DE2444220C3 - Tastaturschalter mit einer piezoelektrischen Polymerisatfolie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tastaturschalter mit einer piezoelektrischen Polymerisatfolie, welcher 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 punktförmigen Elektroden zumindest eine Teilbetätigung ergibt, wodurch unerwünschtes »Geräusch« erzeugt wird. In der genannten Einrichtung müssen daher die Geräuschsignale von dem echten Betätigungssignal unterschieden werden.

Bei einer anderen Ausführung gemäß der genannten Literatursielle sind auf jeder Seite der Poiymerisatfolie Streifeneiektroden vorgesehen, wobei jedoch die Streifenelektroden 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 verformt werden, so daß der im Bereich der Fenster oder Ausnehmungen angelegte Betätigungsdruck nicht 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 Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Tastaturschalters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Draufsicht eines Substrats des Tastatürschalter gemäß Fig. 1;

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

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer noch anderen 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 an einer Fläche.

Das multipiezoelektrische Polymerisatfoliengebilde gemäß vorstehender Beschreibung ist über einem Substrat B angeordnet, das Ausnehmungen oder Fenster an Stellen entsprechend jedem der piezoelektrischen Elemente hat.

Die Folie ist zwischen jedem der piezoelektrischen Elemente an den Fenstern aii 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 (Jen 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 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 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, weicht 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 lieeen.

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 Fensler 4 angeordnet für Kontakt mit den Elektroden 2, die über den Umfang der Fenster 4 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 Anschlüsse T vorgesehen ist, die entsprechend an dem Umfang des Substrats R 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 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 mitteis 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 P,. P₂ ... P₉ angelegt wird, wird am Anschluß 7", 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 T₂, T₃... T₉ erzeugt. Wenn der Umfang der Elektrode 3 nicht am Umfang der Fenster 4 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 mechani-

sehe Spannung isoliert ist, so daß unvermeidbar piezoelektrisches Signalgeräusch stärker oder schwächer in den jeweils benachbarten piezoelektrischen Elementen, beispielsweise P₂, P,... P_q usw. erzeugt wird. Eine andere Ausführungsform eines Tastaturschalters gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, gemäß welcher ein multipiezoelektrischcs Polymerisatfoliengebilde A₁ aus einer piezoelektrischen Polymcrisatfolie 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 /wischen 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 Λα in dem Substrat B₁. Das Polymerisatfoliengebilde A_x ist zwischen den beiden Substraten gehalten und dadurch an den Substraten B_x und B₁ 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 odei 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 obertn !-lache 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 B_x an beiden Stirnflächen mit der Polymerisatfolie A₁ und der Schicht oder Bahn 15 verschlossen und bildet einen Behälter für das Betätigungsmedium. Als Betätigungsmedium wird üblicherweise in den Fenstern 4 a 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 4 a erzeugt, wodurch ein piezoelektrisches Feld erzeugt wird.

Anstatt durch Niederdrücken der Schicht IS gemäß Fig. 3 kann ein Schaltvorgang auch ausgeführt werden durch Schaffung zusätzlicher Mediumleitungen von die Behälter für das Abeitsmedium darstellenden Fenster 4a, wobei dann der Mediumdruck in der Leitunggeändert 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 au lie ι ordentlich vorteilhaft, da ein solcher Überzug die Elektroden nicht nur gegen Abrieb schützen kann, sondern auch gegen Feuchtigkeit v:h1 korrodierende Atmosphären, und dieser Überzug kann, falls es ge- \\ün"-(.ht wir·.!, „ach an den Teilen des Ta-taturschalters gemäß den F-'ig. 1 bis 3 angebracht werden. Es ist jedoch /U bemerken, daß die Dicke des Überzugs derart begrenzt sein soll, daß die Polymerisatfolie durch eine kleine mechanische Spannung verformt werden kann.

Wenn das multipiezoelektrisehe Polymerisatfoliengcbilde 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 Polymerisatfoliengcbilde angelegt wird. Beispielsweise bei dem Tastaturschalter gemäß Fig. 3 kann an Stelle des Betätigungsmediums in den Fenstern 4a ein solches stoßdämpfendes Material verwendet werden. Die einfachste Tastaturschalterauslührung, bei der eine stoßdämpfende Schicht verwendet wird, ist in Fig. 4 dargestellt, gemäß welcher ein multipiezoelektrisches Polymcrisatfoliengebilde mit einer stoßdämpfenden Schicht von etwa der gleichen Größe überzogen ist.

Gemäß Fig. 4 ist ein multipiezoelektrisches Polymerisatfoliengebilde A₂, welches dem Polymerisatfoliengebilde 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 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 O₃ 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 S₃ 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, 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.

Für die piezoelektrische Polymerisatfolie ist eine größere Piezoelektrizität erwünscht, da sie größen.· 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,Trifiuorrnonochloräthylen, Fluorchlorvinyliden, Vinylfluorid, Hexafluorpropylen, Äthylen, Propylen und dergleichen. Solche Polymerisatfolien werden gestreckt und orientiert, um eine /!-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_3l zu kommen von wenigstens etwa 1 X 10""CgSeSU(I X 1(T¹¹ bis 2 X 10"" 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 Geräusch 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 Schwierigkeiten 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 ''^! 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-3 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 g<=nug 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 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 j> 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 1 mm bis 50 mm. Für eine durch ein fließfähiges Medium betätigte Ausführungsform können die Fenster einen kleineren Öffnungsdurchmesser und auch eine kleinere Teilung haben.

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

Ein Tastaturschalter gemäß der Erfindung kann 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 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

Eint einachsig orientierte Polyvinylidcnfluoridfolie einer Dicke von 20 μ winde auf einer Fläche mittels Dampfniederschlagung vollständig mit einer Aluminiumelekli ode 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 i/₃₁ von 5 X IU cgsesurutr 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 Pur.ktelektroden 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 Polyvinylidenfiuoridfolie, 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

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 gegen- ic überliegen, Fenster (4) oder Ausnehmungen (14) aufweist, und an welchen die Polymerisatfolie in den Bereichen zwischen den Fenstern oder Ausnehmungen befestigt ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- is zeichnet, daß die Polymerisatfolie (A) und das Substrat (B) mittels Klebmittel aneinander gebunden sind.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisatfolie (A₁) zwischen zwei Substraten (A₁, B₂) gehalten und an diesen befestigt ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fenster (4, Aa) 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), w die auf der Polymerisatfolie (A₁) angeordnet ist und über der eine Halteplatte (D) angeordnet ist, welche Fenster (19) an Stellen entsprechend den Ausnehmungen des Substrats (B₃) 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 punktförmigen Elektro- -to den (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 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisatfolie aus Vinylidenfluorid mit /^-Kristallstruktur besteht.

12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisat- _b$ folie eine Mischpolymerisatfolie aus Vinylidenfluorid als wesentlichem Bestandteil und einem oder mehreren Monomeren, die damit mischpolymerisierbar sind und ^-Kristallstruktur haben, aufweist.