JPWO2019244594A1 - 押圧センサ及び押圧検出装置 - Google Patents

Abstract

補強板（２１）と、粘着材（２２）と、粘着材（２２）を介して基板（２１）の第１主面（１４）に配置されたセンサ部（２３）と、を備え、基板（２１）の弾性率をＥ１、粘着材（２２）の弾性率をＥＡ、及びセンサ部（２３）の弾性率をＥＳとすると、Ｅ１、ＥＡ、及びＥＳは、ＥＡ＜ＥＳ及びＥＡ＜Ｅ１を満たす。

Description

本発明は、押圧を検知する押圧センサ、並びに押圧センサを用いた押圧検出装置に関する。

特許文献１では、圧力検出器において、貼合材を介して支持基板に固定された押圧センサが開示されている（特許文献１を参照）。貼合材に使用される接着剤は、硬化させることにより使用される場合又は、時間経過とともに固化することがあるため、後々で扱い難くなることがある。このため、接着剤に変えて粘着剤を貼合材として使用することがある。

ユーザが特許文献１に記載の支持基板の表面側を押圧すると、支持基板の表面側は縮むと同時に、支持基板の裏面側は伸びる。ここで、支持基板に接する粘着層が硬い場合、支持基板の裏面側で発生した伸びがそのまま粘着層を伝わり、粘着層全体が伸びる。このため、粘着層を介して支持基板に固定された押圧センサも伸びる。このとき、押圧センサは、ユーザが押圧した支持基板の表面から遠い位置であるほど、発生する伸びが大きくなる。一方、ユーザが特許文献１に記載の支持基板の表面側から手を離すとき、支持基板の表面側は伸びると同時に、支持基板の裏面側は縮む。この場合、ユーザが支持基板の表面側を押圧した時とは逆に、押圧センサに、縮みが伝わる。

特開２０１７−１９８５７３号公報

粘着層は、いわゆる粘弾性体である。粘弾性体は、外部から加えられた力によって変形する。このとき、応力緩和によって粘弾性体には、粘弾性体に生じた変形を元の状態に戻そうとする力が働く。以下、粘弾性体に生じた変形を元の状態に戻そうとする逆向きの力が働くことを、「跳ね返り」として説明する。跳ね返りの力の大きさは、粘弾性体に生じた変形の大きさに比例する。

特許文献１に記載の押圧センサを粘着層で支持基板に固定する場合、粘着層が硬いと、上述のように押圧センサで発生する伸びが大きくなる。従って、押圧センサで発生する跳ね返りが大きくなる。このとき、跳ね返りは縮む向きの力であるため、押圧センサで発生する伸びとは逆向きである。従って、跳ね返りにより押圧センサで検出される電圧は、ユーザが特許文献１に記載の支持基板の表面側を押圧した時に押圧センサが検出する電圧と逆向きの極性となる。一方、ユーザが特許文献１に記載の支持基板の表面側から手を離すとき、押圧センサは縮む。このため、ユーザが支持基板の表面側から手を離すときに押圧センサが検出する電圧と、ユーザが支持基板の表面側を押圧した時の跳ね返りにより押圧センサで検出される電圧の極性は同一である。従って、跳ね返りが大きくなる場合、ユーザが支持基板の表面側から手を離していないにも関わらず、跳ね返りによって手を離したと誤検知される虞がある。

そこで、本発明の一実施形態の目的は、粘着層を使用した場合でも応力緩和の影響が少なく、跳ね返りが小さく抑制され、誤検知を抑制できる押圧センサ、押圧検出装置及び電子機器を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る押圧センサは、基板と、粘着層と、前記粘着層を介して前記基板の第１主面に配置されたセンサ部と、を備える。前記基板の弾性率をＥ_１、前記粘着層の弾性率をＥ_Ａ、及び前記センサ部の弾性率をＥ_Ｓとすると、Ｅ_１、Ｅ_Ａ、及びＥ_Ｓは、Ｅ_Ａ＜Ｅ_Ｓ及びＥ_Ａ＜Ｅ_１を満たす。

前記基板、前記粘着層、及び前記センサ部の積層方向の歪みに対する応力の中立面が、前記基板、前記粘着層、及び前記センサ部にそれぞれ一つ存在する。

前記粘着層の弾性率をＥ_Ａとすると、弾性率Ｅ_Ａは、７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす。

以上の条件によって、跳ね返りによる影響が抑制される。従って、押圧センサは、応力緩和による影響が少なく、誤検知を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る押圧検出装置は、上記押圧センサと、前記押圧センサが配置される筐体と、を備える。

この構成において、押圧検出装置は、上記押圧センサを備える。このため、押圧検出装置は、応力緩和の影響が少なく、跳ね返りが小さく抑制され、誤検知を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る押圧センサは、粘着層を使用した場合でも粘着層の応力緩和による影響が少なく、跳ね返りが小さく抑制され、誤検知を抑制できる。

図１（Ａ）は第一実施形態に係る押圧センサ１１１を備えた電子機器１０１の斜視図、図１（Ｂ）はその断面図である。 図２は、第一実施形態に係る押圧センサ１１１の断面を説明するための模式図である。 図３は、第一実施形態に係る圧電フィルム１０を説明するための図である。 図４（Ａ）〜図４（Ｆ）は、第一実施形態に係る押圧センサ１１１において発生する応力を説明するための図である。 図５は、第一実施形態に係る粘着材２２の弾性率と、出力の跳ね返り率との関係を示すグラフである。 図６は、第一実施形態に係る押圧センサ１１１に荷重をかけた場合における、出力電圧を説明するための図である。 図７は、第一実施形態に係る押圧センサ１１１をユーザが長押しした場合に発生する応力を説明するための図である。 図８は、第二実施形態に係る粘着材２２の弾性率と、出力の跳ね返り率との関係を示すグラフである。 図９は、第二実施形態に係る押圧センサ１１２をユーザが長押しした場合に発生する応力を説明するための図である。 図１０は、第三実施形態に係る押圧センサ１１３の断面を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る押圧センサ及び押圧検出装置について説明する。

図１（Ａ）は第一実施形態に係る押圧センサ１１１を備えた電子機器１０１の斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）をＩ−Ｉで切断した断面図である。図２は、押圧センサ１１１の断面を説明するための模式図である。図３は、第一実施形態に係る圧電フィルム１０を説明するための図である。なお、図１（Ａ）に示す電子機器１０１は、本発明に係る「押圧検出装置」の一例であり、これに限るものではなく仕様に応じて適宜変更することができる。また、各図面において、説明の都合上、配線などは省略している。

図１（Ａ）に示すように、電子機器１０１は、上面が開口した略直方体形状の筐体１０２を備える。電子機器１０１は、筐体１０２の上面の開口部を封止するように配置された平板状の表面パネル１０３を備える。表面パネル１０３は、利用者が指又はペンなどを用いてタッチ操作を行う操作面として機能する。以下では、筐体１０２の幅方向（横方向）をＸ方向とし、長さ方向（縦方向）をＹ方向とし、厚み方向をＺ方向として説明する。

図１（Ｂ）に示すように、電子機器１０１は、筐体１０２の内側に表示部１０４、貼合材１０５、及び押圧センサ１１１を備える。表示部１０４は、表面パネル１０３の筐体１０２内側の面に形成されている。押圧センサ１１１は、貼合材１０５によって、筐体１０２の内部の側壁に着脱可能に貼合されている。なお、押圧センサ１１１が貼合されている位置は、側壁には限定されない。例えば、表示部１０４、表面パネル１０３と反対側の面、又は筐体１０２の底面であってもよい。

図２に示すように、押圧センサ１１１は、補強板２１、粘着材２２及びセンサ部２３を備える。補強板２１、粘着材２２及びセンサ部２３は、この順に筐体１０２側から積層されている。なお、粘着材２２は、本発明に係る「粘着層」の一例である。

センサ部２３は、粘着材２２を介して補強板２１の第１主面１４に配置されている。補強板２１の第１主面１４と逆の第２主面１５は、貼合材１０５を介して筐体１０２と貼合されている。補強板２１は、金属材料から成る。これにより、補強板２１は、ある程度の強度を有し、かつ、後で述べるように筐体１０２側からのノイズを抑制することができる。なお、補強板２１は、本発明における「基板」の一例である。

センサ部２３は、圧電フィルム１０、信号電極３１、グランド電極３２、センサ基材２４、接着層２５、及びシールド電極２６を備える。

センサ部２３は、粘着材２２側から、センサ基材２４、接着層２５、圧電フィルム１０、シールド電極２６の順に積層されている。センサ基材２４は、圧電フィルム１０より粘着材２２側に配置されている。センサ基材２４は、電子機器１０１に付与される歪みの検出対象である。

圧電フィルム１０は、センサ基材２４の第１主面１６に配置されている。接着層２５は、圧電フィルム１０とセンサ基材２４とを接着している。圧電フィルム１０は、第１主面１７及び第２主面１８を有する。信号電極３１及びグランド電極３２は、センサ基材２４の第１主面１６に配置されている。信号電極３１は、圧電フィルム１０のうちセンサ基材２４と対面する第１主面１７側に配置される。グランド電極３２は、センサ基材２４において圧電フィルム１０が配置されていない箇所に配置されている。すなわち、センサ部２３を平面視した時、信号電極３１とグランド電極３２は、重ならないように配置されている。これにより、信号電極３１及びグランド電極３２における短絡を抑制できる。

シールド電極２６は、圧電フィルム１０の第２主面１８に配置されている。シールド電極２６は、圧電フィルム１０と接していない箇所において、グランド電極３２に接触している。シールド電極２６は、圧電フィルム１０の第２主面１８とグランド電極３２とを接続している。これによりシールド電極２６は、圧電フィルム１０の外部からのノイズの影響を抑制することができる。

次に、圧電フィルム１０について説明する。図３は、圧電フィルム１０を平面視した図である。図３に示すように、圧電フィルム１０はキラル高分子から形成されるフィルムであってもよい。キラル高分子として、第一実施形態では、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、特にＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）を用いている。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、一軸延伸されて分子が配向すると圧電性を有する。そして、一軸延伸されたＰＬＬＡは、圧電フィルム１０の平板面が押圧されることにより、電圧を発生する。この際、発生する電圧量は、押圧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率、すなわち変位の時間変化（変位量の時間に対する微分値）に依存する。

第一実施形態では、圧電フィルム１０（ＰＬＬＡ）の一軸延伸方向は、図３の矢印９０１に示すように、Ｙ方向及びＺ方向に対して４５度の角度を成す方向としている。この４５度には、例えば４５度±１０度程度を含む角度を含む。このため、Ｙ方向又はＺ方向に圧電フィルム１０が伸縮すると、圧電フィルム１０は電荷を生じる。これにより、圧電フィルム１０が押圧されることにより電圧が発生する。

ＰＬＬＡは、延伸等による分子の配向処理で圧電性を生じるため、ＰＶＤＦ等の他のポリマー又は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又は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。焦電性がなく、ユーザの指の温度又は摩擦熱による影響が生じないため、押圧センサ１１１に好適である。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。従って、周囲環境に影響されることなく、押圧による変位を高感度に検出することができる。

なお、圧電フィルム１０は、ＰＬＬＡに代えて、ポーリング処理を行ったＰＶＤＦ又はＰＺＴ等のようなイオンが分極した強誘電体から形成されるフィルムからなるものであってもよい。

圧電フィルム１０の主面に形成されている信号電極３１、グランド電極３２又はシールド電極２６は、アルミニウム又は銅等の金属系の電極を用いることができる。このような信号電極３１、グランド電極３２又はシールド電極２６を設けることで、圧電フィルム１０が発生する電荷を電圧として取得でき、押圧量に応じた電圧値の押圧量検出信号を外部へ出力することができる。

押圧センサ１１１を筐体１０２に貼合するための貼合材１０５は、粘弾性体である。ユーザが押圧センサ１１１に荷重をかけ、ユーザが荷重をかけ終わると、貼合材１０５の応力緩和によって押圧センサ１１１には、押圧センサ１１１に生じた変形を元の状態に戻そうとする力が働く。本実施形態において、押圧センサ１１１に生じた変形を元の状態に戻そうとする逆向きの力が働くことを、「跳ね返り」と示す。

図４（Ａ）、図４（Ｃ）、及び図４（Ｅ）は、ユーザが押圧センサ１１１を押し始めたときに押圧センサ１１１において発生する応力を説明するための図である。図４（Ｂ）、図４（Ｄ）、及び図４（Ｆ）は、ユーザが押圧センサ１１１を押し終わりのときに押圧センサ１１１において発生する応力を説明するための図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、粘着材２２の弾性率Ｅ_ＡがＥ_Ａ＜７×１０^３Ｐａを満たす場合について示した図である。図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）は、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａが７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合について示した図である。図４（Ｅ）及び図４（Ｆ）は、粘着材２２の弾性率Ｅ_ＡがＥ_Ａ＞５×１０^５Ｐａを満たす場合について示した図である。なお、図４（Ａ）〜図４（Ｆ）において、押圧センサ１１１の一部のみが表されている。

図４（Ａ）及び図４（Ｃ）に示すように、ユーザが押圧センサ１１１を押し始めると、補強板２１の表面が縮み、圧縮応力が発生する。ユーザが押圧センサ１１１を押し始めると、補強板２１の表面に発生した圧縮応力に対して、補強板２１の粘着材２２側は伸び（引張応力）が発生する。このとき、引張応力と圧縮応力とが均衡する応力の中立面６１は、補強板２１の内部に生じる。

粘着材２２の弾性率Ｅ_ＡがＥ_Ａ＜７×１０^３Ｐａを満たす場合、粘着材２２は柔軟性に富む。粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａが７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合、粘着材２２は適度な硬さとなる。粘着材２２は柔軟性に富む、又は適度な硬さであるため、粘着材２２の補強板２１側で発生する引張応力は、粘着材２２内部で維持されない。このため、粘着材２２のセンサ基材２４側では逆方向の圧縮応力が発生する。このとき、応力の中立面６２は、粘着材２２の内部に生じる。粘着材２２のセンサ基材２４側で発生する圧縮応力はセンサ基材２４内部で維持されずに、圧電フィルム１０のセンサ基材２４側で引張応力が発生する。このとき、応力の中立面６３は、センサ基材２４の内部に生じる。

このように、応力の中立面６１、中立面６２、及び中立面６３は、補強板２１、粘着材２２、及びセンサ基材２４のそれぞれにおいて生じる。センサ基材２４において生じる応力の中立面６３は、圧電フィルム１０から近い。発生する変位量（応力）の大きさは、中立面からの距離に依存する。つまり、センサ部２３自体に中立面が存在するため、応力の中立面が補強板２１側よりも近い位置となる。従って、押圧センサ１１１が操作を受け付けた時の跳ね返りが小さく抑制される。

一方、図４（Ｂ）及び図４（Ｄ）に示すように、ユーザが押圧センサ１１１を押し終わると、補強板２１の表面は応力緩和による引張応力が優位になる。補強板２１の表面に発生した引張応力に対して、補強板２１の粘着材２２側では圧縮応力が発生する。このとき、中立面６１は、補強板２１の内部に生じる。粘着材２２は柔軟性に富む、又は適度な硬さであるため、粘着材２２の補強板２１側で発生する圧縮応力は、粘着材２２内部で維持されない。このため、粘着材２２のセンサ基材２４側では逆方向の引張応力が発生する。このとき、応力の中立面６２は、粘着材２２の内部に生じる。粘着材２２のセンサ基材２４側で発生する引張応力はセンサ基材２４内部で維持されずに、圧電フィルム１０のセンサ基材２４側で圧縮応力が発生する。このとき、中立面６３は、センサ基材２４の内部に生じる。

このように、応力の中立面６１、中立面６２、及び中立面６３は、補強板２１、粘着材２２、及びセンサ基材２４のそれぞれにおいて生じる。センサ基材２４において生じる応力の中立面６３は、圧電フィルム１０から近い。このため、ユーザが押圧センサ１１１を押し終わるとき、圧電フィルム１０において応力緩和によって発生する圧縮応力は小さくなる。

これに対して、図４（Ｅ）に示すように、ユーザが押圧センサ１１１を押し始めると、補強板２１の表面に圧縮応力が発生する。補強板２１の表面で発生した圧縮応力に対して、補強板２１の粘着材２２側では引張応力が発生する。粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａ＞５×１０^５Ｐａを満たす場合、粘着材２２は硬い。このため、粘着材２２の補強板２１側に緩和によって発生する引張応力は粘着材２２内部を伝わり、粘着材２２のセンサ基材２４側で引張応力が発生する。粘着材２２のセンサ基材２４側で発生する引張応力は、さらにセンサ基材２４内部を伝わり、圧電フィルム１０のセンサ基材２４側で引張応力が発生する。

このとき、応力の中立面６１は、補強板２１の粘着材２２付近に生じる。発生する応力の大きさは、中立面からの距離に依存するため、押圧センサ１１１においては、粘着材２２から圧電フィルム１０に向かうにつれて、発生する引張応力が大きくなる。

そして、図４（Ｆ）に示すように、ユーザが押圧センサ１１１を押し終わると、補強板２１の表面に応力緩和による引張応力が優位になる。補強板２１の表面で発生した引張応力に対して、補強板２１の粘着材２２側では圧縮応力が発生する。粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａ＞５×１０^５Ｐａを満たす場合、粘着材２２は硬いため、粘着材２２の補強板２１側に緩和によって発生する圧縮応力は粘着材２２内部を伝わり、粘着材２２のセンサ基材２４側で圧縮応力が発生する。粘着材２２のセンサ基材２４側で発生する圧縮応力は、さらにセンサ基材２４内部を伝わり、圧電フィルム１０のセンサ基材２４側で圧縮応力が発生する。このとき、応力の中立面６１は、補強板２１の粘着材２２付近に生じる。

この場合、押圧センサ１１１においては、粘着材２２から圧電フィルム１０に向かうにつれて、発生する圧縮応力が大きくなる。このため、ユーザが押圧センサ１１１を押し終わるときに、圧電フィルム１０において応力緩和によって発生する圧縮応力は大きくなる。

ここで、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａにおける、押圧センサ１１１の押し始めに圧電フィルム１０で発生する引張応力と、押圧センサ１１１の押し終わりに圧電フィルム１０で発生する圧縮応力とをそれぞれ比較する。粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａが７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合、押圧センサ１１１の押し始めに圧電フィルム１０で発生する引張応力に対する押圧センサ１１１の押し終わりに圧電フィルム１０で発生する圧縮応力の割合は小さい。粘着材２２の弾性率Ｅ_ＡがＥ_Ａ＜７×１０^３Ｐａを満たす場合、押圧センサ１１１の押し始めに圧電フィルム１０で発生する引張応力に対する押圧センサ１１１の押し終わりに圧電フィルム１０で発生する圧縮応力の割合は、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａが７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合に比べて大きい。粘着材２２の弾性率Ｅ_ＡがＥ_Ａ＞５×１０^５Ｐａを満たす場合、押圧センサ１１１の押し始めに圧電フィルム１０で発生する引張応力に対する押圧センサ１１１の押し終わりに圧電フィルム１０で発生する圧縮応力の割合は、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａが７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合に比べて大きい。一方、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａが７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合、粘着材２２の弾性率Ｅ_ＡがＥ_Ａ＜７×１０^３Ｐａを満たす場合に比べて、押圧センサ１１１に対する粘着材２２の影響が小さい。このため、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａが７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合、押圧センサ１１１の押し始めに圧電フィルム１０で発生する引張応力に対する押圧センサ１１１の押し終わりに圧電フィルム１０で発生する圧縮応力の割合は、粘着材２２の弾性率Ｅ_ＡがＥ_Ａ＜７×１０^３Ｐａを満たす場合に比べて小さくなる。

このように、押圧センサ１１１の押し始めに圧電フィルム１０で発生する引張応力に対する押圧センサ１１１の押し終わりに圧電フィルム１０で発生する圧縮応力の割合は、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａが７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合、Ｅ_Ａ＞５×１０^５Ｐａを満たす場合、Ｅ_Ａ＜７×１０^３Ｐａを満たす場合の順に大きくなる。このため、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａが７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合に最も押圧センサ１１１は応力緩和による影響を抑制することができる。

また、応力の中立面６１、中立面６２、及び中立面６３が、補強板２１、粘着材２２、及びセンサ部２３の一部であるセンサ基材２４のそれぞれにおいて生じる場合も、押圧センサ１１１の押し始めに圧電フィルム１０で発生する引張応力に対する押圧センサ１１１の押し終わりに圧電フィルム１０で発生する圧縮応力の割合は小さい。このため、圧電フィルム１０において応力緩和によって発生する圧縮応力は比較的小さくなり、押圧センサ１１１は応力緩和による影響を抑制することができる。

ここで、図４（Ｄ）を用いて、補強板２１の弾性率をＥ_１、粘着材２２の弾性率をＥ_Ａ、及びセンサ部２３の弾性率をＥ_Ｓとすると、Ｅ_１、Ｅ_Ａ、及びＥ_Ｓは、Ｅ_Ａ＜Ｅ_Ｓ及びＥ_Ａ＜Ｅ_１を満たす場合について説明する。粘着材２２の弾性率は、補強板２１及びセンサ部２３の一部であるセンサ基材２４より弾性率が小さい。この場合、粘着材２２の弾性率は補強板２１の弾性率より小さいため、図４（Ｃ）に示すように、補強板２１の表面に発生した引張応力に対して、補強板２１の粘着材２２側で圧縮応力が発生する。補強板２１の粘着材２２側で発生した圧縮応力は、粘着材２２内部で維持されない。このため、粘着材２２のセンサ基材２４側では逆方向の引張応力が発生する。センサ基材２４の弾性率は粘着材２２の弾性率より大きいため、センサ基材２４の粘着材２２側で発生した引張応力に対して、センサ基材２４の圧電フィルム１０側では圧縮応力が発生する。従って、圧電フィルム１０のセンサ基材２４側で圧縮応力が発生する。

この場合も、応力の中立面６１、中立面６２、及び中立面６３は、補強板２１、粘着材２２、及びセンサ部２３の一部であるセンサ基材２４のそれぞれにおいて生じる。つまり、応力の中立面が補強板２１側よりも近い位置となる。中立面が補強板２１側よりも近い場合、押圧センサ１１１を押し終えたときにセンサ部２３に発生する圧縮応力は上記引張応力に比べて小さくなる。押圧センサ１１１の押し始めに圧電フィルム１０で発生する引張応力に対して、押圧センサ１１１の押し終わりに圧電フィルム１０で発生する圧縮応力は小さい。このため、圧電フィルム１０において応力緩和によって発生する圧縮応力は小さくなり、押圧センサ１１１は応力緩和による影響を抑制することができる。

図５は、第一実施形態に係る粘着材２２の弾性率と、出力の跳ね返り率との関係を示すグラフである。図６は、第一実施形態に係る押圧センサ１１１に荷重をかけた場合における、出力電圧を説明するための図である。

ここで、跳ね返り率について説明する。ユーザが押圧センサ１１１に所定の荷重をかけた場合、押圧センサ１１１に変形が生じる。これにより、圧電フィルム１０が変形し、所定の荷重に応じた電圧Ｖ１を発生する。圧電フィルム１０が変形すると、応力緩和によって押圧センサ１１１には跳ね返りが生じる。跳ね返りによって圧電フィルム１０にはユーザが押圧センサ１１１に荷重をかけた場合と逆向きの変形が生じる。このため、圧電フィルム１０は、ユーザが押圧センサ１１１に荷重をかけた場合と逆向きの電圧Ｖ２を発生する。跳ね返り率とは、ユーザが押圧センサ１１１に所定の荷重をかけた場合に生じる電圧の大きさＶ１に対する、跳ね返りで生じる逆向きの電圧Ｖ２の大きさの割合である。以下、粘着材２２の弾性率と、出力の跳ね返り率との関係について説明する。

粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａは、７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす。図５に示すように、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａは、７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合、出力の跳ね返り率は２０％以下である。すなわち、ユーザが押圧センサ１１１を押し始めたときに生じる電圧Ｖ１を１００％とすると、跳ね返りで生じる電圧Ｖ２は電圧Ｖ１の２０％以下である。図６に示すように、ユーザが押圧センサ１１１に荷重をかけた場合、押圧センサ１１１は跳ね返りによって、ユーザが押圧センサ１１１に荷重をかけた場合と逆極性の電圧Ｖ２を出力する。粘着材２２において、弾性率Ｅ_Ａは、６×１０^４Ｐａのとき最も跳ね返り率が低くなる。

また、出力の跳ね返り率は２０％以下であるため、閾値Ｔ１を２０％に予め設定しておくと、電圧Ｖ１の値に対して逆方向の電圧Ｖ２の値が閾値Ｔ１以下である場合、跳ね返りによって生じた出力電圧として判断することができる。このため、ユーザが押圧センサ１１１に荷重をかけた場合、押圧センサ１１１が出力する正規の値に対する跳ね返りによる影響を抑制できる。

また、ユーザが押圧センサ１１１から手を離し、ユーザの押圧センサ１１１にかける荷重が小さくなる場合、図６に示すように、押圧センサ１１１はユーザが押圧センサ１１１に荷重をかけた場合と逆極性の電圧Ｖ３を出力する。この場合の、逆極性の出力電圧Ｖ３は、ユーザが押圧センサ１１１に荷重をかけた場合の出力電圧Ｖ１と概ね同様な大きさである。このため、ユーザが手を離したときに押圧センサ１１１が出力する出力電圧Ｖ３は、跳ね返りによって生じる出力電圧Ｖ２に比べて十分に大きい。すなわち、出力電圧Ｖ３は、閾値Ｔ１より大きく検出される。従って、跳ね返りによって生じる出力電圧Ｖ２と、ユーザが手を離したときに押圧センサ１１１が出力する出力電圧Ｖ３とを判別することができるため、跳ね返りによって誤判定されることを防止することができる。つまり、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａが、７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす場合、粘着材２２は所定の剛性を有し、押圧センサ１１１の正規の出力に対する跳ね返りの出力が２０％以下である。このため、跳ね返りによる影響が抑制される。従って、押圧センサ１１１は、粘着材２２による影響が少なく、誤検知を抑制できる。

図７は、第一実施形態に係る押圧センサ１１１をユーザが長押しした場合に発生する応力を説明するための図である。ユーザが押圧センサ１１１を長押しすると、図７に示すように、ユーザが押圧センサ１１１にかける荷重は押し始めたときから徐々に下がっていく。このため、ユーザが押圧センサ１１１から手を離したときの出力は小さくなる。例えば、ユーザが押圧センサ１１１から手を離したときの出力電圧Ｖ６は、ユーザが押圧センサ１１１を押し始めたときの出力電圧Ｖ４の４０％程度である。この場合に比べてユーザがさらにゆっくり押圧センサ１１１から手を離したときの出力は、ユーザが押圧センサ１１１を押し始めたときの出力の３０％程度に低下する。

押圧センサ１１１において、出力の跳ね返り率は２０％以下である。閾値Ｔ１を２０％に予め設定しておくと、電圧Ｖ６の値と電圧Ｖ５の値が閾値Ｔ１を境に判断することができる。出力電圧が閾値Ｔ１以下である場合、跳ね返りによって生じたものであり、出力電圧が閾値Ｔ１より大きい場合、ユーザが押圧センサ１１１から手を離したときの出力電圧であることが判る。このため、ユーザが押圧センサ１１１を長押しした場合であっても、跳ね返りによる逆極性の出力電圧Ｖ５は、ユーザが押圧センサ１１１を長押して押圧センサ１１１から手を離したときに発生する逆極性の出力電圧Ｖ６よりも小さい。従って、押圧センサ１１１は、長押し時においても跳ね返りによる出力電圧Ｖ５と、押圧センサ１１１から手を離したときの出力電圧Ｖ６とを判別することができるため、跳ね返りによって誤判定されることを防止することができる。

以下、第二実施形態に係る押圧センサ１１２について説明する。図８は、第二実施形態に係る粘着材２２の弾性率と、出力の跳ね返り率との関係を示すグラフである。図９は、第二実施形態に係る押圧センサ１１２をユーザが長押しした場合に発生する応力を説明するための図である。図８に示すように、押圧センサ１１２は、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａは、２×１０^４Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦２×１０^５Ｐａを満たす点で、第一実施形態に係る押圧センサ１１１と異なる。このため、押圧センサ１１２については、押圧センサ１１１と異なる点について説明し、同様の点については省略する。なお、押圧センサ１１２の構造は押圧センサ１１１と同一であるため、図示は省略する。

粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａは、２×１０^４Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦２×１０^５Ｐａを満たす。図８に示すように、粘着材２２の弾性率Ｅ_Ａは、２×１０^４Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦２×１０^５Ｐａを満たす場合、出力の跳ね返り率は１０％以下である。

図９に示すように、ユーザが押圧センサ１１２に荷重をかけた場合、押圧センサ１１２は跳ね返りによって、ユーザが押圧センサ１１２に荷重をかけた場合と逆極性の電圧を出力する。出力の跳ね返り率が１０％以下であると、跳ね返りによる逆極性の出力が１０％以下に抑えられる。このため、押圧センサ１１２は、押圧センサ１１１と比べて跳ね返りによる影響が少なく、逆極性の出力を抑制できる。

また、図９に示すように、押圧センサ１１２からの出力を積分した場合、積分値はユーザが加えた荷重に対応する。出力の跳ね返り率は１０％以下であるため、積分値の減少はおよそ５％以内である。押圧センサ１１２において、５％はユーザの操作ばらつきと同程度の大きさであるため、押圧センサ１１２は十分な精度を有することができる。

さらに、押圧センサ１１２において、段階的な押圧検出をする場合について説明する。例えば、押圧センサ１１２において押圧操作を受けた時の最大の荷重を１００％とする。押圧センサ１１２は、受けた押圧操作の荷重の大きさにより段階的に荷重のレベルを判別する構成とする。例えば、押圧センサ１１２は、受けた押圧操作の荷重が、０％〜２０％、４０〜６０％、及び８０〜１００％の三段階の時をそれぞれ判別する。このとき、押圧センサ１１２において、跳ね返り率による積分値の影響はおよそ５％以内である。このため、段階的に操作した場合であっても、０％〜２０％、４０〜６０％、及び８０〜１００％の三段階のそれぞれの検出範囲が重ならない。すなわち、一番目の段階の０％〜２０％が０％〜２５％になったとしても、二番目の段階の３５〜６０％と重ならない。従って、段階的な押圧検出をする場合においても、誤検出を防止できる。

以下、第三実施形態に係る押圧センサ１１３について説明する。図１０は、第三実施形態に係る押圧センサ１１３の断面を説明するための模式図である。なお、図１０では、配線等の図示は省略している。図１０に示すように、押圧センサ１１３は、グランド電極３３をさらに備える点で、第二実施形態に係る押圧センサ１１１と異なる。このため、押圧センサ１１３については、押圧センサ１１１と異なる点について説明し、同様の点については省略する。

押圧センサ１１３は、グランド電極３３を備える。グランド電極３３は、センサ基材２４を挟んでグランド電極３２と対向するように配置されている。グランド電極３２及びグランド電極３３とは、例えば不図示のビア電極などで互いに電気的に接続されている。例えば、ビア電極は、センサ基材２４の一部に、センサ基材２４を貫通するように形成されている。なお、グランド電極３２及びグランド電極３３との間はビア電極で接続するものに限られず、グランド電極３２及びグランド電極３３との間を導通させるものであれば使用できる。

押圧センサ１１３において、粘着材２２は、導電性を有する。ここで補強板２１は、金属材料から成る。このため、グランド電極３３と粘着材２２と及び補強板２１とが導通し、補強板２１がグランド電極となる。補強板２１は、押圧センサ１１３において、電子機器１０１の筐体１０２側に設けられている。すなわち、補強板２１は、信号電極３１と電子機器１０１の筐体１０２との間に位置する。これにより、補強板２１はシールド電極として機能するため、筐体１０２側、すなわち電子機器１０１の外部からのノイズを抑制することができる。

最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であり、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を含む。

１０…圧電フィルム
１４…第１主面
１５…第２主面
１６…第１主面
１７…第１主面
１８…第２主面
２１…補強板（基板）
２２…粘着材（粘着層）
２３…センサ部
２４…センサ基材
２５…接着層
２６…シールド電極
３１…信号電極
３２，３３…グランド電極
６１，６２，６３…中立面
１０１…電子機器
１０２…筐体
１０３…表面パネル
１０４…表示部
１０５…貼合材
１１１，１１２，１１３…押圧センサ
９０１…矢印

Claims (12)

1. 基板と、
   粘着層と、
   前記粘着層を介して前記基板の第１主面に配置されたセンサ部と、
   を備え、
   前記基板の弾性率をＥ_１、前記粘着層の弾性率をＥ_Ａ、及び前記センサ部の弾性率をＥ_Ｓとすると、
   Ｅ_１、Ｅ_Ａ、及びＥ_Ｓは、Ｅ_Ａ＜Ｅ_Ｓ及びＥ_Ａ＜Ｅ_１を満たす、
   押圧センサ。
2. 基板と、
   粘着層と、
   前記粘着層を介して前記基板の第１主面に配置されたセンサ部と、
   を備え、
   前記基板、前記粘着層、及び前記センサ部の積層方向の歪みに対する応力の中立面が、前記基板、前記粘着層、及び前記センサ部にそれぞれ一つ存在する、
   押圧センサ。
3. 基板と、
   粘着層と、
   前記粘着層を介して前記基板の第１主面に配置されたセンサ部と、
   を備え、
   前記粘着層の弾性率をＥ_Ａとすると、
   弾性率Ｅ_Ａは、７×１０^３Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦５×１０^５Ｐａを満たす、
   押圧センサ。
4. 前記弾性率Ｅ_Ａは、２×１０^４Ｐａ≦Ｅ_Ａ≦２×１０^５Ｐａを満たす、
   請求項３に記載の押圧センサ。
5. 前記センサ部は、センサ基材及び前記センサ基材の主面に配置される圧電フィルムを備える、
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の押圧センサ。
6. 前記センサ基材は、前記圧電フィルムより前記粘着層側に配置され、
   前記センサ部は、前記圧電フィルムの主面のうち前記センサ基材が配置された主面に信号電極を備える、
   請求項５に記載の押圧センサ。
7. 前記センサ部は、前記圧電フィルムの主面のうち前記センサ基材が配置された主面と逆の主面にシールド電極を備える、
   請求項６に記載の押圧センサ。
8. 前記センサ部は、前記センサ基材の主面のうち前記粘着層側の主面にグランド電極を備える、
   請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の押圧センサ。
9. 前記粘着層は、導電性を有する、
   請求項８に記載の押圧センサ。
10. 前記基板は、金属材料から成る、
    請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の押圧センサ。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の押圧センサと、
    前記押圧センサが配置される筐体と、
    を備えた押圧検出装置。
12. 前記押圧センサは、前記筐体に着脱可能に貼合される、
    請求項１１に記載の押圧検出装置。

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