JP4611268B2 - 感圧デバイス - Google Patents

Description

本発明は感圧デバイス、特に、加圧するだけで発光する応力発光材料を用いた感圧デバイスに関する。

従来の感圧デバイスとしては、圧電素子とＬＥＤのような発光素子とを用いた無電源の圧電式発光装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−３５１４１６号公報

しかしながら、前述の圧電式発光装置は圧電素子および発光素子の２つのデバイスを必要とするため、小型化に限界があり、適用範囲が限定されていた。さらに、前記圧電素子は静的圧力では発電せず、衝撃力を必要とするため、適用できる範囲がより一層限定されるという問題点がある。

本発明は、前記問題点に鑑み、小型化で汎用性を有する感圧デバイスを提供することを目的とする。

本発明にかかる感圧デバイスは、前記目的を達成すべく、一対の電極層間に感圧層を上下に積層一体化したタッチセンサー本体と応力発光層との間に、上面に多数の応力集中用凸部を突設した応力集中層を配置して積層一体化し、前記応力発光層に対する外部上方からの直接加圧で前記応力発光層を厚さ方向に圧縮して発光させる一方、前記応力集中用凸部を介して前記タッチセンサー本体の感圧層を厚さ方向に圧縮し、一対の前記電極層を相互に導通する構成としてある。

本発明によれば、応力発光層を形成してあるので、圧電素子を必要とせず、小型化が容易である。さらに、応力発光層は加圧しただけで発光するので、従来例のような衝撃力を必要とせず、汎用性に優れた感圧デバイスが得られる。また、所定の位置を押圧すると、タッチセンサー本体が導通するとともに、応力発光層が発光して動作確認が容易となる。
また、本発明によれば、前述の効果に加え、応力集中層を介して押圧力が局部的に集中し、高い圧力で応力発光層を押圧する。このため、同一の押圧動作であっても発光の輝度が高い感圧デバイスを得られるという効果がある。

本発明に係る他の感圧デバイスとしては、感圧層の上面に突設した応力集中用凸部の両側に一対の電極を隣接するように配置したタッチセンサー本体と、前記電極の上面に配置した絶縁層を介して前記タッチセンサー本体に積層一体化した応力発光層とからなり、前記応力集中用凸部の直上に位置する前記応力発光層を外部上方から直接押圧することにより、前記応力発光層を厚さ方向に圧縮して発光させる一方、圧縮された前記応力集中用凸部を介して前記タッチセンサー本体の電極を相互に導通する構成であってもよい。
また、本発明に係る別の感圧デバイスとしては、感圧層の上面に突設した応力集中用凸部を一方の電極の貫通孔から突出させるとともに、一方の前記電極に積層した絶縁層を介して他方の電極および応力発光層を順次積層一体化し、前記応力集中用凸部の上方に位置する前記応力発光層を外部上方から直接押圧することにより、前記応力発光層を厚さ方向に圧縮して発光させる一方、圧縮された前記応力集中用凸部を介して前記電極を相互に導通する構成としてもよい。

本発明にかかる実施形態を図１ないし図１０の添付図面に従って説明する。
本発明にかかる第１実施形態は、図１に示すように、タッチパッドに適用した場合であり、タッチパッド本体１０に応力発光層３０を積層一体化してある（図１Ａ）。

前記タッチパッド本体１０は、感圧層１１の表裏面に電極層１２，１３を積層一体化したものである。そして、任意の位置を所定の圧力で押圧することにより、感圧層１１を介して電極１２，１３が導通する。

前記応力発光層３０は応力発光材料を積層して形成したものであり、前記応力発光材料は加圧するだけで発光する材料であり、例えば、特開２０００−６３８２４号公報に開示の応力発光材料が挙げられる。

したがって、任意の位置に圧力が負荷されると、圧力が負荷された部分の直下に位置する応力発光層３０の一部３０ａが発光するとともに（図１Ｂ参照）、前記感圧層１１を介して前記電極層１２，１３が導通する。

本実施形態によれば、応力発光層３０を形成してあるので、圧電素子を必要とせず、小型化が容易である。さらに、応力発光層３０は圧力が負荷されただけで発光するので、従来例のような衝撃力を必要とせず、汎用性に優れている。また、応力発光層３０の任意の部分を押圧しても、導通するとともに、発光するので、操作確認が容易であるとともに、押圧位置を容易に認識できるという利点がある。

第２実施形態は、図２に示すように、タッチパッド本体１０と応力発光層３０との間に応力集中層１４を形成した場合である。前記応力集中層１４は、応力発光層３０の界面に多数の凹凸部を配置したものである。これは、応力発光層３０に対する圧力が大きい程、応力発光層３０の発光量および輝度が高まることに鑑み、前記凹凸部を介して接触圧を局部的に増大させるために設けられている。

したがって、本実施形態によれば、応力発光層３０の任意の位置に圧力が負荷されると、押圧位置の直下に位置する応力発光層３０の一部３０ｂが前記押圧位置を中心とする円内で散点状に発光するとともに（図１Ｂ参照）、前記感圧層１１を介して前記電極層１２，１３が導通する。

本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、輝度の高い光を確保できるという利点がある。

第３実施形態は、図３に示すように、タッチセンサーに適用した場合であり、タッチセンサー本体１５に応力発光層３０を積層一体化した場合である。前記タッチセンサー本体１５は、感圧層１６の上面に突設した応力集中用凸部１６ａの両側に電極１７ａ，１７ｂの配置するとともに、前記電極１７ａ，１７ｂの上面に配置した絶縁層１８を介して応力発光層３０を積層一体化してある。そして、前記電極１７ａ，１７ｂはタッチ検出回路１９にそれぞれ接続されている。なお、前記応力発光層３０は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

したがって、前記応力集中用凸部１６ａの直上に位置する応力発光層３０を押し下げると、前記応力発光層３０が発光するとともに、圧縮された前記応力集中用凸部１６ａを介して前記電極１７ａ，１７ｂが導通し、タッチ検出回路１９に押圧信号が出力される。
本実施形態よれば、所定の応力集中用凸部１６ａを押圧しないと、押圧信号が出力されないので、誤操作を防止できるという利点がある。

第４実施形態は、図４に示すように、第３実施形態と同様、タッチセンサーに適用した場合である。
すなわち、前記タッチセンサー本体１５は、感圧層１６の上面に突設した応力集中用凸部１６ａが電極１７ａの貫通孔から突出している。さらに、前記電極１７ａに積層した絶縁層１８を介して電極１７ｂ，応力発光層３０が順次積層一体化されている。そして、前記電極１７ａ，１７ｂはタッチ検出回路１９にそれぞれ接続されている。なお、前記応力発光層３０は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

したがって、前記応力集中用凸部１６ａの直上に位置する応力発光層３０を押し下げると、前記応力発光層３０が発光するとともに、圧縮された前記応力集中用凸部１６ａを介して前記電極１７ａ，１７ｂが導通し、タッチ検出回路１９に押圧信号が出力され、位置情報が得られる。

第５実施形態は、図５に示すように、前述の実施形態が押圧力で信号を直接出力する場合であるのに対し、応力集中層１４に積層一体化した応力発光層３０を図示しない駆動手段で押圧し、生じた光を受光素子２０で受光する場合である。受光素子２０としては、例えば、フォトダイオードあるいはフォトトランジスタが挙げられる。

第５実施形態の具体例としては、例えば、図６に示すように、リニアスイッチに適用した場合がある。
すなわち、圧電アクチュエータ（あるいは静電アクチュエータ）２１に応力発光層３０を積層一体化する一方、前記応力発光層３０の近傍に受光素子２０を配置した場合である。

したがって、圧電アクチュエータ２１に電圧を印加して駆動させると、前記圧電アクチュエータ２１が変形し、前記応力発光層３０を押圧して発光させ、その光を受光素子２０が受光して信号を出力する。本実施形態によれば、入力と出力とがリニアであるため、印加する電圧に応じて発光量が変化し、出力が変化するリニアスイッチが得られる。

第５実施形態の他の具体例としては、例えば、図７に示すように、周波数検出スイッチに適用した場合がある。
すなわち、共振点を有するダイヤフラム（あるいは圧電アクチュエータ）２２に導電パターン２３を設け、さらに、応力発光層３０を積層一体化する一方、前記応力発光層３０の近傍に受光素子２０を配置した場合である。

そして、導電パターン２３を介して前記ダイヤフラム２２に電圧を印加すると、所定の共振周波数に達した時に前記ダイヤフラム２２が共振し、前記応力発光層３０を押圧して発光させ、その光を受光素子２０が受光して信号を出力する。したがって、所定の周波数を検出して信号を出力する周波数検出スイッチが得られる。

第６実施形態は、図８に示すように、液量検出デバイスに適用した場合である。
すなわち、流体中に立設した支持プレート２４の片面に応力発光層３０を積層一体化したものである。前記応力発光層３０が発光した場合に、その光を検出する受光素子（図示せず）が前記応力発光層３０の近傍に配置されている。

したがって、流体の圧力によって支持プレート２４が押し曲げられた場合に、押圧力が応力発光層３０に負荷され、前記応力発光層３０が発光する。特に、流体の流速が速くなればなる程、支持プレート２４に対する圧力が増大し、応力発光層３０の発光位置が支持プレート２４の基部に移動するとともに、輝度が高くなり、流速等を測定することができる。
なお、本実施形態では、支持プレートの両面に応力発光層を形成しておけば、流体の流れが逆方向に変化したときも検出できるという利点がある。

第７実施形態は、図９に示すように、衝撃力検知デバイスに適用した場合である。
すなわち、過度の衝撃力が作用した場合に塑性変形する球殻２５内に、球体２６を転動自在に収納するとともに、前記球殻２５の外周面を応力発光層３０で被覆した場合である。
本実施形態よれば、前記衝撃力検知デバイスに外部から衝撃力が作用すると、球体２６が球殻２５に衝突して塑性変形させる。このため、球殻２５の塑性変形した部分が応力発光層３０を押圧して発光させ、過度の衝撃力が負荷されたという履歴を発光現象で表示する。

本実施形態の利用方法としては、例えば、高価な電子機器等を輸送する際に取り付けておき、輸送途中で前記電子機器が破損したのか、あるいは、輸送前から破損していたのかを判別するための器具として利用する方法がある。

第８実施形態は、図１０に示すように、ＩＣカード２７に応力発光層３０を積層一体化した場合である。
本実施形態によれば、ＩＣカード２７に密封したＩＣ（図示せず）が破損する程度の外力が負荷された場合に、応力発光層３０が発光してＩＣが破損したことを使用者に知らせることができる。

前述の第６，７，８実施形態においては、必要に応じ、応力発光層３０の界面に応力集中層を設けて光の輝度を高めてもよい。

本発明によれば、応力発光層を形成してあるので、圧電素子を必要とせず、小型化が容易である。さらに、従来例のような衝撃力を必要とせず、加圧しただけで発光するので、汎用性に優れた感圧デバイスが得られるという効果がある。

本発明にかかる感圧デバイスは、前述の実施形態に限らず、他の感圧デバイスにも適用できる。

本発明にかかる第１実施形態を示し、図Ａは断面図、図Ｂは動作状態を示す断面図および部分平面図である。 本発明にかかる第２実施形態を示し、図Ａは断面図、図Ｂは動作状態を示す断面図および部分平面図である。 本発明にかかる第３実施形態の動作状態を示す断面図である。 本発明にかかる第４実施形態の動作状態を示す断面図である。 本発明にかかる第５実施形態の動作状態を示す断面図である。 第５実施形態の具体例を示す概略図である。 第５実施形態の他の具体例を示す概略図である。 本発明にかかる第６実施形態の動作を示す断面図である。 本発明にかかる第７実施形態の断面図である。 本発明にかかる第８実施形態を示す断面図である。

１０：タッチパッド本体
１１：感圧層
１２，１３：電極
１４：応力集中層
１５：タッチセンサー本体
１６：感圧層
１６ａ：応力集中用凸部
１７ａ，１７ｂ：電極
１８：絶縁層
２０：受光素子
２１：圧電アクチュエータ
２２：ダイヤフラム
２３：導電パターン
２４：支持プレート
２５：球殻
２６：球体
２７：ＩＣカード
３０：応力発光層

Claims (3)

1. 一対の電極層間に感圧層を上下に積層一体化したタッチセンサー本体と応力発光層との間に、上面に多数の応力集中用凸部を突設した応力集中層を配置して積層一体化し、前記応力発光層に対する外部上方からの直接加圧で前記応力発光層を厚さ方向に圧縮して発光させる一方、前記応力集中用凸部を介して前記タッチセンサー本体の感圧層を厚さ方向に圧縮し、一対の前記電極層を相互に導通することを特徴とする感圧デバイス。
2. 感圧層の上面に突設した応力集中用凸部の両側に一対の電極を隣接するように配置したタッチセンサー本体と、前記電極の上面に配置した絶縁層を介して前記タッチセンサー本体に積層一体化した応力発光層とからなり、前記応力集中用凸部の直上に位置する前記応力発光層を外部上方から直接押圧することにより、前記応力発光層を厚さ方向に圧縮して発光させる一方、圧縮された前記応力集中用凸部を介して前記タッチセンサー本体の電極を相互に導通することを特徴とする感圧デバイス。
3. 感圧層の上面に突設した応力集中用凸部を一方の電極の貫通孔から突出させるとともに、一方の前記電極に積層した絶縁層を介して他方の電極および応力発光層を順次積層一体化し、前記応力集中用凸部の上方に位置する前記応力発光層を外部上方から直接押圧することにより、前記応力発光層を厚さ方向に圧縮して発光させる一方、圧縮された前記応力集中用凸部を介して前記電極を相互に導通することを特徴とする感圧デバイス。

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