WO2023219040A1

WO2023219040A1 - 電子機器

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Publication number: WO2023219040A1
Application number: PCT/JP2023/017113
Authority: WO
Inventors: 英和加納
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2023-05-02
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: CN119156730A; JPWO2023219040A1; JP7613639B2; US20250008670A1

Abstract

本発明に係る電子機器は、Ｚ軸方向に並ぶ第１主面及び第２主面を有する２次電池と、第１主面と向かい合う剛体と、剛体に取り付けられ、かつ、力が剛体に付与されることによって発生する剛体の弾性変形を検知するセンサと、を備えており、センサは、Ｚ軸方向に見て、２次電池と重なっておらず、第１主面が剛体に接触している状態で第１パターンの力が剛体に付与されたときにセンサが出力する信号の第１波形は、第１主面が剛体に接触していない状態で第１パターンの力が剛体に付与されたときにセンサが出力する信号の第２波形と異なる。

Description

電子機器

　本発明は、２次電池を備える電子機器に関する。

　従来の電子機器に関する発明としては、例えば、特許文献１に記載のバッテリの膨張を測定する方法が知られている。この方法では、バッテリの膨張を検知するためのセンサがバッテリに貼り付けられている。

米国特許出願公開第２０２１／００７５０６８号明細書

　ところで、特許文献１に記載のバッテリの膨張を検知できる電子機器において、薄型化を図りたいという要望がある。

　そこで、本発明の目的は、２次電池の膨張を検知できる電子機器の薄型化を図ることである。

　本発明の一形態に係る電子機器は、
　Ｚ軸方向に並ぶ第１主面及び第２主面を有する２次電池と、
　前記第１主面と向かい合う剛体と、
　前記剛体に取り付けられ、かつ、力が前記剛体に付与されることによって発生する前記剛体の弾性変形を検知するセンサと、
　を備えており、
　前記センサは、前記Ｚ軸方向に見て、前記２次電池と重なっておらず、
　前記第１主面が前記剛体に接触している状態で第１パターンの力が前記剛体に付与されたときに前記センサが出力する信号の第１波形は、前記第１主面が前記剛体に接触していない状態で前記第１パターンの力が前記剛体に付与されたときに前記センサが出力する信号の第２波形と異なる。

　本発明によれば、２次電池の膨張を検知できる電子機器の薄型化を図ることができる。

図１は、電子機器１の上面図である。図２は、電子機器１のＡ－Ａにおける断面図である。図３は、センサ６の上面図及びＢ－Ｂにおける断面図である。図４は、センサ６が出力する信号の波形図である。図５は、電子機器１のＡ－Ａにおける断面図である。図６は、センサ６が出力する信号の波形図である。図７は、表示パネル４及びセンサ６の正面図である。図８は、表示パネル４及びセンサ６の正面図である。図９は、表示パネル４及びセンサ６の正面図である。図１０は、表示パネル４及びセンサ６の正面図である。図１１は、電子機器１のブロック図である。図１２は、電子機器１の制御装置２０が実行するフローチャートである。図１３は、電子機器１ａの断面図である。図１４は、電子機器１ｂの断面図である。

（実施形態）
　以下に、本発明の一実施形態に係る電子機器１について図面を参照しながら説明する。図１は、電子機器１の上面図である。図２及び図５は、電子機器１のＡ－Ａにおける断面図である。図３は、センサ６の上面図及びＢ－Ｂにおける断面図である。図４及び図６は、センサ６が出力する信号の波形図である。図４及び図６の縦軸は電圧である。図４及び図６の横軸は、時刻である。

　電子機器１は、例えば、スマートフォン等の携帯通信端末である。本明細書では、電子機器１の主面が並ぶ方向を上下方向と定義する。電子機器１の主面は、長方形状を有している。電子機器１の主面の長辺が延びる方向を前後方向と定義する。電子機器１の主面の短辺が延びる方向を左右方向と定義する。上下方向、左右方向及び前後方向は、互いに直交している。電子機器１は、図１及び図２に示すように、２次電池２、筐体３、表示パネル４及びセンサ６を備えている。

　筐体３は、直方体形状を有している。ただし、筐体３の上面は、図２に示すように、存在しない。従って、筐体３は、上方向に向かって開口している。

　表示パネル４は、図１に示すように、上下方向に見て、長方形状を有している。表示パネル４は、図２に示すように、筐体３の開口を覆っている。これにより、筐体３及び表示パネル４は、箱形状を有している。表示パネル４は剛体である。表示パネル４は、液晶表示パネルや有機ＥＬパネルである。また、表示パネル４は、タッチパネルを内蔵している。

　２次電池２は、例えば、リチウムイオンバッテリである。２次電池２は、上下方向（Ｚ軸方向）に並ぶ第１主面Ｓ１及び第２主面Ｓ２を有している。第１主面Ｓ１は、第２主面Ｓ２より上に位置している。２次電池２は、筐体３及び表示パネル４に囲まれた空間内に配置されている。２次電池２は、表示パネル４の下に位置している。これにより、表示パネル４（剛体）は、第１主面Ｓ１と向かい合っている。第１主面Ｓ１と表示パネル４（剛体）との距離は、２次電池２が膨張していない状態において、センサ６の上下方向の厚みより小さい。例えば、第１主面Ｓ１と表示パネル４（剛体）との距離は、２次電池２が膨張していない状態において、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。

　センサ６は、表示パネル４（剛体）に取り付けられている。本実施形態では、センサ６は、表示パネル４の下主面に取り付けられている。そして、センサ６は、上下方向（Ｚ軸方向）に見て、２次電池２と重なっていない。センサ６は、力が表示パネル４（剛体）に付与されることによって発生する表示パネル４（剛体）の弾性変形を検知する。以下に、センサ６について詳細に説明する。

　センサ６は、上下方向に見て、長方形状を有している。センサ６は、左右方向に延びる長辺を有している。センサ６は、図３に示すように、圧電フィルム１４、上電極１５ａ及び下電極１５ｂを備えている。圧電フィルム１４は、シート形状を有している。従って、圧電フィルム１４は、上主面及び下主面を有している。圧電フィルム１４の左右方向の長さは、圧電フィルム１４の前後方向の長さより長い。本実施形態では、圧電フィルム１４は、上下方向に見て、左右方向に延びる長辺を有する長方形状を有している。圧電フィルム１４は、圧電フィルム１４の変形量に応じた電荷を発生する。本実施形態では、圧電フィルム１４は、ＰＬＡフィルムである。以下に、圧電フィルム１４についてより詳細に説明する。

　圧電フィルム１４は、圧電フィルム１４が左右方向に伸張されたときに発生する電荷の極性が、圧電フィルム１４が前後方向に伸張されたときに発生する電荷の極性と逆となる特性を有している。具体的には、圧電フィルム１４は、キラル高分子から形成されるフィルムである。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。圧電フィルム１４は、ｄ１４の圧電定数を有している。圧電フィルム１４の一軸延伸方向（配向方向）は、前後方向及び左右方向のそれぞれに対して４５度の角度を形成している。この４５度は、例えば、４５度±１０度程度を含む角度を含む。これにより、圧電フィルム１４は、圧電フィルム１４が左右方向に伸張されること又は左右方向に圧縮されることにより、電荷を発生する。圧電フィルム１４は、例えば、左右方向に伸張されると負の電荷を発生する。圧電フィルム１４は、例えば、左右方向に圧縮されると正の電荷を発生する。電荷の大きさは、伸張又は圧縮による圧電フィルム１４の変形量に依存する。より正確には、電荷の大きさは、伸張又は圧縮による圧電フィルム１４の変形量の微分値に比例する。

　上電極１５ａは、信号電極である。上電極１５ａから検知信号が出力される。上電極１５ａは、圧電フィルム１４の上主面に設けられている。下電極１５ｂは、グランド電極である。下電極１５ｂは、グランドに接続される。下電極１５ｂは、圧電フィルム１４の下主面に設けられている。

　なお、電子機器１は、電流／電圧変換回路及び増幅回路を更に備えている。しかしながら、電流／電圧変換回路及び増幅回路は、一般的な回路であるので説明を省略する。

　以上のようなセンサ６は、両面テープ等により上電極１５ａが表示パネル４の下主面に固定される。これにより、表示パネル４がユーザにより下方向に押されると、センサ６が前後方向に延びる。その結果、センサ６は、図４に示すように、基準電位Ｖ０に対して正の電圧を有する信号を出力する。

　ところで、２次電池２は、充放電が繰り返されると、図５に示すように、膨張する。その結果、２次電池２の第１主面Ｓ１は、表示パネル４に接触する。この場合、センサ６は、図６に示すように、基準電位Ｖ０に対して負の電圧を有する信号を出力する。このように、第１主面Ｓ１が表示パネル４（剛体）に接触している状態で第１パターンの力が表示パネル４（剛体）に付与されたときにセンサ６が出力する信号の第１波形Ｐ１（図４参照）は、第１主面Ｓ１が表示パネル４（剛体）に接触していない状態で第１パターンの力が表示パネル４（剛体）に付与されたときにセンサ６が出力する信号の第２波形Ｐ２（図６参照）と異なる。本実施形態では、第１波形Ｐ１の基準電位Ｖ０に対する極性は、第２波形Ｐ２の基準電位Ｖ０に対する極性と異なる。

　ここで、第１波形Ｐ１の基準電位Ｖ０に対する極性は、第２波形Ｐ２の基準電位Ｖ０に対する極性と異なる理由について、図面を参照しながら説明する。図７ないし図１０は、表示パネル４及びセンサ６の正面図である。図７及び図８では、第１主面Ｓ１が表示パネル４に接触していない。図９及び図１０では、第１主面Ｓ１が表示パネル４に接触している。

　図７に示すように、第１主面Ｓ１が表示パネル４に接触せず、かつ、表示パネル４に力が付与されていない状態では、表示パネル４は平板形状を有している。そして、ユーザが表示パネル４を下方向に押すと、図８に示すように、表示パネル４が下方向に突出するように湾曲する。このとき、センサ６も、表示パネル４と共に湾曲する。そして、センサ６は、前後方向に伸張される。これにより、図４に示すように、基準電位Ｖ０に対して正の電圧を有する信号を出力する。

　一方、図９に示すように、第１主面Ｓ１が表示パネル４に接触していると、表示パネル４が上方向に突出するように湾曲する。ユーザがこの状態で表示パネル４を下方向に押すと、図１０に示すように、表示パネル４は、ユーザにより押された部分が下方向に突出し、センサ６が設けられている部分が上方向に突出するように変形する。このとき、センサ６も、表示パネル４と共に湾曲する。そして、センサ６は、前後方向に圧縮される。これにより、図６に示すように、基準電位Ｖ０に対して負の電圧を有する信号を出力する。

　以上のように、電子機器１では、第１主面Ｓ１が表示パネル４に接触している状態で第１パターンの力が表示パネル４に付与されたときにセンサ６が出力する信号の第１波形Ｐ１は、第１主面Ｓ１が表示パネル４に接触していない状態で第１パターンの力が表示パネル４に付与されたときにセンサ６が出力する信号の第２波形Ｐ２と異なる。そこで、電子機器１は、２次電池２に異常が発生したか否かをセンサ６が出力する信号に基づいて判定できる。以下に、電子機器１が行う動作について図面を参照しながら説明する。図１１は、電子機器１のブロック図である。図１２は、電子機器１の制御装置２０が実行するフローチャートである。

　電子機器１は、図１１に示すように、制御装置２０を更に備えている。制御装置２０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。制御装置２０は、図示しない記憶装置が記憶しているプログラムを実行することにより、図１２に示すフローチャートを実行する。

　制御装置２０は、センサ６から信号を取得する（ステップＳ１）。次に、制御装置２０は、ステップＳ１において取得した信号の極性が負であるか否かを判定する（ステップＳ２）。信号の極性が負である場合、本処理はステップＳ３に進む。信号の極性が負でない場合、本処理はステップＳ１に戻る。

　信号の極性が負である場合、２次電池２が膨張したことによって、第１主面Ｓ１が表示パネル４に接触している。そこで、制御装置２０は、２次電池２に異常が発生したと判定する（ステップＳ３）。制御装置２０は、２次電池２への充電を停止する（ステップＳ４）。そして、制御装置２０は、表示パネル４に異常が発生したことを表示させる（ステップＳ５）。これにより、本処理が終了する。

［効果］
　電子機器１によれば、２次電池２の膨張を検知できる電子機器１の薄型化を図ることができる。より詳細には、特許文献１に記載のバッテリの膨張を測定する方法では、バッテリの膨張を検知するためのセンサがバッテリに貼り付けられる。この場合、センサの厚みとバッテリの厚みとの合計の厚みを有するスペースが筐体に存在しなければならない。

　一方、電子機器１は、力が表示パネル４に付与されることによって発生する表示パネル４の弾性変形を検知するセンサ６を備えている。そして、第１主面Ｓ１が表示パネル４に接触している状態で第１パターンの力が表示パネル４に付与されたときにセンサ６が出力する信号の第１波形Ｐ１は、第１主面Ｓ１が表示パネル４に接触していない状態で第１パターンの力が表示パネル４に付与されたときにセンサ６が出力する信号の第２波形Ｐ２と異なる。これにより、制御装置２０は、信号の波形に基づいて、第１主面Ｓ１が表示パネル４に接触しているか否かを判定できる。すなわち、制御装置２０は、２次電池２の膨張を検知できる。そして、このようなセンサ６は、上下方向に見て、２次電池２と重なっていない。そのため、２次電池２の厚みを有するスペースが筐体３に存在すればよい。以上より、電子機器１によれば、２次電池２の膨張を検知できる電子機器１の薄型化を図ることができる。すなわち、電子機器１の２次電池２の容量を維持しつつ、センサ６を設けることができる。

　また、電子機器１によれば、電子機器１の小型化を図ることができる。より詳細には、センサ６は、表示パネル４の弾性変形を検知している。そのため、制御装置２０は、センサ６の信号を用いて、ユーザが表示パネル４を押す力の大きさを演算できる。よって、センサ６は、押圧センサ及び２次電池２の膨張センサとして機能する。その結果、電子機器１では、２つのセンサが不要となるので、電子機器１の小型化が図られる。

（変形例１）
　以下に第１変形例に係る電子機器１ａについて図面を参照しながら説明する。図１３は、電子機器１ａの断面図である。

　電子機器１ａは、剛体５及び変形発生装置７を更に備えている点において電子機器１と相違する。剛体５は、例えば、電子機器１ａの筐体の一部やフレーム、回路基板等である。

　変形発生装置７は、剛体５に力を付与することにより、剛体５に弾性変形を発生させる。変形発生装置７は、バイブレータである。バイブレータは、例えば、ＬＲＡ、ボイスコイルモータ、偏芯モータ等である。従って、変形発生装置７は、振動する。剛体５は、変形発生装置７の振動により弾性変形する。

　センサ６は、剛体５に取り付けられている。センサ６と２次電池２との距離は、センサ６と変形発生装置７との距離より短い。そして、センサ６は、変形発生装置７により力が剛体５に付与されることによって発生する剛体５の弾性変形を検知する。第１主面Ｓ１が剛体５に接触している状態で第１パターンの力が剛体５に付与されたときにセンサ６が出力する信号の第１波形Ｐ１は、第１主面Ｓ１が剛体５に接触していない状態で第１パターンの力が剛体５に付与されたときにセンサ６が出力する信号の第２波形Ｐ２と異なる。電子機器１ａのその他の構造は、電子機器１と同じであるので説明を省略する。

　センサ６と２次電池２との距離がセンサ６と変形発生装置７との距離より短いので、剛体５が図１０のように変化するようになる。

（変形例２）
　以下に第２変形例に係る電子機器１ｂについて図面を参照しながら説明する。図１４は、電子機器１ｂの断面図である。

　電子機器１ｂは、ワイヤレスイヤホンである。電子機器１ｂは、２次電池２、筐体３、センサ６、変形発生装置７及び制御装置２０を備えている。変形発生装置７は、スピーカである。変形発生装置７は、音を発生する際に、筐体３を振動させる。これにより、変形発生装置７は、筐体３（剛体）に力を付与することにより、筐体３（剛体）に弾性変形を発生させる。センサ６は、筐体３（剛体）に取り付けられ、力が筐体３（剛体）に付与されることによって発生する筐体３（剛体）の弾性変形を検知する。電子機器１ｂのその他の構造は、電子機器１ａと同じであるので説明を省略する。

（その他の実施形態）
　本発明に係る電子機器は、電子機器１，１ａ，１ｂに限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。

　なお、電子機器１，１ａ，１ｂの構造を任意に組み合わせてもよい。

　なお、第１波形Ｐ１の基準電位Ｖ０に対する極性は、第２波形Ｐ２の基準電位Ｖ０に対する極性と異なっていなくてもよい。従って、第１波形Ｐ１が、第２波形Ｐ２と異なっていればよい。すなわち、第２波形Ｐ２の基準電位Ｖ０に対する極性は、第１波形Ｐ１の基準電位Ｖ０に対する極性と同じであってもよい。

　なお、制御装置２０は、信号の極性が負である場合には、２次電池２の異常をユーザに通知している。すなわち、制御装置２０は、第１波形Ｐ１の基準電位Ｖ０に対する極性と第２波形Ｐ２の基準電位Ｖ０に対する極性とが異なる場合には、２次電池２の異常をユーザに通知している。しかしながら、制御装置２０は、第１波形Ｐ１と第２波形Ｐ２とが異なる場合には、表示パネル４（通知装置）により２次電池２の異常をユーザに通知してもよい。

　なお、制御装置２０は、信号の極性が負である場合には、２次電池２の充電を停止している。すなわち、制御装置２０は、第１波形Ｐ１の基準電位Ｖ０に対する極性と第２波形Ｐ２の基準電位Ｖ０に対する極性とが異なる場合には、２次電池２の充電を停止している。しかしながら、制御装置２０は、第１波形Ｐ１と第２波形Ｐ２とが異なる場合には、２次電池２の充電を停止してもよい。

　なお、センサ６の配線を含むフレキシブルプリント基板がセンサ６に一体化されていてもよい。

　なお、制御装置２０は、スピーカにより２次電池２の異常をユーザに通知してもよい。　なお、センサ６は、ゲームコントローラのユーザによるグリップを検知するセンサであってもよい。また、電子機器１，１ａがスマートウォッチである場合には、センサ６は、ユーザの脈拍を検知するセンサであってもよい。

　剛体５の材料は、例えば、ガラス、金属、セラミック、樹脂である。

　本発明は、以下の構造を備える。

（１）　
　Ｚ軸方向に並ぶ第１主面及び第２主面を有する２次電池と、　
　前記第１主面と向かい合う剛体と、　
　前記剛体に取り付けられ、かつ、力が前記剛体に付与されることによって発生する前記剛体の弾性変形を検知するセンサと、　
　を備えており、　
　前記センサは、前記Ｚ軸方向に見て、前記２次電池と重なっておらず、　
　前記第１主面が前記剛体に接触している状態で第１パターンの力が前記剛体に付与されたときに前記センサが出力する信号の第１波形は、前記第１主面が前記剛体に接触していない状態で前記第１パターンの力が前記剛体に付与されたときに前記センサが出力する信号の第２波形と異なる、　
　電子機器。

（２）　
　前記第１波形の基準電位に対する極性は、前記第２波形の前記基準電位に対する極性と異なる、　
　（１）に記載の電子機器。

（３）　
　前記電子機器は、　
　前記剛体に力を付与することにより、前記剛体に弾性変形を発生させる変形発生装置を、
　更に備えている、　
　（１）又は（２）に記載の電子機器。

（４）　
　前記電子機器は、　
　制御装置と、　
　通知装置と、　
　を備えており、　
　前記制御装置は、前記第１波形と前記第２波形とが異なる場合には、前記通知装置により前記２次電池の異常をユーザに通知する、　
　（１）ないし（３）のいずれかに記載の電子機器。

（５）　
　前記電子機器は、　
　制御装置を、　
　を備えており、　
　前記制御装置は、前記第１波形と前記第２波形とが異なる場合には、前記２次電池の充電を停止する、　
　（１）ないし（４）のいずれかに記載の電子機器。

（６）　
　前記第１主面と前記剛体との距離は、前記センサの前記Ｚ軸方向の厚みより小さい、　
　（１）ないし（５）のいずれかに記載の電子機器。

（７）　
　前記第１主面と前記剛体との距離は、１．５ｍｍ以下である、　
　（１）ないし（６）のいずれかに記載の電子機器。

（８）　
　前記２次電池が膨張することによって前記第１主面が前記剛体に接触する、　
　（１）ないし（７）のいずれかに記載の電子機器。

１，１ａ，１ｂ：電子機器
２：２次電池
３：筐体
４：表示パネル
５：剛体
６：センサ
７：変形発生装置
２０：制御装置
Ｓ１：第１主面
Ｓ２：第２主面

Claims

　Ｚ軸方向に並ぶ第１主面及び第２主面を有する２次電池と、
　前記第１主面と向かい合う剛体と、
　前記剛体に取り付けられ、かつ、力が前記剛体に付与されることによって発生する前記剛体の弾性変形を検知するセンサと、
　を備えており、
　前記センサは、前記Ｚ軸方向に見て、前記２次電池と重なっておらず、
　前記第１主面が前記剛体に接触している状態で第１パターンの力が前記剛体に付与されたときに前記センサが出力する信号の第１波形は、前記第１主面が前記剛体に接触していない状態で前記第１パターンの力が前記剛体に付与されたときに前記センサが出力する信号の第２波形と異なる、
　電子機器。
　前記第１波形の基準電位に対する極性は、前記第２波形の前記基準電位に対する極性と異なる、
　請求項１に記載の電子機器。
　前記電子機器は、
　前記剛体に力を付与することにより、前記剛体に弾性変形を発生させる変形発生装置を、
　更に備えている、
　請求項１又は請求項２に記載の電子機器。
　前記電子機器は、
　制御装置と、
　通知装置と、
　を備えており、
　前記制御装置は、前記第１波形と前記第２波形とが異なる場合には、前記通知装置により前記２次電池の異常をユーザに通知する、
　請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子機器。
　前記電子機器は、
　制御装置を、
　を備えており、
　前記制御装置は、前記第１波形と前記第２波形とが異なる場合には、前記２次電池の充電を停止する、
　請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電子機器。
　前記第１主面と前記剛体との距離は、前記センサの前記Ｚ軸方向の厚みより小さい、
　請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電子機器。
　前記第１主面と前記剛体との距離は、１．５ｍｍ以下である、
　請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電子機器。
　前記２次電池が膨張することによって前記第１主面が前記剛体に接触する、
　請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電子機器。