JP2004146302A - スイッチ、操作ボタン、入力装置、キー入力装置、電子機器および機器 - Google Patents

Abstract

【課題】操作感あるいは触感がはっきりし、スイッチあるいは操作ボタンあるいはキーが押されたかどうかの感触がはっきりと伝わり、しかも低消費電力で構成も極めて簡単なスイッチ、操作ボタン、入力装置、キー入力装置、電子機器および機器を提供する。
【解決手段】下部電極１０１および上部電極１０２が互いに対向して設けられた薄型スイッチにおいて、外皮１０４の表面に応力発光体膜１０５を密着固定する。薄型スイッチを指で押すと、下部電極１０１および上部電極１０２が互いに接触して導通する。これと同時に、応力発光体膜１０５から発光が生じ、色変化が起きる。薄型スイッチの裏面に圧電素子を設け、下部電極１０１および上部電極１０２が互いに接触して導通したときに、この圧電素子の駆動により発生する振動を指に伝えるようにしてもよい。
【選択図】　　　　図１７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチ、操作ボタン、入力装置、キー入力装置、電子機器および機器に関し、例えば、各種の電子機器の入力部あるいは操作部に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の一層の小型化が進んでいる。例えば、情報端末等の操作ボタン、スイッチ、キーボード等は小型薄型化されている。これに伴い、操作ボタン等に触れた際に操作者の操作感あるいは触感がはっきりせず、操作ボタン等が押されたかどうかの感触が伝わってこないのが現状である。
【０００３】
この問題を解決するため、電子機器等の操作ボタンあるいはスイッチに触れた際に、それらが色変化する機構を取り入れた装置の提案例がある。そして、操作ボタン等に色変化機構を加えたものとして、感温コレステリック液晶を操作スイッチに組み込んだスイッチが提案されている。
【０００４】
また、操作ボタン等に色変化を付与する他の方法として、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、エレクトロクロミック素子等の外部電気入力で色変化する素子を利用することが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、感温コレステリック液晶を操作スイッチに組み込んだスイッチでは、液晶は温度によって色変化するため、周囲の温度条件等で色変化が左右される問題がある上、応答速度も遅い。
【０００６】
また、ＥＬ素子、エレクトロクロミック素子等の外部電気入力で色変化する素子を利用するスイッチ等は、駆動のための電気配線が必要であり、構成が複雑となる問題があった。
【０００７】
更に、電子機器等の操作ボタンあるいはスイッチに触れた際に、振動モータや圧電素子等で振動を発生させ、触れた触感を再現する装置が考えられる。しかしながら、人間の感覚器官の多くは視覚によるものとされていることから、触感のみでなく、視覚に訴える機構、例えば色変化を伴う機構を付与すれば、人間と機械とのヒューマンインターフェイスを更に深めることができる。
【０００８】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、操作感あるいは触感がはっきりし、スイッチあるいは操作ボタンあるいはキーが押されたかどうかの感触がはっきりと伝わり、しかも低消費電力で構成も極めて簡単なスイッチ、操作ボタン、入力装置、キー入力装置、電子機器および機器を提供することにある。
この発明の上記課題および他の課題は本明細書の記述により明らかとなるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。その結果、スイッチや操作ボタン等の押圧部に応力発光材料を用い、この押圧部を指で押す等して応力発光材料に応力を発生させて発光を起こさせることにより、従来に比べてはっきりした操作感あるいは触感を得ることができることを見い出した。
【００１０】
この応力発光材料としては、これまでに見い出されている各種のものを用いることが可能であるが、人間が手の指先等で軽く触れるだけでも発光が生じることや、圧力印加のオン−オフでの発光量の比をできるだけ大きく取ること等が望ましい。
【００１１】
これらを満足させるためには、例えば、
１．長残光性を示さないＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ等を用いること
（当然ながら、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕは応力発光する）
２．樹脂等との複合化において、充填率を更に高くして３０％以上１００％未満、好適には３０％以上８０％以下とし、また薄いシート状とすること
が有効である。
【００１２】
ところで、後に詳述するが、本発明者は、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ等の物質に力を加えた時に発光が生じる現象について詳細な検討を行った結果、その物質内部の応力が時間的に変化することにより発光を制御することができ、具体的には発光のオン／オフあるいは発光強度の制御が可能であることを見い出した。
【００１３】
この発明は、以上の検討および知見に基づいて更に各種の検討を行った結果、案出されたものである。
すなわち、上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
押圧部を有するスイッチにおいて、
押圧部に応力発光材料が設けられている
ことを特徴とするものである。
【００１４】
この発明の第２の発明は、
押圧部を有する操作ボタンにおいて、
押圧部に応力発光材料が設けられている
ことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明の第３の発明は、
押圧部を有する入力装置において、
押圧部に応力発光材料が設けられている
ことを特徴とするものである。
【００１６】
この発明の第４の発明は、
押圧部を有するキー入力装置において、
押圧部に応力発光材料が設けられている
ことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明の第５の発明は、
押圧部を有する電子機器において、
押圧部に応力発光材料が設けられている
ことを特徴とするものである。
ここで、電子機器には、情報端末や各種の電気製品が含まれる。
【００１８】
この発明の第６の発明は、
押圧部を有する機器において、
押圧部に応力発光材料が設けられている
ことを特徴とするものである。
ここで、機器には、電子機器その他の各種のものが含まれる。
【００１９】
この発明において、押圧部とは、それを指等で押す等して情報あるいはデータの入力を行ったり、何らかの操作を行ったりする部位を指す。
この発明においては、必要に応じて、押圧部が押されたときにこの押圧部に振動を発生させる振動発生素子を設けてもよい。この振動発生素子としては、例えば、モータや圧電素子等を用いたものを用いることができる。
【００２０】
この発明において、応力発光材料は、典型的には、押圧部の表面に設けられるが、最表面に例えば樹脂等からなる保護膜を設けてもよい。応力発光材料の形態は、基本的にはどのようなものであってもよいが、典型的には、材料自体を膜状にしたものや、材料を微粒子状にし、これを樹脂等の他の物質とともに膜状にしたもの等である。
【００２１】
この発明において、応力発光材料としては、種々のものを用いることができるが、本発明者が見い出した下記のような材料が好適に用いられる。
・応力の時間変化率に依存して発光する蛍光性物質からなる応力発光材料
ここで、応力の時間変化率とは、応力をσ、時間をｔとしたとき、ｄσ／ｄｔと表すことができる。なお、応力には、機械的応力のほか、熱応力等も含まれる。
・応力の時間変化率に依存して発光強度が変化する蛍光性物質からなる応力発光材料
上記の応力の時間変化率は、外力の印加または解放の速度と言い換えることもできる。
・外力の印加または解放の速度に依存して発光する蛍光性物質からなる応力発光材料
・外力の印加または解放の速度に依存して発光強度が変化する蛍光性物質からなる応力発光材料
・応力の時間変化率に依存して発光する複合材料からなる応力発光材料
・応力の時間変化率により発光強度が変化する複合材料からなる応力発光材料
・外力の印加または解放の速度に依存して発光する複合材料からなる応力発光材料
・外力の印加または解放の速度に依存して発光強度が変化する複合材料からなる応力発光材料
・蛍光性物質と他の物質とからなり、応力の時間変化率に依存して発光する複合材料からなる応力発光材料
・蛍光性物質と他の物質とからなり、応力の時間変化率に依存して発光強度が変化する複合材料からなる応力発光材料
・蛍光性物質と他の物質とからなり、外力の印加または解放の速度に依存して発光する複合材料からなる応力発光材料
・蛍光性物質と他の物質とからなり、外力の印加または解放の速度に依存して発光強度が変化する複合材料からなる応力発光材料
・手で触るだけで発光する蛍光性物質からなる応力発光材料
・手で触るだけで発光する複合材料からなる応力発光材料
ここで、手で触るだけで発光する場合には、それにより応力の時間変化率が得られる場合のほか、一定の力がある時間印加されてある距離の変位が生じる場合も含まれる。
・蛍光性物質と他の物質とからなり、手で触るだけで発光する複合材料からなる応力発光材料
・弾性振動を起こさせることにより発光する蛍光性物質からなる応力発光材料
・弾性振動を起こさせることにより発光する複合材料からなる応力発光材料
・蛍光性物質と他の物質とからなり、弾性振動を起こさせることにより発光する複合材料からなる応力発光材料
上記の弾性振動を起こさせるには、音波、特に超音波を当てることが有効である。
・音波を当てることにより発光する蛍光性物質からなる応力発光材料
・音波を当てることにより発光する複合材料からなる応力発光材料
・蛍光性物質と他の物質とからなり、音波を当てることにより発光する複合材料からなる応力発光材料
・超音波を当てることにより発光する蛍光性物質からなる応力発光材料
・超音波を当てることにより発光する複合材料からなる応力発光材料
・蛍光性物質と他の物質とからなり、超音波を当てることにより発光する複合材料からなる応力発光材料
【００２２】
上記の複合材料において蛍光性物質とともに用いられる他の物質は、用途等に応じて適宜選定することができ、１種または２種以上のものであってもよく、更には有機物質、無機物質のいずれであってもよいが、柔軟性を持たせる観点からは、好適には弾性体が用いられる。この場合、蛍光性物質の重量比率は好適には３０％以上１００％未満、より好適には３０％以上８０％以下とする。弾性体は、典型的には有機材料であり、具体的には、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＡ）、ウレタン樹脂（ポリウレタン等）、ポリエステル、エチルセルローズ、エポキシ樹脂およびシリコーンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種以上の材料で構成される。無機物質系の弾性体としては、例えば無機ガラスが挙げられる。
【００２３】
蛍光性物質は、典型的には、アルミニウムを構成元素の一つとする酸化物、より具体的には、アルカリ土類金属およびアルミニウムの酸化物を母体とし、これに希土類元素がドープされたものである。ここで、希土類元素は、用途等に応じて１種類または２種類以上ドープされる。希土類元素が１種類だけドープされる場合の代表例はＥｕがドープされる場合であり、短残光が必要な用途に適している。このような蛍光性物質の具体例はＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕである。また、複合材料の具体例は、蛍光性物質がＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕであり、他の物質としての弾性体がポリエステルである場合である。希土類元素が２種類以上ドープされる場合の代表例はＥｕおよびＤｙがともにドープされる場合であり、長残光を積極的に利用する用途に適している。蛍光性物質は、アルミニウムを構成元素の一つとする酸化物のほかに、例えばＺｎＳ：Ｍｎのようなものであってもよい。
【００２４】
蛍光性物質あるいは複合材料は、用途等に応じた形状や寸法に調製される。例えば、シート状の形状とする場合、その厚さは、柔軟性を確保する観点から、好適には１ｍｍ以下、より好適には０．５ｍｍ以下とする。更に、蛍光性物質あるいは複合材料の柔軟性を確保する観点から、その蛍光性物質自体の形状を例えばファイバー状、スポンジ状またはネットワーク状の形状としてもよい。
【００２５】
蛍光性物質は、構成元素にアルミニウムが含まれる場合のほか、例えばアルミニウムおよびシリコンが含まれる場合もある。
蛍光性物質は、一つの形態では、直径が１００ｎｍ以下の微粒子からなり、結晶質である。この結晶質の蛍光性物質と弾性体とからなる複合材料においては、弾性体は典型的には非晶質である。
複合材料は、用途によっては、全体としてゲル状としてもよい。
【００２６】
複合材料は、種々の方法で製造することが可能であるが、特に直径が１００ｎｍ以下の微粒子からなる蛍光性物質と弾性体とからなる複合材料の製造には、ポリシロキサン化合物および金属アルコキシドの脱水・縮合反応を用いる。
【００２７】
蛍光性物質は、コート材料、塗料、インク、人工皮膚、発光素子等に使用することもでき、必要に応じて、他の物質と組み合わせて複合材料として使用してもよい。
【００２８】
上記の蛍光性物質あるいは複合材料は、すでに述べたように超音波を当てることにより容易に発光を起こさせることができる。このような超音波発光性物質は種々の方法で得ることができるが、好適には以下のような方法により得ることができる。また、この超音波発光性物質は、例えば発光を利用した交通標識等に用いることができる。すなわち、アルカリ土類金属およびアルミニウムの酸化物の母体中に一種類だけの希土類元素がドープされた結晶性材料を、５００℃以上の温度で還元処理することにより超音波発光性物質を得ることができる。
【００２９】
この発明による蛍光性物質は、発光表示部を有する各種の電子装置、発光システム、表示システム等に使用することができ、必要に応じて、他の物質と組み合わせて複合材料として使用してもよい。
【００３０】
上述のように構成されたこの発明によれば、押圧部を指等で押す等すると、この押圧部に設けられた応力発光材料に応力が発生し、それによって発光が生じ、色変化（色調変化）が生じる。したがって、この発光あるいは色変化により、操作者に、視覚的に、スイッチあるいは操作ボタンが押されたかどうかがはっきりと伝わる。
【００３１】
更に、押圧部が押す等されたときにこの押圧部に振動を発生させる振動発生素子を設けた場合には、押圧部を指等で押す等すると、発光あるいは色変化および振動の両方が発生するため、これらの発光あるいは色変化および振動により、操作者に、視覚的および触覚的に、スイッチあるいは操作ボタンが押されたかどうかがよりはっきりと伝わる。
【００３２】
この場合、押圧部を手の指で押す等することを入力信号と捉えることができる上、エレクトロルミネッセンスや発光ダイオード等のように発光を起こさせるために電流注入を行う必要がないので、消費電力は基本的にゼロで済む。更に、発光を起こさせるための配線は不要であるので、装置の構成が簡単である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
最初に、以下の実施形態において応力発光材料として好適に用いられるＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ系複合材料、その製造方法およびその応用について説明する。
まず、通常の固相反応法によるＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕセラミックスの作製法について説明する。
作製の手順としては、まず、原料として以下の物質を所定量、ボールミルにて約２０時間混合する。
【００３４】

【００３５】
その後、１４００℃での酸素中仮焼、１３００℃でのＨ_２（５％）−Ｎ_２雰囲気中還元熱処理というプロセスで合成を行った。そのときの各段階でのＸ線回折図形を図１〜図４に示す。
１４００℃で空気中仮焼した段階（図２）で、ほぼ目的結晶相は形成されており、結果的にできている物質は、既知論文［Ｆ．Ｈａｎｉｃ，Ｔ．Ｙ．Ｃｈｅｍｅｋｏｖａ　ａｎｄ　Ｊ．Ｍａｊｌｉｎｇ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１２（１９７９）２４３］と同様に単斜晶系で全て指数付けされ、単相であることが判明した。
【００３６】
次に、ポリエステル樹脂（Ｂｕｅｈｌｅｒ　社製のＣａｓｔｏｌｉｔｅ　Ｒｅｓｉｎ）と上記のＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕの粉末とを重量比で１：２の割合で混練し、数ｃｍ角のシート状にし、これを一昼夜放置して、無機有機・複合化シート材料を作製した。ここで、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕの粉末微粒子の直径は２０μｍ以下である。なお、本発明者の知る限り、ポリエステルを使用した報告はなされていない。
【００３７】
ここで作製したシートは、厚さ１ｍｍに満たない薄いシート（下敷き状）であり、暗がりで軽く曲げるだけで、強く光ることが確認された。その時の様子を図５に示す。
【００３８】
図５Ａでは、折り曲げる前の明るい場所でのシートを、図５Ｂでは、暗くしたところを（折り曲げ始めたところ）、図５Ｃでは、折り曲げたところで、しかも持ったところが光るケースを、更に図５Ｄでは、折り曲げた際に、シート全体が光るケースをそれぞれ示した。
このように人の力で簡単に光らせることに成功したのは、今のところ本発明者だけである。
【００３９】
このように、簡単な折り曲げ操作で光る材料が得られたことは、エンターテインメント用ロボット等の人工皮膚材料として、極めて有用である。図６にその簡単なイメージ図を示す。図６においては、犬型のエンターテインメント用ロボットの胴体に上述のシートが人工皮膚として設けられ、その人工皮膚に人間の手の指先を触れることで発光が生じるようになっている。
軽く触っただけで発光が起こる無機有機・複合化シートは、上記の機能性人工皮膚材料の研究だけでなく、他分野への波及効果も相当あるものと考えられる。
【００４０】
次に、応力発光物質としてのＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末と樹脂材料との混合比（重量％表示）について説明する。
上記と同様な手法により、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末とポリエステルとの混合を重量比を１０％から８０％に変えて行い、シート状の成型を試みた。シートの形状は１０ｍｍ×２５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍ程度である。この実験に限って言うと、７０％以下ではいずれも良好なシート成型体が形成されたが、８０％ではぼろぼろになりやすく、力学的信頼性が乏しい結果となった。図７に、このシートにおけるＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末の重量比率（重量含有率）と発光強度との相関を示す。発光特性だけから考慮すれば、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕの充填率が高いほど高い発光強度が得られるが、力学的信頼性が乏しくては製品化が困難であるので、この結果からすると、３０〜７５％程度が望ましいと考えられる。ただし、本質的には、８０％以上であっても、良好なシート状成型体の形成が可能であると考えられる。
【００４１】
ここで用いられる複合材料は、応力発光すると言っても、日中の明るい状況下では、その発光を目で明瞭に捉えることはなかなか難しいのが現実である。発光強度の問題であり、紫外線等の光励起を用いれば明瞭に分かるが、応力発光の場合には、励起強度がまだまだ少ないのか効率が低いのかは必ずしも定かではないが、とにかく日中時に一目瞭然と発光状態が分かるわけではない。したがって、効果的な使用時間帯としては夜間での使用が考えられる。もっとも、暗い部屋であれば問題なく使用可能である。
【００４２】
本発明者が作製したＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉体および比較のために根本特殊化学が開発したＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ＋Ｄｙ粉体の発光特性を評価した結果について説明する。
図８に本発明者が作製したＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉体の紫外線励起発光スペクトル（図８Ａ）およびその残光特性（図８Ｂ）を、図９にＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ＋Ｄｙ粉体［根本特殊化学（株）製の商品名ルミノーバ（Ｇ−３００Ｃ）］の紫外線励起発光スペクトル（図９Ａ）およびその残光特性（図９Ｂ）をそれぞれ示す。
【００４３】
なお、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉体の作製においては、還元前の処理は１回で十分との事前確認をした上で、仮焼を酸素雰囲気中において１４００℃で２時間、その後、還元処理（Ｎ_２中４％Ｈ_２）を、１３００℃で２時間の条件で行って測定用試料とした。この試料が単相であることは確認済みである。なお、還元処理の温度は少なくとも５００℃以上であればよく、１３００℃に限定されないことは言うまでもない。
【００４４】
発光の主ピークは５２０ｎｍ近傍の波長であり、緑色を呈しているが、紫外線照射を止めた後の残光（Ｄｅｃａｙ）特性を見ると、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕの方がはるかに早く発光強度が減衰していくことが確認できる。なお、図８Ａおよび図９Ａの発光スペクトルは、２５ミリ秒毎に測定した結果を重ねて表したものであり、発光スペクトルの強度が時々刻々減少している様子が見て取れる。
【００４５】
次に、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕと樹脂との複合化材料における特徴として、圧力の印加および解放の両プロセスにおける発光現象を図１０に示す。
図１０Ａ〜Ｅは圧力の印加および解放による発光特性を観察した結果を示し、ビデオ撮影からのコマ撮りを再現したものである。図１０Ａはプレス台上に置かれた試料を示す。加圧前の暗い状態では若干の残光を有している（図１０Ｂ）。加圧した瞬間に強く発光し（図１０Ｃ）、その加圧状態を維持すると発光は消失する（図１０Ｄ）。図１０Ｅは加圧を解放した状態を示す。以上のことから分かるように、ここで言う応力発光とは、物理的に正確な表現をすれば、応力の時間微分に起因した発光ということになる。このことは、実際加圧速度を速めると発光が強くなることからも確認されている。
【００４６】
このように応力の時間微分あるいは加圧速度に発光強度が大きく依存することが判明したことから、本発明者は、超音波振動下での発光を期待して実験を行った。この実験は世界的に見ても初めてのものと考えられる。
実験に使用した超音波振動子は、本多電子製の、発振部にホーンを装備したもので、仕様は、共振周波数３９．３０ｋＨｚ、共振インピーダンス１８０Ω、静電容量２４８０ｐＦというものである。この共振状態にある超音波ホーンに、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕとポリエステル樹脂とを複合化させたシートを接触させたところ、期待通り発光が確認された。その結果を図１１に示す。
【００４７】
図１１Ａには超音波ホーンの概観、図１１Ｂにはその発光の様子を暗視野で、図１１Ｃにはビデオのナイトショット撮影機能を用いた発光の様子を再現したものをそれぞれ示す。図１１Ｂおよび図１１Ｃより、明らかに超音波を受けて発光していることがわかる。これは、振動の波が複合材料シート内を伝搬し、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ微粒子へ到達して発光しているものと考えられる。ただし、超音波ホーン・ステージに強く接触させないと光はまだ弱く、超音波の伝搬ロスさえ抑制できれば、もっと効率よく発光させることができると考えられる。なお、接触面での発熱の影響を確認するため、別途ホットプレート等の発熱部へ接触させて、その発光の有無を調べたが、それらの実験からは目に見える発光は全く観察されなかったので、明らかに超音波発光であることが証拠付けられた。このことは、上述した新潟大の傳井らのサーモルミネッセンス研究からも予想されることで、このＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末は、２３０Ｋに大きなサーモルミネッセンス発光（トラップと関係がある）のピークがあり、室温以上ではその強度は数分の一程度に減少することが報告されている。すなわち、室温以上の温度下にさらされたとしたも、熱だけでは発光しにくいことが分かる。この超音波発光の効率を上げる目的から、さらに周波数の高いＭＨｚの振動子での実験を試みた。ここで用いられている振動子は、超音波加湿器等で用いられているものとほぼ同型のもので、直径２ｃｍ程、厚さ１ｍｍのディスク状のものである。その表面にシートを貼り付けて周波数２．４ＭＨｚで振動を与えた場合の様子を図１２に示す。図１２Ａが振動子オフの状態、図１２Ｂが振動子オンの状態である。
【００４８】
圧電振動のモードは、主として厚さ方向縦振動である。明瞭なより強度の高い発光が認められた（図１２Ｂ）。高周波振動の方が加速度が高いためと考えられる。
このような基礎実験の結果より、この材料は、表面波等を用いて発光させることができると考えられる。更に、超音波を空気中に照射して、遠方のボードを光らせるようなこともできると考えられる。このように、振動のエネルギーが直接光エネルギーに変換された意義は、非常に大きい。
【００４９】
技術的な位置づけを再度繰り返すと、軽く触るだけでの発光は勿論、超音波振動を直接物質に与えるような実験報告は、いずれも世界的に見てもなされていない。
【００５０】
蛍光性ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末とポリエステル樹脂との複合化シートにおいて、超音波振動をしている物体に接触させることで発光する現象が初めて観測された。これは、ごく単純な機械的エネルギーではなく、電気制御し得る超音波振動で固体の発光を制御することができる可能性を示したものである。更に一方、同じシートにおいて、単純な折り曲げ（屈曲）操作で、容易に発光することも併せて確認することができた。人工皮膚への応用面からは、電気制御と自発性との２面で有効であることが確認された意義は大きい。
【００５１】
次に、人工皮膚の構成要素等について説明する。
人工皮膚ということもあり、ある程度の柔軟さが必要である。そこで、これまでに述べてきたように、マトリックスとして樹脂等のエラストマーを使用することは自然であるし、ゴム等でサンドイッチして光らせることも可能である。更に、そうした方法だけでなく、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕセラミックス自体をファイバー状にしたり、スポンジ状にしたり、あるいはネットワーク状にしたりしてそれ自体である程度柔軟性を持たせることにより、発光を実現させることも可能である。その場合のイメージ図を図１３に示す。
【００５２】
図１３においては、人工発色皮膚の構造のイメージが示されており、外力の印加によるネットワーク構造の圧縮により発光が生じる様子が示されている。図１３には、スポンジ構造のほか、セラミックスのフレームワーク構造も示されているが、このような構造を形成するには、セラミックス焼結後に酸等で粒子部分を洗い流し、粒界部分のみ残す手法が一般的に用いられる。ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕを粒界に残す場合には、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕと反応し難い物質と混合し、焼成後、その物質を酸等で洗浄すればよい。具体例では、ＺｎＯ−Ｎｂ_２Ｏ_５系の場合で、以下の論文にその記述がある。
・浜野健也、佐谷野顕生、中川善兵衛、窯業協会誌、９１（１９８３）３０９−３１７
【００５３】
次に、同じような柔軟な構造を得る方法として、無機・有機ハイブリッド複合材料化が挙げられる。無機有機ナノ複合体のうち、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ部位だけが選択的にナノ結晶として存在することが理想的である。この場合、マトリックス部が無機・有機ハイブリッド複合材料ということになる。このイメージを図１４に示す。また、この柔軟な無機・有機ハイブリッド複合材料をシート片としたものを人の指先にはさんで折り曲げている様子を図１５に示す。
【００５４】
図１４中の波線部分は、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−のシロキサン結合で、その末端の部位にＭ−Ｏの部位（ここではＭとしてＳｒ、Ａｌを考え、Ｓｒ−ＯおよびＡｌ−Ｏを考えればよい）があるものである。この無機・有機ハイブリッド複合材料においては、機械的変位がシロキサン結合に伝搬し、それが空間的に点在するＳｒ−ＯおよびＡｌ−Ｏ部位に到達した際に発光が起こる。
【００５５】
この無機・有機ハイブリッド複合材料を作製するには、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、ＴＥＯＳ）の加水分解生成物であるシロキサン（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−）を原料とすることもできるが、簡便には、ポリジメチルシロキサン（ＨＯ−（Ｓｉ（ＣＨ_３）_２）−ＯＨ、ＰＤＭＳ）を原料として用いることができる。更に、発光部位を形成するために、アルミニウムアルコキシド（例えば、Ａｌ（−Ｏ−ＣＨ（ＣＨ_３）_２）_３）やストロンチウムアルコキシド（例えば、Ｓｒ（−Ｏ−ＣＨ（ＣＨ_３）_２）_３）を一緒に反応させればよい。適切な反応条件下で、脱水・縮合反応が起き、所望のハイブリッド構造が得られる。具体的な作製方法は、以下の論文に詳述されている。
・山田紀子、吉永郁子、片山真吾、マテリアルインテグレーション１２（１９９９）５１−５６
【００５６】
さて、この発明の第１の実施形態による薄型スイッチについて説明する。
図１６はこの薄型スイッチを示す断面図である。
図１６に示すように、この薄型スイッチにおいては、下部電極１０１と上部電極１０２とが絶縁材料１０３を介して互いに対向して配置されている。絶縁材料１０３は下部電極１０１の裏面を覆うように設けられているとともに、下部電極１０１と上部電極１０２との間の部分では、これらの下部電極１０１および上部電極１０２の周辺部のみに設けられ、したがってその中心部では下部電極１０１および上部電極１０２間は空洞となっている。これらの下部電極１０１および上部電極１０２の全体は例えば樹脂等からなる外皮１０４に包まれ、保護されている。
この薄型スイッチの平面形状は基本的には任意であるが、一般的には、例えば円形や矩形等である。
【００５７】
この薄型スイッチにおいては、従来の薄型スイッチと同様な上記の構成に加えて、上部電極１０２側の外皮１０４の表面に応力発光体膜１０５が密着固定されている。この応力発光体膜１０５は、シート状の応力発光材料を外皮１０４の表面に接着してもよいし、応力発光材料を含む塗料を外皮１０４の表面に塗布してもよい。この応力発光体膜１０５の材料としては、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末と透明で柔軟なポリエステル樹脂との複合材料が好適に用いられるが、その他の各種の材料を用いてもよい。この応力発光体膜１０５の厚さは必要に応じて決めることができるが、具体的には例えば０．２ｍｍ程度である。
【００５８】
次に、この薄型スイッチの動作について説明する。ただし、この薄型スイッチは、図示省略したスイッチ回路に直列に接続されているものとする。
図１７に示すように、この薄型スイッチの表面を操作者が指１０６で押すと、この押圧部の応力発光体膜１０５、外皮１０４および上部電極１０２が変形して凹み、この上部電極１０２が下部電極１０１と接触する。これによって、薄型スイッチがオンし、スイッチ回路が閉じる。これに加えて、応力発光体膜１０５が押圧されることにより、薄型スイッチがオンすると同時に、この応力発光体膜１０５から発光が起きて光１０７が発する。応力発光体膜１０５の材料としてＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末とポリエステル樹脂との複合材料を用いる場合、この光１０７は緑色の光である。
【００５９】
以上のように、この第１の実施形態によれば、薄型スイッチの表面に応力発光体膜１０５が設けられているので、スイッチを入れるために薄型スイッチを押圧すると、下部電極１０１および上部電極１０２間が導通すると同時に、応力発光体膜１０５から発光が生じ、色変化が生じる。このため、操作者はこの発光あるいは色変化をはっきりと感知することができ、それによって薄型スイッチが押されたかどうかを視覚的にはっきりと認識することができることから、従来に比べて明確な操作感を得ることができる。また、応力発光体膜１０５を押すだけで発光が生じるため、発光のために電流を流す必要がなく、発光に必要な消費電力はゼロで済む。また、発光を起こさせるための配線が不要であるため、その分だけ構成も簡単で済む。
【００６０】
図１８はこの発明の第２の実施形態による薄型スイッチを示す断面図である。図１８に示すように、この薄型スイッチにおいては、上部電極１０２側の外皮１０４の表面に応力発光体膜１０５が密着固定されているとともに、下部電極１０１側の外皮１０４の表面に圧電素子１０８が密着固定されている。図示は省略するが、この圧電素子１０８は圧電材料を一対の電極で挟んだ構造を有し、これらの電極間への電圧印加によりその厚さ方向の振動を生じさせることができるようになっている。この圧電素子１０８の厚さは例えば１ｍｍ程度である。
【００６１】
圧電素子１０８の一例を図１９に示す。図１９において、符号１０８ａは圧電セラミック、１０８ｂ、１０８ｃは電極を示す。圧電セラミック１０８ａは例えばＰＺＴ、電極１０８ｂ、１０８ｃは例えばＡｇ電極である。圧電素子１０８の駆動は、電極１０８ｂ、１０８ｃ間に接続された所定の電源（図示せず）により行う。
上記以外のことは第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６２】
次に、この薄型スイッチの動作について説明する。ただし、この薄型スイッチは図示省略したスイッチ回路に直列に接続され、圧電素子１０８はこのスイッチ回路が閉じると同時に図示省略した駆動回路により駆動されるようになっているものとする。
図２０に示すように、この薄型スイッチの表面を操作者が指１０６で押すと、この押圧部の応力発光体膜１０５、外皮１０４および上部電極１０２が変形して凹み、この上部電極１０２が下部電極１０１と接触する。これによって、薄型スイッチがオンし、スイッチ回路が閉じる。これに加えて、応力発光体膜１０５が押圧されることにより、薄型スイッチがオンすると同時に、この応力発光体膜１０５から発光が起きて光１０７が発する。応力発光体膜１０５の材料としてＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末とポリエステル樹脂との複合材料を用いる場合、この光１０６は緑色の光である。更に、薄型スイッチがオンすると同時に、圧電素子１０７が駆動回路により駆動され、それによってその厚さ方向の振動が生じる。そして、この振動が外皮１０４、絶縁材料１０３、下部電極１０１、上部電極１０２および応力発光体膜１０５を介して指１０６に伝わる。符号１０９は指１０６に伝わった振動を模式的に示したものである。圧電素子１０７の振動数は必要に応じて選ばれるが、好適には、超音波領域の振動数（２０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ）とされ、具体的には例えば２．４ＭＨｚの縦振動を用いて共振振動させる。
【００６３】
以上のように、この第２の実施形態によれば、薄型スイッチの表面に応力発光体膜１０５が設けられ、更に裏面に圧電素子１０８が設けられているので、スイッチを入れるために薄型スイッチを押すと、下部電極１０１および上部電極１０２間が導通すると同時に、応力発光体膜１０５から発光が生じ、それによって色変化が生じ、更に圧電素子１０７が振動してこの振動が応力発光体膜１０５に伝わり、それが指１０６に伝わる。このため、操作者はこの発光あるいは色変化をはっきりと感知することができ、薄型スイッチが押されたかどうかを視覚的にはっきりと認識することができるのみならず、指１０６が振動１０９を感知することにより、薄型スイッチが押されたかどうかを触覚的にもはっきりと認識することができる。更に、この場合、圧電素子１０８の振動数を超音波領域に設定すると、この振動が応力発光体膜１０５に伝わることにより、この応力発光体膜１０５からより効果的に発光が生じ、より効果的に色変化を起こすことができる。これらのことから、従来に比べて更に明確な操作感を得ることができる。また、第１の実施形態と同様に、応力発光体膜１０５を押すだけで発光が生じるため、発光のために電流を流す必要がなく、発光に必要な消費電力はゼロで済み、また、発光を起こさせるための配線が不要であるためその分だけ構成も簡単で済む。
【００６４】
図２１はこの発明の第３の実施形態による携帯情報端末を示す。
図２１に示すように、この携帯情報端末においては、操作ボタン１１０が、第１または第２の実施形態による薄型スイッチにより構成されている。符号１１１は情報表示用のディスプレイを示す。
【００６５】
この第３の実施形態によれば、操作者は、操作ボタン１１０が押されたかどうかを視覚的に、あるいは視覚的および触覚的にはっきりと認識することができ、明確な操作感を得ることができる。
【００６６】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００６７】
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、形状、材料等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、形状、材料等を用いてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、押圧部に応力発光材料が設けられていることにより、更には押圧部が押圧されたときにこの押圧部に振動を発生させる振動発生素子を有することにより、操作感あるいは触感がはっきりし、スイッチあるいは操作ボタンあるいはキーが押されたかどうかの感触がはっきりと伝わり、しかも低消費電力で構成も極めて簡単なスイッチ、操作ボタン、入力装置、キー入力装置、電子機器および機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固相反応によるＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕセラミックス粉末の合成プロセスの各段階におけるＸ線回折図形を示す略線図である。
【図２】固相反応によるＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕセラミックス粉末の合成プロセスの各段階におけるＸ線回折図形を示す略線図である。
【図３】固相反応によるＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕセラミックス粉末の合成プロセスの各段階におけるＸ線回折図形を示す略線図である。
【図４】固相反応によるＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕセラミックス粉末の合成プロセスの各段階におけるＸ線回折図形を示す略線図である。
【図５】この発明による複合材料シートを折り曲げた際のシートからの発光の様子を説明するための図面代用写真である。
【図６】触れると発光する材料を人工皮膚として用いたエンターテインメント用ロボットを示す略線図である。
【図７】ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末とポリエステル樹脂との複合材料シートにおけるＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末の重量比率と発光強度との相関を示す略線図である。
【図８】ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ粉末の紫外線励起発光スペクトルおよびその残光特性を示す略線図である。
【図９】ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ＋Ｄｙ粉末の紫外線励起発光スペクトルおよびその残光特性を示す略線図である。
【図１０】この発明による複合材料シートへの圧力の印加・解放による可逆的発光特性の観察結果を示す図面代用写真である。
【図１１】この発明による複合材料シートを超音波振動をしているホーンに接触させた際の発光の様子を示す図面代用写真である。
【図１２】この発明による複合材料シートを超音波振動子上に載せ、超音波振動子をオン／オフさせた際の発光の様子を示す図面代用写真である。
【図１３】スポンジ状あるいはネットワーク状の応力発光材料を利用した人工発色皮膚を示す略線図および図面代用写真である。
【図１４】この発明による無機・有機ハイブリッド材料の構造を示す略線図である。
【図１５】この発明による無機・有機ハイブリッド材料によるシートの柔軟性を示す略線図である。
【図１６】この発明の第１の実施形態による薄型スイッチを示す断面図である。
【図１７】この発明の第１の実施形態による薄型スイッチの動作を説明するための断面図である。
【図１８】この発明の第２の実施形態による薄型スイッチを示す断面図である。
【図１９】この発明の第２の実施形態による薄型スイッチにおいて用いられる圧電素子の一例を示す断面図である。
【図２０】この発明の第２の実施形態による薄型スイッチの動作方法を説明するための断面図である。
【図２１】この発明の第３の実施形態による携帯情報端末を示す略線図である。
【符号の説明】
１０１・・・下部電極、１０２・・・上部電極、１０３・・・絶縁材料、１０４・・・外皮、１０５・・・応力発光体膜、１０６・・・指、１０７・・・光、１０８・・・圧電素子、１０９・・・振動

Claims (32)

1. 押圧部を有するスイッチにおいて、
   上記押圧部に応力発光材料が設けられている
   ことを特徴とするスイッチ。
2. 上記押圧部が押圧されたときに上記押圧部に振動を発生させる振動発生素子を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
3. 押圧部を有する操作ボタンにおいて、
   上記押圧部に応力発光材料が設けられている
   ことを特徴とする操作ボタン。
4. 上記押圧部が押圧されたときに上記押圧部に振動を発生させる振動発生素子を有する
   ことを特徴とする請求項３記載の操作ボタン。
5. 押圧部を有する入力装置において、
   上記押圧部に応力発光材料が設けられている
   ことを特徴とする入力装置。
6. 上記押圧部が押圧されたときに上記押圧部に振動を発生させる振動発生素子を有する
   ことを特徴とする請求項５記載の入力装置。
7. 押圧部を有するキー入力装置において、
   上記押圧部に応力発光材料が設けられている
   ことを特徴とするキー入力装置。
8. 上記押圧部が押圧されたときに上記押圧部に振動を発生させる振動発生素子を有する
   ことを特徴とする請求項７記載のキー入力装置。
9. 押圧部を有する電子機器において、
   上記押圧部に応力発光材料が設けられている
   ことを特徴とする電子機器。
10. 上記押圧部が押圧されたときに上記押圧部に振動を発生させる振動発生素子を有する
    ことを特徴とする請求項９記載の電子機器。
11. 押圧部を有する機器において、
    上記押圧部に応力発光材料が設けられている
    ことを特徴とする機器。
12. 上記押圧部が押圧されたときに上記押圧部に振動を発生させる振動発生素子を有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の機器。
13. 上記応力発光材料は応力の時間変化率に依存して発光する
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
14. 上記応力発光材料は応力の時間変化率に依存して発光強度が変化する
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
15. 上記応力発光材料は外力の印加または解放の速度に依存して発光する
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
16. 上記応力発光材料は外力の印加または解放の速度に依存して発光強度が変化する
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
17. 上記応力発光材料は蛍光性物質と他の物質とからなり、応力の時間変化率に依存して発光する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
18. 上記応力発光材料は蛍光性物質と他の物質とからなり、応力の時間変化率に依存して発光強度が変化する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
19. 上記応力発光材料は蛍光性物質と他の物質とからなり、外力の印加または解放の速度に依存して発光する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
20. 上記応力発光材料は蛍光性物質と他の物質とからなり、外力の印加または解放の速度に依存して発光強度が変化する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
21. 上記応力発光材料は手で触るだけで発光する
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
22. 上記応力発光材料は手で触るだけで発光する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
23. 上記応力発光材料は蛍光性物質と他の物質とからなり、手で触るだけで発光する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
24. 上記応力発光材料は弾性振動を起こさせることにより発光する
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
25. 上記応力発光材料は弾性振動を起こさせることにより発光する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
26. 上記応力発光材料は蛍光性物質と他の物質とからなり、弾性振動を起こさせることにより発光する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
27. 上記応力発光材料は音波を当てることにより発光する
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
28. 上記応力発光材料は音波を当てることにより発光する
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
29. 上記応力発光材料は蛍光性物質と他の物質とからなり、音波を当てることにより発光する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
30. 上記応力発光材料は超音波を当てることにより発光する
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
31. 上記応力発光材料は超音波を当てることにより発光する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
32. 上記応力発光材料は蛍光性物質と他の物質とからなり、超音波を当てることにより発光する複合材料である
    ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。

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