(57)【要約】  静電容量を増大化させた、一部に圧電性樹脂を含むフィルムを電極で挟んだ圧電素子を提供する。  圧電部（２３）は、センサ素子（１０）においてフィルム（３）をシグナル電極（２）及び基準電位電極（５）で挟むことにより実現されている。キャパシタ（２４）は、誘電フィルム（１）をシグナル電極（２）及び基準電位電極（４）で挟むことにより実現されている。キャパシタ（２４）は、圧電部（２３）に電気的に並列接続されている。これにより、センサ素子（１０）は、圧電部（２３）のみの構成と比べて、素子全体としての静電容量を静電容量ＣＴ（ＣＡ＋ＣＢと同値）へと増大化させることができる。
2016027614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基準電位電極と、
一部に圧電性樹脂を含むフィルムと、
シグナル電極と、
絶縁性を有する誘電フィルムと、
前記第１基準電位電極と電気的に接続される第２基準電位電極と、
が積層方向に順に配置され、
前記誘電フィルムが前記第２基準電位電極及び前記シグナル電極に挟まれることで形成される静電容量は、前記フィルムが前記第１基準電位電極及び前記シグナル電極に挟まれることで形成される静電容量より大きい、
圧電素子。
【請求項２】
前記誘電フィルムの前記積層方向の長さは、前記フィルムの前記積層方向の長さより短く、
前記誘電フィルムの誘電率は、前記フィルムの誘電率より高い、
請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記シグナル電極は、銅からなり、
前記第１基準電位電極及び前記第２基準電位電極は、それぞれ銀からなる、
請求項１又は請求項２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記圧電性樹脂は、ポリ乳酸である、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項５】
前記フィルムは、第１フィルムと第２フィルムとが前記積層方向に重なった複層フィルムであり、
前記第１フィルムの延伸方向は、前記第２フィルムの延伸方向と同じであり、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムのうち一方のフィルムは、Ｌ型ポリ乳酸からなり、他方のフィルムは、Ｄ型ポリ乳酸からなる、
請求項４に記載の圧電素子。
【請求項６】
前記フィルムは、第１フィルムと第２フィルムとが前記積層方向に重なった複層フィルムであり、
前記第１フィルムの延伸方向は、前記第２フィルムの延伸方向に直交し、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムは、それぞれＬ型ポリ乳酸からなり、又は、Ｄ型ポリ乳酸からなる、
請求項４に記載の圧電素子。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の圧電素子と、
前記圧電素子に保持される電荷に基づいて前記圧電素子の電圧を検出する検出回路と、
を備えた曲げ検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一部に圧電性樹脂を含むフィルムを電極で挟んだ圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば圧電性樹脂であるポリフッ化ビニリデンを一部に含むフィルム（以下、単に圧電フィルムと称す。）が電極で挟まれた圧電素子が知られている。【０００３】
例えば、特許文献１には、電極の両主面にポリフッ化ビニリデンからなる圧電フィルムが配置され、さらに２枚の他の電極を最外層に配置して、各圧電フィルムを電極で挟んでなる圧電素子が開示されている。【０００４】
圧電フィルムは、圧電素子に歪が生じて、例えば所定方向へ伸縮される歪が生じると、電荷を発生させる。圧電フィルムに電荷が発生すると、圧電フィルムを挟む電極間には電位差が発生する。従って、圧電フィルムを挟む電極間の電位差を電圧検出回路で検出することにより、圧電素子に歪が生じたことを検出することが可能となる。以下、圧電フィルムを挟む電極間の電位差を単に圧電素子の電圧と称す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２１６４２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電性樹脂は圧電性セラミックスに比べ、圧電フィルムの誘電率ε（Ｆ／ｍ）が比較的小さいため、静電容量が小さい。特許文献１に記載の圧電素子を単独で直接的に電圧検出回路に接続すると、以下の問題が発生する。【０００７】
１つ目は、圧電素子に発生する電圧が大きくなりすぎることである。圧電素子によって発生する電圧が大きくなりすぎてしまい、例えば電圧検出回路の駆動電圧を超えてしまうと、圧電素子からの出力電圧を精度良く検出することが難しくなる。２つ目は、圧電素子の静電容量が小さいため、圧電素子の電圧が電荷に重畳するノイズに大きく影響されることである。３つ目は、圧電素子の静電容量が小さいため、時定数が小さくなることであり、電荷が圧電素子から早く散逸してしまうことである。すなわち、３つ目の問題は、電荷が圧電素子から早く散逸してしまうと、圧電素子に保持された電荷に基づいて、圧電素子の電圧を検出する電圧検出回路では、電圧を検出することが可能な時間が短くなることである。【０００８】
そこで、本発明の目的は、静電容量を増大化させた、一部に圧電性樹脂を含むフィルムを電極で挟んだ圧電素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧電素子は、第１基準電位電極と、一部に圧電性樹脂を含むフィルムと、シグナル電極と、絶縁性を有する誘電フィルムと、前記第１基準電位電極と電気的に接続される第２基準電位電極と、が積層方向に順に配置され、前記誘電フィルムが前記第２基準電位電極及び前記シグナル電極に挟まれることで形成される静電容量は、前記圧電性樹脂を含むフィルムが前記第１基準電位電極及び前記シグナル電極に挟まれることで形成される静電容量より大きい。【００１０】
本発明の圧電素子では、第１基準電位電極と第２基準電位電極とはセンサ部、または、検出回路部で電気的に接続される。第１基準電位電極及びシグナル電極に電気的に接続される電圧検出回路からは、フィルムをシグナル電極及び第１基準電位電極で挟んだ圧電性を有する圧電部と、誘電フィルムをシグナル電極及び第２基準電位電極で挟んだ容量性素子とが並列接続された複合素子として電気的に作用する。【００１１】
本発明の圧電素子は、圧電性を有する圧電部に、当該圧電部より静電容量が大きい容量性素子が電気的に並列接続されるため、全体としての静電容量を増大化させることができる。従って、本発明の圧電素子は、電圧検出回路において、圧電素子の電圧が大きくなりすぎて検出不可能となったり、圧電素子の電圧が電荷に重畳するノイズに大きく影響されたり、圧電素子の電圧が検出可能な時間が短くなったりすることを防止することができる。【００１２】
静電容量は、電極間の誘電率ε（Ｆ／ｍ）に比例し、かつ電極間の距離に反比例する。従って、静電容量を増大化するには、例えば、以下のように圧電素子を構成する。【００１３】
前記誘電フィルムの前記積層方向の長さは、前記フィルムの前記積層方向の長さより短く、前記誘電フィルムの誘電率は、前記フィルムの誘電率より高くする。【００１４】
また、前記シグナル電極は、銅箔からなり、前記第１基準電位電極及び前記第２基準電位電極は、それぞれ銀ペーストや導電性不織布などからなることが望ましい。【００１５】
シグナル電極にバイアスがかかる場合、シグナル電極を銅で形成すれば、銀に比べて銅がイオン化しにくいため、シグナル電極のマイグレーションを防止することができる。【００１６】
また、圧電性樹脂は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の強誘電体材料あってもよいが、前記圧電性樹脂は、ポリ乳酸であってもよい。【００１７】
ポリ乳酸は、ＰＶＤＦなどの強誘電体材料とは異なり焦電性がない。また、ポリ乳酸はポーリング（分極処理）が不要である点、及び透光性を有する点においてもＰＶＤＦより優れる。【００１８】
また、ポリ乳酸をフィルムとして用いる場合、前記フィルムは、第１フィルムと第２フィルムとが前記積層方向に重なった複層フィルムであり、前記第１フィルムの延伸方向は、前記第２フィルムの延伸方向と同じであり、前記第１フィルム及び前記第２フィルムのうち一方のフィルムは、Ｌ型ポリ乳酸からなり、他方のフィルムは、Ｄ型ポリ乳酸からなる態様であっても構わない。【００１９】
Ｄ型ポリ乳酸とＬ型ポリ乳酸とは、鏡像異性体の関係にある。圧電性が分子の螺旋構造に起因するポリ乳酸では、鏡像異性体のＰＤＬＡとＰＬＬＡとは、電荷が生じる方向（以下、電荷方向と称す。）が逆となる。ただし、電荷方向とは、ポリ乳酸からなるフィルムにおいて、負の電荷が発生した一方主面から、正の電荷が発生した他方主面への方向である。【００２０】
このように、電荷方向が互いに逆となる第１フィルム及び第２フィルムが重なると、圧電素子が積層方向と直交する方向に伸縮すると、第１フィルム及び第２フィルム間で電荷が相殺される。圧電素子が積層方向に湾曲すると、第１フィルム及び第２フィルムの各電荷方向が揃い、各電荷が相加される。これにより、圧電素子は、積層方向に湾曲した時のみ、シグナル電極及び第１基準電位電極間に電位差を生じるようになる。【００２１】
上述の電荷方向はポリ乳酸の組成に限らず、フィルムの延伸方向によっても変化する。具体的には、前記フィルムは、第１フィルムと第２フィルムとが前記積層方向に重なった複層フィルムであり、前記第１フィルムの延伸方向は、前記第２フィルムの延伸方向に直交し、前記第１フィルム及び前記第２フィルムは、それぞれＬ型ポリ乳酸からなり、又は、Ｄ型ポリ乳酸からなる態様であっても構わない。【００２２】
延伸方向が互いに直交すると、第１フィルム及び第２フィルムは、ポリ乳酸の分子の配向方向が互いに直交するため、電荷方向が互いに逆となる。【００２３】
また、積層方向に湾曲した時のみ電荷を発生させる圧電素子と、前記圧電素子に保持される電荷に基づいて当該圧電素子の電圧を検出する回路とを備えれば、曲げを検出する曲げ検出センサとなる。曲げ検出センサは、例えば、生体の皮膚表面に装着され、皮膚表面の法線方向の変位を検出する生体センサとして用いることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の圧電素子は、誘電フィルムが基準電位電極及びシグナル電極に挟まれることによって容量性素子を形成し、当該容量性素子が圧電部に電気的に並列接続されるため、素子全体の静電容量を増大化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）は、実施形態１に係る生体センサの斜視図であり、（Ｂ）は、生体センサの使用例を説明するための図である。
【図２】奥行方向に視たセンサ素子の側面図である。
【図３】生体センサの回路例を示す図である。
【図４】実施形態２に係るセンサ素子の奥行方向に視た側面図である。
【図５】（Ａ）は、第１フィルムの上面図であり、（Ｂ）は、第２フィルムの上面図である。
【図６】（Ａ）は、皮膚の表面が幅方向に伸張した時の奥行方向に視たセンサ素子の側面図であり、（Ｂ）は、皮膚の表面が高さ方向に隆起した時の奥行方向に視たセンサ素子の側面図である。
【図７】実施形態２に係るセンサ素子の奥行方向に視た側面図である。
【図８】第２フィルムの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
実施形態１に係る生体センサ１００について、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、及び図２を用いて説明する。図１（Ａ）は、生体センサ１００の斜視図であり、図１（Ｂ）は、生体センサ１００の使用例を説明するための図である。図２は、奥行方向に視たセンサ素子１０の側面図である。
【００２７】
生体センサ１００は、例えば生体の皮膚の表面に装着され、皮膚表面の変位を検出するものである。
【００２８】
図１（Ａ）に示すように、生体センサ１００は、センサ素子１０及び検出部２０を備えている。センサ素子１０及び検出部２０は、シグナル線２１及びシグナル線２２を介して電気的に接続されている。ただし、検出部２０は、シグナル線を介さず、センサ素子１０と直結される構造であってもよい。
【００２９】
センサ素子１０は、幅方向及び奥行方向に比べて高さ方向に薄いフィルム状である。
【００３０】
図１（Ｂ）に示すように、生体センサ１００は、センサ素子１０の上面（高さ方向の面）又は下面（高さ方向と反対方向の面）が生体９００の皮膚９０１の表面に当接するように生体９００に装着される。例えば、センサ素子１０を皮膚９０１の表面とで挟むようにバンド３０を巻きつけることでセンサ素子１０は生体９００に装着される。
【００３１】
図２に示すように、センサ素子１０では、基準電位電極５、フィルム３、シグナル電極２、誘電フィルム１、及び基準電位電極４が順に高さ方向に配置されている。実際のセンサ素子１０には、各電極と各フィルムとの間に接着層が存在するが、各接着層の図示は省略する。また、実際のセンサ素子１０には、基準電位電極４及び基準電位電極５を絶縁する絶縁材料が最外層に配置されているが、それら絶縁材料の説明および図示は省略する。
【００３２】
シグナル電極２は、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜である。シグナル電極２の幅方向端部には、シグナル線２２が電気的に接続されている。
【００３３】
基準電位電極４及び基準電位電極５は、それぞれ例えば銀（Ａｇ）からなる。ただし、基準電位電極４及び基準電位電極５の材料として、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等を用いることができる。
【００３４】
基準電位電極４及び基準電位電極５は、幅方向と反対方向の端部で連結部６を介して電気的に接続されている。基準電位電極４、基準電位電極５、及び連結部６は、例えば銀ペーストが塗布されたウレタンフィルムが折り曲げられることによって、それぞれ形成される。基準電位電極５の幅方向端部には、シグナル線２１が電気的に接続されている。ただし、基準電位電極４、基準電位電極５、及び連結部６は、銀ペーストが塗布されたウレタンフィルムが折り曲げられることによって形成されるに限らず、導電性不織布が折り曲げられることによって形成されてもよい。
【００３５】
また、基準電位電極４と基準電位電極５とは、連結部６を介さず、検出部２０の検出回路（図３を参照）で電気的に接続される態様であっても構わない。ただし、連結部６で基準電位電極４と基準電位電極５とを電気的に接続すれば、基準電位電極４と基準電位電極５とを電気的に接続するシグナル線を別途設ける必要がない。これにより、当該シグナル線の接続不良は発生することがない。さらに、連結部６を備える構成は、銀ペーストが塗布されたウレタンフィルムを折り曲げるだけで、簡単に、基準電位電極４と基準電位電極５とを電気的に接続することができる。
【００３６】
また、幅方向において連結部６の長さをシグナル電極２の長さと等しくすることにより、幅方向の外側からシグナル電極２がノイズの影響を受けることが抑制される。
【００３７】
センサ素子１０の基準電位電極４側又は基準電位電極５側は、皮膚９０１の表面に装着される。基準電位電極４及び基準電位電極５を構成する銀ペースト材料は、銅箔よりもヤング率が小さいため、同じ応力で銅箔よりも大きな歪が生じる。センサ素子１０は、歪みやすい銀ペーストからなる基準電位電極４及び基準電位電極５を最外層に配置し、かつ歪みにくい銅箔からなるシグナル電極２を中央に配置する。これにより、センサ素子１０は、高さ方向に湾曲しやすくなりつつも、幅方向及び奥行方向に伸縮しにくくなる。
【００３８】
フィルム３は、圧電性樹脂であるポリ乳酸からなる。ただし、フィルム３は、ポリ乳酸を一部に含めばよい。例えば、圧電体と樹脂とを合成したものをフィルム３として用いてもよい。
【００３９】
フィルム３は、圧電性を有するため、歪が生じると電荷を発生させる。発生した電荷により、シグナル電極２及び基準電位電極５間に電位差（例えば数十Ｖ）が生じる。
【００４０】
誘電フィルム１は、絶縁性を有し、基準電位電極４とシグナル電極２とを絶縁する。誘電フィルム１は、例えば、ＰＥＴ（；Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）基材の両主面にアクリル粘着剤が塗布されてなる。ただし、誘電フィルム１は、一例であり、誘電フィルム１に代えて絶縁体フィルムを用いてもよい。
【００４１】
誘電フィルム１の厚みは、図２に示すように、フィルム３の厚みより小さい。誘電フィルム１の誘電率ε（Ｆ／ｍ）は、フィルム３の誘電率より高い。従って、シグナル電極２及び基準電位電極４間に形成される静電容量ＣＡ（Ｆ）は、シグナル電極２及び基準電位電極５間に形成される静電容量ＣＢ（Ｆ）より大きい。
【００４２】
ただし、誘電フィルム１は、フィルム３に比べて誘電率εが高くなくてもよいし、厚みが小さくなくてもよい。誘電フィルム１の厚み及び誘電率εは、シグナル電極２及び基準電位電極４間に形成される静電容量ＣＡがシグナル電極２及び基準電位電極５間に形成される静電容量ＣＢより大きくなればよく、適宜設定されればよい。
【００４３】
次に、図３は、生体センサ１００の回路例を示す図である。検出部２０には、センサ素子１０のシグナル電極２及び基準電位電極５間の電位差を検出する電圧検出回路が構成されている。
【００４４】
図３に示すように、電圧検出回路は、圧電部２３、キャパシタ２４、オペアンプ２５、及び電圧検出器２６を備えている。
【００４５】
圧電部２３は、センサ素子１０においてフィルム３をシグナル電極２及び基準電位電極５で挟むことにより実現されている。圧電部２３は、分圧抵抗Ｒ１及び分圧抵抗Ｒ２による駆動電圧ＶＤＤの分圧で、バイアスされている。具体的には、基準電位電極５は、分圧抵抗Ｒ１及び分圧抵抗Ｒ２の接続端にシグナル線２１を介して電気的に接続されている。シグナル電極２は、シグナル線２２を介してオペアンプ２５の正入力端子に電気的に接続されている。
【００４６】
キャパシタ２４は、誘電フィルム１をシグナル電極２及び基準電位電極４で挟むことにより実現されている。キャパシタ２４は、分圧抵抗Ｒ１及び分圧抵抗Ｒ２による駆動電圧ＶＤＤの分圧で、バイアスされている。具体的には、基準電位電極４は、分圧抵抗Ｒ１及び分圧抵抗Ｒ２の接続端にシグナル線２１を介して電気的に接続されている。
【００４７】
すなわち、キャパシタ２４は、圧電部２３に電気的に並列接続されている。これにより、センサ素子１０は、圧電部２３のみの構成と比べて、素子全体としての静電容量を静電容量ＣＴ（ＣＡ＋ＣＢと同値）へと増大化させている。
【００４８】
オペアンプ２５は、ボルテージフォロワ回路を構成している。すなわち、オペアンプ２５の負入力端子は、オペアンプ２５の出力端子に電気的に接続されている。これにより、オペアンプ２５は、圧電部２３及びキャパシタ２４から視たインピーダンスを高くした状態で、正入力端に入力された電圧と等しい電圧を出力端子から出力する。なお、図示しないが、オペアンプ２５は、駆動電圧ＶＤＤの電源が供給されることにより動作する。
【００４９】
オペアンプ２５の出力端子は、電圧検出器２６に電気的に接続されている。電圧検出器２６は、グランド電位に対するオペアンプ２５の出力端子の電位を検出する。
【００５０】
圧電部２３に電荷が発生すると、発生した電荷Ｑは、圧電部２３及びキャパシタ２４によって保持される。圧電部２３及びキャパシタ２４で保持された電荷Ｑは、シグナル電極２及び基準電位電極４間、並びにシグナル電極２及び基準電位電極５間に電位差を生じさせる。基準電位電極４の電位に対するシグナル電極２の電位Ｖｄｉｆｆは、センサ素子１０全体の静電容量ＣＴに反比例し、かつ圧電部２３で発生した電荷Ｑの量に比例する。すなわち、電位Ｖｄｉｆｆは、以下の式によって求められる。
【００５１】
Ｖｄｉｆｆ  ＝  Ｑ／（ＣＡ＋ＣＢ）
センサ素子１０は、圧電部２３及びキャパシタ２４で保持された電荷Ｑにノイズが重畳しても、圧電部２３のみの構成と比べて素子全体としての静電容量ＣＴが増大化しているため、電位差Ｖｄｉｆｆへの当該ノイズの影響を抑えることができる。
【００５２】
また、センサ素子１０の電位Ｖｄｉｆｆは、センサ素子１０全体としての静電容量ＣＴが増大化しているため、大きくなりすぎることがない。
【００５３】
圧電部２３及びキャパシタ２４で保持された電荷Ｑは、時間の経過と共に徐々に散逸するが、その散逸は、時定数τが増大化した静電容量ＣＴに比例するため、より遅くなる。これにより、生体センサ１００は、センサ素子１０から電荷が早く散逸することにより電圧検出器２６で電圧を検出できる時間が短くなることを防止できる。
【００５４】
また、センサ素子１０は、素子外部で電荷Ｑのノイズを除去する場合に比べて、素子内部のキャパシタ２４によって素子近傍で発生するノイズを効果的に除去することができる。特に、センサ素子１０は、素子内部でノイズを除去するため、脈動のような低周波数（例えば１Ｈｚ）の変動を検出する構成として好適である。
【００５５】
また、シグナル電極２を構成する銅は、銀に比べてイオン化しにくく、マイグレーションを発生させにくい。従って、センサ素子１０は、駆動電圧ＶＤＤに応じた電圧でシグナル電極２がバイアスされても、マイグレーションによるシグナル電極２の劣化を抑えることができる。
【００５６】
なお、フィルム３は、ポリ乳酸に限らず、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなる態様であっても構わない。ただし、ポリ乳酸は、ポリフッ化ビニリデン等の強誘電体のポリマーとは異なり、焦電効果がない。従って、ポリ乳酸を材料としたフィルム３は、生体の温度が伝わってしまうセンサ素子１０の構成として好適である。また、ポリ乳酸からなるフィルム３は、透光性を有するため、シグナル電極２及び基準電位電極５等の他の構成を透光性のある材料で形成すれば、センサ素子１０全体を透明にすることができ、センサ素子１０を装着したまま皮膚９０１表面を視認可能とすることができる。
【００５７】
また、電圧検出回路は、図３に示す回路例に限らず、センサ素子１０に発生した電荷に基づいて、電圧の変化を検出する回路であれば何でもよい。例えば、電圧検出回路は、圧電部２３及びキャパシタ２４に保持された電荷の量に応じてドレインの出力電圧が上昇するＦＥＴを備えたもの（バイアス型コンデンサマイクに用いられる回路等）であってもよい。
【００５８】
次に、実施形態２に係るセンサ素子１０Ａについて、図４、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）を用いて説明する。図４は、センサ素子１０Ａの奥行方向に視た側面図である。図５（Ａ）は、フィルム３１（第１フィルムに相当する。）の上面図であり、（Ｂ）は、フィルム３２（第２フィルムに相当する。）の上面図である。
【００５９】
センサ素子１０Ａは、面方向（幅方向及び奥行方向）の伸縮で電荷を発生させず、かつ積層方向に湾曲した時のみに電荷を発生させるものである。具体的には、センサ素子１０Ａは、フィルム３が２層のフィルム３１及びフィルム３２からなる点においてセンサ素子１０と相違する。
【００６０】
フィルム３１及びフィルム３２は、組成が互いに異なるポリ乳酸からなる。フィルム３１は、Ｄ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ（Ｐｏｌｙ−Ｄ−Ｌａｔｉｃ−Ａｃｉｄ））からなり、フィルム３２は、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ（Ｐｏｌｙ−Ｌ−Ｌａｔｉｃ−Ａｃｉｄ））からなる。
【００６１】
フィルム３１及びフィルム３２のポリ乳酸の分子の配向方向は同じである。ポリ乳酸の分子の配向方向は、フィルムを延伸した方向である。具体的には、フィルム３１は、図５（Ａ）の白抜き矢印９１１に示すように、幅方向から４５°だけ反時計回りの方向に延伸されている。フィルム３２は、図５（Ｂ）の白抜き矢印９１２に示すように、フィルム３１の延伸方向と同じ方向に延伸されている。
【００６２】
ただし、幅方向とフィルム３１及びフィルム３２の延伸方向とは、略４５°であればよく、例えば３５°〜５５°の範囲であっても、電荷発生効果を得ることができる。
【００６３】
ＰＤＬＡ及びＰＬＬＡは、鏡像異性体の関係にある。従って、フィルム３１及びフィルム３２は、互いに鏡像異性体のポリ乳酸からなり、かつポリ乳酸の分子の配向方向が同じであるため、同じ歪が生じたときに発生する電荷の極性の方向（以下、電荷方向と称す。）が互いに逆となっている。
【００６４】
ＰＤＬＡからなるフィルム３１とＰＬＬＡからなるフィルム３２とが層状になったものを用意するには、例えば、共押出工程を用いる。共押出工程では、押し出された樹脂が層状となるように、ＰＬＬＡが融解した押出機とＰＤＬＡが融解した押出機とを重ねて、回転する冷却ドラムの周面にＰＬＬＡ及びＰＤＬＡを同時に押し出す。これにより、フィルム３１及びフィルム３２は、接着層を介さなくても一体に形成されるため、厚みの増加が抑えられる。ただし、フィルム３１及びフィルム３２は、共押出工程に限らず、接着層を介して貼り合わされてなる態様であっても構わない。
【００６５】
センサ素子１０Ａの作用について、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を用いて説明する。図６（Ａ）は、皮膚９０１の表面が幅方向に伸張した時の奥行方向に視たセンサ素子１０Ａの側面図であり、図６（Ｂ）は、皮膚９０１の表面が高さ方向に隆起した時の奥行方向に視たセンサ素子１０Ａの側面図である。ただし、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、説明のために基準電位電極４及び基準電位電極５の図示は省略する。
【００６６】
図６（Ａ）に示すように、皮膚９０１の表面が幅方向に伸張すると、フィルム３１及びフィルム３２はそれぞれ幅方向に伸張する歪が生じる。フィルム３１で発生した電荷は、フィルム３１及びフィルム３２の電荷方向が互いに逆であるため、フィルム３２で発生した電荷に相殺される。
【００６７】
同様に、皮膚９０１の表面が幅方向に収縮しても、フィルム３１で発生した電荷は、フィルム３２で発生した電荷により相殺される。皮膚９０１の表面が奥行方向に伸縮しても、フィルム３１で発生した電荷は、フィルム３２で発生した電荷により相殺される。
【００６８】
図６（Ｂ）に示すように、皮膚９０１の表面が高さ方向に隆起すると、フィルム３１は、フィルム３２に対して伸張する歪が生じる。換言すれば、フィルム３２は、フィルム３１に対して収縮する歪が生じる。すなわち、フィルム３１及びフィルム３２は、伸張と収縮とで逆向きの歪が生じる。フィルム３１で発生した電荷は、フィルム３１及びフィルム３２の電荷方向が互いに逆であり、かつフィルム３１及びフィルム３２で互いに逆向きの歪が生じているため、フィルム３２で発生した電荷に相加される。すると、電圧検出回路の電圧検出器２６は、フィルム３１及びフィルム３２で相加された電荷に応じた電圧を検出する。
【００６９】
皮膚９０１の表面が高さ方向と反対方向に沈降した場合も、フィルム３１で発生した電荷は、フィルム３２で発生した電荷に相加される。
【００７０】
センサ素子１０Ａは、皮膚９０１の表面が面方向（幅方向及び奥行方向）に伸縮しても、シグナル電極２及び基準電位電極４間に電荷が発生しにくく、かつ皮膚９０１の表面が高さ方向に隆起及び沈降した時のみにシグナル電極２及び基準電位電極５間に電荷を発生させることができる。
【００７１】
なお、センサ素子１０Ａは、フィルム３１及びフィルム３２の配置が逆であっても構わない。
【００７２】
センサ素子１０Ａは、ポリ乳酸の組成を異ならせることにより、電荷方向が互いに逆となる２枚のフィルム３１及びフィルム３２を備えていたが、以下のようにポリ乳酸の分子の配向方向を異ならせることにより、電荷方向が互いに逆となる２枚のフィルムを備えてもよい。
【００７３】
図７は、実施形態３に係るセンサ素子１０Ｂの奥行方向に視た側面図である。図８は、フィルム３１Ｂの上面図である。
【００７４】
センサ素子１０Ｂは、フィルム３１に代えてフィルム３１Ｂを備える点において、センサ素子１０と相違する。センサ素子１０と重複する構成の説明は省略する。
【００７５】
フィルム３１Ｂは、ＰＬＬＡからなる。フィルム３１Ｂは、図８の白抜き矢印９１３に示すように、幅方向から時計回りに４５°の方向に延伸されている。これにより、フィルム３１Ｂに含まれるＰＬＬＡは、幅方向から時計回りに４５°の方向に配向している。従って、フィルム３１Ｂ及びフィルム３２は、ポリ乳酸の分子の配向方向が互いに直交し、かつ同じ組成からなるため、電荷方向が互いに逆となる。
【００７６】
なお、センサ素子１０Ｂは、ＰＬＬＡからなるフィルム３１Ｂ及びフィルム３２を備えていたが、ＰＤＬＡからなるフィルムを２枚備え、互いのポリ乳酸の分子の配向方向が直交するように当該２枚のフィルムを配置してなる態様であってもかまわない。
【符号の説明】
【００７７】
１…誘電フィルム
２…シグナル電極
３…フィルム
３１，３１Ｂ，３２…フィルム
４，５…基準電位電極
６…連結部
１０，１０Ａ，１０Ｂ…センサ素子
２０…検出部
２１，２２…シグナル線
２３…圧電部
２４…キャパシタ
２５…オペアンプ
２６…電圧検出器
３０…バンド
１００…生体センサ
【図１】
2016027614.tif 000003
【図２】
2016027614.tif 000004
【図３】
2016027614.tif 000005
【図４】
2016027614.tif 000006
【図５】
2016027614.tif 000007
【図６】
2016027614.tif 000008
【図７】
2016027614.tif 000009
【図８】
2016027614.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月30日(2017.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基準電位電極と、
一部に圧電性樹脂を含むフィルムと、
シグナル電極と、
絶縁性を有する誘電フィルムと、
前記第１基準電位電極と電気的に接続される第２基準電位電極と、
が積層方向に順に配置され、
前記誘電フィルムが前記第２基準電位電極及び前記シグナル電極に挟まれることで形成される静電容量は、前記フィルムが前記第１基準電位電極及び前記シグナル電極に挟まれることで形成される静電容量より大きい、
圧電フィルムセンサ。
【請求項２】
前記誘電フィルムの前記積層方向の長さは、前記フィルムの前記積層方向の長さより短く、
前記誘電フィルムの誘電率は、前記フィルムの誘電率より高い、
請求項１に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項３】
前記シグナル電極は、銅からなり、
前記第１基準電位電極及び前記第２基準電位電極は、それぞれ銀からなる、
請求項１又は請求項２に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項４】
前記圧電性樹脂は、ポリ乳酸である、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項５】
前記フィルムは、第１フィルムと第２フィルムとが前記積層方向に重なった複層フィルムであり、
前記第１フィルムの延伸方向は、前記第２フィルムの延伸方向と同じであり、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムのうち一方のフィルムは、Ｌ型ポリ乳酸からなり、他方のフィルムは、Ｄ型ポリ乳酸からなる、
請求項４に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項６】
前記フィルムは、第１フィルムと第２フィルムとが前記積層方向に重なった複層フィルムであり、
前記第１フィルムの延伸方向は、前記第２フィルムの延伸方向に直交し、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムは、それぞれＬ型ポリ乳酸からなり、又は、Ｄ型ポリ乳酸からなる、
請求項４に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の圧電フィルムセンサと、
前記圧電フィルムセンサに保持される電荷に基づいて前記圧電フィルムセンサの電圧を検出する検出回路と、
を備えた曲げ検出センサ。
【国際調査報告】
2016027614.tif 000011
2016027614.tif 000012
2016027614.tif 000013
2016027614.tif 000014