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JP6441387B2 - Compound mass trajectory for improved haptic effects - Google Patents
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Description

本出願は、2014年2月11日に出願された米国特許仮出願番号61/938,613号および2014年9月17日に出願された米国特許仮出願番号62/051,358号の利益を享受する権利を主張し、これらの出願の開示内容は、全体として、参照により本明細書に組み込まれる。   This application claims the benefit of US Provisional Application No. 61 / 938,613, filed February 11, 2014, and US Provisional Application No. 62 / 051,358, filed September 17, 2014. All rights reserved, and the disclosures of these applications are incorporated herein by reference in their entirety.

本発明は、信号を発する装置と方法に関し、より具体的には、触覚信号を発する装置と方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for generating a signal, and more particularly to an apparatus and method for generating a haptic signal.

消費者向け装置が薄く小さくなるにつれて、ユーザと効果的にやりとりをすることがますます難問となる。多くのそのような装置(例えば、携帯電話やスマート・ウォッチなどを含む)は、非視覚的な合図や警告をユーザに与えるために、触覚フィードバックに頼っている。これらの触覚部品は、動く質量を使って、最も普通には振動の形で、ユーザに運動量を伝える。多くの触覚技術が存在するが、薄い(5mm未満の)パッケージ高さを対象とするものは、二つの種類に分けることができる。すなわち、リニア共振アクチュエータ(LRA)と偏心回転質量(ERM)である。   As consumer devices become thinner and thinner, it becomes increasingly difficult to interact effectively with users. Many such devices (eg, including cell phones, smart watches, etc.) rely on tactile feedback to provide users with non-visual cues and warnings. These tactile components use moving mass to convey momentum to the user, most commonly in the form of vibrations. There are many haptic technologies, but those targeting thin (less than 5 mm) package height can be divided into two types. A linear resonant actuator (LRA) and an eccentric rotating mass (ERM).

ERMは、起動されると軸の周りに偏心質量を回転させる、小さな電気モータを使う。回転軸は、出力質量の質量中心を通らない。よって、ERMは、起動されると、モータ台座を通じて振動を伝える。ERMは、パッケージ寸法と比べると非常に大きな振幅の振動出力によって特徴づけられるが、立ち上がり時間と立ち下がり時間が長いという難点があり、また、単一の振動効果しか生み出せない。例えば、iPhone(登録商標)5は、ERMを使っている。   ERM uses a small electric motor that, when activated, rotates an eccentric mass about an axis. The rotation axis does not pass through the center of mass of the output mass. Thus, when the ERM is activated, it transmits vibrations through the motor base. ERM is characterized by very large amplitude vibration output compared to package dimensions, but has the disadvantage of long rise and fall times and can only produce a single vibration effect. For example, iPhone (registered trademark) 5 uses ERM.

LRAは、回転運動ではなくむしろ往復運動をするバネに結合されている質量を駆動する、リニア磁気アクチュエータを用いる。典型的なLRAは、その運動軸が、最も薄いパッケージ寸法に対して平行である。これらのLRAは、ERMと比べて大いに減少した立ち上がり時間と立ち下がり時間によって特徴づけられるが、依然として、典型的には単一の振動効果しか作り出せない。   LRA uses a linear magnetic actuator that drives a mass that is coupled to a reciprocating spring rather than a rotational motion. A typical LRA has its axis of motion parallel to the thinnest package dimensions. These LRAs are characterized by significantly reduced rise and fall times compared to ERM, but still can typically only produce a single vibration effect.

LRAの一変種は、その運動軸を、最も薄いパッケージ寸法に対して垂直な向きにしている。広がった可動域のおかげで、こうした形のLRAが非共振型の動作に耐えることが可能となり、振動とは対照的な、ずっと短い出力インパルス(「タップ」)を可能としている。しかし、すべての場合において、出力運動量も、最も薄いパッケージ寸法に対して垂直な向きに方向づけられている。注意深い考慮の後に、本発明の発明者は、ほとんどの消費者向け電子機器用途においてこの方向は理想的ではない、と認識するようになった。   One variant of LRA has its axis of motion oriented perpendicular to the thinnest package dimensions. Thanks to the extended range of motion, these forms of LRA can withstand non-resonant operation, allowing much shorter output impulses (“tap”) as opposed to vibration. However, in all cases, the output momentum is also oriented in a direction perpendicular to the thinnest package dimensions. After careful consideration, the inventors of the present invention have realized that this direction is not ideal for most consumer electronics applications.

LRAおよびERMは、消費者向け電子機器の使用に適したパッケージにおける最も薄い寸法(つまり5mm未満の厚さ)に対して平行に方向づけられた「タップ」出力に近づく何かを生み出すようには、あまりなっていない。さらに、既知の技術はいずれも、そうしたパッケージにおいて複数の軸に沿って触覚効果を作り出すことはできない。   LRA and ERM to produce something that approaches a “tap” output that is oriented parallel to the thinnest dimension (ie thickness less than 5 mm) in a package suitable for use in consumer electronics. Not so much. Furthermore, none of the known techniques can create haptic effects along multiple axes in such a package.

本発明は、触覚部品内における複合的質量軌道の使用に関する。本開示の目的では、単純軌道とは、連続的回転または直線的往復運動のいずれかであるものとする。複合的質量軌道とは、単純軌道ではない軌道のことである。   The present invention relates to the use of complex mass trajectories in haptic components. For the purposes of this disclosure, a simple trajectory shall be either continuous rotation or linear reciprocation. A compound mass orbit is an orbit that is not a simple orbit.

複合的質量軌道は、現在の先端技術水準よりも改善された触覚効果を作り出すうえで、多大な有用性を提供する可能性がある。一つの有益な複合的質量軌道は「J型」軌道であり、J型軌道では、質量軌道の大部分は、ほぼ直線的であり、かつ、最も薄いパッケージ寸法に対してほぼ垂直であるが、一範囲の近くで急に曲がって、最も薄いパッケージ寸法に平行に進む。   Compound mass trajectories can provide tremendous utility in creating haptic effects that are improved over current state of the art. One useful compound mass trajectory is a “J-type” trajectory, where the majority of the mass trajectories are approximately linear and approximately perpendicular to the thinnest package dimensions, Turn sharply near a range and proceed parallel to the thinnest package dimensions.

こうした「J型」軌道の二つを背中合わせに組み合わせると、二重「J型」軌道、すなわち、多機能触覚部品を可能とする構成が、作り出される。その行程(stroke)のうちの端の領域のみを使うことで、最も薄い寸法に平行な縦振動を作り出すことができる。行程全体を使うことで、「タップ」を作り出すことができる。非対称に駆動された状態で平らな領域のみを使うことで、最も薄い寸法に垂直な横振動を作り出すことができる。   Combining two of these “J-shaped” tracks back to back creates a dual “J-shaped” track, ie, a configuration that allows a multi-functional tactile component. By using only the end region of the stroke, a longitudinal vibration parallel to the thinnest dimension can be created. By using the entire process, you can create a “tap”. By using only flat areas while being driven asymmetrically, a transverse vibration perpendicular to the thinnest dimension can be created.

触覚部品内に組み込まれた加速度計が、能動制御のための力覚フィードバックを与えることができる。あるいは、例えば携帯電話などの装置内のどこか別のところに存在する加速度計を、能動制御のためのセンシングとして使うことができる。   An accelerometer built into the haptic component can provide force feedback for active control. Alternatively, an accelerometer that exists elsewhere in a device such as a cellular phone can be used as sensing for active control.

様々な実施形態において、付加的なJ型軌道を含むように機構を拡張することができ、するとさらに、作り出せる信号の集合を増補することができる、ということが、よく理解されるであろう。つまり、「J型軌道」という用語、および本開示の様々な図面に図示された形状は、単に多種多様な軌道と加速の例示たることを意図したものであり、そうした多種多様な軌道と加速のすべては、発明に関する本開示の範囲内に入ること、そしてまた、請求項の登録された暁には本発明の範囲内に入ることを、意図したものである。さらに、提示されている軌道のうちのいくつかは事実上の鏡面対称性を示しているが、これらは多種多様な軌道と配置の典型例にすぎないことが、よく理解されるべきである。よって、逆向きの慣性質量同士がたどる種々の軌道は、特定の実施形態の信号伝達要件や他の要件にしたがって構成されるであろうし、本発明の特定の実施形態の要件によっては、局所的対称性および/または部分的対称性および/または動的対称性および/または非対称性しか示さない場合がある。具体的には、数ある可能性のうちでもとりわけ軌道の特徴が、ある種の実施形態においては、装置を使ううちに、および/または、特定の信号伝達動作のなりゆきの間に、改変されるであろう。   It will be appreciated that in various embodiments, the mechanism can be extended to include additional J-shaped trajectories, and further augment the set of signals that can be created. In other words, the term “J-shaped trajectory” and the shapes illustrated in the various drawings of this disclosure are merely intended to illustrate a wide variety of trajectories and accelerations. All are intended to be within the scope of the present disclosure with respect to the invention, and also within the scope of the present invention, within the scope of the registered claims. Furthermore, although some of the presented trajectories exhibit de facto mirror symmetry, it should be well understood that these are only examples of a wide variety of trajectories and arrangements. Thus, the various trajectories followed by opposite inertial masses will be configured according to the signaling requirements and other requirements of a particular embodiment, and depending on the requirements of a particular embodiment of the present invention, It may only exhibit symmetry and / or partial symmetry and / or dynamic symmetry and / or asymmetry. In particular, trajectory characteristics, among other possibilities, are modified in certain embodiments as the device is used and / or during the course of a particular signaling operation. Will.

同様に、本発明の特定の実施形態で使われる慣性質量同士が、質量または他の特性が等しいか、さもなくば、とりわけよく類似している、とは仮定すべきでない。本発明のある種の実施形態では、それぞれの慣性質量の有効な特性、およびそれぞれの慣性質量の特性同士の間の関係を動的に変えるために、特定の加速度プロファイルが使われるだろう。さらに、本発明のある種の側面においては、より小さな複数の質量とは反対に、一つの大きな質量が使われてもよい。   Similarly, it should not be assumed that the inertial masses used in a particular embodiment of the present invention are equal or otherwise very similar in mass or other characteristics. In certain embodiments of the invention, specific acceleration profiles may be used to dynamically change the effective properties of each inertial mass and the relationship between the properties of each inertial mass. Further, in certain aspects of the invention, a single large mass may be used as opposed to a smaller plurality of masses.

さらに、使われる慣性質量の特性は、特定の実施形態の要件にしたがって選ばれるだろう。例えば、ある程度は弾性のある慣性質量は、本発明のそれぞれの用途において有益だろう。確かに、いくつかの用途では、比較的「死んでいる」、つまり弾性のある、慣性質量が使われるだろう。いくつかの実施形態では、そうした質量は、比較的弾力のない応答を生み出すために、より小さな複数の質量を囲いの中に取り込んでいることだろう。他の実施形態では、慣性質量の材料は、弾性およびその他の特性のゆえに選ばれるだろう。したがって、例えば、金属、ポリマー、その他の有機材料などが、本発明の特定の実施形態で使われるだろう。   Furthermore, the characteristics of the inertial mass used will be chosen according to the requirements of the particular embodiment. For example, a somewhat elastic inertial mass would be beneficial in each application of the present invention. Certainly, in some applications, a relatively “dead” or elastic, inertial mass will be used. In some embodiments, such mass would have incorporated a plurality of smaller masses in the enclosure to produce a relatively inelastic response. In other embodiments, the material of inertial mass will be chosen for elasticity and other properties. Thus, for example, metals, polymers, other organic materials, and the like may be used in certain embodiments of the invention.

本明細書に提示される実施形態では、説明の明晰さのために、J型軌道の形を定める一つ以上の機械的リンクをほとんどの部分に対して使っているが、他の手段も、J型軌道の形を定めることができるし、本発明の範囲内であると考えられる、ということにさらに注意すべきである。よって、例えば、滑り案内および転がり案内、ならびに/または、可撓性があり、かつ/もしくは蝶番で留められた装置、ならびにそれらの組み合わせが、本発明のある種の実施形態では、一つ以上の慣性質量がたどることになる一つ以上の軌道の形を定めるために、使われるだろう。   In the embodiments presented herein, for clarity of explanation, one or more mechanical links defining the shape of the J-shaped track are used for the most part, but other means are also available: It should be further noted that the shape of the J-shaped track can be defined and is considered within the scope of the present invention. Thus, for example, sliding and rolling guides and / or flexible and / or hinged devices, and combinations thereof, in certain embodiments of the present invention, one or more It will be used to define the shape of one or more trajectories that the inertial mass will follow.

本開示においては、「触覚警告装置」および「触覚アクチュエータ」という用語が、交換可能な同じ意味で使われており、かつ、交換可能な同じ意味で使われるように意図されている、ということに注意すべきである。   In this disclosure, the terms “tactile warning device” and “tactile actuator” are used interchangeably and are intended to be used interchangeably. It should be noted.

以下の記述は、どのような当業者でも開示された発明を作ったり使用したりすることができるようにするために提供されており、また、現在のところ発明者により考えられている、発明を実施する最良の態様について、述べている。以下の記述においては、説明目的で、本発明についての徹底的な理解をもたらすために、多くの具体的詳細が述べられている。しかし、これらの具体的詳細なしに本発明が実施され得る、ということは、当業者にとっては明らかであろう。別の例では、開示されている要点を不必要にぼかすのを避けるために、既知の構造や装置がブロック図の形式で示されている。これらの、そしてその他の、本発明の利点と特徴は、本発明についての以下の詳細な記述と関連して、より簡単に理解されるであろうし、以下の詳細な記述は添付の図面とともに提供される。   The following description is provided to enable any person skilled in the art to make and use the disclosed invention, and is intended for the invention presently contemplated by the inventor. The best mode of implementation is described. In the following description, for the purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to avoid unnecessarily obscuring the disclosed points. These and other advantages and features of the invention will be more readily understood in connection with the following detailed description of the invention, which is provided with the accompanying drawings. Is done.

様々な図が本発明のそれぞれの側面を示しているが、どの一枚の図も、本発明全体を示すことを意図したものではない、ということに注意されたい。むしろ、複数の図が一緒になって、本発明をその様々な側面および原理という点から図示しているのである。そのようなわけなので、どの特定の図も、もっぱら本発明の個別の側面または個別の種にのみ関連している、とは推定されるべきではない。逆に、まとめられた複数の図が、本発明を例示する種々の実施形態を反映しているのだ、ということを、当業者ならよく理解するであろう。   It should be noted that although the various figures illustrate each aspect of the invention, no single figure is intended to illustrate the entire invention. Rather, the drawings together illustrate the invention in terms of its various aspects and principles. As such, any particular figure should not be presumed to be solely related to a particular aspect or individual species of the present invention. Conversely, those skilled in the art will appreciate that the combined figures reflect various embodiments illustrating the present invention.

それと対応して、明細書全体を通じて「一実施形態」または「ある実施形態」への言及は、当該実施形態と関連して説明される特定の特徴、構造、または性質が、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味している。よって、明細書全体にわたる様々な場所における「一実施形態において」または「ある実施形態において」という語句の出現は、必ずしも、すべてが同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または性質を、一つ以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせてもよい。   Correspondingly, references to “one embodiment” or “an embodiment” throughout the specification are intended to imply that a particular feature, structure, or property described in connection with that embodiment is at least one of the present invention. It is meant to be included in one embodiment. Thus, the appearances of the phrases “in one embodiment” or “in an embodiment” in various places throughout the specification are not necessarily all referring to the same embodiment. Furthermore, the particular features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部を、模式的ブロック図の形で示している。A portion of a haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention is shown in the form of a schematic block diagram. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部を、模式的ブロック図の形で示している。A portion of a haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention is shown in the form of a schematic block diagram. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部の、一つの瞬間の状態を、機械的模式図の形で示している。A momentary state of a portion of a haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention is shown in the form of a mechanical schematic. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部の、別の瞬間の状態を、機械的模式図の形で示している。Fig. 2 shows in the form of a mechanical schematic diagram another state of a part of a haptic actuator made according to the principles of the present invention. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部の、さらに別の瞬間の状態を、機械的模式図の形で示している。The state of yet another instant of a portion of a haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention is shown in the form of a mechanical schematic. 本発明の原理により作製される例示的触覚アクチュエータの一部の、一つの瞬間の状態を、機械的模式図の形で示している。FIG. 2 illustrates in a mechanical schematic diagram the state of one instant of a portion of an exemplary haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention. 本発明の原理により作製される例示的触覚アクチュエータの一部の、さらなる瞬間の状態を、機械的模式図の形で示している。A further instantaneous state of a portion of an exemplary haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention is shown in the form of a mechanical schematic. リニア共振アクチュエータの一部の、時間の関数としての位置の表現を、グラフの形で示している。A representation of the position of a part of a linear resonant actuator as a function of time is shown in the form of a graph. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの二つの部分の、時間の関数としての位置の表現を、グラフの形で示している。A representation of the position as a function of time of two parts of a haptic actuator made according to the principles of the present invention is shown in the form of a graph. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの瞬間的な状態の模式的表現を示している。2 shows a schematic representation of the instantaneous state of a haptic actuator made according to the principles of the present invention. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部の、一つの瞬間の状態を、機械的模式図の形で図示している。The state of one moment of a portion of a haptic actuator made according to the principles of the present invention is illustrated in the form of a mechanical schematic. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部の、別の瞬間の状態を、機械的模式図の形で図示している。Fig. 4 illustrates in the form of a mechanical schematic diagram the state of another moment of a part of a haptic actuator made according to the principles of the present invention. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部の、さらに別の瞬間の状態を、機械的模式図の形で図示している。Fig. 4 illustrates, in the form of a mechanical schematic, the state of yet another instant of a portion of a haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一構成を、透視ブロック図の形で表している。One configuration of a haptic actuator made according to the principles of the present invention is shown in the form of a perspective block diagram. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部を、切断透視図の形で示している。A portion of a haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention is shown in cut-away perspective. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部を、模式的平面図で示している。A portion of a haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention is shown in schematic plan view. 本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの一部を、機械的模式図で示している。A portion of a haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention is shown in a mechanical schematic diagram. 本発明の原理により触覚アクチュエータを作製するための製造過程を、流れ図の形で示している。A manufacturing process for making a haptic actuator according to the principles of the present invention is shown in flow chart form. 本発明の原理により触覚アクチュエータを作製するのに適応可能な製造過程の一部を、模式的透視図の形で示している。A portion of the manufacturing process that can be adapted to make a haptic actuator according to the principles of the present invention is shown in schematic perspective form. 本発明の原理により触覚アクチュエータを作製するのに適応可能な製造過程により作製される例示的装置を、模式的透視図の形で示している。1 illustrates in schematic perspective view an exemplary device made by a manufacturing process that is adaptable to make a haptic actuator in accordance with the principles of the present invention. 本発明の原理により作製されるリニア共振アクチュエータを、模式図により示している。A linear resonant actuator made in accordance with the principles of the present invention is shown schematically. 本発明の原理により作製されるリニア共振アクチュエータの瞬間的状態の模式的表現を示している。Fig. 3 shows a schematic representation of the instantaneous state of a linear resonant actuator made according to the principles of the present invention.

以下の記述は、どのような当業者でも開示された発明を作ったり使用したりすることができるようにするために提供されており、また、現在のところ発明者により考えられている、発明を実施する最良の態様について、述べている。以下の記述においては、説明目的で、本発明についての徹底的な理解をもたらすために、多くの具体的詳細が述べられている。しかし、これらの具体的詳細なしに本発明が実施され得る、ということは、当業者にとっては明らかであろう。別の例では、開示されている要点を不必要にぼかすのを避けるために、既知の構造や装置がブロック図の形式で示されている。   The following description is provided to enable any person skilled in the art to make and use the disclosed invention, and is intended for the invention presently contemplated by the inventor. The best mode of implementation is described. In the following description, for the purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to avoid unnecessarily obscuring the disclosed points.

図1は、本発明の原理により作製される触覚アクチュエータ100の一実施形態の一部を、模式的ブロック図の形で示している。触覚アクチュエータ100は、制御装置104を介してモータ部106に動作可能に結合された電源102を含む。モータ部106は、動力伝達部110に機械的に結合108されている。動力伝達部110はさらに、慣性質量部114に機械的に結合112されている。   FIG. 1 illustrates, in schematic block diagram form, a portion of one embodiment of a haptic actuator 100 made in accordance with the principles of the present invention. Haptic actuator 100 includes a power supply 102 that is operatively coupled to a motor portion 106 via a control device 104. The motor unit 106 is mechanically coupled 108 to the power transmission unit 110. The power transmission unit 110 is further mechanically coupled 112 to the inertial mass unit 114.

動力伝達部110は、モータ部106から力学的エネルギーを受け取るように、そして、所望の空間的経路に沿って、モータ部106の位置に対して慣性質量部114を加速するように、構成される。様々な実施形態において、慣性質量部114は、特定の設計と用途にしたがって、それぞれの経路に沿ってモータ部の位置に対して加速される、一つ以上の個々の要素を含むであろう。同様に、それぞれの実施形態では、動力伝達部110は、ある程度分離したいくつかの部分を含んでもよく、また同様に、ある実施形態は、一つ以上のモータ部を含むだろう。実際、ある実施形態では、図示された触覚アクチュエータ100は、触覚アクチュエータ・システムを一緒になって形作る、ある程度似たようないくつかの触覚アクチュエータ・サブシステムのうちの、一つとなるだろう。   The power transmission section 110 is configured to receive mechanical energy from the motor section 106 and to accelerate the inertial mass section 114 relative to the position of the motor section 106 along a desired spatial path. . In various embodiments, the inertial mass portion 114 will include one or more individual elements that are accelerated relative to the position of the motor portion along their respective paths according to the particular design and application. Similarly, in each embodiment, the power transmission portion 110 may include several portions that are separated to some extent, and similarly, some embodiments will include one or more motor portions. In fact, in some embodiments, the illustrated haptic actuator 100 will be one of several similar haptic actuator subsystems that together form the haptic actuator system.

図2は、そのような一つの触覚アクチュエータ・システム200の一部を、模式的ブロック図の形で示している。触覚アクチュエータ・システム200は、制御装置204を介してモータ部206に動作可能に結合された電源202を含む。モータ部206は、第1の動力伝達部210に機械的に結合208されている。モータ部206は、第2の動力伝達部214にも機械的に結合212されている。第1の動力伝達部210はさらに、第1の慣性質量部218に機械的に結合216されている。同様に、第2の動力伝達部214はさらに、第2の慣性質量部222に機械的に結合220されている。   FIG. 2 shows a portion of one such haptic actuator system 200 in the form of a schematic block diagram. Tactile actuator system 200 includes a power source 202 operably coupled to motor portion 206 via controller 204. The motor unit 206 is mechanically coupled 208 to the first power transmission unit 210. The motor unit 206 is also mechanically coupled 212 to the second power transmission unit 214. The first power transmission unit 210 is further mechanically coupled 216 to the first inertial mass unit 218. Similarly, the second power transmission unit 214 is further mechanically coupled 220 to the second inertial mass unit 222.

第1の動力伝達部210と第2の動力伝達部214が実質的に同時にモータ部から力学的エネルギーを受け取るように、こうしたシステムを配置することができる、ということは、当業者たる実務家には明らかであろう。さらに、特定の用途の要件に応じて、第1の慣性質量部218と第2の慣性質量部222がそれら自体の動きの少なくとも一部の間はお互いから対称的に離れてゆくように、そしてその結果、触覚アクチュエータ・システム200の質量中心が、第1の慣性質量部218と第2の慣性質量部222の動きに起因する加速を、ほとんど、またはまったく受けないように、第1の動力伝達部210と第2の動力伝達部214を配置することができる。   It will be appreciated by those skilled in the art that such a system can be arranged such that the first power transmission 210 and the second power transmission 214 receive mechanical energy from the motor section substantially simultaneously. Will be clear. Further, depending on the requirements of the particular application, the first inertial mass 218 and the second inertial mass 222 are symmetrically separated from each other during at least part of their own movement, and As a result, the first power transmission is such that the center of mass of the haptic actuator system 200 receives little or no acceleration due to the movement of the first inertial mass 218 and the second inertial mass 222. The part 210 and the second power transmission part 214 can be arranged.

本発明のある実施形態では、上述のとおり、第1の慣性質量部218と第2の慣性質量部222を、対称的に逆方向に駆動することができ、その後で、触覚アクチュエータ・システム200の質量中心の突然の変化をもたらすために、共通の方向に加速することができる。方向におけるこの変化の帰結は、一例においてはモータ部206を介して伝達されるような、急激な力学的出力信号である。別の例では、出力信号は、動力伝達部210・214の一方または双方を介して直接的にシステムのケース(不図示)へと伝達される。   In one embodiment of the present invention, as described above, the first inertial mass 218 and the second inertial mass 222 can be driven symmetrically in opposite directions, after which the haptic actuator system 200 To bring about a sudden change in the center of mass, it is possible to accelerate in a common direction. The result of this change in direction is an abrupt mechanical output signal, which in one example is transmitted through motor portion 206. In another example, the output signal is transmitted directly to the case (not shown) of the system via one or both of the power transmission units 210 and 214.

図3A、図3B、図3Cは、三つのそれぞれの瞬間の状態300、302、304における、例示的な触覚アクチュエータシステムのサブシステムを、機械的模式図の形で示している。図3A、図3B、図3Cの実施形態は、実質的に剛体の構造部材およびピボット式継ぎ手を含む、複数の機械的リンクとして実現されている点で、注目に値する。   FIGS. 3A, 3B, and 3C illustrate, in mechanical schematic form, exemplary subsystems of the haptic actuator system in three respective instantaneous states 300, 302, and 304. FIG. The embodiments of FIGS. 3A, 3B, and 3C are notable in that they are implemented as a plurality of mechanical links that include a substantially rigid structural member and a pivot joint.

第1のリンク306が、図示したサブシステムの力学的基盤を形作る。議論のために、第1のリンク306を、図示した瞬間の状態の全体にわたってずっと実質的に静止しているものだと考えてもよい。実際的な例においては、リンク306に伝えられた力積が、消費者向け装置のケース(不図示)を保持しているかあるいは他の方法で触知可能にケースに接触しているユーザによって、すぐに検知されるように、第1のリンク306が、機械的にケースに結合されているかもしれない。   A first link 306 forms the mechanical foundation of the illustrated subsystem. For discussion purposes, the first link 306 may be considered to be substantially stationary throughout the instant state shown. In a practical example, the impulse delivered to the link 306 is by a user holding a consumer device case (not shown) or otherwise touching the case happily, The first link 306 may be mechanically coupled to the case so that it can be readily detected.

リンク306は、第1のピボット点308と第2のピボット点310を支持する。実際には、他の代替物の中でもとりわけ、回転式ヒンジまたは可撓性ヒンジとして、これらのピボット点を実現してもよい。ある種の実施形態では、後でさらに議論するとおり、これらのヒンジおよび実質的に剛体のリンク要素を、μMECS(登録商標)製造技術の使用を通じて実現することが有利であろう。   The link 306 supports a first pivot point 308 and a second pivot point 310. In practice, these pivot points may be implemented as rotary or flexible hinges, among other alternatives. In certain embodiments, as discussed further below, it may be advantageous to implement these hinges and substantially rigid link elements through the use of μMECS® manufacturing techniques.

ピボット点308は、図示したとおり、314を通る旋回運動を可能とするように、さらなるリンク312を支持する。ピボット点310は、図示したとおり、旋回運動318用のリンク316を支持する。さらなるピボット点320と322が、それぞれ、リンク312と316の遠位端またはその近くに配置されている。それぞれの旋回運動328と330を可能とするように、ピボット点320はリンク324を支持し、ピボット点322はリンク326を支持する。   Pivot point 308 supports a further link 312 to allow pivoting movement through 314 as shown. The pivot point 310 supports a link 316 for pivoting movement 318 as shown. Additional pivot points 320 and 322 are located at or near the distal ends of links 312 and 316, respectively. Pivot point 320 supports link 324 and pivot point 322 supports link 326 to allow respective pivoting motions 328 and 330.

図示したとおり、リンク316と324は、中間のピボット点332において、相互にしっかり結合されている。リンク324は、その遠位端において、さらなるピボット点334を支持する。リンク326は、その遠位端において、さらなるピボット点336を支持する。さらなるリンク338が、自身の両端またはその近くにおいて、ピボット点334と336の間に、旋回可能に結合されている。   As shown, links 316 and 324 are firmly coupled to each other at an intermediate pivot point 332. The link 324 supports an additional pivot point 334 at its distal end. The link 326 supports a further pivot point 336 at its distal end. A further link 338 is pivotally coupled between pivot points 334 and 336 at or near its ends.

上記のとおり、図3A、図3B、および図3Cは、触覚アクチュエータ・サブシステムの動作における、三つのそれぞれの瞬間の状態を示している。一実施形態において、サブシステムの動作は、状態300から状態302へ、そしてそれから状態304へ、という推移をもたらす。この推移との整合性を保って、ピボット点334は、「J型軌道」340に沿って駆動される。したがって、サブシステムが状態300にあるとき、ピボット点334は、おおよそJ型軌道340の近位端342のあたりに位置している。サブシステムが状態302にあるとき、ピボット点334は、J型軌道340上の中間位置344に位置している。サブシステムが状態304にあるとき、ピボット点334は、おおよそJ型軌道340の遠位端349のあたりに位置している。   As described above, FIGS. 3A, 3B, and 3C illustrate three different instantaneous states in the operation of the haptic actuator subsystem. In one embodiment, subsystem operation results in a transition from state 300 to state 302 and then to state 304. The pivot point 334 is driven along the “J-shaped track” 340 while maintaining consistency with this transition. Thus, when the subsystem is in state 300, the pivot point 334 is approximately around the proximal end 342 of the J-shaped track 340. When the subsystem is in state 302, pivot point 334 is located at an intermediate position 344 on J-shaped track 340. When the subsystem is in state 304, the pivot point 334 is approximately around the distal end 349 of the J-shaped track 340.

特定された状態300、302、および304が、単に例示的なものであることと、任意の中間時点において、ピボット点334が、J型軌道沿いの対応する位置に見出されるであろうことを、当業者はよく理解するだろう。さらに、J型軌道沿いのピボット点334の動きは、いかなる特定の状態で始まる必要もなく、特定の用途の要件に適した任意のやり方でJ型軌道を行き来するように選ばれるだろう、ということを当業者たる実務家は理解するだろう。さらに、J型軌道沿いの動きは、それぞれの実施形態において、これもまた特定の用途の要件にしたがって、周期的であるか、継続的に進むか、または任意の有限個の周期(一つの周期のうちの小数部分、およびその小数部分の任意の望ましい倍数を含む)にわたることだろう。   That the identified states 300, 302, and 304 are merely exemplary, and that at any intermediate time, the pivot point 334 will be found at a corresponding location along the J-shaped trajectory, Those skilled in the art will appreciate. Furthermore, the movement of the pivot point 334 along the J-shaped trajectory will not have to start in any particular state, but will be chosen to traverse the J-shaped trajectory in any way suitable for the specific application requirements. Those skilled in the art will understand that. Furthermore, the movement along the J-shaped trajectory is, in each embodiment, periodic, continuously moving, or any finite number of periods (one period), depending also on the requirements of the particular application. And any desired multiple of that fractional part).

特定のサブシステムの設計の詳細によって、J型軌道の性質が変化するだろう、ということも、よく理解されるだろう。よって、図示した実施形態では、J型軌道340は、概ね直線的な第1部分346と概ね弓形の第2部分348とを含むが、これらの領域の、長さおよび直線性の程度を含む性質は、用途ごとに異なるだろう。   It will also be appreciated that the details of the design of a particular subsystem will change the nature of the J-shaped trajectory. Thus, in the illustrated embodiment, the J-shaped track 340 includes a generally straight first portion 346 and a generally arcuate second portion 348, but the nature of these regions including the length and degree of linearity. Will vary from application to application.

ある実際的な用途では、例えば、概ね直線的な領域346は、実際問題として、やや非直線的(例えば、やや弓形)であろう。それにもかかわらず、生み出される力学的信号は、完全に許容可能であり望ましくもあるように、特定の用途の要件の範囲内に十分に入るだろう。同様に、弓形部分348は、ある実施形態では実質的に円を描くだろうし、他の実施形態では特定の用途の要件に適した任意の曲線をたどるように設けられるだろう。   In some practical applications, for example, the generally straight region 346 may in practice be somewhat non-linear (eg, somewhat arcuate). Nevertheless, the generated mechanical signal will be well within the requirements of a particular application, as would be perfectly acceptable and desirable. Similarly, arcuate portion 348 may be substantially circular in some embodiments, and may be provided to follow any curve suitable for the requirements of a particular application in other embodiments.

再び手短に図1を参照すると、図3A、図3B、および図3Cに関して説明したサブシステムが、ある実施形態では、触覚アクチュエータ100の動力伝達部110の一部に対応するだろう、ということが理解されるだろう。さらに、J型軌道をたどるように結合された慣性質量(概ねピボット点334と一致する)は、ある実施形態では、触覚アクチュエータ100の慣性質量部114に対応していてもよい、ということも理解されよう。実際には、慣性質量(不図示)の、サブシステムへの正確な結合は、特定の用途の要件に依存するだろうし、リンク324とリンク338とピボット点334のうちの一つ以上への結合を含んでいてもよい。本発明の要件と利点を教わったら、当業者は、特定の用途には特定の装置が役に立つということを、最小の実験だけで確認することができるだろう。   Referring briefly to FIG. 1 again, the subsystem described with respect to FIGS. 3A, 3B, and 3C will correspond to a portion of the power transmission 110 of the haptic actuator 100 in some embodiments. Will be understood. It is further understood that the inertial mass coupled to follow the J-shaped trajectory (generally coincident with pivot point 334) may correspond to inertial mass 114 of haptic actuator 100 in some embodiments. Let's do it. In practice, the exact coupling of the inertial mass (not shown) to the subsystem will depend on the requirements of the particular application and coupling to one or more of the links 324, 338, and pivot point 334. May be included. Once taught the requirements and advantages of the present invention, one of ordinary skill in the art will be able to ascertain that a particular device is useful for a particular application with minimal experimentation.

本明細書で開示されるシステムと装置が、新しく、かつ、驚くほど望ましいものだとはいえ、本開示という恩恵を受ければ、当業者は、特定の技術的応用の要望に適したJ型軌道(または他の軌道)を作り出すことのできるサブシステムを提供するのに必要な特定の性質を、最小の実験だけですぐに突き止めることだろう。   Although the systems and devices disclosed herein are new and surprisingly desirable, those skilled in the art will appreciate that the J-type trajectory is suitable for the needs of a particular technical application. The specific properties needed to provide a subsystem that can create (or other trajectories) will quickly be identified with minimal experimentation.

前述したことにもかかわらず、それでもなお、例示的な一実施形態において、リンク306と338は各々約49単位の長さであり、リンク312と326は各々約45単位の長さであり、リンク316と324は各々約89単位の長さである、ということには注意すべきである。さらに、ピボット点310と332の間の、リンク316に沿った例示的な長さは、約64単位であり、したがって、ピボット点332と322の間の例示的な長さは約25単位である。同様に、ピボット点334と332の間の例示的な長さは約64単位であり、よって、ピボット点332と320の間の例示的な長さは約25単位である。   Notwithstanding the foregoing, nevertheless, in an exemplary embodiment, links 306 and 338 are each approximately 49 units long and links 312 and 326 are each approximately 45 units long and link Note that 316 and 324 are each approximately 89 units long. Further, the exemplary length along link 316 between pivot points 310 and 332 is about 64 units, and thus the exemplary length between pivot points 332 and 322 is about 25 units. . Similarly, an exemplary length between pivot points 334 and 332 is about 64 units, and thus an exemplary length between pivot points 332 and 320 is about 25 units.

例示的実施形態においては、基準線350が、J型軌道340の第1の概ね直線的な部分346を含む平面に対して、実質的に同一平面内にあるか、または平行な平面内に配置される、ということにも注意すべきである。さらに、例示的な一実施形態において、サブシステムの動作の間、角度352は実質的に一定であり、例えば、約70°といった値を有する。さらに、図3A、図3B、図3Cに示されているようなサブシステムを、さらなるサブシステムに対して、それぞれのJ型軌道340のそれぞれの概ね直線的な部分346同士をお互いに対して実質的に正反対の向きに配置するように、素早く位置調整することが、角度352の適切な選択によって可能となる、ということにも注意すべきである。したがって、一方のサブシステムに結合されている慣性質量の動きは、他方のサブシステムの慣性質量の対応する動きにより相殺される。前に述べたとおり、この相殺は、対応する時刻において一つに合わせて考えた二つのサブシステムの質量中心の最小限の加速、という結果になる。結果として、J型軌道の概ね直線的な部分346の上での動きに起因する偽の信号でユーザを煩わせるおそれが、最小化される。   In the exemplary embodiment, the reference line 350 is substantially in the same plane relative to the plane that includes the first generally straight portion 346 of the J-shaped trajectory 340 or is disposed in a plane that is parallel. It should also be noted that it is done. Further, in one exemplary embodiment, during subsystem operation, angle 352 is substantially constant, for example, having a value of about 70 degrees. Further, a subsystem such as that shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C can be configured with respect to further subsystems such that each generally straight portion 346 of each J-shaped track 340 is substantially relative to each other. It should also be noted that quick alignment is possible by proper selection of the angle 352 so that it is placed in the exact opposite direction. Thus, the motion of the inertial mass coupled to one subsystem is offset by the corresponding motion of the inertial mass of the other subsystem. As previously stated, this cancellation results in a minimal acceleration of the center of mass of the two subsystems considered together at the corresponding times. As a result, the risk of bothering the user with false signals resulting from movement on the generally linear portion 346 of the J-shaped trajectory is minimized.

触覚アクチュエータ内のサブシステム同士の正反対の動きについての、対応する図解が、図4Aと図4Bに示されている。さらに、図2と、図2についての前述の記載が、参照される。図4Aは、本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの部分400を、機械的模式図の形で示している。図示された部分400は、第1サブシステム402と第2サブシステム404を含む。サブシステム402と404は、それぞれのJ型軌道406と408に沿ってそれぞれの慣性質量(不図示)の動きを生み出すように、配置され、かつ構成される。基準あるいは「基盤」のリンク410と412は、お互いに対して、そして双方とも共有リンク414に対して、実質的に固定された空間的関係で配置される。リンク410と412の各々は、共有リンク414に対して、それぞれの角度416と418で配置される。ある種の実施形態では、さらなる共有リンク420とともに等脚台形を形作るように、それぞれの角度416と418が(鏡面対称を通じて変換されはするものの)等しくなっているだろう。   Corresponding illustrations for the exact opposite movement of the subsystems within the haptic actuator are shown in FIGS. 4A and 4B. Furthermore, reference is made to FIG. 2 and the previous description of FIG. FIG. 4A shows a tactile actuator portion 400 made in accordance with the principles of the present invention in the form of a mechanical schematic. The illustrated portion 400 includes a first subsystem 402 and a second subsystem 404. Subsystems 402 and 404 are arranged and configured to produce movement of respective inertial masses (not shown) along respective J-shaped tracks 406 and 408. The reference or “base” links 410 and 412 are arranged in a substantially fixed spatial relationship with respect to each other and both to the shared link 414. Each of links 410 and 412 are disposed at respective angles 416 and 418 with respect to shared link 414. In certain embodiments, each angle 416 and 418 will be equal (although transformed through mirror symmetry) to form an isosceles trapezoid with an additional shared link 420.

論じられている各リンクは、個々の線分として模式的に表現されてはいるが、表示されているピボット点をお互いに対して動作可能な空間的関係で支持するのに適した、任意の形のものとすることができる、ということを、読者はよく理解するであろう。さらに、リンク414と420は、等脚台形の辺を形成するものとして示されているが、まったく随意的なものであって、特定の実施形態の必要に応じたものである。再び言うが、これらのリンクは単に、動作可能なピボット点同士をお互いに対して実質的に所望の空間的関係に保つようになっている任意の適切な構造を、記載上の目的で代表して表しているだけである。よって、例えば、リンク410と412が、他の方法によって、お互いに対して実質的に固定された関係で機械的に結合されている場合には、リンク420および/またはリンク414が省略されてもよい。そうした結合は、それらリンクが双方とも、例えば、部分的または全面的に図示の台形の周囲の内部に配置されたモータ筐体に対して結合されることにより、達成されてもよい。他の実施形態では、リンク410と412は、別々の機械要素ではなく、より大きな構造の一部として一体的に形成されるが、その構造は、例えば420や422や424や426などの図示したピボット点を適切に支えさえすればよい、ということが再び認識される。   Each of the links discussed is represented schematically as an individual line segment, but can be any arbitrary suitable to support the displayed pivot points in a spatial relationship that is operable relative to each other. The reader will understand that it can be shaped. Further, although links 414 and 420 are shown as forming isosceles trapezoidal sides, they are entirely optional and as required by a particular embodiment. Again, these links merely represent any suitable structure that is intended to keep the operable pivot points in a substantially desired spatial relationship relative to each other for descriptive purposes. It just shows. Thus, for example, if links 410 and 412 are mechanically coupled in a substantially fixed relationship to each other by other methods, link 420 and / or link 414 may be omitted. Good. Such coupling may be accomplished by both of the links being coupled, for example, partially or fully to a motor housing disposed within the periphery of the illustrated trapezoid. In other embodiments, links 410 and 412 are integrally formed as part of a larger structure rather than separate mechanical elements, but the structure is illustrated as such as 420, 422, 424, 426, etc. It is again recognized that it is only necessary to properly support the pivot point.

一実施形態においては、図示されているとおり、さらなるリンク428と430が、その近位端において、それぞれピボット422と424に結合されている。ピボット点422の周りを旋回432するようリンク428を押圧するように、かつ、ピボット点424の周りを旋回434するようリンク430を押圧するように、さらなる装置(不図示)が配置される。こうした旋回軸周りの力が、ピボット点422の周りでのリンク428の旋回的回転と、ピボット点424の周りでのリンク430の旋回的回転を生じさせるだろうし、また、矢印440と442でそれぞれ示されるように、J型軌道406に沿ったピボット点436の対応する動きと、J型軌道408に沿ったピボット点438の対応する動きを生じさせるだろう、ということを、当業者は、図3A、図3B、図3Cの図面と説明を考慮に入れれば、すぐに理解するだろう。   In one embodiment, as shown, additional links 428 and 430 are coupled at their proximal ends to pivots 422 and 424, respectively. Additional devices (not shown) are arranged to press the link 428 to pivot 432 about the pivot point 422 and to press the link 430 to pivot 434 about the pivot point 424. Such a force about the pivot axis will cause a pivotal rotation of link 428 about pivot point 422 and a pivotal rotation of link 430 about pivot point 424, and at arrows 440 and 442, respectively. Those skilled in the art will appreciate that, as shown, a corresponding movement of the pivot point 436 along the J-shaped track 406 and a corresponding movement of the pivot point 438 along the J-shaped track 408 will occur. It will be readily understood by considering the drawings and descriptions of 3A, 3B, and 3C.

もちろん、ニュートンによれば、J型軌道406の直線的な部分444に沿った、ピボット点436における装置の加速度は、矢印440と反対の方向に、等しい反作用力を生み出すはずである。同様に、ピボット点438における装置の加速度は、矢印442と反対の方向に、等しい反作用力を生み出すはずである。リンク428と430の回転432と434がそれぞれ実質的に同期して進行する限り、かつ、二つのサブシステム402と404の、成分ごとの質量および加速度、ならびに累積的な質量および加速度が、実質的に等しい限り、これらの反作用力は、それに対応して等しくなる傾向があるだろう。さらに、システムのリンクが実質的に剛体である限り、かつ、その結果としてピボット点同士が実質的にお互いに対して空間的に固定されている限り、これらの力は事実上、釣り合いがとれて、お互いに相殺するであろうし、その結果は、システム全体の質量中心が動かない、というものである。もちろん、理想的でないシステムは、何らかの弾性や、構成要素の経路における何らかの非直線性を示すであろう。それにもかかわらず、うまく設計されたシステムは、この逆向きの動き440と442の間は、実用上は無視することのできる振動しか作り出さないだろう。   Of course, according to Newton, the acceleration of the device at the pivot point 436 along the straight portion 444 of the J-shaped trajectory 406 should produce an equal reaction force in the opposite direction of the arrow 440. Similarly, the acceleration of the device at pivot point 438 should produce an equal reaction force in the opposite direction of arrow 442. As long as the rotations 432 and 434 of the links 428 and 430 proceed substantially synchronously, respectively, and the mass and acceleration per component and the cumulative mass and acceleration of the two subsystems 402 and 404 are substantially As long as they are equal, these reaction forces will tend to be correspondingly equal. Furthermore, as long as the system links are substantially rigid and as a result the pivot points are substantially spatially fixed relative to each other, these forces are effectively balanced. Will offset each other and the result is that the center of mass of the entire system does not move. Of course, a non-ideal system will exhibit some elasticity or some nonlinearity in the component path. Nevertheless, a well-designed system will produce only vibrations that are practically negligible during this reverse movement 440 and 442.

同様に、図4Bに示すように、リンク428と430をそれぞれピボット点422と424の周りで逆方向450と452に旋回的に動かすことは、それぞれ、J型軌道406と408の直線部分に沿った、ピボット点436と438の、矢印454と456の方向での内向きの加速度をもたらす。またしても、ピボット点436と438に隣接した装置の加速度は、実質的に等しく且つお互いに対して逆向きの反作用力を生み出す。装置全体が実質的に剛体である限り、システム全体の質量中心のどのような変位も、最小限である。   Similarly, as shown in FIG. 4B, pivoting links 428 and 430 about pivot points 422 and 424, respectively, in opposite directions 450 and 452, respectively, along the straight portions of J-shaped tracks 406 and 408, respectively. In addition, pivot points 436 and 438 provide inward acceleration in the direction of arrows 454 and 456. Again, the accelerations of the devices adjacent to pivot points 436 and 438 produce reaction forces that are substantially equal and opposite to each other. As long as the entire device is substantially rigid, any displacement of the center of mass of the entire system is minimal.

ユーザに届く実体的な出力なしに、ピボット点436と438が、繰り返し、かつ、ある程度は無制限に、J型軌道406と408の直線領域444と446の内部で振動することが可能である、ということは、よく理解されるだろう。しかし一方では、リンク428の方向432での、そしてリンク430の方向434での、さらなる回転が、ピボット点436と438を、J型軌道406と408の直線領域444と446の外へ、そして、それぞれの弓形領域458と460へと移動させるだろう、ということが当業者には明らかだろう。   The pivot points 436 and 438 can vibrate within the straight regions 444 and 446 of the J-shaped tracks 406 and 408 repeatedly and to some extent without substantial output reaching the user. That will be well understood. On the other hand, however, further rotation in the direction 432 of the link 428 and in the direction 434 of the link 430 causes the pivot points 436 and 438 to move out of the straight regions 444 and 446 of the J-shaped tracks 406 and 408 and It will be apparent to those skilled in the art that the respective arcuate regions 458 and 460 will be moved.

リンクとピボット点の剛性を条件として、この変化は、ピボット点436と438における装置質量の、矢印440と442に対してほぼ垂直な方向への急な加速をもたらすであろう。またしてもニュートンによれば、この加速に等しくて反対向きの反作用があるはずであり、サブシステム402と404の連動アセンブリを介して伝えられる求心力は、例えば矢印462の方向でのリンク414の加速として表されるこの反作用、という結果になる。   Subject to the stiffness of the link and pivot points, this change will result in a sudden acceleration of the device mass at pivot points 436 and 438 in a direction substantially perpendicular to arrows 440 and 442. Again, according to Newton, there should be an opposite reaction equal to this acceleration, and the centripetal force transmitted through the interlocking assembly of subsystems 402 and 404 is, for example, that of link 414 in the direction of arrow 462. This results in this reaction expressed as acceleration.

この加速の特徴は、一般に、装置の諸質量に依存するだろうし、とりわけピボット点436と438における質量に依存するだろう。特に重要なのは、ピボット点436と438における質量の、J型軌道406と408の直線領域444と446の端から端までのそれら質量の加速により得られたような、力学的エネルギーであろうし、また、J型軌道406と408の弓形部分458と460の端から端までの通過の間に、それら質量を加速するように加えられる、さらなるエネルギーであろう。   This acceleration feature will generally depend on the mass of the device, and in particular on the mass at pivot points 436 and 438. Of particular importance will be the mechanical energy, as obtained by acceleration of the masses at the pivot points 436 and 438, from end to end of the straight regions 444 and 446 of the J-shaped trajectories 406 and 408, and , Additional energy applied to accelerate their mass during the end-to-end passage of arcuate portions 458 and 460 of J-shaped tracks 406 and 408.

本発明のある実施形態では、サブシステム402と404のリンクとピボット点の構成は、J型軌道406の遠位端464でのピボット点436の突然の減速と、J型軌道408の遠位端466でのピボット点438の、対応する突然の減速とをもたらすだろう。またもやサブシステム要素の剛性に依存するが、これらの突然の減速は、装置の残りの部分へ、とりわけリンク414へと伝えられるだろうし、するとリンク414は矢印462とは逆の方向に加速するだろう。   In some embodiments of the present invention, the linkage and pivot point configuration of subsystems 402 and 404 may be configured to cause sudden deceleration of pivot point 436 at distal end 464 of J-shaped track 406 and distal end of J-shaped track 408. The pivot point 438 at 466 will result in a corresponding sudden deceleration. Again, depending on the stiffness of the subsystem elements, these sudden decelerations will be transmitted to the rest of the device, in particular to the link 414, and the link 414 will accelerate in the direction opposite to the arrow 462. Let's go.

もし装置全体が自由空間内にあったら、矢印462に沿った逆向きの加速は、装置全体がその原点へと最終的に戻るという結果を招いたであろう、ということを、当業者はよく理解するだろう。しかし、当該装置が消費者向け電子機器の一部である限り、周期の前半・後半それぞれにおいて、エネルギーは、その機器のケースを介してユーザへと伝えられるだろう。その結果、システムの特質にしたがって、前半・後半の一方または双方は、出力「タップ」として検出可能になるだろう。図1に関して前述したとおり、このタップの大きさは、ピボット点436と438を補助的な慣性質量部分に結合することにより増大するだろうが、ここで、それらの部分の質量は、利用可能な空間、駆動エネルギー、および装置全体の構造的強度と調和するものである。前述の事柄にもかかわらず、本発明のある実施形態では、装置全体の質量中心の周りでの回転を防ぐように、J型軌道と加速度プロファイルが選択されるだろう。   Those skilled in the art will appreciate that if the entire device was in free space, the reverse acceleration along arrow 462 would have resulted in the entire device eventually returning to its origin. Will understand. However, as long as the device is part of a consumer electronic device, energy will be transferred to the user via the device case in each of the first and second half of the cycle. As a result, depending on the nature of the system, one or both of the first and second half will be detectable as an output “tap”. As described above with respect to FIG. 1, the size of this tap will increase by coupling pivot points 436 and 438 to the auxiliary inertial mass portion, where the mass of those portions is available It is in harmony with space, drive energy, and structural strength of the entire device. Despite the foregoing, in certain embodiments of the present invention, the J-type trajectory and acceleration profile will be selected to prevent rotation around the center of mass of the entire device.

上記の説明では、外向きでJ型軌道に沿ったピボット点436と438の初期運動をともなった、図4Aの配置のような初期配置を仮定したが、別の実施形態では、ピボット点の初期位置は、その実施形態の要件にしたがって、J型軌道に沿った任意の場所に設けられ得る、ということも理解されるべきである。   While the above description has assumed an initial arrangement, such as the arrangement of FIG. 4A, with an initial motion of the pivot points 436 and 438 outward and along the J-shaped trajectory, in another embodiment, the initial pivot point It should also be understood that the location can be provided anywhere along the J-shaped trajectory according to the requirements of that embodiment.

ゆえに、例えば本発明の一実施形態は、図4Bの配置のような初期配置でピボット点436と438がそれぞれ初期位置468と470にあるサブシステムを含むだろう。そうした一つの実施形態において、例えば、ピボット点436と438は、初めはそれぞれ矢印454と456の方向に、内向きに駆動されるだろうし、周期のこの部分の間に力学的エネルギーを蓄積するだろう。J型軌道406と408それぞれの近位端472と474に到達すると、ピボット点436と438は、急激に減速して方向を逆転させるだろう。   Thus, for example, one embodiment of the present invention would include a subsystem with pivot points 436 and 438 at initial positions 468 and 470, respectively, in an initial configuration, such as the configuration of FIG. 4B. In one such embodiment, for example, pivot points 436 and 438 will initially be driven inward in the directions of arrows 454 and 456, respectively, and will store mechanical energy during this portion of the cycle. Let's go. Upon reaching the proximal ends 472 and 474 of the J-shaped tracks 406 and 408, the pivot points 436 and 438 will rapidly decelerate and reverse direction.

この減速と逆転を概ね弾性的に行うことができる限り、ピボット点436と438の最初の内向きの動きの間に得られた力学的エネルギーを、装置へと返して、それから、J型軌道406と408の直線部分444と446に沿って外向きにピボット点436と438が動くのに連れて、さらなる駆動力によって補うことが、可能である。そのように配置すると、ピボット点436と438で結合されているか、またはそこに隣接して結合されている慣性質量は、他の方法におけるものよりも実質的に多くの力学的エネルギーをともなって、J型軌道406と408の遠位端464と466に到達することがあり得る。   As long as this deceleration and reversal can be performed approximately elastically, the mechanical energy gained during the initial inward movement of pivot points 436 and 438 is returned to the device and then the J-shaped trajectory 406. As the pivot points 436 and 438 move outwardly along the straight portions 444 and 446 of 408 and 408, it is possible to compensate with additional driving forces. When so arranged, the inertial mass connected at or adjacent to the pivot points 436 and 438 has substantially more mechanical energy than in the other methods, It is possible to reach the distal ends 464 and 466 of the J-shaped tracks 406 and 408.

例えば、機械的なバネ装置などのそれぞれの装置476と478を、J型軌道406と408の近位端472と474にそれぞれ隣接して配置することにより、上述の弾性的な逆転は、様々な実施形態で達成されるだろう。ピボット点436と438および/または対応する慣性質量部分の、適宜の機械的特徴部は、バネが最大限に縮むところまで行ってそれから広がり始めるときにバネを押し縮めてそれによって逆向きに加速されるようにするため、機械的バネ装置の受け部に突き当たるよう配置されるだろう。   For example, by placing respective devices 476 and 478, such as mechanical spring devices, adjacent to proximal ends 472 and 474 of J-shaped tracks 406 and 408, respectively, Will be achieved in an embodiment. The appropriate mechanical features of the pivot points 436 and 438 and / or the corresponding inertial mass portion are accelerating in the opposite direction by compressing the spring as it goes to the maximum contraction and then begins to expand. In order to do so, it will be placed against the receiving part of the mechanical spring device.

前述の開示に照らして、当業者は、本発明の対応する実施形態においては他の弾性的装置も使われるだろう、ということをよく理解するだろう。よって、本発明のある実施形態では、装置476と478は省略されるだろう。その代わり、力学的エネルギーを貯めて、その力学的エネルギーを、ピボット点436と438で支持されているかまたはそこに隣接して支持されている慣性質量へと返すために、サブシステム402と404の一つ以上のリンクおよび/またはピボット点の内在的な弾性が使われるだろう。   In light of the foregoing disclosure, those skilled in the art will appreciate that other resilient devices may be used in corresponding embodiments of the present invention. Thus, in some embodiments of the present invention, devices 476 and 478 will be omitted. Instead, to store mechanical energy and return it to the inertial mass supported at or adjacent to pivot points 436 and 438, the subsystems 402 and 404 Intrinsic elasticity of one or more links and / or pivot points may be used.

本発明のさらなるある種の実施形態では、J型軌道406と408の端点472と474の近くでの慣性質量の力学的エネルギーの蓄積と解放には、引き合う磁力および/または反発する磁力を利用する永久磁石装置が適用されるだろう。本発明のさらに別の実施形態では、慣性質量部分の減速の間に、例えばソレノイド式ないし回転式の発電機で力学的エネルギーを受け取る電磁的装置を適用することで、能動的なエネルギー貯蔵が達成されるだろう。例えば、容量的に蓄積され、および/または電気化学的な電池に蓄積されるような電気的エネルギーへと、力学的エネルギーは変換される。蓄積されたエネルギーは、その後、電気的モータとしてのソレノイド式または回転式の発電機を用いることで、動いている質量へと返される。   In certain further embodiments of the present invention, attracting and / or repelling magnetic forces are used to store and release the kinetic energy of the inertial mass near the endpoints 472 and 474 of the J-shaped tracks 406 and 408. Permanent magnet devices will be applied. In yet another embodiment of the present invention, active energy storage is achieved by applying an electromagnetic device that receives mechanical energy during deceleration of the inertial mass portion, for example, with a solenoid or rotary generator. Will be done. For example, mechanical energy is converted into electrical energy that is stored capacitively and / or stored in an electrochemical cell. The stored energy is then returned to the moving mass by using a solenoid or rotary generator as an electric motor.

そうした能動的な装置は、直線部分444および446それぞれの端、すなわち端部472および474と、初期位置468および470との双方に置くことができる、という利点を提供する。動作中には、ピボット点436と438における慣性質量は、繰り返し、直線部分444と446の端から端まで(好ましくは共振周波数で)行ったり来たりするよう駆動され得るし、各周期で追加的なエネルギーを獲得している。その後、累積されたエネルギー全体を含む慣性質量が、J型軌道406と408の弓形部分458と460へとそれぞれ移ることを可能にするように、初期位置468と470にある弾性的装置を、所望の時点において、および/または制御信号に応じて、解除することができる。   Such an active device provides the advantage that it can be placed at both ends of straight portions 444 and 446, ie, ends 472 and 474, and initial positions 468 and 470, respectively. In operation, the inertial mass at the pivot points 436 and 438 can be repeatedly driven back and forth (preferably at the resonant frequency) of the straight portions 444 and 446, with additional additions at each cycle. Has acquired a lot of energy. The elastic device at the initial positions 468 and 470 is then desired to allow the inertial mass, including the total accumulated energy, to move to the arcuate portions 458 and 460 of the J-shaped tracks 406 and 408, respectively. And / or in response to a control signal.

エネルギーのこの共振的蓄積の利点は、当業者には明らかだろう。したがって、本発明のある実施形態では、動いている慣性質量部分にエネルギーを累積するために、能動的制御なしに、システムの内在的な弾性が使われるだろう。さらに、直線部分に沿った動きは実質的に対称であり逆向きに釣り合いが取れているので、動いている質量に力学的エネルギーを共振的に累積している間には、仮にあるとしてもわずかなエネルギーしか、システム全体の外部の加速へと漏れ出すことはないだろう、ということに注意すべきである。   The benefits of this resonant accumulation of energy will be apparent to those skilled in the art. Thus, in some embodiments of the present invention, the inherent elasticity of the system will be used without active control to accumulate energy in the moving inertial mass portion. In addition, the movement along the straight section is substantially symmetric and balanced in the opposite direction, so if there is any, if any, mechanical energy is resonantly accumulated in the moving mass. It should be noted that only a small amount of energy will leak into the external acceleration of the entire system.

図5Aは、時間504に対する例示的LRAの質量の動き502の、一般的なグラフによる表現500を示している。グラフから明らかなように、LRAはシステム共振から利益を得ており、また、動く質量は、徐々にエネルギーを蓄積して、およそ時刻Tにおいて最大信号を生み出す。しかし、振動信号の全体的継続期間506は、システム慣性に打ち勝って相当に大きい共振エネルギーを蓄積するように、かなり長くなければならない。したがって、ユーザは、相当な継続期間のうなりを検知する。システムは、鮮明なタップを生成することができない。   FIG. 5A shows a general graphical representation 500 of an exemplary LRA mass movement 502 over time 504. As is apparent from the graph, the LRA benefits from system resonances, and the moving mass gradually accumulates energy, producing a maximum signal at approximately time T. However, the overall duration 506 of the vibration signal must be quite long so as to overcome the system inertia and accumulate a significant amount of resonance energy. Thus, the user detects a significant duration of beat. The system cannot generate a sharp tap.

それに対し、図5Bは、本発明の原理による触覚アクチュエータの二つのサブシステムの特性信号520と522を示している。LRAと同様に、触覚アクチュエータのサブシステムは、期間524全体にわたり、力学的振動を通じてエネルギーを蓄積する。しかし、二つのサブシステムは、お互いに対して位相が180度ずれて振動する。よって、期間524の間は、外部信号は生成されない。外部信号が望まれるとき、時刻526において、双方のサブシステムの質量が、新たな空間的次元528へと方向転換される。双方の質量が、この新たな次元528で同じ方向に動くので、それらの反作用力は、もはやお互いに対向してはいない。むしろ、それらが合わさって、短い継続期間530の高エネルギー信号を生み出す。短い継続期間530の終わり532には、二つのサブシステムの質量が、共通の次元での逆位相の振動を再開し、それによって再び、はっきり分かるほどのいかなる外部信号も抑制する。   In contrast, FIG. 5B shows characteristic signals 520 and 522 of two subsystems of a haptic actuator according to the principles of the present invention. Similar to the LRA, the haptic actuator subsystem accumulates energy through mechanical vibration throughout the period 524. However, the two subsystems vibrate out of phase with each other by 180 degrees. Therefore, no external signal is generated during the period 524. When an external signal is desired, at time 526 the mass of both subsystems is redirected to a new spatial dimension 528. Since both masses move in the same direction in this new dimension 528, their reaction forces are no longer facing each other. Rather, they combine to produce a high energy signal with a short duration 530. At the end 532 of the short duration 530, the mass of the two subsystems resumes antiphase oscillations in a common dimension, thereby again suppressing any appreciable external signal.

振動するLRAにとっての最適な周波数は、およそ40Hzである。本発明による触覚アクチュエータの高エネルギーで広スペクトルのタップ信号は、ユーザの注意を引くという点で、最適なLRAの限定された40Hzの信号よりも、著しく優れている。   The optimum frequency for an oscillating LRA is approximately 40 Hz. The high-energy, broad-spectrum tap signal of the haptic actuator according to the present invention is significantly superior to the optimal LRA limited 40 Hz signal in that it draws the user's attention.

図6は、本発明の原理により作製される触覚アクチュエータの動作中の周期における様々な位相と関連づけられた出力信号を、さらに模式的に図示600している。示されているとおり、触覚アクチュエータ・システムの二つの慣性質量部分604と606が、J型軌道612と614のそれぞれの近位端608と610において、お互いに対して静止しているとき602、何の出力信号も生み出されない。   FIG. 6 further schematically illustrates 600 output signals associated with various phases in an operating cycle of a haptic actuator made in accordance with the principles of the present invention. As shown, 602 when the two inertial mass portions 604 and 606 of the haptic actuator system are stationary relative to each other at the proximal ends 608 and 610 of the J-shaped tracks 612 and 614, respectively. No output signal is produced.

同様に、J型軌道612と614のそれぞれの直線部分618と620に沿って、二つの慣性質量部分604と606がお互いから離れるように対称的に動いているとき616、何の出力信号も生み出されない。このことは、双方の質量が、対称的に逆向きになっている加速度プロファイルを呈する限りは、質量の動きが一定であろうと加速されていようと真である、ということに注意すべきである。   Similarly, no output signal is produced 616 when the two inertial mass portions 604 and 606 are moving symmetrically away from each other along the respective straight portions 618 and 620 of the J-shaped tracks 612 and 614, respectively. I can't. It should be noted that this is true whether the mass movement is constant or accelerated as long as both masses exhibit symmetrically opposite acceleration profiles. .

J型軌道612と614の直線領域618と620を超えて、それぞれの弓形領域622と624へと質量が進むと、慣性質量部分604と606はタップ信号626を生成する。最後628に、慣性質量部分604と606が、直線領域618と620に再び入って、対称的に逆向きになっている運動プロファイルに復帰すると、さらなる信号は作り出されない。   Inertial mass portions 604 and 606 generate a tap signal 626 as the mass advances beyond the straight regions 618 and 620 of the J-shaped tracks 612 and 614 to the respective arcuate regions 622 and 624, respectively. Finally, when the inertial mass portions 604 and 606 reenter the straight regions 618 and 620 and return to a symmetrically reversed motion profile, no further signal is produced.

本発明のある実施形態では、J型軌道612と614の直線領域618と620のそれぞれの長さは、J型軌道の弓形領域622と624の長さよりも、相当長いだろう。したがって、慣性質量部分604と606は、比較的長い時間にわたって相当な力学的エネルギーを得ることができ、その後で、そのエネルギーを、慣性質量部分604と606が弓形領域622と624を行き来する短い時間の間に、システムの残りの部分へと急速に解放することができる。エネルギーのこの急速な解放は、タップ・モードで運用されているときに、本発明の触覚アクチュエータに特有のタップ信号を作り出す。   In some embodiments of the invention, the length of each of the straight regions 618 and 620 of the J-shaped tracks 612 and 614 will be considerably longer than the length of the arcuate regions 622 and 624 of the J-shaped track. Thus, the inertial mass portions 604 and 606 can obtain significant mechanical energy over a relatively long period of time after which the inertial mass portions 604 and 606 travel back and forth between the arcuate regions 622 and 624. In the meantime, it can be quickly released to the rest of the system. This rapid release of energy creates a tap signal that is characteristic of the haptic actuators of the present invention when operated in tap mode.

バネ定数が大きいとき、電磁石またはその他のモータ部が、バネに逆らって、J型軌道612と614のそれぞれの近位端608と610まで、慣性質量部分604と606の双方を引き寄せることができる。その後、質量を加速するためにバネと磁石/モータ部の双方が一緒に働いているようにするため、電磁石またはその他のモータ部を解除することができる。この動作モードは、良い単一周期タップという結果をもたらす。   When the spring constant is large, an electromagnet or other motor portion can pull both inertial mass portions 604 and 606 against the spring to the proximal ends 608 and 610 of J-shaped tracks 612 and 614, respectively. The electromagnet or other motor part can then be released to ensure that both the spring and the magnet / motor part are working together to accelerate the mass. This mode of operation results in a good single period tap.

あるいは、直線的な、平面内の震えを築くこともできるが、これは、等しくて逆向きの運動のために、外部の世界に対しては最小の影響しかもたらさないだろう。その後、双方の慣性質量を、それぞれの弓形領域622と624へ向かって「J型」の曲がり角を曲がるようにさせるために、付加的な動作が行われる。ある実施形態では、その付加的な動作は、連結を再構成すること、または、振幅を増すために単に電流を急増させることを含む。   Alternatively, a straight, in-plane tremor can be built, but this will have minimal impact on the outside world due to equal and opposite movement. Thereafter, an additional action is taken to cause both inertial masses to turn a “J-shaped” turn toward their respective arcuate regions 622 and 624. In some embodiments, the additional action includes reconfiguring the connection or simply increasing the current to increase the amplitude.

別の動作モードでは、直線領域612と614での振動の中で、震えが築かれる。その後、複合弓の動作と同様に、上向きに曲がった位置で慣性質量604と606を掛け留めて保持することができるように、電流のサージが慣性質量604と606を双安定点の先へと至らしめる。この状態は、タップ信号の出力が望まれるまで維持され、タップ信号の出力が望まれた時点においては、逆向きの電流サージがシステムへ印加される。この電流のサージは、掛け留めておく力に打ち勝ち、慣性質量部分604と606を保持状態から抜け出させる。慣性質量部分604と606は、非常な速度で弓形領域622と624を通って進み、所望のタップ信号を生み出す。   In another mode of operation, tremors are built in the vibrations in the straight regions 612 and 614. Then, similar to the operation of the compound bow, the surge of current causes the inertial masses 604 and 606 to move beyond the bistable point so that the inertial masses 604 and 606 can be hooked and held in an upward bent position. To reach. This state is maintained until tap signal output is desired, and a reverse current surge is applied to the system when tap signal output is desired. This surge of current overcomes the force to be hung and causes inertial mass portions 604 and 606 to exit the hold state. Inertial mass portions 604 and 606 travel through arcuate regions 622 and 624 at a great speed to produce the desired tap signal.

タップ・モードは、本発明により作製されるシステムおよび装置の、利用可能な動作モードのうちの、たった一つに過ぎない、ということにもさらに注意すべきである。実際、本発明の利点のうちの一つは、多種多様な異なる特性のある出力信号を作り出すために、単一の装置を使える、という点である。例えば、種々の共振的振動動作モードが、本発明のそれぞれの実施形態で有益に利用される一方で、他のある実施形態では、所望のタップ信号を生み出すのには一つの周期または半分の周期で十分である、ということが明らかなはずである。さらに、多様な他の信号を生み出すのに、他の動作モードが利用可能である。   It should further be noted that the tap mode is only one of the available modes of operation of the systems and devices made in accordance with the present invention. Indeed, one of the advantages of the present invention is that a single device can be used to produce a wide variety of differently characterized output signals. For example, various resonant vibration modes of operation are beneficially utilized in each embodiment of the present invention, while in certain other embodiments, one period or half period to produce the desired tap signal. It should be clear that is sufficient. In addition, other modes of operation can be used to produce a variety of other signals.

さらにまた別の実施形態では、本発明の原理による触覚アクチュエータは、J型軌道の遠位端のちょうど手前で例えば606といった重りを停止させることによって第1のモードでタップを生み出すように、配置されるだろう。第2のモードでは、ドラム、鉄床、またはその他の鳴り響く装置もしくは装置の一部に重りが衝突するように、停止点を超えて例えば606といった重りが進むことを可能とするだろうし、それにより、タップ信号に付随する付加的な可聴出力を作り出すだろう。   In yet another embodiment, a haptic actuator according to the principles of the present invention is arranged to create a tap in the first mode by stopping a weight, such as 606, just before the distal end of the J-shaped track. It will be. In the second mode, a weight such as 606 would be allowed to travel past the stop point so that the weight collides with a drum, iron bed, or other sounding device or part of the device, thereby It will create an additional audible output that accompanies the tap signal.

図7Aは、本発明の原理により作製される触覚アクチュエータ700の一実施形態の諸側面を、機械的模式図の形で図示している。触覚アクチュエータ700は、上述のように単一のタップまたは複数のタップ701を生み出すためのモードで動作しているところが示されている。つまり、図示されている動作モードは、対称的に逆向きになっている速度プロファイル710および712ならびに714および716を維持しながら、ピボット点702と704に、それぞれのJ型軌道706と708の直線部分と弓形部分の双方を行き来させることを含む。   FIG. 7A illustrates aspects of one embodiment of a haptic actuator 700 made in accordance with the principles of the present invention in the form of a mechanical schematic. The haptic actuator 700 is shown operating in a mode to produce a single tap or multiple taps 701 as described above. That is, the mode of operation shown is a straight line of the respective J-shaped trajectories 706 and 708 at the pivot points 702 and 704 while maintaining speed profiles 710 and 712 and 714 and 716 that are symmetrically reversed. Including moving back and forth between the part and the arcuate part.

図7Bは、J型軌道706と708の直線部分720と722だけをピボット点702と704が行き来する、別の動作モード718を示している。さらに、ピボット点702と704は同期して同じ方向に動く。つまり、両者が第1の方向724と726に一緒に動き、その後、両者が第2の方向728と730に一緒に動く。これらの動きを周期的に繰り返すことで、従来のLRAにより作り出されるものと類似の、システム全体の横向き振動732が生じる。   FIG. 7B shows another mode of operation 718 in which pivot points 702 and 704 traverse only the straight portions 720 and 722 of J-shaped tracks 706 and 708. In addition, pivot points 702 and 704 move in the same direction synchronously. That is, both move together in the first direction 724 and 726, and then both move together in the second direction 728 and 730. Repeating these movements periodically produces a system-wide lateral vibration 732 similar to that created by a conventional LRA.

図7Cは、J型軌道706と708の弓形部分742と744だけをピボット点702と704が行き来する、さらに別の動作モード740を示している。さらに、ピボット点702と704は同期して同じ方向に動く。つまり、両者が第1の方向746と748に一緒に動き、その後、両者が第2の方向750と752に一緒に動く。これらの動きを周期的に繰り返すことで、上記の振動732に対して実質的に垂直な横断振動754が生じる。典型的用途では、横断振動754は、装置全体の小さい方の寸法を横切るように方向づけられるだろうが、振動732は、装置全体の大きい方の寸法を横切るように方向づけられるだろう。   FIG. 7C shows yet another mode of operation 740 in which pivot points 702 and 704 traverse only arcuate portions 742 and 744 of J-shaped tracks 706 and 708. In addition, pivot points 702 and 704 move in the same direction synchronously. That is, both move together in the first direction 746 and 748, and then both move together in the second direction 750 and 752. By periodically repeating these movements, a transverse vibration 754 that is substantially perpendicular to the vibration 732 is generated. In a typical application, transverse vibration 754 will be directed across the smaller dimension of the entire device, while vibration 732 will be directed across the larger dimension of the entire device.

図8は、本発明の原理により作製されるさらなる触覚アクチュエータ800を図示するブロック図を、模式的透視図の形で表している。触覚アクチュエータ800は、お互いに対して実質的に垂直に方向づけられた二つの平面内に配置されたJ型軌道を提供するように、構成されている。よって、例えば、モータ部802は、第1の動力伝達部806に機械的に結合804されており、動力伝達部806を介して第1の慣性質量部分808に機械的に結合804されている。第1の動力伝達部806は、モータ部802から力学的エネルギーを受け取るようになっており、第1のJ型軌道810の一部または全部を通じて慣性質量部分808を駆動するようになっている。   FIG. 8 depicts a block diagram illustrating a further haptic actuator 800 made in accordance with the principles of the present invention in the form of a schematic perspective view. The haptic actuator 800 is configured to provide a J-shaped trajectory disposed in two planes oriented substantially perpendicular to each other. Thus, for example, the motor unit 802 is mechanically coupled 804 to the first power transmission unit 806, and is mechanically coupled 804 to the first inertial mass portion 808 via the power transmission unit 806. The first power transmission unit 806 receives mechanical energy from the motor unit 802 and drives the inertial mass portion 808 through part or all of the first J-shaped track 810.

モータ部802は、第2の動力伝達部814にも機械的に結合812されており、第2の動力伝達部814を介して第2の慣性質量部分816にも機械的に結合812されている。第2の動力伝達部814は、モータ部802から力学的エネルギーを受け取るようになっており、第2のJ型軌道818の一部または全部を通じて第2の慣性質量部分を駆動するようになっている。ある実施形態では、図示されているように、第1のJ型軌道810と第2のJ型軌道818が双方とも、共通の幾何平面820内にある。   The motor unit 802 is also mechanically coupled 812 to the second power transmission unit 814 and is also mechanically coupled 812 to the second inertial mass portion 816 via the second power transmission unit 814. . The second power transmission unit 814 receives the mechanical energy from the motor unit 802 and drives the second inertial mass portion through part or all of the second J-shaped track 818. Yes. In some embodiments, as shown, the first J-shaped trajectory 810 and the second J-shaped trajectory 818 are both in a common geometric plane 820.

モータ部802は、第3の動力伝達部824にも機械的に結合822されており、第3の動力伝達部824を介して第3の慣性質量部分826にも機械的に結合822されている。第3の動力伝達部824は、モータ部802から力学的エネルギーを受け取るようになっており、第3のJ型軌道828の一部または全部を通じて第3の慣性質量部分を駆動するようになっている。   The motor unit 802 is also mechanically coupled 822 to the third power transmission unit 824 and is also mechanically coupled 822 to the third inertial mass portion 826 via the third power transmission unit 824. . The third power transmission unit 824 receives mechanical energy from the motor unit 802, and drives the third inertial mass portion through part or all of the third J-shaped track 828. Yes.

モータ部802は、第4の動力伝達部832にも機械的に結合830されており、第4の動力伝達部832を介して第4の慣性質量部分834にも機械的に結合830されている。第4の動力伝達部832は、モータ部802から力学的エネルギーを受け取るようになっており、第4のJ型軌道836の一部または全部を通じて第4の慣性質量部分を駆動するようになっている。ある実施形態では、図示されているように、第3のJ型軌道828と第4のJ型軌道836が双方とも、共通の幾何平面838内にある。いくつかの実施形態では、図示されているように、平面820と838は、実質的にお互いに対して垂直に配置される。
The motor unit 802 is also mechanically coupled 830 to the fourth power transmission unit 832, and is also mechanically coupled 830 to the fourth inertial mass portion 834 via the fourth power transmission unit 832. . The fourth power transmission unit 832 receives mechanical energy from the motor unit 802, and drives the fourth inertial mass portion through part or all of the fourth J-shaped track 836. Yes. In some embodiments, as shown, the third J-shaped track 828 and the fourth J-shaped track 836 are both in a common geometric plane 838. In some embodiments, as shown, the planes 820 and 838 are disposed substantially perpendicular to each other.

いくつかの実施形態では、J型軌道のそれぞれの直線部分の上で、質量808と816の速度と加速度が対称的に逆向きになっており、かつ、質量826と834の速度と加速度も対称的に逆向きになっているように、モータ部802は、慣性質量808と816と826と834を、それぞれのJ型軌道を通じて同期的に駆動するだろう。この動作モードでは、反作用の加速度同士が相殺しあうだろうし、もし、慣性質量808と816と826と834が、それぞれのJ型軌道の弓形領域を通って進むことを許可されたら、そのときに、システム800がタップ信号を生成するだろう。   In some embodiments, the velocity and acceleration of masses 808 and 816 are symmetrically reversed on each straight portion of the J-shaped trajectory, and the velocity and acceleration of masses 826 and 834 are also symmetrical. As such, the motor portion 802 will drive the inertial masses 808, 816, 826, and 834 synchronously through their respective J-shaped tracks. In this mode of operation, the reaction accelerations will cancel out, and if the inertial masses 808, 816, 826, and 834 are allowed to travel through the arcuate regions of their respective J-shaped trajectories, then , System 800 will generate a tap signal.

そうした場合には、生成された信号は、J型軌道の弓形領域の周辺の四つの質量すべての急加速の累積効果を反映しているだろう。この配置により、二つの慣性質量しかないシステムと比べてより広範囲にわたる慣性質量の空間的分布が可能となり、それはある種の用途では有益に利用されるであろう。   In such a case, the generated signal will reflect the cumulative effect of sudden acceleration of all four masses around the arcuate region of the J-shaped trajectory. This arrangement allows for a wider spatial distribution of inertial mass than a system with only two inertial masses, which may be beneficially utilized in certain applications.

さらに、モータ部802から四つの動力伝達部806と814と824と832に伝えられる力学的な信号の振幅と位相の関係を変更することにより、システム全体に対して多種多様な出力信号を加えることができる。例えば、適切に信号の位相を調整するとともに慣性質量の道のりをそれぞれのJ型軌道のそれぞれの直線部分に限定することで、触覚アクチュエータ800の質量中心の、周期的な楕円状の変位を達成することができる。図示されているように動力伝達部がモータ部に関して対称的に構成されている場合、この楕円状の動きは、平面820および平面838の双方に対して垂直な平面内で起こるだろう。   Further, by changing the relationship between the amplitude and phase of the dynamic signals transmitted from the motor unit 802 to the four power transmission units 806, 814, 824, and 832, various output signals can be added to the entire system. Can do. For example, periodic elliptical displacement of the center of mass of the haptic actuator 800 is achieved by appropriately adjusting the phase of the signal and limiting the path of inertial mass to each linear portion of each J-shaped trajectory. be able to. If the power transmission is configured symmetrically with respect to the motor as shown, this elliptical motion will occur in a plane perpendicular to both plane 820 and plane 838.

これは1本または2本の軸に限られるのではなく、六角形の対称性、八角形の対称性、またはその他の対称性を有する装置も、対応する利点を提供するだろう、ということを、当業者たる実務家はよく理解するだろう。同様に、特定の用途では、奇数本のそれぞれのJ型軌道を備えた奇数個のサブシステムを有する装置を生産することが望ましいだろう。もちろん、そうしたシステムは、偶数個のサブシステムを有するシステムにおいて利用可能な、いくつかの反作用力同士の相殺を、同じく享受することはないだろう。それにもかかわらず、特定の用途では、今述べたようなものが有益なことがある。多くの加速成分を生み出すために、多様な軌道とそれらの諸部分を、全体的に、そしてまた部分的に、かつ多様な組み合わせで、用いることができる。前述のことに照らせば、これらの加速成分を適切な同期および/または時間遅延と組み合わせることができる、ということは、当業者には明らかだろう。そうした組み合わせは、小さなフォームファクタの範囲内で、従来の信号発出装置で利用可能な信号よりも遥かに多くの信号を作り出すだろう。   This is not limited to one or two axes, but devices with hexagonal symmetry, octagonal symmetry, or other symmetry will also provide corresponding advantages. Those skilled in the art will understand well. Similarly, in certain applications, it may be desirable to produce a device having an odd number of subsystems with an odd number of each J-shaped track. Of course, such a system would also not enjoy the cancellation of several reaction forces available in a system with an even number of subsystems. Nevertheless, in certain applications, the ones just described may be beneficial. To create many acceleration components, various trajectories and their parts can be used in whole and also partly and in various combinations. In light of the foregoing, it will be apparent to those skilled in the art that these acceleration components can be combined with appropriate synchronization and / or time delay. Such a combination will produce far more signals within a small form factor than those available with conventional signal emitting devices.

さらに、上述の議論では、J型軌道の直線部分が実質的に直線的であり弓形部分が実質的に弓形だということを暗示しているものの、どの程度までこれらの理想に近づくように機械的システムを設計せねばならないのかは、特定の用途の要件が決定づけるだろう、ということも、当業者はよく理解するだろう。多くの実際のシステムでは、これらの特性からの相当な逸脱が、完全に許容可能であろう。   Furthermore, while the above discussion implies that the straight portion of the J-shaped trajectory is substantially straight and the arcuate portion is substantially arcuate, to what extent these mechanical ideals are approached. One skilled in the art will also appreciate that the requirements for a particular application will determine whether the system must be designed. In many practical systems, substantial deviations from these characteristics will be completely acceptable.

いくつかの実施形態では、それぞれの動力伝達部806と814と824と832に望ましい信号を結合することができるように、個別に制御可能な複数のモータおよび/または個別に制御可能な複数の動力伝達要素をモータ部802が含むだろう、ということも、当業者はよく理解するだろう。前述の開示内容を入手すれば、当業者たる実務家は、対応する配置において達成することのできる非常に多種多様な信号のうちの任意のものを作り出すように、本発明の個々の実施形態を容易に構成するだろう。   In some embodiments, a plurality of individually controllable motors and / or a plurality of individually controllable powers so that a desired signal can be coupled to each power transmission 806, 814, 824, and 832. Those skilled in the art will also appreciate that the motor element 802 will include a transmission element. Having obtained the foregoing disclosure, practitioners of ordinary skill in the art can implement individual embodiments of the present invention to produce any of a great variety of signals that can be achieved in a corresponding arrangement. Would be easy to configure.

上述のとおり、モータ部802は、多様な回転式および/またはソレノイド式の電磁モータのうちのどれでも含み得る。さらに、電気容量性、圧電性、空圧式のモータ、液圧式のモータ、電気活性高分子繊維およびその他の人工筋肉装置、ならびに本分野で知られているか、または知られるようになる、その他のいかなる動力装置も、それぞれの実施形態において用いられるだろうし、請求項で定義されるような本発明の範囲の中に入ると考えられる。   As described above, the motor unit 802 can include any of a variety of rotary and / or solenoid electromagnetic motors. In addition, capacitive, piezoelectric, pneumatic motors, hydraulic motors, electroactive polymer fibers and other artificial muscle devices, and any other known or becoming known in the art A power plant will also be used in each embodiment and is considered to fall within the scope of the invention as defined in the claims.

図9は、本発明の原理による一典型例のモータ部900の一部を、切断透視図の形で示している。モータ部900は、Sarrusリンケージ部902とボイス・コイル部904を含む。Sarrusリンケージは、上側部材906と、下側部材908と、例えば910、912、914などの周辺ヒンジとを含む、既知の機械的な仕組みである。上側部材と下側部材がお互いに向かって動いたり、お互いから離れるように動いたりすることを可能にしつつ、上側部材と下側部材をお互いに対して実質的に平行に保つのに、周辺ヒンジが役立つ、という点がSarrusリンケージの特徴である。図示したSarrusリンケージは、ヒンジが内側に向かって折り畳まれる構成などを含む多くの可能な構成のうちの一つである、ということはよく理解されるであろう。   FIG. 9 illustrates a portion of a typical motor section 900 in accordance with the principles of the present invention in the form of a cutaway perspective view. The motor unit 900 includes a Sarrus linkage unit 902 and a voice coil unit 904. Sarrus linkage is a known mechanical mechanism that includes an upper member 906, a lower member 908, and peripheral hinges such as 910, 912, 914, for example. Perimeter hinge to keep the upper and lower members substantially parallel to each other while allowing the upper and lower members to move toward and away from each other This is a feature of Sarrus linkage. It will be appreciated that the Sarrus linkage shown is one of many possible configurations, including a configuration in which the hinge is folded inward.

ボイス・コイル904は、例えば、永久磁石部916とコイル部918を含む。磁石部916は、外側電極部品920と内側電極部品922を含み、これらは、外側電極部品920と内側電極部品922の間に軸周りの円筒状スロット926を設けるように、一端において磁性材料の円盤924により、お互いに結合されている。一般に、外側電極部品と円盤と内側電極部品は、一体化した部分として形成される。   The voice coil 904 includes, for example, a permanent magnet part 916 and a coil part 918. The magnet portion 916 includes an outer electrode component 920 and an inner electrode component 922 that are discs of magnetic material at one end so as to provide a cylindrical slot 926 about the axis between the outer electrode component 920 and the inner electrode component 922. 924 are connected to each other. In general, the outer electrode part, the disk and the inner electrode part are formed as an integrated part.

永久磁石部の磁化は、円筒状スロット926の内部に磁束線を作り上げる。コイル部918は、スロット926内にぴったり合うように巻かれた、巻き数の多い細線を含むコイルを含む。電流をコイルに通すことによってコイルにエネルギーが与えられると、コイル部918がスロット926から排出されるか、またはそこへ引き込まれるかのいずれかとなるように、電流の流れの向きと永久磁石部916の極性とにしたがって、コイルに対して軸方向928にソレノイド的磁力が働く。電気的エネルギーは、このようにして、機械的システム内での使用のための力学的エネルギーへと変換される。   The magnetization of the permanent magnet portion creates magnetic flux lines inside the cylindrical slot 926. The coil portion 918 includes a coil including a thin wire having a large number of turns, which is wound so as to fit in the slot 926. When the coil is energized by passing current through the coil, the direction of current flow and the permanent magnet portion 916 are such that the coil portion 918 is either ejected from or drawn into the slot 926. The solenoidal magnetic force acts on the coil in the axial direction 928 according to the polarity of the coil. The electrical energy is thus converted into mechanical energy for use within the mechanical system.

例示的なモータ部900のようなモータ部を、支持構造に隣接して配置することができることを、当業者はよく理解するだろう。モータ部900により発生させた力学的エネルギーを、例えば上記の図7Aに図示したもの700のような動力伝達部のリンケージへと伝えるように、例えばSarrusリンケージの上側部材906と支持構造との間に、適切なリンケージを設けることができる。このようにして、ピボット点702と704にエネルギーを与えてそれらをそれぞれのJ型軌道706と708を通して駆動するのに、モータ部900を使うことができる。   Those skilled in the art will appreciate that a motor portion, such as exemplary motor portion 900, can be positioned adjacent to the support structure. For example, between the upper member 906 of the Sarrus linkage and the support structure so as to transfer the mechanical energy generated by the motor portion 900 to the linkage of the power transmission portion, such as 700 shown in FIG. 7A above. Appropriate linkage can be provided. In this way, the motor portion 900 can be used to energize the pivot points 702 and 704 and drive them through their respective J-shaped tracks 706 and 708.

図10Aは、本発明の原理による、例示的なSarrusリンケージの一部とさらなるリンケージ1000とを示している。第1の部材1002は、Sarrusリンケージの上側部材に対応する実質的に平らな板を形成しているが、明確性のためにSarrusリンケージの残りは省略してある。この第1の部材1002は、リンケージ・サブシステムの残りの部分に対する、駆動された入力として働く。図示した実施形態では、これは、例えば、上述のボイス・コイル904のようなムービング・コイルなどの機械的動力源へと、実質的には固定的に結合されるだろう。   FIG. 10A shows a portion of an exemplary Sarrus linkage and a further linkage 1000 in accordance with the principles of the present invention. The first member 1002 forms a substantially flat plate corresponding to the upper member of the Sarrus linkage, but the remainder of the Sarrus linkage is omitted for clarity. This first member 1002 serves as a driven input to the rest of the linkage subsystem. In the illustrated embodiment, this would be substantially fixedly coupled to a mechanical power source such as, for example, a moving coil such as the voice coil 904 described above.

第2の部材はリンク基盤部材1004として機能する。部材1004は、例示的な実施形態では、例えばボイス・コイル904の磁石部分に対して、また典型的には、消費者向け電子機器のようなより広いシステムのケースに対しても、空間上で実質的に固定されるだろう。触覚アクチュエータの動作中には、第1の部材1002とリンケージ基盤部材1004の間での相対的な動きがある。この動きは、第1の部材1002とリンケージ基盤部材1004の双方の、目に見える平面に対して、実質的に垂直である(つまり紙面の外側に向かっている)。上で議論したように、この垂直な関係は、Sarrusリンケージの特徴によって維持される。   The second member functions as the link base member 1004. The member 1004 is in space in the exemplary embodiment, for example for the magnet portion of the voice coil 904, and typically for the case of a wider system such as consumer electronics. Will be substantially fixed. During operation of the haptic actuator, there is a relative movement between the first member 1002 and the linkage base member 1004. This movement is substantially perpendicular to the visible plane of both the first member 1002 and the linkage base member 1004 (ie, toward the outside of the page). As discussed above, this vertical relationship is maintained by the characteristics of the Sarrus linkage.

第3の動力伝達リンク部材1006は、第4の入力部材1008を通じて、第1の部材1002とリンケージ基盤部材1004の間で相互に結合されている。したがって、動力伝達リンク部材1006は、第1のピボット点1010において第1の部材1002に対して旋回可能に結合され、第2のピボット点1012において第4の入力部材1008に対して旋回可能に結合されている。第4の入力部材1008は、リンク基盤部材1004にもさらなるピボット点1014において結合されており、自身の反対側端部の近くで、さらなるピボット点1018においてさらなるリンク部材1016にも結合されている。リンク部材1016はさらに、さらなるピボット点1020において、またさらなるリンク部材1022の近位端に結合されている。   Third power transmission link member 1006 is coupled to each other between first member 1002 and linkage base member 1004 through fourth input member 1008. Accordingly, the power transmission link member 1006 is pivotally coupled to the first member 1002 at the first pivot point 1010 and pivotally coupled to the fourth input member 1008 at the second pivot point 1012. Has been. The fourth input member 1008 is also coupled to the link base member 1004 at a further pivot point 1014 and is also coupled to a further link member 1016 at a further pivot point 1018 near its opposite end. Link member 1016 is further coupled at a further pivot point 1020 and to the proximal end of further link member 1022.

リンク部材1022は、慣性質量部であり(または、慣性質量部に結合されており)、ピボット点1028において、さらなるリンク部材1024に旋回可能に結合されてもいる。リンク部材1024の反対側端部は、ピボット点1030において、さらなるリンク部材1032の遠位端に旋回可能に結合されている。   Link member 1022 is an inertial mass (or coupled to the inertial mass) and is also pivotally coupled to a further link member 1024 at pivot point 1028. The opposite end of link member 1024 is pivotally coupled to the distal end of further link member 1032 at pivot point 1030.

リンク部材1032の近位端は、ピボット点1034において、基盤リンク部材1004に旋回可能に結合されている。さらに、リンク部材1032は、相互の中間ピボット点1036において(目立たないが)リンク部材1016に旋回可能に結合されている。   The proximal end of the link member 1032 is pivotally coupled to the base link member 1004 at a pivot point 1034. Further, the link member 1032 is pivotally coupled to the link member 1016 (although not noticeable) at a mutual intermediate pivot point 1036.

図10Bは、図10Aと同じ構造を、同一の要素番号を用いて、機械的リンクの模式図の形で示している。図10Bにおけるピボット点1012が、通常の動作により、張力のかかった状態に置かれているように見える、という点が注意される。図10Aを考慮すれば当業者には明白であろうが、これは、単に模式的表現の副作用に過ぎず、実際には容易に回避される。   FIG. 10B shows the same structure as FIG. 10A in the form of a schematic diagram of a mechanical link, using the same element numbers. Note that the pivot point 1012 in FIG. 10B appears to be placed in tension under normal operation. As will be apparent to those skilled in the art in view of FIG. 10A, this is merely a side effect of the schematic representation and is easily avoided in practice.

触覚アクチュエータは、本発明の原理によれば、小さな構成要素同士の実効的かつ反復的な相互作用を要する。そのため、これは、μMECS(登録商標)として知られる新規の製造技術を利用して製造されるのに大いに向いている。   Tactile actuators require effective and repetitive interaction between small components according to the principles of the present invention. As such, it is well suited for being manufactured using a new manufacturing technique known as μMECS®.

μMECS(登録商標)製造技術は、国際出願日が2013年2月24日のPCT特許出願番号PCT/US2014/018096号において既に詳しく説明されており、その開示内容は全体として本明細書に組み込まれる。その出願において開示され、ここで説明されるように、μMECS(登録商標)工程は、とりわけ、概ね可撓性の材料と概ね剛体の材料でできたパターニングされた層を、一体化されたアセンブリの中に積層することによって、複雑で、受動型および能動型の、機械的、電気機械的、ならびに光学的な構成要素の作製を可能とする。   The μMECS® manufacturing technology has already been described in detail in PCT Patent Application No. PCT / US2014 / 018096, whose international filing date is February 24, 2013, the disclosure of which is incorporated herein in its entirety. . As disclosed and described herein in that application, the μMECS® process includes, among other things, a patterned layer of generally flexible material and generally rigid material that is integrated into an integrated assembly. Laminating within allows the creation of complex, passive and active mechanical, electromechanical and optical components.

図11は、本発明の原理により装置を形成するのに利用可能な、例示的な製造過程1100のステップに対応する、ブロック図を示している。本過程は、ステップ1102で始まって、概ね剛体の材料でできた概ね平坦な一枚以上のシートの中にパターンを形成すること1104を含む。典型的な用途では、シートのうちの少なくとも一枚が実質的に剛体であろう。ある用途では、一方の軸に沿っての剛性の方が他方の軸に沿っての剛性よりも高くまたは低くなるように、概ね剛体の材料には異方性があってもよい。   FIG. 11 shows a block diagram corresponding to the steps of an exemplary manufacturing process 1100 that can be used to form a device in accordance with the principles of the present invention. The process begins at step 1102 and includes forming 1104 a pattern in one or more generally flat sheets of generally rigid material. In typical applications, at least one of the sheets will be substantially rigid. In some applications, the generally rigid material may be anisotropic so that the stiffness along one axis is higher or lower than the stiffness along the other axis.

様々な用途において、シートは、例えば、ガラス繊維強化ポリエステル、カーボン強化ポリエステル、または他の任意の、充填ポリマー材料もしくは強化ポリマー材料、といった材料を含むだろう。代わりに、または組み合わせて、概ね剛体の材料が、任意の適切な金属または金属合金などの、金属材料を含んでもよい。そうした材料のシート内にパターンを形成することは、ある例示的な用途では、フォトリソグラフィでのエッチングによる材料の除去、レーザ加工による材料の除去、ダイス型を当てることによる材料のパターニング、および/または、切削工具を当てることによる材料の除去を含むだろう。さらに、パターニングされたシートを形成する際に、付加的なプロセスが使われてもよい。   In various applications, the sheet will include materials such as, for example, glass fiber reinforced polyester, carbon reinforced polyester, or any other filled or reinforced polymer material. Alternatively or in combination, the generally rigid material may comprise a metallic material, such as any suitable metal or metal alloy. Forming a pattern in a sheet of such material may, in certain exemplary applications, remove the material by photolithography etching, remove the material by laser processing, pattern the material by applying a die, and / or Would include removal of material by applying a cutting tool. In addition, additional processes may be used in forming the patterned sheet.

ステップ1106において、概ね平坦な可撓性の部品材料の一枚以上のシートの中に、パターンを形成する。様々な用途において、概ね可撓性の材料は、実質的に可撓性であってもよい。ある用途では、一方の軸に沿っての可撓性の方が他方の軸に沿っての可撓性よりも高くまたは低くなるように、可撓性の材料には異方性があってもよい。概ね可撓性の材料のパターニングは、剛体材料に関して上記で特定した工程のうちの任意のものをとりわけ含む、その材料に適した任意の方法で、進行するだろう。   In step 1106, a pattern is formed in one or more sheets of generally flat flexible component material. In various applications, the generally flexible material may be substantially flexible. In some applications, the flexible material may be anisotropic, such that the flexibility along one axis is higher or lower than the flexibility along the other axis. Good. Patterning of the generally flexible material will proceed in any manner suitable for that material, including, among other things, any of the steps specified above for rigid materials.

ステップ1108で、接着性部品材料の一枚以上のシートの中に、パターンを形成する。様々な場合において、接着性材料は実質的に可撓性であってもよい。他の場合では、接着性材料は実質的に剛体だろう。ある種の場合では、一方の軸に沿っての可撓性もしくは剛性の方が、他方の軸に沿っての可撓性もしくは剛性よりも、高くまたは低くなるように、接着性材料には異方性があってもよい。接着性材料のパターニングは、剛体材料と可撓性材料に関して上記で特定した工程のうちの任意のものをとりわけ含む、接着性材料に適した任意の方法で、進行するだろう。   In step 1108, a pattern is formed in one or more sheets of adhesive component material. In various cases, the adhesive material may be substantially flexible. In other cases, the adhesive material will be substantially rigid. In certain cases, the adhesive material may be different so that the flexibility or stiffness along one axis is higher or lower than the flexibility or stiffness along the other axis. There may be a direction. The patterning of the adhesive material will proceed in any manner suitable for the adhesive material, including, among other things, any of the steps specified above for rigid and flexible materials.

ステップ1110に示すように、ステップ1104〜1108で作製された剛体材料と可撓性材料と接着性材料の様々なシート同士の位置合わせ用に、取り付け装置が設けられる。ある実施形態では、取り付け装置は、当分野で知られているもののような位置合わせピンを含むだろう。他の実施形態では、取り付け装置は、能動的位置合わせアクチュエータ、および/または光学的位置合わせ装置を含むだろう。   As shown in step 1110, an attachment device is provided for alignment of the various sheets of rigid material, flexible material, and adhesive material produced in steps 1104-1108. In certain embodiments, the attachment device will include alignment pins such as those known in the art. In other embodiments, the attachment device will include an active alignment actuator and / or an optical alignment device.

ステップ1112に示すように、前に作製されパターニングされたもの(および、場合によっては、パターニングされていない材料シート)を取り付け装置に適用することによって、その後、アセンブリが作製される。ある種の実施形態では、特定用途の要件にしたがってパターンと材料がシートごとに異なるだろう、ということが理解されるだろう。さらに、ある種の場合には、個々のシートおよび/または表面領域に接着剤を塗布することを選んで、接着性材料の一枚以上のシートを省略してもよい。接着性材料は、本分野で知られているか、または知られるようになる、任意の方法で塗布されるだろう。単なる例としてだが、個々のシートがアセンブリに付け加えられてゆくのにつれて、接着性材料が、液体、粉体、エアロゾル、または気体の形で、塗布されてもよい。   As shown in step 1112, the assembly is then made by applying previously made and patterned (and possibly unpatterned material sheets) to the attachment device. It will be appreciated that in certain embodiments, the pattern and material will vary from sheet to sheet according to the requirements of a particular application. Further, in certain cases, one or more sheets of adhesive material may be omitted by choosing to apply adhesive to individual sheets and / or surface areas. The adhesive material may be applied in any manner known in the art or becoming known. By way of example only, the adhesive material may be applied in liquid, powder, aerosol, or gas form as individual sheets are added to the assembly.

本説明の全体に照らせば当業者により理解されるであろうとおり、種々の層とパターンの性質は、作製中の特定のアセンブリの要件にしたがって、選ばれて適用されるだろう。よって、例えば、関節特徴部が必要な場合、可撓性の層の上下の実質的に剛体のシートにおける作製済みの穴によって、間にある可撓性の層の一部が、むき出しのままとなり、結局は、隣接する、より剛性のある材料を、柔軟に支持することができるようになるだろう。   As will be appreciated by those skilled in the art in light of this entire description, the nature of the various layers and patterns will be chosen and applied according to the requirements of the particular assembly being fabricated. Thus, for example, when articulation features are required, some of the flexible layer in between remains exposed by pre-made holes in the substantially rigid sheet above and below the flexible layer. Eventually, it will be possible to flexibly support adjacent, more rigid materials.

ステップ1114に示すように、その後、組み立てられた材料および/または取り付け装置に対して、硬化状態を適用する。ある実施形態では、硬化状態は、層でできたアセンブリに対する加熱および/または加圧を含むだろう。他の実施形態では、硬化状態は、例えば、触媒化学物質、低めた温度、気体状の化学成分、もしくは、様々な層を一体化されたアセンブリへと望ましく一体化することを確実にするのに適している任意の他の状態、といったような、物理的または化学的な添加物の適用を含むだろう。   As shown in step 1114, the cured state is then applied to the assembled material and / or attachment device. In certain embodiments, the cured state will include heating and / or pressing on the assembly made of layers. In other embodiments, the cured state ensures that, for example, catalytic chemicals, low temperatures, gaseous chemical components, or various layers are desirably integrated into an integrated assembly. It may include the application of physical or chemical additives, such as any other conditions that are suitable.

ステップ1116にしたがって、ある種の実施形態では、その後、一体化されたアセンブリを取り付け装置から取り外す。ある実施形態では、それから、一体化されたアセンブリを付加的な取り付け機器へと移す。他の実施形態では、当業者により理解されるであろうように、一体化されたアセンブリは、さらなる処理のために取り付け装置上に残る。   In accordance with step 1116, in certain embodiments, the integrated assembly is then removed from the attachment device. In certain embodiments, the integrated assembly is then transferred to additional mounting equipment. In other embodiments, the integrated assembly remains on the mounting device for further processing, as would be understood by one skilled in the art.

ステップ1118において、本発明のある実施形態による方法は、剛体の層および/または可撓性の層のうちの一層以上の、ある部分の除去を含むだろう。これらの部分(「足場」と呼ばれる)は、先行する処理ステップの間は、対応する層の特定の領域を支持するのに役立ってきたことになるだろう。それらの除去により、一つ以上の残りの部分が、アセンブリのうちの何らかの付加的部分に対して、平行移動したり、回転したり、またはその他の方法で方向づけをし直したりすることが、可能となるだろう。このステップは、類似の構成または異なる構成の複数のアセンブリを表面上に作製済みの、より大きなシート/アセンブリから、個々のアセンブリを取り外すことを含んでいてもよい。   In step 1118, a method according to an embodiment of the invention will include the removal of a portion of one or more of the rigid and / or flexible layers. These parts (referred to as “scaffolds”) would have helped support specific areas of the corresponding layer during the preceding processing steps. Their removal allows one or more remaining parts to translate, rotate, or otherwise reorient with respect to any additional parts of the assembly. It will be. This step may include removing individual assemblies from a larger sheet / assembly that has multiple assemblies of similar or different configurations on the surface.

ある実施形態では、特定の支持領域の除去が、レーザ加工によって成し遂げられるだろう。他の種々の実施形態では、支持領域の除去は、とりわけ、機械加工、湿式化学エッチング、化学的気相エッチング、スクライビング、切削、ダイ・カッティング、打ち抜き、および/または引き裂きによって、成し遂げられるだろう。これらの方法(または、本分野で知られているか、もしくは知られるようになる、他の方法)の任意の組み合わせが、有益に適用されるであろうし、また、本発明の範囲内に入るであろう、ということを、当業者はよく理解するだろう。   In certain embodiments, removal of specific support areas may be accomplished by laser machining. In other various embodiments, removal of the support region may be accomplished by, among other things, machining, wet chemical etching, chemical vapor etching, scribing, cutting, die cutting, punching, and / or tearing. Any combination of these methods (or other methods known or become known in the art) will be beneficially applied and are within the scope of the present invention. Those skilled in the art will understand that there will be.

一旦、一層以上の剛体の層および/または可撓性の層のうちの特定された部分の除去が完了すると、アセンブリは、ステップ1120にしたがって、有効化され、既存の状態から有効化後の構成へと遷移する。この有効化は、ある実施形態では、材料のシートのうち一枚以上の、一箇所以上の領域のうちの、ある部分の方向づけのし直しを含むだろう。よって、例えば、ある実施形態では、アセンブリの一部分が、その初期平面の面外に折れ曲がって、飛び出す絵本の方式で三次元アセンブリを形成するだろう。   Once the removal of the specified portion of the one or more rigid and / or flexible layers is complete, the assembly is activated according to step 1120 and the activated configuration from the existing state. Transition to. This validation may, in some embodiments, include redirection of a portion of one or more of the sheets of material and one or more of the regions. Thus, for example, in one embodiment, a portion of the assembly will fold out of the plane of its initial plane and form a three-dimensional assembly in the manner of a picture book that pops out.

有効化は、一本以上の軸に沿った様々な平行移動および一本以上の軸の周りの様々な回転を含む、本発明の対応する実施形態における様々な動きを、取り込むだろう。それぞれの実施形態において、有効化は、能動的取り付け装置によって成し遂げられるか、個々の労働者の行為によって成し遂げられるか、ロボット装置によって成し遂げられるか、例えば、バネ、モータ、圧電アクチュエータ、バイメタル/バイモルフ装置、磁気アクチュエータ、電磁アクチュエータ、熱膨張式もしくは熱収縮式の装置などのような、アセンブリ自体の中に統合されている装置によって成し遂げられるか、例えば、気体発生プロセス、結晶化プロセス、脱水プロセス、重合プロセスなどを含む化学反応によって成し遂げられるか、または、特定の用途の要件に適した任意の他の処理装置によって成し遂げられるだろう。   Validation will capture various movements in corresponding embodiments of the present invention, including various translations along one or more axes and various rotations around one or more axes. In each embodiment, the activation is accomplished by active attachment devices, by individual worker actions, or by robotic devices, eg, springs, motors, piezoelectric actuators, bimetal / bimorph devices. Achieved by devices integrated into the assembly itself, such as, magnetic actuators, electromagnetic actuators, thermal expansion or contraction devices, etc., eg gas generation process, crystallization process, dehydration process, polymerization It may be accomplished by chemical reactions including processes, etc., or by any other processing equipment suitable for the requirements of a particular application.

ある実施形態においては、また、ステップ1122に示されるとおり、さらなる処理ステップが、装置を、その有効化された構成に固定するだろう。本開示に照らせば当業者には明らかであろう他の方法の中でもとりわけ、装置をその有効化された構成に固定するというこのステップは、ある実施形態では、ポイントはんだ付けや、ウェーブはんだ付けや、ティップはんだ付けや、リフロー式はんだ付けや、ワイヤ・ボンディングや、電気溶接や、レーザ溶接や、超音波溶接や、熱接着や、化学的接着剤結合や、爪車・歯止め装置の起動や、螺旋状の一方向の把持装置の起動や、スナップ留め、面ファスナー、リベット、もしくは、当業者に知られているか、もしくは知られるようになる、他の任意の締結具もしくは締結手法の適用を、含むであろう。   In certain embodiments, and as shown in step 1122, further processing steps will lock the device in its enabled configuration. Among other methods that will be apparent to those of ordinary skill in the art in light of this disclosure, this step of securing the device to its enabled configuration may in some embodiments be point soldering, wave soldering, , Tip soldering, reflow soldering, wire bonding, electric welding, laser welding, ultrasonic welding, thermal bonding, chemical adhesive bonding, start-up of nail wheel and pawl device, Activation of a spiral unidirectional gripping device, snapping, hook-and-loop fasteners, rivets, or the application of any other fastener or fastening technique known or made known to those skilled in the art, Would include.

もちろん、ある種の実施形態では、装置をその有効化された構成へと方向づけし直すプロセスまたは機構が、追加的なステップ1122のプロセスまたは動作を何ら使わずにその構成を維持するのに役立つだろう、ということは、読者に理解されるだろう。さらに、ステップ1122に示された固定は、一般的には永久的なものだと予期されるのだが、ある種の用途では、好都合なように一時的かつ/または反復可能であろう。   Of course, in certain embodiments, the process or mechanism that redirects the device to its enabled configuration will help maintain that configuration without any additional step 1122 processes or operations. The deaf will be understood by the reader. Furthermore, although the fixation shown in step 1122 is generally expected to be permanent, in certain applications it may be temporary and / or repeatable for convenience.

ステップ1124では、有効化された装置を取り外し、それを残りのどの足場からも分離するために、付加的な足場要素が取り除かれるか、または切断されるだろう。関連づけられたどの足場からも有効化の前に装置が完全に取り外された場合には、このステップは不要だろう、ということを当業者はよく理解するだろう。さらに、他の実施形態および用途では、有効化された装置が、付加的な加工ステップのために、周囲の足場に結合されたままであろう。ステップ1124が適用される範囲内では、例えばステップ1118などで既に特定した手法と手順のいずれでも、現下の状況にしたがって有利に適用されるだろう。   At step 1124, additional scaffold elements will be removed or cut to remove the activated device and separate it from any remaining scaffold. Those skilled in the art will appreciate that this step may not be necessary if the device is completely removed from any associated scaffold prior to activation. Furthermore, in other embodiments and applications, the enabled device will remain coupled to the surrounding scaffold for additional processing steps. To the extent that step 1124 is applied, any of the techniques and procedures already identified in step 1118, for example, will be advantageously applied according to the current situation.

その後、これもまた特定の装置または実施形態の要件に応じて、その後にはステップ1128で作業が終了することになるステップ1126に示すように、様々な、検査ステップ、パッケージング・ステップ、システム統合ステップ、およびその他の製造または適用のステップが適用されるだろう。   Thereafter, depending on the requirements of the particular device or embodiment, the various inspection steps, packaging steps, system integrations, as shown in step 1126, where work is then terminated in step 1128 Steps, and other manufacturing or application steps will be applied.

図12Aは、例えば過程1100と整合性のあるアセンブリのうちの、ある要素1200を示している。当該要素は、第1のパターニングされた実質的に剛体の層1202と、第2のパターニングされた実質的に剛体の層1204と、パターニングされた実質的に可撓性の層1206と、第1のパターニングされた接着層1208と、第2のパターニングされた接着層1210を含む。   FIG. 12A shows an element 1200 of an assembly that is consistent with, for example, process 1100. The element includes a first patterned substantially rigid layer 1202, a second patterned substantially rigid layer 1204, a patterned substantially flexible layer 1206, a first A patterned adhesive layer 1208 and a second patterned adhesive layer 1210.

図示されているように、それぞれの例示的な層のパターンは、例えば1216、1218などの対応する取り付け用のピンまたはダボを受け入れるための、例えば1212、1214などの開口を含む。これらの取り付けダボは、アセンブリが圧縮されて接着層1208と1210の硬化が成し遂げられる間に、種々のパターン同士の望ましい位置合わせを保っておくのに役立つ。本発明のある用途やある実施形態では、他の位置合わせ方法および技術(例えば光学的位置合わせ)も使われるだろう、ということは理解されるであろう。   As shown, each exemplary layer pattern includes openings, eg, 1212, 1214, for receiving corresponding mounting pins or dowels, eg, 1216, 1218. These mounting dowels help to maintain the desired alignment of the various patterns while the assembly is compressed and curing of the adhesive layers 1208 and 1210 is accomplished. It will be appreciated that in certain applications and embodiments of the invention, other alignment methods and techniques (eg, optical alignment) may be used.

その結果は、図12Bに図示1230されているとおり、例えば1236などの種々の支持部位の切断によって周囲の足場材料1234から取り外された、ヒンジで連結された例示的なアセンブリ1232である。すぐに明白なとおり、取り外されたアセンブリは、第1の実質的に剛体の部材1240と第2の実質的に剛体の部材1242の間で連結される、ヒンジ特徴部1238を含む。拡大された領域1244にさらに示されているとおり、それぞれの実質的に剛体の部材は、硬化したかまたはその他の方法で有効化した接着材料1252と1254のそれぞれの層によって、可撓性の部分1250のそれぞれの側に結合された、上側の剛体部分1246と下側の剛体部分1248とを含む。ヒンジで連結されたアセンブリ1232に関しては何の固定ステップも明白ではないが、他のアセンブリはそうしたさらなる加工から利益を得るだろう、ということも、さらに理解されるだろう。   The result is an exemplary assembly 1232 that is hinged and removed from the surrounding scaffold material 1234 by cutting various support sites, such as 1236, as illustrated 1230 in FIG. 12B. As is readily apparent, the removed assembly includes a hinge feature 1238 that is coupled between a first substantially rigid member 1240 and a second substantially rigid member 1242. As further illustrated in the enlarged region 1244, each substantially rigid member is a flexible portion with a respective layer of adhesive material 1252 and 1254 that has been cured or otherwise activated. An upper rigid portion 1246 and a lower rigid portion 1248 are coupled to each side of 1250. It will be further understood that although no fastening steps are apparent with respect to the hinged assembly 1232, other assemblies will benefit from such further processing.

ある程度詳しくμMECS(登録商標)製造過程について説明してきたが、本発明の原理による触覚アクチュエータの種々の実施形態についての前述の説明を、どのような制限的方法でも考えるべきではない、と注意することには価値がある。アクチュエータのその他の新規の構成が想定され、以下のとおり記述される。   Although the μMECS® manufacturing process has been described in some detail, it should be noted that the above description of various embodiments of haptic actuators according to the principles of the present invention should not be considered in any limiting manner. Is worth it. Other novel configurations of actuators are envisioned and are described as follows:

そのような一実施形態では、図13に示されるように、触覚アクチュエータ装置1304の狭くて横断方向の空隙1302の中に、固定薄型永久磁石1306および1308、ならびに閉磁路で軟磁性の構造により、磁場が作り出される。平らな通電コイル1312が磁場の中に入れられ、横断する直線的軌道1314で動くように制約される。コイル内の電流には、電流密度が等しくて逆方向の帰還路があるので、コイルにかかる合力が一方向のものだということを確実にするために、空隙の半分における磁場方向を逆転せねばならない。   In one such embodiment, as shown in FIG. 13, fixed thin permanent magnets 1306 and 1308 and a closed magnetic circuit with a soft magnetic structure in the narrow and transverse gap 1302 of the haptic actuator device 1304, A magnetic field is created. A flat energizing coil 1312 is placed in a magnetic field and constrained to move in a transverse linear trajectory 1314. Since the current in the coil is equal in current density and has a reverse feedback path, the direction of the magnetic field in half of the air gap must be reversed to ensure that the resultant force on the coil is unidirectional. Don't be.

撓みに基づく機構とリンケージは、直線的軌道を保つのに使われ、また、空隙内のコイルが周囲の構造の内側に接触するのを抑えるのにも使われる。アクチュエーション出力は、コイルが搭載された動くスライダ要素から取られる。スライダは、撓みリンケージにも取り付けられている。優れた軸外剛性が撓み要素にあることを保証することにより、コイルは、機構の回転軸を装置の平面に対して直角に向けることによって、空隙内部から一定の距離を保つことができる。機械的バネが、スライダに取り付けられるとともに、アクチュエータの共振周波数を増すために装置構造に基礎付けられる。コイルへの電気的接続は、導電性のバネを介したものとすることができる。あるいは、コイル・スライダ・アセンブリへの可撓性ケーブルを介して、電気的接続を成し遂げることもできる。   Flexure-based mechanisms and linkages are used to maintain a linear trajectory, and are also used to prevent the coils in the air gap from contacting the inside of the surrounding structure. The actuation output is taken from the moving slider element on which the coil is mounted. The slider is also attached to the flex linkage. By ensuring that the superior off-axis stiffness is in the flexure element, the coil can maintain a constant distance from the interior of the air gap by directing the rotational axis of the mechanism perpendicular to the plane of the device. A mechanical spring is attached to the slider and is based on the device structure to increase the resonant frequency of the actuator. The electrical connection to the coil can be via a conductive spring. Alternatively, an electrical connection can be achieved via a flexible cable to the coil slider assembly.

図14に示されるように、さらなる実施形態1400は、ムービング・コイルの軌道が弧状部分に制限されるという点を除いて、リニア・アクチュエータに似ている。コイルと磁石も、理想的には、装置のエネルギー密度を向上させるために、弧状部分の形へと作り変えられるだろう。機械的バネ1402と1404も、スライダの回転軸の周りに等価なねじり剛性を与えるために、作り変えられるだろう。撓みに基づく機構1406と1408は、スライダの動きに対する力学的制約として働く。   As shown in FIG. 14, a further embodiment 1400 is similar to a linear actuator, except that the moving coil trajectory is limited to an arcuate portion. Coils and magnets would also ideally be reshaped into arcuate shapes to increase the energy density of the device. Mechanical springs 1402 and 1404 may also be reworked to provide an equivalent torsional stiffness about the slider's axis of rotation. Flexure-based mechanisms 1406 and 1408 serve as mechanical constraints on slider movement.

さらに別の実施形態では、高密度物質を用いるか、または動くスライダ要素に大質量を加えるかして、リニア・アクチュエータ内のコイル・スライダを構築することが可能だろうし、スライダの動きは、より大きな振動を装置内で作り出すだろう。あるいは、高密度物質を用いか、または動くスライダ要素に大質量を加えるかして、回転式アクチュエータ内のコイル・スライダを構築することで、スライダの動きは、より大きな振動を装置内で作り出すだろう。   In yet another embodiment, it would be possible to build a coil slider in a linear actuator using high density material or adding a large mass to the moving slider element, and the slider movement is more A large vibration will be created in the device. Alternatively, by using a high density material or adding a large mass to the moving slider element to build a coil slider in the rotary actuator, the slider movement will create greater vibrations in the device. Let's go.

別の手法では、振動中のより大きな質量に対する加速度を増してより大きな振動を作り出すように、機械的利得を有する、ないしは動きを増幅する、リンケージまたは機構への入力として、リニア・アクチュエータまたは回転式アクチュエータのいずれかのコイル・スライダの動きが、機能し得る。その最も簡潔な形においては、回転式アクチュエータの回転軸は、単純なてこの支点として働き(コイルから支点への距離は、力点側の腕の長さである)、そして、振動中のより大きな質量が、てこの出力に取り付けられる。もし、その質量が、支点に対してコイルと同じ側で、てこに取り付けられたら、コイルの質量は、装置内の振動する総質量に寄与する。リニア・アクチュエータの出力運動も、てこ機構への入力として機能することができ、結果として、より大きな振動する質量の回転運動を生じる。   Another approach is to use a linear actuator or rotary as an input to a linkage or mechanism that has mechanical gain or amplifies movement to increase acceleration for larger masses during vibration to create larger vibrations. The movement of any coil slider of the actuator can work. In its simplest form, the rotary actuator's axis of rotation acts as a simple lever fulcrum (the distance from the coil to the fulcrum is the length of the arm on the force point side) and is larger during vibration Mass is attached to the leverage output. If the mass is attached to the leverage on the same side of the coil as the fulcrum, the mass of the coil contributes to the total oscillating mass in the device. The output motion of the linear actuator can also serve as an input to the lever mechanism, resulting in a larger oscillating mass rotational motion.

圧電アクチュエータは、アクチュエータ出力の動きを増幅する単純なてこ機構を駆動し、結果として、大きくて、回転し、かつ動く質量に対する、大きな出力掃引角を生じる。圧電アクチュエータは、大きな力で小さな変位の入力を、機構に対してただ与えればよい。   Piezoelectric actuators drive a simple lever mechanism that amplifies the movement of the actuator output, resulting in a large output sweep angle for large, rotating and moving masses. The piezoelectric actuator need only give the mechanism a small displacement input with a large force.

二つの回転振動する質量であって、単一のリニア・アクチュエータに結合されているか、または分離されていて二つの別々の(リニア型もしくは回転型で、圧電式もしくは電磁式の)アクチュエータで駆動されているかのいずれかであり、同一平面内を動いており、かつ位相を揃えて駆動されている質量は、動く質量の対称性に起因する他方向の振動を相殺しながら一つの方向に強い振動振幅を与えることができ、効果的に一方向振動モータを作り出す。もし、二つの別々のアクチュエータとは分離されて、ずれた位相で駆動されたら、動く質量はトルクも作り出すことができる。   Two rotationally oscillating masses that are coupled to a single linear actuator or separated and driven by two separate (linear or rotary, piezoelectric or electromagnetic) actuators The mass that is moving in the same plane and driven in phase is strongly vibrated in one direction while canceling the vibration in the other direction due to the symmetry of the moving mass. Amplitude can be given, effectively creating a one-way vibration motor. If separated from two separate actuators and driven out of phase, the moving mass can also produce torque.

他の方法であれば面内にとどまるであろう振動質量の軌道を拡張するために、リンケージを加えることもできる。動く質量を面外に動かすのに必要な求心力は、面外振動を作り出すだろう。   Linkage can also be added to extend the trajectory of the oscillating mass that would otherwise stay in-plane. The centripetal force required to move the moving mass out of plane will create an out-of-plane vibration.

上記の例示的実施形態は、主として消費者向け電子機器のユーザ・インタフェイスの分野から選ばれてきたのだが、例えば、とりわけロボット式システムを含む多種多様な他のシステムにおいても、本発明の原理は同じようにうまく適用されるし、本発明の利点は同じようにうまく現実化されるのだ、ということを、当業者は理解するだろう。さらに、現時点で好適な実施形態に関連して本発明が詳しく説明されてきたが、本発明はそのような開示された実施形態に限定されはしない、ということが容易に理解されるはずである。むしろ、これまで説明されてはいないものの本発明の精神および範囲に相応する、任意の数の、変種、変更、代替物、または等価な配置を取り込むように、本発明を改変することができる。したがって、本発明は、上記の説明により限定されるものと見られるべきではなく、ただ付属の請求項の範囲によってのみ限定される。   Although the exemplary embodiments described above have been selected primarily from the field of consumer electronics user interfaces, the principles of the present invention, for example, in a wide variety of other systems including, inter alia, robotic systems. Those of ordinary skill in the art will appreciate that they apply equally well and that the benefits of the present invention are equally well realized. Moreover, while the invention has been described in detail in connection with presently preferred embodiments, it should be readily understood that the invention is not limited to such disclosed embodiments. . Rather, the invention can be modified to incorporate any number of variations, alterations, alternatives, or equivalent arrangements not heretofore described, but which are commensurate with the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention is not to be seen as limited by the foregoing description, but is only limited by the scope of the appended claims.

Claims (22)

触覚アクチュエータであって、
第1のJ型軌道の形を定める第1の複数の機械的リンクと、
第2のJ型軌道の形を定める第2の複数の機械的リンクと、
第1の質量と、
第2の質量と、
前記触覚アクチュエータにより受け取られた入力信号に応じて、前記第1と第2のJ型軌道の上でそれぞれ第1と第2の質量を加速して、それにより触覚出力を作り出すように、前記第1と第2の複数の機械的リンクに動作可能に結合された出力特徴部を備えるモータ部と、
を備える触覚アクチュエータ。
A tactile actuator,
A first plurality of mechanical links defining a first J-shaped track;
A second plurality of mechanical links defining a shape of the second J-shaped track;
A first mass;
A second mass;
In response to an input signal received by the haptic actuator, the first and second masses are accelerated on the first and second J-shaped trajectories, respectively, thereby creating a haptic output. A motor portion comprising an output feature operably coupled to the first and second plurality of mechanical links;
A tactile actuator comprising:
前記第1と第2のJ型軌道が、各自の長さのうちそれぞれ少なくとも一部にわたって同軸であることを特徴とする、請求項1に記載の触覚アクチュエータ。   The haptic actuator according to claim 1, wherein the first and second J-shaped tracks are coaxial over at least a part of their lengths. 制御装置をさらに備え、前記制御装置が、前記J型軌道の前記同軸の部分の上で前記第1と第2の質量の振動運動を作り出すようになされていることを特徴とする、請求項2に記載の触覚アクチュエータ。   A control device is further provided, wherein the control device is adapted to create an oscillating motion of the first and second masses on the coaxial portion of the J-shaped track. A tactile actuator according to claim 1. 前記振動運動が、前記第1と第2の質量によるエネルギーの共振的蓄積をもたらすことを特徴とする、請求項3に記載の触覚アクチュエータ。   The haptic actuator according to claim 3, wherein the oscillating motion results in a resonant accumulation of energy by the first and second masses. 前記第1と第2のJ型軌道が、各自の長さのうち少なくとも一部にわたって非同軸であることを特徴とする、請求項1に記載の触覚アクチュエータ。   The haptic actuator according to claim 1, characterized in that the first and second J-shaped tracks are non-coaxial over at least a portion of their length. 制御装置をさらに備え、前記制御装置が、前記J型軌道の前記非同軸の部分の上で前記第1と第2の質量の振動運動を作り出すようになされていることを特徴とする、請求項5に記載の触覚アクチュエータ。   A control device is further provided, wherein the control device is adapted to create an oscillating motion of the first and second masses on the non-coaxial portion of the J-shaped track. 5. A tactile actuator according to 5. 前記振動運動が、外部で検出可能な触覚振動を生じることを特徴とする、請求項6に記載の触覚アクチュエータ。   The haptic actuator according to claim 6, wherein the vibration motion generates a haptic vibration that can be detected externally. 前記触覚出力が単独のタップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の触覚アクチュエータ。   The haptic actuator according to claim 1, wherein the haptic output includes a single tap. 前記触覚出力が、容易に知覚可能なタップの連なりを含み、前記タップの連なりは、分離したタップとしてユーザにより容易に知覚可能であることを特徴とする、請求項1に記載の触覚アクチュエータ。   The haptic actuator according to claim 1, wherein the haptic output includes a series of taps that can be easily perceived, and the series of taps can be easily perceived by a user as separate taps. 弾性装置をさらに備え、前記弾性装置は、前記第1の質量から力学的エネルギーを受け取るようになされているとともに、続いて前記力学的エネルギーを前記第1の質量に返すようになされており、その後すぐに結果として前記J型軌道の一部の上での前記第1の質量の速度が増加することを特徴とする、請求項1に記載の触覚アクチュエータ。   Further comprising an elastic device, the elastic device being adapted to receive mechanical energy from the first mass and subsequently returning the mechanical energy to the first mass; The haptic actuator according to claim 1, characterized in that immediately as a result, the velocity of the first mass on a part of the J-shaped trajectory increases. 信号の受け手に対して信号を伝える方法であって、
同じ第1の期間中に、第1の慣性質量と第2の慣性質量を同軸に加速すること、および
同じ第2の期間中に、前記第1の慣性質量と前記第2の慣性質量を、前記受け手により前記第2の期間の間に検知可能なタップ信号を作り出すように、非同軸に加速すること
を含む方法。
A method for transmitting a signal to a signal receiver,
Accelerating the first inertial mass and the second inertial mass coaxially during the same first period, and during the same second period, the first inertial mass and the second inertial mass are: Accelerating non-coaxially to produce a detectable tap signal during the second period by the receiver.
前記第1の慣性質量と前記第2の慣性質量を非同軸に加速することは、前記第2の期間中に前記第1の慣性質量を第1の弓形軌道上で加速することと、前記第2の期間中に前記第2の慣性質量を第2の弓形軌道上で加速することを含むことを特徴とする、請求項11に記載の、信号の受け手に対して信号を伝える方法。 Accelerating the first inertial mass and the second inertial mass non-coaxially includes accelerating the first inertial mass on a first arcuate trajectory during the second period; and 12. A method for transmitting a signal to a signal receiver according to claim 11, comprising accelerating the second inertial mass on a second arcuate trajectory during a period of two. 前記第1の弓形軌道と前記第2の弓形軌道が実質的に同一平面上にあることを特徴とする、請求項12に記載の、信号の受け手に対して信号を伝える方法。   13. The method of transmitting a signal to a signal receiver according to claim 12, wherein the first arcuate track and the second arcuate track are substantially coplanar. 前記第1の期間中に前記第1の慣性質量と前記第2の慣性質量を同軸に加速することが、前記第1の期間中に前記第1の慣性質量と前記第2の慣性質量を逆方向に加速することを含むことを特徴とする、請求項11に記載の、信号の受け手に対して信号を伝える方法。   Accelerating the first inertial mass and the second inertial mass coaxially during the first period reverses the first inertial mass and the second inertial mass during the first period. 12. A method for transmitting a signal to a signal receiver according to claim 11, comprising accelerating in a direction. 前記第1の期間中に前記第1の慣性質量と前記第2の慣性質量を同軸に加速することが、前記第1の期間中に前記第1の慣性質量と前記第2の慣性質量を同期させて同じ方向に振動させることを含むことを特徴とする、請求項11に記載の、信号の受け手に対して信号を伝える方法。   Accelerating the first inertial mass and the second inertial mass coaxially during the first period synchronizes the first inertial mass and the second inertial mass during the first period. The method of transmitting a signal to a signal receiver according to claim 11, further comprising vibrating in the same direction. 前記第1の期間中に前記第1の慣性質量と前記第2の慣性質量を同軸に加速することが、前記第1の期間中に前記第1の慣性質量と前記第2の慣性質量を同期させて逆方向に振動させることを含むことを特徴とする、請求項11に記載の、信号の受け手に対して信号を伝える方法。   Accelerating the first inertial mass and the second inertial mass coaxially during the first period synchronizes the first inertial mass and the second inertial mass during the first period. The method of transmitting a signal to a signal receiver according to claim 11, further comprising: oscillating in a reverse direction. 触覚信号を作り出す装置であって、
第1の慣性質量と、
第2の慣性質量と、
加速装置とを備え、
前記加速装置が、第1の期間中に前記第1と第2の質量をお互いに対して対称的に加速するように、構成および適合されているとともに、
前記加速装置が、前記第1の期間中に作り出される副次触覚信号と比べて顕著に検出されやすい主要触覚信号を第2の期間中に作り出すように、前記第2の期間中には前記第1と第2の質量をお互いに対して非対称的に加速するように、構成および適合されている
ことを特徴とする装置。
A device for producing tactile signals,
A first inertial mass;
A second inertial mass;
An acceleration device,
The accelerator is configured and adapted to symmetrically accelerate the first and second masses relative to each other during a first time period;
During the second period, the accelerator device generates a primary haptic signal that is significantly more easily detected than the secondary haptic signal generated during the first period. An apparatus characterized in that it is constructed and adapted to asymmetrically accelerate the first and second masses relative to each other.
前記主要触覚信号が、前記副次触覚信号の少なくとも約2倍の大きさの力学的エネルギーを伝えることを特徴とする、請求項17に記載の、触覚信号を作り出す装置。   18. The device for producing a haptic signal according to claim 17, wherein the primary haptic signal conveys mechanical energy at least about twice as large as the secondary haptic signal. 前記主要触覚信号が、前記副次触覚信号の少なくとも約5倍の大きさの力学的エネルギーを伝えることを特徴とする、請求項17に記載の、触覚信号を作り出す装置。   18. The device for producing a haptic signal according to claim 17, wherein the primary haptic signal conveys mechanical energy that is at least about five times as large as the secondary haptic signal. 前記主要触覚信号が、前記副次触覚信号の少なくとも約10倍の大きさの力学的エネルギーを伝えることを特徴とする、請求項17に記載の、触覚信号を作り出す装置。   18. A device for producing a haptic signal according to claim 17, wherein the primary haptic signal carries mechanical energy that is at least about ten times as large as the secondary haptic signal. 前記主要触覚信号が、前記副次触覚信号の少なくとも約100倍の大きさの力学的エネルギーを伝えることを特徴とする、請求項17に記載の、触覚信号を作り出す装置。   18. The device for producing a haptic signal according to claim 17, wherein the primary haptic signal conveys mechanical energy that is at least about 100 times as large as the secondary haptic signal. 第1のJ型軌道の形を定める第1の複数の機械的リンクと、
第2のJ型軌道の形を定める第2の複数の機械的リンクと、
モータ部とを備え、
第1の期間中には、加速中の第1の質量の反作用力が加速中の第2の質量の反作用力と実質的に釣り合うように、かつ、第2の期間中には、加速中の前記第1の質量の反作用力が加速中の前記第2の質量の反作用力と実質的に釣り合わないように、入力信号に応じて同期的に、前記第1の質量を前記第1のJ型軌道上で加速するとともに前記第2の質量を前記第2のJ型軌道上で加速するよう、前記モータ部が、前記第1と第2の複数の機械的リンクと結合されていることを特徴とする、
触覚アクチュエータ。
A first plurality of mechanical links defining a first J-shaped track;
A second plurality of mechanical links defining a shape of the second J-shaped track;
A motor unit,
During the first period, the reaction force of the first mass being accelerated is substantially balanced with the reaction force of the second mass being accelerated, and during the second period, The first mass is changed to the first J-type synchronously according to an input signal so that the reaction force of the first mass is not substantially balanced with the reaction force of the second mass being accelerated. The motor unit is coupled to the first and second mechanical links so as to accelerate on the track and accelerate the second mass on the second J-shaped track. And
Tactile actuator.
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