特表 2024-542535 触覚デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-15

(54)【発明の名称】触覚デバイス

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20241108BHJP

   G06F 3/01 20060101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

G06F3/041 480

G06F3/01 560

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024531045

(86)(22)【出願日】2022-11-17

(85)【翻訳文提出日】2024-07-22

(86)【国際出願番号】 EP2022082295

(87)【国際公開番号】W WO2023094262

(87)【国際公開日】2023-06-01

(31)【優先権主張番号】102021130788.0

(32)【優先日】2021-11-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518379278

【氏名又は名称】テーデーカー エレクトロニクス アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100229448

【弁理士】

【氏名又は名称】中槇 利明

(72)【発明者】

【氏名】レンベルク，ヨックム

(72)【発明者】

【氏名】ブルガー，ヨハネス

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルネファー，ヴォルフガング

【テーマコード（参考）】

5E555

【Ｆターム（参考）】

5E555AA08

5E555BA08

5E555BB08

5E555BC04

5E555CA03

5E555CA17

5E555FA00

(57)【要約】

触覚デバイス（１）であって、可動表面（１５）と、可動表面（１５）を動作させるためのアクチュエータ（２）と、弾性当接部（７）とを備える。アクチュエータ（２）は、可動表面（１５）と弾性当接部（７）との間に配置され、力（Ｆ）が可動表面（１５）に作用するとき、アクチュエータ（２）の剛性（Ｓ）が、第１の力値（Ｆ１）を下回る第１の値（Ｓ１）を有し、第１の力値（Ｆ１）を超えるより大きい値（Ｓ２）を有するように構成されており、当接部（７）のばね定数は、第１の剛性値（Ｓ１）と第２の剛性値（Ｓ２）との間にある値（Ｄ）を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

触覚デバイスであって、
可動表面（１５）と、
前記可動表面（１５）を動作させるためのアクチュエータ（２）と、
弾性当接部（７）とを備え、
前記アクチュエータ（２）は、前記可動表面（１５）と前記弾性当接部（７）との間に配置され、
前記可動表面（１５）に力（Ｆ）が作用するとき、前記アクチュエータ（２）の剛性（Ｓ）は、第１の力値（Ｆ１）を下回ると第１の剛性値（Ｓ１）を有し、前記第１の力値（Ｆ１）を上回るとより大きい剛性値（Ｓ２）を有するように構成され、
前記弾性当接部（７）のばね定数は、前記第１の剛性値（Ｓ１）と前記第２の剛性値（Ｓ２）との間にある値（Ｄ）を有する、
触覚デバイス。

【請求項2】

前記アクチュエータ（２）の方向における前記可動表面（１５）の経路制限（ｘｍａｘ）を含み、
前記経路制限（ｘｍａｘ）は、機械的なストッパ（１４）によって画定され、
前記ストッパ（１４）の到達の際には前記アクチュエータ（２）の圧縮（Δｄ）は前記経路制限（ｘｍａｘ）未満である、
請求項１記載の触覚デバイス。

【請求項3】

前記第２の剛性値（Ｓ２）は、前記第１の剛性値（Ｓ１）の少なくとも２倍の大きさである、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項4】

前記ばね定数（Ｄ）は、前記第１の剛性値（Ｓ１）の少なくとも１．５倍の大きさであり、前記第２の剛性値（Ｓ２）の最大で０．７５倍の大きさである、
請求項１乃至３いずれか１項記載の触覚デバイス。

【請求項5】

前記アクチュエータ（２）は、トランスデューサ要素（８）と少なくとも１つの支持要素（１２、１３）とを備え、前記支持要素は、第１の力値（Ｆ１）に達する際にトランスデューサ要素（８）で支持される、
請求項１乃至４いずれか１項記載の触覚デバイス。

【請求項6】

前記アクチュエータ（２）は、前記アクチュエータ（２）の動作を補強する少なくとも１つの補強要素（９，１０）を有し、
前記補強要素（９，１０）は、前記支持要素（１２，１３）を含む、
請求項５記載の触覚デバイス。

【請求項7】

前記弾性当接部（７）は、前記触覚デバイスのハウジング（１１）に接続されているか、又は、前記ハウジング（１１）の一体てき部分である、
請求項１乃至６いずれか１項記載の触覚デバイス。

【請求項8】

前記弾性当接部（７）は、バーとして構成されており、一側で支持されている、
請求項１乃至７いずれか１項記載の触覚デバイス。

【請求項9】

ペン形状である、
請求項１乃至８いずれか１項記載の触覚デバイス。

【請求項10】

前記アクチュエータ（２）は、可動要素（３）に作用するように構成されており、前記可動要素（３）は、少なくともいくつかの領域においてロッド形状であるように構成されている、
請求項１乃至９いずれか１項記載の触覚デバイス。

【請求項11】

ユーザによって保持されるように構成されている、
請求項１乃至１０いずれか１項記載の触覚デバイス。

【請求項12】

前記アクチュエータ（２）は、センサとしても構成されている、
請求項１乃至１１いずれか１項記載の触覚デバイス。

【請求項13】

前記可動表面（１５）は、ユーザによって触れられるように構成されている、
請求項１乃至１２いずれか１項記載の触覚デバイス。

【請求項14】

請求項１乃至１３いずれか１項記載の触覚デバイスを製造する方法であって、
２つの予め設定された剛性値（Ｓ１、Ｓ２）を有するアクチュエータ（２）を設け、
ばね定数（Ｄ）を有する弾性当接部（７）は、前記ばね定数（Ｄ）が前記アクチュエータ（２）の前記第１の剛性値と前記第２の剛性値と（Ｓ１、Ｓ２）の間にあるように選択される、
方法。

【請求項15】

前記アクチュエータ（２）の最大圧縮を特定し、
前記可動表面（１５）の経路制限（ｘｍａｘ）を機械的なストッパ（１４）によって画定し、
前記アクチュエータ（２）の圧縮が、前記ストッパ（１４）到達の際に、前記アクチュエータの前記最大圧縮よりも小さくなるように、前記ばね定数（Ｄ）を選択する、
請求項１４記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触覚信号を生成する触覚デバイスに関する。かかるデバイスは、可動要素の動きを生成するアクチュエータを有する。可動要素は、例えば、接触感知表面又はペン状デバイスの先端として構成される。アクチュエータは、例えば、圧電アクチュエータ又は電磁アクチュエータである。

【0002】

触覚デバイスは、例えば接触されたときに、触覚信号を生成するように構成され得る。触覚デバイスは、例えば、タッチスクリーン、トラックパッド、押しボタン、またはスタイラス（ペン状デバイス）として構成され得る。特に、触覚デバイスは、自動車又はコンピュータにおいて使用され得る。

【0003】

ＤＥ １０ ２０１５ １１７ ２６２ Ａ１は、圧電アクチュエータを備える触覚デバイスを開示する。ＵＳ ８，４１６，０６６ Ｂ２及びＷＯ ２０２０／０１１５２６ Ａ１は、両方ともスタイラスを示す。

【0004】

かかるデバイスでは、一方では、アクチュエータによる効果的な動作を可能にするために、可撓性の可動表面を設計することが必要である。他方、アクチュエータは、例えば衝突又は落下の場合に、可動表面に作用する過度の外力によって損傷を受ける可能性がある。

【0005】

過剰な力から保護するために、触覚デバイスの移動を制限するための機械的なストッパ要素を提供することが知られている。例えば、ＵＳ ９，３７９，３０５ Ｂ２は、筐体プレート上のストッパ要素を開示し、ＵＳ ２０１２／０２４８９３５ Ａ１は、ベースプレート上のストッパ要素を開示し、ＵＳ ２０２１／０２８０７６８ Ａ１は、移動制限を有するスラストプレートを開示している。

【発明の概要】

【0006】

本発明の課題は、改善された特性を有する触覚デバイスを提供することである。特に、触覚機能を維持しながら過負荷に対する保護が達成されるべきである。

【0007】

本開示の第１の態様によれば、触覚デバイスは、可動表面と、可動表面を動作させるためのアクチュエータとを有する。触覚デバイスは、例えば、タッチスクリーンとして、又はペン型デバイス（スタイラス）として構成される。触覚デバイスは、例えばスタイラスのように、ユーザによって保持されるように構成され得る。かかるデバイスでは、デバイスを落下させることによる損傷のリスクが特に高い。

【0008】

可動表面は、特に、触覚信号を出力するように構成され得る外部表面である。表面は、例えば、タッチスクリーンの表面又はスタイラスの先端などの可動要素の外面である。表面は、直接的に、アクチュエータの表面であり得る。アクチュエータは、例えば、電気信号を変換素子の動き又は変形に変換する圧電又は電磁トランスデューサ要素を有する。

【0009】

アクチュエータは、代替的に又は付加的に、可動表面におよぼされる外力を検出するように構成されたセンサとして構成され得る。特に、アクチュエータは、アクチュエータ及びセンサとして同時に構成され得る。触覚デバイス及びアクチュエータの要素は、センサ機能において変更されずに存在することができる。

【0010】

アクチュエータは、可動表面と弾性当接部との間に配置される。当接部は、特に、アクチュエータを支持し、アクチュエータが拡張するときに反力を生成するように構成される。アクチュエータの剛性挙動と当接部のばね定数とを適切に調整することによって、アクチュエータが過負荷に対してより良好に保護されることが達成され得る。この目的のために、アクチュエータは、アクチュエータの剛性が、可動表面に作用する外力の値に応じて異なる値をとるように構成される。力値が第１の力値を下回る場合、アクチュエータの剛性は第１の値を有する。力値がその力値を上回る場合、アクチュエータの剛性は第１の値よりも大きい第２の値を有する。当接部のばね定数は、第１の剛性値と第２の剛性値との間にある。

【0011】

例えば、ばね定数Ｄは、第１の剛性よりも少なくとも１．５倍大きい。例えば、ばね定数は、アクチュエータの第１の剛性よりも少なくとも１００Ｎ／ｍｍ大きい。例えば、ばね定数は、第２の剛性よりも最大で０．７５倍大きい。例えば、ばね定数は、アクチュエータの第２の剛性よりも少なくとも１００Ｎ／ｍｍ小さい。

【0012】

このようにして、アクチュエータは、触覚機能性を保証するために第１の力値未満で十分に圧縮可能であり得る。特に、触覚デバイスの作動範囲は、第１の力値よりも下回ることができる。弾性当接部は、より大きなばね定数のために、作動範囲における機能性を損なわないか又はわずかにしか損なわない。第１の力値を超えると、ばね定数がアクチュエータの剛性よりも小さいので、当接部の機能が作用し始めることができる。その結果、当接部はより変形し、アクチュエータの圧縮は減少する。

【0013】

例えば、第２の剛性値は、第１の剛性値の少なくとも２倍の大きさである。第２の剛性値はまた、第１の剛性値の少なくとも４倍の大きさであり得る。

【0014】

当接部は、例えば、触覚デバイスのハウジングの縁部に接続される。当接部は、ハウジングの一体的部分として構成することもできる。当接部は、一側のみで支持され、例えば、一側でハウジングに接続され得る。例えば、当接部は、バーの形態で構成される。当接部は、円周方向に、又は２つの対向する側で支持することもできる。当接部は、異なる設計、例えば、ばね要素によって弾性的に取り付けられるプレートであってもよい。

【0015】

触覚デバイスは、機械的ストッパによって画定される、アクチュエータの方向における可動表面の経路制限（Ｗｅｇｂｅｇｒｅｎｚｕｎｇ）を備えることができる。例えば、ストッパは、ハウジング又はハウジングに固定された部品によって形成される。経路制限、すなわち、静止位置からアクチュエータの方向への表面の最大経路は、ストッパ到達の際の（ｂｅｉ Ｅｒｒｅｉｃｈｅｎ ｄｅｓ Ａｎｓｃｈｌａｇｓ）アクチュエータの圧縮よりも大きくなり得る。アクチュエータの圧縮は、ここでは、外力の作用がない場合のアクチュエータの厚さに対するアクチュエータの厚さの変化である。

【0016】

例えば、ストッパ到達の際のアクチュエータの圧縮は、経路限界の半分以下である。例えば、経路制限は０．２～０．５ｍｍの値であり、アクチュエータの圧縮は０．１５ｍｍ未満である。

【0017】

アクチュエータの剛性の変化は、例えば、第１の力値に達したときにアクチュエータのトランスデューサ要素上に支持される少なくとも１つの支持要素によって達成することができる。例えば、支持要素は、アクチュエータの移動を補強する補強要素の部品である。補強要素は、例えばブラケットの形態である。支持要素は、アクチュエータの方向への補強要素の突出部として構成され得る。第１の力値に達すると、支持要素は、トランスデューサに機械的に衝突することができる。支持要素は、例えば、補強要素の一体的部分であるか又は補強要素に取り付けられ得る。支持要素をトランスデューサ要素に形成することも可能である。

【0018】

本開示のさらなる態様によれば、上述の触覚デバイスを製造する方法が開示される。この方法では、２つの予め設定された剛性値を有するアクチュエータが提供される。弾性当接部は、アクチュエータの剛性値の間にあるばね定数を有するように選択される。

【0019】

さらに、アクチュエータの最大圧縮、すなわち、アクチュエータが損傷しないようにまだ許容される圧縮を決定することができる。可動表面の経路制限は、機械的ストッパによって画定され得る。この場合、ばね定数は、経路制限に達した際に、アクチュエータの圧縮がアクチュエータの最大圧縮よりも小さくなるように選択される。

【0020】

本発明は、いくつかの態様、特にデバイス及び方法を含む。態様の１つについて記載された特徴、特性及び実施形態は、他の態様にも適宜適用されるものとする。

【0021】

さらに、ここで特定された対象の説明は、特定の実施形態に限定されない。むしろ、個々の実施形態の特徴は、技術的に意味がある場合には、互いに組み合わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

以下では、ここで述べる態様について、概略的な例を使用してさらに詳しく説明する。

【図1】図１は、触覚デバイスの一実施形態の断面図を示す図である。

【図2】図２は、触覚デバイスの実施形態の変位－力の線図を示す図である。

【図3】図３は、触覚デバイスのさらなる実施形態の断面図を示す図である。

【0023】

好ましくは、以下の図において、同じ参照符号は、様々な実施形態の機能的又は構造的に対応する部分を指す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、触覚デバイス１の実施形態の断面を示す。触覚デバイス１は、ペン形状であり、スタイラスとも称される。触覚デバイス１は、例えば、仮想現実アプリケーション又は拡張現実アプリケーションにおいて、入力及び／又は出力デバイスとして使用され得る。触覚デバイス１は、ユーザのために特定の触覚印象を生成することができる。例えば、触覚デバイス１が表面上を移動しているという印象を作成することができる。表面テクスチャの特定の印象を作成することもできる。

【0025】

この目的のために、触覚デバイス１は、ユーザに触覚的印象を与える動作、動き又は移動（Ｂｅｗｅｇｕｎｇｅｎ）を生成するように構成されたアクチュエータ２を備える。特に、アクチュエータ２は、振動を発生させるように構成される。

【0026】

アクチュエータ２は、可動表面１５の動作を生成するように構成される。可動表面１５は、可動要素３の外側表面であり得る。特に、可動表面１５は、触覚デバイス１のハウジング１１に対して動作可能であるように構成される。例えば、可動要素３は、触覚デバイス１の先端部４を含む。可動要素３は、１つ以上の部品で形成され得る。いくつかのセクションにおいて、可動要素３は、ロッド、特にシャフトの形状を有する。先端部４は、ロッド形状領域の一体的部分であってもよい。先端部４は、表面上を移動することができ、先端部４の移動は、ユーザにおいて表面テクスチャの印象を生成することができる。スタイラスに可動表面１５と可動要素３とを配置して、ユーザが可動表面１５に直接接触することも可能である。この場合、例えば、可動表面１５は触覚デバイス１の側に配置され、アクチュエータ２は、相応に回転して配向される（ｅｎｔｓｐｒｅｃｈｅｎｄ ｇｅｄｒｅｈｔ ｏｒｉｅｎｔｉｅｒｔ）。

【0027】

アクチュエータ２の動作は、第１の接触表面５を介して可動要素３に伝達される。アクチュエータ２の第２の接触表面６は、弾性当接部７と接触している。アクチュエータ２が膨張すると、対抗力（ｇｅｇｅｎｇｌｅｉｃｈｅ Ｋｒａｅｆｔｅ）が接触表面５、６に作用する。弾性当接部７は、ハウジング１１に固定的に接続されてもよく、又はハウジング１１の一体的部分であってもよい。

【0028】

アクチュエータ２は、電気信号が印加されると、例えば変形、膨張、又は収縮などの動きを実行するトランスデューサ要素８を有する。例えば、トランスデューサ要素８は、圧電要素として構成される。これは、圧電セラミック素子であってもよい。特に、それは多層要素であり得る。また、トランスデューサ要素８を別の方法で、例えばボイスコイル（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ）（可動コイルアクチュエータ（Ｓｃｈｗｉｎｇｓｐｕｌｅｎ－Ｓｔｅｌｌｇｌｉｅｄ））などの電磁アクチュエータとして設計することも可能である。

【0029】

アクチュエータ２は、動作、特に振動の大きさを増幅するための補強要素９も備える。補強要素９は、例えば、シートメタルとして構成される。補強要素９は、トランスデューサ要素３の縁部に取り付けられる。補強要素９は、中央領域において、可動要素３に作用するように構成された第１の接触表面５を備える。補強要素９の中央領域は、トランスデューサ要素８から離間しており、トランスデューサ要素８に対して移動することができる。軸方向に沿ったトランスデューサ要素８の動きは、補強素子９によって補強され得る。補強要素９は、例えば、ブラケット又は円錐台の形態で構成される。

【0030】

アクチュエータ２は、トランスデューサ要素９に対向する側に、さらなる補強要素１０を有する。さらなる補強要素１０は、当接部７に対する接触面６を備える。

【0031】

接触表面５、６の間の距離は、アクチュエータ２の厚さｄを画定する。アクチュエータ２の圧縮Δｄは、可動要素６に作用する外力がない場合、すなわち触覚デバイスが静止している場合の厚さと比較した厚さの変化である。アクチュエータ２が作動中に振動する場合、厚さはアクチュエータの平均厚さである。

【0032】

例えば触覚デバイス１が衝突又は落下したときに可動表面１５に作用する過度の力Ｆは、アクチュエータ２を損傷させる可能性がある。例えば、アクチュエータ２は、先端部４が落下した場合に先端部４に衝突することがある。特に、アクチュエータ２の圧縮Δｄが強すぎる場合には、損傷が生じる可能性がある。例えば、過度の圧縮Δｄは、補強要素９， １０の損傷、又は、トランスデューサ要素８への取り付けの障害をもたらす可能性がある。

【0033】

圧縮を制限するために、触覚デバイス１は、一方では、アクチュエータ２の方向における可動要素３及び可動表面１５の最大経路（ｍａｘｉｍａｌｅｎ Ｗｅｇ）を制限するための機械的ストッパ１４を有することができる。しかしながら、一方ではアクチュエータ２が損傷する前に確実に機能し、同時に触覚機能を損なわない経路制限は、かかるストッパ１４ではしばしば技術的に実現不可能であることが多いことが判明している。例えば、ストップ１４は、アクチュエータ２の最大許容圧縮Δｄｍａｘよりも著しく大きい可動要素３の経路を許容しなければならないことが必要な場合がある。例えば、可動表面１５及び可動要素３の最大経路ｘｍａｘは０．３ｍｍであり、最大許容圧縮Δｄｍａｘは０．１５ｍｍである。

【0034】

アクチュエータ１の圧縮を制限するために、当接部７は、ばね要素として構成される。例えば、当接部７は、板ばねとして構成される。当接部７は、例えば、バー形状を有する。当接部７は、ハウジング１１の縁部に固定されている。例えば、当接部７は、ハウジング１１の一側にのみ固定される。当接部７は、ハウジング１１の一体的部分であってもよい。また、当接部７をハウジング１１に固定することも可能である。例えば、当接部７は、金属で形成されている。

【0035】

当接部７は、意図された作動範囲においてアクチュエータ２の剛性よりも大きい値のばね定数Ｄを有する。例えば、ばね定数Ｄは３００ Ｎ／ｍｍである。

【0036】

例えば、アクチュエータ２は、作動範囲内で（ｉｍ Ｂｅｔｒｉｅｂｓｂｅｒｅｉｃｈ）剛性Ｓ１を有する。特に、アクチュエータの剛性は、接触面５、６間の距離ｄに応じた接触表面５、６上の法線力の導関数の形態の差分剛性（ｅｉｎｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｅｌｌｅ Ｓｔｅｉｆｉｇｋｅｉｔ）である。剛性は、特定の距離範囲において一定値を有することができる。剛性は連続的に変化することも可能である。

【0037】

意図された作動範囲は、可動表面１５にかかる力の第１の値Ｆ１によって画定される。力が値Ｆ１以下である限り、触覚デバイスは、触覚信号が出力されるべき作動範囲内にある。

【0038】

アクチュエータ２の剛性Ｓ１は、作動範囲において、当接部７のばね定数Ｄよりも低いので、アクチュエータ２は、力が加えられると、主に圧縮され、一方、当接部７は、わずかに変形されるだけである。当接部７のばね定数Ｄが作動範囲においてアクチュエータ２の剛性Ｓ１よりも大きいという事実は、アクチュエータ２の機能性が損なわれないか又はわずかにしか損なわれないことを意味する。例えば、ばね定数Ｄは、アクチュエータ２の第１剛性Ｓ１よりも少なくとも１００Ｎ／ｍｍ大きい。例えば、ばね定数Ｄは、第１の剛性Ｓ１よりも少なくとも１．５倍大きい。

【0039】

アクチュエータ２は、第１の力値Ｆ１を上回るとき、アクチュエータ２の剛性が当接部７のばね定数よりも大きい値Ｓ２を有するように構成される。このようにして、アクチュエータ２の圧縮が低減され、当接部７のより大きな変形が達成される。

【0040】

異なる力範囲において剛性を調整するために、アクチュエータ１は、１つ以上の支持要素１２、１３を有する。例えば、支持要素１２、１３は、それぞれの接触表面５、６よりもトランスデューサ要素８の近くに配置されている。支持要素１２、１３は、補強要素９、１０に一体化され得る。例えば、支持要素１２，１３は、補強要素９，１０の凹部として形成され、補強要素９，１０のトランスデューサ要素８からの距離を減少させる。例えば、接触面５、６の近傍では、距離が減少する。

【0041】

外力が第１の値Ｆ１から（ａｂ ｅｉｎｅｍ ｅｒｓｔｅｎ Ｗｅｒｔ Ｆ１）可動要素３に作用し、したがってアクチュエータに一定の圧縮がかかると、支持要素１２、１３がトランスデューサ要素８と接触する。これにより、アクチュエータ１の剛性が第１の値Ｓ１から第２の値Ｓ２まで増加することになり、したがって、アクチュエータ１をさらに圧縮することがより困難になる。

【0042】

値Ｓ２は、ばね定数Ｄよりも大きい。例えば、Ｓ２は、Ｓ１の２倍以上である。例えば、Ｓ２＞２×Ｓ１である。Ｓ２は、Ｓ１の少なくとも４倍の大きさであり得る。例えば、Ｓ２＞４×Ｓ１である。このようにして、第１の力値Ｆ１を超えた場合に、アクチュエータ２のさらなる圧縮が著しく低減されることを確実にすることができる。

【0043】

可動要素３がストッパ１４と接触すると、可動要素３とハウジング１１との間に経路制限が作用する。例えば、ストッパ１４は、第２の力Ｆ２＝５０Ｎで可動要素３に作用する。可動要素３及びストッパ１４の変形可能性によって本質的に決定される経路制限の剛性Ｓ３は、Ｓ２よりも大きい。例えば、剛性Ｓ３は、Ｓ２の少なくとも２倍である。

【0044】

全体として、当接部７と、アクチュエータ３の剛性値を調整と、を使用することによって、経路制限が作用するまで可動表面１５の経路を十分に大きくすることができ、その結果、触覚機能が損なわれず、同時に、過負荷に対するアクチュエータ２の効果的な保護が達成されることを実現することができる。

【0045】

特定の実施形態において、触覚デバイス１は、特に図１に示されるように、スタイラスとして構成される。アクチュエータ２は、圧電アクチュエータとして構成されている。例えば、アクチュエータは、７×３．７５×１．３ｍｍ（長さ×幅×高さ）の寸法を有する。アクチュエータ２の剛性の増大は、例えば、第１の力Ｆ１＝５Ｎで達成される。

【0046】

図２は、触覚デバイスの様々な構成要素の移動又は圧縮の変位－力の線図を示す。経路ｘはｍｍで与えられ、可動要素６又は先端４にかかる外部からの力ＦはＮで与えられる。

【0047】

作動範囲において、すなわち、Ｆ１以下の力Ｆが加えられるとき、アクチュエータ２の剛性Ｓ１は低い値にあり、その結果、アクチュエータ２は高度に圧縮される。圧縮曲線Δｄの勾配は、本質的に剛性Ｓ１によって決定される。

【0048】

Ｆ１以上の値の力Ｆが加えられると、アクチュエータ２の剛性が増加する。剛性の増大は、支持要素１２、１３がトランスデューサ要素８に当接すること（ｄａｓ Ａｎｌｉｅｇｅｎ）によって達成され得る。剛性の増大は、補強要素９，１０の他の幾何学的形状によっても達成することができる。Ｆ１よりも大きな力が加えられると、アクチュエータ２の剛性は、当接部７のばね定数よりも大きくなる。アクチュエータ２の圧縮Δｄは、力が増加するにつれて、この領域においてわずかに増加するだけである。その代わりに、当接部７はより変形する。

【0049】

力値Ｆ２に達すると、機械的ストッパ１４が可動要素３に作用する。アクチュエータ２の圧縮Δｄは、力が増加するときに最小限に増加するだけである。特に、非常に大きな力が作用した場合でも、圧縮Δｄは、例えば、ストッパまでの可動部３の経路が著しく大きく、例えば０．３ｍｍ以上であっても、０．１５ｍｍの最大圧縮Δｄ未満に留まる。

【0050】

また、線図には、力Ｆの方向における、当接部７の変形ｘＷの過程、特に、第２の接触表面６が当接する当接部７の中央領域の移動が示されている。さらに、力Ｆの方向における可動表面１５又は可動要素３の経路ｘＢが示されている。Ｆ２以上の力では、可動要素３は、ストッパ１４と接触し、その結果、さらなる変位は、構成要素を変形させることによってのみ達成され得る。例えば、可動表面１５又は可動要素３又はストッパ１４の湾曲又は変形がここで起こる。

【0051】

アクチュエータ３及び当接部７に作用する力ＦＡも示されている。ここでも、ストッパにより、外力Ｆの値Ｆ２から力ＦＡがわずかに増加するだけであることがわかる。

【0052】

アクチュエータにかかる圧縮力は、弾性当接部７と、アクチュエータ２の剛性値Ｓ１、Ｓ２の設定とによって制限することができる。例えば、４００Ｎの外力が可動要素３に作用しても、アクチュエータ２にかかる圧縮力は８０Ｎ未満のままである。

【0053】

図３は、触覚デバイス１のさらなる実施形態を示す。ここでも、アクチュエータ２は、可動要素３と弾性当接部７との間に配置されている。当接部７は、ハウジング１１の縁部に保持されている。例えば、当接部７は、バー又はディスクの形態である。アクチュエータ２は、図１に示される実施形態のように構成され得る。特に、アクチュエータ２は、第１の力値Ｆ１でその剛性を増加させるように構成される。この目的のために、アクチュエータ２は、補強要素８、９に一体化され得る支持要素１２、１３を備える。

【0054】

図３に示される実施形態とは対照的に、触覚デバイス１は、スタイラスの形態ではなく、触覚タッチ表面、例えば、タッチスクリーン（Ｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎ）又は押しボタンを有するように構成される。特に、可動要素３は、ユーザによって、信号入力又は応答受信のために、指又は入力機器でタッチされるように設計された可動表面１５を有する。例えば、ユーザは指で押すことによって入力を行うか、又は、触覚信号、特に入力に対する触覚応答を受信する。

【0055】

ここでも、機械的なストッパ１４が、可動要素３の経路を制限するために使用される。例えば、経路制限はｘＢ＝０．３ｍｍである。経路制限は、例えば、力Ｆ２＝５０Ｎで到達される。

【0056】

例えば、アクチュエータ２は、１２×４×１．７５ｍｍ（長さ×幅×高さ）の構成要素寸法を有する。アクチュエータの第１の剛性Ｓ１は、例えば１００Ｎ／ｍｍである。第１の値Ｆ１の所定の外力Ｆで、アクチュエータの剛性は、例えば、値Ｓ２＝１８００Ｎ／ｍｍまで増加する。例えば、第１の値Ｆ１は８Ｎである。当接部７のばね定数Ｄは、剛性値Ｓ１とＳ２との間にある。例えば、ばね定数Ｄは３００Ｎ／ｍｍである。

【符号の説明】

【0057】

１ 触覚デバイス（Haptik-Vorrichtung）
２ アクチュエータ（Aktuator）
３ 可動要素（bewegliches Element）
４ 先端（Spitze）
５ 第１接触面（erste Kontaktflaeche）
６ 第２接触面（zweite Kontaktflaeche）
７ 当接部（Widerlager）
８ トランスデューサ要素（Wandlerelement）
９ 補強要素（Verstaerkungselement）
１０ さらなる補強要素要素（weiteres Verstaerkungselement）
１１ ハウジング（Gehaeuse）
１２ 支持要素（Stuetzelement）
１３ 支持要素（Stuetzelement）
１４ ストッパ（Anschlag）
１５ 可動表面（bewegliche Oberflaeche）
ｄ 厚さ（Dicke）
Δｄ 圧縮（Kompression）
Δｄｍａｘ 最大圧縮（maximale Kompression）
Ｓ 剛性（Steifigkeit）
Ｓ１ 第１の剛性値（erster Steifigkeitswert）
Ｓ２ 第２の剛性値（zweiter Steifigkeitswert）
Ｄ ばね定数（Federkonstante）
Ｆ１ 第１の力値（erster Kraftwert）
Ｆ２ 第２の力値（zweiter Kraftwert）
ｘＷ 当接部経路（Weg Widerlager）
ｘＢ 可動部経路（Weg bewegliches Teil）
F 外側からの力（Kraft von aussen）
ＦＡ アクチュエータにかかる力（Kraft auf Aktuator）
Ｓ３ 剛性ストッパ（Steifigkeit Anschlag）
ｘｍａｘ 経路制限（Wegbegrenzung）

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-22

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

触覚デバイスであって、
可動表面と、
前記可動表面を動作させるためのアクチュエータと、
弾性当接部とを備え、
前記アクチュエータは、前記可動表面と前記弾性当接部との間に配置され、
前記アクチュエータの剛性は、前記可動表面に力が作用するとき、第１の力値を下回ると第１の剛性値を有し、前記第１の力値を上回るとより大きい第２の剛性値を有するように構成され、
前記弾性当接部のばね定数は、前記第１の剛性値と前記第２の剛性値との間にある値を有する、
触覚デバイス。

【請求項2】

前記アクチュエータの方向における前記可動表面の経路制限を含み、
前記経路制限は、機械的なストッパによって画定され、
前記ストッパに到達する際に前記アクチュエータの圧縮は前記経路制限未満である、
請求項１記載の触覚デバイス。

【請求項3】

前記第２の剛性値は、前記第１の剛性値の少なくとも２倍の大きさである、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項4】

前記ばね定数は、前記第１の剛性値の少なくとも１．５倍の大きさであり、前記第２の剛性値の最大で０．７５倍の大きさである、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項5】

前記アクチュエータは、トランスデューサ要素と少なくとも１つの支持要素とを備え、前記支持要素は、前記第１の力値に達する際にトランスデューサ要素で支持される、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項6】

前記アクチュエータは、前記アクチュエータの動作を補強する少なくとも１つの補強要素を有し、
前記補強要素は、前記支持要素を含む、
請求項５記載の触覚デバイス。

【請求項7】

前記弾性当接部は、前記触覚デバイスのハウジングに接続されているか、又は、前記ハウジングの一体てき部分である、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項8】

前記弾性当接部は、バーとして構成されており、一側で支持されている、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項9】

ペン形状である、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項10】

前記アクチュエータは、可動要素に作用するように構成されており、前記可動要素は、少なくともいくつかの領域においてロッド形状であるように構成されている、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項11】

ユーザによって保持されるように構成されている、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項12】

前記アクチュエータは、センサとしても構成されている、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項13】

前記可動表面は、ユーザによって触れられるように構成されている、
請求項１又は２記載の触覚デバイス。

【請求項14】

請求項１又は２記載の触覚デバイスを製造する方法であって、
２つの予め設定された剛性値を有する前記アクチュエータを設け、
ばね定数を有する前記弾性当接部は、前記ばね定数が前記アクチュエータの前記第１の剛性値と前記第２の剛性値との間にあるように選択される、
方法。

【請求項15】

前記アクチュエータの最大圧縮を特定し、
前記可動表面の経路制限を機械的ストッパによって画定し、
前記ストッパに到達する際に、前記アクチュエータの圧縮は前記アクチュエータの前記最大圧縮よりも小さくなるように、前記ばね定数を選択する、
請求項１４記載の方法。

【国際調査報告】