JP2019012636A

JP2019012636A - スイッチ装置

Info

Publication number: JP2019012636A
Application number: JP2017128757A
Authority: JP
Inventors: 柚樹森; Yuzuki Mori; 治彦橋本; Haruhiko Hashimoto; 誠也村瀬; Seiya Murase
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2019-01-24
Also published as: WO2019003849A1

Abstract

【課題】マーク表示を照明する際の導光ロスを抑制す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、プッシュ操作がなされる操作面２０ａにマーク表示２３を有する操作部２と、操作面２０ａの裏面２０ｂの中央側から突出するプッシャー４と、プッシュ操作に伴って操作面２０ａに印加された荷重を、プッシャー４を介して検出するピエゾ素子６と、操作部２とピエゾ素子６の間に配置された光源用基板７と、ピエゾ素子６の上方の光源用基板７の表面７０に配置され、操作部２のマーク表示２３を照明する第１の光源部８０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、押下操作を受け付ける押下部材と、押下操作を受け付けた押下部材によって押圧される圧電素子と、圧電素子から入力される電圧値としきい値を比較し、比較結果に基づいて押下部材が押下されたか否かについて判断する判断手段と、を備えたスイッチ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１３−２５１１３４号公報

従来のスイッチ装置は、例えば、押下部材に形成されたマーク表示を照明する場合、照明のための発光素子が圧電素子から離れて配置されるので、マーク表示まで照明光を導く際の導光ロスが大きくなる問題がある。

従って本発明の目的は、マーク表示を照明する際の導光ロスを抑制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、プッシュ操作がなされる操作面にマーク表示を有する操作部と、操作面の裏面の中央側から突出するプッシャーと、プッシュ操作に伴って操作面に印加された荷重を、プッシャーを介して検出する荷重検出部と、操作部と荷重検出部の間に配置された基板と、荷重検出部の上方の基板の表面に配置され、操作部のマーク表示を照明する第１の光源部と、を備えたスイッチ装置を提供する。

本発明によれば、マーク表示を照明する際の導光ロスを抑制することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係るスイッチ装置の断面図の一例であり、図１（ｂ）は、スイッチ装置の操作部の一例を示す上面図である。図２（ａ）は、実施の形態に係るスイッチ装置の光源用基板の一例を示す上面図であり、図２（ｂ）は、スイッチ装置のブロック図の一例である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係るスイッチ装置は、プッシュ操作がなされる操作面にマーク表示を有する操作部と、操作面の裏面の中央側から突出するプッシャーと、プッシュ操作に伴って操作面に印加された荷重を、プッシャーを介して検出する荷重検出部と、操作部と荷重検出部の間に配置された基板と、荷重検出部の上方の基板の表面に配置され、操作部のマーク表示を照明する第１の光源部と、を備えて概略構成されている。

このスイッチ装置は、荷重検出部の上方であり、またマーク表示の下方でもある位置に第１の光源部を配置することができるので、荷重検出部を避けて操作面の中央から離れて光源が配置される場合と比べて、マーク表示を照明する際の導光ロスを抑制することができる。

[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断面図の一例であり、図１（ｂ）は、スイッチ装置の操作部の一例を示す上面図である。図２（ａ）は、実施の形態に係るスイッチ装置の光源用基板の一例を示す上面図であり、図２（ｂ）は、スイッチ装置のブロック図の一例である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のI（ａ）-I（ａ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図である。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２（ｂ）では、主な信号の流れを矢印で示している。

このスイッチ装置１は、例えば、電子機器の操作部としてのスイッチであり、また車両のインストルメントパネルなどに配置されるスイッチである。この電子機器とは、例えば、車両に搭載された空調装置、ナビゲーション装置、音楽及び映像再生装置などである。

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、プッシュ操作がなされる操作面２０ａにマーク表示２３を有する操作部２と、操作面２０ａの裏面２０ｂの中央側から突出するプッシャー４と、プッシュ操作に伴って操作面２０ａに印加された荷重を、プッシャー４を介して検出する荷重検出部と、操作部２と荷重検出部の間に配置された基板としての光源用基板７と、荷重検出部の上方の光源用基板７の表面７０に配置され、操作部２のマーク表示２３を照明する第１の光源部８０と、を備えて概略構成されている。

荷重検出部は、ピエゾ素子６であり、プッシュ操作の検出と共に操作部２に振動を付加するように構成されている。つまりスイッチ装置１は、プッシュ操作が受け付けられると、受け付けたことを操作者に振動による触覚フィードバックを呈示するように構成されている。なお変形例として荷重検出部は、触覚フィードバックを呈示する必要がない場合、歪センサなどを用いることができる。

さらに変形例として荷重検出部は、プッシャー４の数に応じて複数配置されても良い。この場合、スイッチ装置１は、複数の荷重検出部が配置されていても光源用基板７に第１の光源部８０を配置することができるので、導光ロスを抑制することができる。

また操作部２は、例えば、図１（ａ）に示すように、第１の光源部８０の光８３をマーク表示２３に導く第１のライトガイド３を裏面２０ｂ側に備えている。

またスイッチ装置１は、例えば、図１（ａ）〜図２（ａ）に示すように、さらに光源用基板７に設けられ、光８５を出力する第２の光源部８４、及び第２の光源部８４から出力された光８５を操作面２０ａから出力するように導く第２のライトガイド９を有するインジケータ２４を備えて概略構成されている。この第２のライトガイド９は、例えば、基部２０に設けられた開口２５に挿入されている。

そしてスイッチ装置１は、例えば、図２（ｂ）に示すように、第１の光源部８０、第２の光源部８４及びピエゾ素子６を制御する制御部１５を備えている。

このスイッチ装置１は、電子機器の電源が投入されると、第１の光源部８０が点灯してマーク表示２３を照明し、プッシュ操作がなされると、インジケータ２４が点灯するように構成されている。第１の光源部８０によって照明されたマーク表示の色は、例えば、第２の光源部８４によって照明されたインジケータ２４の色と異なる色とされている。これは、第１の光源部８０と第２の光源部８４から出力される光８３と光８５を異なる色とすることで実施されても良いし、基部２０、第１のライトガイド３及び第２のライトガイド９などに着色して異なる色となるように実施されても良い。本実施の形態では、一例として、光８３と光８５の色が異なるようにされている。

（操作部２の構成）
操作部２は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、上面視において長方形状を有すると共に操作面２０ａが曲面となっている。具体的には、操作面２０ａは、例えば、図１（ａ）に示すように、中央が端部よりも盛り上がる形状を有している。

操作部２は、例えば、図１（ａ）に示すように、基部２０と、遮光部２１と、透過部２２と、マーク表示２３と、インジケータ２４と、を備えて構成されている。

基部２０は、例えば、ポリカーボネートなどの透明な樹脂によって形成されている。この基部２０は、裏面２０ｂ全体に第１のライトガイド３が取り付けられている。

マーク表示２３は、第１の光源部８０から出力された光８３によって照明される意匠部分である。このマーク表示２３の形状は、光８３を透過させない遮光部２１に形成された透過部２２の形状である。遮光部２１は、例えば、基部２０の表面や側面に形成された黒色の塗装膜である。透過部２２は、この塗装膜が形成されていない部分である。本実施の形態では、一例として、「ＯＮ」をマーク表示２３としている。

なおマーク表示２３は、遮光部２１と透過部２２による構成に限定されず、照明されていない場合はブラックアウトするように遮光部２１が操作部２の表面に形成され、基部２０がマーク表示２３の形状に応じて光８３を透過させるように構成されても良い。

インジケータ２４は、例えば、スイッチ装置１の動作状況を表示する機能、つまりスイッチ装置１がオン状態にあることを示すために点灯するものである。

（第１のライトガイド３の構成）
第１のライトガイド３は、フィルム形状を有している。この第１のライトガイド３は、例えば、アクリルやポリカーボネートなどの透明な樹脂材料に光を拡散する拡散剤を混合した乳白色のフィルムとして構成されている。この第１のライトガイド３は、第１の光源部８０から出力された光８３をマーク表示２３に導くものである。

（プッシャー４の構成）
プッシャー４は、例えば、樹脂材料を用いて円柱形状に形成されている。このプッシャー４の一方の端部は、操作部２に取り付けられ、他方の端部は、ピエゾ素子６の圧電体６１に接触している。なおプッシャー４は、プッシュ操作に伴って操作部２と一体に移動するように、第１のライトガイド３に取り付けられても良いし、第１のライトガイド３に開口を設け、その開口に挿入されて操作部２に取り付けられても良い。本実施の形態では、第１のライトガイド３に開口を設けるとプッシャー４の上の輝度が低くなる可能性があるので、第１のライトガイド３にプッシャー４が取り付けられている。

またプッシャー４は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、光源用基板７の貫通孔７５に挿入されている。

（基板５の構成）
基板５は、プリント配線基板である。この基板５は、例えば、図１（ａ）に示すように、筐体１０の底面１１に配置されている。ピエゾ素子６は、この基板５の表面に配置されている。

（ピエゾ素子６の構成）
ピエゾ素子６は、例えば、図１（ａ）〜図２（ａ）に示すように、円板形状を有する金属シム６０と、金属シム６０よりも半径が小さい円板形状を有する圧電体６１と、を備えたユニモルフ型の素子である。

金属シム６０は、例えば、導電性を有するリン青銅やステンレスなどによって形成されている。

圧電体６１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。圧電体６１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体である。なお圧電体６１は、圧電定数がｄ３３となるように厚み方向に分極し、厚み方向の変形に対して出力が大きくなるように構成されている。

ピエゾ素子６は、操作面２０ａに荷重が付加されると、操作部２及びプッシャー４を介して圧電体６１に荷重が付加されて変形する。圧電体６１は、この変形に応じた電圧を検出信号Ｓ_４として制御部１５に出力する。

またピエゾ素子６は、電圧が印加されるとこの電圧に応じて変形する。ピエゾ素子６は、例えば、図２（ｂ）に示すように、荷重に応じて出力した検出信号Ｓ_４を制御部８に出力すると共に、制御部８から出力された触覚呈示信号Ｓ_５に基づく電圧に応じて変形してプッシャー４を介して操作部２を振動させるように構成されている。

（光源用基板７の構成）
光源用基板７は、プリント配線基板である。この光源用基板７には、例えば、図２（ａ）に示すように、第１の光源部８０及び第２の光源部８４が配置されている。なお光源用基板７は、プリント配線基板に限定されず、第１の光源部８０及び第２の光源部８４が配置される部材であっても良い。

そして光源用基板７には、プッシャー４が挿入される貫通孔７５が形成されている。この貫通孔７５は、プッシャー４の形状に応じた円形状を有している。第１の光源部８０は、この貫通孔７５の周囲に配置されている。

なお貫通孔７５は、円形状に限定されない。光源用基板７は、例えば、プッシャー４を避け、かつ第１の光源部８０がプッシャー４の近傍に配置できる形状であれば良い。

光源用基板７は、一例として、図１（ａ）に示すように、ピエゾ素子６と操作部２の間に配置されるように、筐体１０の側面１２から突出して形成された保持部１３によって筐体１０に保持されている。なお光源用基板７は、他の方法で保持される構成であっても良い。

（第１の光源部８０及び第２の光源部８４の構成）
第１の光源部８０は、例えば、図１（ａ）〜図２（ｂ）に示すように、第１の発光素子８１及び第２の発光素子８２を有している。この第１の発光素子８１及び第２の発光素子８２は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子である。

第１の発光素子８１及び第２の発光素子８２は、例えば、図２（ａ）に示すように、光源用基板７の貫通孔７５の近くに配置されている。また第１の発光素子８１及び第２の発光素子８２は、例えば、図２（ａ）に示すように、ピエゾ素子６の上方に配置されている。

第１の光源部８０は、操作面２０ａの中央に形成されるマーク表示２３を照明するので、操作部２の中央近傍に配置されることが好ましい。本実施の形態のスイッチ装置１は、光源用基板７がピエゾ素子６と操作部２の間に配置されているので、操作部２の中央近傍に第１の光源部８０を配置する、つまりマーク表示２３の下方に第１の光源部８０を配置することが可能である。

その結果、スイッチ装置１は、マーク表示２３を照明する際の導光ロスが少なく、プッシャー４をライトガイドとして構成する必要がないので、プッシュ操作に伴う荷重に耐える強度を備えたプッシャー４とすることができる。

第２の光源部８４は、例えば、図１（ａ）〜図２（ｂ）に示すように、一つの発光素子から構成されている。この発光素子は、第１の発光素子８１及び第２の発光素子８２と出力する光の色が異なるＬＥＤ素子である。

第２の光源部８４は、インジケータ２４の下方の光源用基板７に配置されている。第２の光源部８４は、例えば、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、ピエゾ素子６の上方に配置することができる。つまり第２の光源部８４は、ピエゾ素子６の位置に関係なく配置することができるので、マーク表示２３の近くに配置することができる。

第１の光源部８０及び第２の光源部８４は、制御部１５と電気的に接続されている。第１の光源部８０の第１の発光素子８１及び第２の発光素子８２は、駆動信号Ｓ_１及び駆動信号Ｓ_２が入力することによって光８３を出力する。第２の光源部８４は、駆動信号Ｓ_３が入力することによって光８５を出力する。

（第２のライトガイド９の構成）
第２のライトガイド９は、第２の光源部８４からの光８５を操作部２の外に導くように、操作部２の開口２５に挿入されている。この第２のライトガイド９は、例えば、インジケータ２４の形状に応じた四角柱形状を有し、その側面には遮光膜９０が形成されている。

この遮光膜９０は、第１のライトガイド３を進行する光８３が第２のライトガイド９に侵入することを防止すると共に、第２のライトガイド９の内部を進行する光８５が第１のライトガイド３に侵入するのを防止している。

（制御部１５の構成）
制御部１５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１５が動作するためのプログラムと、しきい値１５０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。

しきい値１５０は、ピエゾ素子６から出力される検出信号Ｓ_４と比較される。制御部１５は、例えば、検出信号Ｓ_４がしきい値１５０以上となるとプッシュ操作がなされたと判定する。この検出信号Ｓ_４は、一例として、電圧であるのでしきい値１５０も電圧の値として定められている。

制御部１５は、プッシュ操作が判定されると、プッシュ操作が受け付けられたことを示す触覚フィードバックを呈示するため、触覚呈示信号Ｓ_５を生成してピエゾ素子６に出力して操作部２を振動させる。また制御部１５は、プッシュ操作が判定されたことを示す操作信号Ｓ_６を生成して接続された電子機器に出力する。

以下にスイッチ装置１の動作の一例について、スイッチ装置１が車両に搭載された電子機器の操作部として使用されたものとして説明する。

（動作）
電子機器の電源が投入されると、スイッチ装置１の制御部１５は、駆動信号Ｓ_１を第１の発光素子８１に出力すると共に、駆動信号Ｓ_２を第２の発光素子８２に出力してマーク表示２３を照明する。第１の光源部８０から出力された光８３は、第１のライトガイド３内を反射しながら進行し、透過部２２から出力してマーク表示２３を照明する。

また制御部１５は、ピエゾ素子６から出力された検出信号Ｓ_４としきい値１５０とを比較する。制御部１５は、検出信号Ｓ_４の電圧値がしきい値１５０以上となると、プッシュ操作がなされたと判定し、第２の光源部８４に駆動信号Ｓ_３を出力し、触覚呈示信号Ｓ_５をピエゾ素子６に出力し、プッシュ操作がなされたことを示す操作信号Ｓ_６を電子機器に出力する。

第２の光源部８４は、入力した駆動信号Ｓ３に基づいて光８５を出力する。この光８５は、第２のライトガイド９を介して操作面２０ａから出力するので、インジケータ２４が点灯状態となる。またピエゾ素子６は、触覚呈示信号Ｓ_５に基づいて振動する。この振動は、プッシャー４を介して操作部２を振動させるので、操作者に触覚フィードバックを呈示する。

（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、マーク表示２３を照明する際の導光ロスを抑制することができる。具体的には、スイッチ装置１は、ピエゾ素子６の上方であり、またマーク表示２３の下方でもある位置に第１の光源部８０を配置することができるので、ピエゾ素子を避けて操作面の中央から離れて光源が配置される場合と比べて、マーク表示２３までの距離が短くなり、マーク表示２３を照明する際の導光ロスを抑制することができる。

スイッチ装置１は、ピエゾ素子６の上方に、マーク表示２３を照明するための複数の発光素子を配置することができるので、この構成を採用しない場合と比べて、マーク表示２３の形状に適した位置に発光素子を配置し、輝度ムラを抑制することができる。

スイッチ装置１は、ピエゾ素子６の上方に第２の光源部８４を配置することができるので、この構成を採用しない場合と比べて、インジケータ２４の配置の自由度が向上し、マーク表示２３の近くにインジケータ２４を配置することができる。

スイッチ装置１は、操作面２０ａの曲率が大きくなり、操作面２０ａの端部側に発光素子を配置するスペースがないような場合であってもピエゾ素子６の上方に第１の光源部８０を配置することができるので、操作部２の形状の自由度が向上する。

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。

１…スイッチ装置、２…操作部、３…ライトガイド、４…プッシャー、５…基板、６…ピエゾ素子、７…光源用基板、８…制御部、９…ライトガイド、１０…筐体、１１…底面、１２…側面、１３…保持部、１５…制御部、２０…基部、２０ａ…操作面、２０ｂ…裏面、２１…遮光部、２２…透過部、２３…マーク表示、２４…インジケータ、２５…開口、６０…金属シム、６１…圧電体、７０…表面、７５…貫通孔、８０…第１の光源部、８１…第１の発光素子、８２…第２の発光素子、８３…光、８４…第２の光源部、８５…光、９０…遮光膜、１５０…しきい値

Claims

プッシュ操作がなされる操作面にマーク表示を有する操作部と、
前記操作面の裏面の中央側から突出するプッシャーと、
前記プッシュ操作に伴って前記操作面に印加された荷重を、前記プッシャーを介して検出する荷重検出部と、
前記操作部と前記荷重検出部の間に配置された基板と、
前記荷重検出部の上方の前記基板の表面に配置され、前記操作部の前記マーク表示を照明する第１の光源部と、
を備えたスイッチ装置。
前記基板は、前記プッシャーが挿入される貫通孔を有し、
前記第１の光源部は、前記貫通孔の周囲に配置される、
請求項１に記載のスイッチ装置。
前記操作部は、前記第１の光源部の光を前記マーク表示に導く第１のライトガイドを前記裏面側に有する、
請求項１又は２に記載のスイッチ装置。
前記荷重検出部は、ピエゾ素子であり、前記プッシュ操作の検出と共に前記操作部に振動を付加する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
前記基板に設けられ、光を出力する第２の光源部、及び前記第２の光源部から出力された光を前記操作面から出力するように導く第２のライトガイドを有するインジケータを備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスイッチ装置。