(57)【要約】変位センサ（１０）は、長尺で矩形状の弾性体（２０）を備える。弾性体（２０）の第１主面には、圧電素子（３０）が取り付けられている。圧電素子（３０）は、長尺で矩形状の圧電性シート（３００）と、該圧電性シート（３００）の両主面に形成された電極（３０１，３０２）を備える。圧電性シート（３００）は、Ｌ型ポリ乳酸を材料とし少なくとも一軸延伸されている。圧電素子（３０）は、圧電性シート（３００）の一軸延伸方向が、弾性体（２０）の長手方向に対して４５°を成すように、取り付けられている。弾性体（２０）が長手方向に沿って曲がると、圧電性シート（３００）が長手方向に沿って伸張し、圧電素子（３０）は所定レベルの電圧を発生する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体と、
該弾性体の第１主面に取り付けられ、圧電性シートの両主面に電極が形成された平膜型圧電素子と、を備え、
前記圧電性シートはポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸されている、変位センサ。
【請求項２】
前記圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略４５°の方向または略−４５°の方向に沿って前記一軸方向の延伸軸が向くようにして形成されている、請求項１に記載の変位センサ。
【請求項３】
前記圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略０°の方向または略９０°の方向に沿って前記一軸方向の延伸軸が向くようにして形成されている、請求項１に記載の変位センサ。
【請求項４】
前記圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略２２．５°の方向または略６７．５°の方向に沿って前記一軸方向の延伸軸が向くようにして形成されている、請求項１に記載の変位センサ。
【請求項５】
前記弾性体の前記第１主面に取り付けられた前記平膜型圧電素子を第１平膜型圧電素子とし、
前記弾性体の前記第１主面に対向する第２主面に取り付けられ、圧電性シートの両主面に電極が形成された第２平膜型圧電素子、をさらに備え、
該第２平膜型圧電素子の圧電性シートは、ポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸して形成されている、請求項１に記載の変位センサ。
【請求項６】
前記第１平膜型圧電素子の圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略４５°の方向または略−４５°の方向に沿って前記一軸方向の延伸軸が向くようにして形成されており、
前記第２平膜型圧電素子の圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略０°の方向または略９０°の方向に沿って前記一軸方向の延伸軸が向くようにして形成されている、請求項５に記載の変位センサ。
【請求項７】
前記第１平膜型圧電素子の圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略２２．５°の方向または略６７．５°の方向に沿って前記一軸方向の延伸軸が向くようにして形成されており、
前記第２平膜型圧電素子の圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略２２．５°の方向または略６７．５°の方向に沿って前記一軸方向の延伸軸が向くようにして形成されている、請求項５に記載の変位センサ。
【請求項８】
前記弾性体は導電性を有し、
前記第１平膜型圧電素子の前記弾性体側の電極、および、前記第２平膜型圧電素子の前記弾性体側の電極は、前記導電性を有する弾性体により兼用されている、請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の変位センサ。
【請求項９】
前記平膜型圧電素子が複数枚積層されている、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の変位センサ。
【請求項１０】
前記第１平膜型圧電素子の圧電性シート、および前記第２平膜型圧電素子の圧電性シートの少なくとも一方が複数枚積層されている、請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の変位センサ。
【請求項１１】
前記電極および前記弾性体が透光性を有する材料からなる、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の変位センサ。
【請求項１２】
被検知体である円柱状シャフトの円周面に取り付けられ、圧電性シートの両主面に電極が形成された平膜型圧電素子、を備え、
前記圧電性シートは、ポリ乳酸を含み、円周方向に対して略０°の方向または略９０°の方向に延伸軸が向くように形成されている、変位センサ。
【請求項１３】
それぞれ圧電性シートの両主面に電極が形成された第１の平膜型圧電素子および第２の平膜型圧電素子を備え、
前記第１の平膜型圧電素子と前記第２の平膜型圧電素子とは同じ強度を有し、
前記第１の平膜型圧電素子と前記第２の平膜型圧電素子とは、平板面が対向するように当接されており、
前記圧電性シートはポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸されている、変位センサ。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の変位センサと、
該変位センサの発生電圧を検出する電圧計測手段と、
前記変位センサに並列接続されたコンデンサと、を備えた変位検出装置。
【請求項１５】
外力を受ける筐体と、
前記外力による筐体の変形にともなって、所望方向の変位を検出する変位センサと、
前記外力に応じた前記変位センサの検出電圧を用いて、所定のアプリケーションを実行するアプリケーション実行部と、を備えた操作デバイス。
【請求項１６】
請求項１５に記載の操作デバイスであって、
前記所望方向の変位が、曲げ方向の変位および／または捻り方向の変位である、操作デバイス。
【請求項１７】
請求項１５または請求項１６に記載の操作デバイスであって、
前記アプリケーション実行部は、
前記検出電圧を無線送信する通信制御部と、
該通信制御部からの無線信号を受信して、前記検出電圧を前記アプリケーションのプログラム実行用ステータスに利用するプログラム実行部と、を備える操作デバイス。
【請求項１８】
請求項１５乃至請求項１７のいずれかに記載の操作デバイスであって、
前記変位センサは、
圧電性シートの両主面に電極が形成された平膜型圧電素子を備え、
変位に応じた前記平膜型圧電素子の検出電圧を出力する、操作デバイス。
【請求項１９】
請求項１８に記載の操作デバイスであって、
前記圧電性シートは、ポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸されている、操作デバイス。
【請求項２０】
請求項１５乃至請求項１９のいずれかに記載の操作デバイスであって、
前記筐体には、光起電力素子が配設されている、操作デバイス。
【請求項２１】
請求項１８に記載の操作デバイスであって、
前記平板状の弾性体は二層構造からなり、上層の弾性体と下層の弾性体との間に平板状の光起電力素子が配設されており、
前記光起電力素子の受波面側の弾性体および前記平膜型圧電素子は透光性を有する、操作デバイス。
【請求項２２】
請求項２０または請求項２１に記載の操作デバイスであって、
前記光起電力素子において発生した起電力を充電する二次電池を備えている、操作デバイス。
【請求項２３】
請求項２２に記載の操作デバイスであって、
前記光起電力素子は、前記平膜型圧電素子の出力端に接続されており、該平膜型圧電素子の検出電圧を用いて前記二次電池を充電する充電機能部を有する、操作デバイス。
【請求項２４】
ポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸された圧電性シート、および該圧電性シートの両主面に形成された電極を備える平膜型圧電素子と、
平面視して略直交する二方向へ広がる面を有する筐体と、を備え、
前記筐体における前記略直交する二方向に広がる平面を変形させた時に前記略直交する二方向に沿ったそれぞれの歪みの差が大きな位置に、前記平膜型圧電素子の電極が対向する領域が配置されている、操作デバイス。
【請求項２５】
請求項２４に記載の操作デバイスであって、
前記平膜型圧電素子の電極が対向する領域にのみ前記圧電性シートが配置されている、操作デバイス。
【請求項２６】
請求項２４または請求項２５に記載の操作デバイスであって、
前記筐体における前記略直交する二方向に広がる平面の中心を除くように、前記平膜型圧電素子の電極が形成されている、操作デバイス。
【請求項２７】
請求項２４乃至請求項２６のいずれかに記載の操作デバイスであって、
前記電極は、前記筐体の歪みによって発生する電荷分布の極性が同じになる領域に形成されている、操作デバイス。
【請求項２８】
請求項２４乃至請求項２７のいずれかに記載の操作デバイスであって、
前記電極は複数の部分電極からなり、
該複数の部分電極は、発生する電圧の極性が一致して加算されるように接続されている、操作デバイス。
【請求項２９】
ポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸されている圧電性シート、および該圧電性シートの両主面に形成された押圧力検出用電極を備える平膜型圧電素子と、
前記平膜型圧電素子と主面が平行になるように積層した平板状のタッチパネル部と、を備えた操作デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検知体に装着され、当該被検知体の曲げや捻れを検出する変位センサ、当該変位センサを用いた変位検出装置、および操作デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
変位センサとして、圧電性を有するシート状の部材を用いて、被検知体の曲げ量等を検出するものが各種考案されている。例えば、特許文献１には、ポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと称する。）を用いて、脈動により上下する柱状突起部の動きを検出するセンサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−４１９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１にも記載されているように、ＰＶＤＦを用いた変位センサでは、ＰＶＤＦが焦電性を有するため、測定時にＰＶＤＦに温度変化が生じないような構造を構築しなければならず、変位センサの構成が複雑化する。また、ＰＶＤＦは分子の配向方向に対する変位には敏感に反応するが、配向方向に垂直な方向の変位に対してはほとんど反応しないため、例えばプラス方向の変位とマイナス方向の変位が存在するねじれの検出を一枚のフィルムで検出できないという課題がある。【０００５】
したがって、本発明の目的は、簡素な構造で、且つ曲げや捻れ等の検出したい方向の変位を測定温度に依存することなく、効果的に、且つ正確、確実に検出できる変位センサ、変位検出装置、操作デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の変位センサは、弾性体と、該弾性体の第１主面に取り付けられ圧電性シートの両主面に電極が形成された平膜型圧電素子とを備えるようにした。当該変位センサでは、圧電性シートはポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸されていることが好ましい。【０００７】
この構成では、弾性体の変位によって圧電性シートが変位し、圧電効果により変位量に応じた出力電圧が、圧電性シートの両面に形成された電極から出力される。これにより、弾性体の変位を検出できる。【０００８】
ここで、ポリ乳酸を含む圧電性シートは少なくとも一軸方向に延伸することにより特定方向における圧電性が非常に大きくなるという特徴を有する。したがって、一軸延伸方向が所定方向に沿うように、ポリ乳酸を含む圧電性シートを弾性体に配設すれば、一軸延伸方向の配設される向きに応じて、様々な変位を個別に且つ効果的に検出することが可能になる。【０００９】
このため、一軸延伸方向と検出したい変位の方向（所定方向）との角度を適宜設定すれば、弾性体の所定方向への変位（例えば、後述の曲げ、捻れ等）を個別に効果的に検出することが可能になる。すなわち、ポリ乳酸は、ＰＶＤＦとは異なり圧電性がｄ３１ではなくｄ１４を有することから、単に圧電性シートの変位が検出できるだけではなく、所定方向の変位を個別に効果的に検出することができる。この際、圧電性シートがポリ乳酸であることにより、ＰＶＤＦで生じるような焦電性が生じず、変位量に応じて出力される電圧が温度変化による影響を受けない。【００１０】
また、この発明の変位センサでは、一例として、圧電性シートを、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略４５°の方向または略−４５°の方向に沿って一軸方向の延伸軸が向くようにして形成することができる。【００１１】
この構成では、長手方向に沿った曲げの方向（変位検出方向）に対して、圧電性シートの圧電性の最も高い方向を一致させることができる。これにより、曲げ状態を検出でき、且つ曲がりやすい長手方向が変位検出方向となることで、さらに高感度な変位センサを実現できる。【００１２】
また、この発明の変位センサでは、一例として、圧電性シートを、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略０°の方向または略９０°の方向に沿って一軸方向の延伸軸が向くようにして形成することができる。【００１３】
この構成では、長手方向および短手方向に対する捻れの方向（変位検出方向）に対して、圧電性シートの圧電性の最も高い方向を一致させることができる。これにより、捻れ状態を検出する高感度な変位センサを実現できる。【００１４】
また、この発明の変位センサは、一例として、圧電性シートを、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略２２．５°の方向または略６７．５°の方向に沿って一軸方向の延伸軸が向くようにして形成することができる。【００１５】
この構成では、長手方向に沿った曲げ、長手方向および短手方向に対する捻れを同時に、効果的に検出することができる。【００１６】
また、この発明の変位センサでは、次の構成であることが好ましい。弾性体の第１主面に取り付けられた平膜型圧電素子を第１平膜型圧電素子とする。弾性体の第１主面に対向する第２主面に取り付けられ、圧電性シートの両主面に電極が形成された第２平膜型圧電素子、をさらに備える。第２平膜型圧電素子の圧電性シートは、ポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸して形成されている。【００１７】
この構成では、弾性体の両主面に平膜状圧電素子が取り付けられる。これらの出力電圧の極性を一致させて単純に加算すれば、出力電圧を二倍にできる。また、出力電圧の極性を一致させて平均値処理することもできる。これにより、さらに高精度な変位検出が可能になる。【００１８】
また、この発明の変位センサでは、第１平膜型圧電素子の圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略４５°の方向または略−４５°の方向に沿って前記一軸延伸の延伸軸が向くようにして形成されており、第２平膜型圧電素子の圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略０°の方向または略９０°の方向に沿って前記一軸方向の延伸軸が向くようにして形成されていることが好ましい。【００１９】
この構成では、第１平膜型圧電素子で長手方向に沿った曲げを検出でき、第２平膜型圧電素子で長手方向および短手方向に対する捻れを検出することができる。すなわち、単体の変位センサで曲げと捻れを同時に且つ個別に検出できる。【００２０】
また、この発明の変位センサでは、第１平膜型圧電素子の圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略２２．５°の方向または略６７．５°の方向に沿って前記一軸方向の延伸軸が向くようにして形成されており、第２平膜型圧電素子の圧電性シートは、主面が略長方形の平膜からなり、当該平膜の長手方向に対して、少なくとも略２２．５°の方向または略６７．５°の方向に沿って前記一軸方向の延伸軸が向くようにして形成されていることが好ましい。【００２１】
この構成では、弾性体の両面で変位および捻れの有無を検出できるので、より正確な変位および捻れの検出が可能になる。【００２２】
また、この発明の変位センサの弾性体は導電性を有し、第１平膜型圧電素子の弾性体側の電極、および、第２平膜型圧電素子の弾性体側の電極が導電性を有する弾性体により兼用されていることが好ましい。【００２３】
この構成では、第１平膜型圧電素子の弾性体側の電極、および、第２平膜型圧電素子の弾性体側の電極が弾性体に兼用されるので、変位センサの構成が簡素化され、より薄型化が可能になる。【００２４】
また、この発明の変位センサでは、平膜型圧電素子を複数枚積層することも可能である。【００２５】
また、この発明の変位センサでは、第１平膜型圧電素子の圧電性シート、および第２平膜型圧電素子の圧電性シートの少なくとも一方を複数枚積層することも可能である。【００２６】
これらの構成では、積層された平膜型圧電素子毎に出力電圧が得られるため、変位センサトータルでの出力電圧を高くすることが可能になる。【００２７】
また、この発明の変位センサでは、電極および弾性体が透光性を有する材料からなることが好ましい。【００２８】
この構成では、ポリ乳酸が高い透光性を有するので、透光性を有する材質で他の構成要素を形成することで、透光性を有する変位センサを実現することができる。【００２９】
また、この発明の変位センサは、次の構成でも実現可能である。変位センサは、被検知体である円柱状シャフトの円周面に取り付けられ、圧電性シートの両主面に電極が形成された平膜型圧電素子、を備える。圧電性シートは、ポリ乳酸を含み、円周方向に対して略０°の方向または略９０°の方向に延伸軸が向くようにして形成されていることが好ましい。【００３０】
この構成では、シャフトの捻れ検出が可能な薄型の変位センサを実現できる。【００３１】
また、この発明の変位センサは、次の構成でも実現可能である。それぞれ圧電性シートの両主面に電極が形成された第１の平膜型圧電素子および第２の平膜型圧電素子を備える。第１の平膜型圧電素子と第２の平膜型圧電素子とは同じ強度を有する。第１の平膜型圧電素子と第２の平膜型圧電素子とは、平板面が対向するように当接されている。圧電性シートはポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸されていることが好ましい。【００３２】
このような構成であっても、上述のように一方向の変位や二方向の変位を検出することができる。さらに、弾性体を用いる必要が無く、変位センサの構成を簡素化できる。【００３３】
また、この発明は、上述の変位センサを用いて変位検出装置を実現できる。変位検出装置は、上述のいずれかに記載の変位センサと、該変位センサの発生電圧を検出する電圧計測手段と、変位センサに並列接続されたコンデンサと、を備える。【００３４】
この構成では、変位センサ単体では、変位による出力電圧レベルを略一定に持続しにくいが、変位センサにコンデンサを並列接続することで、被検知体が変位している間、出力電圧レベルを略一定に持続することができる。これにより、出力電圧レベルの検出が容易になり、ひいては変位量の検出が容易になる。【００３５】
また、この発明の変位センサは次に示す操作デバイスに利用できる。当該操作デバイスは、外力を受ける筐体と、筺体の外力による変形にともなって、曲げ方向および捻じれ方向の変位を個別に検出する変位センサと、外力に応じた変位センサの検出電圧を用いて所定のアプリケーションを実行するアプリケーション実行部と、を備えるようにした。【００３６】
この構成では、上述の変位センサの検出電圧を利用して、所定のアプリケーションを実行できる。また、筐体を弾性体として用いることもできる。【００３７】
特に、曲げ方向および捻じれ方向の変位を個別に検出できるようにすると、曲げ方向の検出電圧に応じたアプリケーションと、捻じれ方向の検出電圧に応じたアプリケーションをそれぞれ分離して実行することができる。【００３８】
また、この発明の操作デバイスでは、アプリケーション実行部は、検出電圧を無線送信する通信制御部と、通信制御部からの無線信号を受信して、検出電圧をアプリケーションのプログラム実行用ステータスに利用するプログラム実行部と、を備えることが好ましい。【００３９】
この構成を別体として実現する場合には、変位の検出部とアプリケーションの実行部とを一体化しなくてもよいため、アプリケーションの実行部が大きくなっても、変位の検出部を小型化、薄型化することができる。これにより、例えば、ユーザが装着する製品（シューズ等）や、手で持って操作する製品（コントローラ、リモコン装置等）に変位検出機能を組み込んでも、これらの製品を大型化することがない。【００４０】
また、この発明の操作デバイスでは、変位センサは、圧電性シートの両主面に電極が形成された平膜型圧電素子を備え、変位に応じた平膜型圧電素子の検出電圧を出力することが好ましい。【００４１】
この構成では、操作デバイスに用いる変位センサの具体的構造を示しており、この構造とすることで、変位センサを薄型化できる。これにより、上述のコントローラ、リモコン装置等の操作デバイスを薄く構成できる。【００４２】
また、この発明の操作デバイスでは、圧電性シートはポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸されていることが好ましい。【００４３】
この構成では、圧電性シートがポリ乳酸を含むことから、変位に応じた検出電圧を高くすることができ、温度に応じた検出電圧値の変化も抑圧できる。【００４４】
また、この発明の操作デバイスでは、筐体には、光起電力素子が配設されていることが好ましい。【００４５】
この構成では、ニッケル電池等の一般的な化学反応型の電池を備えなくても検出電圧に応じた操作デバイス用の制御信号を出力することができる。【００４６】
また、この発明の操作デバイスでは、平板状の弾性体は二層構造からなり、上層の弾性体と下層の弾性体との間に平板状の光起電力素子が配設されていることが好ましい。また、光起電力素子の受波面側の弾性体および平膜型圧電素子は透光性を有することができる。【００４７】
この構成では、光起電力素子を備えながら、薄型化、小型化を実現できる。また、光起電力素子が変位の中立層となるため、光起電力素子に係る伸縮の応力を最小にした状態で高精度な変位検出が可能になる。【００４８】
また、この発明の操作デバイスでは、光起電力素子において発生した起電力を充電する二次電池を備えていることが好ましい。【００４９】
この構成では、光起電力素子の起電力を充電しておくことができる。これにより、光起電力素子の起電力が低い場合や起電力の発生できない状況であっても、検出電圧に応じた操作デバイス用の制御信号を出力することができる。【００５０】
また、この発明の操作デバイスでは、光起電力素子は、平膜型圧電素子の出力端に接続されており、該平膜型圧電素子の検出電圧を用いて二次電池を充電する充電機能部を有することが好ましい。【００５１】
この構成では、平膜型圧電素子が検出電圧を操作デバイス用の制御信号の生成に利用しながら、当該検出電圧によって二次電池を充電することができる。【００５２】
また、この発明の操作デバイスは、以下の構成とすることが好ましい。平膜型圧電素子および筐体を備える。平膜型圧電素子は、ポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸されている圧電性シート、および該圧電性シートの両主面に形成された電極を備える。筐体は、平面視して略直交する二方向へ広がる平面を有している。筐体における略直交する二方向に広がる平面を変形させた時に略直交する二方向に沿ったそれぞれの歪みの差が大きな位置に、平膜型圧電素子の電極が対向する領域が配置されている。【００５３】
この構成では、筐体における略直交する二方向に広がる平面の変形に対して、平膜型圧電素子が効率的に電荷を発生する。これにより、当該筐体の変形に対する出力電圧感度を向上させることができる。【００５４】
また、この発明の操作デバイスでは、平膜型圧電素子の電極が対向する領域にのみ圧電性シートを配置してもよい。【００５５】
また、この発明の操作デバイスでは、筐体における略直交する二方向に広がる平面の中心を除くように、平膜型圧電素子の電極を形成してもよい。【００５６】
これらの構成では、筐体に対する平膜型圧電素子の配置態様例を示している。【００５７】
また、この発明の操作デバイスでは、電極は、筐体の歪みによって発生する電荷分布の極性が同じになる領域に形成されていることが好ましい。【００５８】
この構成では、電極内での電荷のキャンセルが生じないため、変形による電荷をより効率的に発生させることができる。これにより、変形に対する出力電圧感度を、より向上させることができる。【００５９】
また、この発明の操作デバイスでは、電極は複数の部分電極からなり、複数の部分電極は、発生する電圧の極性が一致して加算されるように接続されていてもよい。【００６０】
この構成では、複数の部分電極で生じる電圧を相殺せずに加算できる。したがって、変形に対する出力電圧感度を更に向上させることができる。【００６１】
さらに、この発明の操作デバイスでは、以下の構成とすることができる。平膜型圧電素子およびタッチパネル部を備える。平膜型圧電素子は、ポリ乳酸を含み、少なくとも一軸方向に延伸されている圧電性シート、および該圧電性シートの両主面に形成された押圧力検出用電極を備える。タッチパネル部は、平膜型圧電素子と平行になるように積層されている。【００６２】
この構成では、タッチパネル部で押圧位置を検出し、平膜型圧電素子で押圧力を検出することができる。したがって、押圧位置と押圧力に応じた制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００６３】
この発明によれば、簡素な構造且つ薄型で、曲げや捻れ等の検出したい変位を測定温度に依存することなく、効果的に、且つ正確、確実に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１の実施形態に係る変位センサ１０の外観斜視図である。
【図２】変位センサ１０の平面図および側面図である。
【図３】印加電界方向、延伸方向とＰＬＬＡを用いた圧電性シートの伸縮状態との関係を示す図である。
【図４】曲げ変位が０の状態と所定の曲げ変位が生じた状態での変位センサ１０の概略側面形状を示した図である。
【図５】変位センサ１０を含む変位検出装置１００の等価回路図である。
【図６】変位検出装置１００の出力特性を示す。
【図７】第２の実施形態に係る変位センサ１０Ａの平面図、側面図、裏面図である。
【図８】第３の実施形態に係る変位センサ１０Ｂの平面図および側面図である。
【図９】第４の実施形態に係る変位センサ１０Ｃの平面図、側面図、裏面図である。
【図１０】捻れ変位が０の状態と所定の捻れ変位が生じた状態での変位センサの概略斜視形状を示した図である。
【図１１】第５の実施形態に係る変位センサ１０Ｄのシャフト２２への取り付け状態を示す図である。
【図１２】変位センサ１０Ｃを用いたゲーム用コントローラ２０１の概略構成を示す図である。
【図１３】ゲーム用コントローラ２０１を曲げた状態、およびゲーム用コントローラ２０１を捻った状態を示す図である。
【図１４】変位センサ１０Ｃを用いたモニタ機能付きシューズ３００の概略構成を示す図である。
【図１５】上述の変位センサを用いたリモコン装置４０１の概略構成を示す図である。
【図１６】上述の変位センサを用いたタッチパネルセンサ５０１の概略構成を示す図である。
【図１７】その他の構成からなるリモコン装置４０１Ａの側面断面図である。
【図１８】圧電性を有さない材料による変位センサの概略構成および変位検出概念を説明するための図である。
【図１９】平板状の装置の捻れを検出する変位センサの一設置態様を示す平面図である。
【図２０】操作デバイス８０１における圧電素子３０の配置を示す図である。
【図２１】矩形状の筐体８１０の表面壁８１２Ｆの中央を押し込んだ場合における筐体８１０の長手方向（Ｘ方向）の歪み率ＤｒＸの分布図である。
【図２２】矩形状の筐体８１０の表面壁８１２Ｆの中央を押し込んだ場合における筐体８１０の短手方向（Ｙ方向）の歪み率ＤｒＹの分布図である。
【図２３】矩形状の筐体８１０の表面壁８１２Ｆの中央を押し込んだ場合における歪み差ＤｒＸＹの分布図である。
【図２４】筐体８１０に対する圧電素子３０の配置態様例を示す図である。
【図２５】筐体８１０を平面視して、圧電性シート３８０を筐体８１０の略全面に貼り付けられる場合の一例を示す図である。
【図２６】筐体８１０を平面視して、圧電性シート３８０を筐体８１０の略全面に貼り付け、複数の電極を形成する場合の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
本発明の第１の実施形態に係る変位センサについて、図を参照して説明する。図１は本実施形態の変位センサ１０の外観斜視図である。図２（Ａ）は変位センサ１０の平面図であり、図２（Ｂ）はその側面図である。図２（Ｂ）に示す側面図は、変位センサ１０の長手方向が図の横方向となるように見た（短手方向の端面を見た）側面図である。
【００６６】
変位センサ１０は、平板状の弾性体２０と、平膜状の圧電素子３０とを備える。弾性体２０は、所定の厚みを有し、平面視して、一方向に長く、この方向に直交する方向に短い、長手方向と短手方向を有する矩形状からなる。弾性体２０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等の比較的強度が高いポリマーで形成されている。この場合、弾性体２０の厚みは、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度にするとよい。なお、弾性体２０は、圧電素子３０を構成する圧電性シート３００の機械的強度よりも、少なくとも高い機械的強度を有するものであればよい。
【００６７】
圧電素子３０は、弾性体２０と同様の矩形状からなる圧電性シート３００を備える。圧電性シート３００は、Ｌ型ポリ乳酸（以下、ＰＬＬＡと称する。）によって形成されている。なお、圧電性シート３００は、Ｄ型ポリ乳酸（以下、ＰＤＬＡと称する。）によって形成されていてもよい。
【００６８】
圧電性シート３００の第１主面には、略全面に電極３０１が形成されている。圧電性シート３００の第２主面には、略全面に電極３０２が形成されている。電極３０１，３０２には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ポリチオフェンを主成分とする有機電極、ポリアニリンを主成分とする有機電極のいずれかを用いるのが好適である。これらの材料を用いることで、電極３０１，３０２は、透光性の高いものとなる。これにより、高い透光性を有する変位センサを実現することができる。
【００６９】
さらに、電極３０１，３０２に、ポリチオフェンを主成分とする有機電極、ポリアニリンを主成分とする有機電極のいずれかを用いれば、透光性を有するとともに、曲げによる電極の破損が殆ど生じず、より好適である。また、透光性を有する必要がない場合には、蒸着やめっきにより形成された金属被膜や銀ペーストによる印刷電極膜で電極３０１，３０２を形成してもよい。特に、アルミ蒸着被膜は安価に形成でき好適である。
【００７０】
電極３０１には外部接続端子４１が接続されており、電極３０２には外部接続端子４２が接続されている。
【００７１】
このような構成からなる変位センサ１０の圧電性シート３００に用いられるＰＬＬＡは、キラル高分子であり、主鎖が螺旋構造を有する。このＰＬＬＡシートは、一軸延伸され、分子が配向すると、圧電性を有する。一軸延伸されたＰＬＬＡの圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。
【００７２】
なお延伸倍率は３〜８倍程度が好適である。延伸後に熱処理を施すことにより、ポリ乳酸の延びきり鎖結晶の結晶化が促進され圧電定数が向上する。尚、二軸延伸した場合はそれぞれの軸の延伸倍率を異ならせることによって一軸延伸と同様の効果を得ることが出来る。例えばある方向をＸ軸としてその方向に８倍、その軸に直交するＹ軸方向に２倍の延伸を施した場合、圧電定数に関してはおよそＸ軸方向に４倍の一軸延伸を施した場合と同等の効果が得られる。単純に一軸延伸したフィルムは延伸軸方向に沿って裂け易いため、前述したような二軸延伸を行うことにより幾分強度を増すことが出来る。
【００７３】
また、ＰＬＬＡは、延伸のみで圧電性を生じ、ＰＶＤＦ等の他のポリマーや圧電セラミックスのように、ポーリング処理を行う必要がない。すなわち、強誘電体に属さないＰＬＬＡの圧電性は、ＰＶＤＦやＰＺＴ等の強誘電体のようにイオンの分極によって発現するものではなく、分子の特徴的な構造である螺旋構造に由来するものである。このため、他の強誘電性の圧電体で生じる焦電性は、ＰＬＬＡには生じない。さらに、ＰＶＤＦ等は経時的に圧電定数の変動が見られ、場合によっては圧電定数が著しく低下する場合があるが、ＰＬＬＡの圧電定数は経時的に極めて安定している。
【００７４】
このように、ＰＬＬＡを用いれば、焦電性による影響を受けない。したがって、検出時、検出位置の温度に依存することなく、変位量のみに応じた出力電圧を得ることができる。また、ＰＬＬＡはポリマーであり、柔軟性を有するので、圧電セラミックスのように、大きな変位で破損することがない。したがって、変位量が大きくても、当該変位量を確実に検出することができる。
【００７５】
また、ＰＬＬＡは比誘電率が約２．５と非常に低いため、ｄを圧電定数とし、εＴを誘電率とすると、圧電出力定数（＝圧電ｇ定数、ｇ＝ｄ／εＴ）が大きな値となる。
【００７６】
ここで、誘電率ε３３Ｔ＝１３×ε０，圧電定数ｄ３１＝２５ｐＣ／ＮのＰＶＤＦの圧電ｇ定数は、上述の式から、ｇ３１＝０．２１７２Ｖｍ／Ｎとなる。一方、圧電定数ｄ１４＝１０ｐＣ／ＮであるＰＬＬＡの圧電ｇ定数をｇ３１に換算して求めると、ｄ１４＝２×ｄ３１であるので、ｄ３１＝５ｐＣ／Ｎとなり、圧電ｇ定数は、ｇ３１＝０．２２５８Ｖｍ／Ｎとなる。したがって、圧電定数ｄ１４＝１０ｐＣ／ＮのＰＬＬＡで、ＰＶＤＦと同様の十分なセンサ感度を得ることができる。そして、本願発明の発明者らは、ｄ１４＝１５〜２０ｐＣ／ＮのＰＬＬＡを実験的に得ており、当該ＰＬＬＡシートを用いることで、非常に高感度のセンサを実現している。
【００７７】
さらに、ＰＬＬＡは圧電性が異方性を有するため、次に示すような一軸延伸後の原反からの切り出しを行う。図３は印加電界方向、延伸方向とＰＬＬＡを用いた圧電性シートの伸縮状態との関係を示す図である。なお、ここでは、説明を分かりやすくするために、電界印加前の圧電性シート３９０を正方形とした場合を示す。
【００７８】
図３の破線３９０で示す正方形状の圧電性シートは、図３の矢印シンボル９０１に示す方向（図３における横方向）に一軸延伸されている。この圧電性シート３９０に対して、図３の電界シンボル９１１の方向（図３の紙面手前から紙面奥に向かう方向）の電界が印加されると、ｄ１４の効果により、実線３９２で示す平行四辺形に変形する。この際、圧電性シートが最も伸びる方向は一軸延伸方向に対して反時計回りに４５°の方向となり、最も短くなる方向は一軸延伸方向に対して反時計回りに−４５°の方向となる。
【００７９】
したがって、図３の二点鎖線３９１に示すように、一軸延伸方向に対して４５°方向を長手方向として圧電性シートを切り出す。これにより、上述の圧電性シート３００を、伸縮に対して最も高感度状態で形成することができる。
【００８０】
このように、本実施形態の圧電性シート３００は、長手方向に対して、一軸延伸方向が４５°の角度を成すように形成されている。このような形状からなる圧電性シート３００の両面に、上述のように電極３０１，３０２が形成された圧電素子３０は、図示しない透光性接着剤により、弾性体２０の第１主面に取り付けられる。
【００８１】
なお、正確な４５°に限ることなく、略４５°であってもよい。略４５°とは、例えば４５°±１０°程度を含む角度をいう。これらの角度は、変位センサの用途に基づき、曲げの検知精度など全体の設計に応じて、適宜決定されるべき設計事項である。
【００８２】
このような形状からなる変位センサ１０は、図４に示すように、一軸延伸方向に対して４５°を成す長手方向に沿った曲げを検出できる。図４（Ａ）は曲げ変位が０の状態での変位センサの概略側面形状を示す図であり、図４（Ｂ）は所定の曲げ変位が生じた状態での変位センサ１０の概略側面形状を示す図である。
【００８３】
曲げ変位が０の場合、すなわち変位センサ１０に対して曲げを生じさせる力が外部から加わっていない場合、弾性体２０は図４（Ａ）の記号１０ＳＴに示すように、主面が平坦な状態となる。この場合、圧電素子３０は伸縮せず、電圧が生じない。
【００８４】
曲げ変位が所定値の場合、すなわち変位センサ１０に対して曲げを生じさせる力が外部から加わった場合、弾性体２０は図４（Ｂ）の記号１０ＣＳに示すように、主面の長手方向に沿って湾曲した状態となる。この場合、圧電素子３０は、曲げ量に応じて長手方向に沿って伸びる。これにより、圧電素子３０の電極３０１，３０２間に、伸張量に応じた電圧が発生する。この電圧を検出することで、圧電素子３０の伸張、すなわち変位センサ１０の曲がり量を検出することができる。
【００８５】
以上のように、本実施形態の構成を用いれば、曲げ量を検出することができるが、さらに、図５に示すような回路を構成するとよい。図５は変位センサ１０を含む変位検出装置１００の等価回路図である。図６は変位検出装置１００の出力特性を示す。図６（Ａ）は変位発生から変位解除までの出力電圧変化を示し、図６（Ｂ）は変位−電圧特性を示す。
【００８６】
図５に示すように、変位センサ１０の一方の外部接続端子は、可変抵抗ＶＲの可変制御端子に接続する。可変抵抗ＶＲは、定抵抗Ｒ１，Ｒ２間に接続されており、これら定抵抗Ｒ１，Ｒ２、可変抵抗ＶＲの直列回路の定抵抗Ｒ１側の端部には駆動電圧Ｖｃｃが印加され、定抵抗Ｒ２側の端部はグランドに接続されている。
【００８７】
変位センサ１０の他方の外部接続端子は、オペアンプＯＰの非反転入力端子に接続している。オペアンプＯＰの出力端子には、直流電圧検出器１０１が接続されている。オペアンプＯＰの出力端子は、オペアンプＯＰの反転入力端子にフィードバック接続されている。オペアンプＯＰにも駆動電圧Ｖｃｃが供給されている。
【００８８】
さらに、変位センサ１０には、コンデンサＣｏが並列接続されている。この際、コンデンサＣｏは例えば０．２μＦ程度のものを用いる。
【００８９】
このような構成からなる変位検出装置１００を用いることで、変位センサ１０の出力電圧を、図６（Ａ）に示しているように変位の生じている間、略持続することができる。これは、変位センサ１０単体では、変位が生じたタイミングで電圧が発生し、急速に意図しないリーク電流等により出力電圧値が低下してしまうが、コンデンサＣｏを変位センサ１０に並列接続することにより、この電圧低下の時定数を長くすることができる。これにより、より確実に出力電圧を検出できる。
【００９０】
また、本実施形態の構成を用いれば、図６（Ｂ）に示すように、変位量に対して略線形に出力電圧値が変化するので、変位量を正確に検出することができる。
【００９１】
なお、オペアンプＯＰは入力インピーダンスが非常に大きいため、コンデンサＣｏを用いなくても、電圧低下の時定数を長くすることは可能である。したがって、コンデンサＣｏを省略することも可能である。
【００９２】
以上のように、本実施形態の変位センサ１０および変位検出装置１００を用いれば、所定方向（本実施形態では長手方向）に沿った曲げ量を、正確且つ高感度に検出することができる。さらに、ＰＬＬＡは圧電性に異方性を有し、本実施形態の構成では長手方向の曲げ（伸縮）のみ検出するので、被検出方向である長手方向と異なる方向の曲げや捻れの影響を受けることなく、被検出方向である長手方向の曲げのみを正確に検出することができる。
【００９３】
次に、第２の実施形態に係る変位センサについて、図を参照して説明する。図７（Ａ）は本実施形態に係る変位センサ１０Ａの平面図であり、図７（Ｂ）はその側面図であり、図７（Ｃ）はその裏面図である。
【００９４】
本実施形態の変位センサ１０Ａは、弾性体２０、本発明の第１平膜型圧電素子に相当する第１の圧電素子３１、および、本発明の第２平膜型圧電素子に相当する第２の圧電素子３２を備える。弾性体２０は第１の実施形態と同じであり、説明は省略する。
【００９５】
第１の圧電素子３１は、弾性体２０の第１主面に取り付けられている。第１の圧電素子３１は、矩形状の圧電性シート３１０を備える。圧電性シート３１０は、第１の実施形態の圧電性シート３００と同様に、一軸延伸方向と長手方向とが４５°を成すように形成されている。圧電性シート３１０の両主面にはそれぞれ電極３１１，３１２が略全面に形成されている。電極３１１には外部接続端子４１Ａが接続され、電極３１２には外部接続端子４２Ａが接続されている。
【００９６】
第２の圧電素子３２は、弾性体２０の第１主面に対向する第２主面に取り付けられている。第２の圧電素子３２は、矩形状の圧電性シート３２０を備える。圧電性シート３２０も、圧電性シート３１０および第１の実施形態の圧電性シート３００と同様に、一軸延伸方向と長手方向とが４５°を成すように形成されている。圧電性シート３２０の両主面にはそれぞれ電極３２１，３２２が略全面に形成されている。電極３２１には外部接続端子４１Ｂが接続され、電極３２２には外部接続端子４２Ｂが接続されている。
【００９７】
第１の圧電素子３１と第２の圧電素子３２とは、弾性体２０の主面に直交する方向から見て、一軸延伸方向が９０°を成すように、弾性体２０に取り付けられる。
【００９８】
このような構成にすることで、例えば、第１の圧電素子３１の圧電性シート３１０が長手方向に沿って伸びるような曲げが生じた場合、第２の圧電素子３２の圧電性シート３２０は縮む。そして、これら第１、第２の圧電素子３１，３２を同素材、同形状で形成すれば、曲げの中立面が弾性体２０の厚み方向の中心軸になるので、第１の圧電素子３１が伸ばされる力と第２の圧電素子３２を縮ませる力との絶対値が等しくなる。これにより、第１の圧電素子３１と第２の圧電素子３２とに、絶対値が同じで逆特性の電圧が生じる。
【００９９】
したがって、外部接続端子の接続パターン等により、第１の圧電素子３１の出力電圧と、第２の圧電素子３２の出力電圧との特性（正負）を一致させて加算すれば、第１の実施形態に示した一つの圧電素子を用いる場合の二倍の出力電圧を得ることができる。また、第１の圧電素子３１の出力電圧と、第２の圧電素子３２の出力電圧との特性（正負）を一致させて平均値処理すれば、誤差の少ない出力電圧を得ることができる。
【０１００】
なお、本実施形態では、第１の圧電素子３１の圧電性シート３１０の一軸延伸方向と、第２の圧電素子３２の圧電性シート３２０の一軸延伸方向とが、主面に直交する方向から見て、９０°をなすようにしたが、平行になるように、第１の圧電素子３１と第２の圧電素子３２とを取り付けてもよい。この場合、第１の圧電素子３１と第２の圧電素子３２とで同特性の出力電圧が得られる。
【０１０１】
次に、第３の実施形態に係る変位センサについて、図を参照して説明する。図８（Ａ）は本実施形態の変位センサ１０Ｂの平面図であり、図８（Ｂ）はその側面図である。
【０１０２】
変位センサ１０Ｂは、導電性を有する弾性体２１を備える。弾性体２１は、上述の各実施形態に示した弾性体２０と同様に、長尺な矩形状からなる。弾性体２１は、例えば金属から形成したり、絶縁性の弾性体（ＰＥＴやＰＭＭＡ等）の表面を金属メッキしたものであってもよい。弾性体２１はグランドに接続されている（接地されている）。
【０１０３】
弾性体２１の第１主面には、圧電性シート３３０が取り付けられている。圧電性シート３３０は、第２の実施形態に示した圧電性シート３１０と同じ材質、同じ形状、同じ一軸延伸方向を有する。圧電性シート３３０の弾性体２１と対向する面には、電極３３１が形成されている。電極３３１には、外部接続端子４１Ａが接続されている。これら圧電性シート３３０、当該圧電性シート３３０を挟んで配置される電極３３１と導電性の弾性体２１により、第３の圧電素子３３（本発明の第１平膜型圧電素子に相当する）が構成される。
【０１０４】
弾性体２１の第１主面に対向する第２主面には、圧電性シート３４０が取り付けられている。圧電性シート３４０は、第２の実施形態に示した圧電性シート３２０と同じ材質、同じ形状、同じ一軸延伸方向を有する。圧電性シート３４０の弾性体２１と対向する面には、電極３４１が形成されている。電極３４１には外部接続端子４１Ｂが接続されている。これら圧電性シート３４０、当該圧電性シート３４０を挟んで配置される電極３４１と導電性の弾性体２１により、第４の圧電素子３４（本発明の第２平膜型圧電素子に相当する）が構成される。
【０１０５】
このような構成であっても、上述の第２の実施形態と同様に、長手方向の曲げによる変位を検出することができる。さらに、本実施形態の構成にすることで、二個の圧電素子の一方の電極が導電性の弾性体２１によって兼用されるので、変位センサ１０Ｂの構成が簡素化され、さらに外的要因によるノイズを抑圧することができる。
【０１０６】
次に、第４の実施形態に係る変位センサについて、図を参照して説明する。図９（Ａ）は本実施形態の変位センサ１０Ｃの平面図であり、図９（Ｂ）はその側面図であり、図９（Ｃ）はその裏面図である。
【０１０７】
本実施形態の変位センサ１０Ｃは、弾性体２０、本発明の第１平膜型圧電素子に相当する第５の圧電素子３５、および、本発明の第２平膜型圧電素子に相当する第６の圧電素子３６を備える。弾性体２０は第１の実施形態と同じであり、説明は省略する。
【０１０８】
第５の圧電素子３５は、弾性体２０の第１主面に取り付けられている。第５の圧電素子３５は、矩形状の圧電性シート３５０を備える。圧電性シート３５０は、第１の実施形態の圧電性シート３００と同様に、一軸延伸方向と長手方向とが４５°を成すように形成されている。圧電性シート３５０の両主面にはそれぞれ電極３５１，３５２が略全面に形成されている。電極３５１には外部接続端子４１Ａが接続され、電極３５２には外部接続端子４２Ａが接続されている。
【０１０９】
第６の圧電素子３６は、弾性体２０の第１主面に対向する第２主面に取り付けられている。第６の圧電素子３６は、矩形状の圧電性シート３６０を備える。圧電性シート３６０は、一軸延伸方向と長手方向とが平行（成す角＝０°）になるように形成されている。
【０１１０】
なお、正確な０°に限ることなく、略０°であってもよい。略０°とは、例えば０°±１０°程度を含む角度をいう。これらの角度は、変位センサの用途に基づき、曲げの検知精度など全体の設計に応じて、適宜決定されるべき設計事項である。
【０１１１】
圧電性シート３６０の両主面にはそれぞれ電極３６１，３６２が略全面に形成されている。電極３６１には外部接続端子４１Ｂが接続され、電極３６２には外部接続端子４２Ｂが接続されている。
【０１１２】
第５の圧電素子３５と第６の圧電素子３６は、圧電性シート３５０の一軸延伸方向と圧電性シート３６０の一軸延伸方向とが４５°を成し、且つ圧電性シート３６０の長手方向（＝一軸延伸方向）が弾性体２０の長手方向を平行になるように、弾性体２０に取り付けられている。
【０１１３】
図１０（Ａ）は、捻れ変位が０の状態での第６の圧電素子３６のみを配置した変位センサの概略斜視形状を示す図であり、図１０（Ｂ）は所定の捻れ変位が生じた状態での第６の圧電素子３６のみを配置した変位センサの概略斜視形状を示している。図１０では、図および原理の説明を分かりやすくするために、第６の圧電素子３６のみを弾性体２０へ配設した変位センサを示しているが、上述の図９に示した形状のものにも当該原理は適用できる。なお、図１０では、弾性体２０の長手方向の一方端となる端辺ＡＢを固定端辺とし、他方端となる端辺ＣＤに捻れが生じた場合を図示している。言い換えれば、固定端辺ＡＢの両端となる角部Ａおよび角部Ｂが固定された角部となり、端辺ＣＤの両端となる角部Ｃおよび角部Ｄが、弾性体２０の主面に略直交する方向で、且つ互いに逆方向へ変位した場合を示している。
【０１１４】
捻れ変位が０の場合、すなわち弾性体２０に対して捻れを生じさせる力が外部から加わっていない場合、弾性体２０は図１０（Ａ）の記号１０ＳＴｔに示すように、主面が平坦な状態となる。この場合、第６の圧電素子３６も伸縮せず、第６の圧電素子３６の両面の電極間に電圧が生じない。
【０１１５】
捻れ変位が所定値の場合、すなわち弾性体２０に対して捻れを生じさせる力が外部から加わって弾性体２０の固定端辺ＡＢに対向する端辺ＣＤが捻れる場合、弾性体２０は図１０（Ｂ）の記号１０ＴＯｔに示すように、固定角部Ａ，Ｂに対向する角部Ｃ，Ｄが平坦状態と比較して、主面（平坦面）に直交する方向へ所定距離離間した状態となる。この際、角部Ｃと角部Ｄは、主面を基準として、互いに逆方向へ移動する。
【０１１６】
この場合、第６の圧電素子３６は、角部Ｄおよびその付近においては一軸延伸方向に対して＋４５°の方向へ伸張し、角部Ｃおよびその付近においては一軸延伸方向に対して−４５°の方向へ収縮する。したがって、第６の圧電素子３６を構成する圧電性シート３００の一軸延伸方向に対して−４５°および＋４５°の方向に沿って収縮／伸張（図１０（Ｂ）の実線太矢印記号参照）が発生するので、この収縮／伸張の量に応じた電圧が、第６の圧電素子３６を構成する電極間に発生する。この電圧を検出することで、変位センサの捻れ量を検出することができる。
【０１１７】
なお、この構成においては、角部Ｃと角部Ｄが互いに逆方向へ等量変位するため、曲げに応じて発生した電圧は相殺される。したがって、捻れ量のみを分離して、高精度に検出することができる。
【０１１８】
このように、本実施形態を用いれば、弾性体２０の第１主面に取り付けられた第５の圧電素子３５で曲げの変位を検出し、第２主面に取り付けられた第６の圧電素子３６で捻れの変位を検出できる。そして、これら曲げの変位と捻れの変位を独立して同時に検出することができる。
【０１１９】
なお、本実施形態では、捻れを検出する第６の圧電素子３６の一軸延伸方向と、弾性体２０の長手方向とが平行になるようにしたが、第６の圧電素子３６の一軸延伸方向が、当該長手方向に直交する、すなわち短手方向に平行になるように、第６の圧電素子３６を形成してもよい。
【０１２０】
また、本実施形態に、第３の実施形態に示した弾性体側の電極共通化の構成を用いることもできる。これにより、構成が簡素化され、外部要因のノイズに強い、曲げと捻れを同時に検出できる薄型の変位センサを実現することができる。
【０１２１】
さらに、上述の図１０に示すように、捻れのみを検出するのであれば、弾性体２０に対して第６の圧電素子３６のみを形成すればよい。
【０１２２】
また、上述の第２の実施形態に示した弾性体の両主面に同方向の変位を検出する圧電素子を配設する構成や、上述の第４の実施形態に示した弾性体の両主面にそれぞれ異なる方向の変位を検出する圧電素子を配設する構成の場合、両主面に配設する圧電素子の強度が同じであれば、弾性体を省略することも可能である。この場合、変位センサの構成を簡素化することができ、より薄型化することができる。ただし、変位の検出感度を向上させるためには、弾性体を有する方が好適である。
【０１２３】
また、上述の曲げ、捻れを区別することなく、変位センサに生じる変位の有無を検出するだけでよい場合には、弾性体の長手方向と一軸延伸方向との角度を、上述の０°、４５°、９０°以外の角度にしてもよい。この場合、好ましくは、長手方向と一軸延伸方向との角度を略２２．５°、略６７．５°にするとよい。なお、変位センサの用途に基づき、全体の設計に応じて、弾性体の長手方向と一軸延伸方向との角度をそれぞれ２２．５°±１０°、６７．５°±１０°程度の範囲に設定しても、同様の効果が得られる。この場合、上述の曲げによる変位の有無も捻れによる変位の有無も１枚のＰＬＬＡの圧電性シートで検出することができる。なお、１枚でも曲げ及び捻れの有無を検出できるが、弾性体の両面にこれらの圧電素子を備えることで、出力電圧を二倍にできたり、二つの出力電圧の平均値を得られる。これにより、より正確に曲げ及び捻れの有無を検出できる。
【０１２４】
このように、ポリ乳酸を用いて一軸延伸することにより、一軸延伸方向の配設される向きに応じて、様々な変位を自在に且つ効果的に検出することが可能になる。このため、一軸延伸方向と検出したい変位の方向（所定方向）との角度を適宜設定すれば、弾性体の所定方向への変位（例えば、上述の曲げ、捻れ等）を効果的に検出することが可能になる。すなわち、ポリ乳酸は、圧電性が異方性を有することから、単に圧電性シートの変位が検出できるだけではなく、所定方向の変位を効果的に検出することができる。
【０１２５】
以上の各実施形態では、平板状の弾性体２０に生じる変位を検出する構成を示したが、次の実施形態に示すように、平板以外の変位を検出することもできる。
【０１２６】
第５の実施形態に係る変位センサについて、図を参照して説明する。図１１は本実施形態の変位センサ１０Ｄのシャフト２２への取り付け状態を示す図である。
【０１２７】
被検出体であるシャフト２２は、円柱形状であり、その中心軸線（断面の円の中心点）を回転中心として回転する。
【０１２８】
シャフト２２の円周面には、変位センサ１０Ｄとなる圧電素子３７が取り付けられている。
【０１２９】
圧電素子３７は、シャフトに取り付ける前の状態で、長尺な矩形状の圧電性シート３７０を備える。圧電性シート３７０は、長手方向が一軸延伸方向と平行になるように形成されている。圧電性シート３７０の両主面には、電極３７１，３７２が形成されている。これらの電極３７１，３７２は、図示しない外部接続端子にそれぞれ接続されている。
【０１３０】
このような形状からなる圧電素子３７は、長手方向がシャフト２２の円周方向に一致するように、取り付けられる。これにより、一軸延伸方向（図１１の矢印シンボル９０３）と円周方向が一致する。なお、圧電素子３７の長手方向の長さは、シャフト２２の円周の長さよりも短くてもよいが、等しくすることが好ましい。圧電素子３７は、シャフト２２に対して、絶縁性接着剤によって接着されている。この絶縁性接着剤は、固着後の強度が圧電素子３７の圧電性シート３７０以上であるものがよい。
【０１３１】
このような構成とすることで、シャフト２２に捻れが生じると、圧電性シート３７０が対角線方向に伸び、圧電素子３７は、伸び量に応じた出力電圧を発生する。これにより、シャフト２２の捻れを検出することができる。
【０１３２】
なお、上述の各実施形態では、一枚の圧電性シートの両面に電極を形成した単層の圧電素子を用いたが、これらを複数層積層してなる圧電素子を用いてもよい。このように複数層積層した構造を用いることで、出力電圧を向上させることができる。
【０１３３】
また、上述の各実施形態では、特に詳細に記載していないが、各圧電素子の表面を覆うように、絶縁性の保護膜を形成してもよい。この場合、保護膜は、圧電素子を構成する圧電性シートよりヤング率の低いものを用いる。さらに、保護膜の装着により、曲げや捻れの中立点が圧電素子内にならないように設計すればよい。
【０１３４】
上述の平膜状の変位センサは、次に示すような各種の操作デバイスに利用される。
【０１３５】
（ｉ）ゲームの操作入力デバイス（ゲーム用コントローラ）の場合
図１２は、上述の変位センサを用いたゲーム用コントローラ２０１の概略構成を示す図であり、図１２（Ａ）は平面図、図１２（Ｂ）は側面断面図を示す。図１３（Ａ）はゲーム用コントローラ２０１を曲げた状態を示し、図１３（Ｂ）はゲーム用コントローラ２０１を捻った状態を示している。なお、図１３では操作入力ボタン２２０，２３０の図示は省略し、形状も簡素化している。
【０１３６】
ゲーム用コントローラ２０１は、略矩形状の筐体２１０を備える。筐体２１０の表面壁には、複数の操作入力ボタン２２０，２３０が配設されている。筐体２１０は、空間２１１を有し、当該空間２１１内に、操作入力ボタン２２０，２３０の操作検出部（図示せず）や、外部のゲーム機本体との通信制御を行う通信制御部（図示せず）が備えられている。
【０１３７】
また、筐体２１０の裏面壁の空間２１１側には、上述の第４の実施形態で示した変位センサ１０Ｃが配設されている。この際、変位センサ１０Ｃは、自身の長手方向が筐体２１０の長手方向と略一致するように配設されている。
【０１３８】
ここで、筐体２１０を、所定の弾性を有し、ユーザによって曲げたり、捻ったりできるような材質で形成する。
【０１３９】
このような構造からなるゲーム用コントローラ２０１の筐体２１０に対して、図１３（Ａ）のシンボル９１０に示すように、長手方向の中央が表面側に変位し、長手方向の両端が裏面側に変位するように、ユーザが外力を加える。これにより、筐体２１０および変位センサ１０Ｃの各平膜状の圧電素子は、図１３（Ａ）のシンボル９１１Ｃに示すように、長手方向に沿って湾曲する。変位センサ１０Ｃは、上述のように、このような長手方向の曲げを検出して検出電圧を発生する。
【０１４０】
図示しない通信制御部は、この検出電圧を取得し、当該検出電圧に応じたコマンドをゲーム機本体（本発明の「プログラム実行部」に相当する。）へ送信する。これにより、ゲーム機では、ユーザのコントローラ曲げ操作に応じた処理をゲームプログラムで実行することができる。
【０１４１】
次に、ゲーム用コントローラ２０１の筐体２１０に対して、図１３（Ｂ）のシンボル９２０に示すように、ゲーム用コントローラ２０１の長手方向に沿った短手方向の中心を通る軸を基準軸として、ゲーム用コントローラ２０１の長手方向の両端を互いに逆回転となるように、ユーザが外力を加える。これにより、筐体２１０および変位センサ１０Ｃの各平膜状の圧電素子は、図１３（Ｂ）のシンボル９２１ｔに示すように、一方の対角線に沿って収縮し、他方の対角線に沿って伸延する。変位センサ１０Ｃは、上述のように、このような捻れを検出して検出電圧を発生する。
【０１４２】
図示しない通信制御部は、この検出電圧を取得し、当該検出電圧に応じたコマンドをゲーム機本体へ送信する。これにより、ゲーム機では、ユーザのコントローラ捻れ操作に応じた処理をゲームプログラムで実行することができる。
【０１４３】
この際、上述のように、変位センサ１０Ｃは、圧電性シートとしてＰＬＬＡを用いているので、焦電性が無く、ユーザがゲーム用コントローラ２０１を保持することによって、変位センサ１０Ｃに熱が伝導しても、検出電圧に影響を及ぼさない。したがって、曲げ操作や捻れ操作を正確に反映したアプリケーションの実行が可能になる。
【０１４４】
なお、変位センサ（ゲーム用コントローラ内蔵）とアプリケーションの実行部（ゲーム機本体）とを別体にしているが、これらを一体化することもできる。
【０１４５】
なお、ここでは、ゲーム用コントローラを例に説明したが、他の携帯型操作入力装置（例えば、各種ＡＶ機器のリモコン装置等）にも、同様の構成を適用でき、同様の作用効果を得ることができる。また、変位センサに変位を生じさせるための操作は、曲げや捻れに限らず、接触、押圧、振動など変位センサに外力を作用させることができるものであればよい。
【０１４６】
（ｉｉ）モニタ機能付き装着品（シューズ）の場合
図１４は、上述の変位センサを用いたモニタ機能付きシューズ３０１の概略構成を示す図である。モニタ機能付きシューズ３０１は、シューズ本体３１０のソール３１１内に、上述の変位センサ１０Ｃが埋め込まれている。この際、変位センサ１０Ｃは、主面がユーザの足４００の足の裏面、すなわちソール３１１の表面と略平行になるように配置されている。なお、図１４では、足指の付け根付近に変位センサ１０Ｃを配置する例を示したが、土踏まず付近、踵の付近等に配置してもよい。もちろん、これら複数の箇所に配置してもよい。
【０１４７】
変位センサ１０Ｃは、同じくソール３１１内に配設された配線ライン１３５を介して、通信制御部１３１に接続されている。通信制御部１３１は例えばマイクロプロセッサで構成され、電池１３２から電源供給用ライン１３４を介して電源供給されている。通信制御部１３１は、変位センサ１０Ｃの曲げや捻れに基づく検出電圧を、外部の表示機器等（本発明の「プログラム実行部」に相当する。）に送信する。
【０１４８】
このような構成では、ユーザが歩行やジョギング等を行った場合、着地時のシューズの底面の傾きや、ユーザによる地面の蹴り出し姿勢を、変位センサ１０Ｃで検出することができる。これにより、ユーザの歩行状況やランニング状況を正確に検出することができ、例えば、ユーザの歩行フォームや、ジョギングフォームの矯正等に利用することもできる。
【０１４９】
また、上述の平膜状のＰＬＬＡを用いた変位センサ１０Ｃを採用することで、ソールの厚みを厚くすることなく、従来のセラミック圧電体（ＰＺＴ）を用いる場合よりも重量を軽くできる。また、ＰＬＬＡは可撓性を有するため、表面に形成する電極を、ＰＬＬＡと同様の可撓性を有する有機材料にすれば、ジョギングや歩行による足からの負荷や衝撃によって割れることもない。また、ＰＬＬＡであることで、環境負荷も軽減できる。
【０１５０】
なお、図１３では、シューズ本体３１０のソール３１１内に変位センサ１０Ｃを埋め込む態様を示したが、着脱可能な中敷きに埋め込む態様にしてもよい。
【０１５１】
また、プログラム実行部は、外部の表示機器等に限られず、シューズ内に歩数カウンタや発音部等を設けて、変位センサの検出電圧を利用したプログラムを実行させることも可能である。
【０１５２】
また、上述の（ｉ）から（ｉｉ）の応用例では、曲げと捻れを個別に検出できる変位センサを用いる場合を示したが、曲げ、捻れの一方を検出するだけの場合や、曲げ、捻れの有無を検出するだけの場合には、上述の他の実施形態に示した変位センサを用いることも可能である。
【０１５３】
（ｉｉｉ）リモコン装置の場合
図１５は、上述の変位センサを用いたリモコン装置４０１の概略構成を示す図であり、図１５（Ａ）は外観斜視図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）のＡ−Ａ’断面図を示す。
【０１５４】
リモコン装置４０１は、上述の第４の実施形態に示した変位センサ１０Ｃの構造を基本構造としている。したがって、概略的な構造のみを説明する。
【０１５５】
透明のアクリル等からなる平板状の弾性体４２０の第１主面には、平膜状の圧電素子４３１が配設される。圧電素子４３１は、ＰＬＬＡからなる平膜状の圧電性シート４３１０を備え、圧電性シート４３１０の対向する両主面にそれぞれ電極４３１１，４３１２が形成されている。
【０１５６】
弾性体４２０の第２主面には、平膜状の圧電素子４３２が配設される。圧電素子４３２は、ＰＬＬＡからなる平膜状の圧電性シート４３２０を備え、圧電性シート４３２０の対向する両主面にそれぞれ電極４３２１，４３２２が形成されている。
【０１５７】
このような構成からなる複合構造体の各電極に接続するように、制御回路部４１０が形成されている。制御回路部４１０は、例えば、圧電素子４３１を構成する電極４３１１の表面に、図示しない絶縁体層を介して形成されている。制御回路部４１０は、電池、上述の電圧検出回路、および赤外線等により外部機器へ信号を送信する送信制御部を備える。
【０１５８】
そして、これら弾性体４２０、圧電素子４３１，４３２および制御回路部４１０は、絶縁性保護層４４０によって、全面が覆われている。
【０１５９】
このような構造とすることで、リモコン装置４０１の本体を単に曲げたり捻ったりするだけで、曲げや捻れに応じた各種の制御信号を送信することができる。具体的には、操作デバイスのアプリケーション実行部としてテレビジョン装置（ＴＶ装置）を採用し、リモコン装置４０１を当該ＴＶ装置に付属するリモコン装置として利用する場合、例えば、曲げによる検出電圧をチャンネルの切り替え用の制御信号に利用し、捻れによる検出電圧をボリューム調整用の制御信号に利用することが可能になる。
【０１６０】
より具体的には、例えば、圧電素子４３１側が伸び圧電素子４３２側が縮むようにリモコン装置４０１を曲げた場合にチャンネルを「＋１」し、圧電素子４３１側が縮み圧電素子４３２側が伸びるようにリモコン装置４０１を曲げた場合にチャンネルを「−１」するように設定する。また、長手方向の一方端を時計回りに捻り他方端を反時計回りに捻る場合にボリュームを「＋１」上昇させ、長手方向の一方端を反時計回りに捻り他方端を時計回りに捻る場合にボリュームを「＋１」低下させるように設定する。曲げ量や捻り量に応じてチャンネルやボリュームの加算量や減算量が可変する様にしてもよい。
【０１６１】
なお、上述の構造からなるリモコン装置４０１の変位センサは、押圧力および押圧時間に応じた電圧レベルの検出電圧を出力できるので、押圧力や押圧時間に応じて、チャンネルの連続切り替え速度やボリューム調整量の増減を調整することもできる。
【０１６２】
さらに、曲げおよび捻れによる検出電圧の組合せを電源制御用の制御信号に利用することが可能になる。
【０１６３】
より具体的には、ＴＶ装置の電源オフ状態の時に、曲げ、捻れを連続的に行った場合に電源オンを行うように設定する。また、ＴＶ装置の電源オン状態の時に、上述する二種類の捻れを連続的に行った場合に電源オフを行うように設定する。
【０１６４】
このように上述の構成を用いれば、ユーザは従来のようにボタン位置を確認せずとも、手の感覚だけで、電源制御、チャンネル切り替え、ボリューム調整を行うことができる。これにより、高齢者や視覚障害者（ＴＶプログラムの音声のみを聞くような場合）であっても、電源制御、チャンネル切り替え、ボリューム調整を容易に行うことができる。
【０１６５】
また、ボタンを必要としないためリモコン装置のデザイン性の自由度が向上し、さらに透明であれば、より革新的なリモコン装置を実現できる。例えば、ファッショナブルであり、近未来的なイメージのリモコン装置を実現できる。
【０１６６】
なお、制御回路部４１０に用いる電池をボタン電池やポリマー電池にすることで、制御回路部４１０を小型化でき、リモコン装置のデザイン性の低下を抑えることができる。
【０１６７】
また、（ｉｉｉ）の応用例では、ＴＶ装置を例に説明したが、磁気録画再生機、光ディスク録画再生機、オーディオプレイヤー等の他のＡＶ機器のリモコン装置にも適用することができる。
【０１６８】
（ｉｖ）タッチパネルセンサの場合
図１６は、上述の変位センサを用いたタッチパネルセンサ５０１の概略構成を示す図であり、図１６（Ａ）は外観斜視図、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図を示す。
【０１６９】
タッチパネルセンサ５０１は、平板状のタッチパネル部５１１と平板状の圧電素子５１２とが、互いの平板面（主面）が平行になるように積層した構造からなる。
【０１７０】
圧電素子５１２は、ＰＬＬＡからなる平膜状の圧電性シート５１２０を備え、圧電性シート５１２０の対向する両主面にそれぞれ押圧力検出用電極５１２１，５１２２が形成されている。
【０１７１】
圧電素子５１２の押圧力検出用電極５１２１の表面（圧電性シート５１２０と反対側の面）には、弾性体からなる絶縁層５１３が積層されている。
【０１７２】
絶縁層５１３の圧電素子５１２と反対側の面には、タッチパネル部５１１が積層されている。タッチパネル部５１１は、所定の誘電率を有する誘電体からなる基材層５１１０を備え、当該基材層５１１０の両主面に静電容量検出用電極５１１１，５１１２が形成されている。タッチパネル部５１１の静電容量検出用電極５１１２の表面（基材層５１１０と反対側の面）は、上述の絶縁層５１３に当接している。
【０１７３】
タッチパネル部５１１の静電容量検出用電極５１１１の表面（基材層５１１０と反対側の面）には、絶縁性保護層５１４が積層されている。
【０１７４】
このような構造にすることで、絶縁性保護層５１４側をユーザインターフェース側とするタッチパネルセンサ５０１が構成される。
【０１７５】
そして、このタッチパネルセンサ５０１は、外部から押圧力が加わった場合、可視が容易ではない程度であるが、平板面（主面）が湾曲する。したがって、圧電素子５１２の圧電性シート５１２０も湾曲し、圧電素子５１２は湾曲量すなわち押圧力に応じた検出電圧を出力することができる。これにより、このタッチパネルセンサ５０１を用いれば、操作位置（押圧位置）を検出するとともに、この際の押圧力を同時に検出することができる。
【０１７６】
したがって、このタッチパネルセンサ５０１を、各種ＡＶ機器のリモコン装置に用いれば、押圧位置と押圧力に応じた制御を行うことができる。例えば、ボリューム調整位置が押圧された場合、押圧力に応じてボリューム調整速度を変化させることができる。また、早送りや巻き戻しの操作位置が押圧されれば、押圧力に応じた速度で早送りや巻き戻しをする制御を行うことができる。
【０１７７】
なお、（ｉｖ）の説明では、タッチパネル部５１１がユーザインターフェース側になる例を示したが、タッチパネル部５１１が抵抗膜方式のタッチパネルの場合には、圧電素子５１２がユーザインターフェース側になるようにしてもよい。
【０１７８】
また、上述の平膜状の変位センサを各種の操作デバイスに利用する態様において、ゲーム用コントローラ２０１、リモコン装置４０１、タッチパネルセンサ５０１のように、太陽光や、当該太陽光に類似する波長のその他の光波が照射されるような状況で利用するものでは、図１７に示す構造を用いることもできる。図１７は太陽電池４５０を備えるリモコン装置４０１Ａの側面断面図である。なお、図１７では、リモコン装置を例に示したが、ゲーム用コントローラ、タッチパネルセンサ等の他の操作入力デバイスにも、図１７の構成を適用することができる。
【０１７９】
図１７に示すリモコン装置４０１Ａは、図１５に示したリモコン装置４０１に対して、弾性体４２０に替えて、弾性体４２０Ｕ、太陽電池４５０、弾性体４２０Ｄの積層体を用いたものであり、他の構成は、リモコン装置４０１と同じである。
【０１８０】
弾性体４２０Ｕ，４２０Ｄは、平膜状であり、例えばアクリル樹脂等からなる。そして、太陽電池４５０の受波面側となる弾性体は、高い透光性を有する材質で形成されることが好ましい。
【０１８１】
太陽電池４５０は、平膜状であり、フレキシビリティを有する材質からなる。太陽電池４５０は、弾性体４２０Ｕと弾性体４２０Ｄの間に平板面が一致するように狭持されている。なお、ここでは、太陽電池と称しているが、光波を受波して起電力を発生したり、当該発生した起電力を充電できる充電部（二次電池）を備える平膜状の素子であってもよい。
【０１８２】
平膜状の圧電素子４３１は、弾性体４２０Ｕにおける太陽電池４５０と反対側の面に配設される。平膜状の圧電素子４３２は、弾性体４２０Ｄにおける太陽電池４５０と反対側の面に配設される。
【０１８３】
これら、圧電素子４３２、弾性体４２０Ｄ、太陽電池４５０、弾性体４２０Ｕ、圧電素子４３１がこの順に積層された複合積層体は、保護層４４０Ａによって覆われている。
【０１８４】
このような構成とすれば、太陽光を受波して太陽電池４５０が発電した起電力や、当該起電力により充電された二次電池からの電力により、制御信号を生成することができる。これにより、ニッケル電池等の一般的な化学反応型の電池を備えないリモコン装置を実現することができる。もちろん、この際、化学反応型の電池（ボタン電池）等を併設してもよく、化学反応型の電池を併設することで、太陽電池の充電が十分でない場合でも、制御信号を出力することができる。
【０１８５】
また、上述の構成では、太陽電池３５０を弾性体４２０Ｕ，４２０Ｄ間に狭持する構成を示したが、太陽電池３５０をリモコン装置４０１Ａの表面側に配置することも可能である。ただし、上述のように太陽電池３５０を弾性体４２０Ｕ，４２０Ｄ間に狭持する構成とすれば、太陽電池３５０の層を曲げや捻れの中立層とすることができ、より確実に変位を検出することができる。また、上述の構成では、リモコン装置４０１Ａを平面視した全面に太陽電池３５０を配設しているが、部分的に配設することもできる。
【０１８６】
また、上述の二次電池と、圧電素子の検出電圧出力用の電極とを接続し、検出電圧の一部を二次電池に充電する機能部を設けてもよい。このような機能部を設ければ、リモコン装置４０１Ａの制御信号の生成に必要十分な電圧レベル以上の検出電圧が得られた場合に、余剰な電圧分を、二次電池へ充電することができる。特に、上述のように、平膜状の弾性体４２０Ｕ，４２０Ｄの略全面に圧電素子４３１，４３２の圧電性シート４３１１，４３２１を配設するような態様であれば、検出電圧を大きくでき、二次電池への充電可能な構成に好適となる。さらに、上述のように、圧電性シートにＰＬＬＡを用いれば、さらに好適である。
【０１８７】
なお、上述のように、圧電性シートにＰＬＬＡを用いた圧電素子を変位センサとすることが、上述の各実施形態において非常に好適な態様であるが、曲げ、捻れを検出し、なんらかの制御信号に利用するという観点から考慮すると、次に示す、他の圧電性を有する材料による変位センサや、圧電性を有さない材料による変位センサを用いることも可能である。
【０１８８】
他の圧電性を有する材料としては、圧電定数ｄ１４を利用するものや、圧電定数ｄ３１を利用するものがある。
【０１８９】
（Ａ）圧電定数ｄ１４を利用するものとしては、次のものが挙げられる。
・ポリ−γ−メチル−Ｌ−グルタメート
・ポリ−γ−ベンジル−Ｌ−グルタメート
・セルロース
・コラーゲン
・ポリ−Ｄ−プロピレンオキシド
・ＰＤＬＡ（Ｄ型ポリ乳酸）
これらの圧電定数ｄ１４を利用するものは、上述のＰＬＬＡを用いた圧電素子と同様の構造で、上述の変位センサや各種デバイスを実現することができる。
【０１９０】
（Ｂ）圧電定数ｄ３１を利用するものとしては、ポーリング型高分子によるもの、強誘電性高分子によるもの、無機系のものがあり、それぞれ次のものが挙げられる。
＜ポーリング型高分子＞
・ナイロン１１
・ポリフッ化ビニル
・ポリ塩化ビニル
・ビニリデンシアニド−酢酸ビニル共重合体
・ポリ尿酸
＜強誘電性高分子＞
・ポリフッ化ビニリデン
・フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体
＜無機系＞
・チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）
・水晶（ＳｉＯ２）
・チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
・酸化亜鉛（ＺｎＯ）
（Ｃ）圧電性を有さない材料による変位センサ
図１８は圧電性を有さない材料による変位センサ６０の概略構成および変位検出概念を説明するための図である。図１８（Ａ）は変位センサ６０の平面図であり、図１８（Ｂ）は変位検出概念を説明するための拡大図である。
【０１９１】
図１８（Ａ）に示すように、変位センサ６０は弾性体６０１および変位検出用電極６０２を備える。弾性体６０１は、高分子フィルム等からなり、平膜状である絶縁性を有する。
【０１９２】
変位検出用電極６０２は、弾性体６０１の一方主面上に形成されている。変位検出用電極６０２は、ミアンダ状電極と、当該ミアンダ状電極を外部へ接続する引き回し電極とを備える。変位検出用電極６０２は、弾性体６０１の長手方向に沿って当該弾性体６０１の変位が生じると、図１８（Ｂ）に示すように、ミアンダ状電極を形成する複数の直線部の長さが長くなる。すなわち、弾性体６０１が長手方向に沿って変位する前には、弾性体６０１の長手方向に沿った長さがＬｏであったミアンダ状電極の各直線部が、変位に応じて、長さＬｓ（＞Ｌｏ）となる。これに伴い、ミアンダ状電極の各直線部は幅も狭くなる。したがって、変位検出用電極６０２のミアンダ状電極は、変位に応じて抵抗値が変化する。この抵抗値変化を検出することで、変位検出対象物の変位を検出することができる。
【０１９３】
ここで、上述の（Ｂ），（Ｃ）からなるグループの変位センサを用いる場合、変位検出対象物に対する検出すべき方向（曲げ方向や捻れ方向）に応じて、変位センサを適宜設置すればよい。例えば、変位検出対象物である平板状の装置（上述のリモコン装置等）の捻れを検出する場合には、図１９に示すような構成を用いればよい。図１９は、平板状の装置の捻れを検出する変位センサの一設置態様を示す平面図である。
【０１９４】
図１９に示すように、平板状の装置７０１は、矩形で平板状（平膜状）の主体７２０と、矩形で平膜状の圧電素子７３１Ａ，７３１Ｂとを備える。主体７２０は弾性体等の外力により捻れが生じる材質からなる。圧電素子７３１Ａ，７３１Ｂは、主体７２０の捻れに対する変位感度が高くなるように、主体７２０の主面上に配置されている。例えば、具体的に図１９の場合、圧電素子７３１Ａ，７３１Ｂの長手方向と、主体７２０の長手方向とが、主体７２０の主面に直交する方向から見て、略４５°の角度をなすように、圧電素子７３１Ａ，７３１Ｂが主体７２０へ設置されている。この際、圧電素子７３１Ａ，７３１Ｂは、互いの長手方向が略９０°の角度をなすように、主体７２０へ設置されている。
【０１９５】
このような構成とすれば、上述の（Ｂ），（Ｃ）からなるグループの変位センサであっても、特定方向（曲げ、捻れ）を検出し、これに応じた制御信号を出力する装置（リモコン装置等）を実現することができる。なお、上述のＰＬＬＡおよび（Ａ）のグループの変位センサを、図１９に示すような構造で取り付けることも可能である。
【０１９６】
上述のゲームコントローラのように筐体内に圧電素子を配置して操作デバイスを形成する場合には、次に示す態様を用いることもできる。図２０は操作デバイス８０１における圧電素子３０の配置を示す図である。図２０（Ａ）は、操作デバイス８０１の平面図であり、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）のＡ−Ａ’断面図である。なお、図２０では、筐体８１０と圧電素子３０のみを図示しており、操作デバイス８０１を構成する他の構成要素は図示を省略している。
【０１９７】
筐体８１０は、平面視して、一方向が長く（以下、当該方向を長手方向とする。）、当該長手方向に直交する方向が短い（以下、当該方向を短手方向とする。）、直方体形状からなる。筐体８１０は、表面壁８１２Ｆ、裏面壁８１２Ｒが間隔を空けて対向する構造からなり、表面壁８１２Ｆの外周と裏面壁８１２Ｒの外周とに沿って、長手方向側壁８２１，８２２、短手方向側壁８２３，８２４が形成されている。この構造により、筐体８１０は、内部空間８１１を備える。内部空間８１１には、図示しない操作デバイス８０１を構成する各種の構成要素とともに、圧電素子３０が配置されている。
【０１９８】
圧電素子３０は、上述の第１の実施形態に示した変位センサ１０に用いた圧電素子３０と同じである。
【０１９９】
具体的には、圧電素子３０は、平膜状で矩形状からなる圧電性シート３００を備える。圧電性シート３００は、ＰＬＬＡによって形成されている。なお、ここでは、ＰＬＬＡを用いているが、ｄ１４の圧電定数を有し、圧電性が異方性を有するものであれば、他の材質であってもより。圧電シート３００は、当該圧電シート３００の長手方向に対して、一軸延伸方向が４５°の角度を成すように形成されている。
【０２００】
圧電性シート３００の第１主面には、略全面に電極３０１が形成されている。圧電性シート３００の第２主面には、略全面に電極３０２が形成されている。電極３０１，３０２の材料は、第１の実施形態に示したものを用いればよく、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ポリチオフェンを主成分とする有機電極、ポリアニリンを主成分とする有機電極、蒸着やめっきにより形成された金属被膜や銀ペーストによる印刷電極膜を用いればよい。
【０２０１】
このような構造からなる平膜状の圧電素子３０は、筐体８１０を平面視して、長手方向の略中央で、且つ、短手方向の端部付近に配置されている。図２０の例であれば、圧電素子３０は、裏面壁８１２Ｒにおける長手方向側壁８２１の中央部付近で、且つ、長手方向側壁８２１に当接するように、配置されている。この際、圧電素子３０は、当該圧電素子３０の長手方向の側面が、長手方向側壁８２１に当接するように、配置されている。言い換えれば、圧電素子３０の長手方向と筐体８１０の長手方向とが略一致するように、圧電素子３０は、筐体８１０に配置されている。
【０２０２】
このような圧電素子３０の配置構造を採用することで、筐体８１０の表面壁８１２Ｆや裏面壁８１２Ｒが押し込まれたことを、効率的に検出することができる。
【０２０３】
これは、次の原理によるものである。図２１は、矩形状の筐体８１０の表面壁８１２Ｆの中央を押し込んだ場合における筐体８１０の長手方向（Ｘ方向）の歪み率ＤｒＸの分布図である。図２２は、矩形状の筐体８１０の表面壁８１２Ｆの中央を押し込んだ場合における筐体８１０の短手方向（Ｙ方向）の歪み率ＤｒＹの分布図である。図２３は、矩形状の筐体８１０の表面壁８１２Ｆの中央を押し込んだ場合における歪み差ＤｒＸＹの分布図である。歪み差ＤｒＸＹは、長手方向の歪み率ＤｒＸと短手方向の歪み率ＤｒＹとの差によって算出されている。また、図２１、図２２、図２３において、Ｘ０は、図２０における長手方向側壁８２１，８２２の中間部に相当する。Ｘ１は、図２０における長手方向側壁８２１，８２２の短手方向側壁８２３側の端部に相当する。Ｘ２は、図２０における長手方向側壁８２１，８２２の短手方向側壁８２４側の端部に相当する。Ｙ０は、図２０における短手方向側壁８２３，８２４の中間部に相当する。Ｙ１は、図２０における短手方向側壁８２３，８２４の長手方向側壁８２１側の端部に相当する。Ｙ２は、図２０における短手方向側壁８２３，８２４の長手方向側壁８２２側の端部に相当する。
【０２０４】
図２１、図２２に示すように、筐体８１０の表面壁８１２Ｆの中央を押し込んだ場合、長手方向の歪み率ＤｒＸ、短手方向の歪み率ＤｒＹは位置によって変化する。具体的には、次のように変化する。
【０２０５】
（長手方向の歪み率ＤｒＸ（図２１参照））
長手方向の歪み率ＤｒＸは、長手方向、短手方向に関係なく、表面壁８１２Ｆの中心に近づくほど「＋」方向へ大きくなる。また、長手方向の歪み率ＤｒＸは、長手方向側壁８２１，８２２に近接する領域では、長手方向に沿った位置に関係なく、「０」に近い値となる。この際、長手方向の中央では、小さく「＋」となる。
【０２０６】
また、長手方向の歪み率ＤｒＸは、短手方向の中央では、長手方向に沿って大きく変化する。具体的には、中央付近では大きく「＋」になり、両端部（短手方向側壁８２３，８２４に当接する部分）では、大きく「−」になる。
【０２０７】
また、長手方向の歪み率ＤｒＸは、角部では「０」となる。
【０２０８】
（短手方向の歪み率ＤｒＹ（図２２参照））
短手方向の歪み率ＤｒＹは、長手方向、短手方向に関係なく、表面壁８１２Ｆの中心に近づくほど「＋」方向へ大きくなる。また、短手方向の歪み率ＤｒＹは、短手方向側壁８２３，８２４に近接する領域では、短手方向に沿った位置に関係なく、「０」に近い値となる。この際、短手方向の中央では、小さく「＋」となる。
【０２０９】
また、短手方向の歪み率ＤｒＹは、長手方向の中央では、短手方向に沿って大きく変化する。具体的には、中央付近では大きく「＋」になり、両端部（長手方向側壁８２１，８２２に当接する部分）では、大きく「−」になる。
【０２１０】
また、短手方向の歪み率ＤｒＹは、角部では「０」となる。
【０２１１】
したがって、歪み差ＤｒＸＹは、図２３に示すように、長手方向、短手方向に関係なく、表面壁８１２Ｆの中心で略「０」になる。また、歪み差ＤｒＸＹは、長手方向側壁８２１，８２２の長手方向に沿った略中央付近で、且つ長手方向側壁８２１，８２２に近接する位置で、大きく「＋」となる。また、歪み差ＤｒＸＹは、短手方向側壁８２３，８２４の短手方向に沿った略中央付近で、且つ短手方向側壁８２３，８２４に近接する位置で、大きく「−」となる。
【０２１２】
ここで、圧電素子３０の圧電シート３００はｄ１４の圧電定数を有するので、圧電シート３００（圧電素子３０）の一軸延伸方向と筐体８１０の長手方向および短手方向とが４５°の角度を成すように圧電素子３０が筐体８１０に配置されていれば、歪み差ＤｒＸＹの絶対値が最も大きな領域に配置することで、押し込み量に応じた電圧が高くなる。
【０２１３】
図２４は、筐体８１０に対する圧電素子３０の配置態様例を示す図である。図２４（Ａ）〜図２４（Ｆ）は、それぞれ同じ形状の筐体８１０に同じ形状の圧電素子３０を配置する例を示している。図２４において、Ｏ点は、筐体８１０を平面視した中心である。このＯ点を、表面壁８１２Ｆ側から押し込んだ場合に圧電素子３０が発生する電荷量を各図に示している。
【０２１４】
図２４は、長手方向の長さが８０ｍｍ、短手方向の長さが６０ｍｍの筐体８１０であって、長手方向の長さが３０ｍｍ、短手方向の長さが１０ｍｍのＰＬＬＡの圧電シート３００を用いた場合を示している。また、電荷量は、表面壁８１２Ｆを１ｋｇｆで押した場合を示している。
【０２１５】
図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）、図２４（Ｃ）は、圧電素子３０の長手方向と筐体８１０の長手方向が略平行な場合を示す。
【０２１６】
図２４（Ａ）の場合、圧電素子３０は、筐体８１０の短手方向の中央で、筐体８１０の長手方向の中心と短手方向側壁８２３との中間位置に配置されている。この場合、電荷量は＋４．３ｎＣである。
【０２１７】
図２４（Ｂ）の場合、圧電素子３０は、筐体８１０の中央に配置されている。この場合、電荷量は＋１．８ｎＣである。
【０２１８】
図２４（Ｃ）の場合、圧電素子３０は、筐体８１０の長手方向の中央で、長手方向側壁８２１に当接する位置（短手方向の端部）に配置されている。この場合、電荷量は＋７．０ｎＣである。
【０２１９】
図２４（Ｄ）、図２４（Ｅ）、図２４（Ｆ）は、圧電素子３０の長手方向と筐体８１０の長手方向が略垂直な場合を示す。
【０２２０】
図２４（Ｄ）の場合、圧電素子３０は、筐体８１０の長手方向の中央で、中心Ｏ点と長手方向側壁８２１との間に配置されている。この場合、電荷量は、−４．０ｎＣである。
【０２２１】
図２４（Ｅ）の場合、圧電素子３０は、筐体８１０の中央に配置されている。この場合、電荷量は＋０．６１ｎＣである。
【０２２２】
図２４（Ｆ）の場合、圧電素子３０は、筐体８１０の短手方向の中央で、短手方向側壁８２３に当接する位置（長手方向の端部）に配置されている。この場合、電荷量は＋３．８ｎＣである。
【０２２３】
このように、圧電素子３０を筐体８１０に配置する場合、歪み差ＤｒＸＹの絶対値が最も大きな領域に配置することで、より絶対値の大きな電荷量を得られることが分かる。
【０２２４】
したがって、上述の説明および図２０に示すように、圧電素子３０を筐体８１０に配置することで、押し込み（変位）に対する出力電圧感度を向上させることができる。これにより、圧電素子３０の大きさが制限されていても、押し込み操作に対する感度が高い、操作デバイスを実現することができる。
【０２２５】
なお、図２０の示す配置態様は一例であり、圧電素子３０を歪み差の絶対値が大きい領域に配置すれば、他の配置態様を用いてもよい。ただし、圧電素子３０が配置される領域内に、符号が異なる（「＋」と「−」）領域が混在する場合、それぞれの領域で生じた電荷がキャンセルされてしまうため、圧電素子３０としての発生電荷量が小さくなってしまう。したがって、圧電素子３０が配置される領域内では、できる限り同じ符号の電荷（電圧）が発生するように、言い換えれば電荷分布の極性ができる限り同じになるように、圧電素子３０を筐体８１０へ配置するとよい。
【０２２６】
なお、上述の図２０では、圧電素子３０を歪み差の大きな領域に配置する例を示したが、圧電性シートを筐体８１０の裏面壁８１２Ｒの内側の全体に配置し、歪み差の大きな領域にのみ電極を形成する構成にしてよい。
【０２２７】
図２５は、筐体８１０を平面視して、圧電性シート３８０を筐体８１０の略全面に貼り付けられる場合の一例を示す図である。圧電素子３８は、筐体８１０を平面視した内部空間の略全面に配置された圧電性シート３８０と、圧電性シート３８０の所定領域に形成された電極３８１とを備える。圧電性シート３８０の電極３８１と反対側の面には、電極３８１に対向するように、もう一つの電極が形成されている。
【０２２８】
圧電性シート３８０は、長手方向および短手方向と一軸延伸方向とが略４５°の角度を成すように形成されている。
【０２２９】
電極３８１は、長手方向に沿った中央の電極幅（短手方向に沿った長さ）が短く、長手方向に沿った両端の電極幅が長くなるように、長手方向に沿って電極幅が徐々に広くなる形状で形成されている。このような構成とすることで、電極３８１は、上述の歪み差ＤｒＸＹが大きく、同符号（「−」符号）の領域の略全ての領域に亘るように、形成される。したがって、筐体８１０の表面壁８１２Ｆへの押し込みに対する出力電圧感度を、さらに高くすることができる。
【０２３０】
なお、図２５では、略全面に圧電性シート３８０を配置する例を示したが、電極３８１と同じ形状の圧電性シートを配置してもよい。この場合、圧電素子を筐体８１０に配置した際に、圧電性シートの一軸延伸方向が、筐体８１０の長手方向および短手方向に対して略４５°の角度を成すように、圧電性シートを切り出せばよい。
【０２３１】
また、さらに、図２６に示すように、さらなる電極を形成してもよい。図２６は、筐体８１０を平面視して、圧電性シート３８０を筐体８１０の略全面に貼り付け、複数の電極を形成する場合の一例を示す図である。
【０２３２】
圧電素子３８Ａは、上述した圧電素子３８に対して、電極３８２１，３８２２を追加したものである。電極３８２１は、圧電性シート３８０の長手方向に沿った中央付近で、短手方向に沿った一方端付近（長手方向側壁８２１に近接する領域）に形成されている。電極３８２２は、圧電性シート３８０の長手方向に沿った中央付近で、短手方向に沿った他方端付近（長手方向側壁８２２に近接する領域）に形成されている。電極３８２１，３８２２は、電極３８１に接続していない。なお、図示していないが、電極３８２１，３８２２の圧電性シート３８０に対向する反対面にも、同じ形状の電極が形成されている。
【０２３３】
このような構成の場合、電極３８２１，３８２２で生じる電荷は、電極３８１で生じる電荷と逆符号（電荷分布の極性が逆）になる。したがって、単に加算すると電荷の総量が小さくなってしまう。すなわち、電極３８２１，３８２２で生じる電圧と、電極３８１で生じる電圧を単純加算すると、電圧が低くなってしまう。したがって、このような構成の場合、電極３８２１，３８２２で得られる電圧と、電極３８１で得られる電圧とを相殺しないように加算する（極性が一致した状態で加算される）構成を備えればよい。このような構成とすれば、さらに、電荷を検出する面積が広くなり、出力電圧感度を、さらに高くすることができる。
【０２３４】
上述の操作デバイスの実施形態では、表面壁に対する押し込み検出を行う例を示したが、裏面壁の押し込み検出にも利用することができる。
【０２３５】
なお、これまでの図は説明のために寸法関係が誇張されており、例えば積層体の断面図では、各部の厚みは図に示されている比率に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲において適宜設計変更が可能である。
【符号の説明】
【０２３６】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，６０：変位センサ、
２０：弾性体、
３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３８Ａ，４３１，４３２，５１２：圧電素子、
３００，３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０，４３１０，４３２０，５１２０：圧電性シート、
３０１，３０２，３１１，３１２，３２１，３２２，３３１，３４１，３５１，３５２，３６１，３６２，３７１，３７２，３８１，３８２１，３８２２，４３１１，４３１２，４３２１，４３２２：電極、
４１，４２，４１Ａ，４２Ａ，４１Ｂ，４２Ｂ：外部接続端子、
１００：変位検出装置、
１０１：直流電圧検出器、
２０１：ゲーム用コントローラ、
２１０：筐体、
２１１：空間、
２２０，２３０：操作入力ボタン、
３０１：モニタ機能付きシューズ、
３０１：シューズ本体、
３１１：ソール、
１３１：通信制御部、
１３２：電池、
１３４：電源供給用ライン、
１３５：配線ライン、
４００：足、
４０１，４０１Ａ：リモコン装置、
４１０：制御回路部、
４２０，４２０Ｄ，４２０Ｕ：弾性体、
４４０，４４０Ａ，５１４：絶縁性保護層、
４５０：太陽電池、
５０１：タッチパネルセンサ、
５１１：タッチパネル部、
５１１１，５１１２：静電容量検出用電極、
５１２１，５１２２：押圧力検出用電極、
５１３：絶縁層、
６０１：弾性体、
６０２：変位検出用電極、
７０１：平板状の装置、
７２０：主体、
７３１Ａ，７３１Ｂ：圧電素子、
８０１：操作デバイス、
８１０：筐体、
８１１：内部空間、
８１２Ｆ：表面壁、
８１２Ｒ：裏面壁、
８２１，８２２：長手方向側壁、
８２３，８２４：短手方向側壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
2012137897.tif 000029
2012137897.tif 000030
2012137897.tif 000031
2012137897.tif 000032
2012137897.tif 000033
2012137897.tif 000034
2012137897.tif 000035
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