JPWO2013157508A1 - 押圧力センサ - Google Patents

Abstract

押圧力センサ（１０）は、平膜型圧電素子（２０）、支持体（３０）を備える。平膜型圧電素子（２０Ｃ）は、ｄ１４圧電定数を有する圧電性シート（２１０）を備える。当該圧電性シート（２１０）の第１主面には矩形の第１電極（２２０）が形成され、第２主面には矩形の第２電極（２３０）が形成されている。第１電極（２２０）および第２電極（２３０）の長手方向と、圧電性シート（２１０）の一軸延伸方向は、４５?の角度を成す。支持体（３０）の本体（３１０）には、断面が長円形の開口部（３２０）が形成されている。支持体（３０）の開口部（３２０）が開口する第３主面には、平膜型圧電素子（２０）の第２主面側が当接する。支持体（３０）と平膜型圧電素子（２０）は、第３主面に直交する方向から見て、第２電極（２３０）の範囲内に開口部（３２０）が含まれるように配置されている。

Description

本発明は、平膜状の圧電素子を用いて外部からの押圧力を検出する押圧力センサに関する。

従来、平膜状の圧電素子を用いた各種の押圧力センサが考案されている。特許文献１には、可撓性基板の主面に平膜状の圧電素子を形成した押圧力センサが記載されている。特許文献１に記載の押圧力センサは、主面が正方形の可撓性基板の全面に圧電結晶薄膜が形成されている。可撓性基板は、背面側に配置された下地基板に対して所定の間隔を置くように、支持体によって支持されている。支持体は、可撓性基板を平面視した四角に配置されている。これにより、可撓性基板の主面の中央領域は、主面に直交する方向からの押圧力によって凹みやすく、この凹みにより生じる電圧から押圧力を検出している。

特許文献１に記載の圧電結晶薄膜は、金属を主成分とする複合酸化物で形成されている。このため、圧電結晶薄膜の形成状態によって、外力に対して脆くなったり、所定の検出感度を得られなくなったりしてしまう場合がある。

このような金属を主成分とする複合酸化物による圧電結晶薄膜で生じる欠点を克服する圧電素子として、ポリ乳酸を主成分とする圧電性シートを用いることが考えられる。ポリ乳酸を主成分とする圧電性シートを用いた平膜状圧電素子は、可撓性に優れ、押圧力検出に十分な電圧を得られることが知られている。また、ポリ乳酸を主成分とする圧電性シートは、押圧力により圧電性シート全体が伸長する。したがって、ポリ乳酸を主成分とする圧電性シートは、圧電性シートの凹みだけでなく伸長も圧電フィルムの歪みとして検出できるので、特許文献１の圧電性シートと比べてより効率的に押圧力を検出することができる。

このようなポリ乳酸の圧電性シートは、ｄ１４の圧電定数を備えており、当該圧電性シートを用いた平膜状圧電素子は、ｄ１４の圧電定数に起因する圧電性を利用して、検出電圧を得ている。

特開２０００−２７５１１４号公報

しかしながら、ｄ１４の圧電定数を利用して検出電圧を得る場合、圧電性シートの固定構造によっては、圧電性シートで発生した電荷が、圧電性シートの両主面に形成された電極において相殺されてしまい、検出電圧が低くなってしまうことが分かった。すなわち、押圧力に対する検出感度が低くなってしまうことがある。

本発明の目的は、ｄ１４の圧電定数を備える圧電性シートを用いても、検出感度を低下させることなく押圧力を検出することができる押圧力センサを提供することにある。

この発明の押圧力センサは、対向する第１主面および第２主面を有する平膜の圧電性シートと第１主面に形成された第１電極と第２主面に形成された第２電極とを備える平膜型圧電素子と、平膜型圧電素子の第２主面側に当接する第３主面を備える支持体と、を備える。また、支持体は、第２電極の少なくとも一部の変形を許容する空間部を第３主面側に備える。該空間部に亘る圧電性シートへ外力によって生じる歪みが第３主面の略直交する二方向で異なるように、平膜型圧電素子と支持体が配置されている。

この構成では、圧電性シートにおける空間部に対向する範囲が操作者の押し込み等によって変位すると、圧電性シートの空間部に対向する範囲は歪む。この際、直交する二方向で圧電性シートの歪み量が異なるので、それぞれの方向の歪みによって電荷同士が相殺されることを抑制できる。これにより、圧電性シートの変位による検出電圧を高くすることができ、変位に対する検出感度が向上する。

また、この発明の押圧力センサでは、支持体の第３主面側から見た空間部の平面視形状が略直行する二方向で長さが異なる形状であることが好ましい。例えば、長円形、長方形、楕円形等、平面視形状で長手方向と短手方向で長さが異なる形状が考えられる。

この構成では、支持体の空間部の平面視形状により、直交する二方向で圧電性シートの歪み量を容易に異ならせることができる。

また、この発明の押圧力センサでは、圧電性シートは、ポリ乳酸を含み、直交する二方向とは異なる少なくとも一軸方向に延伸されていることが好ましい。

この構成では、圧電性シートの具体的な材質を示しており、ｄ１４の圧電定数を有するポリ乳酸を含んでいる。ポリ乳酸はポリマーであり、柔軟性を有するので、上述の従来技術に示した圧電結晶薄膜とは異なり、外部からの押圧力によって大きな変位が生じても、破損しにくい。また、ポリ乳酸は焦電性の影響を受けないので、外部環境の温度変化の影響を受けず、変位量のみに応じた検出電圧を得ることができる。

また、この発明の押圧力センサでは、圧電性シートの一軸に延伸されている方向は、略直交する二方向に対して略４５°であることが好ましい。

この構成のように、ｄ１４の圧電定数を有するポリ乳酸を支持体に配置すれば、押し込みによる変位に対して、より効率的に検出電圧を得ることができる。

また、この発明の押圧力センサでは、平膜型圧電素子は、支持体の空間部の長手方向の両端にのみ固定されていることが好ましい。

この構成では、圧電性シートの空間部に対応する範囲が、押し込みにより長手方向にのみ伸長し、短手方向（長手方向に略直交する方向）には殆ど伸長しない。したがって、長手方向と短手方向との二方向の伸長量（歪み量）の差が、より大きくなる。これにより、押し込みによる変位に対して、さらに効率良く検出電圧を得ることができる。

また、この発明の押圧力センサでは、空間部は、支持体の第３主面側から所定深さを有する凹部であってもよい。

また、この発明の押圧力センサでは、凹部内に弾性体が配置されていることが好ましい。

また、この発明の押圧力センサでは、空間部は、支持体における第３主面以外の面において開口していることが好ましい。

この構成では、空間部の具体的形状を示している。空間部は、第３主面から支持体内部に凹ませた凹部であってもよい。特に、凹部である場合、該凹部内に弾性体を配置してもよい。このような構成の場合、強い押し込みにより圧電性シートが所望以上に変形することを抑制でき、圧電性シートの破損を回避することができる。また、空間部は、支持体を貫通する貫通穴であってもよい。特に、空間部の少なくとも一部が外部に開口していることで、押し込みにより圧電性シートが空間部内に湾曲して入り込んだ際に、空間部内の空気が外部へ放出される。これにより、空間部内の空気圧の影響を受けずに、変位量のみに応じた検出電圧を得ることができる。

また、この発明の押圧力センサでは、第１電極、第２電極および空間部の組は、複数であってもよい。

この構成では、各組毎に押圧力を検出することができる。すなわち、複数箇所の押圧力の検出を１つの押圧力センサで検出することができる。

また、この発明の押圧力センサでは、圧電性シートの第１主面側に保護層を備えてもよい。

この構成では、平膜状圧電素子の操作入力側の面が保護される。

また、この発明の押圧力センサでは、圧電性シートの第１主面側に、圧電性シートの空間部に対向する範囲を押し込む押し込み部材を備えてもよい。

この構成では、操作者の操作方法によることなく、押し込み部材によって圧電性シートの空間部が確実に押し込まれる。これにより、操作者の操作をより確実に検出することができる。

この発明によれば、ｄ１４の圧電定数を備える圧電性シートを用いても、検出感度を低下させることなく押圧力を検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る押圧力センサの分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る押圧力センサの三面図およびＡ−Ａ’面の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る押圧力センサの平膜型圧電素子の三面図およびＡ−Ａ’面の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る押圧力センサの支持体の三面図である。 押し込み状態での押圧力センサの形状および押圧力検出概念を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る押圧力センサの分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る押圧力センサの分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る押圧力センサの三面図である。 押し込み状態での押圧力センサの形状および押圧力検出概念を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係る押圧力センサの側面を部分拡大した図である。 押し込み部材が操作者の指で押し込まれた状態での押圧力センサの側面を部分拡大した図である。 本発明の第５の実施形態に係る押圧力センサの部分拡大図である。 本発明の第６の実施形態に係る押圧力センサの部分拡大図である。 本発明の第７の実施形態に係る押圧力センサの三面図およびＡ−Ａ’面の断面図である。 本発明の第８の実施形態に係る押圧力センサの三面図およびＡ−Ａ’面の断面図である。

本発明の第１の実施形態に係る押圧力センサについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る押圧力センサの分解斜視図である。図２（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る押圧力センサの平面図、図２（Ｂ）は押圧力センサの長手面側面図、図２（Ｃ）は押圧力センサの短手面側面図、図２（Ｄ）はＡ−Ａ’面の断面図である。

押圧力センサ１０は、平膜型圧電素子２０、支持体３０、および保護層４０を備える。平膜型圧電素子２０、支持体３０、および保護層４０は、平面視した形状（操作面側（押圧力の加わる面側）から見た形状）が、矩形であり、それぞれの主面が並行になるように、互いに当接するように配置されている。

図３（Ａ）は平膜型圧電素子２０の平面図、図３（Ｂ）は平膜型圧電素子２０の長手面側面図、図３（Ｃ）は平膜型圧電素子２０の短手面側面図である。平膜型圧電素子２０は、圧電性シート２１０、第１電極２２０、第２電極２３０を備える。

圧電性シート２１０は、矩形状からなる平膜によって形成されている。すなわち、圧電性シート２１０は、平面視して直交する二方向である長手方向と短手方向とを有する形状で形成されている。

圧電性シート２１０は、Ｌ型ポリ乳酸（以下、ＰＬＬＡと称する。）によって形成されている。なお、圧電性シート２１０は、Ｄ型ポリ乳酸（以下、ＰＤＬＡと称する。）によって形成されていてもよい。

圧電性シート２１０に用いられるＰＬＬＡは、キラル高分子であり、主鎖が螺旋構造を有する。このＰＬＬＡシートは、一軸方向（図の太矢印９００の方向）に延伸され、分子が配向すると、圧電性を有する。一軸方向に延伸されたＰＬＬＡの圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。

なお、二軸方向に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方向に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軸としてその方向に８倍、その軸に直交する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出来る。

また、ＰＬＬＡは、延伸のみで圧電性を生じ、ＰＶＤＦ等の他のポリマーや従来技術に示した圧電結晶薄膜を用いた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、他の強誘電性の圧電体で生じる焦電性は、ＰＬＬＡには生じない。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。

このように、ＰＬＬＡを用いれば、焦電性による影響を受けない。したがって、検出時、検出位置の温度に依存することなく、変位量（押圧力）のみに応じた検出電圧を得ることができる。また、ＰＬＬＡはポリマーであり、柔軟性を有するので、圧電セラミックスのように、大きな変位で破損することがない。したがって、変位量が大きくても、当該変位量を確実に検出することができる。

また、ＰＬＬＡは比誘電率が約２．５と非常に低いため、ｄを圧電定数とし、ε^Ｔを誘電率とすると、圧電出力定数（＝圧電ｇ定数、ｇ＝ｄ／ε^Ｔ）が大きな値となる。

ここで、誘電率ε_３３ ^Ｔ＝１３×ε_０，圧電定数ｄ_３１＝２５ｐＣ／ＮのＰＶＤＦの圧電ｇ定数は、上述の式から、ｇ_３１＝０．２１７２Ｖｍ／Ｎとなる。一方、圧電定数ｄ_１４＝１０ｐＣ／ＮであるＰＬＬＡの圧電ｇ定数をｇ_３１に換算して求めると、ｄ_１４＝２×ｄ_３１であるので、ｄ_３１＝５ｐＣ／Ｎとなり、圧電ｇ定数は、ｇ_３１＝０．２２５８Ｖｍ／Ｎとなる。したがって、圧電定数ｄ_１４＝１０ｐＣ／ＮのＰＬＬＡで、ＰＶＤＦと同様の十分なセンサ感度を得ることができる。そして、本願発明の発明者らは、ｄ_１４＝１５〜２０ｐＣ／ＮのＰＬＬＡを実験的に得ており、当該ＰＬＬＡシートを用いることで、非常に高感度のセンサを実現している。

圧電性シート２１０は、矩形の長手方向と短手方向とに対して、一軸延伸方向（上述の延伸処理により最終的に最も延びている方向（図の太矢印９００の方向））が略４５°になるように、形成されている。なお、正確な４５°に限ることなく、略４５°であってもよい。略４５°とは、例えば４５°±１０°程度を含む角度をいう。これらの角度は、変位センサの用途に基づき、曲げの検知精度など全体の設計に応じて、適宜決定されるべき設計事項である。

このような形状とすることで、圧電性シート２１０は長手方向の伸長（歪み）および短手方向の伸長（歪み）のみに対して、電荷を発生する。これは、圧電性シート２１０を構成するＰＬＬＡがｄ１４の圧電定数を有するからである。

圧電性シート２１０は、矩形の平膜であるので、厚み方向に対向する第１平面と第２平面とを備える。第１電極２２０は、圧電性シート２１０の第１主面に形成されている。第２電極２３０は、圧電性シート２１０の第２主面に形成されている。第１電極２２０と第２電極２３０は、平面視して矩形状であり、圧電性シート２１０の所定領域を覆う形状で形成されている。具体的には、後述する支持体３０の開口部３２０を少なくとも覆う形状で形成されている。第１電極２２０と第２電極２３０は、対向する形状で形成されている。

第１電極２２０と第２電極２３０には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ポリチオフェンを主成分とする有機電極、ポリアニリンを主成分とする有機電極、銀ナノワイヤ電極、カーボンナノチューブ電極のいずれかを用いるのが好適である。これらの材料を用いることで、透光性の高い電極パターンを形成できる。尚、透明性が必要とされない場合には銀ペーストにより形成された電極や、蒸着やスパッタ、あるいはメッキなどにより形成された金属系の電極を用いることもできる。タッチパネル１０は大きく変位させられるため、屈曲性に優れているポリチオフェンを主成分とする有機電極、ポリアニリンを主成分とする有機電極、銀ナノワイヤ電極、カーボンナノチューブ電極、金属系の電極は特に好適である。

このような形状からなる平膜状圧電素子２０では、圧電性シート２１０が長手方向および短手方向に伸長する（歪む）と、伸長量に応じた電荷を発生し、第１電極２２０と第２電極２３０との間に検出電圧が発生する。この検出電圧によって、押圧力を検出することができる。

支持体３０は、本体３１０と、該本体３１０に形成された開口部３２０を備える。図４（Ａ）は支持体３０の平面図、図４（Ｂ）は支持体３０の長手面側面図、図４（Ｃ）は支持体３０の短手面側面図、図４（Ｄ）は支持体３０のＡ−Ａ’断面図である。

本体３１０は、平面視して長手方向と短手方向とからなる直交する二方向に広がる矩形状である。本体３１０は、絶縁性基板によって形成されている。本体３１０のヤング率は、圧電性シート２１０のヤング率よりも高い。すなわち、本体３１０は、圧電性シート２１０よりも、外力によって湾曲し難くなっている。

本体３１０は、上記直交する二方向に広がる平面に対して垂直な厚み方向に貫通する開口部３２０を備える。開口部３２０は、本体３１０の当該平面の略中央に形成されている。開口部３２０は、本体３１０の長手方向に沿って長く、本体３１０の短手方向に沿って短い形状で形成されている。すなわち、開口部３２０の長手方向長さＢＬは、短手方向長さＢＳよりも長い（ＢＬ＞ＢＳ）。この長さの比は、２倍程度であるとよい。開口部３２０は、平面視して長円形状からなる。ただし、開口部３２０の平面視した形状はこれに限るものではない。また、本実施形態では、開口部３２０は、断面積が厚み方向において一定であるが、異ならせてもよい。

このような形状の支持体３０の一方主面（第３主面）に、上述の構成からなる平膜状圧電素子２０を配置する。この際、平膜型圧電素子２０の第２電極２３０側が支持体３０の本体３１０の第３主面に当接するように配置されている。支持体３０と平膜型圧電素子２０は、それぞれの長手方向が一致するように配置されている。支持体３０と平膜型圧電素子２０は、この当接する部分において固着されている。そして、この開口部３２０に第２電極２３０が対向する部分が、本発明の「空間部」に相当する。

また、平膜型圧電素子２０と支持体３０とは、平面視して（第１主面、第２主面、第３主面に直交する方向に沿って見て）、第２電極２３０の形成範囲と、開口部３２０の形成範囲とが重なるように、接着材等で固定されている。より具体的には、平膜型圧電素子２０と支持体３０は、第２電極２３０の形成範囲内に開口部３２０の形成範囲が含まれるように、固定されている。逆に言えば、第２電極２３０の形成範囲と、開口部３２０の形成範囲とが重なるように、もしくは第２電極２３０の形成範囲内に開口部３２０の形成範囲が含まれるように、平膜型圧電素子２０の第１電極２２０および第２電極２３０と、支持体３０の開口部３２０が形成されている。

このような支持体３０と平膜型圧電素子２０との複合体における平膜型圧電素子２０の第１電極２２０側には、保護層４０が配置されている。保護層４０は、平膜型圧電素子２０および支持体３０と同様に、平面視した形状が矩形からなる。保護層４０は絶縁性材料からなり、圧電性シート２１０よりもヤング率が低い材料からなる。言い換えれば、外部からの押圧力による圧電性シート２１０の変位を阻害しない材質からなる。また、保護層４０は接着剤等で平膜型圧電素子２０の第１電極２２０側に固定されており、接着剤等も圧電性シート２１０の変位を阻害しない材質が選択されている。

このような形状からなる押圧力センサ１０は、保護層４０側から、開口部３２０の範囲を押し込んだ押圧力を検出する。図５は、押し込み状態での押圧力センサの形状および押圧力検出概念を説明するための図である。図５（Ａ）は平面図、図５（Ｂ）は長手側面図、図５（Ｃ）は短手面側面図である。

図５に示すように、操作者の指によって、保護層４０の表面（平膜型圧電素子２０側と反対側の面）が押し込まれると、この押し込みによって、保護層４０とともに圧電性シート２１０も変位する。

圧電性シート２１０（平膜型圧電素子２０）は、開口部３２０と第２電極２３０とが対向する範囲、すなわち空間部を除き、支持体３０に固着されている。そして、圧電性シート２１０の一軸延伸方向は、開口部３２０の長手方向および短手方向に対して４５°の角をなす。

したがって、平膜型圧電素子２０は、上述の押し込みによって、長手方向に沿った歪み（伸長）による変位と短手方向に沿った歪み（伸長）による変位に応じた検出電圧を発生する。この検出電圧は、長手方向に沿った変位によって発生する電荷と短手方向に沿った変位によって発生する電荷との加算値となる。

開口部３２０は、上述のように、長手方向の長さＢＬと短手方向の長さＢＳとが異なる。したがって、図５に示すように、長手方向の伸長による圧電性シート２１０の変位量Ｌ_Ｌは、短手方向の伸長による圧電性シート２１０の変位量Ｌ_Ｓよりも大きくなる（Ｌ_Ｌ＞Ｌ_Ｓ）。このため、長手方向の伸長による発生電荷量と、短手方向の伸長による発生電荷量とに適切な差が生じる。これにより、平膜型圧電素子２０からは、押し込みに応じた所望の検出電圧が発生し、当該押し込みを検出することができる。

さらに、ＰＬＬＡは、変位量に応じて、発生する電荷量が略線形に変化する。したがって、検出電圧値を計測することによって、押し込み量を検出することができる。これを用いることで、例えば、当該押圧力センサ１０を、テレビジョン装置や録画再生装置のリモコン装置に利用する場合に、押し込み量に応じて音量調整速度を変化させたり、早送り巻き戻しの速度を変化させたりすることも可能になる。

また、さらに、ＰＬＬＡは焦電性の影響を受けないので、操作者の指の温度に影響されることなく、押し込み量を正確に検出することができる。

以上のように、本実施形態の構成を用いること、押し込みおよび押し込み量を、確実且つ正確に検出することができる押圧力センサを実現することができる。この際、押圧力センサを簡素な構成で実現することができる。

なお、上述の説明では、開口部３２０の第３主面側の端部が直角になっているが、この端部は面取りするとよい。特に、所定の湾曲率で曲がるＲ面取りであると、よりよい。このような面取り形状により、第２電極２３０や圧電性シート２１０に傷が付いたり、破損したりすることを抑制できる。

次に、第２の実施形態に係る押圧力センサについて、図を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る押圧力センサの分解斜視図である。

本実施形態の押圧力センサ１０Ａは、第１の実施形態に示した、開口部と第１、第２電極との組を、複数組備えるものである。

平膜型圧電素子２０Ａは、圧電性シート２１０Ａを備える。圧電性シート２１０Ａは、圧電性シート２１０と同じ材質からなり、一軸方向に延伸されている。本実施形態の場合では、第１の実施形態の圧電性シート２１０と同様に、長手方向および短手方向に対して、４５°の角度を成すように、一軸方向に延伸されている。

圧電性シート２１０Ａの第１主面には、複数の第１電極２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６（以下、まとめる場合２２１−２２６と記載する。）が形成されている。複数の第１電極２２１−２２６は、矩形である。複数の第１電極２２１−２２６は、それぞれの長手方向が圧電性シート２１０Ａの長手方向に一致するように、配置されている。複数の第１電極２２１，２２２，２２３は、圧電性シート２１０Ａの短手方向に沿って間隔をおいて配置されている。複数の第１電極２２４，２２５，２２６は、圧電性シート２１０Ａの短手方向に沿って間隔をおいて配置されている。第１電極２２１，２２４は長手方向に沿って間隔をおいて配置されている。第１電極２２２，２２５は長手方向に沿って間隔をおいて配置されている。第１電極２２３，２２５は長手方向に沿って間隔をおいて配置されている。なお、複数の第１電極２２１−２２６の配置パターンは、これに限るものではなく、押圧力センサ１０Ａの仕様に応じて適宜設定することができる。

圧電性シート２１０Ａの第２主面には、複数の第２電極２３１，２３２，２３３，２３４，２３５，２３６が形成されている。第２電極２３１は、第１電極２２１に対向する位置に配置されており、第２電極２３２は、第１電極２２２に対向する位置に配置されている。第２電極２３３は、第１電極２２３に対向する位置に配置されており、第２電極２３４は、第１電極２２４に対向する位置に配置されている。第２電極２３５は、第１電極２２５に対向する位置に配置されており、第２電極２３６は、第１電極２２６に対向する位置に配置されている。

支持体３０Ａは、平面視して、圧電性シート２１０Ａと同じ形状である。支持体３０Ａには、本体３１０Ａに対して、複数の開口部３２１，３２２，３２３，３２４，３２５，３２６（以下、まとめる場合３２１−３２６と記載する。）が形成されている。複数の開口部３２１−３２６は、第１の実施形態に示した開口部３２０と同じ形状であり、平膜型圧電素子２０Ａが配置される支持体３０Ａの第３主面に直交する方向へ支持体３０Ａを貫通する貫通孔からなる。複数の開口部３２１−３２６は、開口する面の一方向の長さが長く、当該一方向に直交する他方向に短い長円状である。すなわち、複数の開口部３２１−３２６の長手方向長さＢＬは、短手方向長さＢＳよりも長い（ＢＬ＞ＢＳ）。複数の開口部３２１−３２６は、本体３１０Ａの長手方向に沿って長く、本体３１０Ａの短手方向に沿って短い形状で形成されている。

複数の開口部３２１−３２６は、上述の第１電極２２１−２２６および第２電極２３１−２３６と同様に、所定の配列パターンで配列形成されている。この際、平膜型圧電素子２０Ａを支持体３０Ａの第３主面側に配置した時に、第３主面に直交する方向から見て、開口部３２１が第２電極２３１の範囲内に配置され、開口部３２２が第２電極２３２の範囲内に配置され、開口部３２３が第２電極２３３の範囲内に配置され、開口部３２４が第２電極２３４の範囲内に配置され、開口部３２５が第２電極２３５の範囲内に配置され、開口部３２６が第２電極２３６の範囲内に配置されるように、開口部３２１−３２６が形成されている。

平膜型圧電素子２０Ａの第１電極２２１−２２６側には、保護層４０Ａが配置されている。保護層４０Ａは、第１の実施形態に示した保護層４０と同じ材料からなる。保護層４０Ａは、平面視して、平膜型圧電素子２０Ａおよび支持体３０Ａと同じ形状からなる。

平膜型圧電素子２０Ａのそれぞれの第１電極と第２電極との組は、それぞれ異なる検出回路に接続されている。

このような構成とすることで、１つの押圧力センサで、異なる複数点の押圧力を検出することができる。これにより、例えば、複数ボタンのリモコンを１つの押圧力センサで形成することができる。

次に、第３の実施形態に係る押圧力センサについて、図を参照して説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る押圧力センサの分解斜視図である。図８（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る押圧力センサの平面図、図８（Ｂ）は押圧力センサの第１側面図、図８（Ｃ）は押圧力センサの第２側面図である。

押圧力センサ１０Ｂは、平膜型圧電素子２０Ｂ、支持体３０Ｂ、および保護層４０Ｂを備える。平膜型圧電素子２０Ｂは、圧電性シート２１０Ｂと、第１電極２２１Ｂ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２４Ｂと、第２電極２３１Ｂ，２３２Ｂ，２３３Ｂ，２３４Ｂを備える。圧電性シート２１０Ｂは、第１の実施形態に示した圧電性シート２１０と同じ材料からなる。圧電性シート２１０Ｂは、平面視して矩形からなる。特に、本実施形態の圧電性シート２１０Ｂは、平面視して正方形からなる。

第１電極２２１Ｂ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２４Ｂは、圧電性シート２１０Ｂの第１主面に配置されている。第１電極２２１Ｂ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２４Ｂは、平面視して矩形からなる。第１電極２２１Ｂ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２４Ｂは、第１の実施形態に示した第１電極２２０と同じ材料からなる。第１電極２２１Ｂ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２４Ｂは、圧電性シート２１０Ｂの第１主面の各辺の近傍にそれぞれ配置されている。この際、第１電極２２１Ｂ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２４Ｂは、それぞれの長手方向が、それぞれに沿う辺に平行になるように配置されている。

第２電極２３１Ｂ，２３２Ｂ，２３３Ｂ，２３４Ｂは、圧電性シート２１０Ｂの第２主面に配置されている。第２電極２３１Ｂ，２３２Ｂ，２３３Ｂ，２３４Ｂは、平面視して矩形からなる。第２電極２３１Ｂは第１電極２２１Ｂに対向する位置に配置されている。第２電極２３２Ｂは第１電極２２２Ｂに対向する位置に配置されている。第２電極２３３Ｂは第１電極２２３Ｂに対向する位置に配置されている。第２電極２３４Ｂは第１電極２２４Ｂに対向する位置に配置されている。

平膜型圧電素子２０Ｂの第２主面側には、支持体３０Ｂが配置されている。支持体３０Ｂは、第１の実施形態に示した支持体３０と同じ材料からなる。支持体３０Ｂは、平面視して矩形からなる。特に、本実施形態の支持体３０Ｂは、圧電性シート２１０Ｂと同じで、平面視して正方形からなる。

支持体３０Ｂには、平膜型圧電素子２０Ｂに当接する第３主面に直交する方向に支持体３０Ｂの本体３１０Ｂを貫通する開口部３２１Ｂ，３２２Ｂ，３２３Ｂ，３２４Ｂが形成されている。複数の開口部３２１Ｂ，３２２Ｂ，３２３Ｂ，３２４Ｂは、それぞれ、支持体３０Ｂの第３主面に直交する方向から見て、それぞれの辺の近傍に形成されている。この際、開口部３２１Ｂは、平膜型圧電素子２０Ｂの第２主面を支持体３０Ｂの第３主面に当接させた状態で、第３主面に直交する方向から見て、第２電極２３１Ｂと部分的に重なる位置に形成されている。同様に、開口部３２２Ｂ，３２３Ｂ，３２４Ｂは、平膜型圧電素子２０Ｂの第２主面を支持体３０Ｂの第３主面に当接させた状態で、第３主面に直交する方向から見て、それぞれ第２電極２３２Ｂ，２３３Ｂ，２３４Ｂと部分的に重なる位置に形成されている。

複数の開口部３２１Ｂ，３２２Ｂ，３２３Ｂ，３２４Ｂは、それぞれに近い支持体３０Ｂの側壁を所定幅で分断するように、外部へ開口する形状で形成されている。これら側壁を分断する幅は、第２電極２３１Ｂ，２３２Ｂ，２３３Ｂ，２３４Ｂの長手方向の長さよりも短い。複数の開口部３２１Ｂ，３２２Ｂ，３２３Ｂ，３２４Ｂは、支持体３０Ｂを第３主面に直交する方向から見て、それぞれ近接する側壁から中央に向かって所定長さに亘って開口する形状で形成されている。これらの側壁から中央に向かう開口の長さは、第２電極２３１Ｂ，２３２Ｂ，２３３Ｂ，２３４Ｂの短手方向の長さよりも長い。

平膜型圧電素子２０Ｂの第１電極２２１Ｂ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２４Ｂ側には、保護層４０Ｂが配置されている。保護層４０Ｂは、第１の実施形態に示した保護層４０と同じ材料からなる。保護層４０Ｂは、平面視して、平膜型圧電素子２０Ｂおよび支持体３０Ｂと同じ形状からなる。

このような構造の押圧力センサ１０Ｂでは、保護層４０Ｂ側から、開口部３２１Ｂ、３２２Ｂ，３２３Ｂ，３２４Ｂの範囲を押し込んだ押圧力を検出する。図９は、押し込み状態での押圧力センサの形状および押圧力検出概念を説明するための図である。図９（Ａ）は開口部３２１Ｂ付近の拡大平面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）に示す拡大部分の側面図である。以下では、開口部３２１Ｂについて説明するが、他の開口部３２２Ｂ，３２３Ｂ，３２４Ｂについても同様の作用により押圧力を検出することができる。

図９に示すように、保護層４０Ｂの表面（平膜型圧電素子２０Ｂ側と反対側の面）が押し込まれると、この押し込みによって、保護層４０Ｂとともに圧電性シート２１０Ｂも変位する。

圧電性シート２１０Ｂ（平膜型圧電素子２０Ｂ）の第２電極２３１Ｂ（第１電極２２１Ｂ）の形成領域では、第２電極２３１Ｂの長手方向の端部付近のみが支持体３０Ｂに固着されている。このため、この両端間の領域は開口部３２１Ｂに対向しており、空間部となる。したがって、第２電極２３１Ｂの短手方向の両端は、略全長に亘り固定されていない。そして、圧電性シート２１０Ｂの一軸延伸方向は、開口部３２１Ｂの第２電極２３１Ｂに対向する領域の長手方向および短手方向に対して４５°の角をなす。

したがって、平膜型圧電素子２０Ｂの第２電極２３１Ｂ、第１電極２２１Ｂおよびこれらに挟まれる圧電性シート２１０Ｂからなる部分は、上述の押し込みによって、図９（Ｂ）に示すように、第２電極２３１Ｂおよび第１電極２２１Ｂの長手方向に沿った歪み（伸長）による変位Ｌ_ＬＢのみが生じ、短手方向に沿った変位は殆ど生じない。したがって、長手方向の変位によって発生する電荷が短手方向の変位によって発生する電荷で相殺されることが無く、変位による検出電圧をより高くすることができる。すなわち、より効率的に変位による検出電圧を発生することができる。

なお、第１電極および第２電極が平面視して矩形（長方形）である場合を示したが、本実施形態に示すように、電極の直交する二方向のうちの一方向の端部のみが支持体に固着される構成であれば、正方形であっても、同様の作用効果を得ることができる。

すなわち、本発明の構成としては、圧電性シートに電極が形成されている部分の直交する二方向において、押し込みによる歪みに差が生じる構造であれば、同様の作用効果を得ることができる。そして、この直交する二方向に対して、圧電性シートの一軸延伸方向が略４５°の角度を成すことが好適である。

次に、第４の実施形態に係る押圧力センサについて、図を参照して説明する。図１０は、本発明の第４の実施形態に係る押圧力センサの側面を部分拡大した図である。

本実施形態の押圧力センサ１０Ｃは、第３の実施形態に示した押圧力センサ１０Ｂに対して、さらに押し込み部材５０を追加したものである。

平膜型圧電素子２０Ｃは、第３実施形態に示した平膜型圧電素子２０Ｂと同じであり、支持体３０Ｃは、第３実施形態に示した支持体３０Ｂと同じであり、保護層４０Ｃは、第３実施形態に示した保護層４０Ｂと同じである。保護層４０Ｃは、省略することができる。

支持体３０Ｃの平膜型圧電素子２０Ｃと反対側の面は、押圧力センサ１０Ｃが組み込まれる操作装置のベース回路基板８２０に当接している。

保護層４０Ｃの平膜型圧電素子２０Ｃと反対側には、押し込み部材５０が配置されている。押し込み部材５０は、平板部５１０、首部５２０、および頭部５３０を備える。押し込み部材５０は、平板部５１０が押し込みにより湾曲する程度の可撓性を有する材料からなる。例えば、押し込み部材５０は、ゴム等からなる。

平板部５１０は、少なくとも第１電極２２１Ｃ、第２電極２３１Ｃの長手方向に沿った長さが、これらの長さよりも長い形状からなる。そして、外部からの押し込みが無い状態では、平板部５１０の保護層４０Ｃ側の面が平坦になる形状で形成されている。

首部５２０は、開口部３２１Ｃよりも断面積が小さな柱状に形成されている。首部５２０における柱の延伸する方向の一方端には、平板部５１０が当接している。また、首部５２０における柱の延伸する方向の他方端には、頭部５３０が当接している。首部５２０は、外部からの押し込みによる変形が生じ難い形状および硬度からなる。

頭部５３０は、所定面積に操作面を有する略平板の形状からなる。なお、操作面の面積は、例えば一般的な操作者の指の大きさ等から適宜設定すればよい。

このような形状からなる押し込み部材５０は、首部５２０の途中から頭部５３０側が、操作装置の筐体８１０に設けられた貫通孔８１１から外部に露出するように配置されている。

このような押し込み部材５０を用いて、操作入力を行う場合、図１１に示すように、平膜型圧電素子２０Ｃが変位して、押圧力を検出できる。図１１は、押し込み部材が操作者の指で押し込まれた状態での押圧力センサの側面を部分拡大した図である。

図１１に示すように、操作者が押し込み部材５０を押し込むと、頭部５３０および首部５２０が、外部から開口部３２１Ｃ側に移動する。ここで、平板部５１０の端部は、平膜型圧電素子２０Ｃの第１主面側に当接すると、平膜型圧電素子２０Ｃを介して支持体３１０Ｃで保持される。しかし、平板部５１０の首部５２０が接続する中央部分は、押し込み量（押圧力）に応じて、湾曲しながら開口部３２１Ｃ側に押し込まれる。これにより、平膜型圧電素子２０Ｃの圧電性シート２１０Ｃも長手方向に沿って伸長して歪み、変位Ｌ_ＬＣが生じる。この変位Ｌ_ＬＣによる検出電圧により、押し込み量（押圧力）を検出することができる。

そして、本実施形態の構成では、平板部５１０を押し込む首部５２０が開口部３２１Ｃの範囲内にあるので、押し込み部材５０の頭部５３０のいずれの位置を押し込んでも、圧電性シート２１０Ｃの開口部３２１Ｃに対向する部分が押し込まれる。これにより、確実に押し込みを検出することができる。

次に、第５の実施形態に係る押圧力センサについて、図を参照して説明する。図１２は、本発明の第５の実施形態に係る押圧力センサの部分拡大図である。本実施形態の押圧力センサ１０Ｄは、第３の実施形態に示した押圧力センサ１０Ｂに対して、開口部の形状が異なるものであり、他の構成は同じである。なお、図１２では、開口部３２１Ｄのみを示すが支持体３１０Ｄに形成された他の開口部の同様の構造からなる。

図１２に示すように、開口部３２１Ｄは、支持体３０Ｄの本体３１０Ｄの端辺側の開口幅Ｗ_ＦＤが中央側の開口幅Ｗ_ＢＤよりも短い（Ｗ_ＦＤ＜Ｗ_ＢＤ）形状からなる。このような構造であっても、上述の第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、第６の実施形態に係る押圧力センサについて、図を参照して説明する。図１３は、本発明の第６の実施形態に係る押圧力センサの部分拡大図である。本実施形態の押圧力センサ１０Ｅは、第３の実施形態に示した押圧力センサ１０Ｂに対して、開口部の形状が異なるものであり、他の構成は同じである。なお、図１３では、開口部３２１Ｅのみを示すが支持体３１０Ｅに形成された他の開口部の同様の構造からなる。

図１３に示すように、開口部３２１Ｅは、支持体３０Ｅの本体３１０Ｅの端辺側の開口幅Ｗ_ＦＥが中央側の開口幅Ｗ_ＢＥよりも長い（Ｗ_ＦＥ＞Ｗ_ＢＥ）形状からなる。このような構造であっても、上述の第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、第７の実施形態に係る押圧力センサについて、図を参照して説明する。図１４（Ａ）は、本発明の第７の実施形態に係る押圧力センサの平面図、図１４（Ｂ）は押圧力センサの長手面側面図、図１４（Ｃ）は押圧力センサの短手面側面図、図１４（Ｄ）はＡ−Ａ’面の断面図である。

本実施形態の押圧力センサ１０Ｆは、支持体３０Ｆの本体３１０Ｆの開口部３２０Ｆの形状が第１の実施形態の押圧力センサ１０の支持体３０の開口部３２０と異なるものであり、他の構成は同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。

支持体３０Ｆには、開口部３２０Ｆが形成されている。開口部３２０Ｆは、支持体３０Ｆの第３主面から所定深さで掘った凹部からなる。開口部３２０Ｆの第３主面側の開口形状は、第１の実施形態の開口部３２０と同じである。開口部３２０Ｆの底面には、本体３１０Ｆを貫通する貫通孔３２１Ｆが形成されている。この貫通孔３２１Ｆは、平膜型圧電素子２０Ｆが、開口部３２０Ｆ内に押し込まれた時に、開口部３２０Ｆ内の空気を外部へ放出するための孔である。

このような構造であっても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、このような凹部の構造は、第２の実施形態に示した各開口部３２１−３２６にも適用することができる。また、第３の実施形態以降の各実施形態の開口部にも適用することができる。

次に、第８の実施形態に係る押圧力センサについて、図を参照して説明する。図１５（Ａ）は、本発明の第８の実施形態に係る押圧力センサの平面図、図１５（Ｂ）は押圧力センサの長手面側面図、図１５（Ｃ）は押圧力センサの短手面側面図、図１５（Ｄ）はＡ−Ａ’面の断面図である。

本実施形態の押圧力センサ１０Ｇは、第７の実施形態に示した押圧力センサ１０Ｆに対して弾性体６０がさらに配置されたものであり、他の構成は、押圧力センサ１０Ｆと基本的に同じである。なお、本実施形態の構成では、図１５に示すように、第７の実施形態に示した押圧力センサ１０Ｆで形成した空気放出用の貫通孔をなくてもよいが、形成してもよい。

押圧力センサ１０Ｇの開口部３２０Ｇ内には、弾性体６０が配置されている。弾性体６０には、圧電性シート２１０Ｇの変位を阻害しない材質を選択することが好ましいが、単に押圧の有無を検出するだけであるのならば、弾性体６０は、圧電性シート２１０Ｇよりもヤング率が低ければよい。

このような構成とすることで、強い押し込みにより圧電性シート２１０Ｇが所望以上に変形することを抑制でき、圧電性シート２１０Ｇの破損を回避することができる。

なお、上述の説明では、ポリ乳酸を含む圧電性シートを用いる例を示したが、ｄ１４の圧電定数を有する圧電性シートであれば、上述の構成を適用でき、同様の作用効果を得ることができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ：押圧力センサ、
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ：平膜型圧電素子、
２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ：圧電性シート、
２２０，２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２１Ｂ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２４Ｂ，２２１Ｃ：第１電極、
２３０，２３１，２３２，２３３，２３４，２３５，２３６，２３１Ｂ，２３２Ｂ，２３３Ｂ，２３４Ｂ，２３１Ｃ：第２電極、
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ，３０Ｇ：支持体、
３１０，３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄ，３１０Ｅ，３１０Ｆ，３１０Ｇ：本体、
３２０，３２１，３２２，３２３，３２４，３２５，３２６，３２１Ｂ，３２２Ｂ，３２３Ｂ，３２４Ｂ，３２１Ｃ，３２１Ｄ，３２０Ｆ：開口部、
３２１Ｆ：貫通孔、
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ：保護層、
５０：押し込み部材、
６０：弾性体、
５１０：平板部、
５２０：首部、
５３０：頭部、
８１０：筐体、
８１１：貫通孔、
８２０：ベース回路基板

Claims (11)

1. 対向する第１主面および第２主面を有する平膜の圧電性シートと、前記第１主面に形成された第１電極と、前記第２主面に形成された第２電極とを備える平膜型圧電素子と、
   前記平膜型圧電素子の前記第２主面側に当接する第３主面を備える支持体と、を備える押圧力センサであって、
   前記支持体は、前記第２電極の少なくとも一部の変形を許容する空間部を、前記第３主面側に備え、
   該空間部に亘る圧電性シートへ外力によって生じる歪みが、前記第３主面の略直交する二方向で異なるように、前記平膜型圧電素子と前記支持体が配置されている、押圧力センサ。
2. 前記支持体の第３主面から見た前記空間部の平面視形状は、略直交する二方向で長さが異なる形状である、請求項１に記載の押圧力センサ。
3. 前記圧電性シートは、ポリ乳酸を含み、前記略直交する二方向とは異なる少なくとも一軸方向に延伸されている、請求項１または請求項２に記載の押圧力センサ。
4. 前記圧電性シートの一軸に延伸されている方向は、前記略直交する二方向に対して略４５°である、請求項３に記載の押圧力センサ。
5. 前記平膜型圧電素子は、前記支持体の前記空間部の長手方向の両端にのみ固定されている、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の押圧力センサ。
6. 前記空間部は、前記支持体の前記第３主面側から所定深さを有する凹部である、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の押圧力センサ。
7. 前記凹部内には弾性体が配置されている、請求項６に記載の押圧力センサ。
8. 前記空間部は、前記支持体における前記第３主面以外の面において開口している、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の押圧力センサ。
9. 前記第１電極、前記第２電極および前記空間部の組は、複数である、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の押圧力センサ。
10. 前記圧電性シートの前記第１主面側に保護層を備える、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の押圧力センサ。
11. 前記圧電性シートの前記第１主面側に、前記圧電性シートの前記空間部に対向する範囲を押し込む押し込み部材を備える、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の押圧力センサ。

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