JP2013016336A - スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【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】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に基づいて、パネル２２と共に押し込まれる方向に移動して筐体１０の内部の底面１０６と接触する台座部２０と、押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第１の信号を出力する力センサ１２と、力センサ１２と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部１４と、台座部２０と振動発生部１４との間に介在し、台座部２０の押し込まれる方向への移動に伴って、パネル２２及び台座部２０を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材１８と、を備えて概略構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチ装置に関する。

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、及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。）。

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、支持トレイ及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。

特開２０１０−１５２８８８号公報

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。

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。

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に基づいて、操作部と共に押し込まれる方向に移動して筐体の内部の底面と接触する移動部材と、押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第１の信号を出力する荷重検出部と、荷重検出部と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部と、移動部材と振動発生部との間に介在し、移動部材の押し込まれる方向への移動に伴って、操作部及び移動部材を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材と、を備えたスイッチ装置を提供する。

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１（ａ）は、第１の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（ａ）−I（ａ）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（ａ）は、第１の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。 図３（ａ）は、第２の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断面図である。 図４（ａ）は、第３の実施の形態に係るスイッチ装置の上面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）のIV（ａ）−IV（ａ）線で切断した断面図である。

（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に基づいて、操作部と共に押し込まれる方向に移動して筐体の内部の底面と接触する移動部材と、押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第１の信号を出力する荷重検出部と、荷重検出部と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部と、移動部材と振動発生部との間に介在し、移動部材の押し込まれる方向への移動に伴って、操作部及び移動部材を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材と、を備える。

このスイッチ装置によれば、移動部材が、なされた操作に基づいて操作部と共に押し込まれる方向に移動して筐体の内部の底面と接触し、かつ、弾性部材により荷重の一部が吸収されるため、過大な荷重を振動発生部に伝達しないので、振動発生部を保護しつつ、荷重検出部に、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。

[第１の実施の形態]
（スイッチ装置１の構成）
図１（ａ）は、第１の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（ａ）−I（ａ）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。

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、圧電素子１５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。

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に基づいて、パネル２２と共に押し込まれる方向に移動して筐体１０の内部の底面１０６と接触する移動部材としての台座部２０と、押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第１の信号を出力する荷重検出部としての力センサ１２と、力センサ１２と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部１４と、台座部２０と振動発生部１４との間に介在し、台座部２０の押し込まれる方向への移動に伴って、パネル２２及び台座部２０を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材１８と、を備えて概略構成されている。

また、スイッチ装置１は、力センサ１２から出力されたプッシュ操作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、弾性部材１８及び台座部２０を介してパネル２２に振動を伝達させる制御部３２を備える。以下に、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。

・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。

筐体１０は、例えば、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。

・力センサ１２について
力センサ１２は、例えば、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、圧力センサなどが用いられる。なお、先端部１２０は、半球形状であるが、これに限定されない。また、変形例として、荷重検出部は、タクトスイッチ等のスイッチ素子を用いて構成されても良い。

力センサ１２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、収容部１０３の底面１０６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プッシュ操作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など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。

・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、台座部２０内に取り付けられている。また、振動発生部１４は、圧電素子１５と、金属板１６と、を備えて概略構成されている。

金属板１６は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、台座部２０の基部２００の内壁２００ａに設けられ、円板形状を有している。また、金属板１６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１６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。

圧電素子１５は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、金属板１６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１５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１６が屈曲し、この屈曲によって振動が発生する。

圧電素子１５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１６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。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。

なお、圧電素子１５及び金属板１６は、円板形状に限定されず、棒形状等であっても良い。

この圧電素子１５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１５に出力するように構成されている。圧電素子１５は、例えば、この振動生成信号に基づいて振動する。

ここで、圧電素子１５は、例えば、前述の振動が金属板１６を撓ませて金属板１６を振動させ、この振動がパネル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。

また、圧電素子１５は、一例として、２００〜３００Ｈｚの振動数で振動する。

・弾性部材１８について
本実施の形態に係る弾性部材１８は、例えば、図１（ｂ）に示すように、パネル２２などによる荷重、及びパネル２２になされた操作による荷重の一部を、弾性変形を行うことによって吸収する目的で、金属板１６上に設けられている。

弾性部材１８は、この金属板１６の縁の形状に応じたリング形状を有する。また、この弾性部材１８は、一例として、図１（ａ）のI（ａ）−I（ａ）線で切断した断面の形状が矩形状である。

弾性部材１８は、例えば、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、及び天然ゴム等の弾性材料を用いて形成される。なお、弾性変形を行う部材とは、荷重をかけると変形し、当該荷重を取り除くと元の形状に復帰する部材を示している。

この弾性部材１８は、例えば、パネル２２及び台座部２０からの荷重と、筐体１０とパネル２２の間に介在する弾性体２４が元の形状に復帰するための復帰力による荷重とが、主に付加されて弾性変形を行う。この弾性変形に伴うもとの形状に戻ろうとする復帰力は、例えば、台座部２０と金属板１６に付加されている。

・台座部２０について
台座部２０は、例えば、図１（ｂ）に示すように、両端が開放された円筒形状を有する基部２００と、基部２００の内壁２００ａの上部から内側に向けて突出する第１の凸部としての凸部２０１と、から概略構成されている。台座部２０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、台座部２０は、例えば、基部２００及び凸部２０１が一体形成されも良いし、各部分が接着剤及びねじ止め等の方法により取り付けられても良い。

凸部２０１は、例えば、基部２００の内壁２００ａに沿って形成されることで、開口２０２を形成している。また、凸部２０１は、例えば、上面側がパネル２２の裏面２２ｂと接触し、下面側が弾性部材１８と接触している。なお、凸部２０１は、上記の構成に限定されず、開口２０２が形成されない形状であっても良い。

台座部２０は、例えば、金属板１６及び弾性部材１８を介して力センサ１２により支持されており、基部２００の底面２０３は、図１（ｂ）に示すように、筐体１０の底面１０６と接触せず、距離ｄだけ離れている。この距離ｄは、例えば、スイッチ装置１に許容される荷重に基づいて定められる。すなわち、操作者のプッシュ操作により、パネル２２に下向きの荷重が加わると、台座部２０は、パネル２２と共に下方に移動する。台座部２０は、例えば、距離ｄ移動すると、底面２０３が底面１０６と接触するので、弾性部材１８を介して金属板１６及び力センサ１２に、過大な荷重が付加されないように構成されている。また、この距離ｄは、プッシュ操作のストロークとなっている。

・パネル２２について
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。

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。

・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。

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。

また、弾性体２４は、例えば、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、及び天然ゴム等の弾性材料、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。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。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と力センサ１２との接触を保つように構成されている。

・制御部３２について
制御部３２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び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。

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。

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。

（動作）
図２（ａ）は、第１の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。

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。

このプッシュ操作に伴って、スイッチ装置１のパネル２２は、図１（ａ）の紙面下方に移動すると共に、台座部２０も下方に移動する。この移動の際、パネル２２に付加された荷重は、台座部２０の凸部２０１から弾性部材１８に伝達する。さらに、弾性部材１８は、図２（ｂ）に示すように、弾性変形を行うと共に金属板１６に、付加された荷重の一部を伝達する。金属板１６は、図２（ｂ）に示すように、弾性部材１８から伝達した荷重により、撓みながら下方に移動し、力センサ１２の先端部１２０を押し下げる。なお、台座部２０の底面２０３が、筐体１０の底面１０６に接触するまでの距離がｄであり、また、弾性部材１８が弾性変形を行うことから、先端部１２０は、距離ｄよりも小さい距離だけ押し下げられる。

先端部１２０が押し下げられた力センサ１２は、プッシュ操作信号を制御部３２に出力する。制御部３２は、プッシュ操作信号を取得すると、指示信号と操作信号を生成し、指示信号を圧電素子制御部３０に出力し、操作信号をスイッチ装置１が接続された電子機器に出力する。

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１５に出力する。圧電素子１５は、取得した振動生成信号に基づいて振動する。この振動は、金属板１６、弾性部材１８及び台座部２０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。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係るスイッチ装置１は、パネル２２のストロークが距離ｄであり、また、弾性部材１８が弾性変形を行うことで荷重の一部を吸収することができるので、過大な荷重を防止することが可能でありながら、圧電素子１５を保護しつつ、力センサ１２に、プッシュ操作の検出に必要な荷重を伝達することができる。また、スイッチ装置１は、過大な荷重が力センサ１２にかかることを防止するので、力センサ１２の破損を防ぐことができる。

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が金属板１６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。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、収容部１０３に収容されるスイッチ装置１の構成部品の上下が入れ替わっている点で第１の実施の形態と異なっている。なお、以下の各実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成及び機能を有する部分については、同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

図３（ａ）は、第２の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断面図である。

本実施の形態に係るスイッチ装置１は、例えば、図３（ａ）に示すように、収容部１０３に収容される構成、つまり、力センサ１２、振動発生部１４、弾性部材１８及び台座部２０により構成される構造の上下を入れ替えて概略構成されている。

つまり、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に基づいて、パネル２２と共に押し込まれる方向に移動し、押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第１の信号を出力する力センサ１２と、力センサ１２と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部１４と、筐体１０の内部の底面１０６上に設けられ、押し込まれる方向の操作により、パネル２２と接触する台座部２０と、台座部２０と振動発生部１４との間に介在し、パネル２２の押し込まれる方向への移動に伴って、力センサ１２及び振動発生部１４を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材１８と、を備えて概略構成されている。

力センサ１２は、例えば、図３（ａ）に示すように、プッシュ操作が行われるパネル２２の裏面２２ｂに設けられている。力センサ１２は、例えば、先端部１２０が金属板１６と接触している。なお、力センサ１２は、例えば、金属板１６に設けられ、先端部１２０がパネル２２の裏面２２ｂに接触するように構成されても良い。

台座部２０は、凸部２０１が、収容部１０３の底面１０６に接触するように設けられている。そして、金属板１６が弾性部材１８を介して台座部２０の凸部２０１上に設けられている。圧電素子１５は、金属板１６の上部ではなく、下部に設けられている。

台座部２０の底面２０３とパネル２２との距離は、ｄであり、図３（ｂ）に示すように、パネル２２にプッシュ操作がなされると、このパネル２２と底面２０３が接触する。

以下に、本実施の形態に係るスイッチ装置１の動作を、各図を参照して説明する。

（動作）
操作者は、図３（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。

このプッシュ操作に伴って、スイッチ装置１のパネル２２は、図３（ａ）の紙面下方に移動すると共に、力センサ１２も下方に移動する。この移動の際、力センサ１２の先端部１２０は、力センサ１２の内部に押し込まれるような荷重を受ける。

パネル２２に付加された荷重は、力センサ１２の先端部１２０から金属板１６に伝達する。そして、金属板１６が、図３（ｂ）に示すように、下方に移動すると共に、弾性部材１８が弾性変形を行いながら金属板１６から伝達した荷重の一部を台座部２０に伝達する。

先端部１２０が押し込まれた力センサ１２は、プッシュ操作信号を制御部３２に出力する。制御部３２は、プッシュ操作信号を取得すると、指示信号と操作信号を生成し、指示信号を圧電素子制御部３０に出力し、操作信号をスイッチ装置１が接続された電子機器に出力する。

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１５に出力する。圧電素子１５は、取得した振動生成信号に基づいて振動する。この振動は、金属板１６、弾性部材１８及び台座部２０を介してパネル２２に伝達すると共に、力センサ１２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。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態に係るスイッチ装置１は、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がパネル２２の移動と共に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。また、スイッチ装置１は、プッシュ操作の際、パネル２２と台座部２０とが接触すること、及び弾性部材１８で荷重の一部を吸収することで、過大な荷重が力センサ１２にかかることを防止するので、力センサ１２の破損を防ぐことができる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、筐体１０の側面１０５から伸びてパネル２２及び台座部２０と接触するように設けられた回転部としてのアーム４０〜アーム４３を備える点で、上記の各実施の形態と異なっている。

（スイッチ装置１の構成）
図４（ａ）は、第３の実施の形態に係るスイッチ装置の上面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）のIV（ａ）−IV（ａ）線で切断した断面図である。

本実施の形態に係るスイッチ装置１は、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、筐体１０の側面１０５から伸びてパネル２２及び台座部２０と接触するように設けられ、パネル２２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アーム４０〜アーム４３を備えている。

また、スイッチ装置１は、例えば、台座部２０の移動を案内するガイド部７０ａ〜ガイド部７０ｄを備えている。以下では、主に、上記の各実施の形態と異なる部分について説明する。

・筐体１０について
筐体１０は、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、４つの角部に、アーム４０〜アーム４３を回転可能に支持する支持部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。

・台座部２０について
本実施の形態に係る台座部２０は、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、円筒形状を有する基部２０４と、基部２０４の内壁２００ａから内側に向けて突出する凸部２０５と、基部２０４の上部に設けられた上部２０６と、を備えている。この凸部２０５は、例えば、筐体１０の大きさ、パネル２２の下降量（ストローク）に応じて、基部２０４の内壁２００ａに設けられるので、筐体１０の高さが低い、及びパネル２２の下降量が多い等の場合は、上部２０６と金属板１６によって弾性部材１８を挟む構成としても良い。なお、台座部２０は、例えば、基部２０４、凸部２０５及び上部２０６が一体形成されも良いし、各部分が接着剤及びねじ止め等の方法により取り付けられても良い。

この台座部２０の基部２０４は、ガイド部７０ａ〜ガイド部７０ｄにより、移動を案内されるように支持されている。

・パネル２２について
本実施の形態に係るパネル２２の裏面２２ｂには、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、接触子５０〜接触子５３が設けられている。この接触子５０〜接触子５３は、例えば、半球形状を有している。また、接触子５０〜接触子５３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、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、及び天然ゴム等の弾性材料を用いて形成される。なお、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。さらに、接触子５０〜接触子５３は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、アーム４０〜アーム４３のそれぞれに接している。

・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４（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。

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。

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、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、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、及び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４（ａ）及び（ｂ）に示すように、台座部２０の上部２０６に接している。

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、台座部２０を移動させることができる。

・ガイド部７０ａ〜ガイド部７０ｄについて
台座部２０の移動を案内する案内部として、例えば、４つのガイド部７０ａ〜ガイド部７０ｄが筐体１０の底部１０４に設けられている。このガイド部７０ａ〜ガイド部７０ｄは、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、円柱形状となっている。また、このガイド部７０ａ〜ガイド部７０ｄ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。

ガイド部７０ａは、例えば、基部２０４の内側に接する内ガイド７１ａと、基部２０４の外側に接する外ガイド７２ａと、により、基部２０４を挟むようにして設けられている。また、ガイド部７０ａは、例えば、アーム４０の下方の底面１０６に設けられている。

ガイド部７０ｂは、例えば、基部２０４の内側に接する内ガイド７１ｂと、基部２０４の外側に接する外ガイド７２ｂと、により、基部２０４を挟むようにして設けられている。また、ガイド部７０ｂは、例えば、アーム４１の下方の底面１０６に設けられている。

ガイド部７０ｃは、例えば、基部２０４の内側に接する内ガイド７１ｃと、基部２０４の外側に接する外ガイド７２ｃと、により、基部２０４を挟むようにして設けられている。また、ガイド部７０ｃは、例えば、アーム４２の下方の底面１０６に設けられている。

ガイド部７０ｄは、例えば、基部２０４の内側に接する内ガイド７１ｄと、基部２０４の外側に接する外ガイド７２ｄと、により、基部２０４を挟むようにして設けられている。また、ガイド部７０ｄは、例えば、アーム４３の下方の底面１０６に設けられている。

ここで、スイッチ装置１は、上記で示したように、パネル２２及びアーム４０〜アーム４３を介して台座部２０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台座部２０を押し下げることが可能となるので、確実に台座部２０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台座部２０に荷重が付加されることとなり、台座部２０は、ガイド部７０ａ〜ガイド部７０ｄ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。

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、各図を参照しながら説明する。

（動作）
操作者は、図４（ａ）及び（ｂ）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。

このプッシュ操作に伴って、スイッチ装置１のパネル２２は、図４（ａ）の紙面下方に移動する。この移動により、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。

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台座部２０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。

アーム４０〜アーム４３の回転の結果、図４（ｃ）に示すように、アーム４０〜アーム４３が、接触子６０〜接触子６３を介して台座部２０を下方に押し下げ、力センサに荷重を付加する。この移動の際、パネル２２に付加された荷重は、台座部２０の凸部２０５から弾性部材１８に伝達する。さらに、弾性部材１８は、図４（ｃ）に示すように、弾性変形を行うと共に金属板１６に、付加された荷重の一部を伝達する。金属板１６は、図４（ｃ）に示すように、弾性部材１８から伝達した荷重により、撓みながら下方に移動し、力センサ１２の先端部１２０を押し下げる。

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。

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１５に出力する。圧電素子１５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１６、台座部２０及びアーム４０〜アーム４３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。

（第３の実施の形態の効果）
本実施の形態に係るスイッチ装置１は、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、台座部２０を押し下げることができる。

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、パネル２２の付加された荷重を分散し、圧電素子１５を保護することができる。

本実施の形態に係るスイッチ装置１は、台座部２０と、円筒形状のガイド部７０ａ〜ガイド部７０ｄと、の摩擦が、台座部２０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。

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と台座部２０、の接触が保たれるので、遊びが少なく操作感が向上する。

また、本実施の形態に係るスイッチ装置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がガイド部７０ａ〜ガイド部７０ｄに案内されながら移動する台座部２０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。

なお、上記の各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の概観は、矩形状に限定されず、用途に応じて変更可能である。

上記の各実施の形態の弾性部材１８の断面形状は、短手方向の形状が矩形状であったがこれに限定されず、円形状又は楕円形状であっても良い。また、弾性部材１８の断面形状は、例えば、断面において金属板１６の拘束条件が点支持により近くなる形状であれば、多角形状であっても良い。

また、上記の各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。

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、変更等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。

１…スイッチ装置、１０…筐体、１２…力センサ、１４…振動発生部、１５…圧電素子、１６…金属板、１８…弾性部材、２０…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、６０〜６３…接触子、７０ａ〜７０ｄ…ガイド部、７１ａ〜７１ｄ…内ガイド、７２ａ〜７２ｄ…外ガイド、１００…上面、１０１…開口、１０２…凸部、１０３…収容部、１０４…底部、１０５…側面、１０６…底面、１１０ａ〜１１０ｄ…支持部、１１１ａ、１１１ｂ…ピン、１２０…先端部、２００…基部、２００ａ…内壁、２０１…凸部、２０２…開口、２０３…底面、２０４…基部、２０５…凸部、２０６…上部、２２０…基部、２２１…縁部、３２０…しきい値

Claims (4)

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に基づいて、前記操作部と共に押し込まれる方向に移動して前記筐体の内部の底面と接触する移動部材と、
   前記押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第１の信号を出力する荷重検出部と、
   前記荷重検出部と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部と、
   前記移動部材と前記振動発生部との間に介在し、前記移動部材の前記押し込まれる方向への移動に伴って、前記操作部及び前記移動部材を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材と、
   を備えたスイッチ装置。
2. 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に基づいて、前記操作部と共に押し込まれる方向に移動し、前記押し込まれる方向の操作に基づく荷重を検出することにより第１の信号を出力する荷重検出部と、
   前記荷重検出部と接触するように設けられ、振動を発生させる振動発生部と、
   前記筐体の内部の底面上に設けられ、前記押し込まれる方向の操作により、前記操作部と接触する移動部材と、
   前記移動部材と前記振動発生部との間に介在し、前記操作部の前記押し込まれる方向への移動に伴って、前記荷重検出部及び前記振動発生部を介して付加される荷重に基づいて弾性変形を行う弾性部材と、
   を備えたスイッチ装置。
3. 前記筐体の側面から伸びて前記操作部及び前記移動部材と接触するように設けられ、前記操作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を備える請求項１に記載のスイッチ装置。
4. 前記荷重検出部から出力された前記第１の信号に基づいて前記振動発生部を制御して振動を発生させ、前記弾性部材及び前記移動部材を介して前記操作部に振動を伝達させる制御部を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。

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