DE112016005011T5

DE112016005011T5 - Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112016005011T5
Application number: DE112016005011.9T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Nakano; Takanori MURASE; Masaki Nasu
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-07-26
Also published as: US10838498B2; CN108369462B; US20170285751A1; JPWO2017110195A1; CN108369462A; JP6303076B2; WO2017110195A1

Abstract

Es soll eine taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung (1) bereitgestellt werden, die Vibrationen unter Verwendung eines elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators (10) effizient ausgibt. Die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung (1) umfasst den elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator (10), der in einer flachen Form ausgebildet ist und sich in einer Dickenrichtung ausdehnt und kontrahiert, einen ersten elastischen Körper (20) mit einem Elastizitätsmodul (E), der kleiner ist als der Elastizitätsmodul (E1) des Aktuators (10) in der Dickenrichtung und der so angeordnet ist, dass er eine Oberfläche des Aktuators (10) auf einer Seite der ersten Elektrode (11) kontaktiert, und eine erste Abdeckung (40), die eine Oberfläche des ersten elastischen Körpers (20) gegenüber einer Oberfläche des ersten elastischen Körpers (20) bedeckt, die den Aktuator (10) kontaktiert, den Aktuator (10) und den ersten elastischen Körper (20) in der Dickenrichtung des Aktuators (10) drückt, und den ersten elastischen Körper (20) in einem Zustand hält, bei dem der erste elastische Körper (20) stärker komprimiert wird als der Aktuator (10).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung.
Stand der Technik
Einer von verschiedenen Informationsübertragungsgegenständen ist ein Gegenstand, bei dem ein System des Anwendens von Vibrationen auf Personen eingesetzt wird. In den letzten Jahren ist es erforderlich, bei Personen verschiedene Sinne durch Anwenden von Vibrationen auf die Personen anzusprechen, während z.B. die Frequenz und die Amplitude in einer komplizierten Weise verändert werden. Nutzer wählen deshalb Vibrationsaktuatoren gemäß den Zwecken aus. Beim Auswählen des Vibrationsaktuators berücksichtigen die Nutzer typischerweise den Stromverbrauch. Der Vibrationsaktuator umfasst einen taktile Vibration-Anwendungsaktuator und einen Schwingvibration-Anwendungsaktuator. Die taktile Vibration ist eine Niederfrequenzvibration, wohingegen die Schwingvibration eine Hochfrequenzvibration ist.
Ein Exzentermotor, der ein exzentrisches Massenelement dreht, eine Vorrichtung, die ein Vibrationselement durch einen Schwingspulenmotor zum Vibrieren bringt (auch als „linearer resonanter Aktuator“ bezeichnet), ein elektrostatischer Aktuator und ein piezoelektrischer Aktuator sind als Aktuator bekannt, der eine Vibration erzeugt.
Der Exzentermotor wird typischerweise durch Gleichstrom (DC) angetrieben und folglich arbeitet der Exzentermotor nur in einer einzigen Richtung. Folglich überträgt der Exzentermotor nur Veränderungen der Größe von Vibrationen und des zeitlichen Ablaufs von Vibrationen, und folglich ist der Exzentermotor zum Anwenden von komplizierten Vibrationen ungeeignet. Zusätzlich weist der Exzentermotor einen relativ großen Stromverbrauch auf.
Der Schwingspulenmotor wird durch einen Magneten, eine Spule und ein Massefedersystem angetrieben und folglich kann der Schwingspulenmotor komplizierte Vibrationen durch Empfangen von verschiedenen Eingangssignalen anwenden. Der Schwingspulenmotor bildet einen LCR-Schaltkreis und weist folglich eine elektrische Resonanzfrequenz auf. Folglich weist der Schwingspulenmotor einen geringeren Stromverbrauch und eine große Amplitude bei der Resonanzfrequenz auf, wohingegen der Schwingspulenmotor einen großen Stromverbrauch und eine kleine Amplitude aufweist, wenn dessen Frequenz von der Resonanzfrequenz abweicht. Der Schwingspulenmotor ist somit für eine Verwendung in einem breiten Frequenzband ungeeignet und wenn der Schwingspulenmotor in einem solchen breiten Frequenzband verwendet wird, erfordert er einen Steueralgorithmus zum Verändern von Eingangssignalen. Ferner ist der Stromverbrauch in einem Band groß, das von der Resonanzfrequenz abweicht.
Der elektrostatische Aktuator und der piezoelektrische Aktuator bilden einen RC-Schaltkreis und folglich weisen die elektrostatischen und piezoelektrischen Aktuatoren anders als der Schwingspulenmotor keine elektrische Resonanzfrequenz auf. Folglich weisen der elektrostatische Aktuator und der piezoelektrische Aktuator einen geringen Stromverbrauch in einem breiten Frequenzband auf. Der elektrostatische Aktuator ist in dem japanischen Patent Nr. 5281322 und der japanischen Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldungsveröffentlichung Nr. 2014-506691 offenbart. WO 2013/145411 offenbart einen Lautsprecher, bei dem der elektrostatische Aktuator verwendet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Wenn ein elektrostatischer Aktuator oder ein piezoelektrischer Aktuator als solcher verwendet wird, ist die Amplitude einer Schwingung klein. Diese Aktuatoren weisen deshalb Ausgangsvibrationen auf, die zur Verwendung als taktile Vibration-Anwendungsaktuator unzureichend sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung, die Vibrationen unter Verwendung eines elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators abgibt.
Mittel zum Lösen der Probleme
Eine taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator, der in einer flachen Form ausgebildet ist, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die in einer Dickenrichtung einander gegenüberliegen, und sich mindestens in der Dickenrichtung ausdehnt und kontrahiert; einen ersten elastischen Körper mit einem Elastizitätsmodul, der kleiner ist als der Elastizitätsmodul des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators in der Dickenrichtung, und der in Kontakt mit einer Oberfläche des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators auf einer Seite der ersten Elektrode angeordnet ist; und eine erste Abdeckung, die eine Oberfläche des ersten elastischen Körpers gegenüber einer Oberfläche des ersten elastischen Körpers, die den elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator kontaktiert, bedeckt, den elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator und den ersten elastischen Körper in der Dickenrichtung des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators drückt und den ersten elastischen Körper in einem Zustand hält, bei dem der erste elastische Körper stärker komprimiert wird als der elektrostatische oder piezoelektrische Aktuator.
Der Elastizitätsmodul des ersten elastischen Körpers ist kleiner als der Elastizitätsmodul des Aktuators in der Dickenrichtung. In einem Zustand, bei dem der erste elastische Körper gegen die erste Abdeckung gedrückt wird, wird der erste elastische Körper stärker komprimiert als der Aktuator. Die erste Abdeckung behält einen solchen Zustand als Anfangszustand bei. In einem Zustand, bei dem die erste Abdeckung den Aktuator und den ersten elastischen Körper drückt, ist das Kompressionsausmaß des Aktuators gering. Die Ausdehnung und Kontraktion des Aktuators wird folglich kaum beeinflusst, selbst wenn die erste Abdeckung den Aktuator drückt.
Wenn eine Spannung an die erste Elektrode und die zweite Elektrode des Aktuators angelegt wird, dehnt sich der Aktuator in der Dickenrichtung aus und kontrahiert in der Dickenrichtung. Die Verschiebung der Oberfläche des Aktuators auf die Seite der ersten Elektrode gemäß der Ausdehnung und Kontraktion des Aktuators wird über den ersten elastischen Körper auf die erste Abdeckung übertragen. Zusätzlich wird die elastische Verformungskraft des ersten elastischen Körpers durch die Ausdehnung und Kontraktion des Aktuators verändert und eine solche Veränderung der elastischen Verformungskraft des ersten elastischen Körpers wird auf die erste Abdeckung übertragen. Der erste elastische Körper wird in dem Anfangszustand gedrückt und folglich können Vibrationen effizient auf die erste Abdeckung angewandt werden. D.h., selbst wenn Vibrationen des Aktuators allein gering sind, können taktile Vibrationen auf die erste Abdeckung angewandt werden.
Figurenliste

[1] 1 ist eine Querschnittsansicht einer taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
[2] 2 ist eine Querschnittsansicht von internen Komponenten der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung, die in der 1 gezeigt ist, bevor die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung an einer Abdeckung montiert wird.
[3] 3 zeigt die elektrische Verbindung eines elektrostatischen Aktuators und eines Ansteuerschaltkreises, welche die in der 1 gezeigte taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung bilden, und die Verformung des elektrostatischen Aktuators, wenn eine Spannung an den elektrostatischen Aktuator angelegt wird.
[4] 4 ist eine Querschnittsansicht einer taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
[5] 5 ist eine Querschnittsansicht von internen Komponenten der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung, die in der 4 gezeigt ist, bevor die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung an einer Abdeckung montiert wird.
[6] 6 ist eine Querschnittsansicht einer taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
[7A] 7A ist eine perspektivische Ansicht eines Substrats eines elektrostatischen Aktuators gemäß einer vierten Ausführungsform.
[7B] 7B ist eine perspektivische Ansicht des elektrostatischen Aktuators gemäß der vierten Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Struktur der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1
Die Struktur einer taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 wird unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben. Die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 wendet taktile Vibrationen auf Personen an. Die taktile Vibration wird im Gegensatz zu einer Schwingvibration von Personen durch einen taktilen Sinn erfasst, und es handelt sich verglichen mit der Schwingvibration um eine Niederfrequenzvibration.
Wie es in der 1 gezeigt ist, umfasst die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 einen Aktuator 10, einen ersten elastischen Körper 20, einen zweiten elastischen Körper 30, eine erste Abdeckung 40, eine zweite Abdeckung 50 und eine Randabdeckung 60.
Der Aktuator 10 ist ein elektrostatischer Aktuator oder ein piezoelektrischer Aktuator. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Aktuator 10 ein elektrostatischer Aktuator. Der Aktuator 10 ist flach. Während der Umriss des Aktuators 10 z.B. rechteckig ist, kann der Umriss in jedweder Form ausgebildet sein. Der Aktuator 10 dehnt sich mindestens in der Dickenrichtung aus und kontrahiert in der Dickenrichtung. Wenn der Aktuator 10 ein elektrostatischer Aktuator ist, dehnt sich Aktuator 10 auch in einer flachen Oberflächenrichtung und kontrahiert in der flachen Oberflächenrichtung. D.h., wenn der Aktuator 10 ein elektrostatischer Aktuator ist, wird der Aktuator 10 aus einem Elastomer geformt.
Insbesondere umfasst der Aktuator 10, wie es in der 1 gezeigt ist, eine erste Elektrode 11, eine zweite Elektrode 12, eine dielektrische Schicht 13, eine erste Isolierschicht 14 und eine zweite Isolierschicht 15. Diese Elektroden und Schichten sind flach. Der Elastizitätsmodul (Young'sche Modul) des gesamten Aktuators 10 in der Dickenrichtung wird mit E1₍₁₀₎bezeichnet. Der Elastizitätsmodul des gesamten Aktuators 10 in der flachen Oberflächenrichtung wird mit E2₍₁₀₎bezeichnet. Der Verlustkoeffizient tanδ des gesamten Aktuators 10 wird mit tanδ₍₁₀₎ bezeichnet.
Die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 sind so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegend mit einem Abstand dazwischen in der Dickenrichtung des Aktuators 10 angeordnet sind. Die dielektrische Schicht 13 ist zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 angeordnet. Die erste Isolierschicht 14 ist so angeordnet, dass sie eine Oberfläche der ersten Elektrode 11 gegenüber einer Oberfläche davon kontaktiert, die der dielektrischen Schicht 13 gegenüberliegt, und bedeckt die erste Elektrode 11. Die zweite Isolierschicht 15 ist so angeordnet, dass sie eine Oberfläche der zweiten Elektrode 12 gegenüber einer Oberfläche davon, die der dielektrischen Schicht 13 gegenüberliegt, kontaktiert, und die zweite Elektrode 12 bedeckt.
Die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 sind in derselben Form ausgebildet und werden durch Mischen eines leitenden Füllstoffs mit einem Elastomer geformt. Die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 sind folglich flexibel und dehnbar. Beispiele für das Elastomer, das die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 bildet, umfassen Silikonkautschuk, Ethylen-Propylen-Copolymerkautschuk, Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Copolymerkautschuk, Acrylnitril-Butadien-Copolymerkautschuk, Acrylkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk, chlorsulfoniertes Polyethylen, chloriertes Polyethylen und Urethankautschuk. Es ist lediglich erforderlich, dass es sich bei dem leitenden Füllstoff, der mit der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 gemischt wird, um leitende Teilchen handelt und z.B. können als leitender Füllstoff Teilchen eines Kohlenstoffmaterials oder eines Metalls verwendet werden.
Die dielektrische Schicht 13, die erste Isolierschicht 14 und die zweite Isolierschicht 15 werden mit einem Elastomer geformt. Die dielektrische Schicht 13, die erste Isolierschicht 14 und die zweite Isolierschicht 15 sind folglich flexibel und dehnbar. Ein Material, das als dielektrischer Körper in dem elektrostatischen Aktuator 10 verwendet wird, wird für die dielektrische Schicht 13 verwendet. Insbesondere ist die dielektrische Schicht 13 so ausgebildet, dass sie die dickste der Komponenten ist, die den Aktuator 10 bilden, und die dielektrische Schicht 13 kann sich in der Dickenrichtung und der flachen Oberflächenrichtung ausdehnen und kontrahieren. Ein Isoliermaterial wird für die erste erste Isolierschicht 14 und die zweite Isolierschicht 15 verwendet.
Beispiele für das Elastomer, das die dielektrische Schicht 13, die erste Isolierschicht 14 und die zweite Isolierschicht 15 bildet, umfassen Silikonkautschuk, Acrylnitril-Butadien-Copolymerkautschuk, Acrylkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk, chlorsulfoniertes Polyethylen, chloriertes Polyethylen und Urethankautschuk.
Der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 sind aus demselben Material hergestellt und in derselben flachen Form ausgebildet. Die Randkantenform des ersten elastischen Körpers 20 und des zweiten elastischen Körpers 30 ist mit derjenigen des Aktuators 10 identisch. Der erste elastische Körper 20 ist so angeordnet, dass er eine Oberfläche des Aktuators 10 auf einer Seite der ersten Elektrode 11 (eine oberste Oberfläche des Aktuators 10 in der 1), d.h., die gesamte Oberfläche der ersten Isolierschicht 14, kontaktiert. Der zweite elastische Körper 30 ist so angeordnet, dass er eine Oberfläche des Aktuators 10 auf einer Seite der zweiten Elektrode 12 (einer untersten Oberfläche des Aktuators 10 in der 1), d.h., die gesamte Oberfläche der zweiten Isolierschicht 15, kontaktiert.
Ein Material mit einem kleinen Elastizitätsmodul E₍₂₀₎ und einem kleinen Verlustkoeffizienten tanδ₍₂₀₎ wird für den ersten elastischen Körper 20 verwendet und ein Material mit einem kleinen Elastizitätsmodul E₍₃₀₎ und einem kleinen Verlustkoeffizienten tanδ₍₃₀₎ wird für den zweiten elastischen Körper 30 verwendet. D.h., ein Material, das weich ist und Eigenschaften einer geringen Dämpfung aufweist, ist für den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 geeignet. Insbesondere sind die Elastizitätsmodule E₍₂₀₎ und E₍₃₀₎ des ersten elastischen Körpers 20 und des zweiten elastischen Körpers 30 kleiner als der Elastizitätsmodul E1₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der Dickenrichtung.
Das Verhältnis des Elastizitätsmoduls E₍₂₀₎ des ersten elastischen Körpers 20 zu dem Elastizitätsmodul E1₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der Dickenrichtung ist insbesondere gleich oder kleiner als 15 %. Das Verhältnis des Elastizitätsmoduls E₍₃₀₎ des zweiten elastischen Körpers 30 zu dem Elastizitätsmodul E1₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der Dickenrichtung ist ebenfalls gleich oder kleiner als 15 %. Diese Verhältnisse betragen vorzugsweise gleich oder kleiner als 10 %.
Zusätzlich weisen der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 jeweils die Verlustkoeffizienten tanδ₍₂₀₎ und tanδ₍₃₀₎ auf, die gleich oder kleiner als der Verlustkoeffizient tanδ₍₁₀₎ des Aktuators 10 bei vorgegebenen Bedingungen sind. Die vorgegebenen Bedingungen umfassen eine Verwendungsumgebung, in der die Temperatur im Bereich von -10 °C bis 50 °C liegt und die Vibrationsfrequenz gleich oder kleiner als 300 Hz ist.
Beispielsweise ist ein Silikonkautschuk, der die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt, für den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 geeignet. Beispielsweise ist ein Urethankautschuk nicht für den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 geeignet, da der Urethankautschuk relativ gute Dämpfungseigenschaften aufweist. Ein Urethankautschuk kann jedoch abhängig von den Zieleigenschaften für den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 verwendet werden.
Die erste Abdeckung 40 ist flach und bedeckt eine Oberfläche des ersten elastischen Körpers 20 (eine oberste Oberfläche des ersten elastischen Körpers 20 in der 1). Diese Oberfläche des ersten elastischen Körpers 20 liegt einer Oberfläche des ersten elastischen Körpers 20, der den Aktuator 10 kontaktiert, gegenüber. Die zweite Abdeckung 50 ist flach und bedeckt eine Oberfläche des zweiten elastischen Körpers 30 (eine unterste Oberfläche des zweiten elastischen Körpers 30 in der 1). Diese Oberfläche des zweiten elastischen Körpers 30 liegt einer Oberfläche des zweiten elastischen Körpers 30, der den Aktuator 10 kontaktiert, gegenüber.
Die Randabdeckung 60 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und bedeckt die Randoberflächen des Aktuators 10, des ersten elastischen Körpers 20 und des zweiten elastischen Körpers 30. Die Randabdeckung 60 ist an der Außenrandkante der ersten Abdeckung 40 bereitgestellt und integriert mit der ersten Abdeckung 40 ausgebildet, die ein integriertes Element bildet. D.h., das integrierte Element aus der ersten Abdeckung 40 und der Randabdeckung 60 ist so in einer Kapselform ausgebildet, dass es die Oberfläche des ersten elastischen Körpers 20 und die Randoberflächen des Aktuators 10, des ersten elastischen Körpers 20 und des zweiten elastischen Körpers 30 bedeckt. Die Randabdeckung 60 ist an der zweiten Abdeckung 50 angebracht, die von dem integrierten Element getrennt ist. Die Randabdeckung 60 ist geringfügig von den Außenrandoberflächen des Aktuators 10, des ersten elastischen Körpers 20 und des zweiten elastischen Körpers 30 beabstandet. D.h., die Randabdeckung 60 ermöglicht ein Dehnen des Aktuators 10, des ersten elastischen Körpers 20 und des zweiten elastischen Körpers 30 in der flachen Oberflächenrichtung.
Die gesamten Oberflächen des Aktuators 10, des ersten elastischen Körpers 20 und des zweiten elastischen Körpers 30 sind durch die erste Abdeckung 40, die zweite Abdeckung 50 und die Randabdeckung 60 bedeckt. Die erste Abdeckung 40 und die zweite Abdeckung 50 drücken den Aktuator 10, den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 in der Dickenrichtung des Aktuators 10. Die erste Abdeckung 40 und die zweite Abdeckung 50 sind in diesem Zustand durch die Randabdeckung 60 fixiert.
Die erste Abdeckung 40 und die zweite Abdeckung 50 weisen Elastizitätsmodule E₍₄₀₎ und E₍₅₀₎ auf, die größer sind als der Elastizitätsmodul E1₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der Dickenrichtung, der Elastizitätsmodul E₍₂₀₎ des ersten elastischen Körpers 20 und der Elastizitätsmodul E₍₃₀₎ des zweiten elastischen Körpers 30. Verschiedene Materialien, welche die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllen, wie z.B. ein Harz bzw. Kunststoff, ein Metall und ein Elastomer, können für die erste erste Abdeckung 40 und die zweite Abdeckung 50 verwendet werden.
Die Beziehung der Elastizitätsmodule der Elemente, welche die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 bilden, wird durch die folgende Formel (1) dargestellt. Die erste Abdeckung 40 und die zweite Abdeckung 50 halten den Aktuator 10, den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 in einem komprimierten Zustand. Dabei sind der Elastizitätsmodul E₍₂₀₎ des ersten elastischen Körpers 20 und der Elastizitätsmodul E₍₃₀₎ des zweiten elastischen Körpers 30 kleiner als der Elastizitätsmodul E1 ₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der Dickenrichtung. Der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 werden folglich stärker komprimiert als der Aktuator 10.
[Formel 1] $E_{(40)}, E_{(50)} > {E1}_{(10)} > E_{(20)} = E_{(30)}$
Zusätzlich ist die zweite Abdeckung 50 elektrisch mit der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 verbunden und wirkt als Platineneinheit, die einen Ansteuerschaltkreis 51 zum Steuern einer Spannung umfasst, die an die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 angelegt wird. Ferner ist die erste Abdeckung 40 ein taktile Vibration-Anwendungsteil für einen Nutzer. D.h., der Nutzer empfängt taktile Vibrationen durch Kontaktieren der ersten Abdeckung 40.
Beschreibung der Verformung von internen Komponenten
Als nächstes werden die internen Komponenten 10, 20 und 30 der taktilen Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 vor und nach dem Halten durch die erste Abdeckung 40 und die zweite Abdeckung 50 unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Die internen Komponenten 10, 20 und 30 werden durch die erste Abdeckung 40 und die zweite Abdeckung 50 gehalten, wie es in der 1 gezeigt ist. Die Dicke des Aktuators 10 wird mit W10 bezeichnet und die Breite des Aktuators 10 in der flachen Richtung wird mit L10 bezeichnet. Die Dicke des ersten elastischen Körpers 20 wird mit W20 bezeichnet und die Dicke des zweiten elastischen Körpers 30 wird mit W30 bezeichnet.
Ferner zeigt die 2 die internen Komponenten 10, 20 und 30 vor dem Halten durch die erste Abdeckung 40 und die zweite Abdeckung 50. Die Dicke des Aktuators 10 scheint identisch mit W10 zu sein, jedoch wird in der Praxis die Dicke mit W11 bezeichnet, die etwas größer ist als W10. Andererseits scheint die Breite des Aktuators 10 in der flachen Richtung gleich L10 zu sein, jedoch wird in der Praxis die Breite in der flachen Richtung mit L11 bezeichnet, die etwas kleiner ist als L10. Die Dicke des ersten elastischen Körpers 20 wird mit W21 bezeichnet, die viel größer ist als W20, und die Dicke des zweiten elastischen Körpers 30 wird mit W31 bezeichnet, die viel größer ist als W30. Die internen Komponenten 10, 20 und 30 vor und nach der Kompression erfüllen folglich die folgenden Formeln (2) und (3).
[Formel 2] $\frac{W 11 - W 10}{W 11} < \frac{W2 1 - W 20}{W2 1} = \frac{W3 1 - W3 0}{W3 1}$

[Formel 3] ${\begin{cases} W 11 - W 10 < W2 1 - W2 0 \\ W 11 - W 10 < W3 1 - W3 0 \end{cases}$
Die Formel (2) ist ein Beziehungsausdruck der Kompressibilität, wohingegen die Formel (3) ein Beziehungsausdruck des Kompressionsausmaßes ist. Die Kompressibilität des ersten elastischen Körpers 20 und des zweiten elastischen Körpers 30 ist größer als diejenige des Aktuators 10 in der Dickenrichtung. Das Kompressionsausmaß des ersten elastischen Körpers 20 und des zweiten elastischen Körpers 30 ist ebenfalls größer als dasjenige des Aktuators 10.
Betrieb des Aktuators und der taktilen Vibration-Anwendungsvorrichtung
Als nächstes wird der Betrieb des Aktuators 10 und der taktilen Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die 1 und 3 beschrieben. Wie es in der 3 gezeigt ist, sind die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 des Aktuators 10 mit der Ansteuerschaltung 51 verbunden. Die Ansteuerschaltung 51 kann eine Wechselspannung (eine periodische Spannung, die positive und negative Werte umfasst) an die erste und die zweite Elektrode anlegen oder sie kann eine periodische Spannung, die positive Versetzungswerte umfasst, an die zweite Elektrode 12 anlegen, während die erste Elektrode 11 mit dem Erdungspotenzial verbunden ist. Insbesondere ist die erste Elektrode 11, die auf einer Seite angeordnet ist, der sich eine Person annähert, mit dem Erdungspotenzial verbunden und dies verbessert die Sicherheit weiter.
Wenn das Ausmaß der Ladung, die in der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 akkumuliert ist, zunimmt, wird die dielektrische Schicht 13 komprimiert und verformt. D.h., die Dicke des Aktuators 10 wird vermindert und die Breite des Aktuators 10 in der flachen Richtung nimmt zu, wie es in der 3 gezeigt ist. Wenn andererseits das Ausmaß der Ladung, die in der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode akkumuliert ist, vermindert wird, kehrt die dielektrische Schicht 13 zu ihrer ursprünglichen Form zurück. D.h., die Dicke des Aktuators 10 nimmt zu und die Breite des Aktuators 10 in der flachen Richtung vermindert sich. Der Aktuator 10 dehnt sich in der flachen Oberflächenrichtung und in der Dickenrichtung aus und kontrahiert in der flachen Oberflächenrichtung und in der Dickenrichtung.
Wenn sich der Aktuator 10 ausdehnt und kontrahiert, arbeitet die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 wie folgt. Ein Zustand, bei dem der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 in der Dickenrichtung komprimiert sind, wie es in der 1 gezeigt ist, wird als Anfangszustand der taktilen Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 bezeichnet. Wenn die Dicke des Aktuators 10 durch eine Zunahme des Ausmaßes der Ladung vermindert wird, werden der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 so verformt, dass sie ein kleineres Kompressionsausmaß als im Anfangszustand aufweisen. Wenn andererseits die Dicke des Aktuators 10 durch eine Verminderung des Ausmaßes der Ladung erhöht wird, wirken der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 dahingehend, zu dem Anfangszustand zurückzukehren. D.h., der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 werden so verformt, dass sie ein größeres Kompressionsausmaß aufweisen als in einem Fall, bei dem das Ausmaß der Ladung zunimmt.
Wenn die Ansteuerschaltung 51 eine periodische Spannung an die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 anlegt, verändert der Aktuator 10, der zwischen dem ersten elastischen Körper 20 und dem zweiten elastischen Körper 30 angeordnet ist, dessen Form wie folgt: Flache Form → gekrümmte Form, die in der 1 nach oben vorragt → flache Form → gekrümmte Form, die in der 1 nach unten vorragt → flache Form.
Die Verschiebung einer Oberfläche des Aktuators 10 auf eine Seite der ersten Isolierschicht 14 gemäß der Verformung des Aktuators 10 wird über den ersten elastischen Körper 20 auf die erste Abdeckung 40 übertragen. Zusätzlich wird die elastische Verformungskraft des ersten elastischen Körpers 20 durch die Ausdehnung und Kontraktion des Aktuators 10 verändert und eine solche Veränderung der elastischen Verformungskraft des ersten elastischen Körpers 20 wird auf die erste Abdeckung 40 übertragen. Der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 werden im Anfangszustand komprimiert und folglich können Vibrationen effizient auf die erste Abdeckung 40 angewandt werden. D.h., selbst wenn Vibrationen des Aktuators 10 allein gering sind, können taktile Vibrationen auf die erste Abdeckung 40 angewandt werden.
Wenn der Verlustkoeffizient tanδ₍₂₀₎ des ersten elastischen Körpers 20 und der Verlustkoeffizienten tanδ₍₃₀₎ des zweiten elastischen Körpers 30 sehr groß sind, werden Vibrationen durch den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 absorbiert, obwohl sich der Aktuator 10 ausdehnt und kontrahiert. In einem solchen Fall werden Vibrationen des Aktuators 10 kaum auf die erste Abdeckung 40 übertragen, obwohl sich der Aktuator 10 ausdehnt und kontrahiert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden jedoch Materialien mit kleinen Verlustkoeffizienten tanδ₍₂₀₎ und tanδ₍₃₀₎ für den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 verwendet. Insbesondere erfüllen der Verlustkoeffizient tanδ₍₁₀₎ des Aktuators 10, der Verlustkoeffizient tanδ₍₂₀₎ des ersten elastischen Körpers 20 und der Verlustkoeffizient tanδ₍₃₀₎ des zweiten elastischen Körpers 30 die folgende Formel (4). Vibrationen, die durch die Ausdehnung und Kontraktion des Aktuators 10 verursacht werden, werden auf die erste Abdeckung 40 übertragen, ohne durch den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 absorbiert zu werden.
[Formel 4] $tan δ_{(10)} ≧ tan δ_{(20)} = tan δ_{(30)}$
Wie es durch die Formel (1) gezeigt ist, sind der Elastizitätsmodul E₍₂₀₎ des ersten elastischen Körpers 20 und der Elastizitätsmodul E₍₃₀₎ des zweiten elastischen Körpers 30 kleiner als der Elastizitätsmodul E1₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der Dickenrichtung. Der Aktuator 10 wird folglich in dem Anfangszustand, bei dem keine Spannung an die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 angelegt wird, kaum komprimiert. Folglich beeinflusst, wenn die erste Abdeckung 40 und die zweite Abdeckung 50 den Aktuator 10 drücken, dies die Ausdehnung und Kontraktion des Aktuators 10 nicht. Daher kann sich der Aktuator 10 zuverlässig ausdehnen und kontrahieren.
Effekte der ersten Ausführungsform
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform durch effizientes Übertragen von kleinen Vibrationen des Aktuators 10 auf die erste Abdeckung 40 zuverlässig taktile Vibrationen erzeugen. Die erste Abdeckung 40 und die zweite Abdeckung 50 drücken den Aktuator 10, den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30, wobei der Aktuator 10 zwischen dem ersten elastischen Körper 20 und dem zweiten elastischen Körper 30 angeordnet ist. Der Aktuator 10 dehnt sich und kontrahiert folglich in dem Anfangszustand ohne irgendeinen äußeren Einfluss. Es ist möglich, taktile Vibrationen in der ersten Abdeckung 40 effizient zu erhalten. Die zweite Abdeckung 50 ist eine Platineneinheit, welche die Ansteuerschaltung 51 umfasst. Da die zweite Abdeckung 50 ebenfalls als Platineneinheit wirkt, kann eine Kompaktheit und eine effiziente Anordnung erreicht werden.
Das Verhältnis des Elastizitätsmoduls E₍₂₀₎ des ersten elastischen Körpers 20 zu dem Elastizitätsmodul E1₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der Dickenrichtung ist gleich oder kleiner als 15 %. Das Verhältnis des Elastizitätsmoduls E₍₃₀₎ des zweiten elastischen Körpers 30 zu dem Elastizitätsmodul E1₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der Dickenrichtung ist ebenfalls gleich oder kleiner als 15 %. Der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 können folglich stärker komprimiert werden als der Aktuator 10 im Anfangszustand.
Für den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 werden Materialien mit kleinen Verlustkoeffizienten tanδ₍₂₀₎ und tanδ₍₃₀₎ verwendet. Der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 können folglich Vibrationen, die durch die Ausdehnung und Kontraktion des Aktuators 10 verursacht werden, auf die erste Abdeckung 40 übertragen, ohne die Vibrationen zu absorbieren. Dies wird zuverlässig erreicht, wenn ein Silikonkautschuk für den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 verwendet wird. Der Verlustkoeffizient tanδ₍₂₀₎ des ersten elastischen Körpers 20 und der Verlustkoeffizient tanδ₍₃₀₎ des zweiten elastischen Körpers 30 sind gleich oder kleiner als der Verlustkoeffizient tanδ₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der Verwendungsumgebung, in der die Temperatur im Bereich von -10 °C bis 50 °C liegt und die Vibrationsfrequenz gleich oder kleiner als 300 Hz ist. Der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 können folglich zuverlässig Vibrationen, die durch die Ausdehnung und Kontraktion des Aktuators 10 verursacht werden, auf die erste Abdeckung 40 übertragen, ohne die Vibrationen zu absorbieren.
Der erste elastische Körper 20 und der zweite elastische Körper 30 sind so aus einem Elastomer ausgebildet, dass sie flach sind. Die Verformung des Aktuators 10 gemäß der Ausdehnung und Kontraktion des Aktuators 10 kann zuverlässig auf die erste Abdeckung 40 übertragen werden. Selbst wenn der Aktuator 10 ein elektrostatischer Aktuator oder ein piezoelektrischer Aktuator ist, weisen Vibrationen in der ersten Abdeckung 40 eine niedrige Frequenz auf. Die vorstehend beschriebene Struktur ermöglicht es der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1, taktile Vibrationen in einem Frequenzband, das niedriger als dasjenige von Schwingvibrationen ist, einfach zu erzeugen.
Zusätzlich erzeugt, da der Aktuator 10 ein elektrostatischer Aktuator ist, der aus einem Elastomer ausgebildet ist, die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 taktile Vibrationen mit einer niedrigen Frequenz zuverlässiger.
Modifizierung der ersten Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform wird ein elektrostatischer Aktuator als Aktuator 10 verwendet. Als Aktuator 10 kann ein piezoelektrischer Aktuator verwendet werden. In diesem Fall wird die dielektrische Schicht 13 durch einen piezoelektrischen Körper ersetzt. D.h., der piezoelektrische Körper wird zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 angeordnet. Der Aktuator 10 arbeitet in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform zur Erzeugung von taktilen Vibrationen in der ersten Abdeckung 40.
Die erste Abdeckung 40 gemäß der ersten Ausführungsform kann ein Berührungsfeldelement sein. In diesem Fall legt die Ansteuerschaltung 51 gemäß der Bedienung des Berührungsfeldelements durch einen Nutzer z.B. eine periodische Spannung an den Aktuator 10 an. Gemäß der Bedienung des Berührungsfeldelements durch den Nutzer werden auf den Nutzer, der das Berührungsfeldelement kontaktiert, taktile Vibrationen angewandt.
Zweite Ausführungsform
Eine taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. In der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform werden dieselben Strukturen wie in der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen.
Die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 100 umfasst einen Aktuator 10, einen ersten elastischen Körper 20, einen zweiten elastischen Körper 30, einen elastischen Randkörper 170, eine erste Abdeckung 140, eine zweite Abdeckung 150 und eine Randabdeckung 160. Die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform bezüglich der Form der ersten Abdeckung 140, der zweiten Abdeckung 150 und der Randabdeckung 160. Ferner ist zusätzlich der elastische Randkörper 170 bereitgestellt.
Der elastische Randkörper 170 ist aus demselben Material wie der erste elastische Körper 20 in einer zylindrischen Form ausgebildet. Der elastische Randkörper 170 ist so auf einer Außenrandoberfläche des ersten elastischen Körpers 20 angeordnet, dass er mit dem ersten elastischen Körper 20 integriert ist. Eine Innenrandoberfläche des elastischen Randkörpers 170 passt zu einer Außenrandoberfläche des Aktuators 10. Der elastische Randkörper 170 ist so angeordnet, dass er die gesamte Randoberfläche des Aktuators 10 kontaktiert.
Ein Material mit einem kleinen Elastizitätsmodul E₍₁₇₀₎ und einem kleinen Verlustkoeffizienten tanδ₍₁₇₀₎ wird für den elastischen Randkörper 170 sowie für den ersten elastischen Körper 20 verwendet. D.h., ein Material, das weich ist und geringe Dämpfungseigenschaften aufweist, ist für den elastischen Randkörper 170 geeignet. Insbesondere erfüllt der elastische Randkörper 170 die Formel (5). D.h., der elastische Randkörper 170 weist den Elastizitätsmodul E₍₁₇₀₎ auf, der kleiner ist als der Elastizitätsmodul E2₍₁₀₎ des Aktuators 10 in einer flachen Oberflächenrichtung. Das Verhältnis des Elastizitätsmoduls E₍₁₇₀₎ des elastischen Randkörpers 170 zu dem Elastizitätsmodul E2₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der flachen Oberflächenrichtung ist gleich oder weniger als 15 %. Dieses Verhältnis ist vorzugsweise gleich oder weniger als 10 %.
[Formel 5] $E 2_{(10)} > E_{(170)}$
Zusätzlich erfüllt der elastische Randkörper 170 unter vorgegebenen Bedingungen die Formel (6). D.h., der elastische Randkörper 170 weist den Verlustkoeffizienten tanδ₍₁₇₀₎ auf, der gleich oder kleiner ist als der Verlustkoeffizient tanδ₍₁₀₎ des Aktuators 10 bei vorgegebenen Bedingungen. Bei den vorgegebenen Bedingungen sind die Temperatur und die Vibrationsfrequenz dieselben wie in der ersten Ausführungsform.
[Formel 6] $tan δ_{(10)} ≧ tan δ_{(20)} ≧ tan δ_{(30)} ≧ tan δ_{(170)}$
Beispielsweise ist für den elastischen Randkörper 170 sowie für den ersten elastischen Körper 20 z.B. ein Silikonkautschuk geeignet, der die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt. Beispielsweise ist ein Urethankautschuk nicht für den elastischen Randkörper 170 geeignet, da der Urethankautschuk relativ gute Dämpfungseigenschaften aufweist. Ein Urethankautschuk kann jedoch abhängig von den Zieleigenschaften für den elastischen Randkörper 170 verwendet werden.
Die erste Abdeckung 140 ist flach und bedeckt eine Oberfläche des ersten elastischen Körpers 20 (eine obere Oberfläche des ersten elastischen Körpers 20 in der 4) und eine Endoberfläche des elastischen Randkörpers 170 (eine oberste Oberfläche des elastischen Randkörpers 170 in der 4). Die zweite Abdeckung 150 ist flach und bedeckt eine Oberfläche des zweiten elastischen Körpers 30 (eine unterste Oberfläche des zweiten elastischen Körpers 30 in der 4) und die andere Endoberfläche des elastischen Randkörpers 170 (eine unterste Oberfläche des elastischen Randkörpers 170 in der 4). Die erste Abdeckung 140 und die zweite Abdeckung 150 weisen jeweils bezüglich der ersten Abdeckung 40 und der zweiten Abdeckung 50 gemäß der ersten Ausführungsform verschiedene Größen auf, haben jedoch im Wesentlichen dieselben Funktionen.
Die Randabdeckung 160 bedeckt die gesamte Außenrandoberfläche des elastischen Randkörpers 170. Eine Innenrandoberfläche der Randabdeckung 160 drückt den elastischen Randkörper 170 in die flache Oberflächenrichtung des Aktuators 10. D.h., die Randabdeckung 160 kontaktiert enganliegend die Außenrandoberfläche des elastischen Randkörpers 170.
Die Randabdeckung 160 weist einen Elastizitätsmodul E₍₁₆₀₎ auf, der größer ist als der Elastizitätsmodul E2₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der flachen Oberflächenrichtung und der Elastizitätsmodul E₍₁₇₀₎ des elastischen Randkörpers 170. Verschiedene Materialien, welche die vorstehenden Bedingungen erfüllen, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, wie z.B. ein Harz bzw. Kunststoff, ein Metall und ein Elastomer, können für die Randabdeckung 160 verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Randabdeckung 160 aus demselben Material wie die erste Abdeckung 140 hergestellt, die mit der ersten Abdeckung 140 integriert ist.
Die Randabdeckung 160 hält den Aktuator 10 und den elastischen Randkörper 170 in einem komprimierten Zustand in der flachen Oberflächenrichtung. Dabei ist der Elastizitätsmodul E₍₁₆₀₎ des elastischen Randkörpers 170 kleiner als der Elastizitätsmodul E2₍₁₀₎ des Aktuators 10 in der flachen Oberflächenrichtung. Der elastische Randkörper 170 ist folglich stärker komprimiert als der Aktuator 10.
Als nächstes werden die internen Komponenten 10 und 170 der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 100 vor und nach dem Halten durch die Randabdeckung 160 unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. Die internen Komponenten 10 und 170 werden durch die Randabdeckung 160 gehalten, wie es in der 4 gezeigt ist. Die Breite des Aktuators 10 in der flachen Oberflächenrichtung wird durch L10 bezeichnet. Die Breite des elastischen Randkörpers 170 wird durch L170 bezeichnet.
Ferner zeigt die 5 die internen Komponenten 10 und 170 vor dem Halten durch die Randabdeckung 160. Die Breite des Aktuators 10 in der flachen Oberflächenrichtung wird durch L11 bezeichnet, die im Wesentlichen mit L10 identisch ist. Die Breite des elastischen Randkörpers 170 wird mit L171 bezeichnet. Dadurch erfüllen die internen Komponenten 10 und 170 vor und nach der Kompression die folgenden Formeln (7) und (8).
[Formel 7] $\frac{L 11 - L 10}{L 11} < \frac{L 171 - L 170}{L 171}$

[Formel 8] $L 11 - L 10 < L 171 - L 170$
Die Formel (7) ist ein Beziehungsausdruck der Kompressibilität, wohingegen die Formel (8) ein Beziehungsausdruck des Kompressionsausmaßes ist. Die Kompressibilität des elastischen Randkörpers 170 ist größer als diejenige des Aktuators 10 in der flachen Oberflächenrichtung. Das Kompressionsausmaß des elastischen Randkörpers 170 ist auch größer als dasjenige des Aktuators 10 in der flachen Oberflächenrichtung.
In der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform ist die flache Oberfläche des Aktuators 10 zwischen dem ersten elastischen Körper 20 und dem zweiten elastischen Körper 30 angeordnet. Zusätzlich ist die Randoberfläche des Aktuators 10 sandwichartig zwischen Abschnitten des elastischen Randkörpers 170 angeordnet. Der Betrieb der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform in der Dickenrichtung ist folglich dem Betrieb der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform in der flachen Oberflächenrichtung äquivalent. D.h., nicht nur eine taktile Vibration, die durch den ersten elastischen Körper 20 und den zweiten elastischen Körper 30 übertragen wird, sondern auch eine taktile Vibration, die durch den elastischen Randkörper 170 übertragen wird, wird in der ersten Abdeckung 140 und der Randabdeckung 160 erzeugt. Folglich werden taktile Vibrationen, die durch die Ausdehnung und Kontraktion des Aktuators 10 verursacht werden, auf einen Nutzer effizienter angewandt, der die erste Abdeckung 140 und die Randabdeckung 160 kontaktiert.
Dritte Ausführungsform
Eine taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 200 gemäß einer dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 6 beschrieben. In der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 200 gemäß der dritten Ausführungsform werden dieselben Strukturen wie in der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung ist weggelassen.
Die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 200 umfasst einen Aktuator 10, einen ersten elastischen Körper 20, einen zweiten elastischen Körper 30, einen elastischen Randkörper 170, eine erste Abdeckung 240, eine zweite Abdeckung 150 und eine Randabdeckung 160. Die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 200 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform nur bezüglich der ersten Abdeckung 240. Die erste Abdeckung 240 wirkt als taktile Vibration-Anwendungsteil für einen Nutzer und umfasst eine Mehrzahl von Vorwölbungen 241 auf dessen Oberfläche. Die Vorwölbungen 241 können in verschiedenen Formen ausgebildet sein, einschließlich eine zylindrische Form, eine prismatische Form, eine Kegelstumpfform und eine Pyramidenstumpfform. Die Fläche einer distalen Endoberfläche jeder Vorwölbung 241 ist viel kleiner als die Fläche, die der Nutzer kontaktiert.
Wenn taktile Vibrationen in der ersten Abdeckung 240 mittels der Vorwölbungen 241 auf den Nutzer übertragen werden, wird der auf den Nutzer ausgeübte Oberflächendruck erhöht. Der Nutzer fühlt folglich taktile Vibrationen leichter. Beispielsweise wird Silikonkautschuk oder dergleichen für die Vorwölbungen 241 sowie für den ersten elastischen Körper 20 verwendet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Vorwölbungen 241 in einem gewissen Maß weich sind, um die Reize auf den Anwender zu vermindern, und folglich werden taktile Vibrationen in einer geeigneten Weise auf den Nutzer angewandt. Silikonkautschuk weist einen geringen Verlustkoeffizienten tanδ auf, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und folglich werden, wenn die erste Abdeckung 240 vibriert, Vibrationen kaum gedämpft, selbst wenn die Vorwölbungen 241 zwischen der ersten Abdeckung 240 und dem Nutzer angeordnet sind. Taktile Vibrationen werden folglich zuverlässig auf den Nutzer angewandt.
Vierte Ausführungsform
Ein Aktuator 310 gemäß einer vierten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 7A und 7B beschrieben. In dem Aktuator 10 gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die erste Elektrode 11, die zweite Elektrode 12, die dielektrische Schicht 13, die erste Isolierschicht 14 und die zweite Isolierschicht 15 flach und laminiert, so dass sie den Aktuator 10 bilden. Eine lange und flache Basis 310a wird hergestellt, wie es in der 7A gezeigt ist. Die Basis 310a ist in der gleichen Weise ausgebildet wie der Aktuator 10 gemäß der ersten Ausführungsform und unterscheidet sich von dem Aktuator 10 lediglich bezüglich der Form.
Die lange Basis 310a, die in der 7A gezeigt ist, wird zur Bildung eines Aktuators 310, der in der 7B gezeigt ist, gewickelt. Der in der 7B gezeigte Aktuator 310 umfasst drei Schichten des in der 1 gezeigten Aktuators, die miteinander laminiert sind. Der Aktuator 310 ermöglicht das einfache Erhalten eines mehrschichtigen Aktuators und das einfache Erzeugen starker taktiler Vibrationen.
Der Aktuator 310 wird durch Wickeln der Basis 310a in der vierten Ausführungsform gebildet. Die mehrschichtige Aktuatorstruktur kann durch Laminieren einer Mehrzahl der in der 1 gezeigten Aktuatoren 10 gebildet werden.
Weitere Modifizierungen
Der Aktuator 10 kontaktiert die erste Abdeckung 40, 140, wobei der erste elastische Körper 20 zwischen der ersten Abdeckung 40, 140 und dem Aktuator 10 in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angeordnet ist. Der Aktuator 10 kontaktiert die zweite Abdeckung 50, 150, wobei der zweite elastische Körper 30 zwischen der zweiten Abdeckung 50, 150 und dem Aktuator 10 in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angeordnet ist. Der zweite elastische Körper 30 kann weggelassen werden und der Aktuator 10 kann die zweite Abdeckung 50, 150 direkt kontaktieren. D.h., eine Oberfläche des Aktuators 10 auf einer Seite der ersten Elektrode 11 kontaktiert die erste Abdeckung 40, 140, wobei der erste elastische Körper 20 zwischen der ersten Abdeckung 40, 140 und dem Aktuator 10 angeordnet ist, jedoch eine Oberfläche des Aktuators 10 auf einer Seite der zweiten Elektrode 12 direkt die zweite Abdeckung 50, 150 kontaktiert. In diesem Fall werden taktile Vibrationen auf die erste Abdeckung 40, 140 durch den ersten elastischen Körper 20 angewandt. Der Betrieb der zweiten Abdeckung 50, 150 ist auf die Oberfläche des Aktuators 10 auf der Seite der zweiten Elektrode 12 mehr als in einem Fall beschränkt, bei dem der zweite elastische Körper 30 zwischen der zweiten Abdeckung 50, 150 und dem Aktuator 10 angeordnet ist. Das Verschiebungsausmaß des Aktuators 10 wird folglich einfach vermindert. Während bei der taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung der zweite elastische Körper 30 weggelassen werden kann, werden taktile Vibrationen, die auf die erste Abdeckung 40, 140 übertragen werden, vermindert.
Bezugszeichenliste

1, 100, 200:: Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung
10, 310:: Aktuator
11:: Erste Elektrode
12:: Zweite Elektrode
13:: Dielektrische Schicht
14:: Erste Isolierschicht
15:: Zweite Isolierschicht
20:: Erster elastischer Körper
30:: Zweiter elastischer Körper
40, 140, 240:: Erste Abdeckung
50, 150:: Zweite Abdeckung
51:: Ansteuerschaltung
60, 160:: Randabdeckung
170:: Elastischer Randkörper
241:: Vorwölbung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5281322 [0006]
WO 2013/145411 [0006]

Claims

Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung, umfassend: einen elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator, der in einer flachen Form ausgebildet ist, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die in einer Dickenrichtung einander gegenüberliegen, und sich mindestens in der Dickenrichtung ausdehnt und kontrahiert; einen ersten elastischen Körper mit einem Elastizitätsmodul, der kleiner ist als der Elastizitätsmodul des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators in der Dickenrichtung, und der in Kontakt mit einer Oberfläche des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators auf einer Seite der ersten Elektrode angeordnet ist; und eine erste Abdeckung, die eine Oberfläche des ersten elastischen Körpers gegenüber einer Oberfläche des ersten elastischen Körpers, die den elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator kontaktiert, bedeckt, den elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator und den ersten elastischen Körper in der Dickenrichtung des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators drückt, und den ersten elastischen Körper in einem Zustand hält, bei dem der erste elastische Körper stärker komprimiert wird als der elektrostatische oder piezoelektrische Aktuator.
Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen zweiten elastischen Körper mit einem Elastizitätsmodul, der kleiner ist als der Elastizitätsmodul des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators in der Dickenrichtung und der so angeordnet ist, dass er eine Oberfläche des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators auf einer Seite der zweiten Elektrode kontaktiert; und eine zweite Abdeckung, die eine Oberfläche des zweiten elastischen Körpers gegenüber einer Oberfläche des zweiten elastischen Körpers bedeckt, die den elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator kontaktiert, den elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator, den ersten elastischen Körper und den zweiten elastischen Körper zusammen mit der ersten Abdeckung in der Dickenrichtung des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators drückt, und den ersten elastischen Körper und den zweiten elastischen Körper in einem Zustand hält, bei dem der erste elastische Körper und der zweite elastische Körper stärker komprimiert werden als der elektrostatische oder piezoelektrische Aktuator.
Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die zweite Abdeckung elektrisch mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode verbunden ist und als Platineneinheit zum Steuern einer Spannung wirkt, die an die erste Elektrode und die zweite Elektrode angelegt wird.
Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der sich der elektrostatische oder piezoelektrische Aktuator in einer flachen Oberflächenrichtung ausdehnt und kontrahiert, und wobei die taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung ferner umfasst: einen elastischen Randkörper mit einem Elastizitätsmodul, der kleiner ist als der Elastizitätsmodul des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators in der flachen Oberflächenrichtung und der so angeordnet ist, dass er eine Randoberfläche des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators bedeckt; und eine Randabdeckung, die eine Oberfläche des elastischen Randkörpers gegenüber einer Oberfläche des elastischen Randkörpers bedeckt, die den elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator kontaktiert, den elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuator und den elastischen Randkörper in der flachen Oberflächenrichtung des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators drückt, und den elastischen Randkörper in einem Zustand hält, bei dem der elastische Randkörper stärker komprimiert wird als der elektrostatische oder piezoelektrische Aktuator.
Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Verhältnis des Elastizitätsmoduls des ersten elastischen Körpers zu dem Elastizitätsmodul des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators in der Dickenrichtung gleich oder kleiner als 15 % ist.
Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der Verlustkoeffizient tanδ des ersten elastischen Körpers gleich oder kleiner als der Verlustkoeffizient tanδ des elektrostatischen oder piezoelektrischen Aktuators bei vorgegebenen Bedingungen ist.
Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher der erste elastische Körper aus einem Elastomer in einer flachen Form ausgebildet ist.
Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die erste Abdeckung auf einer Oberfläche der ersten Abdeckung eine Mehrzahl von Vorwölbungen umfasst, die als taktile Vibration-Anwendungsteile für einen Nutzer wirken.
Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die erste Abdeckung ein Berührungsfeldelement ist.
Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher der elektrostatische oder piezoelektrische Aktuator ein elektrostatischer Aktuator ist, der die erste Elektrode und die zweite Elektrode; und einen dielektrischen Körper umfasst, der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist und aus einem Elastomer ausgebildet ist.
Taktile Vibration-Anwendungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher der elektrostatische oder piezoelektrische Aktuator ein piezoelektrischer Aktuator ist, der die erste Elektrode und die zweite Elektrode; und einen piezoelektrischen Körper umfasst, der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist.