FI112556B - Elektronisen näppäimen tai näppäimistön valmistusmenetelmä ja tämän menetelmän avulla valmistettu tuote - Google Patents

Description

112556

Elektronisen näppäimen tai näppäimistön valmistusmenetelmä ja tämän menetelmän avulla valmistettu tuote -Framställningsförfarande av en elektronisk tangent eller tastatur samt en produkt som har framställts med detta 5 förfarande

Esillä olevan keksinnön kohteena ovat pietsosähköisten elementtien, kuten kosketusnäppäinten tai näppäimistöjen, valio mistusmenetelmä ja tulokseksi saadut elementit.

Useimmissa sovellutuksissa käytetään pietsosähköistä materiaalia, joka on varustettu kummallakin puolella olevilla elektrodeilla ja johon vastaava rakenne-elementti asennetaan.

15 Esimerkkejä tyypiltään tällaisista pietsosähköisistä näppäimistä tai näppäimistöistä on selostettu julkaisuissa EP 0 472 888 ja CH 600 581. Tällaisten rakenneosien valmistus on kuitenkin vaikeaa, koska ne käsittävät useita erilaisia komponentteja ja vaativat kallista käsittelyä niiden asentamiseksi 20 rakenne-elementtiin. Siten julkaisun EP 0 472 888 mukainen näppäimistö käsittää ainakin kaksi kalvoa, jotka kannattavat kaistalejohtimia ja kosketuspintoja, sekä yhden pietsokeraa-misen lamellin kutakin näppäintä varten. Näppäimistön kokoon-: panemiseksi kalvot ja pietsokeraaminen lamelli on asetettava j 25 tiettyyn asentoon toistensa suhteen ja liimattava yhteen.

;; Vaikka on tunnettua muodostaa johdinkuvioita painomenetelmien avulla, oletetaan nykyisin, että kosketusnäppäinten tai -näppäimistöjen pietsokeraamista osaa ei voida valmistaa muutoin 30 kuin käyttämällä esivalmistettuja elementtiosia ja että piet-sosähköiset elementit sisältäviä kosketusnäppäimiä tai -näppäimistöjä varten vaadittua toiminnallista vakavuutta ei voitaisi saavuttaa taloudellisempien menetelmien avulla.

Siten yritykset tällaisten näppäinten tai näppäimistöjen 35 valmistukseen liittyvän tehokkuuden lisäämiseksi ja/tai kus- 112556 2 tannusten alentamiseksi ovat olleet rajoitettuja.

Esillä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on siten saada aikaan pietsosähköiset elementit, jotka voidaan val-5 mistaa menetelmän mukaisesti, jossa käsin suoritettavia toimenpiteitä on huomattavasti vähennetty tai eliminoitu ja jossa yksittäisten pietsosähköisten rakenne-elementtien vaivalloinen asennus on jätetty kokonaan pois.

10 Nämä ja muut tarkoitukset saavutetaan keksinnön mukaisesti patenttivaatimuksessa 1 määritellyn menetelmän avulla. Tämän menetelmän suositeltavia sovellutusmuotoja on selostettu patenttivaatimuksissa 2-8. Menetelmän ja sen erityisen sovellutusmuodon avulla tulokseksi saadut tuotteet on määri-15 telty patenttivaatimuksessa 9.

Yleensä ottaen keksintö tarjoaa käyttöön pietsosähköisen elementin, jonka rakenne on sellainen, että käsin suoritettavat toimenpiteet voidaan pääasiassa jättää pois sen valmis-20 tuksen aikana. Pietsosähköinen kerros voidaan asettaa käyttö-asentoonsa parannetulla tavalla ja ilman yksittäisten esivalmistettujen pietsosähköisten elementtien vaivalloista kokoonpanoa ja asennusta. Eräänä toisena etuna on se, että kaikki ·] tarvittavat elementit, kuten sähköä johtavat kerrokset ja/tai :25 polut, pietsosähköiset kerrosalueet sekä määrätyt eristysalu-eet voidaan valmistaa asettamalla ne alustalle, kantokerrok-v ' selle tai substraatille järkiperäisinä yhtenäisinä ja olennaisesti samanlaisina kerrosmuodostusvaiheina, käyttäen esi-; merkiksi ns. "paksukalvo-" tai "ohutkalvoasetustekniikkaa" ja ; 30 pääasiassa millä tahansa muodolla ja ääriviivoilla varustettuja strukturoituja päällysteitä. Keksinnön mukaisesti voidaan valmistaa rakenteeltaan millaisia pietsosähköisiä elementtejä tahansa, kuten kaosketusnäppäimiä tai -näppäimis-! töjä, taloudellisemmalla tavalla ja suurina tai pieninä sar- ; 35 joina toiminnallisia ominaisuuksia huonontamatta tai jopa 112556 3 niitä parantaen.

Eräänä keksinnön tarjoamana erityisenä etuna on se, että kaikki uusien rakenneosien komponentit voidaan asettaa ker-5 roksina olennaisesti samanlaisten käsittelyvaiheiden avulla, jotka kaikki voidaan automatisoida, silloinkin kun näillä kerroksilla on olennaisesti mielivaltainen rakenne. Eräänä toisena etuna on se, että johtamisen, eristämisen ja piet-sosähköisten kerrosrakenteiden lisäksi muitakin elementtejä 10 voidaan helposti ottaa käyttöön, kuten vastuksia, kondensaattoreita tai diodeja.

Tyypiltään erilaisia tunnettuja välikeosia pietsosähköisten näppäinten tai näppäimistöjen kosketusherkkyyden lisäämistä 15 varten voidaan myös käyttää taloudellisemmin, jos ne valmistetaan nestesaostustekniikoiden avulla ja riippumatta siitä, miten pietsosähköisen rakenteen muut aineosat valmistetaan.

Keksinnön erään suositeltavan yleisen sovellutusmuodon mukai-20 sesti käytetään pohja- tai tukikerrosta, joka sisältää vähintään yhden ensimmäisen sähköä johtavan alueen. Nestemäisen • V pietsosähköisen edeltäjämateriaalin ohut kerros levitetään : tälle ensimmäiselle sähköä johtavalle alueelle ja muunnetaan yhdistetyn pietsosähköisen materiaalin olennaisesti yhdenmu-25 kaiseksi yhtenäiseksi kiinteäksi kalvoksi, joka on tarttunut lujasti ensimmäiselle sähköä johtavalle alueelle. Toinen sähköä johtava alue muodostetaan etäisyyden päähän ensinmmäi-sestä sähköä johtavasta alueesta tarttuneena lujasti kiinteään yhdistettyyn pietosähköiseen materiaaliin. Tällöin 30 saadaan tulokseksi näppäimen kohdalla oleva olennaisesti '*;* monoliittinen elementti, joka tarttuu lujasti pohjakerrok- : : seen ja sisältää yhdistetyn pietsosähköisen materiaalin sekä ; ensimmäisen ja toisen sähköä johtavan alueen sen molemmilla puolilla, yhdistetty pietsosähköinen materiaali on polarisoi-35 tu. Päällyskerrosta voidaan myös käyttää. Välikevälinettä, 4 112556 kuten välikeosaa, on sopivinta käyttää monoliittisen ker-roselementin viereisellä alueella vastaamaan näppäinsarjaa ja lisäämään kosketusherkkyyttä sinänsä tunnetulla tavalla.

Useat erilaiset kerrokset, kuten sähköä johtavat alueet, 5 pietsosähköinen kerros ja - sopivimmin - välikeväline on muodostettu nestesaostustekniikan, kuten silkkipainatuksen avulla.

Käytössä olevasta materiaalista ja pietsosähköisen materiaali) Iin halutusta paksuudesta riippuen voidaan suorittaa useita erilaisia soveltamis- ja muuntamisvaiheita. Koko näppäinra-kenteen paksuuden lisäämiseksi edelleen voidaan ensimmäiset sähköä johtavat alueet muodostaa pohjakerroksen kummallekin puolelle kerrosrakenneparin avulla. Myös bimorfista pietso-15 sähköistä kerroselementtiä voidaan käyttää. Käsittelyprosessia muunnetaan muodostamalla toinen yhdistetty pietsosähköinen materiaali toiselle elektrodille ja lisäelektrodi toiselle pietsosähköiselle materiaalille.

20 Keksintöä selostetaan seuraavassa rajoittamattomassa mielessä . . esimerkkisovellutusten avulla oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa:

Kuvio 1 esittää kaavamaista kuvantoa keksinnön mukaisen yk-·’, ·<!5 sittäisen pietsosähköisen näppäimen rakenteesta; : : : Kuvio 2 esittää kuvantoa rakenteesta, joka sisältää useita suoraan etulevyn taakse painettuja näppäimiä; , /30 Kuvio 3 esittää päälliskuvantoa näppäinmatriisin eräästä sovellutusmuodosta; ,: Kuvio 4 esittää sivukuvantoa näppäimistömatriisista kuvion 3 . , linjaa IV - IV pitkin otettuna; 35 5 112556

Kuvio 5 esittää sivukuvantoa näppäimistömatriisista kuvion 3 linjaa V - V pitkin otettuna;

Kuvio 6 esittää sivukuvantoa pietsosähköisen muuttimen erääs-5 tä osasta;

Kuvio 7 esittää leikkauskuvantoa pietsosähköisestä yhdistetystä materiaalista; 10 Kuvio 8 esittää kuvantoa järjestelystä pietsosähköisen yhdistetyn materiaalin koronapolarisointia varten;

Kuvio 9 esittää poikkileikkauskuvantoa esillä olevan keksinnön mukaisen yksittäisen pietsosähköisen näppäimen eräästä 15 toisesta sovellutusmuodosta;

Kuvio 10 esittää poikkileikkauskuvantoa esillä olevan keksinnön mukaisesta yksittäisestä bimorfisesta pietsosähköisestä näppäimestä; 20 ... Kuvio 11 esittää poikkileikkauskuvantoa kuvion 10 mukaisen pietsosähköisen näppäimen eräästä muunnelmasta; ’>·’ Kuvio 12 esittää kaavamaista ja poisleikattua päälliskuvantoa -25 keksinnön mukaisen näppäimen tai näppäimistön elektrodeista I samantasoisessa tai "digitaalisessa" järjestelyssä pohjaker roksessa;

Kuvio 13 esittää päälliskuvantoa kuviosta 12 pietsosähköisen , ,30 kerroksen muodostamisen jälkeen elektrodiparille keksinnön mukaisen nestesaostustekniikan avulla; : Kuvio 14 esittää leikkauskuvantoa kuvion 13 mukaisesta raken teesta.

! ,35 112556 6

Kuvio 1 esittää näppäimistön yksittäisen pietsosähköisen näppäimen rakennetta, joka sisältää kanto- tai pohjakerroksen 1, ensimmäisen johtavan kerroksen 2, pietsosähköisen kerroksen 3, toisen johtavan kerroksen 4, eristys- tai suojakerrok-5 sen 5 ja sidonta- tai välikekerroksen 6, joka liittää näppäimen tukikalvoon tai -levyyn 8. Sidontakerroksen 6 ontto tila 7 on muodostettu puristuspisteen 9 alle, joka kiinnittää näppäimen paikoilleen.

10 Puristuspisteeseen 9 kohdistettu voima nuolen suunnassa johtaa tässä tapauksessa pietsosähköisen kerroksen 3 taipumiseen, mikä pietsosähköisen vaikutuksen johdosta synnyttää sähköjännitteen johtavien kerrosten 2 ja 4 väliin. Johtavat kerrokset 2 ja 4 on liitetty elektroniseen piiriin, joka 15 sallii tämän jännitteen ilmaisemisen ja lähettää näppäimistön käynnistyssignaalin.

Tässä esimerkissä näppäimen valmistus tapahtuu useide silkki-painatusvaiheiden kautta, joiden yhteydessä kerrokset 2-6 20 painetaan kantokerrokselle 1 päällysteinä tai liimataan kalvoina. Pietsosähköinen kerros 3 ja johtavat kerrokset 2 ja 4 tarttuvat lujasti yhteen muodostaen olennaisesti monoliit-* tisen pietsosähköisen kerroselementin, joka tarttuu lujas ti kantokerrokseen 1.

I 25 Tässä tapauksessa tyypillinen kerrospaksuus on suuruusluokkaa : 1 - 100 pm.

On otettava huomioon, että kuvion 1 mukainen rakenne voi 30 vaihdella. Siten ohutta metallilamellia voidaan esimerkiksi käyttää kantokerroksena 1, johon rakenteet painetaan, kuten kuviosta 2 näkyy. Metallilamellia 1 voidaan tässä tapauksessa käyttää suoraan näppäimistön etulevynä. Tämän sovellutuksen mukaisesti on tässä tapauksessa edullista käyttää metallila-35 mellia 1 suoraan yhteisenä elektrodina, jolloin, kuten ku- 7 112556 viosta 2 näkyy, johtava kerros 2 jää pois. Lisäeristyskerros voidaan myös asettaa metallilamellin ja johtavan kerroksen 2 väliin.

5 Eräässä toisessa sovellutusmuodossa sidontakerros 6 ja tuki-levy 8 voidaan jättää pois. Pietsosähköisen kerroksen taipuma saadaan tällöin aikaan kohdistamalla käynnistysvoima näppäin-pinnan yhteen pisteeseen. Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi etulevyn 1 takasivun sopivan muotoilun avulla.

10

Erään lisäsovellutusmuodon yhteydessä eristyskerros 5 voidaan esimerkiksi jättää pois, erityisesti silloin, kun tukilevy 8 ei ole sähköä johtava tai kun sillä on sama sähköinen potentiaali kuin johtavalla kerroksella 4.

15

Se tosiasia, että levitettävät kerrokset voivat olla kuvioituja, mahdollistaa myös useilla erillisillä pietsoelementeil-lä varustettujen monimutkaisempien rakenteiden levityksen yhdelle ainoalle kantokerrokselle. Kuviot 3-5 esittävät 20 esimerkiksi osaa näppäinmatriisista. Tässä tpauksessa johta-... vat kerrokset 2 ja 4 on tehty useissa rinnakkaisissa riveissä ja jonoissa olevina johdinkaistaleina, jotka leikkaavat vas-; ( taavasti toisensa pietsosähköisen kerroksen 3 saarimaisten elementtien kohdalla.

'25 : ’.· Kuvio 6 esittää kuvioidun elementin sovellutusmuotoa, joka : ·' ·' kykenee muuttaniaan mekaanisen energian sähköenergiaksi. Tässä tapauksessa johtava kerros 2 ja pietsokerros 3 on levitetty kuvioimattomina pintoina. Tämän sovellutusmuodon mukaisesti . ;’30 toinen johtava kerros 4 voidaan kuvioida kaistaleen tai saarekkeen muodossa. Kun tällä tavoin valmistettua rakenteellis-* “ ta elementtiä rasitetaan mekaanisesti esimerkiksi taivutta-maila, sen lepattaessa tuulessa "lipun" tavoin, positiiviset tai negatiiviset varaukset kerääntyvät kerroksen 4 saarekkei-,35 siin tai kaistaleihin, jotka voidaan tasasuunnata diodien 14 112556 8 ja varauskondensaattorien 15 avulla. Tässä tapauksessa diodit 14 ja kondensaattorit 13 voidaan liittää kiinteästi rakenteelliseen elementtiin ohut- tai paksukalvoteknologian avulla .

5

Pietsovaikutusta seuraava sähköstriktiovaikutus sallii keksinnön mukaisen elementin käytön myös päinvastaisessa suunnassa. Tällöin voidaan pietsosähköisen kerroksen muotoa muuttaa syöttämällä sähköjännitettä elektrodeihin. Tällä tavoin 10 voidaan valmistaa esimerkiksi kustannuksiltaan erittäin alhaisia äänigeneraattoreita.

Keksinnön kaikkein suositeltavimman sovellutusmuodon mukaisesti valmistetaan näppäimistö tai näppäin kuvion 9 esittämää 15 menetelmää käyttäen seuraavina vaiheina: (A) Käytössä on pohjakerros 1, joka toimii alustakerroksena, johon monoliittinen pietsosähköinen "kerros" muodostetaan tarttuvasta ja josta tulee osa lopullista näppäimistöä tai 20 näppäintä.

Olennaisena vaatimuksena tällaista pohjakerrosta varten on ' 1 se, että se sisältää ainakin yhden sähköä johtavan alueen 2.

v,· Tämä vaatimus voidaan täyttää useilla eri tavoilla: ensim- : : 25 mäisenä ja useimmiten suositeltavimpana sovellutuksena on : : käyttää orgaanisesta polymeeriseoksesta tehtyä itseään kan- ; ; ; naitavaa kalvoa, joka käsittää pääasiassa sähköisesti eriste tyn kestomuovisen tai "kovamuovisen” polymeerin, tällaisen , kovamuovisen polymeerin tarkoittaessa polymeeriä, joka ei ole 30 elastomeerinen tai kestomuovinen, vaan ristikytketty minkä tahansa sopivan menetelmän, kuten esimerkiksi rajoittamatto-• > massa mielessä "kuumakovettumisen" avulla.

: Tyypillisinä esimerkkeinä voidaan mainita kaupallisesti saa- 35 tavana olevien polyesterien, polykarbonaattien, polypropylee- 112556 9 nin, polyamidien, polyasetaalien jne. muodostavat kalvot, joiden paksuus on yleensä noin 50 - 2000 μιη. Vaikka pohjaker-roskalvon joustavuus on suotava, sen ei tarvitse venyä veto-jännityksen alaisena. Siten kalvon molekyläärinen orientaatio 5 tai sisäinen kiteisyys on suotavaa. Sopivat kalvot kestävät vanhenemista ja mekaanisia rasituksia, ja ne voivat olla läpikuultavia, läpinäkyviä tai läpinäkymättömiä ja/tai värillisiä. Terminen stabiilisuus, joka ilmenee yli 100 °C:en peh-menemislämpötilassa, on erittäin suotava ominaisuus, koska se 10 ei rajoita lämpötilan käyttöä, joka yleensä vaaditaan kuivumista, karkaisua, kovettumista tai mitä tahansa monoliittisen pietsosähköisen kerroselementin valmistamiseen tarvittavaa lämpökäsittelyä varten.

15 Ainakin yksi sähköä johtava alue 2 voidaan muodostaa tällaisiin orgaanisiin polymeeripohjakerroksiin joko valinnaisesti (so. paikallisesti ennalta määrätysti) tai pintakerroksena tavanomaisten menetelmien avulla, jotka sisältävät kuviopai-natuksen (esimerkiksi silkkipainatuksen), metalloinnin, tyh-20 jösaostuksen, tai vastaavien menetelmien välityksellä. Sähköä . johtavilla alueilla 2 ja 4 ja pietsomateriaalin muodostan;ai la ’ ) saarekkeella 3 niiden välissä voi olla mikä tahansa geometri nen muoto, esimerkiksi ympyrä, monikulmio jne. Tärkeää on vain se, että ne sijaitsevat rajoitetulla alueella, joka rea-','£>5 goi siihen kohdistettuun voimaan ilman ylikuulumista. 1 ; : Seokset, jotka ovat sopivia sähköä johtavien kerrosten valin naista käyttöä varten, ovat kaupallisesti saatavissa ja si-sältävät yleensä sideaineen ja sähköä johtavan materiaalin, •30 esimerkiksi metallipigmentin, kuten hopean tai hiilimustan. Erityisenä esimerkkinä voidaan mainita "hopeamaali", jota on saatavana eri lähteistä. Tällaisten maalien tai värimusteiden viskositeetti valitaan asianomaisen sovellutusmenetelmän, kuten seulakoon, mukaisesti (määritettynä tavanomaisten met-35 risten tai ei-metristen standardien avulla), jota käytetään 112556 10 ainakin yhden sähköä johtavan alueen levittämiseksi (tätä aluetta kutsutaan toisinaan "ensimmäiseksi elektrodikerrok-seksi" tässä yhteydessä sen erottamiseksi toisesta tai mistä tahansa myöhäisemmästä keksinnön mukaisen näppäimen tai näp-5 pöäimistön sähköä johtavasta kerroksesta).

Liimaussidonnan ainakin yhden sähköä johtavan alueen välissä olisi oltava sellainen, että irtautuminen näppäimen tai näppäimistön normaalin käytön aikana on käytännössä estetty.

10 Liimausvälineitä, esimerkiksi tavanomaisia pöhjustuskerrok-sia, jotka pohjautuvat ionomereihin, EVA-hartseihin jne., tai liimauspintakäsittelyjä, esimerkiksi polymeerisen pohjakerroksen pinnan hapettamisen tai halogenaation avulla, voidaan tarvita tai ne parantavat edullisesti ainakin yhden sähköä 15 johtavan alueen tartuntaa pohjakerrokseen.

Pohjakerros voi vaihtoehtoisesti käsittää sähköä johtavan materiaalin, kuten metallilevyn, joka voi sisältää, mutta ei välttämättä, pintakuvion muodostettuna esimerkiksi sähköisen 20 orgaanisen tai epäorgaanisen materiaalin avulla.

(B) Pietsosähköinen edeltäjä (prekursori) . Keksinnön eräänä • # olennaisen ominaispiirteenä on se, että uuden näppäimen tai näppäimistön pietsosähköistä kerrosta tai kerroksia 3 ei ole 25 esivalmistettu aikaisemmin tunnettujen näppäimistöjen tapaan, ; V vaan että se tai ne on muodostettu ainakin yhdelle sähköä johtavalle alueelle ja tarttuvat lujasti siihen (tämän alueen tarttuessa taas lujasti pohjakerrokseen). Kuten edellä on mainittu, ilmaisua "luja tartunta" on tässä yhteydessä käy- : 30 tetty rinnakkain ilmaisun "ei irrotettavissa kuorimalla käyttöolosuhteiden alaisena näppäimen tai näppäimistön käyttöiän " aikana". On havaittu, että tämä ominaisuus voidaan saavuttaa keksinnön mukaisesti ja sen uskotaan olevan olennaisen tärkeä asia kaupallista toimivuutta ajatellen. Keksinnön mukaisen 3:5 näppäimen tai näppäimistön jokaisen kerroksen on lisäksi 112556 11 oltava yhdenmukainen.

Ilmaisu "edeltäjä (prekursori)", jota on käytetty tässä yhteydessä merkitsemään keksinnön mukaisesti muodostetun piet-5 sosähköisen materiaalin yhdenmukaista kerrosta (tai kerroksia) , tarkoittaa mitä tahansa järjestelmää, joka kykenee olemaan olemassa ei-kiinteässä, so. juoksevan väliaineen tilassa ja jota voidaan levittää ohuena kalvona (käsitteen "ohut·· merkitessä yleensä suuruusluokkaa 1 - noin 100 μπι, jähmet-10 tyneenä sopivimmin alle 20 μπι olevaa paksuutta) . Kuvio 7 esittää yhdistettyä järjestelmää, jota voidaan levittää pai-natustekniikoiden avulla. Tässä järjestelmässä jauhemaista pietsosähköistä keraamista materiaalia 10 suspendoidaan sideaineeseen 11. Sideaineen kovuuden on oltava mahdollisimman 15 suuri, niin että voimat voivat siirtyä rakeisiin mahdollisimman tehokkaasti.

Suositeltava edeltäjä käsittää "pietsosähköisen maalin", tämän käsitteen merkitessä yleensä hienot jakautuneet kiinte-20 ät aineosat sisältävää nestejärjestelmää, joka on pietsosäh-köinen tai joka voidaan tehdä sellaiseksi. Tällaiset kiinteät materiaalit ovat yleensä PZT-tyyppisiä (lyijy-sirkonium-ti-: taani) ja niitä kutsutaan tavallisesti "keraamisiksi" piet- sosähköisiksi materiaaleiksi. Niitä on kaupallisesti saatava-' j 25 na eri lähteistä. Tällaisten pietsosähköisten kiinteiden aineosien tyypilliset hiukkaskoot ovat noin 0,5 - noin 20 pm, sopivimmin 1 - 10 pm ja edullisesti noin 1 noin 5 pm. Alaraja * * riippuu enemmänkin tehokkaiden tuotteiden saatavuudesta kuin keksinnön mukaisesta arvosta. Ylärajan uskotaan taas olevan ' ’ 30 olennaisen tärkeä keksinnön useimpia sovellutuksia varten tällaisten materiaalien muodostamien kiinteiden kerrosten ; ; koossapysyvyyden ja yhdenmukaisuuden johdosta.

Pietsokeraamisen jauheen konsentraatio valitaan niin suurek-35 si, että varmistetaan mekaaninen kosketus mahdollisimman 12 112556 monien keraamisten fragmenttien välille, mikä vastaa yleensä mustepohjamateriaalin tai liuottimen ja keraamisen materiaalin suuruusluokkaa 0,1 - 10 olevaa tilavuussuhdetta. Tämä tarvitaan voimansiirron varmistamiseksi rakeisiin mahdolli-5 simman tehokkaasti. Tässä tapauksessa keraamista pitoisuutta rajoittaa vaatimus kuivatetun materiaalin tartunnan ja mekaanisen kestävyyden suhteen.

Vaikka muitakin kuin "keraamisia" kiinteitä aineosia, esimer-10 kiksi hienojakoisia kiteisiä orgaanisia aineita, kuten normaalisti kiinteitä orgaanisia happoja tai niiden suoloja, esimerkiksi tartaarihappoa, tartraatteja, salisylaatteja sekä sakkarideja, polyvinyyliä tai polyvinylideenihalideja jne. voidaan köyttää tässä yhteydessä, niiden käyttö on väheminön 15 suotavaa useimpia tarkoituksia varten.

Käsite "juokseva väliaine" tarkoittaa tässä yhteydessä käytettynä edeltäjämateriaalia, joka sisältää nestemäiset tai kaasumaiset tilat tai järjestelmät. Nestemäiset järjestelmät 20 ovat yleensä tässä yhteydessä suotavia, lähinnä yksinkertai- *_ seen käsittelyyn, saatavuuteen ja prosessivalvonnan suhteel- i ' liseen helppouteen liittyvien käytännön syiden johdosta.

; t Edustavat esimerkit sisältävät yhden tai useamman hienosti » * jakautuneen kiinteän pietsosähköisen dispersion nestemäisessä » ' 25 tai tahnamaisessa massassa, kuten kaupallisesti saatavana • \* olevat pohja-aineet, "liuottimet" tai "lakat" silkkipainan- tatekniikkaa varten. Tällaiset pohja-aineet sisältävät yleensä yhden tai useamman liuottimen sekä yhden tai useamman > V. sideaineen, so. sopiviin liuottimiin liuenneet orgaaniset . 30 polymeerit tai vaihtoehtoisesti lisä- ja täyteaineet esimer kiksi haihtumis- tai kovettumisnopeuden jne. valvomista varten.

Esimerkit muista nestemäisistä tai kaasumaisista järjestel-35 mistä sisältävät aineet, joita voidaan levittää metalloinnin 112556 13 tai erilaisten saostustekniikoiden avulla, so. aineet, jotka kykenevät muodostamaan pietsosähköisen kiinteän aineen kaasumaisesta tai nestemäisestä edeltäjästä, kuten sinkkioksidista jne.

5 (C) Edeltäjän käyttö. Edeltäjän käyttöä varten tarkoitettu tekniikka riippuu tietenkin käytetyn edeltäjäjärjestelmän tyypistä. Suositeltavan nestejärjestelmän yhteydessä edeltä-jäkalvot voidaan saostaa silkkipainatuksen, ruiskutuksen, 10 telapäällystyksen jne. avulla. Tällaisia nestejärjestelmiä voidaan käyttää ja sopivimmin niin myös tehdään saostamalla edellä määritetty ohut kalvosarja varustettuna edullisesti välijähmetyksellä, kuten kuivatuksella, karkaisulla tai kove-tuksella. Välike 16 varustettuna aukoilla 15 edeltäjää varten 15 voidaan myös muodostaa paiantuksen avulla tai se voi käsittää muodostetun ja kuvioidun kerroksen varustettuna aukolla 14. Välike voidaan levittää ennen edeltäjää ja sitä voidaan käyttää sovellutusprosessissa tai edeltäjän soveltamisen jälkeen. Välike on sopivimmin kokoonpuristumaton ylikuulumisen estämi-20 seksi.

: *· ·' (D) Edeltäjäkerroksen muuntaminen. Tällöinkin edeltäjän muuntamista varten tarkoitettu tekniikka riippuu käytössä olevasta järjestelmästä. Suositeltavien nestejärjestelmien .'.*.25 yhteydessä muuntaminen suoritetaan jähmettämisen avulla, ;·. esimerkiksi poistamalla nestevaihe kuivaamisen, karkaisun tai kovettumisen välityksellä. Useita tarkoituksia varten termi-,, . set muuntamismenetelmät ovat suotavia, kunhan niiden yhtey-• · dessä ei vahingoiteta muita aineosia. Suuruudeltaan noin 50 -'30 200 °C olevat lämpötilat ovat tyypillisiä. Useita tarkoituk- ; siä varten on suotavaa, että tulokseksi saadun yhtenäisen kerroksen paksuus on alle noin 125 μπι ja sopivimmin alle 100 μιη. Erityisen suotava paksuusarvo on vieläkin pienempi, alle *75 μπι ja edullisesti alle noin 50 μπι. Kerroksen täytyy kui-35 tenkin olla yhdenmukainen edellä selostetussa mielessä ja 112556 14 tämä saattaa vaatia toistuvaa soveltamista ja jähmettämistä käytössä olevista aineosista, pääasiassa hienojakoisen kiinteän pietsosähköisen materiaalin sisältävän polymeerimatrii-sin joustavuudesta riippuen.

5 KUten edellä on mainittu, tulokseksi saadun kerroksen olisi oltava olennaisesti "yhtenäinen". Tämä käsite merkitsee yleensä sitä, että yhdenmukaisen pietsosähköisen kerroksen on estettävä vierekkäisten elektrodikerrosten oikosulkeminen.

10 Yleisenä syynä nestemäisen tai tahnamaisen järjestelmän jähmettymisen aikaansaamien kerrosten riittämättömään yhtenäisyyteen ovat pienet, suorastaan mikroskooppiset ilmakuplat. Tavanomaisena keinona näiden ilmakuplien välttämiseksi on kaasunpoisto, esimerkiksi vähentyneen paineen avulla. Eräänä 15 toisena menetelmänä pietsosähköisen kerroksen yhdenmukaisuuden ja yhtenäisyyden saavuttaniseksi tai parantamiseksi on mekaanisen tai hydrostaattisen paineen kohdistaminen.

Parhaat mahdolliset tulokset voidaan saavuttaa määrätyn jär-20 jestelmän avulla tekemällä muutamia yksinkertaisia kokeita, • kuten mittaamalla esimerkiksi kerrosten sähköinen suoritusky- I · t \1 · ky sopivimmin sen jälkeen kun molemmat vierekkäiset elektro-V,: dikerrokset 2 ja 4 on muodostettu.

1 · 1: 2 5 Käsite "yhdistetty", jota käytetään tällöin keksinnön mukai-;'j'; sen yhtenäisen pietsosähköisen kalvon yhteydessä, on tarkoitettu sisältämään mikä tahansa kerrosjärjestelmä, joka on muodostettu useiden kiinteiden aineosien avulla sidontatyy-pistä riippumatta. Tämä sisältää pintaliimauksen, joka esiin- 30 tyy sähkösaostuksen avulla muodostetussa kerroksessa sekä ; liittävien tai liimaavien aineiden käytön yhteydessä. Sopiva- na tapana pietsosähköisten aineosahiukkasten liimaamiseksi yhteen on "matriisin", so. epäorgaanisen tai sopivimmin orgaanisen aineen, kuten polymeerin, muodostaminen, joka voi 35 mutta jonka ei tarvitse olla ristikytketty. Tällainen matrii- 112556 15 si muodostaa sopiviimnin olennaisesti jatkuvan vaiheen ja pitää pietsosähköisen materiaalin kiinteät aineosat lujasti yhdessä estäen samalla kerroksen haitalliset muutokset pitkäaikaisen mekaanisen rasituksen (esimerkiksi näppäintä käytet-5 täessä kaksi tai neljä miljoonaa kertaa) ja vanhenemisen alaisena (joka todetaan kiihtyvyyskokeen perusteella, kuten käytön avulla korkeissa lämpötiloissa, joiden oletetaan vastaavan useita käyttövuosia).

10 Tässä yhteydessä on otettava huomioon, että on hämmästyttävää havaita, että keksinnön avulla voidaan saada aikaan näppäimiä tai näppäimistöjä, jotka täyttävät tällaiset tiukat vaatimukset. Kaksi keksinnön päätarkoitusta voidaan siten saavuttaa, nimittäin valmistuksen huomattavasti parantunut taloudetli-15 suus sekä yhtä hyvä tai parantunut suorituskyky.

(E) Vaihtoehtoinen toinen elektrodikerros. Vaiheen (D) loppuunsaattamisen yhteydessä toinen sähköä johtava kerros 4 (toinen elektrodikerros) levitetään yhdistetyn pietsosähköi- 20 sen materiaalin 3 muodostaman kalvon päälle kuvion 10 esittä-• ·' mällä tavalla. Tämä voidaan yleensä saada aikaan edellä vai- ‘ heen (A) yhteydessä selostetulla tavalla, jolloin ensimmäinen elektrodikerros 2 muodostetaan sähköä eristävälle alustaker-: rokselle, eikä mitään lisäselityksiä tarvita. Suojaava tai ; *25 eristävä kerros, kuten kerros 5, voidaan muodostaa tämän toisen elektrodikerroksen 4 päälle.

(F) Polarisointi tai poolaus. Kuten alalla on tunnettua, altistusta sähköjännitteelle tai -kentälle vaaditaan yleensä 30 pietsosähköisen materiaalin sisältävän kosketuselementin * ** aktivoimiseksi. Tyypillisiä tavanomaisia poolausmenetelmiä : voidaan soveltaa tässä yhteydessä kohdistamalla jännite joh- ·. taviin kerroksiin 2 ja 4. Sähkökentän ferroelektrisyyden . sisällä on oltava niin suuri, että se ylittää koersiivisen 35 kentän. Tämä on erityisen tärkeää silloin, kun ferroelektri- 112556 16 syyden suhteellinen eristevakio on paljon suurempi kuin side-ainemateriaalin yhteydessä, mikä johtaa syötetyn sähkökentän vastaavaan vähennykseen ferroelektrisyyden sisällä.

5 Laskemalla tai nostamalla lämpötilaa polarisointiprosessin aikana on myös mahdollista vähentää ferroelektrisyyden suhteellista eristevakiota ja koersiivista kenttää ja helpottaa siten polarisaatiota. Poolaus suoritetaan sopivimmin nostetuissa lämpötiloissa (esimerkiksi 80 - 150 °C), kun pietso-10 sähköinen materiaali on yhdistetty polymeerimatriisiin. Painetta voidaan mutta sitä ei välttämättä tarvitse kohdistaa samanaikaisesti.

Poolaus voidaan lisäksi suorittaa ennen päällyskerroksen ja 15 mahdollisten lisätukikerrosten, kuten pääasiassa jäykkien asennuslevyjen 8 levittämistä tai sen jälkeen.

Murtumien välttämiseksi elektrodien välillä polarisointiprosessin aikana voidaan polarisointi suorittaa koronapola-20 risoinnin avulla. Tämä tapahtuu pietsomateriaalin 3 jähmetty-V misen jälkeen mutta ennen toisen elektrodikerrosen 4 levittä- : : : mistä. Tässä tapauksessa, kuten kuviosta 8 näkyy, ensimmäinen , johtava kerros 2 on liitetty maahan tai maadoituspotentiaa- : liin. Tämän jälkeen elektrodineula 12, joka sijaitsee muuta- :,-25 mien senttimetrien päässä alustakerroksesta, liitetään kor-’ keajännitelähteeseen 13. Tulokseksi saatu koronapurkaus johtaa pietsomateriaalin pintavarauksiin, tämän materiaalin tällöin polaroituessa.

v30 Erilaiset polarointimenetelmät, erityisesti elektrodipola- risointi, sallivat pietsomateriaalin polarisoinnin vain pai-,··*, kallisissa halutuissa kohdissa, jolloin induktiivisia häiriöitä vierekkäisten alueiden välillä voidaan vähentää.

35 Eräs toinen pietsomateriaali käsittää sopivan pietsosähköisen 112556 17 polymeerin, kuten polarisoidun polyvinyylideenifluoridin (PVDF). Tässä tapauksessa polymeeri painetaan joko liuenneessa muodossa tai sulamispisteen 160 - 180 °C ylittäen. Materiaali voidaan myös levittää esimerkiksi sähköstaattisen jau-5 hesuihkutusmenetelmän avulla. Levityksen jälkeen se polarisoidaan sähkökentän avulla, jolloin edellä mainittuja menetelmiä voidaan käyttää. Tämän on tapahduttava lasin lämpötilan yläpuolella tai silloin, kun kalvo ei ole vielä kuiva.

10 On myös mahdollista käyttää tyypiltään tällaista polarisoitua kalvoa, johon kaikki muut kerrokset asetetaan esimerkiksi painatustekniikoiden avulla.

Kuten kuviosta 9 näkyy, pietsomateriaalin 3 ja sähköä johta-15 van kerroksen 4 yhteinen paksuus on välikkeen 16 paksuutta pienempi. Tällöin syntyy rako kerrosrakenteen alapuolelle sallien sen taipumisen kuvion 1 mukaisen sideainekerroksen 6 tavoin. Tavanomainen välikeväline voi sisältää esimerkiksi pahvi- tai muovikappaleen, jonka aukot ovat näppäimistökuvion 20 mukaisia. Tässä yhteydessä viitataan julkaisuun EP-A-0 472 • ·' 888, jonka selitys on liitetty mukaan tähän yhteyteen viite- • · ' aineistona. Alalla tunnetaan myös useita erilaisia välineitä :,v päällyslevyn sulkemiseksi, joka voi mutta jonka ei tarvitse olla tyypiltään samanlainen kuin pohjakerros suositeltavassa • ;25 muodossaan orgaanisena polymeerimateriaalikalvona.

Välikeväline muodostaa yleensä pienen onton tilan kunkin näppäimen alle, jolloin pietsosähköinen kerros on tuettuna kehällään, mutta ilman tukea tai vähemmän tuettuna keskiosas-’. 30 saan, niin että näppäimistön yläosaan kohdistuva puristuspai-: ’* ne saa aikaan taivutusjännityksen sähkösignaalin lisäämistä : : varten. Koska tämä ominaispiirre on alalla tunnettu, sitä ei ·, tarvitse enempää selostaa tässä yhteydessä.

35 Pietsosähköisyyden alalla on myös tunnettua, että näppäimillä 18 11 ? R R 6

! I L·. yj \J O

tai näppäimistöillä voi olla ns. bimorfinen rakenne. Tämä voidaan saada aikaan keksinnön mukaisesti parannetulla tavalla toistamalla vaiheet (C) - (E). Kuten kuviosta 10 näkyy, tämän sovellutusmuodon mukainen monoliittinen pietsosähköinen 5 kerrosrakenne sisältää kaksi kiinteästä pietsosähköisestä materiaalista tehtyä yhdenmukaista kalvoa 3A ja 3B ensimmäisen ja toisen elektrodikerroksen 2, 3 välissä, välissä olevan eli "kolmannen" elektrodikerroksen 17 erottaessa ne toisi-taan. Myös muita välikerroksia voidaan käyttää vierekkäisten 10 kerrosten tartunnan, koossapysyvyyden tai yhteensopivuuden parantamiseksi.

Eräs toinen monikerroksinen pietsomateriaalisovellutus on esitetty kuviossa 11. Tämä sovellutus lisää kerrosrakenteen 15 paksuutta vaarantamatta pietsomateriaalin koossapysyvyyttä. Pohja IA sisältää ensimmäiset elektrodikerrokset 2A ja 2B kummallakin puolellaan. Pietsosähköisen materiaalin saarekkeet 3A ja 3B on muodosteettu vastaavaan ensimmäiseen elekt-rodikerrokseen IA ja IB ja toiset elektrodikerrokset 4A ja 4B 20 on muodostettu saarekkeisiin 3A ja 3B.

Keksinnön kaikissa sovellutusmuodoissa näppäimen tai näppäi-·, mistön olisi sisällettävä pietsosähköisen kerroselementin ν,ί vakaa "monoliittinen" rakenne, so. monikerroksinen rakenne, : ! 25 joka käsittää pohjakerroksen, elektrodikerroksen ja piet- sosähköisen kalvokerroksen yhtenäisen rakenteen muodossa, ... jossa kerrokset tarttuvat toisiinsa tavalla, joka saadaan aikaan levittämällä kerrokset vastaavista edeltäjistä käsin, _ so. käyttämällä yhdisteitä tai materiaaleja, jotka sisältävät 30 tai tarjoavat käyttöön vaaditut aineosat järjestelmässä, joka käsittää juoksevan väliaineen kiinteän materiaalin sijasta ja ’,· · jota ei siten käytetä esivalmistettuna elementtinä.

Seuraavissa esimerkeissä selostetaan rajoituksitta keksinnön 35 erästä suositeltavaa sovellutusmuotoa. Määrät ja prosentit on 112556 19 annettu painomäärinä ja -prosentteina, ellei muuten ole ilmoitettu .

Esimerkki I: 5 Kosketusnäppäimistö valmistettiin seuraavasti: (a) Pohjakerros Näppäimistön valmistamista varten tarkoitettu pohjakerros käsitti kaupallisesti saatavan polyetyleenitereftalaattikal-10 von (paksuus 175 μπι, kauppanimi Melinex, tyyppi 505 ST, toimittaja ICI), joka sisälsi tavanomaisen pohjustuskerroksen tai oli kloorattu tavalliseen tapaan pinnassaan tartunnan parantamiseksi.

15 (b) Ensimmäinen johtava kerros

Kaupallisesti saatavaa hopeamaalia (jota myy esimerkiksi Ac-heson Industries USA tai Olin Hunt UK) levitettiin paikallisesti pohjakerrokseen silkkipainatuksen (seulastandardi 90T vastatenarvoa 230 T mesh) avulla noin 7,5 μιη:η (kuiva)paksuu-.,20 della tyypiltään sinänsä tunnetun näppäinkuvion valmistami-seksi, joka käsitti 16 näppäinaluetta ja ensimmäisen johdin-'·’ polkukuvion yksittäisiä tai ryhmäliitäntöjä varten (rivi/jo- no). Kuvio saatiin aikaan tavanomaisella valokuvaukseen liit-: '·· tyvällä tavalla 16 pyöreän elektrodialueen ja niitä liittävi-·. ' 25 en johdinpolkujen muodostamiseksi. Painettua kuviota ilma-kuivatettiin 20 minuutin ajan lämpötilassa 110 °C.

(c) Pietsosähköinen kerros ... Painatusmuste valmistettiin jauhamalla laboratoriomyllyssä ‘.30 käyttäen seuraavaa koostumusta: • '*· 100 osaa kaupallisesti saatavaa PZT-tyyppistä keraamista

‘ jauhetta (myy Philips, Hollanti, tyyppi PXE 5 tai tyyppi PXE

; . 520), hiukkaskoko suuruusluokkaa 0,5 - 2,5 mikrometriä; ' . 20 osaa kaupallisesti saatavaa silkkipainatuslakkaa (myy 35 Printcolor, Sveitsi, nimellä hartsi 290-05); 112556 20 5 osaa akryylilakkaa (Printcolor, tyyppi 290); 1 osa haihtumista hidastavaa ainetta (Printcolor, tyyppi 10- , 99);

Jauhanta toistettiin kolme kertaa silkkipainatuksen yhteydes-5 sä tavanomaisen homogeenisuuden (silmämääräinen tarkastelu) ja viskositeetin saavuttamiseksi.

Mustetta levitettiin paikallisesti pohjakerrokseen kohdan (b) mukaisesti kolminkertaisen painatuksen avulla seulalla 43 T (110 mesh T) valmistettujen elektrodiosien alueelle välttäen 10 huolellisesti ilmakuplien muodostumista alueelle. Valokuvauksen avulla valmistettua kuviota käytettiin samankeskisestä peittämään kohdan (b) mukaisesti tehtyjä elektrodialueita noin 1 mm marginaalilimityksellä. Kunkin painatustoimenpiteen jälkeen muodostettua kerrosta ilmakuivatettiin 30 minuutin 15 ajan lämpötilassa 100 °C. Tulokseksi saadun kuivatetun piet-sosähköisen kalvon paksuus oli noin 50 μπι.

(d) Toinen elektrodikerros Pääasiassa kohdan (b) mukainen elektrodikuvio vastaavine . 20 liitäntäpolkurajoineen kunkin näppäimen yksilöllistä akti- vointia varten levitettiin alueille, jotka vastasivat kohdis-·'‘ sa (b) ja (c) silkkipainatuksen avulla 120 T (305 mesh T) W seulaa käyttäen kohdassa (b) selostetulla tavalla valmistet- :.‘ i tua kuviota. Painettua kerrosta ilmakuivatettiin 20 minuutin /25 ajan lämpötilassa 110 °C.

(e) Suojakerros

Suojakerros levitettiin liittimien päiden alueelle ultra-violettisäteiden avulla polymerisoitavaa lakkakerrosta käyt-‘. 30 täen (myy Olin Hunt, tyyppi Iso UV) 120 T seulan (305 mesh) ; ’·· vlityksellä. Säteilytys aktiinisen UV-säteilyn avulla suori-: tettiin käyttämällä kaupallisesti saatavaa UV-lamppua.

(f) Poolaus 35 Kohdassa (e) saatu tuote kuumennettiin lämpötilaan noin 150 112556 21 °C kahden toisiaan vasten puristetun levyn (0,0 baria) välissä ja 100 V DC jännite kohdistettiin kummankin elektrodiparin väliin johdinpolkujen kautta. Poolausta jatkettiin 10 minuutin ajan.

5 (g) Päällyskerros ja välikesovite

Paksuudeltaan 125 μπι oleva polyetyleenitereftalaatista tehty levy liitettiin kiinteästi paperiarkkiin, jonka aukot vastasivat olennaisesti elektrodikuviota, kiekkomaisten onttojen 10 tilojen muodostamiseksi kunkin kahden elektrodin ja välissä olevan pietsosähköisen kerroksen muodostaman kerrosrakenteen alapuolelle keskinäisen suljennan yhteydessä. Tämä arkki linjattiin polarisoidun tuotteen kanssa ja kiinnitettiin lujasti siihen käyttäen kaupallisesti saatavaa sideainetta, 15 kuten liimatyyppiä 467, jota myy 3M (Minnesota, Mining and Manufacturing Co). Lopullinen tuote sai aikaan noin 10 V maksimaalisen signaalivoimakkuuden.

Esimerkki II: , . 20 Kosketusnäppäimistö valmistettiin seuraavalla tavalla: ; ' (a) Pohjakerros Näppäimistön valmistamista varten tarkoitettu pohjakerros ; käsitti kaupallisesti saatavan polyetyleenitereftalaattikal-, ’,:25 von (paksuus 175 μπι, kauppanimi Melinex, tyyppi 505 ST, toi-'<,« ·' mittaja ICI), joka sisälsi tavanomaisen pöhjustuskerroksen tai oli kloorattu tavalliseen tapaan molemmissa pinnoissaan tartunnan parantamiseksi.

* 30 (b) Johtavat pohjakerrokset ; " Samaa hopeamaalia levitettiin paikallisesti pohjakerroksen IA kuntallekin puolelle kuin esimerkin I mukaisen ensimmäisen ; · johtavan kerroksen yhteydessä. 16 näppäinaluetta ja niitä ,liittävät johdinpolut sisältävä kuvio 2A, 2B saatiin pohja-35 kerroksen molemmille puolille.

112556 22 (c) Pietsosähköiset kerrokset

Pietsosähköinen painomuste valmistettiin samalla tavoin kuin esimerkissä I. Mustetta levitettiin silkkipainatuksen avulla pohjakerroksen molemmille puolille kohdan (b) mukaisesti 5 valmistetun 16 johtavan näppäinalueen muodostamalle alueelle. Painatus toistettiin kolme kertaa esinmerkin I tavoin myös limittämällä kohdassa (b) valmistetut näppäinalueet. Kummankin tulokseksi saadun kalvon 3A, 3B kokonaispaksuus oli taas noin 50 μιη.

10 (d) Johtavat päällyskerrokset

Elektrodikuvio levitettiin samoihin pietsosähköisiin kerroksiin pohjakerroksen molemmille puolille kuin esimerkin I toisen elektrodikerroksen 4A, 4B yhteydessä.

15 (e) Suojakerrokset

Suljentakeros kohdissa (a) - (d) valmistetun kerrosrakenteen suojaamista ja sähköistä eristämistä varten levitettiin pohjakerroksen molemmille puolille esimerkin I mukaisen suoja- - · 20 kerroksen tavoin.

’ · » • t (f) Poolaus ‘ ‘ Kohtien (a) - (e) mukaisesti tulokseksi saadun bimorfisen : rakenteen poolausta varten kaikkien 32 kerroselementin joh- ’,’•25 tavat pohjakerrokset 2A ja 2B liitettiin sarjamaisesti yh-. : teen. 16 kerroselementin 4A ulkoiset johtavat kerrokset poh jakerroksen yhdellä puolella liitettiin yhteen ja kerroksen 4B 16 johtavaa aluetta toisella puolella liitettiin myös . yhteen. 200 V DC jännite kohdistettiin molempien ulkoisten 30 johtavien kerrosten 4A, 4B väliin ja tuote kuumennettiin lämpötilaan 150 °C. Poolausta jatkettiin 10 minuutin ajan. Poo-lauksen aikana pohjakerroksen molemmilla puolilla olevat . kerroselementit liitettiin sarjaan. Poolauksen jälkeen kaksi vastaavaa kerroselementtiä liitettiin rinnakkain liittämällä 35 yhteen niiden johtavat pohja- ja ulkoiset kerrokset.

23 112556 (g) Päällyskerros ja välikesovite

Paksuudeltaan 125 μιη oleva polyetyleenitereftalaatista tehty levy liitettiin kiinteästi paperiarkkiin, jonka aukot vastasivat olennaisesti elektrodikuviota, kiekkomaisten onttojen 5 tilojen muodostamiseksi kunkin kahden elektrodin ja välissä olevan pietsosähköisen kerroksen muodostaman kerrosrakenteen alapuolelle keskinäisen suljennan yhteydessä. Tämä arkki linjattiin polarisoidun tuotteen kanssa ja kiinnitettiin lujasti siihen käyttäen kaupallisesti saatavaa sideainetta, 10 kuten liimatyyppiä 467, jota myy 3M (Minnesota, Mining and Manufacturing Co). Lopullinen tuote sai aikaan noin 10 V maks imaalisen signaalivoimakkuuden.

Esimerkki III

15 Tässä esimerkissä selostetaan erästä suositeltavaa sovellu-tusmuotoa välikevälineen valmistamiseksi keksinnän mukaista näppäintä tai näppäimistöä varten juoksevan väliaineen avulla tapahtuvan saostustekniikan välityksellä esivalmistetun so-vitteen käytön sijasta.

.20

Esimerkki I toistettiin lukuunottamatta sitä, että välikevä-line, so. välikekerros 16 (kuvio 9) levitettiin painamalla ennen vaihetta (d) kokonaispaksuudeltaan noin 100 μπι olevan kerroksen muodostamiseksi. Painanta voidaan suorittaa esimer-,25 kin I kohdan (c) mukaisella tavalla lukuunottamatta sitä, ·' : että mustepohjaan lisättävä keraaminen materiaali korvataan seuraavassa selostettavalla "neutraalilla" aineosalla. Väli-kekerrokset voidaan vaihtoehtoisesti valmistaa keksinnön ;·, mukaisesti painamalla kuvio käyttäen samoin kuin edellä UV- * t 30 kovettuvasta polymeeristä tehtyä mustetta tai reaktiivista polymeeriseosta, kuten kaupallisesti saatavia epoksidipoly-meerejä yhdessä sopivien kovetusaineiden, esimerkiksi Araldi-'. tin kanssa, kun edellytetään, että tällainen polymeeri on myös "neutraali".

35 112556 24 Tämä selitetään seuraavalla tavalla. Keksinnön mukaisen juoksevan väliaineen avulla saostuksen avulla valmistetun välike-välineen tai -kerroksen jokaisen aineosan on sopivimmin oltava "pietsosähköisesti neutraali", tämä ilmaisun perustuessa 5 tavanomaiseen pietsosähköiseen muodonmuutosvakioon, joka ilmaistaan yleensä picoCoulombeina/Newton (pC/N), tunnistaen tavallisesti samalla pietsähköisen varauksen tai impulssin suunnan mekaanisen muodonmuutoksen suhteen alaindeksien "d^", esimerkiksi d31 muodossa. Siten jokaisen välikerroksen 10 aineosana käytetyn materiaalin on sisällettävä pietsosähköi-nen muodonmuutosvakio, joka ei ylitä arvoa noin yksi prosentti (numeroperusta) asianmukaisen pietsosähköisen kerroksen pietsosähköisestä muodonmuutosvakiosta, esimerkiksi d31 (kerros 16) ¥< 0,01 d31 (kerros 3).

15 Välikekerroksen valmistaista varten sopiva muste voidaan levittää yhtenä ainoana levitysvaiheena, jos sillä on riittävä konsistenssi tai koostumus, so. jos se on esimerkiksi saatu käyTtämällä liuotinta sisältämättömää polymeeriseosta - . 20 tai täyteainetta, kuten tavallisesti lasijauhetta tai muuta hiukkasmaista kiinteää ainetta, joka on "neutraali" edellä » * mainitussa mielessä sekä myös normaalissa kemiallisessa merkityksessä. Useat epäorgaaniset silikaatit, karbonaatit ja . - oksidit täyttävät tämän vaatimuksen ja ovat käyttökelpoisia. •25 Suositeltavat hiukkaskoot ovat alle 50 μια, esimerkiksi enin-· tään 30 μια.

!V. Esimerkki IV

t ; . Esimerkki II toistetaan lukuunottamatta sitä, että välikevä- • 1 1 30 lineet 16A, 16B (kuvio 10) valmistetaan painamalla käyttäen lasi jauheesta (hiukkaskoko alle noin 20 μπι) ja kaupallisesti saatavasta perusmusteesta, kuten esimerkin I, kohta (c), . yhteydessä käytetystä perusmusteesta tehtyä mustetta, suhteessa noin 2:3, so. sisältäen noin 35 painoprosenttia lasi-35 jauhetta.

112556 25 Välikekerros 16A levitetään ensimmäisen pietsosähköisen kerroksen 3A muodostamisen jälkeen painamalla ja ennen kolmannen elektrodikerroksen 17 muodostamista. Välikekerros 16B levitetään samalla musteella kuin kerros 16A mutta toisen pietso-5 sähköisen painatuskerroksen 3B muodostamisen jälkeen ja ennen elektrodikerroksen 4 muodostamista.

Esimerkki V

Olennaisesti esimerkissä III selostettu prosessi toistettiin 10 kuvion 11 esittämän kaltaisen näppäin- tai näppäimistöraken-teen valmistamiseksi. Alkaen pohjakerroksesta IA ensimmäinen "kerrosrakenne" muodostetaan siihen levittämällä peräkkäin johtava elektrodikerros 2A, pietsosähköinen kerros 3A, välikekerros 16A ja elektrodikerros 4A. Tämän jälkeen toinen 15 kerrosrakenne muodostettiin pohjakerroksen IA vastakkaiselle puolelle levittämällä siihen peräkkäisessä järjestyksessä johtava elektrodikerros 2B, pietsosähköinen kerros 3B, välikekerros 16B ja elektrodikerros 4B. Sen jälkeen levitettiin päällyskerros IB esimerkin I mukaisesti. Näiden molempien 20 kerrosrakenteiden valmistusjärjestys voitaisiin tietenkin * : kääntää myös päinvastaiseksi aloittamalla elektrodikerroksen 2B levityksestä pohjakerroksen IA vastakkaiselle puolelle.

: Esimerkki VI

-•25 Kuvioissa 12 - 14 esitetyllä rakenteella varustettu näppäin tai näppäimistö valmistettiin keksinnön mukaisesti seuraavas-‘ ti. Muodostettiin pohjakerros 21 seulapainatuksen avulla esimerkin I mukaisesti tai käyttämällä tyhjösaostusta (tai mitä tahansa muuta tekniikkaa, joka sopii suhteellisten ohui-:,:30 den sähköä johtavien kerrosten muodostamiseen polymeerialus-;, takerrokselle) yhdessä sähköä johtavan kuvion kanssa tavan-omaisten numeroväleillä varustettujen muuttimien tapaan, ‘‘ tämän kuvion käsittäessä kaksi keskinäisen etäisyyden päässä ' * toisistaan olevaa samantasoista elektrodia 241, 242, jotka :“35 kumpikin sisältävät liitäntäpolun 243, 244.

112556 26 Tämän jälkeen levitetään pietsosähköinen kerros 23 samalla tavoin kuin esimerkin I kohdassa (c). Havainnollisempaa ymmärtämistä varten kerrosta 23 ei ole esitetty sivulimityksel-lä varustettuna, vaan ilman täysin peittäviä elektrodeja 241, 5 242. Tämä ei ole kuitenkaan kriittisen tärkeää, ja useita tarkoituksia varten on suotavaa, että kerros 23 peittää olennaisesti tai jopa limittäin elektrodit 241, 242. Tämän jälkeen muodostetaan välikekerros 26 edellä selostetulla tavalla, ja lisäkäsittely halutun lopputuotteen saamista varten 10 voi jatkua.

Poolaus voidaan suorittaa kummankin elektrodihaaraparin 241, 242 väliin kohdistetun sähkökentän avulla johtavien polkujen 243, 244 välityksellä. Osa kentästä tunkeutuu pietsosähköi-15 seen kerrokseen 23 ja aiheuttaa poolauksen haarojen ympärillä olevalla alueella.

Kun mekaanista rasitusta kohdistetaan tällä tavoin valmistetun näppäimen tai näppäimistön kosketusherkkään alueeseen, 20 so. samantasoisten elektrodikerrosten väliseen tilaan, joka t ' : on varustettu yhdessä toimivalla pietsosähköisellä kerroksel- la, syntyy suuruudeltaan tavallisesti noin 5 V oleva sähkö-signaali elektrodien 241, 242 välillä. Tämä signaali voidaan : käsitellä kuvion 6 mukaisella tavalla.

;'t25 .Pietsosähköisiin näppäimiin tai näppäimistöihin perehtyneet henkilöt voivat tehdä useita erilaisia muunelmia keksinnön suojapiirin puitteissa - näppäimistöjen edustaessa näppäinten ·' toistoja sekä sisältäessä vaaditun johdotuksen 10, 26, 48 tai v 30 enemmän mitä tahansa symbolia, kuten aakkosellisia kirjaimia :·, tai muita näppäimistön avulla valvottavassa järjestelmässä ,··*, käytettyjä symboleita, edustavien yksittäisten näppäinten ·’ muodostelmassa tietyssä kuviossa.

•”35 Esimerkiksi useita muita pietsosähköisiä materiaaleja voitai- 1.12556 27 siin käyttää ja levittää seoksina, jotka sisältävät juoksevan väliaineen (nesteen tai kaasun) avulla toimivan edeltäjäjärjestelmän, joka käsittää yhdenmukaisen pietsosähköisen kerroksen muodostamista varten sopivia materiaaleja. Edellä 5 mainitun yhdistettyjen pietsosähköisten kerrosten muodostaman matriisin sisältämä polymeeri voisi esimerkiksi olla pietso-sähköisesti aktiivinen neutraalin sijasta. Myös muita levi-tystekniikoita kuin silkkipainatusta, esimerkiksi suihkutusta, harjausta, kastopäällystystä jne., voidaan käyttää edel-10 lyttäen, että pietsosähköisiä näppäimiä tai näppäimistöjä varten tarvittavat paikalliset kuviot voidaan saada aikaan kaupallisen valmistuksen avulla siten, että kaikkien aineosien olennaisesti automaattinen kokoonpano saavutetaan näiden pietsosähköisten näppäimien tai näppäimistöjen valmistuksen 15 yhteydessä.

Claims (9)

112556 1.Paineherkän elektronisen kosketusnäppäimen tai -näppäimistön valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää 5 seuraavat vaiheet: pohjakerroksen (1;21) valmistamisen, joka sisältää vähintään yhden ensimmäisen sähköä johtavan alueen (2 ; 2 41) , 10 ainakin yhden juoksevaa väliainetta olevan ohuen kerroksen, joka sisältää orgaanista polymeeriä ja hiuk-kasmaista pietsosähköistä materiaalia, levittämisen edeltäjämateriaalina vähintään yhdelle ensimmäiselle 15 sähköä johtavalle alueelle, sanotun edeltäjämateriaalin ainakin yhden ohuen kerroksen muuntamisen olennaisesti yhdenmukaiseksi ja yhtenäiseksi kiinteäksi, pietsosähköisen materiaalin 20 polymeerimatriisissa muodostamaa yhdistettyä materi aalia olevaksi kalvoksi (3), joka tarttuu lujasti sanottuun ensimmäiseen sähköä johtavaan alueeseen, I · toisen sähköä johtavan alueen (4; 242) muodostamisen 25 sijoitettuna etäisyyden päähän ensimmäisestä sähköä • * a i/. johtavasta alueesta (2;241) sanotulla kiinteällä, » · pietsosähköisen materiaalin matriisissa muodostamaa yhdistettyä materiaalia olevalla kalvolla ja lujan tartuttamisen kalvoon ja sähköä johtavien alueiden 30 (2,4,-241,242) välisen tilan silloittamisen saaden ai- i kaan ainakin yhden olennaisesti monoliittisen piet- sosähköisen elementin, joka tarttuu lujasti sanottuun pohjakerrokseen ja käsittää kiinteän pietsosähköisen ...( materiaalin matriisissa muodostamaa yhdistettyä mate- "P 35 riaalia olevan kalvon (3) ensimmäisellä ja toisella i sähköä johtavalla alueella (2,4,-241,242) varustettu- na, 112556 ja matriisiin sovitetun pietsosähköisen materiaalin (3) polarisoinnin ensimmäisen ja toisen sähköä johtavan alueen (2,4,-241,242) suhteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että pohjakerros (1) käsittää orgaanista polymeerikoos-tumusta olevan kalvon, jossa on sähköä johtava kerros (2), joka on levitetty tarttuvasti juoksevan väliaineen saostus-tekniikan välityksellä vähintään yhteen paikallisesti en-10 naita määrättyyn alueeseen sanotun orgaanisen polymeerikal-von yhdellä puolella, ja että edeltäjämateriaalin ohut kerros on myös levitetty juoksevan väliaineen saostustekniikan avulla.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että juoksevan väliaineen saostustekniikka on silkki-painantatekniikka.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetel-20 mä, tunnettu siitä, että ennen polarisointia tapahtuvat vaiheet toistetaan bimorfisen pietsosähköisen kerroselemen-tin muodostamiseksi, joka käsittää kaksi sanotusta yhdiste-tystä pietsosähköisestä materiaalista tehtyä päällekkäistä , yhdenmukaista kiinteää kalvoa, joita erottaa toisistaan 25 kolmas sähköä johtava kerros, joka on liitetty tarttuvasti ;kumpaankin yhdistetystä pietsosähköisestä materiaalista tehtyyn päällekkäiseen kalvoon. » * V

' 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu sii- 30 tä, että pohjakerros on varustettu vähintään yhdellä ensim- '< '/· mäisellä sähköä johtavalla alueella kummallakin puolellaan, ja että ennen polarisointia olevat vaiheet suoritetaan en-simmäisellä sähköä johtavalla alueella pohjakerroksen kum- i i * mailakin puolella. 1'; ’ 35

: · · 6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetel- : mä, tunnettu siitä, että se sisältää ainakin yhden välike- 112556 välineen muodostamisen sanotun vähintään yhden monoliittisen pietsosähköisen elementin vieressä olevalla alueella.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu sii-5 tä, että välikeväline muodostetaan painamalla.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että välikeväline muodostetaan pietsosähköisesti neutraalien materiaalien olennaisesti muodostaman kerroksen 10 painamisen avulla.

9. Mekaanisesti vakaa ja vanhenemista kestävä paineherkkä elektroninen kosketusnäppäin tai -näppäimistö, joka sisältää monoliittisen pietsosähköisen elementin, tunnettu sii- 15 tä, että sanottu monoliittinen pietsosähköinen elementti käsittää kaksi yhdistetystä pietsosähköisestä materiaalista tehtyä päällekkäistä yhdenmukaista kiinteää kalvoa, joita erottaa toisistaan kolmas sähköä johtava kerros, joka on liitetty tarttuvasti kumpaankin yhdistetystä pietsosähköi-20 sestä materiaalista tehtyyn päällekkäiseen kalvoon. 3, 1 12556