特開 2025-2512 触覚提示デバイス及び触覚提示システム

(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】P2025002512

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】触覚提示デバイス及び触覚提示システム

(51)【国際特許分類】

   A61H 7/00 20060101AFI20241226BHJP

【ＦＩ】

A61H7/00 322E

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023102738

(22)【出願日】2023-06-22

(71)【出願人】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(71)【出願人】

【識別番号】000004569

【氏名又は名称】日本たばこ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】吉元 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】春田 鴻志

(72)【発明者】

【氏名】関根 崇泰

(72)【発明者】

【氏名】御神村 友樹

【テーマコード（参考）】

4C100

【Ｆターム（参考）】

4C100AD02

4C100BA01

4C100BB04

4C100BC12

4C100CA03

4C100CA15

4C100DA01

4C100DA04

4C100DA05

4C100DA08

4C100DA09

4C100DA10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】人に撫でられているような心地よい触覚刺激を付与可能な触覚提示デバイスを提供する。
【解決手段】触覚の提示面Ｓ１を有する触覚提示部と、触覚提示部を駆動する駆動部とを備えるようにした。触覚提示部は、提示面Ｓ１に沿って配列され、提示面Ｓ１側の壁が提示面Ｓ１の法線方向に膨出変形可能な弾性膜で形成された複数の空気室９を有する構成とした。また、駆動部は、空気室９毎に設けられ、弾性膜が膨出・復元するように、空気室９内の空気圧を調整する複数の駆動ユニット１３を有する構成とした。そして、駆動ユニット１３を、空気室９と連通された加圧室と、加圧室の壁を形成し、加圧室側の面と反対側の面である押圧面が押圧された場合に加圧室の外側から内側に膨出するダイアフラム１５と、押圧面に対向して配置され、押圧面を押圧するアクチュエータと、を有する構成とした。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

触覚の提示面を有する触覚提示部と、前記触覚提示部を駆動する駆動部とを備え、
前記触覚提示部は、前記提示面に沿って配列され、前記提示面側の壁が前記提示面の法線方向に膨出変形可能な弾性膜で形成された複数の空気室を有し、
前記駆動部は、前記空気室毎に設けられ、前記弾性膜が膨出・復元するように、前記空気室内の空気圧を調整する複数の空気圧調整部を有し、
前記空気圧調整部は、
前記空気室と連通された加圧室と、
前記加圧室の壁を形成し、前記加圧室側の面と反対側の面である押圧面が押圧された場合に前記加圧室の外側から内側に膨出するダイアフラムと、
前記押圧面に対向して配置され、前記押圧面を押圧するアクチュエータと、を有する
触覚提示デバイス。

【請求項2】

前記アクチュエータは、ボイスコイルモータである
請求項１に記載の触覚提示デバイス。

【請求項3】

前記弾性膜の材料は、シリコーンゴムである
請求項１に記載の触覚提示デバイス。

【請求項4】

前記提示面を構成する前記弾性膜の面は、平滑面である
請求項１に記載の触覚提示デバイス。

【請求項5】

前記提示面を構成する前記弾性膜の面は、凹凸パターンを有する凹凸面である
請求項１に記載の触覚提示デバイス。

【請求項6】

前記触覚提示部と前記駆動部とは、別体として分離されており、
前記空気室と前記加圧室とを連通させる接続チューブを備える
請求項１から５の何れか１項に記載の触覚提示デバイス。

【請求項7】

触覚の提示面を有する触覚提示部と、前記触覚提示部を駆動する駆動部とを備え、
前記触覚提示部は、前記提示面に沿って配列され、前記提示面側の壁が前記提示面の法線方向に膨出変形可能な弾性膜で形成された複数の空気室を有し、
前記駆動部は、前記空気室毎に設けられ、前記弾性膜が膨出・復元するように、前記空気室内の空気圧を調整する複数の空気圧調整部を有し、
前記空気室は、該空気室の壁を形成し、前記空気室側の面と反対側の面である押圧面が押圧された場合に前記空気室の外側から内側に膨出するダイアフラムと、
前記押圧面に対向して配置され、前記押圧面を押圧するアクチュエータと、を有する
触覚提示デバイス。

【請求項8】

触覚の提示面を有する触覚提示部と、前記触覚提示部を駆動する駆動部とを備え、前記触覚提示部は、前記提示面に沿って配列され、前記提示面側の壁が前記提示面の法線方向に膨出変形可能な弾性膜で形成された複数の空気室を有し、前記駆動部は、前記空気室毎に設けられ、前記弾性膜が膨出・復元するように、前記空気室内の空気圧を調整する複数の空気圧調整部を有し、前記空気圧調整部は、前記空気室と連通された加圧室、前記加圧室の壁を形成し、前記加圧室側の面と反対側の面である押圧面が押圧された場合に前記加圧室の外側から内側に膨出するダイアフラム、及び前記押圧面に対向して配置され、前記押圧面を押圧するアクチュエータを有する触覚提示デバイスと、
接触圧力分布の時系列データを取得し、取得した前記接触圧力分布の時系列データに基づき、前記触覚提示部で前記接触圧力分布の時系列データが再生されるように、各前記空気圧調整部の前記アクチュエータそれぞれを制御する制御部と、を備える
触覚提示システム。

【請求項9】

前記接触圧力分布の時系列データを記憶する記憶部と、
前記制御部は、前記記憶部から前記接触圧力分布の時系列データを取得し、取得した前記接触圧力分布の時系列データに基づき、前記触覚提示部で前記接触圧力分布の時系列データが再生されるように、各前記空気圧調整部の前記アクチュエータそれぞれを制御する
触覚提示システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触覚提示デバイス及び触覚提示システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、椅子の背面クッションに空気振動用スピーカを埋め込んだ椅子装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の椅子装置では、空気振動用スピーカに２０Hz～６０Hzの１/ｆゆらぎ振動を発生させることで、座っている人の背中に触覚刺激（振動刺激）を付与し、血行をよくして疲労回復を行うようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平６－２８４９４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載の椅子装置では、空気振動用スピーカによる振動刺激を用いるため、人に撫でられているような心地よい触覚刺激を付与することは困難であった。
本発明は、人に撫でられているような心地よい触覚刺激を付与可能な触覚提示デバイス及び触覚提示システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の触覚提示デバイスの一態様は、（ａ）触覚の提示面を有する触覚提示部と、触覚提示部を駆動する駆動部とを備え、（ｂ）触覚提示部は、提示面に沿って配列され、提示面側の壁が提示面の法線方向に膨出変形可能な弾性膜で形成された複数の空気室を有し、（ｃ）駆動部は、空気室毎に設けられ、弾性膜が膨出・復元するように、空気室内の空気圧を調整する複数の空気圧調整部を有し、（ｄ）空気圧調整部は、空気室と連通された加圧室と、（ｅ）加圧室の壁を形成し、加圧室側の面と反対側の面である押圧面が押圧された場合に加圧室の外側から内側に膨出するダイアフラムと、（ｆ）押圧面に対向して配置され、押圧面を押圧するアクチュエータと、を有することを要旨とする。

【0006】

本発明の触覚提示デバイスの他の態様は、（ａ）触覚の提示面を有する触覚提示部と、触覚提示部を駆動する駆動部とを備え、（ｂ）触覚提示部は、提示面に沿って配列され、提示面側の壁が提示面の法線方向に膨出変形可能な弾性膜で形成された複数の空気室を有し、（ｃ）駆動部は、空気室毎に設けられ、弾性膜が膨出・復元するように、空気室内の空気圧を調整する複数の空気圧調整部を有し、（ｄ）空気室は、該空気室の壁を形成し、空気室側の面と反対側の面である押圧面が押圧された場合に空気室の外側から内側に膨出するダイアフラムと、（ｅ）押圧面に対向して配置され、押圧面を押圧するアクチュエータと、を有することを要旨とする。

【0007】

本発明の触覚提示システムは、（ａ）触覚の提示面を有する触覚提示部と、触覚提示部を駆動する駆動部とを備え、（ｂ）触覚提示部は、提示面に沿って配列され、提示面側の壁が提示面の法線方向に膨出変形可能な弾性膜で形成された複数の空気室を有し、（ｃ）駆動部は、空気室毎に設けられ、弾性膜が膨出・復元するように、空気室内の空気圧を調整する複数の空気圧調整部を有し、（ｄ）空気圧調整部は、空気室と連通された加圧室、（ｅ）加圧室の壁を形成し、加圧室側の面と反対側の面である押圧面が押圧された場合に加圧室の外側から内側に膨出するダイアフラム、（ｆ）及び押圧面に対向して配置され、押圧面を押圧するアクチュエータを有する触覚提示デバイスと、（ｇ）接触圧力分布の時系列データを取得し、取得した接触圧力分布の時系列データに基づき、触覚提示部で接触圧力分布の時系列データが再生されるように、各空気圧調整部のアクチュエータそれぞれを制御する制御部と、を備えることを要旨とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る触覚提示システムの全体構成を示す図である。

【図2】触覚提示デバイスの構成を示す図である。

【図3】提示ユニット及び駆動ユニットの断面構成を示す図である。

【図4】提示ユニット及び駆動ユニットの断面構成を示す図である。

【図5】触覚入力デバイスの構成を示す図である。

【図6】実施例の触覚提示デバイスを分解して示す図である。

【図7】空気室内の気圧と大気圧との差圧と、提示ユニットから出力される力の振幅との関係を示す図である。

【図8】アクチュエータの入力電流と、提示ユニットから出力される力との関係を示す図である。

【図9】実施例２の触覚提示デバイスの周波数特性を示す図である。

【図10】第２の実施形態の触覚提示デバイスの構成を示す図である。

【図11】提示ユニット及び駆動ユニットの断面構成を示す図である。

【図12】提示ユニット及び駆動ユニットの断面構成を示す図である。

【図13】変形例に係る提示ユニットの構成を示す図である。

【図14】変形例に係る提示ユニットの性能評価結果を示す図である。

【図15】変形例に係る提示ユニットの構成を示す図である。

【図16】変形例に係る触覚提示部の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明の実施形態に係る触覚提示デバイス及び触覚提示システムの一例を、図１～図１５を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順序で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果は例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
１．第１の実施形態
１－１ 触覚提示システムの全体の構成
１－２ 実施例
２．第２の実施形態
２－１ 要部の構成
２－２ 変形例

【0010】

〈１．第１の実施形態〉
［１－１ 触覚提示システムの全体の構成］
以下、第１の実施形態に係る触覚提示システムの構成を、図面を参照して説明する。図１は、触覚提示システム１の一構成例を示す図である。図１に示した触覚提示システム１は、心地よい触覚刺激を与えて人をリラックスさせるためのシステムであり、人と人との触覚コミュニケーションによる触覚刺激パターンを記録し、記録した触覚刺激パターンを再生することも可能である。より具体的には、人に撫でられているような心地よい触覚刺激を提示できるシステムである。

【0011】

図１に示すように、触覚提示システム１は、触覚提示デバイス２と、触覚入力デバイス３と、記憶装置４（広義には「記憶部」とも呼ぶ）と、制御デバイス５（広義には「制御部」とも呼ぶ）とを備えている。触覚提示デバイス２は、図２、図３、図４に示すように、触覚の提示面Ｓ１を有する触覚提示部６と、触覚提示部６を駆動する駆動部７とを有している。触覚提示部６と駆動部７とは、別体として分離されて形成されている。
触覚提示部６は、図２に示すように、使用者に触覚刺激を付与する装置である。図２では、一例として、触覚提示部６を、使用者が仕事の合間等に掌で触れることで、使用者の掌に触覚刺激を付与できるように、机等の平面上に並べて配置した場合を示している。触覚提示部６は、触覚の提示面Ｓ１に沿って配列された複数の提示ユニット８を有している。提示ユニット８の外形は、上底面が提示面Ｓ１と平行となっている扁平な六角柱状となっている。図２では、提示面Ｓ１を上向きの平面とし、その平面に沿って３つの提示ユニット８（つまり、扁平な六角柱）を隙間なく配列（平面充填）した場合を例示している。

【0012】

また、提示ユニット８の内部には、提示ユニット８の外形と相似形状である六角柱状の空間を有する空気室９が形成されている。即ち、各提示ユニット８それぞれに空気室９が形成されている。これにより、触覚提示部６は、触覚の提示面Ｓ１に沿って複数の空気室９が配列された構成となっている。また、図３、図４に示すように、空気室９の側壁には、空気室９の内側から外側まで貫通する開口部１０が形成されている。また、開口部１０には、接続チューブ１１を介して駆動部７の開口部１７が接続されている。これにより、空気室９内の空気圧と加圧室１４内の空気圧とは、互いに同一となっている。そのため、加圧室１４内の空気圧を調整することで、空気室９内の空気圧を調整可能となっている。

【0013】

また、空気室９の提示面Ｓ１側の壁は、提示面Ｓ１の法線方向（図３では上方向）に膨出変形可能な弾性膜１２で形成されている。弾性膜１２は、空気室９内の空気圧が大気圧と同じである場合に、平板状となる。また、弾性膜１２は、図４に示すように、空気室９内の空気圧が大気圧よりも上昇した場合に、空気室９の内側から外側に膨出する。弾性膜１２の膨出度合いは、空気室９内の空気圧が大きいほど大きくなる。膨出した弾性膜１２が提示面Ｓ１に触れている使用者の掌を押すことにより、使用者の掌に触覚刺激（圧縮刺激）を付与できる。また、このような圧縮刺激を付与できる空気室９（提示ユニット８）が隙間なく複数配列されているため、提示面Ｓ１上において圧縮刺激の移動を表現可能となっている。提示面Ｓ１を構成する弾性膜１２の面（以下、「上面Ｓ１」とも呼ぶ。提示面Ｓ１と同じ面であるため、上面の符号もＳ１とした）は、凹凸の無い平滑面となっている。弾性膜１２の材料としては、例えば、シリコーンゴムを採用できる。シリコーンゴムを用いることにより、人肌のような柔軟性・ぬくもりを有する触覚刺激を実現できる。
また、空気室９の側壁及び底部の壁は、上面Ｓ１側の壁（以下、「上面壁」とも呼ぶ）と一体に形成されている。即ち、提示ユニット８は、シリコーンゴムで形成されたバルーン状となっている。また、空気室９の側壁の厚さ及び底部の壁の厚さは、空気室９内の空気圧を大きくしても膨出変形しないように、上面壁の厚さよりも大きくなっている。

【0014】

駆動部７は、図２に示すように、空気室９毎に設けられた複数の駆動ユニット１３（広義には「空気圧調整部」とも呼ぶ）を有している。即ち、１つの空気室９（提示ユニット８）に対して１つの駆動ユニット１３が設けられている。駆動ユニット１３は、空気室９の弾性膜１２が膨出・復元するように、空気室９内の空気圧を調整するユニットである。図３、図４に示すように、駆動ユニット１３の内部には、軸方向が鉛直に向けられた、扁平な円筒状の加圧室１４が形成されている。また、加圧室１４の底部の壁は、加圧室１４の外側から内側に膨出変形可能なダイアフラム１５（隔膜）で形成されている。また、駆動ユニット１３の内部には、ダイアフラム１５の下面（加圧室１４側の面と反対側の面。以下、「押圧面Ｓ２」とも呼ぶ）に対向してアクチュエータ１６が配置されている。アクチュエータ１６は、制御デバイス５によって制御され、ダイアフラム１５の押圧面Ｓ２を押圧する。アクチュエータ１６としては、例えば、推力性能向上や小型化の点から、ボイスコイルモータ(ＶＣＭ:Voice Coil Motor)を採用できる。

【0015】

ダイアフラム１５は、図３に示すように、押圧面Ｓ２がアクチュエータ１６で押圧されていない場合に、平板状となる。また、ダイアフラム１５は、図４に示すように、押圧面Ｓ２がアクチュエータ１６で押圧された場合に、押圧された部分が加圧室１４の外側から内側（図４では下側から上側）に膨出する。ダイアフラム１５が加圧室１４の内側に膨出することにより、加圧室１４の容積が膨出分だけ減少し、加圧室１４内の空気圧が高くなる。
また、図３、図４に示すように、加圧室１４の側壁には、加圧室１４の内側から外側まで貫通する開口部１７が形成されている。開口部１７は、接続チューブ１１を介して空気室９の開口部１０と連通されている。これにより、空気室９内の空気圧と加圧室１４内の空気圧とは、互いに同一となっている。そのため、駆動ユニット１３のアクチュエータ１６を制御することで、提示ユニット８の弾性膜１２を膨出変形可能となっている。

【0016】

触覚入力デバイス３は、図５に示すように、触覚提示デバイス２に提示させる触覚刺激（圧力刺激パターン）を入力するためのデバイスである。図５では、一例として、触覚入力デバイス３を、入力者に入力面Ｓ３を撫でさせ入力面Ｓ３の接触圧力分布を順次計測するデバイスとした場合を例示している。後述するように、接触圧力分布は、触覚提示部６で再生されるため、触覚提示部６の提示面Ｓ１によって使用者に付与される接触圧力の分布である、とも言える。計測した接触圧力分布は、制御デバイス５に順次出力される。
記憶装置４は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等のメモリによって構成される補助記憶装置である。記憶装置４は、制御デバイス５が実行する処理に必要な各種データ（例えば、接触圧力分布の時系列データ）を記憶する。なお、記憶装置４が記憶する接触圧力分布の時系列データとしては、例えば、触覚入力デバイス３で計測して得られた時系列データ、コンピュータで作られた時系列データを採用できる。
ここで、触覚刺激が、人に撫でられているような心地よい触覚刺激であるためには、以下の要件を満たす必要がある。
(a)心地よいと感じる強さの力０．２２N～０．５Nであること。
(b)人間の日常的な様々な身体動作について、その９８%が振動周波数１０Hz以下の動きであるため、１０Hz以下であること。
そのため、記憶装置４には、上記の要件(a)(b)を満たす接触圧力分布の時系列データのみを記憶させるのが好ましい。

【0017】

制御デバイス５は、図１に示すように、例えば、プロセッサ１８と、記憶部１９等の周辺部品とを有するコンピュータを含んでいる。プロセッサ１８としては、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵを採用できる。また、記憶部１９としては、例えば、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶部として使用されるＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリが挙げられる。そして、制御デバイス５は、触覚入力デバイス３から出力される接触圧力分布を順次取得し、取得した接触圧力分布の時系列データを記憶装置４に記憶させる。また、制御デバイス５は、記憶装置４に記憶されている接触圧力分布の時系列データに基づき、触覚提示部６で接触圧力分布の時系列データが再生されるように、各駆動ユニット１３のアクチュエータ１６それぞれを制御する。これにより、上記の要件(a)(b)を満たす接触圧力分布の時系列データが再生され、人に撫でられているような心地よい触覚刺激を提示可能となっている。なお、記憶装置４に上記の要件(a)(b)を満たさない接触圧力分布の時系列データも記憶されている場合には、触覚提示部６で再生される接触圧力分布の時系列データが上記の要件(a)(b)を満たすように、制御デバイス５で接触圧力分布の時系列データを修正してもよい。

【0018】

ここで、触覚提示システム１を、人に撫でられているような心地よい触覚刺激を提示可能なシステムとするためには、触覚提示デバイス２が以下の要件を満たす必要がある。
(c)心地よいと感じる強さの力である０．２２N～０．５Nの力を出力できること。
(d)人間の日常的な様々な身体動作について、その９８%が振動周波数１０Hz以下の動きであるため、１０Hz以下で力を出力できること。
これに対し、第１の実施形態に係る触覚提示システム１によれば、後述する実施例の性能評価で示すように、(c)０．５Nを超える力を出力できることができ、また、(d)カットオフ周波数を１０Hzより大きくすることができる。それゆえ、上記の要件を満たす力を出力でき、人に撫でられているような心地よい触覚刺激を提示することができる。

【0019】

また、第１の実施形態では、弾性膜１２の材料としてシリコーンゴムを用いた。それゆえ、提示面Ｓ１を人肌のような柔軟性・ぬくもりを有した触感とすることができる。そのため、触覚刺激による人に撫でられているような心地よさを、さらに向上できる。
また、第１の実施形態では、複数の提示ユニット８を隙間なく配列（平面充填）して提示面Ｓ１を形成する構成とした。即ち、複数チャネルを密に配置して連動可能な構成とした。それゆえ、撫でる側の人の手が移動する様子を提示面Ｓ１で表現でき、人が撫でる感覚をより適切に付与することができる。また、提示ユニット８の数や配列の仕方によって、様々な大きさや形（例えば、平面状、曲面状）の提示面Ｓ１を形成することができる。
また、第１の実施形態では、提示ユニット８を、空気室９の周囲の壁（上面壁、側壁、底部の壁）がシリコーンゴムで一体に形成されたバルーン状とする構成とした。それゆえ、提示ユニット８を軽量化でき、触覚提示部６を人体に装着することもできる。後述する実施例２の提示ユニット８では、提示ユニット８の総重量は１４９．９ｇとなった。
また第１の実施形態では、アクチュエータ１６としてボイスコイルモータを用いる構成としたため、駆動音を低減でき、触覚刺激を受けながら仕事や家事を行うこともできる。

【0020】

［１－２ 実施例］
第１の実施形態の触覚提示デバイス２の実施例について説明する。
（実施例１）
図６は、実施例の触覚提示デバイス２を分解して示す図である。提示ユニット８は、シリコーンゴム(Ecoflex00-30)を型に流し込み固めて形成した。空気室９の上面壁の厚さは２．５mm、側壁の厚さは４mm、底部の厚さは６mmとした。提示ユニット８の総厚は１９mmとした。提示ユニット８の総重量は２２５．９ｇとなった。また、駆動部７の上側の筐体２０、下側の筐体２１は３Ｄプリンタを用いて形成した。筐体２０、２１の材料としては、レジン(Clear Resin V3)を用いた。上側の筐体２０の下面には、空気室９を構成する凹部（不図示）を形成した。ダイアフラム１５は、下側の筐体２１の縁部と上側の筐体２０の縁部との間に挟んで固定した。ダイアフラム１５としては、シリコーンシート（EC-BH）を用いた。また、下側の筐体２１の上面には、アクチュエータ１６を収容する凹部２２を形成した。アクチュエータ１６としては、±５mmのストロークを有するボイスコイルモータ(AVM30-15)を用いた。また、ダイアフラム１５とアクチュエータ１６との間には、中央にアクチュエータ１６の上端部が嵌まる凹部を有し周囲にフランジ部を有するハット状部材２３を配置した。フランジ部の下面と下側の筐体２１との間には、ダイアフラム１５が平板状となるように、ハット状部材２３を支持する複数のばね２４を配置した。

【0021】

（実施例２）
実施例２では、アクチュエータ１６として、実施例１のボイスコイルモータ(AVM30-15)よりも小型・軽量・低定格出力のボイスコイルモータ(AVM24-10)を用いた。それ以外は、実施例１と同様の構成とした。提示ユニット８の総重量は１４９．９ｇとなった。
以下の表１に、実施例１、２の触覚提示デバイス２の特徴についてまとめる。

【表1】

【0022】

（性能評価）
また、実施例１、２の触覚提示デバイス２に性能評価１、２を行った。
性能評価１では、実施例１、２の触覚提示デバイス２を用いて、０．３A、１HZの正弦波をアクチュエータ１６に入力し、空気室９内の空気圧と大気圧との差圧を０kPaから１．０kPaまで変化させ、提示ユニット８から出力される力の振幅を計測した。図７は、空気室９内の気圧と大気圧との差圧と、提示ユニット８から出力される力の振幅との関係を示す図である。図７によれば、実施例１の触覚提示デバイス２は０．８kPaで１．７N程度の力を出力でき、実施例２の触覚提示デバイス２は０．４kPaで１．３N程度の力を出力できることが確認できた。そのため、実施例１、２の触覚提示デバイス２によれば、０．２２Ｎ～０．５Nを超える力を出力できることが確認できた。

【0023】

性能評価２では、実施例２の触覚提示デバイス２を用いて、アクチュエータ１６の入力電流を変化させ、提示ユニット８から出力される力を計測した。図８は、アクチュエータ１６の入力電流と、提示ユニット８から出力される力との関係を示す図である。図８によれば、電流と力との相関関数は０．９８となり高い線形性が確認できた。そのため、実施例２の触覚提示デバイス２によれば、アクチュエータ１６の入力電流の大きさを調整することで、提示ユニット８から出力される力を調整できることが確認できた。
また、図９（ａ）、図９（ｂ）は、実施例２の触覚提示デバイス２の周波数特性を示す図である。図９（ａ）、図９（ｂ）によれば、カットオフ周波数は６０Hz程度となることが確認できた。そのため、実施例２の触覚提示デバイス２によれば、カットオフ周波数（通過域と減衰域との境）が１０Hzより大きくなることが確認できた。

【0024】

〈２．第２の実施形態〉
［２－１ 要部の構成］
次に、本開示の第２の実施形態に係る触覚提示システム１について説明する。第２の実施形態の触覚提示システム１の全体構成は、図１と同様であるから図示を省略する。図１０は、第１の実施形態の図２に対応し、第２の実施形態の触覚提示デバイス２の構成を示す図である。図１１、図１２は、第１の実施形態の図３、図４に対応し、第２の実施形態の提示ユニット８及び駆動ユニット１３の断面構成を示す図である。図１０、図１１、図１２では、図２、図３、図４に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。

【0025】

第２の実施形態に係る触覚提示システム１は、図１０、図１１、図１２に示すように、触覚提示デバイス２の構成が、第１の実施形態に係る触覚提示システム１と異なっている。第２の実施形態では提示ユニット８の下面側に駆動ユニット１３が一体化されている。
提示ユニット８は、空気室９の底部の壁がダイアフラム１５で形成されている。第２の実施形態では、ダイアフラム１５は、空気室９の外側から内側に膨出変形可能な弾性膜となっている。また、空気室９の開口部１０が省略され空気室９が密閉空間となっている。
また、駆動ユニット１３は、加圧室１４が省略され、アクチュエータ１６が、加圧室１４のダイアフラム１５の代わりに提示ユニット８の下面のダイアフラム１５を押圧する。
ダイアフラム１５は、図１１に示すように、空気室９側の面と反対側の面（押圧面Ｓ２）がアクチュエータ１６で押圧されていない場合に、平板状となる。また、ダイアフラム１５は、図１２に示すように、押圧面Ｓ２がアクチュエータ１６で押圧された場合に、空気室９の外側から内側に膨出する。ダイアフラム１５が空気室９の内側に膨出することにより、空気室９の容積が膨出分だけ減少し、空気室９内の空気圧が高くなる。空気室９内の空気圧が大気圧よりも上昇した場合に、弾性膜１２が空気室９の内側から外側に膨出する。弾性膜１２の膨出度合いは、空気室９内の空気圧が大きいほど大きくなる。

【0026】

［２－２ 変形例］
（１）なお、第１及び第２の実施形態では、弾性膜１２の上面Ｓ１を平滑面とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１３に示すように、弾性膜１２の上面Ｓ１を、凹凸パターンを有する凹凸面としてもよい。図１３では、凹凸パターンが、７つの円柱状の凸部２５を有する場合を例示している。ここで、弾性膜１２の上面Ｓ１を平滑面とした触覚提示デバイス２（以下、「flat」とも呼ぶ）と、凹凸面とした触覚提示デバイス２（以下、「knobby」とも呼ぶ）とを用いて、性能評価を行った。この性能評価では、提示面Ｓ１と掌との接触力は１００gfと５００gfの２種類とした。図１４（ａ）は、アクチュエータ１６の入力電流と、知覚強度との関係を示す図である。図１４（ａ）によれば、flatの感度（横軸に対する縦軸の変化の割合）＞knobbyの感度、となった。それゆえ、flat（弾性膜１２の上面Ｓ１を平滑面とした触覚提示デバイス２）によれば、少ない電流量で知覚強度を強めることができる。図１４（ｂ）は、提示ユニット８から出力される力（以下、「提示力」とも呼ぶ）と、知覚強度との関係を示す図である。図１４（ｂ）によれば、knobbyの感度＞flatの感度、となった。それゆえ、knobby（弾性膜１２の上面Ｓ１を凹凸面とした触覚提示デバイス２）によれば、少ない提示力の大きさで知覚強度を強めることができる。

【0027】

（２）また、第１及び第２の実施形態では、空気室９（提示ユニット８）の上面壁全体を弾性膜１２とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１５に示すように、上面壁の中央部にのみ弾性膜１２を形成する構成としてもよい。この場合、上面壁の中央部（弾性膜１２）以外の部分は、空気室９内の空気圧を大きくしても膨出変形しないように、弾性膜１２よりも剛性が高い材料で形成する。図１５では、一例として、第１の実施形態の提示ユニット８に適用した場合を例示している。

【0028】

（３）また、第１及び第２の実施形態では、触覚提示部６によって、使用者の掌に触覚刺激を付与する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１６に示すように、触覚提示部６を、背中を覆う洋服状の構成とし、使用者の背中に触覚刺激を付与する構成としてもよい。また、例えば、足で踏んだり座ったりするシート状の構成とし、使用者の足裏やお尻に触覚刺激を付与する構成としてもよい。また、例えば、腕や脚に巻き付けるシート状の構成とし、腕や脚に触覚刺激を付与する構成としてもよい。また、例えば、マウスパッド状の構成とし、マウスを操作している使用者の手に触覚刺激を付与する構成としてもよい。また、例えば、椅子等の家具に埋め込む構成としてもよい。

【0029】

（４）また、第１及び第２の実施形態では、触覚提示システム１を、人をリラックスさせるためのシステムとする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、マッサージを記録・再生するシステムとしてもよい。また、例えば、デザイナーが触覚刺激を設計し、旧来の体験を拡張する接触刺激を付与するシステムとしてもよい。また、例えば、人に撫でられているような触覚刺激によって、スケジュール等をリマインドするシステムとしてもよい。また、例えば、遠隔地で接触圧力分布の時系列データを生成し、生成した時系列データをリアルタイム通信で受信し、受信した時系列データを再生する高臨場感コミュニケーションのシステムとしてもよい。また、例えば触覚提示部６をマウスパッド状の構成とした場合、映像コンテンツやマウス操作に応じて動作する構成としてもよい。

【0030】

（５）また、第１及び第２の実施形態では、人に撫でられているような心地よい触覚刺激、上記の要件(a)(b)を満たす触覚刺激を付与する例を示したが、他の構成としてもよい。例えば、(e)押す力０．２N程度、(f)押圧中心の動く速さ１～１０cm/秒程度のやさしい、ゆっくりとした触覚刺激を付与する構成としてもよい。上記の要件(e)(f)を満たすことにより、心地よさを伝えるＣ線維を効率的に刺激でき、また、唾液中へのサイトカインの分泌が促進される可能性がある。ここで、サイトカインの分泌の促進は免疫系の活動が活性化することを意味する。また、上記の要件(e)(f)を満たすことにより、幸福感、心地よさ、撫で続けてもらいたい感覚をそれぞれ上昇させることも期待できる。
上記の要件(e)(f)を満たす触覚刺激を提示する場合、背中、首筋、頭部、腕、脚、足の甲、手の甲等、Ｃ線維の存在する有毛（ゆうもう）部を含む身体各所に提示ユニット８が配置されることが望ましい。なお、掌や足の裏は無毛（むもう）部であり、Ｃ線維は存在しないが、心地よい触覚刺激は受容できる。そのため、提示ユニット８の配置場所候補は、有毛部のみに限られるものではなく、無毛部に配置するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0031】

１…触覚提示システム、２…触覚提示デバイス、３…触覚入力デバイス、４…記憶装置、５…制御デバイス、６…触覚提示部、７…駆動部、８…提示ユニット、９…空気室、１０…開口部、１１…接続チューブ、１２…弾性膜、１３…駆動ユニット、１４…加圧室、１５…ダイアフラム、１６…アクチュエータ、１７…開口部、１８…プロセッサ、１９…記憶部、２０…上側の筐体、２１…下側の筐体、２２…凹部、２３…ハット状部材、２４…ばね、２５…凸部

【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】