JP2018113165A - 筐体の操作部 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電フィルムの出力の極性の逆転を抑制できる筐体の操作部を提供する。【解決手段】押圧操作を受け付ける筐体２と、筐体２に貼り付けられた圧電フィルム２１と、を備え、筐体２は、第一領域Ｒ１と、第一領域Ｒ１と剛性の異なる第二領域Ｒ２と、を有し、圧電フィルム２１は、第一領域Ｒ１の端部まで、又は第一領域Ｒ１及び第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２との境目の境界部分にまたがって貼り付けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、筐体の操作部に関する。

特許文献１には、操作部として圧電素子を用いた電子カメラが開示されている。特許文献１に記載の電子カメラでは、該圧電素子を押圧することによって発生する起電圧の強弱によって、連写画像の記録と静止画像の記録を切り換えることができ、また、その強弱の加減により、連写画像の記録中であっても所望の時点で任意の静止画像を記録できる。

国際公開第２０１２／１３７８９７号

特許文献１に記載の電子カメラにおいては、圧電シート（すなわち圧電フィルム）を重ねた圧電素子の表面をフィルム状の絶縁シートなどで覆った例が開示されている。以下、図７（Ａ）〜（Ｃ）を用いて詳細に説明する。図７（Ａ）〜（Ｃ）においては、説明の便宜上、圧電素子のうち一枚の圧電フィルム７１のみを示す。図７（Ａ）に示すように、圧電フィルム７１を覆う絶縁シート７０に対して押圧が加えられると、絶縁シート７０がＺ軸のマイナス方向へ歪み、この歪みが圧電フィルム７１に伝わることで、圧電フィルム７１もＺ軸のマイナス方向へ歪み、圧電フィルム７１に応じた電荷が発生する。ここで、図７（Ｂ）に示すように、絶縁シート７０の一部を押圧すると、押圧された以外の周辺の部分がＺ軸のプラス方向へ歪む。圧電フィルム７１の設けられている周辺の部分が押圧された場所であっても、圧電フィルム７１の設けられている部分が影響を受けるため、圧電フィルム７１は押圧された場合とは逆の極性の電荷が発生する。すなわち、センサの真裏を押した場合とセンサの周辺を押した場合で、出力の逆転現象が起きる。例えば閾値が一種類の場合、出力の極性によっては押圧開始から押圧検知までに時間がかかってしまう。また、このように逆転した極性の電荷を検出するための閾値を設ける方法として、プラスとマイナスの二種類の閾値を用いることも可能であるが、回路が複雑になる。さらに、図７（Ｃ）に示すように、圧電フィルム７１の設けられている範囲全体を押圧すると、圧電フィルム７１全体が均等に押圧されて歪が生じないため、圧電フィルム７１からの出力が大きく減少する場合がある。

そこで、本発明の目的は、圧電フィルムの出力の極性の逆転を抑制する筐体の操作部を提供することにある。

本発明に係る筐体の操作部は、押圧操作を受け付ける筐体と、該筐体に貼り付けられた圧電フィルムと、を備え、前記筐体は、第一領域と、前記第一領域と剛性の異なる第二領域と、を有し、前記圧電フィルムは、前記第一領域の端部まで、又は前記第一領域及び前記第一領域と前記第二領域との境目の境界部分にまたがって貼り付けられていることを特徴とする。

この構成では、筐体が押圧操作を受け付けたときに、第一領域と第二領域との剛性が異なるため、第一領域と第二領域との歪み方が異なる。特に筐体において剛性の高い領域は押圧操作を受け付けても歪が小さいため、押圧操作の影響を受けにくい。また、剛性の高い領域は変形しにくいため、剛性の低い領域への影響も抑制される。このため、筐体の剛性が均一な場合と比較して、圧電フィルムの出力の極性の逆転を抑制できる。

本発明によれば、圧電フィルムの出力の極性の逆転を抑制できる。

図１（Ａ）は、第一実施形態に係る筐体の操作部を備えた表示装置の斜視図、図１（Ｂ）は、該表示装置の断面図である。 図２（Ａ）、（Ｂ）は、第一実施形態に係る圧電フィルムを説明するための図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）は、第一実施形態に係る筐体の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。 図４（Ａ）、（Ｂ）は、第一実施形態に係る筐体の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。 図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第三実施形態、第四実施形態、及び第五実施形態に係る其々の筐体の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。 図６（Ａ）は、第六実施形態に係る筐体の操作部を示す斜視図、図６（Ｂ）は該表示装置の断面図である。図６（Ｃ）は、従来品を説明するための参考図である。 図７（Ａ）〜（Ｃ）は、従来品を説明するための参考図である。

図１（Ａ）は第一実施形態に係る筐体２の操作部を備えた表示装置１の斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すＩ−Ｉ線における断面図である。図２（Ａ）は第一実施形態に係る圧電素子のＸ−Ｚ平面における断面図、図２（Ｂ）は第一実施形態に係る圧電フィルム２１の平面図である。なお、第一実施形態に係る筐体２の操作部を備えるものとして表示装置１を例示したが、表示装置１はあくまで一例であり、これに限るものではない。また、図２（Ａ）又は（Ｂ）に示す圧電素子はあくまで一例であり、これに限るものではなく同様な機能を有するものであれば、これに代えて使用することができる。

図１（Ａ）に示すように、表示装置１は、略直方体形状の筐体２を備える。筐体２は平板状の表面パネル３を有し、表面パネル３は筐体２における上面を構成している。表面パネル３は、利用者が指やペンなどを用いてタッチ操作を行う操作面として機能する。以下では、筐体２の幅方向（横方向）をＸ方向とし、長さ方向（縦方向）をＹ方向とし、厚み方向をＺ方向として説明する。

表面パネル３の操作面には表示部４、及び押圧部５が形成されている。本実施形態では、押圧部５は平面視で正方形状に形成されている。例えば、押圧部５は「Ｈｏｍｅ」ボタン、や「戻る」ボタンとして機能するものが挙げられる。押圧部５は、本発明に係る押圧操作を受け付ける「第一領域Ｒ１」に相当する。また、表示部４を除く表面パネル３において押圧部５以外の領域は、本発明に係る「第二領域Ｒ２」に相当する。本実施形態では、第一領域Ｒ１は第二領域Ｒ２よりも剛性が低く構成されている。異なる剛性とするために、例えば第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２とを構成する材料として異なる素材が用いられる。このため、第一領域Ｒ１は第二領域Ｒ２よりも押圧操作等により歪やすい。ここで剛性とは、ある特定の領域に加えた力に対する、変形し難さを表すものである。このため、ある特定の領域に加えた力に対してより変形が小さい時は剛性が高く、より変形が大きい時は剛性が低いことを表す。

押圧部５は表面パネル３の一部の領域であり、表面パネル３と連続して形成されている。押圧部５は、表面パネル３の一部を色分けする、マークを付ける、又は周囲に溝を形成することなどによって、表面パネル３の他の部分と区別されている。また、押圧部５の形状は正方形状には限らず円形形状等別の形状であってもよい。本実施形態では、押圧部５として一つの押圧部が形成されているが、複数個形成されていてもよく、それぞれ表面パネル３の操作面の表示部４以外のいずれの位置に配置されていてもよい。

図１（Ｂ）に示すように、筐体２内部であって表面パネル３のＺ方向下方には、以下に詳述する圧電フィルム２１を備える圧電素子１０が貼り付けられている。圧電素子１０は、表面パネル３の第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２に対応する部分に設けられている。詳細には、圧電素子１０は、第一領域及び第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２との境目の境界部分にまたがって貼り付けられている。表面パネル３の押圧部５に利用者が指やペンなどを用いてタッチ操作を行うと、圧電素子１０に圧力が伝わる。これにより、圧電素子１０において、押圧操作を受ける部分は第一領域Ｒ１のみであるため、第一領域Ｒ１全体が均等に押された場合であっても、圧電素子１０は第二領域Ｒ２部分との間で歪む。なお、圧電素子１０は、筐体２内部に配設される必要はなく、筐体２外部に配設されてもよい。以下、圧電素子１０における圧電フィルムを説明する。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は第一実施形態に係る圧電フィルム２１を説明するための図であり、図２（Ａ）は第一実施形態に係る圧電フィルム２１の平面図、図２（Ｂ）は圧電素子１０のＸ−Ｚ平面における断面図である。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、圧電素子１０は、平膜状の圧電フィルム２１、上部電極２２、及び下部電極２３を備える。なお、図２（Ｂ）では、圧電フィルム２１、上部電極２２、及び下部電極２３以外の図示は省略している。圧電フィルム２１は、平面視で第一領域Ｒ１の面、すなわち押圧部５と同様、正方形状である。なお、圧電フィルム２１の形状は、押圧部５の形状に併せて適宜変更することも可能である。

上部電極２２及び下部電極２３は対の電極を構成する。上部電極２２は圧電フィルム２１の上面の略全面を覆うように、下部電極２３は圧電フィルム２１の下面の略全面を覆うように、それぞれ形成されている。詳細に説明すると、上部電極２２は平面視で第一領域Ｒ１の面と同様に正方形状に形成されており、圧電フィルム２１の一方の主面を覆うように形成されている。下部電極２３は、平面視で圧電フィルム２１と同様に正方形状に形成されており、圧電フィルム２１における上部電極２２が形成されていない側の主面を覆うように形成されている。

圧電フィルム２１は、例えばキラル高分子から形成されるフィルムである。キラル高分子として、第一実施形態では、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、特にＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）を用いている。キラル高分子からなるＰＬＬＡは、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸されて分子が配向すると圧電性を有する。そして、一軸延伸されたＰＬＬＡは、圧電フィルム２１の平板面が押圧されることにより伸長し、電位を発生する。この際、発生する電位量は、押圧量により平板面が当該平板面に直交する方向へ変位する変位量に依存する。

第一実施形態では、圧電フィルム２１及び第二圧電フィルム１１２（ＰＬＬＡ）の一軸延伸方向は、図２（Ａ）の矢印に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に対して４５度の角度を成す方向であることが好ましい。この４５度には、例えば４５度±１０度程度の角度を含む。

ＰＬＬＡは、延伸等による分子の配向処理で圧電性を生じ、ＰＶＤＦ等の他のポリマーや圧電セラミックスのように、ポーリング処理を行う必要がない。すなわち、強誘電体に属さないＰＬＬＡの圧電性は、ＰＶＤＦ又はＰＺＴ等の強誘電体のようにイオンの分極によって発現するものではなく、分子の特徴的な構造である螺旋構造に由来するものである。このため、ＰＬＬＡには、他の強誘電性の圧電体で生じる焦電性が生じない。ＰＬＬＡは焦電性がないため、指で押すのに適している。さらに、ＰＶＤＦ等は経時的に圧電定数の変動が見られ、場合によっては圧電定数が著しく低下する場合があるが、ＰＬＬＡの圧電定数は経時的に極めて安定している。したがって、周囲環境に影響されることなく、押圧による変位を高感度に検出することができる。

圧電フィルム２１の両主面に形成されている上部電極２２及び下部電極２３は、アルミニウムや銅等の金属系の電極を用いるのが好適である。このような上部電極２２及び下部電極２３を設けることで、圧電フィルム２１が発生する電荷を電位差として取得でき、押圧量に応じた電圧値の押圧量検出信号を外部へ出力することができる。

ここで、筐体２が押圧操作を受けたときに発生する電位について説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、第一実施形態に係る筐体２の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。ここでは、圧電素子１０のうち圧電フィルム２１以外の図示は省略している。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）では、筐体２のうち押圧部５の周辺のみが拡大して表示されている。

図３（Ａ）に示すように、筐体２の押圧部５が押圧操作を受け付けたとき、第一領域Ｒ１である押圧部５は剛性が低めであるため、Ｚ軸方向の下方に大きく歪む。第一領域Ｒ１に配置されている圧電フィルム２１は、押圧部５の歪みに伴って押圧操作を受け付け、Ｚ軸方向の下方に大きく歪む。これにより、圧電フィルム２１の押圧操作を受け付けた部分には圧電フィルム２１に応じた所定の向きの電荷が発生する。

図３（Ｂ）に示すように、筐体２の押圧部５以外の第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けたとき、第二領域Ｒ２は第一領域Ｒ１に比べて剛性が高いため、歪み難い。このため、押圧部５付近の第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けたときであっても、筐体２が歪まない。これにより、圧電フィルム２１は、押圧操作の影響を受けることないため、電荷が発生しない。したがって、第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けても、電位が検出されない。

上述のように、表示装置１において検出される電位は、操作者が押圧する筐体２の位置によって異なる。すなわち、表示装置１は、押圧部５である第一領域Ｒ１が押圧操作を受け付けたとき、所定の電位が検出され、押圧部５以外の第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けたとき、電位が検出されない。このように、圧電素子１０の出力における極性の逆転を抑制できるため、押圧部５が押圧されたときのみ明確に検出できる。また、図７（Ｃ）に示すように、圧電フィルム２１の設けられている範囲全体を押圧する場合であっても、図３（Ａ）に示すように、圧電フィルム２１のうち剛性が低い押圧部５の範囲のみが一方向に変形し、所定の電位が検出される。これにより、圧電フィルム２１全体が均等に押圧されて歪が生じずに、出力が大きく減少することが抑制される。

本実施形態において、圧電フィルム２１は筐体２の内側に貼り付けられていることが好ましい。圧電フィルム２１が筐体２内部に配設されることにより、圧電フィルム２１は直接触れられないため、耐久性が向上する。また、圧電フィルム２１は直接触れられず、筐体２の変形に伴って変形するため、筐体２を把持した時などによる力の負荷を直接受けないために、不要な検出を抑制できる。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、第二実施形態に係る筐体２の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。

第二実施形態では、第一領域Ｒ１は第二領域Ｒ２よりも剛性が高く構成されていることのみ第一実施形態と異なり、後は第一実施形態と同様の構成である。図４（Ａ）に示すように、筐体２の押圧部５が押圧操作を受け付けたとき、第一領域Ｒ１である押圧部５は剛性が高めであるため、歪み難い。このため、押圧部５が押圧操作を受け付けたときであっても、筐体２が歪まない。これにより、圧電フィルム２１は、押圧操作の影響を受けることがないため、電荷が発生しない。したがって、第一領域Ｒ１が押圧操作を受け付けても、電位が検出されない。

図４（Ｂ）に示すように、筐体２の押圧部５以外の第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けたとき、第二領域Ｒ２は第一領域Ｒ１に比べて剛性が低いため、Ｚ軸方向の下方に歪む。押圧部５付近の第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けたとき、筐体２は歪む。第一領域Ｒ１に配置されている圧電フィルム２１は、筐体２の歪みに伴ってＺ軸方向の上方に向かって歪む。これにより、圧電フィルム２１の押圧操作の影響を受け付けた部分には圧電フィルム２１に応じた所定の向きの電荷が発生する。このときの所定の向きの電荷とは、圧電フィルム２１が押圧操作によって所定の向きの電荷を発生する場合とは逆向きの電荷である。

上述のように、表示装置１において検出される電位は、操作者が押圧する筐体２の位置によって異なる。すなわち、表示装置１は、押圧部５である第一領域Ｒ１の周辺の第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けたとき、所定の電位が検出され、それ以外の第二領域Ｒ２及び押圧部５が押圧操作を受け付けたとき、電位が検出されない。このように、圧電素子１０の出力における極性の逆転を抑制できるため、押圧部５周辺が押圧されたときのみ明確に検出できる。

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、其々、第三実施形態、第四実施形態、及び第五実施形態に係る筐体２の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。

図５（Ａ）に示すように、第三実施形態は、圧電フィルム２１が第一領域Ｒ１の端部まで、すなわち圧電フィルム２１は第一領域Ｒ１に対応する領域に亘って貼り付けられていることのみ第一実施形態と異なり、後は第一実施形態と同様の構成である。第三実施形態に係る筐体２においては、第一実施形態と同様に、押圧部５が押圧操作を受け付けたとき、圧電フィルム２１に応じた所定の向きの電荷が発生する。また、図示はしていないが、第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けたとき、筐体２が歪まず、電荷が発生しない。これにより、表示装置１において検出される電位は、操作者が押圧する筐体２の位置によって異なる。

上述のように、第三実施形態に係る表示装置１は、押圧部５である第一領域Ｒ１が押圧操作を受け付けたとき、所定の電位が検出され、押圧部５以外の第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けたとき、電位が検出されない。このように、圧電素子１０の出力における極性の逆転を抑制できるため、押圧部５が押圧されたときのみ明確に検出できる。

図５（Ｂ）に示すように、第四実施形態は、筐体２の第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２が一様な厚みと剛性の表層部３０で構成されており、第一領域Ｒ１の内面に圧電素子１０が、第二領域Ｒ２の内面に剛性の高い補強部材４０が其々設けられている点で第三実施形態と異なり、後は第三実施形態と同様の構成である。

第四実施形態では、第二領域Ｒ２の内面に剛性の高い補強部材４０が設けられているため、第二領域Ｒ２の剛性は第一領域Ｒ１より高くなる。このため、外部から第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けたとき、筐体２が歪まず、電荷が発生しない。これに対して、押圧部５である第一領域Ｒ１が押圧操作を受け付けたとき、所定の電位が検出される。したがって、第三実施形態と同様に、押圧部５が押圧されたときのみ明確に検出できる。また、表層部３０が均一な素材で形成でき、必要な箇所にのみ補強部材４０を設けることができるため、製造工程が容易になる。なお、この構造において、第二領域Ｒ２の内面全体に補強部材４０が設けられているが、これに限らず、補強部材４０は第一領域Ｒ１の周辺のみ、または第二領域Ｒ２にリブ状に設けることも可能である。これにより必要な箇所のみ補強することができるため、補強部材４０を少量とすることができ軽量化が実現できる。

図５（Ｃ）に示すように、第五実施形態は、筐体２の第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２が異なった厚みの表層部３０で構成されている点で第三実施形態と異なり、後は第三実施形態と同様の構成である。

第五実施形態では、第二領域Ｒ２の筐体２が第一領域Ｒ１の筐体２の厚みに比べて厚く形成されている。これにより、筐体２が均一な素材で形成されている場合であっても、第二領域Ｒ２は第一領域Ｒ１に比べて剛性が高くなる。このため、外部から第二領域Ｒ２が押圧操作を受け付けたとき、筐体２が歪まず、電荷が発生しない。これに対して、押圧部５である第一領域Ｒ１が押圧操作を受け付けたとき、所定の電位が検出される。したがって、第三実施形態と同様に、押圧部５が押圧されたときのみ明確に検出できる。また、筐体２が均一な素材で形成できるため、製造し易くなる。

図６（Ａ）は、第六実施形態に係る筐体２の操作部を示す斜視図、図６（Ｂ）はそのＸ−Ｙ平面における断面図である。図６（Ｃ）は、従来品を説明するための参考図である。

図６（Ａ）に示すように、第六実施形態に係る筐体２は、二箇所の押圧部５０を備える。押圧部５０は、其々Ｙ軸方向前面と後面の一部に形成されている。これにより、押圧部５０は筐体２内部の空間を隔てて対面するように形成されている。筐体２の内面には、圧電フィルム２１を有する圧電素子１０が貼り付けられている。圧電素子１０は図６（Ａ）に示すように、連続する一枚の形状のものが貼り付けられていることが好ましい。これにより、複数枚の圧電フィルムの位置合わせ等が必要ないため、製造工程が簡略化される。

図６（Ｂ）に示すように、筐体２における押圧部５０以外の箇所６０は、押圧部５０より剛性が高くなるように構成されている。押圧部５０は剛性の低い第一領域Ｒ１に相当し、押圧部５０以外の箇所６０は剛性の高い第二領域Ｒ２に相当する。押圧部５０である第一領域Ｒ１が押圧操作を受け付けたとき、図６（Ｂ）に示すように、矢印の方向へ力が加えられる。押圧部５０は剛性が低いため、Ｙ軸方向に向かって歪む。これに対して、押圧部５０以外の箇所６０は剛性が高く変形しないため、箇所６０に押圧が加わっても圧電フィルム２１への影響が生じない。これにより、圧電フィルム２１の内側には縮む方向へ、圧電フィルム２１の外側には伸びる方向へ力が加わるため、所定の方向の電荷が発生し、電位が検出される。

これに対して、図６（Ｃ）に示すように、筐体の従来例においては、筐体全体が均一な剛性で形成されている。このため、筐体の面６１は全体が均一に歪みやすい。この場合、図６（Ｂ）における押圧部５０に相当する面だけでなく、図６（Ｂ）における押圧部５０に相当する面に押圧が加わっても筐体が変形することとなる。これらの押圧による変形の向きはそれぞれ反対向きに働くため、最終的にＹ軸方向への歪みによって発生する電位より低い電位が検出される。

したがって、第六実施形態においては、圧電素子１０の出力における極性の逆転を抑制できるため、押圧部５０が押圧されたときのみ明確に検出できる。また、第六実施形態においては、押圧部５０以外の箇所６０は剛性が高く変形しないため、押圧部５０以外の箇所６０である筐体２を把持した状態では電位が検出されない。これにより筐体２を把持した時に生じる誤作動を防止することができる。

なお、実施形態において筐体２として直方体形状のものを挙げたが、筐体２の形状はこれに限らない。筐体２の形状として、例えば、円柱、多角柱、球体、多角錐等の他の形状が挙げられる。

１…表示装置
２…筐体
１０…圧電素子
２１…圧電フィルム
２２…上部電極
２３…下部電極
Ｒ１…第一領域
Ｒ２…第二領域

Claims (4)

1. 押圧操作を受け付ける筐体と、
   該筐体に貼り付けられた圧電フィルムと、
   を備え、
   前記筐体は、
   第一領域と、
   前記第一領域と剛性の異なる第二領域と、
   を有し、
   前記圧電フィルムは、前記第一領域の端部まで、又は前記第一領域及び前記第一領域と前記第二領域との境目の境界部分にまたがって貼り付けられている筐体の操作部。
2. 前記第一領域は前記第二領域よりも剛性の低い請求項１に記載の筐体の操作部。
3. 前記第一領域は前記第二領域よりも剛性の高い請求項１に記載の筐体の操作部。
4. 前記圧電フィルムは前記筐体の内側に貼り付けられている請求項１乃至３のいずれかに記載の筐体の操作部。

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