WO2022030356A1 - 変形量検知装置 - Google Patents
変形量検知装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022030356A1 WO2022030356A1 PCT/JP2021/028100 JP2021028100W WO2022030356A1 WO 2022030356 A1 WO2022030356 A1 WO 2022030356A1 JP 2021028100 W JP2021028100 W JP 2021028100W WO 2022030356 A1 WO2022030356 A1 WO 2022030356A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- deformation
- unit
- electrode
- deformed
- transmission
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 112
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 36
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 claims description 10
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 9
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 3
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 11
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
- G01B17/04—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring the deformation in a solid, e.g. by vibrating string
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/16—Constructional details or arrangements
- G06F1/1613—Constructional details or arrangements for portable computers
- G06F1/1615—Constructional details or arrangements for portable computers with several enclosures having relative motions, each enclosure supporting at least one I/O or computing function
- G06F1/1616—Constructional details or arrangements for portable computers with several enclosures having relative motions, each enclosure supporting at least one I/O or computing function with folding flat displays, e.g. laptop computers or notebooks having a clamshell configuration, with body parts pivoting to an open position around an axis parallel to the plane they define in closed position
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/16—Constructional details or arrangements
- G06F1/1613—Constructional details or arrangements for portable computers
- G06F1/1633—Constructional details or arrangements of portable computers not specific to the type of enclosures covered by groups G06F1/1615 - G06F1/1626
- G06F1/1675—Miscellaneous details related to the relative movement between the different enclosures or enclosure parts
- G06F1/1677—Miscellaneous details related to the relative movement between the different enclosures or enclosure parts for detecting open or closed state or particular intermediate positions assumed by movable parts of the enclosure, e.g. detection of display lid position with respect to main body in a laptop, detection of opening of the cover of battery compartment
Definitions
- the value of the output signal is an absolute quantity, not a relative value. Therefore, it is possible to prevent the output signal from drifting due to repeated use of the deformation amount detecting device 1.
- Material of film 150 Piezoelectric L-type polylactic acid Thickness of film 150: 50 ⁇ m Orientation direction of molecules of film 150: 45 ° with respect to the left-right direction
- Material of base material 160 PET Thickness of base material 160: 100 ⁇ m
- Input signal amplitude: 5V The inventor of the present application has swept the input signal in the deformation amount detecting device 1 having a plurality of angles ⁇ under the above conditions. Then, the inventor of the present application measured the amplitude of the output signal for each angle ⁇ . 5 and 6 are graphs showing the simulation results.
- FIG. 5 is a graph showing the relationship between the frequency of the input signal and the amplitude of the output signal. The horizontal axis in FIG.
- the detection unit 18 can detect the angle ⁇ based on the resonance frequency of the output signal. Specifically, the detection unit 18 stores a table corresponding to the graph of FIG. The table shows the relationship between the resonance frequency of the output signal and the angle ⁇ . When the detection unit 18 acquires the resonance frequency of the output signal, the detection unit 18 refers to the table and specifies the angle ⁇ . Thereby, the deformation amount detecting device 1 can detect, for example, the positional relationship between the member connected to the input unit 12 and the member connected to the output unit 14.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
入力部は、第１電極及び第１変形部を含んでいる。出力部は、第２電極及び第２変形部を含んでいる。伝達部は、第１変形部から伝達部に弾性波を伝達でき、かつ、伝達部から第２変形部に弾性波を伝達できる。伝達部は、可撓性を有していることにより、基準状態から変形できる。第１電極に入力信号が入力される。第１変形部は、入力信号により変形することにより、弾性波を発生する。伝達部は、第１変形部から第２変形部に弾性波を伝達する。第２変形部は、弾性波により変形することにより、第２電極に出力信号を発生する。検知部は、出力信号に基づいて、伝達部の基準状態からの変形量を検知する。
Description
本発明は、変形量検知装置に関する。
従来の変形量検知装置に関する発明としては、例えば、特許文献１に記載のロータリーエンコーダや特許文献２に記載のジャイロセンサ等が知られている。特許文献１に記載のロータリーエンコーダ及び特許文献２に記載のジャイロセンサは、例えば、第１画面と第２画面とを折り畳むことができる折り畳み式のスマートフォンに適用可能である。すなわち、特許文献１に記載のロータリーエンコーダ及び特許文献２に記載のジャイロセンサにより、第１画面と第２画面との間の角度を検出することができる。
このように、第１画面と第２画面のような２つの部材の位置関係を検出することができる検知装置が求められている。
そこで、本発明の目的は、２つの部材の位置関係を検知できる新たな変形量検知装置を提供することである。
本発明の一形態に係る変形量検知装置は、
第１電極及び第１変形部を含んでいる入力部と、
第２電極及び第２変形部を含んでいる出力部と、
前記第１変形部から伝達部に弾性波を伝達でき、かつ、前記伝達部から前記第２変形部に弾性波を伝達できる伝達部であって、可撓性を有していることにより、基準状態から変形できる伝達部と、
検知部と、
を備えており、
前記第１電極に入力信号が入力され、
前記第１変形部は、前記入力信号により変形することにより、弾性波を発生し、
前記伝達部は、前記第１変形部から前記第２変形部に前記弾性波を伝達し、
前記第２変形部は、前記弾性波により変形することにより、前記第２電極に出力信号を発生し、
前記検知部は、前記出力信号に基づいて、前記伝達部の前記基準状態からの変形量を検知する。
第１電極及び第１変形部を含んでいる入力部と、
第２電極及び第２変形部を含んでいる出力部と、
前記第１変形部から伝達部に弾性波を伝達でき、かつ、前記伝達部から前記第２変形部に弾性波を伝達できる伝達部であって、可撓性を有していることにより、基準状態から変形できる伝達部と、
検知部と、
を備えており、
前記第１電極に入力信号が入力され、
前記第１変形部は、前記入力信号により変形することにより、弾性波を発生し、
前記伝達部は、前記第１変形部から前記第２変形部に前記弾性波を伝達し、
前記第２変形部は、前記弾性波により変形することにより、前記第２電極に出力信号を発生し、
前記検知部は、前記出力信号に基づいて、前記伝達部の前記基準状態からの変形量を検知する。
本発明の一形態に係る変形量検知装置は、
第１電極及び第１変形部を含んでいる入力部と、
前記第１変形部から伝達部に弾性波を伝達でき、かつ、前記伝達部から前記第１変形部に前記弾性波の反射波を伝達できる伝達部であって、可撓性を有していることにより、基準状態から変形できる伝達部と、
検知部と、
を備えており、
前記第１電極に入力信号が入力され、
前記第１変形部は、前記入力信号により変形することにより、弾性波を発生し、
前記伝達部は、前記第１変形部からの前記弾性波を前記第１変形部に前記反射波として伝達し、
前記第１変形部は、前記反射波により変形することにより、前記第１電極に出力信号を発生し、
前記検知部は、前記出力信号に基づいて、前記伝達部の前記基準状態からの変形量を検知する。
第１電極及び第１変形部を含んでいる入力部と、
前記第１変形部から伝達部に弾性波を伝達でき、かつ、前記伝達部から前記第１変形部に前記弾性波の反射波を伝達できる伝達部であって、可撓性を有していることにより、基準状態から変形できる伝達部と、
検知部と、
を備えており、
前記第１電極に入力信号が入力され、
前記第１変形部は、前記入力信号により変形することにより、弾性波を発生し、
前記伝達部は、前記第１変形部からの前記弾性波を前記第１変形部に前記反射波として伝達し、
前記第１変形部は、前記反射波により変形することにより、前記第１電極に出力信号を発生し、
前記検知部は、前記出力信号に基づいて、前記伝達部の前記基準状態からの変形量を検知する。
本発明によれば、２つの部材の位置関係を検知できる。
以下に、本発明の一実施形態に係る変形量検知装置１について図面を参照しながら説明する。図１及び図２は、変形量検知装置１の外観斜視図である。図１では、変形量検知装置１の伝達部１６が平坦形状を有している。図１のような伝達部１６の状態を基準状態と呼ぶ。図２では、基準状態から伝達部１６が下方向に曲げられている。
以下では、方向を以下の様に定義する。基準状態である伝達部１６の法線方向を上下方向と定義する。上下方向に見て、変形量検知装置１の長辺が延びる方向を左右方向と定義する。上下方向に見て、変形量検知装置１の短辺が延びる方向を前後方向と定義する。上下方向、左右方向及び前後方向は、互いに直交している。なお、本明細書の方向は、変形量検知装置１の使用時の方向と一致していなくてもよい。
変形量検知装置１は、伝達部１６の基準状態からの変形量を検知する。本実施形態では、変形量検知装置１は、図２に示すように、伝達部１６が曲げられたときの角度θを検知する。角度θは、例えば、後述する入力部１２の上主面と出力部１４の上主面とが形成する角度である。このような変形量検知装置１は、例えば、第１画面と第２画面とを折り畳むことができる折り畳み式のスマートフォンに適用可能である。すなわち、変形量検知装置１は、第１画面と第２画面とが形成する角度θを検出することができる。また、変形量検知装置１は、ゲーム用のコントローラや、ロボットアームの関節等にも適用可能である。変形量検知装置１がゲーム用のコントローラに適用された場合、変形量検知装置１は、ユーザによるコントローラの操作量を検知する。また、変形量検知装置１がロボットアームの関節に適用された場合、変形量検知装置１は、ロボットアームの関節の曲げ量を検知する。
変形量検知装置１は、図１に示すように、入力部１２、出力部１４、伝達部１６、信号入力部１７及び検知部１８を備えている。入力部１２は、第１電極１２０、第３電極１２２及び第１変形部１２４を含んでいる。第１電極１２０及び第３電極１２２は、上下方向に見て、長方形状を有する導体層である。第１電極１２０の外縁及び第３電極１２２の外縁は、上下方向に見て、互いに一致している。第１電極１２０及び第３電極１２２は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の無機電極、ＰｅＤＯＴや導電ポリアニリン等の有機電極、蒸着、メッキによる金属皮膜、銀ペーストによる印刷電極膜である。
第１変形部１２４は、第１電極１２０と第３電極１２２との間に設けられている。より詳細には、第１変形部１２４は、上下方向に見て、長方形状を有する層である。第１変形部１２４は、上主面及び下主面を有している。第１電極１２０は、第１変形部１２４の上主面に設けられている。第３電極１２２は、第１変形部１２４の下主面に設けられている。第１変形部１２４の材料については後述する。
出力部１４は、第２電極１４０、第４電極１４２及び第２変形部１４４を含んでいる。第２電極１４０及び第４電極１４２は、上下方向に見て、長方形状を有する導体層である。第２電極１４０の外縁及び第４電極１４２の外縁は、上下方向に見て、互いに一致している。第２電極１４０及び第４電極１４２は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の無機電極、ＰｅＤＯＴや導電ポリアニリン等の有機電極、蒸着、メッキによる金属皮膜、銀ペーストによる印刷電極膜である。
第２変形部１４４は、第２電極１４０と第４電極１４２との間に設けられている。より詳細には、第２変形部１４４は、上下方向に見て、長方形状を有する層である。第２変形部１４４は、上主面及び下主面を有している。第２電極１４０は、第２変形部１４４の上主面に設けられている。第４電極１４２は、第２変形部１４４の下主面に設けられている。第２変形部１４４の材料については後述する。
伝達部１６は、第１変形部１２４から伝達部１６に弾性波を伝達でき、かつ、伝達部１６から第２変形部１４４に弾性波を伝達できる。そこで、伝達部１６は、第１変形部１２４及び第２変形部１４４に接続されている。本実施形態では、第１変形部１２４、第２変形部１４４及び伝達部１６は、１枚のフィルム１５０である。フィルム１５０の材料（第１変形部１２４の材料、第２変形部１４４の材料及び伝達部１６の材料）は、例えば、圧電材料である。以下に、フィルム１５０についてより詳細に説明する。
フィルム１５０は、フィルム１５０が左右方向に伸張されたときに発生する出力電圧の極性が、フィルム１５０が前後方向に伸張されたときに発生する出力電圧の極性と逆極性となる特性を有している。具体的には、フィルム１５０の材料は、キラル高分子である。キラル高分子とは、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、特にＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）である。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圧電性を有する。フィルム１５０は、ｄ１４の圧電定数を有している。フィルム１５０の一軸延伸方向（配向方向）は、変形量検知装置１の構成材料、変形量検知の対象により設定され、出力信号の電気的パラメータの変形量に対する応答性が良くなるように設定されるのが好ましい。
伝達部１６は、可撓性を有していることにより、基準状態から変形できる。基準状態の伝達部１６は、図１のように、平坦形状を有している。そして、伝達部１６は、上方向又は下方向に曲げられることができる。また、伝達部１６は、左右方向に延びる直線周りに捩じられることもできる。
信号入力部１７は、電圧が周期的に変化する入力信号（すなわち、音声信号）を生成する。この入力信号は、設計時において設計者により設定された振幅及び周波数を有している。入力信号の周波数は、例えば、可聴域から超音波である。信号入力部１７は、入力信号を第１電極１２０及び第３電極１２２に印加する。これにより、第１電極１２０と第３電極１２２との間に電圧が周期的に変化する入力信号が入力される。
第１変形部１２４は、入力信号により変形することにより、弾性波を発生する。より詳細には、入力信号は、電圧が周期的に変化する信号である。これにより、第１変形部１２４は、左右方向の伸張及び圧縮を繰り返す。その結果、第１変形部１２４は、弾性波を発生する。伝達部１６は、第１変形部１２４から第２変形部１４４に弾性波を伝達する。
第２変形部１４４は、弾性波により変形することにより、第２電極１４０と第４電極１４２との間に出力信号を発生する。より詳細には、第２変形部１４４は、弾性波により左右方向の伸張及び圧縮を繰り返す。これにより、第２変形部１４４は、電圧が周期的に変化する出力信号を発生する。
入力信号により変形量検知装置１の外形に応じて励振が発生する場合がある。そこで、第２電極１４０及び第４電極１４２の左右方向の大きさは、励振波長付近に設定される。これにより、出力信号の振幅を増大させることができる。出力信号の振幅が増大すると、Ｓ／Ｎが改善し、後述する角度θの検知の精度が高くなる。
検知部１８は、出力信号に基づいて、伝達部１６の基準状態からの変形量を検知する。本実施形態では、検知部１８は、出力信号の振幅に基づいて、伝達部１６が曲げられたときの角度θ（図２参照）を検知する。検知部１８は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。以下に詳細に説明する。
図２のように曲げられた状態における伝達部１６から第２変形部１４４に出力される特定の周波数の弾性波の振幅は、基準状態における伝達部１６から第２変形部１４４に出力される特定の周波数の弾性波の振幅と異なる。この理由について、ミュージックソーを例に挙げて説明する。ミュージックソーでは、演者は、ミュージックソーの曲げ量を変化させることにより、ミュージックソーが発生する音の音程を変化させることができる。これは、ミュージックソーが曲げられることにより、ミュージックソーにおいて振動する領域の長さが変化し、ミュージックソーの共振周波数が変化するからである。すなわち、ミュージックソーの曲げ量が変化すると、ミュージックソーが発生する音の周波数がシフトする。換言すれば、特定の周波数の音の振幅に着目すると、ミュージックソーが曲げられると特定の周波数の音の振幅が変動する。すなわち、特定の周波数の音の振幅とミュージックソーの曲げ量との間には相関関係が成立する。本願発明者は、この相関関係に着目した。そして、本願発明者は、基準状態における伝達部１６から第２変形部１４４に出力される特定の周波数の弾性波の振幅が、図２のように曲げられた状態における伝達部１６から第２変形部１４４に出力される特定の周波数の弾性波の振幅と異なることに思い至った。そして、本願発明者は、これら２つの振幅を比較すれば、伝達部１６の基準状態からの変形量を求めることができると考えた。
そこで、本願発明者は、以下に説明する有限要素法による第１コンピュータシミュレーションを行った。図３は、第１コンピュータシミュレーションに用いたモデルを示した図である。第１コンピュータシミュレーションに用いたモデルは、第３電極１２２及び第４電極１４２も備えている。ただし、第３電極１２２及び第４電極１４２の図示を省略した。また、第１コンピュータシミュレーションでは、基材１６０をフィルム１５０に貼り合わせた。図示を省略するが、第１電極１２０及び第２電極１４０は、フィルム１５０と基材１６０との間に位置している。第１コンピュータシミュレーションの条件は以下のとおりである。
フィルム１５０の材料：圧電性Ｌ型ポリ乳酸
フィルム１５０の厚み：５０μｍ
フィルム１５０の分子の配向方向：左右方向に対して２２．５°
基材１６０の材料：ＰＥＴ
基材１６０の厚み：１００μｍ
入力信号の周波数：１００ｋＨｚ
入力信号の振幅：５Ｖ
本願発明者は、上記の条件下で、１００ｋＨｚにおける出力信号の振幅と角度θとの関係を調べた。図４は、シミュレーション結果を示したグラフである。図４では、出力信号の振幅と角度θとの関係を示した。図４の横軸は角度を示す。図４の縦軸は振幅を示す。
フィルム１５０の厚み：５０μｍ
フィルム１５０の分子の配向方向：左右方向に対して２２．５°
基材１６０の材料：ＰＥＴ
基材１６０の厚み：１００μｍ
入力信号の周波数：１００ｋＨｚ
入力信号の振幅：５Ｖ
本願発明者は、上記の条件下で、１００ｋＨｚにおける出力信号の振幅と角度θとの関係を調べた。図４は、シミュレーション結果を示したグラフである。図４では、出力信号の振幅と角度θとの関係を示した。図４の横軸は角度を示す。図４の縦軸は振幅を示す。
図４に示すように、角度θが大きくなるにしたがって、１００ｋＨｚにおける出力信号の振幅が減少することが分かる。そこで、検知部１８は、出力信号の振幅に基づいて、角度θを検知することができる。具体的には、検知部１８は、図４のグラフに相当するテーブルを記憶している。テーブルは、出力信号の振幅と角度θとの関係を示している。検知部１８は、出力信号を取得すると、テーブルを参照して、角度θを特定する。これにより、変形量検知装置１は、例えば、入力部１２に接続された部材と出力部１４に接続された部材との位置関係を検知することができる。
変形量検知装置１では、信号入力部１７は、伝達部１６の基準状態からの変形量を検知したいときにだけ入力信号を入力部１２に印加すればよい。従って、変形量検知装置１では、消費電力の低減が図られる。
また、出力信号の値は、絶対量であり、相対値ではない。そのため、変形量検知装置１の繰り返しの使用によって出力信号にドリフトが発生することが抑制される。
また、入力部１２、出力部１４及び伝達部１６により構成されるセンサは、フィルム１５０が用いられるので、薄型である。
フィルム１５０の材料がポリ乳酸であるので、環境負荷が少ない。
なお、検知部１８は、伝達部１６の基準状態からの変形量として、角度θを検知している。しかしながら、伝達部１６の基準状態からの変形量は、角度θに限らない。伝達部１６の基準状態からの変形量は、例えば、伝達部１６の捩じり角であってもよい。また、伝達部１６の基準状態からの変形量は、伝達部１６の左右方向の伸張量であってもよい。また、伝達部１６の基準状態からの変形量は、伝達部１６の前後方向の伸張量であってもよい。
なお、検知部１８は、出力信号の振幅に基づいて、伝達部１６の基準状態からの変形量を検知している。しかしながら、検知部１８は、出力信号の振幅以外の出力信号が有する電気的パラメータに基づいて、伝達部１６の基準状態からの変形量を検知してもよい。出力信号が有する電気的パラメータは、例えば、出力信号の周波数である。伝達部１６の基準状態からの変形量が変化すると、伝達部１６の共振周波数が変化する。この場合、出力信号の周波数が変化する。従って、検知部１８は、出力信号の周波数に基づいて、伝達部１６の基準状態からの変形量を検知することができる。検知部１８は、例えば、出力信号をスイープすることにより、出力信号の内の最も強度の大きい周波数を特定すればよい。以下に説明する。
本願発明者は、以下に説明する有限要素法による第２コンピュータシミュレーションを行った。第２コンピュータシミュレーションでは、第１コンピュータシミュレーションに用いたモデルと同じモデルを用いた。ただし、第２コンピュータシミュレーションでは、入力信号の周波数をスイープさせた。また、第２コンピュータシミュレーションでは、フィルム１５０の配向方向を４５度とした。第２シミュレーションの条件は以下の通りである。
フィルム１５０の材料：圧電性Ｌ型ポリ乳酸
フィルム１５０の厚み：５０μｍ
フィルム１５０の分子の配向方向：左右方向に対して４５°
基材１６０の材料：ＰＥＴ
基材１６０の厚み：１００μｍ
入力信号の周波数：１３ｋＨｚ～２０ｋＨｚ
入力信号の振幅：５Ｖ
本願発明者は、上記の条件下で、複数の角度θの変形量検知装置１において、入力信号をスイープさせた。そして、本願発明者は、角度θ毎に出力信号の振幅を計測した。図５及び図６は、シミュレーション結果を示したグラフである。図５は、入力信号の周波数と出力信号の振幅との関係を示したグラフである。図５の横軸は、周波数を示す。図５の縦軸は、振幅を示す。図６は、角度θと共振周波数との関係を示したグラフである。図６の横軸は角度θを示す。図６の縦軸は、共振周波数を示す。
フィルム１５０の厚み：５０μｍ
フィルム１５０の分子の配向方向：左右方向に対して４５°
基材１６０の材料：ＰＥＴ
基材１６０の厚み：１００μｍ
入力信号の周波数：１３ｋＨｚ～２０ｋＨｚ
入力信号の振幅：５Ｖ
本願発明者は、上記の条件下で、複数の角度θの変形量検知装置１において、入力信号をスイープさせた。そして、本願発明者は、角度θ毎に出力信号の振幅を計測した。図５及び図６は、シミュレーション結果を示したグラフである。図５は、入力信号の周波数と出力信号の振幅との関係を示したグラフである。図５の横軸は、周波数を示す。図５の縦軸は、振幅を示す。図６は、角度θと共振周波数との関係を示したグラフである。図６の横軸は角度θを示す。図６の縦軸は、共振周波数を示す。
図５に示すように、角度θが大きくなるにしたがって、共振周波数が変化することが分かる。検知部１８は、出力信号の共振周波数に基づいて、角度θを検知することができる。具体的には、検知部１８は、図６のグラフに相当するテーブルを記憶している。テーブルは、出力信号の共振周波数と角度θとの関係を示している。検知部１８は、出力信号の共振周波数を取得すると、テーブルを参照して、角度θを特定する。これにより、変形量検知装置１は、例えば、入力部１２に接続された部材と出力部１４に接続された部材との位置関係を検知することができる。
また、出力信号が有する電気的パラメータは、例えば、出力信号のＱ値である。出力信号のＱ値は、共振周波数における出力信号の振幅を半値幅で除した値である。伝達部１６の基準状態からの変形量が変化すると、出力信号の共振周波数が変化する。この場合、出力信号のＱ値が変化する。従って、検知部１８は、出力信号のＱ値に基づいて、伝達部１６の基準状態からの変形量を検知することができる。なお、検知部１８は、出力信号の複数の電気パラメータに基づいて、伝達部１６の基準状態からの変形量を検知してもよい。
ところで、伝達部１６の基準状態からの変形量が変化すると、弾性波の伝達速度が変化する。そこで、検知部１８は、入力信号が入力されてから出力信号が出力されてくるまでの時間に基づいて、伝達部１６の基準状態からの変形量を検知してもよい。
なお、フィルム１５０の材料（第１変形部１２４の材料、第２変形部１４４の材料及び伝達部１６の材料）は、ポリフッ化ビニリデンであってもよい。また、フィルム１５０は、非圧電フィルムに無機系の圧電材料（例えば、窒化アルミ）をスパッタリングして作製されてもよい。
なお、第１変形部１２４、第２変形部１４４及び伝達部１６は、１枚のフィルム１５０でなくてもよい。伝達部１６は、弾性波を伝達できればよく、電気信号により変形できなくてもよい。この場合、伝達部１６は、ステンレス、アルミ系合金、銅系合金などの薄板金属でもよい。或いはＰＥＴフィルムや、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル（ＰＭＭＡ）からなるフィルムを使用しても良い。この場合、伝達部１６は圧電性を有していないので、第１変形部１２４及び第２変形部１４４は、ＰＬＬＡやポリフッ化ビニリデン、或いはＰＺＴなどのセラミック系圧電材料からなる、弾性波の入出力部材を更に備える。例えば、伝達部１６がＰＥＴフィルムである場合、伝達部１６の上主面の左端部に入力部１２が貼り付けられる。伝達部１６の上主面の右端部に出力部１４が貼り付けられる。このような変形量検知装置１においても、入力部１２で発生した弾性波は、伝達部１６を介して、出力部１４へと伝達される。また、伝達部１６が、フレキシブルディスプレイの基材であってもよい。この場合、入力部１２及び出力部１４は、フレキシブルディスプレイの基材に貼り付けられる。
なお、「伝達部１６は、第１変形部１２４から伝達部１６に弾性波を伝達でき、伝達部１６から第２変形部１４４に弾性波を伝達できる」とは、伝達部１６、第１変形部１２４及び第２変形部１４４が１枚のシートにより作製されている場合に限らない。例えば、伝達部１６は、第１変形部１２４及び第２変形部１４４に接触していてもよい。また、伝達部１６は、別の部材を介して第１変形部１２４に固定され、別の部材を介して第２変形部１４４に固定されていてもよい。この場合、伝達部１６は、第１変形部１２４及び第２変形部１４４に直接に接触していない。
なお、入力部１２、出力部１４及び伝達部１６により構成されるセンサの形状は、上下方向に見て、長方形状に限らない。入力部１２、出力部１４及び伝達部１６により構成されるセンサの形状は、上下方向に見て、正方形、ひし形、円形、楕円形等であってもよい。
なお、基準状態の伝達部１６は、平坦形状を有している。しかしながら、基準状態の伝達部１６は、上方向又は下方向に曲げられていてもよいし、捩じられていてもよい。
なお、変形量検知装置１において、伝達部１６に保護フィルムが貼り付けられてもよい。保護フィルムのサイズや材料を調整することにより、伝達部１６の基準状態からの変形量と出力信号との関係を調整することが可能である。また、曲げられた状態の伝達部１６の内周面に保護フィルムが貼り付けられてもよい。この保護フィルムは、ＰＥＴやポリカーボネート等の硬い樹脂により作製されていることが好ましい。また、曲げられた状態の伝達部１６の外周面に保護フィルムが貼り付けられてもよい。この保護フィルムは、ウレタン等の軟らかい樹脂により作製されていることが好ましい。これにより、伝達部１６が曲げられたときに、伝達部１６に伸張応力が働くようになる。
なお、変形量検知装置１は、以下に説明するバッテリの膨らみの検知に用いてもよい。バッテリは、数か月から数年という長い時間をかけて膨らむように変形することがある。一般的なセンサは、このような長い時間にわたる変形を検知することが難しい。そこで、変形量検知装置１の伝達部１６をバッテリの表面に貼り付ければよい。そして、信号入力部１７は、定期的に入力信号を入力部１２に印加すればよい。
なお、変形量検知装置１において、入力信号の入力タイミングと出力信号の出力タイミングとを異ならせる場合（すなわち、時分割する場合）には、第２電極１４０及び第４電極１４２は、必須の構成ではない。第１電極１２０及び第３電極１２２を有する入力部１２を出力部としても用いることができる。すなわち、入力部１２から入力された弾性波が伝達部１６を伝わり、端部に達した弾性波が反射して戻ってくるのを、改めて入力部１２で捉える。そこで、伝達部１６は、第１変形部１２４から伝達部１６に弾性波を伝達でき、かつ、伝達部１６から第１変形部１２４に弾性波の反射波を伝達できる。具体的には、伝達部１６は、第１変形部１２４からの弾性波を第１変形部１２４に反射波として伝達する。第１変形部１２４は、反射波により変形することにより、第１電極１２０に出力信号を発生する。このように、入力部１２は出力部として動作する。
なお、変形量検知装置１において、フィルム１５０の一軸延伸方向（配向方向）は、左右方向のそれぞれに対して４５度以外の角度を形成していてもよい。フィルム１５０の一軸延伸方向（配向方向）は、左右方向と平行であってもよい。
１ ：変形量検知装置
１２ ：入力部
１４ ：出力部
１６ ：伝達部
１７ ：信号入力部
１８ ：検知部
１２０ ：第１電極
１２２ ：第３電極
１２４ ：第１変形部
１４０ ：第２電極
１４２ ：第４電極
１４４ ：第２変形部
１５０ ：フィルム
１２ ：入力部
１４ ：出力部
１６ ：伝達部
１７ ：信号入力部
１８ ：検知部
１２０ ：第１電極
１２２ ：第３電極
１２４ ：第１変形部
１４０ ：第２電極
１４２ ：第４電極
１４４ ：第２変形部
１５０ ：フィルム
Claims (10)
- 第１電極及び第１変形部を含んでいる入力部と、
第２電極及び第２変形部を含んでいる出力部と、
前記第１変形部から伝達部に弾性波を伝達でき、かつ、前記伝達部から前記第２変形部に弾性波を伝達できる伝達部であって、可撓性を有していることにより、基準状態から変形できる伝達部と、
検知部と、
を備えており、
前記第１電極に入力信号が入力され、
前記第１変形部は、前記入力信号により変形することにより、弾性波を発生し、
前記伝達部は、前記第１変形部から前記第２変形部に前記弾性波を伝達し、
前記第２変形部は、前記弾性波により変形することにより、前記第２電極に出力信号を発生し、
前記検知部は、前記出力信号に基づいて、前記伝達部の前記基準状態からの変形量を検知する、
変形量検知装置。 - 前記入力信号の電圧は周期的に変化する、
請求項１に記載の変形量検知装置。 - 前記検知部は、前記出力信号が有する電気パラメータに基づいて、前記伝達部の前記基準状態からの変形量を検知する、
請求項１又は請求項２に記載の変形量検知装置。 - 前記出力信号が有する前記電気パラメータは、前記出力信号の振幅、前記出力信号の周波数、又は、前記出力信号のＱ値である、
請求項３に記載の変形量検知装置。 - 前記検知部は、前記入力信号が入力されてから前記出力信号が出力されてくるまでの時間に基づいて、前記伝達部の前記基準状態からの変形量を検知する、
請求項１又は請求項２に記載の変形量検知装置。 - 前記第１変形部の材料及び前記第２変形部の材料は、圧電材料である、
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の変形量検知装置。 - 前記第１変形部の材料及び前記第２変形部の材料は、ポリ乳酸である、
請求項６のいずれかに記載の変形量検知装置。 - 前記第１変形部の材料及び前記第２変形部の材料は、ポリフッ化ビニリデンである、
請求項６に記載の変形量検知装置。 - 前記第１変形部、前記第２変形部及び前記伝達部は、１枚のフィルムである、
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の変形量検知装置。 - 第１電極及び第１変形部を含んでいる入力部と、
前記第１変形部から伝達部に弾性波を伝達でき、かつ、前記伝達部から前記第１変形部に前記弾性波の反射波を伝達できる伝達部であって、可撓性を有していることにより、基準状態から変形できる伝達部と、
検知部と、
を備えており、
前記第１電極に入力信号が入力され、
前記第１変形部は、前記入力信号により変形することにより、弾性波を発生し、
前記伝達部は、前記第１変形部からの前記弾性波を前記第１変形部に前記反射波として伝達し、
前記第１変形部は、前記反射波により変形することにより、前記第１電極に出力信号を発生し、
前記検知部は、前記出力信号に基づいて、前記伝達部の前記基準状態からの変形量を検知する、
変形量検知装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022541489A JP7188654B2 (ja) | 2020-08-06 | 2021-07-29 | 変形量検知装置 |
| EP21853748.8A EP4130654A4 (en) | 2020-08-06 | 2021-07-29 | DEFORMATION QUANTITY DETECTION DEVICE |
| CN202180011745.6A CN115023585A (zh) | 2020-08-06 | 2021-07-29 | 变形量检测装置 |
| US17/876,013 US11982524B2 (en) | 2020-08-06 | 2022-07-28 | Deformation amount detection device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020-133888 | 2020-08-06 | ||
| JP2020133888 | 2020-08-06 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| US17/876,013 Continuation US11982524B2 (en) | 2020-08-06 | 2022-07-28 | Deformation amount detection device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022030356A1 true WO2022030356A1 (ja) | 2022-02-10 |
Family
ID=80118703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/028100 WO2022030356A1 (ja) | 2020-08-06 | 2021-07-29 | 変形量検知装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11982524B2 (ja) |
| EP (1) | EP4130654A4 (ja) |
| JP (1) | JP7188654B2 (ja) |
| CN (1) | CN115023585A (ja) |
| WO (1) | WO2022030356A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023223879A1 (ja) * | 2022-05-19 | 2023-11-23 | 株式会社村田製作所 | 変形量検知装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003256135A (ja) * | 2002-02-28 | 2003-09-10 | Canon Inc | 座標入力装置の入力指示器及び座標入力装置 |
| JP5658061B2 (ja) * | 2011-03-08 | 2015-01-21 | セイコーインスツル株式会社 | 力学量センサ |
| JP2018080958A (ja) | 2016-11-15 | 2018-05-24 | ソニー株式会社 | ジャイロセンサ及び電子機器 |
| JP6578499B1 (ja) | 2019-02-19 | 2019-09-25 | 株式会社 五十嵐電機製作所 | 汎用型ロータリーエンコーダ及びそれを用いたサーボモータ |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3978731A (en) * | 1974-02-25 | 1976-09-07 | United Technologies Corporation | Surface acoustic wave transducer |
| WO2009015151A1 (en) * | 2007-07-23 | 2009-01-29 | Board Of Regents, University Of Nevada, Reno | Self-sensing dielectric actuator system |
| EP2442213B1 (en) * | 2009-06-11 | 2022-05-18 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Touch screen and touch-type input device |
| JP5776334B2 (ja) * | 2011-05-31 | 2015-09-09 | セイコーエプソン株式会社 | 応力検出素子、センサーモジュール、電子機器、及び把持装置 |
| WO2017036695A1 (en) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator and sensor device based on electroactive polymer |
| US10191147B2 (en) * | 2016-08-05 | 2019-01-29 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Ultrasound based configuration detection of a multipart electronic apparatus |
| CN106449966B (zh) * | 2016-11-17 | 2019-07-26 | 北京钛方科技有限责任公司 | 一种压电传感装置及应用 |
| SG11201907545QA (en) * | 2017-02-23 | 2019-09-27 | Agency Science Tech & Res | Systems and methods for monitoring plastic deformation of a structured material |
| CN109427975B (zh) * | 2017-08-23 | 2021-01-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 柔性基板及其制备方法、检测弯曲的方法以及柔性显示装置 |
| CN110719347A (zh) * | 2018-07-13 | 2020-01-21 | Oppo广东移动通信有限公司 | 电子设备及电子设备的控制方法 |
| WO2020230270A1 (ja) * | 2019-05-14 | 2020-11-19 | 三菱電機株式会社 | 振動センサ |
| WO2021246293A1 (ja) * | 2020-06-01 | 2021-12-09 | 株式会社村田製作所 | センサ |
-
2021
- 2021-07-29 CN CN202180011745.6A patent/CN115023585A/zh active Pending
- 2021-07-29 EP EP21853748.8A patent/EP4130654A4/en active Pending
- 2021-07-29 JP JP2022541489A patent/JP7188654B2/ja active Active
- 2021-07-29 WO PCT/JP2021/028100 patent/WO2022030356A1/ja unknown
-
2022
- 2022-07-28 US US17/876,013 patent/US11982524B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003256135A (ja) * | 2002-02-28 | 2003-09-10 | Canon Inc | 座標入力装置の入力指示器及び座標入力装置 |
| JP5658061B2 (ja) * | 2011-03-08 | 2015-01-21 | セイコーインスツル株式会社 | 力学量センサ |
| JP2018080958A (ja) | 2016-11-15 | 2018-05-24 | ソニー株式会社 | ジャイロセンサ及び電子機器 |
| JP6578499B1 (ja) | 2019-02-19 | 2019-09-25 | 株式会社 五十嵐電機製作所 | 汎用型ロータリーエンコーダ及びそれを用いたサーボモータ |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| See also references of EP4130654A4 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023223879A1 (ja) * | 2022-05-19 | 2023-11-23 | 株式会社村田製作所 | 変形量検知装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220373327A1 (en) | 2022-11-24 |
| US11982524B2 (en) | 2024-05-14 |
| JP7188654B2 (ja) | 2022-12-13 |
| EP4130654A4 (en) | 2024-03-20 |
| CN115023585A (zh) | 2022-09-06 |
| EP4130654A1 (en) | 2023-02-08 |
| JPWO2022030356A1 (ja) | 2022-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11877516B2 (en) | Displacement sensor, displacement detecting device, and operation device | |
| US9921654B2 (en) | Tactile sense presentation device | |
| JP5854174B2 (ja) | タッチ式入力装置および表示装置 | |
| US20190267995A1 (en) | Piezoelectric Sensing Apparatus and Applications Thereof | |
| JP5950053B2 (ja) | 押圧検出センサ | |
| JP6041978B2 (ja) | 変位センサ、押込量検出センサ、およびタッチ式入力装置 | |
| JP6573062B2 (ja) | 電子機器 | |
| WO2022030356A1 (ja) | 変形量検知装置 | |
| JP6126692B2 (ja) | 押圧検出センサ | |
| JP6465211B2 (ja) | 押圧センサ、入力装置 | |
| Lin et al. | Investigation of resonant and energy harvesting characteristics of piezoelectric fiber composite bimorphs | |
| JP6136462B2 (ja) | 押圧検出センサ、および操作入力装置 | |
| JP5804213B2 (ja) | 変位検出センサおよび操作入力装置 | |
| CN109714018A (zh) | 一种全方位宽频带柔性介电弹性叉指换能器及制作方法 | |
| JP6128284B2 (ja) | 振動体及び触覚提示キーボード | |
| WO2023223879A1 (ja) | 変形量検知装置 | |
| JP6197962B2 (ja) | タッチ式入力装置及びタッチ入力検出方法 | |
| Mažeika et al. | Study of resonant vibrations shapes of the beam type piezoelectric actuator with preloaded mass | |
| CN115100700A (zh) | 一种指纹识别模组及其制造方法、显示装置 | |
| JP6428076B2 (ja) | 触覚提示装置 | |
| JPH0317616A (ja) | 圧電変換装置 |
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: 21853748 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2022541489 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2021853748 Country of ref document: EP Effective date: 20221104 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |