(57)【要約】【課題】触覚効果を提供するために改良されたウェアラブルデバイスを提供する。【解決手段】触覚効果を提供するためのウェアラブルデバイスは、装着者の第１の部分に当接するように構成される開放リングコンポーネントを含む。開放リングコンポーネントは、第１の端部と、第１の端部から離間しかつ第１の端部に対向する第２の端部と、開放リングコンポーネントが非作動状態にあるときに第１の幅を有する円周開口とを有するＣ状本体を有する。開放リングコンポーネントは、第１のラミネート層と、第２のラミネート層と、第１のラミネート層及び第２のラミネート層とともに一体形成されるマクロファイバーコンポジットアクチュエーターとを含む。マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、プロセッサからコマンド信号を受信し、コマンド信号に応答して、円周開口が第２の幅を有する作動状態に変形して、開放リングコンポーネントの第１の端部と第２の端部との間に延在する装着者の第２の部分に力を提供するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚効果を提供するためのウェアラブルデバイスであって、
装着者の第１の部分に当接するように構成される開放リングコンポーネントであって、該開放リングコンポーネントは、第１の端部と、該第１の端部から離間しかつ該第１の端部に対向する第２の端部と、該第１の端部及び該第２の端部の間に画定された円周開口とを有し、該円周開口は、該開放リングコンポーネントが非作動状態にあるときに第１の幅を有する、開放リングコンポーネント、
を備え、前記開放リングコンポーネントは、
第１のラミネート層と、
第２のラミネート層と、
前記第１のラミネート層及び前記第２のラミネート層に一体結合されたアクチュエーターと、
を含み、前記アクチュエーターは、プロセッサからコマンド信号を受信し、前記コマンド信号に応答して、前記円周開口が第２の幅を有する作動状態に前記開放リングコンポーネントを変形させて、前記開放リングコンポーネントの前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置される前記装着者の第２の部分に力を提供するように構成され、前記第２の幅は前記円周開口の前記第１の幅とは異なる、ウェアラブルデバイス。
【請求項２】
前記アクチュエーターは、マクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）アクチュエーターである、請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項３】
前記第１のラミネート層は、単方向カーボンファイバーコンポジットから形成される、請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項４】
前記単方向カーボンファイバーコンポジットのファイバーは、前記第１のラミネート層の長手方向軸に平行に配向している、請求項３に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項５】
前記第２のラミネート層は、織物カーボンファイバーコンポジットから形成される、請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項６】
前記織物カーボンファイバーコンポジットのファイバーは、前記第２のラミネート層の長手方向軸に対して４５度の角度で配向している、請求項５に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項７】
前記開放リングコンポーネントは、前記アクチュエーター上に配設されたセンサーを更に備える、請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項８】
前記センサーは、ユーザー相互作用を検知するように構成される複数のボタンを含む、請求項７に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項９】
前記装着者の前記第１の部分は、前記装着者の手の指の円周部分である、請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項１０】
触覚効果を提供するためのウェアラブルデバイスであって、
装着者の手の指に当接するように構成される開放リングコンポーネントであって、第１の端部と、前記第１の端部から離間しかつ前記第１の端部に対向する第２の端部とを有する、開放リングコンポーネント、
を備え、前記開放リングコンポーネントは、
単方向カーボンファイバーコンポジットから形成される第１のラミネート層と、
織物カーボンファイバーコンポジットから形成される第２のラミネート層と、
前記第１のラミネート層及び前記第２のラミネート層とともに一体形成されたマクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）アクチュエーターと、
を含み、前記マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、プロセッサからコマンド信号を受信し、前記コマンド信号に応答して、前記開放リングコンポーネントを変形させて、前記開放リングコンポーネントの前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置される前記装着者の一部分に力を提供するように構成される、ウェアラブルデバイス。
【請求項１１】
前記開放リングコンポーネントは、前記マクロファイバーコンポジットアクチュエーター上に配設されたセンサーを更に備える、請求項１０に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項１２】
前記センサーは、ユーザー接触を検知するように構成される複数のボタンを含む、請求項１１に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項１３】
前記リングの厚さは均一である、請求項１０に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項１４】
前記第２のラミネート層は、前記第１のラミネート層の外側表面上に配設され、前記マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、前記第２のラミネート層の外側表面上に配設される、請求項１０に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項１５】
前記織物カーボンファイバーコンポジットのファイバーは、前記第２のラミネート層の長手方向軸に対して４５度の角度で配向している、請求項１０に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項１６】
前記単方向カーボンファイバーコンポジットのファイバーは、前記第１のラミネート層の長手方向軸に平行に配向している、請求項１０に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項１７】
前記マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、前記マクロファイバーコンポジットアクチュエーター上に配設された絶縁コーティングを含む、請求項１０に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項１８】
前記マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、前記マクロファイバーコンポジットアクチュエーターの内側表面上に配設された少なくとも１つのファイバーグラス層を更に含む、請求項１７に記載のウェアラブルデバイス。
【請求項１９】
触覚効果を提供するためのウェアラブルデバイスを製造する方法であって、
第１のラミネート層、第２のラミネート層及びマクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）アクチュエーターを、オーバラップ方式によってモールド上に組み立てることであって、
前記第１のラミネート層は、単方向カーボンファイバーコンポジットから形成され、
前記第２のラミネート層は、織物カーボンファイバーコンポジットから形成される、
組み立てることと、
前記第１のラミネート層、前記第２のラミネート層及び前記マクロファイバーコンポジットアクチュエーターを前記モールド上で加熱して、前記第１のラミネート層、前記第２のラミネート層及び前記マクロファイバーコンポジットアクチュエーターを含む開放リングコンポーネントを一体形成することと、
第１の端部と、該第１の端部から離間しかつ該第１の端部に対向する第２の端部とを有する前記開放リングコンポーネントを前記モールドから取り外すことと、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記マクロファイバーコンポジットアクチュエーター上にセンサーを組み立てることを更に含み、該マクロファイバーコンポジットアクチュエーター上にセンサーを組み立てることは、前記第１のラミネート層、第２のラミネート層及びマクロファイバーコンポジットアクチュエーターをモールド上に組立てることの前に行われる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）アクチュエーターに関する。より詳細には、本発明は、触覚効果を提供するためのウェアラブルデバイス内に組み込まれたマクロファイバーコンポジットアクチュエーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオゲーム及びビデオゲームシステムは、カジュアルゲーマーに対するマーケティング及びその結果のカジュアルゲーマーの関与によって更に一層ポピュラーになってきた。従来のビデオゲーム機器又はコントローラーは、ユーザーにフィードバックを提供するために、視覚キュー及び聴覚キューを使用する。幾つかのインターフェースデバイスでは、運動感覚フィードバック（アクティブでかつ抵抗性の力フィードバック等）、及び／又は触知性フィードバック（振動、テクスチャ及び熱等）もユーザーに提供され、これらは、より一般的には、「触覚フィードバック」又は「触覚効果」として総称的に知られている。触覚フィードバックは、ユーザーインタラクション又はユーザーエクスペリエンスを向上させ簡略化するキューを提供することができる。具体的には、振動効果又は振動触知性触覚効果は、ユーザーに特定のイベントを通知するために電子機器のユーザーにキューを提供するときに有用である場合があるか、又は、シミュレートされた環境若しくは仮想環境内でより大きな知覚没入感を生成するために現実的なフィードバックを提供することができる。
【０００３】
様々な触覚作動技術が、振動触知性触覚フィードバックを提供するのに用いられてきた。従来の触覚フィードバックデバイスは、線形共振アクチュエーター（「ＬＲＡ」）デバイス及び偏心回転質量体（「ＥＲＭ」）デバイス等の電気アクチュエーター、又はソレノイドを用いる。しかしながら、これらのアクチュエーターは、一般にスケーラブルではなく、触覚アプリケーションにおいて常に十分に動作するとは限らない。これらのデバイスは、多くの場合、非常に大きくて扱いにくく、幾つかの特定の空間制限を満たすのが困難である可能性がある。
【０００４】
ゲーミング、仮想現実、拡張現実及び他のデバイスのための従来の触覚フィードバックシステムは、一般に、触覚フィードバックを生成するためにハンドヘルドコントローラー／周辺機器のハウジングに取り付けられるか又はそうしたハウジング内に収容される、１つ以上のアクチュエーターを含む。本発明の実施形態は、触覚フィードバックを生成するためにウェアラブルデバイスに取り付けられるか又はそうしたウェアラブルデバイス内に収容される１つ以上のアクチュエーターに関する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、触覚効果を提供するためのウェアラブルデバイスに関する。ウェアラブルデバイスは、装着者の第１の部分に当接するように構成される開放リングコンポーネントを含む。開放リングコンポーネントは、第１の端部、第１の端部から離間しかつ第１の端部に対向する第２の端部、及び第１の端部と第２の端部との間に画定された円周開口を有し、円周開口は、開放リングコンポーネントが非作動状態にあるときに第１の幅を有する。開放リングコンポーネントは、第１のラミネート層と、第２のラミネート層と、第１のラミネート層及び第２のラミネート層とともに一体形成されたアクチュエーターとを含む。アクチュエーターは、プロセッサからコマンド信号を受信し、コマンド信号に応答して、円周開口が第２の幅を有する作動状態に開放リングコンポーネントを変形させて、開放リングコンポーネントの第１の端部と第２の端部との間に配設される装着者の第２の部分に力を提供するように構成される。第２の幅は円周開口の第１の幅とは異なる。
【０００６】
本発明の一実施形態において、ウェアラブルデバイスは、装着者の手の指に当接するように構成される開放リングコンポーネントを含む。開放リングコンポーネントは、第１の端部及び第１の端部から離間しかつ第１の端部に対向する第２の端部を有する。開放リングコンポーネントは、単方向カーボンファイバーコンポジット(unidirectional carbon fiber composite)から形成される第１のラミネート層と、織物カーボンファイバーコンポジット(woven carbon fiber composite)から形成される第２のラミネート層と、第１のラミネート層及び第２のラミネート層とともに一体形成されたマクロファイバーコンポジットアクチュエーターとを含む。マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、プロセッサからコマンド信号を受信し、コマンド信号に応答して、開放リングコンポーネントを変形させて、開放リングコンポーネントの第１の端部と第２の端部との間に延在する装着者の一部分に力を提供するように構成される。
【０００７】
また、本発明の実施形態は、触覚効果を提供するためのウェアラブルデバイスを製造する方法に関する。第１のラミネート層、第２のラミネート層、及びマクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、モールド上で組立てられる。第１のラミネート層は単方向カーボンファイバーコンポジットから形成され、第２のラミネート層は織物カーボンファイバーコンポジットから形成される。第１のラミネート層、第２のラミネート層、及びマクロファイバーコンポジットアクチュエーターはモールド上で加熱されて、第１のラミネート層、第２のラミネート層、及びマクロファイバーコンポジットアクチュエーターを含む開放リングコンポーネントを一体形成する。第１の端部及び第１の端部から離間しかつ第１の端部に対向する第２の端部を有する開放リングコンポーネントはモールドから取り外される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による、装着者に触覚効果を提供するための開放リングコンポーネントを含む触覚フィードバックシステムを示す図であり、触覚フィードバックシステムは装着者の手の上に配設される。
【図２】図１の触覚フィードバックシステムの別の図であり、触覚フィードバックシステムは装着者の手の上に配設される。
【図３】図１の開放リングコンポーネントの斜視図であり、開放リングコンポーネントは、図１の触覚フィードバックシステム内への組立て前でかつ開放リングコンポーネント上に外側保護コーティングがない状態で示されている。
【図４】図１の触覚フィードバックシステムの上面図であり、触覚フィードバックシステムは装着者の手の上に配設されていない。
【図５】図１の触覚フィードバックシステムの斜視図であり、触覚フィードバックシステムは装着者の手の上に配設されていない。
【図６】本発明の一実施形態による、図３の開放リングコンポーネントの複数のコンポーネント又は複数の層を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態による、図３の開放リングコンポーネントの複数のコンポーネントすなわち複数の層を示す分解上面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による、図３の開放リングコンポーネントにおいて利用されるマクロファイバーコンポジットアクチュエーターのコンポーネントの分解斜視図である。
【図８】図３の開放リングコンポーネントの複数のコンポーネントすなわち複数の層を示す分解斜視図である。
【図８Ａ】ともに結合された図８のコンポーネントの斜視図である。
【図８Ｂ】電荷を生成し、電荷に応答して屈曲した後の図８Ａの斜視図である。
【図９】装着者の手の上に配設された図１の開放リングコンポーネントの概略図であり、開放リングコンポーネントのマクロファイバーコンポジットアクチュエーターは非作動状態にある。
【図９Ａ】図９の開放リングコンポーネントの上面図である。
【図１０】装着者の手の上に配設された図１の開放リングコンポーネントの概略図であり、開放リングコンポーネントのマクロファイバーコンポジットアクチュエーターは作動状態にある。
【図１０Ａ】図１０の開放リングコンポーネントの上面図である。
【図１１】本発明の実施形態で使用するためのセンサーの上面図である。
【図１２】図１の触覚フィードバックシステムのブロック図であり、触覚フィードバックシステムの開放リングコンポーネントは図１１のセンサーを含む。
【図１３】図１２の開放リングコンポーネントの例示的な配線図である。
【図１４】第１のサイズのインサート、及び、インサートの外側表面上に配設された図３の開放リングコンポーネントの斜視図である。
【図１５Ａ】図１４のインサートの斜視図である。
【図１５Ｂ】第２のサイズのインサートの斜視図であり、第２のサイズは、図１５Ａのインサートの第１のサイズより大きい。
【図１５Ｃ】第３のサイズのインサートの斜視図であり、第３のサイズは、図１５Ｂのインサートの第２のサイズより大きい。
【図１６】図３の開放リングコンポーネントの製造方法を示すフローチャートである。
【図１７】図１６の製造方法において利用することができるモールドの側面図である。
【図１８】図１６の製造方法において利用することができるテンプレートの上面図である。
【図１９】図３の開放リングコンポーネントの第１のラミネート層を設けるために使用される図１８のテンプレートの上面図である。
【図２０】図１８のテンプレートを利用した後の、図３の開放リングコンポーネントの第１のラミネート層の斜視図である。
【図２１】図１６の製造方法において利用することができるテンプレートの上面図である。
【図２２】図３の開放リングコンポーネントの第２のラミネート層を設けるために使用される図２１のテンプレートの上面図である。
【図２３】図２１のテンプレートを利用した後の、図３の開放リングコンポーネントの第２のラミネート層の斜視図である。
【図２４】図１６の製造方法において利用することができるテンプレートの上面図である。
【図２５】図３の開放リングコンポーネントのマクロファイバーコンポジットアクチュエーターを設けるために使用される図２４のテンプレートの上面図である。
【図２６】図２４のテンプレートを利用した後の、図３の開放リングコンポーネントのマクロファイバーコンポジットアクチュエーターの斜視図である。
【図２７】図１６の製造方法において利用することができるモールドの上面図である。
【図２８】図２７のモールドとともに形成されるセンサーの上面図である。
【図２９】開放リングコンポーネントで利用するために形作られた後の、図２８のセンサーの上面図である。
【図３０】図２６のマクロファイバーコンポジットアクチュエーター上に配設された後の、図２９のセンサーの上面図である。
【図３１】図３０のセンサー及びマクロファイバーコンポジットアクチュエーター組立体上へのバンド伸長部の設置を示す上面図である。
【図３２】図１７のモールド上に配設された、図３の開放リングコンポーネントを形成するための第１のラミネート層及び第２のラミネート層の側面図である。
【図３３】図１７のモールド上に配設された、第１のラミネート層、第２のラミネート層、並びにセンサー及びマクロファイバーコンポジットアクチュエーター組立体の側面図である。
【図３４】図１７のモールドから取り外された後の図３の開放リングコンポーネントを示す図であり、開放リングコンポーネントは、図２０の第１のラミネート層、図２３の第２のラミネート層、図２６のマクロファイバーコンポジットアクチュエーター、及び図２９のセンサーを含む。
【図３５】外側保護コーティングが塗布された後の図３４の開放リングコンポーネントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本技術の前述の特徴及び態様並びに他の特徴及び態様は、添付図面に示される実施形態の以下の記載からより良く理解することができる。本明細書に組み込まれて本明細書の一部をなす添付図面は、本技術の原理を説明する役割を更に果たす。図面内の構成要素は、必ずしも縮尺どおりではない。
【００１０】
ここで本発明の特定の実施形態を、同様の参照符号が同一又は機能的に類似した要素を示す図面を参照して説明する。本発明の前述の特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付図面に示される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て本明細書の一部をなす添付図面は、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更に果たす。図面は一定縮尺ではない。
【００１１】
以下の詳細な説明は本来例示的なものでしかなく、本発明又は本発明の用途及び使用を限定するように意図されていない。さらに、前述の技術分野、背景技術、発明の概要又は以下の詳細な説明に提示されている、明示又は暗示されるいかなる理論にも制限されることは意図されていない。さらに、以下の説明は、仮想現実（ＶＲ）環境又は拡張現実（ＡＲ）環境においてフィードバックを受け取るためのウェアラブルデバイスに関するが、当業者であれば、この説明が、他の触覚フィードバックデバイス及び用途に等しく適用されることを理解するであろう。
【００１２】
本発明の実施形態は、仮想現実環境又は拡張現実環境において触覚効果を提供するためのウェアラブルデバイスに関する。ウェアラブルデバイスは、プロセッサからコマンド信号を受信し、コマンド信号に応答して、開放リングコンポーネントを変形させるように構成されるアクチュエーターを含む開放リングコンポーネントである。開放リングコンポーネントが変形すると、開放リングコンポーネントの端部は、互いに近くに及び／又は更に遠くに移動し、それにより、開放リングコンポーネントの端部の間に延在する装着者の皮膚を実質的に挟む又は絞ることによって装着者に力を提供する。開放リングコンポーネントは、低周波数で動作して、装着者の皮膚に対して知覚可能な触覚効果を生成するように構成される。ウェアラブルデバイスすなわち開放リングコンポーネントの更なる利点は、ウェアラブルデバイスが非常に薄く、軽量であり、アクチュエーターの作動が静かであり、アクチュエーターの作動が低電力消費を有し、アクチュエーターの作動が広範囲の周波数（２Ｈｚ〜１ＫＨｚ）で行われることである。
【００１３】
より詳細には、図１及び図２を最初に参照すると、触覚フィードバックシステム１００は、本発明の一実施形態による、装着者に触覚効果を提供するための開放リングコンポーネント１０２を含む。図１及び図２に示す実施形態において、開放リングコンポーネント１０２は、装着者の手Ｈの指(digit)又はフィンガー上に配設されるウェアラブルデバイスである。装着者の指又はフィンガーに力を加えるために、開放リングコンポーネント１０２は、本明細書でより詳細に説明するように、制御デバイス１３０からコマンド信号を受信するように構成され、そして、コマンド信号に応答して、変形するように構成される。この実施形態において、また、制御デバイス１３０は、装着者の手首上に配設されるウェアラブルデバイスであり、制御デバイス１３０は、電力リード線１２８Ａ、１２８Ｂを介して開放リングコンポーネント１０２に電気接続される。しかしながら、制御デバイスは装着可能であることを要求されない。電力リード線１２８Ａ、１２８Ｂは、開放リングコンポーネント１０２の一対のはんだ付け用パッド１１５Ａ、１１５Ｂ（図３に示す）に電気結合される。はんだ付け用パッドの一方のパッドは正であるのに対し、他方のはんだ付け用パッドは負である。
【００１４】
一実施形態において、開放リングコンポーネント１０２は、フィンガーの少なくとも一部分を部分的に囲む又は取巻くように構成される。開放リングコンポーネント１０２は、容易な取付け及び装着者の手からの容易な取外しを可能にする単純な設計を有する。その理由は、開放リングコンポーネント１０２が、宝石リングと同様に、装着者のフィンガー上をたどって摺動することができるからである。さらに、開放リングコンポーネント１０２は、触覚フィードバック相互作用を依然として提供しながら、装着者が、比較的非抑制的方式にて装着者の物理的世界と相互作用することを可能にするために、使用中にグローブに比べて邪魔にならないように構成される。装着者の指又はフィンガー上に装着されるように構成されるものとして本明細書で述べられるが、開放リングコンポーネント１０２は、代替的には、装着者の腕、装着者の脚、又は装着者の胴体上に装着されるように構成することができ、開放リングコンポーネント１０２の寸法は、相応して変動するであろう。
【００１５】
開放リングコンポーネント１０２は、開放リングコンポーネント１０２に隣接する装着者の皮膚に当接するように構成される。本明細書で使用するとき、用語「〜に当接する」とは、開放リングコンポーネント１０２が、開放リングコンポーネント１０２に隣接する装着者の皮膚との一貫性がありかつ密接な接触を維持することを意味する。換言すれば、開放リングコンポーネント１０２は、装着者の下にあるフィンガー又は他の身体部分と一定かつ密接に接触するための体にきつい又はピッタリの装着具である。こうした一定かつ密接な接触は、開放リングコンポーネント１０２によってなされる触知性触覚効果が装着者によって知覚される又は感じられるために望ましい。
【００１６】
図３〜図５を参照すると、開放リングコンポーネント１０２の構造が、ここでより詳細に述べられる。図３は、触覚フィードバックシステム１００内への組立て前でかつ開放リングコンポーネント上に外側保護コーティング１２６（外側保護コーティング１２６は図３５に示される）がない状態の開放リングコンポーネント１０２の斜視図であり、一方で、図４及び図５は、装着者の手の上に配設されていない触覚フィードバックシステム１００の、それぞれ、上面図及び斜視図である。開放リングコンポーネント１０２は、第１の端部１０４、第２の端部１０６、並びにこれらの第１の端部１０４と第２の端部１０６との間に延在する湾曲又はＣ状本体１０８を有するＣ状コンポーネントである。本明細書で使用される「開放リング」とは、開放リングコンポーネント１０２が、第１の端部１０４が第２の端部１０６に接続されない、又は換言すれば、第１の端部１０４が第２の端部１０６から離間しかつ第２の端部１０６に対向する環状コンポーネントであることを意味する。さらに、Ｃ状として述べるが、開放リングコンポーネント１０２の本体は、形状が円形であるよりむしろ楕円形とすることができる。開放リングコンポーネント１０２は、内側表面１１６及び外側表面１１４を更に含む。開放リングコンポーネント１０２の内側表面１１６は、開放リングコンポーネント１０２の長手方向軸ＬＡに全体的に平行に延在する中央開口１１０を画定する。円周ギャップ又は開口１１２は、開放リングコンポーネント１０２の第１の端部１０４と第２の端部１０６との間に概して円周方向に延在する。
【００１７】
開放リングコンポーネント１０２の厚さは、力の変位を最適化するために１ミリメートル〜５ミリメートルに及ぶ。本発明の一実施形態において、開放リングコンポーネント１０２の厚さは均一である。別の実施形態においては、開放リングコンポーネント１０２の厚さは均一ではない。例えば、Ｃ状本体１０８の中央又は中間部分の第１の厚さは、開放リングコンポーネント１０２の第１の端部１０４及び／又は第２の端部１０６の第２の厚さより厚いものとすることができる。開放リングコンポーネント１０２の厚さプロファイルの他の変動も考えられる。
【００１８】
厚さに加えて、開放リングコンポーネント１０２の他のパラメーターは、力の変位を最適化する及び／又は触覚デバイスの全体性能を上げるために変動する場合がある。こうしたパラメーターは、開放リングコンポーネント１０２の１つ以上の層の剛性を変動させることを含む。開放リングコンポーネント１０２の剛性は、特定の層の幾何形状及び機械的特性の関数である。開放リングコンポーネントの性能を高めるために変動させることができる他のパラメーターは、トルク／力及び／又は変位を増加させるための構造の幾何形状（すなわち、本体がより円形か又は楕円形か）、アクチュエータータイプ（ピエゾセラミック、ＥＡＰ等）、及びアクチュエーター設計（ユニモルフ、バイモルフ、積層型等）を含む。
【００１９】
開放リングコンポーネント１０２のＣ状本体１０８は、一体型コンポーネントを形成するためにともに取付けられる又は接合される複数の層を含む。より詳細には、ここで図６及び図７を参照すると、開放リングコンポーネント１０２の複数の層の分解図が例証のためだけに示される。開放リングコンポーネントは、少なくとも、第１のラミネート層１１８、第２のラミネート層１２０、及びアクチュエーター１２２を含む。本明細書で使用するとき、第１及び第２の「ラミネート層」とは、アクチュエーター１２２に隣接して配設される薄い構造層を指す。ラミネート層１１８及び１２０は、強くかつ鋭い触覚信号をアクチュエーター１２２から開放リングコンポーネント１０２の装着者に送信するように機能する。さらに、ラミネート層１１８及び１２０は、アクチュエーター１２２の作動中における開放リングコンポーネント１０２の熱膨張を平衡させる。
【００２０】
各ラミネート層１１８及び１２０は、適切には、厚さが数ミクロンから数ミリメートルのオーダーである。開放リングコンポーネント１０２の厚さは、ラミネート層１１８、１２０の厚さによって主に決定され、したがって、ラミネート層１１８、１２０の材料及び厚さは、開放リングコンポーネント１０２に、低い又はスリムなプロファイル、及び、本明細書でより詳細に述べるようにアクチュエーター１２２が非常に低い周波数で動作することを可能にする所望の感度を提供するために注意深く選択されることを提案される。構造的に、ラミネート層１１８及び１２０が、開放リングコンポーネント１０２を形成するためにＣ形状になるようにともに接合され成形されるため、形状及びサイズ（すなわち、長さ及び幅）両方が実質的に同様であることが望ましい。ラミネート層１１８及び１２０の長さ及び幅は、開放リングコンポーネント１０２の意図される用途又はウェアラブルなデスティネーションに依存し、したがって、用途に応じて変動することができる。例えば、開放リングコンポーネント１０２が装着者の指又はフィンガー上に装着されるように構成されるとき、ラミネート層１１８及び１２０のそれぞれの長さは、１８ｍｍ〜２４ｍｍの範囲にあり、ラミネート層１１８及び１２０のそれぞれの幅は、２ｍｍ〜４ｍｍの範囲にある。しかしながら、開放リングコンポーネント１０２が、代替的に、装着者の腕、装着者の脚、又は装着者の胴体上に装着されるように構成される場合、開放リングコンポーネント１０２のラミネート層１１８及び１２０の寸法は相応して変動するであろう。
【００２１】
図７に最もよく示されるように、第１のラミネート層１１８及び第２のラミネート層１２０のそれぞれは、丸い対向端部を含む。より詳細には、第１のラミネート層１１８は第１の端部１１７及び対向する第２の端部１１９を有し、一方で、第２のラミネート層１２０は第１の端部１２１及び対向する第２の端部１２３を有する。ラミネート層１１８、１２０の第１の端部１１７、１２１が開放リングコンポーネント１０２の第１の端部１０４を共に形成し、ラミネート層１１８、１２０の第２の端部１１９、１２３が開放リングコンポーネント１０２の第２の端部１０６を共に形成するため、こうした端部１１７、１１９、１２１、１２３は、アクチュエーター１２２の作動中に装着者の皮膚に接触することから、丸いことが好ましい。
【００２２】
一実施形態において、第１のラミネート層１１８は単方向カーボンファイバーコンポジット(unidirectional carbon fiber composite)から形成される。図１９及び図２０を参照して本明細書でより詳細に述べるように、第１のラミネート層１１８の単方向カーボンファイバーコンポジットのファイバーは、第１のラミネート層１１８の長手方向軸に平行に配向する（図２０に示す）。さらに、一実施形態において、第２のラミネート層１２０は織物カーボンファイバーコンポジット(woven carbon fiber composite)から形成され、織物カーボンファイバーコンポジットのファイバーは、図２２及び図２３を参照して本明細書でより詳細に述べるように第２のラミネート層１２０の長手方向軸に対して４５度の角度で配向する（図２３に示す）。また、他の材料を第１のラミネート層１１８及び／又は第２のラミネート層１２０のために利用することができ、当該他の材料は、ガラスファイバー、上記で挙げたもの以外のカーボンファイバーコンポジット、又は、他の強化コンポジット、又は、変形するのに十分に柔軟性がありながら、強度を生出す比較的高い弾性を有する他のポリマー若しくは金属材料を含むが、それらに限定されない。
【００２３】
本発明の一実施形態において、アクチュエーター１２２はスマート材料アクチュエーターである。より詳細には、本発明の一実施形態において、アクチュエーター１２２は、マクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）材料、圧電材料、又は電気活性ポリマー（ＥＡＰ）から形成される。例証のために、アクチュエーター１２２は、マクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）材料から形成されたアクチュエーターとして本明細書で述べられることになる。開放リングコンポーネント１０２で使用するために変更することができる例示的なマクロファイバーコンポジットアクチュエーターの分解図である図７Ａの分解図に最もよく示されるように、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２は、薄いコンフォーマブルシート内に形成される多層構造を有する。マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２は、接着剤層１４２（例えば、エポキシ層）同士の間に挟まれた矩形ピエゾセラミック（適切にはリボン状）ロッド１４０と、電極が取付けられたポリイミドフィルム層１４４、１４４’とを含む。電極は、櫛状パターンでフィルムに取付けられ、マクロファイバーコンポジットに対する印加電圧をリボン状ロッドに／リボン状ロッドから直接転送する。この組立体は、シールされかつ耐久性のあるすぐに使用できるパッケージにおける面内ポーリング、作動、及び検知を可能にする。マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、薄い表面コンフォーマブルなシートとして形成されるため、種々のタイプの構造に貼り付けられ（通常、接合され）得る又はコンポジット構造内に埋め込まれ得る。電圧が印加される場合、マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、材料を屈曲させる又は歪ませる、振動に対抗する、又は振動を生成することになる。電圧が印加されない場合、マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、非常に敏感なひずみゲージとして働き、変形、ノイズ、及び振動を検知し得る。マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、振動からエネルギーを収穫するための優れたデバイスでもある。マクロファイバーコンポジットアクチュエーターを形成するときに有用な構造及び材料は、米国特許第６，６２９，３４１号に更に記載され、その開示は、全ての目的で引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。開放リングコンポーネント１０２の製造方法の議論において本明細書でより詳細に述べるように、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２は、その上に配設された絶縁コーティング及び／又はその内側表面上に配設された１つ以上のファイバーグラス層を更に含むことができる。本発明の一実施形態において、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２は、−５００Ｖ〜＋１５００Ｖの電圧を使用する、フロリダ州サラソタのSmart Material Corporation社から市販されているＭ−８５０７−Ｐ１マクロファイバーコンポジットから形成される。
【００２４】
マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２の動作は、ここで、図８、図８Ａ及び図８Ｂに関してより詳細に述べられる。図８は、ともに接合された第１のラミネート層１１８及び第２のラミネート層１２０並びにマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２の分解斜視図である。その動作を例証するだけのための説明のために、図８、図８Ａ及び図８Ｂは、開放リングコンポーネント１０２を形成するためにＣ形状で成形される前のラミネート層１１８、１２０及びマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２を示す。図８Ａは、ともに結合された図８のコンポーネントの斜視図であり、図８Ｂは、印加された電荷又は電界に応答して屈曲した後の図８Ａの結合したコンポーネントの斜視図である。より詳細には、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２は、電荷にさらされるとサイズ又は形状の変化を示す特性を有する。換言すれば、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２は、電荷がマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２に加えられると、機械的変形を示す。電荷がマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２に印加されると、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２は、図８Ｂに示すように変形して屈曲し、それにより、第１のラミネート層１１８及び第２のラミネート層１２０も屈曲させる。
【００２５】
図９、図９Ａ、図１０及び図１０Ａに最もよく示されるように、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２によって、開放リングコンポーネント１０２は、印加電圧に応答して変形して、装着者の皮膚に対して力を加え、皮膚に触覚効果を伝達するように構成される。より詳細には、図９は、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２が非作動状態にあるときの、装着者の手の指又はフィンガー上に配設された開放リングコンポーネント１０２を示す。図９Ａは図９の上面図である。逆に、図１０は、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２が作動状態にあるときの、装着者の手の指又はフィンガー上に配設された開放リングコンポーネント１０２を示す。図１０Ａは図１０の上面図である。図９及び図９Ａの非作動状態において、開放リングコンポーネント１０２は、公称の(nominal)又は第１の内径Ｄ１を有し、開放リングコンポーネント１０２の円周開口１１２は、公称の又は第１の幅Ｗ１を有する。装着者のフィンガー又は指は、その全周の周りに共に延在する２つの部分を有すると考えることができる。より詳細には、装着者のフィンガー又は指の第１の円周部分は開放リングコンポーネント１０２の内側表面に当接し、一方で、装着者のフィンガー又は指の第２の円周部分は、開放リングコンポーネント１０２の円周開口１１２に隣接して開放リングコンポーネント１０２の第１の端部１０４と第２の端部１０６との間に延在する。
【００２６】
マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２が作動されると、開放リングコンポーネント１０２は印加電圧に応答して変形する。図１０及び図１０Ａの作動状態において、開放リングコンポーネント１０２は、第１の内径Ｄ１より小さい第２の内径Ｄ２を有し、開放リングコンポーネント１０２の円周開口１１２は、第１の幅Ｗ１より小さい第２の幅Ｗ２を有する。結果として、開放リングコンポーネント１０２は、開放リングコンポーネント１０２の第１の端部１０４と第２の端部１０６との間でかつ開放リングコンポーネント１０２の円周開口１１２に隣接して延在する又は配置される装着者のフィンガー又は指の第２の円周部分に対して力を提供する。換言すれば、開放リングコンポーネント１０２は、開放リングコンポーネント１０２の第１の端部１０４と第２の端部１０６との間に延在する装着者のフィンガー又は指の皮膚を実質的に挟んで又は絞って、非常に低い周波数で知覚可能な触覚効果を提供する。図１０Ａにおいて、開放リングコンポーネント１０２の第１の端部１０４と第２の端部１０６との間に延在する皮膚は、例証のためだけに、開放リングコンポーネント１０２の第１の端部１０４と第２の端部１０６との間で半径方向外側に膨らむものとして示される。こうした膨らみは、開放リングコンポーネント１０２が、その装着者に対して知覚可能な触覚効果を生成するために必要とはされない。開放リングコンポーネント１０２の第１の端部１０４と第２の端部１０６との間に延在する装着者のフィンガー又は指の皮膚に対して力を加えることに加えて、一実施形態において、作動状態の開放リングコンポーネント１０２は、開放リングコンポーネント１０２の内側表面に当接する装着者のフィンガー又は指の第１の円周部分に対しても力を加える。換言すれば、開放リングコンポーネント１０２は、下にある装着者のフィンガー又は指を作動状態において絞って、非常に低い周波数で知覚可能な触覚効果を提供することもできる。
【００２７】
図１０及び図１０Ａの作動状態は、開放リングコンポーネント１０２が、その有効径が減少するように収縮することを示すが、開放リングコンポーネント１０２が、その有効径が増加するように変形することもできることが当業者によって理解されるだろう。換言すれば、開放リングコンポーネント１０２は、公称の又は第１の内径Ｄ１を効果的に増減するために開閉するように構成される。さらに、一実施形態において、図１０及び図１０Ａの作動状態は、第１の端部１０４が第２の端部１０６に接触又は当接するような開放リングコンポーネント１０２の閉鎖を含むことができる。
【００２８】
開放リングコンポーネント１０２は、２Ｈｚ程度の低い周波数で及び１ＫＨｚ程度の高い周波数で動作して、種々の触覚効果をその装着者に提供するように構成される。一実施形態において、開放リングコンポーネント１０２は、ＤＣ（直流）力を印加する又はＤＣ（直流）力で動作する。触覚効果の例は、例えば、仮想ボタンの押下又は仮想要素の間の衝突に連動した単一の比較的大きい変形による揺さぶり（jolt）、又は、例えば、スクリーンを横切る仮想要素の移動若しくは他のタイプのスクリーン移動に連動した複数の比較的小さい変形による振動を含む。触覚効果の更なる例は、開放リングコンポーネント１０２の変形が、強度と周波数との両方において心拍信号のパターンに追従する心拍触覚効果、及び／又は、例えば、開放リングコンポーネント１０２の変形が、仮想現実環境において人の手の中で呼吸している、生きている小動物のパターンに追従する呼吸触覚効果を含む。こうした触覚フィードバック又は効果は、開放リングコンポーネント１０２の装着者のために、より直観的で関与的で自然な体験を可能にし、したがって、装着者と触覚フィードバックシステム１００との間の相互作用は、触覚効果によって提供される触知性フィードバックを通して大幅に高められる。
【００２９】
開放リングコンポーネント１０２のマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２に電荷を印加するために、触覚フィードバックシステム１００は、装着者に対して触覚フィードバック又は効果を生成するために所望に応じてマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２を変形させる電気信号をマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２に提供する制御ハードウェア及びソフトウェアを含む。より詳細には、制御デバイス１３０は、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２に電荷を供給するための電源１５２（図１２に示す）を含み、制御デバイス１３０は、電源を制御し、したがって、印加される電荷の大きさ及び周波数を決定する、メモリ１５１（図１２に示す）を有するプロセッサ１５０（図１２に示す）も含む。プロセッサ１５０を、本明細書で述べる方法を実施する１つ以上のコンピュータープログラム命令によってプログラムすることができる。より詳細には、プロセッサ１５０は、メモリ１５１又は別の非一時的コンピューター可読媒体又は有形媒体に記憶されるソフトウェアアプリケーションを実行することができる。本明細書で使用するとき、実際には種々の命令が動作を実施するようにプロセッサ１５０をプログラムするときに、便宜上、種々の命令が動作を実施するものとして述べることができる。他の実施形態において、プロセッサ１５０の機能は、ハードウェア（例えば、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、プログラマブルゲートアレイ（「ＰＧＡ」）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）等）又はハードウェア及びソフトウェアの任意の組合せによって実施することができる。プロセッサ１５０は、任意のタイプの汎用プロセッサとすることができるか、又は、触覚効果信号を提供するように特別に設計されたプロセッサである可能性がある。電源１５２は、プロセッサ１５０から制御信号を受信するように構成され、プロセッサ１５０から受信される制御信号に従ってマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２に電荷を印加するように構成される。開放リングコンポーネント１０２は、図９〜図１０Ａに関して上述したように電源１５２からの印加された電荷に応答して変形し、それにより、装着者に触覚効果を提供する。したがって、開放リングコンポーネント１０２内に組み込まれたマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２によって、開放リングコンポーネント１０２は、低い又は最小の電力消費で変形する。
【００３０】
一実施形態において、制御デバイス１３０のプロセッサ１５０は、外部すなわちホストコンピューター（図示せず）からの高レベル監督又はストリーミングコマンドに基づいて開放リングコンポーネント１０２にコマンド信号を提供するローカルプロセッサである。外部すなわちホストコンピューターは、ディスプレイ上で仮想環境を生成するように構成することができ、また好ましくは、限定はしないが開放リングコンポーネント１０２等の周辺機器を介してユーザーが相互作用している１つ以上のホストアプリケーションプログラムを実行する。外部すなわちホストコンピューターは、デスクトップコンピューター、ゲーミングコンソール、手持ち式ゲーミングデバイス、ラップトップコンピューター、スマートフォン、タブレットコンピューティングデバイス、テレビジョン、インタラクティブサイン、及び／又は他のデバイスとすることができる。例えば、動作時、強度及び持続時間は、ホストコンピューターから開放リングコンポーネント１０２に流され(stream)、そこで、情報は、制御デバイス１３０のローカルプロセッサによってマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２に提供される。ホストコンピューターは、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２によって出力される触覚効果のタイプ等の高レベルコマンドを制御デバイス１３０のローカルプロセッサに提供することができ、それにより、制御デバイス１３０のローカルプロセッサは、出力される触覚効果の特定の特性（触覚効果が、でこぼこ、柔らかい、硬い、ぐにゃぐにゃ等の感触を持つ場合がある強度、周波数、継続時間等）についてマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２に指令する。制御デバイス１３０のローカルプロセッサは、形式、強度、周波数、持続時間、又は触覚効果の他の特性を取り出すことができる。制御デバイス１３０のローカルプロセッサは、どの触覚効果を送出するか、また、触覚効果を送出するのはどの順序かを決定することもできる。タイムクリティカルな処理は、好ましくは、制御デバイス１３０のローカルプロセッサによって扱われ、したがって、制御デバイス１３０のローカルプロセッサは、高い更新レート（例えば、５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ）を有する閉ループ触覚フィードバックを伝達するのに有用である。本発明の別の実施形態においては、開放リングコンポーネント１０２からの全ての入力／出力信号は、ホストコンピューター又は制御デバイス１３０のプロセッサ１５０によって直接扱われ処理される。
【００３１】
幾つかの事例において、触覚フィードバックシステム１００のコンポーネントの間（すなわち、開放リングコンポーネント１０２と制御デバイス１３０との間及び／又は制御デバイス１３０と存在する場合のホストコンピューターとの間）の通信インターフェースは、ＩＥＥＥ８０２．１１プロトコル、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロトコル、近接場通信（ＮＦＣ）プロトコル、又は無線通信用の任意の他のプロトコルを介した通信等の無線通信プロトコルをサポートすることができる。幾つかの事例において、触覚フィードバックシステム１００のコンポーネントの間（すなわち、開放リングコンポーネント１０２と制御デバイス１３０との間及び／又は制御デバイス１３０と存在する場合のホストコンピューターとの間）の通信インターフェースは、有線通信用のプロトコルをサポートすることができる。一実施形態において、触覚フィードバックシステム１００のコンポーネント（すなわち、開放リングコンポーネント１０２及び制御デバイス１３０、及び／又は、制御デバイス１３０及び存在する場合のホストコンピューター）は、インターネット等のネットワークを介して通信するように構成することができる。
【００３２】
マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２は、その上に配設されたセンサーを更に含むことができる。例えば、図１１は、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２上に配設されかつ開放リングコンポーネント１０２内に組み込まれるように構成されるセンサー１２４の上面図である。センサー１２４は、センサー１２４に対するユーザー接触を検知するように構成されるタッチ又は接触センサーである。例えば、センサー１２４は、ユーザー接触を検知して、ユーザー／装着者が、開放リングコンポーネント１０２を介して仮想現実（ＶＲ）又は拡張現実（ＡＲ）環境と相互作用することを可能にするために利用することができる。別の例として、センサー１２４は、開放リングコンポーネント１０２をターンオン及びターンオフするために利用することができる。センサー１２４は、対応するピン１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃをそれぞれ有する複数のボタン又はユーザー入力要素１２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃを含む。各ボタン又はユーザー入力要素１２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃはユーザー相互作用を検知するように構成される。より詳細には、図１２は、触覚フィードバックシステム１００のブロック図であり、図１３は、開放リングコンポーネント１０２用の例示的な配線図である。図１２に示すように、触覚フィードバックシステム１００は制御デバイス１３０及び開放リングコンポーネント１０２を含む。上記で論じたように、制御デバイス１３０は、電源１５２、及び開放リングコンポーネント１０２にコマンド信号を提供するためのメモリ１５１を有するプロセッサ１５０を含む。センサー１２４に加えて、開放リングコンポーネント１０２は、マイクロコントローラー１５６、容量性センサー集積回路（ＩＣ）、及び伝送モジュール１５８を含む。マイクロコントローラー１５６、容量性センサー集積回路（ＩＣ）１５４及び伝送モジュール１５８は、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２の電極の櫛状パターン内に形成される。マイクロコントローラー１５６は、ブートごとに容量性センサー集積回路（ＩＣ）１５４をセットアップ又は始動し、容量性センサー集積回路（ＩＣ）１５４は、ユーザータッチ又は接触が起こったか否かを判定する。伝送モジュール１５８は、容量性センサー集積回路（ＩＣ）１５４からの出力を制御デバイス１３０のプロセッサ１５０に送出し、また同様に、制御デバイス１３０からマイクロコントローラー１５６に電力を送出する。そのため、センサー１２４の各ボタン又はユーザー入力要素１２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃはユーザー接触を検知するように構成される。さらに、センサー１２４は、制御デバイス１３０のプロセッサ１５０に電気接続されて、その対応するセンサー信号を伝達する又は送信する。
【００３３】
他のセンサーを、センサー１２４に加えて又はセンサー１２４に対する代替として、開放リングコンポーネント１０２内に組み込むことができる。開放リングコンポーネント１０２内に一体形成することができるか又は開放リングコンポーネント１０２に固定することができる他のセンサーの例は、圧力、近接性、位置、及び／又は配向を検知できるセンサーを含む。本明細書で使用するための適したセンサーの例は、容量性センサー、抵抗性センサー、表面音響波センサー、光学センサー（例えば、外部物体によって生成される環境光影を測定することによって位置を検出する影ベースセンサー用の光センサーアレイ）、又は他の適したセンサーを含む。本発明の一実施形態において、制御デバイス１３０は、センサーから到来する信号を、標準化された信号になるように較正する較正モジュールを含むことができる。センサー信号を読み取り、デバイスのための触覚フィードバックを提供するために使用され得るアーキテクチャ及び制御方法は、本発明の同じ譲受人に譲渡されたRosenberg他に対する米国特許第５，７３４，３７３号に、より詳細に記載され、そ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。
【００３４】
上述したように、望ましくは、開放リングコンポーネント１０２は、下にある装着者のフィンガー又は他の身体部分と一定かつ密接に接触するための体にきつい又はピッタリの装着具である。その理由は、こうした一定かつ密接な接触が、開放リングコンポーネント１０２によってなされる触知性触覚効果が装着者によって知覚される又は感じられるために必要とされるからである。図１４及び図１５Ａ〜図１５Ｃは、装着者の異なるフィンガーサイズに対応するために開放リングコンポーネント１０２とともに利用されるインサートを示す。図１４は、第１のサイズのインサート１３２Ａの斜視図であり、開放リングコンポーネント１０２はインサート１３２Ａの外側表面上に配設される。図１５Ａはインサート１３２Ａの斜視図である。インサート１３２Ａは、第１の端部１３４及び対向する第２の端部１３６を有する全体的にＣ状のコンポーネントである。第１のＣ状縁部１３８及び第２のＣ状縁部１３９は、第１の端部１３４と第２の端部１３６との間に延在する。第１のＣ状縁部１３８及び第２のＣ状縁部１３９は同じサイズ及び形状であり、インサート１３２Ａの内径ＤＡを規定する。複数のストラット１３３は、第１のＣ状縁部１３８と第２のＣ状縁部１３９との間に延在し、開口１３５が、隣接するストラット１３３の間に形成される。第１のＣ状縁部１３８及び第２のＣ状縁部１３９並びにストラット１３３は、開放リングコンポーネント１０２がそれらの上に設置されると、開放リングコンポーネント１０２を支持するための構造的フレームワーク又はスキャフォールドを共に形成する。インサート１３２Ａの内径ＤＡは、図９Ａに関して上述したように、非作動状態の開放リングコンポーネント１０２の公称の又は第１の内径Ｄ１より大きい。したがって、インサート１３２Ａは、比較的大きいフィンガー又は指のために、開放リングコンポーネント１０２をサイズ調整するために開放リングコンポーネント１０２を幅広化するように機能する。換言すれば、インサート１３２Ａは、比較的大きいフィンガー又は指のために、開放リングコンポーネント１０２の公称の又は第１の内径Ｄ１を調整する又はシフトさせるように機能する。インサート１３２Ａは、開放リングコンポーネント１０２の変形を可能にするのに十分に柔軟性がある材料から形成される。同様に、図１５Ｂ及び図１５Ｃは、それぞれ第２のサイズのインサート１３２Ｂ及び第３のサイズのインサート１３２Ｃの斜視図である。インサート１３２Ｂの内径ＤＢはインサート１３２Ａの内径ＤＡより大きく、インサート１３２Ｃの内径ＤＣはインサート１３２Ｂの内径ＤＢより大きい。
【００３５】
ここで図１６を参照すると、開放リングコンポーネント１０２を製造する方法が示される。図１６のステップ１６６６では、第１のラミネート層、第２のラミネート層、及びマクロファイバーコンポジットアクチュエーター（及び、存在する場合にはマクロファイバーコンポジットアクチュエーター上に配設されたセンサー１２４）は、オーバラップ方式によってモールド１７８０上で組み立てられる。モールド１７８０は、例証のために、モールド１７８０上にコンポーネントがない状態で図１７に示され、オーバラップする第１のラミネート層及び第２のラミネート層をその上に受け取るように構成される円周溝１７８２を含む。モールド１７８０は、好ましくはテフロンで作られる。その理由は、エポキシがテフロンに付着せず、テフロンが最大５００度（華氏）の高温に耐性があるからである。モールド１７８０は、ねじ又は他の締結具１７８５によってともに結合されたキャップ１７８１及び主本体１７８３の２パーツ組立体である。
【００３６】
一実施形態において、第１のラミネート層は、平行ファイバーを有しかつエポキシに予備含浸された単方向カーボンファイバーコンポジットから形成される。一実施形態において、第１のラミネート層は、所望の寸法を有する、すなわち、開放リングコンポーネント内への組み立てに適するサイズ及び形状を有するプリフォームで設けられる。別の実施形態において、図１８に示すテンプレート１８７２は、材料シートから第１のラミネート層をカットして所望の寸法にするために利用される。テンプレート１８７２は、単方向カーボンファイバーコンポジットのファイバーと整列するための、内部に形成されたガイド１８７４を含む。より詳細には、図１９に示すように、テンプレート１８７２は、材料シートの平行ファイバーがテンプレート１８７２のガイド１８７４を用いて整列又は配向するように材料シートの上に位置決めされる。第１のラミネート層は、開放リングコンポーネント内への組立てに適する図２０に示すサイズ及び形状を有するようにテンプレート１８７２を使用してカットアウトされる。図２０は、所望の寸法になるようにカットされた第１のラミネート層１１８を示す。第１のラミネート層１１８の単方向カーボンファイバーコンポジットのファイバーは、図２０上で示す第１のラミネート層１１８の長手方向軸ＬＡに平行に配向する。
【００３７】
一実施形態において、第２のラミネート層は、複数の垂直ファイバーを有しかつエポキシに予備含浸された織物カーボンファイバーコンポジットから形成される。一実施形態において、第２のラミネート層は、所望の寸法を有する、すなわち、開放リングコンポーネント内への組立てに適するサイズ及び形状を有するプリフォームで設けられる。別の実施形態において、図２１に示すテンプレート２１７６は、材料シートから第２のラミネート層をカットして所望の寸法にするために利用される。テンプレート２１７６は、織物カーボンファイバーコンポジットのファイバーと整列するための、内部に形成されたガイド２１７８を含む。より詳細には、図２２に示すように、テンプレート２１７６は、材料シートの織物ファイバーがテンプレート２１７６のガイド２１７８内で整列又は配向するように材料シートの上に位置決めされる。第２のラミネート層は、開放リングコンポーネント内への組立てに適する図２３に示すサイズ及び形状を有するようにテンプレート２１７６を使用してカットアウトされる。図２３は、所望の寸法になるようにカットされた第２のラミネート層１２０を示す。第２のラミネート層１２０の織物ファイバーは、図２３上で示す第２のラミネート層の長手方向軸ＬＡに関して約４５度の角度θで配向する。
【００３８】
一実施形態において、マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、所望の寸法を有する、すなわち、開放リングコンポーネント内への組立てに適するサイズ及び形状を有するプリフォームで設けられる。別の実施形態において、図２４に示すテンプレート２４８４は、マクロファイバーコンポジットアクチュエーターをカットして所望の寸法にするために利用される。より詳細には、図２５を参照すると、テンプレート２４８４は、マクロファイバーコンポジットアクチュエーターの上に位置決めされ、マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、カットした端部２５８７と、一対のはんだ付け用パッド１１５Ａ、１１５Ｂ（パッドの一方は正であり、パッドの一方は負である）を有する対向端部（カットされていない）とを有するようなサイズにカットされる。マクロファイバーコンポジットアクチュエーターは、開放リングコンポーネント内への組立てに適する図２６に示すサイズ及び形状を有するようにテンプレート２４８４を使用してカットアウトされる。図２６は、所望の寸法になるようにカットされたマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２を示す。さらに、図２６に示すように、マクロファイバーコンポジットアクチュエーターのカットされた端部２５８７を絶縁体２６８６で覆うことができる。絶縁体２６８６は、例えば、５０μｍの厚さ及び１２ｋＶの絶縁耐力を有するカプトンテープとすることができる。カットされた端部２５８７を絶縁体２６８６で覆うことに加えて、はんだ付け用パッドの対１１５Ａ、１１５Ｂを除くマクロファイバーコンポジットアクチュエーターの全長を、絶縁体２６８８で更に覆うことができる。また、絶縁体２６８８は、例えば、５０μｍの厚さ及び１２ｋＶの絶縁耐力を有するカプトンテープとすることができる。
【００３９】
センサー１２４等のセンサーが開放リングコンポーネント内に組み込まれる場合、センサーは、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター上で形成され配設されるか又は貼り付けられる。一実施形態において、センサーは、開放リングコンポーネント内への組立てに適するプリフォームで設けられる。別の実施形態において、図２７に示すテンプレート又はモールド２７９０は、センサーを形成する又は作成するために利用される。モールド２７９０は、その上に形成されたガイド又はカット用パターン２７９２を含み、モールドをテフロンから形成することができる。銅テープがモールド２７９０に押し付けられると、銅テープは、モールド２７９０を成形するか又はこのモールドに一致し、銅テープを、モールド２７９０のカット用パターン２７９２に沿ってカット用刃でカットすることができる。カットした後、センサー１２４は、図２８に示すサイズ及び形状を有し、複数のボタン又はユーザー入力要素１２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃは対応するピン１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃをそれぞれ有する。ピン１２７Ａ、１２７Ｂは、センサー１２４が開放リングコンポーネント内への組立てに適するサイズ及び形状を有するように、図２９に示す残りの平面センサーから約９０度の角度で延在するように上方に屈曲する。最後に、ピン１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃを除くセンサーの全長は絶縁体２９９１で覆われる。また、絶縁体２９９１は、例えば、５０μｍの厚さ及び１２ｋＶの絶縁耐力を有するカプトンテープとすることができる。モールド２７９０から形成されるものとして本明細書で述べられるが、限定はしないが、スタンピング及び／又はダイカット製造方法を含む他の製造技法を、センサー１２４を形成するために利用することができる。
【００４０】
一実施形態において、センサーが形成された後、センサーは、図１６のステップ１６６６の前にマクロファイバーコンポジットアクチュエーター上に組み立てられる。より詳細には、図３０を参照すると、センサー１２４は、センサーの先が丸い端部（すなわち、ピン１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃを含まない端部）がマクロファイバーコンポジットアクチュエーターの未カット端部２５８７に整列するようにマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２上に配設される。センサーはカプトンテープでマクロファイバーコンポジットアクチュエーターに固定することができる。一実施形態において、更なる保護のために、バンド伸長部３１９４Ａ、３１９４Ｂを、センサー及びマクロファイバーコンポジットアクチュエーター組立体に付加することができる。バンド伸長部３１９４Ａ、３１９４Ｂは、銅テープから形成され、センサー１２４に隣接して、はんだ付け用パッド１１５Ａ、１１５Ｂからそれぞれ延在する。バンド伸長部３１９４Ａ、３１９４Ｂは、電力リード線１２８Ａ、１２８Ｂの位置によらず、はんだ付け用パッド１１５Ａ、１１５Ｂと電力リード線１２８Ａ、１２８Ｂ（図１及び図２参照）との間の接続を保証する。
【００４１】
一実施形態において、第１のラミネート層及び第２のラミネート層は、図１６のステップ１６６６の前にともに接合することができる。より詳細には、一実施形態において、第１のラミネート層及び第２のラミネート層は、オーバラップ又はオーバーレイ方式によって互いの上部に直接配設され、ともに接合される。オーバラップする第１のラミネート層及び第２のラミネート層は、その後、図３２に示すようにモールド１７８０上に配設される。オーバラップする第１のラミネート層及び第２のラミネート層は、第１のラミネート層１１８（平行ファイバーを有する）がモールドに当接する一方で、第２のラミネート層１２０（織物ファイバーを有する）がその上部にあるように、モールド１７８０の円周溝１７８２内で巻かれる又は配設される。フルオロカーボンリボン層は、その後、第２のラミネート層１２０の周りに位置決めされるか又は第２のラミネート層１２０に巻き付けられ、モールド１７８０に固定される。フルオロカーボンリボン層は、層を加熱している間に収縮し、第１のラミネート層及び第２のラミネート層に対して強くかつ均一な圧縮力又は圧力を印加して、第１のラミネート層及び第２のラミネート層のエポキシが均一に移動することを保証する。組立体は、その後、３時間〜４時間の期間にわたって約２７５度（華氏）の温度でオーブン内において加熱されることによって硬化される。硬化及びクールダウン後、フルオロカーボンリボン層を、取除くことができ、ともに接合された第１のラミネート層及び第２のラミネート層の部分組立体は、モールド１７８０上に位置決めされたままとすることができる。マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２（及び、存在する場合にはその上のセンサー１２４）は、その後、図３３に示すように、オーバラップ方式によってモールド１７８０上に組み立てられる。
【００４２】
別の実施形態において、第１のラミネート層及び第２のラミネート層は、別個のままである、すなわち互いに独立したままであることができ、マクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）アクチュエーターと同時に共に接合することができる。より詳細には、全てのコンポーネントをモールド１７８０上に組み立てるために、第１のラミネート層、第２のラミネート層及びマクロファイバーコンポジットアクチュエーター（及び、存在する場合にはその上に配設されるセンサー１２４）は、オーバラップ方式によってモールド１７８０上に配設され、それにより、第１のラミネート層１１８（平行ファイバーを有する）はモールドに当接する一方で、第２のラミネート層１２０（織物ファイバーを有する）はその上部にあり、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２（及び、存在する場合にはその上に配設されるセンサー１２４）は第２のラミネート層１２０の上部にある。エポキシ等の接着剤は、第２のラミネート層１２０上にマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２の底部表面（センサー１２４に対向する）を取り付けるために使用される。一実施形態において、エポキシは２５ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力を有する。エポキシを塗布するときに、エポキシから電極及びセンサーを保護するために、マクロファイバーコンポジットアクチュエーターの上部表面上で、後に取り除かれるテフロンテープを利用することができる。
【００４３】
本発明の一実施形態において、モールド１７８０上にマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２及びセンサー１２４を配置する前に、ファイバーグラスの１つの層又は２つの層は、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２の底部表面（センサー１２４に対向する）に貼り付けられる。一実施形態において、ファイバーグラスの各層は、０．３ｏｚの重量及び６０μｍの厚さを有する。エポキシ等の接着剤は、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２の底部表面（センサー１２４に対向する）にファイバーグラス層を貼り付けるために使用される。
【００４４】
ここで、図１６のステップ１６６８を参照すると、組立体（すなわち、第１のラミネート層、第２のラミネート層、マクロファイバーコンポジットアクチュエーター及びその上に配設されるセンサー）は、モールド１７８０上で加熱され、開放リングコンポーネント１０２を一体形成する。フルオロカーボンリボン層は、その後、マクロファイバーコンポジットアクチュエーターの周りに位置決めされ、すなわちマクロファイバーコンポジットアクチュエーターに巻き付けられ、モールド１７８０に固定される。フルオロカーボンリボン層は、層を加熱している間に収縮し、組立体に対して強くかつ均一な圧縮力又は圧力を印加し、均一な接合を保証する。組立体は、その後、１０分〜１５分の期間にわたって約２００度（華氏）の温度でオーブン内において加熱される。代替的には、ヒートガンを、組立体を硬化させるために使用することができる。組立体は、その後、１２時間〜２４時間にわたって硬化することを許容される。硬化後、フルオロカーボンリボン層を取り除くことができ、図３４に示すように及び図１６のステップ１６７０において、開放リングコンポーネント１０２をモールドから取り外すことができる。製造プロセスの最終ステップは、図３５に示すように及び図１６のステップ１６７１において、開放リングコンポーネント１０２の全ての表面上に外側保護コーティング１２６を塗布することである。外側保護コーティング１２６はエポキシとすることができる。
【００４５】
単一マクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２を有する開放リングコンポーネント１０２が本明細書で述べられるが、本発明の別の実施形態において、開放リングコンポーネントは、内部に組み込まれた複数のマクロファイバーコンポジットアクチュエーター１２２を含むことができる。例えば、開放リングコンポーネント１０２は、開放リングコンポーネントの外側表面に隣接する第１のマクロファイバーコンポジットアクチュエーター及び開放リングコンポーネントの内側表面に隣接する第２のマクロファイバーコンポジットアクチュエーターを含むことができる。第１のマクロファイバーコンポジットアクチュエーター及び第２のマクロファイバーコンポジットアクチュエーターが、同時に駆動されて、開放リングコンポーネントの力及び変位を増加することができるか、又は、独立に駆動されて、触覚効果を変動させることができる。別の例において、開放リングコンポーネント１０２は、層上に形成された複数のマクロファイバーコンポジットアクチュエーターを有する単一層を含むことができ、複数のマクロファイバーコンポジットアクチュエーターは独立に駆動されて、空間効果を提供することができる。
【００４６】
さらに、前記で述べたように、マクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）アクチュエーターを有する開放リングコンポーネント１０２が本明細書で主に述べられるが、他のタイプのスマート材料アクチュエーターが、代替的に利用される場合がある。本発明の一実施形態において、開放リングコンポーネント１０２内で利用されるアクチュエーターは、圧電材料、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）、又は上記で挙げた材料と同様の材料から形成される。
【００４７】
さらに、第２の端部から離間しかつ第２の端部に対向する第１の端部を有するＣ状本体を有する開放リングコンポーネント１０２が本明細書で述べられるが、本発明の別の実施形態において、リングは環状コンポーネント（すなわち、円周ギャップ又は開口がない閉鎖リング）とすることができる。１つ以上のマクロファイバーコンポジットアクチュエーターを、低周波数触覚フィードバックを生成するように閉鎖リングに接合することができる。例えば、１つ以上のマクロファイバーコンポジットアクチュエーターを、リングの１つ以上の離間したセクションにおけるパッチとして閉鎖リング構造に固定することができる。別の例として、異なるタイプのスマート材料アクチュエーター（すなわち、膨張又は収縮ベースアクチュエーター）の組合せが、リングの１つ以上の離間したセクションにおけるパッチとして閉鎖リング構造に固定することができる。
【００４８】
さらに、開放リングコンポーネント１０２は、センサー１２４を覆って貼り付けられた又は配設されたグラウンドプレーンを更に含むことができる。センサー１２４のピン１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃは、容量性変化に敏感である。外部擾乱からピンを保護するために、グラウンドプレーンが、こうした外部擾乱を遮断し、ボタン又はユーザー入力要素１２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃのみが容量性変化に敏感であることを保証するために貼り付けられる。
【００４９】
さらに、開放リングコンポーネント１０２は、本明細書で述べる触覚効果を提供することを超える更なる用途のために利用することができる。例えば、一実施形態において、開放リングコンポーネント１０２は、シミュレートされた又は仮想の環境内での開放リングコンポーネント１０２の追跡を可能にする無線信号を放出するために利用することができる。別の例として、開放リングコンポーネント１０２は、シミュレートされた又は仮想の環境内での開放リングコンポーネント１０２の赤外線検出を可能にする熱を放出するために利用することができる。
【００５０】
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。本明細書において論考された全ての特許及び刊行物はその全体が、引用することにより本明細書の一部をなす。
【００５１】
本願は、２０１８年４月２０日に出願された米国特許出願第１５／９５８，９６４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２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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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１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【外国語明細書】
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