JPWO2016194690A1

JPWO2016194690A1 - 圧電フィルムセンサおよび保持状態検出装置

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Publication number: JPWO2016194690A1
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Inventors: 尚志木原; 山口　喜弘; 喜弘山口; 遠藤　潤; 潤遠藤; 豊石浦; 繁利林; 文哉礒野
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Abstract

圧電フィルムセンサ（２０）は、少なくとも一方の主面に第１電極（２１）が形成された絶縁性基材（２２）と、第１主面および第２主面を有し、前記第１電極（２１）側に前記第１主面が設けられた圧電フィルム（２４）と、前記第２主面側に設けられた導電性薄膜部材（２５）と、を備えている。圧電フィルムセンサ（２０）は、前記第１主面が押圧面側に配置されていることを特徴とする。

Description

本発明は、押圧を検出する圧電フィルムセンサおよび当該圧電フィルムセンサを備えた保持状態検出装置に関する。

圧電フィルムを用いたセンサは、例えば特許文献１のような構造が知られている。

特許文献１のセンサは、剛性の大きな中央電極層を一対の圧電フィルムで挟持し、更にその外側から剛性が相対的に小さい外側電極層で挟み込む構造になっている。

特開平６−２１６４２２号公報

特許文献１のセンサの構造は、上面側および下面側からの押圧を想定して、上下対称に変形する構造となっている。しかし、例えば押圧面側の電極層の剛性が小さいと、押圧による変形が当該電極層で吸収されてしまうために、圧電フィルムに押圧が加わらない場合がある。また、押圧面と反対側の電極層の剛性が大きいと、圧電フィルムの変形が阻害される場合がある。

そこで、この発明は、予め押圧を加える方向が分かっている物に対して押圧を感度良く検知できる圧電フィルムセンサおよび当該圧電フィルムセンサを備えた保持状態検出装置を提供することを目的とする。

本発明の圧電フィルムセンサは、少なくとも一方の主面に第１電極が形成された絶縁性基材と、第１主面および第２主面を有し、前記第１電極側に前記第１主面が設けられた圧電フィルムと、前記第２主面側に設けられた導電性薄膜部材と、を備えた圧電フィルムセンサであって、前記第１主面が押圧面側に配置されていることを特徴とする。

このように、圧電フィルムセンサは、押圧面側に電極が形成された絶縁性基材を配置し、押圧面と反対側には導電性薄膜部材を配置している。導電性薄膜部材は、圧電フィルムの動きを阻害しないように、絶縁性基材および第１電極の厚みより薄くするか、絶縁性基材および第１電極よりも弾性率が低くなるようにする。これにより、予め押圧を加える方向が分かっている物に対して押圧を感度良く検知できる。

なお、絶縁性基材は、他方の主面に第２電極が形成されている態様であってもよい。

また、導電性薄膜部材は、第２電極に接続されていてもよい。第２電極をシグナル電極として、導電性薄膜部材をグランド電極とした場合でも、同一面上にシグナル電極とグランド電極が配置されることになるため、検出用回路との接続が容易になる。

なお、圧電フィルムは、一軸方向に延伸されたポリ乳酸を含むことが好ましい。

また、本発明の圧電フィルムセンサは、円筒形状の筐体の内壁面に貼り付けられることで、圧電フィルムセンサの出力電圧の変動量に基づいて前記筐体の保持状態を検出する検出部を備えた保持状態検出装置を実現することができる。

この発明によれば、予め押圧を加える方向が分かっている物に対して押圧を感度良く検知することができる。

図１（Ａ）は、電子ペンの外観斜視図であり、図１（Ｂ）は、電子ペンの断面図である。図２（Ａ）は、圧電フィルムセンサの断面図であり、図２（Ｂ）は、圧電フィルムセンサの分解斜視図であり、図２（Ｃ）は、圧電フィルムセンサの一部平面図である。電子ペンの機能ブロック図である。電子ペンにおける保持の検出フローを示すフローチャートである。電子ペンにおける保持状態の検出フローを示すフローチャートである。図６（Ａ）は圧電フィルムセンサの断面図であり、図６（Ｂ）は分解斜視図である。圧電センサ２０の断面図である。圧電センサ２０に備えられる圧電フィルム２４と導電性薄膜部材２５が貼付される前の断面図である。圧電センサ８２０の断面図である。圧電センサ１２０の断面図である。圧電センサ２２０の断面図である。圧電センサ３２０の断面図である。図１３（Ａ）は、圧電センサ３２０において圧電フィルム２４と導電性薄膜部材２５が貼付されたときの断面図であり、図１３（Ｂ）〜（Ｄ）は、示す圧電センサ３２０において圧電フィルム２４と導電性薄膜部材２５が貼付された後にプレスされたときの断面図である。プレスを行った圧電センサ３２０の出力特性とプレスを行っていない圧電センサ３２０とを比較した図である。圧電センサ４２０の断面図である。圧電センサ５２０の断面図である。

図１（Ａ）は、本発明の圧電フィルムセンサを備えた電子ペン１０の斜視図である。図１（Ｂ）は、電子ペン１０の断面図である。図２（Ａ）は、圧電センサ２０の構造を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、分解斜視図である。図３は、電子ペン１０の機能ブロック図である。

電子ペン１０は、円筒形状の筐体１０１を有する。筐体１０１は、内部が中空となっている。筐体１０１の内部には、圧電センサ２０、検出部３０および機能モジュール５０１が配置されている。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、先細り形状の端部１０２が設けられている。

圧電センサ２０は、可撓性を有する平膜形状であり、図１（Ｂ）に示すように、筐体１０１の内面壁に配置されている。この際、圧電センサ２０は、筐体１０１の内壁面において、円周方向に沿うように配置されている。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示すように、圧電センサ２０は、第１電極２１、ＦＰＣ２２、第２電極２３、圧電フィルム２４、および導電性薄膜部材２５を備えている。

第１電極２１および第２電極２３は、予めＦＰＣ２２の両主面にそれぞれ形成されている。第２電極２３は、粘着剤等を介して筐体１０１に貼り付けられる。第２電極２３は、シールド導体として機能する。なお、図６に示すように、例えば筐体１０１が金属部材であり、シールド導体として機能する場合、第２電極２３は省略することも可能である。なお、図２では図示していないが、導電性薄膜部材２５と第２電極２３とは短絡しないように、かつ第３電極２９とは導通するようにＦＰＣ２２の下面側にパターニングされている。また、例えば、圧電フィルム２４とＦＰＣ２２とは粘着シート等で貼り付けているが、これらについては図示していない。

ＦＰＣ２２は、ポリイミド、ＰＥＴ、または液晶ポリマー等の可撓性を有する絶縁性基材である。第２電極２３は、ＦＰＣ２６の下面側（筐体１０１側）に形成されている。ＦＰＣ２２の上面側には、第１電極２１が形成されている。第１電極２１は、圧電フィルム２４で発生する電荷を検出するためのシグナル電極として機能する。第１電極２１は、ＦＰＣ２２の長尺方向（上記筐体１０１の円周方向）に沿って延長され、検出部３０と電気的に接続される。第１電極２１および導電性薄膜部材２５についても検出部（グランド部）３０に接続される。

第１電極２１の上面には、圧電フィルム２４の下面（第１主面）が貼り付けられている。また、圧電フィルム２４の上面（第２主面）には、導電性薄膜部材２５が貼り付けられている。導電性薄膜部材２５は、ＦＰＣ２２の上面に形成されている第３電極２９に電気的に接続される。第３電極２９は、ＦＰＣ２２の長尺方向に沿って延長され、検出部３０と電気的に接続される。

これにより、導電性薄膜部材２５は、シールド導体として機能する。また、このような構造によれば、シグナル電極もグランド電極も、同じＦＰＣ２２の上面（同一面）から取り出すことができ、実装が容易になる。なお、導電性薄膜部材２５の上面は、さらにＰＥＴフィルム等で覆われ、保護されることが好ましい。

導電性薄膜部材２５は、例えば導電性不織布に粘着剤が形成されたもの、または樹脂が含浸された銅箔に粘着剤が形成されたものが用いられる。導電性薄膜部材２５は、圧電フィルム２４を覆い、かつ第３電極２９を覆うように貼り付けられる。ただし、導電性薄膜部材２５は、必ずしもすべてを覆う必要は無く、少なくとも一部を覆っていればよい。導電性薄膜部材２５は、圧電フィルムの変形を阻害しないように、第１電極２１および第２電極２３よりも剛性が低くなっている。

例えば、第１電極２１および第２電極２３が弾性率１．０×１０^９Ｐａ程度の銅箔からなり、導電性薄膜部材２５が弾性率１．０×１０^５Ｐａ〜１．０×１０^６Ｐａ程度の導電性不織布からなる場合、押圧面である筐体１０１の外周側面からの押圧による変形が圧電フィルム２４に伝わり易く、圧電フィルム２４の変形が阻害されることもない。また、導電性薄膜部材２５、第１電極２１および第２電極２３が同じ材料からなる場合であっても、導電性薄膜部材２５の厚みを第１電極２１および第２電極２３の厚みより薄くすることでも、圧電フィルム２４の変形を阻害することがない。

圧電フィルム２４は、伸縮によって対向する平膜面に電荷を発生する圧電材料である。例えば、圧電フィルム２４は、キラル高分子が用いられる。より好ましくは、圧電フィルム２４には、一軸延伸されたポリ乳酸（ＰＬＡ）、より具体的にはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）が用いられる。ポリ乳酸の一軸延伸方向は、圧電フィルムの長手方向（図１の例では、筐体１０１の内面壁に沿った円周方向）に対して略４５°を成す方向である。なお、この成す角は４５°であることが最も好ましいが、±１０°程度の範囲内であればよい。

キラル高分子は、主鎖が螺旋構造を有し、一軸延伸されて分子が配向すると、圧電性を有する。キラル高分子は、延伸等による分子の配向処理で圧電性が生じるため、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。特に、ポリ乳酸は、焦電性がないため、操作者が把持し、利用者の指等の熱が伝わる場合であっても、検出される電荷量が変化することがない。また、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。例えば、ＰＬＬＡの圧電歪み定数ｄ_１４は、延伸条件、熱処理条件、添加物の配合等の条件を整えることにより１０〜２０ｐＣ／Ｎという高い値が得られる。さらに、ＰＬＬＡの圧電定数は経時的に変動することがなく、極めて安定している。

なお、圧電フィルムの延伸倍率は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。なお、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圧電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。

無論、本発明の圧電フィルムは、ＰＶＤＦであっても実現可能である。

次に、図４は、電子ペン１０における保持の検出フローを示すフローチャートである。なお、この動作は、検出部３０において行われるが、機能モジュール５０１における機能として実現される態様としてもよい。

まず、検出部３０は、圧電センサ２０の出力電圧を観測する（Ｓ１０１）。検出部３０は、予め設定した単位時間当たりの出力電圧の変動量を算出する（Ｓ１０２）。変動量は、例えば、単位時間内での最大電圧と最小電圧との差である。

検出部３０は、変動量と閾値電圧Ｖｗとを比較する。検出部３０は、変動量が閾値電圧Ｖｗよりも大きいことを検出すると（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、筐体１０１が保持されている（持ち上げられている）と判断し、保持状態であることを検出する（Ｓ１０４）。

一方で、検出部３０は、変動量が閾値電圧Ｖｗ以下であれば（Ｓ１０３：ＮＯ）、筐体１０１が保持されていないと判断する。そして、検出部３０は、継続して出力電圧を計測し、単位時間毎に変動量を算出して、閾値と比較する。

これにより、電子ペン１０は、筐体１０１が保持されているか否かを検出することができ、保持状態検出装置として機能する。

また、検出部３０は、図５に示すフローを実行することによって、筐体１０１の保持状態を検出することができる。なお、図５において、ステップＳ１０４までは図４に示した例と同じであり、説明は省略する。

検出部３０は、変動量と閾値電圧Ｖｗとの比較を継続し、変動量が閾値電圧Ｖｗ以下にならない期間（Ｓ１０５：ＮＯ）では、筐体１０１が保持されている状態であると判断し続ける。

一方で、検出部３０は、変動量が閾値電圧Ｖｗ以下であることを検出すると（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、計時を開始する。検出部３０は、変動量が閾値電圧Ｖｗ以下であることを検出したタイミングを基準として変動量が閾値電圧Ｖｗ以下である状態が継続する時間を経過時間として計測する。検出部３０は、経過時間が閾値時間よりも短い期間（Ｓ１０６：ＮＯ）では、筐体１０１が保持されている状態であると判断し続ける。

検出部３０は、経過時間が閾値時間に達すると、筐体１０１の保持（持ち上げ）が解除されたと識別する（Ｓ１０７）。

これにより、検出部３０は、筐体１０１の保持状態（保持されているか否か）を検出することができる。

なお、検出部３０は、保持していない期間（初期状態）における平均電圧を基準電圧として、計測単位時間内における最大電圧もしくは最小電圧と基準電圧との差を、変動量に設定してもよい。この場合、基準電圧からの電位差で規定される閾値Ｖａを用いればよい。

このような構成とすることで、操作者によって筐体１０１が保持されたことを正確且つ確実に検出することができる。

特に、本実施形態の圧電センサ２０は、圧電センサ２０は、筐体１０１の内壁面に貼り付けられるため、押圧を加える方向がＦＰＣ２２、第１電極２１および第２電極２３側に決まっている。したがって、圧電センサ２０は、導電性薄膜部材２５の厚みをＦＰＣ２２、第１電極２１および第２電極２３の厚みより薄くするか、弾性率を低くすることで、押圧面からの押圧による変形が圧電フィルム２４に伝わり易くなり、かつ圧電フィルム２４の変形が阻害されることもなくなる。

また、本発明の圧電フィルムセンサは、電子ペンに組み込まれることによって電子ペンに内蔵する電池を長持ちさせることができる。また、本発明の圧電フィルムセンサの構造は、電子ペンに限らず、スマートフォン、リモコン、またはワイヤレスマウス等、電池を内蔵する無線通信機器に用いることが可能である。また、圧電フィルムセンサに可撓性を持たせることによって、湾曲部または屈曲部にも貼り付けられるので、機器の小型化に有効である。

次に、図７は、変形例における圧電センサ２０の断面図である。図８は、変形例における圧電センサ２０に備えられる圧電フィルム２４と導電性薄膜部材２５が貼付される前の断面図である。

圧電センサ２０は、導電性薄膜部材２５、第１粘着剤２０３、圧電フィルム２４、第２粘着剤２０２、及びＦＰＣ２６を備える。

なお、導電性薄膜部材２５は、第１電極部材の一例に相当する。圧電フィルム２４は、圧電体の一例に相当する。導電性薄膜部材２５は、本発明の第１電極部材の一例に相当する。

圧電フィルム２４は、第１主面２１Ａ及び第２主面２１Ｂを有する。第２粘着剤２０２は、第２主面２１Ｂに塗布されている。ＦＰＣ２６は、圧電フィルム２４の第２主面２１Ｂに第２粘着剤２０２を介して貼付されている。

第１粘着剤２０３は、第１主面２１Ａに塗布されている。導電性薄膜部材２５は、第１主面２１Ａに第１粘着剤２０３を介して貼付されている。導電性薄膜部材２５は、第１主面２１Ａに第１粘着剤２０３を介して貼付された後、所定温度で圧電フィルム２４に向けてプレスされている。そのため、図７および図８に示すように、導電性薄膜部材２５には第１粘着剤２０３が浸透している。

そして、導電性薄膜部材２５及び第２電極２３は、検出部３０に電気的に接続されている。

圧電フィルム２４の材料は、ＰＬＬＡ（Ｌ型ポリ乳酸）である。そのため、例えば圧電フィルム２４が長手方向に伸縮すると、圧電フィルム２４は厚み方向に分極する。これにより、導電性薄膜部材２５及び第２電極２３の間に電圧が生じる。圧電センサ２０はその電圧を検出部３０に出力する。検出部３０は、圧電センサ２０から出力された電圧を検出し、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。

次に、前述の圧電センサ２０と圧電センサ８２０とを比較する。まず、圧電センサ８２０の構成について説明する。

図９は、比較例に係る圧電センサ８２０の断面図である。圧電センサ８２０が前述の圧電センサ２０と相違する点は、金属シート８２５である。金属シート８２５は、例えば銅箔やアルミ箔などで構成される。その他の構成は同じであるため、説明を省略する。

図９に示すように圧電センサ８２０では金属シート８２５及び圧電フィルム２４の間に、粘着剤２０３によって粘着層が形成される。そのため、圧電センサ８２０では従来の圧電センサと同様に、粘着層の厚み分、金属シート８２５及び圧電フィルム２４の間の距離Ｚ２が広い。

これに対して圧電センサ２０では、図７に示すように第１粘着剤２０３が導電性薄膜部材２５に浸透している。そのため、導電性薄膜部材２５及び第２電極２３の間の距離Ｚ１が狭い。したがって、圧電センサ２０は、圧電センサ８２０を含む従来の圧電センサより検出感度を高めることができる。

また、導電性薄膜部材２５を構成する金属不織布の弾性率は圧電フィルム２４の弾性率より低い。そのため、導電性薄膜部材２５は、圧電フィルム２４の動きを阻害することが無い。したがって、圧電センサ２０は、検出感度をさらに高めることができる。

また、導電性薄膜部材２５は繊維状になっている。そのため、圧電センサ２０は、導電性薄膜部材２５に第１粘着剤２０３が浸透した場合、界面で剥がれることをアンカー効果によって軽減させることができる。

また、導電性薄膜部材２５の少なくとも一部は、第１主面２１Ａに接触していることが好ましい。この場合、導電性薄膜部材２５の少なくとも一部が圧電フィルム２４に最も近づく。この場合、圧電センサ２０は、検出感度をさらに高めることができる。

なお、本実施形態では第２電極２３が形成されたＦＰＣ２６が圧電フィルム２４の第２主面２１Ｂに第２粘着剤２０２を介して貼付されているが、これに限るものではない。例えば図１０に示すように、ＦＰＣ２６の代わりに金属シート１２４が圧電フィルム２４の第２主面２１Ｂに第２粘着剤２０２を介して貼付されていてもよい。金属シート１２４は、例えば銅箔やアルミ箔などで構成される。

次に、圧電センサ２２０について、図を参照して説明する。

図１１は、本発明の第２実施形態に係る圧電センサ２２０の断面図である。圧電センサ２２０が第１実施形態の圧電センサ２０と相違する点は、ＦＰＣ２６の代わりに金属不織布２２４を備える点である。金属不織布２２４が第２電極部材の一例に相当する。

金属不織布２２４は、第２主面２１Ｂに第２粘着剤２０２を介して貼付されている。金属不織布２２４は、第２主面２１Ｂに第２粘着剤２０２を介して貼付された後、所定温度で圧電フィルム２４に向けてプレスされている。そのため、金属不織布２２４には第２粘着剤２０２が浸透している。その他の構成は同じであるため、説明を省略する。

圧電センサ２２０ではさらに、図１１に示すように第２粘着剤２０２が金属不織布２２４に浸透している。そのため、導電性薄膜部材２５と金属不織布２２４との間の距離Ｚ３がさらに狭くなる。

また、金属不織布２２４を構成する金属不織布の弾性率は圧電フィルム２４の弾性率より低い。そのため、金属不織布２２４は、圧電フィルム２４の動きを阻害することが無い。

したがって、圧電センサ２２０は、前述の圧電センサ２０より検出感度を高めることができる。

また、金属不織布２２４は繊維状になっている。そのため、圧電センサ２２０は、金属不織布２２４に第２粘着剤２０２が浸透した場合、界面で剥がれることをアンカー効果によって軽減させることができる。

次に、図１２は、圧電センサ３２０の断面図である。

圧電センサ３２０が圧電センサ２０と相違する点は、第３粘着剤３２８及び基材３２７を備える点である。基材３２７は、例えばＰＥＴフィルムで構成される。基材３２７は、導電性薄膜部材２５に対向する。第３粘着剤３２８は、基材３２７に塗布されている。導電性薄膜部材２５には第１粘着剤２０３と第３粘着剤３２８とが浸透している。そして、第１粘着剤２０３と第３粘着剤３２８とが導電性薄膜部材２５の中で連結している。その他の構成は同じであるため、説明を省略する。

圧電センサ２０においては、図７に示したように、導電性薄膜部材２５が圧電センサ２０の表面に露出した状態でプレスされた場合、導電性薄膜部材２５そのものの変形によりプレスする力が伝わり難い。

そこで、圧電センサ３２０では、基材３２７の表面を所定温度で圧電フィルム２４に向けてプレスする。基材３２７が圧電フィルム２４に向けてプレスされた場合、第１粘着剤２０３と第３粘着剤３２８との両方が導電性薄膜部材２５に浸透する。これにより、第１粘着剤２０３と第３粘着剤３２８とが導電性薄膜部材２５の中で連結し、部分的に接着する。

したがって、圧電センサ３２０はさらに、基材３２７、導電性薄膜部材２５及び圧電フィルム２４の接着強度を向上することができる。

また、圧電センサ３２０では、図１２に示すように第１粘着剤２０３が導電性薄膜部材２５に浸透している。そのため、導電性薄膜部材２５及び第２電極２３の間の距離Ｚ１が狭い。したがって、圧電センサ３２０は、第１実施形態の圧電センサ２０と同様に、従来の圧電センサより検出感度を高めることができる。

また、導電性薄膜部材２５を構成する金属不織布の弾性率は圧電フィルム２４の弾性率より低い。そのため、導電性薄膜部材２５は、圧電フィルム２４の動きを阻害することが無い。したがって、圧電センサ３２０は、検出感度をさらに高めることができる。

また、導電性薄膜部材２５は繊維状になっている。そのため、圧電センサ３２０は、導電性薄膜部材２５に第１粘着剤２０３が浸透した場合、界面で剥がれることをアンカー効果によって軽減させることができる。

図１３（Ａ）は、圧電センサ３２０において圧電フィルム２４と導電性薄膜部材２５が貼付されたときの断面図である。図１３（Ｂ）は、圧電センサ３２０において圧電フィルム２４と導電性薄膜部材２５が貼付された後に６４℃でプレスされたときの断面図である。図１３（Ｃ）は、圧電センサ３２０において圧電フィルム２４と導電性薄膜部材２５が貼付された後に１０８℃でプレスされたときの断面図である。図１３（Ｄ）は、圧電センサ３２０において圧電フィルム２４と導電性薄膜部材２５が貼付された後に１４０℃でプレスされたときの断面図である。

なお、図１３（Ｂ）〜（Ｄ）は、厚み１ｍｍのシリコンラバーヒーターを用いて圧電センサ３２０を加熱し、０．３３ＭＰａで１０秒間、圧電センサ３２０をプレスした後の断面を示している。

図１３（Ａ）〜（Ｄ）より、プレス温度が高くなるにつれてＦＰＣ２６と導電性薄膜部材２５の間の距離が狭くなっていくことが明らかとなった。このような結果となった理由は、プレス温度が高くなるにつれて第１粘着剤２０３の流動性が高まるためであると考えられる。なお、プレス温度は、圧電フィルム２４の溶融温度未満にする必要がある。

次に、プレスを行った圧電センサ３２０の出力特性と図１３（Ａ）に示すプレスを行っていない圧電センサ３２０の出力特性とを比較する。

図１４は、プレスを行った圧電センサ３２０の出力特性とプレスを行っていない圧電センサ３２０とを比較した図である。図１４は、基材３２７の表面を１００℃で圧電フィルム２４に向けてプレスした圧電センサ３２０と図１３（Ａ）に示すプレスを行っていない圧電センサ３２０とを用意し、各圧電センサ３２０から出力される電圧値を複数回測定した実験結果を示している。

実験より、プレスを行っていない圧電センサ３２０は、０．８２Ｖ以上１．３Ｖ以下の範囲で平均１．０２Ｖの電圧を出力することが明らかとなった。これに対して、プレスを行った圧電センサ３２０は、０．９５Ｖ以上１．５３Ｖ以下の範囲で平均１．１８Ｖの電圧を出力することが明らかとなった。

すなわち、プレスを行った圧電センサ３２０の出力特性は、プレスを行っていない圧電センサ３２０の出力特性に比べて約１４％向上することが明らかとなった。このような結果となった理由は、プレスによって、第１粘着剤２０３が導電性薄膜部材２５に浸透し、導電性薄膜部材２５及び第２電極２３の間の距離Ｚ１が狭くなるためであると考えられる。

次に、図１５は、圧電センサ４２０の断面図である。圧電センサ４２０が圧電センサ２０と相違する点は、導電性薄膜部材２５の代わりに凹凸部材４２５を備える点である。凹凸部材４２５の圧電フィルム２４側の主面は、凹凸形状であり、複数の凹部を有する。凹凸部材４２５の材料は、銅等の金属からなる。凹凸部材４２５が第１電極部材の一例に相当する。

圧電センサ４２０では、図１５に示すように第１粘着剤２０３が凹凸部材４２５の複数の凹部に浸透している。そのため、凹凸部材４２５及び第２電極２３の間の距離Ｚ１が狭い。したがって、圧電センサ４２０は、圧電センサ２０と同様に、従来の圧電センサより検出感度を高めることができる。

次に、図１６は、圧電センサ５２０の断面図である。圧電センサ５２０が圧電センサ２０と相違する点は、導電性薄膜部材２５の代わりに多孔質部材５２５を備える点である。多孔質部材５２５の圧電フィルム２４側の主面は、複数の凹部を有する。多孔質部材５２５の材料は、銅等の金属からなる。多孔質部材５２５が第１電極部材の一例に相当する。

圧電センサ５２０では、図１６に示すように第１粘着剤２０３が多孔質部材５２５の複数の孔に浸透している。そのため、多孔質部材５２５及び第２電極２３の間の距離Ｚ１が狭い。したがって、圧電センサ５２０は、圧電センサ２０と同様に、従来の圧電センサより検出感度を高めることができる。

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ペン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、検出部３０は、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、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０に、ポリ乳酸の圧電フィルム２４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。

最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であって、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、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…電子ペン
２０…圧電センサ
２１…第１電極
２１Ａ…第１主面
２１Ｂ…第２主面
２２…ＦＰＣ
２３…第２電極
２４…圧電フィルム
２５…導電性薄膜部材
２６…ＦＰＣ
２９…第３電極
３０…検出部
１０１…筐体
１０２…端部
１２０…圧電センサ
１２４…金属シート
２０２…第２粘着剤
２０３…第１粘着剤
２２０…圧電センサ
２２４…金属不織布
３２０…圧電センサ
３２７…基材
３２８…第３粘着剤
４２０…圧電センサ
４２５…凹凸部材
５０１…機能モジュール
５２０…圧電センサ
５２５…多孔質部材
８２０…圧電センサ
８２５…金属シート

Claims

少なくとも一方の主面に第１電極が形成された絶縁性基材と、
第１主面および第２主面を有し、前記第１電極側に前記第１主面が設けられた圧電フィルムと、
前記第２主面側に設けられた導電性薄膜部材と、
を備えた圧電フィルムセンサであって、
前記第１主面が押圧面側に配置されている圧電フィルムセンサ。
請求項１に記載の圧電フィルムセンサおいて、
前記導電性薄膜部材は第１粘着剤を介して貼付され、前記導電性薄膜部材には粘着剤が浸透している、圧電フィルムセンサ。
請求項１または請求項２に記載の圧電フィルムセンサにおいて、
前記第１電極は第２粘着剤を介して圧電フィルムに添付されており、前記第１電極には粘着剤が浸透している、圧電フィルムセンサ。
請求項２に記載の圧電フィルムセンサにおいて、
前記絶縁性基材に塗布された第３粘着剤を備え、
前記導電性薄膜部材には前記第３粘着剤が浸透し、
前記第１粘着剤と前記第３粘着剤とが導電性薄膜部材の中で連結している、圧電フィルムセンサ。
請求項１に記載の圧電フィルムセンサおいて、
前記導電性薄膜部材は第１粘着剤を介して貼付され、前記導電性薄膜部材には粘着剤が浸透していて、
前記第１電極は第２粘着剤を介して圧電フィルムに添付されており、前記第１電極には粘着剤が浸透していて、
前記絶縁性基材に塗布された第３粘着剤を備え、
前記導電性薄膜部材には前記第３粘着剤が浸透し、
前記第１粘着剤と前記第３粘着剤とが導電性薄膜部材の中で連結している、圧電フィルムセンサ。
請求項３または請求項５に記載の圧電フィルムセンサにおいて、
前記第１電極または前記導電性薄膜部材の少なくとも一方は、多孔質材料で構成されている、圧電フィルムセンサ。
請求項６に記載の圧電フィルムセンサにおいて、
前記多孔質材料は、金属不織布である、圧電フィルムセンサ。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の圧電フィルムセンサにおいて、
前記第１電極の少なくとも一部は、前記第１主面に接触する、圧電フィルムセンサ。
前記絶縁性基材は、他方の主面に第２電極が形成されている請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の圧電フィルムセンサ。
前記導電性薄膜部材は、前記第２電極に接続されている請求項９に記載の圧電フィルムセンサ。
前記絶縁性基材および前記第１電極は、前記導電性薄膜部材よりも弾性率が高い請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の圧電フィルムセンサ。
前記圧電フィルムは、一軸方向に延伸されたポリ乳酸を含む請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の圧電フィルムセンサ。
請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の圧電フィルムセンサと、
円筒形状の筐体と、
前記圧電フィルムセンサの出力電圧の変動量に基づいて前記筐体の保持状態を検出する検出部と、
を備えた保持状態検出装置であって、
前記圧電フィルムセンサは、前記筐体の内壁面に貼り付けられる保持状態検出装置。