JP2007515073A - 圧電変換器 - Google Patents

Abstract

本発明は、並列配置で設けられかつ一つの領域の「Ｎ極」が隣接領域の「Ｓ極」に接続されることを意味する直列接続を通して逆にされる分極方向と直列に接続される少なくとも二つの分極圧電領域を含む圧電変換器を提供する。該少なくとも二つの領域は、同じ圧電材料片内にありうる、あるいは別個の圧電材料片となりうる。本発明の変換器は、プレートにおける屈曲波などの振動を検出するのに特に適しているだろう。例えば、本発明の変換器は、プレートの表面にはりつけられ、かつプレートへのタッチによって起こされるあるいは影響される振動を検出するために用いられて、タッチ位置などの、タッチに関する情報を決定しうる。

Description

本発明は、分極圧電変換器に関し、かつ振動を発しあるいは検知するために分極圧電変換器を利用する装置に関する。

圧電装置は、機械エネルギーを電気エネルギーにかつ電気エネルギーを機械エネルギーに変換するために用いられる。圧電装置に機械的に応力を加えることで、該装置に電荷不均衡が生じ、測定されうる電界を作る。逆に、圧電装置全体にわたって電界を印加することで、装置に結合される物体を制御可能に操作するために用いることが可能な機械的応力を誘起することができる。ある応用では、圧電装置を物体の表面に結合して、物体の振動を検出し、物体に振動を与え、あるいはその両方のために用いることができる。この例には、圧電装置をフラットパネルに機械的に結合することにより、この圧電装置によって可聴信号をもたらす振動をパネルに誘起し、その結果、パネルを拡声器装置に変換することが挙げられる。さらに、パネルを、該パネルに結合される圧電装置によって検知される振動を受けるために用いることができ、それによってパネルをマイクロフォンに変換することができる。圧電装置はまた、プレートにおいて、該プレートへのタッチによって誘起される振動を検出するために用いられてきた。検出された振動は、タッチの位置を決定するために用いることができる。

本発明は、最初の領域から最後の領域まで直列に接続されかつ並列配置で設けられる複数の分極された圧電領域を含み、各領域は、第１および第２表面を有し、かつ分極方向は、該領域の第１表面から第２表面に向かい、接続された隣接領域の各対は、隣接領域の一方の第１表面から、隣接領域の他方の第２表面に電気的に接続される、圧電変換器を提供する。変換器はまた、最初の領域の第１表面上に設けられる第１端子電極、および最後の領域の第２表面上に設けられる第２端子電極を含む。

本発明は、タッチプレートと、タッチプレートの表面上に設けられる少なくとも一つの圧電変換器とを含むユーザ入力装置をさらに提供する。変換器は、並列配置で設けられる一連の分極圧電領域を含み、各領域は、Ｎ極およびＳ極によって定義される分極方向を有し、各領域の分極方向は、タッチプレートの表面に垂直であり、領域は、一つの領域のＮ極が、一連の分極圧電領域における次の領域のＳ極に電気的に接続されるようにして、直列に接続されている。

本発明はまた、圧電装置の電圧感度を増加させる方法を提供する。該方法は、第１表面およびこれに対向する第２表面を有する圧電材料を提供するステップと、この材料の第１部分を分極して、第１表面から第２表面に向かう第１分極を生じさせるステップと、第１部分に隣接しかつ該第１部分と離れた前記材料の第２部分を分極して、第２表面から第１表面に向かう第２分極を生じさせるステップと、第１および第２部分を、第１表面で電気的に接続するステップとを含む。

本発明の他の方法は、第１方向に分極される第１圧電装置を提供し、それによって第１装置のＮおよびＳ面を定義するステップと、第２方向に分極される第２圧電装置を提供し、それによって第２装置のＮおよびＳ面を定義するステップと、第１および第２装置を表面上に並列配置で設けるステップであって、第１および第２方向は、各々表面に垂直である、ステップと、第１装置のＳ面を第２装置のＮ面に電気的に接続するステップとによって、圧電装置を製造することを提供する。

本発明の上記の要約は、本発明の開示された各実施形態またはすべての実施を記載するものではない。以下の図面および詳細な説明は、これらの実施形態をより特定的に例示するものである。

本発明は、さまざまな修正および代替形状の影響を受けやすいが、その詳細は、図面で一例として示されており、かつ以下で詳細に説明する。しかしながら、本発明は記載した特定の実施形態に限定されないことを理解すべきである。むしろ、本発明は、本発明の精神および範囲に入る全ての修正、均等物、および代替を包含すべきものである。

本発明は圧電変換器に関し、かつ特に振動センサーとして用いられる場合に、電圧感度向上のために構成された、分極圧電変換器に関する。本発明では、二つ以上の分極圧電変換器、あるいは同じ圧電装置の二つ以上の分極された部分は、一つの装置のＮ極（または同じ装置の一つの部分のＮ極）が、他の装置のＳ極（または同じ装置の他の部分のＳ極）に接続されるように、並列形で配置されかつ電気的接続されうる。並列配置は、該配置により、装置（またはその部分）を同じ表面に対して個々に機械的に結合できるようになっていることを示す。これは、例えば、いわゆるバイモルフ圧電装置と同様に、装置の積層配置と対比されうる。装置の並列配置はまた、該装置が、装置の分極方向に通常垂直である任意の方向において、互いに隣接して配置されることを示す。

本発明の構成は、類似の全体寸法および材料特性を有する単一の均質に分極された圧電変換器に対して、圧電変換器の電圧感度を向上させる。本発明の装置は、例えば、国際公開第０１／４８６８４号パンフレット、米国特許出願公開第２００２／０１３５５７０号明細書、国際公開第００／３８１０４号パンフレットおよび国際公開第０２／０１４９０号パンフレットに開示されるような振動検出タッチ入力装置において、屈曲波振動を検出するのに特に適しており、これらの公報は本文献中に完全に組み入れられる。

ここで説明する圧電変換器の分極方向は、通常、装置の厚み方向を通り、この厚さ方向は、変換器が接着されている表面、あるいは接着されうる表面に通常、垂直である。分極の方向は、頂部から底部であっても、あるいは逆（底部から頂部）であってもよい。理解し易いように、分極方向は、通常、磁石の説明に関連するＮ／Ｓ方向の例えを用いて言及される。北向きの磁極は、底部から頂部への分極に対応し、この場合、頂面および底面は、それぞれＮ面およびＳ面と呼ばれる。この説明は、いかなる磁気特性も暗示せず、単に本発明の簡潔な説明を助けるために用いられるものである。

プレートの表面に機械的に結合される単一の均質に分極された圧電変換器を考えると、この装置の分極方向は、プレートの表面に垂直である。プレートが物体によって衝撃を受けると振動波が生じる。振動が変換器に達すると、変換器に応力が加えられ、電荷不均衡を生じ、その結果、変換器の厚さ全体にわたる検出可能な電圧降下を生じる。このようにして、機械エネルギーが電気エネルギーに変換される。圧電変換器はコンデンサであるので、エネルギーは、１／２Ｃ_０Ｖ_０ ²に比例し、ここでＣ_０は、変換器の容量であり、かつＶ_０は、変換器の両端の電圧降下である。

さて、変換器の半分が変換器の残りの半分と逆に分極され、かつこれらの半分が、一方の半分のＮ極から残りの半分のＳ極へと直列に電気的接続されていることを除いて、第１の圧電変換器と同一である第２の圧電変換器を考えてみよう。同じプレートの同じ表面に機械的に結合されると、この第２変換器は、同じ振動を同じ電気エネルギーに変換する。しかしながら、二つの半分は直列に接続されているので、各半分は本来の変換器の容量の半分、すなわち１／２Ｃ_０を有し、第２の装置の全体の容量は、直列に接続されるコンデンサの容量が加算される方法に依存してＣ_N＝１／４Ｃ_０となる。すなわち、

となる。その結果、第２の変換器の容量は、１／４Ｃ_０まで減少し、第２の変換器の電圧感度Ｖ_Nは２倍に増加し（すなわち、Ｖ_N＝２Ｖ_o）、式１／２Ｃ_NＶ_N ²＝１／２Ｃ_０Ｖ_０ ²によって決定されるように、同じエネルギー出力を維持する。一般に、直列接続を通しての極反転と、直列に接続される圧電装置または領域の任意の並列配置の結果、同じ全体寸法および材料特性を有する単一の均質に分極された変換器に対して、特に振動検知に対する電圧感度が増加する。

図１は、並列配置の二つの分極圧電領域１１０および１２０を含む装置１００を概略的に示す。領域１１０は、第１面１１２および第２面１１４を含み、かつこれらの面の一方から他方の面に向かう分極方向を有する。領域１２０は、第１面１２２および第２面１２４を含み、かつこれらの面の一方から他方の面に向かう分極方向を有する。領域１１０および１２０は分離して示されているが、一つの材料片に形成される別個の領域であっても良い。領域１１０および１２０を、一方の領域のＮ極が他方の領域のＳ極に接続されるように、直列に接続することができる。このことは、次の考察で説明するようにさまざまな方法で達成されうる。

本発明の圧電変換器は、通常すべての圧電材料を包含する分極された装置を含む。圧電体の例には、以下のものが挙げられる。通常は多結晶である強誘電性圧電体のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、単結晶圧電体である石英、単結晶形でも用いられるが通常多結晶形で用いられる圧電体であるチタン酸バリウム（ＰＺＴに類似）、および通常、フィルムとして形成される高分子圧電体であるポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。

当業者によって理解されるように、圧電材料は、いろいろな方法で分極することができる。例えば、圧電材料片の対向する面上に電極を設けることができる。電界が材料を永久的に分極するのに十分であるような電圧降下が、電極の両端で誘起されうる。分極すべき領域のみにまたがる電極を用いて、かつさまざまな電極対間に適切な極性の電圧を印加することにより、同じ材料片の多数の領域を同時に、あるいは順次別々に分極することができる。

図２は、二つの明確に分極された領域２２０および２３０を含む圧電材料２１０を含む、本発明による圧電変換器２００を概略的に示す。領域２２０は、第１面２１４から第２面２１２に向かう分極方向２２６を有する。領域２３０は、第２面２１２から第１面２１４に向かう分極方向２３６を有する。単一電極２４０は、領域２２０および２３０が、領域２２０のＮ極から領域２３０のＳ極に直列に電気的接続されるような形状で、表面２１２にわたって設けられる。本発明は、表面２１２の、領域２２０および２３０を電気的に接続するのに十分な部分を被覆する、任意のおよび全ての実施形態を含むものであるが、図示するように、共通電極２４０は表面２１２全体を被覆する。第１端子電極２５０は、第１領域２２０内でのみ表面２１４上に設けられる。第２端子電極２６０は、第２領域２３０内でのみ表面２１４上に設けられる。これらの端子電極は、制御電子機器におよび／または制御電子機器から信号を通信するためのワイヤまたは導電性トレースに接続できるようになっている。

端子電極２５０および２６０の両方が変換器２００の同じ表面上に設けられているので、端子電極が該表面の方に配向されるようにして、変換器２００をこの表面に機械的に結合するのが都合がよいだろう。このようにして、ワイヤまたは導電性トレースをパターン化しあるいはその他の手段で、一表面上に設けることができ、その結果、変換器２００が該表面に機械的に結合されると、端子電極がワイヤまたはトレースと電気的に接触するようになる。表面上の接触パッドならびに半田、導電ペースト、導電接着剤、または任意の他の適切な材料を、端子電極への電気的接続を助けるのに用いることができる。一例としての実施形態では、端子電極を信号キャリア（例えば、ワイヤ、導電性トレースなど）に電気的に結合し、かつ変換器を表面に機械的に結合するために、導電接着剤を用いることができる。例えば、ｚ軸導電性接着剤を用いることができ、その結果変換器の底部分全体を、端子電極対と信号キャリアとの間の適切な電気絶縁性を維持しつつ、機械的に結合することができる。

図３は、並列配置で設けられる第１圧電装置３１０および第２圧電装置３２０を含む、本発明による他の圧電変換器３００を概略的に示す。第１装置３１０は、第１表面３１４から第２表面３１２に向かう分極方向３１６を有する。第２装置３２０は、第２表面３２２から第１表面３２４に向かう分極方向３２６有する。電極３４０は、第１装置３１０の第２表面３１２を、第２装置３２０の第２表面３２２に電気的接続するために設けられ、それによって第１装置３１０のＮ極を、第２装置３２０のＳ極に直列に接続する。第１端子電極は、装置３１０の第１表面３１４上に設けられ、かつ第２端子電極は、装置３２０の第１表面３２４上に設けられる。変換器３００を振動検出のために用いる一例としての実施形態では、装置３１０および３２０を十分に近接して配置し、両方の装置が、所望の波長範囲内の振動を検出するために共に用いられるようにしている。変換器３００は、別個の装置３１０および３２０から構成されるが、変換器２００に機能的に類似であり、かつ装置の同じ側の、好ましくは変換器が機械的に結合される表面上の両方の端子電極を電気的に接続することができる形状を共有する。

図４は、第１表面４１４から第２表面４１２に向かう分極方向４１６を有する均質に分極される単一圧電装置４１０を含む、本発明による他の圧電変換器４００を示す。変換器４００は、均質に分極されているが、別個の電極の使用、および特定の電極接続配置によって、二つの別個の分極領域を形成する。図示したように、電極４４２および４５０は、装置のほぼ半分にまたがり、電極４４２は、第２表面４１２上に設けられ、かつ電極４５０は、第１表面４１４上に設けられる。同様に、電極４６０および４４４は、装置のほぼ残りの半分にまたがり、電極４６０は第２表面４１２上に設けられ、かつ電極４４４は第１表面４１４上に設けられる。図示した電極配置は、変換器４００をほぼ半分に分割しているが、変換器を３つ以上の対称部分に分割すること、または変換器を二つ以上の非対称部分に分割することを含む他の配置を用いることもできる。電極４４２および４４４は、共通のコネクタ４４０によって共に接続され、このコネクタはワイヤあるいは何らかの導電性トレースの形態をとり、その一端は電極４４２に他端は電極４４４に半田付けされあるいは何らかの手段により接続される。この共通接続部は、変換器４００の半分のＮ極が残りの半分のＳ極に接続されるように、接続部間の装置の極性を反転しつつ、二つの半分を電気的に直列に接続する。電極４５０および４６０は、変換器４００に信号を搬送し、かつ変換器から信号を搬送するための端子電極である。

図４は、単一圧電装置４１０を用いる構成を示すが、類似の構成を、並列配置で設けられる別個の装置を用いて構成することができ、この場合、各々の装置は平行な分極方向を有するが、一方の装置のＮ極は、隣接の装置のＳ極に直列に接続される。この場合もやはり、任意の数の装置を直列鎖を構成するように用いることができ、鎖の最初と最後の装置は端子電極を有する。

図５は、好ましくは近接して並列に配置される３つの圧電装置５１０、５２０、および５３０を含む、本発明による他の圧電装置５００を示す。第１装置５１０は、第１面５１４から第２面５１２に向かう分極方向５１６を有する。第２装置５２０は、第２面５２２から第１面５２４に向かう分極方向５２６を有する。第３装置５３０は、第１面５３４から第２面５３２に向かう分極方向５３６を有する。第１共通電極５４０を、装置５１２および５２２上に設けることができ、かつ第２共通電極５４５を、表面５２４および５３４上に設けることができるように、装置が構成される。電極５４０は、装置５１０のＮ極が装置５２０のＳ極に接続されるように、装置５１０および５２０を接続する。電極５４５は、装置５２０のＮ極が装置５３０のＳ極に接続されるように、装置５２０および５３０を接続する。このようにして、これらの装置は、それぞれの直列接続において極を反転して、直列に接続される。第１端子電極５５０は、装置５１０の表面５１４上に設けられ、かつ第２端子電極５６０は、装置５３０の表面５３２上に設けられる。端子電極を、変換器へ信号を通信しかつ変換器から信号を通信するために用いることができる。

図６は、好ましくは近接して、並列関係で設けられる４つの圧電装置６１０、６２０、６３０、および６４０を含む、本発明による他の圧電装置６００を示す。装置の各々についての分極方向は、矢印によって示される。隣接する装置は対向する極性を有し、それによって、共通電極は、隣接する装置を極が逆となるようにして直列に接続するのみに用いられる。そのため、共通電極６５２は、装置６１０のＮ極を装置６２０のＳ極に接続するように設けられる。共通電極６５４は、装置６２０のＮ極を装置６３０のＳ極に接続するように設けられる。共通電極６５６は、装置６３０のＮ極を装置６４０のＳ極に接続するように設けられる。第１端子電極６５０は装置６１０のＳ極上に設けられ、かつ第２端子電極６６０は装置６６０のＮ極上に設けられる。この変換器構成によっても、変換器が接着されるかまたはともかく機械的に結合される同じ表面で、端子電極に対して信号キャリアを接続することができる。

図１〜図６を参照して説明した並列圧電装置構成は、さまざまな考えられる構成の単なる例示であり、網羅的なものではないことが認識されよう。装置が、接続された装置間で極を反転させて直列に電気的接続されることを可能とする、圧電装置または領域の全ての適切な並列配置を、２個またはそれ以上の圧電装置または領域に対して適用することができる。例えば、図７（ａ）および図７（ｂ）は、細長い圧電装置のさまざまな考えられる並列配置のうちの二つを示す。図７（ａ）および図７（ｂ）は、図３に示される一般的な構造の具体的な構造を示す。図７（ａ）は、並列配置で設けられる二つの圧電装置７１０Ａおよび７２０Ａを含む変換器７００Ａを示し、これらの装置は逆極性を有する。装置７１０Ａおよび７２０Ａは、細長く、かつそれらの短軸方向に間隔をおいて配置されている。装置７１０ＡのＮ極は、共通電極７５０Ａによって装置７２０ＡのＳ極に接続される。端子電極７４０Ａおよび７６０Ａは、それぞれ装置７１０Ａおよび７２０Ａの下面上に設けられる。図７（ｂ）は、並列配置で設けられる二つの圧電装置７１０Ｂおよび７２０Ｂを含む変換器７００Ｂを示し、これらの装置は逆極性を有する。装置７１０Ｂおよび７２０Ｂは、細長くかつそれらの長軸に沿って間隔を置いて設けられている。装置７１０ＢのＮ極は、共通電極７５０Ｂによって装置７２０ＢのＳ極に接続される。端子電極７４０Ｂおよび７６０Ｂは、それぞれ装置７１０Ｂおよび７２０Ｂの下面上に設けられる。

変換器７００Ａおよび７００Ｂは、各々別個の圧電装置で構成されているものとして示されているが、変換器７００Ａおよび７００Ｂを、別個の分極された領域を有する単一圧電装置から構成することも考えられている。変換器７００Ａおよび７００Ｂが別個の圧電装置で構成されている実施形態では、変換器７００Ａのような変換器構成を用いるべきかどうかについての選択は、変換器の所望の配向、ならびにそれに沿って応力が測定されるべき方向などの具体的な応用の詳細次第であるだろう。長方形プレートのコーナーに位置し、かつその長軸がプレートの中央に向かう状態で配向される細長い変換器であって、プレートを伝播する振動による応力を検知する変換器の場合には、変換器７００Ａなどの変換器は、応力が測定される可能性がある方向である長さ方向に沿って構造的に一体であるため、これらを使用することが望ましい。

図８は、並列配置で設けられる４つの圧電装置８１０、８２０、８３０、および８４０を、各装置が他の３つの装置に隣接するように含む、本発明の他の圧電装置８００を示す。これらの装置は、矢印によって示されるように分極される。装置８１０のＳ極は、共通電極８５２を経て装置８２０のＮ極に接続される。装置８２０のＳ極は、装置８２０および８４０間のコーナー間にまたがるブリッジ電極８５５を経て、装置８４０のＮ極に接続され、装置８２０上の電極８５４を装置８４０上の電極８５６に接続する。装置８４０のＳ極は、共通電極８５８を経て装置８３０のＮ極に接続される。第１端子電極８５０は装置８１０のＮ極上に設けられ、かつ第２端子電極８６０は装置８３０のＳ極上に設けられる。第１端子電極８５０および第２端子電極８６０は、変換器８００の同じ側面上に設けられ、該変換器は、同じ表面、好ましくは変換器が接着される表面上の両方の端子電極に電気的に接続可能なようにされている。変換器８００の構成は、線形鎖と比較して二次元アレイに類似であるが、変換器８００を、図６に示される機能的配置の一例として考えることができる。

図１〜図８に示されるさまざまな変換器構成は、圧電装置および領域を配置して本発明の変換器を製造する際の、考えられる設計選択のいくつかを示すものである。これらの設計選択には、同じ圧電材料の別個に分極された領域を用いることに対して別個の分極圧電装置を用いること、隣接する装置または同じ装置の隣接する領域を同極性または逆極性を持つように配向すること、二つ以上の圧電領域または装置あるいはその組合せを用いること、領域または装置の線形鎖または２次元アレイを用いること、細長い領域または装置をそれらの短軸または長軸に沿ってあるいは平面の異なる方向に沿って並列に位置するように配向すること、１つ以上の圧電材料を選択することなどがある。具体的に図示されないあるいは識別されない他の構成設計選択は、ここでする説明によって理解されかつ認識されよう。これらの設計選択の各々を、単独であるいは組み合わせて用いて、本発明による変換器を製造することができる。

本発明の圧電変換器は、機械的に接着され、またはその他プレートなどの物体の表面に結合され、かつ物体を通して伝播する屈曲波などの振動を検出するための特別な長所に対して使用される。振動を物体の中に追い込むためにこの変換器を用いることができる。例えば他の変換器によって発生された振動を検知するためのおよび／または物体と外部信号または刺激との間の相互作用に基づく、発生された振動に対する変化を測定するために、この変換器を用いることもできる。

図９は、プレート９１０の表面９１２上に設けられる圧電変換器９２０Ａおよび９２０Ｂを含む装置９００の概略側面図を示す。変換器９２０Ａおよび９２０Ｂは、本発明による変換器でありうる。装置９００は、図示のために示され、かつより少ないあるいはより多い変換器を利用することができ、かつ変換器を、プレートの同じまたは異なる表面、例えば、表面９１２および表面９１４上に設けることができることが理解されよう。変換器９２０Ａおよび９２０Ｂの各々を、振動を発しかつ／または受けるように構成することができ、それによってプレート９１０に屈曲波を生じかつ／または検知する。例えば、装置９００がタッチ検知装置であってもよく、タッチ手段の表面９１２または表面９１４との相互作用により、変換器９２０Ａおよび９２０Ｂによって検知されうる振動が起こされる。そのような振動は、表面上のタッチ手段の衝撃によるもの、あるいは表面全体にわたるタッチ手段の摩擦移動によるものであってもよい。検知された振動を、例えば国際公開第０１／４８６８４号パンフレットに記載されるように、タッチ入力の位置を決定するために用いることができる。さらに、変換器９２０Ａおよび９２０Ｂのいずれかまたは両方は、表面９１２または表面９１４へのタッチ入力によって反射され、減衰され、またはその他変更されうる振動を発することができる。変換器９２０Ａおよび９２０Ｂのいずれかまたは両方を、変更された発生振動を検知して、例えば国際公開第０１／４８６８４号パンフレットに記載されるような、タッチの位置などのタッチ入力に関する情報を決定するために用いることができる。装置９００は、プレート振動を受けまたは発するための任意の他の適切な装置、例えばパネル型マイクロフォン、パネル型拡声器、またはそれと同様なものなどでありうる。プレート９１０は、検知されおよび／または発せられるべき振動を支持することができる任意の材料でありうる。好ましくは、プレート９１０は剛性プレートであり、かつガラス、プラスチック（ポリアクリレート、ポリカーボネートなど）、木材、ボール紙、金属、またはそれと同様な任意の適切な材料でありうる。変換器９２０Ａおよび９２０Ｂを、例えば接着剤を用いて、任意の適切な手段によって、プレート９１０に接着することができる。

本発明の変換器が、タッチ入力によって起こされるあるいは影響される振動を検知するタッチ起動のユーザ入力装置として用いられる場合、４つの検知変換器を、長方形プレートのコーナー毎に一つの変換器を設け、該長方形プレートによってタッチ表面を画定するのが望ましいだろう。例えば、図１０は、タッチプレート１０１０のそれぞれのコーナー毎に一つ設けられる変換器１０２０Ａ〜１０２０Ｄを含む振動検知タッチセンサー１０００の概略平面図を示す。変換器を、タッチプレート１０１０の上にまたは下に設けることができる。図示した実施形態では、変換器１０２０Ａ〜１０２０Ｄの各々は細長くそれらのそれぞれの長軸は、プレートの辺とほぼ４５度の角度をなす。このことは、入力される振動に応答して、装置に対称性の尺度を与えることができる。例証的な変換器は細長く、かつ２：１〜５：１のアスペクト比を有し、変換器の個々の分極された領域は、変換器の長軸に添って並列関係で設けられる。ある実施形態では、変換器１０２０Ａ〜１０２０Ｄの各々を、振動を検知するために用いることができる。ある実施形態では、変換器１０２０Ａ〜１０２０Ｄの少なくとも一つを、振動を発するために用いることができる。さらにまたは代替的に、１つ以上の他の圧電装置（図示せず）を、例えば専用機能として、振動を発するために用いることができ、それにより変換器１０２０Ａ〜１０２０Ｄを検知モード専用にできるようになる。

図９および図１０に示されるようなある実施形態では、ワイヤまたはパターン化された導電性トレース、例えば変換器が機械的に結合されるプレート上に印刷された導電性トレースを用いて、信号が変換器へ搬送されかつ変換器から搬送される。ある場合には、導電性ワイヤまたは導電性トレースの容量は、事実上変換器の容量を増加させることによって、圧電変換器の出力電圧を減じるように作動することができる。この影響を、変換器と信号搬送ワイヤまたはトレースとの間に増幅器を加えることによってなくすことができる。例えば、増幅器を、例えば変換器毎に一つの増幅器を、変換器が接着される表面上に直接設けることができ、該増幅器は、それらの対応する変換器に隣接して配置される。信号搬送ワイヤまたはトレースを、増幅器が変換器によって発生される電圧を緩衝するようにして、増幅器を通して変換器に結合することができる。このことにより、電圧感度の電位損失を大きく減じることができる。緩衝増幅器はまた、ワイヤまたは印刷された導電性トレースを駆動するインピーダンスを減じることができ、結果として雑音ピックアップの点で性能が改良される可能性がある。

本発明の圧電変換器を一表面に接着することができ、かつ任意の適切な構成で信号キャリアに電気的接続することができる。装置の同じ側面上に両方の端子電極を含む変換器の場合、変換器を一表面上に、端子電極を含む変換器の側面が該表面に接着されるようにして接着することが望ましいだろう。ワイヤまたは導電性トレースなどの信号キャリアを、変換器が配置されかつ表面に接着される場合、適切な電気的接触がなされるように提供することができる。電気的接触を、半田、導電性ペースト、銀充填エポキシなどの導電性接着剤、またはそれと同等な導電性材料の使用によって支援することができる。適切な導電性接着剤の特定的な一例には、イルコン社（Ｅｒｃｏｎ，Ｉｎｃ．）による商標名ＥＲＣＯＮ５６００Ａ／Ｂで販売されているもののような高分子厚膜銀エポキシインクが挙げられる。ある場合には、導電性接着剤を、変換器の端子電極の各々の上に配置することができ、かつ非導電性接着剤を、変換器の底面の残りの上に配置することができる。非導電性接着剤の例には、さまざまなエポキシ、ウレタン、およびシアノアクリレート（イソシアネート）接着剤が挙げられる。他の場合には、導電性接着剤だけを用いることができる。例えば、導電性接着剤を、電気的接触が変換器と信号キャリアとの間になされるべきその領域にのみに分散させることができる。そのような場合、変換器の選択された部分のみが表面に接着される。そのようなアセンブリーで用いるための例証的な導電性接着剤には、商標名Ｅ２００１、ＥＭ１２７、およびＨ２０Ｅ−ＰＦＣで販売されているものを含めて、エポキシ・テクノロジー社（Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．）から入手可能な銀エポキシがある。他の実施形態では、ｚ軸導電性接着剤、または異方性導電性接着剤を用いることができる。ｚ軸導電性接着剤を、選択された領域あるいは変換器によって被覆される領域全体に塗布することができる。ｚ軸導電性接着剤は、接着剤層の厚さを通して電気的接続を提供し、かつ接着剤層の平面における電気的接続をほぼ防いで、端子電極と信号キャリアとの間のクロストークを阻止する。

振動検知タッチパネル装置を製造する際に、振動伝播を支持する基板を提供することができる。基板は、タッチパネル装置のためのタッチプレートとなる。好ましくは、基板は長方形である。基板を、さらなるステップを行う前に、形成し、所定のサイズとし、かつ切断することが可能であり、あるいはワイヤまたは導電性トレース、本発明の変換器、付属電気部品などのいずれかまたは全てを配置した後、所定のサイズに切断するようにしても良い。あるいはまた、基板に、アンチグレアまたは反射防止仕上げ、きめのある表面、または他の光学またはその他の機能要素を提供するために、コーティングしても良い。

ワイヤまたは導電性トレースを、変換器を配置すべき領域から、ワイヤまたは導電性トレースを制御電子機器に結合するための電気的接続がなされうる領域まで達するようにして、基板上に設けることができる。一対のワイヤまたはトレースを変換器毎に提供することができ、各対のワイヤまたはトレースの一方は、各変換器の端子電極の一方または他方と電気的接続するように配置される。ワイヤまたはトレースのパターニング前、パターニング後、またはパターニング中に、光学導電性材料を、電気的接続をするのに役立つように分配することができる。例えば、半田、導電性接着剤、導電性グリース、または他の任意の導電性材料を、接触がなされうる領域の基板上に、あるいは変換器の端子電極上に直接塗布することができる。変換器を選択されたセンサー領域に配置する前に、基板上または変換器上あるいはその両方に接着材料を塗布して、変換器が基板に貼り付けられあるいは接着されるのを助け、それによって変換器が基板に機械的に結合されうるようにしても良い。接着材料は、任意の適切な接着材料であってもよく、かつ、さらに、加熱、放射線への露出、あるいは他の手段による硬化のステップを必要としても良い。変換器はその後、基板の選択された領域上に配置され、貼り付けられる。

ワイヤまたはパターン化されたトレースの各々に接続するためのリードを有する電気テールを、タッチパネルに取り付けることができる。このテールは、ワイヤがパターン化される前または後に取り付けることができ、テールのリードをワイヤまたはパターン化されたトレースに電気的に接続するのを助けるために導電性材料を用いてもよい。

図１１は、タッチセンサーシステム１１００を概略的に示し、このシステムは、本発明による圧電変換器を含む振動検知タッチセンサー１１１０を含んでいる。タッチセンサー１１１０の圧電変換器は、変換器近くに（例えば、同じタッチプレート上、またはタッチプレートに接続される回路基板上）、あるいは変換器から離れた位置（例えば、タッチセンサーに取り付けられるコンピュータの制御基板上）の制御電子機器１１２０に結合される。あるいは、タッチセンサー１１１０をディスプレイ１１３０上に設けることによって、ディスプレイをタッチセンサー１１１０を通して見ることができるようにしても良い。他の実施形態では、タッチセンサー１１１０を、ラップトップコンピュータの表示画面上のカーソルを制御するために用いられるタッチパッド用などのディスプレイ１１３０から離れて、配置することもできる。ディスプレイ１１３０は、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセントディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ、陰極線管ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の電子ディスプレイであっても良い。ディスプレイ１１３０はまた、静止画像または他の表示を含んでいても良い。

本発明を、上記の特定の例に限定するものと考えるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲において適正に記載されているように、本発明の全ての態様をカバーするものと考えるべきである。種々の変更、同等の工程、ならびに本発明が適用可能である多くの構造は、本明細書の参照によって、本発明が対象とする当業者にとって明白である。

二つの別個の分極された領域を含む圧電変換器の概略側面図である。 本発明による圧電変換器の実施形態の概略側面図である。 本発明による圧電変換器の実施形態の概略側面図である。 本発明による圧電変換器の実施形態の概略側面図である。 本発明による圧電変換器の実施形態の概略側面図である。 本発明による圧電変換器の概略側面図である。 本発明による圧電変換器の実施形態の概略図である。 本発明による圧電変換器の実施形態の概略図である。 本発明による圧電変換器の実施形態の概略図である。 本発明による圧電変換器を利用する振動検知および／または発生装置の実施形態の概略図である。 本発明による振動検知タッチ入力の実施形態の概略平面図である。 本発明によるタッチセンサーシステムの実施形態の概略図である。

Claims (25)

1. 圧電変換器であって、
   最初の領域から最後の領域まで直列に接続されかつ並列配置で設けられる複数の分極された圧電領域であって、各領域は第１および第２表面を有し、かつその領域の前記第１表面から前記第２表面に向かう分極方向を有し、接続された隣接領域の対は、前記隣接領域の一方の前記第１表面から、前記隣接領域の他方の前記第２表面に電気的に接続されている、圧電領域と、
   前記最初の領域の前記第１表面上に設けられる第１端子電極と、
   前記最後の領域の前記第２表面上に設けられる第２端子電極と、を備える、圧電変換器。
2. 一連の前記領域は、一つの表面への機械的結合用に構成される、請求項１に記載の圧電変換器。
3. 前記第１および第２端子電極は、一つの表面での電気的接続用に構成される、請求項１に記載の圧電変換器。
4. 前記領域は、単一の圧電装置内に存在する、請求項１に記載の圧電変換器。
5. 前記各領域は、別個の圧電装置内に存在する、請求項１に記載の圧電変換器。
6. 前記領域の少なくとも二つは、細長くかつそれらの長軸が並行であるように配向される、請求項１に記載の圧電変換器。
7. 前記少なくとも二つの細長い領域は、それらの長軸に沿ってずれている、請求項６に記載の圧電変換器。
8. 前記少なくとも二つの細長い領域は、それらの長軸に垂直にずれている、請求項６に記載の圧電変換器。
9. 前記領域は、直線鎖状に配置されている、請求項１に記載の圧電変換器。
10. 前記複数の領域は、少なくとも３つの領域を含む、請求項９に記載の圧電変換器。
11. 前記複数の領域は、少なくとも４つの領域を含む、請求項９に記載の圧電変換器。
12. 前記領域は、二次元アレイ構造に配置されている、請求項１に記載の圧電変換器。
13. 前記複数の領域は、少なくとも４つの領域を含む、請求項１２に記載の圧電変換器。
14. ユーザ入力装置であって、
    タッチプレートと、
    前記タッチプレートの表面上に並列構造に配置される一連の分極圧電領域を備える少なくとも一つの圧電変換器であって、各領域は、Ｎ極およびＳ極によって定義される分極方向を有し、各領域の前記分極方向は、前記タッチプレートの前記表面に垂直であり、前記領域は、一つの領域の前記Ｎ極が、前記一連の分極圧電領域における次の領域の前記Ｓ極に電気的に接続されるように、直列に接続される、圧電変換器と、を備える、ユーザ入力装置。
15. 二つ以上の圧電変換器を備える、請求項１４に記載のユーザ入力装置。
16. 前記タッチプレートは長方形であり、かつ少なくとも４つの圧電変換器を備え、その一つは、前記タッチプレートのそれぞれのコーナーに配置される、請求項１４に記載のユーザ入力装置。
17. 前記少なくとも一つの圧電変換器は、前記タッチパネルの振動を検出するように構成される、請求項１４に記載のユーザ入力装置。
18. 前記少なくとも一つの圧電変換器から信号を受信するように結合される制御電子機器をさらに備え、前記制御電子機器は、前記タッチプレートにおける前記振動に関する情報を決定するように構成される、請求項１７に記載のユーザ入力装置。
19. 少なくとも３つの圧電変換器を備え、前記制御電子機器は、前記少なくとも３つの圧電変換器から信号を受信するように結合される、請求項１８に記載のユーザ入力装置。
20. 制御電子機器は、前記タッチプレートへのタッチの位置を、前記タッチプレートの前記振動が、前記タッチプレートへの前記タッチによって誘起される場合に決定するように構成される、請求項１９に記載のユーザ入力装置。
21. 前記少なくとも一つの圧電変換器は、前記タッチプレートへ振動を放出するように構成される、請求項１４に記載のユーザ入力装置。
22. 前記少なくとも一つの圧電変換器は、それぞれ電気信号を前記変換器へかつ該変換器から通信するための第１および第２信号キャリアに電気的に接続される第１および第２端子電極をさらに備える、請求項１４に記載のユーザ入力装置。
23. 前記第１および第２信号キャリアの一方は、増幅器を介して前記変換器に電気的に接続される、請求項２２に記載のユーザ入力装置。
24. 圧電装置の電圧感度を増加させる方法であって、
    第１表面およびこれに対向する第２表面を有する圧電材料を提供するステップと、
    前記材料の第１部分を分極して、前記第１表面から前記第２表面に向かう第１分極を生じさせるステップと、
    前記第１部分に隣接しかつ該第１部分とは離れた前記材料の第２部分を分極して、前記第２表面から前記第１表面に向かう第２分極を生じさせるステップと、
    前記第１および第２部分を、前記第１表面で電気的に接続するステップと、を含む、方法。
25. 圧電装置を製造する方法であって、
    第１方向に分極される第１圧電装置を提供し、それによって前記第１装置のＮおよびＳ面を定義するステップと、
    第２方向に分極される第２圧電装置を提供し、それによって前記第２装置のＮおよびＳ面を定義するステップと、
    前記第１および第２装置を表面上に並列配置で設けるステップであって、前記第１および第２方向は、各々前記表面に垂直である、ステップと、
    前記第１装置の前記Ｓ面を、前記第２装置の前記Ｎ面に電気的に接続するステップと、を含む、方法。

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