WO2015107932A1 - 圧電センサ - Google Patents

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piezoelectric
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plate
adhesive
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河村秀樹
中路博行
山口喜弘
遠藤潤
斉藤誠人
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株式会社村田製作所
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/073—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies by fusion of metals or by adhesives
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    • H10N30/308—Membrane type

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric sensor that detects pressure.
  • the piezoelectric sensor is mounted on a multifunctional mobile terminal, for example, and detects a press on the touch panel.
  • a conventional piezoelectric sensor for example, there is a transparent piezoelectric sheet described in Patent Document 1.
  • the transparent piezoelectric sheet includes a piezoelectric film, a sticking layer, and a plate electrode.
  • the plate electrodes are disposed on both main surfaces of the piezoelectric film via the adhesive layer.
  • An object of the present invention is to provide a piezoelectric sensor capable of accurately detecting a press.
  • the piezoelectric sensor of the present invention includes a piezoelectric film, first and second flat plate electrodes, first and second adhesive layers, and a plate member.
  • the piezoelectric film has first and second main surfaces.
  • the 1st sticking layer sticks the 1st plate electrode on the 1st principal surface.
  • the 2nd sticking layer sticks the 2nd plate electrode on the 2nd principal surface.
  • a piezoelectric film is attached to the plate member via the second flat plate electrode and the second adhesive layer.
  • the plate member is distorted by pressing.
  • the first adhesive layer is thicker than the second adhesive layer.
  • the first adhesive layer When the first adhesive layer is thin, deformation of the piezoelectric film is inhibited by the first flat plate electrode attached to the piezoelectric film.
  • the second adhesive layer When the second adhesive layer is thick, the distortion of the plate member is relaxed by the second adhesive layer. By making the first adhesive layer thicker than the second adhesive layer, the strain of the plate member is easily transmitted to the piezoelectric film.
  • the second adhesive layer becomes soft when the use temperature is increased, but the first adhesive layer is further softened.
  • a decrease in sensor output due to the softening of the second adhesive layer and an increase in sensor output due to the softening of the first adhesive layer cancel each other.
  • variation of the sensor output by use temperature is suppressed.
  • the temperature characteristics of the piezoelectric sensor are improved. Therefore, with this configuration, it is possible to detect the press with high accuracy.
  • the thickness of the 1st sticking layer is 40 micrometers or less. If the first sticking layer becomes too thick, the distance between the first flat plate electrode and the piezoelectric film becomes long, so that when the piezoelectric film is distorted, the amount of charge that can be taken out from the piezoelectric film decreases. In this configuration, a sufficient amount of charge can be taken out from the piezoelectric film.
  • the elastic modulus of the first adhesive layer is smaller than that of the second adhesive layer.
  • the elastic modulus of the first adhesive layer is large, the deformation of the piezoelectric film is easily inhibited by the first flat plate electrode attached to the piezoelectric film.
  • the elastic modulus of the second adhesive layer is small, the strain of the plate member is easily relaxed by the second adhesive layer. In this configuration, the strain of the plate member can be easily transmitted to the piezoelectric film.
  • the first adhesive layer is made of an acrylic adhesive. With this configuration, the elastic modulus of the first adhesive layer can be reduced.
  • the piezoelectric film is formed from a chiral polymer.
  • the chiral polymer is polylactic acid.
  • Polylactic acid is L-type polylactic acid.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • a change in operating temperature may affect the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film.
  • polylactic acid does not have pyroelectricity, it is possible to accurately detect pressing by the piezoelectric film.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the piezoelectric sensor according to the first embodiment, taken along the line AA.
  • FIG. 1 is a plan view of the piezoelectric sensor 10.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric sensor 10 taken along the line AA.
  • the piezoelectric sensor 10 includes a box-like back side housing part 11, a rectangular flat plate-like glass plate 12, a stripe-like sensor part 13, and a circuit part (not shown).
  • casing part 11 is comprised from the frame-shaped side surface and the rectangular bottom face, and has a rectangular-shaped opening part.
  • a rectangular parallelepiped casing 14 having a hollow portion is configured.
  • the sensor unit 13 is attached to the glass plate 12 with an adhesive so as to be disposed inside the housing 14.
  • the sensor unit 13 is disposed at the end of the glass plate 12 in the longitudinal direction in plan view.
  • the longitudinal direction of the sensor unit 13 is parallel to the lateral direction of the glass plate 12.
  • the circuit unit is disposed inside the housing 14 and is electrically connected to the sensor unit 13.
  • the longitudinal direction of the main surface of the housing 14 is referred to as the X direction
  • the short direction of the main surface of the housing 14 is referred to as the Y direction
  • the direction perpendicular to the main surface of the housing 14 is referred to as the Z direction.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the sensor unit 13 taken along the line AA.
  • the sensor unit 13 includes a piezoelectric film 21, adhesive layers 22 and 23, flat plate electrodes 24 and 25, and base material layers 26 and 27.
  • a flat plate electrode 24 is disposed on the first main surface of the piezoelectric film 21 via a sticking layer 22.
  • the affixing layer 22 affixes the plate electrode 24 to the first main surface of the piezoelectric film 21.
  • a plate electrode 25 is disposed on the second main surface of the piezoelectric film 21 with a sticking layer 23 interposed therebetween.
  • the affixing layer 23 affixes the plate electrode 25 to the second main surface of the piezoelectric film 21.
  • the plate electrodes 24 and 25 are electrically connected to a circuit unit (not shown).
  • the adhesive layer 22 is thicker than the adhesive layer 23.
  • the thickness of the adhesive layer 22 is 30 ⁇ m, and the thickness of the adhesive layer 23 is 10 ⁇ m.
  • a base material layer 26 is disposed on the main surface of the plate electrode 24 opposite to the piezoelectric film 21 side.
  • a base material layer 27 is disposed on the main surface of the plate electrode 25 opposite to the piezoelectric film 21 side.
  • the sensor unit 13 is disposed on the main surface of the glass plate 12 via the adhesive layer 28 so that the base material layer 27 side faces the glass plate 12.
  • the adhesive layer 22 is disposed on the opposite side of the piezoelectric film 21 from the glass plate 12 side, and the adhesive layer 23 is disposed on the glass plate 12 side with respect to the piezoelectric film 21.
  • the sensor unit 13 is affixed to the main surface of the glass plate 12 by the affixing layer 28.
  • the thickness of the sticking layer 28 is 30 ⁇ m.
  • the glass plate 12 corresponds to the plate member of the present invention.
  • the adhesive layer 22 corresponds to the first adhesive layer of the present invention.
  • the adhesive layer 23 corresponds to the second adhesive layer of the present invention.
  • the plate electrode 24 corresponds to the first plate electrode of the present invention.
  • the plate electrode 25 corresponds to the second plate electrode of the present invention.
  • the material of the piezoelectric film 21 is PLLA (L-type polylactic acid).
  • PLLA is a chiral polymer, and the main chain has a helical structure.
  • PLLA is uniaxially stretched and has piezoelectricity when the molecules are oriented.
  • the piezoelectric constant of uniaxially stretched PLLA belongs to a very high class among polymers.
  • PLLA generates piezoelectricity by molecular orientation processing such as stretching, and there is no need to perform poling processing like other polymers such as PVDF and piezoelectric ceramics. That is, the piezoelectricity of PLLA that does not belong to ferroelectrics is not expressed by the polarization of ions like ferroelectrics such as PVDF and PZT, but is derived from a helical structure that is a characteristic structure of molecules. is there. For this reason, the pyroelectricity generated in other ferroelectric piezoelectric materials does not occur in PLLA. Further, PVDF or the like shows a change in piezoelectric constant over time, and in some cases, the piezoelectric constant may be significantly reduced, but the piezoelectric constant of PLLA is extremely stable over time.
  • the PLLA Stretching direction of PLLA to take three axes, taking uniaxially and biaxially in a direction perpendicular to the three axial directions, the PLLA there is the piezoelectric constant of d 14 (piezoelectric constant shear).
  • the striped piezoelectric film 21 is cut so that the uniaxial direction is the thickness direction and the direction that forms an angle of 45 ° with respect to the triaxial direction (stretching direction) is the longitudinal direction. Thereby, when the piezoelectric film 21 expands and contracts in the longitudinal direction, the piezoelectric film 21 is polarized in the thickness direction.
  • the material of the adhesive layers 22, 23, 28 is an adhesive.
  • the characteristic of the pressure-sensitive adhesive is that, while the adhesive is changed from a liquid to a solid at the time of bonding, the wet state is always kept stable.
  • the elastic modulus of the adhesive layer 22 is smaller than the elastic modulus of the adhesive layer 23.
  • the material of the adhesive layer 22 is preferably an acrylic pressure-sensitive adhesive.
  • the material of the adhesive layers 23 and 28 is preferably rubber, silicone or polyethylene adhesive. Thereby, the distortion of the glass plate 12 due to pressing is easily transmitted to the piezoelectric film 21 as described later.
  • the plate electrodes 24 and 25 are made of a metal film such as a copper foil.
  • the material of the base material layers 26 and 27 is a resin such as polyimide.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining pressing detection by the piezoelectric sensor 10.
  • the end portion of the glass plate 12 is fixed to the back side housing portion 11, so that the glass plate 12 bends so as to be convex in the pushed-in direction.
  • the sensor unit 13 attached to the main surface extends in the longitudinal direction (Y direction). Since the piezoelectric film 21 (see FIG. 3) constituting the sensor unit 13 extends in the longitudinal direction, the piezoelectric film 21 is polarized in the thickness direction by the piezoelectric effect as described above.
  • Electric charges are induced in the plate electrodes 24 and 25 by the electric charges generated on both main surfaces of the piezoelectric film 21.
  • the charges induced in the plate electrodes 24 and 25 are absorbed by the circuit unit (not shown).
  • the circuit unit converts this flow of electric current (current) into a voltage. In this way, the pressure applied to the glass plate 12 can be detected as a voltage.
  • the relationship between the thickness and material of the adhesive layers 22 and 23 (see FIG. 3) and the strain (vertical strain in the Y direction) of the piezoelectric film 21 will be described.
  • the sticking layer 22 is thin, it becomes easy to be restrained by the plate electrode 24 stuck on the piezoelectric film 21, and deformation of the piezoelectric film 21 is hindered. For this reason, the distortion of the glass plate 12 due to pressing is not easily transmitted to the piezoelectric film 21.
  • the sticking layer 23 is thick, distortion of the glass plate 12 due to pressing is relieved by the sticking layer 23, so that it is difficult to be transmitted to the piezoelectric film 21. For this reason, from the viewpoint of mechanical strain, the piezoelectric film 21 can be easily distorted by thickening the adhesive layer 22 and thinning the adhesive layer 23 as described above.
  • the adhesive layer 23 is preferably as thin as possible.
  • the adhesive tape having a thickness of 10 ⁇ m or less is poorly available, and the adhesive strength is lowered and the reliability is lowered. Comes out.
  • the thickness of the adhesive layer 22 is set to 40 ⁇ m or less as described above.
  • the thickness of the adhesive layer 22 is preferably set to 30 ⁇ m, and the thickness of the adhesive layer 23 is preferably set to 10 ⁇ m.
  • FIG. 5 is a graph showing generated charges with respect to the elastic modulus of the adhesive layers 22 and 23.
  • the generated charge is a charge taken out from the piezoelectric film 21 when a predetermined pressure is applied to the piezoelectric sensor 10.
  • an acrylic pressure-sensitive adhesive is used as the material for the adhesive layers 22 and 23.
  • the thicknesses of the adhesive layers 22 and 23 are both 10 ⁇ m.
  • the thickness of the adhesive layer 22 is 30 ⁇ m
  • the thickness of the adhesive layer 23 is 10 ⁇ m.
  • FIG. 5 shows the correspondence between the service temperatures of ⁇ 30 ° C., 25 ° C., and 60 ° C. and the elastic modulus of the adhesive layers 22 and 23.
  • the operating temperature of ⁇ 30 ° C. is an assumed value of the lower limit of the operating temperature range
  • the operating temperature of 60 ° C. is an assumed value of the upper limit of the operating temperature region
  • the operating temperature of 25 ° C. is an assumed value of room temperature.
  • the generated charge in the configuration ES2 is larger than the generated charge in the configuration ES1. That is, by making the adhesive layer 22 thicker than the adhesive layer 23, the sensor sensitivity at room temperature can be improved.
  • the temperature change rate of the generated charges is smaller in the configuration ES2 than in the configuration ES1. That is, by making the adhesive layer 22 thicker than the adhesive layer 23, fluctuations in the generated charge due to the use temperature can be suppressed.
  • the flat electrode 24 attached to the piezoelectric film 21 tends to inhibit the deformation of the piezoelectric film 21.
  • the elastic modulus of the adhesive layer 23 is small, the distortion of the glass plate 12 due to pressing is easily relaxed by the adhesive layer 23.
  • the acrylic film 21 can be easily distorted by using an acrylic pressure-sensitive adhesive for the bonding layer 22 and rubber, silicone, or polyethylene pressure-sensitive adhesive for the bonding layer 23.
  • the adhesive layer 22 is thicker than the adhesive layer 23, the adhesive layer 23 becomes softer when the use temperature is increased, but the adhesive layer 22 becomes softer.
  • the hardness of the adhesive layer is determined by the product of the thickness of the adhesive layer and the elastic modulus of the material of the adhesive layer.
  • the adhesive layer 22 is thicker than the adhesive layer 23. For this reason, as described above, the strain of the glass plate 12 due to pressing is easily transmitted to the piezoelectric film 21. In addition, as described above, the temperature characteristics of the piezoelectric sensor 10 are improved. As a result, in the first embodiment, it is possible to detect the press with high accuracy.
  • FIG. 6 is a plan view of the piezoelectric sensor 30.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the piezoelectric sensor 30 taken along the line BB.
  • FIG. 8 is a BB cross-sectional view of the sensor unit 33.
  • the piezoelectric sensor 30 includes a back housing 11, a glass plate 12, a sensor unit 33, spacers 35 a and 35 b, a striped SUS (stainless steel) plate 36, a columnar pusher 37, and a circuit unit (not shown).
  • the SUS plate 36 corresponds to the plate member of the present invention.
  • a housing 14 is composed of the back housing portion 11 and the glass plate 12.
  • the spacers 35 a and 35 b are disposed inside the housing 14.
  • the spacer 35 a is disposed in the vicinity of the first side surface parallel to the X direction among the side surfaces of the housing 14.
  • the spacer 35b is disposed in the vicinity of the second side surface (side surface facing the first side surface) of the housing 14.
  • the spacers 35a and 35b are disposed at a substantially central portion of the housing 14 in the X direction.
  • the SUS plate 36 is disposed inside the housing 14 so that its main surface is parallel to the main surface of the glass plate 12.
  • the SUS plate 36 is disposed at a substantially central portion in the X direction of the housing 14.
  • the longitudinal direction of the SUS plate 36 is parallel to the Y direction. Both ends in the longitudinal direction of the SUS plate 36 are supported by spacers 35a and 35b, respectively. Spaces are formed between the SUS plate 36 and the glass plate 12 and between the SUS plate 36 and the bottom surface of the back-side housing unit 11.
  • the sensor unit 33 is affixed to the main surface of the SUS plate 36 on the glass plate 12 side with an adhesive so that the longitudinal direction is the Y direction.
  • the circuit unit is disposed inside the housing 14 and is electrically connected to the sensor unit 33.
  • the adhesive layer 22 (see FIG. 8) is disposed on the glass plate 12 side with respect to the piezoelectric film 21, and the adhesive layer 23 is disposed on the SUS plate side with respect to the piezoelectric film 21.
  • the adhesive layer 22 is thicker than the adhesive layer 23.
  • the pusher 37 is disposed between the glass plate 12 and the sensor unit 33 and is in contact with the glass plate 12 and the sensor unit 33.
  • the pusher 37 is shorter than the sensor unit 33 in the Y direction.
  • the pusher 37 is disposed at a substantially central portion of the SUS plate 36 in the Y direction.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the SUS plate 36 When the glass plate 12 is pushed in, the SUS plate 36 is pushed in via the pusher 37. The SUS plate 36 bends so as to be convex in the pushed-in direction. Since the main surface of the SUS plate 36 on the glass plate 12 side contracts, the piezoelectric film 21 attached to the main surface contracts. The charges induced in the plate electrodes 24 and 25 by the piezoelectric effect are absorbed by the circuit unit (not shown). The circuit unit converts this flow of electric current (current) into a voltage. In this way, the pressure applied to the glass plate 12 can be detected as a voltage.
  • the adhesive layer 22 is thicker than the adhesive layer 23, as in the first embodiment. For this reason, the strain of the SUS plate 36 due to pressing is easily transmitted to the piezoelectric film 21. Further, the temperature characteristics of the piezoelectric sensor 30 are improved. As a result, in the second embodiment, pressing can be detected with high accuracy.
  • the piezoelectric sensor of this invention is not limited to this.
  • a panel in which a glass plate, a touch panel and a liquid crystal panel are stacked in layers may be used.

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Abstract

　圧電センサは、圧電フィルム（２１）、貼付層（２２，２３）、平板電極（２４，２５）およびガラス板（１２）を備える。圧電フィルム（２１）は第１および第２の主面を有する。貼付層（２２）は第１の主面に平板電極（２４）を貼付する。貼付層（２３）は第２の主面に平板電極（２５）を貼付する。ガラス板（１２）には、貼付層（２２）および平板電極（２４）を介して圧電フィルム（２１）が貼付される。ガラス板（１２）は押し込みによって歪む。貼付層（２２）は貼付層（２３）に比べて厚い。

Description

圧電センサ
　本発明は、押圧を検出する圧電センサに関する。
　圧電センサは、例えば、多機能携帯端末に搭載され、タッチパネルに対する押圧を検出する。従来の圧電センサとして、例えば、特許文献１に記載の透明圧電シートがある。この透明圧電シートは、圧電膜、貼付層および平板電極を備える。平板電極は貼付層を介して圧電膜の両主面に配置されている。この透明圧電シートに押圧をかけると、圧電膜に、押圧に応じた電圧が生じる。平板電極によりこの電圧を検出回路に伝達することで、押圧を検出することができる。
特開２０１１－２２２６７９号公報
　特許文献１に記載の透明圧電シートでは、圧電膜の圧電特性によっては、平板電極により圧電膜の変形が阻害されることで、圧電膜に十分な電圧が生じないおそれがある。この場合、透明圧電シートにかかる押圧を精度良く検出することができない。
　本発明の目的は、押圧を精度良く検出することができる圧電センサを提供することにある。
（１）本発明の圧電センサは、圧電フィルム、第１および第２の平板電極、第１および第２の貼付層ならびに板部材を備える。圧電フィルムは第１および第２の主面を有する。第１の貼付層は第１の主面に第１の平板電極を貼付する。第２の貼付層は第２の主面に第２の平板電極を貼付する。板部材には、第２の平板電極および第２の貼付層を介して圧電フィルムが貼付される。板部材には押し込みによって歪む。第１の貼付層は第２の貼付層に比べて厚い。
　第１の貼付層が薄いと、圧電フィルムに貼りつけられた第１の平板電極により、圧電フィルムの変形が阻害される。第２の貼付層が厚いと、板部材のひずみが、第２の貼付層により緩和される。第１の貼付層を第２の貼付層に比べて厚くすることにより、板部材のひずみが圧電フィルムに伝わりやすくなる。
　また、第２の貼付層に比べて第１の貼付層が厚いため、使用温度が高くなると、第２の貼付層が柔らかくなるが、第１の貼付層はさらに柔らかくなる。これにより、第２の貼付層が柔らかくなることによるセンサ出力の低下と、第１の貼付層が柔らかくなることによるセンサ出力の増加とが、互いに相殺する。このため、使用温度によるセンサ出力の変動が抑制される。この結果、圧電センサの温度特性が向上する。
　従って、この構成では、押圧を精度良く検出することができる。
（２）第１の貼付層の厚さは４０μｍ以下である。
　第１の貼付層が厚くなりすぎると、第１の平板電極と圧電フィルムとの距離が長くなるため、圧電フィルムが歪んだ際、圧電フィルムから取り出すことができる電荷量が減少する。この構成では、圧電フィルムから十分な電荷量を取り出すことができる。
（３）第１の貼付層の弾性率は第２の貼付層の弾性率に比べて小さい。
　第１の貼付層の弾性率が大きいと、圧電フィルムに貼りつけられた第１の平板電極により、圧電フィルムの変形が阻害されやすくなる。第２の貼付層の弾性率が小さいと、板部材のひずみが、第２の貼付層により緩和されやすくなる。この構成では、板部材のひずみを圧電フィルムに伝わりやすくすることができる。
（４）第１の貼付層はアクリル系粘着剤を材料とする。
　この構成では、第１の貼付層の弾性率を小さくすることができる。
（５）圧電フィルムはキラル高分子から形成される。
（６）キラル高分子はポリ乳酸である。
（７）ポリ乳酸はＬ型ポリ乳酸である。
　例えば、圧電フィルムにＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を用いた場合、使用温度の変化が圧電フィルムの圧電特性に影響を及ぼすおそれがある。しかし、この構成では、ポリ乳酸には焦電性がないので、圧電フィルムによる押圧の検出を精度良く行うことができる。
　本発明によれば、押圧を精度良く検出することができる。
第１の実施形態に係る圧電センサの平面図である。 第１の実施形態に係る圧電センサのＡ－Ａ断面図である。 センサ部１３のＡ－Ａ断面図である。 第１の実施形態に係る圧電センサによる押圧検知を説明する断面図である。 貼付層２２，２３の弾性率に対する発生電荷を示すグラフである。 第２の実施形態に係る圧電センサの平面図である。 第２の実施形態に係る圧電センサのＢ－Ｂ断面図である。 センサ部３３のＢ－Ｂ断面図である。
《第１の実施形態》
　本発明の第１の実施形態に係る圧電センサ１０について説明する。圧電センサ１０は、例えば、多機能携帯端末で利用される。図１は圧電センサ１０の平面図である。図２は圧電センサ１０のＡ－Ａ断面図である。圧電センサ１０は、箱状の裏側筐体部１１、矩形平板状のガラス板１２、ストライプ状のセンサ部１３および回路部（図示せず）を備える。裏側筐体部１１は、枠状の側面および矩形状の底面から構成され、矩形状の開口部を有する。裏側筐体部１１の開口部を塞ぐようにガラス板１２が裏側筐体部１１に当接することにより、中空部を有する直方体状の筐体１４が構成される。センサ部１３は、筐体１４の内部に配置されるように、ガラス板１２に粘着剤で貼付されている。センサ部１３は、平面視して、ガラス板１２の長手方向の端部に配置されている。センサ部１３の長手方向はガラス板１２の短手方向に平行になっている。回路部は、筐体１４の内部に配置され、センサ部１３に電気的に接続されている。以下では、筐体１４の主面の長手方向をＸ方向と称し、筐体１４の主面の短手方向をＹ方向と称し、筐体１４の主面に垂直な方向をＺ方向と称することがある。
　図３はセンサ部１３のＡ－Ａ断面図である。センサ部１３は、圧電フィルム２１、貼付層２２，２３、平板電極２４，２５および基材層２６，２７を備える。圧電フィルム２１の第１の主面には平板電極２４が貼付層２２を介して配置されている。貼付層２２は平板電極２４を圧電フィルム２１の第１主面に貼付している。圧電フィルム２１の第２の主面には平板電極２５が貼付層２３を介して配置されている。貼付層２３は平板電極２５を圧電フィルム２１の第２主面に貼付している。平板電極２４，２５は回路部（図示せず）に電気的に接続されている。貼付層２２は貼付層２３に比べて厚くなっている。好ましくは、貼付層２２の厚さは３０μｍであり、貼付層２３の厚さは１０μｍである。これにより、後述のように、押圧（押し込み）によるガラス板１２のひずみが圧電フィルム２１に伝わりやすくなる。平板電極２４の主面のうち圧電フィルム２１側と反対側の主面には、基材層２６が配置されている。平板電極２５の主面のうち圧電フィルム２１側と反対側の主面には、基材層２７が配置されている。センサ部１３は、基材層２７側がガラス板１２に向くように、貼付層２８を介してガラス板１２の主面に配置されている。すなわち、貼付層２２は圧電フィルム２１に対してガラス板１２側と反対側に配置され、貼付層２３は圧電フィルム２１に対してガラス板１２側に配置されている。センサ部１３は、貼付層２８によりガラス板１２の主面に貼付されている。例えば、貼付層２８の厚さは３０μｍである。
　ガラス板１２は本発明の板部材に相当する。貼付層２２は本発明の第１の貼付層に相当する。貼付層２３は本発明の第２の貼付層に相当する。平板電極２４は本発明の第１の平板電極に相当する。平板電極２５は本発明の第２の平板電極に相当する。
　圧電フィルム２１の材料は、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。
　貼付層２２，２３，２８の材料は粘着剤である。粘着剤の特徴は、接着剤が接着時に液体から固体になるのに対して、常に濡れた状態を安定して保っていることである。貼付層２２，２３，２８の材料に粘着剤を用いることにより、接着剤に比べて粘着剤の厚みを容易に制御することができる。貼付層２２の弾性率は貼付層２３の弾性率に比べて小さい。特に、貼付層２２の材料はアクリル系粘着剤であることが好ましい。貼付層２３，２８の材料は、ゴム、シリコーンまたはポリエチレン粘着剤であることが好ましい。これにより、後述のように、押圧によるガラス板１２のひずみが圧電フィルム２１に伝わりやすくなる。平板電極２４，２５は銅箔等の金属膜からなる。基材層２６，２７の材料はポリイミド等の樹脂である。
　図４は、圧電センサ１０による押圧検知を説明する断面図である。ガラス板１２が押し込まれると、ガラス板１２の端部が裏側筐体部１１に固定されているため、ガラス板１２は、押し込まれた方向に凸となるように撓む。ガラス板１２の主面のうち筐体１４の内部側の主面が伸びる（歪む）ため、その主面に貼付されているセンサ部１３は長手方向（Ｙ方向）に伸びる。センサ部１３を構成する圧電フィルム２１（図３参照）が長手方向に伸びるため、上述のように、圧電効果により圧電フィルム２１は厚み方向に分極する。圧電フィルム２１の両主面に発生した電荷により、平板電極２４，２５に電荷が誘起される。平板電極２４，２５に誘起された電荷は、回路部（図示せず）に吸収される。回路部はこの電荷の流れ（電流）を電圧に変換する。このようにして、ガラス板１２にかかる押圧を電圧として検出することができる。
　次に、貼付層２２，２３（図３参照）の厚さおよび材料と、圧電フィルム２１のひずみ（Ｙ方向の垂直ひずみ）との関係について説明する。貼付層２２が薄いと、圧電フィルム２１に貼りつけられた平板電極２４による拘束を受けやすくなり、圧電フィルム２１の変形が阻害される。このため、押圧によるガラス板１２のひずみが、圧電フィルム２１に伝わりにくくなる。一方、貼付層２３が厚いと、押圧によるガラス板１２のひずみが、貼付層２３により緩和されるため、圧電フィルム２１に伝わりにくくなる。このため、機械的なひずみの観点においては、上述のように、貼付層２２を厚く、貼付層２３を薄くすることにより、圧電フィルム２１を歪みやすくすることができる。
　貼付層２２（２３）が厚くなりすぎると、平板電極２４（２５）と圧電フィルム２１との距離が長くなるため、圧電フィルム２１から取り出すことができる電荷量が減少する。また、貼付層２３は原理的には、薄ければ薄いほど好ましいが、実用上１０μｍ以下の厚さの粘着テープの入手性が悪いことと、接着強度が低下して信頼性が低下するという問題が出てくる。
　これらの条件を考慮して、上述のように、貼付層２２の厚さは４０μｍ以下に設定される。特に、貼付層２２の厚さは３０μｍに設定され、貼付層２３の厚さは１０μｍに設定されることが好ましい。
　図５は、貼付層２２，２３の弾性率に対する発生電荷を示すグラフである。発生電荷は、圧電センサ１０に所定の押圧をかけたときに圧電フィルム２１から取り出される電荷である。図５では、貼付層２２，２３の材料としてアクリル系粘着剤を用いている。構成ＥＳ１では、貼付層２２，２３の厚さがともに１０μｍである。構成ＥＳ２では、貼付層２２の厚さが３０μｍであり、貼付層２３の厚さが１０μｍである。また、図５には、使用温度－３０℃、２５℃、６０℃と貼付層２２，２３の弾性率との対応関係が示されている。使用温度－３０℃は使用温度域の下限の想定値であり、使用温度６０℃は使用温度域の上限の想定値であり、使用温度２５℃は室温の想定値である。
　構成ＥＳ１，ＥＳ２ともに、貼付層２２，２３の弾性率が大きくなると（使用温度が低くなると）、発生電荷は大きくなっているが、貼付層２２，２３の弾性率が１０７以上になると、発生電荷はほぼ一定になっている。貼付層２２，２３の弾性率が大きい場合（使用温度が低い場合）、構成ＥＳ１における発生電荷が構成ＥＳ２における発生電荷に比べて大きくなっている。貼付層２２，２３の弾性率が小さい場合（使用温度が高い場合）、構成ＥＳ２における発生電荷が構成ＥＳ１における発生電荷に比べて大きくなっている。
　室温（２５℃）では、構成ＥＳ２における発生電荷が構成ＥＳ１における発生電荷に比べて大きくなっている。すなわち、貼付層２３に比べて貼付層２２を厚くすることで、室温でのセンサ感度を向上させることができる。
　また、室温付近において、構成ＥＳ２では、構成ＥＳ１に比べて、発生電荷の温度変化率が小さくなっている。すなわち、貼付層２３に比べて貼付層２２を厚くすることで、使用温度による発生電荷の変動を抑制することができる。
　貼付層２２，２３の厚さの関係と同様に、貼付層２２の弾性率が大きいと、圧電フィルム２１に貼りつけられた平板電極２４により、圧電フィルム２１の変形が阻害されやすくなる。貼付層２３の弾性率が小さいと、押圧によるガラス板１２のひずみが、貼付層２３により緩和されやすくなる。このため、上述のように、貼付層２２にアクリル系粘着剤を用い、貼付層２３にゴム、シリコーンまたはポリエチレン系粘着剤等を用いることにより、圧電フィルム２１を歪みやすくすることができる。
　また、貼付層２３に比べて貼付層２２が厚いため、使用温度が高くなると、貼付層２３が柔らかくなるが、貼付層２２はさらに柔らかくなる。なお、貼付層の固さは、貼付層の厚さと貼付層の材料の弾性率との積により定められている。これにより、貼付層２３が柔らかくなることによるセンサ出力（電圧）の低下と、貼付層２２が柔らかくなることによるセンサ出力の増加とが、互いに相殺する。このため、図５からもわかるように、使用温度によるセンサ出力の変動が抑制される。この結果、圧電センサ１０において温度特性を向上させることができる。
　第１の実施形態では、貼付層２２が貼付層２３に比べて厚い。このため、上述のように、押圧によるガラス板１２のひずみが、圧電フィルム２１に伝わりやすくなる。また、上述のように、圧電センサ１０の温度特性が向上する。この結果、第１の実施形態では、押圧を精度良く検出することができる。
《第２の実施形態》
　本発明の第２の実施形態に係る圧電センサ３０について説明する。図６は圧電センサ３０の平面図である。図７は圧電センサ３０のＢ－Ｂ断面図である。図８はセンサ部３３のＢ－Ｂ断面図である。圧電センサ３０は、裏側筐体部１１、ガラス板１２、センサ部３３、スペーサ３５ａ，３５ｂ、ストライプ状のＳＵＳ（ステンレス）板３６、柱状の押し子３７および回路部（図示せず）を備える。ＳＵＳ板３６は本発明の板部材に相当する。
　第１の実施形態と同様に、裏側筐体部１１およびガラス板１２から筐体１４が構成されている。スペーサ３５ａ，３５ｂは筐体１４の内部に配置されている。スペーサ３５ａは筐体１４の側面のうちＸ方向と平行な第１の側面付近に配置されている。スペーサ３５ｂは筐体１４の第２の側面（第１の側面に対向する側面）付近に配置されている。スペーサ３５ａ，３５ｂは筐体１４のＸ方向の略中央部に配置されている。
　ＳＵＳ板３６は、その主面がガラス板１２の主面と平行になるように、筐体１４の内部に配置されている。ＳＵＳ板３６は筐体１４のＸ方向の略中央部に配置されている。ＳＵＳ板３６の長手方向はＹ方向に平行になっている。ＳＵＳ板３６の長手方向の両端は、それぞれ、スペーサ３５ａ，３５ｂで支持されている。ＳＵＳ板３６とガラス板１２との間およびＳＵＳ板３６と裏側筐体部１１の底面との間にはスペースが形成されている。
　センサ部３３は、長手方向がＹ方向になるように、ＳＵＳ板３６の主面のうちガラス板１２側の主面に粘着剤で貼付されている。回路部は、筐体１４の内部に配置され、センサ部３３に電気的に接続されている。貼付層２２（図８参照）は圧電フィルム２１に対してガラス板１２側に配置され、貼付層２３は圧電フィルム２１に対してＳＵＳ板側に配置されている。貼付層２２は貼付層２３に比べて厚くなっている。
　押し子３７は、ガラス板１２とセンサ部３３との間に配置され、ガラス板１２およびセンサ部３３に当接している。押し子３７は、Ｙ方向においてセンサ部３３に比べて短くなっている。押し子３７は、Ｙ方向においてＳＵＳ板３６の略中央部に配置されている。
　その他の構成は第１の実施形態と同様である。
　ガラス板１２が押し込まれると、押し子３７を介して、ＳＵＳ板３６が押し込まれる。ＳＵＳ板３６は押し込まれた方向に凸となるように撓む。ＳＵＳ板３６の主面のうちガラス板１２側の主面が縮むため、その主面に貼付されている圧電フィルム２１は縮む。圧電効果により平板電極２４，２５に誘起された電荷は、回路部（図示せず）に吸収される。回路部はこの電荷の流れ（電流）を電圧に変換する。このようにして、ガラス板１２にかかる押圧を電圧として検出することができる。
　第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、貼付層２２が貼付層２３に比べて厚い。このため、押圧によるＳＵＳ板３６のひずみが、圧電フィルム２１に伝わりやすくなる。また、圧電センサ３０の温度特性が向上する。この結果、第２の実施形態では、押圧を精度良く検出することができる。
　なお、上述の実施形態ではガラス板が押し込まれていたが、本発明の圧電センサはこれに限定されない。ガラス板の代わりに、ガラス板、タッチパネルおよび液晶パネルが層状に重なったパネルを用いてもよい。
１０，３０…圧電センサ
１１…裏側筐体部
１２…ガラス板（板部材）
１３，３３…センサ部
１４…筐体
２１…圧電フィルム
２２…貼付層（第１の貼付層）
２３…貼付層（第２の貼付層）
２８…貼付層
２４…平板電極（第１の平板電極）
２５…平板電極（第２の平板電極）
２６，２７…基材層
３５ａ，３５ｂ…スペーサ
３６…ＳＵＳ板（板部材）
３７…押し子

Claims (7)

  1. 　第１および第２の主面を有する圧電フィルムと、
    　第１および第２の平板電極と、
    　前記第１の主面に前記第１の平板電極を貼付する第１の貼付層と、
    　前記第２の主面に前記第２の平板電極を貼付する第２の貼付層と、
    　前記第２の平板電極および前記第２の貼付層を介して前記圧電フィルムが貼付され、押し込みによって歪む板部材と、を備え、
    　前記第１の貼付層は前記第２の貼付層に比べて厚い、圧電センサ。
  2. 　前記第１の貼付層の厚さは４０μｍ以下である、請求項１に記載の圧電センサ。
  3. 　前記第１の貼付層の弾性率は前記第２の貼付層の弾性率に比べて小さい、請求項１または２に記載の圧電センサ。
  4. 　前記第１の貼付層はアクリル系粘着剤を材料とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電センサ。
  5. 　前記圧電フィルムはキラル高分子から形成される、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電センサ。
  6. 　前記キラル高分子はポリ乳酸である、請求項５に記載の圧電センサ。
  7. 　前記ポリ乳酸はＬ型ポリ乳酸である、請求項６に記載の圧電センサ。
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