(57)【要約】      （修正有）【課題】重たいフローティング・タッチ・スクリーン組立体においてハプティックスを可能にするための、アクチュエータ増幅システムを提供する。【解決手段】システムは、アクチュエータ増幅装置と、アクチュエータ増幅装置上又は内部に配置されるプッシュ・プル・アクチュエータ１２とを備える。アクチュエータ増幅装置は、プッシュ・プル・アクチュエータを受入れるように構成され、アクチュエータ増幅装置を固定質量に取付けるように構成される本体固定部１４、アクチュエータ増幅装置を移動質量に取り付けるための出力インターフェース１６及び内蔵増幅機構を備える。アクチュエータ増幅装置の内蔵増幅機構は、複数のリンク機構２６、２８、３０、３２、または内蔵レバー・アームを備え、プッシュ・プル・アクチュエータによって移動質量へと出力される力を増幅する。【選択図】図１
2016031765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プッシュ・プル・アクチュエータを受け入れるように構成されるアクチュエータ増幅装置であって、該アクチュエータ増幅装置を固定質量に取り付けるように構成される本体固定部、該アクチュエータ増幅装置を移動質量に取り付けるための出力インターフェース、および、内蔵増幅機構を備えるアクチュエータ増幅装置と、
前記アクチュエータ増幅装置上にまたは内部に配置されるプッシュ・プル・アクチュエータであって、前記アクチュエータ増幅装置の前記内蔵増幅機構は、該プッシュ・プル・アクチュエータによって前記移動質量へと出力される力を増幅する、プッシュ・プル・アクチュエータと
を備えるシステム。
【請求項２】
前記プッシュ・プル・アクチュエータによって出力される前記力は１Ｎと５Ｎとの間であり、前記アクチュエータ増幅装置は前記力を２：１と５：１との間の比で増幅する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記内蔵増幅機構は、前記プッシュ・プル・アクチュエータと前記出力インターフェースとの間に延在するレバー・アーム・システムを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記内蔵増幅機構は、前記プッシュ・プル・アクチュエータと前記本体固定部との間に延在する第１の対の対向するリンク機構と、前記プッシュ・プル・アクチュエータと前記出力インターフェースとの間に延在する第２の対の対向するリンク機構とを有するフレームを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の対の対向するリンク機構の各々のリンク機構は、一対の可撓性継手によって前記プッシュ・プル・アクチュエータと前記本体固定部とに取り付けられ、前記第２の対の対向するリンク機構の各々のリンク機構は、一対の可撓性継手によって前記プッシュ・プル・アクチュエータと前記出力インターフェースとに取り付けられ、各々の可撓性継手は、前記プッシュ・プル・アクチュエータによって出力されるトルクを、前記フレームを通じて伝達するように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
各々の可撓性継手はリビング・ヒンジである、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
各々の可撓性継手はピン継手である、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記プッシュ・プル・アクチュエータのプランジャは前記フレームのフレーム表面に搭載され、前記プッシュ・プル・アクチュエータの本体は、前記フレームのアクチュエータ受入れスリーブの内部に配置され、前記フレーム表面と前記アクチュエータ受入れスリーブとは互いに対向する、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記プランジャが前記プッシュ・プル・アクチュエータの前記本体内へと引き込むとき、前記フレームの高さは拡大し、前記フレームの幅は縮小する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記フレームが、前記プッシュ・プル・アクチュエータと前記本体固定部との間に延在する第１の安定化装置と、前記プッシュ・プル・アクチュエータと前記出力インターフェースとの間に延在する第２の安定化装置とをさらに備え、前記第１の安定化装置および前記第２の安定化装置は、前記プッシュ・プル・アクチュエータの移動を制限するように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項１１】
前記アクチュエータ増幅装置は射出成型される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記アクチュエータ増幅装置は、薄板の金属もしくは機械加工された金属、プラスチック、または複合材料から形成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記移動質量は２００グラムと２０００グラムとの間の重量である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記移動質量はフローティング・触覚・タッチ・スクリーン組立体である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記固定質量は自動車のダッシュボード・フレームである、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
増幅フレームであって、
該増幅フレームを固定質量に連結するように構成される本体固定部、
該増幅フレームを触覚・タッチ・スクリーンに連結するための出力インターフェース、
プッシュ・プル・アクチュエータを受け入れるように構成されるアクチュエータ受入れスリーブ、および、
前記アクチュエータ搭載部と前記本体固定部との間に延在する第１の対の対向するリンク機構と、前記アクチュエータ搭載部と前記出力インターフェースとの間に延在する第２の対の対向するリンク機構とを有する複数のリンク機構であって、前記第１の対の対向するリンク機構の各々のリンク機構は、一対の可撓性継手によって前記アクチュエータ搭載部と前記本体固定部とに取り付けられ、前記第２の対の対向するリンク機構の各々のリンク機構は、一対の可撓性継手によって前記アクチュエータ搭載部と前記出力インターフェースとに取り付けられる、複数のリンク機構
を備える増幅フレームと、
前記アクチュエータ受入れスリーブの内部に配置され、力を出力するように構成されるプッシュ・プル・アクチュエータであって、前記増幅フレームの各々の可撓性継手は、該プッシュ・プル・アクチュエータによって出力されるトルクを、前記増幅フレームを通じて伝達するように構成され、前記増幅フレームの前記複数のリンク機構は、前記プッシュ・プル・アクチュエータによって前記触覚・タッチ・スクリーンへと出力される前記力を増幅する、プッシュ・プル・アクチュエータと
を備えるシステム。
【請求項１７】
前記プッシュ・プル・アクチュエータのプランジャは前記増幅フレームのフレーム表面に搭載され、前記プッシュ・プル・アクチュエータの本体は、前記増幅フレームの前記アクチュエータ受入れスリーブの内部に配置され、前記フレーム表面と前記アクチュエータ受入れスリーブとは互いに対向し、前記プランジャが前記プッシュ・プル・アクチュエータの前記本体内へと引き込むとき、前記増幅フレームの高さは拡大し、前記増幅フレームの幅は縮小する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記増幅フレームは、前記プッシュ・プル・アクチュエータと前記本体固定部との間に延在する第１の安定化装置と、前記プッシュ・プル・アクチュエータと前記出力インターフェースとの間に延在する第２の安定化装置とをさらに備え、前記第１の安定化装置および前記第２の安定化装置は、前記プッシュ・プル・アクチュエータの移動を制限するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
アクチュエータ増幅装置であって、
プッシュ・プル・アクチュエータを受け入れるように構成され、該アクチュエータ増幅装置を固定質量に取り付けるように構成されるアクチュエータ搭載部、
該アクチュエータ増幅装置を触覚・タッチ・スクリーンに取り付けるための出力インターフェース、および、
前記アクチュエータ搭載部と前記出力インターフェースとの間に延在し、複数の可撓性継手によって前記アクチュエータ搭載部と前記出力インターフェースとに取り付けられるレバー・アーム・システム
を備えるアクチュエータ増幅装置と、
前記アクチュエータ搭載部の内部に配置され、力を出力するように構成されるプッシュ・プル・アクチュエータであって、前記アクチュエータ増幅装置の各々の可撓性継手は、該プッシュ・プル・アクチュエータによって出力されるトルクを、前記レバー・アーム・システムを通じて伝達するように構成され、前記レバー・アーム・システムは、該プッシュ・プル・アクチュエータによって前記触覚・タッチ・スクリーンへと出力される前記力を増幅する、プッシュ・プル・アクチュエータと
を備えるシステム。
【請求項２０】
前記プッシュ・プル・アクチュエータのプランジャは前記レバー・アーム・システムの端部に搭載され、前記プッシュ・プル・アクチュエータの本体は前記アクチュエータ搭載部上に配置される、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、本明細書にすべての目的に対してその全体において参照により組み込まれている、２０１４年７月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／０２９，９３９号の利益を主張する。また、本出願は、本明細書にすべての目的に対してその全体において参照により組み込まれている、２０１５年１月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／１０７，７６５号、および、２０１５年７月１７日に出願された米国特許出願第１４／８０２，７９５号の利益を主張する。
【０００２】
本明細書の実施形態は、概して、フローティング・タッチ・スクリーン・ハプティックス組立体のためのアクチュエータを対象としており、より具体的には、重たいフローティング・タッチ・スクリーン組立体においてハプティックス（haptics）を可能にするための、アクチュエータ増幅のための方法および装置を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
ハプティックスは、力、振動、および動作（motion）などの触覚（haptic）フィードバック効果（つまり、「触覚効果」）を使用者に与えることによって使用者の触覚を利用する触感（tactile）および力のフィードバック技術である。携帯装置、タッチ・スクリーン装置、タッチ・パッド装置、およびパーソナル・コンピュータなどの装置は、触覚効果を発生するように構成できる。概して、触覚効果を発生することができる埋め込みハードウェア（アクチュエータなど）への呼び出しは、装置のオペレーティング・システム（「ＯＳ」）内にプログラムされることができる。これらの呼び出しは、どの触覚効果を実施するかを規定する。例えば、使用者が、例として、ボタン、タッチ・スクリーン、タッチ・パッド、レバー、ジョイスティック・ホイール、または何らかの他の制御を用いて装置と対話するとき、装置のＯＳは、制御回路を通じて埋め込みハードウェアに実施命令を送信できる。そして、埋め込みハードウェアは、適切な触覚効果を作り出す。
【０００４】
自動車の環境では、ハプティックスは、自動車の環境における、より確かで安全なユーザー・エクスペリエンスを作り出す一助となるように、触感フィードバックを提供できる。ハプティックスの自動車用途には、回転ノブ、ジョイスティック、タッチ・パッド、およびタッチ・スクリーンが含まれる。自動車の環境におけるタッチ・スクリーンの使用は増加してきている。タッチ・スクリーンは、ナビゲーション・システムにとって自然なインターフェースであり、触感フィードバックは、全体的なタッチ・スクリーンの使い勝手の優れた補足的な改善であると共に、ナビゲーション・システムのヒューマン・マシン・インターフェースに固有の特徴である。使用者は、より直観的な対話、安全性の向上に向けたより短い一瞥の時間、および省空間の設計を経験する。スクリーンが、スクリーンの移動を許容する懸架装置に搭載されているため、タッチ・スクリーン・ボタンは、使用者がスクリーンを通じて実際に感じ取れる触感パルスを送ることで、使用者は、素早く一瞥してスクリーンを触ることで、アイコンを選択できる。さらに、近位感知技術を使用することで、手がタッチ・スクリーンに近づくとき、手を検出することができる。アイコンが押されるとき、スクリーンは脈動して命令を受け取ったことを知らせ、視線を安全に道路へと保たせたままにできる。したがって、ハプティックス・タッチ・スクリーンまたはハプティックス・タッチ・パッドの物理的なフィードバックによって、スクリーンまたはパッドを見ることなく、運転者はシステムを操作することができる。Ｃａｄｉｌｌａｃ  ＣＵＲおよびＡｃｕｒａ  ＲＬＸ  Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ（商標）の２つは、自動車用ハプティックス・タッチ・スクリーン・アプリケーションである。Ｌｅｘｕｓ  ＮＸは、ハプティックス・タッチ・パッド・アプリケーションを利用している。
【０００５】
自動車の環境で使用されるタッチ・スクリーンは、大きな表示装置であり、他のハプティックス・タッチ・スクリーンより重たい可能性がある。例えば、１０インチの表示装置が望まれることがあり、システムが、より良い視認性のための光学的接着によってタッチ・パネルに固定されたＬＣＤを備え得るため、おおよそ５００ｇの重さになる（重たい）可能性がある。タッチ・スクリーンまたはタッチ・パネルは、触覚効果が発生されるときにスクリーンを移動させることができる懸架システムに搭載されるため、フローティング・スクリーンと呼ぶことができる。ハプティックスをフローティング・システム装置に提供するためには、小さな移動（動作）と大きな力（加速のための）とが必要とされる。スクリーンおよびその組立体など、移動質量が、より大きくおよび／またはより重たくなる（１００グラムから２キログラム）とき、必要とされる力は、コスト効果のあるプッシュ・プル・ソレノイドが提供できるものを超えて大きくなる。
【０００６】
現在、タッチ・スクリーンまたはタッチ・パネルの移動質量が３００グラムより大きい場合、ハプティックスを提供するのにコスト効果のある解決策はない。受け入れられる手法は、複数のソレノイドまたは圧電のアクチュエータを使用することである。移動質量を持つタッチ・スクリーンは、触覚効果を作り出すのに共に作動する複数の構成部品の動作に依存しているため、複雑な設計でもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本明細書の実施形態は、より大きい、または、より重たい形状因子でハプティックスを可能にするために、安価なプッシュ・プル・ソレノイド・アクチュエータなど、単一のアクチュエータのための増幅機構に関連し、移動質量の大きさは２００グラムから２キログラムまでの範囲に及ぶことができる。複数のアクチュエータを用いる代わりに、増幅機構を備えた単一のアクチュエータを用いることは、コスト効果と複雑でない設計とをもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書の実施形態は、アクチュエータ増幅装置と、アクチュエータ増幅装置上にまたは内部に配置されるプッシュ・プル・アクチュエータとを備えるシステムに関する。アクチュエータ増幅装置は、プッシュ・プル・アクチュエータを受け入れるように構成される。アクチュエータ増幅装置は、アクチュエータ増幅装置を固定質量に取り付けるように構成される本体固定部、アクチュエータ増幅装置を移動質量に取り付けるための出力インターフェース、および、内蔵増幅機構を備える。アクチュエータ増幅装置の内蔵増幅機構は、プッシュ・プル・アクチュエータによって移動質量へと出力される力を増幅する。
【０００９】
本明細書の実施形態は、増幅フレームを備えるシステムに関する。増幅フレームは、増幅フレームを固定質量に連結するように構成される本体固定部、増幅フレームを移動質量に連結するための出力インターフェース、プッシュ・プル・アクチュエータを受け入れるように構成されるアクチュエータ受入れスリーブ、および、複数のリンク機構を備える。複数のリンク機構は、アクチュエータ搭載部と本体固定部との間に延在する第１の対の対向するリンク機構と、アクチュエータ搭載部と出力インターフェースとの間に延在する第２の対の対向するリンク機構とを備える。第１の対の対向するリンク機構の各々のリンク機構は、一対の可撓性継手によってアクチュエータ搭載部と本体固定部とに取り付けられ、第２の対の対向するリンク機構の各々のリンク機構は、一対の可撓性継手によってアクチュエータ搭載部と出力インターフェースとに取り付けられる。プッシュ・プル・アクチュエータは、アクチュエータ受入れスリーブの内部に配置され、力を出力するように構成される。増幅フレームの各々の可撓性継手は、プッシュ・プル・アクチュエータによって出力されるトルクを、増幅フレームを通じて伝達するように構成される。増幅フレームの複数のリンク機構は、プッシュ・プル・アクチュエータによって移動質量へと出力される力を増幅する。
【００１０】
本明細書の実施形態は、アクチュエータ増幅装置を備えるシステムに関する。アクチュエータ増幅装置は、プッシュ・プル・アクチュエータを受け入れるように構成され、アクチュエータ増幅装置を固定質量に取り付けるように構成されるアクチュエータ搭載部を備える。アクチュエータ増幅装置は、アクチュエータ増幅装置を移動質量に取り付けるための出力インターフェースと、アクチュエータ搭載部と出力インターフェースとの間に延在するレバー・アーム・システムとをさらに備える。レバー・アーム・システムは、複数の可撓性継手によってアクチュエータ搭載部と出力インターフェースとに取り付けられる。プッシュ・プル・アクチュエータは、アクチュエータ搭載部の内部に配置され、力を出力するように構成される。アクチュエータ増幅装置の各々の可撓性継手は、プッシュ・プル・アクチュエータによって出力されるトルクを、レバー・アーム・システムを通じて伝達するように構成される。レバー・アーム・システムは、プッシュ・プル・アクチュエータによって移動質量へと出力される力を増幅する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】プッシュ・プル・アクチュエータがアクチュエータ増幅装置の内部に配置され、アクチュエータ増幅装置が、プッシュ・プル・アクチュエータによって出力される力を増幅する内蔵増幅機構を備え、内蔵増幅機構が複数のリンク機構を備える、本明細書の実施形態によるアクチュエータ増幅装置の斜視図である。
【図２】プッシュ・プル・アクチュエータがアクチュエータ増幅装置上に配置され、アクチュエータ増幅装置が、プッシュ・プル・アクチュエータによって出力される力を増幅する内蔵増幅機構を備え、内蔵増幅機構がレバー・アームを備える、本明細書の別の実施形態によるアクチュエータ増幅装置の斜視図である。
【図３】プッシュ・プル・アクチュエータがアクチュエータ増幅装置の内部に配置され、アクチュエータ増幅装置が、プッシュ・プル・アクチュエータの移動を制限するように構成された安定化装置を備える、本明細書の実施形態によるアクチュエータ増幅装置の斜視図である。
【図４】プッシュ・プル・アクチュエータがアクチュエータ増幅装置の内部に配置され、アクチュエータ増幅装置が、移動質量に取り付くように構成されている、本明細書の実施形態によるアクチュエータ増幅装置とフローティング質量または移動質量との斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の前述のおよび他の特徴並びに利点は、添付の図面で示されているような、本明細書の実施形態の以下の記載から明らかとなる。本明細書において組み込まれ、明細書の一部を形成する添付の図面は、さらに、本発明の原理を説明し、当業者に本発明を製作および使用させることができるように機能する。図面は一定の縮尺とはなっていない。
【００１３】
本発明の特定の実施形態は、ここでは、図を参照しつつ説明されており、同様の符号は、同一の要素または機能的に同様の要素を指し示している。以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示であり、本発明を、または、本発明の適用および使用を、限定するように意図されていない。さらに、先の技術分野、背景技術、発明の概要、または、以下の詳細な説明で提示されているあらゆる明示的または暗示的な理論によって拘束されるような意図はない。さらに、以下の説明は、重たいフローティング・タッチ・スクリーン組立体で使用するためのアクチュエータ増幅装置を主に対象としているが、当業者は、この説明が他の移動質量に等しく当てはまることを理解するであろう。
【００１４】
本明細書の実施形態は、アクチュエータ増幅装置と、アクチュエータ増幅装置上にまたは内部に配置されるプッシュ・プル・アクチュエータとを備えるシステムに関する。アクチュエータ増幅装置は、プッシュ・プル・アクチュエータを受け入れるように構成される。アクチュエータ増幅装置は固定質量と移動質量とに取り付くように構成され、アクチュエータ増幅装置は内蔵増幅機構を備えている。アクチュエータ増幅装置の内蔵増幅機構は、プッシュ・プル・アクチュエータによって移動質量へと出力される力を増幅する。アクチュエータ増幅装置は、力を２：１と５：１との間の比で増幅する。したがって、本明細書は、安価なプッシュ・プル・ソレノイド・アクチュエータなど、単一のアクチュエータを必要とし、内蔵増幅機構は、より大きい、または、より重たい形状因子でのハプティックスを可能にし、移動質量の大きさは２００グラムから２キログラムまでの範囲に及ぶことができる。しかしながら、単一のプッシュ・プル・アクチュエータと共に利用されるとして説明されているが、本明細書で説明されている内蔵増幅機構は、システムの所望の出力の力または必要な出力の力によっては、複数のアクチュエータと共に使用されてもよいことが、当業者によって理解されるものである。
【００１５】
本発明は、標準的なプッシュ・プル・ソレノイド・アクチュエータの大きな移動／小さな力を用い、それを、安価な射出成型された増幅またはレバーのシステムの使用によって、小さな移動／大きな力へと変換する連結レバー機構を対象としている。連結レバーは、個別の力の要件、または、任意の標準的なプッシュ・プル・ソレノイド・アクチュエータに向けて設計されることができる。３つの実施形態が以下で説明され、図１、図２、および図３に示されている。これらの実施形態は、おおよそ５００ｇの重量である重たいフローティング・タッチ・スクリーン組立体のために設計されているが、２００グラムと２０００グラムとの間の重量である移動質量のために構成されてもよい。実施形態で検討されているソレノイド・アクチュエータは、１〜５ニュートンの範囲で出力の力を有する。別の言い方をすれば、プッシュ・プル・アクチュエータによって出力される力は、１Ｎと５Ｎとの間である。
【００１６】
本明細書で例示されているアクチュエータ増幅装置の実施形態は、グラフィック表示装置がタッチ表面またはタッチ要素の後に配置されているタッチ・スクリーンとの関連で記載されている。しかしながら、本発明は、このようなタッチ・スクリーンについてのアクチュエータ増幅装置に限定されず、任意の触覚的に励起されるタッチ表面またはタッチ要素に、等しく適用可能である。例えば、アクチュエータ増幅装置は、表示スクリーンがタッチ・パッドと同じ配置とされていないコンピュータのタッチ・パッドに適用できる。アクチュエータ増幅装置は、容量センサ、近接効果センサ、圧電センサ、または他のセンサ技術によって作り出すことができる少なくとも１つのタッチ感知領域、または、タッチ感知領域の配列を備えたタッチ要素に適用できる。グラフィカル要素は、タッチ要素の後に、もしくは、タッチ要素とは別の位置に配置され、ホスト・コンピュータによって更新される表示装置であってもよく、または、関連するタッチ要素のタッチ感知領域を指し示す特徴（例えば、グラフィックス）を備えたプラスチック表面だけであってもよい。したがって、用語タッチ・スクリーンは、以下の詳細な説明および特許請求の範囲で用いられるとき、従来のタッチ・スクリーンと共に、触覚効果が適用され得る任意のタッチ表面またはタッチ要素と、関連するグラフィック要素とを包含するように解釈されるべきである。
【００１７】
一実施形態では、内蔵増幅機構は、２対の対向するリンク機構を有するフレームを備えている。より具体的には、図１を参照すると、アクチュエータ増幅装置は、プッシュ・プル・ソレノイド・アクチュエータ１２を包囲する増幅フレーム１０の内蔵増幅機構を備えている。フレーム１０は、自動車のダッシュボード・フレームのような、固定質量に取り付けまたは連結されるように構成されている表面または本体固定部１４を備えている。フレーム１０は、図４に関連して本明細書においてより詳しく説明されるようなタッチ・スクリーン・システムの移動質量または懸架されたパネル組立体に取り付けまたは連結されるように構成されている出力インターフェース１６も備えている。
【００１８】
ソレノイドまたはプッシュ・プル・アクチュエータ１２は、本体固定部１４と出力インターフェース１６との間に搭載されている。プッシュ・プル・アクチュエータ１２は、プランジャ１８とアクチュエータ本体２２とを備えている。アクチュエータ・プランジャ１８はフレーム１０のフレーム表面２０に搭載されており、アクチュエータ本体２２はフレーム１０のアクチュエータ受入れスリーブ２４の内部に配置されている。フレーム表面２０とアクチュエータ受入れスリーブ２４とは、互いに対向している。
【００１９】
２つのフレーム・リンク機構２６および２８が、プッシュ・プル・アクチュエータ１２と固定質量表面１４との間に延在している。フレーム・リンク機構２６および２８は、プッシュ・プル・アクチュエータ１２と本体固定部１４（フレーム１０を固定質量に取り付けるように構成されている）との間に延在する第１の対の対向するリンク機構と見なすことができる。フレーム・リンク機構３０および３２が、アクチュエータ１０と出力インターフェース１６との間に延在している。フレーム・リンク機構３０および３２は、プッシュ・プル・アクチュエータ１２と出力インターフェース１６（フレーム１０を移動質量に取り付けるように構成されている）との間に延在する第２の対の対向するリンク機構と見なすことができる。
【００２０】
リビング・ヒンジ３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６、および４８が、フレーム・リンク機構２６、２８、３０、および３２の各々の端部にそれぞれ配置されている。別の言い方をすれば、第１の対の対向するリンク機構の各々のリンク機構、すなわち、フレーム・リンク機構２６および２８が、一対の可撓性継手によってプッシュ・プル・アクチュエータ１２と本体固定部１４とに取り付けられており、第２の対の対向するリンク機構の各々のリンク機構、すなわち、フレーム・リンク機構３０および３２が、一対の可撓性継手によってプッシュ・プル・アクチュエータ１２と出力インターフェース１６とに取り付けられている。この実施形態では、各々の可撓性継手はリビング・ヒンジであるが、各々の可撓性継手は、プッシュ・プル・アクチュエータ１２によって出力されるトルクを、フレーム１０を通じて伝達するように構成されている他の構成を有してもよい。別の言い方をすれば、プッシュ・プル・アクチュエータ１２は力を出力するように構成されており、フレーム１０の各々の可撓性継手は、プッシュ・プル・アクチュエータによって出力される力またはトルクを、フレームを通じて伝達するように構成されている。
【００２１】
より具体的には、アクチュエータ１２が引き込むまたは押し出すとき、可撓性継手またはリビング・ヒンジ３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６、および４８は、フレーム１０の寸法のうちの１つ（高さ）を縮小または拡大させる。これはさらに、フレーム１０の垂直な寸法（幅）を、初期のソレノイド移動に対して設計された比で縮小または拡大させることになる。別の言い方をすれば、アクチュエータ１２のプランジャ１８がアクチュエータ１２の本体２２内へと引き込むとき、フレーム１０の高さは拡大し、フレーム１０の幅は縮小する。その結果、フレーム１０の複数のリンク機構２６、２８、３０、３２は、プッシュ・プル・アクチュエータ１２によって移動質量へと出力される力を増幅する。フレーム１０のこの比または機械的な利点は、必要により、２：１から５：１までとすることができる。比は、力の増幅に直接的に影響を与える。矢印５０ａは、プランジャ１８が矢印５０ｂによって示される方向で引き込むとき、タッチ・スクリーンまたは移動質量に加えられる増幅された力の方向を描写している。
【００２２】
別の実施形態では、内蔵増幅機構はレバー・アーム・システムを備えている。より具体的には、図２を参照すると、アクチュエータ増幅装置は、アクチュエータ搭載部５２と、内蔵レバー・アーム・システム５４とを備えている。アクチュエータ搭載部５２は、プッシュ・プル・アクチュエータ５６を受け入れるように構成されており、自動車のダッシュボードなど、システムの固定質量に取り付けまたは連結されるように構成されている。また、アクチュエータ増幅装置は、移動質量に取り付けまたは連結されるように構成されている出力インターフェース７２を備えている。レバー・アーム・システム５４は、アクチュエータ搭載部５２と出力インターフェース７２との間に延在している。
【００２３】
プッシュ・プル・アクチュエータ５６は、アクチュエータ搭載部５２の内部または上に配置されており、力を出力するように構成されている。アクチュエータ１２と同様に、プッシュ・プル・アクチュエータ５６は、プランジャ５８とアクチュエータ本体（図２においてプッシュ・プル・アクチュエータ５６と呼ばれている）とを備えている。レバー・アーム・システム５４は、複数の可撓性継手によってアクチュエータ搭載部５２と出力インターフェース７２とに取り付けられており、アクチュエータ増幅装置の各々の可撓性継手は、プッシュ・プル・アクチュエータ５６によって出力されるトルクを、レバー・アーム・システムを通じて伝達するように構成されている。レバー・アーム・システム５４は、プッシュ・プル・アクチュエータ５６によって移動質量へと出力される力を増幅する。
【００２４】
より具体的には、プッシュ・プル・アクチュエータ５６には、プランジャ搭載部６２によってレバー・アーム組立体５４の端部６０に固定されたプランジャ５８が搭載されており、プランジャ搭載部６２は、リビング・ヒンジ６４によって、レバー・アーム組立体５４の端部６０に固定されている。レバー・アーム組立体５４は、リビング・ヒンジ６６でアクチュエータ搭載部に固定されている。リビング・ヒンジ６８および７０は、レバー・アームを出力インターフェース７２（移動質量、つまり、フローティング・タッチ・スクリーン組立体と連結されている）に固定している。この実施形態では、各々の可撓性継手はリビング・ヒンジであるが、各々の可撓性継手は、プッシュ・プル・アクチュエータ１２によって出力されるトルクを、フレーム１０を通じて伝達するように構成されている他の構成を有してもよい。その結果、レバー・アーム・システム５４は、プッシュ・プル・アクチュエータ５６によって移動質量へと出力される力を増幅する。増幅された力は、プランジャ５８が矢印７４ｂによって示された方向で引き込むとき、矢印７４ａによって示された方向でタッチ・スクリーンに加えられることになる。レバー・アーム・システム５４は、システムの要件に基づいて、２：１から５：１までの力増幅範囲となるように設計されることができる。別の言い方をすれば、レバー・アーム・システム５４のこの比または機械的な利点は、必要により、２：１から５：１までとすることができる。比は、力の増幅に直接的に影響を与える。
【００２５】
図１および図２の連結レバーは、個別の力の要件に向けて、または、任意の標準的なプッシュ・プル・ソレノイド・アクチュエータ、もしくは、他の適切なアクチュエータに向けて設計されることができる。増幅機構は射出成型されることができる。フレームは、好ましくは、射出成型されたＰＥであるが、限定されないが、薄板の金属、機械加工された金属、プラスチック、および／または複合材料など、十分な可撓性および剛性を持つ他の材料が用いられてもよい。ハプティックス・システムを移動するために必要とされる力と、所望のプッシュ・プル・アクチュエータによってもたらされる力とを決定することは、必要とされる最適な増幅比を決定する上で一助となる。大きさについて形状因子を最小化することと、増幅を最大化することとは、大きな質量作動システムについての増幅機構の設計に関して考慮される因子である。
【００２６】
第３の実施形態が図３に示されている。この実施形態は、第１のソレノイド安定化装置８０と第２のソレノイド安定化装置８２とを備えている。この実施形態では、第１の安定化装置８０はプッシュ・プル・アクチュエータ１２と本体固定部１４との間に延在し、第２の安定化装置８２は、プッシュ・プル・アクチュエータ１２と出力インターフェース１６との間に延在している。安定化装置８０および８２は、ソレノイド本体８４を安定化するように、および、プッシュ・プル・アクチュエータ１２の移動を制限するように構成されている。別の言い方をすれば、安定化装置８０および８２は、バネまたはダンパとして作用し、アクチュエータによる平面移動の逸脱を防止するように作用する。ソレノイド安定化装置８０および８２は、さらに、アクチュエータをフレーム内で整列させたままにするので、アクチュエータの可聴ノイズを低減する。結果的に、内蔵された安定化装置８０および８２を備えたフレーム８６およびソレノイド８４の撓みに基づいたシステムは、より大きな力の発生と、可聴ノイズの低減とをもたらす。ソレノイド安定化装置８０および８２の形と構成とは、フレーム８６に搭載されたアクチュエータ８４の大きさと強度に依存して、当業者によって決定されることができる。図１および図２のフレームと同様に、理想的には、フレーム８４は射出成型された一体のＰＥフレームであるが、十分な可撓性および剛性を持つ他の材料が用いられてもよい。ハプティックス・システムを移動するために必要とされる力と、所望のプッシュ・プル・アクチュエータによってもたらされる力を決定することは、必要とされる最適な増幅比を決定する上で一助となる。大きさについて形状因子を最小化することと、増幅を最大化することとは、大きな質量作動システムについての増幅機構の設計に関して考慮される因子である。
【００２７】
図３は、ピン継手８８、９０、９２、９４、９６、９８、１００、および１０２の使用も開示している。フレーム８６のこのような継手は、アクチュエータ８４の要求されるトルクを、フレーム８６を通じて伝達するだけの可動性または可撓性を有するように設計される。図１および図２の実施形態で示したようなリビング・ヒンジを含むがそれに限定されない、任意の他の可撓性継手が、要求されるトルクを、フレームを通じて伝達できるという条件で、用いられてもよい。反対に、ピン継手は、要求されるトルクを、アクチュエータ増幅装置を通じて、アクチュエータ増幅装置に取り付けられている移動質量へと伝達するために、図１および図２の実施形態で利用されてもよい。
【００２８】
前述のように、本明細書の実施形態は、移動質量、または、タッチ・スクリーン・システムの懸架されたパネル組立体に取り付けまたは連結されるように構成されている。図４は、図３のアクチュエータ増幅装置と、懸架されたフローティングまたは移動質量とを示している。より具体的には、図３のアクチュエータ増幅装置が、タッチ・スクリーン１０４の下側面に取り付けまたは連結されて示されている。タッチ・スクリーン１０４は、複数の懸架要素１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄを介して、筐体（図４では示されていない）に取り付けられている。懸架要素１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄは、一方向へのタッチ・スクリーン１０４の移動を許容するように構成されている。より具体的には、アクチュエータによって出力される力に応じてタッチ・スクリーン１０４を移動させることができ、それによって、スクリーンへの触覚効果を隔離するために、タッチ・スクリーンは、タッチ・スクリーンがある電子装置内に柔軟に懸架され得る。図４に示した懸架要素１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄは例示であり、触覚・フィードバックのための必要な柔軟性を提供するとともに、タッチ・スクリーンをアクチュエータによって出力される力によって移動させることができるあらゆる種類の懸架システムを有するタッチ・スクリーンで、本明細書で説明されている増幅機構を利用できることは、当業者には明らかである。
【００２９】
いくつかの実施形態が、本明細書おいて具体的に図示および／または記載されている。しかしながら、開示した実施形態の改良および変形は、本発明の精神および意図された範囲から逸脱することなく、前述の教示により、添付の特許請求の範囲内において網羅されていることは、理解されるものである。本発明による様々な実施形態が上記で説明されてきた一方で、それらは、図示および例により提示されただけであって、限定ではないことは、理解されるべきである。形態および詳細における様々な変更は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われ得ることは、当業者には明らかである。したがって、本発明の広さおよび範囲は、前述の例示の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およびその等価物だけに従って定められるべきである。本明細書で説明された各々の実施形態と、本明細書で引用された各々の参考文献との各々の特徴は、任意の他の実施形態の特徴と組み合わされて用いられ得る。本明細書で詳述されているすべての特許および発行物は、それらの全体において、本明細書において参照により組み込まれている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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