(57)【要約】      （修正有）【課題】フレキシブル触覚アクチュエータおよび対応する方法を提供する。【解決手段】フレキシブル触覚アクチュエータ１００は、可撓性材料で形成されたコア１０２を備える。コアは、空間を画定し、かつ、屈曲可能である。電気伝導体（電磁コイル１０６）が、コアの周囲に巻きつけられ、かつ、屈曲可能である。ケーシング１１４は、電気伝導体およびコアの少なくとも一部を囲む。ケーシングは、複数の可撓性部分および剛性部分を含む。ケーシングは屈曲可能である。触覚塊１２０は空間１０８内に懸架され、少なくとも部分的に磁性材料で形成される。触覚塊は、電気伝導体が生成する磁場に応じて体積内で移動可能である。【選択図】図３
2018109983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性材料で形成されたコアであって、体積を画定し、屈曲可能である、コアと、
前記コアの周囲に巻き付けられた屈曲可能な電磁コイルと、
電気伝導体と前記コアの少なくとも一部とを囲むケーシングであって、複数の可撓性部分および複数の剛性部分を含み、屈曲可能である、ケーシングと、
前記体積内に懸架された触覚塊であって、前記触覚塊が強磁性材料で少なくとも部分的に形成されており、前記電磁コイルが生成する磁場に応じて前記触覚塊が前記体積内で移動可能である、触覚塊と、
を備えるフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２】
前記コアが内面を有し、前記内面が円形の断面を有する、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項３】
前記コアが鉄系材料の粒子を含む、請求項２に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項４】
前記コアにおける前記可撓性材料が弾性を有する、請求項３に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項５】
前記可撓性材料が、ゲル、強磁性ゲル状懸濁剤、ゴム、ポリアクリル酸、シリコン、フルオロシリコン、フルオロエラストマ、ポリウレタンゴム、およびこれらの組み合わせから基本的になる群から選択される、請求項３に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項６】
前記コアが環状壁を備え、前記電磁コイルが前記環状壁に埋設されている、請求項３に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項７】
前記触覚塊が前記体積内に移動経路を有し、
前記電磁コイルが前記移動経路と少なくとも同じ長さを有する、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項８】
前記触覚塊が前記体積内に移動経路を有し、
前記電磁コイルが前記移動経路と略同じ長さを有する、請求項７に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項９】
前記電磁コイルがワイヤを含む、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項１０】
前記ケーシングが長さを有し、前記可撓性部分および前記剛性部分が前記ケーシングの前記長さに沿って交互に配置されている、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項１１】
前記可撓性部分が少なくとも部分的に弾性材料によって形成されている、請求項１０に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項１２】
前記ケーシングが複数の環状突条および谷部を備え、前記突条および谷部が前記ケーシングの周囲に延在しており、
各谷部が底部を有し、前記底部の断面が円弧状であり、各谷部の前記底部が前記複数の可撓性部分の１つを形成しており、
各突条が先端を有し、前記先端の断面が円弧状であり、各突条が前記複数の剛性部分の１つを形成している、請求項１１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項１３】
前記ケーシングが複数の環状ひだを備え、各ひだが前記ケーシングの周囲に延在している、請求項１１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項１４】
前記ケーシングが外面を有し、前記外面が実質的に平坦である、請求項１１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項１５】
前記可撓性部分が軸長を有し、前記剛性部分が軸長を有し、
少なくとも１つの前記可撓性部分の軸長が少なくとも１つの前記剛性部分の軸長と異なる、請求項１１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項１６】
前記ケーシングが外壁を有し、前記外壁が断面を有し、
前記断面が円形である、請求項１１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項１７】
前記ケーシングが外壁を有し、前記外壁が断面を有し、
前記断面が四辺形である、請求項１１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項１８】
前記触覚塊が球形である、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項１９】
前記触覚塊が多面体である、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２０】
前記触覚塊が、炭素鉄、酸化鉄、ニッケル、鉄またはコバルトを含む、シリコーン、ポリアクリル酸、フルオロシリコン、フルオロエラストマ、ポリウレタンゴムおよびそれらの組み合わせから基本的になる群から選択された材料をさらに含む、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２１】
前記コアが内面および中心線を有し、
フレキシブル装置が前記内面の近位に反磁性材料をさらに備え、前記反磁性材料が前記中心線の少なくとも一部の周りに均等に分配されている、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２２】
前記反磁性材料が前記コアの前記内面に適用されている、請求項２１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２３】
前記反磁性材料が、黒鉛、熱分解炭素、ビスマス、水銀、銀、ダイヤモンド、鉛、銅、およびこれらの組み合わせから基本的になる群から選択される、請求項２１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２４】
前記体積が真空を含む、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２５】
前記体積が非固体媒体を含む、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２６】
前記体積の第１および第２の端部を閉じる第１および第２のエンドキャップと、
前記第１のエンドキャップと前記触覚塊との間に動作可能に接続されたバネであって、中心線に沿って軸方向に配列されている、バネと、
をさらに備える、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２７】
前記バネと前記第１のエンドキャップとの間に動作可能に接続された関節継手をさらに備える、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２８】
前記関節継手が折り畳みシートを含む、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項２９】
前記第２のエンドキャップと前記触覚塊との間に動作可能に接続された別のバネであって、中心線に沿って軸方向に配列されている、別のバネをさらに備える、請求項１に記載のフレキシブル触覚アクチュエータ。
【請求項３０】
体積の周囲に巻き付けられた電磁コイルと、前記体積内に懸架された触覚塊とを備える触覚アクチュエータを使用して触覚効果を生成する方法であって、
前記触覚アクチュエータを変形する段階と、
前記電磁コイルに交流電流を流す段階と、
前記交流電流を流す段階に応じて、前記体積内に広がる磁場を生成する段階と、
前記磁場を生成する段階に応じて、前記触覚アクチュエータが変形される間に前記体積内で前記触覚塊を動かす段階であって、移動経路を振動する段階を含む、前記触覚塊を動かす段階と、
を含む、方法。
【請求項３１】
前記触覚アクチュエータを変形する段階が、前記触覚アクチュエータを曲げる段階を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記触覚アクチュエータを曲げる段階が、前記電磁コイルおよび前記体積を囲むケーシングの断続的に間隔をあけた部分を曲げる段階を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記触覚アクチュエータを曲げる段階が、前記体積の断面寸法を実質的に変化させずに前記触覚アクチュエータを曲げる段階を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記触覚アクチュエータを曲げる段階が、前記触覚塊の動作に対する制動を実質的に変化させずに前記触覚アクチュエータを曲げる段階を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記触覚アクチュエータを変形する段階が、前記触覚アクチュエータの長さに沿って前記触覚アクチュエータを伸張する段階を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記触覚アクチュエータを伸張する段階が、前記電磁コイルおよび前記体積を囲むケーシングの断続的に間隔をあけた部分を伸張する段階を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記触覚アクチュエータを伸張する段階が、前記体積の断面寸法を実質的に変化させずに前記触覚アクチュエータを伸張する段階を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記触覚アクチュエータを伸張する段階が、前記触覚塊の動作に対する制動を実質的に変化させずに前記触覚アクチュエータを伸張する段階を含む、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、触覚アクチュエータに関するものであり、より具体的にはフレキシブル触覚アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスと個々の相互作用を高めるために、触覚効果が使用される。触覚効果は、ユーザが触感覚を経験することを可能にし、触感覚は典型的にはデバイスに埋設されたアクチュエータによって生成される。近年の革新によって、折畳み式および屈曲可能なディスプレイ、携帯電話、タブレットおよびその他のデバイスなどの折畳み式または屈曲可能な電気デバイスの開発が可能となった。さらに、触覚デバイスは、衣類、宝石類、およびリストバンドなどの着用物品へと組み込まれるかまたは取り付けられ得る。触覚デバイスはまた、布および他の屈曲可能および折畳み式デバイスおよび物体に組み込まれるかまたは取り付けられ得る。
【０００３】
この種のデバイスにおいて触覚デバイスを具体化する際の問題は、触覚アクチュエータがその屈曲または折畳み性能を制限することにある。さらに、触覚アクチュエータがデバイスとともに折畳まれるかまたは屈曲されたとしても、屈曲作用が触覚デバイスの動作を妨げ、振動または触覚効果をもたらす能力を制限する場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本出願の１つの態様は、可撓性材料で形成されたコアを備えるフレキシブル触覚アクチュエータに関する。コアは、体積を画定しかつ屈曲可能である。電磁コイルは、コアの周囲に巻きつけられかつ屈曲可能である。ケーシングは、電気伝導体およびコアの少なくとも一部を囲む。ケーシングは、複数の可撓性部分および複数の剛性部分を含む。ケーシングは屈曲可能である。触覚塊は体積内に懸架され、触覚塊は強磁性材料で少なくとも部分的に形成されている。触覚塊は、電磁コイルが生成する磁場に応じて体積内で移動可能である。
【０００５】
本出願の別の態様は、体積の周囲に巻きつけられた電磁コイルと、体積内に懸架された触覚塊とを備える触覚アクチュエータを使用して触覚効果を生成する方法である。当該方法は、触覚アクチュエータを変形する段階と、コイルに交流電流を流す段階と、交流電流を流す段階に応じて体積内に広がる磁場を生成する段階と、磁場を生成する段階に応じて触覚アクチュエータが変形される間に体積内で触覚塊を動かす段階であって、移動経路を振動する段階を含む、触覚塊を動かす段階と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】フレキシブル触覚アクチュエータの１つの実施形態の上面図である。
【図２】図１に示すフレキシブル触覚アクチュエータの端面図である。
【図３】図１に示すフレキシブル触覚アクチュエータのライン３‐３における断面図である。
【図４】図１〜３に示す触覚アクチュエータの一部の破断図である。
【図５】図１に示すフレキシブル触覚アクチュエータのライン５‐５における屈曲状態の断面図である
【図６】図１〜５に示す触覚アクチュエータの代替的実施形態の断面図である。
【図７】図１〜５に示す触覚アクチュエータの代替的実施形態の断面図である。
【図８】図１〜５に示す触覚アクチュエータの代替的実施形態の断面図である。
【図９】図１〜５に示す触覚アクチュエータの代替的実施形態の上面図である。
【図１０】図９に示すフレキシブル触覚アクチュエータの側面図である。
【図１１】図１〜５に示すフレキシブル触覚アクチュエータの代替的実施形態の上面図である。
【図１２】図１１に示すフレキシブル触覚アクチュエータの側面図である。
【図１３】触覚対応物品に含まれ得る図１〜１２に示すフレキシブル触覚アクチュエータを図示するブロック図である。
【図１４】図１〜１２に示すフレキシブル触覚アクチュエータを作動するためのコントローラのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
いくつかの図面にわたって類似の部材および組立体には類似の符号が付された図面を参照して多様な実施形態が説明される。多様な実施形態は添付の特許請求の範囲を限定するものではない。さらに、本明細書に記載されたいかなる例も限定を意図するものではなく、単に添付の特許請求の範囲の多くの可能な実施形態のいくつかを記載するものである。
【０００８】
適当と認められる場合には、単数形で使用される用語は複数もまた含み、その逆もまた含む。本明細書において使用される「１つ」は、特に明記しない限りまたは「１つまたは複数」の使用が明らかに不適当である場合を除いて「１つまたは複数」を意味する。「または」の使用は、特に明記しない限り「および／または」を意味する。「含む」「有する」「備える」の使用は、置替可能であり、限定を意図するものではない。「など」との用語もまた限定を意図するものではない。例えば、「含む」との用語は、「含むが限定されない」ことを意味する。
【０００９】
一般的な用語では、本出願は、屈曲可能でありかつ触覚効果をもたらすことができる触覚アクチュエータに関する。さらに、触覚効果は、人にもたらされる任意のタイプの触覚であってよい。いくつかの実施形態では、触覚効果は、触覚対応の物品とユーザの相互作用の合図、通知、フィードバックもしくは確認などの情報または他の通知を具体化する。いくつかの実施形態では、触覚効果は、より複雑なメッセージまたは他の情報を具体化することができる。代替的実施形態では、触覚効果は、摩擦、流れおよびディテントなどの物理特性または効果を模擬することによってデバイスとユーザの相互作用を強化するために使用することができる。
【００１０】
ここで図１〜３を参照すると、触覚アクチュエータ１００は、コア１０２、電磁コイル１０６、触覚塊１２０、およびケーシング１１４を備える。触覚アクチュエータ１００は、略５ｍｍから略３０ｍｍの範囲内の外径を有するが、代替的実施形態では５ｍｍ未満または３０ｍｍ超の直径を有してもよい。さらに、触覚アクチュエータ１００は、略１０ｍｍから略６０ｍｍの範囲内の長さを有するが、代替的実施形態では１０ｍｍ未満または６０ｍｍ超の長さを有してもよい。
【００１１】
コア１０２は、空間１０８を画定しかつ中心線１１０を有する実質的に管状の壁１０４を備える。触覚塊１２０は、空間１０８内に配置される。第１および第２のエンドキャップ１２２および１２４は、管状壁１０４の対向する端部に隣接して配置され、空間１０８を閉じる。
【００１２】
管状壁１０４は、略１ｍｍから略３ｍｍの範囲内の厚さを有するが、代替的実施形態では略１ｍｍ未満または３ｍｍ超の内径を有してもよい。コア１０２は、高透磁率を有する材料で形成され、磁場の少なくとも一部が空間１０８の中心線１１０と実質的に平行な方向に空間１０８を通過するように、電磁コイル１０６から放出される磁場を誘導する。さらに、コア１０２は可撓性材料で形成され、代替的実施形態では、コア１０２は伸縮性を有する材料で形成される。模範的実施形態では、コア１０２は強磁性ゲル状懸濁剤またはゴム材料で形成されるが、コア１０２を形成するために他の材料を使用してもよい。代替的実施形態では、コア１０２は、磁性を有さないかまたは透磁性の低い材料で形成される。コア１０２を形成するために使用され得る材料の例は、ポリアクリル酸、シリコン、フルオロシリコン、フルオロエラストマおよびポリウレタンゴムなどのエラストマを含む。少なくともいくつかの実施形態では、これらのエラストマには強磁性粒子が埋め込まれ得る。
【００１３】
電磁コイル１０６は、コア１０２の少なくとも一部の周囲に巻かれた磁性伝導体で形成される。少なくともいくつかの実施形態では、電磁コイル１０６は、電気伝導性材料で充填されるコア１０２の管状壁１０４内に形成されたらせん溝などのように、コア１０２の管状壁１０４に成形または埋設される。代替的実施形態では、電磁コイル１０６は、管状壁１０４の外面の周囲または管状壁１０４の内面に沿って巻かれ得る。さらに、電磁コイル１０６は、ワイヤまたは電気伝導性めっき、トレースもしくは層などの任意の適切な電気伝導体で形成することができる。ワイヤの場合、ワイヤは略３０ゲージから略４０ゲージの範囲内の寸法を有してよいが、代替的実施形態では４０ゲージ超または３０ゲージ未満のゲージを有してもよい。ワイヤのゲージは、必要なまたは望ましい磁場の強さ；触覚塊の寸法；触覚塊の透磁性；触覚アクチュエータの所望の性能特性、例えば触覚塊の速度、加速、振動周波数、および移動の長さ；ならびに特にフレキシブル触覚アクチュエータが曲げられた時の触覚塊の動きに対する抵抗を含む様々な設計基準によって変更され得る。これらのおよび他の基準に基づく磁場を最適化するためにワイヤのゲージおよび電磁コイル１０６を流れる電気信号の特性を調節することができる。
【００１４】
電磁コイル１０６は、中心線１１０に沿って長さｌｃだけ延在し、長さｌｃは、空間１０８内にある触覚塊１２０の移動経路の長さｌｈｍ（本明細書においてさらに詳細に議論する）とほぼ同等である。代替的実施形態では、電磁コイル１０６の長さは、コア１０２の管状壁１０４の全長にわたって延在し得る。他の代替的実施形態では、電磁コイル１０６の長さｌｃは、触覚塊１２０の移動経路より長くてよいが、コア１０２の長さ未満である。代替的に、電磁コイル１０６の長さｌｃは、コア１０２の全長にわたって延在し得る。電磁コイル１０６の端部点を越えて広がる磁場の部分または他の力が、中心線１１０に沿った触覚塊１２０の線形移動を制御することができる限り、長さｌｃは触覚塊１２０の移動経路よりいくらか短くてもよい。本明細書中でより詳細に議論されるように、電磁コイル１０６の長さは、触覚塊のサイズおよび他の設計、ならびに性能特性にも依存し得る
【００１５】
触覚塊１２０は、コア１０２の管状壁１０４によって画定される空間１０８の断面積より少なくともわずかに小さい断面積を有する塊である。この寸法決定により、触覚塊１２０が触覚アクチュエータ１００の中心線１１０に沿って移動することが可能となる。触覚塊１２０は、球形、円筒形、または空間１０８内を中心線１１０に沿って移動することが可能な任意の他の形状を含む様々な形状を有し得る。さらに、少なくともいくつかの実施形態では、触覚塊１２０の断面形状は、コアの管状壁１０４の内面の断面形状と同一であるが、いくつかの実施形態では、両者が別の形状を有してもよい。しかしながら、球形形状の利点は、球形触覚塊１２０が触覚アクチュエータ１００の屈曲動作を制限しないことにある。さらに、球形触覚塊１２０は、コアの管状壁１０４の内面に対して歪まないため、空間１０８内で固着せず、動作を制限しない。
【００１６】
触覚塊１２０は、電磁コイル１０６から放出される磁場に曝されたときに推進することができるように、正または負のいずれかの正味の磁気モーメントを有する鉄鋼材料から作製することができる。さらに、触覚塊１２０がコアの管状壁１０４に対して移動する事象において触覚塊１２０の動作に対する抵抗を最小化するために、触覚塊１２０は、コア１０２またはコア１０２の表面の被膜１１２に対して最小限の摩擦を有する材料で形成され得る。
【００１７】
例えば、触覚塊１２０は、強磁性粒子が埋め込まれたエラストマ材料で形成され得る。強磁性粒子はナノ粒子であってよいが、より大きな粒子を使用してもよい。触覚塊１２０を形成するために使用することができるエラストマ材料または他の材料の例は、シリコーン、ポリアクリル酸、フルオロシリコン、フルオロエラストマおよびポリウレタンゴムを含む。強磁性粒子を形成する材料の例は、炭素鉄と、酸化鉄と、ニッケル、鉄またはコバルトを含む化合物とを含む。他の可能な実施形態では、触覚塊１２０は強磁性材料のみで形成される。
【００１８】
模範的実施形態では、空間１０８は触覚塊１２０を除いて空である。他の模範的実施形態では、空間１０８はガスを含む。さらに別の実施形態では、空間１０８は、触覚塊１２０の動作に対して作用し、かつ触覚塊１２０の動作または振動によって生じる力を伝達する可撓性懸濁剤で充填される。可撓性懸濁剤の例は、シリコーンゲル、他のゲル状材料、およびフォームを含む。他の例示的実施形態では、本明細書においてその一部がより詳細に議論されるが、空間１０８は、触覚塊と動作可能に接続されかつ相互作用する弾性物理構造体または他の種類の構造体を含む。
【００１９】
磁性特性を有する材料の被膜１１２がコアの管状壁１０４の内面に適用される。磁場を受けたときに、反磁性材料は、誘導する磁場と逆方向を有する誘導磁場を放出する。したがって、触覚塊１２０における強磁性材料に曝されたとき、反磁性材料は触覚塊１２０の中心および中心線１１０に向かって伝搬する誘導磁場を放出し得る。管状壁１０４の内面および触覚塊１２０の断面形状が円形かつ同心であるため、反磁性材料から放出される誘導磁場は、触覚塊１２０の対向する側に実質的に同等かつ逆の力を及ぼし、触覚塊１２０が中心線１１０上にとどまるように常に作用する。
【００２０】
さらに、触覚塊１２０を中心線に向かわせるために被膜１１２が触覚塊１２０に対して同等かつ逆の磁力を印加する限り、被膜１１２はコア１０２の全周囲に満たない範囲で延在し得る。例えば、周囲の交互の円弧またはセグメントが磁性材料で被覆され得る。
【００２１】
少なくともいくつかの可能な実施形態では、被膜１１２は、黒鉛、熱分解炭素、ビスマス、水銀、銀、ダイヤモンド炭素、鉛および銅などの反磁性材料で形成される。被膜１１２は、管状壁１０４の内面の全長および周囲に沿って延在する。代替的に、被膜１１２は、コア１０２の長さ未満の長さであるが、触覚塊１２０の移動経路と同等またはそれより長い管状壁１０４の長さにわたって延在し得る。代替的実施形態では、被膜１１２は、触覚塊１２０の移動経路より短い長さに延在する。さらに、被膜１１２は、触覚アクチュエータ１００、故にコア１０２が屈曲、伸張、または圧縮されたときに被膜１１２が損傷しないような材料であり、そのような技法で適用される。触覚塊１２０を中心に置くことを補助するために、被膜の代わりに、または追加して、本明細書に記載されるような磁性を有する分離ライニングまたは他の部材を空間１０８に組み込むことができる。
【００２２】
被膜の代替として、磁性材料で形成されたスリーブ（図示せず）を空間１０８に挿入し、管状壁１０４の内面を覆ってよい。スリーブから放出される磁場は、空間１０８内で触覚塊１２０を浮遊させ得る。スリーブは、触覚塊１２０が空間１０８内を移動するように、触覚塊１２０を浮遊させる任意の適切な長さを有し得る。例えば、スリーブは、管状壁１０４の全長にわたって延在し得る。別の例では、スリーブは管状壁１０４より短いが、触覚塊１２０の移動経路ｌｈｍより長い。別の例では、スリーブの長さは、スリーブから放出される磁場が触覚塊１２０を支持または浮遊させることができる限り、触覚塊１２０の移動経路ｌｈｍと同一またはより短くてよい。別の代替的実施形態では、スリーブに代えてまたは加えて、管状壁１０４の内面に沿って磁性片が配置される。磁性片は、管状壁１０４の長さにわたって引き延ばされかつ延在し得る。代替的に、磁性片は他の形状を有し、パターンが、触覚塊１２０と相互作用しかつ空間１０８内で移動経路ｌｈｍの全長にわたって浮遊させる磁場を放出するように、管状壁１０４の内面に沿ってパターン状に配置され得る。さらに他の実施形態では、反磁性被膜１１２に加えてスリーブまたは個々の磁性片を使用することができる。
【００２３】
ケーシング１１４は、コアの管状壁１０４の外径の周りに設置される。ケーシング１１４は、本明細書に記載されるように、可撓性を提供しかつ圧縮から保護する枠組み、筐体、スリーブ、または任意の他の構造体であり得る。
【００２４】
ケーシング１１４は、剛性材料で形成される複数の剛性部分と、可撓性材料で形成される複数の可撓性部分を有する。代替的実施形態では、可撓性部分を形成する材料はまた、屈曲に加えて伸張または圧縮され得るように弾性を有し得る。可撓性部分は、触覚アクチュエータ１００を屈曲可能にする。剛性部分は、コア１０２およびコアの管状壁１０４によって画定される空間１０８の断面領域の圧縮を防ぐ剛性を提供する。当該構造体は、触覚塊１２０の動作に対する制動の拘束を最小限にするかまたは無くし、それにより触覚塊１２０の振動に対する制動を最小限にするかまたは無くして触覚アクチュエータ１００の屈曲（圧縮または伸張（可撓性材料が弾性を有する場合））を可能にする。
【００２５】
図示された実施形態では、ケーシング１１４は波形であり、互いに平行でありかつ触覚アクチュエータ１００およびコア１０２の周囲に延在する複数の環状突条１１８を有する。この模範的実施形態では、環状突条１１８は剛性部分を形成する。ケーシング１１４はまた、互いに平行でありかつ突条１１８と平行である複数の環状谷部１１６または溝部を有する。谷部１１６は、触覚アクチュエータ１００およびコア１０２の周囲に延在し、可撓性部分を形成する。突条１１８および谷部１１６は、コア１０２および触覚アクチュエータ１００の実質的に全長にわたって交互に並ぶ。
【００２６】
突条１１８および谷部１１６は、触覚アクチュエータ１００の長さにわたって均一な波形を提供するために同一の幅を有し得る。代替的に、突条１１８は、谷部と異なる幅を有し得る。さらに別の実施形態では、突条１１８の幅は、触覚アクチュエータ１００の長さにわたって変化し得る。例えば、触覚アクチュエータ１００が位置する空間１０８の圧縮に対してより強く保護するために、触覚塊１２０の移動経路から放射状に配置される突条１１８は、触覚アクチュエータ１００の他の部分に沿う突条１１８より幅広くてよい。谷部の幅もまた触覚アクチュエータ１００の長さにわたって変化し得る。
【００２７】
さらに、ケーシング１１４は、様々な製造技法を使用して作製することができる。例えば、ケーシング１１４は、型の異なる部分に異なる材料を挿入してコア１０２の周りに成形することができる。別の例では、ケーシング１１４は、３Ｄプリンタおよび異なる材料を使用して印刷することができる。さらに、ケーシング１１４は、スリーブと同様に、触覚アクチュエータ１００の残りの部分とは別に形成された後にコア１０２上に挿入され得る。さらに別の実施形態では、突条１１８および谷部が別々に形成された後に、接着剤を使用して互いに接着または取り付けられるかまたはコア１０２上に単に別々に挿入されてそこに接着されるかまたは互いに接着され得る。
【００２８】
波形構造が示されているが、ケーシング１１４は、可撓性を提供しかつコア１０２および空間１０８を圧縮から保護する任意の他の構造を有し得る。さらに、ケーシング１１４は、可撓性および圧縮に対する保護の両方を提供するために、触覚アクチュエータ１００に沿って配置された単一の部材またはいくつかの部材であり得る。
【００２９】
作動中、正と負の間で変動する電流が電磁コイル１０６を流れて磁場を形成し、その少なくとも一部が空間１０８内を伝搬する。磁場は、中心線１１０と実質的に平行な経路に沿って触覚塊１２０を推進させる。電流の極性が変化すると、触覚塊１２０は空間１０８内で方向を変える。この触覚塊１２０の前後の動作が触覚アクチュエータ１００を振動させる。さらに、コアの管状壁１０４の内面に沿った磁性材料の被膜１１２は、触覚塊１２０の半径に沿った等価かつ逆方向の力を提供し、触覚塊１２０を中心線１１０上の中心位置へと促し、触覚塊１２０と管状壁１０４との間に間隙を提供する。触覚塊１２０が中心から外れてコア１０２に向かって移動するかまたはコア１０２と接触する場合には、被膜１１２から触覚塊１２０へと伝搬する磁力が触覚塊１２０を中心線１１０に沿った中心位置に戻るように作用する。
【００３０】
さらに、図５に示すように触覚アクチュエータ１００が屈曲する場合、空間１０８および中心線１１０もまた屈曲し、湾曲する。触覚アクチュエータ１００の屈曲動作はまた、コア１０２、電磁コイル１０６、被膜１１２、および中心線１１０を屈曲させる。磁場が電磁コイル１０６から放出されて伝搬する方向もまた中心線１１０とともに屈曲し、触覚塊１２０の経路も屈曲する。触覚塊１２０が湾曲した経路に沿って移動するため、推進力によりコア１０２の内面に衝突して触覚塊１２０の動作に対するいくらかの制動および触覚アクチュエータ１００の振動に対する制動が起こる。しかしながら、被膜１１２と触覚塊１２０との間の磁気相互作用は、中心線方向にかつコア１０２から離れる方向に触覚塊１２０が向かうように継続的に作用するため、触覚塊１２０と被膜との間の接触を低減または最小化し、それにより制動が低減または最小化される。
【００３１】
図６は、図１〜４に図示した触覚アクチュエータ１００と実質的に類似の触覚アクチュエータ１２７の代替的実施形態を図示する。触覚アクチュエータ１２７は、空間１０８を画定しかつその内面上に磁性材料の被膜１１２を有するコア１０２と、電磁コイル１０６と、触覚塊１２０と、ケーシング１１４とを備える。
【００３２】
空間１０８を充填する懸濁剤の代わりにまたは加えて、第１および第２のバネ１２６および１２８が空間１０８内に配置される。第１のバネ１２６は、第１のエンドキャップ１２２と触覚塊１２０との間に延在し、第２のバネ１２８は第２のエンドキャップ１２４と触覚塊１２０との間に延在する。第１および第２のバネ１２６および１２８は、触覚アクチュエータ１２７が非作動状態にある（例えば振動していない）場合および作動状態にある（例えば振動している）場合にも中心線１１０に沿って触覚塊１２０を保持する。第１および第２のバネ１２６および１２８は中心線１１０と整列され、触覚アクチュエータ１２７が搭載されたデバイスが動くかまたは押された場合に、触覚塊１２０を中心線１１０上に保持するよう補助する。この２つのバネの構成の利点は、触覚塊１２０の両側を支持することで触覚塊１２０を中心線１１０上の中心位置に保持することを補助するため、触覚塊１２０が中心から外れてコア１０２の内面に衝突することによる制動が減少することにある。
【００３３】
図７は、図６に図示した触覚アクチュエータ１２７と実質的に類似の触覚アクチュエータ１２５の代替的実施形態を図示する。触覚アクチュエータ１２５は、空間１０８を画定しかつその内面上に磁性材料の被膜１１２を有するコア１０２と、電磁コイル１０６と、触覚塊１２０と、ケーシング１１４とを備える。しかしながら、この実施形態では、触覚アクチュエータ１２５は、一方のエンドキャップ１２２と触覚塊１２０との間に延在する単一のバネ１２６を備える。触覚塊１２０の逆側と対向するエンドキャップ１２４との間に第２のバネは存在しない。
【００３４】
この実施形態の利点は、単一のバネ構成では、２つのバネ構成よりも触覚塊１２０の動作に対する制動が低減されることにある。単一のバネ構成では、触覚アクチュエータ１２５を伸張または圧縮しても、触覚塊１２０が両端部で固定されていないため、バネ１２６は伸張または圧縮されない。したがって、触覚塊１２０を動かすために必要な力の量は、触覚アクチュエータ１２５の伸張または圧縮の結果として変化しない。
【００３５】
触覚塊１２０の対向する側部と触覚アクチュエータの対向する端部との間で固定された２つのバネを備える実施形態では、触覚アクチュエータを伸張または圧縮すると、バネが伸張または圧縮され得る。バネの長さが変化する結果、触覚塊１２０を動かすためにより大きな力が必要となり、そのため触覚塊１２０の動作および触覚アクチュエータの振動に対する制動効果を有する。結果として、単一のバネ構成は、触覚塊１２０および触覚アクチュエータ１２５の制動が低減される点で有利である。
【００３６】
図８は、図７に示した触覚アクチュエータ１２５と実質的に類似の触覚アクチュエータ１２９の代替的実施形態を図示する。触覚アクチュエータ１２９は、空間１０８を画定しかつその内面に磁性材料の被膜１１２を有するコア１０２と、電磁コイル１０６と、触覚塊１２０と、ケーシング１１３とを備える。さらに、エンドキャップ１２２とバネ１２６との間に関節継手１３０が配置される。例示的実施形態では、関節継手１３０は、折畳み式または折り紙式の構造であり得る。関節継手１３０は、バネ１２６によって生じる制動効果をさらに低減させる。例えば、触覚アクチュエータ１２９のエンドキャップ１２２に一端が固定されたバネ１２６は、一端がいくらかの柔軟性を有し、触覚アクチュエータ１２９のエンドキャップ１２２および他の構造体に対して動くことが可能である場合よりも、触覚アクチュエータ１２９が曲げられたときに大きく曲がる傾向にある。
【００３７】
図９および１０は、図１〜４に示した触覚アクチュエータ１００に実質的に類似の触覚アクチュエータ１３４の別の実施形態を図示する。触覚アクチュエータ１３４は、空間１０８を画定しかつその内面に磁性材料の被膜１１２を有するコア１０２と、電磁コイル１０６と、触覚塊１２０とを備える。さらに、コア１０２の外周の周りに延在し、触覚アクチュエータ１３４の長さにわたって延在し、かつ交互に平行に配置された剛性材料１３８および可撓性材料１３５からなる部分を有する点でケーシング１１４と類似のケーシング１３６を備える。しかしながら、ケーシング１３６は、波形ではなく比較的滑らかな外面を有する。
【００３８】
図１１および１２は、図１〜４に示した触覚アクチュエータ１００に実質的に類似の触覚アクチュエータ１３８の別の実施形態を図示する。触覚アクチュエータ１３８は、空間１０８を画定しかつその内面に磁性材料の被膜１１２を有するコア１０２と、電磁コイル１０６と、触覚塊１２０とを備える。
【００３９】
触覚アクチュエータ１３８は、波形であり、ケーシング１４０の断面の外形が正方形または長方形であることを除いて実質的にケーシング１１４と類似の、ケーシング１４０をさらに備える。ケーシング１４０の円形および長方形の外形が図示されているが、代替的実施形態では、ケーシングは任意の形状を有してよく、円形または長方形以外の形状であってよい。さらに、ケーシング１４０の外形が円形または環状でなくても、電磁コイル１０６、コア１０２、および空間１０８は円筒形であってよく、円形の断面を有し得る。代替的に、電磁コイル１０６、コア１０２、および空間１０８を含むいかなる区画の断面も非円形を有することができる。
【００４０】
図１３は、図１および２に示した触覚アクチュエータ１００が、電子デバイス、着用物品または任意の他の物品などの物品１６１の近位に設けられた実施形態を図示する。コントローラ１４２およびアクチュエータ駆動回路は、触覚アクチュエータと電気接続され、物品１６１内にまたは物品１６１から離れて配置され得る。触覚アクチュエータ１００が振動すると、物品１６１における構造体へと伝わる慣性力が生じる。この伝達された慣性力が物品１６１を振動させ、触覚効果をもたらす。触覚アクチュエータ１００の近位に位置する物品１６１の構造体は、電子デバイスのハウジング、タッチパッド、ディスプレイスクリーン、ストラップなどの任意の構造体またはユーザが相互作用する任意の他の構造体であり得る。電子デバイスの例は、ストラップ；ベルト、宝石類、リストバンドおよび衣類などの着用物品；折畳みおよび屈曲可能な携帯電話、折畳みおよび屈曲可能なタブレット、ならびに折畳みおよび屈曲可能なディスプレイなどの折畳み式および屈曲可能な電子装置；財布およびハンドバッグ；ならびにその他のコンピュータ、タブレット、電子書籍、スマートフォンなどの電話、ディスプレイスクリーン、ゲーム機およびコントローラ、バーチャルリアリティゴーグルおよび他のバーチャルリアリティ装置、ポインティングデバイス、乗り物、自動車構成部品、手術器具および他の医療機器およびモニタ、エクササイズ器具、安全装置、ならびに触覚効果をもたらすことが望ましい任意の他の装置などの折畳み式および屈曲可能なデバイスを含む。
【００４１】
図１４を参照すると、本明細書に開示された触覚アクチュエータ１００のためのコントローラ１４２は、バス１４６、プロセッサ１４４、入力／出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ１４８およびメモリ１５０を備える。バス１４６は、Ｉ／Ｏコントローラ１４８およびメモリ１５０を含むコントローラ１４２の様々な部品をプロセッサ１４４に連結する。バス１４６は典型的に、制御バス、アドレスバスおよびデータバスを含む。しかしながら、バス１４６は任意のバスまたはコントローラ１４２内の部品間でのデータの転送に適したバスの組み合わせであってよい。
【００４２】
プロセッサ１４４は、情報を処理するように構成された任意の回路を含んでよく、任意の適切なアナログまたはデジタル回路を含んでよい。プロセッサ１４４は、命令を実行するプログラマブル回路をさらに含んでよい。プログラマブル回路の例は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または命令の実行に適した任意の他のプロセッサもしくはハードウェアを含む。様々な実施形態において、プロセッサ１４４は、単一のユニットまたは２つまたはそれ以上のユニットの組み合わせを含んでよく、ユニットは単一のコントローラ内もしくは別々のデバイス内に物理的に配置され得る。
【００４３】
Ｉ／Ｏコントローラ１４８は、コントローラ１４２および周辺機器または外部機器の動作を監視する回路を含む。Ｉ／Ｏコントローラ１４８はさらに、コントローラ１４２と周辺機器または外部機器（図示せず）との間のデータフローを管理する。外部機器は、コントローラ１４２および触覚アクチュエータ１００が組み込まれる物品またはデバイスの内部またはシステムの外部に配置され得る。Ｉ／Ｏコントローラ１４８がインターフェイス接続され得るその他の周辺機器または外部機器の例は、センサ、外部記憶装置、モニタ、キーボード、マウスまたは押しボタンなどの入力デバイス、外部コンピューティングデバイス、モバイル機器、送受信装置、およびアンテナを含む。
【００４４】
メモリ１５０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、磁気メモリ、光メモリなどの揮発性メモリまたは任意のその他の適切なメモリ技術を含み得る。メモリ１５０は、揮発性および不揮発性メモリの組み合わせもまた含み得る。
【００４５】
メモリ１５０は、触覚効果判定モジュール１５２および触覚効果制御モジュール１５４を含む、プロセッサ１４４によって実行される多数のプログラムモジュールを格納するように構成される。各プログラムモジュールは、データ、ルーチン、オブジェクト、呼出し、および１つまたは複数の特定のタスクを実行するその他の命令の集合体である。本明細書には特定のプログラムモジュールが開示されているが、様々な実施形態において、各モジュールに対して説明された様々な命令およびタスクは、単一のプログラムモジュール、モジュールの異なる組み合わせ、本明細書に記載された以外のモジュール、またはコントローラ１４２と通信状態にあるリモートデバイスによって実行されるモジュールによって実施され得る。
【００４６】
例示的実施形態では、触覚効果判定モジュール１５２は、触覚効果をもたらす時期を判定する。コントローラ１４２が異なる触覚効果をもたらすようにプログラムされている場合、触覚効果判定モジュール１５２はさらに、どの触覚効果をもたらすかを判定する。もたらす触覚効果を判定するために触覚効果判定モジュール１５２が使用することができる技術の例は、触覚効果を選択するための判定を行うようにプログラムされた規則を含む。例えば、コントローラ１４２は、ＧＰＳの受信機または他の位置追跡装置とインターフェイス接続されてよく、ユーザの位置およびユーザの移動の有無に基づいてもたらされるべき異なる触覚効果を判定し得る。
【００４７】
触覚効果判定モジュール１５２は、触覚アクチュエータ１００へと送る触覚駆動信号を判定すると、当該判定を触覚効果制御モジュール１５４に送信する。触覚効果制御モジュール１５４は、決定された触覚効果に対応する電気的パラメータ、性質、または特徴を求める。触覚効果制御モジュール１５４は、電気的パラメータをＩ／Ｏコントローラ１４８へと伝達し、コントローラ１４８はそれらをアクチュエータ駆動回路１５６へと出力する。アクチュエータ駆動回路１５６は、増幅器１６０と直列接続された信号発生器１５８を備え、触覚効果制御モジュール１５４によって提供された電気的パラメータを具体化する触覚駆動信号を生成する。アクチュエータ駆動回路１５６は、触覚アクチュエータ１００のスマート材料作製１０４における電極に触覚駆動信号を印加する。
【００４８】
触覚駆動信号を生成するために使用することができる信号パラメータの例は、事象に関する周波数、振幅、位相、反転、持続期間、波形、動作開始時間、立ち上がり時間、フェード時間、およびラグタイムまたはリードタイムを含む。さらに、触覚駆動信号の信号および波形の例は、直流信号、交流信号、矩形波、正弦波、ステップ信号、三角波、鋸波、およびパルスを含む。さらに、触覚駆動信号は、略２Ｖから略１０Ｖの範囲内の電圧、および略０．１ｍＡから略０．５ｍＡの範囲内の電流を有し得る。代替的実施形態では、触覚駆動信号は、２Ｖ未満または１０Ｖ超の電圧、および０．１ｍＡ未満または０．５ｍＡ超の電流を有し得る。触覚駆動信号の周波数は、略１００Ｈｚから略２５０Ｈｚの範囲内であってよい。代替的実施形態では、周波数は、１００Ｈｚ未満または２５０Ｈｚ超であってよい。代替的実施形態では、触覚駆動信号は、これらの範囲外の電圧または周波数を有する。さらに、触覚駆動信号の所望の電圧および周波数は、アクチュエータの構造およびアクチュエータに使用される材料の種類および空間１０８において触覚塊１２０を支持するために使用される構造によって変化し得る。
【００４９】
代替的実施形態では、触覚アクチュエータ１００を通してもたらされる触覚効果または触覚駆動信号を生成するために使用する電気的パラメータを決定する段階を有さない。このような実施形態では、決定された触覚駆動信号を触覚アクチュエータ１００にもたらすために、コントローラ１４２が単にプログラムされるかまたはハードウェアにより実現される。
【００５０】
前述の多様な実施形態は、実例として提供されたものであり、添付の特許請求の範囲を限定するものと解釈すべきではない。本明細書に図示および記載された例示的実施形態および応用に従わないが以下の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱せずになされ得る多様な修正および変更は、当業者に容易に認識されるであろう。
【符号の説明】
【００５１】
１００、１２５、１２７、１２９  触覚アクチュエータ
１０２  コア
１０４  壁
１０６電磁コイル
１０８空間
１１０  中心線
１１２  被膜
１１４  ケーシング
１１６  谷部
１１８  突条
１２０  触覚塊
１２２、１２４  エンドキャップ
１２６、１２８  バネ
【図１】
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【図２】
2018109983.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2018109983.tif 000016
【外国語明細書】
2018109983000001.pdf