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技術 筐体の操作部

出願人 株式会社村田製作所
発明者 礒野文哉木原尚志
出願日 2017年1月12日 (3年3ヶ月経過) 出願番号 2017-003105
公開日 2018年7月19日 (1年9ヶ月経過) 公開番号 2018-113165
状態 未査定
技術分野 圧電、電歪、磁歪装置 押釦スイッチ
主要キーワード 押圧量 逆転現象 表面パネル 圧電フィルム 多角錐 押圧検知 圧電シート PZT
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

圧電フィルムの出力の極性逆転を抑制できる筐体の操作部を提供する。

解決手段

押圧操作受け付ける筐体2と、筐体2に貼り付けられた圧電フィルム21と、を備え、筐体2は、第一領域R1と、第一領域R1と剛性の異なる第二領域R2と、を有し、圧電フィルム21は、第一領域R1の端部まで、又は第一領域R1及び第一領域R1と第二領域R2との境目境界部分にまたがって貼り付けられている。

概要

背景

特許文献1には、操作部として圧電素子を用いた電子カメラが開示されている。特許文献1に記載の電子カメラでは、該圧電素子を押圧することによって発生する起電圧強弱によって、連写画像の記録と静止画像の記録を切り換えることができ、また、その強弱の加減により、連写画像の記録中であっても所望の時点で任意の静止画像を記録できる。

概要

圧電フィルムの出力の極性逆転を抑制できる筐体の操作部を提供する。押圧操作受け付ける筐体2と、筐体2に貼り付けられた圧電フィルム21と、を備え、筐体2は、第一領域R1と、第一領域R1と剛性の異なる第二領域R2と、を有し、圧電フィルム21は、第一領域R1の端部まで、又は第一領域R1及び第一領域R1と第二領域R2との境目境界部分にまたがって貼り付けられている。

目的

本発明の目的は、圧電フィルムの出力の極性の逆転を抑制する筐体の操作部を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

押圧操作受け付け筐体と、該筐体に貼り付けられた圧電フィルムと、を備え、前記筐体は、第一領域と、前記第一領域と剛性の異なる第二領域と、を有し、前記圧電フィルムは、前記第一領域の端部まで、又は前記第一領域及び前記第一領域と前記第二領域との境目境界部分にまたがって貼り付けられている筐体の操作部。

請求項2

前記第一領域は前記第二領域よりも剛性の低い請求項1に記載の筐体の操作部。

請求項3

前記第一領域は前記第二領域よりも剛性の高い請求項1に記載の筐体の操作部。

請求項4

前記圧電フィルムは前記筐体の内側に貼り付けられている請求項1乃至3のいずれかに記載の筐体の操作部。

技術分野

0001

本発明は、筐体の操作部に関する。

背景技術

0002

特許文献1には、操作部として圧電素子を用いた電子カメラが開示されている。特許文献1に記載の電子カメラでは、該圧電素子を押圧することによって発生する起電圧強弱によって、連写画像の記録と静止画像の記録を切り換えることができ、また、その強弱の加減により、連写画像の記録中であっても所望の時点で任意の静止画像を記録できる。

先行技術

0003

国際公開第2012/137897号

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に記載の電子カメラにおいては、圧電シート(すなわち圧電フィルム)を重ねた圧電素子の表面をフィルム状の絶縁シートなどで覆った例が開示されている。以下、図7(A)〜(C)を用いて詳細に説明する。図7(A)〜(C)においては、説明の便宜上、圧電素子のうち一枚の圧電フィルム71のみを示す。図7(A)に示すように、圧電フィルム71を覆う絶縁シート70に対して押圧が加えられると、絶縁シート70がZ軸のマイナス方向へ歪み、この歪みが圧電フィルム71に伝わることで、圧電フィルム71もZ軸のマイナス方向へ歪み、圧電フィルム71に応じた電荷が発生する。ここで、図7(B)に示すように、絶縁シート70の一部を押圧すると、押圧された以外の周辺の部分がZ軸のプラス方向へ歪む。圧電フィルム71の設けられている周辺の部分が押圧された場所であっても、圧電フィルム71の設けられている部分が影響を受けるため、圧電フィルム71は押圧された場合とは逆の極性の電荷が発生する。すなわち、センサの真裏を押した場合とセンサの周辺を押した場合で、出力の逆転現象が起きる。例えば閾値一種類の場合、出力の極性によっては押圧開始から押圧検知までに時間がかかってしまう。また、このように逆転した極性の電荷を検出するための閾値を設ける方法として、プラスとマイナスの二種類の閾値を用いることも可能であるが、回路が複雑になる。さらに、図7(C)に示すように、圧電フィルム71の設けられている範囲全体を押圧すると、圧電フィルム71全体が均等に押圧されて歪が生じないため、圧電フィルム71からの出力が大きく減少する場合がある。

0005

そこで、本発明の目的は、圧電フィルムの出力の極性の逆転を抑制する筐体の操作部を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明に係る筐体の操作部は、押圧操作受け付ける筐体と、該筐体に貼り付けられた圧電フィルムと、を備え、前記筐体は、第一領域と、前記第一領域と剛性の異なる第二領域と、を有し、前記圧電フィルムは、前記第一領域の端部まで、又は前記第一領域及び前記第一領域と前記第二領域との境目境界部分にまたがって貼り付けられていることを特徴とする。

0007

この構成では、筐体が押圧操作を受け付けたときに、第一領域と第二領域との剛性が異なるため、第一領域と第二領域との歪み方が異なる。特に筐体において剛性の高い領域は押圧操作を受け付けても歪が小さいため、押圧操作の影響を受けにくい。また、剛性の高い領域は変形しにくいため、剛性の低い領域への影響も抑制される。このため、筐体の剛性が均一な場合と比較して、圧電フィルムの出力の極性の逆転を抑制できる。

発明の効果

0008

本発明によれば、圧電フィルムの出力の極性の逆転を抑制できる。

図面の簡単な説明

0009

図1(A)は、第一実施形態に係る筐体の操作部を備えた表示装置の斜視図、図1(B)は、該表示装置の断面図である。
図2(A)、(B)は、第一実施形態に係る圧電フィルムを説明するための図である。
図3(A)、(B)は、第一実施形態に係る筐体の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。
図4(A)、(B)は、第一実施形態に係る筐体の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。
図5(A)〜(C)は、第三実施形態、第四実施形態、及び第五実施形態に係る其々の筐体の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。
図6(A)は、第六実施形態に係る筐体の操作部を示す斜視図、図6(B)は該表示装置の断面図である。図6(C)は、従来品を説明するための参考図である。
図7(A)〜(C)は、従来品を説明するための参考図である。

実施例

0010

図1(A)は第一実施形態に係る筐体2の操作部を備えた表示装置1の斜視図、図1(B)は図1(A)に示すI−I線における断面図である。図2(A)は第一実施形態に係る圧電素子のX−Z平面における断面図、図2(B)は第一実施形態に係る圧電フィルム21の平面図である。なお、第一実施形態に係る筐体2の操作部を備えるものとして表示装置1を例示したが、表示装置1はあくまで一例であり、これに限るものではない。また、図2(A)又は(B)に示す圧電素子はあくまで一例であり、これに限るものではなく同様な機能を有するものであれば、これに代えて使用することができる。

0011

図1(A)に示すように、表示装置1は、略直方体形状の筐体2を備える。筐体2は平板状の表面パネル3を有し、表面パネル3は筐体2における上面を構成している。表面パネル3は、利用者が指やペンなどを用いてタッチ操作を行う操作面として機能する。以下では、筐体2の幅方向(横方向)をX方向とし、長さ方向(縦方向)をY方向とし、厚み方向をZ方向として説明する。

0012

表面パネル3の操作面には表示部4、及び押圧部5が形成されている。本実施形態では、押圧部5は平面視で正方形状に形成されている。例えば、押圧部5は「Home」ボタン、や「戻る」ボタンとして機能するものが挙げられる。押圧部5は、本発明に係る押圧操作を受け付ける「第一領域R1」に相当する。また、表示部4を除く表面パネル3において押圧部5以外の領域は、本発明に係る「第二領域R2」に相当する。本実施形態では、第一領域R1は第二領域R2よりも剛性が低く構成されている。異なる剛性とするために、例えば第一領域R1と第二領域R2とを構成する材料として異なる素材が用いられる。このため、第一領域R1は第二領域R2よりも押圧操作等により歪やすい。ここで剛性とは、ある特定の領域に加えた力に対する、変形し難さを表すものである。このため、ある特定の領域に加えた力に対してより変形が小さい時は剛性が高く、より変形が大きい時は剛性が低いことを表す。

0013

押圧部5は表面パネル3の一部の領域であり、表面パネル3と連続して形成されている。押圧部5は、表面パネル3の一部を色分けする、マークを付ける、又は周囲に溝を形成することなどによって、表面パネル3の他の部分と区別されている。また、押圧部5の形状は正方形状には限らず円形形状等別の形状であってもよい。本実施形態では、押圧部5として一つの押圧部が形成されているが、複数個形成されていてもよく、それぞれ表面パネル3の操作面の表示部4以外のいずれの位置に配置されていてもよい。

0014

図1(B)に示すように、筐体2内部であって表面パネル3のZ方向下方には、以下に詳述する圧電フィルム21を備える圧電素子10が貼り付けられている。圧電素子10は、表面パネル3の第一領域R1と第二領域R2に対応する部分に設けられている。詳細には、圧電素子10は、第一領域及び第一領域R1と第二領域R2との境目の境界部分にまたがって貼り付けられている。表面パネル3の押圧部5に利用者が指やペンなどを用いてタッチ操作を行うと、圧電素子10に圧力が伝わる。これにより、圧電素子10において、押圧操作を受ける部分は第一領域R1のみであるため、第一領域R1全体が均等に押された場合であっても、圧電素子10は第二領域R2部分との間で歪む。なお、圧電素子10は、筐体2内部に配設される必要はなく、筐体2外部に配設されてもよい。以下、圧電素子10における圧電フィルムを説明する。

0015

図2(A)及び図2(B)は第一実施形態に係る圧電フィルム21を説明するための図であり、図2(A)は第一実施形態に係る圧電フィルム21の平面図、図2(B)は圧電素子10のX−Z平面における断面図である。

0016

図2(A)及び図2(B)に示すように、圧電素子10は、平膜状の圧電フィルム21、上部電極22、及び下部電極23を備える。なお、図2(B)では、圧電フィルム21、上部電極22、及び下部電極23以外の図示は省略している。圧電フィルム21は、平面視で第一領域R1の面、すなわち押圧部5と同様、正方形状である。なお、圧電フィルム21の形状は、押圧部5の形状に併せて適宜変更することも可能である。

0017

上部電極22及び下部電極23は対の電極を構成する。上部電極22は圧電フィルム21の上面の略全面を覆うように、下部電極23は圧電フィルム21の下面の略全面を覆うように、それぞれ形成されている。詳細に説明すると、上部電極22は平面視で第一領域R1の面と同様に正方形状に形成されており、圧電フィルム21の一方の主面を覆うように形成されている。下部電極23は、平面視で圧電フィルム21と同様に正方形状に形成されており、圧電フィルム21における上部電極22が形成されていない側の主面を覆うように形成されている。

0018

圧電フィルム21は、例えばキラル高分子から形成されるフィルムである。キラル高分子として、第一実施形態では、ポリ乳酸PLA)、特にL型ポリ乳酸(PLLA)を用いている。キラル高分子からなるPLLAは、主鎖が螺旋構造を有する。PLLAは、一軸延伸されて分子配向すると圧電性を有する。そして、一軸延伸されたPLLAは、圧電フィルム21の平板面が押圧されることにより伸長し、電位を発生する。この際、発生する電位量は、押圧量により平板面が当該平板面に直交する方向へ変位する変位量に依存する。

0019

第一実施形態では、圧電フィルム21及び第二圧電フィルム112(PLLA)の一軸延伸方向は、図2(A)の矢印に示すように、X方向及びY方向に対して45度の角度を成す方向であることが好ましい。この45度には、例えば45度±10度程度の角度を含む。

0020

PLLAは、延伸等による分子の配向処理で圧電性を生じ、PVDF等の他のポリマー圧電セラミックスのように、ポーリング処理を行う必要がない。すなわち、強誘電体に属さないPLLAの圧電性は、PVDF又はPZT等の強誘電体のようにイオン分極によって発現するものではなく、分子の特徴的な構造である螺旋構造に由来するものである。このため、PLLAには、他の強誘電性圧電体で生じる焦電性が生じない。PLLAは焦電性がないため、指で押すのに適している。さらに、PVDF等は経時的に圧電定数の変動が見られ、場合によっては圧電定数が著しく低下する場合があるが、PLLAの圧電定数は経時的に極めて安定している。したがって、周囲環境に影響されることなく、押圧による変位を高感度に検出することができる。

0021

圧電フィルム21の両主面に形成されている上部電極22及び下部電極23は、アルミニウムや銅等の金属系の電極を用いるのが好適である。このような上部電極22及び下部電極23を設けることで、圧電フィルム21が発生する電荷を電位差として取得でき、押圧量に応じた電圧値の押圧量検出信号を外部へ出力することができる。

0022

ここで、筐体2が押圧操作を受けたときに発生する電位について説明する。図3(A)及び図3(B)は、第一実施形態に係る筐体2の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。ここでは、圧電素子10のうち圧電フィルム21以外の図示は省略している。図3(A)及び図3(B)では、筐体2のうち押圧部5の周辺のみが拡大して表示されている。

0023

図3(A)に示すように、筐体2の押圧部5が押圧操作を受け付けたとき、第一領域R1である押圧部5は剛性が低めであるため、Z軸方向の下方に大きく歪む。第一領域R1に配置されている圧電フィルム21は、押圧部5の歪みに伴って押圧操作を受け付け、Z軸方向の下方に大きく歪む。これにより、圧電フィルム21の押圧操作を受け付けた部分には圧電フィルム21に応じた所定の向きの電荷が発生する。

0024

図3(B)に示すように、筐体2の押圧部5以外の第二領域R2が押圧操作を受け付けたとき、第二領域R2は第一領域R1に比べて剛性が高いため、歪み難い。このため、押圧部5付近の第二領域R2が押圧操作を受け付けたときであっても、筐体2が歪まない。これにより、圧電フィルム21は、押圧操作の影響を受けることないため、電荷が発生しない。したがって、第二領域R2が押圧操作を受け付けても、電位が検出されない。

0025

上述のように、表示装置1において検出される電位は、操作者が押圧する筐体2の位置によって異なる。すなわち、表示装置1は、押圧部5である第一領域R1が押圧操作を受け付けたとき、所定の電位が検出され、押圧部5以外の第二領域R2が押圧操作を受け付けたとき、電位が検出されない。このように、圧電素子10の出力における極性の逆転を抑制できるため、押圧部5が押圧されたときのみ明確に検出できる。また、図7(C)に示すように、圧電フィルム21の設けられている範囲全体を押圧する場合であっても、図3(A)に示すように、圧電フィルム21のうち剛性が低い押圧部5の範囲のみが一方向に変形し、所定の電位が検出される。これにより、圧電フィルム21全体が均等に押圧されて歪が生じずに、出力が大きく減少することが抑制される。

0026

本実施形態において、圧電フィルム21は筐体2の内側に貼り付けられていることが好ましい。圧電フィルム21が筐体2内部に配設されることにより、圧電フィルム21は直接触れられないため、耐久性が向上する。また、圧電フィルム21は直接触れられず、筐体2の変形に伴って変形するため、筐体2を把持した時などによる力の負荷を直接受けないために、不要な検出を抑制できる。

0027

図4(A)及び図4(B)は、第二実施形態に係る筐体2の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。

0028

第二実施形態では、第一領域R1は第二領域R2よりも剛性が高く構成されていることのみ第一実施形態と異なり、後は第一実施形態と同様の構成である。図4(A)に示すように、筐体2の押圧部5が押圧操作を受け付けたとき、第一領域R1である押圧部5は剛性が高めであるため、歪み難い。このため、押圧部5が押圧操作を受け付けたときであっても、筐体2が歪まない。これにより、圧電フィルム21は、押圧操作の影響を受けることがないため、電荷が発生しない。したがって、第一領域R1が押圧操作を受け付けても、電位が検出されない。

0029

図4(B)に示すように、筐体2の押圧部5以外の第二領域R2が押圧操作を受け付けたとき、第二領域R2は第一領域R1に比べて剛性が低いため、Z軸方向の下方に歪む。押圧部5付近の第二領域R2が押圧操作を受け付けたとき、筐体2は歪む。第一領域R1に配置されている圧電フィルム21は、筐体2の歪みに伴ってZ軸方向の上方に向かって歪む。これにより、圧電フィルム21の押圧操作の影響を受け付けた部分には圧電フィルム21に応じた所定の向きの電荷が発生する。このときの所定の向きの電荷とは、圧電フィルム21が押圧操作によって所定の向きの電荷を発生する場合とは逆向きの電荷である。

0030

上述のように、表示装置1において検出される電位は、操作者が押圧する筐体2の位置によって異なる。すなわち、表示装置1は、押圧部5である第一領域R1の周辺の第二領域R2が押圧操作を受け付けたとき、所定の電位が検出され、それ以外の第二領域R2及び押圧部5が押圧操作を受け付けたとき、電位が検出されない。このように、圧電素子10の出力における極性の逆転を抑制できるため、押圧部5周辺が押圧されたときのみ明確に検出できる。

0031

図5(A)〜(C)は、其々、第三実施形態、第四実施形態、及び第五実施形態に係る筐体2の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。

0032

図5(A)に示すように、第三実施形態は、圧電フィルム21が第一領域R1の端部まで、すなわち圧電フィルム21は第一領域R1に対応する領域に亘って貼り付けられていることのみ第一実施形態と異なり、後は第一実施形態と同様の構成である。第三実施形態に係る筐体2においては、第一実施形態と同様に、押圧部5が押圧操作を受け付けたとき、圧電フィルム21に応じた所定の向きの電荷が発生する。また、図示はしていないが、第二領域R2が押圧操作を受け付けたとき、筐体2が歪まず、電荷が発生しない。これにより、表示装置1において検出される電位は、操作者が押圧する筐体2の位置によって異なる。

0033

上述のように、第三実施形態に係る表示装置1は、押圧部5である第一領域R1が押圧操作を受け付けたとき、所定の電位が検出され、押圧部5以外の第二領域R2が押圧操作を受け付けたとき、電位が検出されない。このように、圧電素子10の出力における極性の逆転を抑制できるため、押圧部5が押圧されたときのみ明確に検出できる。

0034

図5(B)に示すように、第四実施形態は、筐体2の第一領域R1及び第二領域R2が一様な厚みと剛性の表層部30で構成されており、第一領域R1の内面に圧電素子10が、第二領域R2の内面に剛性の高い補強部材40が其々設けられている点で第三実施形態と異なり、後は第三実施形態と同様の構成である。

0035

第四実施形態では、第二領域R2の内面に剛性の高い補強部材40が設けられているため、第二領域R2の剛性は第一領域R1より高くなる。このため、外部から第二領域R2が押圧操作を受け付けたとき、筐体2が歪まず、電荷が発生しない。これに対して、押圧部5である第一領域R1が押圧操作を受け付けたとき、所定の電位が検出される。したがって、第三実施形態と同様に、押圧部5が押圧されたときのみ明確に検出できる。また、表層部30が均一な素材で形成でき、必要な箇所にのみ補強部材40を設けることができるため、製造工程が容易になる。なお、この構造において、第二領域R2の内面全体に補強部材40が設けられているが、これに限らず、補強部材40は第一領域R1の周辺のみ、または第二領域R2にリブ状に設けることも可能である。これにより必要な箇所のみ補強することができるため、補強部材40を少量とすることができ軽量化が実現できる。

0036

図5(C)に示すように、第五実施形態は、筐体2の第一領域R1及び第二領域R2が異なった厚みの表層部30で構成されている点で第三実施形態と異なり、後は第三実施形態と同様の構成である。

0037

第五実施形態では、第二領域R2の筐体2が第一領域R1の筐体2の厚みに比べて厚く形成されている。これにより、筐体2が均一な素材で形成されている場合であっても、第二領域R2は第一領域R1に比べて剛性が高くなる。このため、外部から第二領域R2が押圧操作を受け付けたとき、筐体2が歪まず、電荷が発生しない。これに対して、押圧部5である第一領域R1が押圧操作を受け付けたとき、所定の電位が検出される。したがって、第三実施形態と同様に、押圧部5が押圧されたときのみ明確に検出できる。また、筐体2が均一な素材で形成できるため、製造し易くなる。

0038

図6(A)は、第六実施形態に係る筐体2の操作部を示す斜視図、図6(B)はそのX−Y平面における断面図である。図6(C)は、従来品を説明するための参考図である。

0039

図6(A)に示すように、第六実施形態に係る筐体2は、二箇所の押圧部50を備える。押圧部50は、其々Y軸方向前面と後面の一部に形成されている。これにより、押圧部50は筐体2内部の空間を隔てて対面するように形成されている。筐体2の内面には、圧電フィルム21を有する圧電素子10が貼り付けられている。圧電素子10は図6(A)に示すように、連続する一枚の形状のものが貼り付けられていることが好ましい。これにより、複数枚の圧電フィルムの位置合わせ等が必要ないため、製造工程が簡略化される。

0040

図6(B)に示すように、筐体2における押圧部50以外の箇所60は、押圧部50より剛性が高くなるように構成されている。押圧部50は剛性の低い第一領域R1に相当し、押圧部50以外の箇所60は剛性の高い第二領域R2に相当する。押圧部50である第一領域R1が押圧操作を受け付けたとき、図6(B)に示すように、矢印の方向へ力が加えられる。押圧部50は剛性が低いため、Y軸方向に向かって歪む。これに対して、押圧部50以外の箇所60は剛性が高く変形しないため、箇所60に押圧が加わっても圧電フィルム21への影響が生じない。これにより、圧電フィルム21の内側には縮む方向へ、圧電フィルム21の外側には伸びる方向へ力が加わるため、所定の方向の電荷が発生し、電位が検出される。

0041

これに対して、図6(C)に示すように、筐体の従来例においては、筐体全体が均一な剛性で形成されている。このため、筐体の面61は全体が均一に歪みやすい。この場合、図6(B)における押圧部50に相当する面だけでなく、図6(B)における押圧部50に相当する面に押圧が加わっても筐体が変形することとなる。これらの押圧による変形の向きはそれぞれ反対向きに働くため、最終的にY軸方向への歪みによって発生する電位より低い電位が検出される。

0042

したがって、第六実施形態においては、圧電素子10の出力における極性の逆転を抑制できるため、押圧部50が押圧されたときのみ明確に検出できる。また、第六実施形態においては、押圧部50以外の箇所60は剛性が高く変形しないため、押圧部50以外の箇所60である筐体2を把持した状態では電位が検出されない。これにより筐体2を把持した時に生じる誤作動を防止することができる。

0043

なお、実施形態において筐体2として直方体形状のものを挙げたが、筐体2の形状はこれに限らない。筐体2の形状として、例えば、円柱多角柱球体多角錐等の他の形状が挙げられる。

0044

1…表示装置
2…筐体
10…圧電素子
21…圧電フィルム
22…上部電極
23…下部電極
R1…第一領域
R2…第二領域

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