特開 2024-5990 アクチュエータ、ハプティクスデバイス、およびハプティクスシステム

(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】P2024005990

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】アクチュエータ、ハプティクスデバイス、およびハプティクスシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20240110BHJP

   G06F 3/01 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 A

G06F3/01 560

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022106510

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】原 將人

(72)【発明者】

【氏名】長屋 竜也

(72)【発明者】

【氏名】島田 卓

(72)【発明者】

【氏名】林下 歩樹

(72)【発明者】

【氏名】橋本 椎奈

【テーマコード（参考）】

3C707

5E555

【Ｆターム（参考）】

3C707LV22

5E555AA29

5E555BA08

5E555BB08

5E555BE17

5E555DA24

5E555FA00

(57)【要約】

【課題】伸縮部の突出状態から初期状態への変化を、伸縮部自体の張力（復元力）に依存することなく実現する。
【解決手段】第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の領域を仕切り、前記第１電極および前記第２電極に対する相対位置を変化可能な導電性を有する第１セパレータと、前記第１セパレータの変位に伴い、前記第１セパレータと前記第１電極との間の第１空間を移動することが可能な第１流体が移動することに起因して初期状態と突出状態とが切り替わる伸縮部とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の領域を仕切り、前記第１電極および前記第２電極に対する相対位置を変化可能な導電性を有する第１セパレータと、
前記第１セパレータの変位に伴い、前記第１セパレータと前記第１電極との間の第１空間を移動することが可能な第１流体が移動することに起因して初期状態と突出状態とが切り替わる伸縮部とを備えるアクチュエータ。

【請求項2】

前記第１セパレータが前記第１電極に近づく動作に伴い、前記第２電極と前記第１セパレータとの間の第２空間に第２流体を引き込む請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記第２空間は、外空間と連通している請求項２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記第２電極は、前記伸縮部が突出する開口部を有している請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項5】

前記第２電極を上側、前記第１電極を下側とした場合、前記第１セパレータの前記第２電極に対する固定位置は、前記第１セパレータの前記第１電極に対する固定位置よりも高い位置にある請求項４に記載のアクチュエータ。

【請求項6】

前記第１電極および前記第２電極は、前記第１セパレータよりも大きい剛性を有している請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項7】

前記第１セパレータは、可撓性部材と、前記可撓性部材の表面に位置する電極層とを備えている請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項8】

前記第１電極、前記第２電極および前記第１セパレータの電位を制御する制御部をさらに備え、
前記第１電極または前記第２電極は、複数の分割領域に分割されており、
前記制御部は、前記分割領域ごとに前記電位の制御を行う請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項9】

前記第１セパレータと前記伸縮部とは一連の部材である請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項10】

前記第１電極と前記第２電極との間の距離を維持するスペーサをさらに備えている請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項11】

前記第２電極は、前記第１流体が入出流可能な開口部を備えており、
前記スペーサとして、前記開口部の縁部に配置されている第１スペーサを備えている請求項１０に記載のアクチュエータ。

【請求項12】

前記スペーサとして、前記第２電極の外縁部に位置した第２スペーサを備えている請求項１０に記載のアクチュエータ。

【請求項13】

前記第２スペーサは、前記第２電極と前記第１セパレータとの間に第２空間と外空間とを連通する連通路を有している請求項１２に記載のアクチュエータ。

【請求項14】

前記第１セパレータの端部は、前記スペーサと、前記第１電極または前記第２電極とによって挟持されている請求項１０に記載のアクチュエータ。

【請求項15】

前記第１電極、前記第１セパレータおよび前記第２電極を備えるユニットを複数、多層構造として備えている請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項16】

前記第１電極の、前記第２電極が位置する側とは反対側に位置する第３電極と、
前記第１電極と前記第３電極との間の領域を仕切り、前記第１電極と前記第３電極との間に形成された電界により前記第１電極および前記第３電極に対する相対位置が変化する第２セパレータとをさらに備え、
前記第２セパレータと前記第１電極との間の第３空間は、前記伸縮部によって容積が規定される第４空間と連通しており、
前記第２セパレータの変位に伴い、前記第３空間を移動することが可能な第３流体が前記第４空間に流入する請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項17】

前記第１セパレータおよび前記第２セパレータの電位を独立に制御する制御部をさらに備える請求項１６に記載のアクチュエータ。

【請求項18】

前記制御部は、前記伸縮部を初期状態または突出状態にするときの、前記第１セパレータの変位方向と前記第２セパレータの変位方向とが異なるように前記第１セパレータおよび前記第２セパレータの電位を制御する請求項１７に記載のアクチュエータ。

【請求項19】

請求項１から１８のいずれか１項に記載のアクチュエータが少なくとも１つ搭載されたハプティクスデバイス。

【請求項20】

請求項１９に記載のハプティクスデバイスと、
前記ハプティクスデバイスに通信可能に接続された画像表示装置と、を備えるハプティクスシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ユーザに触覚を与えるアクチュエータなどに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示されているように、静電力によって電極間の距離を変化させることにより流体の流れを生み出し、当該流体の圧力により伸縮部を突出させることで、ユーザに触覚を与えるアクチュエータが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許公報第２０２１／０３１６４４６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

伸縮部の突出状態から初期状態への変化を、伸縮部自体の張力（復元力）に依存することなく実現することができるアクチュエータが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係るアクチュエータは、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の領域を仕切り、前記第１電極および前記第２電極に対する相対位置を変化可能な導電性を有する第１セパレータと、前記第１セパレータの変位に伴い、前記第１セパレータと前記第１電極との間の第１空間を移動することが可能な第１流体が移動することに起因して初期状態と突出状態とが切り替わる伸縮部とを備える。

【発明の効果】

【0006】

本開示の一態様によれば、伸縮部の突出状態から初期状態への変化を、伸縮部自体の張力に依存することなく実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の実施形態１に係るハプティクスシステムの要部構成を示すブロック図である。

【図2】本開示の実施形態１に係るアクチュエータの上面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線の矢視断面図である。

【図4】図３に点線で囲んだ領域の拡大図である。

【図5】第１電極の開口部付近を拡大した断面図である。

【図6】第２電極および第１セパレータの図示を省略した上記アクチュエータの上面図である。

【図7】第１セパレータが第１電極に引き付けられた様子を示す上記アクチュエータの断面図である。

【図8】第１セパレータが第２電極に引き付けられた様子を示す上記アクチュエータの断面図である。

【図9】本開示の実施形態２に係るハプティクスシステムの要部構成を示すブロック図である。

【図10】本開示の実施形態２に係るアクチュエータの上面図である。

【図11】本開示の実施形態２に係る第１電極の上面図である。

【図12】本開示の実施形態３に係るハプティクスシステムの要部構成を示すブロック図である。

【図13】本開示の実施形態３に係るアクチュエータの上面図である。

【図14】図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ線の矢視断面図である。

【図15】第１セパレータおよび第２セパレータが、それぞれが属するユニットが備える第１電極に引き付けられた様子を示すアクチュエータの断面図である。

【図16】第１セパレータおよび第２セパレータが、それぞれが属するユニットが備える第２電極に引き付けられた様子を示すアクチュエータの断面図である。

【図17】本開示の実施形態３に係るハプティクスシステムの要部構成を示すブロック図である。

【図18】本開示の実施形態４に係るアクチュエータの上面図である。

【図19】図１８のＸＩＸ－ＸＩＸ線の矢視断面図である。

【図20】本開示の実施形態４に係る第２セパレータの構成を示す断面拡大図である。第２セパレータ５０の構成を示す断面拡大図である。

【図21】第１セパレータおよび第２セパレータが第１電極に引き付けられた様子を示す上記アクチュエータの断面図である。

【図22】第１セパレータが第２電極に引き付けられ、第２セパレータが第３電極に引き付けられた様子を示す上記アクチュエータの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

〔実施形態１〕
以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるハプティクスシステム３００Ａの要部構成を示すブロック図である。図１に示すように、ハプティクスシステム３００Ａは、装着型ハプティクスデバイス１００Ａと、画像表示装置２００とを備えている。ハプティクスシステム３００Ａは、画像表示装置２００が表示する画像に応じた疑似触覚を、装着型ハプティクスデバイス１００Ａが備えるアクチュエータ１Ａにより与えるシステムである。装着型ハプティクスデバイス１００Ａは、ハプティクスデバイスの一例である。画像表示装置２００は、ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）装置であってよいし、その他の画像表示装置であってよい。

【0009】

装着型ハプティクスデバイス１００Ａは、例えば、ＶＲなどの仮想空間での疑似触覚をユーザに提示するために用いられてよい。装着型ハプティクスデバイス１００Ａは、ユーザに触覚を提示するためのアクチュエータ１Ａを搭載している。装着型ハプティクスデバイス１００Ａは、ハプティクスグローブまたはハプティクスウェアなどであってよい。装着型ハプティクスデバイス１００Ａは、アクチュエータ１Ａが１つ搭載されていてもよいし、複数搭載されていてもよく、例えば、装着型ハプティクスデバイス１００Ａにマトリックス状に複数のアクチュエータ１Ａが搭載されてもよい。

【0010】

＜アクチュエータ１Ａの構成＞
図２は、本実施形態におけるアクチュエータ１Ａの上面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線の矢視断面図である。図３は、アクチュエータ１Ａの初期状態を示している。以降の説明では、説明の便宜上、図２におけるＸ軸方向をアクチュエータ１Ａの左右方向、Ｙ軸方向をアクチュエータ１Ａの前後方向、Ｚ軸方向をアクチュエータ１Ａの上下方向として説明する。また、図２における、＋Ｘ軸方向を右方向、－Ｘ軸方向を左方向、＋Ｚ軸方向を上方向、－Ｚ軸方向を下方向として説明する。上下方向において、第２電極１２が位置する側を上側と称し、第１電極１１が位置する側を下側と称する。上面とは、注目する部材の上側の面を意味し、下面とは、注目する部材の下側の面を意味する。

【0011】

アクチュエータ１Ａは、図１～図３に示すように、第１電極１１と、第２電極１２と、第１セパレータ２０と、第１スペーサ３１と、第２スペーサ３２と、封止部３３と、制御部４０Ａとを備えている。

【0012】

第１電極１１は、電圧が印加可能となっている板状の電極である。第１電極１１は、アクチュエータ１Ａの下面を構成している。第１電極１１は、後述する第１セパレータ２０よりも大きい剛性を有している。図４は、図３に点線で囲んだ領域Ｄの拡大図である。第１電極１１は、例えば、図４に示すように、絶縁層１１１と、絶縁層１１１上に配された導電層１１２とを有している。絶縁層１１１は、例えば、樹脂材料またはセラミック材料を用いて、従来の方法によって作製されてよい。樹脂材料は、例えば、ポリエチレンフタレート、エポキシ樹脂などであってよい。セラミック材料は、例えば、シリカ、アルミナなどであってよい。絶縁層１１１の厚みは、例えば、１０μｍ～１０００μｍに設定することができる。

【0013】

導電層１１２は、絶縁層１１１の片面に導電性材料を成膜することにより作製されてよい。導電層１１２は、例えば、アルミニウム、銅などであってよい。導電性材料を用いた成膜方法としては、蒸着、スパッタなどの一般的な成膜方法を用いることができる。導電層１１２は、１０ｎｍ～１０００ｎｍの厚みで成膜されてよい。

【0014】

第１電極１１と後述する第１セパレータ２０との間は導通しないように構成されている。換言すると、アクチュエータ１Ａは、少なくとも導電層１１２と後述する第１セパレータ２０とが当接する領域において、導電層１１２と後述する第１セパレータ２０との間に絶縁構造を有している。当該絶縁構造として、第１電極１１は、少なくとも第１セパレータ２０と接する領域において、絶縁層を備えていてもよい。絶縁層は、第１電極１１における第１セパレータ２０側の面全域に形成されていてもよい。当該絶縁層は、例えば、導電層１１２上に積層される、１０μｍ～１００μｍの厚みを有する絶縁性樹脂フィルムであってよい。当該絶縁性樹脂フィルムに用いられる樹脂は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）であってよい。第１電極１１のセパレータ側には、外部回路との接続用配線を形成するために、電極パターンが形成されている。電極パターンは、フォトリソプロセスにより形成されてよい。

【0015】

絶縁層１１１が、樹脂材料またはセラミック材料で構成される場合、絶縁層１１１のヤング率は、例えば、１ＧＰａ以上１０００ＧＰａ以下に設定されてよい。この場合、比較的に剛性の大きい絶縁層１１１の表面に導電層１１２が成膜されることで、第１電極１１の剛性を大きくすることができる。

【0016】

第１電極１１は、上記の構成に限られるものではなく、金属板によって構成されてもよい。

【0017】

第１電極１１の形状は特に限定されるものではない。例えば、第１電極１１は、アクチュエータ１Ａを平面視したときの形状が矩形であってもよいし、円形状であってもよい。本実施形態における第１電極１１は、アクチュエータ１Ａを平面視したときに矩形となっている。

【0018】

第１電極１１は、図３に示すように、上下方向に開口した開口部１１ａを中央部に有していてもよい。開口部１１ａは、ドリル、打ち抜き、レーザなどの穿孔プロセスにより形成されてよい。開口部１１ａの周辺部は、エッジ部での放電を回避するために、１００μｍ～９００μｍ程度、電極パターンが形成されていない領域を備えていてもよい。第１電極１１は、開口部１１ａを有していなくてもよい。

【0019】

アクチュエータ１Ａを平面視したときの開口部１１ａの形状は、特に限定されるものではなく、円形状であってもよく、矩形であってもよい。本実施形態における開口部１１ａは、円形状になっている。開口部１１ａが円形状である場合、開口部１１ａの大きさは、直径が１ｍｍ～９ｍｍであってもよい。

【0020】

開口部１１ａの上側開口の大きさは、開口部１１ａの下側の開口の大きさと同じであってもよいし、異なっていてもよい。図５は、本実施形態における第１電極１１の開口部１１ａ付近を拡大した断面図である。本実施形態における開口部１１ａは、上側開口の大きさが、下側開口の大きさよりも小さくなっている。図５に示すように、開口部１１ａは、テーパー状になっていてもよい。開口部１１ａの形状は、後述する第２電極１２の開口部１２ａと異なっていてもよい。すなわち、本開示のアクチュエータを構成する各電極の開口部の形状は、開口部ごとに異なっていてもよい。開口部の形状は、加工方法および／または加工時間を適宜設定することによって調整することができる。

【0021】

第２電極１２は、第１電極１１と対向して配置されている板状の電極である。第２電極１２は、アクチュエータ１Ａの上面を構成している。第２電極１２は、電圧が印加可能となっている。第２電極１２は、後述する第１セパレータ２０よりも大きい剛性を有している。第２電極１２は、第１電極１１と同じ材質および構成を有していてもよい。第２電極１２は、図４に示すように、絶縁層１２１と、絶縁層１２１上に配された導電層１２２とを有していてもよい。アクチュエータ１Ａは、少なくとも導電層１２２と後述する第１セパレータ２０とが当接する領域において、導電層１２２と後述する第１セパレータ２０との間に絶縁構造を有している。例えば、第２電極１２は、少なくとも第１セパレータ２０と接する領域において、絶縁層を備えていてもよい。絶縁層は、第２電極１２における第１セパレータ２０側の面全域に形成されていてもよい。第２電極１２は、アクチュエータ１Ａを平面視したときの形状が第１電極１１と同じ形状となっていてもよい。

【0022】

第２電極１２は、上下方向に開口した開口部１２ａを中央部に有している。開口部１２ａの形状は、特に限定されるものではなく、円形状であってもよく、矩形であってもよい。本実施形態における開口部１２ａは、円形状になっている。開口部１２ａが円形状である場合、開口部１２ａの大きさは、直径が１ｍｍ～９ｍｍであってもよい。開口部１２ａは、第１電極の開口部１１ａと同様のプロセスにより形成されてよい。開口部１２ａの周辺部は、エッジ部での放電を回避するために、１００μｍ～９００μｍ程度、電極パターンが形成されていない領域を備えていてもよい。

【0023】

本開示の一態様のアクチュエータ１Ａでは、第１電極１１における開口部１１ａの上側開口と下側開口の大きさが同程度であり、第２電極１２における開口部１２ａの上側開口が下側開口よりも小さく設定されてよい。言い換えれば、第１電極１１における開口部１１ａの上側開口の大きさと下側開口の大きさとの差が、第２電極１２における開口部１２ａの上側開口の大きさと下側開口の大きさとの差よりも小さく設定されてよい。第２電極１２の開口部１２ａの大きさを、第１電極１１の開口部１１ａの大きさよりも小さくしてもよい。その結果、第２電極１２の開口部１２ａから後述する第１流体Ｆ１が流出する際に流出圧力を大きくすることができる。

【0024】

第１セパレータ２０は、第１電極１１と第２電極１２との間の領域を仕切ることができる。言い換えれば、第１セパレータ２０は、後述する第１流体Ｆ１および第２流体が互いに交じり合わないように第１電極１１と第２電極１２との間に仕切りを形成することができる。第１セパレータ２０は、第１電極１１および／または第２電極１２に印加される電圧の変化に応じて、第１電極１１および第２電極１２に対する相対位置が変化可能な部材である。言い換えれば、第１セパレータ２０は、変形可能な部材である。第１セパレータ２０は、例えば、膜状の部材である。第１セパレータ２０は、アクチュエータ１Ａを上下方向に沿って平面透視したときに、第１電極１１および第２電極１２と重複するように配されている。言い換えれば、第１セパレータ２０は、上下方向において第１電極１１と第２電極１２とに挟まれるように位置している。第１セパレータ２０は、アクチュエータ１Ａを平面視したときに、第１電極１１と略同じ大きさとなるように構成されてよい。

【0025】

図４に示すように、第１セパレータ２０は、可撓性部材２１と２つの電極層２２とを有していてもよい。可撓性部材２１の厚みは、電極層２２の厚みよりも小さくてもよい。可撓性部材２１の厚みは、例えば１０μｍ～１００μｍ程度に設定することができる。電極層２２の厚みは、例えば１０ｎｍ～１０００ｎｍ程度に設定することができる。第１セパレータ２０が備える電極層２２は、１層でもよい。前述したように、アクチュエータ１Ａは、少なくとも第１電極１１と第１セパレータ２０とが当接する領域、および第２電極１２と第１セパレータ２０とが当接する領域において絶縁構造を有している。絶縁構造の一例として、第１セパレータ２０は、少なくとも第１電極１１と第１セパレータ２０とが当接する領域、および第２電極１２と第１セパレータ２０とが当接する領域において絶縁層を備えていてもよい。絶縁層は、第１セパレータ２０における第１電極１１側の面、および第２電極１２側の面全域に形成されていてもよい。あるいは、第１セパレータ２０は、絶縁性を有する２つの可撓性部材が電極層を挟む構成を有していてもよい。絶縁層は、第１電極１１および第２電極１２と、第１セパレータ２０のいずれかが備えていてもよいし、第１電極１１および第２電極１２と、第１セパレータ２０の両方が備えていてもよい。

【0026】

可撓性部材２１は、可撓性を有している。可撓性部材２１は、例えば、シリコーン、ウレタン、アクリルなどのエラストマー材料を含んでいてもよい。可撓性部材２１は、伸縮性を有していてもよい。

【0027】

電極層２２は、可撓性部材２１を上下方向から挟むように、可撓性部材２１の上面側および下面側の表面に位置している。電極層２２は、可撓性部材２１の表面に、銀または銅などを含む導電性インクを印刷することにより形成されてよい。電極層２２は、導電性を有しており、外部回路から電圧が印加可能となっている。電極層２２は、第１セパレータ２０のうち、第１電極１１と第２電極１２との間の領域にのみ設けられていてもよい。すなわち、第１セパレータ２０のうち、アクチュエータ１Ａを平面視したときに、第２電極１２の開口部１２ａに対応する領域には、電極層２２が設けられていなくてもよい。

【0028】

図３および図４に示すように、第１セパレータ２０は、第１電極１１および第２電極１２に対向して配置されている。換言すれば、第１セパレータ２０の電極層２２が、第１電極１１の導電層１１２および第２電極１２の導電層１２２と、第１電極１１および第２電極１２の表面に形成された上記絶縁層を介して対向している。これにより、第１電極１１の導電層１１２または第２電極１２の導電層１２２と、第１セパレータ２０の電極層２２との間に電位差が生じたときに、第１セパレータ２０が上記電位差によって生じる電界によって第１電極１１または第２電極１２に対して変位可能になっている。

【0029】

電極層２２は、可撓性部材２１の表面全体を覆うように設けられていてもよいし、可撓性部材２１の表面の一部を多くように設けられていてもよい。例えば、電極層２２は、アクチュエータ１Ａを平面視したときに、アクチュエータ１Ａの外側に向かうにつれて、可撓性部材２１の表面を覆う面積が大きくなる、換言すれば、電極層２２の密度が大きくなっていてもよい。この場合、第１電極１１および第２電極１２は、アクチュエータ１Ａを平面視したときに、第１セパレータ２０において電極層２２が設けられている領域と対向する領域にのみ導電層１１２を有していてもよい。

【0030】

本実施形態のアクチュエータ１Ａでは、第１セパレータ２０は、可撓性部材２１の上面側および下面側の両方の面に電極層２２が形成されていたが、本開示のアクチュエータはこれに限られない。本開示の一態様のアクチュエータでは、可撓性部材２１の上面側または下面側の面に電極層２２が形成される構成であってもよい。

【0031】

アクチュエータ１Ａは、第２電極１２の開口部１２ａを覆う伸縮部２０ａを有している。本実施形態では、上述した通り、第１セパレータ２０は、アクチュエータ１Ａを平面視したときに第２電極１２の開口部１２ａに対応する領域が、伸縮性を有する可撓性部材２１である。すなわち、伸縮部２０ａは、第１セパレータ２０が備える伸縮性を有する可撓性部材２１のうち、アクチュエータ１Ａを平面視したときに第２電極１２の開口部１２ａに対応する領域である。可撓性部材２１を、伸縮性を有する伸縮部２０ａと、伸縮性の小さい、または伸縮性がほとんどない部分との組み合わせによって構成してもよい。

【0032】

本実施形態における第１セパレータ２０は、可撓性部材２１の表面のうち、第１電極１１側表面におけるすべての領域、または第２電極１２側表面におけるすべての領域において、電極層２２を有しているが、本開示のアクチュエータはこれに限られない。本開示の一態様にアクチュエータでは、可撓性部材２１の表面のうち、第１電極１１側表面または第２電極１２側表面の、一部の領域において、電極層２２を有していてもよい。本実施形態の第１セパレータ２０は、可撓性部材２１の表面に配された電極層２２を有しているが、本開示の一態様として、第１セパレータ２０は、導電性材料を内部に有する可撓性部材２１を有していてもよいし、可撓性部材２１を有さずに電極層２２のみを有していてもよい。第１セパレータ２０が導電性材料を内部に有する可撓性部材２１を備える態様である場合、第１セパレータ２０は、例えば、導電性高分子フィルムなどであってもよい。

【0033】

本実施形態では、アクチュエータ１Ａは、少なくとも１つの第１スペーサ３１および少なくとも１つの第２スペーサ３２を有する。少なくとも１つの第２スペーサ３２は、少なくとも１つの第１スペーサ３１よりも伸縮部２０ａから遠い位置にある。言い換えれば、少なくとも１つの第１スペーサ３１は、少なくとも１つの第２スペーサ３２よりも伸縮部２０ａに近い位置にある。

【0034】

少なくとも１つの第１スペーサ３１および少なくとも１つの第２スペーサ３２は、図３に示すように、第１電極１１と第２電極１２との間に配置されており、第１電極１１と第２電極１２との間の距離を略一定に維持する。第１電極１１と第２電極１２とは、平行に配置される必要はなく、第１セパレータ２０が変位可能な空間を維持できればよい。第１スペーサ３１および第２スペーサ３２は、剛性を有している。これにより、第１電極１１と第２電極１２との間の距離を略一定に維持することができる。

【0035】

第１スペーサ３１および第２スペーサ３２は、例えば、シリコーン、アクリルなどの絶縁性の樹脂材料で形成することができる。また、例えば、第１電極１１の絶縁層１１１または第２電極１２の絶縁層１２１が上方または下方に突出する突出部を有しており、当該突出部を第１スペーサ３１または第２スペーサ３２としてもよい。

【0036】

第１電極１１と第２電極１２との距離を維持できれば、アクチュエータ１Ａは、１つのスペーサを有していてもよい。一方で、アクチュエータ１Ａは、３つ以上のスペーサを有していてもよい。すなわち、アクチュエータ１Ａは、少なくとも１つのスペーサを有していればよい。

【0037】

図６は、第２電極１２および第１セパレータ２０の図示を省略したアクチュエータ１Ａの上面図である。図６では、理解しやすいように、第２電極１２の開口部１２ａが形成される領域を点線で示している。図６に示すように、本実施形態におけるアクチュエータ１Ａでは、第２電極１２の開口部１２ａの周囲であって、矩形状の第１電極１１の２つの対角線に沿って４つの第１スペーサ３１が設けられている。換言すれば、第１スペーサ３１は、開口部１２ａの縁部に配置されている。複数の第１スペーサ３１が、開口部１２ａの中央を始点とする放射状の仮想的な４つ以上の直線に沿って配置されていてもよい。この場合、複数の第１スペーサ３１のそれぞれは、仮想的な直線に沿って延伸していてもよい。また、複数の第１スペーサ３１は、開口部１２ａの周方向に周期的に配されていてもよい。また、複数の第１スペーサ３１は、開口部１２ａの中央を中心にして点対称に配置されてもよい。アクチュエータ１Ａは、アクチュエータ１Ａを平面視したときに、開口部１２ａの周囲において第１スペーサ３１が設置されていない領域は、第１スペーサ３１が設置されている領域よりも大きくなっていてもよい。これにより、第１流体Ｆ１が後述する第１空間Ｓ１に流出入しやすくできる。第１スペーサ３１が設けられている箇所および第１スペーサ３１の数はこれに限られるものではない。

【0038】

図３に示すように、第１スペーサ３１の上端部３１ａの少なくとも一部は、第１セパレータ２０を介して第２電極１２に当接している。言い換えれば、第１セパレータ２０のうち、第２電極１２の開口部１２ａの周囲の一部の領域は、第２電極１２と第１スペーサ３１の上端部３１ａとによって狭持されている。第１スペーサ３１の下端部３１ｂは、第１電極１１に当接している。上記の構成により、第１スペーサ３１は、第１電極１１と第２電極１２との間の距離を維持するスペーサとして機能するとともに、伸縮部２０ａの外縁形状の一部を画定する役割も有している。

【0039】

第２スペーサ３２の上端部３２ａの少なくとも一部は、第２電極１２に当接している。第２スペーサ３２の下端部３２ｂは、第１セパレータ２０を介して第１電極１１に当接している。言い換えれば、第１セパレータ２０の端部（換言すれば、第１セパレータ２０の外縁部）は、第１電極１１と第２スペーサ３２の下端部３２ｂとによって狭持されている。上記の構成により、第２スペーサ３２は、第１電極１１と第２電極１２との間の距離を維持するスペーサとして機能するとともに、第１セパレータ２０の端部を第１電極１１に対して固定する役割も有している。第１セパレータ２０の端部は、第１電極１１に対して固定されていればよく、第２スペーサ３２によって固定されていなくてもよい。

【0040】

本開示の一態様のアクチュエータ１Ａでは、第１セパレータ２０のうち第２電極１２の開口部１２ａの周囲の一部の領域が第１電極１１と第１スペーサ３１の下端部３１ｂとによって狭持されるとともに、第１セパレータ２０の外縁部が第２電極１２と第２スペーサ３２の上端部３２ａとによって狭持される構成であってもよい。

【0041】

第２スペーサ３２は、アクチュエータ１Ａの外周部に沿って設けられている。換言すれば、第２スペーサ３２は、第２電極１２の外縁部に位置している。第２スペーサ３２は、第２電極１２および第１セパレータ２０の間の空間と外空間とを連通する連通路３２ｃを備えている。図６に示すように、本実施形態におけるアクチュエータ１Ａでは、アクチュエータ１Ａを平面透視した場合、第２スペーサ３２は、第１空間Ｓ１および第２空間Ｓ２を画定する囲繞形状をなしている。囲繞形状とは、例えば、矩形、円形、楕円形であるが、特に限定されない。図６に示す例では、第２スペーサ３２は、矩形の囲繞形状をなしている。連通路３２ｃは、当該矩形の各辺の中央に設けられている。連通路３２ｃは、図６に示すように前記囲繞形状を分断するように設けられていてもよいし、第２スペーサ３２の側面を左右方向に貫通する開口部として設けられていてもよい。本実施形態では、連通路３２ｃは、第２スペーサ３２がなす矩形のそれぞれの辺の中央に設けられている。この場合、アクチュエータ１Ａを平面透視したときに、連通路３２ｃと開口部１２ａの中心とを結ぶ直線上に第１スペーサ３１が存在していない。連通路３２ｃが設けられる箇所は、図６に示す箇所に限られるものではなく、第２電極１２と第１スペーサ３１との間の空間と外空間とを連通できるのであれば第２スペーサ３２のいずれの箇所に設けられてよい。例えば、第２スペーサ３２は、第２スペーサ３２がなす矩形の角に設けられてもよい。また、第２スペーサ３２の個数は、４つに限られず、１～３つであってもよく、５つ以上であってもよい。

【0042】

また、上記の構成となっていることにより、第２電極１２を上側、第１電極１１を下側とした場合、第１セパレータ２０の第２電極１２に対する固定位置は、第１セパレータ２０の第１電極１１に対する固定位置よりも高い位置となっている。

【0043】

第１セパレータ２０は、第２電極１２の開口部１２ａの周囲において第１スペーサ３１の上端部３１ａによって第２電極１２に押しつけられた状態となっており、外縁部が第２スペーサ３２の下端部３２ｂによって第１電極１１に押しつけられた状態となっている。これにより、第１セパレータ２０は、第１電極１１および第２電極１２との間の領域を仕切っている。以降の説明では、図３に示すように、第１セパレータ２０と第１電極１１との間の空間を第１空間Ｓ１とし、第１セパレータ２０と第２電極１２との間の空間を第２空間Ｓ２として説明する。また、アクチュエータ１Ａを平面視したときに第２電極１２の開口部１２ａが形成される領域であって、第１セパレータ２０の伸縮部２０ａと後述する封止部３３との間の空間を第５空間Ｓ５として説明する。第１空間Ｓ１は、アクチュエータ１Ａの外縁部である第２スペーサ３２から第２電極１２の開口部１２ａに向かうにつれて上下方向の幅が大きくなっている。一方で、第２空間Ｓ２は、第２電極１２の開口部１２ａに向かうにつれて上下方向の幅が小さくなっている。

【0044】

図６に示すように、アクチュエータ１Ａは、アクチュエータ１Ａを平面視したときに、第２電極１２の開口部１２ａの周囲に第１スペーサ３１が設けられていない領域を有している。すなわち、アクチュエータ１Ａでは、アクチュエータ１Ａを平面視したときに、第２電極１２の開口部１２ａの周囲に、第１空間Ｓ１と第５空間Ｓ５とを連通する流路が形成されている。そのため、第１空間Ｓ１と第５空間Ｓ５とは連通している。第１空間Ｓ１と第５空間Ｓ５とによって形成される空間には、当該空間を移動することが可能な第１流体Ｆ１が充填されている。第１流体Ｆ１は、第１空間Ｓ１と第５空間Ｓ５とによって形成される空間を移動可能な流体であれば特に限定されるものではないが、例えば、絶縁性オイルなどの誘電性流体であってよい。

【0045】

封止部３３は、第１電極１１の開口部１１ａを塞ぐための部材である。封止部３３は、厚みが１０μｍ～１０００μｍの樹脂材料であってよい。封止部３３は、伸縮部２０ａよりも大きい剛性を有している。これにより、封止部３３は、伸縮部２０ａよりも変形しにくくなっている。開口部１１ａは、第１流体Ｆ１を第１空間Ｓ１および第５空間Ｓ５に注入するための開口部であり、第１流体Ｆ１の注入が完了した後に、封止部３３によって塞がれる。第１電極１１が開口部１１ａを有さない場合には、封止部３３は設けられなくてもよい。

【0046】

図１に示す制御部４０Ａは、第１電極１１、第２電極１２、および、第１セパレータ２０が有する電極層２２の電位を制御する。本実施形態における以降の説明では、第１電極の電位を第１電位、第２電極１２の電位を第２電位、第１セパレータ２０の電極層２２の電位、換言すれば第１セパレータ２０の電位を第３電位として説明する。

【0047】

制御部４０Ａは、図１に示すように、画像表示装置２００と無線または有線通信により通信可能となっており、画像表示装置２００から指示を受信する。制御部４０Ａは、画像表示装置２００からの指示に基づいて、第１電位、第２電位、および、第３電位を制御してもよい。画像表示装置２００は、例えば、ＶＲ装置、その他の画像表示制御装置であってよい。画像表示装置２００は、表示する画像に応じた制御信号を制御部４０Ａに送信してもよい。

【0048】

＜アクチュエータ１Ａの組立方法＞
次に、アクチュエータ１Ａの組立方法について説明する。まず、第１電極１１の開口部１１ａの周囲に所定の間隔を空けて各第１スペーサ３１を第１電極１１に接合する。接合は、接着剤、ヒートシール、プラズマ接合などの接合プロセスを使用できる。

【0049】

次に、第１セパレータ２０を第１電極１１の、第１スペーサ３１を接合した側の面である上面に配置する。このとき、第１セパレータ２０の外周部を、接着剤、ヒートシール、プラズマ接合などの接合プロセスを用いて、第１電極１１に接合する。また、第１スペーサ３１の上端部３１ａを接着剤、ヒートシール、プラズマ接合などの接合プロセスを用いて、第１セパレータ２０と接合する。

【0050】

次に、第１セパレータ２０の外周部に第２スペーサ３２の下端部３２ｂを接合する。接合は、接着剤、ヒートシール、プラズマ接合などの接合プロセスを使用できる。

【0051】

次に、第２スペーサ３２を第１セパレータ２０に接合させた側に、第２電極１２を積層する。このとき、第２スペーサ３２の上端部３２ａと第２電極１２とを接合する。接合は、接着剤、ヒートシール、プラズマ接合などの接合プロセスを使用できる。

【0052】

次に、第１電極１１に形成された開口部１１ａから第１流体Ｆ１をアクチュエータ１Ａの内部に充填させる。第１流体Ｆ１の充填は、第１電極１１側を上面にした状態で第１流体Ｆ１を滴下させることにより行ってよい。また、第１流体Ｆ１の充填は、アクチュエータ１Ａの内部を真空状態にした状態で開口部１１ａを第１流体Ｆ１に浸漬し、大気開放することにより行ってもよい。第１流体Ｆ１を充填する際には、第２電極１２と第１セパレータ２０の電極層２２との間に１００Ｖ～１０００Ｖの電圧を印加することにより、静電力によって第１セパレータ２０を第２電極１２に吸着させて行ってもよい。

【0053】

第１流体Ｆ１を充填した後、封止部３３を第１電極１１に接合することにより、第１電極１１の開口部１１ａを封止部３３によって封止する。接合は、接着剤、ヒートシール、プラズマ接合などの接合プロセスを使用できる。これにより、第１空間Ｓ１と第５空間Ｓ５とによって形成される空間に第１流体Ｆ１が充填された状態となる。

【0054】

＜アクチュエータ１Ａの動作例＞
次に、アクチュエータ１Ａの動作例について説明する。初期状態では、第１電極１１の第１電位、第２電極１２の第２電位、および、第１セパレータ２０の第３電位は全て同じ電位となっているものとする。ここでは、例として、初期状態における第１電位、第２電位、および、第３電位が０Ｖであるとして説明する。

【0055】

制御部４０Ａは、画像表示装置２００から触覚をユーザに提示するよう指示を受けると、第１セパレータ２０が第１電極１１に引き付けられるように、第１電極１１と第２電極１２との間に電位差を生じさせる。具体的には、制御部４０Ａは、第１電位が第２電位および第３電位よりも大きくなるように、第１電位、第２電位、および、第３電位を制御する。例として、制御部４０Ａは、第２電位および第３電位を０Ｖのままとし、第１電位が正の電位（例えば、３００～５００Ｖ）となるように制御してもよい。その他の例として、制御部４０Ａは、第２電位および第３電位が負の電位（例えば、－５００～－３００Ｖ）となり、第１電位が０Ｖのままとなるように制御してもよい。

【0056】

上記のように、第１電位、第２電位、および、第３電位を制御することにより、第１電極１１と第１セパレータ２０との間に、第１電極１１から第１セパレータ２０に向かう電界が形成される。ここで、上記のように、第１セパレータ２０は、２つの電極層２２によって挟持された可撓性部材２１を備えている。そのため、第１セパレータ２０は、第１電極１１と第１セパレータ２０との間に形成された電界により、第１電極１１と第２電極１２とに挟まれた領域において、第１電極１１に引き付けられるように変位する。

【0057】

図７は、第１セパレータ２０が第１電極１１に引き付けられた様子を示すアクチュエータ１Ａの断面図である。図７に示すように、第１セパレータ２０が第１電極１１に引き付けられると、第１セパレータ２０と第１電極１１との間の空間である第１空間Ｓ１の容積が小さくなる。その結果、第１空間Ｓ１に充填されていた第１流体Ｆ１が第５空間Ｓ５に押し出され、第５空間Ｓ５には、図３に示す初期状態における容積よりも大きい容積の第１流体Ｆ１が充填され、第５空間Ｓ５の内部の圧力が大きくなる。これにより、伸縮性を有する第１セパレータ２０の伸縮部２０ａが、第２電極１２の開口部１２ａから外空間に向けて膨張し、アクチュエータ１Ａの一部が開口部１２ａから突出した突出状態となる。開口部１２ａから突出した伸縮部２０ａは、装着型ハプティクスデバイス１００Ａを装着したユーザの皮膚に接触することにより、ユーザに対して触覚を与える。

【0058】

本実施形態の一態様のアクチュエータ１Ａでは、第１電極１１と第１セパレータ２０との間に電位差を生じさせたときに第１空間Ｓ１に充填されていた第１流体Ｆ１を第５空間Ｓ５にスムーズに押し出すために、第１セパレータ２０が第１セパレータ２０の外側から内側にかけて順に第１電極１１に引き付けられるように構成されていてもよい。例えば、アクチュエータ１Ａは、互いに離れている、第１電極１１に対して電圧を印加するための第１配線と、第２電極１２に対して電圧を印加するための第２配線とを有し、第１配線が第１電極１１の外縁部に接続されていてもよい。これにより、第１電極１１と第１セパレータ２０との間に外側から内側にかけて順に電位差が生じるように電圧を印加できるため、第１セパレータ２０が外側から内側にかけて順に第１電極１１に引き付けられるようにすることができる。本実施形態の一態様のアクチュエータ１Ａでは、第１流体Ｆ１を第５空間Ｓ５にスムーズに押し出すために、第１電極１１は、外縁部周辺の電極密度が高くなるように構成されていてもよい。

【0059】

また、第１セパレータ２０が第１電極１１に引き付けられると、第１セパレータ２０と第２電極１２との間の空間である第２空間Ｓ２の容積が大きくなる。ここで、上述のように、第２スペーサ３２は、第２空間Ｓ２と外空間とを連通する連通路３２ｃを備えている。そのため、第２空間Ｓ２の容積が大きくなると、連通路３２ｃから第２流体としての空気が第２空間Ｓ２に引き込まれる。

【0060】

次に、アクチュエータ１Ａにおける、図７に示す突出状態から伸縮部２０ａを突出していない状態に変化させる動作について説明する。

【0061】

制御部４０Ａは、画像表示装置２００からユーザに対する触覚の提示を停止するよう指示を受けると、第１セパレータ２０が第２電極１２に引き付けられるように、第１電位、第２電位、および、第３電位を制御する。具体的には、制御部４０Ａは、第２電位が第１電位および第３電位よりも大きくなるように、第１電位、第２電位、および、第３電位を制御する。例として、制御部４０Ａは、第１電位および第３電位が０Ｖとなり、第２電位が正の電位（例えば、３００～５００Ｖ）となるように制御してもよい。その他の例として、制御部４０Ａは、第１電位および第３電位が負の電位（例えば、－３００～－５００Ｖ）となり、第２電位が０Ｖとなるように制御してもよい。

【0062】

上記のように、第１電位、第２電位、および、第３電位を制御することにより、第２電極１２と第１セパレータ２０との間に、第２電極１２から第１セパレータ２０に向かう電界が形成される。これにより、第１セパレータ２０は、第１電極１１と第２電極１２とに挟まれた領域において、第２電極１２に引き付けられるように変位する。

【0063】

図８は、第１セパレータ２０が第２電極１２に引き付けられた様子を示すアクチュエータ１Ａの断面図である。図８に示すように、第１セパレータ２０が第２電極１２に引き付けられると、第１セパレータ２０と第１電極１１との間の空間である第１空間Ｓ１の容積が大きくなる。その結果、第５空間Ｓ５に充填されていた第１流体Ｆ１が第１空間Ｓ１に引き込まれる。これにより、第５空間Ｓ５内の圧力が低下する。その結果、伸縮部２０ａが収縮し、開口部１２ａから突出していない非突出状態（初期状態）となる。

【0064】

本実施形態の一態様のアクチュエータ１Ａでは、第２電極１２と第１セパレータ２０との間に電位差を生じさせたときに第５空間Ｓ５に充填されていた第１流体Ｆ１を第１空間Ｓ１に引き込むスムーズに引き込むために、第１セパレータ２０が第１セパレータ２０の内側から外側にかけて順に第２電極１２に引き付けられるように構成されていてもよい。例えば、アクチュエータ１Ａは、互いに離れている、第１電極１１に対して電圧を印加するための第１配線と、第２電極１２に対して電圧を印加するための第２配線とを有し、第２配線が第２電極１２の中央部に接続されていてもよい。これにより、第２電極１２と第１セパレータ２０との間に電位差が生じるように電圧を印加したときに、第１セパレータ２０が内側から外側にかけて順に第２電極１２に引き付けられるようにすることができる。本実施形態の一態様のアクチュエータ１Ａでは、第１流体Ｆ１を第１空間Ｓ１にスムーズに引き込むために、第２電極１２は、開口部１２ａの周辺の電極密度が高くなるように構成されていてもよい。

【0065】

また、第１セパレータ２０が第２電極１２に引き付けられると、第１セパレータ２０と第２電極１２との間の空間である第２空間Ｓ２の容積が小さくなる。このとき、第２空間Ｓ２に充填されていた空気の一部が連通路３２ｃから外空間に押し出される。

【0066】

以上のように、本実施形態のアクチュエータ１Ａは、第１電極１１と、第２電極１２と、第１電極１１と第２電極１２との間の領域を仕切り、第１電極１１および第２電極１２に対する相対位置が変化する第１セパレータ２０と備えている。そして、アクチュエータ１Ａでは、第１セパレータ２０の変位に伴い、第１空間Ｓ１を移動することが可能な第１流体Ｆ１が移動することに起因して、第１セパレータ２０の伸縮部２０ａの初期状態と突出状態とが切り替わる。

【0067】

ここで、特許文献１に記載のような従来の技術では、突出状態から初期状態に伸縮部を切り替える際に、伸縮部の張力（復元力）に依存していた。そのため、突出状態から初期状態への切り替えを高速に行いたい場合には、伸縮部の張力を大きくために電極に高い電圧を印加する必要があった。そのため、人体への装着安全性が十分とは言えなかった。

【0068】

これに対して、本実施形態のアクチュエータ１Ａは、上記の構成を有することにより、第１電極１１および第２電極１２の電圧を変化させて第１セパレータ２０を変位させることにより、伸縮部２０ａの初期状態と突出状態とを切り替えることができる。これにより、伸縮部２０ａの突出状態から初期状態への変化を、伸縮部２０ａ自体の張力に依存することなく実現することができる。そのため、突出状態から初期状態への切り替えを高速に行いたい場合にも、第１電極１１および第２電極１２に対して大きな電圧を印加する必要がなく、ユーザに対して安全に触覚を与えることができる。さらに、ユーザに与える触覚の制御の自在性が高いため、よりリアルな触覚をユーザに与えることができる。

【0069】

本実施形態のアクチュエータ１Ａでは、第１電極１１および第２電極１２は、第１セパレータ２０よりも大きい剛性を有している。そのため、第１スペーサ３１および第２スペーサ３２によって第１電極１１と第２電極１２との間の距離の制御を容易に行うことができる。

【0070】

ここで、第２スペーサ３２に連通路３２ｃが形成されていない場合、第２空間Ｓ２は密閉空間となる。この場合、第１セパレータ２０を変位させるためには、第２空間Ｓ２の容積を変化させる、換言すれば、第２空間Ｓ２に充填された空気を圧縮または膨張させる必要が生じるため、第１セパレータ２０が変位しにくい。これに対して、本実施形態のアクチュエータ１Ａでは、第２スペーサ３２に連通路３２ｃが形成されており、連通路３２ｃによって第２空間Ｓ２が外空間と連通している。これにより、第１セパレータ２０が変位する際に、第２空間内の圧力の変化を小さくすることができる。その結果、第１セパレータ２０が変位しやすくなっている。

【0071】

本実施形態のアクチュエータ１Ａでは、第１セパレータ２０の伸縮部２０ａが、アクチュエータ１Ａから突出する構成であったが、本開示のアクチュエータはこれに限られない。本開示の一態様のアクチュエータでは、アクチュエータから突出する伸縮性を有する伸縮部を第１セパレータ２０とは別に備えている構成であってもよい。この場合、第１セパレータ２０は、アクチュエータ１Ａを平面視したときに、第２電極１２の開口部１２ａが形成されている領域以外の領域に配置されていればよい。また、この場合、伸縮部は、第２電極１２の下面に配置されていてもよく、第２電極１２の上面に配置されてもよい。ただし、本実施形態のアクチュエータ１Ａのように、第１セパレータ２０が伸縮部２０ａを備える構成、すなわち、第１セパレータ２０と伸縮部２０ａが一連の部材となっていることにより、アクチュエータ１Ａの構成を簡素化することができる。

【0072】

〔実施形態２〕
本開示の他の実施形態について、以下に説明する。説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0073】

図９は、本実施形態におけるハプティクスシステム３００Ｂの要部構成を示すブロック図である。図１０は、本実施形態におけるアクチュエータ１Ｂの上面図であり、第２電極１２Ａの上面を示している。図１１は、第１電極１１Ａの上面図である。

【0074】

図９に示すように、ハプティクスシステム３００Ｂは、装着型ハプティクスデバイス１００Ｂと、画像表示装置２００とを備えている。装着型ハプティクスデバイス１００Ｂは、アクチュエータ１Ａに代えてアクチュエータ１Ｂを備える点以外の構成が、実施形態１における装着型ハプティクスデバイス１００Ａと同じであってよい。

【0075】

図９～図１１に示すように、アクチュエータ１Ｂは、実施形態１におけるアクチュエータ１Ａの第１電極１１、第２電極１２および制御部４０Ａに代えて、第１電極１１Ａ、第２電極１２Ａおよび制御部４０Ｂを備えている。

【0076】

第１電極１１Ａは、図１１に示すように、４つの分割領域Ａ１～Ａ４に分割されている。分割領域Ａ１～Ａ４は、矩形状の第１電極１１Ａを２つの対角線によって分割して形成された領域である。ただし、第１電極１１Ａを分割する方法はこれに限られるものではない。また、本実施形態のアクチュエータ１Ｂでは、第１電極１１Ａが４つの分割領域Ａ１～Ａ４に分割されているが、その他の数に分割されていてもよい。４つの分割領域Ａ１～Ａ４は、電気的に互いに独立しており、互いに異なる電圧が印加可能になっている。

【0077】

第１電極１１Ａは、４つの分割領域Ａ１～Ａ４に分割されている以外は、実施形態１における第１電極１１と同じ構造となっている。

【0078】

第２電極１２Ａは、図１０に示すように、４つの分割領域Ｂ１～Ｂ４に分割されている。分割領域Ｂ１～Ｂ４は、それぞれ、第１電極１１Ａの分割領域Ａ１～Ａ４に対応するように分割されている。例えば、分割領域Ｂ１は、アクチュエータ１Ｂを平面視したときに、分割領域Ａ１と重なるように分割されている。４つの分割領域Ｂ１～Ｂ４は、電気的に互いに独立しており、互いに異なる電圧が印加可能になっている。

【0079】

制御部４０Ｂは、画像表示装置２００からの指示に基づいて、第１電極１１の分割領域Ａ１～Ａ４、第２電極１２の分割領域Ｂ１～Ｂ４、および、第１セパレータ２０が有する電極層２２の電位を制御する。

【0080】

＜アクチュエータ１Ｂの動作例＞
次に、アクチュエータ１Ｂの動作例について説明する。初期状態では、第１電極１１の分割領域Ａ１～Ａ４、第２電極１２の分割領域Ｂ１～Ｂ４、および、第１セパレータ２０が有する電極層２２の電位は全て同じ電位となっているものとする。ここでは、例として、初期状態における第１電極１１の分割領域Ａ１～Ａ４、第２電極１２の分割領域Ｂ１～Ｂ４、および、第１セパレータ２０が有する電極層２２の電位が０Ｖであるとして説明する。

【0081】

本動作例では、制御部４０Ｂが画像表示装置２００から、図１０に示す左側から右側に向けて伸縮部２０ａの突出状態における頂部Ｐを移動させる指示を受けたものとして説明する。この場合、制御部４０Ｂは、まず、第１セパレータ２０が第１電極１１の分割領域Ｂ２～Ｂ４に引き付けられるように、第１電極１１Ａの電位、第２電極１２Ａの電位、および、第１セパレータ２０の電位を制御する。具体的には、制御部４０Ｂは、分割領域Ａ２と分割領域Ｂ２との間、分割領域Ａ３と分割領域Ｂ３との間、および、分割領域Ａ４と分割領域Ｂ４との間において、第１電極１１Ａの電位が第２電極１２Ａの電位よりも大きくなり、かつ、第１セパレータ２０の電位と第２電極１２Ａの電位とが同じになるように、各電位を制御する。これにより、分割領域Ａ２～Ａ４と分割領域Ｂ２～Ｂ４とのそれぞれの間において、第１電極１１から第１セパレータ２０に向かう電界が形成される。これにより、分割領域Ａ２～Ａ４と分割領域Ｂ２～Ｂ４とのそれぞれの間において、第１セパレータ２０が、第１電極１１に引き付けられるように変位する。これにより、分割領域Ａ２～Ａ４と分割領域Ｂ２～Ｂ４とのそれぞれの間において、第１セパレータ２０と第１電極１１Ａとの間の第１空間Ｓ１の容積が小さくなる。その結果、容積が小さくなった第１空間Ｓ１から第１流体Ｆ１が第５空間Ｓ５に押し出される。これにより、第５空間Ｓ５の内部の圧力が大きくなり、第１セパレータ２０の伸縮部２０ａが第２電極１２の開口部１２ａから外空間に向けて膨張し、アクチュエータ１Ｂの一部が開口部１２ａから突出した突出状態となる。この場合、分割領域Ａ１と分割領域Ｂ１との間の第１空間Ｓ１内の第１流体Ｆ１が第５空間Ｓ５には押し出されておらず、分割領域Ａ２～Ａ４と分割領域Ｂ２～Ｂ４とのそれぞれの間の第１空間Ｓ１内の第１流体Ｆ１が第５空間Ｓ５に押し出された状態となる。そのため、アクチュエータ１Ｂを平面視したときに、開口部１２ａから突出した伸縮部２０ａの頂部Ｐの位置は、開口部１２ａの中心点から分割領域Ｂ１側（図１０に示す左側）に偏った位置となる。

【0082】

次に、制御部４０Ｂは、第１セパレータ２０が第１電極１１の分割領域Ｂ１、Ｂ２およびＢ４に引き付けられるように、第１電極１１Ａの電位、第２電極１２Ａの電位、および、第１セパレータ２０の電位を制御する。具体的には、制御部４０Ｂは、分割領域Ａ１と分割領域Ｂ１との間、分割領域Ａ２と分割領域Ｂ２との間、および、分割領域Ａ４と分割領域Ｂ４との間において、第１電極１１Ａの電位が第２電極１２Ａの電位よりも大きくなり、かつ、第１セパレータ２０の電位と第２電極１２Ａの電位とが同じになるように、各電位を制御する。また、制御部４０Ｂは、分割領域Ａ３と分割領域Ｂ３との間において、第１電極１１Ａの電位、第２電極１２Ａ、および、第１セパレータ２０の電位が同電位となるように制御する。これにより、分割領域Ａ１、Ａ２およびＡ４と分割領域Ｂ１、Ｂ２およびＢ４とのそれぞれの間において、第１電極１１Ａから第１セパレータ２０に向かう電界が形成される。そのため、分割領域Ａ１、Ａ２およびＡ４と分割領域Ｂ１、Ｂ２およびＢ４とのそれぞれの間において、第１セパレータ２０が、第１電極１１に引き付けられるように変位する。これにより、分割領域Ａ１、Ａ２およびＡ４と分割領域Ｂ１、Ｂ２およびＢ４とのそれぞれの間において、第１セパレータ２０と第１電極１１Ａとの間の第１空間Ｓ１の容積が小さくなる。その結果、容積が小さくなった第１空間Ｓ１から第１流体Ｆ１が第５空間Ｓ５に押し出される。これにより、第５空間Ｓ５の内部の圧力が大きくなり、第１セパレータ２０の伸縮部２０ａが第２電極１２の開口部１２ａから外空間に向けて膨張し、アクチュエータ１Ｂの一部が開口部１２ａから突出した突出状態となる。この場合、分割領域Ａ３と分割領域Ｂ３との間の第１空間Ｓ１内の第１流体Ｆ１が第５空間Ｓ５には押し出されておらず、分割領域Ａ１、Ａ２およびＡ４と分割領域Ｂ１、Ｂ２およびＢ４とのそれぞれの間の第１空間Ｓ１内の第１流体Ｆ１が第５空間Ｓ５に押し出された状態となる。そのため、アクチュエータ１Ｂを平面視したときに、開口部１２ａから突出した伸縮部２０ａの頂部Ｐの位置は、開口部１２ａの中心点から分割領域Ｂ３側（図１０に示す右側）に偏った位置となる。以上のように、制御部４０Ｂが第１電極１１の分割領域Ａ１～Ａ４の電位、および第２電極１２の分割領域Ｂ１～Ｂ４の電位を制御することにより、図１０に示す左側から右側に向けて触覚をユーザに提示することができる。

【0083】

本動作例では、図１０に示す左側から右側に向けて触覚をユーザに提示する例について説明したが、第１セパレータ２０を第１電極１１に引き付ける領域を変えることにより、開口部１２ａから突出する伸縮部２０ａの頂部Ｐの位置を適宜変更できる。

【0084】

以上のように、本実施形態におけるアクチュエータ１Ｂでは、第１電極１１Ａおよび第２電極１２Ａが複数の分割領域に分割されており、制御部４０Ｂは、分割領域毎に電位の制御を行う。これにより、二次元的な方向を示すようにユーザに対して触覚を与えることができる。

【0085】

〔実施形態３〕
本開示の他の実施形態について、以下に説明する。説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0086】

図１２は、本実施形態におけるハプティクスシステム３００Ｃの要部構成を示すブロック図である。図１３は、本実施形態におけるアクチュエータ１Ｃの上面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ線の矢視断面図である。図１４は、アクチュエータ１Ｃの初期状態を示している。

【0087】

図１２に示すように、ハプティクスシステム３００Ｃは、装着型ハプティクスデバイス１００Ｃと、画像表示装置２００とを備えている。装着型ハプティクスデバイス１００Ｃは、アクチュエータ１Ａに代えてアクチュエータ１Ｃを備える点以外の構成が、実施形態１における装着型ハプティクスデバイス１００Ａと同じであってよい。

【0088】

＜アクチュエータ１Ｃの構成＞
アクチュエータ１Ｃは、実施形態１におけるアクチュエータ１Ａを２つ積層させた基本構造を有している。アクチュエータ１Ｃは、図１２および図１４に示すように、第１ユニットＵ１と、第２ユニットＵ２と、制御部４０Ｃとを備えており、第１ユニットＵ１が第２ユニットＵ２の上面に積層された構造となっている。

【0089】

本実施形態における第１ユニットＵ１は、実施形態１におけるアクチュエータ１Ａと同じ構造である。アクチュエータ１Ｃは、第２ユニットＵ２の第１電極７１の上面に第１ユニットＵ１の第２電極１２が当接するように構成されている。

【0090】

第２ユニットＵ２は、第１電極７１と、第２電極７２と、第２セパレータ８０と、第１スペーサ９１と、第２スペーサ９２と、封止部９３とを備える。

【0091】

第１電極７１および第２電極７２は、実施形態１における第１電極１１と同じ構成であってよい。第１電極７１は、第２ユニットＵ２の下面を構成している。第１電極７１は、上下方向に開口した開口部７１ａを中央部に有していてもよい。

【0092】

第２電極７２は、第２ユニットＵ２の下面を構成している。第２電極７２は、上下方向に開口した開口部７２ａを中央部に有していてもよい。

【0093】

第２セパレータ８０は、第１電極７１と第２電極７２との間の領域を仕切ることができる。第２セパレータ８０は、伸縮部２０ａを備えていない点を除いて、実施形態１における第１セパレータ２０と同じ材質および構成を有していてもよい。本実施形態における第２セパレータ８０は、可撓性部材２１と、可撓性部材２１を挟持する２つの電極層２２を有している。

【0094】

本実施形態における第２ユニットＵ２は、少なくとも１つの第１スペーサ９１および少なくとも１つの第２スペーサ９２を有する。少なくとも１つの第１スペーサ９１および少なくとも１つの第２スペーサ９２は、図１４に示すように、第１電極７１と第２電極７２との間に配置されており、第１電極７１と第２電極７２との間の距離を略一定に維持する。第１スペーサ９１および第２スペーサ９２は、第１スペーサ３１と同じ材質および構成を有していてもよい。第２ユニットＵ２において第１スペーサ９１および第２スペーサ９２が配置される位置は、第１ユニットＵ１において第１スペーサ３１および第２スペーサ３２が配置される位置と同じであってもよいし、異なる位置であってもよい。本実施形態におけるアクチュエータ１Ｃでは、第１スペーサ９１および第２スペーサ９２は、第２ユニットにおいて、第１ユニットＵ１において第１スペーサ３１および第２スペーサ３２が配置される位置と同じに配置されている。

【0095】

第２セパレータ８０は、第２電極７２の開口部７２ａの周囲において第１スペーサ９１によって第２電極７２に押しつけられた状態となっており、外縁部が第２スペーサ９２によって第１電極７１に押しつけられた状態となっている。これにより、第２セパレータ８０は、第１電極７１および第２電極７２との間の領域を仕切っている。本実施形態における以降の説明では、図１４に示すように、第２セパレータ８０と第１電極７１との間の空間を第３空間Ｓ３とし、第２セパレータ８０と第２電極７２との間の空間を第４空間Ｓ４として説明する。また、アクチュエータ１Ｃを平面視したときに第２電極１２の開口部１２ａが形成される領域であって、第１セパレータ２０の伸縮部２０ａと後述する封止部９３との間の空間を第５空間Ｓ５として説明する。

【0096】

図６を参照して、アクチュエータ１Ａを平面視したときに、第２電極１２の開口部１２ａの周囲に第１スペーサ３１が設けられていない領域が存在していることを上述した。当該構成と同じように、第２ユニットＵ２も、アクチュエータ１Ｃを平面視したときに、第２電極１２の開口部１２ａの周囲に第１スペーサ９１が設けられていない領域を有している。そのため、第３空間Ｓ３と第５空間Ｓ５とは連通している。また、第２電極１２の開口部１２ａの周囲に第１スペーサ３１が設けられていない領域があることにより、第１空間Ｓ１と第５空間Ｓ５とは連通している。したがって、第１空間Ｓ１、第３空間Ｓ３および第５空間Ｓ５とは連通している。第１空間Ｓ１、第３空間Ｓ３および第５空間Ｓ５によって規定される空間には、当該空間を移動することが可能な第１流体Ｆ１が充填されている。

【0097】

制御部４０Ｃは、図１２に示すように、画像表示装置２００からの指示に基づいて、第１ユニットＵ１の第１電極１１、第２電極１２、および電極層２２の電位、ならびに、第２ユニットＵ２の第１電極７１、第２電極７２、および電極層２２の電位を制御する。

【0098】

封止部９３は、第２ユニットＵ２の第１電極７１の開口部７１ａを塞ぐための部材である。封止部９３は、厚みが１０μｍ～１０００μｍの樹脂材料であってよい。封止部９３は、伸縮部２０ａよりも大きい剛性を有している。これにより、封止部９３は、伸縮部２０ａよりも変形しにくくなっている。開口部７１ａは、第１流体Ｆ１を第１空間Ｓ１、第３空間Ｓ３および第５空間Ｓ５に注入するための開口部であり、第１流体Ｆ１の注入が完了した後に、封止部９３によって塞がれる。第１電極７１が開口部７１ａを有さない場合には、封止部９３は設けられなくてもよい。

【0099】

＜アクチュエータ１Ｃの動作例＞
次に、アクチュエータ１Ｃの動作例について説明する。初期状態では、第１ユニットＵ１の第１電極１１、第２電極１２、および電極層２２の電位、ならびに、第２ユニットＵ２の第１電極７１、第２電極７２、および電極層２２の電位は、０Ｖであるとして説明する。

【0100】

制御部４０Ｃは、画像表示装置２００から触覚をユーザに提示するよう指示を受けると、第１セパレータ２０が第１電極１１に引き付けられるとともに、第２セパレータ８０が第１電極７１に引き付けられるように各電位を制御する。例えば、制御部４０Ｃは、第１電極１１の電位が第２電極１２の電位および第１セパレータ２０の電極層２２の電位よりも大きくなるとともに、第１電極７１の電位が第２電極７２の電位および第２セパレータ８０の電極層２２の電位よりも大きくなるように、各電位を制御してもよい。これにより、第１電極１１と第１セパレータ２０との間に第１電極１１から第１セパレータ２０に向かう電界が形成されるとともに、第１電極７１と第２セパレータ８０との間に第１電極７１から第２セパレータ８０に向かう電界が形成される。その結果、第１セパレータ２０が第１電極１１に引き付けられるとともに、第２セパレータ８０が第１電極７１に引き付けられる。

【0101】

図１５は、第１セパレータ２０および第２セパレータ８０が第１電極１１および第１電極７１にそれぞれ引き付けられた様子を示すアクチュエータ１Ｃの断面図である。図１５に示すように、第１セパレータ２０および第２セパレータ８０が第１電極１１および第１電極７１にそれぞれ引き付けられると、第１空間Ｓ１および第３空間Ｓ３の容積が小さくなる。その結果、第１空間Ｓ１および第３空間Ｓ３に充填されていた第１流体Ｆ１が第５空間Ｓ５に押し出される。これにより、第５空間Ｓ５には、図１４に示す初期状態における容積よりも大きい容積の第１流体Ｆ１が充填され、第５空間Ｓ５の内部の圧力が大きくなる。これにより、伸縮部２０ａが、第２電極１２の開口部１２ａから外空間に向けて膨張し、アクチュエータ１Ｃの一部が開口部１２ａから突出した突出状態となる。開口部１２ａから突出した伸縮部２０ａは、アクチュエータ１Ｃを備えたウェアラブル装置を装着したユーザの皮膚に接触することにより、ユーザに対して触覚を与える。

【0102】

次に、アクチュエータ１Ｃにおける、図１５に示す突出状態から、伸縮部２０ａを突出していない状態に変化させる動作について説明する。

【0103】

制御部４０Ｃは、画像表示装置２００からユーザに対する触覚の提示を停止するよう指示を受けると、第１セパレータ２０が第２電極１２に引き付けられるとともに、第２セパレータ８０が第２電極７２に引き付けられるように各電位を制御する。例えば、制御部４０Ｃは、第２電極１２の電位が第１電極１１の電位および第１セパレータ２０の電極層２２の電位よりも大きくなるとともに、第２電極７２の電位が第１電極７１の電位および第２セパレータ８０の電極層２２の電位よりも大きくなるように、各電位を制御してもよい。これにより、第２電極１２と第１セパレータ２０との間に第２電極１２から第１セパレータ２０に向かう電界が形成されるとともに、第２電極７２と第２セパレータ８０との間に第２電極７２から第２セパレータ８０に向かう電界が形成される。その結果、第１セパレータ２０が第２電極１２に引き付けられるとともに、第２セパレータ８０が第２電極７２に引き付けられる。

【0104】

図１６は、第１セパレータ２０および第２セパレータ８０が第２電極１２および第２電極７２にそれぞれ引き付けられた様子を示すアクチュエータ１Ｃの断面図である。図１６に示すように、第１セパレータ２０および第２セパレータ８０が第２電極１２および第２電極７２にそれぞれ引き付けられると、第１空間Ｓ１および第３空間Ｓ３の容積が大きくなる。その結果、第５空間Ｓ５に充填されていた第１流体Ｆ１が第１空間Ｓ１および第３空間Ｓ３に引き込まれる。これにより、第５空間Ｓ５内の圧力が低下する。その結果、伸縮部２０ａが収縮し、伸縮部２０ａが開口部１２ａから突出していない初期状態となる。

【0105】

以上のように、本実施形態におけるアクチュエータ１Ｃは、第１電極１１、第１セパレータ２０および第２電極１２を備える第１ユニットＵ１と、第１電極７１、第２セパレータ８０および第２電極７２を備える第２ユニットＵ２とを含む多層構造になっている。換言すれば、アクチュエータ１Ｃは、２つの電極と当該２つの電極との間に配置されるセパレータとを備えるユニットを複数、多層構造として備えている。第１電極１１および第２電極１２によって構成される層は、第１スペーサ３１および第２スペーサ３２によって第１電極１１と第２電極１２との間が維持されている。第１電極７１および第２電極７２によって構成される層は、第１スペーサ９１および第２スペーサ９２によって第１電極７１と第２電極７２との間が維持されている。これにより、各層の間の距離を維持することが容易となる。その結果、各層の間の距離を小さくすることができるので、第１セパレータ２０および第２セパレータ８０を変位させるための電圧を低くすることができる。これにより、ユーザに対して安全に触覚を与えることができる。

【0106】

アクチュエータ１Ｃは、多層構造となっており、伸縮部２０ａを突出状態にする際に、第１空間Ｓ１および第３空間Ｓ３から第１流体Ｆ１を第５空間Ｓ５に供給する。そのため、伸縮部２０ａを突出状態にするために必要となる第５空間Ｓ５の圧力を高くしやすくなっている。これにより、第１セパレータ２０および第２セパレータ８０を変位させるために印加する電圧を低くすることができる。

【0107】

アクチュエータ１Ｃでは、第１電極１１および第２電極１２が第１セパレータ２０よりも大きい剛性を有しており、第１電極７１および第２電極７２が第２セパレータ８０よりも大きい剛性を有している。これにより、各層の間の距離を維持することが容易となるため、多層構造を容易に形成することができる。

【0108】

〔実施形態４〕
本開示の他の実施形態について、以下に説明する。説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0109】

図１７は、本実施形態におけるハプティクスシステム３００Ｄの要部構成を示すブロック図である。図１８は、本実施形態におけるアクチュエータ１Ｄの上面図である。図１９は、図１８のＸＩＸ－ＸＩＸ線の矢視断面図である。図１９は、アクチュエータ１Ｄの初期状態を示している。

【0110】

図１７に示すように、ハプティクスシステム３００Ｄは、装着型ハプティクスデバイス１００Ｄと、画像表示装置２００とを備えている。装着型ハプティクスデバイス１００Ｄは、アクチュエータ１Ａに代えてアクチュエータ１Ｄを備える点以外の構成が、実施形態１における装着型ハプティクスデバイス１００Ａと同じであってよい。

【0111】

アクチュエータ１Ｄは、実施形態１におけるアクチュエータ１Ａを２つ、下面同士を対向させて積層させた基本構造を有している。具体的には、アクチュエータ１Ｄは、図１７～図１９に示すように、アクチュエータ１Ａの構成に加えて、第３電極１３と、第２セパレータ５０と、第１スペーサ６１と、第２スペーサ６２とを備えている。アクチュエータ１Ｄは、実施形態１におけるアクチュエータ１Ａにおける封止部３３および制御部４０Ａに代えて、封止部６３および制御部４０Ｄを備えている。アクチュエータ１Ａと共通する構成についての説明は省略する。

【0112】

第３電極１３は、電圧が印加可能となっている板状の電極である。第３電極１３は、第１電極１１の、第２電極１２が位置する側とは反対側に位置しており、第１電極１１と対向して配置されている。第３電極１３は、アクチュエータ１Ｄの下面を構成している。第３電極１３は、後述する第２セパレータ５０よりも大きい剛性を有している。第３電極１３は、第１電極１１と同じ材質および構成を有していてもよい。第３電極１３は、アクチュエータ１Ｄを平面視したときの形状が第１電極１１と同じ形状となっていてもよい。

【0113】

第３電極１３は、上下方向に開口した開口部１３ａを中央部に有している。開口部１３ａの形状は、特に限定されるものではなく、円形状であってもよく、矩形であってもよい。本実施形態における開口部１３ａは、円形状になっている。開口部１３ａが円形状である場合、開口部１３ａの大きさは、直径が１ｍｍ～９ｍｍであってもよい。開口部１３ａは、第１電極の開口部１１ａと同様のプロセスにより形成されてよい。開口部１３ａの周辺部は、エッジ部での放電を回避するために、１００μｍ～９００μｍ程度、電極パターンが形成されていない領域を備えていてもよい。

【0114】

第２セパレータ５０は、第１電極１１と第３電極１３との間の領域に配置されている。第２セパレータ５０は、アクチュエータ１Ｄを平面視したときに、第１電極１１と略同じ大きさとなるように構成されてよい。第２セパレータ５０は、アクチュエータ１Ｄを平面視したときに、第２電極１２の開口部１２ａが形成されている領域以外の領域に配置されてよい。

【0115】

図２０は、第２セパレータ５０の構成を示す断面拡大図である。図２０に示すように、第２セパレータ５０は、可撓性部材５１と２つの電極層５２とを有している。

【0116】

可撓性部材５１は、可撓性および導電性を有している。可撓性部材５１は、実施形態１において説明した可撓性部材２１と同じ構造であってよい。

【0117】

電極層５２は、可撓性部材５１を上下方向から挟むように、可撓性部材５１の上面側および下面側の表面に位置している。電極層５２は、実施形態１において説明した電極層２２と同じ構造であってよい。

【0118】

第１スペーサ６１および第２スペーサ６２は、図１９に示すように、第１電極１１と第３電極１３との間に配置されており、第１電極１１と第３電極１３との間の距離を略一定に維持する。第１電極１１と第３電極１３とは、平行に配置される必要はなく、第２セパレータ５０が変位可能な空間を維持できればよい。第１スペーサ６１および第２スペーサ６２は、剛性を有している。第１スペーサ６１および第２スペーサ６２は、シリコーン、アクリルなどの絶縁性の樹脂材料で構成されてよい。第１スペーサ６１および第２スペーサ６２は、アクチュエータ１Ｄを平面視したときに第１スペーサ３１および第２スペーサ３２とそれぞれ同じ位置に設けられてもよい。

【0119】

図１９に示すように、第１スペーサ６１の上端部６１ａは、第１電極１１に当接している。第１スペーサ６１の下端部６１ｂは、第２セパレータ５０を介して第３電極１３に当接している。すなわち、第２セパレータ５０のうち、第３電極１３の開口部１３ａの周囲の一部の領域は、第３電極１３と第１スペーサ６１によって挟持されている。第１スペーサ６１は、第１電極１１と第３電極１３との間の距離を維持するスペーサとして機能する。

【0120】

第２スペーサ６２の上端部６２ａは、第２セパレータ５０を介して第１電極１１に当接している。すなわち、第２セパレータ５０の端部、すなわち第２セパレータ５０の外縁部は、第１電極１１と第２スペーサ６２によって挟持されている。第２スペーサ６２の下端部６２ｂは、第３電極１３に当接している。上記の構成により、第２スペーサ３２は、第１電極１１と第３電極１３との間の距離を維持するスペーサとして機能する。第２スペーサ６２は、アクチュエータ１Ｄを平面透視した状態において囲繞形状を形成している。囲繞形状をなす第２スペーサ６２には、連通路３２ｃを設けた技術的思想と同じ技術的思想に基づいて、少なくとも１つの図示しない連通路が設けられている。

【0121】

上記の構成となっていることにより、第２セパレータ５０は、第１電極１１および第３電極１３との間の領域を仕切っている。本実施形態における以降の説明では、図１９に示すように、第２セパレータ５０と第１電極１１との間の空間を第３空間Ｓ３として説明する。また、アクチュエータ１Ｄを平面視したときに第２電極１２の開口部１２ａが形成される領域であって、第１セパレータ２０の伸縮部２０ａと後述する封止部６３との間の空間を第４空間Ｓ４として説明する。第４空間Ｓ４は、伸縮部２０ａによって容積が規定される空間である。

【0122】

図６を参照して、アクチュエータ１Ａを平面視したときに、第２電極１２の開口部１２ａの周囲に第１スペーサ３１が設けられていない領域が存在していることを上述した。当該構成と同じように、アクチュエータ１Ｄも、アクチュエータ１Ｄを平面視したときに、第２電極１２の開口部１２ａの周囲に第１スペーサ６１が設けられていない領域を有している。そのため、第３空間Ｓ３と第４空間Ｓ４とは連通している。また、第２電極１２の開口部１２ａの周囲に第１スペーサ３１が設けられていない領域があることにより、第１空間Ｓ１と第４空間Ｓ４とは連通している。したがって、第１空間Ｓ１、第３空間Ｓ３および第４空間Ｓ４とは連通している。第１空間Ｓ１、第３空間Ｓ３および第４空間Ｓ４によって規定される空間には、当該空間を移動することが可能な第３流体Ｆ３が充填されている。第３流体Ｆ３は、第１空間Ｓ１、第３空間Ｓ３および第４空間Ｓ４によって形成される空間を移動可能な流体であれば特に限定されるものではないが、例えば、絶縁性オイルなどの誘電性流体であってよい。

【0123】

封止部６３は、第３電極１３の開口部１３ａを塞ぐための部材である。封止部６３は、厚みが１０μｍ～１０００μｍの樹脂材料であってよい。

【0124】

制御部４０Ｄは、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、第１セパレータ２０が有する電極層２２および、第２セパレータ５０が有する電極層５２の電位を独立に制御する。

【0125】

制御部４０Ｄは、図１７に示すように、画像表示装置２００と通信可能となっており、画像表示装置２００から指示を受信する。制御部４０Ｄは、画像表示装置２００からの指示に基づいて、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、電極層２２、および、電極層５２の電位を独立に制御してもよい。

【0126】

＜アクチュエータ１Ｄの組立方法＞
次に、アクチュエータ１Ｄの組立方法について説明する。まず、第３電極１３の外周部に第２スペーサ６２に下端部６２ｂを接合する。

【0127】

次に、第３電極１３の、第２スペーサ６２を接合した側の面に第２セパレータ５０を配置する。このとき、第２セパレータ５０の外周部を第２スペーサ６２の上端部６２ａに接合するとともに、第３電極１３の開口部１３ａの周囲において第２セパレータ５０を第３電極１３に接合する。

【0128】

次に、第３電極１３の開口部１３ａの周囲に所定の間隔を空けて各第１スペーサ６１の下端部６１ｂを第２セパレータ５０に接合する。次に、第１スペーサ６１を接合させた側に、第１電極１１を積層する。このとき、第１スペーサ６１の上端部６１ａと第１電極１１とを接合する。

【0129】

次に、第１電極の第３電極１３が位置する側とは反対側において、第１電極１１の開口部１１ａの周囲に所定の間隔を空けて各第１スペーサ３１を第１電極１１に接合する。

【0130】

次に、第１セパレータ２０を第１電極１１の、第１スペーサ３１を接合した側の面に配置する。このとき、第１セパレータ２０の外周部を第１電極１１に接合する。また、第１スペーサ３１の上端部３１ａを第１セパレータ２０に接合する。次に、第１セパレータ２０の外周部に第２スペーサ３２の下端部３２ｂを接合する。

【0131】

次に、第２スペーサ３２を第１セパレータ２０に接合させた側に、第２電極１２を積層する。このとき、第２スペーサ３２の上端部３２ａと第２電極１２とを接合する。

【0132】

次に、第３電極１３に形成された開口部１３ａから第３流体Ｆ３をアクチュエータ１Ｄの内部に充填させる。第３流体Ｆ３を充填した後、封止部６３を第３電極１３に接合することにより、第３電極１３の開口部１３ａを封止部６３によって封止する。これにより、第１空間Ｓ１、第３空間Ｓ３および第４空間Ｓ４によって形成される空間に第３流体Ｆ３が充填された状態となる。

【0133】

＜アクチュエータ１Ｄの動作例＞
次に、アクチュエータ１Ｄの動作例について説明する。初期状態では、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、電極層２２、および電極層５２は全て同じ電位となっている。ここでは、例として、初期状態において、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、電極層２２、および電極層５２の電位が０Ｖであるとして説明する。

【0134】

制御部４０Ｄは、画像表示装置２００から触覚をユーザに提示するよう指示を受けると、第１セパレータ２０および第２セパレータ５０が第１電極１１に引き付けられるように、第１電極１１と第２電極１２との間、および、第１電極１１と第３電極１３との間に電位差を生じさせる。具体的には、制御部４０Ｄは、第１電極１１の電位が第２電極１２、第３電極１３、電極層２２、および電極層５２の電位よりも大きくなるように制御する。例として、制御部４０Ｄは、第２電極１２、第３電極１３、電極層２２、および電極層５２の電位を０Ｖのままとし、第２電位が正の電位となるように制御してもよい。

【0135】

上記のように、各電位を制御することにより、第１電極１１と第１セパレータ２０との間に第１電極１１から第１セパレータ２０に向かう電界が形成されるとともに、第１電極１１と第２セパレータ５０との間に第１電極１１から第２セパレータ５０に向かう電界が形成される。これにより、第１セパレータ２０は、第１電極１１と第１セパレータ２０との間に形成された電界により、第１電極１１に引き付けられるように変位する。また、第２セパレータ５０は、第１電極１１と第２セパレータ５０との間に形成された電界により、第１電極１１に引き付けられるように変位する。

【0136】

図２１は、第１セパレータ２０および第２セパレータ５０が第１電極１１に引き付けられた様子を示すアクチュエータ１Ｄの断面図である。図２１に示すように、第１セパレータ２０および第２セパレータ５０が第１電極１１に引き付けられると、第１空間Ｓ１および第３空間Ｓ３の容積が小さくなる。その結果、第１空間Ｓ１および第３空間Ｓ３に充填されていた第３流体Ｆ３が第４空間Ｓ４に押し出され、第４空間Ｓ４には、図１９に示す初期状態における容積よりも大きい容積の第３流体Ｆ３が充填され、第４空間Ｓ４の内部の圧力が大きくなる。これにより、伸縮性を有する第１セパレータ２０の伸縮部２０ａが、第２電極１２の開口部１２ａから外空間に向けて膨張し、アクチュエータ１Ｄの一部が開口部１２ａから突出した突出状態となる。開口部１２ａから突出した伸縮部２０ａは、ユーザに接触することにより、ユーザに対して触覚を与える。

【0137】

次に、アクチュエータ１Ｄにおける、図２１に示す突出状態から伸縮部２０ａを突出していない状態に変化させる動作について説明する。

【0138】

制御部４０Ｄは、画像表示装置２００からユーザに対する触覚の提示を停止するよう指示を受けると、第１セパレータ２０が第２電極１２に引き付けられるとともに第２セパレータ５０が第３電極１３に引き付けられるように第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、電極層２２、および電極層５２の電位を制御する。具体的には、制御部４０Ｄは、第２電極１２および第３電極１３の電位が、第１電極１１、電極層２２、および電極層５２の電位よりも大きくなるように制御する。例として、制御部４０Ｄは、第１電極１１、電極層２２、および電極層５２の電位が０Ｖとなり、第２電極１２および第３電極１３の電位が正の電位となるように制御してもよい。

【0139】

上記のように制御することにより、第２電極１２と第１セパレータ２０との間に第２電極１２から第１セパレータ２０に向かう電界が形成されるとともに、第３電極１３と第２セパレータ５０との間に第３電極１３から第２セパレータ５０に向かう電界が形成される。これにより、第１セパレータ２０が第２電極１２に引き付けられるように変位するとともに、第２セパレータ５０が第３電極１３に引き付けられるように変位する。

【0140】

図２２は、第１セパレータ２０が第２電極１２に引き付けられ、第２セパレータ５０が第３電極１３に引き付けられた様子を示すアクチュエータ１Ｄの断面図である。図２２に示すように、第１セパレータ２０が第２電極１２に引き付けられると、第１セパレータ２０と第１電極１１との間の空間である第１空間Ｓ１の容積が大きくなる。同時に、第２セパレータ５０が第３電極１３に引き付けられると、第２セパレータ５０と第１電極１１との間の空間である第３空間Ｓ３の容積が大きくなる。その結果、第４空間Ｓ４に充填されていた第３流体Ｆ３が第１空間Ｓ１および第３空間Ｓ３に引き込まれる。これにより、第４空間Ｓ４内の圧力が低下する。その結果、伸縮部２０ａが収縮し、伸縮部２０ａが開口部１２ａから突出していない初期状態となる。

【0141】

このように、アクチュエータ１Ｄでは、制御部４０Ｄは、伸縮部２０ａを初期状態または突出状態にするときの、第１セパレータ２０の変位方向と第２セパレータ５０の変位方向とが異なるように第１セパレータ２０および第２セパレータ５０の電位を制御してもよい。

【0142】

以上のように、本実施形態におけるアクチュエータ１Ｄは、第１電極１１、第１セパレータ２０および第２電極１２を備えるユニットと、第１電極１１、第２セパレータ５０および第３電極１３を備えるユニットとを含む多層構造になっている。換言すれば、アクチュエータ１Ｄは、２つの電極と当該２つの電極との間に配置されるセパレータとを備えるユニットを複数、多層構造として備えている。第１電極１１および第２電極１２によって構成される層は、第１スペーサ３１および第２スペーサ３２によって第１電極１１と第２電極１２との間が維持されている。第１電極１１および第３電極１３によって構成される層は、第１スペーサ６１および第２スペーサ６２によって第１電極１１と第３電極１３との間が維持されている。これにより、各層の間の距離を維持することが容易となる。その結果、各層の間の距離を小さくすることができるので、第１セパレータ２０および第２セパレータ５０を変位させるための電圧を低くすることができる。これにより、ユーザに対して安全に触覚を与えることができる。

【0143】

アクチュエータ１Ｄは、多層構造となっているため、伸縮部２０ａを突出状態にする際に、第１空間Ｓ１および第３空間Ｓ３から第３流体Ｆ３を第４空間Ｓ４に供給する。そのため、伸縮部２０ａを突出状態にするために必要となる第４空間Ｓ４の圧力を高くしやすくなっている。これにより、第１セパレータ２０および第２セパレータ５０を変位させるための電圧を低くすることができる。

【0144】

アクチュエータ１Ｄでは、第１電極１１、第２電極１２および第３電極１３が第１セパレータ２０および第２セパレータ５０よりも大きい剛性を有している。これにより、各層の間の距離を維持することが容易となるため、多層構造を容易に形成することができる。

【0145】

また、本実施形態におけるアクチュエータ１Ｄのように多層構造になっている構成においても、実施形態２において説明したように、第１電極１１、第２電極１２および第３電極１３が複数の分割領域にされており、制御部４０Ｄが、分割領域毎に各電極の電位の制御を行う構成であってもよい。

【0146】

本開示の一態様のアクチュエータ１Ｄでは、第２電極１２の開口部１２ａの開口面積が、第１電極１１の開口部１１ａの開口面積よりも小さくなっていてもよい。これにより、伸縮部２０ａが外部に向けて突出する突出量を大きくすることができるとともに、伸縮部２０ａを突出状態から非突出状態にする際に伸縮部２０ａを収縮させやすくすることができる。

【0147】

本開示の一態様のアクチュエータ１Ｄでは、第３電極１３の開口部１３ａの開口面積が、第１電極１１の開口部１１ａの開口面積よりも小さくなっていてもよい。これにより、封止部６３に対する負荷を低減できるとともに、第１流体Ｆ１を良好に上方へ移動させることができる。

【0148】

本開示の一態様のアクチュエータ１Ｄでは、第３電極１３の開口部１３ａの開口面積が、第２電極１２の開口部１２ａの開口面積よりも小さくなっていてもよい。これにより、封止部６３に対する負荷を低減できるとともに、第１流体Ｆ１を良好に上方へ移動させることができる。

【0149】

以上、本開示に係る発明について、諸図面および実施例に基づいて説明してきた。しかし、本開示に係る発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。すなわち、本開示に係る発明は本開示で示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示に係る発明の技術的範囲に含まれる。つまり、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。また、これらの変形または修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。

【0150】

〔まとめ〕
本開示の態様１に係るアクチュエータは、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の領域を仕切り、前記第１電極および前記第２電極に対する相対位置を変化可能な導電性を有する第１セパレータと、前記第１セパレータの変位に伴い、前記第１セパレータと前記第１電極との間の第１空間を移動することが可能な第１流体が移動することに起因して初期状態と突出状態とが切り替わる伸縮部とを備える。

【0151】

本開示の態様２に係るアクチュエータは、上記の態様１において、前記第１セパレータが前記第１電極に近づく動作に伴い、前記第２電極と前記第１セパレータとの間の第２空間に第２流体を引き込む構成であってよい。

【0152】

本開示の態様３に係るアクチュエータは、上記の態様２において、前記第２空間は、外空間と連通していてもよい。

【0153】

本開示の態様４に係るアクチュエータは、上記の態様１から３のいずれかにおいて、前記第２電極は、前記伸縮部が突出する開口部を有していてもよい。

【0154】

本開示の態様５に係るアクチュエータは、上記の態様４において、前記第２電極を上側、前記第１電極を下側とした場合、前記第１セパレータの前記第２電極に対する固定位置は、前記第１セパレータの前記第１電極に対する固定位置よりも高い位置にあってもよい。

【0155】

本開示の態様６に係るアクチュエータは、上記の態様１から５のいずれかにおいて、前記第１電極および前記第２電極は、前記第１セパレータよりも大きい剛性を有していてもよい。

【0156】

本開示の態様７に係るアクチュエータは、上記の態様１から６のいずれかにおいて、前記第１セパレータは、可撓性部材と、前記可撓性部材の表面に位置する電極層とを備えていてもよい。

【0157】

本開示の態様８に係るアクチュエータは、上記の態様１から７のいずれかにおいて、前記第１電極、前記第２電極および前記第１セパレータの電位を制御する制御部をさらに備え、前記第１電極または前記第２電極は、複数の分割領域に分割されており、前記制御部は、前記分割領域ごとに前記電位の制御を行う構成であってもよい。

【0158】

本開示の態様９に係るアクチュエータは、上記の態様１から８のいずれかにおいて、前記第１セパレータと前記伸縮部とは一連の部材であってもよい。

【0159】

本開示の態様１０に係るアクチュエータは、上記の態様１から９のいずれかにおいて、前記第１電極と前記第２電極との間の距離を維持するスペーサをさらに備えていてもよい。

【0160】

本開示の態様１１に係るアクチュエータは、上記の態様１０において、前記第２電極は、前記第１流体が入出流可能な開口部を備えており、前記スペーサとして、前記開口部の縁部に配置されている第１スペーサを備えていてもよい。

【0161】

本開示の態様１２に係るアクチュエータは、上記の態様１０または１１において、前記スペーサとして、前記第２電極の外縁部に位置した第２スペーサを備えていてもよい。

【0162】

本開示の態様１３に係るアクチュエータは、上記の態様１２において、前記第２スペーサは、前記第２電極と前記第１セパレータとの間に第２空間と外空間とを連通する連通路を有していてもよい。

【0163】

本開示の態様１４に係るアクチュエータは、上記の態様１０において、前記第１セパレータの端部は、前記スペーサと、前記第１電極または前記第２電極とによって挟持されていてもよい。

【0164】

本開示の態様１５に係るアクチュエータは、上記の態様１から１４のいずれかにおいて、前記第１電極、前記第１セパレータおよび前記第２電極を備えるユニットを複数、多層構造として備えていてもよい。

【0165】

本開示の態様１６に係るアクチュエータは、上記の態様１から１５のいずれかにおいて、前記第１電極の、前記第２電極が位置する側とは反対側に位置する第３電極と、前記第１電極と前記第３電極との間の領域を仕切り、前記第１電極と前記第３電極との間に形成された電界により前記第１電極および前記第３電極に対する相対位置が変化する第２セパレータとをさらに備え、前記第２セパレータと前記第１電極との間の第３空間は、前記伸縮部によって容積が規定される第４空間と連通しており、前記第２セパレータの変位に伴い、前記第３空間を移動することが可能な第３流体が前記第４空間に流入する構成であってもよい。

【0166】

本開示の態様１７に係るアクチュエータは、上記の態様１６において、前記第１セパレータおよび前記第２セパレータの電位を独立に制御する制御部をさらに備えてもよい。

【0167】

本開示の態様１８に係るアクチュエータは、上記の態様１７において、前記制御部は、前記伸縮部を初期状態または突出状態にするときの、前記第１セパレータの変位方向と前記第２セパレータの変位方向とが異なるように前記第１セパレータおよび前記第２セパレータの電位を制御する構成であってもよい。

【0168】

本開示の態様１９に係るハプティクスデバイスは、上記の態様１から１８のいずれかのアクチュエータが少なくとも１つ搭載されている。

【0169】

本開示の態様２０に係るハプティクスシステムは、上記の態様１９のハプティクスデバイスと、前記ハプティクスデバイスに通信可能に接続された画像表示装置と、を備える。

【符号の説明】

【0170】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ アクチュエータ
１１、１１Ａ、７１ 第１電極
１２、１２Ａ、７２ 第２電極
１２ａ 開口部
１３ 第３電極
２０ 第１セパレータ
２０ａ 伸縮部
２１、５１ 可撓性部材
２２、５２ 電極層
３１、６１、９１ 第１スペーサ
３２、６２、９２ 第２スペーサ
３２ｃ 連通路
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ 制御部
５０、８０ 第２セパレータ
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４ 分割領域
Ｓ１ 第１空間
Ｓ２ 第２空間
Ｓ３ 第３空間
Ｓ４ 第４空間
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ 装着型ハプティクスデバイス（ハプティクスデバイス）
２００ 画像表示装置
３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄ ハプティクスシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】