Brevet FR2178020A1 — publié le 19731109

L'invention concerne un commutateur à corps solide sensible à la pression qui présente, lors d'une déformation élastique, un changement brusque de la résistance électrique et qui est particulièrement approprié pour claviers d'inscription de machines numériques ainsi que pour microrupteurs. Les commutateurs mécaniques à contacts mobiles présentent des inconvénients qui se manifestent en particulier par les rebondissements des contacts et les dérangements dans le montage électronique qui s'ensuivent ainsi que par l'encrassement des contacts et des phénomènes de corrosion. L'objet de l'invention est d'éliminer ces facteurs d'incertitude qui sont particulièrement gênants dans le traitement des informations. On sait que les monocristaux constitués de différentes chalcogénures métalliques présentent une résistivité piézoélectrique, c'est-à-dire que-la résistance électrique de ces corps se modifie dans une très forte mesure lorsqu'on soumet ceux-ci à des déformations élastiques (voir le DOS 1 765 896). Ces corps conviennent pour dynamomètres et manomètres ainsi que pour microphones, étant donné que le changement de la résistance est dans une grande mesure proportionnel à la déformation élastique, par contre, ils ne conviennent pas pour les commutateurs exigeant un changement brusque de la résistance. De nombreuses substances sont également connues, parmi lesquelles des dispersions d'oxydes métalliques dans des élastomères, dont la résistance électrique se modifie brusquement lorsqu'on applique une tension électrique déterminée (voir le DOS 2 114 648). L'utilisation de cet effet dans un commutateur réagissant à la pression exige le montage en série d'un transformateur électro-mécanique dont le coût et l'encombrement sont très désavantageux. Enfin, on connaît un dispositif de commande du-courant dans lequel des particules métalliques éventuellement recouvertes d'oxydes conducteurs du courant sont dispersées dans un élastomère. Lorsqu'une pression s'exerce, l'élastomère est comprimé au porno que les particules viennent à se toucher et forment ainsi une ligne conductrice de courant (voir le DOS 2 116 935). Ce dispositif inclus dans un circuit a une résistance de passage très incertaine, étant donné que la résistance totale de ces dispositifs dépend en fin de compte de l'importance des surfaces de contact et, partant, de la valeur de la déformation élastique. Le trop faible rapport des résistances entre l'état de mise en circuit et l'état hors circuit est également désavantageux. Le but de l'invention- est de réaliser un commutateur simple qui, en évitant le principe du contact des pièces mécaniques, présente un rapport élevé entre l'état de mise en circuit et l'état- hors circuit ainsi qu'un mode de commutation sûr et indépendant de la durée de la commande mécanique. A cet effet, l'invention concerne un commutateur à corps solide sensible à la pression constitué d'un élastomère et de particules dispersées dans celui-ci, caractérisé en ce que, dans l'élastomère,. sont dispersées 20 à 60 % en volume de fines particules de chalcogénures métalliques ayant une conductivité bistable. La déformation élastique (la force) nécessaire au déclenchement de ltopération de-mise en circuit diminue avec l'augmentation de la quantité des particules. Il est opportun que les particules et l'élastomère soient disposés dans des intervalles ou des couches disposées en parallèle ou en séries par rapport à la direction de passage du courant. Dans ce dernier cas, la conductibilité de l'élastomère entre les couches de particules doit être assurée par l'insertion de substances conductrices telles que du noir de fumée ou des poudres métalliques. Il peut être également opportun d'utiliser comme chalcogénure métallique l'oxyde de vanadium ou le sulfure de fer. Il est également avantageux que les particules ou une partie de celles-ci soient recouvertes avec une substance ayant une meilleure conductivité, dw préférence avec un composé du même élément chimique que les particules elles-m8mes. De cette manière, on peut améliorer les propriétés de commutation et diminuer la tension de fonctionnement nécessaire.Dans ce but, on peut ajouter des oxydes bons conducteurs et/ou des métaux formant des cxydes bons conducteurs Comme élastomères peuvent êttre utilisés avantageusement le caoutchouc nature le caoutchouc au butadiène- styrène, le terpolymère APp le caoutchouc aix silicones, le polyuréthane ou le chlorure de polyvlnvle plastifié Il est également avantageux d'insérer dans l'élastomère des électrodes de connexion bons conducteurs et solidement fixés constitués de préférence par une grille de fils ou par une couche mince de poudre métallique à forte concentration, par exemple de molybdène. Ainsi une solide fixation des électrodes est assurée. Finalement, on peut disposer à la surface ou également à l'intérieur de l'élastomère des substances piézoélectriques ou magnétiques telles des ferrites. Ainsi, on peut provoquer la déformation élastique du commuta- teur à corps solide au moyen de champs magnétiques ou elec triques. Les avantages du dispositif selon l'invention résident, à coté de la construction simple et partant particulièrement stre dans son fonctionnement, dans le rapport élevé des résistances entre l'état de mise en circuit et l'état hors circuit. Ceci provient de ce que la mise en circuit est produite non seulement par le contact des particules insérées, comme c'est le cas dans l'état de la technique décrite plus haut, mais surtout à la conductivité bistable de ces particules. L'invention est illustrée par l'exemple de réalisatioKn non limitatif suivant Un commutateur à corps solide selon l'invention ayant un diamètre de 2 mm et une épaisseur de 1 mm est constitué de 40 % en volume de poudre d'oxyde de vanadium à granulation moyenne de 100 ssm et 60 fo en volume de caoutchouc au silicone durcissant à froid. La poudre d'oxyde de vanadium VO2, dont 30 % en volume sont pourvus d'un rev8- tement de V2039 est dispersée uniformément dans le caoutchouc au silicone. Au commutateur est appliquée une tension continue de 12 V. Si on exerce une pression, il se produit une déformation élastique qui conduit à la formation de canaux conduisant l'électricité et à la commutation de la conductivité bistable de lDoxyde de vanadium VO2 et qui provoque ainsi un changement brusque de la résistance supérieure à 10 . Cette commutation s'effectue en un temps d'approximativement 10-6 s. Si la pression sDabaissep le commutateur revient à liétat de départ (non conducteur). Bien entendu, lVinventlon n'est pas limitée à 11 exemple de réalisation ci dessus décrit, à partir duquel on pourra prévoir dDautres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Commutateur à corps solide sensible à la pression constitué d'un élastomère et de particules dispersées dans celui-ci, caractérisé en ce que, dans l'élastomère, sont dispersées 20 à 60 /o en volume de fines particules de chalcogénures métalliques ayant une conductivité bistable. 20) Commutateur à corps solide sensible à la pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules et l'élastomère sont disposés dans des zones ou dans des couches, en parallèle à la direction du courant. 30) Commutateur à corps solide sensible à la pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules et l'élastomère sont disposés en série par rapport à la direction du courant. 40) Commutateur à corps solide sensible à la pression selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, comme chalcogénure métallique, on utilise l'oxyde de vanadium. 50) Commutateur à corps solide sensible à la pression selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, comme chalcogénure métallique, on utilise le sulfure de fer. 60) Commutateur à corps solide sensible à la pression selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les particules ou une partie de celles-ci sont recouvertes d'une substance ayant une meilleure conductivité, constituée de préférence d'un composé du même élément chimique que les particules 70) Commutateur à corps solide sensible à la pression selon les revendications 1 à 6, caractérisé par l'addition d'oxydes bons conducteurs et/ou de métaux formant des oxydes bons conducteurs. 80) Commutateur à corps solide sensible à la pression selon les revendications 1 à 4 et 7, caractérisé en ce que comme élastomère est utilisé le C?Út- chouc naturel, le caoutchouc au butadiène-styrène, - terpo- lymères à base d'éthylène et de propylène, le caoutchcuc silicone, le polyuréthane ou le chlorure de polyvinyle plastifié. 90) Commutateur à corps solide sensible à la pression selon les revendications 1 à 4 et 8, caractérisé en ce que, dans l'élastomère, sont inséré des électrodes de connexion, bons conducteurs et solidement fixés, constitués de préférence par une grille de fils ou par une couche fine de poudre métallique ayant une concentration élevée. 100) Commutateur à corps solide sensible à la pression selon la revendication 9, caractérisé en ce que la poudre métallique est constituée de molybdène. 110) Commutateur à corps solide sensible à la pression selon les revendications 1 à 4 et 7 à 10, caractérisé en ce que des substances piézoélectriques ou magnétiques, telles que les ferrites, sont disposées dans l'élastomère ou à sa surface.