JPS58645B2 - アツデンセイコウブンシフイルムオ モチイタスイツチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧電性高分子フィルムの圧電性を利用した信頼
性の高いスイッチに関するものである。

圧電性高分子フィルムに衝撃力を与えると単一のパルス
状の波形の電圧が発生する。

この発生電圧をスイッチに利用したものが圧電性高分子
フィルムを用いた無接点スイッチである。

このスイッチは無接点であるため信頼性が高く、また、
構造も簡単でかつ小形にできる利点がある。

第１図に従来の圧電性高分子フィルムを用いたスイッチ
の１例を示す。

すなわち第１図において１は押ボタン、２はバネ、３は
支持板で、これらは一般的に用いられているスイッチの
構造と同じである。

４はプラスチックなどの絶縁物質よりなる固定板、５は
圧電性高分子フィルム、６は外部電極、７は導電性皮膜
である。

圧電性高分子フィルム５の両面には電極となる導電性皮
膜７が塗布または蒸着されている。

この導電性皮膜７にそれぞれ弾性に富んだ金属よりなる
外部電極６を圧着し、押ボタン１を押したとき圧電性高
分子フィルム５に与える機械衝撃力が変換されて圧電性
高分子フィルム５より発生する単一パルス電圧をこの外
部電極６よりとり出す構造になっている。

以上説明した圧電性高分子フィルムを用いたスイッチの
欠点は寿命特性が劣ることである。

これは押ボタン１により圧電性高分子フィルム５の同じ
個所に繰返し衝撃性の圧力を加えるため圧電性高分子フ
ィルムが破壊したりまた導電性皮膜よりなる電極が摩耗
したりすることに起因している。

本発明はこの欠点を改善するためになされたもので、磁
気の吸引、反発の力を利用し圧電性高分子フィルムに瞬
間的な変形作用が加わるようにし、圧電性高分子フィル
ムには押ボタンの衝撃力を直接加えないため圧電性高分
子フィルムの損傷、または電極の摩耗がなく寿命特性を
著しく改善した圧電性高分子フィルムを用いたスイッチ
を提供するものである。

以下図面により本発明の詳細な説明する。

本発明の構造図を第２図、第３図、第４図に示す。

第２図において押ボタン１、バネ２、支持板３、固定板
４、圧電性高分子フィルム５、外部電極６および導電性
皮膜７は第１図とはゞ同様であるが、押ボタン１の先端
にフェライト、アルニコなどの硬質磁性材料８が接着さ
れている点、および導電性皮膜７にパーマロイ、ニクロ
ムなどの軟質磁性材料が蒸着またはめつきされている点
が異る。

このスイッチは操作部としての押ボタン１が圧電性高分
子フィルム５に近ずき、この圧電性高分子フィルム５の
面に交差する方向に磁力が作用することにより、導電性
皮膜７が押ボタン方向に引つけられ圧電性高分子フィル
ムが変形し電圧が発生する。

この発生電圧を導電性皮膜７を通し外部電極６よりとり
出す構造になっている。

第３図は導電性皮膜７が従来のアルミニウム１、銅など
の皮膜であり、その片面にパーマロイ、ケイ素鋼板など
の軟質磁性材料のうすいシートまたは箔９が接着剤で接
着されている点が第２図の例と異るが他は第２図の例と
同じである。

またこの構造においては軟質磁性材料のうすいシートま
たは箔９の代りに小さな硬質磁性材料を接着してもよく
、またフェライトなどの粉末を塗料にまぜ塗布してもよ
く、この場合押ボタン１の先端は鉄鋼枠などの軟質磁性
材料であってもよい。

第４図はさらに別の実施例であり、導電性皮膜７はアル
ミニウム、銅などの皮膜で第１図の導電性皮膜７と同じ
であるが、圧電性高分子フィルム５の押ボタン１との反
対側に導電性皮膜７に接して鉄鋼のうすい板バネまたは
細いピアノ線などの軟質磁性材料よりなるバネ材料１０
が設けられている。

他は第２図の例と同じである。これら第３図、第４図の
実施例も第２図の実施例と同じ原理で、押ボタン１を下
げると導電性皮膜に接着または接触している磁性材料が
押ボタン方向に引つけられ圧電性高分子皮膜５が変形し
て電圧が発生する。

この発生電圧を外部電極６でとりだす構造である。

磁気を利用し圧電性高分子フィルムに直接接触しない構
造の本発明のスイッチは良好なスイッチ特性を示し、ま
た寿命も著しく改善され例えば第３図の押ボタン先端の
磁性材料８にフェライトを用いまた導電皮膜上に接着し
た磁性材料９にパーマロイの箔を用いたスイッチは、押
ボタンを動作した時１〜４■の単一パルス状の電圧が発
生し、また１００万回の動作寿命試験においても異常は
認められなかった。

また第４図の押ボタン先端の磁性材料８にフェライトを
用いまた軟質磁性材料よりなるバネ材料１０に厚さ０．
０５ｍｍのミガキ帯鋼を用いたスイッチも１００万回の
動作寿命試験において異常は認められなかった。

なおいままでの説明では圧電性高分子フィルム５を１枚
だけ用いて絶縁物質４に固定し、磁気の吸引力、または
反発力により圧電性高分子フィルム５を変形させること
によってパルスを発生させる実施例を示したが、第５図
に示すように前記フィルム５を多層に重ね合せ、これら
のフィルム５の間にそれぞれ絶縁板１１を挿入して固定
し、各フィルム５のそれぞれの導電性皮膜をパーマロイ
などの軟質磁性材料の皮膜を蒸着またはメッキするか、
最下層フィルムに軟質磁性材料のうすいシートまたは箔
９を接着するか、または最下層フィルムに接して軟質磁
性材料のバネ材料１０を設けるかし、押ボタンを押上げ
た時磁性材料９，１０が引きつけられ全ての前記フィル
ム５が同時に変形し、全ての前記フィルム５に同時にパ
ルス状の電圧が発生する構造も可能である。

このような構成にすると１層目からのパルス電圧、２層
目からのパルス電圧、３層目からのパルス電圧・・・と
いうように別個にそれぞれパルス電圧を得ることができ
るため、例えば１層目のパルス電圧をＦＥＴ等のスイッ
チング素子を用いた回路によってメーク接点として使用
し、２層目のパルス電圧を同様なスイッチング回路を用
いてブレーク接点として使用するなど、各層から得たパ
ルス電圧によりそれぞれスイッチ動作を行なわせ、メー
ク、ブレーク接点などとして粗金せて使用することも可
能である。

以上硬質磁性材料を用いた実施例について記したが、ま
た硬質磁性材料の代りに電磁石を使用することもできる
。

すなわち第６図に示した如く、第２図、第３図、第４図
の押ボタン１、バネ２、支持板３、磁性材料８の代りに
電磁石１２が設置されている。

また固定板４、圧電性高分子フィルム５、外部電極６は
第１図に示す従来のものと同じであり、また圧電性高分
子フィルムに接着、または接触している磁性材料は第２
図に示す様に導電性皮膜自体が磁性材料の皮膜でもよく
、また第第３図、第４図に示す様に磁性材料が接着また
は接触していてもよいが第６図には第３図の事例を記し
た。

この実施例において、電磁石に電流が流れるとコア１３
が磁化され圧電性高分子フィルムに接着または接触して
いる磁性材料が吸引または反発しパルス状の電圧が発生
しこの発生電圧をスイッチングに利用する方式である。

この方式によると離れた所でボタン操作でスイッチング
することができ、アークも発生しないので防爆施設やガ
ス等の雰囲気など人間が直接操作できない所に利用する
ことができる。

また分散しているスイッチを１回のボタン操作で同時に
スイッチングすることもできる。

また圧電性高分子フィルムの発生電圧は通常力の加え方
により変り、衝撃力の場合大きく静的な力を徐々に加え
た場合発生電圧が低くなるので、押ボタンの押下げ方に
よりその都度発生電圧に差が生じる恐れがあるが、本願
のように磁石を用いた場合には押ボタンが押下げられ一
定距離になった時急激に吸引反発され押ボタンの押し下
げ方がはやくてもおそくてもフィルムに加わる力の変化
はほぼ一定となるため一定の発生電圧を得ることができ
る利点がある。

第７図は、本発明のスイッチより発生したパルス電圧を
処理する回路図を示す。

即ち、圧電性高分子フィルム５の外部電極６のうち一方
はアースされており、他方の外部電極６はダイオードＤ
１を介して入力インピーダンスの高い電界効果トランジ
スタ（Ｊ−ＦＥＴ）のゲートに接続されている。

前記電圧性高分子フィルム５の外部電極６よりとす出す
れた単一パルスのアンダーシュートの部分は前記ダイオ
ードＤ１によりカットされる。

また圧電性高分子フィルム５は信号源としてのインピー
ダンスが高いため、接合型ＦＥＴのソースフォロワ−を
用いてインピーダンス変換を行なっている。

前記電界効果トランジスタ（Ｊ−ＦＥＴ）のソースＳは
抵抗Ｒ３を介してアノード側がアースされているツェナ
ーダイオードＤ２のカソード側に接続し、そのダイオー
ドＤ２のリミッタを通してからトリガパルスを出力端Ｏ
ＵＴから取り出し、その後のフリップフロップ回路を動
作させることができる。

以上の如く本発明の構成によれば、押ボタンの先端が直
接フィルムに接触しないため、信頼性が高く寿命が長く
、且つ安価にて製造でき、更に構造が簡単であるため種
々の応用が考えられるなどその効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧電性高分子フィルムを用いたスイッチ
の構造図、第２図、第３図、第４図および第６図は本発
明の実施例の構造図、第５図は圧電性高分子フィルムを
多層に重ねた本発明実施例の構造図、第７図は本発明の
スイッチの出力パルスの処理回路の１例を示す回路図で
ある。 １・・・・押ボタン、２・・・・・・バネ、３・・・・
・・支持板、４・・・・・・固定板、５・・・・・・圧
電性高分子フィルム、６・・・・・・外部電極、７・・
・・・・導電性皮膜、８，９・・・・・・軟質または硬
質の磁性材料、１０・・・・・・磁性材料よりなるバネ
材料、１１・・・・・・絶縁板、１２・・・・・・電磁
石、１３・・・・・・コア。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少くとも一枚の圧電性高分子フィルムと、該圧電性
   高分子フィルム上に被着された磁性体と、該磁性体に前
   記圧電性高分子フィルムの面に交差する方向に磁力を作
   用せしめて前記圧電性高分子フィルムに変形を与えるた
   めの磁性体を有する操作部と、該変形により発生する機
   械的パルス波をパルス電圧としてとり出すための前記圧
   電性高分子フィルムの両面に設けられた導電性皮膜とを
   備え、該導電性皮膜から得られる前記パルス電圧を出力
   とするように構成した圧電性高分子フィルムを用いたス
   イッチ。