JP7473084B2

JP7473084B2 - 曲げセンサ

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Publication number: JP7473084B2
Application number: JP2023531942A
Authority: JP
Inventors: 圭助西本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2024-04-23
Anticipated expiration: 2042-06-27
Also published as: JPWO2023276955A1; US20240053134A1; WO2023276955A1; CN117120818A

Description

本発明の一実施形態は、曲げセンサに関する。

特許文献１の図２Ｂには、圧電フィルムの両主面に粘着剤が配置された圧電パネルが開示されている。特許文献１の圧電パネルは、例えばタッチセンサに用いられる。

特開２０２０－４７２８１号公報

圧電フィルムを折り曲げ可能な電子機器に搭載すると、折り曲げ箇所に応力が集中し、圧電フィルムにクラックが生じる可能性がある。

そこで、本発明の一実施形態の目的は、折り曲げ可能な機器において応力の集中を防止し、クラックの発生を防止する曲げセンサを提供することにある。

本発明の一実施形態に係る曲げセンサは、圧電フィルムと、前記圧電フィルムの主面に配置され、前記圧電フィルムを、折り曲げ可能な基材に貼り付ける粘着剤と、を備えている。前記圧電フィルムの端面のうち少なくとも前記基材とともに折り曲げられる折り曲げ箇所が前記粘着剤で覆われている。

本発明の一実施形態によれば、折り曲げ可能な機器において応力の集中を防止し、クラックの発生を防止することができる。

図１（Ａ）は曲げセンサ１を備えた電子機器１００の斜視図であり、図１（Ｂ）は折り曲げた状態の電子機器１００の斜視図である。電子機器１００の断面模式図である。曲げセンサ１の一部拡大断面図である。圧電フィルム１１を切り出す前のマザーシートを示す平面図である。図５（Ａ）は参考例に係るひずみ分布を示す図であり、図５（Ｂ）は本実施形態に係るひずみ分布を示す図である。曲げセンサ１の一部拡大断面図である。変形例に係る曲げセンサ１の一部拡大断面図である。曲げセンサ１の平面図である。圧電フィルム１１を切り出す前のマザーシートを示す平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る曲げセンサ１および当該曲げセンサ１を備えた電子機器１００について、図を参照しながら説明する。なお、各図面において、説明を容易にするため、電極および配線等は省略している。

図１（Ａ）は曲げセンサ１を備えた電子機器１００の斜視図である。図１（Ｂ）は折り曲げた状態の電子機器１００の斜視図である。電子機器１００は、例えばスマートフォン等の情報処理装置である。

図２は、図１（Ａ）に示す電子機器１００を、図１（Ａ）に示すＩ－Ｉ線で切断した断面模式図である。なお、図２は、説明のために曲げセンサ１を大きく表示し、他の電子部品等は省略している。

図１（Ａ）に示すように、電子機器１００は、略直方体形状の筐体１０２を備える。電子機器１００は、筐体１０２に配置された平板状の表面パネル１０３を備える。表面パネル１０３は、ユーザが指または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、筐体１０２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２に示すように、電子機器１００は、筐体１０２の内側に曲げセンサ１を備える。曲げセンサ１は、表面パネル１０３のうち筐体１０２の内側になる面に貼り付けられている。曲げセンサ１は、粘着剤１０、圧電フィルム１１、粘着剤１２、および保護フィルム１３を備えている。

曲げセンサ１は、粘着剤１０で電子機器１００の表面パネル１０３に貼り付けられる。なお、この例では、曲げセンサ１は、表面パネル１０３に貼り付けられているが、曲げセンサ１は、表示器やタッチセンサ等に貼り付けられる場合もある。なお、曲げセンサ１が透明である場合、曲げセンサ１は表示器よりも表面パネル１０３側に配置してもよい。

筐体１０２、表面パネル１０３、および曲げセンサ１は、可撓性を有する。これにより、電子機器１００は、折り曲げることができる。この例では、電子機器１００は、Ｘ方向に平行な折り曲げ線Ｌを中心とする所定範囲を折り曲げ箇所Ｌ１として折り曲げることができる。なお、この例では、表面パネル１０３を内側にして折り曲げるが、表面パネル１０３を外側にして折り曲げてもよい。

電子機器１００は、０°～１８０°まで開閉することができる。曲げセンサ１は、電子機器１００の折り曲げの有無および折り曲げの状態（現在の開閉角度）を検出する。なお、電子機器１００は、屈曲部にヒンジまたは蛇腹構造等を設けることにより折り曲げ可能としてもよい。

曲げセンサ１の圧電フィルム１１は、平面視して矩形状に形成されている。粘着剤１０、粘着剤１２、および保護フィルム１３は、平膜状であり、圧電フィルム１１と同様に平面視して矩形状に形成されている。

圧電フィルム１１は、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）またはポリ乳酸等のキラル高分子からなる。ポリ乳酸（ＰＬＡ）は、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）またはＤ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）のいずれを用いてもよい。圧電フィルム１１は、電子機器１００が折り曲げられ、平面方向に伸縮することで分極し、第１主面および第２主面に電位差を生じる。

圧電フィルム１１の両主面には不図示の電極が形成されている。これら電極は、不図示の電圧検出回路に接続される。電圧検出回路は、両主面の電極の電位差を検出する。電圧検出回路に接続される不図示の演算器は、電位差（電圧）が所定値以上になった場合に基材である表面パネル１０３の折り曲げを検出する。演算器は、電圧に積分等の演算をすることで、表面パネル１０３の折り曲げ状態（開閉角度）を検出することもできる。

図３は、曲げセンサ１の一部拡大断面図である。図３において筐体１０２は省略している。圧電フィルム１１の主面は、第１主面および第２主面を有する。この例では、Ｚ方向に沿って、第１主面に第１粘着剤である粘着剤１２が貼り付けられ、第２主面に第２粘着剤である粘着剤１０が貼り付けられる。第１主面は、粘着剤１２を介して保護フィルム１３が貼り付けられる。第２主面は、粘着剤１０を介して表面パネル１０３が貼り付けられる。なお、本実施形態において保護フィルム１３は必須の構成ではない。この場合、粘着剤１２も不要である。

圧電フィルム１１は、基材である表面パネル１０３とともに折り曲げられる折り曲げ箇所Ｌ１の端面（Ｘ方向の端面）が粘着剤１０で覆われている。図４は、圧電フィルム１１を切り出す前のマザーシートを示す平面図である。圧電フィルム１１は、図４に示すマザーシートからピナクル刃などでカットして個片化する。図４の例では、圧電フィルム１１は、第２主面側からピナクル刃によりカットされる。すると、第２主面に配置された粘着剤１０の断面は、ピナクル刃により圧電フィルム１１のＸ方向の端面に沿って延び、圧電フィルム１１の端面を覆う。

これにより、圧電フィルム１１のうち、少なくとも折り曲げ箇所Ｌ１のＸ方向の端面は、粘着剤１０により覆われる。粘着剤１０は、ひずみを緩和し、応力を緩和する。したがって、粘着剤１０は、圧電フィルム１１のうち折り曲げ箇所Ｌ１のＸ方向の端面における応力の集中を防止する。

図５（Ａ）は参考例に係るひずみ分布を示す図であり、図５（Ｂ）は本実施形態に係るひずみ分布を示す図である。参考例のひずみ分布は、圧電フィルムの端面が粘着剤で覆われていない場合のシミュレーションである。

図５（Ａ）に示す様に、参考例の圧電フィルムでは、折り曲げ箇所Ｌ１におけるＸ方向の端面付近にひずみが集中している。これに対して、本実施形態の圧電フィルム１１では、ひずみが分散して、折り曲げ箇所Ｌ１におけるＸ方向の端面付近に大きなひずみが生じていない。

この様に、本実施形態の曲げセンサ１は、折り曲げ可能な機器において圧電フィルム１１に対する応力の集中を防止し、圧電フィルム１１のクラックの発生を防止することができる。

図３では、圧電フィルム１１の端面が第２主面側の粘着剤１０で覆われる例を示した。しかし、例えば以下の様に、圧電フィルム１１の端面が第１主面側の粘着剤１２で覆われていてもよい。

図６は、曲げセンサ１の一部拡大断面図である。図６に示す様に、圧電フィルム１１の端面は、第１主面側の粘着剤１２で覆われていてもよい。この場合、圧電フィルム１１は、第１主面側からピナクル刃によりカットされる。すると、第１主面に配置された粘着剤１２の断面は、ピナクル刃により圧電フィルム１１のＸ方向の端面に沿って延び、圧電フィルム１１の端面を覆う。

また、図６に示す様に、保護フィルム１３も同時にマザーシートからカットする場合、圧電フィルム１１の端面は、さらに保護フィルム１３で覆われる場合もある。この場合、保護フィルム１３により圧電フィルム１１の端面も保護される。

図７は、変形例に係る曲げセンサ１の一部拡大断面図である。図７の例では、粘着剤１０および粘着剤１２が互いに接触している。この場合、圧電フィルム１１のＸ方向の端面は、粘着剤１２により完全に覆われる。図７の例では、第１主面側から圧電フィルム１１をカットしているため、粘着剤１２が圧電フィルム１１の端面に沿って延びて粘着剤１０に接触しているが、第２主面側から圧電フィルム１１をカットすれば、粘着剤１０が圧電フィルム１１の端面に沿って延びて粘着剤１２に接触する。これにより、曲げセンサ１は、さらに応力の集中を防止することができる。

図８は、曲げセンサ１の平面図である。図９は、圧電フィルム１１を切り出す前のマザーシートを示す平面図である。図９に示す圧電フィルム１１は、Ｙ方向の中央部分におけるＸ方向に沿った長さがＹ方向の端部におけるＸ方向の長さよりも短くなっている。

図７の様に第１粘着剤および第２粘着剤を接触させるには、例えば図８および図９の平面図に示す様に、平面視して圧電フィルム１１の面積が粘着剤（粘着剤１０または粘着剤１２）の面積よりも小さくすればよい。これにより、マザーシートから圧電フィルム１１を切り出す際に、第１粘着剤および第２粘着剤が接触する。

図８および図９の圧電フィルム１１の例では、Ｙ方向の端部以外のほとんどの箇所で、圧電フィルム１１のＸ方向に沿った長さが、粘着剤１０（または粘着剤１２）のＸ方向に沿った長さより短くなっている。しかし、圧電フィルム１１は、少なくとも折り曲げ箇所Ｌ１においてＸ方向に沿った長さが粘着剤１０（または粘着剤１２）よりも短くなっていればよい。すなわち、圧電フィルム１１は、平面視して折り曲げ箇所Ｌ１における折り曲げ線に沿った第１方向（Ｘ方向）の長さが粘着剤（粘着剤１０または粘着剤１２）の第１方向の長さよりも短くなっていればよい。

これにより、マザーシートから圧電フィルム１１を切り出す際に、少なくとも折り曲げ箇所Ｌ１において、第１粘着剤および第２粘着剤が接触する。よって、曲げセンサ１は、さらに応力の集中を防止することができる。

なお、折り曲げ箇所Ｌ１における圧電フィルムのＸ方向の長さは、粘着剤のＸ方向の長さよりも４％以上短いことが好ましい。発明者は、折り曲げ箇所Ｌ１における圧電フィルムのＸ方向の長さを、粘着剤のＸ方向の長さよりも４％以上短くすることで、応力の集中を防止し、クラックの発生を防止することができる旨、確認した。

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を含む。

例えば、本実施形態では、圧電フィルム１１のＸ方向の両端面が粘着剤で覆われている例を示した。しかし、圧電フィルム１１のうち、Ｘ方向の少なくとも１つの端面が粘着剤で覆われていれば、応力の集中を防止することができる。

１：曲げセンサ
１０：粘着剤
１１：圧電フィルム
１２：粘着剤
１３：保護フィルム
１００：電子機器
１０２：筐体
１０３：表面パネル

Claims

圧電フィルムと、
前記圧電フィルムの主面に配置され、前記圧電フィルムを、折り曲げ可能な基材に貼り付ける粘着剤と、
を備え、
前記圧電フィルムの端面のうち少なくとも前記基材とともに折り曲げられる折り曲げ箇所が前記粘着剤で覆われている、
曲げセンサ。
前記圧電フィルムの前記主面は、第１主面および第２主面を有し、
前記粘着剤は、前記第１主面に配置される第１粘着剤および前記第２主面に配置される第２粘着剤を有し、
前記圧電フィルムの前記折り曲げ箇所が前記第１粘着剤または前記第２粘着剤で覆われている、
請求項１に記載の曲げセンサ。
前記第１粘着剤および前記第２粘着剤が接触している、
請求項２に記載の曲げセンサ。
前記圧電フィルムを平面視した面積は、前記粘着剤を平面視した面積よりも小さい、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の曲げセンサ。
前記圧電フィルムは、平面視して前記折り曲げ箇所における折り曲げ線に沿った第１方向の長さが前記粘着剤の前記第１方向の長さよりも短い、
請求項４に記載の曲げセンサ。
前記圧電フィルムの前記第１方向の長さは、前記粘着剤の前記第１方向の長さよりも４％以上短い、
請求項５に記載の曲げセンサ。
前記圧電フィルムは、平面視して前記折り曲げ箇所の両端面が前記粘着剤に覆われている、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の曲げセンサ。