(57)【要約】【課題】当該技術分野における需要を満たすように、薄型又はコンパクトであること等によって小型であるとともに消費電力がより少ない触覚効果アクチュエーターを提供する。【解決方法】本願は、包括的には、触覚フィードバックアクチュエーター及びそれらの構成、並びにタッチ式システムにおける使用に関する。触覚フィードバックアクチュエーターは、好適には、異なる熱係数を有する少なくとも２つの材料を含む二層構造であり、その構造の加熱及び／又は冷却に応じて、その構造が第１の位置から第２の位置に撓むことを可能にする。【選択図】図１Ａ
2017045458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーに触覚フィードバックを与えるシステムであって、該システムは、触覚フィードバックジェネレーターを備える装置を備え、
前記触覚フィードバックジェネレーターは、二層材料ストリップを備え、
該二層材料ストリップは、温度変化に応じて、第１の位置と第２の位置との間で撓んで前記ユーザーに触覚フィードバックを与えるように構成される、システム。
【請求項２】
前記二層材料ストリップはバイメタルストリップである、請求項１に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項３】
前記バイメタルストリップは、湾曲輪郭又はＶ字状輪郭のうちの一方を有する、請求項２に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項４】
前記二層材料ストリップは、約１μｍ〜約２００μｍ程度の厚さである、請求項１に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項５】
前記触覚フィードバックジェネレーターは、第１のエネルギー供給源／シンクを更に備える、請求項１に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項６】
前記温度変化は、前記ユーザーが前記触覚フィードバックジェネレーターと接触する場合の該ユーザーから前記第１の熱エネルギー供給源／シンクへの熱エネルギーの移動によって起こる前記二層材料ストリップの温度上昇であり、該温度上昇によって、前記二層材料ストリップが前記第１の位置から前記第２の位置に撓む、請求項５に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項７】
前記触覚フィードバックジェネレーターは、第２のエネルギー供給源／シンクを更に備え、前記温度変化は、前記ユーザーが前記触覚フィードバックジェネレーターとの接触を止める場合の前記二層材料ストリップから前記第２のエネルギー供給源／シンクへの熱エネルギーの移動によって起こる前記二層材料ストリップの温度低下であり、該温度低下によって、前記二層材料ストリップが前記第２の位置から前記第１の位置に撓む、請求項６に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項８】
前記二層材料ストリップは、前記ユーザーに向かう方向において前記第１の位置から前記第２の位置に撓む、請求項１に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項９】
前記温度変化は、前記ユーザーが前記触覚フィードバックジェネレーターと接触する場合にトリガーされる前記第１の熱エネルギー供給源／シンクの加熱によって起こる前記二層材料ストリップの温度上昇であり、該温度上昇によって、前記二層材料ストリップが前記第１の位置から前記第２の位置に撓む、請求項５に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項１０】
前記触覚フィードバックジェネレーターは、第２のエネルギー供給源／シンクを更に備え、前記温度変化は、前記ユーザーが前記触覚フィードバックジェネレーターとの接触を止める場合の前記二層材料ストリップから前記第２のエネルギー供給源／シンクへの熱エネルギーの移動によって起こる前記二層材料ストリップの温度低下であり、該温度低下によって、前記二層材料ストリップが前記第２の位置から前記第１の位置に撓む、請求項９に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項１１】
前記触覚フィードバックは、前記二層材料ストリップが揺動することで生成される振動による触覚フィードバック効果である、請求項１に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項１２】
前記第１の熱エネルギー供給源／シンクは多孔質材料を含む、請求項５に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項１３】
前記第１の熱エネルギー供給源／シンクは流体チャネルを有する、請求項５に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項１４】
前記二層材料ストリップの底面は、前記ユーザーと前記ユーザーがタッチ可能な触覚フィードバックジェネレーターとの接触が解除されると前記二層材料ストリップを前記第１の位置に戻すばねに結合される、請求項６に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項１５】
前記二層材料ストリップの底面は、前記ユーザーがタッチ可能な触覚フィードバックジェネレーターとの接触を前記ユーザーが止める場合に前記二層材料ストリップを前記第１の位置に戻すばねに結合される、請求項９に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項１６】
前記二層材料のうちの少なくとも一方の材料は多孔質である、請求項１に記載の触覚フィードバックを与えるシステム。
【請求項１７】
ユーザーと触覚フィードバックジェネレーターシステムとの接触に応じて、該触覚フィードバックジェネレーターシステムにおいて触覚フィードバックを生成する方法であって、
前記触覚フィードバックジェネレーターシステムにおける第１の熱エネルギー供給源／シンクの温度を上昇させて、それにより、該システム内の二層材料ストリップの温度を上昇させることと、
前記二層材料ストリップを第１の位置と第２の位置との間で撓ませて、前記ユーザーに対する触覚フィードバックを生成することと、
を含む、方法。
【請求項１８】
前記第１の熱エネルギー供給源／シンクの前記温度を上昇させることは、前記ユーザーと前記触覚フィードバックジェネレーターシステムとの接触の結果として、前記ユーザーから前記第１の熱エネルギー供給源／シンクに熱エネルギーを移動させることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の熱エネルギー供給源／シンクの前記温度を上昇させることは、前記ユーザーと前記触覚フィードバックジェネレーターとの接触によってトリガーされる、前記第１の熱エネルギー供給源／シンクを加熱することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ユーザーが前記触覚フィードバックジェネレーターとの接触を止める場合に、前記二層材料ストリップから第２のエネルギー供給源／シンクに熱エネルギーを移動させることと、前記二層材料ストリップを前記第２の位置から前記第１の位置に撓ませることとを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ユーザーが前記触覚フィードバックジェネレーターとの接触を止める場合に、前記二層材料ストリップから第２の熱エネルギー供給源／シンクに熱エネルギーを移動させることと、前記二層材料ストリップを前記第２の位置から前記第１の位置に撓ませることとを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、包括的には、触覚フィードバックアクチュエーター及びそれらの構成、並びにタッチ式システムにおける使用に関する。触覚フィードバックアクチュエーターは、好適には、異なる熱係数を有する少なくとも２つの材料を含む二層構造であり、その構造の加熱及び／又は冷却に応じて、この構造が第１の位置から第２の位置に撓むことを可能にする。
【０００２】
本願は、２０１５年８月２５日に提出された、「Ultrathin Bilayer Haptic Feedback Signal Generating Actuator」と題する米国仮特許出願第６２／２０９８２０号の利益を主張する。この米国仮特許出願の開示内容は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【背景技術】
【０００３】
触覚効果は、個人と電子装置とのインタラクションを向上させるために使用される。触覚効果は、通常は装置に埋め込まれたアクチュエーターによって生成される触感をユーザーが体験することを可能にする。このような触覚効果アクチュエーターは、ディスプレイ装置若しくはオーディオ装置による視覚効果及び／又は聴覚効果の代わりに又はそれに加えて、ユーザーと電子装置とのインタラクションの確認又はフィードバックを与える。多様なサイズの装置において、目に見えないユーザーインターフェースによってそのようなフィードバックを与える必要性が引き続き存在している。ユーザーインターフェースを備え、効率的な電力消費を必要とする電子装置の数が増大するにつれ、そのような触覚効果アクチュエーターのサイズ及び電力消費はより重要になっている。当該技術分野では、薄型又はコンパクトであること等によって小型（low profile）であるとともに、電力消費がより少ない触覚効果アクチュエーターがなおも必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
上記に鑑み、本明細書では、特に触覚フィードバックジェネレーターを備える装置を介して、ユーザーに触覚フィードバックを与えるシステム及び方法が提供される。
【０００５】
本明細書では、複数の実施形態において、ユーザーに触覚フィードバックを与えるシステムが提供される。本システムは、好適には触覚フィードバックジェネレーターを備える装置を備え、触覚フィードバックジェネレーターは、二層材料ストリップを備える。複数の実施形態において、二層材料ストリップは、温度変化に応じて、第１の位置と第２の位置との間で撓んでユーザーに触覚フィードバックを与えるように構成される。
【０００６】
本明細書では、ユーザーと触覚フィードバックジェネレーターシステムとの接触に応じて、触覚フィードバックジェネレーターシステムにおいて触覚フィードバックを生成する方法も提供される。複数の実施形態において、本方法は、触覚フィードバックジェネレーターシステム内の第１の熱エネルギー供給源／シンクの温度を上昇させ、それにより、そのシステム内の二層材料ストリップの温度を上昇させることと、二層材料ストリップを第１の位置と第２の位置との間で撓ませて、ユーザーへの触覚フィードバックを生成することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】本明細書の一実施形態に係る、ユーザーに触覚フィードバックを与えるシステムの断面図である。
【図１Ｂ】本明細書の一実施形態に係る、ユーザーに触覚フィードバックを与えるシステムの断面図である。
【図２Ａ】本明細書の一実施形態に係る触覚フィードバックジェネレーターの断面図である。
【図２Ｂ】本明細書の一実施形態に係る触覚フィードバックジェネレーターの断面図である。
【図２Ｃ】本明細書の一実施形態に係る触覚フィードバックジェネレーターの断面図である。
【図３】本明細書の一実施形態に係るバイメタルストリップの撓み対温度のグラフである。
【図４】本明細書の一実施形態に係る、流体チャネルを有する熱エネルギー供給源／シンクの図である。
【図５】本明細書の更なる一実施形態に係る、流体チャネルを有する熱エネルギー供給源／シンクの図である。
【図６】複数の二層材料ストリップを備える、本明細書の一実施形態に係る、ユーザーに触覚フィードバックを与えるシステムの図である。
【図７】複数の二層材料ストリップを備える、本明細書の一実施形態に係る、ユーザーに触覚フィードバックを与えるシステムの切欠き図である。
【図８Ａ】本明細書の一実施形態に係る触覚フィードバックジェネレーターの断面図である。
【図８Ｂ】本明細書の一実施形態に係る触覚フィードバックジェネレーターの断面図である。
【図９】本明細書の一実施形態に係る二層材料ストリップの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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その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。
【０００９】
図面を参照しながら、種々の実施形態を詳細に記載する。種々の実施形態の参照によって、本明細書に添付の特許請求の範囲がそれに限定されることはない。さらに、本明細書に記載されているいかなる例も、限定を意図しておらず、添付の特許請求の範囲に対する多くの可能な実施形態のうちの一部を説明するだけのものである。
【００１０】
本明細書では、複数の実施形態において、ユーザーに触覚フィードバックを与えるシステムが提供される。図１Ａ及び図１Ｂに説明的に示すように、システム１００は、好適には触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａを備える装置１０４を備える。本明細書では、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａは、複数の実施形態において、ユーザーがタッチ可能な触覚信号ジェネレーターとも記載される。
【００１１】
本明細書で使用される「触覚フィードバック」という用語は、例えば、振動、テクスチャ、及び／又は熱等の、本明細書に記載のシステムから触覚によってユーザーに伝えられる情報を指す。触覚フィードバックは、本明細書の実施形態において触覚フィードバック信号としても記載され得る。
【００１２】
触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａを備えることができる装置１０４の例としては、種々のウェアラブル装置、携帯電話及びタブレット、タッチパッド、キーボード、ゲーム用コンソール及びコントローラー等が挙げられる。
【００１３】
複数の実施形態において、ユーザー１０２は、装置１０４とインタラクトする（interact：対話する、相互作用する）。そのインタラクションに応じて、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａは、ユーザー１０２に向かって隆起することで変形し、すなわち撓んで、撓み（deflected）触覚フィードバックジェネレーター１０６Ｂ（本明細書の複数の実施形態において、撓み触覚信号ジェネレーターとも記載される）になり、それにより、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａからの触覚フィードバック１０８（例えば、圧力、手触り、又は振動）を生成する。ユーザーインタラクションは、好適には、装置１０４の表面、例えば装置１０４の基板１１０（例えば、タッチパッド面、タッチスクリーン、ガラス又はプラスチック製のカバー等）をタッチすることを含むが、更なる実施形態において、上記インタラクションは、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａを直接タッチすることを含むことができる。ユーザーインタラクションは、ユーザーが、触覚フィードバックジェネレーターを実際にタッチすることなく上記撓みを開始させるのに十分なほど、触覚フィードバックジェネレーターに接近することを含むこともできる。
【００１４】
複数の実施形態において、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａは、ユーザーが感じ取ることができる触覚フィードバックの力を生成又は提供する二層材料ストリップ２０２（図２Ａ及び図２Ｂを参照）を備える。二層材料ストリップの作動によって提供され生成される触覚フィードバックは、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａ及び基板１１０を含むタッチ面又はタッチ可能なユーザーインターフェースに対してユーザーが印加し得るユーザーの標準的な接触圧によって阻止又は妨害されないように十分な力である。すなわち、触覚フィードバックの力は、ユーザー１０２が、ユーザーのタッチに抗して二層材料ストリップ２０２が上方に撓むのを感じ取ることができるように十分強いものである。触覚フィードバックの力を増大させる方法が本明細書に記載され、それらの方法としては、二層材料ストリップ２０２に更なる層又は追加の質量等の材料を付加することを用いて、二層材料ストリップ２０２の厚さ又は総重量を増大させることが挙げられる。
【００１５】
図２Ａ及び図２Ｂは、装置１０４内に収容されるか又は装置１０４によって支持される、例示的な触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａ及び撓み触覚フィードバックジェネレーター１０６Ｂの断面図である。本明細書に記載されるように、複数の実施形態において、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａは、タッチ可能なフィードバックジェネレーターであるが、本明細書に記載のように触覚フィードバックを開始するために直接のタッチは必要としない。
【００１６】
触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａは、好適には、例えば図２Ｂに示すように二層材料ストリップ２０２の両端部２１４及び２１６において基板１１０又は装置１０４に結合される二層材料ストリップ２０２を備える。複数の実施形態において、二層材料ストリップ２０２は、両端部２１４及び２１６において、例えば種々の接着剤若しくは糊、ゴム取付け点、若しくは機械的なピボット部、ヒンジ、又は二層材料ストリップが第１の位置と第２の位置との間で枢動するか若しくは撓むことを可能にする（触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａから取り外れることなく揺動及び振動することを可能にすることを含む）他の接続要素を用いて取り付けることができる。
【００１７】
ユーザーが触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａ（又は基板１１０）と接触するとプロセスが開始し、二層材料ストリップ２０２が、その二層材料ストリップがユーザーから離れる方に突き出した略凹状の輪郭を有する第１の位置（図２Ａ）から、その二層材料ストリップがユーザーに向かって突き出した略凸状の輪郭を有する第２の位置（図２Ｂ）に撓み、ユーザー１０２に触覚フィードバック１０８を与える。触覚フィードバック１０８により、ユーザーと触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａとの接触（又は十分に接近するインタラクション）が確認される。図２Ｂに示すように、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａは、撓んで（すなわち、変形して又は「撥ねて（snaps）」）、撓み触覚フィードバックジェネレーター１０６Ｂになる。
【００１８】
複数の実施形態において、二層材料ストリップ２０２は、第１の層２０４及び第２の層２０６を有する。第１の層２０４及び第２の層２０６は、好適には、第１の層２０４と第２の層２０６との間の共通の境界部２０８全体に沿って互いに連結、接合、又は、別様には接着される、２つのストリップ状（又は層状）材料である。ストリップ状とは、第１の層２０４及び第２の層２０６、したがって二層材料ストリップ２０２が、その長さが幅よりも大きく、厚さがその幅よりも小さい構造を有することを示す。
【００１９】
更なる実施形態において、二層材料ストリップ２０２は、本明細書に記載されるように、多層構造体が温度変化に応じて第１の位置から第２の位置に撓む点で、その構造が二層材料ストリップ２０２と略同様の機械的特性を示すように、多数の層を有することができる。例えば、多層構造体は、最終的に二層材料ストリップ２０２を形成するように、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０等の数の層を有することができる。多層構造体は、本明細書に記載されるように、異なる材料特性を有するストリップの本質的に２つの別個のセクション（それぞれ多数の層から構成される）によって、二層材料ストリップ２０２の構造と同様の構造をもたらすように一緒に結合又は接着することができる。
【００２０】
複数の実施形態において、第１の層２０４は第１の材料を含み、第２の層２０６は、第１の材料とは異なる第２の材料を含む。複数の実施形態において、第１の材料及び第２の材料は、本明細書に記載されるように金属材料であり、バイメタルストリップをもたらす。本明細書に記載されるように、第１の材料と第２の材料とは、異なる熱膨張率（ＣＴＥ）を有するように選択することができる。例えば、複数の実施形態における第１の層２０４の第１の材料は、第２の層２０６の第２の材料よりも高いＣＴＥを有することができる。例えば、複数の実施形態において、第１の材料は銅とすることができ、第２の材料は鉄とすることができる。二層材料ストリップ２０２において使用される（バイメタルを含む）例示的な材料及び構造は、例えば、S. Boisseau他「Semi-flexible Bimetal-based Thermal Energy Harvesters」Smart Mater. Struct. 22 (2013) 025021 (8pp)に記載されており、その開示内容は、本明細書に引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【００２１】
複数の実施形態において、第１の層２０４は、第２の層２０６よりも高いＣＴＥを有することができる。加熱すると、第１の層２０４は、第２の層２０６よりも迅速に膨張し、トルク又は他の力となり得る応力を二層材料２０２に発生させ、それにより、続いて二層材料２０２が「撥ね」動作で第１の位置から第２の位置に撓む。複数の実施形態において、二層材料ストリップ２０２を構成する層は、二層材料ストリップ２０２の特定の事前設定形態、形状設定形態、又は形状記憶形態を確立するように一緒に接合され加工される。例えば、本明細書に記載の温度変化の前の二層材料ストリップの初期形態すなわち形状設定／形状記憶形態をもたらすように、材料を湾曲状（すなわち図２Ａの曲がり形状）に形成されるように加工することができるか、又は、材料を型押し等によってＶ字状に形成されるように加工することができる。例えば、湾曲状又はＶ字状の形態に設定することは、型押しによって達成することができる（例えば、機械式ダイ又は型押し機を使用して、二層材料ストリップを湾曲状又はＶ字状に成形する）。
【００２２】
二層材料ストリップ２０２を加熱することにより、（本明細書に記載のように２つ以上の）材料層の温度が上昇する。二層材料ストリップ２０２における異なる材料が異なる熱膨張率（ＣＴＥ）を有するので、二層材料ストリップ２０２の２つの層間の示差的な力（differential force）が増大する。加熱中、二層材料ストリップ２０２の固定端部（すなわち、図２Ｂにおける２１４及び２１６）において偶力によるモーメント（coupling moments）が発生する。この大きい横方向の力は、ストリップを構成する材料の熱膨張率が異なることに起因する熱膨張の速度の差異によって生じる。偶力の大きさが二層材料ストリップの湾曲に打ち勝つ臨界点において、二層材料ストリップが撥ねるか又は変形する。ストリップが冷却されると、二層材料ストリップ２０２における示差的な力又は応力が消散又は緩和され、収縮によって、以前に蓄積した応力が逆転されて、ストリップが形状設定されたその元の湾曲状若しくはＶ字状の形態、又は他の形態に戻る。加熱及び冷却に応じた二層材料ストリップ２０２の運動に関与する物理現象の更なる説明としては、Timoshenko, S.,「Analysis of Bi-Metal Thermostats」Journal of the Optical Society of America 11:233-255 (1925)（その開示内容は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす）を参照されたい。
【００２３】
二層材料ストリップ２０２の材料間でＣＴＥが異なることにより、加熱又は冷却される場合に二層材料ストリップ２０２が曲がることを可能にし、それにより機械的な運動又は撓みが引き起こされる。二層材料ストリップ２０２が初期状態では（図２Ａに示すように）湾曲状又はＶ字状である１つの例では、二層材料ストリップ２０２は、加熱されると図２Ａの第１の位置から図２Ｂの第２の位置に変形し、すなわち撓み、その後、冷却されると変形すなわち撓みを戻して図２Ａの第１の位置になることができる。
【００２４】
図３は、本明細書に記載の複数の実施形態において使用される例示的な二層材料ストリップ２０２（好適にはバイメタルストリップ）のヒステリシスサイクルを示している。図３は、約４２℃〜約４８℃の温度範囲にわたる撓みを示し、最大撓みをミクロン単位で示している。図３は、二層材料ストリップの温度が上昇する（図３の点線）と、ストリップが「撥ね作動温度」（図３では約４７℃）に達することを示しており、「撥ね作動温度」において、ストリップは、更なる検出可能な温度上昇を経ることなく迅速に撓む。後述するように、この温度において、二層材料ストリップ２０２は下側熱エネルギー供給源／シンク、すなわち下側又は底部側の高温供給源から撓んで、すなわち「撥ねて」、上側熱エネルギー供給源／シンク、すなわち上側又は頂部側の低温供給源と接触する。二層材料ストリップ２０２から熱エネルギー供給源／シンクに熱が移動すると、ストリップが冷却され、二層材料ストリップの温度は、おおよそ４２．５℃の変曲点温度（図３の実線を参照）に達するまで低下する。この変曲点温度に達すると、材料は上側の低温供給源との接触から撓んで、すなわち撥ねて、下側の高温供給源と再び接触する。
【００２５】
複数の実施形態において、撓みによる二層材料ストリップ２０２の変位は、数百ミクロン〜数ミリメートル程度である。この変位又は撓みは、ストリップの初期位置（例えば、図２Ａの凹状形態）からストリップの撓み位置（例えば、図２Ｂのユーザーに向かう凸状形態）まで測定される。更なる実施形態において、撓みによる二層材料ストリップの変位は、約０．１ｍｍ〜約５ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約２ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約１ｍｍ、又は約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍであり、種々の触覚フィードバック効果をユーザーに与えるようになっている。そのような変位は、ユーザーによるインタラクションごとに１回だけ起こるもの、すなわち、ユーザーがシステムとインタラクトするごとに１回の撓み又は変形が起こるものとしてもよいし、ユーザーによるインタラクションごとに数回又は複数回起こるものとしてもよい。
【００２６】
上述したような他の実施形態では、変位は、数十ミクロン〜数百ミクロン程度であるが、１回のユーザーインタラクションにつき２回以上の頻度で発生するものとすることができる、すなわち、ユーザーがシステムとインタラクトするごとに起こる多数回又は複数回の撓み又は変形によって揺動又は振動が発生するものとすることができる。揺動が発生する実施形態では、二層材料ストリップ２０２の揺動の周波数は、１Ｈｚ〜約１０００Ｈｚ程度、好適には約１Ｈｚ〜約１００Ｈｚ、すなわち、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ、１０Ｈｚ〜５０Ｈｚ、又は約１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ程度とすることができる。
【００２７】
加熱及び冷却の双方を含む温度変化に応じて、素早く変形して初期すなわち元の状態又は形態に戻るために、二層材料ストリップ２０２は、好適には、触覚フィードバックを可能にしながらも構造完全性を維持するように最小限の厚さを有する。薄い二層材料ストリップの使用により、迅速な加熱及び冷却が可能になり、ひいては迅速な撓み、すなわち撥ねが可能になる。好適には、本明細書の「薄い」という用語は、二層材料ストリップ２０２の厚さが、約１μｍ〜約１ｍｍ、約１μｍ〜約５００μｍ、より好適には約１μｍ〜約４００μｍ、約１μｍ〜約３００μｍ、約１０μｍ〜約３００μｍ、約５０μｍ〜約３００μｍ、約５０μｍ〜約２００μｍ、約５０μｍ〜約１５０μｍ、約５０μｍ〜約１００μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、約１１０μｍ、約１２０μｍ、約１３０μｍ、約１４０μｍ、約１５０μｍ、約１６０μｍ、約１７０μｍ、約１８０μｍ、約１９０μｍ、又は約２００μｍ程度であることを意味する。
【００２８】
二層材料ストリップ２０２の形状及び幾何特性は、矩形又は規則的な形状の要素のみに限定されず、種々のディスク形、円形、長円形、不規則的な形状、又は他の好適な幾何形状を含む、用途又はユーザーによって所望される任意の幾何特性を有することができることに留意すべきである。二層材料ストリップ２０２の寸法（すなわち、長さ、幅、直径、円周等）は、最終用途に応じて決まるものとすることもできるが、通常は、数ミリメートル〜数センチメートル〜数十センチメートルである。
【００２９】
本明細書に記載されるように、二層材料ストリップ２０２を第１の位置（図２Ａ）から第２の位置（図２Ｂ）に撓ませてユーザー１０２に触覚フィードバック１０８を与える（ひいては接触又は準接触（near contact）を確認する）プロセス、運動力、又は条件／状況の変化は、温度変化であり、すなわち本明細書では熱プロセスとしても記載される。本明細書で使用される「熱プロセス」という用語は、二層材料ストリップ２０２に及び／又は二層材料ストリップ２０２から熱が移動して、二層材料ストリップの温度変化及びストリップの撓みがもたらされるプロセスを指す。
【００３０】
図２Ａに示すように、例えば、平衡温度において（例えば、室温（約２０℃〜２５℃）（又はシステム１００の通常動作温度がとり得るあらゆる温度において））、二層材料ストリップ２０２は凹状形態（すなわちユーザー１０２から離れる方に湾曲する）であり、熱エネルギー供給源／シンク２１２側にある。複数の実施形態において、ストリップの第１の層２０４は、より高いＣＴＥを有し、より低いＣＴＥを有する第２の層２０６の上方に配置される。この形態において、二層材料ストリップ２０２は第１の位置（すなわち下向き状態）にあり、二層材料ストリップ２０２は、熱エネルギー供給源／シンク２１２と接触することができる。図２Ａに示す第１の位置は、好適には、ストリップの湾曲状又はＶ字状の形状設定形態又は形状記憶形態である。
【００３１】
複数の実施形態において、温度変化は、ユーザーと、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａ若しくは基板１１０若しくは装置１０４の他の部分との接触又は十分接近するインタラクションによって生じる、ユーザー１０２から第１の熱エネルギー供給源／シンク２１２への熱エネルギーの移動の結果として起こる。例示的な実施形態において、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａは、例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示すように２つの熱エネルギー供給源／シンク２１０，２１２を備えることができる。更なる熱エネルギー供給源／シンクを使用することもできる。本明細書に記載のように、ユーザー１０２から例えば熱エネルギー供給源／シンク２１２への熱エネルギーの移動により、熱エネルギー供給源／シンク２１２の温度が上昇し、それにより、ひいては二層材料ストリップ２０２の温度が上昇する。
【００３２】
ユーザー１０２と熱エネルギー供給源／シンク２１２との間の熱移動は、ユーザーと熱エネルギー供給源／シンク２１０（又は基板１１０を含む装置１０４の他の部分）との接触によって引き起こすことができ、それにより、熱を次に熱エネルギー供給源／シンク２１２に移動させることができる。二層材料ストリップ２０２の温度上昇は、二層材料ストリップ２０２と熱エネルギー供給源／シンク２１２との間の直接の物理的なインタラクション（接触による伝導を含む）によってもたらされる。本明細書に記載されるように、温度が上昇すると、より高いＣＴＥを有する材料（層２０４）が層２０６よりも迅速に加熱され、それにより、材料に力作用、熱応力、熱反り（thermal bowing）、又はトルクが発生し、第１の位置から第２の位置に撓む結果として、二層材料ストリップ２０２が第１の位置（図２Ａ）から第２の位置（図２Ｂ）に撓む。
【００３３】
温度上昇は、周囲空気（例えば対流）又は触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａの他の要素を単に加熱することにより、熱エネルギー供給源／シンク２１０からの熱が二層材料ストリップ２０２に移動することで発生させることもできる。複数の実施形態において、ユーザー１０２の接触によって熱エネルギー供給源／シンク２１０を加熱することにより、（一方の熱エネルギー供給源／シンクから他方の熱エネルギー供給源／シンクへの）伝導によって熱エネルギー供給源／シンク２１２に熱を移動させ、それにより、二層材料ストリップ２０２の温度を上昇させるのに十分な熱を最終的に熱エネルギー供給源／シンク２１２に提供し、二層材料ストリップ２０２を撓ませることができる。
【００３４】
本明細書で使用される「熱エネルギー供給源／シンク」という用語は、熱源（別の材料に熱を伝導する）として又は熱シンク（別の材料から熱を取り除く又は放散させる（dissipating））として、熱を吸収及び移動することが可能な材料を指す。複数の実施形態において、本明細書に記載のシステムにおいて使用される熱エネルギー供給源／シンクは、システムの形態及び設計に応じて、熱源及び熱シンクの双方として機能することができる。
【００３５】
複数の実施形態において、二層材料ストリップ２０２が図２Ｂに示すその第２の位置に撓むことにより、図１Ｂに示すように、撓み触覚フィードバックジェネレーター１０６Ｂの表面がユーザーと接触するか又はユーザーの方に向く。複数の実施形態において、撓み触覚フィードバックジェネレーター１０６Ｂは、装置１０４の表面の上方に又はその表面を超えて突き出るように反ることができる。他の実施形態において、撓み触覚フィードバックジェネレーターは、タッチパッド面、タッチスクリーン、又はガラス若しくはプラスチック製のカバー等とすることができる基板１１０をユーザー１０２に向かって移動させることができる。
【００３６】
更なる実施形態において、温度変化は、二層材料ストリップの温度低下を更に含むことができる。この温度変化は、ユーザー１０２と撓み触覚フィードバックジェネレーター１０６Ｂとの接触が解除される結果として、二層材料ストリップ２０２から熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１０）に熱エネルギーが移動することによって生じることができる。すなわち、ユーザー１０２が撓み触覚フィードバックジェネレーター１０６Ｂとの接触を解除する場合、熱エネルギー供給源／シンク２１０は、熱エネルギー供給源／シンク２１０からの熱の受動的な拡散によって冷却され、二層材料ストリップ２０２から熱エネルギー供給源／シンク２１０に熱エネルギーが移動され、ひいては二層材料ストリップ２０２の温度が低下する、すなわち二層材料ストリップ２０２が冷却される。
【００３７】
二層材料ストリップ２０２の厚さ及び材料の選択を最適にすることにより、本明細書に記載されるように、この冷却は、二層材料ストリップ２０２の温度低下によって二層材料ストリップ２０２が第２の位置（図２Ｂ）から撓んで第１の位置（図２Ａ）に戻るように、又は換言すると、二層材料ストリップ２０２が第２の位置（図２Ｂ）からその形状設定若しくは形状記憶による第１の位置（図２Ａ）に戻る、すなわち弛緩するように十分迅速なものとすることができる。加熱、撓み、冷却、及び撓み戻りは、特定の用途に望ましいか又は必要とされる頻度だけ繰り返すことができる。熱源／シンクを加熱（及び最終的に冷却）するのにユーザーからの熱エネルギーの使用に依拠するそのような実施形態は、本明細書では、「受動的」熱プロセス又は「受動的」温度変化と称される。
【００３８】
更なる一実施形態において、二層材料ストリップ２０２は、能動的に冷却される熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１０）に熱エネルギーを移動させることができ、熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１０）は、ユーザーと触覚フィードバックジェネレーターとの接触解除（又は中止）によってトリガーされる場合、すなわち接触解除（又は中止）に応じて、能動的な冷却をもたらすことができる。そのような実施形態では、能動的な冷却によって二層材料ストリップ２０２の温度が低下し、ストリップが第２の位置から撓んで第１の位置に戻る。図２Ａ及び図２Ｂに示されているように、そのような実施形態では、二層材料ストリップ２０２は、最初は図２Ａの第１の位置にある。ユーザー１０２からのエネルギー移動の結果として加熱されると、二層材料ストリップ２０２は図２Ｂに示すように第２の位置に撓む。ユーザー１０２が触覚フィードバックジェネレーター（ここでは撓み触覚フィードバックジェネレーター１０６Ｂ）との接触を止めると、これは、例えば本明細書に記載の種々の能動的な方法によって（例えば、送風機、液体チャネル又は液体チューブ等）、熱エネルギー供給源／シンク２１０の冷却をトリガーする。この場合、二層材料ストリップ２０２から熱エネルギー供給源／シンク２１０に熱エネルギーが移動し、その結果、ストリップの温度の低下をもたらすことができる。この熱エネルギー移動により、上側の層すなわち第１の層２０４のＣＴＥがより高いことからより迅速な冷却が起こるので、ストリップが撓んで第１の位置に戻り、図２Ａの二層材料ストリップ２０２の初期湾曲形態に復帰することが可能になる。本明細書で他のプロセスに関して記載したように、加熱、撓み、冷却、及び撓み戻りのこのプロセスは、特定の用途に望ましい頻度だけ繰り返すことができる。
【００３９】
熱エネルギー供給源／シンク（例えば、２１０及び望ましい場合は２１２）を冷却する方法としては、送風機、水若しくは他の液体、又は熱を迅速に放散させる他の方法の使用が挙げられる。例示的な実施形態において、図４及び図５に示すとともに本明細書に更に詳細に記載されるように、熱エネルギー供給源／シンクは、熱エネルギーシンクの冷却（放熱）を助けるように流体の循環を可能にする流体チャネルを有することができ、また、他の実施形態では熱エネルギー供給源（加熱用）を提供するように使用することができる。流体チャネルは、液体冷媒すなわち冷却液を通過させる１つ又は複数の通路を提供することができ、液体冷媒は、触覚フィードバックジェネレーターに対して断熱される熱交換器内を循環する。液体から熱を取り除き、次に液体を再循環させて、二層ストリップ２０２と接触している熱エネルギー供給源／シンクから引き続き熱を取り除く。別の実施形態において、二重圧電式冷却器を使用して熱エネルギー供給源／シンクの冷却を援助することもできる。そのような圧電式冷却器は、熱源にわたって空気のパルスを放出するために、概してベロー式の動作（bellowing action）に依拠する。この動作は、空気を押し出し、周囲空気を同伴してジェット状の流れをもたらす乱流を生成するとともに熱移動を増加させる装置を備える、圧電アクチュエーターによって駆動される。例えば、AAVID Thermalloy社の「Ｄｕａｌ  Ｃｏｏｌ  Ｊｅｔｓ」ロープロファイル型エアムーバー（カリフォルニア州サンノゼ）を参照されたい。
【００４０】
熱源／シンクを加熱するためのユーザーの接触（又は熱源／シンクを冷却するためのユーザーの接触中止）による熱エネルギーの使用に依拠しない更なる実施形態は、本明細書では「能動的な」熱プロセスと称され、１つ又は複数の加熱素子若しくは加熱源、及び／又は冷却機構を使用して、熱エネルギー供給源／シンクの温度を変化させ、ひいては二層材料ストリップ２０２の温度を変化させる。
【００４１】
例えば、二層材料ストリップの温度上昇は、ユーザー１０２が触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａ（又は基板１１０）と接触した場合にトリガーされることができる。この接触は、熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１２）の加熱をトリガーすることができ、ひいては熱エネルギー供給源／シンク２１２と接触している二層材料ストリップ２０２の温度を上昇させる。温度上昇により、ストリップにおいて特定の温度／応力に達すると、二層材料ストリップが第１の位置（図２Ａ）から第２の位置（図２Ｂ）に撓み、その結果、ユーザー１０２に対して触覚フィードバックがもたらされる。そのような実施形態では、ユーザー１０２の接触は、熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１２）の加熱をトリガーすなわち開始するための、システム１００に対する信号として単純に機能する。したがって、二層材料ストリップ２０２の温度を上昇させるのに用いられるのは、ユーザーのタッチによる熱移動ではなく、単にユーザーが触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａ（若しくは基板１１０又は装置１０４の他の部分）にタッチしていることであり、その後、熱エネルギー供給源／シンクが加熱され、ひいては温度が上昇する。これによって二層材料ストリップ２０２が最終的に加熱され、第１の位置（図２Ａ）から第２の位置（図２Ｂ）への撓みが引き起こされる。
【００４２】
本明細書に記載されるように、熱エネルギー供給源／シンク２１０及び２１２を加熱する方法としては、種々の伝導方法、例えば、電気式加熱素子、摩擦式加熱素子、振動式加熱素子の使用、及び当該技術分野で既知の熱エネルギー供給源を加熱する他の方法が挙げられる。熱エネルギー供給源／シンク２１０及び２１２の加熱は、従来的な加熱、伝導式加熱、又は放射式加熱を含む任意の好適な方法によって行うことができる。そのような方法は、本明細書に記載の温度変化を引き起こすようにエネルギー供給源／シンクから二層材料ストリップに熱を移動させるのにも用いることができる。
【００４３】
複数の実施形態において、ユーザー１０２が撓み触覚フィードバックジェネレーター１０６Ｂとの接触を中止する場合、熱エネルギーが第２の熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１０）に移動される。複数の実施形態において、本明細書に記載されるように、熱エネルギー供給源／シンク２１０は、本明細書に記載の種々の方法によって冷却し、二層材料ストリップ２０２から熱エネルギー供給源／シンク２１０に熱エネルギーが移動するのを可能にすることができる。この結果、ストリップが冷却され、ストリップが撓んで第１の位置に戻る。本明細書に記載されるように、この加熱、撓み、冷却、及び撓み戻りのプロセスは、特定の用途に望ましい頻度で繰り返すことができる。
【００４４】
好適には、本明細書に記載の能動的な温度変化及び受動的な温度変化の双方と、それに関連する熱プロセスとにより、二層材料ストリップ２０２が、装置１０４のキャビティ等のキャビティ２２４において、第１の熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１２）と第２の熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１０）との間で揺動することができる。本明細書に記載されるように、揺動は、好適には、二層材料ストリップ２０２が例えば種々の接着剤若しくは糊、ゴム取付け点、若しくは機械的なピボット部、軸部、又は二層材料ストリップが第１の位置及び第２の位置から枢動するか又は撓むことを可能にする（触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａから取り外れることなく揺動及び振動することを可能にすることを含む）他の接続要素を用いて両端部２１４及び２１６において取り付けられている状態で起こる。
【００４５】
二層材料ストリップ２０２の揺動は、局所的な表面領域内において振動による触覚フィードバック（例えば、１０８として示す触覚フィードバック）を生成し、触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａとの接触を確認するフィードバックをユーザー１０２に与える。本明細書に記載されるように、揺動が発生する実施形態では、二層材料ストリップ２０２の揺動の周波数は、１Ｈｚ〜約１０００Ｈｚ、好適には約１Ｈｚ〜約１００Ｈｚ程度、すなわち、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ、１０Ｈｚ〜５０Ｈｚ、又は約１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ程度とすることができる。
【００４６】
例示的な実施形態において、二層材料ストリップ２０２に／二層材料ストリップ２０２から熱を移動させるのに用いる熱エネルギー供給源／シンク（例えば、２１０／２１２）は、好適には多孔質材料を含む。多孔質材料の使用により、熱エネルギー供給源／シンクの所望のような迅速な加熱及び冷却が可能になる。
【００４７】
また更なる実施形態において、二層材料ストリップ２０２の少なくとも一方の材料（すなわち第１の層２０４又は第２の層２０６のうちの一方、好適には双方）は多孔質である。熱エネルギー供給源／シンクと同様に、多孔質材料を用いて二層材料ストリップを作製することで、ストリップの迅速な加熱及び冷却の能力を高め、本明細書に記載のシステム１００におけるより素早い撓みを可能にする。好適には、材料が多孔質であることで、材料が多孔質ではない場合の同じ幾何特性を有する対応する材料の熱質量を少なくとも約１５％下回るように、材料の熱質量が低減される。複数の実施形態において、熱質量は、同じ幾何特性を有する対応する非多孔質の材料の熱質量を少なくとも約２０％、又は少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、又は少なくとも約５０％下回るように低減される。
【００４８】
温度変化が能動的な加熱又は受動的な加熱によってもたらされる実施形態を含む本明細書に記載の複数の実施形態において、システム１００は、二層材料ストリップ２０２の頂面又は底面のいずれかに結合されるばね（レバー、又は他の圧縮可能若しくは伸張可能な要素を含む）を更に備えることができる。図２Ｃは、ばね２２０を二層材料ストリップ２０２の底面２２２に取り付けることができる向きを示している。ばねは、ストリップが撓んでいる間は機械的に伸長されるか又は機械的に圧縮され（図２Ｃ）、その後、ユーザーが触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａ（好適にはユーザーがタッチ可能な撓み触覚フィードバックジェネレーター１０６Ｂ）との接触を中止すると、二層材料ストリップ２０２を第１の位置に戻す（図２Ａを参照）。ばね２２０は、機械的なばね又はレバーであり、通常はばねの加熱又は冷却によって作動されるのではなく、単に、ばねをその元の形状及び向きに戻す伸縮動作によって作動する。
【００４９】
また更なる実施形態において、ユーザー１０２は、二層材料ストリップ２０２に直接接触し、ユーザー１０２からストリップへの又はストリップからユーザーへの直接の熱移動をもたらして、ストリップを加熱（又は冷却）するとともに第１の位置から第２の位置に撓ませることができる。本明細書に記載されるように、二層材料ストリップをユーザーの皮膚温度（おおよそ３４℃）まで暖めると、ユーザー１０２（すなわちユーザーの指）と、例えば二層材料ストリップ２０２の第１の層２０４との接触は、二層材料ストリップ２０２を形成する第１の層２０４及び第２の層２０６の熱膨張率に応じて、二層材料ストリップにおける示差的な応力を増大させる熱源又は減少させるヒートシンクとして機能することができる。二層材料ストリップ２０２の例示的な材料は、３０℃〜４０℃付近の温度で最も良好に機能する相対熱膨張率及び絶対熱膨張率を有するように選択することができる。このように、ユーザー１０２と二層ストリップ２０２との接触によって熱エネルギーが移動して、二層材料ストリップの温度が上昇し、それにより、ユーザーに触覚フィードバックを与える。そのような実施形態では、好適には加熱及び冷却の全部がユーザーとストリップ材料との間の熱移動によって単純に行われるので、二層材料ストリップの温度変化をもたらすのに別個の熱エネルギー供給源／シンクを用いることは必要とされない。
【００５０】
本明細書に記載されるように、種々のシステム１００において、極薄二層材料（好適にはバイメタル）ストリップを用いることが有利である。例示的な材料としては、バイメタルオシレーターにとって好適な寸法範囲（例えば１μｍ〜１００μｍ）の総ストリップ厚さを有することができる、Ａｌ層及びシリカ（ＳｉＯ２）層、又はシリカ層及びポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）層が挙げられる。他の例では、多数の薄いストリップを平行形態又は積重形態に配置して、様々な熱特性及び材料特性を有する２つの別個の材料層又は材料セクションを含む二層材料ストリップ２０２を形成することができる。
【００５１】
複数の実施形態において、二層材料ストリップ２０２は、２つの異なる材料層又は材料セクションを含み、その材料は異なる熱膨張率、すなわち（上下の）値を有する。１つの例は、２つの合金の組合せ（すなわちバイメタル材料）、すなわち、ＣＴＥ＝２６．４×１０−６／°ＫのＢ７２Ｍ（Ｍｎ  Ｃｕ  １８  Ｎｉ  １０）、及びＣＴＥ＝２×１０−６／°ＫのＩＮＶＡＲ（商標）（Ｆｅ  Ｎｉ）である。更なる例示的な二層材料及びバイメタルとしては、限定はしないが、Ｎ４２（Ｆｅ  Ｎｉ  ４２）、ＮＣ４（Ｆｅ  Ｎｉ  ２３  Ｃｒ  ３）、Ｂ６Ｍ（Ｆｅ  Ｎｉ  ２１  Ｍｎ  ６）；Ａｌ（ＣＴＥ＝０．２５×１０−５／°Ｋ）及びシリコン（ＣＴＥ＝２．６×１０−６／Ｋ）；ＰＶＤＦ（ＣＴＥ＝１２２×１０−６／Ｋ）及びＳｉＯ２（ＣＴＥ＝０．４×１０−６／Ｋ）；ＰＶＤＦ（ＣＴＥ＝１２２×１０−６／Ｋ）及びＡｌ（ＣＴＥ＝０．２５×１０−６／Ｋ）；並びにＰＶＤＦ及びポリイミド（ＣＴＥ＝３×１０−６／Ｋ）が挙げられる。
【００５２】
更なる実施形態において、単一の金属層又は二重層を、形状記憶合金（ＳＭＡ）又は形状記憶ポリマー（ＳＭＰ）等の材料と組み合わせて、高性能アクチュエーターをもたらすことができる。金属材料の温度変化による形状変化は、ＳＭＡ又はＳＭＰの作動による動きと組み合わせると、その動きが拡大又は増幅されるという相乗効果をもたらすことができる。そのような材料は、多層構造体として準備して、本明細書で論じる種々の実施形態及び用途で使用することができる。
【００５３】
本明細書に記載の二層材料ストリップ２０２の加工及び製造には、例えば、２つの金属層を一緒に接合する圧延プロセス又はめっきプロセスによって、バイメタル合金等の使用されるストリップ材料を加工して二層ストリップを形成することが含まれる。アルミニウム（Ａｌ）及びシリコンを使用する場合、熱蒸着（スパッタリング法）（ＰＶＤ）を用いて材料を作製することができる。例えば、Ａｌの薄膜をシリコン材料の薄片上にスパッタリングすることができる。Ａｌ材料層とシリコン材料層との間に薄い酸化物層（Ａｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２等）を形成して、電気的な保護をもたらすことができる（本明細書では、そのような構造体は、本明細書の記載に従って依然として二層材料とみなされる）。例えば、ＰＶＤＦ及びＡｌを用いる場合、まずＰＶＤＦ材料の薄膜を、膜流延法（スピンコーティング、溶媒蒸発）を用いて堆積することができる。次のステップにおいて、ＰＶＤＦ材料ストリップの片側に、薄いＡｌ層を堆積することができる。ＰＶＤＦ／ポリイミド等の他の材料の組合せを用いる場合、単純な接合メカニズム、又は、２つの材料間の接着を向上させるようにプラズマ強化接着法を用いることができる。さらに、（抵抗）加熱素子（加熱源）として後で使用するために、薄い金属材料層を２つのポリマー層間に積層することができる。
【００５４】
本明細書に記載の方法及びシステムは、熱移動が非常に素早く起こり、非常に迅速なシステム応答時間（ストリップの撥ね）をもたらす状況下で動作するように設計されている。非常に薄い寸法の二層材料ストリップ２０２は、つまり熱質量が非常に小さく、ストリップの加熱及び冷却が非常に素早く起こることができるようになっている。冷却速度は、二層材料ストリップ２０２の熱伝導率（熱伝導による熱移動）によって制限される。好適には二層材料ストリップ２０２の表面から熱エネルギーが取り除かれ、このように、薄い二層材料ストリップ２０２を使用することで保持され得る熱エネルギー量が最低限になり、迅速な加熱／冷却及び迅速な撓みが援助される。
【００５５】
本明細書に記載されるように、二層材料ストリップの受動的な温度変化を用いるか能動的な温度変化を用いるかに関わらず、図４及び図５に示す冷却素子等の冷却素子を実装することができる。図４は、マイクロチャネル熱交換器４００を示している。ここで、熱エネルギー供給源／シンクの頂部セクション４０４にあるマイクロチャネル４０２は、冷媒を受け取って、その流体冷媒を下側セクション４０６のマイクロチャネル４０２に導く。このとき、頂部セクションと底部セクションとの間の空間に、ラジエーター技術分野において既知のように頂部セクションと底部セクションとの間に延在する波形パターンの伝熱用フィン４０８があり、横方向にそれらのフィンを通って流れる空気（矢印を参照）を曝露することができる大きい表面積を提供する。本明細書に記載されるように、このような冷却機構の使用により、二層材料層２０２から熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１０）への迅速な熱移動がもたらされ、二層材料層２０２の迅速な撓み及び撓み戻りが可能になる。必要であれば、本明細書に記載されるように、例えば加熱液体を使用して熱エネルギー供給源／シンクを加熱するのにも同様のマイクロチャネルシステムを用いることができる。図５は、マイクロチャネル熱交換器５１０の同様の一実施形態を示している。ここでは、１組のみのマイクロチャネル４０２が使用される。
【００５６】
熱エネルギー供給源／シンクを通るマイクロチャネルに加えて、チャネル８０２内の流体は、熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１０／２１２）の上方又は下方を通過して温度を制御することもできる（図８Ａを参照）。他の実施形態において、流体は、熱エネルギー供給源／シンク（例えば２１０／２１２）として機能する更なる要素を必要とすることなく、可撓性チューブ又はチャネル８０４内で二層材料ストリップ２０２の上方又は下方を通過することができる（図８Ｂを参照）。可撓性チューブ又はチャネル８０４は、二層材料ストリップ２０２の一部のセクションにわたってその上方にのみ延在するように示されているが、チューブ又はチャネル８０４は、好適には二層材料ストリップ２０２の全長にわたって延在することができることが理解されるべきである。
【００５７】
また更なる実施形態において、電子加熱素子又は流体チャネル等の冷却素子又は加熱素子は、二層材料ストリップ２０２に直接付加することができ、その方法としては、例えば流体チャネル又はチューブ８０６を第１の層２０４及び第２の層２０６の多孔質材料に通し、ストリップを撓む要素としてだけではなく自己加熱素子及び自己冷却素子として使用することが挙げられる。図９を参照されたい。必要に応じて、単数若しくは多数のチャネル又はチューブ８０６を用いて、二層材料ストリップ２０２の温度を適切に制御することができる。複数の実施形態において、チューブ８０６は、二層材料ストリップ２０２に生じる撓み及び運動を可能にするような可撓性材料から作製することができる。
【００５８】
他の実施形態において、システム１００は、低電力型能動冷却エアムーバー（図９の冷却器９０２を参照）として機能する二重圧電式冷却器を備えることができる。別の例において、一組の対向するプレートを帯電させて、空気分子のイオン帯電をもたらすことができる。それらのプレートを移動させると、それらのプレートはイオン化分子に隣接する空気分子に影響を与えて動かすとともに空気の移動を誘起し、冷却を向上させる（図９のプレートのセット９０４を参照）。
【００５９】
二層材料の遷移温度及び温度差は、可能な限り低いことが好適である。例えば、二層材料ストリップ２０２は、約３０℃〜４７℃の温度で撓む、すなわち「撥ねる」ように構成される。二層材料は、好適には所望の多様な温度及び温度差で機能するように選択及び構成（プログラム）される。
【００６０】
本明細書に記載の極薄システムは、触覚フィードバックを与えるように多くの装置（ウェアラブル装置、携帯装置、ゲーム用装置、携帯電話、タッチパッド等）上に実装することができ、（ユーザーの身体の熱又は外部加熱装置からの）最小限のエネルギーしか必要としない。
【００６１】
ユーザーの指がシステム１００の基板１１０又は触覚フィードバックジェネレーター１０６Ａに接触する時点と、ユーザーがそれに応じた触覚フィードバックを感知する時点との間で経過する時間は、システムの応答時間と呼ばれる。システムの応答時間は、二層材料ストリップを構成するように選択される材料と、本明細書に記載の物理的構成とに応じて決まる。さらに、特定のシステムの応答時間は、高温熱源／シンクと低温熱源／シンクとの間の熱質量及び熱の移動速度と、二層材料ストリップの材料とに応じて決まる。好適には、本明細書に記載のシステムの応答時間は、ミリ秒単位（すなわち１ミリ秒〜１００ミリ秒）である。
【００６２】
複数の実施形態において、システムの応答時間（性能）を改善するには以下のパラメーターを考慮に入れる：
・二層材料ストリップの各層の熱質量を最小限にして、より良い性能（応答時間の改善）を達成するような多孔質材料（例えば、多孔質Ｓｉ、ＰＶＤＦ、Ａｌ等）の使用。
・非常に薄い（ミクロンサイズ）が、丈夫な材料の使用。
・冷却を最大限にするような二重圧電式冷却器等の薄型冷却装置の使用。
・材料層内及び材料層間の熱伝導を向上させるような２つ〜３つ以上の層による二層材料ストリップ２０２の改変。
・作動プロセスが開始され進行する際に異なる温度を有するシステム構成要素間の熱の移動速度を改善するような、それぞれの構成要素の外側冷却通路表面又は内側冷却通路表面と接触する伝熱用流体の使用を含み得る密閉（又は閉鎖冷却）システムにおける二層材料ストリップ２０２の構成。
【００６３】
また、触覚フィードバックプロセスは、二層材料ストリップの加熱を加速するように二層材料ストリップ２０２を２つの熱エネルギー供給源／シンク間に、すなわち加熱源（又はサーマルヒートシンク）間に構成することによって加速することができる。例えば、二層材料ストリップの頂面は、温度Ｔ１（低温供給源）を有する熱質量に曝露することができ、二層ストリップの底面は、温度Ｔ２（高温供給源）を有する第２の熱質量と熱的に接続するように構成することができる（図２Ａ及び図２Ｂを参照）。二層材料ストリップにおいて、より高いＣＴＥを有する材料は上にあり、バイメタルストリップが動くアクチュエーターシステム内の低温供給源に面する。
【００６４】
そのようなシステム構成を用いる場合、最初の作動時間と、続いて触覚フィードバックジェネレーターが振動又は変形する速度とは、熱エネルギー供給源／シンク（高温及び低温）から二層材料ストリップ２０２への熱エネルギーの移動速度、並びにそれに関連する二層材料ストリップにおける双方の層の温度上昇及び温度低下と、二層ストリップを構成する２つの材料のＣＴＥ（熱膨張率）と、システムの組立て中に設定されるそれらの周囲温度幾何特性（構成）とに応じて決まる。
【００６５】
図６及び図７は、本明細書に記載の触覚フィードバックジェネレーターの代替的な一構成を示している。図６を参照すると、複数の二層材料ストリップ２０２が、触覚フィードバックジェネレーターのキャビティ７０２（図７を参照）内で平行な構成に組み付けて示されており、また、２つの熱エネルギー供給源／シンク（２１０／２１２）間、例えば、複数のストリップの第１の側にある高温供給源と、複数のストリップの第２の側にある低温供給源との間に配置して示されている。
【００６６】
図７は、触覚フィードバックジェネレーターの熱エネルギー供給源／シンク２１０／２１２が取り除かれて、二層材料ストリップ２０２が示されている切欠き図を示している。図２は、図６及び図７の実施形態に示す複数の二層材料ストリップのうちの１つの例示的な二層材料ストリップ２０２の断面図である。図示の二層材料ストリップは、本明細書に記載されるように２つの異なる熱膨張率を有する２つの異なる材料で作製されている、極薄ストリップ（直線形又はいくらかの湾曲を有する）である。二層材料ストリップは、平行な形態で配置される。任意の数の二層材料ストリップ、好適には２つ以上、より好適には約２つ〜約１００の二層材料ストリップ、すなわち、約１０〜約１００、約２０〜約１００、約２０〜約５０、又は約１０、約２０、約３０、約４０、約５０、約６０、約７０、約８０、約９０、若しくは約１００の二層材料ストリップを使用することができる。二層材料ストリップは、好適には約１０μｍ〜１００μｍの範囲の同様の又は異なる厚さを有することができる。
【００６７】
また、本明細書では、ユーザーと触覚フィードバックジェネレーターシステムとの接触に応じて、触覚フィードバックジェネレーターシステムにおいて触覚フィードバックを生成する方法が提供される。複数の実施形態において、そのような方法は、触覚フィードバックジェネレーターシステム内の第１の熱エネルギー供給源／シンクの温度を上昇させ、それにより、そのシステム内の二層材料ストリップの温度を上昇させることを含む。本方法は、ユーザーに対する触覚フィードバックを生成するように二層材料ストリップを第１の位置と第２の位置との間で撓ませることを更に含む。
【００６８】
本明細書に記載されるように、複数の実施形態において、第１の熱エネルギー供給源／シンクの温度を上昇させることは、ユーザーと触覚フィードバックジェネレーターシステムとの接触の結果として、ユーザーから第１の熱エネルギー供給源／シンクに熱エネルギーを移動させること（すなわち本明細書に記載の受動的な温度変化）を含む。更なる実施形態において、第１の熱エネルギー供給源／シンクの温度を上昇させることは、ユーザーと触覚フィードバックジェネレーターとの接触によってトリガーされて、第１の熱エネルギー供給源／シンクを加熱すること（すなわち本明細書に記載の能動的な温度変化）を用いる。
【００６９】
更なる実施形態において、本方法は、ユーザーが触覚フィードバックジェネレーターとの接触を止める場合に、二層材料ストリップから第２のエネルギー供給源／シンクに熱エネルギーを移動させることと、二層材料ストリップを第２の位置から第１の位置に撓ませることとを更に含む。また更なる実施形態において、ユーザーが触覚フィードバックジェネレーターとの接触を止める場合に、二層材料ストリップから第２の熱エネルギー供給源／シンクに熱エネルギーが移動され、二層材料ストリップが第２の位置から第１の位置に撓む。
【００７０】
種々の実施形態を上述したが、それらの実施形態は、単に本技術の説明及び例として提示されており、限定的では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、上記実施形態の構成及び詳細の種々の変更を行うことができることが当業者には明らかである。したがって、本技術の幅及び範囲は、上述の実施形態のうちのいずれによっても限定されるべきでなく、添付の特許請求の範囲及びその均等物によってのみ規定されるものとする。本明細書で論じる各実施形態の各特徴及び本明細書に援用される各参照文献の各特徴は、任意の他の実施形態の特徴と組み合わせて使用することができることも理解されよう。本明細書に論じる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。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【外国語明細書】
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