(57)【要約】  触覚フィードバックを伝達する装置、及び、当該装置を備えるデバイス  装置は、作動力を検出し、且つ、触覚フィードバックを与えることができる圧電アクチュエータを備えている。そのために生成されるアクチュエータの伸長は、変形可能なプレートによって、所望の方向において増大させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動的な触覚フィードバックを生成するための装置であって、
平行な主面（複数）（ＤＦ）を有する平坦な圧電基体（ＧＫ）、並びに、第１及び第２のアクチュエータ電極を備える圧電アクチュエータを備え、
前記基体は、前記基体に加えられた力が検出された場合に、能動的な触覚フィードバックを生成するように構成されており、
前記触覚フィードバックは、前記第１及び第２のアクチュエータ電極の間に、圧電アクチュエータ作用によって前記主面のうちの１つに対する法線に沿った前記基体の長さの変化をもたらすアクチュエータ電圧が印加されることによって生成され、
前記基体の２つの前記主面のそれぞれの上に、円錐台状のプレート（ＫＢ）即ちジンバルが、切頭円錐先端がそれぞれ前記基体（ＧＫ）から離れる方向を向くような態様で固定されており、
前記基体は、前記切頭円錐先端によって、ベース（Ｂ）と作動手段（ＢＰ，ＭＢ）の間に固定されており、前記作動手段は、前記ベースと接続された状態にあり、且つ、引張応力又は圧縮応力として調整されたプレストレスによって固定されている、装置。
【請求項２】
前記作動手段は、作動プレート（ＢＰ）として形成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記円錐台状のプレート（ＫＢ）は、それぞれ前記基体（ＧＫ）の前記主面のうちの１つの上に固定された周縁領域（ＲＢ）を備え、
前記円錐台状のプレートは、それぞれの主面の上で法線の方向に突出する側面（ＭＦ）を備えており、
前記円錐台状のプレートは、前記切頭円錐先端に上面（ＤＦ）を備えており、前記上面（ＤＦ）は、前記基体（ＧＫ）の前記主面と平行に方向付けられているか、又は、解剖学的に適合された指凹部を備える、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記基体内に測定電極（ＭＥ１）が配置されており、
前記基体（ＧＫ）に加えられた力によって前記測定電極と前記アクチュエータ電極のうちの１つとの間に生成される測定電圧を測定するための測定ユニット（ＭＥ）が設けられており、
前記デバイスは、前記測定ユニット（ＭＥ）によって検出された前記測定電圧が、トリガー力に対応付けられた閾値を超えると直ちに加えられた力を検出するように構成されており、
前記トリガー力に到達すると、電圧発生器によってアクチュエータ電圧が生成されて前記アクチュエータ電極に印加され、同時に、前記装置又はそれと接続された電気デバイスの駆動に寄与する更なる動作がトリガーされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記アクチュエータ電極は、同時に前記測定電極でもあり、
前記測定ユニットは、２つの前記アクチュエータ電極の間の前記測定電圧を確定するために形成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記アクチュエータ電極とは異なる測定電極が、第１及び第２のアクチュエータ電極の全てが前記測定電極の１つの側に配置されるよう、前記基体内の中央において第１及び第２のアクチュエータ電極の間に、又は、前記主面の近傍に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記基体が、前記法線に平行に２つの前記主面の間で延びる貫通孔を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記主面は円形である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記基体が、その辺長が９〜３０ｍｍである底面を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記基体が、２つの前記主面の間において、０.５〜２.０ｍｍの高さを有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記作動プレートが、前記基体よりも大きな底面を備える、請求項２〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
互いに積層された複数の請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置を備える装置。
【請求項１３】
電気デバイスの操作ボタンとして形成されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
外側を向いた前記ジンバルの上方に、作動手段としてメンブレン（ＭＢ）が固定されており、前記メンブレン（ＭＢ）は、前記ジンバル（ＫＢ）及び前記アクチュエータを、ベース（ＢＳ）の方向に作用するプレストレスによって、前記ベースに固定している、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能動的な触覚フィードバックを生成するためのデバイス及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここで取り上げるのは、ユーザがデバイスに力を加えたときに当該ユーザへのフィードバックを生成するように構成された装置である。そのようなデバイスは、例示的には、例えば機器のための操作ボタンのようなボタンに使用することができる。デバイスは、例えばユーザが行った調整がデバイスによって成功裏に実現されたことを当該ユーザに通知するために、能動的な触覚フィードバックを生成することができる。
【０００３】
逆に、デバイスは、能動的な触覚フィードバックを与えることもでき、例えば携帯電話は、振動アラームを生成することができる。また、ノートブック等のようなモバイル電子機器用の触覚ディスプレイも知られている。触覚フィードバックは、力の強さ、又は、表面の性状、又は、材料の剛性若しくは弾性を、触覚によって知覚され得る感覚に変換することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、能動的な触覚フィードバックを生成するための改良された装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１による装置によって解決される。本発明の有利な構成が、他の請求項から明らかになる。
【０００６】
能動的な触覚フィードバックを生成するための装置が提供される。この装置は、知覚可能な撓みの形態のフィードバックを生成するための圧電アクチュエータを含む。アクチュエータは、ほぼ平行な主面（複数）を有する平坦な圧電基体を含む。基体内には、第１及び第２のアクチュエータ電極が設けられており、これらを介して圧電アクチュエータの圧電撓みがもたらされ得る。
【０００７】
基体は更に、基体に加えられた力が検出されたときに触覚フィードバックを生成するように構成されている。その際、触覚フィードバックを生成するために、第１及び第２のアクチュエータ電極の間にアクチュエータ電圧が印加され、これにより、圧電撓みが生じ、基体の長さが変化する。
【０００８】
アクチュエータの作用をより良好に知覚するために、特に、基体の長さの変化は、有利には加えられる力に平行に、即ちアクチュエータの主面に対する法線に沿って生じる。装置内の適切な幾何学的措置によって、長さの変化を、それに垂直な方向に転換することも可能である。
【０００９】
したがって、圧電基体は、第一に、そのアクチュエータの作用が圧電撓みである圧電アクチュエータの一部である。更に、それに加えて、基体の圧電特性によって、この基体に加えられる力も検出され、電気信号に変換され得る。
【００１０】
フィードバックは、装置自体によって生成されるため、能動的なフィードバックと称される。フィードバックは、ユーザがその触覚を通じて知覚できるため、触覚フィードバックと称される。
【００１１】
アクチュエータ電極に電圧が印加されると、基体は伸長する。伸長は法線に垂直に生じることができ、当該法線は基体の主面に垂直である。そのような長さの変化は、横方向収縮とも称される。この場合、伸長の方向は、印加された電圧の極性及び圧電材料の分極に依存する。
【００１２】
横方向収縮は、法線に平行に力を加えるユーザには良好には知覚できないので、装置は、有利には、基体の長さの変化を、法線に垂直な方向から、法線に平行な基体の伸長に変換するように構成されている。
【００１３】
変換は、一実施形態によれば、切頭「円錐先端」がそれぞれ基体から離れる方向を向いている円錐台状のプレートが、基体の２つの主面に固定されていることによって実現される。プレートは、法線に垂直な基体の伸長を、法線に平行な長さの変化に変換するように構成されている。プレートは更に、基体の横方向収縮の結果として生じる法線に平行な基体の長さの変化を増大することに寄与し得る。円錐台状に曲げられた又は形成されたプレートは、横方向収縮を受容し、その際、所望の方向に、即ち法線に平行に変形することができる。その際、この変形は、同じ方向における圧電撓みよりも大きくなり得る。したがって、基体の２つの主面上の円錐台状のプレートによって、良好に知覚可能な装置全体の長さの変化がもたらされる。
【００１４】
プレートは、アクチュエータの作用の下で弾性的に顕著に変形可能であるために、例えばチタンの場合に０.１〜０.４ｍｍの範囲である、典型的な厚さを有することができる。
【００１５】
２つの円錐台状のプレートを有する基体は、有利には、その円錐台を介して、ベースと作動手段との間に固定される。作動手段は、他方またベースと接続された状態にあり、引張応力又は圧縮応力として調整され、例えばバネを介して伝達されるプレストレスによって、固定されている。
【００１６】
最も単純な実施形態において、作動手段は、基体の主面に平行に、したがってベースに平行に方向付けられた作動プレートとして形成されている。作動プレートは、上部の円錐台状のプレートの上面の上に載置され、好ましくは、ベースに対して自由に移動可能である。作動プレートは、基体の上方において、少なくとも２つの辺で、より良好には全ての辺で、突出しており、突出した領域では、バネを介してベースと接続され、バネはプレストレス下にある。このようにして、作動プレートに作用する圧力、例えばユーザの指の圧力が確実に受容され、少なくとも法線に平行に作用する力の成分が基体に伝達されることが保証される。作動プレートは、垂直に作用する操作／力の作用ではない場合に、僅かに傾くことができ、それでもなお力を基体に伝達するように構成されていてもよい。バネの張力によって、作動プレートは、撓みの後に、再びベースに平行に又は基体の主面に平行に方向付けられる。
【００１７】
代替的に、作動手段はメンブレンとして形成されており、当該メンブレンは、ベースの方向に作用する力又はプレストレスを、主面上にそれぞれ２つの円錐台状のプレートを備える基体に作用させるような態様で、ベースと接続されている。
【００１８】
メンブレンが十分に弾性的に形成されている場合、当該メンブレンは、能動的な触覚フィードバックを生成するための装置の作動によって不可避的に生じる変形を、顕著に吸収することもできる。同様に、メンブレンの弾性により、装置が変形して初期位置に戻ることが可能となる。
【００１９】
代替的な実施形態では、基体は、その円錐台状のプレートを介して、ベースと、作動プレートとして形成された作動手段との間に固定され、その際、作動プレートには、ベースの方向に作用するバネ圧力が作用する。このバネ圧力は、ブラケットで支持されたコイルバネによって発生させることができ、当該ブラケットは、ベースに固定され、ブラケットの一端によって基体の上方で垂直となるように配置されている。ブラケットは、例えば２回折り曲げられた断面輪郭を有するレールであってもよい。上部の平坦な部分が基体の上方にある一方で、下部の平坦な部分はベース上に固定されることができる。ブラケットの代わりに、保持要素は、ビード付き縁部を有するスリーブとして形成されていてもよく、この場合、スリーブは、同時に、装置全体の伸長のためのガイドとなる。圧縮応力下でスリーブ又はブラケットと作動プレートとの間にあるコイルバネは、その際、確実な保持と、装置の作動の後又は圧電アクチュエータの撓みの後における初期位置への復帰と、をもたらす。
【００２０】
円錐台状のプレートは、基体の主面のうち１つの上に平坦に載置され、そこに固定される周縁領域を備えている。さらに、円錐台は、それぞれの主面上で法線の方向に突出する側面を備えている。切頭円錐先端において、プレートは、基体の表面にほぼ平行に方向付けられた上面を備えている。
【００２１】
したがって、円錐台状のプレートは、好ましくは円形の底面を備え、その助けを借りて、主面に平行な長さの変化が、基体に対する角度に関わらず最も良好に受容され、且つ、プレートの変形によって法線に平行な方向において増大され得る。
【００２２】
本発明による装置は、基体又は装置に加えられた力が検出されると、触覚フィードバックを生成する。検出は、逆圧電効果の助けを借りて行うことができる。アクチュエータ電極を有する基体に加えられる力は、電極において測定電圧として取り出され得る電荷シフトを発生させる。そのために、原則的にアクチュエータ電極が使用され得る。
【００２３】
しかしながら、基体内に少なくとも１つの別個の測定電極を配置し、この測定電極を用いて、加えられた力により逆圧電効果によって生成される測定電圧を検出することも可能である。測定電圧は、加えられる力の増大に伴って上昇するので、検出されるべき測定電圧に対して閾値を定義することができ、当該閾値は、所望のトリガー力に対応付けられている。加えられた力がトリガーに達し、測定電圧が閾値を超えた場合、これを、測定電極と接続された測定ユニットが検出する。トリガー力に達すると、次いで電圧発生器によってアクチュエータ電圧が生成され、アクチュエータ電極に印加される。同時に、更なる動作がトリガーされ、この動作は、装置又はこれと接続された電気デバイスの駆動に寄与する。
【００２４】
したがって、装置は、実用的には、そのトリガー点を閾値よりも高く設定することができる手動スイッチである。同時に、スイッチは触覚フィードバックを生成し、この触覚フィードバックに基づいて、例えば指の圧力によって力を加えるユーザは、トリガー力の到達、したがって切り替えプロセスを認識する。複数の閾値を定義し、制御によって異なる触覚フィードバックを生成することも可能であり、その結果、異なるトリガー力を、検出し、異なる動作に変換し、可変のフィードバックを介してユーザに伝達することができる。
【００２５】
測定電極としては、上述したようにアクチュエータ電極が機能し得る。測定電極としては、第３の電極を使用することもでき、測定電極とアクチュエータ電極との間の測定電圧が取り出される。しかしながら、基体内に２つの別個の測定電極を設けることも可能である。
【００２６】
アクチュエータ電極とは異なる少なくとも１つの測定電極を、基体内の中央において、第１及び第２のアクチュエータ電極の間に配置することができる。しかしながら、少なくとも１つの測定電極を、２つの主面のうちの１つの近傍に配置することも可能であり、その結果、他の全ての第１及び第２のアクチュエータ電極は、基体内において、測定電極の同じ側に配置される。
【００２７】
測定電極の間、又は、そのうちの少なくとも１つがアクチュエータ電極であり得る、測定電極として使用される電極の間の距離は、有利には、第１及び第２のアクチュエータ電極として専ら使用される電極の間の距離よりも大きくなるように選択することができる。その間に同様に圧電材料が配置されている測定電極の間のより大きな距離の結果として、測定電極の間に形成された圧電素子に作用する同じ力の下で、純粋なアクチュエータ電極の間よりも高い電圧が生成されることになる。より高い生成された測定電圧は、トリガー力に対応付けられた、測定電圧に対するより低い閾値を検出することができるという利点を有する。
【００２８】
本発明による装置は、知覚可能な撓みを生成するために、特定の数の互いに積層された圧電素子、又は、それぞれの第１及び第２のアクチュエータ電極の間に圧電素子が形成されるように交互に配置された、対応する数の第１及び第２のアクチュエータ電極を必要とする。基体の全高が同一である場合、又は、個々の圧電素子の全層の厚さが同一である場合、圧電素子の数を通じて、特定の伸長を達成するために必要なアクチュエータ電圧を設定することができる。２つのアクチュエータ電極の間の大きな層の厚さは、撓みのために高い電圧を必要とする。多くの小さな積層された圧電素子は、より低い電圧しか必要とせず、圧電作用をする層の全高が一致している場合、依然として同じ伸長を生じる。
【００２９】
第１及び第２のアクチュエータ電極は、好ましくは交互に配置され、基体の異なる側において外側へ向かって外部接点に導かれる。次いで、２つの外部接点に、アクチュエータ電圧を印加することができる。対応する方法で、少なくとも１つの測定電極を外部接点と接続することもできる。しかしながら、加えられた力を検出するためには、その２つの電極の間に逆圧電効果によって測定電圧が生じる単一の圧電素子があれば十分である。
【００３０】
本発明による装置で使用される基体は、その法線の方向において、それと垂直な寸法に対して小さい寸法を有する。したがって、それは平坦な基体である。例えば、法線に垂直な方向における基体の最大の膨張は、法線の方向に測定された基体の高さの１０倍を超える大きさである。基体の長さは、基体の高さを２０倍以上超えることもできる。
【００３１】
圧電効果の結果としての基体の伸長は比較的小さく、圧電作用を有する全高の約０.１％に過ぎない。円錐台状のプレートによって、法線の方向における伸長の程度は増大される。
【００３２】
本発明による装置の全体的な伸長は、複数の装置が互いに積み重ねられる場合に、さらに増大され得る。このように、主面上にそれぞれ２つの円錐台状のプレートを備える２つ以上の基体が多数互いに積層され、好ましくは作動手段とベースの間に固定される。これは、例えば、引張応力又は圧縮応力を及ぼし、したがって、作動手段、特に作動プレートをベースプレートの方向に引っ張り又は押し付けるコイルバネによって、実現することができる。
【００３３】
代替的に、作動手段はメンブレンとして形成されており、当該メンブレンは、ベースの方向に作用する力又はプレストレスを、主面上にそれぞれ２つの円錐台状のプレートを備える１つまたは複数の基体に作用させるような態様で、ベースと接続されている。
【００３４】
互いに積層された複数の基体の場合、作動プレートは、基体のための改良された保持を同時に具現し、したがって、異なる基体の積層の横方向の傾きが互いに防止されるので、特に有利である。しかしながら、互いに積層された基体が、その内部で作動プレートが法線の方向に自由に移動することができる一種のスリーブ内で案内される場合、さらにより良好且つより有利である。スリーブのうちベースから離れた側におけるスリーブのビード付き縁部は、同時に、縁部と作動プレートとの間で圧縮応力下にあるバネを挟み込むことに寄与し得る。しかしながら、スリーブ内で、作動プレートが、引っ張られた状態にあるコイルバネによって、プレストレス下で移動することもできる。上述したスリーブの突出した上部の縁部は、法線に平行な伸長のためのストッパとして機能することができる。
【００３５】
本発明による装置は、それによって電気デバイスの機能を切り替えることができる操作ボタンとして形成することができる。定義されたトリガー力に到達し、それが認識されると、次いで切り替え操作が行われ、切り替え操作は、測定ユニットによって直接的に、又は、それに接続された制御ユニットによって、行われる。制御ユニットは、電圧発生器をも含むこともできる。
【００３６】
以下において、本発明が、実施例及びそれに付随する図面に基づいて、詳細に説明される。その際、図面は概略的にのみ作成されており、縮尺どおりではない。個々の寸法は、したがって、より良好な理解のために、拡大又は縮小して示されている可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】アクチュエータとして機能する基体を概略的な断面図で示している。
【図２】円錐台状のプレートを備える基体を示している。
【図３Ａ】引張バネによって作動プレートとベースの間に挟み込まれた基体を示している。
【図３Ｂ】圧縮バネによって作動プレートとベースの間に挟み込まれた基体を示している。
【図４】本発明による装置の空間的表示を上面図で示している。
【図５】測定ユニット及び発生器を有する基体を示している。
【図６Ａ】基体を通る概略的な断面に基づいて、アクチュエータ電極及び測定電極の配置を示している。
【図６Ｂ】基体を通る概略的な断面に基づいて、アクチュエータ電極及び測定電極の配置を示している。
【図７】貫通孔の形態で穿孔された基体を有する本発明による装置を示している。
【図８】複数の基体が互いに積層され固定されている、本発明による装置を示している。
【図９】基体を有する本発明による装置を示しており、上部のジンバルの上方にはメンブレンが固定されている。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、第１及び第２のアクチュエータ電極Ｅ１、Ｅ２を有する単純な圧電基体ＧＫを示している。
【００３９】
基体ＧＫは、例えば圧電層の積層の形態で製造されており、当該圧電層にはそれぞれ電極材料が印刷されている、または、印刷される。これらの層は、好ましくはセラミックグリーンシートとして組み込まれ、アクチュエータ電極のための焼き付け可能な電極ペーストが印刷される。所望の数の層が積層された後、これらは最終的に共に焼結されてモノリシックブロック、即ち基体となる。アクチュエータ（＝アクチュエータ電極を有する基体）は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）をベースとする圧電セラミックを含んでいる。ＰＺＴセラミックは、更にネオジム及びニッケルを含んでいてもよい。
【００４０】
代替的に、ＰＺＴセラミックは、更に付加的にネオジム、カリウム、及び場合によっては銅を含んでいてもよい。代替的に、圧電層は、Pb(ZrxTi1-x)O3+yPb(Mn1/3Nb2/3)O3を有していてもよい。圧電層は、第１及び第２の内部電極の間への交流電圧の印加、及び、それと結び付いた圧電効果によって、基体の長さの変化が引き起こされるような態様で、分極されていることができる。
【００４１】
基体は、例えば電気デバイスの表面を形成するベースＢの上に配置されている。各層の積層方向は、基体の表面の法線Ｎに対応する。圧電アクチュエータに加えられる力Ｆは、表面に対して垂直に又は法線Ｎに対して平行に作用する成分を有するよう、作用する。この力だけが、アクチュエータ電極Ｅ１、Ｅ２又は図示されていない測定電極で取り出すことが可能な電圧に変換される。
【００４２】
触覚フィードバックを生成するために、第１のアクチュエータ電極Ｅ１と第２のアクチュエータ電極Ｅ２との間にアクチュエータ電圧が印加され、その結果基体ＧＫの長さの変化が引き起こされる。圧電基体の適合した極性によって、それによって引き起こされる長さの変化は、法線に平行に、即ち加えられた力Ｆとは逆向きに生じ得る。その結果、長さの変化はユーザによって最も良好に知覚され得る。
【００４３】
図２は、概略的な断面図に基づいて、法線の方向における装置全体の伸長がどのようにして増大され得るかを示している。基体ＧＫの２つの主面上のには、それぞれ円錐台状のプレートＫＢ１、ＫＢ２が取り付けられている。そのために、基体ＧＫの主面上に平坦に載置され得る平坦に作成された周縁領域が、当該基体と強固に接続されている。周縁領域は、例えば接着、ハンダ付け又は溶接によって、基体に固定することができる。特別な形状、特に円錐台の側面及び上面によって、基体ＧＫの横方向収縮は、法線Ｎに平行なプレートの変形に直接的に変換される。
【００４４】
プレートは、材料としてチタンを含むことができ、又は、チタンから成ることができる。チタンは、特に、能動的な触覚フィードバックを生成するための装置の本発明の用途に対して、本質的な利点を有する。更に、チタンは、基体の熱膨張係数に非常に近い熱膨張係数を有する。それによって、プレートの基体との接続部は、温度の変化に際して、実質的に機械的な荷重を受けることはない。例えば、プレート及び基体は共に、８〜９ｐｐｍ／Ｋの熱膨張係数を有することができる。
【００４５】
図３Ａは、本発明による装置の実施形態を示しており、当該実施形態においては、圧電アクチュエータ又は基体ＧＫが、２つの円錐台状のプレートＫＢ１、ＫＢ２と共に、ベースＢと作動プレートＢＰとの間に固定されている。固定はコイルバネＦＺによって行われ、その助けを借りて作動プレートＢＰがベースＢの方向へ引っ張られ、したがって基体ＧＫを固定する。このようにして、セラミック基体は自由に移動することができ、基体のセラミックのベース又は移動すべき面への剛な固定が省略され得る。これにより、２つの円錐台状のプレートの並進能力を十分に利用することが可能となり、その際、同時に、セラミック又は基体を損傷させるリスクが低減される。バネＦＺによる張力を介して、円錐台状のプレートと作動プレート又はベースとの直接的な接触が常に保証され、装置が作動する寿命及び動作条件に亘って保証される。
【００４６】
作動プレートＢＰは、例えば矩形状でありアルミニウムから形成されている。作動プレートは、作用する力に対して十分な機械的安定性又は厚さを有する。しかしながら、作動プレートは、他の材料、例えば金属、プラスチック、セラミック、ガラス又は木材から形成されることもできる。その際、作動プレートは、触覚フィードバックが可能な限りスムーズに又は減衰することなく伝達され得るように構成されている。これは、特定の硬度又は高い弾性率を有する材料を必要とする。
【００４７】
作動プレートＢＰは、基体ＧＫよりも大きな底面を有し、好ましくは、その周縁の全体に亘って突出している。確実な固定は、少なくとも２つのバネＦＺによって達成される。しかしながら、対称的な張力を可能とするために、より多数のバネＦＺを使用することが有利である。この場合、バネＦＺは、作動プレートの全周に亘って均等に分配される。
【００４８】
図３Ａによる実施形態と同様の利点が、図３Ｂによる別の実施形態によって達成される。この実施形態では、基体ＧＫは、２つの円錐台状のプレートＫＢと共に、同様に作動プレートＢＰとベースＢの間に加圧下で固定され、その際、固定のための圧力は、コイルバネＦＤの助けを借りて上方から作動プレートＢＰに作用する。コイルバネＦＤは、作動プレートと保持ブラケットＨＢとの間に圧縮応力下で挟み込まれている。保持ブラケットＨＢは作動プレートＢＰの上方へ突出しており、そこでばねバネＦＤのための始点（Ansatzpunkt）を形成する。
【００４９】
図３Ｂでは、ブラケットは断面で示されている。１つのバネにつき１つの個別の保持ブラケットを使用することができる。しかしながら、複数のバネＦＤが係合することができる、図３Ｂに示されている断面又は同様の断面を有するブラケット枠（Bugelleiste）を使用することが有利である。
【００５０】
断面において保持ブラケットＨＢを形成するレールが作動プレートの全周を取り巻き、その結果、作動プレートがあたかも開かれた保持ブラケットのスリーブ内に保持されるようにすれば、さらに良好である。この実施形態は、撓みが強い場合であっても依然として確実な保持が保証されるという利点を有する。図３Ａによる実施形態の引張応力下にあるバネＦＺは、場合によっては過度に伸びる可能性があり、より弱い固定又は弱まりゆく固定につながる一方で、図３Ｂの実施形態によれば、保持ブラケットＨＢによって、作動プレートＢＰが上方へ過度に変位することを防止するストッパが組み込まれている。
【００５１】
図４は、本発明による装置の３次元表示を斜視上面図で示している。基体ＧＫは、有利には正方形の底面を有する一方で、円錐台状のプレートＫＢは、その周縁領域が基体ＧＫの表面上の中央に固定される円形の底面を有する。側面ＭＦの領域では、円錐台状のプレートは上方へ延び且つ径方向に先細りになっており、その結果、上面ＤＦも同様に円形の底面を有する。上面ＤＦは平坦であることができるが、使用者の指の形状に適合するよう、基体の方向を向いた指状の窪みを備えていてもよい。
【００５２】
図５は、基体ＧＫを概略的な断面図で示している。アクチュエータ電極Ｅ１、Ｅ２が示されており、これらは、内部電極として、互いに平行に且つ基体の主面に平行に、互いに等間隔で整列されている。特別な測定電極は図示されていないが、当該測定電極は、隣接するアクチュエータ電極に対してより大きな間隔を有することができる。アクチュエータ電極と外部接点との接続も同様に図示されていないが、当該外部接点を介してアクチュエータ電極は並列に相互接続され得る。そのために、内部電極は、基体の縁部までウェブ状に延長されていてもよく、そこで２つの端子接点のうちの１つと接触する。内部電極の基体ＧＫの縁部へのこの引き出しは、第１及び第２のアクチュエータ電極について異なる端子接点に向かって交互に行われ、その結果、合計２つの端子接点を介して、第１及び第２のアクチュエータ電極の全体が接触することができる。
【００５３】
基体の少なくとも２つの内部電極は、測定ユニットＭＥと接続されており、当該測定ユニットは、基体の主面に垂直に力を加えることによって作用し、圧電セラミック内の逆圧電効果によって生成される電圧を検出することができる。電圧発生器ＧＥＮが、第１及び第２のアクチュエータ電極Ｅ１、Ｅ２の２つの外部接点と接続されている。測定ユニットＭＥによって、生成された測定電圧が超過した場合に現れるトリガー力の到達が検出された場合、電圧発生器ＧＥＮによってアクチュエータ電圧が生成され、第１及び第２のアクチュエータ電極に印加される。これらは、他方また、ユーザによって触覚フィードバックとして認識される、基体の撓みにつながる。
【００５４】
知覚を増大させるために、アクチュエータ電極に印加される電圧は、様々な連続パルスの形態で変調され得る。その際、それらの連続周波数（Abfolgefrequenz）が、フィードバックがユーザによって振動として知覚されるように選択される。アクチュエータ電極に適切な周波数の交流電圧を印加することも可能である。更に、測定ユニット及びそれと接続された制御ユニットの内部で複数の閾値を定義することが可能であり、当該複数の閾値は、その後、異なるフィードバックを生成することができる。異なるフィードバックは、周波数、又は、一般にパルスの長さ、連続周波数若しくは数において異なっていてもよい。それと並行して、装置は、到達された閾値に応じて異なる動作をトリガーすることができる。
【００５５】
図６Ａは、全てのアクチュエータ電極が測定電極の１つの側に配置されるような、基体ＧＫ内の測定電極ＭＥの可能な配置を示している。その際、測定電極は、基体の主面の近傍に配置されていてもよい。
【００５６】
図６Ｂは、概略的な断面図に基づいて、測定電極が基体の中央においてアクチュエータ電極Ｅ１、Ｅ２の間でどのように配置されているかを示している。測定電極ＭＥとアクチュエータ電極Ｅとの間には、異なる極性のアクチュエータ電極の間よりも大きな距離を設けることができる。第１のアクチュエータ電極Ｅ１は第１の外部接点Ａｋ１と、第２のアクチュエータ電極Ｅ２は第２の外部接点Ａｋ２と、それぞれ接続されている。
【００５７】
図７は、本発明の別の実施形態を示しており、この実施形態では、セラミック基体、即ち基体の圧電材料が、中央において、好ましくは貫通した円筒形の穴Ｌの形態で破断されている。円錐台状のプレートＫＢの周縁領域は、穴の縁部から十分な距離を置いて基体の主面に取り付けられている。穴の利点は、アクチュエータ電極間に発生する圧電アクチュエータの静電容量を低減すると共に、それにより、アクチュエータの機能が、大きな伸長を維持しながら、より低い電力で可能になることである。
【００５８】
図８は、別の実施形態を示しており、この実施形態では、それぞれが２つの円錐台状のプレートＫＢを備える基体ＧＫを含む複数の装置が、垂直に互いに積層されており、その結果、全ての基体の側縁は、底面を即ち１００パーセント覆うように互いに一直線に並んでいる。図示されていないが、この実施形態では、これらの互いに積層された装置の固定を、その上に積層が載置されるベースＢに対して、作動プレートの助けを借りて及びコイルバネによって行うことが特に有利である。ここで、基体を保持ブラケットによって横方向に固定するか、又は、対応して近くにある保持ブラケット又は他のストッパによって基体の横方向の滑りを制限することが有利である。このような方法でも、基体が最大限に移動可能であること、伸長が妨げられないこと、及び、個々の装置の伸長が、ベースＢの表面上で垂直方向に法線Ｎに平行に全体の撓みに加算されることが保証される。
【００５９】
図９は、基体ＧＫを備える本発明による装置の更なる実施例を示している。上部のジンバルＫＢの上方には、メンブレンＭＢが固定されている。当該メンブレンは、薄く柔軟性を有するように作成されている。この張力及び弾性により、メンブレンは、ベースＢに対して作用する力を及ぼし、これはバネ力に対応する。メンブレンＭＢは、ユーザが視認可能且つ操作可能な表面である。これにより、操作パネルが割れることがないという利点が得られる。
【００６０】
メンブレンＭＢとベースＢは、互いに強固に接続されている。これは、例えば、ネジ締結によって行うことができる（図には示されていない）。メンブレンはまた、ベースＢの上に固定されたフレームＲＮを介して張り渡されていてもよい。それにより、平坦な操作パネル得られる。同時に、薄いメンブレンＭＢは、触覚フィードバックがメンブレンによって弱められないことを保証する。これに対して、ベースは剛体として形成されている。
【００６１】
図示された構造は、装置の作動時に、メンブレンＭＢが変形され、それによって、ユーザに対する触覚フィードバックの強度が最大化されることを保証する。さらに、メンブレンのバネ作用は、厚さ、又は、メンブレンＭＢとベースＢの間の接続を変化させることによって、最適化され得る。
【００６２】
メンブレンは、有利には、アクチュエータの剛性の１％〜５０％の範囲の剛性を備えるように形成されている。
【００６３】
作動中のアクチュエータの滑りを防止するために、これを後壁（及び／又はメンブレン）に付加的に固定することができる。１つの可能な固定方法は、接着層ＫＳによるアクチュエータの固定である。
【００６４】
特に図４及び７に示された、長方形又は正方形の底面の基体を有する実施形態に加えて、円形の底面を有する基体を作成することも可能である。正方形又は長方形の設計は、基体が比較的大きなスタック（Stapel）から切り出される場合（これは、正方形又は長方形の基体をもたらす直線的な切断を伴う）にのみ、製造技術上の利点を有する。それに応じて、基体は、１０〜３０ｍｍの辺長を有することができ、これはまた、円形に作成された基体の寸法に対応し得る。基体は、法線の方向において、０.５〜２ｍｍの高さを有することができる。円錐台状のプレートＫＢは、デバイスに力が加えられていない場合、及び、第１及び第２のアクチュエータ電極の間に電圧が加えられていない場合に、上面ＤＦの中央の領域と基体の表面との間の距離が約０.５ｍｍであるように、寸法決めされ得る。
【００６５】
好ましくは、装置の構造は対称であり、その結果、上部及び下部の円錐台状のプレートは、それらの寸法及び配置において互いに対称である。円錐台状のプレートＫＢは、基体の主面上に載置される周縁領域の内部に最大の面積が包囲されるよう、基体の底面に対して最大の広がりを有する。その場合、２つのプレートの間に配置されるアクチュエータ容積も最大である。このようにして、横方向収縮を最大限に検出すること、又は、それを最大の強度で所望の撓みに変換することができる。
【００６６】
本発明は、少数の実施例に基づいてのみ示すことができ、したがって、実施例に対応する厳密な実施形態に限定されない。アクチュエータ電極の数、端子接点の数、又は、互いに積層された基体の数を任意に変更することは、本発明の範囲内である。底面の形状は、第一近似においては、装置の有効性にも関連しない。触覚フィードバックは、所望の方法で実現することができ、それに応じて撓みを調節することができる。さらに、トリガー力は、ほぼ任意に設定することができ、その結果、所望のトリガー力を達成するために、固定圧力へのわずかな接触のみが必要とされ得る。
【符号の説明】
【００６７】
ＡＡ            アクチュエータ電極
ＡＫ            外部接点
Ｂ              ベース
ＢＰ            作動プレート
ＤＦ            切頭円錐＝上面
Ｅ１，Ｅ２      第１及び第２のアクチュエータ電極
Ｆ              アクチュエータに加えられた力
ＦＤ，ＦＳ        圧縮応力又は引張応力を伴うバネ
ＧＥＮ          電圧発生器
ＧＫ            圧電基体
ＨＢ            保持ブラケット
ＫＢ            円錐台状のプレート
Ｌ              基体の穴
ＭＢ            メンブレン
ＭＥ            測定ユニット
ＭＥ１，ＭＥ２  第１及び第２の測定電極
ＭＦ            プレートの側面
Ｎ              主面に対する法線
ＯＦ１，ＯＦ２    基体の主面
ＲＢ            プレートの周縁領域
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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