(57)【要約】【課題】十分な触覚の呈示と小型化を両立させることができるスイッチ装置を提供する。【解決手段】スイッチ装置１は、操作面３０になされた操作に伴って付加された荷重を検出する複数の圧電センサと、いずれかの圧電センサが操作を検出した際、当該圧電センサとその他の少なくとも１つの圧電センサを駆動制御して操作面３０に振動を付加し、触覚を呈示する制御部６と、を備えて概略構成されている。このスイッチ装置１は、十分な触覚の呈示と小型化を両立させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作面になされた操作に伴って付加された荷重を検出する複数の圧電センサと、
いずれかの圧電センサが操作を検出した際、当該圧電センサとその他の少なくとも１つの圧電センサを駆動制御して前記操作面に振動を付加し、触覚を呈示する制御部と、
を備えたスイッチ装置。
【請求項２】
前記制御部は、いずれかの圧電センサが操作を検出した際、全ての圧電センサを駆動制御して触覚を呈示する、
請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記制御部は、操作を検出した圧電センサと、当該圧電センサに隣接する圧電センサと、を駆動制御して触覚を呈示する、
請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記制御部は、操作を検出した圧電センサと、その他の圧電センサと、では振動の振幅、強さ、周波数、駆動時間、駆動開始のタイミングの少なくとも１つを異なるものとして駆動制御する、
請求項１乃至３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、スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、上部（surface）と、弾性体であるスクイーザー（squeezer）が設けられたバッカーピース（backer piece）と、によって挟まれた複数の圧電センサ（piezoelectric sensor）を有する装置（apparatus）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この装置は、上部とバックピースとを一体とするネジを締め込むことによってスクイーザーを介して圧電センサの圧縮状態を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０１９３２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の装置は、操作に対するフィードバックとして振動による触覚の呈示を行う場合、振動を強くしようとすると圧電センサの体格が大きくなって圧電センサ間のピッチが広くなり、十分な触覚の呈示と小型化の両立が困難になる問題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、十分な触覚の呈示と小型化を両立させ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、操作面になされた操作に伴って付加された荷重を検出する複数の圧電センサと、いずれかの圧電センサが操作を検出した際、当該圧電センサとその他の少なくとも１つの圧電センサを駆動制御して操作面に振動を付加し、触覚を呈示する制御部と、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、十分な触覚の呈示と小型化を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係るスイッチ装置の一例を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図の一例であり、図１（ｃ）は、スイッチ装置のブロック図の一例である。
【図２】図２は、実施の形態に係るスイッチ装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、変形例に係るスイッチ装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【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、操作面になされた操作に伴って付加された荷重を検出する複数の圧電センサと、いずれかの圧電センサが操作を検出した際、当該圧電センサとその他の少なくとも１つの圧電センサを駆動制御して操作面に振動を付加し、触覚を呈示する制御部と、を備えて概略構成されている。
【００１１】
このスイッチ装置は、操作を検出した圧電センサ以外の圧電センサも駆動制御して触覚の呈示を行うので、操作を検出した圧電センサのみで触覚を呈示する場合と比べて、圧電センサの体格を大きくする必要がなく、十分な触覚の呈示と小型化を両立させることができる。
【００１２】
[実施の形態]
（スイッチ装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係るスイッチ装置の一例を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図の一例であり、図１（ｃ）は、スイッチ装置のブロック図の一例である。なお以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図１（ｃ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。
【００１３】
このスイッチ装置１は、例えば、車両に搭載された空調装置やナビゲーション装置などの電子機器の機能のオン、オフなどに用いられる。本実施の形態のスイッチ装置１は、一例として、空調装置の各機能のオン、オフを行うことができる装置である。
【００１４】
スイッチ装置１は、例えば、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、操作面３０になされた操作に伴って付加された荷重を検出する複数の圧電センサと、いずれかの圧電センサが操作を検出した際、当該圧電センサとその他の少なくとも１つの圧電センサを駆動制御して操作面３０に振動を付加し、触覚を呈示する制御部６と、を備えて概略構成されている。
【００１５】
本実施の形態のスイッチ装置１は、複数の圧電センサとして第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃを備えている。この第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃは、直上の操作面３０の第１の操作領域３０ａ〜第３の操作領域３０ｃになされたタッチ操作やプッシュ操作を検出するように構成されている。従ってスイッチ装置１は、例えば、第１の操作領域３０ａ〜第３の操作領域３０ｃに対応して３つのスイッチが並んで配置されたものとして機能する。なお図１（ａ）に示す第１の操作領域３０ａ〜第３の操作領域３０ｃは、一例であって点線で囲む領域に限定されない。
【００１６】
スイッチ装置１は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、基板５に配置された第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃをベース２とオーバーレイ３とで挟む構成を有している。
【００１７】
（ベース２の構成）
ベース２は、例えば、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂などを用いて細長い形状に形成されている。このベース２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、複数の凹部２１と、複数のピン２２と、を備えて概略構成されている。
【００１８】
凹部２１は、第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃに応じて３つ設けられている。また凹部２１は、例えば、第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃの形状に応じて開口が円形となる凹みとして形成されている。この凹部２１は、第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃの撓みを許容するためのものである。
【００１９】
ピン２２は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ベース２の表面２０から法線方向に突出して設けられている。ピン２２は、第１の操作領域３０ａ〜第３の操作領域３０ｃを囲むように４つ設けられている。
【００２０】
（オーバーレイ３の構成）
オーバーレイ３は、例えば、透明な樹脂であるＰＣ（polycarbonate）樹脂などを用いて形成されている。このオーバーレイ３は、例えば、光の透過率が低いスモーク層が全体に形成されている。第１の操作領域３０ａ〜第３の操作領域３０ｃに付されたマーク３００は、例えば、レーザなどによってスモーク層の一部を除去して形成されたものである。このマーク３００は、例えば、オン、オフ可能な機能を図形として示している。
【００２１】
オーバーレイ３は、例えば、図１に示すように、複数の押子３２と、複数の挿入部３３と、を備えて概略構成されている。
【００２２】
押子３２は、オーバーレイ３の裏面３１から法線方向に突出して設けられている。この押子３２は、先端３２０が基板５に接触し、この基板５を介して第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃの圧電素子４１に適切なプリロードを付加する。なお押子３２は、オーバーレイ３と別部材で形成されても良い。
【００２３】
挿入部３３は、ベース２のピン２２が挿入される。この挿入部３３は、ピン２２の数に応じて４つ、裏面３１に設けられている。
【００２４】
（第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃの構成）
第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃは、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、金属シム４０と、圧電素子４１と、を備えたユニモルフ型の圧電アクチュエータである。このユニモルフ型圧電アクチュエータとは、１枚の圧電素子４１だけで屈曲する構造のアクチュエータである。
【００２５】
金属シム４０は、円板形状を有している。また金属シム４０は、例えば、導電性を有するアルミニウム、ニッケル、銅、鉄などの金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレスなどの合金材料を用いて形成されている。本実施の形態の金属シム４０は、一例として、鉄にニッケルを配合した４２アロイである。
【００２６】
圧電素子４１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。圧電素子４１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。本実施の形態の圧電素子４１は、一例として、ＰＺＴを用いた圧電素子である。
【００２７】
第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃは、例えば、図１（ｃ）に示すように、圧電センサごとに制御部６に対してセンサ信号Ｓ１〜センサ信号Ｓ３を出力する。また第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃは、制御部６から出力された駆動信号Ｓ４〜駆動信号Ｓ６に基づいて振動し、操作者に触覚を呈示するように構成されている。
【００２８】
（基板５の構成）
基板５は、例えば、ＰＥＴ（Polyethyleneterephthalate）樹脂などの樹脂フィルムを基材として用いたフレキシブル基板である。基板５の裏面側には、例えば、第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃが導電性ペーストによって取り付けられている。この導電性ペースト１４５は、例えば、銀ペーストなどである。金属シム４０及び圧電素子４１は、それぞれ導電性ペーストを介して基板５の配線に電気的に接続されている。なお基板５は、ピン２２が貫通する貫通孔を有している。
【００２９】
（制御部６の構成）
制御部６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６が動作するためのプログラムと、プッシュ操作やタッチ操作などの操作を判定するためのしきい値６０と、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。
【００３０】
制御部６は、第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃからセンサ信号Ｓ１〜センサ信号Ｓ３を取得し、それぞれのセンサ信号としきい値６０とを比較する。制御部６は、センサ信号に基づいてしきい値６０を超える荷重が検出されると、操作がなされたと判定する。
【００３１】
また制御部６は、第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃに対して駆動信号Ｓ４〜駆動信号Ｓ６を出力する。第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃは、入力した駆動信号に基づいて基板５及び押子３２を介してオーバーレイ３の操作面３０を振動させて触覚を呈示する。
【００３２】
制御部６は、操作が判定された場合、プッシュ操作を検出した圧電センサの情報である操作情報Ｓ７を生成して接続された電子機器に出力すると共に、操作を受け付けたことを示す触覚を呈示する。
【００３３】
以下に本実施の形態のスイッチ装置１の動作の一例について説明する。まずいずれかの圧電センサが操作を検出した際、制御部６が全ての圧電センサを駆動制御して触覚を呈示する場合について図２のフローチャートに従って説明する。
【００３４】
（動作）
スイッチ装置１の制御部６は、電源が投入されると、第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃからセンサ信号Ｓ１〜センサ信号Ｓ３を取得してしきい値６０と比較する。
【００３５】
制御部６は、ステップ１の「Ｙｅｓ」が成立する、つまりしきい値６０を超える荷重が検出され、操作が検出されると（Ｓｔｅｐ１：Ｙｅｓ）、操作を検出した圧電センサを含む全ての圧電センサを駆動制御して触覚を呈示する（Ｓｔｅｐ２）。そして制御部６は、操作を検出した圧電センサの情報である操作情報Ｓ７を生成して接続された電子機器に出力する。
【００３６】
制御部６は、予め定められた時間、触覚を呈示した後、ステップ１に進む。
【００３７】
具体的には、制御部６は、例えば、第２の操作領域３０ｂに操作がなされ、第２の圧電センサ４ｂが操作を検出した場合、第２の圧電センサ４ｂだけでなく、第１の圧電センサ４ａ及び第３の圧電センサ４ｃを駆動制御して第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃを用いて触覚を呈示する。
【００３８】
なお変形例として、制御部６は、操作を検出した圧電センサと、当該圧電センサと異なる他の圧電センサとでは振動の振幅、強さ、周波数、駆動時間、駆動開始のタイミングの少なくとも１つを異なるものとして駆動制御するようにしても良い。
【００３９】
具体的には、制御部６は、例えば、第２の圧電センサ４ｂが操作を検出した場合、第２の圧電センサ４ｂとは振幅、強さ、周波数、駆動時間、駆動開始のタイミングの少なくとも１つを異なる駆動信号を生成して第１の圧電センサ４ａ及び第３の圧電センサ４ｃを駆動する。
【００４０】
（動作の変形例について）
図３は、変形例に係るスイッチ装置の動作の一例を示すフローチャートである。続いて動作の変形例について図３のフローチャートに従って説明する。この変形例では、制御部６が操作を検出した圧電センサと、当該圧電センサに隣接する圧電センサと、を駆動制御して触覚を呈示する場合について説明する。
【００４１】
スイッチ装置１の制御部６は、電源が投入されると、第１の圧電センサ４ａ〜第３の圧電センサ４ｃからセンサ信号Ｓ１〜センサ信号Ｓ３を取得してしきい値６０と比較する。
【００４２】
制御部６は、ステップ１０の「Ｙｅｓ」が成立する、つまりしきい値６０を超える荷重が検出され、操作が検出されると（Ｓｔｅｐ１０：Ｙｅｓ）、触覚を呈示するために駆動する圧電センサを選択する（Ｓｔｅｐ１１）。
【００４３】
制御部６は、駆動する圧電センサとして、操作を検出した圧電センサと、当該圧電センサに隣接する圧電センサと、を選択する。
【００４４】
具体的には、制御部６は、例えば、第１の圧電センサ４ａが操作を検出した場合、第１の圧電センサ４ａと、第１の圧電センサ４ａに隣接する第２の圧電センサ４ｂと、を駆動する圧電センサとして選択する。
【００４５】
制御部６は、選択された圧電センサを駆動する駆動信号を生成して出力し、触覚を呈示する（Ｓｔｅｐ１２）。そして制御部６は、操作を検出した圧電センサの情報である操作情報Ｓ７を生成して接続された電子機器に出力する。
【００４６】
制御部６は、予め定められた時間、触覚を呈示した後、ステップ１０に進む。
【００４７】
なお上記の変形例と同様に、制御部６は、操作を検出した圧電センサと、当該圧電センサに隣接する圧電センサとでは振動の振幅、強さ、周波数、駆動時間、駆動開始のタイミングの少なくとも１つを異なるものとして駆動制御するようにしても良い。
【００４８】
ここでスイッチ装置１が一次元的な圧電センサの配置ではなく、二次元的な配置、言い換えるなら面に点在するような配置を有する場合、操作を検出した圧電センサと、当該圧電センサの周囲に隣接する圧電センサと、を選択して触覚を呈示する。
【００４９】
（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、十分な触覚の呈示と小型化を両立させることができる。具体的には、スイッチ装置１は、操作を検出した圧電センサ以外の圧電センサも駆動制御して触覚の呈示を行うので、操作を検出した圧電センサのみで触覚を呈示する場合と比べて、強い振動を生成するために圧電センサの体格を大きくする必要がなく、十分な触覚の呈示と小型化を両立させることができる。
【００５０】
スイッチ装置１は、全ての圧電センサを駆動制御して触覚を呈示する場合、１つの圧電センサで駆動する場合と比べて、圧電センサの体格を大きくすることなく、強い振動を生成して操作者に認識され易い触覚を呈示することができる。
【００５１】
スイッチ装置１は、操作を検出した圧電センサと、当該圧電センサに隣接する圧電センサと、を駆動制御して触覚を呈示する場合、この構成を採用しない場合と比べて、近い場所にある圧電センサのみを駆動するので、効率良く操作者に認識され易い触覚を呈示することができる。
【００５２】
スイッチ装置１は、操作を検出した圧電センサだけでなく、他の圧電センサも駆動するので、この構成を採用しない場合と比べて、単独で必要な振動を生成できなくても良いので、低コストの圧電センサを用いて製造コストを抑制することができる。
【００５３】
スイッチ装置１は、圧電センサの体格を抑えることができるので、体格が大きいものと比べて、圧電センサ間のピッチを狭くすることができる。従ってスイッチ装置１は、圧電センサの配置の自由度が高いので、圧電センサに基づいたスイッチのレイアウトなどの自由度が高い。
【００５４】
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、変更など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共に、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】
【００５５】
１…スイッチ装置、２…ベース、３…オーバーレイ、４ａ〜４ｃ…第１の圧電センサ〜第３の圧力センサ、６…制御部、２０…表面、２１…凹部、２２…ピン、３０…操作面、３０ａ〜３０ｃ…第１の操作領域〜第３の操作領域、３１…裏面、３２…押子、３３…挿入部、４０…金属シム、４１…圧電素子、６０…しきい値、３００…マーク、３２０…先端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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