JP6252708B2

JP6252708B2 - 圧電デバイス、電子機器

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Publication number: JP6252708B2
Application number: JP2017521831A
Authority: JP
Inventors: 尚志木原; 山口　喜弘; 喜弘山口; 遠藤　潤; 潤遠藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2036-05-24
Also published as: US10756252B2; JPWO2016194691A1; US20180026175A1; WO2016194691A1; CN107251251A; CN107251251B

Description

本発明は、可撓性を有する基材を備える圧電デバイス、及びこの圧電デバイスを備える電子機器に関する。

従来、可撓性を有し、電極が形成された基材が広く使用されている。このような基材として、例えば特許文献１ではフレキシブルプリント配線板が開示されている。フレキシブルプリント配線板上には、幅広部と幅狭部を有する電極が設けられている。フレキシブルプリント配線板は、湾曲した状態で電子機器の筐体に取り付けられる。そのため、フレキシブルプリント配線板は、電極の幅広部と幅狭部の境界において、曲げ負荷がかかり易く、クラックが発生しやすくなる。

そこで、特許文献１のフレキシブルプリント配線板は、この境界をカバーレイで被覆し、補強している。これにより、特許文献１のフレキシブルプリント配線板は、電極の幅広部と幅狭部の境界におけるクラックの発生を抑制している。

特開２００６−６６７７２号公報

しかしながら、特許文献１のフレキシブルプリント配線板において今度は、カバーレイに被覆されている電極の被覆部分と、カバーレイに被覆されていない電極の露出部分との境界において曲げ負荷がかかりやすくなる。そのため、特許文献１のフレキシブルプリント配線板では、電極のうち、カバーレイに被覆されている被覆部分と、カバーレイに被覆されていない露出部分との境界においてクラックが発生しやすくなるという問題がある。

したがって、本発明の目的は、可撓性を有する基材が曲がることによって電極に生じる曲げ負荷を軽減できる圧電デバイス及び電子機器を提供することにある。

本発明の圧電デバイスは、圧電フィルムと、基材と、第１電極と、第２電極と、被覆部材と、を備えている。圧電フィルムは、第１主面及び第２主面を有する。基材は、可撓性を有する。

第１電極は、圧電フィルムの第１主面に接続する第１幅広部と第１幅広部に接続する第１幅狭部とを有する。第１電極は、基材上に設けられている。第２電極は、圧電フィルムの第２主面に接続する。

被覆部材は、第１幅広部と第１幅狭部との第１境界を被覆する。圧電フィルムは、第１電極のうち、被覆部材に被覆されている部分と被覆部材に被覆されていない部分との第２境界を被覆する。

この構成において圧電デバイスの各箇所では、基材が曲がることにより曲げ負荷が生じる。

この構成では被覆部材は、第１幅広部と第１幅狭部との第１境界を被覆している。これにより、被覆部材は、第１境界を補強するため、第１境界におけるクラックの発生を抑制できる。

さらに、圧電フィルムは、第１電極のうち、被覆部材に被覆されている部分と被覆部材に被覆されていない部分との第２境界を被覆している。これにより、圧電フィルムは、第２境界を補強するため、第２境界におけるクラックの発生を抑制できる。

よって、圧電デバイスは、第１境界及び第２境界におけるクラックの発生を抑制できる。したがって、圧電デバイスは、基材が曲がることによって電極に生じる曲げ負荷を軽減できる。

また、本発明において圧電フィルムはさらに、第１境界を被覆することが好ましい。

この構成では圧電フィルムは、第１境界をさらに補強している。そのため、圧電フィルムは、第１境界におけるクラックの発生をさらに抑制できる。したがって、圧電デバイスは、基材が曲がることによって電極に生じる曲げ負荷をさらに軽減できる。

また、本発明の圧電デバイスは、第２電極に接続する第２幅広部と第２幅広部に接続する第２幅狭部とを有し、基材上に設けられた第３電極を備えることが好ましい。そして、被覆部材は、第２幅広部と第２幅狭部との第３境界を被覆し、第２電極は、第３電極のうち、被覆部材に被覆されている部分と被覆部材に被覆されていない部分との第４境界を被覆することが好ましい。

この構成では被覆部材は、第２幅広部と第２幅狭部との第３境界を被覆している。これにより、被覆部材は、第３境界を補強するため、第３境界におけるクラックの発生を抑制できる。

さらに、第２電極は、第３電極のうち、被覆部材に被覆されている部分と被覆部材に被覆されていない部分との第４境界を被覆している。これにより、第２電極は、第４境界を補強するため、第４境界におけるクラックの発生を抑制できる。

よって、圧電デバイスは、第３境界及び第４境界におけるクラックの発生を抑制できる。したがって、圧電デバイスは、基材が曲がることによって電極に生じる曲げ負荷を軽減できる。

また、本発明において第２電極はさらに、第３境界を被覆することが好ましい。

この構成では第２電極は、第３境界をさらに補強している。そのため、第２電極は、第３境界におけるクラックの発生をさらに抑制できる。したがって、圧電デバイスは、基材が曲がることによって電極に生じる曲げ負荷をさらに軽減できる。

また、本発明の電子機器は、筒状の筐体と、前述の圧電デバイスと、を備えている。基材は、湾曲した状態で筐体の内壁面に装着されている。この構成では基材が曲がることにより、前述の圧電デバイスの各箇所では曲げ負荷が生じる。

この構成の電子機器は、前述の圧電デバイスを備えるため、前述の圧電デバイスと同様の効果を備える。

この発明によれば、基材が曲がることによって電極に生じる曲げ負荷を軽減できる。

本発明の実施形態に係る電子筆記具１０の斜視図である。図１に示す電子筆記具１０の断面図である。図１に示す電子筆記具１０の機能ブロック図である。図２に示す圧電センサ２０の平面図である。図４に示す圧電センサ２０から第２電極２５を取り除いた状態の平面図である。図５から圧電フィルム２１を取り除いた状態の平面図である。図６からカバーレイ５０を取り除いた状態の平面図である。図５に示すＳ−Ｓ線の断面図である。図４に示すＴ−Ｔ線の断面図である。

本発明の実施形態に係る電子筆記具について、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電子筆記具１０の斜視図である。図２は、図１に示す電子筆記具１０の断面図である。図２は、電子筆記具１０における圧電センサ２０が装着された領域の断面図である。図３は、図１に示す電子筆記具１０の機能ブロック図である。

図１に示すように、電子筆記具１０は、圧電センサ２０及び筐体１０１を備える。さらに、図２、図３に示すように、電子筆記具１０は、検出部３０を備える。

なお、電子筆記具１０が本発明の電子機器の一例に相当する。また、圧電センサ２０が本発明の圧電デバイスの一例に相当する。

筐体１０１は、円筒状である。筐体１０１は、絶縁性材料からなる。筐体１０１の内部には、図２に示すように支柱１０３が設けられている。筐体１０１の長尺方向（円周方向に直交する方向）の一方端には、図１に示すように、先細り形状の端部１０２が設けられている。

なお、筺体１０１は、圧電センサ２０にその変形が伝達可能な程度の強度(剛性)があればよく、金属でもよい。

圧電センサ２０は、可撓性を有する基材２６を備える。基材２６は図２に示すように、筐体１０１の内壁面の円周方向に沿うよう湾曲した状態で筐体１０１の内壁面に装着されている。そのため、圧電センサ２０の各箇所では、基材２６が曲がることにより曲げ負荷が生じる。

圧電センサ２０には、検出部３０が接続されている。検出部３０は、支柱１０３に装着されている。検出部３０は、圧電センサ２０の出力電圧を検出し、筐体１０１がユーザによって保持されているか否かを検出する。

以下、圧電センサ２０の詳細について説明する。

図４は、図２に示す圧電センサ２０の平面図である。図５は、図４に示す圧電センサ２０から第２電極２５を取り除いた状態の圧電センサ２０の平面図である。図６は、図５から圧電フィルム２１を取り除いた状態の平面図である。図７は、図６からカバーレイ５０を取り除いた状態の平面図である。図８は、図５に示すＳ−Ｓ線の断面図である。図９は、図４に示すＴ−Ｔ線の断面図である。図４〜図９は、図２に示す湾曲状態の圧電センサ２０を平坦な状態にした図である。

圧電センサ２０は、圧電フィルム２１、カバーレイ５０、第１電極２４、第２電極２５、第３電極２９、及び基材２６を備える。

基材２６は、可撓性を有する。基材２６の材料は例えば、ポリイミド樹脂等である。基材２６の表面上には、第１電極２４及び第３電極２９が形成されている。基材２６、第１電極２４及び第３電極２９は、図７に示すようにフレキシブルプリント配線板を構成している。第１電極２４、第２電極２５、及び第３電極２９は銅箔等の金属膜からなる。

また、圧電フィルム２１は、第１主面および第２主面を有する。第１電極２４は、圧電フィルム２１の第１主面に接続する幅広部２４１と、幅広部２４１に接続する幅狭部２４２とを有する。幅広部２４１には、圧電フィルム２１の第１主面が不図示の粘着剤を介して貼付されている。

一方、圧電フィルム２１の第２主面には第２電極２５が不図示の粘着剤を介して貼付されている。第３電極２９は、第２電極２５に接続する幅広部２９１と、幅広部２９１に接続する幅狭部２９２とを有する。

そして、第１電極２４及び第３電極２９は、検出部３０に電気的に接続されている。

カバーレイ５０は、図８に示すように、幅広部２４１と幅狭部２４２との境界Ｂ１を被覆する。カバーレイ５０は、図９に示すように、幅広部２９１と幅狭部２９２との境界Ｂ３を被覆する。カバーレイ５０の材料は例えば、ＰＥＴ樹脂、ポリイミド樹脂、レジスト等である。レジストは、寸法精度および位置精度が高いため、小型化や省スペース化に有利である。また、カバーレイと比べて厚み調整が容易になるため、設計変更が容易である。

なお、カバーレイ５０が本発明の被覆部材の一例に相当する。また、境界Ｂ１が本発明の第１境界の一例に相当する。境界Ｂ２が本発明の第２境界の一例に相当する。境界Ｂ３が本発明の第３境界の一例に相当する。境界Ｂ４が本発明の第４境界の一例に相当する。

ここで、圧電フィルム２１の材料は、ＰＬＬＡ（Ｌ型ポリ乳酸）である。ＰＬＬＡは、キラル高分子であり、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸され、分子が配向すると、圧電性を有する。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。

また、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や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。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。

ＰＬＬＡの延伸方向に３軸をとり、３軸方向に垂直な方向に１軸および２軸をとると、ＰＬＬＡにはｄ_１４の圧電定数（ずりの圧電定数）が存在する。１軸方向が厚み方向となり、３軸方向（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、ストライプ状の圧電フィルム２１が切り出される。これにより、圧電フィルム２１が長手方向に伸縮すると、圧電フィルム２１は厚み方向に分極する。

以上の構成においてカバーレイ５０は、図８に示すように、幅広部２４１と幅狭部２４２との境界Ｂ１を被覆している。これにより、カバーレイ５０は、境界Ｂ１を補強するため、境界Ｂ１におけるクラックの発生を抑制できる。

さらに、圧電フィルム２１は、図８に示すように、第１電極２４のうち、カバーレイ５０に被覆されている部分とカバーレイ５０に被覆されていない部分との境界Ｂ２を被覆している。これにより、圧電フィルム２１は、境界Ｂ２を補強するため、境界Ｂ２におけるクラックの発生を抑制できる。

よって、圧電センサ２０は、境界Ｂ１及び境界Ｂ２におけるクラックの発生を抑制できる。したがって、圧電センサ２０は、基材２６が曲がることによって境界Ｂ１及び境界Ｂ２に生じる曲げ負荷を軽減できる。

なお、図８に示すように、境界Ｂ１を覆わないように圧電フィルム２１を貼付した場合、境界Ｂ２への曲げ負荷は軽減するものの、元々曲げ負荷がかかり易かった境界Ｂ１に負荷がかかるようになる虞もある。そこで、圧電フィルム２１はさらに、幅広部２４１と幅狭部２４２との境界Ｂ１を被覆することが好ましい。

さらに、カバーレイ５０は、図９に示すように、幅広部２９１と幅狭部２９２との境界Ｂ３を被覆する。これにより、カバーレイ５０は、境界Ｂ３を補強するため、境界Ｂ３におけるクラックの発生を抑制できる。

さらに、第２電極２５は、図９に示すように、第３電極２９のうち、カバーレイ５０に被覆されている部分とカバーレイ５０に被覆されていない部分との境界Ｂ４を被覆している。これにより、第２電極２５は、境界Ｂ４を補強するため、境界Ｂ４におけるクラックの発生を抑制できる。

よって、圧電センサ２０は、境界Ｂ３及び境界Ｂ４におけるクラックの発生を抑制できる。したがって、圧電センサ２０は、基材２６が曲がることによって境界Ｂ３及び境界Ｂ４に生じる曲げ負荷を軽減できる。

なお、図９に示すように、境界Ｂ３を覆わないように圧電フィルム２１を貼付した場合、境界Ｂ４への曲げ負荷は軽減するものの、元々曲げ負荷がかかり易かった境界Ｂ３に負荷がかかるようになる虞もある。そこで、第２電極２５はさらに、幅広部２９１と幅狭部２９２との境界Ｂ３を被覆することが好ましい。

また、圧電フィルム２１の面積は、図５、図８に示すように、電極２４の幅広部２４１の面積より大きい。このような関係に設定することによって、圧電センサ２０は製造時、圧電フィルム２１の貼付ズレによって境界Ｂ１及び境界Ｂ２が圧電フィルム２１で覆われない問題を防止することができる。

また、図９に示すように、第１電極２４及び第２電極２５が容量Ｃを形成する場合、圧電フィルム２１の貼付ズレによって容量Ｃが変化する箇所は電極幅の狭い部分になる。そのため、圧電センサ２０は、容量Ｃがばらつくことを軽減することができる。

なお、前述の実施形態では、基材を湾曲させた状態で筐体に装着する電子機器の一例として電子筆記具１０を示したが、これに限るものではない。実施の際、例えばマウス、タブレット端末、スマートホン等の他の電子機器に適用することができる。

また、前述の実施形態では、圧電デバイスの一例として圧電センサ２０を示したが、これに限るものではない。実施の際、圧電デバイスの一例として圧電アクチュエータに適用することができる。

また、検出部３０は、図２に図示するように、筐体１０１の内部に装着されているが、これに限るものではない。実施の際、検出部３０は、筐体１０１の外部に配置されていてもよい。筐体１０１の外部に配置する態様では、圧電センサ２０と検出部３０が有線または無線で接続されればよい。

また、上述の実施形態では、圧電センサ２０に、ポリ乳酸の圧電フィルム２１を用いる例を示したが、これに限るものではない。実施の際、ＰＶＤＦ等の他の圧電フィルムを用いることも可能である。

例えば、基材２６の裏面にグランド電極を配置しても良い。この場合、第１電極の両主面をグランド電極で覆うことになるので、外来ノイズの影響を軽減することができる。

最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であり、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲とを含む。

１０…電子筆記具
２０…圧電センサ
２１…圧電フィルム
２４…第１電極
２５…第２電極
２６…基材
２９…第３電極
３０…検出部
５０…カバーレイ
１０１…筐体
１０２…端部
１０３…支柱
２４１…幅広部
２４２…幅狭部
２９１…幅広部
２９２…幅狭部

Claims

第１主面及び第２主面を有する圧電フィルムと、
可撓性を有する基材と、
前記第１主面に接続する第１幅広部と、前記第１幅広部に接続する第１幅狭部とを有し、前記基材上に設けられた第１電極と、
前記第２主面に接続する第２電極と、
前記第１幅広部と前記第１幅狭部との第１境界を被覆する被覆部材と、を備え、
前記圧電フィルムは、前記第１電極の前記第１幅広部のうち、前記被覆部材に被覆されている部分と前記被覆部材に被覆されていない部分との第２境界を被覆する、圧電デバイス。
前記圧電フィルムはさらに、前記第１境界を被覆する、請求項１に記載の圧電デバイス。
前記第２電極に接続する第２幅広部と、前記第２幅広部に接続する第２幅狭部とを有し、前記基材上に設けられた第３電極を備え、
前記被覆部材は、前記第２幅広部と前記第２幅狭部との第３境界を被覆し、
前記第２電極は、前記第３電極の前記第２幅広部のうち、前記被覆部材に被覆されている部分と前記被覆部材に被覆されていない部分との第４境界を被覆する、請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
前記第２電極はさらに、前記第３境界を被覆する、請求項３に記載の圧電デバイス。
筒状の筐体と、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧電デバイスと、を備え、
前記基材は、湾曲した状態で前記筐体の内壁面に装着されている、電子機器。