JPH05298952A - 電子装置及び電子スイッチ - Google Patents
電子装置及び電子スイッチInfo
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- JPH05298952A JPH05298952A JP35252792A JP35252792A JPH05298952A JP H05298952 A JPH05298952 A JP H05298952A JP 35252792 A JP35252792 A JP 35252792A JP 35252792 A JP35252792 A JP 35252792A JP H05298952 A JPH05298952 A JP H05298952A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H1/06—Contacts characterised by the shape or structure of the contact-making surface, e.g. grooved
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- Elimination Of Static Electricity (AREA)
- Accessory Devices And Overall Control Thereof (AREA)
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- Manufacture Of Switches (AREA)
- Push-Button Switches (AREA)
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Abstract
抜成形物を利用した電気接点装置を提供する。 【構成】 電気的スイッチ/センサ10は、引抜成形接
点部材11、12、13を有する。複数の電気的導電性
繊維27と複数の繊維を備える母材とを含む引抜成形物
が備えられている。引抜成形部材の最低一端は、導電性
繊維を露出してフィブリル化されている。紙などの物体
を検出するセンサは、検出域の一方側に接点を有し、検
出域の他方側には複数の電気的導電性繊維と複数の繊維
を含む母材とを含む引抜成形物を備える。引抜成形物の
一端はフィブリル化され、検出域に延在している。この
フィブリル化した端は、紙などの物体が検出域を通過す
ると脇へ押しやられ、電気的接続は遮断される。このよ
うなセンサは、特に静電複写再生機器のような紙の検出
を必要とする機器における使用に適している。さらに、
このセンサを電源電位と接続し、導電性繊維によって紙
に発生する静電気を放電させることも可能である。
Description
ッチの改良に関し、特に、引抜成形(プルトルーディッ
ド plutruded)接点部材を利用したスイッチ
/センサの構成の改良に関する。また、本発明は、引抜
成形接点部材を用いて、検出域において紙などの物体の
存在を判定するセンサに関する。
形状が提案されている。一般に、ほとんどのスイッチ
は、他の導体との選択的な電気的接触が可能となるよう
に導体を有する可動部材を備えている。ほとんどのセン
サでは、一般に、電気的接点に導体を有する2つの部材
を使用している。この電気的接触は、2つの部材間を通
過する際に検知される物体によって遮断される。導体は
一般に金属であるが、他の導電性物質も同様に使用され
ている。
広く適用されうるが、本発明の好ましい実施例は、静電
複写再生機器における使用に特に適している。一般的な
静電複写再生機器において、しばしば移動用ベルトの形
をとる光導電性絶縁面は均一に帯電され、原稿からの光
画像によって露光される。光画像によって露光された領
域すなわち背景領域は放電され、原稿に含まれる画像に
対応する表面上に静電潜像は生成される。一方、レーザ
光線のような光線は、光導電面の一部を選択的に放電さ
せ、その表面上に所望の情報を記録するために変調され
て使用される。静電潜像は、従来トナーと呼ばれる現像
剤(顕色剤)粉末によって画像を現像することによって
可視状態となる。現像された画像はさらに紙のような支
持面に転写され、熱および/または圧力を印加すること
によって支持面上で恒久的に定着される。
に、スイッチ又はセンサは紙が機械の様々な処理段階を
介して移動する際にこの紙の存在を検出するように設け
られている。しかしながら、トナーや他の考えられうる
汚染物質の存在による静電複写再生機器内の比較的適対
的(否定的)環境条件のため、検出用スイッチ及びセン
サは丈夫かつ信頼できるものでなければならず、機械を
複雑かつ高価なものとしている。
は、潜像、特に紙面上に生成される最終画像の品質を損
なう漂遊すなわち望ましくない静電荷をピックアップす
る(拾い上げる)。この結果、紙面上に存在するこのよ
うな漂遊電荷を制御するスッテップが必要となる。
使用されるスイッチ及びセンサの小型化が望まれてい
る。しかしながら、機械的に見て達成できる小型化には
限度がある。さらに、例えば静電複写機などにおけるよ
うな多くの用途はトナーや他の微粒子が存在する適対的
(否定的)環境を呈し、スイッチ及びセンサはそれらの
接点同士が接触された時に信頼できる電気接続を得られ
る程度の大きさとする必要がある。信頼性のあるスイッ
チ及びセンサ構造を構築するための試みにおいて、特別
の高価な材料と構成(設計)が提案されているが、小型
あるいは超小型設計のスイッチ及びセンサを改良するた
めの余地は残っている。
ばしば接点の金属面に酸化物が形成される、特に適対的
環境下では、この酸化物によってスイッチの信頼性はさ
らに低下するという点である。
れば、2つの電子接点を有するスイッチが提供される。
一方の電子接点は、母(ホスト)材に備えられた複数の
電気的導電性繊維(ファイバ)を有する引抜成形物を含
む。引抜成形物の一方の端はフィブリル化された(fi
brillated)端部分を有し、電子接点を提供し
ている。電子接点の一方は他方の接点との電気的接続及
び非接続(解放)とに移動可能である。母材には、予め
定められたエネルギのレーザ光によって直接露光された
時に短時間できれいに揮発するポリマーを使用すること
ができる。このポリマーは、低分子量のポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ
ウレタンポリイミド混合物を含む群から選択できる。さ
らに、連続したストランド繊維には炭素繊維を使用でき
る。
の電子装置であって、第1および第2の電子接点であっ
て少なくとも第1の電子接点は複数の電気的導電性繊維
と複数の繊維を備える母材とを含む引抜成形物を備えて
第2の電子接点と選択的に電気接続するために引抜成形
物の一端はフィブリル化した端部分を有する第1および
第2の接点と、2つの状態のうちの一方の状態で出力信
号を出力するために電子接点間に電気的に接続されるア
クティブインタフェース回路手段とを備える電子装置。
第2の態様の本発明は電子スイッチであって、2つの電
子接点を備え、電子接点の一方は複数の電気的導電性繊
維と複数の繊維を備える母材とを含む引抜成形物を有し
て引抜成形物の一端はフィブリル化された端部分を有し
て電気的接続を提供し、電子接点の一方は電子接点の他
方との電気的接続状態及び非接続状態が切り替わるよう
に移動可能であり、2つの状態のうちの一方の状態で出
力信号を出力するために接点と引抜成形物との間に電気
的に接続されるアクティブインタフェース回路手段を備
える。本発明の一態様によれば、第1、第2、第3の電
子接点を有するスイッチが提供される。第4の電子接点
は、複数の電気的導電性繊維を有する引抜成形物と、前
記複数の繊維を備える母材とで形成されている。引抜形
成物の一端は扇形に形成できるフィブリル化された端部
分を有する。この端部分は第1および第2の電子接点、
あるいは第2および第3の電気的接点と接触するように
選択的に移動可能である。
可能な第1、第2の引抜成形物を有するスイッチが提供
される。第1、第2の引抜成形物の各々は、複数の電気
的導電性繊維と、前記複数の繊維を備える母材とを含
む。引抜成形物の一方の端は、フィブリル化された端部
分を有する。この端部分は、フィブリル化された端部分
で選択された領域にのみ存在するように母材に配置され
ている複数の電気的導電性繊維を呈する。第1および第
2の引抜成形物は、エンドーツー−エンド関係に配置さ
れている。第1および第2の引抜成形物の少なくとも一
方は第1および第2の引抜成形物の電気的導電性繊維間
を選択的に電気接続するために回転可能である。
分を有する選択的に回転可能な絶縁基板(基体)が提供
される。第1、第2の引抜成形物の各々は、複数の電気
的導電性繊維と、前記複数の繊維を備える母材とを含
む。これらの引抜成形物の各々一方の端は、フィブリル
化された端部分を有する。第1および第2の引抜成形物
は、フィブリル化された端部分が基板と接触するように
配置されている。したがって、基板が回転すると、導電
部分は引抜成形物のフィブリル化された端部分と電気的
に接触する。一実施例において、第1および第2の引抜
成形物のフィブリル化された端部分は、基板の回転軸に
平行な軸に沿った基板面と接触する。他の実施例におい
て、基板は円板型に形成されており、第1および第2の
引抜成形物のフィブリル化された端部分は縁から基板の
回転軸と垂直な軸に沿って基板と接触する。
て、各々が複数の電気的導電性繊維と前記複数の繊維を
備える母材とを含む、第1および第2の引抜成形物を有
するスイッチが提供され、引抜成形物の一方の端はフィ
ブリル化されている。第1および第2の引抜成形物のフ
ィブリル化された端部分との接触状態及び非接触状態に
なるように選択的に移動可能な電気接点が提供される。
電気接点を支持するためにアームが設けられてもよく、
電気接点、第1および第2の引抜成形物のフィブリル化
された端部分と接触したり離れたりするように選択的に
移動可能にするように、アームは回転可能に取り付けら
れている。
ける物体(物品)の存在を検出するセンサが提供され
る。センサは検出域の一方の側に接点を有する。さら
に、複数の電気的導電性繊維と前記複数の繊維を備える
母材とを有する引抜成形物は、検出域の他方の端で支持
されている。引抜成形物の一端は、引抜成形物の導電性
繊維を有するフィブリル化された端部分を備えている。
このフィブリル化された端部分は、接点と電気的接続状
態に検出域に延在している。物体が検出域内に存在し、
電気的接続を遮断した場合には、繊維は物体によって変
位される。センサは、例えば静電複写再生機器におい
て、紙等のシートを検出するのに、特に好適であり、電
位電源や接地に接続可能であるので、導電性繊維によっ
て既知の電荷を設定したり紙面上の静電荷を放電したり
することができる。
る。さらに、スイッチやセンサのような電流を通電させ
る、極めて信頼度の高い様々な電子装置(デバイス)が
提供される。これらは安価で簡単に製造でき、低エネル
ギ回路において確実に動作する。一般にこれらの装置は
低エネルギ装置であり、例えば数十から数百アンペアの
電力印加に対し、数ミリボルトから数百ボルトの低電圧
と数マイクロアンペアから数百ミリアンペアの電流を使
用する。本発明は、単一電流域における用途に使用可能
であるが、電力損失が許容される高抵抗回路構成におい
て最高の結果が得られることに注意されたい。これらの
装置は、例えば過熱が発生しない一万ボルトを越える高
電圧域における用途に使用されることにも注意された
い。これらの装置は一般に、電気的装置の一般的な分野
においては本来電子的なものである。すなわち、これら
の基本用途は信号レベル回路にあるが、上述したよう
に、装置に固有の電力損失が許容されるある低電力機器
(用途)において使用可能であるということを意味す
る。
ーネント)は引抜成形された複合部材からなる。この部
材はその一方の端にフィブリル化されたブラシ状構造を
有し、他の構成要素との密に分布されたフィラメント接
点を提供する。密に分布されたフィラメント接点という
言葉は、接触構成要素が1平方ミリメートルあたり10
00を越える個々の導電性繊維を有する点において、他
の接触面と確実に電気接触する極めて高い水準の接触冗
長度を定義しようというものである。
チ接点として動作する母材(ホストマトリックス)(分
布繊維引抜成形物とも言われる)内に支持される複数の
電気的導電性繊維を有するタイプの引抜成形物の使用が
提供される。このような特徴のあるスイッチ及びセンサ
は、極めて低費用で製造可能である。さらに、分布され
た繊維引抜成形接点は不活性(化学作用を起こさない)
で信頼性は高いので、これによって金属接点を使用して
いるために戸外(空気中)では信頼性の得られなかった
多くの新しい電子装置構成が可能となる。引抜成形され
た炭素材料がコネクタピンとスイッチ素子の両方として
使用されることが実現したため、例えばコネクタヘッダ
に超小型のスイッチ及びセンサを据え付けることが可能
なのは明らかである。モレックス(Molex)の0.
025インチ(0.064cm)の角ピンとヘッダは、
分布繊維接点材料によって小型で安価なスイッチ及びセ
ンサへと簡単に作り変えられる構造の一例である。最も
重要と思われることは、超小型(微小)のスイッチ及び
センサを安価で高性能な炭素繊維と炭素繊維引抜成形複
合物とによって製造可能になるということである。
真エンジン(ゼログラフィー装置)とその周辺装置内で
様々に適用される。これは、以下において詳述するよう
に、通常は堅固(剛体)であるが、レーザでの加熱によ
って可撓性の導電部分の露出が可能であり、さらに電気
接続のために簡単に接触できる引抜成形炭素繊維のロッ
ドによって可能となったものである。このように、本発
明によれば、信頼性が高く、低費用で簡単に製造できる
改良された電気接点装置(デバイス)が提供できる。こ
れらの利点は、引抜成形物の少なくとも一端をフィブリ
ル化する一般に引抜成形工程として知られた製造方法を
使用することによって得られる。本発明を実行するにあ
たって使用可能な引抜成形複合物は、母材ポリマー内に
抵抗性炭素繊維充填材(フィラー)の連続繊維すなわち
ストランドを含むタイプのものである。このような炭素
繊維引抜成形物は、高性能導電性複合プラスチックのサ
ブカテゴリであり、バインダポリマー内に連続した導電
性強化フィラメントを1種類以上含む。これらによっ
て、自由導電性繊維に見られる典型的な問題を生じず
に、微小径の炭素繊維を取扱い処理し、使用する便利な
方法が提供される。
なる。すなわち、始めに連続した長さの繊維を樹脂浴す
なわち含浸液中で引っ張り、固定状態とする。ここでは
得られた部位を少なくとも部分的に形付け、余分な樹脂
および/または空気を除去する。その部分をさらに加熱
したダイに押し込み、ダイ内で連続的に硬化させる。引
抜成形技術の詳細については、ニューヨークのチャプマ
ンホール社出版(Chapman and Hall,
New York)レイモンド(Raymond
W.Meyer)著「引抜成形技術ハンドブック(Ha
ndbook of Pultrusion Tech
nology)」1985年を参照のこと。
電性炭素繊維をポリマー浴中に含浸し、適切な形状のダ
イ開口部を介して高温で引っ張り、ダイと同じ大きさと
形状の固体片を生成する。その固体片は、切断や成形、
機械加工が可能である。その結果、ポリマー母材(マト
リックス)内に収容された数千にも及ぶ導電性繊維要素
を有する構造物を得ることができる。この繊維要素の両
端は露出され、電気接点を提供する。電気接点の極めて
大きな冗長度と利用可能性とによって、これらの装置の
信頼性は実質的に向上する。
び加熱されたダイを介して連続した長さに引っ張られる
ので、この形状部材は、1つの部材の一端と他の部材の
一端とが連続した繊維を使用して形成することができ
る。したがって、引抜成形された複合物は、引抜成形の
過程で連続した長さに形成され、さらに適当な長さに切
断される。これにより、各端を極めて多数の電気接点と
することが可能となる。このような引抜成形された複合
部材は、一端または両端が実質的にフィブリル化された
形となる。
して実施することができる。一般的に導電性繊維は非金
属で、直流電流体積抵抗率は約1×10-5Ω・cmから
約1×1010Ω・cm、好ましくは約1×10-4Ω・c
mから約10Ω・cmで抵抗損失を最小限に抑え、RF
Iを抑制する。1×1010Ω・cmまでの抵抗率の上限
が使用可能であり、例えば、個々の繊維がそれぞれ平行
して個々の抵抗器となることで、電流の通電を可能にす
る引抜成形部材の全抵抗を低下する超高繊維密度を含む
特定の用途において可能である。しかしながら、ほとん
どの用途では上述した電流の通電を可能にする好ましい
範囲内の抵抗を持つ繊維が要求される。「非金属」とい
う言葉は、抵抗率が約1×10-6Ω・cmの金属導電率
を呈する従来の金属繊維と区別し、非金属でありながら
金属のような特性を持つものとして扱える繊維種を定義
するために使用される。抵抗率の大きな材料は、これに
接続された電子回路の入力インピーダンスがかなり高い
場合に使用される。しかしながら、炭素繊維は好ましい
充填材として特に適している。なぜなら炭素繊維は化学
的にも環境的にも不活性であり、高い強度かつ剛性(ス
ティスネス)を有し、事実上あらゆる所望の抵抗に適合
し、負の熱抵抗係数値を示すからである。
約4マイクロメートルから約50マイクロメートル、好
ましくは約7マイクロメートルから約10マイクロメー
トルの断面円形に形成することができる。これにより、
小さい断面部分の冗長度は極めて高くなる。このよう
に、接点材料としては、例えば約0.05×105 接点
/cm2 から約5×105 接点/cm2 の範囲内、好ま
しくは約0.05580接点/cm2 程度で、この繊維
は接点の並列(マルチプル)冗長度を提供する。これは
接点の極めて高い信頼性を達成すると思われる。さら
に、例えば、静電再生(複写)機器においては、このよ
うな繊維は機械内の有害汚染を最小限に抑え得る。
は典型的に可撓性および互換性がある。主な繊維には、
炭素、炭素/グラファイト、金属化又は金属被覆した炭
素繊維、金属被覆したガラス繊維を含む。使用できる特
に好ましい繊維は、ポリアクリロニトリル(PAN)の
先駆繊維の完全な炭化、あるいは部分的な炭化を引き起
こす制御された熱処理過程によって得られる繊維であ
る。このような繊維については、炭化温度を一定限度内
に慎重に制御することにより、炭化した炭素繊維の正確
な電気抵抗率が得られることが分かっている。ポリアク
リロニトリル(PAN)先駆繊維から得られた炭素繊維
は、スタックポール社(Stackpole Comp
any)およびセリオンカーボンファイバー社(Cel
ion Carbon fibers, Inc.)の
BASFや他の部門で、1000から16万のフィラメ
ントの糸(ヤーン)束に商品生産されている。この糸束
を2段階処理によって炭化する。第1段階は、酸素雰囲
気において約300℃の温度でPAN繊維を安定させ、
予酸化安定PAN繊維を生成するステップを含む。第2
段階は、窒素を含む雰囲気のような不活性雰囲気下で、
第1段階よりも高い温度で繊維を炭化するステップを含
む。結果として得られる繊維の直流電流電気抵抗率は、
炭化温度を選択することで制御される。例えば、電気抵
抗率約102 Ω・cmから約106 Ω・cmの炭素繊維
は、炭化温度が約500℃から750℃に制御されてい
る場合に得られる。一方、電気抵抗率10-2Ω・cmか
ら10-6Ω・cmの炭素繊維は、1800℃から200
0℃の処理温度で得られる。さらに、電気抵抗率約10
6 Ω・cmから1010Ω・cmの炭素繊維は、炭化温度
が約750℃から約1150℃に制御されている場合に
得られる。これらの炭化繊維を生成する際に適用可能な
方法に関する詳細については、米国特許第4,761,
709号における第8コラムに記載の内容を参照のこ
と。一般に、これらの炭素繊維のモジラス(係数)は約
3000万psiから6000万psiすなわち205
GPaから411GPaであり、ほとんどの鋼より高い
ため、非常に強力な引抜成形複合部材が得られる。ポリ
アクリロニトリル繊維の高温遷移によって、不活性で耐
酸化性の炭素純度約99.99%の繊維が得られる。
この繊維は熱伝導係数の値が負であるので個々の繊維が
例えば疑似高電流サージによって高温になり、さらに導
電性を高められるということが挙げられる。これによ
り、金属接点よりも有益なものとなる。すなわち、金属
は全く逆の作用を呈するため、金属接点は燃失したり自
壊したりする可能性があるためである。さらに、炭素繊
維には、炭素繊維の表面は本質的に粗く多孔であるの
で、ポリマー母材に良く密着するという利点もある。ま
た、炭素部材の不活性さによって、メッキ金属の汚染に
対して比較的耐性のある接点面を生成できる。
れる。ポリマーマトリクスは、後述するレーザ処理中に
レーザ光線によって直接露光される時に短時間で完全に
揮発する樹脂バインダ材料とする。低分子量ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、
ポリウレタンのようなポリマーは特に利用価値の高いも
のである。ポリエステル、エポキシ樹脂、ビニルエステ
ル、ポリエーテルエチルケトン、ポリエーテルイミド、
ポリエーテルスルフォンおよびナイロンは、短い硬化時
間、相対的な化学的不活性、レーザ処理に対する適切さ
から好ましいとされるポリエステル、ビニルエステルと
共に一般的で適切な材料である。
ンサ接点として使用する個々の構成要素を切断するため
に用いられる。例えば、焦点レーザは、引抜成形物を切
断し、同時に制御された方法で切り口から十分な距離を
とってバインダ樹脂を揮発させ、分布されたフィラメン
ト接点を1ステップで生成する。露出した炭素繊維の長
さはレーザ出力と切断率によって制御される。レーザの
入射角を変化させることにより、先端を様々な形にする
ことができる。このように、レーザ技術によって適切な
引抜成形物に切断し、長い引抜成形物から所望の長さの
接点を形成する。さらに、両切断端をフィブリル化し、
切り替えられる電気回路の接点の下流側に高冗長度繊維
接点部材を提供し、スイッチ及びセンサ接触板に接触す
るよう上流に高冗長度繊維接点部材を提供することがで
きる。ホストポリマーの母材に吸収される適当なレーザ
を使用することが可能であるため、ポリマー母材は揮発
する。使用可能な特定のレーザは、二酸化炭素レーザ、
YAGレーザ、アルゴンイオンレーザを含む。しかし、
上述した二酸化炭素レーザは、この用途に特に適してい
る。理由はポリマー母材吸収において最も信頼性があり
適切で、製造環境で最も経済的であるからである。
発明の好ましい実施例によるスイッチ10は、全体が炭
素繊維引抜成形物11、12および13によって形成さ
れている。また、例えば、一辺0.025インチ(0.
064cm)の正方形の炭素繊維引抜成形物を使用する
こともできる。引抜成形物11、12および13は、そ
れぞれ金属ピン16、17および18に押圧され、はめ
合わせ接点は取り付け誤差を吸収するフィブリル化した
炭素繊維端部20、21および22によって形成されて
いる。3本のロッド16、17および18は、例えば所
望の組み合わせに相互接続することができる。例えば、
図示の実施例において、一番上のロッド16は、通常閉
接点ロッドとして動作し、中央のロッド17は共通線接
点ロッドとして動作する。一番上および中央のロッド1
6および17の引抜成形物11および12は、電気的導
電性繊維27の引抜成形物26によって形成された接点
すなわちワイパアセンブリ25によって接続されてい
る。電気的導電性繊維27は、表面に沿ってフィブリル
化されており、2本の互いに離間したロッド16および
17を囲むのに十分な円周を有する扇形導電部分を形成
している。楔形アセンブリ25は、ピン29に回転可能
に取り付けられており、適切に回転できるようになって
いる。
通常開回路接点ロッドとして動作する。この接点ロッド
18との接続は、ワイパアセンブリ25が適切な位置に
回転されている時になされる。したがって、例えば図示
の位置では、ワイパアセンブリを形成する引抜成形物2
6の導電性繊維27は、通常閉接点11および共通接点
12と接触している。一方、時計回りに回転することに
より、導電性繊維27は共通接点12および通常開接点
ロッドの接点13と接触し、これらの間を電気的に接続
する。
望の形状の絶縁材料本体から形成された引抜成形物か
ら、楔形すなわち扇形の接点アセンブリ25が得られ
る。繊維27は短絡しているかあるいは内部で電気的に
接続されており、例えばアルゴンや二酸化炭素レーザな
どの上述のレーザ光線にさらすなどして引抜成形物の絶
縁部分の熱除去するなどの方法で、ワイパアセンブリの
接点端で露出される。
は、多くのスイッチに適用できることは明らかである。
したがって、本発明は上述した楔形引抜成形接点部材だ
けに限定されるものではない。
よるスイッチ30を示す。スイッチは、バネなどの付勢
部材(図示せず)によって、一方に付勢される一対のは
め合わせ円筒アセンブリ31および32内に収容されて
いる。円筒31は、他の円筒形アセンブリ32に対して
軸34を中心として回転可能なベース部材33を含む。
円筒形アセンブリ31および32は、各々一組の引抜成
形物36と37および38と39を含む。これらの引抜
成形物の各々は、複数の導電性繊維を備える絶縁部材か
らなり、円筒の長手方向に沿って配置されている。導電
性繊維は、円筒の端から見た時に例えば図3に示す半円
パターンなどの所望の形で配置される。さらに、引抜成
形物の両端はフィブリル化しているので、円筒形アセン
ブリ32に対して円筒形アセンブリ31が回転すると、
円筒形アセンブリ31の繊維40および41は、円筒形
アセンブリ32の対応する繊維42および43との接触
及び非接触状態が切り替わる。
せず)と接続される。さらに、図示の実施例は、各々が
対応する他の円筒の繊維と切り替え可能に相互接続可能
な一組の導電性繊維を有する一対の引抜成形物を含むこ
とに注意されたい。しかしながら、一方の円筒の繊維は
単なる導電板や基盤の導電部分であって、他方の円筒の
引抜成形物の導電性繊維と選択的に相互接続するための
接点として動作することや、様々なパターンや組み合わ
せの引抜成形物も等しく有効に適用可能であるというこ
とは、当業者によって理解できよう。
4乃至図6において示される。スイッチ50は、炭素繊
維引抜成形物51および52を接点媒体として使用して
おり、スイッチ格納部58内で軸55に回転可能に取り
付けられた円盤54を含む。円盤54は、導電性材料部
分59と非導電性材料部分60とを含み、レバー62に
取り付けられている。このため、円盤54は矢印64で
示す方向に回転可能である。
び52は格納部内にあり、各々切り替えられるべき回路
(図示せず)と接続のため導電チューブすなわちワイヤ
66および67に備えられた引抜成形接点を含む。特
に、図6において示されるように、接点の引抜成形部分
は絶縁体で形成されており、そこに多数の導電性繊維6
8が備えられている。導電性繊維68は、引抜成形物5
1を有する棒すなわちロッド66と電気的に接続されて
いる。溝スロット70は引抜成形物51の端に形成さ
れ、円盤54と接触のため、引抜成形物51内で導電性
繊維68を露出する。溝70は、例えば、レーザ光によ
る露光や他の選択的な加熱手段によって形成し、引抜成
形母材の絶縁部分を除去する。他方の引抜成形物52も
同様に構成される。
えレバー62が移動して円盤54を回転させている時に
は、円盤54の導電部分59は、本体58の内部にある
引抜成形接点部材51および52のうちいずれか一方、
あるいは両方との接点切り替え(接続及び接続解除)が
行われる。
形接点部材51および52は、円盤54の端と接触して
示されているが、引抜成形部材を円盤54の回転軸に沿
って軸と平行に配置し、スイッチの動作自体に影響する
ことなく円盤部材の上又は下表面と接触させるようにも
できるということは当業者によって容易に理解できよ
う。
80を示す。スイッチ80は接点部材81を含む。接点
部材81は、ハウジング82の内部で回転可能に支持さ
れ、レバー85の動作によって軸83を中心として回転
可能である。一対の導電性ロッド86および87もハウ
ジング82内に支持されている。導電性ロッド86およ
び87の各々は、その接触端において、それぞれ引抜成
形接点部材89および90を有している。引抜成形接点
部材89および90の各々は、各ロッド86および87
に支持され、それらに電気接触している複数の導電性繊
維94および95を備える絶縁体91および92によっ
て形成されている。接点部材の両端は、レーザやその他
の加熱手段によってフィブリル化されており、引抜成形
部材89および90の絶縁部分本体91および92を除
去し、その内部の導電性繊維94および95を露出させ
る。引抜成形接点部材89および90は、レバー85の
動作時および回転可能な接点部材81の回転時に、回転
可能な接点部材81がロッド86および87に備えられ
た引抜成形接点部材91および92の露出した繊維94
および95と接触し、この2つの間で回路を閉じる。
いて製造されたスイッチを含む電子回路の一例を示す。
図において示されるように、スイッチ100は上述した
炭素繊維引抜成形物の1つ以上の要素を有し、電源電圧
と接地部分との間の直列回路内に示されている。この回
路には、スイッチバイアス抵抗器101を含む。能動的
(アクティブ)スイッチインタフェース回路102は、
抵抗器101の両端に接続され、スイッチ100の状
態、即ち、開状態又は閉状態に応じて出力ノードVoに
信号を送出する。任意の炭素繊維材料と引抜成形炭素繊
維材料との組み合わせからなる炭素繊維スイッチ100
にアクティブインタフェース回路102を付加すること
によって、スイッチ動作を確実に行うことができるよう
になり、明白かつ予測可能な出力応答性が得られる。
実施例を示す。スイッチ/センサ110の実施例は、こ
のスイッチ110を通過する紙112のような物体の存
在の検出に特に適している。このようなスイッチは広く
適用され、静電複写再生機のような、移動する紙位置を
検出又は装置を通過する紙を監視する必要のある機械に
おいて使用される。特に、スイッチ110は引抜成形部
材113を含む。引抜成形部材113は、紙112が通
過する装置(図示せず)の一部に備えられている。存在
が検出される紙112は、ローラ115や他の移動手段
によって移動される。引抜成形部材113は、上述の説
明において詳述したように形成され、多数の導電性繊維
部材を有する絶縁部材116を含む。引抜成形部材11
3の一端は、レーザ(図示せず)のようなものによって
フィブリル化され、内部に含まれた繊維117を露出さ
せている。この繊維117は、紙などの物品が検出され
る時に通過する通路すなわち検出域120を横断するの
に十分な長さだけ露出している。繊維117は、定位置
において延在し、検出域120の反対側で導電性部材1
12と接触する。導電性部材112は導電性材料のパッ
ドであっても良いし、または図において示されるよう
に、上述した引抜成形部材113と類似の方法で形成さ
れた第2の引抜成形物であってもよい。
部の導電性部材22との間でなされ、スイッチ120の
連続性すなわちスイッチの開又は閉状態を検出する。こ
の目的のために、センスレジスタ(検出抵抗器)125
を介して底部の接点122に電源電位を印加する。さら
に、引抜成形物113の導電性フィラメント117は、
基準電位やアースと接続されることができる。このよう
に、電流路は通常、電源電位から抵抗器125、引抜成
形物113と導電性パッド122によって形成されたス
イッチを介してアースに流れる。さらに、例えばアクテ
ィブスイッチインタフェース回路126によってセンス
レジスタ125に発生する電圧を検出し、出力ノードV
oで信号を出力する。一枚の紙122やこれに類するも
のが、引抜成形物113の繊維117によってブリッジ
した検出域を通過すると、電流の流れは遮断され、紙の
存在を示すことができる。
学的なメークアップおよび高い冗長度のため、信頼性の
高い電気接点を製造するための手段を提供する。しかし
ながら、能動的チップレベルインタフェース回路126
(図9)または102(図8)を付加することにより、
炭素繊維スイッチ構造体のスイッチ及びセンサとしての
適用性をさらに改良することが可能となる。インタフェ
ース回路126または102は繊維から発生する波形を
形成し、その入力回路の2乗(スクエアリング)性のた
めに2つのレベルの一方でのスイッチ応答性は予測可能
ではあるが急激に変化する。図14は、アクティブイン
タフェース回路を備えていない場合の対向する接点上に
ある繊維の出力波形を示す。図15は、適所にアクティ
ブインタフェース回路を備えた場合の出力波形を示す。
入力抵抗値は極めて高いため、ピコアンペア程度あれば
十分に2つのレベル間でインタフェース装置の状態を変
化させることができる。したがって、接点を形成する単
一の繊維だけでも遷移を引き起こし得る。このため、イ
ンタフェース回路126または102によってこれらの
スイッチ及びセンサに論理レベルでの装置と同一の標準
的な出力応答性を持たせることができる。さらに、ほと
んどのマイクロプロセッサ入力に対して即座に適合する
電気的に完全な(クリーン)波形を得ることも可能であ
る。アクティブ装置と組み合わせることで、チップイン
タフェースを繊維スイッチと一体化することが可能にな
り、連なる信号処理を必要としない「自立式」構成要素
が得られる。同様に、より一層複雑な感知装置用に一層
複雑な信号処理装置と検出回路とを一体化することもで
きる。
概略機能説明図である。図において、ヒステリシスを有
する増幅器が示されている。図13は、通過する紙から
の静電荷を防止するために、ダイオードおよびバイポー
ラトランジスタを有する静止入力保護装置および電界効
果トランジスタ(FET)を使用した場合の概略回路図
である。
る。入力信号Vinは、トランジスタM5およびM6か
ら構成されるCMOS増幅器及びインバータに供給され
る。トランジスタM8乃至M11によって入力バイアス
ネットワークを形成し、トランジスタM12および平行
ダイオード、さらにN−ウエル抵抗器で入力保護回路を
形成していることは容易に理解できよう。トランジスタ
M1乃至M4から構成されたRSフリップフロップは、
CMOSインバータM5及びM6からの出力で駆動され
る。トランジスタM3およびM4で形成されたインバー
タ出力で出力トランジスタM7を駆動する。RSフリッ
プフロップの双安定性によって、図13に示す回路に必
要なヒステリシスが与えられる。最後に、GND(アー
ス)とVDD(電源電圧)との間のダイオードとビニル
絶縁(ポリ)抵抗器における1KΩの抵抗によって、電
源端子における静電放電や他の電圧遷移から回路を保護
する。
130では、センサ装置130の信号側に導電性パスを
形成する。より詳細に言えば、一対の接触パッド131
および132をセンサ装置130の底部に備える。接触
パッド131は電源電位に接続され、接触パッド132
はセンス抵抗器134を介してアースに接続されてい
る。フレーム(図示せず)に備えられた引抜成形物13
5は、フィブリル化された端に導電性繊維136を有し
ている。このフィブリル化された端は検出域138に延
在し、接触パッド131および132の両方と接触して
いる。2つのパッド131および132は互いに離間し
ているため、引抜成形物135の繊維136によって接
触している時以外は、2つのパッド131および132
の間には電流路はない。
36によって2つのパッド131および132が接続さ
れると、両者間には電流路が形成される。この時、電流
は一方のパッド131から他方のパッド132へと流れ
る。しかしながら、パッド131および132上の検出
域138を通過する紙137などの物体によって引抜成
形物の繊維が動くと、引抜成形物135の繊維136は
変位され、2つのパッド131および132の間の回路
は遮断される。このため、センス抵抗器134における
電圧の変化が検出され、検出域138における紙137
などの物体の存在が示される。
11に示す。図示の実施例は、図9において上述したも
のと類似の動作をし、一方向に長い引抜成形物141を
含む。引抜成形物141は、母材144に備えられた複
数の電気的導電性繊維143を有する。この場合、繊維
143が検出域145に延在し、接触板146と接触す
るようにしておく。上述の実施例と同様、紙148など
の物体が検出域145を通過すると、繊維143は脇へ
押しやられて(変位されて)電気回路は遮断され、セン
ス抵抗器149における電圧は変化する。
および導電性繊維は、基本的に検出域145の幅方向を
横断するように延出している。従って、検出域145を
紙148が通過すると、実際上、この紙の全面と接触す
る。繊維143は基準電位又は、アース、と接続されて
いるため、紙148に発生する静電荷は紙が検出域14
5を通過する際に放電される。必要があれば、繊維14
3をアース以外の基準電位と接続し、紙148が検出域
145を通過する際に紙に制御電荷を発生させることも
可能である。
信頼性が高く、低費用で簡単に製造できる改良された電
気接点装置が提供できる。
使用したスイッチを示す側面図である。
材を使用したスイッチを示す側面図である。
使用した単極単工程スイッチを示す側面図である。
点を示す図4のスイッチの一部拡大平面図である。
あり、複数の引抜成形接点部材と接触するように可動と
した接点を有するスイッチを示す図である。
る電気回路を示す概略図である。
のスイッチ及びセンサをこれらと共に使用されるアクテ
ィブチップレベルインタフェース回路の電気的概略図と
共に示す側面図である。
実施例を示す側面図である。
の静電荷を除去したりするスイッチ及びセンサの他の実
施例を示す斜視図である。
ース回路の概略機能図である。
路図である。
合の対向する接点における出力波形を示す波形図であ
る。
合の出力波形を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 電流を通電するための電子装置であっ
て、 第1および第2の電子接点であって、少なくとも前記第
1の電子接点は、複数の電気的導電性繊維と前記複数の
繊維を備える母材とを含む引抜成形物を備え、前記第2
の電子接点と選択的に電気接続するために前記引抜成形
物の一端はフィブリル化した端部分を有する、前記第1
および第2の接点と、 2つの状態のうちの一方の状態で出力信号を出力するた
めに前記電子接点間に電気的に接続される、アクティブ
インタフェース回路手段と、を備える電子装置。 - 【請求項2】 2つの電子接点を備え、 前記電子接点の一方は、複数の電気的導電性繊維と前記
複数の繊維を備える母材とを含む引抜成形物を有し、前
記引抜成形物の一端はフィブリル化された端部分を有し
て電気的接続を提供し、 前記電子接点の一方は前記電子接点の他方との電気的接
続状態及び非接続状態が切り替わるよう、移動可能であ
り、 2つの状態のうちの一方の状態で出力信号を出力するた
めに、前記接点と引抜成形物との間に電気的に接続され
るアクティブインタフェース回路手段を備える電子スイ
ッチ。
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