DE2618720B2 - Piezoelektrischer schalter - Google Patents
Piezoelektrischer schalterInfo
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Classifications
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- H03K—PULSE TECHNIQUE
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- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/96—Touch switches
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Landscapes
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- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Schalter.
Es ist bekannt, daß ein gerichteter Poly-r-Methylglutamatfitm
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.
Bei solchen herkömmlichen piezoelektrischen Schaltern wird das elektrische Feld nur zeitweise in dem
Zeitpunkt erhalten, in dem die Beanspruchung für das piezoelektrische Filmelement ausgeübt wird oder
wieder beendet wird; es wird 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 ein 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
Kontaktdrucks ein schwingendes piezoelektrisches Feld entsteht.
Gemäß der Erfindung kann zwischen dem Filmelement und dem Schwingungsgeber ein Kontaktelement
vorgesehen werden, damit das Filmelement und der Schwingupgsgeber als Reaktion auf einen Kontaktdruck
indirekt miteinander in Kontakt gebracht werden.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des piezoelektrischen Schalters nach
der Erfindung und
F i g. 2 eine zweite Ausführungsform des piezoelektrischen Schalters nach der Erfindung.
F i g. 1 zeigt ein piezoelektrisches thermoplastisches Filmelement 1, das einen Polyvinylidenfluoridfilm 2 mit
einer piezoelektrischen Konstanten cöl in der Größenordnung
von beispielsweise 10~8 bis 10~6 enthält. An
den beiden Flächen des Films 2 sind Dünnfilmelektroden 3,3' aus Gold, Silber, Aluminium, Zinn, Nickel oder
aus anderen geeigneten Materialien befestigt. Die Dünnfilmelektroden sind am Film 2 mit Hilfe irgendeines
geeigneten Verfahrens, beispielsweise durch galvanisches überziehen mit Metall, durch Aufstäuben,
Kleben, Drucken od. dgl. 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 od. dgl. 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 3' nicht möglich ist. Im Normalfall wird jedoch bevorzugt, das
aus Gummi oder geschäumten 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 Schwingungsge-
-U
ber erzeugten Schwingungen vollständig absobiert. Wenn die an das piezoelektrische Filmelement anzulegende
Schwingungsamplitude 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, 6' 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 3' 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
Überfläche 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 einer Bewegung des piezoelektrischen Filmelements
1 und der Rahmen 6,6' gegen den Schwingungsgeber gemäß den obigen Ausführungen kann der
Schwingungsgeber auch gegen das Filmelement 1 zur Ei zielung des gleichen Ergebnisses bewegt werden.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der das piezoelektrische thermoplastische
Filmelemenl 1 an einer Fläche des Rahmens 6 befestigt ist, während der Rahmen 6 und der
Schwingungsgfiber 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 Kontaktelement 8 nach unten in Kontakt mit dem Filmelement 1 und dem Schwingungsgeber mit
ίο 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 vom Schwingungsgeber abgegebene Schwingung schwingt, können die jeweiligen Schaltpositionen
in einer Vielfachschaltvorrichtung dadurch getrennt angezeigt 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.
30
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Piezoelektrischer Schalter, dadurch gekennzeichnet,
daß ein piezoelektrisches EIement 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 Ände- '5
rungen der Stärke des Kontaktdrucks ein schwingendes piezoelektrisches Feld entsteht.
2. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,
daß das piezoelektrische Filmelement direkt mit dem Schwingungsgeber in Kontakt gebrach! 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.
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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JPS51127382A (en) | 1976-11-06 |
GB1505034A (en) | 1978-03-22 |
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