(57)【要約】【課題】ボタンを押圧しているときの感触の変化を分かり易くユーザに伝える。【解決手段】押圧されることで変形する第１膜部２と、第１膜部２の裏側に設けられた壁部３と、第１膜部２と壁部３との間に形成された押圧空間部１２と、を備える。壁部３に押圧空間部１２と連通する貫通路１３が形成されている。押圧空間部１２の圧力に応じて壁部３の裏側で弾性変形する第２膜部４が貫通路１３に設けられている。押圧空間部１２から貫通路１３を介して第２膜部４に至るまでの空間部１６に磁気粘性流体５が封入されている。貫通路１３内に磁場を印加することが可能な磁場発生装置６が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押圧されることで変形する第１膜部と、
前記第１膜部の裏側に設けられた壁部と、
前記第１膜部と前記壁部との間に形成された押圧空間部と、
を備える押ボタン装置であって、
前記壁部に前記押圧空間部と連通する貫通路が形成され、
前記押圧空間部の圧力に応じて前記壁部の裏側で弾性変形する第２膜部が前記貫通路または前記壁部の裏側に設けられ、
前記押圧空間部から前記貫通路を介して前記第２膜部に至るまでの空間部に磁気粘性流体が封入され、
前記貫通路内に磁場を印加することが可能な磁場発生装置が設けられた、
ことを特徴とする押ボタン装置。
【請求項２】
請求項１に記載の押ボタン装置において、
前記第１膜部が押圧されていないとき、前記第１膜部が最大限に膨らんだ初期状態を形成し、
前記第１膜部が押圧されると、前記押圧空間部内の磁気粘性流体が前記貫通路を通過して前記第２膜部を弾性膨張させ、
前記第１膜部の押圧が解放されると、前記第２膜部の弾性復元力によって、前記押圧空間部内に磁気粘性流体が還流して前記第１膜部が初期状態に復帰するように、
前記第１膜部および前記第２膜部の弾性力が設定されている、
ことを特徴とする押ボタン装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の押ボタン装置において、
前記磁場発生装置は、前記貫通路内に変動磁場を印加可能なものである、
ことを特徴とする押ボタン装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の押ボタン装置において、
前記貫通路は、前記壁部の裏面に形成された筒部内に形成されており、
前記磁場発生装置は、
前記筒部の外周面に巻かれたコイルと、
前記コイルに電流を供給する給電装置と、
を有する、
ことを特徴とする押ボタン装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の押ボタン装置において、
前記貫通路内に、磁性体が挿入され、かつ、当該磁性体が、前記貫通路内での磁気粘性流体の流路を確保できる形状および大きさのものである、
ことを特徴とする押ボタン装置。
【請求項６】
請求項５に記載の押ボタン装置において、
前記磁性体は、一端部が第１膜部に固着または当接され、他端部が第２膜部に固着または当接された柱状体である、ことを特徴とする押ボタン装置。
【請求項７】
押圧されることで変形する第１膜部と、
前記第１膜部の裏側に設けられた壁部と、
前記第１膜部と前記壁部との間に形成された押圧空間部と、
を備える封入体であって、
前記壁部に前記押圧空間部と連通する貫通路が形成され、
前記押圧空間部の圧力に応じて前記壁部の裏側で弾性変形する第２膜部が前記貫通路または前記壁部の裏側に設けられ、
前記押圧空間部から前記貫通路を介して前記第２膜部に至るまでの空間部に磁気粘性流体が封入され、
前記貫通路内に磁場を印加することで押圧力が変化する封入体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押圧するときの感触を変化させることが可能な押ボタン装置および封入体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、剛性の高い板材と、ゴム製の薄膜体との間に粘性流体を封入した押ボタンスイッチ（同文献では「入力装置」）が開示されている。この押ボタンスイッチでは、押下時に粘性流体の圧力変化が感触としてユーザの指に伝わるようになっている。
【０００３】
また、特許文献２には、スイッチ入力時のタッチ感触をコントロールできるタッチ感触可変スイッチが開示されている。このタッチ感触可変スイッチは、キートップ内に形成した中空体内に液晶又は電気粘性流体を封入している。中空体の内部は、２極の電極板で上下２室に区画されている。中空体に封入された液晶又は電気粘性流体は、電極によって電場が印加されることで粘性を変化させ、スイッチ入力時のタッチ感触を変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５７７４２号公報
【特許文献２】特開平０７−１４１９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術によれば、ボタンを押下している感触をユーザに与えることはできるものの、その感触を変化させることはできない。
【０００６】
特許文献２に開示された技術によれば、ボタンを押下しているときの感触を変化させることはできるものの、ボタンの体積が殆ど変化しないため、感触の変化を分かり易くユーザに伝えることが難しい。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて創案されたものであり、押圧しているときの感触の変化を分かり易くユーザに伝えることができる押ボタン装置および封入体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る押ボタン装置は、押圧されることで変形する第１膜部と、前記第１膜部の裏側に設けられた壁部と、前記第１膜部と前記壁部との間に形成された押圧空間部と、を備える。前記壁部に前記押圧空間部と連通する貫通路が形成されている。前記押圧空間部の圧力に応じて前記壁部の裏側で弾性変形する第２膜部が前記貫通路または前記壁部の裏側に設けられている。前記押圧空間部から前記貫通路を介して前記第２膜部に至るまでの空間部に磁気粘性流体が封入されている。前記貫通路内に磁場を印加することが可能な磁場発生装置が設けられている。
【０００９】
かかる構成を備える押ボタン装置によれば、ボタン（第１膜部）を押圧しているときの感触の変化を分かり易くユーザに伝えることが可能となる。
【００１０】
前記構成を備える押ボタン装置において、前記第１膜部が押圧されていないとき、前記第１膜部が最大限に膨らんだ初期状態を形成し、前記第１膜部が押圧されると、前記押圧空間部内の磁気粘性流体が前記貫通路を通過して前記第２膜部を弾性膨張させ、前記第１膜部の押圧が解放されると、前記第２膜部の弾性復元力によって、前記押圧空間部内に磁気粘性流体が還流して前記第１膜部が初期状態に復帰するように、前記第１膜部および前記第２膜部の弾性力が設定されている、ことが望ましい。
【００１１】
かかる構成を備える押ボタン装置によれば、第１膜部の押圧が解放されると、初期状態に復帰するため、繰り返し本装置を使用することができる。
【００１２】
前記構成を備える押ボタン装置において、前記磁場発生装置は、前記貫通路内に変動磁場を印加可能なものである、ことが望ましい。
【００１３】
かかる構成を備える押ボタン装置によれば、磁気粘性流体に変動磁場を印加することで、ユーザに付与する感触を変動させることができる。
【００１４】
前記構成を備える押ボタン装置において、例えば、前記貫通路を、前記壁部の裏面に形成された筒部内に形成し、前記磁場発生装置を、前記筒部の外周面に巻かれたコイルと、前記コイルに電流を供給する給電装置と、を有するものとすることができる。
【００１５】
かかる構成を備える押ボタン装置によれば、本装置全体をコンパクトな構造にすることができる。
【００１６】
前記構成を備える押ボタン装置において、前記貫通路内に、磁性体が挿入され、かつ、当該磁性体が、前記貫通路内で磁気粘性流体の流路を確保できる形状および大きさのものである、ことが望ましい。
【００１７】
かかる構成を備える押ボタン装置によれば、貫通路内で磁性体の周囲を流れる磁気粘性流体に強い磁場を付与することができ、ボタンを押圧しているときの感触の変化をより効率良くユーザに伝えることができる。
【００１８】
前記構成を備える押ボタン装置において、前記磁性体は、例えば、一端部が第１膜部に固着または当接し、他端部が第２膜部に固着または当接された柱状体とすることができる。
【００１９】
本発明の一態様に係る封入体は、押圧されることで変形する第１膜部と、前記第１膜部の裏側に設けられた壁部と、前記第１膜部と前記壁部との間に形成された押圧空間部と、を備える。前記壁部に前記押圧空間部と連通する貫通路が形成されている。前記押圧空間部の圧力に応じて前記壁部の裏側で弾性変形する第２膜部が前記貫通路または前記壁部の裏側に設けられている。前記押圧空間部から前記貫通路を介して前記第２膜部に至るまでの空間部に磁気粘性流体が封入されている。この封入体は、前記貫通路内に磁場を印加することで押圧力が変化する。
【００２０】
かかる構成を備える封入体によれば、第１膜部を押圧しているときの感触の変化を分かり易くユーザに伝えることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、押圧しているときの感触の変化を分かり易くユーザに伝えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る押ボタン装置の一例を示す断面図であって、第１膜部が押圧されていない状態を示す図である。
【図２】本実施形態に係る押ボタン装置の一例を示す断面図であって、第１膜部が押圧されている状態を示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】他の実施形態に係る押ボタン装置の一例を示す断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ断面図であって、他の例に係る断面図である。
【図７】他の実施形態に係る押ボタン装置の例を示す断面図であって、特に、第２膜部の変形例を示す図である。
【図８】他の実施形態に係る押ボタン装置の例を示す断面図であって、特に、第２膜部の変形例を示す図である。
【図９】柱状体を省いた押ボタン装置の例を示す断面図であって、第１膜部が押圧されていない状態を示す図である。
【図１０】柱状体を省いた押ボタン装置の例を示す断面図であって、第１膜部が押圧されている状態を示す図である。
【図１１】ばねを追加した押ボタン装置の例を示す断面図であって、第１膜部が押圧されていない状態を示す図である。
【図１２】ばねを追加した押ボタン装置の例を示す断面図であって、第１膜部が押圧されている状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係る押ボタン装置および封入体について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、押ボタン装置１は、第１膜部２、壁部３、第２膜部４、磁気粘性流体５、磁場発生装置６、カバー７、柱状体８等を備えている。封入体９は、押ボタン装置１の一部を構成し、第１膜部２、壁部３、第２膜部４、磁気粘性流体５、柱状体８等を備えている。
【００２４】
第１膜部２は、ユーザが指、手等で押圧する部分であり、ユーザに押圧されることで容易に変形する。本実施形態の第１膜部２は、厚さ方向から視て円形に形成されており、押圧されていない状態では、横方向から視て、図１に示すように、中央部が盛り上がった形となっている。第１膜部２の材料には、弾性変形可能なゴム状弾性体、例えばブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等の合成ゴム、熱可塑性エラストマー等が使用される。
【００２５】
壁部３は、第１膜部２の裏側に設けられている。壁部３には、第１膜部２の外周部が液密状態を確保して固定されている。図１に示す例では、第１膜部２の外周部が、壁部３の表面に形成された挟持部１１と壁部３とに挟持されている。壁部３の材料には、例えば、ポリプロピレン、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂などの硬質樹脂を使用することができる。なお、壁部３の材質は非磁性体で構成されていることが望ましい。
【００２６】
壁部３と第１膜部２との間には、ユーザの押圧操作によって押し潰される押圧空間部１２が形成される。また、壁部３の第１膜部２で覆われた部分には、押圧空間部１２と壁部３の裏側とを連通する貫通路１３が形成されている。本実施形態では、貫通路１３は、壁部３に形成された孔から壁部３の裏面に形成された筒部１４内に亘って形成されている。
【００２７】
第２膜部４は、貫通路１３から下方（押圧空間部１２と反対側）に流出する流体を漏れなく受けるように設けられており、押圧空間部１２内の圧力上昇又は圧力減少に応じて壁部３の裏側で弾性膨張又は弾性収縮する。図１に示すように、第２膜部４は、半径方向（横方向）への変形を促すために、第１膜部２が押圧されていないときにも貫通路１３から飛び出していることが望ましい。なお、第２膜部４の材料には、例えば、ゴム状弾性体を使用することができる。
【００２８】
磁気粘性流体５は、押圧空間部１２から貫通路１３を介して第２膜部４に至るまでの空間部１６（以下「磁気粘性流体封入空間１６」ともいう。）に封入されている。磁気粘性流体５は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、特にその磁性粒子がナノサイズの金属粒子（金属ナノ粒子）からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例としてパラフィン系オイル、α−オレフィン系オイル等の鉱物油系オイルや、疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば３〜４０ｖｏｌ％とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。
【００２９】
磁場発生装置６は、貫通路１３内に磁場を印加するために設けられている。本実施形態では、磁場発生装置６は、コイル１７、給電装置１８等で構成されている。
【００３０】
コイル１７は、筒部１４の外周面に巻かれており、給電線１９を介して給電装置１８から電流が供給される。コイル１７が巻かれている筒部１４の壁部３と反対側には、鍔１４ａが形成され、この鍔１４ａと壁部３と筒部１４とでボビンを形成している。
【００３１】
給電装置１８は、コイル１７に供給する電流値を制御する機能を有する。本実施形態では、給電装置１８は、コイル１７に対して一定の電流値、または変動する電流値の何れをも供給することができる。変動する電流値としては、電流値の時間変化が矩形波となるものが一例として挙げられる。
【００３２】
カバー７は、壁部３の裏側に露出した第２膜部４を覆うように設けられている。カバー７は、万一、磁気粘性流体５が壁部３の裏側に漏出した場合に、その磁気粘性流体５を受け止める役割を果たす。本実施形態では、カバー７は、有底円筒体状のものであり、第２膜部４のほか、コイル１７の外周も覆っている。カバー７の材質としては、磁性体を用いることが好ましい。磁性体からなるカバー７を使用することで、コイル１７が生じる磁束を好ましい状態に整えることができる。
【００３３】
柱状体８は、磁性体を用いて構成されている。柱状体８は、貫通路１３内に挿入されているものの、貫通路１３を完全に塞いている訳ではない。すなわち、貫通路１３内での磁気粘性流体５の流路を十分に確保できるように、当該柱状体８の形状および大きさが設定されている。本実施形態では、柱状体８は、一端部が第１膜部に固着（例えば、融着、接着等）または当接され、他端部が第２膜部に固着（例えば、融着、接着等）または当接されている。また、本実施形態では柱状体８は円柱体であるが、三角柱体、四角柱体等の角柱体を使用してもよい。
【００３４】
次に、押ボタン装置１の各部の動作について説明する。
【００３５】
図１に示すように、第１膜部２がユーザに押圧されていない初期状態では、第１膜部２は最大限に膨らんだ状態を形成し、第２膜部４は最小限に収縮した状態を形成する。
【００３６】
次に、ユーザが第１膜部２を手、指等で押圧すると、第１膜部２の見かけ上の大きさが小さくなる。同時に、押圧空間部１２内の磁気粘性流体５が貫通路１３を通過して第２膜部４を弾性膨張させる。なお、柱状体８は、第１膜部２および第２膜部４の形状変化に伴ってユーザが押圧する方向に移動する。
【００３７】
このとき、磁場発生装置６により、貫通路１３内を通過する磁気粘性流体５に印加する磁場を変化させれば、磁場の変化に応じた感触をユーザの指に付与することができる。磁場発生装置６が貫通路内に印加する磁場の大きさ、タイミング等は特に限定されず、押ボタン装置１が適用される製品等の種類に応じて適宜決めることができる。磁場発生装置６が貫通路１３内の磁気粘性流体に磁場を印加する形態としては、（１）常時、強さが一定の磁場又は強さが周期的に変動する磁場を連続的又は断続的に印加する、（２）ユーザが第１膜部２を押圧している時に限り、強さが一定の磁場又は強さが周期的に変動する磁場を印加する、等が挙げられる。
【００３８】
このように、ユーザが第１膜部２を押圧する際、第１膜部２の裏側にある押圧空間部１２が小さくなりながら（第１膜部２が変位しながら）、磁場の状態に応じた感触の変化が第１膜部２を介してユーザに伝わるので、ユーザには、第１膜部を押圧しているときの感触の変化を分かり易く伝えることができる。
【００３９】
その後、ユーザが第１膜部２の押圧を解放すると、第２膜部４の弾性復元力によって、押圧空間部１２内に磁気粘性流体５が還流し、第１膜部２および第２膜部４は、図１に示す初期状態に復帰する。すなわち、初期状態に復帰できるように、第１膜部２および第２膜部４の弾性力が設定されている。
【００４０】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る押ボタン装置１によれば、ユーザに対して、第１膜部を押圧しているときの感触の変化を分かり易く伝えることができる。
【００４１】
また、本実施形態に係る押ボタン装置１によれば、磁場発生装置６のコイル１７が壁部３の裏面の貫通路１３の周囲に巻設されているので、装置１全体をコンパクトな構造にすることができる。
【００４２】
また、本実施形態に係る押ボタン装置１によれば、磁性体からなる柱状体８が貫通路１３内に挿入されているので、給電装置１８における消費電力を抑えながら、効率良く、貫通路１３内で柱状体８の周囲を流れる磁気粘性流体に強い磁場を付与することができる。
【００４３】
＜他の実施形態＞
既述した実施形態において、コイル１７、給電装置１８等からなる磁場発生装置を図４および図５に示すように、コイル２１、給電装置１８、ヨーク２２等からなる磁場発生装置６Ａに置きかえてもよい。この場合、コイル２１をヨーク２２の中間部に巻設する。ヨーク２２は、両端部２２ａ、２２ｂを対向させ、その間に筒部１４（貫通路１３）を挟むように設置する。給電装置１８によりコイル２１に電流が供給されると、両端部２２ａ，２２ｂの間の貫通路１３内の磁気粘性流体５に磁場が印加される。
【００４４】
既述した実施形態においては、貫通路１３および筒部１４の断面形状は円形であるが、図４に例示する磁場発生装置６Ａを適用する場合は、図６に示すように、貫通路１３Ａ、筒部１４Ａおよび柱状体８Ａの断面形状を矩形状とし、ヨーク２２Ａの両端部２２Ａａ，２２Ａｂは筒部１４の側面に沿う形状としてもよい。
【００４５】
また、既述した実施形態において、押圧空間部１２内の圧力を検知する圧力検知手段を設け、給電装置１８が圧力に応じてコイル１７，２１に給電する電流値を変化させるようにしてもよい。このようにすることで、押圧力に応じて変化する感触をユーザに伝えることができる。また、給電装置１８は、押圧空間部１２内の圧力値が一定値未満の場合は、コイル１７，２１に給電せず、圧力値が一定値以上のときに、コイル１７，２１に給電するようにしてもよい。このようにすることで、押圧力がある程度強くなった時に、硬くなる感触をユーザに伝えることができる。
【００４６】
既述した実施形態では、第２膜部４は、壁部３の表面に亘って形成されていたが、第２膜部の形状は、上述の作用効果を奏する限り変更することが可能である。例えば図７（ａ）に示すように、端部が筒部１４の上部に固着された第２膜部４Ａ、あるいは、図７（ｂ）に示すように、端部が筒部１４の下部に固着された第２膜部４Ｂとすることもできる。また、例えば図８に示すように、壁部３の裏側に設けられた第２膜部４Ｃとすることもできる。なお、図７および図８では、給電装置１８の図示を省略している。
【００４７】
既述した実施形態では、貫通路１３内に柱状体８が挿入されていたが、例えば図１および図２に示す押ボタン装置１において柱状体８を省いた、図９および図１０に示すような押ボタン装置としても十分に効果が得られる場合がある。もちろん、図４〜図８に示す押ボタン装置において柱状体８を省いたものについても同様のことが言える。
【００４８】
また、既述した実施形態において、膨張した第２膜部４の収縮を補助するために、第２膜部４を貫通路１３側に押圧する収縮補助手段を設けてもよい。例えば図１１および図１２に示す収縮補助手段２３は、第２膜部４とカバー７との間に設けられたスプリング２４を用いて構成されている。この収縮補助手段２３は、第２膜部４が図１２に示すように膨張した後、押圧空間部１２の圧力が減少して、第２膜部４が収縮しようとするときに、第２膜部４を貫通路１３側に押圧して第２膜部４の収縮を補助する。なお、図１１および図１２に示す例では、スプリング２４の一端部は、カバー７に形成されたスプリングリテーナ２５に支持されている。スプリング２４の他端部には、第２膜部４に当接する部分が平坦面又は湾曲面に形成された当接アダプタ２６が取り付けられている。収縮補助手段の適用は、図１および図２に示す押ボタン装置に限らず、既述した全ての押ボタン装置（図４〜図１０）に適用することが可能である。
【００４９】
なお、以上に説明した押ボタン装置は、例えば、電路を開閉するスイッチを追加することで押ボタンスイッチとして使用することができる。もちろん、押ボタン装置１の用途は押ボタンスイッチに限定されるわけではない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、例えば、押ボタンスイッチに利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１    押ボタン装置
２    第１膜部
３    壁部
４    第２膜部
５    磁気粘性流体
６    磁場発生装置
８    柱状体（磁性体）
９    封入体
１２  押圧空間部
１３  貫通路
１４  筒部
１７  コイル
１８  給電装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019204608.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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