DE2618720A1

DE2618720A1 - Piezoelektrischer schalter

Info

Publication number: DE2618720A1
Application number: DE19762618720
Authority: DE
Inventors: Naohiro Murayama; Masafumi Yoshida
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1976-04-28
Publication date: 1976-11-04
Also published as: DE2618720B2; GB1505034A; JPS5510090B2; JPS51127382A; FR2310038A1; DE2618720C3; FR2310038B1

Description

PATENTANWÄLTE
HENKEL - KERN - FEILER - HÄ.NZEL

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Piezoelektrischer Schalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Schalter.

Es ist bekannt, daß ein gerichteter Poly-r-Methylglutamatfilm oder ein polarisierter thermoplastischer Film, beispielsweise ein in einem von einer hohen Gleichspannung erzeugten elektrischen Feld polarisierter Polyvinylidenfluoridfilm oder ein Polyvinylfluoridfilm, starke piezoelektrische Eigenschaften hat. Piezoelektrische Schalter mit einem piezoelektrischen, thermoplastischen Filmelement, bei dem an seinen beiden Flächen Elektroden befestigt sind, werden zur Erzeugung eines piezoelektrischen Feldes für einen Schalterbetrieb einer Beanspruchung ausgesetzt. Solche Schalter sind in der japanischen Patentanmeldung Nr. 47-37244 beschrieben.

Bei solchen herkömmlichen piezoelektrischen Schaltern wird das elektrische Feld nur zeitweise in dem Zeitpunkt erhalten, in dem die Beanspruchung auf das piezoelektrische Filmelement ausgeübt wird oder wieder beendet wird; es wird

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nicht ständig aufrechterhalten. Außerdem wird das elektrische Feld als ein Differentialwert entsprechend Änderungen der Beanspruchung angezeigt. Demnach können herkömmliche piezoelektrische Schalter nicht als Schalter für Fernfühler verwendet werden, die einen Absolutwert erfordern.

Nach der Erfindung wird ein für einen Analogbetrieb vorgesehener Schalter geschaffen, der ein piezoelektrisches thermoplastisches Filmelement, an dem an seinen beiden Flächen Elektroden befestigt sind, und einen in der Nähe des Filmelements angebrachten Schwingungsgeber enthält. Entweder das Filmelement oder der Schwingungsgeber können direkt oder indirekt mit dem Schwingungsgeber bzw. dem Filmelement mit einem solchen Kontaktdruck in Kontakt gebracht werden, daß zwischen den Elektroden entsprechend Änderungen des Kontakt drucks ein schwingendes piezoelektrisches Feld entsteht.

Gemäß der Erfindung kann zwischen dem Filmelement und dem Schwingungsgeber ein Kontaktelement vorgesehen werden, damit das Filmelement und der Schwingungsgeber als Reaktion auf einen Kontaktdruck indirekt miteinander in Kontakt gebracht werden.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des piezoelektrischen Schalters nach der Erfindung und

Fig.2 eine zweite Ausführungsform des piezoelektrischen Schalters nach der Erfindung.

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Fig.1 zeigt ein piezoelektrisches thermoplastisches Filmelement 1, das einen Polyvinylidenfluoridfilm 2 mit einer piezoelektrischen Konstanten el 31 in der Größenordnung von beispielsweise 1O~ Ms 1O~ enthält. An den beiden Flächen des Films 2 sind Dünnfilmelektroden 3, 3¹ aus Gold, Silber, Aluminium, Zinn, Nickel oder aus anderen geeigneten Metallen befestigt. Die Dünnfilmelektroden sind am Film 2 mit Hilfe irgendeines geeigneten Verfahrens, beispielsweise durch galvanisches Überziehen mit Metall, durch Aufstäuben, Kleben, Drucken oder dergleichen befestigt. Der Schwingungsgeber 4 zur Erzeugung mechanischer Schwingungen ist beispielsweise ein piezoelektrischer Vibrator wie ein bimorphes piezoelektrisches anorganisches Element, ein elektromagnetisch in Schwingungen versetztes Magnetelement oder ein anderer bekannter Vibrator, der normalerweise mit konstanter Wellenlänge und konstanter Stärke schwingt.

Ein Schutzelement 5 aus einem Material wie Gummi, Kunststoff oder dergleichen hindert die Elektrode 3' daran,mit dem Schwingungsgeber direkt in Kontakt zu kommen oder zu zerbrechen. Das Schutzelement 5 kann dort entfernt werden, wo ein Brechen der Elektrode 3¹ nicht möglich ist. Im Normalfall wird jedoch bevorzugt, das aus Gummi oder geschäumtem Kunststoff bestehende Schutzelement dazu .zu verwenden, die vom Schwingungsgeber erzeugten elastischen Wellen in einem gewissen Ausmaß zu absorbieren und die Wellen aus dem Schwingungsgeber aus dem oben angegebenen Grund nicht direkt auf den Film einwirken zu lassen. Es ist natürlich nicht erwünscht, ein elastisches Absorptionsglied zu verwenden, das die vom Schwingungsgeber erzeugten Schwingungen vollständig absorbiert. Wenn die an das

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piezoelektrische Filmelement anzulegende SGhwingungsamplitude sehr klein ist, kann als Schutzelement anstelle des elastischen Absorptionsgliedes ein starres Kunststoff- oder Metallglied angefügt werden. Das piezoelektrische Filmelement 1 und das Schutzelement 5 werden zwischen zwei Rahmen 6, 6¹ gehalten. Das Schutzelement 5 kann auf der Oberfläche der am piezoelektrischen Filmelement befestigten Elektrode angebracht oder als Überzug gebildet sein. An die Elektrode 3 ist ein Verstärker 7 , beispielsweise ein Feldeffekttransistor (FET) angeschlossen, und die Elektrode 3¹ liegt an Masse.

Wenn sich das zwischen die Rahmen eingespannte piezoelektrische Filmelement zusammen in Kontakt mit dem Schwingungsgeber 4 bewegt, dann wird die vom Schwingungsgeber 4 ausgehende Schwingung an das piezoelektrische Filmelement 1 angelegt, damit es zur Induzierung piezoelektrischer Schwankungen an seiner Oberfläche entsprechend den dazwischen stattfindenden Schwingungen zum Schwingen gebracht wird. Demgemäß kann in der an die Elektroden angeschlossenen elektrischen Schaltung ein Analogsignal entsprechend der Stärke des Kontaktdrucks erzeugt werden. Anstelle eine r Bewegung des piezoelektrischen Filmelements 1 und der Rahmen 6, 6^f gegen den Schwingungsgeber gemäß den obigen Ausführungen kann der Schwingungsgeber auch gegen das Filmelement 1 zur Erzielung des gleichen Ergebnisses bewegt werden_o

Fig.2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der das piezoelektrische thermoplastische Filmelement an einer Fläche des Rahmens 6 befestigt ist, während der Rahmen 6 und der Schwingungsgeber 4 aneinander befestigt sind. Mit dem Bezugszeichen 8 ist ein aus Gummi, Metall, Porzellan, Glas, Kunststoff oder einem anderen Festkörper bestehendes Kontaktelement gekennzeichnet. Wenn sich das

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Kontaktelement 8 nach unten in Kontakt mit dem Filmelement und dem Schwingungsgeber mit einem Kontaktdruck bewegt, dann werden die vom Schwingungsgeber 4 abgegebenen Schwingungen so auf das Filmelement 1 übertragen, daß zwischen den Elektroden 3 und 3' entsprechend der Stärke des Kontaktdrucks ein schwingendes piezoelektrisches Feld erzeugt wird.

Da das vom erfindungsgemäßen Schalter erzeugte piezoelektrische Feld mit der gleichen Periodendauer wie die von Schwingungsgeber abgegebene Schwingung schwingt, können die jeweiligen Schaltpositionen in einer Vielfachschaltvorrichtung dadurch getrennt angezeig werden, daß jeder Schalter mit einer unterschiedlichen Schwingungsfrequenz ausgebildet wird. Da das piezoelektrische Feld auch während der Zeit andauert, in der der Schwingungsgeber in direktem oder indirektem Kontakt mit dem Filmelement gehalten wird, erzeugt der Schalter auch ein kontinuierliches Signal; er ist daher als Schalter zur Erzeugung eines elektrischen Signals für eine längere oder eine kurze Zeit von Nutzen,,

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Claims

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Patentansprüche

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Λ^'Piezoelektrischer Schalter,dadurch* gekennzeichnet,daß ein piezoelektrisches Element aus einem piezoelektrischen thermoplastischen Film vorgesehen ist, an dem an seinen beiden Flächen Elektroden befestigt sind, daß in der Nähe · des Filmelements ein Schwingungsgeber zur Abgabe mechanischer Schwingungen angebracht ist, und daß das Filmelement oder der Schwingungsgeber relativ zueinander in eine solche Position beweglich sind, daß die Schwingungsenergie auf den piezoelektrischen Film mit einem solchen Druck angelegt wird, daß zwischen den Elektroden entsprechend Änderungen der Stärke des Kontaktdrucks ein schwingendes piezoelektrisches Feld entsteht.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das piezoelektrische Filmelement direkt mit dem Schwingungsgeber in Kontakt gebracht und von diesem getrennt werden kann.
3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsgeber mit dem piezoelektrischen Filmelement direkt in Kontakt gebracht und von diesem getrennt werden kann.
4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schwingungsgeber und dem piezoelektrischen Filmelement eine Absorptionsvorrichtung angebracht ist und daß die Schwingungsenergie über die Absorptionsvorrichtung an das piezoelektrische Filmelement angelegt wird, wenn das piezoelektrische Filmelement und der Schwingungsgeber mit der Absorptionsvorrichtung in Kontakt stehen.

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5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsvorrichtung fest an dem piezoelektrischen Element angebracht ist und mit dem Schwingungsgeber in Kontakt gebracht und von diesem getrennt wird.
6. Piezoelektrischer Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß ein piezoelektrisches Element aus einem piezoelektrischen thermoplastischen Film vorgesehen ist, an dem an seinen beiden Flächen Elektroden befestigt sind, daß in der Nähe des Elements ein Schwingungsgeber zur Abgabe mechanischer Schwingungen angebracht ist und daß mit dem Element und dem Schwingungsgeber ein Kontaktelement gleichzeitig in Kontakt gebracht und davon getrennt werden kann, damit das Element und der Schwingungsgeber mit einem Kontaktdruck indirekt so miteinander in Kontakt gebracht werden, daß zwischen den Elektroden entsprechend Änderungen der Stärke des Kontaktdrucks ein schwingendes piezoelektrisches Feld erzeugt wird«,

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