CN107110723B - 按压检测装置 - Google Patents

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Abstract

触摸式输入装置(10)具备具有压电膜(21)的触摸检测传感器(20)、具有操作面并将触摸检测传感器(20)固定于框体(40)的保持部件(30)、将触摸检测传感器(20)固定于保持部件(30)的层间粘合剂(26)、以及将保持部件30固定于框体(40)的固定用粘接剂(50)。层间粘合剂(26)在低温下的杨氏模量大，在高温下的杨氏模量小。固定用粘接剂(50)在低温下的杨氏模量大，在高温下的杨氏模量小。

Description

按压检测装置
技术领域
本发明涉及检测对操作面的按压的按压检测装置。
背景技术
现已设计出各种使用平膜状的按压传感器检测对操作面的按压的装置。例如，专利文献1所记载的触摸输入装置具备平膜状的压敏传感器(按压传感器)和平膜状的触摸面板(按压位置检测传感器)。压敏传感器和触摸面板在基板上以压敏传感器、触摸面板的顺序重叠。
在这样重叠配置压敏传感器和触摸面板的情况下，一般在压敏传感器与触摸面板之间夹设有粘合层，使压敏传感器与触摸面板的位置关系不发生变化。
专利文献1：日本特开平5－61592号公报
在触摸式输入装置中压敏传感器和触摸面板具有透光性的情况下，夹设在它们之间的粘合层也需要具有透光性。现在一般利用的具有透光性的粘合剂在低温下的杨氏模量较大，在高温下的杨氏模量较小。
因此，在仅有压敏传感器和触摸面板的构成中，在低温时按压力所引起的形变容易传至压敏传感器，在高温时按压力所引起的形变不容易传至压敏传感器。因此，若直接利用压敏传感器的输出电压来计算按压力，则在低温时和高温时按压力不同。
并且，这样的触摸式输入装置以固定于框体等的状态被利用。在将触摸式输入装置固定于框体的情况下，有时使用几乎没有温度所引起的杨氏模量的变化的固定用粘接剂。
图12是表示层间粘合剂的杨氏模量与固定用粘接剂的杨氏模量的关系所引起的输出电压的变化的图。图中的颜色的浓淡表示输出电压。层间粘合剂是指用于使上述的现有技术中的压敏传感器与触摸面板粘合的粘合剂。固定用粘接剂是用于将上述的触摸式输入装置固定于框体的粘合剂。
如图12的黑圈所示，即使温度变化，固定用粘接剂的杨氏模量也不变化。如图12所示，表示各温度的黑圈的背景色根据温度而不同。即，表示在现有的构成中，根据温度的变化，输出电压发生变化。
图13是表示相当于按压检测装置的压敏传感器的输出特性的温度特性的图表。图13中的横轴是温度，纵轴是以20℃的输出电压为基准值的各温度下的输出电压比。如图13所示，在现有的构成中，在－20℃～+60℃的温度区间内，产生+70％～－60％的温度偏差。因此，在现有的构成中，检测到的按压力受到温度的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供能够抑制检测到的按压量根据温度发生变化的按压检测装置。
该发明的按压检测装置具备具有压电膜的按压传感器、具有操作面并将按压传感器固定于框体的保持部件、将按压传感器固定于保持部件的层间粘合剂、以及将保持部件固定于框体的固定用粘接剂。层间粘合剂在低温下的杨氏模量大，在高温下的杨氏模量小。固定用粘接剂在低温下的杨氏模量大，在高温下的杨氏模量小。
在该构成中，层间粘合剂的杨氏模量的温度变化所引起的传至压电膜的保持部件的形变的变化被固定用粘接剂的杨氏模量的温度变化抑制。由此，层间粘合剂的杨氏模量的温度变化所引起的压电膜产生的电荷量的变化被固定用粘接剂的杨氏模量的温度变化抑制。
另外，优选该发明的按压检测装置是以下的构成。层间粘合剂在低温下的杨氏模量的温度变化率高，在高温下的杨氏模量的温度变化率低。固定用粘接剂在低温下的杨氏模量的温度变化率低，在高温下的杨氏模量的温度变化率高。
在该构成中，高温时的层间粘合剂的温度变化所引起的压电膜的电荷量的变化比低温时的层间粘合剂的温度变化所引起的压电膜的电荷量的变化大。因此，通过提高固定用粘接剂的高温下的杨氏模量的温度变化率，保持部件的形变增大，因此能够更准确地抑制该高温时的层间粘合剂的温度变化所引起的压电膜的电荷量的变化。
根据该发明，能够抑制检测出的按压量根据温度发生变化。由此，能够不受温度影响而稳定地检测按压力。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置的外观立体图。
图2是本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置的剖视图。
图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置的层间粘合剂与固定用粘接剂的杨氏模量的温度特性的图表。
图4是表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置中的层间粘合剂的杨氏模量与固定用粘接剂的杨氏模量的关系所引起的输出电压的变化的图。
图5表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置中的输出电压比的温度特性。
图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的触摸式输入装置的固定用粘接剂的杨氏模量的温度特性的图表。
图7是表示本发明的第二实施方式所涉及的触摸式输入装置中的层间粘合剂的杨氏模量与固定用粘接剂的杨氏模量的关系所引起的输出电压的变化的图。
图8表示本发明的第二实施方式所涉及的触摸式输入装置中的输出电压比的温度特性。
图9是表示本发明的第三实施方式所涉及的触摸式输入装置的固定用粘接剂的杨氏模量的温度特性的图表。
图10是表示本发明的第三实施方式所涉及的触摸式输入装置中的层间粘合剂的杨氏模量与固定用粘接剂的杨氏模量的关系所引起的输出电压的变化的图。
图11表示本发明的第三实施方式所涉及的触摸式输入装置中的输出电压比的温度特性。
图12是表示现有构成中的层间粘合剂的杨氏模量与固定用粘接剂的杨氏模量的关系所引起的输出电压的变化的图。
图13是表示相当于现有构成中的按压检测装置的压敏传感器的输出特性的温度特性的图表。
具体实施方式
参照附图对具备本发明的实施方式所涉及的按压检测装置的触摸式输入装置进行说明。图1是本发明的实施方式所涉及的触摸式输入装置的外观立体图。图2是本发明的实施方式所涉及的触摸式输入装置的剖视图。
触摸式输入装置10具备大致长方体形状的框体40。框体40的表面侧形成开口。需要说明的是，在下文中，将框体40的宽度方向(横向)设为X方向，将长度方向(纵向)设为Y方向，并将厚度方向设为Z方向进行说明。
在框体40内配置有触摸检测传感器20、显示面板(未图示)、以及运算电路模块(未图示)。
框体40的表面形成开口，在该开口部配置有保持部件30。保持部件30是具有透光性的平板。例如，保持部件30是玻璃。在框体40的开口面的附近形成有朝向开口内突出的形状的保持用突起41。保持部件30的外周端载置在保持用突起41上。保持部件30的与保持用突起41抵接的面通过固定用粘接剂50固定于保持用突起41。该保持部件30的表面是操作面，即为接受来自用户的按压、触摸的面。
触摸检测传感器20通过层间粘合剂26固定在保持部件30的背面。
触摸检测传感器20具备压电膜21、绝缘性薄膜22、23、24、按压检测用导体221、231、位置检测用导体222、242、以及层间粘合剂251、252、253。
压电膜21由产生与按压力相应的电荷量的压电材料构成，例如，是由手性高分子形成的薄膜。在本实施方式中，作为手性高分子，使用聚乳酸(PLA)，尤其是L型聚乳酸(PLLA)。PLLA单轴拉伸。压电膜21的单轴拉伸方向相对于触摸式输入装置10的X方向以及Y方向大约为45°。
这样的由手性高分子构成的PLLA的主链具有螺旋结构。PLLA若单轴拉伸进行分子取向则具有压电性。而且，单轴拉伸的PLLA由于压电薄膜的平板面被按压而产生电荷。此时，产生的电荷量根据平板面由于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。单轴拉伸的PLLA的压电常数在高分子中属于非常高的类别。因此，能够以高灵敏度检测按压所引起的位移。
需要说明的是，优选拉伸倍数为3～8倍左右。通过在拉伸后实施热处理，促进聚乳酸的伸展链结晶的结晶化而提高压电常数。需要说明的是，在双轴拉伸的情况下，通过使各个轴的拉伸倍数不同，能够得到与单轴拉伸相同的效果。例如在将某个方向作为X轴并在该方向实施八倍的拉伸并在与该轴正交的Y轴方向实施两倍的拉伸的情况下，关于压电常数得到与在X轴方向大致实施四倍的单轴拉伸的情况几乎等同的效果。由于只是单轴拉伸的薄膜容易沿着拉伸轴向开裂，所以通过进行上述那样的双轴拉伸能够增强几分强度。
另外，PLLA利用基于拉伸等的分子的取向处理产生压电性，不需要像PVDF等其它聚合物、压电陶瓷那样，进行极化处理。即，不属于铁电体的PLLA的压电性并不是像PVDF、PZT等铁电体那样通过离子的极化发现，而是来自于作为分子的特征结构的螺旋结构。因此，在PLLA不产生在其它的铁电性的压电体产生的热电性。并且，PVDF等随着时间推移可见压电常数的变动，根据情况有压电常数显著地降低的情况，但PLLA的压电常数随着时间推移极其稳定。因此，能够不受周围环境的影响，以高灵敏度检测按压所引起的位移。
另外，PLLA由于相对介电常数大约为2.5非常低，所以若将d作为压电常数，将εT作为介电常数，则压电输出常数(＝压电g常数，g＝d/εT)成为较大的值。这里，根据上述的式子，介电常数ε33 T＝13×ε0、压电常数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d14＝10pC/N的PLLA的压电g常数换算为g31进行求解，则由于d14＝2×d31，所以d31＝5pC/N，压电g常数为g31＝0.2258Vm/N。因此，利用压电常数d14＝10pC/N的PLLA，能够充分得到与PVDF相同的压入量的检测灵敏度。而且，本申请发明的发明人通过实验得到d14＝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。
在压电膜21的保持部件30侧配置有绝缘性薄膜22。在绝缘性薄膜22的表面配置有按压检测用导体221以及位置检测用导体222。按压检测用导体221以及位置检测用导体222设置有多个。按压检测用导体221以及位置检测用导体222呈沿着Y方向延伸的形状，并沿着X方向隔开间隔排列。
绝缘性薄膜22通过层间粘合剂252固定于压电膜21。
在压电膜21的与绝缘性薄膜22相反的侧配置有绝缘性薄膜23。在绝缘性薄膜23的表面配置有按压检测用导体231。按压检测用导体231设置有多个。按压检测用导体231呈沿着Y方向延伸的形状，且沿着X方向隔开间隔排列。按压检测用导体231与按压检测用导体221在中间隔着压电膜21对置。
绝缘性薄膜23通过层间粘合剂251固定于压电膜21。
在绝缘性薄膜22的保持部件30侧配置有绝缘性薄膜24。在绝缘性薄膜24的表面配置有位置检测用导体242。位置检测用导体242设置有多个。位置检测用导体242呈沿着X方向延伸的形状，且沿着Y方向隔开间隔排列。位置检测用导体242与位置检测用导体222在中间隔着绝缘性薄膜24部分重叠。
绝缘性薄膜24的背面通过层间粘合剂253固定于绝缘性薄膜22。绝缘性薄膜24的表面通过层间粘合剂26固定于保持部件30的背面。
在本实施方式中，位置检测用导体242呈沿着X方向延伸的形状，位置检测用导体222、按压检测用导体221、231呈沿着Y方向延伸的形状，但也可以与此相反，位置检测用导体242呈沿着Y方向延伸的形状，位置检测用导体222、按压检测用导体221、231呈沿着X方向延伸的形状。
需要说明的是，虽然在本实施方式中，示出了检测按压力和按压位置的触摸式输入装置10的方式，但也可以是检测按压力的按压检测装置。该情况下，省略按压位置的检测所需要的部件，若按上述的方式，则省略绝缘性薄膜24、位置检测用导体222、242、以及层间粘合剂253。
在这样的构成中，层间粘合剂251、252、253、26和固定用粘接剂50具有以下的物性。
图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置的层间粘合剂和固定用粘接剂的杨氏模量的温度特性的图表。
如图3所示，层间粘合剂251、252、253、26的杨氏模量在低温下大，在高温下小。层间粘合剂251、252、253、26在+20℃以下的温度区域中杨氏模量的温度变化率大，在0℃以下的温度区域中杨氏模量的温度变化率更大。层间粘合剂251、252、253、26在+20℃以上的温度区域中杨氏模量的温度变化率小，在+40℃以上的温度区域中杨氏模量的温度变化率更小。
固定用粘接剂50的杨氏模量在低温下大，在高温下小。固定用粘接剂50在0℃以下的温度区域中杨氏模量的温度变化率小。固定用粘接剂50在0℃以上的温度区域中杨氏模量的温度变化率大。
需要说明的是，这里所说的低温的区域是指大致比0℃低10℃的低温的区域，高温的区域是指大致比0℃高10℃的高温的区域。
图4是表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置中的层间粘合剂的杨氏模量与固定用粘接剂的杨氏模量的关系所引起的输出电压的变化的图。图中的颜色的浓淡表示输出电压。如图4所示，通过使用本实施方式的构成，表示各温度下的输出的黑圈的背景色相同。在低温时，由于固定用粘接剂的杨氏模量较大，所以玻璃不容易变形，玻璃的形变与高温时相比较小。另外，低温时层间粘合剂的杨氏模量也较大，所以玻璃的形变不减缓，而输出不会大幅度降低。另一方面，在高温时，由于固定用粘接剂的杨氏模量较小，所以玻璃容易变形，玻璃的形变与低温时相比较大。另外，在高温时，由于层间粘合剂的杨氏模量的杨氏模量也较小，所以玻璃的形变减缓，输出降低。换句话说，玻璃的形变的大小和该形变的减缓的大小在低温时和高温时为相反的关系，图中的黑线经过相同的背景色的部分。即，各温度下的输出电压不受温度影响而恒定。
图5表示本发明的第一实施方式所涉及的触摸式输入装置中的输出电压比的温度特性。图5的纵轴是以20℃时的输出电压为基准值的输出电压比。如图5所示，通过使用本实施方式的构成，能够抑制输出电压的温度所引起的变化。由此，能够不受温度影响，而根据按压力检测稳定的输出电压。因此，能够不受温度影响而准确地检测按压力。
需要说明的是，上述的层间粘合剂252、253、26并不需要全部为粘合剂，也可以至少一个为粘合剂，而其它与固定用粘接剂相同。
另外，在上述的说明中，示出了通过固定用粘接剂50将保持部件30的背面粘接在保持用突起41的表面的方式。然而，也可以是通过固定用粘接剂50将保持部件30的侧面粘接到框体40的内壁的方式。另外，也可以是通过固定用粘接剂50将保持部件30的底面粘接到保持用突起41，并且通过固定用粘接剂50将保持部件30的侧面粘接到框体40的内壁的方式。此时，固定用粘接剂50为从保持部件30的侧面延伸到底面的形状即可。
接下来，参照附图对本发明的第二实施方式所涉及的触摸式输入装置进行说明。本实施方式所涉及的触摸式输入装置的固定用粘接剂的特性与第一实施方式所涉及的触摸式输入装置10不同。其它的构成与第一实施方式所涉及的触摸式输入装置10相同。
图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的触摸式输入装置的固定用粘接剂的杨氏模量的温度特性的图表。如图6所示，本实施方式所涉及的触摸式输入装置的固定用粘接剂在低温下的杨氏模量高，在高温下的杨氏模量低。更具体而言，本实施方式所涉及的触摸式输入装置的固定用粘接剂具有与图3所示的层间粘合剂相同的杨氏模量的温度特性。
图7是表示本发明的第二实施方式所涉及的触摸式输入装置中的层间粘合剂的杨氏模量与固定用粘接剂的杨氏模量的关系所引起的输出电压的变化的图。图中的颜色的浓淡表示输出电压。如图7所示，通过使用本实施方式的构成，表示各温度下的输出的黑圈的背景色虽然略有不同，但几乎相同。即，各温度下的输出电压虽然受温度影响，但能够将该影响抑制得较小。
图8表示本发明的第二实施方式所涉及的触摸式输入装置中的输出电压比的温度特性。图8的纵轴是以20℃时的输出电压为基准值的输出电压比。如图8所示，通过使用本实施方式的构成，能够与现有构成相比抑制输出电压的温度所引起的变化。由此，虽然受到温度的影响，但能够在规定的误差范围内，与现有构成相比稳定地检测按压力。例如，在本实施方式的构成中，能够在±30％的误差范围内检测按压力。
接下来，参照附图对本发明的第三实施方式所涉及的触摸式输入装置进行说明。本实施方式所涉及的触摸式输入装置的固定用粘接剂的特性与第一实施方式所涉及的触摸式输入装置10不同。其它的构成与第一实施方式所涉及的触摸式输入装置10相同。
图9是表示本发明的第三实施方式所涉及的触摸式输入装置的固定用粘接剂的杨氏模量的温度特性的图表。如图9所示，本实施方式所涉及的触摸式输入装置的固定用粘接剂在低温下的杨氏模量高，在高温下的杨氏模量低。更具体而言，本实施方式所涉及的触摸式输入装置的固定用粘接剂具有与图3所示的层间粘合剂类似的杨氏模量的温度特性。
图10是表示本发明的第三实施方式所涉及的触摸式输入装置中的层间粘合剂的杨氏模量与固定用粘接剂的杨氏模量的关系所引起的输出电压的变化的图。图中的颜色的浓淡表示输出电压。如图10所示，通过使用本实施方式的构成，表示各温度下的输出的黑圈的背景色虽然在某种程度上不同，但与现有构成相比偏差较少。即，各温度下的输出电压虽然受到温度影响，但能够与现有构成相比，能够将该影响抑制得较小。
图11表示本发明的第三实施方式所涉及的触摸式输入装置中的输出电压比的温度特性。图11的纵轴是以20℃时的输出电压为基准值的输出电压比。如图11所示，通过使用本实施方式的构成，能够与现有构成相比抑制输出电压的温度所引起的变化。由此，虽然受到温度的影响，但能够在规定的误差范围内，与现有构成相比稳定地检测按压力。例如，在本实施方式的构成中，能够在+20％～－50％的误差范围内检测按压力。
需要说明的是，在第二实施方式和第三实施方式中，虽然受到温度所带来的影响，但该影响与现有构成相比较小。在现有构成中，与20℃时的输出电压相比，60℃时的输出电压减少60％。检测60℃时的输出电压作为按压力必须大幅度地降低能够被视为用户按压了触摸式输入装置的输出电压的阈值。若大幅度地降低阈值，则按压检测用导体所产生的噪声也被检测为按压力，从而导致误动作。另一方面，由于第二实施方式和第三实施方式的温度所带来的影响不需要大幅度地降低阈值，所以不发生误动作，而能够实用地利用。
附图标记说明
10：触摸式输入装置，20：触摸检测传感器，21：压电膜，22、23、24：绝缘性薄膜，30：保持部件，40：框体，41：保持用突起，50：固定用粘接剂，221、231：按压检测用导体，222、242：位置检测用导体，251、252、253、26：层间粘合剂。

Claims (1)

1.一种按压检测装置，具备：
按压传感器，其具有压电膜；
保持部件，其具有操作面，将所述按压传感器固定于框体；
层间粘合剂，其将所述按压传感器固定于所述保持部件；以及
固定用粘接剂，其将所述保持部件固定于所述框体，
所述层间粘合剂在低温下的杨氏模量大，在高温下的杨氏模量小，
所述固定用粘接剂在低温下的杨氏模量大，在高温下的杨氏模量小，
所述层间粘合剂在低温下的杨氏模量的温度变化率高，在高温下的杨氏模量的温度变化率低，
所述固定用粘接剂在低温下的杨氏模量的温度变化率低，在高温下的杨氏模量的温度变化率高。
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