DE3830604A1

DE3830604A1 - Druckmessender elektrischer leiter und seine herstellungsmethode

Info

Publication number: DE3830604A1
Application number: DE3830604A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Kunikane
Original assignee: Kokoku Rubber Tech
Current assignee: Kokoku Rubber Tech
Priority date: 1988-09-08
Filing date: 1988-09-08
Publication date: 1990-03-15
Also published as: DE3830604C2

Description

Ein druckmessender elektrischer Leiter besteht aus einer elastischen, elektrisch leitenden Schicht aus Silikongummi, auf welche eine flexible, isolierende Kunststofflage mit mehreren Kanälen in Form eines Netz werkes aufgelegt ist, wobei dieser druckmessende elek trische Leiter durch Beschichten der isolierenden, mit Kanälen versehenen Kunststofflage mit einer mit Toluol und Silikontinte versetzten Silikonklebmasse, ferner durch Verkleben dieser Schicht mit dem elektrischen Leiter, wobei letzterer mittels Vulkanisierung zu einer elektrischen Schicht geformt wurde, und ferner durch deren Verbinden unter Anwendung von Druck und beiden Seiten des Kunststoffisolators und elektrischen Leiters hergestellt wird.

Hintergrund der Erfindung (Technisches Feld/Gebiet der Erfindung)

Die Erfindung betrifft einen druckmessenden elektri schen Leiter, wie er in einer graphischen Eingabevor richtung und/oder Schaltvorrichtung eines Computer systems verwendet wird, und seine Herstellungsmethode.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein druckmessender elektrischer Leiter, der leitfähig wird, wenn er mittels äußerer Kraft beaufschlagt wird, ist im Stand der Technik weit gebräuchlich. Fig. 9 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform eines druck messenden elektrischen Leiters nach der Japanischen Offenlegungsschrift 897/1978.

Dieser druckmessende elektrische Leiter wird dadurch erhalten, daß man den Gummi 1, ein elastischer Körper, mit Metallteilchen 2 füllt und daraus dann eine Mischung macht. Wenn dann Druck aus der in der Zeichnung mit dem Pfeil gekennzeichneten Richtung auf den Leiter aufgebracht wird, berühren sich die Metall teilchen, die in dem mit Druck beaufschlagten Teil angeordnet sind, gegenseitig, um eine Verbindungs schiene in der leitenden Substanz von einem zum anderen Ende zu bilden.

Fig. 10 ist eine Ausführungsform des druckmessenden elektrischen Leiters, der einer Auflage oder einer Schaltvorrichtung aufgesetzt ist. Der mit Metallteil chen 2 gefüllte Gummi 1 ist zwischen einem Substrat 3 und einer flexiblen Schutzschicht 4 angeordnet und die Elektroden E 1 und E 2 sind auf der Innenseite des Substrates 3 in Streifen angeformt. Wenn Druck in der in der Zeichnung durch einen Pfeil dargestellten Richtung aufgebracht wird, wird der beaufschlagte Bereich leitfähig.

Fig. 11 ist eine Ausführungsform des druckmessenden elektrischen Leiters gemäß dem Stand der Technik nach dem offengelegten japanischen Gebrauchsmuster 41 588/1981. Diesen druckmessenden elektrischen Leiter erhält man durch den Druck von Mustern unter Verwendung einer isolierenden Tinte 6 auf einer elastischen, elektrisch leitenden Schicht 5.

Fig. 12 zeigt einen druckmessenden elektrischen Leiter, der auf einer Auflage oder einem Schalter ange bracht ist.

Wenn kein Druck auf den Leiter aufgebracht wird, trennt die isolierende Tinte 6 die elektrisch leitende Schicht 5 von den Elektroden E 1 bis E 4, und wenn Druck über die Schutzschicht 4 aufgebracht wird, wird die elektrisch leitende Schicht 5 verformt und ihr mit Druck beauf schlagter Teil berührt die Elektroden, um leitfähig zu werden.

Der druckmessende elektrische Leiter wird in der Regel dadurch hergestellt, daß Metallteilchen 2 in elasti schen Gummi 1 gefüllt werden und davon eine Mischung hergestellt wird, oder durch Aufdrucken eines Musters auf der isolierenden Schicht unter Verwendung der iso lierenden Tinte 6 auf der flexiblen, elektrisch leiten den Schicht 5. Diese druckmessenden elektrischen Leiter weisen aber keine zufriedenstellenden Eigenschaften im Hinblick auf die Ansprechempfindlichkeit, Lebensdauer und Auflösung wegen der Verwendung von Metallteilchen 2 oder isolierender Tinte 6 auf.

Als Alternative wird vorgeschlagen, eine aus Kunststoff bestehende und eine Anzahl von Kanälen aufweisende, isolierende Schicht auf einen schichtförmigen elektri schen Leiter aufzubringen. Der druckmessende elektri sche Leiter, der eine isolierende Lage aus Kunststoff, wie beispielsweise ein Polyestergitter od. dgl., besitzt, neigt nicht zu einer Verminderung der Eigen schaften über einen längeren Zeitraum und besitzt ver besserte Ansprechcharakteristiken und eine verbesserte Lebensdauer.

Der Metallteilchen verwendete druckmessende elektrische Leiter nach Fig. 9 und 10 verursacht wegen der Oxyda tion der Metallteilchen 2 beim Leiten von Elektrizität einen schwankenden Widerstand und gibt dadurch Anlaß zum Vibrieren in dem Bereich, in dem der Leiter mit Druck beaufschlagt wird, da eine Anzahl von Metall teilchen sich berühren. Somit wird die Ansprechempfind lichkeit über einen längeren Zeitraum verschlechtert und führt außerdem zu aufwendigeren Operationen einer Vorrichtung, welche damit gekoppelt ist.

Der druckmessende elektrische Leiter nach den Fig. 11 und 12, bei dem ein Muster/Modell der isolierenden Schicht unter Verwendung der isolierenden Tinte 6 auf die flexible, elektrisch leitende Schicht 5 gedruckt ist, hat bezüglich der Abstände und der Dicke der iso lierenden Muster/Modelle bei Verwendung der isolieren den Tinte 6 bestimmte Grenzen, die eine gewünschte Bestimmung der Eingabefeinheit ausschließen und gleich zeitig die Beständigkeit gegen die wiederholten Ein drücke auf einen bestimmten Umfang begrenzen.

Diese druckmessenden elektrischen Leiter verfügen aber wegen der Verwendung von Metallteilchen oder isolieren der Tinte 6 nicht über befriedigende Eigenschaften hin sichtlich der Ansprechempfindlichkeit, Lebensdauer und Auflösung.

Die druckmessenden elektrischen Leiter nach dem Stand der Technik mit der isolierenden Schicht werden durch Auftragen eines Klebers auf eine isolierende Substanz aus Kunststoffmaterial hergestellt, indem er einfach über eine Schicht einer elektrisch leitenden Substanz geklebt und diese dann zusammengepreßt werden. Dadurch wird weder eine genügende Klebefestigkeit noch befrie digende Ansprechcharakteristiken erzielt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a) und b) sind Querschnitte, welche die Grundstruktur des druckmessenden elektrischen Leiters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Draufsicht, welche die Form eines Polyestergitters entsprechend Fig. 1 zeigt.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung von charakte ristischen Auswertungen, welche die Beziehungen zwischen Öffnungen des Polyestergitters und dem Grad der Eingabefeinheit aufzeigt.

Fig. 5a) und b) sind Querschnitte durch einen druck messenden elektrischen Leiter bekannter Art in dem Augenblick, wenn er mit Druck beaufschlagt wird.

Fig. 6a) und b) sind Querschnitte durch einen druck messenden elektrischen Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Augenblick, wenn er mit Druck beauf schlagt wird.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des Her stellungsprozesses, während welchem der druckmessende elektrische Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.

Fig. 8 ist ein Querschnitt durch den druckmessenden elektrischen Leiter gemäß Fig. 7, um die Stufen des Verbindungsverfahrens darzustellen.

Fig. 9 ist ein Querschnitt eines druckmessenden elek trischen Leiters bekannter Art.

Fig. 10 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform des druckmessenden elektrischen Leiters gemäß Fig. 9, welcher einer Auflage oder Schalter aufgelegt ist.

Fig. 11 ist ein Querschnitt durch einen anderen Typ eines druckmessenden elektrischen Leiters.

Fig. 12 ist ein Querschnitt durch eine Ausführungsform eines druckmessenden elektrischen Leiters gemäß Fig. 11, der auf eine Auflage oder einen Schalter aufgelegt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt die Grundstruktur eines druckmessenden elektrischen Leiters gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher für den Gebrauch auf Auflagen oder Schaltern gedacht ist, die zum Eingeben von Koordinaten-Inputs in ein Computersystem benutzt werden. Gemäß der Zeichnung weist die elektrisch leitende Schicht ein isolierendes Substrat 3, eine äußere Schutzhaut 4 und eine elastische, elektrisch leitende Schicht 5 auf. Eine flexible, isolierende Lage aus Kunststoff, welche mit einer Anzahl von Kanälen 7 versehen ist, ist an die genannte elektrisch leitende Schicht 5 angefügt. E 1 bis E 4 stellen Elektroden dar, welche so ausgelegt sind, daß sie Streifen einer Elektrodenschicht auf dem Substrat 3 bilden und der isolierenden Schicht, herge stellt aus Kunststoff, zugeordnet sind.

Die elektrisch leitende Schicht 5 besteht aus Silikon kautschuk, während die isolierende Kunststofflage 7 eine Netzform aufweist.

Der druckmessende elektrische Leiter, bestehend aus der elektrisch leitenden Schicht 5 und der isolierenden Kunststofflage 7 verformt sich an der Stelle, wo Außen druck aufgebracht wird und berührt die Elektroden, um einen elektrisch leitenden Zustand herzustellen. Da keine Metallteilchen wie nach dem Stand der Technik verwendet werden, unterliegt er weder einem erheblichen Verschleiß über längere Zeit hinweg noch klappert oder klickt er, sondern seine Meßeigenschaften sind ver bessert. Ferner ist der Leiter weniger teuer und einfach im Aufbau, und die Elektroden E 1 und E 2 können miteinander - wie in Fig. 1a) gezeigt - leitend gemacht werden, da es möglich wird, auch in anderen Richtungen einen leitfähigen Zustand zu erzeugen als in die Richtung, in die der Druck aufgebracht ist. Da anstelle der isolierenden Tinte die flexible, iso lierende Kunststofflage von höherer Dauerhaftigkeit gegen den aufgebrachten Druck verwendet wird, und weil deren isolierende Ausführung auf einem gewünschten Level wählbar ist, kann die Eingabefeinheit je nach Wunsch eingestellt werden. Wenn infolgedessen Druck auf die Elektroden E 1 und E 3, wie in Fig. 1b) dargestellt, aufgebracht wird, werden nur diese Elektroden E 1 und E 3 leitend, während die anderen Elektroden isoliert bleiben.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch ein Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Bezugszahl 8 ein Polyestergitter (isolierende Kunst stofflage) und E die Elektroden kennzeichnet. Das als isolierende Lage ausgebildete Polyestergitter 8 ist durch kreuzende Fäden und dazwischen liegende Aus nehmungen, wie in Fig. 2 gezeigt, aufgegliedert und weist eine Elastizität gegenüber dem wiederholt auf gebrachten Druck auf.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung von charakte ristischen Auswertungen, welche die Beziehung zwischen den Ausnehmungen des Polyestergitters (in µm) und dem Grad der Eingabefeinheit (g) aufzeigen. Die Eingabe feinheit kann dadurch erhöht werden, daß man kleinere Fadendurchmesser und weitere Ausnehmungen wählt wie in der graphischen Darstellung aufgezeigt ist. Da Polyester, welches als Rohmaterial für die Fäden benutzt wird, von Natur aus für Fäden mit vergleichs weise geringem Durchmesser geeignet ist, kann eine Auf lage für die Koordinateneingabe, welche das Polyester gitter 8 als eine isolierende Lage verwendet, eine höhere Auflösungsleistung (Wiedergabeschärfe) erbringen.

Die Auflage für die Koordinateneingabe im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wenn Druck auf die elektrisch leitende Schicht 5 aufgebracht wird, den druckbeauf schlagten Teil dieser elektrisch leitenden Schicht 5 in dem Raum zwischen den Fäden des Polyestergitters 8 eingedrückt haben, um die Elektrode E zu kontaktieren. Wenn der einmal auf die elektrisch leitende Schicht 5 aufgebrachte Druck aufgehoben wird, wird die Schicht 5 wegen ihrer Elastizität wieder in ihre ursprüngliche Position zurückkehren.

Der druckmessende elektrische Leiter nach dem Stand der Technik, der isolierende Tinte als isolierende Schicht benutzt, und ein druckmessender elektrischer Leiter nach der vorliegenden Erfindung, der Kunststoffmaterial zum gleichen Zweck benutzt, werden in ihrem jeweiligen Zustand verglichen, wenn Druck aufgebracht wird:

Der Leiter gemäß dem Stand der Technik wird Verwer fungen bzw. Verzerrungen in der isolierenden Tinte 6 durch den ausgeübten Druck aufweisen, wodurch die Distanz "a" zwischen der verdichteten Tinte und angren zender verdichteter Tinte nach "a′ " (a < a′) schrumpft, so daß die Auflösungsleistung vermindert ist. Das Aus führungsbeispiel nach dieser Erfindung wird im Gegenteil - wie in Fig. 6 gezeigt - die Länge der Aus nehmung "b" des Polyestergitters 8 gerade wenn Druck aufgebracht wird unverändert beibehalten und führt nicht zu einer verringerten Auflösungsleistung.

Obwohl die Ausführungsform dieser Erfindung einen Fall aufzeigt, wo der Querschnitt der Fäden rund ist, kann dieser auch eckig sein. Ein Faden mit quadratischem Querschnitt ist in der Lage, den Abstand enger aus zugestalten. Sollte ein Nylongitter anstelle eines Polyestergitters verwendet werden, kann ein ähnliches Funktionsergebnis erzielt werden.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des Her stellungsprozesses, in dem der druckmessende elektrische Leiter nach dieser Erfindung hergestellt wird.

Der druckmessende elektrische Leiter wird durch Be schichtung einer isolierenden Kunststofflage mit einer Anzahl von Kanälen an der vorhin erwähnten Schicht aus elektrisch leitendem Material hergestellt. Beim Ver fahrensschritt P 1 werden zwei Anteile eines elektrisch leitenden Silikongummis (ein Produkt der Toray Silicone Company Ltd., das mit dem Warennamen DY-118A/B bezeich net wird) vom LTV-Typ (Niedrig-Temperatur-Vulkani sierung), die jeweils mit einem Bindemittel oder einem Beschleunigungsmittel versetzt sind, gemischt, erhitzt und im nächsten Verfahrensschritt P 2 in einer Schicht form vulkanisiert.

In einem anderen Verfahrensschritt P 3 wird das Klebe mittel zur Beschichtung der Kunststofflage vorbereitet. Dieses Klebemittel ist eine Mischung aus Silikon klebstoff, Toluol und Silikontinte, welche zusammen gemischt werden. In diesem besonderen Ausführungs beispiel werden 7 g Silikonkleber (ein Produkt der Toray Silicone Company Ltd. mit dem Handelsnamen SE 1700); 100 g Toluol; 0,7 g Härtemittel (curing agent) und 0,1 g Silikontinte (ein Produkt der Toray Silicone Company Ltd. mit dem Handelsnamen PRK3) zusammengemischt.

In der Verfahrensstufe P 4 wird dieser mit Toluol ver setzte Silikonkleber auf die flexible, isolierende Kunststoffschicht, die zahlreiche Kanäle besitzt, auf getragen, wobei sichergestellt wird, daß die Schicht sicher haftet, und dann getrocknet. In der Verfahrens stufe P 5 werden die isolierende Kunststoffmasse und die elektrisch leitende Substanz zusammengefügt und von beiden Seiten zum Verbinden mittels einer Metallform mit Druck beaufschlagt - wie in Fig. 8 gezeigt.

Insbesondere sind die Prozesse, die zwischen der oberen Form 9 a und der unteren Form 9 b ablaufen, die folgenden:

1. Eine isolierende Silikonschicht 10 mit etwa 5 mm Dicke (ein Produkt der Shinetsu Chemical Industry Company Ltd. mit dem Handelsnamen KE951u) wird auf die untere Form 9 b aufgelegt.
2. Dünne Polyesterschichten 12 mit einer Dicke von etwa 125 µ (ein Produkt der Toray Silicone Company Ltd. mit dem Handelsnamen Lumilar) werden jeweils zwischen den isolierenden Kunststoffschichten 10 und der oberen Form 9 a und der unteren Form 9 b eingelegt.
3. Die elektrisch leitende Schicht 13 wird zwischen den isolierenden Kunststoffschichten vorgesehen.
4. Die Formen werden geschlossen, um alle obengenann ten Schichten mit Druck zusammenzupressen und zu dem vorher genannten druckmessenden elektrischen Leiter zu verbinden.

Eine ausreichende Klebefestigkeit wird durch die Ver wendung des mit Toluol und Silikontinte versetzten Silikonklebers erreicht. Sollte ein gewöhnlicher Kleber verwendet werden, so liegt diese lineare Festig keit bei nur etwa 100 g/20 mm entlang der isolierenden Kunststoffschicht 11, wohingegen der Silikonkleber nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bewiesenermaßen eine Klebefestigkeit von 150-200 g/20 mm entlang der gleichen Richtung besitzt.

Da die dünne Polyesterschicht 12 und die isolierende Silikonschicht 10 zwischen der oberen und der unteren Form bzw. der isolierenden Kunststoffschicht 11 und der elektrisch leitenden Schicht 13 eingelegt sind, wird der durch die Formen aufgebrachte Druck nicht zur Folge haben, daß die isolierende Schicht 11 übermäßig in die elektrisch leitende Schicht 13 eindringt. Somit wird eine isolierende Schicht von gleichmäßiger Dicke erhalten. Die Verwendung der isolierenden Kunst stoffschicht 11 schließt die Verminderung der Eigen schaften des isolierenden Materials über einen längeren Zeitraum aus und verbessert somit die Ansprechcharak teristiken, die Lebensdauer und anderen Eigenschaften.

Das Mischungsverhältnis des Klebers ist nicht auf das oben Gesagte begrenzt und die Auswahl der Mischungs anteile nach der untenstehenden Tabelle können ebenfalls eine ausreichende Klebefestigkeit erzeugen:

Toluol 100 g
Silikonkleber 3-30 g
Härtemittel 0,3-3 g
Silikontinte 0,05-1 g.

Claims

1. Druckmessender elektrischer Leiter, gekennzeichnet durch eine elastische, elektrisch leitende Schicht (5) aus Silikongummi, welcher eine flexible, iso lierende Kunststofflage (7) mit einer Anzahl von in Netzform darauf vorgesehenen Kanälen zugeordnet ist.

2. Druckmessender elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der iso lierenden Kunststofflage (7) als Rechteck ausge staltet ist.

3. Druckmessender elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Kunststofflage (7) als Gitterwerk aus Kunststoff masse geformt ist.

4. Druckmessender elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Kunststofflage (7) aus einem Polyestergitter besteht.

5. Verfahren zum Herstellen eines druckmessenden elektrischen Leiters, gekennzeichnet durch eine flexible, isolierende Kunststoffsubstanz in Schicht form mit einer Anzahl von Kanälen, welche mit einem Silikonklebemittel beschichtet wird, das mit Toluol und Silikontinte versetzt ist und ferner durch eine vulkanisierte, elastische, elektrisch leitende Substanz in Schichtform, wobei beide gegeneinander gelegt und zusammengepreßt werden.

6. Verfahren zur Herstellung eines druckmessenden elek trischen Leiters nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schichten aus isolierender Kunst stoffsubstanz und elektrisch leitender Substanz durch Formen zusammengepreßt werden.

7. Verfahren zur Herstellung eines druckmessenden elek trischen Leiters nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß dünne Polyesterschichten zwischen die Formen und jeweils die isolierende Kunststoff substanz bzw. die elektrisch leitende Substanz ein gelegt werden, bevor sie zwischen den Formen zusammengepreßt werden.

8. Verfahren zur Herstellung eines druckmessenden elek trischen Leiters nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß Silikonschichten zwischen jeweils die Formen und die dünnen Polyesterschichten eingelegt werden, bevor sie durch die Formen zusammengepreßt werden.