特許 5797867 圧力検出装置および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5797867

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】圧力検出装置および電子機器

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/16 20060101AFI20151001BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/16 C

   G01L5/00 101Z

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-140202(P2015-140202)

(22)【出願日】2015年7月14日

(62)【分割の表示】特願2013-118298(P2013-118298)の分割

【原出願日】2013年6月4日

【審査請求日】2015年7月29日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000231361

【氏名又は名称】日本写真印刷株式会社

(72)【発明者】

【氏名】渡津 裕次

(72)【発明者】

【氏名】末▲富▼ 喜子

(72)【発明者】

【氏名】角谷 栄二

(72)【発明者】

【氏名】尾▲崎▼ 啓佑

(72)【発明者】

【氏名】柴田 淳一

(72)【発明者】

【氏名】▲徳▼野 勝己

(72)【発明者】

【氏名】奥村 秀三

(72)【発明者】

【氏名】面 了明

【審査官】 羽飼 知佳

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０９５５８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−３２１０１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／１６

Ｇ０１Ｌ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電層と、前記圧電層の第１主面側に積層される第１電極と、前記圧電層の第２主面側に積層され前記圧電層を介して前記第１電極と重なる第２電極と、前記第１電極と接続される第１検出部と、前記第２電極と接続される第２検出部とを備える圧力検出装置であって、
前記第１電極は一の方向に配列された複数の帯状電極からなる帯状パターン電極を備え、
前記第２電極は、
複数の踏込み部と、前記踏込み部どうしを接続し、前記複数の前記帯状電極と一対一対応して交差する複数の段差部と、前記踏込み部の始点と前記段差部の終点を接続するＬ型の接続部とを備え、
第１検出部は、前記帯状パターン電極の各前記帯状電極と接続される帯状電極検出部を備え、
第２検出部は、複数の前記階段電極とそれぞれ接続される複数の帯状電極検出部を備える圧力検出装置。

【請求項2】

前記第１電極と前記第２電極の間に基準電極が設けられた請求項１の圧力検出装置。

【請求項3】

前記圧電層が活性圧電部と不活性圧電部とからなり、前記第１電極と前記第２電極が前記活性圧電部の上に配置されている請求項１又は請求項２のいずれかの圧力検出装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれかの圧力検出装置とタッチパネルを備える電子機器。

【請求項5】

前記タッチパネルが静電容量型の請求項４の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷重に応じた圧電信号を発生する圧電センサに関し、特に荷重が与えられた位置を検出できる圧電センサに関する。

【背景技術】

【0002】

与えられた荷重を検出するため、圧電層を用いた圧電センサが知られている。例えば、特許文献１には、透明感圧層と、一対の透明導電層からなる透明圧電センサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−１２５５７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１の透明圧電センサでは、与えられた荷重を検出できるものの、透明圧電センサ内において位置検出をすることはできない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

【0006】

本発明の圧力検出装置は、圧電層と、第１電極、第２電極と、第１検出部と、第２検出部とを備えている。第１電極は、圧電層の第１主面側に積層されている。第１電極は、パターン電極を備えている。パターン電極は、Ｌ型基準電極とＬ型電極を備えている。Ｌ型基準電極は２つの辺が組み合されたＬ字型の電極である。Ｌ型電極は、Ｌ型基準電極の２つの辺から内側の一の方向に間隔をあけて複数配置されたＬ字型の電極であり、Ｌ型電極の端辺は、Ｌ型基準電極の端辺の延長線上に配置されている。

【0007】

そうすると、Ｌ型基準電極とＬ型電極の配置される個数が、上記一の方向の位置によって異なる。また、Ｌ型基準電極とＬ型電極は、第１電極のＬ型基準電極検出部とＬ型電極に接続されている。従って、圧電層に荷重が与えられたとき、電荷を検出するＬ型基準電極検出部とＬ型電極検出部の個数は、荷重が与えられた上記一の方向の位置よって異なる。よって、電荷を検出した検出部の個数を特定することで、荷重が与えられた一の方向の位置を特定できるようになっている。

【0008】

また、第２電極は、圧電層の第２主面側に積層されている。第２電極は、上記一の方向と垂直な方向に配置され上記のパターン電極を覆う帯状電極を複数備えている。なお、第２検出部は、上記帯状電極とそれぞれ独立して接続される帯状電極検出部を備えている。

【0009】

そうすると、圧電層に荷重が与えられたとき、電荷を検出する帯状電極検出部の種類を特定することによって、荷重がかかった上記一の方向と垂直な方向における位置が特定できるようになっている。

【0010】

よって、第１電極検出部と第２電極検出部で得られた位置情報を組合せることにより、荷重が与えられた位置の特定が可能となっている。

【0011】

本発明の圧力検出装置は、圧電層と、第１電極、２電極と、第１検出部と、第２検出部とを備えている。第１電極は、圧電層の第１主面側に積層されている。第１電極は、一の方向に複数配置された帯状電極からなる帯状パターン電極を備えている。
前記第２電極は、踏込み部と段差部と接続部を備えている。踏込み部は帯状電極の間に配置されている。段差部は、踏込み部どうしを接続している。また段差部は、帯状電極と一対一対応で交差している。接続部は、踏込み部の始点と段差部の終点を接続している。なお、第１検出部は、帯状パターン電極の各帯状電極と接続される帯状電極検出部を備えている。第２検出部は、複数の階段電極とそれぞれ接続される複数の帯状電極検出部を備えている。

【0012】

そうすると、帯状電極と階段電極の重なる個数が、上記一の方向の位置によって異なる。また、帯状電極は、帯状電極検出部に接続されている。従って、圧電層に荷重が与えられたとき、電荷を検出する帯状電極検出部の数は、上記一の方向の位置よって異なる。よって、電荷を検出した検出部の個数を特定することで、荷重が与えられた一の方向の位置を特定できるようになっている。

【0013】

また、第２電極は、圧電層の第２主面側に積層されている。第２電極は、階段電極を備えている。なお、第２検出部は、上記階段電極とそれぞれ独立して接続される階段電極検出部を備えている。

【0014】

そうすると、圧電層に荷重が与えられたとき、圧電層から発生する電荷を検出する階段電極検出部の種類を特定することによって、荷重がかかった上記一の方向と垂直な方向における位置が特定できるようになっている。

【0015】

よって、第１電極検出部と第２電極検出部で得られた位置情報を組合せることにより、荷重が与えられた位置の特定が可能となっている。

【0016】

第１電極と第２電極の間には基準電極が設けられていてもよい。

【0017】

そうすると、上部電極と基準電極の間で発生した電荷や、下部電極と基準電極との間で発生した電荷を独立して検出できる。

【0018】

圧電層が活性圧電部と不活性圧電部とからなり、活性圧電部の上には第１電極と第２電極が積層されていてもよい。

【0019】

そうすると、クロストーク現象の発生を防止できる。その結果、圧電センサにかかった位置と荷重の検出精度が向上する。

【0020】

上部電極は、酸化インジウム錫、またはポリエチルジオキソチオフェンを含んでいてもよい。

【0021】

そうすると、上部電極の透明性が高くなるので、液晶や有機ＥＬなどの表示装置の上に圧電センサを配置できる。

【0022】

下部電極は、酸化インジウム錫、またはポリエチルジオキソチオフェンを含でいてもよい。

【0023】

そうすると、下部電極の透明性が高くなるので、液晶や有機ＥＬなどの表示装置の上に圧電センサを配置できる。

【0024】

圧電層は、有機圧電材料から構成されていてもよい。

【0025】

そうすると、圧電層の柔軟性が大きくなるので、圧電センサの耐屈曲性が向上する。その結果、上記圧電センサをＲ曲面などに配置できる。

【0026】

有機圧電材料は、ポリフッ化ビニリデンまたはポリ乳酸を含んでいてもよい。

【0027】

そうすると、圧電層の透明性が高くなるので、液晶や有機ＥＬなどの表示装置の上に圧電センサを配置できる。

【0028】

圧電層は、無機材料から構成されていてもよい。

【0029】

そうすると、圧電層の圧電定数が大きくなるため、力を検出する検出感度が向上する。

【0030】

電子機器は、圧電センサとタッチパネルを備えていてもよい。

【0031】

そうすると、圧電センサに対し荷重がほとんどかからないような場合でも、荷重の位置検出ができる。

【0032】

上記タッチパネルは静電容量型のタッチパネルであってもよい。そうすると、圧力検出装置全体の透明性が向上する。

【発明の効果】

【0033】

本発明に係る圧電センサでは、圧電センサ内で位置検出ができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】圧力検出装置の概念図である。

【図2】図１のＡ-Ａ’断面図である。

【図3】圧力検出装置の概念図である。

【図4】圧力検出装置の概念図である。

【図5】圧力検出装置の概念図である。

【図6】図５のＢ-Ｂ’断面図である。

【図7】圧力検出装置の概念図である。

【図8】圧力検出装置の概念図である。

【図9】圧電センサの断面図である。

【図10】圧電センサとタッチパネルを組合わせた圧力検出装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

下記で、本発明に係る実施形態を図面に基づいてさらに詳細に説明する。なお、本発明の実施例に記載した部位や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。

【0036】

１． 第１実施形態
（１）圧力検出装置の全体構造
図１を用いて、本発明の第１実施形態に係る圧力検出装置の全体構造を説明する。図１は圧力検出装置の概略図である。図２は圧電センサの断面図である。

【0037】

圧力検出装置は、与えられた荷重の量と位置を検出する機能を有している。
図１に示すように、圧力検出装置１は、圧電センサ１０と、検出部２０を備えている。圧電センサ１０は、与えられた荷重に応じて電荷を発生させる装置である。検出部２０は、圧電層１１で発生した電荷を検出する装置である。以下で、圧力検出装置１の構成を詳細に説明する。

【0038】

（２）圧電センサ
図２に示すように、圧電センサ１０は、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３とから構成される。第１電極１２は、圧電層１１の第１主面側に配置され、第２電極１３は、圧電層１１の第１主面側とは反対側の第２主面側に配置されている。なお、図示しないが、第１電極１２と第２電極１３との間に基準電極が設けられていてもよい。

【0039】

図３に示すように、第１電極１２は、第１パターン電極１２０と、第２パターン電極１２１と、第３パターン電極１２２を備えている。上記電極パターンは、Ｙ軸方向に配置されている。なお、上記パターン電極は、それぞれＬ型基準電極１２３と、Ｌ型電極１２４を備えている。
Ｌ型基準電極１２３は、Ｌ型電極１２４の外側に配置され、２つの辺からなる。２つの辺のうち、短辺はＹ軸方向に配置され、長辺はＹ軸方向とは直交するＸ軸方向に配置されている。

【0040】

Ｌ型電極１２４は、Ｌ型基準電極１２３の内側に複数配置されている。Ｌ型電極１２４は、第１Ｌ型電極１２５と、第２Ｌ型電極１２６と、第３Ｌ型電極１２７を備えている。

【0041】

第１Ｌ型電極１２５から第３Ｌ型電極１２７の短辺はＹ軸方向に配置され、長辺はＸ軸方向に配置されている。また、Ｌ型電極１２４における短辺の端部は、Ｌ型基準電極１２３における短辺の端部の延長線上に配置され、長辺の端部はＬ型基準電極１２３における長辺の端部の延長線上に配置されている。

【0042】

なお、第１Ｌ型電極１２５は、Ｌ型基準電極１２３の内側に配置されている。第２Ｌ型電極１２６は、第１Ｌ型電極１２５の内側に配置されている。第３Ｌ型電極１２７は、第２Ｌ型電極１２６の内側に配置されている。

【0043】

図４に示すように、第２電極１３は、複数の帯状電極を備えている。帯状電極は、Ｙ軸方向に配列される第１帯状電極１３０、第２帯状電極１３１、第３帯状電極１３２から構成されている。帯状電極は、圧電層１１を介して第１電極部１２の電極パターンを覆っている。すなわち、第１帯状電極１３０は、第１パターン電極１２０を覆い、第２帯状電極１３１は、第２パターン電極１２１を覆い、第３帯状電極１３２は、第３パターン電極１２２を覆っている。

【0044】

なお、上記では、第１電極１２は、第１パターン電極１２０から第３パターン電極１２２の３つのパターン電極を備えている例について説明したが、これに限定されない。すなわち、第１電極は、ｎ個（ｎ=１,２,３…）のパターン電極を備えていてもよい。これは、Ｌ型電極、帯状電極についても同様である。

【0045】

（３）電極
第１電極１２、第２電極１３は、導電性を有する材料により構成できる。導電性を有する材料としては、インジウム−スズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、スズ−亜鉛酸化物（Ｔｉｎ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ、ＴＺＯ）などのような透明導電酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ、ＰＥＤＯＴ）などの導電性高分子、などを用いることができる。この場合、上記の電極は、蒸着やスクリーン印刷などを用いて形成できる。

【0046】

また、導電性を有する材料として、銅、銀などの導電性の金属を用いてもよい。この場合、上記の電極は、蒸着により形成してもよく、銅ペースト、銀ペーストなどの金属ペーストを用いて形成してもよい。

【0047】

さらに、導電性を有する材料として、バインダー中に、カーボンナノチューブ、金属粒子、 金属ナノファイバーなどの導電材料が分散したものを用いてもよい。
（４）圧電層
圧電層１１を構成する材料としては、無機圧電材料や有機圧電材料が挙げられる。

【0048】

無機圧電材料としては、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどが挙げられる。

【0049】

有機圧電材料としては、フッ化物重合体又はその共重合体、キラリティーを有する高分子材料などが挙げられる。フッ化物重合体又はその共重合体としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。キラリティーを有する高分子材料としては、Ｌ型ポリ乳酸や、Ｒ型ポリ乳酸などが挙げられる。

【0050】

また、圧力検出装置１を、液晶装置や有機ＥＬ装置のような表示装置の上に配置する場合には、表示装置のディスプレイが見えるように、圧電層を透明な材料により構成するか、又は、光が十分に透過できる程度に薄く構成することが好ましい。

【0051】

（５）検出部
図１に示すように、検出部２０は、第１検出部２１と、第２検出部２２からなる。再び図３に示すように、第１検出部２１は、Ｌ型基準電極検出部２１０と、第１Ｌ型電極検出部２１１と、第２Ｌ型電極検出部２１２と、第３Ｌ型電極検出部２１３からなる。Ｌ型基準電極検出部２１０は、各Ｌ型基準電極１２３と接続されている。同じように、第１Ｌ型電極検出部２１１は、各第１Ｌ型電極１２５と接続され、第２Ｌ型電極検出部２１２は、各第２Ｌ型電極１２６と接続され、第３Ｌ型電極検出部２１３は、各第３Ｌ型電極１２７と接続されている。

【0052】

上記のように構成すると、圧電層１１が押圧されたときに、Ｌ型基準電極１２３の下に配置された圧電層１１で発生する電荷については、Ｌ型基準電極検出部２１０で検出できる。第１Ｌ型電極１２５、第２Ｌ型電極１２６、第３Ｌ型電極１２７の下に配置された圧電層１１で発生する電荷については、それぞれ第１Ｌ型電極検出部２１１、第２Ｌ型電極検出部２１２、第３Ｌ型電極検出部２１３で検出できる。

【0053】

再び、図４に示すように、第２検出部２２は、第１帯状電極検出部２２０と、第２帯状電極検出部２２１と、第３帯状電極検出部２２２を備えている。第１帯状電極検出部２２０は、第１帯状電極１３０と接続されている。同じように、第２帯状電極検出部２２１は、第２帯状電極１３１と接続され、第３帯状電極検出部２２２は、第３帯状電極１３２と接続されている。

【0054】

上記のように構成すると、圧電層１１が押圧されたときに、第１帯状電極１３０の下に配置された圧電層１１で発生する電荷については、第１帯状電極検出部２２０で検出できる。第２帯状電極１３１、第３帯状電極１３２の下に配置された圧電層１１で発生する電荷については、それぞれ第２帯状電極検出部２２１、第３帯状電極検出部２２２で検出できる。

【0055】

上記のように、圧力検出装置１を構成すると、再び図３に示すように、Ｘ軸方向のＸ１領域には、Ｌ型基準電極１２３と、第１Ｌ型電極１２５と、第２Ｌ型電極１２６と、第３Ｌ型電極１２７が配置される。Ｘ２領域には、Ｌ型基準電極１２３と、第１Ｌ型電極１２５と、第２Ｌ型電極１２６が配置され、Ｘ３領域には、Ｌ型基準電極１２３と第１Ｌ型電極１２５が配置される。Ｘ４領域には、Ｌ型基準電極１２３が配置される。なお、Ｌ型基準電極１２３は、Ｌ型基準電極検出部２１０と接続され、第１Ｌ型電極１２５は、第１Ｌ型電極検出部２１０と接続され、第２Ｌ型電極１２６は、第２Ｌ型電極検出部２２１と接続され、第３Ｌ型電極１２７は、第２Ｌ型電極検出部２２２と接続される。

【0056】

そのため、Ｘ１領域に荷重がかかった場合、荷重により発生した電荷は、Ｌ型基準電極１２３と、第１Ｌ型電極１２５と、第２Ｌ型電極１２６と、第３Ｌ型電極１２７を経由して、Ｌ型基準電極検出部２１０と、第１Ｌ型電極検出部２１１と、第２Ｌ型電極検出部２１２と、第３Ｌ型電極検出部２１３の４つの検出部で検出される。

【0057】

Ｘ２領域に荷重がかかった場合は、Ｌ型基準電極１２３と、第１Ｌ型電極１２５と、第２Ｌ型電極１２６を経由して、Ｌ型基準電極検出部２１０と、第１Ｌ型電極検出部２１１と、第２Ｌ型電極検出部２１２の３つの検出部で電荷が検出される。

【0058】

Ｘ３領域に荷重がかかった場合は、Ｌ型基準電極１２３と、第１Ｌ型電極１２５を経由して、Ｌ型基準電極検出部２１０と、第１Ｌ型電極検出部２１１の２つの検出部で電荷が検出される。

【0059】

Ｘ４領域に荷重がかかった場合は、Ｌ型基準電極１２３を経由して、Ｌ型基準電極検出部２１０の１つの検出部で電荷が検出される。

【0060】

すなわち、Ｘ軸方向については、荷重のかかった箇所によって電荷を検出する検出部の個数が異なる。この異なりを利用して、荷重がかかった位置におけるＸ軸方向の位置を特定できるようになっている。

【0061】

また、上記のように構成することで、図４に示すように、Ｙ軸方向のＹ１領域には第１帯状電極１３０が配置され、Ｙ２領域には第２帯状電極１３１が配置され、Ｙ３領域には第３帯状電極１３２が配置される。なお、第１帯状電極１３０、第２帯状電極１３１、第３帯状電極は１３２、それぞれ第１帯状電極検出部２２０、第２帯状電極検出部２２１、第３帯状電極検出部２２２と接続される。

【0062】

そのため、Ｙ１領域に荷重がかかった場合、荷重により発生した電荷は、第１帯状電極１３０を経由して、第１帯状電極検出部２２０で検出される。Ｙ２領域に荷重がかかった場合は、第２帯状電極１３１を経由して、第２帯状電極検出部２２１で検出され、Ｙ３領域に荷重がかかった場合は、第３帯状電極１３２を経由して、第３帯状電極検出部２２２で検出される。

【0063】

すなわち、Ｙ軸方向については、荷重のかかった箇所によって電荷を検出する検出部の種類が異なる。この異なりを利用して、荷重がかかった位置におけるＹ軸方向の位置を特定できるようになっている。

【0064】

最後に上記で検出したＸ軸方向とＹ軸方向の位置情報を組合せることによって、荷重がかかった位置を特定するのが可能となっている。

【0065】

なお、荷重量の検出は、検出された電荷の合計から求める。電荷量から荷重量を求める方法については、検出に予め変換方法をプログラムしておくことで達成できる。従って、圧電センサに荷重がかかった位置と荷重量を特定できる。

【0066】

このように、圧電センサ１０を構成する第１電極１１が、Ｌ型基準電極１２３とＬ型電極１２４を備え、Ｌ型電極１２４が、Ｌ型基準電極１２３の２つの辺から内側に間隔をあけて複数配置され、Ｌ型基準電極１２３の端辺の延長線上に端辺を有することで、Ｌ型基準電極１２３とＬ型電極１２４の配置される個数がＸ軸方向の位置によって異なるものとなっている。
すなわち、圧電センサ１０の任意の箇所に荷重が与えられた場合、電荷を検出する第１検出部２１の個数は、荷重が与えられたＸ軸方向の位置よって固有な数となるので、これを検出することで、与えられた荷重のＸ軸方向の位置を特定できるようになっている。

【0067】

また、圧電センサ１０を構成する第２電極１２は、Ｌ型基準電極１２３とＬ型電極１２４を覆う帯状電極を複数備え、その帯状電極が独立してそれぞれの帯状電極検出部と接続されている。これにより、荷重のかかったＹ軸方向の位置は、電荷を検出する帯状電極検出部の種類で特定することが可能となっている。

【0068】

よって、上記の第１電極と第２電極の検出結果を組合せることで、荷重が与えられた位置の特定を可能とするものである。

【0069】

また、与えられた荷重量の検出は、検出された電荷の合計から与えられた荷重を求める。電荷量から荷重量を求める方法については、検出に予め変換方法をプログラムしておくことで達成するものである。

【0070】

従って、上記のように構成することによって、本願の圧力検出装置は、荷重が与えられたとき、与えられた荷重の位置と荷重量を検出できるものである。

【0071】

２． 第２実施形態
第２実施形態では、圧電センサが圧電層と第１電極と第２電極を備えていた。第１電極は、パターン電極を有し、パターン電極はＬ型基準電極とＬ型電極を備えていた。第２電極は、帯状電極を備えていた。しかし、第１電極は帯状電極を備え、第２電極は階段電極を備えていてもよい。以下で、第１電極が備える帯状電極と、第２電極が備える階段電極について説明する。

【0072】

図５は、第２実施形態の圧力検出装置１の平面図である。図６は、図５におけるＢ-Ｂ’断面の断面図である。

【0073】

図５に示すように、圧力検出装置１は、圧電センサ１０と、第１検出部２１と、第２検出部２２を備えている。圧電センサ１０は、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３を備えている。第１電極１２は、圧電層１１の第１主面側に配置され、第２電極１３は、圧電層１１の第１主面側とは反対側の第２主面側に配置されている。第１検出部２１は、第１帯状電極検出部２５０と、第２帯状電極検出部２５１と、第３帯状電極検出部２５２を備えている。第２検出部２２は、第１階段電極検出部２６０と、第２階段電極検出部２６１と、第３階段電極検出部２６２を備えている。

【0074】

図７に示すように、第１電極１２は、Ｙ軸方向に配置される第１帯状パターン電極２００と、第２帯状パターン電極２０１と、第３帯状パターン電極２０２を備えている。上記帯状パターン電極は、Ｙ軸方向に配列された第１帯状電極１５０と、第２帯状電極１５１と、第３帯状電極１５２を備えている。各帯状パターン電極の第１帯状電極１５０は、第１帯状電極検出部２５０に接続されている。各帯状パターン電極の第２帯状電極１５１、第３帯状電極１５２は、それぞれ第２帯状電極検出部２５１と、第３帯状電極検出部２５２に接続されている。

【0075】

図８に示すように、第２電極１３は、Ｙ軸方向に配列された階段状の階段電極を備えている。階段電極は、第１階段電極１６０と、第２階段電極１６１と、第３階段電極１６２とを備えている。各階段電極は、踏込み部１６３と、段差部１６４と、Ｌ型部１６５を備えている。踏込み部１６３は、平面視において上記帯状電極と平行な方向に配置される。すなわち、踏込み部１６３は第１帯状電極１５０の上方と、第１帯状電極１５０と第２帯状電極１５１の間と、第２帯状電極１５１と第３帯状電極１５２の間と、第３帯状電極１５２の下方に間隔をあけて配置されている。段差部１６４は、帯状電極と交差する方向に配置され、踏込み部１６３どうしを接続している。Ｌ型部１６５は、踏込み部１６３の始点と段差部１６４の終点とを接続するＬ型形状からなる。なお、第１階段電極１６０は第１階段電極検出部２６０と、第２帯状電極１６１は第２階段電極検出部２６１と、第３帯状電極１６２は第３階段電極検出部２６２と、それぞれ独立して接続されている。

【0076】

また、帯状電極と階段電極は、帯状電極の第１帯状電極１５０、第２帯状電極１５１、第３帯状電極１５２が、階段電極の段差部１６４と交差するように配置されている。

【0077】

図７に示すように、上記のように構成されると、Ｘ軸方向のＸ１領域では、各帯状パターン電極の第１帯状電極１５０と、第２帯状電極１５１と、第３帯状電極１５２とが、第１階段電極１６０、第２階段電極１６１、第３階段電極１６２と重なる。
Ｘ２領域では、各帯状パターン電極の第２帯状電極１５１と、第３帯状電極１５２とが、第１階段電極１６０、第２階段電極１６１、第３階段電極１６２と重なる。
Ｘ３領域では、各帯状パターン電極の第３帯状電極１５２が、第１階段電極１６０、第２階段電極１６１、第３階段電極１６２と重なる。

【0078】

そのため、Ｘ１領域に荷重がかかった場合、荷重により発生した電荷は、各帯状パターン電極の第１帯状電極１５０と、第２帯状電極１５１と、第３帯状電極１５２を経由して第１帯状電極検出部２５０、第２帯状電極検出部２５１、第３帯状電極検出部２５２で検出される。

【0079】

Ｘ２領域に荷重がかかった場合、電荷は、各帯状パターン電極の第２帯状電極１５１と、第３帯状電極１５２を経由して第２帯状電極検出部２５１、第３帯状電極検出部２５２で検出される。

【0080】

Ｘ３領域に荷重がかかった場合は、各帯状パターン電極の第３帯状電極１５２を経由して第３帯状電極検出部２５２で検出される。

【0081】

すなわち、Ｘ軸方向については、荷重のかかった箇所によって電荷を検出する検出部の個数が異なる。この異なりを利用して、荷重がかかった位置におけるＸ軸方向の位置を特定できるようになっている。

【0082】

また、図８に示すように、Ｙ軸方向のＹ１領域には第１階段電極１６０が配置され、Ｙ２領域には第２階段電極１６１が配置され、Ｙ３領域には第３階段電極１６２が配置されている。

【0083】

そのため、Ｙ１領域に荷重がかかった場合、荷重により発生した電荷は、第１階段電極１６０を経由して、第１階段電極検出部２６０で検出される。Ｙ２領域に荷重がかかった場合は、第２階段電極１６１を経由して、第２階段電極検出部２６１で検出され、Ｙ３領域に荷重がかかった場合は、第３階段電極１６２を経由して、第３階段電極検出部２６２で検出される。

【0084】

すなわち、Ｙ軸方向については、荷重のかかった箇所によって電荷を検出する検出部の種類が異なる。この異なりを利用して、荷重がかかった位置におけるＹ軸方向の位置を特定できるようになっている。

【0085】

最後に上記で検出したＸ軸方向とＹ軸方向の位置情報を組合せることによって、荷重がかかった位置を特定するのが可能となっている。

【0086】

このように、圧電センサ１０が、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３を備え、第１電極１２と、第２電極１３が、圧電層１１の第１主面側と第２種面側に配置され、第１電極１２が、Ｙ軸方向に配列され複数の帯状電極（第１帯状電極１５０、第２帯状電極１５１、第３帯状電極１５２）からなる帯状パターン電極を備え、第２電極１３が複数の踏込み部１６３と、踏込み部１６３どうしを接続し、上記帯状電極（第１帯状電極１５０、第２帯状電極１５１、第３帯状電極１５２）と一対一対応して交差する複数の段差部１６４と、踏込み部１６３の始点と段差部１６４の終点を接続するＬ型の接続部１６５とを有する階段状の階段電極（第１階段電極１６０、第２階段電極１６１、第３階段電極１６２）を備えることにより、Ｘ軸方向の位置によって、圧電層１１を介して重なる帯状電極（第１帯状電極１５０、第２帯状電極１５１、第３帯状電極１５２）と、階段電極（第１階段電極１６０、第２階段電極１６１、第３階段電極１６２）との数が異なるものとなっている。

【0087】

すなわち、圧電センサ１０の特定箇所に荷重が与えられた場合、電荷を検出する第１検出部２１の個数は、荷重が与えられたＸ軸方向の位置よって固有な数となるので、これを検出することで、与えられた荷重のＸ軸方向の位置を特定できるようになっている。

【0088】

また、上記のように構成されることにより、階段電極はＹ軸方向に複数配列され、上記階段電極はそれぞれの階段電極検出部と独立して接続される。これにより、荷重のかかったＹ軸方向の位置は、電荷を検出する帯状電極検出部の種類で特定することが可能となっている。

【0089】

よって、上記の第１電極と第２電極の検出結果を組合せることで、荷重が与えられた位置の特定を可能とするものである。

【0090】

また、与えられた荷重量の検出は、検出された電荷の合計から与えられた荷重を求める。電荷量から荷重量を求める方法については、検出に予め変換方法をプログラムしておくことで達成するものである。

【0091】

従って、上記のように構成することによって、本願の圧力検出装置は、荷重が与えられたとき、与えられた荷重の位置と荷重量を検出できるものである。
３．第３実施形態
圧電層１１は活性な部分と不活性な部分を有するようにパターニングされていてもよ。

【0092】

図９は、第３実施形態にかかる圧電センサの断面図である。

【0093】

図９に示すように、圧電層１１は、活性圧電部１１０と不活性圧電部１１１からなる。 活性圧電部１１０は、圧電センサ１０に荷重が与えられたときに電荷が発生する部分である。反対に不活性圧電部１１１は、荷重が与えられても電荷が発生しない部分である。

【0094】

図９の例では、活性圧電部１１０の上面にＬ型基準電極１２３と、Ｌ型電極１２４（第１Ｌ型電極１２５、第２Ｌ型電極１２６、第３Ｌ型電極１２７）が配置されている。活性圧電部１１０と不活性圧電部１１１の下面には、第１帯状電極１３０が配置されている。このように構成されていると、Ｌ型基準電極１２３付近で発生した電荷が漏れて、Ｌ型電極１２４に混入するのを防止できる（クロストーク現象を防止できる）。その結果、位置検出精度と荷重検出精度が向上する。なお、図９では、活性圧電部１１０の上にＬ型基準電極１２３と、Ｌ型電極１２４が直接積層された例を示したが、活性圧電部１１０とＬ型基準電極１２３との間、または活性圧電部１１０とＬ型電極１２４の間には、接着剤やフィルムなどの絶縁材料が積層されていてもよい。

【0095】

４．その他の実施形態
上記では、与えられた荷重の位置と量を圧電センサ１０で検出する例を示した。しかし、図１０に示すように、圧電センサ１０の上にタッチパネル５０を積層することで、与えられた荷重の位置と量を検出してもよい。
圧電センサ１０の上にタッチパネル５０を積層することにより、与えられた荷重が圧電センサ１０で検出できないほど小さい場合（フェザータッチの場合）でも、圧電センサ１０の上にタッチパネル５０を積層することで荷重が与えられた箇所を検出できる。なお、タッチパネルの中でも、静電容量型タッチパネルを用いることが特に好ましい。

【符号の説明】

【0096】

１：圧力検出装置
１０：圧電センサ
１１：圧電層
１２：第１電極
１３：第２電極
２０：検出部
２１：第１検出部
２２：第２検出部
５０：タッチパネル
１１０：活性圧電部
１１１：不活性圧電部
１２０：第１パターン電極
１２１：第２パターン電極
１２２：第３パターン電極
１２３：Ｌ型基準電極
１２４：Ｌ型電極
１２５：第１Ｌ型電極
１２６：第２Ｌ型電極
１２７：第３Ｌ型電極
１３０：第１帯状電極
１３１：第２帯状電極
１３２：第３帯状電極
１５０：第１帯状電極
１５１：第２帯状電極
１５２：第３帯状電極
１６０：第１階段電極
１６１：第２階段電極
１６２：第３階段電極
１６３：踏込み部
１６４：段差部
１６５：Ｌ型部
２００：第１帯状パターン電極
２０１：第２帯状パターン電極
２０２：第３帯状パターン電極
２１０：Ｌ型基準電極検出部
２１１：第１Ｌ型電極検出部
２１２：第２Ｌ型電極検出部
２１３：第３Ｌ型電極検出部
２２０：第１帯状電極検出部
２２１：第２帯状電極検出部
２２２：第３帯状電極検出部
２５０：第１帯状電極検出部
２５１：第２帯状電極検出部
２５２：第３帯状電極検出部
２６０：第１階段電極検出部
２６１：第２階段電極検出部
２６２：第３階段電極検出部

【要約】

【課題】 圧電センサ内で位置検出と荷重検出ができる圧力検出装置を提供する。
【解決手段】 本発明の圧力検出装置１は、圧電層１１と、第１電極１２、第２電極１３と、第１検出部２１と、第２検出部２２とを備えている。第１電極１２は、一の方向に複数配置された帯状電極１５０，１５１，１５２からなる帯状パターン電極を備えている。第２電極１３は、踏込み部１６３と段差部１６４とＬ型の接続部１６５を備えている。踏込み部１６３は帯状電極１５０，１５１，１５２の間に配置されている。段差部１６４は、踏込み部１６３どうしを接続している。また段差部１６４は、帯状電極１５０，１５１，１５２と一対一対応で交差している。Ｌ型の接続部１６５は、踏込み部１６３の始点と段差部１６４の終点を接続している。
【選択図】 図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】