特許 7561607 圧力センサ及び位置検出装置

(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】

(24)【登録日】2024-09-26

(45)【発行日】2024-10-04

(54)【発明の名称】圧力センサ及び位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/16 20060101AFI20240927BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20240927BHJP

   G06F 3/02 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

G01L1/16 B

G06F3/041 602

G06F3/02 E

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020214939

(22)【出願日】2020-12-24

(65)【公開番号】P2022100756

(43)【公開日】2022-07-06

【審査請求日】2023-06-02

(73)【特許権者】

【識別番号】304014143

【氏名又は名称】サクサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(72)【発明者】

【氏名】大村 皇治

(72)【発明者】

【氏名】望月 規之

(72)【発明者】

【氏名】福田 昌士

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／２２５４０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭４８－０２３３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３５１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１５６６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１９６３５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１５４５３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ １／１６

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
基板の上に形成されている下部電極と、
前記下部電極の上に圧電体が形成されている圧電体層と、
前記圧電体層の上に形成されている上部電極と、
前記上部電極の上に形成されており、外部から圧力が印加される複数の圧力印加部と
を備え、
前記圧電体層は、前記基板と平行な面において、単位面積あたりの前記圧電体の体積が前記圧力印加部の位置によって異なるように前記圧電体が形成されており、
前記上部電極及び前記下部電極は、一定の厚さの前記圧電体層を挟んで平行に形成されている、
圧力センサ。

【請求項2】

基板と、
基板の上に形成されている下部電極と、
前記下部電極の上に圧電体が形成されている圧電体層と、
前記圧電体層の上に形成されている上部電極と、
前記上部電極の上に形成されており、外部から圧力が印加される複数の圧力印加部と
を備え、
前記圧電体層は、
前記基板と平行な面において、単位面積あたりの前記圧電体の体積が前記圧力印加部の位置によって異なるように前記圧電体が形成されており、
前記基板と平行な面における前記圧力印加部に対応する領域内の面積が、前記圧力印加部の位置によって異なる、
圧力センサ。

【請求項3】

基板と、
基板の上に形成されている下部電極と、
前記下部電極の上に圧電体が形成されている圧電体層と、
前記圧電体層の上に形成されている上部電極と、
前記上部電極の上に形成されており、外部から圧力が印加される複数の圧力印加部と
を備え、
前記圧電体層は、前記基板と平行な面において、単位面積あたりの前記圧電体の体積が前記圧力印加部の位置によって異なるように前記圧電体が形成されており、
前記圧電体層には、前記圧電体が形成されていない複数の空隙部が形成されており、
第１圧力印加部に対応する前記圧電体層の第１圧電体領域が有する前記空隙部の体積は、前記第１圧力印加部とは異なる第２圧力印加部に対応する前記圧電体層の第２圧電体領域が有する前記空隙部の体積とは異なる、
圧力センサ。

【請求項4】

前記圧電体層の厚さは、前記圧力印加部の位置によって異なる、請求項２又は３のいずれか一項に記載の圧力センサ。

【請求項5】

前記圧電体層は、複数の前記圧力印加部に対応する複数の圧電体領域を有しており、複数の前記圧電体領域のそれぞれと他の圧電体領域との間に、前記圧電体が形成されていない隙間領域が設けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧力センサ。

【請求項6】

前記上部電極及び前記下部電極は、一定の厚さの前記圧電体層を挟んで平行に形成されている、請求項２又は３のいずれか一項に記載の圧力センサ。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の前記圧力センサと、
前記上部電極及び前記下部電極から出力される検出信号を受け取る信号受信部と、
前記基板と平行な面における複数の前記圧力印加部の位置と、当該圧力印加部に圧力がそれぞれ印加された場合の前記検出信号の基準値とが関連付けられた圧力印加部データを記憶する記憶部と、
前記信号受信部が受信した前記検出信号と前記圧力印加部データとに基づいて、外力が加わった前記圧力印加部の位置を特定する特定部と
を備える、
位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力センサ及び位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、圧電体を２つの電極で挟み、圧電体を歪ませるように外力を印加することで、２つの電極間に電圧を発生させる圧電効果を用いたセンサ素子が知られている。そして、このようなセンサ素子を複数並べることにより、外力が印加された位置を検出する位置検出装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１６３５３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような位置検出装置は、検出したい位置ごとにセンサ素子を配置していた。この場合、検出したい位置の増加に伴ってセンサ素子の数が増加するので、位置検出装置が複雑になってしまうという問題が生じていた。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複数のセンサ素子を配置することなく、複数の圧力印加位置の中から実際に外力が印加された位置を特定できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様においては、基板と、基板の上に形成されている下部電極と、前記下部電極の上に圧電体が形成されている圧電体層と、前記圧電体層の上に形成されている上部電極と、前記上部電極の上に形成されており、外部から圧力が印加される複数の圧力印加部とを備え、前記圧電体層は、前記基板と平行な面において、単位面積あたりの前記圧電体の体積が前記圧力印加部の位置によって異なるように前記圧電体が形成されている、圧力センサを提供する。

【0007】

前記圧電体層の厚さは、前記圧力印加部の位置によって異なっていてもよい。
前記圧電体層は、前記基板と平行な面における前記圧力印加部に対応する領域内の面積が、前記圧力印加部の位置によって異なっていてもよい。

【0008】

前記圧電体層は、複数の前記圧力印加部に対応する複数の圧電体領域を有しており、複数の前記圧電体領域のそれぞれと他の圧電体領域との間に、前記圧電体が形成されていない隙間領域が設けられていてもよい。

【0009】

前記圧電体層には、前記圧電体が形成されていない複数の空隙部が形成されており、第１圧力印加部に対応する前記圧電体層の第１圧電体領域が有する前記空隙部の体積は、前記第１圧力印加部とは異なる第２圧力印加部に対応する前記圧電体層の第２圧電体領域が有する前記空隙部の体積とは異なっていてもよい。

【0010】

前記上部電極及び前記下部電極は、一定の厚さの前記圧電体層を挟んで平行に形成されていてもよい。

【0011】

第１の態様の前記圧力センサと、前記上部電極及び前記下部電極から出力される検出信号を受け取る信号受信部と、前記基板と平行な面における複数の前記圧力印加部の位置と、当該圧力印加部に圧力がそれぞれ印加された場合の前記検出信号の基準値とが関連付けられた圧力印加部データを記憶する記憶部と、前記信号受信部が受信した前記検出信号と前記圧力印加部データとに基づいて、外力が加わった前記圧力印加部の位置を特定する特定部とを備える、位置検出装置を提供する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、複数のセンサ素子を配置することなく、複数の圧力印加位置の中から実際に外力が印加された位置を特定できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】比較対象の位置検出装置１０の構成例を示す。

【図2】本実施形態に係る位置検出装置１００の第１構成例を示す。

【図3】本実施形態に係る位置検出装置１００の第２構成例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜従来の位置検出装置１０の構成例＞
図１は、比較対象の位置検出装置１０の構成例を示す。本実施形態において、直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として示す。位置検出装置１０は、圧力センサ２０と信号処理部３０とを備える。圧力センサ２０は、圧力印加部４０と、基板５０と、センサ素子６０と、下地層７０と、保護膜８０と、配線９０とを有する。

【0015】

圧力印加部４０は、位置検出装置１０に複数設けられており、外部から圧力が印加される。図１は、第１圧力印加部４０Ａ、第２圧力印加部４０Ｂ、および第３圧力印加部４０Ｃの３つの圧力印加部４０が位置検出装置１０に設けられている例を示す。圧力印加部４０は、例えば、ユーザ等の操作によって圧力が印加される。一例として、圧力印加部４０は、ユーザの指先によって押圧される。圧力印加部４０は、例えば、押ボタン、キーボタンの形状に形成されている。これに代えて、複数の圧力印加部４０は、弾性を有する板状又はフィルム状の部材の上面に印刷等によって区分けされている複数の領域であってもよい。圧力印加部４０は、例えば、不図示の筐体等に取り付けられている。

【0016】

基板５０は、ＸＹ面と略平行な面を有し、当該面上にセンサ素子６０等の部材が形成されている。基板５０は、位置検出装置１０の強度を保つための部材であることが望ましい。基板５０は、例えば、屈曲させることが可能な材料で形成されている。この場合、基板５０は、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルム、フレキシブル基板等である。

【0017】

センサ素子６０は、基板５０の上に複数形成されている。なお、センサ素子６０は、基板５０の上面に形成されている下地層７０の上面に形成されていてもよい。下地層７０は、一例として、架橋ＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）膜である。センサ素子６０は、外部から加わった圧力を検出する。１つのセンサ素子６０は、１つの圧力印加部４０に対応して設けられており、１つの圧力印加部４０が押圧されたことを検出できるように配置されている。図１は、３つの圧力印加部４０に対応して、３つのセンサ素子６０が基板５０の上に形成されている例を示す。センサ素子６０は、下部電極６２、上部電極６４、及び圧電体層６６を有する。

【0018】

下部電極６２及び上部電極６４は、導電性の材料で形成されている。下部電極６２及び上部電極６４は、金属の材料を含むことが望ましい。下部電極６２及び上部電極６４は、圧電体層６６を挟んで形成されている。

【0019】

圧電体層６６は、下部電極６２の上面に圧電体が形成されている部位である。圧電体は、圧電効果を有する強誘電体性を有する材料である。圧電体は、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等のポリマー、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミックスである。

【0020】

保護膜８０は、複数のセンサ素子６０を覆うように形成されている。保護膜８０は、樹脂等である。保護膜８０は、例えば、パリレン等のポリマーである。なお、圧力印加部４０は、保護膜８０の上に設けられている。圧力印加部４０は、押圧されていない状態において、保護膜８０と接触するように設けられていてもよく、これに代えて、保護膜８０との間には空隙があるように設けられていてもよい。

【0021】

配線９０は、センサ素子６０の下部電極６２及び上部電極６４と信号処理部３０とを電気的に接続する。配線９０は、センサ素子６０ごとに設けられている。信号処理部３０は、センサ素子６０から生じた電圧を検出して、複数のセンサ素子６０のうち圧力が印加されたセンサ素子６０を特定する。また、信号処理部３０は、特定したセンサ素子６０に対応する圧力印加部４０を外力が印加された圧力印加部４０として特定できる。

【0022】

以上のように、圧力センサ２０は、圧力印加部４０が押圧されると、圧電体層６６に圧力が加わるようにセンサ素子６０が圧力印加部４０の位置に対応して配置されている。そして、センサ素子６０は、圧電効果により、圧電体層６６に加わった圧力に応じた電圧を下部電極６２及び上部電極６４の間に生じさせる。

【0023】

センサ素子６０は、例えば、図１に示す検出波形の例のように、ユーザが指で圧力印加部４０を押圧すると、定常状態の電圧よりも大きい電圧を発生させる。また、センサ素子６０は、ユーザが指で圧力印加部４０を押圧した状態から指を圧力印加部４０から離すと、定常状態の電圧よりも小さい電圧を発生させる。信号処理部３０は、例えば、このような検出波形の最大振幅値を検出することにより、圧力が印加されたセンサ素子６０を特定する。

【0024】

以上の位置検出装置１０は、ユーザの操作入力を検出する入力デバイスとして機能することができる。位置検出装置１０は、例えば、ユーザが指で第１圧力印加部４０Ａを押圧したことに応じて、センサ素子６０Ａが電圧を発生させる。したがって、信号処理部３０は、センサ素子６０Ａに接続されている配線９０から所定の電圧値が発生したことに応じて、センサ素子６０Ａに対応する位置の第１圧力印加部４０Ａが押圧されたことを検出できる。信号処理部３０は、検出した圧力印加部４０の情報を外部の回路、装置等に出力する。

【0025】

これにより、位置検出装置１０は、例えば、タッチパネル、テンキー、キーボード等の入力デバイスとして構成される。位置検出装置１０は、圧電効果を利用しているので、静電容量を利用する入力デバイスと比較して、水滴や埃が介在しても誤検出を低減することができる。

【0026】

このような位置検出装置１０において、位置の検出分解能を向上させたい場合、入力可能な圧力印加部４０の数を増加させたい場合等が生じることがある。この場合、圧力センサ２０の圧力を検出したい位置ごとに、センサ素子６０を配置しなければならない。しかしながら、センサ素子６０を増加させることにより、センサ素子６０の配置、配線９０の配置、信号処理部３０の回路等が複雑になってしまい、位置検出装置１０を製造すること、保守、点検等が困難になってしまうことがあった。そこで、本実施形態に係る位置検出装置は、複数のセンサ素子６０等を配置することなく、複数の圧力印加部４０の中から実際に圧力が加わった圧力印加部４０の位置を検出できるようにする。

【0027】

＜本実施形態に係る位置検出装置１００の構成例＞
図２は、本実施形態に係る位置検出装置１００の第１構成例を示す。本実施形態に係る位置検出装置１００において、図１に示された比較対象の位置検出装置１０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、重複する説明を省略する。位置検出装置１００は、圧力センサ１１０と信号処理部１５０とを備える。圧力センサ１１０は、圧力印加部４０、基板５０、下地層７０、保護膜８０、配線９０、下部電極１２０、上部電極１３０、及び圧電体層１４０を有する。

【0028】

下部電極１２０は、基板５０の上に形成されている。図２は、下部電極１２０が下地層７０の上面に形成されている例を示す。下部電極１２０は、一体に形成されていることが望ましい。上部電極１３０は、圧電体層１４０の上に形成されている。上部電極１３０は、圧電体層１４０の上面に形成されていることが望ましい。上部電極１３０は、一体に形成されていることが望ましい。下部電極１２０及び上部電極１３０は、導電性の材料で形成されている。

【0029】

圧電体層１４０は、下部電極１２０の上に圧電体が形成されている部位である。圧電体層１４０は、下部電極１２０の上面に形成されていることが望ましい。圧電体は、圧電効果を有する強誘電体性を有する材料である。圧電体は、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等のポリマー、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミックスである。

【0030】

以上のように、本実施形態に係る位置検出装置１００は、比較対象の位置検出装置１０の複数のセンサ素子６０の代わりに、下部電極１２０、上部電極１３０、及び圧電体層１４０が形成されている。言い換えると、位置検出装置１００は、共通の下部電極１２０と共通の上部電極１３０が圧電体層１４０を挟んで形成されている。そして、圧力印加部４０が、保護膜８０を介して上部電極１３０の上に形成されている。

【0031】

圧電体層１４０は、基板５０と略平行な面（ＸＹ面）において、単位面積あたりの圧電体の体積が圧力印加部４０の位置によって異なるように圧電体が形成されている。図２は、圧電体層１４０の厚さが圧力印加部４０の位置によって異なる例を示す。圧電体層１４０の圧電効果は、圧電体に同じ圧力が加わっても、圧力が加わった圧電体の体積に応じて、発生させる電圧が異なる。

【0032】

例えば、第１圧力印加部４０Ａに外力が印加された場合に、第１圧力印加部４０Ａの直下の第１圧力印加部４０Ａに対応して圧力が加わる圧電体層１４０の一部を第１圧電体領域１４１とする。また、第２圧力印加部４０Ｂに外力が印加され、第２圧力印加部４０Ｂの直下の第２圧力印加部４０Ｂに対応して圧力が加わる圧電体層１４０の一部を第２圧電体領域１４２とする。同様に、第３圧力印加部４０Ｃに外力が印加された場合に圧力が加わる圧電体層１４０の一部を第３圧電体領域１４３とする。

【0033】

図２の場合、第１圧電体領域１４１の基板５０に垂直な方向（Ｚ軸方向）の厚さは、第２圧電体領域１４２の厚さよりも薄く形成されているので、第１圧電体領域１４１の体積は、第２圧電体領域１４２の体積よりも小さい。同様に、第２圧電体領域１４２の体積は、第３圧電体領域１４３の体積よりも小さい。

【0034】

圧電体の体積が大きければ大きいほど、圧電体から出力される電荷の量が増える。したがって、図２に示す構造を有する圧力センサ１１０の場合、ある大きさの外力が第１圧力印加部４０Ａ、第２圧力印加部４０Ｂ及び第３圧力印加部４０Ｃのそれぞれに印加された場合に圧電体層１４０が発生する電圧は、互いに異なっている。例えば、ある大きさの外力が第１圧力印加部４０Ａに加わって第１圧電体領域１４１から発生する電圧の大きさは、当該外力と略同一の大きさの外力が第２圧力印加部４０Ｂに加わって第２圧電体領域１４２から発生する電圧の大きさよりも小さい。したがって、共通の下部電極１２０及び上部電極１３０に発生する電圧の値を検出することにより、どこの圧力印加部４０に外力が印加したかを判断することができる。

【0035】

配線９０は、このように下部電極１２０及び上部電極１３０に発生する電圧を検出信号として信号処理部１５０に伝送する。信号処理部１５０は、圧力センサ１１０から出力された検出信号の波形（例えば振幅）に基づいて、外力が加わった圧力印加部４０を特定する。信号処理部１５０は、信号受信部１６０と、特定部１７０と、記憶部１８０とを有する。

【0036】

信号受信部１６０は、上部電極１３０及び下部電極１２０から出力される検出信号を受け取る。信号受信部１６０は、例えば、増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路等を含み、受信した検出信号をデジタル信号に変換する。信号受信部１６０は、変換したデジタル信号を特定部１７０に供給する。

【0037】

特定部１７０は、信号受信部１６０が受信した検出信号と圧力印加部データとに基づいて、外力が加わった圧力印加部４０の位置を特定する。圧力印加部データは、基板５０と平行な面における複数の圧力印加部４０の位置と、当該圧力印加部４０に圧力がそれぞれ印加された場合の検出信号の基準値とが関連付けられたデータである。

【0038】

例えば、第１圧力印加部４０Ａを指で押圧して第１圧電体領域１４１から発生する電圧の最大振幅値の平均値をＶ１ａｖｅ、誤差の許容値をΔＶとする。この場合、第１圧力印加部４０Ａに対応する検出信号の基準値ＳＴ１は、平均値から誤差の許容値を差し引いた値（Ｖ１ａｖｅ－ΔＶ）である。同様に、第２圧力印加部４０Ｂに対応する検出信号の基準値ＳＴ２は、第２圧力印加部４０Ｂを指で押圧して第２圧電体領域１４２から発生する電圧の最大振幅値の平均値から誤差の許容値を差し引いた値（Ｖ２ａｖｅ－ΔＶ）である。また、第３圧力印加部４０Ｃに対応する検出信号の基準値ＳＴ３も同様にＶ３ａｖｅ－ΔＶである。

【0039】

この場合、特定部１７０は、例えば、検出信号の最大振幅値が基準値ＳＴ２よりも小さく、かつ、基準値ＳＴ１以上となったことに応じて、外力が加わった圧力印加部４０が第１圧力印加部４０Ａであることを特定する。同様に、特定部１７０は、検出信号の最大振幅値が基準値ＳＴ３よりも小さく、かつ、基準値ＳＴ２以上となったことに応じて、外力が加わった圧力印加部４０が第２圧力印加部４０Ｂであることを特定する。また、特定部１７０は、検出信号の最大振幅値が基準値ＳＴ３以上となったことに応じて、外力が加わった圧力印加部４０が第３圧力印加部４０Ｃであることを特定してもよい。

【0040】

これに代えて、検出信号の基準値は、１つの圧力印加部４０に対して、電圧値の範囲を示す２つの値が設定されていてもよい。例えば、第１圧力印加部４０Ａに対応する検出信号の基準値は、平均値から誤差の許容値を差し引いた値ＳＴ１ｍ（Ｖ１ａｖｅ－ΔＶ）と平均値に誤差の許容値を加算した値ＳＴ１ｐ（Ｖ１ａｖｅ＋ΔＶ）である。

【0041】

この場合、特定部１７０は、例えば、検出信号の最大振幅値が基準値ＳＴ１ｐよりも小さく、かつ、基準値ＳＴ１ｍ以上となったことに応じて、外力が加わった圧力印加部４０が第１圧力印加部４０Ａであることを特定する。特定部１７０は、このように統計的な手法により定められた基準値、又は、設計値等から定められた基準値等を用いることにより、外力が加わった圧力印加部４０をより正確に特定することができる。

【0042】

特定部１７０は、例えば、特定した外力の加わった位置の情報を外部の回路、装置等に供給する。また、特定部１７０は、特定した外力の加わった位置の情報を表示部等に表示してもよい。特定部１７０は、特定した外力の加わった位置の情報を記憶部１８０に記憶してもよい。このような特定部１７０は、例えば、ＣＰＵ等である。

【0043】

記憶部１８０は、複数の圧力印加部４０の位置と検出信号の基準値とが関連付けられた圧力印加部データを記憶する。記憶部１８０は、特定部１７０が動作に用いる設定値、閾値、及びパラメータ等を記憶してもよい。記憶部１８０は、ＣＰＵ等が少なくとも特定部１７０の一部として動作する場合、ＣＰＵ等が実行するプログラムの情報を格納してもよい。また、記憶部１８０は、当該プログラムの実行時に参照されるデータベースを含む種々の情報を格納してもよい。

【0044】

記憶部１８０は、一例として、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び作業領域となるＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。これにより、ＣＰＵ等は、記憶部１８０に記憶されたプログラムを実行することによって特定部１７０として機能する。

【0045】

以上のように、本実施形態に係る圧力センサ１１０は、圧電体層１４０の圧電体の単位面積あたりの体積が圧力印加部４０の位置によって異なっているので、外力が印加した場合に発生する検出信号の最大振幅値が圧力印加部４０の位置に応じて異なる。したがって、位置検出装置１００は、圧力センサ１１０の検出信号の最大振幅値と複数の基準値とを比較することにより、検出信号が発生した圧電体層１４０の領域に対応する圧力印加部４０の位置を特定できる。

【0046】

このような圧電体層１４０を有する圧力センサ１１０は、複数のセンサ素子６０を設けることなく、圧電体層１４０を挟む共通の下部電極１２０及び上部電極１３０を用いた簡便な構成とすることができる。そして、位置検出装置１００は、このような簡便な構成の圧力センサ１１０を用いることで、配線９０の数を低減させることができる。また、位置検出装置１００は、共通の下部電極１２０及び上部電極１３０から出力された検出信号をデジタル信号に変換してデジタル処理するだけで、複数の圧力印加部４０の中から実際に外力が印加された圧力印加部４０の位置を簡便に特定することができる。

【0047】

以上の本実施形態に係る圧力センサ１１０において、圧電体層１４０の厚さが圧力印加部４０の位置によって異なる例を説明したが、これに限定されることはない。圧力センサ１１０においては、圧電体層１４０の圧電体の単位面積あたりの体積が圧力印加部４０の位置によって異なっていればよく、圧電体層１４０は、基板５０と平行な面における圧力印加部４０に対応する領域内の面積が、圧力印加部４０の位置によって異なるように形成されていてもよい。

【0048】

例えば、基板５０と平行な平面における平面視で、第１圧力印加部４０Ａに対応する第１圧電体領域１４１の面積は、第２圧力印加部４０Ｂに対応する第２圧電体領域１４２の面積よりも小さくなるように形成されていてもよい。同様に、平面視で、第２圧力印加部４０Ｂに対応する第２圧電体領域１４２の面積は、第３圧力印加部４０Ｃに対応する第３圧電体領域１４３の面積よりも小さくなるように形成されていてもよい。

【0049】

これにより、圧力印加部４０の位置によって、圧電体層１４０の圧電体の単位面積あたりの体積を異ならせることができる。なお、基板５０の垂直方向の圧電体層１４０の厚さは、略一定の厚さに形成されていてもよい。この場合、上部電極１３０及び下部電極１２０は、略一定の厚さの圧電体層１４０を挟んで略平行に形成される。このような上部電極１３０及び下部電極１２０は、階段状に形成する部分がないので、製造しやすく、また、段切れ等によって電気的な特性に悪影響を及ぼす欠陥を生じにくくすることができる。

【0050】

なお、圧電体層１４０の複数の圧電体領域は、隙間等によって分離されて形成されてもよい。また、圧電体層１４０の複数の圧電体領域は、空隙等によって体積がそれぞれ異なるように形成されていてもよい。このような圧力センサ１１０ａを有する位置検出装置１００について、次に説明する。

【0051】

図３は、本実施形態に係る位置検出装置１００の第２構成例を示す。第２構成例の圧力センサ１１０ａが有する圧電体層１４０は、複数の圧力印加部４０に対応する複数の圧電体領域を有しており、複数の圧電体領域のそれぞれと他の圧電体領域との間に、圧電体が形成されていない隙間領域１４４が設けられている例を示す。このように、複数の圧電体領域を分離することにより、１つの圧電体領域に圧力が加わった場合に、隣接する圧電体領域にも圧力が加わることを防止でき、検出信号の雑音成分を低減することができる。

【0052】

また、圧電体層１４０には、圧電体が形成されていない複数の空隙部１４６が更に形成されている。そして、第１圧力印加部４０Ａに対応する圧電体層１４０の第１圧電体領域１４１が有する空隙部１４６の体積は、第１圧力印加部４０Ａとは異なる第２圧力印加部４０Ｂに対応する圧電体層１４０の第２圧電体領域１４２が有する空隙部１４６の体積とは異なるように圧電体層１４０が形成されている。

【0053】

これにより、圧電体の単位面積あたりの体積が圧力印加部４０の位置によって異なるように圧電体層１４０を形成することができる。また、圧電体の厚さを略一定にすることができ、上部電極１３０及び下部電極１２０を、一定の厚さの圧電体層１４０を挟んで平行に形成することもできる。このような隙間領域１４４、空隙部１４６等は、例えば、エッチング等によって容易に形成することができる。したがって、第２構成例の位置検出装置１００も、簡便に製造することができ、また、複数のセンサ素子を配置することなく、複数の圧力が印加される位置の中から実際に外力が印加された位置を特定することができる。

【0054】

＜圧力センサ１１０の製造方法＞
圧力センサ１１０を製造する方法は任意であるが、例えば以下のように圧電体をスクリーン印刷する方法により製造することができる。第１圧電体領域１４１、第２圧電体領域１４２及び第３圧電体領域１４３の形状に対応する領域以外の領域をマスクしたマスクパターンを準備する。

【0055】

下部電極１２０にマスクパターンを載せた状態で、第１圧電体領域１４１、第２圧電体領域１４２及び第３圧電体領域１４３に圧電体を印刷した後に、印刷した圧電体を焼結させる。圧電体が所定の温度に下がった後に、第２圧電体領域１４２及び第３圧電体領域１４３に圧電体を印刷する。この際に印刷する圧電体の厚みは、例えば第１圧電体領域１４１に印刷した圧電体の厚みと同一とする。印刷した圧電体を焼結させ、圧電体が所定の温度に下がった後、第３圧電体領域１４３に圧電体を印刷する。そして、印刷した圧電体を焼結させる。このようにして形成した圧電体層１４０に上部電極１３０を形成し、下部電極１２０及び上部電極１３０に配線９０を接続する。以上の手順により、位置によって圧電体層の厚みが異なる圧力センサ１１０を製造することができる。

【0056】

＜圧力センサ１１０ａの製造方法＞
圧力センサ１１０ａも圧力センサ１１０と同様に、圧電体をスクリーン印刷する方法により製造することができる。圧力センサ１１０ａを製造する場合、マスクパターンにおける第１圧電体領域１４１、第２圧電体領域１４２及び第３圧電体領域１４３に対応する領域の形状が、図３における第１圧電体領域１４１、第２圧電体領域１４２及び第３圧電体領域１４３の形状に対応している。下部電極１２０にマスクパターンを載せた状態で、第１圧電体領域１４１、第２圧電体領域１４２及び第３圧電体領域１４３に圧電体を印刷して形成した圧電体層１４０に上部電極１３０を形成し、下部電極１２０及び上部電極１３０に配線９０を接続することで、圧力センサ１１０ａを製造することができる。

【0057】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0058】

１０ 位置検出装置
２０ 圧力センサ
３０ 信号処理部
４０ 圧力印加部
５０ 基板
６０ センサ素子
６２ 下部電極
６４ 上部電極
６６ 圧電体層
７０ 下地層
８０ 保護膜
９０ 配線
１００ 位置検出装置
１１０ 圧力センサ
１２０ 下部電極
１３０ 上部電極
１４０ 圧電体層
１４１ 第１圧電体領域
１４２ 第２圧電体領域
１４３ 第３圧電体領域
１４４ 隙間領域
１４６ 空隙部
１５０ 信号処理部
１６０ 信号受信部
１７０ 特定部
１８０ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】