KR820002399B1

KR820002399B1 - Piezoelectric key board switch

Info

Publication number: KR820002399B1
Application number: KR7403611A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 요시다; 마사히로 세가와; 히로시 오바라
Original assignee: 이도오 고오지; 구레하 가가쿠 고오교오 가부시키 가이샤
Priority date: 1974-09-17
Filing date: 1974-09-17
Publication date: 1982-12-29

Abstract

Polyvinylidene fluoride has piezo-electric charateristic by polarization. Most of piezo-electric elements are distributed to both sides of piezo-electric film which has an electrode. As an input of multi piezo-electric polymer film element, the variation of piexo-electric field is used. Key board is showed (1) multi piezo-electric polymer, film element is mono-or bi-axially oriented poly-ϒ-methylglutamate or polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride.

Description

Key board switch

제1도는 본 발명에 의한 키이보오드 스위치(key board switch)의 한 실시예의 단면도.1 is a cross-sectional view of one embodiment of a key board switch according to the present invention.

제2도는 제1도에 보인 키이보오드 스위치의 기판(基阪)의 평면도.FIG. 2 is a plan view of the substrate of the key board switch shown in FIG.

제3도는 본 발명에 의한 키이보오드 스위치의 다른 실시예의 단면도.3 is a cross-sectional view of another embodiment of a keyboard switch according to the present invention.

제4도는 본 발명에 의한 키이보오드 스위치의 또 다른 실시예의 단면도.4 is a cross-sectional view of yet another embodiment of a keyboard switch according to the present invention.

본 발명은 응력 변환 소자로서 다수의 압전 단위 소자를 가진압전 중합체 필름으로 이루어지고, 압전 단위 소자에 가해진 응력 신호의 변화가 압전 전계로 변환되어 다음 회로를 동작시키는 신호로 사용되도록 응용된 키이보오드 스위치에 관한 것이다.The present invention consists of a piezoelectric polymer film having a plurality of piezoelectric unit elements as a stress conversion element, and a key switch applied so that a change in the stress signal applied to the piezoelectric unit element is converted into a piezoelectric field and used as a signal for operating the next circuit. It is about.

분극에 의하여 압전 특성이 주어진 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)의 압전 필름의 양쪽 표면에 전극을 가지고 있는 다수의 압전 단위소자를 분포 시켜놓고 분포된 소자의 압전 전계를 변화시키기 위하여 각 단위 소자에 가해진 기계적 응력 신호에 따라 압전 전계의 변화가 입력으로 이용되는 다중압전 중합체 필름 소자로 이루어진 키이보오드 스위치는 응력이 키이보오드 스위치의단위 소자에 가 해졌을때 이 응력은 인접한 다른 소자에도 전달되어 압전 전계를 생기에 하지만 이러한 압전 전계는 응력이 가해진 소자에서 발생된 전계의 1/10정도이므로 쉽게 구별될 수 있다. 만일 소자에 가해진 응력이 항상 일정하다면 응력이 가해진 소자로 부터의 출력되 그에 인접한 다른 소자에서의 출력은 쉽게 구별되고 전계의 값을 일정한 값이하고 잘라서 전자(前者)에 의한 신호만을 입력으로 이용할 수 있다. 사람의 손가락으로 푸쉬 보턴을 누르는 경우와 같이 응력의 값의 변화가 클때는 적은 응력에 의하여 단위소자에서 발생된 압전 전계는 때때로 큰 응력이 가해진 단위 소자와 인접한 단위 소자에서 발생된 압전 전계와 맞먹는 크기가 될 수도 있으며 이러한 인접한 단위소자에서의 압전 전계는 원치않는 잡음을 형성하게 된다.In order to change the piezoelectric field of the distributed device, a plurality of piezoelectric unit devices having electrodes are distributed on both surfaces of the piezoelectric film of polyvinylidene fluoride given the piezoelectric properties by polarization. Keyed switches consisting of multi-piezoelectric polymer film elements whose changes in piezoelectric field are used as inputs in response to applied mechanical stress signals are transmitted to other adjacent elements when stress is applied to the unit elements of the keyed switch. However, these piezoelectric fields are easily distinguishable since they are about one tenth of the electric field generated in the stressed device. If the stress applied to the device is always constant, the output from the stressed device and the output from other devices adjacent to it can be easily distinguished and the electric field can be cut to a constant value and only the former signal can be used as input. have. When the stress value is large, such as when a push button is pressed with a human finger, the piezoelectric field generated by the unit element due to the small stress is sometimes the same size as the piezoelectric field generated by the unit element adjacent to the large stressed unit element. And the piezoelectric field in these adjacent unit elements creates unwanted noise.

따라서 본 발명의 목적은 응력이 가해진 단위 소자에 인접한 소자에 의해 발생되는 잡음을 피할 수 있는 다중 압전 중합체 필름 소자로 구성된 키이보오드 스위치를 만드는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to make a keyed switch composed of multiple piezoelectric polymer film elements which can avoid noise generated by devices adjacent to the stressed unit device.

전극이 붙어있는 압건 중합체 필름은 극히 얇으므로 버튼을 누르면 응력이 직접 필름에 전해져서 필름이 찢어지거나 전극이 필름으로 부터 이탈되는 경향이 있으므로 자주 사용하는데 적합치 못하다.The piezoelectric polymer film with the electrode is extremely thin, so when the button is pressed, the stress is transmitted directly to the film, which is not suitable for frequent use because the film tends to tear or the electrode is detached from the film.

본 발명의 또 다른 목적은 응력이 간접적으로 다중 압전 중합체 필름 소자에 가해지도록 하는 구조로서 상기 단점을 제거할 수 있는 키이 보오드스위치를 만드는데 있다.It is still another object of the present invention to make a key board switch capable of eliminating the above disadvantages as a structure in which a stress is indirectly applied to a multiple piezoelectric polymer film element.

다중 압전 중합체 필름의 전극을 어느정도 두께를 가진 고무, 폴리우레탄 또는 비슷한 물질의 보호막으로 덮어 이 보호막을 통해 응력을 가함으로써 다중 압전 중합체 필름 소자에 간접적으로 응력을 가할 수 있다. 이 경우 응력을 받는 다수의 소자가 한 보호막에 놓여있다면 한점에 가해진 응력이 역시 인접한 점에 전달되어서 잡음을 유발할 것이다.It is possible to indirectly stress the multiple piezoelectric polymer film elements by covering the electrodes of the multiple piezoelectric polymer film with a protective film of rubber, polyurethane or similar material having a certain thickness to apply stress through the protective film. In this case, if a number of stressed devices are placed in one protective layer, the stress applied at one point will also be transferred to the adjacent point, causing noise.

본 발명의 세째 목적은 다중압 전증합체 소자를 보호막으로 덮은 경우 잡음의 발생을 제거할 수 있는 키이 보오드 스위치를 제공하는데 있다.A third object of the present invention is to provide a key board switch capable of eliminating noise when the multi-piezoelectric element is covered with a protective film.

본 발명은 이에 응하여, 증합체 필름의 표면에 단위 소자는 양쪽 표면에 전극을 갖고, 양쪽 표면의 전극 사이에 있는 압전 단위 소자의 중합체 필름 부분은 압전 특성을 갖고, 어떤 두 압전 소자도 적어도 한쪽 표면의 전극에 대해서는 전기적으로 독립되어 있는 다수의 압전 단위 소자를 가진 다중 압전 중합체 필름 소자 A와, 중합체 필름소자 A가 그 위에 놓여지며 중합체 필름소자 A의 압전 단위 소자와 대응하는 위치에 구멍 또는 홈이 있는 기관 B로 구성되며, 중합체 소자 A의 각 압전 단위 소자 사이의 중합체 필름 부분이 기판 B의 구멍 또는 홈들의 중간위치에서 기판 B에 고정되어있어 한 압전 단위 소자에 가해진 응력이 인접한 소자로 전달되지 않고 각각의 압전 단위 소자에 의해 발생된 전계의 변화가 독립된 출력이 될 수 있도록 응용된 키이 보오드 스위치를 제공한다.In accordance with the present invention, the unit element on the surface of the polymer film has electrodes on both surfaces, the polymer film portion of the piezoelectric unit element between the electrodes on both surfaces has piezoelectric properties, and any two piezoelectric elements have at least one surface. For the electrodes of, the multiple piezoelectric polymer film element A having a plurality of electrically independent piezoelectric unit elements, and the polymer film element A are placed thereon, and holes or grooves are formed at positions corresponding to the piezoelectric unit elements of the polymer film element A. Consisting of organ B, wherein the portion of the polymer film between each piezoelectric unit element of polymer element A is fixed to the substrate B at an intermediate position of the holes or grooves of the substrate B so that the stress applied to the piezoelectric unit element is not transferred to the adjacent element. Key is applied so that the change of electric field generated by each piezoelectric unit element can be an independent output. Provide de switch.

본 발명에 의한 키이 보오드 스위치는 다음에 기술하는 바와 같은 구조로 구성된다.The key board switch according to the present invention has a structure as described below.

본 발명에 의한 스위치의 기계적 응력-전계 변환 장치의 요소는, 필름속에 다수의 압전 소자를 포함하며, 압전 단위 소자는 그 양쪽 표면에 전극을 갖고 한쪽 표면에만 전극을 갖는 압전 부분은 적합치 않다)양쪽 표면의 전극 사이에 있는 압전 단위소자의 중합체 필름 부분은 압전 특성을 가지며(전극 사이에 있지 않은 부분도 압전 특성을 가질 수 있으나 이 부분은 전계의 변화가 있어도 신호가 전해지지 않으므로 제외한다), 양쪽 표면의 전극사이에 있는 어떤 두 압전 단위 소자도 최소한 한쪽 표면의 전극에 대해서는 서로 독립되어 있는 다중 압전 중합체 필름소자 A를 가지고 있다. 또한 상기 다중압전 중합체 필름 소자는 각 압전 단위 소자와 대웅하는 위치에 구멍 또는 홈을 가진 기판 B위에 있다. 각 압전 단위 소자사이의 필름부분을 한 소자에 가해진 응력인 다른 소자에 전달되지 않도록 구멍 또는 홈 사이의 중간위치에서 기판에 고정되어 있다. 그리고 각 단위 소자에서 발생된 전계의 변화는 독립적인 출력이 될 수 있도록 전기 회로가 구성되어 있다.The elements of the mechanical stress-field converter of the switch according to the present invention include a plurality of piezoelectric elements in a film, the piezoelectric unit elements having electrodes on both surfaces thereof and electrodes on only one surface thereof are not suitable. The polymer film portion of the piezoelectric unit element between the electrodes on the surface has piezoelectric properties (parts not between the electrodes may also have piezoelectric properties, but this part is excluded because no signal is transmitted even if the electric field is changed). Any two piezoelectric unit elements between the electrodes of the surface have multiple piezoelectric polymer film elements A which are independent of each other for the electrodes of at least one surface. In addition, the multi-piezoelectric polymer film element is placed on a substrate B having a hole or a groove at a position facing each piezoelectric unit element. The film portion between each piezoelectric unit element is fixed to the substrate at an intermediate position between the holes or the grooves so as not to be transferred to another element which is the stress applied to one element. And the electric circuit is composed so that the change of the electric field generated in each unit element can be an independent output.

본 발명에 의한 압전 단위 소자는 양쪽에 전극을 가지며 최소한 전극사이에 위치한 중합체 필름부분은 압전 특성을 가질 것이 요구된다.The piezoelectric unit element according to the present invention is required to have piezoelectric properties in which the polymer film portion having electrodes on both sides and located at least between the electrodes.

중합체 필름은 균일하게 압전 특성을 가질수도 있고 부분적으로 분극(分極, Palarization)되어 압전 단위 소자 부분은 양쪽에 전극을-가져야 하며 한쪽만 전극을 가진것은 적합치 않다. 예를들자면, 압전 중합체 필름의 한쪽에는 전표면에 전극을 진공 침착(沈着)시키고 다른쪽 표면에는 점모양의 다른 전극을 침착시켜서 전극을 만들 수 있으나, 압전 단위 소자는 점모양 전극이 침흡된 부분에만 형성된다. 마찬가지로 줄모양의 전극이 양쪽표면에 서로 교차하도록 침착되면 압전 단위 소자는 오직 교차하는 부분에만 헝성된다. 적합한 전극으로는 금, 백금, 은, 동, 알루미늄, 니켈, 주석 기타 전도성 물질을 포함하며 증기 침착도금, 프린트, 접착등의 방법으로 중합체 필름 양쪽표면에 붙일 수 있다.The polymer film may have piezoelectric properties uniformly and is partially polarized, so that the piezoelectric unit element part should have electrodes on both sides and it is not suitable to have only one electrode. For example, an electrode may be formed by vacuum depositing an electrode on the entire surface of one of the piezoelectric polymer films and depositing another electrode in the shape of a dot on the other surface. Only formed. Likewise, when the strip-shaped electrodes are deposited on both surfaces to cross each other, the piezoelectric unit elements are formed only at the intersections. Suitable electrodes include gold, platinum, silver, copper, aluminum, nickel, tin and other conductive materials and can be attached to both surfaces of the polymer film by vapor deposition plating, printing, or bonding.

기판은 금속, 합성수지, 단단한 고무, 석판, 콘크리트, 석고 보오드 기타 적당한 물질로 필요한 구멍 또는 홈을 갖도록 만들 수 있다. 구멍이나 홈의 안쪽은 반드시 비워져 있을 필요는 없으며 액체 또는 스펀지 고무같은 가요성 고체물질도 채워져 있을 수 있다.Substrates can be made of metals, plastics, hard rubber, slabs, concrete, gypsum boards and other suitable materials with the necessary holes or grooves. The inside of the hole or groove does not necessarily need to be empty and may also be filled with a flexible solid material such as liquid or sponge rubber.

압전 단위 소자의 둘레를 기판에 고정시키기 위해서는 단위 소자에 응력이 가해졌을때 그 응력이 인접한 단위소자로 건달되지 않는한 접착이나 조임등 종래의 어떤 방법을 써도 좋다.In order to fix the circumference of the piezoelectric unit element to the substrate, any conventional method such as bonding or tightening may be used as long as the stress is not transferred to the adjacent unit element when the stress is applied to the unit element.

본 발명에 대한 이해를 보다 쉽게 하기 위해 첨부도면에 의하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.In order to more easily understand the present invention will be described embodiments of the present invention by the accompanying drawings.

제1도에서 기호 A 는 폴리비닐리덴 플루오라이드와 같은 극성을 갖는 중합체 필름으로 구성된 다증 압전 증합체 필름 소자(1)를 가리키며 그 한쪽 표면에 점모양 전극(2)과 다른쪽 표면 전체에 증기 침착에 의한 전극(3)을 가지고 있다. 적어도 두전극 사이의 부분은 압전 특성을 가지고 있다. 중합체 필름소자 A가 놓여지는 물질 B에는 점모양 전극(2)에 대응하는 위치에 구멍(4)이 있으며 대응하는 전극의 면적보다 약간 작은 면적를 가지고 있다. 전기 접점(5)은 구멍의 주위로 나오게 되는 전극(2)과 접촉하기 위해 구멍의 주위에 놓여져 있고 중합체 필름 A와 기판 B가 겹쳐지면 전기적 접속을 이루며 각각의 전기 접점과 이에 대응하여 기판 B의 주위에 설치된 단자 T사이에 인쇄회로가 구성된다. 중합체 필름소자 A와 기판 B는 접착제로 결합되며, 점전극 주변과 전기 접점(5)은 도전성 접착제로, 다른 부분은 절연성 접착제(8)로 결합된다.The symbol A in FIG. 1 refers to a multi-density piezoelectric film element 1 composed of a polymer film having the same polarity as polyvinylidene fluoride and vapor deposition over the pointed electrode 2 and the other surface on one surface thereof. It has the electrode 3 by. At least the portion between the two electrodes has piezoelectric properties. The material B on which the polymer film element A is placed has a hole 4 at a position corresponding to the point electrode 2 and has an area slightly smaller than that of the corresponding electrode. The electrical contact 5 is placed around the hole to contact the electrode 2 coming out of the hole, and when the polymer film A and the substrate B overlap, an electrical connection is established, and each electrical contact and correspondingly the substrate B A printed circuit is constructed between the terminals T provided around. The polymer film element A and the substrate B are bonded with an adhesive, and the periphery of the point electrode and the electrical contact 5 are bonded with a conductive adhesive, and the other part is bonded with an insulating adhesive 8.

중합체 필름 A와 기판 B는 각 구멍의 주위에서만 도전성 접착제에 의해서 결합되거나 또는 도전성 접착제를 사용치 않고 단지 이부분을 전기적으로 연결함으로써 결합될 수 있다. 후자의 경우 기판 B의 접점과 전극(2)의 주변 사이의 전기적 접촉을 절연성 접착제에 의해 절연되어서는 안된다.The polymer film A and the substrate B may be bonded by the conductive adhesive only around each hole or by only electrically connecting these portions without using the conductive adhesive. In the latter case, the electrical contact between the contacts of the substrate B and the periphery of the electrode 2 should not be insulated by an insulating adhesive.

기판대신 인쇄 회로가 이용될 수 있으며 이 경우 중합체 필름소자 A와 기판 B사이의 전기 접점은 필요없다.Instead of a substrate, a printed circuit can be used, in which case no electrical contact between the polymer film element A and the substrate B is required.

본 장치는 전표면에 위치하고 있는 전극(3)에 의해 (9)에서 공통으로 접지되며 각 단자 T와 FET(Field Effect Transistor)에 의해 신호처리 회로(11)로 연결된다. 예를들어 응력이 각각의 압전 단위 소자 P₁, P₂,‥‥P₉중 P₁에 가해지면 단자 T₁에 압전계가 발생되어 신호처리 회로(11)로 보내져서 P1으로 부터의 입력신호에 대응하는 개폐 동작을 수행한다. 압전 중합체 필름소자 A의 전극(2)의 주위는 절연성 접착제로 기판 B에 고정되어 있으므로 인접한 단위 소자와는 그 중간부분에서 격리되어 응력에 대해서는 서로 영향이 없으며 한 단위 소자에 가해진 응력은 다른단위 소자 P₂, P₃‥‥P₈에 전달되지 않는다. 이리하여 다른단자 T₂, T₃‥‥P₉에는 신호가 나타나지 않는다. 전극의 주변이 구멍(4)의 둘레에 고정되어 있지 않으면 응력에 대하여 절연되어 있지 않으므로 P₁에 가해질 응력은 필름 소자 A전체의 압전전계의 변화를 일으켜 압전 신호 잡음은 피할 수 없이 다소간 다른 인접한 P₂, P₃…에 발생된다.The apparatus is commonly grounded at 9 by electrodes 3 located on the entire surface and connected to signal processing circuit 11 by respective terminals T and FET (Field Effect Transistor). For example, when a stress is applied to P ₁ of each of the piezoelectric unit elements P ₁ , P ₂ , ... P ₉ , a piezoelectric field is generated at the terminal T ₁ and sent to the signal processing circuit 11 to the input signal from P 1. Perform the corresponding opening and closing operation. Since the periphery of the electrode 2 of the piezoelectric polymer film element A is fixed to the substrate B with an insulating adhesive, it is isolated from the adjacent unit element in the middle part thereof, so that it does not affect each other and the stress applied to one unit element is different from the other unit element. P ₂ , P ₃ are not transmitted to P ₈ . Thus, other terminals T _2, T ₃ ‥‥ P ₉ does not receive the signal. Since the periphery of the electrode is not fixed to the periphery of the hole 4, it is not insulated against stress, so the stress to be applied to P ₁ causes a change in the piezoelectric field of the entire film element A, so that the piezoelectric signal noise is unavoidably somewhat different. ₂ , P ₃ . Is caused on.

본 발명에 의한 키이 보오드 스위치의 기본 구조에 대한 다른 실시예는 제3도와 같으며 다중 압전 중합체 필름 소자 A₁은 양쪽 표면에 전극(2a), (3a)을 가진 압전 중합체 필름 소자 (1a)로 구성되어 있다. 기판 B₁은 구멍(4a)과 중합체 필름을 각 단위 소자 사이의 중간위치에서 고정시키기 위하여 작은 홈(12)을 가지고 있다. 압축 기판 B₂에는 홈(12)과 대응하는 위치에 돌출부(13)와 기판 B₁의 구멍(4a)과 대응하는 위치에 깊은 홈(14)이 있다. 중합체 필름 소자 A₁은 기판 B₁과 B₂사이에서 교정되어 결과적으로 각각의 단위 소자와 이에 인접한 다른 소자는 가해진 응력에 대하여 단위 소자들의 중간 위치에서 격리되어 있다.Another embodiment of the basic structure of the key board switch according to the present invention is shown in FIG. 3 and the multiple piezoelectric polymer film element A ₁ is a piezoelectric polymer film element 1a having electrodes 2a and 3a on both surfaces thereof. Consists of. The substrate B ₁ has a small groove 12 to fix the hole 4a and the polymer film in the intermediate position between each unit element. The compressed substrate B ₂ has a groove 14 deep in a position corresponding to the groove 12 and a position corresponding to the hole 4a of the substrate B ₁ . The polymer film element A ₁ is calibrated between the substrates B ₁ and B ₂ and as a result, each unit element and the other elements adjacent thereto are isolated at the intermediate position of the unit elements with respect to the applied stress.

제1도에 보인 키이 보오드 스위치 또는 제3도에서 B₁-A₁-B₂의 조합만으로 이루어진 기본 구조를 갖는 키이 보오드 스위치는 손가락 또는 다른 방법으로 응력을 가함으로서 동작될 수 있으나 너무 강한 응력이 직접 전극에 가해지면 전극이 상하거나 중합체 필름이 찢어지기 쉽다.The key board switch shown in FIG. 1 or the key board switch having a basic structure consisting of only a combination of B ₁ -A ₁ -B ₂ in FIG. 3 can be operated by applying stress with a finger or another method, When directly applied to the electrode, the electrode may be damaged or the polymer film may be torn.

제3도에 보인 키이 보오드 스위치의 구조는 응력이 직접 전극에 가해지는 것을 피하여 응력이 유체(流體)의 중간 매질을 통해서 단위 전극에 전달되도록 구성되었다.The structure of the key board switch shown in FIG. 3 is configured such that the stress is transmitted to the unit electrode through an intermediate medium of the fluid, without the stress being applied directly to the electrode.

제3도에서(15)는 기판 B₁의 상층표면에 접착 또는 적당한 방법으로 부착된 유연한 고무판 또는 합수성지 필름을 표시한다. (16)은 푸쉬보턴, (17)은 스위치 패널의 외부 카바를 가리킨다. 그림에서 볼수 있는 바와같이 기판 B₁에 있는 각 구멍(4a)은 중합체 필름 A₁과 판(15)으로 양쪽면이 막혀있어 유체가 담겨져 있는 그릇을 형성한다. 유체로서 상기 구멍(4a)에 밀폐된 공기가 보통 사용되나 다른 기체나 액체의 매질도 이용된다. 푸쉬 버턴 스위치(16)의 동작은 버턴 밑에 있는 판(15)을 내리누르고 홈(18)안에 유압을 발생시켜 결과적으로 압전 전계가 만들어지도록 응용되었다.In FIG. 3, 15 denotes a flexible rubber sheet or a synthetic resin film adhered to the upper surface of the substrate B ₁ or attached in a suitable manner. Numeral 16 denotes a pushbutton, and numeral 17 denotes an outer cover of the switch panel. As can be seen, each hole 4a in the substrate B ₁ is blocked by both sides with the polymer film A ₁ and the plate 15 to form a vessel containing the fluid. Air enclosed in the hole 4a is usually used as the fluid, but other gas or liquid medium is also used. The operation of the push button switch 16 has been adapted to press down the plate 15 under the button and generate hydraulic pressure in the groove 18, resulting in a piezoelectric field.

제3도에 보이는 것과 같이 얇은판(15)을 누르는 대신, 유체가 담긴 그릇으로 부터 유체의 도관(導管)을 형성하고 이 도관안의 유압을 변화시킴으로서 개폐 조작이 수행될 수 있으며 이 경우 판(15)은 유연할 필요가 없다.Instead of pressing the thin plate 15 as shown in FIG. 3, opening and closing operations can be performed by forming a conduit of fluid from the vessel containing the fluid and changing the hydraulic pressure in the conduit, in which case the plate 15 ) Does not have to be flexible.

다중 압전 중합체 필름 소자에 너무 강한 압력이 직접 접촉되는 것을 막기 위하여 전극의 표면에 얇은 보호막을 입힐 수 있다. 이 방법은 전극이 마모되는 것을 보호할 뿐아니라 습기나 부식성의 공기로부터 보호할 수 있기 때문에 대단히 유리하며 또한 제1도-제3도의 키이 보오드 스위치의 소자들에도 적용할 수 있다. 보호막의 두께는 증합체 필름이 적은 압력에 의해서도 변형될 수 있도록 적당히 제한되어야 한다.A thin protective film can be applied to the surface of the electrode to prevent direct contact of too strong pressure on the multiple piezoelectric polymer film element. This method is extremely advantageous because it not only protects the electrodes from wear, but also protects against moisture and corrosive air, and can also be applied to the elements of the key board switches of FIGS. The thickness of the protective film should be suitably limited so that the polymer film can be deformed by low pressure.

다중 압전 중합체 필름 소자가 큰 기계적 충격에 대하여 보호되어야 할때는 중합체 필름은 고무, 발포성 폴리우레탄(foamed polyurethane), 연성(軟性) PVC, 폴리에틸렌(Polyethylene)등의 유연한 충격 흡수판을 덮을 수 있으며 이때 압력은 충격 흡수판을 통하여 중합체 필름 소자에 가해진다. 제3도에 표시한 키이 보오드 스위치에서 이런 충격 흡수 물질은 구멍(4)안의 동작 유체로 대치될 수 있다. 충격 흡수판을 사용한 가장 간단한 키이 보오드 스위치의 구조가 제4도에 표시되었다. 여기서 다중 압전 중합체 필름 소자는 거의 같은 두께의 충격 흡수판으로 씌워져 있다.When multiple piezoelectric polymer film elements are to be protected against large mechanical impacts, the polymer film can cover flexible shock absorbers such as rubber, foamed polyurethane, soft PVC, polyethylene, etc. It is applied to the polymer film element through the shock absorbing plate. In the key board switch shown in FIG. 3, this shock absorbing material can be replaced with a working fluid in the hole 4. The simplest key board switch structure using a shock absorber is shown in FIG. The multiple piezoelectric polymer film elements are covered with impact absorbing plates of approximately the same thickness.

제4도에서 다중 압전 중합체 필름소자 A₂는 제1도의 중합체 필름 A와 비슷하며 아래쪽 표면에 점전극, 위쪽표면 전체에 증기침착도금으로 만든 전극을 가지고 있는 압전 중합체 필름으로 구성되어 있다. 기판 B₃는 점전극과 대응되는 위치에 홈을 가지고 있고 인쇄 회로는 중합체 필름 소자 A₂또는 기판 B₃에 형성되어 있다. C는 고무, 발포성 폴리우레탄등의 유연한 충격 흡수판이며 D는 각각의 압전 단위 소자와 응하는 위치에 조작구멍(19)을 가진 지지판이다. 실시예에 보인것은 B₃와 D를 나사로 고정시키도록 되어있어 각각의 압전 단위 소자의 주변과 그위에 고정되어 있는 충격 흡수 물질은 기판 B₃에 고정되고, 보지판 D의 조작구멍(19)의 주변부분은 압전 소자와 그와 인접한 소자를 응력에 대하여 격리시킨다. 즉 한소자에 가해진 응력은 다른 소자에는 전달되지 않는다.In FIG. 4, the multi-piezoelectric polymer film element A ₂ is similar to the polymer film A in FIG. 1, and is composed of a piezoelectric polymer film having a point electrode on the lower surface and an electrode made of vapor deposition plating on the entire upper surface. The substrate B ₃ has a groove at a position corresponding to the point electrode and the printed circuit is formed on the polymer film element A ₂ or the substrate B ₃ . C is a flexible shock absorbing plate such as rubber or foamed polyurethane, and D is a supporting plate having operation holes 19 at positions corresponding to the respective piezoelectric unit elements. It is shown in the embodiment that B ₃ and D are screwed so that the shock absorbing material fixed on and around each piezoelectric unit element is fixed to the substrate B ₃ , and the operation holes 19 of the holding plate D are fixed. The peripheral portion isolates the piezoelectric element and its adjacent element from stress. That is, the stress applied to one element is not transmitted to the other element.

본 발명에 사용된 다중 압전 중합체 필름은 1측 또는 2측 배열폴리 감마 메틸글루타메이트(mono-or bi-axially oriented Poly-r-methylglutamate)필름 또는 폴리비닐플루오라이드(Polyvinyl fluoride) 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride)등과 같이 성형된 상태에서는 압전 특성이 없으나 고정전개하에서 분극되어 전체적 혹은 부분적으로 압전 특성을 갖게된 압전 필름들 중에서 선택될 수 있으며 이러한 중합체 필름은 양쪽표면에 필요한 전극을 만들 수 있다. 전극으로 부터의 회로가 인쇄된 필름이 사용될 수도 있다.The multi-piezoelectric polymer film used in the present invention is a mono-or bi-axially oriented poly-r-methylglutamate film or polyvinyl fluoride polyvinylidene fluoride ( In the molded state such as polyvinylidene fluoride, etc., there is no piezoelectric property, but it can be selected from piezoelectric films that are polarized under fixed development and have piezoelectric properties in whole or in part, and the polymer film can make required electrodes on both surfaces. Films with printed circuits from the electrodes may be used.

압전 중합체 필름으로는 강도가 크고 잡음 분리를 쉽게 하기위해 높은 압전 효과를 가진것이 요망된다. 높은 압전 특성을 가진 압전 중합체 필름은 비닐리덴플루오라이드(Vinylidene fluoride) 중합체 또는 필수적인 요소로서 비닐리덴플루오라이드 및 이와 공중합될 수 있는 테트라플루오에틸렌(tetrafluoroethylene) 트리플루오에틸렌(trifluoroethylene), 트리플루오모노클로로에틸렌 (trifluoromonochloroethylene), 플루오클로로비닐리덴(fluorochlorovinylidene), 비닐플루오라이드(vinylfluoride), 헥사플루오프로필렌(hexafluoropropylene ethylene), 에틸렌프로필렌(Propylene)등의 단량체(monomer) 또는 단량체들로 구성된 공중합체(copolymer)를 포함한다. 이러한 중합체 필름은 β-형 결정구조를 갖게 하기 위해 늘려지고 배열되며 필름의 융점 이하의 약 40℃의 온도에서 필름의 내전압 한도내의 높은 정전계 내에서 분극시켜 최소한 약 1×10^-8cgsesu(1×10^-8∼2×10^-6cgsesu)의 압전상수 d₃₁을 갖게한다.It is desirable for piezoelectric polymer films to have high strength and high piezoelectric effect to facilitate noise separation. Piezoelectric polymer films with high piezoelectric properties are vinylidene fluoride polymers or vinylidene fluoride as an essential element and tetrafluoroethylene trifluoroethylene, trifluoromonochloroethylene which can be copolymerized therewith. (mono) such as trifluoromonochloroethylene, fluorochlorovinylidene, vinyl fluoride, hexafluoropropylene ethylene, propylene or propylene, and a monomer composed of monomers do. Such polymer films are stretched and arranged to have a β-type crystal structure and are polarized in a high electrostatic field within the film's withstand voltage limit at a temperature of about 40 ° C. below the melting point of the film, so that at least about 1 × 10 ⁻⁸ cgsesu (1 × 10 ^-8 to have a piezoelectric constant d ₃₁ of ~2 × 10 ^-6 cgsesu).

다중 압전 중합체 필름 소자는 압전 중합체 필름을 만들기 위해 중합체 필름을 한쌍의 전극 사이에서 분극시키고 그위에 인쇄 접착등의 방법으로 얇은 필름 전극을 부착시켜 만든다. 상기 방법대신 필름을 분극 시키기 전에 증기 침착 도금, 인쇄등의 방법으로 필름위에 필요한 전극을 만들고 이 전극을 이용하여 분극시킬 수 있다. 그외의 방법으로 전극끼리 단락되는 것을 막기 위하여 필름의 한쪽 또는 양쪽 표면의 가장자리를 약간 남겨 놓은채로 표면 전체에 전극을 만들고 분극시킨 다음 줄모양의 전극 또는 점모양의 전극을 만들기 위해 한쪽 또는 양쪽표면의 전극을 일부 제거시킨다.Multiple piezoelectric polymer film elements are made by polarizing a polymer film between a pair of electrodes to make a piezoelectric polymer film and attaching a thin film electrode thereon, such as by printing adhesion. Instead of the above method, before the film is polarized, the necessary electrode on the film may be made by vapor deposition plating, printing, and the like, and the electrode may be polarized. To avoid short-circuit between the electrodes by other means, electrodes are made and polarized over the entire surface with a slight margin of one or both surfaces of the film, and then one or both surfaces to form a row or point electrode. Remove some of the electrodes.

중합체 필름이 지나치게 얇으면 균일한 두께의 필름이 얻어지기 어려우며 분극시킬때 높은 전압을 걸면 종종 손상을 받아 분극 공정에서 생산량을 감소시킨다. 증합체 필름이 너무 두꺼우면 응력에 대한 필름의 변형율이 감소되어 큰 응력을 가하게 되고 이 응력이 인접한 단위소자에 전달되어 불리한 잡음을 유발시킨다. 채택된 필름의 두께는 3미크론-20미크론의 범위에 있으며 특별히 10미크론-100미크론의 범위가 채택될 수 있다.If the polymer film is too thin, it is difficult to obtain a film of uniform thickness, and applying a high voltage when polarizing is often damaged and reduces the yield in the polarization process. If the polymer film is too thick, the film's strain to stress is reduced, exerting a large stress that is transmitted to adjacent unit elements, causing adverse noise. The thickness of the film adopted is in the range of 3 microns-20 microns, in particular in the range of 10 microns-100 microns.

전극의 두께는 전극이 전류를 통하고 필름이 쉽게 변형될 수 있는한 임의로 채택될 수 있다. 전극을 통해서 흐르는 전류는 매우 적으므로 얇은 전극 이를테면 두께 100미크론 이하의 투명한 금박이나 증기 침착에 형성된 전극이라도 만족스럽게 사용될 수 있다. 두층 사이에 두께 35미크론의 도전성 접착 테이프도 곤란없이 사용될 수 있다.The thickness of the electrode can be arbitrarily adopted as long as the electrode is through the current and the film can be easily deformed. Since the current flowing through the electrode is very small, even thin electrodes, such as electrodes formed in transparent gold foil or vapor deposition up to 100 microns thick, can be used satisfactorily. A 35 micron thick conductive adhesive tape can also be used between the two layers without difficulty.

기판은 응력에 의해 변형되지 않으면 제한없이 여러가지 재료도 만들 수 있다. 이 재료는 전기적인 편의를 위해 선택된다. 즉 기판이 표면 전부에 전극이 형성된 쪽에 접하게 될때는 금속 기판을 사용하여 기판을 접지하는 것이 편리하고 기판이 점전극이 형성된쪽에 접하게 될때는 절연물질이나 절연물질로 피복된 금속을 사용하는 것이 바람직하다.The substrate can also be made of various materials without limitations, unless they are deformed by stress. This material is chosen for electrical convenience. That is, when the substrate is in contact with the side where the electrode is formed on the entire surface, it is convenient to ground the substrate using a metal substrate, and when the substrate is in contact with the side where the point electrode is formed, it is preferable to use an insulating material or a metal coated with the insulating material. .

기판의 두께는 다중 압전 중합체 필름에 응력이 가해졌을 때 필름이 부분적으로 늘어나거나 필름에 대하여 수직방향으로 움직일 수 있는 충분히 깊은 구멍이나 홈을 기판에 만들 수 있도록 선택되어야 한다. 보통은 강도를 고려하여 약 100미크론 이상의 두께가 요구되나 제3도에서와 같이 중합체 필름이 유체의 매질을 통하여 변형되는 경우는 필름의 변위가 적으므로 그 두께를 수십 미크론 정도로 해도 좋다.The thickness of the substrate should be chosen such that when the stress is applied to the multiple piezoelectric polymer film, the substrate can be made with holes or grooves deep enough to allow the film to stretch partially or move perpendicular to the film. Usually, a thickness of about 100 microns or more is required in consideration of strength. However, when the polymer film is deformed through a fluid medium as shown in FIG. 3, the thickness of the film is small, and thus the thickness may be about tens of microns.

기판위에 만들어지는 구멍 또는 홈의 크기와 간격은 키이 보오드 스위치의 구조와 용도에 따라 기술에 숙달된 사람은 쉽게 결정할 수 있다. 예를들면 손가락과 누름 보턴으로 조작하는 실시예에 대하여 구멍이나 홈의 크기는 5-3Omm, 간격은 1-50mm가 적당하며 유체로 동작되는 실시예에 대하여는 구멍 직경과 간격을 작게할 수 있다. 인쇄 회로에 첨가하여 FET, 다이오드, 저항, 축전기 등도 역시 기판에 장치될 수 있다.The size and spacing of the holes or grooves formed on the substrate can be easily determined by those skilled in the art, depending on the structure and use of the key board switch. For example, the size of the hole or the groove is 5-3Omm and the distance is 1-50mm for the embodiment operated by the finger and the push button, and the hole diameter and the distance may be reduced for the fluid operated embodiment. In addition to printed circuits, FETs, diodes, resistors, capacitors, and the like can also be mounted on the substrate.

본 발명에 의한 키이 보오드 스위치는 단지 다중 압전 중합체 소자를 기판에 고정만 시키면 되므로 용이하게 조립될 수 있으며 필름 소자에서 단자에 이르는 배선은 중합체 필름소자위 또는 기판위에 인쇄 회로를 설치함으로서 키이 보오드 스위치의 조립과 동시에 완성되므로 배선작업의 비용도 훨씬 경감시킬 수 있다. 더욱이 개폐조작이 전기적 접점을 이용하지 않고 행해지므로 접촉시 스파크 발생의 문제등이 생기지 않으며, 장기간 안정된 개폐 기능을 달성할 수 있다.The key board switch according to the present invention can be easily assembled since only the multiple piezoelectric polymer elements are fixed to the substrate, and the wiring from the film element to the terminal can be easily connected by installing a printed circuit on the polymer film element or the substrate. Completed at the same time as assembly, wiring costs can be further reduced. Furthermore, since the opening and closing operation is performed without using the electrical contact, there is no problem of spark generation at the time of contact, and stable opening and closing function can be achieved for a long time.

본 발명을 다음예를 참고하여 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described with reference to the following examples.

두께 20μ의 1축배열 폴리비닐리덴 플루오라이드(monoaxially oriented polyvinylidene fluoride)필름에 한쪽 표면은 전표면에 다른 표면은 직경, 간격이 모두 10mm인 점모양의 증기 침착에 의한 알루미늄 전극을 만들고 정온 장치속에서 30분동안(+)전극을 통해서 1.2kv의 정전계(전계강도 600kv/cm)를 가하였다.In a 20μ thick monoaxially oriented polyvinylidene fluoride film, one surface is formed on the entire surface and the other surface is 10 mm in diameter and spaced, and the aluminum electrode is formed by vapor deposition. An electrostatic field of 1.2 kv (field strength 600 kv / cm) was applied through the positive electrode for 30 minutes.

그후 상기 정전계를 가하면서 실온으로 냉각시키고 전계를 제거하였다. 필름은 전계가 가해진 부분에 대해서만 5×10^-7cgsesu의 압전상수 d31을 갖게 되었다.The electrostatic field was then cooled to room temperature while the electric field was removed. The film has a piezoelectric constant d31 of 5 x 10 ^-7 cgsesu only for the part where the electric field is applied.

압전 특성을 가진 부분으로 상기와 같이 분극된 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용한 다중 압전 중합체 필름소자는 제1도에 보인 것과 같이 2mm의 두께를 가지고 다중 압전 증합체 필름 소자의 점전극에 대응하는 위치에 직경 8mm의 구멍을 가지며 제2도와 같이 인쇄회로를 가진 기판 위에 조립되었다. 구멍위로 압전 단위 소자를 눌렀을때 1V-3OV의 최대치를 가진 신호의 전계가 대응하는 단자에 나타났으며 인접한 단위 소자에 대응하는 단자에는 아무런 압전 전계의 변화가 발견되지 않았다.The multiple piezoelectric polymer film device using the polyvinylidene fluoride polarized as above with the piezoelectric properties as shown in FIG. 1 has a thickness of 2 mm and corresponds to the point electrode of the multiple piezoelectric polymer film device. It was assembled on a substrate having a printed circuit as shown in Fig. 2 with holes having a diameter of 8 mm. When the piezoelectric unit element was pressed over the hole, the electric field of the signal with the maximum value of 1V-3OV appeared in the corresponding terminal, and no piezoelectric field change was found in the terminal corresponding to the adjacent unit element.

키이 보오드 기판 밑면에 접착제를 바르고 20μ두께의 폴리 에스테르(polyester)필름을 부착한 다음 폴리에스테르 필름쪽으로 부터 구멍 부분을 가볍게 눌렀을때 100-1000mv의 신호 전계가 단자에 나타났다.When the adhesive was applied to the bottom of the key board substrate, a 20μ thick polyester film was attached, and lightly pressed the hole from the polyester film side, a signal field of 100-1000mv appeared in the terminal.

비교를 위한 예로서, 점전극으로 부터 인쇄 회로의 옆 가장자리 까지 추가로 배선한 것 외에는 상기와 같이 폴리비닐리덴 플루오라이드 필름을 분극시켜 만든 다중 압전 중합체 필름으로 키이 보오드 스위치를 조립하였다. 증합체 필름 소자의 주위만 틀에 고정되어 구멍이 있는 기판위에 놓여져 있다.As an example for comparison, the key switch was assembled from a multi-piezoelectric polymer film made by polarizing the polyvinylidene fluoride film as described above except that the wiring was further routed from the point electrode to the side edge of the printed circuit. Only the periphery of the polymer film element is fixed to the frame and placed on the perforated substrate.

이 키이 이보오드 스위치의 한 단위 소자를 가볍게 눌렀을때 1.2v의 전계가 대응하는 단자에 나타났으며 인접한 단위 소자에 대응하는 단자에도 50-90mv의 전계가 나타났다.When one unit element of this key board switch was lightly pressed, an electric field of 1.2 volts appeared in the corresponding terminal, and an electric field of 50-90 mv appeared in the terminal corresponding to the adjacent unit element.

동일한 단위 소자를 보다 센 응력으로 누르자 대응하는 단자는 약 8v의 전계를 나타냈으며 인접한 단위소자에 대응하는 단자에는 0.7-1.8v의 전계가 따라서 나타났다.When the same unit element was pressed with higher stress, the corresponding terminal showed an electric field of about 8v, and the electric field of 0.7-1.8v was shown at the terminal corresponding to the adjacent unit element.

본 발명이 선택된 실시예를 참고로 하여 자세히 설명되고 기술 되었으나 본 발명의 참뜻과 범위를 떠나지 않고 헝태와 세부 사항에 여러가지 변화가 이루어질 수 있다는 것은 기술이 숙련된 사람에게는 이해될 수 있을 것이다.While the invention has been described and described in detail with reference to selected embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims

Each unit element has electrodes on both surfaces, the polymer film portion of the piezoelectric unit element between the electrodes on both surfaces has piezoelectric properties, and any two piezoelectric unit elements are electrically independent of at least one surface electrode. A plurality of piezoelectric polymer film elements A having a plurality of piezoelectric unit elements in the polymer film surface, and a substrate B having holes or grooves at positions corresponding to the piezoelectric unit elements of the polymer film A, The portion of the polymer film between each piezoelectric unit element is fixed to the substrate B at a position between the holes or grooves of the substrate B, so that the stress applied to one unit element is not transferred to the other unit element, Key board switch designed to allow change to be an independent output.