JP6015867B2

JP6015867B2 - Press sensor

Info

Publication number: JP6015867B2
Application number: JP2015551509A
Authority: JP
Inventors: 斉藤　誠人; 誠人斉藤; 遠藤　潤; 潤遠藤; 河村　秀樹; 秀樹河村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: JPWO2015083678A1; WO2015083678A1

Description

本発明は、操作面に対する押圧を検出する押圧センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor that detects pressure on an operation surface.

操作面に対する押圧を検出する押圧センサとして、例えば特許文献１に示すような入力装置がある。特許文献１に示す入力装置は、矩形平板状のタッチパネルおよびストライプ状の圧電素子を備えている。圧電素子は、タッチパネルの下面に設けられている。ユーザが操作面であるタッチパネルを押圧すると、該タッチパネルが撓み、圧電素子が撓むことにより、押圧を検出することができる。 As a pressure sensor for detecting pressure on the operation surface, for example, there is an input device as shown in Patent Document 1. The input device shown in Patent Literature 1 includes a rectangular flat plate-shaped touch panel and a stripe-shaped piezoelectric element. The piezoelectric element is provided on the lower surface of the touch panel. When the user presses the touch panel which is the operation surface, the touch panel is bent and the piezoelectric element is bent, so that the press can be detected.

しかし、特許文献１に記載の入力装置のような構造は、タッチパネルと圧電素子とが離れていると、押圧によるタッチパネルの撓みが圧電素子に伝わりにくい場合がある。 However, in the structure such as the input device described in Patent Document 1, if the touch panel and the piezoelectric element are separated from each other, the bending of the touch panel due to pressing may not be easily transmitted to the piezoelectric element.

そこで、例えば図７（Ａ）に示すような構造が考えられる。図７（Ａ）は、押圧センサ１００の断面図である。押圧センサ１００は、上面（Ｚ方向の面）が開口した直方体形状の筐体５１と、筐体５１の開口面を塞ぐように当該筐体５１の上面に固定されるガラス板５２とを備えている。 Thus, for example, a structure as shown in FIG. FIG. 7A is a cross-sectional view of the pressure sensor 100. The pressure sensor 100 includes a rectangular parallelepiped housing 51 whose upper surface (Z-direction surface) is open, and a glass plate 52 that is fixed to the upper surface of the housing 51 so as to close the opening surface of the housing 51. Yes.

ガラス板５２の下面側には、板状のセンサ部５６が配置されている。ガラス板５２の下面とセンサ部５６の上面との間には、直方体形状の押し子５７が配置されている。押し子５７は、ガラス板５２の下面およびセンサ部５６の上面に当接されている。センサ部５６の下面は、ＳＵＳ板５５の上面に貼付けられている。ＳＵＳ板５５は、中央部の下面でクッション７１に支持され、端部の下面でスペーサ９４Ａおよびスペーサ９４Ｂに支持されている。 A plate-like sensor unit 56 is disposed on the lower surface side of the glass plate 52. A rectangular parallelepiped pusher 57 is disposed between the lower surface of the glass plate 52 and the upper surface of the sensor unit 56. The pusher 57 is in contact with the lower surface of the glass plate 52 and the upper surface of the sensor unit 56. The lower surface of the sensor unit 56 is attached to the upper surface of the SUS plate 55. The SUS plate 55 is supported by the cushion 71 on the lower surface of the center portion, and supported by the spacer 94A and the spacer 94B on the lower surface of the end portion.

ユーザがガラス板５２を押圧するとガラス板５２が撓み、押し子５７がセンサ部５６およびＳＵＳ板５５を押圧する。押し子５７がセンサ部５６およびＳＵＳ板５５の中央部を押圧すると、図７（Ｂ）に示すように、ＳＵＳ板５５が法線方向に撓む。このとき、スペーサ９４Ａおよびスペーサ９４ＢがＳＵＳ板５５の中央部に引っ張られ、ＳＵＳ板５５の上面は、長手方向（Ｙ方向）に収縮する。そして、ＳＵＳ板５５の上面に貼付されているセンサ部５６も長手方向に縮む。センサ部５６に設けられた圧電フィルムは、当該収縮により電荷を発生する。押圧センサ１００は、この電荷を検出することでガラス板５２に対する押圧を検出することができる。 When the user presses the glass plate 52, the glass plate 52 is bent, and the pusher 57 presses the sensor unit 56 and the SUS plate 55. When the pusher 57 presses the sensor portion 56 and the central portion of the SUS plate 55, the SUS plate 55 bends in the normal direction as shown in FIG. 7B. At this time, the spacer 94A and the spacer 94B are pulled to the central portion of the SUS plate 55, and the upper surface of the SUS plate 55 contracts in the longitudinal direction (Y direction). And the sensor part 56 affixed on the upper surface of the SUS board 55 also shrinks in a longitudinal direction. The piezoelectric film provided in the sensor unit 56 generates electric charges due to the contraction. The pressure sensor 100 can detect the pressure on the glass plate 52 by detecting this electric charge.

特開２０１２−２０３５５２号公報JP 2012-203552 A

しかし、上述のような構造では、図７（Ｃ）に示すように、押し子５７がＳＵＳ板５５の中央部を押圧したときに、ＳＵＳ板５５の上面が長手方向に伸張するモードが発生する場合がある。この場合、センサ部５６も長手方向に伸張することになり、センサとしての出力が反転するため、適切に押圧を検出することができなくなる。図８は、センサ部５６の押し込み量（Ｚ方向の変位量に相当するもの。）と歪み（長手方向への伸縮量に対応するもの）との関係を示した図である。同図に示すグラフの横軸は、ＳＵＳ板５５の押込み量を示し、縦軸は、センサ部５６のひずみ量を示す。センサ部５６が機器に組み込まれて使用される際は、所定の押込み量（０〜１ｍｍ程度）を基準にして、微小量の撓み（数μｍ）を検知することになる。すなわち、このグラフの傾きがセンサ部５６の出力に相当する。例えば、弾性率が１．０×１０^９Ｐａ程度のスペーサを使った場合、押込み量が０．２ｍｍ以下では傾きが負であるが、０．３ｍｍ付近では出力がゼロとなり、０．４ｍｍ以上では傾きが正になり、出力が反転することが分かる。However, in the structure as described above, as shown in FIG. 7C, when the pusher 57 presses the central portion of the SUS plate 55, a mode in which the upper surface of the SUS plate 55 extends in the longitudinal direction occurs. There is a case. In this case, the sensor unit 56 also extends in the longitudinal direction, and the output as the sensor is reversed, so that it is not possible to detect the press appropriately. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the push amount of the sensor unit 56 (corresponding to the displacement amount in the Z direction) and the distortion (corresponding to the amount of expansion and contraction in the longitudinal direction). The horizontal axis of the graph shown in the figure indicates the amount of pressing of the SUS plate 55, and the vertical axis indicates the amount of strain of the sensor unit 56. When the sensor unit 56 is incorporated in a device and used, a small amount of bending (several μm) is detected based on a predetermined pressing amount (about 0 to 1 mm). That is, the slope of this graph corresponds to the output of the sensor unit 56. For example, when a spacer with an elastic modulus of about 1.0 × 10 ⁹ Pa is used, the slope is negative when the push-in amount is 0.2 mm or less, but the output is zero near 0.3 mm, and when it is 0.4 mm or more. It can be seen that the slope becomes positive and the output is inverted.

そこで、この発明は、当該出力の反転を防止する圧電センサを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric sensor that prevents the output from being reversed.

本発明の圧電センサは、操作面と、該操作面に対する押圧操作により法線方向に撓む板状部材と、前記板状部材のうち前記操作面側と反対側の主面に貼付けされ、該板状部材とともに法線方向に撓む圧電フィルムと、前記板状部材を支持する支持部材と、を備えたことを特徴とする。 The piezoelectric sensor of the present invention is affixed to an operation surface, a plate-like member that bends in a normal direction by a pressing operation on the operation surface, and a main surface opposite to the operation surface side of the plate-like member, A piezoelectric film that bends in a normal direction together with the plate-like member and a support member that supports the plate-like member are provided.

板状部材は、図７（Ｂ）のＳＵＳ板５７で示したように、法線方向に撓むと、操作面側は長手方向に収縮し、反対側の面は長手方向に伸張する。本発明の圧電センサは、板状部材のうち前記操作面側と反対側の主面に圧電フィルムを貼り付けられているため、該板状部材の伸張する側の面とともに、長手方向に伸張する。圧電フィルムは、この長手方向の伸張により圧電効果を発生する。したがって、仮に支持部材が硬く、板状部材が強固に固定され、該板状部材において長手方向に伸張するモードが発生した場合であっても、圧電フィルムの長手方向の伸張量が増えるだけであり、センサとしての出力は反転することがない。 As shown by the SUS plate 57 in FIG. 7B, when the plate member is bent in the normal direction, the operation surface side contracts in the longitudinal direction, and the opposite surface expands in the longitudinal direction. In the piezoelectric sensor of the present invention, the piezoelectric film is attached to the main surface opposite to the operation surface side of the plate-like member, so that it extends in the longitudinal direction together with the surface of the plate-like member on which the plate extends. . The piezoelectric film generates a piezoelectric effect by the extension in the longitudinal direction. Therefore, even if the support member is hard, the plate-like member is firmly fixed, and the mode in which the plate-like member extends in the longitudinal direction occurs, only the longitudinal extension amount of the piezoelectric film increases. The output as a sensor is not reversed.

なお、板状部材を支持する支持部材の弾性率は、１．０×１０^７Ｐａ以下であることが好ましい。板状部材が強固に固定されていない場合、板状部材を撓ませたときに長手方向に伸張するモードが発生しないため、操作面への押し込み量に比例して板状部材が撓むことになる。したがって、より正確に（リニアに）押圧を検出することができる。In addition, it is preferable that the elasticity modulus of the support member which supports a plate-shaped member is 1.0 * 10 < ⁷ > Pa or less. When the plate-like member is not firmly fixed, the plate-like member bends in proportion to the pushing amount to the operation surface because a mode that extends in the longitudinal direction does not occur when the plate-like member is bent. Become. Therefore, it is possible to detect the press more accurately (linearly).

本願発明の構造においては、支持部材の弾性率が１．０×１０^７Ｐａを超えると、押圧操作によりある程度（４００〜６００μｍ程度）の押し込み量が発生した場合に長手方向に伸張するモードが発生することが判明している。In the structure of the present invention, when the elastic modulus of the support member exceeds 1.0 × 10 ⁷ Pa, a mode that extends in the longitudinal direction occurs when a certain amount of pressing (about 400 to 600 μm) is generated by the pressing operation. It has been found to be.

なお、支持部材は、シリコン粘着剤を含むことが好ましい。シリコン粘着剤は、アクリル粘着剤に比べて温度による弾性率の変化が小さいため、低温時においてもより正確に（リニアに）押圧を検出することができる。 In addition, it is preferable that a supporting member contains a silicon adhesive. Since the silicone adhesive has a smaller change in elastic modulus due to temperature than the acrylic adhesive, the pressure can be detected more accurately (linearly) even at low temperatures.

なお、圧電フィルムは、キラル高分子からなることが好ましい。キラル高分子からなる圧電フィルムを備えることで、透明性の高い圧電センサとすることができる。また、キラル高分子は、ポリ乳酸であることがより好ましい。ポリ乳酸は、延伸等による分子の配向処理で圧電性が生じるため、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。また、ポリ乳酸は、焦電性がないため、操作面に近い位置に圧電センサを配置することができる。 The piezoelectric film is preferably made of a chiral polymer. By providing a piezoelectric film made of a chiral polymer, a highly transparent piezoelectric sensor can be obtained. The chiral polymer is more preferably polylactic acid. Since polylactic acid generates piezoelectricity by molecular orientation treatment such as stretching, it is not necessary to perform poling treatment unlike other polymers such as PVDF and piezoelectric ceramics. Further, since polylactic acid does not have pyroelectricity, a piezoelectric sensor can be disposed at a position close to the operation surface.

この発明によれば、センサとしての出力の反転を防止することができる。 According to the present invention, inversion of output as a sensor can be prevented.

押圧センサの平面図である。It is a top view of a press sensor. 押圧センサの側面断面図である。It is side surface sectional drawing of a press sensor. センサ部の断面拡大図である。It is a cross-sectional enlarged view of a sensor part. スペーサの断面拡大図である。It is a cross-sectional enlarged view of a spacer. 押圧センサによる押圧検知について説明する図である。It is a figure explaining the press detection by a press sensor. センサ部１６の押し込み量（Ｚ方向の変位量に相当するもの。）と歪み（長手方向への伸縮量に対応するもの）との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the pushing amount (what is corresponded to the displacement amount of a Z direction) of a sensor part 16, and distortion (thing corresponding to the expansion-contraction amount to a longitudinal direction). 押圧センサの側面断面図である。It is side surface sectional drawing of a press sensor. センサ部５６の押し込み量（Ｚ方向の変位量に相当するもの。）と歪み（長手方向への伸縮量に対応するもの）との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the amount of pushing of the sensor part 56 (equivalent to the displacement amount of a Z direction) and distortion (thing corresponding to the expansion-contraction amount to a longitudinal direction).

図１は、本発明の押圧センサを備えた表示装置１の平面図である。図２は、Ａ−Ａ断面図である。 FIG. 1 is a plan view of a display device 1 provided with a pressure sensor of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA.

表示装置１は、外観上、上面（Ｚ方向の面）が開口した直方体形状の筐体１１と、筐体１１の開口面を塞ぐように当該筐体１１の上面に固定されるガラス板１２とを備えている。ガラス板１２は、利用者が指やペン等を用いてタッチ操作を行う操作面として機能する。 The display device 1 has a rectangular parallelepiped housing 11 whose upper surface (surface in the Z direction) is opened in appearance, and a glass plate 12 fixed to the upper surface of the housing 11 so as to close the opening surface of the housing 11. It has. The glass plate 12 functions as an operation surface on which a user performs a touch operation using a finger or a pen.

筐体１１の内部には、静電容量センサ１３、表示部３０、押し子１７、センサ部１６、ＳＵＳ板１５、スペーサ１４Ａ、スペーサ１４Ｂおよびクッション２１が配置されている。操作面であるガラス板１２、センサ部１６、ＳＵＳ板１５、スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂにより本発明の押圧センサが構成される。 Inside the housing 11, a capacitance sensor 13, a display unit 30, a pusher 17, a sensor unit 16, a SUS plate 15, a spacer 14 A, a spacer 14 B, and a cushion 21 are arranged. The pressure sensor of the present invention is configured by the glass plate 12, the sensor unit 16, the SUS plate 15, the spacer 14A, and the spacer 14B, which are operation surfaces.

ガラス板１２の下面側には、静電容量センサ１３が配置されている。静電容量センサ１３は、ガラス板１２に対するタッチ操作およびそのタッチ位置を検出するセンサである。表示部３０は、例えば液晶表示素子からなる。表示装置１は、静電容量センサ１３で検出されたタッチ位置に応じて表示部３０の画像を変更する。なお、静電容量センサ１３および表示部３０は、本発明において必須の構成ではない。 A capacitance sensor 13 is arranged on the lower surface side of the glass plate 12. The capacitance sensor 13 is a sensor that detects a touch operation on the glass plate 12 and a touch position thereof. The display part 30 consists of a liquid crystal display element, for example. The display device 1 changes the image of the display unit 30 according to the touch position detected by the capacitance sensor 13. The capacitance sensor 13 and the display unit 30 are not essential components in the present invention.

表示部３０の下面側には、ＳＵＳ板１５が配置されている。ＳＵＳ板１５は、Ｙ方向に長く、Ｘ方向に短い板状の構造である。ＳＵＳ板１５は、本発明の板状部材に相当する。ＳＵＳ板１５は、主面がガラス板１２の主面と平行になるように筐体１１の内部に配置されている。 A SUS plate 15 is disposed on the lower surface side of the display unit 30. The SUS plate 15 has a plate-like structure that is long in the Y direction and short in the X direction. The SUS plate 15 corresponds to the plate member of the present invention. The SUS plate 15 is disposed inside the housing 11 so that the main surface is parallel to the main surface of the glass plate 12.

ＳＵＳ板１５の下面には、板状のセンサ部１６が貼付けられている。センサ部１６も、Ｙ方向に長く、Ｘ方向に短い板状の構造である。ただし、センサ部１６のＹ方向の長さは、ＳＵＳ板１５よりも短い。センサ部１６も、主面がガラス板１２の主面と平行になるように筐体１１の内部に配置されている。また、センサ部１６は、筐体１１のうちＸ方向の中央部付近に配置されている。 A plate-shaped sensor unit 16 is attached to the lower surface of the SUS plate 15. The sensor unit 16 also has a plate-like structure that is long in the Y direction and short in the X direction. However, the length of the sensor unit 16 in the Y direction is shorter than that of the SUS plate 15. The sensor unit 16 is also arranged inside the housing 11 so that the main surface is parallel to the main surface of the glass plate 12. The sensor unit 16 is disposed in the vicinity of the central portion in the X direction in the housing 11.

センサ部１６は、中央部の下面で直方体形状のクッション２１を介して筐体１１に支持されている。また、ＳＵＳ板１５は、端部の下面で直方体形状のスペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂを介して筐体１１に支持されている。スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂは、本発明の支持部材に相当する。スペーサ１４Ａは、筐体１１の側面のうち−Ｙ側の側面付近に配置されている。スペーサ１４Ｂは、筐体１１の側面のうちＹ側の側面付近に配置されている。 The sensor unit 16 is supported by the housing 11 via a rectangular parallelepiped cushion 21 on the lower surface of the center portion. Further, the SUS plate 15 is supported by the housing 11 via a rectangular parallelepiped spacer 14A and a spacer 14B on the lower surface of the end portion. The spacer 14A and the spacer 14B correspond to the support member of the present invention. The spacer 14 A is disposed near the side surface on the −Y side among the side surfaces of the housing 11. The spacer 14 B is disposed near the side surface on the Y side among the side surfaces of the housing 11.

表示部３０の下面とＳＵ板１５の上面との間には、直方体形状の押し子１７が配置されている。押し子１７は、筐体１１を平面視してほぼ中心位置に配置され、表示部３０の下面およびＳＵＳ板１５の上面に当接されている。押し子１７は、ＳＵＳ板１５およびセンサ部１６に比べてＹ方向の長さが短い。押し子１７は、ガラス板１２が押圧されたときにＳＵＳ板１５およびセンサ部１６を押圧する。 A rectangular parallelepiped pusher 17 is disposed between the lower surface of the display unit 30 and the upper surface of the SU plate 15. The pusher 17 is disposed substantially at the center position when the housing 11 is viewed in plan, and is in contact with the lower surface of the display unit 30 and the upper surface of the SUS plate 15. The pusher 17 is shorter in the Y direction than the SUS plate 15 and the sensor unit 16. The pusher 17 presses the SUS plate 15 and the sensor unit 16 when the glass plate 12 is pressed.

なお、図２においては、スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂは、ＳＵＳ板１５を挟みこむように、表示部３０の下面とＳＵＳ板１５の上面の間にも配置される例を示しているが、表示部３０の下面とＳＵＳ板１５の上面の間に配置することは必須ではない。 2 shows an example in which the spacer 14A and the spacer 14B are also arranged between the lower surface of the display unit 30 and the upper surface of the SUS plate 15 so as to sandwich the SUS plate 15. It is not essential to arrange between the lower surface of the SUS plate and the upper surface of the SUS plate 15.

次に、図３は、センサ部１６の断面拡大図である。センサ部１６は、上面側（Ｚ側）から順に、基材３７、平板電極３５、粘着剤３３、圧電フィルム３１、粘着剤３２、平板電極３４、基材３６、および接着剤３８が積層されてなる。 Next, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the sensor unit 16. The sensor unit 16 includes a base material 37, a flat plate electrode 35, a pressure sensitive adhesive 33, a piezoelectric film 31, a pressure sensitive adhesive 32, a flat plate electrode 34, a base material 36, and an adhesive 38 stacked in order from the upper surface side (Z side). Become.

すなわち、圧電フィルム３１の一方の主面には、平板電極３４が粘着剤３２により貼付されている。圧電フィルム３１の他方の主面には、平板電極３５が粘着剤３３により貼付されている。平板電極３４および平板電極３５は、回路部（図示せず）に電気的に接続され、圧電フィルム３１の圧電効果により発生する電荷量が検出される。これら平板電極３４および平板電極３５は、基材３６および基材３７で挟み込まれる。基材３６および基材３７は、例えばポリイミドからなる。基材３６は、接着剤３８によりＳＵＳ板１５に貼付けられる。 That is, the flat plate electrode 34 is attached to the one main surface of the piezoelectric film 31 with the adhesive 32. A flat plate electrode 35 is attached to the other main surface of the piezoelectric film 31 with an adhesive 33. The plate electrode 34 and the plate electrode 35 are electrically connected to a circuit unit (not shown), and the amount of charge generated by the piezoelectric effect of the piezoelectric film 31 is detected. The flat plate electrode 34 and the flat plate electrode 35 are sandwiched between the base material 36 and the base material 37. The base material 36 and the base material 37 are made of polyimide, for example. The base material 36 is attached to the SUS board 15 with an adhesive 38.

圧電フィルム３１は、透明性の高いキラル高分子を用いることが好ましい。より好ましくは、一軸延伸されたポリ乳酸（ＰＬＡ）、さらにはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）であることが好ましい。キラル高分子は、主鎖が螺旋構造を有し、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、一軸延伸されたキラル高分子が発生する電荷量は、圧電フィルム３１が法線方向へ変位する変位量によって一意的に決定される。 The piezoelectric film 31 is preferably made of a highly transparent chiral polymer. More preferably, it is uniaxially stretched polylactic acid (PLA), more preferably L-type polylactic acid (PLLA). A chiral polymer has a helical structure in its main chain, and has a piezoelectric property when oriented uniaxially and molecules are oriented. The amount of charge generated by the uniaxially stretched chiral polymer is uniquely determined by the amount of displacement of the piezoelectric film 31 in the normal direction.

一軸延伸されたＰＬＬＡの圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。すなわち、押圧操作を高感度に検出し、押圧量に応じた変形検出信号を高精度に出力することができる。 The piezoelectric constant of uniaxially stretched PLLA belongs to a very high class among polymers. That is, it is possible to detect a pressing operation with high sensitivity and to output a deformation detection signal corresponding to the pressing amount with high accuracy.

また、キラル高分子は、延伸等による分子の配向処理で圧電性が生じるため、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。特に、ポリ乳酸は、焦電性がないため、操作面に近い位置に押圧センサを配置し、利用者の指等の熱が伝わる場合であっても、検出される電荷量が変化することがない。さらに、ＰＬＬＡの圧電定数は経時的に変動することがなく、極めて安定している。本実施形態では、圧電フィルム３１は、延伸方向に対して４５°の角度をなす方向が長手方向となるように配置されている。これにより、圧電フィルム３１が長手方向に伸縮すると、圧電フィルム３１は厚み方向に分極するため、高感度に押圧操作を検出できる。 In addition, since the chiral polymer generates piezoelectricity by molecular orientation treatment such as stretching, it is not necessary to perform poling treatment unlike other polymers such as PVDF and piezoelectric ceramics. In particular, polylactic acid does not have pyroelectricity, and therefore, even when a pressure sensor is arranged near the operation surface and heat from a user's finger or the like is transmitted, the detected charge amount may change. Absent. Furthermore, the piezoelectric constant of PLLA does not vary with time and is extremely stable. In the present embodiment, the piezoelectric film 31 is arranged such that the direction that forms an angle of 45 ° with respect to the stretching direction is the longitudinal direction. As a result, when the piezoelectric film 31 expands and contracts in the longitudinal direction, the piezoelectric film 31 is polarized in the thickness direction, so that the pressing operation can be detected with high sensitivity.

なお、延伸倍率は３〜８倍程度が好適である。延伸後に熱処理を施すことにより、ポリ乳酸の延びきり鎖結晶の結晶化が促進され圧電定数が向上する。また、二軸延伸した場合はそれぞれの軸の延伸倍率を異ならせることによって一軸延伸と同様の効果を得ることが出来る。例えば、ある方向をＸ軸としてＸ軸方向に８倍、Ｘ軸に直交するＹ軸方向に２倍の延伸を施した場合、圧電定数に関してはおよそＸ軸方向に４倍の一軸延伸を施した場合とほぼ同等の効果が得られる。単純に一軸延伸したフィルムは延伸軸方向に沿って裂け易いため、前述したような二軸延伸を行うことにより幾分強度を増すことができる。 The draw ratio is preferably about 3 to 8 times. By performing a heat treatment after stretching, crystallization of the extended chain crystal of polylactic acid is promoted and the piezoelectric constant is improved. Moreover, when biaxial stretching is performed, the same effect as uniaxial stretching can be obtained by varying the stretching ratio of each axis. For example, when a certain direction is set as the X-axis, the uniaxial stretching is performed about 4 times in the X-axis direction when the X-axis direction is 8 times and the Y-axis direction orthogonal to the X-axis is doubled. The same effect as the case can be obtained. A film that is simply uniaxially stretched easily tears along the direction of the stretch axis, and thus the strength can be increased somewhat by performing biaxial stretching as described above.

なお、圧電フィルム３１は、ＰＬＬＡを用いる態様に限るものではなく、ＰＶＤＦ等の他の材料を用いることが可能である。 Note that the piezoelectric film 31 is not limited to an embodiment using PLLA, and other materials such as PVDF can be used.

次に、図４は、スペーサ１４Ａの断面拡大図である。ここでは、スペーサ１４Ａについて説明するが、スペーサ１４Ｂも同じ構造を有する。スペーサ１４Ａは、上面側（Ｚ側）から順に、粘着剤１４１、基材１４２、および粘着剤１４３が積層されてなる。 Next, FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the spacer 14A. Here, the spacer 14A will be described, but the spacer 14B also has the same structure. The spacer 14A is formed by laminating an adhesive 141, a base material 142, and an adhesive 143 in order from the upper surface side (Z side).

基材１４２は、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）からなる。粘着剤１４１および粘着剤１４３は、例えばシリコン粘着剤からなる。基材１４２は、粘着剤１４１を介してＳＵＳ板１５に貼付けられ、粘着剤１４３を介して筐体１１に貼付けられる。これにより、スペーサ１４Ａは、ＳＵＳ板１５を支持する。ただし、基材１４２は、本発明において必須ではなく、ＳＵＳ板１５と筐体１１とを直接、粘着剤で貼付けるようにしてもよい。粘着剤１４１および粘着剤１４３は同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。 The base material 142 is made of, for example, PET (Polyethylene terephthalate). The adhesive 141 and the adhesive 143 are made of, for example, a silicon adhesive. The base material 142 is affixed to the SUS board 15 via the adhesive 141 and is affixed to the housing 11 via the adhesive 143. Thereby, the spacer 14 A supports the SUS plate 15. However, the base material 142 is not essential in the present invention, and the SUS plate 15 and the housing 11 may be directly attached with an adhesive. The same material may be used for the adhesive 141 and the adhesive 143, and different materials may be used.

次に、図５を参照して、押圧センサ１０による押圧検知について説明する。ユーザは、操作面であるガラス板１２の主面を押圧する。すると、ガラス板１２、静電容量センサ１３および表示部３０が法線方向に撓み、押し子１７がＳＵＳ板１５およびセンサ部１６の中央部を押圧する。なお、同図においては説明のために撓み量を誇張して記載している。 Next, with reference to FIG. 5, the press detection by the press sensor 10 is demonstrated. The user presses the main surface of the glass plate 12 that is the operation surface. Then, the glass plate 12, the capacitance sensor 13, and the display unit 30 bend in the normal direction, and the pusher 17 presses the central portion of the SUS plate 15 and the sensor unit 16. In the figure, the amount of bending is exaggerated for the sake of explanation.

押し子１７がＳＵＳ板１５およびセンサ部１６の中央部を押圧すると、ＳＵＳ板１５が法線方向に撓む。ＳＵＳ板１５は、端部においてスペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂに貼付けられているため、ＳＵＳ板１５の撓みに応じて、スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４ＢがＳＵＳ板１５の中央部に引っ張られる。これにより、ＳＵＳ板１５の上面は、長手方向（Ｙ方向）に収縮し、ＳＵＳ板１５の下面は、長手方向に伸張する。 When the pusher 17 presses the central portion of the SUS plate 15 and the sensor unit 16, the SUS plate 15 bends in the normal direction. Since the SUS plate 15 is affixed to the spacers 14 A and 14 B at the ends, the spacers 14 A and the spacers 14 B are pulled to the center of the SUS plate 15 according to the bending of the SUS plate 15. As a result, the upper surface of the SUS plate 15 contracts in the longitudinal direction (Y direction), and the lower surface of the SUS plate 15 extends in the longitudinal direction.

そして、ＳＵＳ板１５の下面に貼付されているセンサ部１６もＳＵＳ板１５の伸張に応じて長手方向に伸張する。センサ部１６に設けられた圧電フィルム３１は、当該伸張による圧電効果により、電荷を発生する。押圧センサ１０は、この電荷を検出することでガラス板１２に対する押圧の有無、および押圧量を検出することができる。 And the sensor part 16 stuck on the lower surface of the SUS board 15 also extends in the longitudinal direction according to the extension of the SUS board 15. The piezoelectric film 31 provided in the sensor unit 16 generates electric charges due to the piezoelectric effect caused by the expansion. The pressure sensor 10 can detect the presence / absence of the pressure on the glass plate 12 and the amount of pressure by detecting this electric charge.

図６は、センサ部１６の押し込み量（Ｚ方向の変位量に相当するもの。）と歪み（長手方向への伸縮量に対応するもの）との関係を示したグラフである。同図においては、異なる弾性率を有する４つの材料をスペーサ１４Ａ（およびスペーサ１４Ｂ）の粘着剤１４３に用いた場合を示している。歪みは、０ｐｐｍを基準として、負の値が長手方向の収縮、正の値が長手方向の伸張を示す。センサ部１６が機器に組み込まれて使用される際は、所定の押込み量（０〜１ｍｍ程度）を基準にして、微小量の撓み（数μｍ）を検知することになる。すなわち、このグラフの傾きがセンサ部１６の出力に相当する。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the pushing amount of the sensor unit 16 (corresponding to the amount of displacement in the Z direction) and strain (corresponding to the amount of expansion and contraction in the longitudinal direction). In the figure, a case where four materials having different elastic moduli are used for the adhesive 143 of the spacer 14A (and the spacer 14B) is shown. With respect to strain, with 0 ppm as a reference, a negative value indicates contraction in the longitudinal direction, and a positive value indicates extension in the longitudinal direction. When the sensor unit 16 is used by being incorporated in a device, a minute amount of bending (several μm) is detected based on a predetermined pushing amount (about 0 to 1 mm). That is, the slope of this graph corresponds to the output of the sensor unit 16.

図６に示すように、センサ部１６は、押し込み量が増加するにしたがって、歪みも増加する。スペーサ１４Ａの粘着剤１４３の弾性率が高い場合、例えば１．０×１０^９Ｐａである場合、図中の２点破線に示すように、２００μｍよりも押し込み量が多くなった場合に、押し込み量の増加に対して傾きが増加する傾向を示す。また、弾性率が１．０×１０^８Ｐａである場合も、図中の１点破線に示すように、押し込み量が４００μｍ〜６００μｍ程度で、押し込み量の増加に対して傾きが増加する傾向を示す。As shown in FIG. 6, the sensor unit 16 increases in distortion as the amount of pressing increases. When the elastic modulus of the adhesive 143 of the spacer 14A is high, for example, when it is 1.0 × 10 ⁹ Pa, as shown by the two-dot broken line in the figure, the amount of indentation is greater than 200 μm. The inclination tends to increase with respect to the increase of. Also, when the elastic modulus is 1.0 × 10 ⁸ Pa, as shown by the one-dot broken line in the figure, the push amount is about 400 μm to 600 μm, and the inclination tends to increase with the push amount. Show.

これは、図７（Ｃ）の従来図においても示したように、スペーサ１４Ａが硬く、ＳＵＳ板１５が端部において強固に固定されている場合に、ＳＵＳ板１５の上面が長手方向に収縮することができず、ＳＵＳ板１５の全体が長手方向に伸張するモードが発生するためである。この場合、ある程度の押し込み量で押圧操作を行うと、押圧センサ１０で検出される押圧量がさらに増加することになる。ただし、センサとしての出力が反転することはない。 As shown in FIG. 7C, the upper surface of the SUS plate 15 contracts in the longitudinal direction when the spacer 14A is hard and the SUS plate 15 is firmly fixed at the end. This is because a mode occurs in which the entire SUS plate 15 extends in the longitudinal direction. In this case, if the pressing operation is performed with a certain amount of pressing, the pressing amount detected by the pressing sensor 10 further increases. However, the output as a sensor is not reversed.

そして、スペーサ１４Ａの粘着剤１４３の弾性率が低い場合、例えば１．０×１０^７Ｐａである場合、図中の点線に示すように、押し込み量０μｍ〜１０００μｍの間ではほぼ押し込み量の増加に比例して歪みが減少する傾向を示す。特に、弾性率が１．０×１０^６Ｐａである場合は、図中の実線に示すように、押し込み量の増加に比例して歪みが減少する傾向を示し、高精度に押圧量を検出することができる。And, when the elastic modulus of the adhesive 143 of the spacer 14A is low, for example, 1.0 × 10 ⁷ Pa, as shown by the dotted line in the figure, the push amount is almost increased between 0 μm and 1000 μm. It shows a tendency for distortion to decrease in proportion. In particular, when the elastic modulus is 1.0 × 10 ⁶ Pa, as shown by the solid line in the figure, the distortion tends to decrease in proportion to the increase in the amount of pressing, and the amount of pressing is detected with high accuracy. be able to.

以上のことから、センサ部１６をＳＵＳ板１５のうち操作面側と反対側の主面に貼り付けることで、仮にスペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂが硬く、ＳＵＳ板１５が強固に固定され、該ＳＵＳ板１５全体が長手方向に伸張するモードが発生した場合であっても、センサ部１６の長手方向の伸張量が増えるだけであり、センサとしての出力が反転することがない。特に、スペーサ１４Ａの粘着剤１４３の弾性率が１．０×１０^７Ｐａ以下である場合、ＳＵＳ板１５およびセンサ部１６は、長手方向に伸張するモードが発生せず、高精度に押圧量を検出することができる。From the above, by sticking the sensor unit 16 to the main surface of the SUS plate 15 opposite to the operation surface side, the spacer 14A and the spacer 14B are hard and the SUS plate 15 is firmly fixed, and the SUS plate Even when a mode in which the entire 15 is extended in the longitudinal direction occurs, the amount of extension in the longitudinal direction of the sensor unit 16 only increases, and the output as a sensor is not reversed. In particular, when the elastic modulus of the adhesive 143 of the spacer 14A is 1.0 × 10 ⁷ Pa or less, the SUS plate 15 and the sensor unit 16 do not generate a mode of extending in the longitudinal direction, and the amount of pressing can be accurately performed. Can be detected.

なお、粘着剤１４３には、シリコン粘着剤を用いることが好ましい。アクリル粘着剤は、室温で１．０×１０^６Ｐａ程度の弾性率を有するものの、温度変化に対する弾性率の変化が大きく、低温環境下（例えば−３０℃程度）では、１．０×１０^８Ｐａ以上となる場合がある。しかし、シリコン粘着剤は、室温から低温環境下にかけて１．０×１０^６Ｐａ〜１．０×１０^７Ｐａ程度の弾性率を有する。Note that a silicone adhesive is preferably used for the adhesive 143. The acrylic pressure-sensitive adhesive has an elastic modulus of about 1.0 × 10 ⁶ Pa at room temperature, but has a large change in elastic modulus with respect to a temperature change, and is 1.0 × 10 ⁸ under a low temperature environment (for example, about −30 ° C.). It may be Pa or higher. However, the silicon adhesive has an elastic modulus of about 1.0 × 10 ⁶ Pa to 1.0 × 10 ⁷ Pa from room temperature to a low temperature environment.

なお、図６においては、粘着剤１４３の弾性率についてのみ示したが、スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂの全体としての弾性率がある程度低い（例えば１．０×１０^７Ｐａ以下である）場合にも、ＳＵＳ板１５の端部が強固に固定されることがないため、センサ部１６は、長手方向に伸張するモードが発生せず、高精度に押圧量を検出することができる。In FIG. 6, only the elastic modulus of the adhesive 143 is shown, but even when the elastic modulus of the spacer 14A and the spacer 14B as a whole is somewhat low (for example, 1.0 × 10 ⁷ Pa or less), Since the end of the SUS plate 15 is not firmly fixed, the sensor unit 16 does not generate a mode of extending in the longitudinal direction, and can detect the pressing amount with high accuracy.

なお、本実施形態においては、表示装置１について説明したが、本発明の押圧センサの応用例はこれに限るものではない。例えば、表示装置１から表示部３０を省き、筐体１１、ガラス板１２、静電容量センサ１３、センサ部１６、ＳＵＳ板１５、スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂからなるタッチ式入力装置を構成することも可能であるし、さらに静電容量センサ１３を省いた押圧入力装置を構成することも可能である。 In addition, in this embodiment, although the display apparatus 1 was demonstrated, the application example of the press sensor of this invention is not restricted to this. For example, the display unit 30 may be omitted from the display device 1, and a touch input device including the casing 11, the glass plate 12, the capacitance sensor 13, the sensor unit 16, the SUS plate 15, the spacer 14A, and the spacer 14B may be configured. It is also possible to configure a press input device that omits the capacitance sensor 13.

１０…押圧センサ
１１…筐体
１２…ガラス板
１４Ａ，１４Ｂ…スペーサ
１５…ＳＵＳ板
１６…センサ部
２１…クッション
３１…圧電フィルム
３２，３３，３８…粘着剤
３４，３５…平板電極
３６，３７…基材
１４１…粘着剤
１４２…基材
１４３…粘着剤DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Press sensor 11 ... Housing | casing 12 ... Glass plate 14A, 14B ... Spacer 15 ... SUS board 16 ... Sensor part 21 ... Cushion 31 ... Piezoelectric film 32, 33, 38 ... Adhesive 34, 35 ... Flat plate electrode 36, 37 ... Base material 141 ... adhesive 142 ... base material 143 ... adhesive

Claims

Operation surface,
A plate-like member that bends in the normal direction by a pressing operation on the operation surface;
A piezoelectric film that is affixed to the main surface opposite to the operation surface side of the plate-like member, and bends in the normal direction together with the plate-like member,
A support member for supporting the plate member;
Equipped with a,
The pressure sensor according to claim 1, wherein the support member has an elastic modulus of 1.0 × 10 ⁷ Pa or less .

The pressure sensor according to claim 1, wherein the support member includes a silicon adhesive.

The piezoelectric film is pressed sensor according to claim 1 or claim 2, characterized in that it consists of a chiral polymer.

The pressure sensor according to claim 3 , wherein the chiral polymer is made of polylactic acid.