JP2020087768A - スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子に対する二方向の操作に応じた出力を行う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、対向して配置され、プッシュ操作がなされる第１の操作部２及び第２の操作部３と、第１の操作部２及び第２の操作部３の間に配置され、第１の操作部２及び第２の操作部３になされたプッシュ操作に伴う圧電体５１の凹形状及び凸形状の変形によって正負が逆の出力電圧Ｖを出力する圧電素子５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、基板と、基板上に設けられた銅層と、銅層上に配置された圧電素子と、圧電素子上に配置された導電性箔と、導電性箔が接着され、操作がなされる表面部と、を備えた検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この検出装置は、圧電素子が、ユーザが指で表面部を押圧した際の荷重に応じた電圧出力を行うように構成されている。

特表２０１３−５３０３９８号公報

この従来の検出装置は、圧電素子に対する一方向の操作に応じた出力しかできない。

従って本発明の目的は、圧電素子に対する二方向の操作に応じた出力を行う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、対向して配置され、プッシュ操作がなされる第１の操作部及び第２の操作部と、第１の操作部及び第２の操作部の間に配置され、第１の操作部及び第２の操作部になされたプッシュ操作に伴う圧電体の凹形状及び凸形状の変形によって正負が逆の出力電圧を出力する圧電素子と、を備えたスイッチ装置を提供する。

本発明によれば、圧電素子に対する二方向の操作に応じた出力を行うことができる。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るスイッチ装置の一例を示す要部断面図であり、図１（ｂ）は、スイッチ装置のブロック図の一例である。 図２（ａ）は、第１の実施の形態に係るスイッチ装置の第１の操作部にプッシュ操作がなされた際の出力電圧と第１の駆動信号の一例について説明するためのグラフであり、図２（ｂ）は、第２の操作部にプッシュ操作がなされた際の出力信号と第２の駆動信号の一例について説明するためのグラフである。 図３は、第１の実施の形態に係るスイッチ装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図４（ａ）は、第２の実施の形態に係るスイッチ装置の一例を示す要部断面であり、図４（ｂ）は、変形例に係るスイッチ装置の一例を示す要部断面図であり、図４（ｃ）は、他の変形例に係るスイッチ装置の一例を示す要部断面図である。 図５（ａ）は、第２の実施の形態に係るスイッチ装置の第１の操作部に対してプッシュ操作が行われた際の一例を示す要部断面図であり、図５（ｂ）は、第２の操作部に対してプッシュ操作が行われた際の一例を示す要部断面図である。 図６（ａ）は、第３の実施の形態に係るスイッチ装置の一例を示す要部断面図であり、図６（ｂ）は、第１の操作部に対してプッシュ操作が行われた際の一例を示す要部断面図であり、図６（ｃ）は、第２の操作部に対してプッシュ操作が行われた際の一例を示す要部断面図である。 図７（ａ）は、第４の実施の形態に係るスイッチ装置の一例が搭載されたドアの概略図であり、図７（ｂ）は、スイッチ装置の一例を示す要部断面図であり、図７（ｃ）は、ウインドウ駆動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、対向して配置され、プッシュ操作がなされる第１の操作部及び第２の操作部と、第１の操作部及び第２の操作部の間に配置され、第１の操作部及び第２の操作部になされたプッシュ操作に伴う圧電体の凹形状及び凸形状の変形によって正負が逆の出力電圧を出力する圧電素子と、を備えて概略構成されている。

このスイッチ装置は、第１の操作部及び第２の操作部になされたプッシュ操作によって正負が逆の出力電圧を出力するので、圧電素子に対する二方向の操作に応じた出力を行うことができる。従ってスイッチ装置は、二方向の操作に応じた出力に基づいた後段の処理によって第１の操作部になされたプッシュ操作か、第２の操作部になされたプッシュ操作かを判定することができ、一つの圧電素子によって二方向の操作を判定することができる。

[第１の実施の形態]
（スイッチ装置１の概要）
以下に本実施の形態のスイッチ装置１について各図を参照しながら説明する。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１（ｂ）及び図７（ｃ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。さらに数値範囲を示す「Ａ〜Ｂ」は、Ａ以上Ｂ以下の意味で用いるものとする。

スイッチ装置１は、例えば、電気的に接続された電子機器の二種類の機能のオン、オフやこれらの機能の継続した動作などを指示するように概略構成されている。この機能の継続した動作の指示は、長押操作を行うことによって可能となる。そして機能の継続した動作とは、長押操作がなされている間、電子機器が指示された動作を継続して行うことである。なお長押操作は、例えば、指示された動作の継続以外のことを指示可能とされても良い。

スイッチ装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、対向して配置され、プッシュ操作がなされる第１の操作部２及び第２の操作部３と、第１の操作部２及び第２の操作部３の間に配置され、第１の操作部２及び第２の操作部３になされたプッシュ操作に伴う圧電体５１の凹形状及び凸形状の変形によって正負が逆の出力電圧Ｖを出力する圧電素子５と、を備えて概略構成されている。

このスイッチ装置１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、出力電圧Ｖの正負に基づいてプッシュ操作が第１の操作部２及び第２の操作部３のいずれになされたかを判定する制御部７を備えている。

上述のように、このスイッチ装置１は、例えば、図１（ａ）の紙面において上側の操作面２０に対するプッシュ操作と、下側の操作面３０に対するプッシュ操作と、を検出するように構成されているがこれに限定されず、操作面２０と操作面３０が縦や斜めなどに配置されても良い。

さらに制御部７は、プッシュ操作を判定したことに対するフィードバックとして圧電素子５を振動させて触覚を呈示するように構成されている。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、操作面２０又は操作面３０に対してプッシュ操作がなされた場合、圧電素子５を振動させて操作指９に伝達させ、プッシュ操作が受け付けられたことを示す触覚を呈示する。

（第１の操作部２及び第２の操作部３の構成）
第１の操作部２及び第２の操作部３は、一例として、樹脂材料を用いて矩形の板形状に形成されている。この第１の操作部２及び第２の操作部３は、例えば、図１（ａ）に示すように、筐体１０の上下に取り付けられている。この筐体１０は、一例として、樹脂材料を用いて矩形の枠として形成されている。

スイッチ装置１は、第１の操作部２と圧電素子５との間、及び第２の操作部３と圧電素子５との間に配置された第１の押子４０及び第２の押子４１を有している。この第１の押子４０及び第２の押子４１は、一例として、樹脂材料を用いて円柱形状に形成されている。第１の押子４０の端面４０ａ、及び第２の押子４１の端面４１ａは、例えば、平坦であるが、これに限定されず、半球形状などであっても良い。なお第１の押子４０及び第２の押子４１は、第１の操作部２及び第２の操作部３に取り付けるように構成されても良いし、一体に形成されても良い。

第１の操作部２は、例えば、図１（ａ）に示すように、裏面２１に第１の押子４０が配置されている。この第１の押子４０の端面４０ａは、圧電素子５の圧電体５１の表面５１ａの中央と接触している。圧電素子５は、操作面２０に対してプッシュ操作が行われた場合、操作指９による荷重が第１の押子４０を介して圧電体５１に作用し、圧電体５１が凹形状に変形する。そして圧電素子５は、例えば、図２（ａ）に示すように、圧電体５１の凹形状の変形に基づいて正の出力電圧Ｖを出力する。なお図２（ａ）及び図２（ｂ）は、横軸が時間であり、縦軸が電圧である。

なお図２（ａ）に示す負の出力電圧Ｖは、圧電体５１が元の形状に戻る、つまり凹形状に変形した状態から変形前の状態に戻ることで出力されるものである。

第２の操作部３は、例えば、図１（ａ）に示すように、裏面３１に第２の押子４１が配置されている。この第２の押子４１の端面４１ａは、圧電素子５の金属シム５０の裏面５０ｂの中央と接触している。圧電素子５は、操作面３０に対してプッシュ操作が行われた場合、操作指９による荷重が第２の押子４１及び金属シム５０を介して圧電体５１に作用し、圧電体５１が凸形状に変形する。そして圧電素子５は、例えば、図２（ｂ）に示すように、圧電体５１の凸形状の変形に基づいて負の出力電圧Ｖを出力する。

なお図２（ｂ）に示す正の出力電圧Ｖは、圧電体５１が元の形状に戻る、つまり凸形状に変形した状態から変形前の状態に戻ることで出力されるものである。

（圧電素子５の構成）
圧電素子５は、例えば、円板形状を有する金属シム５０と、金属シム５０よりも半径が小さい円板形状を有する圧電体５１と、を備えたユニモルフ型の圧電素子である。圧電体５１は、金属シム５０の表面５０ａ上に形成されている。

金属シム５０は、一例として、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。金属シム５０は、例えば、図１（ａ）に示すように、周辺が筐体１０の側面１０ａ及び側面１０ｂに形成された取付部１１に嵌め込まれ、筐体１０に支持されている。

圧電体５１の材料としては、一例として、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５１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。

この圧電素子５は、例えば、圧電体５１の表面５１ａ側が上部電極となり、金属シム５０が下部電極となる。圧電素子５は、変形によって上部電極と下部電極の間に、変形量に応じた電圧が発生する。この発生した電圧が出力電圧Ｖとして制御部７に出力される。

圧電素子５は、金属シム５０と圧電体５１とが一体とされているので、金属シム５０や圧電体５１に荷重が付加されると、金属シム５０と圧電体５１とが一体に変形する。

なお変形量とは、例えば、図１（ａ）に示す基準位置Ｙを基準とした量である。この基準位置Ｙは、変形前の圧電体５１の表面５１ａの中央を基準とした位置である。

（制御部７の構成）
制御部７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７が動作するためのプログラムが格納されている。また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。この制御部７は、例えば、第１のしきい値Ｔｈ_１及び第２のしきい値Ｔｈ_２をＲＡＭ又はＲＯＭに有している。

第１のしきい値Ｔｈ_１は、出力電圧Ｖが正の際に使用されるしきい値である。制御部７は、例えば、図２（ａ）に示すように、監視していた出力電圧Ｖが第１のしきい値Ｔｈ_１以上となった場合、第１の操作部２にプッシュ操作がなされたと判定する。そして制御部７は、第１の操作部２にプッシュ操作がなされたことを示す操作情報Ｓ_３を接続された電子機器に出力すると共に触覚を呈示するため、第１の駆動信号Ｓ_１を圧電素子５に出力する。

この第１の駆動信号Ｓ_１は、一例として、図２（ａ）に点線で示すように、圧電体５１が凸形状に変形する負のパルス信号である。圧電体５１は、凸形状に変形するので、第１の操作部２の操作面２０を突き上げるような触覚をユーザに呈示する。つまりスイッチ装置１は、プッシュ操作の方向と逆方向に第１の操作部２を駆動して触覚を呈示する。

第２のしきい値Ｔｈ_２は、出力電圧Ｖが負の際に使用されるしきい値である。制御部７は、例えば、図２（ｂ）に示すように、監視していた出力電圧Ｖが第２のしきい値Ｔｈ_２以下となった場合、第２の操作部３にプッシュ操作がなされたと判定する。そして制御部７は、第２の操作部３にプッシュ操作がなされたことを示す操作情報Ｓ_３を接続された電子機器に出力する共に触覚を呈示するため、第２の駆動信号Ｓ_２を圧電素子５に出力する。

この第２の駆動信号Ｓ_２は、一例として、図２（ｂ）に点線で示すように、圧電体５１が凹形状に変形する正のパルス信号である。圧電体５１は、凹形状に変形するので、第２の操作部３の操作面３０を突き上げるような触覚をユーザに呈示する。つまりスイッチ装置１は、プッシュ操作の方向と逆方向に第２の操作部３を駆動して触覚を呈示する。

ここで圧電体５１は、例えば、図２（ａ）に示すように、第１の操作部２の操作面２０にプッシュ操作がなされて圧縮される方向の変形、つまり凹形状の変形が生じた場合、変形した瞬間に電圧が生じるので、パルス状の正の電圧が発生する。そして変形した圧電体５１が元の形状に戻る際、変形開始時とは正負が逆になるパルス状の負の電圧が圧電素子５から出力される。

また圧電体５１は、例えば、図２（ｂ）に示すように、第２の操作部３の操作面３０にプッシュ操作がなされて伸長する方向の変形、つまり凸形状の変形が生じた場合、変形した瞬間に電圧が生じるので、パルス状の負の電圧が発生する。そして変形した圧電体５１が元の形状に戻る際、変形開始時とは正負が逆になるパルス状の正の電圧が圧電素子５から出力される。

従って制御部７は、出力電圧Ｖの正負によっていずれの操作部にプッシュ操作がなされたかを判定する。さらに制御部７は、プッシュ操作とプッシュ操作後の長押操作とを判定するように構成されている。そして制御部７は、長押操作の間、周期的に触覚を呈示するように構成されている。

具体的には、制御部７は、監視していた出力電圧Ｖが第１のしきい値Ｔｈ_１以上となり、かつ変形が戻る際の負となる出力電圧Ｖが予め定められた期間の間に検出された場合、操作面２０にプッシュ操作がなされ、そして終了したと判定する。

また制御部７は、監視していた出力電圧Ｖが第１のしきい値Ｔｈ_１以上となり、かつ変形が戻る際の負となる出力電圧Ｖが予め定められた期間の間に検出されない場合、操作面２０にプッシュ操作がなされ、そして継続している、つまり長押操作がなされていると判定する。制御部７は、例えば、長押操作の間、周期的に第１の駆動信号Ｓ_１を出力し、ユーザに周期的な触覚を呈示する。そして制御部７は、変形が戻る際の負となる出力電圧Ｖが検出されると、長押操作が終了したと判定する。

同様に制御部７は、監視していた出力電圧Ｖが第２のしきい値Ｔｈ_２以下となり、かつ変形が戻る際の正となる出力電圧Ｖが予め定められた期間の間に検出された場合、操作面３０にプッシュ操作がなされ、そして終了したと判定する。

また制御部７は、監視していた出力電圧Ｖが第２のしきい値Ｔｈ_２以下となり、かつ変形が戻る際の正となる出力電圧Ｖが検出されない場合、操作面３０にプッシュ操作がなされ、そのまま長押操作がなされていると判定する。制御部７は、例えば、長押操作の間、周期的に第２の駆動信号Ｓ_２を出力し、ユーザに周期的な触覚を呈示する。そして制御部７は、変形が戻る際の正となる出力電圧Ｖが検出されると、長押操作が終了したと判定する。

なお変形が戻る際の出力電圧Ｖの判定は、例えば、第１のしきい値Ｔｈ_１及び第２のしきい値Ｔｈ_２を用いて行われても良いし、第１のしきい値Ｔｈ_１より低く、また第２のしきい値Ｔｈ_２より高い２つのしきい値によって行われても良いし、出力電圧Ｖが正及び負になったことで行われても良い。

以下に本実施の形態のスイッチ装置１の動作の一例について図３のフローチャートを参照しながら説明する。

（動作）
スイッチ装置１の制御部７は、圧電素子５から出力される出力電圧Ｖを監視する（Ｓｔｅｐ１）。

制御部７は、正の電圧を検出する、つまり出力電圧Ｖが第１のしきい値Ｔｈ_１以上となった場合（Ｓｔｅｐ２：Ｙｅｓ）、第１の駆動信号Ｓ_１を圧電素子５に出力してユーザに触覚を呈示する（Ｓｔｅｐ３）。そして制御部７は、第１の操作部２が操作されたことを示す操作情報Ｓ_３を接続された電子機器に出力する（Ｓｔｅｐ４）。

次に制御部７は、予め定められた期間の間に負の電圧を検出する、つまり予め定められた期間の間に出力電圧Ｖが負の電圧となった場合（Ｓｔｅｐ５：Ｙｅｓ）、プッシュ操作（又は長押操作）が終了したと判定して、ステップ１に処理を進め出力電圧Ｖを監視する。なお制御部７は、長押操作が判定されている場合、ステップ３〜ステップ５を繰り返している間に出力電圧Ｖが負の電圧となるとステップ５において長押操作が終了したと判定する。

ここでステップ２において制御部７は、正の電圧を検出せず（Ｓｔｅｐ２：Ｎｏ）、負の電圧を検出する、つまり出力電圧Ｖが第２のしきい値Ｔｈ_２以下となった場合（Ｓｔｅｐ６：Ｙｅｓ）、第２の駆動信号Ｓ_２を圧電素子５に出力してユーザに触覚を呈示する（Ｓｔｅｐ７）。そして制御部７は、第２の操作部３が操作されたことを示す操作情報Ｓ_３を接続された電子機器に出力する（Ｓｔｅｐ８）。

次に制御部７は、予め定められた期間の間に正の電圧を検出する、つまり出力電圧Ｖが予め定められた期間の間に正の電圧となった場合（Ｓｔｅｐ９：Ｙｅｓ）、プッシュ操作（又は長押操作）が終了したと判定して、ステップ１に処理を進め出力電圧Ｖを監視する。なお制御部７は、長押操作が判定されている場合、ステップ７〜ステップ９を繰り返している間に出力電圧Ｖが正の電圧となるとステップ９において長押操作が終了したと判定する。

またステップ５において制御部７は、予め定められた期間の間に負の電圧を検出しない、つまり出力電圧Ｖが負の電圧とならない場合（Ｓｔｅｐ５：Ｎｏ）、プッシュ操作が継続する、つまり長押操作がなされていると判定してステップ３に処理を進める。制御部７は、長押操作が検出されている間、周期的に第１の駆動信号Ｓ_１を出力して周期的な触覚を呈示すると共に、操作情報Ｓ_３を出力する。

さらにステップ６において制御部７は、負の電圧を検出しない場合（Ｓｔｅｐ６：Ｎｏ）、ステップ１に処理を進めて出力電圧Ｖを監視する。

またさらにステップ９において制御部７は、予め定められた期間の間に正の電圧を検出しない、つまり出力電圧Ｖが正の電圧とならない場合（Ｓｔｅｐ９：Ｎｏ）、長押操作がなされていると判定してステップ７に処理を進める。制御部７は、長押操作が検出されている間、周期的に第２の駆動信号Ｓ_２を出力して周期的な触覚を呈示すると共に、操作情報Ｓ_３を出力する。

（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、圧電素子に対する二方向の操作に応じた出力を行うことができる。具体的には、スイッチ装置１は、第１の操作部２及び第２の操作部３になされたプッシュ操作によって正負が逆の出力電圧Ｖを出力するので、圧電素子５に対する二方向の操作に応じた出力を行うことができる。従ってスイッチ装置１は、二方向の操作に応じた出力電圧Ｖに基づいた制御部７による判定によって第１の操作部２になされたプッシュ操作か、第２の操作部３になされたプッシュ操作かを判定することができ、一つの圧電素子５によって二方向の操作を判定することができる。

スイッチ装置１は、一つの圧電素子５によって電気的に接続された電子機器の二種類の機能のオン、オフなどを指示することができるので、一つの圧電素子５によって一種類の機能のオン、オフなどを指示する場合と比べて、より多くの機能を指示することができると共に、小型化することができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、圧電素子５にプリロード（初期荷重）が付加されている点で第１の実施の形態と異なっている。

なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

本実施の形態のスイッチ装置１は、例えば、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、圧電体５１が凹形状に変形するようにプリロードＦ_ａが付加されている。

スイッチ装置１は、例えば、図４（ａ）に示すように、第１の押子４０及び第２の押子４１の長さを変えてプリロードＦ_ａを圧電体５１に付加するように構成されている。図４（ａ）に示すスイッチ装置１は、圧電体５１を凹形状に変形させる第１の押子４０の方が第２の押子４１よりも長さが長くなっている。

なお変形例として図４（ｂ）に示すスイッチ装置１は、第１の押子４０及び第２の押子４１が同じ長さを有するが圧電素子５の取付位置を、圧電体５１が凹形状となる取付位置とすることで、圧電体５１にプリロードＦ_ａを付加している。この取付位置は、図４（ｂ）に示すように、圧電体５１が凹形状となるよう、第１の押子４０及び第２の押子４１が圧電素子５に接触する位置から上側となる。

また他の変形例として図４（ｃ）に示すスイッチ装置１は、第１の押子４０及び第２の押子４１が同じ長さを有するが第１の操作部２の操作面２０、及び第２の操作部３の操作面３０を圧電素子５と同様に湾曲させることにより圧電体５１にプリロードＦ_ａを付加している。

なおスイッチ装置１は、上述の変形例などを組み合わせて圧電素子５にプリロードＦ_ａを付加するように構成されても良く、またこれに限定されない。

ここで圧電体５１は、圧縮される方向の変形、つまり凹形状の変形の方が伸長される方向の変形、つまり凸形状の変形よりも強度が高い。つまり圧電体５１は、破壊されない変形の許容範囲内において、凹形状の変形による変形量が凸形状の変形による変形量よりも大きい。この変形量とは、例えば、図４（ａ）に示す基準位置Ｙを基準とした量である。この基準位置Ｙとは、上述のように、変形前の圧電体５１の表面５１ａである。

従ってスイッチ装置１は、凹形状と凸形状では、変形量の許容範囲が異なる。図４（ａ）では、一例として、基準位置Ｙから凸形状に変形する際の許容範囲内の最大変形量を＋ａ、凹形状に変形する際の許容範囲内の最大変形量を−３ａとしている。なお許容範囲は、一例として、圧電素子５の厚みや材料などに依存するがおよそ−４０μｍ〜＋１０μｍである。

このように凹形状と凸形状とで変形量の許容範囲が異なる場合、変形量が小さい第２の操作部３に対するプッシュ操作を判定するため、僅かな変形でプッシュ操作を判定するように第１のしきい値Ｔｈ_１及び第２のしきい値Ｔｈ_２を設定しなければならない。その結果、スイッチ装置１は、ユーザの意図しないプッシュ操作の判定が発生する可能性がある。

そこで第１の操作部２に合わせてプッシュ操作の判定を行うように第１のしきい値Ｔｈ_１及び第２のしきい値Ｔｈ_２を設定した場合、圧電体５１は、第２の操作部３に対するプッシュ操作によって破壊される可能性がある。またスイッチ装置１は、圧電体５１の許容される変形量に応じてプッシュ操作を判定するように構成した場合、第１の操作部２の操作感と第２の操作部３の操作感のばらつきが大きくなってしまう。

そこで本実施の形態のスイッチ装置１は、圧電体５１を凹形状とするプリロードＦ_ａが付加されることにより、凹形状とする変形量と凸形状とする変形量とが等しくなるように構成されている。

具体的には、圧電素子５は、圧電体５１が許容範囲内で凹形状及び凸形状に最も変形する量である第１の許容変形量及び第２の許容変形量の中間位置を、プリロードＦ_ａが付加された際の基準位置Ｙとする。

図４（ａ）では、一例として、許容範囲内で凹形状に最も変形する第１の許容変形量が−３ａであり、凸形状に最も変形する第２の許容変形量が＋ａである。従ってこれらの中間位置は、−ａである。従って圧電体５１は、中央の表面５１ａが−ａの位置になるプリロードＦ_ａが付加される。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、荷重Ｆとなるプッシュ操作が第１の操作部２及び第２の操作部３になされた一例を示している。スイッチ装置１は、例えば、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、第１の操作部２になされたプッシュ操作に対する圧電体５１の許容される変形量が２ａとなる。またスイッチ装置１は、例えば、図４（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第２の操作部３になされたプッシュ操作に対する圧電体５１の許容される変形量が２ａとなる。このように、スイッチ装置１は、第１の操作部２及び第２の操作部３に対する許容される変形量が等しくなる。

なお本実施の形態のスイッチ装置１の動作は、第１の実施の形態の動作と同様である。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態のスイッチ装置１は、圧電体５１にプリロードＦ_ａを付加することにより、圧電体５１が凹形状となる第１の操作部２に対するプッシュ操作と、凸形状となる第２の操作部３に対するプッシュ操作と、における許容される変形量が等しくなるので、プリロードを付加しない場合と比べて、第１の操作部２及び第２の操作部３に対する操作感のばらつきを抑制することができる。

スイッチ装置１は、第１の操作部２のプッシュ操作に対する耐性と、第２の操作部３のプッシュ操作に対する耐性と、が等しくなるので、プリロードを付加しない場合と比べて、圧電素子５の破壊が抑制され、耐性が向上する。

[第３の実施の形態]
第３の実施の形態は、圧電体５１の変形量を規制するストッパを有する点で他の実施の形態と異なっている。

本実施の形態のスイッチ装置１は、圧電体５１の凹形状及び凸形状の許容される最大変形量を超過しないための構成を有している。

具体的には、スイッチ装置１は、例えば、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、圧電素子５の圧電体５１が許容範囲内で凹形状及び凸形状に最も変形する量である第１の許容変形量及び第２の許容変形量に到達しないように第１の操作部２及び第２の操作部３の間に設けられたストッパ６を備えている。

このストッパ６は、例えば、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、第１のストッパ６０及び第２のストッパ６１を有している。第１のストッパ６０及び第２のストッパ６１は、一例として、非導電性の樹脂材料や金属材料を用いて円板形状に形成されている。この第１のストッパ６０及び第２のストッパ６１は、筐体１０に支持されている。

第１のストッパ６０は、中央に貫通孔６０ｂが形成されている。この貫通孔６０ｂには、第１の押子４０が挿入されている。また第２のストッパ６１は、中央に貫通孔６１ｂが形成されている。この貫通孔６１ｂには、第２の押子４１が挿入されている。

第１のストッパ６０は、圧電体５１と対向する接触面６０ａが圧電体５１の凸形状の変形に対して許容される第２の許容変形量（＋ａ）より基準位置Ｙ側に位置するように配置されている。例えば、図６（ｃ）に示すように、第２の操作部３に対して荷重Ｆのプッシュ操作が行われた場合、凸形状に変形した圧電体５１の表面５１ａが第１のストッパ６０の接触面６０ａと接触するので、第２の許容変形量以上の変形が防止される。

第２のストッパ６１は、金属シム５０と対向する接触面６１ａが圧電体５１の凹形状の変形に対して許容される第１の許容変形量（−３ａ）より基準位置Ｙ側に位置するように配置されている。例えば、図６（ｂ）に示すように、第１の操作部２に対して荷重Ｆのプッシュ操作が行われた場合、凹形状に変形した金属シム５０の裏面５０ｂが第２のストッパ６１の接触面６１ａと接触するので、第１の許容変形量以上の変形が防止される。

なお本実施の形態のスイッチ装置１の動作は、第１の実施の形態の動作と同様である。

（第３の実施の形態の効果）
本実施形態のスイッチ装置１は、ストッパ６によって許容範囲より大きく圧電体５１が変形することを防止するので、ストッパが配置されない場合と比べて、意図しない大きな荷重が付加されても圧電素子５の破壊を抑制することができる。

[第４の実施の形態]
第４の実施の形態は、スイッチ装置１が車両のパワーウインドウスイッチとして用いられる点で他の実施の形態と異なっている。

本実施の形態のスイッチ装置１は、一例として、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、車両８の前後左右の４つのウインドウの開閉行うウインドウ駆動装置８６に用いられている。なお図７（ａ）では、車両８の前方右側のドア８０に配置されたウインドウ駆動装置８６を図示している。以下では、このドア８０に配置されたウインドウ駆動装置８６について説明する。

ウインドウ駆動装置８６は、例えば、４つのスイッチ装置１を有するパワーウインドウスイッチ８４と、車両８の前後左右のウインドウを駆動する駆動装置８５と、を備えて概略構成されている。この駆動装置８５は、車両８のドアごとに配置されている。

パワーウインドウスイッチ８４は、例えば、図７（ａ）に示すように、ドア８０のアームレスト８２に配置されている。そしてパワーウインドウスイッチ８４は、車両８の前後のウインドウに応じて４つのスイッチ装置１を備えて概略構成されている。

スイッチ装置１は、例えば、図７（ｂ）に示すように、パワーウインドウスイッチ８４の本体８４０に回転可能に取り付けられている。スイッチ装置１は、操作指によって下方に押し下げる操作、及び空間８４１に操作指を挿入して上方に引き上げる操作が可能となっている。スイッチ装置１は、この操作の際にユーザの操作指による第１の操作部２及び第２の操作部３に対する荷重を検出してウインドウ８１の開閉を指示する。なおスイッチ装置１は、本体８４０に対して必ずしも回転するように構成されなくても良い。

ウインドウ８１を駆動するスイッチ装置１の第１の操作部２が押し下げられ、出力電圧Ｖが第１のしきい値Ｔｈ_１以上となると、第１の駆動信号Ｓ_１を出力してユーザに触覚を呈示すると共に、第１の操作部２が操作されたことを示す操作情報Ｓ_３を、ウインドウ８１を駆動する駆動装置８５に出力する。駆動装置８５は、操作情報Ｓ_３に基づいてウインドウ８１を閉めるように駆動する。なお駆動装置８５は、長押操作に基づいて操作情報Ｓ_３が連続的に入力する場合、ウインドウ８１を閉めるように、連続して駆動する。

ウインドウ８１を駆動するスイッチ装置１の第２の操作部３が引き上げられ、出力電圧Ｖが第２のしきい値Ｔｈ_２以下になると、第２の駆動信号Ｓ_２を出力してユーザに触覚を呈示すると共に、第２の操作部３が操作されたことを示す操作情報Ｓ_３を、ウインドウ８１を駆動する駆動装置８５に出力する。駆動装置８５は、操作情報Ｓ_３に基づいてウインドウ８１を開けるように駆動する。なお駆動装置８５は、長押操作に基づいて操作情報Ｓ_３が連続的に入力する場合、ウインドウ８１を開けるように、連続して駆動する。

（第４の実施の形態の効果）
本実施の形態のスイッチ装置１は、ウインドウ駆動装置８６のパワーウインドウスイッチ８４として使用された場合、一つの圧電素子５によって、ウインドウの開閉の指示を行うことができるので、二つの圧電素子によって開閉の指示を可能とする構成と比べて、部品点数が少なくなってパワーウインドウスイッチ８４のコストが抑制されると共に、小型化することができる。

以上述べた少なくとも１つの実施の形態のスイッチ装置１によれば、圧電素子５に対する二方向の操作に応じた出力を行うことが可能となる。

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…第１の操作部、３…第２の操作部、５…圧電素子、６…ストッパ、７…制御部、８…車両、９…操作指、１０…筐体、１０ａ，１０ｂ…側面、１１…取付部、２０…操作面、２１…裏面、３０…操作面、３１…裏面、４０…第１の押子、４０ａ…端面、４１…第２の押子、４１ａ…端面、５０…金属シム、５０ａ…表面、５０ｂ…裏面、５１…圧電体、５１ａ…表面、６０…第１のストッパ、６０ａ…接触面、６０ｂ…貫通孔、６１…第２のストッパ、６１ａ…接触面、６１ｂ…貫通孔、８０…ドア、８１…ウインドウ、８２…アームレスト、８４…パワーウインドウスイッチ、８５…駆動装置、８６…ウインドウ駆動装置、８４０…本体、８４１…空間、Ｆ_ａ…プリロード、Ｓ_１…第１の駆動信号、Ｓ_２…第２の駆動信号、Ｓ_３…操作情報、Ｔｈ_１…第１のしきい値、Ｔｈ_２…第２のしきい値、Ｆ…荷重、Ｖ…出力電圧、Ｙ…基準位置

Claims (7)

1. 対向して配置され、プッシュ操作がなされる第１の操作部及び第２の操作部と、
   前記第１の操作部及び前記第２の操作部の間に配置され、前記第１の操作部及び前記第２の操作部になされたプッシュ操作に伴う圧電体の凹形状及び凸形状の変形によって正負が逆の出力電圧を出力する圧電素子と、
   を備えたスイッチ装置。
2. 前記圧電体が凹形状に変形するようにプリロードが付加された、
   請求項１に記載のスイッチ装置。
3. 前記圧電素子は、前記圧電体が許容範囲内で凹形状及び凸形状に最も変形する量である第１の許容変形量及び第２の許容変形量の中間位置を、前記プリロードが付加された際の基準位置とする、
   請求項２に記載のスイッチ装置。
4. 前記第１の操作部と前記圧電素子との間、及び前記第２の操作部と前記圧電素子との間に配置された第１の押子及び第２の押子を有し、
   前記第１の押子及び前記第２の押子の長さを変えて前記プリロードを前記圧電体に付加する、
   請求項２又は３に記載のスイッチ装置。
5. 前記圧電素子の圧電体が許容範囲内で凹形状及び凸形状に最も変形する量である第１の許容変形量及び第２の許容変形量に到達しないように前記第１の操作部及び前記第２の操作部の間に設けられたストッパを備えた、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
6. 前記出力電圧の正負に基づいてプッシュ操作が前記第１の操作部及び前記第２の操作部のいずれになされたかを判定する制御部を備えた、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
7. 前記制御部は、プッシュ操作を判定したことに対するフィードバックとして前記圧電素子を振動させて触覚を呈示する、
   請求項６に記載のスイッチ装置。

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