(57)【要約】【課題】機械的予荷重デバイスを備える触覚アクチュエーターアセンブリを提供すること。【解決手段】触覚アクチュエーターアセンブリは、垂直軸に沿った変位を出力するように構成された触覚アクチュエーターと、予荷重デバイスとを備える。予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターに隣接して配置され、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの拡張に抵抗するように触覚アクチュエーターに対する垂直軸に沿った圧縮荷重を発生させるように構成される。予荷重デバイスは、ケーシング及び少なくとも第１のばね構成要素を備える。ケーシングは、カバーと、このカバーから間隔を空けて配置されかつこのカバーに対して平行に延在するベースとを含む。触覚アクチュエーターは、カバーとベースとの間に配置され、第１のばね構成要素は、触覚アクチュエーターに対して垂直軸に沿った圧縮荷重を生成するために力をかけるように構成される。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚アクチュエーターと、予荷重デバイスと、を有する触覚アクチュエーターアセンブリであって、
前記触覚アクチュエーターは、
平行軸に沿って歪みを発生させるように構成された圧電材料の層であって、前記平行軸は該層の平面に対して平行である、圧電材料の層と、
前記平行軸に沿った前記圧電材料の層の前記歪みを、垂直軸に沿った該触覚アクチュエーターの拡張又は収縮に変換するように構成された変位変換デバイスであって、前記垂直軸は前記層の前記平面に対して垂直である、変位変換デバイスと、
を有し、
前記触覚アクチュエーターの前記拡張又は前記収縮は、前記垂直軸に沿った前記触覚アクチュエーターの変位を発生させるように構成され、
前記予荷重デバイスは、前記触覚アクチュエーターに隣接し、かつ前記触覚アクチュエーターに対する前記垂直軸に沿った圧縮荷重を発生させるように構成され、
前記予荷重デバイスは、
カバーと、
該カバーから間隔を空けて配置されかつ該カバーに対して平行に延在するベースとを有するケーシングであって、前記触覚アクチュエーターは前記カバーと前記ベースとの間に配置され、該カバー及び該ベースは、前記触覚アクチュエーターの垂直軸に沿った該触覚アクチュエーターの反対側の端部それぞれに配置されている、ケーシングと、
第１のばね構成要素であって、該第１のばね構成要素の第１の端部が前記カバーの内面に結合され、該第１の構成要素の第２の反対側の端部が前記触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、前記ケーシング内に配置され、前記触覚アクチュエーターに対する前記垂直軸に沿った前記圧縮荷重を生成するために力をかけるように構成されている、第１のばね構成要素と、
を有する、
ことを特徴とする触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項２】
前記触覚アクチュエーターの前記変位変換デバイスは、前記圧電材料の層の歪みに起因する前記平行軸に沿った該圧電材料の層によって出力される変位を、前記垂直軸に沿った前記触覚アクチュエーターのより大きい変位に変換するように構成された変位増幅デバイスである、ことを特徴とする請求項１に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項３】
前記触覚アクチュエーターの前記変位増幅デバイスは、前記平行軸に沿った前記変位を前記垂直軸に沿った前記より大きい変位に変換するように構成されたレバーデバイスを含む、ことを特徴とする請求項２に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項４】
前記触覚アクチュエーターの前記レバーデバイスは、前記圧電材料の層の反対側の平面それぞれに配置された第１のディスク及び第２のディスクを含み、該第１のディスク及び該第２のディスクの各ディスクは、前記圧電材料の層のそれぞれの平面と円錐台を形成している、ことを特徴とする請求項３に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項５】
前記第１のばね構成要素はばねプランジャーである、ことを特徴とする請求項１に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項６】
前記第１のばね構成要素は、ねじ及び可撓性膜構成要素を含み、該ねじは、該可撓性膜構成要素のばね力を調整するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項７】
前記予荷重デバイスは第２のばね構成要素を有し、
前記第２のばね構成要素は、該第２のばね構成要素の第１の端部が前記ベースの内面に結合され、該第２のばね構成要素の第２の反対側の端部が前記触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、前記ケーシング内に配置され、
前記第１のばね構成要素及び該第２のばね構成要素は、まとまって、前記触覚アクチュエーターに対して前記垂直軸に沿った前記圧縮荷重を生成するために前記力をかけるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項８】
前記第１のばね構成要素は第１のばね定数を有し、前記第２のばね構成要素は第２のばね定数を有し、前記第１のばね定数は前記第２のばね定数と異なる、ことを特徴とする請求項７に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項９】
前記予荷重デバイスの前記第１の構成要素及び前記第２の構成要素が発生させる前記垂直軸に沿った前記圧縮荷重は、２Ｎ〜４Ｎの範囲である、ことを特徴とする請求項１に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項１０】
前記触覚アクチュエーターは、前記圧電材料の層に取り付けられるか又は該圧電材料の層内に埋め込まれ、かつ前記垂直軸に沿った電圧差を生成するように構成された、少なくとも２つの電極を更に備え、前記圧電材料の層は、前記垂直軸に沿った前記電圧差に応じて前記平行軸に沿って収縮するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの電極の間の前記電圧差が５０Ｖ〜１００Ｖであるとき、かつ前記予荷重デバイスによって前記圧縮荷重が前記触覚アクチュエーターに加えられるとき、該触覚アクチュエーターは、前記少なくとも２つの電極の間に電圧差がない基準状態と比較した、１μｍ〜１５μｍの範囲である、前記垂直軸に沿った変位を出力し、前記触覚アクチュエーターアセンブリは、２Ｎ〜１０Ｎの範囲である、前記垂直軸に沿った力を出力するように構成されている、ことを特徴とする請求項１０に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項１２】
前記触覚アクチュエーターは第１の共振周波数を有し、前記触覚アクチュエーターアセンブリは第２の共振周波数を有し、該第２の共振周波数は前記第１の共振周波数とは異なり、前記第２の共振周波数は、前記第１のばね構成要素のばね定数を介して決定される、ことを特徴とする請求項１に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項１３】
触覚アクチュエーターと、予荷重デバイスと、を有する触覚アクチュエーターアセンブリであって、
前記触覚アクチュエーターは、
平行軸に沿って歪みを発生させるように構成された圧電材料の層であって、前記平行軸は該層の平面に対して平行である、圧電材料の層と、
前記平行軸に沿った前記圧電材料の層の前記歪みを、垂直軸に沿った該触覚アクチュエーターの拡張又は収縮に変換するように構成された変位変換デバイスであって、前記垂直軸は前記層の前記平面に対して垂直である、変位変換デバイスと、
を有し、
前記触覚アクチュエーターの前記拡張又は前記収縮は、前記垂直軸に沿った該触覚アクチュエーターの変位を発生させるように構成され、
前記予荷重デバイスは、前記触覚アクチュエーターに隣接し、かつ前記触覚アクチュエーターに対する前記垂直軸に沿った圧縮荷重を発生させるように構成され、
前記予荷重デバイスは、
カバーと、
該カバーから間隔を空けて配置されかつ該カバーに対して平行に延在するベースと、第１のばね構成要素と、第２のばね構成要素とを有するケーシングであって、前記第１のばね構成要素及び前記第２のばね構成要素は、前記カバーの反対側の端部それぞれに配置され、前記第１のばね構成要素及び前記第２のばね構成要素の各々は、前記カバーと前記ベースとの間に延在する、ケーシングと、
を有し、
前記第１のばね構成要素及び前記第２のばね構成要素は、まとまって、前記触覚アクチュエーターに対して前記垂直軸に沿った前記圧縮荷重を生成するために力をかけるように構成されており、
前記触覚アクチュエーターは、前記カバーと前記ベースとの間に配置され、該カバー及び該ベースは、前記触覚アクチュエーターの垂直軸に沿った該触覚アクチュエーターの反対側の端部それぞれに配置されている、ことを特徴とする触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項１４】
前記第１のばね構成要素及び前記第２のばね構成要素は、前記カバーに取り付けられており、前記ベースに解除可能に取り付けられている、ことを特徴とする請求項１３に記載の触覚アクチュエーターアセンブリ。
【請求項１５】
ハウジングと、電源と、前記ハウジングの外面で触覚効果を発生させるように構成された触覚アクチュエーターアセンブリと、前記電源を制御するように構成された制御ユニットと、を備える触覚対応デバイスであって、
前記触覚アクチュエーターアセンブリは、触覚アクチュエーターと、予荷重デバイスと、を備え、
前記触覚アクチュエーターは、
平行軸に沿って歪みを発生させるように構成された圧電材料の層であって、前記平行軸は該層の平面に対して平行である、圧電材料の層と、
前記圧電材料の層に取り付けられた又はその中に埋め込まれた少なくとも２つの電極と、
前記平行軸に沿った前記圧電材料の層の前記歪みを、垂直軸に沿った該触覚アクチュエーターの拡張又は収縮に変換するように構成された変位変換デバイスであって、前記垂直軸は前記層の前記平面に対して垂直であり、該触覚アクチュエーターの前記拡張又は前記収縮は、前記垂直軸に沿った該触覚アクチュエーターの変位を発生させるように構成されている、変位変換デバイスと、
を備え、
前記予荷重デバイスは、前記触覚アクチュエーターに隣接し、かつ前記触覚アクチュエーターに対する前記垂直軸に沿った圧縮荷重を発生させるように構成され、
前記予荷重デバイスは、
カバーと、
該カバーから間隔を空けて配置されかつ該カバーに対して平行に延在するベースとを有するケーシングであって、前記触覚アクチュエーターは前記カバーと前記ベースとの間に配置され、該カバー及び該ベースは、前記触覚アクチュエーターの垂直軸に沿った該触覚アクチュエーターの反対側の端部それぞれに配置されている、ケーシングと、
第１のばね構成要素であって、該第１のばね構成要素の第１の端部が前記カバーの内面に結合され、前記第１の構成要素の第２の反対側の端部が前記触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、前記ケーシング内に配置され、前記触覚アクチュエーターに対する前記垂直軸に沿った前記圧縮荷重を生成するために力をかけるように構成されている、第１のばね構成要素と、
を備え、
前記制御ユニットは、前記触覚アクチュエーターの前記少なくとも２つの電極に電力を提供するように前記電源を制御する、
ことを特徴とする触覚対応デバイス。
【請求項１６】
前記触覚対応デバイスの前記ハウジングによって前記触覚アクチュエーターアセンブリに加えられるいかなる圧縮荷重も１Ｎ未満である、ことを特徴とする請求項１５に記載の触覚対応デバイス。
【請求項１７】
前記触覚対応デバイスは、前記ハウジングの第１の面を形成するタッチスクリーンデバイスを更に備え、前記ハウジングは、該ハウジングの第２のかつ反対側の面を形成するバックパネルを備え、前記触覚アクチュエーターアセンブリは、該触覚アクチュエーターアセンブリによって生成される力が前記ハウジングの前記第２の面に対してかけられるように、前記ハウジングの該第２の面に配置されている、ことを特徴とする請求項１５に記載の触覚対応デバイス。
【請求項１８】
前記制御ユニットは、前記触覚アクチュエーターに駆動信号を提供するように前記電源を制御するように構成され、前記駆動信号は、前記触覚アクチュエーターアセンブリの共振周波数に等しい周波数を有する周期的信号である、ことを特徴とする請求項１７に記載の触覚対応デバイス。
【請求項１９】
前記触覚アクチュエーターは第１の共振周波数を有し、前記触覚アクチュエーターアセンブリは第２の共振周波数を有し、該第２の共振周波数は前記第１の共振周波数とは異なり、前記第２の共振周波数は、前記第１のばね構成要素のばね定数を介して決定される、ことを特徴とする請求項１８に記載の触覚対応デバイス。
【請求項２０】
前記予荷重デバイスは、
第２のばね構成要素であって、該第２のばね構成要素の第１の端部が前記ベースの内面に結合され、該第２のばね構成要素の第２の反対側の端部が前記触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、前記ケーシング内に配置され、前記第１のばね構成要素及び該第２のばね構成要素は、まとまって、前記触覚アクチュエーターに対して前記垂直軸に沿った前記圧縮荷重を生成するために前記力をかけるように構成されている、第２のばね構成要素、
を更に備える、ことを特徴とする請求項１５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、ゲーミング、家電製品、自動車、エンターテイメント及び他の産業に用途がある、機械的予荷重デバイスを備えた触覚アクチュエーターアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
触覚科学は、ユーザーに力、振動及び他の動き等の触覚効果を与えることにより、ユーザーの触感覚を利用する触覚及び力フィードバック技術を提供する。モバイルデバイス、タブレットコンピューター及びハンドヘルドゲームコントローラー等のデバイスは、触覚効果を発生させるように構成することができる。触覚効果は、偏心回転質量（ＥＲＭ）アクチュエーター又はリニア共振アクチュエーター（ＬＲＡ）等の触覚アクチュエーターを用いて発生させることができる。触覚効果は、こうしたデバイスの表面又は他の部分において振動を提供する振動触知性触覚効果を含むことができる。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書に記載する実施形態の１つの態様は、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備える触覚アクチュエーターアセンブリに関する。触覚アクチュエーターは、平行軸に沿って歪みを発生させるように構成された圧電材料の層であって、平行軸はこの層の平面に対して平行である、圧電材料の層を備え、また、平行軸に沿った圧電材料の層の歪みを、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの拡張又は収縮に変換するように構成された変位変換デバイスであって、垂直軸は層の平面に対して垂直である、変位変換デバイスを備える。触覚アクチュエーターの拡張又は収縮は、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの変位を発生させるように構成されている。予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターに隣接し、かつ垂直軸に沿った触覚アクチュエーターに対する圧縮荷重を発生させるように構成されている。予荷重デバイスは、カバーと、このカバーから間隔を空けて配置されかつこのカバーに対して平行に延在するベースとを有するケーシングを備える。触覚アクチュエーターは、カバーとベースとの間に配置され、カバー及びベースは、触覚アクチュエーターの垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの反対側の端部それぞれに配置されている。第１のばね構成要素の第１の端部がカバーの内面に結合され、第１の構成要素の第２の反対側の端部が触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、第１のばね構成要素はケーシング内部に配置されている。第１のばね構成要素は、触覚アクチュエーターに対して垂直軸に沿った圧縮荷重を生成するために、力をかけるように構成されている。
【０００４】
本明細書における実施形態の別の態様は、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備える触覚アクチュエーターアセンブリに関する。触覚アクチュエーターは、平行軸に沿って歪みを発生させるように構成された圧電材料の層であって、平行軸はこの層の平面に対して平行である、圧電材料の層を備え、また、平行軸に沿った圧電材料の層の歪みを、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの拡張又は収縮に変換するように構成された変位変換デバイスであって、垂直軸は層の平面に対して垂直である、変位変換デバイスを備える。触覚アクチュエーターの拡張又は収縮は、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの変位を発生させるように構成されている。予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターに隣接し、かつ垂直軸に沿った触覚アクチュエーターに対する圧縮荷重を発生させるように構成されている。予荷重デバイスは、カバーと、カバーから間隔を空けて配置されかつカバーに対して平行に延在するベースと、第１のばね構成要素と、第２のばね構成要素とを有するケーシングを備える。第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素は、カバーの反対側の端部それぞれに配置され、第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素の各々は、カバーとベースとの間に延在している。第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素は、まとまって、触覚アクチュエーターに対して垂直軸に沿った圧縮荷重を生成するために、力をかけるように構成されている。触覚アクチュエーターは、カバーとベースとの間に配置され、カバー及びベースは、触覚アクチュエーターの垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの反対側の端部それぞれに配置されている。
【０００５】
本明細書における実施形態の別の態様は、ハウジングと、電源と、制御デバイスと、ハウジングの外面で触覚効果を発生させるように構成された触覚アクチュエーターアセンブリとを備える触覚対応デバイスに関する。触覚アクチュエーターは、平行軸に沿って歪みを発生させるように構成された圧電材料の層であって、平行軸はこの層の平面に対して平行である、圧電材料の層を備え、また、圧電材料の層に取り付けられた又はその中に埋め込まれた少なくとも２つの電極を備え、また、平行軸に沿った圧電材料の層の歪みを、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの拡張又は収縮に変換するように構成された変位変換デバイスであって、垂直軸は層の平面に対して垂直である、変位変換デバイスを備える。触覚アクチュエーターの拡張又は収縮は、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの変位を発生させるように構成されている。予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターに隣接し、かつ触覚アクチュエーターに対する垂直軸に沿った圧縮荷重を発生させるように構成されている。予荷重デバイスは、カバーと、このカバーから間隔を空けて配置されかつこのカバーに対して平行に延在するベースとを有するケーシングを備える。触覚アクチュエーターは、カバーとベースとの間に配置され、カバー及びベースは、触覚アクチュエーターの垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの反対側の端部それぞれに配置されている。第１のばね構成要素の第１の端部がカバーの内面に結合され、第１の構成要素の第２の反対側の端部が触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、第１のばね構成要素はケーシング内部に配置されている。第１のばね構成要素は、触覚アクチュエーターに対して垂直軸に沿った圧縮荷重を生成するために、力をかけるように構成されている。制御ユニットは、触覚アクチュエーターの少なくとも２つの電極に電力を提供するように電源を制御するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーターアセンブリを有する触覚対応デバイスのブロック図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、触覚アクチュエーターアセンブリのブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による、触覚アクチュエーターのブロック図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、触覚対応デバイスを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、触覚対応デバイスの裏面に配置された触覚アクチュエーターアセンブリを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーターアセンブリのハウジングのバックパネル内に配置された触覚アクチュエーターアセンブリを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、タッチスクリーンデバイス、触覚アクチュエーターアセンブリ及び取付部品を備える触覚対応システムのブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態による、タッチスクリーンデバイス、触覚アクチュエーターアセンブリ及び取付部品を備える触覚対応システムを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備えた触覚アクチュエーターアセンブリを示す図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーターアセンブリ用の触覚アクチュエーター例を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーターアセンブリ用の触覚アクチュエーター例を示す図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーターアセンブリ用の触覚アクチュエーター例を示す図である。
【図８Ｄ】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーターアセンブリ用の触覚アクチュエーター例を示す図である。
【図８Ｅ】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーターアセンブリ用の触覚アクチュエーター例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーターアセンブリ用の触覚アクチュエーター例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備えた触覚アクチュエーターアセンブリを示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備え、予荷重デバイスはケーシング及び第１のばね構成要素を備える、触覚アクチュエーターアセンブリの斜視図である。
【図１２】図１１の触覚アクチュエーターアセンブリの側断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備え、予荷重デバイスはケーシング、第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素を備える、触覚アクチュエーターアセンブリの側断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備え、予荷重デバイスはケーシングと、ばねプランジャーを備える第１のばね構成要素とを備える、触覚アクチュエーターアセンブリの斜視図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備え、予荷重デバイスはケーシングと、ねじ及び可撓性膜構成要素を備える第１のばね構成要素とを備える、触覚アクチュエーターアセンブリの斜視図である。
【図１６Ａ】本発明の一実施形態による、第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素を備え、予荷重デバイスのケーシングの一部を形成するカバーの側断面図である。
【図１６Ｂ】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備え、予荷重デバイスは図１６Ａのカバーとベースとを含むケーシングを備える、触覚アクチュエーターアセンブリの側断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備え、予荷重デバイスはケーシング、第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素を備える、触覚アクチュエーターアセンブリの側断面図である。
【図１８】本発明の一実施形態による、触覚アクチュエーターによって出力される力と、触覚アクチュエーターによって出力される変位との間の関係例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の上述の特徴、目的、及び利点、並びに他の特徴、目的、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詳細な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。
【０００８】
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。
【０００９】
本明細書における実施形態の１つの態様は、触覚アクチュエーターアセンブリ用の予荷重デバイスを提供することに関する。触覚アクチュエーターアセンブリは、変位（例えば、歪み又は他の変形）及び力を出力するように構成されている、圧電アクチュエーター等の触覚アクチュエーターを備えることができる。１つの例では、変位を使用して、第１の変位値と第２の変位値との間で発振することにより、振動触知性触覚効果を発生させることができる。予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターに対して、触覚アクチュエーターによって提供される変位を抑制する予荷重を発生させるように構成することができる。この抑制により、触覚アクチュエーターは依然として変位を出力することができるが、予荷重デバイスがない状況と比較して変位の振幅が低減する。場合によっては、変位は、触覚アクチュエーターを特定の軸に沿って拡張させる歪みの形態をとることができ、予荷重デバイスによって発生する予荷重は、その軸に沿った触覚アクチュエーターの拡張に抵抗する圧縮荷重とすることができる。場合によっては、予荷重は、ユーザーインタラクション、又は、触覚アクチュエーターアセンブリの外部にある作用とは独立した荷重とすることができる。言い換えれば、予荷重は、例えば、触覚アクチュエーターアセンブリ内に組み込まれるか、又は触覚アクチュエーターアセンブリの内部にある荷重とすることができる。予荷重は、触覚アクチュエーターからの変位、触覚アクチュエーターの変位の変化の量、又はそれらの組合せを抑制することができる。
【００１０】
一実施形態では、予荷重デバイスは、同様に触覚アクチュエーターによって出力される力が過度に弱くなるのを防止するために、触覚アクチュエーターからの変位を抑制し、又は他の方法で変位に抵抗することができる。例えば、触覚アクチュエーターは、図１８のもののような力−変位プロファイルを有することができ、そこでは、触覚アクチュエーターは、出力する変位が大きくなるに従い、出力する力が弱くなり、その逆もあり得る。触覚アクチュエーターが駆動信号又は他の刺激によって駆動されるときに、触覚アクチュエーターに予荷重が加えられない場合、触覚アクチュエーターは、場合によっては、触覚アクチュエーターにかつ駆動信号の振幅に関連する、定格変位ｄｒａｔｅｄ（公称変位とも呼ぶ）に等しい変位を出力する可能性がある。例えば、触覚アクチュエーターは、圧電アクチュエーターとすることができる。圧電アクチュエーターは、駆動信号が印加されると、定格変位（例えば、定格歪み）に等しい、特定の軸に沿った歪みを出力する可能性がある。しかしながら、触覚アクチュエーターによって提供される変位の量が定格変位に等しい場合、変位と同時に力はほとんど又は全く発生しない可能性がある。例えば、図１８は、触覚アクチュエーターが、触覚アクチュエーターの定格変位の近くの値で（例えば、発振駆動信号によって駆動されている結果として）発振する変位を出力する状況を示す。触覚アクチュエーターは、予荷重又は外部荷重がないためにこうした変位を出力する可能性がある。発振する変位は、振動触知性触覚効果になる可能性があるが、図１８に示すように、振動触知性触覚効果と同時にはわずかな量の力しか発生しない可能性がある。その結果、振動触知性触覚効果は、非常に弱いものとしてユーザーに知覚される可能性があり、又は、全く知覚されない可能性がある。
【００１１】
図１８は、予荷重が存在するときに触覚アクチュエーターが変位を発生させる別の状況を更に示す。図１８における両方の状況における変位は、同じ信号振幅又は同じ駆動信号によって発生させることができる。一実施形態では、予荷重は、触覚アクチュエーターからの変位を、その定格変位の分数（例えば、１／２、３／４）である値に抑制することができる。一例として、予荷重は、変位が３５μｍ（予荷重が存在しない場合）から１μｍ（予荷重が存在する場合）まで低減するように、触覚アクチュエーターによって出力される変位を抑制することができる。変位を低減させることにより、予荷重は、触覚アクチュエーターによって出力される力の増大をもたらすことができる。その結果、予荷重を含む触覚アクチュエーターアセンブリによって振動触知性触覚効果が発生する場合、予荷重を有していない触覚アクチュエーターによって振動触知性触覚効果が発生する状況と比較して、振動触知性触覚効果と同時に発生する力は、より強力かつより知覚可能とすることができる。
【００１２】
一実施形態では、予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターを保護するために触覚アクチュエーターからの変位を抑制するか又は他の方法で変位に抵抗することができる。例えば、圧電セラミック材料を含む触覚アクチュエーターは、脆性がある可能性があり、したがって、過度の歪み又は他の変位からの亀裂又は他の損傷を受ける可能性がある。こうした場合では、予荷重デバイスは、その変位を抑制することにより、触覚アクチュエーターからの動きの範囲を抑制することができ、したがって、触覚アクチュエーターが過度の歪みに関連する損傷を受けないように防護することができる。言い換えれば、予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターからの過度の変位に抵抗することにより、触覚アクチュエーターを保護することができる。
【００１３】
一実施形態では、予荷重デバイスは、本質的に機械的構造とすることができ、単数又は複数のばね力を介して予荷重を発生させるように構成することができる。言い換えれば、予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターに対して予荷重を提供するようにばね力を発生させる少なくとも１つのばね構成要素を備えることができる。単数又は複数のばね力は、例えば、１つ以上の運動軸に沿った触覚アクチュエーターの拡張に抵抗する圧縮荷重を発生させることができる。触覚アクチュエーターを圧縮し、それにより触覚アクチュエーターに予荷重をかけるために、ばね構成要素が利用され、それにより、システムの全体の剛性が変更される。触覚アクチュエーターによって出力される変位は、システムの剛性によって変化し、したがって、ばね構成要素は、触覚アクチュエーターからの変位又は歪みを抑制するか又は低減させる。
【００１４】
一実施形態では、予荷重デバイスを有する触覚アクチュエーターアセンブリは、触覚アクチュエーターアセンブリが外部荷重をほとんど又は全く受けない場所に配置することができる。例えば、触覚アクチュエーターアセンブリは、携帯電話のバックパネルの内面等、携帯電話の裏面に配置することができる。バックパネルは、低質量（例えば、１ｇ未満）を有することができ、触覚アクチュエーターアセンブリに対してかける外部荷重は１Ｎ未満とすることができる。こうした状況では、予荷重デバイスは、アセンブリの触覚アクチュエーターの変位を抑制する予荷重を有利に提供することができる。
【００１５】
図１は、予荷重デバイスを組み込んだ触覚アクチュエーターアセンブリ１２０を備えることができる触覚対応デバイス１００のブロック図を示す。より具体的には、触覚対応デバイス１００は、ハウジング１１０と、触覚アクチュエーターアセンブリ１２０と、制御ユニット１３０と、電源１４０とを備える。一実施形態では、触覚対応デバイス１００は、携帯電話、タブレットコンピューター、ラップトップ、ハンドヘルドゲームコントローラー、ウェアラブルデバイス（例えば、触覚対応電子腕時計、グローブ又はヘッドマウント型デバイス）又は他の任意のユーザーインターフェースデバイス等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。
【００１６】
一実施形態では、電源１４０は、触覚効果を発生させるために触覚アクチュエーターアセンブリ１２０のために電力を提供するように構成されている、バッテリ又は他のエネルギー蓄積デバイスを含むことができる（本明細書では、電力及びエネルギーという用語は同義で使用する）。一実施形態では、制御ユニット１３０は、触覚アクチュエーターアセンブリ１２０のより詳細に後述する触覚アクチュエーターを駆動するように、電源１４０を制御するように構成することができる。例えば、制御ユニット１３０は、触覚アクチュエーターアセンブリ１２０の触覚アクチュエーターに印加される駆動電圧信号又は駆動電流信号を発生させるように電源１４０を制御するように構成することができる。電源１４０は、触覚アクチュエーターアセンブリ１２０の触覚アクチュエーターに対して、５０Ｖ〜１００Ｖの範囲の振幅を有する駆動信号（例えば、６０Ｖ駆動信号）を発生させるように構成することができる。
【００１７】
一実施形態では、制御ユニット１３０は、触覚対応デバイス１００に対する触覚効果の発生を制御するのに専用とすることができ、又は、触覚対応デバイス１００に対する他の動作を制御する汎用制御ユニットとすることができる。一実施形態では、制御ユニット１３０は、１つ以上のマイクロプロセッサ、１つ以上の処理コア、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）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は他の任意の処理回路を含むことができる。
【００１８】
図２Ａは、触覚アクチュエーターアセンブリ１２０の一実施形態である触覚アクチュエーターアセンブリ１２０Ａのブロック図を示す。触覚アクチュエーターアセンブリ１２０Ａは、触覚アクチュエーター１２１及び予荷重デバイス１２７を備える。予荷重デバイス１２７については、より詳細に後述する。一実施形態では、予荷重デバイスは、２Ｎ〜４Ｎの範囲である圧縮荷重を発生させるように構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１２１は、特定の軸に沿った変位及び力を出力するように構成される。例えば、触覚アクチュエーター１２１は、圧電アクチュエーター、又は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含むＥＡＰアクチュエーター等の電気活性ポリマー（ＥＡＰ）アクチュエーターとすることができる。一実施形態では、触覚アクチュエーター１２１は、１つ以上の軸に沿って触覚アクチュエーターを拡張又は収縮させる歪み又は他の変形を呈するように構成することができる。
【００１９】
図２Ｂは、触覚アクチュエーター１２１の一実施形態のブロック図を示す。図２Ｂの実施形態では、触覚アクチュエーター１２１は、圧電層１２１ａ（圧電材料の層又は圧電材料のシートとも呼ぶ）と、電極１２１ｂと、変位変換デバイス１２１ｃとを備える。圧電層１２１ａは、電極１２１ｂに接続することができ、電極１２１ｂに駆動信号が印加されると、１つ以上の軸に沿った歪みを出力するように構成することができる。場合によっては、圧電層１２１は、圧電材料の下層の積層体を含むことができ、下層の各々は、電極１２１ｂのうちの２つの電極の間に直接挟挿される。他の場合では、圧電層１２１ａは、こうした下層を１つしか有していない。
【００２０】
一実施形態では、変位変換デバイス１２１ｃは、第１の軸（例えば、ｘ軸）に沿った歪み又は他の変位を、第２の軸（例えば、ｚ軸）に沿った変位に変換するように構成することができる。一実施形態では、第１の軸は平行軸とすることができ、平行軸は、圧電層１２１ａの平面に対して平行である。一実施形態では、第２の軸は垂直軸とすることができ、垂直軸は、圧電層１２１ａの平面に対して垂直である。場合によっては、変位変換デバイス１２１ｃは、第１の軸に沿った変位（例えば、Δｘ）を第２の軸に沿ったより大きい変位（例えば、Δｚ）に増幅するように構成されている変位増幅デバイスとすることができる。
【００２１】
図３Ａ及び図３Ｂは、触覚対応デバイス１００の一実施形態である触覚対応デバイス２００を示す。触覚対応デバイス２００は、例えば、携帯電話又はタブレットコンピューターとすることができる。触覚対応デバイス２００は、少なくともフロントパネル２１２及びバックパネル２１４によって形成されるハウジング２１０を備えることができる。フロントパネル２１２は、ハウジング２１０の正面を形成することができ、静電容量式又は抵抗式タッチセンサを有する、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等のタッチスクリーンデバイス２１３を組み込むことができる。バックパネル２１４は、ハウジング２１０の裏面を形成することができる。ハウジング２１０の正面は、使用中に概してユーザーに面する側とすることができ、裏面は、ハウジング２１０の正面の反対側に又は対向して配置される。
【００２２】
図３Ｂに示すように、触覚対応デバイス２００は、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０を更に備える。いくつかの実施形態では、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０は、バックパネル２１４内に、又はバックパネル２１４の内面若しくは外面に配置される。例えば、図４は、バックパネル２１４が空洞２１４ａを有し、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０が、空洞２１４ａ内に配置されていることによりバックパネル２１４内に埋め込まれている一実施形態を示す。触覚アクチュエーターアセンブリ２２０は、例えば、バックパネル２１４の外面２１４ｂに振動触知性触覚効果を発生させるように構成することができる。振動触知性触覚効果は、触覚アクチュエーターアセンブリが、図４の軸２１７に沿った発振変位（発振振動又は発振運動とも呼ぶ）を出力するために、軸２１７に沿って或る特定の周波数で繰り返し拡張し収縮するときに、発生させることができる。より一般的には、振動触知性触覚効果は、触覚アクチュエーターアセンブリが、特定の周波数での値で発振する変位等、時間変化する量の変位を発生させるときに、発生させることができる。触覚アクチュエーターアセンブリ２２０は、変位を出力しているとき、バックパネル２１４の下層２１４ｃを圧迫するか又は引き寄せることができる。下層２１４ｃは、好適なヤング率を有する材料とすることができ、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０により押されるか又は引っ張られる等、アセンブリに作用される結果として、弾性曲げ又は他の弾性変形を受けることができるために十分薄いものとすることができる。言い換えれば、バックパネル２１４の下層２１４ｃは、振動触知性触覚効果を発生させるために、図４において破線によって示すように、バックパネル２１４の残りの部分に対して内向きにかつ外向きに曲がるのを可能にする剛性を有するように構成することができる。
【００２３】
より詳細に後述するように、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０は、軸２１７等の軸に沿った触覚アクチュエーターアセンブリによる拡張を抑制する予荷重デバイスを備えることができる。下層２１４ｃ、又はより一般的にはバックパネル２１４は、単独では、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０の拡張を抑制するために十分な剛性がない可能性がある。例えば、下層２１４ｃによって、又はより一般的にはバックパネル２１４によって触覚アクチュエーターアセンブリ２２０に加えられるいかなる圧縮荷重も、１Ｎ未満である可能性がある。より全体的に言えば、ハウジング２１０によって触覚アクチュエーターアセンブリ２２０に加えられるいかなる圧縮荷重も、１Ｎ未満である可能性がある。場合によっては、ハウジングは、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０に対していかなる圧縮荷重も加えない可能性がある。こうした状況では、予荷重がないことにより、触覚アクチュエーターアセンブリの触覚アクチュエーターから出力される変位の量が過度になる可能性があり、過度の変位により、外面２１４ｂにおける振動触知性触覚効果の力が低減する可能性があり、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０の触覚アクチュエーターに対する損傷のリスクが増大する可能性がある。したがって、本明細書による予荷重デバイスは、こうした応用において、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０の軸２１７に沿った変位、特に、軸２１７に沿ったその触覚アクチュエーターの変位を抑制するために、有利である可能性がある。
【００２４】
一実施形態では、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０によって出力される変位は、触覚アクチュエーターアセンブリの触覚アクチュエーターによって発生させることができる。例えば、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０の触覚アクチュエーターが、５μｍの変位を出力しているように、軸２１７に沿って５μｍだけ拡張する場合、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０もまた、５μｍの変位を出力しているように、同様に５μｍだけ拡張することができる。したがって、触覚アクチュエーターによる変位の量と触覚アクチュエーターアセンブリ２２０による変位の量とは、同じとすることができ、又は異なるものとすることができる。
【００２５】
一実施形態では、下層２１４ｃに対してかけられる力等、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０によって出力される力は、アセンブリ２２０の触覚アクチュエーターが発生させる力から任意の予荷重の力を引いた力に等しい可能性がある。例えば、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０は、４Ｎの予荷重を発生させることができる。予荷重は、触覚アクチュエーターが約２０Ｎである力を発生させるようにする、又は結果としてそうなるようにする、触覚アクチュエーターに対する圧縮荷重とすることができる。場合によっては、触覚アクチュエーターアセンブリによって出力される力は、約１６Ｎとすることができる。
【００２６】
一実施形態では、図４に示す触覚対応デバイス２００は、バックパネル２１４の内面２１４ｄに配置される剛性部品２１８を更に備えることができる。より具体的には、剛性部品２１８は、内面２１４ｄと接触することができる。剛性部品２１８は、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０から、バックパネル２１４の内面２１４ｄではなく外面２１４ｂに変位を向けることができる。より具体的には、剛性部品２１８は、軸２１７に沿って非圧縮性とすることができ、その結果、触覚アクチュエーターアセンブリ２２０の触覚アクチュエーターが軸２１７に沿って拡張するとき、下層２１４ｃは、その拡張に対して、剛性部品２１８が提供するよりはるかに小さい抵抗を提供する。その結果、アセンブリ２２０の触覚アクチュエーターの拡張の大部分又は全てを、剛性部品２１８を圧縮させるためではなく、下層２１４ｃを曲げるために向けることができる。剛性部品２１８の例としては、金属フレーム、プリント回路基板（ＰＣＢ）基板又は剛性バッテリシェルを挙げることができる。
【００２７】
一実施形態では、本明細書における実施形態の触覚アクチュエーターアセンブリは、図５の触覚対応システム３００等、触覚対応システムの一部とすることができる。一実施形態では、触覚対応システム３００は、ナビゲーション指示を表示することと、エンターテイメントオプションを提供することと、センサーデータを表示することとを含む、様々な車載機能を提供する、中央コンソールシステムとすることができる。一実施形態では、触覚対応システム３００は、タッチスクリーンデバイス３１０と、触覚アクチュエーターアセンブリ３２０と、制御ユニット３３０と、電源３４０と、取付部品３５０とを備える。制御ユニット３３０は、図１の制御ユニット１３０と同様とすることができ、電源３４０は、電源１４０と同様とすることができる。タッチスクリーンデバイス３１０は、例えば、タッチ入力を受け取るように構成された静電容量式又は抵抗式ＬＣＤ又はＬＥＤタッチスクリーンとすることができる。
【００２８】
触覚アクチュエーターアセンブリ１２０又は２２０と同様に、触覚アクチュエーターアセンブリ３２０は、タッチスクリーンデバイス３１０において触覚効果を発生させるために変位及び力を出力するように構成することができる。触覚アクチュエーターアセンブリ３２０は、十分な量の力が変位と同時に発生するように変位を抑制する、予荷重デバイスを備えることができる。タッチスクリーンデバイス３１０は、取付部品３５０に直接又は間接的に接続することができる。一実施形態では、取付部品３５０は、車両の中央コンソールの本体の一部とすることができる。
【００２９】
図６は、触覚対応システム３００の一実施形態である触覚対応システム４００を示す。触覚対応システム４００は、タッチスクリーンデバイス４１０と、触覚アクチュエーターアセンブリ４２０と、取付部品４５０とを備える。一実施形態では、タッチスクリーンデバイス４１０は、１０ｇ未満の質量を有することができる。触覚アクチュエーターアセンブリ４２０は、軸４１７に沿った変位を出力するように構成することができる。その結果、触覚アクチュエーターアセンブリ４２０は、タッチスクリーンデバイス４１０の外面４１０ｂにおいて振動触知性触覚効果を発生させるように、タッチスクリーンデバイス４１０の表面４１０ａに対して押圧し／押しかつ引くことができる。表面４１０ｂは、運転手に面する正面の外面とすることができ、表面４１０ａは、タッチスクリーンデバイス４１０の反対側の面とすることができる。一実施形態では、取付部品４５０は、剛性部品とすることができ、タッチスクリーンデバイス４１０より大幅に大きい質量を有することができ、その結果、触覚アクチュエーターアセンブリ４２０によって出力される変位の大部分又は全てが、取付部品４５０を移動させることではなく、タッチスクリーンデバイス４１０を移動させることに向けられる。一実施形態では、タッチスクリーンデバイス４１０は、触覚アクチュエーターアセンブリ４２０を介して取付部品４５０に接続することができる。一実施形態では、タッチスクリーンデバイス４１０は、タッチスクリーン４１０が軸４１７に沿って移動するのを可能にする懸架装置を介して、取付部品４５０に接続することができる。
【００３０】
一実施形態では、触覚アクチュエーターアセンブリ４２０は、軸４１７に沿った触覚アクチュエーターアセンブリ４２０の拡張を抑制する予荷重デバイスを備えることができる。図６の実施形態では、タッチスクリーンデバイス４１０の重量Ｗは、単独では、軸４１７に沿った触覚アクチュエーターアセンブリ４２０に対する十分な圧縮荷重を提供するために十分な荷重を提供することができない。図６に示すように、重量Ｗは、（タッチスクリーンデバイス４１０の質量が小さいため）大きさが過度に小さいために不十分である可能性があり、及び／又は、重量Ｗは、軸４１７に対して部分的に又は完全に垂直である方向に作用している。こうした応用では、本明細書による予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターアセンブリの拡張を抑制するために、触覚アクチュエーターアセンブリ４２０内に組み込むことができる。
【００３１】
図７に、触覚アクチュエーターアセンブリ５２０の一実施形態を示す。触覚アクチュエーターアセンブリ５２０は、触覚アクチュエーター５２１と予荷重デバイス５２７とを備える。図中に示すように、触覚アクチュエーター５２１は、軸５１７に沿って拡張することにより、軸５１７に沿った変位を出力するように構成することができる。触覚アクチュエーター５２１によって出力される変位は、全体として触覚アクチュエーターアセンブリ５２０によって出力される変位となることができる。一実施形態では、軸５１７は、触覚アクチュエーターアセンブリ５２０の厚さ寸法を表すことができ、触覚アクチュエーターアセンブリ５２０によって出力される変位は、例えば、触覚アクチュエーター５２１がアクティベートされていない基準状態と比較した、触覚アクチュエーターアセンブリ５２０の厚さの変化、すなわちΔｔを指すことができる。一実施形態では、触覚アクチュエーター５２１は、圧電アクチュエーターとすることができる。
【００３２】
一実施形態では、予荷重デバイス５２７は、図７において矢印５６０によって表すように、触覚アクチュエーター５２１及び触覚アクチュエーターアセンブリ５２０の軸５１７に沿った拡張に抵抗する、圧縮荷重の形態とすることができる、予荷重を発生させるように構成された、少なくとも第１の構成要素５２７ａ及び第２の構成要素５２７ｂを備える。触覚アクチュエーター５２１は、第１の構成要素５２７ａと第２の構成要素５２７ｂとの間に挟挿されるか又は他の方法で配置される。一実施形態では、第１の構成要素５２７ａ及び第２の構成要素５２７ｂは、接着剤又は他の何らかの取付方法により、触覚アクチュエーター５２１の対向する側に取り付けることができる。一実施形態では、第１の構成要素５２７ａ及び第２の構成要素５２７ｂは、触覚アクチュエーター５２１の対向する側に、固定して取り付けられることなく接触して又は近接して保持することができる。場合によっては、圧縮荷重は、単数又は複数のばね力によって発生させることができる。より詳細に後述するように、予荷重デバイス５２７は、触覚アクチュエーター５２１に対するばね力（複数の場合もある）を発生させるように構成された１つ以上のばね構成要素を備えることができる。
【００３３】
図８Ａ〜図８Ｄは、触覚アクチュエーター５２１の一実施形態である触覚アクチュエーター６２１を示す。この実施形態では、触覚アクチュエーター６２１は、圧電材料の層６２１ａを含む圧電アクチュエーターであり、層６２１ａの平面（例えば、６２１ａ−１又は６２１ａ−２）に対して平行である、軸６１８及び／又は軸６１９等の軸に沿って、歪みを発生させるように構成されている。一実施形態では、圧電材料の層６２１ａは、９ｍｍ〜２５ｍｍの範囲である長さＬと、９ｍｍ〜２５ｍｍの範囲である幅Ｗと、０．３ｍｍ〜２ｍｍの範囲である厚さＴ２（図８Ｂを参照）とを有することができる。一実施形態では、図８Ａに示すように、層６２１ａの長さＬ及び幅Ｗはともに、互いに等しいものとすることができる。一実施形態では、圧電材料の層６２１ａは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）又は他の圧電セラミック材料の層である。一実施形態では、圧電材料の層６２１ａはポリマーの層である。一実施形態では、図８Ｂに示すように、触覚アクチュエーター６２１は、１ｍｍ〜４ｍｍの範囲である全体厚さＴ１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６２１は、ＴＤＫ（登録商標）製のＭｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ  ＰｏｗｅｒＨａｐ（商標）２．５Ｇタイプの触覚アクチュエーター等、ＴＤＫ（登録商標）ＰｏｗｅｒＨａｐ（商標）圧電アクチュエーターの一種とすることができる。
【００３４】
図８Ａ〜図８Ｃに示すように、触覚アクチュエーター６２１は、軸６１８又は軸６１９等の軸に沿った歪みを、圧電材料の層６２１ａの平面（例えば、表面６２１ａ−１又は６２１ａ−２）に対して垂直である軸６１７に沿った、触覚アクチュエーター６２１の拡張又は収縮に変換するように構成されている、変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２を更に備える。軸６１８又は６１９は平行軸と呼ぶことができ、軸６１７は垂直軸と呼ぶことができる。一実施形態では、軸６１７に沿って触覚アクチュエーター６２１によって出力される変位は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の拡張又は収縮から生じることができる。
【００３５】
一実施形態では、変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２は、軸６１８又は軸６１９に沿った歪みによってもたらされる変位、すなわち第１の量の変位を、軸６１７に沿った、より大きい量の変位、すなわち第２の量の変位に変換するように構成された変位増幅デバイスであり、第２の変位は第１の変位より大きい（図８Ｃを参照）。特定の軸に沿って触覚アクチュエーター６２１によって出力される変位は、例えば、触覚アクチュエーター６２１がアクティベートされていない基準状態と比較した、その軸に沿った触覚アクチュエーター６２１の寸法の変化（例えば、長さ、幅又は厚さの変化）を指すことができる。
【００３６】
一実施形態では、変位増幅デバイスは、第１の変位から第２の変位への変換を実施するように構成されているレバーデバイスを備える。例えば、図８Ａ〜図８Ｃの変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２は、圧電材料の層６２１ａの両側又は対向する面に配置された第１のディスク６２１ｂ−１及び第２のディスク６２１ｂ−２を備えるレバーデバイスである。第１のディスク６２１ｂ−１及び第２のディスク６２１ｂ−２の各ディスクは、例えば、円形ベース部分（例えば、６２１ｆ−１）から円形中心部分（例えば、６２１ｇ−１）までテーパ状になって、圧電材料の層６２１ａのそれぞれの平面６２１ａ−１／６２１ａ−２と円錐台を形成する、金属シート（金属層とも呼ぶ）とすることができる。円錐台は、シンバル又は円錐台エンドキャップとも呼ぶことができる。図８Ｂに示すように、円錐台は、傾斜長さＳを備えた傾斜部分を有することができ、傾斜部分は、圧電材料の層６２１ａの平面（例えば、６２１ａ−１）と角度θを形成することができる。場合によっては、角度θは、４５度未満（例えば、１５度）の値を有することができる。傾斜部分は、円錐台に対して高さＨをもたらすことができる。高さＨは、第１のディスク６２１ｂ−１及び／又は第２のディスク６２１ｂ−２の高さと等しいか又は実質的に等しくすることができ、例えば、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲とすることができる。傾斜部分は、平面６２１ａ−１上に突出していた場合、ベース幅Ｂを更に有することができる。さらに、第１のディスク６２１ｂ−１及び第２のディスク６２１ｂ−２の各ディスクは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である厚さＴ３（図８Ｂを参照）を有することができる。図８Ａに示すように、ディスク６２１ｂ−１、６２１ｂ−２の各々の円形ベース部分（例えば、６２１ｆ−１）は、９ｍｍ〜１２ｍｍの範囲である寸法ｄ１を有することができ、ディスク６２１ｂ−１、６２１ｂ−２の各々の円形中心部分（例えば、６２１ｇ−１）は、２ｍｍ〜３ｍｍの範囲である寸法ｄ２を有することができる。上述した寸法の値は単に例であり、上に提示した様々な寸法は他の値を有することができる。
【００３７】
一実施形態では、触覚アクチュエーター６２１は、変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２の面を介して他の構成要素と（例えば、予荷重デバイスと）インターフェースすることができる。例えば、触覚アクチュエーター６２１は、ディスク６２１ｂ−１の円形中心部分（例えば、２６１ｇ−１）の外面６２１ｈ−１を介して予荷重デバイスと、及び／又はディスク６２１ｂ−２の円形中心部分（例えば、２６１ｇ−１）の外面６２１ｈ−２とインターフェースすることができる。外面６２１ｈ−１及び外面６２１ｈ−２は、触覚アクチュエーター６２１の反対側の外面（対向する外面とも呼ぶ）を形成することができ、触覚アクチュエーター６２１に対して、それぞれ、第１のインターフェース面及び第２のインターフェース面として作用することができる。こうした実施形態では、予荷重デバイスは、触覚アクチュエーター６２１のそれぞれの反対側の面に配置される第１の構成要素及び第２の構成要素を備えることができる。場合によっては、外面６２１ｈ−１、６２１ｈ−２に対し、それらを予荷重デバイスの第１の構成要素及び第２の構成要素に接着するために、接着剤の層を塗布することができる。
【００３８】
一実施形態では、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、触覚アクチュエーター６２１は、電極６２１ｃ−１及び６２１ｃ−２を更に備える。電極６２１ｃ−１と６２１ｃ−２との間に電圧差がもたらされる場合、圧電材料の層６２１ａは、軸６１８及び／又は軸６１９に沿った歪みを出力することができる。例えば、圧電材料の層６２１ａは、図８Ｃにおいて破線によって示す収縮状態ＣＳまで軸６１９に沿って収縮することができる。一実施形態では、圧電材料の層６２１ａは、軸６１７に沿った幾分かの歪みも受ける可能性があるが、それは、軸６１９に沿った歪みよりはるかに程度が低い。一実施形態では、軸６１９に沿った層６２１ａの変位又は変形は、５μｍ〜５０μｍの範囲とすることができ、軸６１７に沿った層６２１ａの変位又は変形は、０．５μｍ〜２μｍの範囲とすることができる。一実施形態では、層６２１ａは、軸６１８に沿った歪みも発生させる可能性がある。軸６１９に沿った歪み及び軸６１８に沿った歪みは同じものとすることができ、又は異なるものとすることができる。図８Ｃにおける変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２は、軸６１９に沿った歪みを、図８Ｃにおいて破線によって示す拡張状態ＥＳまでの軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の拡張に変換することができる。触覚アクチュエーター６２１によって出力される変位は、触覚アクチュエーター６２１の拡張から生じる可能性がある。
【００３９】
図８Ｄは、圧電材料の下層６２１ｐ−１、６２１ｐ−２、６２１ｐ−３、６２１ｐ−４．．．６２１ｐ−ｎの積層体を含む圧電材料の層６２１ａの一実施形態を示す。さらに、電極６２１ｃ−１及び電極６２１ｃ−２は、交互嵌合又はくし状パターンを形成することができる。このパターンは、２つの電極の間の間隔を低減させることができ、それにより、それらの間により強力な電界が生成されるのを可能にすることができる。より具体的には、電極６２１ｃ−１は、圧電材料の層６２１ａ内に埋め込まれる第１の組の電極層６２１ｄ−１、６２１ｄ−２．．．６２１ｄ−ｎを含むことができる。第１の組の電極層６２１ｄ−１．．．６２１ｄ−ｎの各電極層は、層６２１ａの長さ又は幅を通して実質的に延在することができる。同様に、電極６２１ｃ−２は、圧電材料の層６２１ａ内に同様に埋め込まれる第２の組の電極層６２１ｅ−１、６２１ｅ−２．．．６２１ｅ−ｎを含むことができる。第２の組の電極層６２１ｅ−１、．．．６２１ｅ−ｎの各電極層は、層６２１ａの長さ又は幅を通して実質的に延在することができる。
【００４０】
一実施形態では、複数の下層６２１ｐ−１．．．６２１ｐ−ｎの各下層は、第１の組の電極層６２１ｄ−１．．．６２１ｄ−ｎのうちの１つと第２の組の電極層６２１ｅ−１．．．６２１ｅ−ｎのうちの１つとの間に直接配置することができ、その結果、２つの電極層は、下層に直接隣接する。例えば、下層６２１ｐ−１は、電極層６２１ｄ−１と電極層６２１ｅ−１との間に直接配置され、電極層６２１ｄ−１及び電極層６２１ｅ−１は、下層６２１ｐ−１に直接隣接する。
【００４１】
一実施形態では、第１の組の電極層６２１ｄ−１．．．６２１ｄ−ｎのうちの任意の電極層と、第２の組の電極層６２１ｅ−１．．．６２１ｅ−ｎのうちの対応する又は隣接する電極層との間に電圧差がもたらされる場合、その電圧差は、２つの電極層の間に電界を発生させることができる。電界は、軸６１７に沿った向きとなる。一実施形態では、軸６１７は、複数の下層６２１ｐ−１．．．６２１ｐ−ｎの各下層の圧電材料の分極方向に対して平行とすることができる。一実施形態では、圧電材料の分極方向は、複数の下層６２１ｐ−１．．．６２１ｐ−ｎの各下層と平行とすることができ、又はより一般的には、層６２１ａと平行とすることができる。例えば、分極方向は、層６２１ａの長さ次元又は幅次元に対して平行とすることができる。２つの電極層の間の軸６１７に沿った電界により、それらの間の圧電材料の下層が歪みを発生させることができる。歪みは、軸６１７〜６１９のうちの１つ以上に沿うことができる。例えば、図８Ｄは、図において破線によって示すように、軸６１９に沿って収縮し、軸６１７に沿って拡張する下層６２１ｐ−１．．．６２１−ｎを示す。軸６１９に沿った歪みの量は、圧電材料のｄ３１係数の値に基づくことができ、一方、軸６１７に沿った歪みの量は、圧電材料のｄ３３係数の値に基づくことができる。一実施形態では、軸６１９に沿った歪みの量は、軸６１７に沿った歪みの量より著しく大きくすることができる。
【００４２】
上述したように、変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２は、軸６１９に沿った歪みを軸６１７に沿った変位及び力に変換するように構成することができる。一実施形態では、変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２は、継手（例えば、リビングヒンジ）によって接続される複数のリンク機構を形成し、リンク機構の形状により、軸６１９に沿った歪みを、軸６１７に沿った変位に変換し、場合によっては増幅させることができる。例えば、図８Ｂは、図８Ｂに関して上述した寸法Ｓ、Ｈ及びＢを含む形状を示す。これらの寸法は、直角三角形の寸法に対応することができる。図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、軸６１９に沿った歪みがある場合、圧電材料の層６２１ａは、長さ又は幅が収縮状態ＣＳまで低減することができる。その結果、寸法Ｂは低減することができ、それにより、角度θを増大させることができる。θの増大により、ひいては、寸法Ｈが増大することができる。θが変化する際、寸法Ｓは、Ｓ１の値等、同じままとすることができる。この状況では、（Ｓ１に等しい）Ｓ、Ｂ及びＨの寸法が、直角三角形の寸法に対応するため、Ｂの値は、Ｓ１ｃｏｓθとして計算することができ、Ｈの値は、Ｓ１ｓｉｎθとして計算することができる。図８Ｅは、こうした状況に対するＨ及びＢのプロットを示し、図８Ｃの軸６１９に沿った歪みにより、Ｂの変化（すなわち、ΔＢ）及びＨの変化（すなわち、ΔＨ）がもたらされる。量ΔＢは、軸６１９に沿った変位を表すことができ、量ΔＨは、軸６１７に沿った変位を表すことができる。図８Ｂ、図８Ｃ及び図８Ｅに示すように、層６２１ａを収縮状態ＣＳまで収縮させる歪みにより、角度θをθ１からθ２まで増大させることができる。図８Ｅでは、θ１からθ２はともに４５度未満である。こうした実施形態では、θの増大により、ΔＢと比較してΔＨが大きくなる結果となる可能性がある。言い換えれば、図８Ｅは、図８Ｂ及び図８Ｃの形状等の形状により、軸６１９に沿った変位と比較して軸６１７に沿った変位が増幅する結果となる可能性があることを実証している。
【００４３】
図９は、触覚アクチュエーター５２１の一実施形態である触覚アクチュエーター７２１を示す。触覚アクチュエーター６２１と同様に、触覚アクチュエーター７２１は、層７２１ａ圧電材料を含む。触覚アクチュエーター７２１は、軸７１７に沿った変位に対して、層７２１ａの平面７２１ａ−１に対して平行である軸７１９に沿って歪みを発生させるように構成されている、変位変換デバイス７２１ｂを更に備える。軸７１９は、平行軸と呼ぶことができ、軸７１７は、垂直軸と呼ぶことができる。図９に示すように、変位変換デバイス７２１ｂは、各々が、軸７１９に沿った変位を軸７１７に沿ったより大きい量の変位に増幅させるようにレバーとして作用する、一対のリンク機構７２１ｂ−１、７２１ｂ−２を含む枠を形成することができる。一対のリンク機構７２１ｂ−１、７２１ｂ−２は、一対のそれぞれのリビングヒンジ７２１ｃ−１、７２１ｃ−２によって中心部分７２１ｂ−３に接続することができる。枠はまた、同様に、軸７１９に沿った変位を軸７１７に沿ったより大きい量の変位に増幅させるようにレバーとして作用する、一対のリンク機構７２１ｂ−５、７２１ｂ−６も備えることができる。一対のリンク機構７２１ｂ−５、７２１ｂ−６は、別の一対のそれぞれのリビングヒンジ７２１ｃ−３、７２１ｃ−４によって中心部分７２１ｂ−４に接続することができる。中心部分７２１ｂ−３及び７２１ｂ−４は、例えば、触覚アクチュエーター７２１のためのそれぞれのインターフェース面として作用することができ、場合によっては、触覚アクチュエーター７２１のそれぞれの対向する外面として作用することができる。変位変換及び増幅デバイスについては、内容全体が引用することにより本明細書の一部となす、「Method and Apparatus for Enabling Floating Touch Screen Haptics Assemblies」と題する米国特許第９，８６６，１４９号（ＩＭＭ５３９）においても考察されている。
【００４４】
図１０は、触覚アクチュエーターアセンブリ１２０〜５２０のうちの任意ものの一実施形態である触覚アクチュエーターアセンブリ８２０の部分組立分解図を示す。触覚アクチュエーターアセンブリは、触覚アクチュエーター８２１及び予荷重デバイス８２７を備える。一実施形態では、触覚アクチュエーター８２１は、触覚アクチュエーター６２１と同様とすることができ、層８２１ａの平面８２１ａ−１に対して平行である軸８１９に沿って歪みを発生させるように構成されている圧電材料の層８２１ａを含むことができる。触覚アクチュエーターアセンブリ８２０は、第１のディスク８２１ｂ−１及び第２のディスク８２１ｂ−２を含む変位変換デバイスを更に備える。変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２と同様に、第１のディスク８２１ｂ−１及び第２のディスク８２１ｂ−２の各々は、圧電材料の層８２１ａのそれぞれの面と円錐台（シンバルとも呼ぶ）を形成する金属層とすることができる。一実施形態では、予荷重デバイス８２７は、第１の構成要素８２７ａ及び第２の構成要素８２７ｂを備え、それらは、層８２１ａの平面８２１ａ−１に対して垂直であるか又は実質的に垂直である軸８１７に沿った触覚アクチュエーター８２１の拡張に抵抗し、したがって、軸８１７に沿った触覚アクチュエーターアセンブリ８２０の拡張に抵抗する（軸８１９は平行軸と呼ぶことができ、軸８１７は垂直軸と呼ぶことができる）、圧縮荷重の形態の予荷重を発生させるように構成されている。
【００４５】
一実施形態では、第１の構成要素８２７ａ及び第２の構成要素８２７ｂは、圧縮荷重を生成するために、第１の構成要素５２７ａと第２の構成要素５２７ｂとの間に配置された１つ以上のばね構成要素を通して予荷重を発生させるように構成することができる。一実施形態では、第１の構成要素８２７ａ及び第２の構成要素８２７ｂは、２Ｎ〜４Ｎの範囲である、触覚アクチュエーター８２１に対する圧縮荷重の形態の予荷重を発生させるように構成することができる。２Ｎ〜４Ｎの範囲の予荷重により、触覚アクチュエーター８２１は、印加される電位に応じて確実にかつ予測可能に変形することができる。触覚アクチュエーター８２１は、十分に予荷重がかけられない場合、電位が印加されると破損する可能性があり、逆に、過度に予荷重がかけられる場合、確実にかつ予測可能に変形することができない可能性がある。
【００４６】
図１１及び図１２は、予荷重、又はより具体的には圧縮荷重が、ばね構成要素１１６０によって生成される、一実施形態を示す。より具体的には、図１１及び図１２は、上述した触覚アクチュエーター６２１とともに予荷重デバイス１１２７を備える触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０のそれぞれ斜視図及び側断面図を示す。触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０は、触覚アクチュエーター６２１があるように示しかつ記載するが、予荷重デバイス１１２７とともに本明細書に記載するいかなる触覚アクチュエーターも利用することができる。予荷重デバイス１１２７は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１に対する圧縮荷重を生成するように構成され、圧縮荷重は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の拡張、又はより一般的には変形に抵抗する。
【００４７】
予荷重デバイス１１２７は、ばね構成要素１１６０及びケーシング１１６２を備える。一実施形態では、ケーシング１１６２は、カバー１１６４と、カバー１１６４に対向するベース１１６６とを含む。一実施形態では、カバー１１６４は、ベース１１６６から間隔を空けて配置されているが、ベース１１６６に対して概して平行に延在している。一実施形態では、ケーシング１１６２は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリウレタン又は他のポリマー材料等、軽量であるが強固である材料から形成することができる。カバー１１６４及びベース１１６６は、同じサイズ及び形状（例えば、矩形又は円形形状）を有する平面構成要素とすることができ、又は、異なるサイズ及び／又は形状を有することができる。場合によっては、カバー１１６４及びベース１１６６は、各々矩形とすることができ、各々、各々が９ｍｍ〜２５ｍｍの範囲である長さ及び幅を有することができる。一実施形態では、カバー１１６４及びベース１１６６は、各々、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０に対して小さい全体厚さを維持するために、薄い外形を有する。例えば、カバー１１６４及びベース１１６６は、各々、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲である厚さを有することができる。一実施形態では、ケーシング１１６２は、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲である全体厚さを有することができる。
【００４８】
ケーシング１１６２は、ばね構成要素１１６０と、圧電材料の層６２１ａ及び変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２の両方を備える触覚アクチュエーター６２１とを保持又は維持する。触覚アクチュエーター６２１は、ケーシング１１６２内でカバー１１６４とベース１１６６との間に配置され、カバー１１６４及びベース１１６６は、触覚アクチュエーター６２１の軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の反対側の端部それぞれに配置されている。図１１及び図１２の実施形態では、ベース１１６６は触覚アクチュエーター６２１を支持し、又は、言い換えれば、触覚アクチュエーター６２１は、ベース１１６６の内面に配置されている。一実施形態では、ベース１１６６は、接着剤又は他の何からの取付方法を介して触覚アクチュエーター６２１に取り付けることができる。
【００４９】
本明細書においてより詳細に説明する予荷重機能に加えて、ケーシング１１６２は、内蔵デバイスとして触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０を提供するように機能し、それによって発生する予荷重は、例えば、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０内に組み込まれるか又は触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０の内部にある荷重である。したがって、予荷重デバイス１１２７が発生させる予荷重は、ユーザーインタラクション、又は、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０の外部にある作用とは独立した荷重とすることができる。例えば、予荷重デバイス１１２７を有する触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０は、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０が外部荷重をほとんど又は全く受けない場所に配置することができる。例えば、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０は、図３Ｂに関して上述したように、携帯電話のバックパネルの内面等、携帯電話の裏面に配置することができる。バックパネルは、低質量を有することができ、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０にかける外部荷重を１Ｎ未満とすることができる。
【００５０】
一実施形態では、ケーシング１１６２は、カバー１１６４とベース１１６６との間に延在する１つ以上の側壁（図示せず）を含むことができる。一実施形態では、側壁は、カバー１１６４とベース１１６６との間の移動を可能にし、したがって、垂直軸６１７に沿う等、或る特定の軸に沿ったカバー１１６４及び／又はベース１１６６の優先的な移動を可能にするように構成される懸架システムと同様に機能する。別の実施形態では、ケーシング１１６２は、カバー１１６４とベース１１６６との間の全長にわたって延在しない１つ以上の部分側壁（図示せず）を含むことができる。部分側壁は、例えば、カバー１１６４からベース１１６６に向かって延在することができ、又は、ベース１１６６からカバー１１６４に向かって延在することができる。更に別の実施形態では、ケーシング１１６２は、カバー１１６４とベース１１６６との間に延在する１つ以上のコネクター又は柱を含むことができる。ケーシング１１６２の側壁、部分側壁及び／又はコネクター／柱は、内蔵デバイスとして触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０を形成するのに役立つことができる。
【００５１】
ばね構成要素１１６０は、第１の端部１１６１Ａがカバー１１６４の内面に結合され、第２の反対側の端部１１６１Ｂが触覚アクチュエーター６２１の外面に結合されるように、ケーシング１１６２内に配置されている。ばね構成要素１１６０は、触覚アクチュエーター６２１に対して軸６１７に沿った圧縮荷重を生成するように構成され、圧縮荷重は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の拡張に抵抗する。ばね構成要素１１６０は、ばね構成要素１１６０の機能的動作を表すように単に例示の目的でらせん形要素として示されており、その実際の物理的形状を限定するようには意図されていない。ばね構成要素１１６０は、限定されないが、エラストマー、らせん若しくはコイルばね、板ばね、薄板ばね、ウェーブワッシャー、スナップドームばね、又はゴム、発泡体若しくはたわみ部等、高コンプライアンス要素を含む、所望の圧縮力をかけるばね特性を有する任意のタイプのばね要素とすることができる。例えば、図１４は、ばね構成要素１１６０の一実施形態であるばね構成要素１４６０を備える触覚アクチュエーターアセンブリ１４２０を示す。図１４において、ばね構成要素１４６０は、本体１４６７内にばねを埋め込み、正確かつ繰返し可能な端部力を可能にするように一端にプランジャーチップ又はボール１４６９を設けることにより、ばねのばね力を増大させる、ばねプランジャー又は他のばね式デバイスである。別の例として、図１５は、ばね構成要素１１６０の一実施形態であるばね構成要素１５６０を備える触覚アクチュエーターアセンブリ１５２０を示す。図１５において、ばね構成要素１５６０は、ねじ１５７０と、所望の圧縮力をかけるばね特性を有する可撓性膜構成要素１５７２とを含む。ねじ１５７０を使用して、可撓性膜構成要素１５７２のばね力を調整することができる。より詳細には、ねじ１５７０が可撓性膜構成要素１５７２上に更に前進するに従い、可撓性膜構成要素１５７２により触覚アクチュエーター６２１にかけられるばね力は更に増大する。逆に、可撓性膜構成要素１５７２によって触覚アクチュエーター６２１にかけられるばね力の量を低減させたい場合、ばね１５７０を後退させることができる。図１１及び図１２の各々では単一のばね構成要素を示すが、いくつかの実施態様では、所望の圧縮力をかけるために、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０において複数のばね構成要素を使用することができることが理解されるべきである。
【００５２】
予荷重を発生させるために、カバー１１６４は、触覚アクチュエーター６２１に対して圧縮力を加えるために、ばね構成要素１１６０を触覚アクチュエーター６２１に対して付勢する。一実施形態では、ばね構成要素１１６０は、２Ｎ〜４Ｎの範囲である予荷重を発生させるように構成することができる。２Ｎ〜４Ｎの範囲の予荷重により、触覚アクチュエーター６２１は、印加される電位に応じて確実にかつ予測可能に変形することができる。触覚アクチュエーター６２１が印加される電位に応じて変形するとき、ばね構成要素１１６０は、触覚アクチュエーター６２１に対して、触覚アクチュエーター６２１からの変位をその定格変位の分数（例えば、１／２、３／４）である値まで抑制するばね力をかける。触覚アクチュエーター６２１から出力される変位を低減させることにより、ばね構成要素１１６０は、触覚アクチュエーター６２１によって出力される力の増大をもたらす。その結果、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０によって振動触知性触覚効果が発生する場合、予荷重を有していない触覚アクチュエーターによって振動触知性触覚効果が発生する状況と比較して、振動触知性触覚効果と同時に発生する力は、より強力かつより知覚可能とすることができる。
【００５３】
図１１は、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０に電力を提供することができる電源１１４０を更に示す。電源１１４０は、上述した電源１４０の一実施形態である。一実施形態では、導線は、電源１１４０を触覚アクチュエーター６２１の電極６２１ｃ−１／６２１ｃ−２に電気的に接続する。電源１１４０は、制御ユニット１１３０により、触覚アクチュエーター６２１の電極６２１ｃ−１／６２１ｃ−２に電圧信号又は駆動信号等の駆動信号を提供するように制御することができる。制御ユニット１１３０は、上述した制御ユニット１３０の一実施形態である。一実施形態では、制御ユニット１１３０は、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０に正弦波駆動信号を提供するように電源１１４０を制御することができ、それにより、触覚アクチュエーター６２１に、軸６１７に沿った振動等の発振変位を出力させることができる。一実施形態では、正弦波駆動信号は、例えば６０Ｖ〜１２０Ｖの範囲であるピークツーピーク振幅と、５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲である周波数とを有することができる。予荷重デバイス１１２７は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１による拡張又はより一般的には変位に抵抗するように、例えば２Ｎ〜４Ｎの範囲である圧縮荷重を発生させることができる。上述したように、触覚アクチュエーター６２１から出力される変位を低減させることにより、予荷重デバイス１１２７は、触覚アクチュエーター６２１によって出力される力の増大をもたらし、それにより、より知覚可能な触覚効果をもたらし又は生成する。電圧信号又は駆動信号は、印加される電圧又は電流を変化させることによって調整することができ、それにより、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０によって加えられる力を制御する。
【００５４】
一実施形態では、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０は、比較的高い周波数で作動する調和振動子として機能することができる。動作時、電源１１４０が、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０に正弦波駆動信号を提供すると、触覚アクチュエーター６２１は、発振駆動信号によって指示されるように振動する。より詳細には、触覚アクチュエーター６２１の動作に関して上述したように、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１によって出力される変位は、触覚アクチュエーター６２１の拡張又は収縮から生じることができる。一実施形態では、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の変位により、カバー１１６４及びベース１１６６両方の動き又は振動がもたらされる。別の実施形態では、カバー１１６４又はベース１１６６のうちの一方が、より詳細に後述するように機械的基礎として作用するように構成され、その結果、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の変位により、機械的基礎であるように構成されていない他方の対向する構造体のみの動き又は振動がもたらされる。したがって、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０は、振動し、それが取り付けられている触覚対応デバイスのハウジング又は他の部分に触覚感覚を提供する。
【００５５】
上述したように、本発明の一実施形態では、カバー１１６４又はベース１１６６のうちの一方を、他方の構造体が振動／変位するのに対し機械的基礎として作用するように構成することができる。例えば、図１１の実施形態では、ばね構成要素１１６０に取り付けられているカバー１１６４は、ばね構成要素１１６０のばね特性を介して機械的基礎として作用するように構成することができる。ばね構成要素１１６０が十分に堅いように選択される場合、カバー１１６４は、機械的基礎として作用し、それにより、触覚アクチュエーター６２１が発生させる力をベース１１６６に移す。言い換えれば、機械的基礎は、本質的に、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０からの変位をカバー１１６４ではなくベース１１６６に向けるように機能する。ばね構成要素１１６０は軸６１７に沿って非圧縮性とすることができ、その結果、触覚アクチュエーター６２１が軸６１７に沿って拡張するとき、ベース１１６４は、その拡張に対して、ばね構成要素１１６０が提供するよりはるかに小さい抵抗を提供する。その結果、触覚アクチュエーター６２１の拡張の大部分又は全てを、カバー１１６４に対してではなくベース１１６６を振動又は変位させるために向けることができる。
【００５６】
代替的に、別の実施形態では、ベース１１６６を、機械的基礎として作用し、それにより触覚アクチュエーター６２１が発生させる力をばね構成要素１１６０及びカバー１１６４に移すように、構成することができる。ばね構成要素１１６０は軸６１７に沿って圧縮可能とすることができ、その結果、触覚アクチュエーター６２１が軸６１７に沿って拡張するとき、ばね構成要素１１６０及びカバー１１６４は、拡張に対して、ベース１１６４が提供するよりはるかに小さい抵抗を提供する。その結果、触覚アクチュエーター６２１の拡張の大部分又は全てを、ベース１１６６に対してではなく、カバー１１６４を振動又は変位させるために向けることができる。ベース１１６６は、機械的基礎として作用するように構成される好適なヤング率及び／又は厚さを有する相対的により堅い材料とすることができる。
【００５７】
一実施形態では、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０の構成要素は、より有効な触覚感覚を提供するように選択することができ、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０の共振周波数は、ばね構成要素１１６０を介して調整される。触覚アクチュエーター６２１は、第１の共振周波数を有し、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０は第２の共振周波数を有し、第２の共振周波数は第１の共振周波数とは異なる。第２の共振周波数は、第１のばね構成要素１１６０のばね定数によって変化し、又は、そうしたばね定数を介して決定される。例えば、触覚アクチュエーター６２１は、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０（触覚アクチュエーター６２１とともに予荷重デバイス１１２７を含む）の固有周波数で発振する場合、より強力な力及びより有効な触覚感覚を出力することができる。より詳細には、電源１１４０が、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０に駆動信号を提供し、駆動信号が、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０の共振周波数に等しい周波数を有する周期的な信号であるとき、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０は、より有効な触覚感覚を提供するように共振する。ばね構成要素１１６０の追加により、触覚アクチュエーター１１２０の総ばね定数は、触覚アクチュエーター６２１単独のばね定数とは異なる。したがって、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０の共振周波数は、ばね構成要素１１６０のばね定数に応じて変化し、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０の共振周波数は、特定の又は所定のばね構成要素１１６０を選択することによって制御することができる。言い換えれば、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０が、出力される力及び効果を増幅させるために所望の又は所定の共振周波数を有するように、ばね構成要素１１６０は、触覚アクチュエーター６２１単独の共振周波数を変更する又は部分的に変更するように選択することができる。共振周波数を制御することにより、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０は、振幅変調技法によって広いスペクトルの周波数を提示するように或る特定の周波数で共振するように構成することができる。したがって、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０は、駆動信号が触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０の共振周波数と等しい周波数を有するとき、上述したように機械的共振を具現化するように構成することができる。
【００５８】
ばね構成要素１１６０を介して触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０の共振周波数を同調させるか又は調整することに加えて、ベース１１６６（又は、ベース１１６６が機械的ベースであるように構成され、カバー１１６４が共振するように構成されている場合は、カバー１１６４）が共振周波数の十分な加速を有することを確実にするために、ベース１１６６に追加の質量を含めることができる。ベース１１６６に所定質量の別個の構成要素を取り付けることにより、又は所定質量を有するようにベース１１６６を形成することにより、ベース１１６６に追加の質量を含めることができる。
【００５９】
図１３は、予荷重、又はより具体的には圧縮荷重が、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂによって生成される一実施形態を示す。より具体的には、図１３は、上述した触覚アクチュエーター６２１とともに予荷重デバイス１３２７を備える触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０の側断面図を示す。触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０は、触覚アクチュエーター６２１があるように示し記載しているが、予荷重デバイス１３２７とともに、本明細書に記載するいかなる触覚アクチュエーターも利用することができる。予荷重デバイス１３２７は、触覚アクチュエーター６２１に対して軸６１７に沿った圧縮荷重を生成するように構成され、圧縮荷重は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の拡張、又はより一般的には変形に抵抗する。
【００６０】
予荷重デバイス１３２７は、第１のばね構成要素１３６０Ａ、第２のばね構成要素１３６０Ｂ及びケーシング１３６２を備える。ケーシング１３６２は、上述したケーシング１１６２と同様であり、カバー１３６４と、カバー１３６４から間隔を空けて配置されかつカバー１３６４に対して水平に延在するベース１３６６とを含む。ケーシング１３６２は、第１のばね構成要素１３６０Ａと、第２のばね構成要素１３６０Ｂと、圧電材料の層６２１ａ及び変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２の両方を備える触覚アクチュエーター６２１とを保持又は維持する。触覚アクチュエーター６２１は、カバー１３６４とベース１３６６との間に配置され、カバー１３６４及びベース１３６６は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の反対側の端部それぞれに配置されている。しかしながら、この実施形態では、触覚アクチュエーター６２１は、より詳細に後述するように、カバー１３６４又はベース１３６６と接触せず、むしろ、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂを介して、カバー１３６４とベース１３６６との間に懸架されている。
【００６１】
ケーシング１１６２に関して上述したように、ケーシング１３６２は、内蔵デバイスとして触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０を提供するように機能し、それによって発生する予荷重は、例えば、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０に組み込まれるか又は触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０の内部にある荷重である。したがって、予荷重デバイス１３２７が発生させる予荷重は、ユーザーインタラクション、又は、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０の外部にある作用とは独立した荷重とすることができる。例えば、予荷重デバイス１３２７を有する触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０は、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０が外部荷重をほとんど又は全く受けない場所に配置することができる。例えば、触覚アクチュエーター１３２０は、図３Ｂに関して上述したように携帯電話のバックパネルの内面等、携帯電話の裏面に配置することができる。バックパネルは、低質量を有することができ、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０に対してかける外部荷重を１Ｎ未満とすることができる。
【００６２】
より詳細には、第１のばね構成要素１３６０Ａは、第１の端部１３６１Ａがカバー１３６４の内面に結合され、第２の反対側の端部１３６１Ｂが触覚アクチュエーター６２１の外面に結合されるように、ケーシング１３６２内に配置されている。第２のばね構成要素１３６０Ｂは、第１の端部１３６１Ｃがベース１３６６の内面に結合され、第２の反対側の端部１３６１Ｄが触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、ケーシング１３６２内に配置されている。まとまって、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂは、触覚アクチュエーター６２１に対して軸６１７に沿った圧縮荷重を生成するように構成され、圧縮荷重は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の拡張に抵抗する。第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂは、それらの機能的動作を表すように単に例示の目的でらせん形要素として示されており、この説明は、それらの実際の物理的形状を説明又は制限するようには意図されていない。第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂは、限定されないが、エラストマー、らせん若しくはコイルばね、板ばね、薄板ばね、ウェーブワッシャー、スナップドームばね、又はゴム、発泡体若しくはたわみ部等、高コンプライアンス要素を含む、所望の圧縮力をかけるばね特性を有する任意のタイプのばね要素とすることができる。さらに、図１３では第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂの各々に対して単一のばね要素を示すが、いくつかの実施態様では、所望の圧縮力をかけるために、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂの各々に対して複数のばね構成要素を使用することができることが理解されるべきである。
【００６３】
予荷重を発生させるために、カバー１３６４は、触覚アクチュエーター６２１に対して第１のばね構成要素１３６０Ａを付勢し、一方で、ベース１３６６は、触覚アクチュエーター６２１に対して第２のばね構成要素１３６０Ｂを付勢して、まとまって触覚アクチュエーター６２１に対して圧縮力を加える。一実施形態では、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂは、２Ｎ〜４Ｎの範囲である予荷重をまとまって発生させるように構成することができる。２Ｎ〜４Ｎの範囲の予荷重により、触覚アクチュエーター６２１は、印加される電位に応じて確実にかつ予測可能に変形することができる。触覚アクチュエーター６２１が、印加される電位に応じて変形するとき、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂは、各々、触覚アクチュエーター６２１に対して、触覚アクチュエーター６２１からの変位をその定格変位の分数（例えば、１／２、３／４）である値まで抑制するばね力をかける。触覚アクチュエーター６２１から出力される変位を低減させることにより、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂは、まとまって、触覚アクチュエーター６２１によって出力される力の増大をもたらす。その結果、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０によって振動触知性触覚効果が発生する場合、予荷重を有していない触覚アクチュエーターによって振動触知性触覚効果が発生する状況と比較して、振動触知性触覚効果と同時に発生する力は、より強力かつより知覚可能とすることができる。
【００６４】
触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０と同様に、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０は、比較的高い周波数で作動しかつ触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０と同様に動作する、調和振動子として機能することができる。動作時、電源（図１３には示さず）が、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０に正弦波駆動信号を提供すると、触覚アクチュエーター６２１は、発振駆動信号によって指示されるように振動する。より詳細には、触覚アクチュエーター６２１の動作に関して上述したように、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１によって出力される変位は、触覚アクチュエーター６２１の拡張又は収縮から生じることができる。一実施形態では、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の変位により、カバー１３６４及びベース１３６６両方の動き又は振動がもたらされる。別の実施形態では、カバー１３６４又はベース１３６６のうちの一方が、より詳細に後述するように機械的基礎として作用するように構成され、その結果、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の変位により、機械的基礎であるように構成されていない他方の対向する構造体のみの動き又は振動がもたらされる。したがって、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０は、振動し、それが取り付けられている触覚対応デバイスのハウジング又は他の部分に触覚感覚を提供する。
【００６５】
上述したように、本発明の一実施形態では、カバー１３６４又はベース１３６６のうちの一方を、他方の構造体が振動／変位する間に機械的基礎として作用するように構成することができる。例えば、図１３の実施形態では、第１のばね構成要素１３６０Ａに取り付けられているカバー１３６４を、第１のばね構成要素１３６０Ａのばね特性を介して機械的基礎として作用するように構成することができる。第１のばね構成要素１３６０Ａが十分に堅いように選択される場合、カバー１３６４は、機械的基礎として作用し、それにより、触覚アクチュエーター６２１が発生させる力を、（軸６１７に沿って圧縮可能な）第２のばね構成要素１３６０Ａとそれに取り付けられたベース１３６６とに移す。言い換えれば、機械的基礎は、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０からの変位を、カバー１３６４ではなくベース１３６６に対して本質的に向けるように機能する。第１のばね構成要素１３６０Ａは、軸６１７に沿って非圧縮性とすることができ、その結果、触覚アクチュエーター６２１が軸６１７に沿って拡張するとき、第２のばね構成要素１３６０Ａとそれに取り付けられたベース１３６６とは、その拡張に対して、第１のばね構成要素１３６０が提供するよりはるかに小さい抵抗を提供する。その結果、触覚アクチュエーター６２１の拡張の大部分又は全てを、カバー１３６４に対してではなく、ベース１３６６を振動又は変位させるために向けることができる。本発明の別の実施形態では、第２のばね構成要素１３６０Ｂに取り付けられているベース１３６６を、第２のばね構成要素１３６０Ｂのばね特性を介して機械的基礎として作用するように構成することができる。
【００６６】
一実施形態では、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０の構成要素は、より有効な触覚感覚を提供するように選択することができる。より詳細には、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂのばね定数を、互いに異なるものとすることができる。例えば、上述したように、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂのばね定数を、互いに異なるものとすることができ、カバー１３６４又はベース１３６６のうちの一方が機械的基礎として作用するように構成され、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の変位により、機械的基礎として構成されていない他方の対向する構造体のみの運動又は振動がもたらされるように、構成することができる。例えば、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０が、モバイルデバイスのタッチスクリーンの真下に配置されている場合、第１のばね構成要素１３６０Ａを介する運動又は振動を可能にしながら、第２のばね構成要素１３６０Ｂを介して機械的基礎を提供するこうした差動ばね定数は、本質的にタッチスクリーンを懸架し、触覚効果がユーザーによって感知されるのを可能にする。
【００６７】
さらに、一実施形態では、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂのばね定数を、互いに異なるものとすることができ、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０が機械的共振を実現するように構成されるように構成することができる。言い換えれば、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０の共振周波数は、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂを介して調整される。触覚アクチュエーター６２１は第１の共振周波数を有し、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０は第２の共振周波数を有し、第２の共振周波数は第１の共振周波数とは異なる。第２の共振周波数は、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂのばね定数によって変化し、又はそうしたばね定数を介して決定される。第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂを追加することにより、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０の総ばね定数は、触覚アクチュエーター６２１単独のばね定数とは異なる。したがって、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０の共振周波数は、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂの各々のばね定数に応じて変化し、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０の共振周波数は、特定の又は所定のばね構成要素１３６０Ａ、１３６０Ｂを選択することによって制御することができる。言い換えれば、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂは、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０が、出力される力及び効果を増幅させるために所望の又は所定の共振周波数を有するように、触覚アクチュエーター６２１単独の共振周波数を変更するか又は部分的に変更するように選択することができる。共振周波数を制御することにより、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０は、振幅変調技法によって広いスペクトルの周波数を提示するように或る特定の周波数で共振するように構成することができる。触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０において２つのばね構成要素（すなわち、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂ）を利用することにより、２つのばね構成要素がシステムの全体的な剛性に寄与するため、触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０の共振周波数を調整する広範囲の可能性が可能になる。言い換えれば、システムの共振周波数は、システムの全体的な剛性によって変化し、第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂのばね定数の様々な組合せによって同調させるか又は調整することができる。
【００６８】
第１のばね構成要素１３６０Ａ及び第２のばね構成要素１３６０Ｂを介して触覚アクチュエーターアセンブリ１３２０の共振周波数を同調させるか又は調整することに加えて、ベース１３６６（又は、ベース１３６６が機械的基礎として構成され、カバー１３６４が共振するように構成される場合は、カバー１３６４）が共振周波数の十分な加速を有することを確実にするために、ベース１３６６に追加の質量を含めることができる。ベース１３６６に所定質量の別個の構成要素を取り付けることにより、又は所定質量を有するようにベース１３６６を形成することにより、ベース１３６６に追加の質量を含めることができる。
【００６９】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、予荷重、又はより具体的には圧縮荷重が、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂを含むケーシング１６６２によって生成され、それらがケーシング１６６２の要素を合わせて解除可能に結合する、一実施形態を示す。より具体的には、図１６Ｂは、上述した触覚アクチュエーター６２１とともに予荷重デバイス１６２７を備える触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０の側断面図を示す。触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０は、触覚アクチュエーター６２１があるように示しかつ記載するが、予荷重デバイス１６２７とともに本明細書に記載するいかなる触覚アクチュエーターも利用することができる。予荷重デバイス１６２７は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１に対する圧縮荷重を生成するように構成され、圧縮荷重は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の拡張、又はより一般的には変形に抵抗する。
【００７０】
予荷重デバイス１６２７は、第１のばね構成要素１６６０Ａ、第２のばね構成要素１６６０Ｂ及びケーシング１６６２を備える。ケーシング１６６２は、カバー１６６４と、カバー１６６４から間隔を空けて配置されかつカバー１６６４に対して平行に延在するベース１６６６とを含む。一実施形態では、ベース１６６６は、ベース１６６６の外周部に配置されかつカバー１６６４に向かう方向に延在する、側壁１６６８を含む。側壁１６６８は、ベース１６６６とカバー１６６４との間には延在せず、カバー１６６４に直接接触しない。側壁１６６８は、端面１６７４を画定する。ケーシング１６６２への組付け前のカバー１６６４の側面図である図１６Ａに最もよく示すように、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂは、各々、カバー１６６４のそれぞれの外端部１６７６に取り付けられ、かつそこから外向きに延在する。第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂは、ケーシング１６６２の反対側の端部に配置されている。図１６Ｂに示すように、カバー１６６４がベース１６６６に組み付けられるとき、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂは、各々、ベース１６６６に解除可能に取り付けられる。より詳細には、第１のばね構成要素１６６０Ａは、カバー１６６４の外端部１６７６と側壁１６６８の端面１６７４との間に延在し、第２のばね構成要素１６６０Ｂは、カバー１６６４の外端部１６７６と側壁１６６８の端面１６７４との間に延在する。
【００７１】
カバー１６６４及びベース１６６６が、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂを介して互いに結合されるように組み立てられた後、ケーシング１６６２は、圧電材料の層６２１ａ及び変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２の両方を備える触覚アクチュエーター６２１を保持又は包含するように構成される。触覚アクチュエーター６２１は、カバー１６６４とベース１６６６との間に配置され、カバー１６６４及びベース１６６６は、触覚アクチュエーター６２１の軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の反対側の端部それぞれに配置されている。一実施形態では、ベース１６６６は触覚アクチュエーター６２１を支持し、又は言い換えれば、触覚アクチュエーター６２１は、ベース１１６６の内面に配置されている。一実施形態では、ベース１６６６は、接着剤又は他の何らかの取付方法を介して、触覚アクチュエーター６２１に取り付けることができる。
【００７２】
ケーシング１１６２に関して上述したように、ケーシング１６６２は、内蔵デバイスとして触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０を提供するように機能し、それによって発生する予荷重は、例えば、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０に組み込まれるか又は触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０の内部にある荷重である。したがって、予荷重デバイス１６２７が発生させる予荷重は、ユーザーインタラクション、又は、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０の外部にある作用とは独立した荷重とすることができる。例えば、予荷重デバイス１６２７を有する触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０は、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０が外部荷重をほとんど又は全く受けない場所に配置することができる。例えば、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０は、図３Ｂに関して上述したように、携帯電話のバックパネルの内面等、携帯電話の裏面に配置することができる。バックパネルは、低質量を有することができ、触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０にかける外部荷重を１Ｎ未満とすることができる。ベース１６６６の側壁１６６８は、ケーシング１６６２の上述した機能に役立つ。しかしながら、一実施形態では、側壁１６６８のうちの１つ以上を省略することができる。さらに、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び／又は第２のばね構成要素１６６０Ｂは、そのばね構成要素が、側壁が省略された場所に配置される場合、カバー１６６４とベース１６６６との間に延在することができる。さらに、側壁１６６８は、カバー１６６４及び／又はベース１６６６の全長又は全幅にわたって延在する必要はない。例えば、一実施形態では、各側壁１６６８は、柱構成を有し、例えば、カバー１６６４の隅とベース１６６６の隅との間に配置することができる。
【００７３】
まとまって、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂは、触覚アクチュエーター６２１に対して軸６１７に沿った圧縮荷重を生成するように構成され、圧縮荷重は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の拡張に抵抗する。第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂは、限定されないが、エラストマー、らせん若しくはコイルばね、板ばね、薄板ばね、ウェーブワッシャー、スナップドームばね、又はゴム、発泡体若しくはたわみ部等、高コンプライアンス要素を含む、所望の圧縮力をかけるばね特性を有する任意のタイプのばね要素とすることができる。さらに、図１６では第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂの各々に対して単一のばね要素を示すが、いくつかの実施態様では、所望の圧縮力をかけるために、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂの各々に対して複数のばね構成要素を使用することができることが理解されるべきである。
【００７４】
予荷重を発生させるために、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂは、各々、カバー１６６４及びベース１６６６を触覚アクチュエーター６２１に対して付勢する引張ばね力を提供する。言い換えれば、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂは、各々、カバー１６６４及びベース１６６６を互いに対して付勢する力を加えるテンショナーであるとみなすことができる。そして、カバー１６６４及びベース１６６６は、それにより、予荷重を発生させるために触覚アクチュエーター６２１に対して所望の圧縮力をかける。一実施形態では、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂは、２Ｎ〜４Ｎの範囲である予荷重をまとまって発生させるように構成することができる。２Ｎ〜４Ｎの範囲の予荷重により、触覚アクチュエーター６２１は、印加される電位に応じて確実にかつ予測可能に変形することができる。触覚アクチュエーター６２１が、印加される電位に応じて変形するとき、触覚アクチュエーター６２１にかけられる予荷重は、触覚アクチュエーター６２１からの変位を、その定格変位の分数（例えば、１／２、３／４）である値まで抑制する。触覚アクチュエーター６２１から出力される変位を低減させることにより、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂは、まとまって、触覚アクチュエーター６２１によって出力される力の増大をもたらすように構成される。その結果、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０によって振動触知性触覚効果が発生する場合、予荷重を有していない触覚アクチュエーターによって振動触知性触覚効果が発生する状況と比較して、振動触知性触覚効果と同時に発生する力は、より強力かつより知覚可能とすることができる。
【００７５】
触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０と同様に、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０は、比較的高い周波数で作動しかつ触覚アクチュエーターアセンブリ１１２０と同様に動作する、調和振動子として機能することができる。動作時、電源（図１６には示さず）が、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０に正弦波駆動信号を提供すると、触覚アクチュエーター６２１は、発振駆動信号によって指示されるように振動する。より詳細には、触覚アクチュエーター６２１の動作に関して上述したように、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１によって出力される変位は、触覚アクチュエーター６２１の拡張又は収縮から生じることができる。一実施形態では、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の変位により、カバー１６６４及びベース１６６６両方の動き又は振動がもたらされる。別の実施形態では、カバー１６６４又はベース１６６６のうちの一方が、より詳細に後述するように機械的基礎として作用するように構成され、その結果、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の変位により、機械的基礎であるように構成されていない他方の対向する構造体のみの動き又は振動がもたらされる。したがって、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０は、振動し、それが取り付けられている触覚対応デバイスのハウジング又は部分に触覚感覚を提供する。
【００７６】
上述したように、本発明の一実施形態では、カバー１６６４又はベース１６６６のうちの一方が、他方の構造体が振動／変位するのに対し機械的基礎として作用するように構成することができる。例えば、カバー１６６４又はベース１６６６のうちの一方は、機械的基礎として作用するように構成されるように好適なヤング率及び／又は厚さを有する相対的により堅い材料とすることができる。機械的基礎（すなわち、カバー１６６４又はベース１６６６のうちの一方）は、触覚アクチュエーター６２１が発生させる力を、他方の平面要素（すなわち、カバー１６６４又はベース１６６６のうちの他方）に移す。言い換えれば、機械的基礎は、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０からの変位を他方の平面要素に本質的に向けるように機能する。その結果、触覚アクチュエーター６２１の拡張の大部分又は全ては、他方の平面要素を振動させるか又は変位させるために向けることができる。
【００７７】
一実施形態では、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０の構成要素は、より有効な触覚感覚を提供するように選択することができる。より詳細には、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂのばね定数は、それぞれのばね構成要素を同調させ、それに従って触覚効果を調整するように選択することができる。例えば、一実施形態では、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０は、機械的共振を実現するように構成することができる。言い換えれば、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０の共振周波数は、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂを介して調整される。触覚アクチュエーター６２１は、第１の共振周波数を有し、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０は第２の共振周波数を有し、第２の共振周波数は第１の共振周波数とは異なる。第２の共振周波数は、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂのばね定数によって変化し、又は、そうしたばね定数を介して決定される。第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂを追加することにより、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０の総ばね定数は、触覚アクチュエーター６２１単独のばね定数とは異なる。したがって、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０の共振周波数は、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂの各々のばね定数に応じて変化し、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０の共振周波数は、特定の又は所定のばね構成要素１６６０Ａ、１６６０Ｂを選択することによって制御することができる。言い換えれば、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂは、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０が、出力される力及び効果を増幅させるために所望の又は所定の共振周波数を有するように、触覚アクチュエーター６２１単独の共振周波数を変更するか又は部分的に変更するように選択することができる。共振周波数を制御することにより、触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０は、振幅変調技法によって広いスペクトルの周波数を提示するように或る特定の周波数で共振するように構成することができる。
【００７８】
第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂを介して触覚アクチュエーターアセンブリ１６２０の共振周波数を同調させるか又は調整することに加えて、可動平面要素（すなわち、機械的基礎として構成されていないカバー１６６４又はベース１６６６のうちの一方）が共振周波数での十分な加速を有することを確実にするために、可動平面要素に追加の質量を含めることができる。所定質量の別個の構成要素を取り付けることにより、又は所定質量を有するように可動平面要素を形成することにより、可動平面要素に追加の質量を含めることができる。
【００７９】
一実施形態では、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂのばね定数を、互いに異なるものとすることができる。より詳細には、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂが異なるばね定数を有し、触覚アクチュエーター６２１が軸６１７に沿って拡張するか又は他の方法で軸６１７に沿った変位を発生させるとき、ベース１６６６及び／又はカバー１６６４の変位は、その質量中心に対して偏心し、したがって、ベース１６６６及び／又はカバー１６６４の質量中心を中心とするトルク（モーメントとも呼ぶ）を発生させることができる。したがって、ベース１６６６及び／又はカバー１６６４は、触覚アクチュエーター６２１によって押されるとき、その質量中心を中心とする何らかの回転を呈することができる。言い換えれば、第１のばね構成要素１６６０Ａ及び第２のばね構成要素１６６０Ｂが異なるばね定数を有する場合、ベース１６６６及び／又はカバー１６６４の一部が、触覚アクチュエーター６２１によって押されるときにレバーとして作用することができる。このレバー構成は、触覚アクチュエーター６２１並びにベース１６６６及び／又はカバー１６６４の動きが発生させる触覚効果を促進することができる可能性がある。
【００８０】
図１７は、予荷重、又はより具体的には圧縮荷重が、触覚対応デバイスの既存の構成要素に触覚アクチュエーター６２１を組み込み、アセンブリの共振周波数を同調させるように第１のばね構成要素１７６０Ａ及び第２のばね構成要素１７６０Ｂを更に含めることにより生成される、一実施形態を示す。より具体的には、図１７は、上述した触覚アクチュエーター６２１とともに予荷重デバイス１７２７を備える触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０の側断面図を示す。触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０は、触覚アクチュエーター６２１があるように図示し記載しているが、予荷重デバイス１７２７とともに、本明細書に記載するいかなる触覚アクチュエーターも利用することができる。予荷重デバイス１７２７は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１に対する圧縮荷重を生成するように構成され、圧縮荷重は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の拡張、又はより一般的には変形に抵抗する。
【００８１】
図１７の実施形態では、予荷重デバイス１７２７は、触覚対応デバイスのバッテリ１７８０の構成要素を含む。しかしながら、予荷重デバイス１７２７は、バッテリ部品又は構成要素があるように説明するが、これは、触覚対応デバイスの既存の構成要素の内部で触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０をいかに実装するかの単に一例であり、触覚対応デバイスの他の既存の構成要素を同様に利用することができる。バッテリ１７８０は、カバー１７６４と、カバー１７６４から間隔を空けて配置されかつカバー１７６４に対して平行に延在するベース１７６６とを含む。一実施形態では、バッテリ１７８０のカバー１７６４及び／又はベース１７６６は、プリント回路基板とすることができる。バッテリ１７８０は、圧電材料の層６２１ａ及び変位変換デバイス６２１ｂ−１／６２１ｂ−２の両方を備える触覚アクチュエーター６２１を収容し又は包含するように構成されている。触覚アクチュエーター６２１はカバー１７６４とベース１７６６との間に配置され、カバー１７６４及びベース１７６６は、触覚アクチュエーター６２１のその軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の反対側の端部それぞれに配置されている。一実施形態では、ベース１７６６は触覚アクチュエーター６２１を支持し、又は言い換えれば、触覚アクチュエーター６２１は、ベース１７６６の内面に配置されている。一実施形態では、ベース１７６６は、接着剤又は他の何らかの取付方法を介して、触覚アクチュエーター６２１に取り付けることができる。
【００８２】
第１のばね構成要素１７６０Ａは、第１の端部１７６１Ａがカバー１７６４の内面に結合され、第２の反対側の端部１７６１Ｂがベース１７６６の内面に結合されるように配置されている。同様に、第２のばね構成要素１７６０Ｂは、第１の端部１７６１Ｃがカバー１７６４の内面に結合され、第２の反対側の端部１７６１Ｄがベース１７６６の内面に結合されるように配置されている。第１のばね構成要素１７６０Ａ及び第２のばね構成要素１７６０Ｂは、それらの機能的動作を表すために単に例示の目的でらせん形要素として示されており、この説明は、それらの実際の物理的な形状を記載し又は限定するようには意図されていない。第１のばね構成要素１７６０Ａ及び第２のばね構成要素１７６０Ｂは、より詳細に後述するように、限定されないが、エラストマー、らせん若しくはコイルばね、板ばね、薄板ばね、ウェーブワッシャー、スナップドームばね、又はゴム、発泡体若しくはたわみ部等、高コンプライアンス要素を含む、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０の共振周波数を同調させるばね特性を有する任意のタイプのばね要素とすることができる。
【００８３】
図１７の実施形態では、ベース１７６６は機械的基礎として作用するように構成され、一方で、カバー１７６４は、触覚アクチュエーター６２１に予荷重をかけるために必要な質量を提供する。言い換えれば、この実施形態では、カバー１７６４の質量は、触覚アクチュエーター６２１に対して軸６１７に沿った圧縮荷重を生成するように構成され、圧縮荷重は、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１の拡張に抵抗する。触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０は、比較的高い周波数で作動する調和振動子として機能することができる。動作時、電源（図１７には示さず）が触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０に正弦波駆動信号を提供すると、触覚アクチュエーター６２１は、発振駆動信号によって指示されるように振動する。より詳細には、触覚アクチュエーター６２１の動作に関して上述したように、軸６１７に沿った触覚アクチュエーター６２１によって出力される変位は、触覚アクチュエーター６２１の拡張又は収縮から生じることができる。したがって、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０は、振動し、それが取り付けられているバッテリ１７８０に触覚感覚を提供する。
【００８４】
触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０は、第１のばね構成要素１７６０Ａ及び第２のばね構成要素１７６０Ｂを介して機械的共振を実現するように構成される。より詳細には、触覚アクチュエーター６２１は第１の共振周波数を有し、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０は第２の共振周波数を有し、第２の共振周波数は第１の共振周波数とは異なる。第２の共振周波数は、第１のばね構成要素１７６０Ａ及び第２のばね構成要素１７６０Ｂのばね定数によって変化し、又はそうしたばね定数を介して決定される。第１のばね構成要素１７６０Ａ及び第２のばね構成要素１７６０Ｂを追加することにより、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０の総ばね定数は、触覚アクチュエーター６２１単独のばね定数とは異なる。したがって、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０の共振周波数は、第１のばね構成要素１７６０Ａ及び第２のばね構成要素１７６０Ｂの各々のばね定数に応じて変化し、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０の共振周波数は、特定の又は所定のばね構成要素１７６０Ａ、１７６０Ｂを選択することによって制御することができる。言い換えれば、第１のばね構成要素１７６０Ａ及び第２のばね構成要素１７６０Ｂは、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０が、出力される力及び効果を増幅させるために所望の又は所定の共振周波数を有するように、触覚アクチュエーター６２１単独の共振周波数を変更するか又は部分的に変更するように選択することができる。共振周波数を制御することにより、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０は、振幅変調技法によって広いスペクトルの周波数を提示するように或る特定の周波数で共振するように構成することができる。
【００８５】
一実施形態では、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０／１６２０／１５２０／１４２０／１３２０／１１２０の全体厚さは、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲とすることができる。
【００８６】
一実施形態では、例えば５０Ｖ〜１００Ｖの電圧差が触覚アクチュエーター６２１の２つの電極に印加されるとき、かつ、圧縮荷重又は他の予荷重が、予荷重デバイス１７２７／１６２７／１５２７／１４２７／１３２７／１１２７によって触覚アクチュエーター６２１に加えられるとき、触覚アクチュエーター６２１は、５μｍ〜１５μｍの範囲である（触覚アクチュエーター６２１にいかなる電圧差も印加されていない基準状態に対する）変位を出力し、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０／１６２０／１５２０／１４２０／１３２０／１１２０は、軸６１７に沿った、２Ｎ〜１０Ｎの範囲である力を出力するように構成される。
【００８７】
一実施形態では、触覚アクチュエーター６２１に印加されている電圧差が、例えば５０Ｖ〜１００Ｖであるとき、かつ、圧縮荷重が、予荷重デバイス１７２７／１６２７／１５２７／１４２７／１３２７／１１２７によって触覚アクチュエーター６２１に加えられるとき、触覚アクチュエーターは、触覚アクチュエーター６２１に対する規定された公称変位の２５％〜５０％の範囲である（基準状態に対する）変位を出力し、公称変位は、電圧差に対して特定とすることができる。さらにこの例では、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０／１６２０／１５２０／１４２０／１３２０／１１２０は、軸６１７に沿って、触覚アクチュエーター６２１に対して規定された阻止力の５０％〜７５％の範囲である力を出力するように構成することができ、阻止力もまた、電圧差に対して特定とすることができる。
【００８８】
一実施形態では、制御ユニット１３０／１１３０は、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０／１６２０／１５２０／１４２０／１３２０／１１２０の共振周波数である、触覚アクチュエーター６２１に対する駆動信号を発生させるように構成することができる。一実施形態では、駆動信号は、予荷重が存在しても、触覚アクチュエーターに損傷を与える過度の力又は変位を発生させるのを更に回避するために、規定閾値未満である振幅（例えば、ピークツーピーク振幅）を有することができる。
【００８９】
一実施形態では、制御ユニット１３０／１１３０は、少なくとも、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０／１６２０／１５２０／１４２０／１３２０／１１２０の共振周波数である第１の周波数と、触覚アクチュエーターアセンブリ１７２０／１６２０／１５２０／１４２０／１３２０／１１２０の共振周波数ではない第２の周波数とを含む周波数成分を有する駆動信号を発生させるように構成することができる。言い換えれば、駆動信号は、第１の周波数を有する第１の成分と、第２の周波数を有する第２の成分とを含むことができる。場合によっては、駆動信号の周波数は第１の成分及び第２の成分のみとすることができる。制御ユニット１３０／１１３０は、駆動信号の第１の成分が、規定閾値未満の第１の振幅を有するようにすることができ（第１の成分は共振周波数を有するため）、第２の成分が、第１の振幅より高くかつ規定閾値を上回る第２の振幅を有するようにすることができる。
【００９０】
以下、様々な実施形態の追加の考察を提示する。
【００９１】
実施形態１は、触覚アクチュエーター及び予荷重デバイスを備える触覚アクチュエーターアセンブリである。触覚アクチュエーターは、平行軸に沿って歪みを発生させるように構成された圧電材料の層であって、平行軸はこの層の平面に対して平行である、圧電材料の層を備え、また、平行軸に沿った圧電材料の層の歪みを、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの拡張又は収縮に変換するように構成された変位変換デバイスであって、垂直軸は層の平面に対して垂直である、変位変換デバイスを備える。触覚アクチュエーターの拡張又は収縮は、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの変位を発生させるように構成されている。
【００９２】
予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターに隣接し、かつ垂直軸に沿った触覚アクチュエーターに対する圧縮荷重を発生させるように構成されている。予荷重デバイスは、カバーと、このカバーから間隔を空けて配置されかつこのカバーに対して平行に延在するベースとを有するケーシングを備える。触覚アクチュエーターは、カバーとベースとの間に配置され、カバー及びベースは、触覚アクチュエーターの垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの反対側の端部それぞれに配置されている。第１のばね構成要素は、第１のばね構成要素の第１の端部がカバーの内面に結合され、第１の構成要素の第２の反対側の端部が触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、ケーシング内に配置される。第１のばね構成要素は、触覚アクチュエーターに対する垂直軸に沿った圧縮荷重を生成するために力をかけるように構成されている。
【００９３】
実施形態２は、実施形態１の触覚アクチュエーターアセンブリを含み、触覚アクチュエーターの変位変換デバイスは、圧電材料の層の歪みに起因する平行軸に沿った圧電材料の層によって出力される変位を、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターのより大きい変位に変換するように構成された変位増幅デバイスである。
【００９４】
実施形態３は、実施形態２の触覚アクチュエーターアセンブリを含み、触覚アクチュエーターの変位増幅デバイスは、平行軸に沿った変位を垂直軸に沿ったより大きい変位に変換するように構成されたレバーデバイスを含む。
【００９５】
実施形態４は、実施形態３の触覚アクチュエーターアセンブリを含み、触覚アクチュエーターのレバーデバイスは、圧電材料の層の反対側の平面それぞれに配置された第１のディスク及び第２のディスクを含み、第１のディスク及び第２のディスクの各ディスクは、圧電材料の層のそれぞれの平面と円錐台を形成している。
【００９６】
実施形態５は、実施形態１〜４のいずれか１つの触覚アクチュエーターアセンブリを含み、第１のばね構成要素はばねプランジャーである。
【００９７】
実施形態６は、実施形態１〜４のいずれか１つの触覚アクチュエーターアセンブリを含み、第１のばね構成要素は、ねじ及び可撓性膜構成要素を含み、ねじは、可撓性膜構成要素のばね力を調整するように構成されている。
【００９８】
実施形態７は、実施形態１〜６のいずれか１つの触覚アクチュエーターアセンブリを含み、予荷重デバイスは、第２のばね構成要素であって、この第２のばね構成要素の第１の端部がベースの内面に結合され、この第２のばね構成要素の第２の反対側の端部が触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、ケーシング内に配置される、第２のばね構成要素を更に備える。第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素は、まとまって、触覚アクチュエーターに対して垂直軸に沿った圧縮荷重を生成するために力をかけるように構成されている。
【００９９】
実施形態８は、実施形態７の触覚アクチュエーターアセンブリを含み、第１のばね構成要素は第１のばね定数を有し、第２のばね構成要素は第２のばね定数を有し、第１のばね定数は第２のばね定数と異なる。
【０１００】
実施形態９は、実施形態１〜８のいずれか１つの触覚アクチュエーターアセンブリを含み、予荷重デバイスの第１の構成要素及び第２の構成要素が発生させる垂直軸に沿った圧縮荷重は、２Ｎ〜４Ｎの範囲である。
【０１０１】
実施形態１０は、実施形態１〜９のいずれか１つの触覚アクチュエーターアセンブリを含み、触覚アクチュエーターは、圧電材料の層に取り付けられるか又は圧電材料の層内に埋め込まれ、かつ垂直軸に沿った電圧差を生成するように構成された、少なくとも２つの電極を更に備える。圧電材料の層は、垂直軸に沿った電圧差に応じて平行軸に沿って収縮するように構成されている。
【０１０２】
実施形態１１は、実施形態１０の触覚アクチュエーターアセンブリを含み、少なくとも２つの電極の間の電圧差が５０Ｖ〜１００Ｖであるとき、かつ予荷重デバイスによって圧縮荷重が触覚アクチュエーターに加えられるとき、触覚アクチュエーターは、少なくとも２つの電極の間に電圧差がない基準状態と比較した、１μｍ〜１５μｍの範囲である、垂直軸に沿った変位を出力し、触覚アクチュエーターアセンブリは、２Ｎ〜１０Ｎの範囲である、垂直軸に沿った力を出力するように構成されている。
【０１０３】
実施形態１２は、実施形態１〜１１のいずれか１つの触覚アクチュエーターアセンブリを含み、触覚アクチュエーターは第１の共振周波数を有し、触覚アクチュエーターアセンブリは第２の共振周波数を有し、第２の共振周波数は第１の共振周波数とは異なり、第２の共振周波数は、第１のばね構成要素のばね定数を介して決定される。
【０１０４】
実施形態１３は、触覚アクチュエーターと予荷重デバイスとを備える触覚アクチュエーターアセンブリである。触覚アクチュエーターは、平行軸に沿って歪みを発生させるように構成された圧電材料の層であって、平行軸はこの層の平面に対して平行である、圧電材料の層を備え、また、平行軸に沿った圧電材料の層の歪みを、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの拡張又は収縮に変換するように構成された変位変換デバイスであって、垂直軸は層の平面に対して垂直である、変位変換デバイスを備える。触覚アクチュエーターの拡張又は収縮は、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの変位を発生させるように構成されている。
【０１０５】
予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターに隣接し、かつ触覚アクチュエーターに対する垂直軸に沿った圧縮荷重を発生させるように構成されている。予荷重デバイスは、カバーと、このカバーから間隔を空けて配置されかつこのカバーに対して平行に延在するベースと、第１のばね構成要素と、第２のばね構成要素とを有するケーシングを備える。第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素は、カバーの反対側の端部それぞれに配置され、第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素の各々は、カバーとベースとの間に延在する。第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素は、まとまって、触覚アクチュエーターに対して垂直軸に沿った圧縮荷重を生成するために力をかけるように構成されている。触覚アクチュエーターは、カバーとベースとの間に配置され、カバー及びベースは、触覚アクチュエーターの垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの反対側の端部それぞれに配置されている。
【０１０６】
実施形態１４は、実施形態１３の触覚アクチュエーターアセンブリを含み、第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素は、カバーに取り付けられており、ベースに解除可能に取り付けられている。
【０１０７】
実施形態１５は、ハウジングと、電源と、ハウジングの外面で触覚効果を発生させるように構成された触覚アクチュエーターアセンブリとを備える触覚対応デバイスである。触覚アクチュエーターは、平行軸に沿って歪みを発生させるように構成された圧電材料の層であって、平行軸はこの層の平面に対して平行である、圧電材料の層を備え、また、圧電材料の層に取り付けられた又はその中に埋め込まれた少なくとも２つの電極を備え、また、平行軸に沿った圧電材料の層の歪みを、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの拡張又は収縮に変換するように構成された変位変換デバイスであって、垂直軸は層の平面に対して垂直である、変位変換デバイスを備える。触覚アクチュエーターの拡張又は収縮は、垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの変位を発生させるように構成されている。
【０１０８】
予荷重デバイスは、触覚アクチュエーターに隣接し、かつ触覚アクチュエーターに対する垂直軸に沿った圧縮荷重を発生させるように構成されている。予荷重デバイスは、カバーと、このカバーから間隔を空けて配置されかつこのカバーに対して平行に延在するベースとを有するケーシングを備える。触覚アクチュエーターは、カバーとベースとの間に配置され、カバー及びベースは、触覚アクチュエーターの垂直軸に沿った触覚アクチュエーターの反対側の端部それぞれに配置されている。第１のばね構成要素は、第１のばね構成要素の第１の端部がカバーの内面に結合され、第１の構成要素の第２の反対側の端部が触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、ケーシング内に配置される。第１のばね構成要素は、触覚アクチュエーターに対する垂直軸に沿った圧縮荷重を生成するために力をかけるように構成されている。
【０１０９】
触覚対応デバイスは、触覚アクチュエーターの少なくとも２つの電極に電力を提供するように電源を制御するように構成された制御ユニットを更に備える。
【０１１０】
実施形態１６は、実施形態１５の触覚対応デバイスを含み、触覚対応デバイスのハウジングによって触覚アクチュエーターアセンブリに加えられるいかなる圧縮荷重も１Ｎ未満である。
【０１１１】
実施形態１７は、実施形態１５又は１６の触覚対応デバイスを含み、触覚対応デバイスは、ハウジングの第１の面を形成するタッチスクリーンデバイスを更に備える。ハウジングは、このハウジングの第２のかつ反対側の面を形成するバックパネルを備える。触覚アクチュエーターアセンブリは、この触覚アクチュエーターアセンブリによって生成される力がハウジングの第２の面に対してかけられるように、ハウジングの第２の面に配置されている。
【０１１２】
実施形態１８は、実施形態１５〜１７のいずれか１つの触覚対応デバイスを含み、制御ユニットは、触覚アクチュエーターに駆動信号を提供するように電源を制御するように構成され、駆動信号は、触覚アクチュエーターアセンブリの共振周波数に等しい周波数を有する周期的信号である。
【０１１３】
実施形態１９は、実施形態１５〜１８のいずれか１つの触覚対応デバイスを含み、触覚アクチュエーターは第１の共振周波数を有し、触覚アクチュエーターアセンブリは第２の共振周波数を有し、第２の共振周波数は第１の共振周波数とは異なり、第２の共振周波数は、第１のばね構成要素のばね定数を介して決定される。
【０１１４】
実施形態２０は、実施形態１５〜１９のいずれか１つの触覚対応デバイスを含み、予荷重デバイスは、第２のばね構成要素であって、この第２のばね構成要素の第１の端部がベースの内面に結合され、この第２のばね構成要素の第２の反対側の端部が触覚アクチュエーターの外面に結合されるように、ケーシング内に配置され、第１のばね構成要素及び第２のばね構成要素は、まとまって、触覚アクチュエーターに対して垂直軸に沿った圧縮荷重を生成するために力をかけるように構成されている、第２のばね構成要素を更に備える。
【０１１５】
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（breadth and scope）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。本明細書において論考された全ての特許及び刊行物は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【０１１６】
本願は、２０１８年６月１５日に出願された米国特許出願第１６／０１０，１８０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１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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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】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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