JP2013508913A - 屈曲アセンブリおよび触覚フィードバックのための固定具 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数のアクチュエータにより駆動される構成要素をアシストするための屈曲アセンブリの使用を対象とする方法およびデバイスを提供し、これに限定されないが、感覚フィードバックを提供するために電場応答性高分子変換器を備えている。本発明は、これに限定されないが、タッチパッド、タッチスクリーンまたはキーパッドまたはコンピュータに関する同種のもの、電話、ＰＤＡ、ビデオゲームコンソール、ＧＰＳシステム、キオスクアプリケーション等を含むあらゆるタイプのユーザインターフェースデバイスに用いることができる。

Description

（関連出願）
本願は、２００９年１０月１９日に出願され、出願番号No,61/253,007、発明の名称「屈曲アセンブリおよび触覚フィードバック装置のための固定具」である米国非仮出願であって、その内容のすべてを、本明細書の一部を構成するものとして援用する。

本願は、触覚フィードバックを提供するための（これに限定されないが）電場応答性高分子変換器を備えるアクチュエータにより駆動される要素を補助するための屈曲アセンブリの使用を対象としている。

今日用いられている極めて多くの種類の装置は、電気エネルギーを機械的（力学的）エネルギーに変換するために、何種類かのアクチュエータに依存している。逆に言えば、多くの発電アプリケーションは、機械的動作を電気エネルギーに変換することによって作動する。このように機械的エネルギーを取り入れるために用いられる場合には、同種のアクチュエータをジェネレータと呼ぶことができる。さらに、物理的刺激、例えば振動や圧力を測定目的の電気信号に変換するために上記構造が用いられる場合、センサと位置付けられ得る。さらに、「変換器(transducer)」という言葉は、一般的に、これらのあらゆる装置に言及するために用いることができる。

変換器を製造するために、多くの設計上の判断が先進の誘電性エラストマー材料を選択し、用いることを支持している。この誘電性エラストマー材料は、「電場応答性高分子（ＥＡＰ）」とも呼ばれる。上記判断は、ポテンシャル電力、電力密度、電力変換／電力消費、大きさ、重量、コスト、応答時間、デューティーサイクル、サービス要件、環境影響等を含む。そのため、多くのアプリケーションにおいて、電場応答性高分子（ＥＡＰ）技術は、圧電物質、形状記憶合金（ＳＭＡ）およびモータやソレノイド等の電磁気装置に対する理想の代替品を提供する。

ＥＡＰ装置およびそれらアプリケーションの例は、米国特許No.7,394,282、7,378,783、7,368,862、7,362,032、7,320,457、7,259,503、7,233,097、7,224,106、7,211,937、7,199,501、7,166,953、7,064,472、7,062,055、7,052,594、7,049,732、7,034,432、6,940,221、6,911,764、6,891,317、6,882,086、6,876,135、6,812,624、6,809,462、6,806,621、6,781,284、6,768,246、6,707,236、6,664,718、6,628,040、6,586,859、6,583,533、6,545,384、6,543,110、6,376,971、6,343,129、および、米国特許出願公開No.2009/0154053、2008/0180875、2008/0157631、2008/0116764、2008/0022517、2007/0230222、2007/0200468、2007/0200467、2007/0200466、2007/0200457、2007/0200454、2007/0200453、2007/0170822、2006/0238079、2006/0208610、2006/0208609、2005/0157893、および、２００９年１月２２日に出願された米国特許出願No.12/358,142、および、ＰＣＴ出願No.PCT/US10/26829、ＰＣＴ国際公開No,WO2009/067708、WO2010/054010、WO2010/085575に記載されており、その内容のすべてを、本明細書の一部を構成するものとして援用する。

ＥＡＰ変換器は、変形可能な特性を有すると共に、薄膜誘電性エラストマー材料により仕切られている２つの電極を備える。これらの電極間に電圧差を印加すると、逆帯電した電極が互いに引きあって、それらの間で誘電性高分子層を圧迫する。上記電極が互いに距離を縮めるように引き合うので、誘電性高分子フィルムはより薄く（Ｚ軸成分が縮まる）なり、（Ｘ軸およびＹ軸に沿って）平面方向に延びる。言い換えれば、このフィルムの変位は面内である。ＥＡＰフィルムはまた、（Ｚ軸に沿って）フィルム構造体に対して直角方向に動くよう構成することもできる。言い換えれば、このフィルムの変位は面外である。米国特許出願公開No,2005/0157893は、面外の変位をもたらすＥＡＰフィルムの構図を開示すると共に、表面の変形あるいは厚みモードの偏差にも言及している。

ＥＡＰフィルムの材料および物理的特性は、変換器によって被る表面の変形をカスタマイズするために、変形し、制御することができる。より具体的に言うと、高分子フィルムと電極材料との間の相対的弾性、高分子フィルムと電極材料との間の相対的厚さ、高分子フィルムおよび／または電極材料の厚さの変化、（局部的な活性領域と非活性領域をもたらす）高分子フィルムおよび／または電極材料の物理的パターン、ＥＡＰフィルム全体に配置されている張力または予歪み、フィルムに印加される電圧量またはフィルム上に誘起されるキャパシタンス等の要因は、活性状態において、フィルムの表面の特徴をカスタマイズするために制御し、変形することができる。

このようなＥＡＰフィルムによりもたらされる上述の利点から利益を得るであろう、非常に多くの変換器ベースの出願が存在する。このような出願の１つは、ユーザインターフェースにおいて、触覚フィードバック（ユーザの体に加えられた力を通して、ユーザに情報を伝達すること）を作るためのＥＡＰフィルムの使用方法を含んでいる。一般的に、ユーザにより引き起こされた力に応じて、触覚フィードバックを使用する周知のユーザインターフェースデバイスは多く存在する。触覚フィードバックを使用できるユーザインターフェースの実例は、キーボード、キーパッド、ゲームコントローラ、リモコン装置、タッチスクリーン、コンピュータマウス、トラックボール、スタイラスペン、ジョイスティック等を含んでいる。このユーザインターフェースは、デバイスからのフィードバックまたは情報について、ユーザが操る、係合する、および／または観察するどんな表面をも含むことができる。このようなインターフェース表面の実例は、これに限定されないが、キー（例えば、キーボードのキー）、ゲームパッドまたはボタン、ディスプレイスクリーン等を含んでいる。

これらの種類のインターフェースに提供される触角フィードバックは、振動、脈動、スプリング力等の物理的感覚の形であり、ユーザは、直接的に（例えば、スクリーンをタッチすることによって）、間接的に（例えば、携帯電話がハンドバッグやかばんの中で振動するときのような振動の効果によって）、あるいは、別の感覚で（例えば、圧力変動(pressure disturbance)を作り出すが、従来の意味における音声信号を生成しない運動体のアクションによって）感知する。

多くの場合、触覚フィードバックを持つユーザインターフェースが、ユーザにより引き起こされるアクションを「受け取る」入力装置の他に、このアクションが開始されたことを検知して触覚フィードバックを提供する出力装置にもなることができる。実際のところは、ユーザインターフェースデバイスの接触またはタッチされる一の部分または表面（例えばボタン）の位置は、ユーザにより加えられた力によって、少なくとも１つの自由度に沿って変更される。この加えられた力は、接触部分が位置を変更し、触覚フィードバックをもたらすために、ある最小閾値に届く必要がある。接触部分の位置の変更の達成またはレジストレーションは、応答力（例えば、跳ね返り、振動、脈動等）をもたらす。この応答力は、ユーザにより影響を与えられた装置の接触部分にも与えられて、触覚を通じてユーザに伝達される。

スプリングバック、「双安定（bistable）」または「二相（biphase)」型の触覚フィードバックを用いるユーザインターフェース装置の一般的な例の１つは、マウス上のボタン、キーボード、タッチスクリーン、または他のインターフェースデバイスである。このユーザインターフェースは、加えられた力が特定の閾値に達するまで動かず、特定の閾値ポイントにおいて、相対的に軽く下方向に動き、その後止まる。このような感覚をまとめて、ボタンを「クリックすること」として定義される。あるいは、力のプロファイルを変化させる（例えば、減少）特定の閾値に至るまで、次第に増加する抵抗力を伴って表面は移動する。ユーザにより与えられた力は、大体、ボタン表面に対して垂直な軸に沿っていて、ユーザが感じる応答（相反）力も同様である。しかし、実施形態には、このボタン表面に対して横方向つまり面内でユーザにより与えられた力の使用を含んでいる。

別の例において、ユーザがタッチスクリーン上の入力データを入力すると、このスクリーンは、一般に、聴覚的合図と共に、聴覚的合図無しで、スクリーン上のグラフィカルチェンジによって入力データを確認する。タッチスクリーンは、色彩変化や形状変化等、スクリーン上の視覚的合図方法によりグラフィカルフィードバックを提供する。タッチパッドは、スクリーン上のカーソルを用いて視覚フィードバックを提供する。上記合図はフィードバックを提供するが、指で作動する入力装置からの最も直感的で効果的なフィードバックは、キーボードキーの戻り止め又はマウスホイールの戻り止め等、触覚フィードバックである。したがって、タッチスクリーンに触覚フィードバックを組み込むことが望ましい。

触覚フィードバック機能は、特にデータ入力との関連で、ユーザの生産性と効率性を改善することが知られている。ユーザに伝えられる触覚感覚の特性および質のさらなる改善は、このような生産性と効率性をさらに向上させることができると、本発明者は信じている。上記改善が、製造が容易かつ費用効率が高く、従来の触覚フィードバック装置が要求するスペース、サイズおよび／または質量を増加することがなく、望ましくは少なくする感覚フィードバックメカニズムにより提供されるならば、さらに有益であろう。

ＥＡＰベースの変換器の組み込みは、上記ユーザインターフェースデバイスの触覚相互作用を改善することができるが、このユーザインターフェースデバイスのプロファイルを増加させることなく、上記ＥＡＰ変換器を用いるべき必要性が依然として存在する。

本願発明は、感覚アプリケーションのための電場応答変換器を有する装置、システムおよび方法を含む。一の実施形態において、感覚フィードバックを有するユーザインターフェースデバイスが提供されている。本発明の利点の１つは、ソフトウェア、あるいは、ユーザインターフェースデバイスまたは関連した構成要素により生成された別の信号によってインプットが引き起こされたときはいつでも、ユーザインターフェースデバイスのユーザに触覚フィードバックを提供することである。

この明細書に記載された方法および装置は、ＥＡＰベースの変換器システムの構造および機能を改良しようとする。本願開示は、様々なアプリケーションに用いるためのカスタマイズされた変換器の構成を説明する。本願開示はまた、ＥＡＰ変換器を駆動するための非常に多くの装置および方法と、機械的作動、電力生成および／またはセンシングのためのＥＡＰ変換器ベースの装置およびシステムとを提供する。

これらの本発明の特徴、目的および利点は、下記にさらに十分に説明するように、本発明の詳細を読んだとき当業者に明らかになる。

これらの設計に用いられ得るＥＰＡＭ（電場応答性高分子型人工筋肉（electroactive polymer artificial muscle））カートリッジは、これに限定されないが、プラナー（Planar）、ダイアフラム（Diaphragm）、厚みモード（Thickness Mode）、および受動連結装置（Passive Coupled device）（ハイブリッド（Hybrids））を含む。

本願開示は、ユーザによる操作のための装置であって、出力信号に応えて改良された効果を生じる装置を含んでいる。一実施形態において、この装置は、ベースフレームを備えている。また、この装置は、このベースフレームに連結された少なくとも１つの電場応答性高分子アクチュエータを備えている。この電場応答性高分子アクチュエータは、触覚フィードバックを提供するために入力中の活性化信号に応えて動くように構成された電場応答性高分子フィルムを有している。また、この装置は、上記電場応答性高分子フィルムに連結されたアクチュエーションフレームを備えていて、この電場応答性高分子フィルムの運動が、このアクチュエーションフレームの運動を引き起こすと共に、少なくとも１つの機械的屈曲部が、上記アクチュエーションフレームの一部に上記ベースフレームの一部を連結させる。この機械的屈曲部は、上記ベースフレームに対して上記アクチュエーションフレームを浮かせて、上記ベースフレームと上記アクチュエーションフレームとの間の相対運動を可能にする。この機械的屈曲部は、これらの２つの部材を、それらの間での運動を可能にする任意の様々な方法で浮かせることができる。例えば、これらの部材は、これらの部材が互いに対して移動可能である限りは、物理的に離れることもできるし、接触することもできる。

ほとんどの場合、本願開示に従った装置は、複数の屈曲部またはサスペンションアセンブリを備える。この屈曲部またはサスペンションアセンブリは、特定のアプリケーションに応じて、分離または連結することができる。

一実施形態において、上記装置は、ユーザインターフェース部を備え、上記アクチュエーションフレームが、このユーザインターフェース部の一部に連結されているか、あるいは、このユーザインターフェース部の一部を形成している。ユーザインターフェースの例には、ボタン、キー、ゲームパッド、ディスプレイスクリーン、タッチパネル、コンピュータのマウス、キーボード、およびゲーミングコントローラが含まれている。しかし、この明細書で説明される原理は、可動部分を必要とするあらゆる装置で用いることができる。

この明細書に記載された様々な装置は、上記ベースフレームに平行な平面における、上記機械的屈曲部が、上記ベースフレームと上記アクチュエーションフレームとの間の相対運動を制限することができるように構成することができる。例えば、上記機械的屈曲部の一部は、上記ベースフレームおよび上記アクチュエーションフレームに堅く取り付けることができ、この機械的屈曲部の第１部分と第２部分との間にある機械的屈曲部の拘束されない第３部分は、上記ベースフレームと上記アクチュエーションフレームとの間の相対運動に応えて曲がるようになっている。更なる実施形態において、屈曲部は、連結された部材の運動を制限する、あるいはその反対に作用する構造特性を有するよう構成することができる。例えば、上記拘束されない第３部分は、取り付けられた部材の運動を制限することができ、その結果、電場応答性高分子フィルムの運動を制限して、この取り付けられた部材をこの電場応答性高分子フィルムの最大変位未満にする。一実施形態において、上記アクチュエーションフレームおよび／またはベースフレームは、それぞれのフレームの運動平面とは同一平面にない部分を設けることができ、この部分は、１以上の機械的屈曲部に各々取り付けられている。

この明細書に記載されている様々な装置には、上記部材の必要以上の運動を妨げる停止アセンブリを設けることができる。例えば、停止アセンブリには、嵌合ポケットまたは凹部内を移動する突起部を設けることができる。この突起部とスロット／凹部との間のサイズ差は、装置の最大変位を決定することができる。停止アセンブリを有する装置の一実施形態において、この停止アセンブリは、ベースフレームまたはアクチュエーションフレーム上に突起部を備えると共に、このアクチュエーションフレームまたはベースフレームにそれぞれ嵌合スロットを設けている。このスロットは、この突起部を受け取るよう構成されると共に、上記ベースフレームの運動を制限するために上記突起部よりも大きく形成されている。

本願開示はまた、フィードバックデバイスを製造するための方法を含んでいる。一実施形態において、この方法は、フィードバックを提供するため電圧を印加したときに変位するよう構成された電場応答性高分子フィルムを含む電場応答性高分子変換器を第１フレームに取り付けることを含んでいる。また、この方法は、上記電場応答性高分子フィルムを第２フレームに連結することを含んでいる。また、この方法は、上記第１フレームを機械的フレックシャ部の第１部分に取り付け、上記第２フレームをこの機械的屈曲部の第２部分に取り付けることによって、上記第２フレームに対して上記第１フレームを浮かせることを含んでおり、上記機械的屈曲部の第３部分には拘束されておらず、かつ、上記第１部分および上記第２部分の相対運動を可能にするために曲がる。この第１フレームおよび第２フレームは、ボタン、キー、ゲームパッド、ディスプレイスクリーン、タッチスクリーン、コンピュータのマウス、キーボード、およびゲーミングコントローラ等のユーザインターフェース部（またはユーザインターフェース表面）を含んでいてもよく、また、これらのユーザインターフェース部の一部であってもよい。

この方法は、上記第１フレームおよび上記第２フレームを複数の別々の機械的屈曲部に取り付けることによって上記第２フレームに対して上記第１フレームを浮かせることを含むこともできる。

本願開示はまた、装置の可動部材間の変位を制御するための方法を含んでいる。このような方法の一例は、装置を提供することを含んでいる。この装置は、機械的屈曲部によって第２フレーム部に対して浮かされた第１フレーム部を備えている。この機械的屈曲部は、上記第１フレーム部と上記第２フレーム部との間の相対運動を可能にする。この第１フレームおよび第２フレームは、静止位置と変位位置とを有している。また、この装置は、電圧を印加するときに変位するよう構成された電場応答性高分子フィルムを有する電場応答性高分子変換器を備えている。この電場応答性高分子変換器は、上記第１フレーム部に連結され、この電場応答性高分子フィルムは、上記第２フレーム部に連結されている。また、この方法は、上記電場応答性高分子フィルムの変位を引き起こすために上記電場応答性高分子変換器を活性化することを含んでいる。この電場応答性高分子フィルムの変位は、上記第１フレーム部および上記第２フレーム部を上記変位位置まで動かして、上記機械的屈曲部の機械的ストレスを作り出す。また、この方法は、上記電場応答性高分子への信号を弱めて、上記機械的屈曲部の上記機械的ストレスが、上記静止位置に上記第１フレーム部および上記第２フレーム部を戻すアシストをすることを可能にし、一方で上記第１フレーム部と上記第２フレーム部との間のサスペンションを維持することを含んでいる。

上記方法は、上記第１フレーム部および上記第２フレーム部を複数の別々の機械的屈曲部に取り付けることによって、この第２フレーム部に対して第１フレーム部を浮かせることを含むこともできる。上述のように、この第１フレーム部または第２フレーム部は、ユーザインターフェース部を含んでいてもよく、また、このユーザインターフェース部の一部であってもよい。このユーザインターフェース部の例は、ボタン、キー、ゲームパッド、ディスプレイスクリーン、タッチスクリーン、コンピュータのマウス、キーボード、およびゲーミングコントローラを含むことができる。

本発明は、これに限定されないが、タッチパッド、タッチスクリーンまたはキーパッドまたはコンピュータに関する同種のもの、電話、ＰＤＡ（携帯情報端末（Personal Digital Assistance））、ビデオゲームコンソール、キーボード、およびゲーミングコントローラ等を含むどんなタイプのユーザインターフェースデバイスにも用いることができる。

本発明の他の詳細に関しては、材料および代替の関連した構造は、当業者の技術水準の範囲内で用いることができる。この材料および代替の関連した構造は、一般に、または、論理的に用いられるような追加行為に関して、本発明の方法ベースの態様についても当てはまる。さらに、本発明は、任意に様々な特徴を組み込んでいる複数の例を参照して説明されているが、本発明の実施形態の各々に関して予定されているように記載され、または示されているものに限定されることはない。記載された発明に様々な変化を作り出すこともできるし、本発明の真の精神と範囲から離れることなく、均等物（この明細書に列挙されていても、一定の簡潔さのために含まれていなくても）を代用することもできる。あらゆる示されている独立した部分またはサブアセンブリが、これらの設計に一体化され得る。このような変化等は、アセンブルに対する設計の原理によって行われ、あるいは、導かれ得る。

これらの本発明の特徴、目的および利点は、下記にさらに十分に説明するように、本発明の詳細を読んだとき当業者に明らかになる。

本発明は、添付の図面と同時に読んだときに、以下に記載された説明から最も理解される。理解を助けるために、図面に共通している同じ構成要素を示すため（差し支えなければ）同じ参照番号を用いている。以下のものが図面に含まれている。
図１Ａは、電場応答性高分子（ＥＡＰ）変換器が、ディスプレイスクリーン又はディスプレイセンサと装置の本体とに連結しているときに、触覚フィードバックを用いることができるユーザインターフェースの一実施形態を示す。 図１Ｂは、ＥＡＰ変換器が、ディスプレイスクリーン又はディスプレイセンサと装置の本体とに連結しているときに、触覚フィードバックを用いることができるユーザインターフェースの一実施形態を示す。 図２Ａは、ユーザ入力に対して触覚フィードバックを伴う反応をする表面を有するディスプレイスクリーンを備えるユーザインターフェースを示す断面図である。 図２Ｂは、ユーザ入力に対して触覚フィードバックを伴う反応をする表面を有するディスプレイスクリーンを備えるユーザインターフェースを示す断面図である。 図３Ａは、アクティブガスケットに形成されたアクティブＥＡＰを有する、柔軟膜により覆われているディスプレイスクリーンを備えるユーザインターフェースの他の実施形態を示す断面図である。 図３Ｂは、アクティブガスケットに形成されたアクティブＥＡＰを有する、柔軟膜により覆われているディスプレイスクリーンを備えるユーザインターフェースの他の実施形態を示す断面図である。 図４は、ディスプレイスクリーンのエッジに配置されているバネ付勢されたＥＡＰ膜を有するユーザインターフェース装置のさらなる実施形態を示す断面図である。 図５は、ディスプレイスクリーンが複数の柔軟ガスケットを用いているフレームに連結されており、ディスプレイに対する駆動力が複数のＥＡＰアクチュエータダイヤフラムとして存在するユーザインターフェース装置を示す断面図である。 図６Ａは、ディスプレイに連結された波形ＥＡＰ膜または波形ＥＡＰフィルムを有するユーザインターフェース２３０を示す断面図である。 図６Ｂは、ディスプレイに連結された波形ＥＡＰ膜または波形ＥＡＰフィルムを有するユーザインターフェース２３０を示す断面図である。 図７Ａは、本発明の一実施形態による電圧印加前の変換器を示す上面斜視図である。 図７Ｂは、本発明の一実施形態による電圧印加後の変換器を示す上面斜視図である。 図８Ａは、ユーザインターフェースに使用する感覚フィードバック装置を示す上面分解斜視図である。 図８Ｂは、ユーザインターフェースに使用する感覚フィードバック装置を示す下面分解斜視図である。 図９Ａは、本発明の組み立てられた電場応答性高分子アクチュエータの上面図を示す。 図９Ｂは、図８Ａのアクチュエータのフィルム部分の上面図を示し、特に、二相構造のアクチュエータを示す。 図９Ｃは、図８Ａのアクチュエータのフィルム部分の下面図を示し、特に、二相構造のアクチュエータを示す。 図９Ｄは、装置のフレームから分離されたディスプレイスクリーンの表面全体に配置するための電場応答性高分子変換器の配置の例を示す。 図９Ｅは、装置のフレームから分離されたディスプレイスクリーンの表面全体に配置するための電場応答性高分子変換器の配置の例を示す。 図９Ｆは、本明細書に記載されたユーザインターフェース装置に使用するアクチュエータの配置を示す分解斜視図である。 図９Ｇは、本明細書に記載されたユーザインターフェース装置に使用するアクチュエータの配置の組み立てた状態を示す斜視図である。 図１０は、人間の指で装置の接触表面と有効接触するユーザインターフェースを示す側面図である。 図１１Ａは、グラフを使って、単相モードで作動する図９Ａ−図９Ｃのアクチュエータの力−ストローク関係を示す。 図１１Ｂは、グラフを使って、単相モードで作動する図９Ａ−図９Ｃのアクチュエータの電圧レスポンス曲線を示す。 図１２Ａは、グラフを使って、二相モードで作動する図９Ａ−図９Ｃのアクチュエータの力−ストローク関係を示す。 図１２Ｂは、グラフを使って、二相モードで作動する図９Ａ−図９Ｃのアクチュエータの電圧レスポンス曲線を示す。 図１２Ａは、二相変換器の他の実施形態を示す。 図１２Ｂは、二相変換器の他の実施形態を示す。 図１２Ｃは、二相変換器の他の実施形態を示す。 図１２Ｄは、図１２Ａ−図１２Ｃの二相変換器に対する変位−時間グラフを示す。 図１３は、感覚フィードバック装置を作動するための（電源および制御電子機器を含む）電子回路を示すブロック図である。 図１４Ａは、ユーザ入力装置に連結しているＥＡＰアクチュエータの平面配置の例を示す斜視図である。 図１４Ｂは、ユーザ入力装置に連結しているＥＡＰアクチュエータの平面配置の例を示す斜視図である。 図１５Ａは、変換器がアクティブであるとき、作業出力を提供するために高分子表面の特徴を利用するアクチュエータとして用いられたＥＡＰ変換器を概略的に示す。 図１５Ｂは、変換器がアクティブであるとき、作業出力を提供するために高分子表面の特徴を利用するアクチュエータとして用いられたＥＡＰ変換器を概略的に示す。 図１６Ａは、本発明のアクチュエータの典型的な構成を示す横断面図である。 図１６Ｂは、本発明のアクチュエータの典型的な構成を示す横断面図である。 図１７Ａは、本発明の変換器内部で、プリント基板（ＰＣＢ）またはフレックスコネクタに連結するための電気接続を行うためのプロセスの一のステップを示す。 図１７Ｂは、本発明の変換器内部で、プリント基板（ＰＣＢ）またはフレックスコネクタに連結するための電気接続を行うためのプロセスの一のステップを示す。 図１７Ｃは、本発明の変換器内部で、プリント基板（ＰＣＢ）またはフレックスコネクタに連結するための電気接続を行うためのプロセスの一のステップを示す。 図１７Ｄは、本発明の変換器内部で、プリント基板（ＰＣＢ）またはフレックスコネクタに連結するための電気接続を行うためのプロセスの一のステップを示す。 図１８Ａは、本発明の変換器内部で、電気ワイヤに連結するための電気接続を行うためのプロセスの一ステップを示す。 図１８Ｂは、本発明の変換器内部で、電気ワイヤに連結するための電気接続を行うためのプロセスの一ステップを示す。 図１８Ｃは、本発明の変換器内部で、電気ワイヤに連結するための電気接続を行うためのプロセスの一ステップを示す。 図１８Ｄは、本発明の変換器内部で、電気ワイヤに連結するための電気接続を行うためのプロセスの一ステップを示す。 図１９は、電気接続のピアシングタイプを持つ本発明の変換器を示す横断面図である。 図２０Ａは、ボタンタイプアクチュエータでのアプリケーションに対する厚みモード変換器を示す上面図である。 図２０Ｂは、ボタンタイプアクチュエータでのアプリケーションに対する電極パターンを示す上面図である。 図２１は、図６Ａ，図６Ｂのボタンタイプアクチュエータの配置を用いているキーパッドを示す上面図である。 図２２は、人間の手形状の新しいアクチュエータに用いるための厚みモード変換器の上面図である。 図２３は、連続したストリップ構造の厚みモード変換器の上面図である。 図２４は、ガスケットタイプアクチュエータでのアプリケーションに対する厚みモード変換器の上面図である。 図２５Ａは、各種ガスケットタイプアクチュエータの１つを用いているタッチスクリーンを示す横断面図である。 図２５Ｂは、各種ガスケットタイプアクチュエータの１つを用いているタッチスクリーンを示す横断面図である。 図２５Ｃは、各種ガスケットタイプアクチュエータの１つを用いているタッチスクリーンを示す横断面図である。 図２５Ｄは、各種ガスケットタイプアクチュエータの１つを用いているタッチスクリーンを示す横断面図である。 図２６Ａは、相対的な活性領域および非活性領域の位置が上述の実施形態から反転している、本発明の厚みモード変換器の他の実施形態を示す横断面図である。 図２６Ｂは、相対的な活性領域および非活性領域の位置が上述の実施形態から反転している、本発明の厚みモード変換器の他の実施形態を示す横断面図である。 図２７Ａは、電場応答性慣性変換器の一実施形態を示す。 図２７Ｂは、電場応答性慣性変換器の一実施形態を示す。 図２７Ｃは、電場応答性慣性変換器の一実施形態を示す。 図２７Ｄは、電場応答性慣性変換器の一実施形態を示す。 図２７Ｅは、電場応答性慣性変換器の一実施形態を示す。 図２８Ａは、電場応答性高分子アクチュエータに対する最適な触覚周波数内で正常に作動するための音声信号に合わせるための回路の一実施形態を示す。 図２８Ｂは、図２８Ａの回路によりフィルタにかけられた修正触覚信号の一実施形態を示す。 図２８Ｃは、単相電場応答性変換器に対して信号を作り出すための追加回路を示す。 図２８Ｄは、二相電場応答性変換器に対して信号を作り出すための追加回路を示す。 図２８Ｅは、本体の中に１以上の電場応答性アクチュエータを有し、慣性マスに連結された装置の一実施形態を示す。 図２８Ｆは本体の中に１以上の電場応答性アクチュエータを有し、慣性マスに連結された装置の一実施形態を示す。 図２９Ａは、ユーザインターフェースデバイスに使用するときの電場応答性高分子変換器の一実施形態を示しており、この電場応答性高分子変換器では、この変換器の一部および／またはユーザインターフェースが、この変換器に電力を供給するためのスイッチを完成させている。 図２９Ｂは、ユーザインターフェースデバイスに使用するときの電場応答性高分子変換器の一実施形態を示しており、この電場応答性高分子変換器では、この変換器の一部および／またはユーザインターフェースが、この変換器に電力を供給するためのスイッチを完成させている。 図２９Ｃは、ユーザインターフェースデバイスに使用するときの電場応答性高分子変換器の一実施形態を示しており、この電場応答性高分子変換器では、この変換器の一部および／またはユーザインターフェースが、この変換器に電力を供給するためのスイッチを完成させている。 図３０Ａは、電力供給のための２つのスイッチを形成するよう構成された電場応答性高分子変換器の別の実施形態を示す。 図３０Ｂは、電力供給のための２つのスイッチを形成するよう構成された電場応答性高分子変換器の別の実施形態を示す。 図３１Ａは、機械的スイッチ効果を再現する触覚効果を作り出すための電場応答性高分子変換器の遅延活性化のグラフを示す。 図３１Ｂは、機械的スイッチ効果を再現する触覚効果を作り出すための電場応答性高分子変換器の様々な遅延活性化のグラフを示す。 図３２は、電場応答性高分子変換器を駆動するための回路の一例を示しており、この電場応答性高分子変換器では、望ましい触覚効果を作り出すための保存された波形を搬送するための誘起信号（音声信号等）を用いている。 図３３Ａは、シングル駆動回路での二相活性化を提供することによって電場応答性高分子変換器を駆動するための他の実施形態を示す。 図３３Ｂは、シングル駆動回路での二相活性化を提供することによって電場応答性高分子変換器を駆動するための他の実施形態を示す。 図３４Ａは、図３４Ｂの信号によって引き起こされる触覚効果後の残留運動を示している変位曲線の一例を示す。 図３４Ｃは、図３４Ｄに示されている残留運動効果を弱めるために電子打ち消しを用いている変位曲線の一例を示す。 図３４Ｄは、触覚効果信号および打ち消し信号を示す。 図３５は、電場応答性高分子変換器の電力供給のための環境発電回路の一例を示す。 図３６Ａは、音声信号からのゼロ交差形状を用いている触覚信号の駆動の一例を示す。 図３６Ｂは、音声信号からのゼロ交差形状を用いている触覚信号の駆動の一例を示す。 図３６Ｃは、データが触覚効果から識別することができる情報信号に基づく触覚信号の駆動の一例を示す。 図３７Ａは、ユーザによる操作のための、そして、出力信号に応じて改良された触覚信号を有する、様々なユーザインターフェースデバイスの一実施形態を示す。 図３７Ｂは、ユーザによる操作のための、そして、出力信号に応じて改良された触覚信号を有する、様々なユーザインターフェースデバイスの一実施形態を示す。 図３７Ｃは、ユーザによる操作のための、そして、出力信号に応じて改良された触覚信号を有する、様々なユーザインターフェースデバイスの一実施形態を示す。 図３８Ａは、アクチュエータにより生成された触覚フィードバック力を強化するよう構成されたハウジングの一実施形態を示す。 図３８Ｂは、アクチュエータにより生成された触覚フィードバック力を強化するよう構成されたハウジングの一実施形態を示す。 図３８Ｃは、アクチュエータにより生成された触覚フィードバック力を強化するよう構成されたハウジングの一実施形態を示す。 図３８Ｄは、アクチュエータにより生成された触覚フィードバック力を強化するよう構成されたハウジングの一実施形態を示す。 図３８Ｅは、アクチュエータにより生成された触覚フィードバック力を強化するよう構成されたハウジングの一実施形態を示す。 図３９Ａは、電場応答性高分子アクチュエータにより駆動する装置の、可動部を連結したサスペンションアセンブリを示す。 図３９Ｂは、電場応答性高分子アクチュエータにより駆動する装置の、可動部を連結したサスペンションアセンブリを示す。 図３９Ｃは、電場応答性高分子アクチュエータにより駆動する装置の、可動部を連結したサスペンションアセンブリを示す。 図３９Ｄは、電場応答性高分子アクチュエータにより駆動する装置の、可動部を連結したサスペンションアセンブリを示す。 図４０Ａは、フィードバックデバイスの可動部により変位する屈曲部を有するサスペンションアセンブリの略図を示す。 図４０Ｂは、フィードバックデバイスの可動部により変位する屈曲部を有するサスペンションアセンブリの略図を示す。 図４０Ｃは、フィードバックデバイスの可動部により変位する屈曲部を有するサスペンションアセンブリの略図を示す。 図４０Ｄは、フィードバックデバイスの可動部により変位する屈曲部を有するサスペンションアセンブリの略図を示す。 図４１は、本明細書に記載された様々な実施形態と共に用いるための停止アセンブリの一例を示す。 図４２Ａは、装置内の最終配列のための、可動部を有するサスペンションアセンブリの組み立ての一例を示す。 図４２Ｂは、装置内の最終配列のための、可動部を有するサスペンションアセンブリの組み立ての一例を示す。 図４２Ｃは、装置内の最終配列のための、可動部を有するサスペンションアセンブリの組み立ての一例を示す。 図４２Ｄは、装置内の最終配列のための、可動部を有するサスペンションアセンブリの組み立ての一例を示す。 図４２Ｅは、装置内の最終配列のための、可動部を有するサスペンションアセンブリの組み立ての一例を示す。 図４２Ｆは、装置内の最終配列のための、可動部を有するサスペンションアセンブリの組み立ての一例を示す。 図４３Ａは、写真撮影用フラッシュコントローラのための電力供給の一例を示す。 図４３Ｂは、閉ループフィードバックを伴うプッシュプルＭＯＳＦＥＴ（push-pull metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）アレイを設けている回路の２番目の例を示す。

本願発明の装置，システムおよび方法を、添付の図面を参照して詳細に説明する。

上述したように、ユーザインターフェースを必要とする装置は、この装置のユーザスクリーン上の触覚フィードバックを用いることにより改良することが可能である。図１Ａおよび図１Ｂは、このような装置１９０の簡単な例を示している。それぞれの装置は、ユーザがデータを入力する、あるいは、ユーザがデータを見るためのディスプレイスクリーン２３２を有する。このディスプレイスクリーンは、装置の本体またはフレーム２３４に連結されている。可搬性の構造体のもの（例えば、携帯電話、コンピュータ、製造装置等）、あるいは、他の可搬性のない構造体に加えられたもの（情報ディスプレイパネルのスクリーン、現金自動入出金機のスクリーン等）を問わず、明らかに、様々な装置がこの開示の範囲内に含まれる。この開示の目的のために、ディスプレイスクリーンはまた、タッチパッドタイプの装置を含めることができる。タッチパッドタイプの装置は、ユーザ入力または相互作用が、モニター上で、あるいは、現実のタッチパッド（例えば、ラップトップコンピュータのタッチパッド）から離れた位置で行われる。

多くの設計上の判断が、電場応答性高分子（ＥＡＰ）とも呼ばれる、先進の誘電性エラストマー材料の選択と使用を支持している。これは、特に、ディスプレイスクリーン２３２の触覚フィードバックを要求する場合の変換器の製造のためである。これらの判断は、ポテンシャル電力、電力密度、電力変換／電力消費、大きさ、重量、コスト、応答時間、デューティーサイクル、サービス要件、環境影響等を含む。そのため、多くのアプリケーションにおいて、ＥＡＰ技術は、圧電物質、形状記憶合金（ＳＭＡ）およびモータやソレノイド等の電磁気装置に対する理想の代替品を提供する。

ＥＡＰ変換器は、２つの薄膜電極を備え、これらの薄膜電極は、弾性特性を有すると共に、薄膜誘電性エラストマー材料により仕切られている。一実施形態において、このＥＡＰ変換器は、非弾性誘電性材料を含むこともできる。どのような場合でも、この電極に電圧差がある場合、逆帯電した電極は互いに引きあって、それらの間で誘電性高分子層を圧迫する。上記電極が互いに距離を縮めるように引き合うので、誘電性高分子フィルムはより薄く（Ｚ軸成分が縮まる）なり、（Ｘ軸およびＹ軸成分が延びる）平面方向に延びる。

図２Ａ−図２Ｂは、ディスプレイスクリーン２３２を備えるユーザインターフェース装置２３０の一部分を示している。このディスプレイスクリーン２３２は、ディスプレイスクリーン上の情報、制御、刺激に反応して、ユーザが物理的に触れる表面を有する。ディスプレイスクリーン２３４は、どのタイプのタッチパッドまたはスクリーンパネル、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等でもよい。さらに、インターフェース装置２３０のバリエーションでは、スクリーン上に画像が転置される「ダミー」スクリーン（例えば、プロジェクタやグラフィカルカバーリング）等のディスプレイスクリーン２３２を含むことができる。このスクリーンは、一般的なサインまたはディスプレイ等の固定された情報を表示する従来のモニターやスクリーンを含むことができる。

どの場合においても、ディスプレイスクリーン２３２は、フレーム２３４（またはハウジングまたはその他の構造体。直接連結部または１以上の接地要素を介して、装置にスクリーンを機械的に連結するもの）と、スクリーン２３２をフレームまたはハウジング２３４に連結する電場応答性高分子（ＥＡＰ）変換器２３６とを有する。本明細書で述べたように、ＥＡＰ変換器は、スクリーン２３２のエッジに沿うことができる。または、ＥＡＰ変換器のアレイを、フレームまたはハウジング２３４から距離をあけて配置されているスクリーン２３２の一部と接触させることができる。

図２Ａおよび図２Ｂは、包含されたＥＡＰ変換器２３６がアクティブガスケットを形成する基本的なユーザインターフェース装置を示す。タッチスクリーン２３２とフレーム２３４との間に、いくつものアクティブガスケットＥＡＰ２３６を連結することができる。一般的に、十分なアクティブガスケットＥＡＰ２３６が、要求される触角感覚を作り出すために提供される。しかし、その数は、特定のアプリケーションに依存しているため、しばしば変化する。この装置の一実施形態において、タッチスクリーン２３２は、ディスプレイスクリーンかセンサプレート（ディスプレイスクリーンは、センサプレートの後ろ側に位置する）を備えている。

図２Ａおよび図２Ｂは、非活性状態と活性状態との間でタッチスクリーン２３２を循環させるユーザインターフェース装置２３０を示している。図２Ａは、タッチスクリーン２３２が非活性状態であるユーザインターフェース装置２３０を示している。この状態において、変換器を停止状態にさせているＥＡＰ変換器２３６には、フィールド（磁場、電場）が印加されない。図２Ｂは、あるユーザ入力がＥＡＰ変換器２３６を活性状態にして、このＥＡＰ変換器２３６がディスプレイスクリーン２３２を矢印２３８に示す方向に動かした後のユーザインターフェース２３０を示している。また、１以上のＥＡＰ変換器２３６の変位は、ディスプレイスクリーン２３２の方向性を有する動きを作り出すために変動することができる（例えば、スクリーン２３２全体よりもスクリーン２３２の一の領域を一様に動かすことが、別の領域よりもより大きな度合いで変位することを可能にする。）。明らかに、ユーザインターフェース装置２３０に連結された制御装置は、必要な周波数を持つＥＡＰｓ２３６を循環させ、および／または、ＥＡＰ２３６の偏向量を変化させるよう構成することができる。

図３Ａおよび図３Ｂは、ディスプレイスクリーン２３２を備えるユーザインターフェース装置２３０の他の実施形態を示している。この実施形態におけるディスプレイスクリーン２３２は、ディスプレイスクリーン２３２を防護するよう機能する柔軟膜２４０により覆われている。この場合もやはり、上記装置は、ベースまたはフレーム２３４にディスプレイスクリーン２３２を連結している複数のアクティブガスケットＥＡＰｓ２３６を備えている。ユーザ入力に反応して、ＥＡＰｓ２３６に電場が加えられ、装置２３０が活性状態になるように変位がもたらされると、柔軟膜２４０と共にスクリーン２３２が変位する。

図４は、ユーザインターフェース２３０のさらなる実施形態を示している。このユーザインターフェース２３０は、ディスプレイスクリーン２３２のエッジに配置されているバネ付勢されたＥＡＰ膜２４４を有している。このＥＡＰ膜２４４は、スクリーンの周囲、または、スクリーンがユーザに触覚フィードバックを作り出すことを可能にする位置のみに設置することができる。この実施形態において、不動態柔軟ガスケットまたは不動態柔軟バネ２４４は、スクリーン２３２に対する力を供給し、ＥＡＰ膜２４２を緊張状態に置く。このＥＡＰ膜に電場を設けると（再びユーザ入力により信号を生成したとき）、ＥＡＰ膜２４２は、スクリーン２３２の変位を引き起こすよう緩む。矢印２４６で示すように、ユーザ入力装置２３０は、上記ガスケット２４４によりもたらされる付バイアスに関連して、どんな方向のスクリーン２３２の動きでも作り出せるよう構成することができる。さらに、一部の（全てではない）ＥＡＰ膜２４２の作動が、スクリーン２３２の一様でない動きを作り出す。

図５は、ユーザインターフェース装置２３０のさらに別の実施形態を示す。この実施形態において、ディスプレイスクリーン２３２は、複数の柔軟ガスケット２４４を用いてフレーム２３４に連結されており、ディスプレイ２３４に対する駆動力が、複数のＥＡＰアクチュエータダイヤフラム２４８として存在している。ＥＡＰアクチュエータダイヤフラム２４８はバネ付勢され、電場を加えたとき、ディスプレイスクリーンを駆動することができる。図に示すように、このＥＡＰアクチュエータダイヤフラム２４８は、対向するＥＡＰ膜をバネの左右に有する。この構成において、ＥＡＰアクチュエータダイヤフラム２４８の両側を活性化することによって、アセンブリが中立点に固定される。ＥＡＰアクチュエータダイヤフラム２４８は、人間の腕の動きを制御する対向している二頭筋および三頭筋のように作動する。図示していないが、米国特許出願No,11/085,798およびNo,11/085,804に説明されているように、アクチュエータダイヤフラム２４８は、二相出力アクションを提供するために、および／または、より丈夫なアプリケーションでの使用に対して出力を増幅するために、積み重ねることができる。

図６Ａおよび図６Ｂは、ユーザインターフェース２３０の別の実施形態を示している。このユーザインターフェース２３０は、複数のポイントまたは複数の接地要素２５２に、ディスプレイ２３２とフレーム２３４との間に連結されたＥＡＰ膜またはフィルム２４２を設けて、ＥＡＰフィルム２４２にコルゲーションまたは折り目を提供する。図６Ｂに示すように、ＥＡＰフィルム２４２への電場の印加は、コルゲーションの方向への変位を引き起こし、フレーム２３４に対してディスプレイスクリーン２３２を偏向させる。ユーザインターフェース２３０には、任意に、ディスプレイ２３２とフレーム２３４との間に連結された付勢バネ２５０、および／または、ディスプレイスクリーン２３２の一部分（あるいは全部）を覆う柔軟保護膜２４０を設けることができる。

上述の概略的に説明された図は、ＥＡＰフィルムまたは変換器を用いる触知性フィードバック装置の典型的な構造を説明している。多くの実施形態がこの開示の範囲内にあり、例えば、この装置の実施形態において、スクリーンアセンブリまたはパッドアセンブリ全体ではなく、センサプレートまたはセンサ要素（例えば、ユーザ入力で作動して、信号をＥＡＰ変換器に提供するもの）だけが動くようにＥＡＰ変換器を実施することができる。

どんなアプリケーションにおいても、ＥＡＰ膜によるディスプレイスクリーンまたはセンサプレートのフィードバック変位は、側方運動として感知される面内のみに、または、（垂直方向の変位として感知される）面外に存在することができる。また、プレート要素の角度変位または他のタイプの変位の組み合わせをもたらすために、ＥＡＰ変換器材料は、単独で指定可能なセクション／動かせるセクションを提供するための部分に分けることもできる。さらに、（上記リストの出願および特許に開示されているような）多くのＥＡＰ変換器またはフィルムは、本願明細書に記載されているユーザインターフェースデバイスに組み込むことができる。

本願明細書に記載されている装置の実施形態は、この装置のセンサプレート（またはディスプレイスクリーン）全体が触知性フィードバック要素として作動することを可能にする。これは、広範囲な多用途性を可能にさせる。例えば、事実上、スクロールホイールの機械的戻り止めをシミュレートするために、仮想キーストロークに反応して、もう１度スクリーンが弾む、あるいは、スクリーン上のスライドバー等のスクロール要素に反応して、スクリーンが連続した弾みを出力することができる。制御システムを使用することで、スクリーン上のユーザの指の正確な位置を読みとることにより３次元アウトラインを統合し、それに応じて、スクリーンパネルが３次元構造をシミュレートするよう動くことができる。十分なスクリーン変位およびスクリーンの有効質量が得られると、スクリーンの繰り返される振動が、携帯電話のバイブレーション機能に取って代わることもできる。このような機能は、テキストのブラウジングに適用することもできる。テキストの一行を（垂直に）スクロールすることは、触知性「バンプ」により表現され、戻り止めをシミュレートしている。ビデオゲームをするという状況では、本発明は、従来のビデオゲームシステムに用いられている振動モータを振動させることに対して、増大した双方向性とより細かいモーション制御を提供する。タッチパッドの場合では、特に、視覚障害者に対して、物理的合図によって、ユーザの双方向性およびアクセス可能性を改良できる。

ＥＡＰ変換器は、印加電圧に対して変位するよう構成することもでき、本発明の触知性フィードバック装置とともに用いられる制御システムのプログラミングを容易にする。例えば、ソフトウェアアルゴリズムは、ピクセルグレイスケールをＥＡＰ変換器変位に変形することができる。そのため、スクリーンカーソルの先端の下のピクセルグレイスケール値が連続して測定され、ＥＡＰ変換器によって比例する変位に移動される。手をタッチパッド上で滑らせることによって、大まかな３Ｄテクスチャを感じる、または、感知することができる。同様のアルゴリズムをウェブページ上に適用することもできる。指がアイコン上を動いたとき、ページテクスチャにおけるバンプ、あるいは、ブザーボタンとして、アイコンの境界がユーザにフィードバックされる。これは、通常のユーザに対して、ネットサーフィンをしている間ずっと、全く新しい感覚経験を提供するであろうし、視覚的障害者に対して、欠くことのできないフィードバックをもたらすであろう。

ＥＡＰ変換器は、多くの理由により上記アプリケーションに最適である。例えば、重量が軽く、構成要素が最低限であるので、ＥＡＰ変換器は非常に薄いプロファイル（外形）を提供し、それ故、感覚／触覚フィードバックのアプリケーションにおける使用に適している。

図７Ａおよび図７Ｂは、ＥＡＰフィルム構造体またはＥＡＰ膜１０構造体の一例を示している。薄膜誘電性エラストマーフィルムまたは層１２は、柔軟電極プレートまたは柔軟電極層１４，１６、あるいは、伸縮性電極プレートまたは伸縮性電極層１４，１６の間に挟まれており、容量性構造体または容量性フィルムを形成している。この誘電性層の長さ「ｌ」と幅「ｗ」（および合成構造体の誘電性層の長さ「ｌ」と幅「ｗ」）は、その厚さ「ｔ」よりもはるかに大きい。一般に、上記誘電性層は、約１０μｍから約１００μｍの範囲内の厚さを有し、構造体の厚さ合計は、約１５μｍから約１０ｃｍの範囲内にある。加えて、電極１４，１６の弾性係数、厚さ、および／または微小形状を以下のように選択することが望ましい。すなわち、それらがアクチュエータにもたらす付加剛性が、ほとんどの場合、誘電性層１２の剛性未満であり、比較的低い弾性係数（つまり、約１００ＭＰａ以下であり、より一般的には、約１０ＭＰａ以下である）を有するが、誘電性層１２が各々の電極よりもおそらく厚くなるように選択する。これらの柔軟容量性構造体と共に用いるのに適している電極は、機械的疲労による破損を除いて、約１％以上の繰り返し使用による歪みに耐えることができるものである。

図７Ｂに示すように、電圧を電極に印加すると、２つの電極１４，１６の異なる電荷が互いに引きつけられて、これらの静電引力が誘電性フィルム１２を（Ｚ軸に沿って）圧迫する。その結果、誘電性フィルム１２は、電場の変化と共に偏向させられる。電極１４，１６は柔軟性であるので、誘電性層１２と共に形状を変える。一般的に言えば、偏向は、誘電性層１２の一部分の変位、膨張、収縮、ねじれ、線形歪みまたは領域歪み、あるいは他の変形を言う。例えば、容量性構造体１０が使用されているフレーム（正確には「変換器」と呼ばれる）の構造に応じて、この偏向は、力学的仕事を作り出すよう用いられ得る。種々の異なる変換器構造体が、上記に開示され記載されている。

電圧を印加すると同時に、機械的力が偏向を推し進める静電力と釣合うまで、変換器フィルム１０は偏向し続ける。この機械的力は、誘電性層１２の弾性的復元力、電極１４，１６の柔軟性または伸縮、装置により提供された外部抵抗、および／または変換器１０に連結された荷重を含む。印加された電圧の結果として起こる変換器１０の歪みはまた、エラストマー材料の誘電率、サイズ、剛性等、多くの他の要素に依存することもできる。電圧差および誘導された電荷の除去は、反対の効果をもたらす。

一実施形態において、電極１４，１６は、誘電性フィルム１２の全エリアに対して限定された一部分を覆うことができる。これは、誘電性層のエッジ周りの電気絶縁破壊を防ぐため、あるいは、ある一部におけるカスタマイズされた偏向を実現するために成される。活性領域外部の誘電性材料（後者は、誘電性材料の一部であり、この誘電性材料は、この一部の偏向を可能にするのに十分な静電力を有している）は、偏向中に活性領域の外部バネ力として機能することができる。すなわち、活性領域外部の誘電性材料は、その膨張または収縮による活性エリアの偏向に耐える、あるいは、この偏向を強めることができる。

上記誘電性フィルム１２は、予め歪ませることができる。この予歪みは、電気的エネルギーと機械的エネルギーとの間の変換を改善する。すなわち、上記予歪みによって、誘電性フィルム１２がより偏向して、より大きな機械的エネルギーを提供できるようにする。フィルムの予歪みは、予歪みする前の一方向の寸法と比較した、予歪みした後の一方向の寸法変化として説明することができる。予歪みは、誘電性フィルムの弾性偏向を含むことができ、例えば、フィルムをピンと伸ばすことによって、そして、伸ばしている間に１以上のエッジを固定することによって形成され得る。予歪みは、フィルムの境界において、あるいは、フィルムの一部分に対して与えることができ、そして、剛性フレームを用いることによって、あるいは、フィルムの一部分を補強することによって実施することができる。

図７Ａおよび図７Ｂの変換器構造体、他の類似の柔軟構造体、およびこれらの構造体の詳細は、本願明細書に開示された多くの参照特許および刊行物にさらに十分に記載されている。

上述のＥＡＰフィルムに加えて、感覚または触覚フィードバックユーザインターフェース装置は、側方運動を作り出すよう設計されたＥＡＰ変換器を備えることができる。例えば、個々の部品には、図８Ａおよび図８Ｂに示されるように上から下に、アクチュエータ３０が含まれている。このアクチュエータ３０には、弾性フィルム形状の電場応答性高分子（ＥＡＰ）変換器１０を設けており、（上述のように）電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する。もたらされる機械的エネルギーは、出力部材の物理的「変位」、ここではディスク２８の物理的変位の形で存在する。

図９Ａ−図９Ｃに関して、ＥＡＰ変換器フィルム１０は、２つのワーキングペアとしての薄膜弾性電極３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂを備え、各々のワーキングペアは、エラストマー誘電性高分子の薄層２６（例えば、アクリレート、シリコーン、ウレタン、熱可塑性エラストマー、炭化水素ゴム、フルオロエラストマー等で作られている）により仕切られている。各々のワーキングペアの逆帯電した電極に（すなわち、電極３２ａと電極３２ｂに、そして、電極３４ａと電極３４ｂに）電圧差を与えると、対向する電極は互いに引きつけ合い、その結果、それらの間で誘電性高分子２６を圧迫する。これらの電極が互いにより接近するよう引き合うので、平面方向に広がる（すなわち、ｘ軸とｙ軸成分が大きくなる）ように、誘電性高分子２６はより薄くなる（すなわち、ｚ軸成分が収縮する）（軸については、図９Ｂと図９Ｃ参照）。さらに、各々の電極に与えられた同種の電荷は、この電極内に組み込まれた導電性素粒子を互いに反発させ、その結果、弾性電極および誘電性フィルムの伸長の一因となる。そのため、誘電性層２６は、電場の変化と共に偏向される。電極材料もまた柔軟であるので、電極層は誘電性層２６と共に形状を変える。一般的に言えば、偏向は、誘電性層２６の一部のあらゆる変位、膨張、収縮、ねじれ、線形歪みまたは領域歪み、あるいは他の変形を言う。この偏向は、機械的仕事を作り出すために用いることができる。

組立変換器２０において、弾性フィルムは、２以上の対向している剛性フレーム面８ａ，８ｂによって予め歪ませられた状態で引き伸ばされ、保持されている。四辺を持つフレームを用いている実施形態の場合、フィルムは二軸方向に引き伸ばされる。予歪みは、高分子層２６の誘電力を改善することが報告されているので、電気エネルギーと機械的エネルギーとの間の変換を改善する。すなわち、予歪みは、上記フィルムがより偏向して、より大きな機械的エネルギーをもたらすことを可能にする。一般的に、電極材料は、高分子層を予歪みさせた後に取り付けられるが、事前に取り付けることもできる。高分子層２６の同じ側に設けられている２つの電極（ここでは同じ側の電極ペア、すなわち、誘電性層２６の上側２６ａの電極３２ａおよび電極３４ａ（図９Ｂ参照）と、誘電性層２６の下側２６ｂの電極３２ｂおよび電極３４ｂ（図９Ｃ参照）のことを言う）は、不活性領域または不活性ギャップ２５によって互いに電気的に絶縁されている。上記高分子層の反対側に設けられている対向電極は、２セットのワーキング電極ペア（つまり、一方のワーキング電極ペアとしての電極３２ａおよび電極３２ｂと、他方のワーキング電極ペアとしての電極３４ａおよび電極３４ｂ）から構成されている。各々同じ側の電極ペアが同じ極性であると同時に、それぞれのワーキング電極ペアの電極の極性が互いに反対であるのが好ましい。つまり、電極３２ａおよび電極３２ｂと、電極３４ａおよび電極３４ｂとがそれぞれ逆に帯電されているのが好ましい。各々の電極は、電源（図示せず）に電気的に接続するために構成される電気的接触部３５を有する。

図示された実施形態において、各々の電極は半円形状を有し、誘電性層２６のそれぞれの側に固定した出力ディスク２０ａ，２０ｂを中央に配置するため、同じ側の電極ペアが略円状を画定する。ディスク２０ａ，２０ｂ（機能は、以下で述べる）は、高分子層２６の中央に配置された外部表面２６ａ，２６ｂに固定され、その間に高分子層２６を挟む。上記ディスクと上記フィルムとの間の連結（カップリング）は、機械的に、または、接着ボンドにより提供することができる。一般的に、ディスク２０ａ，２０ｂは、変換器フレーム２２ａ，２２ｂに関連した大きさにすることができる。より具体的に言うと、上記ディスク直径のフレーム内環径に対する比は、変換器フィルム１０に加えられたストレスを適切に与えるために、上述のようにできる。ディスク直径のフレーム内環径に対する比が大きくなればなるほど、フィードバック信号およびフィードバック動作の力がより大きくなるが、ディスクの直線変位はより小さくなる。また、ディスク直径のフレーム内環径に対する比が小さくなればなるほど、出力がより小さくなるが、ディスクの直線変位はより大きくなる。

電極構造に応じて、変換器１０は、単相モードまたは二相モードのいずれも機能可能にすることができる。この構成された方法において、上述の本発明の感覚フィードバック装置の出力部（すなわち、２つの連結されたディスク２０ａ，２０ｂ）の機械的変位は、垂直方向というよりはむしろ横方向である。言い換えれば、上記感覚フィードバック信号は、ユーザインターフェースのディスプレイ表面２３２に垂直方向の力であると共に、ユーザの指３８により加えられた入力する力（図１０の矢印６０ａにより示されている）に平行方向（であるが反対方向すなわち上方向）の力である。本発明の感覚／触覚フィードバック装置の感知されたフィードバック力または出力する力（図１０の両矢印６０ｂにより示されている）は、ディスプレイ表面２３２に平行、かつ、入力する力６０ａに垂直な方向である。変換器１０の面に対して垂直な軸についての電極ペアの回転に関する配置に応じて、そして、変換器を作動するディスプレイ表面２３２モード（すなわち、単相または二相）の位置に対して、上記横方向の動作は、３６０度内のどんな（複数の）方向でも可能である。例えば、横方向のフィードバックモーションは、ユーザの指（または掌またはグリップ等）の順方向に対して、左から右または上から下（両方とも二相作動である）にすることができる。触覚フィードバック装置の接触表面に対して横方向または垂直方向のフィードバック変位をもたらす特定のアクチュエータ構造であると、当業者が認識すると同時に、このように構成された装置の外形全体は、上述の設計よりも大きくすることもできる。

図９Ｄ−図９Ｇは、電場応答性高分子のアレイ（array）の一例を示している。この電場応答性高分子アレイは、装置のディスプレイスクリーンの至る所に配置することができる。この例において、ＥＡＰフィルムアレイ２００（図９Ｆ参照）の電圧側２００ａおよび地面側２００ｂは、それぞれ、本発明の触知性フィードバック装置で使用するためのＥＡＰアクチュエータアレイに使用されている。フィルムアレイ２００は、スペースと出力効率と簡単な制御回路とを増加させるためのマトリクス構造で提供される電極アレイを有している。ＥＡＰフィルムアレイの高電圧側２００ａには、電極パターン２０２を設けている。この電極パターン２０２は、誘電性フィルム２０８材料上で（図９Ｄに示されている視点によれば）縦に走っている。各々のパターン２０２には、高電圧線のペア２０２ａ，２０２ｂを設けている。このＥＡＰフィルムアレイの向かい側つまり地面側２００ｂには、高電圧電極に対して横方向に、つまり、水平に走っている電極パターン２０６を設けている。

それぞれの電極パターン２０６は、アースラインのペア２０６ａ，２０６ｂを有している。対向する高電圧線およびアースラインの各々のペア（高電圧線２０２ａおよびアースライン２０６ａと、高電圧線２０２ｂおよびアースライン２０６ｂ）は、個別に活性化可能な電極ペアを設け、対向する電極ペアの活性化が、矢印２１２に示されている方向に二相出力モーションをもたらすようにする。組み立てられたＥＡＰフィルムアレイ２００（誘電性フィルム２０８の上側と下側で交差している電極パターンを示している）を図９ＦにおけるＥＡＰ変換器２２２のアレイ２０４の分解図内に示し、図９Ｇにその組み立てられた形状を示している。ＥＡＰフィルムアレイ２００は、対向しているフレームアレイ２１４ａ、２１４ｂの間に挟まれていて、オープン領域内の中央に配置された出力ディスク２１８によって定められた２つのアレイそれぞれの中に、各々独立したフレームセグメント２１６を設けている。フレーム／ディスクセグメント２１６と電極構造のそれぞれの組み合わせが、ＥＡＰ変換器２２２を形成する。このアプリケーションと望ましいアクチュエータのタイプ次第で、要素の追加の層を変換器アレイ２０４に加えることができる。変換器アレイ２２０は、例えば、ディスプレイスクリーン、センサ表面、またはタッチパッド等のユーザインターフェースアレイに全て組み込むことができる。

単相モードにおいて感覚／触覚フィードバック装置２を作動する場合、アクチュエータ３０の電極の一のワーキングペアだけがどの時点においても作動する。アクチュエータ３０の単相作動は、単独の高電圧電源を用いて制御される。選択された一のワーキング電極ペアに印加された電圧が増加するので、変換器フィルムの活性部分（半分）が拡大し、その結果、変換器フィルムの非活性部分の方向の面内に出力ディスク２０を動かす。図１１Ａは、単相モードにおいて２つのワーキング電極ペアを交互に作動する場合の、ニュートラルポジションに対するアクチュエータ３０の感覚フィードバック信号（すなわち、出力ディスク変位）の力およびストロークの関係を示す。図に示すように、出力ディスクのそれぞれの力と変位は、互いに等しいが、反対方向である。図１１Ｂは、単相モードにおいて作動する場合の、印加電圧とアクチュエータの出力変位の現れた非直線関係とを示している。共通の誘電性フィルムを経由する２つの電極ペアの「機械的」カップリングは、出力ディスクを反対方向に動かすこと等をすることができる。したがって、両方の電極ペアが作動されたとき、互いに独立しているが、第１ワーキング電極ペア（相１）への電圧の印加は、ある一方向に出力ディスク２０を動かし、第２ワーキング電極ペア（相２）への電圧の印加は、上記ある一方向とは反対の方向に出力ディスク２０を動かす。図１１Ｂの種々のプロットは反射し、電圧は直線的に変化するので、アクチュエータの変位は非直線である。変位中の出力ディスクの加速度はまた、触覚フィードバック効果を強化するための２つの相の同期稼動を通して制御できる。上記アクチュエータはまた、２以上の相に区切ることができる。この２以上の相は、出力ディスクのより複雑な動きを可能にするために独立して作動することができる。

出力部材または出力要素のより大きな変位をもたらすために、そして、ユーザにより大きな感覚フィードバック信号を提供するために、アクチュエータ３０は、二相モード、つまり、アクチュエータの両部分を同時に活性化して作動される。図１１Ｃは、アクチュエータが二相モードで稼動する場合の、出力ディスクの感覚フィードバック信号の力およびストロークの関係を示している。図に示すように、このモードにおけるアクチュエータの２つの部分３２，３４の力およびストロークの両方ともが同じ方向で、単相モードで稼動する場合のアクチュエータの力およびストロークと比べて、２倍の大きさを持つ。図１１Ｄは、二相モードで作動したときに、印加電圧とアクチュエータの出力変位のもたらされる直線関係を示している。アクチュエータの機械的に連結された部分３２，３４を電気的に連続して接続し、かつ、例えば図１３のブロック図に示されている方法等の共同ノード５５を制御することによって、共同ノード５５の電圧と（いかなる構造であれ）出力部材の変位（またはブロックされた力）との間の関係は、直線的相関関係に近づく。この動作モードにおいて、アクチュエータ３０の２つの部分３２，３４の非直線電圧レスポンスは、事実上、直線電圧レスポンスを作り出すために互いに打ち消し合う。制御回路４４とスイッチアセンブリ４６ａ，４６ｂとを、アクチュエータの各々の部分に対して１つ使用するので、この直線的関係は、制御回路によりスイッチアセンブリに供給される可変型の波形を用いることによって、アクチュエータの性能を向上させ、かつ、変調させることを可能にする。回路４０を用いる他の利点は、感覚フィードバック装置を稼動するために必要とされるスイッチ回路と電源の多くを減らすことができることである。回路４０を使用しなければ、２つの独立電源と４つのスイッチアセンブリが必要となるであろう。したがって、制御電圧とアクチュエータ変位との間の上記関係が改善される、つまり、より直線状になると同時に、上記回路の複雑性とコストを減らす。他の利点は、二相モードで作動中に、アクチュエータが、性能を低下させる可能性がある遅延を取り除く共時性を得ることである。

図１２Ａ−図１２Ｃは、二相電場応答性高分子変換器の異なる実施形態を示している。この実施形態において、変換器１０は、誘電性フィルム９６に関する第１電極ペア９０と、誘電性フィルム９６に関する第２電極ペア９２とを備えている。この２つの電極ペア９０，９２は、運動を移すために他の構造体へ連結することを容易にするバーまたは機械的部材９４を間にして向かい合っている。図１２Ａに示されるように、両電極９０，９２は、同じ電圧である（例えば、両方ともゼロ電圧である）。第１段階において、図１２Ｂに示されるように、一方の電極ペア９２が誘電性フィルムを広げるよう電圧を加えられ、距離Ｄまでバー９４を動かす。もう１つの電極ペア９０は、誘電性フィルムに接続されているという性質により圧迫されるが、ゼロ電圧である。図１２Ｃは、電圧がもう１つの電極ペア９０に印加されている間、最初の電極ペア９２の電圧が低減または止められる第２段階を示している。この第２段階は、変位がＤの２倍であるように第１段階と同期する。図１２Ｄは、径時的な図１２Ａ−図１２Ｃの変換器の変位を示している。図示のように、最初の電極９２が第１段階で電圧を印加されたときに、バー９４がＤまで変位するように、第１段階が発生する。Ｔ１において、第２段階が始まり、対向電極９０には、最初の電極９２の電圧の減少と同期して電圧が印加される。これら２つの段階を通じたバー９４の正味変位は、２×Ｄである。

要求される感覚フィードバック６０ｂ（図１０参照）をもたらすため、ユーザが提供している入力される力６０ａを伝達するために、様々な種類のメカニズムを使用することができる。例えば、容量センサまたは抵抗センサ５０（図１３参照）は、ユーザインターフェースパッド４内に収納することができ、ユーザにより入力されたユーザ接触表面上で働く機械的力を感知する。センサ５０からの電気的出力は、順にスイッチアセンブリ４６ａ，４６ｂを順に動作させる制御回路４４に供給され、この制御回路４４により提供されたモードと波形に従って、電源４２から感覚フィードバック装置のそれぞれの変換器部分３２，３４に電圧を印加する。

本発明の他の実施形態は、ＥＡＰアクチュエータの気密シーリングを含み、ＥＡＰフィルム上で起こる湿気または結露のいかなる影響をも最小化する。上述の種々の実施形態に関して、ＥＡＰアクチュエータは、触知性フィードバック装置の他の要素から独立して、防護フィルムで実質的にシールされている。防護フィルムまたは防護ケーシングは、ホイル等から作ることができ、シールされたフィルム内への水分の漏出を最小化するため、熱密封等されるのが好ましい。防護フィルムまたは防護ケーシングの一部は、柔軟材料から作ることができ、ケーシング内部のアクチュエータをケーシング外部のポイントに改良された機械的な連結をすることを可能にする。これら装置の実施形態の各々は、アクチュエータの出力部材のフィードバックモーションを、ユーザ入力表面、例えば、キーパッドの接触表面に連結することを可能にすると同時に、密封してシールされたアクチュエータパッケージが危険にさらされることを最小限にする。

アクチュエータのモーションをユーザインターフェース接触表面にカップリングするための様々な一般的な手段がまた、提供される。手順に関して、本発明の方法は、記載されている装置の使用と関連があるメカニカルおよび／またはアクティビティのそれぞれを含むことができる。というわけで、記載された装置の使用についての黙示的な手順は、発明の一部を形成する。その他の方法は、上記装置の製造に注目する。

図１４Ａは、ユーザ入力装置１９０と連結したＥＡＰアクチュエータ２０４の平面アレイ（array）の一例を示している。図に示されるように、ＥＡＰアクチュエータ２０４のアレイは、スクリーン２３２の一部に覆われ、支持棒２５６を介して装置１９０のフレーム２３４と連結している。この実施形態において、支持棒２５６は、アクチュエータ２０４およびスクリーン２３２の動作に対するクリアランスを可能にする。装置１９０の一実施形態において、アクチュエータ２０４のアレイは、要求されるアプリケーションに応じて、ユーザインターフェースまたはスクリーン２３２に隠れる複数の別々のアクチュエータまたはアクチュエータのアレイにすることができる。図１４Ｂは、図１４Ａの装置１９０の下方から見た斜視図を示している。矢印２５４により図に示されるように、ＥＡＰアクチュエータ２０４は、スクリーン２３２に垂直な方向への動きの代用として、あるいは、スクリーン２３２に垂直な方向への動きと組み合わせて、軸に沿ったスクリーン２３２の動きを可能にする。

ここまで説明した変換器／アクチュエータの実施形態は、ＥＡＰ変換器フィルムの活性領域（つまり、重なった電極を含んでいる領域）と非活性領域の両方に連結された不動態層を有する。この変換器／アクチュエータが、また、剛性出力構造体を用いている場合、この構造体は、活性領域の上に存在する不動態層領域の表面に配置されている。また、これらの実施形態の活性領域／活性可能領域は、非活性領域に対して中央に配置されている。本発明はまた、他の変換器／アクチュエータ構造を有することができる。例えば、不動態層が、活性領域のみ、あるいは、非活性領域のみを覆うこともできる。さらに、ＥＡＰフィルムの非活性領域が、活性領域に対して中央に配置することもできる。

図１５Ａおよび図１５Ｂを参照すると、本発明の一実施形態に従って電気エネルギーを機械的エネルギーに変換するための、表面が変形したＥＡＰアクチュエータの略図が提供される。アクチュエータ１０は、ＥＡＰ変換器１２を備え、このＥＡＰ変換器１２は、薄膜エラストマー誘電性高分子層１４と、上部電極１６ａおよび下部電極１６ｂとを有している。この上部電極１６ａおよび下部電極１６ｂは、誘電性高分子層１４の上面および下面の一部にそれぞれ取り付けられている。この誘電性高分子層と少なくとも２つの電極を有している変換器１２の一部は、活性領域として本明細書に言及されている。本発明のいかなる変換器も１以上の活性領域を設けることができる。

重なり、逆帯電した電極１６ａ，１６ｂに、電圧差を与えると（活性領域）、対向する電極は互いに引き付けあい、それらの間で誘電性高分子層１４の一部を圧迫する。電極１６ａ，１６ｂが互いにより近づくように（ｚ軸に沿って）引き寄せられるので、電極の間の誘電性層１４の一部は、平面方向に伸びるように（ｘ軸とｙ軸に沿って）より薄くなる。非圧縮性高分子（つまり、圧迫下で略一定ボリュームを有している高分子）、あるいは、フレームにおけるその他の圧縮性高分子等に対して、このアクションは、活動領域（つまり、電極で覆われている領域）の外側（特に、この活性領域のエッジについての周辺部（すなわち活性領域のエッジのすぐ近くの周囲））の柔軟誘電性材料を厚さ方向（変換器フィルムにより定められた面に直交する）の面外に変位あるいは膨れ上がらせる。この膨らみが、誘電性表面特性２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを作り出す。面外の表面特性２４は、活性領域に対して比較的ローカルに示されている一方で、図示されているように常にローカライズされているわけではない。ある場合において、高分子が予歪みする場合、この表面特性２４ａ，２４ｂは、誘電性材料の非活性部分の表面領域を超えて与えられる。

本発明の変換器の表面特性の鉛直プロファイルおよび／または鉛直視程を増幅するために、変換器フィルム構造の片側または両側に加えることができ、不動態層がＥＡＰフィルム構造体の全てまたは一部を覆う。図１５Ａおよび図１５Ｂのアクチュエータの実施形態において、上部不動態層１８ａおよび下部不動態層１８ｂは、それぞれ、ＥＡＰフィルム１２の上側および下側に取り付けられている。アクチュエータの活性化およびもたらされる誘電性層１２の表面特性１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、図１５Ｂの参照番号２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄに示されているように、追加された不動態層１８ａ，１８ｂの厚さにより増幅される。

隆起した高分子／不動態層の表面特性２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄに加えて、ＥＡＰフィルム１２は、一方または両方の電極１６ａ，１６ｂが誘電性層の厚さよりも下に押し下げられるように構成することができる。そのため、押圧された電極またはその部分が、ＥＡＰフィルム１２の作動およびもたらされる誘電性材料１４の撓みに関する電極の表面特性をもたらす。電極１６ａ，１６ｂは、カスタマイズされた変換器フィルムの表面特性を作り出すために形成され、あるいは、設計される。この表面特性は、高分子の表面特性、電極の表面特性および／または不動態層の表面特性を含むことができる。

図１５Ａおよび図１５Ｂのアクチュエータの実施形態において、１以上の構造体２０ａ，２０ｂは、柔軟不動態スラブと剛性機械的構造体との間の仕事の結合を容易にし、アクチュエータの仕事出力に向かわせ易くするために設けられる。この実施形態では、上部構造体２０ａ（プラットホーム、バー、レバー、ロッド等の形状にできる）が、出力部材としての機能を果たすと同時に、下部構造体２０ｂが、アクチュエータ１０を地面等の固定構造体または剛性構造体２２に連結する働きをする。これらの出力構造体は、個々の要素である必要はないが、むしろ、アクチュエータを駆動することを目的としている構造体と統合あるいは一体化することができる。構造体２０ａ，２０ｂはまた、不動態層１８ａ，１８ｂによって形成された表面特性２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの周辺の長さまたは形状を定める働きをする。図示されている実施形態において、集合アクチュエータの積み重ねが、アクチュエータの非活性部分の厚さの増加を作り出す間、図１５Ｂに示すように、作動状態のアクチュエータによって受ける高さΔｈの正味変化は、マイナスである。

本発明のＥＡＰ変換器は、望ましい厚みモードでの作動を提供するためのどんな適切な構造体でも備えることができる。例えば、より複雑なアプリケーションで用いる変換器を製造するために、１以上のＥＡＰフィルム層を用いることができる。上記アプリケーションは、例えば、統合された感知機能を有するキーボードキー等で、追加のＥＡＰフィルム層を容量性センサとして用いることができる。

図１６Ａは、本発明に従った２重のＥＡＰフィルム層３４を有する積層変換器３２を用いているアクチュエータ３０を示している。この２重の層は、２つの誘電性エラストマーフィルムを有し、これらの誘電性エラストマーフィルムは、上部電極３４ｂと下部電極３４ｃとの間にそれぞれ挟まれた上部フィルム３４ａと、上部電極３６ｂと下部電極３６ｃとの間にそれぞれ挟まれた下部フィルム３６ａとから成る。導電性トレースまたは導電性層（一般的には、「バスバー」と呼ばれる）のペアは、電源の高電圧側または地面側に電極を連結するために設けられる（後者は図示せず）。上記バスバーは、それぞれのＥＡＰフィルムの「非活性」部分（つまり、上部電極と下部電極が重ならない部分）に配置されている。上部バスバー４２ａおよび下部バスバー４２ｂは、誘電性層３４ａの上側と下側にそれぞれ配置されていて、上部バスバー４４ｂおよび下部バスバー４４ａは、誘電性層３６ａの上側と下側にそれぞれ配置されている。誘電性層３４ａの上部電極３４ｂおよび誘電性層３６ａの下部電極３６ｃ（すなわち、２つの外側対向電極）は、一般的に、導電性エラストマービア６８ｂ（図１６Ｂ参照）を通って、バスバー４２ａ、４４ａの相互カップリングによって分極化する。この導電性エラストマービア６８ｂの形成は、図１７Ａ−図１７Ｄに関して、以下により詳細に記載されている。誘電性層３４ａの下部電極３４ｃおよび誘電性層３６ａの上部電極３６ｂ（すなわち、２つの内側対向電極）もまた、一般に導電性エラストマービア６８ａ（図１６Ｂ参照）を通って、バスバー４２ｂ、４４ｂの相互カップリングによって分極化する。封止材料６６ａ，６６ｂは、ビア６８ａ，６８ｂをシールするために用いられる。アクチュエータを作動する場合、それぞれの電極ペアの対向する電極は、電圧が印加されたときに共に引き付けられる。安全目的のため、接地電極は積層の外側に配置され、高電圧電極に至る前に、どんなピアーシングオブジェクトも接地するようにして、感電を廃絶する。２つのＥＡＰフィルム層は、フィルム間接着剤４０ｂにより合わせて接着することができる。この接着剤層は、任意に、性能を強化するために不動態層またはスラブ層を含むことができる。上部不動態層またはスラブ層５０ａおよび下部不動態層５２ｂは、接着剤層４０ａおよび接着剤層４０ｃにより変換器構造体に接着される。出力バー４６ａ，４６ｂは、接着剤層４８ａ，４８ｂによって、丁寧に、上部不動態層および下部不動態層にそれぞれ連結することができる。

本発明のアクチュエータは、どんな適した数の変換器層をも用いることができる。この変換器層の数は、偶数でも奇数でもよい。後者の構造体において、１以上の一般的な接地電極およびバスバーを用いることができる。さらに、安全がそれほど問題とはならない場所では、特定のアプリケーションにより望ましい対応するために、高電圧電極を変換器積層の外側に配置することもできる。

使用可能にするために、アクチュエータ３０は、電気的に電源に連結され、電子機器を制御する（どちらも図示せず）必要がある。これは、アクチュエータの電気配線またはワイヤ、あるいは、ＰＣＢ（プリント基板）の電気配線またはワイヤ、あるいは、フレックスコネクタ６２を介して達成され、高電圧ビアおよび接地ビア６８ａ，６８ｂを電源または中間連結部に連結する。アクチュエータ３０は、保護バリア材料にパッケージすることができ、湿気や環境汚染物質からアクチュエータ３０を遮断する。ここでは、保護バリアには、上部カバー６０と下部カバー６４とを設けていて、ＰＣＢ／フレックスコネクタ６２についてシールされるが好ましく、外力、損傷および／または環境汚染からアクチュエータを保護する。一実施形態において、保護バリアは、気密シールを提供するために不浸透性にすることができる。上記カバーは、物理的ダメージに対してアクチュエータ３０を保護するため多少剛性形状にしてもいいし、また、アクチュエータ３０の作動変位に対して空間的な余裕を持たせるために柔軟にしてもよい。一実施形態において、上部カバー６０は、フォームドフォイル（formed foil）からできていて、下部カバー６４は、コンプライアントフォイル（compliant foil）からできている。また、反対に、上部カバー６０をコンプライアントフォイルに、下部カバー６４をフォームドフォイルにすることもできる。このとき、これらの２つのカバーは、ボード／コネクタ６２に熱融着している。マテリアライズド高分子フィルム、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、アクリル、スチレン、オレフィン、共重合体、ポリエステル、ポリオレフィン等の多くの他のパッケージ材料を用いることもできる。アクチュエータ出力を変換する出力構造または構造体（ここでは、バー４６ｂ）を覆うために柔軟材料が用いられる。

本発明の積層アクチュエータ／変換器構造体の導電性要素／層（例えば、今説明したアクチュエータ３０）は、一般的に、積層構造の中を通って形成される電気ビア（図１６Ｂにおける６８ａ、６８ｂ）によって連結される。図１７ａ−図１９は、上記ビアを形成するための本発明の様々な方法を示す。

図１６Ｂのアクチュエータに用いられているタイプの導電性ビアの形成は、図１７Ａ−図１７Ｄを参照して記載されている。アクチュエータ７０（ここでは、誘電性層７４の非活性領域の向かい側に配置された、正反対に位置しているバスバー７６ａ，７６ｂを有するシングルフィルム変換器から構成されており、まとめて不動態層７８ａ，７８ｂの間に挟まれている。）が、ＰＣＢ／フレックスコネクタ７２に積層される前あるいは積層された後に、積層変換器／アクチュエータ構造体７０は、図１７Ｂに示されるように、ビアホール８２ａ，８２ｂを形成するため、ＰＣＢに向かって、その厚さ全体を貫いてレーザードリルで穴を開けられる（８０）。機械的ドリリング、パンチング、モールディング、ピアーシング、コアリング等、ビアホールを作り出す他の方法を用いることもできる。ビアホールは、図１７Ｃに示すように、例えば、シリコーンのカーボン粒子等の導電性材料と共に注入する等、適切な施工方法によって満たされる。次に、図１７Ｄに示すように、導電的に満たされたビア８４ａ，８４ｂは、ビアの露出端を電気的に絶縁するため、任意に、シリコーン等のあらゆる適合する非導電性材料でポット（pot）される（８６ａ，８６ｂ）。代わりに、非導電性テープを露出されたビア上に配置してもよい。

アクチュエータを電源および電気機器に連結するためのＰＣＢコネクタまたはフレックスコネクタの代わりに、標準電気配線を用いることができる。上記実施形態が有する電源への電気的ビアおよび電気的連結を形成する種々のステップは、図１７Ａ−図１７Ｄと同じ構成要素およびステップを有し、同じ参照番号を有している図１８Ａ−図１８Ｄに示されている。図１８Ａに示すように、バスバー８４ａ，８４ｂが届く範囲で、アクチュエータ厚さの範囲内の深度にのみ、ビアホール８２ａ，８２ｂにドリルで穴を開ける必要がある。このビアホールは、図１８Ｂに示すように、次に導電性材料で満たされ、その後、リード線８８ａ，８８ｂが、図１８Ｃに示すように、蓄積された導電性材料内に挿入される。導電的に満たされたビアとリード線は、その後、図１８Ｄに示すように、覆ってポットすることもできる。

図１９は、本発明の変換器内の導電性ビアを提供する別のマナーを示す。変換器１００は、電極１０６ａと電極１０６ｂとの間に挟まれた部分を持つ誘電性層１０４を有する誘電性フィルムを備え、この誘電性フィルムは、同様に、不動態高分子層１１０ａと不動態高分子層１１０ｂとの間に挟まれている。導電性バスバー１０８は、ＥＡＰフィルムの非活性領域上に設けられている。ピアーシング構造を持つ導電性コンタクト１１４は、手動でもその他方法でも、バスバー材料１０８を貫く深度まで変換器の一方の面に打ち込まれる。導電性トレース１１６は、ピアーシングコンタクト１１４の露出端からＰＣＢ／フレックスコネクタ１１２に沿って広がる。ビアを形成するこの方法は、ビアホールにドリルで穴を開けるステップ、ビアホールを満たすステップ、ビアホールに導電性ワイヤを配置するステップ、ビアホールをポットするステップを排除するので、特に効率的である。

本発明の厚みモードのＥＡＰ変換器は、適切な構造体および表面特性のプレゼンテーションを有する様々なアクチュエータのアプリケーションの使用に適している。図２０Ａ−図２４は、典型的な厚みモード変換器／アクチュエータのアプリケーションを示している。

図２０Ａは、厚みモード変換器１２０を示している。この変換器１２０は、円形の構造体を備え、キーボード、タッチスクリーン、電話等の装置にユーザが物理的に接触する、触知性または触覚フィードバックのアプリケーションに用いるためのボタンアクチュエータに適している。変換器１２０は、薄膜エラストマー誘電性高分子層１２２と、上部電極１２４ａと、下部電極１２４ｂ（下部電極パターンは、透視で示す）とから形成され、図２０Ｂの単独図に最もよく示されている。電極パターン１２４の各々には、柄部１２５に、同心円状に形成されている複数の反対方向に広がる指状部１２７を設けている。これらの２つの電極の柄部は、円形の誘電性層１２２の反対側に、互いに正反対に配置され、これらのそれぞれの指状部は、図２０Ａに示すパターンを作り出すため、互いに並んで配置されている。本実施形態の対向電極パターンは、互いに同一かつ対称であるが、他の実施形態では、形状および／または占有する表面領域の量において、対向電極パターンは非対称の場合が考えられる。２つの電極材料が重ならない変換器材料の一部分が、変換器の非活性領域１２８ａ，１２８ｂを定める。電気コンタクト１２６ａ，１２６ｂは、変換器を電源および制御電子機器に電気的に連結するために（どちらも図示せず）、２つの電極のそれぞれの柄部の基礎に設けられる。変換器を活性化すると、対向電極の指状部は共に引き付けられて、その結果、それらの間で誘電性材料１２２を圧迫すると同時に、ボタンの周辺部について表面特性を形成するために、および／または、希望のボタンに対して内部に表面特性を形成するために膨らんでいる変換器の非活性領域１２８ａ，１２８ｂを圧迫する。

このボタンアクチュエータは、シングル入力または接触表面の形式にすることができる、あるいは、複数の接触表面を有するアレイ形式で設けることができる。アレイの形式で構成されたとき、図２０Ａのボタン変換器は、図２１に示されているように、例えば、コンピュータ、キーボード、電話、計算機等の様々なユーザインターフェース装置に対するキーパッドアクチュエータ１３０の使用に適している。変換器アレイ１３２は、相互接続した電極パターンの上部アレイ１３６ａと、電極パターンの下部アレイ１３６ｂ（透視で示す）とを含み、これらの２つのアレイは、説明されているような活性部分と非活性部分とを有する図２０Ａの同心変換器パターンを作り出すために、互いに対向している。キーボード構造は、変換器アレイ１３２の上に不動態層１３４を形成することができる。不動態層１３４は、キーボーダー１３８のような、それ自身の表面特性を有することができる。この表面特徴は、ユーザが、触知的にユーザ自身の指を個別のキーパッドに合わせることができるようにするために、および／または、活性時にそれぞれのボタンの周囲の膨隆をさらに増幅するために、不動態状態で隆起させることができる。キーが押されたとき、このキーが置かれた個々の変換器は、触知性感覚バックをユーザに提供するよう活性化され、上述の厚みモードの膨らみをもたらす。様々な変換器をこの方法で提供することができる。これらの変換器は、使用されているキーパッド１３４のタイプとサイズに適応させるために間隔を空けることもできる。上記変換器アレイに関する製造技術の例は、２００８年６月２７日に出願された米国特許出願No,12/163,553、発明の名称「感覚フィードバックアプリケーションに関する電場応答高分子変換器」に記載されていて、その内容のすべてを、本明細書の一部を構成するものとして援用する。

本発明の厚みモード変換器は、左右対称である必要がなく、どの構造体や形状にも取り入れることができるということを、当業者は十分理解するであろう。本発明の変換器は、あらゆる想像可能な新規アプリケーション（例えば、図２２に示される新規なハンド装置１４０等）に用いることができる。人の手の形状の誘電性材料１４２には、同じ手の形状の上部電極パターン１４６ａと下部電極パターン１４６ｂ（下部電極パターンは、透視で示す）とを設けている。電極パターンの各々が、バスバー１４６ａ，１４６ｂにそれぞれ電気的に連結され、次に、電源および制御電子機器（どちらも図示せず）に電気的に連結される。ここでは、これらの対向電極パターンは、挟まれるというよりはむしろ、互いと一直線になっている、あるいは、互いの上にあり、活性領域と非活性領域を交互に作り出している。そのため、全体として対向電極パターンの内部エッジおよび外部エッジのみに隆起した表面特徴を作り出す代わりに、隆起した表面特徴が、ハンドプロファイル全体にわたって（つまり非活性領域上に）提供される。この例となるアプリケーションの表面特性は、触知性フィードバックというよりはむしろ視覚フィードバックを提供することができるということを示している。この視覚フィードバックは、カラーリング、反射材料等により強化できると考えられる。

本発明の変換器フィルムは、一般にウェブベースの製造技術を用いることにより（特に、変換器電極パターンが同一または繰り返しである）効率よく製造されたマスであってもよい。図２３に示されるように、変換器フィルム１５０は、連続ストリップフォーマットに設けることができる。この連続ストリップフォーマットは、連続上部電気バス１５ａと連続下部電気バス１５ｂとを有し、これら連続上部電気バス１５ａおよび連続下部電気バス１５ｂは、誘電性材料のストリップ１５２に正確に置かれている、あるいは、誘電性材料のストリップ１５２に形成されている。最も一般的には、厚みモードの特性は、別々である（つまり連続的ではない）が反復している活性領域１５８により定められ、この活性領域１５８は、それぞれのバスバー１５６ａ，１５６ｂに電気的に接続されている上部電極パターン１５４ａと下部電極パターン１５４ｂとにより形成されている。このバスバー１５６ａ，１５６ｂのサイズ、長さ、形状およびパターンは、特定のアプリケーションについてカスタマイズすることができる。一方、（複数の）活性領域を連続パターンで設けるということも考えられる。電極パターンとバスパターンは、周知のウェブベースの製造技術によって形成可能で、そのとき個々の変換器は分離されている。また、電極パターンとバスパターンは、選択された分離線１５５に沿ってストリップ１５０をカットする等の周知技術によって形成することもできる。活性領域がストリップに沿って連続して設けられている場合には、このストリップは、電極がショートするのを避けるために、高度な精密さでカットされる必要があることが知られている。これらの電極のカット端は、ポッティング（potting）を必要とする可能性があり、または別の方法で、トラッキング問題を回避するため、後にエッチングされる可能性がある。このとき、バス１５６ａ，１５６ｂのカット終端は、もたらされるアクチュエータの作動を可能にするため、電源／制御源に連結される。

分離中も分離後も、ストリップも分離されたストリップ部分も、複数層構造体を提供するために、他の変換器フィルムのストリップ部分をいくらでも積み上げることができる。このとき、積み上げられた構造体はラミネート加工することでき、望むなら、アクチュエータの剛性機械的要素（例えば出力バー等）に機械的に連結することもできる。

図２４は、本発明の変換器の別の実施形態を示している。この実施形態では、変換器１６０が、誘電性材料１６２のストリップで形成されており、このストリップに関して異なる側にある上部電極１６４ａと下部電極１６４ｂとを有している。このストリップは、矩形パターンに配置され、オーペンエリア１６５を囲んでいる。これらの電極の各々は、電気的バス１６６ａ，１６６ｂでそれぞれ終端処理され、これらの電気的バスには、電源と制御電子機器（どちらも図示せず）に連結するための電気的接点１６８ａ，１６８ｂが設けられている。囲い込んだ領域１６５にわたって広がる不動態層（図示せず）は、環境保護および出力バー（図示せず）の機械的カップリングの両方に関して、変換器フィルムのどちらのサイドでも使用可能であるため、ガスケット構造を形成している。構成されているように、変換器の活性化は、変換器ストリップの内部周辺部および外部周辺部１６９に沿って表面特性を作り出し、活性領域１６４ａ，１６４ｂの厚さを減少させる。ガスケットアクチュエータは、連続する単一のアクチュエータである必要がないということに気が付くべきである。また、任意に、非活性柔軟ガスケット材料でシール可能な領域の周囲に線を引くために、１以上の個別のアクチュエータを用いることもできる。

他のガスケットタイプアクチュエータは、上記の米国特許出願No,12/163,554に記載されている。これらのタイプのアクチュエータは、感覚（例えば、触覚または振動性）フィードバックアプリケーションに適している。この感覚フィードバックアプリケーションには、例えば、携帯用マルチメディア装置、医療器具類、キオスク、自動車計器パネル、玩具、その他新規な製品等のアプリケーションに対するタッチセンサプレート、タッチパッド、タッチセンサ等がある。

図２５Ａ−図２５Ｄは、本発明の厚みモードアクチュエータの一実施形態を用いているタッチスクリーンの断面図を示しており、４つの図面の間の同じ構成要素には、同じ参照番号を付与している。図２５Ａを参照すると、タッチスクリーン装置１７０は、一般的に、ガラス、プラスチック材料から作られているタッチセンサプレート１７４を備え、任意に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１７２を有している。このタッチセンサプレート１７４および液晶ディスプレイ１７２は、共に積み重ねられていると共に、ＥＡＰ厚みモードアクチュエータ１８０により間隔を空けられ、それらの間でオープンスペース１７６を画定している。この集合的積層構造体は、フレーム１７８により１つにまとめられている。アクチュエータ１８０は、誘電性フィルム層１８２により形成された変換器フィルムを有している。この誘電性フィルム層１８２は、電極ペア１８４ａ，１８４ｂによってアクチュエータ１８０の中心に挟まれている。そして、上記変換器フィルムは、上部不動態層１８６ａと下部不動態層１８６ｂとの間に挟まれ、さらに、出力部材１８８ａ，１８８ｂのペアの間に挟まれている。これらの出力部材１８８ａ，１８８ｂのペアは、それぞれ、タッチプレート１７４およびＬＣＤ１７２に機械的に連結されている。図２５Ａの右側は、アクチュエータが非活性状態であるときのＬＣＤおよびタッチプレートの相対的な位置を示している。一方、図２５Ａの左側は、アクチュエータが活性状態であるとき、すなわち、ユーザが矢印１７５の方向にタッチプレート１７４を押し下げるときのＬＣＤおよびタッチプレートの相対的な位置を示している。図２５Ａの左側から明らかなように、アクチュエータ１８０を作動する場合、電極１８４ａ，１８４ｂは共に引き付けられ、その結果、誘電性フィルム１８２の一部をそれらの間で圧迫すると同時に、誘電性材料および活性領域外側の不動態層１８６ａ，１８６ｂの表面特性を作り出す。これらの表面特性は、出力ブロック１８８ａ，１８８ｂによりもたらされる圧縮力によりさらに強化される。そのため、上記表面特性は、矢印１７５の反対方向にタッチプレート１７４上のわずかな力を提供し、タッチプレートを押圧することに反応してユーザに触知性感覚を与える。

図２５Ｂのタッチスクリーン１９０は、図２５Ａのタッチスクリーンに類似の構造体であり、その違いは、矩形（または正方形等）形状の厚みモードアクチュエータ１８０で囲まれた内部領域内に、ＬＣＤ１７２全てが存在する点である。そのため、装置が非活性状態であるときのＬＣＤ１７２とタッチプレート１７４との間のスペース１７６は（図の右側に示されているように）、図２５Ａの実施形態における間隔よりもはるかに小さく、その結果、より薄型の設計をもたらす。さらに、アクチュエータの下部出力構造体１８８ｂが、フレーム１７８の後壁１７８’に直接置かれている。これら２つの実施形態間の構造的差異に関係なく、装置１９０は、アクチュエータの表面特性がタッチプレートを押圧することに反応して矢印１８５の反対方向にわずかな触知性の力をもたらす、装置１７０と同様に機能する。

今述べた２つのタッチスクリーン装置は、単一の方向に機能する単相装置である。２つ（あるいはそれ以上）の本発明のガスケットタイプアクチュエータは、図２５Ｃにおけるような二相（二方向性の）タッチスクリーンを作り出すために縦に並べて用いることができる。装置２００の構造体は、図２５Ｂの装置の構造体と同様であるが、タッチプレート１７４上に置かれている第２厚みモードアクチュエータ１８０’をさらに備えている。これらの２つのアクチュエータおよびタッチプレート１７４は、内側に追加された拡張上部ショルダ１７８”を有するフレーム１７８によって、積み上げられた関連で保持されている。そのため、タッチプレート１７４が、アクチュエータ１８０，１８０’の最内部の出力ブロック１８８ａ、１８８ｂ’のそれぞれの間に直接挟まれる一方、アクチュエータ１８０’の最外部の出力ブロック１８８ｂ，１８８ａ’のそれぞれが、フレーム部材１７８’，１７８”のそれぞれを強化する。この囲い込まれたガスケットの配置は、ダストとデブリをスペース１７６内の光パスから遠ざける。ここでは、図２５Ｃの左側は、活性状態の下部アクチュエータ１８０と非活性状態の上部アクチュエータ１８０’とを示していて、この図の左側では、センサプレート１７４は、矢印１９５の方向のＬＣＤ１７２に向かわせられている。反対に、図２５Ｃの右側は、非活性状態の下部アクチュエータ１８０と活性状態の上部アクチュエータ１８０’とを示していて、この図の右側において、センサプレート１７４は、矢印１９５’の方向のＬＣＤ１７２から遠ざけられている。

図２５Ｄは、違った二相タッチセンサ装置２１０を示している。この二相タッチセンサ装置２１０は、タッチセンサプレートに対して直角に電極を配置している厚みモードストリップアクチュエータ１８０のペアを備えている。ここでは、タッチプレート１７４の二相または二方向動作は、矢印２０５で示されるように、面内にある。この面内動作を可能とするために、アクチュエータ１８０は、そのＥＡＰフィルムの面がＬＣＤ１７２およびタッチプレート１７４の面に対して直角であるように配置される。このような位置を維持するために、アクチュエータ１８０は、フレーム１７８の側壁２０２と、タッチプレート１７４を置く内部フレーム部材２０６との間に保持されている。内部フレーム部材２０６が、アクチュエータ１８０の出力ブロック１８８ａに取り付けられている間、この内部フレーム部材２０６とタッチプレート１７４とは、平面または水平な動作を可能にするために、外部フレーム１７８に対して「浮いて」いる。この構造体は、相対的にコンパクトかつ薄型の設計を提供する。なぜなら、この構造体は、タッチプレート１７４による二相面外動作に別の方法で必要と思われる追加の間隔を排除するからである。上記２つのアクチュエータは、二相動作に対して反対に働く。プレート１７４およびブラケット２０６の複合アセンブリは、アクチュエータストリップ１８０を、フレーム１７８の側壁２０２に対して軽度に圧縮した状態に維持する。一方のアクチュエータが活性状態であるとき、他方のアクチュエータが蓄積された圧縮力に起因して広がると同時に、一方のアクチュエータはさらに縮む（薄くなる）。これは、プレートアセンブリを活性状態のアクチュエータの方に動かす。このプレートは、第１アクチュエータの活性化を停止して、第２アクチュエータを活性化することにより反対方向に動く。

図２６Ａおよび図２６Ｂは、変換器の非活性領域が（複数の）活性領域に対して内部または中央に配置されている（つまり、ＥＡＰフィルムの中心部分は、重なる電極を持っていない）実施形態を示している。厚みモードアクチュエータ３６０は、電極層３６４ａ，３６４ｂの間に挟まれている誘電性層３６２を有するＥＡＰフィルムを備えている。この厚みモードアクチュエータ３６０において、ＥＡＰフィルムの中央部分３６５は不動態であり、かつ、電極材料を有していない。このＥＡＰフィルムは、上部フレーム部材３６６ａおよび下部フレーム部材３６６ｂの少なくとも１つによりピンと張った、または、伸ばされた状態で保持され、全体として、カートリッジ構造を提供している。このＥＡＰフィルムの不動態部分３６５の上側および下側の少なくとも一方のカバーは、不動態層３６８ａ，３６８ｂであり、任意の剛性制約、すなわち、その表面にそれぞれ取り付けられた出力部材３７０ａ，３７０ｂを設けている。活性時に（図２６Ｂ参照）、カートリッジフレーム３６６によりＥＡＰフィルムがその周囲で拘束されるので、ＥＡＰフィルムの圧縮によって、上述のアクチュエータの実施形態のように外側というよりはむしろ、矢印３６７ａ，３６７ｂにより示されるように、内側に向けてフィルム材料が後退する。圧縮されたＥＡＰフィルムは、不動態材料３６８ａ，３６８ｂに影響を与え、その直径を縮小すると共に、その高さを増加させる。この構造の変化は、出力部材３７０ａ，３７０ｂにそれぞれ外向きの力を加える。先に説明したアクチュエータの実施形態と同様に、不動態的に連結されたフィルムアクチュエータは、複数相の作動を提供するために、および／または、アクチュエータの出力および／またはストロークを増加させるために、積層または平面的な関係で複数設けることができる。

誘電性フィルムおよび／または不動態層材料を予歪みさせることによって、性能を強化できる。アクチュエータは、キーまたはボタン装置として用いることもでき、膜スイッチ等のセンサ装置を積み重ねる、あるいは、センサ装置と一体にすることもできる。下部出力部材または下部電極は、回路を完成させるため膜スイッチへの十分な圧力を提供するために用いることができ、また、下部出力部材が導電性層を有する場合、直接回路を完成させることもできる。キーパッドやキーボード等のアプリケーションに対するアレイに、複数のアクチュエータを用いることができる。

米国特許出願No,2005/0157893に開示されている様々な誘電性エラストマーおよび電極材料は、本発明の厚みモード変換器の使用に適している。一般的に、誘電性エラストマーは、シリコーンゴムやアクリル等のあらゆる略絶縁性、柔軟性高分子を含んでおり、この高分子は、静電力に反応して変形する、あるいは、電場の変化により変形がもたらされる。適切な高分子を設計または選択することによって、最善の物質的、物理的、化学的特性を想定することができる。このような特性は、モノマー（どんなサイドチェインをも含む）、添加物、架橋結合度、結晶化度、分子質量等の賢明な選択により調整することができる。

本明細書に記載した電極および使用に適した電極は、金属トレースおよび電荷分布層、テクスチャード加工電極、カーボングリースまたはシルバーグリース等の導電性グリース、コロイド懸濁液、導電性カーボンブラックまたはカーボン繊維またはカーボンナノチューブまたはグラフェンおよび金属ナノワイヤ等の高アスペクト比導電性材料、イオン結合した導電性材料の混合物を有する構造化された電極を含む。上記電極は、炭素を含んでいるエラストマーマトリクス等の柔軟な材料から作ることもできる。本発明はまた、金属電極および半剛直電極を用いることができる。

本発明の変換器に使用するための例となる不動態層材料は、これに限定されないが、例えば、シリコーン、スチレンまたはオレフィン共重合体、ポリウレタン、アクリル、ゴム、ソフト高分子、ソフトエラストマー（ゲル）、ソフト高分子発泡体、または高分子／ゲルハイブリッドを含む。不動態層および誘電性層の相対的な弾性および厚さは、望ましい出力（例えば、所望の表面特性の正味厚さまたは薄さ）を達成するために選択され、この出力の応答が、直線的（例えば、不動態層厚さが、活性時に誘電性層の厚みに対して比例的に増幅する）、あるいは、非直線的（例えば、不動態層および誘電性層が、変動料率で薄くなる、または、厚みを増す）であるように設計できる。

手順に関して、本発明の方法は、説明された装置の使用に関連付けられる機械および／または活動の各々を含むことができる。そのため、説明された装置の使用に対する間接的な手順は、本発明の一部を形成する。その他の方法は、このような装置の製造に焦点を当てることもできる。

本発明の他の詳細に関しては、構造に関係のある材料および代替物は、この分野における当業者のレベルの範囲内で用いることができる。一般的にまたは必然的に用いられるような付加的な作用に関する本発明の方法ベースの態様に対して、同じことが当てはまり得る。さらに、本発明はいくつかの例や、任意に組み込む様々な特性に関して説明しているが、本発明のそれぞれの実施形態に関して記載され、あるいは、示されているものに限定されない。説明された本発明に対して、様々な変更をすることができ、等価物（本明細書に列挙されていようと、簡潔さのために含まれていなかろうと）は、本発明の真の目的および範囲から離れること無しに、置換することができる。示されたどんな数の個別の部品またはサブアセンブリも、それらの設計において一体にすることができる。このような変更その他は、アセンブリに対する設計の原則によって行われ、あるいは、導かれる。

他の実施形態において、カートリッジアセンブリまたはアクチュエータ３６０は、振動するボタン、キー、タッチパッド、マウス、あるいは他のインターフェースにおける触覚反応の提供に使用するために適合させることができる。この実施形態において、アクチュエータ３６０の連結には、非圧縮性の出力形状を用いている。この実施形態では、出力形状にモールドされた非圧縮性材料を用いることによって、電場応答性高分子ダイアフラムカートリッジの接合中央拘束に対する代替手段を設けている。

中央ディスクを持たない電場応答性高分子アクチュエータにおいて、作動は、電極形状の中心における受動フィルムの状態を変えて、圧力と歪み（力と変位）の両方を低減させる。この低減は、単一の方向だけでなく、フィルム面の全ての方向に発生する。電場応答性高分子を放電すると、この受動フィルムは、原初の圧力エネルギーおよび歪みエネルギーの状態に戻る。電場応答性高分子アクチュエータは、非圧縮性材料（圧力下で略一定のボリュームを有する）で構成することができる。上記アクチュエータ３６０は、非活性領域３６５のアクチュエータ３６０の中央で受動フィルムエリアに接着されている非圧縮性出力パッド３６８ａ，３６８ｂで組み立てられ、中心ディスクが置き換えられている。この構造は、そのインターフェースの出力パッドを不動態部３６５で圧縮することによってエネルギーを移動するために用いることができる。これは、出力パッド３６８ａ，３６８ｂを膨張させ、フラットなフィルムに対して垂直方向の作動を作り出す。上記非圧縮性形状は、作動中にその変化方向を制御するため、様々な表面への拘束を付加することによりさらに強化できる。上述の例として、出力パッドの上部表面を拘束するために非柔軟補強材を加えることは、この表面がその寸法を変化させることを防ぎ、その形状変化を出力パッドの望ましい大きさに集中させる。

上述の実施形態は、作動時の電場応答性高分子である誘電性エラストマーの２軸圧力状態および２軸緊張状態の変化のカップリング、作動方向に直角の移動動作、性能を最適化するための非圧縮性形状の設計を可能にすることもできる。上記実施形態は、様々な変換器プラットホームを含むことができ、どんな触覚フィードバック（マウス、コントローラ、スクリーン、パッド、ボタン、キーボード等）に対しても、ダイアフラム、プラナー、慣性ドライブ、厚みモード、ハイブリッド（添付の開示に記載されているプラナーおよび厚みモードの組み合わせ）、およびイーブンロールを含んでいる。これらの実施形態は、ユーザ接触表面の特定の部分、例えば、タッチスクリーン、キーパッド、ボタンまたはキーキャップを移動してもいいし、あるいは、装置全体を移動してもよい。

異なる装置の実装は、異なるＥＡＰプラットホームを必要とする。例えば、一例において、厚みモードアクチュエータのストリップは、タッチスクリーンに対する面外動作、キーボード上のボタンに対するキークリック感覚をもたらすためのハイブリッドまたはプラナーアクチュエータ、あるいは、マウスおよびコントローラのランブラーフィードバックをもたらすための慣性駆動設計を提供することもできる。

図２７Ａは、様々なユーザインターフェースデバイスを有する触覚フィードバックを提供するための変換器の他の実施形態を示している。この実施形態では、マスまたは重り２６２が、電場応答性高分子アクチュエータ３０に連結されている。図示の高分子アクチュエータは、フィルムカートリッジアクチュエータを有しているが、この装置の代替となる実施形態では、上述のＥＡＰ特許およびＥＡＰ出願に説明されているようなバネベースのアクチュエータを用いることができる。

図２７Ｂは、図２７Ａの変換器アセンブリの分解図を示している。図に示されているように、慣性変換器アセンブリ２６０は、２つのアクチュエータ３０の間に挟まれたマス２６２を備えている。また一方で、この装置の実施形態は、マスの両側の目的とするアプリケーションに応じて、１以上のアクチュエータを備えている。図に示されているように、この（複数の）アクチュエータは慣性マス２６２に連結され、ベースプレートまたはフランジを介して固定されている。アクチュエータ３０の作動は、このアクチュエータに対してｘ−ｙ方向にマスを移動させる。更なる実施形態において、マス２６２が垂直移動またはｚ軸移動するように、アクチュエータを構成することができる。

図２７Ｃは、図２７Ａの慣性変換器アセンブリ２６０の側面図を示している。この図において、アセンブリは、アクチュエータ３０および慣性マス２６２を囲う中央ハウジング２６６および上部ハウジング２６８と共に示されている。また、このアセンブリ２６０は、ハウジングおよびアクチュエータ内の開口またはビア２４まで伸びている固定手段またはファスナ２７０と共に示されている。このビア２４は、複数の機能を供給することができる。例えば、ビアは、取り付け目的のためだけに存在することもできる。その代わりに、または、組み合わせて、このビアは、回路基盤、フレックス回路、または機械的アース端子にアクチュエータを電気的に接続することができる。図２７Ｄは、図２７Ｃの慣性変換器アセンブリ２６０の斜視図を示しており、この慣性変換器アセンブリ２６０には、慣性マス（図示せず）が、ハウジングアセンブリ２６４，２６６，２６８の内部に配置されている。これらハウジングアセンブリの各部は、複数の機能を供給することできる。例えば、機械的支持および取り付けおよび付着特性を提供することに加えて、これらハウジングアセンブリの各部は、アクチュエータカートリッジを傷つける可能性がある、ｘ、ｙおよび／またはｚ方向の慣性マスの必要以上の動きを防止するための機械的ハードストップとして機能する特性を組み込むことができる。例えば、上記ハウジングは、慣性マスの必要以上の動きを制限するための隆起表面を設けることができる。図示されている実施形態において、この隆起表面は、ビア２４を含むハウジングの一部分を構成することができる。また、ビア２４を選択的に取り付けて、そのために設置されたどんなファスナ２７０をも慣性マスの動きを制限するための効果的な止め具として機能することができるようにする。

ハウジングアセンブリ２６４，２６６はまた、取り扱いに関する電気ショックを防ぐために、アクチュエータのエッジを覆う一体化されたリップまたは拡張を想定して設計することもできる。あらゆる、そして全てのこれらの部分はまた、家庭用電子装置のハウジング等の、より大きなアセンブリのハウジングの一部として一体化することもできる。例えば、図示されているハウジングは、ユーザインターフェース内に固定できる独立した構成要素として示されているが、この変換器の別の実施形態は、実際のユーザインターフェース装置のハウジングの全体または一部であるハウジングアセンブリを備えている。例として、コンピュータマウスの本体は、慣性変換器アセンブリのハウジングとして機能するよう構成することができる。

上記慣性マス２６２はまた、複数の機能を供給することができる。図２７Ａおよび図２７Ｂに円形状として示されているが、慣性マスの実施形態は、より複雑な形状を有するよう製造することができ、ｘ、ｙおよび／またはｚ方向のその動作を制限する機械的ハードストップとして機能する総合的な特性を有するようになる。例えば、図２７Ｅは、慣性マス２６２を備えている慣性変換器アセンブリの一実施形態を示している。この慣性マス２６２には、ハウジング２６４の止め具の特徴（または他の特徴）をかみ合わせる成形面２６３を設けている。図示の実施形態において、慣性マス２６２の成形面２６３は、ファスナ２７０をかみ合わせる。したがって、慣性マス２６２の変位は、成形面２６３とファスナ２７０の止め具との間の隙間に制限される。重量マスは、アセンブリ全体の共振周波数を調整するために選択することができ、この構造体の材料は、どんな高密度物質でも可能だが、必要なボリュームやコストを最小化するよう選択されるのが好ましい。適切な材料は、鉄、タングステン、アルミニウム、ニッケル、クロムおよび真鍮、高分子／金属合成材料、樹脂、流体、ゲルあるいは他の材料等の金属および金属合金を含み、また、他の材料を用いることもできる。

（電場応答性高分子触覚のためのフィルタサウンドドライブ波形）
本明細書に記載された本発明の方法および装置の他の実施形態は、フィードバックを改良するための方法でアクチュエータを駆動することを含む。一実施形態において、触覚アクチュエータは、サウンド信号により駆動される。この構造は、セパレートプロセッサの必要性を除外して、異なるタイプの触覚感覚を作り出すための波形を生成する。その代わりに、現在の音声信号を修正触覚信号に修正する（例えば、周波数スペクトルの異なる部分をフィルタにかける、あるいは、増幅する）ために、触覚装置は１以上の回路を用いることができる。従って、修正触覚信号は、その後アクチュエータを駆動させる。一実施形態において、修正触覚信号は、異なる感覚効果を得るためのアクチュエータを始動させるために電源を駆動させる。このアプローチは、どんな音声信号も自動的に関連付け、同期させるという有利な点を有し、ゲームコントローラや携帯ゲームコンソール等の触覚装置における音楽やサウンドエフェクトのフィードバックを強化することができる。

図２８Ａは、電場応答性高分子アクチュエータに対する最適な触角周波数内で作動するための音声信号を調整する回路の一例を示している。図示されている回路は、図２８Ｂに示されているものと同じ信号を作り出すために、振幅カットオフ、直流電流オフセット調整、および交流電流波形最大振幅マグニチュード調整によって音声信号を修正する。一実施形態において、電場応答性高分子は、二相の電場応答性高分子アクチュエータを備え、上記音声信号を変化させることには、この電場応答性高分子変換器の第１相を駆動させるため、上記音声信号の音声波形（オーディオ波形）の正の部分をフィルタにかけることと、この電場応答性高分子変換器の第２相を駆動させるために、上記音声信号の音声波形の負の部分を反転させることとを含み、この電場応答性高分子変換器の性能を向上させる。例えば、正弦波形の音源信号は、矩形波形（例えば、クリッピングを介して）に変換することができ、触覚信号が、最大アクチュエータ出力を作り出す矩形波形になることができるようにする。

他の実施形態において、上記回路は、触覚効果を起こさせるための音声信号の音声波形の全部または一部を用いるため、この音声信号の周波数をフィルタにかけるための１以上の整流器を備えることができる。図２８Ｃは、音声信号の音声波形の正の部分をフィルタにかけるために設計された回路の一実施形態を示している。他の実施形態において、この回路は、二相を有するアクチュエータのために図２８Ｄに示される回路と結合することができる。図に示されているように、図２８Ｃの回路は、アクチュエータの一方の相を駆動するための音声波形の正の部分をフィルタにかけることができる。一方、図２８Ｄに示す回路は、二相触覚アクチュエータの他方の相を駆動するための音声波形の負の部分を反転させることができる。その結果、この二相アクチュエータは、より高いアクチュエータ性能を有する。

他の実施形態において、音声信号の閾値は、アクチュエータを駆動する２次回路を始動させるために用いることができる。この閾値は、音声信号の振幅、周波数、または特定のパターンにより定めることができる。この２次回路は、例えば特定の周波数を出力するために取り付けられたオシレータ回路のような固定的応答を有する、あるいは、複数定められているトリガーに基づく複数の応答を有することができる。一実施形態において、これらの応答は、特定のトリガーに基づいて、予め決めることができる。この場合、保存された応答信号を特定のトリガーについて提供することができる。この方法において、音源信号の修正に代えて、上記回路は、１以上の音源信号特性によって決まる既定の応答を始動させる。上記２次回路はまた、限られた持続時間の応答を出力するためのタイマーを有することもできる。

多くのシステムが、サウンド機能を伴う触覚の実装から利益を得る可能性がある（例えば、コンピュータ、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）の電子ゲーム）。この実施形態において、フィルタをかけられたサウンドは、電場応答性高分子触覚の駆動波形として機能する。通常、これらのシステムに用いられるサウンドファイルは、触覚フィードバックアクチュエータ設計の最適な周波数範囲のみを含むようにフィルタをかけることができる。図２８Ｅおよび図２８Ｆは、装置４００のその一例を示していて、この場合、コンピュータマウスには、マウス本体４００の内部に、慣性マス４０４に連結された１以上の電場応答性高分子アクチュエータ４０２を設けている。

現在のシステムは、２００Ｈｚ未満の最適周波数で作動する。例えば、ショットガンの爆音や、ドアを閉める音のようなサウンド波形は、使用される２００Ｈｚ未満であるこれらサウンドから上記最適周波数のみを許可するようローパスフィルタをかけることができる。このフィルタをかけられた波形は、その後触覚フィードバックアクチュエータを駆動するＥＰＡＭ電源への入力波形として供給される。これらの実施形態がゲームコントローラに用いられた場合、ショットガンの爆音およびドアを閉める音は、触覚フィードバックアクチュエータと同時に作動して、ゲームプレイヤーに高質の経験を提供する。

一実施形態において、現在のサウンド信号の使用は、独立して生成された音声信号によって生成されたサウンドと同時に、ユーザインターフェースデバイスの触覚効果を作り出す方法を可能にする。例えば、この方法は、上記音声信号をフィルタリング回路に案内し、既定の周波数よりも下の周波数の範囲をフィルタにかけることにより触覚ドライブ信号を作るために、上記音声信号を変化させ、上記触覚ドライブ信号を電場応答性高分子変換器に連結された電力源に提供し、上記電力源が上記電場応答性高分子変換器を作動させ、上記音声信号により生成される上記サウンドと同時に上記触覚効果を起こさせることを含むことができる。

上記方法は、サウンドエフェクトおよび触覚応答の両方を同時に生成するために、電場応答性高分子変換器を駆動することをさらに含むことができる。

図２９Ａ−図３０は、１以上の変換器の駆動に関する他の実施形態を示しており、この変換器の構造を変換器に電力を供給するために用いて、ノーマル（活性前）状態において、この変換器に電力が供給されていない状態であり続けることができるようにする。以下説明は、この明細書に記載されたあらゆる設計に組み込むことができる。この変換器を駆動するための装置および方法は、ユーザインターフェースデバイスの本体または筺体のプロファイルを小さくしようと試みるときに、特に有益である。

最初の例（図２９Ａ）において、ユーザインターフェースデバイス４００は、１以上の電場応答性高分子変換器またはアクチュエータ３６０を備え、この電場応答性高分子変換器またはアクチュエータ３６０は、複雑なスイッチングメカニズムを必要とすることなく、ユーザインターフェース表面４０２で触覚効果を作り出すよう駆動することができる。その代わりに、複数の変換器３６０が１以上の電源３８０により電力を供給される。図に示された例おいて、これらの変換器３６０は、上述の厚みモード変換器、および言及によりすでに組み込まれたアプリケーションにおける厚みモード変換器である。しかし、この実施形態が提示するコンセプトは、複数の異なる変換器設計に適用可能である。

図に示されるように、変換器３６０は、高圧電源３８０を有するオープン回路を含んでいる層に積み重ねられている。この高圧電源３８０には、各変換器３６０への接続としての機能を果たす１以上の接地母線（ground bus line）３８２を設けている。しかし、このデバイス４００は、スタンバイ状態において、電源３８０を形成している回路が開放されたままであるため、各々のアクチュエータ３６０が、電力が供給されていない状態であり続けることができるように構成されている。

図２９Ｂは、図２９Ａに示されているような変換器３６０を備えるシングルユーザインターフェース表面４２０を示している。母線３８２と電源３８０との間の完全な接続を完成させるために、ユーザインターフェース表面４０２には、１以上の導電性表面４０４を設けている。この実施形態において、この導電性表面４０４は、ユーザインターフェース４０２の下部表面を構成している。上記変換器はまた、出力部材３７０または変換器３６０の他の部分に電気的伝導性のある表面を設けている。

上記変換器３６０を作動させるため、図２９Ｃに示されているように、ユーザインターフェース表面４０２が変換器３６０内に曲がったとき、２つの導電性部分は、回路を閉鎖するよう電気的に連結される。このアクションは、電源３８０の回路を完成させる。さらに、ユーザインターフェース表面４０２を押し下げることは、変換器３６０との間隙を閉じるだけでなく、それをデバイス４００のスイッチを入れることにも用いることができて、デバイス４００が表面４０２の作動を認識することができるようにする。

この構造の利益の１つは、全ての変換器３６０に電力が供給されないことである。その代わりに、それぞれのユーザインターフェース表面が回路を完成させたこれらの変換器のみに電力が供給される。この構造は、電力消費を最小化すると共に、アレイにおけるアクチュエータ３６０間のクロストークを取り除く。この構造体は、一般にこのようなデバイスに用いられる金属ドーム型スイッチまたは弾性ドーム型スイッチの必要性を排除するので、極めて薄いキーパッドまたはキーボードを可能にする。

図３０Ａおよび図３０Ｂは、ユーザインターフェースデバイス４００の他の実施形態を示している。このユーザインターフェースデバイス４００は、埋め込みスイッチとして構成されている電場応答性高分子変換器３６０を備えている。図３０Ａに示されている実施形態には、変換器３６０とユーザインターフェース表面４０２との間の第１間隙４０６と、変換器３６０と筺体との間の第２間隙４０８とが存在している。この実施形態において、図３０Ｂに示されるように、ユーザインターフェース３６０を押し下げることは、第１スイッチを入れる、あるいは、ユーザインターフェース４０２と変換器３６０との間に閉回路を設定する。この回路を閉鎖することは、高圧電源（図３０Ａには図示せず）から電場応答性高分子変換器３６０への電源系経路を可能にする。ユーザインターフェース表面４０２の連続した押し下げは、変換器３６０をこのデバイス４００の筺体４０４に配置された追加スイッチと接触させる。後者の接続は、ユーザインターフェース４０２に触覚感覚または触知性フィードバックを作り出すために、高圧電源が変換器３６０を作動させることができるようにしているデバイス４００への入力を可能にする。変換器３６０と筺体４０４との間の接続は、解放時に広がる（設定間隙４０８）。このアクションは、高圧電源を効果的に停止させる装置４００への信号を削除すると共に、アクチュエータがあらゆる触覚効果を作り出すことができないようにする。ユーザインターフェース４０２の連続解放は、間隙４０６を設定するために、ユーザインターフェース表面４０２を変換器３６０から切り離す。この後者のスイッチを開放することは、電源から変換器３６０を効果的に切り離す。

上述の実施形態において、ユーザインターフェース表面は、１以上のキーボードのキー（例えば、ＱＷＥＲＴＹキーボード（標準型キーボード）、あるいは他のタイプのキーボードまたはパッド）で構成することもできる。ＥＰＡＭの作動は、ボタンクリックに触知性フィードバックをもたらし、現在のドーム型キーのキー操作（key depression）に取って代わる。また一方で、この構造は、どんなユーザインターフェースデバイス（これに限定されないが、キーボード、タッチスクリーン、コンピュータのマウス、トラックボール、スタイラスペン、コントロールパネル、または、触覚フィードバック感覚から利益を得るであろうあらゆる他のデバイスを含む）にも用いることができる。

上述の構造の他の実施形態において、１以上の間隙を閉鎖することによって、低電圧開回路が閉鎖されることもあり得る。この低電圧回路は、その後、電力を高電圧回路に提供するためのスイッチを入れるだろう。このようにして、高電圧電力は、高電圧回路から提供され、変換器が回路を完成させるために用いるときだけ変換器に提供される。低電圧回路が開き続けている間は、高電圧電源は連結されないままであり、変換器には電力が供給されないままである。

カートリッジの使用は、電気的スイッチをユーザインターフェースの設計全体に組み込むことを可能にし、インターフェースデバイスに対する入力信号をアクティブにする（すなわち、デバイスがキー入力を認識する）、そして、キーに対する触覚信号をアクティブにする（すなわち、キーの選択と関連する触覚感覚を生成する）ための従来のドーム型スイッチを使用する必要性を排除することができる。各キー操作であらゆるスイッチを入れることができ、このような構造は、設計制限の範囲内でカスタマイズすることができる。

この組み込まれたアクチュエータスイッチは、各キー操作がアクチュエータに電力を供給する電源を伴う回路を完成させることが出来るようにキーを設定することによって、各触覚イベントを送ることができる。この構造は、キーボードに対する電子技術的要件を簡単にする。各キーに対する触覚を駆動するために要求される高電圧電力は、シングル高電圧電源によって、キーボード全体に供給することができる。また一方で、どんな数の電源でもこの設計に組み込むことができる。

これらの設計に用いることができるＥＰＡＭカートリッジは、プラナー、ダイアフラム、厚みモード、および受動連結装置（ハイブリッド）を含んでいる。

他の実施形態において、組み込まれたスイッチ設計はまた、従来のドーム型スイッチ（例えば、ゴム製ドーム型スイッチまたは金属製湾曲型スイッチ）等の双安定スイッチの模倣を可能にする。一実施形態において、ユーザインターフェース表面は、上述のように、電場応答性高分子変換器を曲げる。また一方で、この電場応答性高分子変換器の活性化が遅延する。その結果、この電場応答性高分子変換器の連続屈曲は、ユーザインターフェース表面においてユーザが感じる抵抗力を増加させる。この抵抗は、変換器内の電場応答性高分子フィルムの変形に起因する。その後、既定の屈曲後であっても変換器が曲げられた後の継続時間であっても、電場応答性高分子変換器は、ユーザインターフェース表面においてユーザが感じる抵抗力が変化する（一般には弱まる）ように活性化される。その一方で、ユーザインターフェース表面の変位は継続する。電場応答性高分子変換器の活性化におけるこのような遅延は、双安定性能の従来のドーム型または湾曲型スイッチを模倣する。

図３１Ａは、双安定効果を作り出すための電場応答性高分子変換器の活性化遅延のグラフを示している。図に示されているように、ライン１０１は、電場応答性高分子変換器の受動硬直度曲線（passive stiffness curve）を示している。このライン１０１は、曲げられているが変換器の活性化が遅延している。ライン１０２は、一度活性化された電場応答性高分子変換器の能動硬直度曲線を示している。ライン１０３は、電場応答性高分子変換器の力のプロファイルを示している。このライン１０３は、受動硬直度曲線に沿って移動し、その後活性化したときに、硬直度が能動硬直度曲線１０２まで低下する。一実施形態において、電場応答性高分子変換器は、ストロークの中間のどこかで活性化される。

ライン１０３のプロファイルは、ゴム製ドーム型または金属製湾曲型の双安定性メカニズムの類似のプロファイルトラッキング硬直度に非常に近い。図に示されているように、ＥＡＰアクチュエータは、ゴム製ドーム型の力のプロファイルをシュミレーションするのに適している。能動曲線と受動曲線との間の差は、フィーリングの主な原因となり、ギャップが大きくなればなるほどチャンスがより大きくなり、より強い感覚になるであろうということを意味している。

望ましい曲線または反応を得るための上記曲線およびメカニズムの形状は、アクチュエータのタイプから独立している。さらに、アクチュエータのあらゆるタイプ（例えば、ダイアフラムアクチュエータ、厚みモード、ハイブリッド等）の活性化反応は、望ましい触覚効果をもたらすために遅延することができる。このような場合には、電場応答性高分子変換器は、電圧を印加することによって出力反力を変える可変バネとして機能する。図３１Ｂは、電場応答性高分子変換器を活性化することにおける遅延を用いる上述のアクチュエータの実施形態に基づいた更なるグラフを示している。

電場応答性高分子変換器を駆動するための他の実施形態は、閾入力信号が与えられる保存された波形の使用を含んでいる。入力信号は、音声または他のトリガー信号を含むことができる。例えば、図３２に示されている回路は、保存された信号に対するトリガーとしての役割を果たす音声信号を示している。さらに、このシステムは、音声信号の代わりにトリガー信号または他の信号を用いることができる。この方法は、音声信号から直接アクチュエータを簡単に駆動することを用いるというよりはむしろ、電場応答性高分子変換器を１以上の既定の波形で駆動する。アクチュエータを駆動するこのモードの利益の１つは、保存された波形の使用が、最小限のメモリおよび複雑性で、複雑な波形およびアクチュエータ性能の生成を可能にすることである。アクチュエータ性能は、アナログ音声信号を用いるよりはむしろ、アクチュエータ（例えば、好ましい電圧またはパルス幅で、または、共鳴（共振）時に駆動する）のために最適された駆動パルスを用いることによって強化することができる。このアクチュエータ反応は、入力信号と同期する、または、遅延することができる。一実施形態において、０．２５Ｖの切換え限界値（trigger threshold）をトリガーとして用いることができる。この低レベル信号は、その後、１以上のパルス波形を生成することができる。他の実施形態において、この駆動技術は、潜在的に、同じ入力信号またはトリガー信号の使用が、あらゆる数の条件（例えば、ユーザインターフェースデバイスの位置、ユーザインターフェースデバイスの状態、デバイスで走っているプログラム等）に基づいて異なる出力信号を持つことを可能にすることができる。

図３３Ａおよび図３３Ｂは、単一の駆動回路を用いた二相の活性化を提供することによって電場応答性高分子変換器を駆動するための更なる他の実施形態を示している。図に示されているように、二相変換器の３つのパワーリード（電源ケーブル）のうち、一方の相の一のパワーリードは、高電圧で一定の状態のままであり、他方の相の一のパワーリードは、接地されており、そして、両方の相に共通の第３リードは、地面（ゼロ）から高電圧までの電圧に変化するよう駆動される。これは、一の相の活性化がもう一つの相の不活性化と同時に発生することを可能にし、二相アクチュエータのスナップスルー性能を強化する。

他の実施形態において、この明細書に記載されたようなユーザインターフェースの触覚効果は、ユーザインターフェース表面の機械的ビヘイビアを調整することにより改良することができる。例えば、電場応答性高分子変換器がタッチスクリーンを駆動する実施形態において、触覚信号は、触覚効果後のユーザインターフェース表面の好ましくない運動を取り除くことができる。デバイスがタッチスクリーンを備えるとき、このスクリーン（すなわち、ユーザインターフェース表面）の動きは、通常、このタッチスクリーンの面内または面外（例えばｚ軸方向）で発生する。どちらの場合も、電場応答性高分子変換器は、インパルス５０２により駆動され、図３４Ｂに概略的に示されているような触覚反応を作り出す。その一方で、もたらされる運動の後に、ユーザインターフェース表面（例えばタッチスクリーン）の変位を示している図３４Ａのグラフに示されているような遅れた機械的リンギングまたは振動５００が続く可能性がある。触覚効果を改良するために、この触覚効果を駆動する方法は、複合波形の使用を含むことができ、現実的な触覚効果を作りだすために電子的に打ち消す（electronic dampening）。このような波形は、触覚駆動部分５０２と打ち消し部分５０４とを含んでいる。触覚効果が上述のような「キークリック」を含む場合、電子的打ち消し波形は、より現実的な感覚を作り出すために遅延効果を排除する、または、低減することができる。例えば、図３４Ａおよび図３４Ｃの変位曲線は、キークリックを模倣しようとするときの変位曲線を示している。その一方で、あらゆる触覚感覚は、この感覚の電子的打ち消しを使用することで改良することができる。

図３５は、電場応答性高分子変換器に電力を供給するためのエネルギー生成回路の一例を示している。多くの電場応答性高分子変換器は、電力を作り出すために高電圧エレクトロニクスを必要とする。簡単なことに、機能性および保護を提供する高電圧エレクトロニクスが必要とされる。基本的な変換器回路は、低電圧プライミングサプライ、コネクションダイオード、電場応答性高分子変換器、第２コネクションダイオードおよび高電圧コレクターサプライから成っている。その一方で、このような回路は、望ましい１サイクル当たりのエネルギーを取得するときに効果的ではない可能性があり、相対的により高い電圧プライミングサプライを必要とする。

図３５は、シンプルな電力生成回路設計を示している。この回路の利点の１つは、設計の簡単さにある。（機械的力が加えられていると仮定すれば）低い始動電圧（およそ９ボルト）のみが、ジェネレータを動かすのに必要である。制御レベルエレクトロニクスは、電場応答性高分子変換器内への高電圧伝達、または、電場応答性高分子から外への高電圧伝達を制御する必要がない。受動電圧調節は、この回路出力のツェナーダイオード（zener diode）により達成される。この回路は、高電圧ＤＣ電力を作り出す能力があり、約０．０４−０．０６ジュール／グラムのエネルギー強度レベルで、電場応答性高分子変換器を作動させることができる。この回路は、少量の電力を生成するのに適しており、電場応答性高分子変換器の実現可能性を証明するのに適している。この図示されている回路は、電場応答性高分子変換器の機械的サイクル当たりのエネルギー伝達を最大化するための電荷移動技術を用いる一方で、さらに簡単さを維持している。更なる利益は、極端に低い電圧（例えば９ボルト）で自己プライミングを可能にすること、周波数オペレーションおよびストロークオペレーションの両方が可変であること、簡易化されたエレクトロニクス（例えば、制御シーケンスを必要としないエレクトロニクス）で１サイクル当たりのエネルギー伝達を最大化すること、可変周波数および可変ストロークアプリケーションの両方で作動すること、および過電圧保護を変換器に提供することを含む。

（駆動スキーム）
一実施形態において、触覚反応または触覚効果は、駆動スキーム（例えば、アナログ（音声信号を伴う）またはデジタルバーストまたはこれらの結合）の選択によって調整することができる。

多くの場合、上記システムは、電流引き込みが高すぎるとき（例えば、高周波時）に電圧を遮断または低減する回路を用いて電力消費を制限することができる。第１の例において、変換器の入力ステージが印加電圧を越えない限り、第２ステージは動くことが出来ない。第２ステージがイニシャライズされたとき、この回路は、第１ステージの電圧を下降させて、その後、入力電力が制限された場合に第２ステージを途中で止める。低周波時、触覚反応は入力信号の後に続く。その一方で、高周波はより電力を必要とするため、入力電力に応じて、反応が短縮されるようになる。電力消費は、サブアセンブリおよび駆動設計を最適化するのに必要なメトリクス（基準）の１つである。この方法で反応を短縮することは、電力を節約する。

他の実施形態において、駆動スキームは、振幅変調を用いることができる。例えば、アクチュエータ電圧は、入力信号振幅に基づいて信号振幅が調整される共鳴周波数で分配することができる。このレベルは、入力信号で決定され、この周波数は、アクチュエータ設計で決定される。

フィルタまたは増幅器は、アクチュエータの最高性能をもたらす入力駆動信号の周波数を強化するために用いることができる。これは、ユーザによる触覚応答の感度強化を可能にする、および／または、ユーザが望む効果を強めることを可能にする。例えば、サブアセンブリ／サブシステムの周波数反応は、駆動入力信号として用いられるサウンド効果に対して成される高速フーリエ変換を速く合致／重複させるよう設計することができる。

触覚効果を作り出すための他の実施形態は、ロールオフフィルタの使用を含んでいる。このフィルタは、高い消費電力（power draw）を必要とする高周波の減衰を可能にする。この減衰を補正するために、サブアセンブリは、高周波時に共鳴するよう設計することができる。このサブアセンブリの共鳴周波数は、例えば、アクチュエータの剛性を変えることによって（例えば、誘電性材料を変えることによって、誘電性フィルムの剛性を変えることによって、アクチュエータの寸法を変えることによって）、アクチュエータの積み重ねにおけるカートリッジの数を変えることによって、アクチュエータの負荷マスまたは慣性マスを変えることによって調整することができる。より薄いフィルムまたはより柔らかい材料にすることによって、高周波に対する電流／電力制限を満たすために必要なカットオフ周波数を変えることができる。明らかなことに、共鳴周波数の調整は、あらゆる方法で発生する可能性がある。この周波数反応はまた、アクチュエータタイプの混合を用いて調整することができる。

シンプルなフォロワ回路を用いるというよりは、閾値を入力駆動信号に用いることができ、より少ない電力を必要とする任意の波形を伴うバーストを引き起こす。この波形は、低周波時に存在する可能性があり、および／または、反応を強化するためにシステム（サブアセンブリおよびハウジング）の共鳴周波数について最適化され得る。さらに、トリガー間の遅延時間の使用はまた、電力負荷を制御するために用いられ得る。

（ゼロ交差電力制御）
他の実施形態において、制御回路は、入力音声波形をモニターして、高電圧回路のための制御を提供することができる。このような場合には、図３６Ａに示されているように、音声波形５１０は、ゼロ電圧値５１２を通る各遷移に対して測定される。これらのゼロ交差５１２について、制御回路は、交差時間値および電圧状態を示す。

この制御回路は、ゼロ交差時間および電圧スイング方向に基づいて高電圧を変化させる。図３６Ｂに示されているように、正のスイングのゼロ交差では、高電圧ドライブは、５１４においてゼロボルトから１ｋＶ（高電圧レール値（High Voltage Rail Value））まで変化する。負のスイングのゼロ交差では、高電圧ドライブは、５１６において１ｋｖからゼロボルト（低電圧レール値（Low Voltage Rail Value））まで変化する。

この制御回路は、アクチュエーションイベントが音声信号５１０の周波数と一致できるようにする。さらに、この制御回路は、４０−２００Ｈｚのアクチュエータ反応範囲を維持するため、高周波アクチュエータイベントを取り除くためのフィルタリングを可能にする。この矩形波は、慣性駆動設計に対する最高の作動反応を提供し、電力供給要素の制限により定められ得る。電力供給要求を制限するために、充電時間を調整することができる。作動力を標準化するために、機械的共鳴周波数を三角波によりチャージすることができ、さらに、オフ共鳴周波数作動を矩形波により活性化することができる。

図３６Ｃは、触覚信号の駆動の他の実施形態を示している。この実施形態において、触覚フィードバックを、音声信号から触覚作動に変換することができる。例えば、触覚信号６１０は、自動的に触知性着信音６０６を生成することによりもたらされ得る。この着信音６０６は、発信者番号６００（ＣＩＤ）または他の識別データに基づいて、独自に電話発信者を特定する。更なる実施形態においては、学習を殆んどまたは全く必要としないように、スピーチ６０２に基づいてプロセスが着信音６０６を生成する。例えば、電話が「ジョン・スミス」を「表示する」とき、（ジョンの発信番号に基づいて）触覚周波数「ジョン・スミス」でブザーを鳴らすことによって、ユーザは、この触覚着信音に基づいて電話発信者を特定することができる。

一実施形態において、触覚フィードバックは、次のように変換される。
（発信番号）６００→（テキストを音声に変換）６０２→（音声を触覚に変換）６０４，６０６→（触覚アクチュエータに出力）６０８
例えば、デバイスが電話であるとき、この電話は、電話発信者名または他の標識を特定する触覚振動を提供することによって、鳴るまたは振動することができる。低周波キャリア（例えば１００Ｈｚ）は、このデバイスが、２音節名の電話発信者を複数音節名と区別することを可能にさせる。

シンプルな音声テキスト変換は、ラウドネスエンベロープＬ＝Ｆ（ｔ）を得るために、１０Ｈｚまでの音声信号を整流し、ローパスフィルタにかけることを含んでいる。このラウドネス信号は、触覚周波数（例えば約１００Ｈｚ）時に存在するキャリア振動の振幅を調節するのに用いることができる。これは、基本的な振幅調節であると共に、電話発信者名の音節数を区別するのに十分であり、音節が強調される。よりリッチな符号化は、周波数および振幅の両方を調節し、誘電性高分子アクチュエータの忠実性をより十分に引き出す。無数の音声テキスト変換が可能である。多くのものが適するであろう（例えば、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、ウエーブレット、ボコーダ）。実際には、音声情報を保存するよう設計された音声テキスト変換は、聴覚障害者の読唇を助ける触覚補聴器（例えば、Tactaid and Tactilator）として、すでに開発されている。

（ハウジング）
本発明の開示はまた、改良された、または、強化された触覚フィードバックのためのデバイスを構成することを含んでいる。図３７Ａに示されているように、ユーザが加えた力５１８がデバイス構造体の剛体を通して移動したとき、この力は、このデバイス５２０と地面５２２（または他の支持表面）との間の摩擦効果を増加させる。図３７Ａ−図３７Ｃに示されているデバイス５２０は、コンピュータ周辺機器（マウス）であるが、ここで適用される原理は、フィードバックを必要とする様々なデバイスに組み込むことができる。例えば、このデバイスは、ボタン、キー、ゲームパッド、ディスプレイスクリーン、タッチスクリーン、コンピュータマウス、キーボード、およびゲーミングコントローラを含んでいる。

図３７Ａに戻ると、加えられた力５１８は、支持表面５２２に対してデバイスを押すことによって、このデバイスを接地させる。これは、あらゆる触覚フィードバック力（矢印５２６に示されているような）を筺体５２８またはハウジング５３０に対して働かせる。言い換えると、この触覚力５２６は、デバイス５２０の仕事面５３２に加えられた力５１８によって抑えられる。その結果、アクチュエータ５２４は、慣性効果を生成するためここに連結されたあらゆるマスのみを作動させる。

改良された触覚効果を有するデバイス５２０を提供するために、１以上のハウジング５３０の表面５３２または仕事面５３２が、アクチュエータ５２４により生成された触覚フィードバック力を強化するよう構成され得る。例えば、ユーザインターフェース表面５３２に隣接するセクション５３４は、要望通りに触覚力を移動するために製造され得る。例えば、これらのセクションには、ハウジングを介した反応の感覚を改良するために軟性連結ポイントまたは少数の取り付けポイントを設けることができる。更なる実施形態において、サブアセンブリの共鳴は、ハウジングの共鳴と一致することができ、あるいは、ハウジングの共鳴を用いて最適化され得る。他の実施形態において、ハウジングの形状は、特定の反応を強化するために調整することができる。例えば、１以上のセクション５３４は、感覚を改良するため、または、その共鳴を変えるため、より薄くしてもいいし、柔軟にしてもいいし、あるいは、折り畳めるように構成してもよい。

例えば、デバイス５２０の触覚フィードバックの改良は、異なる位置で別に共鳴するためのケーシングを設計することによって調整することができる。例えば、高周波は、ある領域（（例えば図３７Ｂに示されているように）指先５３４の近く）で有利に働くことが可能である。一方、低周波は、掌５３６の下等の他の領域で有利に働くことが可能である。駆動信号の選択を介して、ユーザは、局部的な反応を感じる。

他の実施形態において、図３７Ｃに示されているように、デバイス５３４は、１以上の柔軟なマウント５３４を備え、このマウント５３４は、支持表面５２２を捉えるフレーム、ベースまたはケース５２８に、ハウジング５３０を連結させる。柔軟ベースマウント５３４の使用は、アクチュエータ５２４の作動エネルギーが、触覚力でハウジング５３０を動かすことを可能にすると同時に、このデバイス５２０のベース５２８は接地されたままである。このような柔軟ベースマウント５３４は、デバイス５２０のどこにでも配置することができ、アクチュエータ５２４からユーザインターフェース５３２の関連部分まで触覚力の移動を可能にする。例えば、１以上の柔軟マウント５３８は、上部ハウジング５３０をデバイス５２０の周囲のベース５２８に取り付けることができる。図３７Ｃはまた、任意に、不具合を防ぐための１以上の機械的止め具５３６を含んでいるような、または、環境に対してデバイス５２０の内部構造の露出を低減するためのパッケージングを備えるデバイス５２０を示している。

更なる実施形態において、触覚反応は、変換器のサブアセンブリの設計を介して調整することができる。少数のカートリッジ（または結合された変換器）の使用は、低周波時に駆動可能な剛性の低いシステムを作り出す。

追加のカートリッジの使用は、より広範の周波数を有する高周波に対する反応をプッシュする。慣性マスは、共鳴反応を異なる周波数レンジに変えるよう選択可能である。サブアセンブリは、駆動周波数が共鳴周波数に近い場合、低電圧時により強い反応を伴って駆動する可能性がある。低い共鳴周波数のために、高駆動周波数時の動作において、よりシャープなカットオフが存在する。

より高い共鳴周波数に関して、共鳴ピークは広範であり、そして、より広範な周波数レンジに亘ってより高い忠実性が存在する。

一実施形態において、慣性マスは、アクチュエータモジュールおよび駆動回路に関する全てのボリュームを低減するために、変圧器回路に置き換えることができる。例えば、図３７Ｂに示されているように、１以上のバッテリーまたは容量性記憶装置は、ピーク負荷時に充電を提供することができる（これらのバッテリーまたは容量記憶装置は要素５４０として示されている）。この構造体５４０は、ユーザインターフェースデバイスの重り、電力供給装置、バッテリー、回路基板、およびコンデンサを備えている。このデバイス５２０内に存在している（複数の）構造体の使用は、アクチュエータサブアセンブリの全てのフォームファクターおよび空間利用を改良する。

その他の実施形態では、慣性マスとしてのインダクタの使用を含んでいる。空間節約の利点に加えて、これは、微小サイズ分離電子回路を使って実行可能なものよりも、より大きいインダクタを使った、より効率的な電力変換を介して、電力効率（および低電流引き込み）を改良することができる。これは、とりわけ共鳴駆動（共振型駆動）について言えることだが、オーディオフォロワー（audio follower）設計についてもまた言える。

上述の柔軟ガスケットに加えて、または、柔軟ガスケットに代わる手段として、このシステムは、あらゆる駆動出力マスおよびベースマスを含むことができる。この駆動出力マスは、デバイスの本体を構成しており、このベースマスは、本体のベースを構成している。変換器を駆動することによって、両方のマスの振動が作り出され、一方のマスがフィードバックをユーザに供給するために用いられる。

触覚フィードバックを大きくするために、変換器とベースとの間の摩擦を低減するあらゆる部材または構造を用いることができる。例えば、層（レイヤー）を機能させるために、表面を最小化し、材料から作られる突起またはポイントのようなモールドされた特徴を備えることによって、合わせ面（例えば、ディスプレイ、タッチスクリーン、またはブラックライトデフューザの底面）の摩擦係数が低くなる。この摩擦低減材料は、低い摩擦係数と可動表面を有する材料を備えることができる。

図３８Ａ−図３８Ｅは、デバイス５４２（この実施形態においては、携帯電話ユニット）の他の実施形態を示している。このデバイス５４２は、ハウジングを備え、このハウジングは、ここに配置されたアクチュエータ５２４により生成される触覚フィードバック力を強化するよう構成されている。図３８Ａは、このデバイスのユーザインターフェースを示している。図３８Ｂは、ユーザインターフェース５３２の側面図を示している。この例において、ユーザインターフェースの背面には、停止表面５３６を設けていて、このユニット５４２の筺体、本体またはベース５２８に対するユーザインターフェースの過度な動きを制限する。図３８Ｃは、アクチュエータ５２４とこのユニットの他の要素５４８を設けているユニット５４２のベース５２８を示している。上述のように、この要素５４８は、任意に、アクチュエータが慣性力を生成することを可能にするマスとしての役割を果たすことができる。図３８Ｄは、ベース５２８に連結されたユーザインターフェース５３２を示している。

図３８Ｅは、デバイス５４２の他の実施形態を示しており、このデバイス５４２は、ベース５２８とユーザインターフェース５３２との間に配置された１以上のベアリング５４４を備えている。図に示されているように、このベアリングは、任意に、レール５５０に設けることができる。図示の実施形態のデバイス５４２には、デバイス５４２の長さに沿って２つのレール５５０を設けているが、他の実施形態は、レール５５０が摩擦を低減して、アクチュエータ５２４により生成される強化された触覚力が可能となる間、このデバイス内の任意の場所に配置された１以上のレール５５０を設けている。

図３９Ａは、この明細書に記載されたデバイスおよびアセンブリに用いるためのサスペンションアセンブリの特徴を示している。この図は、平面タイプアクチュエータ５２４を露出するために開けられているユーザインターフェース５３２を備えている、分解された触覚デバイス５２０を示している。サスペンションアセンブリは、このデバイスの構成要素を示すため図３９Ａから省略されている。

図に示されているように、平面タイプアクチュエータ５２４は、デバイス５２０本体の他の部分に関連するユーザインターフェース５３２の動きを作り出す。図示されている実施形態において、ユーザインターフェース５３２および底部フレーム５２８は、互いに関連して動く。その一方で、デバイスの任意の２つの要素が互いに動きあう実施形態は、いくらでも考えられる（ユーザインターフェースは常に移動する要素の１つである必要はない）。さらに、この例となるデバイス５２０は、ｘ次元（x-dimension）および／またはｙ次元（y-dimension）の動きを可能にする平面タイプアクチュエータ５２４と共に示されている。その一方で、様々なアクチュエータのタイプを用いることができる（例えば、ｚ／面外方向に動くアクチュエータ、および、ｘ−ｙ−ｚ方向に動くアクチュエータ）。サスペンションアセンブルに関してこの明細書に記載されている原理は、電場応答性高分子変換器または他のタイプの変換器を用いている触覚フィードバックデバイスおよび他のデバイスに適用可能である。例えば、サスペンション設計は、センサ、スピーカおよび光学デバイスにおいて、そして、触覚デバイスにおいて用いることができる。

図３９Ｂは、複数のサスペンションアセンブリ５５０を備えるデバイス５２０を示している。これらのサスペンションアセンブリ５５０は、デバイス５２０の様々な構成要素を連結させる。以下に記載されているように、これらのサスペンションアセンブリ５５０は、相対運動を可能にするために構成要素を分ける働きをすることができ、また、構成要素の動きを無効にする復元力（spring force）または抵抗力をもたらす働きをすることができる。例えば、図３９Ｂは、アクチュエーションフレーム５２９の一部分５５４と、ベースフレーム５２８の一部分５５６との間に連結された屈曲部５５２を備えるサスペンションアセンブリを示している。このアクチュエーションフレーム５２９は、デバイス５２０のあらゆる部分になることができる。図示の実施形態において、アクチュエーションフレーム５２９は、ユーザインターフェース部５３２のための支持構造を備えている。更なる実施形態において、アクチュエーションフレーム５２９は、ユーザインターフェース部５３２の一部である、または、実質的にユーザインターフェース部それ自身５３２を構成することができる。

図に示されているように、アクチュエーションフレーム５２９は、電場応答性高分子アクチュエータ５２４（この場合は、電場応答性高分子フィルム５２５）の可動部分に連結されている。その一方で、上記フレームは、屈曲可能な電場応答性高分子フィルム５２５により駆動されるあらゆるコネクタまたは接続構造に連結することができる。図示の例はまた、電場応答性アクチュエータアセンブリ５２４に連結されているベースフレーム５２８を示している。一般に、このフレームは、電場応答性高分子アクチュエータ５２４のハウジング５２７に取り付けることができる。明らかに、他の方法で特別に主張されない限り、デバイスおよび方法の実施形態は、電場応答性高分子アクチュエータの可動部分に連結された電場応答性高分子アクチュエータおよびベースフレームのハウジング５２８に連結されるアクチュエーションフレーム５２９を備えることができる。

図３９Ｃにおいて、このデバイスのユーザインターフェース部および電場応答性高分子アクチュエータおよび他の構成要素は、複数のサスペンションアセンブル５５０を用いているベースフレーム５２８に連結されているアクチュエーションフレーム５２９の表示の明確さのために省略している。図示の例は、４つのアセンブリを示しているが、いくつのアセンブリでも特定のアプリケーションに応じて用いることができる。

図３９Ｄは、一のサスペンションアセンブリ５５０の拡大図を示している。図に示されているように、この実施形態におけるアセンブリ５５０は、それぞれアクチュエーションフレーム５２９およびベースフレーム５２８の部分またはタブ５５４，５５６を備え、これらの部分またはタブ５５４，５５６は、このフレームの移動平面の範囲外にある。これらのタブ５５４，５５６を屈曲部５５２に溶接する、あるいは、その他の方法で取り付けることができる。この屈曲部５５２は、制御された動きを可能にするためにフレームを連結する機械的屈曲としての機能を果たす。この屈曲部５５２は、金属合金（例えばステンレス鋼）、高分子材料、あるいは合成材料等、どんな材料からでも製造することができる。任意に、屈曲部５５２は矩形状から成り、この屈曲部５５２が単一平面に曲がることができるようにする。その一方で、特に限定されない限り、サスペンションアセンブリは、様々な形状を有する屈曲部を備えることができる。例えば、図に示されている屈曲部５５２は、平面バー形状から成っている。この形状は、屈曲部が屈曲し、平面方向（図４０Ｃ参照）の取り付けられた構成要素が動くことを可能にする。

この明細書に記載されたサスペンションアセンブリは、可動構成要素を分離するまたは浮かせるという２つの機能を果たす、および／または、構成要素間の相対運動を無効にするための復元力または抵抗力を提供することができる。図４０Ａ−図４０Ｄは、サスペンションアセンブリの一例の概略上面図を示している。図４０Ａは、安静位（rest position）（すなわち、アクチュエーションフレーム５２９および／またはベースフレーム５２８が変位する前）のサスペンションアセンブリを示している。図４０Ｂは、図４０Ａに示されているサスペンションアセンブリの概念的側面図を示している。図に示されているように、屈曲部５５２は、ベースフレーム５２８とアクチュエーションフレーム５２９との間で垂直分離を維持している。この間隔は、これらのフレーム間の改良された動きを可能にし、これらのフレーム間に軸受表面を追加する必要がない。その一方で、このデバイスの実施形態には、１以上の軸受表面の使用を含むこともできる。上記アクチュエーションフレーム５２８およびベースフレーム５２９はまた、相対運動を容易にするための特徴をいくらでも含むことができる。例えば、図に示されているように、フレーム５２８，５２９には、ネスティングタイプの突起およびスロット５５８を設けることができ、互いに動きあうフレーム５２８，５２９を可能にする。

図４０Ｃは、フレーム５２８，５２９が互いに動きあうときの図４０Ａのアセンブリを示している。示されている変位の程度は、説明目的のためであると気が付くべきである。変位時に、屈曲部５５２は、機械的に圧力を加えられた状態または変形した状態に入り、タブ５５４，５５６の対抗する力をもたらす。図４０Ｄは、図４０Ｃのサスペンションアセンブリの側面図を示している。さらに、このサスペンションアセンブリは、変位形状にあるとき、フレーム５２８，５２９間の分離を維持することができる。

一実施形態において、上記屈曲部５５２は、フレーム５２８，５２９の動きを、電場応答性高分子アクチュエータの最大変位未満に打ち消しまたは制限するよう構成または選択することができる。このオプションは、アクチュエータの変位を好ましい範囲内に制限することによってアクチュエータの寿命を延ばすことができる。

図４１は、ベースフレーム５２８の部分的底面図を示している。このベースフレーム５２８は、この明細書に記載されているデバイスの実施形態のモーションを制御するための更なる態様を備えている。この実施形態において、ベースフレーム５２８およびアクチュエーションフレーム５２９は、嵌め合わせ停止アセンブリ５６０を備えている。図に示されているように、この停止アセンブリ５６０は、突起部５６２とスロット５６４とを備えている。これらの突起部５６２およびスロット５６４は、これらの構造体間で滑り運動を可能にするために、共にネスト化されている。この例において、停止アセンブリ５６０の突起部５６２は、アクチュエーションフレームに連結されている、または、アクチュエーションフレームの一部である。一方スロット５６４は、ベースフレーム５２８内に形成され得る。このシステムの実施形態は、スロットがアクチュエーショントレイにあり、突起部がベーストレイにある反対の構造を含んでいる。どのような場合でも、この停止アセンブリ５６０は、突起部５６２とスロット５６４との間の間隙を用いてトレイの動きを制限する。結果として、トレイの動きは、アクチュエーションの最大変位未満になるように構成され得る。この停止メカニズムは、アクチュエータが、その変位の最大範囲を超えて動くことができないようにすることによって、アクチュエータへの損害を防ぐことができる。

この停止アセンブリの更なる実施形態は、図４１に示されている停止アセンブリからの様々な変更を含んでいる。例えば、代わりの実施形態において、突起部は、スロットまたは他のキー溝内にネスト化することができ、ベースフレーム全体を通ってスロットを作り出す必要性が無いようにする。図４１はまた、ノッチ５６６を設けているボトムフレーム５２９を示している。このノッチ５６６は、あらゆるケーブルに適合する、または、アクチュエーションフレームのタブ部分５５４の動きを可能にすることができる。

図４２Ａ−図４２Ｆは、最終配置のための可動構成要素を有するサスペンションアセンブリをデバイスに取り付けている一例を示している。図４２Ａは、固定具６００上に配置された屈曲部５５２として用いられる材料のストリップを示している。この屈曲部は、様々な形状およびサイズおよび材料から構成することができるが、屈曲部の一実施形態では、ステンレス鋼材料から成っている。次に、図４２Ｂに示されているように、このプロセスは、固定具６００上にベースフレーム５２８を配置することと、ベースフレーム５２８を位置合わせすることとを含み、一部分５５６が屈曲部５５２を嵌め込む（または嵌め込む可能性がある）ことができるようにする。図示の実施形態において、ベースフレーム５２８は、屈曲部５５２上に予め形成され（予め曲げられ）、配置されたタブ５５６を有している。また、このタブ５５６は、ベースフレーム５２８の位置決め後に、屈曲部５５２について曲げるまたは固定することができる。代わりの実施形態において、ベースフレーム５２８の一部分５５６は、少しも曲げられること無く屈曲部５５２に簡単に取り付けることができる（例えば、図４１に示されている）。ベースフレーム５２８に屈曲部５５２を取り付けるために、様々なプロセスを用いることができる。例えば、タブ５５６は、屈曲部５５２に溶接することもできる。このような場合には、タブ５５６と屈曲部５５２との間に電極を配置することもできる。

図４２Ｃは、フレームベース５２８上の電場応答性高分子アクチュエータ５２４の位置決め後のプロセスを示している。説明するために、電場応答性高分子アクチュエータ５２４は、電力供給または他の電気回路無しで示されている。次に図４２Ｄに示されているように、アクチュエータフレーム５２９は、電場応答性高分子アクチュエータ（図４２Ｄに示さず）上に配置され、アクチュエーションフレームの一部分（この場合タブ５５４）が、屈曲部５５２を嵌め込むことができるように位置合わせされる。このタブ５５４は、この明細書で説明されたあらゆる方法で屈曲部に固定され得る。

図４２Ｅは、屈曲部５５２が取り除かれた後のアセンブリプロセスの状態を示している。示されている例において、屈曲部５５２を取り除くことは、ベースフレームおよびアクチュエーションフレームを連結させるための４つの別々のサスペンションアセンブリ５５０を作り出す。図４２Ｆは、アクチュエーションフレーム上にユーザインターフェース５３２を連結するステップを示している。このアセンブリは、ハウジングまたは他のカバーに取り付けることができる。図示していないが、このアセンブリは、（この明細書で説明されたような）様々な軸受表面を設けることができ、構成要素の動きの助けとなる。

触覚エレクトロニクスを駆動するために用いられる回路技術は、回路の設置面積を最適化し（すなわち、回路のサイズを低減する）、触覚アクチュエータの効率を高め、そしてコストを潜在的に低減するよう選択することができる。次の図面は、このような回路ダイアグラムの例を特定する。図４３Ａは、フォトフラッシュコントローラのための電力供給装置を備えている一例を示している。図４３Ｂは、閉ループフィードバックを伴うプッシュプルＭＯＳＦＥＴ（push-pull Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を備えている第２例の回路を示している。

本発明の他の詳細に関しては、材料および構造に関連した代替物は、当業者の技術水準の範囲内で用いることができる。この材料および代替の関連した構造は、一般的に、あるいは、論理的に使用されるような追加行為に関して、本発明の方法ベースの態様についても同じことが当てはまる。さらに、本発明は、いくつかの実施形態、任意に様々な特性の組み合わせに関して記載されているが、本発明の実施形態の各々に関して予定されているように記載され、または示されているものに限定されることはない。記載された発明に対して様々な変化を作り出すこともできるし、本発明の真の精神および範囲から離れることなく、均等物（ここに列挙されたものであれ、簡潔化のために含まれないものであれ）を代用することもできる。示されているあらゆる独立した部分またはサブアセンブリが、その設計において一体化され得る。このような変更等は、アセンブリに対する設計の原則によって行われ、あるいは、導かれ得る。

記載された本発明の実施形態のどんな任意の特性でも、単独で、あるいは、本明細書に記載されている１以上のどんな特性とでも組み合わせて、説明し、主張することができる。単数の事項への言及は、複数の同じ事項が存在する可能性を含む。より具体的に言うと、本明細書および添付の請求項では、単数形「ａ」、「an」、「said」、「the」は、複数でないことが明確に記載されていない限り、複数のものを含む。言い換えれば、上記説明および後述の請求項において、上記冠詞の使用は、当該事項の「少なくとも１つ」という文言を考慮に入れる。いかなる任意の構成要素をも排除するように、請求項を起草できる。そのため、請求項の構成要素の列挙に関連して、「ただ（solely）」、「のみ（only）」等のような排他的用語を使用することによって、あるいは、「否定的な（negative）」限定を使用することによって、請求項からいかなる任意の構成要素をも排除することを意味している。上記排他的用語を使用せずに、請求項における「備える、含む、有する（comprising）」を用いる場合は、構成要素に与えられている番号が請求項に列挙されているかどうかに関係なく、どんな追加構成要素の包含も可能にするものとする。あるいは、特性の追加が、請求項に説明されている構成要素の本質を変形するものとしてみなされ得る。その他定められたものとして、本明細書において特別に定められたものでない限り、本明細書で使用されている技術的および科学的用語は、請求項の効力を維持している間、可能な限り、一般に広義に理解される意味が与えられ得る。

本発明は、説明のため上述において詳細に記載されているが、当然のことながら、このような詳細は単に説明目的のために存在しており、様々な実施形態が、特許請求の範囲により限定されている場合を除き、本発明の精神と範囲から離れることなく当業者により作り出され得る。

Claims (29)

1. ユーザに触覚フィードバックを提供するための装置であって、
   ベースフレームを備え、
   また、上記ベースフレームに連結された少なくとも１つの電場応答性高分子アクチュエータを備え、この電場応答性高分子アクチュエータは、触覚フィードバックを提供するために入力中の活性化信号に応えて動くよう構成された電場応答性高分子フィルムを有し、
   また、上記電場応答性高分子フィルムに連結されたアクチュエーションフレームを備え、上記電場応答性高分子フィルムの運動が、このアクチュエーションフレームの運動を引き起こし、
   また、このアクチュエーションフレームの一部分に上記ベースフレームの一部分を連結する少なくとも１つの機械的屈曲部を備え、この機械的屈曲部が、上記ベースフレームに対して上記アクチュエーションフレームを浮かせて、上記ベースフレームと上記アクチュエーションフレームとの間の相対運動を可能にすること
   を特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   上記機械的屈曲部は、複数の別々の機械的屈曲部を含んでいることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置において、
   ユーザインターフェース部をさらに備え、上記アクチュエーションフレームが、このユーザインターフェース部の一部に連結されているか、または、このユーザインターフェース部の一部を形成することを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置において、
   上記ユーザインターフェース部が、ボタン、キー、ゲームパッド、ディスプレイスクリーン、タッチスクリーン、コンピュータのマウス、キーボードおよびゲーミングコントローラから成るグループから選択されたインターフェースデバイスを含んでいることを特徴とする装置。
5. 請求項１に記載の装置において、上記機械的屈曲部は、平面バーを有することを特徴とする装置。
6. 請求項１に記載の装置において、上記機械的屈曲部は、上記ベースフレームに平行な平面における、上記ベースフレームと上記アクチュエーションフレームとの間の相対運動を制限するよう構成されることを特徴とする装置。
7. 請求項１に記載の装置において、
   上記機械的屈曲部の第１部分は、上記ベースフレームに堅く取り付けられており、上記機械的屈曲部の第２部分は、上記アクチュエーションフレームに堅く取り付けられており、上記第１部分と上記第２部分との間にある上記機械的屈曲部の拘束されない第３部分は、上記ベースフレームと上記アクチュエーションフレームとの間の相対運動に応えて屈曲することを特徴とする装置。
8. 請求項７に記載の装置において、
   上記機械的屈曲部の拘束されない第３部分は、上記電場応答性高分子フィルムの運動を、この電場応答性高分子フィルムの最大変位未満に制限することを特徴とする装置。
9. 請求項１に記載の装置において、
   上記アクチュエーションフレームは、少なくとも１つのアクチュエーションタブを含み、上記ベースフレームは、少なくとも１つのベースタブを含み、上記アクチュエーションタブおよび上記ベースタブは、上記アクチュエーションフレームおよび上記ベースフレームとは同一平面になく、少なくとも１つの機械的屈曲部が、上記アクチュエーションタブと上記ベースタブとの間に固定されていることを特徴とする装置。
10. 請求項１に記載の装置において、
    停止アセンブリをさらに備え、この停止アセンブリは、上記ベースフレームに突起部を有すると共に上記アクチュエーションフレームにスロットを有しており、このスロットは、上記突起部を受け取るよう構成され、かつ、上記ベースフレームの運動を制限するために上記突起部よりも大きく形成されていることを特徴とする装置。
11. 請求項１に記載の装置において、
    停止アセンブリをさらに備え、この停止アセンブリは、上記アクチュエーションフレームに突起部を有すると共に上記ベースフレームにスロットを有しており、このスロットは、上記突起部を受け取るよう構成され、かつ、上記ベースフレームの運動を制限するために上記突起部よりも大きく形成されていることを特徴とする装置。
12. 請求項１に記載の装置において、
    上記活性化信号は、出力信号に関連する上記電場応答性高分子から触覚フィードバック力を作り出すことを特徴とする装置。
13. 請求項１に記載の装置において、
    上記少なくとも１つの電場応答性高分子アクチュエータは、上記触覚フィードバック力を作り出すために慣性マスを有していることを特徴とする装置。
14. 請求項１に記載の装置において、
    上記少なくとも１つの電場応答性高分子アクチュエータは、上記装置の構造体に連結されており、変位時に、上記電場応答性高分子アクチュエータが、慣性力を生成するために上記構造体を動かすことを特徴とする装置。
15. 請求項１３に記載の装置において、
    上記構造体は、上記装置の重り、電力供給部、バッテリー、回路基板、およびコンデンサから選択された構造体を含んでいることを特徴とする装置。
16. 請求項１に記載の装置において、
    上記アクチュエーションフレームと上記ベースフレームとの間に少なくとも１つのベアリングを備え、このベアリングは、上記アクチュエーションフレームと上記ベースフレームとの間の摩擦を低減することを特徴とする装置。
17. 請求項１５に記載の装置において、
    上記少なくとも１つのベアリングは、ガイドレールに取り付けられた複数のベアリングを備えることを特徴とする装置。
18. 請求項１５に記載の装置において、
    少なくとも２つの上記ガイドレールが、ユーザインターフェース部の第１側面および第２側面に沿って、それぞれ配置されていることを特徴とする装置。
19. フィードバック装置を製造するための方法であって、
    フィードバックを提供するために電圧を印加したときに変位するよう構成された電場応答性高分子フィルムを含む電場応答性高分子変換器を第１フレームに取り付け、
    上記電場応答性高分子フィルムを第２フレームに連結し、
    上記第１フレームを機械的屈曲部の第１部分に取り付け、上記第２フレームを上記機械的屈曲部の第２部分に取り付けることによって、上記第２フレームに対して上記第１フレームを浮かせ、上記機械的屈曲部の第３部分は拘束されておらず、かつ、上記第１部分および上記第２部分の相対運動を可能にするために屈曲する
    ことを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、
    上記第１フレームを上記第２フレームに対して浮かせることは、複数の別々の機械的屈曲部に上記第１フレームおよび上記第２フレームを取り付けることを含んでいることを特徴とする方法。
21. 請求項２０に記載の方法において、
    上記第１フレームまたは上記第２フレームが、ユーザインターフェース部を有していることを特徴とする方法。
22. 請求項２１に記載の方法において、
    上記ユーザインターフェース部が、ボタン、キー、ゲームパッド、ディスプレイスクリーン、タッチスクリーン、コンピュータのマウス、キーボード、およびゲーミングコントローラから成るグループから選択されたインターフェースデバイスを含んでいる特徴とする方法。
23. 請求項１９に記載の方法において、
    上記第１フレームを上記第２フレームに対して浮かせることは、平面バーの第１部分を上記第１フレームに取り付けることと、平面バーの第２部分を上記第２フレームに取り付けることとを含み、上記平面バーが上記第１フレームおよび上記第２フレームの平行運動を容易にすることを特徴とする方法。
24. 請求項１９に記載の方法において、
    上記機械的屈曲部の上記第３部分は、上記電場応答性高分子フィルムが最大変位に達するのを妨げる量で屈曲するよう選択されることを特徴とする方法。
25. 請求項１９に記載の方法において、
    上記第１フレームに第１停止面を作ることと、第２フレーム上に第２停止面を作ることとを更に備え、上記第１停止面および上記第２停止面が、上記第２フレームに対する上記第１フレームの運動を制限するよう干渉して、上記電場応答性高分子フィルムが最大変位に達するのを妨げることを特徴とする方法。
26. 装置の可動部材間の変位を制御するための方法であって、
    装置を提供し、この装置は、
    機械的屈曲部により第２フレーム部に対して浮かされた第１フレーム部を備え、この機械的屈曲部は、上記第１フレーム部と上記第２フレーム部との間の相対運動を可能にし、上記第１フレーム部および上記第２フレーム部は、静止位置と変位位置とを有しており、
    電圧の印加時に変位するよう構成された電場応答性高分子フィルムを有する電場応答性高分子変換器を備え、この電場応答性高分子変換器は、上記第１フレーム部に連結され、この電場応答性高分子フィルムは、上記第２フレーム部に連結されており、
    上記電場応答性高分子フィルムの変位を引き起こすために上記電場応答性高分子変換器を活性化し、この電場応答性高分子フィルムの変位は、上記第１フレーム部および上記第２フレーム部を上記変位位置まで動かして、上記機械的屈曲部に機械的ストレスを作り出し、
    上記電場応答性高分子変換器への信号を弱めて、上記機械的屈曲部における上記機械的ストレスが、上記静止位置に上記第１フレーム部および上記第２フレーム部を戻すアシストをすることを可能にし、一方で上記第１フレーム部と上記第２フレーム部との間のサスペンションを維持する
    ことを特徴とする方法。
27. 請求項２６に記載の方法において、
    上記第２フレーム部に対して上記第１フレーム部を浮かせることは、上記第１フレーム部と上記第２フレーム部とを複数の別々の機械的屈曲部に取り付けることを含んでいることを特徴とする方法。
28. 請求項２６に記載の方法において、
    上記第１フレーム部および上記第２フレーム部は、ユーザインターフェース部を有している、または、ユーザインターフェース部の一部であることを特徴とする方法。
29. 請求項２８に記載の方法において、
    上記ユーザインターフェース部は、ボタン、キー、ゲームパッド、ディスプレイスクリーン、タッチスクリーン、コンピュータのマウス、キーボード、およびゲーミングコントローラから成るグループから選択されたインターフェースデバイスを含んでいることを特徴とする方法。

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