(57)【要約】【課題】装置が発熱する可能性のある場合や猛暑環境下での使用であっても、入力感度を維持できる感圧式入力部材及びこれを用いたデバイスを提供する。【解決手段】加圧入力を受ける入力用基板、前記入力用基板が受けた加圧入力を感知して、電圧を発生する圧電フィルムであって、帯電された多孔質フッ素樹脂フィルムを含む圧電フィルム、並びに前記入力用基板が設けられる側の面に積層される第１電極及び前記圧電フィルムの前記入力用基板が設けられる側と反対側の面に積層される第２電極を備えた感圧式入力部材及びこれを備えたデバイス。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧入力を受ける入力用基板；
前記入力用基板が受けた加圧入力を感知して、電圧を発生する圧電フィルムであって、帯電された多孔質フッ素樹脂フィルムを含む圧電フィルム；並びに
前記入力用基板が設けられている側の面に積層されている第１電極及び前記圧電フィルムの前記入力用基板が設けられている側と反対側の面に積層されている第２電極； 
を備えた感圧式入力部材。
【請求項２】
前記入力用基板が剛性材料で構成されている請求項１に記載の感圧式入力部材
【請求項３】
前記入力用基板が、加圧入力を受けて作動する部分を含む装置の筐体の少なくとも一部を構成している請求項２に記載の感圧式入力部材。
【請求項４】
前記入力用基板の加圧入力を受ける側の面に、加圧位置を示す表示部が形成されている請求項１〜請求項３に記載の感圧式入力部材。
【請求項５】
前記第１電極は、入力用基板の圧電フィルムと接する側に積層されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の感圧式入力部材。
【請求項６】
前記第１電極、前記第２電極、または前記第１電極及び前記第２電極として、プリント配線板を用いる請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の感圧式入力部材。
【請求項７】
前記入力用基板又は前記プリント配線板は、フレキシブルプリント配線板である請求項６に記載の感圧式入力部材。
【請求項８】
請求項１に記載の感圧式入力部材；及び
前記感圧式入力部材と電気的に接続され、前記圧電フィルムからの発生電圧を検知して、前記加圧入力に対応する動作指令を出力する制御部
を備えた感圧式デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、身体の一部や物体などが触れたことによる加圧入力を感知する感圧式入力部材及びこれを用いた感圧式デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
操作者からの押圧による指示や身体の一部などが触れたことによる加圧入力を感知する入力部材としては、加圧によるばねの変形や基材の撓みにより端子間が接触して通電することを利用した押しボタンスイッチやメンブレンスイッチ、キーパッドなどが一般に用いられている。
【０００３】
その他に圧電フィルムを用いた、感圧式入力部材も検討されている。圧電フィルムは、フィルム状の圧電素子で、加圧入力に対して電圧を発生することから、圧電センサ、圧電スイッチなどに利用することができる。圧電フィルムとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）系フィルムがよく知られており、例えば、特開２００６−１１８８７４号公報（特許文献１）にＰＶＤＦフィルムを用いた圧電センサが提案されている。
【０００４】
圧電性能を飛躍的に向上させた圧電フィルムとして、近年、ｅｍｆｉｔ社からＥｍｆｉｔ（登録商標）として延伸多孔質ポリプロピレンフィルムを用いたエレクトレットフィルムが提案されている。このエレクトレットフィルムは、ＰＶＤＦ製圧電フィルムの数倍〜数十倍と高い圧電性を持つ。非特許文献１（ユーロ・プロテック株式会社ホームページ）では、圧電フィルムとして多孔質ポリプロピレンを用いたキーパッドやベッドモニター、介護用センサ、荷重検知などが紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１８８７４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“フィンランド  EMFIT社  高感度感圧センサー”、［ｏｎｌｉｎｅ]、ユーロ・プロテック株式会社、［平成２５年７月１２日検索］、インターネット  ＜ＵＲＬ：http://www.europrotech.com/Euro/trade/t_emfit5.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
装置の筐体の形状や色、材質など、デザインはその装置の印象に大きな影響をあたえるが、押しボタンスイッチやキーパッド、メンブレンスイッチ等の入力装置は加圧によりばねや基材が大きく撓む必要があるため、装置の最表面に設ける必要があり、それが筐体のデザイン上の制限となっている。押しボタンスイッチやキーバッド等は原理的に薄型化、曲面に沿わせて設置することが困難であることも装置等のデザイン上の制限となっており、また表面の凹凸の形状が大きく、複雑であるため掃除が困難であるという課題を有する。
ＰＶＤＦ製圧電フィルムからなる感圧式デバイスも、圧電性能が低いために押しボタンスイッチ等と同様、装置の最表面に設置する必要があり、それが装置のデザイン上の制限となっている。また、ＰＶＤＦは焦電性を有するため温度変化による誤動作や感度の変化が課題となっている。
【０００８】
多孔質ポリオレフィン製圧電フィルムは高感度だが、耐熱性が低いことが課題となっている。ポリオレフィン樹脂自体の耐熱性との関係から、当該フィルム状圧電素子の最高使用温度は５０℃程度であるとされている。電気回路やモーターを有する多くの装置（例えば、家電や自動車など）では、外部筐体の内部は熱がこもるため５０℃以上に発熱することは珍しくなく、従って多孔質ポリオレフィン製圧電フィルムからなる感圧式デバイスを設置するにしても装置の最表面に設けざるをえず、結局装置のデザインはこの感圧式デバイスにより制限されることとなる。また、装置自体の発熱は抑制されていても、夏場に、５０℃近くになる環境下（例えば日照下の車中）に置かれる装置も珍しくなく、これらの装置には使うことができない。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置が発熱する可能性のある場合や猛暑環境下での使用であっても、入力感度を維持でき、また感圧感度が高いため従来技術と比べて装置デザインの自由度を高めることができる感圧式入力部材及びこれを用いた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】
【００１０】
本発明の感圧式入力部材は、加圧入力を受ける入力用基板；
前記入力用基板が受けた加圧入力を感知して、電圧を発生する圧電フィルムであって、帯電された多孔質フッ素樹脂フィルムを含む圧電フィルム；並びに
前記入力用基板が設けられる側の面に積層される第１電極及び前記圧電フィルムの前記入力用基板が設けられる側と反対側の面に積層される第２電極； 
を備えたものである。
【００１１】
また、本発明の感圧式デバイスは、上記本発明の感圧式入力部材；及び
前記感圧部材と電気的に接続され、前記圧電フィルムからの発生電圧を検知して、前記加圧入力に対応する動作指令を出力する制御部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
圧電フィルムとして、圧電性が高く、耐熱性に優れた多孔質フッ素樹脂フィルムを用いているので、発熱等により高温になる装置、高温環境で使用される装置の感圧式入力部材、感圧式デバイスとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の感圧式入力部材を説明するための構成模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態の感圧式入力部材を説明するための分解模式図である。
【図３ａ】樹脂フィルム積層体の積層パターンを説明するための図である。
【図３ｂ】樹脂フィルム積層体の積層パターンを説明するための図である。
【図３ｃ】樹脂フィルム積層体の積層パターンを説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態の感圧式入力部材を説明するための構成模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態の感圧式入力部材を説明するための構成模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態の感圧式入力部材を説明するための構成模式図である。
【図７】本発明の感圧式デバイスの構成を説明するための模式図である。
【図８】実施例で用いた測定方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、今回、開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１５】
本発明の感圧式入力部材は、加圧入力を受ける入力用基板；
前記入力用基板が受けた加圧入力を感知して、電圧を発生する圧電フィルムであって、帯電された多孔質フッ素樹脂フィルムを含む圧電フィルム；並びに
前記入力用基板が設けられる側の面に積層される第１電極及び前記圧電フィルムの前記入力用基板が設けられる側と反対側の面に積層される第２電極； 
を備えたものである。
【００１６】
入力用基板が受けた加圧入力の振動が圧電フィルムに伝達されて、圧電フィルムが歪み、電圧を発生する。加圧入力に基づいて発生した電圧は、電気信号として取り出すことができる。そして、圧電フィルムとして、圧電性が高く、耐熱性に優れた多孔質フッ素樹脂フィルムを用いているので、発熱等により高温になる装置、高温環境で使用される装置の入力部材として好適である。
【００１７】
前記入力用基板が剛性材料で構成されていることが好ましい。これにより、発生する電圧を高めることができる。
【００１８】
前記入力用基板が、加圧入力を受けて作動する部分を含む装置の筐体の少なくとも一部を構成していてもよい。筐体の一部が入力用基板を兼ねていることで、入力部分と筐体とのデザイン性に一体感を持たせることができる。また、入力部材を意識させない筐体デザインが可能となるのでデザインの自由度が増すためである。また入力用基板が筐体（の一部）を兼ねることにより筐体表面の加圧入力位置から圧電フィルム間までの距離が短くなるため、より高感度に圧力を検知することが可能となるためである。
【００１９】
前記入力用基板の加圧入力を受ける側の面に、加圧位置を示す表示部が形成されていることが好ましい。表示部を有する感圧式入力部材は、ボタンスイッチやキーとして利用できる。
【００２０】
前記第１電極は、入力用基板の圧電フィルムと接する側に形成されていてもよいし、前記第１電極、前記第２電極、または前記第１電極及び前記第２電極として、プリント配線板を用いてもよい。この場合、前記入力用基板又は前記プリント配線板は、フレキシブルプリント配線板であることが好ましい。
電極を圧電フィルム上に形成する場合と比べて、入力用基板に形成又は別体のプリント配線板を用いる方が、製造上の自由度が高くて好ましい。さらに、フレキシブルプリント配線板の使用は、感圧式入力部材の薄型化、可撓性の感圧式入力部材を得たい場合に好適である。
【００２１】
本発明の感圧式デバイスは、上記本発明の感圧式入力部材；及び前記感圧部材と電気的に接続され、前記圧電フィルムからの発生電圧を検知して、前記加圧入力に対応する動作指令を出力する制御部を備えている。
制御部を感圧式入力部材と一体的に備えた感圧式デバイスとすることで、加圧入力により、ある部品を作動させる、光らせる、音を鳴らす、画像表示を変えるなどの種々の出力を指示できるデバイスを提供できる
【００２２】
〔感圧式入力部材〕
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る感圧式入力部材について、図１及び図２に基づいて説明する。
図１，図２に示す感圧式入力部材１０は、圧電フィルム１の入力側に、第１電極１４が設けられた第１電極付き基板１５が積層され、この第１電極付き基板１５上に、加圧入力を受ける入力用基板としての入力用基板１２が設けられ、入力用基板１２の表面には、テンキーからなる表示部１１が形成されている。一方、圧電フィルム１の表示部１１と反対側の面に、第２電極１６が設けられた第２電極付き基板１８が積層されている。
【００２３】
（圧電フィルム）
圧電フィルム１は、帯電された多孔質フッ素系樹脂フィルムを含んでいて、指などの身体の一部やペンなどの物体による入力用基板１２への接触や加圧、又は入力用基板１２での摺動など（以下、これらをまとめて「加圧入力」という。）により発生する振動を感知して、両面に設けられた第１電極１４、第２電極１６との間で電圧を発生することができるエレクトレットフィルムである。
材質や気孔構造が適当な多孔質フッ素系樹脂フィルムは、コロナ放電等の帯電処理を施すことにより気孔の周囲にエレクトレットと呼ばれる帯電状態を付与することができる。帯電させた多孔質フッ素系樹脂フィルムは、柔軟な多孔体で極めて小さな力で大きく変形するため高い圧電性を示す。
【００２４】
多孔質フッ素系樹脂フィルムを構成する樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＥＰＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロ・テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体、及びこれらの１種又は２種以上とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）との混合物等が挙げられる。ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＰＡ等のテトラフルオロエチレン系共重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、ペンダント型共重合体のいずれであってもよい。これらの中でも耐熱性、柔軟性、孔構造の制御が容易であることからポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が好ましい。
【００２５】
多孔質フッ素系樹脂フィルムは、フッ素系樹脂のファインパウダーと潤滑剤との混合物（ペースト）をシート状またはチューブ状に押出し、必要に応じて圧延した後、延伸、燒結を行う方法、あるいは、ＰＴＦＥのディスパージョン液を、基材上に塗布等し、分散媒を蒸発乾燥後、フッ素系樹脂の融点以上の温度に加熱して焼結後に延伸する方法などにより製造することができる。チューブ状押出物の場合には、切開によりフィルム状とすればよい。また、延伸処理は、一軸延伸であってもよいし、二軸延伸であってもよい。
【００２６】
多孔質フッ素系樹脂フィルムとしては、市販のものを用いることもできる。例えば、ゴアテックス（登録商標）、住友電工ファインポリマーの「ポアフロン」（登録商標）などを用いてもよい。
【００２７】
多孔質フッ素系樹脂フィルムの気孔率は特に限定しないが、好ましくは１０％〜４０％、より好ましくは１５〜３５％程度である。気孔率が大きくなりすぎると、繰り返し応力を受けたり、長時間にわたって応力を受け続けると、経時的に変形が起こり、圧電性能が変化してしまうからである。また、気孔率が小さすぎると、圧電性を発現するのに必要な厚み方向の変形が起こりにくくなるためである。
【００２８】
上記のような多孔質フッ素系樹脂フィルムは、圧縮処理が施されていてもよい。圧縮により、多孔質フッ素系樹脂フィルムを薄くでき、ひいては気孔の厚み方向長さを小さくできる。厚み方向の圧縮は、所定サイズのフィルムをプレス機等でプレスすることにより行ってもよいし、長尺のフィルムを圧延ロールで圧延しながら巻き取るようにしてもよい。
【００２９】
以上のような多孔質フッ素系樹脂フィルムに圧電性を付与する圧電処理は、フィルムの両面に電極を設けた後、高電圧を印加する方法；フィルム表面に電極を設けず、高電界下で数分間、保持する方法；金属板上にフィルムを載置し、フィルムから所定間隔をあけてコロナ放電により荷電させる方法などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、コロナ放電する方法である。
【００３０】
また、圧電フィルム１は、圧電処理した多孔質フッ素系樹脂フィルム単体であってもよいし、多孔質フッ素系樹脂フィルム上に非多孔質樹脂層が積層された積層体であってもよい。
【００３１】
積層体の態様としては、多孔質樹脂フィルムの少なくとも一面に非多孔質樹脂層が積層されたものであればよく、図３ａのように、多孔質フッ素系樹脂フィルム２の片面に非多孔質樹脂層３が積層されたものの他、図３ｂのように、多孔質樹脂フィルム２の両面に非多孔質樹脂層３，３’が積層されたもの、さらには、図３ｃのように、複数の多孔質フッ素系樹脂フィルム２，２’と非多孔質樹脂層３，３’とを交互に積層したものでもよい。好ましくは多孔質フッ素系樹脂層の両面に非多孔質樹脂層が積層された積層体である。異なる樹脂層との界面では帯電しやすいことから、非多孔質樹脂層が積層されることにより、圧電性が更に向上するという利点があり、さらに多孔体の表面が非多孔質樹脂層で被覆されることにより電極等を形成しやすくなるとともに、耐湿性等の耐環境性が向上するという利点もある。
【００３２】
非多孔質樹脂層を構成する樹脂の種類は特に限定しないが、耐熱性を損なわないように、非多孔質樹脂層についてもフッ素系樹脂を用いることが好ましい。非多孔質フッ素系樹脂として用いられるフッ素系樹脂としては、多孔質フッ素系樹脂フィルムで使用できるフッ素系樹脂と同様である。具体的にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＥＰＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロ・テトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体、及びこれらの１種又は２種以上の混合物などから選択することができる。この中でも形成の容易さ、圧電性能向上能の観点からテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）が特に好ましい。
【００３３】
多孔質フッ素系樹脂フィルムと非多孔質フッ素系樹脂層との積層体の場合、多孔質フッ素系樹脂フィルムを構成するフッ素系樹脂（第１フッ素系樹脂）と、非多孔質フッ素系樹脂層を構成するフッ素系樹脂（第２フッ素系樹脂）とは、同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。好ましくは第１フッ素系樹脂と異なる種類のフッ素系樹脂である。異種の樹脂の接合面には帯電が起こり易いからである。
【００３４】
また、非多孔質フッ素系樹脂層（単層）の厚みは、３０μｍ以下であり、より好ましくは１〜１５μｍ、さらに好ましくは２〜７μｍである。３０μｍを超えると、積層体に於いて多孔質フッ素系樹脂フィルムによる圧電性の向上効果が得られにくくなり、１μｍ未満では、均一な成膜が困難だからである。圧電性の向上効果という観点ではその断面において非多孔質フッ素系樹脂層の厚みの和は多孔質フッ素樹脂フィルムの厚みの和よりも小さい方が好ましい。
【００３５】
このような非多孔質フッ素系樹脂層の製造方法は特に限定しないが、例えば、ＷＯ２００８−１８４００号公報に開示の方法により製造することができる。
【００３６】
上記多孔質フッ素系樹脂フィルムと非多孔質樹脂層との積層は、別々に作製した多孔質フッ素系樹脂フィルムと非多孔質樹脂フィルムとを重ね合わせた後、圧着により積層一体化してもよいし、重ね合わせた後、焼結により一体化したものであってもよいし、さらに、多孔質フッ素系樹脂フィルムを基体として使用し、この上に、非多孔質フッ素系樹脂層を形成することにより一体化したものであってもよい。
【００３７】
圧電フィルムが多孔質フッ素系樹脂フィルムを含む積層体で構成される場合、積層体全体としての厚みが分厚くならない範囲、具体的には、１５〜２００μｍであれば、複数の多孔質フッ素系樹脂フィルム層、複数の非多孔質樹脂層が積層されたものであってもよい。
【００３８】
以上のような樹脂フィルム積層体を帯電させる方法は、多孔質フッ素系樹脂フィルム単体の場合と同様に行うことができる。
【００３９】
（入力用基板）
入力用基板１２は、加圧入力を受ける位置を示した表示部１１を有し、加圧入力を受けてその振動を圧電フィルム１に伝える役割を有する。又、入力用基板１２は、第１電極（又は第１電極付き基板）及び圧電フィルム１を保護する役目も有する。
【００４０】
このような入力用基板１２としては、金属板、セラミックス板、ガラス板、樹脂板など、耐久性、強度に優れた剛性材料からなる硬質板が用いられる。柔らかいフィルム状の圧電センサ単体では、加圧を受けた部分のみで圧電フィルムが変形してしまうのに対して、硬い入力用基板が介在することにより、圧電フィルムの特定箇所での変形が防止されて、圧電フィルムのより広い面積に振動が伝わり、フィルムが圧縮されるため大きな発生電圧が得られる。
入力用基板１２の厚さは強度と薄型軽量化の観点から０．０５〜３ｍｍが好ましく、より好ましくは０．１〜１ｍｍである。薄すぎると強度が不足して破損等するおそれがあり、発生電圧増大の効果が得られにくい場合があるためである。一方分厚すぎても発生電圧増大の効果が飽和し、また振動の減衰により発生電圧が低下し、入力部材の薄型軽量化の支障となるので好ましくない。
【００４１】
表示部１１は、加圧位置を示したもので、加圧入力する位置を示す表示や、ボタンやキーパッド、キーボード等を表した表示、加圧により作動する機能の内容を示す表示などが形成されたものである。図２においてはテンキーが印字されている。表示部１１の形成方法は特に限定しない。例えば、入力用基板１２に表示部１１を直接印刷することにより行ってもよいし、あらかじめ表示部１１が印刷されたフィルムやシートなどを入力用基板１２表面に貼付等することにより形成してもよい。印刷の方法は特に限定せず、シルク印刷やパット印刷、昇華印刷、レーザー印刷など種々の方法を用いることができる。また、加圧位置を示す凹凸や点字などが形成されたフィルムやシートを張り付けたり、加圧位置を示す凹凸や点字などを印刷してもよい。
【００４２】
また、漏電や意図しないショートから保護するため、あるいは防水・防塵の観点から、保護フィルムやシートを貼着することにより、あるいは塗膜層を形成することにより、入力用基板１２及び表示部１１の表面を被覆してもよい。
【００４３】
（第１電極及び第１電極付き基板）
圧電フィルム１の入力側に設けられている第１電極付き基板１５は、圧電フィルム１の入力側に設けられる第１電極１４と、該第１電極１４が設けられた支持体１３との組み合わせであり、支持体１３としては、第１電極１４の配線が形成されたプリント配線板が好ましく用いられる。
第１電極付き基板１５がプリント配線板の場合、リジッドプリント配線板でもフレキシブルプリント配線板でもよい。好ましくはフレキシブルプリント配線板である。圧電フィルムの柔軟性という特長を活かせるためである。また入力用基板のデザインの自由度を増す事ができるからである。
第１電極１４は、フィルム面全体に形成された１つの電極で、アルミニウム箔や銅箔等の金属フィルム、カーボンなどの導電体で構成されている。当該導電体が支持体１３上に接着等により貼着されていてもよいし、ネジやピン等の固定部材により支持体１３に固定されていてもよいし、蒸着、印刷により支持体１３上に直接設けられていてもよい。好ましくは、支持体１３上に金属電極が配線とともに印刷されたプリント配線板である。
【００４４】
このような第１電極付き基板１５は、圧電フィルム１の表面に積層固定されている。第１電極付き基板１５の積層固定方法は特に限定しないが、第１電極付き基板１５の周縁部に設けられた接着剤により圧電フィルムに接着されていることが好ましい。かかる方法により、帯電された圧電フィルム１面に第１電極１４を直接接触するように設けることができるので好ましい。電極１４と圧電フィルム１との間に接着剤層などが介在する場合、加圧入力による振動が、接着剤層において減衰するため、感圧感度、圧電性低下をもたらす原因となるからである。
【００４５】
第１電極付き基板１５と入力用基板１２との接続方法は、第１電極付き基板１５、入力用基板１２の種類に応じて適宜選択すればよく、例えば、機械的な加締め、ビス止め、接着剤や両面テープ等の接着層による接続などを採用することが出来る。接着層での振動の減衰を少なくするために接着層の厚みは薄い方が好ましい。しかし薄すぎると接着力が不十分となるため好ましい厚みは１〜５０μｍ、更に好ましくは３〜２５μｍ、更に好ましくは３〜１０μｍである。
【００４６】
（第２電極及び第２電極付き基板）
圧電フィルム１の入力用基板１２と反対側の面には、第２電極１６及び当該電極１６や圧電フィルム１を保護する保護板としての役割を果たしている支持体１７との組み合わせである第２電極付き基板１８が積層されている。第２電極１６は、表示部１１の各キーに対応した電極が各キーの直下に対応する位置に設けられた電極群である。第１電極１４と第２電極１６の少なくとも一方が、各キーに対応して設けられる電極群とすることにより、各キーに対応した加圧入力を感知できる。
【００４７】
第２電極１６は、第１電極１４と同様に、金属又はカーボン等の導電体で構成され、第２電極付き基板１８としては、第１電極付き基板１５と同様に、第２電極１６及び配線が形成されたプリント配線板が好ましく、リジッドプリント配線板でもフレキシブルプリント配線板でも良い。好ましくはフレキシブルプリント配線板である。圧電フィルムの柔軟性という特長を活かせるためである。また入力用基板のデザインの自由度を増す事ができるからである。
【００４８】
第２電極付き基板１８の圧電フィルム１への積層方法は、第１電極付き基板１５の圧電フィルム１への積層方法で説明したような方法を適用することができ、第１電極付き基板１５と圧電フィルム１との積層方法と同じであってもよいし、異なっていてもよい。特に、電極群で構成される第２電極の場合、各電極間の間隙に充填されている接着剤により、圧電フィルム１と貼着することが好ましい。電極間間隙に設けられた接着剤は、力、振動の減衰材として作用することから、加圧入力を直下で受ける電極と、当該電極の周囲の電極が受ける力、振動との差異を増幅し、結果として、加圧入力の位置検知感度の向上を図ることができる。
【００４９】
以上のような構成を有する感圧式入力部材１０は、表示部１１のキーを、操作者が押すと、加圧入力により発生する振動が圧電フィルム１に伝達され、該圧電フィルム１は歪を生じる。圧電フィルム１に生じた歪により、圧電フィルム１を挟んで相対する第１電極１４，第２電極１６間に電位差が生じる。発生した電圧は、配線を通じて、外部に出力される。
剛性を有する硬質板で構成される入力用基板１２は、圧電フィルム１に伝達する加圧入力を効率よく伝達することができ、結果として、発電フィルムが発生する出力電圧を増大、すなわち圧電性の向上に役立つ。
【００５０】
なお、上記第１実施形態においては、第１電極１４が圧電フィルム１の一面全体に設けられ、第２電極１６が表示部１１のキーに対応して設けられた電極群であったが、第１電極と第２電極の少なくともいずれか一方が、操作キーに対応するように形成された電極群であればよく、第１電極が操作キーに対応して設けられる電極群であって、第２電極が圧電フィルムの一面全体に設けられていてもよい。また、第１電極及び第２電極の双方が、操作キーに対応するように形成されていてもよい。
【００５１】
また、上記第１実施形態においては、第１電極及び第２電極は、電極付き基板に設けられている電極であったが、第１電極、第２電極いずれも、圧電フィルム上に直接形成されていてもよい。圧電フィルム上に電極が直接形成され、当該電極から出力用のリード線が配線されている場合には、支持体はなくてもよい。
【００５２】
ただし、第１電極付き基板１５、第２電極付き基板１８として、電極付き基板を用いる方が、圧電フィルム上に直接電極を形成する場合と比べて、製造上の観点から好ましい。すなわち、圧電フィルム上に直接電極を形成する場合は、圧電性を低下させないために高度な加工技術が求められ、結果として感圧式入力部材の製造コストが増大する原因となるが、電極付き基板を用いて感圧式入力部材を製造する場合、圧電フィルムと電極付き基板とを別体として準備することができるので、電極パターンの設計の自由度が高く、結果として、感圧式入力部材の製造コストを軽減することができる。
【００５３】
また、第１実施形態の表示部１１はテンキーで、加圧入力箇所が１２箇所の場合であるが、加圧入力箇所の数は表示部の印刷により適宜設定でき、１箇所だけであってもよいし、２〜１２箇所、さらには１２箇所超とすることも可能であり、用途に応じて設定すればよい。
【００５４】
さらに、第１実施形態においては、入力用基板が電極付き基板と別体として備えられていたが、電極付き基板が、硬質板で構成されるプリント配線板で、電極が形成されている側と反対側の面に表示部を設けることにより、電極付き基板が入力用基板を兼用することもできる。
【００５５】
＜第２実施形態＞
図４に示す感圧式入力部材２０は、本発明の第２実施形態に係る感圧式入力部材で、入力用基板２２ａが第１電極が設けられる支持体と入力用基板を兼用している。すなわち、第１電極付き基板の入力を受ける側の面（電極が形成されていない側の面）に、表示部２１が印刷されて、入力用基板兼用第１電極付き基板２２となっている。
圧電フィルム１上に設けられる第１電極２４及び第２電極２６は、いずれも、表示部２１のキーに対応して設けられた電極群である。また、第２電極２６の圧電フィルム１と反対側の面には、第２電極２６や圧電フィルム１を支持、保護等するために支持体２７が設けられている。
【００５６】
入力用基板兼用第１電極付き基板２２は、硬質板で構成される基板上に第１電極２４及び配線された電極付き基板（リジッドプリント配線板）と、加圧入力を受けてその振動を圧電フィルム１に伝えるという入力用基板の役割を兼ねている。入力用基板兼用第１電極付き基板２２は、第１実施形態の入力用基板１２と同様に、硬質板で構成されていることから、加圧入力の伝達に優れ、圧電フィルム１にて生じる電圧の増大に寄与することができる。
【００５７】
また、入力用基板兼用第１電極付き基板２２の表面には、第１実施形態における入力用基板と同様に、絶縁又は防水・防塵の目的で、保護フィルムやシート、板、塗膜などで被覆されていてもよい。
【００５８】
上記第１実施形態及び第２実施形態においては、操作者が加圧入力位置を認識できるように表示部が形成されていたが、本発明の感圧式入力部材は、表示部は必須ではない。加圧入力の位置、加圧入力の有無が検出できればよいので、入力のための特定位置を表示する表示部が形成されていなくてもよい。また、加圧入力を受ける入力用基板（入力用基板又は入力用基板兼用第１電極付き基板）は、圧電フィルムに加圧入力を伝達できるものであればよく、硬質板に限定されない。
【００５９】
＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態として、例えば床やベッドの下に敷設される感圧式入力部材３０を示している。加圧入力を受ける入力用基板３２として、圧電フィルム１に比べて大きい面積を有するPETフィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリアミドフィルム、ポリカーボネートフィルムなどの可撓性を有する樹脂フィルムを使用しており、表示部は有していない。
圧電フィルム１の両面に設けられる第１電極３４及び第２電極３６として、各電極３４，３６がそれぞれ支持体３３、３７上に設けられ、配線されている第１電極付き基板３５及び第２電極付き基板３８を使用している。第１電極付き基板３５及び第２電極付き基板３８としてフレキシブルプリント基板を用いることにより、感圧式入力部材３０全体を可撓性を有する部材とすることができる。
【００６０】
このような可撓性を有する感圧式入力部材は、全体が薄型で、比較的軟質の部材で構成されていることから、感圧式入力部材を敷設することによる、床やベッドの外観、接触したときの感触への影響を小さくすることができる。
【００６１】
また、感圧式入力部材全体が可とう性を有することで、例えば、不使用時、保管時には巻き取とって、持ち運んだり収納したりすることも出来る。
【００６２】
＜第４実施形態＞
図６は、本発明の第４実施形態として、入力用基板が、装置の筐体の一部を構成している感圧式入力部材を示している。
【００６３】
本実施形態では、装置の筐体４２の一部である入力領域４２ａが入力用基板を兼ねている。入力領域４２ａには押圧入力する位置などを示した表示部４１が設けられている。また、感圧式入力部材の位置が前記表示部４１と合致するように、筐体４２には位置決め用突起４２ｂが設けられている。
【００６４】
筐体４２の一部４２ａが感圧式入力部材の入力用基板を兼ねていることから、感圧式入力部材が組み込まれている装置において筐体４２に継ぎ目等が不要となる。継ぎ目が無いことから、筐体４２を入力領域４２ａと一体的にデザインすることが出来るので、高い自由度で筐体をデザインすることが可能である。また、継ぎ目が無いことから高い防水性や防塵性が得られる。さらに、筐体４２が硬質板の役割を果たすため、発生電圧増大の効果も得られる。
【００６５】
なお、図６の形態においては筐体４２に位置決め用突起４２ｂが設けられていたが、表示部と感圧式入力部材との位置ずれ防止の手段として、筐体に感圧式入力部材を嵌め込むための凹部を設けたり、位置を示した目印を設けるなどの他の手段を採用してもよい。
【００６６】
また、装置の筐体に限らず、壁や柱、天井、床や道路などの一部を入力用基板として兼用し、それらの内側に組み込むことも可能である。
【００６７】
〔感圧式デバイス〕
次に、本発明の感圧式入力部材を用いた感圧式デバイスについて、図７に基づいて説明する。
【００６８】
図７に示す感圧式デバイスは、感圧式入力部材５１と、当該感圧入力部材５１からの出力信号が入力される制御部５２とが、支持基板５３上に搭載されている。制御部５２は、感圧式入力部材５１と配線５４により電気的に接続されている。感圧式入力部材５１は、圧電フィルム１、第１基板５１ａ、及び第２基板５１ｂを備える。第１基板５１ａは、第１及び第３実施形態では入力用基板及び第１電極付き基板の組み合わせ、第２実施形態では入力用基板兼用電極付き基板、第４実施形態では筐体（入力領域）及び第１電極付き基板の組み合わせである。第２基板５１ｂは、第１、第３及び第４実施形態では第２電極付き基板、第２実施形態では第２電極及び支持体の組み合わせである。
【００６９】
制御部５２は、圧電フィルム１が発生した出力電圧からなる電気信号を入力情報として処理する処理回路であり、感圧式入力部材５１が受けた加圧入力の大きさ、加圧入力された位置を検出する。さらに、入力情報に応じて、所期の動作指令となる指令情報を計算して出力する機能を兼ね備えていてもよい。
【００７０】
このような制御部５２からの出力信号は、所望データの計算、所定の出力装置が所望の動作（作動、光るなど）をする出力部（図示せず）に入力される。
【００７１】
なお、図７に示す感圧式デバイスでは、制御部５２は、感圧式入力部材５１とは別体の支持基板５３上に搭載されていたが、感圧式入力部材５１の構成要素である入力用基板又は電極付き基板が支持基板５３を兼用することもできる。感圧式入力部材５１と制御部５２とは電気的に接続されていればよく、コネクタ等を用いて接続するようにしてもよいし、第１電極付き基板や第２電極付き基板上に搭載される場合には、プリント配線されていることが好ましい。
【００７２】
〔用途〕
以上のような感圧式装置、デバイスは、例えば、第１実施形態、第２実施形態のように、加圧入力すべき部分を表示した表示部を備えた感圧式入力部材の場合、従来、押しボタンスイッチを用いていた部分の代替え品として利用できる。本実施形態の感圧式入力部材は、入力を検知する圧電フィルムが耐熱に優れ、１５０℃程度の高温であっても所期の圧電性を保持し、所定の感度を保持することができる。よって、使用中に発熱して高温になる場合がある冷蔵庫や洗濯機等の家電、自動車などの車両内の操作板、入力板として用いることができる。
【００７３】
また、入力用基板として可撓性を有する板材を使用し、表示部としてキー配列を印刷した操作面を有する場合には、巻回して携帯できる携帯型キーボードとして利用することができる。
【００７４】
また、多孔質フッ素系樹脂フィルムは耐熱性が高く、耐水性にも優れていることから、風呂場や、風雨や炎天下に曝される屋外の案内板や建造物に設置される入力部材として用いることもできる。
【００７５】
さらに、第１電極付き基板、第２電極付き基板として、フレキシブルプリント配線板を使用し、入力部材全体の厚みを小さくし、可撓性を有する材料で構成している場合には、床やベッド、壁面４２の内側、適宜位置に貼付して使用することもできる。この場合、床材や壁面の裏面の適宜位置に貼付されるので、電極付き基板が入力用基板、第２電極付き基板が保護板を兼用した入力部材を用いることが好ましい。薄型化することにより、床材、壁面の限定的位置に貼付した場合であっても、床材、壁面の平面度に与える影響を最小限にとどめることができる。このような感圧式入力部材は、例えば、壁面のタッチ、床の所定位置を通過する人の体重などを加圧入力として検知することで、交通量、入場者数の調査用、防犯センサなどとして用いることができる。夏場などの高温になる時期もふくめて、１年中、使用することができる。
【００７６】
装置の筐体や壁、柱、天井、床などの一部が入力用基板を兼ねている場合には、筐体などの表面に表示部等を設けないことにより、外見からは感圧式入力部材が設けられていることが分からないようにすることも可能である。このような感圧式入力部材は、隠しスイッチのように用いたり、防犯センサなどのセンサとして用いることができる。
【００７７】
〔耐熱性〕
圧電フィルムとして、多孔質フッ素樹脂及び多孔質ポリプロピレンの耐熱性を比較した。
具体的には、下記Ｎｏ．１及びＮｏ．２の測定用サンプルについて、加熱前及び８０℃、１２０℃、１５０℃で１時間加熱した後に、発生電圧を測定した。発生電圧は、図８に示すように測定用サンプル６０をアルミ板の上に載置し、２０ｃｍの高さから測定用サンプルの表面に鉄球を落としたときに電極間に発生する電圧をオシロスコープによって測定した。加熱前の発生電圧を１００％として、加熱後の発生電圧値を加熱前の発生電圧値に対する割合（％）を算出した。結果を表１に示す。
・Ｎｏ．１
厚さ２４μｍの多孔質ＰＴＦＥフィルム（気孔率３０％）の両面に電極を積層し、該電極の表面に保護シートとしてＰＥＴ（Polyethylene  terephthalate）フィルムを積層したものを作成し、測定用サンプルＮｏ．１とした。
・Ｎｏ．２
ＥＭＦＩＴ社のＳシリーズセンサー（２０ｘ８０ｍｍの楕円形状）を測定用サンプルＮｏ．２とした。ＥＭＦＩＴ社のＳシリーズセンサーは、厚さ６５μｍの多孔質PPフィルムの両面に電極を積層し、該電極の表面に保護シートとしてPETフィルムを積層したものである。
【００７８】
【表１】
2015045967.tif 000003
【００７９】
表１からわかるように、多孔質ＰＰフィルムを用いた圧電フィルムでは、８０℃で１時間加熱しただけで発生電圧は大きく下がったが、多孔質ＰＴＦＥフィルムを用いた圧電フィルムは１５０℃で１時間加熱しても発生電圧は変化しなかった。従って、多孔質フッ素樹脂フィルム製圧電フィルムは、１００℃以上の環境であっても、高感度を保持できることがわかる。
本結果からもわかるように本感圧式入力部材及び感圧式デバイスは耐熱性が要求される用途で特にその価値を発揮する。具体的には瞬間的、断続的であれ60℃〜180℃になりうる環境下、更にこのましくは80℃〜130℃になりうる環境下で使われることが望ましい。
【００８０】
〔硬質板による出力電圧への効果〕
厚さ１２μｍの多孔質ＰＴＦＥフィルム（気孔率３０％）の両面に、厚さ6μmの非多孔質テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）が積層された圧電フィルムの両面にフレキシブルプリント配線板を積層し、さらに一側のフレキシブルプリント配線板上に、硬質板として厚さ１ｍｍのアルミニウム板を積層し、測定用サンプルＮｏ．３を作成した。アルミニウム板を積層しなかったものを測定用サンプルＮｏ．４とした。測定用サンプルＮｏ．３，４を、それぞれ図８に示す測定用サンプル６０の部分に載置し、２０ｃｍの高さから測定用サンプル表面に鉄球を落としたときに電極間に発生する電圧をオシロスコープによって測定した。なお、Ｎｏ．３についてはアルミニウム板に鉄球が当たるよう、アルミニウム板が上になるように載置した。測定結果を表２に示す。
【００８１】
【表２】
2015045967.tif 000004
【００８２】
表２に示すようにアルミニウム板を積層しなかった場合の発生電圧は１．８Ｖだったのに対し、アルミニウム板を積層した場合では発生電圧は２．８Ｖと増大した。したがって、加圧入力を受ける入力用基板として、硬質板を用いることにより、圧電性能を高めることができることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の感圧式入力部材は、感度及び耐熱性に優れているので、従来では設置するのが難しい高温となる装置や場所に設置することができ、又、装置等のデザインに与える影響が少ないため有用である。
【符号の説明】
【００８４】
１  圧電フィルム
２，２’  多孔質フッ素系樹脂フィルム
３，３’  非多孔質樹脂層
１０，２０，３０  感圧式入力部材
１１，２１，４１  表示部
１２，２２ａ，３２  入力用基板
１３，１７，２７，３３，３７  支持体
１４，２４，３４  第１電極
１５，３５，４５  第１電極付き基板
１６，２６，３６  第２電極
１８，３８，４８  第２電極付き基板
２２  入力用基板兼用電極付き基板
４２  筐体
４２ａ  入力領域
４２ｂ  位置決め用突起
５１  感圧式入力部材
５１ａ  第１基板
５１ｂ  第２基板
５２  制御部
５３  支持基板
５４  配線
６０  測定用サンプル
【図１】
2015045967.tif 000005
【図２】
2015045967.tif 000006
【図３ａ】
2015045967.tif 000007
【図３ｂ】
2015045967.tif 000008
【図３ｃ】
2015045967.tif 000009
【図４】
2015045967.tif 000010
【図５】
2015045967.tif 000011
【図６】
2015045967.tif 000012
【図７】
2015045967.tif 000013
【図８】
2015045967.tif 000014