SE450800B - Kapacitiva system for fingertoppmanovrerade stromstellare - Google Patents

Description

450 sno 2: konstanten och K en konstant beroende på de enheter som valts.

För ett givet dielektriskt material för att öka kondensatorns kapacitans, kan man sålunda göra dess plattor med större area eller man kan minska den dielektriska skivans tjocklek som åt- skiljer plattorna.

Kapacitiva system som föreliggande uppfinning behandlar kan an- ses som tvâ kondensatorer anslutna i serier. En kondensator bildas av den andra och den första elektroden, och den andra av den första och tredje elektroden. Faktiskt kan det föreligga viss kapacitiv växelverkan mellan den andra och tredje elektro- den, beroende på systemets fysikaliska konstruktion, så att en tredje kondensator bildas ansluten parallellt med de två serie- anslutna kondensatorerna. Totala kapacitansen på kondensatorerna anslutna i serie erhålles genom det reciproka värdet av summan av de reciproka värdena av kapacitanserna för de enskilda kon- densatorerna och därav skulle det synas följa att för maximal kapacitans i ett kapacitivt system av det slag som uppfinningen behandlar bör den andra ooh tredje elektroden ha lika stor area.

Ett representativt system av det kända slaget har en kvadratisk första elektrod på en yta av en glasskiva och rektangulära andra och tredje elektroder på den andra ytan av skivan. Vid ett praktiskt exempel bildas den första elektroden av en tennoxid- beläggning på en glasskiva 4,9 mm tjock och är 26 mm i kvadrat, under det att den andra och tredje elektroden utgöres av en ledande silverhaltig emalj avsatt i rektanglar mätande 26 x 12 mm och anordnade på ett avstånd av 2 mm från varandra. Ett så- dant system har en total kapacitans av 3,8 pF. _ Värden på kapacitans angivna i denna beskrivning har erhållits genom mätning med en universalbrygga Wayne Kerr, typ B22H. Mät- ningarna har utförts under normala omgivande förhållanden. Det kapacitiva strömställarsystemet är anordnat horisontellt med Sn02-beläggningen placerad överst. Standardanslutningsledningar är anslutna medelst anslutningsklämmor fästade till trådar 5 mm långa lödda till den andra och tredje elektroden.

Elektroderna i det kapacitiva strömställarsystemet är uppbyggda av ledande material anbringade på den díelektriska skivan. Så- dana ledande material innefattar ledande oxider eller emaljer i 450 800 liksom även metaller. Kostnaden för elektroderna beror på den mängd material som användes. För masstillverkning av strömställar- systemet är det givetvis intressant att minska mängden använt material. Detta är särskilt intressant t.ex. då elektroderna tillverkas med utgångspunkt från en silverhaltig pasta. Varje minskning av pastmängden som användes kommer gynnsamt att på- verka produktens kostnad. Det är därmed önskvärt att göra ström- ställare med liten area och/eller att minska deras aktiva ytarea.

Det finns ett annat skäl för att föredraga omkopplare med liten area, särskilt där ett flertal sådana omkopplare skall anordnas -i en rad, som t.ex. i telefonknappsatser. I det fallet skulle en uppsättning av tio omkopplare som var och en upptar en area av 26 mmz ta upp allt för mycket utrymme för att vara av praktiskt värdeu Det skulle vara önskvärt att minska det utrymme som upp- tages av elektroderna till ett utrymme som approximativt svarar mot det som skulle upptas av en fingertopp som berör omkopplaren, t.ex. en yta av 12 mmz. Ett kapacítivt system bestående av en första elektrod 12 mmz av tennoxid avsatt på en yta av en skiva glas 4,9 mm tjock med andra och tredje rektangulära elektroder även av tennoxid) var och en 12 x 5 mm och anordnade på avstånd från varandra med 2 mm har emellertid en kapacitans av 1,u pF.

Av det skäl som förklarats tidigare är det önskvärt att erhålla en bättre kapacitansnivå för en sådan anordning. Detta kan upp- nås genom att reducera tjockleken på det dielektriska materialet.

När det gäller en glasskiva kan den totala kapacitansen ökas till 3,1 pF genom att minska tjockleken till 1 mm, Bräckligheten i en glasskiva 1 mm tjock gör det mindre än idealt att forma en yta som skall upprepade gånger vidröras eller tryckas på.

Föreliggande uppfinning avser att åstadkomma ett förbättrat kapacitivt system av det slag som ovan omnämnts och genom vilket det är möjligt att lättare uppnå en gynnsam kompromiss mellan hög kapacitansmodifiering mellan berört och oberört tillstånd och mängden material som behöver användas för att forma elektro- derna, som beror på systemets dimensioner.

Enligt föreliggande uppfinning avses ett kapacitivt system, som 450 800 4 omfattar en skiva av dielektriskt material försedd med en första elektrod pà sin ena sida och på sin andra sida i kapacitivt för- hållande med den första elektroden, andra och tredje elektroder, som är anordnade på ömsesidigt avstånd från varandra och där av de andra och tredje elektroderna en (härefter kallad “den yttre elekt- roden") är formad till att omge åtminstone huvuddelen av den and- 6 ras periferi och utmärkes av att förhållandet mellan den inre elektrodens yta och den yttre elektrodens yta är större än 0,25-1. » Man har funnit, att genom att anordna den andra och tredje elektro- den på detta sätt är det möjligt att för en given dimension på ett kapacitivt system ha bästa kompromissen mellan kapacitans, kapaci- tansmodifiering och mängd använt material för elektroderna. Endast som ett exempel är det möjligt för en given total omkopplingsarea att öka kapacitansen på systemet under det att man håller samma kapacitans-modifiering och samtidigt hålla eller minska mängden använt material.Vidare är det möjligt under det att man håller samma tröskelkapacitans att minska skivarean som upptas av det kapacitiva systemet eller att öka skivtjockleken. Man bör lägga märke till att dessa fördelar ej kan vara framträdande eller så framträdande, då man använder sig av mycket tunna glasskivor, dvs skivor som är 1 mm eller mindre tjocka. Faktiskt har man funnit från resultaten av vissa prov gjorda av oss att fördelen (ut- tryckt i relativ ökning i erbjuden kapacitans) är större då tjoc- kare glas, t.ex. glas 3-6 mm tjocka, användes som dielektriskt ma- terial såsom föredrages.

Med fördel är förhållandet mellan ytareorna för den inre elekt- roden och den yttre elektroden större än 0,5 till 1. Vissa av provningsresultaten som omnämns är sammanfattade i följande ta- bell.

I alla fallen var den första elektroden en tannoxidbeläggning av- satt på ett glassubstrat. Den andra och tredje elektroden till- verkades av ett skikt erhållet genom att baka ett silverhaltigt lack. I systemen I-VIII upptog den första elektroden en kvadrat som mätte 26 x 26 mm och den andra och tredje elektroden avsat- tes pâ motsatta ytor av glaset inom en överensstämmande yta mä- n tande 26 x 26 mm. I system I, som ges (för jämfömgge) var den andra och tredje elektroden var och en rektanglar 26 x 12 mm :J 5 450 800 anordnade på ett avstånd från varandra medelst ett gap 2 mm brett. I vart och ett av systemen II-VIII var den andra eller inre elektroden en kvadrat av angivna dimensioner åtskild av ett kvadratiskt ringformigt gap av angiven bredd från en kvadra- tisk ringformig tredje eller yttre elektrod av angiven bredd.

Värdena för den totala kapacítansen i systemet (i pP) anges för 4,9 mm tjockt glas och i vissa fall för 2,8 mm och 1 mm tjockt glas. Värden ges även för dC (differens i kapacitans)represen- terande kapacitansmodifieringen mellan oberört och berört till- stånd för systemet. Vidare ges även under rubriken "aktiv yta" ytan på den andra och tredje elektroden i procent av systemets totala area. I I systemen IX-XI upptog den första elektroden en kvadrat mätande 12 x 12 mm och den andra och tredje elektroden avsattes på glasets motsatta yta inom en överensstämmande yta även den mätande 12 x 12 mm. I systemet IX, som ges i panames fim'jämfihelse var den andra och tredje elektroden var och en rektanglar som mätte 12 x 5 mm åtskilda av ett 2 mm gap. I det andra fallet (X och XI) var den andra eller inre elektroden en kvadrat av angiv- na dimensioner åtskild av ett kvadratiskt ringformat gap av an- given bredd från en kvadratisk ringformig yttre eller tredje elektrod av angiven bredd.

I systemen XII-XIV och XV-XVII upptog den första elektroden en cirkulär yta respektive 29,5 och 13,5 mm i diameter. Den andra och tredje elektroden avsattes inom ett överensstämmande cirku- lärt område med samma dimensioner. I systemen XII och XV var den andra och tredje elektroden segment av cirklar med angiven dia- meter åtskilda med ett diametralt gap 2 mm brett. I de andra fallen upptog den andra eller inre elektroden en cirkulär yta av angiven diameter och âtskildes av ett ringformat gap av an- given bredd från en ringformad tredje eller yttre elektrod med angiven bredd.

Angivelser inom parentes i tabellen hänför sig till kapacitiva system som ligger utanför föreliggande uppfinning.

Olika slutsatser kan dras från angívelserna i tabellen. 450 800 6 Vid en jämförelse av systemen II-VII med systemet I synes det för U,9 mm tjocka glaset att i varje fall koncentriska elektro- der leder till en ökning i den totala kapacitansen. Denna ökning är större då ytförhâllandet mellan inre och yttre yta ökar.

Detta resultat erhålles emedan värdet på skillnaden i kapacitans är relativt konstant. Samtidigt synes det frân spalten "aktiv ytarea" att mängden material som användes för den andra och tredje elektroden även minskas.

För systemet VIII, som ligger utanför uppfinningens omfattning framgår det att den totala kapacitansen har minskat samtidigt som differensen i kapacitans dC.

Liknande resultat gäller för 4,9 mm glas för systemen IX-XVII.

Med avseende på 2,8 mm glas framgår det att liknande resultat _ uppnås avseende ökning i total kapacitans och minskad förbruk- ning av elektrodformande material för systemen IX-XI och XV-XVII.

Men en minskning av dC måste accepteras. Samma kan härledas från de andra systemen, om ett tillräckligt högt förhållande mellan inre/yttre area väljes.

Liknande resultat kan härledas från tabellerna för 1 mm glas men här är det återigen önskvärt att välja ett högt förhållande mellan inre/yttre area och en minskning av dC måste accepteras.

I det fall där en minskning av kapacitansen anges kan systemet fortfarande anses vara värdefullt på basis av att mängden elektrodbildande material, som används, har minskat. Detta kan vara av särskilt intresse för kapacitanssystem med stor area, som redan kräver stora mängder elektrodmaterial.

Från en jämförelse mellan kapacitanserna i systemen med numren II och VI med dem i system I, i system X med system IX i systemen XIII och XIV med system XII och i system XVII med system XV kan man lägga märke till att förbättringen i kapacitans är större då det dielektriska substratet är 4,9 mm tjockt glas än som är fallet då det díelektriska materialet är 2,8 mm tjockt och även att i de flesta fall det föreligger en minskning i kapacitansen, a då det dielektriska materialet endast är 1 mm tjockt. 7 450 800 Vidare framgår det av systemen VIII och XI att ett förhållande mellan ytorna för den andra och tredje elektroden mindre än 0,25 ger sämre resultat även för det tjockare glaset.

Från en jämförelse mellan systemen II, IV och VI mellan systemen X och XI, mellan systemen XIII och XIV och mellan systemen XVI och XVII framgår det att för samma yttre elektrodarea erhålles en större total kapacitans genom en större inre elektrodarea.

Från tabellen framgår det även att summan av areorna för den andra och tredje elektroden bör vara hög för bästa resultat, dvs. arean i gapet mellan dessa elektroder bör vara relativt liten. Man bör emellertid komma ihåg att en minskning av gapytan kommer att öka den kapacitiva växelverkan mellan den andra och tredje elektroden. 450 '800 n«H ~.~o m.o ß.o o.H o.fl 1 o.~ «.N nn. Nß QN N N nefl o.Hw n.o o.o m.~ m.~ o.m o.n ao. - ce a ~ SSS QJS 3.8 8.3 3.3 8.3 8.3 3.3 Sv 33 2:a A3 222V nmo o.mø m.~ m.n n.~ e.e n.n H.oH ~>.~ mßfl wow n __ ~ nwø ß.ææ n.~ ß.n o.w o.w >.ß ~.~H om.~ nßfl qme ~ N ^~@@V ^<.H@v ^«.~v ^@.nv ^w.mV ^~.«v ^@.nv ^n.~Hv ^Ev ^~Hnv ^~HnV E^~v ^n.@~v ^««Hv ^».@@v ^n.ov ^ß.°v ^@.Hv ^n.HV. ^w.Hv ^A.~v ^~.v ^owv Aøfiv ^~v ^~v QQH ø.oæ n.o ß.o ~.~ ~.~ ~.~ o.n mc. om øn a . ~ ^« Aøßøv ^@.mwv ^n.EV ^-V ^-v ^<.nV ^-v Afv ^H~.v ^@m«v ^ooEv ^~v ^@V øßø . ~.Hw o.~ - - n.« - - En. Nmn Qøfi ~ , 1 øßo n.oø H.~ o.n ~.~ m.« «.n ß.m nm.~ ~mH ow~ m N øßø ß.æß ~.N n | ~.e | | mm. www mm~ N n øßo n.oß n.~ | | H.n | | oø.H Nafi cmn N ~ oßø o.eß H.~ | 1 ~.n 1 | o.a oofi coq N ~ øßo ø.ßw ~.~ >.m N.w 0.0 n.> fl.- mo.~ Nmfl ooe Q N ñoßov ^m.~@. ^~.~V ^w.flv ^w.mv ^æ.nv ^«.nV ANHV AHV ^-n~ ANHMV ANV ^-x@~v EE w _ ha ma ma mm mn ma NEE mEE EE EE N mmflw wmfiw mmfiw mmfiw wmfiw wmflw wnvum mwum mwæm von mwnm EEm.: EEæ.m EEfl EEm.: EEæ.m EEfl \wncfi |won :vom øummn |uxwHw mmnm :um ou wcfinmhmn ufl> ucmumflfifiu pnmmwno mU:mH.#xwHw.1pxwHw namø ^w&pßæv Hmpoa >flux< msflnonmwsmuflomamm mcwuflommwx Hm»oa.AmcLmm mnppw wacH mnømnæ n.fi n.~ ^n.nHv n.@H m.fl~ ^w.@~v ^«x«v oxo An xwflv ^3x3v qfixqfl Qflxfifi Qflxofi wflxmfi °~x°~ °~x°~ ^-x@~V EE Uoh |px@Hw Anwscfiv mfiwQ< HH>K H>K >X >HN HHHX HHK HN KH HHw> HH> H> >u Hufi HH Emvmmw 9 450 80Û Man har även funnit att för de bästa resultaten bör de areor som upptas av den första elektroden å ena sidan av det dielektriska materialet och av den andra och tredje elektroden och deras mellanliggande gap pâ den andra sidan bör vara i huvudsak lika och i linje med varandra och därmed föredrages även detta sär- drag.

Elektroderna bildas företrädesvis medelst beläggningar som av- sätts på den dielektriska skivan.

Elektroderna kan formas av något lämpligt ledande material och det är ej alls väsentligt att elektroderna på de olika sidorna av den dielektriska skivan bör vara av samma material. Under det att man föredrager att den första elektroden bör vara av ett slitbeständigt material, eftersom det är den elektroden som kom- mer att exponeras, då det kapacitiva systemet användes som del av en fingertoppmanövrerad krets är detta ej ett krav för den andra och tredje elektroden. Som exempel på lämpliga ledande material, kan metaller, t.ex. koppar, ledande oxider, t.ex. tennoxid och ledande emalj, t.ex. silveremaljer nämnas. Då en ledande oxid användes innehåller den företrädesvis ett dopmedel.

Det föredragna dielektriska materialet utgöres av glas.

Det inses givetvis att glas, särskilt tunt glas ej är särskilt slaghàllfast. För att bibringa detsamma en förbättrad motstånds- förmåga mot slag föredrager man att den dielektriska skivan utgöres av en härdad glasskiva. Med hänsyn till de svårigheter som hänger samman med att värmehärda en tunn glasskiva föredra- ger man att en sådan skiva är kemiskt härdad. När det_gäller detta föredragna särdrag av föreliggande uppfinning fästes upp- märksamheten pâ vårt patent nr. 8006741-6 (447 435) med samma giltighetsdag som föreliggande uppfinning som avser: en finger- toppmanövrerad strömställarpanel omfattande en dielektrisk skiva uppbärande åtminstone en fingertoppmanövrerad strömställare. där strömställaren eller varje strömställare omfattar en första" fingertoppberörbar elektrod på en sida om skivan och andra och tredje ömsesidigt åtskilda elektroder på den motsatta sidan av skivan i kapacitivt förhållande till den första elektroden, som utmärkes av att den diélektriska skivan är av glas, som 1450 sno 10 underkastats en kemisk härdningsbehandling och av att åtminstone en sådan elektrod består av en beläggning avsatt på skivan.

Olika föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas med hänvisning till de bifogade schema- tiska ritningarna där: Pig. 1 visar en sektion genom en utföringsform av ett kapaci- tivt system enligt uppfinningen och fig. 2 och 5 visa vardera en planvy av den andra och tredje elektroden i ett kapacitivt system enligt uppfinningen.

I fig. 1 visas en dielektrisk skiva 11, på vars övre yta en första elektrod 12 avsatts. En andra eller inre elektrod 13 av liknande form som den första elektroden men med mindre area är avsatt på den undre ytan av skivan. En tredje eller yttre elektrod 1D är även avsatt på den undre ytan av skivan 11 och _ omger åtminstone den större delen av omkretsen på den andra elektroden 13. De andra och tredje elektroderna åtskiljes av ett gap 15. Den yttre gränsen för den tredje elektroden 1U är i huvudsak kongruent och i linje med gränsen för den första elektroden 12.

Pig. 2 visar ett kapacitivt system där en dielektrisk skiva 21 på sin ena yta har en kvadratisk andra eller inre elektrod 23 avsatt omgiven av en kvadratiskt ringformad tredje eller yttre elektrod 24. Dessa två elektroder àtskiljas av ett fyrkantigt ringformat gap 25. En kvadratisk första elektrod (ej visad) är avsatt på den andra ytan av den dielektriska skivan 21 med sin gräns i linje med den yttre gränsen för den yttre elektroden 2H.

I fig. 3 är en kvadratisk inre eller andra elektrod 33 avsatt på en dielektrisk skiva 31. En ínledare 36 är anordnad för den andra elektroden 33 och går genom ett avbrott 37 i den annars ringformade fyrkantiga yttre elektroden 3H. De inre och yttre elektroderna 33, 3U âtskíljes av ett gap 35. Den yttre elektro- den 3h är försedd med en inledare 38. Inledarna 36 och 38 bildas lämpligen av samma material som och avsättes på samma gång som elektroderna 33, 3H. Del av gränsen för den första elektroden som avsätts på den andra ytan av den dielektriska skivan 31 antydes vid 32. Vid denna utföringsform och andra 11 3450 son utföringsformer där inledare anordnas och/eller där denyttre elektroden är bruten innefattar arean för den inre eller yttre elektroden varje del av en ledare som är ansluten därtill och som är i linje med en del av den första elektroden och gapet mellan de' andra och tredje elektroderna tages till att sträcka sig till gränsen för den första elektroden, dvs. i det fall som illustreras i fig. 3 tages arean för gapet 35 så att det inne- fattar den del av arean i avbrottet 37 i den yttre elektroden, som ej täckes av inledaren 36 för den inre elektroden 33. Av- ståndet mellan inledartrâdarna 36, 38 bör vara tillräckligt för att undvika skapandet av en alltför stor kapacitiv koppling mellan dem. Avbrottet 37 i den yttre elektroden 3U bör även vara tillräckligt brett så att inledartråden 36 ej har alltför stor kapacitiv koppling med den yttre elektroden.

Pig. H visar ett kapacitivt system där en dielektrisk skiva H1_ på sig har anbringad en cirkulär inre elektrod H3 och en ring- formad yttre elektrod HH åtskilda av ett gap 45. En därmed överensstämmande första elektrod (ej visad) med samma diameter som den yttre diametern på den yttre elektroden H4 är anbringad på den andra ytan av den dielektriska skivan 41.

Pig. 5 visar ett kapacitivt system med triangulär form omfat- tande en inre elektrod 53 och en allmänt koncentriskt triangulär yttre elektrod SU båda avsatta på en dielektrisk skiva 51 och åtskilda av etttriangulärt gap 55. Den yttre periferin på den yttre elektroden 55 är kongruent med och överensstämmer med en första elektrod (ej visad) på motsatta ytan av den dielektriska skivan 51.

Enligt fig. 1-5, är den andra och tredje elektroden anbríngade på den dielektriska skivan. Vid en modifiering avsättes dessa elektroder ej på den dielektriska skivan utan på ett tryckt kretskort hörande till det kapacitiva systemet. Ett sådant tryckt kretskort med två elektroder fästes som helhet till den dielektriska skivan, t.ex. genom klistring i linje och överens- stämmande med den första elektroden.

Claims (8)

450 800 VL Patentkrav

1. l. Kapacitivt system, omfattande en dielektrisk skiva (ll. 21. 31. 41. 51). försedd med en första elektrod (l2, 32) på en sida därav och på dess andra sida i kapacitivt förhållande till den första elektroden. andra och tredje elektroder på ömsesidigt avstånd från varandra och där av de andra och tredje elektroderna en (14, 24. 34. 44. 54) (härefter kallad 'den yttre elektroden') är formad till att omge åtminstone huvuddelen av den andras periferi (13, 23, 33, 43.-53) (här- efter kallad 'den inre e1ektroden'), k ä n n e t e c k - n a t av att förhållandet mellan den inre elektrodens yta och den yttre elektrodens yta är större än 0.25-l.

2. System enligt krav l, k ä nån e t e c k n a t av att förhållandet mellan den inre elektrodens och den yttre elek- trodens yta är större än 0.5-1.

3. System enligt krav l eller 2. k ä n n e t e c k n a t av att ytan som upptages av den första elektroden (12, 32) å ena sidan av det dielektriska materialet och av den andra och tredje elektroden och deras mellanliggande gap på den andra sidan är i huvudsak lika och ligger i linje med varandra.

4. System enligt något av de föregående kraven, k ä n n e - t e c k n a t av att elektroderna är formade medelst ledande beläggningar avsatta på den dielektriska skivan.

5. System enligt krav 4. k ä n n e t e c k n a t av att den första elektroden (l2, 32) utgöres av en ledande tennoxidbe- läggning.

6. System enligt något av de föregående kraven. k ä n n e - t e c k n a t av att den dielektriska skivan (ll, 21. 31. 41. 51) utgöres av glas. t: i m" _ 450 sno

7. System enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att den díelektriska glasskivan har en tjocklek mellan 3 mm och 6 mm.

8. System enligt krav 6 eller 7. k ä n n e t e c k n a t av att glasskivan är härdad.