KR20190110123A

KR20190110123A - 장치용, 특히 차량 요소용 조작 유닛

Info

Publication number: KR20190110123A
Application number: KR1020197024956A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 키르쉬; 하리 판크라츠; 디르크 나겔
Original assignee: 베르-헬라 테르모콘트롤 게엠베하
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2019-09-27
Also published as: US11001147B2; ES2882376T3; WO2018141745A1; US20190391652A1; JP7049351B2; KR102499101B1; JP2020507849A; CN110248837B; EP3576974B1; CN110248837A; EP3576974A1

Abstract

조작 유닛은 조작 요소(14)를 기계적으로 여기시키는 액추에이터(24)를 포함한다. 상기 액추에이터(24)는 탄성 재료로 만들어진 지지 스트립(32)을 포함한다. 전단 저항 방식으로 상기 지지 스트립(32)에 연결된 압전 요소(34, 36)는 상기 지지 스트립의 두 외부 표면(42, 46)에 위치된다. 상기 압전 요소(34, 36)를 교대로 배열한 결과, 상기 지지 스트립(32)은 비활성화된 상태에서 벗어나 이동할 때 파형 형태(56)를 취한다. 상기 지지 스트립(32)의 일측은 상기 조작 요소(14)에 기계적으로 연결되고, 타측은 균형 질량체(30)에 기계적으로 연결된다. 상기 지지 스트립(32) 자체는 상기 하우징(12)에 기계적으로 고정된다. 비활성화된 상태에서, 상기 조작 요소(14)와 상기 균형 질량체(30)는 파형의 활성화된 상태에서와는 서로 다른 거리에 있고, 상기 조작 요소와 상기 균형 질량체는 반대 방향으로 이동하여 상기 하우징(12)에 작용하는 동적 힘을 상쇄한다.

Description

장치용, 특히 차량 요소용 조작 유닛

본 특허 출원은 전체 내용이 본 명세서에 병합된 2017년 2월 1일자로 출원된 독일 특허 출원 10 2017 201 624.8 및 2017년 5월 16일자로 출원된 독일 특허 출원 10 2017 208 238.0의 우선권을 주장한다.

본 발명은 장치용, 예를 들어, 차량 요소용 조작 유닛(operating unit)에 관한 것이다. 가장 일반적인 형태로 본 발명은, 능동 햅틱 피드백(active haptic feedback)의 결과로 발생하는 조작 유닛의 진동이 (예를 들어 음향 및 역학 면에서) 조작 유닛의 환경에 해로운 영향을 미치지 않도록 외측으로 작용하는 힘을 상쇄하는 능동 햅틱 피드백을 갖는 인간-기계 인터페이스(MMI 또는 HMI)에 관한 것이다.

자동차의 디스플레이 모듈은 종종 능동 햅틱 피드백을 갖추고 있다. 상당한 질량을 갖는 조작 필드(operating field)에 피드백이 트리거링될 때 허용 가능하지 않는 동적 힘이 차량으로 전달되면 설치 상황에 따라 차량에 기생 소음 및/또는 진동을 유발할 수 있어서, 차량으로 전달되는 허용 가능하지 않는 동적 힘을 발생시켜서는 안 된다.

나아가, 햅틱 피드백은 조작 유닛을 그 주변 환경(예를 들어, 계기판, 센터 콘솔)에 연결하는 연결부의 탄성과는 충분히 독립적이어야 한다.

능동 햅틱 피드백을 갖춘 장치는, 스프링 시스템에 의해 장치 하우징에 탄성적으로 체결된, 터치패드 또는 터치스크린과 같은, 조작 필드를 갖는 조작 요소(operating element); 이 조작 필드를 편향시키기 위한 액추에이터; 및 예를 들어 차량에 고정 설치된 하우징으로 실질적으로 구성된다. 이런 종류의 장치 설계에서 작용하는 힘은 도 1에 도시되어 있다.

햅틱 피드백을 생성하기 위해, 디스플레이는 비활성화된 위치로부터 특정 경로(x₁(t))를 통해 이동된다. 디스플레이 가속도(a₁(t))는 30 m/s²보다 더 큰 값을 취할 수 있는데, 이는 이동되는 디스플레이의 질량(m₁)이 0.5 kg보다 더 크고 하우징의 질량(m₂)이 일반적으로 작을 때 상당한 동적 힘(F₂(t))이 차량의 장치 체결부에 가해진다.

장치에 강성으로 장착되거나 또는 체결(강성 스프링 시스템(c₂, d₂))된 경우, 시간에 따라 빠르게 변하는 이 힘은 차량에 허용 가능하지 않은 소음 및/또는 진동을 유발할 수 있다.

대조적으로, 유연하게 체결(유연한 스프링 시스템(c2, d₂))된 경우, 차량 내 장치의 설치 공차를 준수하는 것이 어렵다는 것이 입증되었다. 나아가, 필요한 액추에이터 힘 진행(F_Act(t))은 추가 자유도의 존재, 구체적으로 하우징의 움직임(x₂(t)), 및 그리하여 또한 시스템의 추가적인 고유 주파수(inherent frequency)로 인해 일부 상황에서 조정이 가능하지 않을 수 있다.

조작 요소가 기계적으로 여기(mechanical excitation)되는 것으로 인해 하우징에 작용하는, 하우징에 작용하는 힘은 조작 요소와 반대 방향으로 여기 가능한 균형 질량체(counterbalance)에 의해 상쇄될 수 있다는 것이 알려져 있다. 대응하는 하드웨어(액추에이터 및 균형 질량체 및 또한 스프링 시스템)를 설치하는 공간이 하우징 내부에 필요하다.

본 발명의 목적은, 기생 소음 및/또는 진동을 생성하는 면이 개선되고, 액추에이터 및 균형 질량체 및 또한 스프링에 대한 공간 요건은 가능한 한 낮은, 능동 햅틱 피드백을 갖는 조작 유닛을 위한 개념을 생성하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 장치용, 특히 차량 요소용, 일반적으로 말하면 인간-기계 인터페이스(MMI 또는 HMI)용 조작 유닛으로서,

- 터치스크린 또는 터치패드 또는 디스플레이, 또는 터치스크린 또는 디스플레이의 커버 판과 같은, 조작 필드를 갖는 조작 요소를 갖고, 장치, 특히 차량 계기판 또는 차량 센터 콘솔 내에 체결되거나 및/또는 장치에 체결되도록 의도된 하우징으로서,

- 상기 조작 요소는 상기 하우징에 탄성적으로 장착되는, 상기 하우징;

- 상기 조작 요소의 조작을 식별하기 위한 센서;

- 상기 조작 요소의 조작이 식별된 경우 상기 조작 요소를 기계적으로 여기시키기 위한 액추에이터; 및

- 상기 하우징 내에/상에 이동 가능하게 장착되는 균형 질량체로서,

- 상기 조작 요소의 조작이 식별된 경우, 상기 균형 질량체는 상기 액추에이터 또는 액추에이터에 의해 기계적으로 여기될 수 있고,

- 상기 균형 질량체는 상기 액추에이터가 활성화될 때 발생하는 상기 조작 요소의 이동의 결과 상기 하우에 작용하는 힘을 실질적으로 상쇄 및/또는 방지 및/또는 댐핑(damping)시키기 위해 움직일 수 있고,

- 상기 액추에이터는,

- 탄성 재료, 특히 스프링 강을 포함하고 제1 외부 표면 및 제2 외부 표면을 갖는 지지 스트립(support strip)으로서,

- 상기 지지 스트립은 제1 부착 부분, 제2 부착 부분, 및 상기 2개의 부착 부분 사이에 배열된 제1 중간 부분으로 형성된 적어도 하나의 분할 그룹을 갖고, 상기 제1 부착 부분, 상기 제1 중간 부분, 및 상기 제2 부착 부분은 상기 지지 스트립의 길이 방향 범위에서 연속적으로 배열되고,

- 상기 길이 방향 범위에서 복수의 인접한 분할 그룹이 있는 경우, 상기 지지 스트립은 하나의 분할 그룹의 상기 제2 부착 부분과 상기 인접한 분할 그룹의 상기 제1 부착 부분 사이에 제2 중간 부분을 갖는, 상기 지지 스트립; 및

- 상기 지지 스트립에 전단 저항 방식으로 연결된 제1 및 제2 전기적으로 제어 가능한 압전 요소(piezo element)로서, 상기 압전 요소 각각은 - 상기 지지 스트립의 길이 방향 범위에서 고려할 때 - 상기 압전 요소가 전기적으로 작동하지 않을 때에는 제1 길이 값을 취하고, 전기적으로 작동할 때에는 상기 제1 길이 값과는 다른 제2 길이 값을 취하는 길이를 갖는, 상기 제1 및 제2 전기적으로 제어 가능한 압전 요소를 포함하고,

- 적어도 하나의 제1 압전 요소는 상기 지지 스트립의 제1 부착 부분에서 상기 제1 외부 표면 상에 배열되고, 적어도 하나의 제2 압전 요소는 상기 지지 스트립의 제2 부착 부분에서 상기 제2 외부 표면 상에 배열되고,

- 상기 지지 스트립의 상기 제1 중간 부분 및 만약 제공된다면 상기 제2 중간 부분은 상기 지지 스트립을 고정하기 위해 상기 하우징에 기계적으로 결합되고,

- 상기 지지 스트립은 제1 부착 부분에서 (예를 들어, 제2 외부 표면에서) 상기 조작 요소에 기계적으로 결합되고, 제2 부착 부분에서 (예를 들어, 제1 외부 표면에서) 상기 균형 질량체에 기계적으로 결합되는, 상기 균형 질량체; 및

- 상기 지지 스트립의 양측에 배열된 상기 조작 요소와 상기 균형 질량체가 서로 제1 거리를 갖는 비활성화된 상태로부터, 상기 조작 요소와 상기 균형 질량체가 반대 방향으로 변위되어, 파형(undulating)의 활성화된 상태로 상기 지지 스트립을 이동시키기 위해 및 상기 지지 스트립을 상기 활성화된 상태로부터 다시 상기 비활성화된 상태로 이동시키기 위해 상기 압전 요소를 작동시킬 수 있는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 조작 유닛이 본 발명에 의해 제안된다.

본 발명에 따른 조작 유닛은 조작 필드를 구비한 조작 요소를 갖는 하우징을 포함한다. 상기 조작 요소는 예를 들어 터치스크린 또는 터치패드 또는 디스플레이, 또는 터치스크린 또는 터치패드 또는 디스플레이의 커버 판, 또는 터치스크린 또는 디스플레이의 커버 판이다(이 조작 요소의 상부 면은 조작 필드를 형성한다). 상기 하우징은 상기 장치 내에 및/또는 상기 장치에 체결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛의 상기 하우징은 차량 계기판 또는 차량 센터 콘솔에 통합되어 있다. 상기 조작 요소는 상기 하우징 내에 탄성적으로 장착된다. 상기 조작 요소의 수동 작동, 즉 상기 조작 요소의 조작 필드의 수동 작동은 작동 센서(예를 들어, 터치 패널)에 의해 식별된다. 여기서, 상기 조작 요소는 바람직하게는 거의 눈에 띄지 않는 정도로 이동되고, 여기서 상기 조작 요소에 작용하는 힘 또는 커버되는 경로는 상기 센서(소위 힘 센서)에 의해 식별된다.

능동 햅틱 피드백(힘 피드백)을 위한 기계적 여기는 액추에이터의 도움으로 달성된다. 균형 질량체가 기계적으로 여기되는 경우에 상기 균형 질량체는 바람직하게는 상기 조작 요소의 이동에 비해 반대 방향으로 (위상이 180° 바뀌어) 이동되고, 상기 균형 질량체는 상기 하우징 내에서/상으로 이동 가능하게 장착된다. 상기 균형 질량체는 마찬가지로 상기 하우징 내에 탄성적으로 장착된다.

본 발명에 따르면, 전술한 바와 같은 압전 요소를 구비한 액추에이터(이하, 간략화를 위해 압전 액추에이터라 칭함)가 상기 조작 요소를 기계적으로 여기시키는 액추에이터로서 사용된다. 본 발명에 따른 압전 액추에이터는 서로 반대쪽을 향하는 2개의 외부 표면(제1 및 제2 외부 표면)을 갖는 탄성 재료로 형성된 지지 스트립을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 층으로 형성되는 전기적으로 작동 가능한 압전 세라믹 요소(이후 간략화를 위해 압전 요소라고 칭함)는 두 외부 표면 상에 배치된다. 따라서, 상기 압전 요소는 압전 세라믹으로 형성된 하나 이상의 층을 가질 수 있다. 상기 압전 요소는 전단 방지 또는 전단 저항 방식으로 상기 지지 스트립에 연결되고, 전기적으로 작동될 때 상기 지지 스트립의 길이의 변화, 즉 길이 방향 축으로 고려할 때의 범위의 변화를 경험한다. 상기 압전 요소를 교대로 배열한 것으로 인해, 바람직하게는 스프링 강을 포함하는 상기 지지 스트립은 비활성된 상태에서 벗어나게 이동할 때 파형 형태를 취한다. 비활성화된 상태는 예를 들어 선형 코스를 특징으로 하거나 또는 또한 만곡되지만 파형이 없는 코스를 특징으로 할 수 있다. 두 외부 표면 중 상기 압전 요소가 점유하지 않는 자유 영역에서 상기 지지 스트립은 일측에서 상기 조작 요소에 기계적으로 연결되고, 타측에서 상기 균형 질량체에 기계적으로 연결된다. 상기 지지 스트립 자체는 상기 하우징 내에 기계적으로 고정되고, 여기서 상기 지지 스트립은 상기 하우징 내에 기계적으로 고정됨에도 불구하고, 압전 요소가 제공된 영역 내에서 각각 반파 형태(half-wave form)로 가역적으로 변형될 수 있다.

상기 지지 스트립은 제1 부착 부분, 제2 부착 부분, 및 상기 2개의 부착 부분 사이에 배열된 제1 중간 부분을 포함하는 적어도 하나의 분할 부분 그룹을 갖는다. 이러한 종류의 복수의 분할 그룹이 제공될 수 있다. 각각의 분할 그룹에서, 상기 제1 부착 부분은 상기 제1 중간 부분에 인접하고, 이것은 (지지 스트립의 길이 방향 범위에서 고려할 때) 상기 제2 부착 부분에 인접한다. 이러한 종류의 복수의 분할 그룹이 제공되면, 인접한 분할 그룹들 사이에 제2 중간 부분이 배치된다. 상기 지지 스트립은, 예를 들어, 상기 제1 중간 부분 및 만약 제공된다면 상기 제2 중간 부분의 영역에서 상기 하우징 내에 고정될 수 있다.

상기 압전 요소는 이제 상기 지지 스트립의 2개의 외부 표면 상에 교대로 배열된다. 따라서, 제1 압전 요소는 상기 지지 스트립의 제1 부착 부분에서 상기 제1 외부 표면 상에 배치되는 반면, 제2 압전 요소는 상기 지지 스트립의 제2 부착 부분에서 상기 제2 외부 표면 상에 배열된다. 상기 지지 스트립의 각각의 부착 부분의 자유 외부 표면에서 상기 지지 스트립은 양측에서 상기 조작 요소와 상기 균형 질량체에 기계적으로 결합된다. 예를 들어, 상기 지지 스트립의 상기 제1 부착 부분은 상기 제2 외부 표면에서 상기 조작 요소에 기계적으로 결합되고, 상기 제2 부착 부분은 상기 지지 스트립의 상기 제1 외부 표면에서 상기 균형 질량체에 기계적으로 결합된다.

대안적으로, 상기 지지 스트립은 상기 부착 부분에서 또한 상기 압전 요소가 배치된 상기 외부 표면에서 상기 조작 요소 또는 상기 균형 질량체에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 지지 스트립이 상기 조작 요소 또는 균형 질량체에 연결되는 상기 지지 스트립의 연결점이 노출되고, 이는 예를 들어, 부착 부분마다, 예를 들어, 2개의 분리된 압전 요소가 상기 지지 스트립에 전단 저항 방식으로 연결되고, 상기 지지 스트립을 상기 조작 요소 또는 균형 질량체에 기계적으로 결합하는 것이 상기 압전 요소들 사이에 제공되는 것에 의해 달성될 수 있다.

상기 압전 요소가 작동되고 상기 압전 요소가 상기 지지 스트립에 전단 저항 방식으로 결합된 것에 의해, 상기 지지 스트립에는 파형 형태가 제공되고, 상기 지지 스트립이 파형 형태를 취할 때 상기 지지 스트립이 비활성화된 상태에서 취했던 상기 조작 요소와 균형 질량체 사이의 거리가 변하게 된다. 상기 지지 스트립이 비활성화된 상태로부터 파형의 활성화된 상태로 이동될 때, 상기 조작 요소와 지지 스트립은 서로에 대해 반대 방향으로, 보다 구체적으로 서로를 향해 또는 서로 멀어지는 방향으로 이동한다. 정확하게는 조작 요소와 균형 질량체가 반대 방향으로 이동하는 것은 이제 상기 조작 유닛의 외측으로 작용하는 모멘트를 피하기 위해 (펄스식 움직임을 회피하기 위해) 본 발명에 따라 사용된다. 균형 질량체 행정 움직임에 대한 조작 요소 행정 움직임의 비율은 여기서 균형 질량체의 중량에 대한 조작 요소의 중량의 비율에 반비례한다. 다른 행정 움직임은 예를 들어 지지 스트립의 제1 부착 부분들의 길이(일반적으로 각각은 동일한 길이를 가짐)가 제2 부착 부분들의 길이(마찬가지로 일반적으로 동일한 길이를 가짐)와 다른 것에 의해 실현될 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 또한 추가적으로, 다양한 범위로 확장되고 수축되는 압전 요소는 또한 제1 및 제2 부착 부분에 설치될 수도 있다.

본 발명에 따른 액추에이터는 비교적 작은 형식을 갖는 편평한 디자인이라는 장점을 갖는다. 균형 질량체에 기계적으로 결합된 부착 부분으로 표현되는 지지 스트립의 부분 질량은 균형 질량체에 기여하는 것으로 고려될 수 있으며, 이와 관련하여 액추에이터에 고유한 균형 질량체를 형성한다. 상기 지지 스트립은 탄성 재료로 구성되기 때문에 조작 요소와 균형 질량체가 탄성적으로 부착되면 이는 이미 액추에이터의 일체 부분이 된다. 상기 압전 요소는 또한 상기 지지 스트립의 복원(recovery) 능력을 지원한다. 본 발명에 따른 액추에이터는 조작 요소와 예를 들어 조작 요소 하우징 프레임 사이의 좁은 갭에 유리하게 수용될 수 있다. 이 설치 공간은 일반적으로 작은 치수를 갖고, 본 발명에 따른 "스트립 액추에이터"의 도움으로 최적으로 이용될 수 있다.

또한, 서로 평행하게 연장되는 조작 요소의 2개의 에지 부분(edge portion) 각각에 본 발명에 따른 하나의 액추에이터를 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 여기서 제2 액추에이터가 균형 질량체를 갖지 않고, 제1 액추에이터와 동기적으로 배열되는 것에 의해, 햅틱 피드백을 위한 액추에이터들 중 하나가 조작 요소를 밀어내는 반면, 동시에 다른 액추에이터는 조작 요소를 끌어당기는 방식으로는 동작하는 것이 보장되어야 한다. 2개의 액추에이터 중 하나는 균형 질량체에 여전히 작용하는데, 여기서 이 균형 질량체는 조작 필드를 밀어내는 액추에이터에 제공되고 마찬가지로 밀어내거나, 또는 조작 요소를 끌어당기는 액추에이터에 제공되고 마찬가지로 액추에이터에 의해 끌어당겨진다. 두 경우 모두 균형 질량체는 2개의 액추에이터에 의해 개시되는 조작 요소의 움직임과 반대 방향으로 움직인다.

적절한 설계 조치(예를 들어, 직접 기계적으로 연결하거나 또는 선택적으로 기어 메커니즘을 통해 간접적으로 기계적으로 연결하는 조치)를 통해, 지지 스트립은 한편으로는 조작 요소를 향하여 편향될 수 있고 다른 한편으로는 이동될 균형 질량체를 향하여 편향될 수 있으며, 이는 전체적으로 펄스식 움직임을 회피하는데 사용될 수 있다. 여기서, 균형 질량체에 결합된 편향 부분에서, 지지 스트립의 질량은 그 자체로 이미 펄스식 움직임을 회피하는데 필요한 균형 질량체(의 일부)로서 해석될 수 있다. 이러한 구조로 인해, 복원 가능한 지지 스트립은 복귀 스프링으로서 기능하여 추가 스프링이 절약되거나 또는 적어도 더 약하게 되도록 치수가 정해질 수 있다. 상기 압전 요소 그 자체는 작동이 완료되면 자동으로 다시 비활성화된 상태로 변형되기 때문에 또한 스프링의 역할도 한다. 압전 요소가 두꺼울수록 복원 효과가 강해진다.

얼마나 많은 개별, 특히 다층 압전 세라믹이 지지 스트립 상에 압전 요소로서 배열되는지에 따라, 지지 스트립의 다른 힘-경로 비율이 존재한다. 일반적으로 다음과 같은 관계가 적용되는데, 즉 사용되는 (더 짧은) 개별 압전 요소가 많을수록 편향 행정을 희생시키면서 더 큰 힘이 발생한다. 더 길고 (그리고 더 적은) 압전 요소는 더 큰 편향 행정을 나타내지만 힘은 더 적다.

본 발명에 따른 액추에이터의 지지 스트립을 하우징 내에 또는 하우징 상에 기계적으로 고정하는 것은 본 발명의 유리한 개선예에서 지지 스트립의 두 개의 측방 에지로부터 돌출하여 지지 스트립에 대해 각지게, 특히 직각으로 연장되는 제1 장착 플랜지에 의해 유리하게 달성된다. 이러한 종류의 액추에이터의 일 실시예에서, 리세스는 지지 스트립의 측방 에지 상에 및/또는 그 장착 플랜지 상에 제공되고, 제1 및 제2 부착 부분을 따라 연장된다. 지지 스트립은 제1 중간 부분의 영역에서 및 만약 제공된다면 또한 제2 중간 부분의 영역에서 브리지에 의해 장착 플랜지에 연결된다. 각진 장착 플랜지로 인해, 지지 스트립은 그 중간 부분의 영역에서 안정성이 제공되는 반면, 압전 요소가 작동될 때 장착 플랜지들 사이에 리세스가 있는 것으로 인해 지지 스트립이 구부러질 수 있다. 지지 스트립은 파형의 활성화된 상태를 취하기 위해 중간 부분에서 비틀려진다. 이와 관련하여, 활성화된 상태에서 지지 스트립의 파형 형태는 지지 스트립이 탄성적으로 및 그리하여 가역적으로 변형될 수 있다는 것이 주목된다.

본 발명에 따른 액추에이터의 지지 스트립을 상기 하우징 내에 추가적인 안정성으로 고정하기 위해, (길이 방향 범위에서 고려할 때) 지지 스트립의 대향 단부들에 배열되는 제2 장착 플랜지가 제공되어, 마찬가지로 지지 스트립의 측면에 대해 각지게, 특히 직각으로 연장될 수 있다. 두 제2 장착 플랜지는 지지 스트립의 공통 측면에 대해 또는 지지 스트립의 대향 측면에 대해 각져 있을 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 연결 요소는 지지 스트립의 일측으로부터, 바람직하게는 균형 질량체와 반대쪽에 배열된 측으로부터 돌출되고, 상기 연결 요소는 상기 지지 스트립을 하우징 내에/상에 고정시키는데 사용되는 것으로 제공될 수 있다. 이러한 연결 요소는 예를 들어 보강 판의 방식으로, 다시 말해 편평한 방식으로 형성되고, 바람직하게는 지지 스트립의 전체 폭에 걸쳐 연장된다. 예를 들어, 재료 스트립 몸체로 형성된 균형 중량체(balancing weight)는, 이 경우, 유리하게는 연결 요소가 유격을 갖고 관통하여 연장되는 리세스를 갖는다. 그러나 균형 질량체는 또한 인접한 연결 요소들 사이 개별(특히 견고한) 몸체로 배열된 부분 질량으로 구성될 수도 있다. 따라서, 상기 지지 스트립은 예를 들어, 하우징이 조작 요소의 에지 부분에 평행하게 연장되는, 상기 하우징 영역에서 연결 요소에 의해 고정되고, 상기 균형 질량체는 지지 스트립과 하우징 사이에 배열된다. 상기 조작 요소는 상기 균형 질량체와는 반대쪽을 향하는 상기 지지 스트립 측에 위치된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예는 종속 청구항에 기재되어 있다.

본 발명의 일 변형예는, 상기 설명에 따른 장치용 조작 유닛에 설치될 수 있는 액추에이터로서,

- 탄성 재료, 특히 스프링 강을 포함하고 제1 외부 표면 및 제2 외부 표면을 갖는 제1 지지 스트립으로서,

- 상기 제1 지지 스트립은 2개의 제1 부착 부분, 및 상기 2개의 제1 부착 부분 사이에 각각 배열된 제2 부착 부분을 갖는 적어도 하나의 분할 그룹을 갖고, 상기 부착 부분들은 상기 제1 지지 스트립의 길이 방향 범위에서 연속적으로 배열되는, 상기 제1 지지 스트립;

- 상기 제1 지지 스트립과 평행하게 연장되고 탄성 재료, 특히 스프링 강을 포함하는 제2 지지 스트립으로서, 상기 제2 지지 스트립은 상기 제1 지지 스트립의 상기 제1 외부 표면을 향하는 제1 외부 표면, 및 상기 제1 지지 스트립의 상기 제1 외부 표면과는 반대쪽을 향하는 제2 외부 표면을 갖고,

- 상기 제2 지지 스트립은 2개의 제1 부착 부분과 상기 2개의 제1 부착 부분 사이에 배열된 제2 부착 부분을 갖는 적어도 하나의 분할 그룹을 포함하고, 상기 부착 부분들은 상기 제2 지지 스트립의 길이 방향 범위에서 연속적으로 배열되는, 상기 제2 지지 스트립;

- 상기 2개의 지지 스트립을 서로 연결하고 상기 2개의 지지 스트립을 고정시키기 위해 상기 하우징에 연결되는 연결 요소로서, 상기 연결 요소는 상기 제1 지지 스트립의 상기 제1 외부 표면에서의 상기 제1 지지 스트립의 제1 부착 부분을, 상기 제2 지지 스트립의 상기 제1 외부 표면에서의 상기 제2 지지 스트립의 제1 부착 부분에 연결시키는, 상기 연결 요소; 및

- 상기 2개의 지지 스트립에 전단 저항 방식으로 연결된 제1 및 제2 전기적으로 작동 가능한 압전 요소로서, 상기 압전 요소 각각은 - 상기 지지 스트립의 길이 방향 범위에서 고려할 때 - 상기 압전 요소가 전기적으로 작동하지 않을 때에는 제1 길이 값을 취하고, 전기적으로 작동할 때에는 상기 제1 길이 값과는 다른 제2 길이 값을 취하는 길이를 갖는 상기 제1 및 제2 전기적으로 작동 가능한 압전 요소를 포함하고,

- 적어도 하나의 제1 압전 요소는 상기 제1 지지 스트립의 각각의 제1 부착 부분에서 상기 제2 외부 표면 상에 배열되고, 적어도 하나의 제2 압전 요소는 상기 제1 지지 스트립의 각각의 제2 부착 부분에서 상기 제1 외부 표면 상에 배열되고, 적어도 하나의 제1 압전 요소는 상기 제2 지지 스트립의 각각의 제1 부착 부분에서 상기 제2 외부 표면 상에 배열되고, 적어도 하나의 제2 압전 요소는 상기 제2 지지 스트립의 각각의 제2 부착 부분에서 상기 제1 외부 표면 상에 배열되고,

- 상기 제1 지지 스트립은 (예를 들어, 상기 제2 외부 표면에서) 각각의 제2 부착 부분에서 상기 조작 요소에 기계적으로 결합되고, 상기 제2 지지 스트립은 (예를 들어, 상기 제2 외부 표면에서) 각각의 제2 부착 부분에서 상기 균형 질량체에 기계적으로 결합되고;

- 상기 2개의 지지 스트립과 상기 연결 요소로 형성된 배열체의 양측에 배열된 상기 조작 요소와 상기 균형 질량체가 서로 제1 거리를 갖는 비활성화된 상태로부터, 상기 조작 요소와 상기 균형 질량체가 반대 방향으로 변위되어, 상기 조작 요소와 상기 균형 질량체가 상기 제1 거리와는 다른 제2 거리를 갖는 파형의 활성화된 상태로 두 지지 스트립을 이동시키기 위해 및 상기 지지 스트립을 상기 활성화된 상태로부터 다시 상기 비활성화된 상태로 이동시키기 위해 상기 압전 요소를 작동시킬 수 있는 제어 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 상기 액추에이터를 제공한다.

전술한 본 발명의 제1 변형예에 따른 액추에이터는 단일 지지 스트립을 갖는 반면, 전술한 본 발명의 제2 변형예에 따른 액추에이터는 연결 요소의 도움으로 서로 연결된 2개의 지지 스트립을 구비한다. 개별 스트립 액추에이터와 관련하여 전술된 각각의 지지 스트립은 양측에 제1 및 제2 압전 요소와 교대로 제공된다. 상기 2개의 지지 스트립은 서로 평행하게 배열되고, 두 지지 스트립 사이에 연장되는 연결 요소의 길이방향 축에 예를 들어 대칭적으로 배열될 수 있다. 두 개의 지지 스트립은 압전 요소의 작동에 의해 비활성화된 상태로부터 파형의 활성화된 상태로 이동될 수 있다. 2개의 지지 스트립과 연결 요소로 형성된 배열체는 조작 요소와 균형 질량체 사이에 위치되어, 압전 요소가 작동될 때 조작 요소와 균형 질량체 사이의 거리가 변하게 된다(보다 구체적으로 더 커지거나 더 작아지게 된다). 이것은 결과적으로 조작 요소와 균형 질량체가 반대 방향으로 변위하여 이동하는 것을 동반한다. 이러한 종류의 압전 이중 스트립 액추에이터는 또한 중복하여 설치될 수 있으며, 여기서 두 액추에이터 중 하나는 균형 질량체를 갖지 않는 것이 또한 사실이다. 이와 관련하여, 조작 요소의 평행한 대향 에지 상에 압전 단일-스트립 액추에이터를 중복 배열하는 것에 대해서는 상기 설명이 참조된다.

유리하게는 각각의 지지 스트립은 적어도 하나의 다른 분할 그룹을 갖고, 상기 적어도 하나의 다른 분할 그룹은 제1 부착 부분 및 제2 부착 부분을 포함하고, 상기 제2 부착 부분은 인접한 분할 그룹의 제1 부착 부분 옆에 배열되고, 상기 연결 요소는 각각의 다른 분할 그룹의 각각의 제1 부착 부분에서 제1 외부 표면에서 2개의 지지 스트립을 연결하고, 상기 조작 요소는 각각의 다른 분할 그룹의 제2 부착 부분에서 제2 외부 표면에서 제1 지지 스트립에 기계적으로 결합되고, 상기 균형 질량체는 각각의 다른 분할 그룹의 제1 부착 부분에서 제2 외부 표면에서 제2 지지 스트립에 기계적으로 결합되고, 제1 압전 요소는 각각의 다른 분할 그룹의 제1 부착 부분에서 각각의 지지 스트립의 제2 외부 표면에서 관련 지지 스트립에 전단 저항 방식으로 연결되고, 제2 압전 요소는 각각의 다른 분할 그룹의 제2 부착 부분에서 각각의 지지 스트립의 제1 외부 표면에서 관련 지지 스트립에 전단 저항 방식으로 연결되는 것이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액추에이터의 제2 변형예에서, 하나의 지지 스트립을 조작 요소에 기계적으로 연결하고 다른 지지 스트립을 균형 질량체에 기계적으로 연결하고, 또한 두 지지 스트립을 연결 요소에 기계적으로 연결하는 것은 압전 요소를 갖지 않거나 압전 요소가 점유하지 않는 2개의 지지 스트립의 외부 표면에서 개별 부착 부분에서 실현될 수 있는 것이 사실이다. 액추에이터를 기계적으로 결합시키는 이들 다른 가능한 실시예에 관해서는, 압전 단일 스트립 액추에이터와 관련하여 제공된 상세 설명이 또한 참조된다.

지지 스트립의 파형 형태는 본 발명에 따라 전단 저항 방식으로, 예를 들어, 접착제로 지지 스트립의 두 외부 표면 상에 교대로 그리고 연속적으로 배열된 압전 요소에 의해 실현된다. 지지 스트립은 작동될 때 압전 요소가 선형으로 신장되는 것에 의해 파형 형태를 취한다. 이렇게 할 때, 압전 요소와 지지 스트립은 모두 탄성적으로 변형되어 파형 형태는 약간의 범위로만 제공되지만, 이것은 햅틱 피드백을 위해 조작 요소가 1/10 mm의 영역에서만 여기되기 때문에 충분하다.

압전 요소들은 또한 지지 스트립의 2개의 외부 표면 중 하나의 외부 표면 상에 모두 배열될 수 있다. 그러나, 지지 스트립이 활성화된 상태에서 파형 형태를 취하기 위해 각각의 제2 압전 요소는 그 길이가 증가되고 다른 압전 요소는 그 길이가 감소되어야만 한다.

본 발명의 또 다른 변형예에 따르면, 액추에이터는 압전 액추에이터로서 설계되고, 상기 액추에이터는 전기적으로 여기 가능한 압전 세라믹 요소, 및 또한 상기 압전 세라믹 요소의 선형 신장(이후 길이 감소)을 조작 필드의 움직임으로 변환하기 위한 기계적 기어 메커니즘을 갖고, 여기서 상기 기계적 기어 메커니즘은 균형 중량체 및/또는 균형 중량체의 일부 형성하는 적어도 하나의 기어 메커니즘 요소 및/또는 조작 필드의 탄성 장착 및 상기 조작 필드의 탄성 장착을 형성하는 적어도 하나의 다른 기어 메커니즘 요소를 갖는다.

본 발명은 다양한 예시적인 실시예에 기초하여 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명된다.

도 1은 능동 햅틱 피드백을 갖는 조작 유닛에서 발생하는 힘을 개략적으로 도시한다;
도 2는 균형 질량체로서 균형 중량체(counterweight)를 본 발명에 따라 사용할 때 발생하는 힘을 개략적으로 도시한다;
도 3은 모멘트의 균형을 설명하기 위해 조작 유닛에서 반력(counterforce)이 상쇄된 햅틱 피드백의 구조를 개략적으로 도시하는 도면으로서, 여기서 액추에이터는 그 구조 면에서 보다 상세히 도시되어 있지 않은 것을 도시한다;
도 4 및 도 5는 본 발명을 설명하기 위한 다른 개략적인 스케치를 도시한다;
도 6은 하우징과 하우징 프레임을 갖는 조작 유닛의 평면도를 도시하는 도면으로서, 여기서 본 발명에 따른 액추에이터는 상기 프레임과 조작 요소 사이 하우징 프레임의 에지 부분을 따라 배열된 것을 도시한다;
도 7은 도 6 및 도 9의 선 VII-VII을 따라 절단한 단면을 도시한다;
도 8은 액추에이터의 구조 및 액추에이터를 조작 요소와 하우징 프레임 사이에 배열한 것의 분해 사시도를 도시한다;
도 9는 도 7의 선 IX-IX을 따라 절단한 단면도를 도시하는 도면으로서, 여기서 액추에이터는 또한 도 8에서와 같이 비활성화된 상태에 있는 것을 도시한다;
도 10은 도 9에 따른 것과 유사한 단면도를 도시하는 도면이지만 액추에이터가 활성화된 상태에 있는 것을 도시한다;
도 11은 도 8에 따른 것과 유사한 분해 사시도를 도시하는 도면으로서, 제2 예시적인 실시예에 따른 액추에이터가 도시되어 있는 것을 도시한다;
도 12는 도 9에 따른 것과 유사한 단면도를 도시하는 도면이지만, 도 11에 도시된 액추에이터가 비활성화된 상태에 있는 것을 도시한다;
도 13은 도 10에 따른 것과 유사한 단면도를 도시하는 도면이지만, 도 11에 도시된 액추에이터가 보다 구체적으로 활성화된 상태에 있는 것을 도시한다;
도 14는 도 8 및 도 11에 따른 것과 유사한 분해 사시도를 도시하는 도면이지만, 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 액추에이터를 갖는 것을 도시한다;
도 15는 도 9 및 도 12의 것과 유사한 단면도를 도시하는 도면으로서, 보다 구체적으로는 도 14에 도시된 액추에이터가 비활성화된 상태에 있는 것을 도시한다;
도 16은 도 10 및 도 13의 것과 유사한 단면도를 도시하는 도면으로서, 여기서 도 14에 도시된 액추에이터가 활성화된 상태에 있는 것을 도시한다;
도 17 및 도 18은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 액추에이터가 보다 구체적으로 비활성화된 상태(도 17)에 있는 것과 활성화된 상태(도 18)에 있는 것을 도시하는 단면도를 도시한다; 및
도 19 및 도 20은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 액추에이터를 사용하는 조작 유닛의 에지 영역을 통한 단면도를 도시하는 도면으로서, 여기서 이 액추에이터는 비활성화된 상태(도 19)에 있는 것과 활성화된 상태(도 20)에 있는 것을 도시한다.

액추에이터 및 활성화된 상태에 있는 액추에이터의 지지 스트립을 도면에 도시하는 것과 관련하여, 먼저 도면에서 파형 형태는 본 발명에 따른 원리를 보다 명확하게 강조하기 위해 매우 과장되어 도시되어 있다는 것을 주목해야 한다.

본 발명에 따르면, 하우징(10')에 작용하는 힘에 균형을 맞추기 위해 액추에이터(16')와 하우징(10') 사이에 탄성적으로 장착된(스프링-질량 댐핑 시스템(22') 참조) 이동 가능 균형 질량체(20')를 사용하는 것이 제안된다(도 2). 조작 요소(12')의 작동은 작동 센서(19')에 의해 식별된다. 이후, 신호는 작동 센서(19')에 의해 평가 및 제어 유닛(21')에 수신되고, 제어 신호가 액추에이터(16')로 송신되고, 액추에이터(16')가 작동된다.

추가적인 스프링-질량 댐핑 시스템(22' 또는 c₃, d₃, m₃)을 적절히 설계하면, 차량에 작용하는 결과적인 힘(F₂(t))이 제거될 수 있다(중력에 의해 생성된 정적 힘은 소음 및/또는 진동을 형성하는데 영향을 미치지 않는다).

임의로 미리 한정된 디스플레이 편향량(x₁(t))에 대해, 장치 하우징의 편향량(x₂(t))/움직임 및 그리하여 또한 장치 체결부에 가해지는 힘(F₂(t))은 다음 조건 하에서 제거될 수 있다:

이것은 균형 질량체(20')에 다음 편향량을 제공한다:

이러한 조건 하에서, 장치 체결부(18')의 탄성은 또한 햅틱 피드백에 영향을 미치지 않는다. 균형 질량체(20' 또는 m₃)은 일반적으로 설치 공간 사양에 의해 제한되고 디스플레이 질량(m₁)보다 더 작다. 이상적으로는, 이 균형 질량체는 액추에이터(16')의 일부로서 구현될 수 있다.

본 발명은,

- 주위 환경에 동적 펄스 효과 없이 중량이 있는 표면에 촉각 피드백을 생성할 수 있고,

- 장치 체결부의 탄성과는 독립적으로 조작 장치에 햅틱 피드백을 생성할 수 있다.

도 3은, 능동 햅틱 피드백을 갖는 조작 유닛에 펄스식 움직임이 일어나는 것을 회피하기 위해 취해진 조치를 설명하기 위해, 반력이 상쇄된 햅틱 피드백을 갖는 장치를 도시한다.

도시된 예에서, 액추에이터(16')는 전기자를 갖는 전자석으로 형성되는데, 액추에이터 코일과 함께 하우징(10')에 탄성적으로 장착된 고정자 적층 코어, 즉 고정자(26'), 및 조작 요소(12')에 고정 연결된 전기자 적층 코어, 즉 전기자(28')를 갖는다. 고정자(26')는 이동 가능 균형 질량체(20')를 형성하거나 이동 가능 균형 질량체를 포함한다. 전기자를 갖는 전자석에서 참조 부호 30'에 도시된 공기 갭을 조정할 때, 조작 요소(12')와 균형 질량체(20')가 서로에 대해 최대로 편향되는 양이 고려되어야 한다. 고정자(26')는 하우징(10')에 탄성적으로 (스프링-질량 댐핑 시스템(22')) 장착되지만, 대신 조작 요소(12')에 탄성적으로 연결될 수도 있다. 조작 요소 안내부는 참조 부호 32'에 표시되어 있다. 하우징(10')은 차량(24')에 (예를 들어 계기판에) 체결된다.

상기로부터 명백한 바와 같이, 실제로 이동될 디스플레이 유닛에 더하여 또는 실제로 이동될 조작 필드에 더하여, 조작 유닛의 강성 하우징에 대해 이동 가능하게(그리고 스프링 방식으로) 장착된 균형 질량체도 또한 햅틱 피드백에서 펄스식 움직임이 일어나는 것을 회피하기 위해 이동된다. 이 균형 질량체의 경로, 질량, 댐핑 및 스프링 상수를 적절히 선택하는 것에 의해, 전체 시스템이 펄스식으로 움직이는 것이 차체로 전달되는 것이 방지될 수 있다.

능동 햅틱 피드백을 갖는 조작 요소의 중량이 작을수록, 펄스식 움직임이 일어나는 것을 회피하기 위해 균형 질량체가 조작 요소에 비해 반대 방향으로 이동하는 정도가 작아진다. 예를 들어, 터치스크린의 터치 패널 또는 그 커버 판(커버 글래스)은 저중량일 수 있는 조작 요소이고, 이를 위해 이들 요소는 디스플레이에 대해 이동 가능하게 배열되어야 한다.

편향을 수행하는 액추에이터가 (구체적으로 기계식 변속기를 갖는) 압전 액추에이터로 구현된 경우, 이 액추에이터는 균형 질량체, 스프링 및 댐퍼로 구성된 추가적으로 필요한 구성 요소를 액추에이터에 통합해서 추가적인 구성 요소를 절약할 가능성을 제공한다.

본 발명의 장점은, 특히 외측으로 펄스식 움직임이 일어나지 않는 햅틱 피드백이라는 점에서 압전 세라믹 재료의 어쨌든 제공된 기계적 성질을 현명하게 이용한다는 것이다. 그 결과 비용과 설치 공간이 절약될 수 있다.

햅틱 피드백을 위한 압전 액추에이터의 경우에 현저한 편향과 힘을 얻기 위해, 이들 액추에이터는 전극에 의해 서로 분리된 다수의 세라믹 층으로 구성된다. 그러나, 이러한 편향들은 햅틱 피드백을 생성하는데 용이하게 사용되기에는 일반적으로 너무 작다.

변속비(transmission ratio)를 특징으로 하는 기계식 레버가 사용될 수 있다. 따라서, 액추에이터의 힘 효과는 더 작은 편향을 희생시키면서 증가될 수 있고, 또는 그 반대로도 될 수 있다. 이 레버는 실제 압전 세라믹에 장착되는 유연한 재료(예를 들어, 금속)로 종종 제조된다.

압전 세라믹은 일반적으로 편향이 증가함에 따라 증가하는 복귀 힘을 생성하도록 설계된다. 기계적인 관점에서 볼 때, 변속기로서의 기능 이외에 압전 세라믹은 또한 구조에 의해 영향을 받을 수 있는 스프링 강성(c)을 갖는 스프링을 구성한다. 압전 세라믹의 질량(m)은 또한 예를 들어 부피를 증가시키거나 재료를 적절히 선택하는 것에 의해 변할 수 있다. 따라서 댐핑(d)은 사용된 재료와 선택된 기하 형상으로부터 주어진다.

그리하여 도 2에 도시된 스케치에 비해 성분(c3, d3 및 m3)은 액추에이터의 일부로서 해석될 수 있다. 펄스식 움직임을 회피하기 위한 파라미터는 다음 수식을 여전히 만족해야 한다:

이제 상기 수식이 충족되면 경로(x_3 및 x_1)에 대해 다음 관계

가 적용되고, 힘(F_act)은 더 이상 압전부의 힘-경로 그래프로부터 직접 결정될 수 없다는 것이 주목되어야 한다. 대신에, 힘은 기계식 변속비(n)(도 5 참조)를 고려하여 압전부(P로 표시)의 변수로부터 직접 결정되어야 한다.

이것은,

을 제공한다.

도 2에서 기계적 성분(m3, c3 및 d3) 및 도 5의 n은 (적어도 부분적으로) 도 4의 레버에 의해 실현된다.

기계적 변속기는 추가적으로 힘의 방향을 전환하는데 사용될 수 있다. 설치 공간으로 인해, 주 편향 방향이 원하는 햅틱 피드백의 방향과 일치하지 않도록 (적층된) 압전 세라믹을 위치시키는 것이 필요할 수 있다. 상당히 일반적으로 고려하면 이러한 단점은 레버 개념을 적절히 선택하는 것에 의해 해결될 수 있다.

조작 유닛은 이후 본 발명에 따른 압전 스트립 액추에이터의 제1 예시적인 실시예를 갖는 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명된다.

도 6 및 도 7은 하우징(12), 및 이 하우징의 프레임(18)이 연장되는 주위에 있는 조작 표면(16)을 갖는 조작 요소(14)를 갖는 조작 유닛(10)의 평면도 및 부분 단면도를 각각 도시한다. 이 예시적인 실시예에서 조작 유닛(10)은 예를 들어 작동 센서(20)(예를 들어 또한 도 7과 도 8 참조)로서 용량성 터치 패널을 갖는 터치스크린이고, 여기서 작동 센서 시스템은 또한 변위 센서 또는 힘 센서에 의해 실현될 수 있고, 또는 이러한 종류의 변위 센서 또는 힘 센서는 터치 패널에 더하여 제공될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 따라서, 조작 요소(14)의 유효한 작동은 조작 요소(14)가 약간 아래로 눌려지는 움직임이 가능하다는 것을 전제로 할 수 있다. 이것은 본 발명에, 구체적으로, 능동 햅틱 피드백을 위한 액추에이터를 설계하는 데에 부수적으로 중요하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 액추에이터(24)는 프레임 부분(22) 내에 위치되고, 프레임(18)과 상기 프레임에 평행하게 연장되는 조작 요소(14)의 에지 부분(26) 사이에 배열된다. 액추에이터(24)의 상세는 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다.

도 8에 따른 액추에이터(24)는 하우징에 고정된 지지체(28), 및 이 예시적인 실시예에서, 스트립 재료 몸체로서 형성된 균형 질량체(30)를 갖는다. 그 기능을 위해 지지 몸체(28)는 가요성 재료, 예를 들어, 스프링 강으로 만들어진 지지 스트립(32)을 포함하고, 이 지지 스트립의 양측에는 그 지지 스트립(32)의 길이 방향 범위를 따라, 제1 및 제2 압전 요소(34, 36)가 교대로 배열된다. 개념적으로, 지지 스트립(32)은 이 예시적인 실시예에서 3개의 연속적인 분할 그룹(38)으로 분할될 수 있고, 각각의 분할 그룹은 제1 압전 요소(34)가 지지 스트립(32)의 제1 외부 표면(42) 상에 배열된 제1 부착 부분(40), 및 제2 압전 요소(36)가 지지 스트립(32)의 제2 외부 표면(46) 상에 배열된 제2 부착 부분(44)을 포함한다. 제1 중간 부분(48)은 두 개의 부착 부분(40 및 44) 사이에 위치된다. 지지 스트립(32)의 제2 중간 부분(50)은 인접한 분할 그룹(38)과의 사이에 위치된다. 제1 부착 부분(40)의 영역에서, 지지 스트립(32)의 제2 외부 표면(46)은 조작 요소(14)에 기계적으로 연결(도 8에도 표시된 도 9의 조작 요소 연결 요소(52) 참조)되는 반면, 지지 스트립(32)의 제1 외부 표면(42)은 제2 부착 부분(44)의 영역에서 균형 질량체 연결 요소(54)를 통해 균형 질량체(30)에 기계적으로 결합된다.

이미 상기에서 언급한 바와 같이, 지지 스트립(32)은 탄성으로, 즉 구부러질 수 있다. 지지 스트립(32)은 압전 요소(34, 36)가 작동하는 것에 의해 구부러진다. 이들 압전 요소(34, 36)는, 작동 시, 지지 스트립(32)의 길이 방향으로 그 길이, 즉 범위가 변한다. 따라서 지지 스트립(32)은 도 8 및 도 9에 도시된 비활성화된 상태로부터 활성화된 상태로 이동될 때 도 10에 도시된 바와 같이 파형 형태(56)를 취한다. 파형 형태(56)는 제1 반파부(half wave)(58) 및 제2 반대 방향을 향하는 반파부(60)로 형성된다.

지지체(28)는 제1 플랜지(62) 및 제2 플랜지(64)에 의해 고정된다. 제1 플랜지(62)는 지지 스트립(32)의 측방 에지를 따라 배열되고, 제1 외부 표면(42)을 넘어 각져 있는데, 특히 직각으로 각져 있다. 리세스(66, 68)는 제1 장착 플랜지(62) 내 또는 또한 (아마도 추가적으로) 지지 스트립(32) 내, 보다 구체적으로, 제1 부착 부분(40) 및 제2 부착 부분(44)의 영역 내 측방 에지를 따라 연장된다. 브리지(70)는 인접한 리세스(66, 68)들 사이 제1 및 제2 중간 부분(48, 50)에 형성되고, 이 브리지를 통해 제1 장착 플랜지(62)는 지지 스트립(32)에 연결된다. 제2 장착 플랜지(64)는 길이 방향 범위에서 대향하여 배열된 지지 스트립(32)의 단부(72)들에 배열되고, 이들 장착 플랜지는 보다 구체적으로는 이 예시적인 실시예에서 제2 외부 표면(46)을 넘어 마찬가지로 바람직하게 직각으로 각져 있다. 지지체(28)는 장착 플랜지(62, 64)에 의해 프레임(18)의 내측에 고정된다. 리세스(66, 68)는 중간 부분(48, 50)에서 브리지(70)에 의해 장착 플랜지(62)에 이동 가능하게 연결된 지지 스트립(32)이 파형으로 변형될 수 있게 한다.

도 8은 압전 요소(34, 36)를 작동시키기 위해 작동 센서 시스템(20)으로부터 신호를 수신하는 제어 유닛(74)을 추가적으로 더 도시한다. 지지 스트립(32)이 비활성화된 위치(도 9 참조)로부터 활성화된 위치(도 10 참조)로 이동되면, 조작 요소(14) 및 균형 질량체(30)는 반대 방향으로 동기적으로 이동된다.

도 10은 지지 스트립이 활성화된 상태에서 지지 스트립(32)의 파형 형태(56)의 제1 반파부(58)의 진폭(76)이 제2 반파부(60)의 진폭(78)보다 더 작은 것을 도시한다. 따라서 조작 요소(14)가 경험하는 행정 움직임은 균형 질량체(30)의 행정 움직임보다 더 작다. 펄스 움직임을 상쇄하기 위해서는, 조작 요소(14)에서 소비되는 운동 에너지는 균형 질량체(30)에 적용되는 운동 에너지와 같아야 한다는 것이 사실이다. 이 조작 요소와 균형 질량체는 서로 반대 방향으로 이동하며, 이는 균형 질량체 행정 움직임(78)이 클수록 이에 따라 균형 질량체(30)는 조작 요소(14)보다 더 낮은 중량을 갖는다는 것을 의미한다.

도 9 및 도 10에서 조작 요소(14)와 균형 질량체(30)가 움직이는 개념은 "반발의 원리"에 기초한다는 것을 알 수 있다. 조작 요소(14)와 균형 질량체(30)는, 지지 스트립(32)이 활성화된 상태로 이동하는 경우 펄스식 움직임을 상쇄하기 위해 서로 멀어지는 방향으로 이동하고, 지지 스트립(32)이 활성화된 상태로부터 다시 비활성화된 상태로 이동하는 경우도 고려한다. 두 경우 모두, 조작 요소(14)가 움직이는 것으로 인해 외측으로 작용하는 힘이 상쇄된다(펄스식 움직임이 회피된다).

도 17 및 도 18은 역으로 구성된 액추에이터(24b)의 이동 원리를 도시한다. 이를 위해, 압전 요소(34, 36)를 교대로 배열하는 방식, 및 조작 요소(14)와 균형 질량체(30)를 지지 스트립(32)에 기계적으로 결합하는 위치가 역전되고, 이는 전술된 압전 요소를 지지 스트립(32)의 외부 표면 상에 배열하는 위치에도 영향을 미친다. 따라서, 조작 요소(14)와 균형 질량체(30)는 이제, 지지 스트립(32)이 활성화된 상태로 이동하는 경우 서로를 향하여 이동하고, 지지 스트립이 활성화된 상태로부터 다시 비활성화된 상태로 이동하는 경우 서로 멀어지는 방향으로 이동한다.

도 11 내지 도 13은 제2 예시적인 실시예에 따른 액추에이터(24a)를 도시한다. 액추에이터(24a)의 요소들이 구조 및/또는 기능 면에서 도 8 및 도 10의 액추에이터(24)의 요소들과 동일한 경우, 이들 요소는 도 8 내지 도 10의 것과 동일한 참조 부호로 도 11 내지 13에 표시되거나 또는 이와 동일한 참조 부호에 문자(a)를 보충해서 표시된다.

액추에이터(24a)는 지지 스트립(32a)을 포함하고, 이 지지 스트립은 측방 범위에 배열된 단부(72a)들에서 장착 플랜지(64a)들을 통해 프레임 부분(22)에 고정된다. 지지 스트립(32a)을 개별 분할 그룹(38)으로 분할하거나 또는 개별 부착 부분(40, 44)과 중간 부분(48, 50)으로 분할하는 것은 도 8에 도시된 바와 같이 선택된다.

도 8 내지 도 10의 액추에이터(24)와 대조적으로, 액추에이터(24a)는 특히 편평한 연결 요소(54a)를 통해 프레임 부분(22) 상에 지지된다. 이들 연결 요소(62a)는 중간 부분(48, 50)에 배열되고, 지지 스트립의 제1 외부 표면(42)으로부터 측 방향으로, 지지 스트립(32a)에서 돌출한다. 이들 연결 요소는 균형 질량체(30a)의 리세스(80)를 통해 연장된다. 따라서, 균형 질량체(30a)와 조작 요소(14)를 각각 지지 스트립(32a)에 연결하는 것은 도 8 내지 도 10과 관련하여 전술된 바와 같이 실현된다.

액추에이터(24a)의 지지 스트립(32a)이 비활성화된 상태에서의 상황과 또한 활성화된 상태에서의 상황은 도 12 및 도 13에 단면도로 도시되어 있다.

도 14 내지 도 16은 다시 스트립형 방식으로 형성된 액추에이터(24c)의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 그 기능 및/또는 구조 면에서 도 8 내지 도 13의 조작 유닛 및 액추에이터의 요소들과 동일하거나 대응하는 조작 유닛 및 액추에이터(24c)의 요소들은 도 14 내지 도 16에 동일한 참조 부호로 표시되거나 또는 이와 동일한 참조 부호에 문자(c)를 보충해서 표시된다.

액추에이터(24c)는 이중 스트립 액추에이터로 설계되어, 제1 지지 스트립(32c) 및 제2 지지 스트립(32'c)을 포함한다. 두 지지 스트립(32c, 32'c)에는 제1 및 제2 압전 요소(34c 및 36c)가 교대로 제공된다. 이들 압전 요소는 관련 지지 스트립(32c, 32'c)의 제1 및 제2 외부 표면(42c, 46c)에 교대로 위치된다. 두 지지 스트립은 각각의 경우에 제1 분할 그룹(38c)과 2개의 다른 제2 분할 그룹(38'c)으로 분할된다. 제1 분할 그룹(38c)은 2개의 제1 부착 부분(40c) 및 제2 부착 부분(44c)을 갖고, 이 제2 부착 부분은 제1 분할 그룹(38c)의 2개의 제1 부착 부분(40c) 사이에 위치된다. 각각의 다른 제2 분할 그룹(38'c)은 제2 부착 부분(44c) 및 제1 부착 부분(40c)을 포함한다.

연결 요소(82)는 2개의 지지 스트립(32c 및 32'c) 사이에 연장되고, 마찬가지로 스트립으로 형성되고, 지지 스트립(32c 및 32'c)에 연결되는 연결 브리지(84)를 포함한다. 연결 브리지(84)는, 보다 구체적으로, 제1 부착 부분(40c)에서 지지 스트립의 제1 외부 표면(42c)에서 2개의 지지 스트립(32c, 32'c)을 서로 연결한다. 연결 요소(82)는 길이 방향 범위에서 대향하여 배열된 단부들에서 하우징(12)의 프레임(18)에 연결된다. 이것은 연결 요소(86)에 의해 도 14 내지 도 16에 표시되어 있다.

제1 지지 스트립(32c)은 각각의 경우에 각각의 제2 부착 부분(44c)에서 제2 외부 표면(46c)에서 연결 요소(88)에 의해 조작 요소(14)에 기계적으로 연결되는 반면, 제2 지지 스트립(32'c)은 각각의 제2 부착 부분(44c)에서 상기 지지 스트립의 제2 외부 표면(46c) 상에 배열된 연결 요소(90)에 의해 균형 질량체(30)에 연결된다.

도 14 및 도 15에서 액추에이터(24c)는 비활성화된 상태에 있는 것으로 도시되어 있으며, 여기서 지지 스트립(32c, 32'c)은 이 예시적인 실시예에서 선형 코스를 갖는다. 압전 요소(34c, 36c)가 제어 유닛(74)에 의해 작동되는 경우, 지지 스트립(32c, 32'c)은 도 16에 도시된 바와 같이 파형 방식으로 변형된다. 연결 요소에 기초하여, 조작 요소(14)와 균형 질량체(30)는 반대 방향으로 반발되며, 즉 서로 멀어지는 방향으로 이동하고, 여기서 지지 스트립(32'c)의 압전 요소(34c, 36c)의 두께 및 크기를 적절히 선택하는 것에 의해, 상기 지지 스트립의 행정 움직임(78)은 제1 지지 스트립(32c)에 의해 수행되는 행정 움직임(76)보다 더 크도록 더 선택되어야 한다. 따라서, 균형 질량체(30)의 중량은 조작 요소(14)의 중량에 비해 더 작도록 선택될 수 있고, 여기서 펄스식 움직임이 여전히 상쇄된다.

완전성을 위해, 이 시점에서 도 14 내지 도 16에서 조작 요소(14)와 액추에이터(24c)의 균형 질량체(30)가 반발하는 개념은 또한 역으로 선택될 수도 있다는 것이 주목되어야 한다. 따라서, 액추에이터(24c)가 활성화되면, 균형 질량체(30)와 조작 요소(14)로 구성된 2개의 요소는 (2개의 지지 스트립(32c, 32'c)의 외부 표면에 기초하여) 압전 요소를 역으로 배열한 것에 의해 서로를 향하여 이동될 수 있다. 그러면 또한 펄스식 움직임이 상쇄될 수 있다.

본 발명에 따른 액추에이터(24d)의 또 다른 예시적인 실시예는 이제 도 19 및 도 20에 기초하여 설명될 수 있고, 이 액추에이터는 도 8 내지 도 10의 액추에이터(24)의 변형이다. 그 기능 및/또는 구조와 관련하여 액추에이터(24)의 요소들과 유사하거나 동일한 액추에이터(24d)의 요소들은 도 8 내지 도 10의 것과 동일한 참조 부호로 도 19 및 도 20에 제공된다.

액추에이터(24d)가 액추에이터(24)와 다른 점은, 개별 부착 부분(40, 44)에 각각 2개의 제1 및 제2 압전 요소(34 및 36)가 배열되어 있다는 것과, 이들 압전 요소 쌍 사이에, 지지 스트립을 조작 요소(14)에 기계적으로 연결하기 위한 연결 요소(52), 및 지지 스트립(32)을 균형 질량체(30)에 연결하기 위한 연결 요소(54)가 배열되어 있다는 것에 있다. 압전 요소(34, 36)(및 연결 요소(52, 54))는 각각의 경우에 지지 스트립(32)의 반파 아크부(half-wave arc)의 외측에 배열된다.

본 발명은, 압전 요소들이 지지 스트립의 양 외측에 교대로 배열되고, 전기적으로 작동될 때, 지지 스트립의 길이 방향 범위에서 모두 (또한) 확장되거나 수축되는 예시적인 실시예에 의해 전술되었다. 그러나, 압전 요소는 또한 지지 스트립의 양 외측에 배열될 수도 있다. 파형 형태를 얻기 위해, 압전 요소는 각각의 제2 압전 요소가 확장되고 이들 사이에 배열된 압전 요소가 수축되는 방식으로 하나의 외측에 배열되어야 하고, 지지 스트립의 다른 외측에 있는 대향 압전 요소는 작동될 때 역으로 거동하는 방식으로 배열되어야 한다. 또한 지지 스트립의 단지 하나의 공통 외측 상에 압전 요소를 배열하는 것도 가능하다. 여기서도 압전 요소를 작동시키는 것은 각각의 제2 압전 요소가 확장되고 이들 사이에 배열된 압전 요소가 수축되는 방식으로 실현되어야 한다. 나아가, 지지 스트립은 또한 복수의 별개의 부분 지지 스트립 요소로 구성될 수 있으며, 여기서 각각의 부분 지지 스트립 요소는 적어도 하나의 외측에 적어도 하나의 압전 요소를 포함한다. 전술된 변형예 및 상세히 설명된 예시적인 실시예에 따른 본 발명의 변형예는 개별 압전 요소 대신에 동일하게 작동되는 압전 요소 그룹이 제공되는 방식으로 확장될 수도 있다. 따라서, 복수의 압전 요소 그룹은 다른 측들에 교대로 배열될 수 있거나 또는 일측에 또는 또한 양측에 교대로 배열될 수 있다.

10': 하우징
12': 조작 요소
14': 조작 요소를 하우징에 탄성적으로 부착하는 스프링 댐핑 시스템
16': 액추에이터
18: 하우징을 차량에 (탄성적으로) 부착하는 스프링 댐핑 시스템
19': 작동 센서
20': 균형 질량체
21': 평가 및 제어 유닛
22': 균형 질량체를 하우징에 및/또는 조작 요소에 탄성적으로 부착하는 스프링 댐핑 시스템
24': 차량 또는 차량의 계기판
26': 액추에이터로 구현된 전기자를 갖는 전자석의 고정자
28': 전기자를 갖는 전자석의 전기자
30': 전기자를 갖는 전자석의 공기 갭
32': 햅틱 피드백 시에 조작 필드의 움직임을 위한 안내부
m₁: 조작 필드의 질량
x₁(t): 조작 필드의 편향량
F_Act(t): 액추에이터 힘 진행
F₁(t): 여기 시에 하우징(10')에 작용하는 조작 필드의 힘(F₁(t) = F_Act - m₁ x a₁)
c₁: 조작 필드를 하우징에 탄성적으로 부착하는 부분의 스프링 상수
d₁: 조작 필드를 하우징에 탄성적으로 부착하는 부분의 댐핑량
m₂: 하우징의 질량
x₂(t): 기계적으로 여기된 조작 필드에 의해 힘이 가해진 결과 하우징의 편향량
F₂(t): 하우징 체결부에 작용하는 힘
m₃: 균형 질량체의 질량
x₃(t): 균형 질량체의 편향량
F₃: 균형 질량체에 의해 하우징에 작용하는 힘
c₃: 균형 질량체를 하우징에 탄성적으로 부착하는 부분의 스프링 상수
d₃: 균형 질량체를 하우징에 탄성적으로 부착하는 부분의 댐핑량
10: 조작 유닛
12: 하우징
14: 조작 요소
16: 조작 표면
18: 하우징의 프레임
20: 작동 센서
22: 프레임 부분
24: 액추에이터
24a: 액추에이터
24b: 액추에이터
24c: 액추에이터
24d: 액추에이터
26: 에지 부분
28: 지지체
30: 균형 질량체
30a: 균형 질량체
32: 지지 스트립
32a: 지지 스트립
32c: 제1 지지 스트립
32'c: 제2 지지 스트립
34: 제1 압전 요소
34c: 제1 압전 요소
36: 제2 압전 요소
36c: 제2 압전 요소
38: 분할 그룹
38c: 제1 분할 그룹
38'c: 다른 분할 그룹
40: 제1 부착 부분
40c: 제1 부착 부분
42: 제1 외부 표면
42c: 제1 외부 표면
44: 제2 부착 부분
44c: 제2 부착 부분
46: 제2 외부 표면
46c: 제2 외부 표면
48: 제1 중간 부분
50: 제2 중간 부분
52: 조작 요소 연결 요소
54: 균형 질량체 연결 요소
54a: 편평한 연결 요소
56: 파형 형태
58: 제1 반파부
60: 제2 반파부
62: 제1 장착 플랜지
62a: 연결 요소
64: 제2 장착 플랜지
64a: 제2 장착 플랜지
66: 리세스
68: 리세스
70: 브리지
72: 지지 스트립의 대향 단부
72a: 지지 스트립의 단부
74: 제어 유닛
76: 진폭
78: 진폭
80: 리세스
82: 연결 요소
84: 연결 브리지
86: 연결 요소
88: 연결 요소
90: 연결 요소

Claims

장치용, 예를 들어, 차량 요소용, 특히 인간-기계 인터페이스(MMI 또는 HMI)용 조작 유닛(operating unit)으로서,
- 터치스크린 또는 터치패드 또는 디스플레이, 또는 터치스크린 또는 디스플레이의 커버 판과 같은, 조작 필드(16)를 갖는 조작 요소(operating element)(14)를 갖고, 장치, 특히 차량 계기판 또는 차량 센터 콘솔 내에 체결되거나 및/또는 장치에 체결되도록 의도된 하우징(12)으로서,
- 상기 조작 요소(14)는 상기 하우징(12)에 탄성적으로 장착되는, 상기 하우징(12);
- 상기 조작 요소(14)의 조작을 식별하기 위한 센서(20);
- 상기 조작 요소(14)의 조작이 식별된 경우 상기 조작 요소(14)를 기계적으로 여기시키기 위한 액추에이터(24, 24a, 24b, 24d); 및
- 상기 하우징(12) 내에/상에 이동 가능하게 장착되는 균형 질량체(counterbalance)(30, 30a)로서,
- 상기 조작 요소(14)의 조작이 식별된 경우, 상기 균형 질량체(30, 30a)는 상기 액추에이터(24, 24a, 24b, 24d) 또는 액추에이터에 의해 기계적으로 여기될 수 있고,
- 상기 균형 질량체(30, 30a)는 상기 액추에이터(24, 24a, 24b, 24d)가 활성화될 때 발생하는 상기 조작 요소(14)의 이동의 결과 상기 하우징(12)에 작용하는 힘을 실질적으로 상쇄 및/또는 방지 및/또는 댐핑시키기 위해 움직일 수 있고,
- 상기 액추에이터(24, 24a, 24b, 24d)는,
- 탄성 재료, 특히 스프링 강을 포함하고 제1 외부 표면(42) 및 제2 외부 표면(44)을 갖는 지지 스트립(support strip)(32, 32a)으로서,
- 상기 지지 스트립(32, 32a)은 제1 부착 부분(40), 제2 부착 부분(44), 및 상기 2개의 부착 부분(40, 44) 사이에 배열된 제1 중간 부분(48)으로 형성된 적어도 하나의 분할 그룹(38)을 갖고, 상기 제1 부착 부분(40), 상기 제1 중간 부분(48), 및 상기 제2 부착 부분(44)은 상기 지지 스트립(32, 32a)의 길이 방향 범위에서 연속적으로 배열되고,
- 상기 길이 방향 범위에서 복수의 인접한 분할 그룹(38)이 있는 경우, 상기 지지 스트립(32, 32a)은 하나의 분할 그룹(38)의 상기 제2 부착 부분(44)과 상기 인접한 분할 그룹(38)의 상기 제1 부착 부분(40) 사이에 제2 중간 부분(50)을 갖는, 상기 지지 스트립(32, 32a); 및
- 상기 지지 스트립(32, 32a)에 전단 저항 방식으로 연결된 제1 및 제2 전기적으로 제어 가능한 압전 요소(34, 36)로서, 상기 압전 요소 각각은 - 상기 지지 스트립(32, 32a)의 길이 방향 범위에서 고려할 때 - 상기 압전 요소(34, 36)가 전기적으로 작동하지 않을 때에는 제1 길이 값을 취하고, 전기적으로 작동할 때에는 상기 제1 길이 값과 다른 제2 길이 값을 취하는 길이를 갖는, 상기 제1 및 제2 전기적으로 제어 가능한 압전 요소(34, 36)를 구비하고,
- 적어도 하나의 제1 압전 요소(34)는 상기 지지 스트립(32, 32a)의 제1 부착 부분(40)에서 상기 제1 외부 표면(42) 상에 배열되고, 적어도 하나의 제2 압전 요소(36)는 상기 지지 스트립(32, 32a)의 제2 부착 부분(44)에서 상기 제2 외부 표면(46) 상에 배열되고,
- 상기 지지 스트립(32, 32a)의 상기 제1 중간 부분(48) 및 만약 제공된다면, 상기 제2 중간 부분(50)은 상기 지지 스트립(32, 32a)을 고정하기 위해 상기 하우징(12)에 기계적으로 결합되고,
- 상기 지지 스트립(32, 32a)은 제1 부착 부분(40)에서 상기 조작 요소(14)에 기계적으로 결합되고, 제2 부착 부분(14)에서 상기 균형 질량체(30)에 기계적으로 결합되는, 상기 균형 질량체(30, 30a); 및
- 상기 지지 스트립(32, 32a)의 양측에 배열된 상기 조작 요소(14)와 상기 균형 질량체(30)가 서로 제1 거리를 갖는 비활성화된 상태로부터, 상기 조작 요소(14)와 상기 균형 질량체(30)가 반대 방향으로 변위되어, 파형의 활성화된 상태로 상기 지지 스트립(32, 32a)을 이동시키기 위해 및 상기 지지 스트립(32, 32a)을 상기 활성화된 상태로부터 다시 상기 비활성화된 상태로 이동시키기 위해 상기 압전 요소(34, 36)를 작동시킬 수 있는 제어 유닛(74)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제1항에 있어서, 상기 지지 스트립(32, 32a)은 상기 비활성화된 상태에서 기준선을 따라 연장되고, 상기 지지 스트립(32, 32a)의 파형 형태(56)는, 상기 지지 스트립이 활성화된 상태에서, 상기 기준선의 일측 상에 제1 반파부(half wave)(58)를 갖고, 상기 기준선의 반대 측 상에 제2 반파부(60)를 갖고,
상기 지지 스트립(32, 32a)의 각각의 제1 부착 부분(40)은 상기 기준선을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 제1 압전 요소(34), 및 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선을 향하는 - 제2 외부 표면(46)을 갖는 제1 반파부(58)을 형성하고,
상기 지지 스트립(32, 32a)의 각각의 제2 부착 부분(44)은 상기 기준선을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 제2 압전 요소(36), 및 상기 기준선을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 제2 외부 표면(46)을 갖는 제2 반파부(60)를 형성하는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 스트립(32, 32a)은 상기 길이 방향 범위에서 각각의 대향 단부(70, 72, 72a)에 제2 중간 부분(50)이 제공되고, 상기 제2 중간 부분 옆에는 제1 부착 부분(40)이 배열되고, 상기 제1 부착 부분은 인접한 제2 부착 부분(44)으로부터 제1 또는 제2 중간 부분(48, 50)에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 스트립(32, 32a)은 각각의 측방 에지에 상기 하우징(12)에 체결되기 위한 제1 장착 플랜지(62)가 제공되고, 상기 장착 플랜지(62)는 브리지(70)에 의해 상기 제1 중간 부분(48) 및 만약 제공된다면 제2 중간 부분(50)에 연결되고, 상기 브리지(70)들 사이에 그리고 상기 지지 스트립(32, 32a)의 측방 에지에 인접하여 배열된 리세스(66, 68)가 상기 지지 스트립(32, 32a) 및/또는 상기 장착 플랜지(62)에 형성되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제4항에 있어서, 상기 제1 장착 플랜지(62)는 상기 지지 스트립(32, 32a)과 관련하여 그 측면에 대해 각지게, 특히 그 측면에 대해 직각으로 연장되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 스트립(32, 32a)은 길이 방향 범위에서 각각의 대향 단부(72)에 상기 하우징(12)에 체결되기 위한 제2 장착 플랜지(64, 64a)가 제공되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제6항에 있어서, 상기 제2 장착 플랜지(64, 64a)는 상기 지지 스트립(32, 32a)과 관련하여 측면에 대해 각지게, 특히 그 측면에 대해 직각으로 각각으로 연장되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 스트립(32, 32a)을 상기 하우징(12) 내에/상에 고정하기 위한 연결 요소(62a)가 상기 제1 중간 부분(48) 및 만약 제공된다면 제2 중간 부분(50)에서 상기 지지 스트립(32, 32a)으로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제8항에 있어서, 상기 균형 질량체(30a)는 재료 스트립 몸체로 형성되고, 상기 균형 질량체는 상기 연결 요소(62)가 유격을 갖고 관통하여 연장되는 리세스(80)를 갖는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 스트립(32, 32a)이 활성화된 상태에서, 상기 제2 반파부(60)의 진폭(78)에 대한 상기 제1 반파부(58)의 진폭(76)의 비율은 상기 균형 질량체(30, 30a)의 중량에 대한 상기 조작 요소(14)의 중량의 비율에 반비례하는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 균형 질량체(30, 30a)는 재료 스트립으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(24, 24a, 24b, 24d)는 상기 조작 요소(14)의 제1 에지 부분(26)을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
장치용, 예를 들어, 차량 요소용, 특히 인간-기계 인터페이스(MMI 또는 HMI)용 조작 유닛으로서,
- 터치스크린 또는 터치패드 또는 디스플레이 또는 터치스크린 또는 디스플레이의 커버 판과 같은, 조작 필드(16)를 갖는 조작 요소(14)를 갖고, 장치, 특히 차량 계기판 또는 차량 센터 콘솔 내에 체결되거나 및/또는 장치에 체결되도록 의도된 하우징(12)으로서,
- 상기 조작 요소(14)는 상기 하우징(12)에 탄성적으로 장착되는, 상기 하우징(12);
- 상기 조작 요소(14)의 조작을 식별하기 위한 센서(20);
- 상기 조작 요소(14)의 조작이 식별된 경우 상기 조작 요소(14)를 기계적으로 여기시키기 위한 액추에이터(24c); 및
- 상기 하우징(12) 내에/상에 이동 가능하게 장착되는 균형 질량체(30)로서,
- 상기 균형 질량체(30)는 상기 조작 요소(14)의 조작이 식별된 경우에 상기 액추에이터(24c) 또는 액추에이터에 의해 기계적으로 여기될 수 있고,
- 상기 균형 질량체(30)는 상기 액추에이터(24c)가 활성화될 때 발생하는 상기 조작 요소(14)의 이동의 결과 상기 하우징(12)에 작용하는 힘을 실질적으로 상쇄 및/또는 방지 및/또는 댐핑시키기 위해 움직일 수 있고,
- 상기 액추에이터(24c)는,
- 탄성 재료, 특히 스프링 강을 포함하고 제1 외부 표면(42c) 및 제2 외부 표면(46c)을 갖는 제1 지지 스트립(32c)으로서,
- 상기 제1 지지 스트립(32c)은 2개의 제1 부착 부분(40c), 및 상기 2개의 제1 부착 부분 사이에 각각 배열된 제2 부착 부분(44c)을 갖는 적어도 하나의 분할 그룹(38c)을 갖고, 상기 부착 부분(40c, 44c)은 상기 제1 지지 스트립(32c)의 길이 방향 범위에서 연속적으로 배열되는, 상기 제1 지지 스트립(32c);
- 상기 제1 지지 스트립(32c)과 평행하게 연장되고 탄성 재료, 특히 스프링 강을 포함하는 제2 지지 스트립(32'c)으로서, 상기 제2 지지 스트립(32'c)은 상기 제1 지지 스트립(32c)의 상기 제1 외부 표면(42c)을 향하는 제1 외부 표면(32c), 및 상기 제1 지지 스트립(32c)의 상기 제1 외부 표면(42c)과는 반대쪽을 향하는 제2 외부 표면(46c)을 갖고,
- 상기 제2 지지 스트립(32'c)은 2개의 제1 부착 부분(40c)과 상기 2개의 제1 부착 부분 사이에 배열된 제2 부착 부분(44c)을 갖는 적어도 하나의 분할 그룹(38c)을 포함하고, 상기 부착 부분(40c, 44c)은 상기 제2 지지 스트립(32c)의 길이 방향 범위에서 연속적으로 배열되는, 상기 제2 지지 스트립(32'c);
- 상기 2개의 지지 스트립(32c, 32'c)을 서로 연결하고, 상기 2개의 지지 스트립(32c, 32'c)을 고정시키기 위해 상기 하우징(12)에 연결되는 연결 요소(82)로서, 상기 연결 요소(82)는 상기 제1 지지 스트립의 상기 제1 외부 표면(32c)에서의 상기 제1 지지 스트립(32c)의 제1 부착 부분(40c)을, 상기 제2 지지 스트립의 상기 제1 외부 표면(42c)에서의 상기 제2 지지 스트립(32'c)의 제1 부착 부분(40c)에 연결시키는, 상기 연결 요소(82);
- 상기 2개의 지지 스트립(32c, 32'c)에 전단 저항 방식으로 연결된 제1 및 제2 전기적으로 작동 가능한 압전 요소(34c, 36c)로서, 상기 압전 요소 각각은 - 상기 지지 스트립(32c, 32'c)의 길이 방향 범위에서 고려할 때 - 상기 압전 요소(34c, 36c)가 전기적으로 작동하지 않을 때에는 제1 길이 값을 취하고, 전기적으로 작동할 때에는 상기 제1 길이 값과는 다른 제2 길이 값을 취하는 길이를 갖는, 상기 제1 및 제2 전기적으로 작동 가능한 압전 요소(34c, 36c)를 구비하고,
- 적어도 하나의 제1 압전 요소(34c)는 상기 제1 지지 스트립(32c)의 각각의 제1 부착 부분(40c)에서 상기 제2 외부 표면(46c) 상에 배열되고, 적어도 하나의 제2 압전 요소(36c)는 상기 제1 지지 스트립(32c)의 각각의 제2 부착 부분(44c)에서 상기 제1 외부 표면(42c) 상에 배열되고, 적어도 하나의 제1 압전 요소(34c)는 상기 제2 지지 스트립(32'c)의 각각의 제1 부착 부분(40c)에서 상기 제2 외부 표면(46c) 상에 배열되고, 적어도 하나의 제2 압전 요소(36c)는 상기 제2 지지 스트립(32'c)의 각각의 제2 부착 부분(44c)에서 상기 제1 외부 표면(42c) 상에 배열되고,
- 상기 제1 지지 스트립(32c)은 각각의 제2 부착 부분(44c)에서 상기 조작 요소(14)에 기계적으로 결합되고, 상기 제2 지지 스트립(32'c)은 각각의 제2 부착 부분(44c)에서 상기 균형 질량체(30)에 기계적으로 결합되는, 상기 균형 질량체(30); 및
- 상기 2개의 지지 스트립(32c, 32'c)과 상기 연결 요소(82)로 형성된 배열체의 양측에 배열된 상기 조작 요소(14)와 상기 균형 질량체(30c)가 서로 제1 거리를 갖는 비활성화된 상태로부터, 상기 조작 요소(14)와 상기 균형 질량체(30c)가 반대 방향으로 변위되어, 상기 조작 요소(14)와 상기 균형 질량체(30c)가 상기 제1 거리와는 다른 제2 거리를 갖는 파형의 활성화된 상태로 두 지지 스트립(32c, 32'c)을 이동시키기 위해 및 상기 지지 스트립(32c, 32'c)을 상기 활성화된 상태로부터 다시 상기 비활성화된 상태로 이동시키기 위해 상기 압전 요소(34c, 36c)를 작동시킬 수 있는 제어 유닛(74)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제13항에 있어서, 상기 비활성화된 상태에서 상기 2개의 지지 스트립(32c, 32'c)은 각각 기준선을 따라 연장되고, 상기 활성화된 상태에서 상기 2개의 지지 스트립(32c, 32'c)의 파형 형태(56)는 상기 관련 기준선의 일측에 제1 반파부(58), 및 상기 관련 기준선의 반대 측에 제2 반파부(60)를 갖고,
상기 제1 지지 스트립(32c)의 각각의 제1 부착 부분(40c)은 상기 제1 지지 스트립(32c)의 기준선을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 제1 압전 요소(34c), 및 상기 제1 지지 스트립(32c)의 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선을 향하는 - 제1 외부 표면(42c)을 갖는 제1 반파부(58)를 형성하고,
상기 제1 지지 스트립(32c)의 각각의 제2 부착 부분(44c)은 상기 제1 지지 스트립(32c)의 상기 기준선을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 제2 압전 요소(36c), 및 상기 제1 지지 스트립(32c)의 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선을 향하는 - 제1 외부 표면(42c)을 갖는 제2 반파부(60)를 형성하고,
상기 제2 지지 스트립(32'c)의 각각의 제1 부착 부분(40c)은 상기 제2 지지 스트립(32'c)의 상기 기준선을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 제1 압전 요소(34c), 및 상기 제2 지지 스트립(32'c)의 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선을 향하는 - 제1 외부 표면(42c)을 갖는 제1 반파부(58)를 형성하고,
상기 제2 지지 스트립(32'c)의 각각의 제2 부착 부분(44c)은 상기 제2 지지 스트립(32'c)의 상기 기준선을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 제2 압전 요소(36c), 및 상기 제2 지지 스트립(32'c)의 상기 기준선과는 반대쪽을 향하는 - 또는 대안적으로 상기 기준선을 향하는 - 제2 외부 표면(46c)을 갖는 제2 반파부(60)를 형성하는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 연결 요소(82)는 상기 2개의 지지 스트립(32c, 32'c) 사이의 갭에 배열되고, 상기 지지 스트립(32c, 32'c)이 점유하는 영역 밖에서 상기 하우징(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 두 지지 스트립(32c, 32'c)이 활성화된 상태에서, 상기 제2 지지 스트립(32c, 32'c)의 제1 및 제2 반파부(58, 60)의 진폭(76, 78)의 합에 대한 상기 제1 지지 스트립(32c)의 상기 제1 및 제2 반파부(58, 60)의 진폭(76, 78)의 합의 비율은 상기 균형 질량체(30c)의 중량에 대한 상기 조작 요소(14)의 중량의 비율에 반비례하는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(24c)는 상기 조작 요소(14)의 제1 에지 부분(26)을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
- 각각의 지지 스트립(32c, 32'c)은 적어도 하나의 다른 분할 그룹(38c, 38'c)을 갖고, 상기 적어도 하나의 다른 분할 그룹은 제1 부착 부분(40c) 및 제2 부착 부분(44c)을 포함하고, 상기 제2 부착 부분은 인접한 분할 그룹(38c)의 제1 부착 부분(40c) 옆에 배열되고,
- 상기 연결 요소(82)는 각각의 다른 분할 그룹(38'c)의 상기 제1 부착 부분(40c)에서 상기 2개의 지지 스트립(32c, 32'c)을 연결하고,
- 상기 조작 요소(14)는 각각의 다른 분할 그룹(38'c)의 상기 제2 부착 부분(44c)에서 상기 제2 외부 표면(46c)에서 상기 제1 지지 스트립(32c)에 기계적으로 결합되고, 상기 균형 질량체(30c)는 각각의 다른 분할 그룹(38'c)의 상기 제1 부착 부분(40c)에서 상기 제2 외부 표면(46c)에서 상기 제2 지지 스트립(32'c)에 기계적으로 결합되고,
- 제1 압전 요소(34c)는 각각의 다른 분할 그룹(38'c)의 상기 제1 부착 부분(40c)에서 각각의 지지 스트립(32c, 32'c)의 상기 제2 외부 표면(46c)에서 관련 지지 스트립(32c, 32'c)에 전단 저항 방식으로 연결되고, 제2 압전 요소(36c)는 각각의 다른 분할 그룹(38'c)의 상기 제2 부착 부분(44c)에서 각각의 지지 스트립(32c, 32'c)의 상기 제1 외부 표면(42c)에서 상기 관련 지지 스트립(32c, 32'c)에 전단 저항 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(24)는 압전 액추에이터로 형성되고, 전기적으로 여기 가능한 압전 세라믹 요소, 및 상기 압전 세라믹 요소의 선형 신장(이후 길이의 감소)을 상기 조작 요소(14)의 움직임으로 변환하기 위한 기계적 기어 메커니즘을 포함하고, 상기 기계적 기어 메커니즘은 상기 균형 질량체(30) 및/또는 상기 균형 질량체(30)의 일부를 형성하는 적어도 하나의 기어 메커니즘 요소 및/또는 상기 조작 요소(14)의 탄성 장착 및 상기 조작 요소(14)의 탄성 장착을 형성하는 적어도 하나의 다른 기어 메커니즘 요소를 갖는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.