压电传感器的制造方法
【专利摘要】本发明的压电传感器具备压电膜(21)、粘贴层(22、23)、平板电极(24、25)以及玻璃板(12)。压电膜(21)具有第一以及第二主面。粘贴层(22)将平板电极(24)粘贴于第一主面。粘贴层(23)将平板电极(25)粘贴于第二主面。经由粘贴层(22)以及平板电极(24)将压电膜(21)粘贴于玻璃板(12)。玻璃板(12)因压入而形变。粘贴层(22)比粘贴层(23)厚。
【专利说明】
压电传感器
技术领域
[0001 ]本发明涉及检测按压的压电传感器。
【背景技术】
[0002]压电传感器例如搭载于多功能移动终端，检测针对触摸面板的按压。作为以往的压电传感器，例如，有专利文献I所记载的透明压电片。该透明压电片具备压电膜、粘贴层以及平板电极。平板电极经由粘贴层配置于压电膜的两个主面。若对该透明压电片施加按压，则在压电膜上产生与按压相应的电压。通过平板电极将该电压传递至检测电路，从而能够检测按压。
[0003]专利文献1:日本特开2011-222679号公报
[0004]在专利文献I所记载的透明压电片中，由于压电膜的压电特性，存在平板电极阻碍压电膜的变形，从而不会在压电膜上产生足够的电压的可能性。在该情况下，不能够高精度地检测对透明压电片施加的按压。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种能够高精度地检测按压的压电传感器。
[0006](I)本发明的压电传感器具备压电膜、第一以及第二平板电极、第一以及第二粘贴层以及板部件。压电膜具有第一以及第二主面。第一粘贴层将第一平板电极粘贴于第一主面。第二粘贴层将第二平板电极粘贴于第二主面。经由第二平板电极以及第二粘贴层将压电膜粘贴于板部件。板部件因压入而形变。第一粘贴层比第二粘贴层厚。
[0007]若第一粘贴层较薄，则粘贴于压电膜的第一平板电极阻碍压电膜的变形。若第二粘贴层较厚，则板部件的形变被第二粘贴层缓和。通过使第一粘贴层比第二粘贴层厚，板部件的形变容易传递至压电膜。
[0008]另外，由于第一粘贴层比第二粘贴层厚，所以若使用温度升高，则第二粘贴层变柔软，而第一粘贴层变得更柔软。由此，由第二粘贴层变柔软引起的传感器输出的降低和由第一粘贴层变柔软引起的传感器输出的增加相互抵消。因此，可抑制由使用温度引起的传感器输出的变动。其结果，压电传感器的温度特性提高。
[0009]因此，在本结构中，能够高精度地检测按压。
[0010](2)第一粘贴层的厚度是40μπι以下。
[0011]若第一粘贴层过厚，则第一平板电极与压电膜的距离变长，所以在压电膜形变时，能够从压电膜取出的电荷量减少。在本结构中，能够从压电膜取出足够的电荷量。
[0012](3)第一粘贴层的弹性模量比第二粘贴层的弹性模量小。
[0013]若第一粘贴层的弹性模量较大，则粘贴于压电膜的第一平板电极容易阻碍压电膜的变形。若第二粘贴层的弹性模量较小，则板部件的形变容易被第二粘贴层缓和。在本结构中，能够容易地将板部件的形变传递至压电膜。
[0014](4)第一粘贴层以丙烯酸类粘合剂为材料。
[0015]在该结构中，能够减小第一粘贴层的弹性模量。
[0016](5)压电膜由手性高分子形成。
[0017](6)手性高分子是聚乳酸。
[0018](7)聚乳酸是L型聚乳酸。
[0019]例如，在压电膜使用PVDF(聚偏氟乙烯)的情况下，有使用温度的变化给压电膜的压电特性带来影响的可能性。然而，在本结构中，由于聚乳酸没有热电性，所以能够高精度地进行压电膜的按压的检测。
[0020]根据本发明，能够高精度地检测按压。
【附图说明】
[0021 ]图1是第一实施方式的压电传感器的俯视图。
[0022]图2是第一实施方式的压电传感器的A-A剖视图。
[0023]图3是传感器部13的A-A剖视图。
[0024]图4是对第一实施方式的压电传感器的按压探测进行说明的剖视图。
[0025]图5是表示相对于粘贴层22、23的弹性模量的产生电荷的图表。
[0026]图6是第二实施方式的压电传感器的俯视图。
[0027]图7是第二实施方式的压电传感器的B-B剖视图。
[0028]图8是传感器部33的B-B剖视图。
【具体实施方式】
[0029]《第一实施方式》
[0030]对本发明的第一实施方式的压电传感器10进行说明。压电传感器10例如被利用于多功能移动终端。图1是压电传感器10的俯视图。图2是压电传感器10的A-A剖视图。压电传感器10具备箱状的背侧壳体部11、矩形平板状的玻璃板12、条纹状的传感器部13以及电路部(未图示)。背侧壳体部11由框状的侧面以及矩形的底面构成，并具有矩形的开口部。玻璃板12与背侧壳体部11抵接以便堵塞背侧壳体部11的开口部，从而构成具有中空部的长方体状的壳体14。传感器部13通过粘合剂粘贴于玻璃板12以便被配置在壳体14的内部。在俯视时，传感器部13配置于玻璃板12的长边方向的端部。传感器部13的长边方向与玻璃板12的短边方向平行。电路部配置于壳体14的内部，并与传感器部13电连接。以下，将壳体14的主面的长边方向称为X方向，将壳体14的主面的短边方向称为Y方向，将与壳体14的主面相垂直的方向称为Z方向。
[0031]图3是传感器部13的A-A剖视图。传感器部13具备压电膜21、粘贴层22、23、平板电极24、25以及基材层26、27。在压电膜21的第一主面经由粘贴层22配置有平板电极24。粘贴层22将平板电极24粘贴于压电膜21的第一主面。在压电膜21的第二主面经由粘贴层23配置有平板电极25。粘贴层23将平板电极25粘贴于压电膜21的第二主面。平板电极24、25与电路部(未图示)电连接。粘贴层22比粘贴层23厚。优选粘贴层22的厚度是30μπι，粘贴层23的厚度是ΙΟμπι。由此，如后述那样，由按压(压入)引起的玻璃板12的形变容易传递至压电膜21。在平板电极24的主面中的与压电膜21侧相反侧的主面配置有基材层26。在平板电极25的主面中的与压电膜21侧相反侧的主面配置有基材层27。传感器部13经由粘贴层28配置于玻璃板12的主面，以便基材层27侧朝向玻璃板12。即，粘贴层22被配置在压电膜21的与玻璃板12侧相反的一侧，粘贴层23被配置在压电膜21的玻璃板12—侧。传感器部13通过粘贴层28粘贴于玻璃板12的主面。例如，粘贴层28的厚度是30μπι。
[0032]玻璃板12相当于本发明的板部件。粘贴层22相当于本发明的第一粘贴层。粘贴层23相当于本发明的第二粘贴层。平板电极24相当于本发明的第一平板电极。平板电极25相当于本发明的第二平板电极。
[0033]压电膜21的材料是PLLA(L型聚乳酸)JLLA是手性高分子，主链具有螺旋结构。若PLLA单轴延伸，而分子取向，则具有压电性。单轴延伸的PLLA的压电常数在高分子中属于非常高的门类。
[0034]另外，PLLA通过延伸等的分子的取向处理而产生压电性，无需像PVDF等其它聚合物、压电陶瓷那样，进行极化处理。即，不属于铁电体的PLLA的压电性不是像PVDF、PZT等铁电体那样通过离子的极化而发现的，而是由分子的特征性的结构即螺旋结构引起的。因此，在PLLA中不会产生在其它的铁电性的压电体中产生的热电性。并且，在PVDF等中，会发现随着时间的经过压电常数的变动，根据情况存在压电常数显著降低的情况，但PLLA的压电常数随着时间的经过极其稳定。
[0035]若沿PLLA的延伸方向取第3轴，沿与第3轴方向垂直的方向取第I轴以及第2轴，则PLLA中存在dl4的压电常数(剪切压电常数)。切取条纹状的压电膜21，以便第I轴方向为厚度方向，相对于第3轴方向(延伸方向)成45°的角度的方向为长边方向。由此，若压电膜21在长边方向上伸缩，则压电膜21在厚度方向上发生极化。
[0036]粘贴层22、23、28的材料是粘合剂。相对于粘接剂在粘接时从液体变为固体来说，粘合剂的特征是总是稳定地保持润湿的状态。通过对粘贴层22、23、28的材料使用粘合剂，与粘接剂相比能够容易地控制粘合剂的厚度。粘贴层22的弹性模量比粘贴层23的弹性模量小。尤其，优选粘贴层22的材料是丙烯酸类粘合剂。粘贴层23、28的材料优选是橡胶、有机硅或者聚乙烯粘合剂。由此，如后所述，由按压引起的玻璃板12的形变容易传递至压电膜21。平板电极24、25由铜箔等金属膜构成。基材层26、27的材料是聚酰亚胺等树脂。
[0037]图4是对压电传感器10的按压探测进行说明的剖视图。若玻璃板12被压入，则由于玻璃板12的端部被固定于背侧壳体部11，所以玻璃板12弯曲成向被压入的方向形成为突出。由于玻璃板12的主面中壳体14的内部侧的主面伸长(形变)，所以粘贴于该主面的传感器部13向长边方向(Y方向)伸长。由于构成传感器部13的压电膜21(参照图3)沿长边方向伸长，所以如上述那样，由于压电效应，压电膜21在厚度方向发生极化。由在压电膜21的两个主面上产生的电荷在平板电极24、25感应电荷。在平板电极24、25感应出的电荷被电路部(未图示)吸收。电路部将该电荷的流动(电流)转换成电压。这样，能够作为电压来检测对玻璃板12施加的按压。
[0038]接下来，对粘贴层22、23(参照图3)的厚度以及材料与压电膜21的形变(Y方向的垂直形变)的关系进行说明。若粘贴层22较薄，则容易受到粘贴于压电膜21的平板电极24的拘束，而阻碍压电膜21的变形。因此，由按压引起的玻璃板12的形变难以传递至压电膜21。另一方面，若粘贴层23较厚，则由按压引起的玻璃板12的形变被粘贴层23缓和，所以难以传递至压电膜21。因此，从机械性的形变的观点来看，如上述那样，通过加厚粘贴层22，并削薄粘贴层23，能够使压电膜21容易形变。
[0039]若粘贴层22(23)过厚，则平板电极24(25)与压电膜21的距离延长，所以能够从压电膜21取出的电荷量减少。另外，在原理上粘贴层23越薄越优选，但在实用上会出现ΙΟμπι以下的厚度的粘性胶带的获取性较差、以及粘接强度降低而可靠性降低这样的问题。
[0040]考虑这些条件，如上述那样，将粘贴层22的厚度设定为40μπι以下。特别优选，将粘贴层22的厚度设定为30μπι，将粘贴层23的厚度设定为ΙΟμπι。
[0041]图5是表示相对于粘贴层22、23的弹性模量的产生电荷的图表。产生电荷是在对压电传感器10施加了规定的按压时从压电膜21取出的电荷。在图5中，作为粘贴层22、23的材料使用丙烯酸类粘合剂。在结构ESl中，粘贴层22、23的厚度均为ΙΟμπι。在结构ES2中，粘贴层22的厚度是30μπι，粘贴层23的厚度是ΙΟμπι。另外，在图5中示出了使用温度-30°C、25°C、60°C与粘贴层22、23的弹性模量的对应关系。使用温度-30°C是使用温度范围的下限的假定值，使用温度60°C是使用温度范围的上限的假定值，使用温度25°C是室温的假定值。
[0042]在结构ES1、ES2中，若粘贴层22、23的弹性模量增大(若使用温度降低)，则产生电荷增大，但若粘贴层22、23的弹性模量为17以上，则产生电荷几乎为恒定。在粘贴层22、23的弹性模量较大的情况下(使用温度较低的情况下)，结构ESl中的产生电荷大于结构ES2中的产生电荷。在粘贴层22、23的弹性模量较小的情况下(使用温度较高的情况下)，结构ES2中的产生电荷大于结构ESl中的产生电荷。
[0043]在室温(25°C)下，结构ES2中的产生电荷大于结构ESl中的产生电荷。即，通过使粘贴层22比粘贴层23厚，从而能够提高室温下的传感器灵敏度。
[0044]另外，在室温附近，在结构ES2中，与结构ESl相比，产生电荷的温度变化率减小。即，通过使粘贴层22比粘贴层23厚，从而能够抑制由使用温度引起的产生电荷的变动。
[0045]与粘贴层22、23的厚度的关系相同，若粘贴层22的弹性模量较大，则粘贴于压电膜21的平板电极24容易阻碍压电膜21的变形。若粘贴层23的弹性模量较小，则由按压引起的玻璃板12的形变容易被粘贴层23缓和。因此，如上述那样，通过对粘贴层22使用丙烯酸类粘合剂，对粘贴层23使用橡胶、有机硅或者聚乙烯类粘合剂等，能够容易使压电膜21形变。
[0046]另外，由于粘贴层22比粘贴层23厚，所以若使用温度升高，则粘贴层23变柔软，但粘贴层22变得更柔软。此外，粘贴层的硬度由粘贴层的厚度和粘贴层的材料的弹性模量的积来确定。由此，由粘贴层23变柔软引起的传感器输出(电压)的降低与由粘贴层22变柔软引起的传感器输出的增加相互抵消。因此，从图5也可知，可抑制由使用温度引起的传感器输出的变动。其结果，能够在压电传感器1中提高温度特性。
[0047]在第一实施方式中，粘贴层22比粘贴层23厚。因此，如上述那样，按压的玻璃板12的形变容易传递至压电膜21。另外，如上述那样，压电传感器10的温度特性提高。其结果，在第一实施方式中，能够高精度地检测按压。
[0048]《第二实施方式》
[0049]对本发明的第二实施方式的压电传感器30进行说明。图6是压电传感器30的俯视图。图7是压电传感器30的B-B剖视图。图8是传感器部33的B-B剖视图。压电传感器30具备背侧壳体部11、玻璃板12、传感器部33、隔离物35a、35b、条纹状的SUS(不锈钢)板36、柱状的按压件37以及电路部(未图示KSUS板36相当于本发明的板部件。
[0050]与第一实施方式相同，由背侧壳体部11以及玻璃板12构成壳体14。隔离物35a、35b配置于壳体14的内部。隔离物35a配置于壳体14的侧面中的与X方向平行的第一侧面附近。隔离物35b配置于壳体14的第二侧面(与第一侧面对置的侧面)附近。隔离物35a、35b配置于壳体14的X方向的大致中央部。
[0051 ] SUS板36被配置于壳体14的内部，以便SUS板36的主面与玻璃板12的主面平行。SUS板36配置于壳体14的X方向的大致中央部。SUS板36的长边方向与Y方向平行。SUS板36的长边方向的两端分别被隔离物35a、35b支承。在SUS板36与玻璃板12之间以及SUS板36与背侧壳体部11的底面之间形成有空间。
[0052]传感器部33通过粘合剂粘贴于SUS板36的主面中的玻璃板12侧的主面，以使长边方向为Y方向。电路部配置于壳体14的内部，与传感器部33电连接。粘贴层22(参照图8)被配置在压电膜21的玻璃板12—侧，粘贴层23被配置在压电膜21的SUS板一侧。粘贴层22比粘贴层23厚。
[0053]按压件37配置于玻璃板12与传感器部33之间，与玻璃板12以及传感器部33抵接。按压件37在Y方向上比传感器部33短。按压件37在Y方向上配置于SUS板36的大致中央部。
[0054]其它的结构与第一实施方式相同。
[0055]若玻璃板12被压入，则经由按压件37，SUS板36被压入。SUS板36弯曲成向被压入的方向形成为突出。由于SUS板36的主面中玻璃板12侧的主面收缩，所以粘贴于该主面的压电膜21收缩。由于压电效应在平板电极24、25感应出的电荷被电路部(未图示)吸收。电路部将该电荷的流动(电流)转换成电压。这样，能够将对玻璃板12施加的按压作为电压检测。
[0056]在第二实施方式中，与第一实施方式相同，粘贴层22比粘贴层23厚。因此，由按压引起的SUS板36的形变容易传递至压电膜21。另外，压电传感器30的温度特性提高。其结果，在第二实施方式中，能够高精度地检测按压。
[0057]此外，在上述实施方式中玻璃板被压入，但本发明的压电传感器并不限定于此。也可以代替玻璃板，使用由玻璃板、触摸面板以及液晶面板重叠成层状的面板。
[0058]附图标记说明
[0059]10、3(^_压电传感器；11-_背侧壳体部；12-_玻璃板(板部件)；13、33-_传感器部；14...壳体;21...压电膜;22...粘贴层(第一粘贴层)；23…粘贴层(第二粘贴层)；28…粘贴层;24…平板电极(第一平板电极)；25...平板电极(第二平板电极)；26、27...基材层;35a、35tr"隔呙物;36...SUS板(板部件)；37...按压件。
【主权项】
1.一种压电传感器，具备: 压电膜，具有第一主面以及第二主面； 第一平板电极以及第二平板电极； 第一粘贴层，将所述第一平板电极粘贴于所述第一主面； 第二粘贴层，将所述第二平板电极粘贴于所述第二主面；以及 板部件，经由所述第二平板电极以及所述第二粘贴层粘贴所述压电膜，并因压入而形变， 所述第一粘贴层比所述第二粘贴层厚。2.根据权利要求1所述的压电传感器，其中， 所述第一粘贴层的厚度是40μπι以下。3.根据权利要求1或2所述的压电传感器，其中， 所述第一粘贴层的弹性模量比所述第二粘贴层的弹性模量小。4.根据权利要求1?3中任一项所述的压电传感器，其中， 所述第一粘贴层以丙烯酸类粘合剂为材料。5.根据权利要求1?4中任一项所述的压电传感器，其中， 所述压电膜由手性高分子形成。6.根据权利要求5所述的压电传感器，其中， 所述手性高分子是聚乳酸。7.根据权利要求6所述的压电传感器，其中， 所述聚乳酸是L型聚乳酸。
【文档编号】H01L41/113GK105917202SQ201580005041
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年1月6日
【发明人】河村秀树, 中路博行, 山口喜弘, 远藤润, 齐藤诚人
【申请人】株式会社村田制作所