JP2023091157A - 電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電センサの出力を向上させた電子機器を提供する。
【解決手段】電子機器は、長辺および短辺を有し、表面および裏面を有する表面パネルと、前記表面パネルの前記長辺および前記短辺を保持する筐体と、第1主面および第2主面を有し、該第1主面が前記表面パネルの前記裏面に貼り付けられる表示器と、前記表示器の前記第2主面に貼り付けられ、前記表面パネルおよび前記表示器の撓みを検出する圧電センサと、前記圧電センサを前記表示器の前記第2主面に貼り付ける貼り付け部材と、を備え、前記圧電センサは、圧電フィルムと、前記圧電フィルムを保持する基材と、前記圧電フィルムの両主面に配置される電極と、を備え、前記圧電フィルム、前記基材、および前記電極を前記短辺方向に沿って分割するスリットが設けられている。
【選択図】 図1
【解決手段】電子機器は、長辺および短辺を有し、表面および裏面を有する表面パネルと、前記表面パネルの前記長辺および前記短辺を保持する筐体と、第1主面および第2主面を有し、該第1主面が前記表面パネルの前記裏面に貼り付けられる表示器と、前記表示器の前記第2主面に貼り付けられ、前記表面パネルおよび前記表示器の撓みを検出する圧電センサと、前記圧電センサを前記表示器の前記第2主面に貼り付ける貼り付け部材と、を備え、前記圧電センサは、圧電フィルムと、前記圧電フィルムを保持する基材と、前記圧電フィルムの両主面に配置される電極と、を備え、前記圧電フィルム、前記基材、および前記電極を前記短辺方向に沿って分割するスリットが設けられている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、圧電センサを備えた電子機器に関する。
特許文献1の電子機器は、表示器の背面に圧電センサが貼り付けられている。特許文献1の圧電センサのアスペクトは2.5倍以上である。特許文献1の圧電センサは、弾性率1MPa以上の両面テープで表示器に貼り付けられている。圧電センサは、表示器の短辺方向に沿った撓みを検出する。
特許文献1に示した様な構造では、圧電センサの感度を向上させようとした場合、該圧電センサの幅(表示器の長辺方向に沿った長さ)を拡大し、圧電センサの面積を大きくすることが考えられる。しかし、圧電センサの幅を拡大すると、表示器の長辺方向に沿った方向の撓みに対する感度が大きくなる。表示器の長辺方向の撓みによる圧電センサの出力極性は、短辺方向の撓みによる圧電センサの出力極性と逆である。したがって、圧電センサの幅を拡大しても逆極性の感度が高くなるため、結果として圧電センサの感度は向上しない。
本発明は、圧電センサの出力を向上させた電子機器を提供することを目的とする。
電子機器は、長辺および短辺を有し、表面および裏面を有する表面パネルと、前記表面パネルの前記長辺および前記短辺を保持する筐体と、第1主面および第2主面を有し、該第1主面が前記表面パネルの前記裏面に貼り付けられる表示器と、前記表示器の前記第2主面に貼り付けられ、前記表面パネルおよび前記表示器の撓みを検出する圧電センサと、前記圧電センサを前記表示器の前記第2主面に貼り付ける貼り付け部材と、を備え、前記圧電センサは、圧電フィルムと、前記圧電フィルムを保持する基材と、前記圧電フィルムの両主面に配置される電極と、を備え、前記圧電フィルム、前記基材、および前記電極を前記短辺方向に沿って分割するスリットが設けられている。
圧電センサは、短辺方向に沿ってスリットにより分割されているため、表面パネルおよび表示器の長辺方向の撓みに追従して撓むことがない。したがって、圧電センサの幅(表面パネルおよび表示器の長辺方向に沿った長さ)幅を拡大しても逆極性の出力は小さくなり、圧電センサの出力を向上させることができる。
本発明の電子機器は、圧電センサの出力を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態に係る電子機器1について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る電子機器1の平面図である。図2は、図1に示すA-A線の断面図である。
電子機器1は、筐体11、表面パネル12、および圧電センサ16を備える。電子機器1は、携帯可能な程度の大きさであり、例えばタブレット型パーソナルコンピュータ、あるいはスマートフォン等の電子機器である。
筐体11は、天面が開口する直方体形状からなる。筐体11は、平面視して長辺方向(Y方向)および短辺方向(X方向)を有する長方形状である。
筐体11には、図1および図2に示すように、筐体11の開口面を塞ぐように表面パネル12を保持する。表面パネル12は、例えばガラスである。表面パネル12の表面(最外層のガラスの一方の主面)が操作面となる。表面パネル12は、透光性を有する材料からなる。
筐体11内には、図2に示すように、操作面側から順に、厚み方向(Z方向)に沿って、表面パネル12、表示器13、粘着剤14、板材15、貼り付け部材17、および圧電センサ16が配置されている。
表面パネル12と表示器13との間には、タッチセンサ(静電容量式センサ)が配置されていてもよい。表示器13は、LCDあるいはOLDE等からなる。表示器13は、不図示の粘着剤等で表面パネル12の裏面に貼り付けられている。
板材15の第1主面は、粘着剤14で表示器13の第2主面に貼り付けられている。板材15は、例えばSUS(ステンレススチール)からなる。粘着剤14は、表示器13の第2主面を保護し、かつ板材15を貼り付ける機能を有する。
圧電センサ16は、貼り付け部材17により板材15の第2主面に貼り付けられる。これにより、圧電センサ16は、粘着剤14、板材15、および貼り付け部材17を介して表示器13の第2主面に貼り付けられる。なお、粘着剤14および板材15は、本発明に必須の構成ではない。圧電センサ16は、貼り付け部材17を介して直接、表示器13の第2主面に貼り付けてもよい。
圧電センサ16は、図1に示す様に、表面パネル12の短辺方向に沿って長く、長辺方向に沿って短い形状である。圧電センサ16は、表面パネル12および表示器13の撓みを検出する。
図3は、圧電センサ16の平面図であり、図4は、図3に示すB-B線の断面図である。図3および図4に示すように、圧電センサ16は、圧電フィルム31、粘着剤91、粘着剤92、第1電極34、第2電極35、基材36、および基材37を備える。
第1電極34、第2電極35、圧電フィルム31、基材36、および基材37は、それぞれ平板状で厚み方向に対向する第1主面および第2主面を備える。第1電極34は、基材36の上面に形成されている。第1電極34は、圧電フィルム31の下面に粘着剤92を介して接続される。第2電極35は、基材37の下面に形成されている。第2電極35は、圧電フィルム31の上面に粘着剤91を介して接続される。第1電極34および第2電極35のいずれか一方は基準電極(グランド電極)であり、他方は検出用電極である。例えば、第1電極34は検出用電極である。取り出し電極50は、基材36に設けられたビアホールを介して第1電極34に電気的に接続されている。
第1電極34、第2電極35、圧電フィルム31、基材36、および基材37は、それぞれの平面視した外形状が概略長方形状である。基材36および基材37は、平面視して第1電極34、第2電極35、および圧電フィルム31より大きい。
なお、粘着剤91及び粘着剤92は、例えばアクリル系粘着剤で構成される。
圧電フィルム31は、例えばポリ乳酸等のキラル高分子を主材料とするフィルムである。ポリ乳酸は、L型ポリ乳酸(PLLA)またはD型ポリ乳酸(PDLA)のどちらでもよい。
ポリ乳酸は、主鎖が螺旋構造を有するキラル高分子であり、所定の軸方向に配向させることで圧電性を発現する性質を有している。この圧電性は、フィルムの厚み方向を第1軸とし、ポリ乳酸の分子が配向する方向を第3軸として圧電テンソル成分d14で表わされる。
圧電フィルム31は、表面パネル12および表示器13の長辺および短辺に対して交差する方向にポリ乳酸の分子が配向する方向(延伸方向)を配置すれば、表面パネル12および表示器13の長辺または短辺の方向の伸縮により分極が生じる。例えば、圧電フィルム31は、表面パネル12および表示器13の長辺および短辺に対する約45°方向を、延伸方向とすることで、表面パネル12および表示器13の長辺または短辺の方向の伸縮により分極が生じ、圧電センサ16に出力が現れる。
なお、圧電フィルム31における延伸方向の角度は、表面パネル12および表示器13の長辺および短辺に対して正確な45°に限られることなく、45°に近い任意の角度とすることができる。ただし、延伸方向の角度が、長辺および短辺に対して45°または0°に近い角度であるほど、表面パネル12および表示器13の長辺および短辺の撓みを効率的に検出することができる。
したがって、本実施形態でいう約45°とは、例えば45°±10°程度の45°を中心とする所定範囲の角度をいう。これらの具体的な角度は、変位センサの用途や各部の特性などに基づいて全体の設計に応じて適宜決定するとよい。
以上の様に圧電フィルム31の延伸方向を表面パネル12および表示器13の長辺および短辺に対して約45°に向けて配置した場合、圧電フィルム31の出力は、表面パネル12および表示器13の長辺方向の撓みによる圧電センサの出力極性は、短辺方向の撓みによる圧電センサの出力極性と逆である。圧電フィルム31は、表面パネル12および表示器13の長辺方向に沿って短く、短辺方向に沿って長い。したがって、圧電フィルム31は、表面パネル12および表示器13の短辺方向に沿った方向の撓みを高い感度で検出する。
一方で、圧電フィルム31の出力は、圧電フィルム31の表面積に依存するため、圧電フィルム31の面積は大きい方が好ましい。しかし、圧電フィルム31の幅(表面パネル12および表示器13の長辺方向)に圧電センサを拡大すると、逆極性の分極が大きくなるため、圧電フィルム31の幅を拡大するだけでは感度は向上しない。
そこで、本実施形態の圧電センサ16は、圧電フィルム31、基材36、基材37、第1電極34、および第2電極35を表面パネル12および表示器13の短辺方向に沿って分割するスリット18が設けられている。図3に示す例では、スリット18は、取り出し電極50が設けられている箇所を除き、圧電フィルム31、基材36、基材37、第1電極34、および第2電極35を短辺方向に沿って分割する。
ただし、図3および図4に示した圧電センサ16の構造は、平面視して基材および電極が接続されている部分を有している。具体的には、取り出し電極50が設けられている部分は、基材36、基材37、および第1電極34は、スリット18により分割されていない。
圧電センサ16は、短辺方向に沿ってスリット18により分割されているため、表面パネル12および表示器13の長辺方向の撓みに追従して撓むことがない。したがって、圧電センサ16の幅(表面パネル12および表示器13の長辺方向に沿った長さ)を拡大しても逆極性の出力は小さくなる。
図5は、電子機器1の上面図である。図5の点1~点25は、表面パネル12の上面の押圧位置を示している。図6は、表面パネル12の押圧位置と圧電センサが発生した電荷の積分値との関係を示したグラフである。図6では、参考例としてスリット18が無い場合、および本実施形態のスリット18が有る場合の電荷の積分値を示す。図7は、点12の位置を押圧した場合のX方向の歪みおよびY方向の歪みを示す図である。
図6に示す様に、本実施形態のスリット18が有る場合の圧電センサ16の出力値は、従来のスリット18が無い場合に比べて、特に点11~15の位置を押圧した場合に大きく向上する。
例えば、図7に示す様に、本実施形態のスリット18が有る場合の圧電センサ16は、従来のスリット18が無い場合に比べて、点12の位置を押圧した場合に、X方向の歪みは略変わらないのに対してY方向の歪みは約60%減少する。
この様に、本実施形態の圧電センサ16は、短辺方向に沿ってスリットにより分割されているため、圧電センサ16の幅(表面パネルおよび表示器の長辺方向)を拡大してもY方向の歪みが小さくなり、逆極性の出力は小さくなる。そのため、本実施形態のスリット18は、圧電センサの出力を向上させることができる。
次に、図8は、変形例1に係る圧電センサ16Aの平面図である。図3および図4に示した圧電センサ16の構造は、平面視して基材および電極が接続されている部分を有していた。具体的には、取り出し電極50が設けられている部分は、基材36、基材37、および第1電極34は、スリット18により分割されていなかった。一方で、図8に示すスリット18Aは、X方向に沿って全ての部分において圧電フィルム、基材、および電極を分割する。そのため、図8の例では、取り出し電極は、第1取り出し電極50Aおよび第2取り出し電極50Bに分割されている。また、圧電フィルム31は、第1圧電フィルム31Aおよび第2圧電フィルム31Bに分割されている。また、基材37は、第1基材37Aおよび第2基材37Bに分割されている。その他、図4で示した第1電極34、第2電極35、および基材36もスリットにより分割されている。
この様に、スリットは、X方向に沿って全ての部分において圧電フィルム、基材、および電極を分割してもよい。
なお、図6に示した電荷の積分値、および図7で示した歪みは、平面視して基材および電極が接続されている部分を有している構造(図3および図4で示した構造)に対応する。図3および図4では、説明のため、スリット18のX方向の長さを長く示しているが、基材および電極が接続されている部分のX方向に沿った長さは、圧電センサ16のX方向に沿った長さの1/5以下である。
次に、図9は、変形例2に係る圧電センサ16Bの平面図である。図10は、図9に示すB-B線の断面図である。図9および図10に示す圧電センサ16Bは、第1電極34、および第2電極35のX方向の長さが図3および図4に示した圧電センサ16の例よりも短くなっている。言い換えると、圧電センサ16BのX方向の端部に、電極が形成されていない部分を有する。一方で、圧電フィルム31、基材37および貼り付け部材17は、圧電センサ16のX方向の端部にも配置されている。
Y方向の中心(圧電センサ16を配置する位置)付近を押圧すると、Y方向の端部付近に比べるとX方向の歪みは大きくなるが、同時にY方向の歪みも大きくなる。例えば、図5に示した点11および点15を押圧した時のY方向の歪みは、他の位置(例えば点6、点10、点16、および点20)を押圧した時のY方向の歪みよりも大きくなる。したがって、図6の点11および点15の電荷に示した様に、X方向の両端を押圧した時の出力は、他の位置(例えば点6、点10、点16、および点20)を押圧した時の出力より低くなる。
これに対して、変形例2に係る圧電センサ16Bは、X方向の端部に、電極が形成されていない部分を有する。したがって、X方向の両端におけるY方向の歪みによる逆極性の電荷を検出しないようになっている。一方で、圧電フィルム31、基材37および貼り付け部材17は、圧電センサ16のX方向の端部にも配置されているため、圧電センサ16は、表面パネル12および表示器13のX方向の歪みに連動して歪む。したがって、変形例2に係る圧電センサ16Bは、Y方向の中心(圧電センサ16を配置する位置)付近のX方向の端部付近を押圧した場合における出力低下を抑えることができる。なお、変形例2に係る圧電センサ16Bは、第1電極34または第2電極35のうちいずれか一方のみ、X方向の端部に形成されていない態様であってもよい。この場合でも、変形例2に係る圧電センサ16Bは、第1電極34および第2電極35の両方ともX方向の端部に形成されていない態様と同等の効果を得ることができる。
最後に、前記各実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、スリットの数は1つに限らない。圧電フィルム、基材、および電極は、2つ以上のスリットで分割されてもよい。
1 :電子機器
11 :筐体
12 :表面パネル
13 :表示器
14 :粘着剤
15 :板材
16 :圧電センサ
16A :圧電センサ
16B :圧電センサ
17 :貼り付け部材
18 :スリット
18A :スリット
31 :圧電フィルム
31A :第1圧電フィルム
31B :第2圧電フィルム
34 :第1電極
35 :第2電極
36 :基材
37 :基材
37A :第1基材
37B :第2基材
50 :取り出し電極
50A :第1取り出し電極
50B :第2取り出し電極
91 :粘着剤
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Claims (5)
- 長辺および短辺を有し、表面および裏面を有する表面パネルと、
前記表面パネルの前記長辺および前記短辺を保持する筐体と、
第1主面および第2主面を有し、該第1主面が前記表面パネルの前記裏面に貼り付けられる表示器と、
前記表示器の前記第2主面に貼り付けられ、前記表面パネルおよび前記表示器の撓みを検出する圧電センサと、
前記圧電センサを前記表示器の前記第2主面に貼り付ける貼り付け部材と、
を備え、
前記圧電センサは、圧電フィルムと、前記圧電フィルムを保持する基材と、前記圧電フィルムの両主面に配置される電極と、を備え、
前記圧電フィルム、前記基材、および前記電極を前記短辺方向に沿って分割するスリットが設けられている、
電子機器。 - 前記圧電センサは、平面視して前記基材および前記電極が接続されている部分を有する、
請求項1に記載の電子機器。 - 前記接続されている部分の前記短辺方向に沿った長さは、前記圧電センサの前記短辺方向に沿った長さの1/5以下である、
請求項2に記載の電子機器。 - 前記圧電センサは、前記短辺方向の端部に前記両主面に配置される電極のうち少なくとも一方が形成されていない部分を有し、
前記貼り付け部材は、前記圧電センサの前記短辺方向の端部にも配置されている、
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電子機器。 - 前記圧電フィルムは、前記圧電センサの前記短辺方向の端部にも配置されている、
請求項4に記載の電子機器。
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2021
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