(57)【要約】【課題】圧電シートを用いた圧力センサにおいて、圧力検出の精度を高める。【解決手段】圧力センサ３は、第１圧電シート９ａと、第２圧電シート９ｂと、中間接着層５３、第１接着層２３と、第２接着層２１と、を備えている。中間接着層５３は、第１圧電シートと第２圧電シートとの間に配置されている。第１接着層２３は、第２圧電シートの第１圧電シートと反対側に配置されている。第２接着層２１は、シート部材と第１圧電シートとの間に配置されている。使用温度範囲内で、第１接着層２３及び第２接着層２１、並びに、中間接着層５３の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第２面側に設けられた第１圧電シートと、
前記第１圧電シートの前記シート部材と反対側において、前記第１圧電シートに対向して配置された第２圧電シートと、
前記第１圧電シートと前記第２圧電シートとの間に配置された中間層と、
前記第２圧電シートの前記第１圧電シートと反対側に配置された第１フィルム層と、
前記第１フィルム層の前記第２圧電シート側の面に形成された第１検出電極と、
前記第１フィルム層及び前記第１検出電極と前記第２圧電シートとの間に設けられた第１層と、
前記第１圧電シートの前記シート部材側に配置され、前記シート部材の前記第２面に固定された第２フィルム層と、
前記第２フィルム層の前記第１圧電シート側の面に形成された第２検出電極と、
前記第２フィルム層及び前記第２検出電極と前記第１圧電シートとの間に配置された第２層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第１層及び前記第２層、並びに、前記中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である、
圧力センサ。
【請求項２】
使用温度範囲内で、前記第１層及び前記第２層、並びに、前記中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上である、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記第１層、前記第２層及び前記中間層は接着剤である、請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第２面側に設けられた第１圧電シートと、
前記第１圧電シートの前記シート部材と反対側において、前記第１圧電シートに対向して配置された第２圧電シートと、
前記第１圧電シートと前記第２圧電シートとの間に配置された中間層と、
前記第２圧電シートの前記第１圧電シートと反対側の面に形成された第１検出電極と、
前記第１圧電シートの前記シート部材側に配置され、前記シート部材の前記第２面に固定された第２フィルム層と、
前記第２フィルム層の前記第１圧電シート側の面に形成された第２検出電極と、
前記第２フィルム層及び前記第２検出電極と前記第１圧電シートとの間に配置された第２層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第２層及び前記中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である、
圧力センサ。
【請求項５】
使用温度範囲内で、前記第２層及び前記中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上である、である、請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記第２層及び前記中間層は接着剤である、請求項４又は５に記載の圧力センサ。
【請求項７】
外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有するシート部材と、
前記シート部材の第２面側に設けられた第１圧電シートと、
前記第１圧電シートの前記シート部材と反対側において、前記第１圧電シートに対向して配置された第２圧電シートと、
前記第１圧電シートと前記第２圧電シートとの間に配置された中間層と、
前記第２圧電シートの前記第１圧電シートと反対側の面に形成された第１検出電極と、
前記第１圧電シートの前記シート部材側の面に形成された第２検出電極と、を備え、
使用温度範囲内で、前記中間層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である、圧力センサ。
【請求項８】
使用温度範囲内で、前記中間層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上である、である、請求項７に記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記中間層は接着剤である、請求項７又は８に記載の圧力センサ。
【請求項１０】
外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第２面側に設けられた第１圧電シートと、
前記第１圧電シートの前記シート部材と反対側において、前記第１圧電シートに対向して配置された第２圧電シートと、
前記第１圧電シートと前記第２圧電シートとの間に配置された中間層と、
前記第２圧電シートの前記第１圧電シートと反対側に配置された第１フィルム層と、
前記第１フィルム層の前記第２圧電シート側の面に形成された第１検出電極と、
前記第１圧電シートの前記シート部材側の面に形成された第２検出電極と、
前記第１フィルム層及び前記第１検出電極と前記第１圧電シートとの間に配置された第１層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第１層及び前記中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である、
圧力センサ。
【請求項１１】
使用温度範囲内で、前記第１層及び前記中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上である、である、請求項１０に記載の圧力センサ。
【請求項１２】
前記第１層及び前記中間層は接着剤である、請求項１０又は１１に記載の圧力センサ。
【請求項１３】
外部から加えられた圧力によって発生する１枚の圧電シートの電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第２面側に設けられた圧電シートと、
前記圧電シートの前記シート部材と反対側に配置された第１フィルム層と、
前記第１フィルム層の前記圧電シート側の面に形成された第１検出電極と、
前記第１フィルム層及び前記第１検出電極と前記圧電シートとの間に設けられた第１層と、
前記圧電シートの前記シート部材側に配置され、前記シート部材の前記第２面に固定された第２フィルム層と、
前記第２フィルム層の前記圧電シート側の面に形成された第２検出電極と、
前記第２フィルム層及び前記第２検出電極と前記圧電シートとの間に配置された第２層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である、
圧力センサ。
【請求項１４】
使用温度範囲内で、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上である、である、請求項１３に記載の圧力センサ。
【請求項１５】
前記第１層及び前記第２層は接着剤である、請求項１３又は１４に記載の圧力センサ。
【請求項１６】
外部から加えられた圧力によって発生する１枚の圧電シートの電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第２面側に設けられた圧電シートと、
前記圧電シートの前記シート部材と反対側の面に形成された第１検出電極と、
前記圧電シートの前記シート部材側に配置され、前記シート部材の前記第２面に固定された第２フィルム層と、
前記第２フィルム層の前記圧電シート側の面に形成された第２検出電極と、
前記第２フィルム層及び前記第２検出電極と前記圧電シートとの間に配置された第２層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第２層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である、
圧力センサ。
【請求項１７】
使用温度範囲内で、前記第２層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上である、である、請求項１６に記載の圧力センサ。
【請求項１８】
前記第２層は接着剤である、請求項１６又は１７に記載の圧力センサ。
【請求項１９】
外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第２面側に設けられた圧電シートと、
前記圧電シートの前記シート部材と反対側に配置された第１フィルム層と、
前記第１フィルム層の前記シート部材側の面に形成された第１検出電極と、
前記圧電シートの前記シート部材側の面に形成された第２検出電極と、
前記第１フィルム層及び前記第１検出電極と前記圧電シートとの間に配置された第１層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第１層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である、
圧力センサ。
【請求項２０】
使用温度範囲内で、前記第１層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上である、請求項１９に記載の圧力センサ。
【請求項２１】
前記第１層は接着剤である、請求項１９又は２０に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサ、特に、バイモルフ又はモノモルフを用いた圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネルへの押圧量を検出するための装置として、圧電シートを用いた圧力センサが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に示すタッチ入力装置では、感圧センサが、可撓性を有するタッチパネルの平面上に互いに密着するように重ねられている。
圧力センサが１枚の圧電シートからなるモノモルフの場合、圧電シートの両面に電荷検出電極が設けられ、圧電シートは接着剤によってガラスに貼り合わされている。
圧力センサが２枚の圧電シートからなるバイモルフの場合、２枚の圧電シートは接着剤によって互いに貼り合わされてバイモルフ構造を形成し、さらにバイモルフ構造が接着剤によってガラスに貼り合わされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−６１５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の圧力センサでは、押圧力が加えられたときに、出力が瞬時に定常値まで立ち上がらず、徐々に増大するという出力遅れの問題があった。したがって、圧力検出の精度が低かった。
【０００５】
本発明の課題は、圧電シートを用いた圧力センサにおいて、圧力検出の精度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００７】
本発明の一見地に係る圧力センサは、外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて圧力を検出するための圧力センサである。圧力センサは、シート部材と、第１圧電シートと、第２圧電シートと、第１検出電極と、第２検出電極と、中間層と、第１層と、第２層と、を備えている。
シート部材は、圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有する。
第１圧電シートは、シート部材の第２面の中央部に配置されている。
第２圧電シートは、第１圧電シートのシート部材と反対側において、第１圧電シートに対向して配置されている。
第１検出電極は、第１圧電シートの第２圧電シートと反対側に配置されている。
第２検出電極は、第２圧電シートの第１圧電シートと反対側に配置されている。
中間層は、第１圧電シートと第２圧電シートとの間に配置されている。
第１層は、第２圧電シートの第１圧電シートと反対側に配置されている。
第２層は、シート部材と第１圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第１層及び第２層、並びに、中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である。
【０００８】
上記抵抗が１０ＭΩ以下であれば、圧電出力は押圧開始後に急激に増加してすぐに定常状態になる。したがって、押圧開始直後（例えば１秒後）と一定時間経過後（例えば５秒後）との違いが大きい。つまり、圧電出力検出の精度が高い。
上記抵抗が１ＧΩ以上であれば、圧電出力は押圧開始後に低い増加率で増えていく。したがって、圧電出力検出の精度が高い。
それに対して、抵抗が上記条件を満たさなければ、押圧開始直後（例えば１秒後）
と一定時間経過後（例えば５秒後）との違いが大きく、つまり、圧電出力検出の精度が低い。
【０００９】
使用温度範囲内で、第１層及び第２層、並びに、中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上であってもよい。
【００１０】
第１層、第２層及び中間層は接着剤であってもよい。
【００１１】
本発明の他の見地に係る圧力センサは、外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて圧力を検出するための圧力センサである。圧力センサは、シート部材と、第１圧電シートと、第２圧電シートと、第１検出電極と、第２検出電極と、中間層と、第２層と、を備えている。
シート部材は、圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有する。
第１圧電シートは、シート部材の第２面の中央部に配置されている。
第２圧電シートは、第１圧電シートのシート部材と反対側において、第１圧電シートに対向して配置されている。
第１検出電極は、第１圧電シートの第２圧電シートと反対側に配置されている。
第２検出電極は、第２圧電シートの第１圧電シートと反対側に配置されている。
中間層は、第１圧電シートと第２圧電シートとの間に配置されている。
第２層は、シート部材と第２圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第２層及び中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
【００１２】
使用温度範囲内で、第２層及び中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上であってもよい。
【００１３】
第２層及び中間層は接着剤であってもよい。
【００１４】
本発明のさらに他の見地に係る圧力センサは、外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて圧力を検出するための圧力センサである。圧力センサは、シート部材と、第１発電シートと、第２発電シートと、中間層と、第１検出電極と、第２検出電極とを備えている。
シート部材は、圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有する。
第１圧電シートは、シート部材の第２面側に設けられている。
第２圧電シートは、第１圧電シートのシート部材と反対側において、第１圧電シートに対向して配置されている。
中間層は、第１圧電シートと第２圧電シートとの間に配置されている。
第１検出電極は、第２圧電シートの第１圧電シートと反対側の面に形成されている。
第２検出電極は、第１圧電シートのシート部材側の面に形成されている。
使用温度範囲内で、中間層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
【００１５】
使用温度範囲内で、中間層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上であってもよい。
【００１６】
中間層は接着剤であってもよい。
【００１７】
本発明のさらに他の見地に係る圧力センサは、外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて圧力を検出するための圧力センサである。圧力センサは、シート部材と、第１圧電シートと、第２圧電シートと、中間層と、第１フィルム層と、第１検出電極と、第２検出電極と、第１層と、を備えている。
シート部材は、圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有する。
第１圧電シートは、シート部材の第２面側に設けられている。
第２圧電シートは、第１圧電シートのシート部材と反対側において、第１圧電シートに対向して配置されている。
中間層は、第１圧電シートと第２圧電シートとの間に配置されている。
第１フィルム層は、第２圧電シートの第１圧電シートと反対側に配置されている。
第１検出電極は、第１フィルム層の第２圧電シート側の面に形成されている。
第２検出電極は、第１圧電シートのシート部材側の面に形成されている。
第１層は、第１フィルム層及び第１検出電極と第１圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第１層及び中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
【００１８】
使用温度範囲内で、第１層及び中間層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上であってもよい。
【００１９】
第１層及び中間層は接着剤であってもよい。
【００２０】
本発明のさらに他の見地に係る圧力センサは、外部から加えられた圧力によって発生する１枚の圧電シートの電位差に基づいて圧力を検出するための圧力センサである。圧力センサは、シート部材と、圧電シートと第１検出電極と、第２検出電極と、第１層と、第２層とを備えている。
シート部材は、圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有する。
圧電シートは、シート部材の第２面の中央部に配置されている。
第１検出電極は、圧電シートのシート部材側に配置されている。
第２検出電極は、圧電シートのシート部材と反対側に配置されている。
第１層は、圧電シートのシート部材と反対側に配置されている。
第２層は、シート部材と圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第１層及び第２層の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
【００２１】
使用温度範囲内で、第１層及び第２層の少なくとも一方の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上であってもよい。
【００２２】
第１層及び第２層は接着剤であってもよい。
【００２３】
本発明のさらに他の見地に係る圧力センサは、外部から加えられた圧力によって発生する１枚の圧電シートの電位差に基づいて圧力を検出するための圧力センサである。圧力センサは、シート部材と、圧電シートと、第１検出電極と、第２検出電極と、第２層と、を備える。
シート部材は、圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有する。
圧電シートは、シート部材の第２面の中央部に配置されている。
第１検出電極は、圧電シートのシート部材側に配置されている。
第２検出電極は、圧電シートのシート部材と反対側に配置されている。
第２層は、シート部材と圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第２層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
【００２４】
使用温度範囲内で、第２層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上であってもよい。
【００２５】
第２層は接着剤であってもよい。
【００２６】
本発明のさらに他の見地に係る圧力センサは、外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて圧力を検出するための圧力センサである。圧力センサは、シート部材と、圧電シートと、第１フィルム層と、第１検出電極と、第２検出電極と、第１層とを備えている。
シート部材は、圧力が作用する第１面と、縁部が支持される第２面とを有する。
圧電シートは、シート部材の第２面側に設けられている。
第１フィルム層は、圧電シートのシート部材と反対側に配置されている。
第１検出電極は、第１フィルム層のシート部材側の面に形成されている。
第２検出電極は、圧電シートのシート部材側の面に形成されている。
第１層は、第１フィルム層及び第１検出電極と圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第１層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
【００２７】
使用温度範囲内で、第１層の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１０ＧΩ以上であってもよい。
【００２８】
第１層は接着剤であってもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る圧力センサでは、圧力検出の精度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態の圧力検出装置の概略構成図である。
【図２】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図３】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図４】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図５】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図６】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図７】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図８】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図９】中間層の抵抗と、第１層及び第２層の抵抗との組み合わせに対応する圧電出力の過渡特性における出力率を表した表である。
【図１０】圧力センサの過渡特性を表したグラフである。
【図１１】第２実施形態の圧力センサの概略構成図である。
【図１２】圧力センサの過渡特性を表したグラフである。
【図１３】第３実施形態の圧力センサの概略構成図である。
【図１４】中間層の抵抗に対応する圧電出力の過渡特性における出力率を表した表である。
【図１５】第４実施形態の圧力センサの概略構成図である。
【図１６】第５実施形態の圧力検出装置の概略構成図である。
【図１７】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図１８】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図１９】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図２０】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図２１】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図２２】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図２３】圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
【図２４】第１層の抵抗と第２層の抵抗との組み合わせに対応する圧電出力の過渡特性における出力率を表した表である。
【図２５】圧力センサの過渡特性を表したグラフである。
【図２６】第６実施形態の圧力センサの概略構成図である。
【図２７】第２層の抵抗に対応する圧電出力の過渡特性における出力率を表した表である。
【図２８】圧力センサの過渡特性を表したグラフである。
【図２９】第７実施形態の圧力センサの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
１．第１実施形態
（１）圧力検出装置の概要
図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態としての圧力検出装置１を説明する。図１は、第１実施形態の圧力検出装置の概略構成図である。
圧力検出装置１は、指又はペンによって押された場合の押圧力（荷重）の大きさを測定するための装置である。具体的には、圧力検出装置１は、外部から加えられた圧力によって発生する２枚の圧電シート間の電位差に基づいて圧力を検出する。以下の説明では、使用時にユーザから見て手前側（図１の上側）を圧力検出装置１の「入力面側」といい、ユーザから見て奥側（図１の下側）を圧力検出装置１の「背面側」という。
圧力検出装置１に押圧を加える押圧手段としては、押圧を加えることができるものであれば、特に限定されない。押圧手段としては、例えば指やスタイラスベンなどを挙げることができる。
【００３２】
図１に示すように、圧力検出装置１は、圧力センサ３と、検出回路５とを有している。圧力センサ３は、押圧力に応じて電圧を発生するセンサである。検出回路５は、検出電極が検出した電圧信号から押圧量を検出するための回路であり、積分回路３１と、ＡＤ変換部３３とを有している。積分回路３１は、圧力センサ３からの出力される電荷の総量を電圧信号に変換する、つまり圧電信号を積分して出力する。出力される電圧信号を以下「圧電出力」という。これにより、圧力センサ３に作用する押圧力の変化量に起因して発生する微小な圧電信号から、精度良く押圧力を測定できる。ＡＤ変換部３３は、積分回路３１から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。
【００３３】
（２）圧力センサ
圧力センサ３は、主に、シート部材７と、第１圧電シート９ａと、第２圧電シート９ｂと、第２検出電極１３と、第１検出電極１７と、中間接着層５３（中間層の一例）と、第１接着層２３（第１層の一例）と、第２接着層２１（第２層の一例）と、を備えている。
圧力センサ３の基本動作として、シート部材７が押されると圧力センサ３がたわみ、第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂには引張応力が加わるとともに、電荷が発生する。そして、第２検出電極１３及び第１検出電極１７がその電荷を検出することで、圧力センサ３に加えられた押圧力を検出できる。
【００３４】
（２−１）筐体
圧力センサ３は、筐体４１を有している。筐体４１は、矩形枠状であり、合成樹脂や金属によって形成できる。圧力センサ３の他の構成は、筐体４１内に収容されている。
さらに詳細には、筐体４１は、入力面側に向かって矩形状に開口する凹部４１ａを有している。凹部４１ａは、段差を有するように形成されており、この段差部分が支持部４１ｂとなっている。支持部４１ｂは、凹部４１ａの形状に対応しており、つまり矩形枠状に形成されている。支持部４１ｂは、後述するシート部材７の背面７ｂの縁部に対応しており、シート部材７に作用する圧力を支持するための構造である。凹部４１ａにおいて、支持部４１ｂよりも入力面側の第１領域には後述のシート部材７が収納され、背面側の第２領域には後述する他の構成が収納されている。
【００３５】
凹部４１ａにおいて、第１領域の側面はシート部材７とわずかな隙間を空けて接し、第２領域の側面は圧力センサ３の他の構成にわずかな隙間を空けて接している。また、筐体４１の底面と圧力センサ３との間には、空間部４３が確保されている。
より詳細には、圧力センサ３は、入力面側から背面側に向かって、シート部材７、第３接着層１９、第２樹脂フィルム１１、第２検出電極１３、第２接着層２１、第１圧電シート９ａ、中間接着層５３、第２圧電シート９ｂ、第１接着層２３、第１検出電極１７、第１樹脂フィルム１５を有している。以下、各構成を説明する。なお、図１及び他の断面図は、説明の便宜のために、各層の位置及び厚みを適宜調整している。
【００３６】
（２−２）シート部材
シート部材７は、圧力が作用する入力面７ａ（第１面の一例）と、縁部が支持される背面７ｂ（第２面の一例）とを有する。シート部材７は、シート状の部材であり、筐体４１の支持部４１ｂ及び支持部４１ｂで囲われた領域を覆うように配置される。背面７ｂの縁部は支持部４１ｂに支持されるように固定されている。
【００３７】
シート部材７は、保護板として、透明性、耐傷性、及び防汚性等を具備していることが好ましい。シート部材７の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートやアクリル系樹脂等の汎用樹脂、ポリアセタール系樹脂やポリカーボネート系樹脂等の汎用エンジニアリング樹脂、ポリスルホン系樹脂やポリフェニレサルファイド系樹脂等のスーパーエンジニアリング樹脂、ガラスがある。
なお、シート部材７の厚みは、例えば０．４ｍｍ〜１．０ｍｍである。
【００３８】
（２−３）第１樹脂フィルム及び第３接着層
第２樹脂フィルム１１は、第３接着層１９を介して、シート部材７の背面７ｂに固定されている。
第２樹脂フィルム１１は、透明樹脂フィルムであって、例えば、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、又は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂などで構成されている。
【００３９】
第３接着層１９は例えば透明光学接着剤が用いられる。そのような例としては、感圧接着剤（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ、以後「ＰＳＡ」という）がある。第３接着層１９の厚みは、５μｍ〜３００μｍである。
第３接着層１９の材料は、例えば、アクリル系やシリコーン系、エポキシ系接着剤である。
【００４０】
（２−４）第１圧電シート及び第２圧電シート
第１圧電シート９ａは、シート部材７の背面７ｂの中央部に配置されている。第２圧電シート９ｂは、第１圧電シート９ａのシート部材７と反対側において、第１圧電シート９ａに対向して配置されている。
【００４１】
第２接着層２１（第２層の一例）は、シート部材７と第１圧電シート９ａとの間に配置されている。つまり、第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂは、第２接着層２１を介して、第２樹脂フィルム１１の背面に固定されている。
第２接着層２１は例えば透明光学接着剤が用いられる。そのような例としては、感圧接着剤（ＰＳＡ）がある。第２接着層２１の厚みは、５μｍ〜３００μｍである。
第２接着層２１の材料は、例えば、アクリル系やシリコーン系、エポキシ系接着剤である。第２接着層２１は、上記接着剤を接着後にＵＶ硬化又は熱硬化によって硬化されることが好ましい。
【００４２】
第１圧電シート９ａと第２圧電シート９ｂは、押圧力が加えられたわみが発生すると、両面に押圧力に応じた電位差を発生するバイモルフを構成している。両シートは同じ形状であり、互いに対向している。第１圧電シート９ａは入力面側に配置され、第２圧電シート９ｂは背面側に配置されている。第１圧電シート９ａと第２圧電シート９ｂは、ＰＳＡからなる中間接着層５３を介して互いに接着されている。
【００４３】
（２−５）中間接着層
前述したように、第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂの間には、中間接着層５３が配置されている。
中間接着層５３は、例えば、第２接着層２１と同じ材料からなる。
中間接着層５３の厚みは、５μｍ以上である。より好ましくは、中間接着層５３の厚みは、２５〜１００μｍの範囲である。
【００４４】
（２−６）検出電極
第２検出電極１３は、第１圧電シート９ａの第２圧電シート９ｂと反対側に、つまり第１圧電シート９ａの入力面側に配置されている。具体的には、第２検出電極１３は、第２樹脂フィルム１１の背面に形成されている。
第１検出電極１７は、第２圧電シート９ｂの第１圧電シート９ａと反対側、つまり第２圧電シート９ｂの背面側に配置されている。具体的には、第１検出電極１７は、第１樹脂フィルム１５の入力側面に形成されている。なお、検出電極を樹脂フィルムの表面に形成する方法としては、蒸着又はスクリーン印刷がある。
【００４５】
なお、第２検出電極１３及び第１検出電極１７は、導電性を有する材料により構成される。導電性を有する材料としては、インジウム−スズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、スズ−亜鉛酸化物（Ｔｉｎ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ、ＴＺＯ）などのような透明導電酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ、ＰＥＤＯＴ）などの導電性高分子、などを用いることができる。
【００４６】
なお、第２検出電極１３及び第１検出電極１７は、第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂの面にそれぞれ直接形成されてもよい。その場合、検出背電極の製造法としては、例えば、蒸着又はスクリーン印刷がある。また、その場合、第１樹脂フィルム及び／又は第２樹脂フィルムは省略される。
なお、第２検出電極１３及び第１検出電極１７の厚みは、それぞれ、例えば１ｎｍ〜３０，０００ｎｍである。
【００４７】
また、導電性を有する材料として、銅、銀などの導電性の金属を用いてもよい。この場合、上記の検出電極は、蒸着により圧電シートに形成してもよく、銅ペースト、銀ペーストなどの金属ペーストを用いて形成してもよい。なお、金属からなる検出電極は、透光性を向上させるために、メッシュ構造であってもよい。
さらに、導電性を有する材料として、バインダー中に、カーボンナノチューブ、金属粒子、金属ナノファイバーなどの導電材料が分散したものを用いてもよい。
【００４８】
（２−７）第２樹脂フィルム及び第３接着層
第１樹脂フィルム１５は、層構成の最下位位置に配置されている。第１樹脂フィルム１５は、第１接着層２３によって第２圧電シート９ｂに固定されている。第１樹脂フィルム１５は、透明樹脂フィルムであって、例えば、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、又は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂などで構成されている。
第１接着層２３（第１層の一例）は、第２圧電シート９ｂの第１圧電シート９ａと反対側に配置されている。第１接着層２３は、例えば、第２接着層２１及び中間接着層５３と同じ材料からなる。
【００４９】
（３）圧電シートの詳細説明
第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂの材料は、強誘電体材料をシート状に成形したのちに厚み方向に分極させたシートを用いることができる。強誘電体材料としては、ＰＶＤＦや、ＰＶＤＦとＴｒＦＥやＥＴＦＥなどの共重合体、ＰＺＴがある。第１圧電シート９ａと第２圧電シート９ｂは互いに分極方向が上下逆になるように積層される。または、ポリ乳酸などの光学活性体を用いることもできる。例えば、第１圧電シート９ａにＰＬＬＡを、第２圧電シート９ｂにＰＤＬＡをそれぞれ用いてもよい。
第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂの材料の組み合わせは特に限定されない。ただし、両シートは同じ特性を有する材料が用いられることが好ましい。温度変化による熱応力と焦電効果によって生じる圧電シートからの不要な出力をキャンセルできるからである。
【００５０】
以下、圧力センサに押圧を加えた場合の電荷発生メカニズムを説明する。
圧力センサ３に押圧を加えたとき、シート部材７は第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂに比べて高い剛性を有しているため、第１圧電シート９ａと第２圧電シート９ｂには引張応力が生じる。このとき、第１圧電シート９ａには引張応力σｕが生じ、第２圧電シート９ｂには引張応力σｌが生じる。その結果、第１圧電シート９ａと第２圧電シート９ｂの入力面側の面と背面側の面には、上記引張応力に応じた電荷がそれぞれ発生する。そして、発生した電荷によって、第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂのそれぞれの入力面側と背面側の面との間には電位差が発生する。第１圧電シート９ａの間で発生する電位差Ｖ１’は、第１圧電シート９ａ入力面側の電位と背面側の電位との差であり、電位差Ｖ１’は引張応力σｕの大きさに比例している。第２圧電シート９ｂの間で発生する電位差Ｖ２’は、第２圧電シート９ｂの入力面側の電位と背面側の電位との差であり、電位差Ｖ２’は引張応力σｌの大きさに比例している。
【００５１】
第１実施形態では、第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂの間に配置されていた中間層は中間接着層５３だけであった。しかし、接着層のみの構成には限定されない。例えば、中間層はコアシート及び両面の接着剤から構成されていてもよい。また、中間層の一部に光学的特性を実現するシートが用いられてもよい。上記は、他の接着層にも当てはまる。
使用温度範囲内で、第１接着層２３（第１層の一例）及び第２接着層２１（第２層の一例）、並びに、中間接着層５３（中間層の一例）の少なくとも一方の５０ｃｍ２の抵抗が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上である。なお、使用温度範囲とは、例えば、０℃〜４０℃の範囲である。
【００５２】
（４）圧力センサの容量結合モデル
圧力センサ３は、各層の上下面が容量結合してコンデンサを形成し、各層に対応するコンデンサが直列につながっていると見なすことができる。これを容量結合モデルと呼ぶことにする。
図２〜図８は、圧力センサ３内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
第２検出電極１３と第１圧電シート９ａとの間には、第２接着層２１を挟んだコンデンサＣｐ２が形成されている。第１圧電シート９ａと第２圧電シート９ｂとの間には、中間接着層５３を挟んだコンデンサＣｍが形成されている。第１検出電極１７と第２圧電シート９ｂとの間には、第１接着層２３を挟んだコンデンサＣｐ１が形成されている。ただし、各接着層は微小な電流が流れるので、コンデンサに並列に抵抗が付いた回路としてモデル化できる。
【００５３】
第１圧電シート９ａの上下面の間には、第１圧電シート９ａを挟んだコンデンサＣ２が形成されている。第２圧電シート９ｂの上下面の間には、第２圧電シート９ｂを挟んだコンデンサＣ１が形成されている。なお、第１圧電シート９ａ及び９ｂは通常は導電性が低い。
また、検出回路５に接続されている電極は、概ね一定電位に保たれる。この電極を介して検出回路に流れ込む電荷の量を検出することで、圧力を測定している。今回は２つの電極が同じ電位に保たれている場合を説明するが、一定電位に保たれてさえいればよく、両者の電位が異なっていてもよい。
【００５４】
最初に、図３に示すように、圧力センサ３に押圧力が加わると、第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂの表面に電荷が発生する。
続いて、図４に示すように、電荷の一部が、第１接着層２３、中間接着層５３及び第２接着層２１のコンデンサＣｐ１、Ｃｍ及びＣｐ２に配分され、検出回路５に流れ込む（ステップ１）。この移動は抵抗を流れず瞬時に生じる。
【００５５】
その後、図５に示すように、残りの電荷は、第１接着層２３、中間接着層５３及び第２接着層２１の抵抗Ｒｐ１、Ｒｍ及びＲｐ２をゆっくりと通過して、検出回路５に流れ込む（ステップ２）。
図６及び図７を用いて、図４のステップ１を詳細に説明する。ΔＱ２だけ電荷が流れて、電荷が配分されたとき、第２検出電極１３及び第１検出電極１７の電位が一定になる必要があるので、キルヒホッフの法則により、下記の式１が得られる。
【００５６】
2016121883.tif 000003
・・・・式１
さらにキルヒホッフの法則によりΔＱ１とΔＱ２とは等しいので、ΔＱ２＝ΔＱ１＝ΔＱを式１に代入して、ΔＱについて解くと、下記の式２が得られる。なお、計算式の簡略化のため、１／Ｃｘ＝Ｅｘ（ｘは任意の添え字）のようにエラスタンス表記を用いる。
2016121883.tif 000004
・・・・式２
第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂの厚みが同じであると仮定すると（Ｅ１＝Ｅ２＝Ｅ）、下記の式３が得られる。
2016121883.tif 000005
・・・式３
また、第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂに電荷が発生した直後は、Ｑｐ２＝Ｑｐ１＝Ｑｍ＝０として、式３に代入すれば、下記の式４が得られる。
2016121883.tif 000006
・・・式４
この時に、検出回路５が検出する電荷はΔＱ２である。
【００５７】
次に、図８を用いて、図５のステップ２を詳細に説明する。
図８に示すように、残りの電荷は、第１接着層２３、中間接着層５３及び第２接着層２１の抵抗Ｒｐ１、Ｒｍ及びＲｐ２をゆっくりと通過して、検出回路５に流れ込む。このようにして、第１接着層２３、中間接着層５３及び第２接着層２１のコンデンサＣｐ１、Ｃｍ及びＣｐ２の電荷はゆっくりと消失していく。
【００５８】
上記の場合、抵抗Ｒｐ１、Ｒｍ及びＲｐ２が大きければ、出力は低い増加率で増えていく。したがって、例えば、押圧開始５秒後の圧電出力に対する押圧開始１秒後の圧電出力の割合は、高くなる。すなわち、圧電出力が安定した状態である押圧開始５秒後と押圧開始直後の１秒後との圧電出力の違いが小さく、つまり圧電出力検出の精度が高い。
上記の場合、抵抗Ｒｐ１、Ｒｍ及びＲｐ２が小さければ急激に増加してすぐに定常状態になる。したがって、例えば、押圧開始５秒後の圧電出力に対する押圧開始１秒後の圧電出力の割合は、高くなる。すなわち、圧電出力が安定した状態である押圧開始５秒後と押圧開始直後の１秒後との圧電出力の違いが小さく、つまり圧電出力検出の精度が高い。
【００５９】
しかし、抵抗Ｒｐ１、Ｒｍ及びＲｐ２が中間の値であれば、出力は例えば５〜６秒後に定常状態になるような増加率で増えていく。したがって、例えば、押圧開始５秒後の圧電出力に対する押圧開始１秒後の圧電出力の割合は、低くなる。すなわち、圧電出力が安定した状態である押圧開始５秒後と押圧開始直後の１秒後との圧力電圧の違いが大きく、つまり圧電出力の精度が低い。
【実施例１】
【００６０】
以下に第１実施形態の原理と効果を示すために圧電シートに発生した電荷が瞬時に式４に従って検出され（Ｓｔｅｐ１）、その後、抵抗を流れることで徐々に検出されていく（Ｓｔｅｐ２）様子を、計算によってシミュレーションした結果を説明する。シミュレーションは、上記実施形態と同様の構造であり、ガラス（シート部材７に相当）にバイモルフ（第１圧電シート９ａ及び第２圧電シート９ｂに相当）を貼合わせ、四辺を土台（電子機器の筐体４１に相当）に両面テープで固定した圧力（圧力センサ３に相当）を想定した。電極、圧電シート及び接着層は、１００ｍｍ×５０ｍｍ＝５０ｃｍ２とした。
【００６１】
圧電シートは、フィルム状のＰＶＤＦの共重合体とした。圧電シートは厚みを０．０３ｍｍとした。ＰＳＡ１（第１接着層２３に相当）、ＰＳＡ２（第２接着層２１に相当）、及びＰＳＡｍｉｄ（中間接着層５３に相当）は、アクリル系粘着剤とした。ＰＳＡｍｉｄは厚みを０．０４０ｍｍとした。ＰＳＡ１及びＰＳＡ２は厚みを０．０２５ｍｍとした。ＰＥＴは厚みを０．０５ｍｍとした。計算は、ＥＸＣＥＬ用いて行った。
そして、押圧によって生じた圧電シート表面の電荷は各々１ｎＣとした。さらに、パラメータについては、図６〜図８を参照して、Ｑ１が１ｎＣであり、Ｑ２が１ｎＣであり、Ｃ１が１４．８ｎＦであり、Ｃｍが４．５ｎＦであり、Ｃ２が７．１ｎＦであり、Ｒｐ１、Ｒｍ及びＲｐ２を可変とした。なお、以下の説明での各抵抗の値は面積５０ｃｍ２当たりのものであり、センサのサイズが変われば適宜変更する。
【００６２】
図９及び図１０を用いて、上記のシミュレーションの結果を説明する。図９は、中間層の抵抗と、第１層及び第２層の抵抗との組み合わせに対応する圧電出力の過渡特性における出力率を表した表である。
図９から明らかなように、第１接着層２３（第１層の一例）及び第２接着層２１（第２層の一例）の抵抗Ｒｐ１及びＲｐ２、並びに、中間接着層５３（中間層の一例）の抵抗Ｒｍが１００ＭΩ／５０ｃｍ２である場合に、上記割合が最も低くなる。したがって第１接着層２３及び第２接着層２１の抵抗Ｒｐ１及びＲｐ２、並びに、中間接着層５３の抵抗Ｒｍの少なくとも一方が１０ＭΩ／５０ｃｍ２以下又は１ＧΩ／５０ｃｍ２以上であることが必要である。図９では、領域７９が、好ましくない参考例である。なお、以下の説明では、抵抗の説明においても簡略化のために／５０ｃｍ２の表記を省略する。
【００６３】
ただし、第１接着層２３及び第２接着層２１の抵抗Ｒｐ１及びＲｐ２、並びに、中間接着層５３の抵抗Ｒｍの少なくとも一方が中程度の場合（１００ＭΩ、１ＧΩ）は、他方の値にかかわらず上記割合がそれほど高くならない。したがって、第１接着層２３及び第２接着層２１の抵抗Ｒｐ１及びＲｐ２、並びに、中間接着層５３の抵抗Ｒｍの少なくとも一方が１０ＧΩ以上であることが好ましい。図９では、領域８１（領域７９を含んでいない）が実施例ではあるが比較的好ましくない例である。
以上をまとめると、図９において、領域７９以外が本実施形態の範囲であり、領域８１以外（領域８１の外側）が本実施形態のより好ましい範囲である。
【００６４】
さらに、シミュレーション結果を図１０に示す。図１０は、ｔ＝０で圧電シートから電荷が発生したときの圧電センサの過渡特性を表したグラフである。なお、図１０における出力とは、検出回路に流れ込む電荷である。
このグラフでは、第１接着層２３（第１層に相当）及び第２接着層２１（第２層二層等）の抵抗Ｒｐ１及びＲｐ２、並びに、中間接着層５３（中間層に相当）の抵抗Ｒｍを同じ値にしたまま１ＭΩ〜１００ＧΩまで変化させた。
【００６５】
図１０から明らかなように、Ｒｐ１，Ｒｐ２、Ｒｍが１ＭΩ〜１０ＭΩの場合はｔ＝１秒でほぼ圧電出力が飽和し、その後は圧電出力は変化しない。つまり、１秒後と５秒後の圧電出力に違いは少ない。また、１ＧΩ〜１００ＧΩの場合、ｔ＝０秒からの出力変化は小さく、１秒後と５秒後の圧電出力に違いも少ない。一方、１００ＭΩの場合は、徐々に出力が上がっていき、１秒後と５秒後の圧電出力に違いが非常に大きい。
【００６６】
２．第２実施形態
第１実施形態では、第１検出電極１７は第１樹脂フィルム１５に形成されていたが、第１検出電極１７は第２圧電シート９ｂの背面側に形成されていてもよい。以下、図１１及び図１２を用いて、そのような実施形態を説明する。図１１は、第２実施形態の圧力センサの概略構成図である。図１２は、圧力センサの過渡特性を表したグラフである。なお、第１実施形態と共通点については説明を省略する。
図１１に示すように、第１検出電極１７Ａは、第２圧電シート９ｂの背面に直接形成されている。第１検出電極１７Ａは、例えば、ＩＴＯ，銀ナノワイヤ、ＰＥＤＯＴである。
【実施例２】
【００６７】
第２実施例のシミュレーション結果を図１２に示す。シミュレーションの手法及び対応する各種条件は第１実施例と同じである。ただし、Ｒｐ１＝０として計算する。なお、図１２における出力とは、検出回路に流れ込む電荷である。
このグラフでは、第２接着層２１（第２層に相当）の抵抗Ｒｐ２及び中間接着層５３（中間層に相当）の抵抗Ｒｍを同じにしたまま１Ω〜１００ＧΩまで変化させた。
【００６８】
図１２から明らかなように、抵抗Ｒｐ２、Ｒｍが１００ＭΩの場合に圧電出力の増加率は最も高く、抵抗Ｒｐ２、Ｒｍが１ＭΩ、１０ＭΩ、１ＧΩ、１０ＧΩ、１００ＧΩの場合に圧電出力の増加率は低くなっていることが分かる。また、図１２から、抵抗Ｒｐ２、Ｒｍが１ＧΩの場合に、１ＭΩ、１０ＭΩ、１０ＧΩ、１００ＧΩの場合に比べて、圧電出力の増加率が高くなっていることが分かる。
このように、第２実施形態では、第１実施形態と同様の優れた効果が得られる。
【００６９】
３．第３実施形態
第２実施形態では、第２検出電極１３は第２樹脂フィルム１１に形成されていたが、第２検出電極１３は第１圧電シート９ａの背面側に形成されていてもよい。以下、図１３を用いて、そのような実施形態を説明する。図１３は、第３実施形態の圧力センサの概略構成図である。なお、第２実施形態と共通点については説明を省略する。
図１３に示すように、第２検出電極１３Ａは、第１圧電シート９ａの背面に直接形成されている。第２検出電極１３Ａは、例えば、ＩＴＯ，銀ナノワイヤ、ＰＥＤＯＴである。
【００７０】
図１４を用いて、上記実施形態の実施例を説明する。図１４は、中間層の抵抗に対応する圧電出力の過渡特性における出力率を表した表である。この表では、中間接着層５３の抵抗がＲｍと表されている。
図１４から明らかなように、中間接着層５３（中間層の一例）の抵抗Ｒｍが１００ＭΩである場合に、上記割合が最も低くなる。したがって中間接着層５３の抵抗Ｒｍが１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上であることが必要である。図１４では、領域６７が、好ましくない参考例である。
【００７１】
ただし、中間接着層５３の抵抗が中程度の場合（例えば、１ＧΩ）は、上記割合がそれほど高くならない。したがって、中間接着層５３の抵抗が１０ＧΩ以上であることが好ましい。図１４では、領域６９（領域６７を含んでいない）が実施例ではあるが比較的好ましくない例である。
以上をまとめると、図１４において、領域６７以外が本実施形態の範囲であり、領域６９以外（領域６９の外側）が本実施形態のより好ましい範囲である。
【００７２】
４．第４実施形態
第１実施形態では、第２検出電極１３は第２樹脂フィルム１１に形成されていたが、第２検出電極１３は第１圧電シート９ａの背面側に形成されていてもよい。以下、図１５を用いて、そのような実施形態を説明する。図１５は、第４実施形態の圧力センサの概略構成図である。なお、第１実施形態と共通点については説明を省略する。
図１５に示すように、第２検出電極１３Ａは、第１圧電シート９ａの背面に直接形成されている。第２検出電極１３Ａは、例えば、ＩＴＯ，銀ナノワイヤ、ＰＥＤＯＴである。
この実施形態では、第１接着層２３及び中間接着層５３の条件を、第１実施形態のものと同じ条件に設定することで、第１実施形態と同様の優れた効果が得られる。
【００７３】
５．第５実施形態
第１〜第４実施形態はバイモルフを説明したが、次に図１６〜図２５を用いてモノモルフの実施形態を説明する。図１６は、第５実施形態の圧力検出装置の概略構成図である。
以下、第１実施形態と同じ構造については説明を省略して、異なる点のみを説明する。
図１６に示すように、圧電シート９は、第１実施形態とは異なり、１枚のシートである。
【００７４】
圧力センサ３は、図１７〜図２３のような回路図にモデル化できる。図１７〜図２３は、圧力センサ内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
第２検出電極１３と第１圧電シート９ａとの間には、第２接着層２１を挟んだコンデンサＣｐ２が形成されている。第１検出電極１７と第２圧電シート９ｂとの間には、第１接着層２３を挟んだコンデンサＣｐ１が形成されている。ただし、各接着層は微小な電流が流れるので、コンデンサに並列に抵抗が付いた回路としてモデル化できる。
【００７５】
圧電シート９の上下面の間には、圧電シート９を挟んだコンデンサＣ１が形成されている。なお、圧電シート９は通常は導電性が低い。
また、検出回路５に接続されている電極は、概ね一定電位に保たれる。この電極を介して検出回路に流れ込む電荷の量を検出することで、圧力を測定している。今回は２つの電極が同じ電位に保たれている場合を説明するが、一定電位に保たれてさえいればよく、両者の電位が異なっていてもよい。
【００７６】
最初に、図１８に示すように、圧力センサ３に押圧力が加わると、圧電シート９の表面に電荷が発生する。
続いて、図１９に示すように、電荷の一部が、第１接着層２３及び第２接着層２１のコンデンサＣｐ１及びＣｐ２に配分され、検出回路５に流れ込む（ステップ１）。この移動は抵抗を流れないため瞬時におこる。
【００７７】
その後、図２０に示すように、残りの電荷は、第１接着層２３及び第２接着層２１の抵抗Ｒｐ１及びＲｐ２をゆっくりと通過して、検出回路５に流れ込む（ステップ２）。
図２１及び図２２を用いて、図１９のステップ１を詳細に説明する。ΔＱ１だけ電荷が流れて、電荷が配分されたとき、第２検出電極１３及び第１検出電極１７の電位が一定になる必要があるので、キルヒホッフの法則により、下記の式５が得られる。
【００７８】
2016121883.tif 000007
・・・式５
ΔＱ１＝ΔＱを式１に代入して、ΔＱについて解くと、下記の式６が得られる。なお、計算式の簡略化のため、１／Ｃｘ＝Ｅｘ（ｘは任意の添え字）のようにエラスタンス表記を用いる。
2016121883.tif 000008
・・・式６
また、圧電シート９に電荷が発生した直後は、Ｑｐ１０＝Ｑｐ２０＝０として、式６に代入すれば、下記の式７が得られる。
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・・・式７
この時に、検出回路５が検出する電荷はΔＱ１である。
【００７９】
次に、図２３を用いて、図２０のステップ２を詳細に説明する。
図２３に示すように、残りの電荷は、第１接着層２３及び第２接着層２１の抵抗Ｒｐ１及びＲｐ２をゆっくりと通過して、検出回路５に流れ込む。このようにして、第１接着層２３及び第２接着層２１のコンデンサＣｐ１及びＣｐ２の電荷はゆっくりと消失していく。
【００８０】
上記の場合、抵抗Ｒｐ１及びＲｐ２が大きければ、出力は押圧開始後に低い増加率で増えていく。したがって、例えば、押圧開始５秒後の圧電出力に対する押圧開始１秒後の圧電出力の割合は、高くなる。すなわち、圧電出力が安定した状態である押圧開始５秒後と押圧開始直後の１秒後との圧電出力の違いが小さく、つまり圧電出力検出の精度が高い。
上記の場合、抵抗Ｒｐ１及びＲｐ２が小さければ、出力は押圧開始後に急激に増加してすぐに定常状態になる。したがって、例えば、押圧開始５秒後の圧電出力に対する押圧開始１秒後の圧電出力の割合は、高くなる。すなわち、圧電出力が安定した状態である押圧開始５秒後と押圧開始直後の１秒後との圧電出力の違いが小さく、つまり圧電出力検出の精度が高い。
【００８１】
しかし、抵抗Ｒｐ１及びＲｐ２が中間の値であれば、出力は例えば５〜６秒後に定常状態になるような増加率で増えていく。したがって、例えば、押圧開始５秒後の圧電出力に対する押圧開始１秒後の圧電出力の割合は、低くなる。すなわち、圧電出力が安定した状態である押圧開始５秒後と押圧開始直後の１秒後との圧力電圧の違いが大きく、つまり圧電出力の精度が低い。
【実施例３】
【００８２】
図２４及び図２５を用いて、第３実施例のシミュレーション結果を説明する。シミュレーションの手法及び対応する層の各種条件は第１実施例と同じである。図２４は、第１層の抵抗と第２層の抵抗との組み合わせに対応する圧電出力の過渡特性における出力率を表した表である。
図２４から明らかなように、第１接着層２３（第１層の一例）の抵抗Ｒｐ１及び第２接着層２１（第２層の一例）の抵抗Ｒｐ２が１００ＭΩである場合に、上記割合が最も低くなる。したがって第１接着層２３の抵抗Ｒｐ１及び第２接着層２１の抵抗Ｒｐ２の少なくとも一方が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上であることが必要である。図２３では、領域７１が、好ましくない参考例である。
【００８３】
ただし、第１接着層２３の抵抗Ｒｐ１及び第２接着層２１の抵抗Ｒｐ２の少なくとも一方が中程度の場合（１００ＭΩ、１ＧΩ）は、他方の値にかかわらず上記割合がそれほど高くならない。したがって、第１接着層２３の抵抗Ｒｐ１及び第２接着層２１の抵抗Ｒｐ２の少なくとも一方が１０ＧΩ以上であることが好ましい。図２４では、領域７３（領域７１を含んでいない）が実施例ではあるが比較的好ましくない例である。
以上をまとめると、図２４において、領域７１以外が本実施形態の範囲であり、領域７３以外（領域７３の外側）が本実施形態のより好ましい範囲である。
【００８４】
図２５に示すグラフでは、第１接着層２３の抵抗Ｒｐ１及び第２接着層２１層の抵抗Ｒｐ２を同じにしたままで１Ω〜１００ＧΩまで変化させた。図２５は、圧力センサの過渡特性を表したグラフである。なお、図２５における出力とは、検出回路に流れ込む電荷である。
【００８５】
図２５から明らかなように、Ｒｐ１，Ｒｐ２、Ｒｍが１ＭΩ〜１０ＭΩの場合はｔ＝１秒でほぼ圧電出力が飽和し、その後は圧電出力は変化しない。つまり、１秒後と５秒後の圧電出力に違いは少ない。また、１ＧΩ〜１００ＧΩの場合、ｔ＝０秒からの出力変化は小さく、１秒後と５秒後の圧電出力に違いも少ない。一方、１００ＭΩの場合は、徐々に出力が上がっていき、１秒後と５秒後の圧電出力に違いが非常に大きい。
このように、第３実施形態では、第１実施形態と同様の優れた効果が得られる。
【００８６】
６．第６実施形態
第５実施形態では、第１検出電極１７は第１樹脂フィルム１５に形成されていたが、第１検出電極１７は圧電シート９の背面側に形成されていてもよい。以下、図２６及び図２７を用いて、そのような実施形態を説明する。図２６は、第６実施形態の圧力センサの概略構成図である。なお、第５実施形態との共通点については説明を省略する。
図２６に示すように、第１検出電極１７Ａは、第２圧電シート９ｂの背面に直接形成されている。第１検出電極１７Ａは、例えば、ＩＴＯ，銀ナノワイヤ、ＰＥＤＯＴである。
【実施例４】
【００８７】
図２７及び図２８を用いて、第４実施例のシミュレーション結果を説明する。シミュレーションの手法及び対応する層の各種条件は第１実施例と同じである。ただし、Ｒｐ１＝０として計算する。
【００８８】
図２７は、第２層の抵抗に対応する圧電出力の過渡特性における出力率を表した表である。この表では、第２接着層２１の抵抗がＲｐ２と表されている。
図２７から明らかなように、第２接着層２１（第２層の一例）の抵抗Ｒｐ２が１００ＭΩである場合に、上記割合が最も低くなる。したがって第２接着層２１の抵抗Ｒｐ２が１０ＭΩ以下又は１ＧΩ以上であることが必要である。図２７では、領域７５が、好ましくない参考例である。
【００８９】
ただし、第２接着層２１の抵抗が中程度の場合（例えば、１ＧΩ）は、上記割合がそれほど高くならない。したがって、第２接着層２１の抵抗が１０ＧΩ以上であることが好ましい。図２７では、領域７７（領域７５を含んでいない）が実施例ではあるが比較的好ましくない例である。
以上をまとめると、図２７において、領域７５以外が本実施形態の範囲であり、領域７７以外（領域７７の外側）が本実施形態のより好ましい範囲である。
【００９０】
図２８のグラフでは、第２接着層２１（第２層の一例）の抵抗Ｒｐ２を１Ω〜１００ＧΩまで変化させた。図２８は、圧力センサの過渡特性を表したグラフである。
である。なお、図２８における出力とは、検出回路に流れ込む電荷である。
図２８から明らかなように、抵抗Ｒｐ２が１００ＭΩの場合に圧電出力の増加率は最も高く、抵抗Ｒｐ２が１Ω、１０Ω、１ＧΩ、１０ＧΩ、１００ＧΩの場合に圧電出力の増加率は低くなっていることが分かる。また、図２８から、抵抗Ｒｐ２が１ＧΩの場合に、１Ω、１０Ω、１０ＧΩ、１００ＧΩの場合に比べて、圧電出力の増加率が高くなっていることが分かる。
このように、第６実施形態では、第１実施形態と同様の優れた効果が得られる。
【００９１】
７．第７実施形態
第５実施形態では、第２検出電極１３は第２樹脂フィルム１１に形成されていたが、第２検出電極１３は圧電シート９の背面側に形成されていてもよい。以下、図２９を用いて、そのような実施形態を説明する。図２９は、第７実施形態の圧力センサの概略構成図である。なお、第５実施形態と共通点については説明を省略する。
図２９に示すように、第２検出電極１３Ａは、圧電シート９の背面に直接形成されている。第２検出電極１３Ａは、例えば、ＩＴＯ，銀ナノワイヤ、ＰＥＤＯＴである。
この実施形態では、第１接着層２３の条件を、第５実施形態の第１接着層２３と同じ条件に設定することで、第５実施形態と同様の優れた効果が得られる。
【００９２】
８．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、圧力センサ、特に、モノモルフ又はバイモルフを用いた圧力センサに広く適用できる。
【符号の説明】
【００９４】
１      ：圧力検出装置
３      ：圧力センサ
５      ：検出回路
７      ：シート部材
８      ：中間接着層（中間層）
９      ：圧電シート
９ａ    ：第１圧電シート
９ｂ    ：第２圧電シート
１１    ：第２樹脂フィルム（第２フィルム層）
１３    ：第２検出電極
１５    ：第１樹脂フィルム（第１フィルム層）
１７    ：第１検出電極
１７Ａ  ：第２検出電極（第１検出電極）
１９    ：第３接着層
２１    ：第２接着層（第２層）
２３    ：第１接着層（第１層）
５３    ：中間接着層（中間層）
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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