JP7133133B2 - スイッチ装置 - Google Patents

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Description

ここでの開示は、スイッチ装置に関する。
特開2001-291456号公報に開示されたスイッチ装置は、ケースと、一端が当該ケース内に保持され他端が当該ケース外に突出され操作軸と、当該操作軸の他端に取り付けられたノブとを有している。第1のスイッチは、ケース内に、操作軸を押し込み操作することによって切り換えられる。第2のスイッチは、操作軸を回転操作することによって切り換えられる。第3のスイッチは、操作軸を揺動操作することによって切り換えられる。スイッチ装置は、操作軸を押し込み操作するごとに、ノブをケースから離隔した第1の位置とケース側に接近した第2の位置とに交互に保持する切替手段を備えている。
特開2001-291456号公報
ところで、スイッチ装置について、上述したような提案がある。ここでは、特許文献1で開示されるスイッチ装置に比べても構造が簡単な新規構造のスイッチ装置を提案する。
ここで提案されるスイッチ装置は、ベースと、ベースから突出した基材と、複数の伸縮性ひずみセンサと、複数の伸縮性ひずみセンサの静電容量の変化をそれぞれ得るように構成された入力検知部とを有している。複数の伸縮性ひずみセンサは、伸びに応じて静電容量が変化するように構成されている。複数の伸縮性ひずみセンサは、ベースのうち基材の周りにおいて周方向に離れた複数の周辺部と、基材の頂部との間にそれぞれ架け渡されている。
かかるスイッチ装置は、特許文献1で開示されるスイッチ装置に比べても構造が簡単である。また、ここで提案されるスイッチ装置によれば、基材の頂部が動かされることに応じて、伸縮性ひずみセンサの静電容量が変化する。そして、複数の伸縮性ひずみセンサの静電容量の変化に起因する出力が得られる。
複数の伸縮性ひずみセンサは、第1伸縮性ひずみセンサと、第2伸縮性ひずみセンサと、第3伸縮性ひずみセンサと、第4伸縮性ひずみセンサとを含んでいてもよい。
この場合、第1伸縮性ひずみセンサは、基材の頂部を通り、かつ、ベースに沿った第1直線に沿って、基材の頂部と、ベースのうち前記基材が突出した周りの第1周辺部とに架け渡されているとよい。第2伸縮性ひずみセンサは、第1直線に沿って、基材の頂部と、第1周辺部とは反対側に位置する第2周辺部とに架け渡されているとよい。第3伸縮性ひずみセンサは、基材の頂部を通り、かつ、ベースに沿って第1直線に直交する第2直線に沿って、基材の頂部と、ベースのうち基材が突出した周りの第3周辺部とに架け渡されているとよい。第4伸縮性ひずみセンサは、第2直線に沿って、基材の頂部と、第3周辺部とは反対側に位置する第4周辺部とに架け渡されているとよい。
基材は、中実または中空のエストラマーで構成されていてもよい。そして、伸縮性ひずみセンサは、当該基材の外表面に沿って配置されていてもよい。かかる構成によれば、柔らかい触感のスイッチ装置が提供される。
基材は、台座と、台座の上に揺動可能に取り付けられた頭部材とを備えていてもよい。そして、伸縮性ひずみセンサの一端は、当該頭部材に取り付けられていてもよい。この場合、台座と、頭部材との間に、押圧スイッチが設けられていてもよい。頭部材の周りを覆うようにベースに取り付けられ、かつ、伸縮性ひずみセンサの中間部に対応した部位に操作用の開口を有するカバーを備えていてもよい。
図1は、ここで提案されるスイッチ装置10を模式的に示す斜視図である。 図2は、スイッチ装置10の平面図である。 図3は、伸縮性ひずみセンサ13aの平面図であり、部分断面図である。 図4は、伸縮性ひずみセンサ13aの断面を示す斜視図である。 図5は、伸ばされた伸縮性ひずみセンサ13aの断面を示す斜視図である。 図6は、スイッチ装置10の使用状態を示す斜視図である。 図7は、スイッチ装置10の使用状態を示す斜視図である。 図8は、他の実施形態に係るスイッチ装置10Aを示す斜視図である。 図9は、スイッチ装置10Aの平面図である。
以下、ここで開示されるスイッチ装置の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。上、下、左、右、前、後の向きは、図中、U、D、L、R、F、Rrの矢印でそれぞれ表されている。なお、上、下、左、右、前、後の向きは、説明の便宜上定められているに過ぎず、スイッチ装置の絶対的な向きや配置を規定しない。
図1は、ここで提案されるスイッチ装置10を模式的に示す斜視図である。図2は、スイッチ装置10の平面図である。
〈スイッチ装置10〉
スイッチ装置10は、図1に示されているように、ベース11と、基材12と、複数の伸縮性ひずみセンサ13a~13dと、カバー14と、入力検知部15とを有している。
〈ベース11〉
ベース11は、スイッチ装置10が配置される部材である。スイッチ装置10は、例えば、車両のセンターコンソール(center console)や、ダッシュボード(dashboard)などに配置される。例えば、車両のステアリングに配置されるスイッチであれば、ベース11は、ステアリングのスポーク部分などに取り付けられる部材であり得る。また、ステアリングのスポーク部分などの部材を、ベース11としてもよい。なお、スイッチ装置10は、特段言及されない限りにおいて、かかる用途に限定されない。
〈基材12〉
基材12は、ベース11から突出した部材である。なお、この実施形態では、基材12は、ベース11とは別部材としている。基材12の構成はこれに限定されない。例えば、基材12は、ベース11自体が盛り上がっていてもよく、ベース11の一部であってよい。
この実施形態では、基材12は、台座31と、台座31の上に揺動可能に取り付けられた頭部材32とを備えている。例えば、頭部材32は、台座31の上に、バネ要素を介在させて取り付けられ、前後左右の任意の方向に揺動するように構成されていてもよい。また、台座31の上に球面状の受け部が設けられ、かつ、頭部材32に当該球面状の受け部に載せられる球面状の窪みが設けられていてもよい。この場合、台座31の上に、頭部材32が前後左右の任意の方向に揺動するように被せられていてもよい。また、この実施形態では、台座31と、頭部材32との間に、押圧スイッチ33が設けられている。そして、頭部材32を台座31に対して押し下げると、押圧スイッチ33が押されるように構成されている。
〈伸縮性ひずみセンサ13a~13d〉
伸縮性ひずみセンサ13a~13dは、伸びに応じて静電容量が変化するように構成されたセンサである。このようなセンサは、例えば、バンドー化学株式会社製の伸縮性ひずみセンサ「C-STRETCH(登録商標)」が利用されうる。図3は、伸縮性ひずみセンサ13aの平面図であり、部分断面図である。図4は、伸縮性ひずみセンサ13aの断面を示す斜視図である。図5は、伸ばされた伸縮性ひずみセンサ13aの断面を示す斜視図である。
この実施形態では、伸縮性ひずみセンサ13a~13dは、図3および図4に示されているように、例えば、誘電体41と、電極42,43と、保護膜44,45と、端子46,47とを備えている。誘電体41は、長尺のシート状のエストラマーである。電極42,43は、誘電体41と同様の伸縮性を有するエストラマーを母材としており、通電可能なように導電材が分散している。電極42,43は、長さ方向に沿った長尺の電極が形成されている。電極42,43は、長尺シート状の電極であり、誘電体41を挟んで対向している。保護膜44,45は、一対の電極42,43の外側に積層されている。保護膜44,45は、誘電体41との間で電極42,43を覆っており、電極42,43を保護している。保護膜44,45は、所要の耐候性と誘電体41などと同程度の伸縮性を有しているとよい。端子46,47は、伸縮性ひずみセンサ13aの一端に設けられている。端子46は、電極42に接続されている。端子47は、電極43に接続されている。
ここでは、伸縮性ひずみセンサ13aが例示されているが、伸縮性ひずみセンサ13a~13dはそれぞれ同様の構造を有している。伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量Cは、C=ε・(L・W)/dで表される。ここで、εは誘電率である。Lは、電極42,43の長さである。Wは、電極42,43の幅である。つまり、(L・W)は、電極面積Sとなる。dは、電極間距離である。図5に示されているように、伸縮性ひずみセンサ13a~13dは、伸びると電極42,43の面積や、電極間距離が変化する。かかる変化により、静電容量Cが変化する。このように、伸縮性ひずみセンサ13a~13dは、伸びに応じて静電容量Cが変化するように構成されているとよい。また、伸びが大きくなるほど、静電容量Cが大きく変化する。
ここで、誘電体41に用いられるエストラマーとしては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム(NBR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、クロロプレンゴム(CR)、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。これらの中では、ウレタンゴム、シリコーンゴムが好ましい。永久歪み(または永久伸び)が小さいからである。更に、シリコーンゴムに比べ、カーボンナノチューブとの密着性に優れる点から、ウレタンゴムが特に好ましい。
ウレタンゴムは、少なくともポリオール成分とイソシアネート成分とが反応してなるものである。具体例としては、例えば、オレフィン系ポリオールをポリオール成分とするオレフィン系ウレタンゴム、エステル系ポリオールをポリオール成分とするエステル系ウレタンゴム、エーテル系ポリオールをポリオール成分とするエーテル系ウレタンゴム、カーボネート系ポリオールをポリオール成分とするカーボネート系ウレタンゴム、ひまし油系ポリオールをポリオール成分とするひまし油系ウレタンゴム等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。また、ウレタンゴムは、2種以上のポリオール成分を併用したものであってもよい。
オレフィン系ポリオールとしては、例えば、エポール(出光興産社製)等が挙げられる。また、エステル系ポリオールとしては、例えば、ポリライト8651(DIC社製)等が挙げられる。
また、エーテル系ポリオールとしては、例えば、ポリオキシテトラメチレングリコール、PTG-2000SN(保土谷化学工業社製)、ポリプロピレングリコール、プレミノールS3003(旭硝子社製)、パンデックスGCB-41(DIC社製)等が挙げられる。
イソシアネート成分としては特に限定されず、従来公知のイソシアネート成分を用いることができる。また、ウレタンゴムを合成する際には、その反応系中に必要に応じて、鎖延長剤、架橋剤、触媒、加硫促進剤等を加えてもよい。また、エラストマー組成物は、エラストマー以外に、可塑剤、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤、誘電性フィラー等を含有してもよい。誘電体41の平均厚さは、静電容量Cを大きくして検出感度の向上を図る観点、及び、測定対象物への追従性の向上を図る観点から、10~1000μmであることが好ましく、30~200μmであることがより好ましい。
電極42,43は、導電材料を含有する導電性組成物からなる。ここで、電極42,43は、同一組成の導電性組成物から構成されていてもよいし、異なる組成の導電性組成物から構成されていてもよい。但し、同一組成の導電性組成物から構成されていることが好ましい。
電極42,43に用いられる導電材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンファイバー、導電性カーボンブラック、グラファイト、金属ナノワイヤー、金属ナノ粒子、導電性高分子等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。導電材料としては、カーボンナノチューブが好ましい。誘電体41の変形に追従して変形する電極42,43の形成に適しているからである。
カーボンナノチューブとしては公知のカーボンナノチューブを使用することができる。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ(SWNT)であってもよいし、2層カーボンナノチューブ(DWNT)又は3層以上の多層カーボンナノチューブ(MWNT)であってもよい(本明細書では、両者を合わせて単に多層カーボンナノチューブと称する)。更には、層数の異なるカーボンナノチューブを2種以上併用してもよい。また、各カーボンナノチューブの形状(平均長さや繊維径、アスペクト比)も特には限定されない。よって、カーボンナノチューブは、センサ装置の使用目的や、センサシートに要求される導電性や耐久性、更には電極42,43を形成するための処理や費用を総合的に判断して適宜選択すればよい。
電極42,43を形成する導電性組成物は、カーボンナノチューブ等の導電材料以外に、例えば、バインダー成分を含有していてもよい。バインダー成分はつなぎ材料として機能し、バインダー成分を含有させることによって、誘電体41との密着性、及び、電極42,43自体の強度を向上させることができる。さらに、後述の方法で電極42,43を形成する際にカーボンナノチューブ等の導電材料の飛散を抑制することができる。このため、電極42,43を形成する際の安全性も高めることができる。
バインダー成分としては、例えば、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリスチレン、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリメタクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、アクリルゴム、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレンブロック共重合体(SEBS)等が挙げられる。また、バインダー成分としては、生ゴム(未加硫の天然ゴム及び合成ゴム)も使用することができ、このように比較的弾性の弱い材料を用いることで、誘電体41の変形に対する電極42,43の追従性も高めることができる。バインダー成分は、特に、誘電体41を構成するエラストマーと同種のものが好ましい。誘電体41と電極42,43との密着性を顕著に向上させることができるからである。
測定しようとする一軸方向における、伸縮性ひずみセンサの伸長率は、例えば、30%以上、好ましくは50%以上、さらに好ましくは100%以上、さらには200%以上である。また、伸縮性ひずみセンサは、エストラマーを基材としており、所要の弾性を有している。また、伸縮性ひずみセンサは、その弾性域で使用されるとよい。
なお、伸縮性ひずみセンサ13a~13dには、上述のように、バンドー化学株式会社製の伸縮性ひずみセンサ「C-STRETCH(登録商標)」が採用されうる。伸縮性ひずみセンサ13a~13dは、かかるバンドー化学株式会社製の伸縮性ひずみセンサに限らない。伸縮性ひずみセンサは、例えば、ストレッチセンス社(ニュージーランド)、パーカーハネフィン社(米国)などからも提案されている。伸縮性ひずみセンサ13a~13dには、伸びに応じて静電容量が変化するように構成されたセンサを種々採用されうる。伸縮性ひずみセンサ13a~13dには、スイッチ装置10に対して適当な伸縮性や感度が確保されるものが採用されるとよい。
この実施形態では、スイッチ装置10は、4つの伸縮性ひずみセンサ13a~13dを備えている。
第1伸縮性ひずみセンサ13aは、基材12の頂部21を通り、かつ、ベース11に沿った第1直線m1に沿って、基材12の頂部21と、ベース11のうち基材12が突出した周りの第1周辺部e1とに架け渡されている。
第2伸縮性ひずみセンサ13bは、第1直線m1に沿って、基材12の頂部と、第1周辺部とは反対側に位置する第2周辺部e2とに架け渡されている。
第3伸縮性ひずみセンサ13cは、基材12の頂部を通り、かつ、ベース11に沿って第1直線m1に直交する第2直線m2に沿って、基材12の頂部と、ベース11のうち基材12が突出した周りの第3周辺部e3とに架け渡されている。
第4伸縮性ひずみセンサ13dは、第2直線m2に沿って、基材12の頂部と、第3周辺部とは反対側に位置する第4周辺部e4とに架け渡されている。
図1および図2に示された形態では、基材12の頂部21は、台座31の上に取り付けられた頭部材32によって構成されている。伸縮性ひずみセンサ13a~13dの一端は、それぞれ頭部材32に取り付けられている。ここで、伸縮性ひずみセンサ13a~13dは、概ね自然長で取り付けられているとよい。この実施形態では、頭部材32は、四方に取り付けられた伸縮性ひずみセンサ13a~13dによって、バランスが取られており、台座31の上で所定の姿勢で維持されている。
また、この実施形態では、端子46,47(図3参照)が設けられた伸縮性ひずみセンサ13a~13dの端部は、ベース11側の第1周辺部e1~第4周辺部e4に取り付けられているとよい。そして、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの端子46,47は、第1周辺部e1~第4周辺部e4からベース11の裏側に配線し、入力検知部15に接続されているとよい。
なお、端子46,47(図3参照)が設けられた伸縮性ひずみセンサ13a~13dの端部は、基材12の頂部21側に取り付けられていてもよい。伸縮性ひずみセンサ13a~13dの端子46,47は、基材12の頂部21からベース11の裏側に配線し、入力検知部15に接続されていてもよい。
〈カバー14〉
カバー14は、頭部材32の周りを覆うようにベース11に取り付けられている。カバー14は、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部に対応した部位に操作用の開口14a~14dを有している。また、この実施形態では、カバー14の上部に開口14eを有しており、当該開口14eから頭部材32が露出している。なお、図面上、カバー14は、無色透明の部材として図示されており、カバー14内の部材は、便宜上、適宜に実線で図示されている。
〈入力検知部15〉
入力検知部15は、複数の伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量の変化をそれぞれ得るように構成されている。入力検知部15は、伸縮性ひずみセンサ13a~13dと電気的に接続されており、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの誘電体41の変形に応じて変化する検出部の静電容量Cを測定する機能を有する。なお、図示は省略するが、各伸縮性ひずみセンサ13a~13dの端子46,47がそれぞれ入力検知部15に接続されている。このため、入力検知部15は、各伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量を検知できる。
静電容量Cを測定する方法としては従来公知の方法を用いることができ、入力検知部15の図示は省略する。入力検知部15は、例えば、静電容量測定回路、演算回路、増幅回路、電源回路等を備えているとよい。静電容量Cを測定する方法(回路)としては、例えば、自動平衡ブリッジ回路を利用したCV変換回路(LCRメータなど)、反転増幅回路を利用したCV変換回路、半波倍電圧整流回路を利用したCV変換回路、シュミットトリガ発振回路を用いたCF発振回路、シュミットトリガ発振回路とF/V変換回路を組み合わせて用いる方法等が挙げられる。
例えば、入力検知部15は、伸縮性ひずみセンサ13a~13dが、スイッチ装置10に取り付けられた状態での静電容量が基準値にされるとよい。このため、図1のように、頭部材32が、伸縮性ひずみセンサ13a~13dによって釣り合っている状態において、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量を測定し、当該静電容量が基準値として校正されるとよい。そして、各伸縮性ひずみセンサ13a~13dの伸びに応じた静電容量の変化が、入力検知部15を介して経時的な変化として記録されるとよい。
〈スイッチ装置10の操作〉
このスイッチ装置10は、頭部材32を動かすことで、それに応じて伸縮性ひずみセンサ13a~13dに伸びが生じる。そして、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの伸びに応じて、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量に変化が生じる。そして、当該伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量に変化が入力検知部15で捉えられ、静電容量の変化に応じた出力が出力される。
図6は、スイッチ装置10の使用状態を示す斜視図である。図6には、頭部材32が、図中右側に傾けられた状態が図示されている。この場合、頭部材32の右側に取り付けられた伸縮性ひずみセンサ13dは、頭部材32に取り付けられた位置が下がる。それに応じて伸縮性ひずみセンサ13dが緩み、全体として下側に撓む。他方で、頭部材32の左側に取り付けられた伸縮性ひずみセンサ13cは、頭部材32に取り付けられた位置が上がる。それに応じて伸縮性ひずみセンサ13cが引っ張られて伸びる。この際、特に、左側の伸縮性ひずみセンサ13cの静電容量が大きく変化する。かかる左側の伸縮性ひずみセンサ13cの静電容量の変化に基づいて、頭部材32が右側に傾けられたことが検知される。反対に、頭部材32が左側に傾けられると、右側の伸縮性ひずみセンサ13dの静電容量が大きく変化する。かかる右側の伸縮性ひずみセンサ13dの静電容量の変化に基づいて、頭部材32が左側に傾けられたことが検知される。
同様に、頭部材32が、手前に傾けられると、奥側の伸縮性ひずみセンサ13b(図2参照)が伸びる。そして、奥側の伸縮性ひずみセンサ13bの静電容量の変化に基づいて、頭部材32が手前に傾けられたことが検知される。頭部材32が、奥側に傾けられると、手前の伸縮性ひずみセンサ13aが伸びる。そして、手前の伸縮性ひずみセンサ13aの静電容量の変化に基づいて、頭部材32が奥側に傾けられたことが検知される。さらに、頭部材32が右手前に傾けられると、奥側の伸縮性ひずみセンサ13bと、左側の伸縮性ひずみセンサ13cとが伸ばされる。このため、奥側の伸縮性ひずみセンサ13bと、左側の伸縮性ひずみセンサ13cとの静電容量の変化に基づいて、頭部材32が左手前に傾けられたことが検知される。また、この場合、奥側の伸縮性ひずみセンサ13bの静電容量の変化と、左側の伸縮性ひずみセンサ13cとの静電容量の変化との関係から、頭部材32が傾けられた向きをさらに検出することができる。
このように、このスイッチ装置10は、直線m1あるいは直線m2(図2参照)に沿った4方向だけで無く、直線m1と直線m2との間の任意の方向に頭部材32が傾けられたことも検知される。また、頭部材32が連続的に動かされた場合には、それに応じて、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量が瞬時に変化する。このため、頭部材32が連続的に動かされることに対する追従性もよい。
このスイッチ装置10は、基材12の頂部に配置された頭部材32に対して、直交する2直線に沿って、4つの方向に4つの伸縮性ひずみセンサ13a~13dが配置されている。当該直交する2直線に沿った頭部材32の動きに応じて、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量が変化する。そして、頭部材32の動きに対して、直交する2直線に沿って配置された、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量の変化が出力として得られる。伸縮性ひずみセンサ13a~13dが、頭部材32に対して、直交する2直線に沿った4つの方向に沿って配置されているので、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量の変化に基づいて、頭部材32がどのように動かされたかを解析しやすい。
このスイッチ装置10は、頭部材32の傾きだけでなく、伸縮性ひずみセンサ13a~13dが押された場合も、それに応じて伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量が変化する。この実施形態では、カバー14は、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部に対応した部位に操作用の開口14a~14dを有している。当該開口14a~14dから指を入れて、伸縮性ひずみセンサ13a~13dを押すことができる。このような操作によって、伸縮性ひずみセンサ13a~13dが押されると、反対側の伸縮性ひずみセンサ13a~13dが伸ばされ、静電容量が変化する。
ここで、図7は、スイッチ装置10の使用状態を示す斜視図である。図7には、右側の伸縮性ひずみセンサ13dの中間部が押し下げられた状態が示されている。ここで図中の矢印Pは、右側の伸縮性ひずみセンサ13dを押さえる荷重を示している。例えば、右側の伸縮性ひずみセンサ13dが押されると、図7に示されているように、右側の伸縮性ひずみセンサ13dによって頭部材32が右側に傾く。そして、左側の伸縮性ひずみセンサ13cが伸ばされる。また、この場合、中間部が押し下げられた右側の伸縮性ひずみセンサ13dも少し伸びる。このため、右側の伸縮性ひずみセンサ13dの静電容量に変化が生じ、図6に示されているように、頭部材32が右に傾けられた際と区別される。このように、左側の伸縮性ひずみセンサ13cの伸びに応じた静電容量の変化および右側の伸縮性ひずみセンサ13dの静電容量の変化に基づいて、右側の伸縮性ひずみセンサ13dが押さえられたことが検知される。
同様に、各伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部がそれぞれ押し下げられる操作に対して、各伸縮性ひずみセンサ13a~13dに、特有の静電容量の変化が現れる。このため、各伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量の変化に基づいて、各伸縮性ひずみセンサ13a~13dのうち、いずれの伸縮性ひずみセンサ13a~13dが押さえられたかが検出される。なお、この実施形態では、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部に対応した部位に操作用の開口14a~14dが、カバー14に形成されている。伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部に対応した部位に、当該伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部を押し込むための操作用のボタンが、カバー14に取り付けられていてもよい。このように、カバー14には、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部に対応した部位に、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部を押し込むための操作部(ここでは、開口14a~14d)が設けられていてもよい。
また、伸縮性ひずみセンサ13a~13dは、変位が大きくなればなるほど、静電容量の変化が大きくなる。このため、操作量の大きさが入力として検知される。スイッチ装置10は、伸縮性ひずみセンサ13a~13dに対する操作量の大きさに応じて出力しうる装置を構成しうる。例えば、複数の曲がストックされたデータベースから流す曲を選曲するためのスイッチ装置10として用いられる。この場合、データベースにストックされた複数の曲のリストから流す曲を選ぶ処理において、伸縮性ひずみセンサ13a~13dに対する操作量が大きくなればなるほど、選択された曲が変更されるスピードが上がるように構成できる。また、伸縮性ひずみセンサ13a~13dに対する操作量が小さくなればなるほど、選択された曲が変更されるスピードが遅くなるように、構成することができる。このように、スイッチ装置10の各伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量の変化の大きさが、入力情報として検知され、制御処理に利用されてもよい。
スイッチ装置10では、基材12は、台座31と、台座31の上に揺動可能に取り付けられた頭部材32とを備えている。伸縮性ひずみセンサ13a~13dの一端は、当該頭部材32に取り付けられている。この場合、頭部材32は、台座31の上に揺動可能に取り付けられており、頭部材32の高さが安定しており、操作性がよい。
また、この実施形態では、台座31と、頭部材32との間に、押圧スイッチ33が設けられている。この場合、頭部材32が押されることで、頭部材32と台座31との間に配置された押圧スイッチ33が押される。これにより、選曲された曲を選択することができる。このように、押圧スイッチ33は、選択ボタンやタクトスイッチなどとして利用される。
また、この実施形態では、頭部材32および伸縮性ひずみセンサ13a~13dの周りを覆うように、ベース11に取り付けられたカバー14を備えている。このため、頭部材32および伸縮性ひずみセンサ13a~13dが保護されている。
また、カバー14は、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部に対応した部位に操作用の開口14a~14dを有している。このため、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部が押さえられる操作において、伸縮性ひずみセンサ13a~13dが押さえられる中間部位の位置が定められる。このため、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部が押さえられる操作において、入力が安定する。なお、上述した実施形態では、カバー14は、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部に対応した部位に操作用の開口14a~14dを有している。図示は省略するが、開口14a~14dに代えて、カバー15には、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部に対応した部位に、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間部を押し込むための操作部が設けられていてもよい。操作部は、例えば、ボタンで構成されうる。
次に、スイッチ装置10の他の実施形態を説明する。図8は、他の実施形態に係るスイッチ装置10Aを示す斜視図である。図9は、スイッチ装置10Aの平面図である。スイッチ装置10Aでは、基材12Aは、中実または中空のエストラマーで構成されている。そして、伸縮性ひずみセンサ13a~13dは、当該基材12Aの外表面に沿って配置されている。
〈基材12A〉
基材12Aは、中実または中空のエストラマーで構成されている。中実または中空のエストラマーは、例えば、中実であるかまたは中空であるかを問わず、エストラマーの塊であってもよい。また、中空のエストラマーは、中空のエストラマーの内部に、さらにゲルや空気のような流体が封入されたものでもよい。この場合、中空のエストラマーは、適当な厚さで構成されているとよく、袋状のエストラマーであってもよい。
この実施形態では、基材12Aは、袋状のエストラマーにゲルが封入されている。基材12Aの袋には、例えば、肌触りの良く、かつ、所要の耐久性を有する柔軟なエストラマーが用いられているとよい。肌触りが良く、かつ、所要の耐久性を有する柔軟なエストラマーとしては、例えば、シリコーンエラストマーやウレタンエラストマーが用いられるとよい。例えば、シリコーンエラストマーで厚さが50μm~1cmのシートが用いられるとよい。
また、この実施形態では、基材12Aの袋には、ゲル状の材料が封入されている。基材12Aの袋に封入される材料は、基材12Aの袋を透過しない材料が好ましく、また、基材12Aの袋を基本形状に戻しうるように、基材12Aの袋に所要の内圧を付与しうるものが好ましい。かかる観点で、ゲル状の材料が好適に選定されうる。また、基材12Aの袋に封入されるゲル状の材料としては、エストラマーとの関係で、水系ゲル、ポリビニルアルコールゲルなど、極性を有する液体が含まれたゲル材料が適宜に採用されうる。なお、ゲル材料には、種々の材料がある。封入されるゲル材料には、使用環境に応じて要求される所要の温度性能を備えているとよく、長期的に劣化しない材料であることが好ましい。かかる観点で所要の性能を有するゲル材料が好適に採用されうる。ゲル材料には、所要の添加剤が添加されていてもよい。
なお、例えば、空気のような気体は、基材12Aの袋を透過する場合がある。このため、空気のような気体を基材12Aの袋に封入する場合には、基材12Aの袋に気体が透過しにくい材料を選択するとよい。また、基材12Aの袋に適宜に空気を補充しうる機構を設けてもよい。例えば、基材12Aは、ゴムボール状の部材でもよい。
このように、基材12Aは、ゲル状の材料が封入されたエストラマーからなる袋で構成されていてもよい。かかるスイッチ装置10Aによれば、複数の伸縮性ひずみセンサ13a~13dが、それぞれ基材12Aの袋に沿って配置されている。基材12Aの袋は、内容物としてゲル材料が封入されている。基材12Aは、ベース11の上で膨らんだ状態で配置されている。基材12Aの頂部21には、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの一端がそれぞれ取り付けられる取付部が設けられている。
図9に示されているように、平面視において、第1伸縮性ひずみセンサ13aは、基材12Aの頂部21を通り、かつ、ベース11に沿った第1直線m1に沿って、基材12Aの頂部21と、ベース11のうち基材12Aが突出した周りの第1周辺部e1とに架け渡されている。
第2伸縮性ひずみセンサ13bは、第1直線m1に沿って、基材12Aの頂部21と、第1周辺部e1とは反対側に位置する第2周辺部e2とに架け渡されている。
第3伸縮性ひずみセンサ13cは、基材12Aの頂部21を通り、かつ、ベース11に沿って第1直線m1に直交する第2直線m2に沿って、基材12Aの頂部21と、ベース11のうち基材12Aが突出した周りの第3周辺部e3とに架け渡されている。
第4伸縮性ひずみセンサは、第2直線m2に沿って、基材12Aの頂部21と、第3周辺部e3とは反対側に位置する第4周辺部e4とに架け渡されている。
図示は省略するが、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの端子46,47は、それぞれ入力検知部15に接続されている。入力検知部15は、各伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量を検知できるように構成されている。また、スイッチ装置10Aが操作される前の状態で、各伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量が測定され、当該静電容量を基準値として校正されているとよい。これにより、スイッチ装置10Aが操作される前の状態の各伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量が基準値となる。
このスイッチ装置10Aによれば、例えば、基材12Aの頂部21が指で押さられつつ右に動かされると、右側の伸縮性ひずみセンサ13dは緩み、左側の伸縮性ひずみセンサ13cは伸びる。この際、左側の伸縮性ひずみセンサ13cの静電容量が特に大きくなる。このため、入力検知部15で検知された左側の伸縮性ひずみセンサ13cの静電容量の変化に基づいて、基材12Aの頂部21が右に動かされたことが検出される。
同様に、基材12Aの頂部21が指で押さえられつつ左に動かされると、左側の伸縮性ひずみセンサ13cは緩み、右側の伸縮性ひずみセンサ13dは伸びる。この際、右側の伸縮性ひずみセンサ13dの静電容量が特に大きくなる。このため、入力検知部15で検知された右側の伸縮性ひずみセンサ13dの静電容量の変化に基づいて、基材12Aの頂部21が左に動かされたことが検出される。基材12Aの頂部21が指で押さえられつつ手前に動かされると、入力検知部15で検知された奥側の伸縮性ひずみセンサ13bが伸びる。このため、奥側の伸縮性ひずみセンサ13bの静電容量の変化に基づいて、基材12Aの頂部21が手前に動かされたことが検出される。基材12Aの頂部21が指で押さえられつつ奥に動かされると、入力検知部15で検知された手前側の伸縮性ひずみセンサ13aが伸びる。このため、手前側の伸縮性ひずみセンサ13bの静電容量の変化に基づいて、基材12Aの頂部21が手前に動かされたことが検出される。
このように、基材12Aの頂部21を前後左右に動かしたときに、それに応じた出力が検出される。また、前後左右だけでなく、右手前や、右奥など、前後左右の中間位置に動かした場合にも、伸縮性ひずみセンサ13a~13dがそれぞれそれに応じて伸び、それに応じた出力が得られる。このように、基材12Aの頂部21に対して、直交する2直線に沿って、4つの方向に4つの伸縮性ひずみセンサ13a~13dが配置された構成によれば、当該直交する2直線に沿って、基材12Aの頂部21の動きに応じて、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量が変化する。基材12Aの頂部21に対して、直交する2直線に沿って配置された、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量の変化が出力として得られるので、基材12Aの頂部21がどのように動かされたかの解析が容易である。
さらに、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間位置が押さえられるような場合にも、それに応じて基材12Aが変形する。そして、押さえられた伸縮性ひずみセンサが伸び、かつ、押さえられた伸縮性ひずみセンサに対して反対側に位置の伸縮性ひずみセンサが伸びる。このため、それに応じた出力が得られる。
このようにスイッチ装置10Aの基材12Aは、ゲル状の材料が封入されたエストラマーからなる袋で構成されていてもよい。この場合、図8に示されているように、伸縮性ひずみセンサ13a~13dは、基材12Aの外表面に沿って配置されているとよい。かかるスイッチ装置10Aは、基材12Aの頂部21を押さえつつ前後左右に動かした時や、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの中間位置が押さえられた時などに、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの伸びに応じた出力が得られる。そして、当該出力に応じて、どのような操作が入力されたかが検出される。このように、今までにない全く新しい構造および操作性を備えたスイッチ装置10Aが提供される。かかるスイッチ装置10Aの基材12Aは、ゲル状の材料が封入されたエストラマーからなる袋で構成されており、触り心地がよい。このため、自動車の車両内の配置されているような硬い触感のスイッチ装置に比べて、格段に柔らかい触感のスイッチ装置が提供される。
なお、ここでは、基材12Aは、ゲル状の材料が封入されたエストラマーからなる袋を例示したが、基材12Aは、かかる形態に限定されない。基材12Aは、中実または中空のエストラマーで構成されているとよい。例えば、基材12Aは、所要の柔軟性を有するエストラマーの塊であってもよい。また、基材12Aは、例えば、滑らかな曲面を有する半楕円球や半球面であってもよい。基材12Aは、中実あるいは部分的に中空の部材でもよい。基材12Aが中空の部材である場合には、ゲル状や空気のような材料が封入されていてもよいし、ゲル状や空気のような材料が封入されていなくてもよい。また、基材12Aの厚さは、適当な柔軟性が得られるように所要の厚さで構成されるとよい。このように、基材12Aには、種々の形態が採用されうる。このように、基材12Aは、中実または中空のエストラマーで構成されていることによって、柔らかい触感のスイッチ装置が提供される。
ここでは、第1直線m1と、第1直線m1に直交する第2直線m2に沿って伸縮性ひずみセンサ13a~13dが4方向に配置された形態を例示した。伸縮性ひずみセンサ13a~13dの数や、向きなどは、特段言及されない限りにおいて、上述した実施形態に限定されない。例えば、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの数は、4つに限らず、3つ、5つ、6つなど増減させてもよい。また、伸縮性ひずみセンサ13a~13dが配置される向きは、基材12Aの頂部21から周方向に均等に分散させて配置させてもよい。また、伸縮性ひずみセンサ13a~13dが配置される向きは、基材12Aの頂部21から周方向に均等に配置されていなくてもよい。
このように、ここで提案されるスイッチ装置10,10Aによれば、基材12の頂部が動かされることに応じて、伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量が変化する。そして、複数の伸縮性ひずみセンサ13a~13dの静電容量の変化に起因する出力が得られる。このように、今までとは異なる簡単な構造で、かつ、新しい操作性を有するスイッチ装置が提供される。
以上、ここで開示されるスイッチ装置について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられたスイッチ装置の実施形態などは、本発明を限定しない。また、ここで開示されるスイッチ装置は、種々変更でき、特段の問題が生じない限りにおいて、各構成要素やここで言及された各処理は適宜に省略され、または、適宜に組み合わされうる。
10,10A スイッチ装置
11 ベース
12,12A 基材
13a~13d 伸縮性ひずみセンサ
14 カバー
14a~14d 開口
14e 開口
15 入力検知部
21 頂部
31 台座
32 頭部材
33 押圧スイッチ
41 誘電体
42,43 電極
44,45 保護膜
46,47 端子
e1~e4 周辺部

Claims (7)

  1. ベースと、
    前記ベースから突出した基材と、
    前記ベースのうち前記基材の周りにおいて周方向に離れた複数の周辺部と、前記基材の頂部との間にそれぞれ架け渡され、かつ、伸びに応じて静電容量が変化するように構成された複数の伸縮性ひずみセンサと、
    前記複数の伸縮性ひずみセンサの静電容量の変化をそれぞれ得るように構成された入力検知部と
    を有し、
    前記基材は、台座と、台座の上に揺動可能に取り付けられた頭部材とを備えており、前記伸縮性ひずみセンサの一端は、当該頭部材に取り付けられている、
    スイッチ装置。
  2. 前記台座と、前記頭部材との間に、押圧スイッチが設けられた、請求項1に記載されたスイッチ装置。
  3. 前記頭部材および前記複数の伸縮性ひずみセンサの周りを覆うように、前記ベースに取り付けられたカバーを備えた、請求項1または2に記載されたスイッチ装置。
  4. 前記カバーには、前記伸縮性ひずみセンサの中間部に対応した部位に、伸縮性ひずみセンサの中間部を押し込むための操作部が設けられている、請求項1または2に記載されたスイッチ装置。
  5. 前記カバーは、前記伸縮性ひずみセンサの中間部に対応した部位に操作用の開口を有する、請求項1または2に記載されたスイッチ装置。
  6. 前記複数の伸縮性ひずみセンサは、
    前記基材の頂部を通り、かつ、前記ベースに沿った第1直線に沿って、前記基材の頂部と、前記ベースのうち前記基材が突出した周りの第1周辺部とに架け渡された第1伸縮性ひずみセンサと、
    前記第1直線に沿って、前記基材の頂部と、前記第1周辺部とは反対側に位置する第2周辺部とに架け渡された第2伸縮性ひずみセンサと、
    前記基材の頂部を通り、かつ、前記ベースに沿って前記第1直線に直交する第2直線に沿って、前記基材の頂部と、前記ベースのうち前記基材が突出した周りの第3周辺部とに架け渡された第3伸縮性ひずみセンサと、
    前記第2直線に沿って、前記基材の頂部と、前記第3周辺部とは反対側に位置する第4周辺部とに架け渡された第4伸縮性ひずみセンサと
    を含む、請求項1から5までの何れか一項に記載されたスイッチ装置。
  7. 前記基材が、中実または中空のエストラマーで構成されており、前記伸縮性ひずみセンサは、前記基材の外表面に沿って配置された、請求項1から6までの何れか一項に記載されたスイッチ装置。
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