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JP2013182374A - Sense presenting device - Google Patents

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JP2013182374A
JP2013182374A JP2012045244A JP2012045244A JP2013182374A JP 2013182374 A JP2013182374 A JP 2013182374A JP 2012045244 A JP2012045244 A JP 2012045244A JP 2012045244 A JP2012045244 A JP 2012045244A JP 2013182374 A JP2013182374 A JP 2013182374A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrostrictive material
material layer
electrodes
presentation device
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012045244A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shozo Odera
昭三 大寺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2012045244A priority Critical patent/JP2013182374A/en
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device that presents a perceptible sense (tactile sense) by being touched by a person, capable of presenting various types of the sense, for example, a surface shape (texture) of an object, an uneven shape, and a click feeling.SOLUTION: A sense presenting device (20) employs a laminate (10) in which electrostrictive material layers (1 and 1') are superposed along with a first electrode (3a and 3a') and a second electrode (3b and 3b') that sandwich the electrostrictive material layers therebetween.

Description

本発明は、感覚提示装置に関し、より詳細には、人間が触れることにより知覚可能な感覚を提示する装置に関する。   The present invention relates to a sensation presentation apparatus, and more particularly to an apparatus that presents a sensation perceivable by human touch.

人間(ユーザ)が触れることにより知覚可能な感覚、すなわち(広義の)触覚を擬似的に再現する装置が、バーチャルリアリティなどの分野において盛んに研究されている。なかでも指先の皮膚感覚は、物体表面をなぞることによって、その表面性状、例えば「ざらざら」「つるつる」などの言葉で表現される質感(またはテクスチャ)を把握し得るものであるため、かかる皮膚感覚を擬似的に再現する装置が求められている。   A device that simulates a sensation perceived by a human (user) touching, that is, a (broad sense) tactile sensation, has been actively studied in fields such as virtual reality. In particular, the skin sensation of the fingertip can be grasped by tracing the surface of the object, so that the surface properties, for example, the texture (or texture) expressed by words such as “rough” and “smooth” can be grasped. There is a demand for a device that reproduces the above in a pseudo manner.

従来の感覚提示装置として、ユーザが指で可動部材を固定部材上で操作することにより、ユーザの指に皮膚感覚を伝達する皮膚感覚提示装置がある(特許文献1を参照のこと)。より詳細には、この装置では、可動部材および固定部材の双方に複数の帯状電極を互いに平行に対向配置しており、これら帯状電極に多相電圧を印加して電位分布を生じさせ、可動部材と固定部材との間にクーロン力を働かせている。かかる状態で、ユーザが指を可動部材に載せて、可動部材を固定部材に対して帯状電極を横断する方向にスライドさせると、ユーザは可動部材を介してクーロン力の作用を指先に感じ、そしてこのスライド操作により電位分布ひいてはクーロン力が変化し、これにより、あたかも物体表面を指先でなぞって、その質感を知覚しているかのような皮膚感覚をユーザに与えることができる。   As a conventional sensation presentation apparatus, there is a skin sensation presentation apparatus that transmits a skin sensation to a user's finger by a user operating a movable member on the fixed member with a finger (see Patent Document 1). More specifically, in this apparatus, a plurality of strip electrodes are arranged in parallel with each other on both the movable member and the fixed member, and a multiphase voltage is applied to these strip electrodes to generate a potential distribution, thereby moving the movable member. Coulomb force is applied between the fixed member and the fixed member. In this state, when the user puts his finger on the movable member and slides the movable member in a direction crossing the strip electrode with respect to the fixed member, the user feels the action of Coulomb force through the movable member on the fingertip, and By this sliding operation, the potential distribution and thus the Coulomb force change, and this makes it possible to give the user a skin sensation as if he / she perceives the texture as if he / she traced the object surface with his / her fingertip.

特開2002−41208号公報JP 2002-41208 A

近年、感覚提示装置には、物体の表面性状(例えば質感)のみならず、物体の凹凸形状とその表面性状とを組み合わせて再現するなど、より複雑な感覚を提示することが求められてきている。   In recent years, sensory presentation devices have been required to present not only surface properties (for example, texture) of an object but also more complex sensations, such as reproduction by combining the uneven shape of the object and its surface property. .

しかしながら、上述の従来の皮膚感覚提示装置は、クーロン力の変化による錯覚を利用して皮膚感覚を提示するものであるため、凹凸が比較的小さい物体の表面性状を再現することはできても、比較的大きな凹凸形状までリアルに再現することや、更に、物体の凹凸形状とその表面性状とを組み合わせて再現することは困難である。   However, since the above-described conventional skin sensation presentation device presents a skin sensation using the illusion due to the change in Coulomb force, even if the surface texture of an object with relatively small irregularities can be reproduced, It is difficult to realistically reproduce even a relatively large uneven shape, or to combine and reproduce the uneven shape of an object and its surface property.

また、上述の従来の皮膚感覚提示装置では、可動部材および固定部材の双方に電極パターンを形成する必要があり、構造が複雑である上、指を動かす方向(操作方向)が電極パターンの配置により制限されるという難点もある。   Further, in the above-described conventional skin sensation presentation device, it is necessary to form electrode patterns on both the movable member and the fixed member, and the structure is complicated, and the direction in which the finger is moved (operation direction) depends on the arrangement of the electrode patterns. There is also the difficulty of being restricted.

一方、タッチパネルの分野においては、パネルの所定の領域に触れた際にクリック感や押し込み感を与えたり、誤操作防止等の目的で刺激を与えたりと、指先に様々な感覚をフィードバック(いわゆる触覚フィードバック)することができる感覚提示装置が求められている。かかる感覚提示装置としては、圧電セラミック素子などの共振を利用してパネル全体を実際に振動させる発振装置が知られている。しかしながら、このような従来の発振装置は、パネル全体を振動させるものであるため、消費電力が大きいという難点がある。更に、スマートフォンが急速に普及する中、装置の小型軽量化に対する要請も一層高まっている。   On the other hand, in the field of touch panels, various touches are fed back to the fingertips, such as giving a feeling of clicking or pushing when touching a predetermined area of the panel, or giving a stimulus for the purpose of preventing erroneous operation (so-called tactile feedback). There is a need for sensory presentation devices that can do this. As such a sensory presentation device, an oscillation device that actually vibrates the entire panel using resonance of a piezoelectric ceramic element or the like is known. However, since such a conventional oscillation device vibrates the entire panel, there is a problem that power consumption is large. Furthermore, with the rapid spread of smartphones, there is a growing demand for smaller and lighter devices.

そこで、従来の発振装置に代えて上述の従来の皮膚感覚提示装置をタッチパネルに利用することが考えられ得る。しかしながら、従来の皮膚感覚提示装置では、ユーザは指を可動部材に載せて固定部材に対して自ら動かす必要があるため、指を可動部材に載せたまま(パネルの面内方向に)動かさないでいると、皮膚感覚を提示することはできない。よって、ユーザがタッチパネルに触れた際に、その場所(定点)で、クリック感や押し込み感あるいは刺激に通じるような皮膚感覚を与えることはできない。   Then, it can be considered that the above-described conventional skin sensation presentation device is used for the touch panel instead of the conventional oscillation device. However, in the conventional skin sensation presentation device, since the user needs to place his / her finger on the movable member and move it with respect to the fixed member, do not move the finger on the movable member (in the in-plane direction of the panel). If you are, you cannot present a skin sensation. Therefore, when the user touches the touch panel, it is not possible to give a skin sensation that leads to a click feeling, a push-in feeling, or a stimulus at the place (fixed point).

本発明は、人間が触れることにより知覚可能な感覚(触覚)を提示する装置であって、例えば物体の表面性状(質感)、凹凸形状、クリック感などの多様な感覚を提示できる装置を提供することを目的とする。   The present invention provides an apparatus that presents a sensation (tactile sensation) that can be perceived by human touch, and can present various sensations such as a surface property (texture), an uneven shape, and a click feeling of an object. For the purpose.

本発明によれば、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第1および第2の電極と共に積層された積層体を含む、感覚提示装置が提供される。第1および第2の電極間に電圧を印加すると、これらの間に挟まれた電歪材料層は、電界印加により厚さ方向に歪むこととなる。そして、本発明の感覚提示装置では、かかる電歪材料層を積層して用いているので、1層当りの厚みが薄くなり、所定の印加電圧に対してより大きな電界印加が得られ、積層方向においてより大きな歪みを得ることができ、人間が触れることにより知覚可能な感覚を提示することができる。また、同じ電界印加条件とする場合、積層数を増やすことで、印加すべき電圧を下げることができる。   According to the present invention, there is provided a sensory presentation device including a laminate in which an electrostrictive material layer is laminated with first and second electrodes sandwiching the electrostrictive material layer. When a voltage is applied between the first and second electrodes, the electrostrictive material layer sandwiched between them is distorted in the thickness direction by the application of an electric field. In the sensory presentation device of the present invention, since the electrostrictive material layers are laminated and used, the thickness per layer is reduced, and a larger electric field application can be obtained with respect to a predetermined applied voltage. A greater distortion can be obtained and a perceivable sensation can be presented by human touch. In addition, when the same electric field application condition is used, the voltage to be applied can be lowered by increasing the number of stacked layers.

一般に、電歪材料層の歪みの大きさは、印加される電界に応じて2次関数的に変化し、印加電界を適切に選択することによって、最大歪みの範囲内であれば任意の大きさの歪みひいては変位を実現することができる。よって、本発明の上記感覚提示装置において、第1および第2の電極間に電圧信号、例えば交流電圧を印加すると、これらの間に挟まれた電歪材料層は、印加電界の変動に応じて厚さ方向に伸縮ひいては振動し、その周波数を調整することにより、人間が物体表面を指でなぞった場合に知覚される物体の表面性状(質感、摩擦特性等)を擬似的に再現することができる。第1および第2の電極間にパルス電圧(例えば矩形波電圧)を印加したり、直流電圧を印加(またはオン/オフ切り換え)すると、電歪材料層上面を厚さ方向に大きく上下動させ得、その変位の大きさを適切に設定することにより、物体表面を指でなぞった場合に知覚される物体の凹凸形状(または起伏)を実際に忠実に再現することができる。また、第1および第2の電極間に交流電圧を印加する場合でも、バイアス電圧を調整することにより、電歪材料層上面を厚さ方向に大きく上下動させ得、その変位の大きさを適切に設定することにより、物体表面を指でなぞった場合に知覚される物体の凹凸形状を実際に忠実に再現することができる。更に、かかる上下動により、人間が定点でのクリック感や押し込み感あるいは刺激として知覚し得る感覚を提示することもできる。加えて、第1および第2の電極間に印加する電圧信号を適宜制御すれば、例えば交流電圧の周波数およびバイアス電圧の双方を制御すれば、物体の凹凸形状とその表面性状とを組み合わせて再現することもできる。従って、本発明の感覚提示装置によれば、物体の表面性状(質感、摩擦特性等)、凹凸形状、クリック感などの多様な感覚を提示することができる。   In general, the magnitude of the strain of the electrostrictive material layer changes in a quadratic function according to the applied electric field, and by selecting the applied electric field appropriately, it can be of any magnitude within the range of the maximum strain. Displacement can be realized. Therefore, in the sensation presentation device according to the present invention, when a voltage signal, for example, an AC voltage is applied between the first and second electrodes, the electrostrictive material layer sandwiched between them responds to fluctuations in the applied electric field. The surface properties (texture, friction characteristics, etc.) of an object perceived when a person traces the object surface with his / her finger can be reproduced in a pseudo manner by expanding and contracting in the thickness direction and then vibrating and adjusting the frequency. it can. When a pulse voltage (for example, a rectangular wave voltage) is applied between the first and second electrodes or a DC voltage is applied (or switched on / off), the upper surface of the electrostrictive material layer can be greatly moved up and down in the thickness direction. By appropriately setting the magnitude of the displacement, it is possible to actually faithfully reproduce the uneven shape (or undulation) of the object perceived when the object surface is traced with a finger. Even when an AC voltage is applied between the first and second electrodes, the upper surface of the electrostrictive material layer can be moved up and down in the thickness direction by adjusting the bias voltage, and the magnitude of the displacement can be appropriately adjusted. By setting to, it is possible to actually faithfully reproduce the uneven shape of the object perceived when the object surface is traced with a finger. Furthermore, by such vertical movement, it is possible to present a sensation that humans can perceive as a click feeling, a push-in feeling or a stimulus at a fixed point. In addition, if the voltage signal applied between the first and second electrodes is appropriately controlled, for example, if both the frequency of the alternating voltage and the bias voltage are controlled, the uneven shape of the object and its surface property are combined and reproduced. You can also Therefore, according to the sensation presentation apparatus of the present invention, it is possible to present various sensations such as the surface properties (texture, friction characteristics, etc.), uneven shape, and click feeling of the object.

かかる本発明の感覚提示装置は、従来の皮膚感覚提示装置に比べて、構造がシンプルであり、また、指を動かす方向に何ら制限がない。更に、本発明の感覚提示装置は、タッチパネルに局所的に組み込むことが可能であり、パネル全体を振動させる必要がないので、従来の発振装置に比べて、消費電力が小さく、かつ、小型で軽量な装置を実現できる。   Such a sensory presentation device of the present invention has a simple structure as compared with a conventional skin sensation presentation device, and there is no limitation on the direction in which the finger is moved. Furthermore, since the sensory presentation device of the present invention can be locally incorporated in the touch panel and does not need to vibrate the entire panel, it consumes less power and is smaller and lighter than conventional oscillators. Can be realized.

本発明の感覚提示装置に用いる電歪材料層は、100V/μmの電界印加により、該電歪材料層の厚さ方向に2%以上歪むことが好ましい。これにより、人間が指先で触れることにより凹凸形状を識別するのに適した感覚提示装置が得られる。   The electrostrictive material layer used in the sensory presentation device of the present invention is preferably distorted by 2% or more in the thickness direction of the electrostrictive material layer when an electric field of 100 V / μm is applied. As a result, a sensory presentation device suitable for identifying a concavo-convex shape by a human touch with a fingertip can be obtained.

本発明の1つの態様において、上記第1および第2の電極は、上記積層体の異なる2つの端面にて、外部電極にそれぞれ接続され、または外部にそれぞれ引き出されていてよい。かかる態様によれば、積層されている第1および第2の電極に対して、外部電極形成または外部への引き出しを、それぞれ別個に簡便に行うことができる。   In one aspect of the present invention, the first and second electrodes may be respectively connected to an external electrode or drawn to the outside at two different end faces of the laminate. According to this aspect, it is possible to separately and easily perform external electrode formation or lead-out to the stacked first and second electrodes.

本発明の1つの態様において、上記第1および第2の電極は、有機導電性材料から成る。かかる態様によれば、電極にクラックが導入され難くなり、より信頼性の高い感覚提示装置を得ることができる。   In one embodiment of the present invention, the first and second electrodes are made of an organic conductive material. According to this aspect, it is difficult for cracks to be introduced into the electrode, and a more reliable sensory presentation device can be obtained.

本発明の1つの態様において、上記積層体は、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第1および第2の電極と共に筒状に巻回および扁平化されて成る。電歪材料層は、可撓性のフィルムであり得、該フィルムに第1および第2の電極を形成して筒状に巻回することにより容易に積層でき、更に、これを扁平化することにより、体積効率を高めることができる。   In one aspect of the present invention, the laminate is formed by winding and flattening an electrostrictive material layer in a cylindrical shape together with first and second electrodes sandwiching the electrostrictive material layer. The electrostrictive material layer can be a flexible film, and can be easily laminated by forming the first and second electrodes on the film and winding them into a cylindrical shape, and further flattening it. Thus, the volume efficiency can be increased.

本発明の感覚提示装置は、上記積層体を複数個含み、該複数個の積層体がアレイ状に配置されていてよい。このような感覚提示装置は、積層体の動作を個々に制御することができるので、物体表面を指でなぞった場合に知覚される物体の不連続な凹凸形状を再現したり、複数の振動発生領域を互いに独立して設けたりすることができ、あるいは、例えば人間の手のひらなどの比較的広い接触面に対して感覚を提示したりすることができる。   The sensory presentation device of the present invention may include a plurality of the laminates, and the plurality of laminates may be arranged in an array. Such a sensation presentation device can individually control the operation of the laminated body, so it can reproduce the discontinuous uneven shape of the object perceived when the object surface is traced with a finger, or generate multiple vibrations. The regions can be provided independently of each other, or the sensation can be presented on a relatively wide contact surface such as a human palm.

本発明によれば、電歪材料層を積層して用いることにより、人間が触れることにより知覚可能で、かつ、多様な感覚を提示できる感覚提示装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sensory presentation apparatus which can perceive and touch a human being and can show a various sensation is provided by using an electrostrictive material layer by laminating | stacking.

本発明の1つの実施形態における感覚提示装置の概略模式図であって、(a)は斜視図、(b)および(c)はX−X方向の部分分解断面図であり、電歪材料層と第1および第2の電極との配置例をそれぞれ示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram of the sensory presentation apparatus in one embodiment of this invention, Comprising: (a) is a perspective view, (b) And (c) is a partial exploded sectional view of XX direction, Electrostrictive material layer And arrangement examples of the first and second electrodes are shown. 図1の実施形態のうち、図1(b)の配置例に係る感覚提示装置の製造方法を説明する概略模式図であって、(a)は斜視図、(b)はA−A方向断面図である。In the embodiment of FIG. 1, it is a schematic diagram explaining the manufacturing method of the sensory presentation apparatus which concerns on the example of arrangement | positioning of FIG.1 (b), Comprising: (a) is a perspective view, (b) is an AA direction cross section. FIG. 図1の実施形態のうち、図1(b)の配置例に係る感覚提示装置の製造方法を説明する概略模式図である。It is a schematic diagram explaining the manufacturing method of the sensory presentation apparatus which concerns on the example of arrangement | positioning of FIG.1 (b) among embodiment of FIG. 図1の実施形態のうち、図1(c)の配置例に係る感覚提示装置の製造方法を説明する概略模式図であって、(a)は斜視図、(b)はB−B方向断面図である。In the embodiment of FIG. 1, it is a schematic diagram explaining the manufacturing method of the sensory presentation apparatus which concerns on the example of arrangement | positioning of FIG.1 (c), Comprising: (a) is a perspective view, (b) is a BB direction cross section. FIG. 図1の実施形態における感覚提示装置の製造方法を説明する概略模式図であって、(a)は略円筒状の積層体を矢印方向に扁平化する工程を示す斜視図であり、(b)はこれにより得られた積層体に外部電極を形成する工程を示す上面図である。It is a schematic diagram explaining the manufacturing method of the sensory presentation apparatus in embodiment of FIG. 1, Comprising: (a) is a perspective view which shows the process of flattening a substantially cylindrical laminated body in the arrow direction, (b). These are top views which show the process of forming an external electrode in the laminated body obtained by this. (a)〜(c)は、本発明の実施例における入力電圧と時間との関係を示すグラフ(右側)および指先の感覚から知覚される物体表面のイメージ図(左側)を示す。(A)-(c) shows the graph (right side) which shows the relationship between the input voltage and time in the Example of this invention, and the image figure (left side) of the object surface perceived from the sense of a fingertip. 本発明の実施例において、電源から感覚提示装置へ入力した電圧のグラフと、これと同時に積層体上面位置を測定した位置表示値のグラフとを重ねて示す。In the Example of this invention, the graph of the voltage input into the sensory presentation apparatus from the power supply and the graph of the position display value which measured the laminated body upper surface position simultaneously with this are shown.

本発明の1つの実施形態における感覚提示装置について、以下、図面を参照しながら詳述する。   A sensory presentation device according to one embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

図1(a)を参照して、本実施形態の感覚提示装置20は、電歪材料層が、電歪材料層を間に挟む第1および第2の電極と共に積層された積層体10を含む。感覚提示装置20は、積層体10の異なる2つの端面(図示する態様では対向する2つの端面)に、第1の電極と接続された外部電極11aと、第2の電極と接続された外部電極11bとを備え、これら外部電極11a、11bは、電源Vに接続される。   With reference to Fig.1 (a), the sensory presentation apparatus 20 of this embodiment contains the laminated body 10 on which the electrostrictive material layer was laminated | stacked with the 1st and 2nd electrode which pinches | interposes an electrostrictive material layer. . The sensory presentation device 20 includes an external electrode 11a connected to the first electrode and two external electrodes connected to the second electrode on two different end surfaces of the laminate 10 (two opposing end surfaces in the illustrated embodiment). 11b, and these external electrodes 11a and 11b are connected to a power source V.

第1および第2の電極は、これらの間に電歪材料層を挟み、かつ、第1および第2の電極が互いに直接接触しないように配置されていればよい。例えば、図1(b)に示すように、隣り合う電歪材料層1および1’の間に、第1の電極3aおよび3a’が合計2層で存在し、また、第2の電極3bおよび3b’が合計2層で存在してよい。この場合、第1の電極3a、3a’は積層体10の1つの端面にて外部電極11aに接続され、第2の電極3b、3b’は積層体10の別の端面にて外部電極11bに接続される。また例えば、図1(c)に示すように、隣り合う電歪材料層1aおよび1bの間に、第1の電極3aが1層で存在し、また、第2の電極3bが1層で存在してよい。これら配置例については、本実施形態の感覚提示装置の製造方法に関連してより詳細に後述する。この場合、第1の電極3aは積層体10の1つの端面にて外部電極11aに接続され、第2の電極3bは積層体10の別の端面にて外部電極11bに接続される。   The first and second electrodes may be disposed so that the electrostrictive material layer is sandwiched between them and the first and second electrodes are not in direct contact with each other. For example, as shown in FIG. 1 (b), the first electrodes 3a and 3a ′ are present in a total of two layers between the adjacent electrostrictive material layers 1 and 1 ′, and the second electrodes 3b and 3 ′ 3b ′ may be present in a total of two layers. In this case, the first electrodes 3a and 3a ′ are connected to the external electrode 11a at one end face of the multilayer body 10, and the second electrodes 3b and 3b ′ are connected to the external electrode 11b at another end face of the multilayer body 10. Connected. Also, for example, as shown in FIG. 1C, the first electrode 3a exists in one layer and the second electrode 3b exists in one layer between the adjacent electrostrictive material layers 1a and 1b. You can do it. These arrangement examples will be described later in detail in relation to the method for manufacturing the sensory presentation device of the present embodiment. In this case, the first electrode 3 a is connected to the external electrode 11 a at one end face of the multilayer body 10, and the second electrode 3 b is connected to the external electrode 11 b at another end face of the multilayer body 10.

電歪材料層1、1’、1a、1bは、高分子電歪材料から形成される。高分子電歪材料は、永久双極子を有する高分子材料であれば、特に限定されない。高分子電歪材料の例としては、PVDF(ポリビニリデンフルオロイド)、PVDF系の共重合体、例えば、P(VDF−TrFE)、P(VDF−VF)などのコポリマーや、P(VDF−TrFE−CFE)、P(VDF−TrFE−CTFE)、P(VDF−TrFE−CDFE)、P(VDF−TrFE−HFA)、P(VDF−TrFE−HFP)、P(VDF−TrFE−VC)などのターポリマーが挙げられる(Pはポリを、VDFはビニリデンフルオライドを、TrFEはトリフルオロエチレンを、CFEはクロロフルオロエチレンを、CTFEはクロロトリフルオロエチレンを、CDFEはクロロジフルオロエチレンを、HFAはヘキサフルオロアセトンを、HFPはヘキサフルオロプロピレンを、VCはビニルクロライドを、VFはビニルフルオライドを意味する)。なかでも、P(VDF−TrFE−CFE)が、大きな歪みが得られる点で特に好ましい。電歪材料層1、1’、1a、1bの厚さは適宜設定してよいが、例えば数μm〜100μm程度とし得る。電歪材料層1、1’、1a、1bは、各配置例につき、使用する高分子電歪材料および厚さが、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。   The electrostrictive material layers 1, 1 ', 1a, and 1b are formed from a polymer electrostrictive material. The polymer electrostrictive material is not particularly limited as long as it is a polymer material having a permanent dipole. Examples of the polymer electrostrictive material include PVDF (polyvinylidene fluoride), a PVDF copolymer, for example, a copolymer such as P (VDF-TrFE) and P (VDF-VF), and P (VDF-TrFE). -CFE), P (VDF-TrFE-CTFE), P (VDF-TrFE-CDFE), P (VDF-TrFE-HFA), P (VDF-TrFE-HFP), P (VDF-TrFE-VC), etc. Terpolymers (P is poly, VDF is vinylidene fluoride, TrFE is trifluoroethylene, CFE is chlorofluoroethylene, CTFE is chlorotrifluoroethylene, CDFE is chlorodifluoroethylene, and HFA is hexa. Fluoroacetone, HFP is hexafluoropropylene, VC is vinyl chloride The, VF denotes a vinyl fluoride). Among these, P (VDF-TrFE-CFE) is particularly preferable in that a large distortion can be obtained. The thickness of the electrostrictive material layers 1, 1 ′, 1 a, and 1 b may be set as appropriate, but may be, for example, about several μm to 100 μm. The electrostrictive material layers 1, 1 ′, 1 a, and 1 b may have different polymer electrostrictive materials and thicknesses for each arrangement example, but are preferably the same.

第1の電極3a、3a’および第2の電極3b、3b’は、電極として機能し得る限り、任意の適切な導電性材料から形成してよい。かかる導電性材料としては、有機導電性材料が、クラックが導入され難いので好ましい。有機導電性材料の例としては、PEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)、PPy(ポリピロール)、PANI(ポリアニリン)などが挙げられ、これらは、適宜、有機スルホン酸系化合物、例えばポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリルスルホン酸、ポリメタクリルスルホン酸、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸などのドーパントがドープされ得る。なかでも、ポリスチレンスルホン酸がドープされたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT−PSS)が好ましい。しかしながら本発明はこれに限定されず、他の導電性材料、例えばNi(ニッケル)、Pt(白金)、Pt−Pd(白金−パラジウム合金)、Al(アルミニウム)、Au(金)、Au−Pd(金パラジウム合金)などの金属材料を使用することも可能である。第1の電極3a、3a’および第2の電極3b、3b’の厚さは、使用する導電性材料などに応じて適宜設定してよいが、例えば20nm〜10μm程度とし得る。第1の電極3a、3a’および第2の電極3b、3b’は、各配置例につき、使用する導電性材料および厚さが、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。   The first electrode 3a, 3a 'and the second electrode 3b, 3b' may be formed of any appropriate conductive material as long as they can function as electrodes. As such a conductive material, an organic conductive material is preferable because cracks are hardly introduced. Examples of the organic conductive material include PEDOT (polyethylenedioxythiophene), PPy (polypyrrole), PANI (polyaniline) and the like, and these are appropriately organic sulfonic acid compounds such as polyvinyl sulfonic acid and polystyrene sulfonic acid. , Dopants such as polyallyl sulfonic acid, polyacryl sulfonic acid, polymethacryl sulfonic acid, poly-2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, polyisoprene sulfonic acid can be doped. Among these, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) doped with polystyrene sulfonic acid (PEDOT-PSS) is preferable. However, the present invention is not limited to this, and other conductive materials such as Ni (nickel), Pt (platinum), Pt—Pd (platinum-palladium alloy), Al (aluminum), Au (gold), Au—Pd. It is also possible to use a metal material such as (gold palladium alloy). The thicknesses of the first electrodes 3a, 3a 'and the second electrodes 3b, 3b' may be appropriately set according to the conductive material used, but may be, for example, about 20 nm to 10 µm. The first electrode 3a, 3a 'and the second electrode 3b, 3b' may have different conductive materials and thicknesses for each arrangement example, but are preferably the same.

次に、かかる本実施形態の感覚提示装置の製造例について説明する。以下の例では、積層体10が、電歪材料層を、第1および第2の電極と共に筒状に巻回および扁平化することによって構成される場合について説明する。   Next, an example of manufacturing the sensory presentation device according to this embodiment will be described. The following example demonstrates the case where the laminated body 10 is comprised by winding and flattening an electrostrictive material layer with a 1st and 2nd electrode in a cylinder shape.

まず、電歪材料層を第1および第2の電極と共に、第1の電極と第2の電極との間に電歪材料層が挟まれるようにして、略円筒状(円筒状または実質的に円筒状、以下も同様)に巻回して積層することによって、略円筒状の積層体7(図5(a)参照)を形成する。   First, the electrostrictive material layer, together with the first and second electrodes, is sandwiched between the first electrode and the second electrode so that the electrostrictive material layer is substantially cylindrical (cylindrical or substantially A substantially cylindrical laminate 7 (see FIG. 5A) is formed by winding and stacking in a cylindrical shape (the same applies to the following).

より詳細には、まず、電歪材料層の表面に第1および第2の電極の少なくとも一方を形成した2枚のシートを作製し、第1および第2の電極が直接接触してショートすることのないように、これら2枚のシートを重ね合わせる。   More specifically, first, two sheets in which at least one of the first and second electrodes is formed on the surface of the electrostrictive material layer are produced, and the first and second electrodes are in direct contact and short-circuited. These two sheets are overlapped so that there is no.

より具体的には、図1(b)に示す配置例の場合には、次のようにして2枚のシートを重ね合わせる。まず、図2を参照して、電歪材料層1の両面に第1の電極3aおよび第2の電極3bをそれぞれ形成したシートと、電歪材料層1’の両面に第1の電極3a’および第2の電極3b’をそれぞれ形成したシートとを準備する。なお、これらシートは、同時に作製されたもの(例えば1枚のシートから分断されたもの)であってもよい。そして、これら2枚のシートを、第1の電極3a、3a’同士または第2の電極3b、3b’同士を対向させて(図1(b)は後者の場合を例示的に示す)重ね合わせる。この場合、1つの電歪材料層に対して、第1および第2の電極が両面から十分に密着するので、空気層によるロスを防ぐことができる。   More specifically, in the case of the arrangement example shown in FIG. 1B, two sheets are overlapped as follows. First, referring to FIG. 2, a sheet in which the first electrode 3a and the second electrode 3b are respectively formed on both surfaces of the electrostrictive material layer 1, and the first electrode 3a ′ on both surfaces of the electrostrictive material layer 1 ′. And a sheet on which the second electrode 3b ′ is formed. Note that these sheets may be produced at the same time (for example, separated from one sheet). Then, these two sheets are overlaid with the first electrodes 3a and 3a 'facing each other or the second electrodes 3b and 3b' facing each other (FIG. 1 (b) shows the latter case as an example). . In this case, since the first and second electrodes are sufficiently in contact with one electrostrictive material layer from both surfaces, loss due to the air layer can be prevented.

また、図1(c)に示す配置例の場合には、次のようにして2枚のシートを重ね合わせる。まず、図4を参照して、電歪材料層1aの片面に第1の電極3aを形成したシートと、電歪材料層1bの片面に第2の電極3bを形成したシートとを準備する。なお、これらシートは、同時に作製されたもの(例えば1枚のシートから分断されたもの)であってもよい。そして、これら2枚のシートを、第1の電極3aと第2の電極3bとが電歪材料層1a、1bを介して交互に配置されるように重ね合わせる。この場合、1つの電歪材料層に対して、第1および第2の電極のいずれかのみを形成すればよいので、より少ない工程数で作製可能である。   Further, in the case of the arrangement example shown in FIG. 1C, two sheets are overlapped as follows. First, referring to FIG. 4, a sheet in which the first electrode 3a is formed on one side of the electrostrictive material layer 1a and a sheet in which the second electrode 3b is formed on one side of the electrostrictive material layer 1b are prepared. Note that these sheets may be produced at the same time (for example, separated from one sheet). Then, these two sheets are overlapped so that the first electrode 3a and the second electrode 3b are alternately arranged via the electrostrictive material layers 1a and 1b. In this case, since only one of the first and second electrodes has to be formed for one electrostrictive material layer, it can be manufactured with fewer steps.

電歪材料層上への電極の形成は、使用する材料に応じて異なり得る。例えば、電極材料として、上述したような有機導電性材料を使用する場合には、電歪材料層上にマスクを配置し、その上から有機導電性材料含有液(例えばインクまたは塗料などとして市販で入手可能である)を噴霧し、適宜、乾燥および/または加熱した後、マスクを除去することによって、一様な電極パターンを形成することができる。なお、有機導電性材料含有液の粘度等によっては、インクジェット、はけ塗り、スクリーン印刷なども適用可能である。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、例えば、電極材料として、上述したような金属材料を用いる場合には、蒸着、スパッタなどを適用可能である。   The formation of electrodes on the electrostrictive material layer can vary depending on the material used. For example, when an organic conductive material as described above is used as the electrode material, a mask is disposed on the electrostrictive material layer, and an organic conductive material-containing liquid (for example, ink or paint is commercially available from the top). A uniform electrode pattern can be formed by spraying, and drying and / or heating as appropriate, and then removing the mask. Note that, depending on the viscosity of the liquid containing the organic conductive material, inkjet, brush coating, screen printing, or the like is also applicable. However, the present embodiment is not limited to this. For example, when the metal material as described above is used as the electrode material, vapor deposition, sputtering, or the like can be applied.

次に、上記のようにして重ね合わせた2枚のシートを、例えば図3に示すように、略円筒状の巻芯5の周囲に巻回して積層し、これにより、略円筒状の積層体を形成する。巻芯5は、巻回の際に保持可能な限り、中空および中実のいずれであってもよい。そして、積層体を形成した後に、積層体から巻芯5を抜き出して、図5(a)に示すような略円筒状の積層体7を得る。積層体の寸法および積層数は、所望される感覚提示装置の用途および仕様などによって様々であり得る。   Next, the two sheets superposed as described above are wound around the substantially cylindrical core 5 and laminated, for example, as shown in FIG. Form. The winding core 5 may be hollow or solid as long as it can be held during winding. And after forming a laminated body, the core 5 is extracted from a laminated body, and the substantially cylindrical laminated body 7 as shown to Fig.5 (a) is obtained. The dimensions and number of layers of the laminate may vary depending on the desired use and specification of the sensory presentation device.

そして、この略円筒状の積層体7に外力および熱の少なくとも一方を作用させることによって、図5(a)に示す矢印方向に扁平化させる。外力は、手作業で加えても、機械的に加えても、真空吸引(例えば、積層体7をパックまたは袋に入れ、その内部を真空にして、外部からの空気圧により潰す方法)などにより加えてもよい。熱は、電歪材料層に作用して成形することが可能であり、例えば、100℃前後の熱を加え得る。   Then, by applying at least one of an external force and heat to the substantially cylindrical laminated body 7, it is flattened in the direction of the arrow shown in FIG. The external force is applied manually or mechanically, or by vacuum suction (for example, a method in which the laminated body 7 is put in a pack or bag, the inside is evacuated, and crushed by air pressure from the outside), etc. May be. Heat can act on the electrostrictive material layer and can be molded. For example, heat of around 100 ° C. can be applied.

これにより、電歪材料層が第1および第2の電極と共に積層された積層体10が得られる。本製造例のように、積層体10が、電歪材料層を、第1および第2の電極と共に筒状に巻回および扁平化することによって構成される場合には、扁平化する際の屈曲部にあたる積層体10の端面(図5(b)中、積層体10の上下左右に位置する端面のうち、上下の端面)では、積層構造は積層体10の高さ方向に確保されないが、図1(a)に示すように、積層体10の上面略中央に指を載せて感覚を提示するのに、実質的に差し支えない。   Thereby, the laminated body 10 by which the electrostrictive material layer was laminated | stacked with the 1st and 2nd electrode is obtained. When the laminated body 10 is configured by winding and flattening the electrostrictive material layer together with the first and second electrodes into a cylindrical shape as in this production example, bending when flattening is performed. On the end face of the laminated body 10 corresponding to the portion (in FIG. 5B, the upper and lower end faces of the laminated body 10 located on the upper, lower, left and right sides), the laminated structure is not secured in the height direction of the laminated body 10. As shown to 1 (a), in order to show a feeling by putting a finger | toe on the upper surface approximate center of the laminated body 10, it does not interfere.

次に、以上のようにして得られた積層体10に、図5(b)に示すように外部電極11a、11bを第1の電極3a、3a’および第2の電極3b、3b’にそれぞれ接続して形成する。外部電極11a、11bの材料は、特に限定されず、任意の適切な電極材料を使用してよい。例えば、導電性ペーストを用いて、これを積層体10の所定の端面(第1および第2の電極の縁部がそれぞれ位置している端面)に塗布し、熱処理に付すことにより、外部電極11a、11bを第1の電極3a、3a’および第2の電極3b、3b’にそれぞれ接続して形成することができる。外部電極11a、11bは、図1(a)に示すように、感覚提示装置20の使用に際して電源Vに接続される。   Next, in the laminate 10 obtained as described above, the external electrodes 11a and 11b are respectively connected to the first electrodes 3a and 3a ′ and the second electrodes 3b and 3b ′ as shown in FIG. 5B. Connect and form. The material of the external electrodes 11a and 11b is not particularly limited, and any appropriate electrode material may be used. For example, by using a conductive paste, this is applied to a predetermined end face (end face where the edge portions of the first and second electrodes are respectively located) of the laminate 10 and subjected to heat treatment, whereby the external electrode 11a. , 11b can be connected to the first electrodes 3a, 3a ′ and the second electrodes 3b, 3b ′, respectively. The external electrodes 11a and 11b are connected to a power source V when the sensory presentation device 20 is used, as shown in FIG.

あるいは、また、外部電極11a、11bに代えて、引き出し線を用いて、第1の電極3a、3a’および第2の電極3b、3b’を積層体10の外部に引き出し、電源Vに接続してもよい。   Alternatively, instead of the external electrodes 11a and 11b, the first electrodes 3a and 3a ′ and the second electrodes 3b and 3b ′ are led out of the stacked body 10 and connected to the power source V using lead wires. May be.

以上のようにして、本実施形態の感覚提示装置20が製造される。しかし、本実施形態の感覚呈示装置20の製造方法は、かかる製造例に限定されない。例えば、扁平化した積層体を複数個作製して、これらを重ねて用いてもよい。また例えば、図1(b)または(c)に示す配置例に従って、電歪材料層ならびに第1および第2の電極を順次積層していくことにより、積層体10を作製してよい。また例えば、電歪材料層の表面に第1および第2の電極の少なくとも一方を形成した2枚のシートの端部を、これらの長手方向が互いに直交するように重ね合わせ、第1および第2の電極が直接接触してショートすることのないように、これらシートを交互に順次積層して折り返すことにより、積層体10を作製してもよい。   As described above, the sensory presentation device 20 of the present embodiment is manufactured. However, the manufacturing method of the sensory presentation device 20 of the present embodiment is not limited to such a manufacturing example. For example, a plurality of flattened laminates may be produced and used by overlapping them. Further, for example, according to the arrangement example shown in FIG. 1B or 1C, the laminate 10 may be manufactured by sequentially laminating the electrostrictive material layer and the first and second electrodes. Further, for example, the ends of two sheets in which at least one of the first and second electrodes is formed on the surface of the electrostrictive material layer are overlapped so that the longitudinal directions thereof are orthogonal to each other, and the first and second The laminate 10 may be produced by alternately laminating and folding these sheets alternately so that the electrodes do not directly contact and cause a short circuit.

本実施形態の感覚提示装置20は、小型で軽量、かつ低消費電力である。また、本実施形態の感覚提示装置20は、電歪材料層に高分子材料を用い、第1および第2の電極材料に有機導電性材料を用いて構成すれば、耐衝撃性が高く、壊れにくいという利点が得られる。   The sensory presentation device 20 according to the present embodiment is small, lightweight, and has low power consumption. In addition, the sensory presentation device 20 according to the present embodiment has a high impact resistance and is broken if a polymer material is used for the electrostrictive material layer and an organic conductive material is used for the first and second electrode materials. The advantage that it is difficult is obtained.

次に、感覚提示装置20の使用方法(動作)の例について説明するが、本発明の感覚提示装置は、かかる使用方法に限定されるものではない。   Next, although the example of the usage method (operation | movement) of the sensation presentation apparatus 20 is demonstrated, the sensation presentation apparatus of this invention is not limited to this usage method.

感覚提示装置20において、電源Vより第1および第2の電極間に電圧信号を印加すると、それらの間に位置する電歪材料層は、電界印加による電歪効果によって歪み、これにより、積層体10が変形して変位を生じる。よって、積層体10は、積層型電歪アクチュエータとして理解可能である。電界方向に対する電歪材料層の歪み方向は、31方向(電界方向に対して垂直な方向、換言すれば、電歪材料層の面内方向)と33方向(電界方向に対して平行な方向、換言すれば、電歪材料層の厚さ方向)とがあり得るが、本発明においては33方向、換言すれば、電歪材料層の厚さ方向に歪むことが好ましい。なお、電歪材料層の31方向での歪みは、電歪材料層を延伸などにより所定の方向に予め異方性を持たせておくことにより選択可能である。   In the sensation presentation device 20, when a voltage signal is applied between the first and second electrodes from the power source V, the electrostrictive material layer positioned between them is distorted by the electrostrictive effect caused by the electric field application. 10 is deformed to cause displacement. Therefore, the laminated body 10 can be understood as a laminated electrostrictive actuator. The strain direction of the electrostrictive material layer with respect to the electric field direction is 31 directions (direction perpendicular to the electric field direction, in other words, in-plane direction of the electrostrictive material layer) and 33 directions (direction parallel to the electric field direction, In other words, the thickness direction of the electrostrictive material layer may be present, but in the present invention, the strain is preferably in the 33 direction, in other words, the thickness direction of the electrostrictive material layer. The strain in the 31 direction of the electrostrictive material layer can be selected by providing an anisotropy in a predetermined direction in advance by stretching the electrostrictive material layer.

電歪材料層は、100V/μmの電界印加により、該電歪材料層の厚さ方向に2%以上歪むことがより好ましい。電歪材料層の材料として上述した高分子電歪材料は、100V/μmの電界印加により、電歪材料層の厚さ方向に2%以上縮むことができる。人間の指先は、これと接触している物体表面が変形する(変位を生じる)と、接触反力により指自体が変形し、指の内部にある感覚器が刺激を受け、触覚として知覚される。一般に、人間の指先の触覚は、300μmの変位があれば凹凸形状を識別できると言われている。仮に、電歪材料層に実際に100V/μmの電界印加を行うとした場合、積層した電歪材料層の厚みの合計が15mm以上であれば、その2%すなわち300μm以上の変位が得られ、ユーザが指先で積層体10の上面をなぞることにより、または、図1(a)に示すようにユーザが指を積層体10に載せて、この積層体10を任意の平面(図示せず)上でスライドさせることにより、ユーザは凹凸形状を知覚することができる。かかる変位を得るために印加する電圧は、電圧信号のレベルが大きく変化するものであればよく、例えば、矩形波電圧などのパルス電圧の印加、直流電圧のオン/オフ切り換え、交流電圧に対するバイアス電圧の調整などを利用できる。   More preferably, the electrostrictive material layer is distorted by 2% or more in the thickness direction of the electrostrictive material layer when an electric field of 100 V / μm is applied. The polymer electrostrictive material described above as the material of the electrostrictive material layer can be shrunk by 2% or more in the thickness direction of the electrostrictive material layer by applying an electric field of 100 V / μm. When the surface of an object in contact with a human fingertip is deformed (causes displacement), the finger itself is deformed by the contact reaction force, and the sensory organs inside the finger are stimulated and perceived as a tactile sensation. . In general, it is said that the tactile sensation of a human fingertip can identify an uneven shape if there is a displacement of 300 μm. Assuming that an electric field of 100 V / μm is actually applied to the electrostrictive material layer, if the total thickness of the laminated electrostrictive material layers is 15 mm or more, a displacement of 2%, that is, 300 μm or more is obtained. When the user traces the upper surface of the laminate 10 with a fingertip, or the user places a finger on the laminate 10 as shown in FIG. 1A, the laminate 10 is placed on an arbitrary plane (not shown). By sliding with, the user can perceive the uneven shape. The voltage applied to obtain such displacement is not particularly limited as long as the level of the voltage signal changes greatly. For example, application of a pulse voltage such as a rectangular wave voltage, switching of DC voltage on / off, bias voltage with respect to AC voltage Adjustments can be used.

また、上述した高分子電歪材料は、印加電界やその他の条件にもよるが、概ね、0.3MPa(約30g/mm)の力を発生させることができる。一般に、人間の指先での圧触覚の下限は3g/mmであると言われている。よって、かかる高分子電歪材料を用いれば、十分に圧力を知覚し得る力(接触反力)を発生させることができ、ユーザが積層体10の上面に触れた際に、その場(定点)で、クリック感や押し込み感を知覚することができる。 Moreover, although the polymer electrostrictive material described above depends on the applied electric field and other conditions, a force of about 0.3 MPa (about 30 g / mm 2 ) can be generated. In general, it is said that the lower limit of the tactile sensation at a human fingertip is 3 g / mm 2 . Therefore, if such a polymer electrostrictive material is used, a force capable of sufficiently perceiving pressure (contact reaction force) can be generated, and when the user touches the upper surface of the laminate 10, the spot (fixed point) Thus, it is possible to perceive a feeling of clicking or pushing.

一方、物体の表面性状(質感)は、指の指紋によって検知することができ、指を動かす(物体表面をなぞる)速度に依存するものの、数Hz以上での振動により表面性状(質感)を知覚でき、例えば数十Hzでは、数μmの振幅で知覚可能であると言われている。ざらざらした感覚を与える周波数は、例えば数Hz〜数十Hz(5〜50Hz)程度であり得、つるつるした感覚を与える周波数はそれよりも高い周波数、例えば100〜200Hz程度であり得る。よって、かかる周波数の電圧信号、例えば交流電圧を印加すれば、ユーザが指先で積層体10の上面をなぞることにより、または、図1(a)に示すようにユーザが指を積層体10に載せて、この積層体10を任意の平面(図示せず)上でスライドさせることにより、ユーザは、擬似的に再現された物体の表面性状を知覚することができる。   On the other hand, the surface texture (texture) of the object can be detected by the fingerprint of the finger, and the surface texture (texture) is perceived by vibration at several Hz or more, depending on the speed of moving the finger (tracing the object surface). For example, at several tens of Hz, it is said that it can be perceived with an amplitude of several μm. The frequency that gives a rough sensation can be, for example, about several Hz to several tens of Hz (5 to 50 Hz), and the frequency that gives a smooth sensation can be higher than that, for example, about 100 to 200 Hz. Therefore, if a voltage signal having such a frequency, for example, an AC voltage is applied, the user traces the upper surface of the laminate 10 with a fingertip, or the user places a finger on the laminate 10 as shown in FIG. By sliding the laminated body 10 on an arbitrary plane (not shown), the user can perceive the surface property of the object that is simulated.

以上、本発明の1つの実施形態における感覚提示装置およびその使用方法について詳述したが、本発明は種々の改変が可能であろう。例えば、上記のような積層体を複数個作製してアレイ状に配置してよく、かかる感覚提示装置は、パネル表面に埋め込んで利用可能である。   The sensory presentation device and the method of using the sensor presentation device in one embodiment of the present invention have been described in detail above, but the present invention can be modified in various ways. For example, a plurality of laminates as described above may be produced and arranged in an array, and such a sensory presentation device can be used by being embedded in the panel surface.

PET(ポリエチレンテレフタレート)から成るキャリアフィルム上に、フッ化ビニリデン系樹脂材料としてP(VDF−TrFE−CFE)を厚さ10μmでキャスティングし、キャリアフィルムから剥離することにより、電歪材料層としてフッ化ビニリデン系樹脂材料のシートを準備した。そして、この電歪材料層の両面に、市販のPEDOT−PSS溶液をマスクを介して噴霧し、乾燥させて厚み0.2μmの電極を形成し、これにより、電歪材料層の両面に電極を形成したシートを2枚作製した(図2(a)参照)。次に、かかる2枚のシートを重ね合わせ(図2(b)参照)、これを円筒状の巻芯の周囲に巻回し(図3参照)、巻芯を取り除いて、略円筒状の積層体(図5(a)参照)を作製した。得られた略円筒状の積層体を60〜80℃に加温して、約98MPaの圧力で押し潰し、熱圧着することによって、略円筒状の積層体を扁平化し、電歪材料層が約500層積層された面積10mm×10mmおよび高さ約5mmの寸法の積層体を作製した。この積層体の電極の縁部が位置している両端面に、外部電極形成用のAgペースト(Ag粉末をエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を分散させたもの)を塗布して、60〜70℃の温度で熱硬化させて、外部電極を形成した(図5(b)参照)。外部電極に引き出し線として軟銅線を接合し、これを外部電源(プログラマブル電源)と接続し、積層体に電圧信号を印加できるようにして、本発明の感覚提示装置を作製した(図1(a)参照)。   On a carrier film made of PET (polyethylene terephthalate), P (VDF-TrFE-CFE) as a vinylidene fluoride resin material is cast with a thickness of 10 μm, and peeled from the carrier film, thereby fluorinated as an electrostrictive material layer. A sheet of vinylidene resin material was prepared. Then, a commercially available PEDOT-PSS solution is sprayed on both sides of the electrostrictive material layer through a mask and dried to form electrodes having a thickness of 0.2 μm. Thus, electrodes are formed on both sides of the electrostrictive material layer. Two sheets were formed (see FIG. 2A). Next, the two sheets are overlapped (see FIG. 2B), wound around a cylindrical core (see FIG. 3), the core is removed, and a substantially cylindrical laminate. (See FIG. 5A). The obtained substantially cylindrical laminate is heated to 60 to 80 ° C., crushed at a pressure of about 98 MPa, and thermocompression bonded to flatten the substantially cylindrical laminate so that the electrostrictive material layer is about A laminated body having an area of 10 mm × 10 mm and a height of about 5 mm laminated with 500 layers was produced. An external electrode-forming Ag paste (Ag powder dispersed with a thermosetting resin such as an epoxy resin) is applied to both end faces of the laminated body where the edges of the electrodes are located, and 60 to 70 An external electrode was formed by thermosetting at a temperature of 0 ° C. (see FIG. 5B). An annealed copper wire as a lead wire is joined to the external electrode, and this is connected to an external power source (programmable power source) so that a voltage signal can be applied to the laminate, thereby producing the sensory presentation device of the present invention (FIG. 1A )reference).

この感覚提示装置への外部電源からの入力電圧を、そのバイアス電圧(元々ゼロでもよい)および周波数を途中で変えるように制御すると、積層体が歪んでその上面位置が変位する。概略的には、例えば、図6(a)右側のグラフを参照して、入力電圧について、一定の比較的低い周波数(5〜50Hz程度)を維持しつつ、バイアス電圧を途中で増加させた後に元のバイアス電圧に戻すように制御すると、歪み(変位)もこれにならってほぼ同様に変化することとなる。かかる制御を行っている間に、積層体上面に指を置き、指で積層体を動かして平面上をスライドさせると、この歪みの変化を指でなぞっていることとなり、図6(a)左側のイメージ図のように、ざらざらした面にざらざらした凸部があるように感じられる。また例えば、図6(b)右側のグラフを参照して、入力電圧について、あるバイアス電圧および比較的低い周波数(5〜50Hz程度)とし、途中でバイアス電圧を増加させると共により高い周波数(100〜200Hz程度)に変更し、その後、元のバイアス電圧および周波数に戻すように制御すると、この場合は、図6(b)左側のイメージ図のように、ざらざらした面につるつるした凸部があるように感じられる。また例えば、図6(c)右側のグラフを参照して、入力電圧について、あるバイアス電圧を維持しつつ、低い周波数(5〜50Hz程度)と高い周波数(100〜200Hz程度)とで交互に切り換えるように制御すると、この場合は、図6(c)左側のイメージ図のように、ざらざらした面とつるつるした面とが交互にあるように感じられる。   When the input voltage from the external power source to the sensory presentation device is controlled so as to change the bias voltage (which may be originally zero) and the frequency in the middle, the laminate is distorted and its upper surface position is displaced. Schematically, referring to the graph on the right side of FIG. 6A, for example, after the bias voltage is increased halfway while maintaining a certain relatively low frequency (about 5 to 50 Hz) for the input voltage. If the control is performed so that the original bias voltage is restored, the distortion (displacement) also changes in the same manner. While performing such control, when a finger is placed on the top surface of the laminate and the laminate is moved with the finger and slid on the plane, the change in distortion is traced with the finger, and the left side of FIG. As shown in the image of, it seems that there are rough projections on the rough surface. For example, referring to the graph on the right side of FIG. 6B, the input voltage is set to a certain bias voltage and a relatively low frequency (about 5 to 50 Hz), and the bias voltage is increased and a higher frequency (100 to In this case, as shown in the image diagram on the left side of FIG. 6 (b), there is a convex portion that is smooth on the rough surface. felt. For example, referring to the graph on the right side of FIG. 6C, the input voltage is alternately switched between a low frequency (about 5 to 50 Hz) and a high frequency (about 100 to 200 Hz) while maintaining a certain bias voltage. If controlled in this way, in this case, as shown in the image on the left side of FIG. 6C, it is felt that the rough surface and the smooth surface are alternately arranged.

具体的には、上記で作製した感覚提示装置に、図7に示す入力電圧を電圧信号として印加し、これと同時に、積層体上面の位置をレーザー変位計を用いて測定した。より詳細には、バイアス電界を0V→800V→0Vと変化させ、周波数約5Hzおよびピーク間電圧差Vp−p=150Vの正弦波を重畳して電圧信号を印加しつつ、積層体上面位置を測定した。位置表示値の測定結果を図7に合わせて示す。図7から理解されるように、図6(a)右側に示す歪みと同様の変位を積層体に与えることができ、この間、積層体上面に指を置き、指で積層体を動かして平面上をスライドさせると、ざらざらした面にざらざらした凸部があるような感覚が得られた。   Specifically, the input voltage shown in FIG. 7 was applied as a voltage signal to the sensory presentation device produced above, and at the same time, the position of the top surface of the laminate was measured using a laser displacement meter. More specifically, the upper surface position of the laminate is measured while changing the bias electric field from 0V → 800V → 0V and applying a voltage signal by superimposing a sine wave with a frequency of about 5 Hz and a peak-to-peak voltage difference Vp−p = 150V. did. The measurement result of the position display value is also shown in FIG. As can be understood from FIG. 7, a displacement similar to the strain shown on the right side of FIG. 6 (a) can be applied to the laminate. During this time, a finger is placed on the top surface of the laminate, and the laminate is moved with the finger on the plane. When slid, the sensation of having a rough convex part on the rough surface was obtained.

本発明の感覚提示装置は、特に制限されるものではないが、バーチャルリアリティ機器やタッチパネルなどに組み込まれ得、医療、福祉、ロボット産業、エンターテイメント産業、メカトロニクス、化学、電気などの様々な分野において幅広く利用され得る。   The sensory presentation device of the present invention is not particularly limited, but can be incorporated into a virtual reality device, a touch panel, etc., and widely used in various fields such as medical care, welfare, robot industry, entertainment industry, mechatronics, chemistry, and electricity. Can be used.

1、1’、1a、1b 電歪材料層
3a、3a’ 第1の電極
3b、3b’ 第2の電極
5 巻芯
7 略円筒状の積層体
10 積層体
11a、11b 外部電極
20 感覚提示装置
V 電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 ', 1a, 1b Electrostrictive material layer 3a, 3a' 1st electrode 3b, 3b '2nd electrode 5 Core 7 Substantially cylindrical laminated body 10 Laminated body 11a, 11b External electrode 20 Sensory presentation apparatus V power supply

Claims (6)

電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第1および第2の電極と共に積層された積層体を含む、感覚提示装置。   A sensory presentation device including a laminate in which an electrostrictive material layer is laminated together with first and second electrodes sandwiching the electrostrictive material layer. 前記電歪材料層は、100V/μmの電界印加により、該電歪材料層の厚さ方向に2%以上歪む、請求項1に記載の感覚提示装置。   The sensory presentation device according to claim 1, wherein the electrostrictive material layer is distorted by 2% or more in the thickness direction of the electrostrictive material layer when an electric field of 100 V / μm is applied. 前記第1および第2の電極は、前記積層体の異なる2つの端面にて、外部電極にそれぞれ接続され、または外部にそれぞれ引き出されている、請求項1または2に記載の感覚提示装置。   3. The sensory presentation device according to claim 1, wherein the first and second electrodes are respectively connected to external electrodes or drawn out to the outside at two different end faces of the laminate. 前記第1および第2の電極が、有機導電性材料から成る、請求項1〜3のいずれかに記載の感覚提示装置。   The sensory presentation device according to claim 1, wherein the first and second electrodes are made of an organic conductive material. 前記積層体は、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第1および第2の電極と共に筒状に巻回および扁平化されて成る、請求項1〜4のいずれかに記載の感覚提示装置。   5. The laminate according to claim 1, wherein the laminate is formed by winding and flattening an electrostrictive material layer in a cylindrical shape together with first and second electrodes sandwiching the electrostrictive material layer. Sensory presentation device. 前記積層体を複数個含み、該複数個の積層体がアレイ状に配置されている、請求項1〜5のいずれかに記載の感覚提示装置。   The sensory presentation device according to any one of claims 1 to 5, comprising a plurality of the stacked bodies, wherein the plurality of stacked bodies are arranged in an array.
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