特許 6896857 圧電気センサ装置及び応用

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6896857

(24)【登録日】2021年6月11日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】圧電気センサ装置及び応用

(51)【国際特許分類】

   H01L 41/047 20060101AFI20210621BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20210621BHJP

   H01L 41/187 20060101ALI20210621BHJP

   H01L 41/193 20060101ALI20210621BHJP

   H01L 41/083 20060101ALI20210621BHJP

   H01L 41/04 20060101ALI20210621BHJP

   G01L 1/14 20060101ALI20210621BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20210621BHJP

【ＦＩ】

   H01L41/047

   H01L41/113

   H01L41/187

   H01L41/193

   H01L41/083

   H01L41/04

   G01L1/14 J

   G06F3/041 602

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-527415(P2019-527415)

(86)(22)【出願日】2017年11月14日

(65)【公表番号】特表2019-537844(P2019-537844A)

(43)【公表日】2019年12月26日

(86)【国際出願番号】CN2017110800

(87)【国際公開番号】WO2018090892

(87)【国際公開日】20180524

【審査請求日】2019年6月4日

(31)【優先権主張番号】201611011803.2

(32)【優先日】2016年11月17日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】519217973

【氏名又は名称】北京▲タイ▼方科技有限責任公司

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】杜朝亮

(72)【発明者】

【氏名】郭洪峰

(72)【発明者】

【氏名】趙慶雨

【審査官】 加藤 俊哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０７０４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５１５０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１２９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４９１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１２９０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１７５８４８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ４１／０４７

Ｇ０１Ｌ １／１４

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｈ０１Ｌ ４１／０４

Ｈ０１Ｌ ４１／０８３

Ｈ０１Ｌ ４１／１１３

Ｈ０１Ｌ ４１／１８７

Ｈ０１Ｌ ４１／１９３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電センサ装置であって、複数の圧電領域を含み、圧電領域当たりに圧電体と、正極表面と負極表面とが含まれており、中でも、前記複数の圧電領域における第１圧電領域から最後の圧電領域を順に隣接する圧電領域が同極表面と同極表面とが接続する方式（即ち正極表面と正極表面とが接続するか、又は負極表面と負極表面とが接続する）で接続し、前記圧電体は圧電効果を持つ材料であり、
圧電センサ装置が稼働する際に、圧電効果のため、圧電領域の二つの表面にそれぞれ同じ数且つ逆極性の電荷が積もることを特徴とする圧電センサ装置。

【請求項2】

それぞれ第１圧電領域と最後の圧電領域との隣接する圧電領域との非接続端部に結合する第１引出電極と第２引出電極をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ装置。

【請求項3】

第１引出電極と第２引出電極を除く接続電極をさらに含み、前記接続電極は、前記隣接する圧電領域における同極表面を互いに電気的に接続し、前記接続電極は剛性接続又はフレキシブルな接続を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ装置。

【請求項4】

前記複数の圧電領域は同一の圧電体の異なる部分に存在することを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ装置。

【請求項5】

前記複数の圧電領域は異なり且つ相互に独立する圧電体に存在することを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ装置。

【請求項6】

前記複数の圧電領域は並列の形で並べられるか、又は前記複数の圧電領域は直列の形で並べられるか、又は前記複数の圧電領域は二次元配列の形で並べられるか、又は前記複数の圧電領域は階層の形で並べられるか、又は前記複数の圧電領域は三次元配列の形で並べられることを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ装置。

【請求項7】

前記複数の圧電領域の間に充填された絶縁材料が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ装置。

【請求項8】

前記複数の圧電領域間の距離は調節しうるものであることを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ装置。

【請求項9】

前記複数の圧電領域における圧電体の形状は方形又は円形であることを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ装置。

【請求項10】

請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電センサ装置を含むタッチ受信装置である。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は圧電効果を利用して機械的エネルギーと電気的エネルギーを相互に転換する装置に関し、具体的には圧電センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

圧電センサは振動又は力の強さを測定するための公知のセンサであり、何等かの誘電体の圧電効果に基づくものである。中でも、正圧電効果は、外力がその表面に印加される場合、該誘電体の表面に電荷が生じ、非電気的な量への測定が実現することを指す。圧電逆効果は、誘電体に交番電界を印加して機械的変形を引き起こす現象を指し、電歪効果とも呼ばれる。圧電逆効果により製造される発信器は電気音響及び超音波工学に用いられる。

【0003】

圧電センサは、機械工学、生医学、石油開拓、音波検層、電気音響学などの技術分野において幅広く用いられている。

【0004】

実用においては、取り付けの都合と信号の忠実な収集のために圧電センサは通常センサモジュールに設計される。一般的に、圧電センサモジュールを設計する際には、リード、前処理回路、実装方式及び複数の圧電センサの接続方式を考慮に入れる必要がある。

【0005】

圧電センサの設計において、単一なセンサ信号は実用的強度を達せなかったり出力された信号は収集と認識に役立たなかったりすることがある。複数の圧電センサを組みわせて用いられる場合、位相が異なるため、収集する際に信号の波山と波谷はある程度で相殺又は重畳することによって異性の信号が生じる。目下のところ、特許ＣＮ２００４８００３８０１２．８に開示の組み合わせ方法のように、伝統的な組み合わせ方法はセンサを直列接続で接続し、接続する際に一つのセンサの正極をもう一つのセンサの負極と接続するものであり、低周波信号を有効に増大させるとともに、高周波信号を弱めることが可能である。しかしながら、機械波（または弾性波）により位置付けるという応用について、高周波信号はより高い解像度を持つため、より高い位置付け精度を提供することができる。しかし、特許ＣＮ２００４８００３８０１２．８に開示の組み合わせ方法は高周波信号を弱めるため、正確に位置付けるには不利である。本発明は、高周波信号を有効に増大させるとともに低周波信号を弱め、出力された波形信号が位置付け精度の向上に一層役立つ組み合わせ方式を提供する。本発明に係る効果は実験で検証されたものである。

【発明の概要】

【0006】

本発明は、高周波信号を有効に増大させるとともに、低周波信号を弱めることが可能な圧電センサ装置を提供し、具体的な発明は以下のとおりである。
複数の圧電領域を含み、圧電領域当たりには正極表面と負極表面が含まれており、複数の圧電領域における１圧電領域目から最後の圧電領域を順に隣接する圧電領域が同極表面と同極表面とが接続する方式で接続し、即ち正極表面と正極表面とが接続するか、又は負極表面と負極表面とが接続することを特徴とする圧電センサ装置である。前記圧電領域とは、圧電効果を持つ独立部であり、例えば圧電セラミック、圧電結晶又は圧電フィルムなどである。

【0007】

さらに、それぞれ第１圧電領域と最後の圧電領域の隣接する圧電領域との非接続端部に結合する第１引出電極と第２引出電極を含む。第１圧電領域の正極表面が隣接する圧電領域の正極表面に電気的に接続する場合、第１引出電極が第１圧電領域の負極表面に結合する。第１圧電領域の負極表面が隣接する圧電領域の負極表面に電気的に接続する場合、第１引出電極が第１圧電領域の正極表面に結合する。最後の圧電領域の正極表面が隣接する圧電領域の正極表面に電気的に接続する場合、第２引出電極が最後の圧電領域の負極表面に結合する。最後の圧電領域の負極表面が隣接する圧電領域の負極表面に電気的に接続する場合、第２引出電極が最後の圧電領域の正極表面に結合する。

【0008】

さらに、第１引出電極と第２引出電極を除く接続電極を含み、前記接続電極は分割された複数の圧電領域の接続に用いられ、前記接続電極は剛性のもの又はフレキシブルなものを含み、剛性のものは例えば印刷電極が挙げられ、フレキシブルなものは例えば、フレキシブルな導電体により前記分割された複数の圧電領域に接続するものが挙げられる。

【0009】

さらに、前記複数の圧電領域は単一な圧電構造に存在する。

【0010】

さらに、前記複数の圧電領域はそれぞれ異なる圧電構造に存在する。

【0011】

さらに、前記複数の圧電領域は並列の形で並べられる。

【0012】

さらに、前記複数の圧電領域は直列の形で並べられる。

【0013】

さらに、前記複数の圧電領域は二次元配列の形で並べられる。

【0014】

さらに、前記複数の圧電領域は階層の形で並べられるか、又は前記複数の圧電領域は三次元配列の形で並べられる。

【0015】

さらに、前記複数の圧電領域の間に充填された絶縁材料が含まれている。

【0016】

さらに、前記複数の圧電領域間の距離は調節しうるものである。

【0017】

さらに、前記複数の圧電領域における圧電体の形状は方形に拘らず、円形であっても他の形状であってもよい。

【0018】

本発明は、高周波信号を有効に増大させるとともに低周波信号を弱め、出力された波形信号が位置付け精度の向上に一層役立つ組み合わせ方式を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は本発明の実施例１の第１構造の模式図である。

【図2】図２は本発明の実施例１の第２構造の模式図である。

【図3】図３は本発明の実施例１の第３接続の模式図である。

【図4】図４は本発明の実施例１の第４接続の模式図である。

【図5】図５は本発明の実施例２の第１接続の模式図である。

【図6(a)】図６（ａ）は本発明の実施例２の第２接続の模式図１である。

【図6(b)】図６（ｂ）は本発明の実施例２の第２接続の模式図２である。

【図7】図７は本発明の実施例２の第３接続の模式図である。

【図8】図８は本発明の実施例２の第４接続の模式図である。

【図9】図９は本発明の実施例２の第５接続の模式図である。

【図10】図１０は本発明の実施例２の第６接続の模式図である。

【図11】図１１は本発明の実施例３の構造の模式図である。

【図12】図１２は本発明と先行技術との実験効果比較図である。

【図13】図１３は本発明の実施例４の構造の模式図である。

【図14】図１４は本発明の実施例５の第１方法の流れ図である。

【図15】図１５は本発明の実施例５の第２方法の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面及び実施例に基づき、本発明に係る発明を詳しく説明する。図面に示される各部品は制限的ではなく、模式的なものであり、実際の比率で描かれたものではないと理解すべきである。

【0021】

本発明については、性能が同一な二つのセンサ装置を例としてその原理を説明する。
本発明は高周波信号を増大させるとともに低周波信号を弱めるものであり、前記高周波信号と低周波信号は具体的な使用条件に基づいて定義されたものである。ｆ（周波数）＝ｖ（波速）／λ（波長）であるため、本発明における高周波と低周波の境界点は下記式（１）で定義される。
ｆ＝ｖ／（６＊ｄ） （１）
中でも、ｖは測定される物体における機械波の伝搬速度であり、ｄは図中に示される両圧電領域の等価距離であり、一般的に両圧電領域の中心の間の距離を指す。なお、シート状構造における波については、上式におけるｖは固定値ではなく、ｆの関数である。周波数が上式におけるｆ＝ｖ／（６＊ｄ）よりも大きい場合、高周波信号と定義されるのに対して、周波数が上式におけるｆ＝ｖ／（６＊ｄ）よりも小さい場合、低周波信号と定義される。式（１）からすれば、高周波と低周波との境界点は材料と両圧電領域の位置によって異なるため、ここでの高周波と低周波は材料と圧電領域の位置によるものである。本発明において、材料と圧電領域の位置を一定にすることを前提に高周波信号を増大させるとともに低周波信号を弱めるという有利な効果を得ることができる。

【0022】

本発明に係る原理は以下のとおりである。
構造中の波信号をＳ_０＝Ａ_０＊ｓｉｎ（ａ＊ｔ＋θ_０） （２）とし、
第１センサ装置が出力する波信号は下式（３）で示され、

第２センサ装置が出力する波信号は下式（４）で示され、

本発明における組み合わせにより出力する波信号は下式（５）で示される。

中でも、

は出力される波信号Ｓの振幅である。シート状構造における零階非対称波については、周波数ｆが増大すると、波長λが減少する。両センサの等価距離ｄが変わらなく、位相差が｜θ_１−θ_２｜＝２＊π＊ｄ／λである。したがって、｜θ_１−θ_２｜＜π（即ちｄ／λ＜１／２）の場合、ｆが増大し、振幅Ｓが増大する。したがって、本発明における組み合わせは高周波信号を増大させる（最大で元信号の２倍に達する）役割を果たすとともに、低周波信号を弱める（最小で０に近い役割を果たしている。また、ｄを調節することにより信号の拡大倍数を調整できることが分かる。

【0023】

これに対して、先行技術において組み合わせにより出力する信号は

であり、本発明に正に反する。ｆが増大すると、振幅Ｓが減少する。

【0024】

図１２は本発明と先行技術との実験効果の比較図である。本実験において、２枚の圧電セラミックを使用し、それぞれ先行技術での方法及び本発明での方法により接続し、媒体であるガラスの上で、同一の振動波形を同時に収集する。最初の高周波段階において、本発明に係る波形は振幅が比較発明での振幅よりも著しく高く、波形の振幅が低くなった後、両者は振幅が顕著な差がない。これによって、本発明に係る接続方式のほうが高周波信号の拡大の役割を果たすことができることを証明した。具体的な応用において、測定される周波数が本発明に係る周波数の境界点を超える場合、本発明に係る方法により有効な信号を有効に向上させることができる。

【0025】

[実施例１]
図１は実施例１の第１構造の模式図である。当該構造は第１引出電極１００１、第２引出電極１００２、第１圧電領域１００５、第２圧電領域１００６及び電極１００４を含む。中でも、第１圧電領域１００５と第２圧電領域１００６は同じ圧電材料１００３に存在する。圧電材料１００３は圧電効果を持つ材料であり、無機圧電材料と有機圧電材料を含む。無機圧電材料は圧電結晶を含み、例えば水晶（石英結晶）、リチウムガレート、ゲルマニウム酸リチウム、ゲルマニウム酸チタン、フェロトランジスターニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチウムなどが挙げられ、その他、圧電セラミックをも含み、例えばチタン酸バリウムＢＴ、チタン酸ジルゴン酸鉛ＰＺＴ、変性チタン酸ジルゴン酸鉛ＰＺＴ、メタニオブ酸鉛、ニオブ酸鉛バリウムリチウムＰＢＬＮ、変性チタン酸鉛などが挙げられる。有機圧電材料は圧電高分子とも呼ばれ、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（フィルム）及びそれに代表される他の有機圧電（フィルム）材料が挙げられる。本発明の実施例では圧電セラミックが用いられる。本発明の実施例では、第１圧電領域１００５と第２圧電領域１００６は同じ圧電材料１００３に存在し、即ち二つの圧電領域は同じ圧電構造に存在し、二つの圧電領域はいずれも上面が負極表面であり、下面が正極表面である。正極表面に電極１００４が結合し、二つの圧電領域の電気的な接続が実現し、それぞれ二つの圧電領域の負極表面に電極が結合し、圧電センサ装置と外部回路との電気的接続に用いられる第１引出電極１００１と第２引出電極１００２を形成する。本発明において、電極は金属蒸着フィルムであり、圧電センサ装置が稼働する際に、圧電効果のため、圧電領域の二つの表面にそれぞれ同じ数且つ逆極性の電荷が積もる。中でも、正電荷が積もる電極は正極表面であるのに対して、負電荷が積もる電極は負極表面である。正極表面に結合する電極は正電極であるのに対して、負極表面に結合する電極は負電極である。電位差が比較的小さく生じることを確保したまま、電極の抵抗による出力電流の顕著な減少を引き起こさないために、電極については、導電性が良い材料が用いられ、例えばアルミニウム、金、銀などの金属材料、又はＡｇ−Ｎｉ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ（ＢＭＥ）などの三層の構造からなる積層電極が挙げられる。図１において、電極１００４は正電極であり、第１引出電極１００１と第２引出電極１００２は負電極であり、第１圧電領域１００５と第２圧電領域１００６の分極方向は正極表面から負極表面へ指すものであり、電極１００４は第１圧電領域の正極表面と第２圧電領域の正極表面に電気的に接続し、第１引出電極１００１と第２引出電極１００２はそれぞれ引出線に接続するか、又は伝導路により外部回路に接続し、はんだ材料、導電ペースト又は導電粘着剤などの電気的な接続に適する材料を用いて引出電極と外部回路を接続することを含む。

【0026】

使用する際に、電極１００４を測定される振動物体と溶接又は粘着剤などの形で機械的に接続する。機械的に接続する際に、電極における複数の点又は線のみを振動物体と接続してもよい。本発明の実施例において、圧電センサ装置と測定される振動物体との接触面積を増大させ、検測の正確性を向上させるために、電極の表面のすべてを粘着剤で測定される振動物体と接続する。振動が発生する際に、電極１００４の表面は圧力を受け、当該圧力は圧電材料１００３にまで伝送され、圧電効果により二つの負電極、即ち引出電極１００１と引出電極１００２に電位差が生じ、引出線又は伝導路は当該電位差の作用の下で小電流出力を生じ、当該小電流は測定される電気的信号である。

【0027】

図２は実施例１の第２構造の模式図である。当該構造は第１引出電極２００１、第２引出電極２００２、第１圧電領域２００５、第２圧電領域２００６及び電極２００４を含む。中でも、第１圧電領域２００５と第２圧電領域２００６は同じ圧電材料２００３に存在し、即ち二つの圧電領域は同じ圧電構造に存在し、二つの圧電領域はいずれも上面が負極表面であり、下面が正極表面であり、分極方向は負極表面から正極表面へ指すものである。それぞれ二つの圧電領域の正極表面と負極表面に電極が結合し、中でも、電極２００４は正電極であり、第１引出電極２００１と第２引出電極２００２は負電極であり、電極２００４は第１圧電領域の正極表面と第２圧電領域の正極表面に接続し、第１引出電極１００１と第２引出電極１００２は圧電センサ装置と外部回路との電気的接続に用いられる。使用する際に、第１引出電極２００１と第２引出電極２００２はそれぞれ引出線に接続するか、又は伝導路により外部回路に接続し、電極２００４を測定される振動物体と機械的に接続する。

【0028】

図３は実施例１の第３構造の模式図である。当該構造は第１引出電極３００４、第２引出電極３００５、第１圧電領域３００７、第２圧電領域３００８、電極３００１、電極３００２及び接続線３００６を含む。中でも、第１圧電領域３００７と第２圧電領域３００８は同じ圧電材料３００３に存在し、即ち二つの圧電領域は同じ圧電構造に存在し、二つの圧電領域はいずれも上面が正極表面であり、下面が負極表面であり、分極方向は正極表面から負極表面へ指すものである。それぞれ二つの圧電領域の正極表面と負極表面に電極が結合し、電極３００１と電極３００２は正電極であり、第１引出電極３００４と第２引出電極３００５は負電極であり、接続線３００６は二つの正電極（即ち電極３００１と電極３００２）に接続し、二つの圧電領域の正極表面の電気的接続が実現し、第１引出電極３００４と第２引出電極３００５は圧電センサ装置と外部回路との電気的接続に用いられる。使用する際に、第１引出電極３００４と第２引出電極３００５はそれぞれ引出線に接続するか、又は伝導路により外部回路に接続し、使用する際に、電極３００１又は電極３００２のみを測定される振動物体と機械的に接続してもよいが、圧電センサ装置と測定される振動物体との接触面積を増大させ、検測の正確性を向上させるために、本発明の実施例において、電極３００１と電極３００２を同時に測定される振動物体と機械的に接続する。以下の実施例に係る構造において、圧電センサ装置と測定される振動物体との接触面積を増大させるためにいずれもこのような形で接続する。

【0029】

図４は実施例１の第４構造の模式図である。当該構造は第１引出電極４００１、第２引出電極４００３、電極４００４、第１圧電領域４００７、第２圧電領域４００８、第３圧電領域４００９、第４圧電領域４０１０及び電極４００６を含む。中でも、第１圧電領域４００７、第２圧電領域４００８、第３圧電領域４００９及び第４圧電領域４０１０は同じ圧電材料４００５に存在し、即ち四つの圧電領域は同じ圧電構造に存在し、四つの圧電領域はいずれも上面が正極表面であり、下面が負極表面であり、四つの圧電領域の分極方向は正極表面から負極表面へ指すものである。それぞれ四つの圧電領域の正極表面と負極表面に電極が結合し、第１引出電極４００１、電極４００２及び第２引出電極４００３は正電極であり、電極４００４と電極４００６は負電極である。電極４００４は第１圧電領域の負極表面と第２圧電領域の負極表面に接続し、電極４００２は第２圧電領域の正極表面と第３圧電領域の正極表面に接続し、電極４００６は第３圧電領域の負極表面と第４圧電領域の負極表面に接続し、第１引出電極４００１と第２引出電極４００３は圧電センサ装置と外部回路との電気的接続に用いられる。使用する際に、第１引出電極４００１と第２引出電極４００３はそれぞれ引出線に接続するか、又は伝導路により外部回路に接続し、電極４００４と電極４００６は測定される振動物体と機械的に接続する。

【0030】

[実施例２]
図５〜図８は実施例２における四つの異なる構造である。本実施例と実施例１との相違点は、実施例１においては同じ圧電領域の正極表面と負極表面に複数の電極が置かれ、一つの圧電構造に複数の圧電領域を有する圧電センサ装置を形成するのに対して、本実施例においては異なる圧電領域の正極表面と負極表面に電極が置かれ、圧電領域当たりがそれぞれ異なる圧電構造に存在する圧電センサ装置を形成する。中でも、異なる圧電領域の間には絶縁材料で接続してもよく、何ら材料を使わずに接続してもよい。前記絶縁材料は一定の強度（例えばプラスチック、絶縁セラミック、アクリルなど）を持つ必要がある。前記絶縁材料は構造を強化する役割を果たし、前記圧電センサ装置は取付及び使用においてより固く且つ耐用になるため、壊れにくい。また、複数の圧電領域間の距離は調節しうるものである。複数の圧電領域間の距離は固定することなく、具体的な使用状況に基づいて調節してもよい。例えば、測定される物体の形状又は厚みに基づいて調節してもよい。圧電領域の間に充填された絶縁材料が含まれる場合、充填された絶縁材料は圧電領域の配列方向に長さが固定することなく、具体的な使用状況に基づいて調節してもよく、例えば測定される物体の形状又は厚みに基づいて調節してもよい。具体的に以下のとおりである。

【0031】

図５は実施例２の第１構造の模式図である。当該構造は第１引出電極５００４、第２引出電極５００５、第１圧電領域５００３、電極５００１、電極５００２、第２圧電領域５００６及び接続線５００７を含む。中でも、第１圧電領域５００３と第２圧電領域５００６はそれぞれ二つの異なる圧電材料に存在し、即ち二つの圧電領域はそれぞれ二つの異なる圧電構造に存在する。二つの圧電領域はいずれも上面が正極表面であり、下面が負極表面であり、分極方向はいずれも正極表面から負極表面へ指すものである。それぞれ第１圧電領域５００３と第２圧電領域５００６の正極表面と負極表面に電極が結合し、電極５００１と電極５００２は正電極であり、第１引出電極５００４と第２引出電極５００５は負電極である。電極５００１、第１圧電領域５００３及び第１引出電極５００４は第１圧電構造を形成し、電極５００２、第２圧電領域５００６及び第２引出電極５００５は第２圧電構造を形成し、且つ、二つの圧電構造の分極方向はいずれも正電極から負電極へ指すものである。接続線５００７は第１圧電構造と第２圧電構造の二つの正電極（即ち電極５００１と電極５００２）に接続し、第１引出電極５００４と第２引出電極５００５は圧電センサ装置と外部回路との電気的接続に用いられる。使用する際に、第１引出電極５００４と第２引出電極５００５はそれぞれ引出線に接続するか、又は伝導路により外部回路に接続し、電極５００１と電極５００２は測定される振動物体に機械的に接続する。

【0032】

図６は実施例２の第２構造の模式図であり、（ａ）と（ｂ）との二つの構造を含む。図６（ａ）は第１引出電極６００１、第２引出電極６００２、第１圧電領域６００３、電極６００４及び第２引出電極６００５を含む。中でも、第１圧電領域６００３と第２圧電領域６００５はそれぞれ二つの異なる圧電材料に存在し、即ち二つの圧電領域はそれぞれ二つの異なる圧電構造に存在する。二つの圧電領域はいずれも下面が正極表面であり、上面が負極表面であり、分極方向はいずれも正極表面から負極表面へ指すものである。それぞれ第１圧電領域６００３と第２圧電領域６００５の正極表面と負極表面に電極が結合し、電極６００４は正電極であり、第１引出電極６００１と第２引出電極６００２は負電極である。電極６００４、第１圧電領域６００３及び第１引出電極６００１は第１圧電構造を形成し、電極６００４、第２圧電領域６００５及び第２引出電極６００２は第２圧電構造を形成し、且つ、二つの圧電構造の分極方向はいずれも正電極から負電極へ指すものである。電極６００４は第１圧電構造の正電極と第２圧電構造の正電極に接続し、第１引出電極６００１と第２引出電極６００２は圧電センサ装置と外部回路との電気的接続に用いられる。使用する際に、第１引出電極６００１と第２引出電極６００２はそれぞれ引出線に接続するか、又は伝導路により外部回路に接続し、電極６００４は測定される振動物体に接続する。図６（ａ）における構造に比べて、図６（ｂ）における構造はさらに絶縁接続シート６００６を含み、当該絶縁接続シートは構造を強化する役割を果たし、前記圧電センサ装置は取付及び使用においてより固く且つ耐用になるため、壊れにくい。

【0033】

図７は実施例２の第３構造の模式図であり、当該構造は第１引出電極７００１、電極７００２、第２引出電極７００７、第１圧電領域７００３、電極７００４、第２圧電領域７００５及び第３圧電領域７００６を含む。中でも、第１圧電領域７００３、第２圧電領域７００５及び第３圧電領域７００７はそれぞれ三つの異なる圧電材料に存在し、即ち三つの圧電領域はそれぞれ三つの異なる圧電構造に存在する。三つの圧電領域はいずれも上面が正極表面であり、下面が負極表面であり、分極方向はいずれも正極表面から負極表面へ指すものである。それぞれ第１圧電領域７００３、第２圧電領域７００５及び第３圧電領域７００７の正極表面と負極表面に電極が結合し、第１引出電極７００１、電極７００２は正電極であり、電極７００４と電極７００７は負電極であり、第１圧電領域７００３、第２圧電領域７００５及び第３圧電領域７００６の分極方向は正電極から負電極へ指すものである。第１引出電極７００１、第１圧電領域７００３及び電極７００４は第１圧電構造を形成し、電極７００２、第２圧電領域７００５及び電極７００４は第２圧電構造を形成し、電極７００２、第３圧電領域７００６及び第２引出電極７００７は第３圧電構造を形成し、且つ三つの圧電構造の分極方向はいずれも正電極から負電極へ指すものである。電極７００４は第１圧電構造の負電極と第２圧電構造の負電極に接続し、電極７００２は第２圧電構造の正電極と第３圧電構造の正電極に接続し、第１引出電極７００１と第２引出電極７００７は圧電センサ装置と外部回路との電気的接続に用いられる。使用する際に、第１引出電極７００１と第２引出電極７００７はそれぞれ引出線に接続するか、又は伝導路により外部回路に接続する。しかしながら、本構造において、第１引出電極７００１と第２引出電極７００２は同じ平面に存在しないため、使用する際に、電極７００２と電極７００４を同時に測定される振動物体に機械的接続することができず、使用に不都合が起こる。したがって、本構造を改善することにより実施例２の第４構造を得る。

【0034】

図８は実施例２の第４構造の模式図であり、当該構造は第１引出電極８００１、電極８００２、第２引出電極８００３、第１圧電領域８００４、電極８００５、第２圧電領域８００６、第３圧電領域８００７、電極８００８及び第４圧電領域８００９を含む。中でも、第１圧電領域８００４、第２圧電領域８００６、第３圧電領域８００７及び第４圧電領域８００９はそれぞれ四つの異なる圧電材料に存在し、即ち四つの圧電領域はそれぞれ四つの異なる圧電構造に存在する。四つの圧電領域はいずれも上面が正極表面であり、下面が負極表面であり、分極方向はいずれも正極表面から負極表面へ指すものである。それぞれ第１圧電領域８００４、第２圧電領域８００６、第３圧電領域８００７及び第４圧電領域８００９の正極表面と負極表面に電極が結合し、第１引出電極８００１、電極８００２及び第２引出電極８００３は正電極であり、電極８００５と電極８００８は負電極であり、第１圧電領域８００４、第２圧電領域８００６、第３圧電領域８００７及び第４圧電領域８００９の分極方向は正電極から負電極へ指すものである。第１引出電極８００１、第１圧電領域８００４及び電極８００５は第１圧電構造を形成し、電極８００２、第２圧電領域８００６及び電極８００５は第２圧電構造を形成し、電極８００２、第３圧電領域８００７及び電極８００８は第３圧電構造を形成し、第２引出電極８００３、第４圧電領域８００９及び電極８００８は第４圧電構造を形成し、且つ四つの圧電構造の分極方向はいずれも正電極から負電極へ指すものである。電極８００５は第１圧電構造の負電極と第２圧電構造の負電極に接続し、電極８００２は第２圧電構造の正電極と第３圧電構造の正電極に接続し、電極８００８は第３圧電構造と第４圧電構造に接続し、第１引出電極８００１と第２引出電極８００３は圧電センサ装置と外部回路との電気的接続に用いられる。使用する際に、第１引出電極８００１と第２引出電極８００３はそれぞれ引出線に接続するか、又は伝導路により外部回路に接続する。そして、二つの引出電極は同じ平面に存在するため、使用する際に電極８００５と電極８００８を測定される振動物体に機械的接続して用いられてもよい。

【0035】

図９は実施例２の第５構造の模式図であり、第１引出電極９００１、電極９００２、電極９００３、電極９００４、第２引出電極９００５、第１圧電領域９００６、第２圧電領域９００７、第３圧電領域９００８、第４圧電領域９００９を含む。中でも、第１圧電領域９００６、第２圧電領域９００７、第３圧電領域９００８及び第４圧電領域９００９はそれぞれ四つの異なる圧電材料に存在し、即ち四つの圧電領域はそれぞれ四つの異なる圧電構造に存在する。四つの圧電領域はいずれも上面が正極表面であり、下面が負極表面であり、分極方向はいずれも正極表面から負極表面へ指すものである。それぞれ第１圧電領域９００６、第２圧電領域９００７、第３圧電領域９００８及び第４圧電領域９００９の正極表面と負極表面に電極が結合し、第１引出電極９００１、電極９００３及び第２引出電極９００５は正電極であり、電極９００２と電極９００４は負電極であり、第１圧電領域９００６、第２圧電領域９００７、第３圧電領域９００８及び第４圧電領域９００９の分極方向は正電極から負電極へ指すものである。第１引出電極９００１、第１圧電領域９００６及び電極９００２は第１圧電構造を形成し、電極９００２、第２圧電領域９００７及び電極９００３は第２圧電構造を形成し、電極９００３、第３圧電領域９００８及び電極９００４は第３圧電構造を形成し、第２引出電極９００５、第４圧電領域９００９及び電極９００４は第４圧電構造を形成し、且つ四つの圧電構造の分極方向はいずれも正電極から負電極へ指すものである。電極９００２は第１圧電構造の負電極と第２圧電構造の負電極に接続し、電極９００３は第２圧電構造の正電極と第３圧電構造の正電極に接続し、電極９００４は第３圧電構造と第４圧電構造に接続し、第１引出電極９００１と第２引出電極９００５は圧電センサ装置と外部回路との電気的接続に用いられる。使用する際に、第１引出電極９００１と第２引出電極９００５はそれぞれ引出線に接続するか、又は伝導路により外部回路に接続する。電極９００２と電極９００４は測定される振動物体に機械的接続する。

【0036】

図１０は実施例２の第６構造の模式図であり、第１引出電極１０００１、電極１０００２、電極１０００３、電極１０００４、電極１０００５、電極１０００６、電極１０００７、電極１０００８、第２引出電極１０００９、第１圧電領域１００１０、第２圧電領域１００１１、第３圧電領域１００１２、第４圧電領域１００１３、第５圧電領域１００１４、第６圧電領域１００１５、第７圧電領域１００１６及び第８圧電領域１００１７を含む。中でも、第１圧電領域１００１０、第２圧電領域１００１１、第３圧電領域１００１２、第４圧電領域１００１３、第５圧電領域１００１４、第６圧電領域１００１５、第７圧電領域１００１６及び第８圧電領域１００１７はそれぞれ八つの異なる圧電材料に存在し、即ち八つの圧電領域はそれぞれ八つの異なる圧電構造に存在する。八つの圧電領域はいずれも上面が正極表面であり、下面が負極表面であり、分極方向はいずれも正極表面から負極表面へ指すものである。それぞれ第１圧電領域１００１０、第２圧電領域１００１１、第３圧電領域１００１２、第４圧電領域１００１３、第５圧電領域１００１４、第６圧電領域１００１５、第７圧電領域１００１６及び第８圧電領域１００１７の正極表面と負極表面に電極が結合し、電極１０００２、電極１０００４、電極１０００６及び電極１０００８は正電極であり、電極１０００１、電極１０００３、電極１０００５、電極１０００７及び電極１０００９は負電極である。第１引出電極１０００１、第１圧電領域１００１０及び電極１０００２は第１圧電構造を形成し、電極１０００２、第２圧電領域１００１１及び電極１０００３は第２圧電構造を形成し、電極１０００５、第３圧電領域１００１２及び電極１０００４は第３圧電構造を形成し、電極１０００４、第４圧電領域１００１３及び電極１０００３は第４圧電構造を形成し、電極１０００５、第５圧電領域１００１４及び電極１０００６は第５圧電構造を形成し、電極１０００６、第６圧電領域１００１５及び電極１０００７は第６圧電構造を形成し、第２引出電極１０００９、第７圧電領域１００１６及び電極１０００８は第７圧電構造を形成し、電極１０００８、第８圧電領域１００１７及び電極１０００７は第８圧電構造を形成し、且つ八つの圧電構造の分極方向はいずれも正電極から負電極へ指すものである。電極１０００２は第１圧電構造の正電極と第２圧電構造の正電極に接続し、電極１０００４は第３圧電構造の正電極と第４圧電構造の正電極に接続し、電極１０００３は第２圧電構造の負電極と第４圧電構造の負電極に接続し、電極１００５は第３圧電構造の負電極と第５圧電構造の負電極に接続し、電極１０００６は第５圧電構造の正電極と第６圧電構造の正電極に接続し、電極１００７は第５圧電構造の負電極と第８圧電構造の負電極に接続し、電極１０００８は第７圧電構造の正電極と第８圧電構造の正電極に接続し、第１引出電極１０００１と第２引出電極１０００９は圧電センサ装置と外部回路との電気的接続に用いられる。使用する際に、第１引出電極１０００１と第２引出電極１０００９はそれぞれ引出線に接続するか、又は伝導路により外部回路に接続する。電極１０００３と電極１０００７は測定される振動物体に機械的接続する。本構造において、圧電構造は積層の形で接続され、三次元配列を形成する。本実施例には三次元配列で分布する構造の一つのみが記載され、即ち２Ｘ２Ｘ２の三次元配列である。本実施例に示される三次元配列以外に、２Ｘ２Ｘ３、３Ｘ３Ｘ３、３Ｘ３Ｘ４、５Ｘ５Ｘ５などの多種の三次元配列が用いられてもよい。

【0037】

[実施例３]
図１１は実施例３の構造の模式図である。本実施例が前述した実施例と違うのは第１引出電極１１００１、第２引出電極１１００２、圧電体１１００３及び接続電極１１００５を含む円形の圧電体が用いられる点にある。図中において、第１引出電極１１００１と第２引出電極１１００２とがそれらに対応する圧電体の負極に結合し、接続電極１１００４は前記圧電体の正極に結合する。当該実施例において、用いられる円形の圧電体１１００３は方形の圧電体に比べて取り付け易いため、特定の取り付けの場面に適する。

【0038】

[実施例４]
図１３は本発明に係るタッチ検出装置の構造の模式図の一種であり、タッチ受信装置、圧電センサ装置、信号検出装置及び信号処理装置を含む。中でも、タッチ受信装置はタッチ動作を受信するに用いられる。圧電センサ装置はタッチ受信装置に対するタッチ動作を圧電信号に転換するに用いられる。信号検出装置は圧電センサ装置から出力された圧電信号を検出するに用いられる。信号処理装置は検出された信号を分析するに用いられ、タッチ位置の情報を得る。本実施例において、タッチ受信装置はＬＥＤスクリーンである。圧電センサ装置は少なくとも二つである。圧電センサ装置が二つである場合、タッチ受信装置における一対角線の二つの端点に分布する。圧電センサ装置が三つである場合、それぞれタッチ受信装置の四角における三つの角に分布するか、又はそれぞれタッチ受信装置の境界位置に分布する。圧電センサ装置が四つである場合、それぞれタッチ受信装置の四角に分布するか、又はタッチ受信装置の境界位置に分布する。圧電センサ装置が四つ以上である場合、そのうち四つはタッチ受信装置の四角に分布し、他の圧電センサ装置は境界位置に分布する。タッチ受信装置の面積に基づいて、複数の圧電センサ（即ち実施例１又は実施例２に記載の圧電センサ装置）を二次元マトリックスの形で配列してもよい。例えば、タッチ受信装置の境界、角及び中間位置に分布する３Ｘ３、５Ｘ５又は７Ｘ７のマトリックスである。圧電センサ装置が３Ｘ３のマトリックスである場合、九つの圧電センサ装置のうち四つは角に分布し、四つはタッチ受信装置の四つの辺の中間位置に分布し、一つはタッチ受信装置の中心点に分布する。

【0039】

[実施例５]
図１４に示されるように、本発明はタッチ検出方法を提供するものであり、具体的に以下の工程を含む。
タッチ受信装置はタッチ動作を受信する。タッチ受信装置は振動を検出するに適すれば何でもよい。例えば、ガラス板、プラスチック板、金属板などであってもよく、表示画面（例えば投射表示画面、液晶表示画面、ＬＥＤ表示画面、ＬＣＤ表示画面又はＣＲＴ表示画面など）であってもよい。本実施例において、タッチ受信装置はＬＥＤ表示画面であり、タッチ動作はタッチ受信装置に圧力を生じる可能なタッチ（クリックタッチ、スライドタッチなどを含む）を含む。

【0040】

圧電センサ装置はタッチ動作による圧力変化を検出する。本実施例において、圧電センサ装置は実施例１又は実施例２に記載の圧電センサ装置で且つ数が四つであり、それぞれＬＥＤ表示画面の四つの角に分布する。使用者はタッチ受信装置をクリックし、即ちＬＥＤである場合、四つの圧電センサ装置はそれぞれタッチ受信装置における圧力の変化を検出する。

【0041】

圧電センサ装置は圧電効果により検出された圧力変化を電気的信号に転換する。圧電効果のため、圧電センサ装置は圧力変化を電荷変化に転換することによりそれを電気的信号に転換し、且つ二つの引出電極により当該電気的信号が出力される。

【0042】

図１５に示されるように、上記タッチ検出方法をもとに更なる改善することにより２種目のタッチ検出方法を得ることができる。本方法は１種目のタッチ検出方法をもとにさらに以下のような工程を含む。

【0043】

信号検出装置は当該圧電信号を受信し、且つ当該信号を前処理する。中でも、前処理は信号検出の正確性と信頼性を確保するための必要な処理（例えばノイズ除去処理又は信号拡大など）を含む。
信号処理装置は検出された圧電信号を分析することにより、タッチ動作のタッチ位置及び／又はタッチ軌跡を得る。つまり、四つの圧電センサ装置がそれぞれ検出した電気信号を処理することによりタッチ位置を得る。連続でタッチする場合、例えばスライドタッチ、タッチ位置の変化を対比して分析し、タッチ軌跡を得ることができる。

【0044】

本実施例において、タッチ受信装置の面積に基づいて複数の圧電センサ装置（つまり実施例１又は実施例２に記載の圧電センサ装置）を二次元マトリックスで配列してもよい。例えば、３Ｘ３、５Ｘ５又は７Ｘ７のマトリックスで配列し、タッチ受信装置の境界、角及び中間位置に分布する。

【0045】

好ましい実施例により本発明への説明は制限的ではなく、模式的なものであると理解すべきである。当業者は上記実施例をもとに各実施例に記載の発明を修正してもよいか、又はその構成要件の一部を同一に取り替えてもよい。これらの修正と取り替えのいずれは本発明の範囲に含まれるべきである。したがって、本発明の範囲は請求項の範囲に準じるものである。

【符号の説明】

【0046】

１００１ 第１引出電極
１００２ 第２引出電極
１００３ 圧電材料
１００４ 電極
１００５ 第１圧電領域
１００６ 第２圧電領域
２００１ 第１引出電極
２００２ 第２引出電極
２００３ 圧電材料
２００４ 電極
２００５ 第１圧電領域
２００６ 第２圧電領域
３００１ 電極
３００２ 電極
３００３ 圧電材料
３００４ 第１引出電極
３００５ 第２引出電極
３００６ 接続線
３００７ 第１圧電領域
３００８ 第２圧電領域
４００１ 第１引出電極
４００２ 電極
４００３ 第２引出電極
４００４ 電極
４００５ 圧電材料
４００６ 電極
４００７ 第１圧電領域
４００８ 第２圧電領域
４００９ 第３圧電領域
４０１０ 第４圧電領域
５００１ 電極
５００２ 電極
５００３ 第１圧電領域
５００４ 第１引出電極
５００５ 第２引出電極
５００６ 第２圧電領域
５００７ 接続線
６００１ 第１引出電極
６００２ 第２引出電極
６００３ 第１圧電領域
６００４ 電極
６００５ 第２圧電領域
６００６ 絶縁接続シート
７００１ 第１引出電極
７００２ 電極
７００３ 第１圧電領域
７００４ 電極
７００５ 第２圧電領域
７００６ 第３圧電領域
７００７ 第２引出電極
８００１ 第１引出電極
８００２ 電極
８００３ 第２引出電極
８００４ 第１圧電領域
８００５ 電極
８００６ 第２圧電領域
８００７ 第３圧電領域
８００８ 電極
８００９ 第４圧電領域
９００１ 第１引出電極
９００２ 電極
９００３ 電極
９００４ 電極
９００５ 第２引出電極
９００６ 第１圧電領域
９００７ 第２圧電領域
９００８ 第３圧電領域
９００９ 第４圧電領域
１０００１ 第１引出電極
１０００２ 電極
１０００３ 電極
１０００４ 電極
１０００５ 電極
１０００６ 電極
１０００７ 電極
１０００８ 電極
１０００９ 第２引出電極
１００１０ 第１圧電領域
１００１１ 第２圧電領域
１００１２ 第３圧電領域
１００１３ 第４圧電領域
１００１４ 第５圧電領域
１００１５ 第６圧電領域
１００１６ 第７圧電領域
１００１７ 第８圧電領域
１１００１ 第１引出電極
１１００２ 第２引出電極
１１００３ 圧電材料
１１００４ 接続電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】