壓電傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的壓電傳感器具備壓電膜(21)、粘貼層(22、23)、平板電極(24、25)以及玻璃板(12)。壓電膜(21)具有第一以及第二主面。粘貼層(22)將平板電極(24)粘貼于第一主面。粘貼層(23)將平板電極(25)粘貼于第二主面。經(jīng)由粘貼層(22)以及平板電極(24)將壓電膜(21)粘貼于玻璃板(12)。玻璃板(12)因壓入而形變。粘貼層(22)比粘貼層(23)厚。
【專利說明】
壓電傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及檢測按壓的壓電傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電傳感器例如搭載于多功能移動終端，檢測針對觸摸面板的按壓。作為以往的壓電傳感器，例如，有專利文獻I所記載的透明壓電片。該透明壓電片具備壓電膜、粘貼層以及平板電極。平板電極經(jīng)由粘貼層配置于壓電膜的兩個主面。若對該透明壓電片施加按壓，則在壓電膜上產(chǎn)生與按壓相應(yīng)的電壓。通過平板電極將該電壓傳遞至檢測電路，從而能夠檢測按壓。
[0003]專利文獻1:日本特開2011-222679號公報
[0004]在專利文獻I所記載的透明壓電片中，由于壓電膜的壓電特性，存在平板電極阻礙壓電膜的變形，從而不會在壓電膜上產(chǎn)生足夠的電壓的可能性。在該情況下，不能夠高精度地檢測對透明壓電片施加的按壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠高精度地檢測按壓的壓電傳感器。
[0006](I)本發(fā)明的壓電傳感器具備壓電膜、第一以及第二平板電極、第一以及第二粘貼層以及板部件。壓電膜具有第一以及第二主面。第一粘貼層將第一平板電極粘貼于第一主面。第二粘貼層將第二平板電極粘貼于第二主面。經(jīng)由第二平板電極以及第二粘貼層將壓電膜粘貼于板部件。板部件因壓入而形變。第一粘貼層比第二粘貼層厚。
[0007]若第一粘貼層較薄，則粘貼于壓電膜的第一平板電極阻礙壓電膜的變形。若第二粘貼層較厚，則板部件的形變被第二粘貼層緩和。通過使第一粘貼層比第二粘貼層厚，板部件的形變?nèi)菀讉鬟f至壓電膜。
[0008]另外，由于第一粘貼層比第二粘貼層厚，所以若使用溫度升高，則第二粘貼層變?nèi)彳?，而第一粘貼層變得更柔軟。由此，由第二粘貼層變?nèi)彳浺鸬膫鞲衅鬏敵龅慕档秃陀傻谝徽迟N層變?nèi)彳浺鸬膫鞲衅鬏敵龅脑黾酉嗷サ窒?。因此，可抑制由使用溫度引起的傳感器輸出的變動。其結(jié)果，壓電傳感器的溫度特性提高。
[0009]因此，在本結(jié)構(gòu)中，能夠高精度地檢測按壓。
[0010](2)第一粘貼層的厚度是40μπι以下。
[0011]若第一粘貼層過厚，則第一平板電極與壓電膜的距離變長，所以在壓電膜形變時，能夠從壓電膜取出的電荷量減少。在本結(jié)構(gòu)中，能夠從壓電膜取出足夠的電荷量。
[0012](3)第一粘貼層的彈性模量比第二粘貼層的彈性模量小。
[0013]若第一粘貼層的彈性模量較大，則粘貼于壓電膜的第一平板電極容易阻礙壓電膜的變形。若第二粘貼層的彈性模量較小，則板部件的形變?nèi)菀妆坏诙迟N層緩和。在本結(jié)構(gòu)中，能夠容易地將板部件的形變傳遞至壓電膜。
[0014](4)第一粘貼層以丙烯酸類粘合劑為材料。
[0015]在該結(jié)構(gòu)中，能夠減小第一粘貼層的彈性模量。
[0016](5)壓電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，在壓電膜使用PVDF(聚偏氟乙烯)的情況下，有使用溫度的變化給壓電膜的壓電特性帶來影響的可能性。然而，在本結(jié)構(gòu)中，由于聚乳酸沒有熱電性，所以能夠高精度地進行壓電膜的按壓的檢測。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，能夠高精度地檢測按壓。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是第一實施方式的壓電傳感器的俯視圖。
[0022]圖2是第一實施方式的壓電傳感器的A-A剖視圖。
[0023]圖3是傳感器部13的A-A剖視圖。
[0024]圖4是對第一實施方式的壓電傳感器的按壓探測進行說明的剖視圖。
[0025]圖5是表示相對于粘貼層22、23的彈性模量的產(chǎn)生電荷的圖表。
[0026]圖6是第二實施方式的壓電傳感器的俯視圖。
[0027]圖7是第二實施方式的壓電傳感器的B-B剖視圖。
[0028]圖8是傳感器部33的B-B剖視圖。
【具體實施方式】
[0029]《第一實施方式》
[0030]對本發(fā)明的第一實施方式的壓電傳感器10進行說明。壓電傳感器10例如被利用于多功能移動終端。圖1是壓電傳感器10的俯視圖。圖2是壓電傳感器10的A-A剖視圖。壓電傳感器10具備箱狀的背側(cè)殼體部11、矩形平板狀的玻璃板12、條紋狀的傳感器部13以及電路部(未圖示)。背側(cè)殼體部11由框狀的側(cè)面以及矩形的底面構(gòu)成，并具有矩形的開口部。玻璃板12與背側(cè)殼體部11抵接以便堵塞背側(cè)殼體部11的開口部，從而構(gòu)成具有中空部的長方體狀的殼體14。傳感器部13通過粘合劑粘貼于玻璃板12以便被配置在殼體14的內(nèi)部。在俯視時，傳感器部13配置于玻璃板12的長邊方向的端部。傳感器部13的長邊方向與玻璃板12的短邊方向平行。電路部配置于殼體14的內(nèi)部，并與傳感器部13電連接。以下，將殼體14的主面的長邊方向稱為X方向，將殼體14的主面的短邊方向稱為Y方向，將與殼體14的主面相垂直的方向稱為Z方向。
[0031]圖3是傳感器部13的A-A剖視圖。傳感器部13具備壓電膜21、粘貼層22、23、平板電極24、25以及基材層26、27。在壓電膜21的第一主面經(jīng)由粘貼層22配置有平板電極24。粘貼層22將平板電極24粘貼于壓電膜21的第一主面。在壓電膜21的第二主面經(jīng)由粘貼層23配置有平板電極25。粘貼層23將平板電極25粘貼于壓電膜21的第二主面。平板電極24、25與電路部(未圖示)電連接。粘貼層22比粘貼層23厚。優(yōu)選粘貼層22的厚度是30μπι，粘貼層23的厚度是ΙΟμπι。由此，如后述那樣，由按壓(壓入)引起的玻璃板12的形變?nèi)菀讉鬟f至壓電膜21。在平板電極24的主面中的與壓電膜21側(cè)相反側(cè)的主面配置有基材層26。在平板電極25的主面中的與壓電膜21側(cè)相反側(cè)的主面配置有基材層27。傳感器部13經(jīng)由粘貼層28配置于玻璃板12的主面，以便基材層27側(cè)朝向玻璃板12。即，粘貼層22被配置在壓電膜21的與玻璃板12側(cè)相反的一側(cè)，粘貼層23被配置在壓電膜21的玻璃板12—側(cè)。傳感器部13通過粘貼層28粘貼于玻璃板12的主面。例如，粘貼層28的厚度是30μπι。
[0032]玻璃板12相當于本發(fā)明的板部件。粘貼層22相當于本發(fā)明的第一粘貼層。粘貼層23相當于本發(fā)明的第二粘貼層。平板電極24相當于本發(fā)明的第一平板電極。平板電極25相當于本發(fā)明的第二平板電極。
[0033]壓電膜21的材料是PLLA(L型聚乳酸)JLLA是手性高分子，主鏈具有螺旋結(jié)構(gòu)。若PLLA單軸延伸，而分子取向，則具有壓電性。單軸延伸的PLLA的壓電常數(shù)在高分子中屬于非常高的門類。
[0034]另外，PLLA通過延伸等的分子的取向處理而產(chǎn)生壓電性，無需像PVDF等其它聚合物、壓電陶瓷那樣，進行極化處理。即，不屬于鐵電體的PLLA的壓電性不是像PVDF、PZT等鐵電體那樣通過離子的極化而發(fā)現(xiàn)的，而是由分子的特征性的結(jié)構(gòu)即螺旋結(jié)構(gòu)引起的。因此，在PLLA中不會產(chǎn)生在其它的鐵電性的壓電體中產(chǎn)生的熱電性。并且，在PVDF等中，會發(fā)現(xiàn)隨著時間的經(jīng)過壓電常數(shù)的變動，根據(jù)情況存在壓電常數(shù)顯著降低的情況，但PLLA的壓電常數(shù)隨著時間的經(jīng)過極其穩(wěn)定。
[0035]若沿PLLA的延伸方向取第3軸，沿與第3軸方向垂直的方向取第I軸以及第2軸，則PLLA中存在dl4的壓電常數(shù)(剪切壓電常數(shù))。切取條紋狀的壓電膜21，以便第I軸方向為厚度方向，相對于第3軸方向(延伸方向)成45°的角度的方向為長邊方向。由此，若壓電膜21在長邊方向上伸縮，則壓電膜21在厚度方向上發(fā)生極化。
[0036]粘貼層22、23、28的材料是粘合劑。相對于粘接劑在粘接時從液體變?yōu)楣腆w來說，粘合劑的特征是總是穩(wěn)定地保持潤濕的狀態(tài)。通過對粘貼層22、23、28的材料使用粘合劑，與粘接劑相比能夠容易地控制粘合劑的厚度。粘貼層22的彈性模量比粘貼層23的彈性模量小。尤其，優(yōu)選粘貼層22的材料是丙烯酸類粘合劑。粘貼層23、28的材料優(yōu)選是橡膠、有機硅或者聚乙烯粘合劑。由此，如后所述，由按壓引起的玻璃板12的形變?nèi)菀讉鬟f至壓電膜21。平板電極24、25由銅箔等金屬膜構(gòu)成?；膶?6、27的材料是聚酰亞胺等樹脂。
[0037]圖4是對壓電傳感器10的按壓探測進行說明的剖視圖。若玻璃板12被壓入，則由于玻璃板12的端部被固定于背側(cè)殼體部11，所以玻璃板12彎曲成向被壓入的方向形成為突出。由于玻璃板12的主面中殼體14的內(nèi)部側(cè)的主面伸長(形變)，所以粘貼于該主面的傳感器部13向長邊方向(Y方向)伸長。由于構(gòu)成傳感器部13的壓電膜21(參照圖3)沿長邊方向伸長，所以如上述那樣，由于壓電效應(yīng)，壓電膜21在厚度方向發(fā)生極化。由在壓電膜21的兩個主面上產(chǎn)生的電荷在平板電極24、25感應(yīng)電荷。在平板電極24、25感應(yīng)出的電荷被電路部(未圖示)吸收。電路部將該電荷的流動(電流)轉(zhuǎn)換成電壓。這樣，能夠作為電壓來檢測對玻璃板12施加的按壓。
[0038]接下來，對粘貼層22、23(參照圖3)的厚度以及材料與壓電膜21的形變(Y方向的垂直形變)的關(guān)系進行說明。若粘貼層22較薄，則容易受到粘貼于壓電膜21的平板電極24的拘束，而阻礙壓電膜21的變形。因此，由按壓引起的玻璃板12的形變難以傳遞至壓電膜21。另一方面，若粘貼層23較厚，則由按壓引起的玻璃板12的形變被粘貼層23緩和，所以難以傳遞至壓電膜21。因此，從機械性的形變的觀點來看，如上述那樣，通過加厚粘貼層22，并削薄粘貼層23，能夠使壓電膜21容易形變。
[0039]若粘貼層22(23)過厚，則平板電極24(25)與壓電膜21的距離延長，所以能夠從壓電膜21取出的電荷量減少。另外，在原理上粘貼層23越薄越優(yōu)選，但在實用上會出現(xiàn)ΙΟμπι以下的厚度的粘性膠帶的獲取性較差、以及粘接強度降低而可靠性降低這樣的問題。
[0040]考慮這些條件，如上述那樣，將粘貼層22的厚度設(shè)定為40μπι以下。特別優(yōu)選，將粘貼層22的厚度設(shè)定為30μπι，將粘貼層23的厚度設(shè)定為ΙΟμπι。
[0041]圖5是表示相對于粘貼層22、23的彈性模量的產(chǎn)生電荷的圖表。產(chǎn)生電荷是在對壓電傳感器10施加了規(guī)定的按壓時從壓電膜21取出的電荷。在圖5中，作為粘貼層22、23的材料使用丙烯酸類粘合劑。在結(jié)構(gòu)ESl中，粘貼層22、23的厚度均為ΙΟμπι。在結(jié)構(gòu)ES2中，粘貼層22的厚度是30μπι，粘貼層23的厚度是ΙΟμπι。另外，在圖5中示出了使用溫度-30°C、25°C、60°C與粘貼層22、23的彈性模量的對應(yīng)關(guān)系。使用溫度-30°C是使用溫度范圍的下限的假定值，使用溫度60°C是使用溫度范圍的上限的假定值，使用溫度25°C是室溫的假定值。
[0042]在結(jié)構(gòu)ES1、ES2中，若粘貼層22、23的彈性模量增大(若使用溫度降低)，則產(chǎn)生電荷增大，但若粘貼層22、23的彈性模量為17以上，則產(chǎn)生電荷幾乎為恒定。在粘貼層22、23的彈性模量較大的情況下(使用溫度較低的情況下)，結(jié)構(gòu)ESl中的產(chǎn)生電荷大于結(jié)構(gòu)ES2中的產(chǎn)生電荷。在粘貼層22、23的彈性模量較小的情況下(使用溫度較高的情況下)，結(jié)構(gòu)ES2中的產(chǎn)生電荷大于結(jié)構(gòu)ESl中的產(chǎn)生電荷。
[0043]在室溫(25°C)下，結(jié)構(gòu)ES2中的產(chǎn)生電荷大于結(jié)構(gòu)ESl中的產(chǎn)生電荷。即，通過使粘貼層22比粘貼層23厚，從而能夠提高室溫下的傳感器靈敏度。
[0044]另外，在室溫附近，在結(jié)構(gòu)ES2中，與結(jié)構(gòu)ESl相比，產(chǎn)生電荷的溫度變化率減小。即，通過使粘貼層22比粘貼層23厚，從而能夠抑制由使用溫度引起的產(chǎn)生電荷的變動。
[0045]與粘貼層22、23的厚度的關(guān)系相同，若粘貼層22的彈性模量較大，則粘貼于壓電膜21的平板電極24容易阻礙壓電膜21的變形。若粘貼層23的彈性模量較小，則由按壓引起的玻璃板12的形變?nèi)菀妆徽迟N層23緩和。因此，如上述那樣，通過對粘貼層22使用丙烯酸類粘合劑，對粘貼層23使用橡膠、有機硅或者聚乙烯類粘合劑等，能夠容易使壓電膜21形變。
[0046]另外，由于粘貼層22比粘貼層23厚，所以若使用溫度升高，則粘貼層23變?nèi)彳?，但粘貼層22變得更柔軟。此外，粘貼層的硬度由粘貼層的厚度和粘貼層的材料的彈性模量的積來確定。由此，由粘貼層23變?nèi)彳浺鸬膫鞲衅鬏敵?電壓)的降低與由粘貼層22變?nèi)彳浺鸬膫鞲衅鬏敵龅脑黾酉嗷サ窒?。因此，從圖5也可知，可抑制由使用溫度引起的傳感器輸出的變動。其結(jié)果，能夠在壓電傳感器1中提高溫度特性。
[0047]在第一實施方式中，粘貼層22比粘貼層23厚。因此，如上述那樣，按壓的玻璃板12的形變?nèi)菀讉鬟f至壓電膜21。另外，如上述那樣，壓電傳感器10的溫度特性提高。其結(jié)果，在第一實施方式中，能夠高精度地檢測按壓。
[0048]《第二實施方式》
[0049]對本發(fā)明的第二實施方式的壓電傳感器30進行說明。圖6是壓電傳感器30的俯視圖。圖7是壓電傳感器30的B-B剖視圖。圖8是傳感器部33的B-B剖視圖。壓電傳感器30具備背側(cè)殼體部11、玻璃板12、傳感器部33、隔離物35a、35b、條紋狀的SUS(不銹鋼)板36、柱狀的按壓件37以及電路部(未圖示KSUS板36相當于本發(fā)明的板部件。
[0050]與第一實施方式相同，由背側(cè)殼體部11以及玻璃板12構(gòu)成殼體14。隔離物35a、35b配置于殼體14的內(nèi)部。隔離物35a配置于殼體14的側(cè)面中的與X方向平行的第一側(cè)面附近。隔離物35b配置于殼體14的第二側(cè)面(與第一側(cè)面對置的側(cè)面)附近。隔離物35a、35b配置于殼體14的X方向的大致中央部。
[0051 ] SUS板36被配置于殼體14的內(nèi)部，以便SUS板36的主面與玻璃板12的主面平行。SUS板36配置于殼體14的X方向的大致中央部。SUS板36的長邊方向與Y方向平行。SUS板36的長邊方向的兩端分別被隔離物35a、35b支承。在SUS板36與玻璃板12之間以及SUS板36與背側(cè)殼體部11的底面之間形成有空間。
[0052]傳感器部33通過粘合劑粘貼于SUS板36的主面中的玻璃板12側(cè)的主面，以使長邊方向為Y方向。電路部配置于殼體14的內(nèi)部，與傳感器部33電連接。粘貼層22(參照圖8)被配置在壓電膜21的玻璃板12—側(cè)，粘貼層23被配置在壓電膜21的SUS板一側(cè)。粘貼層22比粘貼層23厚。
[0053]按壓件37配置于玻璃板12與傳感器部33之間，與玻璃板12以及傳感器部33抵接。按壓件37在Y方向上比傳感器部33短。按壓件37在Y方向上配置于SUS板36的大致中央部。
[0054]其它的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。
[0055]若玻璃板12被壓入，則經(jīng)由按壓件37，SUS板36被壓入。SUS板36彎曲成向被壓入的方向形成為突出。由于SUS板36的主面中玻璃板12側(cè)的主面收縮，所以粘貼于該主面的壓電膜21收縮。由于壓電效應(yīng)在平板電極24、25感應(yīng)出的電荷被電路部(未圖示)吸收。電路部將該電荷的流動(電流)轉(zhuǎn)換成電壓。這樣，能夠?qū)ΣＡО?2施加的按壓作為電壓檢測。
[0056]在第二實施方式中，與第一實施方式相同，粘貼層22比粘貼層23厚。因此，由按壓引起的SUS板36的形變?nèi)菀讉鬟f至壓電膜21。另外，壓電傳感器30的溫度特性提高。其結(jié)果，在第二實施方式中，能夠高精度地檢測按壓。
[0057]此外，在上述實施方式中玻璃板被壓入，但本發(fā)明的壓電傳感器并不限定于此。也可以代替玻璃板，使用由玻璃板、觸摸面板以及液晶面板重疊成層狀的面板。
[0058]附圖標記說明
[0059]10、3(^_壓電傳感器；11-_背側(cè)殼體部；12-_玻璃板(板部件)；13、33-_傳感器部；14...殼體;21...壓電膜;22...粘貼層(第一粘貼層)；23…粘貼層(第二粘貼層)；28…粘貼層;24…平板電極(第一平板電極)；25...平板電極(第二平板電極)；26、27...基材層;35a、35tr"隔咼物;36...SUS板(板部件)；37...按壓件。
【主權(quán)項】
1.一種壓電傳感器，具備: 壓電膜，具有第一主面以及第二主面； 第一平板電極以及第二平板電極； 第一粘貼層，將所述第一平板電極粘貼于所述第一主面； 第二粘貼層，將所述第二平板電極粘貼于所述第二主面；以及 板部件，經(jīng)由所述第二平板電極以及所述第二粘貼層粘貼所述壓電膜，并因壓入而形變， 所述第一粘貼層比所述第二粘貼層厚。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電傳感器，其中， 所述第一粘貼層的厚度是40μπι以下。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電傳感器，其中， 所述第一粘貼層的彈性模量比所述第二粘貼層的彈性模量小。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的壓電傳感器，其中， 所述第一粘貼層以丙烯酸類粘合劑為材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的壓電傳感器，其中， 所述壓電膜由手性高分子形成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電傳感器，其中， 所述手性高分子是聚乳酸。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓電傳感器，其中， 所述聚乳酸是L型聚乳酸。
【文檔編號】H01L41/113GK105917202SQ201580005041
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年1月6日
【發(fā)明人】河村秀樹, 中路博行, 山口喜弘, 遠藤潤, 齊藤誠人
【申請人】株式會社村田制作所