JP7597253B2

JP7597253B2 - センサ

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Publication number: JP7597253B2
Application number: JP2023580287A
Authority: JP
Inventors: 真吾原田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2023-02-08
Publication date: 2024-12-10
Anticipated expiration: 2043-02-08
Also published as: WO2023153429A1; JPWO2023153429A1; CN118715429A; US20240385060A1; US12359986B2

Description

本発明は、押圧力を検知するセンサに関する。

従来のセンサに関する発明としては、例えば、特許文献１に記載の押圧センサが知られている。この押圧センサは、圧電フィルム、第２電極及び第３電極を備えている。第２電極は、圧電フィルムの上主面に接着層を介して固定されている。第３電極は、圧電フィルムの下主面に接着層を介して固定されている。圧電フィルムは、下方向に押されると、左右方向に延びる。圧電フィルムは、左右方向に伸張されると、電荷を発生する。これにより、第２電極から押圧力に応じた検知信号が出力される。以上のような押圧センサは、電子機器の表示パネルに取り付けられる。

国際公開第２０２０／１２９３４６号

ところで、特許文献１に記載の押圧センサにおいて、電極の封止性の向上が望まれている。

そこで、本発明の目的は、電極の封止性を向上させることができるセンサを提供することである。

本発明の一形態に係るセンサは、
上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している圧電フィルムと、
上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有しており、かつ、前記圧電フィルムより上に設けられ、かつ、上下方向に見て、前記圧電フィルムの少なくとも一部分と重なっている第１電極と、
上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有しており、かつ、前記圧電フィルムより下に設けられ、かつ、上下方向に見て、前記圧電フィルムの少なくとも一部分と重なっている第２電極と、
上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有しており、かつ、前記第１電極より上に設けられ、かつ、上下方向に見て、前記第１電極の少なくとも一部分と重なっている絶縁体層と、
を備えており、
上下方向に見た前記絶縁体層の上主面の外縁の少なくとも一部分は、上下方向に見て、前記第１電極と重なっておらず、かつ、前記第１電極の上主面より下に位置している。

本発明に係るセンサによれば、電極の封止性を向上させることができる。

図１は、電子機器１の分解斜視図である。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の底面図及び断面図である。図４は、センサ６ａの断面図である。図５は、センサ６ｂの断面図である。

（実施形態）
［電子機器の構造］
以下に、本発明の一実施形態に係るセンサ６を備える電子機器１の構成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の分解斜視図である。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の底面図及び断面図である。

また、本明細書において、方向を以下の様に定義する。電子機器１において、操作パネル２の上主面及び下主面が並ぶ方向を上下方向と定義する。また、上下方向に見て、電子機器１の操作パネル２の長辺が延びる方向を前後方向と定義する。上下方向に見て、電子機器１の操作パネル２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。なお、本明細書における方向の定義は、一例である。従って、電子機器１の実使用時における方向と本明細書における方向とが一致している必要はない。また、図１において上下方向が反転してもよい。図１において左右方向が反転してもよい。図１において前後方向が反転してもよい。

電子機器１は、スマートフォンやタブレット型コンピュータ等の携帯型電子端末である。電子機器１は、図１及び図２に示すように、操作パネル２、筐体３、表示パネル４、接着部材５、センサ６及び板状部材７を備えている。

操作パネル２は、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。操作パネル２は、上下方向に見て、前後方向に延びる２本の長辺及び左右方向に延びる２本の短辺を有する矩形状を有している。ユーザの身体の一部又は操作部材が、操作パネル２の上主面に接触する。操作パネル２は、透明板である。操作パネル２は、例えば、ガラス板である。

表示パネル４は、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。表示パネル４は、上下方向に見て、前後方向に延びる２本の長辺及び左右方向に延びる２本の短辺を有する矩形状を有している。表示パネル４は、操作パネル２の下主面に固定されている。表示パネル４は、接着剤や両面テープ等により操作パネル２に固定されている。表示パネル４の全体は、上下方向に見て、操作パネル２と重なっている。従って、表示パネル４は、上下方向に見て、操作パネル２の外縁からはみ出していない。表示パネル４は、例えば、有機ＥＬディスプレイや、液晶ディスプレイである。また、表示パネル４は、ユーザが操作パネル２に触れた位置を検知するためのタッチパネルを含んでいてもよい。ただし、タッチパネルは、操作パネル２に含まれていてもよい。

板状部材７は、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。板状部材７は、上下方向に見て、前後方向に延びる２本の長辺及び左右方向に延びる２本の短辺を有する矩形状を有している。板状部材７は、表示パネル４の下主面に固定されている。板状部材７は、接着剤や両面テープ等により表示パネル４に固定されている。板状部材７の全体は、上下方向に見て、表示パネル４と重なっている。従って、板状部材７は、上下方向に見て、表示パネル４の外縁からはみ出していない。板状部材７の剛性は、後述するセンサ６の剛性よりも高い。このような板状部材７の材料は、例えば、ＳＵＳ（ＳｔａｉｎｌｅｓｓＵｓｅｄＳｔｅｅｌ）等の金属である。ただし、板状部材７の材料は、金属以外の材料であってもよい。金属以外の材料は、例えば、樹脂である。

筐体３は、操作パネル２より下に位置している。筐体３は、箱である。筐体３は、上下方向に見て、矩形状を有している。筐体３の長辺は、前後方向に延びている。筐体３の短辺は、左右方向に延びている。上下方向に見た筐体３の外縁は、上下方向に見た操作パネル２の外縁と一致する。ただし、筐体３の上面は、開口している。筐体３の開口Ｏｐは、上下方向に見て、矩形状を有している。

接着部材５は、操作パネル２の下主面の一部分を筐体３に固定している。より詳細には、接着部材５は、筐体３の開口Ｏｐの周囲と操作パネル２の外縁近傍とを固定している。そこで、接着部材５は、上下方向に見て、表示パネル４を囲む矩形状の枠形状を有している。従って、接着部材５は、上下方向に見て、表示パネル４と重なっていない。以上のような接着部材５は、防水性を有している。

センサ６は、操作パネル２の変形を検知する。センサ６は、図１に示すように、板状部材７の下主面に固定されている。より詳細には、センサ６は、上下方向に見て、矩形状を有している。センサ６は、左右方向に延びる長手方向を有している。そして、センサ６は、上下方向に見て、板状部材７の前後方向の中央に位置している。

ユーザが操作パネル２を押すことによって操作パネル２が下方向に撓むと、表示パネル４及び板状部材７も下方向に撓む。そして、センサ６は、板状部材７と共に下方向に撓む。これにより、センサ６は、ユーザが操作パネル２を押すことにより操作パネル２に生じる変形に応じた検知信号を出力する。以下に、図３を参照しながら、センサ６の詳細について説明する。

センサ６は、図３に示すように、圧電フィルム１４、第３電極１５ａ、第２電極１５ｂ、基材１６、フレキシブルプリント基板１９、接着層１８，２０及び絶縁体層２１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、上下方向に並ぶ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矩形状を有している。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前後方向に伸張されることにより、電荷を発生する。圧電フィルム１４が左右方向に伸張されたときに圧電フィルム１４が発生する電荷の極性は、圧電フィルム１４が前後方向に伸張されたときに圧電フィルム１４が発生する電荷の極性と異なる。圧電フィルム１４は、例えば、左右方向に伸張されると正の電荷を発生する。圧電フィルム１４は、例えば、前後方向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。

第３電極１５ａは、信号電極である。従って、第３電極１５ａから検知信号が出力される。第３電極１５ａは、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。第３電極１５ａは、圧電フィルム１４より上かつ第１電極１７（詳細は後述）より下に設けられている。本実施形態では、第３電極１５ａは、圧電フィルム１４の上主面に設けられている。第３電極１５ａは、上下方向に見て、圧電フィルム１４の少なくとも一部分と重なっている。本実施形態では、第３電極１５ａは、圧電フィルム１４の上主面の全体を覆っている。第３電極１５ａは、図示しない粘着層を含んでいる。この粘着層により、第３電極１５ａが圧電フィルム１４の上主面に固定されている。

第２電極１５ｂは、グランド電極である。第２電極１５ｂは、グランド電位に接続される。第２電極１５ｂは、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。第２電極１５ｂは、圧電フィルム１４より下に設けられている。第２電極１５ｂは、圧電フィルム１４の下主面に設けられている。第２電極１５ｂは、上下方向に見て、圧電フィルム１４の少なくとも一部分と重なっている。本実施形態では、第２電極１５ｂは、圧電フィルム１４の下主面の全体を覆っている。第２電極１５ｂは、図示しない粘着層を含んでいる。この粘着層により、第２電極１５ｂが圧電フィルム１４の下主面に固定されている。

フレキシブルプリント基板１９は、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。フレキシブルプリント基板１９は、第３電極１５ａより上に設けられている。フレキシブルプリント基板１９は、上下方向に見て、第３電極１５ａと重なっている。

フレキシブルプリント基板１９は、第１電極１７及びフレキシブル層１９ａ，１９ｂを含んでいる。フレキシブル層１９ａ，１９ｂは、上から下へとこの順に積層されている。フレキシブル層１９ａ，１９ｂは、樹脂などの絶縁材料により作製されている。

第１電極１７は、グランド電極である。第１電極１７は、グランド電位に接続される。第１電極１７は、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。第１電極１７は、圧電フィルム１４より上に設けられている。本実施形態では、第１電極１７は、フレキシブル層１９ａとフレキシブル層１９ｂとの間に設けられている。第１電極１７は、上下方向に見て、圧電フィルム１４の少なくとも一部分と重なっている。本実施形態では、第１電極１７は、上下方向に見て、圧電フィルム１４の外縁内に収まっている。

絶縁体層２１は、保護層であるレジスト層である。絶縁体層２１は、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。絶縁体層２１は、第１電極１７より上に設けられている。本実施形態では、絶縁体層２１は、フレキシブルプリント基板１９の上主面に設けられている。絶縁体層２１は、上下方向に見て、第１電極１７の少なくとも一部分と重なっている。本実施形態では、絶縁体層２１は、上下方向に見て、第１電極１７の全体と重なっている。上下方向に見た絶縁体層２１の上主面の外縁Ｅの少なくとも一部分は、上下方向に見て、第１電極１７と重なっておらず、かつ、第１電極１７の上主面より下に位置している。本実施形態では、上下方向に見た絶縁体層２１の上主面の外縁Ｅの全体は、上下方向に見て、第１電極１７と重なっておらず、かつ、第１電極１７の上主面より下に位置している。そして、上下方向に見た絶縁体層２１の上主面の外縁Ｅの上下方向の位置は、第１電極１７の上下方向の位置と同じである。なお、本明細書における絶縁体層２１の上主面は、絶縁体層２１の表面の内の上方向の成分を含む法線を有する部分である。以上のような絶縁体層２１の材料は、例えば、ポリイミドである。

基材１６は、絶縁体層２１の上に設けられている。基材１６は、圧電フィルム１４、第３電極１５ａ、第２電極１５ｂ、フレキシブルプリント基板１９及び絶縁体層２１を保持することにより、圧電フィルム１４と共に変形する。基材１６は、シート形状を有している。基材１６は、上主面及び下主面を有している。基材１６の左右方向の長さは、基材１６の前後方向の長さより長い。基材１６の材料は、例えば、ポリウレタン、ＰＥＴである。

接着層１８は、圧電フィルム１４、第３電極１５ａ、第２電極１５ｂ、フレキシブルプリント基板１９及び絶縁体層２１を基材１６に固定する。より詳細には、接着層１８は、基材１６の下主面に設けられている。接着層１８は、基材１６の下主面の全体を覆っている。また、接着層１８は、絶縁体層２１の上主面の全体を覆っている。接着層１８は、絶縁体層２１と基材１６とを接着している。その結果、基材１６の変形は、接着層１８を介して、圧電フィルム１４に伝達される。接着層１８の材料は、例えば、熱硬化接着剤、熱可塑性接着剤である。

接着層２０は、基材１６の上主面に設けられている。接着層２０は、基材１６を板状部材７の下主面に固定している。接着層２０の材料は、例えば、熱硬化接着剤、熱可塑性接着剤である。

基材１６及び接着層１８，２０は、例えば、両面テープである。

［効果］
センサ６によれば、第１電極１７の封止性を向上させることができる。より詳細には、絶縁体層２１は、第１電極１７より上に設けられている。そして、上下方向に見た絶縁体層の上主面の外縁Ｅの少なくとも一部分は、上下方向に見て、第１電極１７と重なっておらず、かつ、第１電極１７の上主面より下に位置している。これにより、センサ６内に侵入する水分が第１電極１７に到達することが絶縁体層２１により妨げられるようになる。よって、センサ６によれば、第１電極１７の封止性を向上させることができる。

センサ６によれば、第１電極１７の封止性を更に向上させることができる。上下方向に見た絶縁体層２１の上主面の外縁Ｅの全体は、上下方向に見て、第１電極１７と重なっておらず、かつ、第１電極１７の上主面より下に位置している。これにより、センサ６内に侵入する水分が第１電極１７に到達することが絶縁体層２１により更に妨げられるようになる。よって、センサ６によれば、第１電極１７の封止性を更に向上させることができる。

（第１変形例）
以下に、第１変形例に係るセンサ６ａについて図面を参照しながら説明する。図４は、センサ６ａの断面図である。

センサ６ａは、上下方向が反転している点、第１電極１７及びフレキシブル層１９ａ，１９ｂが存在しない点、及び、絶縁体層２１の位置においてセンサ６と相違する。より詳細には、センサ６ａの上下方向は、センサ６の上下方向と逆である。そのため、センサ６ａでは、第１電極１１５ｂは、圧電フィルム１４の上に位置している。第１電極１１５ｂは、グランド電位に接続される。第２電極１１５ａは、圧電フィルム１４の下に位置している。第２電極１１５ａから検知信号が出力される。絶縁体層２１は、第１電極１１５ｂの上に設けられいる。本実施形態では、絶縁体層２１は、第１電極１１５ｂの上主面及び圧電フィルム１４の上主面に設けられている。上下方向に見た絶縁体層２１の上主面の外縁Ｅの全体は、上下方向に見て、第１電極１１５ｂと重なっておらず、かつ、第１電極１１５ｂの上主面より下に位置している。センサ６ａのその他の構造は、センサ６と同じであるので説明を省略する。センサ６ａは、センサ６と同じ作用効果を奏することができる。

（第２変形例）
以下に、第２変形例に係るセンサ６ｂについて図面を参照しながら説明する。図５は、センサ６ｂの断面図である。

センサ６ｂは、第３電極１５ａ及びフレキシブル層１９ａ，１９ｂが存在しない点、並びに、第１電極１７の位置及び絶縁体層２１の位置においてセンサ６と相違する。より詳細には、第１電極１７は、圧電フィルム１４の上主面に設けられている。第１電極１７は、信号電極である。従って、第１電極１７から検知信号が出力される。

絶縁体層２１は、第１電極１７の上主面及び圧電フィルム１４の上主面に設けられている。上下方向に見た絶縁体層２１の上主面の外縁Ｅの全体は、上下方向に見て、第１電極１７と重なっておらず、かつ、第１電極１７の上主面より下に位置している。センサ６ｂのその他の構造は、センサ６と同じであるので説明を省略する。センサ６ｂは、センサ６と同じ作用効果を奏することができる。

（その他の実施形態）
本発明に係るセンサは、センサ６，６ａ，６ｂに限らず、その要旨の範囲において変更可能である。また、センサ６，６ａ，６ｂの構造を任意に組み合わせてもよい。

なお、電子機器１において、圧電フィルム１４は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルムであってもよい。また、圧電フィルム１４は、圧電セラミックであってもよい。また、圧電フィルム１４は、歪センサであってもよい。

なお、接着部材５は、防水性を有していなくてもよい。

なお、前後方向に延びる２本の辺が短辺であり、左右方向に延びる２本の辺が長辺であってもよい。

なお、センサ６は、上下方向に見て、板状部材７の前後方向の中央以外の位置に設けられていてもよい。

なお、操作パネル２は、樹脂板であってもよい。

なお、センサ６は、左右方向に延びる長手方向を有していなくてもよい。センサ６は、前後方向に延びる長手方向を有していてもよい。

なお、電子機器１は、タッチパネルを備えているとしたが、タッチパッドであってもよい。この場合、表示パネル４は不要である。また、操作パネル２は、透明な部材でなくてもよい。

なお、上下方向に見た絶縁体層２１の上主面の外縁Ｅは、上下方向に見て、第１電極と重なっておらず、かつ、第１電極の上主面より下に位置していない部分を含んでいてもよい。

なお、フレキシブルプリント基板１９は、第１電極１７以外の導体層を更に含んでいてもよい。第１電極以外の導体層は、例えば、配線導体層である。

なお、基材１６及び接着層１８，２０（両面テープ）は、上下方向に見て、センサ６より大きい。しかしながら、センサ６は、上下方向に見て、基材１６及び接着層１８，２０（両面テープ）より大きくてもよい。

なお、基材１６及び接着層２０は、必須の構成要件ではない。両面テープは、接着層１８のみを含んでいてもよい。

１：電子機器
２：操作パネル
３：筐体
４：表示パネル
５：接着部材
６，６ａ，６ｂ：センサ
７：板状部材
１４：圧電フィルム
１５ａ：第３電極
１５ｂ，１１５ａ：第２電極
１６：基材
１７，１１５ｂ：第１電極
１８：接着層
１９：フレキシブルプリント基板
１９ａ，１９ｂ：フレキシブル層
２０：接着層
２１：絶縁体層
Ｅ：外縁

Claims

電子機器の操作パネルの短辺が延びる方向である左右方向に延びる長手方向を有し、前記操作パネルの変形を検知するセンサであり、
上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している圧電フィルムと、
上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有しており、かつ、前記圧電フィルムより上に設けられ、かつ、上下方向に見て、前記圧電フィルムの少なくとも一部分と重なっている第１電極と、
上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有しており、かつ、前記圧電フィルムより下に設けられ、かつ、上下方向に見て、前記圧電フィルムの少なくとも一部分と重なっている第２電極と、
上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有しており、かつ、前記第１電極より上に設けられ、かつ、上下方向に見て、前記第１電極の少なくとも一部分と重なっている絶縁体層と、
を備えており、
上下方向に見た前記絶縁体層の上主面の外縁は、上下方向に見て、前記第１電極と重なっておらず、かつ、前記第１電極の上主面より下に位置していて、
前記左右方向において前記第１電極は前記第２電極より短く、
前記第１電極の上主面および側面は前記絶縁体層に接している、
センサ。
前記第１電極は、グランド電位に接続され、
前記第２電極から検知信号が出力される、
請求項１に記載のセンサ。
前記圧電フィルムが前記左右方向に伸張されたときに前記圧電フィルムが発生する電荷の極性は、前記圧電フィルムが、前記操作パネルの長辺が延びる方向である前後方向に伸張されたときに前記圧電フィルムが発生する電荷の極性と異なる、
請求項１又は請求項２に記載のセンサ。