CN104321613A

CN104321613A - 传感器装置以及电子设备

Info

Publication number: CN104321613A
Application number: CN201380026839.6A
Authority: CN
Inventors: 田实佳郎; 安藤正道
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd; Kansai University
Current assignee: Murata Production Co Ltd
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2013-03-23
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2033-03-23
Also published as: EP2873944A4; US9804041B2; CN104321613B; JPWO2013175848A1; WO2013175848A1; US20150168237A1; JP6074414B2; EP2873944A1; EP2873944B1

Abstract

本发明提供一种使用例如由聚乳酸那样的手性高分子构成的压电膜来对位移进行传感检测的传感器装置。传感器装置具备：膜(21)，其例如由PLLA构成；以及电极，其用于获取来自PLLA膜(21)的输出电压，并以夹持PLLA膜(21)的至少一部分且相互对置的状态形成在PLLA膜(21)的两个主面上。PLLA膜(21)的第一边(24)被固定，与其对置的第二边(25)形成为可动部(28)。电极获取基于因可动部(28)朝向与PLLA膜(21)的主面平行的方向的位移而产生的剪切变形所引起的压电常数d₁₄的效果的输出电压，从而能够对涉及摩擦的操作等进行传感检测。

Description

传感器装置以及电子设备

技术领域

本发明涉及传感器装置以及电子设备，特别是涉及使用具备由手性高分子构成的压电膜的传感器装置、以及用它构成的电子设备。

背景技术

例如在日本特开平5－152638号公报(专利文献1)中记载了通过使聚乳酸的成型物延伸，从而得到具有压电常数d₁₄的压电膜的内容。即，如图19所示，在由聚乳酸构成的压电膜11中，在图中的上下表面分别形成有电极(未图示。)，并沿“3”轴方向被实施了延伸。若沿电极面的法线方向亦即“1”轴方向施加电场，则在“1”轴的旋转方向亦即“4”轴方向上发生剪断形变。一般将这种压电特性称为剪切压电。

通过使这种由聚乳酸构成的压电膜为单晶片或者双晶片构造，能够得到用于扬声器、话筒等的压电振子等压电装置。在专利文献1中，虽然对这种一般的用途进行了记载，但是对于其构成方法，仅记载为“在延伸的成型物为膜的情况下切成适当的大小来形成制品。”(段落[0018])，而没有进行具体的记载。

专利文献1：日本特开平5－152638号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种使用由聚乳酸那样的手性高分子构成的压电膜而构成的传感器装置。

本发明的另一目的在于，提供使用上述那样的传感器装置而构成的移动通信设备、平板电脑或者便携式游戏机那样的电子设备。

本发明首先针对传感器装置，其具备：压电膜，其主要成分由以手性分子为单位的手性高分子构成，并且手性分子的主要的取向方向朝向与主面平行的方向；和电极，其用于获取来自压电膜的输出电压，并以夹持压电膜的至少一部分且相互对置的状态形成在压电膜的两个主面上，本发明的传感器装置具有以下那样的特征。

在上述压电膜中，配置有固定该压电膜的位移的固定部、和向与该压电膜的主面平行的方向位移的可动部。另外，作为电极，形成有剪切变形检测用电极，其用于获取因上述可动部的位移而产生的压电膜的剪切变形所引起的输出电压。

根据这种结构，本发明的传感器装置的特征在于，欲根据压电常数d₁₄的效果，直接检测压电膜中引起的剪切变形。

优选压电膜被切取为具有与手性分子的主要的取向方向平行或者大致平行地延伸的边的矩形状，并且固定部位于沿着矩形状的压电膜的任意边。根据这种结构，在压电膜产生剪切变形时，能够更加高效地发挥基于压电常数d₁₄的压电效应。此外，在制造压电膜时，实施延伸工序，并且手性分子通常沿着该延伸方向取向。

在上述情况下，在第一优选实施方式中，固定部位于沿着压电膜的第一边，可动部位于沿着与第一边对置的第二边。由此，能够使手性分子的主要的取向方向沿着操作者对可动部施加摩擦力的方向，因此，能够在压电膜中产生与剪切压电的结果所引起的压电膜的变形非常相似的变形。因此，能够在压电膜中产生能最高效地发挥基于压电常数d₁₄的压电效应的剪切变形。

在上述第一优选实施方式的传感器装置中，优选设置有操作部件，该操作部件用于在通过操作者的手指以使压电膜的可动部位移的方式进行操作时，提供与手指接触的部分。该操作部件具有比压电膜的厚度大的宽度方向尺寸且被沿着压电膜的第二边安装。根据这种结构，利用宽度比较宽的操作部件，从而更加容易且舒适地进行操作，并且压电膜的可动部不被操作者的手指直接摩擦，因此压电膜本身不会磨损，能够提高压电膜的耐久性。

另一方面，在第二优选实施方式中，固定部分别位于沿着压电膜的相互对置的第一边与第二边，并且可动部位于压电膜的第一边与第二边的中间部。根据这种结构，在以使压电膜产生剪切变形的方式对可动部进行操作时，能够在第一边侧与第二边侧产生相反符号的电荷。

优选本发明的传感器装置还具备保持部件，其用于以平面状态保持压电膜。由此，在压电膜中，能够更加可靠地产生希望的剪切变形。

在上述第二优选实施方式中，也可以利用保持部件，以使第一边与第二边的中间部弯曲而折回的状态保持压电膜。根据该结构，由于利用压电膜自身的弯曲的中间部来布置宽度比较宽的操作面，所以无需为了实现容易并且舒适的操作而配置特别的操作部件。

如上所述，优选为在将压电膜保持为折回的状态的情况下，在压电膜的至少折回部分的外表面上，贴上保护膜，利用该保护膜与压电膜所形成的双压电效应，在从外部按压压电膜的折回部分时，在压电膜的可动部中产生伸长变形，另外，作为电极，还形成有伸长、压缩变形检测用电极，其用于获取压电膜的可动部中的伸长或者压缩变形所引起的输出电压，另外，在压电膜的折回部分的内周侧配置有弹性体。

根据上述结构，若沿着棱线摩擦压电膜的折回部分，则能够利用剪切变形检测用电极来获取压电膜的剪切变形所引起的输出电压，并且若对压电膜的折回部分进行按压操作，则能够利用伸长、压缩变形检测用电极来获取压电膜的伸长或者压缩变形所引起的输出电压。

在本发明的传感器装置中，优选压电膜由聚乳酸构成。若使用聚乳酸，则能够得到透明性优良的压电膜。另外，采用聚乳酸，能够实现稳定的压电特性，并且能够廉价地提供传感器装置。并且，由于聚乳酸是碳中性的并且是生物降解性的，所以在保护地球环境这点上也优选。

本发明另外也针对将上述传感器装置合并为HMI(人机界面)的移动通信设备、平板电脑或者便携式游戏机那样的电子设备。在这种电子设备中，操作者通过进行用手指抚摸等规定的操作，从而能够实现例如进行画面的滚动之类的动作模式。

根据本发明的传感器装置，由于形成为根据压电常数d₁₄的效果来直接检测压电膜中引起的剪切变形的结构，所以能够得到较高的检测效率。另外，根据本发明，没有焦电性，从而能够实现没有温度漂移的传感器装置。并且，本发明的传感器装置与静电电容方式等不同，因此操作者也能够在例如戴着手套的状态下进行操作。

附图说明

图1是示意地表示乳酸分子脱水聚合而成为手性分子的状态的图。

图2(A)表示L型聚乳酸(PLLA)结晶的压电张量，图2(B)表示一轴取向PLLA膜的压电张量。

图3是表示在向PLLA膜21施加了电压时产生的变形的图。

图4是表示使用图3所示的PLLA膜21而构成的传感器装置的基本结构的图。

图5是表示本发明的第一实施方式的传感器装置31的图，其中，图5(A)是俯视图，图5(B)是主视图，图5(C)是右视图。

图6是放大表示图5所示的压电膜32的一部分的剖视图。

图7是表示本发明的第二实施方式的传感器装置31a的图，其中，图6(A)是主视图，图6(B)是右视图。

图8是表示图7所示的传感器装置31a的操作时的剪切变形状态的主视图。

图9是表示本发明的第三实施方式的传感器装置31b的图，其中，图9(A)是主视图，图9(B)是右视图。

图10是表示图9所示的传感器装置31b的操作时的剪切变形状态的主视图。

图11是表示本发明的第四实施方式的传感器装置31c的俯视图。

图12是表示本发明的第五实施方式的传感器装置31d的俯视图。

图13是表示本发明的第六实施方式的传感器装置31e的图，其中，图13(A)是主视图，图13(B)是右视图。

图14是展开地表示图13所示的压电膜32的俯视图。

图15是用于对本发明的第七实施方式进行说明的图，并且是表示图14所示的电极图案的变形例的压电膜32的展开状态的俯视图。

图16是表示应用本发明的传感器装置61的智能手机62的立体图。

图17是表示图16所示的传感器装置61的安装构造的智能手机62的局部剖切立体图。

图18是表示传感器装置71的针对智能手机的安装构造的变形例的局部剖切立体图。

图19是用于对由聚乳酸构成的压电膜11中的延伸轴方向、电场方向以及形变方向的关系进行说明的图。

具体实施方式

首先，在理解本发明的原理的基础上，对作为参考的技术进行详细说明。

聚乳酸(PLA)是脱水缩合聚合物，其通过使作为乳酸的环状二聚体的丙交酯开环聚合而得到。乳酸由于包含不对称碳，所以具有手征性。因此，在PLA中存在L体与D体，分别将它们的聚合物称为L型聚乳酸(PLLA)、以及D型聚乳酸(PDLA)。PLLA的主链为左手螺旋构造，PDLA的主链为右手螺旋构造。对于L体与D体而言，由乳酸的合成过程中使用的菌类等微生物的种类决定其种类。当前量产并利用的PLA的绝大多数为PLLA。因此，以下，对PLLA进行说明。

如上述那样，PLLA是手性高分子，在图1中示出了其主链的螺旋构造。可知，若将该PLLA片一轴延伸而使分子取向，则呈现压电性。压电常数在高分子中也属于非常大的部类。由于PLLA结晶的点群为D₂，所以作为压电张量，如图2(A)所示，存在d₁₄、d₂₅、d₃₆的成分，并呈现所谓的剪切压电性。可知在延伸的片材(膜)中，d₂₅＝－d₁₄，d₃₆＝0，并且压电张量如图2(B)所示。

PLLA经过由延伸实现的分子的取向、以及由热处理实现的取向分子的结晶化处理，从而呈现较大的压电性，例如与聚偏氟乙烯(PVDF)那样的其他聚合物、压电陶瓷(例如PZT)的情况不同，不需要进行极化处理。即，在PLLA中，其压电性不是像PVDF、PZT等铁电体那样通过离子的极化来呈现的，而是源于作为分子的特征的构造的螺旋构造来呈现的。一般的由铁电体构成的压电体呈现焦电性，但是PLLA不呈现焦电性。并且，PVDF等随着时间的推移能够发现压电常数变小的现象，但是PLLA非常稳定而能够保持压电性。

众所周知，聚合物比较柔软，即使针对较大的位移，也极少像陶瓷那样产生破损。因此，例如将使用PVDF的位移传感器、压力传感器、振动传感器等商品化。然而，PVDF如上述那样呈现焦电性，因此在使用PVDF的传感器中，存在如下可能性：因焦电效应而导致与温度的变化对应地产生电压，从而这引起不良。

另一方面，在用PLLA制造相同的传感器的情况下，由于PLLA不具有焦电性，所以能够实现不依赖于温度的传感检测。另外，对于PLLA而言，由于介电常数大约为2.5，非常低，所以压电输出常数(＝压电g常数：g＝d/ε^T)为较大的值，有利于传感检测。

另外，在ε₃₃＝13×ε₀(ε₀为真空的介电常数)、d₃₁＝25pC/N的PVDF的情况下，其压电g常数根据g₃₁＝d₃₁/ε₃₃，为：

g₃₁＝0.2172Vm/N

另一方面，在压电常数d₁₄＝10pC/N的PLLA的情况下，若将其压电g常数换算为g₃₁并求出，则根据d₁₄＝2d₃₁，从而d₃₁＝5pC/N，并利用相同的计算公式，为：g₃₁＝0.2258Vm/N

可知，即使是压电常数d₁₄＝10pC/N的PLLA，也能够得到与PVDF匹敌的传感器灵敏度。发明者们通过实验得到d₁₄＝15～20pC/N左右的PLLA，并能够制成具有超过PVDF的传感器灵敏度的PLLA传感器。

接下来，参照图3对向PLLA膜施加了电压时的变形进行说明。此外，以下对PLLA进行说明，但是由于在PLLA的对映异构体亦即PDLA(D型聚乳酸)的情况下仅变形方向相反，从而PLLA与PDLA的基本的性能相同。

参照图3，在PLLA膜21的两个主面形成有电极，但对此省略图示。记号22表示电场的方向，并表示电场矢量从纸面近前朝向里侧的情况。箭头23表示膜制造过程中实施的延伸的方向。

例如若向处于虚线所示的状态的膜21施加电场，则根据d₁₄的效果，膜21以成为实线所示的状态的方式变形。此外，夸大地图示出了该变形。

这种变形是剪切压电的基础。例如将图3所示的膜21如图4所示地固定。即，将膜21的第一边24固定于固定基部26，并在此构成膜21的固定部27，另一方面，使沿着与第一边24对置的第二边25的部分形成为可动部28。在该状态下，若对可动部28施加箭头29所示的力、例如摩擦力，则膜21呈现与由图3所示的剪切压电的结果引起的变形非常相似的变形。

此外，在膜21中被标记的箭头30a以及30b相当于图3所示的箭头23，它们表示延伸的方向。即，在图4所示的膜21中，延伸可以是箭头30a的方向，也可以是箭头30b的方向。可是，若不考虑输出效率这一点，无需使延伸的方向与箭头30a的方向、或箭头30b的方向一致，也可以是位于它们中间的方向。

如上所述，若将箭头29所示的摩擦力施加于膜21的可动部28，则根据压电效应而在电极产生电压。若使摩擦力的方向相反，则位移的方向相反，因此产生的电压的极性改变。另外，若摩擦力较强，则位移较大，从而得到较大的信号。这里所说的摩擦力可以理解为用操作者的手指摩擦的程度的摩擦力。此外，与图3的情况相同，在图4中，也省略了以与膜21的两个面相互对置的方式形成的电极的图示。

来自上述PLLA膜21那样的压电膜的信号是针对位移的微分值，并不输出恒定的位移量。在检测恒定的位移的情况下，通过电荷放大电路接受来自压电膜的信号，之后利用积分电路进行积分即可。

在对涉及摩擦的操作等进行传感检测的情况下，即使在仅为微分值的检测中也有足够的用处。在施加有摩擦力期间，压电膜向摩擦力的方向变形，若变形超过一定程度以上则恢复一点点，并且反复进行向摩擦力的方向变形这一动作。作为压电的信号能够检测这种变形的反复动作。

以下，对根据上述原理实现的传感器装置的几个实施方式进行说明。

参照图5，对第一实施方式的传感器装置31进行说明。

传感器装置31例如具备由PLLA构成的矩形的压电膜32。虽然在图5中省略图示，但是如图6所示，在压电膜32的两个主面上，在以夹持压电膜32的方式相互对置的状态下，形成有剪切变形检测用电极33以及34。此外，在用于对第二以下的实施方式进行说明的多个附图中，也省略电极的图示。

压电膜32被由规定厚度的两张板构成的保持部件35夹持，由此以平面状态被保持。沿着矩形的压电膜32的第一边36的区域、即图5(B)中施加了阴影的区域是通过粘合剂或者其他机械式机构而被刚性固定于保持部件35的区域，在此布置固定部38。压电膜32的固定部38以外的部分被允许相对于保持部件35的位移。其结果是，矩形的压电膜32的与第一边36对置的第二边37成为自由端，沿此布置可动部39。由图5(B)以及图5(C)可知，可动部39以从保持部件35突出的状态安置。

若用手指摩擦上述可动部39，而施加朝向与压电膜32的主面平行的方向的摩擦力，则压电膜32发生剪切变形。由此，形成于压电膜32的两个主面的电极33以及34(参照图6)产生电荷，从而能够作为电压而检测。

在图5所示的传感器装置31中，最优选压电膜32的延伸方向(手性分子的取向方向)沿着施加上述摩擦力的方向。因此，最优选压电膜32被切取为具有与延伸方向平行地延伸的边的矩形状，固定部38以沿着作为矩形状的压电膜32的任意边的第一边36的方式被安置。

图6所示的电极33以及34可以遍及压电膜32的主面的整个区域地形成，也可以仅在一部分形成。对于电极33以及34的面积而言，存在若使其变小，则产生电荷量变小、针对位移的灵敏度也降低的情况，但是应该作为设计事项，根据所使用的压电膜32的大小、赋予的位移、使用的检测电路的种类等来决定。

接下来，参照图7以及图8，对第二实施方式的传感器装置31a进行说明。在图7以及图8中，对于与图5所示的部件相当的部件标注相同的参照附图标记，并省略重复的说明。

图7以及图8所示的传感器装置31a的特征在于，与图5所示的传感器装置31相比，还具备操作部件40。操作部件40沿着压电膜32的第二边37安装。操作部件40通过粘合剂等与压电膜32刚性固定，但是不与保持部件35固定，而能够沿着保持部件35的上端面滑动。

另外，操作部件40具有比压电膜32的厚度大的宽度方向尺寸。在本实施方式中，由图7(B)可知，操作部件40具有与保持部件35的整个厚度方向尺寸同等的宽度方向尺寸。

操作部件40是用于在通过操作者的手指以使压电膜32的可动部39位移的方式进行操作时，提供接触该手指的面的部件。在图8中，夸大地示出了向操作部件40施加了箭头41方向的摩擦力时的位移的状态。由例如PLLA构成的压电膜32的传感器灵敏度极其优良，因此即使是微量位移，也能够对其进行检测。

如上述那样，若具备操作部件40，则更加容易并且舒适地进行操作，并且压电膜32的可动部39不被操作者的手指等直接摩擦，因此压电膜32本身不会磨损，能够提高压电膜32的耐久性。

此外，在图7以及图8中，也省略了形成在压电膜32的两个主面上的剪切变形检测用电极的图示，但是这些电极可以遍及压电膜32的主面的整个区域地形成，也可以仅在一部分形成。

接下来，参照图9以及图10，对第三实施方式的传感器装置31b进行说明。在图9以及图10中，对于与图5、图7或者图8所示的部件相当的部件标注相同的参照附图标记，并省略重复的说明。

在图9以及图10所示的传感器装置31b中，保持部件35被分割为下半部35a与上半部35b。沿着压电膜32的相互对置的第一边36的区域与沿着第二边37的区域分别固定于保持部件35的下半部35a与上半部35b。

在该传感器装置31b中，压电膜32中的固定部与可动部是相对地决定的，例如，如图9所示，在第一边36提供固定部38的情况下，第二边37提供可动部39。在该情况下，保持部件35的上半部35b作为操作部件而发挥功能，例如，如图10所示，在施加了箭头41方向的摩擦力时，压电膜32发生剪切变形，并对该剪切变形进行传感检测。反之，也可以为第一边36提供可动部、第二边37提供固定部那样的形态，并以对保持部件35的下半部35a施加摩擦力的方式进行操作。

此外，在图9以及图10中，也省略了形成于压电膜32的两个主面上的剪切变形检测用电极的图示，但是这些电极可以遍及压电膜32的主面的整个区域地形成，也可以仅在一部分形成。

以上说明的传感器装置31、31a以及31b中的保持部件35、传感器装置31a中的操作部件40例如由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PP(聚丙烯)、ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂)等一般的树脂材料构成。或者，也可以由氨基甲酸乙酯或硅系树脂等弹性体构成。另外，若为与形成于压电膜32的电极33以及34电绝缘的状态，则保持部件35以及操作部件40也可以由金属构成。

接下来，参照图11，对第四实施方式的传感器装置31c进行说明。在图11中，对于与图5所示的部件相当的部件标注相同的参照附图标记，并省略重复的说明。

在图11所示的传感器装置31c中，压电膜32通过被配置在保持部件42上而被保持为平面状态。沿着压电膜32的第一边36的区域固定于保持部件42，在这个区域布置固定部38。在沿着与第一边36对置的第二边37的位置，布置可动部39。若对可动部39施加例如箭头43方向的摩擦力，则压电膜32发生剪切变形，并对该剪切变形进行传感检测。

在图11所示的传感器装置31c中，也可以在如压电膜32的至少可动部39那样被手接触的部分，贴上用于保护电极的保护膜，但未对此进行图示。保护膜例如由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸)、或者PP(聚丙烯)构成。

此外，在图11中，也省略了形成于压电膜32的两个主面上的剪切变形检测用电极的图示，其中这些电极可以遍及压电膜32的主面的整个区域地形成，也可以仅在一部分形成。

接下来，参照图12，对第五实施方式的传感器装置31d进行说明。图12所示的传感器装置31d例如适合于作为滑动动作专用的简易的触摸面板的用途。在图12中，对于与图5或者图11所示的部件相当的部件标注相同的参照附图标记，并省略重复的说明。

在图12所示的传感器装置31d中，与图11所示的传感器装置31c的情况相同，压电膜32通过被配置在保持部件42上而保持为平面状态。对于压电膜32而言，分别沿着相互对置的第一边36与第二边37的区域固定于保持部件42，由此分别沿着上述第一边36与第二边37，布置第一固定部38a以及第二固定部38b。可动部39位于压电膜32中的第一边36与第二边37的中间部。若对可动部39施加例如箭头44方向的摩擦力，则压电膜32发生比较微小的剪切变形。

在图12中，图示出了为了对上述剪切变形进行传感检测而形成于压电膜32上的第一以及第二剪切变形检测用电极45以及46。对于第一以及第二电极45以及46中的任一个，在图12中都仅图示出了位于压电膜32的上表面一侧的电极，但是它们也在夹持压电膜32地在厚度方向相互对置的状态被形成。

若压电膜32发生剪切变形，则电极45以及46产生电荷。此时，在第一电极45产生的电荷与在第二电极46产生的电荷成为相反符号。另外，在施加了箭头44方向的摩擦力的情况和施加了与箭头44反向的摩擦力的情况下，在电极45以及46产生的电荷的极性反转。

另外，例如在施加箭头44方向的摩擦力的情况下，通过使施加摩擦力的位置在图12中偏向右侧或者偏向左侧，从而使在第一电极45产生的电荷量与在第二电极46产生的电荷量的比率改变。由此，也能够实现施加了摩擦力的位置的检测。此外，若没有特别要求这样的检测，则也可以省略电极45以及46中的任意一方。

在图12所示的传感器装置31d中，也可以在如压电膜32的至少可动部39那样被手接触的部分，与图11所示的传感器装置31c的情况相同地，贴上用于保护电极45以及46的保护膜。

另外，优选使电极45以及46透明。在该情况下，作为电极45以及46的材料，例如能够使用ITO、ZnO等无机系透明导电材料、或者以聚苯胺或聚噻吩为主要成分的有机系透明导电材料。此外，在不对电极45以及46要求透明性的情况下，电极45以及46能够通过铝等金属系材料的溅射、蒸镀来形成，或通过银浆等的印刷来形成。

此外，与上述电极45以及46相关的说明也适用于图12所示的传感器装置31d以外的传感器装置。

接下来，参照图13以及图14，对第六实施方式的传感器装置31e进行说明。在图13以及图14中，对于与图5所示的部件相当的部件标注相同的参照附图标记，并省略重复的说明。

传感器装置31e具有以下那样的特征。

如图13所示，压电膜32处于使第一边36与第二边37的中间部弯曲而折回的状态，并由保持部件47对该状态进行保持。这里，沿着压电膜32的相互对置的第一边36与第二边37的区域成为固定部38，固定部38通过粘合剂等固定于保持部件47。可动部39位于压电膜32中的第一边36与第二边37的中间部、即位于呈弯曲状折回的部分。

如图13(A)所示，若对可动部39施加例如箭头48方向的力，则压电膜32产生比较微小的剪切变形。

在图14中，图示出了为了对上述剪切变形进行传感检测而形成于压电膜32上的第一以及第二剪切变形检测用电极49以及50。对于第一以及第二电极49以及50中的任一个，在图14中都仅图示出了位于压电膜32的上表面一侧的电极，但是它们也在夹持压电膜32地在沿厚度方向相互对置的状态下被形成。

若压电膜32发生剪切变形，则电极49以及50产生电荷。此时，与图12所示的传感器装置31d的情况相同，第一电极49上产生的电荷与第二电极50上产生的电荷成为相反符号。另外，在施加了箭头48方向的摩擦力的情况和施加了与箭头48反向的摩擦力的情况下，电极49以及50上产生的电荷的极性反转。

如图13所示，优选在压电膜32的呈弯曲状折回的部分的内周侧，配置弹性体51。这是为了维持成为操作部的可动部39的弯曲形状。

另外，优选在压电膜32的外表面上，贴上保护膜52。这是为了保护电极49以及50。

在该传感器装置31e中，也可以省略电极49以及50中的任意一方。

根据参照上述图13以及图14来说明的传感器装置31e，由于利用压电膜32自身的弯曲的中间部来布置宽度比较宽的操作面，所以得到如下优点：无需为了实现容易并且舒适的操作而配置特别的操作部件。

图15是用于对本发明的第七实施方式进行说明的图，其表示图14所示的电极图案的变形例。在图15中，对于与图14所示的部件相当的部件标注相同的参照附图标记，并省略重复的说明。

图15所示的压电膜32用于具有图13所示的构造的传感器装置31e。这里，根据图15所示的压电膜32，与图14所示的压电膜32的情况相同地，形成有剪切变形检测用电极49以及50，因此与参照图13以及图14来说明的传感器装置31e的情况相同，能够传感检测对可动部39施加图13(A)所示那样的箭头48方向的摩擦力所产生的压电膜32的剪切变形。

特别是，在本实施方式的情况下，必须有贴于压电膜32的至少折回部分的外表面上的上述保护膜52。保护膜52利用基于其与压电膜32的双压电效应，在从外部对压电膜32的折回部分施行按压操作时，发挥作用以使得在压电膜32的可动部39中在长边方向(图15中为左右方向)产生伸长变形。

另外，图13所示的弹性体51在上述按压操作后，发挥作用以使得成为操作部的可动部39的弯曲形状恢复。

如图15所示，在位于压电膜32的相互对置的第一边36与第二边37的中间部的可动部39，形成有伸长、压缩变形检测用电极53。伸长、压缩变形检测用电极53例如被四分割为第一部分54、第二部分55、第三部分56以及第四部分57。

如上所述，在从外部对压电膜32的折回部分施行按压操作时，根据双压电效应，在压电膜32的可动部39中产生长边方向(图15中为左右方向)上的伸长变形。此时，若延伸方向沿着长边方向，则在伸长、压缩变形检测用电极53中的第一部分54与第四部分57上产生相反符号的电压，并在第二部分55与第三部分56上产生相反符号的电压。

该伸长、压缩变形检测用电极53可以在压电膜32的两个主面上被四分割，也可以在其中一方的主面上被四分割。如后者那样，在其中一方的主面上被四分割的情况下，在另一方的主面上，形成与被四分割的部分的全部共同对置的一样的电极。在形成一样的电极的情况下，形成将第一部分54以及第四部分57串联连接、并将第二部分55以及第三部分56串联连接那样的电路，若将引出导体与第一部分54以及第四部分57中的一方连接、并与第二部分55以及第三部分56中的一方连接，则能够检测电压。另外，在两个主面上被四分割的情况下，若将引出导体分别与第一至第四部分54～57连接，则也能够在电路上形成并联连接、串联连接。

这样，在图13所示的传感器装置31e中，若使用具有图15所示的电极图案的压电膜32，则能够相互分离地检测抚摸(摩、擦)操作与按压操作。

在图16中，示出了将本发明的传感器装置61用作摩擦传感器的智能手机62。如图17所示，传感器装置61所具备的压电膜63沿着智能手机62的壳体64安装。压电膜63安装为，在向设置于壳体64的侧面的操作部件65施加摩擦力从而使操作部件65相对于壳体64稍微偏离时，产生剪切变形，但对此省略详细的图示。而且，通过形成于压电膜63上的电极(未图示。)，获取由剪切变形产生的输出电压，并根据该电压检测可知向操作部件65施加了摩擦力。

对于压电膜63而言，即使在图示的保护膜贴于其上的情况下，只要有200μm左右的缝隙，就能够充分地对其进行配置，因此在壳体64的内部几乎不需要占用容积。

在图17中，两张压电膜63分别安装于壳体64的上表面壁以及下表面壁，但是也可以构成为，仅一张压电膜63安装于壳体64的上表面壁以及下表面壁中的一方。

另外，操作部件65也可以设置于壳体64的侧面以外的场所、例如设置于壳体64的下表面壁的端缘附近。

图18表示传感器装置的针对智能手机的安装构造的变形例。图18所示的传感器装置71例如安装于图17所示的壳体64。传感器装置71所具备的压电膜73呈N字状地弯曲，其一方端部形成为固定于壳体64的固定部74。压电膜73的另一方端部形成为可动部75，并安装于图17所示的操作部件65。在向操作部件65施加摩擦力从而使操作部件65相对于壳体64稍微偏离时，压电膜73发生剪切变形。而且，通过形成于压电膜73上的电极(未图示。)，能够获取由剪切变形产生的输出电压。

由以上说明的传感器装置的针对智能手机的应用例可知，本发明的传感器装置能够有利地合并为HMI。而且，本发明的传感器装置除了在智能手机之类的移动通信设备以外，也能够在例如平板电脑或者便携式游戏机中，有利地合并为HMI。

另外，在以上的说明中，作为具有剪切压电性的压电膜的材料，例示了PLLA，但是也能够使用PDLA。另外，作为具有剪切压电性的压电膜的材料，除此之外，也能够使用聚-γ-谷氨酸甲酯、聚-γ-谷氨酸苄酯、纤维素、胶原蛋白、聚环氧丙烷等。

附图标记的说明：11、32、63、73...压电膜；21...PLLA膜；24、25、36、37...边；27、38、38a、38b、74...固定部；28、39、75...可动部；31、31a、31b、31c、31d、31e、61、71...传感器装置；33、34、45、46、49、50...剪切变形检测用电极；35、42、47...保持部件；40、65...操作部件；51...弹性体；52...保护膜；53...伸长、压缩变形检测用电极；62...智能手机。

Claims

1.一种传感器装置，其特征在于，具备：

压电膜，其主要成分由以手性分子为单位的手性高分子构成，并且所述手性分子的主要的取向方向朝向与主面平行的方向；和

电极，其用于获取来自所述压电膜的输出电压，并以夹持所述压电膜的至少一部分且相互对置的状态形成在所述压电膜的两个主面上，

在所述压电膜中，配置有固定该压电膜的位移的固定部、和在与该压电膜的主面平行的方向进行位移的可动部，

所述电极包括剪切变形检测用电极，该剪切变形检测用电极用于获取因所述可动部的位移而产生的所述压电膜的剪切变形所引起的输出电压。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，

所述压电膜被切取为具有与所述手性分子的主要的取向方向平行或者大致平行地延伸的边的矩形状，所述固定部位于沿着矩形状的所述压电膜的任意边。

3.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，

所述固定部位于沿着所述压电膜的第一边，所述可动部位于沿着与所述第一边对置的第二边。

4.根据权利要求3所述的传感器装置，其特征在于，

还具备操作部件，该操作部件用于在通过操作者的手指以使所述压电膜的所述可动部位移的方式进行操作时，提供与所述手指接触的部分，所述操作部件具有比所述压电膜的厚度大的宽度方向尺寸且被沿着所述压电膜的所述第二边安装。

5.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，

所述固定部分别位于沿着所述压电膜的相互对置的第一边和第二边，所述可动部位于所述压电膜的所述第一边与第二边的中间部。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的传感器装置，其特征在于，

还具备保持部件，该保持部件用于以平面状态保持所述压电膜。

7.根据权利要求5所述的传感器装置，其特征在于，

还具备保持部件，该保持部件用于以使所述第一边和第二边的中间部弯曲而折回的状态保持所述压电膜。

8.根据权利要求7所述的传感器装置，其特征在于，

还具备保护膜，该保护膜贴在所述压电膜的至少折回部分的外表面上，所述保护膜利用基于该保护膜与所述压电膜的双压电效应，在从外部按压所述压电膜的所述折回部分时，发挥作用以使得在所述压电膜的所述可动部产生伸长变形，

所述电极还包括伸长、压缩变形检测用电极，该伸长、压缩变形检测用电极用于获取所述压电膜的所述可动部中的伸长或者压缩变形所引起的输出电压，

所述传感器装置还具备弹性体，该弹性体配置于所述压电膜的所述折回部分的内周侧。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的传感器装置，其特征在于，

所述压电膜由聚乳酸构成。

10.一种电子设备，其特征在于，

将权利要求1～9中任一项所述的传感器装置作为HMI(人机界面)而嵌入。