JP2020027395A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電エラストマーアクチュエータの交換を容易に行うことができる電子機器を提供する。【解決手段】スイッチ１０は、膜状のＤＥＡ２３と、板状の基部１１と、基部１１に対して着脱可能に設けられ、基部１１の一面側においてＤＥＡ２３を支持するボタン本体２０と、基部１１の一面側とは反対側（裏面側）に設けられた第１磁気デバイス２８と、ＤＥＡ２３に取り付けられ、第１磁気デバイス２８との間に斥力を発生させる第２磁気デバイス２９とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、膜状の誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器に関する。

近年、誘電エラストマーアクチュエータを利用した電子機器の開発が行われている。例えば、特許文献１には、膜状の誘電エラストマーアクチュエータに対する電圧の印加に基づいて開閉状態を制御するダイアフラムバルブが開示されている。特許文献１のダイアフラムバルブは、膜状の誘電エラストマーアクチュエータと、誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材と、誘電エラストマーアクチュエータを弾性的に付勢する弾性部材とを備えている。開状態にあるダイアフラムバルブの誘電エラストマーアクチュエータに電圧が印加されると、誘電エラストマーアクチュエータは、面方向に伸張し、弾性部材の付勢力に基づいてオリフィスを覆うように押し下げられる。これにより、ダイアフラムバルブは、開状態から閉状態に切り替わる。

特開２０１０−４７３６号公報

本発明の目的は、誘電エラストマーアクチュエータの交換を容易に行うことのできる電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するための電子機器は、膜状の誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器であって、板状の基部と、前記基部に対して着脱可能に設けられ、前記基部の一面側において前記誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材と、前記基部の前記一面側とは反対側に設けられた第１磁気デバイスと、前記誘電エラストマーアクチュエータにおける前記基部の前記一面に対向する第１主面側にて前記誘電エラストマーアクチュエータと間隔をおいて設けられた第１磁気デバイスと、前記誘電エラストマーアクチュエータに取り付けられ、前記第１磁気デバイスとの間に斥力又は引力を発生させる第２磁気デバイスとを備えている。

上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材が基部に対して着脱可能に設けられているため、基部側に取り付けられた第１磁気デバイスを取り外すことなく、基材を取り外すことができる。これにより、誘電エラストマーアクチュエータの交換を容易に行うことができる。

また、誘電エラストマーアクチュエータを付勢する付勢手段として、誘電エラストマーアクチュエータ側と基部側のそれぞれに取り付けた磁気デバイス間に発生する斥力または引力を用いている。この場合、第１磁気デバイスと誘電エラストマーアクチュエータとが切り離されているため、誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材を基部に対して容易に着脱できる。

上記電子機器において、前記第２磁気デバイスは、前記第１磁気デバイスとの間に斥力を発生させることが好ましい。
上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータの動作を、使用者に提示する疑似力覚（触感）に効率的に変換できる。

上記電子機器において、前記基材は、押しボタン型のスイッチのボタン本体であり、前記スイッチは、前記基部に対する前記ボタン本体の押し込み操作に伴って電気回路を開閉するものであり、前記誘電エラストマーアクチュエータには、前記誘電エラストマーアクチュエータの動作に基づく力を前記ボタン本体に伝達する伝達部が設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータを支持するボタン本体が基部に対して着脱可能に設けられているため、基部側に取り付けられた第１磁気デバイスを取り外すことなく、ボタン本体を取り外すことができる。これにより、誘電エラストマーアクチュエータの交換を容易に行うことができる。

また、上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータの動作に基づく力が伝達部を通じてボタン本体に伝達される。使用者は、伝達部からボタン本体に伝達される振動を感じることにより、電気回路が切り替わったことを感覚的に把握できる。

本発明によれば、誘電エラストマーアクチュエータの交換を容易に行うことができる。

押しボタン型のスイッチの断面図。 スイッチの動作の説明図。 変更例の電子機器の説明図。

以下、本発明の電子機器を、押しボタン型のスイッチに適用した一実施形態について説明する。
図１に示すように、スイッチ１０は、板状の基部１１と、基部１１の表面（一面）側から基部１１に対して着脱可能に取り付けられた有底筒状のボタン本体２０（基材）とを備えており、基部１１に対するボタン本体２０の押し込み操作に伴って電気回路１４を開閉する。基部１１の裏面側には、板状の取付部１３が基部１１の表裏方向（同図の上下方向）に基部１１と間隔をおいて配置されている。基部１１、取付部１３、及びボタン本体２０は、ＰＰ、ＡＢＳ等の硬質樹脂により構成されている。

ボタン本体２０は、板状の頂壁２１と、頂壁２１の周縁から立設された周壁２２とを有し、一方側が開口する筒状の部材である。周壁２２の先端部には、基部１１に形成された複数の挿通孔１２に挿通される複数の挿通部２２ａが形成されている。

取付部１３の上面には、ボタン本体２０を同図の上方に付勢する第１接点１４ａが取り付けられている。第１接点１４ａは、金属製の板ばねであり、その中央部が取付部１３の上面に取り付けられている。

取付部１３の上面における第１接点１４ａの両端部に対向する部分には、第２接点１４ｂが取り付けられている。
第１接点１４ａの両端部には、ボタン本体２０の挿通部２２ａが着脱可能に取り付けられている。第１接点１４ａに対する挿通部２２ａの取り付け態様としては、例えば、第１接点１４ａの上面に硬質樹脂により構成された嵌合部を固設するとともに、ボタン本体２０の挿通部２２ａの先端に、上記嵌合部に嵌合される被嵌合部を設けるなどの態様がある。

第１接点１４ａの両端部は、使用者による押し込み操作に基づく外力が作用しない状態においては、第２接点１４ｂから離間している。
このように、ボタン本体２０は、基部１１に対して、同図の上下方向（押し込み方向）にスライド移動可能かつ抜け止めされた状態で取り付けられている。

ボタン本体２０の周壁２２における立設方向の基端側の部分には、膜状の誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ：Dielectric Elastomer Actuator）２３が取り付けられている。ＤＥＡ２３は、その周縁部分の全周が周壁２２に支持され、基部１１の表面（一面）側において頂壁２１に対して略平行な状態でボタン本体２０内に配置されている。

第１接点１４ａの中央部には、円柱状の磁石により構成された第１磁気デバイス２８が硬質樹脂により形成された固定部１５を介して取り付けられている。
ＤＥＡ２３の第１主面２３ａ（基部１１側を向く面）の中央部には、円板状の磁石により構成される第２磁気デバイス２９が取り付けられている。第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８との間に斥力を発生させるように構成されている。したがって、第２磁気デバイス２９が取り付けられたＤＥＡ２３の中央部は、第１磁気デバイス２８と第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力によって、第１磁気デバイス２８から離間する方向への付勢力が常に作用する状態になっている。

ＤＥＡ２３における第１主面２３ａの反対側の面である第２主面２３ｂの中央部、即ち第２磁気デバイス２９が取り付けられている部分の反対側には、パッド３０が取り付けられている。ＤＥＡ２３に対して電圧が印加されていない状態において、パッド３０の先端は、ボタン本体２０の頂壁２１に近接している。

ＤＥＡ２３は、誘電エラストマーからなるシート状の誘電部２４と、導電エラストマーからなり、誘電部２４の厚さ方向の両側に積層された正極電極２５及び負極電極２６とを有する多層構造体である。ＤＥＡ２３の正極電極２５と負極電極２６との間に直流電圧が印加されると、ＤＥＡ２３は、印加電圧の大きさに応じて、誘電部２４が厚さ方向に圧縮されるとともに誘電部２４の面に沿って面方向に伸張するように変形する。

誘電部２４を構成する誘電エラストマーは特に限定されるものではなく、公知のＤＥＡに用いられる誘電エラストマーを用いることができる。上記誘電エラストマーとしては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら誘電エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。誘電部２４の厚さは、例えば、２０〜２００μｍである。

正極電極２５及び負極電極２６を構成する導電エラストマーは特に限定されるものではなく、公知のＤＥＡに用いられる導電エラストマーを用いることができる。上記導電エラストマーとしては、例えば、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有する導電エラストマーが挙げられる。

上記絶縁性高分子としては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁性高分子のうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。上記導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンブラック、銅や銀等の金属粒子が挙げられる。これら導電性フィラーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。正極電極２５及び負極電極２６の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

ＤＥＡ２３の周縁部分には、正極電極２５及び負極電極２６に電圧を印加するための図示しない接点が設けられている。接点は、図示しない導線に接続されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。

図２に示すように、使用者がボタン本体２０を押し込むと、第１接点１４ａが弾性変形することに基づいて第１接点１４ａと第２接点１４ｂとが接触して、第１接点１４ａ及び第２接点１４ｂを含む電気回路１４がオフ状態からオン状態に切り替えられる。第１接点１４ａと第２接点１４ｂとが接触したタイミングで、ＤＥＡ２３を上下に振動させるようにＤＥＡ２３に電圧が印加され、ＤＥＡ２３に取り付けられたパッド３０がボタン本体２０の頂壁２１を叩く。使用者は、パッド３０がボタン本体２０を叩く振動を感じることにより、電気回路１４が切り替わったことを感覚的に把握できる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）スイッチ１０は、膜状のＤＥＡ２３と、板状の基部１１と、基部１１に対して着脱可能に設けられ、基部１１の一面側においてＤＥＡ２３を支持するボタン本体２０とを備えている。また、スイッチ１０は、基部１１の一面側とは反対側（裏面側）に設けられた第１磁気デバイス２８と、ＤＥＡ２３に取り付けられ、第１磁気デバイス２８との間に斥力を発生させる第２磁気デバイス２９とを備えている。

上記構成によれば、ＤＥＡ２３を支持するボタン本体２０が基部１１に対して着脱可能に設けられているため、基部１１側に取り付けられた第１磁気デバイス２８を取り外すことなく、ボタン本体２０を取り外すことができる。これにより、ＤＥＡ２３の交換を容易に行うことができる。

また、ＤＥＡ２３を付勢する付勢手段として、ＤＥＡ２３側と基部１１側のそれぞれに取り付けた磁気デバイス間に発生する斥力を用いている。この場合、第１磁気デバイス２８とＤＥＡ２３とが切り離されているため、ＤＥＡ２３を支持するボタン本体２０を基部１１に対して容易に着脱できる。

（２）第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８との間に斥力を発生させる。
上記構成によれば、ＤＥＡ２３の動作を、使用者に提示する疑似力覚（触感）に効率的に変換できる。

（３）スイッチ１０は、基部１１に対するボタン本体２０の押し込み操作に伴って電気回路１４を開閉する押しボタン型のものであり、ＤＥＡ２３には、ＤＥＡ２３の動作に基づく力をボタン本体２０に伝達するパッド３０が設けられている。

上記構成によれば、ＤＥＡ２３を支持するボタン本体２０が基部１１に対して着脱可能に設けられているため、基部１１側に取り付けられた第１磁気デバイス２８を取り外すことなく、ボタン本体２０を取り外すことができる。これにより、ＤＥＡ２３を含むボタン本体２０の交換を容易に行うことができる。

また、上記構成によれば、ＤＥＡ２３の動作に基づく力がパッド３０を通じてボタン本体２０に伝達される。使用者は、パッド３０からボタン本体２０に伝達される振動を感じることにより、電気回路１４が切り替わったことを感覚的に把握できる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・例えば図３に示すスイッチ１０においては、ボタン本体２０は、基部１１に対して、上下方向（押し込み方向）にスライド移動可能かつ抜け止めされた状態で取り付けられている。ボタン本体２０は、その周壁２２の内周面から突出する突出部２２ｂを備えている。突出部２２ｂと基部１１との間には、ボタン本体２０を上方に付勢する付勢部材３１が設けられるとともに、突出部２２ｂ及び基部１１における互いに対向する部分には、第１接点１４ａ及び第２接点１４ｂが設けられている。また、基部１１の裏面には、第１磁気デバイス２８が取り付けられている。こうしたスイッチ１０によれば、上記実施形態の効果（１）〜（３）に準じた効果を奏することができる。

・ＤＥＡ２３の積層構造は、上記実施形態の積層構造に限定されない。例えば、最外層に絶縁層が設けられる積層構造であってもよいし、誘電部２４を間に挟んで、複数の正極電極２５と複数の負極電極２６とが交互に積層された積層構造であってもよい。

・第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８との間に引力を発生させるように構成されていてもよい。この場合には、パッド３０とボタン本体２０とを接着する等して、ＤＥＡ２３とボタン本体２０とが一体に動作するように構成することが好ましい。

・上記実施形態では、第１磁気デバイス２８及び第２磁気デバイス２９として磁石を用いていたが、第１磁気デバイス２８及び第２磁気デバイス２９は磁石に限定されるものではない。例えば、第１磁気デバイス２８及び第２磁気デバイス２９の一方が磁石であり、同他方が磁石との間に引力が発生する磁性体であってもよい。

・第１磁気デバイス２８及び第２磁気デバイス２９の取り付け方法を変更してもよい。上記取り付け方法としては、例えば、接着剤を用いた取り付ける方法、磁力を利用した取り付ける方法が挙げられる。

・本発明の用途は、スイッチ１０に限定されるものではなく、膜状のＤＥＡ２３を備える電子機器の全般に適用できる。例えば、使用者に疑似力覚（触感）を提示するハプティクス機器、特許文献１に開示されるダイアフラムバルブ等の駆動装置が挙げられる。なお、ハプティクス機器に適用する場合、ＤＥＡ２３の動作を、使用者に提示する疑似力覚（触感）に効率的に変換できることから、第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８との間に斥力を発生させるように構成されていることが好ましい。

・電子機器の用途等に応じて、基材（ボタン本体２０）及びＤＥＡ２３の形状等の構成を変更してもよい。また、ＤＥＡ２３を支持する基材の支持構造は特に限定されるものではなく、膜状のＤＥＡ２３を備える公知の電子機器に用いられる支持構造を適用できる。例えば、上記実施形態では、ＤＥＡ２３の周縁部分の全周が基材（ボタン本体２０）に支持されていたが、ＤＥＡ２３の周縁部分の一部が部分的に基材に支持される構成であってもよい。

１０…スイッチ、１１…基部、１２…挿通孔、１３…取付部、１４…電気回路、１４ａ…第１接点、１４ｂ…第２接点、１５…固定部、２０…ボタン本体（基材）、２１…頂壁、２２…周壁、２２ａ…挿通部、２２ｂ…突出部、２３…誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ）、２３ａ…第１主面、２３ｂ…第２主面、２４…誘電部、２５…正極電極、２６…負極電極、２８…第１磁気デバイス、２９…第２磁気デバイス、３０…パッド（伝達部）、３１…付勢部材。

Claims (3)

1. 膜状の誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器であって、
   板状の基部と、
   前記基部に対して着脱可能に設けられ、前記基部の一面側において前記誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材と、
   前記基部の前記一面側とは反対側に設けられた第１磁気デバイスと、
   前記誘電エラストマーアクチュエータに取り付けられ、前記第１磁気デバイスとの間に斥力又は引力を発生させる第２磁気デバイスとを備えていることを特徴とする電子機器。
2. 前記第２磁気デバイスは、前記第１磁気デバイスとの間に斥力を発生させることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記基材は、押しボタン型のスイッチのボタン本体であり、
   前記スイッチは、前記基部に対する前記ボタン本体の押し込み操作に伴って電気回路を開閉するものであり、
   前記誘電エラストマーアクチュエータには、前記誘電エラストマーアクチュエータの動作に基づく力を前記ボタン本体に伝達する伝達部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。