JPH10307661A - キースイッチ及びその触覚フィードバック回路 - Google Patents

キースイッチ及びその触覚フィードバック回路

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JPH10307661A
JPH10307661A JP10066945A JP6694598A JPH10307661A JP H10307661 A JPH10307661 A JP H10307661A JP 10066945 A JP10066945 A JP 10066945A JP 6694598 A JP6694598 A JP 6694598A JP H10307661 A JPH10307661 A JP H10307661A
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JP
Japan
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key switch
piezoelectric element
signal
metal base
keypad
Prior art date
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Application number
JP10066945A
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English (en)
Inventor
Edwin Joseph Selker
エドウィン・ジョーゼフ・セルカー
Noble Bezz Jonathan
ジョナサン・ノーブル・ベッツ
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication date
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/964—Piezoelectric touch switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2215/00—Tactile feedback
    • H01H2215/05—Tactile feedback electromechanical
    • H01H2215/052—Tactile feedback electromechanical piezoelectric

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オペレータが知覚できるような強さとタイミ
ングの触覚フィードバックを提供するキースイッチを提
供すること。 【解決手段】 触覚応答を提供する圧電キースイッチ
が、縁部で固定されたバイモルフ圧電素子（１０）と、
固定された縁部から離間してバイモルフ圧電素子に取り
付けられたキーパッド（２０）を含み、キーパッドの押
下によって素子がたわみ、接地された金属円盤（１５）
と電極（１７）との間に電圧信号が発生する。電極（１
７）からの電圧信号はワイヤ（１８）に送られる。この
電圧信号に応答して、駆動回路が、駆動信号を提供して
圧電素子をたわませ、キーパッドに上向きの触覚フィー
ドバックを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電キースイッチ
に関し、より詳細には、かかるキースイッチに触覚フィ
ードバックを提供することに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の機械式または電気機械式キースイ
ッチは、単にキースイッチの作動の結果としてユーザに
触覚応答を提供する。しかし、最新の特に携帯型のほと
んどのキースイッチの応用例では、動きが限られてお
り、あるいは知覚できるほどの動きがなく、キーが作動
したとの触覚的指示を提供する機械的衝撃がない、浅い
キーまたはキーボードが使用されている。
【０００３】通常の圧電スイッチは、浅いキー装置で使
用され、押すことによって動作し、やはり知覚できるほ
どの動きがキーにない。したがって、知覚できる動きが
ないため、キーが作動したことをオペレータに示す触覚
応答はない。
【０００４】キーボードにおける圧電キーの１例は、Ty
peRight Keyboard Corp.に譲渡されたルイス（Louis）
の米国特許第５２１２４７３号であり、同特許では、直
接押されたキー（図では「photo-electric（光電）」と
間違った名前が付けられている）に関して圧電アクチュ
エータに触覚応答がないという問題を認識している。圧
電素子は、キーを押すと圧縮されるようにキーボードの
ベース板に取り付けられる。同特許は、圧電アクチュエ
ータにフィードバック信号を提供して圧電アクチュエー
タを少し膨張させる、従来のパルス発生器回路を示して
いる。問題は、そのような膨張が、高い電圧がかかった
ときでもオペレータにしばしば知覚できないようなもの
であることである。
【０００５】４７３号特許の回路は、即座にフィードバ
ックを提供するが、受ける感覚がキーを押した結果なの
かそれともフィードバックの結果なのかがオペレータに
はっきりしない結果をもたらす。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】オペレータが知覚でき
るような強さとタイミングの触覚フィードバックを提供
するキースイッチが必要とされている。本発明の目的
は、かかるキースイッチを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】外縁部で固定されたバイ
モルフ圧電素子と、固定された縁部から離間してバイモ
ルフ圧電素子に取り付けられたキーパッドとを備え、キ
ーパッドの押下により素子がたわんで電気信号が発生す
る、触覚応答を提供する圧電キースイッチを開示する。
電気信号に応答して、駆動回路が圧電素子を曲げる駆動
信号を発生し、キーパッドに上向きの触覚フィードバッ
クを提供する。駆動信号には、キーの操作後、特定の遅
延時間が与えられ、その結果、オペレータは、キーを押
すことによって指を一杯に押したのと同様の本質的な触
覚フィードバックを知覚し、キーは有限の知覚可能な量
だけ押下される。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１及び図２を参照すると、ドー
ム形で２層になった円形バイモルフ圧電素子１０が示さ
れている。圧電素子は、電気的に接地１３された支持部
材１２によってその縁部で吊下される。圧電素子は、薄
い金属円盤１５を含み、その上に圧電セラミック１６の
薄い円盤が接着される。圧電セラミック１６と金属円盤
１５は、例示のため厚さをわざと誇張して示してある。
例えば、圧電セラミックと金属円盤を含むバイモルフ圧
電素子１０は、厚さ約０．２５ｍｍである。
【０００９】セラミック１６の上面に、電極１７が、好
ましくはめっきによって設けられる。細いワイヤ１８が
電極１７に接続される。金属板１５は、ワイヤによりま
たは導電性支持部材１２を使ってアース１３に接続され
る。
【００１０】点線で示したキーパッド２０は、セラミッ
ク１６の上面、電極１７上に接着される。
【００１１】キーパッド２０の押下によりバイモルフ圧
電素子がたわみ、接地された金属円盤１５と電極１７と
の間に電圧が発生する。電極１７からの電圧信号はワイ
ヤ１８上に送られる。
【００１２】図３は、本発明の触覚フィードバック回路
のブロック図であり、圧電セラミック１６、金属円盤１
５及び電極１７の概略表現を含む圧電バイモルフ素子１
０を示している。
【００１３】高感度増幅器と比較器を含むセンサ回路３
０が、電圧をしきい値と比較することによって圧電バイ
モルフ素子１０からの作動電圧を検出する。検出された
信号は、２つの単安定マルチバイブレータ３２及び３３
に送られる。マルチバイブレータは、所定の遅延と、所
定のパルス長を有する出力信号を提供する。遅延信号
は、高電圧ドライバ回路３５に送られる。例えば、回路
３５への高電圧入力は２００ボルトである。
【００１４】次に、遅延された高電圧信号が電極１７に
送られ、ドライバ３５からの所定のパルスの期間中、圧
電セラミック１６を膨張させる。この膨張により、バイ
モルフ圧電素子１０が強制的に上方にたわみ、キーパッ
ド２０に衝撃を伝える。マルチバイブレータ３２及び３
３によって設定された遅延により、オペレータの指がキ
ーパッド２０に対して最大の力で押し付けられるのと近
似の時間でキーパッド２０に衝撃が伝えられる。例え
ば、遅延時間は２０ミリ秒である。
【００１５】したがって、キーパッド２０のオペレータ
は、キーが作動したことを示す明らかな触覚フィードバ
ックとしてこの衝撃を知覚することになる。
【００１６】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００１７】（１）触覚応答を提供するキースイッチで
あって、外縁部で固定されたバイモルフ圧電素子と、前
記固定された縁部から離間して前記バイモルフ圧電素子
に取り付けられ、押下により前記素子をたわませて電気
信号を発生するキーパッドと、前記電気信号に応答し
て、駆動信号を前記バイモルフ圧電素子に提供し、前記
素子をたわませて、前記キーパッドに上向きの触覚フィ
ードバックを提供する駆動回路とを含むキースイッチ。 （２）前記駆動回路が、前記キーパッドの前記押下後、
特定の遅延時間を前記駆動信号に与えることを特徴とす
る上記（１）に記載のキースイッチ。 （３）前記駆動回路が、前記駆動信号を前記特定の遅延
時間で提供する２つの単安定マルチバイブレータを含む
ことを特徴とする上記（２）に記載のキースイッチ。 （４）前記バイモルフ圧電素子が金属ベースと、前記金
属ベースに取り付けられた圧電セラミック材料と、前記
セラミック上の前記金属ベースとは反対の側にある電極
とを含むことを特徴とする上記（１）に記載のキースイ
ッチ。 （５）前記圧電セラミック材料が前記金属ベースよりも
小さいことを特徴とする上記（４）に記載のキースイッ
チ。 （６）触覚応答を提供するキースイッチであって、縁部
で固定された円形バイモルフ圧電素子と、前記バイモル
フ圧電素子の中心において、固定された前記縁部から離
間して取り付けられ、押下により前記素子をたわませて
電気信号を発生するキーパッドと、前記電気信号に応答
して、前記バイモルフ圧電素子に駆動信号を提供し、前
記素子をたわませて、前記キーパッドに上向きの触覚フ
ィードバックを提供する駆動回路とを含むキースイッ
チ。 （７）前記駆動回路が、前記キーパッドの前記押下後、
特定の遅延時間を前記駆動信号に与えることを特徴とす
る上記（６）に記載のキースイッチ。 （８）前記駆動回路が、前記特定の遅延時間で前記駆動
信号を提供する２つの単安定マルチバイブレータを含む
ことを特徴とする上記（７）に記載のキースイッチ。 （９）前記円形バイモルフ圧電素子が、金属ベースと、
前記金属ベースに取り付けられた圧電セラミック材料
と、前記セラミック上の前記金属ベースとは反対の側に
ある電極とを含むことを特徴とする上記（８）に記載の
キースイッチ。 （１０）前記圧電セラミック材料が前記金属ベースより
も小さいことを特徴とする上記（９）に記載のキースイ
ッチ。 （１１）キースイッチの触覚フィードバック回路であっ
て、前記キースイッチの作動を検出するセンサ回路と、
特定の遅延時間後に所定のパルス長を有する出力信号を
提供する２つの単安定マルチバイブレータと、前記出力
信号に応答して、前記所定のパルス長を有する前記触覚
フィードバック信号を前記キースイッチに提供する駆動
回路とを含む触覚フィードバック回路。 （１２）前記キースイッチが圧電素子を含み、前記駆動
回路が高電圧の触覚フィードバック信号を提供すること
を特徴とする上記（１１）に記載の触覚フィードバック
回路。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電キースイッチの側面図である。
【図２】図１の圧電素子の上面図である。
【図３】本発明の触覚フィードバック回路のブロック図
である。
【符号の説明】
１０ バイモルフ圧電素子 １２ 支持部材 １３ アース １５ 金属円盤 １６ 圧電セラミック １７ 電極 １８ ワイヤ ２０ キーパッド ３０ センサ回路 ３２ マルチバイブレータ ３３ マルチバイブレータ ３５ 高電圧ドライバ回路
フロントページの続き (72)発明者 ジョナサン・ノーブル・ベッツ アメリカ合衆国94107 カリフォルニア州 サンフランシスコ ミネソタ・ストリート 801 ナンバー６

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】触覚応答を提供するキースイッチであっ
    て、 外縁部で固定されたバイモルフ圧電素子と、 前記固定された縁部から離間して前記バイモルフ圧電素
    子に取り付けられ、押下により前記素子をたわませて電
    気信号を発生するキーパッドと、 前記電気信号に応答して、駆動信号を前記バイモルフ圧
    電素子に提供し、前記素子をたわませて、前記キーパッ
    ドに上向きの触覚フィードバックを提供する駆動回路と
    を含むキースイッチ。
  2. 【請求項２】前記駆動回路が、前記キーパッドの前記押
    下後、特定の遅延時間を前記駆動信号に与えることを特
    徴とする請求項１に記載のキースイッチ。
  3. 【請求項３】前記駆動回路が、前記駆動信号を前記特定
    の遅延時間で提供する２つの単安定マルチバイブレータ
    を含むことを特徴とする請求項２に記載のキースイッ
    チ。
  4. 【請求項４】前記バイモルフ圧電素子が金属ベースと、 前記金属ベースに取り付けられた圧電セラミック材料
    と、 前記セラミック上の前記金属ベースとは反対の側にある
    電極とを含むことを特徴とする請求項１に記載のキース
    イッチ。
  5. 【請求項５】前記圧電セラミック材料が前記金属ベース
    よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載のキース
    イッチ。
  6. 【請求項６】触覚応答を提供するキースイッチであっ
    て、 縁部で固定された円形バイモルフ圧電素子と、 前記バイモルフ圧電素子の中心において、固定された前
    記縁部から離間して取り付けられ、押下により前記素子
    をたわませて電気信号を発生するキーパッドと、 前記電気信号に応答して、前記バイモルフ圧電素子に駆
    動信号を提供し、前記素子をたわませて、前記キーパッ
    ドに上向きの触覚フィードバックを提供する駆動回路と
    を含むキースイッチ。
  7. 【請求項７】前記駆動回路が、前記キーパッドの前記押
    下後、特定の遅延時間を前記駆動信号に与えることを特
    徴とする請求項６に記載のキースイッチ。
  8. 【請求項８】前記駆動回路が、前記特定の遅延時間で前
    記駆動信号を提供する２つの単安定マルチバイブレータ
    を含むことを特徴とする請求項７に記載のキースイッ
    チ。
  9. 【請求項９】前記円形バイモルフ圧電素子が、 金属ベースと、 前記金属ベースに取り付けられた圧電セラミック材料
    と、 前記セラミック上の前記金属ベースとは反対の側にある
    電極とを含むことを特徴とする請求項８に記載のキース
    イッチ。
  10. 【請求項１０】前記圧電セラミック材料が前記金属ベー
    スよりも小さいことを特徴とする請求項９に記載のキー
    スイッチ。
  11. 【請求項１１】キースイッチの触覚フィードバック回路
    であって、 前記キースイッチの作動を検出するセンサ回路と、 特定の遅延時間後に所定のパルス長を有する出力信号を
    提供する２つの単安定マルチバイブレータと、 前記出力信号に応答して、前記所定のパルス長を有する
    前記触覚フィードバック信号を前記キースイッチに提供
    する駆動回路とを含む触覚フィードバック回路。
  12. 【請求項１２】前記キースイッチが圧電素子を含み、前
    記駆動回路が高電圧の触覚フィードバック信号を提供す
    ることを特徴とする請求項１１に記載の触覚フィードバ
    ック回路。
JP10066945A 1997-03-24 1998-03-17 キースイッチ及びその触覚フィードバック回路 Pending JPH10307661A (ja)

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US08/823,472 US5982304A (en) 1997-03-24 1997-03-24 Piezoelectric switch with tactile response
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