形態>
 図14は、第3実施形態としての触覚提示モジュール3Pの概略断面図である。
 上述の実施形態では、接着剤を用いて基材部と触覚提示層とを接着固定する例をあげたが、図14に示す本実施形態の触覚提示モジュール3Pに示すように、ネジ構造によって基材部5Pと触覚提示層4Pとが嵌合されて固定されてもよい。
 図14に示すように、触覚提示モジュール3Pは、基材部5Pと、該基材部5Pとともに空間7Pを形成する触覚提示層4Pと、を有する。触覚提示層4Pは、触覚提示膜41Pと、壁状の基材固定部42Pと、を有する。
 触覚提示層4Pの壁状の基材固定部42Pの内壁面421P及び基材部5Pの側面52Pは、それぞれ平面視で略正円状となっている。基材固定部42Pの内壁面421P及び基材部5Pの側面52Pにはネジ山が形成されており、それぞれのネジ山が螺合することで、触覚提示層4Pと基材部5Pとが固定される。
 このように、ネジ構造によって触覚提示層と基材部とが固定されてもよい。ネジ構造によって固定することで、触覚提示モジュール形成後、仮に触覚提示層又は基材部に不具合が生じても、容易に触覚提示層と基材部とを分離することができる。これにより、部品交換が容易となるとともに、不具合のない方の触覚提示層又は基材部を再利用することができる。
<触覚提示装置の他の変形例>
 図11(A)~(D)で示した基材部と触覚提示層との接触面の形態例、図8及び図12(A)~(C)で示した触覚提示膜の膜形状例、図12(D)及び(E)で示した基材部の土台部形状例、図12(F)で示した触覚提示装置における外観例、図13(A)~(C)で示した基材部の形状例、図14で示したねじ構造による嵌合例は、適宜組み合わせることができる。
 また、上記実施形態の触覚提示装置では圧力センサを備える例をあげたが、圧力センサを備えていなくてもよい。
 また、触覚提示装置の触覚提示モジュールにおいて、基材部と触覚提示層とにより形成される空間に気圧センサが配置されてもよい。気圧センサは空間内の圧力を測定する。
 気圧センサでの測定結果は、触覚刺激の力制御に用いることができる。
 また、気圧センサを用いることによって、流体流入時に触覚提示層が膨張しすぎて膜が破裂しないように、膨張の度合いを所望の範囲となるように制御することができる。このように、気圧センサをリミッタとして用いることができ、使用時の安全性を高めることができる。
 また、触覚提示モジュールが、ペルチェ素子(熱電変換素子)といった機能素子を備えていてもよいことを上述したが、他の機能素子としてLED(lite-emitting diode)等を備えていてもよい。LEDは触覚提示モジュールの空間内に配置することができる。LEDを用いることで、触覚提示層の膨張時に発光させる等して、触覚提示に加え視覚提示を行うことができる
 また、ユーザUの年齢によって、圧覚提示に対する感度が異なるため、使用時の初期設定で年齢を設定し、年齢に応じて圧迫の度合いを微調整するようにしてもよい。同様に、触覚提示装置に熱電変換素子を設ける場合では、ユーザUの年齢によって温冷提示に対する感度が異なるため、使用時の初期設定で年齢を設定し、年齢に応じて温冷の度合いを微調整するようにしてもよい。
<触覚提示装置の他の適用例>
 上記実施形態であげた触覚提示装置の適用例では、例えば、孫が、遠隔地にいる祖父母と触覚提示装置を用いてコミュニケーションを深めたりすることができる。
 他には、コンサート会場で、歌手などの講演者が触覚提示装置を握ることにより、その握った感触を複数の観客に対し観客が把持する触覚提示装置によって提示することができる。また、複数の観客が触覚提示装置を握ることにより、コンサート等の盛り上がり等を把握することができる。
 また、有名人との握手会において、遠隔からでも触覚提示装置1を用いて握手をしたりすることができ、セキュリティの向上を図ることもできる。
 このように、1つの触覚提示装置で検出された検出結果に基づいて、複数の人それぞれに対し、該人が把持する触覚提示装置を用いて触覚を同時に提示するということもできる。
 また、本技術に係る触覚提示装置は、各種の用途に用いることができる。例えば、触覚提示装置が、VR(Virtual Reality)、AR(Augmented Reality)装置等に用いられることで、仮想の物体に実際に触れたかのような触覚をユーザに提示することができる。
 触覚提示装置は、例えば、ウェアラブル装置、入力装置、医療装置、シミュレート装置、娯楽機器等、典型的には、ユーザに触覚を提示する用途であればどのような用途にも用いることができる。
 また、用途に応じて、触覚提示装置の形状を適宜設定することができる。以下、具体的な触覚提示装置の適用例及び形態例について図15~17を用いて説明するが、ここに記載されるものに限定されない。
 図15(A)~(D)はそれぞれ把持型の触覚提示装置1Q~1Tである。
 図15(A)の触覚提示装置1Qは、片手で把持するタイプであり、触覚提示モジュール3の触覚提示層4の平面形状が略矩形となっている。
 図15(B)の触覚提示装置1Rは、球形を有し、その表面に沿って3つの触覚提示層4が露出した触覚提示モジュール3を有する。
 図15(C)は、ハンドルに触覚提示モジュール3が設けられ、ハンドルが触覚提示装置1Sとしても機能する例を示す。触覚提示装置1Sでは、ユーザUが両手で把持する領域に触覚提示層4が露出するように触覚提示モジュール3が配置される。
 図15(D)は、ゲームコントローラに触覚提示モジュール3が設けられ、ゲームコントローラが触覚提示装置1Tとしても機能する例を示す。触覚提示装置1Tでは、ユーザUが両手で把持する領域に、触覚提示層4が露出するように触覚提示モジュール3が配置される。ユーザUは、例えば、ゲームコントローラである触覚提示装置1Tを把持し、テレビジョン装置等のディスプレイを見ながらゲームを行うことができる。触覚提示装置1Tは、ディスプレイに映し出されるゲーム映像に応じた触覚をユーザUに提示する。これにより、臨場感あるゲームプレイが可能となる。
 図16(A)~(C)はそれぞれ装着型の触覚提示装置1V~1Xである。
 図16(A)の触覚提示装置1Vは、装着時、手の5本の指先に触覚を提示する。装着時、ユーザUの5本の指先それぞれに複数の触覚提示層4が接するように触覚提示モジュール3が配置される。
 図16(B)の触覚提示装置1W及び1W´それぞれは、腕及び手首に触覚提示することが可能なリストバンド型の触覚提示装置である。触覚提示装置1W及び1W´は、装着時、腕及び手首に触覚提示層4が接するように触覚提示モジュール3が配置される。
 図16(C)の触覚提示装置1Xは、ユーザの上半身に触覚提示する着衣が可能なベスト型の触覚提示装置である。触覚提示装置1Xは、装着時、上半身の肌に直接又は衣類を介して複数の触覚提示層4が接するように触覚提示モジュール3が配置される。
 図17(A)及び(B)はそれぞれ設置型の触覚提示装置1Y~1Zである。
 図17(A)の触覚提示装置1Yは、ディスプレイ21の近傍に設置される。触覚提示装置1Yは、手の形状に模して配置された触覚提示層4を有する触覚提示モジュール3を複数有する。触覚提示装置1Yでは、ディスプレイ21に映し出されるユーザU2の手の動きに基づいて触覚提示が実行される。ディスプレイ21をみているユーザU1は、触覚提示装置1Yに手を置くことで、ユーザU2の手の動きを感じることができる。
 図17(B)は、ディスプレイ22とゲームコントローラ23を備えたゲーム台に触覚提示モジュール3が設けられる例であり、ゲーム台が触覚提示装置1Zとしても機能する例を示す。複数の触覚提示モジュール3は、ゲーム台に固定されているゲームコントローラ23の近傍に設置され、各触覚提示モジュール3の触覚提示層4は露出している。ユーザが、触覚提示層4に直接触れるように手を置くことによって、触覚提示装置1Zはユーザの手に対して触覚を提示することができる。
<その他>
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
 本技術は、以下の構成をとることもできる。
(1) 流体吸排気口を有する基材部と、
 前記基材部との間に前記流体吸排気口を介して流出入する流体を保持する空間を形成する触覚提示層と
 を具備し、
 前記触覚提示層は、
  前記流体の流出入により変形する触覚提示膜と、
  前記基材部に固定され前記触覚提示膜を囲む壁状の基材固定部と
 を有し、
  前記空間への流体流入前後の前記基材固定部の変形率は前記触覚提示膜の変形率よりも低い
 触覚提示装置。
(2) 上記(1)に記載の触覚提示装置であって、
 前記空間は、前記基材部と、前記触覚提示膜と、前記基材固定部とにより形成される
 触覚提示装置。
(3) 上記(2)に記載の触覚提示装置であって、
 前記壁状の基材固定部の前記空間を形成する部位の厚みは、前記触覚提示膜の厚みよりも厚い
 触覚提示装置。
(4) 上記(1)~(3)のいずれか1つに記載の触覚提示装置であって、
 前記触覚提示層は、一体成形により成形される
 触覚提示装置。
(5) 上記(1)~(4)のいずれか1つに記載の触覚提示装置であって、
 前記壁状の基材固定部の内壁面と前記基材部とが接して前記基材部に前記触覚提示層が接着固定される
 触覚提示装置。
(6) 上記(5)に記載の触覚提示装置であって、
 前記壁状の基材固定部の底面と前記基材部とが接して前記基材部に前記触覚提示層が接着固定される
 触覚提示装置。
(7) 上記(1)~(6)のうちいずれか1つに記載の触覚提示装置であって、
 前記基材部は前記壁状の基材固定部との接触領域に孔を有し、前記基材部と前記壁状の基材固定部とは前記接触領域に配される接着剤により固定される
 触覚提示装置。
 触覚提示装置。
(8) 上記(1)~(7)のうちいずれか1つに記載の触覚提示装置であって、
 前記基材部と前記触覚提示層とを有する触覚提示モジュールを保持する筐体を更に具備し、
 前記壁状の基材固定部は、その厚み方向外側に突出し、前記筐体と前記触覚提示モジュールとを位置決めする突起部を有する
 触覚提示装置。
(9) 上記(8)に記載の触覚提示装置であって、
 前記触覚提示モジュールを複数具備し、
 前記筐体は複数の前記触覚提示モジュールを保持する
 触覚提示装置。
(10) 上記(1)~(4)のうちいずれか1つに記載の触覚提示装置であって、
 前記壁状の基材固定部と前記基材部とはネジ構造によって嵌合される
 触覚提示装置。
(11) 流体吸排気口を有する基材部と、前記基材部との間に前記流体吸排気口を介して流出入する流体を保持する空間を形成する触覚提示層と、を備える触覚提示装置に用いられる触覚提示層であって、
 前記触覚提示層は、前記触覚提示装置に搭載されたときに、
  前記流体の流出入により変形する触覚提示膜と、
  前記基材部に固定される、前記触覚提示膜を囲む壁状の基材固定部と
 を有し、
 前記空間への流体流入前後の前記基材固定部の変形率が前記触覚提示膜の変形率よりも低い
 触覚提示層。
 1、1A、1Q~1T,1V~1Z、1W´…触覚提示装置
 2、2A…筐体
 3、3B~3H、3J、3K、3P、103…触覚提示モジュール
 4、4E~4G、4K~4N、4P、104…触覚提示層
  41、41E~41G、41K~41N、41P…触覚提示膜
  42、42K~42N、42P…壁状の基材固定部
   421、421M、421N、421P…内壁面
   423…底面
  46…突起部 
 5…基材部
  53…流体吸排気口
 U、U1、U2…ユーザ

Claims (11)

  1.  流体吸排気口を有する基材部と、
     前記基材部との間に前記流体吸排気口を介して流出入する流体を保持する空間を形成する触覚提示層と
     を具備し、
     前記触覚提示層は、
      前記流体の流出入により変形する触覚提示膜と、
      前記基材部に固定され前記触覚提示膜を囲む壁状の基材固定部と
     を有し、
      前記空間への流体流入前後の前記基材固定部の変形率は前記触覚提示膜の変形率よりも低い
     触覚提示装置。
  2.  請求項1に記載の触覚提示装置であって、
     前記空間は、前記基材部と、前記触覚提示膜と、前記基材固定部とにより形成される
     触覚提示装置。
  3.  請求項2に記載の触覚提示装置であって、
     前記壁状の基材固定部の前記空間を形成する部位の厚みは、前記触覚提示膜の厚みよりも厚い
     触覚提示装置。
  4.  請求項1に記載の触覚提示装置であって、
     前記触覚提示層は、一体成形により成形される
     触覚提示装置。
  5.  請求項1に記載の触覚提示装置であって、
     前記壁状の基材固定部の内壁面と前記基材部とが接して前記基材部に前記触覚提示層が接着固定される
     触覚提示装置。
  6.  請求項5に記載の触覚提示装置であって、
     前記壁状の基材固定部の底面と前記基材部とが接して前記基材部に前記触覚提示層が接着固定される
     触覚提示装置。
  7.  請求項1に記載の触覚提示装置であって、
     前記基材部は前記壁状の基材固定部との接触領域に孔を有し、前記基材部と前記壁状の基材固定部とは前記接触領域に配される接着剤により固定される
     触覚提示装置。
  8.  請求項1に記載の触覚提示装置であって、
     前記基材部と前記触覚提示層とを有する触覚提示モジュールを保持する筐体を更に具備し、
     前記壁状の基材固定部は、その厚み方向外側に突出し、前記筐体と前記触覚提示モジュールとを位置決めする突起部を有する
     触覚提示装置。
  9.  請求項8に記載の触覚提示装置であって、
     前記触覚提示モジュールを複数具備し、
     前記筐体は複数の前記触覚提示モジュールを保持する
     触覚提示装置。
  10.  請求項1に記載の触覚提示装置であって、
     前記壁状の基材固定部と前記基材部とはネジ構造によって嵌合される
     触覚提示装置。
  11.  流体吸排気口を有する基材部と、前記基材部との間に前記流体吸排気口を介して流出入する流体を保持する空間を形成する触覚提示層と、を備える触覚提示装置に用いられる触覚提示層であって、
     前記触覚提示層は、前記触覚提示装置に搭載されたときに、
      前記流体の流出入により変形する触覚提示膜と、
      前記基材部に固定される、前記触覚提示膜を囲む壁状の基材固定部と
     を有し、
     前記空間への流体流入前後の前記基材固定部の変形率が前記触覚提示膜の変形率よりも低い
     触覚提示層。
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