JP6988486B2 - バスタブ型筐体に用いるセンサ及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、バスタブ型筐体に用いるセンサ及びバスタブ型筐体を有する電子機器に関する。

特許文献１には、操作入力に応じた情報を表示する表示部を表面側に備えた情報表示装置に対して、操作入力を行う操作入力装置が開示されている。特許文献１に記載の操作入力装置では、情報表示装置の背面側に配置された平膜状の圧電素子を備える。平膜状の圧電素子が押圧位置と押圧力とを検出することにより、位置と押圧力の２種類のパラメータで操作情報を形成でき、より多様な操作入力情報を実現できる。これにより、情報表示装置をユーザが手持ちしながら操作入力を行っても、当該情報表示装置の表示画面の汚れを軽減し、且つ、従来の表面で操作入力を行う情報表示装置と同等の操作入力を行うことができる。

国際公開第２０１３／１６１７８４号

特許文献１に記載の筐体の側面は三辺において他の面と接続しているため、筐体の側面を押した場合、筐体の側面の変形は小さい。ここで、特許文献１に記載の圧電素子を情報表示装置の側面に配置した場合、筐体の側面の変形は小さいため、検知に十分な出力が圧電素子から得られない。

そこで、本発明の目的は、筐体を有する電子機器において、筐体の側面の特定の領域が押圧操作を受け付けた場合に、該筐体の変形を検知できるバスタブ型筐体に用いるセンサ及び電子機器を提供することにある。

本発明に係るバスタブ型筐体に用いるセンサは、圧電フィルムを備える圧電素子と、前記圧電素子から発生した電圧を検出する検出部と、を備え、前記圧電素子は、第一領域、及び該第一領域から出力される信号と極性が異なる信号を出力し、且つ該第一領域に隣接する第二領域を有し、前記圧電フィルムは、押圧操作を受け付け、側面、底面、及び開口部を有するバスタブ型筐体の底面に対して直交する第一方向、又は前記第一方向に対して直交する第二方向に延伸されたキラル高分子を含むことを特徴とする。

この構成では、筐体の側面が押圧操作を受け付けた場合、押圧操作を受け付けた箇所を中心として、ねじれ変形が生じる。ねじれ変形の方向は押圧操作を受け付けた箇所を境として逆向きである。すなわち、筐体の側面における第一領域及び第二領域の境界付近が押圧操作を受け付けたとき、第一領域と第二領域とのねじれの方向は異なる。ねじれ変形は、第一方向に対して４５度をなす方向の伸びと縮みとからなる。圧電フィルムは、第一方向又は第一方向に対して直交する第二方向に延伸されたキラル高分子を含むため、ねじれ変形の伸びと縮み両方を検出することができる。

本発明に係る電子機器は、バスタブ型筐体に用いるセンサと、前記バスタブ型筐体と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、筐体を有する電子機器において、筐体の側面の特定の領域が押圧操作を受け付けた場合に、ねじれの変形を検知できる。

図１（Ａ）は、第一実施形態に係る電子機器の斜視図、図１（Ｂ）は、その断面図である。 図２（Ａ）は、第一実施形態に係る筐体を説明するための図である。図２（Ｂ）は、第一実施形態に係る圧電素子の配置を説明するための図である。 図３（Ａ）は、第一実施形態に係る圧電素子の断面図である。図３（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４は、第一実施形態に係る筐体の押圧操作を受ける位置を説明するための図である。 図５（Ａ）は、第一実施形態に係る筐体の側面における所定の位置が押圧操作を受け付けた時の変形を説明するための図であり、図５（Ｂ）は、その時に筐体に生じる伸びと縮みのベクトルを説明するための図である。 図６（Ａ）は、第一実施形態に係る筐体の側面における図５（Ａ）と異なる位置が押圧操作を受け付けた時の変形を説明するための図であり、図６（Ｂ）は、その時に筐体に生じる伸びと縮みのベクトルを説明するための図である。 図７は、第一実施形態に係る筐体の押圧印加位置と出力との関係を説明するためのグラフである。 図８（Ａ）は、第二実施形態に係る圧電素子のＸ−Ｚ平面における断面図である。図８（Ｂ）は、第二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９（Ａ）は、第三実施形態に係る圧電素子のＸ−Ｚ平面における断面図である。図９（Ｂ）は、第三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１０（Ａ）は、第四実施形態に係る圧電素子のＸ−Ｚ平面における断面図である。図１０（Ｂ）は、第四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１１は、変形例を説明するための図である。 図１２（Ａ）は、第五実施形態に係る電子機器の斜視図、図１２（Ｂ）は、第五実施形態に係る圧電素子の配置を説明するための図である。 図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、第五実施形態に係る筐体の押圧印加位置と出力との関係を説明するためのグラフである。図１３（Ｃ）は、第五実施形態に係る筐体がひねられた時の出力を説明するためのグラフである。 図１４（Ａ）は、第六実施形態に係る電子機器の斜視図、図１４（Ｂ）は、第六実施形態に係る圧電素子の配置を説明するための図である。 図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）、及び図１５（Ｃ）は、第六実施形態に係る筐体の押圧印加位置と出力との関係を説明するためのグラフである。図１５（Ｄ）は、第六実施形態に係る筐体がひねられた時の出力を説明するためのグラフである。 図１６は、第七実施形態に係る圧電素子の配置を説明するための図である。 図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、第七実施形態に係る筐体の押圧印加位置と出力との関係を説明するためのグラフである。図１７（Ｃ）は、第七実施形態に係る筐体がひねられた時の出力を説明するためのグラフである。図１７（Ｄ）は、第七実施形態に係る筐体の比較例がひねられた時の出力を説明するためのグラフである。

図１（Ａ）は第一実施形態に係る電子機器１の斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すＩ−Ｉ線で電子機器１を切断した断面図である。図２（Ａ）は、第一実施形態に係る筐体２を説明するための図である。図２（Ｂ）は、第一実施形態に係る圧電素子１０の配置を説明するための図であり、圧電素子１０を筐体２の外側から見た時の平面図である。なお、筐体２を有する電子機器１を例示したが、電子機器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（Ｂ）に示す圧電素子１０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。以下、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。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２（Ａ）に示すように、電子機器１は、略直方体形状の筐体２を備える。筐体２は、側面３、底面７、及び開口部８を備える。すなわち、筐体２は、上面が開放されたいわゆるバスタブ型の構造物（バスタブ型筐体）である。筐体２は、上面の代わりに下面が開放された構造物であってもよい。なお、電子機器１は、開口部８に平板状の蓋部４を有していてもよく、蓋部４は筐体２における上面に位置する。

筐体２は、側面３の外側の一部にボタン領域５を有する。ボタン領域５は、後から説明する第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２を含む。電子機器１は、ボタン領域５に対応する側面３の内側に圧電素子１０を備える。圧電素子１０は、側面３の内側に、例えば粘着テープや接着剤等で貼り付けられている。電子機器１は、筐体２の内側に検出部６を備える。検出部６は、圧電素子１０と電気的に接続されており、圧電素子１０から発生した電圧を検出する。検出部６は、圧電素子１０と共にセンサを構成している。本実施形態において、圧電素子１０は筐体２の内側に貼り付けられていることが好ましい。圧電素子１０が筐体２内部に配設されることにより、圧電素子１０は直接触れられないため、耐久性が向上する。また、圧電素子１０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。例えば、ユーザがボタン領域５以外の箇所に触れることにより筐体２を把持した場合、ボタン領域５の内側に貼り付けられた圧電素子１０は変形しない、又はボタン領域５を押された時に比べて変形が小さく、圧電素子１０から出力される電圧はゼロ又は小さい。このため、ボタン領域５が押された時と、そうではない場合とを判別することができる。なお、圧電素子１０及び検出部６は、必ずしも筐体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について説明する。

圧電素子１０は、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２を有する。第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２は、Ｙ方向に並んで、隣接して配置されている。ここで、隣接とは、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２は、互いに一部が接するように、又は少し間を開けて配置されていることを意味する。第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２が隣接して配置されていることにより、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２が重なり、出力が相互に打ち消されて検出されない領域が生じることが防止される。第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２の境界は、開放された上面（蓋部４）又は底面７に対して垂直な方向、すなわち、Ｚ方向と平行である。以下、本明細書においてＺ方向を第一方向ともいう。また、本明細書においてＺ方向と直交するＹ方向を、第二方向ともいう。

圧電素子１０は、第一圧電素子１１及び第二圧電素子１２を有する。第一圧電素子１１は第一領域Ｒ１に、第二圧電素子１２は第二領域Ｒ２にそれぞれ配置される。このため、図２（Ｂ）に示すように、第一圧電素子１１及び第二圧電素子１２は、互いにＹ方向に並んで、隣接して配置される。

図３（Ａ）は、第一実施形態に係る圧電素子１０のＸ−Ｙ平面における断面図である。図３（Ｂ）は、第一実施形態に係る圧電フィルム３０を説明するためのＹ−Ｚ平面における平面図である。図３（Ｂ）では、圧電素子１０のうち圧電フィルム３０以外の図示は省略している。

図３（Ａ）に示すように、圧電素子１０は、平膜状の第一圧電フィルム３１、平膜状の第二圧電フィルム３２、第一電極１３、第二電極１４、及びグランド電極１５を備える。第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２は、グランド電極１５上にＹ方向に隣接して配置されている。第一電極１３は第一圧電フィルム３１の上に、第二電極１４は第二圧電フィルム３２の上に、それぞれ配置されている。このため、第一電極１３は第一圧電フィルム３１の第一主面に配置され、第二電極１４は第二圧電フィルム３２の第一主面に配置されている。また、グランド電極１５は、第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２の第二主面に配置されている。すなわち、第一圧電フィルム３１、第一電極１３、及びグランド電極１５は、第一圧電素子１１を第一領域Ｒ１に構成している。同様に、第二圧電フィルム３２、第二電極１４、及びグランド電極１５は、第二圧電素子１２を第二領域Ｒ２に構成している。なお、本実施形態では、第一電極１３及び第二電極１４は二枚の電極で構成されているが、一枚の電極で構成されていてもよい。

なお、圧電素子１０は、図３（Ａ）に示す構造に限られない。例えば、圧電素子１０の上部、すなわち第一電極１３及び第二電極１４の上を絶縁体で被覆する。絶縁体は、第一電極１３及び第二電極１４において第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２が配置される面と逆の主面に配置される。さらにグランド電極が、絶縁体の上に設けられる。この構造においては、第一電極１３及び第二電極１４間で生じるノイズによる誤検知を軽減することができる。また、圧電素子１０は、第一電極１３及び第二電極１４の両主面に圧電フィルムをそれぞれ設ける構造にすることができる。この構造においては、圧電フィルムが積層される。このため、電圧を生じる圧電フィルムが増加するため、押圧検知の感度を高めることができる。

図３（Ｂ）に示すように、第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２は、矩形状に形成されたフィルムである。なお、第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２の形状は矩形状のものを挙げたが、第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２の形状はこれに限らない。

第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２は、キラル高分子から形成されるフィルムからなる。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、第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２の平板面が押圧されねじれることにより、電位を発生する。この際、発生する電位量は、平板面に与えられるねじれの伸びと縮みのベクトルに依存する。

第一実施形態では、第一圧電フィルム３１（ＰＬＬＡ）の一軸延伸方向は、図３（Ｂ）の矢印９０１に示すように、Ｚ方向に対して平行としている。第二圧電フィルム３２（ＰＬＬＡ）の一軸延伸方向は、矢印９０２に示すように、Ｙ方向に対して平行としている。すなわち、第一圧電フィルム３１は、第一方向に延伸され、第二圧電フィルム３２は、第一方向と直交する第二方向に延伸されている。なお、ここで平行とは、Ｚ方向又はＹ方向に対して０度の角度を成す方向としている。この０度には、例えば０度±１０度程度を含む角度を含む。これにより、第一圧電フィルム３１が押圧操作を受けて変形することにより発生する電位と、第二圧電フィルム３２が押圧操作を受けて変形することにより発生する電位とは逆の極性となる。すなわち、第一圧電フィルム３１を有する第一領域Ｒ１が変形することにより発生する信号は、第二圧電フィルム３２を有する第二領域Ｒ２が変形することにより発生する信号とは逆の極性となる。

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。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。従って、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。

第一電極１３、第二電極１４、及びグランド電極１５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。このような第一電極１３、第二電極１４、及びグランド電極１５を設けることで、第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２が発生する電荷を電位差として取得でき、変形量に応じた電圧値の検出信号を外部へ出力することができる。

ここで、筐体２の側面３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４は、第一実施形態に係る筐体２の押圧操作を受ける位置を説明するための図である。図５（Ａ）は、第一実施形態に係る筐体２の側面３における所定の位置Ｐ１が押圧操作を受け付けた時の変形を説明するための図であり、図５（Ｂ）は、その時に筐体２に生じる伸びと縮みのベクトルを説明するための図である。図５（Ａ）及び後で説明する図６（Ａ）においては、筐体２のそれぞれの位置が元の位置から移動した変位の距離に応じてハッチング別にして表している。また、図４、図５（Ａ）及び後で説明する図６（Ａ）においては、筐体２をＹ方向に沿って半分に切断したものが表されている。

図４に示すように、側面３における所定の位置Ｐ１が押圧操作を受け付けると、図５（Ａ）に示すように、側面３は位置Ｐ１を中央として筐体２の内側へ向けて倒れるように歪む。所定の位置Ｐ１は、図１（Ａ）に示すボタン領域５の中央と同じである。すなわち、所定の位置Ｐ１は、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２の境界である。

図５（Ｂ）に示すように、第一領域Ｒ１においては、矢印８０１の縮みのベクトルと、矢印８０１に直交する矢印８０２の伸びのベクトルとが発生する。矢印８０１の縮みのベクトル及び矢印８０２の伸びのベクトルは、Ｙ方向に対して４５度の角度を成す。第二領域Ｒ２においては、矢印８０３の伸びのベクトルと、矢印８０３に直交する矢印８０４の縮みのベクトルとが発生する。矢印８０３の伸びのベクトル及び矢印８０４の縮みのベクトルは、Ｙ方向に対して４５度の角度を成す。すなわち、押圧操作を受け付けた位置Ｐ１を境にして、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２で異なった方向へのねじれが生じる。

この時、第一領域Ｒ１に配置されている第一圧電フィルム３１は、位置Ｐ１の押圧操作を受け付けてねじれる。これにより、第一圧電フィルム３１は第一圧電フィルム３１のねじれにより生じるＹ方向に対して４５度の角度を成す縮みのベクトル及び伸びのベクトルに応じた所定の向きの電荷が発生する。これと同時に、第二領域Ｒ２配置されている第二圧電フィルム３２は、位置Ｐ１の押圧操作を受け付けてねじれる。第二圧電フィルム３２のねじれる向きは、第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２との境界で第一圧電フィルム３１のねじれる向きと対称となる。これにより、第二圧電フィルム３２は第二圧電フィルム３２のねじれの向きに応じた所定の向きの電荷が発生する。上述のように、第一圧電フィルム３１が押圧操作を受けて変形することにより発生する電位と、第二圧電フィルム３２が押圧操作を受けて変形することにより発生する電位とは逆の極性となるため、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２は、極性が同一の信号を出力する。これにより、圧電素子１０全体としては、第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２が出力した同一の極性の電位の和が検知される。従って、位置Ｐ１のような第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２の境界付近が押圧操作を受け付けた場合には、比較的大きな電位が検出されるため、ねじれの変形を的確に検知できる。

ここで、圧電フィルムとして、延伸方向から４５度の角度を長手方向として切り出した矩形片を用いた場合、このような圧電フィルムは、圧電テンソルd₁₄を持つため、長矩形片が長手方向に伸縮するように変形し、長手方向のみの変形しか検知できない。本実施形態に係る筐体２の変形はねじれであり、直交する二種類の方向のベクトルが発生するため、このような圧電フィルムを用いた場合、いずれか一方向のベクトルの歪しか検知できない。

これに対して、本実施形態に係る第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２において、生じる伸び方向と、縮み方向のベクトルはＰＬＬＡの延伸方向に対して共に４５度の方向である。これにより、伸びと、縮みにより与えられる歪みを両方とも検出することができる。従って、側面３に与えられる変形量が小さい場合であっても、第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２から大きな出力を得ることができる。

図６（Ａ）は、第一実施形態に係る筐体２の側面３における位置Ｐ２が押圧操作を受け付けた時の変形を説明するための図であり、図６（Ｂ）は、その時に筐体２に生じる伸びと縮みのベクトルを説明するための図である。

図６（Ａ）に示すように、側面３における所定の位置Ｐ２が押圧操作を受け付けると、側面３は位置Ｐ２を中央として筐体２の内側へ向けて倒れるように歪む。位置Ｐ２は、筐体２の側面３における第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２以外の場所である。図６（Ｂ）に示すように、第一領域Ｒ１においては、矢印８０３の伸びのベクトルと、矢印８０４の縮みのベクトルとが発生する。第二領域Ｒ２においては、矢印８０３の伸びのベクトルと、矢印８０４の縮みのベクトルとが発生する。すなわち、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２で同一方向へのねじれが生じる。

この時、第一領域Ｒ１に配置されている第一圧電フィルム３１は、位置Ｐ２の押圧操作を受け付けてねじれる。これにより、第一圧電フィルム３１は第一圧電フィルム３１のねじれの向きに応じた所定の向きの電荷が発生する。これと同時に、第二領域Ｒ２配置されている第二圧電フィルム３２は、位置Ｐ２の押圧操作を受け付けてねじれる。第二圧電フィルム３２のねじれる向きは、第一圧電フィルム３１のねじれる向きと同一となる。これにより、第二圧電フィルム３２は第二圧電フィルム３２のねじれの向きに応じた所定の向きの電荷が発生する。第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２は、極性が異なる信号を出力する。圧電素子１０全体としては、第一圧電フィルム３１及び第二圧電フィルム３２が出力した異なる極性の電位の和が検知される。すなわち、第一圧電フィルム３１と第二圧電フィルム３２との出力は、双方に打ち消される。位置Ｐ２のような第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２から離れた領域が押圧操作を受け付けた場合には、電位がほとんど検出されないため、ねじれの変形が検知されない。従って、位置Ｐ１と位置Ｐ２とで、押圧操作を受け付けた場合とで出力の値に差を持たせることができる。このため、筐体２に貼り付けた圧電素子１０及び検出部６は、筐体２における所定の位置（例えばボタン領域５）が押圧操作を受け付けた時のみ検出するセンサとしての使用も可能である。

図７は、第一実施形態に係る筐体２の押圧印加位置と出力との関係を説明するためのグラフである。図７では、横軸が押圧印加位置を、縦軸が出力の電位を示す。横軸の０は、図４で示すＰ１の位置であり、横軸の０から離れるほどＰ１から遠くなる。図７に示すように、押圧印加位置が０すなわちＰ１に近いほど大きな出力が検知される。また、押圧印加位置が０から遠くなるほど、検知される出力が小さくなる。従って、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２の境界付近が押圧操作を受け付けた場合には、比較的大きな出力が検知されるため、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２の境界付近をボタンの様に使用することができる。

図８（Ａ）は、第二実施形態に係る圧電素子２０のＸ−Ｚ平面における断面図である。図８（Ｂ）は、第二実施形態に係る圧電フィルム８０を説明するための図である。第二実施形態では、圧電素子１０の代わりに圧電素子２０用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ため、圧電素子２０のみについて説明する。

図８（Ａ）に示すように、圧電素子２０は、第一圧電フィルム３１、第三圧電フィルム３３、第一電極１３、第二電極１４、及びグランド電極１５を備える。圧電素子２０は、第一実施形態と同様の構造であり、第二圧電フィルム３２の代わりに第三圧電フィルム３３を用いている。第一圧電フィルム３１及び第三圧電フィルム３３は、二種類のキラル高分子から形成されるフィルムからなるものである。例えば、第一圧電フィルム１１１としてＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）を用い、Ｄ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）を用いてもよい。この場合、一軸延伸方向は、図３（Ｂ）の矢印９０１で示すように、Ｚ方向に対して平行な方向としている。これにより、第一圧電フィルム３１が押圧されることにより発生する電位と、第三圧電フィルム３３が押圧されることにより発生する電位とは逆の極性とすることができる。

図９（Ａ）は、第三実施形態に係る圧電素子４０のＸ−Ｚ平面における断面図である。図９（Ｂ）は、第三実施形態に係る第四圧電フィルム３４を説明するための図である。第三実施形態では、圧電素子１０の代わりに圧電素子４０用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ため、圧電素子４０のみについて説明する。

図９（Ａ）に示すように、圧電素子４０は、第四圧電フィルム３４、第一検知電極１６、第二検知電極１７、第一グランド電極９１、及び第二グランド電極９２を備える。第一検知電極１６及び第二グランド電極９２は、第四圧電フィルム３４のＸ方向上方（第四圧電フィルム３４の第一主面側）に形成されている。第二検知電極１７及び第一グランド電極９１は、第四圧電フィルム３４のＸ方向下方（第四圧電フィルム３４の第二主面側）に形成されている。第一検知電極１６及び第一グランド電極９１は、第四圧電フィルム３４を挟んで向かい合う位置、すなわち第一領域Ｒ１に配置されている。第二検知電極１７及び第二グランド電極９２は、第四圧電フィルム３４を挟んで向かい合う位置、すなわち第二領域Ｒ２に配置されている。

第四圧電フィルム３４は、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２に亘って形成されている。第四圧電フィルム３４は、一種類のキラル高分子から形成されるフィルムからなるものである。例えば、第一圧電フィルム３１、第二圧電フィルム３２、第三圧電フィルム３３と同様の素材を用いることが可能である。

第一検知電極１６は第四圧電フィルム３４に対して、第二検知電極２３が形成されている第二主面と逆の第一主面に形成されている。このため、第四圧電フィルム３４が同一の変形を受け付けたとき、第一検知電極１６が検出する電位と、第二検知電極１７が検出する電位とは極性が逆になる。従って、第四圧電フィルム３４において押圧される位置によって、第四圧電フィルム３４から生じる電位が異なる。すなわち、同一の変形を受け付けた場合において、第一検知電極１６が設けられた第一領域Ｒ１と、第二検知電極１７が設けられた第二領域Ｒ２とで、第四圧電フィルム３４から生じる電位の極性が異なる。これにより、一枚の圧電フィルムであっても、異なる極性の電位を発生させることができる。圧電フィルム２１が一枚で構成されているため、圧電素子４０の構造が単純なものとなり製造が容易となる。

図１０（Ａ）は、第四実施形態に係る圧電素子５０のＸ−Ｚ平面における断面図である。図１０（Ｂ）は、第四実施形態に係る第四圧電フィルム３４を説明するための図である。第四実施形態では、圧電素子１０の代わりに圧電素子５０用いること、及び増幅器３６を備え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ため、圧電素子５０及び増幅器３６について説明する。

図１０（Ａ）に示すように、第四実施形態において、圧電素子５０は、増幅器３６、第四圧電フィルム３４、第一検知電極１６、及び第二検知電極１７、及びグランド電極１５を備える。第一検知電極１６及び第二検知電極１７は、第四圧電フィルム３４のＸ方向上方（第四圧電フィルム３４の第一主面側）に形成されている。グランド電極１５は、第四圧電フィルム３４のＸ方向下方（第四圧電フィルム３４の第二主面側）に形成されている。第一検知電極１６は、第一実施形態と同様に第一領域Ｒ１に配置されており、第二検知電極１７は、第二領域Ｒ２に配置されている。第四圧電フィルム３４については、第三実施形態と同様のものが用いられる。

第一検知電極１６は増幅器３６の反転入力端子に接続され、第二検知電極１７は増幅器３６の非反転入力端子に接続されている。このため、第一検知電極１６及び第二検知電極１７は第四圧電フィルム３４の主面の同一方向に形成されるため製造が容易となる。また、増幅器３６において、第一検知電極１６が反転入力端子に接続され、第二検知電極１７が非反転入力端子に接続されている。このため、第四圧電フィルム３４が同一の変形を受け付けたとき、第一検知電極１６が検出する電位と、第二検知電極１７が検出する電位とは極性が逆になる。これにより、一枚の圧電フィルムであっても、異なる極性の電位を発生させることができる。圧電フィルム２１が一枚で構成されているため、圧電素子４０の構造が単純なものとなり製造が容易となる。

なお、実施形態において筐体２として上面が開放されたいわゆるバスタブ型の構造物のものを挙げたが、筐体２の形状はこれに限らない。以下、筐体２と異なる構造を有する変形例について説明する。

図１１は、変形例を説明するための図である。図１１に示すように、変形例に係る筐体２０２は、側面２０３、底面２０７、及びリブ２０８を備える。筐体２０２は、側面２０３が三方に形成されている点、及びリブ２０８を備える点において実施形態に係る筐体２と異なる。筐体２０２の側面２０３は、四面のうち一面において開放されている。底面２０７は、その一辺２０４が他の部材によって固定されていない。リブ２０８は、側面２０３と同等の強度を有するもので形成されている。これにより、リブ２０８に接する底面２０７は強度が補強されているため、変形が抑制される。このため、底面２０７の開放されている側は筐体２の側面３と、リブ２０８は筐体２の底面７に対応する。

圧電素子２１０は、圧電素子１０と同様のものが使用できる。圧電素子２１０は、底面２０７の内側に貼り付けられている。圧電素子２１０は、底面２０７におけるリブ２０８より一辺２０４側に配置されている。すなわち、圧電素子２１０は、側面２０３の二面とリブ２０８の三面に囲まれた底面２０７に貼り付けられている。

圧電素子２１０は、リブ２０８から所定の距離（Ｄ１）以内に設けられることが好ましい。所定の距離は、例えば、圧電素子２１０のＹ軸方向の幅（Ｄ２）の三倍以内であることが好ましい。所定の距離がＹ軸方向の幅（Ｄ２）の三倍を超えると、リブ２０８の影響が小さくなりねじれの変形が少なくなる。このためユーザが圧電素子２１０の貼り付けられた外側の底面２０７を押圧すると、曲げの変形が優位となる。よって、圧電素子２１０は電位を発生し難くなる。これに対して、所定の距離（Ｄ１）がＹ軸方向の幅（Ｄ２）の三倍以内であると、圧電素子２１０の貼り付けられた外側の底面２０７が押圧操作を受けた時に、底面２０７は実施形態に係る圧電素子１０と同様に、筐体２０２の内側へ向けてねじれるように歪む。従って、圧電素子１０は筐体２０２の歪みにより電位を発生する。これにより、筐体２０２において、底面２０７側にボタン機能を持たせることができる。なお、リブ２０８は、底面２０７の変形を抑制するものであればこれに限られず、その他の形状のものを用いることができる。例えば、底面２０７の一部の材質を、他の部分より硬度の高い素材で構成することができる。これにより、筐体２０２の内部空間を広く形成することができる。

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。また筐体２としては、直方体形状の角を面取りした形状のものも挙げられる。

なお、実施形態において、ボタン領域５はそれぞれ一か所にのみ設けられたが、複数個所に設けられていてもよい。例えば、ボタン領域５は、側面の一面に３つ並べて形成されていてもよい。これにより、それぞれのボタン領域５毎に別の機能を持たせることができる。例えば、一つをミュートＯＮ／ＯＦＦの切り替えボタンとして、後の二つを音声調節用のボタン（大又は小）として機能させることができる。

以下、ボタン領域が複数個所に設けられている場合の実施形態について説明する。

図１２（Ａ）は、第五実施形態に係る電子機器の斜視図、図１２（Ｂ）は、第五実施形態に係る圧電素子の配置を説明するための図である。図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、第五実施形態に係る筐体の押圧印加位置と出力との関係を説明するためのグラフである。図１３（Ｃ）は、第五実施形態に係る筐体がひねられた時の出力を説明するためのグラフである。第五実施形態では、ボタン領域５に加えてボタン領域１１５を有す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ため、異なる点のみについて説明する。

図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、電子機器１において、筐体２は、側面３の外側の一部にボタン領域５及びボタン領域１１５を有する。ボタン領域１１５は、圧電素子１１０を備える。圧電素子１１０は、圧電素子１０と同様の第一圧電素子１１及び第二圧電素子１２を有する。

ボタン領域１１５は、第一領域Ｒ３及び第二領域Ｒ４を含む。第一領域Ｒ３はボタン領域５の第一領域Ｒ１と同様であり、第二領域Ｒ４はボタン領域５の第二領域Ｒ２と同様の構成である。言い換えると、第五実施形態に係る電子機器１は、側面３に並んで配置された二つのボタン領域５を有する。

ここで、図１３（Ａ）は、ボタン領域５が押圧操作を受け付けた時の出力を説明するためのグラフであり、図１３（Ｂ）は、ボタン領域１１５が押圧操作を受け付けた時の出力を説明するためのグラフである。

例えば、ボタン領域５が押圧操作を受け付けた時、ボタン領域５の変形はボタン領域１１５と比べて大きい。このとき、図１３（Ａ）に示すように、圧電素子１０から出力される電圧（Ｖ１）は、圧電素子１１０から出力される電圧（Ｖ２）より大きい。このため、二つの圧電素子から出力される電圧の比（Ｖ１／Ｖ２）は１より大きくなる。

ボタン領域１１５が押圧操作を受け付けた時、ボタン領域１１５の変形はボタン領域５と比べて大きい。このとき、図１３（Ｂ）に示すように、圧電素子１０から出力される電圧（Ｖ１）は、圧電素子１１０から出力される電圧（Ｖ２）より小さい。このため、二つの圧電素子から出力される電圧の比（Ｖ１／Ｖ２）は１より小さくなる。逆に示すと、二つの圧電素子から出力される電圧の比（Ｖ２／Ｖ１）は１より大きくなる。

一方、電子機器１の筐体２がひねられた時、ボタン領域５及びボタン領域１１５の双方に同様な変形が加わるため、図１３（Ｃ）に示すように、圧電素子１０から出力される電圧（Ｖ１）は、圧電素子１１０から出力される電圧（Ｖ２）と同様な出力となる。このため、二つの圧電素子から出力される電圧の比（Ｖ１／Ｖ２）は１程度となる。

これにより、圧電素子１０から出力される電圧（Ｖ１）が所定の押圧閾値（Ｔ１）以上であり、かつ（Ｖ１／Ｖ２）が１より大きい所定の閾値（Ｔ２）以上である場合、ボタン領域５が押圧操作を受け付けたと判定することができる。また、圧電素子１１０から出力される電圧（Ｖ２）が所定の押圧閾値（Ｔ１）以上であり、かつ（Ｖ２／Ｖ１）が１より大きい所定の閾値（Ｔ２）以上である場合、ボタン領域１１５が押圧操作を受け付けたと判定することができる。

これに対して、圧電素子１０及び圧電素子１１０から出力される電圧の比（Ｖ１／Ｖ２）又は（Ｖ２／Ｖ１）のいずれか一方が、１より大きい所定の閾値（Ｔ２）より小さい場合、電子機器１の筐体２がひねられたと判定することができる。このため、各圧電素子から出力される電圧の比により、電子機器１の筐体２がひねられたかもしくは押圧操作を受け付けたかを判定することができる。また、各圧電素子から出力される電圧の比により、押圧操作を受け付けた位置を判定することができる。従って、ユーザの意図しない操作によるひねりなどの誤操作が生じた時でも、誤検知を防止することができる。

図１４（Ａ）は、第六実施形態に係る電子機器の斜視図、図１４（Ｂ）は、第六実施形態に係る圧電素子の配置を説明するための図である。図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）、及び図１５（Ｃ）は、第六実施形態に係る筐体の押圧印加位置と出力との関係を説明するためのグラフである。図１５（Ｄ）は、第六実施形態に係る筐体がひねられた時の出力を説明するためのグラフである。第六実施形態では、ボタン領域５及びボタン領域１１５に加えてボタン領域１１６を有することのみ第五実施形態と異なり、後は第五施形態と同様の構成であるため、異なる点のみについて説明する。

図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、電子機器１において、筐体２は、側面３の外側に並んだボタン領域５、ボタン領域１１５、及びボタン領域１１６を有する。ボタン領域１１６は、圧電素子１１２を備える。圧電素子１１２は、圧電素子１０と同様の第一圧電素子１１及び第二圧電素子１２を有する。

ボタン領域１１６は、第一領域Ｒ５及び第二領域Ｒ６を含む。第一領域Ｒ５はボタン領域５の第一領域Ｒ１と同様であり、第二領域Ｒ６はボタン領域５の第二領域Ｒ２と同様の構成である。

ここで、図１５（Ａ）は、ボタン領域５が、図１５（Ｂ）は、ボタン領域１１５が、図１５（Ｃ）は、ボタン領域１１６が、それぞれ押圧操作を受け付けた時の出力を説明するためのグラフである。

例えば、ボタン領域５が押圧操作を受け付けた時、ボタン領域５の変形はボタン領域１１５又はボタン領域１１６と比べて大きい。このとき、図１５（Ａ）に示すように、圧電素子１０から出力される電圧（Ｖ１）は、圧電素子１１０から出力される電圧（Ｖ２）又は圧電素子１１２から出力される電圧（Ｖ３）より大きい。このため、二つの圧電素子から出力される電圧の比（Ｖ１／Ｖ２）又は（Ｖ１／Ｖ３）は１より大きくなる。

同様に、ボタン領域１１５が押圧操作を受け付けた時、ボタン領域１１５の変形はボタン領域５又はボタン領域１１６と比べて大きい。このため、図１５（Ｂ）に示すように、圧電素子１１０から出力される電圧（Ｖ２）は、圧電素子１０から出力される電圧（Ｖ１）又は圧電素子１１２から出力される電圧（Ｖ３）より大きい。このため、二つの圧電素子から出力される電圧の比（Ｖ２／Ｖ１）又は（Ｖ２／Ｖ３）は１より大きくなる。

同様に、ボタン領域１１６が押圧操作を受け付けた時、ボタン領域１１６の変形はボタン領域５又はボタン領域１１５と比べて大きい。このため、図１５（Ｃ）に示すように、圧電素子１１２から出力される電圧（Ｖ３）は、圧電素子１０から出力される電圧（Ｖ１）又は圧電素子１１０から出力される電圧（Ｖ２）より大きい。このため、二つの圧電素子から出力される電圧の比（Ｖ３／Ｖ１）又は（Ｖ３／Ｖ２）は１より大きくなる。

一方、電子機器１の筐体２がひねられた時、ボタン領域５、ボタン領域１１５、及びボタン領域１１６の双方に同様な変形が加わるため、圧電素子１０から出力される電圧（Ｖ１）は、圧電素子１１０から出力される電圧（Ｖ２）と同様な出力となる。このため、二つの圧電素子から出力される電圧の比（Ｖ１／Ｖ２）又は（Ｖ２／Ｖ１）は、１程度となる。これに対して、圧電素子１１２の位置は、筐体２の長手方向の中心付近に位置する。このため、圧電素子１１２の位置は、ひねりの支点に近く、変形が小さい。従って、Ｖ３は、Ｖ１又はＶ２より小さくなる。

これにより、Ｖ１が所定の押圧閾値（Ｔ１）以上であり、かつ（Ｖ１／Ｖ２）及び（Ｖ１／Ｖ３）が１より大きい所定の閾値（Ｔ２）以上である場合、ボタン領域５が押圧操作を受け付けたと判定することができる。Ｖ２が所定の押圧閾値（Ｔ１）以上であり、かつ（Ｖ２／Ｖ１）及び（Ｖ２／Ｖ３）が１より大きい所定の閾値（Ｔ２）以上である場合、ボタン領域１１５が押圧操作を受け付けたと判定することができる。また、Ｖ３が所定の押圧閾値（Ｔ１）以上であり、かつ（Ｖ３／Ｖ１）及び（Ｖ３／Ｖ２）が１より大きい所定の閾値（Ｔ２）以上である場合、ボタン領域１１６が押圧操作を受け付けたと判定することができる。

これに対して、（Ｖ３／Ｖ１）及び（Ｖ３／Ｖ２）がＴ２より小さくなる場合、電子機器１の筐体２がひねられたと判定することができる。このため、各圧電素子から出力される電圧の比により、電子機器１の筐体２がひねられたかもしくは押圧操作を受け付けたかを判定することができる。

図１６は、第七実施形態に係る圧電素子の配置を説明するための図である。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、第七実施形態に係る筐体の押圧印加位置と出力との関係を説明するためのグラフである。図１７（Ｃ）は、第七実施形態に係る筐体がひねられた時の出力を説明するためのグラフである。図１７（Ｄ）は、第七実施形態に係る筐体の比較例がひねられた時の出力を説明するためのグラフである。第七実施形態では、リブを有することのみ第一実施形態と異なり、後は第五実施形態と同様の構成であるため、異なる点のみについて説明する。

図１６に示すように、電子機器１において、筐体２は、側面３の外側の一部に圧電素子１０及び圧電素子１１０を備える。電子機器１は筐体２の内部にリブ７１を備える。

リブ７１は、圧電素子１０及び圧電素子１１０に重ならない位置で、圧電素子１０及び圧電素子１１０の間にリブ７１の一端が当接するように配置されている。リブ７１の他端は、筐体２における圧電素子１０及び圧電素子１１０が備えられた側と対向する面の側面３に接する。言い換えると、リブ７１は、圧電素子１０及び圧電素子１１０の間から筐体２内部に伸びるように配置されている。このため、筐体２がひねりの力を受けると、リブ７１がひねりの支点になる。

ここで、ボタン領域５又はボタン領域１１５押圧操作を受け付けた時についての二つの圧電素子から出力される電圧の比については、第五実施形態と同様であるため、説明は省略する。

電子機器１の筐体２がひねられた時、リブ７１がひねりの支点になるため、ボタン領域５及びボタン領域１１５は互いに反対方向の変形をする。ボタン領域５及びボタン領域１１５の双方に逆の変形が加わるため、図１７（Ｃ）に示すように、圧電素子１０から出力される電圧（Ｖ１）は、圧電素子１１０から出力される電圧（Ｖ２）と逆の極性の出力となる。このため、二つの圧電素子から出力される電圧のいずれか一方の正負を逆転させて比を求めると、電圧の比は１程度となる。従って、第七実施形態においても、第五実施形態と同様に、各圧電素子から出力される電圧の比により、押圧操作を受け付けた位置を判定することができる。従って、ユーザの意図しない操作によるひねりなどの誤操作が生じた時でも、誤検知を防止することができる。

これに対して、リブ７１がボタン領域１１５に接するように、配置された場合の比較例について説明する。比較例の電子機器では、リブ７１の位置のみが第七実施形態と異なるので、第七実施形態と同様の説明は省略する。比較例においては、リブ７１が接するボタン領域１１５の位置がひねりの支点になる。このため、図１７（Ｄ）に示すように、比較例においては、圧電素子１１０から出力される電圧（Ｖ２）が圧電素子１０から出力される電圧（Ｖ１）に比べて極端に小さくなる。このため、（Ｖ１／Ｖ２）が大きくなるため、各圧電素子から出力される電圧の比により、操作を判定し難くなる。従って、比較例は、判定の精度が落ちる。

なお、第五実施形態〜第七実施形態のように、ボタン領域が複数個所に設けられている場合、それぞれのボタン領域に所定の機能を対応付けることができる。例えば、ボタン領域５は音量増加、ボタン領域１１５は音量減少、又は、ボタン領域１１６は電源のＯＮ／ＯＦＦの電子機器１の機能と対応付けることができる。

ここで、第五実施形態において、ボタン領域５は電源のＯＮ／ＯＦＦの電子機器１の機能と対応付け、ボタン領域１１５は何も対応付けしない場合も可能である。この場合、第五実施形態と同様の判定ができるため、ボタン領域５が押圧操作を受け付けた場合と、ひねりなどの誤操作が生じた時とを判別することができる。このため、電子機器１が誤操作により不要に電源がＯＮ又はＯＦＦされることを防止することができる。

なお、実施形態において、電子機器１を挙げたが、電子機器１としては、図１（Ａ）に示すような通信機器だけに限られず、例えば、コントローラ、リモコン等の操作機器などにも採用され得る。

１…電子機器
２…筐体（バスタブ型筐体）
３…側面
６…検出部
７…底面
８…開口部
１０，２０，４０，５０…圧電素子
１３…第一電極
１４…第二電極
１５…グランド電極
１６…第三電極
１７…第四電極
３０，８０…圧電フィルム
３１…第一圧電フィルム
３２…第二圧電フィルム
３３…第三圧電フィルム
３４…第四圧電フィルム
９１…第一グランド電極
９２…第二グランド電極
Ｒ１…第一領域
Ｒ２…第二領域

Claims (6)

1. 圧電フィルムを備える圧電素子と、
   前記圧電素子から発生した電圧を検出する検出部と、
   を備え、
   前記圧電素子は、第一領域、及び該第一領域から出力される信号と極性が異なる信号を出力し、且つ該第一領域に隣接する第二領域を有し、
   前記圧電フィルムは、押圧操作を受け付け、側面、底面、及び開口部を有するバスタブ型筐体の前記底面に対して直交する第一方向、又は前記第一方向に対して直交する第二方向に延伸されたキラル高分子を含み、
   前記バスタブ型筐体の前記側面に前記圧電素子が配置されている、
   バスタブ型筐体に用いるセンサ。
2. 前記圧電フィルムは、
   前記第一領域に配置される第一圧電フィルムと、
   前記第二領域に配置され、且つ前記第一領域から出力される信号と極性が異なる信号を出力する第二圧電フィルムと、を備え、
   前記圧電素子は、
   前記第一圧電フィルムの第一主面に配置された第一電極と、
   前記第二圧電フィルムの第一主面に配置された第二電極と、
   前記第一圧電フィルム及び前記第二圧電フィルムの第二主面に配置されたグランド電極と、を備える請求項１に記載のバスタブ型筐体に用いるセンサ。
3. 前記第一圧電フィルムは前記第一方向又は前記第二方向に延伸され、且つ前記第二圧電フィルムは前記第一圧電フィルムの延伸方向と直交する方向に延伸された請求項２に記載のバスタブ型筐体に用いるセンサ。
4. 前記第一圧電フィルムは前記第一方向又は前記第二方向に延伸されたＰＬＬＡを含み、
   前記第二圧電フィルムは前記第一圧電フィルムの延伸方向と同一方向に延伸されたＰＤＬＡを含む請求項２に記載のバスタブ型筐体に用いるセンサ。
5. 前記圧電素子は、
   前記第一領域に配置され、前記圧電フィルムの第一主面又は第二主面に形成される第一検知電極と、
   前記第二領域に配置され、前記第一検知電極と同一の前記圧電フィルムの主面に形成され、且つ前記第一検知電極が出力する信号と極性が異なる信号を出力する第二検知電極と、
   前記第一検知電極と異なる前記圧電フィルムの主面に形成されたグランド電極と、を備え、
   前記圧電フィルムは、前記第一方向又は前記第二方向のいずれか一方に延伸された請求項１に記載のバスタブ型筐体に用いるセンサ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のバスタブ型筐体に用いるセンサと、
   前記バスタブ型筐体と、
   を備える電子機器。

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