特許 6139185 圧力検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6139185

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】圧力検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/16 20060101AFI20170522BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20170522BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/16 G

   G01L1/16 B

   G01L5/00 101Z

【請求項の数】4

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-45697(P2013-45697)

(22)【出願日】2013年3月7日

(65)【公開番号】特開2014-173950(P2014-173950A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2015年12月8日

【前置審査】

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100158610

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 新吾

(72)【発明者】

【氏名】渡津 裕次

(72)【発明者】

【氏名】柴田 淳一

【審査官】 濱本 禎広

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０５０６８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６３−２０８７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１０９５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２１７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４００９４４７（ＵＳ，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】

第１主面及び第２主面を有し、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シートと、
前記圧電シートの前記第１主面又は前記第２主面に形成された圧電検出電極と、
前記圧電シートの前記第１主面又は前記第２主面に形成された基準電極と、
前記圧電シートの前記第１主面又は前記第２主面のうち前記基準電極が形成された面に形成され、前記基準電極と一体に形成されている第１タッチ検出電極と、
前記圧電シートにて発生した前記圧電信号を、前記圧電検出電極と前記基準電極とから取得する圧電信号検出部と、
前記圧電シートへの接触を、前記第１タッチ検出電極からの電気信号に基づいて検出するタッチ検出部と、
前記タッチ検出部が前記圧電シートへの接触を検出しないときは、前記圧電信号検出部において前記圧電信号を検出不可能とし、前記タッチ検出部が前記圧電シートの接触を検出するときは、前記圧電信号検出部において前記圧電信号を検出可能とする、制御部と、
を備えた圧力検出装置。

【請求項2】

前記圧電検出電極は前記圧電シートの前記第１主面に形成され、前記基準電極及び前記第１タッチ検出電極は前記圧電シートの前記第２主面に形成され、
前記圧電シートの前記第２主面上に形成された絶縁層と、
前記圧電シートとは反対側の前記絶縁層の主面上に、少なくとも一部が前記第１タッチ検出電極の少なくとも一部と対向するように形成され、前記圧電シートと接触対象物との接触に起因して発生するタッチ検出信号を検出するよう、前記タッチ検出部に接続された第２タッチ検出電極と、をさらに備える、請求項１に記載の圧力検出装置。

【請求項3】

前記圧電信号検出部は、
前記圧電検出電極と前記基準電極との間に発生する前記圧電信号を検出可能なように、前記圧電検出電極と前記基準電極に接続された積分回路と、
前記制御部からの指令に基づいて前記積分回路において前記圧電信号の通過及び遮断を切替可能な信号制御器とを有し、
前記タッチ検出部が前記圧電シートへの接触を検出しないときは、前記信号制御器は信号通過状態となり、前記タッチ検出部が前記圧電シートの接触を検出するときは、前記信号制御器は信号遮断状態となる、請求項１又は２に記載の圧力検出装置。

【請求項4】

前記積分回路は、
前記圧電シートに接続された入力部を有するアンプと、
前記入力部に１端が接続されるキャパシタンスとを有する、
請求項３に記載の圧力検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シートを用いた、圧力検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

タッチパネルへの押圧量を検出するため、圧電シートを用いた圧力センサが従来知られている。例えば、特許文献１には、透明感圧層と、一対の透明導電膜層と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】

特許文献１に開示されたような圧電シートを用いた圧力センサにおいては、圧力センサの使用条件（特に、温度）の変化や、周囲からの電気ノイズ（特に、静電気）に起因して、圧電信号に直流成分が重畳されることがある。この場合、圧力センサに押圧力が働いていない時にも、圧力センサから圧電信号が出力される。その結果、圧力センサが押圧されていないにも関わらず、圧力センサが押圧されたと、圧力センサが誤検出することがある。

【0005】

本発明の課題は、圧力センサへの押圧を適切に検出し、押圧力を精度良く測定可能にすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る圧力検出装置は、圧電シートと、圧電信号検出部と、タッチ検出部と、制御部と、を備える。圧電シートは、第１主面及び第２主面を有する。圧電シートは、与えられた荷重に応じた圧力信号を発生する。圧電信号検出部は、圧電シートにて発生した圧電信号を検出する。タッチ検出部は、圧電シートへの接触を検出する。なお、「圧電シートへの接触」とは、例えば指、ペンのような接触対象物が直接又は間接に圧電シートに接触することを意味する。制御部は、タッチ検出部が圧電シートへの接触を検出しないときは、圧電信号検出部において圧電信号を検出不可能とする。また、タッチ検出部が圧電シートへの接触を検出するときは、制御部は、圧電信号検出部において圧電信号を検出可能とする。

【0007】

この圧力検出装置において、タッチ検出部が圧電シートへの接触を検出すると、制御部は、圧電信号検出部において圧電信号を検出可能とする。その後、タッチ検出部が圧電シートへの接触を検出している間、制御部は、圧電信号検出部において、圧電信号を検出可能とし続ける。
さらにその後、タッチ検出部が圧電シートへの接触を検出しなくなると、制御部は、圧電信号検出部において、圧電信号の検出を不可能にする。そして、タッチ検出部が圧電シートへの接触を検出しない限り、制御部は、圧電信号検出部において、圧電信号の検出を不可能にし続ける。

【0008】

このような圧力検出装置では、タッチ検出部が圧電シートへの接触を検出するときのみ、制御部が、圧電信号検出部において圧電信号を検出可能にする。そのため、圧電信号検出部は、接触対象物が圧電シートへ接触している間のみ、圧電信号に応じた信号を出力できる。その結果、圧電シートが押圧されていない時に、圧電シートが押圧されたと誤検出されることが無くなる。また、圧電シートが押圧されていない時（押圧力が０の時）に、圧電シートに何らかの押圧力が作用しているとして信号を出力することが無くなる。以上の結果、精度良く圧電シートへの押圧力を測定できる。

【0009】

圧電信号検出部は、積分回路と、信号制御器とを備えていてもよい。この場合、積分回路は、圧電シートに接続されている。また、信号制御器は積分回路と制御部とに接続されている。
さらに、信号制御器は、制御部からの指令に基づき、信号の通過及び遮断を切替可能である。そして、タッチ検出部が圧電シートへの接触を検出しないとき、信号制御器は信号通過状態となり、タッチ検出部が圧電シートの接触を検出するとき、信号制御器は信号遮断状態となる。
圧電信号検出部が積分回路を備えることにより、圧電シートの押圧力の変化量に起因して発生する微小な圧電信号から、精度良く圧電シートへの押圧力を測定できる。
また、上記の信号制御器により、タッチ検出部が圧電シートへの接触を検出しないとき、圧電信号検出部に入力された信号（ノイズなど）は、信号制御器を通過してしまうので、積分回路に入力されない。一方、タッチ検出部が圧電シートの接触を検出するときは、圧電信号検出部に入力された信号（圧電信号）は、信号制御器を通過せず、積分回路に入力される。
その結果、圧電シートが押圧されていない時に、圧電シートが押圧されたと誤検出されることが無くなる。

【0010】

積分回路は、アンプと、キャパシタンスと、を備えていてもよい。この場合、アンプは、圧電シートに接続された入力部を有している。キャパシタンスは、一端が入力部に接続されている。
これにより、圧電シートの押圧力の変化量に起因して発生する微小な圧電信号から、精度良く圧電シートへの押圧力を測定できる。

【0011】

圧力検出装置は、圧電検出電極と、基準電極とを備えていてもよい。この場合、圧電検出電極は、圧電シートの第１主面に形成されている。また、基準電極は、圧電シートの第１主面又は第２主面に形成されている。さらに、この場合、圧電信号検出部は、圧電検出電極と基準電極との間に発生する圧電信号を検出可能なように、圧電検出電極と基準電極とに接続される。
これにより、圧電検出電極と基準電極との間に発生する微小な圧電信号から、圧電シートへの押圧力を精度良く測定できる。

【0012】

圧力検出装置は、圧電シートの第１主面又は第２主面上に設けられたタッチパネルをさらに備えていてもよい。この時、タッチ検出部は、タッチパネルに接続される。
これにより、圧電シートへの接触対象物の接触をタッチ検出部により確実に検出できる。

【0013】

圧力検出装置は、タッチ検出電極をさらに備えていてもよい。この時、タッチ検出電極は、圧電シートの第１主面又は第２主面に形成されている。また、タッチ検出部は、圧電シートと接触対象物との接触に起因して発生するタッチ検出信号を検出する可能なように、タッチ検出電極に接続される。
これにより、圧電シートと接触対象物との接触があったときに、弱い押圧力の接触であっても、接触対象物が圧電シートに接触したことを確実に検出できる。

【0014】

タッチ検出電極と基準電極とは、一体に形成されていてもよい。これにより、圧電検出電極、タッチ検出電極、及び基準電極の形成プロセスを減少でき、当該形成プロセスを簡単にできる。

【0015】

圧力検出装置は、絶縁層と、第２タッチ検出電極とをさらに備えてもよい。この時、絶縁層は、圧電シートの第１主面又は第２主面のうち、タッチ検出電極が形成された側の主面上に形成されている。また、第２タッチ検出電極は、圧電シートとは反対側の絶縁層の主面上に形成されている。さらに、第２タッチ検出電極は、少なくとも一部がタッチ検出電極の少なくとも一部と対向するように形成されている。
これにより、圧電シートに接触対象物が接触することにより、タッチ検出電極及び第２タッチ検出電極に発生する信号に基づき、圧電シートへの接触対象物の接触と、接触対象物の接触位置を検出できる。

【発明の効果】

【0016】

圧電シートへの押圧を適切に検出することで、圧電シートへの押圧力を精度良く測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態に係る圧力検出装置の概略図。

【図2】第１実施形態の圧力検出装置の圧電シートを圧電シートの第１主面側から見た上面図。

【図3】圧電検出電極、基準電極、及びタッチ検出電極の全てを、圧電シート３の第１主面上に形成した状態の圧電シートを、第１主面側から見た上面図。

【図4】圧電検出電極を第１主面上に形成し、基準電極及びタッチ検出電極を第２主面上に一体に形成した状態の圧力検出装置の概略図。

【図5】圧電検出電極を第１主面上に形成し、基準電極及びタッチ検出電極を第１主面上に一体に形成した状態の圧力検出装置の概略図。

【図6】圧電信号検出部の構造を示す概略図。

【図7】圧電信号検出部の他の構造を示す概略図。

【図8】圧力検出装置の動作を示すフローチャート。

【図9A】第２実施形態に係る圧力検出装置を圧電シートの第２主面側から見た上面図。

【図9B】図９Ａの圧力検出装置のＡ−Ａ’線にて切断した断面図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

１．第１実施形態
（１）圧力検出装置の全体構造
まず、本発明の第１実施形態に係る圧力検出装置１の全体構造について図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力検出装置１の概略図である。
圧力検出装置１は、押圧荷重を測定する機能と、圧電シートへの接触を検出する機能とを有している。
圧力検出装置１は、圧電シート３と、圧電信号検出部５と、タッチ検出部７と、制御部９と、を有する。圧電シート３は、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する部材である。圧電信号検出部５は、圧電シート３にて発生した圧電信号を検出する装置である。タッチ検出部７は、圧電シート３への接触を検出する装置である。制御部９は、タッチ検出部の検出結果に応じて、圧電信号検出部５の動作を制御する装置である。以下、圧力検出装置１の構成を詳細に説明する。

【0019】

（２）圧電シート
圧電シート３は、第１主面１１と第２主面１３とを有する。第１主面１１上には、圧電検出電極１５が形成されている。さらに、第１主面１１上には、圧電検出電極１５とは電気的に絶縁されるように、タッチ検出電極１９が形成されている。また、第２主面１３上には、基準電極１７が形成されている。このようにして、圧電シート３と圧電検出電極１５と基準電極１７とによって、圧力センサが構成されている。その結果、圧電検出電極１５と基準電極１７との間には、圧電シート３に与えられた荷重に応じた圧電信号が発生する。

【0020】

図２は、第１実施形態の圧力検出装置１の圧電シート３を圧電シート３の第１主面側から見た上面図である。図２に示すように、圧電検出電極１５は、枠状に形成されている。タッチ検出電極１９は、圧電検出電極１５の中に設けられ、電気的に絶縁されるように圧電検出電極１５との間に隙間２１を確保している。

【0021】

（３）電極配置の変形例
なお、圧電検出電極１５、基準電極１７、タッチ検出電極１９の配置は上記の配置に限られない。
（３−１）全ての電極を１つの主面に形成する例
図３に示すように、圧電検出電極１５、基準電極１７、及びタッチ検出電極１９の全てを、圧電シート３の第１主面１１上に形成してもよい。この例では、基準電極１７は、第１主面１１上に形成されている。基準電極１７は、枠状に形成されている。圧電検出電極１５は、基準電極１７の中に枠状に設けられ、電気的に絶縁されるように基準電極１７との間に第１隙間２３を確保している。さらに、タッチ検出電極１９は、圧電検出電極１５の中に設けられ、電気的に絶縁されるように圧電検出電極１５との間に第２隙間２５を確保している。
以上の構成により、これらの電極を圧電シート３の第１主面１１と第２主面１３の両方に形成する必要がなくなる。このため、これらの電極を形成するプロセス数を減少できる。

【0022】

（３−２）タッチ検出電極と基準電極を一体化する例
タッチ検出電極１９と基準電極１７とは一体に形成されていてもよい。その場合、圧力検出装置１は、選択スイッチ２７（図４及び図５）を有している。選択スイッチ２７は、一体に形成されたタッチ検出電極１９及び基準電極１７が、圧電信号検出部５の入力に接続されるか、タッチ検出部７に接続されるかを選択するための装置である。

【0023】

図４に示す変形例では、圧電シート３の第２主面１３上に一体形成されたタッチ検出電極１９及び基準電極１７を形成し、第１主面１１上に圧電検出電極１５を形成している。この場合、圧電検出電極１５及び基準電極１７を枠状に形成する必要がなくなる。その結果、より簡単なプロセスによりこれらの電極を形成できる。

【0024】

図５に示す変形例では、圧電検出電極１５と、基準電極１７及びタッチ検出電極１９を一体形成した電極を、第１主面１１上に形成している。この変形例では、圧電検出電極１５は、第１主面１１上に枠状に形成されている。また、基準電極１７及びタッチ検出電極１９を一体形成した電極は、電気的に絶縁されるように圧電検出電極１５との間に隙間２９を確保している。
以上の構成により、これらの電極を圧電シート３の第１主面１１と第２主面１３の両方に形成する必要がなくなる。このため、これらの電極を形成するプロセス数を減少できる。

【0025】

（４）圧電シート
圧電シート３を構成する材料としては、セラミック圧電材料、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。
セラミック圧電材料としては、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。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。
また、圧力検出装置１を、表示装置や、タッチパネルを備えた表示装置に適用する場合には、圧電シート３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ればよい。これにより、圧力検出装置１は、十分に光を透過できる。その結果、ユーザは、表示装置からの光を捉えることができる。

【0026】

（５）電極
圧電検出電極１５、基準電極１７、タッチ検出電極１９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。
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。
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。

【0027】

なお、圧力検出装置１を、表示装置や、タッチパネルを備えた表示装置に適用する場合には、圧電シート３と同様、圧電検出電極１５、基準電極１７、タッチ検出電極１９も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ればよい。これにより、圧力検出装置１は、十分に光を透過できる。その結果、ユーザは、表示装置からの光を捉えることができる。

【0028】

（６）圧電信号検出部（簡略説明）
図１に示すように、圧電信号検出部５は、２つの入力を有している。１つの入力は、圧電検出電極１５を介して、圧電シート３の第１主面１１に接続されている。もう１つの入力は、基準電極１７を介して圧電シート３の第２主面に接続されている。
以上の構成により、圧電信号検出部５は、圧電シート３が押圧されたときに、圧電検出電極１５と基準電極１７との間（すなわち、圧電シート３の第１主面１１と第２主面１３との間）に発生する圧電信号を検出できる。
また、圧電信号検出部５は、制御部９に接続されている。これにより、圧電信号検出部５は、制御部９からの信号に基づいて、圧電信号検出部５における圧電信号の検出の実行および停止が切り替えられる。
なお、圧電信号検出部５の構造は、後で詳しく説明する。

【0029】

なお、図３及び図５に示すように、圧電検出電極１５及び基準電極１７が、圧電シート３の同一主面上（図３及び図５に示す例では、第１主面１１）に形成される場合は、圧電信号検出部５は、接触対象物が圧電シート３を押圧したときに、圧電シート３の第１主面１１内の圧電検出電極１５と基準電極１７との間に発生する圧電信号を検出する。

【0030】

（７）タッチ検出部
タッチ検出部７は、タッチ検出電極１９に接続されている。これにより、タッチ検出部７は、ユーザの指などの接触対象物が圧電シート３の第１主面１１に接触した際に発生するタッチ検出信号を、タッチ検出電極１９を介して、検出できる。

【0031】

第１実施形態に係る圧力検出装置１においては、接触対象物と圧電シート３の第１主面１１とが接触したときに当該接触対象物とタッチ検出電極１９との間に静電容量が発生し、その静電容量の変化が、タッチ検出部７にて検出されている（静電容量方式）。静電容量方式を用いることで、タッチ検出部７は、ユーザの指が圧電シート３を押圧する力が弱い場合でも、確実に指と圧電シート３との接触を検出できる。
なお、タッチ検出部７としては、静電容量方式のタッチパネルなどに用いられている、公知の静電容量測定装置を用いることができる。

【0032】

（８）制御部
制御部９は、圧電信号検出部５と、タッチ検出部７とに接続されている。制御部９には、タッチ検出部７がタッチ検出信号の検出により出力する信号（タッチ信号）が入力される。これにより、制御部９は、タッチ検出部７がタッチ検出信号を検出したことを知ることができる。そして、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号検出部５において圧電信号の検出を実行するか停止するかを指令する信号（圧電信号検出指令信号）を出力する。
制御部９は、タッチ検出部７がタッチ信号を出力しない（すなわち、圧電シート３への接触を検出しない）ときは、圧電信号検出部５において圧電信号を検出不可能とし、タッチ検出部７がタッチ信号を出力する（すなわち、圧電シート３の接触を検出する）ときは、圧電信号検出部５において圧電信号を検出可能とするよう、圧電信号検出指令信号を出力する。以上の制御動作はさらに後に詳述される。

【0033】

制御部９は、例えば、圧力検出装置１の駆動装置に含めることができる。当該駆動装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、記憶部、及び圧電センサを駆動するためのインターフェースなどを備えたマイコンであってもよい。又は、当該駆動装置は、カスタムＩＣなどにより１つのＩＣに集約されていてもよい。
また、制御部９の上記機能は、上記マイコンやカスタムＩＣなどの記憶部に記憶されたプログラムを、ＣＰＵやカスタムＩＣなどに実行させることにより実現してもよい。

【0034】

（９）圧電信号検出部（詳細説明）
圧電信号検出部５の構造について、図６を用いて説明する。図６は、圧電信号検出部５の構造を示す概略図である。
圧電信号検出部５は、積分回路３１と、信号制御器３３と、を主に有する。積分回路３１は、２つの入力を有している。１つの入力は圧電シート３の圧電検出電極１５と接続され、もう１つの入力は基準電極１７に接続されている。以上の構成により、積分回路３１には、圧電検出電極１５と基準電極１７との間に発生する圧電信号が入力可能となっている。
積分回路３１は、入力した圧電信号を積分して検出する。これにより、圧電シート３の押圧力の変化量に起因して発生する微小な圧電信号から、精度良く圧電シート３の押圧力を測定できる。
なお、本実施形態において用いた積分回路の３１の構成については、後述する。

【0035】

信号制御器３３は、積分回路３１と制御部９とに接続されている。なお、信号制御器３３は、積分回路３１のキャパシタンス３９（後述）と並列に接続されている。これにより、信号制御器３３が信号通過状態になったときに、積分回路３１において積算された圧電信号をリセットし、積分回路３１の出力を０にすることができる。
また、信号制御器３３は、制御部９からの圧電信号検出指令信号に基づき、信号制御器３３の信号の通過及び遮断を制御可能となっている。
そして、入力する圧電信号検出指令信号が圧電信号の検出の停止を指令する信号であるとき、信号制御器３３は、信号制御器３３に信号が流れる状態（信号通過状態）となる。このため、圧電信号と、その他の圧電検出電極１５と基準電極１７との間に発生するノイズなどが、積分回路３１により検出されなくなる。従って、積分回路３１からの出力が０となる。一方、入力する圧電信号検出指令信号が圧電信号の検出を指令する信号であるとき、信号制御器３３は、信号制御器３３への信号が遮断される状態（信号遮断状態）となる。このため、圧電信号が積分回路３１により検出される。そして、積分回路３１は、圧電信号に応じた信号（圧電信号の積分値）を出力できる。
このように信号制御器３３が積分回路３１に接続されることにより、圧電シート３が押圧されていない時に、圧電シート３が押圧されたと誤検出されることが無くなる。

【0036】

信号制御器３３としては、外部信号が入力可能で、当該外部信号に基づき回路の開閉が可能となるスイッチング素子を用いることができる。このようなスイッチング素子としては、電磁スイッチ又は電磁リレー、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＦＥＴ）などの半導体素子のスイッチング特性を利用した半導体スイッチ素子、などを用いることができる。

【0037】

圧電信号検出部５は、さらに、アナログ−デジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＡＤＣ）３５を備えている。アナログ−デジタル変換器３５は、入力が積分回路３１の出力に接続されている。これにより、アナログ−デジタル変換器３５は、積分回路３１からのアナログ出力をデジタル信号に変換できる。

【0038】

また、積分回路３１の出力とアナログ−デジタル変換器３５の入力との間に、ローパスフィルタ（図示せず）を備えていてもよい。これにより、高周波ノイズなどのノイズを取り除いて、圧電シート３の押圧力に応じた信号のみを、積分回路３１から出力できる。

【0039】

（１０）積分回路
次に、本実施形態における積分回路３１の構成について、図６を用いて説明する。図６に示すように、積分回路は、オペアンプ３７と、キャパシタンス３９と、を有する。
オペアンプ３７は、２つの入力（図６の「＋」と「−」にて示した入力）を有している。オペアンプ３７の「−」を付した入力は、圧電シート３に形成された圧電検出電極１５へ接続されている。一方、オペアンプ３７の「＋」を付した入力は、圧電シート３に形成された基準電極１７及びグランド電位に接続されている。この場合、圧電検出電極１５と基準電極１７との間に正の電位差を有した圧電信号が入力されると、オペアンプ３７から負の電位差を有する信号が出力される（反転増幅）。

【0040】

オペアンプ３７は、オペアンプ３７の２つの入力への信号がわずかな電荷によるものである場合でも、信号の有無を判別可能な程度の信号を出力できる。そのため、オペアンプ３７に圧電信号を入力することにより、微小な圧電信号から、精度良く圧電シート３に作用する押圧力を測定できるようになる。

【0041】

キャパシタンス３９は、その一端が、「−」を付したオペアンプ３７の入力に接続されている。また、キャパシタンス３９の他端が、オペアンプ３７の出力に接続されている。キャパシタンス３９が、オペアンプ３７に対して、上記のように接続されることにより、オペアンプ３７とキャパシタンス３９とが積分回路を構成できる。

【0042】

このように積分回路を構成することにより、圧電シート３の押圧力の変化量に起因して発生する圧電信号を積分して、オペアンプ３７から信号を出力できる。さらに、積分された圧電信号が、圧電シート３の押圧力に応じた信号となるので、圧電信号検出部５から、圧電シート３の押圧力に応じた信号を出力できる。

【0043】

なお、オペアンプ３７としては、公知のオペアンプを用いることができる。また、キャパシタンス３９としては、セラミックコンデンサなどのコンデンサを用いることができる。キャパシタンス３９として用いるコンデンサの容量は、圧電信号の強度などに応じて、適宜決定できる。

【0044】

なお、オペアンプ３７及びキャパシタンス３９により構成される積分回路３１は、図６に示された構成に限られない。例えば、図７に示すようなオペアンプ３７及びキャパシタンス３９の構成を有する積分回路３１を用いてもよい。
図７に示す積分回路３１においては、オペアンプ３７の「＋」を付した入力が、圧電シート３の圧電検出電極１５に接続されており、「−」を付した入力が、抵抗を介して、基準電極１７及びグランド電位に接続されている。また、基準電極１７は、グランド電位に接続されている。この場合、圧電検出電極１５と基準電極１７との間に正の電位差を有した圧電信号が入力されると、オペアンプ３７から正の電位差を有する信号が出力される（非反転増幅）。

【0045】

また、キャパシタンス３９は、一端がオペアンプ３７の「＋」を付した入力に接続され、他端がグランド電位に接続されている。このようなオペアンプ３７及びキャパシタンス３９との接続によっても、積分回路３１を構成できる。

【0046】

（１１）圧力検出装置の動作
次に、本実施形態の圧力検出装置１の動作について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の圧力検出装置１の動作を示すフローチャートである。
まず、圧力検出装置１が動作を開始すると、ステップＳ１において、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号の検出の停止を指令する圧電信号検出指令信号を出力する。これにより、信号制御器３３は、信号通過状態となる。
なお、図４及び図５のようにタッチ検出電極１９及び基準電極１７が一体形成されている場合には、選択スイッチ２７により、タッチ検出電極１９及び基準電極１７が一体形成された電極が、タッチ検出部７に接続される。
そして、タッチ検出部７がタッチ信号を出力しない、すなわち、タッチ検出部７がタッチ検出信号を検出しない場合（ステップＳ２にて「ＮＯ」の場合）、信号制御器３３は、信号通過状態のまま保持される。これにより、タッチ検出部７がタッチ検出信号を検出しない間、圧電信号検出部５の積分回路３１は信号を検出しなくなる。その結果、タッチ検出部５がタッチ検出信号を検出しない間、積分回路３１からの出力は０となる。

【0047】

一方、タッチ検出部７がタッチ信号を出力、すなわち、タッチ検出部７がタッチ検出信号を検出した場合（ステップＳ２にて「ＹＥＳ」の場合）、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号の検出を指令する圧電信号検出指令信号を出力する。これにより、信号制御器３３は、信号遮断状態となる（ステップＳ３）。これにより、圧電信号検出部５の積分回路３１が圧電信号を検出するようになる（ステップＳ４）。その結果、積分回路３１から、圧電信号に応じた信号が出力されるようになる。
なお、図４及び図５のようにタッチ検出電極１９及び基準電極１７が一体形成されている場合には、選択スイッチ２７は、タッチ検出電極１９及び基準電極１７が一体形成された電極が圧電信号検出部５に接続されるよう、切り替わっている。

【0048】

次に、ステップＳ５において、制御部９は、タッチ検出部７からタッチ信号が出力されているかどうかを確認し、タッチ検出部７がタッチ検出信号を検出しているかどうかを確認する。タッチ検出部７がタッチ検出信号を検出している場合（ステップＳ５にて「ＹＥＳ」の場合）、信号制御器３３は、信号遮断状態のまま保持され、圧電信号検出部５は、圧電信号を検出し続ける（ステップＳ３及びステップＳ４に戻る）。

【0049】

一方、タッチ検出部７がタッチ検出信号を検出しなくなると（ステップＳ５にて「ＮＯ」の場合）、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号の検出の停止を指令する圧電信号検出指令信号を出力する。これにより、信号制御器３３は、信号通過状態となる。その結果、圧電信号検出部５の積分回路３１が圧電信号を検出しなくなる。
また、信号制御器３３が、信号遮断状態から信号通過状態へと切り替わる際、積分回路３１は、圧電信号の積算値が０にリセットされ、積分回路３１の出力が０にリセットされる。この圧電信号の積算値のリセットは、圧電信号の検出中に積分回路３１のキャパシタンス３９に蓄積された電荷（圧電信号の積算値に相当）を、信号制御器３３を信号通過状態にすることにより、キャパシタンス３９から放電することにより実現される。
なお、図４及び図５のようにタッチ検出電極１９及び基準電極１７が一体形成されている場合には、タッチ検出部７がタッチ検出信号を検出しているかどうかを確認するときに、選択スイッチ２７が、一時的に、タッチ検出電極１９及び基準電極１７が一体形成された電極をタッチ検出部７に接続する。その後、タッチ検出部７がタッチ検出信号の検出を確認した後、選択スイッチ２７が、タッチ検出電極１９及び基準電極１７が一体形成された電極を、再び、圧電信号検出部５に接続する。

【0050】

以後、上記に説明したステップＳ１からＳ６までのステップが、圧力検出装置１が動作を停止するまで繰り返し実行される。

【0051】

上記動作をまとめると、以下のように表現できる。
１）タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出すると、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号を検出するように指令する。
２）その後、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出する間、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号を検出するように指令し続ける。
３）その後、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出しなくなると、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号の検出を停止するように指令する。それと同時に、圧電信号検出部５の出力がリセットされる。
４）そして、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出しない限り、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号の検出をしないように指令し続ける。

【0052】

（１２）第１実施形態の効果
（Ａ）第１実施形態に係る圧力検出装置１は、以下のように表現できる。
圧力検出装置１（圧力検出装置の一例）は、圧電シート３（圧電シートの一例）と、圧電信号検出部５（圧電信号検出部の一例）と、タッチ検出部７（タッチ検出部の一例）と、制御部９（制御部の一例）と、を備える。圧電シート３は、第１主面１１（第１主面の一例）及び第２主面１３（第２主面の一例）を有する。圧電シート３は、与えられた荷重に応じた圧力信号を発生する。圧電信号検出部５は、圧電シート３にて発生した圧電信号を検出する。タッチ検出部７は、圧電シート３への接触を検出可能である。制御部９は、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出しないときは、圧電信号検出部５において圧電信号を検出不可能とする。また、タッチ検出部７が圧電シート３の接触を検出するときは、制御部９は、圧電信号検出部５において圧電信号を検出可能とする。

【0053】

圧力検出装置１において、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出すると、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号を検出するように指令する。その後、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出する間、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号を検出するように指令し続ける。
さらにその後、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出しなくなると、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号の検出を停止するように指令する。それと同時に、圧電信号検出部５の出力がリセットされる。そして、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出しない限り、制御部９は、圧電信号検出部５に対して、圧電信号の検出をしないように指令し続ける。

【0054】

圧力検出装置１では、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出するときのみ、制御部９が、圧電信号検出部５に対して圧電信号を検出するよう指令する。そのため、圧電信号検出部５は、接触対象物が圧電シート３へ接触している間のみ、圧電信号に応じた信号を出力できる。その結果、圧電シート３が押圧されていない時に、圧電シート３が押圧されたと誤検出されることが無くなる。また、圧電シート３が押圧されていない時（押圧力が０の時）に、圧電シート３が何らかの押圧力があるとして信号を出力することが無くなる。すなわち、精度良く圧電シート３への押圧力を測定できる。

【0055】

（Ｂ）圧電信号検出部５は、積分回路３１（積分回路の一例）と、信号制御器３３（信号制御器の一例）とを備えている。積分回路３１は、圧電シート３に接続されている。また、信号制御器３３は積分回路３１と制御部９とに接続されている。
さらに、信号制御器３３は、制御部９からの指令に基づき、信号の通過及び遮断を制御可能である。そして、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出しないとき、信号制御器３３は信号通過状態となり、タッチ検出部７が圧電シートの接触を検出するとき、信号制御器３３は信号遮断状態となる。
圧電信号検出部５が積分回路３１を備えることにより、圧電シート３の押圧力の変化量に起因して発生する微小な圧電信号から、精度良く圧電シート３への押圧力を測定できる。
また、信号制御器３３により、タッチ検出部７が圧電シート３への接触を検出しないとき、圧電信号検出部５に入力された信号（ノイズなど）は、信号制御器３３を通過して、積分回路３１に入力されない。一方、タッチ検出部７が圧電シート３の接触を検出するときは、圧電信号検出部５に入力された信号（圧電信号）は、信号制御器３３を通過せず、積分回路３１に入力される。
その結果、圧電シート３が押圧されていない時に、圧電シート３が押圧されたと誤検出されることが無くなる。

【0056】

（Ｃ）積分回路３１は、オペアンプ３７（アンプの一例）と、キャパシタンス３９（キャパシタンスの一例）と、を備えている。オペアンプ３７は、圧電シート３に接続されている。キャパシタンス３９の１端は、オペアンプ３７の圧電シート３に接続された側の入力に接続されている。
これにより、圧電シート３の押圧力の変化量に起因して発生する微小な圧電信号から、精度良く圧電シート３への押圧力を測定できる。

【0057】

（Ｄ）圧力検出装置１は、圧電検出電極１５（圧電検出電極の一例）と、基準電極１７（基準電極の一例）とを備えている。圧電検出電極１５は、圧電シート３の第１主面１１に形成されている。また、基準電極１７は、圧電シート３の第１主面１１又は、第２主面１３に形成されている。さらに、圧電信号検出部５は、圧電検出電極１５と基準電極１７との間に発生する圧電信号を検出可能なように、圧電検出電極１５と基準電極１７とに接続されている。
これにより、圧電検出電極１５と基準電極１７との間に発生する微小な圧電信号から、圧電シート３への押圧力を精度良く測定できる。

【0058】

（Ｅ）圧力検出装置１は、タッチ検出電極１９（タッチ検出電極の一例）をさらに備えている。タッチ検出電極１９は、圧電シート３の第１主面１１、又は、第２主面１３に形成されている。また、タッチ検出部７は、圧電シート３と接触対象物との接触に起因して発生するタッチ検出信号を検出する可能なように、タッチ検出電極１９に接続されている。
これにより、圧電シート３と接触対象物との接触があったときに、弱い押圧力の接触であっても、確実に、接触対象物が圧電シート３に接触したことを検出できる。

【0059】

（Ｆ）タッチ検出電極１９と基準電極１７とは、一体に形成されている。これにより、圧電検出電極１５、タッチ検出電極１９、及び基準電極１７の形成プロセスを減少でき、当該形成プロセスを簡単にできる。

【0060】

２．第２実施形態
上記の第１実施形態に係る圧力検出装置１における圧電シート２と接触対象物との接触を検出する方法は、１つのタッチ検出電極１９と接触対象物との間の静電容量を測定する静電容量方式であった。しかし、本発明は第１実施形態に限定されない。
図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する本発明の第２実施形態に係る圧力検出装置４１の例では、絶縁層４３を挟む２つの電極（タッチ検出電極１９と第２タッチ検出電極４５）を用いて静電容量を測定する方法により、圧電シート３と接触対象物との接触を検出している。そして、圧力検出装置４１は、圧電シート３と接触対象物との接触を検出する電極をマトリックス状に形成し、圧電シート３と接触対象物との接触を検出する電極を、タッチパネル電極としても用いる装置である。すなわち、圧力検出装置４１は、圧電シートとタッチパネルが組み合わされた装置である。
なお、以下の説明において、第１実施形態の圧力検出装置１と同じ構成要素には、同じ参照符号を付している。そして、同じ参照符号を付した同じ構成要素についての説明は省略する。

【0061】

図９Ａは、第２実施形態に係る圧力検出装置４１を圧電シート３の第２主面１３側から見た上面図である。図９Ｂは、図９ＡのＡ−Ａ’線における断面図である。
第２実施形態に係る圧力検出装置４１は、絶縁層４３と第２タッチ検出電極４５をさらに有すること、タッチ検出電極１９と第２タッチ検出電極４５とがマトリックス状に形成されていること以外、第１実施形態に係る圧力検出装置１と基本的に同じ構造を有する。
圧力検出装置４１においては、圧電検出電極１５が、圧電シート３の第１主面１１上に、平面状に形成されている。また、基準電極１７とタッチ検出電極１９とが、圧電シート３の第２主面１３上に一体に形成されている。一体に形成された電極（基準電極１７とタッチ検出電極１９）は、帯状に形成され、圧電シート３の第２主面１３上全体に亘って、平行に複数形成されている。

【0062】

上記のように、基準電極１７とタッチ検出電極１９とは一体に形成されているので、圧力検出装置４１は、一体に形成された電極（タッチ検出電極１９及び基準電極１７）が、圧電信号検出部５の入力に接続されるか、タッチ検出部７に接続されるかを選択する、選択スイッチ２７を有している。

【0063】

絶縁層４３は、圧電シート３の第２主面１３全体に亘り形成されている。
第２タッチ検出電極４５は、絶縁層４３の、圧電シート３の第２主面１３と対向した主面とは反対側の主面に形成されている。第２タッチ検出電極４５は、タッチ検出電極１９及び基準電極１７が伸びる方向とは略垂直な方向に伸びる帯形状の電極であり、絶縁層４３の第２タッチ検出電極が形成された主面全体に亘り、平行に複数形成されている。
このように、タッチ検出電極１９を複数の帯状に形成し、第２タッチ検出電極４５を、タッチ検出電極１９が伸びる方向とは略垂直に伸びる帯状に複数形成している。したがって、接触対象物が圧電シート３に接触することで、複数のタッチ検出電極１９のどのタッチ検出電極１９の静電容量が変化したか、及び、複数の第２タッチ検出電極４５のどの第２タッチ検出電極４５の静電容量が変化したかが検出される。その結果、接触対象物が圧電シート３に接触したこと及び接触位置を検出できる。

【0064】

そして、接触対象物が圧電シート３のどの位置に接触したかという情報と、圧電シート３への押圧力の測定結果とを組み合わせて、圧電シート３上の任意の位置の接触対象物による押圧力を測定できる。

【0065】

なお、図９Ａ及び図９Ｂに示す圧力検出装置４１において、圧電シート３、圧電検出電極１５、及び基準電極１７（タッチ検出電極１９）により圧力センサが形成されている。また、タッチ検出電極１９（基準電極１７）、絶縁層４３、及び第２タッチ検出電極４５により、タッチパネルが形成されている。

【0066】

上記の圧力検出装置４１では、第１実施形態の圧力検出装置１と同様に図８の制御動作が実施され、同様の効果が得られる。

【0067】

３．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。

【0068】

（ａ）上記の第１実施形態及び第２実施形態における圧力検出装置では、静電容量方式により、接触対象物の圧電シートへの接触を検出していた。しかし、接触対象物の圧電シートへの接触の検出方法は、静電容量方式に限られない。静電容量方式以外の方法（例えば、抵抗膜方式、光学方式、超音波方式など）により、接触対象物の圧電シートへの接触を検出してもよい。
この場合、例えば、上記の第１実施形態、又は、第２実施形態における圧電シートの第１主面又は第２主面上に、静電容量方式以外のタッチパネルなどを貼り付けるなどして、タッチパネルを圧電シート上に形成してもよい。また、圧電シート上に形成したタッチパネルに、タッチ検出部７を接続してもよい。
なお、タッチパネルに付属したタッチパネル駆動装置をタッチ検出部７として用いてもよいし、タッチパネル駆動装置とは別に、タッチ検出部７をタッチパネルに接続してもよい。
このように、既存のタッチパネルなどを用いて、静電容量方式以外の方法により圧電シートと接触対象物との接触を検出するようにすることにより、接触対象物の種類に応じた圧力検出装置を提供できる。
また、この場合、圧力センサに、接触対象物の接触を検出するための電極を形成する必要がなくなる。その結果、圧力センサの構造がより簡単になる。また、電極を形成するためのプロセス数も減少できる。その結果、圧力センサの製造プロセスのプロセス数を減少できる。

【0069】

（ｂ）上記の第２実施形態の圧力検出装置４１においては、絶縁層４３を挟む２つの電極（タッチ検出電極１９と第２タッチ検出電極４５）を用いて静電容量を測定する方法により、圧電シート３と接触対象物との接触を検出していた。しかし、圧電シート３への接触の検出方法は、これに限られない。
絶縁層４３を挟む２つの電極（タッチ検出電極１９と第２タッチ検出電極４５）を用いて、抵抗膜方式により、圧電シート３と接触対象物との接触を検出してもよい。これにより、接触対象物の種類に依存することなく、接触対象物圧電シート３への接触を検出できる。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本発明は、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シートを用いた、圧力検出装置に広く適用できる。

【符号の説明】

【0071】

１ 圧力検出装置
３ 圧電シート
５ 圧電信号検出部
７ タッチ検出部
９ 制御部
１１ 第１主面
１３ 第２主面
１５ 圧電検出電極
１７ 基準電極
１９ タッチ検出電極
２１ 開口部
２３ 第１開口部
２５ 第２開口部
２７ 選択スイッチ
２９ 第３開口部
３１ 積分回路
３３ 信号制御器
３７ オペアンプ
３９ キャパシタンス
４１ 圧力検出装置
４３ 絶縁層
４５ 第２タッチ検出電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】