CN105556267B - 按压检测传感器 - Google Patents
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Abstract
按压检测传感器(1)具备操作受理部件(20)、压电传感器(10)。操作受理部件(20)是玻璃盖(21)、触摸传感器(22)、显示面板(23)分别经由粘着剂(231、232)而被固定的层叠刚体板。压电传感器(10)具备压电性薄膜(11)，在该压电性薄膜(11)的操作受理部件(20)侧的面具备第一检测部件(12)，在与操作受理部件(20)相反的一侧的面具备第二检测部件(13)。第一检测部件(12)被粘合部件(30)粘合于操作受理部件(20)，并且被粘着剂(141)粘合于压电性薄膜(11)。高温时，操作受理部件(20)的挠曲相对地变大，但粘着剂(141)的弹性模量降低。低温时，操作受理部件(20)的挠曲相对地变小，但粘着剂(141)的弹性模量不降低。
Description
技术领域
本发明涉及检测操作面被压入时的按压力的按压检测传感器。
背景技术
以往，设计出各种检测操作者对操作面的操作的操作检测传感器。作为操作检测传感器，虽然有静电电容方式、热电阻方式、压电声学方式、红外线传感器方式等，但在检测对操作面的按压力的情况下，需要设置与这些不同的按压检测传感器。
专利文献1记载了一种触摸式输入装置，其具备作为操作检测传感器的触摸面板、检测操作面的压入的压敏传感器。在专利文献1的触摸式输入装置中，压敏传感器配置于触摸面板的下侧的面(与操作面相反的一侧的面)，构成为与触摸面板的面积相同。另外，在专利文献1的触摸式输入装置中，在触摸面板的操作面侧配置有保护层。
这种情况下，压敏传感器经由保护层与触摸传感器承受因操作面被压入而产生的应力，检测与该应力对应的按压力。
专利文献1：日本特开平5-61592号公报
在专利文献1所示的结构中，需要分别粘合保护层与触摸传感器、触摸传感器与压敏传感器，利用粘合部件对各自的位置进行粘合。
在这样的操作检测传感器中，在具备具有透光性的保护层的操作检测传感器的情况下，粘合保护层与触摸传感器的粘合部件使用透光性高的丙烯酸系粘着剂的情况较多。
该粘着剂有很多具有-10℃～-50℃左右的玻璃化转变点，弹性模量以该温度为边界而急剧变化。图5是表示粘着剂的弹性模量的温度特性的坐标图。如图5所示，在比玻璃化转变点附近低的低温下的弹性模量相对于在比玻璃化转变点附近高的高温下的弹性模量大幅度增高。
因此，即使以相同的按压力压入操作面(保护层)，通过粘着剂粘合保护层与触摸传感器而形成的多层部件的挠曲量，在比玻璃化转变点附近低的低温的状态与比玻璃化转变点高的高温的状态下也大幅度变化。图6是表示多层部件的挠曲量的温度特性的坐标图。如图6所示，在以相同的按压力压入操作面的情况下，在比玻璃化转变点附近高的高温下的挠曲量，相对于在比玻璃化转变点附近低的低温下的挠曲量大幅度增大(例如，若为图6的情况，则约为4倍)。
因此，在比玻璃化转变点附近高的高温下的压敏传感器的按压检测值，相对于在比玻璃化转变点附近低的低温下的压敏传感器的按压检测值大幅度增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够获得没有温度依赖性并与按压力对应的检测值的按压检测传感器。
本发明涉及一种具备操作受理部件与压电传感器的按压检测传感器，以如下结构为特征。操作受理部件是板状部件，其构成为将多张刚体板通过第一粘着剂粘合而层叠的构造，并且与层叠方向正交的一个主面成为操作面。压电传感器是在操作受理部件的另一个主面侧配置在施加于操作受理部件的应力所传递至的位置的平膜状的部件。并且，压电传感器具备压电性薄膜和形成于该压电性薄膜的两个主面的检测用电极。操作受理部件侧的检测用电极与压电性薄膜被第二粘着剂粘合。
在该结构中，在操作受理部件的挠曲因温度而产生差异时，压电传感器的粘着剂(第二粘着剂)的弹性模量也因温度而发生变化。因此，因温度变化而产生的操作受理部件的挠曲的差异通过压电传感器的粘着剂的弹性模量的温度变化而被缓和。由此，能够抑制压电性薄膜的挠曲量即施加于压电性薄膜的应力因温度而变化的量。
另外，在本发明的按压检测传感器中，优选压电传感器粘合于操作受理部件的另一个主面。
在该结构中，能够通过压电传感器直接承受因操作受理部件的挠曲而产生的应力，从而能够提高压入的检测灵敏度。
另外，在本发明的按压检测传感器中，优选第一粘着剂与第二粘着剂由相同的材料构成。
在该结构中，容易更准确地缓和因温度的不同而产生的操作受理部件的挠曲的差异。
另外，在本发明的按压检测传感器中，优选第一粘着剂与第二粘着剂为丙烯酸系粘着剂。在该结构中，使用容易实现高透光性的丙烯酸系粘着剂，因此适用于操作受理部件需要透光性的情况。
另外，在本发明的按压检测传感器中，优选压电性薄膜包含聚乳酸。在该结构中，能够以高灵敏度检测挠曲。
另外，在本发明的按压检测传感器中，操作受理部件可以具备：玻璃盖，其一个主面成为操作面；以及平板状的位置检测传感器，其配置于该玻璃盖的另一个主面侧。在该结构中，能够通过操作受理部件来检测操作位置。
另外，在本发明的按压检测传感器中，操作受理部件还可以具备显示面板，该显示面板配置于位置检测传感器的与玻璃盖相反一侧的面。在该结构中，能够通过操作受理部件实现带有显示功能的触摸面板。
根据本发明，能够获得与对操作面的按压力对应且不受温度影响的一定的按压检测值。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的按压检测传感器的俯视图以及侧面剖视图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的操作受理部件以及压电传感器的具体层结构的图。
图3是将本发明的实施方式所涉及的按压检测传感器的操作面被压入的情况下的各部分的挠曲方式模式化的图。
图4是表示本发明的实施方式所涉及的按压检测传感器的压电性薄膜所产生的电荷量的温度特性、以及现有结构的按压检测传感器的压电性薄膜所产生的电荷量的温度特性的图。
图5是表示粘着剂的弹性模量的温度特性的坐标图。
图6是表示多层部件的挠曲量的温度特性的坐标图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式所涉及的按压检测传感器进行说明。图1是表示本发明的实施方式所涉及的按压检测传感器的俯视图以及概略结构的侧面剖视图。此外，在图1中，操作受理部件以及压电传感器的具体层结构未图示，图2图示了操作受理部件以及压电传感器的具体层结构。图2是表示本发明的实施方式所涉及的操作受理部件以及压电传感器的具体层结构的图。
如图1所示，按压检测传感器1具备压电传感器10、操作受理部件20、以及粘合部件30。操作受理部件20由矩形的平板构成。操作受理部件20的至少短边方向的两端固定于未图示的筐体等刚体。此时，优选构成操作受理部件20的短边方向的两端且沿着长边方向的端边的大致全长固定于筐体等刚体。
压电传感器10为长条状的平膜。压电传感器10被粘合部件30粘合于操作受理部件20的背面。粘合部件30由粘合剂构成。粘合剂30设置在与压电传感器10的操作受理部件20抵接的大致整个面。
此外，在本实施方式中，将弹性模量在约-30[℃]～约+60[℃]的范围内为108[Pa]～109[Pa]以上的材料作为粘合剂。将常温下的弹性模量比低温下的弹性模量大幅度降低的材料作为粘着剂，例如，具体而言，将常温(约25[℃])下的弹性模量为104～106左右的材料作为粘着剂。
压电传感器10粘合于操作受理部件20的长边方向的一个端部附近。此时，压电传感器10以自身的长度方向与操作受理部件20的短边方向平行的方式粘合于操作受理部件20。
通过成为这样的结构，若操作受理部件20因向操作面的压入而挠曲，则压电传感器10也挠曲。即，基于因向操作面的压入而产生的操作受理部件20的挠曲的应力，经由粘合部件30还传递至压电传感器10，从而因向操作面的压入而产生的应力施加于压电传感器10。压电传感器10根据该挠曲的应力产生检测电压。从而能够通过取得该检测电压来检测压入。另外，该检测电压的值由压入量即按压力唯一决定，因此能够通过取得检测电压值来检测按压力。
接下来，参照图2对操作受理部件20以及压电传感器10的具体结构进行说明。
操作受理部件20是沿着厚度方向层叠玻璃盖21、位置检测传感器22、以及显示面板23而构成的。上述玻璃盖21、位置检测传感器22、以及显示面板23相当于本发明的“刚体板”。玻璃盖21、位置检测传感器22、以及显示面板23为矩形的平板，以各自的主面重叠的方式层叠。此时，玻璃盖21的表面即未粘合有位置检测传感器22侧的面成为操作受理部件20的操作面。
玻璃盖21与位置检测传感器22经由粘着剂231被粘合。粘着剂231设置在玻璃盖21与位置检测传感器22对置的主面的大致整个面。位置检测传感器22与显示面板23经由粘着剂232被粘合。优选粘着剂231、232为丙烯酸系粘着剂。丙烯酸系粘着剂具有高透光性，因此能够将显示面板30的显示图像高效地显示在操作面。
压电传感器10具备压电性薄膜11、第一检测部件12、第二检测部件13。
压电性薄膜11由长条状的平膜构成，上述长条状的平膜由聚乳酸(PLA)构成，更具体而言，由L型聚乳酸(PLLA)构成。压电性薄膜11的分子的取向方向900相对于压电性薄膜11的长度方向以及宽度方向呈45°。换言之，压电性薄膜11的单轴延伸方向相对于压电性薄膜11的长度方向以及宽度方向大致呈45°。
这里，对形成压电性薄膜11的PLLA的特性进行说明。
PLLA由手性高分子构成。PLLA的主链具有螺旋构造。PLLA的分子在单轴延伸的方向上取向，因该分子的取向而具有压电性。而且，单轴延伸的PLLA通过在压电性薄膜11产生应变来产生电荷。这里，在压电性薄膜11产生的应变是指压电性薄膜11沿规定方向伸长。此时，产生的电荷量由压电性薄膜11的应变量决定。单轴延伸的PLLA的压电常数在高分子中属于非常高的种类。例如，PLLA的压电应变常数d14通过调整延伸条件、热处理条件、添加物的调和等的条件，能够获得10pC/N～20pC/N那样高的数值。
而且，通过像上述那样将压电传感器10粘合于操作受理部件20，因压入的应力而导致压电性薄膜11挠曲伸长的方向与单轴延伸方向大致呈45°的角度，因此能够将压入有效地转换为电荷。
此外，压电性薄膜11的延伸倍率优选3～8倍左右。在延伸后实施热处理，从而促进聚乳酸的伸展链晶体的结晶化，压电常数提高。此外，在双轴延伸的情况下，通过使各轴的延伸倍率不同能够获得与单轴延伸相同的效果。例如，将某方向作为X轴并在在该方向上实施8倍的延伸，在与该轴正交的Y轴向上实施2倍的延伸的情况下，压电常量能够获得与在X轴向上实施4倍的单轴延伸的情况大致相同的效果。单纯地进行单轴延伸的薄膜容易沿着延伸轴向破裂，因此能够通过进行上述那样的双轴延伸来稍微增加强度。
另外，PLLA在基于延伸等的分子的取向处理中产生压电性，因此不需要像PVDF等其他聚合物、压电陶瓷那样进行转态处理(ポーリング処理)。即，不属于铁电体的PLLA的压电性不是像PVDF、PZT等铁电体那样通过离子的极化而显现的性质，而是由来于分子的特征构造亦即螺旋构造的性质。因此，PVDF等随着时间的流逝能够观察到因脱极化而导致的压电常数的变动，根据情况不同，有时压电常数会明显降低，但PLLA的压电常数随着时间的流逝而极为稳定。因此，输出电荷量不被周围环境影响。并且，PLLA不会产生在其他铁电性压电体产生的热释电性，因此因温度变化而产生的误检测的可能性变小。
第一检测部件12具备基底薄膜121、123、电极122、124。基底薄膜121、123由聚酰亚胺等具有挠性的绝缘性薄膜构成。电极122由铜箔等导电率高的导体膜构成，形成于基底薄膜121的主面。电极124由铜箔等的导电率高的导体膜构成，形成于基底薄膜123的主面。此时，基底薄膜121、123以大于压电性薄膜11的面积形成，电极122、124以与压电性薄膜11大致相同且小于压电性薄膜11的面积形成。
将形成有电极122的基底薄膜121与形成有电极124的基底薄膜123以依次排列基底薄膜121、电极122、基底薄膜123、电极124的方式层叠。利用该层叠体构成第一检测部件12。
第一检测部件12以电极124与压电性薄膜11抵接的方式而经由粘着剂141粘合于压电性薄膜11。此时，第一检测部件12以电极122、124与压电性薄膜11重叠的方式粘合于压电性薄膜11。粘着剂141由与上述的粘着剂231、232相同的材料构成。
第二检测部件13具备基底薄膜131、电极132。基底薄膜131由聚酰亚胺等具有挠性的绝缘性薄膜构成。电极132由铜箔等导电率高的导体膜构成，形成于基底薄膜131的主面。此时，基底薄膜131以大于压电性薄膜11的面积形成，电极132以与压电性薄膜11大致相同且小于压电性薄膜11的面积形成。
第二检测部件13以电极132与压电性薄膜11抵接的方式而经由粘着剂142粘合于压电性薄膜11。此时，第一检测部件12以电极122、124与压电性薄膜11重叠的方式粘合于压电性薄膜11。粘着剂142由与上述的粘着剂141、231、232相同的材料构成。
由于成为这样的结构，所以能够利用电极124、132检测对压电性薄膜11施加挠曲的应力而导致压电性薄膜11伸长时所产生的电荷。而且，借助该电极124、132检测电荷能够取得上述检测电压。
此外，形成有电极122以及该电极122的基底薄膜121也可以省略。然而，通过将电极122连接于接地电位，能够屏蔽来自操作面侧的噪音，从而能够准确地获得基于压入的检测电压值。
通过使用上述结构，能够根据温度而如下所示地检测按压力。图3是将操作面被压入的情况下的各部分的挠曲方式模式化的图。图3中的(A)表示高温时的状态，图3中的(B)表示低温时的状态。图3表示以操作受理部件20的短边方向的两端为固定点而压入操作受理部件20的短边方向的中心的状态。
此外，本实施方式所示的高温表示高于粘着剂的玻璃化转变点的温度，低温表示低于粘着剂的玻璃化转变点的温度。在图3的(A)和(B)中，按压力P相同。
(高温时)
如图3的(A)所示，高温时，构成操作受理部件20的粘着剂231、232的弹性模量降低，因此若以按压力P压入操作面，则操作受理部件20产生大的挠曲DLG20H。基于该操作受理部件20的挠曲DLG20H的应力传递至通过粘合部件30粘合于操作受理部件20的第一检测部件12，进而传递至通过粘着剂124与第一检测部件12粘合的压电性薄膜11。
这里，第一检测部件12经由粘着剂141粘合于压电性薄膜11，该粘着剂141的弹性模量也降低。因此，基于操作受理部件20的挠曲DLG20H的应力被缓和，从而压电性薄膜11的挠曲DLP20H比操作受理部件20的挠曲DLG20H大幅度变小(DLP20H<<DLG20H)。
(低温时)
如图3的(B)所示，低温时，构成操作受理部件20的粘着剂231、232的弹性模量较高，因此若以按压力P压入操作面，则操作受理部件20产生小的挠曲DLG20L。像这样，低温时操作受理部件20的挠曲DLG20L比高温时操作受理部件20的挠曲DLG20H大幅度变小(DLG20L<<DLG20H)。
基于该操作受理部件20的挠曲DLG20L的应力传递至通过粘合部件30粘合于操作受理部件20的第一检测部件12，进而传递至通过粘着剂124与第一检测部件12粘合的压电性薄膜11。
这里，第一检测部件12经由粘着剂141粘合于压电性薄膜11，该粘着剂141的弹性模量也较高。因此，操作受理部件20的挠曲DLG20H的应力几乎不被缓和，从而压电性薄膜11的挠曲DLP20L与操作受理部件20的挠曲DLG20L大致相同(DLP20L≈DLG20L)。
像这样，通过使用本实施方式的结构，即便高温时操作受理部件20相对大地挠曲，低温时操作受理部件20相对小地挠曲，压电性薄膜11的挠曲也大致相同(DLA20L≈DLA20H)。
由此，若以相同的按压力P压入操作面，则无论温度如何，压电性薄膜11所产生的电荷量大致相同，从而压电传感器10所产生的检测电压值大致相同。
图4是表示本发明的实施方式所涉及的按压检测传感器的压电性薄膜所产生的电荷量的温度特性、以及现有结构的按压检测传感器的压电性薄膜所产生的电荷量的温度特性的图。图4是表示按压力一定而使温度变化时的检测电荷量的坐标图。此外，图4所示的现有结构表示将第一检测部件12的粘着剂替换为粘合剂的形态。
如图4所示，在现有结构中，检测电荷量因温度而产生很大不同。然而，通过使用本实施方式的结构，无论温度如何，检测电荷量大致一定。
像这样，通过使用本实施方式的结构，从而能够实现一种获得不受温度影响而仅依赖于对操作面的按压力的按压检测值的按压检测传感器。
此外，向压电传感器10的操作受理部件20的安装位置并不局限于上述位置，只要是能够承受操作受理部件20因向操作面的压入而挠曲所产生的应力的位置即可，可以是其他位置。另外，压电传感器10只要在能够传递因压入操作受理部件20而产生的挠曲的应力的位置，可以安装于构成该按压检测传感器的其他构成要素(例如，配置于操作受理部件20的背面侧的金属板部件等)。
附图标记说明：
1…按压检测传感器；10…压电传感器；11…压电性薄膜；12…第一检测部件；13…第二检测部件；20…操作受理部件；21…玻璃盖；22…位置检测传感器；23…显示面板；30…粘合部件；231、232…粘着剂；121、123、131…基底薄膜；122、124、132…电极；141、142…粘着剂。
Claims (7)
1.一种按压检测传感器，其特征在于，具备：
操作受理部件，其形成为将多张刚体板通过第一粘着剂粘合而层叠的构造，并且与层叠方向正交的一个主面成为操作面；以及
平膜状的压电传感器，该平膜状的压电传感器在该操作受理部件的另一个主面侧配置在施加于所述操作受理部件的应力所传递至的位置，
所述压电传感器具备压电性薄膜和形成于该压电性薄膜的两个主面的检测用电极，
在所述操作受理部件侧的所述检测用电极与所述压电性薄膜之间配置有第二粘着剂，
所述操作受理部件侧的所述检测用电极与所述压电性薄膜通过所述第二粘着剂粘合，
所述压电传感器被粘合部件粘合于所述操作受理部件，
所述第一粘着剂和所述第二粘着剂为常温下的弹性模量比低温下的弹性模量大幅度降低的材料。
2.根据权利要求1所述的按压检测传感器，其特征在于，
所述压电传感器粘合于所述操作受理部件的所述另一个主面。
3.根据权利要求1或2所述的按压检测传感器，其特征在于，
所述第一粘着剂与所述第二粘着剂由相同的材料构成。
4.根据权利要求1或2所述的按压检测传感器，其特征在于，
所述第一粘着剂与所述第二粘着剂为丙烯酸系粘着剂。
5.根据权利要求1或2所述的按压检测传感器，其特征在于，
所述压电性薄膜包含聚乳酸。
6.根据权利要求1或2所述的按压检测传感器，其特征在于，
所述操作受理部件具备：
玻璃盖，该玻璃盖的一个主面成为所述操作面；以及
平板状的位置检测传感器，该平板状的位置检测传感器配置于该玻璃盖的另一个主面侧。
7.根据权利要求6所述的按压检测传感器，其特征在于，
所述操作受理部件还具备显示面板，该显示面板配置于所述位置检测传感器的与所述玻璃盖相反一侧的面。
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