JP2017162458A - 重量のあるフローティングタッチスクリーンハプティクスアセンブリを可能にする方法及び装置、並びに受動制動システム - Google Patents

Abstract

【課題】重量のあるフローティングタッチスクリーンアセンブリにおいて、ハプティック効果を提供する。【解決手段】アクチュエーター増幅装置１０８は、ハウジング構成要素１０６と、ハウジング構成要素に結合し、力及び変位を与えるプッシュプルアクチュエーター１０２と、レバーアーム１１２及び支点部１１４を含むレバー構成要素１１０と、レバーアーム１１２に結合されたハプティックタッチ面とを備える。プッシュプルアクチュエーター１０２からハプティックタッチ面に伝達される変位の量は、レバー構成要素１１０によって低減する。プッシュプルアクチュエーター１０２からハプティックタッチ面に伝達される力の量は、レバー構成要素１１０によって増大する。ハプティックタッチ面が材料止めに接触すると、材料止めは圧縮され、ハプティックタッチ面の勢いを減衰させるようなヒステリシスを示す。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、包括的にはフローティングタッチスクリーンアセンブリに関し、より詳細には、重量のあるフローティングタッチスクリーンアセンブリに対するハプティック（haptic：触覚）効果を可能にする又は向上させる構成要素に関する。

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年２月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／３００，７２２号、及び２０１７年２月７日に出願された米国特許出願第１５／４２４，０１２号の出願日の米国特許法第１１９条（ｅ）による利益を主張し、それらの出願の内容は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。

ハプティクスは、ユーザーに対して、力、振動及び運動等のハプティックフィードバック効果（すなわち、「ハプティック効果」）を与えることによりユーザーの触覚を利用する、触覚及び力のフィードバック技術である。モバイルデバイス、タッチスクリーンデバイス、タッチパッドデバイス及びパーソナルコンピューター等のデバイスは、ハプティック効果を生成するように構成することができる。概して、ハプティック効果を生成することができる組込みハードウェア（アクチュエーター等）に対する呼出しは、デバイスのオペレーティングシステム（「ＯＳ」）内でプログラムすることができる。これらの呼出しは、いずれのハプティック効果を再生するべきであるかを指定する。例えば、ユーザーが、例えばボタン、タッチスクリーン、タッチパッド、レバー、ジョイスティックホイール又は他の何らかの制御装置を用いてデバイスとインタラクトする（interact：対話する）とき、デバイスのＯＳは、制御回路を通して組込みハードウェアに再生コマンドを送ることができる。そして、組込みハードウェアは、適切なハプティック効果を生成する。

自動車環境では、ハプティクスは、自動車環境においてより確かでありかつ安全なユーザーエクスペリエンスを生成するのに役立つように触感フィードバックを提供することができる。ハプティクスの自動車応用には、回転つまみ、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチスクリーンが含まれている。自動車環境におけるタッチスクリーンの使用は増加している。タッチスクリーンは、ナビゲーションシステムに対して自然なインターフェースであり、触感フィードバックは、ナビゲーションシステムのヒューマン−マシンインターフェースの特定の特徴とともに、全体的なタッチスクリーンの有用性を向上させる。ユーザーは、より直観的なインタラクション、安全性の向上のための視認時間の短縮、及び省スペース設計を体験する。タッチスクリーンは、タッチスクリーンの移動を可能にするサスペンションに取り付けられているため、タッチスクリーンボタンは、ユーザーがタッチスクリーンを通して実際に感じることができる触覚パルスを送り、それにより、ユーザーは、すばやく視認しタッチスクリーンに触れることによりアイコンを選択することができる。さらに、近接検知技術を使用することにより、タッチスクリーンに近づく手を検出することができる。アイコンが押されると、タッチスクリーンは、コマンドの受取りを確認するようにパルス（振動）し、人が安全に道路から目を離さずにいることが可能になる。したがって、ハプティックタッチスクリーン又はタッチパッドの物理的なフィードバックにより、運転手はタッチスクリーン又はパッドを見ることなくシステムを操作することができる。Ｃａｄｉｌｌａｃ ＣＵＥ（登録商標）及びＡｃｕｒａ ＲＬＸ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅ Ｄｉｓｐｌａｙ（登録商標）は、２つの自動車用ハプティックタッチスクリーンアプリケーションである。Ｌｅｘｕｓ ＮＸは、ハプティックタッチパッドアプリケーションを利用している。

自動車環境で使用されるタッチスクリーンは、大型ディスプレイであり、他のハプティックタッチスクリーンより重量がある可能性がある。例えば、１０インチディスプレイが望ましい場合があり、システムは、視認性をより向上させるために光学接合（optical bonding：オプティカルボンディング）によってタッチパネルに固定されるＬＣＤを含む場合があるため、約５００ｇの重量がある可能性がある。タッチスクリーン又はパネルはフローティングスクリーンと呼ばれる場合があり、それは、ハプティック効果が生成される際にタッチスクリーンが移動することができるように、サスペンションシステムに取り付けられているためである。フローティングシステムデバイスにハプティクスを与えるために、小さい移動又は運動及び加速のための大きい力が必要である。タッチスクリーン及びそのアセンブリ等の可動質量体が大きく及び／又は重くなるに従い、必要な力は、費用効率が高いソレノイド又はプッシュプルアクチュエーターが提供することができる力を超えて増大する。その結果、この必要な力をもたらすために複数のソレノイド又はプッシュプルアクチュエーターが必要となり、それは、費用効率が低く、はるかに多くの空間を占める。したがって、要求される必要な変位及び加速をもたらすためにより大きい力で重量のある可動質量体を移動させることができるアクチュエーター増幅機構が必要とされる。

現行の作動技術における別の問題は、より効率的かつ費用効率の高い制動機構が必要であるということである。現在、制動は、能動制動のプロセスを通して行うことができる。これは、質量体を最初に移動させるために使用されたものと同じアクチュエーターに反転信号を送ることによって行われる。しかしながら、この方法の問題は、正確な反転信号を送るために必要な測定要件に起因して、実施することが非常に困難である、ということである。測定及び計算は、達成することが非常に困難であるだけでなく、生成される制動力は、アクチュエーターの強度及びその能力によって制限される。その結果、これによって、制限された制動力しか生成されず、それにより、可動質量体は、完全に停止する前に移動又は振動し続けることが可能とされる。

受動摩擦制動によってこの問題を解決しようという試みもなされた。これは、固定された質量体に取り付けられた材料が、可動質量体に取り付けられた材料の上に押し付けられ、可動質量体が、接地された（grounded）質量体に対して移動する際に移動に抵抗する摩擦力をもたらす場合に達成される。これにより、作動力が取り除かれると、可動質量体は減速する。これらの２つの材料の間の摩擦は、摩擦面に対して垂直に加えられる力によって、かつ互いにこすれ合う２つの材料の静的及び動的摩擦係数によって制御される。しかしながら、これもまた実施が非常に困難である可能性がある。なぜなら、可動質量体に摩擦を加える必要があり、この摩擦力は、表面に対して垂直に加えられる力によって著しく変化する可能性があるためである。さらに、この解決法は、摩擦力がハプティック効果の持続時間を通して常に反対の運動であるため、より強力なアクチュエーターの使用が必要であるために、実施が困難である可能性がある。したがって、こうした限界のない、より有効な制動を可能にすることができる制動機構もまた必要とされる。

本発明の実施形態は、プッシュプルアクチュエーターによって提供されるハプティック効果を増幅するシステムに関する。本発明の実施形態によれば、システムは、力及び変位を与えるように構成されたプッシュプルアクチュエーターと、アクチュエーター増幅装置とを含む。アクチュエーター増幅装置は、ハウジング構成要素にアクチュエーター増幅装置を取り付けるように構成されたアクチュエーター取付台と、レバーアーム及び支点部を含むレバー構成要素と、レバーアームに結合され、かつアクチュエーター増幅装置を可動質量体に取り付けるように構成された出力インターフェースとを備える。プッシュプルアクチュエーターは、アクチュエーター取付台内に配置されている。レバーアームは、プッシュプルアクチュエーターに結合されてプッシュプルアクチュエーターから力を受け取る第１の端部と、支点部に結合された反対側の第２の端部とを有する。レバーは、プッシュプルアクチュエーターから力を受け取ると支点部で枢動するように構成されている。レバー構成要素は、プッシュプルアクチュエーターによって可動質量体に与えられる変位を伝達しかつ低減させ、レバー構成要素はまた、プッシュプルアクチュエーターによって可動質量体に与えられる力を伝達しかつ増幅する。

本発明の別の実施形態によれば、システムは、ハウジング構成要素と、力及び変位を与えるように構成されたプッシュプルアクチュエーターと、レバーアーム及び支点部を含むレバー構成要素と、出力インターフェースを介してレバーアームに結合されたハプティックタッチ面とを備える。プッシュプルアクチュエーターは、アクチュエーター取付台を介してハウジング構成要素に結合されている。レバーアームは、プッシュプルアクチュエーターに結合されてプッシュプルアクチュエーターから力を受け取る第１の端部と、支点部に結合された反対側の第２の端部とを有し、それにより、レバーは、プッシュプルアクチュエーターから力を受け取ると支点部で枢動するように構成されている。プッシュプルアクチュエーターからハプティックタッチ面に伝達される変位の量は、レバー構成要素によって低減し、プッシュプルアクチュエーターからハプティックタッチ面に伝達される力の量は、レバー構成要素によって増大する。

本発明の別の実施形態によれば、システムは、ハウジング構成要素と、ハウジング構成要素に結合されてそれに対して移動可能である可動質量体と、ハウジング構成要素に対して可動質量体を移動させる力を与えるように構成されたアクチュエーターと、ハウジング構成要素に結合された材料止めとを備える。材料止めは、可動質量体が材料止めに接触すると可動質量体の勢いを減衰させるように構成されている。材料止めは、可動質量体が材料止めに接触すると圧縮され、圧縮された材料止めは、可動質量体の勢いを減衰させるようなヒステリシスを示す。

本発明の上述した特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付図面に図示されているような本発明の実施形態の以下の説明から明らかとなろう。

本発明の一実施形態によるアクチュエーター増幅装置の上面図であり、アクチュエーター増幅装置は、レバーアーム及び支点部を含むレバー構成要素を含み、レバー構成要素は、プッシュプルアクチュエーターによって可動質量体に与えられる変位を伝達しかつ低減させるように構成され、またプッシュプルアクチュエーターによって可動質量体に与えられる力を伝達し増幅するようにも構成されている。 可動質量体が上に配置されかつ結合されている、図１のアクチュエーター増幅装置の上面図である。 単に例示の目的でアクチュエーター増幅装置から取り除かれている、図１のレバー構成要素のその動作を例示するための拡大図である。 図１のアクチュエーター増幅装置が組み込まれている、ハプティックデバイスの組立分解斜視図である。 本発明の別の実施形態によるアクチュエーター増幅装置を備えたハプティックデバイスの組立分解斜視図であり、アクチュエーター増幅装置はハプティックデバイス内で、それが与えるか又は出力する増幅された力がｚ軸に沿って上方向及び／又は下方向における力であるように方向付けられている。 図４Ａのハプティックデバイスのタッチスクリーンとハウジング構成要素との間に配置された図４Ａのアクチュエーター増幅装置のその動作を例示するための側面図である。 本発明の別の実施形態によるシステムの断面図であり、システムは、可動質量体が接触したときにその可動質量体の勢いを減衰させるように構成された材料止めを含み、システムは、可動質量体の上向きの運動を可能にする。 図５の材料止めのないシステムに適用されたハプティック効果のグラフ図である。 材料止めのある図５のシステムに適用されたハプティック効果のグラフ図である。 材料止めのある図５のシステムに逐次適用された２つのハプティック効果のグラフ図である。 本発明の別の実施形態によるシステムの断面図であり、システムは、可動質量体が接触したときにその可動接触体の勢いを減衰させるように構成された材料止めを含み、システムは、可動質量体の下向きの運動を可能にする。 本発明の別の実施形態によるシステムの断面図であり、システムは、可動質量体が接触したときにその可動接触体の勢いを減衰させるように構成された材料止めを含み、システムは、可動質量体の横方向の運動を可能にする。

本明細書に組み込まれかつ本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明の原理を説明し、かつ関係する技術分野における当業者が本発明を作成し使用するのを可能にするのに更に役立つ。図面は一定の縮尺にはなっていない。

ここで、本発明の具体的な実施形態について、図を参照して説明する。図では、同様の参照符号が同じか又は機能的に同様の要素を示す。以下の詳細な説明は、本質的に単に例示的なものであり、本発明又は本発明の応用及び使用を限定するようには意図されていない。さらに、上記の技術分野、背景技術、発明の概要又は以下の詳細な説明に提示されているいかなる明示された又は暗示された理論によっても拘束される意図はない。さらに、本明細書に記載する実施形態は、主に、重量のあるフローティングタッチスクリーンアセンブリで使用されるアクチュエーター増幅装置に関するが、当業者は、本明細書が他の可動質量体に等しく適用されることを理解するであろう。本明細書に例示するアクチュエーター増幅装置の実施形態は、タッチ面又はタッチ要素の後方にグラフィカルディスプレイが配置されているタッチスクリーンの文脈内で記載する。しかしながら、本発明は、こうしたタッチスクリーン用のアクチュエーター増幅装置に限定されず、任意の触覚的に励起されるタッチ面又はタッチ要素にも等しく適用可能であることが理解されよう。例えば、アクチュエーター増幅装置は、ディスプレイ画面がタッチパッドと同一場所に配置されていないコンピューターのタッチパッドに適用することができる。静電容量式センサー、近接場効果センサー、圧電センサー又は他のセンサー技術によって生成することができる少なくとも１つのタッチセンシティブ領域又はタッチセンシティブ領域のアレイを備えたタッチ要素に適用することができる。グラフィカル要素は、タッチ要素の後方又は別個の場所に位置しホストコンピューターによって更新されるディスプレイとすることができ、又は、単に、関連するタッチ要素のタッチセンシティブ領域を示す特徴（例えば、グラフィックス）を含むプラスチック面とすることができる。したがって、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲で使用する場合のハプティックタッチ面という用語は、従来のタッチスクリーンとともに、ハプティック効果を適用することができる任意のタッチ面又はタッチ要素及び関連するグラフィカル要素を包含するように解釈されるべきである。

図１は、ソレノイド又はプッシュプルアクチュエーター１０２によって与えられるハプティック効果を増幅するシステム１００の上面図である。システム１００は、本発明の一実施形態によるアクチュエーター増幅装置１０８を含み、図１は、固定質量体すなわちハウジング構成要素１０６の一部に結合されたアクチュエーター増幅装置１０８を示す。図２は、可動質量体すなわちハプティックタッチ面１０４の上面縮小図であり、ハプティックタッチ面１０４は、アクチュエーター増幅装置１０８がハウジング構成要素１０６の中に封入されるか又はハウジング構成要素１０６とハプティックタッチ面１０４との間に配置されるように、ハウジング構成要素１０６の上に配置されている。本明細書においてより詳細に説明するように、アクチュエーター増幅装置１０８は、レバーアーム１１２及び支点部１１４を有するレバー構成要素１１０を備える。レバー構成要素１１０は、プッシュプルアクチュエーター１０２によってハプティックタッチ面１０４に与えられる変位を伝達しかつ低減させるように構成され、また、プッシュプルアクチュエーター１０２によってハプティックタッチ面１０４に与えられる力を伝達しかつ増幅するようにも構成されている。言い換えれば、レバー構成要素１１０は、プッシュプルアクチュエーター１０２によって与えられる大きい移動／小さい力を受け取り、レバー構成要素１１０の使用を通してそれを小さい移動／大きい力に変換する。プッシュプルアクチュエーター１０２の出力される力を機械的に変更するか又は増大させることにより、レバー構成要素１１０は、レバー構成要素１１０の使用を通して重量のあるフローティングタッチスクリーン及びタッチ面ハプティクスアセンブリを可能にする。レバー構成要素１１０は、個々の力要件に対して又は任意の標準プッシュプルアクチュエーターに対して設計することができる。レバー構成要素１１０は、アクチュエーターの出力される力と設計のハプティック要件とによってのみ制限される力を与えるように設計されている。

より詳細には、図１を参照すると、アクチュエーター増幅装置１０８は、プッシュプルアクチュエーター１０２をハウジング構成要素１０６に取り付けるように構成されたアクチュエーター取付台１１６と、レバー構成要素１１０と、レバー構成要素１１０をハプティックタッチ面１０４に取り付けるように構成された出力インターフェース１１８とを備える。アクチュエーター取付台１１６は、ハウジング構成要素１０６に取り付けられるか又はそれと一体的に形成され、アクチュエーター取付台１１６の中又は上にプッシュプルアクチュエーター１０２を受け入れることによって、プッシュプルアクチュエーター１０２をハウジング構成要素１０６に結合するように構成されている。本発明の一実施形態では、ハウジング構成要素１０６は、自動車のダッシュボードフレームであり、ハプティックタッチ面１０４は、ハウジング構成要素１０６に対して移動するように構成されたタッチスクリーンである。一実施形態では、ハプティックタッチ面１０４は、２００グラム〜２０００グラムの重量である。ハウジング構成要素１０６は据付構成要素であり、それは、プッシュプルアクチュエーター１０２を介して動かされるように意図又は構成されておらず、本発明の一実施形態では、システム１００の構成要素を少なくとも部分的に封入しかつ保護するケーシングであることを意味する。しかしながら、ハウジング構成要素１０６は、任意のタイプの固定又は接地された質量体とすることができ、ハプティックタッチ面１０４は、任意のタイプの可動質量体とすることができる。本明細書で用いる「固定質量体」という用語は、プッシュプルアクチュエーター１０２を介して動かされるように意図又は構成されていない据付構成要素を含み、本明細書で用いる「可動質量体」という用語は、固定質量体に対してプッシュプルアクチュエーター１０２を介して動かされるように意図又は構成されている構成要素を含む。

レバー構成要素１１０は、（固定質量体すなわちハウジング構成要素１０６に結合された）アクチュエーター取付台１１６と（可動質量体すなわちハプティックタッチ面１０４に結合された）出力インターフェース１１８との間に延在している。レバー構成要素１１０のレバーアーム１１２は、プッシュプルアクチュエーター１０２に結合されてそこから力を受け取る第１の端部１１１と、レバー構成要素１１０の支点部１１４に結合された反対側すなわち第２の端部１１３とを有している。支点部１１４は、ハウジング構成要素１０６の一部に取り付けられている。より詳細には、プッシュプルアクチュエーター１０２の本体１０１が、アクチュエーター取付台１１６内に又は上に配置され、レバーアーム１１２の第１の端部１１１は、プッシュプルアクチュエーター１０２のプランジャー１０３に結合されている。例えばピンである場合がある出力インターフェース１１８が、レバーアーム１１２にその第２の端部１１３に隣接して結合され、ハプティックタッチ面１０４に取り付けられている。本明細書で用いる第２の端部１１３に「隣接」するとは、出力インターフェース１１８が、支点部１１４の動作を干渉しないように、支点部１１４のすぐ横にあるか又はわずかにのみ間隔を空けて配置されていることを含む。ハプティックタッチ面１０４は、ハウジング構成要素１０６に直接取り付けられておらず、出力インターフェース１１８にのみ直接取り付けられている。

図３は、レバー構成要素１１０のその動作及び移動を例示する拡大図であり、レバー構成要素１１０は、単に例示の目的でアクチュエーター増幅装置１０８から取り外されている。プッシュプルアクチュエーター１０２は、力Ｆ_Ｏ及び変位Ｄ_Ｏを与えるか又は出力するように構成されている。例示的な実施形態では、プッシュプルアクチュエーター１０２は、レバーアーム１１２の第１の端部１１１に引張力を与えており、それにより、レバーアーム１１２の第１の端部１１１は変位Ｄ_Ｏの長さを動く、すなわち移動することになる。レバー構成要素１１０は、プッシュプルアクチュエーター１０２から力Ｆ_Ｏを受け取ると支点部１１４で枢動するように構成されている。より詳細には、レバーアーム１１２の第１の端部１１１が引張方向に移動するとき、レバー構成要素１１０は支点部１１４に沿って右回り（時計回り）に枢動する。レバー構成要素１１０の移動により、（レバーアーム１１２にその第２の端部１１３に隣接して結合されている）出力インターフェース１１８もまた移動し、その結果、出力インターフェース１１８に結合されているハプティックタッチ面１０４を移動させる。出力インターフェース１１８は、同様の引張方向に移動するが、出力インターフェース１１８によって動かされる距離は、レバーアーム１１２の第１の端部１１１によって動かされる距離よりはるかに小さい。図３に示すように、出力インターフェース１１８及びそれに結合されたハプティックタッチ面１０４は、変位Ｄ_Ｏではなく低減した変位Ｄ_Ｒの長さにわたって動く、すなわち移動する。したがって、レバー構成要素１１０は、プッシュプルアクチュエーター１０２によってハプティックタッチ面１０４に与えられる変位を伝達しかつ低減させる。言い換えれば、プッシュプルアクチュエーター１０２からハプティックタッチ面１０４に伝達される変位の量は、レバー構成要素１１０によって低減する。本発明の一実施形態では、低減した変位Ｄ_Ｒは、マイクロメートルレベルであるが、低減した変位Ｄ_Ｒの量は、プッシュプルアクチュエーター１０２からの力Ｆ_Ｏの量、レバー構成要素１１０の寸法及び支点部１１４の位置によって決まることが理解されよう。

機械効率のために、レバー構成要素１１０はまた、プッシュプルアクチュエーター１０２によってハプティックタッチ面１０４に与えられる力Ｆ_Ｏを伝達しかつ増幅する。言い換えれば、プッシュプルアクチュエーター１０２からハプティックタッチ面１０４に伝達される力の量は、レバー構成要素１１０によって増大する。より詳細には、レバー構成要素１１０は、プッシュプルアクチュエーター１０２からの入力される動力を保存し、移動に抗する力と引き換えに（trade off）、出力される力において所望の増幅を得る。レバー構成要素１１０に入る動力及びそこから出る動力は同じでなければならず、動力は、力と速度との積である。レバー構成要素１１０が支点部１１４の上で枢動する際、レバーアーム１１２の第１の端部１１１は、レバーアーム１１２の第２の端部１１３より支点部１１４から離れており、したがって、第１の端部１１１は第２の端部１１３より高速に移動する。したがって、レバーアーム１１２の第１の端部１１１に加えられる力Ｆ_Ｏは、レバーアーム１１２の第２の端部１１３において増幅した力Ｆ_Ａまで増幅、すなわち増大する。そして、増幅した力Ｆ_Ａは、出力インターフェース１１８からハプティックタッチ面１０４まで伝達されて、必要な加速度プロファイルをもたらす。したがって、レバー構成要素１１０は、プッシュプルアクチュエーター１０２の出力される力（力Ｆ_Ｏ）に機械効率を掛け合わせ、したがって単独のプッシュプルアクチュエーター１０２に比較して、結合されたプッシュプルアクチュエーター１０２及びレバー構成要素１１０の新たな出力される力（増幅された力Ｆ_Ａ）及び出力される移動（低減した変位Ｄ_Ｒ）がもたらされる。レバー構成要素１１０は、プッシュプルアクチュエーター１０２の出力される力及びプッシュプルアクチュエーター１０２のプランジャー１０３の移動を変更する。

変位Ｄ_Ｏ及び低減した変位Ｄ_Ｒは、レバー構成要素１１０のそれぞれ異なる入力レバー及び出力レバーとみなすことができる。同様に、力Ｆ_Ｏ及び増幅した力Ｆ_Ａは、それぞれ入力レバー及び出力レバーにおいて、それぞれ異なる入力される力及び出力される力とみなすことができる。力Ｆ_Ｏは入力レバーにおける入力であり、増幅した力Ｆ_Ａは、出力レバーにおける出力である。増幅した力Ｆ_Ａには、レバー構成要素１１０の機械効率が掛け合わされる。

したがって、アクチュエーター増幅装置１０８は、プッシュプルアクチュエーター１０２によってハプティックタッチ面１０４に与えられるか又は出力される力を増幅する。アクチュエーター増幅装置１０８は、制限なしに所望の比で力を増幅することができる。例えば、比は、０．００１：１又は１０００：１とすることができ、必要な変更は、出力インターフェースの位置のみである。本発明は、単一のレバー構成要素１１０のみを必要とし、アクチュエーター増幅装置１０８は、より大きいか又はより重量のあるフォームファクターでのハプティクスを可能にし、サイズ制限は、アクチュエーターの能力及び必要なハプティック効果のみに制限される。しかしながら、単一のプッシュプルアクチュエーターで利用されているように記載しているが、当業者により、システムの所望の又は必要な出力される力に応じて、複数のアクチュエーターとともに本明細書に記載するアクチュエーター増幅装置を使用することができることが理解されよう。

図４は、アクチュエーター増幅装置１０８が組み込まれているハプティックデバイス４４０の様々な構成要素の組立分解斜視図である。ハプティックデバイス４４０は、タッチスクリーン４３０に対するハプティックフィードバックを与える。タッチスクリーン４３０に加えて、ハプティックデバイス４４０は、キャリアー４３２と、タッチスクリーン４３０のユーザーにハプティック効果を与えるプッシュプルアクチュエーター１０２と、ダストシール４３４と、ＬＣＤ構成要素４３６と、ハウジング構成要素４３８とを備える。タッチスクリーン４３０及びハウジング構成要素４３８は、タッチスクリーン４３０がハウジング構成要素４３８に対して移動可能であるように互いに結合される。言い換えれば、少なくともタッチスクリーン４３０は可動質量体であり、ハウジング構成要素４３８は固定質量体である。ハプティックデバイス４４０の他の構成要素は、その構成要素のサイズ、位置決め及び特定の構成に応じて、タッチスクリーン４３０に結合されてそれと同時に移動することができる。例えば、１つの実施形態では、キャリアー４３２、ダストシール４３４、ＬＣＤ構成要素４３６及びタッチスクリーン４３０は、これらの構成要素がまとめて可動質量体とみなされるように互いに結合することができる。キャリアー４３２は、鋼若しくはアルミニウム等の板金、又はポリカーボネート若しくはＰＣ−ＡＢＳ等のプラスチック材料から形成することができる。アクチュエーター増幅装置１０８は、上述した出力インターフェース１１８を介して、出力インターフェース１１８がタッチスクリーン４３０に結合されるように、可動質量体の少なくとも１つの構成要素に取り付けられる。アクチュエーター増幅装置１０８のサイズ及び位置決めは、可動質量体に取り付けるための出力インターフェース１１８の所望の位置決めに応じて、図４に示すものから変更することができる。別の実施形態では、キャリアー４３２及びタッチスクリーン４３０は、まとめて可動質量体とみなされるように互いに結合することができる。キャリアー４３２及びタッチスクリーン４３０がまとめて可動質量体であるとき、ＬＣＤ構成要素４３６は、ダストシール４３４が、タッチスクリーン４３０とＬＣＤ構成要素４３６との間の塵埃侵入を防止するように設置されて、任意の好適な方法でハウジング構成要素４３８に結合される。ハウジング構成要素４３８は、概して、コンパートメント又はケーシングであるとみなされるが、任意のタイプの基礎構成要素とすることができる。一実施形態では、ハプティックデバイス４４０は、例えば７インチタッチスクリーンディスプレイを備えた医療デバイスとすることができる。ハプティックデバイス４４０は、例えば、コンピューター、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム機、メディアプレイヤー、プリンター、オフィス電話等、自動車用インターフェース（例えば、タッチスクリーン、タッチパッド又はタッチパネル）を有する多数のデバイスのうちの任意のものとすることができる。ソフトウェアを用いて、ハプティックデバイス４４０のユーザーに対してハプティックフィードバックが与えられる。一実施形態では、タッチスクリーン４３０は、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）等、実行しているアプリケーションプログラム及び／又はオペレーティングシステムに基づいてグラフィカル環境を表示することができる。グラフィカル環境は、例えば、背景、ウィンドウ、データリスト、カーソル、ボタン等のアイコン、及びＧＵＩ環境において既知である他のグラフィカルオブジェクトを含むことができる。ユーザーは、タッチスクリーン４３０の様々な領域にタッチすることによってハプティックデバイス４４０とインタラクトして、画面に表示される仮想グラフィカルオブジェクトを作動させ、移動させ、裏返し（フリップし）、前進させ又は他の方法で操作し、それにより、デバイスに入力を与える。引用することにより本明細書の一部をなすRosenberg他の上記米国特許第８，０５９，１０５号に例示されているように、こうしたタッチスクリーン及びＧＵＩは既知である。

ハプティックデバイス４４０のタッチスクリーン４３０は、ハプティックタッチスクリーンとみなすことができ、なぜなら、ハプティックデバイス４４０に対して、プッシュプルアクチュエーター１０２と、プッシュプルアクチュエーター１０２がユーザーのタッチと協働してタッチスクリーン４３０の所望の動きをもたらすようにする信号をプッシュプルアクチュエーター１０２に与える、関連する制御ハードウェア及びソフトウェアとが提供されているためである。信号は、例えば、仮想ボタン押下又は仮想要素間の衝突に関連してジョルト（jolt：激しい動き）を引き起こすか、又は画面を横切る仮想要素の移動に関連して振動を引き起こすか、又は引用することにより本明細書の一部をなすRosenberg他の上記米国特許第８，０５９，１０５号により詳細に記載されているように他のタイプの画面移動を引き起こすように与えることができる。触感フィードバック、タッチフィードバック及び振動触覚フィードバックとしても知られるこうしたハプティックフィードバック又はハプティック効果により、ハプティックデバイス４４０のユーザーに対してより直観的な、魅力的なかつ自然な体験が可能になり、したがって、ユーザーとハプティックデバイス４４０との間のインタラクションは、ハプティック効果によって与えられる触感フィードバックを通して著しく改善される。

図４の実施形態では、ハプティックデバイス４４０は、タッチスクリーン４３０の横方向運動又は変位を許容する、すなわち可能にするように構成されている。言い換えれば、アクチュエーター増幅装置１０８はハプティックデバイス４４０内で、プッシュプルアクチュエーター１０２がｘ軸に沿って左右にタッチスクリーン４３０を移動させるように方向付けられている。しかしながら、本発明の別の実施形態によれば、プッシュプルアクチュエーター及びアクチュエーター増幅装置は、タッチスクリーン又はハプティックタッチ面をｚ軸に沿って上下に移動させるように構成することができる。より詳細には、図４Ａは、ハプティックデバイス４４０Ａの様々な構成要素の組立分解斜視図である。ハプティックデバイス４４０Ａは、ハプティックデバイス４４０と同じ構成要素を含むが、ハプティックデバイス４４０Ａは、ハプティックデバイス４４０Ａ内でアクチュエーター増幅装置４０８によって与えられるか又は出力される増幅した力がｚ軸に沿って上方向及び／又は下方向であるように方向付けられている、プッシュプルアクチュエーター４０２及びアクチュエーター増幅装置４０８を含むという点が異なる。より詳細には、図４Ｂは、アクチュエーター増幅装置４０８のその動作を例示するための側面図である。単に明確にするために、図４Ｂには、キャリアー４３２、ダストシール４３４、ＬＣＤ構成要素４３６は図示しておらず、図４Ｂは、固定質量体としてのハウジング構成要素４３８と唯一の可動質量体としてのタッチスクリーン４３０とを備えたアクチュエーター増幅装置４０８の動作を示す。しかしながら、図４に関して上述したように、キャリアー４３２、ダストシール４３４、ＬＣＤ構成要素４３６のうちの１つ又は複数は、タッチスクリーン４３０に結合され、それと同時に可動質量体として移動可能とすることができる。アクチュエーター増幅装置４０８は、プッシュプルアクチュエーター４０２をハウジング構成要素４３８に取り付けるように構成されたアクチュエーター取付台４１６と、レバーアーム４１２及び支点部４１４を有するレバー構成要素４１０と、レバー構成要素４１０をタッチスクリーン４３０に結合するように構成された出力インターフェース４１８とを含む。アクチュエーター取付台４１６は、ハウジング構成要素４３８の床４３７に取り付けられるか又は一体的に形成され（図４Ａを参照）、アクチュエーター取付台４１６の中又は上にプッシュプルアクチュエーター４０２を受け入れ、それによりプッシュプルアクチュエーター４０２をハウジング構成要素４３８に結合するように構成されている。この実施形態では、プッシュプルアクチュエーター４０２は、力Ｆ_Ｏの方向矢印によって示すように、ｚ軸に沿って上方向にレバーアーム４１２の第１の端部４１１を移動させるように方向付けられかつ構成されている。機械効率により、レバー構成要素４１０は、プッシュプルアクチュエーター４０２によってタッチスクリーン４３０に与えられる力Ｆ_Ｏを伝達しかつ増幅する。レバー構成要素４１０が支点部４１４の上で枢動する際、レバーアーム４１２の第１の端部４１１に加えられる力Ｆ_Ｏは、レバーアーム４１２の第２の端部４１３において増幅した力Ｆ_Ａまで増幅、すなわち増大する。そして、増幅した力Ｆ_Ａは、出力インターフェース４１８からタッチスクリーン４３０に伝達され、必要な加速度プロファイルがもたらされる。特に、この実施形態では、支点部４１４は、ハウジング構成要素４３８の側壁４３９（図４Ａを参照）又はハウジング構成要素４３８の別の同様の部分に取り付けられて、その枢動を可能にする。さらに、この実施形態では、出力インターフェース４１８は、図４Ｂにおいて想像線で示すように、レバーアーム４１２の第１の端部４１１が上方向に移動するときにレバーアーム４１２のクリアランスを与えるのに十分な長さを有する。したがって、アクチュエーター増幅装置４０８は、アクチュエーター増幅装置１０８と同様に動作するが、アクチュエーター増幅装置４０８は、タッチスクリーン又はハプティックタッチ面を上下に移動させるように変更されているという点が異なる。

本発明の実施形態では、プッシュプルアクチュエーター１０２を介してハプティック効果を適用した後、ハプティックタッチ面１０４の移動を減衰させるか又は減速させる制動システム又は機構を含むことが望ましい場合がある。図５は、本発明の別の実施形態によるシステム５００の断面図であり、そこでは、システム５００は、可動質量体すなわちハプティックタッチ面５０４が接触するとハプティックタッチ面５０４の勢いを減衰させるように構成された、材料止め５２２を含む。図５の実施形態では、システム５００は、本明細書においてより詳細に記載するように、ハプティックタッチ面５０４の上向きの（ｚ軸の方向の）運動又は変位を可能にする。この例では、ハプティックタッチ面５０４はタッチスクリーンであるが、他の実施形態では、ハプティックタッチ面５０４は、リニア共振アクチュエーター（ＬＲＡ）に一般にみられるもの等の固体質量体とすることができ、又は、本明細書に記載する任意のタイプの触覚的に励起されるタッチ面又はタッチ要素とすることができる。システム５００は、固定質量体すなわちハウジング構成要素５０６と、ハウジング構成要素５０６に結合されてそれに対して移動可能であるハプティックタッチ面５０４と、ハウジング構成要素５０６に対してハプティックタッチ面５０４を移動させる力を与えるように構成されたアクチュエーター５０２と、ハウジング構成要素５０６に結合された材料止め５２２とを含む。材料止め５２２は、ハプティックタッチ面５０４が材料止め５２２に接触するとハプティックタッチ面５０４の勢いを減衰させるか又はそれを減速させるように構成された受動制動機構である。本明細書においてより詳細に説明するように、ハプティックタッチ面５０４が材料止めに接触すると材料止め５２２は圧縮され、圧縮された材料止めは、ハプティックタッチ面５０４の勢いを減衰させるか又はそれを減速させるヒステリシスを示す。

上述した構成要素に加えて、システム５００はまた、１つ又は複数のサスペンション要素５２６Ａ、５２６Ｂも含むことができ、それらは、ハプティックタッチ面５０４に対して、システム５００内に設置されたときに、ｚ方向又はｚ軸等の一定方向における又は一定の並進軸に沿った優先的な移動を可能にする一方で、ｙ方向又はｙ軸及びｘ方向又はｘ軸等の他の方向における又は他の並進軸に沿った移動を制限するように構成されている。サスペンション要素５２６Ａ、５２６Ｂは、ばね要素として示されているが、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす、Rosenberg他の米国特許出願公開第２００８／０１１１７８８号、及び引用することによりその全体が本明細書の一部をなすOlien他の米国特許出願公開第２０１０／０２４５２５４号に例示されているようなゴム、発泡材又は可撓体等のコンプライアント材料とすることができる。サスペンション要素５２６Ａ、５２６Ｂはまた、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすOlien他の米国特許第８，６２９，９５４号に例示されているようなコンプライアントグロメットも含むことができ、又は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすRedelsheimer他の米国特許第９，２１３，４０９号に例示されているような二重剛性サスペンションシステムとすることができる。図５の実施形態では、サスペンション要素５２６Ａ、５２６Ｂは、ハプティックタッチ面５０４をシステム５００のハウジング構成要素５０６に結合し、ハプティックタッチ面５０４がｚ軸に沿って移動するのを可能にする。

図５の実施形態では、アクチュエーター５０２は、ハプティックタッチ面５０４の下側に結合されて示されており、ハプティックタッチ面５０４の上に、かつユーザーがハプティックタッチ面５０４に接触している場合はユーザーに、小さいパルス、振動又はテクスチャ感覚を出力する役割を果たす。アクチュエーター５０２は、ハプティックタッチ面５０４の下側に接続されて示されているが、アクチュエーター５０２の位置は、用途とシステム５００で利用されるアクチュエーターのタイプとに応じて変更することができることは、当業者には明らかとなろう。アクチュエーター５０２は、ハプティックタッチ面５０４に結合されて示されることにより、ハウジング構成要素５０６に対してハプティックタッチ面５０４を移動させる力を与えるように構成されていることを表す。アクチュエーター５０２は、上述したプッシュプルアクチュエーター１０２とすることができ、その場合、アクチュエーター５０２は、ハウジング構成要素５０６に物理的に結合され、また、アクチュエーターによってハプティックタッチ面５０４に与えられるか又は出力される力を増幅するアクチュエーター増幅装置１０８を利用することができる。図５の実施形態では、より詳細に後述するように、アクチュエーター５０２は、方向矢印５２４によって示すように、ハプティックタッチ面５０４をｚ軸に沿って上方向に移動させる。したがって、図５の実施形態においてアクチュエーター増幅装置１０８が利用される場合、アクチュエーター増幅装置１０８の向きは、図４Ａ及び図４Ｂに関連して上述したようにアクチュエーターによって与えられるか又は出力される力を上方向及び／又は下方向に増幅するように変更される。さらに、材料止め５２２によって提供される受動制動機構は、他のハプティックアクチュエーターとともに利用することもでき、したがって、本発明の別の実施形態では、アクチュエーター５０２は、限定されないが、直動質量アクチュエーター（linear moveable mass actuator）、可動質量体を有する慣性アクチュエーター、圧電アクチュエーター、ボイスコイルアクチュエーター、偏心質量アクチュエーター、Ｅコア型アクチュエーター、可動磁石アクチュエーター又は所望の他のタイプのアクチュエーターを含む、複数の既知のアクチュエータータイプとすることもできる。

ハプティックタッチ面５０４の下側には、スペーサー５２０が結合されている。スペーサー５２０は、ハプティックタッチ面５０４の下側に、ハプティックタッチ面５０４と同時に移動するように結合されており、本明細書で使用するスペーサー５２０は、存在する場合、ハプティックタッチ面５０４の一体構成要素又は延長部とみなされるべきである。言い換えれば、ハプティックタッチ面５０４及びスペーサー５２０は、まとめて可動質量体である。図５に示す実施形態では、スペーサー５２０は、ハプティックタッチ面５０４のいかなる下向きの移動も阻止するために使用され、したがって、スペーサー５２０は、その自由すなわち非取付端部５４３が材料止め５２２に近接して又は当接して配置されるような長さを有している。したがって、スペーサー５２０の反対側のすなわち取付端部５４１は、ハプティックタッチ面５０４に結合されており、スペーサー５２０の非取付端部５４３は、材料止め５２２に当接するが、それに結合されていない。他の実施形態（図示せず）では、スペーサー５２０は省略することができ、又は、ハプティックタッチ面５０４の幾分かの下向きの移動を可能にすることが望まれる場合、スペーサー５２０の非取付端部５４３と材料止め５２２との間に間隙が存在するように、より短い長さを有することができる。材料止め５２２は、ハウジング構成要素５０６に対して有効に固定又は接地されるように、ハウジング構成要素５０６に結合されている。図５の実施形態では、材料止め５２２は、ハウジング構成要素５０６の床に結合されている。接着剤で材料止め５２２をハウジング構成要素５０６に結合することができ、又は、限定されないがクリップ等の他の取付方法を用いることができる。

ハプティックタッチ面５０４は、ゼロ又はそれより多いサイクルで振動運動を有してハプティック効果を与えるように構成されている。アクチュエーター５０２が、ハウジング構成要素５０６に対してハプティックタッチ面５０４を移動させる力を与えると、ハプティックタッチ面５０４は、方向矢印５２４によって示すようにｚ軸に沿って上方向に移動する。言い換えれば、ハプティックタッチ面５０４は、材料止め５２２を離れるように方向矢印５２４の方向に移動するように作動される。サスペンション要素５２６Ａ、５２６Ｂは、ハプティックタッチ面５０４に対して、ｚ方向又はｚ軸に沿った優先的な移動を可能にする一方で、ｙ方向又はｙ軸及びｘ方向又はｘ軸における移動を制限するように構成されている。ハプティックタッチ面５０４は、そのピークに達すると、戻って、材料止め５２２に向かって反対方向に移動する。言い換えれば、ハプティックタッチ面５０４は、ｚ軸に沿って上方向に移動した後、共振して（resonate）、方向矢印５２８によって示すようにｚ軸に沿って下方向に移動する。ハプティックタッチ面５０４が、ハウジング構成要素５０６に向かって方向矢印５２８の方向に移動しているとき、ハプティックタッチ面５０４のスペーサー５２０は、材料止め５２２に衝突し、その後、材料止め５２２を圧縮する。材料止め５２２は、ハプティック効果の最後に、ヒステリシスを通して制動に受動的に関与するエラストマー又はゴム材料から作製されている。これにより、材料止め５２２がハプティックタッチ面５０４からエネルギーを吸収し、ハプティックタッチ面５０４からエネルギーを取り除くため、ハプティックタッチ面５０４が減速する。ハプティックタッチ面５０４と材料止め５２２との間の衝突により、圧縮された材料がヒステリシスを示すことによる停止（連続的なゼロ速度）の結果として、ハプティックタッチ面５０４が減速し、システムからハプティックタッチ面５０４のエネルギーが取り除かれる。ハプティックタッチ面５０４は、適用されたハプティック効果が終了すると（すなわち、アクチュエーター５０２がハプティックタッチ面５０４の作動又は移動を停止させた場合）、停止することになる。このエネルギーは、ハウジング構成要素５０６に対する強力な衝突効果として感じられる可能性があり、又は材料止め５２２によって完全に吸収されハウジング構成要素５０６に対して顕著ではない可能性がある。材料止め５２２は、限定なしにシリコーンゴム、天然ゴム及び熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）等、エネルギーを効率的に吸収し取り除くことができるエラストマー材料から形成することができる。本発明の別の実施形態では、材料止め５２２はスマート材料から形成される。

材料止め５２２は、システム５００において比較的脆弱なアクチュエーターの使用を可能にする。なぜなら、材料止め５２２から離れる最初の移動に対する抵抗がないためである。別の利益は、材料止め５２２は、受動制動機構であり、したがって、ハプティックタッチ面５０４を停止させるか又は能動的に制動するためにアクチュエーター５０２からいかなる入力も不要であるということである。能動制動では、アクチュエーター５０２からの反転信号が必要であり、一方で、受動制動機構では、可動質量体が制動されるために必要な処理、計算及び動力の量が低減する。材料止め５２２により、制動力に関して制限がないことも可能になる。なぜなら、材料止め５２２が、衝突時にハプティックタッチ面５０４から材料止め５２２に加えられる力に基づいて制動するために必要な必須の戻り力を生成することができるためである。

材料止め５２２の動作について、図６Ａと図６Ｂとの間の比較を介して例示する。図６Ａは、材料止め５２２のないシステムに適用されたハプティック効果のグラフ図５５０Ａであり、図６Ｂは、材料止め５２２のあるシステム５００に適用されたハプティック効果のグラフ図５５０Ｂである。図６Ａ及び図６Ｂの両方において、適用されるハプティック効果は、パルス５５２によって表されている。波形５５４Ａは、材料止め５２２のないシステムにおけるハプティックタッチ面の結果としての移動又は変位を示す。ハプティックタッチ面の勢いを減衰させる材料止め５２２がない場合、パルス５５２によって表されるハプティック効果により、ハプティックタッチ面は連続的に振動する。制動機構がない場合、可動質量体すなわちハプティックタッチ面は、振動し続け、したがって、それに力が加えられた後に望ましくないハプティック効果及び質量体移動がもたらされる。ハプティックタッチ面は、最終的に、摩擦等の自然なエネルギー損失から減速するが、ハプティックタッチ面は、依然として長時間移動し続け、したがって、望ましくないハプティック効果をもたらす可能性がある。

しかしながら、図６Ｂに示すように、パルス５５２によって表されるハプティック効果は、材料止め５２２に衝突することによって停止させることができる。波形５５４Ｂは、材料止め５２２のあるシステム５００におけるハプティックタッチ面５０４の結果としての移動又は変位を示す。材料止め５２２を、マイクロメートル範囲の小さい距離だけ偏向させることにより、システムからのエネルギーは放散され、ハプティックタッチ面５０４の移動が停止する。エネルギーは、材料止め５２２の減衰及びヒステリシス特性によって放散される。なぜなら、材料止め５２２を偏向させることによって材料止め５２２内に入るエネルギーが、材料止め５２２を加熱するように変換され、したがって、材料止め５２２からのエネルギーがハプティックタッチ面５０４に戻されないためである。ハプティックタッチ面５０４は、材料止め５２２と衝突し、その振動は、完全に又は略完全に停止し、それにより、ハプティックタッチ面５０４は、材料止め５２２への初期衝突の後に必要な、わずかな移動で停止することになる。材料止め５２２により、不要な移動又は望ましくない効果が出力されないことが確実になる。

場合によっては、ハプティックタッチ面５０４の振動は、特定の効果を伝えるために依然として望まれる場合がある。ハプティックタッチ面５０４の振動は、材料止め５２２が存在するにも関わらず依然として達成することができる。より詳細には、図７は、材料止め５２２があるシステム５００に対して逐次適用される２つのハプティック効果のグラフ図７５０である。逐次適用される２つのハプティック効果は、パルス７５２Ａ、７５２Ｂによって表され、波形７５４は、材料止め５２２のあるシステム５００におけるハプティックタッチ面５０４の結果としての移動又は変位を示す。第２のパルス７５２Ｂは、ハプティックタッチ面５０４の振動と同相である。アクチュエーター５０２からの２つ以上の連続したパルスの印加により、ハプティックタッチ面５０４が振動し、こうした振動は、クリック、ポップ、隆起又は粒子効果等の、より大きい効果である可能性がある。したがって、材料止め５２２が存在する場合であっても、ハプティックタッチ面５０４に２つ以上のパルスを印加することにより、ハプティックタッチ面５０４の振動をもたらすことができる。

材料止めの構成又は配置は、ハプティックタッチ面の所望の優先的な移動に応じて、図５に示すものから変更することができる。図８は、ハプティックタッチ面８０４が接触したときにハプティックタッチ面８０４の勢いを減衰させるように構成されている材料止め８２２を含む、システム８００の断面図である。図８の実施形態では、システム８００により、システム５００において可能な上向きの運動ではなくハプティックタッチ面８０４の下向きの運動又は変位が可能になる。より詳細には、システム８００は、固定質量体すなわちハウジング構成要素８０６と、ハウジング構成要素８０６に結合されてそれに対して移動可能なハプティックタッチ面８０４と、ハプティックタッチ面８０４に結合されかつハウジング構成要素８０６に対してハプティックタッチ面を移動させる力を与えるように構成されたアクチュエーター８０２と、ハウジング構成要素８０６に結合された材料止め８２２とを備える。材料止め８２２は、ハウジング構成要素８０６に対して有効に固定されるか又は接地されるようにハウジング構成要素８０６に結合されている。図８の実施形態では、材料止め８２２は、ハウジング構成要素８０６の側壁（図示せず）又は他の同様の部分に結合することができる。接着剤によって材料止め８２２をハウジング構成要素８０６に結合することができ、又は、限定されないがクリップ等の他の取付方法を用いることができる。さらに、システム８００は、１つ又は複数のサスペンション要素８２６Ａ、８２６Ｂも含むことができ、１つ又は複数のサスペンション要素８２６Ａ、８２６Ｂは、ハプティックタッチ面８０４に対して、システム８００内に設置されたとき、ｚ方向又はｚ軸等の一定方向における又は一定の並進軸に沿った優先的な移動を可能にするが、ｙ方向又はｙ軸及びｘ方向又はｘ軸等の他の方向における又は他の並進軸に沿った移動を制限するように構成されている。上述した材料止め５２２と同様に、材料止め８２２は、ハプティックタッチ面８０４が材料止め８２２に接触したときにハプティックタッチ面８０４の勢いを減衰させるか又はそれを減速させるように構成された受動制動機構である。材料止め８２２は、ハプティックタッチ面８０４が材料止め８２２と接触したときに圧縮され、圧縮された材料止めは、ハプティックタッチ面８０４の勢いを減衰させるか又はそれを減速させるヒステリシスを示す。

アクチュエーター８０２が、ハウジング構成要素８０６に対してハプティックタッチ面８０４を移動させる力を与えるとき、ハプティックタッチ面８０４は、方向矢印８２４によって示すように、ｚ軸に沿って下方向に移動する。言い換えれば、ハプティックタッチ面８０４は、方向矢印８２４の方向に移動するように作動される。この実施形態では、アクチュエーター８０２から加えられる下向きの力により、ハプティックタッチ面８０４は、材料止め８２２に向かってそれと衝突することなく移動する。ハプティックタッチ面８０４は、そのピークに達すると、戻って反対方向に移動する。言い換えれば、ｚ軸に沿って下方向に移動した後、ハプティックタッチ面８０４は、共振して、方向矢印８２８によって示すようにｚ軸に沿って上方向に移動する。戻りストローク中に（すなわち、方向矢印８２８によって示すように上向きに移動しているとき）受動制動を作動させるようにハプティックタッチ面８０４を材料止め８２２と衝突させるために、ハプティックタッチ面８０４にはＬ字型スペーサー８２０が結合されている。Ｌ字型スペーサー８２０は、ハプティックタッチ面８０４の下側に、それと同時に移動するように結合されており、本明細書で用いるＬ字型スペーサー８２０は、存在する場合、ハプティックタッチ面８０４の一体構成要素又は延長部とみなされるべきである。言い換えれば、ハプティックタッチ面８０４及びＬ字型スペーサー８２０は、まとめて可動質量体である。Ｌ字型スペーサー８２０は、軸状部８４４及び基部８４２を含む。ハプティックタッチ面８０４が上向きに移動するとき、Ｌ字型スペーサー８２０の基部８４２は、材料止め８２２と衝突し、その後、材料止め８２２を圧縮して、システム８００の勢いを減衰させ、ハプティックタッチ面８０４に受動制動を与える。

図９は、ハプティックタッチ面９０４が接触したときにハプティックタッチ面９０４の勢いを減衰させるように構成された材料止め９２２を含む、システム９００の断面図である。図９の実施形態では、システム９００により、システム５００、８００それぞれにおいて可能な上向きの動き、下向きの運動ではなく、ハプティックタッチ面９０４の横方向の運動又は変位が可能になる。より詳細には、システム９００は、固定質量体すなわちハウジング構成要素９０６と、ハウジング構成要素９０６に結合されてそれに対して移動可能なハプティックタッチ面９０４と、ハプティックタッチ面９０４に結合されかつハウジング構成要素９０６に対してハプティックタッチ面を移動させる力を与えるように構成されたアクチュエーター９０２と、ハウジング構成要素９０６に結合された材料止め９２２とを含む。材料止め９２２は、ハウジング構成要素９０６に対して有効に固定されるか又は接地されるように、ハウジング構成要素９０６に結合されている。図９の実施形態では、材料止め９２２は、ハウジング構成要素９０６の側壁（図示せず）又は他の同様の部分に結合することができる。接着剤によって材料止め９２２をハウジング構成要素９０６に結合することができ、又は、限定されないがクリップ等の他の取付方法を用いることができる。さらに、システム９００は、１つ又は複数のサスペンション要素９２６Ａ、９２６Ｂも含むことができ、１つ又は複数のサスペンション要素９２６Ａ、９２６Ｂは、ハプティックタッチ面９０４に対して、システム９００内に設置されたとき、ｘ方向又はｘ軸等の一定方向における又は一定の並進軸に沿った優先的な移動を可能にする一方で、ｙ方向又はｙ軸及びｚ方向又はｚ軸等の他の方向における又は他の並進軸に沿った移動を制限するように構成されている。サスペンション要素９２６Ａ、９２６Ｂは、ばね要素として示されており、ばね要素は、ｘ方向又はｘ軸における移動を可能にする一方でｙ方向又はｙ軸及びｚ方向又はｚ軸における移動を制限するようにサスペンション要素９２６Ａ、９２６Ｂを構成するために、サスペンション要素５２６Ａ、５２６Ｂとは異なる材料から形成することができる。代替的に、当業者には理解されるように、サスペンション要素９２６Ａ、９２６Ｂは、ｘ方向又はｘ軸における移動を選択的に可能にする一方でｙ方向又はｙ軸及びｚ方向又はｚ軸における移動を制限するために、異なるピッチで形成することができ、及び／又は、サスペンション要素９２６Ａ、９２６Ｂは、ｘ方向又はｘ軸における移動を選択的に可能にする一方でｙ方向又はｙ軸及びｚ方向又はｚ軸における移動を制限するために、上述したようなコンプライアントグロメット、又はゴム、発泡材又は可撓体等のコンプライアント材料から形成することができる。この実施形態では、ハウジング構成要素９０６には、ハプティックタッチ面９０４の横方向又は左右方向の移動を可能にするように、対向する溝又はチャネル９０７が形成されている。上述した材料止め５２２と同様に、材料止め９２２は、ハプティックタッチ面９０４が材料止め９２２に接触したときにハプティックタッチ面９０４の勢いを減衰させるか又はそれを減速させるように構成された受動制動機構である。材料止め９２２は、ハプティックタッチ面９０４が材料止め９２２と接触すると圧縮され、圧縮された材料止めは、ハプティックタッチ面９０４の勢いを減衰させるか又はそれを減速させるヒステリシスを示す。

この実施形態では、アクチュエーター９０２によってハプティックタッチ面９０４に対して生成されるか又は出力される力は、線形でありｘ軸に沿っており、ハプティックタッチ面９０４の平面に対して平行である。アクチュエーター９０２がハウジング構成要素９０６に対してハプティックタッチ面９０４を移動させる力を与えるとき、ハプティックタッチ面９０４は、方向矢印９４２によって示すように、ｘ軸に沿って右横方向に移動する。言い換えれば、ハプティックタッチ面９０４は、材料止め９２２から離れて、方向矢印９２４の方向に移動するように作動される。ハプティックタッチ面９０４は、そのピークに達すると、戻って反対方向に移動する。言い換えれば、ハプティックタッチ面９０４は、ｘ軸に沿って右横方向に移動した後、共振して、方向矢印９２８によって示すようにｘ軸に沿って左横方向に移動する。この実施形態では、ハプティックタッチ面９０４は、横方向に移動しているが、材料止め９２２は真下に位置する。戻りストローク中（すなわち、方向矢印９２８に示すように左横方向に移動しているとき）受動制動を作動させるようにハプティックタッチ面９０４を材料止め９２２に衝突させるために、ハプティックタッチ面９０４にはスペーサー９２０が結合されている。スペーサー９２０は、ハプティックタッチ面９０４の下側に、それと同時に移動するように結合されており、本明細書で用いるスペーサー９２０は、存在する場合、ハプティックタッチ面９０４の一体構成要素又は延長部とみなされるべきである。言い換えれば、ハプティックタッチ面９０４及びスペーサー９２０はまとめて可動質量体である。ハプティックタッチ面９０４が左横方向に移動するとき、スペーサー９２０は、材料止め９２２と衝突し、その後、材料止め９２２を圧縮して、システム９００の勢いを減衰させハプティックタッチ面９０４に受動制動を与える。

上述した実施形態は、１つの移動方向において制動するための材料止めを示すが、本発明の実施形態は、２つ以上の移動方向において受動的に制動するための２つ以上の材料止めを含むことができる。

本明細書において、いくつかの実施形態について具体的に例示し及び／又は記載している。しかしながら、開示した実施形態の変更及び変形は、上記教示によって包含され、かつ本発明の趣旨及び意図された範囲から逸脱することなく添付の特許請求の範囲の範囲内にあることが理解されよう。本発明による様々な実施形態について上述したが、それらは、限定ではなく単に例示及び例として提示されていることが理解されるべきである。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細の様々な変更を行うことができることは、当業者には明らかとなろう。したがって、本発明の範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物のみに従って定義されるべきである。本明細書で考察した各実施形態の各特徴及び本明細書で引用した各参照文献の各特徴は、他の任意の実施形態の特徴と組み合わせて使用することができることも理解されよう。本明細書において考察した全ての特許及び刊行物は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。

Claims (20)

1. プッシュプルアクチュエーターによって提供されるハプティック効果を増幅するシステムであって、
   力及び変位を与えるように構成されたプッシュプルアクチュエーターと、
   アクチュエーター増幅装置であって、
   ハウジング構成要素に前記アクチュエーター増幅装置を取り付けるように構成されたアクチュエーター取付台であって、前記プッシュプルアクチュエーターは前記アクチュエーター取付台内に配置されている、アクチュエーター取付台と、
   レバーアーム及び支点部を含むレバー構成要素であって、前記レバーアームは、前記プッシュプルアクチュエーターに結合されて該プッシュプルアクチュエーターから前記力を受け取る第１の端部と、前記支点部に結合された反対側の第２の端部とを有し、前記レバーは、前記プッシュプルアクチュエーターから前記力を受け取ると前記支点部で枢動するように構成されている、レバー構成要素と、
   前記レバーアームに結合され、かつ前記アクチュエーター増幅装置を可動質量体に取り付けるように構成された出力インターフェースと、
   を備えるアクチュエーター増幅装置と、
   を備え、
   前記レバー構成要素は、前記プッシュプルアクチュエーターによって前記可動質量体に与えられる前記変位を伝達しかつ低減させ、前記レバー構成要素は、前記プッシュプルアクチュエーターによって前記可動質量体に与えられる前記力を伝達しかつ増幅する、システム。
2. 前記可動質量体は、２００グラム〜２０００グラムの重量である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記可動質量体はハプティックタッチスクリーンを備える、請求項２に記載のシステム。
4. 前記ハウジング構成要素は、自動車のダッシュボードフレームである、請求項２に記載のシステム。
5. 前記出力インターフェースは、前記レバーアームに該レバーアームの前記第２の端部に隣接して結合されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記レバーアームの前記第１の端部は、前記プッシュプルアクチュエーターのプランジャーに結合され、前記プッシュプルアクチュエーターの本体は、前記アクチュエーター取付台に配置されている、請求項１に記載のシステム。
7. 前記ハウジング構成要素に結合された材料止めであって、前記可動質量体が前記材料止めに接触すると前記可動質量体の勢いを減衰させるように構成されている材料止めを更に備える、請求項１に記載のシステム。
8. 前記材料止めは、前記可動質量体が前記材料止めに接触すると圧縮され、該圧縮された材料止めは、前記可動質量体の勢いを減衰させるヒステリシスを示す、請求項７に記載のシステム。
9. 前記材料止めは、エラストマー材料から形成されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記材料止めは、スマート材料から形成されている、請求項８に記載のシステム。
11. プッシュプルアクチュエーターによって提供されるハプティック効果を増幅するシステムであって、
    ハウジング構成要素と、
    力及び変位を与えるように構成されたプッシュプルアクチュエーターであって、アクチュエーター取付台を介して前記ハウジング構成要素に結合されているプッシュプルアクチュエーターと、
    レバーアーム及び支点部を含むレバー構成要素であって、前記レバーアームは、前記プッシュプルアクチュエーターに結合されて該プッシュプルアクチュエーターから前記力を受け取る第１の端部と、前記支点部に結合された反対側の第２の端部とを有し、それにより、前記レバーは、前記プッシュプルアクチュエーターから前記力を受け取ると前記支点部で枢動するように構成されている、レバー構成要素と、
    出力インターフェースを介して前記レバーアームに結合されたハプティックタッチ面と、
    を備え、
    前記プッシュプルアクチュエーターから前記ハプティックタッチ面に伝達される変位の量は、前記レバー構成要素によって低減し、前記プッシュプルアクチュエーターから前記ハプティックタッチ面に伝達される力の量は、前記レバー構成要素によって増大する、システム。
12. 前記ハプティックタッチ面は、２００グラム〜２０００グラムの重量である、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記ハプティックタッチ面はタッチスクリーンである、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ハウジング構成要素は、自動車のダッシュボードフレームである、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記出力インターフェースは、前記レバーアームに該レバーアームの前記第２の端部に隣接して結合されている、請求項１１に記載のシステム。
16. 前記レバーアームの前記第１の端部は、前記プッシュプルアクチュエーターのプランジャーに結合され、前記プッシュプルアクチュエーターの本体は、前記アクチュエーター取付台に配置されている、請求項１１に記載のシステム。
17. 前記ハウジング構成要素に結合された材料止めであって、前記ハプティックタッチ面が前記材料止めに接触すると前記ハプティックタッチ面の勢いを減衰させるように構成されている材料止めを更に備える、請求項１１に記載のシステム。
18. 前記材料止めは、前記ハプティックタッチ面が前記材料止めに接触すると圧縮され、該圧縮された材料止めは、前記ハプティックタッチ面の勢いを減衰させるヒステリシスを示す、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記ハプティックタッチ面は、該ハプティックタッチ面に結合されたスペーサーを含み、該スペーサーは前記材料止めに接触する、請求項１７に記載のシステム。
20. ハウジング構成要素と、
    可動質量体であって、前記ハウジング構成要素に結合されてそれに対して移動可能である可動質量体と、
    前記ハウジング構成要素に対して前記可動質量体を移動させる力を与えるように構成されたアクチュエーターと、
    前記ハウジング構成要素に結合された材料止めであって、該材料止めは、前記可動質量体が前記材料止めに接触すると前記可動質量体の勢いを減衰させるように構成され、前記可動質量体が前記材料止めに接触すると圧縮され、該圧縮された材料止めは前記可動質量体の勢いを減衰させるようなヒステリシスを示す、材料止めと、
    を備えるシステム。

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