按压传感器

申请号 CN201380020400.2 申请日 2013-04-15 公开(公告)号 CN104246460B 公开(公告)日 2017-05-10
申请人 株式会社村田制作所; 发明人 河村秀树; 安藤正道;
摘要 本 发明 提供一种按压 力 传感器 。按 压力传感器 (10)具备平膜型压电元件(20)以及支承体(30)。平膜型压电元件(20C)具备具有d14压电常数的压电性薄板(210)。在该压电性薄板(210)的第一主面形成有矩形的第一 电极 (220),在第二主面形成有矩形的第二电极(230)。第一电极(220)以及第二电极(230)的长边方向和压电性薄板(210)的单轴延伸方向成45°的 角 度。在支承体(30)的主体(310)形成有剖面为长圆形的开口部(320)。平膜型压电元件(20)的第二主面侧与支承体(30)的开口部(320)开口的第三主面抵接。支承体(30)和平膜型压电元件(20)被配置成从与第三主面 正交 的方向观察,在第二电极(230)的范围内包括开口部(320)。
权利要求

1.一种按压传感器,具备:
平膜型压电元件,具备具有对置的第一主面以及第二主面的平膜的压电性薄板、形成于所述第一主面的第一电极以及形成于所述第二主面的第二电极;以及支承体,具备抵接于所述平膜型压电元件的所述第二主面侧的第三主面,所述支承体在所述第三主面侧具备允许所述第二电极的至少一部分的变形的空间部,以通过外力在遍及该空间部的压电性薄板中产生的变形在所述第三主面的正交的两方向上不同的方式配置有所述平膜型压电元件和所述支承体,
所述压电性薄板具有d14的压电常数,且沿与所述正交的两方向不同的至少单轴方向延伸。
2.根据权利要求1所述的按压力传感器
所述支承体的从第三主面观察的所述空间部的俯视形状为长度在所述正交的两方向上不同的形状。
3.根据权利要求1或者2所述的按压力传感器,
所述压电性薄板包含聚乳酸。
4.根据权利要求3所述的按压力传感器,
所述压电性薄板沿单轴延伸的方向与所述正交的两方向成45°。
5.根据权利要求1或者2所述的按压力传感器,
所述平膜型压电元件仅固定于所述支承体的所述空间部的长边方向的两端。
6.根据权利要求1或者2所述的按压力传感器,其特征在于,
所述空间部是从所述支承体的所述第三主面侧起具有规定深度的凹部。
7.根据权利要求6所述的按压力传感器,其特征在于,
在所述凹部内配置有弹性体。
8.根据权利要求1或者2所述的按压力传感器,
所述空间部在所述支承体的所述第三主面以外的面开口。
9.根据权利要求1或者2所述的按压力传感器,
所述第一电极、所述第二电极以及所述空间部的组为多个。
10.根据权利要求1或者2所述的按压力传感器,
在所述压电性薄板的所述第一主面侧具备保护层。
11.根据权利要求1或者2所述的按压力传感器,
在所述压电性薄板的所述第一主面侧具备压入所述压电性薄板的与所述空间部对置的范围的压入构件。

说明书全文

按压传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及使用平膜状的压电元件来检测来自外部的按压力的按压力传感器

背景技术

[0002] 以往,设计有使用了平膜状的压电元件的各种按压力传感器。在专利文献1中记载有在挠性基板的主面上形成平膜状的压电元件的按压力传感器。专利文献1所记载的按压力传感器在主面为正方形的挠性基板的整个面形成有压电晶体薄膜。挠性基板以相对于配置于背面侧的基底基板隔开规定间隔的方式被支承体支承。支承体被配置于俯视挠性基板时的四个。由此,挠性基板的主面的中央区域容易通过来自与主面正交的方向的按压力而凹陷,根据通过该凹陷产生的电压来检测按压力。
[0003] 专利文献1记载的压电晶体薄膜由以金属为主要成分的复合化物形成。因此,存在根据压电晶体薄膜的形成状态而对于外力变脆或不能够得到规定的检测灵敏度的情况。
[0004] 作为克服在由以这样的金属为主要成分的复合氧化物形成的压电晶体薄膜中产生的缺点的压电元件,考虑使用以聚乳酸为主要成分的压电性薄板。已知使用了以聚乳酸为主要成分的压电性薄板的平膜状压电元件的挠性优良,能够在按压力检测中得到充分的电压这一情况。另外,以聚乳酸为主要成分的压电性薄板的压电性薄板全体通过按压力而伸长。由此,以聚乳酸为主要成分的压电性薄板不仅能够将压电性薄板的凹陷作为压电薄膜的变形来检测,还能够将伸长作为压电薄膜的变形来检测,所以与专利文献1的压电性薄板相比,能够高效地检测按压力。
[0005] 这样的聚乳酸的压电性薄板具有d14的压电常数,使用了该压电性薄板的平膜状压电元件利用起因于d14的压电常数的压电性,得到检测电压。
[0006] 专利文献1:日本特开2000-275114号公报
[0007] 然而,可知在利用d14的压电常数得到检测电压的情况下,根据压电性薄板的固定结构,在压电性薄板中产生的电荷在形成于压电性薄板的两主面的电极相互抵消,检测电压变低。即,存在针对按压力的检测灵敏度变低的情况。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种即使使用具有d14的压电常数的压电性薄板,也能够不使检测灵敏度降低地检测按压力的按压力传感器。
[0009] 本发明的按压力传感器具备:平膜型压电元件,具备具有对置的第一主面以及第二主面的平膜的压电性薄板、形成于第一主面的第一电极、以及形成于第二主面的第二电极;支承体,具备抵接于平膜型压电元件的第二主面侧的第三主面。另外,支承体在第三主面侧具备允许第二电极的至少一部分的变形的空间部。以通过外力在遍及该空间部的压电性薄板中产生的变形在第三主面的大致正交的两方向上不同的方式配置有平膜型压电元件和支承体。
[0010] 在该结构中,若压电性薄板中的与空间部对置的范围通过操作者的压入等产生位移,则压电性薄板的与空间部对置的范围产生变形。此时,压电性薄板的变形量在正交的两方向上不同,所以能够抑制电荷彼此因各方向的变形而被抵消这一情况。由此,能够使由压电性薄板的位移产生的检测电压变高,针对位移的检测灵敏度提高。
[0011] 另外,优选在本发明的按压力传感器中,从支承体的第三主面侧观察的空间部的俯视形状为长度在大致正交的两方向上不同的形状。例如,考虑长圆形、长方形、椭圆形等在俯视形状中长度在长边方向和短边方向上不同的形状。
[0012] 在该结构中,能够通过支承体的空间部的俯视形状,容易地使压电性薄板的变形量在正交的两方向上不同。
[0013] 另外,优选在本发明的按压力传感器中,压电性薄板包含聚乳酸,压电性薄板沿与正交的两方向不同的至少单轴方向延伸。
[0014] 在该结构中,示出压电性薄板的具体的材质,包含具有d14的压电常数的聚乳酸。聚乳酸是聚合物,具有柔软性,所以与在上述的现有技术中示出的压电晶体薄膜不同,即使通过来自外部的按压力而产生较大的位移也不易破损。另外,聚乳酸不受热电性的影响,不受外部环境的温度变化的影响,能够得到仅与位移量相应的检测电压。
[0015] 另外,优选在本发明的按压力传感器中,沿压电性薄板沿单轴延伸的方向与大致正交的两方向大致成45°。
[0016] 若像该结构这样,将具有d14的压电常数的聚乳酸配置于支承体,则能够针对由压入产生的位移更高效地得到检测电压。
[0017] 另外,优选在本发明的按压力传感器中,平膜型压电元件仅固定于支承体的空间部的长边方向的两端。
[0018] 在该结构中,压电性薄板的与空间部对应的范围通过压入而仅沿长边方向伸长,在短边方向(与长边方向大致正交的方向)上几乎不伸长。由此,长边方向和短边方向的两方向的伸长量(变形量)的差变得更大。由此,能够针对由压入产生的位移,进一步高效地得到检测电压。
[0019] 另外,在本发明的按压力传感器中,空间部也可以是从支承体的第三主面侧具有规定深度的凹部。
[0020] 另外,优选在本发明的按压力传感器中,在凹部内配置有弹性体。
[0021] 另外,优选在本发明的按压力传感器中,空间部在支承体的第三主面以外的面开口。
[0022] 在该结构中示出空间部的具体的形状。空间部也可以是从第三主面向支承体内部凹陷的凹部。尤其是在凹部的情况下,也可以在该凹部内配置弹性体。在这样的结构的情况下,能够抑制压电性薄板因较强的压入而变形期望以上,能够避免压电性薄板的破损。另外,空间部也可以是贯通支承体的贯通孔。尤其是,通过使空间部的至少一部分向外部开口,在压电性薄板通过压入而向空间部内弯曲并进入时,空间部内的空气释放至外部。由此,不受空间部内的气压的影响,能够得到仅与位移量相应的检测电压。
[0023] 另外,在本发明的按压力传感器中,第一电极、第二电极以及空间部的组也可以是多个。
[0024] 在该结构中,能够以各组为单位检测按压力。即,能够利用一个按压力传感器检测多个地方的按压力。
[0025] 另外,在本发明的按压力传感器中,也可以在压电性薄板的第一主面侧具备保护层。
[0026] 在该结构中,保护平膜状压电元件的操作输入侧的面。
[0027] 另外,在本发明的按压力传感器中,也可以在压电性薄板的第一主面侧具备压入压电性薄板的与空间部对置的范围的压入构件。
[0028] 在该结构中,不取决于操作者的操作方法,而通过压入构件可靠地压入压电性薄板的空间部。由此,能够更加可靠地检测操作者的操作。
[0029] 根据本发明,即使使用具有d14的压电常数的压电性薄板,也能够不使检测灵敏度降低地检测按压力。附图说明
[0030] 图1是本发明的第一实施方式所涉及的按压力传感器的分解立体图。
[0031] 图2是本发明的第一实施方式所涉及的按压力传感器的三面视图以及A-A′面的剖视图。
[0032] 图3是本发明的第一实施方式所涉及的按压力传感器的平膜型压电元件的三面视图以及A-A′面的剖视图。
[0033] 图4是本发明的第一实施方式所涉及的按压力传感器的支承体的三面视图。
[0034] 图5是用于说明压入状态下的按压力传感器的形状以及按压力检测概念的图。
[0035] 图6是本发明的第二实施方式所涉及的按压力传感器的分解立体图。
[0036] 图7是本发明的第三实施方式所涉及的按压力传感器的分解立体图。
[0037] 图8是本发明的第三实施方式所涉及的按压力传感器的三面视图。
[0038] 图9是用于说明压入状态下的按压力传感器的形状以及按压力检测概念的图。
[0039] 图10是局部放大了本发明的第四实施方式所涉及的按压力传感器的侧面的图。
[0040] 图11是局部放大了压入构件被操作者的手指压入的状态下的按压力传感器的侧面的图。
[0041] 图12是本发明的第五实施方式所涉及的按压力传感器的局部放大图。
[0042] 图13是本发明的第六实施方式所涉及的按压力传感器的局部放大图。
[0043] 图14是本发明的第七实施方式所涉及的按压力传感器的三面视图以及A-A′面的剖视图。
[0044] 图15是本发明的第八实施方式所涉及的按压力传感器的三面视图以及A-A′面的剖视图。

具体实施方式

[0045] 参照附图对本发明的第一实施方式所涉及的按压力传感器进行说明。图1是本发明的第一实施方式所涉及的按压力传感器的分解立体图。图2的(A)是本发明的第一实施方式所涉及的按压力传感器的俯视图,图2的(B)是按压力传感器的长边面侧视图,图2的(C)是按压力传感器的短边面侧视图,图2的(D)是A-A′面的剖视图。
[0046] 按压力传感器10具备平膜型压电元件20、支承体30、以及保护层40。平膜型压电元件20、支承体30、以及保护层40的俯视的形状(从操作面侧(施加按压力的一面侧)观察的形状)为矩形,平膜型压电元件20、支承体30、以及保护层40被配置为以主面分别并行的方式相互抵接。
[0047] 图3的(A)是平膜型压电元件20的俯视图,图3的(B)是平膜型压电元件20的长边面侧视图,图3的(C)是平膜型压电元件20的短边面侧视图。平膜型压电元件20具备压电性薄板210、第一电极220、以及第二电极230。
[0048] 压电性薄板210由以矩形构成的平膜形成。即,压电性薄板210以俯视具有正交的两方向即长边方向和短边方向的形状形成。
[0049] 压电性薄板210由L型聚乳酸(以下称作PLLA。)形成。应予说明,压电性薄板210也可以由D型聚乳酸(以下称作PDLA。)形成。
[0050] 用于压电性薄板210的PLLA是手性高分子,主链具有螺旋结构。将该PLLA薄板沿单轴方向(图的粗箭头900的方向)延伸,若分子取向,则该PLLA薄板具有压电性。沿单轴方向延伸了的PLLA的压电常数在高分子中属于非常高的部类。
[0051] 应予说明,在沿双轴方向延伸了的情况下,能够通过使各轴的延伸倍率不同来得到与沿单轴方向延伸同样的效果。例如,在将某方向设为X轴并沿该方向实施8倍的延伸,且沿与该轴正交的Y轴方向实施了2倍的延伸的情况下,对于压电常数,能够得到与大概沿X轴方向实施了4倍的单轴延伸的情况等同的效果。由于单纯地进行了单轴延伸的薄膜容易沿延伸轴方向裂开,所以能够通过进行上述那样的二轴延伸来稍许增加强度。
[0052] 另外,PLLA仅通过延伸产生压电性,无需像PVDF等其他的聚合物、在现有技术中示出的使用了压电晶体薄膜的压电陶瓷那样进行加电压(poling)处理。即,不属于电体的PLLA的压电性不像PVDF、PZT等铁电体那样是通过离子的极化而显现的,而是源于作为分子的特征结构的螺旋结构。因此,在其他的强介电性的压电体中产生的热电性不在PLLA中产生。并且,PVDF等存在压电常数随着时间的推移出现变动,压电常数根据情况显著降低的情况,但PLLA的压电常数一直极其地稳定。
[0053] 像这样,若使用PLLA,则不受由热电性带来的影响。因此,在检测时能够不取决于检测位置的温度,而得到仅与位移量(按压力)相应的检测电压。另外,PLLA是聚合物,具有柔软性,所以不像压电陶瓷那样因较大的位移而破损。因此,即使位移量大,也能够可靠地检测该位移量。
[0054] 另外,PLLA的相对介电常数大约为2.5,非常地低,所以若将d设为压电常数,将εT设为介电常数,则压电输出常数(=压电g常数,g=d/εT)成为较大的值。
[0055] 这里,根据上述的式子,介电常数为ε33T=13×ε0、压电常数为d31=25pC/N的PVDF的压电g常数为g31=0.2172Vm/N。另一方面,若将压电常数为d14=10pC/N的PLLA的压电g常数换算为g31求出,则由于d14=2×d31,所以成为d31=5pC/N,压电g常数成为g31=0.2258Vm/N。因此,能够通过压电常数为d14=10pC/N的PLLA得到与PVDF相同的足够的传感器灵敏度。并且,本申请发明的发明者们实验获得d14=15~20pC/N的PLLA,通过使用该PLLA薄板实现非常高的灵敏度的传感器。
[0056] 压电性薄板210以单轴延伸方向(通过上述的延伸处理,最终延长最长的方向(图的粗箭头900的方向))相对于矩形的长边方向以及短边方向大致成45°的方式形成。应予说明,不限于准确的45°,也可以为大致45°。所谓大致45°例如指包括45°±10°左右的角度。这些角度是基于位移传感器的用途,并根据挠曲的检测精度等全体的设计而应适当地决定的设计事项。
[0057] 通过成为这样的形状,压电性薄板210仅针对长边方向的伸长(变形)以及短边方向的伸长(变形)产生电荷。这是因为构成压电性薄板210的PLLA具有d14的压电常数。
[0058] 由于压电性薄板210是矩形的平膜,所以具备在厚度方向上对置的第一平面和第二平面。第一电极220形成于压电性薄板210的第一主面。第二电极230形成于压电性薄板210的第二主面。第一电极220和第二电极230俯视为矩形,以覆盖压电性薄板210的规定区域的形状形成。具体地说,以至少覆盖下述的支承体30的开口部320的形状形成。第一电极
220和第二电极230以对置的形状形成。
[0059] 优选第一电极220和第二电极230使用以ITO、ZnO、聚噻吩为主要成分的有机电极、以聚苯胺为主要成分的有机电极、纳米线电极、以及纳米管电极的任意一种。通过使用这些材料,能够形成透光性高的电极图案。应予说明,在不需要透明性的情况下,也能够使用由银膏形成的电极、以及通过蒸、溅射、或电镀等形成的金属系的电极。为了使触摸面板10大幅位移,尤其优选弯曲性优良的以聚噻吩为主要成分的有机电极、以聚苯胺为主要成分的有机电极、银纳米线电极、碳纳米管电极、以及金属系的电极。
[0060] 在以这样的形状构成的平膜状压电元件20中,若压电性薄板210沿长边方向以及短边方向伸长(变形),则产生与伸长量相应的电荷,在第一电极220和第二电极230之间产生检测电压。能够根据该检测电压来检测按压力。
[0061] 支承体30具备主体310、以及形成于该主体310的开口部320。图4的(A)是支承体30的俯视图,图4的(B)是支承体30的长边面侧视图,图4的(C)是支承体30的短边面侧视图,图4的(D)是支承体30的A-A′剖视图。
[0062] 主体310是俯视向以长边方向和短边方向构成的正交的两方向扩展的矩形。主体310由绝缘性基板形成。主体310的杨氏模量比压电性薄板210的杨氏模量高。即,与压电性薄板210相比,主体310不易因外力弯曲。
[0063] 主体310具有在与沿上述正交的两方向扩展的平面垂直的厚度方向上贯通的开口部320。开口部320形成于主体310的该平面的大致中央。开口部320以沿主体310的长边方向长,沿主体310的短边方向短的形状形成。即,开口部320的长边方向长度BL比短边方向长度BS长(BL>BS)。该长度的比为2倍左右即可。开口部320俯视以长圆形构成。但开口部320的俯视的形状并不局限于此。另外,在本实施方式中,开口部320的剖面积在厚度方向上恒定,但也可以不同。
[0064] 在这样的形状的支承体30的一方主面(第三主面)配置以上述的结构构成的平膜状压电元件20。此时,被配置为平膜型压电元件20的第二电极230侧与支承体30的主体310的第三主面抵接。支承体30和平膜型压电元件20被配置为它们的长边方向一致。支承体30和平膜型压电元件20在该抵接的部分粘合。并且,在该开口部320,第二电极230对置的部分相当于本发明的“空间部”。
[0065] 另外,平膜型压电元件20和支承体30通过粘合材料等以俯视(沿与第一主面、第二主面、第三主面正交的方向观察)时第二电极230的形成范围和开口部320的形成范围重叠的方式固定。更具体地说,平膜型压电元件20和支承体30以在第二电极230的形成范围内包括开口部320的形成范围的方式固定。反过来说,以第二电极230的形成范围和开口部320的形成范围重叠,或在第二电极230的形成范围内包括开口部320的形成范围的方式形成平膜型压电元件20的第一电极220以及第二电极230、和支承体30的开口部320。
[0066] 在这样的支承体30和平膜型压电元件20的复合体中的平膜型压电元件20的第一电极220侧配置有保护层40。与平膜型压电元件20以及支承体30相同,保护层40的俯视的形状以矩形构成。保护层40由绝缘性材料构成,且由杨氏模量比压电性薄板210低的材料构成。换句话说,由不阻碍由来自外部的按压力产生的压电性薄板210的位移的材质构成。另外,保护层40通过粘合剂等固定于平膜型压电元件20的第一电极220侧,粘合剂等也选择不阻碍压电性薄板210的位移的材质。
[0067] 以这样的形状构成的按压力传感器10检测从保护层40侧压入了开口部320的范围的按压力。图5是用于说明压入状态下的按压力传感器的形状以及按压力检测概念的图。图5的(A)是俯视图,图5的(B)是长边面侧视图,图5的(C)是短边面侧视图。
[0068] 如图5所示那样,若通过操作者的手指压入保护层40的表面(与平膜型压电元件20侧相反侧的面),则压电性薄板210也与保护层40一同通过该压入产生位移。
[0069] 除了开口部320和第二电极230对置的范围即空间部之外,压电性薄板210(平膜型压电元件20)粘合于支承体30。并且,压电性薄板210的单轴延伸方向相对于开口部320的长边方向以及短边方向成45°的角。
[0070] 因此,平膜型压电元件20通过上述的压入而产生与由沿长边方向的变形(伸长)产生的位移和由沿短边方向的变形(伸长)产生的位移相应的检测电压。该检测电压为通过沿长边方向的位移产生的电荷和通过沿短边方向的位移产生的电荷的相加值。
[0071] 如上述那样,开口部320的长边方向的长度BL和短边方向的长度BS不同。因此,如图5所示那样,由长边方向的伸长产生的压电性薄板210的位移量LL比由短边方向的伸长产生的压电性薄板210的位移量LS大(LL>LS)。因此,在由长边方向的伸长产生的产生电荷量和由短边方向的伸长产生的产生电荷量中产生适当的差。由此,能够从平膜型压电元件20产生与压入相应的所希望的检测电压,能够检测该压入。
[0072] 并且,PLLA产生的电荷量随着位移量大致线性地变化。因此,能够通过测量检测电压值来检测压入量。通过使用PLLA,例如在将该按压力传感器10用于电视机装置、录像再生装置的遥控器装置的情况下,也能够根据压入量使音量调整速度变化,使快进倒退的速度变化。
[0073] 另外,PLLA还不受热电性的影响,所以不受操作者的手指的温度影响,而能够正确地检测压入量。
[0074] 如上所述,通过使用本实施方式的结构,能够实现能够可靠且正确地检测压入以及压入量的按压力传感器。此时,能够以简单的结构实现按压力传感器。
[0075] 应予说明,在上述的说明中,开口部320的第三主面侧的端部为直角,但若该端部为倒角比较好。尤其若是以规定的弯曲率弯曲的R倒角则更好。通过这样的倒角形状,能够抑制第二电极230、压电性薄板210受伤、破损。
[0076] 接下来,参照附图对第二实施方式所涉及的按压力传感器进行说明。图6是本发明的第二实施方式所涉及的按压力传感器的分解立体图。
[0077] 本实施方式的按压力传感器10A具备多组在第一实施方式中示出的开口部和第一、第二电极的组。
[0078] 平膜型压电元件20A具备压电性薄板210A。压电性薄板210A由与压电性薄板210相同的材质构成,且向单轴方向延伸。在本实施方式的情况下,与第一实施方式的压电性薄板210相同,以相对于长边方向以及短边方向成45°的角度的方式向单轴方向延伸。
[0079] 在压电性薄板210A的第一主面形成有多个第一电极221、222、223、224、225、226(以下,在汇总的情况下记载为221-226。)。多个第一电极221-226为矩形。多个第一电极221-226被配置为长边方向分别与压电性薄板210A的长边方向一致。将多个第一电极221、
222、223以沿压电性薄板210A的短边方向隔开间隔的方式配置。将多个第一电极224、225、
226以沿压电性薄板210A的短边方向隔开间隔的方式配置。将第一电极221、224以沿长边方向隔开间隔的方式配置。将第一电极222、225以沿长边方向隔开间隔的方式配置。将第一电极223、225以沿长边方向隔开间隔的方式配置。应予说明,多个第一电极221-226的配置图案并不局限于此,能够根据按压力传感器10A的规格适当地设定。
[0080] 在压电性薄板210A的第二主面形成有多个第二电极231、232、233、234、235、236。第二电极231被配置于与第一电极221对置的位置,第二电极232被配置于与第一电极222对置的位置。第二电极233被配置于与第一电极223对置的位置,第二电极234被配置于与第一电极224对置的位置。第二电极235被配置于与第一电极225对置的位置,第二电极236被配置于与第一电极226对置的位置。
[0081] 支承体30A俯视为与压电性薄板210A相同的形状。在支承体30A上针对主体310A形成有多个开口部321、322、323、324、325、326(以下,在汇总的情况下记载为321-326。)。多个开口部321-326的形状与在第一实施方式中示出的开口部320相同,多个开口部321-326由向与配置平膜型压电元件20A的支承体30A的第三主面正交的方向贯通支承体30A的贯通孔构成。多个开口部321-326为开口的面的一方向的长度长,与该一方向正交的另一方向的长度短的长圆形。即,多个开口部321-326的长边方向长度BL比短边方向长度BS长(BL>BS)。多个开口部321-326以沿主体310A的长边方向长,沿主体310A的短边方向短的形状形成。
[0082] 与上述的第一电极221-226以及第二电极231-236相同,多个开口部321-326以规定的排列图案排列形成。此时,在将平膜型压电元件20A配置于支承体30A的第三主面侧时,以如下的方式形成有开口部321-326,即,从与第三主面正交的方向观察,开口部321被配置于第二电极231的范围内,开口部322被配置于第二电极232的范围内,开口部323被配置于第二电极233的范围内,开口部324被配置于第二电极234的范围内,开口部325被配置于第二电极235的范围内,开口部326被配置于第二电极236的范围内。
[0083] 在平膜型压电元件20A的第一电极221-226侧配置有保护层40A。保护层40A由与在第一实施方式中示出的保护层40相同的材料构成。保护层40A以俯视与平膜型压电元件20A以及支承体30A相同的形状构成。
[0084] 平膜型压电元件20A的各第一电极和第二电极的组分别与不同的检测电路连接。
[0085] 通过这样的结构,能够通过一个按压力传感器来检测不同的多个点的按压力。由此,例如能够利用一个按压力传感器来形成多个按钮的遥控器。
[0086] 接下来,参照附图对第三实施方式所涉及的按压力传感器进行说明。图7是本发明的第三实施方式所涉及的按压力传感器的分解立体图。图8的(A)是本发明的第三实施方式所涉及的按压力传感器的俯视图,图8的(B)是按压力传感器的第一侧视图,图8的(C)是按压力传感器的第二侧视图。
[0087] 按压力传感器10B具备平膜型压电元件20B、支承体30B、以及保护层40B。平膜型压电元件20B具备压电性薄板210B、第一电极221B、222B、223B、224B、以及第二电极231B、232B、233B、234B。压电性薄板210B由与在第一实施方式中示出的压电性薄板210相同的材料构成。压电性薄板210B俯视以矩形构成。尤其是,本实施方式的压电性薄板210B俯视以正方形构成。
[0088] 第一电极221B、222B、223B、224B配置于压电性薄板210B的第一主面。第一电极221B、222B、223B、224B俯视以矩形构成。第一电极221B、222B、223B、224B由与在第一实施方式中示出的第一电极220相同的材料构成。第一电极221B、222B、223B、224B分别配置于压电性薄板210B的第一主面的各边的附近。此时,第一电极221B、222B、223B、224B被配置为各长边方向与各自所沿的边平行。
[0089] 第二电极231B、232B、233B、234B配置于压电性薄板210B的第二主面。第二电极231B、232B、233B、234B俯视以矩形构成。第二电极231B配置于与第一电极221B对置的位置。
第二电极232B配置于与第一电极222B对置的位置。第二电极233B配置于与第一电极223B对置的位置。第二电极234B配置于与第一电极224B对置的位置。
[0090] 在平膜型压电元件20B的第二主面侧配置有支承体30B。支承体30B由与在第一实施方式中示出的支承体30相同的材料构成。支承体30B俯视以矩形构成。尤其是,本实施方式的支承体30B与压电性薄板210B相同,俯视以正方形构成。
[0091] 在支承体30B形成有在与和平膜型压电元件20B抵接的第三主面正交的方向上贯通支承体30B的主体310B的开口部321B、322B、323B、324B。从与支承体30B的第三主面正交的方向观察,多个开口部321B、322B、323B、324B分别形成于每一条边的附近。此时,在使平膜型压电元件20B的第二主面与支承体30B的第三主面抵接的状态下,从与第三主面正交的方向观察,开口部321B形成于与第二电极231B部分重叠的位置。同样,在使平膜型压电元件20B的第二主面与支承体30B的第三主面抵接的状态下,从与第三主面正交的方向观察,开口部322B、323B、324B分别形成于与第二电极232B、233B、234B部分重叠的位置。
[0092] 多个开口部321B、322B、323B、324B以如下的形状形成,即,多个开口部321B、322B、323B、324B以规定宽度断开各自靠近的支承体30B的侧壁的方式朝向外部开口。断开这些侧壁的宽度比第二电极231B、232B、233B、234B的长边方向的长度短。从与第三主面正交的方向观察支承体30B,多个开口部321B、322B、323B、324B分别以从接近的侧壁朝向中央遍及规定长度地开口的形状形成。从这些侧壁朝向中央的开口的长度比第二电极231B、232B、
233B、234B的短边方向的长度长。
[0093] 在平膜型压电元件20B的第一电极221B、222B、223B、224B侧配置有保护层40B。保护层40B由与在第一实施方式中示出的保护层40相同的材料构成。保护层40B俯视以与平膜型压电元件20B以及支承体30B相同的形状构成。
[0094] 在这样的结构的按压力传感器10B中,能够检测从保护层40B侧压入开口部321B、322B、323B、324B的范围的按压力。图9是用于说明在压入状态下的按压力传感器的形状以及按压力检测概念的图。图9的(A)是开口部321B附近的放大俯视图,图9的(B)是图9的(A)所示的放大部分的侧视图。以下对开口部321B进行说明,对于其他的开口部322B、323B、
324B,也能够通过同样的作用来检测按压力。
[0095] 如图9所示那样,若压入保护层40B的表面(与平膜型压电元件20B侧相反侧的面),则压电性薄板210B也与保护层40B一同通过该压入而产生位移。
[0096] 在压电性薄板210B(平膜型压电元件20B)的第二电极231B(第一电极221B)的形成区域,仅第二电极231B的长边方向的端部附近粘合于支承体30B。因此,该两端间的区域与开口部321B对置,成为空间部。因此,第二电极231B的短边方向的两端未遍及大致全长地被固定。并且,压电性薄板210B的单轴延伸方向相对于开口部321B的与第二电极231B对置的区域的长边方向以及短边方向成45°的角。
[0097] 由此,如图9的(B)所示那样,平膜型压电元件20B的由第二电极231B、第一电极221B以及被第二电极231B和第一电极221B夹持的压电性薄板210B构成的部分通过上述的压入仅产生由沿第二电极231B以及第一电极221B的长边方向的变形(伸长)产生的位移LLB,几乎不产生沿短边方向的位移。由此,通过长边方向的位移产生的电荷不被通过短边方向的位移产生的电荷抵消,能够使由位移产生的检测电压更高。即,能够更高效地产生由位移产生的检测电压。
[0098] 应予说明,示出了第一电极以及第二电极俯视为矩形(长方形)的情况,但若如本实施方式所示那样,是电极的正交的两方向中仅一方向的端部粘合于支承体的结构,则即使是正方形也能够得到同样的作用效果。
[0099] 即,作为本发明的结构,若是在压电性薄板上形成有电极的部分的正交的两方向上由压入产生的变形产生差的结构,则能够得到同样的作用效果。并且,优选压电性薄板的单轴延伸方向相对于该正交的两方向成大致45°的角度。
[0100] 接下来,参照附图对第四实施方式所涉及的按压力传感器进行说明。图10是局部放大了本发明的第四实施方式所涉及的按压力传感器的侧面的图。
[0101] 本实施方式的按压力传感器10C是对在第三实施方式中示出的按压力传感器10B进一步追加了压入构件50形成的。
[0102] 平膜型压电元件20C与在第三实施方式中示出的平膜型压电元件20B相同,支承体30C与在第三实施方式中示出的支承体30B相同,保护层40C与在第三实施方式中示出的保护层40B相同。能够省略保护层40C。
[0103] 支承体30C的与平膜型压电元件20C相反侧的面与安装按压力传感器10C的操作装置的基体电路基板820抵接。
[0104] 在保护层40C的与平膜型压电元件20C相反侧配置有压入构件50。压入构件50具备平板部510、颈部520、以及头部530。压入构件50由具有平板部510通过压入而弯曲的程度的挠性的材料构成。例如,压入构件50由橡胶等构成。
[0105] 平板部510以至少沿第一电极221C、第二电极231C的长边方向的长度比第一电极221C、第二电极231C的长边方向的长度长的形状构成。并且,以在没有来自外部的压入的状态下,平板部510的保护层40C侧的面变得平坦的形状形成。
[0106] 颈部520形成为剖面积比开口部321C小的柱状。在颈部520的柱延伸的方向的一方端抵接有平板部510。另外,在颈部520的柱延伸的方向的另一方端抵接有头部530。颈部520以不易产生由来自外部的压入产生的变形的形状以及硬度构成。
[0107] 头部530以在规定面积具有操作面的大致平板的形状构成。应予说明,例如根据一般的操作者的手指的大小等适当地设定操作面的面积即可。
[0108] 以这样的形状构成的压入构件50被配置为从颈部520的中途开始,头部530侧从设置于操作装置的框体810的贯通孔811向外部露出。
[0109] 在使用这样的压入构件50进行操作输入的情况下,如图11所示那样,平膜型压电元件20C产生位移,能够检测按压力。图11是局部放大了压入构件被操作者的手指压入了的状态下的按压力传感器的侧面的图。
[0110] 如图11所示那样,若操作者压入压入构件50,则头部530以及颈部520从外部向开口部321C侧移动。这里,若平板部510的端部与平膜型压电元件20C的第一主面侧抵接,则平板部510的端部经由平膜型压电元件20C被支承体310C保持。但是,平板部510的连接颈部520的中央部分与压入量(按压力)相应地弯曲并且被向开口部321C侧压入。由此,平膜型压电元件20C的压电性薄板210C也沿长边方向伸长而变形,产生位移LLC。能够通过由该位移LLC产生的检测电压来检测压入量(按压力)。
[0111] 并且,在本实施方式的结构中,由于压入平板部510的颈部520处于开口部321C的范围内,所以无论压入压入构件50的头部530的哪个位置,压电性薄板210C的与开口部321C对置的部分都被压入。由此,能够可靠地检测压入。
[0112] 接下来,参照附图对第五实施方式所涉及的按压力传感器进行说明。图12是本发明的第五实施方式所涉及的按压力传感器的局部放大图。相对于在第三实施方式中示出的按压力传感器10B,本实施方式的按压力传感器10D的开口部的形状不同,其他的结构相同。应予说明,在图12中仅示出开口部321D,但包括形成于支承体310D的其他的开口部的同样的结构。
[0113] 如图12所示那样,开口部321D以支承体30D的主体310D的端边侧的开口宽度WFD比中央侧的开口宽度WBD窄的(WFD<WBD)形状构成。即使这样的结构也能够得到与上述的第三实施方式同样的作用效果。
[0114] 接下来,参照附图对第六实施方式所涉及的按压力传感器进行说明。图13是本发明的第六实施方式所涉及的按压力传感器的局部放大图。相对于在第三实施方式中示出的按压力传感器10B,本实施方式的按压力传感器10E的开口部的形状不同,其他的结构相同。应予说明,在图13中仅示出开口部321E,但包括形成于支承体310E的其他的开口部的同样的结构。
[0115] 如图13所示那样,开口部321E以支承体30E的主体310E的端边侧的开口宽度WFE比中央侧的开口宽度WBE长的(WFE>WBE)形状构成。即使是这样的结构也能够得到与上述的第三实施方式同样的作用效果。
[0116] 接下来,参照附图对第七实施方式所涉及的按压力传感器进行说明。图14的(A)是本发明的第七实施方式所涉及的按压力传感器的俯视图,图14的(B)是按压力传感器的长边面侧视图,图14的(C)是按压力传感器的短边面侧视图,图14的(D)是A-A′面的剖视图。
[0117] 本实施方式的按压力传感器10F的支承体30F的主体310F的开口部320F的形状与第一实施方式的按压力传感器10的支承体30的开口部320不同,其他的结构相同。因此,仅对不同的地方进行说明。
[0118] 在支承体30F形成有开口部320F。开口部320F以从支承体30F的第三主面挖掘规定深度形成的凹部构成。开口部320F的第三主面侧的开口形状与第一实施方式的开口部320相同。在开口部320F的底面形成有贯通主体310F的贯通孔321F。该贯通孔321F是在平膜型压电元件20F被向开口部320F内压入时,用于将开口部320F内的空气释放出至外部的孔。
[0119] 即使是这样的结构也能够得到与第一实施方式同样的作用效果。应予说明,这样的凹部的结构也能够应用于在第二实施方式中示出的各开口部321-326。另外,也能够应用于第三实施方式以下的各实施方式的开口部。
[0120] 接下来,参照附图对第八实施方式所涉及的按压力传感器进行说明。图15的(A)是本发明的第八实施方式所涉及的按压力传感器的俯视图,图15的(B)是按压力传感器的长边面侧视图,图15的(C)是按压力传感器的短边面侧视图,图15的(D)是A-A′面的剖视图。
[0121] 本实施方式的按压力传感器10G是针对在第七实施方式中示出的按压力传感器10F进一步配置了弹性体60形成的,其他的结构与按压力传感器10F基本相同。应予说明,在本实施方式的结构中,也可以如图15所示那样,没有在第七实施方式中示出的按压力传感器10F中形成的空气释放用的贯通孔,但也可以形成该贯通孔。
[0122] 在按压力传感器10G的开口部320G内配置有弹性体60。优选弹性体60选择不阻碍压电性薄板210G的位移的材质,若仅检测有无按压,则弹性体60的杨氏模量比压电性薄板210G低即可。
[0123] 通过这样的结构,能够抑制因较强的压入而使压电性薄板210G变形期望以上,能够避免压电性薄板210G的破损。
[0124] 应予说明,在上述的说明中例示了使用包括聚乳酸的压电性薄板的例子,但若是具有d14的压电常数的压电性薄板,则也能够应用上述的结构,能够得到同样的作用效果。
[0125] 符号说明
[0126] 10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G…按压力传感器;20、20A、20B、20C…平膜型压电元件;210、210A、210B、210C…压电性薄板;220、221、222、223、224、225、226、221B、222B、223B、224B、221C…第一电极;230、231、232、233、234、235、236、231B、232B、233B、234B、
231C…第二电极;30、30A、30B、30C、30D、30E、30F、30G…支承体;310、310A、310B、310C、
310D、310E、310F、310G…主体;320、321、322、323、324、325、326、321B、322B、323B、324B、
321C、321D、320F…开口部;321F…贯通孔;40、40A、40B、40C…保护层;50…压入构件;60…弹性体;510…平板部;520…颈部;530…头部;810…框体;811…贯通孔;820…基体电路基板。
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