DE2444220B2 - Tastaturschalter mit einer piezoelektrischen Polymerisatfolie - Google Patents
Tastaturschalter mit einer piezoelektrischen PolymerisatfolieInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Tastaturschalter mit einer piezoelektrischen Polymerisatfolie, weleher
auf beiden Seiten Elektroden trägt.
Bei einem bekannten Tastaturschalter dieser Art (JP-Patentanmeldung 37244/72) sind auf einer Seite
eine die gesamte Fläche der Folie bedeckende Elektrode und auf der anderen Seite punktförmige Einzelelektroden
vorgesehen, deren jede an eine Einrichtung geschaltet ist, mittels welcher es ermöglicht
werden soll, bei Betätigung festzustellen, an welcher Stelle die Betätigung erfolgte. Ein Nachteil dieser bekannten
Ausführung besteht darin, daß verhältnismäßig aufwendige Mittel vorgesehen werden müssen, um
festzustellen, an welcher Stelle eine Betätigung erfolgte. Dies ergibt sich unter anderem dadurch, daß
sich bei Betätigung an einer Stelle, d. h. an einer Stelle, an der sich eine punktförmige Elektrode befindet, zufolge
der Verformung der Polymerisatfolie unvermeidbar auch an den jeweils benachbarten punktfcrmigen
Elektroden zumindest eine Teilbetätigung ergibt, wodurch unerwünschtes »Geräusch« erzeugt
wird. In der genannten Einrichtung müssen daher die
jo Geräuschsignale von dem echten Betätigungssignal
unterschieden werden.
Bei einer anderen Ausführung gemäß der genannten Literaturstelle sind auf jeder Seite der Polymerisatfolie
Streifenelektroden vorgesehen, wobei jedoch
J5 die Streif enelektroden auf einer Seite im rechten Winkel
zu den Streifenelektroden auf der anderen Seite vorgesehen sind. Demgemäß kann an den Kreuzungsstellen jeweils durch Druckbetätigung ein elektrisches
Signal erzeugt werden. Auch bei dieser Ausführung besteht der Nachteil, daß bei Betätigung an einer
Kreuzungsstelle an benachbarten Kreuzungsstellen Geräuschsignale erzeugt werden, und es müssen wiederum
Mittel vorgesehen werden, um eine Unterscheidung der erzeugten Signale vorzunehmen. Die
Unterscheidung von Geräuschsignalen und Betätigungssignalen erfolgt bei diesen bekannten Tastaturschaltern
in Abhängigkeit von der Stärke der Signale, wobei allgemein Signale, deren Stärke einen gewissen
Wert überschreitet, als Betätigungssignale definiert werden, wohingegen Signale, deren Stärke unterhalb
eines bestimmten Wertes liegt, als Geräuschsignale definiert werden. Hierbei ergibt sich das Problem, daß
eine richtige Unterscheidung natürlich nur dann getroffen werden kann, wenn vorausgesetzt wird, daß
für eine Betätigung immer der gleiche Druck angelegt wird. Da dies beispielsweise bei rein handbetätigten
Tastaturen praktisch nicht zu erreichen ist, müssen gesonderte Mittel vorgesehen werden, um immer gleichen
Betätigungsdruck hervorzurufen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Tastaturschalter der einleitend genannten Art so auszuführen, daß
bei Betätigung keine Geräuschsignale an Betätigungsstellen erzeugt werden, die der Betätigungsstelle
benachbart liegen, an welcher die Betätigung jeweils erfolgt.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß auf einer Seite der die Elektroden tragenden
Polymerisatfolie A ein Substrat B vorgesehen
ist, welches an vorbestimmten Stellen der Polymerisatfolie, an denen sich zwei Elektroden gegenüberliegen,
Fenster oder Ausnehmungen aufweist, und an welchem die Polymerisatfolie in den Bereichen zwischen
den Fenstern oder Ausnehmungen befestigt ist.
Bei einem Tastaturschalter gemäß der Erfindung kann die Polymerisatfolie in den Bereichen, in denen
sie an dem Substrat befestigt ist, praktisch nicht vorformt werden, so daß der im Bereich der Fenster oder
Ausnehmungen angelegte Betätigungsdi uck nicht iu
durch die Folie hindurch zu den benachbarten Fensterbereichen bzw. Ausnehmungsbereichen übertragen
werden kann. Somit können an diesen benachbarten Fensterbereichen bzw. Ausnehmungsbereichen
praktisch keine Geräuschsignale erzeugt werden, so daß die Feststellung, an welcher Stelle eine Betätigung
erfolgte, leicht und eindeutig ist.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen unter Schutz gestellt.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert.
Fig. 1 ist eine Querschniitsansicht einer Ausführungsform
eines Tastaturschalters gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Draufsicht eines Substrats des Tastaturschalters
gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Tastaturschalters gemäß der
Erfindung;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer noch an- jo deren Ausführungsform eines Tastaturschalters gemäß
der Erfindung.
Ein Tastaturschalter gemäß der Erfindung umfaßt eine grundsätzliche Ausführung a) bis c), wie sie nachstehend
beschrieben wird.
Der die mechanische Spannung in ein elektrisches Feld umwandelnde Wandler des Schalters gemäß der
Erfindung umfaßt ein multipiezoelektrisches Polymerisatfoliengebilde
A, welches eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen in einer Folie enthält, die
den nachstehenden Bedingungen a) bis c) genügen.
a) Die piezoelektrischen Elemente haben an ihren beiden Oberflächen Elektroden, wobei diejenigen
piezoelektrischen Teile, die Elektroden nur an einer Oberfläche aufweisen, nicht geeignet
sind.
b) Die Teile der Polymerisatfolie der piezoelektrischen Elemente, die zwischen den Elektroden an
den beiden Oberflächen liegen, haben piezoelektrische Eigenschaften. Diejenigen Teile der
Folie, die nicht zwischen den Elektroden liegen, können piezoelektrische Eigenschaften
haben, jedoch sind solche Teile ausgeschlossen, da Signale nicht geliefert werden, wenn in
diesen Teilen Änderungen des piezoelektrischen Feldes auftreten.
c) Irgend zwei piezoelektrische Elemente, die zwischen den Elektroden an den beiden Oberflächen
liegen, sind voneinander unabhängig, und zwar mindestens mit Bezug auf ihre Elektroden bo
an einer Fläche.
Das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde gemäß vorstehender Beschreibung ist über einem
Substrat B angeordnet, das Ausnehmungen oder Fenster an Stellen entsprechend jedem der piezoelekfrischen
Elemente hat.
Die Folie ist zwischen jedem der piezoelektrischen Elemente an den Fenstern an Stellen zwischen den
Fenstern oder Ausnehmungen an dem Substrat befestigt, und zwar derart, daß verhindert ist, daß mechanische
Spannung, die an eines der piezoelektrischen Elemente angelegt wird, auf andere piezoelektrische
Elemente übertragen wird.
Es sind elektrische Stromkreise vorgesehen, so daß die Änderungen des elektrischen Feldes, welches von
jedem piezoelektrischen Element erzeugt wird, ein unabhängiger Ausgang sein können.
Es ist erforderlich, daß die piezoelektrischen Elemente gemäß der Erfindung Elektroden an beiden
Seiten haben, und daß wenigstens der zwischen den Elektroden befindliche Teil der Polymerisatfolie piezoelektrische
Eigenschaften hat.
Die Polymerisatfolie kann überall gleichmäßige piezoelektrische Eigenschaften haben, oder sie kann
örtlich polarisiert sein und in den Teilen für die piezoelektrischen Elemente piezoelektrisch gemacht sein.
Die piezoelektrischen Teile des Foliengebildes sollen Elektroden an beiden Seiten haben, und solche, die
Elektroden nur auf einer Seite haben, sind hier nicht geeignet. Beispielsweise können sie gebildet werden
durch Anordnen der Elektroden im wesentlichen auf der gesamten Fläche auf einer Seite der piezoelektrischen
Polymerisatfolie, und durch Anordnen anderer Elektroden auf der Oberfläche der anderen Seite in
punktartigem Muster, jedoch brauchen die piezoelektrischen Elemente nur an Stellen gebildet zu werden,
an denen die Elektroden in diesem Punktmuster angeordnet sind. In ähnlicher Weise brauchen, wenn
Elektroden in einem linearen Muster an beiden Flächen der Folie angeordnet werden derart, daß die
Elektroden an beiden Flächen einander kreuzen, die piezoelektrischen Elemente nur an diesen Kreuzungsstellen gebildet zu werden.
Geeignete Elektroden umfassen Materialien, wie beispielsweise Gold, Platin, Silber, Kupfer, Aluminium,
Nickel, Zinn und andere leitende Substanzen, und sie werden auf beiden Seiten einer hochpolymeren
Folie angeordnet unter Anwendung verschiedener Mittel wie Dampfniederschlagung, Plattierung, Bedrucken,
Ankleben und dergleichen.
Das Substrat kann gebildet werden unter Schaffung der erforderlichen Ausnehmungen in geeigneten Materialien
wie Metali, synthetisches Harz, starrer Kautschuk, Holz, Lithoplatten, Beton, Gipspappe und in
anderen ähnlichen Materialien.
Die Innenseiten der Ausnehmungen brauchen nicht immer frei zu sein, und sie können mit einer Flüssigkeit
oder einer biegsamen festen Substanz wie Schaumkautschuk gefüllt sein.
Irgendwelche üblichen Mittel können dazu verwendet werden, den Umfang der piezoelektrischen
Elemente an dem Substrat zu befestigen. Beispielsweise kann ein Verkleben oder Festklemmen erfolgen,
solange die mechanische Spannung, wenn sie an ein piezoelektrisches Element angelegt wird, im wesentlichen
nicht auf benachbarte piezoelektriche Elemente übertragen wird.
In Fig. 1 ist mit A ein multipiezoelektrisches Polymerisatfoliengebilde
bezeichnet, welches eine polare Polymerisatfolie 1 beispielsweise aus Polyvinylidenfluorid
aufweist, die Elektroden 2 in einem Punktmuster an einer Fläche, und eine Elektrode 3 aufweist,
welche die andere Fläche der Folie 1 vollständig überdeckt. Die Elektroden können durch Dampfniederschlagung
gebildet sein. Diejenigen Teile der Folie 1, die zwischen diesen beiden Elektroden 2. 3 liesen.
sind piezoelektrisch. Ein auf das Polymerisatfoliengebilde
A aufgelegtes Substrat B hat Ausnehmungen oder Fenster 4 an Stellen entsprechend den punktartigen
Elektroden 2, und sie haben einen Oberflächenbereich, der geringfügig kleiner als der Oberflächenbereich
der gegenüberliegenden Elektroden ist. Elektrische Kontakte 5 sind in dem Umfang der Fenster
4 angeordnet für Kontakt mit den Elektroden 2, die über den Umfang der Fenster 4 hinausgehen und
eine elektrische Verbindung damit bilden, wenn das ι ο Polymerisatfoliengebilde A und das Substrat B zu einem
Schichtgebilde zusammengefügt sind, wobei eine gedruckte Schaltung zwischen jedem der elektrischen
Kontakte und Anschlüsse T vorgesehen ist, die entsprechend an dem Umfang des Substrats B vorgesehen
sind. Das Polymerisatfoliengebilde A und das Substrat B sind aneinander gebunden unter Verwendung
von Klebmittel, wobei der Umfang der Punktelektroden 2 mit den elektrischen Kontakten 5 mittels
elektrisch leitendem Klebmittel 7 verbunden ist und wobei andere Teile mit isolierendem Klebmittel 8
verbunden sind.
Die Polymerisatfolie A und das Substrat B können nur am Umfang jedes Fensters 4 unter Verwendung
lediglich von elektrisch leitendem Klebmittel miteinander verbunden oder zusammengefügt werden, oder
sie können zusammengefügt werden unter Verwendung von elektrisch leitendem Klebmittel, wobei sie
lediglich elektrisch über den Kontakt in diesen Teilen verbunden werden. Im letzteren Fall sollte der elektri- jo
sehe Kontakt zwischen den Kontakten an dem Substrat B und dem damit in Berührung stehenden Umfang
der Elektroden 2 nicht durch isolierendes Klebmittel isoliert werden.
Die gedruckte Schaltung kann statt an dem Substrat B an dem Foliengebilde A vorgesehen sein, und
in diesem Fall besteht keine Notwendigkeit für einen elektrischen Kontakt zwischen dem Polymerisatfoliengebilde
A und dem Substrat B.
Die Vorrichtung ist geerdet, beispielsweise mittels der Elektrode 3, die auf der gesamten Oberfläche der
Folie 1 angeordnet ist. Die Erdung kann an einer Stelle 9 erfolgen. Die Elektrode 3 ist über jeden der
Anschlüsse T und mittels eines Feldeffekttransistors 10 an einen Signalbehandlungsstromkreis 11 geschaltet.
Wenn eine mechanische Spannung beispielsweise an das piezoelektrische Element P1 der piezoelektrischen
Elemente P1, P2 ... P9 angelegt wird, wird am
Anschluß T1 ein piezoelektrisches Feld erzeugt, welches
zu dem Signalverarbeitungsstromkreis 11 gesendet wird, um einen Schaltvorgang entsprechend dem
Eingangssignal von dem piezoelektrischen Element P1 auszuführen. Da der Umfang der Elektroden 2 des
piezoelektrischen Polymerisatfoliengebildes A mittels isolierendem Klebmittel an dem Substrat B befestigt
ist, sind benachbarte piezoelektrische Elemente voneinander frei, soweit es mechanische Spannung
betrifft, da sie an dem Zwischenteil zwischen ihnen getrennt sind, und eine an ein piezoelektrisches Element
angelegte mechanische Spannung wird nicht auf die anderen piezoelektrischen Elemente übertragen.
Auf diese Weise werden keine Signale an den anderen Anschlüssen T1, T}... T9 erzeugt. Wenn der Umfang
der Elektrode 3 nicht am Umfang der Fenster 4 befestigt ist, bewirkt eine an das piezoelektrische Element b5
P1 angelegte mechanische Spannung eine Änderung des piezoelektrischen Feldes in dem gesamten Foliengebilde
A, da dies nicht mit Bezug auf die mechanische Spannung isoliert ist, so daß unvermeidbar piezoelektrisches
Signalgeräusch stärker oder schwächer in den jeweils benachbarten piezoelektrischen Elementen,
beispielsweise P2, P3... P9 usw. erzeugt wird.
Eine andere Ausführungsform eines Tastaturschalters gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, gemäß
welcher ein multipiezoelektrisches Polymerisatfoliengebilde Ax aus einer piezoelektrischen Polymerisatfolie
la erzeugt ist, die auf beiden Flächen Punktelektroden 2a, 3a aufweist. Ein Substrat B1 hat
Fenster 4a und kleine Ausnehmungen 12 an der Unterseite zum Befestigen der Polymerisatfolie la an
Stellen zwischen jedem der piezoelektrischen Elemente. Ein Drücksubstrat B2 hat Vorsprünge 13 an
Stellen entsprechend den Ausnehmungen 12 sowie tiefe Ausnehmungen 14 an Stellen entsprechend den
Fenstern 4a in dem Substrat B1. Das Polymerisatfoliengebilde
A x ist zwischen den beiden Substraten gehalten und dadurch an den Substraten A1 und B2 befestigt,
und als Ergebnis sind alle piezoelektrischen Elemente an den Zwischenstellen mit Bezug auf angelegte
mechanische Spannung voneinander getrennt.
Bei dem Tastaturschalter gemäß Fig. 1 oder Fig. 3 kann eine Betätigung, d. h. das Anlegen einer mechanischen
Spannung mittels Finger oder anderen Mitteln erfolgen, wenn jedoch eine eine starke mechanische
Spannung anlegende Einrichtung direkt mit den Elektroden in Berührung gebracht wird, besteht ein Bestreben
zum Zerstören der Elektroden oder zum Zerreißen der Polymerisatfolie.
Der Tastaturschalter gemäß Fig. 3 ist so ausgeführt, daß die mechanische Spannung auf jedes der
piezoelektrischen Elemente mittels eines fließfähigen Mediums übertragen werden kann, während direkte
Berührung zwischen der die mechanische Spannung anlegenden Einrichtung und den Elektroden verhindert
ist. In Fig. 3 ist mit 15 eine biegsame Kautschukschicht oder eine synthetische Harzfolie bezeichnet,
die durch Klebung oder auf andere Weise an der oberen Fläche des Substrats S1 angebracht ist. Mit 16
sind Druckknöpfe bezeichnet, und mit 17 eine äußere Abdeckung der Schaltertafel. Wie aus der Zeichnung
ersichtlich, ist jedes Fenster 4a in dem Substrat B1
an beiden Stirnflächen mit der Polymerisatfolie Ax
und der Schicht oder Bahn 15 verschlossen und bildet einen Behälter für das Betätigungsmedium. Als Betätigungsmedium
wird üblicherweise in den Fenstern 4a eingeschlossene Luft verwendet, jedoch können andere
gasförmige oder flüssige Medien verwendet werden, die in den Fenstern 4 a dicht eingeschlossen sind.
Bei dieser Ausführung wird durch Betätigung eines Druckknopfes 16 die unter dem Knopf befindliche
Bahn oder Schicht 15 niedergedrückt, und es wird ein Mediumdruck innerhalb der Fenster Aa erzeugt, wodurch
ein piezoelektrisches Feld erzeugt wird.
Anstatt durch Niederdrücken der Schicht 15 gemäß Fig. 3 kann ein Schaltvorgang auch ausgeführt werden
durch Schaffung zusätzlicher Mediumleitungen von die Behälter für das Abeitsmedium darstellenden
Fenster 4 a, wobei dann der Mediumdruck in der Lei tung geändert wird. In diesem Fall braucht die Schicht
15 nicht biegsam zu sein.
Ein dünner Schutzüberzug kann auf die Oberfläche der Elektroden aufgebracht werden als ein anderes
Mittel, um direkte Berührung zwischen Elektroden und einer Einrichtung zu verhindern, mittels welcher
starke mechanische Spannung an das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde angelegt wird. Dies
ist außerordentlich vorteilhaft, da ein solcher Überzug die Elektroden nicht nur gegen Abrieb schützen kann,
sondern auch gegen Feuchtigkeit und korrodierende Atmosphären, und dieser Überzug kann, falls es gewünscht
wird, auch an den Teilen des Tastaturschai- r>
ters gemäß den Fig. 1 bis 3 angebracht werden. Es ist jedoch zu bemerken, daß die Dicke des Überzugs
derart begrenzt sein soll, daß die Polymerisatfolie durch eine kleine mechanische Spannung verformt
werden kann. in
Wenn das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde gegen stärkere mechanische Stöße geschützt
werden soll, kann die Polymerisatfolie mit einer Schicht aus biegsamem Stoßdämpfungsmaterial überzogen
werden, beispielsweise mit einer Schicht aus Kautschuk, aus geschäumtem Polyurethan, weichem
Polyvinylchlorid, Polyäthylen usw., wobei dann die mechanische Spannung über diese stoßdämpfende
Schicht an das Polymerisatfoliengebilde angelegt wird. Beispielsweise bei dem Tastaturschalter gemäß Fig. 3
kann an Stelle des Betätigungsmediums in den Fenstern 4 a ein solches stoßdämpfendes Material verwendet
werden. Die einfachste Tastaturschalterausführung, bei der eine stoßdämpfende Schicht verwendet
wird, ist in Fig. 4 dargestellt, gemäß welcher ein multipiezoelektrisches Polymerisatfoliengebilde mit
einer stoßdämpfenden Schicht von etwa der gleichen Größe überzogen ist.
Gemäß Fig. 4 ist ein multipiezoelektrisches Polymerisatfoliengebilde
A2, welches dem Polymerisatfo- jo üengebilde A gemäß Fig. 1 ähnlich ist, aus einer piezoelektrischen
Polymerisatfolie zusammengesetzt, die an ihrer unteren Fläche Punktelektroden und an ihrer
oberen Fläche eine die gesamte Fläche überdeckende Elektrode aufweist. Die Elektroden sind durch j5
Dampfniederschlagung aufgebracht. Ein Substrat B3
hat Ausnehmungen an Stellen entsprechend den Punktelektroden, und gedruckte Schaltungen sind
entweder an dem Polymerisatfoliengebilde A2 oder
an dem Substrat B3 gebildet. Mit C ist eine biegsame
stoßdämpfende Schicht bezeichnet, die beispielsweise aus Kautschuk, geschäumtem Polyurethan usw. besteht.
Mit D ist eine Halteplatte bezeichnet, die Arbeitsfenster 19 an Stellen entsprechend jedem der
piezoelektrischen Elemente hat. Die dargestellte Ausführung ist so getroffen, daß durch Zusammenklemmen
des Substrats B3 und der Platte D mittels
Bolzen und Muttern 20 der Umfang jedes der piezoelektrischen Elemente und die darüber befindlichen
Teile des stoßdämpfenden Materials an dem Substrat B3 und dem Umfangsbereich rund um die Fenster 19
in der Platte D befestigt sind, wodurch die piezoelektrischen Elemente mit Bezug auf mechanische Spannung
voneinander getrennt sind, was bedeutet, daß mechanische Spannungen, die an ein piezoelektrisches
Element angelegt werden, auf die anderen piezoelektrischen Elemente nicht übertragen werden.
Das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde gemäß der Erfindung kann aus verschiedenen
piezoelektrischen Folien ausgewählt sein, beispiels- b0
weise aus einachsig oder zweiachsig orientierter Poly-y-methylglutamatfolie, oder aus Folien, die bei
der Herstellung nicht piezoelektrisch sind, jedoch insgesamt oder teilweise piezoelektrisch gemacht werden
können mittels Polarisation in einem starken stati- Η
sehen elektrischen Feld, beispielsweise Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid usw., und solche Polymerisatfolien
können an beiden Flächen mit den erforderlichen Elektroden versehen werden. Es können
auch Folien verwendet werden, falls es gewünscht wird, die eine gedruckte Schaltung tragen, für die
Raum von den Elektroden freigelassen ist.
Für die piezoelektrische Polymerisatfolie ist eine größere Piezoelektrizität erwünscht, da sie größere
Empfindlichkeit schafft und die Beseitigung von Geräusch erleichtert. Eine piezoelektrische Polymerisatfolie
mit bester piezoelektrischer Charakteristik umfaßt Vinylidenfluoridpolymerisate oder Mischpolymerisate
mit einem Hauptbestandteil an Vinylidenfluorid und mit einem Monomeren oder mehreren
Monomeren, die damit mischpolymerisierbar sind, beispielsweise Tetrafluoräthylen, Trifluoräthylen,Trifluormonochloräthylen,
Fluorchlorvinyliden, Vinylfluorid, Hexafluorpropylen, Äthylen, Propylen und dergleichen. Solche Polymerisatfolien werden gestreckt
und orientiert, um eine /3-Kristallstruktur zu
schaffen, und sie werden dann in einem starken statisehen elektrischen Feld unterhalb einer Spannung,
welcher die Folie bei einer Temperatur von etwa 40° C widersteht, und unterhalb des Schmelzpunktes
der Folie polarisiert, um zu einer piezoelektrischen Konstanten d3] zu kommen von wenigstens etwa
1 x 10"" cgsesu (1 X 10"B bis 2 X ΚΓ6 cgsesu).
Das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde kann gebildet werden durch Polarisieren einer
Polymerisatfolie zwischen zwei Polarisierungselektroden, um eine piezoelektrische Polymerisatfolie zu
erzeugen, und durch Anbringen dünner Filmelektroden an der Folie durch Aufdrucken, Ankleben od. dgl.
Statt dessen kann das Polymerisatfoliengebilde gebildet werden durch Schaffung der erforderlichen
Schaltelektroden an der Polymerisatfolie vor deren Polarisierung, und zwar mittels Dampfniederschlagung,
Plattierung, Bedrucken usw., wobei dann das Polarisieren danach erfolgt unter Verwendung der
Elektroden als beide Elektroden für die Polarisierung. Weiterhin können Elektroden im wesentlichen auf der
gesamten Fläche beider Seiten der Folien zuvor gebildet werden, während ein gewisser Rand rund um eine
oder beide Flächen belassen wird, um Versagen zufolge Kurzschluß zwischen beiden Elektroden zu verhindern,
wobei nach dem Polarisieren die Elektroden an einer oder beiden Flächen der Polymerisatfolie
teilweise entfernt werden, um streifenartige oder punktartige Elektroden zu bilden.
Wenn die Polymerisatfolie übermäßig dünn ist, kann eine gleichmäßige dicke Folie oder ein gleichmäßiger
dicker Film nicht leicht erhalten werden, und es ergibt sich oftmals eine Zerstörung zufolge der bei
der Polarisierung angelegten hohen Spannung, wodurch die Ausbeute bei der Polarisierung verringert
wird. Wenn die Polymerisatfolie zu dick ist, ist das Verhältnis von Verformung zu mechanischer Spannung
der Folie kleiner, und durch das Anlegen einer größeren mechanischen Spannung ergibt sich die
Übertragung dieser Spannung auf benachbarte piezoelektrische Elemente, wodurch nachteiliges Gerausch
hervorgerufen wird. Die bevorzugte Foliendicke liegt im Bereich von etwa 3 bis 200 μ, wobei
der Bereich zwischen 10 und 100 μ besonders bevorzugt
wird.
Die Dicke der Elektroden kann wahlweise ausgewählt werden, solange die Elektroden den Strom leiten
und eine leichte Verformung der Folie ermöglichen. Da der Stromfluß durch die Elektroden sehr
klein ist, können selbst dünne Elektroden zufrieden-
stellend verwendet werden, beispielsweise Elektroden aus einem durchsichtigen Goldfilm mit einer Dicke
von weniger als etwa 100 μ, wobei die Elektroden durch Dampfniederschlagung gebildet sind. Es kann
auch ein elektrisch leitendes Klebband ohne Schwie- > rigkeiten verwendet werden mit einer Dicke von etwa
35 μ, wobei dieses Band ein Schichtgebilde aus zwei Lagen aufweist.
Das Substrat kann aus verschiedenen Materialien ohne Beschränkung gebildet sein, vorausgesetzt, daß ι»
die Schicht durch das Anlegen der mechanischen Spannung nicht verformt wird. Die Materialien können
ausgewählt werden hinsichtlich der elektrischen Zweckmäßigkeit, was bedeutet, daß es zweckmäßig
sein kann, im Fall der Berührung des Substrats mit i">
der Oberfläche der Folie, die vollständig mit einer Elektrode überzogen ist, ein metallisches Substrat zu
verwenden und das Substrat zu erden, und wobei es für den Fall, daß das Substrat mit derjenigen Oberfläche
in Berührung tritt, an welcher die Punktelektro- -'»
den vorgesehen sind, zweckmäßig sein kann, das Substrat aus einem Isoliermaterial oder aus einem Metall,
welches mit einem Isoliermaterial überzogen ist, zu bilden.
Die Dicke des Substrats ist so ausgewählt, daß das r> Substrat mit Fenstern gebildet werden kann, die tief
genug sind, daß sie eine örtliche Verlängerung der Folie und eine freie Bewegung der Folie rechtwinklig
zu ihrer Oberfläche ermöglichen, wenn eine mechanische Spannung an die piezoelektrischen Elemente in »ι
dem multipiezoelektrischen Polymerisatfoliengebilde angelegt wird. Üblicherweise ist eine Dicke von mehr
als etwa 100 μ erforderlich unter Berücksichtigung der Festigkeit, wenn jedoch die Polymerisatfolie durch ein
fließfähiges Medium verformt wird, wie es in Fig. 3 s> dargestellt ist, kann die Dicke in der Größenordnung
von mehreren zehn Mikron liegen, da die Verschiebungsbewegung der Folie bei Verformung klein ist.
Die Größe und die Teilung der Fenster, die in dem Substrat vorgesehen sind, kann bequem bestimmt
werden in Abhängigkeit von der besonderen Ausführung und der Anwendung des Tastaturschalters. Beispielsweise
haben die Fenster bei einer Ausführungsform, die mittels Fingern und Druckknöpfen betätigt
werden soll, eine Größe von etwa 5 mm bis 30 mm, 4-1
und eine Teilung von etwa I mm bis 50 mm. Für eine durch ein fließfähiges Medium betätigte Ausführungsform
können die Fenster einen kleineren Öffnungsdurchmesser und auch eine kleinere Teilung haben,
-,ο
Zusätzlich zu der gedruckten Schaltung können Feldeffekttransistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren
u. dgl. ebenfalls an dem Substrat angebracht werden.
Ein Tastaturschalter gemäß der Erfindung kann γ,
bequem zusammengebaut werden, da lediglich das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde an
dem Substrat befestigt werden muß. Die Kosten für den Verdrahtungsvorgang können beträchtlich verringert
werden, da die Verdrahtung von dem Folien- «) gebilde zu den Anschlüssen zusammen mit dem Zusammenfügen
des Tastaturschalters ausgeführt werden kann, indem eine gedruckte Schaltung entweder
an dem Polymerisatfoliengebilde oder an dem Substrat vorgesehen wird. Da weiterhin der Schaltvorgang h5
ausgeführt wird ohne Verwendung elektrischer Kontakte, ergibt sich keine Schwierigkeit zufolge Funkenbildung
od. dgl. zum Zeitpunkt der Berührung, und es kann stabiles Schalten während langer Lebensdauer
erzielt werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispiels näher erläutert.
Eine einachsig orientierte Polyvinylidenfluoridfolie
einer Dicke von 20 μ wurde auf einer Fläche mittels Dampfniederschlagung vollständig mit einer Aluminiumelektrode
überzogen, und auf der anderen Fläche wurden durch Dampfniederschlagung Punktelektroden
gebildet mit einem Durchmesser und einer Teilung von jeweils 10 mm. Ein statisches elektrisches
Feld von 1,2 kV (elektrische Feldintensität 600 KV/ cm) wurde an die Folie angelegt, und zwar an die
Elektroden an beiden Flächen während 30 Minuten in einem thermostatisch gesteuerten Bad. Danach erfolgte
eine Abkühlung auf Raumtemperatur (etwa 20 bis 30° C), während das statische elektrische Feld
weiter angelegt wurde. Danach wurde das elektrische Feld abgenommen. Die Folie hatte eine piezoelektrische
Konstante d}l von 5 X 10~7cgsesu nur in denjenigen
Teilen, an die das elektrische Feld angelegt wurde.
Das auf diese Weise gebildete multipiezoelektrisehe Polymerisatfoliengebilde wurde gemäß Fig. 1
mit einem Substrat einer Dicke von 2 mm zusammengefügt, welches Fenster eines Durchmessers von 8 mm
hatte an Stellen entsprechend den Punktelektroden des multipiezoelektrischen Polymerisatfoliengebildes,
wobei das Substrat weiterhin mit einer gedruckten Schaltung versehen war, wie es in Fig. 2 dargestellt
ist. Bei Berührung eines piezoelektrischen Elementes über einem Fenster wurde ein spitzes elektrisches Feld
eines Signals mit einem Spitzenwert von 1 bis 30 Volt an dem entsprechenden Anschluß erzeugt, und es
wurden keine piezoelektrischen Änderungen an den Anschlüssen der anderen benachbarten piezoelektrischen
Elemente festgestellt.
Die gesamte Unterseite des Tastaturschaltersubstrats wurde mit Klebmittel überzogen und darüber
wurde eine Polyesterfolie einer Dicke von 20 μ angeordnet. Bei geringfügiger Berührung des Fensterteiles
von der Seite der Polyesterfolie wurde ein spitzes elektrisches Feld eines Signals von 100 bis 1000 mV
an dem Anschluß festgestellt.
Als Vergleichsbeispiel wurde ein Tastaturschalter zusammengefügt durch Bildung eines multipiezoelektrischen
Polymerisatfoliengebildes mittels Polarisierung der gleichen Polyvinylidenfluoridfolie, wie sie
oben erwähnt ist, mit der Ausnahme, daß zusätzliche Stromkreisverdrahtung von jeder der Punktelektroden
zu den Seitenrändern der gedruckten Schaltung vorgesehen wurde. Der Umfang des Polymerisatfoliengebildes
wurde dann gebunden und an dem Rahmen befestigt und lediglich über das Substrat mit den
Fenstern gelegt. Bei geringfügiger Berührung eines der piezoelektrischen Elemente des Tastaturschalters
wurde an dem entsprechenden Anschluß ein elektrisches Feld von 1,2 V erzeugt, begleitet von einem
elektrischen Feld von 50 bis 90 mV, welches an den Anschlüssen benachbarter piezoelektrischer Elemente
festgestellt wurde. Wenn an das gleiche piezoelektrische Element eine etwas größere mechanische
Spannung angelegt wurde, zeigte der entsprechende Anschluß ein elektrisches Feld von etwa 8 V, begleitet
von einem elektrischen Feld von 0,7 bis 1,8 V an den Anschlüssen benachbarter piezoelektrischer Elemente.
Claims (12)
1. Tastaturschalter mit einer piezoelektrischen Polymerisatfolie, welche auf beiden Seiten Elektroden
trägt, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Seite der die Elektroden tragenden Polymerisatfolie
(A) ein Substrat (B) vorgesehen ist, welches an vorbestimmten Stellen der Polymerisatfolie,
an denen sich zwei Elektroden gegenüberliegen, Fenster (4) oder Ausnehmungen (14)
aufweist, und an weichen die Polymerisatfolie in den Bereichen zwischen den Fenstern oder Ausnehmungen
befestigt ist.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisatfolie (A) und das
Substrat (B) mittels Klebmittel aneinander gebunden sind.
3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Poiymerisatfolie (A1) zwischen
zwei Substraten (B1, B2) gehalten und an diesen
befestigt ist.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fenster (4,4 a)
und jede Ausnehmung (14) einen Behälter für ein Betätigungsmedium bildet, und daß der Schalter
durch Änderungen des Drucks des Betätigungsmediums betätigt werden kann.
5. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine stoßdämpfende Schicht (C),
die auf der Polymerisatfolie (A2) angeordnet ist
und über der eine Halteplatte (D) angeordnet ist, welche Fenster (19) an Stellen entsprechend den
Ausnehmungen des Substrats (fi3) aufweist.
6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite der Polymerisatfolie
im wesentlichen vollständig mit einer gemeinsamen Elektrode (z. B. 3) bedeckt ist, und
daß die andere Seite der Folie mit voneinander elektrisch unabhängigen punktförmigeu Elektroden
(z. B. 2) versehen ist.
7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten
der Polymerisatfolie (A1) voneinander elektrisch
unabhängige Punktelektroden (2a, 3a) vorgesehen sind.
8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten
der Polymerisatfolie Elektroden in Streifenform vorgesehen sind derart, daß die Streifen auf beiden
Seiten einander kreuzen.
9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisatfolie
über die gesamte Fläche piezoelektrisch ist.
10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisatfolie
nur in denjenigen Teilen örtlich piezoelektrisch ist, an denen auf beiden Seiten Elektroden
vorhanden sind.
11. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis K), dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisatfolie
aus Vinylidenfluorid mit ß-Kristallstruktur besteht.
12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisatfolie
eine Mischpolymerisatfolie aus Vinylidenfluorid als wesentlichem Bestandteil und einem
oder mehreren Monomeren, die damit mischpolymerisierbar sind und /3-Kristallstruktur haben,
aufweist.
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