(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押圧操作を受ける操作板と、
前記操作板を保持する枠体と、
前記枠体に組み付けられていない状態では前記操作板側に凸状に反る形状であり、前記凸状の反りが前記操作板に押しつけられるように、前記枠体に組み付けられている検出板と、
前記検出板の前記操作板側に貼付され、前記検出板よりも線膨張係数が大きい圧電フィルムと、
を備える操作入力装置。
【請求項２】
前記検出板と前記操作板との間に設けられ、前記操作板が押圧操作を受けるときに前記検出板を押し込む押し子を更に備える請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記圧電フィルムは前記検出板の前記操作板側に設けられている、請求項１または請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記圧電フィルムはキラル高分子からなる、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記キラル高分子はＬ型ポリ乳酸である、請求項４に記載の操作入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作面が押し込まれることを検出する操作入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル等の操作面を有する操作入力装置では、操作面の押圧を検出する場合があり、操作面の押圧を検出することができる圧電フィルムが付設されることがある。（例えば特許文献１参照。）。【０００３】
特許文献１に記載の操作入力装置は、矩形平板状のタッチパネルおよび短冊状の圧電フィルムを備え、タッチパネルの短辺に沿うように、タッチパネルの背面に圧電フィルムが貼付されている。この操作入力装置でタッチパネルが押圧されて歪むと、タッチパネルの背面に貼付されている圧電フィルムも歪む。これにより、圧電フィルムの両主面に歪みの大きさに応じた電位差を発生させ、この電位差を検出することでタッチパネルに対する押圧を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０３５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の操作入力装置では、上述のように、圧電フィルムがタッチパネルの裏面に貼付されているが、操作入力装置においては設計上の問題から、圧電フィルムをタッチパネルの裏面に貼付することができない場合がある。この場合、タッチパネルに対して貼り付けないで圧電フィルムを設けると、タッチパネルの押圧を圧電フィルムに上手く伝えることができず、圧電フィルムでタッチパネルの押圧を正確に検出できないことがあった。【０００６】
そこで本発明の目的は、操作面の裏面側に圧電フィルムが貼付されていなくても、操作面の押圧操作を圧電フィルムで確実に検出することができる操作入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の操作入力装置は、操作板と枠体と検出板と圧電フィルムとを備える。操作板は押圧操作を受ける。枠体は操作板を保持する。検出板は、枠体に組み付けられていない状態では操作板側に凸状に反る形状であり、凸状の反りが操作板に押しつけられるように、枠体に組み付けられている。圧電フィルムは検出板に貼付されている。【０００８】
検出板と圧電フィルムとを貼り合わせた構造体（以下、貼付体と称する。）では、検出板と圧電フィルムとの線膨脹係数差によって変形が生じることがある。そして、線膨脹係数差が大きければ、温度によっては貼付体が操作板から離れるように変形することがあり、操作板の押圧が貼付体に上手く伝わらなくなってしまうことがある。しかしながら、上記の構成では、検出板が操作板に凸状の反りを押しつけるように設けられているため、貼付体が線膨脹係数差によって変形しても、貼付体が操作板から離れるように変形し難くなり、操作板の押圧を検出板に対して確実に伝えることができる。【０００９】
上述の操作入力装置は、検出板と操作板との間に設けられ、操作板が押圧操作を受けるときに検出板を押し込む押し子を更に備えていることが好ましい。この構成では、操作板と検出板とを大きく離して配置しても、押し子を介して操作板の押圧を検出板に伝えられる。【００１０】
また、上述の操作入力装置において、圧電フィルムは検出板の操作板側に設けられていてもよい。圧電フィルムは、一般に検出板となる金属材料よりも大きな線膨脹係数を有しているため、圧電フィルムと検出板との貼付体は、線膨脹係数差の影響で検出板側（操作板とは反対側）に凸に撓む傾向がある。したがって、圧電フィルムが検出板の操作板側に設けられていれば、貼付体が操作板から離れ易くなってしまう。しかしながら、上記のような、検出板の凸状の反りを操作板に対して押しつける構成では、貼付体が操作板から離れ難くなるため、圧電フィルムが検出板の操作板側に設けられていても、操作板の押圧による歪みを検出板に対して確実に伝えることができる。【００１１】
上述の操作入力装置において、圧電フィルムはキラル高分子からなることが好ましい。また、上述の操作入力装置において、キラル高分子はＬ型ポリ乳酸であることが好ましい。【００１２】
例えば、圧電フィルムにＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を用いた場合、使用温度の変化が圧電フィルムの圧電特性に影響を及ぼすおそれがある。しかし、この構成では、キラル高分子であるＬ型ポリ乳酸に焦電性がないので、圧電フィルムによる押圧の検出を精度良く行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、操作板の押圧を、検出板に対して確実に伝達することができ、検出板に貼り付けた圧電フィルムにより、操作板の押圧を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る操作入力装置の平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る操作入力装置の側面断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る操作入力装置における圧電フィルムの周辺を拡大して示す側面断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る操作入力装置における貼付体の非組み付け状態を説明する側面断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る操作入力装置における押圧検知を説明する側面断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る操作入力装置の側面断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る操作入力装置の側面断面図である。
【図８】第４の実施形態に係る操作入力装置の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態に係る操作入力装置１０について説明する。操作入力装置１０は、例えば、多機能携帯端末として利用される。図１は操作入力装置１０の平面図である。図２は操作入力装置１０の側面断面図である。図２には、図１中に一点鎖線Ａ−Ａで示す位置の側面断面を示している。
【００１６】
操作入力装置１０は、枠体１１と操作板１２とスペーサ１４Ａ，１４Ｂと検出板１５と、センサ部１６と、押し子１８と、回路部（図示せず）を備えている。
【００１７】
枠体１１は、薄手の箱状であり、枠状の側面および矩形状の底面から構成され、天面側に矩形状の開口部を有する。操作板１２は、矩形平板状であり、枠体１１の開口部を塞ぐように枠体１１に接合している。例えば、操作板１２は、裏面に表示パネルおよびタッチパネルを付設した透明ガラスとして構成される。以下では、操作板１２の主面の長手方向をＸ方向と称し、操作板１２の主面の短手方向をＹ方向と称し、操作板１２の主面に垂直な方向をＺ方向と称することがある。
【００１８】
スペーサ１４Ａは枠体１１の側面のうちＸ方向と平行な第１の側面付近に配置されている。スペーサ１４Ｂは枠体１１の第２の側面（第１の側面に対向する側面）付近に配置されている。スペーサ１４Ａ，１４Ｂは、それぞれＺ方向に延びる柱状であり、枠体１１のＸ方向の略中央部に配置されている。
【００１９】
検出板１５は、ＳＵＳ（ステンレス）からなる短冊状であり、その主面が操作板１２の主面と平行になるように、枠体１１と操作板１２とに囲まれる内部空間に配置されている。検出板１５は枠体１１のＸ方向の略中央部に配置されている。検出板１５の長手方向はＹ方向に平行になっている。検出板１５の長手方向の両端は、それぞれ、スペーサ１４Ａ，１４Ｂで支持されている。検出板１５と操作板１２との間および検出板１５と枠体１１の底面との間にはスペースが形成されている。
【００２０】
センサ部１６は、短冊状であり、その長手方向がＹ方向になるように、検出板１５の両主面のうち操作板１２側の主面に貼付されている。以下、センサ部１６と検出板１５とが互いに貼り合わされた構造体を貼付体１７と称する。回路部は、枠体１１と操作板１２との内部空間に配置され、センサ部１６に電気的に接続されている。
【００２１】
押し子１８は、操作板１２と貼付体１７との間に配置され、操作板１２および貼付体１７に当接している。押し子１８は、Ｚ方向に延びる柱状である。押し子１８は、Ｙ方向において貼付体１７に比べて短くなっており、Ｙ方向において貼付体１７の略中央部に配置されている。押し子１８は、操作板１２の押圧を貼付体１７に伝えるものであり、押し子１８を設けることにより、操作板１２と貼付体１７とを大きく離して配置することができる。このため、操作板１２と貼付体１７との間に、他の部品等を配置することができ、操作入力装置１０の設計自由度が増すことになる。
【００２２】
図３は、センサ部１６および検出板１５からなる貼付体１７を拡大して示す側面断面図である。センサ部１６は、圧電フィルム３１、貼付層３２，３３、平板電極３４，３５および基材層３６，３７を備えている。圧電フィルム３１の一方の主面には平板電極３４が貼付層３２により貼付されている。圧電フィルム３１の他方の主面には平板電極３５が貼付層３３により貼付されている。平板電極３４，３５は回路部（図示せず）に電気的に接続されている。平板電極３４の主面のうち圧電フィルム３１側と反対側の主面には、基材層３６が配置されている。平板電極３５の主面のうち圧電フィルム３１側と反対側の主面には、基材層３７が配置されている。センサ部１６は、基材層３６側が検出板１５に向くように、貼付層３８により検出板１５の主面に貼付されている。
【００２３】
圧電フィルム３１はＰＬＬＡ（Ｌ型ポリ乳酸）から形成されている。ＰＬＬＡは、キラル高分子であり、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡ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。また、キラル高分子はポリマーであり、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、キラル高分子を主材料とする圧電フィルム３１は、変位量が大きくても破損することがなく、確実に変位量を検出することができる。
【００２４】
また、ＰＬＬＡは、延伸等による分子の配向処理で圧電性を生じ、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、ＰＬＬＡには、他の強誘電性の圧電体で生じる焦電性が生じない。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。
【００２５】
ＰＬＬＡの延伸方向に３軸をとり、３軸方向に垂直な方向に１軸および２軸をとると、ＰＬＬＡにはｄ１４の圧電定数（ずりの圧電定数）が存在する。１軸方向が厚み方向となり、３軸方向（延伸方向）に対して４５°の角度をなす方向が長手方向となるように、ストライプ状の圧電フィルム３１が切り出される。これにより、圧電フィルム３１が長手方向に伸縮すると、圧電フィルム３１は厚み方向に分極する。
【００２６】
貼付層３２，３３，３８の材料は粘着剤または接着剤で構成される。粘着剤と接着剤との違いは、接着剤が接着時に液体から固体になるのに対して、粘着剤は常に濡れた状態を安定して保つことである。貼付層３２，３３，３８の材料に粘着剤を用いれば、接着剤に比べて粘着剤の厚みを容易に制御することができる。一方、貼付層３２，３３，３８の材料に接着剤を用いれば、粘着剤に比べて硬いので押圧による変形を緩和しにくく、より良好な検出感度を得やすくなる。平板電極３４，３５は銅箔等の金属膜からなる。基材層３６，３７の材料はポリイミド等の樹脂である。
【００２７】
図４は、貼付体１７を操作入力装置１０に組み付けていない状態（非組み付け状態）での貼付体１７の側面断面図である。
【００２８】
貼付体１７は、操作入力装置１０に組み付けていない状態での形状が、センサ部１６側、即ち、押し子１８および操作板１２側に凸に湾曲して反るように、成形または塑性加工されたものである。
【００２９】
この貼付体１７は、図２に示したように、Ｙ方向の両端をスペーサ１４Ａ，１４Ｂで固定して、中央付近の凸に反る部分を前述の押し子１８に押し当てて、枠体１１と操作板１２との内部空間に組み付けられる。組み付け状態の貼付体１７は、凸に反っていた部分が平坦となるように弾性変形し、押し子１８に対して操作板１２に押しつけるような弾性力を作用させる。具体的には、Ｚ方向での貼付体１７の両端の固定位置と、Ｚ方向での貼付体１７と押し子との接触位置とが略一致するように設定されている。
【００３０】
このため、貼付体１７を組み付けた状態では、操作板１２が押圧操作されても、また、操作板１２が押圧操作されていなくても、常に、貼付体１７が押し子１８に押し当たり、貼付体１７と押し子１８とが確実に接触することになる。したがって、操作板１２にかかる押圧が押し子１８を介して検出板１５に確実に伝わることになり、センサ部１６で検出板１５の歪みを検出することで、操作板１２の押圧操作を検出することができる。
【００３１】
なお、センサ部１６の圧電フィルム３１を構成するキラル高分子（ポリマー）や基材層３６，３７を構成するポリイミド等の樹脂は、検出板１５を構成するＳＵＳよりも、一般に線膨脹係数が大きく、低温環境下ではセンサ部１６が検出板１５よりも大きく縮んで、貼付体１７が操作板１２側に凹となる方向に撓むような熱変形が生じる。この熱変形は、非組み付け状態での反りとは逆向きの反りを貼付体１７に生じさせるため、非組み付け状態での検出板１５の反り量は、操作入力装置１０の使用温度範囲の全域において熱変形があっても、貼付体１７がセンサ部１６側に凸となる反りが確保されるように、設定することが好ましい。
【００３２】
図５は、操作入力装置１０における操作板１２の押圧（押し込み）検知を説明する側面断面図である。操作板１２が押圧操作により押し込まれると、押し子１８を介して、貼付体１７が押し込まれる。貼付体１７は端部がスペーサ１４Ａ，１４Ｂで固定されて略平坦な形状で保持されていたため、貼付体１７は押し子１８に押し込まれる方向に凸となるように撓む。これにより、貼付体１７の両主面のうち操作板１２側の主面が長手方向（Ｙ方向）に縮むように貼付体１７は歪む。このため、貼付体１７の操作板１２側の主面に貼付されているセンサ部１６も長手方向に縮む。すると、センサ部１６を構成する圧電フィルム３１（図３参照）も長手方向に縮むため、圧電効果によって圧電フィルム３１は厚み方向に分極し、圧電フィルム３１の両主面に電位差が発生する。この電位差により、圧電フィルム３１の両主面に対向する平板電極３４，３５に電荷が誘起される。回路部はこの電荷の流れ（電流）を電圧に変換して、操作板１２の押圧を電圧として検出する。操作板１２にかかる押圧は、押し子１８を介して貼付体１７に確実に伝わるため、センサ部１６が操作板１２に貼付されていなくても、操作板１２にかかる押圧をセンサ部１６で確実に検出することができる。
【００３３】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態に係る操作入力装置４０について説明する。第２の実施形態に係る操作入力装置４０の構成は、第１の実施形態と殆ど同様であるが、クッション（弾性体）を更に備えている点で、第１の実施形態と相違している。
【００３４】
図６は、第２の実施形態に係る操作入力装置４０の側面断面図である。操作入力装置４０は、前述の枠体１１と操作板１２とスペーサ１４Ａ，１４Ｂと貼付体１７と押し子１８と回路部（図示せず）とに加えて、クッション（弾性体）４２を更に備えている。クッション４２は、枠体１１と貼付体１７との間に、押し子１８と対向するように配置され、枠体１１および検出板１５に当接している。クッション４２は、Ｙ方向において検出板１５の略中央部に配置され、平面視して（Ｚ方向から見て）、押し子１８とほぼ同一の形状および大きさを有している。
【００３５】
このクッション４２は、貼付体１７のＹ方向の中央部を、センサ部１６側、即ち、押し子１８および操作板１２側に付勢するために設けられている。このようにクッション４２を設ける構成では、貼付体１７を非組み付け状態で操作板１２側に凸に反らせている構成と同様に、貼付体１７を操作板１２や押し子１８から離れ難くすることができる。したがって、貼付体１７を非組み付け状態で操作板１２側に凸に反らせている構成と、クッション４２を設ける構成とを併用することにより、更に確実に操作板１２の押圧を検出板１５に伝えることができる。
【００３６】
《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態に係る操作入力装置５０について説明する。第３の実施形態に係る操作入力装置５０の構成は、第１の実施形態と殆ど同様であるが、押し子を省いている点で、第１の実施形態と相違している。
【００３７】
図７は、第３の実施形態に係る操作入力装置５０の側面断面図である。操作入力装置５０は、前述の枠体１１と操作板１２とスペーサ１４Ａ，１４Ｂと貼付体１７と回路部（図示せず）とを備え、押し子を省いている。
【００３８】
貼付体１７は、操作入力装置１０に組み付けていない状態での元の形状だけでなく、操作入力装置１０に組み付けている状態での形状も、センサ部１６側、即ち、押し子１８および操作板１２側に凸に湾曲して反っている。
【００３９】
ここでは、操作入力装置１０に組み付けている状態での貼付体１７は、Ｙ方向の両端をスペーサ１４Ａ，１４Ｂで固定して、中央付近の凸に反る部分を操作板１２に直接押し当てて、枠体１１と操作板１２との内部空間に組み付けられている。貼付体１７は、組み付け状態では凸に反っていた部分が非組み付け状態よりも扁平となるように（押し戻されるように）弾性変形し、操作板１２に押すような弾性力を作用させる。
【００４０】
このため、やはり貼付体１７を組み付けた状態では、操作板１２が押圧操作されていても、また、操作板１２が押圧操作されていなくても、常に、貼付体１７が操作板１２に押し当たり、貼付体１７と操作板１２とが確実に接触することになる。したがって、操作板１２にかかる押圧が検出板１５に確実に伝わることになり、センサ部１６で検出板１５の歪みを検出することで、操作板１２の押圧を検出することができる。
【００４１】
《第４の実施形態》
次に、本発明の第４の実施形態に係る操作入力装置６０について説明する。第４の実施形態に係る操作入力装置６０の構成は、第３の実施形態と殆ど同様であるが、貼付体の形状が第３の実施形態と相違している。
【００４２】
図８は、第４の実施形態に係る操作入力装置６０の側面断面図である。操作入力装置６０は、前述の枠体１１と操作板１２とスペーサ１４Ａ，１４Ｂと回路部（図示せず）とを備え、貼付体１７に替えて貼付体６７を備えている。
【００４３】
貼付体６７は、操作入力装置６０に組み付けていない状態での元の形状が、センサ部６６側、即ち、操作板１２側に凸に中央部が屈曲して反るように、成形または塑性加工されたものである。このように貼付体６７は、湾曲して反る形状に限られず、屈曲して反るような形状であってもよい。
【００４４】
以上の各実施形態で説明したように本発明は実施することができるが、各実施形態で示したクッションの有無や、押し子の有無、は適宜組み合わせて実施してもよい。
【００４５】
また、貼付体は、枠体内部に内蔵される他の内蔵部品との実装位置の兼ね合いによって、適宜の配置や形状にすることができる。例えば、上述の実施形態では、貼付体を平面視した枠体の短辺に対して平行に配置する例を示したが、貼付体を平面視した枠体の長辺に対して平行に配置してもよく、枠体の長辺および短辺に対してななめに配置してもよい。また、上述の実施形態では、貼付体を枠体内部でＸ軸方向の中央部に１個配置する例を示したが、例えばＸ軸方向に並べて複数個の貼付体を配置するようにしてもよく、また、貼付体をＸ軸方向により幅広な構成にしてもよい。これらのようにすれば、押圧の検出感度が押圧位置に応じてばらつくことを抑制できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０，４０，５０，６０…操作入力装置
１１…枠体
１２…操作板
１４Ａ，１４Ｂ…スペーサ
１５，６５…検出板
１６，６６…センサ部
１７，６７…貼付体
１８…押し子
３１…圧電フィルム
３２，３３，３８…貼付層
３４，３５…平板電極
３６，３７…基材層
４２…クッション
【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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