WO2024157862A1 - センサモジュール - Google Patents
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- 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
Definitions
- the present invention relates to a sensor module equipped with a sensor that detects deformation of a component.
- FIG. 8 of Patent Document 1 describes a pen-type electronic device that includes a pen body, a pressure sensor, a housing, and a cushioning material.
- the pen body and the housing each have a cylindrical shape.
- the pen body is located inside the housing.
- the pressure sensor is located between the pen body and the housing.
- the cushioning material is located between the pressure sensor and the housing.
- the pressure sensor detects deformation of the housing. Specifically, a user grips the housing. The housing deforms when gripped by the user.
- the cushioning material deforms in accordance with the deformation of the housing.
- the pressure sensor deforms in accordance with the deformation of the cushioning material.
- the pressure sensor outputs a signal in accordance with the deformation of the pressure sensor.
- the object of the present invention is to provide a sensor module that enables a sensor to more easily and accurately detect deformation of a component.
- the sensor module includes: A housing extending in a first direction and having a cylindrical shape; a core member disposed within the housing, extending in the first direction, and having a first outer circumferential surface; an intermediate layer disposed between the housing and the core member, extending in the first direction, and having a second outer circumferential surface; Equipped with the intermediate layer is in contact with the housing; the intermediate layer includes a sensor and a first member; The sensor is fixed to the first outer circumferential surface, The sensor outputs a signal corresponding to the deformation of the housing; the first member is disposed between the sensor and the housing; The first member has an elastic modulus of 100 KPa or more and 1 GPa or less.
- the sensor module includes: A housing extending in a first direction and having a cylindrical shape; a core member disposed within the housing, extending in the first direction, and having a first outer circumferential surface; an intermediate layer disposed between the housing and the core member, extending in the first direction, and having a second outer circumferential surface; Equipped with the intermediate layer is in contact with the housing; the intermediate layer includes a sensor, a first member, and a second member; The sensor is fixed to the first outer circumferential surface, The sensor outputs a signal corresponding to the deformation of the housing; the first member is disposed between the housing and the sensor, the second member is disposed between the sensor and the first member, or between the first member and the housing, The second member has a higher elastic modulus than the first member.
- the sensor module according to one embodiment of the present invention makes it easier for the sensor to accurately detect deformation of a component.
- FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of an electronic device EE equipped with a sensor module 1.
- FIG. 2 is a view of the electronic device EE as viewed in the positive direction of the Y axis.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
- FIG. 5 is a diagram showing the sensor 120 in a state where it is not fixed to the core member 11.
- FIG. FIG. 6 is a diagram showing the sensor 120 in the cross section taken along the line BB.
- FIG. 7 is a diagram showing the signal Sig output by the sensor 120 when each of the first portion Pr1, the second portion Pr2, the third portion Pr3, and the fourth portion Pr4 of the housing 10 is pressed.
- FIG. 8 is a table Tb showing the results of an experiment carried out by the inventors of the present application.
- FIG. 9 is a diagram showing the polarity of the signal Sig output by the sensor 120 in the sensor module 1 that satisfies any one of conditions 1 to 3.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of the sensor module 1a according to the first modified example taken along the line BB.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a sensor module 1b according to the second modification taken along the line BB.
- FIG. 12 is a table Tbb showing the results of an experiment carried out by the inventors of the present application.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of a sensor module 1c according to the third modification taken along the line BB.
- FIG. 14 is a table Tbc showing the results of an experiment carried out by the inventors of the present application.
- FIG. 15 is a diagram showing a sensor module 1d according to the fourth modification.
- FIG. 16 is a table Tbd showing the results of an experiment carried out by the inventors of the present application.
- FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of an electronic device EE including a sensor module 1.
- FIG. 2 is a view of the electronic device EE as viewed in the positive direction of the Y axis. In FIG. 2, the end of the electronic device EE in the positive direction of the X axis is omitted.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 1.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG. 3.
- FIG. 5 is a view showing a sensor 120 in a state where it is not fixed to a core member 11.
- FIG. 6 is a view showing the sensor 120 in the cross-sectional view taken along line B-B.
- the directions are defined as follows.
- the X-axis direction is the direction in which the electronic device EE extends.
- the Z-axis direction is a direction perpendicular to the X-axis direction.
- the Y-axis direction is a direction perpendicular to the X-axis and Z-axis directions.
- the first direction DIR1 coincides with the negative direction of the X-axis.
- the sensor module 1 is a module provided in the electronic device EE.
- the electronic device EE is, for example, a pen-shaped electronic device.
- the sensor module 1 is, for example, disposed in a portion of the electronic device EE that is held by a user.
- the sensor module 1 includes a housing 10, a core member 11, an intermediate layer 12, a fixing member 13, and an arithmetic circuit 14.
- the housing 10 extends in a first direction DIR1.
- the housing 10 has a cylindrical shape.
- the housing 10 has a cylindrical shape with an inner circumferential surface IS10 and an outer circumferential surface OS10.
- the housing 10 has a cylindrical shape with a central axis CAX extending in the first direction DIR1 as its axis.
- the housing 10 has a cylindrical shape.
- the material of the housing 10 is resin, metal, etc.
- the end of the housing 10 in the negative direction of the Y axis and its vicinity will be referred to as the first portion Pr1.
- the end of the housing 10 in the positive direction of the Z axis and its vicinity will be referred to as the second portion Pr2.
- the end of the housing 10 in the positive direction of the Y axis and its vicinity will be referred to as the third portion Pr3.
- the end of the housing 10 in the negative direction of the Z axis and its vicinity will be referred to as the fourth portion Pr4.
- the core member 11 extends in the first direction DIR1.
- the core member 11 has a shape with an outer peripheral surface OS11 (first outer peripheral surface).
- the core member 11 has a cylindrical shape with an outer peripheral surface OS11 and an inner peripheral surface IS11.
- the core member 11 has a cylindrical shape with a central axis extending in the first direction DIR1.
- the central axis of the core member 11 coincides with the central axis CAX of the housing 10.
- the core member 11 is disposed within the housing 10. Therefore, the outer peripheral surface OS11 of the core member 11 is surrounded by the inner peripheral surface IS10 of the housing 10.
- the outer peripheral surface OS11 is not in contact with the inner peripheral surface IS10.
- the material of the core member 11 is resin, metal, etc.
- the intermediate layer 12 extends in a first direction DIR1 as shown in Figures 1 and 2.
- the intermediate layer 12 includes a sensor 120, a first cushion material 121 (first member), and an FPC 122 (third member) as shown in Figures 3 and 4.
- the FPC 122, the first cushion material 121, and the sensor 120 are arranged in this order in the direction from the outer peripheral surface OS12 toward the inner peripheral surface IS12 (hereinafter referred to as the outer-inner direction DOI).
- the sensor 120 has a rectangular shape with a long side extending in the second direction DIR2 and a short side extending in a third direction DIR3 perpendicular to the second direction DIR2.
- the sensor 120 has a sheet shape with a first main surface OS120 and a second main surface IS120.
- the sensor 120 is wound in a spiral shape along the outer peripheral surface OS11 of the core member 11.
- the sensor 120 is wound around the core member 11 so that the second direction DIR2 has an angle of about 45 degrees with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction.
- the sensor 120 has a spiral shape with the central axis CAX extending in the first direction DIR1 as its axis, as shown in FIG. 1 and FIG. 2.
- the sensor 120 surrounds the outer peripheral surface OS11 (first outer peripheral surface) of the core member 11. Therefore, the intermediate layer 12 surrounds the periphery of the core member 11.
- the sensor 120 is fixed to the outer peripheral surface OS11 of the core member 11.
- the second main surface IS120 of the sensor 120 is fixed to the outer peripheral surface OS11 of the core member 11 by a fixing member 13 such as double-sided tape.
- the sensor 120 is a piezoelectric sensor. As shown in FIG. 6, the sensor 120 includes a first electrode 1200, a piezoelectric film 1201, a second electrode 1202, and a detection circuit (not shown). The first electrode 1200, the piezoelectric film 1201, and the second electrode 1202 are arranged in this order in the outward-inward direction DOI.
- the piezoelectric film 1201 has a sheet shape with long sides extending in the second direction DIR2 and short sides extending in the third direction DIR3.
- the piezoelectric film 1201 has a first principal surface SF1 and a second principal surface SF2.
- the first principal surface SF1 and the second principal surface SF2 are arranged in this order in the outward-inward direction DOI.
- the piezoelectric film 1201 generates a charge according to the amount of deformation of the piezoelectric film 1201.
- the polarity of the charge generated when the piezoelectric film 1201 is stretched in the second direction DIR2 is opposite to the polarity of the charge generated when the piezoelectric film 1201 is stretched in the third direction DIR3.
- the piezoelectric film 1201 is a film formed from a chiral polymer.
- An example of a chiral polymer is polylactic acid (PLA), particularly L-type polylactic acid (PLLA).
- PLA has a helical structure in the main chain.
- PLLA has a piezoelectricity in which the molecules are oriented by uniaxial stretching.
- the piezoelectric film 1201 has a piezoelectric constant of d14. As shown in FIG. 5, the uniaxial stretching direction OD of the piezoelectric film 1201 forms an angle of 45 degrees with respect to the second direction DIR2 and the third direction DIR3. This 45 degrees includes, for example, an angle of about 45 degrees ⁇ 10 degrees. As a result, the piezoelectric film 1201 generates a charge when the piezoelectric film 1201 is stretched in the second direction DIR2. For example, the piezoelectric film 1201 generates a positive charge when stretched in the second direction DIR2. For example, the piezoelectric film 1201 generates a negative charge when stretched in the third direction DIR3. The magnitude of the charge depends on the amount of deformation of the piezoelectric film 1201 due to the stretching or compression.
- the first electrode 1200 is, for example, a reference electrode connected to a reference potential.
- the first electrode 1200 is fixed to the first principal surface SF1 by an adhesive (not shown) such as OCA.
- the first electrode 1200 covers the first principal surface SF1.
- the second electrode 1202 is, for example, a signal electrode.
- the second electrode 1202 is fixed to the second principal surface SF2 by an adhesive (not shown) such as OCA.
- the second electrode 1202 covers the second principal surface SF2.
- the detection circuit is electrically connected to the first electrode 1200 and the second electrode 1202.
- the detection circuit converts the charge generated by the piezoelectric film 1201 into a voltage signal.
- the detection circuit generates a digital signal by AD converting the voltage signal.
- the first cushion material 121 extends along the X-axis as shown in Figs. 1 to 4.
- the first cushion material 121 has a cylindrical shape with an inner peripheral surface IS121 and an outer peripheral surface OS121.
- the first cushion material 121 (first member) is located between the housing 10 and the sensor 120 as shown in Figs. 3 and 4.
- the first cushion material 121 surrounds the sensor 120.
- the first cushion material 121 covers the first main surface OS120 of the sensor 120.
- the first cushion material 121 has flexibility.
- the elastic modulus of the first cushion material 121 (first member) is 100 KPa or more and 1 GPa or less.
- the first cushion material 121 is softer than the housing 10 or the core member 11. Therefore, the first cushion material 121 is more easily deformed than the housing 10 or the core member 11.
- the outer diameter of the first cushion material 121 before deformation may be larger than the inner diameter of the housing 10.
- the first cushion material 121 is placed in the housing 10 in a deformed state in which it is compressed in the outward-inward direction DOI. At this time, a restoring force is generated in the first cushion material 121, which tends to return to its shape before deformation. In this case, the first cushion material 121 tends to deform so as to expand in the outward-inward direction DOI. This makes it easier for the intermediate layer 12, which includes the first cushion material 121, to be fixed to the core member 11. In addition, the first cushion material 121 tends to deform so as to expand in the opposite direction of the outward-inward direction DOI due to the restoring force. This makes it easier for the intermediate layer 12, which includes the first cushion material 121, to be fixed to the housing 10. As a result, the intermediate layer 12 is easier to be fixed to the housing 10 and the core member 11.
- the material of such a first cushion material 121 is resin, etc.
- the FPC 122 (third member) extends along the X-axis.
- the FPC 122 has a cylindrical shape having an outer peripheral surface OS122 and an inner peripheral surface IS122.
- the FPC 122 is located between the first cushion material 121 (first member) and the housing 10.
- the FPC 122 surrounds the periphery of the first cushion material 121.
- the FPC 122 is electrically connected to the sensor 120 and the arithmetic circuit.
- the FPC 122 is located at the outermost position in the outer-inner direction DOI among the members included in the intermediate layer 12. Therefore, in this embodiment, the FPC 122 (third member) has the outer peripheral surface OS12 (second outer peripheral surface) of the intermediate layer 12.
- the outer peripheral surface OS122 of the FPC 122 is in contact with the inner peripheral surface IS10 of the housing 10. Therefore, a part of the intermediate layer 12 is in contact with the housing 10.
- a portion of the outer peripheral surface OS12 of the intermediate layer 12 (hereinafter referred to as the contact portion) is in contact with the housing 10.
- the portions of the outer peripheral surface OS12 other than the contact portion are not in contact with the housing 10.
- the sensor 120, the first cushion material 121, and the FPC 122 are all disposed between the housing 10 and the core member 11. Therefore, the intermediate layer 12 is disposed between the housing 10 and the core member 11.
- the intermediate layer 12 has a cylindrical shape having an inner peripheral surface IS12 and an outer peripheral surface OS12 (second outer peripheral surface).
- the intermediate layer 12 since the sensor 120, the first cushion material 121, and the FPC 122 contained in the intermediate layer 12 have a cylindrical shape, the intermediate layer 12 has a cylindrical shape having an inner peripheral surface IS12 and an outer peripheral surface OS12 (second outer peripheral surface).
- the sensor 120 is located at the innermost position in the outward-inward direction DOI among the members contained in the intermediate layer 12. Therefore, the second main surface IS120 of the sensor 120 corresponds to the inner peripheral surface IS12 of the intermediate layer 12.
- the FPC 122 is located at the outermost position in the outward-inward direction DOI among the members contained in the intermediate layer 12. Therefore, the outer peripheral surface OS122 of the FPC 122 corresponds to the outer peripheral surface OS12 of the intermediate layer 12.
- the intermediate layer 12 has a cylindrical shape having a central axis extending along the X-axis.
- the sensor 120 detects the deformation of the housing 10. Specifically, the sensor 120 outputs a signal Sig according to the deformation of the housing 10. More specifically, the user holds the housing 10. At this time, the user pushes the housing 10 in the outward-inward direction DOI. This applies a force to the housing 10 in the outward-inward direction DOI. This force causes the housing 10 to deform so as to protrude in the outward-inward direction DOI.
- the FPC 122 located within the housing 10 deforms.
- the first cushion material 121 located within the FPC 122 deforms.
- the sensor 120 located within the first cushion material 121 deforms.
- the sensor 120 outputs a signal Sig according to the deformation of the sensor 120.
- FIG. 7 is a diagram showing the signal Sig output by the sensor 120 when each of the first portion Pr1, the second portion Pr2, the third portion Pr3, and the fourth portion Pr4 of the housing 10 is pressed.
- Time t2 in FIG. 7 is a time after time t1.
- the first signal Sig1 in FIG. 7 is a signal output by the sensor 120 when the user presses the first portion Pr1 toward the DOI in the outward-inward direction.
- the second signal Sig2 is a signal output by the sensor 120 when the user presses the second portion Pr2 toward the DOI in the outward-inward direction.
- the third signal Sig3 is a signal output by the sensor 120 when the user presses the third portion Pr3 toward the DOI in the outward-inward direction.
- the fourth signal Sig4 is a signal output by the sensor 120 when the user presses the fourth portion Pr4 toward the DOI in the outward-inward direction.
- FIG. 7 is a diagram obtained by combining the waveforms of the first signal Sig1, the second signal Sig2, the third signal Sig3, and the fourth signal Sig4 into one graph. To make the explanation easier to understand, the time at which each of the first portion Pr1 to the fourth portion Pr4 is pressed is changed in FIG. 7.
- the user starts pressing the third portion Pr3 at time t1.
- This causes the third portion Pr3 to deform so as to protrude in the outward-inward direction DOI.
- the first cushion material 121 deforms so as to protrude in the outward-inward direction DOI.
- the deformed first cushion material 121 applies a force in the outward-inward direction DOI to the sensor 120.
- This causes the sensor 120 to be pressed in the outward-inward direction DOI.
- the portion of the sensor 120 that is pressed in the outward-inward direction DOI by the first cushion material 121 deforms so as to expand, for example, in the third direction DIR3.
- the sensor 120 outputs a first signal Sig1 having a negative polarity with respect to the reference potential VE.
- the sensor 120 tries to return to its original shape before deformation due to the restoring force generated in the sensor 120.
- This restoring force causes the sensor 120 to deform so as to be compressed in the third direction DIR3. Therefore, as shown in FIG. 7, at a time after time t2, the sensor 120 outputs the first signal Sig1 having a positive polarity with respect to the reference potential VE.
- the sensor 120 outputs the third signal Sig3 having a negative polarity with respect to the reference potential VE, and then outputs the third signal Sig3 having a positive polarity with respect to the reference potential VE.
- the sensor 120 outputs a fourth signal Sig4 having a negative polarity with respect to the reference potential VE, and then outputs a fourth signal Sig4 having a positive polarity with respect to the reference potential VE.
- the sensor 120 outputs a second signal Sig2 having a negative polarity with respect to the reference potential VE, and then outputs a second signal Sig2 having a positive polarity with respect to the reference potential VE.
- the sensor 120 When the user presses the first portion Pr1, the sensor 120 outputs a first signal Sig1 having a negative polarity with respect to the reference potential VE, and then outputs a first signal Sig1 having a positive polarity with respect to the reference potential VE.
- the arithmetic circuit 14 is, for example, a microcontroller including a CPU, a ROM, and a RAM.
- the arithmetic circuit 14 receives the signal Sig output by the sensor 120 via the FPC 122.
- the arithmetic circuit 14 executes processing based on the signal Sig.
- the arithmetic circuit 14 determines whether the housing 10 is deformed or not based on the signal Sig output by the sensor 120. For example, when the arithmetic circuit 14 receives a signal Sig having a negative polarity with respect to the reference potential VE, it determines that the housing 10 has been deformed. In other words, the arithmetic circuit 14 determines that the housing 10 has been deformed as a result of the user gripping the housing 10.
- the arithmetic circuit 14 when the arithmetic circuit 14 receives a signal Sig having a positive polarity with respect to the reference potential VE, it determines that the housing 10 has returned to its pre-deformation shape. In other words, when the arithmetic circuit 14 receives a signal Sig having a positive polarity with respect to the reference potential VE, it determines that the housing 10 has returned to its pre-deformation shape as the user has stopped gripping the housing 10.
- the sensor module 1 has a structure that makes it easier for the sensor 120 to accurately detect deformation of the housing 10.
- the structure will be described in detail below with reference to the drawings.
- FIG. 8 is a table Tb showing the results of an experiment conducted by the inventor of the present application. Specifically, the experiment is as follows.
- a sensor module 1 that satisfies any one of conditions 1 to 4, which has a different combination of the elastic modulus of the first cushion material 121 (hereinafter referred to as the first elastic modulus) and the size of the gap (hereinafter referred to as the clearance) between the housing 10 and the intermediate layer 12, the polarity of the signal Sig output by the sensor 120 is examined.
- the first elastic modulus the elastic modulus of the first cushion material 121
- the clearance the gap
- condition 1 is a condition in which the first elastic modulus is 50 kPa and the clearance is greater than 0.
- a clearance greater than 0 means that the entire outer peripheral surface OS11 of the intermediate layer 12 is not in contact with the housing 10.
- the polarity of the signal Sig output by the sensor 120 is checked when each of the first part Pr1 to the fourth part Pr4 is pushed toward the outward-inward direction DOI.
- Table Tb is a table obtained by compiling the polarities of the signal Sig output by the sensor 120 when each of the first part Pr1 to the fourth part Pr4 is pushed toward the outward-inward direction DOI.
- condition 2 is a condition where the first elastic modulus is 50 kPa and the clearance is 0.
- a clearance of 0 means that a part of the outer peripheral surface OS11 of the intermediate layer 12 is in contact with the housing 10.
- Condition 3 is a condition where the first elastic modulus is 100 KPa or more and 1 GPa or less and the clearance is greater than 0.
- Condition 4 is a condition where the first elastic modulus is 100 KPa or more and 1 GPa or less and the clearance is 0.
- signal polarity: -/+ means that the sensor 120 outputs a signal Sig having a negative polarity with respect to the reference potential VE, and then outputs a signal Sig having a positive polarity with respect to the reference potential VE.
- signal polarity: +/- means that the sensor 120 outputs a signal Sig having a positive polarity with respect to the reference potential VE, and then outputs a signal Sig having a negative polarity with respect to the reference potential VE.
- FIG. 9 is a diagram showing the polarity of the signal Sig output by the sensor 120 in a sensor module 1 that satisfies any one of conditions 1 to 3.
- the fifth signal Sig5 is a signal output by the sensor 120 when the user presses the first portion Pr1 in a sensor module 1 that satisfies any one of conditions 1 to 3.
- the sixth signal Sig6 is a signal output by the sensor 120 when the user presses the second portion Pr2 in a sensor module 1 that satisfies any one of conditions 1 to 3.
- the seventh signal Sig7 is a signal output by the sensor 120 when the user presses the third portion Pr3 in a sensor module 1 that satisfies any one of conditions 1 to 3.
- the eighth signal Sig8 is a signal output by the sensor 120 when the user presses the fourth portion Pr4 in a sensor module 1 that satisfies any one of conditions 1 to 3.
- a sensor module 1 that satisfies condition 1 the polarity of the signal Sig output by the sensor 120 when the user presses the second part Pr2 or the fourth part Pr4 is inverted relative to the polarity of the signal Sig output by the sensor 120 when the user presses the first part Pr1 or the third part Pr3.
- the form of the signal Sig output by the sensor 120 changes depending on the position on the housing 10 where the user presses. The same is true for a sensor module 1 that satisfies condition 2 or condition 3.
- the state of the signal Sig output by the sensor 120 is unlikely to change depending on the position on the housing 10 where the user presses.
- the sensor 120 outputs a signal Sig having a negative polarity with respect to the reference potential VE, and then outputs a signal Sig having a positive polarity with respect to the reference potential VE. That is, the sensor module 1 outputs a signal in which the output of each signal has not been determined, as shown in FIG. 7.
- the first elastic modulus is 100 KPa or more and 1 GPa or less. Also, in the sensor module 1, a part of the outer peripheral surface OS11 of the intermediate layer 12 is in contact with the housing 10.
- the inventors of the present application have considered why the polarity of the signal Sig changes depending on the elastic modulus of the first cushion material 121. As a result, the inventors of the present application have realized that the polarity of the signal Sig changes depending on the elastic modulus of the first cushion material 121 for the reasons described below.
- a sensor module that satisfies conditions 1 to 3 shown in Figures 7 and 8 (hereinafter referred to as a comparative example) is compared with the sensor module 1 for explanation.
- the elastic modulus of the first cushion material in the comparative example is lower than that of the first cushion material 121.
- the first cushion material in the comparative example is more easily deformed than the first cushion material 121. Therefore, when the user presses the housing in the comparative example, the first cushion material in the comparative example is likely to get in between the sides of the sensor that is spirally wound around the core member. When the first cushion material gets in between the sides of the sensor, the side of the sensor may be pressed in the third direction by the first cushion material. This makes it easier for the sensor to deform so as to be compressed in the third direction. In this case, the sensor is more likely to output a signal having a positive polarity with respect to the reference potential. Therefore, in the comparative example, the form of the signal Sig output by the sensor may change depending on the position on the housing where the user presses.
- the elastic modulus of the first cushion material 121 is 100 KPa or more and 1 GPa or less, which is higher than the elastic modulus of the first cushion material of the comparative example.
- the first cushion material 121 is less likely to deform compared to the first cushion material of the comparative example. This makes it less likely for the first cushion material 121 to get in between the sides of the sensor 120. Therefore, the sensor 120 is less likely to experience an event in which the polarity of the signal Sig is reversed depending on the position where the user presses the housing 10.
- the sensor 120 can easily detect the deformation of the housing 10.
- the state of the signal output by the sensor changes depending on the position where the user presses the housing.
- an event occurs in which the polarity of the signal output by the sensor when the user presses the first part is inverted with respect to the polarity of the signal output by the sensor when the user presses the second part. Therefore, the sensor according to the comparative example has difficulty in accurately detecting whether or not a signal having a negative polarity with respect to the reference potential is output by the user pressing the housing. In other words, in the comparative example, the sensor has difficulty in accurately detecting the deformation of the housing.
- the elastic modulus of the first cushion material 121 is 100 KPa or more and 1 GPa or less.
- the clearance is 0. That is, a part of the outer peripheral surface OS11 of the intermediate layer 12 is in contact with the housing 10. In this case, the sensor module 1 satisfies condition 4. Therefore, from the experimental results shown in FIG. 8, it becomes difficult for the polarity of the signal Sig to be reversed depending on the position where the user presses the housing 10. Therefore, in the sensor module 1, the sensor 120 can easily detect that the signal Sig having a negative polarity with respect to the reference potential VE is output as a result of the user starting to press the housing 10. As a result, in the sensor module 1, the sensor 120 can easily detect deformation of the housing 10.
- the sensor module 1 includes a first cushion material 121.
- the outer diameter of the first cushion material 121 before deformation is larger than the inner diameter of the housing 10.
- the intermediate layer 12 is stored inside the housing 10 with the first cushion material 121 in a compressed state. This makes it difficult for a clearance to occur between the housing 10 and the intermediate layer 12. As a result, it becomes easier for the sensor 120 to detect deformation of the housing 10.
- a sensor module 1a according to a first modification of the sensor module 1 will be described with reference to the drawings.
- Fig. 10 is a cross-sectional view taken along the line BB of the sensor module 1a according to the first modification.
- sensor module 1a differs from sensor module 1 in that it includes intermediate layer 12a that is different from intermediate layer 12.
- Intermediate layer 12a differs from intermediate layer 12 in that it further includes second cushion material 123a (fourth member).
- the second cushion material 123a has a cylindrical shape having an inner circumferential surface IS123a and an outer circumferential surface OS123a. As shown in FIG. 10, the second cushion material 123a (fourth member) is located between the FPC 122 (third member) and the housing 10. The second cushion material 123a surrounds the periphery of the FPC 122. The elastic modulus of the second cushion material 123a is lower than the elastic modulus of the FPC 122. The second cushion material 123a is located at the outermost position in the outward-inward direction DOI among the members contained in the intermediate layer 12a. Therefore, in this modified example, the outer circumferential surface OS123a corresponds to the outer circumferential surface OS12 of the intermediate layer 12a. Therefore, in this modified example, the second cushion material 123a has a second outer circumferential surface.
- the sensor 120 in this modified example outputs the signal Sig shown in FIG. 7 in the same manner as in the first embodiment.
- the sensor 120 can more easily detect the deformation of the housing 10.
- the second cushion material 123a is located between the FPC 122 and the housing 10. This makes it easier for the clearance between the FPC 122 and the housing 10 to become zero. As a result, for the same reason as the sensor module 1, the sensor 120 can more easily accurately detect the deformation of the housing 10. Furthermore, the sensor module 1a achieves the same effects as the sensor module 1.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of the sensor module 1b according to Modification 2 taken along the line B-B.
- Fig. 12 is a table Tbb showing the results of an experiment conducted by the inventors of the present application. Conditions 1 to 4 in Table Tbb are the same as Conditions 1 to 4 in Table Tb, respectively.
- sensor module 1b differs from sensor module 1 in that it includes intermediate layer 12b that is different from intermediate layer 12.
- Intermediate layer 12b differs from intermediate layer 12 in that it further includes a first adhesive member 124b (second member).
- the first adhesive member 124b has a cylindrical shape with an inner circumferential surface IS124b and an outer circumferential surface OS124b.
- the first adhesive member 124b (second member) is located between the sensor 120 and the first cushion material 121 (first member).
- the first adhesive member 124b bonds the sensor 120 and the first cushion material 121.
- the elastic modulus of the first adhesive member 124b is higher than the elastic modulus of the first cushion material 121.
- the first adhesive member 124b is, for example, Kapton (registered trademark) tape.
- Kapton registered trademark
- sensor module 1b satisfying condition 1 or 3 an event occurs in which the polarity of signal Sig is inverted depending on the position where the user presses housing 10.
- sensor module 1b satisfying condition 2 or 4 an event in which the polarity of signal Sig is inverted depending on the position where the user presses housing 10 does not occur.
- sensor module 1b in which the clearance is 0 an event in which the polarity of signal Sig is inverted depending on the position where the user presses housing 10 is unlikely to occur, regardless of the magnitude of the first elastic modulus.
- sensor module 1b has a clearance of 0. Therefore, in sensor module 1b, a part of the outer peripheral surface OS11 (second outer peripheral surface) of intermediate layer 12 is in contact with housing 10.
- the intermediate layer 12b includes a first adhesive member 124b. Also, in the sensor module 1b, the clearance is zero. That is, in the sensor module 1b, a part of the outer peripheral surface OS11 (second outer peripheral surface) of the intermediate layer 12 is in contact with the housing 10. In this case, according to the experimental results shown in FIG. 12, the event that the polarity of the signal Sig is reversed depending on the position where the user presses the housing 10 is unlikely to occur. In other words, according to the sensor module 1b, the sensor 120 can easily detect the deformation of the housing 10 accurately.
- the sensor module 1b includes a first adhesive member 124b located between the sensor 120 and the first cushion material 121.
- the elastic modulus of the first adhesive member 124b is higher than that of the first cushion material 121. Therefore, the first adhesive member 124b is less likely to deform than the first cushion material 121. For this reason, when the user grips the housing 10, the first adhesive member 124b is less likely to get in between the sides of the sensor 120. Therefore, the sensor 120 is less likely to experience an event in which the polarity of the signal is reversed depending on the position where the user presses the housing 10. As a result, the sensor 120 can more easily detect deformation of the housing 10 accurately.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of the sensor module 1c according to Modification 3 taken along the line B-B.
- Fig. 14 is a table Tbc showing the results of an experiment conducted by the inventors of the present application. Conditions 1 to 4 in Table Tbc are the same as Conditions 1 to 4 in Table Tb, respectively.
- sensor module 1c differs from sensor module 1 in that it includes intermediate layer 12c that is different from intermediate layer 12.
- Intermediate layer 12c differs from intermediate layer 12 in that it further includes second adhesive member 125c (second member).
- the second adhesive member 125c has a cylindrical shape with an inner surface IS125c and an outer surface OS125c.
- the second adhesive member 125c (second member) is located between the first cushion material 121 (first member) and the housing 10. More specifically, the second adhesive member 125c (second member) is located between the FPC 122 (third member) and the housing 10.
- the second adhesive member 125c (second member) surrounds the periphery of the FPC 122 (third member).
- the second adhesive member 125c bonds the FPC 122 and the housing 10.
- the elastic modulus of the second adhesive member 125c is higher than the elastic modulus of the first cushion material 121.
- the second adhesive member 125c is, for example, Kapton (registered trademark) tape.
- the second adhesive member 125c is located at the outermost position in the outer-inner direction DOI among the members included in the intermediate layer 12c. Therefore, in this modification, the outer peripheral surface OS125c of the second adhesive member 125c corresponds to the outer peripheral surface OS12 of the intermediate layer 12c. Therefore, in this modification, the second adhesive member 125c (second member) has a second outer peripheral surface.
- the polarity of the signal Sig is inverted depending on the position where the user presses the housing 10.
- the polarity of the signal Sig is not inverted depending on the position where the user presses the housing 10.
- the polarity of the signal Sig is not inverted depending on the position where the user presses the housing 10, regardless of the magnitude of the first elastic modulus. From the above, the clearance is 0 in the sensor module 1c.
- a part of the outer peripheral surface OS11 (second outer peripheral surface) of the intermediate layer 12 is in contact with the housing 10.
- a part of the outer peripheral surface OS125c of the second adhesive member 125c is in contact with the housing 10.
- the intermediate layer 12c includes a second adhesive member 125c.
- the elastic modulus of the second adhesive member 125c is higher than that of the first cushion material 121.
- the sensor module 1c includes the second adhesive member 125c as a hard member capable of suppressing the determination of the polarity of the signal Sig in the same manner as the first cushion material 121 in the sensor module 1. In this case, in the sensor module 1c, it becomes easier to suppress the determination of the polarity of the signal Sig in the same manner as the sensor module 1. In addition, the clearance is 0 in the sensor module 1c.
- the sensor module 1c a part of the outer peripheral surface OS11 (second outer peripheral surface) of the intermediate layer 12 is in contact with the housing 10.
- the polarity of the signal Sig is unlikely to be reversed depending on the position where the user presses the housing 10.
- the sensor 120 can easily detect the deformation of the housing 10 accurately.
- FIG. 15 is a diagram showing the sensor module 1d according to Modification 4.
- Fig. 16 is a table Tbd showing the results of an experiment conducted by the inventors of the present application. Conditions 1 to 4 in Table Tbd are the same as Conditions 1 to 4 in Table Tb, respectively.
- Sensor module 1d differs from sensor module 1 in that a portion of the sensor 120 is not in contact with the first cushion material 121. Specifically, as shown in FIG. 15, the end of the sensor 120 in the negative direction of the X axis (first direction DIR1) is not in contact with the first cushion material 121 (first member). The end of the sensor 120 in the negative direction of the X axis includes the end of the sensor 120 in the negative direction of the X axis and its vicinity.
- sensor module 1d satisfying condition 1 or 3 an event occurs in which the polarity of signal Sig is inverted depending on the position where the user presses housing 10.
- sensor module 1d satisfying condition 2 or 4 an event in which the polarity of signal Sig is inverted depending on the position where the user presses housing 10 does not occur.
- sensor module 1d in which the clearance is 0 an event in which the polarity of signal Sig is inverted depending on the position where the user presses housing 10 is unlikely to occur, regardless of the magnitude of the first elastic modulus.
- sensor module 1d has a clearance of 0. Therefore, in sensor module 1d, a part of the outer peripheral surface OS11 (second outer peripheral surface) of intermediate layer 12 is in contact with housing 10.
- the inventor of the present application noticed that when a portion of the housing in which the end of the sensor is located nearby is pressed, the event of the polarity of the signal being inverted is more likely to occur than when a portion of the housing in which the center part of the sensor is located nearby is pressed. In other words, the inventor of the present application noticed that when the end of the sensor is deformed, the event of the polarity of the signal being inverted is more likely to occur than when the center part of the sensor is deformed.
- sensor module 1d the end of sensor 120 in the negative direction of the X-axis (first direction DIR1) is not in contact with first cushion material 121 (first member).
- first cushion material 121 first member
- sensor module 1d the clearance is 0. That is, in sensor module 1d, part of the outer peripheral surface OS11 (second outer peripheral surface) of intermediate layer 12 is in contact with housing 10. In this case, the experimental results shown in FIG. 16 show that the polarity of signal Sig is unlikely to be reversed depending on the position where the user presses housing 10. For these reasons, sensor module 1d makes it easier for sensor 120 to accurately detect deformation of housing 10.
- the sensor module according to the present invention is not limited to the sensor modules 1 and 1a to 1d, and may be modified within the scope of the present invention.
- the configurations of the sensor modules 1 and 1a to 1d may be combined in any desired manner.
- the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions are directions defined for the purpose of explanation. Therefore, the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions during actual use of the sensor modules 1, 1a to 1d do not necessarily have to match the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions in each embodiment and each modified example.
- the first direction DIR1 is a direction defined for the purpose of explanation. Therefore, the first direction DIR1 during actual use of the sensor modules 1, 1a to 1d does not necessarily have to match the first direction DIR1 in each embodiment and each modified example.
- the core member 11 does not necessarily have to have a cylindrical shape.
- the core member 11 may have, for example, a columnar shape.
- the arithmetic circuit 14 does not necessarily have to be located inside the core member 11.
- the entire outer surface OS12 may be in contact with the housing 10.
- the shape of the housing 10 when viewed in a plan view is not limited to a circular shape as described in the first embodiment and each modified example.
- the shape of the housing 10 when viewed in a plan view may be a polygonal shape, a D-shape having a flat portion and an arc portion, or the like.
- the first adhesive member 124b does not necessarily have to be Kapton (registered trademark) tape.
- the second adhesive member 125c does not necessarily have to be Kapton (registered trademark) tape.
- the FPC 122 does not necessarily have to cover the entire outer surface OS 121 of the first cushion material 121. Therefore, a portion of the first cushion material 121 may be exposed from the FPC 122.
- a portion of the sensor 120 may be exposed from the FPC 122.
- first electrode 1200 does not necessarily have to be a reference electrode
- second electrode 1202 does not necessarily have to be a signal electrode
- first electrode 1200 may be a signal electrode
- second electrode 1202 may be a reference electrode
- the sensor modules 1, 1a to 1d may also be provided in electronic devices other than the pen-type electronic device EE.
- the FPC 122 has a sheet shape before deformation.
- the sheet-shaped FPC 122 is wrapped around the outer peripheral surface of the first cushion material 121. This causes the FPC 122 to have a cylindrical shape. In this case, the FPC 122 does not necessarily have to surround the entire outer peripheral surface OS 122. A portion of the sensor 120 and a portion of the first cushion material 121 do not necessarily have to be surrounded by the FPC 122.
- the third component does not necessarily have to be an FPC.
- the present invention has the following structure:
- a housing extending in a first direction and having a cylindrical shape; a core member disposed within the housing, extending in the first direction, and having a first outer circumferential surface; an intermediate layer disposed between the housing and the core member, extending in the first direction, and having a second outer circumferential surface; Equipped with the intermediate layer is in contact with the housing; the intermediate layer includes a sensor and a first member; The sensor is fixed to the first outer circumferential surface, The sensor outputs a signal corresponding to the deformation of the housing; The first member is disposed between the sensor and the housing, The elastic modulus of the first member is 100 KPa or more and 1 GPa or less. Sensor module.
- a housing extending in a first direction and having a cylindrical shape; a core member disposed within the housing, extending in the first direction, and having a first outer circumferential surface; an intermediate layer disposed between the housing and the core member, extending in the first direction, and having a second outer circumferential surface; Equipped with the intermediate layer is in contact with the housing; the intermediate layer includes a sensor, a first member, and a second member; The sensor is fixed to the first outer circumferential surface, The sensor outputs a signal corresponding to the deformation of the housing; the first member is disposed between the housing and the sensor, the second member is disposed between the sensor and the first member, or between the first member and the housing, The elastic modulus of the second member is higher than the elastic modulus of the first member. Sensor module.
- the intermediate layer further includes a third member, the third member is electrically connected to the sensor, the third member is located between the first member and the housing, The third member has the second outer circumferential surface.
- the intermediate layer further includes a third member and a fourth member, the third member is electrically connected to the sensor, the third member is located between the first member and the housing, the fourth member is located between the third member and the housing, The fourth member has the second outer circumferential surface.
- the intermediate layer further includes a third member, the second member is located between the sensor and the first member, the third member is electrically connected to the sensor, the third member is located between the first member and the housing, The third member has the second outer circumferential surface.
- the second member is located between the first member and the housing,
- the intermediate layer further includes a third member, the third member is electrically connected to the sensor, the second member is located between the third member and the housing,
- the second member has the second outer circumferential surface.
- the core member has a cylindrical or columnar shape with a central axis extending in the first direction as an axis
- the sensor has a spiral shape with the central axis as an axis.
- a sensor module according to any one of (1) to (6).
- the sensor module further includes an arithmetic circuit.
- the arithmetic circuit determines whether or not the housing is deformed based on the signal output by the sensor.
- a sensor module according to any one of (1) to (8).
- the sensor is a piezoelectric sensor including a piezoelectric film;
- sensor module 10 housing 11: core member 12, 12a to 12c: intermediate layer 13: fixing member 120: sensor 121: first member 124b, 125c: second member 122: third member 123a: fourth member IS10 to IS12, IS122, IS123a: inner peripheral surface OS10 to OS12, OS121, OS122, OS123a, OS125c: outer peripheral surface Sig: signal
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Abstract
センサモジュールは、第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、前記筐体内に配置され、第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、筐体と芯部材との間に配置され、第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、を備えており、中間層は、筐体と接触しており、中間層は、センサ及び第1部材を含んでおり、センサは、第1外周面に固定されており、センサは、筐体の変形に応じた信号を出力し、第1部材はセンサと筐体との間に配置され、第1部材の弾性率は、100KPa以上且つ1GPa以下である。
Description
本発明は、部材の変形を検知するセンサを備えているセンサモジュールに関する。
特許文献1の図8には、ペン軸、押圧センサ、筐体及びクッション材を備えているペン型電子機器が記載されている。ペン軸及び筐体のそれぞれは、筒形状を有している。ペン軸は、筐体内に位置している。押圧センサは、ペン軸と筐体との間に位置している。クッション材は、押圧センサと筐体との間に位置している。押圧センサは、筐体の変形を検知する。具体的には、利用者は、筐体を把持する。筐体は、利用者の把持によって変形する。クッション材は、筐体の変形に伴い変形する。押圧センサは、クッション材の変形に伴い変形する。押圧センサは、押圧センサの変形に応じた信号を出力する。
特許文献1に記載のペン型電子機器の分野において、センサが部材の変形を正確に検知しやすくなることが望まれている。
本発明の目的は、センサが部材の変形を正確に検知しやすくなるセンサモジュールを提供することである。
本発明の一実施形態に係るセンサモジュールは、
第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、
前記筐体と前記芯部材との間に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、
を備えており、
前記中間層は、前記筐体と接触しており、
前記中間層は、センサ及び第1部材を含んでおり、
前記センサは、前記第1外周面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の変形に応じた信号を出力し、
前記第1部材は前記センサと前記筐体との間に配置され、
前記第1部材の弾性率は、100KPa以上且つ1GPa以下である。
第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、
前記筐体と前記芯部材との間に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、
を備えており、
前記中間層は、前記筐体と接触しており、
前記中間層は、センサ及び第1部材を含んでおり、
前記センサは、前記第1外周面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の変形に応じた信号を出力し、
前記第1部材は前記センサと前記筐体との間に配置され、
前記第1部材の弾性率は、100KPa以上且つ1GPa以下である。
本発明の一実施形態に係るセンサモジュールは、
第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、
前記筐体と前記芯部材との間に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、
を備えており、
前記中間層は、前記筐体と接触しており、
前記中間層は、センサ、第1部材及び第2部材を含んでおり、
前記センサは、前記第1外周面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の変形に応じた信号を出力し、
前記第1部材は、前記筐体と前記センサとの間に配置され、
前記第2部材は、前記センサと前記第1部材との間、又は、前記第1部材と前記筐体との間に配置され、
前記第2部材の弾性率は、前記第1部材の弾性率より高い。
第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、
前記筐体と前記芯部材との間に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、
を備えており、
前記中間層は、前記筐体と接触しており、
前記中間層は、センサ、第1部材及び第2部材を含んでおり、
前記センサは、前記第1外周面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の変形に応じた信号を出力し、
前記第1部材は、前記筐体と前記センサとの間に配置され、
前記第2部材は、前記センサと前記第1部材との間、又は、前記第1部材と前記筐体との間に配置され、
前記第2部材の弾性率は、前記第1部材の弾性率より高い。
本発明の一実施形態に係るセンサモジュールによれば、センサが部材の変形を正確に検知しやすくなる。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態に係るセンサモジュール1について図面を参照しながら説明する。図1は、センサモジュール1を備える電子機器EEの外観を示す斜視図である。図2は、電子機器EEをY軸の正方向に見た図である。図2において、X軸の正方向における電子機器EEの端部の記載を省略している。図3は、図1におけるA-A断面図である。図4は、図3におけるB-B断面図である。図5は、芯部材11に固定されていない状態のセンサ120を示す図である。図6は、B-B断面におけるセンサ120を示す図である。
以下、本発明の第1実施形態に係るセンサモジュール1について図面を参照しながら説明する。図1は、センサモジュール1を備える電子機器EEの外観を示す斜視図である。図2は、電子機器EEをY軸の正方向に見た図である。図2において、X軸の正方向における電子機器EEの端部の記載を省略している。図3は、図1におけるA-A断面図である。図4は、図3におけるB-B断面図である。図5は、芯部材11に固定されていない状態のセンサ120を示す図である。図6は、B-B断面におけるセンサ120を示す図である。
本実施形態において方向を以下のように定義する。図1及び図2に示すように、X軸方向は、電子機器EEが伸びる方向である。Z軸方向は、X軸方向と直交している方向である。Y軸方向は、X軸方向及びZ軸方向と直交している方向である。本実施形態において、第1方向DIR1は、X軸の負方向と一致している。
センサモジュール1は、図1及び図2に示すように、電子機器EEに備わるモジュールである。電子機器EEは、例えば、ペン型の電子機器である。センサモジュール1は、例えば、電子機器EEにおいてユーザによって把持される部分に配置されている。センサモジュール1は、図1乃至図4に示すように、筐体10、芯部材11、中間層12、固定部材13及び演算回路14を備えている。
筐体10は、図1及び図2に示すように、第1方向DIR1に伸びている。筐体10は、筒形状を有している。具体的には、図3及び図4に示すように、筐体10は、内周面IS10及び外周面OS10を有する筒形状を有している。筐体10は、第1方向DIR1に伸びている中心軸線CAXを軸とした筒形状を有している。本実施形態では、筐体10は、円筒形状を有している。筐体10の材料は、樹脂、金属等である。
以下、図3に示すように、Y軸の負方向における筐体10の端及びその近傍を、第1部分Pr1と称す。Z軸の正方向における筐体10の端及びその近傍を第2部分Pr2と称す。Y軸の正方向における筐体10の端及びその近傍を第3部分Pr3と称す。Z軸の負方向における筐体10の端及びその近傍を第4部分Pr4と称す。
芯部材11は、図2に示すように、第1方向DIR1に伸びている。芯部材11は、外周面OS11(第1外周面)を有する形状を有している。本実施形態では、芯部材11は、外周面OS11及び内周面IS11を有する筒形状を有している。芯部材11は、第1方向DIR1に伸びる中心軸線を軸とした筒形状を有している。芯部材11の中心軸線は、筐体10の中心軸線CAXと一致する。芯部材11は、筐体10内に配置されている。従って、芯部材11の外周面OS11は、筐体10の内周面IS10によって囲まれている。外周面OS11は、内周面IS10と接触していない。芯部材11の材料は、樹脂、金属等である。
中間層12は、図1及び図2に示すように、第1方向DIR1に伸びている。本実施形態では、中間層12は、図3及び図4に示すように、センサ120、第1クッション材121(第1部材)及びFPC122(第3部材)を含んでいる。図3及び図4に示すように、FPC122、第1クッション材121及びセンサ120は、外周面OS12から内周面IS12に向かう方向(以下、外内方向DOIと称す)に、この順に並んでいる。
センサ120は、図5に示すように、第2方向DIR2に伸びる長辺、及び、第2方向DIR2に直交する第3方向DIR3に伸びる短辺を有する長方形状を有している。センサ120は、図5及び図6に示すように、第1主面OS120及び第2主面IS120を有するシート形状を有している。本実施形態では、センサ120は、芯部材11の外周面OS11に沿って螺旋状に巻き付けられている。図2に示すように、センサ120は、例えば、第2方向DIR2がX軸方向及びY軸方向に対して45度程度の角度を有するように、芯部材11に巻き付けられている。これにより、センサ120は、図1及び図2に示すように、第1方向DIR1に伸びる中心軸線CAXを軸とした螺旋形状を有している。センサ120は、芯部材11の外周面OS11(第1外周面)の周囲を囲んでいる。従って、中間層12が、芯部材11の周囲を囲んでいる。センサ120は、芯部材11の外周面OS11に固定されている。例えば、センサ120の第2主面IS120が、両面テープ等の固定部材13によって芯部材11の外周面OS11に固定されている。
センサ120は、具体的には、圧電センサである。センサ120は、図6に示すように、第1電極1200、圧電フィルム1201、第2電極1202及び検出回路(図示せず)を含んでいる。第1電極1200、圧電フィルム1201及び第2電極1202は、外内方向DOIにこの順に並んでいる。
圧電フィルム1201は、図5に示すように、第2方向DIR2に伸びる長辺及び第3方向DIR3に伸びる短辺を有するシート形状を有している。圧電フィルム1201は、図6に示すように、第1主面SF1及び第2主面SF2を有している。第1主面SF1及び第2主面SF2は、外内方向DOIにこの順に並んでいる。
圧電フィルム1201は、圧電フィルム1201の変形量に応じた電荷を発生する。例えば、圧電フィルム1201が第2方向DIR2に伸張されたときに発生する電荷の極性は、圧電フィルム1201が第3方向DIR3に伸張されたときに発生する電荷の極性と逆となる。具体的には、圧電フィルム1201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。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1201は、d14の圧電定数を有している。図5に示すように、圧電フィルム1201の一軸延伸方向ODは、第2方向DIR2及び第3方向DIR3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んでいる。これにより、圧電フィルム1201は、圧電フィルム1201が第2方向DIR2に伸張されることにより、電荷を発生する。圧電フィルム1201は、例えば、第2方向DIR2に伸張されると正の電荷を発生する。圧電フィルム1201は、例えば、第3方向DIR3に伸張されると負の電荷を発生する。電荷の大きさは、伸張又は圧縮による圧電フィルム1201の変形量に依存する。
第1電極1200は、例えば、基準電位に接続される基準電極である。第1電極1200は、OCA等の接着剤(図示せず)によって第1主面SF1に固定されている。第1電極1200は、第1主面SF1を覆っている。
第2電極1202は、例えば、信号電極である。第2電極1202は、OCA等の接着剤(図示せず)によって第2主面SF2に固定されている。第2電極1202は、第2主面SF2を覆っている。
検出回路は、第1電極1200及び第2電極1202に電気的に接続されている。検出回路は、圧電フィルム1201が発生した電荷を電圧信号に変換する。検出回路は、電圧信号をAD変換することによってデジタル信号を生成する。
第1クッション材121は、図1乃至図4に示すように、X軸に沿って伸びている。第1クッション材121は、内周面IS121及び外周面OS121を有する筒形状を有している。第1クッション材121(第1部材)は、図3及び図4に示すように、筐体10とセンサ120との間に位置している。第1クッション材121は、センサ120の周囲を囲んでいる。第1クッション材121は、センサ120の第1主面OS120を覆っている。第1クッション材121は、柔軟性を有する。例えば、第1クッション材121(第1部材)の弾性率は、100KPa以上且つ1GPa以下である。第1クッション材121は、筐体10又は芯部材11より柔らかい。このため、第1クッション材121は、筐体10又は芯部材11より変形しやすい。変形前の第1クッション材121の外径は、筐体10の内径より大きくてもよい。
第1クッション材121は、外内方向DOIに向かって圧縮されるように変形した状態で筐体10内に配置される。このとき、第1クッション材121には、変形前の形状に戻ろうとする復元力が生じる。この場合、第1クッション材121には、外内方向DOIに向かって伸張するように変形しようとする。これにより、第1クッション材121を含んでいる中間層12は、芯部材11に固定されやすくなる。また、第1クッション材121は、当該復元力によって外内方向DOIの反対方向に向かって伸張するように変形しようとする。これにより、第1クッション材121を含んでいる中間層12は、筐体10に固定されやすくなる。結果、中間層12が、筐体10及び芯部材11に固定されやすくなる。このような第1クッション材121の材料は、樹脂等である。
図3及び図4に示すように、FPC122(第3部材)は、X軸に沿って伸びている。FPC122は、外周面OS122及び内周面IS122を有する筒形状を有している。FPC122は、図3及び図4に示すように、第1クッション材121(第1部材)と筐体10との間に位置している。FPC122は、第1クッション材121の周囲を囲んでいる。FPC122は、センサ120及び演算回路と電気的に接続されている。本実施形態では、FPC122は、中間層12が含んでいる部材の中で外内方向DOIにおいて最も外側に位置している。従って、本実施形態では、FPC122(第3部材)が、中間層12の外周面OS12(第2外周面)を有している。FPC122の外周面OS122は、筐体10の内周面IS10と接触している。従って、中間層12の一部が、筐体10と接触している。中間層12の外周面OS12の一部(以下、接触部分と称す)が、筐体10と接触している。外周面OS12における接触部分以外の部分は、筐体10と接触していない。以上に示すように、センサ120、第1クッション材121及びFPC122の全てが筐体10と芯部材11との間に配置されている。従って、中間層12は、筐体10と芯部材11との間に配置されている。
上記の構成の場合、中間層12は、内周面IS12及び外周面OS12(第2外周面)を有する筒形状を有している。具体的には、中間層12が含んでいるセンサ120、第1クッション材121及びFPC122が筒形状を有しているため、中間層12は、内周面IS12及び外周面OS12(第2外周面)を有する筒形状を有している。センサ120は、中間層12が含んでいる部材の中で外内方向DOIにおいて最も内側に位置している。従って、センサ120の第2主面IS120が、中間層12の内周面IS12に相当する。また、FPC122は、中間層12が含んでいる部材の中で外内方向DOIにおいて最も外に位置している。従って、FPC122の外周面OS122が、中間層12の外周面OS12に相当する。なお、上記の構成の場合、中間層12は、X軸に沿って伸びる中心軸線を有する筒形状を有している。
上記の構造を有するセンサモジュール1において、センサ120は、筐体10の変形を検知する。具体的には、センサ120は、筐体10の変形に応じた信号Sigを出力する。より詳細には、ユーザは、筐体10を把持する。このとき、ユーザは、筐体10を外内方向DOIに向かって押す。これにより、筐体10に、外内方向DOIに向かって力が加わる。当該力によって、筐体10は、外内方向DOIに向かって突出するように変形する。筐体10の変形に伴って、筐体10内に位置しているFPC122が変形する。FPC122の変形に伴って、FPC122内に位置している第1クッション材121が変形する。第1クッション材121の変形に伴って、第1クッション材121内に位置しているセンサ120が変形する。センサ120は、センサ120の変形に応じた信号Sigを出力する。
本実施形態において、ユーザが筐体10を外内方向DOIに向かって押した場合、センサ120は、基準電位VEに対して負の極性を有する信号Sigを出力した後に、基準電位VEに対して正の極性を有する信号Sigを出力する。以下、図7を参照しながら説明する。図7は、筐体10の第1部分Pr1、第2部分Pr2、第3部分Pr3及び第4部分Pr4のそれぞれが押されたときに、センサ120が出力した信号Sigを示す図である。図7における時刻t2は時刻t1より後の時刻である。
図7における第1信号Sig1は、ユーザが第1部分Pr1を外内方向DOIに向かって押したときにセンサ120が出力した信号である。第2信号Sig2は、ユーザが第2部分Pr2を外内方向DOIに向かって押したときにセンサ120が出力した信号である。第3信号Sig3は、ユーザが第3部分Pr3を外内方向DOIに向かって押したときにセンサ120が出力した信号である。第4信号Sig4は、ユーザが第4部分Pr4を外内方向DOIに向かって押したときにセンサ120が出力した信号である。図7は、第1信号Sig1、第2信号Sig2、第3信号Sig3及び第4信号Sig4それぞれの波形を1つのグラフにまとめることによって得られた図である。説明を分かりやすくするために、図7において第1部分Pr1~第4部分Pr4のそれぞれを押す時刻を変化させている。
図7に示す例において、ユーザは、時刻t1において第3部分Pr3を押すことを開始している。これにより、第3部分Pr3が外内方向DOIに向かって突出するように変形する。このとき、第3部分Pr3の変形に伴って、第1クッション材121が外内方向DOIに向かって突出するように変形する。変形した第1クッション材121によって、センサ120に対して外内方向DOIに向かう力が加わる。これにより、センサ120が外内方向DOIに向かって押される。この場合、センサ120において第1クッション材121によって外内方向DOIに向かって押されている部分が、例えば、第3方向DIR3に向かって伸張するように変形する。センサ120が第3方向DIR3に向かって伸張するように変形することによって、センサ120は、基準電位VEに対して負の極性を有する第1信号Sig1を出力する。
ユーザは、第3部分Pr3を押すことを終了する。この場合、センサ120は、センサ120に発生する復元力によって変形前の形状に戻ろうとする。この復元力によって、センサ120が第3方向DIR3に圧縮されるように変形する。従って、図7に示すように、時刻t2より後の時刻において、センサ120は、基準電位VEに対して正の極性を有する第1信号Sig1を出力する。結果、ユーザが第3部分Pr3を押すことを開始してから終了するまでの1サイクルにおいて、センサ120は、基準電位VEに対して負の極性を有する第3信号Sig3を出力した後、基準電位VEに対して正の極性を有する第3信号Sig3を出力する。
同様にして、図7に示すように、時刻t2の後において、ユーザが第4部分Pr4を押した場合、センサ120は、基準電位VEに対して負の極性を有する第4信号Sig4を出力した後、基準電位VEに対して正の極性を有する第4信号Sig4を出力する。ユーザが第2部分Pr2を押した場合、センサ120は、基準電位VEに対して負の極性を有する第2信号Sig2を出力した後、基準電位VEに対して正の極性を有する第2信号Sig2を出力する。ユーザが第1部分Pr1を押した場合、センサ120は、基準電位VEに対して負の極性を有する第1信号Sig1を出力した後、基準電位VEに対して正の極性を有する第1信号Sig1を出力する。
演算回路14は、例えば、CPU、ROM及びRAMを含んでいるマイクロコントローラーである。演算回路14は、センサ120が出力した信号SigをFPC122を介して受信する。演算回路14は、信号Sigに基づいた処理を実行する。演算回路14は、センサ120が出力した信号Sigに基づいて筐体10が変形しているか否かを判定する。例えば、演算回路14は、基準電位VEに対して負の極性を有する信号Sigを受信した場合、筐体10が変形したと判定する。つまり、演算回路14は、ユーザが筐体10を把持した結果、筐体10が変形したと判定する。一方、演算回路14は、基準電位VEに対して正の極性を有する信号Sigを受信した場合、筐体10が変形前の形状に戻っていると判定する。つまり、演算回路14は、基準電位VEに対して正の極性を有する信号Sigを受信した場合、ユーザが筐体10の把持を終了したことによって筐体10が変形前の形状に戻ったと判定する。
ところで、センサモジュール1は、センサ120が筐体10の変形を正確に検知しやすくなる構造を有している。以下、当該構造について図面を参照しながら詳細に説明する。図8は、本願発明者によって行われた実験の結果を示す表Tbである。実験とは、具体的には、以下である。第1クッション材121の弾性率(以下、第1弾性率と称す)と、筐体10と中間層12との間の隙間(以下、クリアランスと称す)の大きさと、の組み合わせが異なる条件1~条件4のいずれかを満たすセンサモジュール1において、センサ120が出力した信号Sigの極性を調べる。例えば、図8において、条件1は、第1弾性率が、50kPaであり、且つ、クリアランスが0より大きいという条件である。クリアランスが0より大きいとは、中間層12の外周面OS11の全てが、筐体10に接触していない状態である。このとき、第1部分Pr1から第4部分Pr4のそれぞれを外内方向DOIに向かって押した場合に、センサ120が出力する信号Sigの極性を調べる。表Tbは、第1部分Pr1から第4部分Pr4のそれぞれが外内方向DOIに向かって押された場合に、センサ120が出力する信号Sigの極性をまとめることによって得られた表である。
同様にして、条件2は、第1弾性率が50kPaであり、且つ、クリアランスが0という条件である。クリアランスが0とは、中間層12の外周面OS11の一部が、筐体10に接触している状態である。条件3は、第1弾性率が、100KPa以上且つ1GPa以下であり、且つ、クリアランスが0より大きいという条件である。条件4は、第1弾性率が100KPa以上且つ1GPa以下であり、且つ、クリアランスが0という条件である。
また、図8において、「信号の極性:-/+」とは、センサ120が基準電位VEに対して負の極性を有する信号Sigを出力した後に、基準電位VEに対して正の極性を有する信号Sigを出力したことを意味する。また、「信号の極性:+/-」とは、センサ120が基準電位VEに対して正の極性を有する信号Sigを出力した後に、基準電位VEに対して負の極性を有する信号Sigを出力したことを意味する。
図9は、条件1~条件3のいずれかの条件を満たすセンサモジュール1において、センサ120が出力した信号Sigの極性を示す図である。図9において、第5信号Sig5は、条件1~条件3のいずれかの条件を満たすセンサモジュール1において、ユーザが第1部分Pr1を押したとき、センサ120が出力した信号である。第6信号Sig6は、条件1~条件3のいずれかの条件を満たすセンサモジュール1において、ユーザが第2部分Pr2を押したとき、センサ120が出力した信号である。第7信号Sig7は、条件1~条件3のいずれかの条件を満たすセンサモジュール1において、ユーザが第3部分Pr3を押したとき、センサ120が出力した信号である。第8信号Sig8は、条件1~条件3のいずれかの条件を満たすセンサモジュール1において、ユーザが第4部分Pr4を押したとき、センサ120が出力した信号である。
図8及び図9に示すように、条件1を満たすセンサモジュール1では、ユーザが第1部分Pr1を押した場合、基準電位VEに対して負の極性を有する第5信号Sig5を出力した後に、基準電位VEに対して正の極性を有する第5信号Sig5を出力する。ユーザが第3部分Pr3を押した場合も同様である。
一方、条件1を満たすセンサモジュール1では、ユーザが第2部分Pr2を押した場合、基準電位VEに対して正の極性を有する第6信号Sig6を出力した後に、基準電位VEに対して負の極性を有する第6信号Sig6を出力する(図8及び図9参照)。ユーザが第4部分Pr4を押した場合も同様である。
以上より、条件1を満たすセンサモジュール1では、ユーザが第2部分Pr2又は第4部分Pr4を押したときにセンサ120が出力する信号Sigの極性が、ユーザが第1部分Pr1又は第3部分Pr3を押したときにセンサ120が出力する信号Sigの極性に対して反転している。つまり、条件1を満たすセンサモジュール1では、筐体10においてユーザが押した位置に応じて、センサ120が出力する信号Sigの態様が変化している。条件2又は条件3を満たすセンサモジュール1も同様である。
一方、条件4を満たすセンサモジュール1では、筐体10においてユーザが押した位置に応じて、センサ120が出力する信号Sigの態様が変化しにくい。具体的には、条件4を満たすセンサモジュール1では、ユーザが第1部分Pr1~第4部分Pr4のいずれを押した場合であっても、センサ120は、基準電位VEに対して負の極性を有する信号Sigを出力した後に、基準電位VEに対して正の極性を有する信号Sigを出力する。すなわち、図7で示したような、各信号の出力が判定していない信号を出力する。以上より、センサモジュール1が条件4を満たすことによって、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生することを防止しやすくなる。このため、センサモジュール1では、第1弾性率が、100KPa以上且つ1GPa以下である。また、センサモジュール1では、中間層12の外周面OS11の一部が、筐体10に接触している。
本願発明者は、第1クッション材121の弾性率に応じて信号Sigの極性が変化する理由について考察した。結果、本願発明者は、以下に示す理由により、第1クッション材121の弾性率に応じて信号Sigの極性が変化することに気が付いた。以下、図7及び図8に示した条件1~3を満たすセンサモジュール(以下、比較例と称す)と、センサモジュール1と、を比較して説明する。
比較例に係る第1クッション材の弾性率は、第1クッション材121の弾性率より低い。この場合、比較例に係る第1クッション材は、第1クッション材121より変形しやすい。このため、ユーザが比較例に係る筐体を押したとき、比較例に係る第1クッション材は、芯部材に螺旋状に巻き付けられているセンサの側面と側面との間に入り込みやすい。第1クッション材がセンサの側面と側面との間に入り込んだ場合、センサの側面が第1クッション材によって第3方向に向かって押される可能性がある。これにより、センサが、第3方向に向かって圧縮するように変形しやすくなる。この場合、センサが、基準電位に対して正の極性を有する信号を出力しやすい。従って、比較例では、筐体においてユーザが押した位置に応じて、センサが出力する信号Sigの態様が変化する可能性がある。
一方、センサモジュール1では、第1クッション材121の弾性率は、比較例の第1クッション材の弾性率より高い100KPa以上且つ1GPa以下である。つまり、第1クッション材121は、比較例の第1クッション材と比較して、変形しにくい。これにより、第1クッション材121がセンサ120の側面と側面との間に入り込みにくくなる。従って、センサ120は、ユーザが筐体10を押した位置によって、信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。
(効果)
センサモジュール1によれば、センサ120が筐体10の変形を検知しやすくなる。比較例の場合、図7及び図8に示すように、ユーザが筐体を押した位置に依って、センサが出力する信号の態様が変化する。本願発明者による実験結果より、比較例において、例えば、ユーザが第1部分を押した場合にセンサが出力する信号の極性が、ユーザが第2部分を押した場合にセンサが出力する信号の極性に対して反転するという事象が発生している。従って、比較例に係るセンサは、ユーザが筐体を押すことによって基準電位に対して負の極性を有する信号が出力されたのか否かを正確に検知しにくい。つまり、比較例において、センサは、筐体の変形を正確に検知しにくい。
センサモジュール1によれば、センサ120が筐体10の変形を検知しやすくなる。比較例の場合、図7及び図8に示すように、ユーザが筐体を押した位置に依って、センサが出力する信号の態様が変化する。本願発明者による実験結果より、比較例において、例えば、ユーザが第1部分を押した場合にセンサが出力する信号の極性が、ユーザが第2部分を押した場合にセンサが出力する信号の極性に対して反転するという事象が発生している。従って、比較例に係るセンサは、ユーザが筐体を押すことによって基準電位に対して負の極性を有する信号が出力されたのか否かを正確に検知しにくい。つまり、比較例において、センサは、筐体の変形を正確に検知しにくい。
一方、センサモジュール1において、第1クッション材121の弾性率は、100KPa以上且つ1GPa以下である。また、センサモジュール1において、クリアランスが0である。つまり、中間層12の外周面OS11の一部が、筐体10に接触している。この場合、センサモジュール1は、条件4を満たす。従って、図8に示す実験結果より、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくくなる。従って、センサモジュール1では、センサ120は、ユーザが筐体10を押すことを開始したことによって基準電位VEに対して負の極性を有する信号Sigが出力されたと検知しやすい。結果、センサモジュール1では、センサ120が、筐体10の変形を検知しやすくなる。
センサモジュール1は、第1クッション材121を備えている。変形前の第1クッション材121の外径は、筐体10の内径より大きい。この場合、中間層12が筐体10内に配置されるとき、第1クッション材121が圧縮した状態で、中間層12が筐体10内に収納される。これにより、筐体10と中間層12との間にクリアランスが生じにくくなる。結果、センサ120が筐体10の変形を検知しやすくなる。
[変形例1]
以下、センサモジュール1の変形例1に係るセンサモジュール1aについて図面を参照しながら説明する。図10は、変形例1に係るセンサモジュール1aのB-B断面図である。
以下、センサモジュール1の変形例1に係るセンサモジュール1aについて図面を参照しながら説明する。図10は、変形例1に係るセンサモジュール1aのB-B断面図である。
図10に示すように、センサモジュール1aは、中間層12と異なる中間層12aを備えている点で、センサモジュール1と異なる。中間層12aは、第2クッション材123a(第4部材)を更に備えている点で中間層12と異なる。
第2クッション材123aは、内周面IS123a及び外周面OS123aを有する筒形状を有している。第2クッション材123a(第4部材)は、図10に示すように、FPC122(第3部材)と筐体10との間に位置している。第2クッション材123aは、FPC122の周囲を囲んでいる。第2クッション材123aの弾性率は、FPC122の弾性率より低い。第2クッション材123aは、中間層12aが含んでいる部材の中で外内方向DOIにおいて最も外に位置している。このため、本変形例では、外周面OS123aが、中間層12aの外周面OS12に相当する。従って、本変形例では、第2クッション材123aが、第2外周面を有している。本変形例におけるセンサ120は、第1実施形態と同様にして、図7に示す信号Sigを出力する。
(効果)
センサモジュール1aによれば、センサ120が筐体10の変形を更に検知しやすくなる。具体的には、第2クッション材123aは、FPC122と筐体10との間に位置している。これにより、FPC122と筐体10との間のクリアランスが0になりやすい。結果、センサモジュール1と同様の理由により、センサ120が、筐体10の変形を正確に検知しやすくなる。また、センサモジュール1aは、センサモジュール1と同様の効果を奏する。
センサモジュール1aによれば、センサ120が筐体10の変形を更に検知しやすくなる。具体的には、第2クッション材123aは、FPC122と筐体10との間に位置している。これにより、FPC122と筐体10との間のクリアランスが0になりやすい。結果、センサモジュール1と同様の理由により、センサ120が、筐体10の変形を正確に検知しやすくなる。また、センサモジュール1aは、センサモジュール1と同様の効果を奏する。
[変形例2]
以下、センサモジュール1の変形例2に係るセンサモジュール1bについて図面を参照しながら説明する。図11は、変形例2に係るセンサモジュール1bのB-B断面図である。図12は、本願発明者によって行われた実験の結果を示す表Tbbである。表Tbbにおける条件1~4のそれぞれは、表Tbにおける条件1~4と同じである。
以下、センサモジュール1の変形例2に係るセンサモジュール1bについて図面を参照しながら説明する。図11は、変形例2に係るセンサモジュール1bのB-B断面図である。図12は、本願発明者によって行われた実験の結果を示す表Tbbである。表Tbbにおける条件1~4のそれぞれは、表Tbにおける条件1~4と同じである。
図11に示すように、センサモジュール1bは、中間層12と異なる中間層12bを備えている点で、センサモジュール1と異なる。中間層12bは、第1接着部材124b(第2部材)を更に備えている点で、中間層12と異なる。
第1接着部材124bは、内周面IS124b及び外周面OS124bを有する筒形状を有している。本変形例において、第1接着部材124b(第2部材)は、センサ120と第1クッション材121(第1部材)との間に位置している。第1接着部材124bは、センサ120と第1クッション材121とを接着する。第1接着部材124bの弾性率は、第1クッション材121の弾性率より高い。第1接着部材124bは、例えば、カプトン(登録商標)テープである。センサモジュール1bでは、センサモジュール1と同様にして、中間層12bの外周面OS12の一部が、筐体10と接触している。本変形例では、FPC122が外周面OS12を有している。従って、筐体10は、FPC122の一部と接触している。
図12に示すように、条件1又は条件3を満たすセンサモジュール1bでは、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生している。一方、条件2又は条件4を満たすセンサモジュール1bでは、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生していない。つまり、クリアランスが0であるセンサモジュール1bでは、第1弾性率の大きさに依らずに、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。以上より、センサモジュール1bでは、クリアランスが0である。従って、センサモジュール1bでは、中間層12の外周面OS11(第2外周面)の一部が、筐体10に接触している。
(効果)
センサモジュール1bにおいて、中間層12bは、第1接着部材124bを備えている。また、センサモジュール1bでは、クリアランスが0である。つまり、センサモジュール1bでは、中間層12の外周面OS11(第2外周面)の一部が、筐体10に接触している。この場合、図12に示す実験結果より、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。つまり、センサモジュール1bによれば、センサ120が筐体10の変形を正確に検知しやすくなる。
センサモジュール1bにおいて、中間層12bは、第1接着部材124bを備えている。また、センサモジュール1bでは、クリアランスが0である。つまり、センサモジュール1bでは、中間層12の外周面OS11(第2外周面)の一部が、筐体10に接触している。この場合、図12に示す実験結果より、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。つまり、センサモジュール1bによれば、センサ120が筐体10の変形を正確に検知しやすくなる。
センサモジュール1bは、センサ120と第1クッション材121との間に位置している第1接着部材124bを備えている。第1接着部材124bの弾性率は、第1クッション材121の弾性率より高い。従って、第1接着部材124bは、第1クッション材121と比較して変形しにくい。このため、ユーザが筐体10を把持したときに、第1接着部材124bがセンサ120の側面と側面との間に入り込みにくい。従って、センサ120は、ユーザが筐体10を押した位置によって、信号の極性が反転するという事象が発生しにくい。結果、センサ120は、筐体10の変形を正確に検知しやすくなる。
[変形例3]
以下、センサモジュール1の変形例3に係るセンサモジュール1cについて図面を参照しながら説明する。図13は、変形例3に係るセンサモジュール1cのB-B断面図である。図14は、本願発明者によって行われた実験の結果を示す表Tbcである。表Tbcにおける条件1~4のそれぞれは、表Tbにおける条件1~4と同じである。
以下、センサモジュール1の変形例3に係るセンサモジュール1cについて図面を参照しながら説明する。図13は、変形例3に係るセンサモジュール1cのB-B断面図である。図14は、本願発明者によって行われた実験の結果を示す表Tbcである。表Tbcにおける条件1~4のそれぞれは、表Tbにおける条件1~4と同じである。
図13に示すように、センサモジュール1cは、中間層12と異なる中間層12cを備えている点で、センサモジュール1と異なる。中間層12cは、第2接着部材125c(第2部材)を更に備えている点で、中間層12と異なる。
第2接着部材125cは、内周面IS125c及び外周面OS125cを有する筒形状を有している。本変形例において、第2接着部材125c(第2部材)は、第1クッション材121(第1部材)と筐体10との間に位置している。より詳細には、第2接着部材125c(第2部材)は、FPC122(第3部材)と筐体10との間に位置している。第2接着部材125c(第2部材)は、FPC122(第3部材)の周囲を囲んでいる。第2接着部材125cは、FPC122と筐体10とを接着する。第2接着部材125cの弾性率は、第1クッション材121の弾性率より高い。第2接着部材125cは、例えば、カプトン(登録商標)テープである。本変形例では、第2接着部材125cが、中間層12cが含んでいる部材の中で外内方向DOIにおいて最も外に位置している。このため、本変形例では、第2接着部材125cの外周面OS125cが、中間層12cの外周面OS12に相当する。従って、本変形例では、第2接着部材125c(第2部材)が、第2外周面を有している。
図14に示すように、条件1又は条件3を満たすセンサモジュール1cでは、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生している。一方、条件2又は条件4を満たすセンサモジュール1cでは、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生していない。つまり、クリアランスが0であるセンサモジュール1cでは、第1弾性率の大きさに依らずに、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。以上より、センサモジュール1cでは、クリアランスが0である。従って、センサモジュール1cでは、中間層12の外周面OS11(第2外周面)の一部が、筐体10に接触している。つまり、第2接着部材125cの外周面OS125cの一部が、筐体10に接触している。
(効果)
センサモジュール1cにおいて、中間層12cは、第2接着部材125cを備えている。第2接着部材125cの弾性率は、第1クッション材121の弾性率より高い。この場合、センサモジュール1cは、センサモジュール1における第1クッション材121と同様にして、信号Sigの極性が判定することを抑制出来る硬い部材として第2接着部材125cを備えている。この場合、センサモジュール1cでは、センサモジュール1と同様にして、信号Sigの極性が判定することを抑制しやすくなる。また、センサモジュール1cでは、クリアランスが0である。つまり、センサモジュール1cでは、中間層12の外周面OS11(第2外周面)の一部が、筐体10に接触している。この場合、図14に示す実験結果より、ユーザが筐体10を押した位置によって、信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。つまり、センサモジュール1cによれば、センサ120が筐体10の変形を正確に検知しやすくなる。
センサモジュール1cにおいて、中間層12cは、第2接着部材125cを備えている。第2接着部材125cの弾性率は、第1クッション材121の弾性率より高い。この場合、センサモジュール1cは、センサモジュール1における第1クッション材121と同様にして、信号Sigの極性が判定することを抑制出来る硬い部材として第2接着部材125cを備えている。この場合、センサモジュール1cでは、センサモジュール1と同様にして、信号Sigの極性が判定することを抑制しやすくなる。また、センサモジュール1cでは、クリアランスが0である。つまり、センサモジュール1cでは、中間層12の外周面OS11(第2外周面)の一部が、筐体10に接触している。この場合、図14に示す実験結果より、ユーザが筐体10を押した位置によって、信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。つまり、センサモジュール1cによれば、センサ120が筐体10の変形を正確に検知しやすくなる。
[変形例4]
以下、センサモジュール1の変形例4に係るセンサモジュール1dについて図面を参照しながら説明する。図15は、変形例4に係るセンサモジュール1dを示す図である。図16は、本願発明者によって行われた実験の結果を示す表Tbdである。表Tbdにおける条件1~4のそれぞれは、表Tbにおける条件1~4と同じである。
以下、センサモジュール1の変形例4に係るセンサモジュール1dについて図面を参照しながら説明する。図15は、変形例4に係るセンサモジュール1dを示す図である。図16は、本願発明者によって行われた実験の結果を示す表Tbdである。表Tbdにおける条件1~4のそれぞれは、表Tbにおける条件1~4と同じである。
センサモジュール1dは、センサ120の一部が第1クッション材121と接触していない点で、センサモジュール1と異なる。具体的には、図15に示すように、X軸の負方向(第1方向DIR1)におけるセンサ120の端部が、第1クッション材121(第1部材)と接触していない。X軸の負方向におけるセンサ120の端部は、X軸の負方向におけるセンサ120の端及びその近傍を含んでいる。
図16に示すように、条件1又は条件3を満たすセンサモジュール1dでは、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生している。一方、条件2又は条件4を満たすセンサモジュール1dでは、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生していない。つまり、クリアランスが0であるセンサモジュール1dでは、第1弾性率の大きさに依らずに、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。以上より、センサモジュール1dでは、クリアランスが0である。従って、センサモジュール1dでは、中間層12の外周面OS11(第2外周面)の一部が、筐体10に接触している。
(効果)
センサモジュール1dにおいて、X軸の負方向(第1方向DIR1)におけるセンサ120の端部が、第1クッション材121(第1部材)と接触していない。この場合、図16に示す実験結果より、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。具体的には、X軸の負方向におけるセンサの端部が、第1クッション材と接触しているセンサモジュールの比較例において、筐体におけるセンサの端部が近傍に位置している部分を押した場合、筐体におけるセンサの中央部分が近傍に位置している部分を押した場合と比較して、信号の極性が反転するという事象が発生しやすいことに、本願発明者は気が付いた。つまり、本願発明者は、センサの端部が変形した場合、センサの中央部分が変形した場合と比較して、信号の極性が反転するという事象が発生しやすいことに気が付いた。
センサモジュール1dにおいて、X軸の負方向(第1方向DIR1)におけるセンサ120の端部が、第1クッション材121(第1部材)と接触していない。この場合、図16に示す実験結果より、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。具体的には、X軸の負方向におけるセンサの端部が、第1クッション材と接触しているセンサモジュールの比較例において、筐体におけるセンサの端部が近傍に位置している部分を押した場合、筐体におけるセンサの中央部分が近傍に位置している部分を押した場合と比較して、信号の極性が反転するという事象が発生しやすいことに、本願発明者は気が付いた。つまり、本願発明者は、センサの端部が変形した場合、センサの中央部分が変形した場合と比較して、信号の極性が反転するという事象が発生しやすいことに気が付いた。
そこで、センサモジュール1dでは、X軸の負方向(第1方向DIR1)におけるセンサ120の端部が、第1クッション材121(第1部材)と接触していない。この場合、筐体10におけるセンサ120の端部が近傍に位置している部分を押したとき、センサ120の端部に第1クッション材121を介して力が加わりにくい。従って、センサ120の端部が変形しにくい。結果、センサモジュール1dでは、信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくくなる。
また、センサモジュール1dでは、クリアランスが0である。つまり、センサモジュール1dでは、中間層12の外周面OS11(第2外周面)の一部が、筐体10に接触している。この場合、図16に示す実験結果より、ユーザが筐体10を押した位置によって信号Sigの極性が反転するという事象が発生しにくい。以上の理由により、センサモジュール1dによれば、センサ120が筐体10の変形を正確に検知しやすくなる。
[その他の実施形態]
本発明に係るセンサモジュールは、センサモジュール1,1a~1dに限らず、その要旨の範囲において変更可能である。センサモジュール1,1a~1dの構成を任意に組み合わせてもよい。
本発明に係るセンサモジュールは、センサモジュール1,1a~1dに限らず、その要旨の範囲において変更可能である。センサモジュール1,1a~1dの構成を任意に組み合わせてもよい。
なお、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、説明のために定義した方向である。従って、センサモジュール1,1a~1dの実使用時におけるX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、必ずしも、各実施形態及び各変形例におけるX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向と一致しなくてよい。同様にして、第1方向DIR1は、説明のために定義した方向である。従って、センサモジュール1,1a~1dの実使用時における第1方向DIR1は、必ずしも、各実施形態及び各変形例における第1方向DIR1と一致しなくてよい。
なお、芯部材11は、必ずしも、筒形状を有していなくてもよい。芯部材11は、例えば、柱形状を有していてもよい。
なお、演算回路14は、必ずしも、芯部材11内に配置されていなくてもよい。
なお、外周面OS12の全てが、筐体10と接触していてもよい。
なお、平面視したときの筐体10の形状は、第1実施形態及び各変形例で説明したような円形状に限定されない。平面視したときの筐体10の形状は、多角形状、又は、平坦部と円弧部とを有するようなD字形状等であってもよい。
なお、第1接着部材124bは、必ずしも、カプトン(登録商標)テープでなくてもよい。なお、第2接着部材125cは、必ずしも、カプトン(登録商標)テープでなくてもよい。
なお、FPC122は、必ずしも、第1クッション材121の外周面OS121の全面を覆わなくてよい。従って、第1クッション材121の一部は、FPC122から露出していてもよい。
なお、センサ120の一部が、FPC122から露出していてもよい。
なお、第1電極1200は、必ずしも基準電極でなくてよく、且つ、第2電極1202は、必ずしも、信号電極でなくてもよい。例えば、第1電極1200が信号電極であり、且つ、第2電極1202が基準電極であってもよい。
なお、センサモジュール1,1a~1dは、ペン型の電子機器EE以外の電子機器に備わっていてもよい。
なお、FPC122は、変形前の形状においてシート形状を有している。そして、シート形状のFPC122が、第1クッション材121の外周面に沿って巻き付けられている。これにより、FPC122が、筒形状を有するようになる。このとき、FPC122は、必ずしも、外周面OS122の全てを囲んでいなくてもよい。センサ120の一部及び第1クッション材121の一部のそれぞれは、FPC122によって囲まれていなくてもよい。
なお、第3部材は、必ずしも、FPCでなくてよい。
本発明は、以下の構造を有する。
(1)
第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、
前記筐体と前記芯部材との間に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、
を備えており、
前記中間層は、前記筐体と接触しており、
前記中間層は、センサ及び第1部材を含んでおり、
前記センサは、前記第1外周面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の変形に応じた信号を出力し、
前記第1部材は、前記センサと前記筐体との間に配置され、
前記第1部材の弾性率は、100KPa以上且つ1GPa以下である、
センサモジュール。
第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、
前記筐体と前記芯部材との間に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、
を備えており、
前記中間層は、前記筐体と接触しており、
前記中間層は、センサ及び第1部材を含んでおり、
前記センサは、前記第1外周面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の変形に応じた信号を出力し、
前記第1部材は、前記センサと前記筐体との間に配置され、
前記第1部材の弾性率は、100KPa以上且つ1GPa以下である、
センサモジュール。
(2)
第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、
前記筐体と前記芯部材との間に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、
を備えており、
前記中間層は、前記筐体と接触しており、
前記中間層は、センサ、第1部材及び第2部材を含んでおり、
前記センサは、前記第1外周面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の変形に応じた信号を出力し、
前記第1部材は、前記筐体と前記センサとの間に配置され、
前記第2部材は、前記センサと前記第1部材との間、又は、前記第1部材と前記筐体との間に配置され、
前記第2部材の弾性率は、前記第1部材の弾性率より高い、
センサモジュール。
第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、
前記筐体と前記芯部材との間に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、
を備えており、
前記中間層は、前記筐体と接触しており、
前記中間層は、センサ、第1部材及び第2部材を含んでおり、
前記センサは、前記第1外周面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の変形に応じた信号を出力し、
前記第1部材は、前記筐体と前記センサとの間に配置され、
前記第2部材は、前記センサと前記第1部材との間、又は、前記第1部材と前記筐体との間に配置され、
前記第2部材の弾性率は、前記第1部材の弾性率より高い、
センサモジュール。
(3)
前記中間層は、第3部材を更に備えており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第3部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第3部材が、前記第2外周面を有している、
(1)に記載のセンサモジュール。
前記中間層は、第3部材を更に備えており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第3部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第3部材が、前記第2外周面を有している、
(1)に記載のセンサモジュール。
(4)
前記中間層は、第3部材及び第4部材を更に備えており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第3部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第4部材は、前記第3部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第4部材が、前記第2外周面を有している、
(1)に記載のセンサモジュール。
前記中間層は、第3部材及び第4部材を更に備えており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第3部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第4部材は、前記第3部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第4部材が、前記第2外周面を有している、
(1)に記載のセンサモジュール。
(5)
前記中間層は、第3部材を更に備えており、
前記第2部材は、前記センサと前記第1部材との間に位置しており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第3部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第3部材が、前記第2外周面を有している、
(2)に記載のセンサモジュール。
前記中間層は、第3部材を更に備えており、
前記第2部材は、前記センサと前記第1部材との間に位置しており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第3部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第3部材が、前記第2外周面を有している、
(2)に記載のセンサモジュール。
(6)
前記第2部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記中間層は、第3部材を更に備えており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第2部材は、前記第3部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第2部材が、前記第2外周面を有している、
(2)に記載のセンサモジュール。
前記第2部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記中間層は、第3部材を更に備えており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第2部材は、前記第3部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第2部材が、前記第2外周面を有している、
(2)に記載のセンサモジュール。
(7)
前記芯部材は、前記第1方向に伸びる中心軸線を軸とした筒形状又は柱形状を有しており、
前記センサは、前記中心軸線を軸とした螺旋形状を有している、
(1)から(6)のいずれかに記載のセンサモジュール。
前記芯部材は、前記第1方向に伸びる中心軸線を軸とした筒形状又は柱形状を有しており、
前記センサは、前記中心軸線を軸とした螺旋形状を有している、
(1)から(6)のいずれかに記載のセンサモジュール。
(8)
前記第1方向における前記センサの端部は、前記第1部材と接触していない、
(7)に記載のセンサモジュール。
前記第1方向における前記センサの端部は、前記第1部材と接触していない、
(7)に記載のセンサモジュール。
(9)
前記センサモジュールは、演算回路を更に備えており、
前記演算回路は、前記センサが出力した信号に基づいて前記筐体が変形しているか否かを判定する、
(1)から(8)のいずれかに記載のセンサモジュール。
前記センサモジュールは、演算回路を更に備えており、
前記演算回路は、前記センサが出力した信号に基づいて前記筐体が変形しているか否かを判定する、
(1)から(8)のいずれかに記載のセンサモジュール。
(10)
前記センサは、圧電フィルムを含んでいる圧電センサである、
(1)から(9)のいずれかに記載のセンサモジュール。
前記センサは、圧電フィルムを含んでいる圧電センサである、
(1)から(9)のいずれかに記載のセンサモジュール。
1,1a~1d:センサモジュール
10:筐体
11:芯部材
12,12a~12c:中間層
13:固定部材
120:センサ
121:第1部材
124b,125c:第2部材
122:第3部材
123a:第4部材
IS10~IS12,IS122,IS123a:内周面
OS10~OS12,OS121,OS122,OS123a,OS125c:外周面
Sig:信号
10:筐体
11:芯部材
12,12a~12c:中間層
13:固定部材
120:センサ
121:第1部材
124b,125c:第2部材
122:第3部材
123a:第4部材
IS10~IS12,IS122,IS123a:内周面
OS10~OS12,OS121,OS122,OS123a,OS125c:外周面
Sig:信号
Claims (10)
- 第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、
前記筐体と前記芯部材との間に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、
を備えており、
前記中間層は、前記筐体と接触しており、
前記中間層は、センサ及び第1部材を含んでおり、
前記センサは、前記第1外周面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の変形に応じた信号を出力し、
前記第1部材は、前記センサと前記筐体との間に配置され、
前記第1部材の弾性率は、100KPa以上且つ1GPa以下である、
センサモジュール。 - 第1方向に延伸し、且つ、筒形状を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第1外周面を有する芯部材と、
前記筐体と前記芯部材との間に配置され、前記第1方向に延伸し、且つ、第2外周面を有する中間層と、
を備えており、
前記中間層は、前記筐体と接触しており、
前記中間層は、センサ、第1部材及び第2部材を含んでおり、
前記センサは、前記第1外周面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の変形に応じた信号を出力し、
前記第1部材は、前記筐体と前記センサとの間に配置され、
前記第2部材は、前記センサと前記第1部材との間、又は、前記第1部材と前記筐体との間に配置され、
前記第2部材の弾性率は、前記第1部材の弾性率より高い、
センサモジュール。 - 前記中間層は、第3部材を更に備えており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第3部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第3部材が、前記第2外周面を有している、
請求項1に記載のセンサモジュール。 - 前記中間層は、第3部材及び第4部材を更に備えており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第3部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第4部材は、前記第3部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第4部材が、前記第2外周面を有している、
請求項1に記載のセンサモジュール。 - 前記中間層は、第3部材を更に備えており、
前記第2部材は、前記センサと前記第1部材との間に位置しており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第3部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第3部材が、前記第2外周面を有している、
請求項2に記載のセンサモジュール。 - 前記第2部材は、前記第1部材と前記筐体との間に位置しており、
前記中間層は、第3部材を更に備えており、
前記第3部材は、前記センサと電気的に接続されており、
前記第2部材は、前記第3部材と前記筐体との間に位置しており、
前記第2部材が、前記第2外周面を有している、
請求項2に記載のセンサモジュール。 - 前記芯部材は、前記第1方向に伸びる中心軸線を軸とした筒形状又は柱形状を有しており、
前記センサは、前記中心軸線を軸とした螺旋形状を有している、
請求項1から請求項6のいずれかに記載のセンサモジュール。 - 前記第1方向における前記センサの端部は、前記第1部材と接触していない、
請求項7に記載のセンサモジュール。 - 前記センサモジュールは、演算回路を更に備えており、
前記演算回路は、前記センサが出力した信号に基づいて前記筐体が変形しているか否かを判定する、
請求項1から請求項8のいずれかに記載のセンサモジュール。 - 前記センサは、圧電フィルムを含んでいる圧電センサである、
請求項1から請求項9のいずれかに記載のセンサモジュール。
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2024
- 2024-01-18 WO PCT/JP2024/001200 patent/WO2024157862A1/ja unknown
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