DE2706210B1

DE2706210B1 - Auf Druck ansprechender Schalter oder Signalgeber

Info

Publication number: DE2706210B1
Application number: DE2706210A
Authority: DE
Inventors: Watt Andrew John; Quilliam Robert Mark; Gallantree Howitt Raymonde
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1976-12-02
Filing date: 1977-02-14
Publication date: 1978-06-08
Also published as: FR2373043A1; GB1543089A; DE2706210C2; FR2373043B1; US4158117A

Description

Diese Erfindung betrifft einen auf Druck ansprechenden Schalter oder Signalgeber.

Es ist bereits bekannt, in einen auf Druck ansprechenden Schalter eine Polyvinylidenfluorid (PVF₂)-Platte einzubauen, die polarisiert worden ist, um sie so piezoelektrisch zu machen. Ein solcher bereits bekannter Schalter wird durch den aufeinanderfolgenden Zusammenbau einer Platte aus geschäumten Elastomer, eines elektrischen Konaktes, einer PVF₂-Platte, eines weiteren elektrischen Kontaktes, einer weiteren Platte aus geschäumten Elastomer und eines manuell zu bedienenden Druckknopfes gebildet. Wird der Druckknopf durch Niederdrücken betätigt, dann komprimiert dies die Platte aus geschäumten Elastomer, welche daraufhin die PVF₂-PIaUe zusammenpressen. Vom polarisierten PVF₂-Material ist bekannt, daß dieses Material bei Kompression ein elektrisches Signal erzeugt; auf diese Weise wird beim Zusammendrücken der PVF₂-PIaUe an den elektrischen Kontakten ein Signal erzeugt, das in der Größenordnung von 100 pico-Coulombs/Newton liegt. Jedoch hat im allgemeinen soch ein bekannter Schalter den Nachteil, daß die Platte aus geschäumten Elastomer, wenn sie bei der Betätigung des Druckknopfes zusammengedrückt wird, an den elektrischen Kontakten schabt und dadurch einen Verschleiß der Kontakte verursacht.
Mit vorliegender Erfindung soll ein auf Druck ansprechender Schalter oder Signalgeber geschaffen werden, bei dem der vorher erwähnte Nachteil wenigstens teilweise vermieden wird und bei dem das von der PVF2- Platte erzeugte Ausgangssignal erhöht wird.

is Nach der Erfindung enthält ein auf Druck ansprechender Schalter eine Polyvinylidenfluorid (PVF₂)-Platte die so angeordnet ist, daß sie unter Belastung deformiert wird, Kontaktvorrichtungen, die mit jeder der Hauptoberfläche der PVF2-Platte leitend verbunden sind, um ein bei Belastungsdeformation von der Platte erzeugtes Signal abzunehmen, und Vorrichtungen, die wenigstens einer Hauptseite der Platte anliegen, wobei diese Vorrichtungen die Aufgabe haben, die Belastung aufzunehmen, und wobei die Vorrichtungen so angeordnet sind, daß sie unter Belastung die PVF₂-PIaUe nach der Seite hin strecken bzw. dehnen. Obwohl die PVF2-Platte eigentlich unter Belastung komprimiert wird, nimmt man an, daß das verstärkt erzeugte Signal, das von einem Schalter nach dieser Erfindung ausgelöst wird, dadurch erhalten wird, daß die PVF₂-Platte seitlich gedehnt wird.

Vorzugsweise werden die Belastung aufnehmenden Vorrichtungen an beiden Hauptseiten der Platte anliegend befestigt und vorteilhafterweise setzen sie sich aus elektrisch leitenden Vollgummiteilen zusammen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß eines der Kontaktteile, eines der elektrisch leitfähigen Vollgummiteile, die PVF₂-PIaUe, ein anderes der elektrisch leitfähigen Vollgummiteile, das andere der Kontaktteile, und ein manuell zu bedienender Druckknopf, so daß für die Deformation der PVF₂-PIaUe eine Belastung angelegt werden kann, in aufeinanderfolgender Weise zusammengefügt werden, und daß weiterhin, eingeschoben zwischen Druckknopf und den anderen der Kontaktteile, Vorrichtungen eingefügt sind, um die PVF₂-PIaUe durch den Druckknopf einer Vorbelastung auszusetzen, so daß guter mechanischer Kontakt dazwischen sichergestellt ist.

Geeigneterweise besteht die Vorrichtung für diese Vorbelastung aus geschäumten Elastomer.

Die Erfindung wird nun an einem Beispiel anhand der Zeichnung beschrieben, von denen
F i g. 1 eine Draufsicht eines auf Druck ansprechenden Schalters nach dieser Erfindung, und

F i g. 2 einen Schnitt entlang der mit Pfeilen versehenen Linien X-X nach F i g. 1 zeigt

In den Figuren entsprechen gleichen Bauteilen gleiche Bezugszeichen.

Der auf Druck ansprechende Schalter, der in den F i g. 1 und 2 gezeigt wird, besitzt eine rechtwinklige Grundplatte, die aus einer gedruckten Leiterplatte besteht, auf der mit bekannten photlithografischen Techniken zwei Kontaktstellen 2, 3 eingeätzt sind, die entsprechende fingerartige Anschlußelemente 4, 5 besitzen, welche zu einer Hauptkante der gedruckten Leiter 1 führen. Ein rundes, elektrisch leitendes

Vollgummiteil 6, wie z.B. das von Chomerics hergestellte leitfähige elastomere Plattenmaterial, ist so befestigt, daß es den Kontakt 3 bedeckt. Eine Platte 8 aus PVF₂-Material, das polarisiert worden ist, um piezoelektrische Eigenschaften anzunehmen, bedeckt das s Vollgummiteil 6 und ist zwischen diesem Vollgummiteil 6 und einem ähnlichen elektrisch leitfähigen Vollgummiteil 7 eingeschoben. Die Polarisation des PVF₂-Materials erhält man bekanntermaßen, indem ein elektrisches Feld von etwa 3 Kv bei Temperaturen in der Gegend von 100⁰C dreißig Minuten lang angelegt wird und indem das elektrische Feld, während die Temperatur auf Umgebungstemperatur reduziert wird, beibehalten wird. Streifenförmige Isolierteile 9 sind an beiden Hauptseiten mit gegenseitigem Abstand um die Platte 8 herum angeordnet und nehmen diese Platte 8 zwischen sich auf, so daß sie in ebener Lage gehalten wird.

Ein weiterer elektrischer Kontakt 10, der als Metallscheibe vorgesehen ist, ist auf dem Vollgummiteil 7, wie es in Fig.2 gezeigt wird, befestigt, und eine Drahtverbindung 11 schließt den Kontakt 10 an den Kontakt 2. Ein manuell zu bedienender Druckknopf 13 mit kreisförmigen Querschnitt ist auf dem Kontakt 10, aber räumlich davon durch eine geschäumte Elastomer-Scheibe 12 getrennt, befestigt, wobei der Druckknopf 13 einen sich radial erweiternden Flansch 14 besitzt, der sich in Berührungskontakt mit der geschäumten Elastomer-Scheibe 12 um den kleineren Umfang des Druckknopfes herum erstreckt. Die geschäumte Elastomer-Scheibe 12 hat die Aufgabe, den Druckknopf 13 für guten mechanischen Kontakt mit der als elektrischem Kontakt dienenden Metallscheibe 10 vorzubelasten und einen leichten Druck auf die PVF2-Platte 8 auszuüben. Ein viereckiger Distanzblock 15 aus isolierendem Material, der eine Schmalseite besitzt, die kleiner als die ss der gedruckten Leiterplatte 1 ist, um so Zugriff zu den fingerartigen Anschlußgliedern 4, 5 zu ermöglichen, an die externe Leitungen angelötet werden können, ist mit einer kreisförmigen öffnung ausgestattet, durch die sich der Flansch 14 des Druckknopfes, die geschäumte Elastomer-Scheibe 12 und der aus einer Metallscheibe bestehende Kontakt 10 erstrecken, und ist weiterhin mit einer Aussparung von größerem Durchmesser ausgestattet, um für die Drahtverbindung 11 einen Durchlaß zu schaffen. Auf den Distanzblock 15 und nach dessen Peripherie ausgerichtet, ist eine Druckplatte 16 befestigt, die eine kreisförmige öffnung besitzt, welche so dimensioniert ist, daß der Druckknopf 13 hindurchpaßt, deren Durchmesser aber kleiner als der des Flansches 12 ist, so daß die Kombination Deckplattenöffnung/Flansch 14 den Druckknopf 13 gegen die geschäumte Elastomer-Scheibe 12 drückt und so zu dem obenerwähnten vorbelastenden Zustand führt.

Im praktischen Betrieb komprimiert das Niederdriikken des manuell zu bedienenden Druckknopfes 13 die geschäumte Elastomer-Scheibe 12, und ein weiteres Niederdrücken des Knopfes 13 verursacht, daß die Metallscheibe 10 die »Sandwich«-Kombination aus den Vollgummiteilen 6,7 und der PVF₂- Platte 8 zusammenpreßt. Da die Gummiteile 6, 7 aus Vollgummi bestehen, werden sie dabei nicht nur komprimiert, sondern dehnen sich auch der Seite nach mit der Wirkung aus, daß auch die PVF₂-PIaUe nicht nur komprimiert, sondern ebenfalls nach der Seite hin gedehnt wird. Es ist herausgefunden worden, daß die auf mechanische Weise erreichte Verstärkung, dadurch bewirkt, daß die Vollgummiteile 6,7 die Platte 8 nicht nur komprimieren, sondern auch dehnen, ein Ausgangs-Antwortsignal der PVF₂-PIaUe 8 von 500 pico-coulombs/newton verglichen mit 100 pico-coulombs/newton liefert, die der dem gegenwärtigen Stand der Technik entsprechende Schalter erzeugt, bei dem die Schaumgummiplatte nur eine Kompressionskraft ausüben kann. Mit dem Schalter nach der Erfindung wurde eine Spannung von 10 Volt bei einem Verstärker hoher Eingangsimpedanz an den Anschlußgliedern 4,5 erzeugt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Auf Druck ansprechender Schalter oder Signalgeber, der eine Polyvinylidenfluorid (PVF₂)-Platte enthält, die so angeordnet ist, daß sie unter Belastung deformiert wird, der weiterhin Kontaktvorrichtungen enthält, die leitend mit jeder Hauptoberfläche der PVF2- Platte verbunden sind, um ein von der Platte erzeugtes Signal abzunehmen, wenn diese unter Belastung deformiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine wenigstens einer Hauptoberfläche der Platte anliegende Vorrichtung (6,7) vorgesehen ist, um die Belastung aufzunehmen, wobei diese Vorrichtung (6,7) so angeordnet ist, daß die PVF2-Platte unter Belastung seitlich gedehnt wird.

2. Auf Druck ansprechender Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (6, 7) für die Belastungsaufnahme anliegend an beiden Hauptseiten der PVF2-Platte (8) befestigt ist

3. Auf Druck ansprechender Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung (6, 7) ein elektrisch leitendes Vollgummiteil (6,7) enthalten ist.

4. Auf Druck ansprechender Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine aufeinanderfolgende Verbindung eines der Kontakte (3), eines der elektrisch leitfähigen Vollgummiteile (6), der PVF₂-PIaUe (8), eines anderen der elektrisch leitfähigen Vollgummiteile (7), des anderen der Kontakte (10) und eines manuell zu bedienenden Druckknopfes (13) vorgesehen ist, um über diesen durch das Anlegen einer Belastung die PVF₂-PIaUe (8) zu deformieren, und daß, zwischen dem Druckknopf (13) und dem anderen der Kontakte (10) eingefügt, ein Bauteil (12) vorgesehen ist, um die PVF₂-PIaUe durch den Druckknopf vorzubelasten, um so guten mechanischen Kontakt dazwischen zu gewährleisten.

5. Auf Druck ansprechender Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (12) für diese Vorbelastung aus geschäumten Elastomer besteht.