位移检测传感器以及操作输入装置的制造方法
位移检测传感器以及操作输入装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测操作面被按压时的位移的位移检测传感器以及操作输入装置。
【背景技术】
[0002]以往，设计有各种检测操作者对操作面的操作的操作检测传感器。作为操作检测传感器，有静电容量方式、热电阻方式、压电声音方式、红外线传感器方式等，但在检测操作面的由按压引起的与操作面正交的位移量的情况下，需要设置这些传感器之外的位移检测传感器。
[0003]在专利文献I记载有具备作为操作检测传感器的触摸面板和检测操作面的按压的压敏传感器的触摸式输入装置。在专利文献I的触摸式输入装置中，压敏传感器被配置在触摸面板的下侧的面(与操作面相反的一侧的面)，并由与触摸面板相同的面积构成。另夕卜，在专利文献I的触摸式输入装置中，在触摸面板的操作面侧配置有保护层。
[0004]在专利文献2记载有在平板状的压电体的两面形成矩阵状的电极而成的操作输入装置。
[0005]专利文献1:日本特开平5 — 61592号公报
[0006]专利文献2:日本特开2006 - 163618号公报
[0007]然而，在上述的各现有技术的结构中，产生以下所示这样的课题。
[0008]在专利文献I记载的触摸式输入装置中，操作者的对操作面的按压经由保护膜以及触摸面板而被压敏传感器检测。因此，按压的检测灵敏度变低。并且，在将该触摸式输入装置安装于移动终端时，一般来说，将由玻璃等构成的具有规定的刚性的部件安装于操作面。在该情况下，按压的检测灵敏度进一步降低。
[0009]另外，在专利文献2记载的操作输入装置中，利用由线状电极构成的矩阵状的电极检测因按压而产生的电荷，所以按压的检测灵敏度变低。并且，在将该操作输入装置安装于移动终端时，一般来说，也将由玻璃等构成的具有规定的刚性的部件安装于操作面。在该情况下，与专利文献I所记载的操作输入装置相同，按压的检测灵敏度进一步降低。
【发明内容】
[0010]因此，本发明的目的在于提供一种按压的检测灵敏度较高的位移检测传感器以及操作输入装置。
[0011]本发明的位移检测传感器具备:板部件，其一方主面为操作面；以及平膜状的压电传感器，其被安装于板部件的另一方主面，包括平膜状的压电性薄膜以及形成于该压电性薄膜的两主面的检测用电极。压电性薄膜包括手性高分子。压电传感器被以通过按压压电传感器的粘贴区域中的板部件的一方主面时的板部件而在上述压电传感器产生的拉伸应力的宏观方向与手性高分子的分子取向方向交叉的方式安装于板部件。
[0012]在该结构中，由于将压电传感器安装于板部件，所以通过从一方主面按压板部件时的板部件的变形而在压电传感器中产生拉伸应力。此时在压电传感器中，虽然在各个方向上产生拉伸应力，但通过以它们中综合来看而言处于主导性的方向即宏观方向与手性高分子的分子取向方向交叉的方式进行安装，能够检测在压电性薄膜中产生的电荷量。
[0013]另外，在本发明的位移检测传感器中，优选形成压电性薄膜的手性高分子是至少被向单轴方向延伸后的聚乳酸，拉伸应力的宏观方向与分子取向方向的交叉角度为大致45。。
[0014]在该结构中，能够使在压电性薄膜中产生的电荷量增大。由此，能够提高针对操作面的按压的压电传感器的灵敏度。
[0015]另外，在本发明的位移检测传感器中，压电传感器也可以为多个，多个压电传感器针对板部件被安装在不同的位置。
[0016]在该结构中，通过以不抵消的方式将各压电传感器输出的电压相加，能够使针对按压的检测信号的振幅等级增大。由此，能够进一步提高针对操作面的按压的压电传感器的灵敏度。
[0017]另外，在本发明的位移检测传感器中，也可以为多个压电传感器形成于共用的压电性薄膜，构成各压电传感器的检测用电极具有不同的输出。
[0018]在该结构中，能够利用单一的压电性薄膜形成多个压电传感器。由此，能够以更加简单的结构容易地制造位移传感器。
[0019]另外，在本发明的位移检测传感器中，也可以遍及操作面的另一方主面的大致整个面配置共用的压电性薄膜。
[0020]在该结构中，通过将压电性薄膜粘贴于整个面，即使是在外部看到操作面整个面的构造，整体的颜色也均匀，外观较美。
[0021]另外，在本发明的位移检测传感器中，优选为聚乳酸是以L型聚乳酸为主的结构。
[0022]在该结构中，能够进一步提高针对板部件的位移的灵敏度即针对操作面的按压的灵敏度。
[0023]另外，在本发明的位移检测传感器中，优选为以下的结构。板部件的第一方向的长度比与该第一方向正交的第二方向的长度长。压电传感器的第一方向长度比第二方向的长度短。压电传感器被安装于板部件的角部。
[0024]在该结构中，示出板部件以及压电传感器的更加优选的方式。由于压电传感器是第一方向长度比第二方向的长度短的结构，所以容易在第一方向长度产生拉伸应力。另外，由于板部件的角部的拉伸应力的宏观方向因按压的位置而变化的程度较小，压电传感器被以其第一方向长度沿板部件的第一方向或者第二方向的方式安装于板部件的角部，所以能够有效地检测操作面的按压。
[0025]另外，本发明的操作输入装置的特征在于，具备:上述任意一项所述的位移检测传感器；以及位移检测部，其根据该位移检测传感器输出的电压来检测位移。
[0026]在该结构中，通过使用上述的位移检测传感器，能够实现操作输入的检测灵敏度较高的操作输入装置。
[0027]另外，在本发明的操作输入装置中，优选为以下的结构。操作输入装置具备筐体，板部件的一方主面的中央在该筐体开口，且该一方主面的周边部与该筐体抵接。压电传感器被配置于在与操作面正交的方向上板部件与筐体重合的区域。
[0028]在该结构中，安装有压电传感器的区域隐藏在筐体内。因此，向外部开口的操作面为整个面均匀的颜色。
[0029]根据本发明，能够实现按压的检测灵敏度较高的位移检测传感器以及操作输入装置。
【附图说明】
[0030]图1是本发明的第一实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图以及侧剖视图。
[0031]图2是本发明的第一实施方式所涉及的位移检测传感器中的压电传感器的安装区域的局部放大图。
[0032]图3是表示按压板部件的一方主面的中央位置时的板部件的位移分布的图。
[0033]图4是图3所示的板部件中的安装了压电传感器的区域的位移分布的放大图。
[0034]图5是表示压电传感器的压电性薄膜的电荷产生量的按压位置依赖特性的图。
[0035]图6是本发明的第一实施方式所涉及的操作输入装置的电路框图。
[0036]图7是本发明的第一实施方式所涉及的操作输入装置的主视图以及侧剖视图。
[0037]图8是本发明的第二实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图。
[0038]图9是本发明的第三实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图。
【具体实施方式】
[0039]参照附图对本发明的第一实施方式所涉及的位移检测传感器以及操作输入装置进行说明。图1是本发明的第一实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图以及侧剖视图。在图1中示出在主视图中示出的A — A剖视图。图2是本发明的第一实施方式所涉及的位移检测传感器中的压电传感器的安装区域的局部放大图。
[0040]位移检测传感器I具备压电传感器11、12以及板部件20。压电传感器11、12由相同的结构构成。因此，仅对压电传感器11的结构具体地进行说明。
[0041]压电传感器11具 备压电性薄膜110、检测用电极111、112。压电性薄膜110由聚乳酸(PLA)构成，更具体而言由L型聚乳酸(PLLA)构成，并由宽度Wp相对于长度Lp较短的长条状的平板构成。压电性薄膜110的分子的取向方向DRll与沿压电性薄膜110的长度Lp的方向(压电性薄膜的长度方向)一致。换句话说，压电性薄膜110的单轴延伸方向与压电性薄膜的长度方向一致。
[0042]这里，对形成压电性薄膜110的PLLA的特性进行说明。
[0043]PLLA由手性高分子构成。PLLA的主链具有螺旋构造。PLLA的分子向其被单轴延伸的方向取向，PLLA通过该分子的取向而具有压电性。而且，被单轴延伸的PLLA通过被按压压电性薄膜的平板面而产生电荷。此时，产生的电荷量由平板面因被按压而向与该平板面正交的方向位移的位移量唯一地决定。被单轴延伸的PLLA的压电常数在高分子中属于非常高的类别。因此，能够高灵敏度地检测按压位移。
[0044]应予说明，优选延伸倍率为3?8倍左右。通过在延伸后实施热处理，促进聚乳酸的伸直链结晶的结晶化，压电常数提高。并且，在双轴延伸的情况下，通过使各轴的延伸倍率不同，能够得到与单轴延伸相同的效果。例如在将某方向作为X轴，并对该方向实施8倍的延伸，对与该轴正交的Y轴方向实施2倍的延伸的情况下，对于压电常数，能够得到与大致对X轴方向实施了 4倍的单轴延伸的情况几乎同等的效果。由于单纯地单轴延伸后的薄膜容易沿延伸轴方向开裂，所以能够通过进行上述那样的双轴延伸来增加一些强度。
[0045]另外，由于PLLA在通过延伸等实现的分子的取向处理中产生压电性，所以无需像PVDF等其他的聚合物、压电陶瓷那样进行极化处理。即，不属于铁电体的PLLA的压电性并不像PVDF、PZT等铁电体那样通过离子的极化来发现，而源于作为分子的特征构造的螺旋构造。因此，在PLLA不产生在其他的铁电性的压电体产生的热电性。并且，PVDF等存在随时间推移而出现压电常数的变动，根据情况压电常数显著降低的情况，但PLLA的压电常数随时间推移极其稳定。因此，不被周围环境影响，而能够高灵敏度地检测按压位移。
[0046]另外，由于PLLA的相对介电常数非常低，约为2.5，所以若将d设为压电常数，将ε T设为介电常数，则压电输出常数(=压电g常数，g = d/ ε T)成为较大的值。这里，根据上述的式子，介电常数ε 33Τ = 13Χ ε 0、压电常数d31 = 25pC/N的PVDF的压电g常数成为g31 = 0.2172Vm/N?另一方面，若将压电常数dl4 = 10pC/N的PLLA的压电g常数换算为g31进行求解，则由于dl4 = 2Xd31，所以成为d31 = 5pC/N，压电g常数成为g31 =0.2258Vm/No因此，利用压电常数dl4 = 10pC/N的PLLA能够充分地得到与PVDF相同的按压量的检测灵敏度。而且，本申请发明的发明者们通过实验得到dl4 = 15?20pC/N的PLLA，通过使用该PLLA能够进一步以非常高的灵敏度检测按压。
[0047]检测用电极111形成于压电性薄膜110的一方的平板面(主面)的大致整个面。检测用电极112形成于压电性薄膜110的另一方的平板面(主面)的大致整个面。优选检测用电极111、112使用以聚噻吩、聚苯胺为主成分的有机电极、ITO、ZnO、银纳米线，碳纳米管，石墨烯等无机电极的任意一种。通过使用这些材料，能够形成透光性高的导体图案。
[0048]通过上述那样的结构，能够形成按压位移的检测灵敏度较高、透光性较高、且较薄的压电传感器。
[0049]板部件20由正交的一方向(y方向)的长度Ly和另一方向(x方向)的长度Lx的矩形形状构成，具有规定的厚度。板部件20由具有某种程度的刚性的材料构成，例如由玻璃平板形成。板部件20具备一方主面201和另一方主面202，板部件20的长度Lx方向的一方端为端边211，另一方端为端边212。板部件20的长度Ly方向的一方端为端边221，另一方端为端边222。
[0050]针对这样的板部件20，如下所示那样安装压电传感器11、12。压电传感器11、12被安装于板部件20的另一方主面202。此时，压电传感器11、12被以该压电传感器11、12中的一方的平板面的检测用电极与板部件20的另一方主面202抵接的方式安装于板部件
20 ο
[0051]压电传感器11、12被以压电传感器11、12的长边方向(长度Lp方向)与板部件20的长度Lx方向平行的方式安装于板部件20。换句话说，压电传感器11、12被以它们的分子的取向方向DR11、DR12与板部件20的长度Lx方向平行的方式安装于板部件20。此时，压电传感器11的取向方向DRll与压电传感器12的取向方向DR12为相反方向。
[0052]压电传感器11被安装在板部件20的端边211与端边221相交的角部附近。压电传感器12被安装在板部件20的端边212与端边221相交的角部附近。
[0053]将由这样的结构构成的位移检测传感器I以板部件20的一方主面201作为操作面固定于具备该位移检测传感器I的操作输入装置的筐体等。此时，以板部件20的四个端边211、212、221、222至少不因操作面的按压而向厚度方向移动的方式固定四个端边211、212、221、2220
[0054]在这样的状态下，若按压板部件20的一方主面201，则板部件20因四个端边211、212、221、222被限制而使得按压位置成为位移最大的位置，从一方主面201侧朝向另一方主面202侧位移。此时，除了四个端边211、212、221、222以外的大致整个面位移。
[0055]图3是表示按压板部件的一方主面的中央位置时的板部件的位移分布的图。图4是图3所示的板部件中的安装了压电传感器的区域的位移分布的放大图。
[0056]如图3所示，通过按压一方主面201，在板部件20遍及整体产生图3、图4的细箭头所示那样的拉伸应力。此时，在板部件20的各局部位置分别产生不同大小的微观拉伸应力Dmi。S卩，遍及板部件20的整个面，分别分布与按压量相应的大小的微观拉伸应力Dmi。
[0057]这里，如图3、图4所示，在板部件20的端边211与端边221相交的角部附近的区域、以及板部件20的端边212与端边221相交的角部附近的区域，微观拉伸应力Dmi的大小变大。
[0058]另外，在板部件20的端边211与端边221相交的角部附近的区域，微观拉伸应力Dmi的方向相对于端边211以及端边221交叉的角度成大致45°。而且，这样的微观拉伸应力Dmi在角部附近较大，越接近端边221的中间位置，并且越接近板部件20的中心，微观拉伸应力Dmi越小，且相对于端边211以及端边221的角度也变化。
[0059]针对这样的微观拉伸应力Dmi分布的端边211与端边221相交的角部附近的区域，如上述那样，以长边方向沿端边221的方式安装压电传感器11。
[0060]由于微观拉伸应力Dmi的分布是如上述那样的，所以在安装了压电传感器11的区域，微观拉伸应力Dmi相对于端边211以及端边221成45°的部分为主导应力。因此，安装了压电传感器11的区域的微观拉伸应力Dmi的和即宏观拉伸应力Dmall相对于端边211以及端边221交叉的角度成45°。
[0061]由此，构成压电传感器11的压电性薄膜110的分子的取向方向DRll与宏观拉伸应力Dmall的方向所成的角Θ为45°。构成压电性薄膜110的PLLA具有对于相对于分子的取向方向DRll成45°的方向的应力产生最多电荷的性质。
[0062]因此，通过使用该结构，能够针对 操作面(一方主面201)的按压位移，从压电传感器11检测到较大的电荷量。
[0063]另外，在板部件20的端边212与端边221相交的角部附近的区域，微观拉伸应力Dmi的方向相对于端边212以及端边221成大致45°。此时，端边212与端边221相交的角部附近的区域的微观拉伸应力Dmi的方向、和端边211与端边221相交的角部附近的区域的微观拉伸应力Dmi的方向大致正交。而且，这样的微观拉伸应力Dmi在角部附近较大，越接近端边221的中间位置，并且越接近板部件20的中心，微观拉伸应力Dmi越小，且相对于端边212以及端边221的角度也变化。
[0064]针对这样的微观拉伸应力Dmi分布的端边212与端边221相交的角部附近的区域，如上述那样，以长边方向沿端边221的方式安装压电传感器12。
[0065]由于微观拉伸应力Dmi的分布是如上述那样的，所以在安装了压电传感器12的区域，微观拉伸应力Dmi相对于端边212以及端边221成45°的部分为主导应力。因此，安装了压电传感器12的区域的微观拉伸应力Dmi的和即宏观拉伸应力Dmal2相对于端边212以及端边221成45°。
[0066]由此，构成压电传感器12的压电性薄膜120的分子的取向方向DR12与宏观拉伸应力Dmall的方向所成的角Θ为45°。构成压电性薄膜120的PLLA具有对于相对于分子的取向方向DR12成45°的方向的应力产生最多电荷的性质。因此，通过使用该结构，能够针对操作面(一方主面201)的按压位移，从压电传感器12检测到较大的电荷量。
[0067]如上述那样，通过使用本实施方式的结构，能够实现针对操作面的按压的灵敏度较高的位移检测传感器。另外，由于是将厚度较薄的压电传感器11、12安装于板部件20的构造，所以能够以薄型形成位移检测传感器。并且，由于板部件20和压电传感器11、12的透光性都较高，所以能够实现透光性较高的位移检测传感器。
[0068]应予说明，在上述的结构中，示出了将压电传感器11、12这两个压电传感器安装于板部件20的例子，但也可以是仅将压电传感器11、12的任意一方安装于板部件20的结构。
[0069]另外，在上述的结构中，示出了压电传感器11的分子的取向方向DRll与宏观拉伸应力Dmall交叉的角以及压电传感器12的分子的取向方向DR12与宏观拉伸应力Dmal2交叉的角度为45°的情况，但即使是其他的角度也能够检测电荷。但是，通过成为45°，能够得到以下所示那样的进一步的优点。
[0070]图5是表示压电传感器的压电性薄膜的电荷产生量的按压位置依赖特性的图。图5 (A)表不本实施方式的结构，图5 (B)表不分子的取向方向与本实施方式的结构不同的情况。在图5(B)中示出分子的取向方向与宏观拉伸应力的方向平行(交叉角度Θ =0° )的情况。
[0071]如图5所示，在本实施方式的结构的情况下，即在分子的取向方向与宏观拉伸应力的方向的交叉的角度Θ为45°的情况下，能够得到较大的电荷产生量，与此相对，在分子的取向方向与宏观拉伸应力的方向的交叉的角度Θ为O。的情况下，电荷产生量较小，检测电荷较困难。即使按压位置在长度Ly (y方向)的方向上变化该特性也不变。并且，通过成为本实施方式的结构，不取决于长度Ly的方向的按压位置，产生电荷为正“ + ”。换句话说，不存在按压时不产生能够外部输出的电荷的按压位置。
[0072]像这样，通过如本实施方式的结构那样，使分子的取向方向与宏观拉伸应力的方向的交叉角度Θ为45°，能够增大检测电荷量，能够使按压的检测灵敏度进一步提高。并且，能够不依赖按压位置，而可靠地检测按压。
[0073]另外，在该结构中，压电性薄膜110、120的长边方向与分子的取向方向DR11、DR12平行。因此，一般来说，从为单轴延伸方向与各端边平行或正交的形状的原片的压电性薄片的压电性薄膜110、120的切出很容易。另外，能够防止由单轴延伸方向与端片不平行或正交引起的在原片的角部等的不能够取得压电性薄膜110、120的区域的产生，能够高效地从原片的压电性薄片切出压电性薄膜110、120。
[0074]此外，通过具备由上述的实施方式构成的位移检测传感器I和下面的电路结构，能够实现操作输入装置2。图6是本实施方式所涉及的操作输入装置的电路框图。
[0075]操作输入装置2具备具有压电传感器11、12的位移检测传感器1、检测信号生成部31、32、以及按压检测部40。压电传感器11与检测信号生成部31连接，压电传感器12与检测信号生成部32连接。检测信号生成部31、32与按压检测部40连接。
[0076]检测信号生成部31基于压电传感器11的输出电压生成第一检测信号，并输出给按压量检测部40。检测信号生成部32基于压电传感器12的输出电压生成第二检测信号，并输出给按压量检测部40。按压量检测部40将第一检测信号与第二检测信号相加，并根据相加结果来检测按压量。另外，按压量检测部40也能够通过预先对相加结果设定阈值，并检测相加结果超过了该阈值来检测操作面的按压的有无，即检测操作输入的有无。
[0077]在这样的结构的操作输入装置2中，能够通过具备上述的位移检测传感器I实现较高的操作输入的检测灵敏度。另外，能够实现较高的按压量检测灵敏度。
[0078]另外，以图7所示那样的构造针对操作输入装置2安装上述的位移检测传感器I。图7是本实施方式所涉及的操作输入装置的主视图以及侧剖视图。操作输入装置2具备上述的位移检测传感器I和筐体30。应予说明，在图中虽仅记载筐体30的正面壁301和侧面壁302，但也具备未图示的底面壁。另外，虽然未图示构成操作输入装置2的其他的电路结构部件等，但其内置于筐体30。
[0079]筐体30具备正面壁301和侧面壁302。正面壁301是具有规定的刚性的平板，正面壁301保留端边附近的规定宽度的周边部，具备在厚度方向贯通的孔。该贯通孔为开口部300。开口部30的形状为矩形，在板部件20的长度Lx方向、长度Ly方向的双方以比板部件20的长度Lx、长度Ly短的长度开口。
[0080]侧面壁302是向相对于正面壁301的平板面正交的方向延伸的形状。侧面壁302是沿正面壁301的外周连续的形状。
[0081]针对这样的筐体30，以一方主面201与正面壁301的内表面侧抵接的方式安装板部件20。此时，板部件20被通过粘合材料310安装于正面壁301的内表面壁。优选粘合材料310是粘合后的刚性较高，板部件20的端边211、212、221、222不因板部件20的按压而向筐体30的内侧位移这样的材料。应予说明，也可以不使用粘合材料310，而利用螺丝等进行机构固定。
[0082]而且，在本实施方式中，在筐体30上安装了位移检测传感器I的状态下，板部件20的压电传感器11、12的安装区域不与开口部300重合。换句话说，以筐体30的正面壁301与压电传感器11、12的安装区域重合的方式将位移检测传感器I安装于筐体30。
[0083]通过这样的结构，对于从开口部300观察到的位移检测传感器I的操作面即操作区域，仅板部件20可见，能够实现整体均匀的颜色。由此，维持上述那样的较高的操作输入检测灵敏度，并且能够实现操作面的外观良好的操作输入装置。
[0084]接下来，参照附图对第二实施方式所涉及的位移检测传感器进行说明。图8是本发明的第二实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图。
[0085]相对于在第一实施方式中示出的位移检测传感器I，本实施方式的位移检测传感器IA在压电传感器IIA和压电传感器12A中共用压电性薄膜110A。因此，仅对与在第一实施方式中示 出的位移检测传感器I不同的地方具体地进行说明。
[0086]具体而言，压电性薄膜IlOA由长条状构成，其长边方向与分子的取向方向DRllA平行。压电性薄膜IlOA以板部件20的端边221与长边方向平行的方式配置在该端边221附近。压电性薄膜IlOA由遍及板部件20的长度Lx方向的大致全长的形状构成。
[0087]针对这样的压电性薄膜110A，遍及端边211侧的规定长度，以夹着压电性薄膜IlOA的方式形成检测用电极111A、112A。被该检测用电极111A、112A夹着的区域为压电传感器11A。
[0088]针对这样的压电性薄膜110A，遍及端边212侧的规定长度，以夹着压电性薄膜IlOA的方式形成检测用电极121A、122A。被该检测用电极111A、112A夹着的区域为压电传感器12A。
[0089]即使是这样的结构，构成各压电传感器11A、12A的压电性薄膜IlOA的分子的取向方向DRllA与在各压电传感器11A、12A的形成区域的宏观拉伸应力的方向所成的角也为45°。因此，与上述的实施方式相同，能够实现针对操作面的按压的灵敏度较高的位移检测传感器。
[0090]应予说明，在本实施方式的情况下，压电传感器IlA的检测信号和压电传感器12A的检测信号为相反相位。因此，通过将这些检测信号以差分的方式合成，能够使合成检测信号的振幅增大，能够进一步使检测灵敏度提高。
[0091]接下来，参照附图对第三实施方式所涉及的位移检测传感器进行说明。图9是本发明的第三实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图。
[0092]相对于在第一实施方式中示出的位移检测传感器I，本实施方式的位移检测传感器IB的压电传感器13的形状以及针对板部件20的粘贴位置不同。因此，仅对与在第一实施方式中示出的位移检测传感器I不同的地方具体地进行说明。
[0093]位移检测传感器IC具备压电传感器13。压电传感器13由在压电性薄膜的两主面形成检测用电极的构造构成。压电传感器13被以压电性薄膜的分子的取向方向DR13与板部件20的长度Lx方向以及长度Ly方向成45°的方式安装于板部件20。正面看板部件20，压电传感器13被安装于大致中央的区域，由遍及板部件20的长度Lx方向的大致全长的形状构成。
[0094]在这样的结构的情况下，如上述的图3所示，在压电传感器13的安装区域，对于微观拉伸应力，长度Lx方向成为主导方向。由此，在压电传感器13的安装区域，宏观拉伸应力Dmal3的方向为长度Lx方向。因此，宏观拉伸应力Dmal3的方向与压电传感器13的压电性薄膜的分子的取向方向DR13的交叉的角度Θ为45°。由此，能够通过压电传感器13高灵敏度地检测板部件20的操作面的按压位移。
[0095]应予说明，在上述的各实施方式中示出的压电传感器的安装区域与该压电传感器的分子的取向方向的关系只是表示本发明的特征的几个例子，只要具有以下的条件，则无论将压电传感器粘贴在板部件的哪个位置，虽然存在灵敏度的差异，但都能够以比较高的灵敏度检测位移。此时，若决定出板部件20的整个面的宏观拉伸应力的方向，则使用拓宽至板部件20的整个面的压电传感器，并使该压电传感器的压电性薄膜的分子取向方向相对于板部件20的整个面的宏观拉伸应力的方向以45°的角度交叉即可。在整个面安装了压电传感器的情况下，操作面整体的颜色相同，所以能够实现外观良好的位移检测传感器。
[0096]另外，在上述的说明中，作为PLA例示了 L型聚乳酸，但也可以使用D型聚乳酸。
[0097]符号说明:1、1A、1B…位移检测传感器，2…操作输入装置，11、12…压电传感器，31、32…检测信号生成部，40...按压检测部，110、110A、120...压电性薄膜，111、112…检测用电极，20…板部件，30…筐体，300…开口部，310…正面壁，302…侧面壁，201----方主面，
2(^”另一方主面，211、212、221、222吣端边，11(>”压电性薄膜，111、112吣检测用电极。
【主权项】
1.一种位移检测传感器，其中，具备: 板部件，其一方主面为操作面；以及 平膜状的压电传感器，其被安装于所述板部件的另一方主面，包括平膜状的压电性薄膜以及形成于该压电性薄膜的两主面的检测用电极， 所述压电性薄膜包括手性高分子， 所述压电传感器被以通过按压所述压电传感器的粘贴区域中的所述板部件的所述一方主面时的所述板部件而在所述压电传感器中产生的拉伸应力的宏观方向与所述手性高分子的分子取向方向相交的方式安装于所述板部件。2.根据权利要求1所述的位移检测传感器，其中， 形成所述压电性薄膜的手性高分子是至少被向单轴方向延伸后的聚乳酸，所述拉伸应力的宏观方向与所述分子取向方向的交叉角度为大致45°。3.根据权利要求1或者2所述的位移检测传感器，其中， 所述压电传感器为多个， 该多个压电传感器针对所述板部件被安装在不同的位置。4.根据权利要求3所述的位移检测传感器，其中， 所述多个压电传感器形成于共用的压电性薄膜， 构成各压电传感器的检测用电极具有不同的输出。5.根据权利要求1?4所述的位移检测传感器，其中， 所述共用的压电性薄膜被遍及所述操作面的所述另一方主面的大致整个面配置。6.根据权利要求1?5所述的位移检测传感器，其中， 为所述聚乳酸是以L型聚乳酸为主的结构。7.一种位移检测传感器，其中，具备: 板部件，其一方主面为操作面；以及 平膜状的压电传感器，其被安装于所述板部件的另一方主面，包括平膜状的压电性薄膜以及形成于该压电性薄膜的两主面的检测用电极， 所述压电性薄膜包括手性高分子， 所述板部件的第一方向的长度比与该第一方向正交的第二方向的长度长， 所述压电传感器的所述第一方向长度比所述第二方向的长度短， 所述压电传感器被以其所述第一方向长度沿所述板部件的第一方向或者第二方向的方式安装于所述板部件的角部。8.一种操作输入装置，其中，具备: 权利要求1?7中任意一项所述的位移检测传感器；以及 位移检测部，其根据该位移检测传感器输出的电压来检测位移。9.根据权利要求8所述的操作输入装置，其中， 具备筐体，所述板部件的一方主面的中央在该筐体开口，且该一方主面的周边部与该筐体抵接， 所述压电传感器被配置于在与所述操作面正交的方向上，所述板部件和所述筐体重合的区域。
【专利摘要】本发明涉及一种位移检测传感器以及操作输入装置。位移检测传感器(1)具备板部件(20)和压电传感器(11、12)。压电传感器(11)具备PLLA的压电性薄膜(110)。压电传感器(12)具备PLLA的压电性薄膜(120)。压电传感器(11、12)被安装于板部件(20)的与操作面相反的一侧的面。在板部件(20)由于操作面的按压而在整体产生拉伸应力。压电传感器(11)被以安装该压电传感器(11)的区域中的板部件(20)的宏观拉伸应力(Dma11)的方向与压电性薄膜(110)的分子的取向方向(DR11)成45°的方式安装。压电传感器(12)被以安装该压电传感器(12)的区域中的板部件(20)的宏观拉伸应力(Dma12)的方向与压电性薄膜(120)的分子的取向方向(DR12)以大致45°的角度交叉的方式安装。
【IPC分类】G06F3/041
【公开号】CN104903825
【申请号】CN201480004075
【发明人】安藤正道, 河村秀树
【申请人】株式会社村田制作所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月15日
【公告号】US20150247765, WO2014112494A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测操作面被按压时的位移的位移检测传感器以及操作输入装置。
【背景技术】
[0002]以往，设计有各种检测操作者对操作面的操作的操作检测传感器。作为操作检测传感器，有静电容量方式、热电阻方式、压电声音方式、红外线传感器方式等，但在检测操作面的由按压引起的与操作面正交的位移量的情况下，需要设置这些传感器之外的位移检测传感器。
[0003]在专利文献I记载有具备作为操作检测传感器的触摸面板和检测操作面的按压的压敏传感器的触摸式输入装置。在专利文献I的触摸式输入装置中，压敏传感器被配置在触摸面板的下侧的面(与操作面相反的一侧的面)，并由与触摸面板相同的面积构成。另夕卜，在专利文献I的触摸式输入装置中，在触摸面板的操作面侧配置有保护层。
[0004]在专利文献2记载有在平板状的压电体的两面形成矩阵状的电极而成的操作输入装置。
[0005]专利文献1:日本特开平5 — 61592号公报
[0006]专利文献2:日本特开2006 - 163618号公报
[0007]然而，在上述的各现有技术的结构中，产生以下所示这样的课题。
[0008]在专利文献I记载的触摸式输入装置中，操作者的对操作面的按压经由保护膜以及触摸面板而被压敏传感器检测。因此，按压的检测灵敏度变低。并且，在将该触摸式输入装置安装于移动终端时，一般来说，将由玻璃等构成的具有规定的刚性的部件安装于操作面。在该情况下，按压的检测灵敏度进一步降低。
[0009]另外，在专利文献2记载的操作输入装置中，利用由线状电极构成的矩阵状的电极检测因按压而产生的电荷，所以按压的检测灵敏度变低。并且，在将该操作输入装置安装于移动终端时，一般来说，也将由玻璃等构成的具有规定的刚性的部件安装于操作面。在该情况下，与专利文献I所记载的操作输入装置相同，按压的检测灵敏度进一步降低。
【发明内容】
[0010]因此，本发明的目的在于提供一种按压的检测灵敏度较高的位移检测传感器以及操作输入装置。
[0011]本发明的位移检测传感器具备:板部件，其一方主面为操作面；以及平膜状的压电传感器，其被安装于板部件的另一方主面，包括平膜状的压电性薄膜以及形成于该压电性薄膜的两主面的检测用电极。压电性薄膜包括手性高分子。压电传感器被以通过按压压电传感器的粘贴区域中的板部件的一方主面时的板部件而在上述压电传感器产生的拉伸应力的宏观方向与手性高分子的分子取向方向交叉的方式安装于板部件。
[0012]在该结构中，由于将压电传感器安装于板部件，所以通过从一方主面按压板部件时的板部件的变形而在压电传感器中产生拉伸应力。此时在压电传感器中，虽然在各个方向上产生拉伸应力，但通过以它们中综合来看而言处于主导性的方向即宏观方向与手性高分子的分子取向方向交叉的方式进行安装，能够检测在压电性薄膜中产生的电荷量。
[0013]另外，在本发明的位移检测传感器中，优选形成压电性薄膜的手性高分子是至少被向单轴方向延伸后的聚乳酸，拉伸应力的宏观方向与分子取向方向的交叉角度为大致45。。
[0014]在该结构中，能够使在压电性薄膜中产生的电荷量增大。由此，能够提高针对操作面的按压的压电传感器的灵敏度。
[0015]另外，在本发明的位移检测传感器中，压电传感器也可以为多个，多个压电传感器针对板部件被安装在不同的位置。
[0016]在该结构中，通过以不抵消的方式将各压电传感器输出的电压相加，能够使针对按压的检测信号的振幅等级增大。由此，能够进一步提高针对操作面的按压的压电传感器的灵敏度。
[0017]另外，在本发明的位移检测传感器中，也可以为多个压电传感器形成于共用的压电性薄膜，构成各压电传感器的检测用电极具有不同的输出。
[0018]在该结构中，能够利用单一的压电性薄膜形成多个压电传感器。由此，能够以更加简单的结构容易地制造位移传感器。
[0019]另外，在本发明的位移检测传感器中，也可以遍及操作面的另一方主面的大致整个面配置共用的压电性薄膜。
[0020]在该结构中，通过将压电性薄膜粘贴于整个面，即使是在外部看到操作面整个面的构造，整体的颜色也均匀，外观较美。
[0021]另外，在本发明的位移检测传感器中，优选为聚乳酸是以L型聚乳酸为主的结构。
[0022]在该结构中，能够进一步提高针对板部件的位移的灵敏度即针对操作面的按压的灵敏度。
[0023]另外，在本发明的位移检测传感器中，优选为以下的结构。板部件的第一方向的长度比与该第一方向正交的第二方向的长度长。压电传感器的第一方向长度比第二方向的长度短。压电传感器被安装于板部件的角部。
[0024]在该结构中，示出板部件以及压电传感器的更加优选的方式。由于压电传感器是第一方向长度比第二方向的长度短的结构，所以容易在第一方向长度产生拉伸应力。另外，由于板部件的角部的拉伸应力的宏观方向因按压的位置而变化的程度较小，压电传感器被以其第一方向长度沿板部件的第一方向或者第二方向的方式安装于板部件的角部，所以能够有效地检测操作面的按压。
[0025]另外，本发明的操作输入装置的特征在于，具备:上述任意一项所述的位移检测传感器；以及位移检测部，其根据该位移检测传感器输出的电压来检测位移。
[0026]在该结构中，通过使用上述的位移检测传感器，能够实现操作输入的检测灵敏度较高的操作输入装置。
[0027]另外，在本发明的操作输入装置中，优选为以下的结构。操作输入装置具备筐体，板部件的一方主面的中央在该筐体开口，且该一方主面的周边部与该筐体抵接。压电传感器被配置于在与操作面正交的方向上板部件与筐体重合的区域。
[0028]在该结构中，安装有压电传感器的区域隐藏在筐体内。因此，向外部开口的操作面为整个面均匀的颜色。
[0029]根据本发明，能够实现按压的检测灵敏度较高的位移检测传感器以及操作输入装置。
【附图说明】
[0030]图1是本发明的第一实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图以及侧剖视图。
[0031]图2是本发明的第一实施方式所涉及的位移检测传感器中的压电传感器的安装区域的局部放大图。
[0032]图3是表示按压板部件的一方主面的中央位置时的板部件的位移分布的图。
[0033]图4是图3所示的板部件中的安装了压电传感器的区域的位移分布的放大图。
[0034]图5是表示压电传感器的压电性薄膜的电荷产生量的按压位置依赖特性的图。
[0035]图6是本发明的第一实施方式所涉及的操作输入装置的电路框图。
[0036]图7是本发明的第一实施方式所涉及的操作输入装置的主视图以及侧剖视图。
[0037]图8是本发明的第二实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图。
[0038]图9是本发明的第三实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图。
【具体实施方式】
[0039]参照附图对本发明的第一实施方式所涉及的位移检测传感器以及操作输入装置进行说明。图1是本发明的第一实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图以及侧剖视图。在图1中示出在主视图中示出的A — A剖视图。图2是本发明的第一实施方式所涉及的位移检测传感器中的压电传感器的安装区域的局部放大图。
[0040]位移检测传感器I具备压电传感器11、12以及板部件20。压电传感器11、12由相同的结构构成。因此，仅对压电传感器11的结构具体地进行说明。
[0041]压电传感器11具 备压电性薄膜110、检测用电极111、112。压电性薄膜110由聚乳酸(PLA)构成，更具体而言由L型聚乳酸(PLLA)构成，并由宽度Wp相对于长度Lp较短的长条状的平板构成。压电性薄膜110的分子的取向方向DRll与沿压电性薄膜110的长度Lp的方向(压电性薄膜的长度方向)一致。换句话说，压电性薄膜110的单轴延伸方向与压电性薄膜的长度方向一致。
[0042]这里，对形成压电性薄膜110的PLLA的特性进行说明。
[0043]PLLA由手性高分子构成。PLLA的主链具有螺旋构造。PLLA的分子向其被单轴延伸的方向取向，PLLA通过该分子的取向而具有压电性。而且，被单轴延伸的PLLA通过被按压压电性薄膜的平板面而产生电荷。此时，产生的电荷量由平板面因被按压而向与该平板面正交的方向位移的位移量唯一地决定。被单轴延伸的PLLA的压电常数在高分子中属于非常高的类别。因此，能够高灵敏度地检测按压位移。
[0044]应予说明，优选延伸倍率为3?8倍左右。通过在延伸后实施热处理，促进聚乳酸的伸直链结晶的结晶化，压电常数提高。并且，在双轴延伸的情况下，通过使各轴的延伸倍率不同，能够得到与单轴延伸相同的效果。例如在将某方向作为X轴，并对该方向实施8倍的延伸，对与该轴正交的Y轴方向实施2倍的延伸的情况下，对于压电常数，能够得到与大致对X轴方向实施了 4倍的单轴延伸的情况几乎同等的效果。由于单纯地单轴延伸后的薄膜容易沿延伸轴方向开裂，所以能够通过进行上述那样的双轴延伸来增加一些强度。
[0045]另外，由于PLLA在通过延伸等实现的分子的取向处理中产生压电性，所以无需像PVDF等其他的聚合物、压电陶瓷那样进行极化处理。即，不属于铁电体的PLLA的压电性并不像PVDF、PZT等铁电体那样通过离子的极化来发现，而源于作为分子的特征构造的螺旋构造。因此，在PLLA不产生在其他的铁电性的压电体产生的热电性。并且，PVDF等存在随时间推移而出现压电常数的变动，根据情况压电常数显著降低的情况，但PLLA的压电常数随时间推移极其稳定。因此，不被周围环境影响，而能够高灵敏度地检测按压位移。
[0046]另外，由于PLLA的相对介电常数非常低，约为2.5，所以若将d设为压电常数，将ε T设为介电常数，则压电输出常数(=压电g常数，g = d/ ε T)成为较大的值。这里，根据上述的式子，介电常数ε 33Τ = 13Χ ε 0、压电常数d31 = 25pC/N的PVDF的压电g常数成为g31 = 0.2172Vm/N?另一方面，若将压电常数dl4 = 10pC/N的PLLA的压电g常数换算为g31进行求解，则由于dl4 = 2Xd31，所以成为d31 = 5pC/N，压电g常数成为g31 =0.2258Vm/No因此，利用压电常数dl4 = 10pC/N的PLLA能够充分地得到与PVDF相同的按压量的检测灵敏度。而且，本申请发明的发明者们通过实验得到dl4 = 15?20pC/N的PLLA，通过使用该PLLA能够进一步以非常高的灵敏度检测按压。
[0047]检测用电极111形成于压电性薄膜110的一方的平板面(主面)的大致整个面。检测用电极112形成于压电性薄膜110的另一方的平板面(主面)的大致整个面。优选检测用电极111、112使用以聚噻吩、聚苯胺为主成分的有机电极、ITO、ZnO、银纳米线，碳纳米管，石墨烯等无机电极的任意一种。通过使用这些材料，能够形成透光性高的导体图案。
[0048]通过上述那样的结构，能够形成按压位移的检测灵敏度较高、透光性较高、且较薄的压电传感器。
[0049]板部件20由正交的一方向(y方向)的长度Ly和另一方向(x方向)的长度Lx的矩形形状构成，具有规定的厚度。板部件20由具有某种程度的刚性的材料构成，例如由玻璃平板形成。板部件20具备一方主面201和另一方主面202，板部件20的长度Lx方向的一方端为端边211，另一方端为端边212。板部件20的长度Ly方向的一方端为端边221，另一方端为端边222。
[0050]针对这样的板部件20，如下所示那样安装压电传感器11、12。压电传感器11、12被安装于板部件20的另一方主面202。此时，压电传感器11、12被以该压电传感器11、12中的一方的平板面的检测用电极与板部件20的另一方主面202抵接的方式安装于板部件
20 ο
[0051]压电传感器11、12被以压电传感器11、12的长边方向(长度Lp方向)与板部件20的长度Lx方向平行的方式安装于板部件20。换句话说，压电传感器11、12被以它们的分子的取向方向DR11、DR12与板部件20的长度Lx方向平行的方式安装于板部件20。此时，压电传感器11的取向方向DRll与压电传感器12的取向方向DR12为相反方向。
[0052]压电传感器11被安装在板部件20的端边211与端边221相交的角部附近。压电传感器12被安装在板部件20的端边212与端边221相交的角部附近。
[0053]将由这样的结构构成的位移检测传感器I以板部件20的一方主面201作为操作面固定于具备该位移检测传感器I的操作输入装置的筐体等。此时，以板部件20的四个端边211、212、221、222至少不因操作面的按压而向厚度方向移动的方式固定四个端边211、212、221、2220
[0054]在这样的状态下，若按压板部件20的一方主面201，则板部件20因四个端边211、212、221、222被限制而使得按压位置成为位移最大的位置，从一方主面201侧朝向另一方主面202侧位移。此时，除了四个端边211、212、221、222以外的大致整个面位移。
[0055]图3是表示按压板部件的一方主面的中央位置时的板部件的位移分布的图。图4是图3所示的板部件中的安装了压电传感器的区域的位移分布的放大图。
[0056]如图3所示，通过按压一方主面201，在板部件20遍及整体产生图3、图4的细箭头所示那样的拉伸应力。此时，在板部件20的各局部位置分别产生不同大小的微观拉伸应力Dmi。S卩，遍及板部件20的整个面，分别分布与按压量相应的大小的微观拉伸应力Dmi。
[0057]这里，如图3、图4所示，在板部件20的端边211与端边221相交的角部附近的区域、以及板部件20的端边212与端边221相交的角部附近的区域，微观拉伸应力Dmi的大小变大。
[0058]另外，在板部件20的端边211与端边221相交的角部附近的区域，微观拉伸应力Dmi的方向相对于端边211以及端边221交叉的角度成大致45°。而且，这样的微观拉伸应力Dmi在角部附近较大，越接近端边221的中间位置，并且越接近板部件20的中心，微观拉伸应力Dmi越小，且相对于端边211以及端边221的角度也变化。
[0059]针对这样的微观拉伸应力Dmi分布的端边211与端边221相交的角部附近的区域，如上述那样，以长边方向沿端边221的方式安装压电传感器11。
[0060]由于微观拉伸应力Dmi的分布是如上述那样的，所以在安装了压电传感器11的区域，微观拉伸应力Dmi相对于端边211以及端边221成45°的部分为主导应力。因此，安装了压电传感器11的区域的微观拉伸应力Dmi的和即宏观拉伸应力Dmall相对于端边211以及端边221交叉的角度成45°。
[0061]由此，构成压电传感器11的压电性薄膜110的分子的取向方向DRll与宏观拉伸应力Dmall的方向所成的角Θ为45°。构成压电性薄膜110的PLLA具有对于相对于分子的取向方向DRll成45°的方向的应力产生最多电荷的性质。
[0062]因此，通过使用该结构，能够针对 操作面(一方主面201)的按压位移，从压电传感器11检测到较大的电荷量。
[0063]另外，在板部件20的端边212与端边221相交的角部附近的区域，微观拉伸应力Dmi的方向相对于端边212以及端边221成大致45°。此时，端边212与端边221相交的角部附近的区域的微观拉伸应力Dmi的方向、和端边211与端边221相交的角部附近的区域的微观拉伸应力Dmi的方向大致正交。而且，这样的微观拉伸应力Dmi在角部附近较大，越接近端边221的中间位置，并且越接近板部件20的中心，微观拉伸应力Dmi越小，且相对于端边212以及端边221的角度也变化。
[0064]针对这样的微观拉伸应力Dmi分布的端边212与端边221相交的角部附近的区域，如上述那样，以长边方向沿端边221的方式安装压电传感器12。
[0065]由于微观拉伸应力Dmi的分布是如上述那样的，所以在安装了压电传感器12的区域，微观拉伸应力Dmi相对于端边212以及端边221成45°的部分为主导应力。因此，安装了压电传感器12的区域的微观拉伸应力Dmi的和即宏观拉伸应力Dmal2相对于端边212以及端边221成45°。
[0066]由此，构成压电传感器12的压电性薄膜120的分子的取向方向DR12与宏观拉伸应力Dmall的方向所成的角Θ为45°。构成压电性薄膜120的PLLA具有对于相对于分子的取向方向DR12成45°的方向的应力产生最多电荷的性质。因此，通过使用该结构，能够针对操作面(一方主面201)的按压位移，从压电传感器12检测到较大的电荷量。
[0067]如上述那样，通过使用本实施方式的结构，能够实现针对操作面的按压的灵敏度较高的位移检测传感器。另外，由于是将厚度较薄的压电传感器11、12安装于板部件20的构造，所以能够以薄型形成位移检测传感器。并且，由于板部件20和压电传感器11、12的透光性都较高，所以能够实现透光性较高的位移检测传感器。
[0068]应予说明，在上述的结构中，示出了将压电传感器11、12这两个压电传感器安装于板部件20的例子，但也可以是仅将压电传感器11、12的任意一方安装于板部件20的结构。
[0069]另外，在上述的结构中，示出了压电传感器11的分子的取向方向DRll与宏观拉伸应力Dmall交叉的角以及压电传感器12的分子的取向方向DR12与宏观拉伸应力Dmal2交叉的角度为45°的情况，但即使是其他的角度也能够检测电荷。但是，通过成为45°，能够得到以下所示那样的进一步的优点。
[0070]图5是表示压电传感器的压电性薄膜的电荷产生量的按压位置依赖特性的图。图5 (A)表不本实施方式的结构，图5 (B)表不分子的取向方向与本实施方式的结构不同的情况。在图5(B)中示出分子的取向方向与宏观拉伸应力的方向平行(交叉角度Θ =0° )的情况。
[0071]如图5所示，在本实施方式的结构的情况下，即在分子的取向方向与宏观拉伸应力的方向的交叉的角度Θ为45°的情况下，能够得到较大的电荷产生量，与此相对，在分子的取向方向与宏观拉伸应力的方向的交叉的角度Θ为O。的情况下，电荷产生量较小，检测电荷较困难。即使按压位置在长度Ly (y方向)的方向上变化该特性也不变。并且，通过成为本实施方式的结构，不取决于长度Ly的方向的按压位置，产生电荷为正“ + ”。换句话说，不存在按压时不产生能够外部输出的电荷的按压位置。
[0072]像这样，通过如本实施方式的结构那样，使分子的取向方向与宏观拉伸应力的方向的交叉角度Θ为45°，能够增大检测电荷量，能够使按压的检测灵敏度进一步提高。并且，能够不依赖按压位置，而可靠地检测按压。
[0073]另外，在该结构中，压电性薄膜110、120的长边方向与分子的取向方向DR11、DR12平行。因此，一般来说，从为单轴延伸方向与各端边平行或正交的形状的原片的压电性薄片的压电性薄膜110、120的切出很容易。另外，能够防止由单轴延伸方向与端片不平行或正交引起的在原片的角部等的不能够取得压电性薄膜110、120的区域的产生，能够高效地从原片的压电性薄片切出压电性薄膜110、120。
[0074]此外，通过具备由上述的实施方式构成的位移检测传感器I和下面的电路结构，能够实现操作输入装置2。图6是本实施方式所涉及的操作输入装置的电路框图。
[0075]操作输入装置2具备具有压电传感器11、12的位移检测传感器1、检测信号生成部31、32、以及按压检测部40。压电传感器11与检测信号生成部31连接，压电传感器12与检测信号生成部32连接。检测信号生成部31、32与按压检测部40连接。
[0076]检测信号生成部31基于压电传感器11的输出电压生成第一检测信号，并输出给按压量检测部40。检测信号生成部32基于压电传感器12的输出电压生成第二检测信号，并输出给按压量检测部40。按压量检测部40将第一检测信号与第二检测信号相加，并根据相加结果来检测按压量。另外，按压量检测部40也能够通过预先对相加结果设定阈值，并检测相加结果超过了该阈值来检测操作面的按压的有无，即检测操作输入的有无。
[0077]在这样的结构的操作输入装置2中，能够通过具备上述的位移检测传感器I实现较高的操作输入的检测灵敏度。另外，能够实现较高的按压量检测灵敏度。
[0078]另外，以图7所示那样的构造针对操作输入装置2安装上述的位移检测传感器I。图7是本实施方式所涉及的操作输入装置的主视图以及侧剖视图。操作输入装置2具备上述的位移检测传感器I和筐体30。应予说明，在图中虽仅记载筐体30的正面壁301和侧面壁302，但也具备未图示的底面壁。另外，虽然未图示构成操作输入装置2的其他的电路结构部件等，但其内置于筐体30。
[0079]筐体30具备正面壁301和侧面壁302。正面壁301是具有规定的刚性的平板，正面壁301保留端边附近的规定宽度的周边部，具备在厚度方向贯通的孔。该贯通孔为开口部300。开口部30的形状为矩形，在板部件20的长度Lx方向、长度Ly方向的双方以比板部件20的长度Lx、长度Ly短的长度开口。
[0080]侧面壁302是向相对于正面壁301的平板面正交的方向延伸的形状。侧面壁302是沿正面壁301的外周连续的形状。
[0081]针对这样的筐体30，以一方主面201与正面壁301的内表面侧抵接的方式安装板部件20。此时，板部件20被通过粘合材料310安装于正面壁301的内表面壁。优选粘合材料310是粘合后的刚性较高，板部件20的端边211、212、221、222不因板部件20的按压而向筐体30的内侧位移这样的材料。应予说明，也可以不使用粘合材料310，而利用螺丝等进行机构固定。
[0082]而且，在本实施方式中，在筐体30上安装了位移检测传感器I的状态下，板部件20的压电传感器11、12的安装区域不与开口部300重合。换句话说，以筐体30的正面壁301与压电传感器11、12的安装区域重合的方式将位移检测传感器I安装于筐体30。
[0083]通过这样的结构，对于从开口部300观察到的位移检测传感器I的操作面即操作区域，仅板部件20可见，能够实现整体均匀的颜色。由此，维持上述那样的较高的操作输入检测灵敏度，并且能够实现操作面的外观良好的操作输入装置。
[0084]接下来，参照附图对第二实施方式所涉及的位移检测传感器进行说明。图8是本发明的第二实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图。
[0085]相对于在第一实施方式中示出的位移检测传感器I，本实施方式的位移检测传感器IA在压电传感器IIA和压电传感器12A中共用压电性薄膜110A。因此，仅对与在第一实施方式中示 出的位移检测传感器I不同的地方具体地进行说明。
[0086]具体而言，压电性薄膜IlOA由长条状构成，其长边方向与分子的取向方向DRllA平行。压电性薄膜IlOA以板部件20的端边221与长边方向平行的方式配置在该端边221附近。压电性薄膜IlOA由遍及板部件20的长度Lx方向的大致全长的形状构成。
[0087]针对这样的压电性薄膜110A，遍及端边211侧的规定长度，以夹着压电性薄膜IlOA的方式形成检测用电极111A、112A。被该检测用电极111A、112A夹着的区域为压电传感器11A。
[0088]针对这样的压电性薄膜110A，遍及端边212侧的规定长度，以夹着压电性薄膜IlOA的方式形成检测用电极121A、122A。被该检测用电极111A、112A夹着的区域为压电传感器12A。
[0089]即使是这样的结构，构成各压电传感器11A、12A的压电性薄膜IlOA的分子的取向方向DRllA与在各压电传感器11A、12A的形成区域的宏观拉伸应力的方向所成的角也为45°。因此，与上述的实施方式相同，能够实现针对操作面的按压的灵敏度较高的位移检测传感器。
[0090]应予说明，在本实施方式的情况下，压电传感器IlA的检测信号和压电传感器12A的检测信号为相反相位。因此，通过将这些检测信号以差分的方式合成，能够使合成检测信号的振幅增大，能够进一步使检测灵敏度提高。
[0091]接下来，参照附图对第三实施方式所涉及的位移检测传感器进行说明。图9是本发明的第三实施方式所涉及的位移检测传感器的俯视图。
[0092]相对于在第一实施方式中示出的位移检测传感器I，本实施方式的位移检测传感器IB的压电传感器13的形状以及针对板部件20的粘贴位置不同。因此，仅对与在第一实施方式中示出的位移检测传感器I不同的地方具体地进行说明。
[0093]位移检测传感器IC具备压电传感器13。压电传感器13由在压电性薄膜的两主面形成检测用电极的构造构成。压电传感器13被以压电性薄膜的分子的取向方向DR13与板部件20的长度Lx方向以及长度Ly方向成45°的方式安装于板部件20。正面看板部件20，压电传感器13被安装于大致中央的区域，由遍及板部件20的长度Lx方向的大致全长的形状构成。
[0094]在这样的结构的情况下，如上述的图3所示，在压电传感器13的安装区域，对于微观拉伸应力，长度Lx方向成为主导方向。由此，在压电传感器13的安装区域，宏观拉伸应力Dmal3的方向为长度Lx方向。因此，宏观拉伸应力Dmal3的方向与压电传感器13的压电性薄膜的分子的取向方向DR13的交叉的角度Θ为45°。由此，能够通过压电传感器13高灵敏度地检测板部件20的操作面的按压位移。
[0095]应予说明，在上述的各实施方式中示出的压电传感器的安装区域与该压电传感器的分子的取向方向的关系只是表示本发明的特征的几个例子，只要具有以下的条件，则无论将压电传感器粘贴在板部件的哪个位置，虽然存在灵敏度的差异，但都能够以比较高的灵敏度检测位移。此时，若决定出板部件20的整个面的宏观拉伸应力的方向，则使用拓宽至板部件20的整个面的压电传感器，并使该压电传感器的压电性薄膜的分子取向方向相对于板部件20的整个面的宏观拉伸应力的方向以45°的角度交叉即可。在整个面安装了压电传感器的情况下，操作面整体的颜色相同，所以能够实现外观良好的位移检测传感器。
[0096]另外，在上述的说明中，作为PLA例示了 L型聚乳酸，但也可以使用D型聚乳酸。
[0097]符号说明:1、1A、1B…位移检测传感器，2…操作输入装置，11、12…压电传感器，31、32…检测信号生成部，40...按压检测部，110、110A、120...压电性薄膜，111、112…检测用电极，20…板部件，30…筐体，300…开口部，310…正面壁，302…侧面壁，201----方主面，
2(^”另一方主面，211、212、221、222吣端边，11(>”压电性薄膜，111、112吣检测用电极。
【主权项】
1.一种位移检测传感器，其中，具备: 板部件，其一方主面为操作面；以及 平膜状的压电传感器，其被安装于所述板部件的另一方主面，包括平膜状的压电性薄膜以及形成于该压电性薄膜的两主面的检测用电极， 所述压电性薄膜包括手性高分子， 所述压电传感器被以通过按压所述压电传感器的粘贴区域中的所述板部件的所述一方主面时的所述板部件而在所述压电传感器中产生的拉伸应力的宏观方向与所述手性高分子的分子取向方向相交的方式安装于所述板部件。2.根据权利要求1所述的位移检测传感器，其中， 形成所述压电性薄膜的手性高分子是至少被向单轴方向延伸后的聚乳酸，所述拉伸应力的宏观方向与所述分子取向方向的交叉角度为大致45°。3.根据权利要求1或者2所述的位移检测传感器，其中， 所述压电传感器为多个， 该多个压电传感器针对所述板部件被安装在不同的位置。4.根据权利要求3所述的位移检测传感器，其中， 所述多个压电传感器形成于共用的压电性薄膜， 构成各压电传感器的检测用电极具有不同的输出。5.根据权利要求1?4所述的位移检测传感器，其中， 所述共用的压电性薄膜被遍及所述操作面的所述另一方主面的大致整个面配置。6.根据权利要求1?5所述的位移检测传感器，其中， 为所述聚乳酸是以L型聚乳酸为主的结构。7.一种位移检测传感器，其中，具备: 板部件，其一方主面为操作面；以及 平膜状的压电传感器，其被安装于所述板部件的另一方主面，包括平膜状的压电性薄膜以及形成于该压电性薄膜的两主面的检测用电极， 所述压电性薄膜包括手性高分子， 所述板部件的第一方向的长度比与该第一方向正交的第二方向的长度长， 所述压电传感器的所述第一方向长度比所述第二方向的长度短， 所述压电传感器被以其所述第一方向长度沿所述板部件的第一方向或者第二方向的方式安装于所述板部件的角部。8.一种操作输入装置，其中，具备: 权利要求1?7中任意一项所述的位移检测传感器；以及 位移检测部，其根据该位移检测传感器输出的电压来检测位移。9.根据权利要求8所述的操作输入装置，其中， 具备筐体，所述板部件的一方主面的中央在该筐体开口，且该一方主面的周边部与该筐体抵接， 所述压电传感器被配置于在与所述操作面正交的方向上，所述板部件和所述筐体重合的区域。
【专利摘要】本发明涉及一种位移检测传感器以及操作输入装置。位移检测传感器(1)具备板部件(20)和压电传感器(11、12)。压电传感器(11)具备PLLA的压电性薄膜(110)。压电传感器(12)具备PLLA的压电性薄膜(120)。压电传感器(11、12)被安装于板部件(20)的与操作面相反的一侧的面。在板部件(20)由于操作面的按压而在整体产生拉伸应力。压电传感器(11)被以安装该压电传感器(11)的区域中的板部件(20)的宏观拉伸应力(Dma11)的方向与压电性薄膜(110)的分子的取向方向(DR11)成45°的方式安装。压电传感器(12)被以安装该压电传感器(12)的区域中的板部件(20)的宏观拉伸应力(Dma12)的方向与压电性薄膜(120)的分子的取向方向(DR12)以大致45°的角度交叉的方式安装。
【IPC分类】G06F3/041
【公开号】CN104903825
【申请号】CN201480004075
【发明人】安藤正道, 河村秀树
【申请人】株式会社村田制作所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月15日
【公告号】US20150247765, WO2014112494A1
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