説明

スイッチ装置

【課題】圧電素子を保護しつつ、力センサに、なされた操作の検出に必要な荷重を伝達することができるスイッチ装置を提供する。
【解決手段】実施の形態に係るスイッチ装置1は、主に、筐体10の内部に押し込まれる方向の操作が可能なパネル22と、押し込まれる方向の操作に基づいて、パネル22と共に押し込まれる方向に移動して筐体10の内部の底面106と接触する台座部20と、押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第1の信号を出力する力センサ12と、力センサ12と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部14と、台座部20と振動発生部14との間に介在し、台座部20の押し込まれる方向への移動に伴って、パネル22及び台座部20を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材18と、を備えて概略構成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の技術として、基部と、基部上に設けられた支持部と、支持部に支持される基板、及び基板の裏面に設けられる圧電素子からなる圧電アクチュエータと、基板の表面に接触するパッドと、パッド上に設けられた力センサと、力センサ上に設けられた支持トレイと、支持トレイに支持されたタッチ感知ディスプレイと、圧電アクチュエータを作動させる作動信号を生成するプロセッサと、を備えた携帯型電子デバイスが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
この携帯型電子デバイスは、タッチ感知ディスプレイにタッチ操作がなされると、プロセッサに信号を出力し、信号を取得したプロセッサは、作動信号を生成する。圧電アクチュエータは、この作動信号に基づいて作動し、パッド、力センサ、支持トレイ及びタッチ感知ディスプレイを介して、操作者に触覚フィードバックを与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010−152888号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、従来の携帯型電子デバイスは、パッドと接触する力センサの接触部分が半球状などの面積が狭い形状であると、軟質性材料から形成されるパッドを介して力センサに荷重が伝達し難く、タッチ感知ディスプレイになされたプッシュ操作を力センサで検出し難い問題がある。また、従来の携帯型電子デバイスは、タッチ感知ディスプレイになされたプッシュ操作による荷重が、両端を支持トレイに支持された圧電アクチュエータの中央に付加されるため、圧電アクチュエータが撓むことによって破損し易いという問題がある。
【0006】
従って、本発明の目的は、圧電素子を保護しつつ、力センサに、なされた操作の検出に必要な荷重を伝達することができるスイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様は、筐体の内部に押し込まれる方向の操作が可能な操作部と、押し込まれる方向の操作に基づいて、操作部と共に押し込まれる方向に移動して筐体の内部の底面と接触する移動部材と、押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第1の信号を出力する荷重検出部と、荷重検出部と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部と、移動部材と振動発生部との間に介在し、移動部材の押し込まれる方向への移動に伴って、操作部及び移動部材を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材と、を備えたスイッチ装置を提供する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、圧電素子を保護しつつ、力センサに、なされた操作の検出に必要な荷重を伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】図1(a)は、第1の実施の形態に係るスイッチ装置の上面図であり、(b)は、(a)のI(a)−I(a)線で切断した断面図であり、(c)は、スイッチ装置のブロック図である。
【図2】図2(a)は、第1の実施の形態に係るスイッチ装置のプッシュ操作前の状態を示す要部断面図であり、(b)は、プッシュ操作後の状態を示す要部断面図である。
【図3】図3(a)は、第2の実施の形態に係るスイッチ装置のプッシュ操作前の状態を示す要部断面図であり、(b)は、プッシュ操作後の状態を示す断面図である。
【図4】図4(a)は、第3の実施の形態に係るスイッチ装置の上面図であり、(b)及び(c)は、(a)のIV(a)−IV(a)線で切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
(実施の形態の要約)
実施の形態に係るスイッチ装置は、筐体の内部に押し込まれる方向の操作が可能な操作部と、押し込まれる方向の操作に基づいて、操作部と共に押し込まれる方向に移動して筐体の内部の底面と接触する移動部材と、押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第1の信号を出力する荷重検出部と、荷重検出部と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部と、移動部材と振動発生部との間に介在し、移動部材の押し込まれる方向への移動に伴って、操作部及び移動部材を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材と、を備える。
【0011】
このスイッチ装置によれば、移動部材が、なされた操作に基づいて操作部と共に押し込まれる方向に移動して筐体の内部の底面と接触し、かつ、弾性部材により荷重の一部が吸収されるため、過大な荷重を振動発生部に伝達しないので、振動発生部を保護しつつ、荷重検出部に、なされた操作の検出に必要な荷重を伝達することができる。
【0012】
[第1の実施の形態]
(スイッチ装置1の構成)
図1(a)は、第1の実施の形態に係るスイッチ装置の上面図であり、(b)は、(a)のI(a)−I(a)線で切断した断面図であり、(c)は、スイッチ装置のブロック図である。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また、以下に示す上面視とは、スイッチ装置1のパネル22を押し込む方向、つまり、図1(a)の紙面に垂直な方向からスイッチ装置1を見ることを示すものとする。
【0013】
このスイッチ装置1は、例えば、筐体10の内部に押し込まれる方向の操作により、接続された電子機器に操作信号を出力すると共に、圧電素子15を振動させることで、操作者に触覚フィードバックを与えるものである。この触覚フィードバックとは、例えば、操作者の指に振動を伝達させることであり、操作者は、この触覚フィードバックを指で感じることにより、操作が受け付けられたことを認識することができる。
【0014】
本実施の形態に係るスイッチ装置1は、主に、筐体10の内部に押し込まれる方向の操作が可能な操作部としてのパネル22と、押し込まれる方向の操作に基づいて、パネル22と共に押し込まれる方向に移動して筐体10の内部の底面106と接触する移動部材としての台座部20と、押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第1の信号を出力する荷重検出部としての力センサ12と、力センサ12と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部14と、台座部20と振動発生部14との間に介在し、台座部20の押し込まれる方向への移動に伴って、パネル22及び台座部20を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材18と、を備えて概略構成されている。
【0015】
また、スイッチ装置1は、力センサ12から出力されたプッシュ操作信号に基づいて振動発生部14を制御して振動を発生させ、弾性部材18及び台座部20を介してパネル22に振動を伝達させる制御部32を備える。以下に、筐体10の内部に押し込まれる方向の操作は、プッシュ操作と記載する。
【0016】
・筐体10について
筐体10は、例えば、図1(a)及び(b)に示すように、一方端部には開口101が形成されて開放され、他方端部には底部104を有して閉じられた箱形状となっている。また、筐体10は、例えば、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン(ABS)等の合成樹脂材料、又はアルミニウム、銅等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレス等の合金材料を用いて形成される。
【0017】
筐体10は、例えば、収容部103の側面105の上部から、筐体10の中心に向って突出する凸部102が形成され、この凸部102により、開口101が形成されている。
【0018】
・力センサ12について
力センサ12は、例えば、先端部120に付加された荷重を検出するセンサである。この力センサ12は、例えば、歪みゲージ、圧力センサなどが用いられる。なお、先端部120は、半球形状であるが、これに限定されない。また、変形例として、荷重検出部は、タクトスイッチ等のスイッチ素子を用いて構成されても良い。
【0019】
力センサ12は、例えば、図1(b)に示すように、収容部103の底面106上に設けられている。また、力センサ12は、例えば、図1(c)に示すように、先端部120に付加された荷重に基づいてプッシュ操作信号を出力するように構成されている。さらに、力センサ12は、例えば、パネル22などの重さによる荷重の影響を排除するようにプリロードが設定されている。
【0020】
・振動発生部14について
振動発生部14は、例えば、図1(a)及び(b)に示すように、台座部20内に取り付けられている。また、振動発生部14は、圧電素子15と、金属板16と、を備えて概略構成されている。
【0021】
金属板16は、例えば、図1(a)及び(b)に示すように、台座部20の基部200の内壁200aに設けられ、円板形状を有している。また、金属板16には、例えば、導電性を有するアルミニウム、銅等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレス等の合金材料を用いて形成される。なお、金属板16は、例えば、合成樹脂等の非導電性材料を用いて形成されても良い。
【0022】
圧電素子15は、例えば、図1(a)及び(b)に示すように、金属板16よりも一回り小さい円板形状を有している。また、圧電素子15は、例えば、供給された電圧により、伸縮を行う。この伸縮により、金属板16が屈曲し、この屈曲によって振動が発生する。
【0023】
圧電素子15の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が用いられる。振動発生部14は、例えば、これらの材料を用いて形成された膜を金属板16の片面に積層して形成された積層ユニモルフ型の圧電アクチュエータである。なお、振動発生部14は、例えば、金属板の一方面に、上記の材料を用いて形成された膜が形成される単層ユニモルフ型、金属板の両面に、上記の材料を用いて形成された膜が形成される単層バイモルフ型、金属板の両面に、上記の材料を用いて形成された膜を積層して形成された積層バイモルフ型、の圧電アクチュエータであっても良い。
【0024】
なお、圧電素子15及び金属板16は、円板形状に限定されず、棒形状等であっても良い。
【0025】
この圧電素子15は、例えば、図1(c)に示すように、圧電素子制御部30と電気的に接続されている。この圧電素子制御部30は、例えば、制御部32と電気的に接続され、制御部32から出力される指示信号に基づいて振動生成信号を生成し、圧電素子15に出力するように構成されている。圧電素子15は、例えば、この振動生成信号に基づいて振動する。
【0026】
ここで、圧電素子15は、例えば、前述の振動が金属板16を撓ませて金属板16を振動させ、この振動がパネル22に伝達されることで、操作者は、指に振動を感じ、触覚フィードバックを得ることが可能となる。なお、圧電素子制御部30は、例えば、制御部32の機能として提供されても良い。
【0027】
また、圧電素子15は、一例として、200〜300Hzの振動数で振動する。
【0028】
・弾性部材18について
本実施の形態に係る弾性部材18は、例えば、図1(b)に示すように、パネル22などによる荷重、及びパネル22になされた操作による荷重の一部を、弾性変形を行うことによって吸収する目的で、金属板16上に設けられている。
【0029】
弾性部材18は、この金属板16の縁の形状に応じたリング形状を有する。また、この弾性部材18は、一例として、図1(a)のI(a)−I(a)線で切断した断面の形状が矩形状である。
【0030】
弾性部材18は、例えば、スチレン・ブタジエンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム、及び天然ゴム等の弾性材料を用いて形成される。なお、弾性変形を行う部材とは、荷重をかけると変形し、当該荷重を取り除くと元の形状に復帰する部材を示している。
【0031】
この弾性部材18は、例えば、パネル22及び台座部20からの荷重と、筐体10とパネル22の間に介在する弾性体24が元の形状に復帰するための復帰力による荷重とが、主に付加されて弾性変形を行う。この弾性変形に伴うもとの形状に戻ろうとする復帰力は、例えば、台座部20と金属板16に付加されている。
【0032】
・台座部20について
台座部20は、例えば、図1(b)に示すように、両端が開放された円筒形状を有する基部200と、基部200の内壁200aの上部から内側に向けて突出する第1の凸部としての凸部201と、から概略構成されている。台座部20は、例えば、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン(ABS)等の合成樹脂材料、又はアルミニウム、銅等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレス等の合金材料を用いて形成される。なお、台座部20は、例えば、基部200及び凸部201が一体形成されも良いし、各部分が接着剤及びねじ止め等の方法により取り付けられても良い。
【0033】
凸部201は、例えば、基部200の内壁200aに沿って形成されることで、開口202を形成している。また、凸部201は、例えば、上面側がパネル22の裏面22bと接触し、下面側が弾性部材18と接触している。なお、凸部201は、上記の構成に限定されず、開口202が形成されない形状であっても良い。
【0034】
台座部20は、例えば、金属板16及び弾性部材18を介して力センサ12により支持されており、基部200の底面203は、図1(b)に示すように、筐体10の底面106と接触せず、距離dだけ離れている。この距離dは、例えば、スイッチ装置1に許容される荷重に基づいて定められる。すなわち、操作者のプッシュ操作により、パネル22に下向きの荷重が加わると、台座部20は、パネル22と共に下方に移動する。台座部20は、例えば、距離d移動すると、底面203が底面106と接触するので、弾性部材18を介して金属板16及び力センサ12に、過大な荷重が付加されないように構成されている。また、この距離dは、プッシュ操作のストロークとなっている。
【0035】
・パネル22について
パネル22は、例えば、図1(a)に示すように、上面視にて矩形状を有する基部220と、基部220の外周に沿って基部220の外側に突出する縁部221と、を備えて概略構成されている。このパネル22は、例えば、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン(ABS)等の合成樹脂材料、又はアルミニウム、銅等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレス等の合金材料を用いて形成される。なお、パネル22は、例えば、タッチ操作を検出可能なタッチパネル等で構成されても良い。
【0036】
基部220は、例えば、筐体10の開口101から露出している。基部220の外周は、例えば、開口101の縁よりもひとまわり小さくなるように形成されている。また、縁部221は、例えば、開口101の縁よりもひとまわり大きくなるように形成されている。
【0037】
・弾性体24について
筐体10の凸部102とパネル22の縁部221との間には、例えば、弾性体24が設けられている。
【0038】
この弾性体24は、例えば、縁部221の形状に応じたリング型状となっている。この弾性体24は、一例として、図1(a)のI(b)−I(b)線で切断した断面の形状がU字形状となっている。
【0039】
また、弾性体24は、例えば、スチレン・ブタジエンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム、及び天然ゴム等の弾性材料、又は、アルミニウム、銅等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いは、ステンレス等の合金材料を用いて形成される。弾性体24は、例えば、筐体10の上面100とパネル22の基部220との隙間から入り込むゴミ等を防止するように構成されている。弾性体24は、例えば、凸部102と縁部221とに弾性力を付加することで、パネル22を押し下げ、振動発生部14を介してアーム40〜アーム43と力センサ12との接触を保つように構成されている。
【0040】
・制御部32について
制御部32は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)を備えたマイクロコンピュータである。また、制御部32は、例えば、図1(c)に示すように、力センサ12と、圧電素子制御部30を介して振動発生部14と、に電気的に接続されている。また、制御部32は、例えば、スイッチ装置1が電気的に接続される電子機器に操作信号を出力するように構成されている。この操作信号は、例えば、検出信号に基づいて生成され、プッシュ操作がなされたことを示す信号である。
【0041】
また、制御部32は、例えば、プッシュ操作を判定するためのしきい値320をROMに格納している。制御部32は、例えば、力センサ12から出力される検出信号とこのしきい値320とを比較し、検出信号がしきい値320を超える場合に、なされた操作をプッシュ操作と判定する。従って、制御部32は、検出信号がしきい値320を超える場合に振動を発生させる。
【0042】
以下に、本実施の形態に係るスイッチ装置1の動作について、各図を参照して説明する。
【0043】
(動作)
図2(a)は、第1の実施の形態に係るスイッチ装置のプッシュ操作前の状態を示す要部断面図であり、(b)は、プッシュ操作後の状態を示す要部断面図である。
【0044】
操作者は、図2(a)に示すスイッチ装置1のパネル22にプッシュ操作を行う。
【0045】
このプッシュ操作に伴って、スイッチ装置1のパネル22は、図1(a)の紙面下方に移動すると共に、台座部20も下方に移動する。この移動の際、パネル22に付加された荷重は、台座部20の凸部201から弾性部材18に伝達する。さらに、弾性部材18は、図2(b)に示すように、弾性変形を行うと共に金属板16に、付加された荷重の一部を伝達する。金属板16は、図2(b)に示すように、弾性部材18から伝達した荷重により、撓みながら下方に移動し、力センサ12の先端部120を押し下げる。なお、台座部20の底面203が、筐体10の底面106に接触するまでの距離がdであり、また、弾性部材18が弾性変形を行うことから、先端部120は、距離dよりも小さい距離だけ押し下げられる。
【0046】
先端部120が押し下げられた力センサ12は、プッシュ操作信号を制御部32に出力する。制御部32は、プッシュ操作信号を取得すると、指示信号と操作信号を生成し、指示信号を圧電素子制御部30に出力し、操作信号をスイッチ装置1が接続された電子機器に出力する。
【0047】
圧電素子制御部30は、取得した指示信号に基づいて振動生成信号を生成し、振動発生部14の圧電素子15に出力する。圧電素子15は、取得した振動生成信号に基づいて振動する。この振動は、金属板16、弾性部材18及び台座部20を介してパネル22に伝達する。操作者は、この振動を指で感じることにより、触覚フィードバックを得ることができる。
【0048】
(第1の実施の形態の効果)
本実施の形態に係るスイッチ装置1は、パネル22のストロークが距離dであり、また、弾性部材18が弾性変形を行うことで荷重の一部を吸収することができるので、過大な荷重を防止することが可能でありながら、圧電素子15を保護しつつ、力センサ12に、プッシュ操作の検出に必要な荷重を伝達することができる。また、スイッチ装置1は、過大な荷重が力センサ12にかかることを防止するので、力センサ12の破損を防ぐことができる。
【0049】
また、スイッチ装置1は、力センサ12の先端部120の面積が、狭い形状であっても、先端部120が金属板16を介して押し下げられるので、軟質性材料から形成される部材を介して力センサに荷重が伝達する場合と比べて、プッシュ操作の検出に必要な荷重を力センサ12に付加することができ、力センサ12の感度を向上させることができる。
【0050】
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、収容部103に収容されるスイッチ装置1の構成部品の上下が入れ替わっている点で第1の実施の形態と異なっている。なお、以下の各実施の形態において、第1の実施の形態と同じ構成及び機能を有する部分については、同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
【0051】
図3(a)は、第2の実施の形態に係るスイッチ装置のプッシュ操作前の状態を示す要部断面図であり、(b)は、プッシュ操作後の状態を示す断面図である。
【0052】
本実施の形態に係るスイッチ装置1は、例えば、図3(a)に示すように、収容部103に収容される構成、つまり、力センサ12、振動発生部14、弾性部材18及び台座部20により構成される構造の上下を入れ替えて概略構成されている。
【0053】
つまり、本実施の形態に係るスイッチ装置1は、主に、筐体10の内部に押し込まれる方向の操作が可能なパネル22と、押し込まれる方向の操作に基づいて、パネル22と共に押し込まれる方向に移動し、押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第1の信号を出力する力センサ12と、力センサ12と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部14と、筐体10の内部の底面106上に設けられ、押し込まれる方向の操作により、パネル22と接触する台座部20と、台座部20と振動発生部14との間に介在し、パネル22の押し込まれる方向への移動に伴って、力センサ12及び振動発生部14を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材18と、を備えて概略構成されている。
【0054】
力センサ12は、例えば、図3(a)に示すように、プッシュ操作が行われるパネル22の裏面22bに設けられている。力センサ12は、例えば、先端部120が金属板16と接触している。なお、力センサ12は、例えば、金属板16に設けられ、先端部120がパネル22の裏面22bに接触するように構成されても良い。
【0055】
台座部20は、凸部201が、収容部103の底面106に接触するように設けられている。そして、金属板16が弾性部材18を介して台座部20の凸部201上に設けられている。圧電素子15は、金属板16の上部ではなく、下部に設けられている。
【0056】
台座部20の底面203とパネル22との距離は、dであり、図3(b)に示すように、パネル22にプッシュ操作がなされると、このパネル22と底面203が接触する。
【0057】
以下に、本実施の形態に係るスイッチ装置1の動作を、各図を参照して説明する。
【0058】
(動作)
操作者は、図3(a)に示すスイッチ装置1のパネル22にプッシュ操作を行う。
【0059】
このプッシュ操作に伴って、スイッチ装置1のパネル22は、図3(a)の紙面下方に移動すると共に、力センサ12も下方に移動する。この移動の際、力センサ12の先端部120は、力センサ12の内部に押し込まれるような荷重を受ける。
【0060】
パネル22に付加された荷重は、力センサ12の先端部120から金属板16に伝達する。そして、金属板16が、図3(b)に示すように、下方に移動すると共に、弾性部材18が弾性変形を行いながら金属板16から伝達した荷重の一部を台座部20に伝達する。
【0061】
先端部120が押し込まれた力センサ12は、プッシュ操作信号を制御部32に出力する。制御部32は、プッシュ操作信号を取得すると、指示信号と操作信号を生成し、指示信号を圧電素子制御部30に出力し、操作信号をスイッチ装置1が接続された電子機器に出力する。
【0062】
圧電素子制御部30は、取得した指示信号に基づいて振動生成信号を生成し、振動発生部14の圧電素子15に出力する。圧電素子15は、取得した振動生成信号に基づいて振動する。この振動は、金属板16、弾性部材18及び台座部20を介してパネル22に伝達すると共に、力センサ12を介してパネル22に伝達する。操作者は、この振動を指で感じることにより、触覚フィードバックを得ることができる。
【0063】
(第2の実施の形態の効果)
本実施の形態に係るスイッチ装置1は、力センサ12の先端部120の面積が、狭い形状であっても、先端部120がパネル22の移動と共に押し下げられるので、軟質性材料から形成される部材を介して力センサに荷重が伝達する場合と比べて、プッシュ操作の検出に必要な荷重を力センサ12に付加することができ、力センサ12の感度を向上させることができる。また、スイッチ装置1は、プッシュ操作の際、パネル22と台座部20とが接触すること、及び弾性部材18で荷重の一部を吸収することで、過大な荷重が力センサ12にかかることを防止するので、力センサ12の破損を防ぐことができる。
【0064】
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態は、筐体10の側面105から伸びてパネル22及び台座部20と接触するように設けられた回転部としてのアーム40〜アーム43を備える点で、上記の各実施の形態と異なっている。
【0065】
(スイッチ装置1の構成)
図4(a)は、第3の実施の形態に係るスイッチ装置の上面図であり、(b)及び(c)は、(a)のIV(a)−IV(a)線で切断した断面図である。
【0066】
本実施の形態に係るスイッチ装置1は、例えば、図4(a)及び(b)に示すように、筐体10の側面105から伸びてパネル22及び台座部20と接触するように設けられ、パネル22の押し込まれる方向の移動により、押し込まれる方向に回転するアーム40〜アーム43を備えている。
【0067】
また、スイッチ装置1は、例えば、台座部20の移動を案内するガイド部70a〜ガイド部70dを備えている。以下では、主に、上記の各実施の形態と異なる部分について説明する。
【0068】
・筐体10について
筐体10は、例えば、図4(a)及び(b)に示すように、4つの角部に、アーム40〜アーム43を回転可能に支持する支持部110a〜支持部110dが設けられている。支持部110aは、例えば、支持部110bと対向している。支持部110cは、例えば、支持部110dと対向している。
【0069】
・台座部20について
本実施の形態に係る台座部20は、例えば、図4(a)及び(b)に示すように、円筒形状を有する基部204と、基部204の内壁200aから内側に向けて突出する凸部205と、基部204の上部に設けられた上部206と、を備えている。この凸部205は、例えば、筐体10の大きさ、パネル22の下降量(ストローク)に応じて、基部204の内壁200aに設けられるので、筐体10の高さが低い、及びパネル22の下降量が多い等の場合は、上部206と金属板16によって弾性部材18を挟む構成としても良い。なお、台座部20は、例えば、基部204、凸部205及び上部206が一体形成されも良いし、各部分が接着剤及びねじ止め等の方法により取り付けられても良い。
【0070】
この台座部20の基部204は、ガイド部70a〜ガイド部70dにより、移動を案内されるように支持されている。
【0071】
・パネル22について
本実施の形態に係るパネル22の裏面22bには、例えば、図4(a)及び(b)に示すように、接触子50〜接触子53が設けられている。この接触子50〜接触子53は、例えば、半球形状を有している。また、接触子50〜接触子53は、例えば、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン(ABS)等の合成樹脂材料、スチレン・ブタジエンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム、及び天然ゴム等の弾性材料を用いて形成される。なお、接触子50〜接触子53は、例えば、パネル22を介して付加される荷重により、弾性変形し難い材料を用いることが好ましい。さらに、接触子50〜接触子53は、例えば、図1(a)及び(b)に示すように、アーム40〜アーム43のそれぞれに接している。
【0072】
・アーム40〜アーム43について
アーム40〜アーム43は、例えば、図4(a)に示すように、筐体10の収容部103の対角線に沿うように、収容部103の角部から中央に伸びて放射状に設けられている。
【0073】
アーム40〜アーム43は、例えば、長細い四角柱形状を有し、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン(ABS)等の合成樹脂材料、又はアルミニウム、銅等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレス等の合金材料を用いて形成される。なお、アーム40〜アーム43は、例えば、パネル22を介して付加される荷重により、撓み難い材料を用いて形成されることが好ましい。このアーム40〜アーム43の先端には、それぞれ接触子60〜接触子63が設けられている。
【0074】
この接触子60〜接触子63は、例えば、半球形状を有している。また、接触子60〜接触子63は、例えば、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン(ABS)等の合成樹脂材料、スチレン・ブタジエンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム、及び天然ゴム等の弾性材料を用いて形成される。なお、接触子60〜接触子63は、例えば、パネル22を介して付加される荷重により、弾性変形し難い材料を用いることが好ましい。さらに、接触子60〜接触子63は、例えば、図4(a)及び(b)に示すように、台座部20の上部206に接している。
【0075】
ここで、アーム40を例にとると、てこの原理から、アーム40の回転中心であるピン111aが支点、パネル22の接触子50が接触するアーム40の点が力点、アーム40の先端の接触子60が作用点となっている。従って、この構成によれば、パネル22に付加された荷重が作用点では小さくなり、その代わり、パネル22の移動距離に比べて接触子60の移動距離を稼ぐことできる。つまり、アーム40〜アーム43を設けることにより、パネル22に付加された過荷重を緩和すると共に、力センサ12を動作させることが可能な距離、台座部20を移動させることができる。
【0076】
・ガイド部70a〜ガイド部70dについて
台座部20の移動を案内する案内部として、例えば、4つのガイド部70a〜ガイド部70dが筐体10の底部104に設けられている。このガイド部70a〜ガイド部70dは、例えば、図4(a)及び(b)に示すように、円柱形状となっている。また、このガイド部70a〜ガイド部70dは、例えば、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン(ABS)等の合成樹脂材料、又はアルミニウム、銅等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレス等の合金材料を用いて形成される。
【0077】
ガイド部70aは、例えば、基部204の内側に接する内ガイド71aと、基部204の外側に接する外ガイド72aと、により、基部204を挟むようにして設けられている。また、ガイド部70aは、例えば、アーム40の下方の底面106に設けられている。
【0078】
ガイド部70bは、例えば、基部204の内側に接する内ガイド71bと、基部204の外側に接する外ガイド72bと、により、基部204を挟むようにして設けられている。また、ガイド部70bは、例えば、アーム41の下方の底面106に設けられている。
【0079】
ガイド部70cは、例えば、基部204の内側に接する内ガイド71cと、基部204の外側に接する外ガイド72cと、により、基部204を挟むようにして設けられている。また、ガイド部70cは、例えば、アーム42の下方の底面106に設けられている。
【0080】
ガイド部70dは、例えば、基部204の内側に接する内ガイド71dと、基部204の外側に接する外ガイド72dと、により、基部204を挟むようにして設けられている。また、ガイド部70dは、例えば、アーム43の下方の底面106に設けられている。
【0081】
ここで、スイッチ装置1は、上記で示したように、パネル22及びアーム40〜アーム43を介して台座部20を押し下げるという構成を有している。この構成によれば、操作者がパネル22の中央から離れた場所に対してプッシュ操作を行った場合であっても、いずれかのアームを介して台座部20を押し下げることが可能となるので、確実に台座部20を押し下げて力センサ12に荷重を付加することができる。つまり、パネル22が傾きながら収容部103内に下降すると、いずれかのアームに荷重が付加され、当該アームが回転する。この回転により、当該アームを介して台座部20に荷重が付加されることとなり、台座部20は、ガイド部70a〜ガイド部70dに案内されながら、ほぼ垂直に下降して、荷重を力センサ12に伝達する。
【0082】
以下に、本実施の形態に係るスイッチ装置1の動作について、各図を参照しながら説明する。
【0083】
(動作)
操作者は、図4(a)及び(b)に示すスイッチ装置1のパネル22にプッシュ操作を行う。このプッシュ操作は、パネル22の操作面22aの中央に行われるものとする。
【0084】
このプッシュ操作に伴って、スイッチ装置1のパネル22は、図4(a)の紙面下方に移動する。この移動により、接触子50〜接触子53が、接触するアーム40〜アーム43の上部に押し下げる方向の荷重を付加するので、アーム40〜アーム43は、下方に回転する。アーム40〜アーム43は、各支持部110a〜支持部110dのピン111a及びピン111b等を回転中心として回転する。また、弾性体24は、パネル22と凸部102との接触を保ちながら弾性変形を行う。
【0085】
ここで、操作者によるプッシュ操作が、パネル22の中央ではなく、パネル22の縁近く、つまり偏って行われた場合、パネル22は、操作面22aが傾いた状態で下方に移動する。しかし、このスイッチ装置1は、どの方向に偏っても接触子50〜接触子53の少なくとも1つがアームを介して台座部20を押し下げて力センサ12に荷重を付加することが可能となる。
【0086】
アーム40〜アーム43の回転の結果、図4(c)に示すように、アーム40〜アーム43が、接触子60〜接触子63を介して台座部20を下方に押し下げ、力センサに荷重を付加する。この移動の際、パネル22に付加された荷重は、台座部20の凸部205から弾性部材18に伝達する。さらに、弾性部材18は、図4(c)に示すように、弾性変形を行うと共に金属板16に、付加された荷重の一部を伝達する。金属板16は、図4(c)に示すように、弾性部材18から伝達した荷重により、撓みながら下方に移動し、力センサ12の先端部120を押し下げる。
【0087】
先端部120が押し下げられた力センサ12は、検出信号を制御部32に出力する。制御部32は、検出信号を取得すると、検出信号としきい値320とを比較してプッシュ操作の有無を判定する。制御部32は、プッシュ操作がなされたと判定すると、指示信号と操作信号を生成する。この指示信号は、圧電素子制御部30に出力される。また、操作信号は、スイッチ装置1が接続された電子機器に出力される。
【0088】
圧電素子制御部30は、取得した指示信号に基づいて振動生成信号を生成し、振動発生部14の圧電素子15に出力する。圧電素子15は、この振動生成信号に基づいて振動する。この振動は、主に、金属板16、台座部20及びアーム40〜アーム43を介してパネル22に伝達する。操作者は、この振動を指で感じることにより、触覚フィードバックを得ることができる。
【0089】
(第3の実施の形態の効果)
本実施の形態に係るスイッチ装置1は、アーム40〜アーム43を備えているので、パネル22が傾いたまま移動した場合でも、アーム40〜アーム43の少なくとも1つのアームにより、台座部20を押し下げることができる。
【0090】
本実施の形態に係るスイッチ装置1は、4つの接触子50〜接触子53を介してアーム40〜アーム43を移動させるので、パネル22の付加された荷重を分散し、圧電素子15を保護することができる。
【0091】
本実施の形態に係るスイッチ装置1は、台座部20と、円筒形状のガイド部70a〜ガイド部70dと、の摩擦が、台座部20の側面を全て囲う形状の部材により案内する場合と比べて小さいので、操作者は、容易にプッシュ操作を行うことができる。
【0092】
本実施の形態に係るスイッチ装置1は、縁部221と筐体10の間に、弾性を有する弾性体24を備えるので、この弾性部材を備えていない場合と比べて、筐体10内へのゴミ等の侵入を防止すると共に、接触子50〜接触子53とアーム40〜アーム43、接触子60〜接触子63と台座部20、の接触が保たれるので、遊びが少なく操作感が向上する。
【0093】
また、本実施の形態に係るスイッチ装置1は、力センサ12の先端部120の面積が、狭い形状であっても、先端部120がガイド部70a〜ガイド部70dに案内されながら移動する台座部20を介して押し下げられるので、軟質性材料から形成される部材を介して力センサに荷重が伝達する場合と比べて、プッシュ操作の検出に必要な荷重を力センサ12に付加することができ、力センサ12の感度を向上させることができる。
【0094】
なお、上記の各実施の形態のスイッチ装置1の変形例として、スイッチ装置1の概観は、矩形状に限定されず、用途に応じて変更可能である。
【0095】
上記の各実施の形態の弾性部材18の断面形状は、短手方向の形状が矩形状であったがこれに限定されず、円形状又は楕円形状であっても良い。また、弾性部材18の断面形状は、例えば、断面において金属板16の拘束条件が点支持により近くなる形状であれば、多角形状であっても良い。
【0096】
また、上記の各実施の形態の変形例として、スイッチ装置1は、例えば、電子機器の入力用のキーボードに好適に用いられる。この際、スイッチ装置1は、例えば、キーボードのひとつのキーとされ、キーの数だけ複数配置される。
【0097】
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0098】
1…スイッチ装置、10…筐体、12…力センサ、14…振動発生部、15…圧電素子、16…金属板、18…弾性部材、20…台座部、22…パネル、22a…操作面、22b…裏面、24…弾性体、30…圧電素子制御部、32…制御部、40〜43…アーム、50〜53…接触子、60〜63…接触子、70a〜70d…ガイド部、71a〜71d…内ガイド、72a〜72d…外ガイド、100…上面、101…開口、102…凸部、103…収容部、104…底部、105…側面、106…底面、110a〜110d…支持部、111a、111b…ピン、120…先端部、200…基部、200a…内壁、201…凸部、202…開口、203…底面、204…基部、205…凸部、206…上部、220…基部、221…縁部、320…しきい値


【特許請求の範囲】
【請求項1】
筐体の内部に押し込まれる方向の操作が可能な操作部と、
前記押し込まれる方向の操作に基づいて、前記操作部と共に押し込まれる方向に移動して前記筐体の内部の底面と接触する移動部材と、
前記押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第1の信号を出力する荷重検出部と、
前記荷重検出部と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部と、
前記移動部材と前記振動発生部との間に介在し、前記移動部材の前記押し込まれる方向への移動に伴って、前記操作部及び前記移動部材を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材と、
を備えたスイッチ装置。
【請求項2】
筐体の内部に押し込まれる方向の操作が可能な操作部と、
前記押し込まれる方向の操作に基づいて、前記操作部と共に押し込まれる方向に移動し、前記押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第1の信号を出力する荷重検出部と、
前記荷重検出部と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部と、
前記筐体の内部の底面上に設けられ、前記押し込まれる方向の操作により、前記操作部と接触する移動部材と、
前記移動部材と前記振動発生部との間に介在し、前記操作部の前記押し込まれる方向への移動に伴って、前記荷重検出部及び前記振動発生部を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材と、
を備えたスイッチ装置。
【請求項3】
前記筐体の側面から伸びて前記操作部及び前記移動部材と接触するように設けられ、前記操作部の前記押し込まれる方向の移動により、前記押し込まれる方向に回転する回転部を備える請求項1に記載のスイッチ装置。
【請求項4】
前記荷重検出部から出力された前記第1の信号に基づいて前記振動発生部を制御して振動を発生させ、前記弾性部材及び前記移動部材を介して前記操作部に振動を伝達させる制御部を備えた請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスイッチ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−16336(P2013−16336A)
【公開日】平成25年1月24日(2013.1.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−147924(P2011−147924)
【出願日】平成23年7月4日(2011.7.4)
【出願人】(000003551)株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Fターム(参考)】