特開 2024-44707 触覚生成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024044707

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】触覚生成装置

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/04 20060101AFI20240326BHJP

   B06B 1/06 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

B06B1/04 S

B06B1/06 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022150411

(22)【出願日】2022-09-21

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】石井 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】後藤 隆幸

(72)【発明者】

【氏名】福島 岳行

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 由香里

(72)【発明者】

【氏名】清水 寛之

(72)【発明者】

【氏名】濤川 雄一

【テーマコード（参考）】

5D107

【Ｆターム（参考）】

5D107BB08

5D107CC01

5D107CC04

5D107CC05

5D107DE02

5D107FF07

(57)【要約】

【課題】硬質な材料に柔らかい触覚を表現することが可能な触覚生成装置を提供する。
【解決手段】触覚生成装置１００は、振動器１５ａと、前記振動器１５ａの共振周波数の０．８６倍以上かつ１．１４倍以下の周波数を有する搬送波を前記搬送波の周波数より低く１Ｈｚ以上かつ６０Ｈｚ以下の周波数を有し矩形波である信号波により振幅変調させ、変調度が５０％以上かつ１００％より小さい変調波を生成して、前記振動器１５ａに前記変調波を供給する駆動装置６２と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動器と、
前記振動器の共振周波数の０．８６倍以上かつ１．１４倍以下の周波数を有する搬送波を前記搬送波の周波数より低く１Ｈｚ以上かつ６０Ｈｚ以下の周波数を有し矩形波である信号波により振幅変調させ、変調度が５０％以上かつ１００％より小さい変調波を生成して、前記振動器に前記変調波を供給する駆動装置と、
を備える触覚生成装置。

【請求項2】

前記振動器は、
圧電体層と、前記圧電体層を挟む第１電極および第２電極と、を備え、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで前記第１電極および前記第２電極が前記圧電体層を挟む方向に伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子を前記方向において挟む第１部材および第２部材を備え、前記第１部材と前記第２部材とは前記圧電素子を前記方向に押圧し、前記圧電素子の伸縮に対応する振動を出力する筐体と、
を備える請求項１に記載の触覚生成装置。

【請求項3】

前記第１部材と前記第２部材とは、ねじを嵌め合わせることにより前記圧電素子を押圧する請求項２に記載の触覚生成装置。

【請求項4】

前記第１部材と前記圧電素子との間に設けられ、前記第１部材のヤング率および前記圧電体層のヤング率より大きなヤング率を有する第３部材と、前記第２部材と前記圧電素子との間に設けられ、前記第２部材のヤング率および前記圧電体層のヤング率より大きなヤング率を有する第４部材と、の少なくとも一方の部材を備える請求項２または３に記載の触覚生成装置。

【請求項5】

前記第１部材および前記第２部材が前記圧電素子を押圧する圧力は、５×１０^５Ｐａ以上である請求項２または３に記載の触覚生成装置。

【請求項6】

前記圧電体層、前記第１電極および前記第２電極は各々複数設けられ、前記複数の第１電極および前記第２電極は前記方向において互い違いに設けられ、前記複数の圧電体層の１つは、前記複数の第１電極のうち１つと前記複数の第２電極のうち１つに前記方向において挟まれる請求項２または３に記載の触覚生成装置。

【請求項7】

前記筐体の少なくとも一部分に接し、前記少なくとも一部分から振動が伝達し、前記少なくとも一部分より柔らかい部材を備える請求項２または３に記載の触覚生成装置。

【請求項8】

前記変調度は９８％以下である請求項１または２に記載の触覚生成装置。

【請求項9】

前記信号波の周波数は３Ｈｚ以上かつ５０Ｈｚ以下である請求項１または２に記載の触覚生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触覚生成装置に関し、振動器を有する触覚生成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

振動器の振動により触覚を生成する触覚生成装置の振動器において、振動器を矩形波により変調された変調波の振動を生成させることが知られている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８－３１４３６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

触覚生成装置には、硬質な材料に柔らかい触覚を表現することが求められている。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、柔らかい触覚を表現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、振動器と、前記振動器の共振周波数の０．８６倍以上かつ１．１４倍以下の周波数を有する搬送波を前記搬送波の周波数より低く１Ｈｚ以上かつ６０Ｈｚ以下の周波数を有し矩形波である信号波により振幅変調させ、変調度が５０％以上かつ１００％より小さい変調波を生成して、前記振動器に前記変調波を供給する駆動装置と、を備える触覚生成装置である。

【0007】

上記構成において、前記振動器は、圧電体層と、前記圧電体層を挟む第１電極および第２電極と、を備え、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで前記第１電極および前記第２電極が前記圧電体層を挟む方向に伸縮する圧電素子と、前記圧電素子を前記方向において挟む第１部材および第２部材を備え、前記第１部材と前記第２部材とは前記圧電素子を前記方向に押圧し、前記圧電素子の伸縮に対応する振動を出力する筐体と、を備える構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記第１部材と前記第２部材とは、ねじを嵌め合わせることにより前記圧電素子を押圧する構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記第１部材と前記圧電素子との間に設けられ、前記第１部材のヤング率および前記圧電体層のヤング率より大きなヤング率を有する第３部材と、前記第２部材と前記圧電素子との間に設けられ、前記第２部材のヤング率および前記圧電体層のヤング率より大きなヤング率を有する第４部材と、の少なくとも一方の部材を備える構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記第１部材および前記第２部材が前記圧電素子を押圧する圧力は、５×１０^５Ｐａ以上である構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記圧電体層、前記第１電極および前記第２電極は各々複数設けられ、前記複数の第１電極および前記第２電極は前記方向において互い違いに設けられ、前記複数の圧電体層の１つは、前記複数の第１電極のうち１つと前記複数の第２電極のうち１つに前記方向において挟まれる構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記筐体の少なくとも一部分に接し、前記少なくとも一部分から振動が伝達し、前記少なくとも一部分より柔らかい部材を備える構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記変調度は９８％以下である構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記信号波の周波数は３Ｈｚ以上かつ５０Ｈｚ以下である。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、柔らかい触覚を表現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施例１に係る触覚生成装置の模式図である。

【図2】図２（ａ）は、実施例１における振動器の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図3】図３（ａ）は、実施例２における振動器の第２部材の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ａ断面図、図３（ｃ）は、第１部材の断面図である。

【図4】図４は、実施例１における圧電素子の断面図である。

【図5】図５は、実施例１において駆動装置が圧電素子に供給する変調波を示す図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１における第２部材の別の例を示す断面図である。

【図7】図７は、実施例１の変形例１の触覚生成装置の模式図である。

【図8】図８（ａ）は、実施例２における振動器の第１部材の断面図、図８（ｂ）は、実施例２における振動器の第２部材の断面図である。

【図9】図９は、実施例３における触覚生成装置の模式図である。

【図10】図１０（ａ）は、実施例４における触覚生成装置の平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図11】図１１は、実施例４における振動器の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照し実施例について説明する。

【実施例0018】

柔軟な触覚が得られる触覚生成装置について説明する。図１は、実施例１に係る触覚生成装置の模式図である。台座６０の上面の法線方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向およびＹ方向とする。

【0019】

図１に示すように、実施例１の触覚生成装置１００では、台座６０上に振動器１５が設けられている。振動器１５は主にＺ方向に振動する。振動器１５は、第１部材３０と第２部材２０とが接合された筐体２５を備えている。駆動装置６２は、振動器１５に電圧を印加することにより振動器１５を振動させる。

【0020】

図２（ａ）は、実施例１における振動器の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図３（ａ）は、実施例２における振動器の第２部材の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ａ断面図、図３（ｃ）は、第１部材の断面図である。第１部材３０と第２部材２０が圧電素子１０ａおよび１０ｂを挟む方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、圧電素子１０ａおよび１０ｂの平面視における辺の延伸方向をＸ方向およびＹ方向とする。

【0021】

図２（ａ）から図３（ｃ）に示すように、実施例１の触覚生成装置１００の振動器１５では、筐体２５は、第１部材３０および第２部材２０を備えている。第１部材３０と第２部材２０は接合されている。第２部材２０の＋Ｚ方向における面には、凹部２８が設けられている。凹部２８は、＋Ｚ側に設けられた第１部分２２と－Ｚ側に設けられた第２部分２４とを有する。第１部分２２の平面形状は略円形状であり、第２部分２４の平面形状は略矩形状である。第１部分２２の側面には、雌ねじとなるねじ山２６が形成されている。第２部分２４の側面には、ねじ山は形成されていない。凹部２８内には、－Ｚ側から支持部材１２ａ、圧電素子１０ａ、１０ｂおよび支持部材１２ｂが順に挿入されている。支持部材１２ａ、圧電素子１０ａ、１０ｂおよび支持部材１２ｂは第２部材２０には接合されておらず、移動自由である。

【0022】

第１部材３０は、＋Ｚ側に設けられた頭部３２と、－Ｚ側に設けられたねじ部３４を備えている。頭部３２の平面形状は略円形である。頭部３２の＋Ｚ側の面は、平面視における中央部が周縁部に対し－Ｚ方向に逆円錐状に凹む。ねじ部３４の側面には、雄ねじとなるねじ山３６が形成されている。第１部材３０のねじ部３４は、第２部材２０の凹部２８の第１部分２２に、ねじ山２６と３６とを嵌め合わせることにより接合される。ねじを締めることで、第２部材２０は、支持部材１２ａを介し圧電素子１０ａを矢印５０ａのように＋Ｚ方向に押圧する。第１部材３０は、支持部材１２ｂを介し圧電素子１０ｂを矢印５０ｂのように－Ｚ方向に押圧する。圧電素子１０ａおよび１０ｂを押圧する応力は例えば５×１０^６Ｐａ以上である。

【0023】

第１部材３０および第２部材２０の材料は、例えば金属または樹脂である。支持部材１２ａおよび１２ｂの材料は、第１部材３０、第２部材２０、圧電素子１０ａおよび１０ｂよりヤング率の大きい材料であり、例えばステンレスである。第１部材３０の頭部３２のＸ方向およびＹ方向の幅は一例として１０ｍｍ、頭部３２のＺ方向の高さは一例として２．５ｍｍ、頭部３２の＋Ｚ面の逆円錐状の頂点の凹み量は一例として１．５ｍｍ、ねじ部３４のＸ方向およびＹ方向の幅は一例として６ｍｍ、ねじ部３４のＺ方向の高さは一例として５ｍｍである。第２部材２０のＸ方向およびＹ方向の幅は一例として８ｍｍ、高さは一例として１５ｍｍ、凹部２８のＺ方向の深さは一例として１４ｍｍ、第１部分２２のＺ方向の深さは一例として６ｍｍ、第２部分２４のＸ方向およびＹ方向の幅は一例として４．５ｍｍである。第１部材３０、第２部材２０、支持部材１２ａおよび１２ｂの材料、形状および寸法は適宜設計できる。

【0024】

図４は、実施例１における圧電素子の断面図である。図４に示すように、圧電素子１０ａおよび１０ｂは、複数の圧電体層４１からなる圧電体４０、複数の第１電極４２および複数の第２電極４４を備えている。複数の圧電体層４１は、Ｚ方向に積層されている。圧電体層４１、第１電極４２および第２電極４４は、ＸＹ平面に広がる平板状である。複数の第１電極４２および複数の第２電極４４はＺ方向において互い違いに設けられている。１つの圧電体層４１は、Ｚ方向において１つの第１電極４２と１つの第２電極４４とに挟まれている。圧電体４０の－Ｘ側の側面に第１外部電極４３が設けられ、圧電体４０の＋Ｘ側の側面に第２外部電極４５が設けられている。複数の第１電極４２は第１外部電極４３に電気的に接続する。複数の第２電極４４は第２外部電極４５に電気的に接続する。第１外部電極４３と第２外部電極４５との間に電圧を印加することで、逆圧電効果により、圧電体４０は、矢印５２のようにＺ方向に伸縮する。このように、第１電極４２および第２電極４４に電圧を印加することで、第１電極４２および第２電極４４の積層方向に伸縮する振動モードを縦変位型モードまたはｄ３３モードという。

【0025】

圧電体４０は、第１領域４６、第２領域４７および第３領域４８を備えている。第１領域４６および第２領域４７は、Ｚ方向に交互に設けられている。第３領域４８は、Ｚ方向において最も外側の第１領域４６の外に設けられている。第１領域４６は、Ｚ方向において第１電極４２と第２電極４４とが一定間隔で交互に設けられた領域である。第１領域４６における圧電体層４１の積層数は一例として５０層である。第２領域４７および第３領域４８は、第１電極４２および第２電極４４が設けられていない領域である。第２領域４７は設けられていなくてもよい。第２領域４７を設けることで信頼性が向上する場合もある。

【0026】

圧電体層４１の材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸バリウム系材料（ＢａＴｉＯ_３、ＢａはＣａでもよく、ＴｉはＺｒでもよい）、チタン酸ビスマス系材料（ＢｉＴｉＯ_３、Ｂｉの一部がＮａでもよい）、ニオブ酸アルカリ系材料（ＮａＮｂＯ_３、ＮａはＬｉまたはＫでもよい）を用いることができる。第１電極４２、第２電極４４、第１外部電極４３および第２外部電極４５の材料としては、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＮｉおよびＡｕ等の金属を用いることができる。圧電素子１０ａおよび１０ｂは、表面に第１電極４２および第２電極４４が形成された圧電体シートを積層し、焼結することにより形成される焼結体からなるチップである。圧電素子１０ａおよび１０ｂは例えば直方体であり、圧電素子１０ａおよび１０ｂのＸ方向およびＹ方向の幅は一例として３．５ｍｍ、Ｚ方向の高さは一例として３ｍｍである。

【0027】

圧電素子１０ａおよび１０ｂにおける±Ｚ側の表面におけるＺ方向の変位量ΔＺ、圧電体層４１の積層数をＮ、第１電極４２と第２電極４４との間に印加される電圧をＶ、逆圧電定数に関連した定数をｄ３３すると、ΔＺ＝ｄ３３×Ｖ×Ｎである。よって、圧電体層４１の積層数Ｎを多くすることで変位量ΔＺが大きくなる。しかし、製造上の制約などにより、１つの圧電素子１０ａまたは１０ｂにおける積層数Ｎを多くすることができない場合がある。このような場合には、筐体２５内に圧電素子１０ａおよび１０ｂをＺ方向に積層することができる。これにより、圧電素子１０ａおよび１０ｂの合計の変位量を大きくできる。Ｚ方向に積層される圧電素子１０ａおよび１０ｂの個数は１個でもよいし３個以上でもよい。

【0028】

図５は、実施例１において駆動装置が圧電素子に供給する変調波を示す図である。図５における横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。搬送波の周期Ｔ１（周波数ｆ１）の信号は搬送波６４である。変調波６６の包絡線６５は信号波に対応する。信号波は周期Ｔ２（周波数ｆ２）である。搬送波６４としては正弦波を用いるが、図の簡略化のため搬送波６４として三角波を図示している。また、周期Ｔ１は周期Ｔ２に比べ非常に小さいが、理解しやすいように図５では周期Ｔ１を大きく図示している。変調波６６では、搬送波６４が信号波により振幅変調されている。搬送波６４は正弦波であり、信号波は矩形波である。

【0029】

搬送波６４の周波数ｆ１は、例えば筐体２５の共振周波数である。共振周波数は、基本波でもよいし高調波でもよい。信号波の周波数ｆ２は、人体の皮膚の受容器であるマイスナー小体が敏感に感じる周波数である。このような周波数として例えば１Ｈｚ以上かつ６０Ｈｚ以下である。

【0030】

変調波６６における包絡線６５の最も大きい振幅をＡ１、包絡線６５の最も小さい振幅をＡ２としたとき、変調度ＭをＭ＝（Ａ１－Ａ２）／（Ａ１＋Ａ２）と定義する。変調波６６の変調度Ｍは例えば５０％以上かつ１００％より小さい。

【0031】

矩形波は、立ち上がり時間および立ち下り時間が周期Ｔ２より十分に小さい波形である。矩形波の立ち上がり時間および立下り時間は、例えば周期Ｔ２の１／２５倍以下であり、１／１００倍以下である。なお、立ち上がり時間および立下り時間の定義は、日本工業規格ＪＩＳ Ｃ １６１－０２－０５が準用される。すなわち、立ち上がり時間および立下り時間は、包絡線６５の電圧が振幅Ａ１のときと振幅Ａ２のときの電圧の差に対し１０％の電圧とのきの時間と９０％の電圧のときの時間との差である。

【0032】

［実験１］
第１部材３０の＋Ｚ側の触覚の柔軟性を調査した。
実験した各部材の材料は以下である。
圧電素子１０ａおよび１０ｂ
圧電体４０の材料はＰＺＴ
第１電極４２および第２電極４４の材料は銀－パラジウム
Ｘ方向およびＹ方向の幅:３．５ｍｍ
Ｚ方向の高さ：３ｍｍ
第１領域４６における圧電体層４１の積層数：５０
第１領域４６の個数：３個
支持部材１２ａの材料：ステンレス
第１部材３０の材料：アクリル樹脂
第２部材２０の材料：アクリル樹脂

【0033】

第１部材３０の頭部３２のＸ方向およびＹ方向の幅は１０ｍｍ、頭部３２のＺ方向の高さ２．５ｍｍ、頭部３２の＋Ｚ面の逆円錐状の頂点の凹み量は１．５ｍｍ、ねじ部３４のＸ方向およびＹ方向の幅は６ｍｍ、ねじ部３４のＺ方向の高さは５ｍｍである。第２部材２０のＸ方向およびＹ方向の幅は８ｍｍ、高さは１５ｍｍ、凹部２８のＺ方向の深さは１４ｍｍ、第１部分２２のＺ方向の深さは６ｍｍ、第２部分２４のＸ方向およびＹ方向の幅は４．５ｍｍである。

【0034】

表１は、実験１における実験条件および結果を示す表である。

【表1】

【0035】

表１において、条件Ａ～Ｉは、駆動装置６２が圧電素子１０ａおよび１０ｂの第１電極４２と第２電極４４との間の電圧として供給する変調波の条件である。「波形」は、信号波の波形であり、「矩形波」は、信号波の波形が図５のような矩形波であることを示し、「正弦波」は信号波の波形が正弦波であることを示し、「ノコギリ波」は、信号波の波長が急峻な立下りと徐々下がるに立ち下がりを有するノコギリ波（下降ランプ波ともいう）であることを示している。「搬送波」は、搬送波６４の周波数であり、いずれの条件も６６ｋＨｚである。筐体２５の共振周波数（第２高調波）は、６３．５ｋＨｚである。「信号波」は信号波の周波数である。「変調度」は図５に置いて説明した変調度Ｍであり、いずれのサンプルも８８％である。「触覚」は第１部材３０に触れたときの触覚の柔らかさを調べた結果である。「１」「２」、「３」および「４」は柔らかい触覚の程度を表し、「１」から「４」に向かうにしたがい、柔らかい触覚の程度が小さくなる。「１」では最も柔らかい触覚が得られ、「４」では柔らかい触覚が得られない。「１」のときは風船を触るような触覚である。

【0036】

表１に示すように、条件Ａ～Ｇは、信号波として矩形波を用い、信号波の周波数を変化させている。信号波の周波数が３１Ｈｚと３Ｈｚのとき、柔らかい触覚は得られない。信号波の周波数が２５Ｈｚと８Ｈｚのとき、多少柔らかい触覚が得られ、信号波の周波数が１９Ｈｚと１３Ｈｚのとき、柔らかい触覚がさらに得られ、信号波の周波数が１６Ｈｚのとき、柔らかい触覚が最も得られる。

【0037】

条件Ｈは、正弦波の信号波の周波数を変え最も柔らかい触覚が得られた周波数（２８Ｈｚ）を示している。条件Ｉは、ノコギリ波の信号波の周波数を変え最も柔らかい触覚が得られた周波数（２１Ｈｚ）を示している。信号波の波形が正弦波およびノコギリ波では、最も柔らかい触覚が得られた信号波の周波数においても「触覚」は２であり、条件Ｄよりも柔らかい触覚が小さい。

【0038】

搬送波６４の周波数以外を条件Ｄとし、搬送波６４の周波数を変化させ、第１部材３０の触覚を調査した。共振周波数６３．５ｋＨｚの±１４％（５４．７ｋＨｚ～７２．３ｋＨｚ）の範囲では、柔らかい触覚はほとんど変わらない。搬送波６４の周波数が共振周波数の±１４％の範囲から外れると柔らかい触覚が減衰する。柔らかい触覚は搬送波６４の周波数が共振周波数より遠くなるに従い減衰する。

【0039】

変調度以外の条件を条件Ｄと同じとし、変調波６６の変調度Ｍを変化させ、第１部材３０の触覚を調査した。変調度Ｍが１００％のとき、柔らかい触覚は得られない。変調度Ｍが小さくなると、柔らかい触覚が大きくなり、変調度Ｍが８８％のとき、柔らかい触覚が最も大きく、風船のような触覚である。変調度Ｍが７０％では、変調度Ｍが８８％のときとほぼ同じ柔らかい触覚であるが、風船の張りが若干低下する。変調度Ｍが５０％のとき、柔らかい触覚が低下し、風船の空気が抜けた感覚である。変調度Ｍが２０％のとき、柔らかい触覚は得られない。

【0040】

以上の結果より、実施例１では、駆動装置６２は、振動器１５の共振周波数の周波数を有する搬送波６４を搬送波６４の周波数より低くマイスナー小体が感じる周波数を有し矩形波である信号波により振幅変調させ、変調度Ｍを１００％より小さい変調波６６を生成して、振動器１５に変調波６６を供給する。これにより、硬質な第１部材３０を触ると柔らかい触覚となる。

【0041】

柔らかい触覚を得るためには、搬送波６４の周波数は、振動器１５（すなわち筐体２５）の共振周波数の０．８６倍以上かつ１．１４倍以下が好ましく、共振周波数の０．９倍以上かつ１．１倍以下がより好ましく、共振周波数の０．９５倍以上かつ１．０５倍以下がさらに好ましい。信号波の周波数は、マイスナー小体が敏感に感じるっ周波数であり、１Ｈｚ以上かつ６０Ｈｚ以下が好ましく、３Ｈｚ以上かつ５０Ｈｚ以下がより好ましく、１３Ｈｚ以上かつ２８Ｈｚ以下がさらに好ましい。変調波６６の変調度Ｍは、５０％以上かつ９８％以下が好ましく、７０％以上かつ９０％以下がより好ましい。変調波６６のデュティ比（振幅がＡ１の期間／周期Ｔ２）は５０％付近が好ましい。デュティ比は、２０％以上かつ８０％以下でもよく、３０％以上かつ７０％以下でもよく、４０％以上かつ６０％以下でもよい。

【0042】

実施例１で用いた振動器１５は、振動モードが主に縦変位型モードの圧電素子１０ａおよび１０ｂを用い、筐体２５が圧電素子１０ａおよび１０ｂを押圧している。筐体２５が圧電素子１０ａおよび１０ｂを押圧することで、筐体２５が圧電素子１０ａおよび１０ｂを押圧しない場合に比べ、Ｑ値が向上する。このような現象は、圧電素子１０ａおよび１０ｂとして、横変位型モードの圧電素子を用いた場合には得られない現象であり、発明者らがはじめて発見した現象である。なお、横変位型モードとは、第１電極４２と第２電極４４の積層方向に対し圧電素子１０ａおよび１０ｂの振動方向が直交するモードである。圧電素子１０ａおよび１０ｂの押圧の有無に対し、共振周波数があまり変動していない。これは、支持部材１２ａを設けたためと考えられる。

【0043】

実験２の結果から、図４のように、Ｚ方向において第１電極４２と第２電極４４とが圧電体層４１を挟み、第１電極４２と第２電極４４との間に電圧を印加することでＺ方向に伸縮する圧電素子１０ａおよび１０ｂを用いる。図２（ｂ）のように、第１部材３０と第２部材２０とは圧電素子１０ａをＺ方向に押圧し、第１部材３０はＺ方向に圧電素子１０ａおよび１０ｂの伸縮に対応する振動を出力する。このように、縦変位型の圧電素子１０ａおよび１０ｂを筐体２５が押圧することで、筐体２５の機械振動のＱ値が向上する。よって、触覚発生装置の特性を向上できる。

【0044】

第１部材３０と第２部材２０とは、ねじを嵌め合わせることにより圧電素子１０ａおよび１０ｂを押圧する。これにより、大きい力で安定的に圧電素子１０ａおよび１０ｂを押圧できる。また、圧電素子１０ａおよび１０ｂに加わる圧力のばらつきを抑制できる。よって、共振周波数のばらつき等を抑制できる。一例として、複数の構造を作製したところ、共振周波数のばらつきは６００Ｈｚ以下であった。圧電素子１０ａおよび１０ｂを押圧する機構はねじの嵌め合わせ以外でもよい。

【0045】

実施例１において、第１部材３０のねじ山３６の呼び径ｄ（最大径）が６ｍｍのとき、トルクレンチを用い第１部材３０の締め付けトルクＴを測定すると約０．１Ｎ・ｍであった。第１部材３０が圧電素子１０ｂを押す力ＦはＴ／（ｋ×ｄ）であり、トルク係数ｋを０．２とすると、Ｆ＝８３Ｎである。圧電素子１０ａおよび１０ｂのＸＹ平面の面積は３．５ｍｍ×３．５ｍｍである。よって、第１部材３０が圧電素子１０ｂを押圧する圧力は６．８×１０^６Ｐａである。筐体２５の機械振動のＱ値を向上させる効果は、圧力が６．８×１０^６Ｐａの１／１０程度でも生じると考えられる。よって、第１部材３０および第２部材２０が圧電素子１０ａおよび１０ｂを押圧する圧力は、５×１０^５Ｐａ以上が好ましく、１×１０^６Ｐａ以上がより好ましく、２×１０^６Ｐａ以上がさらに好ましい。

【0046】

第１部材３０と圧電素子１０ｂとの間に支持部材１２ｂ（第３部材）を設け、第２部材２０と圧電素子１０ａとの間に支持部材１２ａ（第４部材）を設ける。支持部材１２ａおよび１２ｂの少なくとも一方が設けられていればよい。圧電体４０としてＰＺＴを用いた場合、ＰＺＴのヤング率は約６０ＧＰａである。筐体２５として樹脂を用いた場合には、樹脂のヤング率は１０ＧＰａ以下である。これに対し、支持部材１２ａおよび１２ｂとしてステンレスを用いた場合、ステンレスのヤング率は約１２０ＧＰａである。また、アルミニウムのヤング率は約７０ＧＰａである。このように、支持部材１２ｂのヤング率は、圧電体４０のヤング率および第１部材３０のヤング率より大きく、支持部材１２ｂのヤング率は、圧電体４０のヤング率および第２部材２０のヤング率より大きい。支持部材１２ａおよび１２ｂを設けることで、圧電素子１０ａおよび１０ｂに荷重が加わり、振動の伝達を強化することができる。よって、筐体２５の共振周波数が押圧により変動することが抑えられ、かつＱ値がより向上する。支持部材１２ａおよび１２ｂの少なくとも一方が設けられていればよい。支持部材１２ｂおよび１２ａのヤング率は、圧電体４０のヤング率並びにそれぞれ第１部材３０および第２部材２０のヤング率の１．２倍以上が好ましく、１．５倍以上がより好ましい。

【0047】

図４のように、圧電素子１０ａおよび１０ｂにおいて、複数の第１電極４２および複数の第２電極４４はＺ方向において互い違いに設けられ、複数の圧電体層４１の１つは、複数の第１電極４２のうち１つと複数の第２電極４４のうち１つにＺ方向において挟まれる。このような構造により、Ｚ方向の変位量をより大きくでき、触覚生成装置の特性をより向上できる。

【0048】

図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１における第２部材の別の例を示す断面図である。図６（ａ）に示すように、第１部材３０の頭部３２の＋Ｚ側の面は、平坦である。図６（ｂ）に示すように、第１部材３０の頭部３２の＋Ｚ側の面の周縁部が－Ｚ方向に傾斜している。第１部材３０の＋Ｚ側の面の形状を変えることで、異なる触感を得ることができる。例えば、図６（ａ）および図６（ｂ）のように、＋Ｚ側の面が平坦または＋Ｚ方向に膨らむ第１部材３０を用いると、気泡緩衝材（Bubble wrap）のような柔らかい風船の触覚を得ることができる。

【0049】

［実施例１の変形例１］
図７は、実施例１の変形例１の触覚生成装置の模式図である。振動器１５は側面を部材７０は断面を図示している。図７に示すように、実施例１の変形例１の触覚生成装置１０２では、振動器１５の第２部材２０を部材７０にはめ込み、第１部材３０の周りを部材７０が囲んでいる。部材７０は第１部材３０には接触していない。部材７０は第１部材３０より柔らかい樹脂である。部材７０が第２部材２０に接触することで、第２部材２０の振動は部材７０に伝達される。これにより、部材７０に柔らかい触覚を生じさせることができる。

【実施例0050】

図８（ａ）は、実施例２における振動器の第１部材の断面図、図８（ｂ）は、実施例２における振動器の第２部材の断面図である。図８（ａ）に示すように、実施例２における振動器１５の第１部材３０は、＋Ｚ側の面に溝３３が設けられている。その他の構成は実施例１の第１部材と同じである。

【0051】

図８（ｂ）に示すように、実施例２における振動器１５の第２部材２０は、実施例１の第２部材に比べ大きい。凹部２８の－Ｚ方向にＹ方向に第２部材２０を貫通する孔２７ｂが設けられている。孔２７ｂの断面形状は円形状である。第２部材２０の－Ｚ側の面には台座にねじ止めするためのねじ穴２７ａが設けられている。その他の構成は実施例１の第１部材と同じである。

【0052】

実施例２のように、振動器１５の筐体２５の形状および材料は適宜選択できる。