(57)【要約】【課題】操作面の表示部の輝度ムラを抑制しつつ、操作面への振動伝達を確保して振動性能に優れたスイッチ装置を提供する。【解決手段】表示部１１、１２を有するパネル１０と、荷重が加わると電力を発生し、電力が印加されると変位するピエゾ素子２１、２２と、光源３５〜３８からの光を表示部１１、１２へと導くライトガイドであって、パネル１０とピエゾ素子２１、２２とを接続し、互いの変位を伝達するライトガイド３１、３２と、を備え、ライトガイド３１、３２は、パネル１０に対向する部位から拡径する拡径部３１ｄ、３２ｄを有してスイッチ装置１を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示部を有するパネルと、
荷重が加わると電力を発生し、電力が印加されると変位するピエゾ素子と、
光源からの光を前記表示部へと導くライトガイドであって、前記パネルと前記ピエゾ素子とを接続し、互いの変位を伝達するライトガイドと、を備え、
前記ライトガイドは、前記パネルに対向する部位から拡径する拡径部を有する、スイッチ装置。
【請求項２】
前記拡径部の終端は、前記表示部としてのパネル上の領域を包含する、請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記拡径部は、テーパ面である、請求項１又は２に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記拡径部は、前記ライトガイドにおける一部分である、請求項１から３までのいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記ライトガイドは、拡散材を含む、請求項１から４のいずれか1項に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記パネルは、前記表示部に拡散印刷が施されている、請求項１から５のいずれか1項に記載のスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ装置に関し、特に、振動機能を備えたスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチ装置における照光機構のライトガイドとして、操作面からスイッチ接点に向けて縮径する形状に形成されたライトガイドが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このスイッチ装置は、基板上に実装され、操作者のタッチ操作を検出するタッチセンサと、タッチセンタ上に積層され、模様を形成する削部が設けられるとともに、周囲側面が面取りされた導光板と、基板上に実装されるとともに導光板の周囲側面に対向する位置に配置され、導光板を照らす発光手段と、導光板の上面に対向する位置に配置されるとともに筐体の表面に対し面一に配置され、筐体と同色の透光性表面板と、タッチセンサにより操作者のタッチ操作を検出した検出結果に従って、発光手段の発光を制御する制御手段と、を備え、発光手段で導光板を照らすと削部で光が乱反射し、透光性表面板上に発光した模様が表示されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０１０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のライトガイドを用いれば、光量の確保と輝度ムラを抑制できる可能性が高い。しかしながら、ピエゾ素子を用いたスイッチ装置においては、振動が微小であるため、ピエゾ素子の振動を伝達し操作面を支持する部材の径が大きくなると、操作面への振動伝達が不十分になるという課題が生じる。つまり、従来の技術では、操作面の表示部の輝度ムラを抑制しつつ、操作面への振動伝達を確保することが困難であるという課題があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、操作面の表示部の輝度ムラを抑制しつつ、操作面への振動伝達を確保して振動性能に優れた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】
［１］上記目的を達成するため、表示部を有するパネルと、荷重が加わると電力を発生し、電力が印加されると変位するピエゾ素子と、光源からの光を前記表示部へと導くライトガイドであって、前記パネルと前記ピエゾ素子とを接続し、互いの変位を伝達するライトガイドと、を備え、前記ライトガイドは、前記パネルに対向する部位から拡径する拡径部を有する、スイッチ装置を提供する。
［２］前記拡径部の終端は、前記表示部としてのパネル上の領域を包含する、上記［１］に記載のスイッチ装置であってもよい。
［３］また、前記拡径した部位は、テーパ面である、上記［１］又は［２］に記載のスイッチ装置であってもよい。
［４］また、前記拡径部は、前記ライトガイドにおける一部分である、上記［１］から［３］のいずれか１に記載のスイッチ装置であってもよい。
［５］また、前記ライトガイドは、拡散材を含む、上記［１］から［４］のいずれか１に記載のスイッチ装置であってもよい。
［６］また、前記パネルは、前記表示部に拡散印刷が施されている、上記［１］から［５］のいずれか１に記載のスイッチ装置であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のスイッチ装置によれば、操作面の表示部の輝度ムラを抑制しつつ、操作面への振動伝達を確保して振動性能に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るスイッチ装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１においてＡ方向からみた、表示部を含む領域の部分上平面図である。
【図３】図３は、図１における、表示部とライトガイドを含む領域の部分断面図である。
【図４】図４は、図３で示したテーパ部の変形例を示す部分断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係るスイッチ装置のブロック構成図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施形態に係るスイッチ装置の使用状態を示す図１に相当する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の実施の形態）
本発明の実施の形態に係るスイッチ装置１は、表示部１１、１２を有するパネル１０と、荷重が加わると電力を発生し、電力が印加されると変位するピエゾ素子２１、２２と、光源３５〜３８からの光を表示部１１、１２へと導くライトガイドであって、パネル１０とピエゾ素子２１、２２とを接続し、互いの変位を伝達するライトガイド３１、３２と、を備え、ライトガイド３１、３２は、パネル１０に対向する部位から拡径する拡径部３１ｄ、３２ｄを有して構成されている。
【００１１】
本実施の形態に係るスイッチ装置１は、図１に示すように、表示機能付きのスイッチＳＷ１とＳＷ２が、ピッチｐを隔てて配置されて構成されている。例えば、図２に示すように、スイッチＳＷ１の表示部１１には表示マーク１１ａが形成されており、光源３５、３６からの光がライトガイド３１を介して表示部１１に照射されてマーク照明を行なう。また、操作者が手指等で表示マーク１１ａの領域を押圧操作すると、ピエゾ素子２１が下方向に駆動される等の振動を発生させる。この振動は、ライトガイド３１を介してパネル１０に伝達されて、操作者に振動フィードバックを行なう。
【００１２】
スイッチＳＷ２も同様に、スイッチＳＷ２の表示部１２には表示マーク１２ａが形成されており、光源３７、３８からの光がライトガイド３２を介して表示部１２に照射されてマーク照明を行なう。また、操作者が手指等で表示マーク１２ａの領域を押圧操作すると、ピエゾ素子２２が下方向に駆動される等の振動を発生させる。この振動は、ライトガイド３２を介してパネル１０に伝達されて、操作者に振動フィードバックを行なう。
【００１３】
（スイッチ装置１の概略構成）
以下のスイッチ装置１の構成の概略説明は、主に、スイッチＳＷ１について行なう。
【００１４】
パネル１０は、ケーシング４０の上面４０ａで固定されている。パネル１０の下面１０ｂの表示部１１の領域には、ライトガイド３１の上部３１ａが当接している。ライトガイド３１の下面３１ｂは、ピエゾ素子２１の上面２１ａに当接している。ピエゾ素子２１の下面２１ｂは、金属シム２５に貼り付け固定されている。ピエゾ素子２１及び金属シム２５は、ケーシング４０の段部４２に収容されている。段部４２の一部には溝部４１が設けられており、ピエゾ素子２１及び金属シム２５は下方向に変位することができる。パネル１０の表示部１１が下方向に押圧操作されると、ライトガイド３１に荷重が作用して、ピエゾ素子２１及び金属シム２５が溝部４１の方向に押されて変位する。これにより、押圧操作を検知することができる。
【００１５】
一方、ピエゾ素子２１には、制御部５０から電力（電力＝電圧×電流、以下、電力を代表して電圧と記載する。）を印加することができるように、図示省略する電極が接続されている。押圧操作による荷重が所定の値（閾値）に達すると、制御部５０からピエゾ素子２１に所定電圧が印加され、例えば、ピエゾ素子２１が下方向に変位して撓む。この変位はライトガイド３１を介してパネル１０に伝達される。これにより、操作者に振動フィードバックを呈示することができる。
【００１６】
また、ライトガイド３１には、側面３１ｃから光源３５、３６の光が入射され、ライトガイド３１の上面３１ａ、拡径部３１ｄから光をパネル１０の方向に照射する。これにより、パネル１０の表示部１１が照明され、表示マーク１１ａがマーク照明される。
【００１７】
（パネル１０）
パネル１０は、一例として、図１に示すように、操作者が手指等で操作する表示部１１に表示マーク等を備えた、板状のオーバーレイである。パネル１０は、例えば、透明樹脂等により形成されている。このパネル１０への押圧操作は、後述するライトガイド３１を介して、ピエゾ素子２１に伝達される。また、ピエゾ素子２１が電圧駆動された場合の振動が、後述するライトガイド３１を介して、パネル１０に伝達される。
【００１８】
パネル１０には、図１、２に示すように、表示マーク１１ａが形成された表示部１１が設けられている。透明樹脂のパネル１０の表示部１１に、例えば、図２に示すように、「ＡＵＴＯ」の文字が白抜き印刷され、文字以外の領域が黒印刷されている。これにより、ライトガイド３１により照明されて、表示マーク１１ａがマーク表示される。なお、スイッチＳＷ２においては、同様の構成で、別の表示マーク１２ａがマーク表示される。
【００１９】
図１、３に示すように、パネル１０の下面１０ｂの表示部１１、１２に対応する領域１１ｂ、１２ｂには、例えば、拡散印刷を施すことができる。これにより、スモーク調整又は輝度調整が可能となる。
【００２０】
ここで、図１に示すように、パネル１０の下面１０ｂとライトガイド３１の上面３１ａが密着する領域は、接触径（幅）Ｄ１である。パネル１０は、周囲がケーシング４０の上面４０ａで固定されており、保持幅Ｗ０から接触径（幅）Ｄ１を除いた、フリースペース幅Ｗｓの領域で撓むことができる。フリースペース幅Ｗｓの領域を十分に確保することにより、振動性能を確保することができる。スイッチＳＷ２についても同様である。
【００２１】
（ピエゾ素子２１、２２）
ピエゾ素子２１、２２は、ピエゾ素子２１、２２の両面に電極（図示省略）が取り付けられ、ピエゾ素子２１、２２の径よりも大きな金属シム２５、２６に貼り合わせ固定されている、ユニモルフ型である。電極に電圧を印加することにより、ピエゾ素子２１、２２は伸び縮みするため、金属シム２５、２６に反りが生じてピエゾ素子２１、２２と金属シム２５、２６の全体が撓む。本実施の形態では、図１の押圧方向Ａに向かって押圧操作をした場合に、ピエゾ素子２１、２２が所定量だけ撓むように、ピエゾ素子２１、２２に所定の電圧が印加される。
【００２２】
金属シム２５、２６は、例えば、図１に示すように、ピエゾ素子２１、２２よりも大きい板形状を有している。この金属シム２５、２６は、例えば、導電性を有するリン青銅やステンレスなどによって形成されている。
【００２３】
ピエゾ素子２１、２２は、例えば、図１に示すように、板形状を有し、金属シム２５、２６の上面２５ａ、２６ａに配置されている。このピエゾ素子２１、２２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）などが用いられる。ピエゾ素子２１、２２は、例えば、これら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型の圧電素子である。
【００２４】
ピエゾ素子２１、２２は、パネル１０に荷重が付加されると、プッシャーとしてのライトガイド３１、３２を介して金属シム２５、２６に荷重が伝達され、そして金属シム２５、２６の変形に追従して変形する。ピエゾ素子２１、２２は、この変形に応じた電圧を出力する。またピエゾ素子２１、２２は、電圧が印加されると印加電圧に応じて伸縮して変形する。
【００２５】
ピエゾ素子２１、２２は、例えば、図５に示すように、荷重に応じて出力した電圧を荷重信号ＳＰ１、ＳＰ２として制御部５０に出力する。そしてピエゾ素子２１、２２は、制御部５０から出力された駆動信号ＳＤ１、ＳＤ２に基づく電圧に応じて伸縮して金属シム２５、２６と共に変形して撓むように構成されている。
【００２６】
（ライトガイド３１、３２）
ライトガイド３１、３２は、側面３１ｃ、３２ｃから光源３５、３６、光源３７、３８の光が入射され、ライトガイド３１、３２の上面３１ａ、３２ａ、拡径部３１ｄ、３２ｄから光をパネル１０の方向に照射する機能を有する。また、パネル１０とピエゾ素子２１、２２とを接続し、互いの変位を伝達するプッシャーとして機能する。
【００２７】
ライトガイド３１は、図３に示すように、上面３１ａがパネル１０の下面１０ｂの表示部１１の領域に接触径（幅）Ｄ１で当接している。また、接触径（幅）Ｄ１から拡径した部位である側部３１ｃのライトガイド径Ｄ２は、表示部１１の径（幅）以上である。スイッチＳＷ２についても同様である。
【００２８】
図３に示すように、接触径（幅）Ｄ１からライトガイド径Ｄ２に拡径する拡径部３１ｄは、テーパ面になっている。ライトガイド３１の中に入射された光は、上面３１ａからパネル１０へ光Ｌ１を照射する。また、ライトガイド３１の中に入射された光は、テーパ面である拡径部３１ｄからパネル１０へ光Ｌ２を照射する。スイッチＳＷ２についても同様である。
【００２９】
図２、３に示すように、拡径部３１ｄの終端３１ｆは、表示部としてのパネル１０上の領域を包含する。また、拡径部３１ｄは、ライトガイド３１における一部分である。ライトガイド径Ｄ２は、表示部１１の径（幅）以上であるから、パネル１０へ照射される光Ｌ１とＬ２により、表示部１１が確実に照明される。これにより、表示部１１に形成された表示マーク１１ａが照明される。スイッチＳＷ２についても同様である。
【００３０】
ライトガイド３１は、アクリル等の透明樹脂で形成されるが、拡散材を含む材料で形成することができる。拡散材としては、無機系の酸化チタンや硫酸バリウム、有機系の球状粒子ポリマー等、光透過率のロスが少なく、ヘイズ(曇価)を上げるものであれば種々のものが使用可能である。これにより、ライトガイド３１から出射してパネル１０へ照射される光Ｌ１とＬ２により、表示部１１がより均一な光で照明される。これにより、表示部１１に形成された表示マーク１１ａがより均一に照明される。スイッチＳＷ２についても同様である。
【００３１】
（光源３５、３６、３７、３８）
光源３５〜３８は、種々のものが使用可能であるが、本実施の形態では、ＬＥＤを使用する。この光源３５〜３８は、図１に示すように、ケーシング４０に取り付けられた基板６０に実装され、ライトガイド３１、３２の側面３１ｃ、３２ｃに近接して配置されている。これにより、ライトガイド３１、３２へ光を効率的に入射させることができる。
【００３２】
（他の実施形態）
上記示した拡径部３１ｄはテーパ面以外の、他の形状でも可能である。拡径部３１ｄは、接触径（幅）Ｄ１からライトガイド径Ｄ２に拡径できる形状であればよい。例えば、図４に示すような、円弧面３１ｅでもよい。また、他の任意曲面も可能である。スイッチＳＷ２についても同様である。
【００３３】
（ケーシング４０）
ケーシング４０は、図１に示すように、ピエゾ素子２１、２２、金属シム２５、２６、基板６０等を支持し、また、パネル１０を支持するベースとして機能する。ケーシング４０は、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂等により形成されている。
【００３４】
（制御部５０）
制御部５０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部５０が動作するためのプログラム、荷重閾値等、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。
【００３５】
制御部５０は、図５に示すように、ピエゾ素子２１、２２と接続されている。ピエゾ素子２１、２２から荷重信号ＳＰ１、ＳＰ２が入力され、ピエゾ素子２１、２２を駆動する駆動信号ＳＤ１、ＳＤ２を出力する。
【００３６】
また、制御部５０は、光源３５〜３８と接続されている。制御部５０は、パネル１０を照明するため、光源３５〜３８を発光させるためのＬＥＤ信号ＳＬ１、ＳＬ２を出力する。
【００３７】
制御部５０は、ピエゾ素子２１、２２から出力された荷重信号ＳＰ１、ＳＰ２を荷重に変換するように構成されている。そして制御部５０は、検出された荷重と荷重閾値とを比較し、スイッチＳＷ１またはＳＷ２の押圧操作がなされたか否かを判定する。制御部５０は、押圧操作が判定されると、押圧操作がなされたことを示す操作情報ＳＪ１、ＳＪ２を出力すると共に、駆動信号ＳＤ１、ＳＤ２を出力してピエゾ素子２１、２２を下方向に駆動して振動フィードバックを行なう。
【００３８】
（押圧操作時の動作）
図６に示すように、スイッチＳＷ１において、手指１００でパネル１０を下方向に荷重Ｆで押圧操作すると、ピエゾ素子２１、金属シム２５が一体的に下方向に変形して撓む。これにより、ピエゾ素子２１から荷重信号ＳＰ１が制御部５０に入力される。制御部５０は、荷重信号ＳＰ１と荷重閾値とを比較し、スイッチＳＷ１の押圧操作がなされたか否かを判定する。制御部５０は、押圧操作が判定されると、押圧操作がなされたことを示す操作情報ＳＪ１を出力すると共に、駆動信号ＳＤ１を出力してピエゾ素子２１を下方向に駆動する。ピエゾ素子２１の変位は、ライトガイド３１を介して、パネル１０に伝達され、操作者に対して操作感を振動フィードバックで呈示することができる。
【００３９】
（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係るスイッチ装置１は、表示部１１、１２を有するパネル１０と、荷重が加わると電力を発生し、電力が印加されると変位するピエゾ素子２１、２２と、光源３５〜３８からの光を表示部１１、１２へと導くライトガイドであって、パネル１０とピエゾ素子２１、２２とを接続し、互いの変位を伝達するライトガイド３１、３２と、を備え、ライトガイド３１、３２は、パネル１０に対向する部位から拡径する拡径部３１ｄ、３２ｄを有して構成されている。拡径部を例えば、テーパ面とすることにより、表示部が均一な光で照明され、表示部に形成された表示マークがより均一に照明されると共に、パネル１０におけるフリースペース幅Ｗｓの領域を十分に確保することができ、振動性能を確保することができる。
（２）また、拡径部を備えることにより、ライトガイドのオーバーレイとの接触径が小さくなることでフリースペースが広くなり、スイッチＳＷ間のピッチｐを狭くしても十分な振動性能を確保することが可能となる。
（３）パネル１０の下面の表示部に対応する領域に、拡散印刷を施すことで、スモーク調整又は輝度調整が可能となる。これにより、輝度ムラの発生を緩和することができる。
（４）拡散材を含む材料でライトガイドを形成することにより、ライトガイドから出射してパネル１０へ照射される光は、表示部をより均一な光で照明する。これにより、表示部に形成された表示マークがより均一に照明され、輝度ムラの発生を緩和することができる。
【００４０】
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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。また、これら新規な実施の形態は、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】
【００４１】
１…スイッチ装置、１０…パネル、１０ａ    …上面、１０ｂ…下面、１０ｃ…下面、１１、１２…表示部、１１ａ、１２ａ  …表示マーク、１１ｂ、１２ｂ…領域、２１、２２…ピエゾ素子、２２ａ…上面、２２ｂ…下面、２５、２６…金属シム、２５ａ、２６ａ…上面、３１、３２…ライトガイド、３１ａ、３２ａ…上面、３１ｂ、３２ｂ…下面、３１ｃ、３２ｃ…側面、３１ｄ、３２ｄ…拡径部、３１ｅ…円弧面、３１ｆ…終端、３５、３６、３７、３８…光源、４０…ケーシング、４０ａ…上面、４１…溝部、４２…段部、５０…制御部、６０…基板、１００…手指、Ｆ…荷重、ＳＰ１、ＳＰ２…荷重信号、ＳＤ１、ＳＤ２…駆動信号、ＳＪ１、ＳＪ２…操作情報、ＳＬ１、ＳＬ２…ＬＥＤ信号、Ｄ１…接触径（幅）、Ｄ２…ライトガイド径、Ｌ１、Ｌ２…光、ｐ…ピッチ、Ｗ０…保持幅、Ｗｓ…フリースペース幅、ＳＤ１、ＳＤ２…駆動信号、ＳＪ１、ＳＪ２…操作情報、ＳＬ１、ＳＤ２…信号、ＳＰ１、ＳＤ２…荷重信号、ＳＷ１、ＳＷ２…スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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