JPWO2014112494A1 - 変位検出センサおよび操作入力装置 - Google Patents

Abstract

変位検出センサ（１）は、板部材（２０）、圧電センサ（１１，１２）を備える。圧電センサ（１１）はＰＬＬＡの圧電性フィルム（１１０）を備える。圧電センサ（１２）はＰＬＬＡの圧電性フィルム（１２０）を備える。圧電センサ（１１，１２）は板部材（２０）の操作面と反対側の面に装着されている。板部材（２０）には、操作面の押し込みよって全体に引っ張り応力が発生する。圧電センサ（１１）は当該圧電センサ（１１）が装着される領域における板部材（２０）のマクロ的引っ張り応力（Ｄｍａ１１）の方向と圧電性フィルム（１１０）の分子の配向方向（ＤＲ１１）とが４５°を成すように装着されている。圧電センサ（１２）は当該圧電センサ（１２）が装着される領域における板部材（２０）のマクロ的引っ張り応力（Ｄｍａ１２）の方向と圧電性フィルム（１２０）の分子の配向方向（ＤＲ１２）とが略４５°の角度で交差するように装着されている。

Description

本発明は、操作面が押し込まれた際の変位を検出する変位検出センサおよび操作入力装置に関する。

従来、操作者による操作面への操作を検出する操作検出センサが各種考案されている。操作検出センサとしては、静電容量方式、熱抵抗方式、圧電音響方式、赤外線センサ方式等があるが、操作面の押し込みによる操作面に直交する変位量を検出する場合には、これらとは別の変位検出センサを設置する必要がある。

特許文献１には、操作検出センサであるタッチパネル、操作面の押し込みを検出する感圧センサを備えるタッチ式入力装置が記載されている。特許文献１のタッチ式入力装置では、感圧センサは、タッチパネルの下側の面（操作面と反対側の面）に配置されており、タッチパネルと同じ面積からなる。また、特許文献１のタッチ式入力装置では、タッチパネルの操作面側に保護層が配置されている。

特許文献２には、平板状の圧電体の両面にマトリックス状の電極を形成した操作入力装置が記載されている。

特開平５−６１５９２号公報 特開２００６−１６３６１８号公報

しかしながら、上述の各従来技術の構成では、次に示すような課題が生じる。

特許文献１に記載のタッチ式入力装置では、操作者による操作面への押し込みは、保護膜およびタッチパネルを介して感圧センサで検知される。したがって、押し込みの検出感度が低くなる。さらに、当該タッチ式入力装置を携帯端末の装着する際、一般的にはガラス等からなる所定の剛性を有する部材を操作面に装着する。この場合には、より一層、押し込みの検出感度が低くなってしまう。

また、特許文献２に記載の操作入力装置では、線状電極からなるマトリックス状の電極で、押し込みによって発生する電荷を検出するため、押し込みの検出感度が低くなる。さらに、当該操作入力装置を携帯端末の装着する際にも、一般的にはガラス等からなる所定の剛性を有する部材を操作面に装着する。この場合には、特許文献１に記載の操作入力装置と同様に、より一層、押し込みの検出感度が低くなってしまう。

したがって、本発明の目的は、押し込みの検出感度が高い変位検出センサおよび操作入力装置を提供することにある。

この発明の変位検出センサは、一方主面が操作面となる板部材と、板部材の他方主面に装着されており、平膜状の圧電性フィルムおよび該圧電性フィルムの両主面に形成された検出用電極を含む平膜状の圧電センサと、を備える。圧電性フィルムはキラル高分子を含む。圧電センサの貼り付け領域における板部材の一方主面を押し込んだ際の板部材により前記圧電センサに生じる引っ張り応力のマクロ的な方向と、キラル高分子の分子配向方向とが交差するように、圧電センサは板部材に装着されている。

この構成では、圧電センサを板部材に装着しているので、板部材を一方主面から押し込んだ際の板部材の変形によって圧電センサに引っ張り応力が生じるようになっている。この時圧電センサには、様々な方向に引っ張り応力が生じているが、それらの中で総合して支配的な方向、すなわちマクロ的な方向とキラル高分子の分子配向方向とが交差するように装着することで、圧電性フィルムに発生する電荷量を検出できるようにしている。

また、この発明の変位検出センサでは、圧電性フィルムを形成するキラル高分子は少なくとも一軸方向に延伸されたポリ乳酸であり、引っ張り応力のマクロな方向と分子配向方向との交差角度が略４５°であることが好ましい。

この構成では、圧電性フィルムに発生する電荷量を大きくすることができる。これにより、操作面の押し込みに対する圧電センサの感度を高くすることができる。

また、この発明の変位検出センサでは、圧電センサが複数であり、複数の圧電センサは、板部材に対して異なる位置に装着されていてもよい。

この構成では、各圧電センサの出力する電圧を、相殺しないように加算することで、押し込みに対する検出信号の振幅レベルを大きくすることができる。これにより、操作面の押し込みに対する圧電センサの感度を、さらに高くすることができる。

また、この発明の変位検出センサでは、複数の圧電センサは共通の圧電性フィルムに形成され、各圧電センサを構成する検出用電極は異なる出力を有していてもよい。

この構成では、複数の圧電センサを単一の圧電性フィルムで形成できる。これにより、変位センサを、より簡素な構成で且つ容易に製造することができる。

また、この発明の変位検出センサでは、共通の圧電性フィルムは、操作面の他方主面の略全面に亘り配置されていてもよい。

この構成では、圧電性フィルムが全面に貼り付けられていることで、操作面全面が外部に見える構造であっても、全体の色が均一となり、見栄えがよい。

また、この発明の変位検出センサでは、ポリ乳酸はＬ型ポリ乳酸を主たる構成とすることが好ましい。

この構成では、板部材の変位に対する感度、すなわち操作面の押し込みに対する感度を、さらに高くすることができる。

また、この発明の変位検出センサでは、次の構成であることが好ましい。板部材は、第１方向の長さが該第１方向に直交する第２方向の長さよりも長い。圧電センサは第１方向長さが第２方向の長さよりも短い。圧電センサは板部材の角部に装着されている。

この構成では、板部材および圧電センサのより好適な態様を示している。圧電センサは第１方向長さが第２方向の長さよりも短い構成であるので、第１方向長さに引っ張り応力が生じやすい。また、板部材の角部は、引っ張り応力のマクロ的な方向が押し込みの位置によって変化する程度が小さく、圧電センサは、第１方向長さが板部材の第１方向または第２方向と沿うように板部材の角部に装着されているので、操作面の押し込みを効果的に検出することができる。

また、この発明の操作入力装置は、上述のいずれかに記載の変位検出センサと、該変位検出センサが出力する電圧から変位を検出する変位検出部と、を備えることを特徴としている。

この構成では、上述の変位検出センサを用いることで、操作入力の検出感度が高い操作入力装置を実現することができる。

また、この発明の操作入力装置では、次の構成であることが好ましい。操作入力装置は、板部材の一方主面の中央が開口し、該一方主面の周辺部が当接する筐体を備える。圧電センサは、操作面に直交する方向にて板部材と筐体が重なる領域に配置されている。

この構成では、圧電センサが装着されている領域は、筐体内に隠れる。したがって、外部へ開口する操作面は、全面均一な色となる。

この発明によれば、押し込みの検出感度が高い変位検出センサおよび操作入力装置を実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る変位検出センサの平面図および側面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る変位検出センサにおける圧電センサの装着領域の部分拡大図である。 板部材の一方主面の中央位置を押し込んだ際の板部材の変位分布を示す図である。 図３に示す板部材における圧電センサが装着された領域の変位分布の拡大図である。 圧電センサの圧電性フィルムでの電荷発生量の押し込み位置依存特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る操作入力装置の回路ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る操作入力装置の正面図および側面断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る変位検出センサの平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る変位検出センサの平面図である。

本発明の第１の実施形態に係る変位検出センサおよび操作入力装置について、図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る変位検出センサの平面図および側面断面図である。図１では正面図に示すＡ−Ａ断面図を示している。図２は本発明の第１の実施形態に係る変位検出センサにおける圧電センサの装着領域の部分拡大図である。

変位検出センサ１は、圧電センサ１１，１２および板部材２０を備える。圧電センサ１１，１２は、同じ構成からなる。しがって、圧電センサ１１の構成のみを具体的に説明する。

圧電センサ１１は、圧電性フィルム１１０、検出用電極１１１，１１２を備える。圧電性フィルム１１０は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、より具体的にはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）からなり、長さＬｐに対して幅Ｗｐが短い長尺状の平板からなる。圧電性フィルム１１０の分子の配向方向ＤＲ１１は、圧電性フィルム１１０の長さＬｐに沿った方向（圧電性フィルムの長さ方向）に一致している。言い換えれば、圧電性フィルム１１０の一軸延伸方向は、圧電フィルムの長さ方向に一致している。

ここで、圧電性フィルム１１０を形成するＰＬＬＡの特性について説明する。

ＰＬＬＡは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、一軸延伸された方向に分子が配向し、当該分子の配向によって圧電性を有する。そして、一軸延伸されたＰＬＬＡは、圧電性フィルムの平板面が押し込まれることにより、電荷を発生する。この際、発生する電荷量は、押し込みにより平板面が、当該平板面に直交する方向へ変位する変位量によって一意的に決定される。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。したがって、押し込みによる変位を高感度に検出することができる。

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。尚、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。

また、ＰＬＬＡは、延伸等による分子の配向処理で圧電性を生じるので、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。したがって、周囲環境に影響されることなく、押し込みによる変位を高感度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、εＴを誘電率とすると、圧電出力定数（＝圧電ｇ定数、ｇ＝ｄ／εＴ）が大きな値となる。ここで、誘電率ε３３Ｔ＝１３×ε０，圧電定数ｄ３１＝２５ｐＣ／ＮのＰＶＤＦの圧電ｇ定数は、上述の式から、ｇ３１＝０．２１７２Ｖｍ／Ｎとなる。一方、圧電定数ｄ１４＝１０ｐＣ／ＮであるＰＬＬＡの圧電ｇ定数をｇ３１に換算して求めると、ｄ１４＝２×ｄ３１であるので、ｄ３１＝５ｐＣ／Ｎとなり、圧電ｇ定数は、ｇ３１＝０．２２５８Ｖｍ／Ｎとなる。したがって、圧電定数ｄ１４＝１０ｐＣ／ＮのＰＬＬＡで、ＰＶＤＦと同様の押し込み量の検出感度を十分に得ることができる。そして、本願発明の発明者らは、ｄ１４＝１５〜２０ｐＣ／ＮのＰＬＬＡを実験的に得ており、当該ＰＬＬＡを用いることで、さらに非常に高感度に押し込みを検出することが可能になる。

検出用電極１１１は、圧電性フィルム１１０の一方の平板面（主面）の略全面に形成されている。検出用電極１１２は、圧電性フィルム１１０の他方の平板面（主面）の略全面に形成されている。検出用電極１１１，１１２は、ポリチオフェンやポリアニリンを主成分とする有機電極、ＩＴＯ、ＺｎＯ、銀ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、グラフェン等の無機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、透光性の高い導体パターンを形成できる。

以上のような構成により、押し込みによる変位の検出感度が高く、透光性が高く、薄い圧電センサを形成することができる。

板部材２０は、直交する一方向（ｙ方向）の長さＬｙ、他方向（ｘ方向）の長さＬｘの矩形状からなり、所定の厚みを有する。板部材２０は、ある程度の剛性を有する材料からなり、例えばガラスの平板によって形成されている。板部材２０は、一方主面２０１と他方主面２０２とを備え、板部材２０の長さＬｘ方向の一方端が端辺２１１であり、他方端が端辺２１２である。板部材２０の長さＬｙ方向の一方端が端辺２２１であり、他方端が端辺２２２である。

このような板部材２０に対して、圧電センサ１１，１２は次に示すように装着される。圧電センサ１１，１２は、板部材２０の他方主面２０２に装着されている。この際、圧電センサ１１，１２は当該圧電センサ１１，１２における一方の平板面の検出用電極が板部材２０の他方主面２０２に当接するように、板部材２０に装着されている。

圧電センサ１１，１２は、圧電センサ１１，１２の長尺方向（長さＬｐ方向）が、板部材２０の長さＬｘ方向と平行になるように、板部材２０に装着されている。言い換えれば、圧電センサ１１，１２は、それぞれの分子の配向方向ＤＲ１１，ＤＲ１２が、板部材２０の長さＬｘ方向と平行になるように、板部材２０に装着されている。この際、圧電センサ１１の配向方向ＤＲ１１と圧電センサ１２の配向方向ＤＲ１２とが逆方向となっている。

圧電センサ１１は、板部材２０の端辺２１１と端辺２２１とが交わる角部付近に装着されている。圧電センサ１２は、板部材２０の端辺２１２と端辺２２１とが交わる角部付近に装着されている。

このような構成からなる変位検出センサ１を、板部材２０の一方主面２０１を操作面として、当該変位検出センサ１が備えられる操作入力装置の筐体等に固定する。この際、板部材２０の四つの端辺２１１，２１２，２２１，２２２が、操作面の押し込みによって少なくとも厚み方向に移動しないように、四つの端辺２１１，２１２，２２１，２２２が固定される。

このような状態において、板部材２０の一方主面２０１を押し込むと、板部材２０は、四つの端辺２１１，２１２，２２１，２２２が拘束されていることにより、押し込み位置が最も変位する位置となって、一方主面２０１側から他方主面２０２側に向かって変位する。この際、四つの端辺２１１，２１２，２２１，２２２を除く略全面が変位する。

図３は、板部材の一方主面の中央位置を押し込んだ際の板部材の変位分布を示す図である。図４は、図３に示す板部材における圧電センサが装着された領域の変位分布の拡大図である。

図３に示すように、一方主面２０１を押し込むことにより、板部材２０には、全体に亘り図３、図４の細矢印に示すような引っ張り応力が発生する。この際、板部材２０の各局所位置では、それぞれに異なる大きさのミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉが生じる。すなわち、板部材２０の全面に亘って、それぞれに押し込み量に応じた大きさのミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉが分布する。

ここで、図３、図４に示すように、板部材２０における端辺２１１と端辺２２１が交わる角部付近の領域、および板部材２０における端辺２１２と端辺２２１が交わる角部付近の領域では、ミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉの大きさが大きくなる。

また、板部材２０における端辺２１１と端辺２２１が交わる角部付近の領域では、ミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉの方向は、端辺２１１および端辺２２１に対して、交差する角度が略４５°をなす。そして、このようなミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉは、角部付近で大きく、端辺２２１の中間位置に近づくほど、且つ、板部材２０の中心に近づくほど、小さくなり、端辺２１１および端辺２２１に対する角度も変化していく。

このようなミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉが分布する端辺２１１と端辺２２１が交わる角部付近の領域に対して、上述のように、端辺２２１に長尺方向が沿うように圧電センサ１１が装着されている。

ミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉの分布は、上述の通りであるので、圧電センサ１１の装着された領域では、ミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉは、端辺２１１および端辺２２１に対して４５°をなすものが支配的である。したがって、圧電センサ１１の装着された領域でのミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉの和であるマクロ的引っ張り応力Ｄｍａ１１は、端辺２１１および端辺２２１に対してその交差する角度が４５°をなす。

これにより、圧電センサ１１を構成する圧電性フィルム１１０の分子の配向方向ＤＲ１１とマクロ的引っ張り応力Ｄｍａ１１の方向との成す角θは、４５°となる。圧電性フィルム１１０を構成するＰＬＬＡは、分子の配向方向ＤＲ１１に対して４５°を成す方向に係る応力に対して、最も電荷を発生する性質を有する。

したがって、この構成を用いることで、操作面（一方主面２０１）の押し込みによる変位に対して、圧電センサ１１から大きな電荷量を検出することができる。

また、板部材２０における端辺２１２と端辺２２１が交わる角部付近の領域では、ミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉの方向は、端辺２１２および端辺２２１に対して、略４５°をなす。この際、端辺２１２と端辺２２１が交わる角部付近の領域でのミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉの方向は、端辺２１１と端辺２２１が交わる角部付近の領域でのミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉの方向と略直交する。そして、このようなミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉは、角部付近で大きく、端辺２２１の中間位置に近づくほど、且つ、板部材２０の中心に近づくほど、小さくなり、端辺２１２および端辺２２１に対する角度も変化していく。

このようなミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉが分布する端辺２１２と端辺２２１が交わる角部付近の領域に対して、上述のように、端辺２２１に長尺方向が沿うように圧電センサ１２が装着されている。

ミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉの分布は、上述の通りであるので、圧電センサ１２の装着された領域では、ミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉは、端辺２１２および端辺２２１に対して４５°をなすものが支配的である。したがって、圧電センサ１２の装着された領域でのミクロ的引っ張り応力Ｄｍｉの和であるマクロ的引っ張り応力Ｄｍａ１２は、端辺２１２および端辺２２１に対して４５°をなす。

これにより、圧電センサ１２を構成する圧電性フィルム１２０の分子の配向方向ＤＲ１２とマクロ的引っ張り応力Ｄｍａ１１の方向との成す角θは、４５°となる。圧電性フィルム１２０を構成するＰＬＬＡは、分子の配向方向ＤＲ１２に対して４５°を成す方向に係る応力に対して、最も電荷を発生する性質を有する。したがって、この構成を用いることで、操作面（一方主面２０１）の押し込みによる変位に対して、圧電センサ１２から大きな電荷量を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で、操作面の押し込みに対する感度が高い変位検出センサを実現することができる。また、厚みの薄い圧電センサ１１，１２を板部材２０に装着する構造であるので、変位検出センサを薄型に形成することができる。さらに、板部材２０も圧電センサ１１，１２も透光性が高いので、透光性の高い変位検出センサを実現することができる。

なお、上述の構成では、圧電センサ１１，１２の２個を板部材２０に装着する例を示したが、圧電センサ１１，１２のいずれか一方のみを板部材２０に装着する構成であってもよい。

また、上述の構成では、圧電センサ１１の分子の配向方向ＤＲ１１とマクロ的引っ張り応力Ｄｍａ１１とが交差する角および圧電センサ１２の分子の配向方向ＤＲ１２とマクロ的引っ張り応力Ｄｍａ１２とが交差する角度が、４５°の場合を示したが、他の角度であっても、電荷を検出することはできる。ただし、４５°とすることにより、次に示すような更なる優位点が得られる。

図５は、圧電センサの圧電性フィルムでの電荷発生量の押し込み位置依存特性を示す図である。図５（Ａ）は本実施形態の構成を示し、図５（Ｂ）は分子の配向方向が本実施形態の構成と異なる場合を示す。図５（Ｂ）では、分子の配向方向とマクロ的引っ張り応力の方向とが平行（交差角度θ＝０°）の場合を示す。

図５に示すように、本実施形態の構成、すなわち、分子の配向方向とマクロ的引っ張り応力の方向との交差する角度θが４５°の場合、大きい発生電荷量が得られているのに対して、分子の配向方向とマクロ的引っ張り応力の方向との交差する角度θが０°の場合、発生電荷量が小さく、電荷を検出することが困難である。この特性は、押し込み位置が長さＬｙ（ｙ方向）の方向に変化してもかわらない。さらに、本実施形態の構成とすることで、長さＬｙの方向の押し込み位置によらず、発生電荷はプラス「＋」となる。言い換えれば、押し込んだ際に外部出力できる電荷が生じない押し込み位置が存在しない。

このように、本実施形態の構成のように、分子の配向方向とマクロ的引っ張り応力の方向との交差角度θを４５°とすることで、検出電荷量を大きくでき、押し込みの検出感度を、さらに向上させることができる。さらに、押し込み位置に依存することなく、確実に押し込みを検出することができる。

また、この構成では、圧電性フィルム１１０，１２０の長尺方向と分子の配向方向ＤＲ１１，ＤＲ１２とが平行である。したがって、一般的に一軸延伸方向と各端辺が平行もしくは直交する形状の原反となる圧電性シートからの圧電性フィルム１１０，１２０の切り出しが容易となる。また、一軸延伸方向と端片とが平行もしくは直交しないことによる原反の角部等での圧電性フィルム１１０，１２０が取れない領域の発生を防止でき、原反の圧電性シートから圧電性フィルム１１０，１２０を効率的に切り出すことができる。

なお、上述の実施形態からなる変位検出センサ１と、次の回路構成を備えることで操作入力装置２を実現することができる。図６は、本実施形態に係る操作入力装置の回路ブロック図である。

操作入力装置２は、圧電センサ１１，１２を有する変位検出センサ１、検出信号生成部３１，３２、押込検出部４０を備える。圧電センサ１１は検出信号生成部３１に接続し、圧電センサ１２は検出信号生成部３２に接続している。検出信号生成部３１，３２は、押込検出部４０に接続している。

検出信号生成部３１は、圧電センサ１１の出力電圧に基づいて第１検出信号を生成し、押込量検出部４０に出力する。検出信号生成部３２は、圧電センサ１２の出力電圧に基づいて第２検出信号を生成し、押込量検出部４０に出力する。押込量検出部４０は、第１検出信号と第２検出信号とを加算して、加算結果から押込量を検出する。また、押込量検出部４０は、加算結果に対して閾値を設定しておき、加算結果が当該閾値を超えたことを検出することで、操作面の押し込みの有無、すなわち操作入力の有無を検出することもできる。

このような構成の操作入力装置２では、上述の変位検出センサ１を備えていることにより、高い操作入力の検出感度を実現することができる。また、高い押込量検出感度を実現できる。

また、上述の変位検出センサ１は、操作入力装置２に対して、図７に示すような構造で取り付けられる。図７は本実施形態に係る操作入力装置の正面図および側面断面図である。操作入力装置２は、上述の変位検出センサ１と筐体３０とを備える。なお、図では、筐体３０の正面壁３０１と側面壁３０２しか記載していないが、図示しない底面壁も備える。また、操作入力装置２を構成する他の回路構成要素等は、図示しないが筐体３０に内蔵されている。

筐体３０は、正面壁３０１と側面壁３０２とを備える。正面壁３０１は、所定の剛性を有する平板であり、端辺近傍の所定幅の周辺部を残して、厚み方向に貫通する穴が備えられている。この貫通穴が開口部３００である。開口部３０の形状は、矩形であり、板部材２０の長さＬｘ方向、長さＬｙ方向の双方において、板部材２０の長さＬｘや長さＬｙよりも短い長さで開口している。

側面壁３０２は、正面壁３０１の平板面に対して直交する方向に延びる形状である。側面壁３０２は、正面壁３０１の外周に沿って連続する形状である。

このような筐体３０に対して、板部材２０は、一方主面２０１が正面壁３０１の内面側に当接するように装着されている。この際、板部材２０は、接着材３１０によって正面壁３０１の内面壁に装着される。接着材３１０は、接着後の剛性が高く、板部材２０の押し込みによって板部材２０の端辺２１１，２１２，２２１，２２２が筐体３０の内側に変位しないような材料であると好適である。なお、接着材３１０を用いず、ネジ等で機構的に留めてもよい。

そして、本実施形態では、筐体３０に変位検出センサ１を装着した状態において、板部材２０の圧電センサ１１，１２の装着領域が開口部３００に重ならないようにしている。言い換えれば、筐体３０の正面壁３０１と圧電センサ１１，１２の装着領域とが重なるように、変位検出センサ１を筐体３０に装着している。

このような構成により、開口部３００から見える変位検出センサ１の操作面、すなわち操作領域は、板部材２０しか可視できず、全体で均一の色を実現することができる。これにより、上述のような高い操作入力検出感度を維持しながら、操作面の見栄えの良い操作入力装置を実現することができる。

次に、第２の実施形態に係る変位検出センサについて、図を参照して説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係る変位検出センサの平面図である。

本実施形態の変位検出センサ１Ａは、第１の実施形態に示した変位検出センサ１に対して、圧電センサ１１Ａと圧電センサ１２Ａで圧電性フィルム１１０Ａを共通化したものである。したがって、第１の実施形態に示した変位検出センサ１と異なる箇所のみを具体的に説明する。

具体的には、圧電性フィルム１１０Ａは長尺状からなり、長尺方向と分子の配向方向ＤＲ１１Ａとが平行になっている。圧電性フィルム１１０Ａは、板部材２０の端辺２２１付近に、当該端辺２２１と長尺方向とが平行になるように配置される。圧電性フィルム１１０Ａは、板部材２０の長さＬｘ方向の略全長に亘る形状からなる。

このような圧電性フィルム１１０Ａに対して、検出用電極１１１Ａ，１１２Ａを、端辺２１１側の所定長に亘り圧電性フィルム１１０Ａを挟むように形成する。この検出用電極１１１Ａ，１１２Ａに挟まれる領域が圧電センサ１１Ａとなる。

このような圧電性フィルム１１０Ａに対して、検出用電極１２１Ａ，１２２Ａを、端辺２１２側の所定長に亘り圧電性フィルム１１０Ａを挟むように形成する。この検出用電極１１１Ａ，１１２Ａに挟まれる領域が圧電センサ１２Ａとなる。

このような構成であっても、各圧電センサ１１Ａ，１２Ａを構成する圧電性フィルム１１０Ａの分子の配向方向ＤＲ１１Ａと、各圧電センサ１１Ａ，１２Ａの形成領域でのマクロ的引っ張り応力の方向との成す角が４５°となる。したがって、上述の実施形態と同様に、操作面の押し込みに対する感度が高い変位検出センサを実現することができる。

なお、本実施形態の場合、圧電センサ１１Ａによる検出信号と圧電センサ１２Ａによる検出信号とは逆位相になる。したがって、これらの検出信号を差分するように合成することで、合成検出信号の振幅が増大し、さらに検出感度を向上させることができる。

次に、第３の実施形態に係る変位検出センサについて、図を参照して説明する。図９は、本発明の第３の実施形態に係る変位検出センサの平面図である。

本実施形態の変位検出センサ１Ｂは、第１の実施形態に示した変位検出センサ１に対して、圧電センサ１３の形状および板部材２０に対する貼り付け位置が異なる。したがって、第１の実施形態に示した変位検出センサ１と異なる箇所のみを具体的に説明する。

変位検出センサ１Ｃは、圧電センサ１３を備える。圧電センサ１３は、圧電性フィルムの両主面に検出用電極を形成した構造からなる。圧電センサ１３は、圧電性フィルムの分子の配向方向ＤＲ１３が板部材２０の長さＬｘ方向および長さＬｙ方向と４５°を成すように、板部材２０に装着されている。圧電センサ１３は、板部材２０を正面視して略中央の領域に装着されており、板部材２０の長さＬｘ方向の略全長に亘る形状からなる。

このような構成の場合、上述の図３に示すように、圧電センサ１３の装着領域では、ミクロ的引っ張り応力は、長さＬｘ方向が支配的になる。これにより、圧電センサ１３の装着領域では、マクロ的引っ張り応力Ｄｍａ１３の方向は、長さＬｘ方向となる。したがって、マクロ的引っ張り応力Ｄｍａ１３の方向と、圧電センサ１３の圧電性フィルムの分子の配向方向ＤＲ１３との交差する角度θは４５°となる。これにより、圧電センサ１３により、板部材２０の操作面の押し込みによる変位を高感度に検出することができる。

なお、上述の各実施形態に示した圧電センサの装着領域と当該圧電センサの分子の配向方向との関係は、本発明の特徴を示す数例にすぎず、次の条件を有すれば、圧電センサを板部材のどの位置に貼り付けても、感度の差こそあるが、比較的高感度に変位検出が可能である。この際、板部材２０の全面でのマクロ的引っ張り応力の方向が決定されれば、板部材２０の全面に広がる圧電センサを用い、当該圧電センサの圧電性フィルムの分子配向方向を、板部材２０の全面でのマクロ的引っ張り応力の方向に対して４５°の角度で交差するようにすればよい。全面に圧電センサを装着した場合、操作面全体の色が同じになるので、見栄えの良い変位検出センサを実現することができる。

また、上述の説明では、ＰＬＡとしてＬ型ポリ乳酸を例に示したが、Ｄ型ポリ乳酸を用いてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ：変位検出センサ、
２：操作入力装置、
１１，１２：圧電センサ、
３１，３２：検出信号生成部、
４０：押込検出部、
１１０，１１０Ａ，１２０：圧電性フィルム、
１１１，１１２：検出用電極、
２０：板部材、
３０：筐体、
３００：開口部、
３１０：正面壁、
３０２：側面壁、
２０１：一方主面、
２０２：他方主面、
２１１，２１２，２２１，２２２：端辺、
１１０：圧電性フィルム、
１１１，１１２：検出用電極

Claims (9)

1. 一方主面が操作面となる板部材と、
   前記板部材の他方主面に装着されており、平膜状の圧電性フィルムおよび該圧電性フィルムの両主面に形成された検出用電極を含む平膜状の圧電センサと、を備え、
   前記圧電性フィルムはキラル高分子を含み、
   前記圧電センサの貼り付け領域における前記板部材の前記一方主面を押し込んだ際の前記板部材により前記圧電センサに生じる引っ張り応力のマクロ的な方向と、前記キラル高分子の分子配向方向とが交差するように、前記圧電センサは前記板部材に装着されている、変位検出センサ。
2. 前記圧電性フィルムを形成するキラル高分子は少なくとも一軸方向に延伸されたポリ乳酸であり、前記引っ張り応力のマクロな方向と前記分子配向方向との交差角度が略４５°である、請求項１記載の変位検出センサ。
3. 前記圧電センサは複数であり、
   該複数の圧電センサは、前記板部材に対して異なる位置に装着されている、
   請求項１または請求項２に記載の変位検出センサ。
4. 前記複数の圧電センサは、共通の圧電性フィルムに形成され、
   各圧電センサを構成する検出用電極は、異なる出力を有する、
   請求項３に記載の変位検出センサ。
5. 前記共通の圧電性フィルムは、前記操作面の前記他方主面の略全面に亘り配置されている、
   請求項１乃至請求項４に記載の変位検出センサ。
6. 前記ポリ乳酸はＬ型ポリ乳酸を主たる構成とし、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の変位検出センサ。
7. 一方主面が操作面となる板部材と、
   前記板部材の他方主面に装着されており、平膜状の圧電性フィルムおよび該圧電性フィルムの両主面に形成された検出用電極を含む平膜状の圧電センサと、を備え、
   前記圧電性フィルムはキラル高分子を含み、
   前記板部材は、第１方向の長さが該第１方向に直交する第２方向の長さよりも長く、
   前記圧電センサは、前記第１方向長さが前記第２方向の長さよりも短く、
   前記圧電センサは、前記第１方向長さが前記板部材の第１方向または第２方向と沿うように前記板部材の角部に装着されている、
   変位検出センサ。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の変位検出センサと、
   該変位検出センサが出力する電圧から変位を検出する変位検出部と、を備える操作入力装置。
9. 前記板部材の一方主面の中央が開口し、該一方主面の周辺部が当接する筐体を備え、
   前記圧電センサは、前記操作面に直交する方向にて、前記板部材と前記筐体が重なる領域に配置されている、
   請求項８に記載の操作入力装置。

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