JP2014509117A - フレキシャ装置、システム、および方法 - Google Patents
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Abstract
アクチュエータモジュールが開示される。アクチュエータモジュールは、第1および第2の電極の間に配置される少なくとも1つのエラストマー誘電体膜を有するアクチュエータを含む。少なくとも1つのフレキシャを有するサスペンションシステムがアクチュエータに結合される。フレキシャにより、サスペンションシステムは、第1および第2の電極が通電されると所定の方向へ移動可能である。前記アクチュエータモジュールとフレキシャを備え、触覚フィードバックを提供するためにアクチュエータモジュールアセンブリが使用されるモバイルデバイスがさらに開示される。
Description
本出願は、米国特許法第119条(e)の下で、2011年1月18日に出願された「フレームレスデザインコンセプトと工程フロー(FRAMELESS DESIGN CONCEPT AND PROCESS FLOW)」と題する米国仮特許出願第61/433,640号、2011年1月18日に出願された「滑り機構とAMIアクチュエータとの統合(SLIDING MECHANISM AND AMI ACTUATOR INTEGRATION)」と題する米国仮特許出願第61/433,655号、2011年2月15日に出願された「フレームレスデザイン(FRAME−LESS DESIGN)」と題する米国仮特許出願第61/442,913号、2011年4月21日に出願された「Zモードバンパー(Z−MODE BUMPERS)」と題する米国仮特許出願第61/477,680号、2011年4月21日に出願された「フレームレスアプリケーション(FRAMELESS APPLICATION)」と題する米国仮特許出願第61/477,712号、2011年6月3日に出願された「フレキシャシステムデザイン(FLEXURE SYSTEM DESIGN)」と題する米国仮特許出願第61/493,123号、2011年6月6日に出願された「電池接続(ELECTRICAL BATTERY CONNECTION)」と題する米国仮特許出願第61/493,588号、および2011年6月7日に出願された「金属電池コネクタフレキシャ付き電池振動器フレキシャ(BATTERY VIBRATOR FLEXURE WITH METAL BATTERY CONNECTOR FLEXURE)」と題する米国仮特許出願第61/494,096号の優先権を主張し、上記出願の各々は開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
様々な実施形態において、本開示は一般的に、アクチュエータを統合してその運動を他の対象物と効率的に結合する装置、システム、および方法に関する。より具体的には、本開示は、モバイルデバイスの表面および部品を移動および/または振動させる、モバイルデバイスと統合されるアクチュエータモジュールに関する。とりわけ、このアクチュエータモジュールは、モバイルデバイスのユーザに触覚フィードバックを提供するのに適している。
一部の携帯用モバイルデバイスおよびゲーム用コントローラは、ビデオゲームのプレー中にユーザへ力フィードバック振動を提供することによって、小さな振動を使用してユーザのゲーム体験を向上させる従来の触覚フィードバックデバイスを利用する。固有の振動器をサポートするゲームは、モバイルデバイスまたはゲーム用コントローラを、武器を発砲した場合または損傷を受けた場合などの選択的な状況において、ユーザのゲーム体験を向上させるために振動させることができる。そのような振動器が大きな動力または爆発音の感覚をもたらすのにふさわしい一方で、これらは非常に単調であり、比較的に高い最小出力閾値を必要とする。したがって、従来の振動器は微細な振動を十分に再現することができない。振動応答帯域幅の低さに加えて、従来の触覚フィードバックデバイスは、スマートフォンまたはゲーム用コントローラなどのモバイルデバイスに取り付けた場合、大きさおよび重さの追加的な制限を含む。
従来の触覚フィードバックデバイスでもたらされるこれらを含めた他の課題を克服するために、本開示は、応答性のよさと小型であることの両方を備えた触覚ディスプレイを作成するために必要な帯域幅およびエネルギー密度を有する誘電エラストマー上の電場応答高分子型人工筋肉(Electroactive Polymer Artificial Muscle:EPAMTM)に基づく触覚フィードバックを提供する。そのようなEPAM(商標)触覚フィードバックモジュールは薄いシートを備え、これは2つの電極層に挟まれた誘電エラストマー膜を備える。高電圧が電極に印加されると、2つの求引する電極がシート全体を圧迫する。EPAM(商標)に基づく触覚フィードバックデバイスは、触覚フィードバックを提供するために、サスペンショントレイ上の(電池などの)慣性質量の下に置くことができる細い低電力触覚モジュールを提供する。触覚フィードバックデバイスは、ユーザが体験する感覚を最適化するために、(5msの応答時間で)50Hz〜300Hzでフィルタリングまたは処理され得るホストデバイス音声信号により駆動され得る。
本発明の一実施形態において、アクチュエータモジュールが提供される。モジュールは、第1および第2の電極の間に配置される少なくとも1つのエラストマー誘電体膜を備えるアクチュエータを備える。少なくとも1つのフレキシャを備えるサスペンションシステムがアクチュエータに結合される。フレキシャにより、サスペンションシステムは、第1および第2の電極が通電されると所定の方向へ移動可能である。アクチュエータモジュールシステムは、触覚フィードバック機能をモバイルデバイスへ提供するのに特に適している。
以下、本発明は、説明の目的で図とともに記載されるが、それに限定されない。
開示した実施形態を詳細に説明する前に、開示した実施形態は、添付図面および明細書に示される詳細な構造および配置部分に対する適用および使用に制限されないことに留意されたい。開示した実施形態は、他の実施形態、変形例、および修正例に実装つまり組み込まれてよく、様々な方法で実施および実行され得る。さらに、別段の指示がない限り、本明細書で採用される用語および語句は、読み手の利便性のために具体例を記載する目的で選択され、それらに限定する目的で選択されない。さらに、任意の1つまたは複数の開示した実施形態、実施形態の語句、および例は、他の任意の1つまたは複数の開示した実施形態、実施形態の語句、および例と、限定されることなく組み合わせ可能である。したがって、一実施形態において開示した要素と別の実施形態において開示した要素との組み合わせは、本開示および添付の請求項の範囲内であると見なされる。
本開示は、電場応答高分子型人工筋肉(Electroactive Polymer Artificial Muscle:EPAM(商標))に基づく統合型触覚フィードバックデバイスの様々な実施形態を提供する。EPAM(商標)に基づく触覚フィードバックモジュールを備える様々な統合型デバイスの説明を始める前に、本開示は図1を簡単に参照する。図1は、ここで軽量な小型モジュールにおけるユーザの振動フィードバック体験を向上させるために、携帯用デバイス(例えば、モバイルデバイス、ゲーム用コントローラ、コンソールなど)と一体化して組み込まれ得る触覚システムの切欠図を提供する。したがって、触覚システムの一実施形態は、ここで触覚モジュール10を参照して説明される。触覚アクチュエータは、高電圧によって通電されると、固定プレート14(例えば、固定面)と相対的に出力プレート12(例えば、滑り面)を摺動する。プレート12、14は剛球によって隔てられ、所望の方向への動きを抑制し、移動を制限し、かつ落下試験に耐える機能を有する。モバイルデバイスへの統合では、上面プレート12は、電池などの慣性質量またはモバイルデバイスのタッチ表面、画面、またはディスプレイに取り付けられ得る。図1に示す実施形態において、触覚モジュール10の上面プレート12は、矢印16が示す双方向に動くことが可能な慣性質量またはタッチ表面の裏に搭載される滑り面で構成される。出力プレート12と固定プレート14との間に、触覚モジュール10は、少なくとも1つの電極18と、オプションとして、少なくとも1つの仕切り11と、例えば上面プレート12などの滑り面に取り付けられる少なくとも1つの部分またはバー13とを備える。フレームおよび仕切りセグメント15は、例えば底面プレート14などの固定面に取り付けられる。触覚モジュール10は、滑り面の運動を増幅するために配列に構成される任意の数のバー13を含み得る。触覚モジュール10は、屈曲ケーブル19を介してアクチュエータコントローラ回路の駆動電子機器と結合され得る。
EPAM(商標)に基づく触覚モジュール10の利点は、より実際的な感覚であり、実質的に早急に感じることができ、電池寿命の消費が著しく少なく、かつカスタマイズ可能な設計および性能向上機能に適する力フィードバック振動をユーザに提供することを含む。触覚モジュール10は、カリフォルニア州サニーベールのArtificial Muscle(AMI)社によって開発されたアクチュエータモジュールを代表するものである。
なおも図1を参照すると、触覚モジュール10の多くの設計変数(例えば、厚さ、設置面積)はモジュール積分器の必要性により固定されてよく、一方で他の変数(例えば、誘電層の数、動作電圧)はコストにより制約され得る。アクチュエータ形状−活性誘電体と比較した剛体サポート構造に対する設置面積の割り当て−はコストにそれほど影響しないので、触覚モジュール10がモバイルデバイスと統合される用途に対して触覚モジュール10の性能を調整する合理的な方法である。
コンピュータに実装されるモデリング技術は、(1)ハンドセット/ユーザシステムの構造、(2)アクチュエータ性能、および(3)ユーザ感覚など、異なるアクチュエータ形状の利点を測定するために用いることができる。同時に、これらの3つの要素は、候補設計の触覚機能を見積もり、大量生産に適する触覚設計を選択するために見積もられた触覚性能データを使用するコンピュータ実装プロセスを提供する。モデルは、長い効果(ゲームおよび音楽)および短い効果(キークリック)の2種類の効果のための機能を予測する。「機能」は本明細書では、モジュールが使用中に生成可能な最大の感覚として定義される。候補設計の触覚機能を見積もるこのようなコンピュータ実装プロセスは、2011年2月15日に出願された「触覚装置及びその性能を定量化するための方法(HAPTIC APPARATUS AND TECHNIQUES FOR QUANTIFYING CAPABILITY THEREOF)」と題する国際PCT特許出願PCT/US2011/000289号に共通して記載されており、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図2は、動作の原理を説明する、アクチュエータシステム20の一実施形態の概略図である。アクチュエータシステム20は、低電圧直流(DC)電池として示される、アクチュエータモジュール21と電気的に結合される電源22を備える。アクチュエータモジュール21は、2つの導電性電極24A、24Bの間に配置される(例えば、挟まれる)薄いエラストマー誘電体26を備える。一実施形態において、導電性電極24A、24Bは伸縮自在であり(例えば、一致または適合し)、例えば画面印刷など任意の適切な技術を使用して、エラストマー誘電体26の上面および底面部分に印刷され得る。アクチュエータモジュール21は、スイッチ28を閉じることによって、電池22をアクチュエータ回路29と結合することにより作動される。アクチュエータ回路29は、低DC電圧VBattを触覚モジュール21を駆動するのに適切な高DC電圧Vinへ変換する。高電圧Vinが導電性電極24A、24Bに印加されると、エラストマー誘電体26は、静電圧下で縦方向(V)に縮小し、かつ横方向(H)に拡張する。エラストマー誘電体26の収縮および拡張は、運動として利用可能である。運動または変位の量は、入力電圧Vinに比例する。運動または変位は、図3A、図3B、および図3Cに関連して以下に説明されるように、触覚アクチュエータの適切な構成により増幅され得る。
図3A、図3B、図3Bは、様々な実施形態における、とりわけアクチュエータ配列30、34、36の3つの可能な構成を示す。アクチュエータ配列の様々な実施形態は、用途および用途の物理的な間隔の制約に依存して、任意の適切な数のバーを含み得る。追加的なバーは追加的な変位を提供し、従ってユーザが実質的に早急に感じることのできる力フィードバック振動の実際的な感覚を向上させる。アクチュエータ配列30、34、36は、屈曲ケーブル38を介してアクチュエータコントローラ回路の駆動電子機器と結合され得る。
図3Aは、1バーアクチュエータ配列30の一実施形態を示す。単一のバー触覚アクチュエータ配列30は、固定プレート31と、電極32と、固定プレート31と結合されるエラストマー誘電体33とを備える。
図3Bは、固定フレーム31と結合される3つのバー34A、34B、34Cを備える3バーアクチュエータ配列34の一実施形態を示しており、バーはそれぞれ仕切り37によって隔てられる。バー34A〜34Cはそれぞれ、電極32とエラストマー誘電体33とを備える。3つのバー触覚配列34は、図3Aの単一のバーアクチュエータ配列30と比較して、滑り面の動きを増幅する。
図3Cは、固定フレーム31と結合される6つのバー36A、36B、36C、36D、36E、36Fを備える6バーアクチュエータ配列36の一実施形態を示し、バーはそれぞれ仕切り37によって隔てられる。バー34A〜34Fはそれぞれ、電極32とエラストマー誘電体33とを備える。6バーアクチュエータ配列36は、図3Aの単一のバーアクチュエータ配列30および図3Bの3バーアクチュエータ配列34と比較して、滑り面の動きを増幅する。
図3A〜図3Cを参照して示されるアクチュエータ配列30、34、36は、所望の効果を得るために、複数の用途において様々なデバイスに統合され得る。例えば、一実施形態において、アクチュエータ配列は、図4に概略的に示すように、移動タッチ表面センサ40に適用かつ構成され得る。図4に示す実施形態において、アクチュエータ配列は、矢印44が示す方向に平面でタッチ画面/LCDモジュール42を移動するスライドアクチュエータを実現するために、タッチ画面/LCDモジュール42と統合される。運動フィードバックは、指46により感じられる。
別の例において、アクチュエータ配列は、図5において概略的に示すように、デバイスエフェクタ50に適用かつ構成され得る。図5に示す実施形態において、アクチュエータ配列は慣性質量52と統合される。デバイスエフェクタ50は、矢印54が示す方向に平面で慣性質量52を移動する。慣性質量52の運動によるフィードバック力は、手54により感じられる。振動などのこの運動は、規則正しいか、または定期的であってよく、または特定の触覚効果を得るために任意の一連の間隔および加速を有してよい。
図4および図5において参照されるような移動タッチ表面センサ40およびデバイスエフェクタ50の様々な実施形態は、以下により詳細に説明される。しかしながら、この詳細な説明を始める前に、ここで本開示はフレキシャサスペンションシステムの説明に進む。フレキシャサスペンションシステムは、後に記載される触覚システムの様々な実施形態において適用され得る。フレキシャサスペンションシステムは、本開示に従って、様々なデバイスへのアクチュエータ配列の実装を必要とする機械的な基盤設備を簡易化する。
図6は、電池エフェクタフレキシャトレイ64のためのフレキシャサスペンションシステム61を備える触覚モジュール60の一実施形態の分解図である。図7は、図6に示すフレキシャサスペンションシステム61を備える触覚モジュール60の一部切欠図である。ここで図6および図7を参照すると、一実施形態において、フレキシャトレイ64はその中に電池62を受ける開口部を画定する。触覚アクチュエータ66の1方の側(展開図形式で示される)は、フレキシャトレイ64の底部と結合され、触覚アクチュエータ66の他方の側は搭載表面68と結合されて機械的接地として動作する。図6に示す実施形態において、触覚アクチュエータ66は、2組の触覚アクチュエータ配列を備える。第1および第2の触覚アクチュエータ配列組はそれぞれ、第1の触覚アクチュエータ配列組66B、66B’をフレキシャトレイ64の底部と結合するために、出力バー接着剤66A、66A’を備える。あるいは、この結合は機械的であってよい。フレーム間接着剤66C、66C’は、第1の触覚アクチュエータ配列組66B、66B’を第2の触覚アクチュエータ配列組66D、66D’と結合するために使用される。ベースフレーム接着剤66E、66E’は、第2の触覚アクチュエータ配列組66D、66D’を搭載表面68と結合する。図6に示すように、触覚アクチュエータ66は二重の3つのバー触覚アクチュエータ配列を備える。他の実施形態において、以下に記載するように、任意の適切な数のバーを備える任意の適切な数の触覚アクチュエータ配列が電池エフェクタフレキシャトレイ用途において採用され得る。フレキシャサスペンションシステム61の電池フレキシャトレイ64との統合は、追加的なサスペンション部品の必要性を最小化し、落下または落下試験中にもたらされる衝撃に対するさらなる抵抗力を提供する。図6には示されないが、電池62は、例えば屈曲ケーブル接続器を備えるプリント基板と接続され得る。
フレキシャサスペンションシステム61は、電池62、タッチスクリーン、その他の、ユーザに振動接触刺激を提供するために使用される任意の質量またはプレートを懸架(suspend)するために使用できる。フレキシャサスペンションシステム61の1つの役割は、移動部品および静止部品間の機械的な間隔を維持するために、触覚運動の軸以外の方向に剛性を提供することであり、一方で同時に触覚性能を妨げないよう運動の触覚方向において出来る限り制約を少なくすることである。フレキシャトレイ64の下に搭載される触覚アクチュエータ66を備えるフレキシャサスペンションシステム61は、図9および図10を参照して以下により詳細に記述されるように、慣性質量としてトレイ質量と電池質量との組み合わせを使用する。図7は、触覚アクチュエータ66がフレキシャトレイ64を動かせるように、フレキシャトレイ64に設けられたフレキシャ70をさらに示す。
図8は、フレキシャトレイを備える図6および図7に示すフレキシャサスペンションシステム61を備える触覚モジュール60の一実施形態の概略図である。フレキシャトレイ64は、フレキシャ70と、移動停止部72、74と、フレキシャトレイ64により画定される開口部内に位置する電池62とを備える。フレキシャ70および移動停止部72、74は、フレキシャトレイ64内に成形されてよく、または分離部品として提供されてもよい。既に述べたように、フレキシャトレイ64は搭載表面68と結合され、フレキシャサスペンションシステム61の機械的接地として動作する。1つまたは複数の場所に位置するフレキシャ70により、フレキシャトレイ64は、1つまたは複数の運動方向に振動することができる。図示の実施形態において、フレキシャトレイ64は、フレキシャトレイ64をXおよびY方向に移動可能とする4つの分離されたフレキシャ70を備える。フレキシャトレイ64は、所定の方向における移動または動きを制限し、かつ衝撃型の動きがもたらす損傷を防ぐために、X移動停止部72とY移動停止部74とをさらに備える。XおよびY移動停止部72、74は、図9および図10を参照して以下により詳細に記述されるように、XおよびY方向の運動におけるフレキシャトレイ64の運動を抑制するために提供され、これによりフレキシャサスペンションシステム61は、フレキシャサスペンションシステム61と統合されたデバイスが落下した場合にもたらされ得る突然のGショックに持ちこたえることができる。
図9は、XおよびY方向における図6〜図8に示すフレキシャサスペンションシステム61の運動をモデル化するXおよびY軸振動作動線図90を示す。図10は、XおよびZ方向における図6〜図8に示すフレキシャサスペンションシステム60の運動をモデル化するXおよびZ軸振動作動線図100を示す。ここで図6〜図10を参照すると、kfx=X軸におけるフレキシャ70と電気接続との組み合わせ剛性、kax=X軸における触覚アクチュエータ66のアクティブ剛性、kfz=Z軸におけるフレキシャ70と電気接続との組み合わせ剛性、kaz=Z軸における触覚アクチュエータ66の剛性、mtray+mbatt=電池62および運動における任意の他のサポート構造の質量から成る総合バネ質量、である。
X軸コンプライアンス
X軸におけるコンプライアンスは、フレキシャサスペンションシステム60の能力を評価する時に考慮される1つの因子である。組み合わされた非アクチュエータ剛性(kfx)は可能な限り低減されるべきであり、例えばアクチュエータ剛性(kax)の約10%未満に維持されるのがよい。電気相互接続からの追加的な剛性は、非アクチュエータ剛性計算の因子となるのがよい。X軸におけるフレキシャ70の剛性は、移動停止部72、74の適切な使用でのGショックに持ちこたえる必要はない。
X軸におけるコンプライアンスは、フレキシャサスペンションシステム60の能力を評価する時に考慮される1つの因子である。組み合わされた非アクチュエータ剛性(kfx)は可能な限り低減されるべきであり、例えばアクチュエータ剛性(kax)の約10%未満に維持されるのがよい。電気相互接続からの追加的な剛性は、非アクチュエータ剛性計算の因子となるのがよい。X軸におけるフレキシャ70の剛性は、移動停止部72、74の適切な使用でのGショックに持ちこたえる必要はない。
Z軸コンプライアンス
Z軸におけるコンプライアンスは、重力またはユーザ入力による動質量のたわみ、とりわけ、フレキシャサスペンションシステム60がタッチ表面(例えば、タッチ画面またはタッチパッド)と統合される場合、制限されないアセンブリのX軸の動きがユーザ入力中に確保されるべきであるサスペンション用途による動質量のたわみを低減するために、可能な限り低減されるべきである。理想的には、総合Z軸剛性は、総合X軸剛性を300X超えることが可能である。負のZ方向(−Z方向)移動停止が使用されない場合、フレキシャ70は、電池62の取り外し中にもたらされ得る力および衝撃に耐えるよう構成されるべきである。
Z軸におけるコンプライアンスは、重力またはユーザ入力による動質量のたわみ、とりわけ、フレキシャサスペンションシステム60がタッチ表面(例えば、タッチ画面またはタッチパッド)と統合される場合、制限されないアセンブリのX軸の動きがユーザ入力中に確保されるべきであるサスペンション用途による動質量のたわみを低減するために、可能な限り低減されるべきである。理想的には、総合Z軸剛性は、総合X軸剛性を300X超えることが可能である。負のZ方向(−Z方向)移動停止が使用されない場合、フレキシャ70は、電池62の取り外し中にもたらされ得る力および衝撃に耐えるよう構成されるべきである。
Y軸コンプライアンス
適切に設計されたフレキシャ70では、Y軸におけるコンプライアンスは、フレキシャ70ビームが圧縮状態または緊張状態のいずれかにある場合比較的小さい。Y軸におけるコンプライアンスは、フレキシャ70を留めるか、または延ばす結果となるが、これはすべての状況において望まれない。Y軸におけるたわみの量は、例えば衝突または衝撃中のフレキシャ70への損傷を防ぐために最小化されるべきである。
適切に設計されたフレキシャ70では、Y軸におけるコンプライアンスは、フレキシャ70ビームが圧縮状態または緊張状態のいずれかにある場合比較的小さい。Y軸におけるコンプライアンスは、フレキシャ70を留めるか、または延ばす結果となるが、これはすべての状況において望まれない。Y軸におけるたわみの量は、例えば衝突または衝撃中のフレキシャ70への損傷を防ぐために最小化されるべきである。
以下の表1は、一実施形態における、総合触覚アクチュエータ66剛性の10%より小さい剛性に基づく総合フレキシャ剛性を提供し、提供される値は例示的な近似値である。
図11は、一実施形態における、図6〜図8に示すフレキシャサスペンションシステム60のフレキシャトレイ64移動停止72、74機能を示す概略図110である。図11に示すフレキシャサスペンションシステム60において、電場高分子層116は、接着剤114によってデバイスの搭載表面68およびフレキシャトレイ64の基部に代替的に取り付けられる複数のスクリーン印刷された触覚アクチュエータ出力バーまたは仕切り112を通って分配される。フレキシャ70は、利便性および明瞭さのために象徴的に表される。一実施形態において、停止部72、74は、可能であれば提供され、一方で法線方向の負荷(normal loads)の下で動質量の自由な動きを許容する。移動停止部72、74は、フレキシャ70および触覚アクチュエータ66に対する過拡張および損傷を防ぐ。本明細書に表されるフレキシャ70の実施形態は、フレキシャトレイ64の外側への電池62の引き出しが損傷をもたらし得る−Z方向を除いたすべての軸における組込型移動停止部72、74に役立つ。正のZ方向(+Z方向)停止部は、アクチュエータフレーム自体を使用して実現されてよく、例えば1.5mまでの業界標準の落下試験に持ちこたえるのに適切である。
以下の表2は、一実施形態における、フレキシャトレイ停止部72、74の間隔を提供する。以下の表2においてA〜Fに分類された間隔は例示的な近似値であり、図11で同様に分類された間隔に対応する。
図12は、一実施形態における、フレキシャ連携122ビームモデルの概略図120を示す。フレキシャ連携部122は、複数の材料から作られてよい。一実施形態において、フレキシャ連携部122は、例えばハンドセットバックシェルまたはタブレット電池搭載フレームに組み込まれた射出成形された一連の連携部を使用してプラスチックで作られ得る。この実施形態において、フレキシャ連携材料は、限定されることなく、例えばアクリルニトリルブタジエンスチレン(「ABS」)などの成形可能なプラスチックで作られ得る。より大きなZ方向負荷がかかり、かつ/または制限された空間を有する用途において、フレキシャ連携部122はシート金属で作られてよく、かつプラスチックフレームに成形されてよい。あるいは、型打ちしたシート金属サブアセンブリ全体が作られて、より大きなZ方向負荷を必要とする用途に使用されてもよい。シート金属の型打ちしたフレキシャの実施形態は、図60〜図70と関連して後に示される。個々の連携部122の剛性は、例えば図12に示すビームモデルを使用して算出することができ、対応する力(FxおよびFz)下でXおよびZ方向(dxおよびdz)におけるフレキシャ連携部122のたわみが成形される。
図13は、電池のないフレキシャトレイ64の一実施形態を示す。フレキシャトレイ64は、搭載表面に固定的に搭載される剛体外フレーム130を備える。図示の実施形態において、剛体外フレーム130は、1つまたは複数の開口部132を通って挿入される留め具を利用して搭載表面に固定的に搭載され得る。好適な留め具は、ねじ、ボルト、リベットなどを含む。図13に示すように、フレキシャトレイ64は、ユーザの振動接触刺激を提供するために、フレキシャトレイ64をXおよびY方向に移動可能とするフレキシャ70を備える。さらに、フレキシャ70および触覚アクチュエータに対する過拡張および損傷を防ぐために、X移動停止部72およびY移動停止部74が示される。
図14は、フレキシャトレイ64の一実施形態のセグメント140を示す。セグメント140は、2つのフレキシャセグメントの間の重複距離d1およびフレキシャ70の曲げられたセグメントの間の距離d2とともに、フレキシャ70の直径φ1およびφ2を示す。表3は、一実施形態における、基準設計フレキシャパラメータを提供し、提供される値は例示的な近似値である。
図15は、固定剛体フレームの代わりに軟質膜152に形成される触覚アクチュエータテープモジュール150の一実施形態を示す。一実施形態において、触覚アクチュエータテープモジュール150は、図1および図3A〜図3Cに関連して説明したように、図1で示す触覚モジュール10などの固定プレート14剛体フレーム要素のないアクチュエータ配列要素を備える。固定プレート剛体フレームをなくすことによって、フレキシブル触覚アクチュエータテープモジュール150は、剛体フレーム触覚モジュールと比較して全体的に低減された厚みを有する。用途において、触覚アクチュエータテープモジュール150は、軟質膜152をサポートするために、剛体または硬化基板に搭載可能である。一実施形態において、触覚アクチュエータテープモジュール150の軟質膜152は、例えば剛体基板に容易に搭載するために、片面または両面接着テープであってよい。
図16は、剛体/硬化基板164の曲面162に搭載される触覚アクチュエータテープモジュール150の一実施形態を示す。図示のように、触覚アクチュエータテープモジュール150は、膜152をサポートするために基板164の剛性を利用する。フレキシブル触覚アクチュエータテープモジュール150の実施形態を採用するモバイルデバイスに統合される触覚モジュールの様々な実施形態が後述される。
図17〜図19は、モバイルデバイスの電池エフェクタのフレキシャトレイ64の一実施形態を示す。図17は、開口部により画定される空の電池室172と、フレキシャ70と、フレキシャトレイ64の底部から突出する触覚モジュール188の屈曲ケーブル174部分とを備えるフレキシャトレイ64の上面図である。触覚モジュール188は、屈曲ケーブル174を介してアクチュエータコントローラ回路と電気的に結合される。電気室172の内部に突出する電気接触部176は、電池62をモバイルデバイスの主要回路と結合させる。電池62が電池室172に挿入されると、電池62端子は、トレイ64において電池接触部176と電気接触する。
図18は、フレキシャトレイ64の底部182と固定的に結合される触覚モジュール188を備えるフレキシャトレイ64の底面図を示す。電池屈曲ケーブル接続器184は、フレキシャトレイ64内部で電池接触部176と結合される。一実施形態において、電池接触部176は、後により詳細が記載される実施形態で電気式バネ接続器と称され得る。電池屈曲接続器184は、フレキシャトレイ64に形成されるスロット186を経由する。様々な実施形態において、触覚モジュール188は、図15および図16に示す触覚アクチュエータテープモジュール150、図1に示す触覚モジュール10、または本開示と一致する他の適切な触覚モジュールであってよい。3つのバー触覚モジュール188が示されているが、より少ないか、またはより多い数のバーを備える任意の適切な触覚モジュールが限定されることなく適用され得る。アクティブ領域の外形は長方形のバーに限定されることなく、任意の様々な形状を有し得ることが理解されるべきである。
図19は、電池室172に位置する電池62を備えるフレキシャトレイ64の上面図を示す。統合型フレキシャトレイ64、電池62、および触覚モジュール188は、振動接触フィードバックを提供するために電池エフェクタシステムを形成し、これは慣性質量として電池62を利用する。
図20および図21は、少なくとも1つの触覚アクチュエータテープモジュール204と統合されたタブレットコンピュータ200の一実施形態を示す。図20はタブレットコンピュータ200の上面図であり、図21は電池室206を露出させるために取り外される背面カバーを備えるタブレットコンピュータ200の底面図である。図20および図21に示す実施形態において、2つの触覚モジュール204は、タブレットコンピュータ200電池に搭載され、デバイスエフェクタの慣性質量として作動する。アクチュエータコントローラ202は、図2に関連して既に記載されたように、触覚モジュール204を駆動するために2つの触覚モジュール204と電気的に結合される。様々な実施形態において、触覚モジュール204は、図15および図16に示す触覚アクチュエータテープモジュール150、図1に示す触覚モジュール10、または本開示と一致する他の任意の触覚モジュールであってよい。図示のように、触覚モジュール204は3つのバーを含む。しかしながら、他の実施形態において、触覚モジュール204は、より多いか、またはより少ない数のバーを限定されることなく含んでよい。
図22〜図24は、触覚モジュール222の一実施形態と機械的に統合されるゲーム用コントローラ220を示す。触覚モジュール222は、電池カバー226の内部に搭載されるよう構成され、ゲームコントローラ220の下に位置する電池パック224全体にわたって配置される。図22において、ゲーム用コントローラ220は、ゲーム用コントローラ220の電池パック224カバー226と裏カバー228とが取り外されている。図23は、裏カバー228が再取り付けされたゲーム用コントローラ220を示す。図24は、裏カバー228と電池パック224カバー226とが再取り付けされたゲーム用コントローラ220を示す。電池パック226は、電池パック226筐体に移動停止部を備える可動エフェクタトレイ(図示せず)を備える。様々な実施形態において、触覚モジュール222は、図15および図16に示す触覚アクチュエータテープモジュール150、図1に示す触覚モジュール10、または本開示と一致する他の適切な触覚モジュールであってよい。図示のように、触覚モジュール204は3つのバーを含む。しかしながら、他の実施形態において、触覚モジュール204は、より多いか、またはより少ない数のバーを限定されることなく含んでよい。
図25〜図28は、様々な実施形態における、触覚モジュールと統合されるモバイルデバイスを示す。図25は、触覚モジュールと統合されたモバイルデバイス250の斜視図である。図26はモバイルデバイス250の側面図であり、図27はモバイルデバイス250の上面図である。モバイルデバイス250は、シャーシ254と上面プレート256とを備える。一実施形態において、シャーシ254は、例えば機械加工されたアルミニウムまたは他の適切な材料で形成され得る。一実施形態において、上面プレート256は、例えば炭素繊維合成物または他の任意の材料で形成されてよく、別の実施形態において、水ジェット切断炭素繊維合成物であってよい。図28は、モバイルデバイス250の裏カバー258である。フレキシャトレイ280電池エフェクタは、図17〜図19に関連して記載されるフレキシャトレイ64電池エフェクタと類似してよく、モバイルデバイスの裏カバー258と統合される。フレキシャ284により、フレキシャトレイ280は、電池室282に位置する電池と結合される触覚アクチュエータの影響下で移動可能である。
図29〜図46は、タッチ表面を動かし、かつモバイルデバイス内部の電池を振動させるために、触覚アクチュエータおよびスライディング機構と統合されるモバイルデバイスの様々な実施形態を示す。タッチ表面を動かす「移動表面」が直面する課題の1つは、タッチ表面とモバイルデバイスのベゼルとの間を密閉することである。他の課題は、タッチ表面画面に剛性を提供して落下試験に対する耐性を向上させるために、タッチ表面の縁部の周囲にベゼルを維持することである。図29〜図37は、タッチ表面292および2つの主要サブアセンブリ(表示サブアセンブリ294および本体サブアセンブリ296)を備えるモバイルデバイス290の一実施形態を示す。図38〜図46は、モバイルデバイス380の電池エフェクタ382の一実施形態を示す。
図29は、一実施形態における、タッチ表面292および2つの主要サブアセンブリ(表示サブアセンブリ294および本体サブアセンブリ296)を備えるモバイルデバイス290の斜視図を示す。図30は、一実施形態における、モバイルデバイス290の詳細側面図を示す。図31は、タッチ表面292の運動方向を示すモバイルデバイス290の側面図を示す。ここで図29〜図31を参照すると、タッチ表面292は、タッチ画面、タッチパッド、またはタッチを利用する他のユーザインタフェースに言及し得ることに留意されたい。タッチ表面292、表示サブアセンブリ294、および本体サブアセンブリ296は、従来のモバイルデバイスと同じ手法において密閉され得る。表示サブアセンブリ294と本体サブアセンブリ296との間に位置する触覚アクチュエータは、タッチ画面292を矢印310が示す方向へ動かす。様々な実施形態において、モバイルデバイス290は、ディスプレイ、ベゼル、および正面カメラやスピーカーなどの他の部品をさらに備え得る。様々な実施形態において、表示サブアセンブリ294は、表示サブアセンブリ294の電子部品を本体サブアセンブリ296の主要回路基板と接続する屈曲ケーブルを備える。様々な実施形態において、本体サブアセンブリ296は、主要シャーシ、電池、主要回路基板、カメラなどを備える。本体サブアセンブリ296シャーシは、屈曲ケーブルがシャーシを通過して本体サブアセンブリ296の主要回路基板へ到達することを許容するスロットまたは切欠き部分をさらに備えてよい。モバイルデバイス290の様々な部品は、ここでより詳細に記述される。
図32は、モバイルデバイス290の一実施形態の分解斜視図を示し、図33は、一実施形態における、モバイルデバイス290の分解側面図を示す。一実施形態において、モバイルデバイス290は、図1〜図3Cに関連して先に説明されたように、触覚アクチュエータ320を備え、これはタッチ表面292を動かすために表示サブアセンブリ294と本体サブアセンブリ296との間に位置する。本体サブアセンブリ296は、その中に触覚アクチュエータ320を受けるよう構成される収納室を備える。図示の実施形態において、触覚アクチュエータ320は6つのバーを備える。しかしながら、他の実施形態において、触覚アクチュエータは、より少ないか、またはより多い数のバーを限定されることなく含んでよい。スライディング機構は、タッチ表面292を動かすために使用される。スライディング機構は、本体サブアセンブリ296に位置するスライドレール328、および表示サブアセンブリ294の下に位置するスライドレール328およびタッチ表面292と結合する対応クリップ324を備える。図示の実施形態において、スライドレール328は、本体サブアセンブリ296のシャーシに組み込まれる。他の実施形態において、スライドレール328は、例えば表示サブアセンブリ294に組み込まれ得る。制限ねじ326は、例えば落下試験に持ちこたえる目的で、タッチ表面292の動きを制限するためにXおよびY方向に機械的なハードストップ(hard stop)つまり緊急停止部を提供する。Z方向における機械的なハードストップは、スライディング機構により提供され得る。XおよびY制限組ねじ326は、制限された動きを許容し、さらに落下試験の場合にはサポートするために、組ねじ326の周囲に間隔を提供する。
図34および図35は、一実施形態における、モバイルデバイス290の本体サブアセンブリ部分296と統合される触覚アクチュエータ320の詳細図を示す。図34は、一実施形態における、触覚アクチュエータ320が配置されたモバイルデバイス290の本体サブアセンブリ296部分の斜視図である。図35は、一実施形態における、図34に示す本体サブアセンブリ296の一部拡大斜視図である。触覚アクチュエータ320は、本体サブアセンブリ296の収納室322(図32)内部に位置する。スライドレール328は、本体サブアセンブリ296の横側に配置される。表示屈曲通過スロット340は、屈曲ケーブルを受けるために本体サブアセンブリ296シャーシに形成され、表示サブアセンブリ294における電子部品を本体サブアセンブリ296の主要回路基板に電気的に結合させる。X−Y制限組ねじ開口部342は、組ねじ326(図32および図33)を受けるために本体サブアセンブリ296に提供される。
図36および図37は、表示サブアセンブリ294および本体サブアセンブリ296の詳細を示す。図36は、一実施形態における、モバイルデバイス290の表示サブアセンブリ294の一部透視側面図である。図37は、一実施形態における、モバイルデバイス290の表示サブアセンブリ294の一部透視側面図である。図36は、スライディング機構362のレール詳細および表示サブアセンブリ294と本体サブアセンブリ296との間の隙間360を示し、隙間360は図37に示す組ねじ326により制御される。さらに、表示サブアセンブリ294電子部品を主要回路本体サブアセンブリ296に電気的に結合させる通過スロット340および屈曲ケーブル370が図37に示される。
図38〜図46は、モバイルデバイス380の電池エフェクタ382の一実施形態を示す。図38は、一実施形態における、電池エフェクタ382を備えるモバイルデバイス380の底筐体388部分の斜視図を示す。一実施形態において、電池エフェクタ382はトレイ384を備え、トレイ384は電池接続器386を備える。電池エフェクタ382はモバイルデバイス380の筐体388(例えば、シャーシ)部分の内部に適合する。図38〜図46に示すモバイルデバイス380実施形態は、図29〜図37に関連して説明されるスライディング機構(例えば、スライドレールおよびクリップ)とともに触覚アクチュエータを使用する。電池エフェクタ382運動は矢印389により示される。電池は電池エフェクタ382の慣性質量として動作する。電池トレイ384により、ユーザは電池を容易に交換できる。電池トレイ384と筐体388との間隔は矢印389の方向における自由運動を許容し、一方で落下試験目的のために機械的なハードストップを提供する。電池屈曲ケーブルは、電池とモバイルデバイス380の主要回路基板との間に電気的な接続を提供し、一方で電池トレイ384が動くことを許容する。
図39は、一実施形態における、モバイルデバイス380の断面図であり、図40は、一実施形態における、モバイルデバイス380の一部詳細側断面図である。モバイルデバイス380は、電池390と、タッチ表面392と、ディスプレイ394とを備える。電池トレイ384は筐体388の内部に位置し、触覚アクチュエータ396は電池トレイ384の底に取り付けられる。触覚アクチュエータ396は、ディスプレイ304と電池トレイ384との間に位置する。電池390は電池トレイ384の内部に位置し、トレイ384が矢印389の方向に動かされると慣性質量として動作する。電池390は、電池接続器386と電気的に結合される。
図41は、一実施形態における、モバイルデバイス380の取り外し可能な電池390および電池トレイ384の斜視断面図である。図42は、一実施形態における、モバイルデバイス380のスライディング機構420のスライドレールの一部断面図を示す。電池390は電池トレイ384内に位置し、触覚アクチュエータ396の1つの側は電池トレイ384の底と固定的に結合される。ディスプレイ394は、触覚アクチュエータ396の他方の側に位置する。タッチ表面392はディスプレイ394と結合される。
図43〜図46は、一実施形態における、電池エフェクタ382の様々な詳細を示す。図43は、一実施形態における、アクチュエータ移動プレート440を備える電池エフェクタ382の上面図である。図44は、一実施形態における、アクチュエータ移動プレート440を備える電池エフェクタ382の一部斜視図を示し、図43および図45に示すように、スライドレール430の上に位置する。図45は、一実施形態における、スライドレール430の位置および方位を示す電池エフェクタ382の一部斜視図を示す。図46は、一実施形態における、電池トレイ384内に位置する触覚アクチュエータ396を示す電池エフェクタ382の一部斜視図である。様々な実施形態において、アクチュエータ移動プレート440は、より小型のデバイスを提供するために電池トレイ384に統合され得る。スライディングレール430機構は、電池トレイ384の制限された運動のサポートをさらに提供する。
図47〜図49は、触覚モジュールの一実施形態に統合されたモバイルデバイスの電池接続の一実施形態を示す。図47は、一実施形態における、触覚モジュールと統合されるモバイルデバイス470の一実施形態の底面図である。モバイルデバイス470の裏カバーは、電池トレイ472、電池用の電気式バネ接続器474、相互接続屈曲ケーブル476、および電池トレイ472がユーザに対する振動接触刺激を振動および/または提供することを許容するフレキシャ478を示すために取り外されている。複数の実施形態に関連して既に記述したように、フレキシャ478を備える電池トレイ472は、矢印479が示す方向において電池トレイ472に運動を行わせるために、触覚アクチュエータ(図示せず)と結合される。フレキシャ478は運動を可能とし、電池トレイ472の動きを制限できるように、停止部(図示せず)が提供される。電池用の電気式バネ接続器474は、電池を主要回路基板の電子部品およびモバイルデバイス478のディスプレイと結合するために使用される。相互接続屈曲ケーブル476は、触覚アクチュエータを駆動するために、触覚アクチュエータをアクチュエータ回路(図示せず)と電気的に接続するために使用される。図48は、一実施形態における、フレキシブル回路領域480および接地された接続領域482と結合される電池用の電気式バネ接続器474の詳細図である。図49は、一実施形態における、電池トレイ472、電気式バネ接続器474、および相互接続屈曲ケーブル476を示すモバイルデバイス470の一部切欠図である。さらに、フレキシャ478の1つが示される。
図50は、一実施形態における、金属電池接続器をフレキシャとして使用する電池エフェクタフレキシャを備える統合型フレキシャ電池接続システム500の断面図である。図51は、図50に示す統合型フレキシャ電池接続システム500の上面図である。筐体506は、電池502を受け、かつフレキシャサスペンションシステム504をサポートするよう構成され、電池502用のサスペンションシステムとして動作し、電気接続部508と電気的に結合される。触覚モジュールは、ユーザに振動接触刺激を提供するために電池502と結合され得る。電池502は、運動を行わせるために慣性質量として作動する。電池502が移動の目的で慣性質量として採用される場合、サスペンションシステムの提供が必要であり、これはフレキシャサスペンションシステム504により提供される。図50および図51に示す実施形態は、電池502用の電気接続部508の機能性およびフレキシャサスペンションシステム504を統合する。したがって、図50に示すように、一実施形態において、電池502用の電気接続部は、適切な機械的特性を備える金属導電体(例えば、真鍮、銅、金、銀、鋼鉄など)で作成可能なフレキシャサスペンションシステム504を備え、電池502の電気接続部508との適切な電気的結合を可能とするよう導電することができる。図50に示すように、フレキシャサスペンションシステム504は、バネのような運動を提供し、電池502が、矢印509が示す運動において動けるように、「M」に類似する横断面を有するフレキシャ要素を備える。図51に示すように、一実施形態において、電池端子はそれぞれ、分離フレキシャサスペンションシステム504と電気的に結合される。したがって、一実施形態において、2つのフレキシャサスペンションシステム504要素が使用される。より少ない、またはより多い数のフレキシャサスペンションシステム504要素が、他の実施形態において採用され得ることに留意されたい。
図52〜図57は、モバイルデバイスにおいてタッチ表面542の移動を積極的に抑制する、Zモードアクチュエータの様々な実施形態を示す。Zモード方向は、例えば身振りと関連するスライディング力よりも、プッシュボタンタイプの力がモバイルデバイスのタッチ表面542に印加され得る方向を指す。タッチ表面542と結合される触覚アクチュエータは、実際のボタンを押した場合に感じる「ボタンクリック」感触、または特定の動作に関連する触感または身振りなどの感覚をユーザへ与えるために通電すると、接触フィードバックを提供する。追加的に、触覚アクチュエータは、例えばボタンがそれぞれ異なる触感を有し、ユーザが仮想キーパッドの位置が分かるなど、異なる動作ごとに異なる感覚をユーザに与えるよう構成され得る。タッチ表面542を動かすために、触覚アクチュエータを備えるスライディング機構を使用するモバイルデバイスの実施形態は、一例として図29〜図37に関連して説明される。タッチ表面542スライディング機構のコンプライアンスは、筐体546の間のタッチ表面542の外周に提供される隙間「d」(図54〜図57)内でタッチ表面542を横方向により容易に移動させるために、低出力触覚アクチュエータの使用を可能とするよう低いのが望ましい。しかしながら、触覚アクチュエータが通電しない場合、タッチ表面542は隙間「d」内でわずかに緩み、動き回り得る。したがって、一実施形態において、1つまたは複数のアクティブバンパー520、540、560を備えるバンパーモジュールが、接触フィードバックが不要な場合にタッチ表面542の運動を抑制するよう採用され得る。アクティブバンパー520、540、560は、タッチ表面542に係合するよう構成される可動出力バーバンパー停止部522、544、564を備える。一実施形態において、タッチ表面542のダンピング機能は、アクティブバンパー520、540、560が通電されると(例えば、電源オン)後退するZモードバンパーを使用して実現され得る。
図52は、第1の出力バーバンパー停止部522と結合されるバンパーアクチュエータ528を備え、非通電状態にある、Zモードアクティブバンパー520の一実施形態の側断面図である。バンパーアクチュエータ528は、第1および第2の電極527、529の間に位置するフレキシブル部材525を備える。図53は、通電状態にある、図52に示すZモードアクティブバンパー520の側断面図である。図52および図53は、一般的にZモードアクティブバンパー520の概念を示すために、以下で説明される。図52および図53に示す実施形態はZ方向における動作に関して説明されるが、図示の実施形態は任意の方向において動作するよう適用かつ構成され得ることに留意されたい。したがって、Zモードアクティブバンパー520は、高電圧電力源が「オフ」から「オン」へ切り換えられると構成を変更し、駆動電圧がバンパーアクチュエータ528の第1および第2の電極527、529へ印加される。アクティブバンパー520は2つの出力バーを備え、間にバンパーアクチュエータ528を備える第1の(例えば、上面)出力バーバンパー停止部522および第2の(例えば、底面)出力バー524である。第1の出力バーバンパー停止部522は、Z方向に自由に動き、一方で第2の平面は搭載表面526と固定的に結合され、機械的な接地として動作する。図52において、電圧は「オフ」であるためバンパーアクチュエータ528は通電されない。図53は、活性化した電圧がバンパーアクチュエータ528の第1および第2の電極527、529へ印加された後のアクティブバンパー520を示す。活性化した電圧により、フレキシブル薄膜525は、静電圧下で縦方向(Z)に縮小され、かつ横方向(X)に拡張され、開示した実施形態において、Z方向における運動として利用される。運動または変位の量Z△は、他の変数の中で特に入力電圧の大きさに比例する。これは、電極527、529と、フレキシブル薄膜525と電極527、529とを結合することで縦方向(Z)への縮小および横方向(X)への拡張が可能となる出力バー522、524との間に位置する1つまたは複数の柔軟層の使用により増幅され得る。
図54および図55は、モバイルデバイスのタッチ表面542の動きを積極的に抑制するZモードアクティブバンパー540の一実施形態を示す。図54は、非通電、すなわち電圧がオフのバンパーアクチュエータ528と結合される適合バンパー停止部544を備えるZモード触覚バンパー540の一実施形態の断面図を示す。触覚バンパー540は、非通電時、タッチ表面542の動きを制限または低減させる。図54に示す実施形態において、第1の(例えば、上面)出力バーは、傾斜側壁を備える載頭円錐構成を有する適合バンパー停止部544を備え、適合材料により作成される。別の実施形態(図示せず)において、バンパー停止部544は、隙間に沿って一定の長さにわたって延びる傾斜壁を有するストリップ形状であり得る。非通電、すなわち「オフ」状態の適合バンパー停止部544は、接触領域548で筐体546とタッチ表面542との間隔を削減またはなくすために、タッチ表面542と筐体546との間に押し込まれる。図55は、通電状態、すなわち電圧「オン」におけるアクティブバンパー540を示す。通電状態において、適合バンパー停止部544は、バンパーアクチュエータ528が静電圧下で縦方向(Z)に縮小し、かつ横方向(X)に拡張すると隙間550を作成するZ方向に後退する。後退した適合バンパー停止部544は、タッチ表面542が隙間「d」内で横方向に動けるように、タッチ表面542と筐体546との間隔を露出する側壁に隣接する隙間550を作り出す。図54および図55に示す実施形態において、適合バンパー停止部544は、材料非圧縮性によってX方向において横方向に延び、かつZ方向において縮むことが可能な変形可能な伸縮自在の材料で作製される。抑制の量は、適合バンパー停止部544の側壁の適合性に依存する。タッチ表面542の運動を抑制する適合バンパー停止部544が変形可能であることの有効性は、材料が変形に適切な適合性を有する能力に依存し、一方で接触領域548でタッチ表面542と筐体546に係合される場合、停止部の役割を果たす適切な機械的完全性を有する。
図56および図57は、モバイルデバイスのタッチ表面542の動きを積極的に抑制するZモードアクティブバンパー560の別の実施形態を示す。図56は、非通電状態、すなわち電圧「オフ」におけるバンパーアクチュエータ528の一実施形態を示す。非通電状態において、アクティブバンパー560は、タッチ表面542の動きを制限または低減させる。図57は、通電状態、すなわち電圧「オン」におけるバンパーアクチュエータ528を示す。通電状態において、アクティブバンパー560は、タッチ表面542の動きを可能とするために後退する。図56に示す実施形態において、出力バーバンパー停止部564は、側壁が接触領域548で筐体546とタッチ表面542との間の任意の隙間を削減またはなくす載頭円錐構成を有する。削減の量は、上面出力バーバンパー停止部564の側壁の適合性に依存する。図57において、アクティブバンパー560は通電していない、すなわち電圧「オン」であって、バンパー停止部564は、タッチ表面542がタッチ表面542と筐体546との間隔「d」内で横方向に動くことを許容する隙間550を作り出すZ方向に後退する。図56および図57に示す実施形態において、上面バンパー停止部564は非変形材料で作製され、したがってバンパー停止部564は、材料非圧縮性によって実質的にX方向において横方向に延びず、かつZ方向において縮まない。タッチ表面542の運動を抑制する非変形バンパー停止部564の有効性は、タッチ表面542の停止部またはバンパーの役割を果たす適切な機械的完全性を提供するために、材料の変形に抵抗する能力に依存する。
図58および図59は、統合型バンパーおよび触覚アクチュエータの一実施形態を示す。図58は、非通電状態、すなわち電圧「オフ」における統合型バンパーおよび触覚アクチュエータ580の一実施形態を示す。Zモードアクティブバンパー582は拡張され(例えば、高く)、タッチ表面の動きまたは非通電状態における任意の慣性質量を制限する。図59は、通電状態、すなわち電圧「オン」における図56に示す統合型バンパーおよび触覚アクチュエータ580の一実施形態を示す。Zモード触覚バンパー582は、タッチ表面運動を許容するために後退する。その後、触覚アクチュエータはタッチ表面を横方向に動かすことができる。
図60〜図63は、触覚モジュールの第1および第2のプレートを固定するためのクリップ式フレキシャの様々な実施形態を示す。例えば、図1を簡単に参照すると、触覚モジュール10は、第1のプレート、すなわち第1の出力プレート12(例えば、滑り面)と、第2の固定プレート14(例えば、固定面)とを備え、第1の出力プレート12は第2の固定プレート14と相対的に動く。図60は、触覚モジュールの第1および第2のプレートを固定するための外部クリップ式フレキシャ600の一実施形態を示す。一実施形態において、外部クリップ式フレキシャ600は、長手方向に延びる細長い本体602と、第1のプレート(例えば、上面プレート)を固定する第1のクリップ組633a、603bと、第2のプレート(例えば、底面プレート)を固定する第2のクリップ組605a、605bとを備える。第1のクリップ組603a、603bおよび第2のクリップ組605a、605bは、長手方向に延びる細長い本体602と実質的に垂直に距離d1だけ縦Y方向にオフセットされ、ここで距離d1は、外部クリップ式フレキシャ600に固定される場合、第1および第2のプレート間の距離であってよく、かつ第1および第2のプレートの間で触覚アクチュエータを受けるのに適切であり得る。第1のクリップ組603a、603bは、距離g1までの厚みを有する第1のプレートの縁部を固定する開口部またはスロットを画定するために、距離g1だけ縦Y方向にオフセットされる。第2のクリップ組605a、605bは、距離g2までの厚みを有する第2のプレートの縁部を固定する開口部またはスロットを画定するために、距離g2だけ縦Y方向にオフセットされる。図示の実施形態において、g1=g2であるが、他の実施形態においてはg1≠g2であり、これらの寸法は異なってよい。クリップ603a、603b、605a、605bは、本体602から外側に突出する実質的に平坦な突端つまり舌部として形成され、本体602とおおよそ垂直である。クリップ603aおよび605aは上向きに配置され、クリップ603bおよび605bは下向きに配置される。クリップ603a、603b、605a、605bはそれぞれ、対応する歯604a、604b、606a、606bを備え、対応する第1および第2のプレートに形成されるスロットに安全に取り付けるために、おおよそ45°の屈曲を有する。クリップ603bおよび605bは、対応するT型槍607、609をさらに備え、T型槍607、609を鋭い部分に押し付けることで2つの耳が対角線上に曲がり、プレートを外部クリップ式フレキシャ600に固定する。垂直の硬直フランジ608は、望ましくない屈曲をなくすために提供される。
図61は、様々な実施形態における、触覚モジュールの上面および底面プレート618、619を固定するための内部クリップ式フレキシャ610の一実施形態を示す。一実施形態において、内部クリップ式フレキシャ610は、長手方向に延びる細長い本体612と、第1のプレート618(例えば、上面プレート)を固定する第1のクリップ614と、第2のプレート619(例えば、底面プレート)を固定する第2のクリップ616とを備える。クリップ614、616は、半径「r」の屈曲を画定する。第1のクリップ614は、下向きに曲げられるタブ615を備え、第1のプレート618に形成される対応するスロット618’において受けられるよう構成される。第2のクリップ616は、上向きに曲げられるタブ617を備え、第2のプレート619に形成される対応するスロット619’において受けられるよう構成される。第1および第2のクリップ614、616は、最初は破線614’、616’で示す構成である。その後、クリップ614’、616は、クリップ614、616が対応する第1および第2のプレート618、619に固定されると、実線で示す形状に圧し潰される(折り曲げられる)。図61に示すように、クリップ614、616は、開口部またはスロットを画定するためにY方向におけるg1およびg2を画定し、対応する第1および第2のプレート618、619を受けるのに適切である。図示の実施形態において、g1=g2であるが、他の実施形態においてはg1≠g2であり、これらの寸法は異なってよい。リブ611は、望ましくない屈曲を防ぐために、内部クリップ式フレキシャ610の本体612を強化するために提供される。第1および第2のクリップ614、616は、長手方向に延びる細長い本体612と実質的に垂直に距離d1だけ縦Y方向にオフセットされ、ここでd1は、内部クリップ式フレキシャ610に固定される場合、第1および第2のプレート618、619の間の距離であり、かつ第1および第2のプレート618、619の間で触覚アクチュエータを受けるのに適切であり得る。
図62は、様々な実施形態における、触覚モジュールの上面および底面プレートを固定するための外部クリップ式フレキシャ620の一実施形態を示す。一実施形態において、外部クリップ式フレキシャ620は、長手方向に延びる細長い本体622と、第1のプレート(図示せず)の縁部を受ける開口部またはスロットを画定するg1の縦Y方向における空間625を画定する第1のクリップ623と、第2のプレート629の縁部を受ける開口部またはスロットを画定するg2の縦Y方向における空間626を画定する第2のクリップ624とを備える。図62に示すように、クリップ623、624は、長手方向に延びる細長い本体622と実質的に垂直に距離d1だけY方向にオフセットされ、ここでd1は第1および第2のプレート間の距離である。クリップ623は空間625内で第1のプレート(図示せず)の縁部に係合するよう構成され、かつクリップ624は空間626内で第2のプレート629の縁部に係合するよう構成されて、したがって第1および第2のプレートはその間に画定される空間d1をともなってY方向において縦方向に積み重ねられ、第1および第2のプレート間で触覚アクチュエータを受けるのに適し得る。図示の実施形態において、g1=g2であるが、他の実施形態においてはg1≠g2であり、これらの寸法は異なってよい。
図63は、様々な実施形態における、触覚モジュールの第1および第2のプレートを固定するための外部クリップ式フレキシャ630の一実施形態を示す。一実施形態において、外部クリップ式フレキシャ630は、長手方向に延びる細長い本体632と、第1のプレート634(例えば、上面プレート)を固定する第1のクリップ組633a、633bと、第2のプレート636(例えば、底面プレート)を固定する第2のクリップ組635a、635bとを備える。第1のクリップ組633a、633bおよび第2のクリップ組635a、635bは、長手方向に延びる細長い本体632と実質的に垂直に距離d1だけ縦Y方向にオフセットされ、ここでd1は、外部クリップ式フレキシャ630に固定される場合、第1および第2のプレート634間の距離である。第1のクリップ組633a、633bは、距離g1までの厚みを有する第1のプレート634の縁部を固定する開口部またはスロットを画定するために、距離g1だけ縦Y方向にオフセットされ、第1および第2のプレート634、636の間で触覚アクチュエータを受けるのに適し得る。第2のクリップ組635a、635bは、距離g2までの厚みを有する第2のプレート636の縁部を固定する開口部またはスロットを画定するために、距離g2だけ縦Y方向にオフセットされる。図示の実施形態において、g1=g2であるが、他の実施形態においてはg1≠g2であり、これらの厚みは異なってよい。図64を参照すると、クリップ643a、643b、645a、645bは、本体642から外側に突出する実質的に平坦な舌部として形成され、本体642とおおよそ垂直である。
図64は、様々な実施形態における、触覚モジュールの上面および底面プレートを固定するための外部クリップ式フレキシャ640の一実施形態を示す。一実施形態において、外部クリップ式フレキシャ640は、長手方向に延びる細長い本体642と、第1のプレート(例えば、上面プレート)を固定する第1のクリップ組643a、643bと、第2のプレート(例えば、底面プレート)を固定する第2のクリップ組645a、645bとを備える。第1のクリップ組643a、643bおよび第2のクリップ組645a、645bは、長手方向に延びる細長い本体622と実質的に垂直に距離d1だけ縦Y方向にオフセットされ、ここでd1は、外部クリップ式フレキシャ640に固定される場合、第1および第2のプレート間の距離であり、かつ第1および第2のプレートの間で触覚アクチュエータを受けるのに適切であり得る。第1のクリップ組643a、643bは、距離g1までの厚みを有する第1のプレートの縁部を固定する開口部またはスロットを画定するために、距離g1だけ縦Y方向にオフセットされる。第2のクリップ組645a、645bは、距離g2までの厚みを有する第2のプレートの縁部を固定する開口部またはスロットを画定するために、距離g2だけ縦Y方向にオフセットされる。図示の実施形態において、g1=g2であるが、他の実施形態においてはg1≠g2であり、これらの寸法は異なってよい。クリップ643a、643b、645a、645bは、本体642から外側に突出する実質的に平坦な舌部として形成され、本体642とおおよそ垂直である。クリップ643aおよび645aは上向きに配置され、クリップ643bおよび645bは下向きに配置される。クリップ643a、643b、645a、645bはそれぞれ、対応する歯644a、644b、646a、646bを備え、対応するプレートに形成されるスロットに安全に取り付けるために、おおよそ90°の屈曲を有する。スロット対641a、641bは、第1および第2のプレートに形成されるタブを受けるよう提供される。スロット641aは第1のプレートからタブを受け、一方でスロット641bは第2のプレートからタブを受ける。垂直の硬直フランジ647は、望ましくない屈曲をなくすために提供される。傾斜した硬直フランジ648a、648b、648cは、クリップ643a、643b、645a、645bの上方の望ましくない屈曲をなくすために提供される。
図65および図66は、一実施形態における、触覚モジュール650の上面および底面プレート652、654に固定された外部クリップ式フレキシャ640の一実施形態の斜視図を示す。図65を参照すると、外部クリップ式フレキシャ640の1つのクリップ組643a、643bは、上面プレート652に形成されるスロット656、658内に挿入される。もう一方のクリップ組645a、645bはそれぞれのスロットに挿入されるが、上面プレート652で見えないため図示されない。歯644a、644bは、クリップ643a、643bを上面プレート652に保持するため、スロット656、658内に挿入されて示される。上面プレート652で見えないため示されないが、クリップ645a、645bの歯646a、646bは、底面プレート654に形成される対応するスロット内にさらに挿入される。ここで図66に戻ると、外部クリップ式フレキシャ640の背面図が上面および底面プレート652、654へ固定されて示される。この図において、上面および底面プレート652、654に形成されるタブ657、659が対応するスロット641a、641b内に挿入されて示される。
外部クリップ式フレキシャ600、610、620、630、640はそれぞれ、単一の平坦なシート金属から形成され得る。様々な実施形態において、外部クリップ式フレキシャ600、610、620、630、640は、銅、アルミニウム、ブリキ、鋼鉄、チタン、または、とりわけ真鍮、青銅、ステンレス剛などのこれらの任意の適切な合金など、様々な金属で形成され得る。より具体的には、クリップ式フレキシャは、限定されることなく、例えば302 SS、304 SS、316 SSを含むステンレス剛(SS)から形成されてよい。一実施形態において、クリップ式フレキシャは単一部品として型打ちされてもよく、またはフォトマスク使用の開始として使用され、その後最終的な形状へ曲げられてもよい。
図67および図68は単一の平面金属部品670の一実施形態を示し、図64〜図66に関連して記載される外部クリップ式フレキシャ640を形成するために曲げることが可能である。図67は平面部品670の背面図であり、図68は平面部品670の正面図である。スロット641a、641b、本体642、クリップ643a、643b、645a、645b、歯644a、644b、646a、646b、垂直の硬直フランジ647、および傾斜した硬直フランジ648a、648b、648cなど、外部クリップ式フレキシャ640の様々な要素が示される。加えて、図68は外部クリップ式フレキシャ640の最終的な構成を形成する曲がり線をさらに示す。曲がり線671、672、および677は、傾斜した硬直フランジ648a、648b、648cを形成するために使用される。曲がり線673、674、675、676は、クリップ643a、643b、645a、645bを形成するために使用される。曲がり線678、679は、クリップ643aの歯644aを形成するために使用される。曲がり線680、681は、クリップ643bの歯644bを形成するために使用される。曲がり線682、683は、クリップ645bの歯646aを形成するために使用される。曲がり線684、685は、クリップ645aの歯646aを形成するために使用される。
図69は、図64〜図66に関連して記載される外部クリップ式フレキシャ640の1つの端部690の詳細正面図を示す。外部クリップ式フレキシャ640の端部690は、それぞれのクリップ643a、643bの基部に対して法線の方位における歯644a、644bを示す。
図70は、図69における線70−70に沿った外部クリップ式フレキシャ640の詳細側面図を示す。図70に示すように、クリップ643bの底面とクリップ645bの上面との間隔は「d1」であり、これは図64にも示されている。これらのクリップ643b、645bの間の距離d1は、上面および底面プレートの間の空間を画定する。さらに、底面クリップ643aと上面クリップ643bとの間隔「g1」および底面クリップ645aと上面クリップ645bとの間隔「g2」が詳細に示される。間隔「g1」および「g2」は図64に示される。傾斜した硬直フランジ648a、648b、648cおよび垂直の硬直フランジ647の相対配向および本体642の垂直壁と歯644a、644b、646a、646bの垂直に近い縁部702との間隔「d3」の側面図がさらに示される。
本開示に従って触覚アクチュエータの様々な実施形態と統合され得るフレキシャの様々な実施形態を説明したが、ここでフレキシャの大きさおよび金属構造を曲げない負荷など、フレキシャの設計検討を行う。大きさに関連して、一部の用途において、プレート間に非常に小さい分離(例えば、d1)があり得る。例えば、一実施形態において、触覚モジュールは約0.8mmのプレート分離を有してよい。このような狭いプレート分離を伴う内部フレキシャの使用は、実用的ではないであろう。このような用途において、外部フレキシャがさらに実用的であり得る。内部フレキシャは、空間がさほど高品質でない内部駆動(電池シェーカー)に有用であり得る。金属を曲げない負荷に関して、衝突試験(一般的に300g)中、25g画面が7.5kgの静荷重のように動作する。これは、画面を装置から引き剥がそうとする15ポンドと同等である。したがって、既に説明したように、ハードストップつまり緊急停止部は高い衝突負荷を支持する、つまり、高い衝突負荷に耐えるために採用される。
フレキシャ設計と関連して考慮されるいくつかの追加的な情報は、性能仕様、材料特性、およびたわみ特性を含む。性能仕様に関して、考慮点は、移動方向における剛性、座屈をもたらす各フレキシャへの法線方向の負荷、アクチュエータの触底(grounding out)を防ぐために座屈が起こる前に各フレキシャが提供しなければならない法線方向における剛性、およびサスペンションがフレキシャの降状応力を超えずに耐えなければならない落下試験負荷を含む。
移動方向における剛性は、以下のように規定される:
kt<(0.2*アクチュエータのブロック力)/(移動)
kt<(0.2*0.19N)/(0.2E−3m)
kt<190N/m
kt<(0.2*アクチュエータのブロック力)/(移動)
kt<(0.2*0.19N)/(0.2E−3m)
kt<190N/m
座屈をもたらす各フレキシャの法線方向(垂直方向)の負荷は、以下によって与えられる:
Fbuckle=(Fkeypress)*(安全係数)/(#フレキシャ)
Fbuckle=(60gramf)*(4)/(4)
Fbuckle=60gramf=0.6N
Fbuckle=(Fkeypress)*(安全係数)/(#フレキシャ)
Fbuckle=(60gramf)*(4)/(4)
Fbuckle=60gramf=0.6N
アクチュエータの触底を防ぐために、座屈が起こる前に各フレキシャが提供しなければならない法線方向の剛性は、以下によって与えられる:
kn>(Fbuckle)/(最小間隔)
kt>(0.6N)/(0.1E−3m)
kt<60,000N/m
kn>(Fbuckle)/(最小間隔)
kt>(0.6N)/(0.1E−3m)
kt<60,000N/m
サスペンションがフレキシャの降伏応力を超えずに耐えなければならない落下試験負荷(σmax)は、1m落下=300gで受けるモバイル電話ケース内部の一般的な加速度であり、これはC.Y.Zhou、T.X.Yu、Ricky S.W.Lee著、International Journal of Mechanical Sciences,50(2008),905〜917の「Drop/impact Tests and Analysis of Typical Portable Electronic Devices」に示されており、参照により本明細書に組み込まれる。
有効質量=(画面質量)*(加速度(単位:g))
有効質量=(0.025kg)*(300)=7.5kg
Fdrop=(0.025kg)*(300)*(9.8N/kg)
Fdrop=70N
材料特性
引張係数(304ステンレス剛の全性質):
Y=〜200−210GPa
ステンレス剛の極限強度:
σmax=0.8−2GPa(性質による)
降伏強度(性質による)は表4に示される。
有効質量=(0.025kg)*(300)=7.5kg
Fdrop=(0.025kg)*(300)*(9.8N/kg)
Fdrop=70N
材料特性
引張係数(304ステンレス剛の全性質):
Y=〜200−210GPa
ステンレス剛の極限強度:
σmax=0.8−2GPa(性質による)
降伏強度(性質による)は表4に示される。
疲労限度
σmax=200−500MPa(性質による、200MPa使用)
εmax=〜0.1%
材料に関する追加的な情報は、「calce.umd.edu/general/Facilities/Hardness_ad_.htm」で指定されるウェブサイトで見られる。
σmax=200−500MPa(性質による、200MPa使用)
εmax=〜0.1%
材料に関する追加的な情報は、「calce.umd.edu/general/Facilities/Hardness_ad_.htm」で指定されるウェブサイトで見られる。
図71は、簡易な片持梁ビームのたわみの概略図710である。図71を参照すると、簡易な片持梁ビームのたわみが以下のように分析され得る:
P=A地点での負荷[N]
L=ビーム長[m]
E=ヤング係数[N/m2]
I=曲がりにおける慣性モーメント。矩形断面では、I=bt3/12
P=A地点での負荷[N]
L=ビーム長[m]
E=ヤング係数[N/m2]
I=曲がりにおける慣性モーメント。矩形断面では、I=bt3/12
ビームの厚み(t)および長さ(L)の両方が2倍の場合、曲がり剛性は変化せず維持されることに留意されたい。
ビームのたわみ分析に関する追加的な情報は、Beer、F.P.、Johnston、E.R.著、「Mechanics of Materials」、McGraw Hill社(1992)で見ることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
上記の背景を鑑み、移動方向に固定誘導フレキシャを動かす力がここで説明される。固定誘導フレキシャを動かすことは、2つの固定自由ビームの長さ(L/2)と同等であり、各ビームの剛性は以下の式で与えられる:
機械系の2つの当該のバネの剛性は、単独の場合の半分である
EQ.1
位置dへ動かすのに必要な力は、単にF=kdである。
機械系の2つの当該のバネの剛性は、単独の場合の半分である
EQ.1
位置dへ動かすのに必要な力は、単にF=kdである。
図72は、EQ(方程式)1から予想される値に対して示される鋼鉄フレキシャの理論と測定との間の一致を示すグラフ図720を示す。横軸は変位(μm)を表し、縦軸は力(N)を表す。0.002”ステンレス剛シムのストリップは2.2mmの幅で切られ、一方の側がマイクロポジショナーの力ゲージに取り付けられ、他方が接地に取り付けられる固定誘導構成においてサポートされる。力および変位は、曲線722のように測定および表示された。理論的な剛性はEQ.1に従って算出され、曲線724としても示される。この比較において、第1の原理に基づく理論は力を約2倍過小に見積もっているが、正しい指標を与えている。したがって、EQ1はおおよその設計に有用なツールである。
仮想仕事の原理は、以下に記述するように、フレキシャのハウェルのバネ補強概算に適用され得る。有用な結果が以下の方程式である:
ここで、
F=位置(x)[N]へたわむのに必要な力
h=フレキシャの高さ[m]
t=フレキシャの厚さ[m]
l=真っ直ぐな場合のフレキシャの長さ
E=ヤング係数[N/m2](弾性係数)
x=静止位置からの横変位[m]
γ=0.8517
ここで、
F=位置(x)[N]へたわむのに必要な力
h=フレキシャの高さ[m]
t=フレキシャの厚さ[m]
l=真っ直ぐな場合のフレキシャの長さ
E=ヤング係数[N/m2](弾性係数)
x=静止位置からの横変位[m]
γ=0.8517
例として、(高さ1.0mm×長さ3mm×厚さ0.012)の剛鉄フレキシャを考える。フレキシャは容認できる小さい力(例えば、可能な差動力の20%未満)で0.1mm移動する必要があり、ここで以下の通りである。
h=1.0E−3[m]
t=0.012E−3[m]
l=3E−3[m]
E=200E9[N/m2]
x=0.1E−3[m]
h=1.0E−3[m]
t=0.012E−3[m]
l=3E−3[m]
E=200E9[N/m2]
x=0.1E−3[m]
図73および図74を参照してフレキシャの剛体近似値を説明する。ここで運動学の有用な近似値およびフレキシャの剛性は、フレキシャを2つのねじりバネにより連結される3つの剛体リンクとして扱っている。追加的な情報は、Howell、L L、Complicant Mechanisms、John Wiley and Sons社(2001)[151、163〜164]で見られ得る。
各ねじりバネのバネ定数は以下として提供される:
K=ねじりバネ常数(Nm/ラジアン)
E=ヤング係数[N/m2]
I=曲がりの慣性モーメント
l=真っ直ぐな場合のビームの長さ
形状に依存する倍率
γ=0.8517
K=ねじりバネ常数(Nm/ラジアン)
E=ヤング係数[N/m2]
I=曲がりの慣性モーメント
l=真っ直ぐな場合のビームの長さ
形状に依存する倍率
γ=0.8517
図73および図74は、ねじりバネの概略図730、740である。ここで図73および図74を参照すると、角度(θ)に比例してトルクを生成する2つのねじりバネがあることが分かる。統合すると、2つのねじりバネにより保存される位置エネルギーは角度(θ)の二乗に関連することが分かり得る。
フレキシャの弾性変形に保存されるエネルギーは、以下のようにフレキシャの線形運動にかかる同等の仕事量(∫Fdx)により提供される:
微分により以下となる:
ねじり剛性Kに代入すると、以下のようにフレキシャを距離xへ押すのに必要な力の簡潔な式が生成される:
EQ.2
微分により以下となる:
ねじり剛性Kに代入すると、以下のようにフレキシャを距離xへ押すのに必要な力の簡潔な式が生成される:
EQ.2
図75は、変位に対する反応力の測定を表すグラフ図750である。サスペンション装置は、それぞれ(高さ1.00mm×長さ3.0mm×厚さ0.012mm)の4つのフレキシャで試作品が製造された。変位に対する反応力の測定値752が図75に示され、ここで移動(μm)は横軸に沿って示され、力(N)はEQ.2に従って予測値754とともに縦軸に沿って示される。ヒステリシスおよびエラーが測定の中に出現しているが、データはEQ.2が有用な設計ツールであるという見解をサポートするための理屈を十分裏付けるものである。
図76は、センサ入力から触覚モジュール764を作動させるための電気制御回路のシステム図760である。システム760の1つの実施形態に従って、センサコントローラ761は、様々なセンサ入力ソース762からの入力を監視する。例えば、センサ入力ソースは、タッチセンサ入力762a、加速度計入力762b、または他のセンサ入力762cををなえ得る。当該のセンサ入力762は、モバイルデバイスプラットフォーム内に関連し得ることに留意されたい。センサコントローラ761がセンサ入力ソース762の1つからセンサ入力を受信すると、センサコントローラ761は出力信号を触覚モジュール764へ提供する。1つの態様において、センサコントローラ761は、アナログ出力信号763(TRIG)を触覚コントローラ767へ提供し得る。別の態様において、センサコントローラ761は、デジタル出力信号765をアプリケーションプロセッサ766へ提供し得る。アプリケーションプロセッサ766は、デジタルまたはアナログ出力信号を触覚コントローラ767へ提供し得る。触覚コントローラ767は低電圧アナログ出力信号を生成し、これが高電圧増幅器768へ提供される。その後、本明細書に開示した様々な実施形態に従って、高電圧増幅器の高電圧アナログ出力は触覚アクチュエータ769と結合される。
本明細書で使用されるように、アプリケーションプロセッサ766は、汎用プロセッサおよび/または状態機械としてなど、任意の適切なプロセッサ回路または論理デバイス(回路)を使用して、ホスト中央処理装置(CPU)、スレーブマイクロコントローラ、または他の適切な構成として実施され得る。さらに、アプリケーションプロセッサ766は、チップマルチプロセッサ(CMP)、専用プロセッサ、組み込みプロセッサ、メディアプロセッサ、入力/出力(I/O)プロセッサ、コプロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、マクロコントローラ、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラム可能論理デバイス(PLD)、または説明された実施形態に一致する他の処理デバイスとして実施されてもよい。
一実施形態において、アプリケーションプロセッサ766、またはホストまたはスレーブマイクロコントローラは、複合アナログ波形を生成するために適用され得るデジタルアナログ変換器(DAC)を含んでよい。さらに、一実施形態において、高電圧増幅器768は、Maxim MAX8622フォトフラッシュコントローラに基づいていてよい。MAX8622は、素早くかつ効率的に高電圧フォトフラッシュコンデンサを充電するためのフライバック切り替え調整器である。これは、2つのセルのアルカリ電池/NiMHまたは単一セルのLi+電池のどちらかを使用するデジタル、携帯電話、およびスマートフォンアプリケーションで使用するのに好適である。内部の低オン抵抗n型MOSFETは、スイッチパワーロスを低下させることによって効率性を向上させる。別の実施形態において、高電圧増幅器は、HV817およびLN100に基づくSUPERTEX 1kV増幅器ソリューションであり得る。
一実施形態において、触覚コントローラ767は、保存された波型をI2Cまたはストリーミングアナログを介して作動させるためのMaxim MAX11835集積回路に基づき得る。MAX11835はユーザタッチインタフェースを特徴づける製品への触覚フィードバックを加えるために触覚アクチュエータを駆動する完全ソリューションを提供する触覚(接触)アクチュエータコントローラである。MAX11835は、単一層、複層圧電、または電場応答高分子アクチュエータをさらに駆動する。デバイスは、カスタム触覚感覚を作り出す圧電負荷を駆動するために、正弦波、台形、長方形、およびパルスを含む任意の種類のユーザプログラム可能な波形を効率的に生成する。低電源デバイスは、アプリケーションプロセッサまたはホストコントローラとI2Cインタフェースを経由して直接的に連動し、1つのパッケージにおいて上昇調整器、パターン記憶メモリ、および波形生成器ブロックを含む様々なブロックを統合し、したがって完全触覚フィードバックコントローラソリューションを提供する。
一実施形態において、Immersion(イマージョン社)によるTOUCHSENSE5500は、例えば振動接触フィードバックなど、振動を作り出すためにデバイス内に装備される触覚アクチュエータによって生成される触覚効果または接触フィードバックを高めるImmersion TOUCHSENSEソフトウェアを実行するよう適用され得る。触覚アクチュエータは、仮想ボタンが押されると、ボタン「クリック」の感触のような触覚感覚を作り出すImmersion TOUCHSENSEを備え得る。触覚はリアリズムの感覚を提供し、ユーザ体験を向上させ、かつモバイル電話、タブレット、およびゲームコントローラのような消費者デバイスに見られる。一実施形態において、通常「2線インタフェース」と称されるインター集積回路(ストリーミングI2C)インタフェースは、低速度周辺装置をマザーボード、組み込みシステム、携帯電話、または他の電子デバイスに取り付けるために、マルチマスタ直列シングルエンドコンピュータバスとして採用され得る。I2Cシステムは、とりわけ、シーメンス社(後のインフィニオンテクノロジーズ社)、NEC社、テキサスインスツルメンツ社、STマイクロエレクトロニクス社(以前のSGSトムソン社)、モトローラ社(後のフリースケール社)、インターシル社から入手可能であり得る。DACにおけるのと同様の増幅器が採用され得る。触覚効果のライブラリがメモリ内に作り出され、保存され得る。一実施形態において、Mophie社により提供されるものと類似の音声プロセッサは、デバイス内に装備される触覚アクチュエータにより生成される触覚効果または接触フィードバックを高めるために採用され得る。
既に記述したモバイルデバイスの広義のカテゴリーは、例えばパーソナル通信デバイス、携帯型デバイス、およびモバイル電話を含む。様々な態様において、モバイルデバイスは、形態型のポータブルデバイス、コンピュータ、モバイル電話、スマートフォン、タブレットパーソナルコンピュータ(PC)、ラップトップコンピュータなど、またはそれらの任意の組み合わせを指し得る。スマートフォンの例は、モバイルコンピューティングプラットフォーム上に装備される任意の高性能モバイル電話を含み、現代の機能電話より進化した計算能力および接続性をともなう。一部のスマートフォンは、主にパーソナルデジタルアシスタント(PDA)およびモバイル電話またはカメラ電話の機能を兼ね備える。一方で、より高性能なスマートフォンは、ポータブルメディアプレイヤー、低価格の小型デジタルカメラ、ポケットビデオカメラ、および全地球測位システム(GPS)ナビゲーションユニットの機能を組み合わせるのにさらに役立ち得る。最新のスマートフォンは、一般的に高解像度タッチ画面(例えば、タッチ表面)、単にモバイル最適化されたサイトではなく標準のウェブページを正しくアクセスおよび表示し得るウェブブラウザ、およびWi−Fiおよびモバイルブロードバンドを介する高速データアクセスをさらに含む。最新のスマートフォンにより使用される一部の共通モバイルオペレーティングシステム(OS)は、アップルのIOS、グーグルのANDROID、マイクロソフトのWINDOWS MOBILEおよびWINDOWS PHONE、ノキアのSYMBIAN、リムのBLACKBERRY OS、およびMAEMOおよびMEEGOなどの組み込みLinux配布を含む。当該のオペレーティングシステムは、多くの異なる電話モデルに実装されることができ、一般的に各デバイスはその製品寿命にわたって複数のOSソフトウェア更新を受信し得る。例えば、モバイルデバイスは、モバイルデバイス(IOS、ANDROID、Windows phones、3DS)用ゲームケース、ゲームコントローラ、またはXBOXコンソールおよびPCコントローラなどのゲームコンソール、タブレットコンピュータ(IPAD、GALAXY、XOOM)用ケース、集積ポータブル/モバイルゲームデバイス、触覚キーボードおよびマウスボタン、コントロール抵抗/力、モーフィング表面、モーフィング構成/形状をさらに含む。
本明細書に記載される実施形態は例示的な実施例を示し、機能素子、論理ブロック、プログラムモジュール、および回路素子は、記載される実施形態と一致する様々な他の方法で実施され得ることに留意されたい。さらに、当該の機能素子、論理ブロック、プログラムモジュール、および回路素子により実行される機能は、所与の実施のために組み合わされるか、および/または分離されてよく、より多い数またはより少ない数のコンポーネントまたはプログラムモジュールにより実行され得る。本開示を読むことで当業者により明らかになるように、本明細書に記載および図示される個々の実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の任意の実施形態の機能から容易に分離され、かつ組み合され得る個別のコンポーネントおよび機能を有し得る。任意の列挙した方法は、列挙されたイベントの順番で、または論理的に可能な任意の他の順番で実行され得る。
「一実施形態」または「ある実施形態」に対する言及は、少なくとも1つの実施形態に含まれる実施形態に関連して記載される固有の機能、構造、または特徴を意味することに留意すべきである。明細書における「一実施形態において」または「一態様において」という語句の出現が、すべて同じ実施形態を指す必要はない。
一部の実施形態は、派生語に加えて「結合された」および「接続された」という表現を使用して記載され得ることに留意するべきである。これらの用語は、互いに同義語としては意図されない。例えば、一部の実施形態は、2つ以上の要素が互いに直接的に物理または電気接触されることを示すために「接続された」および/または「結合された」という用語を使用して説明され得る。しかしながら、「結合された」という用語は、2つ以上の要素が互いに直接的に接続されないが、互いに協働または相互作用することをさらに意味する。
当業者は、本明細書に明確には記載または示されないが、本開示の原理を具体化し、かつその範囲内に含まれる様々な変形を考案することができるであろうことに留意されたい。さらに、本明細書に列挙されるすべての例および従来の言語は、読み手が本開示に記載される原理および技術分野を促進するために与えられる概念を理解するのを助けるよう主に意図され、当該の具体的に列挙された例および状況に対する制限なく解釈される。さらに、原理、実施形態、およびその具体例をともなう実施形態を列挙する本明細書のすべての文言は、その構造的および機能的な同等物を包含することを意図する。さらに、既知の同等物および今後開発される同等物、すなわち構造にかかわらず同じ機能を実行する任意の開発要素を含む当該の同等物が意図される。したがって、本開示の範囲は、例示的な実施形態および本明細書に図示および記載される実施形態に限定されることを意図しない。むしろ、本開示の範囲は添付の請求項により具体化される。
「a」および「an」および「the」および本開示の文脈において(特に、以下の請求項の文脈において)使用される同様の言及は、本明細書に記述または文脈により明確に矛盾しない限り、単数および複数の両方を含むことを解釈されるべきである。本明細書における様々な範囲の列挙は、単に範囲内に収まる各別個の値を個々に言及する表現方法の役割を意図する。本明細書に示されない限り、各個々の値は本明細書に個々に列挙されるような仕様に包含される。本明細書に記載されるすべての方法は、本明細書に示されない限り、または文脈により明確に矛盾しない限り、任意の適切な順番で実行され得る。本明細書で提供される任意およびすべての例、または例示的な言語(特に、「such as(など)」、「in the case(場合)」、「by way of example(例として)」)は、単に本発明の理解を容易にし、主張しない限り本明細のの範囲に限定を課さないことを意図する。本使用における言語は、本発明の実践に欠かせない任意の非請求要素を示すものとして解釈されるべきでない。請求項は任意の選択的な要素を除外するために起草され得ることにさらに留意されたい。このように、この文言は、単に(solely)、唯一(only)、および請求項要素の列挙に関連する他の排他的な用語の使用、または否定的な制限の使用に先立つ根拠として役立つよう意図される。
本明細書に開示した代替要素または実施形態の分類は、限定として解釈されない。各グループ要素は、グループの他の要素または本明細書で見られる他の要素で個々にまたは任意の組み合わせにおいて参照および主張され得る。グループの1つまたは複数の要素が利便性および/または特許性の理由でグループに含まれ、またはグループから削除され得ることに留意されたい。
実施形態の一定の機能が上記で説明されたように示される一方で、多くの修正、代替、変更、および同等物が当技術分野で起こるであろう。したがって、添付の請求項は開示の実施形態および添付の請求項の範囲内に収まるすべての当該の修正および変化を含むことが意図されることを理解されたい。
Claims (25)
- 第1および第2の電極の間に配置されるアクチュエータと、
前記アクチュエータと結合される少なくとも1つのフレキシャを備えるサスペンションシステムとを備え、
前記フレキシャは、前記第1および第2の電極が通電されると、前記サスペンションシステムが所定の方向に動けるようにするアクチュエータモジュール。 - 前記アクチュエータは、第1および第2の電極の間に配置される少なくとも1つのエラストマー誘電体膜を備える、請求項1に記載のアクチュエータモジュール。
- 前記アクチュエータは平坦または平面である、請求項1または請求項2に記載のアクチュエータモジュール。
- 前記サスペンションシステムは、所定の方向における前記サスペンションシステムの動きを制限する少なくとも1つの移動停止部を備える、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアクチュエータモジュール。
- フレキシャトレイをさらに含み、前記フレキシャトレイは前記少なくとも1つのフレキシャを備える、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアクチュエータモジュール。
- 前記フレキシャトレイは、前記所定の方向における前記サスペンションシステムの動きを制限する少なくとも1つの移動停止部を備える、請求項5に記載のアクチュエータモジュール。
- 前記少なくとも1つのフレキシャは前記フレキシャトレイと一体化して形成されている、請求項5に記載のアクチュエータモジュール。
- 前記フレキシャトレイはその中に電池を受ける開口部を画定する、請求項5に記載のアクチュエータモジュール。
- 前記アクチュエータは一方の側で前記フレキシャトレイと結合され、かつ前記アクチュエータは他方の側で搭載表面と結合される、請求項5に記載のアクチュエータモジュール。
- 前記アクチュエータは第1および第2のプレートを備え、かつ前記フレキシャは前記第1のプレートを前記第2のプレートと結合する、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のアクチュエータモジュール。
- 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のアクチュエータモジュールと、
前記アクチュエータと結合される質量と、
を備えるモバイルデバイス。 - 前記質量はタッチ表面を備える、請求項11に記載のモバイルデバイス。
- 前記アクチュエータモジュールは触覚フィードバックを提供する、請求項11または請求項12に記載のモバイルデバイス。
- アクティブバンパーを備え、
前記アクティブバンパーは、
アクチュエータモジュール内で質量に係合するよう構成された可動バンパー停止部と、
前記可動バンパー停止部と結合される第1の側および搭載表面と結合される第2の側を有するバンパーアクチュエータとを備え、
前記可動バンパー停止部は、前記バンパーアクチュエータが通電されると、前記質量に係合するよう構成されている、モバイルデバイス。 - 前記可動バンパー停止部は、前記バンパーアクチュエータが通電されると第1の方向に縮小し、かつ第2の方向に拡張されるよう構成された適合材料を備える、請求項14に記載のモバイルデバイス。
- タッチ表面と結合される表示サブアセンブリと、
前記表示サブアセンブリと結合される本体サブアセンブリと、をさらに備え、
前記アクチュエータは前記表示サブアセンブリと前記本体サブアセンブリとの間に配置されている、請求項11から請求項14のいずれか一項に記載のモバイルデバイス。 - 前記本体サブアセンブリは、前記タッチ表面と結合するよう構成されたスライドレールを備える、請求項16に記載のモバイルデバイス。
- 前記表示サブアセンブリは前記タッチ表面および前記スライドレールと結合されるクリップを備える、請求項16に記載のモバイルデバイス。
- 前記アクチュエータは前記本体サブアセンブリ内に位置している、請求項16に記載のモバイルデバイス。
- 前記本体サブアセンブリは、動きを制限するために所定の方向への機械的な緊急停止部(hard stop)を提供するための少なくとも1つの制限ねじを備える、請求項16から請求項19のいずれか一項に記載のモバイルデバイス。
- 少なくとも1つの電気接続部を備える筐体を備え、
前記筐体は電池を受けるよう構成され、
前記フレキシャは、前記電池を懸架し、かつ、前記電池を前記少なくとも1つの電気接続部と電気的に結合するよう構成される、請求項11に記載のモバイルデバイス。 - 前記フレキシャは、
第1の端部および第2の端部を有し、長手方向に延びる細長い本体と、
前記本体の第1の端部から外側に延びており、前記第1のプレートの縁部に係合するよう構成された第1のクリップと、
前記本体の前記第2の端部から外側に延びており、前記第2のプレートの縁部に係合するよう構成された第2のクリップと、
を備え、
前記第1および第2のクリップは、前記長手方向に係合に延びる細長い本体と実質的に垂直の方向にオフセットされて、前記第1および第2のプレートの間の隙間を形成している、請求項11に記載のアクチュエータモジュール。 - 前記第1および第2のクリップはそれぞれ、前記第1および第2のプレートの対応する縁部を受けるのに適切なスロットを形成する、請求項22に記載のアクチュエータモジュール。
- 前記第1のクリップは第1および第2の舌部を備え、かつ前記第2のクリップは第1および第2の舌部を備え、前記第1のクリップの前記第1および第2の舌部は前記第1のプレートの前記縁部に係合する第1のスロットを画定し、かつ前記第2のクリップの前記第1および第2の舌部は前記第2のプレートの縁部に係合する第2のスロットを形成する、請求項22に記載のアクチュエータモジュール。
- 前記対応する第1および第2のクリップの前記第1および第2の舌部はそれぞれ、前記第1および第2のプレートに形成される対応するスロットに係合するよう構成される歯を備える、請求項24に記載のアクチュエータモジュール。
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