DE2939440C2

DE2939440C2 - Verbesserung an einer Piezotaste

Info

Publication number: DE2939440C2
Application number: DE19792939440
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Hans 8013 Haar Meixner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1981-08-06
Also published as: DE2939440B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Piezotaste nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus dem deutschen Patent 23 14 420 ist die Piezotaste bekannt. Es ist eine mit bestimmungsgemäß gerichteter, vom Finger ausgeübter Druckkraft zu betätigende Taste mit einem mit Elektroden zur Signalabnahme versehenen piezoelektrischen Wandler zur Ansteuerung eines elektrischen Verstärkerelementes einer elektronischen Schaltung, wobei der Körper des Wandlers aus piezoelektrischem Material besteht und in einem Volumen h ■ 1 ■ d permanent polarisiert ist, wobei seine Dicke d eine zur Richtung der Druckkraft senkrechte Richtung ist, /eine Abmessung senkrecht zur Dicke t/und zur Richtung der Druckkraft ist und h eine Abmessung parallel zur Richtung der Druckkraft ist, wobei der Körper senkrecht zur Richtung der Druckkraft annähernd konstante Querschnittsform aufweist, und wobei die Dicke d klein gegenüber einer weiteren Abmessung /und h ist, wobei die Abmessung h größer als etwa das lOfache der Abmessung o'ist, und wobei der Körper in Richtung der Dicke dzwischen den Elektroden polarisiert ist, die gekennzeichnet ist dadurch, daß der Körper aus polarisierbarer Piezokeramik besteht, wobei die im Oberbegriff angegebene Bemessung der Polarisationsrichtung und der Richtung

ίο der Druckkraft dazu genutzt werden, daß das bei Piezokeramik bei Temperaturänderung auftretende Pyrosignal im Vergleich zum piezoelektrischen Nutzsignal vernachlässigbar klein wird, wobei der Körper des Wandlers zu einem Anteil (h^H)der in Richtung der Druckkraft liegenden Rechteckseite //polarisiert ist und auf den Flächen h ■ 1 mit den Elektroden versehen ist, und dadurch, daß der Körper in Richtung seiner Dicke mit einem seine Biegesteifigkeit erhöhenden ein- oder mehrteiligen, aus Kunststoff bestehenden, mit dem Körper des Wandlers fest verbundenen Stützkörper versehen ist, wobei der oder die Stützkörper in Richtung der in der Taste bestimmungsgemäß auf den Körper des Wandlers einwirkenden Druckkraft eine vergleichsweise zu dem Körper des Wandlers größere oder nicht wesentlich kleinere integrale druckelastische Nachgiebigkeit aufweist (en). Insbesondere besteht der Stützkörper des Wandlerkörpers aus einer Kunststoffmasse, die auf den Wandlerkörper aufgespritzt oder in einem Wirbelinterverfahren aufgebracht ist. Die Dicke des WandlerKörpers ist kleiner als 0,5 mm.

Bei bekannten Ausführungsformen der Piezotaste bilden dünne Metallstreifen oder Drähte die elektrischen Anschlußfahnen und Zuführungs- und Kontaktleitungen zu den Elektroden-Metallisierungen des piezokeramischen Wandlerkörpers. Diese Metallstreifen oder Drähte verlaufen in Parallelrichtung zur Höhe H des Wandlerkörpers über fast dessen ganze Oberfläche hinweg. An wenigstens einer Stelle sind sie an der jeweiligen Elektroden-Metallisierung zur Kontaktgabe

tu angelötet.

Da von der einen Stirnseite des Wandlerkörpers her die bestimmungsgemäße Druckkraft auf diesen ausgeübt wird, wirkt die entsprechende Gegenkraft auf die gegenüberliegende Stirnseite des Körpers. Diese gegenüberliegende Stirnseite muß dementsprechend so ausgebildet sein, daß sie mit einer wenigstens in beschränktem Maße planen Fläche auf dem Boden des Gehäuses der Taste aufliegt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß insbesondere infolge der an dieser Stirnseite herausgeführten Anschlußleitungen die Ausbildung der in diesem Bereich vorliegenden, insbesondere durch Umspritzen oder durch Wirbelsintern aufgebrachten Kunststoffmasse keine ebene Fläche ist, so daß Maßnahmen zur Herbeiführung einer solchen ebenen Fläche wenigstens zweckmäßig sind.

Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung aus vorgeformten Stützkörpern mit planer Standfläche bekannt sind, jedoch mußte bei bisher bekannten Ausführungsformen dieser Art ein Signalverlust in Kauf genommen werden, der durch entsprechende Auslegung der Elektronikschaltung zu kompensieren war.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine Ausführungsform einer Piezotaste nach dem Patent 23 14 420, bei der die Gesamtheit von Wandlerkörper und Stützkörper von sich aus ohne exakt ausgebildete Standfläche ist, eine solche Maßnahme anzugeben, mit der auf das Herstellungsverfahren der Taste angepaßt

mit nur geringem zusätzlichen Aufwand eine Standfläche geschaffen wird.

Diese Aufgabe wird für eine Piezotaste nach dem Überbegriff des Patentanspruches 1 mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Insbesondere ist ein Anteil des erfindungsgemäß vorgesehenen Metallfußes gleichzeitig Elektrodenzuführung.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiels hervor. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer nach der vorliegenden Erfindung weitergebildeten Taste nach dem Hauptpatent 23 14420,

F i g. 2 eine dem Schnitt ΙΙ-1Γ entsprechende geklappte Seitenansicht, in der nur die den Stützkörper bildende Umhüllung geschnitten ist

Mit 1 ist der aus piezoelektrischer Keramik bestehende Wandlerkörper bezeichnet Auf diesem Wandlerkörper 1 befindetn sich die Elektrodenbeschichtungen 24 und 25, die ?.. B. je eine Schicht aus Einbrennsilber ist Mit dem Pfeil 2 ist die bestimmungsgemäße Betätigungsdruckkraft angedeutet, die auf die Stirnfläche 3 des Wandierkörpers 1 einwirkt. Mit dem Doppelpfeil H ist die Höhe des Wandlerkörpers 1 definiert.

Mit 64 ist eine z. B. durch Spritzen, Tauchen oder Wirbelsintern aufgebrachte Kunststoffumhüllung des Wandlerkörpers 1 bezeichnet, die dem Element der Piezotaste die bekannte erforderliche Biegesteifigkeit verleiht, wie das im Hauptpatent im einzelnen ausführlich beschrieben ist Die Darstellung der F i g. 1 ist derart, als wäre das Material dieser Umhüllung durchsichtig und würde alle im Inneren der Umhüllung liegenden Konturen des Wandlerkörpers 1 der Elektrodenbeschichtung 24 und weiter noch zu beschreibender Einzelheiten sichtbar lassen. Diese Wahl der Darstellung dient der Übersichtlichkeit, auch wenn sie mit den Regeln des Maschinenzeichens nicht in Einklang ist oder sein sollte.

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat die weitergebildete neue Piezotaste einen Metallfuß, der in seiner Gesamtheit mit 11 bezeichnet ist. Er besteht aus einem einstückigen, ausgestanzten Blechstreifen mit einem Anteil 12, der auf der Elektrodenbeschichtung 24 dicht anliegt. Mit 13 ist ein Anteil des Metallfußes 11 bezeichnet, der eip Umbug ist, wie er insbesondere aus F i g. 2 in seiner Form und Ausführung näher zu erkennen ist. Vorzugsweise ist der Bogen 113 des Ümbugs nicht scharfkantig, sondern mit einem, wenn auch nur sehr geringem Radius, ausgeführt. Damit ergibt sich nämlich eine wie ersichtlich gute Standfläche auf der durch die gestrichelte Linie 14 angedeuteten Standebene im Gehäuse. Auf dieser Standebene stent die dargestellte Piezotaste im Gehäuse dementsprechend fest und plan auf, so daß diese Standfläche einen der Druckkraft 2 entgegengerichteten Gegendruck einwandfrei unelastisch und/oder ohne schräggerichtete Komponenten auf den Wandlerkörper 1 übertragen kann.

Auf der im Blechstreifen 11 gegenüberliegenden Seite des Wandlerkörpers 1 ist ein zweiter Blechstreifen 21 als Elektrodenzuführung für die Elektrodenbeschichtung 25 angebracht. Mit 111 und 121 sind die entsprechenden Anschlußfahnen der Blechstreifen 11 und 22 bezeichnet. Diese Anschlußfahnen ragen aus der

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65 den Stützkörper bildenden Umhüllung 64 heraus.

Zumindest der Bogen 113 mit seiner Standfläche ragt aus der den Stützkörper bildenden Umhüllung 64 heraus. Der Metallstreifen 11 ist mit seinem Anteil 12 unter Verwendung eines Klebstoffes auf der Metallisierungsschicht 24 des Wandlerkörpers 1 befestigt Die Breitenabmessung (senkrecht zur Richtung H) des Anteils 12 des Metallstreifens 11 ist wenigstens etwas kleiner gehalten als die Breite /des Wandlerkörpers 1. Um eine einwandfreie Kontaktgabe zwischen dem Anteil 12 und der Elektrodenbeschichtung 24 zu haben, erfolgt das Ankleben des Metallstreifens 11 in der Weise, daß zunächst dieser Metallstreifen 11 mit seinem Anteil 12 auf die Elektrodenbeschichtung 24 unmittelbar aufgelegt wird. Dann wird Klebstoff auf die freie Oberflächenseite des Anteils 12 des Metallstreifens derart aufgebracht, daß der Klebstoff auch noch über die seitlichen Ränder dieses Anteils 12 hinausragt Dies ist mit der gestrichelten Umrandung 112 angedeutet. Es wird ein Klebstoff mit einem solchen Wert der Viskosität verwendet, der bei der Aushärtetemperatur von etwa 150⁰C (während einer Aushärtezeit von etwa ¹It Stunde) nur zu einer geringen, aber dennoch ausreichenden Eindringtiefe zwischen der Metallisierungsschicht 24 und dem Anteil 12 von dessen Rand her d.h. vom Rand des Anteils 12 her, um das Maß der Eindringtiefe unter das Blech des Anteils 12 hereinzieht. Somit ergibt sich eine praktisch entlang dem ganzen Rand des Anteils 12 vorhandene Verklebung dieses Anteils 12 mit der Metallisierungsschicht 24 bzw. mit dem Wandlerkörper 1. Als Klebstoff wird ein Duroplast verwendet, der die bei Betätigung der Taste in dieser Klebstelle zwischen dem Anteil 12 und dem Wandler 1 auftretenden Schwerkräfte einwandfrei und insbesondere nicht elastisch oder nachgiebig aufnimmt.

Das vorangehend beschriebene Aufkleben des Metallstreifens 11 bzw. seines Anteils 12 auf dem Wandlerkörper 1 gewährleistet bereits einen einwandfreien elektrischen Kontakt zwischen dem Anteil 12 und der Metallisierungsschicht 24, so daß das vom Stand der Technik her bekannte Anlöten von Anschlußfahnen an der Metallisierungsschicht des Wandierkörpers hier vorteilhafterweise überflüssig ist.

In der gleichen Weise wie der Metallstreifen 11 wird auch der Metallstreifen 21 am Wandlerkörper 1 unter gleichzeitiger Bildung des Kontakts angeklebt.

Für eine Piezotaste mit einem Wandlerkörper mit einer Breite von etwa / = 7,5 mm (und einer Höhe H = 20 mm) hat ein erfindungsgemäßer Metallstreifen (mit einer Dicke von z. B. 1,5 mm) eine Breite von 6 mm bei einer Höhe des Anteils 12 von 3 mm. Die (gegenüber der Höhe //relativ geringe) Höhe des gesamten Anteils 13 ist vor dem Umbug z. B. 3 mm groß und der Umbug hat vom unteren Rand des Wandlerkörpers 1 einen Abstand von z. B. 1 mm, womit er als Standfläche genügend weit herausragt

Wie bereits erwähnt, ist die Viskosität des Klebstoffes für die einwandfrei feste und dennoch einen elektrischen Kontakt belassende Verbindung des Anteils 12 mit dem Wandlerkörper 1 wichtig. Während des Klebvorganges, d. h, während des Aushärtens, wird ein leichter Anpreßdruck ausgeübt

Ein wie erfindungsgemäß aufgebauter Wandlerkörper 1 mit Standfuß bzw. eine Piezotaste mit einem solchen Wandler läßt sich ohne weitere mit einer Belastung von z. B. 10 Kp noch bei 80° C betreiben.

Mit einem wie erfindungsgemäßen Standfuß aus Metall sind auch solche Schwierigkeiten behoben, die

bei Betrieb bei höheren Temperaturen durch temperaturbedingte Nachgiebigkeit des Kunststoffmaterials des Stüllzkörpers am Ort einer Auflagestelle bei bekannten umsipritzten Wandlerkörpern auftreten können.

Die Verwendung eines Duroplast, gewährleistet, daß bei insbesondere lang andauernder (an sich nicht vorgesehener) Druckeinwirkung in der Taste auftretende Scherkräfte keinen störenden Einfluß, z. B. im Sinne eines Verschiebens, bewirken. Als Duroplast im Sinne der Erfindung sind somit auch solche Kunststoff-Kleber zu verstehen, die ein hier ausreichendes Standvermögen für diese Scherkräfte haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Piezotaste nach Patent 23 14 420 mit einem streifenförmigen Wandlerkörper aus piezoelektrischer Keramik und mit darauf angebrachter Elektroden-Metallisierung sowie mit einem Stützlcörper aus Kunststoffmaterial, gekennzeichnet durch einen an dem Wandlerkörper (1) angebrachten Metallfuß, der mit seiner Standfläche aus dem Material des Stützkörpers (64) herausragt, wobei dieser Metallfuß ein Anteil (13) eines Blechstreifen ist, der einen Umbug (113) aufweist, der die Standfläche bildet, wobei ein weiterer Anteil (12) des Blechstreifens ganzflächig an der Elektroden-Metallisierung (24) unter Bildung eines elektrischen Kontakts mit dieser Metallisierung (24) an dieser anliegt, und wobei der an der Metallisierung (24) anliegende weitere Anteil (12) des Blechstreifens (11) entlang des Randes dieses weiteren Anteils (12) mit dem Wandlerkörper (1) durch einen duroplastischen Klebstoff verklebt ist.

2. Piezotaste nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Fläche des an der Metallisierung (24) des Wandlerkörpers (1) anliegenden weiteren Anteils (12) des Blechstreifens (11) sowie der umgebogene Teil des den Standfuß bildenden Anteils (13) des Blechstreifens (11) bis über den Rand des weiteren Anteils (12) hinaus (112) mit dem Klebstoff überzogen sind.

3. Piezotaste nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Blechstreifen (11) als elektrischer Anschluß (111) ausgebildet ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Piezotaste mit einem Metallfuß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der den Metallfuß bildende, mit Umbug (113) versehene Metallstreifen (11) auf die eine Fläche des Wandlerkörpers (1) im Bereich der einen Stirnseite desselben aufgelegt wird, daß auf den auf dem Wandlerkörper (1) anliegenden weiteren Anteil (12) des Metallstreifens

(11) das Klebstoffmateriai aufgebracht wird, das bezüglich seiner Viskosität so ausgewählt ist, daß es bei der für den Klebstoff vorgesehenen erhöhten Temperatur des Aushärtens am Rande des Anteils

(12) des Blechstreifens (11) zwischen diesem Blechstreifen (11) und dem Wandlerkörper (1) hereinzieht, womit an diesem Rand eine fest haftende Verklebung von Metallstreifen (il) und Wandlerkörper (1) erzielt ist.