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JP7672124B2 - Vibration presentation element and its manufacturing method - Google Patents
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JP7672124B2 - Vibration presentation element and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、振動提示素子及び、振動提示素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a vibration presentation element and a method for manufacturing a vibration presentation element.

近年、タブレット端末、ゲーム用コントローラ、機器の遠隔操作のフィードバック機構など、人の触覚を刺激するハプティクスデバイスが知られている(例えば、特許文献1など)。 In recent years, haptic devices that stimulate people's sense of touch, such as tablet terminals, game controllers, and feedback mechanisms for remote control of equipment, have become known (for example, Patent Document 1, etc.).

特許文献1には、タッチパネルの端部にアクチュエータとして振動モーターを配置し、タッチパネル全体を略均一な振動量で振動させる構成が開示されている。 Patent document 1 discloses a configuration in which a vibration motor is placed as an actuator at the edge of a touch panel, and the entire touch panel is vibrated with a substantially uniform vibration magnitude.

また、特許文献2には、PVCゲルアクチュエータに複数の凸構造を設け、当該凸構造をアクチュエータにより変位させることで、凸構造間の間隔を広げることにより、皮膚に引張歪みを与えて、触覚を刺激するハプティクスデバイスが記載されている。 Patent document 2 also describes a haptic device in which a PVC gel actuator is provided with multiple convex structures, and the actuator displaces the convex structures to increase the spacing between the convex structures, thereby applying tensile strain to the skin and stimulating the sense of touch.

特開2012-137971号公報JP 2012-137971 A 特開2019-133274号公報JP 2019-133274 A

ところで、上記のようなハプティクスデバイスを衣服などに実装してウェアラブル化することで、その技術の応用をさらに広げることが期待されている。しかしながら、特許文献1、2に記載のようなアクチュエータを用いると、ハプティクスデバイスを小型化(薄型化)、軽量化することが難しく、ウェアラブル化には支障があるという問題がある。 By mounting such haptic devices on clothing or the like to make them wearable, it is expected that the applications of this technology will be further expanded. However, when using actuators such as those described in Patent Documents 1 and 2, it is difficult to make the haptic device smaller (thinner) and lighter, which poses a problem in making it wearable.

これに対して、圧電効果により変位を生じさせる圧電アクチュエータを用いると、ハプティクスデバイスを小型化(薄型化)、軽量化することが可能であるが、その変位により効果的なハプティクス効果を得るには、高い電圧(例えば数十V程度)を印可する必要があり、ウェアラブル化には適さない、という問題がある。 In response to this, by using a piezoelectric actuator that generates displacement through the piezoelectric effect, it is possible to make haptic devices smaller (thinner) and lighter. However, to obtain an effective haptic effect from that displacement, a high voltage (e.g., several tens of volts) must be applied, which is problematic as it is not suitable for wearable devices.

上記のような問題点に鑑み、本発明は、小型化、薄型化、及び低電圧化を図りつつ、生体の皮膚に対して効率よく振動を提示する振動提示素子を得ることが可能な技術を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a technology that can obtain a vibration presentation element that efficiently presents vibrations to the skin of a living body while being compact, thin, and low-voltage.

上記の課題を解決するため、本発明に係る振動提示素子は、
生体の皮膚に対して振動を提示する振動提示素子であって、
圧電効果によって振動を発生させる圧電アクチュエータと
前記圧電アクチュエータからの振動を受けて共振するとともに当該振動を前記生体の皮膚に提示する毛状体、を複数備える毛状構造と、を有する、
ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the vibration presentation element according to the present invention comprises:
A vibration presentation element that presents vibration to the skin of a living body,
A piezoelectric actuator that generates vibrations by a piezoelectric effect; and a hair structure including a plurality of hairs that receive vibrations from the piezoelectric actuator, resonate, and present the vibrations to the skin of the living body.
It is characterized by:

ここで、圧電アクチュエータについては、無機(例えばPZTなど)、有機(例えばPVDFなど)を問わず、圧電材料を用いたアクチュエータであればよいが、薄膜型で柔軟性を有するものが望ましい。また、毛状体には、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、レー
ヨン繊維など、所望の繊維素材を採用することができる。
Here, the piezoelectric actuator may be an actuator using a piezoelectric material, whether inorganic (e.g., PZT, etc.) or organic (e.g., PVDF, etc.), but a thin-film type with flexibility is preferable. The capillaries may be made of any desired fiber material, such as nylon fiber, polyester fiber, or rayon fiber.

このような構成によると、圧電アクチュエータからの振動で共振する毛状体によって生体の皮膚に存在する感覚受容器が刺激されるため、低電圧で駆動する圧電アクチュエータであっても、効果的に生体の皮膚に対して振動を提示することが可能になる。 With this configuration, the sensory receptors present in the skin of the living body are stimulated by the hairs that resonate with the vibrations from the piezoelectric actuator, making it possible to effectively present vibrations to the skin of the living body even with a piezoelectric actuator that is driven at a low voltage.

また、前記圧電アクチュエータは、前記生体の皮膚表面に対して、垂直方向への振動を発生させるものであってもよい。このような構成であると、生体の皮膚表面から深い位置にある感覚受容器を効率的に刺激することができる。 The piezoelectric actuator may generate vibrations in a direction perpendicular to the surface of the skin of the living body. With this configuration, it is possible to efficiently stimulate sensory receptors located deep below the surface of the skin of the living body.

また、前記毛状構造は、先端部が前記生体の皮膚表面に対して水平方向に振動する毛状体を含んでいてもよい。このような構成であると、生体の皮膚表面に近い位置にある感覚受容器を効率的に刺激することができる。 The hair-like structure may also include hairs whose tips vibrate horizontally relative to the skin surface of the living body. With this configuration, it is possible to efficiently stimulate sensory receptors located close to the skin surface of the living body.

また、前記毛状構造は、形状の異なる複数種類の毛状体を含んでいてもよい。また、前記複数種類の毛状体は、異なる固有周波数により振動するものであってもよい。このような構成であると、生体の皮膚表面に存在する複数種類の感覚受容器のそれぞれに対して、最適化された振動を提示する毛状体を、一の毛状構造に備えることが可能になる。なお、固有周波数は、毛状体の長さ、太さ(径)、その他形状を調整することで、所望の値を得るようにするとよい。 The hair structure may include multiple types of hairs with different shapes. The multiple types of hairs may vibrate at different natural frequencies. With this configuration, it is possible to provide a single hair structure with hairs that provide optimized vibrations for each of the multiple types of sensory receptors present on the skin surface of a living body. The natural frequency may be adjusted to a desired value by adjusting the length, thickness (diameter), and other shapes of the hairs.

また、前記生体は人体であって、前記毛状構造は、人体の皮膚に接した際に、前記皮膚に存在する感覚受容器であるマイスナー小体への刺激が最大化される周波数で振動する第1毛状体と、前記皮膚に存在する感覚受容器であるメルケル盤への刺激が最大化される周波数で振動する第2毛状体と、を少なくとも含むものであってもよい。また、前記毛状構造は、人体の皮膚に接した際に、前記皮膚に存在する感覚受容器であるパチニ小体への刺激が最大化される周波数で振動する第3毛状体をさらに含んでいてもよい。 The living body may be a human body, and the hair-like structure may include at least a first hair-like body that vibrates at a frequency that maximizes stimulation of Meissner's corpuscles, which are sensory receptors present in the skin, when the hair-like structure comes into contact with the skin of the human body, and a second hair-like body that vibrates at a frequency that maximizes stimulation of Merkel's disks, which are sensory receptors present in the skin. The hair-like structure may further include a third hair-like body that vibrates at a frequency that maximizes stimulation of Pacinian corpuscles, which are sensory receptors present in the skin, when the hair-like structure comes into contact with the skin of the human body.

また、前記圧電アクチュエータは、前記の全ての毛状体の共振周波数を含む波形で振動するように、印可電圧が設定されていてもよい。これにより、一の圧電アクチュエータにより、それぞれ別の固有周波数を有する毛状体を、まとめて共振させることが可能になる。 The applied voltage of the piezoelectric actuator may be set so that the piezoelectric actuator vibrates with a waveform that includes the resonant frequencies of all of the hair bodies. This makes it possible to cause hair bodies, each of which has a different natural frequency, to resonate together using a single piezoelectric actuator.

また、前記圧電アクチュエータを封止する封止部をさらに有しており、前記毛状構造は、前記封止部表面に設けられ、前記圧電アクチュエータからの振動は前記封止部を介して前記毛状構造に伝達されるのであってもよい。 The piezoelectric actuator may further include a sealing portion that seals the piezoelectric actuator, the hair-like structure may be provided on the surface of the sealing portion, and vibrations from the piezoelectric actuator may be transmitted to the hair-like structure via the sealing portion.

ここで、封止部は柔軟性を有する封止材を充填することにより形成されてもよいし、フィルムを接着剤により貼り合わせることにより形成されてもよいし、ラミネータによりフィルム熱圧着して形成されるのであってもよい。また、毛状構造は、鋳型を用いたナノインプリントにより形成されるのであってもよいし、ポリジメチルシロキサン(PDMS)で毛状構造の版を製作してこれを転写することにより形成するのであってもよいし、3Dプリンタで形成したものを貼り付けることにより形成するのであってもよいし、静電植毛により起毛構造を形成するのであってもよい。 Here, the sealing portion may be formed by filling with a flexible sealing material, by bonding a film with an adhesive, or by thermocompression bonding of the film with a laminator. The hair-like structure may be formed by nanoimprinting using a mold, by making a plate of the hair-like structure out of polydimethylsiloxane (PDMS) and transferring it, by bonding a plate formed by a 3D printer, or by forming a brushed structure by electrostatic flocking.

また、本発明に係る振動提示素子の製造方法は、
封止材としての第1ラミネートフィルムに接着剤を塗布する第1ステップと、
前記第1ステップで塗布された接着剤上に圧電アクチュエータを配置する第2ステップと、
前記第2ステップで配置された圧電アクチュエータへ、配線を接続する第3ステップと

前記圧電アクチュエータ及び前記配線を含む領域を封止材としての第2ラミネートフィルムで覆う第4ステップと、
前記第1ラミネートフィルム及び前記第2ラミネートフィルムをラミネート加工することにより、前記圧電アクチュエータ及び前記配線を封止する封止部を形成する第5ステップと、
前記第5ステップにおいて封止された前記配線の一部を、端子として露出させる第6ステップと、を含む
ことを特徴とする。
In addition, a method for producing a vibration presentation element according to the present invention includes the steps of:
A first step of applying an adhesive to a first laminate film as a sealing material;
a second step of placing a piezoelectric actuator on the adhesive applied in the first step;
a third step of connecting wiring to the piezoelectric actuator arranged in the second step;
a fourth step of covering an area including the piezoelectric actuator and the wiring with a second laminate film as a sealing material;
a fifth step of laminating the first laminate film and the second laminate film to form a sealing portion that seals the piezoelectric actuator and the wiring;
and a sixth step of exposing, as a terminal, a portion of the wiring sealed in the fifth step.

また、前記振動提示素子の製造方法は、
前記圧電アクチュエータが封止されている領域の前記封止部表面に接着剤を塗布する第7ステップと、
前記第7ステップで塗布された接着剤に、毛状体を静電植毛することで、毛状構造を形成する第8ステップと、をさらに含むものであってもよい。
The method for producing the vibration presentation element further comprises the steps of:
a seventh step of applying an adhesive to a surface of the sealing portion in an area where the piezoelectric actuator is sealed;
The method may further include an eighth step of electrostatically implanting hair-like bodies in the adhesive applied in the seventh step to form a hair-like structure.

本発明によれば、小型化、薄型化、及び低電圧化を図りつつ、生体の皮膚に対して効率よく振動を提示する振動提示素子を得ることが可能な技術を提供することができる。 The present invention provides a technology that can obtain a vibration presentation element that efficiently presents vibrations to the skin of a living body while being compact, thin, and low-voltage.

図1Aは、実施形態に係る振動提示素子の概略断面図である。図1Bは実施形態に係る振動提示素子の概略平面図である。1A and 1B are schematic cross-sectional and plan views of a vibration presentation element according to an embodiment of the present invention; 図2は、実施形態に係る圧電アクチュエータの概略を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an outline of the piezoelectric actuator according to the embodiment. 図3は、皮膚に存在する感覚受容器と、皮膚表面に対する毛状体の振動特性を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the sensory receptors present on the skin and the vibration characteristics of hairs relative to the skin surface. 図4は、皮膚に存在する感覚受容器の存在深度と最大感度周波数を示す表である。FIG. 4 is a table showing the depth and maximum sensitivity frequency of sensory receptors present in the skin. 図5は、実施形態に係る振動提示素子の製造方法の流れを示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a flow of a method for manufacturing a vibration presentation element according to the embodiment. 図6A、図6B、図6C、図6D、図6E、図6F、図6G、図6Hはそれぞれ、実施形態に係る振動提示素子の製造の各工程における模式図である。6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G, and 6H are schematic diagrams illustrating steps in the manufacture of a vibration presentation element according to an embodiment. 図7Aは、実施形態に係る振動提示素子の変形例を示す第1の図である。図7Bは、実施形態に係る振動提示素子の変形例を示す第2の図である。7A and 7B are a first and second diagrams illustrating a modified example of the vibration presentation element according to the embodiment;

以下、本発明を適用した実施形態の一例について図面に基づいて説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Below, an example of an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. However, unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative positions, etc. of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the invention to those alone.

<実施形態>
図1は、本実施形態に係る振動提示素子1の概略を示す図であり、図1Aは振動提示素子1の概略断面図、図1Bは振動提示素子1の概略平面図である。振動提示素子1は、人が身に着ける衣類、アクセサリなどに実装されて、着用者の皮膚に振動を提示するウェアラブルタイプのハプティクスデバイスである。
<Embodiment>
Fig. 1 is a diagram showing an outline of a vibration presentation element 1 according to the present embodiment, Fig. 1A is a schematic cross-sectional view of the vibration presentation element 1, and Fig. 1B is a schematic plan view of the vibration presentation element 1. The vibration presentation element 1 is a wearable haptic device that is mounted on clothing, accessories, or the like worn by a person and presents vibration to the skin of the wearer.

(振動提示素子の構成)
図1に示すように、振動提示素子1は、概略、圧電アクチュエータ10と、当該圧電アクチュエータ10を封止する封止部30、及び、毛状構造20を有する構成となっている。振動提示素子1を実装する場合には、圧電アクチュエータ10が着用者の皮膚表面に対
して垂直な方向の振動を発生させるように、かつ、毛状構造20が着用者の皮膚に接するように配置される。
(Configuration of vibration presentation element)
1, the vibration presentation element 1 generally includes a piezoelectric actuator 10, a sealing portion 30 that seals the piezoelectric actuator 10, and a hair-like structure 20. When the vibration presentation element 1 is mounted, the piezoelectric actuator 10 is disposed so as to generate vibrations perpendicular to the surface of the wearer's skin and so as to cause the hair-like structure 20 to come into contact with the wearer's skin.

圧電アクチュエータ10は、例えば半導体プロセスによって形成される極薄型(例えば厚さが5μm)のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスとすることができる。図2に、極薄型の圧電アクチュエータ10の概略構成を示す。 The piezoelectric actuator 10 can be, for example, an extremely thin (e.g., 5 μm thick) MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device formed by a semiconductor process. Figure 2 shows a schematic configuration of the extremely thin piezoelectric actuator 10.

図2に示すように、圧電アクチュエータ10は、シリコン(Si)からなる基部91と、例えばプラチナ(Pt)電極からなる電極層92、94と、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体層93と、例えば二酸化ケイ素(SIO)からなる、絶縁層95を備える構成となっている。また、圧電アクチュエータ10は半導体プロセスによって形成されるMEMSデバイスであるため、基部91上には図示しない半導体回路が作り込まれており、この半導体回路は、必要に応じて、集積回路等の能動素子、コンデンサ、インダクタ、配線等の回路要素を備えていてもよい。 2, the piezoelectric actuator 10 includes a base 91 made of silicon (Si), electrode layers 92 and 94 made of, for example, platinum (Pt) electrodes, a piezoelectric layer 93 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT), and an insulating layer 95 made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ). Since the piezoelectric actuator 10 is a MEMS device formed by a semiconductor process, a semiconductor circuit (not shown) is fabricated on the base 91, and this semiconductor circuit may include circuit elements such as active elements such as integrated circuits, capacitors, inductors, and wiring, as necessary.

また、圧電アクチュエータ10には配線11(例えば銅線)が接続されており、外部電源から配線11を介して圧電アクチュエータ10に電圧が印可されると、圧電効果により振動が発生し、当該振動が毛状構造20を構成する各毛状体を介して着用者の皮膚に伝達される。 In addition, wiring 11 (e.g., copper wire) is connected to the piezoelectric actuator 10, and when a voltage is applied from an external power source to the piezoelectric actuator 10 via the wiring 11, vibrations are generated due to the piezoelectric effect, and the vibrations are transmitted to the wearer's skin via each hair that makes up the hair structure 20.

封止部30は、例えば、圧電アクチュエータ10を覆ったポリイミド(PI)などのフィルムを熱圧着することによって形成することができる。なお、フィルムの素材はPIに限られるわけではなく、ポリエチレンテレフタラート(PET)などの他の素材を採用することもできる。 The sealing portion 30 can be formed, for example, by thermocompression bonding a film such as polyimide (PI) that covers the piezoelectric actuator 10. Note that the material of the film is not limited to PI, and other materials such as polyethylene terephthalate (PET) can also be used.

毛状構造20は、封止部30の表面上に設けられる接着剤層40に、それぞれ形状の異なる、第1毛状体21、第2毛状体22、第3毛状体23、の3種類の毛状体を、例えば静電植毛の技術により植毛することにより形成される。なお、各毛状体の素材は、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、レーヨン繊維など、所望の繊維素材を採用することができる。 The hair-like structure 20 is formed by implanting three types of hairs, the first hairs 21, the second hairs 22, and the third hairs 23, each having a different shape, in the adhesive layer 40 provided on the surface of the sealing portion 30, for example, by electrostatic implantation technology. The material of each hair can be any desired fiber material, such as nylon fiber, polyester fiber, or rayon fiber.

第1毛状体21及び第2毛状体は、その先端が着用者の皮膚表面に対して水平方向に振動するように形成されており、第3毛状体は、皮膚表面に対して垂直方向に振動するように形成されている。図3は、人体の皮膚H及び皮膚に存在する感覚受容器のモデル図と、皮膚表面に対する各毛状体の振動特性を示す説明図である。 The first hair-like body 21 and the second hair-like body are formed so that their tips vibrate horizontally relative to the wearer's skin surface, and the third hair-like body is formed so that it vibrates vertically relative to the skin surface. Figure 3 shows a model diagram of human skin H and the sensory receptors present on the skin, as well as an explanatory diagram showing the vibration characteristics of each hair-like body relative to the skin surface.

図3に示すように、人体の皮膚に存在する感覚受容器には、その表層近くに存在するマイスナー小体H1及びメルケル盤H2と、表層から深い位置に存在するパチニ小体H3及びルフィニ終末(図示せず)が存在している。皮膚の表層近くに存在するマイスナー小体H1及びメルケル盤H2に対しては、毛状体の水平方向への振動が感覚受容器を引っ掻くような刺激を与えることになり、効果的に触覚を刺激することができる。一方、皮膚の深部に存在するパチニ小体H3(及びルフィニ終末)に対しては、水平方向への振動は伝達しづらく、垂直方向への振動を加えることが効果的となる。 As shown in Figure 3, the sensory receptors present in the skin of the human body include Meissner's corpuscles H1 and Merkel's disks H2 that are present near the surface, and Pacinian corpuscles H3 and Ruffini endings (not shown) that are present deep below the surface. For Meissner's corpuscles H1 and Merkel's disks H2 that are present near the surface of the skin, horizontal vibration of the hairs stimulates the sensory receptors as if scratching them, effectively stimulating the sense of touch. On the other hand, horizontal vibrations are difficult to transmit to Pacinian corpuscles H3 (and Ruffini endings) that are present deep in the skin, so applying vertical vibrations is more effective.

また、マイスナー小体H1、メルケル盤H2、パチニ小体H3の各感覚受容器は、それぞれ最大の感度を有する振動の周波数が異なっている。図4に、感覚受容器の存在深度と、最大の感度を有する周波数に係る表を示す。 Furthermore, the sensory receptors Meissner's corpuscles H1, Merkel's disks H2, and Pacinian corpuscles H3 each have a different vibration frequency for which they are most sensitive. Figure 4 shows a table showing the depth at which sensory receptors exist and the frequency at which they are most sensitive.

このため、第1毛状体21、第2毛状体22、第3毛状体23の各毛状体は、それぞれ
、感覚受容器の最大感度周波数に応じて、異なる固有周波数(固有振動数)を有するように形成されている。例えば、毛状体の長さ、径、その他の形状などを調整することで、所望の周波数を得るようにしてもよい。
For this reason, each of the first hair 21, the second hair 22, and the third hair 23 is formed to have a different natural frequency (natural vibration frequency) according to the maximum sensitivity frequency of the sensory receptor. For example, the length, diameter, and other shapes of the hair may be adjusted to obtain a desired frequency.

具体的には、第1毛状体21は、マイスナー小体H1への刺激が最大化される周波数で振動するように固有周波数(例えば40Hz)が設定されている。同様に、第2毛状体22はメルケル盤H2への刺激が最大化される固有周波数(例えば70Hz)が設定されており、第3毛状体23はパチニ小体H3への刺激が最大化される固有周波数(例えば200Hz)が設定されている。 Specifically, the first hair 21 has a natural frequency (e.g., 40 Hz) set so that it vibrates at a frequency that maximizes the stimulation of the Meissner's corpuscles H1. Similarly, the second hair 22 has a natural frequency (e.g., 70 Hz) set so that it maximizes the stimulation of the Merkel's disks H2, and the third hair 23 has a natural frequency (e.g., 200 Hz) set so that it maximizes the stimulation of the Pacinian corpuscles H3.

各毛状体は、圧電アクチュエータ10からの振動を受けてそれぞれ固有の周波数で共振することによって、各感覚受容器を効率的に刺激する。即ち、圧電アクチュエータ10は、第1毛状体21、第2毛状体22、第3毛状体23の各毛状体の共振周波数を含む波形(例えば、各毛状体の固有周波数の合成波)で振動するように印可電圧が設定される。 Each hair resonates at its own unique frequency upon receiving vibrations from the piezoelectric actuator 10, thereby efficiently stimulating each sensory receptor. That is, the applied voltage is set so that the piezoelectric actuator 10 vibrates with a waveform that includes the resonance frequency of each of the first hair 21, the second hair 22, and the third hair 23 (e.g., a composite wave of the unique frequencies of each hair).

(振動提示素子の製造方法)
次に、図5及び図6に基づいて、本実施形態に係る振動提示素子1の製造方法を説明する。図5は、本実施形態に係る振動提示素子1の製造の流れを示すフローチャートであり、図6は、振動提示素子1の製造の各工程における模式図である。
(Method of manufacturing vibration presentation element)
Next, a method for manufacturing the vibration presentation element 1 according to the present embodiment will be described with reference to Fig. 5 and Fig. 6. Fig. 5 is a flow chart showing a flow of manufacturing the vibration presentation element 1 according to the present embodiment, and Fig. 6 is a schematic diagram showing each step of manufacturing the vibration presentation element 1.

図5及び図6に示すように、振動提示素子1を製造するには、まず、封止部30の一部となるラミネートフィルム31上に、圧電アクチュエータを接着するための接着剤を塗布する(S101、図6A)。次に、接着剤の上に圧電アクチュエータ10を配置して接着する(S102、図6B)。続けて、圧電アクチュエータ10と接続される配線11を設ける(S103、図6C)。 As shown in Figures 5 and 6, to manufacture the vibration presentation element 1, first, an adhesive for adhering the piezoelectric actuator is applied onto the laminate film 31 that will become part of the sealing portion 30 (S101, Figure 6A). Next, the piezoelectric actuator 10 is placed on the adhesive and adhered (S102, Figure 6B). Next, wiring 11 that is connected to the piezoelectric actuator 10 is provided (S103, Figure 6C).

次に、ラミネートフィルム32で圧電アクチュエータ10及び配線11を覆い(S104、図6D)、ラミネートフィルム31、32をラミネートヒータ(図示せず)により熱圧着する(S105、図6E)ことで、封止部30が形成される。次に、配線11の端部にあたる部分の封止部を切り欠いて配線11を露出させ、端子を形成する(S106、図6F)。 Next, the piezoelectric actuator 10 and the wiring 11 are covered with the laminate film 32 (S104, FIG. 6D), and the laminate films 31 and 32 are thermocompression bonded by a laminate heater (not shown) (S105, FIG. 6E), forming the sealing portion 30. Next, the sealing portion at the end of the wiring 11 is cut out to expose the wiring 11, and a terminal is formed (S106, FIG. 6F).

次に、圧電アクチュエータ10が封止されている領域の封止部表面に、接着剤を塗布し(S107、図6G)、毛状体となる繊維を静電植毛の手法により接着剤に植え付けることで、毛状構造20を形成すると(S108、図6H)、製造工程は終了する。 Next, adhesive is applied to the surface of the sealing portion in the area where the piezoelectric actuator 10 is sealed (S107, FIG. 6G), and the fibers that will become the hairs are planted in the adhesive using an electrostatic planting technique to form the hair-like structure 20 (S108, FIG. 6H), and the manufacturing process is completed.

以上のような、本実施形態に係る振動提示素子1によれば、低電圧で駆動する小型の圧電アクチュエータによる振動提示素子でありながら、特性の異なる感覚受容器のそれぞれに対して最適化された刺激を与えることで、効果的に振動の提示ができる振動提示素子を提供することができる。 As described above, the vibration presentation element 1 according to this embodiment is a vibration presentation element using a small piezoelectric actuator that is driven at a low voltage, but it is capable of effectively presenting vibrations by providing optimized stimuli to each of the sensory receptors with different characteristics.

<変形例>
なお、上記の実施形態に係る振動提示素子1は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明は、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記の実施形態に係る振動提示素子1の毛状構造20は、3種類の毛状体を、封止部30の一の面にのみ備える構成であったが、本発明はこのような構成に限定されない。図7に、振動提示素子1の変形例を複数示す。
<Modification>
In addition, the vibration presentation element 1 according to the above embodiment merely exemplifies the present invention, and the present invention is not limited to the above specific form. The present invention can be modified in various ways within the scope of its technical concept. For example, the hair structure 20 of the vibration presentation element 1 according to the above embodiment has three types of hairs on only one surface of the sealing portion 30, but the present invention is not limited to such a configuration. Figure 7 shows several modified examples of the vibration presentation element 1.

例えば、図7Aに示すように、毛状体の種類を2種類としてもよいし、毛状構造を1種類のみの毛状体で構成してもよい。また、図7Bに示すように、毛状構造を、封止部の複
数の面に設けるようにしてもよい。また、毛状体の長さ、径、その他の形状などは、自由に変更可能である。
For example, as shown in Fig. 7A, two types of hairs may be used, or the hair structure may be composed of only one type of hairs. Also, as shown in Fig. 7B, the hair structures may be provided on multiple surfaces of the sealing portion. Also, the length, diameter, and other shapes of the hairs may be freely changed.

このように、毛状構造を所望の毛状体で形成することができるため、人体の構造の凹凸に合わせて毛状体の長さ及び径を調節して(長くした場合には固有周波数が低くなるため、径を太くするなど)、凹部であっても適切に振動を伝達することが可能になる。 In this way, the hair structure can be formed with the desired hair bodies, and the length and diameter of the hair bodies can be adjusted to match the irregularities of the human body structure (for example, making the diameter thicker since making the hairs longer lowers the natural frequency), making it possible to transmit vibrations appropriately even in concave areas.

また、上記の実施形態では、毛状構造を静電植毛の手法により形成していたが、鋳型を用いたナノインプリントにより形成されるのであってもよいし、PDMSで毛状構造の版を製作してこれを転写することにより形成するのであってもよいし、3Dプリンタで形成したものを貼り付けることにより形成するのであってもよい。 In addition, in the above embodiment, the hair-like structures are formed by electrostatic hair transplantation, but they may be formed by nanoimprinting using a mold, or by creating a plate of the hair-like structures out of PDMS and transferring this, or by attaching structures formed by a 3D printer.

また、上記の実施形態では、圧電アクチュエータは、PZTからなる有機圧電体を備えるMEMSデバイスであったが、これに限らず、所望の圧電アクチュエータを採用することが可能である。 In addition, in the above embodiment, the piezoelectric actuator was a MEMS device equipped with an organic piezoelectric material made of PZT, but this is not limited thereto, and any desired piezoelectric actuator can be adopted.

また、上記の実施形態では、ラミネートフィルムを熱圧着することで、封止部を形成していたが、封止材の充填、接着剤によるフィルム貼り合わせなどで、封止部を形成してもよい。 In addition, in the above embodiment, the sealing portion is formed by thermocompression bonding the laminate film, but the sealing portion may also be formed by filling with a sealing material, bonding the film with an adhesive, etc.

1・・・振動提示素子
10・・・圧電アクチュエータ
11・・・配線
20・・・毛状構造
21・・・第1毛状体
22・・・第2毛状体
23・・・第3毛状体
30・・・封止部
31、32・・・ラミネートフィルム
40・・・接着剤層
H・・・皮膚
H1・・・マイスナー小体
H2・・・メルケル盤
H3・・・パチニ小体
REFERENCE SIGNS LIST 1: vibration presentation element 10: piezoelectric actuator 11: wiring 20: hair-like structure 21: first hair 22: second hair 23: third hair 30: sealing portion 31, 32: laminate film 40: adhesive layer H: skin H1: Meissner's corpuscles H2: Merkel's disk H3: Pacinian corpuscles

Claims (6)

体の皮膚に対して振動を提示する振動提示素子であって、
圧電効果によって振動を発生させる圧電アクチュエータと
前記圧電アクチュエータからの振動を受けて共振するとともに当該振動を前記体の皮膚に提示する毛状体、を複数備える毛状構造と、を有しており
前記毛状構造は、異なる固有周波数により振動する形状の異なる複数種類の毛状体を含むものであって、前記皮膚に接した際に、前記皮膚に存在する感覚受容器であるマイスナー小体への刺激が最大化される周波数で振動する第1毛状体と、前記皮膚に存在する感覚受容器であるメルケル盤への刺激が最大化される周波数で振動する第2毛状体と、を少なくとも含む、
ことを特徴とする、振動提示素子。
A vibration presentation element that presents vibration to the skin of a human body ,
A piezoelectric actuator that generates vibrations by a piezoelectric effect; and a hair structure including a plurality of hairs that receive vibrations from the piezoelectric actuator, resonate with the vibrations, and present the vibrations to the skin of the human body ,
The hair structure includes a plurality of types of hairs having different shapes that vibrate at different natural frequencies, and includes at least a first hair that vibrates at a frequency that maximizes stimulation of Meissner's corpuscles, which are sensory receptors present on the skin, when in contact with the skin, and a second hair that vibrates at a frequency that maximizes stimulation of Merkel's disks, which are sensory receptors present on the skin.
A vibration presentation element comprising:
前記圧電アクチュエータは、前記体の皮膚表面に対して、垂直方向への振動を発生させる、
ことを特徴とする、請求項1に記載の振動提示素子。
The piezoelectric actuator generates vibrations in a direction perpendicular to the surface of the skin of the human body .
The vibration presentation element according to claim 1 .
前記毛状構造は、先端部が前記体の皮膚表面に対して水平方向に振動する毛状体を含む、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の振動提示素子。
The hair-like structure includes a hair-like body whose tip vibrates horizontally relative to the skin surface of the human body .
The vibration presentation element according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記毛状構造は、人体の皮膚に接した際に、前記皮膚に存在する感覚受容器であるパチニ小体への刺激が最大化される周波数で振動する第3毛状体をさらに含む、
ことを特徴とする、請求項に記載の振動提示素子。
The hair-like structure further includes a third hair-like body that vibrates at a frequency that maximizes stimulation of Pacinian corpuscles, which are sensory receptors present in the skin, when the hair-like structure contacts the skin of a human body.
The vibration presentation element according to claim 1 .
前記圧電アクチュエータは、前記の全ての毛状体の共振周波数を含む波形で振動するように、印可電圧が設定されている、
ことを特徴とする、請求項からのいずれか一項に記載の振動提示素子。
An applied voltage is set so that the piezoelectric actuator vibrates with a waveform including the resonant frequencies of all of the capillaries.
The vibration presentation element according to claim 1 ,
前記圧電アクチュエータを封止する封止部をさらに有しており、
前記毛状構造は、前記封止部表面に設けられ、
前記圧電アクチュエータからの振動は前記封止部を介して前記毛状構造に伝達される、
ことを特徴とする、請求項1からのいずれか一項に記載の振動提示素子。
The piezoelectric actuator further includes a sealing portion that seals the piezoelectric actuator.
The hair-like structure is provided on the surface of the sealing portion,
Vibrations from the piezoelectric actuator are transmitted to the capillary structure via the sealing portion.
The vibration presentation element according to claim 1 ,
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