DE2444220A1

DE2444220A1 - Tastaturschalter

Info

Publication number: DE2444220A1
Application number: DE2444220A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Obara; Masahiro Segawa; Masafumi Yoshida
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1973-09-17
Filing date: 1974-09-16
Publication date: 1975-03-20
Also published as: GB1486315A; DE2444220B2; HK22478A; BE819957A; NL7412298A; CA1026237A; CH600581A5; US3935485A; DE2444220C3; FR2244263A1; FR2244263B1; NL164979C; IT1019277B

Description

Dr. I. WIaM Dlpl.-lng. W. ΝΙβ,ηαπι» .' 13, 9, 7k

Df-U-Ka^r, DipL-hg. C. Oorainnif

Petunie· riwälie

HamburrjSO - Königstraße 28 2444220

Telefon: 3012 33
Telex: 212979 KARP D

W. 26 TO/74 12/Hh

Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Tokio (Japan)

Tastaturschalter.

Die Erfindung bezieht sich auf Tastaturschalter, die als Spannungswandlerelement ein multipiezoelektrisches Polyinerisatfoliengebilde aufweisen mit einer Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen, die an den Flächen der Polymerisatfolie vorgesehen und so angepaßt und ausgeführt sind, daß Änderungen der Spannungssignale oder Beanspruchungssignale, die an die piezoelektrischen Elemente angelegt werden, zu Änderungen des piezoelektrischen Feldes umgewandelt und als Ergebnis des Schaltvorganges abgenommen werden.

Das grundsätzliche Konzept eines Tastaturschalters ist bereits in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 37244/72 beschrieben, gemäß welcher ein multipiezoelektrisches Polymerisatfoliengebilde eine piezoelektrische Folie, beispielsweise aus Polyvinyliden-

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fluorid, die durch Polarisation piezoelektrisch gemacht ist, und eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen aufweist, die in der Folie verteilt sind und auf beiden Seiten der Folien Elektroden haben, wobei mechanische Spannungssignale oder Beanspruchungssignale an jedes der Elemente angelegt werden, um Änderungen des piezoelektrischen Feldes bei gewissen der verteilten Elemente hervorzurufen, und wobei die Änderungen des piezoelektrischen Feldes als Signaleingang verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der genannten japanischen Patentanmeldung zeigt, daß, wenn eine mechanische Spannung an ein piezoelektrisches Element eines Tastaturschalters angelegt wird, diese Spannung auch mehr oder weniger auf piezoelektrische Elemente übertragen wird, die dem einen Element benachbart sind, was zu einem piezoelektrischen Feld führt, wobei jedoch ein solches piezoelektrisches Feld bequem von dem piezoelektrischen Feld unterschieden werden kann, welches von dem Element erzeugt wurde, an das die mechanische Spannung angelegt wurde, da der Wert des ersteren üblicherweise in der Größenordnung von 1/10 des letzteren liegt. Wenn die an die Elemente angelegte mechanische Spannung immer konstant ist, können der piezoelektrische Ausgang von dem Element an das die mechanische Spannung angelegt wird, und der piezoelektrische Ausgang von den dazu benachbarten Elementen unterschieden werden, und nur die Signale von dem ersteren Element können für den Eingang verwendet werden durch Abschneiden des elektrischen Feldes unterhalb dieses konstanten Wertes. Wenn die Werte der mechanischen Spannung beträchtlich geändert werden, wie es im Fall des Niederdrückens eines Druckknopfes mit einem Finger der Fall* ist, kann das von einem Element durch geringe mechanische Spannung erzeugte piezoelektrische Feld manchmal mit dem piezoelektrischen Feld vergleichbar sein, welches von benachbarten Elementen erzeugt wird, wenn große mechanische Spannung an das vorge-

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nannte Element angelegt wird, und ein solches elektrisches Feld in diesen benachbarten Elementen "bildet unerwünschtes Geräusch.

Ein erster Zweck der Erfindung besteht darin, eine grundsätzliche Ausführung für einen Tastaturschalter zu schaffen, der ein multipiezoelektrisches Polyinerisatfoliengebilde aufweist, wobei die Erzeugung von Geräusch von piezoelektrischen Elementen verhindert werden kann, die dem Element benachbart liegen, an das eine mechanische Spannung angelegt wird.

Da piezoelektrische Polymerisatfolien mit niedergeschlagenen oder angelagerten Elektroden außerordentlich dünn sind, werden die Folien oftmals zerrissen oder die Elektroden haben das Bestreben, sich von den Folien abzulösen, und sie sind für oftmaligen Gebrauch nicht geeignet.

Ein zweiter Zweck der Erfindung besteht demgemäß darin, einen Tastaturschalter zu schaffen, bei welchem die vorgenannten Nachteile beseitigt sind in einer Ausführung, in welcher die mechanische Spannung indirekt in das multi— piezoelektrische Polymerisatfoliengebilde eingeführt wird.

Für das indirekte Anlegen der mechanischen Spannung an das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde ist es zweckmäßig, die Oberfläche der Elektroden an der multipiezoelektrischen Folymerisatfolie mit einer Schutzbahn beträchtlicher Dicke zu überdecken, beispielsweise aus Kautschuk, Polyurethan od. dgl., und die mechanische Spannung über diese Schutzbahn anzulegen. Wenn jedoch in diesem Fall die Mehrzahl von Spannungspunkten an einer Schutzbahn od. dgl. angeordnet ist, wird die an einer der Stellen angelegte mechanische Spannung auch zu ander.en benachbarten Stellen übertragen, so daß Geräusch erzeugt wird.

Ein dritter Zweck der Erfindung besteht daher darin, einen Tastaturschalter zu schaffen, bei welchem es möglich ist, die Erzeugung von Geräusch dann zu verhindern, wenn

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ein multipiezoelektrisches Polymerisatfoliengebilde mit einer Schutzbahn oder Schutzabdeckung überzogen ist.

Die Erfindung schafft demgemäß einen Tastaturschalter mit einem multipiezoelektrischen Polymerisatfoliengebilde, welches in den Oberflächen der Polymerisatfolie eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen hat, die den folgenden Bedingungen genügen:

a) Die Elemente haben an ihren beiden Flächen Elektroden,

b) diejenigen Teile der Polynierisatfolie der piezoelektrischen Elemente, die zwischen den Elektroden an beiden Flächen gehalten sind, haben piezoelektrische Eigenschaften, und

c) irgend zwei piezoelektrische Elemente sind voneinander elektrisch unabhängig, zumindest mit Bezug auf Elektroden an einer Fläche.

Das Foliengebilde weist weiterhin ein Substrat auf, auf welches das Polymerisatfoliengebilde gelegt ist und welche Fenster an Stellen entsprechend jedes der piezoelektrischen Elemente des Polymerisatfoliengebildes hat. Die Ausführung ist so getroffen, daß die Teile der Polymerisatfolie, die sich zwischen den piezoelektrischen Elementen in dem Polymerisatfoliengebilde befinden, an der Substratschicht an Stellen zwischen den Fenstern in der Substratschicht befestigt sind, so daß verhindert ist, daß mechanische Spannung, die an eines der Elemente angelegt wird, auf andere Elemente übertragen wird, wodurch Änderungen im elektrischen Feld, welches von jedem der piezoelektrischen Elemente erzeugt ist, ein unabhängiger Ausgang sein können.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Tastaturschalters gemäß der Erfindung«

Fig. 2 ist eine Draufsicht eines Substrats des Tastatur-

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schalters gemäß Pig. I.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Tastaturschalters gemäß der Erfindung.

Fig. k ist eine Querschnittsansicht einer noch anderen Ausführungsforin eines Tastaturschalters gemäß der Erfindung.

Ein Tastaturschalter gemäß der Erfindung umfaßt eine grundsätzliche Ausführung a) Ms c), wie sie nachstehend beschrieben wird.

Der die mechanische Spannung in ein elektrisches Feld umwandelnde Wandler des Schalters gemäß der Erfindung umfaßt ein nmltipiezoelektrisches 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 an einer Fläche.

Das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde gemäß vorstehender Beschreibung ist über einem Substrat B angeordnet, das Ausnehmungen oder Fenster an Stellen ent—

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sprechend jedem der piezoelektrischen Elemente hat.

Die Folie ist zwischen jedem der piezoelektrischen Elemente an den Penstern an Stellen zwischen den Fenstern oder Ausnehmungen an dem Substrat befestigt, und zwar derart, daß vorhindert 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 Polynierisatfolie piezoelektrische Eigenschaften hat.

Die Polyiuerisatfolie 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 gesaraten Fläche auf einer Seite der piezoelektrischen FoIymerisatfoiie, 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

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und andere leitende Substanzen, und sie werden auf beiden Seiten einer hochpolyineren 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 Metall, 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 piezoelektrische Elemente übertragen wird.

In Fig. i ist mit A ein multipiezoelektrisches Polymerisatfoliengebilde bezeichnet, welches eine polare Polymerisatfolie i 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 i, die zwischen diesen beiden Elektroden 2, 3 liegen, sind piezoelektrisch. Ein auf das Polymerisatfoliengebilde A aufgelegtes Substrat B hat Ausnehmungen oder Fenster k an Stellen entsprechend den punktartdgen 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 h angeordnet für Kontakt mit den Elektroden 2, die über den

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Umfang der Fenster k hinausgehen und eine elektrische Verbindung damit bilden, wenn das Polymerisatfoliengebilde A und das Substrat B zu einem Schichtgebilde zusammengefügt sind, wobei eine gedruckte Schaltung zwischen jedem der elektrischen Kontakte und Anschlüssen 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 Polynierisatfolie A und das Substrat B können nur am Umfang jedes Fensters k 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 sollten der elektrische 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 P^ der piezoelektrischen Elemente P^, P ... ρ angelegt wird, wird am Anschluß T. ein piezoelektrisches Feld erzeugt,

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welches zu dem Signalverarbeitungsstrotukreis 11 gesendet wird, um einen Schaltvorgang entsprechend dem Eingangssignal von dem piezoelektrischen Element P^ auszuführen. Da der Umfang der Elektroden 2 des piezoelektrischen Polyiaerisatfolierigeljildes A mittels isolierendem KIeT)-mittel 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 Τ«, T„ ... T₀ erzeugt. Wenn der Umfang der Elektrode 3 nicht am Umfang der Fenster k befestigt ist, bewirkt eine an das piezoelektrische Element P. 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, P-Pq usw. erzeugt wird.

Eine andere Ausführungsform eines Tastaturschalters gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, gemäß welcher ein multipiezoelektrisches Polymerisatfoliengebilde A- aus einer piezoelektrischen Polymerisatfolie la erzeugt ist, die auf beiden Flächen Punktelektroden 2a, 3a aufweist. Ein Substrat B. hat Fenster ka und kleine Ausnehmungen 12 an der Unterseite zum Befestigen der Polymerisatfolie la an Stellen zwischen jedem der piezoelektrischen Elemente. Ein Drücksubstrat B₀ hat Vorsprünge 13 an Stellen entsprechend

den Ausnehmungen 12 sowie tiefe Ausnehmungen Ik an Stellen entsprechend den Fenstern 4a in dem Substrat B^. Das Polymerisatfoliengebilde A. ist zwischen den beiden Substraten gehalten und dadurch an den Substraten B^ und B₂ befestigt, und als Ergebnis sind alle piezoelektrischen Elemente an den

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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 B. angebracht ist. Mit 16 sind Druckknopfe bezeichnet, und mit 17 eine äußere Abdeckung der Schaltertafel. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist jedes Fenster *ta in dem Substrat B> an beiden Stirnflächen mit der Polymerisatfolie A^ und der Schicht oder Bahn 15 verschlossen und bildet einen Behälter für das Betätigungsmcdiuin. Als BetUtigungsmedium wird üblicherweise in den Fenstern ha eingeschlossene Luft verwendet, jedoch können andere gasförmige oder flüssige Medien verwendet werden, die in den Fenstern 4a 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 ka erzeugt, wodurch ein piezoelekrtrisches Feld erzeugt wird.

Anstatt durch Niederdrücken der Schicht 15 gemäß Fig. kann ein Schaltvorgang auch ausgeführt werden durch Schaffung zusätzlicher Mediumleitungen von die Behälter für das

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Arbeitsmedium darstellenden Fenstern 4a, wobei dann der Mediumdruck in der Leitung 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 Tastaturschalters 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.

Wenn das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde gegen stärkere mechanische Stöße geschützt werden soll, kann die Polymerisatfolie mit einer Schicht aus biegsamem Stoßdämpf ungsmat er i al 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 anstelle des Betätigungsmediums in den Fenstern 4a 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 Polymerisat— foliengebilde A₂,welches dem Polymerisatfoliengebilde A gemäß Fig. i ähnlich ist, aus einer piezoelektrischen Polymeri-

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satfolie zusammengesetzt, die an ihrer unteren Fläche Punktelektroden und an ihrer oberen Fläche eine die gesamte Fläche überdeckende Elektrode aufweist. Die Elektroden sind durch Dampfniederschlagung aufgebracht. Ein Substrat B„ hat Ausnehmungen an Stellen entsprechend den Punktelektroden, und gedruckte Schaltungen sind entweder an dem Polymerisatfoliengebilde A₂ oder an dem Substrat B, 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 B„ und der Platte D mittels Bolzen und Muttern 20 der Umfang jedes der piezoelektrischen Elemente und die darüber befindlichen Teile des stoßdärapfenden Materials an dem Substrat B₁₇ 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 Polyinerisatfoliengebilde gemäß der Erfindung kann aus verschiedenen piezoelektrischen Folien ausgewählt sein, beispielsweise 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 statischen 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.

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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 mischpolyinerisierbar sind, beispielsweise Tetrafluoräthylen, Trifluorethylen, Trifluormonochloräthylen, Fluorchlorvinyliden, Vinylfluorid, Hexafluorpropylen, Äthylen, Propylen und dergleichen. Solche Polymerisatfolien werden gestreckt und orientiert, um eine β-Kristallstruktur zu schaffen, und sie werden dann in einem starken statischen 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 d-, zu kornmen von wenigstens etwa 1 χ 10"" cgsesu (l χ 10" bis 2 χ 10~ cgsesu).

Das multipiezoelektrische Polyinerisatfoliengebilde 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, Bedrukken 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

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— JL * ~

Polarisieren die Elektroden an einer oder beiden Flächen der Polynierisatfolie 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 Geräusch hervorgerufen wird. Die bevorzugte Foliendicke liegt im Bereich von etwa 3 his 200 u, wobei der Bereich zwischen 10 bis 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 zufriedenstellend verwendet werden, beispielsweise Elektroden aus einem durchsichtigen Goldfilm mit einer Dicke von weniger als etwa 100 ji, wobei die Elektroden durch Dampfniedersclilagung gebildet sind. Es kann auch ein elektrisch leitendes Klebband ohne Schwierigkeiten verwendet werden mit einer Dicke von etwa 35 ^u, wobei dieses Band ein Schichtgebilde aus zwei Lagen aufweist.

Das Substrat kann aus verschiedenen Materialien ohne Beschränkung gebildet sein, vorausgesetzt, daß 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 der Oberfläche der Folie, die vollständig mit einer Elektrode

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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 Punktelektroden 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 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 dem multipiezoelek— trischen 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 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, 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 Tei'lung haben.

Zusätzlich zu der gedruckten Schaltung können Feldeffekttransistoren,· Dioden, Widerstände, Kondensatoren und dgl. ebenfalls an dem Substrat angebracht werden.

Ein Tastaturschalter gemäß der Erfindung kann bequem

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zusammengebaut werden, da lediglich das multipiezoelektrische Polynierisatfoliengebilde an dem Substrat befestigt \irerden muß. Die Kosten für den VerdrahtungsVorgang können beträchtlich verringert werden, da die Verdrahtung von dem Foliengebilde 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 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.

Beispiel

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 ICV/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

—7 eine piezoelektrische Konstante d„. von 5 x 10 ' cgsesu nur in denjenigen Teilen, an die das elektrische Feld angelegt wurde.

Das auf diese Weise gebildete multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde wurde gemäß Fig. 1 mit einem Substrat einer Dicke von 2 mm zusammengefügt, welches Fenster

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eines Durchmessers von 8 mm hatte an Stellen entsprechend den Punktelektroden des multipiezoelektrischen Polyinerisatfoliengebildes, 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 IQebmittel überzogen und darüber \irurde eine Polyesterfolie einer Dicke von 20 μ angeordnet. Bei geringfügiger 33erührung 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 Polyvinylidenfluoridfölie, 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 1,2V 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 his 1,8 V an den Anschlüssen benachbarter piezoelektrischer Elemente.

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Claims

Patentansprüche

1. Tastaturschalter, gekennzeichnet durch ein multipiezoelektrisches Polyinerisatf oliengebilde (A), welches in der Oberfläche der Polynerisatfolie (l) eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen hat, welche den folgenden Bedingungen genügen:

a) Die piezoelektrischen Elemente haben an beiden Flächen Elektroden (2, 3).

b) Die zwischen den an den beiden Flächen befindlichen Elektroden gehaltenen Teile der Polymerisatfolie der piezoelektrischen Elemente haben piezoelektrische Eigenschaften, und

c) irgend zwei piezoelektrische Elemente sind wenigstens mit Bezug auf die Elektroden an einer Fläche elektrisch voneinander unabhängig,

und durch ,ein Substrat (B), auf welches das Polymerisat— foliengebilde (A) gelegt ist welches Fenster (4) an Stellen entsprechend jedem piezoelektrischen Element des Polymerisatfoliengebildes hat, und welches so ausgeführt ist, daß diejenigen Teile der Polymerisatfolie, die sich zwischen jedem der piezoelektrischen Elemente in dem Polymerisatgebilde befinden, an dem Substrat (B) an Stellen zwischen den Fenstern in dem Substrat befestigt sind, so daß verhindert ist, daß an eines der piezoelektrischen Elemente angelegte mechanische Spannung an andere piezoelektrische Elemente übertragen wird, so daß Änderungen im elektrischen Feld, welches von jedem der piezoelektrischen Elemente erzeugt ist, ein unabhängiger Ausgang sein können.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde (A) und das Substrat (B) mittels Klebmittel aneinander gebunden sind.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde

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zwischen zwei Substraten (B) gehalten und an diesen befestigt ist. '

k. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß jedes der piezoelektrischen Elemente, die über je ein Fenster (^a) gelegt sind, einen Behälter für ein Betätigungsmedium bildet, und daß der Schalter durch Änderungen des Drucks des Betätigungsinediums betätigt werden kann.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis k, gekennzeichnet durch eine stoßdämpfende Schicht, die zwischen einem Drücksubstrat und einem anderen Substrat gehalten und befestigt ist, welches Betätigungsfenster an Stellen entsprechend jedem piezoelektrischen Element aufweist und welches das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde überdeckt.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche des multipiezoelektrischen Polymerisatfoliengebildes im wesentlichen vollständig mit einer gemeinsamen Elektrode (z.B. 3) bedeckt ist, und daß die andere Fläche des Folienelementes mit voneinander ■ elektrisch unabhängigen punktförmigen Elektroden (z.B. 2) versehen ist.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5» daduroh gekennzeichnet, daß an beiden Flächen des multipiezoelektrischen Polymerisatfoliengebildes voneinander elektrisch unabhängige Punktelektroden vorgesehen sind.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Flächen des multipiezoelektrischen Polymerisatfoliengebildes Elektroden in Streifenform vorgesehen sind derart, daß die Streifen auf beiden Flächen einander kreuzen. »

9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde über die gesamte Fläche piezoelektrisch ist.

10. Schalter nach einem der Ansprüche i bis 8, dadurch

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gekennzeichnet, daß das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde nur in denjenigen Teilen örtlich piezoelektrisch ist, die die piezoelektrischen Elemente bilden.

11. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Elektrode vorgesehen ist, die als gemeinsame Sammelschiene geerdet ist, und daß jede der Punktelektroden mit einer Verdrahtung versehen ist, die über einen Feldeffekttransistor nach außen führt.

12. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Elektrode im wesentlichen für die Gesamtheit einer Fläche des multipiezoelektrischen Polymerisatfoliengebildes dem Substrat gegenüberliegend gebildet ist und in punktförmigem Muster angeordnete Elektroden, die voneinander elektrisch unabhängig sind, an der anderen Fläche des Polymerisatfoliengebildes vorgesehen sind, die mit den Punktelektroden elektrisch verbundenen Kontakte an dem Umfang jedes der Fenster in dein über die Punktelektroden gelegten Substrat vorgesehen sind, und daß jeder der Kontakte mit einer gedruckten Schaltung versehen ist, die zu Anschlüssen an einem Ende des Substrats führen.

13. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckten Schaltungen Dioden, Feldeffekttransistoren und/oder Widerstände umfassen,

14. Schalter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Anschlüsse über einen Feldeffekttransistor mit signalverarbeitenden Stromkreisen verbunden ist.

15. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die multipiezoelektrische Folie eine Polymerisatfolie aus Vinylidenfluorid mit B-Kristallstruktur aufweist. *

16. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde eine Mischpolymerisatfolie aus Vinylidenfluorid als wesentlichem Bestandteil und einem oder mehreren

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Monomeren, die damit mischpolymerisierbar sind und B-Kristallstruktur haben, aufweist.

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