特許 7601269 センサ及びセンサの製造方法

(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】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】センサ及びセンサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/16 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

G01L1/16 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023580289

(86)(22)【出願日】2023-02-08

(86)【国際出願番号】 JP2023004161

(87)【国際公開番号】W WO2023153431

(87)【国際公開日】2023-08-17

【審査請求日】2024-07-26

(31)【優先権主張番号】P 2022019245

(32)【優先日】2022-02-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】原田 真吾

(72)【発明者】

【氏名】奥冨 譲仁

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／０４１１９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１４６４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１７６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９８５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１０１７３１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ １／１６

Ｈ１０Ｎ ３０／３０

Ｈ１０Ｎ ３０／８５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している圧電フィルムと、
前記圧電フィルムの前記上主面に設けられている第１電極と、
前記圧電フィルムの前記下主面に設けられている第２電極と、
前記第２電極の下に設けられており、上下方向に見て、前記第２電極の一部分のみを覆っている第１硬化樹脂層と、
を備えており、
前記第１硬化樹脂層は、キャリアテープの粘着層である、
センサ。

【請求項2】

前記第２電極は、グランド電位に接続され、
前記第１電極から検知信号が出力される、
請求項１に記載のセンサ。

【請求項3】

前記第１硬化樹脂層は、前記第２電極に接している、
請求項１又は請求項２に記載のセンサ。

【請求項4】

前記第１硬化樹脂層の材料は、ＵＶ硬化樹脂である、
請求項１又は請求項２に記載のセンサ。

【請求項5】

前記センサは、
前記第１電極の上に設けられている第２硬化樹脂層を、
更に備えている、
請求項１又は請求項２に記載のセンサ。

【請求項6】

前記第１電極は、グランド電位に接続され、
前記第２電極から検知信号が出力される、
請求項１に記載のセンサ。

【請求項7】

前記圧電フィルムが左右方向に伸張されたときに前記圧電フィルムが発生する電荷の極性は、前記圧電フィルムが前後方向に伸張されたときに前記圧電フィルムが発生する電荷の極性と異なる、
請求項１又は請求項２に記載のセンサ。

【請求項8】

上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している圧電フィルムと、前記圧電フィルムの前記上主面に設けられている第１電極と、前記圧電フィルムの前記下主面に設けられている第２電極と、を備えたセンサ部材を準備する工程と、
第１硬化樹脂層と、基材層と、を備えたキャリアテープを前記第２電極の下に貼り付け、前記第２電極と前記基材層とを前記第１硬化樹脂層により接着する工程と、
前記第１硬化樹脂層を硬化させる工程と、
前記第１硬化樹脂層を硬化させた後に、前記基材層を剥離する工程と、
を備えている、
センサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、押圧力を検知するセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来のセンサに関する発明としては、例えば、特許文献１に記載の押圧センサが知られている。この押圧センサは、圧電フィルム、第２電極及び第３電極を備えている。第２電極は、圧電フィルムの上主面に接着層を介して固定されている。第３電極は、圧電フィルムの下主面に接着層を介して固定されている。圧電フィルムは、下方向に押されると、左右方向に延びる。圧電フィルムは、左右方向に伸張されると、電荷を発生する。これにより、第２電極から押圧力に応じた検知信号が出力される。以上のような押圧センサは、電子機器の表示パネルに取り付けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０２０／１２９３４６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載の押圧センサにおいて、押圧力が押圧センサに繰り返し加わると、押圧センサ及び押圧センサを表示パネルに固定する部材に力が繰り返し加わる。そのため、押圧センサの故障防止の観点から、押圧センサの剛性の向上が望まれている。

【0005】

そこで、本発明の目的は、高い剛性を有するセンサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態に係るセンサは、
上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している圧電フィルムと、
前記圧電フィルムの前記上主面に設けられている第１電極と、
前記圧電フィルムの前記下主面に設けられている第２電極と、
前記第２電極の下に設けられており、上下方向に見て、前記第２電極の少なくとも一部分を覆っている第１硬化樹脂層と、
を備えている。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係るセンサによれば、センサの剛性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、電子機器１の分解斜視図である。

【図2】図２は、電子機器１のＡ－Ａにおける断面図である。

【図3】図３は、センサ６の底面図及び断面図である。

【図4】図４は、センサ６の断面図である。

【図5】図５は、センサ６ａの断面図である。

【図6】図６は、センサ６ｂの断面図である。

【図7】図７は、センサ６ｃの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施形態）
［電子機器の構造］
以下に、本発明の一実施形態に係るセンサ６を備える電子機器１の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、電子機器１の分解斜視図である。図２は、電子機器１のＡ－Ａにおける断面図である。図３は、センサ６の底面図及び断面図である。図４は、センサ６の断面図である。

【0010】

また、本明細書において、方向を以下の様に定義する。電子機器１において、操作パネル２の上主面及び下主面が並ぶ方向を上下方向と定義する。また、上下方向に見て、電子機器１の操作パネル２の長辺が延びる方向を前後方向と定義する。上下方向に見て、電子機器１の操作パネル２の短辺が延びる方向を左右方向と定義する。上下方向、左右方向及び前後方向は、互いに直交している。なお、本明細書における方向の定義は、一例である。従って、電子機器１の実使用時における方向と本明細書における方向とが一致している必要はない。また、図１において上下方向が反転してもよい。図１において左右方向が反転してもよい。図１において前後方向が反転してもよい。

【0011】

電子機器１は、スマートフォンやタブレット型コンピュータ等の携帯型電子端末である。電子機器１は、図１及び図２に示すように、操作パネル２、筐体３、表示パネル４、接着部材５、センサ６及び板状部材７を備えている。

【0012】

操作パネル２は、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。操作パネル２は、上下方向に見て、前後方向に延びる２本の長辺及び左右方向に延びる２本の短辺を有する矩形状を有している。ユーザの身体の一部又は操作部材が、操作パネル２の上主面に接触する。操作パネル２は、透明板である。操作パネル２は、例えば、ガラス板である。

【0013】

表示パネル４は、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。表示パネル４は、上下方向に見て、前後方向に延びる２本の長辺及び左右方向に延びる２本の短辺を有する矩形状を有している。表示パネル４は、操作パネル２の下主面に固定されている。表示パネル４は、接着剤や両面テープ等により操作パネル２に固定されている。表示パネル４の全体は、上下方向に見て、操作パネル２と重なっている。従って、表示パネル４は、上下方向に見て、操作パネル２の外縁からはみ出していない。表示パネル４は、例えば、有機ＥＬディスプレイや、液晶ディスプレイである。また、表示パネル４は、ユーザが操作パネル２に触れた位置を検知するためのタッチパネルを含んでいてもよい。ただし、タッチパネルは、操作パネル２に含まれていてもよい。

【0014】

板状部材７は、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。板状部材７は、上下方向に見て、前後方向に延びる２本の長辺及び左右方向に延びる２本の短辺を有する矩形状を有している。板状部材７は、表示パネル４の下主面に固定されている。板状部材７は、接着剤や両面テープ等により表示パネル４に固定されている。板状部材７の全体は、上下方向に見て、表示パネル４と重なっている。従って、板状部材７は、上下方向に見て、表示パネル４の外縁からはみ出していない。板状部材７の剛性は、後述するセンサ６の剛性よりも高い。このような板状部材７の材料は、例えば、ＳＵＳ（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｕｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ）等の金属である。ただし、板状部材７の材料は、金属以外の材料であってもよい。金属以外の材料は、例えば、樹脂である。

【0015】

筐体３は、操作パネル２より下に位置している。筐体３は、箱である。筐体３は、上下方向に見て、矩形状を有している。筐体３の長辺は、前後方向に延びている。筐体３の短辺は、左右方向に延びている。上下方向に見た筐体３の外縁は、上下方向に見た操作パネル２の外縁と一致する。ただし、筐体３の上面は、開口している。筐体３の開口Ｏｐは、上下方向に見て、矩形状を有している。

【0016】

接着部材５は、操作パネル２の下主面の一部分を筐体３に固定している。より詳細には、接着部材５は、筐体３の開口Ｏｐの周囲と操作パネル２の外縁近傍とを固定している。そこで、接着部材５は、上下方向に見て、表示パネル４を囲む矩形状の枠形状を有している。従って、接着部材５は、上下方向に見て、表示パネル４と重なっていない。以上のような接着部材５は、防水性を有している。

【0017】

センサ６は、操作パネル２の変形を検知する。センサ６は、図１に示すように、板状部材７の下主面に固定されている。より詳細には、センサ６は、上下方向に見て、矩形状を有している。センサ６は、左右方向に延びる長手方向を有している。そして、センサ６は、上下方向に見て、板状部材７の前後方向の中央に位置している。

【0018】

ユーザが操作パネル２を押すことによって操作パネル２が下方向に撓むと、表示パネル４及び板状部材７も下方向に撓む。そして、センサ６は、板状部材７と共に下方向に撓む。これにより、センサ６は、ユーザが操作パネル２を押すことにより操作パネル２に生じる変形に応じた検知信号を出力する。以下に、図３を参照しながら、センサ６の詳細について説明する。

【0019】

センサ６は、図３に示すように、圧電フィルム１４、第１電極１５ａ、第２電極１５ｂ、基材１６、第１硬化樹脂層１７及び接着層１８，２０を備えている。圧電フィルム１４は、シート形状を有している。従って、圧電フィルム１４は、上下方向に並ぶ上主面及び下主面を有している。圧電フィルム１４の左右方向の長さは、圧電フィルム１４の前後方向の長さより長い。本実施形態では、圧電フィルム１４は、上下方向に見て、左右方向に延びる長辺を有する矩形状を有している。圧電フィルム１４は、圧電フィルム１４の変形量に応じた電荷を発生する。本実施形態では、圧電フィルム１４は、ＰＬＡフィルムである。以下に、圧電フィルム１４についてより詳細に説明する。

【0020】

圧電フィルム１４は、圧電フィルム１４が左右方向に伸張されたときに発生する電荷の極性が、圧電フィルム１４が前後方向に伸張されたときに発生する電荷の極性と逆となる特性を有している。具体的には、圧電フィルム１４は、キラル高分子から形成されるフィルムである。キラル高分子とは、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、特にＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）である。キラル高分子からなるＰＬＬＡは、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸されて分子が配向する圧電性を有する。圧電フィルム１４は、ｄ１４の圧電定数を有している。圧電フィルム１４の一軸延伸方向（配向方向）は、前後方向及び左右方向のそれぞれに対して４５度の角度を形成している。この４５度は、例えば、４５度±１０度程度を含む角度を含む。これにより、圧電フィルム１４は、圧電フィルム１４が左右方向に伸張されること又は前後方向に伸張されることにより、電荷を発生する。圧電フィルム１４が左右方向に伸張されたときに圧電フィルム１４が発生する電荷の極性は、圧電フィルム１４が前後方向に伸張されたときに圧電フィルム１４が発生する電荷の極性と異なる。圧電フィルム１４は、例えば、左右方向に伸張されると正の電荷を発生する。圧電フィルム１４は、例えば、前後方向に伸張されると負の電荷を発生する。電荷の大きさは、伸張又は圧縮による圧電フィルム１４の変形量に依存する。より正確には、電荷の大きさは、伸張又は圧縮による圧電フィルム１４の変形量の微分値に比例する。

【0021】

第１電極１５ａは、信号電極である。従って、第１電極１５ａから検知信号が出力される。本実施形態では、第１電極１５ａは、圧電フィルム１４の上主面に設けられている。第１電極１５ａは、圧電フィルム１４の上主面の全体を覆っている。第１電極１５ａは、図示しない粘着層を含んでいる。この粘着層により、第１電極１５ａが圧電フィルム１４の上主面に固定されている。

【0022】

第２電極１５ｂは、グランド電極である。第２電極１５ｂは、グランド電位に接続される。第２電極１５ｂは、圧電フィルム１４の下主面に設けられている。第２電極１５ｂは、圧電フィルム１４の下主面の全体を覆っている。第２電極１５ｂは、図示しない粘着層を含んでいる。この粘着層により、第２電極１５ｂが圧電フィルム１４の下主面に固定されている。

【0023】

基材１６は、第１電極１５ａの上に設けられている。基材１６は、圧電フィルム１４、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂを保持することにより、圧電フィルム１４と共に変形する。基材１６は、シート形状を有している。基材１６は、上主面及び下主面を有している。基材１６の左右方向の長さは、基材１６の前後方向の長さより長い。基材１６の材料は、例えば、ポリウレタン、ＰＥＴである。

【0024】

接着層１８は、圧電フィルム１４、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂを基材１６に固定する。より詳細には、接着層１８は、基材１６の下主面に設けられている。接着層１８は、基材１６の下主面の全体を覆っている。また、接着層１８は、第１電極１５ａの上主面の全体を覆っている。接着層１８は、第１電極１５ａと基材１６とを接着している。その結果、基材１６の変形は、接着層１８を介して、圧電フィルム１４に伝達される。接着層１８の材料は、例えば、両面テープ、熱硬化接着剤、熱可塑性接着剤である。

【0025】

接着層２０は、基材１６の上主面に設けられている。接着層２０は、基材１６を板状部材７の下主面に固定している。接着層２０の材料は、例えば、両面テープ、熱硬化接着剤、熱可塑性接着剤である。

【0026】

第１硬化樹脂層１７は、第２電極１５ｂの下に設けられている。本実施形態では、第１硬化樹脂層１７は、第２電極１５ｂに接している。また、第１硬化樹脂層１７は、上下方向に見て、第２電極１５ｂの少なくとも一部分を覆っている。本実施形態では、第１硬化樹脂層１７は、上下方向に見て、第２電極１５ｂの全体を覆っている。

【0027】

ここで、第１硬化樹脂層１７は、キャリアテープ１００の粘着層である。具体的には、図４に示すように、第２電極１５ｂの下主面にはキャリアテープ１００が貼り付けられている。キャリアテープ１００は、第１硬化樹脂層１７及び基材層１０１を含んでいる。第１硬化樹脂層１７の材料は、ＵＶ硬化樹脂である。第１硬化樹脂層１７は、未硬化の状態では、基材層１０１と第２電極１５ｂとを接着する。ただし、基材層１０１は、第１硬化樹脂層１７が硬化された後に、第１硬化樹脂層１７から剥離される。この際、第１硬化樹脂層１７は、図３に示すように、基材層１０１と共に剥離されずに、第２電極１５ｂの下主面に残留する。

【0028】

［効果］
センサ６によれば、第１硬化樹脂層１７が第２電極１５ｂの下に設けられているので、センサ６が補強される。これにより、センサ６の剛性が向上する。

【0029】

センサ６によれば、センサ６の製造コストを低減できる。より詳細には、第１硬化樹脂層１７の材料は、硬化樹脂である。従って、第１硬化樹脂層１７は、キャリアテープ１００の粘着層である。このように、センサ６では、既存のキャリアテープ１００の一部分である第１硬化樹脂層１７が補強部材として利用されている。その結果、センサ６の補強のために新たな補強部材を設ける必要がない。よって、センサ６によれば、センサ６の製造コストを低減できる。

【0030】

センサ６によれば、センサ６の感度が向上する。より詳細には、センサ６では、第１硬化樹脂層１７が設けられているので、センサ６の剛性が高い。センサ６の剛性が高いと、操作パネル２の変形が圧電フィルム１４に伝達されやすくなる。すなわち、センサ６では、圧電フィルム１４の変形量が大きくなりやすいので、圧電フィルム１４が出力する検知信号の電圧も大きくなりやすい。よって、センサ６によれば、センサ６の感度が向上する。

【0031】

センサ６によれば、第１硬化樹脂層１７が第２電極１５ｂの下に設けられている。これにより、センサ６内部の導体及び樹脂が第１硬化樹脂層１７により保護される。その結果、センサ６内部の導体及び樹脂が吸湿によって劣化することが抑制される。

【0032】

なお、第１硬化樹脂層１７の有無については、ＦＴ－ＩＲ分析（フーリエ変換赤外分光法）により確認することができる。具体的には、第１硬化樹脂層１７の材料がＵＶ硬化樹脂である場合、センサ６をＦＴ－ＩＲ分析すると、分析結果にＵＶ硬化樹脂を示すピークが出現する。

【0033】

（第１変形例）
以下に、第１変形例に係るセンサ６ａについて図面を参照しながら説明する。図５は、センサ６ａの断面図である。

【0034】

センサ６ａは、第１硬化樹脂層１７の形状においてセンサ６と相違する。第１硬化樹脂層１７は、上下方向に見て、第２電極１５ｂの一部分を覆っていてもよい。すなわち、第１硬化樹脂層１７の一部分が基材層１０１と共に剥離され、第１硬化樹脂層１７の残部分が基材層１０１と共に剥離されずに第２電極１５ｂの下主面に残留してもよい。センサ６ａのその他の構造は、センサ６と同じであるので説明を省略する。センサ６ａは、センサ６と同じ作用効果を奏することができる。

【0035】

（第２変形例）
以下に、第２変形例に係るセンサ６ｂについて図面を参照しながら説明する。図６は、センサ６ｂの断面図である。

【0036】

センサ６ｂは、上下方向が反転している点、及び、第１硬化樹脂層１７の位置においてセンサ６と相違する。より詳細には、センサ６ｂの上下方向は、センサ６の上下方向と逆である。そのため、センサ６ｂでは、第１電極１１５ｂは、圧電フィルム１４の上に位置している。第１電極１１５ｂは、グランド電位に接続される。第２電極１１５ａは、圧電フィルム１４の下に位置している。第２電極１１５ａから検知信号が出力される。第１硬化樹脂層１７は、第２電極１１５ａの下に設けられている。第１硬化樹脂層１７は、基材１６と接着層２０との間に位置している。センサ６ｂのその他の構造は、センサ６と同じであるので説明を省略する。センサ６ｂは、センサ６と同じ作用効果を奏することができる。

【0037】

（第３変形例）
以下に、第３変形例に係るセンサ６ｃについて図面を参照しながら説明する。図７は、センサ６ｃの断面図である。

【0038】

センサ６ｃは、第２硬化樹脂層１１７を更に備えている点においてセンサ６と相違する。第２硬化樹脂層１１７は、第１電極１５ａの上に設けられている。第２硬化樹脂層１１７は、基材１６と接着層２０との間に位置している。センサ６ｃのその他の構造は、センサ６と同じであるので説明を省略する。センサ６ｃは、センサ６と同じ作用効果を奏することができる。

【0039】

（その他の実施形態）
本発明に係るセンサは、センサ６，６ａ～６ｃに限らず、その要旨の範囲において変更可能である。また、センサ６，６ａ～６ｃの構造を任意に組み合わせてもよい。

【0040】

なお、電子機器１において、圧電フィルム１４は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルムであってもよい。また、圧電フィルム１４は、圧電セラミックであってもよい。また、圧電フィルム１４は、歪センサであってもよい。

【0041】

なお、接着部材５は、防水性を有していなくてもよい。

【0042】

なお、前後方向に延びる２本の辺が短辺であり、左右方向に延びる２本の辺が長辺であってもよい。

【0043】

なお、センサ６は、上下方向に見て、板状部材７の前後方向の中央以外の位置に設けられていてもよい。

【0044】

なお、操作パネル２は、樹脂板であってもよい。

【0045】

なお、センサ６は、左右方向に延びる長手方向を有していなくてもよい。センサ６は、前後方向に延びる長手方向を有していてもよい。

【0046】

なお、電子機器１は、タッチパネルを備えているとしたが、タッチパッドであってもよい。この場合、表示パネル４は不要である。また、操作パネル２は、透明な部材でなくてもよい。

【0047】

なお、第１硬化樹脂層１７の材料は、ＵＶ硬化樹脂以外の硬化樹脂であってもよい。第１硬化樹脂層１７の材料は、例えば、熱硬化樹脂であってもよい。

【符号の説明】

【0048】

１：電子機器
２：操作パネル
３：筐体
４：表示パネル
５：接着部材
６，６ａ～６ｃ：センサ
７：板状部材
１４：圧電フィルム
１５ａ，１１５ｂ：第１電極
１５ｂ，１１５ａ：第２電極
１６：基材
１７：第１硬化樹脂層
１１７：第２硬化樹脂層
１８，２０：接着層
１００：キャリアテープ
１０１：基材層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】