JPWO2017154285A1

JPWO2017154285A1 - 押圧検出装置、電子機器

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Publication number: JPWO2017154285A1
Application number: JP2018504000A
Authority: JP
Inventors: 山口　喜弘; 喜弘山口
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-11-29
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Abstract

どのタイミングでも積算値を適正に補正できる押圧検出装置及び電子機器を提供する。
電子筆記具（１０）は、筐体（１０１）、操作部（１２）及び押圧検出装置（１００）を備える。押圧検出装置（１００）は、電極（２５）と、圧電フィルム（２１）と、電極（２４）と、基材（９０）と、電極（１２５）と、歪み抵抗素子（４１）と、電極（１２４）と、基材（２６）と、グランド電極（１２６）と、検出部（３０）を含む回路（１１０）とを備える。操作面（１２Ａ）が操作者の押圧又は押圧の開放によって変位すると、歪み抵抗素子（４１）の抵抗値が変化する。これにより、歪み抵抗素子（４１）は、操作面（１２Ａ）の変位量に応じた出力を行う。よって、検出部（３０）は、積算値を、歪み抵抗素子（４１）の出力によって補正できる。したがって、押圧検出装置（１００）は、どのタイミングでも積算値を適正に補正できる。

Description

本発明は、操作者の押圧量を検出する押圧検出装置、及びこの押圧検出装置を備える電子機器に関する。

従来、操作者の押圧量を検出する押圧検出装置が各種考案されている。このような押圧検出装置として、例えば特許文献１は変位センサを開示している。

特許文献１の変位センサは、圧電素子、電圧変換部、および検出部を備える。圧電素子からは変位量に応じた電圧が瞬時的に発生する。電圧変換部は、圧電素子で発生した電圧を、電圧変換部の抵抗器のインピーダンスとコンデンサおよび圧電素子のキャパシタンスで決定される所定の時定数と押圧力とで決定される電圧に変換して出力する。検出部は、電圧変換部の出力電圧を積算し、積算値に基づいて押圧量（押圧力）を算出する。

ここで、圧電素子を用いた変位センサの場合、一定時間経過すると積算によって誤差も蓄積する。その結果、変位センサは、操作者が押圧を加えていないにも関わらず、操作者が押圧を加えていると誤って検出する可能性がある。

そこで、特許文献１の変位センサは、電圧変換部から出力される電圧の積算値が最大値に達した後に、初期の積算値と最新の積算値とを差分した差分値が、積算値の最大値に対応する所定閾値未満であれば、積算値を初期値に補正している。

国際公開第２０１３／１１１８４１号パンフレット

しかしながら、特許文献１の変位センサは、電圧変換部から出力される電圧の積算値が最大値になった時点で補正している。そのため、例えば積算値が最大値になる前に操作者が押圧を開放した場合、差分値が所定閾値未満になっても、積算値が初期値にリセットされない。

よって、特許文献１の変位センサは、操作者が押圧を加えていないにも関わらず、操作者が押圧を加えていると誤って検出する問題を有している。

したがって、本発明の目的は、どのタイミングでも積算値を適正に補正できる押圧検出装置及び電子機器を提供することにある。

本発明の押圧検出装置は、圧電素子と、押圧検出部と、変位検出素子と、を備える。圧電素子は、操作面の変位量に応じた電荷を発生する。押圧検出部は、圧電素子が発生する電荷によって生じる電圧の積算値を算出する。変位検出素子は、操作面の変位量に応じた出力を行う。押圧検出部は、変位検出素子を間欠的に動作させ、変位検出素子の出力を入力する。

この構成において操作面が操作者の押圧又は押圧の開放によって変位すると、圧電素子において操作面の変位量に応じた電荷が発生する。これにより、押圧検出部は、電圧の積算値を操作者の押圧量として算出する。そのため、この構成においても、一定時間経過すると積算によって誤差が蓄積する。

しかし、この構成では、操作面が操作者の押圧又は押圧の開放によって変位すると、変位検出素子は、操作面の変位量に応じた出力を行う。そして、押圧検出部は、変位検出素子の出力を入力する。

そのため、押圧検出部は、積算値を、変位検出素子の出力によって補正できる。したがって、本発明の押圧検出装置は、どのタイミングでも積算値を適正に補正できる。

さらに、押圧検出部は変位検出素子を間欠的に動作させるため、本発明の押圧検出装置は、前記変位検出素子の消費電力が比較的大きい場合でも、時間平均した場合の消費電力を小さくすることができる。

また、本発明の電子機器は、本発明の押圧検出装置を備えるため、本発明の押圧検出装置と同様の効果を備える。

本発明は、どのタイミングでも積算値を適正に補正できる。

本発明の第１実施形態に係る電子筆記具１０の斜視図である。図１に示す電子筆記具１０の断面図である。図２に示す押圧検出装置１００の分解斜視図である。図２に示す押圧検出装置１００の概略断面図である。図１に示す押圧検出装置１００のブロック図である。図５に示す増幅回路１９の出力電圧と経過時間との関係の一例を示す図である。図５に示す増幅回路１９の出力電圧および基準電圧の差分の積算値と経過時間との関係の一例を示す図である。図５に示す増幅回路１９の出力電圧および基準電圧の差分の積算値と経過時間との関係の一例を示す図である。図５に示す歪み抵抗回路４０の一例を示す回路図である。本発明の第２実施形態に係るスマートフォン２１０の正面図である。図１０に示すＡ−Ａ線の断面図である。図９に示す歪み抵抗回路４０の変形例に係る抵抗回路１４０の一例を示す回路図である。図１２に示す抵抗素子Ｒｓに加えられる加重と抵抗値との関係の一例を示す回路図である。図１２に示す抵抗素子Ｒｓに加えられる加重と抵抗回路１４０の出力電圧との関係の一例を示す回路図である。

本発明の第１実施形態に係る電子筆記具について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１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における押圧検出装置１００が装着された領域の断面図である。なお、図２中の矢印は、操作者が押圧する方向を示している。

電子筆記具１０は図１に示すように、筐体１０１、操作部１２及び押圧検出装置１００を備える。

なお、電子筆記具１０が本発明の電子機器の一例に相当する。

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の内部は、図２に示すように支柱１０３を有している。筐体１０１の長尺方向（円周方向に直交する方向）の先端は、図１に示すように、先細り形状の端部１０２となっている。

なお、筺体１０１は、押圧検出装置１００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。

操作部１２は、筐体１０１の一部を構成する。操作部１２は、操作者の押圧入力を受け付ける操作面１２Ａを有する。操作部１２は、可撓性を有する材料からなる。操作部１２の材料は例えば樹脂である。

押圧検出装置１００は、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、ポリイミド樹脂等である。押圧検出装置１００は図２に示すように、操作部１２の内壁面の円周方向に沿って湾曲した状態で操作部１２の内壁面に装着されている。そのため、押圧検出装置１００の各箇所では、基材２６が曲がることによって曲げ負荷が生じる。

次に、押圧検出装置１００の構成について説明する。

図３は、図２に示す押圧検出装置１００の分解斜視図である。図４は、図２に示す押圧検出装置１００の概略断面図である。なお、図３中の矢印は、操作者が押圧する方向を示している。

押圧検出装置１００は図３、図４に示すように、電極２５と、圧電フィルム２１と、電極２４と、基材９０と、電極１２５と、歪み抵抗素子４１と、電極１２４と、基材２６と、グランド電極１２６と、検出部３０を含む回路１１０とを備える。

なお、検出部３０が本発明の押圧検出部の一例に相当する。歪み抵抗素子４１が本発明の変位検出素子の一例に相当する。

基材２６は表面上に、検出部３０を含む回路１１０と電極１２４とを実装している。基材２６は裏面上に、グランド電極１２６を実装している。電極１２４及びグランド電極１２６は例えば銅箔等の金属膜からなる。基材２６は、図３に示すようにフレキシブルプリント配線板を構成している。

なお、グランド電極１２６は、基材２６の裏面側から侵入する外来ノイズの影響を軽減することができる。

基材９０は表面上に電極２４を実装している。基材９０は裏面上に電極１２５を実装している。電極２４及び電極１２５は例えば銅箔等の金属膜からなる。基材９０は、フレキシブルプリント配線板を構成している。基材２６及び基材９０は不図示の配線を介して接続されている。

歪み抵抗素子４１の両面は、電極１２４及び電極１２５に電気的に接続している。また、圧電フィルム２１の両面は、電極２４及び電極２５に電気的に接続している。電極２５は例えば銅箔等の導電テープからなる。圧電フィルム２１、電極２４及び電極２５は、圧電素子２０を構成する。

そして、電極１２４、電極１２５、電極２４及び電極２５のそれぞれは、回路１１０に電気的に接続している。

ここで、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。

なお、圧電フィルム２１は、ＰＬＬＡを主材料とするフィルムに限られず、Ｄ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）や、ポリ-γ-ベンジル-Ｌ-グルタメート（ＰＢＬＧ）等の他のキラル高分子を主材料とするフィルムであってもよい。

ただし、ＰＬＬＡやＰＤＬＡのようなキラル高分子を主材料とする圧電フィルム２１の圧電性は、ポリフッ化ビニリデン（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ｄ_１４の圧電定数（ずりの圧電定数）が存在する。すなわちＰＬＬＡはずり圧電性を有する圧電体である。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。

なお、１軸方向は、４５°であることが最も効果的であるが、例えば４５±１０°の範囲であっても略同等の効果が得られる。

以上より、電極２５と、圧電フィルム２１と、電極２４と、基材９０と、電極１２５と、歪み抵抗素子４１と、電極１２４と、基材２６と、グランド電極１２６とのそれぞれは、操作面１２Ａに対して平行となるよう積層され、操作部１２の内壁面に固定されている。

さらに、圧電素子２０と歪み抵抗素子４１とは、操作面１２Ａを正面視して重なる。圧電素子２０と歪み抵抗素子４１とは、操作面１２Ａを正面視して操作面１２Ａの中心に位置している。

そのため、操作面１２Ａが操作者の押圧又は押圧の開放によって変位すると、歪み抵抗素子４１と圧電フィルム２１とは変位する。そして、圧電フィルム２１の変位量は操作面１２Ａの変位量と同じである。歪み抵抗素子４１の変位量は操作面１２Ａの変位量と同じである。

図５は、図１に示す押圧検出装置１００のブロック図である。図６は、図５に示す増幅回路１９の出力電圧と経過時間との関係の一例を示す図である。図７は、図５に示す増幅回路１９の出力電圧および基準電圧の差分の積算値と経過時間との関係の一例を示す図である。図８は、図５に示す増幅回路１９の出力電圧および基準電圧の差分の積算値と経過時間との関係の一例を示す図である。

押圧検出装置１００は図５に示すように、圧電素子２０と、増幅回路１９と、歪み抵抗素子４１を含む歪み抵抗回路４０と、検出部３０と、を備える。増幅回路１９と、歪み抵抗回路４０と、検出部３０とは、回路１１０を構成する。

操作者が操作面１２Ａを押圧したとき、操作部１２は押圧された方向に凸となるように撓む。圧電素子２０も、押圧された方向に凸となるように撓む。同様に、操作者が操作面１２Ａに対する押圧を開放したとき、操作部１２が押圧された方向とは逆方向へ変位し、元の形状に戻る。圧電素子２０も、操作部１２が押圧された方向とは逆方向へ変位し、元の形状に戻る。

そのため、操作者が操作面１２Ａを押圧したとき、又は操作者が操作面１２Ａに対する押圧を開放したとき、圧電効果により圧電フィルム２１は厚み方向に分極する。これにより、電極２４，２５に電荷が誘起される。電極２４，２５で発生した電荷は、増幅回路１９へ出力される。

増幅回路１９は、チャージ増幅器１９Ａを有する。チャージ増幅器１９は、圧電素子２０で発生した電荷を電圧に変換する。増幅回路１９は、チャージ増幅器１９で変換された電圧を増幅し、検出部３０に出力する。

検出部３０は、例えばマイクロコンピュータで構成される。検出部３０は、図６に示すように増幅回路１９から出力された電圧および基準電圧Ｖｃの差分を積算し、図７、図８に示すように積算値を算出する。検出部３０は、積算値から、操作面１２Ａの変位量を操作者の押圧量として算出する。

ここで、チャージ増幅器１９は、圧電素子２０で発生した電荷の微分に比例した電圧に変換する。そのため、押圧検出装置１００は、押圧量を検出するため、増幅回路１９から出力された電圧を検出部３０において積分することが必要となる。

よって、圧電素子２０を用いた場合、一定時間経過すると、図７、図８に示すように積分（積算）による誤差ΔＺが蓄積するという問題がある。その結果、押圧検出装置１００は、操作者が押圧を加えていないにも関わらず、操作者が押圧を加えていると誤って検出する可能性がある。

そこで、押圧検出装置１００は、歪み抵抗素子４１を備えている。歪み抵抗素子４１は、操作面１２Ａの変位量に応じて抵抗値が変化する素子である。歪み抵抗素子４１の抵抗値の変化量は小さいため、図９に示すホイートストンブリッジ回路を使用することが好ましい。

図９は、図５に示す歪み抵抗回路４０の一例を示す回路図である。歪み抵抗回路４０は、歪み抵抗素子４１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４と差動増幅器Ａ１とを含む。歪み抵抗回路４０は、ホイートストンブリッジ回路を構成する。

歪み抵抗回路４０において、歪み抵抗素子４１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とのそれぞれの抵抗値は同じである。そして、歪み抵抗素子４１及び抵抗Ｒ２を結ぶ線と、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４を結ぶ線は、差動増幅器Ａ１の入力端子に接続する。差動増幅器Ａ１の出力端子は、検出部３０に接続する。

以上の回路において検出部３０から供給される駆動電圧Ｖ_ＩＮは、歪み抵抗素子４１及び抵抗Ｒ２で分圧され、第１抵抗分圧が差動増幅器Ａ１に入力する。同様に、その駆動電圧は、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４で分圧され、第２抵抗分圧が差動増幅器Ａ１に入力する。第１抵抗分圧と第２抵抗分圧との差は差動増幅器Ａ１で増幅され、差動増幅器Ａ１は電圧Ｖｏｕｔを検出部３０に出力する。

ここで、操作面１２Ａが操作者の押圧又は押圧の開放によって変位すると、歪み抵抗素子４１は、操作部１２の変位に応じて、歪み抵抗素子４１の長手方向へ伸びる。これにより、歪み抵抗素子４１の断面積が小さくなり、歪み抵抗素子４１の抵抗値が高くなる。すなわち、操作面１２Ａが操作者の押圧又は押圧の開放によって変位すると、歪み抵抗素子４１の抵抗値が変化する。

これにより、歪み抵抗回路４０は、操作面１２Ａの変位量に応じた電圧を差動増幅器Ａ１から出力する。すなわち歪み抵抗素子４１は、操作面１２Ａの変位量に応じた出力を行う。そして、検出部３０は、歪み抵抗素子４１の出力を入力する。

よって、検出部３０は、積算値を、歪み抵抗素子４１の出力（具体的には歪み抵抗回路４０が出力する電圧の値）によって補正できる。例えば図７、図８に示すように検出部３０は、誤差ΔＺを、歪み抵抗素子４１の出力（具体的には歪み抵抗回路４０が出力する電圧の値）によって初期値０に補正できる。そのため、押圧検出装置１００では、例えば積算値が最大値になる前に操作者が押圧を開放した場合でも、積算値が初期値にリセットされる。

したがって、押圧検出装置１００は、どのタイミングでも積算値を適正に補正できる。

なお、歪み抵抗素子４１は、絶対値で押圧量を検出できるため、圧電素子２０のように誤差ΔＺが蓄積することは無い。

しかし、歪み抵抗素子４１は、抵抗値の変化によって押圧量を検出する素子である。歪み抵抗素子４１の抵抗値は数百Ω〜数ｋΩ程度である。そのため、歪み抵抗素子４１は、消費電流を絞ると感度が低下する。歪み抵抗素子４１は実用上、大きな消費電力を必要とするという欠点を持つ。

そこで、検出部３０は、歪み抵抗素子４１を間欠的に動作させる。そのため、押圧検出装置１００は、消費電力を小さくすることができる。また、電子筆記具１０も、押圧検出装置１００を備えるため、押圧検出装置１００と同様の効果を備える。

ここで、歪み抵抗素子４１を間欠的に動作させた場合、検出部３０は、歪み抵抗素子４１を動作させていない間の押圧データを歪み抵抗回路４０から得られないという問題がある。しかし、検出部３０は、歪み抵抗素子４１を動作させていない間の押圧データを、圧電素子２０から連続的に得られる。

以上の理由から押圧検出装置１００は、歪み抵抗素子４１及び圧電素子２０の両方を備えている。

なお、検出部３０は、操作者が押圧又は押圧の開放を行っていないタイミングで積算値を補正することが好ましい。例えば図７に示すように検出部３０は、積算値が所定値Ｚ_ｔｈ以下のときに補正することが好ましい。

以下、本発明の第２実施形態に係るスマートフォンについて、図を参照して説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係るスマートフォン２１０の正面図である。図１１は、図１０に示すＡ−Ａ線の断面図である。図１１中の矢印は、操作者が押圧する方向を示している。

スマートフォン２１０は、筐体１１、操作板２１２、及び押圧検出装置２００を備える。

なお、スマートフォン２１０は、本発明の電子機器の一例に相当する。

筐体１１は、枠状の側板および矩形状の底板から構成され、矩形状の開口部を上面に有する。筐体１１の開口部を塞ぐように操作板２１２が筐体１１に接合する。これにより、筐体１１及び操作板２１２は、押圧検出装置２００を収納する。

操作板２１２は、操作者の押圧入力を受け付ける操作面２１２Ａを有する。操作板２１２の材料は例えばガラス、ＦＲ４である。

押圧検出装置２００は図１１に示すように、前述の電極２５と、前述の圧電フィルム２１と、前述の電極２４と、前述の電極１２５と、前述の歪み抵抗素子４１と、前述の電極１２４と、基材２９０と、基材２９１と、基材２９２と、前述の検出部３０を含む前述の回路１１０と、支持板２２６と、を備える。なお、押圧検出装置１００と同じ構成の部材に関しては説明を省略する。

基材２９０は表面上に、検出部３０を含む回路１１０を実装している。基材２９０は、フレキシブルプリント配線板を構成している。基材２９０の裏面は支持板２２６の表面に接合している。

基材２９１は裏面上に、電極２５と圧電フィルム２１と電極２４とを実装している。基材２９１は、フレキシブルプリント配線板を構成している。基材２９１の表面は支持板２２６の裏面に接合している。基材２９１は配線Ｌ１を介して基材２９０に接続している。そのため、電極２４及び電極２５は、配線Ｌ１を介して回路１１０に電気的に接続している。

基材２９２は表面上に、電極１２５と歪み抵抗素子４１と電極１２４とを実装している。基材２９２は、フレキシブルプリント配線板を構成している。基材２９２の裏面は支持板２２６の表面に接合している。基材２９２は配線Ｌ２を介して基材２９０に接続している。そのため、電極１２４及び電極１２５は、配線Ｌ２を介して回路１１０に電気的に接続している。

以上より、操作板２１２と、電極１２５と、歪み抵抗素子４１と、電極１２４と、基材２９２と、支持板２２６と、基材２９１と、電極２５と、圧電フィルム２１と、電極２４と、のそれぞれは、操作面２１２Ａに対して平行となるよう積層されている。歪み抵抗素子４１は、操作面１２Ａを正面視して操作面１２Ａの中心に位置している。そして、支持板２２６は筐体１１の内壁面に固定されている。

なお、押圧検出装置１００では圧電素子２０と歪み抵抗素子４１とは、操作面１２Ａを正面視して重なっていたが、押圧検出装置２００では圧電素子２０と歪み抵抗素子４１とは、操作面２１２Ａを正面視して重ならない。

操作者が操作面２１２Ａを押圧すると、操作板２１２は押圧された方向に凸となるように撓む。支持板２２６も、押圧された方向に凸となるように撓む。同様に、操作者が操作面２１２Ａに対する押圧を開放すると、操作板２１２が押圧された方向とは逆方向へ変位し、元の形状に戻る。支持板２２６も、操作板２１２が押圧された方向とは逆方向へ変位し、元の形状に戻る。

そして、支持板２２６の変形に併せて、歪み抵抗素子４１と圧電フィルム２１とも変形する。歪み抵抗素子４１の変位量は操作面２１２Ａの変位量と同じである。圧電フィルム２１の変位量は操作面２１２Ａの変位量に比例するものの、圧電フィルム２１の変位量は操作面２１２Ａの変位量に比べて小さい。

しかし、圧電フィルム２１の感度は歪み抵抗素子４１の感度より高いため、圧電フィルム２１は、操作面２１２Ａを正面視して操作面２１２Ａの中心に位置していなくてもよい。

ここで、押圧検出装置２００は、歪み抵抗素子４１を備える。そのため、操作面２１２Ａが操作者の押圧又は押圧の開放によって変位すると、歪み抵抗素子４１の抵抗値が変化する。そのため、歪み抵抗素子４１は、操作面２１２Ａの変位量に応じた出力を行う。そして、検出部３０は、歪み抵抗素子４１の出力を入力する。

よって、検出部３０は、積算値を、歪み抵抗素子４１の出力（具体的には歪み抵抗回路４０が出力する電圧の値）によって補正できる。例えば図７、図８に示すように検出部３０は、誤差ΔＺを、歪み抵抗素子４１の出力（具体的には歪み抵抗回路４０が出力する電圧の値）によって初期値０に補正できる。

したがって、押圧検出装置２００は押圧検出装置１００と同様に、どのタイミングでも積算値を適正に補正できる。

さらに、検出部３０は、歪み抵抗素子４１を間欠的に動作させる。そのため、押圧検出装置２００は押圧検出装置１００と同様に、消費電力を小さくすることができる。

また、スマートフォン２１０も、押圧検出装置２００を備えるため、押圧検出装置２００と同様の効果を備える。

なお、前述の実施形態では、電子機器の一例として電子筆記具１０とスマートフォン２１０とを示したが、これに限るものではない。実施の際、例えばマウス、タブレット端末等の他の電子機器に適用することができる。

また、上述の実施形態では、押圧検出装置１００、２００は、ポリ乳酸の圧電フィルム２１を備えるが、これに限るものではない。実施の際、押圧検出装置は、ＰＶＤＦ等の他の圧電フィルムを備えることも可能である。

また、押圧検出装置１００、２００は例えば図９に示すように、歪み抵抗素子４１を含む歪み抵抗回路４０を備えるが、これに限るものではない。実施の際、押圧検出装置は例えば歪み抵抗回路４０の代わりに、図１２に示す抵抗回路１４０を備えてもよい。

図１２は、歪み抵抗回路４０の変形例に係る抵抗回路１４０の一例を示す回路図である。抵抗回路１４０は、抵抗Ｒｏと抵抗素子Ｒｓと差動増幅器Ａ２とを含む。抵抗Ｒｏ及び抵抗素子Ｒｓを結ぶ線は、差動増幅器Ａ２の非反転入力端子に接続する。差動増幅器Ａ２の出力端子は、差動増幅器Ａ２の反転入力端子および検出部３０に接続する。

以上の回路において検出部３０から供給される駆動電圧Ｖ_ＩＮは、抵抗Ｒｏ及び抵抗素子Ｒｓで分圧され、抵抗分圧が差動増幅器Ａ２の非反転入力端子に入力する。同様に、差動増幅器Ａ２の出力電圧は、差動増幅器Ａ２の反転入力端子に入力する。抵抗分圧と出力電圧との差は差動増幅器Ａ２で増幅され、差動増幅器Ａ２は電圧Ｖｏｕｔを検出部３０に出力する。

ここで、抵抗素子Ｒｓは、高分子厚膜インクを使用した素子である。抵抗素子Ｒｓも、操作面が操作者の押圧又は押圧の開放によって変位すると、抵抗値が変化する。

図１３は、図１２に示す抵抗素子Ｒｓに加えられる加重と抵抗値との関係の一例を示す回路図である。図１４は、図１２に示す抵抗素子Ｒｓに加えられる加重と抵抗回路１４０の出力電圧との関係の一例を示す回路図である。図１４は、抵抗素子Ｒｓの抵抗値に応じて４つのグラフを示している。図１３、図１４は、駆動電圧Ｖ_ＩＮが３Ｖであるときのグラフを示している。

図１４に示すように、抵抗素子Ｒｓの抵抗値が例えば１ＭΩのように大きい場合、消費電流は例えば数ｕＡ程度に小さくなるものの、抵抗回路１４０の出力電圧は急峻に立ち上がる。そのため、検出部３０は、「押圧した」「押圧していない」の２値を検出することしかできない。

一方、抵抗素子Ｒｓの抵抗値が例えば１ｋΩのように小さい場合、抵抗回路１４０は押圧量に応じた電圧を出力する。この場合、検出部３０は、押圧量を詳細に検出することができるものの、数百ｕＡから数ｍＡ程度の電流が抵抗回路１４０に流れる。そのため、抵抗素子Ｒｓは前述の歪み抵抗素子４１と同様に、消費電力が比較的大きくなるという欠点を持つ。

そこで、検出部３０は、抵抗素子Ｒｓを間欠的に動作させる。そのため、抵抗回路１４０は歪み抵抗回路４０と同様に、消費電力を小さくすることができる。

なお、歪み抵抗素子４１は圧電フィルム２１と同様に、歪みを検出する素子である。そのため、歪み抵抗素子４１は、圧電フィルム２１と併用しやすいという特徴を持つ。一方、高分子厚膜インクを使用した抵抗素子Ｒｓは、垂直な力を直接検出する素子である。そのため、抵抗素子Ｒｓの抵抗値の変化量は大きい。よって、抵抗素子Ｒｓは、扱いやすいという特徴を持つ。

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、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲とを含む。

１０…電子筆記具
１１…筐体
１２…操作部
１２Ａ…操作面
１９…増幅回路
１９Ａ…チャージ増幅器
２０…圧電素子
２１…圧電フィルム
２４，２５…電極
２６…基材
３０…検出部
４０…抵抗回路
４１…抵抗素子
９０…基材
１００…押圧検出装置
１０１…筺体
１０２…端部
１０３…支柱
１１０…回路
１２４、１２５…電極
１２６…グランド電極
１４０…抵抗回路
２００…押圧検出装置
２１０…スマートフォン
２１２…操作板
２１２Ａ…操作面
２２６…支持板
２９０、２９１、２９２…基材

Claims

操作面の変位量に応じた電荷を発生する圧電素子と、
前記圧電素子が発生する前記電荷によって生じる電圧の積算値を算出する押圧検出部と、
前記変位量に応じた出力を行う変位検出素子と、を備え、
前記押圧検出部は、前記変位検出素子を間欠的に動作させ、前記変位検出素子の前記出力を入力する、押圧検出装置。
前記押圧検出部は、前記積算値を前記変位検出素子の前記出力によって補正する、請求項１に記載の押圧検出装置。
前記押圧検出部は、前記積算値が所定値以下のときに補正する、請求項２に記載の押圧検出装置。
前記圧電素子と前記変位検出素子とは、前記操作面を正面視して重なる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の押圧検出装置。
前記変位検出素子は、前記操作面を正面視して前記操作面の中心に位置する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の押圧検出装置。
前記圧電素子は、ポリ乳酸からなるフィルムを有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の押圧検出装置。
前記変位検出素子は、前記変位量に応じて抵抗値が変化する素子である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の押圧検出装置。
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の押圧検出装置を備える、電子機器。
操作面の押圧により電荷を発生する圧電素子と、
前記圧電素子が発生する前記電荷によって生じる電圧の積算値を算出する押圧検出部と、
前記操作面の押圧により抵抗値が変化する抵抗素子と、を備え、
前記押圧検出部は、前記抵抗素子を間欠的に動作させ、前記抵抗素子の前記出力を入力する、押圧検出装置。