JP6652882B2 - 圧力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力検出装置、特に、２枚の圧電シートを貼り合わせたバイモルフを用いた圧力検出装置に関する。

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。

特開平０５−６１５９２号公報

圧電シートに用いられる圧電材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とその重合体がある。しかし、それら代表的な圧電材料は、焦電性を有するので、正確な押圧力の検出が難しかった。

そこで、本願の発明者は、この問題を改善するために、２枚の圧電シートを互いに分極方向を逆に貼り合わせた、いわゆるバイモルフ構造を採用することに着目した。バイモルフ構造は、主に、上下２枚の圧電素子からなる長方形又は円形状のバイモルフを有している。圧電素子の両側には、検出電極が設けられている。バイモルフ構造は、さらに、バイモルフの下面の周囲に取り付けられた枠状の支持部材を有する。

別の例として、バイモルフ構造は、バイモルフの上面に、圧電素子の強度向上（傷防止、割れ防止）のために、保護材としてのガラス又は他の部材を有する。この場合、ガラスの下面の縁部が枠状の支持部材に支持される。

以下、バイモルフ構造による押圧力検出のメカニズムを説明する。中央部に作用する押圧力で上下２枚の圧電素子が撓むと、上下２枚の圧電素子に押圧力に比例した応力σ_uと応力σ_lがそれぞれの圧電素子に発生する。
＋ ガラスを取り付けたバイモルフ構造では、応力σ_uと応力σ_lはどちらも引張応力となる。この場合、応力σ_uより応力σ_lの方が大きくなるので、その差を用いて押圧力を測定することが提案されていた。

しかし、ガラスを設けたバイモルフ構造においては引張応力σ_uと引張応力σ_lとの差が小さいので検出感度が低いという問題がある。

本発明の目的は、バイモルフと、押圧面としてのガラス又は他の部材とを有する圧力検出装置において、検出感度を高めることにある。

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わせることができる。

本発明の一見地に係る圧力検出装置は、開口と開口の周りの支持部とを有する筐体の開口を閉じるように設けられ、外部から加えられた圧力によって電荷を発生する２枚の圧電シートを用いて圧力を検出するための装置である。圧力検出装置は、シート部材と、第１圧電シートと、第２圧電シートとを備えている。

シート部材は、圧力が作用する第１面と、縁部の一部又は全部が接着層によって支持部に固定及び支持される第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１圧電シートは、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と小さな軸とを有する異方性である。

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２圧電シートは、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と小さな軸とを有する異方性である。

縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有している。

第１圧電シートと第２圧電シートは、電荷量が大きな軸同士が直交するように配置されている。

ここで、「２回対称以下」とは、２ｎ回対称（ｎは２以上の整数）を含まないという意味であり、例えば、４回対称、８回対称、１６回対称ではないことを意味する。

縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有しているので、第１圧電シート及び第２圧電シートには、シート部材と共にたわむときに発生する引っ張り応力が大きい軸と引っ張り応力が小さい軸とが存在する。

この装置では、シート部材の第１面が押されると、シート部材は縁部が他の部材に支持されながらたわみ、その結果、第１圧電シート及び第２圧電シートもたわむ。このとき、第１圧電シート及び第２圧電シートでは、平面視において、伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と引っ張り応力の大小軸との互いに平行になる組み合わせが異なる。

以下、一例を説明する。第１圧電シートにおいては、伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と引っ張り応力小の軸とが平行になっている。（引っ張り応力大の軸と直交している）。また、第２圧電シートにおいては、伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と引っ張り応力大の軸とが平行になっている（引っ張り応力小の軸と直交している）。そして、第１圧電シートで発生した電荷量と第２圧電シートで発生した電荷量を、押圧力算出の演算において加算することで、比較的大きな出力を得ることができる。つまり、圧力検出装置の押圧検出感度が高くなる。

なお、縁部の固定部分の配置が例えば４回対称である場合（例えば、正方形である場合）、又は、第１圧電シート及び第２圧電シートが異方性を有していない場合は、押圧力算出の演算においてこれら電荷量を加算したときに、大きな出力が得られない。

縁部の固定部分が、第１方向に延びる一対の第１辺を有していてもよい。

一対の第１辺は互いに平行な直線であってもよい。

シート部材は平面視で一方向に長く、
一対の第１辺は、長手方向に延びる縁であってもよい。

縁部の固定部分が、一対の第１辺の端部同士を連結する一対の第２辺を有していてもよい。

第２辺は第１辺に比べて剛性が低くてもよい。

一対の第１辺の端部同士は互いに離れて配置されており、不連続であってもよい。

本発明に係る圧力検出装置では、圧力検出装置の押圧検出感度が高くなる。

電子機器の斜視図。 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面の断面図。 ガラスの平面図。 第１圧電シートの平面図。 第２圧電シートの平面図。 圧力検出器の断面図。 圧力検出器の断面図。 第２実施形態の支持基板の平面図。 第３実施形態の支持基板の平面図。 第４実施形態の支持基板の平面図。 第５実施形態の支持基板の平面図。 第６実施形態の支持基板の平面図。 第７実施形態の圧力検出器の断面図。

１．第１実施形態
（１）圧力検出器の概要
図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態としての圧力検出器１００を説明する。図１は、電子機器の斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面の断面図である。なお、以下の説明では、「直交」、「平行」とは、誤差の範囲及び説明された効果が得られる範囲を許容している。

圧力検出器１００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。なお、以下の説明では、使用時にユーザから見て手前側（図２の上側）を圧力検出器１００の「入力面側」といい、ユーザから見て奥側（図２の下側）を圧力検出器１００の「背面側」という。

図１に示すように、電子機器１１０は、主に、筐体６と、圧力検出器１００とを備えている。筐体６は、矩形枠状であり、合成樹脂製である。圧力検出器１００は、筐体６内に収容されている。

さらに詳細には、筐体６は、入力面側に向かって矩形状に開口する凹部６ａを有している。凹部６ａは、開口の周りに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６ｂとなっている。支持部６ｂの内縁は、凹部６ａの開口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６ｂは、後述する支持基板１の背面１ｂの縁部に対応しており、支持基板１に作用する圧力を支持するための構造である。凹部６ａにおいて、支持部６ｂよりも入力面側の第１領域には後述の支持基板１が収納され、背面側の第２領域には圧力検出器１００の本体が収納されている。

凹部６ａにおいて、第１領域の側面は支持基板１とわずかな隙間を空けて接し、第２領域の側面は圧力検出器１００の本体にわずかな隙間を空けて接している。また、筐体６の底面と圧力検出器１００の本体との間には、空間部７が設けられている。

圧力検出器１００は、主に、支持基板１と、圧電シート３と、検出電極４と備えている。圧力検出器１００の基本動作として、支持基板１が押されると圧力検出器１００がたわみ、圧電シート３には引張応力が加わるとともに、電荷が発生する。そして、２枚の検出電極４がその電荷を検出することで、圧力検出器１００に加えられた押圧力を検出できる。

より詳細には、圧力検出器１００は、筐体６の開口を閉じるように設けられており、入力面側から背面側に向かって、支持基板１、接着層２、第１検出電極４ａ、第１圧電シート３ａ、第２圧電シート３ｂ、第２検出電極４ｂを有している。以下、各構成を説明する。なお、図２等の断面図は、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。
（２）支持基板
図３を用いて、支持基板１を詳細に説明する。図３は、支持基板の平面図である。

支持基板１（シート部材の一例）は、シート状の部材であり、その縁部が筐体６の支持部６ｂに配置される。圧力検出器１００の入力面１ａ（第１面）を有している。支持基板１は、入力面１ａと反対側に背面１ｂ（第２面）を有している。支持基板１の背面１ｂの縁部は支持部６ｂに支持されるように接着剤８（接着層の一例）によって固定されている。接着剤の代わりに両面テープ（接着層の一例）が用いられてもよい。

支持基板１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。支持基板１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、支持基板１の厚みは、例えば０．４ｍｍ〜１．０ｍｍである。

支持基板１は、図３に示すように、長方形であり、全ての辺が接着剤８によって筐体６に固定されている。したがって、「縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有している」という条件が満たされている。ここで、回転対称とは、図形を特徴付ける対称性の一群である。ｎを２以上の整数として、ある中心の周りを（３６０／ｎ）度回転させると自らと重なる性質をｎ回対称という。そして、「２回対称以下」とは、２ｎ回対称（ｎは２以上の整数）を含まないという意味であり、例えば、４回対称、８回対称、１６回対称ではないことを意味する。
（３）圧電シート
図４及び図５を用いて、圧電シートを詳細に説明する。図４は、第１圧電シートの平面図である。図５は、第２圧電シートの平面図である。

圧電シート３は、接着層２を介して、支持基板１の背面１ｂに固定されている。なお、圧電シート３は、支持基板１の背面１ｂの中央部に配置されている。

接着層２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。接着層２のＡの厚みは、５μｍ〜３００μｍである。

接着層２の弾性係数は、限定されるものではないが、１０ＭＰａ程度であり、好ましくは１０ＭＰａ以上、１ＧＰａ程度である。なお、接着層２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。接着層２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。

圧電シート３は、押圧力が加えられたわみが発生すると、両面に加えられた押圧力に応じた電位差を発生するシートである。圧電シート３は、第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂとから構成された直列型バイモルフである。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３ａは支持基板１の背面１ｂ側に配置され、第２圧電シート３ｂは第１圧電シート３ａの背面側（第１圧電シート３ａの支持基板１と反対側）において第１圧電シート３ａに対向して配置されている。第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂは、例えばＰＳＡによって互いに接着されている。

上述したように支持基板１が「縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有している」という条件を満たされていることによって、図４及び図５に示すように、第１圧電シート３ａ及び第２圧電シート３ｂには、支持基板１と共にたわむときに大きな引っ張り応力Ｆ１が発生する第１軸と、小さな引っ張り応力Ｆ２が発生する第２軸とが存在する。第１軸は、長方形の短辺３Ａが延びる方向に平行に延びている。第２軸は長方形の長辺３Ｂが延びる方向に平行に延びている。
（４）検出電極
検出電極４は、第１検出電極４ａと、第２検出電極４ｂとからなる。第１検出電極４ａは支持基板１（具体的には、接着層２）と第１圧電シート３ａの間（つまり、第１圧電シート３ａの第２圧電シート３ｂと反対側）に配置され、第２検出電極４ｂは第１圧電シート３ａの背面側（つまり、第２圧電シート３ｂの第１圧電シート３ａと反対側）に配置される。

第１検出電極４ａはグランドに接続されている。第２検出電極４ｂは、後述する検出回路５３に接続されている。

なお、第１検出電極４ａ及び第２検出電極４ｂ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。この実施形態では、検出電極４は、例えば、蒸着やスクリーン印刷などを用いて圧電シート３の面に直接形成されている。

なお、検出電極４の厚みは、例えば１ｎｍ〜３０，０００ｎｍとすることができる。

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。

なお、検出電極は、蒸着やスクリーン印刷などを用いて樹脂フィルムなどの表面に形成したものを、支持基板や圧電シートに接着剤で固着してもよい。

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。
（５）検出器
第２検出電極４ｂは、図２に示すように、チャージアンプ５１に接続されている。チャージアンプ５１は、検出回路５３に接続されている。検出回路５３は、検出電極４が検出した電圧信号から押圧量を検出する装置である。検出回路５３は、例えば、Ａ／Ｄコンバータ及び押圧力算出回路を有している。

以上の回路構成によって、検出回路５３は、第１圧電シート３ａで発生する電荷量（この実施形態では、正に大きい）と第２圧電シート３ｂで発生する電荷量（この実施形態では、負に小さい）の加算値（出力）を得ることができる。
（６）押圧手段
なお、圧力検出器１００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。
（７）圧電シートの詳細説明
第１圧電シート３ａ及び第２圧電シート３ｂ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３ａと第２圧電シート３ｂは互いに分極方向が上下逆になるように積層される。

第１圧電シート３ａ及び第２圧電シート３ｂは、延伸によって物性の異方性を有する圧電体であり、具体的には例えば一軸延伸したポリフッ化ビニリデンフィルムからなる。一軸延伸方向のｘ軸方向に応力又は歪みを加えた時のｚ軸方向の分極を示す圧電定数をｄ３１とし、ｘ軸に直交するｙ軸方向に応力又は歪みを加えた時のｚ軸方向の分極を示す圧電定数をｄ３２とする。この場合、ポリフッ化ビニリデンの一軸延伸からなる圧電体では、ｄ３１はｄ３２の約２倍又はそれ以上の値となる。

なお、延伸による物性の異方性は、多軸延伸において延伸差を設けることでも実現される。

図４に示すように、第１圧電シート３ａでは、ｄ３１は長方形の長辺３Ｂが延びる方向に平行であり、ｄ３２は長方形の短辺３Ａが延びる方向に平行である。

図５に示すように、第２圧電シート３１ｂでは、ｄ３１は長方形の短辺３Ａが延びる方向に平行であり、ｄ３２は長方形の長辺３Ｂが延びる方向に平行である。

以上に述べたように、第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂは、ｄ３１同士が直交するように配置されている。

また、図４に示すように、第１圧電シート３ａでは、前述の引っ張り応力Ｆ１が発生する方向とｄ３１の方向とが直交している。図５に示すように、第２圧電シート３ｂでは、前述の引っ張り応力Ｆ１が発生する方向とｄ３１の方向とが平行である。

第１圧電シート３ａ及び第２圧電シート３ｂ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出力をキャンセルできるからである。

図６を用いて、圧電シートにおける焦電効果に起因する出力をキャンセルするメカニズムを説明する。図６は、圧力検出器の断面図である。

第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂが強誘電体から構成され、しかも第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂは、無押庄状態での分極方向が互いに逆方向になるように構成されていれば、圧力検出器１００内で温度変化が生じて、圧電シート３内に焦電効果が発生した場合に、図６に示すように、第１圧電シート３ａの入力面側と第２圧電シート３ｂの背面側で正負同じ電荷が生じる。

第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂは、厚みが十分薄く（例えば、５μｍ〜５０μｍ）、かつ、同じ特性を有する材料から構成すると、第１圧電シート３ａの背面側の面と第２圧電シート３ｂの入力面側の面との間で、電位同士がほぼ等しくなり、その結果、第１圧電シート３ａの入力面側の面と第２圧電シート３ｂの背面側の面との間で、電位同士が等しくなることが導き出される。

したがって、上記のように構成すると、圧電シート３が焦電効果の影響を受けた場合、焦電効果に起因して発生する第１圧電シート３ａの入力面側の面の電位と第２圧電シート３ｂの背面側の面の電位はほぼ等しくなる。すると、圧力検出器１００において、第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂが焦電効果の影響を受けた場合に、検出電極４によって検出される圧電シート３として焦電効果に起因する電位差は、ほぼ「０」となる。したがって、第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂに焦電効果が発生しても、圧電シート３全体としては焦電効果に起因する電位差がほとんど検出されない。すなわち、圧電シート３（第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂ）が、強誘電体から構成される場合、圧電シート３と検出電極４が上記のように構成されることにより、温度変化に伴う誤動作（特に、焦電効果に起因した誤動作）がほとんど生じない。

図７を用いて、圧力検出器１００に押圧を加えた場合の電荷発生メカニズムを説明する。図７は、圧力検出器の断面図である。

圧力検出器１００に押圧を加えたとき、支持基板１は圧電シート３や検出電極４に比べて高い剛性を有しているため、圧電シート３（第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂ）には引張応力が生じる。このとき、第１圧電シート３ａには引張応力σ_uが生じ、第２圧電シート３ｂには引張応力σ_lが生じる。その結果、第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂ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。

圧力検出器１００では、支持基板１の入力面１ａが押されると、支持基板１は縁部が筐体６に支持されながらたわむ。その結果、第１圧電シート３ａ及び第２圧電シート３ｂもたわむ。

このとき、第１圧電シート３ａ及び第２圧電シート３ｂでは、平面視において、ｄ３１の方向及びｄ３２の方向と引っ張り応力Ｆ１の方向及び引っ張り応力Ｆ２方向との互いに平行になる組み合わせが異なる。例えば、第１圧電シート３ａにおいては、図４に示すように、ｄ３１の方向は、引っ張り応力Ｆ２の方向と平行になっている（引っ張り応力Ｆ１の方向と直交している）。また、第２圧電シート３ｂにおいては、図５に示すように、ｄ３１の方向は、と引っ張り応力Ｆ１の方向と平行になっている（引っ張り応力Ｆ２の方向と直交している）。そして、検出回路５３が押圧力算出の演算においてこれら電荷量を加算することで、比較的大きな出力を得ることができる。つまり、圧力検出器１００の押圧検出感度が高くなる。

なお、縁部の固定部分の平面形状が例えば４回対称である場合（例えば、支持基板の形状が正方形でああって固定部分が４辺全てである場合）、又は、第１圧電シート３ａ及び第２圧電シート３ｂが異方性を有していない場合は、押圧力算出の演算においてこれら電荷量を加算したときに、大きな出力が得られない。
２．第２実施形態
図８を用いて、支持基板１の変形例を説明する。図８は、第２実施形態の支持基板の平面図である。

支持基板１Ａは、図８に示すように、正方形であり、対向する２つの辺２１のみが接着剤８によって筐体（図示せず）に固定されている。

なお、第１圧電シート及び第２圧電シート（図示せず）の形状も正方形である。

以上より、この実施形態では、支持基板１Ａの形状の平面形状が４回対称であるが、「縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有している」という条件が満たされていることによって、第１圧電シート及び第２圧電シート（図示せず）には、支持基板１と共にたわむときに大きな引っ張り応力Ｆ１が発生する第１軸と、小さな引っ張り応力Ｆ２が発生する第２軸とが存在する。第１軸は、固定された２つの辺２１同士が対向する方向に平行に延びている。第２軸は、固定された２つの辺２１が延びる方向に平行に延びている。

なお、この実施形態では、縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有しており、さらに、第１圧電シートと第２圧電シートは、電荷量が大きな軸同士が直交するように配置されていることによって、第１実施形態と同じ効果が得られる。これは、下記の実施形態全てに当てはまる。
３．第３実施形態
図９を用いて、支持基板１の変形例を説明する。図９は、第３実施形態の支持基板の平面図である。

支持基板１Ｂは、図９に示すように、楕円形であり、縁全体が接着剤８によって筐体（図示せず）に固定されている。

なお、第１圧電シート及び第２圧電シート（図示せず）の形状も楕円形である。

「縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有している」という条件が満たされていることによって、第１圧電シート及び第２圧電シート（図示せず）には、支持基板１Ｂと共にたわむときに大きな引っ張り応力Ｆ１が発生する第１軸と、小さな引っ張り応力Ｆ２が発生する第２軸とが存在する。第１軸は、楕円形の短軸が延びる方向に平行に延びている。第２軸は楕円形の長軸が延びる方向に平行に延びている。
４．第４実施形態
図１０を用いて、支持基板１の変形例を説明する。図１０は、第４実施形態の支持基板の平面図である。

支持基板１Ｃは、図８に示すように、長方形であり、対向する２つの長辺２３のみが接着剤８によって筐体６に固定されている。

なお、第１圧電シート及び第２圧電シート（図示せず）の形状も長方形である。

「縁部の固定部分の配置２回対称以下の対称性を有している」という条件を満たしていることによって、第１圧電シート及び第２圧電シート（図示せず）には、支持基板１と共にたわむときに大きな引っ張り応力Ｆ１が発生する第１軸と、小さな引っ張り応力Ｆ２が発生する第２軸とが存在する。第１軸は、２つの長辺２３同士が対向する方向に平行に延びている。第２軸は、２つの長辺２３が延びる方向に平行に延びている。
５．第５実施形態
図１１を用いて、支持基板１の変形例を説明する。図１１は、第５実施形態の支持基板の平面図である。

支持基板１Ｄは、図１１に示すように、正方形であり、対向する２つの第１辺２５が両面テープ８Ａによって筐体６に固定されており、対向する２つの第２辺２７が両面テープ８Ｂによって筐体６に固定されている。ここで、両面テープ８Ａは、両面テープ８Ｂに比べて硬い。つまり、両面テープ８Ａは硬い材料からなり、両面テープ８Ｂは柔らかい材料からなる。つまり、第１辺２５は第２辺２７に比べて剛性が高い。以上より、この実施形態では、支持基板の平面形状が４回対称であるが、剛性が十分に高い両面テープ８Ａが二辺に形成されることで、第１圧電シート及び第２圧電シートには、シート部材と共にたわむときに発生する大きな引っ張り応力Ｆ１が発生する第１軸と、小さな引っ張り応力Ｆ２が発生する第２軸とが存在する。つまり、縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有しているという条件が満たされている。

したがって、剛性が低い両面テープ８Ｂが他の二辺に形成されていても、上記条件は満たされている。言い換えると、両面テープ８Ｂは上記条件が満たされるような剛性であることが必要である。

なお、第１圧電シート及び第２圧電シート（図示せず）の形状も正方形である。

第１軸は、剛性の低い第２辺２７（両面テープ８Ｂ）が延びる方向に平行に延びている。第２軸は、剛性が高い２つの第１辺２５（両面テープ８Ａ）が延びる方向に平行に延びている。
６．第６実施形態
図１２を用いて、支持基板１の変形例を説明する。図１２は、第６実施形態の支持基板の平面図である。

支持基板１Ｅは、図１２に示すように、正方形であり、対向する２つの第１辺２５が両面テープ８Ｃによって筐体６に固定されており、対向する２つの第２辺２７が両面テープ８Ｄによって筐体６に固定されている。ここで、両面テープ８Ｃは、両面テープ８Ｄに比べて線幅が大きい。その結果、第１辺２５は第２辺２７に比べて剛性が高い。

以上より、剛性が十分に高い両面テープ８Ｃが二辺に形成されることで、第１圧電シート及び第２圧電シートには、シート部材と共にたわむときに発生する大きな引っ張り応力Ｆ１が発生する第１軸と小さな引っ張り応力Ｆ２が発生する第２軸とが存在する。つまり、縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有しているという条件が満たされている。

したがって、剛性が低い両面テープ８Ｄが他の二辺に形成されていても、上記条件は満たされている。言い換えると、両面テープ８Ｄは上記条件が満たされるような剛性であることが必要である
なお、第１圧電シート及び第２圧電シート（図示せず）の形状も正方形である。

支持基板１が「縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有している」という条件を満たしていることによって、第１圧電シート及び第２圧電シート（図示せず）には、支持基板１Ｅと共にたわむときに大きな引っ張り応力Ｆ１が発生する第１軸と、小さな引っ張り応力Ｆ２が発生する第２軸とが存在する。第１軸は、剛性の低い第２辺２７（両面テープ８Ｄ）が延びる方向に平行に延びている。第２軸は、剛性が高い２つの第１辺２５（両面テープ８Ｃ）が延びる方向に平行に延びている。
７．第７実施形態
上記実施形態の装置の層構成は一実施形態であって、本発明はこれに限定されない。例えば、バイモルフは直列型であったが、並列型であってもよい。

図１３を用いて、そのような実施形態を説明する。図１３は、第７実施形態の圧力検出器の断面図である。なお、基本的な構造は前記実施形態と同じであるので、以下は異なる点を中心に説明する。

圧力検出器１００は、主に、支持基板１と、圧電シート３と、検出電極４と備えている。圧力検出器１００の基本動作として、支持基板１が押されると圧力検出器１００がたわみ、圧電シート３には引張応力が加わるとともに、電荷が発生する。そして、２枚の検出電極４がその電荷を検出することで、圧力検出器１００に加えられた押圧力を検出できる。

より詳細には、圧力検出器１００は、入力面側から背面側に向かって、支持基板１、接着層２、第１検出電極４ｃ、第１圧電シート３ａ、第２検出電極４ｄ、第２圧電シート３ｂ、第３検出電極４ｅを有している。以下、各構成を説明する。

圧電シート３は、押圧力が加えられたわみが発生すると、両面に加えられた押圧力に応じた電位差を発生するシートである。圧電シート３は、第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂと有している。第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂは互いに分極方向が上下同じになるように積層される。

検出電極４は、第１検出電極４ｃと、第２検出電極４ｄ、第３検出電極４ｅとからなる。第１検出電極４ｃは、支持基板１（具体的には、接着層２）と第１圧電シート３ａの間（つまり、第１圧電シート３ａの第２圧電シート３ｂと反対側）に配置され、第２検出電極４ｄは、第１圧電シート３ａと第２圧電シート３ｂとの間に配置されている。第３検出電極４ｅは第１圧電シート３ａの背面側（つまり、第２圧電シート３ｂの第１圧電シート３ａと反対側）に配置される。

第１検出電極４ｃ及び第３検出電極４ｅは互いに短絡されて、グランドに接続されている。第２検出電極４ｄは、検出回路５３に接続されている。

以上の回路構成によって、検出回路５３は、第１圧電シート３ａで発生する電荷量（この実施形態では、正に大きい）と第２圧電シート３ｂで発生する電荷量（この実施形態では、負に小さい）の加算値（出力）を得ることができる。
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わせ可能である。
（１）支持基板及び圧電シートの平面形状は前記実施形態のものに限定されない。例えば、台形、平行四辺形、曲線を有する異形形状であってもよい。
（２）支持基板及び圧電シートの平面形状は互いに異なっていてもよい。
（３）上記の実施形態では、圧力検出器のバイモルフは支持基板１に固定されていたが、本発明はそれら実施形態に限定されない。圧力検出器のバイモルフはタッチパネルの背面に固定されてもよい。その場合、押圧力だけでなく、押圧の位置も検出できる。タッチパネルとしては、静電容量方式、抵抗膜方式、光学方式が挙げられる。

本発明は、圧力検出装置、特に、２枚の圧電シートを貼り合わせたバイモルフを用いた圧力検出装置に広く適用できる。

１ ：支持基板
１ａ ：入力面
１ｂ ：背面
３ ：圧電シート
３ａ ：第１圧電シート
３ｂ ：第２圧電シート
４ ：検出電極
４ａ ：第１検出電極
４ｂ ：第２検出電極
６ ：筐体
８ ：接着剤
１００ ：圧力検出器
１１０ ：電子機器

Claims (7)

1. 開口と前記開口の周りの支持部とを有する筐体の前記開口を閉じるように設けられ、外部から加えられた圧力によって電荷を発生する２枚の圧電シートを用いて前記圧力を検出するための圧力検出装置であって、
   前記圧力が作用する第１面と、縁部の一部又は全部が接着層によって前記支持部に固定及び支持される第２面とを有するシート部材と、
   前記シート部材の第２面の中央部に配置され、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と小さな軸とを有する異方性の第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、互いに直交しており伸びに対して発生する電荷量が大きな軸と小さな軸とを有する異方性の第２圧電シートと、を備え、
   前記縁部の固定部分の配置が２回対称以下の対称性を有しており、
   前記第１圧電シートと前記第２圧電シートは、前記電荷量が大きな軸同士が直交するように配置されている、
   圧力検出装置。
2. 前記縁部の固定部分は、第１方向に延びる一対の第１辺を有する、請求項１に記載の圧力検出装置。
3. 前記一対の第１辺は互いに平行な直線である、請求項２に記載の圧力検出装置。
4. 前記縁部の固定部分は平面視で一方向に長く
   前記一対の第１辺は、長手方向に延びる縁である、請求項２又は３に記載の圧力検出装置。
5. 前記縁部の固定部分は、前記一対の第１辺の端部同士を連結する一対の第２辺を有する、請求項３又は４に記載の圧力検出装置。
6. 前記第２辺は前記第１辺に比べて剛性が低い、請求項５に記載の圧力検出装置。
7. 前記一対の第１辺の端部同士は互いに離れて配置されており、不連続である、請求項２〜４のいずれかに記載の圧力検出装置。

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