(57)【要約】【課題】ユーザーインターフェース、ゲーミング、自動車、ウェアラブルデバイス、及び家庭用電化製品において用途を有するエレクトレットベースの静電触覚アクチュエーターを提供する。【解決手段】第１の作動構成要素及び第２の作動構成要素を備える触覚アクチュエーターが示される。第１の作動構成要素は、作動可能材料の第１の層と、この第１の層の対向する両側部上の電極とを備え、この作動可能材料は、任意の電気信号が電極のうちの少なくとも一方に印加されると変形するように構成される。この触覚アクチュエーターは、１つ以上のスペーサーによって第１の作動構成要素から分離された第２の層を更に備える。第２の作動構成要素は、磁化材料及び１つ以上の電磁石を備える。この磁化材料又は１つ以上の電磁石のうちのいずれかは、第１の作動構成要素上に配置され、任意の電気信号が１つ以上の電磁石に印加されると、磁化材料と１つ以上の電磁石との間の相対運動が生成され、この相対運動は、第１の作動構成要素の振動を引き起こす。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動可能材料の第１の層を備えるとともに、該第１の層の対向する両側部に電極を備える第１の作動構成要素であって、前記作動可能材料は、任意の電気信号が前記電極のうちの少なくとも一方に印加されると変形するように構成される、第１の作動構成要素と、
１つ以上のスペーサーによって前記第１の作動構成要素から分離された第２の層と、
磁化材料及び１つ以上の電磁石を備える第２の作動構成要素と、
を備え、
前記磁化材料又は前記１つ以上の電磁石のうちのいずれかは、前記第１の作動構成要素上に配置され、
任意の電気信号が前記１つ以上の電磁石に印加されると、前記磁化材料と前記１つ以上の電磁石との間の相対運動が生成され、前記磁化材料と前記１つ以上の電磁石との間の前記相対運動は、前記第１の作動構成要素の振動を引き起こす、触覚アクチュエーター。
【請求項２】
前記第２の作動構成要素の前記磁化材料は、前記第１の作動構成要素の第１の表面又は前記第２の層の第２の表面のうちのいずれか一方に配置され、前記１つ以上の電磁石は、前記第１の作動構成要素の前記第１の表面又は前記第２の層の前記第２の表面のうちの他方に配置される、請求項１に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項３】
前記第１の作動構成要素の前記第１の表面は、前記第２の層の前記第２の表面と向き合い、前記磁化材料は、前記第１の作動構成要素の前記第１の表面上に配置され、前記１つ以上の電磁石は、前記第２の層の前記第２の表面上に配置される、請求項２に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項４】
前記第１の作動構成要素の前記作動可能材料の第１の層の対向する両側部上の前記電極のうちの一方に第１の電気信号を印加するように構成されるとともに、前記第２の作動構成要素の前記１つ以上の電磁石に第２の電気信号を印加するように構成される触覚制御ユニットを更に備え、
前記第２の電気信号は、第２の周波数を有する周期的信号であり、前記第１の電気信号は、前記第２の周波数よりも低い第１の周波数を有する周期的信号であるか、又は、直流（ＤＣ）信号である、請求項１に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項５】
前記第１の周波数は１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にあり、前記第２の周波数は１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にあり、第１の振幅は１Ｖ〜２０００Ｖの範囲にあり、第２の振幅は１Ｖ〜１２Ｖの範囲にある、請求項４に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項６】
前記第２の作動構成要素の前記１つ以上の電磁石は、１つ以上のそれぞれの導電コイルを含み、前記第２の作動構成要素の前記磁化材料は、磁化粒子が埋め込まれたポリマーフィルムを含む、請求項１に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項７】
前記第１の作動構成要素の前記作動可能材料の第１の層は、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）材料の層である、請求項１に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項８】
前記第１の作動構成要素の前記作動可能材料の第１の層は、エラストマー材料、形状記憶合金、又はセラミック複合材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項９】
前記作動可能材料の第１の層の対向する両側部上に配置された前記電極のうちの少なくとも一方に電気的に接続された第１の信号ジェネレーターと、前記第２の作動構成要素の前記１つ以上の電磁石に電気的に接続された第２の信号ジェネレーターとを更に備え、
前記触覚アクチュエーターは、０．００１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある厚さを有し、
前記１つ以上のスペーサーは、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある厚さを有するとともに、前記第１の作動構成要素と前記第２の層との間にサスペンションを形成するように構成され、
前記サスペンションは、１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある共振周波数を有する、請求項１に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項１０】
前記第１の層と前記第２の層との間に配置され、弾性材料を介して前記１つ以上のスペーサーに取り付けられた第３の層を更に備え、
前記第２の作動構成要素の前記１つ以上の電磁石は、前記第１の作動構成要素の表面上に配置された第１の電磁石又は第１の電磁石のセットと、前記第２の層の表面上に配置された第２の電磁石又は第２の電磁石のセットとを含み、前記第２の作動構成要素の前記磁化材料は、前記第３の層上に配置される、請求項１に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項１１】
前記第１の電磁石若しくは前記第１の電磁石のセットのみを作動させるのか、前記第２の電磁石若しくは前記第２の電磁石のセットのみを作動させるのか、又は前記第１の電磁石若しくは前記第１の電磁石のセットと、前記第２の電磁石若しくは前記第２の電磁石のセットとの双方を作動させるのかを、所望の作動方向に基づいて決定するように構成された触覚制御ユニットを更に備える、請求項１０に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項１２】
前記触覚制御ユニットは、
前記第１の作動構成要素の前記表面に垂直な方向に前記第３の層を作動させるとの決定に応じて、前記第１の電磁石若しくは前記第１の電磁石のセットのみ、又は、前記第２の電磁石若しくは前記第２の電磁石のセットのみを起動することと、
前記第１の作動構成要素の前記表面に平行な方向に前記第３の層を作動させるとの決定に応じて、前記第１の電磁石又は前記第１の電磁石のセットと、前記第２の電磁石又は前記第２の電磁石のセットとの双方を起動することと、
を行うように構成される、請求項１１に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項１３】
前記第１の層と前記第２の層との間に配置され、弾性材料を介して前記１つ以上のスペーサーに取り付けられた第３の層を更に備え、
前記第２の作動構成要素の前記１つ以上の電磁石は、前記第３の層上に配置され、前記磁化材料は、前記第１の層の第１の表面上及び前記第２の層の第２の表面上に配置される、請求項１に記載の触覚アクチュエーター。
【請求項１４】
触覚対応ユーザーインターフェースデバイスであって、
第１の外表面及び反対側の第２の外表面を有するハウジングと、
前記ハウジング内又はその外側において、前記第１の外表面又は前記第２の外表面に隣接して配置された触覚アクチュエーターと、
を備え、
前記触覚アクチュエーターは、
作動可能材料の第１の層を有するとともに、前記第１の層の対向する両側部上に電極を備える第１の作動構成要素であって、前記作動可能材料は、任意の電気信号が前記電極のうちの少なくとも一方に印加されると変形するように構成される、第１の作動構成要素と、
１つ以上のスペーサーによって前記第１の作動構成要素から分離され、前記第１の層よりも前記ハウジングの内部の近くに配置された第２の層と、
磁化材料及び１つ以上の電磁石を備える第２の作動構成要素と、
を備え、
前記磁化材料又は前記１つ以上の電磁石のうちのいずれかは、前記第１の作動構成要素上に配置され、
任意の電気信号が前記１つ以上の電磁石に印加されると、前記磁化材料と前記１つ以上の電磁石との間の相対運動が生成され、
前記触覚アクチュエーターは、前記第１の作動構成要素又は前記第２の作動構成要素のうちの少なくとも一方を起動することによって、該触覚対応デバイスの前記ハウジングの前記第１の外表面又は前記第２の外表面において触覚効果を生成するように構成される、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１５】
外表面を有する可撓性ディスプレイデバイスを更に備え、
前記可撓性ディスプレイデバイスの前記外表面は、前記触覚対応デバイスの前記第１の外表面の少なくとも一部を形成する、請求項１４に記載の触覚対応デバイス。
【請求項１６】
前記触覚対応デバイスはウェアラブル電子デバイスであり、
前記触覚アクチュエーターの前記１つ以上のスペーサーは、第１のスペーサー又は第１のスペーサーのセットであり、
前記触覚アクチュエーターは、前記ハウジングの前記第２の外表面に隣接するとともに、前記触覚アクチュエーターの前記第１の作動構成要素が起動されると、前記第２の外表面を変形させるように構成され、
前記触覚対応デバイスの前記ハウジングは、前記第２の外表面と、第２のスペーサー又は第２のスペーサーのセットと接触する任意の物体との間に隙間を提供するように、前記触覚アクチュエーター及び前記ハウジングの前記第２の外表面を越えて外方に延在する該第２のスペーサー又は該第２のスペーサーのセットを備え、
前記第２のスペーサー又は前記第２のスペーサーのセットは、前記ハウジングの前記第２の外表面を越えて外方に延在する縁部を形成する、請求項１５に記載の触覚対応デバイス。
【請求項１７】
前記触覚アクチュエーターは、前記ハウジング内に配置され、前記第２の外表面は、可撓性材料の層から形成され、前記触覚アクチュエーターの前記第１の作動構成要素の変形は、前記ハウジングの前記第２の外表面の前記可撓性材料の層の変形を引き起こす、請求項１６に記載の触覚対応デバイス。
【請求項１８】
前記触覚アクチュエーターは、前記ハウジングの外側に配置され、前記触覚アクチュエーターの前記第２の層は、前記ハウジングの前記第２の外表面に付着される、請求項１６に記載の触覚対応デバイス。
【請求項１９】
前記触覚対応デバイスは電子ウォッチである、請求項１６に記載の触覚対応デバイス。
【請求項２０】
前記触覚アクチュエーターは、前記ハウジングの前記第１の外表面に隣接するとともに、前記触覚アクチュエーターの前記第１の作動構成要素が起動されると、前記ハウジングの前記第１の外表面を変形させるように構成される、請求項１５に記載の触覚対応デバイス。
【請求項２１】
前記触覚対応デバイスはモバイルフォンであり、前記触覚対応デバイスは、
前記触覚対応デバイスが別のモバイルフォンからの通信を受信しているか又は受信したと判断することと、
前記通信の優先レベルが規定閾値を越えているか否かを判断することと、
前記通信の前記優先レベルが前記規定閾値を越えているとの判断に応じて、少なくとも前記１つ以上の電磁石に、１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある周波数を有する第１の電気信号を提供することと、
前記通信の前記優先レベルが前記規定閾値を越えていないとの判断に応じて、前記作動可能材料の第１の層の対向する両側部上の前記電極のうちの少なくとも一方に、１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある周波数を有する第２の電気信号を提供することと、
を行うように構成される触覚制御ユニットを更に備える、請求項１４に記載の触覚対応デバイス。
【請求項２２】
前記触覚対応デバイスは、前記触覚アクチュエーターの前記第１の作動構成要素の前記作動可能材料の第１の層を用いてタップ又は一連のタップを出力するように構成される、請求項１４に記載の触覚対応デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットベースの静電触覚アクチュエーターに関し、ユーザーインターフェース、ゲーミング、自動車、ウェアラブルデバイス、及び家庭用電化製品において用途を有する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器製造業者は、ユーザーに対する表現力豊かなインターフェースを競って作製している。多くのデバイスは、視覚キュー及び聴覚キューを用いて、ユーザーにフィードバックを提供する。幾つかのインターフェースデバイスでは、振動触知性触覚効果も、ユーザーに提供される。触覚効果は、ユーザーインターフェースを向上させるとともに簡素化するキューを提供することができる。例えば、触覚効果は、特定のイベントをユーザーにアラートするキューを電子デバイスのユーザーに提供することもできるし、模擬環境又は仮想環境内でより大きな感覚的没入を生み出す現実感のあるフィードバックを提供することもできる。
【０００３】
触覚効果を生成するために、多くのデバイスはアクチュエーターを用いる。触覚効果を生成する例示のアクチュエーター（触覚アクチュエーターとも称される）は、偏心回転質量体（ＥＲＭ）アクチュエーター、リニア共振アクチュエーター（ＬＲＡ）等の電磁アクチュエーター、又は電気活性ポリマー（ＥＡＰ）アクチュエーターを含む。
【発明の概要】
【０００４】
以下の詳細な説明は、本質的に単に例示のものであり、本発明又は本発明の用途及び使用を限定することを意図するものではない。さらに、前出の技術分野、背景技術、発明の概要又は以下の詳細な説明において提示されるいかなる明示された又は暗示された理論によっても限定する意図はない。
【０００５】
本明細書における実施の形態の１つの態様は、第１の作動構成要素及び第２の作動構成要素を備える触覚アクチュエーターに関する。第１の作動構成要素は、作動可能材料の第１の層を備えるとともに、第１の層の対向する両側部に電極を備え、作動可能材料は、任意の電気信号が電極のうちの少なくとも一方に印加されると変形するように構成される。触覚アクチュエーターは、１つ以上のスペーサーによって第１の作動構成要素から分離された第２の層を更に備える。第２の作動構成要素は、磁化材料及び１つ以上の電磁石を備える。磁化材料又は１つ以上の電磁石のうちのいずれかは、第１の作動構成要素上に配置され、任意の電気信号が１つ以上の電磁石に印加されると、磁化材料と１つ以上の電磁石との間の相対運動が生成され、磁化材料と１つ以上の電磁石との間の相対運動は、第１の作動構成要素の振動を引き起こす。
【０００６】
一実施の形態では、第２の作動構成要素の磁化材料は、第１の作動構成要素の第１の表面又は第２の層の第２の表面のうちのいずれか一方に配置され、１つ以上の電磁石は、第１の作動構成要素の第１の表面又は第２の層の第２の表面のうちの他方に配置される。
【０００７】
一実施の形態では、第１の作動構成要素の第１の表面は、第２の層の第２の表面と向き合い、磁化材料は、第１の作動構成要素の第１の表面上に配置され、１つ以上の電磁石は、第２の層の第２の表面上に配置される。
【０００８】
一実施の形態では、触覚アクチュエーターは、第１の作動構成要素の作動可能材料の第１の層の対向する両側部上の電極のうちの一方に第１の電気信号を印加するように構成されるとともに、第２の作動構成要素の１つ以上の電磁石に第２の電気信号を印加するように構成される触覚制御ユニットを更に備え、第２の電気信号は、第２の周波数を有する周期的信号であり、第１の電気信号は、第２の周波数よりも低い第１の周波数を有する周期的信号であるか、又は、直流（ＤＣ）信号である。
【０００９】
一実施の形態では、第１の周波数は１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にあり、第２の周波数は１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある。
【００１０】
一実施の形態では、第１の電気信号は、第１の振幅を有し、第２の電気信号は、第１の振幅よりも小さい第２の振幅を有する。
【００１１】
一実施の形態では、第１の振幅は１Ｖ〜２０００Ｖの範囲にあり、第２の振幅は１Ｖ〜１２Ｖの範囲にある。
【００１２】
一実施の形態では、第２の作動構成要素の１つ以上の電磁石は、１つ以上のそれぞれの導電コイルを含み、第２の作動構成要素の磁化材料は、磁化粒子が埋め込まれたポリマーフィルムを含む。
【００１３】
一実施の形態では、第１の作動構成要素の作動可能材料の第１の層は、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）材料の層である。
【００１４】
一実施の形態では、第１の作動構成要素の作動可能材料の第１の層は、エラストマー材料、形状記憶合金、又はセラミック複合材料のうちの少なくとも１つを含む。
【００１５】
一実施の形態では、触覚アクチュエーターは、作動可能材料の第１の層の対向する両側部上に配置された電極のうちの少なくとも一方に電気的に接続された第１の信号ジェネレーターと、第２の作動構成要素の１つ以上の電磁石に電気的に接続された第２の信号ジェネレーターとを更に備える。
【００１６】
一実施の形態では、触覚アクチュエーターは、０．００１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある厚さを有する。
【００１７】
一実施の形態では、１つ以上のスペーサーは、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある厚さを有し、第１の作動構成要素と第２の層との間にサスペンションを形成するように構成され、サスペンションは、１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある共振周波数を有する。
【００１８】
一実施の形態では、触覚アクチュエーターは、第１の層と第２の層との間に配置され、弾性材料を介して１つ以上のスペーサーに取り付けられた第３の層を更に備え、第２の作動構成要素の１つ以上の電磁石は、第１の作動構成要素の表面上に配置された第１の電磁石又は第１の電磁石のセットと、第２の層の表面上に配置された第２の電磁石又は第２の電磁石のセットとを含み、第２の作動構成要素の磁化材料は、第３の層上に配置される。
【００１９】
一実施の形態では、触覚アクチュエーターは、第１の電磁石若しくは第１の電磁石のセットのみを作動させるのか、第２の電磁石若しくは第２の電磁石のセットのみを作動させるのか、又は第１の電磁石若しくは第１の電磁石のセットと、第２の電磁石若しくは第２の電磁石のセットとの双方を作動させるのかを、所望の作動方向に基づいて決定するように構成された触覚制御ユニットを更に備える。
【００２０】
一実施の形態では、触覚制御ユニットは、第１の作動構成要素の表面に垂直な方向に第３の層を作動させるとの決定に応じて、第１の電磁石若しくは第１の電磁石のセットのみ、又は、第２の電磁石若しくは第２の電磁石のセットのみを起動するように構成される。触覚制御ユニットは、第１の作動構成要素の表面に平行な方向に第３の層を作動させるとの決定に応じて、第１の電磁石又は第１の電磁石のセットと、第２の電磁石又は第２の電磁石のセットとの双方を起動するように更に構成される。
【００２１】
一実施の形態では、触覚アクチュエーターは、第１の層と第２の層との間に配置され、弾性材料を介して１つ以上のスペーサーに取り付けられた第３の層を更に備え、第２の作動構成要素の１つ以上の電磁石は、第３の層上に配置され、磁化材料は、第１の層の第１の表面上及び第２の層の第２の表面上に配置される。
【００２２】
本明細書における実施の形態の１つの態様は、第１の外表面及び反対側の第２の外表面を有するハウジングを備える触覚対応ユーザーインターフェースデバイスに関する。触覚対応ユーザーインターフェースデバイスは、ハウジング内又はその外側において、第１の外表面又は第２の外表面に隣接して配置された触覚アクチュエーターを更に備え、触覚アクチュエーターは、第１の作動構成要素及び第２の作動構成要素を更に備える。第１の作動構成要素は、作動可能材料の第１の層を有するとともに、第１の層の対向する両側部上に電極を備え、作動可能材料は、任意の電気信号が電極のうちの少なくとも一方に印加されると変形するように構成される。触覚アクチュエーターは、１つ以上のスペーサーによって第１の作動構成要素から分離され、第１の層よりもハウジングの内部の近くに配置された第２の層を更に備える。第２の作動構成要素は、磁化材料及び１つ以上の電磁石を備え、磁化材料又は１つ以上の電磁石のうちのいずれかは、第１の作動構成要素上に配置され、任意の電気信号が１つ以上の電磁石に印加されると、磁化材料と１つ以上の電磁石との間の相対運動が生成され、触覚アクチュエーターは、第１の作動構成要素又は第２の作動構成要素のうちの少なくとも一方を起動することによって、触覚対応デバイスのハウジングの第１の外表面又は第２の外表面において触覚効果を生成するように構成される。
【００２３】
一実施の形態では、触覚対応デバイスは、外表面を有する可撓性ディスプレイデバイスを更に備え、可撓性ディスプレイデバイスの外表面は、触覚対応デバイスの第１の外表面の少なくとも一部を形成する。
【００２４】
一実施の形態では、触覚対応デバイスはウェアラブル電子デバイスであり、触覚アクチュエーターの１つ以上のスペーサーは、第１のスペーサー又は第１のスペーサーのセットであり、触覚アクチュエーターは、ハウジングの第２の外表面に隣接し、触覚アクチュエーターの第１の作動構成要素が起動されると、第２の外表面を変形させるように構成される。さらに、触覚対応デバイスのハウジングは、第２の外表面と、第２のスペーサー又は第２のスペーサーのセットと接触する任意の物体との間に隙間を提供するために、触覚アクチュエーター及びハウジングの第２の外表面を越えて外方に延在する第２のスペーサー又は第２のスペーサーのセットを備える。
【００２５】
一実施の形態では、第２のスペーサー又は第２のスペーサーのセットは、ハウジングの第２の外表面を越えて外方に延在する縁部を形成する。
【００２６】
一実施の形態では、触覚アクチュエーターは、ハウジング内に配置され、第２の外表面は、可撓性材料の層から形成され、触覚アクチュエーターの第１の作動構成要素の変形は、ハウジングの第２の外表面の可撓性材料の層の変形を引き起こす。
【００２７】
一実施の形態では、触覚アクチュエーターは、ハウジングの外側に配置され、触覚アクチュエーターの第２の層は、ハウジングの第２の外表面に付着される。
【００２８】
一実施の形態では、触覚対応デバイスは電子ウォッチである。
【００２９】
一実施の形態では、触覚アクチュエーターは、ハウジングの第１の外表面に隣接し、触覚アクチュエーターの第１の作動構成要素が起動されると、ハウジングの第１の外表面を変形させるように構成される。
【００３０】
一実施の形態では、触覚対応デバイスはモバイルフォンであり、触覚対応デバイスは、触覚対応デバイスが別のモバイルフォンからの通信を受信しているか又は受信したと判断することと、通信の優先レベルが規定閾値を越えているか否かを判断することとを行うように構成される触覚制御ユニットを更に備える。触覚制御ユニットは、通信の優先レベルが規定閾値を越えているとの判断に応じて、少なくとも１つ以上の電磁石に、１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある周波数を有する第１の電気信号を提供するように構成される。触覚制御ユニットは、通信の優先レベルが規定閾値を越えていないとの判断に応じて、作動可能材料の第１の層の対向する両側部上の電極のうちの少なくとも一方に、１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある周波数を有する第２の電気信号を提供するように更に構成される。
【００３１】
一実施の形態では、触覚対応デバイスは、触覚アクチュエーターの第１の作動構成要素の作動可能材料の第１の層を用いてタップ又は一連のタップを出力するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による触覚対応デバイスのブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態によるウェアラブル触覚対応デバイスの斜視図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による触覚アクチュエーターの図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による触覚アクチュエーターの図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による触覚アクチュエーターの図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による触覚対応デバイスの図である。
【図３】本発明の一実施形態による触覚アクチュエーターの図である。
【図４】本発明の一実施形態による触覚アクチュエーターの図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による触覚対応デバイスの図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による触覚対応デバイスの図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による触覚対応デバイスの図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による触覚対応デバイスの図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による触覚対応デバイスの図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による触覚対応デバイスの図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による触覚アクチュエーターの図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による触覚アクチュエーターの図である。
【図９】本発明の一実施形態による触覚アクチュエーターの断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による触覚対応デバイスの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の上述の特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付の図面に示されるような本発明の実施形態の以下の説明から明らかであろう。本明細書に組み込まれるとともに本明細書の一部をなす添付の図面は更に、本発明の原理を説明するとともに、当業者が本発明を実施及び使用することを可能にする役割を果たす。図面は一定縮尺ではない。
【００３４】
以下の詳細な説明は、本質的に単に例示のものであり、本発明又は本発明の用途及び使用を限定することを意図するものではない。さらに、前出の技術分野、背景技術、発明の概要又は以下の詳細な説明において提示されるいかなる明示された又は暗示された理論によっても限定する意図はない。
【００３５】
本明細書における実施形態は、そのサブ構成要素として、スマート材料作動構成要素及び電磁石作動構成要素を備える触覚アクチュエーターに関する。この触覚アクチュエーターは、例えば、触覚対応デバイス（例えば、電子ウォッチ又はモバイルフォン）の一部とすることができ、この触覚対応デバイスの触覚効果を生成するのに用いることができる。スマート材料作動構成要素は、より一般的には、電位が印加されると変形する作動可能材料の層を有する第１の作動構成要素とすることができる。この電位は、作動可能材料と接触している電極に電気信号を印加することによって作動可能材料に印加することができる。電磁石作動構成要素は、より一般的には、磁化材料及び１つ以上の電磁石を含む第２の作動構成要素とすることができる。
【００３６】
一実施形態では、スマート材料作動構成要素は、（例えば、触覚効果のための変形として）相対的に高い力又は変位を含む成分を有する触覚効果をもたらすのに用いることができる。この相対的に高い力又は変位の成分は、静的とすることもできるし、相対的に低い周波数を有することもできる。一実施形態では、電磁石作動構成要素は、相対的に高い周波数成分を含む成分を有する触覚効果をもたらすのに用いることができる。この相対的に高い周波数成分は、相対的に低い力を有することができる（例えば、この周波数成分は、触覚効果の振動触知性部分とすることができる）。例えば、触覚アクチュエーター内において、スマート材料作動構成要素及び電磁石作動構成要素を別々に又は同時に起動して、異なるそれぞれの周波数成分、力成分、及び／又は変位成分を有する様々な触覚効果を生成することができる。１つの例では、触覚アクチュエーターのスマート材料作動構成要素は起動されて変形し、相対的に低い周波数で一連のタップを生成することができ、触覚アクチュエーターの電磁石作動構成要素は起動されて、相対的に高い周波数で振動（振動触知性効果とも呼ばれる）を生成することができる。電磁石作動構成要素も、触覚アクチュエーターの構成要素に変形を引き起こすが、スマート材料作動構成要素によって引き起こされる変形よりもはるかに小さなスケールで変形を引き起こすことによって振動を生成することができる。触覚アクチュエーターのスマート材料作動構成要素及び電磁石作動構成要素は、異なる時点に起動することもできるし、同時に起動することもできる。例えば、スマート材料作動構成要素は、ユーザーの手又は手首をタップすることができるとともに、電磁石作動構成要素は同時に振動する。
【００３７】
一実施形態では、触覚アクチュエーターを、ラップトップのタッチパッド又はモバイルフォンのタッチ画面等の触覚対応デバイスのユーザーインターフェース構成要素内に組み込むことができる。一実施形態では、触覚アクチュエーターを薄いアクチュエーターとして形成して、触覚対応電子ウォッチ（例えば、スマートウォッチ）等のウェアラブル触覚対応電子デバイス内に組み込むことができる。幾つかの場合には、ユーザーの手首において感触することができる触覚効果を提供するために、触覚アクチュエーターを電子ウォッチのウォッチバンド上又はウォッチバンド内に配置することができる。幾つかの場合には、ユーザーの手首において感触することができる触覚効果を裏側外表面において提供するために、触覚アクチュエーターを電子ウォッチのハウジングの裏側外表面に隣接して配置することができる。幾つかの場合には、ユーザーの指がウォッチハウジングの表側外表面を押圧するか又は別の方法でタッチしたとき等に表側外表面において感触することができる触覚効果を提供するために、触覚アクチュエーターを電子ウォッチのハウジングの表側外表面に隣接して配置することができる。
【００３８】
一実施形態では、触覚アクチュエーターは、少なくとも第１の層及び第２の層を用いて形成することができる。触覚アクチュエーターの第１の層（例えば、最上層）は、スマート材料作動構成要素の一部を形成することができる。触覚アクチュエーターの第２の層（例えば、最下層）は、電磁石作動構成要素の要素を実装又は収容するのに用いることができる。これらの第１の層及び第２の層は、一実施形態では、１つ以上のスペーサーによって分離することができる。この触覚アクチュエーターは、２層アクチュエーター（例えば、図２Ａの論述を参照）と呼ぶことができる。
【００３９】
一実施形態では、触覚アクチュエーターは、少なくとも第１の層、第２の層、及び第３の層を用いて形成することができる。第１の層は、スマート材料作動構成要素の一部を形成することができる一方、第２の層及び第３の層は、電磁石作動構成要素の構成要素を実装又は収容するのに用いることができる。これらの第１の層、第２の層、及び第３の層は、一実施形態では、全て互いに分離することができる。このアクチュエーターは、３層アクチュエーター（例えば、図９の論述を参照）と呼ぶことができる。
【００４０】
図１Ａは、本明細書において説明される実施形態の触覚アクチュエーター１１０を備える触覚対応デバイス１００のブロック図を示している。触覚対応デバイス１００は、例えば、ウェアラブル電子デバイス、モバイルフォン、タブレットコンピューター、ラップトップ、ゲームコンソールコントローラー、又は他の任意のユーザーインターフェースデバイスとすることができる。一実施形態では、触覚対応デバイス１００は、ハウジングを有することができ、触覚アクチュエーター１１０は、このハウジング内に配置することもできるし、ハウジングの外側（例えば、ハウジングの外表面上）に配置することもできる。以下でより詳細に論述するように、触覚アクチュエーター１１０は、高周波数成分を有する触覚効果、低周波数成分を有する触覚効果、振動触知性触覚効果、静的変形触覚効果、又はそれらの組み合わせのそれぞれ等の触覚効果を生成するのに用いることができる。触覚対応デバイス１００は、触覚アクチュエーター１１０を制御するための制御ユニット１３０を更に備えることができる。制御ユニット１３０は、例えば、触覚対応デバイス１００の他の動作を制御するのにも用いられるマイクロプロセッサ又は他の制御回路とすることもできるし、触覚対応デバイス１００における触覚効果を制御することに専用化することもできる。制御ユニット１３０は、マイクロプロセッサ、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は他の任意の制御ユニットとして実装することができる。一実施形態では、触覚対応デバイス１００は、バッテリ等の電源を更に備えることができる。
【００４１】
図１Ｂは、ウェアラブル電子デバイス、より具体的には電子ウォッチである触覚対応デバイス２００の一実施形態を示している。この触覚対応デバイス２００は、ウォッチハウジング２０２、ウォッチバンド２０４、及び触覚アクチュエーター２１０を備える。ウォッチハウジング２０２は、表側外表面２０２ａである第１の外表面を有することができるとともに、裏側外表面２０２ｂである、第１の外表面の反対側の第２の外表面を有することができる。一実施形態では、表側外表面２０２ａは、画面（例えば、タッチ画面）の表面とすることもできるし、別のユーザーインターフェース構成要素（例えば、ボタン）が設けられた表面とすることもできるし、それらの組み合わせとすることもできる。一実施形態では、ウォッチフェイスは、表側外表面２０２ａ上に又は表側外表面２０２ａを通して提示することができる。裏側外表面２０２ｂは、ハウジング２０２の表側外表面２０２ａの反対側表面とすることができる。触覚対応デバイス２００が装着されているとき、裏側外表面２０２ｂは、触覚対応デバイス２００が装着される手首に向き合って接触する表面とすることもできる。
【００４２】
一実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、ハウジング２０２の表側外表面２０２ａ又は裏側外表面２０２ｂに隣接して配置することができる。図１Ｂは、例えば、触覚アクチュエーター２１０がハウジング２０２の裏側外表面２０２ｂに隣接して配置されていることを示している。図１Ｂの状況では、触覚アクチュエーター２１０は、ハウジング２０２の外側又は外部に配置されるとともに、裏側外表面２０２ｂと直接接触する（例えば、裏側外表面２０２ｂに付着される）か、又は裏側外表面２０２ｂの僅かに上方に懸架されることによって、裏側外表面２０２ｂに隣接して配置することができる。別の実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、ハウジング２０２の内部であり、かつ、触覚アクチュエーター２１０の変形が裏側外表面２０２ｂの変形を引き起こすように裏側外表面２０２ｂを形成する層の十分近くに配置されることによって、裏側外表面２０２ｂに隣接して配置することができる。例えば、裏側外表面２０２ｂは、可撓性材料の層から形成することができ、触覚アクチュエーター２１０は、この可撓性材料の層と接触することもできるし、この可撓性材料の層から小さな距離だけ分離することもできる。触覚アクチュエーター２１０が、可撓性材料の層から小さな距離だけ分離されている場合、この距離は、触覚アクチュエーター２１０の変形が、裏側外表面２０２ｂを形成する可撓性材料の層の変形を引き起こすように十分小さくすることができる。触覚アクチュエーター２１０は、裏側外表面２０２ｂに隣接して配置されることによって、触覚対応デバイス２００が装着されているときにユーザーの手首において感触することができる触覚効果を提供するように構成することができる。
【００４３】
上記で論述したように、図１Ｂは、裏側外表面２０２ｂに隣接して配置された触覚アクチュエーター２１０を示している。一実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、第１の作動構成要素２１１の表面２１１ｂが外方又は外部に向くように方位付けすることができる。以下でより詳細に論述するように、第１の作動構成要素２１１は、スマート材料の層、又は、より一般的には、電位が作動可能材料に印加されると変形するように構成された当該作動可能材料（例えば、電気活性ポリマー、すなわちＥＡＰ）の層を用いる作動構成要素とすることができる。触覚アクチュエーター２１０の方位付けにより、触覚対応デバイス２００が装着されているとき、第１の作動構成要素２１１が、触知性感覚（例えば、タッピング感覚）をユーザーの手首に与えることができるように、第１の作動構成要素２１１を作動させてユーザーの手首と接触させることを可能にすることができる。
【００４４】
一実施形態では、ハウジング２０２は、触覚アクチュエーター２１０の第１の作動構成要素２１１の表面２１１ｂ及びハウジング２０２の裏側外表面２０２ｂを越えて外方に延在するように形成されたスペーサー２２０を有することができる。スペーサー２２０は、
裏側外表面２０２ｂと、スペーサー２２０と接触する任意の物体（例えば、ユーザーの手首）との間に隙間を設けることができる。この隙間は、触覚アクチュエーター２１０が作動するための空間を提供し、触覚アクチュエーター２１０が、触覚対応デバイス２００と接触する物体（例えば、ユーザーの手首）によって減衰されることを防止することができる。減衰は、例えば、触覚対応デバイス２００がスペーサー２２０を有せず、ユーザーの手首の周囲に装着されており、かつ、触覚アクチュエーター２１０が手首に対して直接押圧されたときに起こり得る。これは、触覚アクチュエーター２１０の様々な構成要素の動きを妨げる場合がある。スペーサー２２０が存在することによって、触覚アクチュエーター２１０とユーザーの手首との間に或る程度の離隔を設けることができ、（スペーサー２２０が存在しない場合と比較して）両者の間の接触量を減らすことができる。スペーサー２２０は、したがって、ユーザーの手首が触覚アクチュエーター２１０に対して引き起こし得る減衰を低減又は除去することができる。一実施形態では、図２Ａ〜図２Ｃに提供する断面図に示すように、触覚アクチュエーター２１０の第１の作動構成要素２１１が変形されていないときに、スペーサー２２０によって、ユーザーの手首Ｗと触覚アクチュエーター２１０との間に間隙Ｇを設けることができる。上記で論述したように、第１の作動構成要素２１１は、間隙Ｇ内へ変形し、その後、ユーザーの手首Ｗと接触して、触知性感覚をユーザーの手首に提供することができる。
【００４５】
図１Ｂに戻ると、一実施形態では、触覚対応デバイス２００のスペーサー２２０は、ハウジング２０２の裏側外表面２０２ｂ上の縁部を形成する。一実施形態では、この縁部は、ハウジング２０２の裏側外表面２０２ｂの周囲に周辺部を形成することができる。一実施形態では、図１Ｂに示すように、スペーサー２２０は、単一の連続した構造体とすることができる。一実施形態では、触覚対応デバイス２００は、別個の構造体を構成するとともに、裏側外表面２０２ｂ及び触覚アクチュエーター２１０を越えて外方に延在するスペーサーのセットを有することができる。別の実施形態では、触覚対応デバイス２００のスペーサーは、ハウジング２０２の裏側外表面２０２ｂを装着者から隔置して、触覚対応デバイス２００の妨害されない作動を可能にするのに適した他の任意の構造体であってもよい。図１Ｂは、触覚アクチュエーター２１０が電子ウォッチの一部であることを示しているが、触覚アクチュエーター２１０は、アクティビティートラッカーブレスレット（例えば、Ｆｉｔｂｉｔ（登録商標）デバイス）等の他のウェアラブルデバイス、ヘッドマウント式デバイス（ＨＭＤ）等の仮想現実（ＶＲ）デバイス、メガネ、触覚グローブ、触覚ゲーミングベスト等の拡張現実（ＡＲ）デバイス、又は他の任意のウェアラブルデバイスの一部であってもよい。
【００４６】
図２Ａは、図１Ｂにおける線Ａ−Ａに沿って見た触覚アクチュエーター２１０の断面図を示している。図２Ａに示すように、触覚アクチュエーター２１０は、第１の作動構成要素２１１及び第２の作動構成要素２１６／２１７を備える。図２Ａにおける第１の作動構成要素２１１は、作動可能材料の第１の層２１２を備えるとともに第１の層２１２の対向する両側部上に配置されてこれらと接触する２つの電極２１８ａ、２１８ｂを備えるスマート材料作動構成要素とすることができる。一実施形態では、第１の作動構成要素２１１は、電極２１８ａ上に配置された電気絶縁層２１９を備える。別の実施形態では、電気絶縁層２１９は省略される。第２の作動構成要素２１６／２１７は、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃを含むとともに、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃの磁化材料を含む。触覚アクチュエーター２１０は、第２の層２１５と、第１の作動構成要素２１１及び第２の層２１５を分離する複数のスペーサー２１３ａ、２１３ｂとを更に備える。別の実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、第１の作動構成要素及び第２の層２１５を分離する単一のスペーサー（例えば、リング形状スペーサー）のみを有することができる。一実施形態では、スペーサー２１３ａ、２１３ｂは、ポリイミド等の材料シートから作製することができる。図２Ａでは、触覚アクチュエーター２１０は、当該触覚アクチュエーター２１０をハウジング２０２のスペーサー２２０に接続するタブ２１４ａ、２１４ｂを更に備える。別の実施形態では、タブ２１４ａ、２１４ｂ及び電気絶縁層２１９を省略することができる。
【００４７】
上記で論述したように、第１の作動構成要素２１１は、電位が作動可能材料に印加されると変形するスマート材料等の当該作動可能材料の第１の層２１２を備える。この電位は、作動可能材料の両端に電圧降下を生み出すことができる。一実施形態では、作動可能材料は、第１の層２１２の全てを占めることができる。作動可能材料の例には、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）（例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を有するホモポリマー、コポリマー、又はターポリマー）、圧電材料、誘電性エラストマー材料、形状記憶合金（又は、より一般的には、形状記憶材料）、及び／又はセラミック複合材料等のスマート材料が含まれる。一実施形態では、作動可能材料の第１の層２１２は、静的変形又は低周波数振動用に最適化される。例えば、作動可能材料の第１の層２１２は、静的変形が、特定の位置に曲がり、その位置を維持することによって静的力を出力するように構成することができる。静的力は、例えば、ユーザーの指又は手に対して出力することができる。振動(vibration)という用語は、１つ以上のサイクルの間振動する(oscillate)変形を指すことができる。例えば、振動変形は、材料が、一方の方向（例えば、上方）への変形と反対の第２の方向（例えば、下方）への変形との間で振動することを伴う場合もあるし、材料が、変形状態と非変形状態との間で振動することを伴う場合もある。以下で論述するように、信号ジェネレーターは、振動を引き起こす電気駆動信号を生成することができる。振動のための発振周波数は、電気駆動信号の周波数に等しく又は実質的に等しくすることができる。
【００４８】
一実施形態では、電極２１８ａ及び２１８ｂはともに、作動可能材料の第１の層２１２と接触している。この実施形態では、電位は、電気信号を電極２１８ａに印加するとともに電極２１８ｂを接地電位に電気的に接続する（すなわち、電極２１８ｂは接地電極である）ことによって、作動可能材料の第１の層２１２に印加される。上記で論述したように、第１の作動構成要素は、電極２１８ａとユーザーとの間の直接の電気接触を防止するために電極２１８ａ上に配置された電気絶縁層２１９（例えば、プラスチック層）を更に備えることができる。そのような実施形態では、表面２１１ｂ（第１の作動構成要素２１１の外向き表面と考えることができる）は、電気絶縁層２１９の外表面と同じとすることができる。別の実施形態では、電気絶縁層２１９を省略することができ、表面２１１ｂは、電極２１８ａの外表面と同じとすることができる。
【００４９】
一実施形態では、第２の層２１５は、第２の作動構成要素２１６／２１７の１つ以上の要素が上又は内部に配置される基板を形成することができる。一実施形態では、第２の作動構成要素２１６／２１７は、より高い周波数振動を出力するように最適化された電磁石作動構成要素とすることができ、第１の作動構成要素２１１と同時に起動することもできるし、第１の作動構成要素２１１と異なる時点に起動することもできる。一実施形態では、第２の層２１５は、プラスチックフィルムを含むことができる。一実施形態では、第２の層２１５は、第１の作動構成要素２１１（及び第１の層２１２）よりもハウジング２０２の内部の近くにすることができる。例えば、図２Ａに示すように、触覚アクチュエーター２１０がハウジング２０２の外側に配置される場合、第２の層２１５と外表面（例えば、２０２ａ、２０２ｂ）との間の距離は、第２の層２１５がハウジング２０２の内部により近くなるように、第１の作動構成要素２１１とハウジング２０２の外表面との間の距離よりも小さい。この状況では、第２の層２１５は、第１の層２１２とハウジング２０２の外表面（例えば、２０２ｂ、２０２ａ）との間に配置される。他方、以下の図５Ａ及び図５Ｂに示すように、触覚アクチュエーター２１０がハウジング２０２の内部に配置される場合、第２の層２１５とハウジング２０２の中心との間の距離は、第２の層２１５がハウジング２０２の内部に更に近くなるように、第１の作動構成要素２１１とハウジングの中心との間の距離よりも小さくすることができる。この状況では、第１の作動構成要素２１１は、変形し、ハウジング２０２の外表面（例えば、２０２ｂ、２０２ａ）を押し、第１の作動構成要素２１１は、第２の層２１５とハウジングの外表面（例えば、２０２ｂ、２０２ａ）との間に配置される。一実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、数キログラムの質量を有する触覚対応デバイスについて感触することができる作動（例えば、振動）を出力することができるように構成することができる。
【００５０】
一実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、薄い又は極薄のアクチュエーターとして形成することができる。幾つかの場合には、第１の作動構成要素２１１、第２の層２１５、及びスペーサー２１３ａ、２１３ｂのそれぞれは、１００μｍ〜１ｍｍの範囲にある厚さ（例えば、０．５ｍｍの厚さ）を有することができる。幾つかの場合には、第１の作動構成要素２１１、第２の層２１５、及びスペーサー２１３ａ、２１３ｂのそれぞれは、１０μｍ〜１００μｍの範囲にある厚さを有することができる。一実施形態では、第１の作動構成要素２１１の第１の層２１２は、１０μｍ〜１００μｍ又は１００μｍ〜１ｍｍの範囲にある厚さを有することができる。本発明の実施形態では、第１の層２１２、第２の層２１５、及びスペーサー２１３ａ、２１３ｂは全て、同じ厚さを有することもできるし、異なる厚さを有することもできる。
【００５１】
一実施形態では、１つ以上のスペーサー２１３ａ、２１３ｂは、第１の作動構成要素２１１が第２の層２１５の上方において１つ以上のスペーサー２１３ａ、２１３ｂに懸架されるサスペンションを作製することができる。一実施形態では、サスペンションの１つ以上の特性（例えば、厚さ、反発性若しくは弾性のレベル、剛性若しくは軟性のレベル、又は形状）は、触覚アクチュエーター２１０が触覚効果を生成する能力に影響を及ぼすことができる。例えば、スペーサー２１３ａ、２１３ｂの厚さは、第２の作動構成要素２１６／２１７の要素間の距離に影響を及ぼすことができ（以下で論述）、この距離は、第２の作動構成要素２１６／２１７によって生成される力に影響を及ぼすことができる。別の例では、スペーサー２１３ａ、２１３ｂを形成する材料の反発性又は弾性のレベルは、触覚アクチュエーター２１０の共振周波数又は帯域幅に影響を及ぼすことができる。したがって、スペーサー２１３ａ、２１３ｂは、サスペンションの所望の特性を達成するように設計することができる。例えば、スペーサー２１３ａ、２１３ｂは、１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある触覚アクチュエーター２１０の共振周波数をもたらす材料を有するように設計することができる。
【００５２】
上記で論述したように、触覚アクチュエーター２１０は、電磁石作動構成要素であって、少なくとも１つの永久磁石（例えば、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ）の磁化材料と、少なくとも１つの電磁石（例えば、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ）とを含む第２の作動構成要素２１６／２１７を備えることができる。一実施形態では、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃは、同じ磁化材料（例えば、ＮｄＦｅＢ又はＡｌＮｉＣｏ）を有することもできるし、異なる磁化材料を有することもできる。永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃのそれぞれは、実質的に磁化材料のみから形成することもできるし、磁化材料の複数の粒子（例えば、ナノ磁石）を埋め込んだポリマー又は他の封入材料から形成することもできる。一実施形態では、複数の電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃのそれぞれは、ワイヤのコイル又は他のタイプの導電コイルから形成することができる。一実施形態では、それぞれの導電コイルは、複数の導電層を堆積させ、各導電層をそれぞれのコイルの巻線にパターニングすることによって形成することができる。連続する導電層の間に絶縁層を堆積させることができる。それぞれのコイルの巻線は、複数巻きを有する連続した電気経路を形成するために、中間にある絶縁層を通って延在する導電ビアと電気的に接続することができる。別の実施形態では、それぞれの導電コイルは、ワイヤを複数巻きに巻き付けることによってそれぞれ形成されていてもよい。
【００５３】
一実施形態では、任意の電気信号が１つ以上の電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃに印加されると、１つ以上の電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃは、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃの磁場と相互作用する磁場をそれぞれ生成することができる。この相互作用は、１つ以上の永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃの磁化材料と１つ以上の電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃとの間に相対運動を引き起こすことができる。一実施形態では、発振（周期的とも呼ばれる）電気信号は、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃが永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃに近づく運動及び永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃから遠ざかる運動の間で、相対運動を同様に振動させることができる。一実施形態では、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃと永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃとの間のこの振動相対運動は、第１の作動構成要素２１１に振動運動（振動とも呼ばれる）を引き起こすことができる。なぜならば、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃは、第１の作動構成要素２１１の表面２１１ａ上に配置されているからである。一実施形態では、第１の作動構成要素２１１及び第２の作動構成要素２１６／２１７が同時に起動される場合、第１の作動構成要素２１１は、静的変形（作動可能材料の第１の層２１２によって引き起こされる）及び振動（電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃと永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃとの間の相対運動によって引き起こされる）の双方を示すことができる。別の実施形態では、第１の作動構成要素２１１及び第２の作動構成要素２１６／２１７が同時に起動される場合、第１の作動構成要素２１１は、低周波数及び高振幅の成分（作動可能材料の第１の層２１２によって引き起こされる）並びに高周波数及び低振幅の成分（電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃと永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃとの間の相対運動によって引き起こされる）を有する振動を示すことができる。
【００５４】
図２Ａ及び図２Ｂ（第２の作動構成要素２１６／２１７の要素の平面図を示す）に示すように、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、及び２１７ｃは、個別のパッチとして形成することができ、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃも、個別のパッチとして形成することができる。これらのパッチは、図２Ｂでは円形であるように示されているが、他の任意の形状（例えば、正方形パッチ等）を有することができる。別の実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、磁化粒子が埋め込まれたポリマーの単一のパッチから形成された単一の永久磁石を有することができる。図２Ａ及び図２Ｂは、複数の電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃと、磁化材料のパッチとしてそれぞれ形成された複数の永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃとを有する第２の作動構成要素２１６／２１７を示しているが、電磁石作動構成要素２１６／２１７の別の実施形態は、単一の電磁石、単一の永久磁石、又はそれらの組み合わせのみを有することができる。
【００５５】
一実施形態では、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ又は永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃの磁化材料のうちのいずれかは、第１の作動構成要素２１１の表面２１１ａ上に配置される（すなわち、電磁石２１６ａ〜２１６ｃが表面２１１ａ上に配置されるか、又は、磁化材料が表面２１１ａ上に配置されるかのいずれかであって、双方ではない）。例えば、図２Ａ及び図２Ｂにおいて、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃは、表面２１１ａ（第１の作動構成要素２１１の内向き表面とすることができる）上に配置する（例えば、表面２１１ａに付着させる）ことができ、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、及び２１７ｃは、第２の層２１５の表面２１５ｂ（第２の層２１５の外向き表面と呼ぶことができる）上に配置することができる。図２Ａ及び図２Ｂに示す第２の作動構成要素２１６／２１７の構成要素は、作動構成要素２１１の表面２１１ａ又は第２の層２１５上にのみ配置されることに限定される場合がある。図２Ａ及び図２Ｂの触覚アクチュエーター２１０は、２層触覚アクチュエーターと呼ぶことができる。ただし、本開示において後に論述するように、他の実施形態は、全てが互い分離された３つの層を伴う３層触覚アクチュエーターを実装することができる（図９参照）。
【００５６】
一実施形態では、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ又は永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃはそれぞれ、例えば、５０μｍ〜１ｍｍの範囲にある厚さを有することができる。一実施形態では、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ又は永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃは、特定の層（第２の層２１５）の外側に配置することもできるし、その特定の層内に部分的に又は完全に配置することもできる。電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ又は永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃが特定の層内に配置されるとき、それらの電磁石又は永久磁石は、その層内に完全に埋設することができる。
【００５７】
図２Ａ及び図２Ｂは、複数の永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃが複数の電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃと位置合わせされていることを示しているが、それらの磁石は、他の実施形態では、位置合わせされていなくてもよい。例えば、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃのうちの幾つかは、それぞれの永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃに対して中心を外れていてもよい。図２Ａ及び図２Ｂは、同じ数の永久磁石及び電磁石を示しているが、他の実施形態では、それらの磁石の数は異なってもよい。例えば、別の実施形態は、単一の永久磁石及び３つの個別の電磁石を備えることができる（図４参照）。
【００５８】
図２Ａは、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃが、第１の作動構成要素の第１の表面２１１ａと呼ぶことができる表面２１１ａ上に配置されていることを更に示している。例えば、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃは、第１の表面２１１ａに付着させることができる。第１の作動構成要素２１１の第１の表面２１１ａは、例えば、触覚アクチュエーター２１０のハウジング２０２の内側又は内部に向いている第１の作動構成要素２１１の内向き表面とすることができる。上記で論述したように、第１の作動構成要素２１１の反対側の第２の表面２１１ｂは、ハウジング２０２の外部に向いている外向き表面とすることができる。例えば、その触覚アクチュエーター２１０は、ハウジング２０２の外側に配置することができ、第１の層２１１の第２の表面２１１ｂは、ユーザーの手首に接触することができる表面とすることができる。一実施形態では、第１の層２１１の第１の表面２１１ａは、第２の層２１５と向き合うことができる。より具体的には、第２の層２１５は、内向き表面である第１の表面２１５ａを有することができるとともに、外向き表面である反対側の第２の表面２１５ｂを有することができる。第１の表面２１１ａは、第２の表面２１５ｂと向き合うことができる。図２Ａに示すように、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃは、第２の層２１５の第２の表面２１５ｂ上に配置する（例えば、第２の表面２１５ｂに付着させる）ことができる一方、複数の電磁石は、第１の作動構成要素２１１の第１の表面２１１ａ上に配置される。この配置では、複数の電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃは、複数の永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃと向き合うことができる。
【００５９】
触覚アクチュエーター２１０がハウジング２０２の外側に配置される一実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、図１Ｂ及び図２Ａに示すように、ハウジング２０２の裏側外表面２０２ｂ上に配置することができる。図２Ａが示すように、第２の層２１５の第１の表面２１５ａは、図１Ｂの裏側外表面２０２ｂに接触及び付着させることができる。裏側外表面２０２ｂは、ハウジング２０２の層２０２ｃ（例えば、可撓性材料の層）から形成される。別の例では、触覚アクチュエーター２１０は、ハウジング２０２の裏側外表面２０２ｂの真上に懸架することができ、第２の層２１５の第１の表面２１５ａは、裏側外表面２０２ｂと直接接触しない。例えば、触覚アクチュエーター２１０は、複数のタブ２１４ａ、２１４ｂを介して裏側外表面２０２ｂの上方に懸架することができる。タブ２１４ａ、２１４ｂは、触覚アクチュエーターの一部とみなすこともできるし、触覚アクチュエーター２１０とは別個の要素とみなすこともできる。一実施形態では、第２の層２１５及びハウジング層２０２ｃのうちの一方又は双方は剛性である。一実施形態では、第２の層２１５及びハウジング層２０２ｃのうちの一方又は双方は可撓性である。
【００６０】
図２Ａを再度参照すると、触覚対応デバイス２００は、第１の信号ジェネレーター２３２及び第２の信号ジェネレーター２３４等の１つ以上の信号ジェネレーターを備えることができる。第１の信号ジェネレーター２３２及び第２の信号ジェネレーター２３４は、触覚アクチュエーター２１０の一部（例えば、制御ユニット２３０の一部）とみなすこともできるし、触覚アクチュエーター２１０とは別個のものとみなすこともできる。一実施形態では、第２の信号ジェネレーター２３４の出力は、第１の作動構成要素２１１の電極２１８ａに電気的に接続することができ、第１の信号ジェネレーター２３２の出力は、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃのそれぞれに電気的に接続することができる。したがって、第２の信号ジェネレーター２３４は、第１の作動構成要素２１１を駆動することができる一方、第１の信号ジェネレーター２３２は、第２の作動構成要素２１６／２１７を駆動することができる。上記で論述したように、電極２１８ｂは、第１の作動構成要素２１１及び第２の作動構成要素２１６／２１７の接地電位を提供することができる。一実施形態では、第１の信号ジェネレーター２３２及び第２の信号ジェネレーター２３４の起動は、制御ユニット２３０によって制御することができる。第１の信号ジェネレーター２３２及び第２の信号ジェネレーター２３４は、同じ時点において（すなわち、同時に）起動することもできるし、異なるそれぞれの期間の間起動することもできる。第１の信号ジェネレーター２３２及び第２の信号ジェネレーター２３４が、当該第１の信号ジェネレーター２３２及び第２の信号ジェネレーター２３４から出力される電気信号の周波数、強度、又は他のパラメーターを変更することができる場合、制御ユニット２３０は、そのようなパラメーターの値を制御するように構成することができる。制御ユニット１３０に関して上記で論述したように、制御ユニット２３０は、マイクロプロセッサ、ＰＬＡ、ＦＰＧＡ、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。一実施形態では、信号ジェネレーター２３２、２３４は、十分な電圧及び／又は電流を第１の作動構成要素２１１及び第２の作動構成要素２１６／２１７にそれぞれ提供することを可能とすることができる。例えば、第１の作動構成要素２１１が１ｋＶ以上において動作する場合、信号ジェネレーター２３４は、振幅が少なくとも１ｋＶである信号を生成するように構成することができる。一実施形態では、信号ジェネレーター２３２、２３４は、第１の作動構成要素２１１又は第２の作動構成要素２１６／２１７が動作するレベルよりも低い振幅を有する信号を出力することができる。そのような状況では、増幅器を信号ジェネレーター２３２、２３４と組み合わせることができる。この増幅器は、信号ジェネレーター２３２、２３４の出力を、第１の作動構成要素２１１又は第２の作動構成要素２１６／２１７が動作するレベルに増幅することができる。
【００６１】
上記で論述したように、第１の作動構成要素２１１は、一実施形態では、触覚効果の低周波数成分（例えば、低周波数振動）又は静的変形を出力するのに用いることができる。静的変形を出力するために、制御ユニット２３０は、直流（ＤＣ）信号（例えば、１ｋＶのＤＣ信号）を出力するように第２の信号ジェネレーター２３４を制御することができる。例えば、１Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲にある触覚成分等の低周波数成分を出力するために、制御ユニット２３０は、作動可能材料の第１の層２１２を電気駆動信号と同じ周波数又は実質的に同じ周波数において変形させるように、１Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲にある周波数を有する周期的電気信号又は他の発振電気信号（例えば、正弦波信号）を出力するように第２の信号ジェネレーター２３４を制御することができる。周期的電気信号の各サイクルは、作動可能材料（例えば、ＥＡＰ材料）の第１の層２１２を外方に変形させて（例えば、外方に隆起させて）、ユーザーの手首と接触させることができ、その後、非変形状態に復帰させることができる。例えば、図２Ｃは、ＤＣ電気信号又は低周波数電気信号が電極２１８ａに印加され、第１の作動構成要素２１１の作動可能材料の第１の層２１２を外方に変形させている状態を示している。電気信号が低周波数の周期的信号である場合、ユーザーの中には、この周期的信号のサイクルごとに作動可能材料からタップを感触することができる者がいる。したがって、一実施形態では、制御ユニット２３０は、触覚効果におけるタップの数を制御するために、出力される周期的信号のサイクルの数を制御するように構成することができる。制御ユニット２３０は、上記で論述したように、第２の信号ジェネレーター２３４によって出力される電気信号の周波数及び／又は振幅を制御することによって、ユーザーの手首に与えられるタッピングの周波数（例えば、１．５秒に３タップ）及び／又は振幅を制御するように更に構成することができる。
【００６２】
上記で論述したように、第２の作動構成要素２１６／２１７は、磁場の間の相互作用を用いて、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃと永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃとの間に相対運動を生み出すことができる。例えば、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃは、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃを永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃに対して接離させる磁力を電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃに作用させることができる。電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃと永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃとの間の相対運動は、一実施形態では、触覚効果の低周波数成分又は高周波数成分（例えば、低周波数振動触知性成分又は高周波数振動触知性成分）を生成するのに用いることができる。例えば、制御ユニット２３０は、例えば、１Ｈｚ〜２００Ｈｚ又は５Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲にある周波数を有する周期的電気信号を出力するように第１の信号ジェネレーター２３２を制御することができる。第１の信号ジェネレーター２３２から出力される電気信号は、図２Ａに示すように、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃのそれぞれに印加することもできるし、制御ユニット２３０によって選択された電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃのサブセットにのみ印加することもできる。電気信号が電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃに印加されると、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃのそれぞれは、それぞれの磁場を生成することができる。それぞれの電磁石の磁場の極性は、電磁石に印加されている電流の方向に依存することができる。電気信号が周期的である場合、この電気信号によって生み出される電流は、方向を周期的に変化させることができ、したがって、それぞれの電磁石の磁場の極性を周期的に変化させることができる。
【００６３】
一実施形態では、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃによって生成される磁場の各磁場が第１の極性（例えば、Ｎ−Ｓ極性）を有するとき、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃを永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃに引き寄せることができる。その結果、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃは、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃに向かって移動することができる。一実施形態では、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃによって生成される磁場が、第１の極性の逆である第２の極性（例えば、Ｓ−Ｎ極性）を有するとき、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃを、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃによって押し返すか又は別の方法で押動することができる。電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃに印加されている電気信号が振動している場合、それらの電磁石によって生成される磁場も、第１の極性と反対の第２の極性との間で周期的に切り替わることができる。その結果、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃは、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃに向かう引動と、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃによる押動との間で交番することができる。その結果、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃは、図２Ｄに示すように振動することができる。図２Ｄが示すように、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃは、上下運動で振動することができる。この振動の周波数は、第１の信号ジェネレーター２３２からの信号の周波数に依存することができる。電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃが、第１の作動構成要素２１１の表面２１１ａ上に配置されている場合、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃの振動は、第１の作動構成要素２１１、ハウジング２０２、又はそれらの任意の組み合わせに伝達することができる。図２Ｄは、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃが、第１の作動構成要素２１１の層を上側破線に向けて押動することと、第１の作動構成要素２１１の層を下側破線に向けて押動することとの間で交番するそのような伝達を示している。したがって、永久磁石２１７ａ〜２１７ｃの磁化材料と１つ以上の電磁石２１６ａ〜２１６ｃとの間の相対運動は、これによって、第１の作動構成要素２１１の振動を引き起こす。したがって、第２の作動構成要素２１６／２１７において生成された相対運動は、触覚効果の振動触知性成分を生成することができる。
【００６４】
一実施形態では、第１の作動構成要素の表面２１１ａに対して電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃによって作用される引動又は押動は、第１の作動構成要素２１１自体によって生成される変形よりも小さなレベルであるが、第１の作動構成要素の１つ以上の層の変形を引き起こすことができる。例えば、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃと永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃとの間の相対運動は、作動可能材料の第１の層２１２に電気駆動信号を印加することによって引き起こされる変形の量よりも１０倍〜１００倍小さな量だけ第１の作動構成要素を押動又は引動することができる。
【００６５】
一実施形態では、信号ジェネレーター２３２及び２３４を同時に起動すること等によって、図２Ｃに示す変形を図２Ｄに示す振動と組み合わせることができる。そのような場合、第１の作動構成要素２１１は、静的な方法又は低周波数（例えば、１Ｈｚ）の形式で作動可能材料の第１の層２１２を変形させることができる。ユーザーは、自身の手首において変形を知覚することができ、１つ以上のタップとして変形を知覚することができる。同時に、第２の作動構成要素２１６／２１７は、第１の作動構成要素２１１によって生成される変形と比較して小さなレベル又は振幅ではあるが、高周波数運動（例えば、１００Ｈｚ）を引き起こす。この高周波数運動は、第１の作動構成要素２１１の層にも伝達する振動を生み出すことができる。その結果、ユーザーは、１つ以上のタップ及び高周波数振動を同時に知覚することができる。一実施形態では、第１の信号ジェネレーター２３２から電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃに印加される電気信号の周波数は、スペーサー２１３ａ、２１３ｂのサスペンションの共振周波数と実質的に同じとすることができる。
【００６６】
一実施形態では、制御ユニット２３０は、第１の信号ジェネレーター２３２に、比較的高い周波数信号である第１の電気信号を電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃに対して印加させるように構成することができ、且つ第２の信号ジェネレーター２３４に、比較的低い周波数信号である第２の電気信号を作動可能材料の第１の層２１２に対して印加させることができる。例えば、ジェネレーター２３２からの第１の電気信号の周波数は、所望の振動周波数（例えば、１００Ｈｚ）に実質的に等しくすることができる。一実施形態では、第１の電気信号の振幅は、第２の電気信号の振幅よりも大幅に低く（例えば、１０倍又は１００倍低く）することができる。
【００６７】
上記の例において、第２の電気信号は、タッピングの所望の周波数（例えば、２Ｈｚ）に実質的に等しい周波数を有する周期的信号とすることができる。第２の電気信号は、作動可能材料（例えば、ＰＶＤＦ又は他のＥＡＰ材料）の第１の層２１２に十分な変形を示させるほど十分高い振幅（例えば、１ｋＶ）を更に有することができる。例えば、作動可能材料の第１の層２１２は、触覚対応デバイス２００が装着されているときに、第１の作動構成要素２１１がユーザーの手首と接触してタッピング感覚を与えることができるように、外向き表面２１１ｂをスペーサー２２０の上端を越えて拡張させるのに十分な量（例えば、５ｍｍ）だけ変形することが必要な場合がある。
【００６８】
一実施形態では、第１の信号ジェネレーター２３２によって出力される電気信号及び第２の信号ジェネレーター２３４によって出力される電気信号は、同じ振幅及び／又は周波数を有することができる。一実施形態では、第１の信号ジェネレーター２３２によって出力される電気信号及び第２の信号ジェネレーター２３４によって出力される電気信号は、異なる周波数、異なる振幅、又はそれらの組み合わせを有することができる。一実施形態では、触覚アクチュエーター２１０に１つの信号ジェネレーターのみが存在するように、第１の作動構成要素２１１及び第２の作動構成要素２１６／２１７は、単一の信号ジェネレーターを共有することができる。
【００６９】
図３は、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ及び永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃの配置を図２Ａにおける配置に対して逆にした触覚アクチュエーター２１０ｂの一実施形態を示している。図２Ａに示す実施形態と同様に、図３の触覚アクチュエーター２１０ｂは、第１の作動構成要素２１１を有する。さらに、触覚アクチュエーター２１０ｂは、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ及び電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃを備える第２の作動構成要素２１７／２１６を有する。しかしながら、図３では、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ及び永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃの配置は逆になっており、永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃは、第１の作動構成要素２１１の内向き表面２１１ａ上に配置され、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃは、第２の層２１５の第２の表面２１５ｂ上に配置されるようになっている。図３の触覚アクチュエーター２１０ｂは、図２Ａの触覚アクチュエーター２１０の方法と同様の方法で起動させることができる。
【００７０】
図２Ａ及び図３では、上述したように、第２の作動構成要素は、複数の分離したパッチとして形成することができる複数の個別の永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃを備える。これらのパッチのそれぞれは、封入材料（例えば、ポリマー）内に埋め込まれた磁化粒子を含むこともできるし、磁化材料（例えば、磁化されたネオジウム材料又は磁化されたＡｌＮｉＣｏ材料）のみの固体片を含むこともできる。図４は、単一の磁化材料パッチとして形成することができる単一の永久磁石２１７ｄを有する電磁石作動構成要素である第２の作動構成要素２１６／２１７ｄを備える触覚アクチュエーター２１０ｃを示している。一実施形態では、図４のパッチは、触覚アクチュエーター２１０ｃに含まれる唯一の永久磁石パッチとすることができる。図４の実施形態では、第２の作動構成要素２１６／２１７ｄは、個別の永久磁石の数（例えば、１つの永久磁石２１７ｄ）よりも多くの数の個別の電磁石（例えば、３つの電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ）を有することができる。一実施形態では、触覚アクチュエーター２１０、２１０ｂ、２１０ｃの製造中、電磁石２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ又は永久磁石２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ、２１７ｄのうちの任意のものを事前に製作し、次いで、第１の層２１１又は第２の層２１５上又はその内部に配置することもできるし、例えば、化学的析出(deposit)プロセスを通じて第１の層２１１又は第２の層２１５上に直接形成することもできる。
【００７１】
図５Ａは、触覚アクチュエーター２１０がデバイスのハウジング２０２の内部に配置されている触覚対応デバイス２００ａを示している。図１Ｂに示す触覚対応デバイス２００と同様に、触覚対応デバイス２００ａも、ハウジング２０２及びストラップ２０４を有する電子ウォッチとすることができる。図１Ｂと同様に、触覚対応デバイス２００ａのハウジング２０２も、第１の外表面２０２ａ（例えば、ディスプレイデバイスの外表面を含む表側外表面）と、第２の外表面２０２ｂ（例えば、ユーザーの手首と接触する裏側外表面）とを有することができる。図５Ａでは、触覚対応デバイス２００ａの触覚アクチュエーター２１０は、ハウジング２０２内において、裏側外表面２０２ｂを形成する層に隣接して配置することができる。ハウジング２０２は、裏側外表面２０２ｂを越えて外方に延在する縁部形状のスペーサー２２０ａを更に有することができる。図５Ｂに示すように、スペーサー２２０ａは、図１Ｂ及び図２Ａのスペーサー２２０よりも短くすることができる。
【００７２】
図５Ｂは、図５Ａにおける線Ｂ−Ｂに沿った触覚対応デバイス２００ａの断面図を示している。この図は、触覚アクチュエーター２１０が、ハウジングの裏側外表面２０２ｂを形成する層２０２ｃに隣接して配置されていることを示している。より具体的には、触覚アクチュエーター２１０は、第１の作動構成要素２１１の外向き表面２１１ｂ（アクチュエーター２１０の外表面とすることもできる）が層２０２ｃの内表面と接触するように配置することができる。別の実施形態では、外向き表面２１１ｂと層２０２ｃの内表面との間に間隙が存在してもよい。一実施形態では、層２０２ｃは、第１の作動構成要素２１１がその作動可能材料の第１の層２１２の変形を引き起こしたときに、層２０２ｃも変形するように、可撓層とすることができる。一実施形態では、ハウジング２０２は、ユーザーの手首からの減衰を低減するとともに層２０２ｃが変形することができる間隙を設けるためにスペーサー２２０ａを有することができる。図５Ｂは、触覚アクチュエーター２１０が、タブ２１４ａ、２１４ｂを介して円筒形ハウジング２０２の壁２０２ｄに取り付けられていることを更に示している。他の実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、異なる方法でハウジング２０２の内部に実装することができる。
【００７３】
図６Ａは、触覚対応デバイス２００ｂのストラップ内に配置された（例えば、埋め込まれた）触覚アクチュエーター２１０ｅを示している。触覚アクチュエーター２１０ｅも、ユーザーの手首において感触することができる触覚効果を生成するように構成することができる。図６Ｂは、ストラップ２０４の材料内に埋め込まれた触覚アクチュエーター２１０ｅの断面図を示している。触覚アクチュエーター２１０ｅは、他の図の触覚アクチュエーター２１０と同様である。より具体的には、触覚アクチュエーター２１０ｅも、第１の作動構成要素２１１及び第２の作動構成要素２１６／２１７を備える。しかしながら、触覚アクチュエーター２１０ｅは、タブ２１４ａ、２１４ｂを省略することができる。これらのタブは、触覚アクチュエーター２１０ｅが、ハウジング２０２の構造体に取り付けられるのではなく、ストラップ２０４内に埋め込まれるので不要とすることができる。別の実施形態では、触覚アクチュエーター２１０ｅがストラップ２０４の外表面と接触し、ストラップ２０４の外側に位置するように、触覚アクチュエーター２１０ｅをストラップ２０４の外表面に取り付けることができる。
【００７４】
図７Ａは、触覚アクチュエーター２１０が触覚対応デバイス２００ｃのハウジング２０２の表側外表面２０２ａに隣接して配置される触覚対応デバイス２００ｃを示している。図７Ｂは、図７Ａにおける線Ｂ−Ｂに沿った断面図を示している。図７Ｂにおいて、ハウジング２０２の表側外表面２０２ａは、可撓性有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）層等の可撓性表示層２０２ｅによって形成することができる。図７Ｂでは、触覚アクチュエーター２１０は、ハウジング２０２内に配置されている。別の実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、ハウジング２０２の外側に配置することができ、表示層２０２ｅが触覚アクチュエーター２１０を通して視認することができるように、実質的に透明とする（例えば、７０％以上の透明度を有する）ことができる。
【００７５】
図７Ｂに示すように、触覚アクチュエーター２１０は、タブ２１４ａ、２１４ｂを介してハウジング２０２の壁２０２ｄに取り付けることができる。他の実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、他の或る方法でハウジング２０２内に実装することができる。触覚アクチュエーター２１０は、その外表面（例えば、第１の作動構成要素２１１の外向き表面２１１ｂ）が表示層２０２ｅの内向き表面（ハウジング２０２の内表面とすることができる）と接触するように配置することができる。別の実施形態では、触覚アクチュエーター２１０の外表面とハウジング２０２の内表面との間に間隙が存在してもよい。この間隙は、第１の作動構成要素２１１の変形が表示層２０２ｅをそれでもなお変形させるように十分小さなものとすることができる。
【００７６】
本明細書における実施形態のいずれも組み合わせることができる。例えば、触覚対応デバイスは、ハウジングの裏側外表面に隣接した位置及びデバイスのストラップ内に埋め込まれた位置等の様々な位置に配置される複数の触覚アクチュエーターを有することによって、触覚対応デバイス２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃを組み合わせることができる。
【００７７】
一実施形態では、触覚アクチュエーター２１０は、図１Ｂに最も明確に示されているように、矩形形状を有することができる。一実施形態では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、触覚アクチュエーター３１０は、円筒形状を有することができる。円筒形触覚アクチュエーター３１０も、例えば、スマート材料作動構成要素である第１の作動構成要素３１１を備え、且つ電磁石作動構成要素である第２の作動構成要素３１６／３１７を備える。より具体的には、触覚アクチュエーター３１０は、単一のスペーサーとすることができる第１のスペーサー３１３によって層３１５から分離された第１の作動構成要素３１１を備える。第１の作動構成要素３１１は、電気信号が印加されると変形するように構成された作動可能材料（例えば、ＰＶＤＦ等のスマート材料）を含むことができる。第２の作動構成要素３１６／３１７は、電磁石３１６及び永久磁石３１７を備える。永久磁石３１７は、第１の作動構成要素３１１の内向き表面３１１ａ上に配置することができる一方、電磁石３１６は、層３１５の内向き表面３１５ｂ上に配置することができる。
【００７８】
図８Ａ及び図８Ｂは、第１の作動構成要素３１１の外向き表面３１１ｂを越えて外方に延在する第２のスペーサー３２０を更に示している。この実施形態におけるスペーサー３２０は、触覚対応デバイスのハウジング（例えば、２０２）の一部ではなく、アクチュエーター３１０の一部とすることができる。スペーサー３２０は、第１の作動構成要素３１１の外向き表面３１１ｂと、スペーサー３２０が接触することができる外部物体（例えば、ユーザーの手首又は他の身体部分）との間に空間を提供することができる。一実施形態では、第１のスペーサー３１３及び第２のスペーサー３２０は、一体構造体の一部とすることができ、同じ製造ステップにおいて形成しておくことができる。一実施形態では、第１のスペーサー３１３及び第２のスペーサー３２０は、別々に形成され、その後に互いに取り付けられる２つの個別の構造体とすることができる。
【００７９】
図９は、互いに分離された３つの層を有する３層アクチュエーターの一実施形態を示している。より具体的には、図９は、例えばスマート材料作動構成要素である第１の作動構成要素４１１と、例えば電磁石作動構成要素である第２の作動構成要素４１６／４１７／４２６とを有する触覚アクチュエーター４１０を示している。第１の作動構成要素４１１は、２つの電極４１８ａ、４１８ｂの間に挟まれた作動可能材料（例えば、ＰＶＤＦ）の第１の層４１２を備える。第２の作動構成要素４１６／４１７／４２６は、第１の作動構成要素４１１の内向き表面４１１ａ上に配置された電磁石４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃ、４１６ｄを含む。第２の作動構成要素４１６／４１７／４２６は、第２の層４１５の内向き表面４１５ｂ上に配置された電磁石４２６ａ、４２６ｂ、４２６ｃ、４２６ｄを更に含む。加えて、第２の作動構成要素４１６／４１７／４２６は、第３の層４１９ａ上に配置された永久磁石４１７の磁化材料を含む。一実施形態では、第３の層４１９ａは、可撓性材料（例えば、ポリイミド）を含み、永久磁石４１７は、第３の層４１９ａ上に載置される。一実施形態では、第３の層４１９ａは、永久磁石４１７の磁化材料が埋め込まれた可撓性材料である。第３の層４１９ａは、第１の層４１２と第２の層４１５との間に配置することができる。第１の層４１２、第２の層４１５、及び第３の層４１９ａは全て、互いに分離することができる。したがって、アクチュエーター４１０は、３層アクチュエーターと呼ぶことができる。
【００８０】
図９では、触覚アクチュエーター４１０は、複数のスペーサー４１３ａ、４１３ｂ及び絶縁層４１９ｂを更に備える。複数のスペーサー４１３ａ、４１３ｂは、第１の作動構成要素４１１と第２の層４１５とを分離し、第１の作動構成要素４１１と第２の層４１５との間に第３の層４１９ａを懸架する空間を設けることができる。絶縁層４１９ｂは、電極４１８ａ上に配置することができ、第１の作動構成要素４１１の外向き表面４１１ｂを形成することができる。一実施形態では、絶縁層４１９ｂを省略することができる。
【００８１】
一実施形態では、第１の作動構成要素４１１は、作動可能材料の第１の層４１２を備えることができ、この層は、接地電極として電極４１８ｂを用いるとともに（例えば、図２Ａ〜図４の信号ジェネレーター２３４から）電気信号を電極４１８ａに印加すること等によって、電位が当該作動可能材料の第１の層４１２の両端に生成されると変形するように構成される。一実施形態では、第２の作動構成要素４１６／４１７／４２６は、上述したように、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ、永久磁石４１７、及び第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄを含む。第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ及び第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄは、互いに向き合ったそれぞれの第１の表面（例えば、４１１ａ）及び第２の表面（例えば、４１５ｂ）上に配置することができる。一実施形態では、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ及び第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄの各電磁石は、導電コイルとすることができ、電気信号がそれぞれの電磁石に印加されると、磁場を生成するように構成することができる。一実施形態では、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄは、第１の信号ジェネレーターに電気的に接続することができ、第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄは、第２の信号ジェネレーターに電気的に接続することもできるし、第１の信号ジェネレーターに電気的に接続することもできる。さらに、この実施形態では、作動可能材料の第１の層４１２は、第３の信号ジェネレーターに電気的に接続することができる。第１の信号ジェネレーター及び／又は第２の信号ジェネレーターが起動されると、永久磁石４１７と、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ及び第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄのうちのいずれかのセットとの間に相対運動を生み出すことができる。
【００８２】
図９に更に示すように、永久磁石４１７を支持する（又はその一部である）第３の層４１９ａは、第１の作動構成要素４１１と第２の層４１５との間に配置することができる。一実施形態では、第３の層４１９ａは、封入材料（例えば、ポリマー）に埋め込まれた磁化粒子を含むことができる。一実施形態では、第３の層４１９ａは、磁化材料のみの単一片から形成することができる。一実施形態では、第３の層４１９ａは、１つ以上のバネ４２２、４２４又は他の弾性材料（例えば、エラストマー）等のバネ状要素又はバネ状材料を介して、触覚アクチュエーター４１０内に懸架することもできるし、別の方法で触覚アクチュエーター４１０に取り付けることもできる。このバネ状要素又はバネ状材料は、永久磁石４１７及び第３の層４１９ａが、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄに対して、及び、第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄに対して移動することを可能にすることができる。そのような移動は、第３の層４１９ａを振動させることができ、そのような振動は、第１の作動構成要素４１１又はアクチュエーター４１０の別の構成要素に伝達することができる。その結果、振動触知性効果が生成される。
【００８３】
一実施形態では、バネ状要素又はバネ状材料は、第３の層４１９ａをスペーサー４１３ａ、４１３ｂに取り付けることができる。一実施形態では、第１の層４１２、第２の層４１５、及び第３の層４１９ａのそれぞれは、１０μｍ〜１００μｍ又は１００μｍ〜１ｍｍの範囲にある厚さを有することができる。一実施形態では、触覚アクチュエーター４１０は、タブ４１４ａ、４１４ｂを介してスペーサー４２０に取り付けることができる。スペーサー４２０は、図１Ｂにおけるスペーサー２２０と同様のものとすることができ、第１の作動構成要素４１１の外向き表面４１１ｂと、スペーサー４２０と接触する物体との間に隙間を設けるのに用いることができる。
【００８４】
一実施形態では、制御ユニット（例えば、制御ユニット２３０）は、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ及び第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄのうちの一方のセットのみを選択的に起動することもできるし、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ及び第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄの双方を選択的に起動することもできる。一実施形態では、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ及び第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄのうちの一方のセット（例えば、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ）のみが起動されると、その結果生じる磁場によって、第３の層４１９ａの永久磁石４１７を、第１の作動構成要素４１１の表面（例えば、４１１ａ）、第２の層４１５の表面（例えば、４１５ｂ）、又は第３の層４１９ａの表面に垂直な軸Ａに沿って（例えば、垂直移動又は法線移動として）移動させることができる。一実施形態では、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ及び第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄの双方が起動されると、触覚アクチュエーター４１０は、永久磁石４１７及び電磁石４１６ａ〜４１６ｄ、４２６ａ〜４２６ｄが互いに対してローレンツ力を作用させることができるボイスコイルとして動作することができる。そのような実施形態では、第３の層４１９ａの永久磁石４１７は、第１の作動構成要素４１１の表面、第２の層４１５の表面、又は第３の層４１９ａの表面に平行な軸に沿って（例えば、横方向移動として）移動するように作動させることができる。したがって、一実施形態では、触覚アクチュエーター４１０の制御ユニットは、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄのみを作動させるのか、第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄのみを作動させるのか、又は第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ及び第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄの双方を作動させるのかを、第３の層４１９ａの所望の作動方向に基づいて決定するように構成することができる。例えば、第３の層４１９ａを第１の層４１１に垂直な方向に作動させるとの決定に応じて、制御ユニットは、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄのみ又は第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄのみを起動することができる。第３の層４１９ａを第１の層４１１に平行な方向に作動させるとの決定に応じて、制御ユニットは、第１の電磁石のセット４１６ａ〜４１６ｄ及び第２の電磁石のセット４２６ａ〜４２６ｄの双方を起動することができる。
【００８５】
図９は、永久磁石４１７の磁化材料が中間の（第３の）層４１９ａ上に配置されていることと、電磁石４１６ａ〜４１６ｄ、４２６ａ〜４２６ｄが第１の作動構成要素４１１及び第２の層４１５上に配置されていることとを示しているが、別の実施形態では、この配置を逆にすることができる。そのような実施形態では、１つ以上の電磁石（例えば、電磁石４１６ａ〜４１６ｄ）は、第３の層４１９ａ上に配置することができる一方、永久磁石の磁化材料は、第１の作動構成要素４１１及び第２の層４１５上に配置される。
【００８６】
図１０は、図２Ａ〜図９を参照して説明した触覚アクチュエーターのうちの任意のものと同じ又は同様のものとすることができる触覚アクチュエーター５１０がディスプレイデバイス５０５の内向き表面５０５ａに隣接して配置される触覚対応デバイス５００を示している。一実施形態では、ディスプレイデバイス５０５は可撓性ＯＬＥＤデバイスである。ディスプレイデバイス５０５は、当該ディスプレイデバイス５０５の外向き表面５０５ｂを通して視認可能とすることができる。一実施形態では、触覚対応デバイスは、電話機又はタブレットコンピューターとすることができ、ハウジング５０２の裏側外表面５０２ａを形成するケーシング５０３を備える当該ハウジング５０２を有することができる。一実施形態では、ディスプレイデバイス５０５の外向き表面５０５ｂも、触覚対応デバイス５００のハウジング５０２の表側外表面５０２ｂの少なくとも一部を形成することができる。一実施形態では、触覚アクチュエーター５１０は、触覚アクチュエーター２１０、２１０ｂ、２１０ｃ、３１０、又は４１０と同様のものとすることができる。触覚アクチュエーター５１０は、可撓性ディスプレイデバイス５０５を変形させるように構成されたスマート材料作動構成要素である第１の作動構成要素と、ハウジング５０２を振動させるように構成された電磁石作動構成要素である第２の作動構成要素とを備えることができる。
【００８７】
一実施形態では、触覚対応デバイス５００が、テキストメッセージ又は通話を受信することができるモバイルフォン又はスマートウォッチである場合、この触覚対応デバイスの制御ユニットは、触覚アクチュエーター５１０の第１の作動構成要素（例えば、スマート材料作動構成要素）が起動されるのか又は第２の作動構成要素（例えば、電磁石作動構成要素）が起動されるのかを、テキスト又は通話の緊急性又は重要性に基づいて制御することができる。例えば、制御ユニットは、触覚対応デバイスが別のモバイルフォンからの通信を受信しているか又は受信したと判断するとともに、通信の優先レベルが規定閾値を越えているか否かを判断するように構成することができる。通信の優先レベルが規定閾値を越えているとの判断に応じて、制御ユニットは、第１の電気信号を少なくとも第２の作動構成要素（例えば、電磁石作動構成要素）に提供するように構成することができ、この第１の電気信号を１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲にある周波数にすることができる。通信の優先レベルが規定閾値を越えていないとの判断に応じて、制御ユニットは、第２の電気信号を少なくとも第１の作動構成要素（例えば、スマート材料作動構成要素）に提供することができ、この第２の電気信号を１Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲にある周波数にすることができる。したがって、低重要レベル又は中重要レベルを有する通話又はテキストメッセージ（例えば、通常の通話）によって、触覚アクチュエーターは、少なくとも第１の作動構成要素を用いて、低周波数成分を有する触覚効果を生成することができる一方、高重要レベルを有する通話（例えば、緊急通話）によって、触覚アクチュエーターは、第２の作動構成要素を用いて、高周波数成分を有する触覚効果を生成することができる。さらに、低レベル又は中レベルの重要性の通話について生成される触覚効果は、高レベルの重要性の通話について生成される触覚効果よりも低い強度（例えば、より少ない移動量）を有することができる。
【００８８】
別の例として、触覚アクチュエーターは、触覚対応デバイス（例えば、モバイルフォン）が特定の呼び出し側からの通話に出られなかった回数に対応する一連のタップを提供する触覚効果を生成することができる。例えば、特定のユーザーが友人を有しており、この友人がこのユーザーのモバイルフォンに３回電話をかけ、これらの電話が全て出られなかったものである場合、モバイルフォンの制御ユニットは、触覚アクチュエーターのスマート材料作動構成要素を用いて触覚アクチュエーター（例えば、触覚アクチュエーター２１０）に３つのタップを出力させることができる。
【００８９】
別の例では、ユーザーが、ボタン押しの一部のように、触覚対応デバイス５００のハウジングの外表面５０２ｂを押すことになる場合、触覚対応デバイス５００は、ユーザーを押し返す外表面５０２ｂの変形を生み出すためのスマート材料作動構成要素を有する触覚アクチュエーター５１０を有することができる。さらに、押したことの確認として、触覚アクチュエーターの電磁石作動構成要素を起動して振動を出力することができる。幾つかの実施態様では、ユーザーに追加の情報を知らせるために、スマート材料作動構成要素が起動される周波数は、触覚効果の出力中に変化（例えば、増加）することができる。
【００９０】
一実施形態では、上記で説明した触覚アクチュエーターの実施形態は、モバイルフォン、タブレットコンピューター、ゲームコントローラー、仮想現実（ＶＲ）コントローラー若しくは拡張現実（ＡＲ）コントローラー、又はヘッドセット等のウェアラブルデバイスに組み込むことができる。
【００９１】
種々の実施形態を上述してきたが、これらの実施形態は、限定としてではなく本発明の単なる説明及び例として提示されていることを理解すべきである。形式及び細部における種々の変更は本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく本発明内で行うことができることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によってのみ規定されるべきである。本明細書において論考された各実施形態、及び本明細書において引用された各引用文献の各特徴は、他の任意の実施形態の特徴と組み合わせて用いることができることも理解されるであろう。
【００９２】
本願は、２０１７年１０月４日に出願された米国特許出願第１５／７２４，７５１号の利益を主張し、この出願の開示は引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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