(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚フィードバックをユーザーに提供するアクチュエーターであって、
平行平板構造体を備え、前記平行平板構造体は、
ｉ．第１の電極を備える第１の平板と、
ｉｉ．永久分極を有する分極可能構造体を備える第２の平板と、
ｉｉｉ．前記第１の平板と前記第２の平板との間に位置決めされるとともに、前記第１の平板と前記第２の平板とを分離する１つ又は複数のスペーサーとを備え、
前記ユーザーによる第１の力での前記平行平板構造体の第１の接触が、静電相互作用からの触覚フィードバックを提供し、
前記ユーザーによる、前記第１の力よりも大きな第２の力での第２の接触が、前記スペーサーを圧縮し、前記ユーザーへの追加の触覚フィードバックを作動し、
前記アクチュエーターは、衣類に組み込まれている、アクチュエーター。
【請求項２】
前記第２の接触は、前記第１の接触の継続したものである、請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項３】
前記１つ又は複数のスペーサーはハイドロゲルを含む、請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項４】
前記１つ又は複数のスペーサーは、ピエゾポリマー又はピエゾセラミックを含む、請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項５】
前記追加の触覚フィードバックは静電相互作用からのものである、請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項６】
前記第１の平板と前記第２の平板との間に位置決めされた第２のアクチュエーターを更に備える、請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項７】
前記第２のアクチュエーターは前記追加の触覚フィードバックを提供する、請求項６に記載のアクチュエーター。
【請求項８】
前記第２のアクチュエーターはスマート材料アクチュエーターである、請求項６に記載のアクチュエーター。
【請求項９】
前記ユーザーのユーザーインターフェースを提供する、前記平行平板構造体と関連した基板を更に備える、請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項１０】
前記静電相互作用からの前記触覚フィードバックは第１の周波数であり、前記追加の触覚フィードバックは第２の周波数である、請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項１１】
前記第２の周波数は前記第１の周波数よりも高い、請求項１０に記載のアクチュエーター。
【請求項１２】
触覚フィードバックをユーザーに提供し、平行平板構造体を備えるアクチュエーターであって、
前記平行平板構造体は、
ａ）第１の電極と、
ｂ）永久分極を有する分極可能構造体と、
ｃ）前記第１の電極と前記永久分極を有する分極可能構造体との間に位置決めされるとともに、前記第１の電極と前記永久分極を有する分極可能構造体とを分離する１つ又は複数のスペーサーとを備え、
前記ユーザーによる第１の力での前記アクチュエーターの第１の接触が、静電相互作用からの触覚フィードバックを提供し、
前記ユーザーによる、前記第１の力よりも大きな第２の力での第２の接触が、前記スペーサーを圧縮し、静電相互作用からの追加の触覚フィードバックを作動し、
前記アクチュエーターは、衣類に組み込まれている、アクチュエーター。
【請求項１３】
前記１つ又は複数のスペーサーはハイドロゲルを含む、請求項１２に記載のアクチュエーター。
【請求項１４】
前記１つ又は複数のスペーサーは、ピエゾポリマー又はピエゾセラミックを含む、請求項１２に記載のアクチュエーター。
【請求項１５】
前記ユーザーのユーザーインターフェースを提供するように構成された、前記平行平板構造体と関連した基板を更に備える、請求項１２に記載のアクチュエーター。
【請求項１６】
前記第２の接触は前記第１の接触の継続したものである、請求項１２に記載のアクチュエーター。
【請求項１７】
第１の接触及び第２の接触に応答して、第１の触覚フィードバック及び第２の触覚フィードバックをユーザーに提供する着用可能デバイスであって、
ａ）衣類に組み込まれた基板と、
ｂ）前記基板と関連付けられた平行平板構造体とを備え、前記平行平板構造体は、
ｉ．第１の電極を備える第１の平板と、
ｉｉ．永久分極を有する分極可能構造体と少なくとも第２の絶縁体とを備える第２の平板と、
ｉｉｉ．前記第１の平板と前記第２の平板との間に位置決めされるとともに、前記第１の平板と前記第２の平板とを分離する１つ又は複数のスペーサーとを備え、
第１の力での前記第１の接触は、静電相互作用からの前記第１の触覚フィードバックを提供し、
前記第１の力よりも大きな第２の力での前記第２の接触は、前記スペーサーを圧縮し、前記第２の触覚フィードバックを作動する、着用可能デバイス。
【請求項１８】
前記１つ又は複数のスペーサーはハイドロゲルを含む、請求項１７に記載の着用可能デバイス。
【請求項１９】
前記１つ又は複数のスペーサーは、ピエゾポリマー又はピエゾセラミックを含む、請求項１７に記載の着用可能デバイス。
【請求項２０】
前記第２の触覚フィードバックは静電相互作用からのものである、請求項１７に記載の着用可能デバイス。
【請求項２１】
前記第１の平板と前記第２の平板との間に位置決めされた第２のアクチュエーターを更に備える、請求項１７に記載の着用可能デバイス。
【請求項２２】
前記第２のアクチュエーターは前記第２の触覚フィードバックを提供する、請求項２１に記載の着用可能デバイス。
【請求項２３】
前記第２のアクチュエーターはスマート材料アクチュエーターである、請求項２２に記載の着用可能デバイス。
【請求項２４】
前記静電相互作用からの前記第１の触覚フィードバックは第１の周波数であり、前記第２の触覚フィードバックは第２の周波数である、請求項１７に記載の着用可能デバイス。
【請求項２５】
前記第２の周波数は前記第１の周波数よりも高い、請求項２４に記載の着用可能デバイス。
【請求項２６】
前記第２の接触は前記第１の接触の継続したものである、請求項１７に記載の着用可能デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、包括的には、触覚アクチュエーターに関する。例えば、本出願は、高性能平行平板アクチュエーターを対象とし、より詳細には、ボタン、パネル、トラックパッド、タッチパネル、着用物（wearables）、ゲームデバイス及び／又はタッチセンシティブ面等の様々な用途において触覚フィードバックを提供するのに用いることができるアクチュエーターを対象とする。
【０００２】
本出願は、２０１５年８月２５日に出願された「Parallel Plate Actuator」という発明の名称の米国仮特許出願第６２／２０９，７３８号の利益を主張する。この米国仮特許出願の開示内容は、引用することによってその全内容が本明細書の一部をなす。
【背景技術】
【０００３】
触覚効果は、個人と電子デバイスとのインタラクションを高めるのに用いられる。触覚効果によって、ユーザーは、デバイスに組み込まれたアクチュエーターによって一般に生成されるタッチ感覚を体験することが可能になる。そのような触覚効果アクチュエーターは、ディスプレイ又はオーディオデバイスを介した視覚効果及び／又は聴覚効果に代えて又はこれらに加えて、電子デバイスとのユーザーのインタラクションの認知又はフィードバックを提供する。
【０００４】
偏心回転質量（ＥＲＭ）モーター及びリニア共振アクチュエーター（ＬＲＡ）は、大きくて扱いにくく、一般に、局所的な触覚フィードバックを提供しない。ピエゾポリマー／セラミック及びスマートゲル等のスマートアクチュエーターが用いられてきたが、多くの場合、軟弱であり、強い局所的な振動を提供することができない。その上、多くは、一定の加速度／振動だけを提供するように設計されている。触覚用の従来の平行平板アクチュエーターは、高電圧を必要とし、ブロッキングフォース（blocking force）が一般に弱い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、触覚フィードバックを生成する薄型のアクチュエーターが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記に鑑み、本明細書では、平行平板アクチュエーターを含む、触覚フィードバックをユーザーに提供するシステム及び方法が提供される。
【０００７】
本明細書では、実施の形態において、触覚フィードバックをユーザーに提供するアクチュエーターが提供される。適切には、そのようなアクチュエーターは、第１の導体と少なくとも第１の絶縁体とを備える第１の平板と、第２の導体と少なくとも第２の絶縁体とを備える第２の平板と、第１の平板と第２の平板との間に位置決めされるとともに第１の平板と第２の平板とを分離する１つ又は複数のスペーサーとを備える平行平板構造体を備える。適切には、ユーザーによる第１の力での平行平板構造体の第１の接触が、静電相互作用からの触覚フィードバックを提供し、ユーザーによる、第１の力よりも大きな第２の力での第２の接触が、スペーサーを圧縮し、ユーザーへの追加の触覚フィードバックを作動する。
【０００８】
また、本明細書では、触覚フィードバックをユーザーに提供するアクチュエーターであって、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に位置決めされるとともに第１の電極と第２の電極とを分離する１つ又は複数のスペーサーとを備える、アクチュエーターも提供される。適切には、ユーザーによる第１の力でのアクチュエーターの第１の接触が、静電相互作用からの触覚フィードバックを提供し、ユーザーによる、第１の力よりも大きな第２の力での第２の接触が、スペーサーを圧縮し、静電相互作用からの追加の触覚フィードバックを作動する。
【０００９】
本明細書では、追加の実施の形態において、第１の接触及び第２の接触に応答して第１の触覚フィードバック及び第２の触覚フィードバックをユーザーに提供するデバイスが提供される。実施の形態では、デバイスは、基板と、基板と関連付けられた平行平板構造体とを備える。平行構造体は、第１の導体と少なくとも第１の絶縁体とを備える第１の平板と、第２の導体と少なくとも第２の絶縁体とを備える第２の平板と、第１の平板と第２の平板との間に位置決めされるとともに第１の平板と第２の平板とを分離する１つ又は複数のスペーサーとを備える。ユーザーからの第１の力での第１の接触は、静電相互作用からの第１の触覚フィードバックを提供し、ユーザーからの、第１の力よりも大きな第２の力での第２の接触は、スペーサーを圧縮し、第２の触覚フィードバックを作動する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本明細書の一実施形態による触覚フィードバックを提供するアクチュエーターの断面図である。
【図１Ｂ】本明細書の一実施形態による圧縮スペーサーの断面図である。
【図２】本明細書の一実施形態による触覚フィードバックを提供する追加のアクチュエーターの断面図である。
【図３】本明細書の一実施形態による触覚フィードバックを提供する更なるアクチュエーターの断面図である。
【図４】本明細書の一実施形態によるスペーサー構造体の断面図である。
【図５】本明細書の一実施形態による更なるスペーサー構造体の断面図である。
【図６】本明細書の一実施形態による触覚フィードバックを提供するアクチュエーターを備えるデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本技術の上記特徴及び態様並びに他の特徴及び態様は、実施形態の以下の説明から、添付図面に示したように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、本技術の原理を示すように更に機能する。図面内の構成要素は必ずしも一律の縮尺ではない。
【００１２】
様々な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。様々な実施形態に言及するが、これは、本明細書に添付の特許請求の範囲の範囲を限定するものではない。また、この明細書において述べるいずれの例も限定することを意図したものではなく、添付の特許請求の範囲の多くの可能な実施形態のうちの幾つかを述べたものにすぎない。
【００１３】
本明細書では、実施形態において、触覚フィードバックをユーザーに提供する薄型のアクチュエーターが提供される。この薄型アクチュエーターは、単純な平行平板アクチュエーターよりも高い性能及び／又は異なる振動を有する平行平板アクチュエーターに適切に基づいている。このアクチュエーターの性能は、本明細書全体を通じて説明するように、スマート材料アクチュエーター、ピエゾ（ポリマー又はセラミック）及び／又はハイドロゲルを有する平行平板アクチュエーターを提供することによって増幅される。
【００１４】
「触覚効果」とは、本明細書において用いられるとき、タッチの検知を介して、本明細書において説明するようなシステムからユーザーに伝達される振動、テクスチャ、及び／又は熱等の情報を指す。触覚フィードバックは、本明細書では、「触覚フィードバック信号」の提供としても説明される。
【００１５】
本明細書では、実施形態において、例えば図１Ａに示すように、触覚フィードバックをユーザーに提供するアクチュエーター１００が提供される。
【００１６】
実施形態では、図１Ａに示すアクチュエーター１００は、平行平板構造体１０８を備える。平行平板構造体１０８は、第１の導体１１６と少なくとも第１の絶縁体１１４とを備える第１の平板１１０を適切に備える平行平板アクチュエーターである。図１に示すように、実施形態では、第１の平板１１０は追加の絶縁体１１８も更に備える。
【００１７】
平行平板構造体１０８は、第２の導体１２０と少なくとも第２の絶縁体１２２とを備える第２の平板１１２を更に備える。実施形態では、第２の平板１１２は追加の絶縁体１２４も更に備えることができる。一方、更なる実施形態では、第２の導体１２０が絶縁体を備えることは必要とされない。その代わりに、第１の導体１１６（ユーザーに最も近いもの）は、絶縁体１１４を必要とする平行平板構造体の唯一の導体とすることができる。
【００１８】
図１Ａに示すように、平行平板構造体１０８は、１つ又は複数のスペーサー１２６も備える。スペーサー１２６は、適切には、第１の平板１１０と第２の平板１１２との間に位置決めされるとともに第１の平板１１０と第２の平板１１２とを分離している。この結果、２つの導電性平板又は導電性素子がスペーサー素子によって分離されるような、本明細書において説明する「平行平板」と呼ばれる構成が得られ、その結果、平板間に静電場の形でエネルギーを蓄積することができる構造が得られる。
【００１９】
図１Ａに示すように、実施形態では、アクチュエーター１００は、ユーザー１０２のユーザーインターフェースを提供する、平行平板構造体１０８と関連した基板１４０も備える。基板１４０の例には、様々なタッチパッド又は画面、キーボード構造体、ゲームパッド及び他のデバイスインターフェースが含まれる。基板１４０は、アクチュエーター１００への物理的結合（例えば、のり、接着剤、金属半田付け等）を介してアクチュエーター１００と関連付けることもできるし、アクチュエーター１００への電子的（有線又は無線）結合又は接続を介してアクチュエーター１００と関連付けることもできる。本明細書において説明する様々なアクチュエーター及び基板は、デバイス内に統合することができる。これらのデバイスは、着用物、タッチ画面、タッチパッド、モバイルフォン、タブレット、ゲームシステム及びコントローラー、コンピューター等であるが、これらに限定されるものではない。
【００２０】
本明細書において説明する平行平板構造体を含むデバイス又はアセンブリとのユーザーの第１の又は最初の相互作用又は接触（例えば、適切な場合には平行平板構造体１０８との直接接触を含む、基板１４０又は他のユーザーインターフェースとの接触又は相互作用）が行われると、触覚フィードバック１０４が提供される。ユーザーからのこの第１の接触又は相互作用は、第１の力で行われる。適切には、この第１の最初の触覚フィードバックは、ユーザーによるアセンブリ、デバイス、基板、インターフェースとの最初の接触若しくは相互作用又は平行平板との直接的な最初の接触若しくは相互作用に応答して振動又はパルスを引き起こす静電相互作用又は静電場の形を有する。実施形態では、ユーザーからのこの第１の又は最初の接触は、スペーサー１２６を圧縮しない第１の力で行われるが、互いに引き合う／反発し合う第１の平板１１０と第２の平板１１２との間の静電力からの最初の触覚フィードバックを単にトリガーする。
【００２１】
ユーザー１０２による第２の更なる接触が行われると、スペーサー１２６は、例えば、図１Ｂ（単一のスペーサー１２６が圧縮されている拡大図）に示すように圧縮する。この第２の接触は第２の力で行われる。この第２の力は、第１の力よりも大きく、その結果、スペーサー１２６は圧縮される。この圧縮によって、ユーザー１０２への第２の追加の触覚フィードバックを作動させる。
【００２２】
実施形態では、第２の接触は、第１の接触を継続したものである。すなわち、本明細書において説明するように、ユーザーは、アセンブリ、デバイス、インターフェース又は基板（又は平行平板構造体）から自身の接触を解除せず、代わりに、第２の適したより大きな力を印加して、追加の触覚フィードバックを開始する。そのような実施形態では、第１の接触及び第２の接触は、簡単に言えば、本明細書で用いられるように、ユーザーからの最初の相互作用及びユーザーへの関連したフィードバック、その後に続くユーザーからの更なる又は第２の相互作用、その後に続くユーザーへの追加の触覚フィードバックを示し、この場合、第１の接触及び第２の接触は、ユーザーの接触又は相互作用の解除によって区別されない。より正確に言えば、ユーザーは、接触又は相互作用を維持し、平行平板構造体を含むアセンブリ又はデバイスとの相互作用の力を単に増加させ（又は減少させる、又は繰り返す）、結果として、本明細書で説明する異なる触覚フィードバックをもたらす。
【００２３】
例示的な実施形態では、１つ又は複数のスペーサー１２６は、スマートハイドロゲルを含むハイドロゲルを適切に備える。「ハイドロゲル」とは、本明細書において用いられるとき、大量の水の吸収及び解放が可能であるとともに構造的完全性を維持することが可能である架橋親水性ポリマーのネットワークを指す。ハイドロゲルは、塩分濃度、緩衝液条件又は緩衝液成分、ｐＨ、温度、光、及び電場等の外部刺激に応答して形状を変化させる能力を示す。例示的なハイドロゲルには、例えば、Palleau他「Reversible patterning and actuation of hydrogels by electrically assisted ionoprinting」（Nature Communications 4:2257 (2013)）に開示されているようなポリアクリル酸ナトリウム（ｐＮａＡｃ）等の高分子電解質が含まれる。この文献の開示内容は、引用することによって、ハイドロゲル及びそれを調製する方法の開示内容を含めて、その全体が本明細書の一部をなす。
【００２４】
実施形態では、第２の力での第２の接触からの圧縮によってハイドロゲルスペーサーが変形することによって、第１の平板１１０及び第２の平板１２が互いに接近し、（それらの平板間の距離を削減することによって）それらの間の静電相互作用を高め、第２の追加の触覚フィードバックをユーザーに提供することが可能になる。実施形態では、この第２の追加の触覚フィードバックは、第１の触覚フィードバックとは異なるものであり、そのため、ユーザーは、２つの異なる触覚フィードバック（そのような実施形態では、静電相互作用）を体験する。１つはアクチュエーター１００との第１の最初の接触からのものであり、もう１つはスペーサー１２６の圧縮をもたらす第２の相互作用によるものである。
【００２５】
更に別の実施形態では、スペーサーの圧縮は、例えば、スペーサー１２６として用いられる幾つかの特定の高分子スペーサー、又はピエゾポリマー若しくはピエゾセラミック、又は誘電エラストマーを用いることで、追加のエネルギーをアクチュエーターに提供することができる。そのような実施形態では、ピエゾ構造体（すなわち、ポリマー又はセラミック）の圧縮は、追加のエネルギーを第１の平板１１０及び第２の平板１１２に伝達して、静電相互作用の強度又は持続時間を更に増加させることができ、このため、より強い静電フィードバックとすることができる第２の追加の触覚フィードバックを提供することができる。このように、幾つかの特定の実施形態では、スペーサー１２６は、平行平板構造体１０８に余分の作動を加えることができ、及び／又はこの平行平板構造体の触覚応答を高めることができる。例えば、スマートゲル又はポリマーは、電場のもとで拡張／変形することができ、このため、余分の作動をシステムに提供することができ、及び／又はこのシステムの触覚応答を高めることができる。
【００２６】
更に別の実施形態では、アクチュエーター２００について図２に示すように、圧電構造体２０２を平板１１０と１１２との間に配置することができる。スペーサー１２６が圧縮されると、平板１１０は、圧電構造体２０２に最終的に接触して、この圧電構造体の圧縮を引き起こす。圧電構造体のこの圧縮は、追加のエネルギーを平行平板構造体１０８に伝達することができ、その結果、第１の平板と第２の平板との間の増加した静電力によって追加の更なる触覚応答が得られる。圧電構造体２０２（例えば、圧電ポリマー又は圧電セラミック）は、第１の平板１１０及び第２の平板１１２のうちの一方の上の、及び／又は所望される場合には第１の絶縁体１１４及び第２の絶縁体１２２を含めたものの上の、非常に薄いコーティングとして付着させることができる。
【００２７】
本明細書において説明するように、適切には、スペーサー１２６は、平板の作動力及び加速度（すなわち、振動）を増幅することができるピエゾ（ポリマー又はセラミック）材料又は弾性ハイドロゲルを含むスマートアクチュエーターである。適切には、最初の静電相互作用（すなわち、ユーザーからの第１の最初の接触）からの触覚フィードバックは、第１の周波数で行われ、追加の触覚フィードバック（すなわち、スペーサー１２６の圧縮をもたらすより大きな力での第２の追加の接触からのもの）は第２の周波数で行われる。平行平板構造体１０８から、例えば異なる加速度で２つの（又はそれよりも多くの）異なる触覚フィードバックをユーザーに提供する能力は、本明細書において説明するアクチュエーターの固有の利点である。実施形態では、第１の平板１１０と第２の平板１１２との間の距離がスペーサー１２６の圧縮によって減少するにつれて、それらの平板間の静電力の強度は増加し、その結果、より強い静電相互作用又は静電力と、ユーザーへのより強い又はより高い周波数の触覚フィードバックとが得られる。この強度は、本明細書において説明するように、スペーサー１２６から平行平板構造体へのエネルギー伝達によっても高めることができる。
【００２８】
適切には、第２の追加の触覚フィードバックに関連付けられた周波数は、第１の最初の触覚フィードバックよりも高い周波数である。ただし、その逆も本明細書に組み込まれている。例示的な実施形態では、最初の及び／又は追加の触覚フィードバックの振動の周波数は、約１Ｈｚ〜約１０００Ｈｚ程度であり、より適切には、約１Ｈｚ〜約５００Ｈｚ、約１Ｈｚ〜約２００Ｈｚ、約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚ、約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚ、又は約１０Ｈｚ、約２０Ｈｚ、約３０Ｈｚ、約４０Ｈｚ、約５０Ｈｚ、約６０Ｈｚ、約７０Ｈｚ、約８０Ｈｚ、約９０Ｈｚ、若しくは約１００Ｈｚである。
【００２９】
幾つかの特定の実施形態では、ユーザーの第１の接触は、より高い強度（より高い周波数を含む）の静電相互作用のみが提供されるようにスペーサー１２６を圧縮する力のものとすることができる。
【００３０】
追加の実施形態では、図３に示すように、アクチュエーター３００は、第１の平板１１０と第２の平板１１２との間に位置決めされた第２のアクチュエーター３０２を備える。第２のアクチュエーター３０２は、適切には、静電場の生成を可能にするように、導体１２０の下方又は少なくとも導体１２０の一部の下方に位置決めされて示されているが、導体１２０の上方に位置決めすることもできる。絶縁体（スペースの制約によって図示せず）も、適切には、平板１１２と平板１１０との間において、導体１２０の上方に位置決めされている。
【００３１】
スペーサー１２６が圧縮され、平板構造体が最終的に接触すると、第２のアクチュエーター３０２は、第２の追加の触覚フィードバックを提供するように構成されている。例えば、第２のアクチュエーター３０２は、フィードバックを提供する圧電ポリマー、誘電エラストマー、又は複合物とすることもできるし、例えば、スマート材料アクチュエーター、スマート材料合金、マクロファイバー複合物、形状記憶ポリマー等を含む触覚フィードバック用の更なるアクチュエーターとすることもできる。第１の平板１１０と第２の平板１１２とが接触する点までスペーサー１２６を圧縮することによって、静電場はもはやアクティブではないが、逆に、第２の追加の触覚フィードバックは、第２のアクチュエーター３０２のみから得られる。この第２の作動は、圧電アクチュエーターのアクティブ化から得ることができる。
【００３２】
更なる実施形態では、本明細書において説明するような追加の作動を提供することができる誘電エラストマー（２つの電極間に位置決めされたエラストマー）をスペーサー１２６として含めることができる。
【００３３】
本明細書全体を通じて説明するように、スペーサー１２６の圧縮係数によって、ユーザーによる（第１の力での）第１の最初の接触と、スペーサーが圧縮される（第１の力よりも大きな第２の力での）第２の更なる接触とを区別する能力が提供される。本明細書において説明したように、スペーサー１２６は、様々なハイドロゲル又はピエゾ材料とすることができるが、他の実施形態では、スペーサー１２６は、他のタイプのポリマー、ゴム、弾性材料等とすることができる。適切には、スペーサー１２６の圧縮係数は、約０．１ｋＰａ〜約１５０ｋＰａ程度である。
【００３４】
更に別の実施形態では、本明細書において提供されるアクチュエーターは、増大又は強化された触覚フィードバックを提供するように、ユーザーの接触が、最初の静電相互作用及び追加の静電相互作用（スペーサー１２６の圧縮から得られる）の双方を組み合わせた応答をトリガーする触覚フィードバックを提供することができる。スペーサー１２６の圧縮が静電相互作用の追加の増幅をもたらす、本明細書において説明するような実施形態では、この触覚フィードバックは、拡大された効果（すなわち、より強い静電相互作用又は増加した周波数）を有することができる。追加の第２のアクチュエーターを用いる実施形態では、ユーザーの接触は、例えば、２つの異なる周波数又は同時に若しくは実質的に同時に起こるフィードバックの２つの異なる大きさを含む、静電相互作用及び追加の第２の作動の双方からのフィードバックをトリガーすることができる。
【００３５】
追加の実施形態では、本明細書において、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に位置決めされるとともに第１の電極と第２の電極とを分離する１つ又は複数のスペーサーとを備える、触覚フィードバックをユーザーに提供するアクチュエーターが提供される。本明細書において説明したように、適切には、ユーザーによる第１の力でのアクチュエーターの第１の最初の接触が、静電相互作用からの触覚フィードバックを提供する。ユーザーによる、第１の力よりも大きな第２の力での第２の更なる接触は、スペーサーを圧縮し、静電相互作用からの第２の追加の触覚フィードバックを作動する。
【００３６】
図４は、本明細書において説明する実施形態によるアクチュエーターの電極−スペーサー−電極の部分の一例を示している。図示するように、スペーサー１２６は、第１の電極４０２と第２の電極４０４との間に配置されるとともに第１の電極４０２と第２の電極４０４とを分離している。絶縁体は図示されていないが、この構造体に追加することができる。本明細書において説明したように、スペーサー１２６が圧縮されると、第１の電極４０２及び第２の電極４０４は互いにより近くに配置又は移動され、それによって、それらの間の静電相互作用が増加し、それによって、第２の追加の触覚フィードバックが提供される。実施形態では、この第２の追加のフィードバックは、ユーザーによる最初の接触のみから（すなわち、スペーサー１２６の圧縮なしで）生じるフィードバックとは異なるものであり、より強い静電相互作用、より高い周波数の相互作用、それらの双方の組み合わせ、又は第１のフィードバックと異なる他のフィードバックとすることができる。
【００３７】
本明細書において説明したように、スペーサー１２６は、適切には、ハイドロゲル又はピエゾ（ポリマー）若しくはピエゾ（セラミック）を含むことができる。そのようなアクチュエーターは、本明細書において説明したように、ユーザーとのインターフェース用の基板も更に備えることができる。
【００３８】
図５は、スペーサー１２６が電極５０４を分極可能構造体５０２から分離する更なる実施形態を示している。そのような実施形態では、分極可能構造体５０２（例えば、永久分極を有する分極可能構造体）は、例えば、図５に示すように、電荷の分離をもたらす。電極５０４と組み合わせた分極可能構造体５０２における電荷の分離は、本明細書において説明したようなアクチュエーターとして動作するのに十分なものとすることができる。実施形態では、上側電極は、そのアクチュエーターでは必要とされない。スペーサー１２６が圧縮されると、分極可能構造体５０２及び電極５０４は互いにより近くに配置され、静電相互作用が増大し、ユーザーによる第１の最初の接触のみ（すなわち、スペーサー１２６の圧縮を伴わない、より小さな力）から生じるフィードバックとは異なる第２の追加の触覚フィードバックが提供される。
【００３９】
本明細書では、図６に示すように、第１の接触及び第２の接触に応答して第１の触覚フィードバック及び第２の触覚フィードバックをユーザーに提供するデバイスも提供される。例示的なタッチ画面（以下の構造体を明らかにするために部分的にしか示されていない）として示すデバイス６００は、基板１４０（例えば、タッチ画面の上側パネル）と、この基板と関連付けられた平行平板構造体１０８とを備える。本明細書において説明したように、平行平板構造体１０８は、第１の導体１１６と少なくとも第１の絶縁体１１４とを備える第１の平板と、第２の導体と少なくとも第２の絶縁体１２２とを備える第２の平板１１２とを備える。平行平板構造体１０８は、第１の平板と第２の平板との間に位置決めされるとともに第１の平板と第２の平板とを分離する１つ又は複数のスペーサー１２６も備える。
【００４０】
本明細書において説明した平行平板構造体を備えることができるデバイスは、本明細書全体を通じて言及され、例えば、モバイルフォン、タブレット、コンピューター、カーインターフェース、ゲームコンソール及びコントローラー等を含む。例えば、図６に示すように、平行平板構造体は、モバイルフォン若しくはタブレットのタッチ画面、コンピューターの画面、テレビ、ゲームシステム、タッチパッド、タッチセンシティブ構造体、コンピューターモニター、ラップトップディスプレイデバイス、ワークブックディスプレイデバイス、キオスク画面、ポータブル電子デバイス画面、又は他の適したタッチセンシティブシステム等の表面の下方に実装することができる。平行平板構造体は、キーボード、自動車又は他の機械類及び車両におけるインターフェース等においても用いることができる。ゲームを行う際には、平行平板構造体は、様々なハンドヘルドデバイス又はコントローラー等において用いることができる。平行平板構造体は、腕時計及びブレスレット、バンド、衣類、バッグ、財布等を含む着用物にも備えることができる。
【００４１】
本明細書全体を通じて説明したように、第１の力での第１の接触は、静電相互作用からの第１の触覚フィードバックを提供する。第１の力よりも大きな第２の力での第２の接触は、スペーサーを圧縮し、第２の触覚フィードバックを作動する。
【００４２】
適切には、本明細書において説明したデバイスの平行平板において用いられるスペーサーはハイドロゲルを含み、他の実施形態では、スペーサーはピエゾ（ポリマー）又はピエゾ（セラミック）を含む。
【００４３】
本明細書において説明したデバイスでは、第２の追加の触覚フィードバックは、適切には、静電相互作用からのものである。一方、更なる実施形態では、平行平板構造体は、第１の平板と第２の平板との間に位置決めされた第２のアクチュエーターを更に備えることができ、この第２のアクチュエーターは、第２の追加のフィードバックを提供することができる。デバイスのそのような実施形態では、追加の触覚フィードバックは、本明細書において説明したように、静電力以外のものとすることができる。本明細書において提供されるデバイスの例示的な実施形態では、第２のアクチュエーターは、スマート材料アクチュエーターとすることができる。
【００４４】
本明細書において説明したように、デバイスの実施形態では、最初の静電相互作用からの（すなわち、ユーザーからの第１の最初の接触からの）触覚フィードバックは第１の周波数で行われ、第２の追加の触覚フィードバック（すなわち、第２の追加の接触／スペーサーの圧縮からのもの）は第２の周波数で行われる。適切には、これらのデバイスでは、追加の触覚フィードバックと関連付けられた第２の周波数は、第１の最初の触覚フィードバックよりも高い周波数である。ただし、この逆も利用することができる。
【００４５】
様々な実施形態を上記で説明してきたが、それらの実施形態は、限定としてではなく、本技術の例証及び例示として提示されたものにすぎないことが理解されるべきである。本技術の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び細部における様々な変更をそれらの実施形態において行うことができることが当業者には明らかであろう。このため、本技術の広がり及び範囲は、上記で説明した実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲及びその均等物に従ってのみ画定されるべきである。本明細書において論述した各実施形態の各特徴及び本明細書において引用した各文献の各特徴を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述した全ての特許及び刊行物は、引用することによってその全内容が本明細書の一部をなす。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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