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技術 圧力検出装置

出願人 NISSHA株式会社
発明者 渡津裕次角谷栄二
出願日 2016年4月28日 (4年0ヶ月経過) 出願番号 2016-090247
公開日 2017年11月2日 (2年6ヶ月経過) 公開番号 2017-198573
状態 特許登録済
技術分野 力の測定一般
主要キーワード 押圧量 異形形状 ポリフッ化ビニリデンフィルム 入力面側 押圧検出 圧力検出装置 回対称 バイモルフ構造
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

バイモルフと、押圧面としてのガラス又は他の部材を有する圧力検出装置において、検出感度を高める。

解決手段

圧力検出器100では、支持基板1は、圧力が作用する入力面1aと、縁部が支持される背面1bとを有する。第1圧電シート3aは、支持基板1の背面1bの中央部に配置されている。第1圧電シート3aは、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸(d31)と小さな軸(d32)をする異方性である。第2圧電シート3bは、第1圧電シート3aの支持基板1と反対側において、第1圧電シート3aに対向して配置されている。第2圧電シート3bは、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸(d31)と小さな軸(d32)とを有する異方性である。縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有している。第1圧電シート3aと第2圧電シート3bは、電荷量が大きな軸(d31)同士が直交するように配置されている。

概要

背景

タッチパネルへの押圧量を検出するための装置として、圧電シートを用いた圧力センサが知られている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に示すタッチ入力装置では、感圧センサが、可撓性を有するタッチパネルの平面上に互いに密着するように重ねられている。

概要

バイモルフと、押圧面としてのガラス又は他の部材を有する圧力検出装置において、検出感度を高める。圧力検出器100では、支持基板1は、圧力が作用する入力面1aと、縁部が支持される背面1bとを有する。第1圧電シート3aは、支持基板1の背面1bの中央部に配置されている。第1圧電シート3aは、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸(d31)と小さな軸(d32)をする異方性である。第2圧電シート3bは、第1圧電シート3aの支持基板1と反対側において、第1圧電シート3aに対向して配置されている。第2圧電シート3bは、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸(d31)と小さな軸(d32)とを有する異方性である。縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有している。第1圧電シート3aと第2圧電シート3bは、電荷量が大きな軸(d31)同士が直交するように配置されている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

開口と前記開口の周りの支持部とを有する筐体の前記開口を閉じるように設けられ、外部から加えられた圧力によって電荷を発生する2枚の圧電シートを用いて前記圧力を検出するための圧力検出装置であって、前記圧力が作用する第1面と、縁部の一部又は全部が接着層によって前記支持部に固定及び支持される第2面とを有するシート部材と、前記シート部材の第2面の中央部に配置され、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と小さな軸とを有する異方性の第1圧電シートと、前記第1圧電シートの前記シート部材と反対側において前記第1圧電シートに対向して配置され、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と小さな軸とを有する異方性の第2圧電シートと、を備え、前記縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有しており、前記第1圧電シートと前記第2圧電シートは、前記電荷量が大きな軸同士が直交するように配置されている、圧力検出装置。

請求項2

前記縁部の固定部分は、第1方向に延びる一対の第1辺を有する、請求項1に記載の圧力検出装置。

請求項3

前記一対の第1辺は互いに平行な直線である、請求項2に記載の圧力検出装置。

請求項4

前記縁部の固定部分は平面視で一方向に長く前記一対の第1辺は、長手方向に延びる縁である、請求項2又は3に記載の圧力検出装置。

請求項5

前記縁部の固定部分は、前記一対の第1辺の端部同士を連結する一対の第2辺を有する、請求項3又は4に記載の圧力検出装置。

請求項6

前記第2辺は前記第1辺に比べて剛性が低い、請求項5に記載の圧力検出装置。

請求項7

前記一対の第1辺の端部同士は互いに離れて配置されており、不連続である、請求項2〜4のいずれかに記載の圧力検出装置。

技術分野

0001

本発明は、圧力検出装置、特に、2枚の圧電シートを貼り合わせたバイモルフを用いた圧力検出装置に関する。

背景技術

0002

タッチパネルへの押圧量を検出するための装置として、圧電シートを用いた圧力センサが知られている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に示すタッチ入力装置では、感圧センサが、可撓性を有するタッチパネルの平面上に互いに密着するように重ねられている。

先行技術

0003

特開平05−61592号公報

発明が解決しようとする課題

0004

圧電シートに用いられる圧電材料として、チタン酸ジルコン酸鉛PZT)やポリフッ化ビニリデンPVDF)とその重合体がある。しかし、それら代表的な圧電材料は、焦電性を有するので、正確な押圧力の検出が難しかった。

0005

そこで、本願の発明者は、この問題を改善するために、2枚の圧電シートを互いに分極方向を逆に貼り合わせた、いわゆるバイモルフ構造を採用することに着目した。バイモルフ構造は、主に、上下2枚の圧電素子からなる長方形又は円形状のバイモルフを有している。圧電素子の両側には、検出電極が設けられている。バイモルフ構造は、さらに、バイモルフの下面の周囲に取り付けられた枠状の支持部材を有する。

0006

別の例として、バイモルフ構造は、バイモルフの上面に、圧電素子の強度向上(傷防止、割れ防止)のために、保護材としてのガラス又は他の部材を有する。この場合、ガラスの下面の縁部が枠状の支持部材に支持される。

0007

以下、バイモルフ構造による押圧力検出のメカニズムを説明する。中央部に作用する押圧力で上下2枚の圧電素子が撓むと、上下2枚の圧電素子に押圧力に比例した応力σuと応力σlがそれぞれの圧電素子に発生する。
+ガラスを取り付けたバイモルフ構造では、応力σuと応力σlはどちらも引張応力となる。この場合、応力σuより応力σlの方が大きくなるので、その差を用いて押圧力を測定することが提案されていた。

0008

しかし、ガラスを設けたバイモルフ構造においては引張応力σuと引張応力σlとの差が小さいので検出感度が低いという問題がある。

0009

本発明の目的は、バイモルフと、押圧面としてのガラス又は他の部材とを有する圧力検出装置において、検出感度を高めることにある。

課題を解決するための手段

0010

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合わせることができる。

0011

本発明の一見地に係る圧力検出装置は、開口と開口の周りの支持部とを有する筐体の開口を閉じるように設けられ、外部から加えられた圧力によって電荷を発生する2枚の圧電シートを用いて圧力を検出するための装置である。圧力検出装置は、シート部材と、第1圧電シートと、第2圧電シートとを備えている。

0012

シート部材は、圧力が作用する第1面と、縁部の一部又は全部が接着層によって支持部に固定及び支持される第2面とを有する。

0013

第1圧電シートは、シート部材の第2面の中央部に配置されている。第1圧電シートは、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と小さな軸とを有する異方性である。

0014

第2圧電シートは、第1圧電シートのシート部材と反対側において第1圧電シートに対向して配置されている。第2圧電シートは、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と小さな軸とを有する異方性である。

0015

縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有している。

0016

第1圧電シートと第2圧電シートは、電荷量が大きな軸同士が直交するように配置されている。

0017

ここで、「2回対称以下」とは、2n回対称(nは2以上の整数)を含まないという意味であり、例えば、4回対称、8回対称、16回対称ではないことを意味する。

0018

縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有しているので、第1圧電シート及び第2圧電シートには、シート部材と共にたわむときに発生する引っ張り応力が大きい軸と引っ張り応力が小さい軸とが存在する。

0019

この装置では、シート部材の第1面が押されると、シート部材は縁部が他の部材に支持されながらたわみ、その結果、第1圧電シート及び第2圧電シートもたわむ。このとき、第1圧電シート及び第2圧電シートでは、平面視において、伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と引っ張り応力の大小軸との互いに平行になる組み合わせが異なる。

0020

以下、一例を説明する。第1圧電シートにおいては、伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と引っ張り応力小の軸とが平行になっている。(引っ張り応力大の軸と直交している)。また、第2圧電シートにおいては、伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と引っ張り応力大の軸とが平行になっている(引っ張り応力小の軸と直交している)。そして、第1圧電シートで発生した電荷量と第2圧電シートで発生した電荷量を、押圧力算出の演算において加算することで、比較的大きな出力を得ることができる。つまり、圧力検出装置の押圧検出感度が高くなる。

0021

なお、縁部の固定部分の配置が例えば4回対称である場合(例えば、正方形である場合)、又は、第1圧電シート及び第2圧電シートが異方性を有していない場合は、押圧力算出の演算においてこれら電荷量を加算したときに、大きな出力が得られない。

0022

縁部の固定部分が、第1方向に延びる一対の第1辺を有していてもよい。

0023

一対の第1辺は互いに平行な直線であってもよい。

0024

シート部材は平面視で一方向に長く、
一対の第1辺は、長手方向に延びる縁であってもよい。

0025

縁部の固定部分が、一対の第1辺の端部同士を連結する一対の第2辺を有していてもよい。

0026

第2辺は第1辺に比べて剛性が低くてもよい。

0027

一対の第1辺の端部同士は互いに離れて配置されており、不連続であってもよい。

発明の効果

0028

本発明に係る圧力検出装置では、圧力検出装置の押圧検出感度が高くなる。

図面の簡単な説明

0029

電子機器の斜視図。
図1におけるII−II断面の断面図。
ガラスの平面図。
第1圧電シートの平面図。
第2圧電シートの平面図。
圧力検出器の断面図。
圧力検出器の断面図。
第2実施形態の支持基板の平面図。
第3実施形態の支持基板の平面図。
第4実施形態の支持基板の平面図。
第5実施形態の支持基板の平面図。
第6実施形態の支持基板の平面図。
第7実施形態の圧力検出器の断面図。

実施例

0030

1.第1実施形態
(1)圧力検出器の概要
図1及び図2を用いて、本発明の一実施形態としての圧力検出器100を説明する。図1は、電子機器の斜視図である。図2は、図1におけるII−II断面の断面図である。なお、以下の説明では、「直交」、「平行」とは、誤差の範囲及び説明された効果が得られる範囲を許容している。

0031

圧力検出器100は、指又はペンによって押された場合の押圧力(荷重)の大きさを測定するための装置である。なお、以下の説明では、使用時にユーザから見て手前側図2の上側)を圧力検出器100の「入力面側」といい、ユーザから見て奥側(図2の下側)を圧力検出器100の「背面側」という。

0032

図1に示すように、電子機器110は、主に、筐体6と、圧力検出器100とを備えている。筐体6は、矩形枠状であり、合成樹脂製である。圧力検出器100は、筐体6内に収容されている。

0033

さらに詳細には、筐体6は、入力面側に向かって矩形状に開口する凹部6aを有している。凹部6aは、開口の周りに段差を有するように形成されており、この段差部分が支持部6bとなっている。支持部6bの内縁は、凹部6aの開口形状に対応しており、つまり矩形枠状に形成されている。支持部6bは、後述する支持基板1の背面1bの縁部に対応しており、支持基板1に作用する圧力を支持するための構造である。凹部6aにおいて、支持部6bよりも入力面側の第1領域には後述の支持基板1が収納され、背面側の第2領域には圧力検出器100の本体が収納されている。

0034

凹部6aにおいて、第1領域の側面は支持基板1とわずかな隙間を空けて接し、第2領域の側面は圧力検出器100の本体にわずかな隙間を空けて接している。また、筐体6の底面と圧力検出器100の本体との間には、空間部7が設けられている。

0035

圧力検出器100は、主に、支持基板1と、圧電シート3と、検出電極4と備えている。圧力検出器100の基本動作として、支持基板1が押されると圧力検出器100がたわみ、圧電シート3には引張応力が加わるとともに、電荷が発生する。そして、2枚の検出電極4がその電荷を検出することで、圧力検出器100に加えられた押圧力を検出できる。

0036

より詳細には、圧力検出器100は、筐体6の開口を閉じるように設けられており、入力面側から背面側に向かって、支持基板1、接着層2、第1検出電極4a、第1圧電シート3a、第2圧電シート3b、第2検出電極4bを有している。以下、各構成を説明する。なお、図2等の断面図は、説明の便宜のために、各層の位置及び厚みを適宜調整している。
(2)支持基板
図3を用いて、支持基板1を詳細に説明する。図3は、支持基板の平面図である。

0037

支持基板1(シート部材の一例)は、シート状の部材であり、その縁部が筐体6の支持部6bに配置される。圧力検出器100の入力面1a(第1面)を有している。支持基板1は、入力面1aと反対側に背面1b(第2面)を有している。支持基板1の背面1bの縁部は支持部6bに支持されるように接着剤8(接着層の一例)によって固定されている。接着剤の代わりに両面テープ(接着層の一例)が用いられてもよい。

0038

支持基板1は、保護板として、透明性、耐傷性、及び防汚性等を具備していることが好ましい。支持基板1の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートアクリル系樹脂等の汎用樹脂ポリアセタール系樹脂ポリカーボネート系樹脂等の汎用エンジニアリング樹脂ポリスルホン系樹脂ポリフェニレサルファイド系樹脂等のスーパーエンジニアリング樹脂、ガラスがある。

0039

なお、支持基板1の厚みは、例えば0.4mm〜1.0mmである。

0040

支持基板1は、図3に示すように、長方形であり、全ての辺が接着剤8によって筐体6に固定されている。したがって、「縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有している」という条件が満たされている。ここで、回転対称とは、図形を特徴付ける対称性の一群である。nを2以上の整数として、ある中心の周りを(360/n)度回転させると自らと重なる性質をn回対称という。そして、「2回対称以下」とは、2n回対称(nは2以上の整数)を含まないという意味であり、例えば、4回対称、8回対称、16回対称ではないことを意味する。
(3)圧電シート
図4及び図5を用いて、圧電シートを詳細に説明する。図4は、第1圧電シートの平面図である。図5は、第2圧電シートの平面図である。

0041

圧電シート3は、接着層2を介して、支持基板1の背面1bに固定されている。なお、圧電シート3は、支持基板1の背面1bの中央部に配置されている。

0042

接着層2は例えば透明光学接着剤が用いられる。そのような例としては、感圧接着剤(Pressure Sensitive Adhesive、以後「PSA」という)がある。接着層2のAの厚みは、5μm〜300μmである。

0043

接着層2の弾性係数は、限定されるものではないが、10MPa程度であり、好ましくは10MPa以上、1GPa程度である。なお、接着層2の材料は、例えば、アクリル系やシリコーン系エポキシ系接着剤である。接着層2は、上記接着剤を接着後にUV硬化又は熱硬化によって硬化されることが好ましい。

0044

圧電シート3は、押圧力が加えられたわみが発生すると、両面に加えられた押圧力に応じた電位差を発生するシートである。圧電シート3は、第1圧電シート3aと第2圧電シート3bとから構成された直列型バイモルフである。両シートは同じ形状であり、互いに対向している。第1圧電シート3aは支持基板1の背面1b側に配置され、第2圧電シート3bは第1圧電シート3aの背面側(第1圧電シート3aの支持基板1と反対側)において第1圧電シート3aに対向して配置されている。第1圧電シート3aと第2圧電シート3bは、例えばPSAによって互いに接着されている。

0045

上述したように支持基板1が「縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有している」という条件を満たされていることによって、図4及び図5に示すように、第1圧電シート3a及び第2圧電シート3bには、支持基板1と共にたわむときに大きな引っ張り応力F1が発生する第1軸と、小さな引っ張り応力F2が発生する第2軸とが存在する。第1軸は、長方形の短辺3Aが延びる方向に平行に延びている。第2軸は長方形の長辺3Bが延びる方向に平行に延びている。
(4)検出電極
検出電極4は、第1検出電極4aと、第2検出電極4bとからなる。第1検出電極4aは支持基板1(具体的には、接着層2)と第1圧電シート3aの間(つまり、第1圧電シート3aの第2圧電シート3bと反対側)に配置され、第2検出電極4bは第1圧電シート3aの背面側(つまり、第2圧電シート3bの第1圧電シート3aと反対側)に配置される。

0046

第1検出電極4aはグランドに接続されている。第2検出電極4bは、後述する検出回路53に接続されている。

0047

なお、第1検出電極4a及び第2検出電極4bは、導電性を有する材料により構成される。導電性を有する材料としては、インジウムスズ酸化物(Indium−Tin−Oxide、ITO)、スズ−亜鉛酸化物(Tin−Zinc−Oxide、TZO)などのような透明導電酸化物ポリエチレンジオキシチオフェン(Polyethylenedioxythiophene、PEDOT)などの導電性高分子、などを用いることができる。この実施形態では、検出電極4は、例えば、蒸着スクリーン印刷などを用いて圧電シート3の面に直接形成されている。

0048

なお、検出電極4の厚みは、例えば1nm〜30,000nmとすることができる。

0049

また、導電性を有する材料として、銅、銀などの導電性の金属を用いてもよい。この場合、上記の検出電極は、蒸着により圧電シートに形成してもよく、銅ペースト銀ペーストなどの金属ペーストを用いて形成してもよい。なお、金属からなる検出電極は、透光性を向上させるために、メッシュ構造であってもよい。

0050

なお、検出電極は、蒸着やスクリーン印刷などを用いて樹脂フィルムなどの表面に形成したものを、支持基板や圧電シートに接着剤で固着してもよい。

0051

さらに、導電性を有する材料として、バインダー中に、カーボンナノチューブ金属粒子金属ナノファイバーなどの導電材料が分散したものを用いてもよい。
(5)検出器
第2検出電極4bは、図2に示すように、チャージアンプ51に接続されている。チャージアンプ51は、検出回路53に接続されている。検出回路53は、検出電極4が検出した電圧信号から押圧量を検出する装置である。検出回路53は、例えば、A/Dコンバータ及び押圧力算出回路を有している。

0052

以上の回路構成によって、検出回路53は、第1圧電シート3aで発生する電荷量(この実施形態では、正に大きい)と第2圧電シート3bで発生する電荷量(この実施形態では、負に小さい)の加算値(出力)を得ることができる。
(6)押圧手段
なお、圧力検出器100に押圧を加える押圧手段としては、押圧を加えることができるものであれば、特に限定されない。押圧手段としては、例えば指やスタイラスベンなどを挙げることができる。
(7)圧電シートの詳細説明
第1圧電シート3a及び第2圧電シート3bの材料は、強誘電体材料をシート状に成形したのちに厚み方向に分極させたシートを用いることができる。強誘電体材料としては、PVDFや、PVDFとTrFEやETFEなどの共重合体、PZTがある。第1圧電シート3aと第2圧電シート3bは互いに分極方向が上下逆になるように積層される。

0053

第1圧電シート3a及び第2圧電シート3bは、延伸によって物性の異方性を有する圧電体であり、具体的には例えば一軸延伸したポリフッ化ビニリデンフィルムからなる。一軸延伸方向のx軸方向に応力又は歪みを加えた時のz軸方向の分極を示す圧電定数をd31とし、x軸に直交するy軸方向に応力又は歪みを加えた時のz軸方向の分極を示す圧電定数をd32とする。この場合、ポリフッ化ビニリデンの一軸延伸からなる圧電体では、d31はd32の約2倍又はそれ以上の値となる。

0054

なお、延伸による物性の異方性は、多軸延伸において延伸差を設けることでも実現される。

0055

図4に示すように、第1圧電シート3aでは、d31は長方形の長辺3Bが延びる方向に平行であり、d32は長方形の短辺3Aが延びる方向に平行である。

0056

図5に示すように、第2圧電シート31bでは、d31は長方形の短辺3Aが延びる方向に平行であり、d32は長方形の長辺3Bが延びる方向に平行である。

0057

以上に述べたように、第1圧電シート3aと第2圧電シート3bは、d31同士が直交するように配置されている。

0058

また、図4に示すように、第1圧電シート3aでは、前述の引っ張り応力F1が発生する方向とd31の方向とが直交している。図5に示すように、第2圧電シート3bでは、前述の引っ張り応力F1が発生する方向とd31の方向とが平行である。

0059

第1圧電シート3a及び第2圧電シート3bの材料の組み合わせは特に限定されない。ただし、両シートは同じ特性を有する材料が用いられることが好ましい。温度変化による熱応力焦電効果によって生じる圧電シートからの出力をキャンセルできるからである。

0060

図6を用いて、圧電シートにおける焦電効果に起因する出力をキャンセルするメカニズムを説明する。図6は、圧力検出器の断面図である。

0061

第1圧電シート3aと第2圧電シート3bが強誘電体から構成され、しかも第1圧電シート3aと第2圧電シート3bは、無押庄状態での分極方向が互いに逆方向になるように構成されていれば、圧力検出器100内で温度変化が生じて、圧電シート3内に焦電効果が発生した場合に、図6に示すように、第1圧電シート3aの入力面側と第2圧電シート3bの背面側で正負同じ電荷が生じる。

0062

第1圧電シート3aと第2圧電シート3bは、厚みが十分薄く(例えば、5μm〜50μm)、かつ、同じ特性を有する材料から構成すると、第1圧電シート3aの背面側の面と第2圧電シート3bの入力面側の面との間で、電位同士がほぼ等しくなり、その結果、第1圧電シート3aの入力面側の面と第2圧電シート3bの背面側の面との間で、電位同士が等しくなることが導き出される。

0063

したがって、上記のように構成すると、圧電シート3が焦電効果の影響を受けた場合、焦電効果に起因して発生する第1圧電シート3aの入力面側の面の電位と第2圧電シート3bの背面側の面の電位はほぼ等しくなる。すると、圧力検出器100において、第1圧電シート3aと第2圧電シート3bが焦電効果の影響を受けた場合に、検出電極4によって検出される圧電シート3として焦電効果に起因する電位差は、ほぼ「0」となる。したがって、第1圧電シート3aと第2圧電シート3bに焦電効果が発生しても、圧電シート3全体としては焦電効果に起因する電位差がほとんど検出されない。すなわち、圧電シート3(第1圧電シート3aと第2圧電シート3b)が、強誘電体から構成される場合、圧電シート3と検出電極4が上記のように構成されることにより、温度変化に伴う誤動作(特に、焦電効果に起因した誤動作)がほとんど生じない。

0064

図7を用いて、圧力検出器100に押圧を加えた場合の電荷発生メカニズムを説明する。図7は、圧力検出器の断面図である。

0065

圧力検出器100に押圧を加えたとき、支持基板1は圧電シート3や検出電極4に比べて高い剛性を有しているため、圧電シート3(第1圧電シート3aと第2圧電シート3b)には引張応力が生じる。このとき、第1圧電シート3aには引張応力σuが生じ、第2圧電シート3bには引張応力σlが生じる。その結果、第1圧電シート3aと第2圧電シート3bの入力面側の面と背面側の面には、上記引張応力に応じた電荷がそれぞれ発生する。

0066

圧力検出器100では、支持基板1の入力面1aが押されると、支持基板1は縁部が筐体6に支持されながらたわむ。その結果、第1圧電シート3a及び第2圧電シート3bもたわむ。

0067

このとき、第1圧電シート3a及び第2圧電シート3bでは、平面視において、d31の方向及びd32の方向と引っ張り応力F1の方向及び引っ張り応力F2方向との互いに平行になる組み合わせが異なる。例えば、第1圧電シート3aにおいては、図4に示すように、d31の方向は、引っ張り応力F2の方向と平行になっている(引っ張り応力F1の方向と直交している)。また、第2圧電シート3bにおいては、図5に示すように、d31の方向は、と引っ張り応力F1の方向と平行になっている(引っ張り応力F2の方向と直交している)。そして、検出回路53が押圧力算出の演算においてこれら電荷量を加算することで、比較的大きな出力を得ることができる。つまり、圧力検出器100の押圧検出感度が高くなる。

0068

なお、縁部の固定部分の平面形状が例えば4回対称である場合(例えば、支持基板の形状が正方形でああって固定部分が4辺全てである場合)、又は、第1圧電シート3a及び第2圧電シート3bが異方性を有していない場合は、押圧力算出の演算においてこれら電荷量を加算したときに、大きな出力が得られない。
2.第2実施形態
図8を用いて、支持基板1の変形例を説明する。図8は、第2実施形態の支持基板の平面図である。

0069

支持基板1Aは、図8に示すように、正方形であり、対向する2つの辺21のみが接着剤8によって筐体(図示せず)に固定されている。

0070

なお、第1圧電シート及び第2圧電シート(図示せず)の形状も正方形である。

0071

上より、この実施形態では、支持基板1Aの形状の平面形状が4回対称であるが、「縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有している」という条件が満たされていることによって、第1圧電シート及び第2圧電シート(図示せず)には、支持基板1と共にたわむときに大きな引っ張り応力F1が発生する第1軸と、小さな引っ張り応力F2が発生する第2軸とが存在する。第1軸は、固定された2つの辺21同士が対向する方向に平行に延びている。第2軸は、固定された2つの辺21が延びる方向に平行に延びている。

0072

なお、この実施形態では、縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有しており、さらに、第1圧電シートと第2圧電シートは、電荷量が大きな軸同士が直交するように配置されていることによって、第1実施形態と同じ効果が得られる。これは、下記の実施形態全てに当てはまる
3.第3実施形態
図9を用いて、支持基板1の変形例を説明する。図9は、第3実施形態の支持基板の平面図である。

0073

支持基板1Bは、図9に示すように、楕円形であり、縁全体が接着剤8によって筐体(図示せず)に固定されている。

0074

なお、第1圧電シート及び第2圧電シート(図示せず)の形状も楕円形である。

0075

「縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有している」という条件が満たされていることによって、第1圧電シート及び第2圧電シート(図示せず)には、支持基板1Bと共にたわむときに大きな引っ張り応力F1が発生する第1軸と、小さな引っ張り応力F2が発生する第2軸とが存在する。第1軸は、楕円形の短軸が延びる方向に平行に延びている。第2軸は楕円形の長軸が延びる方向に平行に延びている。
4.第4実施形態
図10を用いて、支持基板1の変形例を説明する。図10は、第4実施形態の支持基板の平面図である。

0076

支持基板1Cは、図8に示すように、長方形であり、対向する2つの長辺23のみが接着剤8によって筐体6に固定されている。

0077

なお、第1圧電シート及び第2圧電シート(図示せず)の形状も長方形である。

0078

「縁部の固定部分の配置2回対称以下の対称性を有している」という条件を満たしていることによって、第1圧電シート及び第2圧電シート(図示せず)には、支持基板1と共にたわむときに大きな引っ張り応力F1が発生する第1軸と、小さな引っ張り応力F2が発生する第2軸とが存在する。第1軸は、2つの長辺23同士が対向する方向に平行に延びている。第2軸は、2つの長辺23が延びる方向に平行に延びている。
5.第5実施形態
図11を用いて、支持基板1の変形例を説明する。図11は、第5実施形態の支持基板の平面図である。

0079

支持基板1Dは、図11に示すように、正方形であり、対向する2つの第1辺25が両面テープ8Aによって筐体6に固定されており、対向する2つの第2辺27が両面テープ8Bによって筐体6に固定されている。ここで、両面テープ8Aは、両面テープ8Bに比べて硬い。つまり、両面テープ8Aは硬い材料からなり、両面テープ8Bは柔らかい材料からなる。つまり、第1辺25は第2辺27に比べて剛性が高い。以上より、この実施形態では、支持基板の平面形状が4回対称であるが、剛性が十分に高い両面テープ8Aが二辺に形成されることで、第1圧電シート及び第2圧電シートには、シート部材と共にたわむときに発生する大きな引っ張り応力F1が発生する第1軸と、小さな引っ張り応力F2が発生する第2軸とが存在する。つまり、縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有しているという条件が満たされている。

0080

したがって、剛性が低い両面テープ8Bが他の二辺に形成されていても、上記条件は満たされている。言い換えると、両面テープ8Bは上記条件が満たされるような剛性であることが必要である。

0081

なお、第1圧電シート及び第2圧電シート(図示せず)の形状も正方形である。

0082

第1軸は、剛性の低い第2辺27(両面テープ8B)が延びる方向に平行に延びている。第2軸は、剛性が高い2つの第1辺25(両面テープ8A)が延びる方向に平行に延びている。
6.第6実施形態
図12を用いて、支持基板1の変形例を説明する。図12は、第6実施形態の支持基板の平面図である。

0083

支持基板1Eは、図12に示すように、正方形であり、対向する2つの第1辺25が両面テープ8Cによって筐体6に固定されており、対向する2つの第2辺27が両面テープ8Dによって筐体6に固定されている。ここで、両面テープ8Cは、両面テープ8Dに比べて線幅が大きい。その結果、第1辺25は第2辺27に比べて剛性が高い。

0084

以上より、剛性が十分に高い両面テープ8Cが二辺に形成されることで、第1圧電シート及び第2圧電シートには、シート部材と共にたわむときに発生する大きな引っ張り応力F1が発生する第1軸と小さな引っ張り応力F2が発生する第2軸とが存在する。つまり、縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有しているという条件が満たされている。

0085

したがって、剛性が低い両面テープ8Dが他の二辺に形成されていても、上記条件は満たされている。言い換えると、両面テープ8Dは上記条件が満たされるような剛性であることが必要である
なお、第1圧電シート及び第2圧電シート(図示せず)の形状も正方形である。

0086

支持基板1が「縁部の固定部分の配置が2回対称以下の対称性を有している」という条件を満たしていることによって、第1圧電シート及び第2圧電シート(図示せず)には、支持基板1Eと共にたわむときに大きな引っ張り応力F1が発生する第1軸と、小さな引っ張り応力F2が発生する第2軸とが存在する。第1軸は、剛性の低い第2辺27(両面テープ8D)が延びる方向に平行に延びている。第2軸は、剛性が高い2つの第1辺25(両面テープ8C)が延びる方向に平行に延びている。
7.第7実施形態
上記実施形態の装置の層構成は一実施形態であって、本発明はこれに限定されない。例えば、バイモルフは直列型であったが、並列型であってもよい。

0087

図13を用いて、そのような実施形態を説明する。図13は、第7実施形態の圧力検出器の断面図である。なお、基本的な構造は前記実施形態と同じであるので、以下は異なる点を中心に説明する。

0088

圧力検出器100は、主に、支持基板1と、圧電シート3と、検出電極4と備えている。圧力検出器100の基本動作として、支持基板1が押されると圧力検出器100がたわみ、圧電シート3には引張応力が加わるとともに、電荷が発生する。そして、2枚の検出電極4がその電荷を検出することで、圧力検出器100に加えられた押圧力を検出できる。

0089

より詳細には、圧力検出器100は、入力面側から背面側に向かって、支持基板1、接着層2、第1検出電極4c、第1圧電シート3a、第2検出電極4d、第2圧電シート3b、第3検出電極4eを有している。以下、各構成を説明する。

0090

圧電シート3は、押圧力が加えられたわみが発生すると、両面に加えられた押圧力に応じた電位差を発生するシートである。圧電シート3は、第1圧電シート3aと第2圧電シート3bと有している。第1圧電シート3aと第2圧電シート3bは互いに分極方向が上下同じになるように積層される。

0091

検出電極4は、第1検出電極4cと、第2検出電極4d、第3検出電極4eとからなる。第1検出電極4cは、支持基板1(具体的には、接着層2)と第1圧電シート3aの間(つまり、第1圧電シート3aの第2圧電シート3bと反対側)に配置され、第2検出電極4dは、第1圧電シート3aと第2圧電シート3bとの間に配置されている。第3検出電極4eは第1圧電シート3aの背面側(つまり、第2圧電シート3bの第1圧電シート3aと反対側)に配置される。

0092

第1検出電極4c及び第3検出電極4eは互いに短絡されて、グランドに接続されている。第2検出電極4dは、検出回路53に接続されている。

0093

以上の回路構成によって、検出回路53は、第1圧電シート3aで発生する電荷量(この実施形態では、正に大きい)と第2圧電シート3bで発生する電荷量(この実施形態では、負に小さい)の加算値(出力)を得ることができる。
8.他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合わせ可能である。
(1)支持基板及び圧電シートの平面形状は前記実施形態のものに限定されない。例えば、台形平行四辺形曲線を有する異形形状であってもよい。
(2)支持基板及び圧電シートの平面形状は互いに異なっていてもよい。
(3)上記の実施形態では、圧力検出器のバイモルフは支持基板1に固定されていたが、本発明はそれら実施形態に限定されない。圧力検出器のバイモルフはタッチパネルの背面に固定されてもよい。その場合、押圧力だけでなく、押圧の位置も検出できる。タッチパネルとしては、静電容量方式抵抗膜方式光学方式が挙げられる。

0094

本発明は、圧力検出装置、特に、2枚の圧電シートを貼り合わせたバイモルフを用いた圧力検出装置に広く適用できる。

0095

1 :支持基板
1a :入力面
1b :背面
3 :圧電シート
3a :第1圧電シート
3b :第2圧電シート
4 :検出電極
4a :第1検出電極
4b :第2検出電極
6 :筐体
8 :接着剤
100 :圧力検出器
110 :電子機器

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