(57)【要約】【課題】  押しボタン面に加える力が小さかったり、押しボタン面以外を叩いてしまっても、操作者の能力に合わせた確実なスイッチングができる補助センサ付スイッチを提供する。【解決手段】  スイッチ本体２と、スイッチ本体に設けられた押しボタン９と、スイッチ本体への打音又は振動を検出する補助センサ７と、押しボタンの状態及び補助センサの検出結果に基づいて、スイッチング判定を行うスイッチング制御手段とを有する補助センサ付スイッチ。スイッチング制御手段は、補助センサの感度を調整可能である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ本体と、
前記スイッチ本体に設けられた押しボタンと、
前記スイッチ本体への打音又は振動を検出する補助センサと、
前記押しボタンの状態及び前記補助センサの検出結果に基づいて、スイッチング判定を行うスイッチング制御手段と、
を有する、補助センサ付スイッチ。
【請求項２】
前記補助センサは、マイクロフォン、振動センサ又は加速度センサである、請求項１記載の補助センサ付スイッチ。
【請求項３】
前記スイッチング制御手段は、前記補助センサの感度を調整可能である、請求項１又は２記載の補助センサ付スイッチ。
【請求項４】
前記押しボタンは、硬質体からなる平板と、前記平板を下部で支え、前記平板に加えられた加重量を検出する３個以上の加重センサと、を有し、
前記スイッチング制御手段は、前記加重センサの信号及び前記補助センサの検出結果に基づいてスイッチング判定を行う、
請求項１乃至３いずれか記載の補助センサ付スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肢体不自由児などでも確実にスイッチング及び意思伝達が行える、補助センサ付スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、日常生活に欠かせない機器の多くのインターフェイスは小型化してきている。しかしながら、使用者の運動能力の程度によっては機器の装置に組み込まれたボタンでは操作が困難であることがあり、別途、ボタンを操作するための冶具やボタンを接続して使用することがある。現在開発されているスイッチには、使用者の残存能力を考慮して少ない力でかつ大きな動きでスイッチを簡便にオン・オフを行う機能を備えているものがある（特許文献１、特許文献２）。一方、タッチパネルなどを使用した、接触面の場所や力の大きさに依存しないスイッチなどもある（特許文献３）。また、キーボードのレイアウトを三次元形状にしたり、打鍵を容易にするシステムなどの開発もされている（特許文献４）。リハビリ用の機器では、木製のプレイボードなどがあり、形状などの認識機能を高める装置がある（特許文献５）。また、タッチスクリーン方式では、画面のアイコンをクリックすることで意思を伝達することが可能なデバイスも開発されている（特許文献６）。
【０００３】
脳機能の発達は、四肢の運動による神経機能の発達に大きく影響される。重度な肢体機能の障害を持つ小児では、残存機能の著しい制約に伴い脳機能の発達をより遅延させる可能性がある。そのため、脳機能をより活発にさせるためには、出来る限り四肢を動かすことが必要不可欠であると考えられる。
近年、市販されている小児用オモチャは、指や手のひらを巧みに動かすような構造となっている。そのため、肢体不自由児がそのオモチャを触りながら遊ぶことは困難であり、実際には介護者が肢体不自由児の前でオモチャを使ってみせる程度にとどまってしまう。それゆえ、多くのオモチャでは介護者がスイッチを動かし、肢体不自由児はオモチャの動きや音や光などを視聴覚で楽しむのが現状である。また、肢体不自由児が別途設けられた大きなスイッチにより操作することもあるが、既存のスイッチはボタン面が非常に大きく作られ、容易に押すことが可能な構造であるにも関わらず、肢体不自由児が上手くスイッチングを行うことは困難な場合もある。これには、スイッチの置く場所が悪いためスイッチを上手く押せない、さらにはスイッチとオモチャの動きに関する因果関係の認識が低い、などの要因も含まれる。
【０００４】
一般的に押しボタンは、電気的な接点となるリミットスイッチ、ボタン部、それを支えるばねと案内部などで構成されている。そのためスイッチの操作性は、電気的接点が動作するまでの機械的機構に依存する。特に、ボタンの表面積が拡大し、電気的接点に加わる力が接触部の中心から離れれば離れるほど、スイッチングの押し込み量が大きくなり、スイッチングしにくくなることがある。そのため、肢体不自由児の残存機能、例えば、稼動範囲や力などと、スイッチ動作の移動量や加重位置の関係を明らかにすることが出来れば、スイッチのレイアウトや実際の接触を伴う部品表面の形状を改善することが可能となる。
一方、タッチパネルなどのような認知力を要するスイッチを、肢体不自由児に使用することは難しい。また、タッチパネルは、接触にともなう抵抗変化もしくは静電方式を使用しており、細かい動作を要する必要はないが、パネルの大きさを大きくするとコストが増大し、かつ加重力に対する制限がある。そのため、スイッチ面が大きくてもコストが低く、大きな加重でも壊れないようなスイッチが望まれている。
特許文献７には、平板と加重センサを使った入力用装置が記載されている。しかしながら、特許文献７の入力用装置は、肢体不自由児を想定したスイッチング装置ではなく、いわゆるポインティングデバイスである。したがって、この入力用装置は、スイッチング操作が不自由な使用者を想定した構成を有していない。また、加重センサも２個しかないので、加重センサ以外に平板を支えるための構造が必要である。
【特許文献１】特開平１１−２１９６３８号公報
【特許文献２】登録実用新案第３０４３５４１号公報
【特許文献３】特開２００２−１６９６５３号公報
【特許文献４】特開平５−６２３９号公報
【特許文献５】実開平７−１９９５号公報
【特許文献６】登録実用新案第３０７２３０６号公報
【特許文献７】特開平６−２８２３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来のスイッチは、たとえボタン面が大きくても力学的構造の問題で押しにくいという問題がある。肢体不自由児の場合、健常者と異なり、押しボタン面を正確に押すことは困難であり、押しボタン面の中心から外れてしまうと正確にスイッチング操作ができない。場合によっては、押しボタン面以外を叩いてしまうこともある。
本発明は上記問題点を解決し、押しボタン面に加える力が小さかったり、押しボタン面以外を叩いてしまっても、操作者の能力に合わせた確実なスイッチングができる補助センサ付スイッチ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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
スイッチ本体と、前記スイッチ本体に設けられた押しボタンと、前記スイッチ本体への打音又は振動を検出する補助センサと、前記押しボタンの状態及び前記補助センサの検出結果に基づいて、スイッチング判定を行うスイッチング制御手段と、を有する、補助センサ付スイッチ。
【０００７】
また、以下の実施態様を有する。
前記補助センサは、マイクロフォン、振動センサ又は加速度センサである。
前記スイッチング制御手段は、前記補助センサの感度を調整可能である。
前記押しボタンは、硬質体からなる平板と、前記平板を下部で支え、前記平板に加えられた加重量を検出する３個以上の加重センサとを有し、前記スイッチング制御手段は、前記加重センサの信号及び前記補助センサの検出結果に基づいてスイッチング判定を行う。
【０００８】
更に、以下の実施態様も有する。
前記スイッチング制御手段は、平板上に加えられた加重位置によってスイッチング位置も判定する。
前記平板は表面に複数の立体構造を有しており、前記スイッチング制御手段はスイッチング位置判定によりどの立体構造に対してスイッチ操作がされたかを判定する。スイッチ操作に応じて複数の機器の操作が可能である。
前記スイッチング制御手段は、前記平板上の位置ごとに異なる閾値を設定可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の補助センサ付スイッチは上記構成を採用したことにより、押しボタン面に加える力が小さかったり不規則であっても、操作者の能力に合わせた確実なスイッチングができる。操作者によっては押しボタン面を押すことができず、スイッチ本体の側面などを叩いてしまうことがあるが、スイッチ本体内にマイクロフォン等の補助センサを設けることでこのような場合でも確実にスイッチング操作が可能である。また、補助センサの感度が調整可能であるので、操作者の習熟度に応じて感度を低くしていき、操作者の押しボタンに対する学習効果を高めることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態の一例について説明する。
図１に、本発明の補助センサ付スイッチの一例を示す。本スイッチは、スイッチ本体を囲うハウジング２と、押しボタン９と、押しボタン９の電気接点１０と、押しボタン９やハウジング２に加えられた打音や振動を検出する補助センサ（マイクロフォン）及びセンサ回路７とからなる。押しボタン９は、通常よりも大きなボタン面を有する押しボタンであるが、公知のものでよい。押しボタン９が押されて電気接点１０がＯＮになれば、本スイッチは「ＯＮ」動作をする。
操作者が肢体不自由児などの場合は、普通に押しボタン９を押すことができず、押しボタン９やハウジング２を叩いてしまうことが考えられる。このような場合は、補助センサ７の検出結果によりスイッチング判定を行い、本スイッチの「ＯＮ」又は「ＯＦＦ」の動作をする。操作者の習熟度や障害の度合いに応じて補助センサ７の感度は調整することが可能である。
【００１１】
図２は、図１の補助機能スイッチを肢体不自由児が使用した場合の実験結果を示す。操作者には１秒に１回ずつスイッチを操作してもらった。縦軸はスイッチＯＮになった回数、横軸は経過時間である。この図からわかるように、押しボタンのみでは約半分しかスイッチ操作ができていない。押しボタンと補助センサを組み合わせることで、より確実なスイッチング操作が可能であることがわかる。
【００１２】
図３に、本発明の補助センサ付スイッチを平板スイッチに適用した例を示す。本スイッチは、硬質体からなる平板１と、スイッチ本体を囲うハウジング２と、平板１を四隅で摺動自在に支えるリニアガイド３及びリニアブッシュ４と、リニアガイド３に設けられ平板１を支えるばね５と、ばね５に接続され平板１に加えられた加重を検出する加重センサ６と、平板１やハウジング２に加えられた打音や振動を検出する補助センサ（マイクロフォン）７と、前記加重センサ６及び補助センサ（マイクロフォン）７からの信号を処理する信号増幅・変換回路８とからなる。本スイッチは、スイッチ接触面の押し位置とその大きさを計測するために、接触面を垂直方向のみにスイッチ接触面（平板１）が移動するように、平板１を４点のリニアガイド３で固定し、平板１との接触面と反対側の四隅には加重センサ６が取り付けてある。検出された加重信号は、信号増幅・変換回路８を経由してパソコンにデジタル信号として保存される。その他、補助的に加重以外でスイッチングを行うために、マイクロフォンや加速度センサや振動センサなどの補助センサ７がスイッチ内部の随意な場所に取り付けられる。
【００１３】
図４は、平板スイッチのブロック図である。図４を用いて、平板スイッチの装置の動きと感度調整方法について説明する。スイッチシステム部は、主に、ボタン部、ボタンを支える加重センサ６の信号を増幅する回路部と、マイクロフォンや加速度センサなどの補助センサ７による補助的なスイッチング信号回路部とからなり、これらの信号がマイコンに取り込まれ、別途、導入してあるプログラムに応じて制御信号を出力し、機器の制御や平板スイッチの加重の大きさや位置を計測する。また、スイッングの感度や範囲は、使用者の機能を示す測定結果をもとに領域に応じた加重の大きさに合わせてスイッチングの閾値を決定し、その閾値に応じた値をプログラムに追加することで平板スイッチの感度を調整する。本スイッチでは、加重位置を測定することができるので、その加重位置（領域）に応じたスイッチング機能を持たせることが可能である。さらには、肢体不自由児に応じて平板スイッチを使用したときの加重の大きさや位置を確認することで、スイッチングの閾値を各位置で可変させスイッチングのムラを除去することが可能となる。
【００１４】
図５は、平板スイッチの、リハビリもしくは意思伝達ボードとしての活用例である。平板スイッチの接触面は鉄を使用しているため、立体のオブジェや平板の絵にマグネットや両面テープなどで固定が可能である。そこで例えば、そのオブジェや絵に触ると、それに応じた音や光が発生するようにする。そして、オブジェの意味に応じた行動を介護者が行うことで、肢体不自由児の自らの意思を相手に伝える装置とし活用することが可能となる。
【００１５】
以上、本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において各種の変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の補助センサ付スイッチの一例。
【図２】図１の補助センサ付スイッチの実験結果。
【図３】本発明の補助センサ付スイッチを平板スイッチに適用した例。
【図４】平板スイッチのブロック図。
【図５】平板スイッチの意思伝達ボードへの応用例。
【符号の説明】
【００１７】
１：平板、  ２：ハウジング（スイッチ本体）、  ３：リニアガイド、  ４：リニアブッシュ、  ５：ばね、  ６：加重センサ、  ７：補助センサ（マイクロフォン）及びセンサ回路、  ８：信号増幅・変換回路、  ９：押しボタン、  １０：電気接点
【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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