(57)【要約】  本発明は、能動的な触覚フィードバックを生成するための装置（１）であって、複数の圧電層と、それらの間に配置された内部電極と、を備える少なくとも１つの圧電アクチュエータ（４）と、第１の増幅要素（５）及び第２の増幅要素（６）であって、前記圧電アクチュエータ（４）は、前記増幅要素（５，６）の間に配置されており、前記圧電アクチュエータ（４）は、電圧が印加された場合に、その広がりが第１の方向（Ｒ１）において変化するように形成及び配置されており、前記増幅要素（５，６）は、前記圧電アクチュエータ（４）の広がりの変化の結果として、それぞれの前記増幅要素（５，６）の部分領域（５ｂ，６ｂ）が、前記圧電アクチュエータ（４）に対して相対的に、前記第１の方向（Ｒ１）に対して垂直な第２の方向（Ｒ２）に移動させられるように変形するよう形成及び配置されている、第１の増幅要素（５）及び第２の増幅要素（６）と、前記増幅要素（５，６）が、前記装置（１）に押し付けられる物体に対して触覚フィードバックが生成されるように変形されるよう、前記圧電アクチュエータ（４）に電圧を印加するように構成された駆動回路（１０）と、を備える装置（１）に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動的な触覚フィードバックを生成するための装置（１）であって、
複数の圧電層と、それらの間に配置された内部電極と、を備える少なくとも１つの圧電アクチュエータ（４，１１）と、
第１の増幅要素（５，１３ａ）及び第２の増幅要素（６，１３ｂ）であって、前記圧電アクチュエータ（４，１１）は、前記増幅要素（５，６，１３ａ，１３ｂ）の間に配置されており、前記圧電アクチュエータ（４，１１）は、電圧が印加された場合に、その広がりが第１の方向（Ｒ１）において変化するように形成及び配置されており、前記増幅要素（５，６，１３ａ，１３ｂ）は、前記圧電アクチュエータ（４，１１）の広がりの変化の結果として、それぞれの前記増幅要素（５，６，１３ａ，１３ｂ）の部分領域（５ｂ，６ｂ）が、前記圧電アクチュエータ（４）に対して相対的に、前記第１の方向（Ｒ１）に対して垂直な第２の方向（Ｒ２）に移動させられるように変形するよう形成及び配置されている、第１の増幅要素（５，１３ａ）及び第２の増幅要素（６，１３ｂ）と、
前記増幅要素（５，６，１３ａ，１３ｂ）が、前記装置（１）に押し付けられる物体に対して触覚フィードバックが生成されるように変形されるよう、前記圧電アクチュエータ（４，１１）に電圧を印加するように構成された駆動回路（１０）と、を備える装置（１）。
【請求項２】
前記駆動回路（１０）は、単一の正弦波パルス、単一の矩形パルス、単一の鋸歯状パルス、単一の半正弦波パルス、単一の半矩形パルス、単一の半鋸歯状パルス、複数の正弦波パルス、複数の矩形パルス、複数の鋸歯状パルス、複数の半正弦波パルス、複数の半矩形パルス、又は、複数の半鋸歯状パルスの形態を有する電圧を、前記圧電アクチュエータ（４，１１）に印加するように構成されている、請求項１に記載の装置（１）。
【請求項３】
前記駆動回路（１０）は、前記装置（１）に力が加えられる場合、印加された電圧が最初は連続的に増大し、前記装置（１）に加えられた力が力閾値を超えた場合、印加された電圧が急激に低下するよう、前記電圧を前記圧電アクチュエータ（４，１１）に印加するように構成されている、請求項１又は２に記載の装置（１）。
【請求項４】
前記駆動回路（１０）は、前記装置（１）に力が加えられ、前記装置（１）に加えられた力が力閾値を超えた場合、単一の電圧パルス又は複数の電圧パルスの形態の前記電圧を、前記圧電アクチュエータ（４，１１）に印加するように構成されている、請求項１又は２に記載の装置（１）。
【請求項５】
前記駆動回路（１０）は、前記装置（１）に力が加えられ、前記装置（１）に加えられた力が力閾値を超えた場合、前記圧電アクチュエータ（４，１１）に印加された電圧が急激に増大し、前記装置（１）に加えられた力が前記力閾値を下回るまで、前記圧電アクチュエータ（４）に印加された電圧を一定に維持するように構成されている、請求項１又は２に記載の装置（１）。
【請求項６】
前記装置（１）は、前記装置（１）に加えられた力を認識するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項７】
前記装置（１）は、前記装置（１）に加えられた力の結果として生じる、前記圧電アクチュエータ（４，１１）の前記内部電極間に生成された電圧を認識するように構成されており、
前記装置（１）は、前記内部電極間に生成された電圧の大きさに基づいて、前記装置（１）に加えられた力を認識するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項８】
前記装置（１）は、前記圧電アクチュエータ（４，１１）の前記内部電極間に、前記アクチュエータ（４）の長さの変化を引き起こす電圧を印加することにより、能動的な触覚フィードバックを生成するように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項９】
前記装置（１）は、前記圧電アクチュエータ（４，１１）に印加された電圧を急激に変化させることにより、前記圧電アクチュエータ（４，１１）を振動状態に移行させることによって、前記力の急変を再現する前記触覚フィードバックを生成するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項１０】
前記振動の周波数は１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲、好ましくは１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲又は２５０Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある、請求項９に記載の装置（１）。
【請求項１１】
前記第１の増幅要素（５）は円錐台状のシートを備え、前記第２の増幅要素（６）は円錐台状のシートを備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項１２】
前記円錐台状のシートは、それぞれ、前記圧電アクチュエータ（４）の上面（４ａ）又は下面（４ｂ）に固定された縁部領域（５ａ，６ａ）を備え、
前記円錐台状のシートは、それぞれ、前記上面（４ａ）又は前記下面（４ｂ）から隔たっていると共に、前記第２の方向（Ｒ２）に移動させられるように構成された前記部分領域を形成する中央領域（５ｂ，６ｂ）を備える、請求項１１に記載の装置（１）。
【請求項１３】
前記シートは、それぞれチタンを含む、請求項１１又は１２に記載の装置（１）。
【請求項１４】
前記機械的な増幅要素（１３ａ，１３ｂ）はメタルブラケットである、請求項１３に記載の装置（１）。
【請求項１５】
前記機械的な増幅要素（１３ａ，１３ｂ）は、切り込み部を有さず一定の壁圧を有する、又は、
前記機械的な増幅要素（１３ａ，１３ｂ）は、前記機械的な増幅要素の変形に対する機械的な抵抗を低減する少なくとも１つの切り込み部を備える、請求項８又は９に記載の装置（１）。
【請求項１６】
前記圧電アクチュエータ（４）は、正方形の底面を備える、又は、
前記圧電アクチュエータ（１１）は、その長さ（Ｌ）がその幅（Ｂ）よりも大きい底面を備える、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項１７】
前記装置（１）は、ベースプレート（７）と、前記物体によって操作されるように構成されたマン・マシン・インターフェース（２）と、を備え、
前記圧電アクチュエータ（４，１１）は、前記ベースプレート（７）と前記マン・マシン・インターフェース（２）との間に配置されている、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置（１）を用いて能動的な触覚フィードバックを生成するための方法であって、
前記装置（１）に作用する力が力閾値を超えた場合、前記駆動回路（１０）によって、前記圧電アクチュエータ（４，１１）に印加される電圧が変えられる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能動的な触覚フィードバックを生成するための装置、及び、能動的な触覚フィードバックを生成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイスを操作するための機械的なキー及びスイッチは、例えばタッチスクリーンのような純粋に電子的な変形例によって、ますます置き換えられている。従来の機械的なスイッチの使用においては、スイッチングポイントを乗り越えると、力の急変（Kraftsprung）を通じて、キーが成功裏に押されたことが知らされる。
【０００３】
図１は、機械的なキーの力ー距離図を示している。横軸には、機械的なキーが押される距離がプロットされている。縦軸には、キーに加えられる力がプロットされている。
【０００４】
最初に、キーは、ほとんど力を費やすことなく押される。機械的なキーには、バネによってプリテンションを与えることができる。バネのテンションに打ち勝つことができて初めて、費やされるべき力は増大する。最初に、力が一定に維持されるアイドルストローク（Leerhub）があり、その後、力は直線的に増大する。スイッチングポイントＳＰに達すると、力は、力の急変の形態で減少する。スイッチングポイントＳＰは、図１において符号ＳＰで示されている。
【０００５】
力の急変は、ユーザによって知覚され、キーが成功裏に操作されたことをユーザに知らせる。スイッチングポイントＳＰを乗り越えた後及び力の急変の後、加えられるべき力は再び増大する。キーの機械的なエンドストップに達する直前に、加えられるべき力はますます増大する。
【０００６】
動作体験にとって決定的なのは、スイッチングポイントを乗り越えた際に生じる力の急変である。ユーザは、キーの機械的な抵抗の減少を知覚し、キーが成功裏に操作されたことを認識する。音響的なフィードバックが知覚され得ないであろう非常に騒がしい環境においてさえ、この触覚的な印象を通じて、ユーザは、キーが押されたことを確実に確認する。
【０００７】
純粋に電子的なマン・マシン・インターフェースにおいては、力の急変の形態の触覚フィードバックが欠けている。したがって、そのようなインターフェースが正しく操作されたことを認識するために、ユーザは、積極的にディスプレイを見ることを、しばしば強いられる。それにより、ユーザが注意散漫になる可能性がある。例えば、タッチスクリーンは、車両においてもますます使用されている。ここで、ユーザがスクリーンを見ることを強いられる場合、安全性が損なわれる可能性がある。この欠点を回避するために、タッチスクリーンに触覚フィードバックを装備することが一般的である。
【０００８】
触覚フィードバックを生成するための装置の例は、特許文献１及び特許文献２から公知である。
【０００９】
しかしながら、これらの装置においては、達成可能な撓みが非常に限定されている。達成可能な撓みが小さなものにすぎないことに起因して、これらは、例えば１５０Ｈｚ〜２５０Ｈｚの狭い周波数帯においてのみ良好に知覚可能である。なぜなら、ここで人間の触覚が最も鋭敏であるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許第２４６２３３号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１６／０７５１３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、例えば上述した装置の欠点が克服されるような、触覚フィードバックを生成するための改良された装置及び改良された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、独立請求項の主題によって解決される。
【００１３】
少なくとも１つの圧電アクチュエータと、第１の増幅要素と、第２の増幅要素と、駆動回路と、を備える装置が提案される。圧電アクチュエータは、複数の圧電層と、それらの間に配置された内部電極と、を備える。圧電アクチュエータは増幅要素の間に配置されており、圧電アクチュエータは、電圧が印加された場合に、その広がりが第１の方向において変化するように形成及び配置されており、増幅要素は、圧電アクチュエータの広がりの変化の結果として、それぞれの増幅要素の部分領域が、圧電アクチュエータに対して、第１の方向に対して垂直な第２の方向に移動されるように変形するよう、形成及び配置されている。駆動回路は、圧電アクチュエータに電圧を印加するように構成されており、その結果、増幅要素は、装置に押し付けられる物体に対して、力の急変を再現する触覚フィードバックが生成されるよう、変形される。
【００１４】
圧電アクチュエータは、触覚フィードバックを生成するための他の手段、例えばアンバランス・モータ又は線形共振器に対して、応答時間が著しく短いという利点を提供する。短い応答時間は、キーの操作と触覚フィードバックの開始との間の経過時間が長すぎず、したがって、ユーザの苛立ちを引き起こさないという結果をもたらし得る。短い応答時間によってのみ、機械的なキーの触覚挙動を可能な限り正確に再現することができ、ユーザは直感的に期待される感覚を体験することができる。それにより、ユーザの使用体験は一般に改善され得る。
【００１５】
２つの増幅要素の使用により、触覚フィードバックの生成に決定的な移動の振幅を大幅に増大させることが可能となり得る。増幅要素は、圧電アクチュエータの第１の方向への移動が、その振幅が第１の方向への移動と比較して少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍大きい第２の方向への移動に変換されるよう、構成することができる。それにより、増幅要素は、圧電アクチュエータ自体の長さの変化が触覚フィードバックを生成するために使用される場合よりも、触覚フィードバックが著しく強いという結果をもたらすことができる。それにより、達成された撓みが、慌ただしい状況においてさえ、ユーザによって確実に知覚され得ることが、保証され得る。したがって、ユーザによって知覚され得る検出閾値をはるかに上回る触覚フィードバックが提供されることが、保証され得る。
【００１６】
更に、触覚フィードバックは、増幅要素の使用に起因して、例えば大きなスクリーンのような重いマン・マシン・インターフェースで使用されるのに十分に強くすることもできる。増幅要素を使用しなければ、そのような重いマン・マシン・インターフェースを十分に大きく移動させることはできないであろう。
【００１７】
第１の方向における圧電アクチュエータの広がりの変化は、特に、積層方向に対して垂直な方向における長さの変化であってもよく、その場合、圧電層と内部電極は、積層方向において互いに重なって配置されている。したがって、第１の方向における圧電アクチュエータの広がりの変化は、アクチュエータの横方向収縮であり得る。第１及び第２の内部電極の間に印加された電圧によって圧電層内に生じる圧電効果の結果として、第１の方向における圧電アクチュエータの広がりの変化が生じ得る。
【００１８】
増幅要素の部分領域が移動する第２の方向は、圧電アクチュエータの積層方向であり得る。
【００１９】
触覚フィードバックは、力の急変が再現されるように構成されている。特に、マン・マシン・インターフェースを押すユーザに対して、力の急変の印象が生成され得る。ユーザは、自身の指又はペンのような物体で、インターフェースを押すことができる。力の急変の印象は、非常に短い振動によって発生させることができ、これは、機械的なキーがスイッチングポイントＳＰを乗り越える際に慣例的であるように、機械的な抵抗が一次的に減少するという感覚をユーザに与える。振動は、ユーザによって特異な事象として知覚される一時的な振動と解釈することができる。
【００２０】
駆動回路は、単一の正弦波パルス、単一の矩形パルス、単一の鋸歯状パルス、単一の半正弦波パルス、単一の半矩形パルス、又は、単一の半鋸歯状パルスの形態を有する電圧を、圧電アクチュエータに印加するように構成することができる。代替的に、駆動回路は、複数の正弦波パルス、複数の矩形パルス、複数の鋸歯状パルス、複数の半正弦波パルス、複数の半矩形パルス、又は、複数の半鋸歯状パルスの形態を有する電圧を、圧電アクチュエータに印加するように構成することができる。複数のパルスは、ユーザによって、特異な事象として知覚され得る。複数のパルスは、例えばそれぞれ２つのパルスであることができる。複数のパルスを使用することにより、フィードバックは、単一のパルスと比較して増大され得る。
【００２１】
これら全ての形態において、印加電圧を短時間で大きく変化させることができる。鋸歯状及び矩形パルスの場合、大きな変化は急激なものであり得る。正弦波又は半正弦波パルスの場合、大きな変化は、パルスの十分に急峻な側面によってもたらされる。印加電圧の大きな変化によって、アクチュエータは、増幅要素の部分領域の振動を引き起こす振動状態に移行され得る。既に説明したように、短い振動は、ユーザによって力の急変として知覚され、このようにして、スイッチングポイントを乗り越えた印象を与える。
【００２２】
更に、印加電圧は、電圧が十分に短い時間内に十分に大きく変化される限り、任意の他の形態を有することもできる。
【００２３】
一実施例によれば、駆動回路は、装置に力が加えられ、装置に加えられた力が力閾値を超えた場合、単一の電圧パルス又は複数の電圧パルスの形態の電圧を、圧電アクチュエータに印加するように構成されている。電圧パルスは、特に矩形状又は正弦波状であることができる。電圧パルスによって、ユーザによって力の急変として知覚される圧電アクチュエータの振動が引き起こされる。
【００２４】
別の実施例によれば、駆動回路は、装置に力が加えられ、装置に加えられた力が力閾値を超えた場合に、圧電アクチュエータに印加された電圧を急激に高めるように構成することができる。力閾値を予め定義することにより、如何なる力を加えた場合にスイッチングポイントが再現されるかを確定することができる。
【００２５】
駆動回路は、更に、装置に加えられた力が力閾値を下回るまで、圧電アクチュエータに印加される電圧を一定に保つように構成することができる。力閾値を下回った場合、電圧を急激に低下させることができる。それにより、圧電アクチュエータが、力閾値を超えた場合及び下回った場合の両方において振動し、それに応じて、触覚フィードバックが２回生成されることが可能となり得る。ユーザには、キーを操作する際及びキーから手を離す際の両方において、力の急変の感覚が与えられる。
【００２６】
装置は、当該装置に加えられた力を認識するように構成されることができる。そのために、例えば、マン・マシン・インターフェースに配置され、マン・マシン・インターフェースに加えられた圧力を測定する別個の圧力センサを、使用することができる。
【００２７】
装置が、当該装置に加えられた力が所定の力閾値を超えたことを認識した場合、触覚フィードバックを生成することができる。このために、次に、電圧を圧電アクチュエータに印加することができる。
【００２８】
一実施例において、装置は、当該装置に加えられた力の結果として生じる、圧電アクチュエータの内部電極間に生成された電圧を認識するように構成されている。更に、装置は、内部電極間に生成された電圧の大きさに基づいて、当該装置に加えられた力を認識するように構成することができる。この場合、圧力センサを省略することができる。それにより、少ない構成要素を備えるコンパクトな構造が得られる。
【００２９】
それに応じて、内部電極は、装置内において二重の機能を担うことができる。それらは、一方では、マン・マシン・インターフェースに加えられた力を認識するために利用することができる。なぜなら、この場合、それらの間に電圧が生成されるからである。また他方では、それらの間に電圧が印加される場合、それによって能動的な触覚フィードバックが生成されるアクチュエータの長さの変化が引き起こされる。
【００３０】
装置は、圧電アクチュエータの内部電極間に、アクチュエータの長さの変化を引き起こす電圧を印加することにより、能動的な触覚フィードバックを生成するように構成することができる。装置は、圧電アクチュエータに印加された電圧を急激に変化させることにより、圧電アクチュエータを振動状態に移行させることによって、力の急変を再現する触覚フィードバックを生成するように構成することができる。
【００３１】
圧電アクチュエータの振動の周波数、及びしたがって増幅要素の部分領域の振動の周波数は、１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの広い範囲にあることができる。増幅要素の使用に起因して、ユーザの検出閾値をはるかに上回る強い触覚フィードバックを生成することができるため、当該フィードバックは、パチニ小体、及びしたがって人間の触覚が最も鋭敏である１５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数範囲に限定されない。むしろ、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲のより低い周波数、又は、２５０Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲のより高い周波数を有する触覚フィードバックを生成することができ、これは、ユーザによって確実に知覚され得る。増幅要素の部分領域の第２の方向への移動の大きな振幅により、たとえそれらの周波数が１５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲の外にある場合でさえ、ユーザが触覚フィードバックを確実に知覚することが、保証され得る。
【００３２】
第１の増幅要素は、円錐台状のシートを備えることができる。第２の増幅要素は、円錐台状のシートを備えることができる。
【００３３】
増幅要素は、それぞれ、第１の方向におけるアクチュエータの長さの変化を、第２の方向における長さの変化に変換するように構成することができる。増幅要素は、それぞれ、アクチュエータの横方向収縮の結果として生じるアクチュエータの長さの変化を増幅する機能を果たすことができる。この目的のために、増幅要素は、それぞれ、増幅要素の縁部領域が収縮され又は引き伸ばされた際、増幅要素の中央領域が大幅に持ち上げられ又は下降させられるように成形することができる。増幅要素は、それぞれ、基体の横方向収縮を、アクチュエータの積層方向における大幅な長さの変化に変換することに寄与し得る。
【００３４】
円錐台状のシートは、アクチュエータの上面又は下面に固定された縁部領域を備えることができる。縁部領域は、例えば接着、半田付け又は溶接によって、アクチュエータに固定することができる。シートは、更に、積層方向においてアクチュエータの上面又は下面から隔てられた中央領域を備えることができる。アクチュエータが内部電極間に印加された電圧の結果として横方向収縮を受ける場合、シートの中央領域の上面又は下面からの距離は、大幅に変化する可能性がある。
【００３５】
シートは、チタンを含むか又はチタンから成ることができる。チタンは、特に、能動的な触覚フィードバックを生成するための本用途に対して、本質的な利点を有する。装置が人によって操作されると、例えば指の汗の形態の湿気がシート上に達する可能性がある。これは、腐食につながる可能性がある。しかしながら、チタンは、特に耐腐食性の材料であり、その結果、チタンは、腐食による長期間の損傷から装置を良好に保護することができる。
【００３６】
更に、チタンは高い機械的強度を有するので、部材の寿命を延ばすことができる。
【００３７】
更に、チタンは、アクチュエータの熱膨張係数に非常に近い熱膨張係数を有する。それにより、シートのアクチュエータとの接続部は、温度の変化に際して、実質的に機械的な荷重を受けることはない。
【００３８】
機械的な増幅要素は、メタルブラケットであることができる。そのような増幅要素は、その幅よりも大きな長さを有する直方体形状の圧電アクチュエータと組み合わせて使用することができる。そのような細長いアクチュエータ及び付随するブラケット状の増幅要素は、正方形の底面及び円錐台状の増幅要素を有するアクチュエータと比較して、改善された小型化を可能とし、付加的に、同一の入力電圧においてより大きな力を生成することができる。
【００３９】
機械的な増幅要素は、切り込み部を有さず一定の壁圧を有することができる。代替的に、機械的な増幅要素は、機械的な増幅要素の変形に対する機械的な抵抗を低減する少なくとも１つの切り込み部を備えることができる。切り込み部は、増幅要素が小さな力で変形され得るという結果をもたらすことができる。もっとも、増幅要素が小さな厚さで構成される場合には、切り込み部を省略することが有利であり得る。なぜなら、さもなければ増幅要素が不安定になりすぎる可能性があるからである。
【００４０】
圧電アクチュエータは、正方形の底面を備えることができる。代替的に、圧電アクチュエータは、その長さがその幅よりも大きい底面を備えることができる。底面は、その表面法線が、電極及び圧電材料が積層される積層方向を指し示す平面であることができる。長さは、底面の最長の辺の広がりを意味し得る。幅は、底面の最短の辺の広がりを意味し得る。
【００４１】
装置は、ベースプレートと、物体によって操作されるように構成されたマン・マシン・インターフェースと、を備えることができ、圧電アクチュエータは、ベースプレートとマン・マシン・インターフェースとの間に配置されている。触覚フィードバックは、特に、増幅要素の部分領域の互いに対する移動が、ベースプレートに対するマン・マシン・インターフェースの移動に変換されることによって、生成され得る。
【００４２】
別の態様によれば、本発明は、上述した装置を用いて能動的な触覚フィードバックを生成するための方法に関する。装置に作用する力が力閾値を超えた場合、圧電アクチュエータに印加される電圧が駆動回路によって変えられる。
【００４３】
以下において、本発明が、図面に基づいて更に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】機械的なキーの力ー距離図である。
【図２】能動的な触覚フィードバックを生成するための装置１を示している。
【図３】単一の半正弦波状パルスが印加された際に生じる圧電アクチュエータの挙動を示している。
【図４】電圧としてアクチュエータに印加することができる鋸歯状パルスを示している。
【図５】ユーザがマン・マシン・インターフェースの操作をどのように知覚するかを示す、力ー距離図である。
【図６】圧電アクチュエータ及び付随する増幅要素を、斜視図で示している。
【図７】圧電アクチュエータ及び付随する増幅要素の側面図を示している。
【図８】アクチュエータの上面の平面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図２は、能動的な触覚フィードバックを生成するための装置１を示している。能動的な触覚フィードバックは、装置１に圧力を加えるユーザに、機械的なキーを押す感覚を生ぜしめるように構成されている。この目的のために、装置１は、生成された触覚フィードバックが力の急変を再現するように構成されている。
【００４６】
装置１は、マン・マシン・インターフェース２を備えている。これは、装置１のユーザによって操作され得る駆動要素である。例えば、マン・マシン・インターフェース２は、例えば携帯電話又は他の端末において慣用されているような、タッチスクリーンであることができる。ユーザは、マン・マシン・インターフェース２の操作パネル３を、指又は例えばペンのような物体で押すことにより、当該マン・マシン・インターフェース２を操作することができる。
【００４７】
装置１は、更に、圧電アクチュエータ４を備えている。圧電アクチュエータ４は、交互に配置された圧電材料と内部電極の層を備える多層部品である。圧電アクチュエータ４は、印加された電圧の結果として変形するように構成されている。特に、圧電アクチュエータ４は、当該圧電アクチュエータ４に印加された電圧が変化したとき、第１の方向Ｒ１におけるその長さが変化するように構成されている。
【００４８】
装置１は、更に、第１の増幅要素５及び第２の増幅要素６を備えている。第１の増幅要素５は、マン・マシン・インターフェース２と対向する圧電アクチュエータ４の上面４ａに配置されている。第２の増幅要素６は、マン・マシン・インターフェース２とは反対側の圧電アクチュエータ４の下面４ｂに配置されている。
【００４９】
増幅要素５、６の各々は円錐台状のシートであり、当該シートの縁部領域５ａ、６ａは、圧電アクチュエータ４の上面４ａ又は下面４ｂに固定されており、それぞれのシートの中央領域５ｂ、６ｂは、圧電アクチュエータ４から隔てられている。増幅要素５、６は、第１の方向Ｒ１における圧電アクチュエータ４の長さの変化を、第１の方向に対して垂直な第２の方向Ｒ２における移動に変換するように構成されている。増幅要素は、更に、第２の方向の移動の振幅が第１の方向の移動の振幅よりも大きくなるように構成されている。
【００５０】
装置は、更に、ベースプレート７を備えている。第１の増幅要素５の中央領域５ｂは、マン・マシン・インターフェース２に固定されている。第２の増幅要素６の中央領域６ｂは、ベースプレート７に固定されている。ここで、増幅要素５、６の中央領域５ｂ、６ｂが第２の方向Ｒ２に互いに相対移動すると、この運動は、ベースプレート７に対するマン・マシン・インターフェース２の移動に転換される。ベースプレート７は、マン・マシン・インターフェース２より何倍も重いので、実質的に不動のままである。マン・マシン・インターフェース２がベースプレート７に対して移動すると、マン・マシン・インターフェース２を押すユーザに対して触覚フィードバックが生成される。
【００５１】
マン・マシン・インターフェース２の移動の振幅は、第２の方向Ｒ２における２つの増幅要素５、６の移動の振幅によって決定される。この移動は、第１の方向Ｒ１における圧電アクチュエータ４の長さの変化よりも大きな振幅を有する。したがって、生成される触覚フィードバックは、圧電アクチュエータ４の移動自体が触覚フィードバックの生成のために使用される場合と比較して、著しく強い。触覚フィードバックの原因となる移動の大きな振幅に起因して、フィードバックは、慌ただしい状況においても、ユーザによって確実に知覚され得る。それに加えて、例えば比較的大きなスクリーンのような重いマン・マシン・インターフェース２を使用することもできる。強力な触覚フィードバックに起因して、装置１のこの構成は、更に、触覚フィードバックを生成するために、非常に広い周波数スペクトルを使用することを可能とする。
【００５２】
更に、装置は、少なくとも２つのバネ８を備えている。２つのバネ８は、マン・マシン・インターフェース２とベースプレート７との間に配置されており、マン・マシン・インターフェース２とベースプレート７との間で共に圧迫され、それにより応力が付与される。マン・マシン・インターフェース２は、バネ８によって、ベースプレート７に対して平行な位置において、バネ力が作用した状態で支持される。バネ８は、ベースプレート７に対するマン・マシン・インターフェース２の傾斜移動を阻止する。同時に、バネ８は十分な移動の自由度を提供し、その結果、圧電アクチュエータ４がベースプレート７に対して移動する際、マン・マシン・インターフェース２は第２の方向Ｒ２に移動することができる。そのような移動の振幅は、通常、１ｍｍ未満、好ましくは５００μｍ未満である。
【００５３】
装置１は、更に、測定ユニット９を備えている。測定ユニットは、図２において概略的に示されている。測定ユニット９は、圧電アクチュエータ４の少なくとも２つの内部電極と接続されており、当該内部電極間に電圧が発生したことを認識することができる。ユーザがマン・マシン・インターフェース２を押すと、この力は、マン・マシン・インターフェース２及び第１の増幅要素５を介して、圧電アクチュエータ４に加えられる。それにより、圧電アクチュエータ４内に電圧が発生し、当該電圧は測定ユニット９によって記録される。測定ユニット９は、この記録された電圧から、装置１に加えられた力を推定することができる。
【００５４】
図示されていない代替的な実施例において、装置１は、マン・マシン・インターフェース２に加えられた力を検出する別個の力センサを備えることができる。この場合、アクチュエータ４内で発生した電圧は、力の測定には用いられない。
【００５５】
更に、装置１は、能動的な触覚フィードバックを生成するためにアクチュエータ４に電圧を印加するように構成された駆動回路１０を備えている。以下において、アクチュエータ４に印加され得る様々な電圧が考察されるが、その各々は、力の急変の印象を生じさせる能動的な触覚フィードバックを生成することを可能とする。
【００５６】
電圧がアクチュエータ４に印加されると、アクチュエータ４の長さは第１の方向Ｒ１において変化し、この長さの変化は、増幅要素５、６によって、増大された振幅を有する第２の方向Ｒ２の移動に変換される。２つの増幅要素５、６の中央領域５ｂ、６ｂは、互いに離れるように又は互いに向かって移動される。圧電アクチュエータ４に電圧を印加することにより、アクチュエータの短い振動が生成され、当該振動が、マン・マシン・インターフェース２を押すユーザによって、触覚フィードバックとして知覚される。
【００５７】
圧電アクチュエータ４に印加された電圧が、短時間で、例えば１０ｍｓ未満の時間内で著しく変化した場合、常に触覚フィードバックが生成される。圧電アクチュエータ４に印加された電圧の変化により、当該圧電アクチュエータ４は、その長さが変化するため、振動状態に移行される。これは、印加電圧の急激な上昇及び印加電圧の急激な降下の両方において生じる。
【００５８】
図３は、単一の半正弦波状パルスが印加された際に生じる圧電アクチュエータ４の挙動を示している。
【００５９】
カーブＫ１は、駆動回路１０によって圧電アクチュエータ４に印加された電圧の推移を示している。電圧は、３.３ｍｓのパルス幅、即ち約３００Ｈｚの周波数を有する単一の半正弦波状パルスである。図３において、横軸には時間（秒）がプロットされている。縦軸には、カーブＫ１に関して、印加された電圧の高さ（Ｖ）がプロットされている。
【００６０】
カーブＫ２は、アクチュエータ４に印加された電圧の結果としての増幅要素５、６の撓みの推移を示している。図３において、横軸には時間（秒）がプロットされている。縦軸には、カーブＫ１に関して、圧電アクチュエータ４に固定された増幅要素５、６の第２の方向Ｒ２における撓み（μｍ）がプロットされている。
【００６１】
約５ｍｓ後に約２５０μｍの最大撓みに達することが見て取れる。それに応じて、装置１は、非常に短い応答時間を示す。１０ｍｓ未満の短い応答時間は、触覚フィードバックを生成するための圧電アクチュエータ４の使用に起因する。
【００６２】
印加電圧が０Ｖに低下した後、圧電アクチュエータ４は減衰挙動（Abschwingverhalten）を示す。その長さの変化の振幅、及びしたがって増幅要素５、６の移動の振幅も、連続的に減少する。約０.０２秒後、アクチュエータ４の振動は完全に減衰した。
【００６３】
全体として、圧電アクチュエータ４は、印加された電圧パルスに応答して、短い振動を実行する。短い振動の振幅は連続的に減少する。アクチュエータ４によって実行される振動は、マン・マシン・インターフェース２を押すユーザによって、触覚フィードバックとして知覚される。特に、マン・マシン・インターフェース２の操作パネル３を押すユーザにとっては、当該マン・マシン・インターフェース２の機械的な抵抗が一次的に減少したかのように思われる。それに応じて、ユーザに対して、力が急変した印象が生じる。
【００６４】
図４は、電圧としてアクチュエータ４に印加することができる鋸歯状パルスを示している。横軸には時間（秒）がプロットされており、縦軸にはそれぞれの時刻に印加された電圧（ボルト）がプロットされている。時刻t0において、マン・マシン・インターフェース２の操作が認識される。例えば、測定ユニット９が、マン・マシン・インターフェース２に力が加えられたことを認識することができる。ここで示された例において、力は、時刻t0において、所定の力閾値よりも小さい。次に、駆動回路１０によって電圧がアクチュエータ４に印加される。
【００６５】
ここで示された例において、ユーザによってマン・マシン・インターフェース２に加えられた力は、時刻t0において所定の力閾値を超えるまで、ゆっくりと増大される。駆動回路１０によってアクチュエータ４に印加された電圧は、時刻t0とt1との間で連続的に増大される。圧電アクチュエータ４の長さは、低速で変化する。それに応じて、アクチュエータ４は、非常に軽微な振動へと励起されるにすぎない。
【００６６】
時刻t1において、アクチュエータ４に加えられた力は、所定の力閾値を超える。測定ユニット９は、マン・マシン・インターフェース２に加えられる力を監視する。時刻t1において、駆動回路１０によって印加される電圧は、急激にゼロとなる。それにより、図３に示された短い半正弦波状パルスの場合と同様に、圧電アクチュエータ４の長さの大きな変化、及びそれに関連した増幅要素５、６の明らかに顕著な移動が引き起こされ、それにより、マン・マシン・インターフェース２を押すユーザに対して触覚フィードバックが生成される。
【００６７】
図５には、ユーザがマン・マシン・インターフェース２の作動をどのように知覚するかを示す、力ー距離図が示されている。縦軸上には、ユーザが自身の知覚に従ってマン・マシン・インターフェースに加える力が示されている。横軸上には、ユーザの知覚に従ってインターフェースが移動させられる距離が示されている。
【００６８】
所定の力閾値は、ここでは２５Ｎである。力閾値に達すると、アクチュエータ４は一次的に振動状態に移行される。ユーザは、この振動を力の急変として知覚する。ユーザにとっては、自らがマン・マシン・インターフェース２に加えた力が減少しているかのように思われる。次に、ユーザが更にマン・マシン・インターフェース２を押すと、加えられた力が再び増大するように思われる。図５示された力ー距離図は、機械的なキーを操作した際に生じ、図１において見て取れる力ー距離図に、非常に類似している。力の急変を通じて、マン・マシン・インターフェース２が操作されたことを、ユーザに明確に知らせることができる。したがって、機械的なキーの触覚的な挙動は、装置１によって正確に再現することができる。ユーザは、自身が直感的に期待する感覚を体験する。したがって、ユーザの苛立ちが防止され、使用体験が全般的に向上する。
【００６９】
代替的な実施形態においては、力閾値に達した際、矩形状の電圧がアクチュエータ４に印加され得る。電圧が急激に増大し、その結果、ユーザに対して触覚フィードバックが生成される。印加される電圧は、測定ユニット９が、マン・マシン・インターフェース２に加えられた力が力閾値を下回ったことを認識するまで、連続的に印加された状態を維持する。次いで、電圧が急激に低下され、それにより新たに、アクチュエータ４の振動、及びそれに関連して触覚フィードバックへと至る。それにより、ユーザにとっては、機械的なキーから手を離す感覚がもたらされる。この場合も、力の急変が、触覚フィードバックによって再現される。
【００７０】
駆動回路１０は、圧電アクチュエータ４に任意の形態で電圧を印加するように設計することができる。触覚フィードバックを生成するためには、印加された電圧を短い時間内で根本的に変化させることが不可欠である。例えば、印加された電圧は、単一の正弦波パルス、単一の矩形パルス、単一の鋸歯状パルス、単一の半正弦波パルス、単一の半矩形パルス、又は、単一の半鋸歯状パルスの形態を有することができる。
【００７１】
したがって、ここで説明した装置１は、純粋に機械的なキーの利点と、例えばタッチスクリーンのような純粋に電子的なマン・マシン・インターフェースの利点とを、組み合わせることを可能とする。純粋に機械的なキーの本質的な利点は、キーが操作された際に生じると共に、成功裏の操作の確実なフィードバックをユーザに与える、力の急変にある。純粋に電子的なマン・マシン・インターフェースの利点は、例えば、比較的安価で汎用性がある点にある。更に、手入れが容易で、視覚的に好感を与える操作パネルを実現することができる。本装置は、ユーザが特定のキーを成功裏に操作したか否かが容易には認識し得ないという、純粋に電子的なマン・マシン・インターフェースの欠点を克服することを可能とする。
【００７２】
図６及び７は、図２に示された２つの増幅要素５、６を有する図２に示されたアクチュエータ４に代えて使用することができる、２つの増幅要素１３ａ、１３ｂを有する代替的な圧電アクチュエータ１１を示している。
【００７３】
図２に示された圧電アクチュエータ４は、正方形の底面を備えている。付随する増幅要素５，６は円錐台状である。
【００７４】
それに対して、図６及び７に示された圧電アクチュエータ１１は、矩形の底面を備えている。その長さＬは、その幅Ｂよりも大きく、ここで、長さＬは矩形の底面の長辺を示し、幅Ｂは矩形の底面の短辺を示す。例えば、長さＬと幅Ｂとの比は、２：１〜２０：１とすることができる。増幅要素１３ａ、１３ｂはメタルブラケットである。増幅要素１３ａ、１３ｂは、チタンを含むか又はチタンから成ることができる。
【００７５】
図６及び７に示された圧電アクチュエータ１１は、図２に示された圧電アクチュエータ４よりも大きな力及び大きな加速度を発生させることを可能とする。以下において、圧電アクチュエータ１１及び付随する増幅要素１３ａ、１３ｂが詳細に説明される。
【００７６】
図６は、圧電アクチュエータ１１及び付随する増幅要素１３ａ、１３ｂを、斜視図で示している。図７は、圧電アクチュエータ１１及び付随する増幅要素１３ａ、１３ｂの側面図を示している。更に、図８は、増幅要素１３ａ及びアクチュエータ１１の上面の平面図を示している。
【００７７】
圧電アクチュエータ１１は、積層方向Ｓにおいて交互に重ねて積層された内部電極２１及び圧電層２２から成る積層体を備えている。圧電アクチュエータ１１は、第１の端面２４上に配置された第１の外部電極２３と、第２の端面上に配置された第２の外部電極２３と、を備えている。内部電極２１は、積層方向Ｓにおいて交互に、第１の外部電極２３又は第２の外部電極２３と接触している。
【００７８】
圧電層２２は、チタン酸ジルコン酸鉛セラミックス（ＰＺＴセラミック）であることができる。ＰＺＴセラミックは、更に、付加的にネオジム及びニッケルを含んでいてもよい。代替的に、ＰＺＴセラミックは、更に、付加的にネオジム、カリウム、及び場合によっては銅を含んでいてもよい。代替的に、圧電層２２は、Pb(ZrxTi1-x)O3 + y Pb(Mn1/3Nb2/3)O3を含む組成を有していてもよい。
【００７９】
内部電極２１は、銅を含み又は銅から成っている。
【００８０】
圧電アクチュエータ１１は直方体形状である。その表面法線が積層方向Ｓを指し示す平面を、底面と称する。底面は矩形である。底面の長辺は圧電アクチュエータ１１の長さＬを定義し、底面の短辺は圧電アクチュエータ１１の幅Ｂを定義する。
【００８１】
圧電アクチュエータ１１は、５ｍｍ〜２０ｍｍの長さＬ、及び、２ｍｍ〜８ｍｍの幅Ｂを有する。第１の実施例によれば、圧電アクチュエータ１１は、１２ｍｍの長さＬ及び４ｍｍの幅Ｂを有する。第２の実施例において、圧電アクチュエータ１１は、９ｍｍの長さＬ及び３．７５ｍｍの幅Ｂを有する。
【００８２】
積層方向Ｓにおける圧電アクチュエータの広がりは、圧電アクチュエータ１１の高さＨを定義する。圧電アクチュエータ１１の高さＨは、２００μｍ〜１０００μｍであることができる。例えば、高さＨは、第１及び第２の実施例において、それぞれ５００μｍである。
【００８３】
アクチュエータ１１は、２つの絶縁領域１２を備えている。それぞれの絶縁領域１２は、アクチュエータ１１の端部領域に形成されている。特に、それぞれの絶縁領域１２は、アクチュエータの端面２４の領域に形成されている。
【００８４】
絶縁領域１２では、一方の極性の内部電極２１のみが、アクチュエータ１１の端面２４まで達している。絶縁領域１２は、アクチュエータ１１の接触のために使用することができる。例えば、それぞれの絶縁領域１２には、電気的な接触のための外部電極２３を設けることができる。
【００８５】
アクチュエータ１１は、電圧が印加されると、アクチュエータ１１の変形（第１の方向Ｒ１への膨張）が生じるように構成されている。特に、圧電層２２は、内部電極２１間に電圧を印加するとアクチュエータ１１の長さＬが積層方向Ｓに対して垂直に変化する、アクチュエータ１１の横方向収縮が生じるように、分極されている。したがって、アクチュエータは、分極方向及び電界に対して横方向に膨張する（ｄ３１効果）。
【００８６】
積層方向Ｓにおける長さの変化の効果を更に強化するために、装置は、２つの増幅要素１３ａ、１３ｂを備えている。アクチュエータ１１に電圧が印加されると、増幅要素１３ａ、１３ｂは、後に詳述するように、アクチュエータ１１の広がりの変化の結果として、少なくとも部分的に変形する。特に、２つの増幅要素１３ａ、１３ｂは、当該増幅要素１３ａ、１３ｂの部分領域１７ａ、１７ｂが、アクチュエータの長さＬの変化の結果として積層方向Ｓにおいて上昇運動を実行するように寸法決めされていると共にアクチュエータ１１と接続されており、当該上昇運動の振幅は、アクチュエータの長さＬの変化の振幅よりも大きい。
【００８７】
アクチュエータ１１は、増幅要素１３ａ、１３ｂの間に配置されている。増幅要素１３ａ、１３ｂは、少なくとも部分的に、アクチュエータ１１の上面２５又は下面２６の上に載置されている。
【００８８】
それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂは、一体に形成されている。それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂは、矩形の形状を有する。それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂは、帯状に形成されている。それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂは、湾曲して形成されている。それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂは、ブラケット状である。例えば、それぞれの増幅要素は、メタルストリップを備える。それぞれの増幅要素は、チタンを含むか又はチタンから成る。メタルストリップは、以下において詳細に説明されるように、湾曲している。
【００８９】
一体の増幅要素１３ａ、１３ｂの各々は、複数の領域又はセクションに細分されている。したがって、それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂは、部分領域又は第１の領域１７ａ、１７ｂを備える。部分領域１７ａ、１７ｂは、それぞれ、第１のセクション又は中央領域１９ａ、１９ｂを備える。
【００９０】
部分領域１７ａ、１７ｂは、更に、それぞれ２つの第２のセクション又は接続領域２０ａ、２０ｂを備える。それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂの２つの接続領域２０ａ、２０ｂは、それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂの中央領域１９ａ、１９ｂに直接的に隣接している。換言すれば、それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂの中央領域１９ａ、１９ｂは、両側において２つの接続領域２０ａ、２０ｂによって取り囲まれている。
【００９１】
それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂは、更に、２つの端部領域１８ａ、１８ｂを備える。端部領域１８ａ、１８ｂは、それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂの接続領域２０ａ、２０ｂに、直接的に隣接している。換言すれば、それぞれ１つの接続領域２０ａ、２０ｂが、１つの端部領域１８ａ、１８ｂを、１つの増幅要素１３ａ、１３ｂの中央領域１９ａ、１９ｂと接続している。
【００９２】
それぞれの増幅要素の２つの端部領域１８ａ、１８ｂは、アクチュエータ１１の表面上に直接的に載置されている。したがって、第１の増幅要素１３ａの第１及び第２の端部領域１８ａは、アクチュエータ１１の上面２５の部分領域の上に載置されている。更に、第２の増幅要素１３ｂの第１及び第２の端部領域１８ｂは、アクチュエータ１１の上面２５又は下面２６の部分領域の上に載置されている。
【００９３】
端部領域１８ａ、１８ｂは、好ましくは、アクチュエータ１１の表面と着脱不能に接続されている。特に、端部領域１８ａ、１８ｂは、接着接続部１５によってアクチュエータ１１の表面にと接続されている。
【００９４】
それぞれの部分領域１７ａ、１７ｂは、アクチュエータ１１の表面から隔てられている。特に、それぞれの部分領域１７ａ、１７ｂと、アクチュエータ１１の下面２６又は上面２５との間には、自由領域１６が存在する。自由領域１６は、高さｈを有する。アクチュエータ１１と部分領域１７ａ、１７ｂとの間の自由高さｈは０．２ｍｍ〜２．０ｍｍ、第１の実施例では０．７５ｍｍ、第２の実施例では０．４ｍｍであり、自由高さｈは、アクチュエータ１１に電圧が印加されず、増幅要素１３ａ、１３ｂに外力が作用しない場合に、部分領域１７ａ、１７ｂと圧電アクチュエータ１１との間の最大の間隔を規定する。
【００９５】
自由領域１６の高さｈは、それぞれの部分領域１７ａ、１７ｂに沿って変化する。したがって、それぞれの部分領域１７ａ、１７ｂの中央領域１９ａ、１９ｂは、アクチュエータ１１の表面に対して平行に延びるように形成されている。したがって、自由領域１６の高さｈは、中央領域１９ａ、１９ｂの領域において最大である。それとは逆に、それぞれの接続領域２０ａ、２０ｂは、アクチュエータ１１の表面に対して斜めに延びている。換言すれば、それぞれの接続領域２０ａ、２０ｂは、アクチュエータ１１の上面２５又は下面２６との間に、ある角度を成している。当該角度は、好ましくは４５°以下である。したがって、自由領域１６の高さｈは、それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂの中央領域１９ａ、１９ｂから端部領域１８ａ、１８ｂへ向かう方向に減少している。したがって、それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂは、湾曲した形状を有している。
【００９６】
ここでは図示されていない代替的な実施形態において、それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂは、増幅要素のそれぞれの領域の間に、少なくとも１つの薄肉化部、好ましくは複数の薄肉化部を備えることができる。
【００９７】
機械的な増幅要素１３ａ、１３ｂは、それぞれ、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの厚さを有するチタンシートであることができる。例えば、シートは０．２ｍｍの厚さを有することができる。ここで挙げた範囲のシート厚さでは、上昇運動の実行のために必要なシートの変形を、小さな力で引き起こすことができる。したがって、薄肉化によってシートの変形性を増大させる必要がない。それに応じて、シートには、薄肉化部又は切り込み部がなくてもよい。
【００９８】
それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂの平坦な中央領域１９ａ、１９ｂは、１．５ｍｍ〜５．０ｍｍの長さを有することができる。第１の実施例では、中央領域１９ａ、１９ｂの長さは３．５ｍｍである。第２の実施例では、中央領域１９ａ、１９ｂの長さは２．５ｍｍである。端部領域１８ａ、１８ｂは、１．０ｍｍ〜０．５ｍｍの長さを有することができる。第１及び第２の実施例では、端部領域１８ａ、１８ｂの長さは、それぞれ０．７ｍｍである。０．５ｍｍ未満の長さは選択されるべきではない。なぜなら、さもなければ、端部領域１８ａ、１８ｂとアクチュエータ１１との間の接着接続部１５が、場合によっては十分な強度で形成され得ないからである。
【００９９】
アクチュエータ１１及び２つの増幅要素１３ａ、１３ｂから成る部材の全高は、５．０ｍｍ〜１．０ｍｍであることができる。第１の実施例では、全高は２．４ｍｍである。第２の実施例では、全高は１．７ｍｍである。
【０１００】
圧電アクチュエータ１１及び増幅要素１３ａ、１３ｂの電子デバイス内での使用にとって、小型化は重要な観点である。ここで説明された特定の寸法を有する部材を使用することにより、触覚信号を発生させ、その際に非常に小さなスペースしか必要としない部材が提供される。上述した寸法を有する部材は、例えば、携帯電話又は時計ケースの操作パネルの下に配置することができる。
【０１０１】
６０Ｖの電圧を印加した場合、第１の実施例では、２５μｍの自由撓み又は上昇、及び、３.５Ｎのブロッキング力が得られる。その場合、剛性は０.１４Ｎ／μｍである。第２の実施例では、６０Ｖの電圧を印加した場合、１５μｍの自由撓み又は持ち上げ、及び、２.５Ｎのブロッキング力が得られる。その場合、剛性は０.１６Ｎ／μｍである。
【０１０２】
ここで、アクチュエータ１１に電圧が印加されると、それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂの部分領域１７ａ、１７ｂは、アクチュエータ１１に対して相対的に第２の方向Ｒ２に移動する。第２の方向Ｒ２は、第１の方向Ｒ１に対して垂直である。第２の方向Ｒ２は、積層方向Ｓに沿って延びている。
【０１０３】
特に、中央領域１９ａ、１９ｂは、第２の方向Ｒ２に移動する。その場合、それぞれの増幅要素１３ａ、１３ｂは、中央領域１９ａ、１９ｂと接続領域２０ａ、２０ｂとの間、及び、接続領域２０ａ、２０ｂと端部領域１８ａ、１８ｂとの間の移行部で湾曲する。
【０１０４】
それとは逆に、端部領域１８ａ、１８ｂの第２の方向Ｒ２への移動は、アクチュエータ１１との接着接続部１５によって阻止される。むしろ、端部領域１８ａ、１８ｂは、アクチュエータ１１と共に第１の方向Ｒ１に移動する。したがって、端部領域１８ａ、１８ｂと部分領域１７ａ、１７ｂとの間に相対運動が生じる。
【符号の説明】
【０１０５】
１              装置
２              マン・マシン・インターフェース
３              操作パネル
４              圧電アクチュエータ
４ａ            圧電アクチュエータの上面
４ｂ            圧電アクチュエータの下面
５              第１の増幅要素
５ａ            縁部領域
５ｂ            中央領域
６              第２の増幅要素
６ａ            縁部領域
６ｂ            中央領域
７              ベースプレート
８              バネ
９              測定ユニット
１０            駆動回路
１１            圧電アクチュエータ
１２            絶縁領域
１３ａ          増幅要素
１３ｂ          増幅要素
１５            接着接続部
１６            自由領域
１７ａ，１７ｂ  部分領域
１８ａ，１８ｂ  端部領域
１９ａ，１９ｂ  部分領域の第１のセクション／中央領域
２０ａ，２０ｂ  部分領域の第２のセクション／接続領域
２１            内部電極
２２            圧電層
２３            外部電極
２４            端面
２５            上面
２６            下面
ＳＰ            スイッチングポイント
Ｒ１            第１の方向
Ｒ２            第２の方向
Ｋ１            印加電圧の推移
Ｋ２            増幅要素の撓みの推移
Ｂ              アクチュエータの幅
ｈ              自由領域の高さ
Ｈ              アクチュエータの高さ
Ｌ              アクチュエータの長さ
Ｒ１            第１の方向
Ｒ２            第２の方向
Ｓ              積層方向
【図１】
2021512783.tif 000003
【図２】
2021512783.tif 000004
【図３】
2021512783.tif 000005
【図４】
2021512783.tif 000006
【図５】
2021512783.tif 000007
【図６】
2021512783.tif 000008
【図７】
2021512783.tif 000009
【図８】
2021512783.tif 000010
【国際調査報告】
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