JP2013179809A - 発電機構、接触式入力装置、携帯機器および発電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザが接触式入力装置に対してスライド操作を行うことで発電を行うことができる、発電機構、接触式入力装置、携帯電話機および発電方法を提供する。
【解決手段】本発明の発電機構３５は、圧力を加えられ撓むことで電気を生じる圧電板７を備えた、互いに間隔をあけて位置する複数の圧電部５と、隣接する圧電部５同士をつなぐ、少なくとも１つの接続部３１と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、主に接触式入力装置に使用される発電機構に関する。

スマートフォンなどの携帯機器を長時間利用するため、電池の持続時間を長くしたいというニーズがある。しかしながら、電池容量を大きくするために電池パックのサイズを大きくすると、携帯機器が大きくなってしまい、これは一般的に小型化を求められる携帯機器にとってはデメリットである。そこで、携帯機器を利用しながら充電することが出来れば長時間利用が可能になる。関連技術の一例である特許文献１には、携帯機器のボタンの内部に圧電素子を配置し、ボタンが押されることで圧電素子が屈曲して電気を生じさせ、発電する方法が示されている。

特開２００６−２９４９４７号公報

しかしながら、例えば、スマートフォンの場合、タッチパネルなどの接触式入力装置をスライドさせる操作が主流となり、ボタンを押す回数が以前より少なくなっている。したがって、特許文献１で開示されている方法では、携帯機器の内部で発電する回数が少なくなり、携帯機器の使用時間を延長させることが困難になる。

本発明の目的の一例は、接触式入力装置をスライド操作することで発電することは困難である、といった課題を解決することにある。

本発明の一態様は、圧力を加えられ撓むことで電気を生じる圧電板を備えた、互いに間隔をあけて位置する複数の圧電部と、隣接する圧電部同士をつなぐ、少なくとも１つの接続部と、を有する発電機構を提供する。

本発明の他の態様は、圧力を加えられ撓むことで電気を生じる圧電板を備えた、互いに間隔をあけて位置する複数の圧電部と、隣接する圧電部同士をつなぐ、少なくとも１つの接続部と、圧電部で生じた電気を蓄える充電部と、を有する発電機構を有する接触式入力装置である。さらに、該接触式入力装置は、画像を表示する表示装置と、表示装置の表示面を覆うように位置する２つの透明導電膜と、を有する。発電機構は、２つの透明導電膜同士の間、または２つの透明導電膜の、表示装置と対向しない側に位置する。

本発明の他の態様は、接触式入力装置を有する携帯機器を提供する。接触式入力装置は、発電機構と、画像を表示する表示装置と、表示装置の表示面を覆うように位置する２つの透明導電膜と、を有する。さらに、発電機構は、圧力を加えられ撓むことで電気を生じる圧電板を備えた、互いに間隔をあけて位置する複数の圧電部と、隣接する圧電部同士をつなぐ、少なくとも１つの接続部と、を有する。発電機構は、２つの透明導電膜同士の間、または２つの透明導電膜の、表示装置と対向しない側に位置する。

本発明の他の態様は、圧電板を配置した複数の補強板同士を、支軸が設けられ、回転方向に移動可能な接続板で接続する工程と、圧電板と補強板を押込んで圧電板を撓ませて圧電板で電気を発生させる工程と、押込まれた補強板につながる接続板を回転させて、回転した接続板につながる、押込まれた補強板に隣接する補強板を押し上げて、隣接する補強板上に配置された圧電板を撓ませて、隣接する補強板上に配置された圧電板で電気を発生させる工程と、を含む発電方法を提供する。

本発明によれば、ユーザが接触式入力装置に対してスライド操作を行うことで発電を行うことができる。

本発明に係る発電機構を備える接触式入力装置が設けられた携帯機器の一実施形態を示す外観概略図である。 図１のＡＡ断面における概略図であり、（ａ）は、指示手段で指示をしていない状態、（ｂ）は指示手段で表示部を押した状態、（ｃ）は指示手段をスライドさせた状態である。 図３は、本発明の発電機構を説明するための概略図であり、（ａ）は図２（ｂ）のＸ部の拡大図、（ｂ）は図２（ｃ）のＹ部の拡大図である。 充電部の構造を示した模式図である。 圧電効果を説明した模式図であり、（ａ）は結晶体に圧力がかかっていない状態、（ｂ）は結晶体に圧力がかかっている状態である。 圧電部と接続部の他の配置位置を示す概略図である。 図６のＺ部の拡大概略図である。

以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態の詳細について説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。

図１は、本発明に係る発電機構を備える接触式入力装置が設けられた携帯機器の一実施形態を示す外観概略図である。図２は、図１のＡＡ断面における概略図であり、（ａ）は、指示手段で指示をしていない状態、（ｂ）は指示手段で表示部を押した状態、（ｃ）は指示手段をスライドさせた状態である。図３は、本発明の発電機構を説明するための概略図であり、（ａ）は図２（ｂ）のＸ部、（ｂ）は図２（ｃ）のＹ部である。なお、圧電部と接続部は、図１および図２では概略を示しているにすぎず、圧電部と接続部の詳細は図３に示されている。また、図１では、圧電部と接続部の配列の一例も示している。

本発明の携帯機器４１は、表示装置３の画像をユーザが視認するための表示部２１が設けられている。表示部２１においては、表示装置３上に、圧電効果により圧力が加えられ変形することで電気を生じさせる圧電部５が間隔をおいて配置されている。圧電部５同士は、接続部３１で接続されている。さらに圧電部５と接続部３１を覆うように第２の透明導電膜２ｂが配置されている。第２の透明導電膜２ｂ上には、ドットスペーサ４が間隔をおいて設けられている。ドットスペーサ４の上方に、ドットスペーサ４とは離れた位置に、表示装置３と対向する面に第１の透明導電膜２ａが配置されたフィルム１が設けられている。ドットスペーサ４は、フィルム１が撓んで透明導電膜２ａ、２ｂ同士が誤接触しないようにするものである。

第１と第２の透明導電膜２ａ、２ｂはともにＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる。また、積層方向に見て、フィルム１から表示装置３までの構造は、一般的に抵抗膜入力パネル構造とよばれ、接触式入力装置５１を構成している。

ユーザの指やスタイラスなどの指示手段６でフィルム１を押すと、第１の透明導電膜２ａと第２の透明導電膜２ｂとが接触して通電し、押下点の電位が検出され、分圧により座標位置が決まる仕組みとなっている。

なお、圧電部５と接続部３１の配列の一例としては、圧電部５と接続部３１とが複数交互につながって、表示部２１の長手方向に延びる列を形成するようにすればよい。また、図１では、圧電部５と接続部３１とで構成される列が２つであるが、１つでも、３つ以上でもよい。また、列が表示部２１の短手方向に延びていてもよい。さらに、隣接する列の圧電部５同士を接続部３１でつないでもよい。

次に、図３を用いて発電機構について説明する。圧電部５と接続部３１とで発電機構３５が構成されている。圧電部５は、表示装置３上に配置されたばね９と、ばね９上に配置された、可撓性を有する補強板８と、補強板８上に配置された、撓むことにより電気を発生させる圧電板７と、圧電板７から充電部３３に電気を供給するプラス電極１２とマイナス電極１３と、をそれぞれ備えている。また、隣接する補強板８同士は、接続部３１の接続板１１によって接続されている。

接続部３１は、隣接する補強板８同士をつなぐ接続板１１と、接続板１１に設けられた支軸１０と、表示装置３から支軸１０を支える支柱３２と、からなる。接続板１１は支軸１０を中心に、一方の補強板８が接続された端部が下がれば、他方の補強板８が接続された端部が上がるように動くことができる。なお、接続板１１は、例えば金属板からなる。

図４は、充電部３３の構造を示した模式図である。なお、実際は複数の圧電部５が存在するが、図４では１つだけ示す。

圧電部５のプラス電極１２とマイナス電極１３はそれぞれ、電流をバッテリ１７に出力するための充電回路基板１４に接続されている。充電回路基板１４は、電池端子１６を介してバッテリ１７に接続されており、圧電部５からバッテリ１７に電流がながれ、バッテリ１７に電気が充電される。

図５は圧電効果を説明した模式図であり、（ａ）は結晶体に圧力がかかっていない状態、（ｂ）は結晶体に圧力がかかっている状態である。

圧電板７を構成する結晶体１８の立方格子の各面の中心にマイナスイオン１９が位置し、立方格子の中心にプラスイオン２０が位置している（図５（ａ）参照）。そして結晶体１８に圧力がかかることによって、プラスイオン２０が図中下方にずれる（図５（ｂ）参照）。そのため、結晶体１８の図中下方がプラスの電荷を帯び、図中上方がマイナスの電荷を帯びる、いわゆる電気分極がおこり電気が発生する。

次に、本発明の携帯機器４１の発電機構で電気を生じさせる原理を、図２および図３を用いて説明する。

接触式入力装置５１に入力をするために、指示手段６によってフィルム１が押されると、図２（ｂ）に示すように、指示手段６のフィルム１を押し下げる力が、フィルム１、第１と第２の透明導電膜２ａ、２ｂを経て圧電部５に伝わる。そして、圧電部５においては、図３（ａ）に示すように、図中左側の圧電板７と補強板８が、力を加えられることで押し下げられて撓み、圧電効果により電気が生じる。また、力を加えられた補強板８と隣接する圧電部５（図３では右側）の補強板８とは接続板１１で接続されており、かつ、接続板１１は、支軸１０と支柱３２で支持されている。そのため、一方の補強板８が下に動くと、それに連動して接続板１１が支軸１０を中心に回転する（図２（ａ）では反時計回り）。そして、隣接する補強板８は上に動く。つまり、接続板１１の両端における上下運動は互いに反対向きである。これにより１つの圧電板７が撓むときに、隣接する圧電板７は、力を加えられる方向とは逆向きに撓むことになり、電気を生じる。このことにより発電量がアップし、より多くの電気を発電することができる。なお、ばね９は撓んだ補強板８を厚み方向に復元するために設けてある。

また、図２（ｃ）に示すように、指示手段６を図中右側にスライドさせることで、隣接する別の圧電部５に力が加えられる。すると、力を加えられていた圧電板７や補強板８は、ばね９の弾性力により元の位置に戻る。そして、指示手段６をスライドさせることで力を加えられた、図２（ｃ）では右側の圧電板７が下方に凸状となるように撓み、隣接する圧電板７は上方に凸状となるように撓むことで、大きな電気を発電することが出来る。

圧電効果により発電した電気は、図４に示すように、充電回路基板１４、電池端子１６を経て、バッテリ１７に充電される。

本発明では、隣接する圧電部５同士が接続部３１でつながっているため、単に指示手段６で押されたときだけではなく、指示手段６のスライド操作にあわせて圧電板７を撓ますことができる。また、本発明では、隣接する圧電部５同士が接続部３１でつながっているため、１つの圧電板７だけではなく、隣接する圧電板７も同時に撓ますことができる。そのため、指示手段６のスライド操作に対してより効率的に発電することができる。

なお、圧電部５と接続部３１の配置位置を変えることも可能である。図６は、圧電部５と接続部３１の他の配置位置を示す概略図であり、図７は、図６のＺ部の拡大概略図である。図６および図７に示すように、フィルム１と第１の第１の透明導電膜２ａとの間に、圧電部５と接続部３１を配置しても、指示手段６をスライドさせたときに発電することが可能である。

なお、携帯機器４１としては、接触式入力装置５１を備えている、スマートフォン、タブレットＰＣ、ゲーム機、ノートパソコンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
圧力を加えられ撓むことで電気を生じる圧電板を備えた、互いに間隔をあけて位置する複数の圧電部と、
隣接する前記圧電部同士をつなぐ、少なくとも１つの接続部と、を有する発電機構。

（付記２）
前記圧電部は、前記圧電板を支持する補強板と、前記圧電板で生じた電気を前記充電部に送る電極と、を有し、
前記接続部は、隣接する前記圧電部の前記補強板同士を接続する接続板を有し、
前記接続板は、一方の前記補強板が接続される端部と他方の前記補強板が接続される端部の動きを逆にするための支軸が設けられており、
隣接する前記圧電部の一方の前記補強板が接続された端部と、隣接する前記圧電部の他方の前記補強板が接続された端部とは反対の動きをする、付記１に記載の発電機構。

（付記３）
前記圧電部の前記補強板は、ばねによって支えられ、
前記接続部の前記支軸は、支柱によって支えられている、付記２に記載の発電機構。

（付記４）
前記圧電部で生じた電気を蓄える充電部を有し、
前記圧電部は、前記圧電板で生じた電気を前記充電部に送る電極を有する、付記２または３に記載の発電機構。

（付記５）
前記充電部は、前記圧電部とつながる充電回路基板と、バッテリと、前記充電回路と前記バッテリとをつなぐ電池端子と、で構成されている、付記４に記載の発電機構。

（付記６）
接触式入力装置であって、
付記１から５のいずれか１項に記載の発電機構と、
画像を表示する表示装置と、
前記表示装置の表示面を覆うように位置する２つの透明導電膜と、を有し、
前記発電機構は、前記２つの透明導電膜同士の間、または前記２つの透明導電膜の、前記表示装置と対向しない側に位置する、接触式入力装置。

（付記７）
付記６に記載の接触式入力装置を備えた、携帯機器。

（付記８）
圧電板をそれぞれ支持する複数の補強板同士を、一方の前記補強板が接続される端部と、他方の前記補強板が接続される端部とが逆の動きをするように支軸が設けられた接続板の端部にそれぞれ接続する工程と、
前記圧電板と前記補強板を押込んで前記圧電板を撓ませて前記圧電板で電気を発生させる工程と、
前記支軸を中心に、前記接続板の、前記押込まれた補強板につながる端部を押込むことで、前記補強板の、前記押込まれた補強板に隣接する補強板につながる端部を押し上げて、前記隣接する補強板上に配置された前記圧電板を撓ませて、前記隣接する補強板上に配置された前記圧電板で電気を発生させる工程と、
を含む、発電方法。

２ａ 第１の透明導電膜
２ｂ 第２の透明導電膜
３ 表示装置
５ 圧電部
７ 圧電板
８ 補強板
９ ばね
１０ 支軸
１１ 接続板
１２ プラス電極
１３ マイナス電極
３１ 接続部
３２ 支柱
３３ 充電部
３５ 発電機構
４１ 携帯機器
５１ 接触式入力装置

Claims (8)

1. 圧力を加えられ撓むことで電気を生じる圧電板を備えた、互いに間隔をあけて位置する複数の圧電部と、
   隣接する前記圧電部同士をつなぐ、少なくとも１つの接続部と、を有する発電機構。
2. 前記圧電部は、前記圧電板を支持する補強板と、前記圧電板で生じた電気を前記充電部に送る電極と、を有し、
   前記接続部は、隣接する前記圧電部の前記補強板同士を接続する接続板を有し、
   前記接続板は、一方の前記補強板が接続される端部と他方の前記補強板が接続される端部の動きを逆にするための支軸が設けられており、
   隣接する前記圧電部の一方の前記補強板が接続された端部と、隣接する前記圧電部の他方の前記補強板が接続された端部とは反対の動きをする、請求項１に記載の発電機構。
3. 前記圧電部の前記補強板は、ばねによって支えられ、
   前記接続部の前記支軸は、支柱によって支えられている、請求項２に記載の発電機構。
4. 前記圧電部で生じた電気を蓄える充電部を有し、
   前記圧電部は、前記圧電板で生じた電気を前記充電部に送る電極を有する、請求項２または３に記載の発電機構。
5. 前記充電部は、前記圧電部とつながる充電回路基板と、バッテリと、前記充電回路と前記バッテリとをつなぐ電池端子と、で構成されている、請求項４に記載の発電機構。
6. 接触式入力装置であって、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の発電機構と、
   画像を表示する表示装置と、
   前記表示装置の表示面を覆うように位置する２つの透明導電膜と、を有し、
   前記発電機構は、前記２つの透明導電膜同士の間、または前記２つの透明導電膜の、前記表示装置と対向しない側に位置する、接触式入力装置。
7. 請求項６に記載の接触式入力装置を備えた、携帯機器。
8. 圧電板をそれぞれ支持する複数の補強板同士を、一方の前記補強板が接続される端部と、他方の前記補強板が接続される端部とが逆の動きをするように支軸が設けられた接続板の端部にそれぞれ接続する工程と、
   前記圧電板と前記補強板を押込んで前記圧電板を撓ませて前記圧電板で電気を発生させる工程と、
   前記支軸を中心に、前記接続板の、前記押込まれた補強板につながる端部を押込むことで、前記補強板の、前記押込まれた補強板に隣接する補強板につながる端部を押し上げて、前記隣接する補強板上に配置された前記圧電板を撓ませて、前記隣接する補強板上に配置された前記圧電板で電気を発生させる工程と、
   を含む、発電方法。

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