CN106575583A - 触摸式输入装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

触摸式输入装置(10)具备：框体(40)，具有绝缘性；由分别为平膜状并通过与平膜面平行的方向的伸缩而产生电荷的多个压电元件构成的压电元件组(20)；以及粘接部件(30)，将压电元件组(20)粘接在框体(40)的正面壁(401)的背面。压电元件组(20)具备压电片(21)、第一检测用电极(221、222、223、224)以及第二检测用电极(231、232、233、234)。第一检测用电极(221、222、223、224)、第二检测用电极(231、232、233、234)沿着压电片(21)的长边方向排列配置，通过该构成，沿着长边方向排列多个压电元件。

Description

触摸式输入装置和电子设备
技术领域
本发明涉及检测操作者的输入操作的触摸式输入装置。
背景技术
以往，在音频影像设备等电子设备安装操作输入用的开关。作为操作输入用的开关，一般来说使用机械式开关、静电电容式开关。
例如，在专利文献1所记载的音频影像设备中，在框体的正面配置静电电容式开关。
专利文献1：日本特开2013－153292号公报
然而，机械式开关通过机械地使部件动作来接受操作输入。因此，存在随着使用次数增加，机械连接部等容易破损这样的问题。
另外，在静电电容式开关中，能够仅通过触摸操作面来接受操作输入，但存在不易调整检测灵敏度、存在错误检测的可能性等问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供准确地检测操作输入并且可靠性高的触摸式输入装置。
该发明的触摸式输入装置的特征在于，具备：框体，其具有绝缘性；多个压电元件；分别为平膜状并通过与平膜面平行的方向的伸缩而产生电荷；以及粘接部件，将多个压电元件粘接在框体的背面。
在该构成中，若由操作者按压框体的表面，则配置在按压位置的背面的压电元件伸长，能够检测出基于按压的操作输入。由此，能够进行操作输入的检测和操作输入位置的检测。
另外，优选该发明的触摸式输入装置为以下的构成。多个压电元件的排列间隔是在按压框体的表面的所希望位置时与主要产生电荷的第一压电元件相邻的第二压电元件的电压在第一压电元件的电压的1/10以下的间隔。
在该构成中，能够利用简单的后处理，更准确地检测操作位置。
另外，该发明的触摸式输入装置也可以是以下的构成。多个压电元件具备通过伸缩而产生电荷的压电片和排列并形成于该压电片的检测用电极。粘接部件的弹性模量比框体的弹性模量低。
在该构成中，能够使多个压电元件一体化。由此，能够在准确地保持多个压电元件的排列间隔的状态下，容易地向框体配设。另外，通过如上述那样规定粘接部件的弹性模量，能够不使由于框体的变形产生的压电片的排列方向的伸长衰减地抑制与排列方向正交的方向的伸长。由此，能够更准确地检测操作位置。
另外，在该发明的触摸式输入装置中，优选粘接部件的弹性模量在107Pa以下。在该构成中，能够更可靠并且准确地检测操作输入。
另外，在该发明的触摸式输入装置中，也可以是以下的构成。多个压电元件具备通过伸缩而产生电荷的压电片和排列并形成于该压电片的检测用电极。粘接部件配置在不与检测用电极重叠的位置。
根据该构成，也能够使多个压电元件一体化。由此，能够在准确地保持多个压电元件的排列间隔的状态下，容易地向框体配设。另外，能够不使由于框体的变形产生的压电片的排列方向的伸长衰减地抑制与排列方向正交的方向的伸长。由此，能够更准确地检测操作位置。
另外，在该发明的触摸式输入装置中，也可以是以下的构成。多个压电元件分别独立具备通过伸缩产生电荷的压电片和形成于该压电片的检测用电极。
在该构成中，能够不使由于框体的变形产生的压电片的排列方向的伸长衰减地抑制与排列方向正交的方向的伸长。由此，能够更准确地检测操作位置。
另外，该发明的电子设备具备：上述的任意一个所述的触摸式输入装置；以及功能部，通过对触摸式输入装置的操作输入来实现与该操作输入对应的功能。触摸式输入装置的框体构成覆盖功能部的框体的至少一部分。
在该构成中，能够将电子设备的框体的一部分利用于触摸式输入装置。
根据该发明，能够实现准确地检测操作输入并且可靠性高的触摸式输入装置。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置的分解立体图。
图2是本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置的侧面剖视图。
图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置中的压电片的伸长状态的分解立体图。
图4是表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置以及比较构成中的基于长边方向与短边方向的伸长而引起的产生电荷量的曲线图。
图5是表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置以及比较构成中的输出电压特性的曲线图。
图6是本发明的第二实施方式所涉及的触摸式输入装置的分解立体图。
图7是本发明的第三实施方式所涉及的触摸式输入装置的分解立体图。
图8是本发明的第四实施方式所涉及的触摸式输入装置的分解立体图。
图9是本发明的第五实施方式所涉及的触摸式输入装置的侧面剖视图。
具体实施方式
参照图对本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置进行说明。图1是本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置的分解立体图。图2是本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置的侧面剖视图。
触摸式输入装置10具备压电元件组20、粘接部件30以及框体40。
压电元件组20具备压电片21、多个第一检测用电极221、222、223、224以及多个第二检测电极231、232、233、234。
压电片21是长条状的平膜。是通过伸缩在对置的平膜面产生电荷的压电材料。例如，压电片21是单轴拉伸的聚乳酸(PLA)，更具体而言是L型聚乳酸(PLLA)。如图1的双点划线的粗箭头910所示，聚乳酸的单轴拉伸方向是相对于压电片21的长边方向大致成45°的方向。此外，虽然最优选该所成的角为45°，但在±10°左右的范围内即可。
这里，对形成压电片21的PLLA的特性进行说明。
PLLA由手性高分子构成。PLLA的主链具有螺旋结构。PLLA向单轴拉伸的方向对分子进行取向，通过该分子的取向而具有压电性。而且，单轴拉伸的PLLA由于压电片21向规定方向伸长，从而产生电荷。产生的电荷量根据压电片21的伸长量来决定。单轴拉伸的PLLA的压电常量在高分子中属于非常高的部类。例如，PLLA的压电应变常量d14通过调整拉伸条件、热处理条件、添加物的配合等条件能够得到10～20pC/N这样高的值。
而且，在压电片21伸长的方向与单轴拉伸方向成45°的角度的状态下，能够有效地产生电荷。
此外，优选压电片21的拉伸倍率为3～8倍左右。通过在拉伸后实施热处理，促进聚乳酸的伸展链结晶的结晶化而压电常量提高。另外，在双轴拉伸的情况下通过使各个轴的拉伸倍率不同而能够得到与单轴拉伸相同的效果。例如在将某个方向设为X轴并在该方向实施八倍的拉伸，在与该轴正交的Y轴方向实施两倍的拉伸的情况下，关于压电常量大致得到与在X轴方向实施四倍的单轴拉伸的情况几乎同等的效果。由于单纯地单轴拉伸的薄膜容易沿拉伸轴向裂开，所以通过进行上述那样的双轴拉伸能够增强几分强度。
另外，PLLA由于在基于拉伸等的分子的取向处理中产生压电性，所以不需要如PVDF等其它的聚合物、压电陶瓷那样进行极化处理。即，不属于强电介质的PLLA的压电性并不如PVDF、PZT等强电介质那样由于离子的极化而发现，而是源于作为分子的特征结构的螺旋结构。因此，在PLLA不产生在其它的强电介性的压电体中产生的焦电性。并且，PVDF等随着时间经过而出现压电常量的变动，根据情况有压电常量显著地降低的情况，但PLLA的压电常量随着时间经过极其稳定。因此，输出电荷量不被使用时间的长度、周围环境影响。
多个第一检测用电极221、222、223、224配设在压电片21的表面。多个第一检测用电极221、222、223、224沿着压电片21的长边方向隔开间隔地排列。
多个第二检测用电极231、232、233、234配设在压电片21的背面。多个第二检测用电极231、232、233、234分别配设在与第一检测用电极221、222、223、224对置的位置。
通过该构成，能够实现沿着压电片21的长边方向隔开间隔排列多个压电元件的构成。具体而言，在压电片21的两面对置地配设第一检测用电极221和第二检测用电极231的部分为第一压电元件，在压电片21的两面对置地配设第一检测用电极222和第二检测用电极232的部分为第二压电元件。在压电片21的两面对置地配设第一检测用电极223和第二检测用电极233的部分为第三压电元件，在压电片21的两面对置地配设第一检测用电极224和第二检测用电极234的部分是第四压电元件。
粘接部件30是俯视时与压电片21大致相同的形状的平膜。粘接部件30的弹性模量比框体40的弹性模量低。更优选粘接部件30的弹性模量在107Pa以下。
框体40是绝缘性树脂。框体40具备正面壁401、第一侧面壁402以及第二侧面壁403。正面壁401、第一侧面壁402以及第二侧面壁403为长条状的平板。第一侧面壁402与正面壁401的沿长边方向延伸的一个侧面连接。第二侧面壁403与正面壁401的沿长边方向延伸的另一个侧面连接。第一侧面壁402与第二侧面壁403的平板面与正面壁401的平板面正交。第一侧面壁402与第二侧面壁403对置。通过该构成，在正面壁401的背面侧形成被正面壁401和第一、第二侧面壁402、403包围的空间。
在正面壁401的表面沿长边方向隔开规定的间隔形成操作位置标记411、412、413、414。
压电元件组20使用粘接部件30被粘接在正面壁401的背面。此时，压电元件组20以压电片21的平膜面与正面壁401的背面对置的方式被粘接。
此时，如图2所示，第一检测用电极221和第二检测用电极231的配设区域(第一压电元件的形成区域)与操作位置标记411重叠，第一检测用电极222和第二检测用电极232的配设区域(第二压电元件的形成区域)与操作位置标记412重叠。第一检测用电极223和第二检测用电极233的配设区域(第三压电元件的形成区域)与操作位置标记413重叠，第一检测用电极224和第二检测用电极234的配设区域(第四压电元件的形成区域)与操作位置标记414重叠。
通过成为这样的构成，若操作者按压框体40的正面壁401的表面，则由于框体40的正面壁401的变形而压电片21伸长，产生电荷。此时，通过使用本实施方式所涉及的触摸式输入装置10，能够识别并检测操作位置标记411、412、413、414的按压(操作输入)。
接下来，参照图对本实施方式所涉及的触摸式输入装置10的检测概念进行说明。图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置中的压电片的伸长状态的分解立体图。图4是表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置以及比较构成中的长边方向和短边方向的伸长所带来的产生电荷量的曲线图。在图4中，横轴是俯视时以按压位置为原点的位置坐标，纵轴是电压值。图5是表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置以及比较构成中的输出电压特性的曲线图。在图5中，横轴是俯视时以按压位置为原点的位置坐标，纵轴是电压值。
如图3所示，若按压框体40的操作位置标记412的区域，则框体40变形而压电片21伸长。此时，在压电片21中伸长最大的区域是与操作位置标记412重叠(对置)的区域。
这里，由于使用弹性模量低的粘接部件30，所以如图3的施加了影线的箭头所示，能够不使压电片21的向长边方向的伸长衰减地抑制压电片21的向短边方向的伸长。
因此，如图4的上段的曲线图所示，在长边方向上，在按压位置能够得到正的极大值的电压。另一方面，如图4的上段的曲线图所示，在短边方向上，整体为低的电压值。因此，基于长边方向的伸长的电压不会与基于短边方向的伸长的电压相互抵消。由此，如图5的实线所示，在长边方向上，能够在按压位置检测到正的极大值的电压，能够可靠地进行操作输入的检测。另外，由于按压位置的电压值与长边方向的其它的位置的电压值相比足够高，所以即使在长边方向排列多个压电元件，也能够准确地检测出按压框体40的位置。
此时，使多个压电元件的配置间隔为，在按压框体40的表面的所希望位置(示出操作位置标记411的区域)时与同该位置对置的压电元件(第一压电元件)相邻的压电元件(第二压电元件)的电压在第一压电元件的电压的1/10以下的间隔即可。通过采用这样的压电元件的排列间隔，能够更可靠地进行操作位置的识别。
此外，如图4的下段的曲线图以及图5所示，在比较构成中，不容易准确地检测按压位置。比较构成是粘接部件的弹性模量与框体相同或者在其以上的构成。在该构成中，压电片21不仅向长边方向伸长也向短边方向伸长。因此，如图4的下段的曲线图所示，在长边方向以及短边方向这双方产生同等程度的正的电压，这些电压相互抵消。因此，如图5所示，在按压位置处的电压的绝对值变低。另外，该情况下，在距按压位置规定距离的位置处的电压的绝对值变大。这是因为虽然在框体40的按压位置压电片21以伸长的方式变形，但在伸长的区域的两侧产生施加了收缩的应力的区域。因此，在比较构成中，即使利用绝对值检测电压，也会有施加该收缩的应力的区域极大，不能够准确地检测按压位置这一情况。
如以上那样，通过使用本实施方式的构成，能够准确并且可靠地检测对框体40的表面的操作输入。另外，通过使用本实施方式的构成，能够正确地检测操作输入位置。特别是，在框体40的表面排列多个操作输入位置的方式中，也能够准确地识别并检测对各操作输入位置的操作输入。
并且，通过使用本实施方式的构成，特别是通过使用聚乳酸而消除焦电性，且几乎不产生压电特性的时间变化等，所以能够实现可靠性高的触摸式输入装置。
另外，本实施方式的构成仅由压电元件、粘接部件以及框体构成，所以能够以简单的构成实现能够准确地检测操作输入，且能够准确地识别操作输入位置的可靠性高的触摸式输入装置。
另外，在使用机械开关的情况下，必须对表面壁物理分离操作位置标记的部分，由于该分离会产生缝隙。然而，通过使用本实施方式的构成，不需要这样的物理分离，不会产生缝隙。由此，能够防止水分、尘埃等不需要物质从正面壁的外部进入内部，可靠性提高。
参照图对本发明的第二实施方式所涉及的触摸式输入装置进行说明。图6是本发明的第二实施方式所涉及的触摸式输入装置的分解立体图。
本实施方式所涉及的触摸式输入装置10A相对于第一实施方式所涉及的触摸式输入装置10，粘接部件30A的构成不同。其它的构成与第一实施方式所涉及的触摸式输入装置10相同。
在粘接部件30A设有多个开口部310。多个开口部310沿着粘接部件30A的长边方向排列。多个开口部310设置在经由粘接部件30A将压电元件组20A与框体40粘接时，不与第一检测用电极221、222、223、224重叠的位置。即，在俯视触摸式输入装置10A时，各开口部310以包围第一检测用电极221、222、223、224的形状设置于粘接部件30A。
也可以粘接部件30A的弹性模量与框体40同等程度。
根据这样的构成，也能够得到与第一实施方式相同的作用效果。
参照图对本发明的第三实施方式所涉及的触摸式输入装置进行说明。图7是本发明的第三实施方式所涉及的触摸式输入装置的分解立体图。
本实施方式所涉及的触摸式输入装置10B相对于第二实施方式所涉及的触摸式输入装置10A，粘接部件30B的构成不同。其它的构成与第二实施方式所涉及的触摸式输入装置10A相同。
粘接部件30B具备第一长条部件311和第二长条部件312。第一长条部件311以及第二长条部件312的宽度(短边方向的长度)比第一实施方式所示的粘接部件30的宽度(短边方向的长度)窄。
第一长边部件311配置在压电片21上的第一检测用电极221、222、223、224的配设位置与沿长边方向的第一端边之间。
第二长边部件312配置在压电片21上的第一检测用电极221、222、223、224的配设位置与沿长边方向的第二端边之间。
根据这样的构成，也能够得到与上述的各实施方式相同的作用效果。
参照图对本发明的第四实施方式所涉及的触摸式输入装置进行说明。图8是本发明的第四实施方式所涉及的触摸式输入装置的分解立体图。
本实施方式所涉及的触摸式输入装置10C相对于第三实施方式所涉及的触摸式输入装置10B，粘接部件30C的构成不同。其它的构成与第三实施方式所涉及的触摸式输入装置10B相同。
粘接部件30C具备多个独立部件321、322、323、324、325。
独立部件321配置在压电片21上的沿短边方向的第一端边与第一检测用电极221之间。独立部件322配置在压电片21上的第一检测用电极221、222之间。独立部件323配置在压电片21上的第一检测用电极222、223之间。独立部件324配置在压电片21上的第一检测用电极223、224之间。独立部件325配置在压电片21上的第一检测用电极224与沿短边方向的第二端边之间。
根据这样的构成，也能够得到与上述的各实施方式相同的作用效果。
参照图对本发明的第五实施方式所涉及的触摸式输入装置进行说明。图9是本发明的第五实施方式所涉及的触摸式输入装置的侧面剖视图。
本实施方式所涉及的触摸式输入装置10D的压电元件组20D的构成与第一实施方式所涉及的触摸式输入装置10不同。其它的构成与第一实施方式所涉及的触摸式输入装置10相同。
压电元件组20D具备压电片21、第一检测用电极221、222、223、224、第二检测用电极231、232、233、234、绝缘性基板220D以及绝缘性柔性板230D。
第一检测用电极221、222、223、224形成在绝缘性基板220D的表面。第一检测用电极221、222、223、224的表面与压电片21的表面抵接。
第二检测用电极231、232、233、234形成在绝缘性柔性板230D的表面。第二检测用电极231、232、233、234与压电片21的背面抵接。
根据这样的构成，也能够得到与上述的各实施方式相同的作用效果。另外，通过使用本实施方式的构成，能够容易地对电极形成不易的压电片配置检测用电极。
此外，在上述的各实施方式中，示出了通过对一个压电片配置多个第一检测用电极以及第二检测用电极来排列多个压电元件的方式。然而，也可以分别使用独立的压电片形成多个压电元件，并排列配置于框体40。但是，在上述的使用一个压电片的方式中，能够容易地固定多个压电元件的位置关系。因此，能够容易地形成降低多个压电元件的配置位置的误差，并准确地检测操作输入以及操作位置的触摸式输入装置。
另外，在上述的实施方式中，示出了通过绝缘性材料形成框体的方式，但框体只要不与压电元件的接地侧相反侧的检测用电极连接即可，其也可以是导体，也可以是在绝缘体的表面进行导体的电镀的构成。
由这样的结构构成的触摸式输入装置例如，能够作为液晶显示器的框架部分、智能手机、平板终端等移动终端的荧光屏部分等的一部分使用。该情况下，触摸式输入装置能够使用于液晶显示器的显示控制的操作输入、对移动终端的所希望的功能的操作输入。即，液晶显示器、移动终端的功能部实现与对触摸式输入装置的操作输入对应的功能。
附图标记说明
10、10A、10B、10C、10D：触摸式输入装置，20、20A、20D：压电元件组，21：压电片，30、30A、30B、30C：粘接部件，40：框体，220D：绝缘性基板，221、222、223、224：第一检测用电极，230D：绝缘性柔性板，231、232、233、234：第二检测电极，310：开口部，311：第一长条部件，312：第二长条部件，321、322、323、324、325：独立部件，401：正面壁，402：第一侧面壁，403：第二侧面壁，411、412、413、414：操作位置标记。

Claims (7)

1.一种触摸式输入装置，其中，具备：
框体；
多个压电元件，分别为平膜状并通过与平膜面平行的方向的伸缩而产生电荷；以及
粘接部件，将所述多个压电元件粘接在所述框体的背面。
2.根据权利要求1所述的触摸式输入装置，其中，
所述多个压电元件的排列间隔是在按压所述框体的表面的所希望位置时与主要产生电荷的第一压电元件相邻的第二压电元件的电压在所述第一压电元件的电压的1/10以下的间隔。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的触摸式输入装置，其中，
所述多个压电元件具备：
压电片，通过所述伸缩而产生电荷；以及
检测用电极，排列并形成于该压电片，
所述粘接部件的弹性模量比所述框体的弹性模量低。
4.根据权利要求3所述的触摸式输入装置，其中，
所述粘接部件的弹性模量在107Pa以下。
5.根据权利要求1或者权利要求2所述的触摸式输入装置，其中，
所述多个压电元件具备：
压电片，通过所述伸缩而产生电荷；以及
检测用电极，排列并形成于该压电片，
所述粘接部件配置在不与所述检测用电极重叠的位置。
6.根据权利要求1或者权利要求2所述的触摸式输入装置，其中，
所述多个压电元件分别独立具备通过所述伸缩而产生电荷的压电片和形成于该压电片的检测用电极。
7.一种电子设备，具备权利要求1～6中任意一项所述的触摸式输入装置；以及功能部，通过对所述触摸式输入装置的操作输入来实现与该操作输入对应的功能，其中，
所述触摸式输入装置的框体构成覆盖功能部的框体的至少一部分。
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