JPWO2017047485A1 - フレキシブル基板、圧電デバイス、および電子機器 - Google Patents

Abstract

フレキシブル基板は、第１の方向に湾曲された基板と、前記基板上に配置された絶縁体と、前記絶縁体の第１主面側に配置された第１電極と、前記第１電極と同一面上に配置された第２電極と、を備えている。前記第１主面には、前記第１電極および前記第２電極が形成された形成領域と、前記第１電極および前記第２電極に隣接する非形成領域と、が存在し、前記非形成領域は、前記第１の方向に直交する第２の方向とは異なる方向に沿って延在する箇所がある。

Description

本発明は、可撓性の基材を備えるフレキシブル基板、当該フレキシブル基板を備えた圧電デバイス、および当該圧電デバイスを備えた電子機器に関する。

従来、可撓性の基材を備えた電子デバイスとして、例えば特許文献１のようなフレキシブル基板が開示されている。

特許文献１のフレキシブル基板は、裏面に銅箔を形成し、かつ曲げる箇所の銅箔が取り除かれた構造となっている。これにより、銅箔が取り除かれた箇所は、周囲に比べて柔軟になるために、容易に曲げることができる。

特開平８−１１６１４０号公報

特許文献１のフレキシブル基板のような裏面に銅箔を形成する構造では、当該銅箔にレジスト等の絶縁層を塗布することが一般的である。

しかし、銅箔形成部と、銅箔非形成部と、では、銅箔の厚みの分だけ段差が生じる。したがって、フレキシブル基板を曲げたときに段差の部分に応力が集中する可能性があった。

そこで、本発明の目的は、特定の箇所に応力が集中することを防止するフレキシブル基板、圧電デバイスおよび電子機器を提供することにある。

本発明のフレキシブル基板は、第１の方向に湾曲された基板と、前記基板上に配置された絶縁体と、前記絶縁体の第１主面側に配置された第１電極と、前記第１電極と同一面上に配置された第２電極と、を備えた圧電デバイスであって、前記第１主面には、前記第１電極および前記第２電極が形成された形成領域と、前記第１電極および前記第２電極に隣接する非形成領域と、が存在し、前記非形成領域は、前記第１の方向に直交する第２の方向と異なる方向に沿って延在する箇所があることを特徴とする。

フレキシブル基板は、第１の方向に湾曲される場合に、仮に、非形成領域が当該第１の方向に直交する第２の方向に沿って形成されていると、応力が集中し、レジスト等の絶縁層が剥がれたり、クラックが生じたりする可能性がある。しかし、本発明のフレキシブル基板は、非形成領域が第２の方向と異なる方向に沿って延在する箇所があることで、応力が分散され、絶縁層が剥がれたり、クラックが生じたりする可能性を低減させることができる。

特に、第１電極および第２電極は、互いの隣接箇所が平面視して櫛歯状になっていることが好ましい。非形成領域が櫛歯状となることで、応力を分散させる部分（櫛歯状の電極の部分）を長くすることでき、形状の調整が容易となる。

また、第１電極および第２電極は、櫛歯状になっている箇所の各端部の位置が、第１の方向においてずれていることがより好ましい。これにより、さらに応力を分散させることができる。

この発明によれば、特定の箇所に応力が集中することを防止することができる。

電子筆記具の斜視図である。 電子筆記具の断面図である。 電子筆記具の機能ブロック図である。 図４（Ａ）は、一部透過平面図であり、図４（Ｂ）は、断面図である。 図４（Ａ）の圧電センサ２０から圧電フィルム２１および第３電極２５を取り除いた状態の平面図である。 従来の例を示す平面図である。 変形例１に係る圧電センサ２０の平面図である。 変形例２に係る圧電センサ２０の平面図である。 変形例３に係る圧電センサ２０の平面図である。

図１は、本発明の実施形態に係る電子筆記具１０の斜視図である。図２は、図１に示す電子筆記具１０の断面図である。図２は、電子筆記具１０における圧電センサ２０が装着された領域の断面図である。図３は、図１に示す電子筆記具１０の機能ブロック図である。

図１に示すように、電子筆記具１０は、圧電センサ２０および筐体１０１を備える。さらに、図２、図３に示すように、電子筆記具１０は、検出部３０を備える。

電子筆記具１０は、電子機器の一例であり、圧電センサ２０は、圧電デバイスの一例である。

筐体１０１は、円筒状である。筐体１０１は、絶縁性材料からなる。筐体１０１の内部には、図２に示すように支柱１０３が設けられている。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、図１に示すように、先細り形状の端部１０２が設けられている。

なお、筐体１０１は、圧電センサ２０にその変形が伝達可能な程度の強度（剛性）があればよく、金属であってもよい。

圧電センサ２０は、可撓性を有する基材２６を備える。基材２６は図２に示すように、筐体１０１の内壁面の円周方向に沿うよう湾曲した状態で筐体１０１の内壁面に装着されている。そのため、圧電センサ２０の各箇所では、基材２６が曲がることにより応力が生じる。

圧電センサ２０には、検出部３０が接続されている。検出部３０は、支柱１０３に装着されている。検出部３０は、圧電センサ２０の出力電圧を検出し、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。

以下、圧電センサ２０の詳細について説明する。図４（Ａ）は、圧電センサ２０の平面図である。ただし、図４（Ａ）において、圧電フィルム２１および第３電極２５は、透過して表示している。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）中に示すＡ−Ａ線の断面図である。図５は、図４（Ａ）に示す圧電センサ２０の平面図から圧電フィルム２１および第３電極２５を取り除いた状態の平面図である。

圧電センサ２０は、圧電フィルム２１、第１電極２４、第２電極２９、第３電極２５、および基材２６を備える。

基材２６は、可撓性を有する。基材２６の材料は、例えば、ポリイミド樹脂、液晶ポリマーフィルム、またはペットフィルム等である。基材２６の表面上には、第１電極２４および第２電極２９が形成されている。

基材２６、第１電極２４、および第２電極２９は、フレキシブル基板（フレキシブルプリント配線板）を構成している。第１電極２４、第２電極２９、および第３電極２５は、銅箔等の金属膜からなる。

圧電フィルム２１は、第１主面および第２主面を有する。第１電極２４は、圧電フィルム２１の第１主面に接続される幅広部２４１と、幅広部２４１に接続される幅狭部２４２とを有する。幅広部２４１には、圧電フィルム２１の第１主面が不図示の粘着剤を介して貼付されている。

一方、圧電フィルム２１の第２主面には、第３電極２５が不図示の粘着剤を介して貼付されている。第３電極２５は、フィルム状の電極であり、圧電フィルム２１の第２主面を覆うように貼付されている。第２電極２９は、第３電極２５と電気的に接続される。

第１電極２４および第２電極２９は、検出部３０が設けられた基板３１上の各種電極に電気的に接続され、検出部３０に電気的に接続される。この例では、第２電極２９および第３電極は、グランド電極となり、第１電極２４は、圧電フィルム２１に発生する電荷を検出するためのシグナル電極となる。

圧電フィルム２１の材料は、例えばＰＬＬＡ（Ｌ型ポリ乳酸）である。ＰＬＬＡは、キラル高分子であり、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸され、分子が配向すると、圧電性を有する。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。

また、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。

ＰＬＬＡの延伸方向に３軸をとり、３軸方向に垂直な方向に１軸および２軸をとると、ＰＬＬＡにはｄ１４の圧電定数（ずりの圧電定数）が存在する。１軸方向が厚み方向となり、３軸方向（延伸方向）に対して４５°の角度をなす方向が長手方向となるように、ストライプ状の圧電フィルム２１が切り出される。これにより、圧電フィルム２１が長手方向に伸縮すると、圧電フィルム２１は厚み方向に分極する。

以上の構成において、図５に示すように、基材２６の上面には、第１電極２４および第２電極２９が形成されている形成領域と、第１電極２４および第２電極２９に隣接する非形成領域２６０と、が存在する。そして、非形成領域２６０は、基材２６が湾曲される第１の方向（Ｙ方向）と直交する第２の方向（Ｘ方向）とは異なる方向に沿って延在している。

すなわち、仮に図６に示すように、非形成領域２６０がＸ方向に沿って形成されていると、基材２６がＹ方向に湾曲される場合、当該非形成領域２６０の厚みが形成領域の厚みよりも薄くなっているために、応力が集中し、レジスト等の絶縁層が剥がれたり、クラックが生じたりする可能性がある。

しかし、本実施形態の基材２６は、非形成領域２６０がＸ方向と異なる方向に沿って延在している。図５の例では、非形成領域２６０は、Ｘ方向に対してＹ方向側に約２０°傾いたθ方向に沿って延在している。したがって、基材２６がＹ方向に湾曲された場合に、非形成領域２６０に応力が集中することがなく、絶縁層が剥がれたり、クラックが生じたりする可能性を低減させることができる。なお、非形成領域２６０は、Ｘ方向に対してＹ方向側に約−２０°傾いた方向に延在していてもよい。

次に、図７は、変形例１に係る圧電センサ２０の平面図（圧電フィルム２１および第３電極２５を取り除いた状態の平面図）である。この変形例１における非形成領域２６０Ａも、非形成領域２６０がＸ方向と異なる方向に沿って延在している。すなわち、非形成領域２６０Ａは、Ｘ方向に対してＹ方向側に約２０°傾いた方向に沿って延在している箇所と、Ｘ方向に対してＹ方向側に約−２０°傾いた方向に沿って延在している箇所が存在する。

このため、仮に基材２６をねじるように湾曲させたとしても、非形成領域２６０Ａは、曲げ方向と直交する方向に沿って延在する箇所は少なくなり、絶縁層が剥がれたり、クラックが生じたりする可能性を低減させることができる。

次に、図８は、変形例２に係る圧電センサ２０の平面図（圧電フィルム２１および第３電極２５を取り除いた状態の平面図）である。この変形例２における非形成領域２６０Ｂも、Ｘ方向と異なる方向に沿って延在している箇所がある。

この例では、第１電極２４および第２電極２９は、互いの隣接箇所が平面視して櫛歯状になっている。これにより、非形成領域２６０Ｂは、Ｘ方向に沿って延在している箇所と、Ｙ方向に沿って延在している箇所と、が存在する。

非形成領域２６０Ｂについても、図６に示した例に比べて、Ｘ方向に沿って延在する箇所が少なくなっているため、基材２６がＹ方向に湾曲された場合に、非形成領域２６０Ｂに応力が集中することがなく、絶縁層が剥がれたり、クラックが生じたりする可能性を低減させることができる。また、また、図７の非形成領域は、Ｙ方向に凸となっている箇所があったが、非形成領域２６０Ｂは、平たんになっていることから、基材２６がＹ方向に湾曲された場合に、貼り合わせ部材および基材２６への影響が小さくなる。

次に、図９は、変形例３に係る圧電センサ２０の平面図（圧電フィルム２１および第３電極２５を取り除いた状態の平面図）である。この変形例３における非形成領域２６０Ｃも、Ｘ方向と異なる方向に沿って延在している箇所がある。

変形例３においても、第１電極２４および第２電極２９は、互いの隣接箇所が平面視して櫛歯状になっている。これにより、非形成領域２６０Ｃは、Ｘ方向に沿って延在している箇所と、Ｙ方向に沿って延在している箇所と、が存在する。

さらに、変形例３では、第１電極２４および第２電極２９は、櫛歯状になっている箇所の各端部の位置が、Ｙ方向においてずれている。そのため、非形成領域２６０Ｃのうち、Ｘ方向に沿って延在している各箇所は、Ｙ方向においてずれることになる。

したがって、非形成領域２６０Ｃは、図８に示した例に比べて、さらに応力の集中を防止することができる。無論、図７に示した例においても、非形成領域２６０Ａの各端部の位置が、Ｙ方向にずれていてもよい。

なお、上述の実施形態では、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筆記具１０を示したが、この例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、本実施形態では、圧電デバイスの一例として圧電センサ２０を示したが、これに限るものではない。例えば、圧電デバイスの一例として圧電アクチュエータに適用することができる。また、本実施形態では、絶縁体の一例として圧電フィルムを示したが、例えば、誘電体と複数の電極とが設けられるフレキシブル基板（例えばコンデンサ）であれば、本発明の構成の適用が可能である。

また、検出部３０は、図２に図示するように、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。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に、ポリ乳酸の圧電フィルム２１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。

なお、本実施形態では、グランド電極である第３電極２５を圧電フィルム２１の上面に配置し、基材２６の上面に形成された第２電極２９と電気的に接続する構成を示したが、グランド電極の配置は、この例に限るものではない。例えば、基材２６の下面にグランド電極を配置してもよい。この場合、第１電極の両主面をグランド電極で覆うことになるので、外来ノイズの影響を軽減することができる。

また、本実施形態では、シグナル電極である第１電極２４とグランド電極である第２電極２９との隣接箇所の非形成領域の形状について各種の態様を説明したが、例えば同一面上に複数のシグナル電極が設けられる場合、これらシグナル電極間の隣接箇所についても、上述した各種の非形成領域の形状を採用することができる。

また、図８および図９において、櫛歯状になっている箇所の端部は矩形状となっているが、この端部の角部は円弧状となっていてもよい。この場合、角部に応力が集中することを抑制できる。

１０…電子筆記具
２０…圧電センサ
２１…圧電フィルム
２４…第１電極
２９…第２電極
２５…第３電極
２６…基材
３０…検出部
３１…基板
５０…カバーレイ
１０１…筐体
１０２…端部
１０３…支柱
２４１…幅広部
２４２…幅狭部
２６０，２６０Ａ，２６０Ｂ，２６０Ｃ…非形成領域

Claims (5)

1. 第１の方向に湾曲された基板と、
   前記基板上に配置された絶縁体と、
   前記絶縁体の第１主面側に配置された第１電極と、
   前記第１電極と同一面上に配置された第２電極と、
   を備えたフレキシブル基板であって、
   前記第１主面には、前記第１電極および前記第２電極が形成された形成領域と、前記第１電極および前記第２電極に隣接する非形成領域と、が存在し、
   前記非形成領域は、前記第１の方向に直交する第２の方向とは異なる方向に沿って延在する箇所があるフレキシブル基板。
2. 前記第１電極および前記第２電極は、互いの隣接箇所が平面視して櫛歯状になっている請求項１に記載のフレキシブル基板。
3. 前記第１電極および前記第２電極は、前記櫛歯状になっている箇所の各端部の位置が、前記第１の方向においてずれている請求項２に記載のフレキシブル基板。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフレキシブル基板からなる圧電デバイスであって、
   前記絶縁体は、圧電体であり、
   前記第１電極は、圧電検出用電極であり、
   前記第２電極は、前記圧電体の第２主面側に配置される第３電極と電気的に接続されているグランド電極である圧電デバイス。
5. 請求項４に記載の圧電デバイスを備えた電子機器であって、
   前記基材は、湾曲した状態で前記筐体の内壁面に装着されている、電子機器。

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