JP6287166B2 - Inspection method of piezoelectric sensor - Google Patents
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本発明は、押圧されたことによって生じる電圧を検査する圧電センサの検査方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric sensor inspection method for inspecting a voltage generated by being pressed.
従来、タッチパネル等の操作板を備える表示装置では、操作板の一方主面(操作面)でのタッチ位置を検出するだけでなく、操作面での押圧量を検出するために、圧電センサが設けられることがある。 Conventionally, a display device including an operation panel such as a touch panel is provided with a piezoelectric sensor not only for detecting a touch position on one main surface (operation surface) of the operation panel but also for detecting a pressing amount on the operation surface. May be.
例えば特許文献1には、圧電性シート(圧電フィルム)の両面それぞれに第1検出電極と第2検出電極を設けた板状の圧電センサが開示されている。この圧電センサは例えば、操作板の操作面とは逆側の他方主面に接合される。 For example, Patent Document 1 discloses a plate-like piezoelectric sensor in which a first detection electrode and a second detection electrode are provided on both surfaces of a piezoelectric sheet (piezoelectric film). For example, the piezoelectric sensor is bonded to the other main surface opposite to the operation surface of the operation plate.
圧電性シート(圧電フィルム)の一部が押圧されると、圧電性シートが厚み方向に撓み、圧電性シートの第1検出電極と第2検出電極間に電圧が生じる。この圧電センサは、その電圧を検出することで、押圧されたことや押圧量を検出できる。 When a part of the piezoelectric sheet (piezoelectric film) is pressed, the piezoelectric sheet is bent in the thickness direction, and a voltage is generated between the first detection electrode and the second detection electrode of the piezoelectric sheet. This piezoelectric sensor can detect the pressure and the amount of pressing by detecting the voltage.
前記圧電センサは、製造された後、操作板に接合されて表示装置に搭載される前に、押圧されたときに適正な電圧を出力するかどうか検査する必要がある。ここで前記圧電センサが適正な電圧を出力した場合、その圧電センサは良品と判定できる。 After the piezoelectric sensor is manufactured, it is necessary to inspect whether or not an appropriate voltage is output when the piezoelectric sensor is pressed before being bonded to the operation plate and mounted on the display device. Here, when the piezoelectric sensor outputs an appropriate voltage, it can be determined that the piezoelectric sensor is a non-defective product.
しかしながら、操作板に接合する前に圧電センサの一部を押圧して圧電センサから出力される電圧と、操作板に接合して表示装置に搭載した後に操作板の操作面の一部を押圧して圧電センサから出力される電圧と、を測定した結果、両電圧が、相関関係を有さないという問題が明らかとなった。 However, the voltage output from the piezoelectric sensor by pressing a part of the piezoelectric sensor before being joined to the operation panel, and the part of the operation surface of the operation board being pressed after being joined to the operation board and mounted on the display device. As a result of measuring the voltage output from the piezoelectric sensor, the problem that the two voltages have no correlation was clarified.
すなわち、圧電センサを操作板に接合する前に、圧電センサの一部を押圧して電圧を測定しても、適正な電圧を出力するかどうか(すなわち良品か不良品か)判定できないという問題が明らかとなった。 That is, even if the voltage is measured by pressing a part of the piezoelectric sensor before the piezoelectric sensor is joined to the operation plate, it is not possible to determine whether an appropriate voltage is output (that is, a non-defective product or a defective product). It became clear.
そのため、従来の圧電センサの検査方法では、圧電センサを操作板または操作板の代わりとなる検査用ガラス板に接合してから、操作板または検査用ガラス板の一方主面の一部を押圧して、圧電センサが適正な電圧を出力するかどうか検査せざるを得なかった。 For this reason, in the conventional method for inspecting a piezoelectric sensor, the piezoelectric sensor is bonded to an operation plate or an inspection glass plate instead of the operation plate, and then a part of one main surface of the operation plate or the inspection glass plate is pressed. Thus, it was necessary to inspect whether the piezoelectric sensor output an appropriate voltage.
したがって、従来の圧電センサの検査方法では、圧電センサを操作板または検査用ガラス板に接合する工程が必要となり、検査コスト高の一因となっていた。 Therefore, the conventional method for inspecting a piezoelectric sensor requires a step of joining the piezoelectric sensor to an operation plate or a glass plate for inspection, which contributes to high inspection costs.
本発明の目的は、従来よりも圧電センサの検査コストを削減できる圧電センサの検査方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for inspecting a piezoelectric sensor that can reduce the inspection cost of the piezoelectric sensor as compared with the prior art.
本発明は、センサ部と検出板とを備える圧電センサの検査方法に関するものである。センサ部は、対向する面にそれぞれ第1検出電極および第2検出電極が形成された圧電フィルムを有する。検出板は、センサ部が第1主面に貼付されている。 The present invention relates to a method for inspecting a piezoelectric sensor including a sensor unit and a detection plate. The sensor unit has a piezoelectric film in which a first detection electrode and a second detection electrode are formed on opposite surfaces. The sensor plate is attached to the first main surface of the detection plate.
この圧電センサの検査方法は、少なくとも、固定工程、および測定工程を有する。 This piezoelectric sensor inspection method includes at least a fixing step and a measuring step.
固定工程は、検出板の両端部を測定台に固定する。
測定工程は、検出板の一部を、ピエゾアクチュエータで押圧し、第1検出電極および第2検出電極の間に生じる電圧を測定する。圧電センサは、センサ部における、検出板とは逆側の面に装着された押し子をさらに備える。
In the fixing step, both ends of the detection plate are fixed to the measurement table.
In the measurement step, a part of the detection plate is pressed by a piezo actuator, and a voltage generated between the first detection electrode and the second detection electrode is measured. The piezoelectric sensor further includes a pusher mounted on the surface of the sensor unit opposite to the detection plate.
この検査方法では、実験により、圧電センサの一部をピエゾアクチュエータで押圧して圧電センサから出力される電圧と、圧電センサを検査用ガラス板に接合した後に検査用ガラス板の一方主面の一部を所定のアクチュエータで押圧して圧電センサから出力される電圧と、が一定の相関関係を有していることが明らかとなった。 In this inspection method, by experiment, a part of the piezoelectric sensor is pressed by a piezo actuator and the voltage output from the piezoelectric sensor and one main surface of the inspection glass plate after the piezoelectric sensor is joined to the inspection glass plate. It has been clarified that the voltage output from the piezoelectric sensor by pressing the part with a predetermined actuator has a certain correlation.
よって、この検査方法で圧電センサを検査することにより、圧電センサを検査用ガラス板に接合しなくても、圧電センサの一部を押圧して電圧を測定するだけで、適正な電圧を出力するかどうか(すなわち良品か不良品か)判定できる。 Therefore, by inspecting the piezoelectric sensor by this inspection method, even if the piezoelectric sensor is not joined to the glass plate for inspection, an appropriate voltage is output simply by pressing a part of the piezoelectric sensor and measuring the voltage. Whether it is a good product or a defective product.
したがって、この検査方法によれば、従来よりも圧電センサの検査コストを削減できる。 Therefore, according to this inspection method, the inspection cost of the piezoelectric sensor can be reduced as compared with the conventional method.
この検査方法では、実験により、押し子(圧電センサの一部)をピエゾアクチュエータで押圧して圧電センサから出力される電圧と、圧電センサを検査用ガラス板に接合した後に検査用ガラス板の一方主面の一部を所定のアクチュエータで押圧して圧電センサから出力される電圧と、が一定の相関関係を有していることが明らかとなった。 In this inspection method, by experiment, a pusher (a part of a piezoelectric sensor) is pressed by a piezoelectric actuator and output from the piezoelectric sensor, and one of the inspection glass plates after the piezoelectric sensor is joined to the inspection glass plate. It has been clarified that the voltage output from the piezoelectric sensor by pressing a part of the main surface with a predetermined actuator has a certain correlation.
よって、この検査方法で圧電センサを検査することにより、圧電センサを検査用ガラス板に接合しなくても、押し子を押圧して電圧を測定するだけで、適正な電圧を出力するかどうか(すなわち良品か不良品か)判定できる。 Therefore, by inspecting the piezoelectric sensor with this inspection method, whether or not to output an appropriate voltage by simply pressing the pusher and measuring the voltage without joining the piezoelectric sensor to the glass plate for inspection ( That is, it is possible to determine whether the product is good or defective.
したがって、この検査方法によれば、従来よりも圧電センサの検査コストを削減できる。 Therefore, according to this inspection method, the inspection cost of the piezoelectric sensor can be reduced as compared with the conventional method.
また、本発明において、押し子に接触するピエゾアクチュエータの先端は、平面であることが好ましい。 In the present invention, the tip of the piezo actuator that contacts the pusher is preferably a flat surface.
この検査方法では、実験により、押し子をピエゾアクチュエータで押圧して圧電センサから出力される電圧と、圧電センサを検査用ガラス板に接合した後に検査用ガラス板の一方主面の一部を所定のアクチュエータで押圧して圧電センサから出力される電圧と、が比例関係にあり、一定の相関関係を有していることが明らかとなった。 In this inspection method, the voltage output from the piezoelectric sensor by pressing the pusher with a piezo actuator and a part of one main surface of the inspection glass plate after bonding the piezoelectric sensor to the inspection glass plate are predetermined by experiment. It was clarified that there is a proportional relationship with the voltage output from the piezoelectric sensor by being pressed by the actuator, and having a certain correlation.
このような実験結果となった理由は、押し子に接触するピエゾアクチュエータの先端が、平面になることで、点押しから面押しになり、両者の応力の伝わり方が似るようになったためであると考えられる。 The reason for this experimental result is that the tip of the piezo actuator that comes in contact with the pusher becomes a flat surface, so that the point transmission is changed from the point pressing to the surface pressing, and the way in which both stresses are transmitted is similar. it is conceivable that.
よって、この検査方法で圧電センサを検査することにより、圧電センサを検査用ガラス板に接合しなくても、押し子を押圧して電圧を測定するだけで、押圧量に対して適正な電圧を出力するかどうか(すなわち良品か不良品か)判定できる。 Therefore, by inspecting the piezoelectric sensor by this inspection method, even if the piezoelectric sensor is not bonded to the glass plate for inspection, the voltage can be appropriately measured with respect to the pressing amount by simply pressing the pusher and measuring the voltage. It can be determined whether or not to output (ie, good or defective).
したがって、この検査方法によれば、従来よりも圧電センサの検査コストを削減できる。 Therefore, according to this inspection method, the inspection cost of the piezoelectric sensor can be reduced as compared with the conventional method.
また、本発明において、押し子に接触するピエゾアクチュエータの先端平面の面積は、ピエゾアクチュエータに接触する側の押し子の面の面積より広いことが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the area of the tip plane of the piezo actuator that contacts the pusher is larger than the area of the surface of the pusher that contacts the piezo actuator.
この検査方法では、実験により、押し子をピエゾアクチュエータで押圧して圧電センサから出力される電圧と、圧電センサを検査用ガラス板に接合した後に検査用ガラス板の一方主面の一部を所定のアクチュエータで押圧して圧電センサから出力される電圧と、が比例関係にあり、一定の相関関係を有していることが明らかとなった。 In this inspection method, the voltage output from the piezoelectric sensor by pressing the pusher with a piezo actuator and a part of one main surface of the inspection glass plate after bonding the piezoelectric sensor to the inspection glass plate are predetermined by experiment. It was clarified that there is a proportional relationship with the voltage output from the piezoelectric sensor by being pressed by the actuator, and having a certain correlation.
このような実験結果となった理由は、押し子に接触するピエゾアクチュエータの先端平面の面積が、ピエゾアクチュエータに接触する側の押し子の面の面積より広くなることで、両者の応力の伝わり方がほぼ等しくなったためであると考えられる。 The reason for this experimental result is that the area of the tip plane of the piezo actuator that contacts the pusher is larger than the area of the surface of the pusher that contacts the piezo actuator. Is considered to be almost equal.
よって、この検査方法で圧電センサを検査することにより、圧電センサを検査用ガラス板に接合しなくても、押し子を押圧して電圧を測定するだけで、押圧量に対して適正な電圧を出力するかどうか(すなわち良品か不良品か)判定できる。 Therefore, by inspecting the piezoelectric sensor by this inspection method, even if the piezoelectric sensor is not bonded to the glass plate for inspection, the voltage can be appropriately measured with respect to the pressing amount by simply pressing the pusher and measuring the voltage. It can be determined whether or not to output (ie, good or defective).
したがって、この検査方法によれば、従来よりも圧電センサの検査コストを削減できる。 Therefore, according to this inspection method, the inspection cost of the piezoelectric sensor can be reduced as compared with the conventional method.
また、本発明において、圧電センサは、検出板における第1主面に対向する第2主面に装着された弾性部材を備え、
固定工程は、弾性部材が測定台に載置された状態で検出板の両端部を測定台に固定することが好ましい。
In the present invention, the piezoelectric sensor includes an elastic member attached to the second main surface opposite to the first main surface of the detection plate,
In the fixing step, it is preferable that both ends of the detection plate are fixed to the measurement table in a state where the elastic member is placed on the measurement table.
また、本発明において、弾性部材は、検出板の第2主面に垂直な方向から見て、検出板の第2主面における押し子と重なる領域に装着されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the elastic member is mounted in a region overlapping the pusher on the second main surface of the detection plate when viewed from a direction perpendicular to the second main surface of the detection plate.
この検査方法では、押し子に押圧がかかると検出板は撓む。そして、押し子に押圧がかからなくなったとき、弾性部材は検出板を押し戻す。これにより、押し子に押圧がかからなくなったとき、検出板を元の平らな状態に戻すことができる。 In this inspection method, the detection plate bends when the pusher is pressed. When the pusher is no longer pressed, the elastic member pushes back the detection plate. As a result, when the pusher is no longer pressed, the detection plate can be returned to its original flat state.
また、本発明において、検出板の材料は、ガラスまたはステンレススチールであることが好ましい。 In the present invention, the material of the detection plate is preferably glass or stainless steel.
また、本発明において、圧電フィルムは、キラル高分子によって形成されていることが好ましい。 In the present invention, the piezoelectric film is preferably formed of a chiral polymer.
この検査方法では、圧電センサは、圧電フィルムの変位を、確実且つ高感度に検知することができる。 In this inspection method, the piezoelectric sensor can reliably detect the displacement of the piezoelectric film with high sensitivity.
また、本発明において、キラル高分子は、ポリ乳酸であることが好ましい。 In the present invention, the chiral polymer is preferably polylactic acid.
この検査方法では、圧電センサは、圧電フィルムの変位を、確実且つ高感度に検知することができる。 In this inspection method, the piezoelectric sensor can reliably detect the displacement of the piezoelectric film with high sensitivity.
また、本発明において、ポリ乳酸は、L型ポリ乳酸であることが好ましい。 In the present invention, the polylactic acid is preferably L-type polylactic acid.
この検査方法では、圧電センサは、圧電フィルムの変位を、確実且つ高感度に検知することができる。 In this inspection method, the piezoelectric sensor can reliably detect the displacement of the piezoelectric film with high sensitivity.
この発明によれば、圧電センサの検査コストを削減できる。 According to this invention, the inspection cost of the piezoelectric sensor can be reduced.
以下、本発明の実施形態に係る圧電センサについて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る圧電センサ100を備える表示装置10の平面図である。図2は、図1に示すA−A線の断面図である。
Hereinafter, a piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view of a
表示装置10は、操作板12、スペーサ14A、スペーサ14B、検出板15、板状のセンサ部16、柱状の押し子17、及び柱状のクッション21を備える。表示装置10は、詳細は後述するが、スペーサ14A及びスペーサ14B、押し子17、クッション21、センサ部16及び検出板15を有する圧電センサ100を備える。さらに、表示装置10は、携帯可能な程度の大きさからなる筐体11を備える。表示装置10は、例えばタブレットやスマートフォンである。
なお、クッション21が、本発明の「弾性部材」に相当する。
The
The
筐体11は、天面が開口する直方体形状からなる。筐体11には、図1、図2に示すように、筐体11の開口面を塞ぐよう操作板12が嵌め合わされている。操作板12は、液晶パネル、タッチパネル及びカバーガラスが積層された積層体である。操作板12の一方の主面(詳しくは最外層のカバーガラスの一方の主面)が操作面101となる。操作板12は、透光性を有する材料からなる。
The
筐体11内には、図1、図2に示すように、操作面101側から、操作板12、押し子17、センサ部16、検出板15、及びクッション21がこの順番に配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、以下では、操作面101の長手方向をX方向と称し、操作面101の短手方向をY方向と称し、操作面101に垂直な方向(即ち筐体11の厚み方向)をZ方向と称することがある。
Hereinafter, the longitudinal direction of the
スペーサ14Aは、筐体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、筐体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及びスペーサ14Bは、筐体11のX方向の略中央部に配置されている。スペーサ14A及びスペーサ14Bの材料は、例えばPET樹脂である。
The spacer 14 </ b> A is disposed in the vicinity of the first side surface parallel to the X direction among the side surfaces of the
検出板15の材料は、SUS(ステンレススチール)である。検出板15は、検出板15の操作面101側の主面が操作板12の操作面101と平行になるように、筐体11の内部にスペーサ14A,スペーサ14B及びクッション21で支持されている。
The material of the
そのため、検出板15と操作板12との間および検出板15と筐体11内部の底面との間にはスペースが形成されている。なお、検出板15は、筐体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。
Therefore, spaces are formed between the
センサ部16の操作面101とは逆側の主面は、検出板15の操作面101側の主面に貼付されている。センサ部16は、センサ部16の操作面101側の主面が操作板12の操作面101と平行になるように、筐体11の内部に配置されている。詳細は後述するが、センサ部16は、検出板15に貼付されて、圧電センサ100の一部を構成する(後述の図3参照)。
The main surface opposite to the
押し子17は、操作板12およびセンサ部16に当接するよう、操作板12とセンサ部16との間に配置されている。押し子17は、Y方向において検出板15の略中央部に配置されている。押し子17は、操作板12から検出板15及びセンサ部16へ応力を伝達する。押し子17の材料は、例えばPET樹脂である。
The
クッション21は、筐体11内部の底面および検出板15に当接するよう、筐体11内部の底面と検出板15との間に配置されている。クッション21は、Y方向において検出板15の略中央部に配置されている。クッション21は、押し子17より柔らかい材料からなる。クッション21の材料は、例えば発泡性フィルムである。
The
クッション21は、Z方向から見て(平面視して)、押し子17とほぼ同一の位置に配置され、押し子17とほぼ同一の形状および大きさを有する。すなわち、クッション21は、Z方向(検出板15の主面に垂直な方向)から見て、押し子17と重なる。
The
クッション21は、検出板15を支持し、センサ部16を介して検出板15を押し子17に押し当てる。これにより、操作板12に反りがあったとしても、操作板12と押し子17の間に隙間を作ることなく、押し子12にかかる押圧を検出板15に確実に伝えることができる。
The
次に、圧電センサ100の構成について詳述する。
図3は、図1に示す圧電センサ100の平面図である。図4は、図3に示すB−B線の断面図である。図5は、図3に示す圧電センサ100のセンサ部16の分解平面図である。図5(A)は、センサ部16の圧電フィルム31の平面図である。図5(B)は、基板部36及び基板部37を開いて圧電フィルム31を取り外した状態のセンサ部16の平面図である。
Next, the configuration of the
FIG. 3 is a plan view of the
図3、図4に示すように、圧電センサ100は、スペーサ14A及びスペーサ14Bと、検出板15と、センサ部16と、押し子17と、クッション21と、部品実装部38と、回路部品39と、を備え、筐体11の内部に配置されている。部品実装部38は、フレキシブルプリント基板30の一部である。フレキシブルプリント基板30は、センサ部16の一部を構成する基板部36及び基板部37と部品実装部38とからなる。フレキシブルプリント基板30の材料は、ポリイミド等の樹脂である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
部品実装部38の表主面には、導体パターンである第1端子32および第2端子33が形成されている。さらに、部品実装部38の表主面には、回路部品39が表面実装されている。回路部品39は、第1端子32及び第2端子33を介して第1検出電極34と第2検出電極35とに接続されている。
On the front main surface of the
押し子17は、センサ部16の領域の一部における、操作面101側の主面に、押し当てられている。
The
センサ部16の操作面101とは逆側の主面は、その長手方向がY方向になるように、検出板15の操作面101側の主面に、粘着剤層90によって貼付されている。粘着剤層90は例えば、エポキシ性接着剤で構成される。
The main surface opposite to the
図3〜図5に示すように、センサ部16は、圧電フィルム31、粘着剤層91及び粘着剤層92、第1検出電極34、第2検出電極35、基板部36、及び基板部37を備える。前述したように、フレキシブルプリント基板30は、センサ部16の一部を構成する基板部36及び基板部37と部品実装部38とからなる。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
第1検出電極34、第2検出電極35、圧電フィルム31、基板部36、および基板部37は、それぞれ平板状で厚み方向に対向する表主面および裏主面を備える。なお、図4中の上側面を表主面、下側面を裏主面と称する。
The
図4に示すように、基板部37、第2検出電極35、粘着剤層91、圧電フィルム31、粘着剤層92、第1検出電極34、及び基板部36は、この順に表主面側から裏主面側にかけて積層されている。
As shown in FIG. 4, the
具体的には、圧電フィルム31の表主面に第2検出電極35が粘着剤層91を介して積層され、第2検出電極35の表主面にさらに基板部37が積層されている。また、圧電フィルム31の裏主面に第1検出電極34が粘着剤層92を介して積層され、第1検出電極34の裏主面にさらに基板部36が積層されている。
Specifically, the
図5に示すように、第2検出電極35、第1検出電極34、圧電フィルム31、基板部37、および基板部36は、それぞれの平面視した外形状が概略長方形状である。ここでは、基板部37および基板部36の外形状は、圧電フィルム31の外形状より若干大きい。
As shown in FIG. 5, the outer shape of each of the
図3、図5に示すように、基板部36及び基板部37は、フレキシブルプリント基板30の一部である。フレキシブルプリント基板30において基板部37と基板部36との間を区画する位置にはスリット18Aが設けられている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
スリット18Aは、基板部37の長辺(又は基板部36の長辺)と平行に延びている。フレキシブルプリント基板30において、スリット18Aが延びる方向でのスリット18Aの両側には連結部18Bがそれぞれ設けられている。各連結部18Bは、基板部37と基板部36とを連結している。なお、スリット18Aおよび2つの連結部18Bは、必ずしも設けられなくてもよく、その他の形状であってもよい。
The slit 18 </ b> A extends in parallel with the long side of the substrate unit 37 (or the long side of the substrate unit 36). In the flexible printed
基板部37の裏主面には、第2検出電極35が形成されており、基板部36の表主面には、第1検出電極34が形成されている。すなわち、第1検出電極34及び第2検出電極35は、フレキシブルプリント基板30の同じ面に並んで離れて形成されている。
A
図4に示すように、第1検出電極34の表主面には、圧電フィルム31が粘着剤層92によって貼付されている。また、第2検出電極35の裏主面には、圧電フィルム31が粘着剤層91によって貼付されている。
As shown in FIG. 4, the
粘着剤層91及び粘着剤層92は、例えばアクリル系粘着剤で構成される。
The pressure-
図5に示すように、第1端子32の一端は、第1検出電極34に接続されている。一方、第1端子32の他端は、回路部品39に接続されている。そして、第2端子33の一端は、第2検出電極35に接続されている。一方、第2端子33の他端は、回路部品39に接続されている。
As shown in FIG. 5, one end of the
したがって、第1検出電極34及び第2検出電極35は、それぞれ第1端子32及び第2端子33を介して回路部品39に電気的に接続されている。
Accordingly, the
次に、圧電フィルム31の構成について詳述する。
Next, the configuration of the
圧電フィルム31は、長辺および短辺に対して約45°を成す方向19へ分子配向している。圧電フィルム31は、L型ポリ乳酸(PLLA)を主材料とするフィルムである。PLLAは、主鎖が螺旋構造を有するキラル高分子であり、所定の軸方向に配向させることで圧電性を発現する性質を有している。この圧電性は、フィルムの厚み方向を第1軸とし、PLLAの分子が配向する方向を第3軸として圧電テンソル成分d14で表わされる。
The
この圧電テンソル成分d14を有する圧電フィルム31においては、表主面および裏主面において長辺および短辺に対して交差する方向、具体的には長辺および短辺に対する約45°方向を、PLLAの分子が配向する方向とすることで、厚み方向からの押圧力を検出することができる。
In the
ただし、圧電フィルム31における方向19の角度は、長辺および短辺に対して正確な45°に限られることなく、45°に近い任意の角度とすることができる。方向19の角度が、長辺および短辺に対して45°に近い角度であるほど、厚み方向からの押圧力を効率的に検出することができる。
However, the angle of the
したがって、本発明でいう略45°とは、例えば45°±10°程度の45°を中心とする所定範囲の角度をいう。これらの具体的な角度は、変位センサの用途や各部の特性などに基づいて全体の設計に応じて適宜決定するとよい。 Accordingly, the term “approximately 45 °” as used in the present invention refers to an angle within a predetermined range centered on 45 °, for example, about 45 ° ± 10 °. These specific angles may be appropriately determined according to the overall design based on the use of the displacement sensor, the characteristics of each part, and the like.
なお、圧電フィルム31は、PLLAを主材料とするフィルムに限られず、D型ポリ乳酸(PDLA)や、ポリフッ化ビニルデン(PVDF)を主材料とするフィルムであってもよい。ただし、PLLAやPDLAのようなキラル高分子を主材料とする圧電フィルム31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。
The
したがって、キラル高分子は、PVDF等の他のポリマーや、圧電結晶薄膜を用いた圧電セラミックスのように、ポーリング処理によって圧電性を発現させる必要がなく、また、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、キラル高分子の圧電定数は経時的に極めて安定している。 Therefore, the chiral polymer does not need to exhibit piezoelectricity by poling treatment like other polymers such as PVDF and piezoelectric ceramics using a piezoelectric crystal thin film, and PVDF or the like has a piezoelectric constant over time. Although fluctuations are observed and in some cases the piezoelectric constant may be significantly reduced, the piezoelectric constant of the chiral polymer is very stable over time.
さらには、キラル高分子は、他の強誘電性の圧電体で生じる焦電性が生じることがない。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、押圧検出時に検出位置の温度に依存することなく押圧力のみに応じた検出電圧を得ることができる。
Furthermore, the chiral polymer does not generate pyroelectricity that occurs in other ferroelectric piezoelectric materials. Therefore, the
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。
In addition, since the chiral polymer is a polymer and has flexibility, it is not damaged by a large displacement unlike piezoelectric ceramics. Therefore, the
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。ここで、誘電率ε33 T=13×ε0,圧電テンソル成分d31=25pC/NであるPVDFの圧電g定数は、上述の式から、g31=0.2172Vm/Nとなる。 Since PLLA has a very low relative dielectric constant of about 2.5, the piezoelectric output constant (= piezoelectric g constant, g = d / ε T ) is large when d is a piezoelectric constant and ε T is a dielectric constant. Value. Here, the piezoelectric g constant of PVDF having a dielectric constant ε 33 T = 13 × ε 0 and a piezoelectric tensor component d 31 = 25 pC / N is g 31 = 0.2172 Vm / N from the above formula.
一方、圧電テンソル成分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、圧電テンソル成分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。 On the other hand, when the piezoelectric g constant of PLLA having a piezoelectric tensor component d 14 = 10 pC / N is converted to g 31 , d 14 = 2 × d 31 , so that d 31 = 5 pC / N, and the piezoelectric g constant Is g 31 = 0.2258 Vm / N. Therefore, sufficient sensor sensitivity similar to PVDF can be obtained with PLLA having a piezoelectric tensor component d 14 = 10 pC / N.
そして、本願発明の発明者は、d14=15〜20pC/NのPLLAを実験的に得ており、当該PLLAフィルムを用いれば、非常に高感度に圧電センサ100を構成することができる。
The inventor of the present invention has experimentally obtained PLLA with d 14 = 15 to 20 pC / N. If the PLLA film is used, the
図6は、図1に示す表示装置10の主要部の押圧力検出時の断面図である。なお、図6では、操作板12、センサ部16及び検出板15が撓む様子を説明するため、これらの撓みを強調して示している。
6 is a cross-sectional view of the main part of the
ユーザは、図6に示すように、操作板12の操作面101を押圧する。これにより、圧電センサ100のセンサ部16及び検出板15は、操作板12から押し子17を介して厚み方向に押圧され、厚み方向に撓んで圧電フィルム31に電荷が発生する。
The user presses the
すなわち、第1検出電極34と第2検出電極35との間に、押圧力の大きさ(圧電フィルム31の伸長量)に応じた電圧値の検出電圧が、押圧力の方向に応じた電圧極性で生じる。この検出電圧は、押圧検出信号として第1端子32及び第2端子33を介して回路部品39へ入力する(図3参照)。
That is, between the
次に、圧電センサ100の製造方法の一例について説明する。図7は、図1に示す圧電センサ100の製造方法を示すフローチャートである。図8〜図16は、図1に示す圧電センサ100の製造工程を示す平面図である。 なお、実施の際は、複数個の圧電センサ100を一括で製造するが、本実施形態では、説明を簡略化するため、1個の圧電センサ100を製造する場面について説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the
まず、図8に示すように、一方主面の全面に銅箔50が形成されたシート状のフレキシブルプリント基板3を用意する(S1)。なお、実施の際、フレキシブルプリント基板3は、センサ部30にノイズをシールドするシールド電極層を設けるために、両主面の全面に銅箔が形成されていてもよい。
First, as shown in FIG. 8, a sheet-like flexible printed board 3 having a
次に、図9に示すように、エッチングなどにより、フレキシブルプリント基板3の一方主面に導体パターンを形成する(S2)。これにより、第1端子32に接続する第1検出電極34と、第2端子33に接続する第2検出電極35とがフレキシブルプリント基板3の同じ面に並んで離れて形成される。
Next, as shown in FIG. 9, a conductor pattern is formed on one main surface of the flexible printed circuit board 3 by etching or the like (S2). Accordingly, the
次に、フレキシブルプリント基板3をプレス金型で打ち抜き、図10に示す形状のフレキシブルプリント基板30を形成する(S3)。これにより、スリット18A、連結部18B、基板部36及び基板部37が形成されたフレキシブルプリント基板30が用意される。
Next, the flexible printed circuit board 3 is punched with a press die to form the flexible printed
次に、図11に示すように、フレキシブルプリント基板30の主要部(センサ部16となる部分)の操作面101とは逆側の主面を、検出板15の操作面101側の第1主面に、接着剤によって貼付する(S4)。これにより、センサ部16は、検出板15に接着剤によって貼付され、センサ部16及び検出板15の複合体が作成される。この接着剤に導電性接着剤を用いて、前述のシールド電極層と接続してもよい。
Next, as shown in FIG. 11, the main surface on the side opposite to the
次に、図3に示すように、部品実装部38の表主面に回路部品39を表面実装する(S5)。これにより、第1検出電極34と第2検出電極35とは、第1端子32および第2端子33を介して回路部品39に接続される。
Next, as shown in FIG. 3, the
次に、図12に示すように、基板部36の第1検出電極34上に圧電フィルム31を粘着剤により貼付する(S6)。この粘着剤は、導電性粘着剤であってもよい。
Next, as shown in FIG. 12, the
次に、図13に示すように、基板部37を折り返し、第2検出電極35を圧電フィルム31に粘着剤により貼付し、第1検出電極34と第2検出電極35の間に圧電フィルム31を挟む(S7)。この粘着剤は、導電性粘着剤であってもよい。フレキシブルプリント基板30は、柔軟性があり大きく変形させることが可能であるため、基板部37を折り返し易い。
Next, as shown in FIG. 13, the
次に、図14に示すように、押し子17を、圧電フィルム31を挟んでいる基板部36、37(即ちセンサ部16)の領域の一部における、圧電フィルム31とは逆側の主面に、粘着剤で装着する(S8)。
Next, as shown in FIG. 14, the main surface of the
次に、図15に示すように、検出板15の操作面101とは逆側の第2主面に垂直な方向から見て、クッション21を、検出板15の第2主面における押し子17と重なる領域に装着する(S9)。
Next, as shown in FIG. 15, when viewed from the direction perpendicular to the second main surface opposite to the
次に、図16に示すように、スペーサ14A及びスペーサ14Bを、検出板15の両端部の両面に装着する(S10)。
Next, as shown in FIG. 16,
以上に示したS1〜S10の製造工程を経て本実施形態の圧電センサ100は製造することができる。圧電センサ100は、製造された後、操作板12に接合されて表示装置10に搭載される前に、押圧されたときに適正な電圧を出力するかどうか検査する必要がある。ここで、圧電センサ100が押圧されたときに適正な電圧を出力した場合、その圧電センサ100は良品と判定できる。
The
本実施形態では、圧電センサ100の検査方法の一例として第1検査方法、第2検査方法、及び第3検査方法を説明する。
In the present embodiment, a first inspection method, a second inspection method, and a third inspection method will be described as examples of the inspection method of the
まず、第1検査方法から説明する。
図17は、第1検査方法で図1に示す圧電センサ100を検査している様子を示す断面図である。
First, the first inspection method will be described.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a state in which the
まず、図17に示すように、検出板15の両端部を、測定台125に備えられる固定ロッド126に固定する(S11)。
First, as shown in FIG. 17, both end portions of the
そして、図17に示すように、押し子17を、ピエゾアクチュエータ120の先端部121で押圧し、第1検出電極34と第2検出電極35の間に生じる電圧を測定する(S12)。この電圧が入力する回路部品39に測定用の端子を接続し、当該電圧を測定する。
Then, as shown in FIG. 17, the
図18は、図1に示す圧電センサ100を測定装置190に搭載した状態で圧電センサ100を検査している様子を示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a state in which the
ここで、上記S12において、図17に示すように圧電センサ100の一部(押し子17)をピエゾアクチュエータ120で押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、図18に示すように圧電センサ100を測定装置190に搭載した後に検査用ガラス板112の一方主面の一部を電動アクチュエータ920で押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、を比較する。この比較のため、測定装置190について説明する。
Here, in S12, a voltage output from the
測定装置190は、圧電センサ100が表示装置10に搭載された状態を擬似的に構成する装置である。測定装置190は、圧電センサ100を載置する測定台113と、測定台113を収納した筐体111と、圧電センサ100に接合した状態で筐体111に載置される検査用ガラス板112と、を備える。
The measuring
筐体111は、天面が開口する直方体形状からなる。筐体111には、図18に示すように、筐体111の開口面を塞ぐよう検査用ガラス板112が載置されている。筐体111の材料は、アルミニウムである。測定台113の材料も、アルミニウムである。
The
なお、電動アクチュエータ920は、モータによって駆動する。そのため、電動アクチュエータ920の押圧量は、ピエゾアクチュエータ120の押圧量に比べて細かく設定することができない。電動アクチュエータ920の押圧量は、例えば0.6N、1.5N、2.4N、3.3Nの間隔で設定される。
The
逆に、ピエゾアクチュエータ120は、ピエゾ圧電効果によって駆動するため、ピエゾアクチュエータ120の押圧量は、ピエゾ素子に印加する電圧を変えることにより、電動アクチュエータ920の押圧量に比べて非常に細かく設定することができる。そのため、正弦波状の変位を所定の周波数で与えることなどが可能になる。ここでは、例えば1Hzで±10umの変位を与えるとする。
On the contrary, since the
図19は、図17に示す圧電センサ100から出力される電圧と、図18に示す圧電センサ100から出力される電圧との相関関係を示す図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating a correlation between the voltage output from the
ここで、図19は、図17に示すように圧電センサ100の一部(押し子17)をピエゾアクチュエータ120で押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、図18に示すように圧電センサ100を測定装置190に搭載した後に検査用ガラス板112の一方主面の一部を電動アクチュエータ920で押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、を、押圧量を変化させながら複数サンプル測定した実験結果を示している。
Here, FIG. 19 shows a voltage output from the
実験により、図18に示す圧電センサ100では、検査用ガラス板112の一方主面の一部が所定押圧量(例えば初期状態2.4Nから3.3Nまで押し込む)で押圧されたとき、0.03V以上の電圧が圧電センサ100から出力されるのに対して、図17に示す圧電センサ100では、圧電センサ100の一部が当該所定押圧量で押圧されたとき、0.58V以上の電圧が圧電センサ100から出力されることが明らかとなった。
According to the experiment, in the
この実験結果から、図17に示すように圧電センサ100の一部を所定押圧量で押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、図18に示すように圧電センサ100を測定装置190に搭載した後に検査用ガラス板112の一方主面の一部を所定押圧量で押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、が相関関係を有していないことが明らかとなった。
From this experimental result, a voltage output from the
次に、第2検査方法について説明する。
図20は、第2検査方法で図1に示す圧電センサ100を検査している様子を示す断面図である。図21は、図20に示す圧電センサ100から出力される電圧と、図18に示す圧電センサ100から出力される電圧との相関関係を示す図である。
Next, the second inspection method will be described.
20 is a cross-sectional view showing a state in which the
第2検査方法が図17に示す第1検査方法と異なる点は、クッション21、スペーサ14A及びスペーサ14Bが測定台113に載置された状態で検出板15の両端部を測定台113に固定している点と、ピエゾアクチュエータ220の先端部221の形状とである。押し子17に接触するピエゾアクチュエータ220の先端は、平面である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。
The second inspection method is different from the first inspection method shown in FIG. 17 in that both ends of the
ここで、図21は、図20に示すように圧電センサ100の一部(押し子17)をピエゾアクチュエータ220で押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、図18に示すように圧電センサ100を測定装置190に搭載した後に検査用ガラス板112の一方主面の一部を電動アクチュエータ920で押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、を、押圧量を変化させながら複数サンプル測定した実験結果を示している。
Here, FIG. 21 shows a voltage output from the
実験により、図18に示す圧電センサ100では、検査用ガラス板112の一方主面の一部への押圧量が増加するにつれて、圧電センサ100から出力される電圧が増加していくのに対して、図20に示す圧電センサ100では、圧電センサ100の一部への押圧量が増加するにつれて、圧電センサ100から出力される電圧が増加していくことが明らかとなった。
According to the experiment, in the
すなわち、図20に示すように圧電センサ100の一部を押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、図18に示すように圧電センサ100を測定装置190に搭載した後に検査用ガラス板112の一方主面の一部を押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、が図19に比べれば、強い相関関係を有していることが明らかとなった。
That is, the voltage output from the
このような実験結果となった理由は、押し子17に接触するピエゾアクチュエータ220の先端が、平面になることで、点押しから面押しになり、第1検査方法に比べて両者の応力の伝わり方が似るようになったためであると考えられる。
The reason for this experimental result is that the tip of the
よって、第2検査方法で圧電センサ100を検査することにより、圧電センサ100を検査用ガラス板112に接合しなくても、圧電センサ100の一部を押圧して電圧を測定するだけで、押圧量に対して適正な電圧を出力するかどうか(すなわち良品か不良品か)判定できる。
Therefore, by inspecting the
したがって、第2検査方法によれば、従来よりも圧電センサ100の検査コストを削減できる。
Therefore, according to the second inspection method, the inspection cost of the
次に、第3検査方法について説明する。
図22は、第3検査方法で図1に示す圧電センサ100を検査している様子を示す断面図である。図23は、図22に示す圧電センサ100から出力される電圧と、図18に示す圧電センサ100から出力される電圧との相関関係を示す図である。
Next, the third inspection method will be described.
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a state in which the
第3検査方法が図20に示す第2検査方法と異なる点は、ピエゾアクチュエータ320の先端部321の形状である。押し子17に接触するピエゾアクチュエータ320の先端平面の面積は、ピエゾアクチュエータ320に接触する側の押し子17の面の面積より広い。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。
The third inspection method is different from the second inspection method shown in FIG. 20 in the shape of the
ここで、図23は、図22に示すように圧電センサ100の一部(押し子17)をピエゾアクチュエータ320で押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、図18に示すように圧電センサ100を測定装置190に搭載した後に検査用ガラス板112の一方主面の一部を電動アクチュエータ920で押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、を、押圧量を変化させながら複数サンプル測定した実験結果を示している。
Here, FIG. 23 shows a voltage output from the
実験により、図18に示す圧電センサ100では、検査用ガラス板112の一方主面の一部への押圧量が増加するにつれて、圧電センサ100から出力される電圧が増加していくのに対して、図22に示す圧電センサ100では、圧電センサ100の一部への押圧量が増加するにつれて、圧電センサ100から出力される電圧が増加していくことが明らかとなった。
According to the experiment, in the
すなわち、図22に示すように圧電センサ100の一部を押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、図18に示すように圧電センサ100を測定装置190に搭載した後に検査用ガラス板112の一方主面の一部を押圧して圧電センサ100から出力される電圧と、がほぼ比例関係にあり、図21に比べてさらに強い相関関係を有していることが明らかとなった。
That is, the voltage output from the
このような実験結果となった理由は、押し子17に接触するピエゾアクチュエータ320の先端平面の面積は、ピエゾアクチュエータ320に接触する側の押し子17の面の面積より広くなることで、両者の応力の伝わり方がほぼ等しくなったためであると考えられる。
The reason for this experimental result is that the area of the tip plane of the
よって、第3検査方法で圧電センサ100を検査することにより、圧電センサ100を検査用ガラス板112に接合しなくても、圧電センサ100の一部を押圧して電圧を測定するだけで、押圧量に対して適正な電圧を出力するかどうか(すなわち良品か不良品か)判定できる。
Therefore, by inspecting the
したがって、第3検査方法によれば、第2検査方法と同等のコストで、さらに良い精度で検査が可能になる。 Therefore, according to the third inspection method, the inspection can be performed with better accuracy at the same cost as the second inspection method.
なお、前記実施形態では、圧電フィルム31の平面形状は長方形状であるが、これに限るものではない。実施の際、圧電フィルムの平面形状は、正方形状、円形状、台形状、平行四辺形状、四角形以上の多角形状、楕円形状、長円形状等、他の平面形状であってもよい。
In the above-described embodiment, the planar shape of the
また、前記実施形態において検出板15の材料は、SUS(ステンレススチール)であるが、これに限るものではない。実施の際は、検出板15の材料は、例えばガラス板でもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the material of the
また、前記実施形態において圧電センサ100は、押し子17やクッション21やスペーサ14A,14Bを有するが、これに限るものではない。実施の際は、圧電センサ100が、押し子17やクッション21やスペーサ14A,14Bを有していなくてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
最後に、前記各実施形態の説明は、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、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、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。 Finally, the description of each of the embodiments should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments but by the claims. Furthermore, the scope of the present invention is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
3…フレキシブルプリント基板
10…表示装置
11…筐体
12…操作板
14A,14B…スペーサ
15…検出板
16…センサ部
17…押し子
18A…スリット
18B…連結部
19…方向
21…クッション
30…フレキシブルプリント基板
31…圧電フィルム
32…第1端子
33…第2端子
34…第1検出電極
35…第2検出電極
36…基板部
37…基板部
38…部品実装部
39…回路部品
50…銅箔
90…粘着剤層
91…粘着剤層
92…粘着剤層
100…圧電センサ
101…操作面
111…筐体
112…検査用ガラス板
113…測定台
120…ピエゾアクチュエータ
121…先端部
125…測定台
126…固定ロッド
190…測定装置
220…ピエゾアクチュエータ
221…先端部
320…ピエゾアクチュエータ
321…先端部
920…電動アクチュエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Flexible printed
Claims (9)
前記検出板の両端部を測定台に固定する固定工程と、
前記検出板の一部を、ピエゾアクチュエータで押圧し、前記第1検出電極および前記第2検出電極の間に生じる電圧を測定する測定工程と、
を含み、
前記圧電センサは、前記センサ部における、前記検出板とは逆側の面に装着された押し子をさらに備える、
圧電センサの検査方法。 In a method for inspecting a piezoelectric sensor, comprising: a sensor unit having a piezoelectric film having a first detection electrode and a second detection electrode formed on opposite surfaces; and a detection plate having the sensor unit attached to a first main surface. ,
A fixing step of fixing both ends of the detection plate to a measurement table;
A measurement step of pressing a part of the detection plate with a piezoelectric actuator and measuring a voltage generated between the first detection electrode and the second detection electrode;
Only including,
The piezoelectric sensor further includes a pusher attached to a surface of the sensor unit opposite to the detection plate .
Inspection method of piezoelectric sensor.
前記固定工程は、前記弾性部材が前記測定台に載置された状態で前記検出板の両端部を前記測定台に固定する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧電センサの検査方法。 The piezoelectric sensor includes an elastic member attached to a second main surface facing the first main surface of the detection plate,
The fixing step, the elastic member is fixed to both ends of the detecting plate in a state of being placed on the measuring table to the measuring table, the piezoelectric sensor according to any one of claims 1 to 3 Inspection method.
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