WO2015083676A1 - 押圧センサ - Google Patents

押圧センサ Download PDF

Info

Publication number
WO2015083676A1
WO2015083676A1 PCT/JP2014/081806 JP2014081806W WO2015083676A1 WO 2015083676 A1 WO2015083676 A1 WO 2015083676A1 JP 2014081806 W JP2014081806 W JP 2014081806W WO 2015083676 A1 WO2015083676 A1 WO 2015083676A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
adhesive
plate
sensor
spacer
sus plate
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/081806
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
斉藤誠人
遠藤潤
河村秀樹
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Priority to JP2015551507A priority Critical patent/JP6041060B2/ja
Publication of WO2015083676A1 publication Critical patent/WO2015083676A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor that detects pressure on an operation surface.
  • Patent Document 1 As an example of a pressure sensor that detects a pressure on the operation surface, there is an input device as shown in Patent Document 1, for example.
  • the input device shown in Patent Literature 1 includes a rectangular flat plate-shaped touch panel and a stripe-shaped piezoelectric element.
  • the piezoelectric element is provided on the lower surface of the touch panel. When the user presses the touch panel which is the operation surface, the touch panel is bent and the piezoelectric element is bent, so that the press can be detected.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of the pressure sensor 100.
  • the pressure sensor 100 includes a rectangular parallelepiped housing 51 whose upper surface (Z-direction surface) is open, and a glass plate 52 that is fixed to the upper surface of the housing 51 so as to close the opening surface of the housing 51. Yes.
  • a plate-like sensor unit 56 is disposed on the lower surface side of the glass plate 52.
  • a rectangular parallelepiped pusher 57 is disposed between the lower surface of the glass plate 52 and the upper surface of the sensor unit 56. The pusher 57 is in contact with the lower surface of the glass plate 52 and the upper surface of the sensor unit 56.
  • the lower surface of the sensor unit 56 is attached to the upper surface of the SUS plate 55.
  • the SUS plate 55 is supported by the cushion 71 on the lower surface of the center portion, and supported by the spacer 94A and the spacer 94B on the lower surface of the end portion.
  • the glass plate 52 When the user presses the glass plate 52, the glass plate 52 is bent, and the pusher 57 presses the sensor unit 56 and the SUS plate 55.
  • the pusher 57 presses the sensor portion 56 and the central portion of the SUS plate 55, the SUS plate 55 bends in the normal direction as shown in FIG. 7B.
  • the spacer 94A and the spacer 94B are pulled to the central portion of the SUS plate 55, and the upper surface of the SUS plate 55 contracts in the longitudinal direction (Y direction).
  • the sensor part 56 affixed on the upper surface of the SUS board 55 also shrinks in a longitudinal direction.
  • the piezoelectric film provided in the sensor unit 56 generates electric charges due to the contraction.
  • the pressure sensor 100 can detect the pressure on the glass plate 52 by detecting this electric charge.
  • an object of the present invention is to provide a piezoelectric sensor that prevents the output from being reversed.
  • the piezoelectric sensor of the present invention is affixed to the operation surface, a plate-like member that bends in a normal direction by a pressing operation on the operation surface, and the plate-like member on the main surface on the operation surface side.
  • a pressure sensor comprising a piezoelectric film that bends in a normal direction and a support member that supports the plate-like member, wherein the support member has a modulus of elasticity of 1.0 ⁇ 10 7 Pa or less. Is included.
  • the plate-like member since the elastic modulus of the support member that supports the plate-like member is 1.0 ⁇ 10 7 Pa or less, the plate-like member is not firmly fixed. That is, in the structure of the present invention, when the elastic modulus of the support member exceeds 1.0 ⁇ 10 7 Pa, the output may be reversed when a certain amount of pressing (about 400 to 600 ⁇ m) is generated by the pressing operation. It turns out. Therefore, when the plate-like member is bent, a mode of extending in the longitudinal direction does not occur, and the output as a sensor is not reversed.
  • the support member preferably contains a silicon adhesive.
  • Silicon adhesive has a smaller change in elastic modulus due to temperature than acrylic adhesive, so the output does not reverse even at low temperatures.
  • the piezoelectric film is preferably made of a chiral polymer.
  • a piezoelectric film made of a chiral polymer By providing a piezoelectric film made of a chiral polymer, a highly transparent piezoelectric sensor can be obtained.
  • the chiral polymer is more preferably polylactic acid. Since polylactic acid generates piezoelectricity by molecular orientation treatment such as stretching, it is not necessary to perform poling treatment unlike other polymers such as PVDF and piezoelectric ceramics. Further, since polylactic acid does not have pyroelectricity, a piezoelectric sensor can be disposed at a position close to the operation surface.
  • the present invention it is possible to prevent occurrence of a mode in which the sensor unit extends and to prevent inversion of the output.
  • FIG. 1 is a plan view of a display device 1 provided with a press sensor of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA.
  • the display device 1 has a rectangular parallelepiped housing 11 whose upper surface (surface in the Z direction) is opened in appearance, and a glass plate 12 fixed to the upper surface of the housing 11 so as to close the opening surface of the housing 11. It has.
  • the glass plate 12 functions as an operation surface on which a user performs a touch operation using a finger or a pen.
  • a capacitance sensor 13, a display unit 30, a pusher 17, a sensor unit 16, a SUS plate 15, a spacer 14A, a spacer 14B, and a cushion 21 are arranged inside the housing 11.
  • the pressure sensor of the present invention is configured by the glass plate 12, the sensor unit 16, the SUS plate 15, the spacer 14A, and the spacer 14B, which are operation surfaces.
  • a capacitance sensor 13 is disposed on the lower surface side of the glass plate 12.
  • the capacitance sensor 13 is a sensor that detects a touch operation on the glass plate 12 and a touch position thereof.
  • the display part 30 consists of a liquid crystal display element, for example.
  • the display device 1 changes the image of the display unit 30 according to the touch position detected by the capacitance sensor 13.
  • the capacitance sensor 13 and the display unit 30 are not essential components in the present invention.
  • the plate-like sensor unit 16 is disposed on the lower surface side of the display unit 30.
  • the sensor unit 16 has a plate-like structure that is long in the Y direction and short in the X direction.
  • the sensor unit 16 is disposed inside the housing 11 such that the main surface is parallel to the main surface of the glass plate 12.
  • the sensor unit 16 is disposed in the vicinity of the central portion in the X direction in the housing 11.
  • the lower surface of the sensor unit 16 is attached to the upper surface of the SUS plate 15.
  • the SUS plate 15 has a plate-like structure that is long in the Y direction and short in the X direction.
  • the SUS plate 15 corresponds to the plate member of the present invention.
  • the SUS plate 15 is also arranged inside the housing 11 so that the main surface is parallel to the main surface of the glass plate 12. However, the length of the SUS plate 15 in the Y direction is longer than that of the sensor unit 16.
  • the SUS plate 15 is supported by the housing 11 via a rectangular parallelepiped cushion 21 on the lower surface of the center portion. Further, the SUS plate 15 is supported by the housing 11 via a rectangular parallelepiped spacer 14A and a spacer 14B on the lower surface of the end portion.
  • the spacer 14A and the spacer 14B correspond to the support member of the present invention.
  • the spacer 14A is disposed near the side surface on the ⁇ Y side of the side surface of the housing 11.
  • the spacer 14 ⁇ / b> B is disposed near the side surface on the Y side among the side surfaces of the housing 11.
  • a rectangular parallelepiped pusher 17 is disposed between the lower surface of the display unit 30 and the upper surface of the sensor unit 16.
  • the pusher 17 is disposed substantially at the center position when the housing 11 is viewed in plan, and is in contact with the lower surface of the display unit 30 and the upper surface of the sensor unit 16.
  • the pusher 17 is shorter in the Y direction than the sensor unit 16. The pusher 17 presses the sensor unit 16 and the SUS plate 15 when the glass plate 12 is pressed.
  • FIG. 2 shows an example in which the spacer 14A and the spacer 14B are also arranged between the lower surface of the display unit 30 and the upper surface of the SUS plate 15 so as to sandwich the SUS plate 15. It is not indispensable to arrange between the lower surface of the SUS plate 15 and the upper surface of the SUS plate 15, and it may be disposed between the lower surface of the SUS plate 15 and the upper surface of the housing 11. When a member is also arranged on the upper surface side, it is preferable to use a member that does not inhibit the movement of the SUS plate 15 (for example, a member having an elastic modulus of 1.0 ⁇ 10 7 Pa or less).
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the sensor unit 16.
  • the sensor unit 16 includes a base material 37, a flat plate electrode 35, a pressure sensitive adhesive 33, a piezoelectric film 31, a pressure sensitive adhesive 32, a flat plate electrode 34, a base material 36, and an adhesive 38 stacked in order from the upper surface side (Z side). Become.
  • the flat plate electrode 34 is stuck with the adhesive 32.
  • a flat plate electrode 35 is attached to the other main surface of the piezoelectric film 31 with an adhesive 33.
  • the plate electrode 34 and the plate electrode 35 are electrically connected to a circuit unit (not shown), and the amount of charge generated by the piezoelectric effect of the piezoelectric film 31 is detected.
  • the flat plate electrode 34 and the flat plate electrode 35 are sandwiched between the base material 36 and the base material 37.
  • the base material 36 and the base material 37 are made of polyimide, for example.
  • the base material 36 is attached to the SUS board 15 with an adhesive 38.
  • the piezoelectric film 31 is preferably made of a highly transparent chiral polymer. More preferably, it is uniaxially stretched polylactic acid (PLA), more preferably L-type polylactic acid (PLLA).
  • PLA uniaxially stretched polylactic acid
  • PLLA L-type polylactic acid
  • a chiral polymer has a helical structure in its main chain, and has a piezoelectric property when oriented uniaxially and molecules are oriented. The amount of charge generated by the uniaxially stretched chiral polymer is uniquely determined by the amount of displacement of the piezoelectric film 31 in the normal direction.
  • the piezoelectric constant of uniaxially stretched PLLA belongs to a very high class among polymers. That is, it is possible to detect a pressing operation with high sensitivity and to output a deformation detection signal corresponding to the pressing amount with high accuracy.
  • the chiral polymer since the chiral polymer generates piezoelectricity by molecular orientation treatment such as stretching, it is not necessary to perform poling treatment like other polymers such as PVDF and piezoelectric ceramics.
  • polylactic acid does not have pyroelectricity, and therefore, even when a pressure sensor is arranged near the operation surface and heat from a user's finger or the like is transmitted, the detected charge amount may change. Absent.
  • the piezoelectric constant of PLLA does not vary with time and is extremely stable.
  • the piezoelectric film 31 is arranged such that the direction that forms an angle of 45 ° with respect to the stretching direction is the longitudinal direction. As a result, when the piezoelectric film 31 expands and contracts in the longitudinal direction, the piezoelectric film 31 is polarized in the thickness direction, so that the pressing operation can be detected with high sensitivity.
  • the draw ratio is preferably about 3 to 8 times.
  • the same effect as uniaxial stretching can be obtained by varying the stretching ratio of each axis. For example, when a certain direction is set as the X-axis, the uniaxial stretching is performed about 4 times in the X-axis direction when the X-axis direction is 8 times and the Y-axis direction orthogonal to the X-axis is doubled. The same effect as the case can be obtained.
  • a film that is simply uniaxially stretched easily tears along the direction of the stretch axis, and thus the strength can be increased somewhat by performing biaxial stretching as described above.
  • the piezoelectric film 31 is not limited to an embodiment using PLLA, and other materials such as PVDF can be used.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the spacer 14A.
  • the spacer 14A is formed by laminating an adhesive 141, a base material 142, and an adhesive 143 in order from the upper surface side (Z side).
  • the base material 142 is made of, for example, PET (Polyethylene terephthalate).
  • the adhesive 141 and the adhesive 143 are made of, for example, a silicon adhesive. Since the silicon adhesive has a low temperature dependency of the elastic modulus, it inhibits the movement of the SUS plate 15 when the SUS plate 15 is deformed compared to an acrylic adhesive or the like having a high temperature dependency of the elastic modulus. It is suitable because it is difficult.
  • the base material 142 is affixed to the SUS board 15 via the adhesive 141 and is affixed to the housing 11 via the adhesive 143. Thereby, the spacer 14 ⁇ / b> A supports the SUS plate 15.
  • the base material 142 is not essential in the present invention, and the SUS plate 15 and the housing 11 may be directly attached with an adhesive.
  • the same material may be used for the adhesive 141 and the adhesive 143, and different materials may be used.
  • the adhesive 141 and the adhesive 143 may be the same silicon adhesive. In this case, by changing the thickness of the base material 142 without hindering the movement of the SUS plate 15, the height of the entire support member can be easily changed even if the thickness of the adhesive is the same.
  • the adhesive 141 may be a silicon adhesive and the adhesive 143 may be an acrylic adhesive.
  • press detection by the press sensor 10 will be described.
  • the user presses the main surface of the glass plate 12 that is the operation surface.
  • the glass plate 12, the capacitance sensor 13 and the display unit 30 are bent in the normal direction, and the pusher 17 presses the sensor unit 16 and the central part of the SUS plate 15.
  • the amount of bending is exaggerated for the sake of explanation.
  • the SUS plate 15 bends in the normal direction. Since the SUS plate 15 is affixed to the spacers 14 ⁇ / b> A and 14 ⁇ / b> B at the ends, the spacers 14 ⁇ / b> A and the spacers 14 ⁇ / b> B are pulled to the center of the SUS plate 15 according to the bending of the SUS plate 15. As a result, the upper surface of the SUS plate 15 contracts in the longitudinal direction (Y direction), and the lower surface of the SUS plate 15 extends in the longitudinal direction.
  • the piezoelectric film 31 provided in the sensor unit 16 generates electric charges due to the piezoelectric effect due to the contraction.
  • the pressure sensor 10 can detect the presence / absence of the pressure on the glass plate 12 and the amount of pressure by detecting this electric charge.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of pressing of the sensor unit 16 (corresponding to the amount of displacement in the Z direction) and strain (corresponding to the amount of expansion and contraction in the longitudinal direction).
  • strain corresponding to the amount of expansion and contraction in the longitudinal direction.
  • strain With respect to strain, with 0 ppm as a reference, a negative value indicates contraction in the longitudinal direction, and a positive value indicates extension in the longitudinal direction.
  • a minute amount of bending is detected based on a predetermined pushing amount (about 0 to 1 mm). That is, the slope of this graph corresponds to the output of the sensor unit 16.
  • the pushing amount is about 0 ⁇ m to 200 ⁇ m as shown by a two-dot broken line in the figure. Until, the strain decreases as the push amount increases, but when the push amount increases beyond 200 ⁇ m, the strain increases as the push amount increases (the slope reverses from negative to positive). Show. Further, even when the elastic modulus is 1.0 ⁇ 10 8 Pa, as shown by the one-dot broken line in the figure, the indentation amount is about 400 ⁇ m to 600 ⁇ m, and the distortion tends to increase with the increase of the indentation amount ( The slope is reversed from negative to positive).
  • the upper surface of the SUS plate 15 contracts in the longitudinal direction when the spacer 14A is hard and the SUS plate 15 is firmly fixed at the end. This is because a mode that extends in the longitudinal direction occurs.
  • the sensor unit 16 also extends in the longitudinal direction, and the output as a sensor is inverted. Therefore, when the pressing operation is performed with a certain amount of pressing, the pressing amount detected by the pressing sensor 10 decreases.
  • the distortion may be a positive value, and it is detected that the pressing operation is not performed or the glass plate 12 is pulled.
  • the distortion increases when the pushing amount is between 0 ⁇ m and 1000 ⁇ m. (The slope never turns positive) and the output is never inverted.
  • the elastic modulus is 1.0 ⁇ 10 6 Pa, as shown by the solid line in the figure, the distortion tends to decrease in proportion to the increase in the amount of pressing, and the amount of pressing can be detected with high accuracy. Can do.
  • the SUS plate 15 and the sensor unit 16 do not generate a mode of extending in the longitudinal direction, and serve as a sensor. The output never inverts.
  • a silicone adhesive is preferably used for the adhesive 143.
  • the acrylic pressure-sensitive adhesive has an elastic modulus of about 1.0 ⁇ 10 6 Pa at room temperature, but has a large change in elastic modulus with respect to a temperature change, and is 1.0 ⁇ 10 8 under a low temperature environment (for example, about ⁇ 30 ° C.). It may be Pa or higher.
  • the silicon adhesive has an elastic modulus of about 1.0 ⁇ 10 6 Pa to 1.0 ⁇ 10 7 Pa from room temperature to a low temperature environment.
  • the display apparatus 1 was demonstrated, the application example of the press sensor of this invention is not restricted to this.
  • the display unit 30 may be omitted from the display device 1, and a touch input device including the casing 11, the glass plate 12, the capacitance sensor 13, the sensor unit 16, the SUS plate 15, the spacer 14A, and the spacer 14B may be configured. It is also possible to configure a press input device that omits the capacitance sensor 13.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)

Abstract

　スペーサ（１４Ａ）の粘着剤（１４３）の弾性率が高い場合、例えば１．０×１０９Ｐａである場合、２００μｍよりも押し込み量が多くなると、押し込み量の増加に対して歪みが増加する傾向を示す。しかし、スペーサ（１４Ａ）の粘着剤（１４３）の弾性率が低い場合、例えば１．０×１０７Ｐａである場合、押し込み量０μｍ～１０００μｍの間では歪みが増加することはなく、出力が反転することはない。したがって、スペーサ（１４Ａ）の粘着剤（１４３）の弾性率が低い（例えば１．０×１０７Ｐａ以下である）場合、ＳＵＳ板（１５）およびセンサ部（１６）は、長手方向に伸張するモードが発生せず、センサとしての出力が反転することがない。

Description

押圧センサ
　本発明は、操作面に対する押圧を検出する押圧センサに関する。
　操作面に対する押圧を検出する押圧センサとして、例えば特許文献１に示すような入力装置がある。特許文献１に示す入力装置は、矩形平板状のタッチパネルおよびストライプ状の圧電素子を備えている。圧電素子は、タッチパネルの下面に設けられている。ユーザが操作面であるタッチパネルを押圧すると、該タッチパネルが撓み、圧電素子が撓むことにより、押圧を検出することができる。
　しかし、特許文献１に記載の入力装置のような構造は、タッチパネルと圧電素子とが離れていると、押圧によるタッチパネルの撓みが圧電素子に伝わりにくい場合がある。
　そこで、例えば図７（Ａ）に示すような構造が考えられる。図７（Ａ）は、押圧センサ１００の断面図である。押圧センサ１００は、上面（Ｚ方向の面）が開口した直方体形状の筐体５１と、筐体５１の開口面を塞ぐように当該筐体５１の上面に固定されるガラス板５２とを備えている。
　ガラス板５２の下面側には、板状のセンサ部５６が配置されている。ガラス板５２の下面とセンサ部５６の上面との間には、直方体形状の押し子５７が配置されている。押し子５７は、ガラス板５２の下面およびセンサ部５６の上面に当接されている。センサ部５６の下面は、ＳＵＳ板５５の上面に貼付けられている。ＳＵＳ板５５は、中央部の下面でクッション７１に支持され、端部の下面でスペーサ９４Ａおよびスペーサ９４Ｂに支持されている。
　ユーザがガラス板５２を押圧するとガラス板５２が撓み、押し子５７がセンサ部５６およびＳＵＳ板５５を押圧する。押し子５７がセンサ部５６およびＳＵＳ板５５の中央部を押圧すると、図７（Ｂ）に示すように、ＳＵＳ板５５が法線方向に撓む。このとき、スペーサ９４Ａおよびスペーサ９４ＢがＳＵＳ板５５の中央部に引っ張られ、ＳＵＳ板５５の上面は、長手方向（Ｙ方向）に収縮する。そして、ＳＵＳ板５５の上面に貼付されているセンサ部５６も長手方向に縮む。センサ部５６に設けられた圧電フィルムは、当該収縮により電荷を発生する。押圧センサ１００は、この電荷を検出することでガラス板５２に対する押圧を検出することができる。
特開２０１２－２０３５５２号公報
　しかし、上述のような構造では、図７（Ｃ）に示すように、押し子５７がＳＵＳ板５５の中央部を押圧したときに、ＳＵＳ板５５の上面が長手方向に伸張するモードが発生する場合がある。この場合、センサ部５６も長手方向に伸張することになり、センサとしての出力が反転するため、適切に押圧を検出することができなくなる。
　そこで、この発明は、当該出力の反転を防止する圧電センサを提供することを目的とする。
　本発明の圧電センサは、操作面と、該操作面に対する押圧操作により法線方向に撓む板状部材と、前記板状部材のうち前記操作面側の主面に貼付けされ、該板状部材とともに法線方向に撓む圧電フィルムと、前記板状部材を支持する支持部材と、を備えた押圧センサであって、前記支持部材は、１．０×１０７Ｐａ以下の弾性率を有する部材が含まれていることを特徴とする。
　このように、本発明の圧電センサは、板状部材を支持する支持部材の弾性率が１．０×１０７Ｐａ以下となっているため、板状部材が強固に固定されることがない。すなわち、本願発明の構造においては、支持部材の弾性率が１．０×１０７Ｐａを超えると、押圧操作によりある程度（４００～６００μｍ程度）の押し込み量が発生した場合に出力が反転することが判明している。したがって、板状部材を撓ませたときに長手方向に伸張するモードが発生せず、センサとしての出力が反転することがない。
　なお、支持部材は、シリコン粘着剤を含むことが好ましい。シリコン粘着剤は、アクリル粘着剤に比べて温度による弾性率の変化が小さいため、低温時においても出力が反転することがない。
　なお、圧電フィルムは、キラル高分子からなることが好ましい。キラル高分子からなる圧電フィルムを備えることで、透明性の高い圧電センサとすることができる。また、キラル高分子は、ポリ乳酸であることがより好ましい。ポリ乳酸は、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。また、ポリ乳酸は、焦電性がないため、操作面に近い位置に圧電センサを配置することができる。
　この発明によれば、センサ部が伸張するモードの発生を防止し、出力の反転を防止することができる。
押圧センサの平面図である。 押圧センサの側面断面図である。 センサ部の断面拡大図である。 スペーサの断面拡大図である。 押圧センサによる押圧検知について説明する図である。 センサ部１６の押し込み量（Ｚ方向の変位量に相当するもの。）と歪み（長手方向への伸縮量に対応するもの）との関係を示した図である。 押圧センサの側面断面図である。
　図１は、本発明の押圧センサを備えた表示装置１の平面図である。図２は、Ａ－Ａ断面図である。
　表示装置１は、外観上、上面（Ｚ方向の面）が開口した直方体形状の筐体１１と、筐体１１の開口面を塞ぐように当該筐体１１の上面に固定されるガラス板１２とを備えている。ガラス板１２は、利用者が指やペン等を用いてタッチ操作を行う操作面として機能する。
　筐体１１の内部には、静電容量センサ１３、表示部３０、押し子１７、センサ部１６、ＳＵＳ板１５、スペーサ１４Ａ、スペーサ１４Ｂおよびクッション２１が配置されている。操作面であるガラス板１２、センサ部１６、ＳＵＳ板１５、スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂにより本発明の押圧センサが構成される。
　ガラス板１２の下面側には、静電容量センサ１３が配置されている。静電容量センサ１３は、ガラス板１２に対するタッチ操作およびそのタッチ位置を検出するセンサである。表示部３０は、例えば液晶表示素子からなる。表示装置１は、静電容量センサ１３で検出されたタッチ位置に応じて表示部３０の画像を変更する。なお、静電容量センサ１３および表示部３０は、本発明において必須の構成ではない。
　表示部３０の下面側には、板状のセンサ部１６が配置されている。センサ部１６は、Ｙ方向に長く、Ｘ方向に短い板状の構造である。センサ部１６は、主面がガラス板１２の主面と平行になるように筐体１１の内部に配置されている。また、センサ部１６は、筐体１１のうちＸ方向の中央部付近に配置されている。
　センサ部１６の下面は、ＳＵＳ板１５の上面に貼付けられている。ＳＵＳ板１５は、Ｙ方向に長く、Ｘ方向に短い板状の構造である。ＳＵＳ板１５は、本発明の板状部材に相当する。ＳＵＳ板１５も、主面がガラス板１２の主面と平行になるように筐体１１の内部に配置されている。ただし、ＳＵＳ板１５のＹ方向の長さは、センサ部１６よりも長い。ＳＵＳ板１５は、中央部の下面で直方体形状のクッション２１を介して筐体１１に支持されている。また、ＳＵＳ板１５は、端部の下面で直方体形状のスペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂを介して筐体１１に支持されている。スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂは、本発明の支持部材に相当する。スペーサ１４Ａは、筐体１１の側面のうち－Ｙ側の側面付近に配置されている。スペーサ１４Ｂは、筐体１１の側面のうちＹ側の側面付近に配置されている。
　表示部３０の下面とセンサ部１６の上面との間には、直方体形状の押し子１７が配置されている。押し子１７は、筐体１１を平面視してほぼ中心位置に配置され、表示部３０の下面およびセンサ部１６の上面に当接されている。押し子１７は、センサ部１６に比べてＹ方向の長さが短い。押し子１７は、ガラス板１２が押圧されたときにセンサ部１６およびＳＵＳ板１５を押圧する。
　なお、図２においては、スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂは、ＳＵＳ板１５を挟みこむように、表示部３０の下面とＳＵＳ板１５の上面の間にも配置される例を示しているが、表示部３０の下面とＳＵＳ板１５の上面の間に配置することは必須ではなく、ＳＵＳ板１５の下面と筐体１１の上面の間に配置されているだけでもよい。上面側にも部材を配置する場合には、当該部材には、ＳＵＳ板１５の動きを阻害しないもの（例えば１．０×１０７Ｐａ以下の弾性率を有するもの）を用いることが好ましい。
　次に、図３は、センサ部１６の断面拡大図である。センサ部１６は、上面側（Ｚ側）から順に、基材３７、平板電極３５、粘着剤３３、圧電フィルム３１、粘着剤３２、平板電極３４、基材３６、および接着剤３８が積層されてなる。
　すなわち、圧電フィルム３１の一方の主面には、平板電極３４が粘着剤３２により貼付されている。圧電フィルム３１の他方の主面には、平板電極３５が粘着剤３３により貼付されている。平板電極３４および平板電極３５は、回路部（図示せず）に電気的に接続され、圧電フィルム３１の圧電効果により発生する電荷量が検出される。これら平板電極３４および平板電極３５は、基材３６および基材３７で挟み込まれる。基材３６および基材３７は、例えばポリイミドからなる。基材３６は、接着剤３８によりＳＵＳ板１５に貼付けられる。
　圧電フィルム３１は、透明性の高いキラル高分子を用いることが好ましい。より好ましくは、一軸延伸されたポリ乳酸（ＰＬＡ）、さらにはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）であることが好ましい。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。そして、一軸延伸されたキラル高分子が発生する電荷量は、圧電フィルム３１が法線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。すなわち、押圧操作を高感度に検出し、押圧量に応じた変形検出信号を高精度に出力することができる。
　また、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、操作面に近い位置に押圧センサを配置し、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。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。本実施形態では、圧電フィルム３１は、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配置されている。これにより、圧電フィルム３１が長手方向に伸縮すると、圧電フィルム３１は厚み方向に分極するため、高感度に押圧操作を検出できる。
　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。また、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Ｘ軸方向に８倍、Ｘ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。
　なお、圧電フィルム３１は、ＰＬＬＡを用いる態様に限るものではなく、ＰＶＤＦ等の他の材料を用いることが可能である。
　次に、図４は、スペーサ１４Ａの断面拡大図である。ここでは、スペーサ１４Ａについて説明するが、スペーサ１４Ｂも同じ構造を有する。スペーサ１４Ａは、上面側（Ｚ側）から順に、粘着剤１４１、基材１４２、および粘着剤１４３が積層されてなる。
　基材１４２は、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）からなる。粘着剤１４１および粘着剤１４３は、例えばシリコン粘着剤からなる。シリコン粘着剤は、弾性率の温度依存性が低いため、アクリル粘着剤などの弾性率の温度依存性が高いものと比べてＳＵＳ板１５を変形させた際に、ＳＵＳ板１５の動きを阻害しにくいため好適である。基材１４２は、粘着剤１４１を介してＳＵＳ板１５に貼付けられ、粘着剤１４３を介して筐体１１に貼付けられる。これにより、スペーサ１４Ａは、ＳＵＳ板１５を支持する。ただし、基材１４２は、本発明において必須ではなく、ＳＵＳ板１５と筐体１１とを直接、粘着剤で貼付けるようにしてもよい。粘着剤１４１および粘着剤１４３は同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。例えば、粘着剤１４１および粘着剤１４３を同じシリコン粘着剤としてもよい。この場合、ＳＵＳ板１５の動きを阻害せずに、かつ基材１４２の厚みを変えることによって、粘着剤の厚みが同じであっても容易に支持部材全体の高さを変えることができる。また、粘着剤１４１をシリコン粘着剤とし、粘着剤１４３をアクリル粘着剤としてもよい。この場合、ＳＵＳ板１５に貼りつける粘着剤をシリコン粘着剤とすることでＳＵＳ板１５の動きを阻害せずに、かつ粘着剤１４３にアクリル粘着剤を用いることによって、筺体と強く粘着させることができるため好適である。また、基材１４２を用いない構造である場合、支持部材全体で弾性率の不連続部が無くなるため、ＳＵＳ板１５を変形させた際に不連続部の剥がれ等が発生し難くなる。
　次に、図５を参照して、押圧センサ１０による押圧検知について説明する。ユーザは、操作面であるガラス板１２の主面を押圧する。すると、ガラス板１２、静電容量センサ１３および表示部３０が法線方向に撓み、押し子１７がセンサ部１６およびＳＵＳ板１５の中央部を押圧する。なお、同図においては説明のために撓み量を誇張して記載している。
　押し子１７がセンサ部１６およびＳＵＳ板１５の中央部を押圧すると、ＳＵＳ板１５が法線方向に撓む。ＳＵＳ板１５は、端部においてスペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂに貼付けられているため、ＳＵＳ板１５の撓みに応じて、スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４ＢがＳＵＳ板１５の中央部に引っ張られる。これにより、ＳＵＳ板１５の上面は、長手方向（Ｙ方向）に収縮し、ＳＵＳ板１５の下面は、長手方向に伸張する。
　そして、ＳＵＳ板１５の上面に貼付されているセンサ部１６もＳＵＳ板１５の収縮に応じて長手方向に収縮する。センサ部１６に設けられた圧電フィルム３１は、当該収縮による圧電効果により、電荷を発生する。押圧センサ１０は、この電荷を検出することでガラス板１２に対する押圧の有無、および押圧量を検出することができる。
　図６は、センサ部１６の押し込み量（Ｚ方向の変位量に相当するもの。）と歪み（長手方向への伸縮量に対応するもの）との関係を示したグラフである。同図においては、異なる弾性率を有する４つの材料をスペーサ１４Ａ（およびスペーサ１４Ｂ）の粘着剤１４３に用いた場合を示している。歪みは、０ｐｐｍを基準として、負の値が長手方向の収縮、正の値が長手方向の伸張を示す。センサ部１６が機器に組み込まれて使用される際は、所定の押込み量（０～１ｍｍ程度）を基準にして、微小量の撓み（数μｍ）を検知することになる。すなわち、このグラフの傾きがセンサ部１６の出力に相当する。
　図６に示すように、スペーサ１４Ａの粘着剤１４３の弾性率が高い場合、例えば１．０×１０９Ｐａである場合、図中の２点破線に示すように、押し込み量が０μｍ～２００μｍ程度までは、押し込み量の増加に対して歪みが減少するものの、２００μｍよりも押し込み量が多くなった場合に、押し込み量の増加に対して歪みが増加する傾向（傾きが負から正に反転）を示す。また、弾性率が１．０×１０８Ｐａである場合も、図中の１点破線に示すように、押し込み量が４００μｍ～６００μｍ程度で、押し込み量の増加に対して歪みが増加する傾向（傾きが負から正へ反転）を示す。これは、図７（Ｃ）の従来図においても示したように、スペーサ１４Ａが硬く、ＳＵＳ板１５が端部において強固に固定されている場合に、ＳＵＳ板１５の上面が長手方向に収縮することができず、逆に長手方向に伸張するモードが発生するためである。この場合、センサ部１６も長手方向に伸張することになり、センサとしての出力が反転することになる。したがって、ある程度の押し込み量で押圧操作を行うと、押圧センサ１０で検出される押圧量が減少することになる。また、歪みが正の値になる場合もあり、押圧操作を行っていない、またはガラス板１２を引っ張っているものとして検出されることになる。
　しかし、スペーサ１４Ａの粘着剤１４３の弾性率が低い場合、例えば１．０×１０７Ｐａである場合、図中の点線に示すように、押し込み量０μｍ～１０００μｍの間では歪みが増加することはなく（傾きが正に転じることはなく）、出力が反転することはない。特に、弾性率が１．０×１０６Ｐａである場合、図中の実線に示すように、押し込み量の増加に比例して歪みが減少する傾向を示し、高精度に押圧量を検出することができる。
　以上のことから、スペーサ１４Ａの粘着剤１４３の弾性率が１．０×１０７Ｐａ以下である場合、ＳＵＳ板１５およびセンサ部１６は、長手方向に伸張するモードが発生せず、センサとしての出力が反転することがない。
　なお、粘着剤１４３には、シリコン粘着剤を用いることが好ましい。アクリル粘着剤は、室温で１．０×１０６Ｐａ程度の弾性率を有するものの、温度変化に対する弾性率の変化が大きく、低温環境下（例えば－３０℃程度）では、１．０×１０８Ｐａ以上となる場合がある。しかし、シリコン粘着剤は、室温から低温環境下にかけて１．０×１０６Ｐａ～１．０×１０７Ｐａ程度の弾性率を有する。
　なお、図６においては、粘着剤１４３の弾性率についてのみ示したが、スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂの全体としての弾性率がある程度低い（例えば１．０×１０７Ｐａ以下である）場合にも、ＳＵＳ板１５の端部が強固に固定されることがないため、センサ部１６は、長手方向に伸張するモードが発生せず、センサとしての出力が反転することがない。
　なお、本実施形態においては、表示装置１について説明したが、本発明の押圧センサの応用例はこれに限るものではない。例えば、表示装置１から表示部３０を省き、筐体１１、ガラス板１２、静電容量センサ１３、センサ部１６、ＳＵＳ板１５、スペーサ１４Ａおよびスペーサ１４Ｂからなるタッチ式入力装置を構成することも可能であるし、さらに静電容量センサ１３を省いた押圧入力装置を構成することも可能である。
１０…押圧センサ
１１…筐体
１２…ガラス板
１４Ａ，１４Ｂ…スペーサ
１５…ＳＵＳ板
１６…センサ部
２１…クッション
３１…圧電フィルム
３２，３３，３８…粘着剤
３４，３５…平板電極
３６，３７…基材
１４１…粘着剤
１４２…基材
１４３…粘着剤

Claims (4)

  1. 　操作面と、
    　該操作面に対する押圧操作により法線方向に撓む板状部材と、
    　前記板状部材のうち前記操作面側の主面に貼付けされ、該板状部材とともに法線方向に撓む圧電フィルムと、
    　前記板状部材を支持する支持部材と、
    　を備えた押圧センサであって、
    　前記支持部材は、１．０×１０７Ｐａ以下の弾性率を有する部材が含まれていることを特徴とする押圧センサ。
  2. 　前記支持部材は、シリコン粘着剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の押圧センサ。
  3. 　前記圧電フィルムは、キラル高分子からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の押圧センサ。
  4. 　前記キラル高分子は、ポリ乳酸からなることを特徴とする請求項３に記載の押圧センサ。
PCT/JP2014/081806 2013-12-02 2014-12-02 押圧センサ WO2015083676A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015551507A JP6041060B2 (ja) 2013-12-02 2014-12-02 押圧センサ

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-249252 2013-12-02
JP2013249252 2013-12-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015083676A1 true WO2015083676A1 (ja) 2015-06-11

Family

ID=53273438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/081806 WO2015083676A1 (ja) 2013-12-02 2014-12-02 押圧センサ

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6041060B2 (ja)
WO (1) WO2015083676A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016208560A1 (ja) * 2015-06-24 2016-12-29 株式会社村田製作所 押圧センサ、入力装置
CN107506085A (zh) * 2017-09-08 2017-12-22 京东方科技集团股份有限公司 显示基板、显示面板、显示装置及其控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0612174A (ja) * 1991-01-14 1994-01-21 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 非接続型スタイラスを用いるタブレット・デジタイザ
JP2003280821A (ja) * 2002-03-26 2003-10-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光透過性タッチパネル
JP2011253439A (ja) * 2010-06-03 2011-12-15 Nissha Printing Co Ltd 圧力検出部及び圧力検出部を備えた情報入力装置
JP5313414B1 (ja) * 2011-12-13 2013-10-09 三井化学株式会社 高分子圧電材料、およびその製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI490763B (zh) * 2011-12-16 2015-07-01 Murata Manufacturing Co Touch operation input device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0612174A (ja) * 1991-01-14 1994-01-21 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 非接続型スタイラスを用いるタブレット・デジタイザ
JP2003280821A (ja) * 2002-03-26 2003-10-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光透過性タッチパネル
JP2011253439A (ja) * 2010-06-03 2011-12-15 Nissha Printing Co Ltd 圧力検出部及び圧力検出部を備えた情報入力装置
JP5313414B1 (ja) * 2011-12-13 2013-10-09 三井化学株式会社 高分子圧電材料、およびその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016208560A1 (ja) * 2015-06-24 2016-12-29 株式会社村田製作所 押圧センサ、入力装置
JPWO2016208560A1 (ja) * 2015-06-24 2018-02-01 株式会社村田製作所 押圧センサ、入力装置
CN107506085A (zh) * 2017-09-08 2017-12-22 京东方科技集团股份有限公司 显示基板、显示面板、显示装置及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2015083676A1 (ja) 2017-03-16
JP6041060B2 (ja) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6074414B2 (ja) センサーデバイスおよび電子機器
JP5950053B2 (ja) 押圧検出センサ
JP6828796B2 (ja) 電子機器
JP6128281B2 (ja) 振動装置および触覚提示装置
WO2015080109A1 (ja) 圧電センサおよび携帯端末
JP6052437B2 (ja) 圧電センサ
JP6015867B2 (ja) 押圧センサ
WO2015019981A1 (ja) 押圧検出センサ
WO2016027603A1 (ja) 入力端末
JP6041060B2 (ja) 押圧センサ
JP6136462B2 (ja) 押圧検出センサ、および操作入力装置
WO2016204259A1 (ja) 振動装置および触覚提示装置
JP6206604B2 (ja) 押圧検知装置
JP6418335B2 (ja) タッチパネル、タッチ式入力装置
JP6132076B2 (ja) 押圧検知タッチパネルおよび表示装置
CN106796466B (zh) 触摸式输入装置以及触摸输入检测方法
WO2015093357A1 (ja) 操作入力装置
JP6052431B2 (ja) 圧電センサ
CN107924244B (zh) 操作检测装置
JP5994949B2 (ja) 操作入力装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14868496

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015551507

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14868496

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1