(57)【要約】【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】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がなされるパネル２２の操作面２２ａとは反対側の裏面２２ｂに設けられ、振動を発生する振動発生部１４と、筐体１０の側面１０５から伸びて振動発生部１４と接触するように設けられ、パネル２２及び振動発生部１４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回転部と、回転部と接触し、回転部の回転に伴って押し込まれる方向に移動するスライダ８０と、スライダ８０の移動に伴って付加された荷重を検出して検出信号を出力する力センサ１２と、を備えて概略構成されている。【選択図】図１
2013012005.tif 000002
【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がなされる前記操作部の第１の面とは反対側の第２の面に設けられ、振動を発生する振動発生部と、
前記筐体の側面から伸びて前記振動発生部と接触するように設けられ、前記操作部及び前記振動発生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と、
前記回転部と接触し、前記回転部の回転に伴って前記押し込まれる方向に移動する移動部材と、
前記移動部材の移動に基づく荷重を検出して検出信号を出力する荷重検出部と、
を備えたスイッチ装置。
【請求項２】
前記移動部材の移動を案内する案内部を備えた請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記振動発生部は、第１の振動発生部乃至第４の振動発生部を有し、
前記回転部は、前記第１の振動発生部と接触する第１の回転部、前記第２の振動発生部と接触する第２の回転部、前記第３の振動発生部と接触する第３の回転部、及び前記第４の振動発生部と接触する第４の回転部を有する請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記振動発生部は、振動発生源を有し、
前記振動発生源に設けられ、前記押し込まれる方向の操作に伴って弾性変形を行う接続部を備え、
前記接続部は、前記振動発生源よりも弾性係数が小さい請求項３に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記振動発生部は、前記操作部の前記第２の面に設けられて前記振動発生源を支持し、前記押し込まれる方向の操作に伴って前記操作部と共に前記押し込まれる方向に移動し、その底面が前記回転部に接触する台座部を備える請求項３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、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、およ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、支持トレイおよ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がなされる操作部の第１の面とは反対側の第２の面に設けられ、振動を発生する振動発生部と、筐体の側面から伸びて振動発生部と接触するように設けられ、操作部及び振動発生部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回転部と、回転部と接触し、回転部の回転に伴って押し込まれる方向に移動する移動部材と、移動部材の移動に基づく荷重を検出して検出信号を出力する荷重検出部と、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、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、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（ｂ）−I（ｂ）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、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。
【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がなされる操作部の第１の面とは反対側の第２の面に設けられ、振動を発生する振動発生部と、筐体の側面から伸びて振動発生部と接触するように設けられ、操作部及び振動発生部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回転部と、回転部と接触し、回転部の回転に伴って押し込まれる方向に移動する移動部材と、移動部材の移動に基づく荷重を検出して検出信号を出力する荷重検出部と、を備える。
【００１１】
[実施の形態] 
（スイッチ装置１の構成）
図１（ａ）は、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（ｂ）−I（ｂ）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。さらに、以下に示す過荷重とは、想定される平均的な操作者によるプッシュ操作によりパネル２２に付加される荷重を、大きく超えた荷重を示し、例えば、荷重を逃がす構成が無い場合は、圧電素子１５等が破壊される可能性がある荷重を示している。
【００１２】
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、振動発生部１４の圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄ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。
【００１３】
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がなされるパネル２２の第１の面としての操作面２２ａとは反対側の第２の面としての裏面２２ｂに設けられ、振動を発生する振動発生部１４と、筐体１０の側面１０５から伸びて振動発生部１４と接触するように設けられ、パネル２２及び振動発生部１４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回転部と、回転部と接触し、回転部の回転に伴って押し込まれる方向に移動する移動部材としてのスライダ８０と、スライダ８０の移動に基づく荷重を検出して検出信号を出力する荷重検出部としての力センサ１２と、を備えて概略構成されている。なお、本実施の形態に係る回転部とは、アーム４０〜アーム４３の少なくとも１つが対応する。
【００１４】
また、スイッチ装置１は、力センサ１２から出力された検出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、パネル２２に振動を伝達させる制御部３２を備える。以下において、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。
【００１５】
・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。
【００１６】
筐体１０は、例えば、その内部空間である収容部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。この凸部１０２の表面は、筐体１０の上面１００となっている。この開口１０１は、例えば、図１（ａ）に示すように、上面視において矩形状となっており、パネル２２よりもひと回り大きい形状となっている。操作がなされていないとき、筐体１０の上面１００と、パネル２２の操作面２２ａとは、例えば、ほぼ平坦となるように構成されている。
【００１７】
筐体１０は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、４つの角部に支持部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。
【００１８】
支持部１１０ａは、例えば、収容部１０３の角部から収容部１０３の中央に向けて突出し、図１（ａ）の上面視において、２つの凸部により中央に開口が形成された形状を有している。支持部１１０ａは、側面に孔が形成されたアーム４０の一方端部が、この開口に挿入され、支持部１１０ａの凸部の側面の孔からアーム４０の孔にピン１１１ａが挿入されることにより、アーム４０を回転可能に支持している。支持部１１０ａ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、支持部１１０ｂ〜支持部１１０ｄは、例えば、この支持部１１０ａと同材料を用いて、同形状となるように形成される。
【００１９】
また、支持部１１０ａのアーム４０の支持方法と同様の方法により、支持部１１０ｂ〜支持部１１０ｄは、アーム４１〜アーム４３を回転可能に支持している。
【００２０】
なお、この支持部１１０ａ〜支持部１１０ｄは、例えば、筐体１０と一体となって形成されても良いし、接着剤及びねじ止め等の方法により、筐体１０に取り付けられても良い。
【００２１】
・力センサ１２について
力センサ１２は、例えば、半球形状の先端部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、圧力センサ等が用いられる。なお、先端部１２０は、半球形状であるが、これに限定されない。
【００２２】
力センサ１２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、収容部１０３の底部１０４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検出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等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。
【００２３】
・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、パネル２２の裏面２２ｂに４つ取り付けられている。なお、振動発生部１４の数は、４つに限定されず、用途に応じて変更される。また、回転部は、この振動発生部１４の数に応じて設けられる。
【００２４】
第１の回転部としてのアーム４０に対応して配置される振動発生部１４（第１の振動発生部）は、振動発生源としての圧電素子１５ａ及び金属板１６ａと、これらを支持する台座部２０ａと、を備えて概略構成されている。台座部２０ａは、例えば、円筒形状を有し、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。台座部２０ａの円筒部分である基部２００ａから、図１（ｂ）の紙面の下側に向って突出する取付部２０１ａには、金属板１６ａが取り付けられている。後述する台座部２０ｂ〜台座部２０ｄは、この台座部２０ａと同材料を用いて、同形状となるように形成される。
【００２５】
金属板１６ａは、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、円板形状を有している。また、金属板１６ａ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１６ａ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。後述する金属板１６ｂ〜金属板１６ｄは、この金属板１６ａと同材料を用いて、同形状となるように形成される。
【００２６】
圧電素子１５ａは、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、金属板１６ａ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１５ａ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１６ａが屈曲し、この屈曲によって振動が発生する。
【００２７】
圧電素子１５ａ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１６ａ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。後述する圧電素子１５ｂ〜圧電素子１５ｄは、この圧電素子１５ａと同材料を用いて、同形状となるように形成される。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。
【００２８】
第２の回転部としてのアーム４１に対応して配置される振動発生部１４（第２の振動発生部）は、圧電素子１５ｂと、金属板１６ｂと、台座部２０ｂと、を備えて概略構成されている。台座部２０ｂの基部２００ｂから下側に向って突出する取付部２０１ｂには、金属板１６ｂが取り付けられている。
【００２９】
第３の回転部としてのアーム４２に対応して配置される振動発生部１４（第３の振動発生部）は、圧電素子１５ｃと、金属板１６ｃと、台座部２０ｃと、を備えて概略構成されている。台座部２０ｃの基部から下側に向って突出する取付部には、金属板１６ｃが取り付けられている。
【００３０】
第４の回転部としてのアーム４３に対応して配置される振動発生部１４（第４の振動発生部）は、圧電素子１５ｄと、金属板１６ｄと、台座部２０ｄと、を備えて概略構成されている。台座部２０ｄの基部から下側に向って突出する取付部には、金属板１６ｄが取り付けられている。
【００３１】
なお、圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄ及び金属板１６ａ〜金属板１６ｄは、円板形状に限定されず、棒形状等であっても良い。
【００３２】
この圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄ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１５ａ〜圧電素子１５ｄに出力するように構成されている。圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄは、例えば、この振動生成信号に基づいて振動する。
【００３３】
ここで、圧電素子１５ａを例にとると、前述の振動が、例えば、金属板１６ａを撓ませて金属板１６ａを振動させ、この振動が台座部２０ａを介してパネル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。
【００３４】
また、圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄは、一例として、２００〜３００Ｈｚの周波数で振動する。
【００３５】
金属板１６ａの裏面中央には、例えば、先端に半球形状の接触子５０が設けられた接続部５０ａが設けられている。この接触子５０は、パネル２２が押し下げられると、アーム４０を押し下げるように、アーム４０の上部中央付近に接触している。接続部５０ａ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、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、或いは、天然ゴム等の弾性材料を用いて形成される。後述する金属板１６ｂ〜金属板１６ｄのそれぞれの接続部は、この接続部５０ａと同材料を用いて、同形状となるように形成される。また、接触子５０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、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、ステンレス等の合金材料、又は、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、或いは、天然ゴム等の弾性材料を用いて形成される。後述する接触子５１〜接触子５３は、例えば、この接触子５０と同材料を用いて、同形状となるように形成される。なお、各振動発生部１４の接続部、及び接触子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。なお、接続部５０ａ、接続部５１ａ及び他の接続部は、圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄを保護する観点から、金属板１６ａ〜金属板１６ｄよりも弾性変形し易い、すなわち、弾性係数が小さいことが好ましい。
【００３６】
金属板１６ｂの裏面中央には、例えば、先端に接触子５１が設けられた接続部５１ａが設けられている。この接触子５１は、パネル２２が押し下げられると、アーム４１を押し下げるように、アーム４１の上部中央付近に接触している。
【００３７】
金属板１６ｃの裏面中央には、例えば、先端に接触子５２が設けられた接続部が設けられている。この接触子５２は、パネル２２が押し下げられると、アーム４２を押し下げるように、アーム４２の上部中央付近に接触している。
【００３８】
金属板１６ｄの裏面中央には、例えば、先端に接触子５３が設けられた接続部が設けられている。この接触子５３は、パネル２２が押し下げられると、アーム４３を押し下げるように、アーム４３の上部中央付近に接触している。
【００３９】
・パネル２２について
本実施の形態に係るパネル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。
【００４０】
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。
【００４１】
・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。
【００４２】
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。
【００４３】
また、弾性体２４は、例えば、鉄、銅等の金属材料、それらを含有する合金材料、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、又は、天然ゴム等の弾性材料を用いて形成される。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とスライダ８０との接触を保つように構成されている。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。
【００４４】
・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１（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、鉄、銅等の金属材料、それらを含有する合金材料、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、又は、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１（ａ）及び（ｂ）に示すように、スライダ８０の表面８１に接している。
【００４７】
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、力センサ１２を移動させることができる。さらに、台座部２０ａを例にとった場合、後述する図２（ｂ）に示すように、過荷重がパネル２２に付加されると、金属板１６ａに設けられた接続部５０ａが、主に、弾性変形を行ってプッシュ操作方向に縮み、台座部２０ａの底面２０２ａがアーム４０に接触する。また、パネル２２が垂直に移動するように過荷重が付加された場合、金属板１６ｂに設けられた接続部５１ａ、金属板１６ｃに設けられた接続部、及び金属板１６ｄに設けられた接続部が弾性変形を行って、それぞれの台座部の底面がアーム４１〜アーム４３に接触する。この接触により、さらに、パネル２２に付加された過荷重を緩和することが可能となる。なお、過荷重の付加によるパネル２２の変形により、例えば、後述する図２（ｂ）に示すように、台座部２０ａの接続部５０ａを挟んだ底面２０２ａの両側が、アーム４０に接触する。また、パネル２２が垂直に移動するように過荷重が付加された場合、他の台座部２０ｂ〜台座部２０ｄの底面の両側がそれぞれのアーム４１〜アーム４３に接触する。スイッチ装置１は、底面の両側が接触することにより、上記の例よりもさらに、過荷重を緩和することが可能となる。
【００４８】
・スライダ８０について
スライダ８０は、例えば、その形状が直方体であり、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。
【００４９】
このスライダ８０は、例えば、その表面８１には、アーム４０の接触子６０、アーム４１の接触子６１、アーム４２の接触子６２、及びアーム４３の接触子６３が接触し、その裏面８２には、力センサ１２の先端部１２０が接触している。従って、スライダ８０は、例えば、パネル２２、振動発生部１４、アーム４０〜アーム４３等の質量に起因する荷重が付加されている。
【００５０】
このスライダ８０の移動を案内する案内部として、４つのガイド７０〜ガイド７３が筐体１０の底部１０４に設けられている。このガイド７０〜ガイド７３は、例えば、図１（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７０〜ガイド７３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。
【００５１】
ガイド７０〜ガイド７３は、スライダ８０を案内するため、スライダ８０の側面中央に接するように設けられている。つまり、図１（ａ）の上面視において、ガイド７０〜ガイド７３は、四角形の各頂点に配置されたような配置となる。
【００５２】
ここで、スイッチ装置１は、上記で示したように、パネル２２の裏面２２ｂに４つの振動発生部１４が設けられ、そのそれぞれがアームを介してスライダ８０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スライダ８０を押し下げることが可能となるので、確実にスライダ８０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スライダ８０に荷重が付加されることとなり、スライダ８０は、ガイド７０〜ガイド７３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。
【００５３】
・制御部３２について
制御部３２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
（動作）
図２（ａ）は、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。なお、図２（ｂ）は、例えば、パネル２２に過荷重が付加された状態を示している。
【００５７】
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。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。
【００５８】
このプッシュ操作に伴って、スイッチ装置１のパネル２２及び振動発生部１４は、図２（ａ）の紙面下方に移動する。この移動により、金属板１６ａに設けられた接続部５０ａ、金属板１６ｂに設けられた接続部５１ａ、金属板１６ｃに設けられた接続部、及び金属板１６ｄに設けられた接続部が弾性変形して縮むと共に、振動発生部１４の接触子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。
【００５９】
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スライダ８０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。
【００６０】
アーム４０〜アーム４３の回転の結果、図２（ｂ）に示すように、アーム４０〜アーム４３が、接触子６０〜接触子６３を介してスライダ８０を下方に押し下げ、力センサに荷重を付加する。
【００６１】
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。
【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１５ａ〜圧電素子１５ｄに出力する。圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄ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１６ａ〜金属板１６ｄ、及び台座部２０ａ〜台座部２０ｄ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】
（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、振動発生部に設けられた接触子により、力センサに直接荷重を加えるのではなく、振動発生部１４の接触子５０〜接触子５３、アーム４０〜アーム４３、及びスライダ８０を介して力センサ１２に荷重を付加するので、圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄを保護しつつ、操作の検出に必要な荷重を力センサ１２に伝達することができる。
【００６４】
本実施の形態に係るスイッチ装置１は、制御部３２により、検出信号としきい値３２０に基づいて圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄへの電圧の供給を行うか否かを判定するので、誤操作による触覚フィードバックの付与を防止することができる。
【００６５】
本実施の形態に係るスイッチ装置１は、スライダ８０と、円筒形状のガイド７０〜ガイド７３と、の摩擦が、スライダ８０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。
【００６６】
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、スライダ８０を押し下げることができる。
【００６７】
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、接触子が１つの場合と比べて、パネル２２の付加された荷重を分散させることが可能となり、圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄを保護することができる。さらに、スイッチ装置１は、過荷重がパネル２２に付加されると、金属板１６ａに設けられた接続部５０ａ、金属板１６ｂに設けられた接続部５１ａ、金属板１６ｃに設けられた接続部、及び金属板１６ｄに設けられた接続部が弾性変形を行うことで、それぞれの取付部の底面がアーム４１〜アーム４３に接触する。この接触により、さらに、パネル２２に付加された過荷重を緩和し、圧電素子１５ａ〜圧電素子１５ｄを保護することができる。
【００６８】
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とスライダ８０、の接触が保たれるので、遊びが少なく操作感が向上する。
【００６９】
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がガイド７０〜ガイド７３に案内されながら移動するスライダ８０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。
【００７０】
ここで、本実施の形態に係るスイッチ装置１の変形例として、荷重検出部は、例えば、タクトスイッチ等のスイッチ素子が用いられても良い。例えば、スイッチ素子が使われた場合、制御部３２は、しきい値を用いること無く、プッシュ操作によりオン状態となったスイッチ素子から出力された信号に基づいてプッシュ操作が行われたと判定し、振動生成信号を生成して振動発生部１４に出力する。従って、制御部３２の構成が、しきい値に基づいて判定するものと比べて、簡単なものとなり、コストを削減することができる。さらに、タクトスイッチが押し下げされたとき、タクトスイッチのクリックに伴う触感がパネル２２に伝達し、操作者は、タクトスイッチからの触覚フィードバックを得ることができる。
【００７１】
また、本実施の形態に係るスイッチ装置１の変形例として、操作部は、指の接触等を検出することができるタッチセンサであっても良い。つまり、パネル２２が、タッチセンサである場合、制御部３２は、操作対象であるカーソルが、電子機器の表示部に表示された選択可能なボタンの境界を超えたとき等に振動を発生させ、操作者に触覚フィードバックを与えることができる。また、スイッチ装置１は、例えば、タッチセンサになされたタップ操作等の力センサ１２で検出されない操作に対しても、タッチセンサで検出し、触覚フィードバックを与えることができる。
【００７２】
なお、本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の形状は、矩形状に限定されず、用途に応じて変更可能である。
【００７３】
また、本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。
【００７４】
以上、本発明のいくつかの実施の形態および変形例を説明したが、これらの実施の形態および変形例は、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および変形例は、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、これら実施の形態およ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、これら実施の形態および変形例は、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】
【００７５】
１…スイッチ装置、１０…筐体、１２…力センサ、１４…振動発生部、１５ａ〜１５ｄ…圧電素子、１６ａ〜１６ｄ…金属板、２０ａ〜２０ｄ…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、５０ａ、５１ａ…接続部、６０〜６３…接触子、７０〜７３…ガイド、８０…スライダ、８１…表面、８２…裏面、１００…上面、１０１…開口、１０２…凸部、１０３…収容部、１０４…底部、１０５…側面、１１０ａ〜１１０ｄ…支持部、１１１ａ、１１１ｂ…ピン、１２０…先端部、２００ａ、２００ｂ…基部、２０１ａ、２０１ｂ…取付部、２０２ａ、２０２ｂ…底面、２２０…基部、２２１…縁部、３２０…しきい値
【図１】
2013012005.tif 000003
【図２】
2013012005.tif 000004