DE3226348A1

DE3226348A1 - Tastaturschalteinheit

Info

Publication number: DE3226348A1
Application number: DE19823226348
Authority: DE
Inventors: Yoshitusgu Tokyo Morikawa; Kiyoshi Kitaadachi Saitama Nomoto; Kenichi Ageo Saitama Okada
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1981-07-15
Filing date: 1982-07-14
Publication date: 1983-02-03
Also published as: US4527021A; JPS5810335U

Description

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TELEGRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN TELEX 82 4487 PATOP TELEFON COSO3 22 OO 81

S-193-P-1/1854 j München, 14. Juli 1982

DTPA SP-543 "" *" Dr.M/mw

Shin-Etsu Polymer Co., Ltd. in Tokyo / Japaii

Tastaturschalteinheit

Die Erfindung betrifft eine neue und verbesserte Tastaturschalteinheit und zwar besonders eine solche mit bemerkenswert geringer Dicke, die zur Verwendung in einem kompakt gestalteten elektronischen Instrument geeignet ist. Die Entwicklung geht in neuerer Zeit dahin, daß viele elektronische Instrumente, wie kleine Komputer (Tischmodelle) und dergleichen mit immer kleineren Gewicht und immer kleinerer Dicke hergestellt werden. Hinsichtlich der in solchen kleinen elektronischen Instrumenten verwendeten Tastaturschalteinheiten werden insbesondere übliche Typen mit Drucktasten immer mehr ersetzt durch sogenannte tastenlose Tastaturschalteinheiten, welche eine flache Oberfläche aufweisen, von der keine Druckknöpfe oder Drucktasten vorstehen, um die Gesamtdicke der Einheit zu verringern. Eine solche bisher verwendete tastenlose Tastaturschalteinheit ist typischerweise so aufgebaut, daß über eine gedruckte Leiterplatte, auf der sich eine Mehrzahl von Paaren fes:ter Kontakte befinden, ein isolierendes Deckblattelement gelegt ist, das an seiner Unterseite eine Mehrzahl von beweglichen Kontaktpunkten je an der Stelle, die einem Paar der festen Kontaktpunkte gegenüberliegt, sowie dazwischenliegende Abstandshalter aufweist, um den Raum für die Schaltbewegung der beweglichen Kontaktpunkte zu schaffen, über dem Deckblattelement liegt gewöhnlich weiterhin ein damit integriertes Anzeigeblatt, welches die Druckstellungen auf den darunter befindlichen beweglichen Kontaktpunkten angibt. Wenn das Deckblattelement mit einer Pingerspitze oder dergleichen an der Druckstelle gedrückt wird, wird das Deckblattelement

elastisch verformt und heruntergedrückt, um den beweglichen Kontaktpunkt in Kontakt mit dem Paar fester Kontaktpunkte auf der gedruckten Leiterplatte zu bringen und den Stromkreis zwischen ihnen zu schließen, während der Stromkreis durch die elastische Rückstellung des Deckblattelements in seine nicht heruntergedrückte Form geöffnet wird, wenn die herabdrückende Fingerspitze abgehoben wird.

Die festen Kontaktpunkte auf der Leiterplatte einer üblichen Tastaturschalteinheit sind gewöhnlich kammförmig mit mehreren parallelen Zähnen ausgebildet, da ein Paar der festen Kontaktpunkte in einem solchen Muster vorteilhaft ist, um zwischen den festen und beweglichen Kontaktpunkten eine sehr zuverlässige Berührung und elektrische Verbindung-selbst an den Ecken des beweglichen Kontaktpunkts zu erhalten, der gewöhnlich aus einem elektrisch lei-.... tenden. Kautschuk, hergestellt ist_K wenn dieser herabgedrückt wird, um ihn in Berührung mit den darunter befindlichen festen Kontaktpunkten zu bringen.'

Bei diesen beschriebenen üblichen TastaturschaIteinheiten besteht jedoch ein Nachteil darin, daß, wenn die gedruckte Leiterplatte mit einer Mehrzahl von Paaren der festen Kontaktpunkte versehen ist, die beweglichen Kontaktpunkte auf der Unterseite des Deckblattelements an Stellen angeordnet sein müssen, welche den Einzelpaaren der darunter befindlichen festen Kontaktpunkte genau gegenüberliegen, da sonst die Zuverlässigkeit der Kontaktherstellung zwischen diesen Kontakten erheblich verringert ist. Weiterhin solllte die Größe jedes der beweglichen Kontaktpunkte entsprechend der Gestalt der festen Kontaktpunkte, mit denen er in Berührung gebracht werden soll, modifiziert werden. Auch sind die Kosten für den Zusammenbau einer üblichen Tastaturschalteinheit notwendigerweise hoch, da ein hoher Arbeits- · und Zeitaufwand erforderlich ist, weil eine genaue Positionierung für jede der Kombinationen der festen und bewegliehen Kontaktpunkte auf der Leiterplatte und dem Deckblattelement unverzichtbar ist.

Durch die Erfindung soll daher eine neue und verbesserte Tastaturschalteinheit geschaffen werden, welche von den oben beschriebenen Nachteilen der bekannten Tastatur

schalteinheiten frei ist und insbesondere bei gleicher oder höherer Schaltqualität dünner gebaut und mit wesentlich geringerem Arbeits- und Zeitaufwand zusammenbaubar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Tastaturschalteinheit gemäß der Erfindung, welche folgende.· Merkmale aufweist:

a) eine gedruckte Leiterplatte, die an einer ihrer Oberflächen eine Mehrzahl von Paaren fester Kontaktpunkte aufweist, und

b) ein isolierendes Deckblattelement, das an seiner Unterseite eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Teilen als die beweglichen Kontaktpunkte über die ganze Oberfläche verteilt und über der, gedruckten leiterplatte so gehalten aufweist, daß zwischen den festen und beweglichen Kontaktpunkten ein Raum für die Tastenbewegung gebildet ist, sodaß ein Schalter mit jedem Paar der festen Kontaktpunkte auf der gedruckten Leiterplatte und wenigstens einem der diesem Paar mit dem Abstand für die Tastenbewegung gegenüberliegenden beweglichen elektrisch leitenden Teilen aus-

gebildet ist. .

Die Erfindung wird weiter erläutert durch die folgende Beschreibung von Ausführungsformen, die sich auf die beigefügten Zeichnungen beziehen. Hierin zeigen:

- Fig. 1 bis 3 je einen Querschnitt verschiedener dünn ausgebildeter Tastaturschalteinheiten nach dem Stand.

der Technik;

- Fig. 4 einen Querschnitt einer dünn ausgebildeten Tastaturschalteinheit nach der Erfindung;

- Fig. 5 mehrere verschiedene Muster der elektrisch leitenden Teile als bewegliche Kontaktpunkte, die auf der Unterseite des Deckblattelements verteilt sind;

- Fig. 6 einen Grundriß, der die relativen Stellungen eines Paars der festen Kontaktpunkte und einer Mehrzahl der beweglichen leitenden Teile zeigt; - Fig. 7 bis 11 je ein Querschnitt der dünn ausgebildeten Tastaturschalteinheit gemäß der Erfindung mit verschiedenen Querschnittausbildungen.

Zunächst zeigen die Figuren 1 bis 3 je einen Querschnitt einer üblichen dünn ausgebildeten Tastaturschaltein-

heit, die aufgebaut ist mit einer gedruckten Leiterplatte 1, die auf ihrer Oberfläche mit einem'Paar von festen Kontaktpunkten 1a versehen und mit einem Deckblattelement 3 bedeckt ist, das an seiner Unterseite mit einem beweglichen Kontaktpunkt 3a versehen ist.und durch den Abstandshalter 2 so über der gedruckten Leiterplatte 1 gehalten ist, daß zwischen ihnen ein Raum für die -Kontakttastenbewegung gebildet ist. über das Deckblattelement 3 ist gewöhnlich ein damit integriertes Anzeigeblatt 4 gelegt, das die jeweiligen Tastendruckstellungen der Schalter auf der oberen Fläche des Deckblattelements 3 anzeigt.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer typischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tastaturschalteinheit, die ebenfalls mit einer gedruckten Leiterplatte 1 aufgebaut ist, die mit einer.gedruckten Verdrahtung der Schaltung (in ■ -der Figur nicht gezeigt) und mit einer Mehrzahl von Paaren der festen Kontaktpunkte 1a für die Schalter versehen ist, und mit einem Deckblattelement 3, das über der gedruckten Leiterplatte .1 durch den isolierenden Abstandshalter 2 gehalten ist, um einen Raum für die Tastenbewegung (den Tastenanschlag) zwischen jedem Paar der festen Kontaktpunkte 1a und dem Deckblattelement 3 zu schaffen. Das Deckblattelement 3 ist an seiner Unterseite mit einer Mehrzahl der elektrisch leitenden Teile 3a als bewegliche Kontaktpunkte versehen, die über im wesentlichen die gesamte untere Fläche des Deckblattelements 3 verteilt sind, sodaß ein Schalter mit jedem Paar der feststehenden Kontaktpunkte und wenigstens einem oder einer Mehrzahl der elektrisch leitenden Teile 3a gebildet wird, da die beweglichen Kontaktpunkte den feststehenden Kontaktpunkten 1a gegenüberliegen, über das Deckblattelement 3 ist ein damit integriertes Anzeigeblatt 4 gelegt, welches die Druckstellungen 3b über den festen Kontaktpunkten 1a anzeigt, um den Schalter zu betätigen. Die gedruckte Leiterplatte 1 ist vorzugsweise mit einem oder mehreren Luftlöchern 5 versehen, die mit dem im übrigen geschlossenen Raum für den Tastenanschlag in Verbindung stehen, um eine rasche Betätigung des Schalters zu gewährleisten.

Das Deckblattelement 3 in der erfindungsgemäßen Tastaturschalteinheit kann aus irgendeinem.isolierenden Material mit elastischer RückstelIfähigkeit bestehen, einschließlich verschiedene Arten von natürlichen und künstliehen Kautschuken sowie Kunststoffen.. Siliconkautschuke sind besonders bevorzugt wegen ihrer ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften, wozu Lichtbogenfestigkeit, Wetterbeständigkeit, Dauerhaftigkeit und dergleichen zählen. Andererseits werden die elektrisch leitenden· Teile 3a ausgebildet, indem man durch Klebung kleine Teile eines Metalls oder anderen leitfähigen Materials mit der Unterlage verbindet, wie vorzugsweise eines elektrisch leitenden Siliconkautschuks,der mit einem großen Volumen eines feinkörnigen leitenden Füllstoffes, z.B. Ruß oder Meta11-pulver imprägniert ist, damit er elektrisch leitend ist. Stattdessen können die elektrisch leitenden Teile 3a gebildet werden durch Aufdruck oder. Beschichtung mit einer *< elektrisch leitenden Farbe.

Zum Unterschied von üblichen Tastaturschalteinheiten, bei denen das Deckblattelement 3 mit einem oder einer begrenzten Zahl der elektrisch leitenden Teile 3a als der bewegliche Kontaktpunkt für jeden der betreffenden Schalter in der Einheit gegenüber dem entsprechenden Paar der festen Kontaktpunkte auf der Leiterplatte versehen ist, ist die erfindungsgemäße Tastaturschalteinheit gekennzeichnet durch die sporadische Verteilung gesonderter kleiner Flächen der elektrisch leitenden Teile 3a, die als bewegliche Kontaktpunkte über im wesentlichen die gesamte Bodenfläche des Deckblattelements 3 verteilt sind. Das Muster der sporadisehen Verteilung der elektrisch leitenden Teile 3a ist nicht besonders begrenzt, und mehrere mögliche.Muster sind in Fig. 5 gezeigt, ohne daß die Muster auf die gezeigten begrenzt wären. Vorzugsweise sind die gesonderten kleinen Flächen der elektrisch leitenden Teile 3a, in einer regelmäßigen Anordnung, wie in Fig. 5 gezeigt, unter Berücksichtigung der günstigsten Herstellungsmöglichkeit verteilt.

Die Größe und Form jeder der erwähnten getrennten Bereiche der elektrisch leitenden Teile 3a sowie die Dichte ihrer Verteilung auf dem Deckblattelement oder der Abstand

zwischen den benachbart angeordneten getrennten Bereichen werden bestimmt unter Berücksichtigung- der Größe und Form der festen Kontaktpunkte 1a und des Abstandes zwischen dem Paar der festen Kontaktpunkte 1a, die durch die elektrisch leitenden Teile 3a auf dem Deckblattelement-^:3 elektrisch verbunden werden sollen, wenn das Deckblattelement 3 an der Schaltstellung herabgedrückt wird. Fig. 6 ist ein Grundriß, der die relativen Lagen der festen Kontaktpunkte 1a und der elektrisch leitenden Teile 3a als der beweglichen Kontäktpunkte zeigt. Innerhalb der durch die strichpunktierte Kreislinie A angegebenen Schalt- oder Druckpo^sition sind auf der in Fig. 6 nicht gezeigten gedruckten Leiterplatte 1 ein Paar der festen Kontaktpunkte Ta vorgesehen, die als punktierte Flächen gezeigt sind und jeder in Form eines sechszinkigen Kammes'ausgebildet sind-, um die gegenüberliegenden Elektroden C- und C₂ zu ergeben, von denen jeder der sechs Zähne der einen Elektrode: zwischen und. nahe bei den zwei Zähnen der anderen Elektrode angeordnet ist. Gegenüber diesem Paar der festen Kontaktpunkte 1a befindet sich eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Teilen 3a als die beweglichen Kontaktpunkte auf der Bodenfläche (Unterseite) des Deckblattelements 3 (nicht in Fig.6 gezeigt) als die beweglichen Kontaktpunkte, die jeder durch ein kleines schwarzes Rechteck angegeben sind. Die Verteilung dieser elektrisch leitenden Teile 3a ist nicht auf den von der strichpunktierten Linie A umgrenzten Kreisbereich begrenzt, sondern erstreckt sich über im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Deckblattelements In diesem Fall ist es erforderlich, daß die elektrisch leitenden Teile 3a in einer solchen Weise verteilt sind, daß, wenn das Deckblattelement 3 an der Druckposition A herabgedrückt wird, die Gegenelektrodenpaare C₁ und C₂ durch wenigstens einen oder vorzugsweise eine Mehrzahl der elektrisch leitenden Teile 3a berührt und überbrückt werden, sodaß der elektrische Kreis zwischen ihnen geschlossen wird, wie in dem vom kleinen strichpunktierten Kreis a umgrenzten Bereich. Durch die Verwendung eines solchen Deckblattelements 3, das mit einer Mehrzahl der gesonderten elektrisch leitenden Teils 3a von geeigneter Größe versehen ist, die in einer geeigneten Dichte über die gesamte Unterseite des Deckblatt-

elements 3 verstreut und verteilt sind, erhält man eine sehr zuverlässige Schalteinheit mit einer Mehrzahl von Schaltern, indem man einfach das Deckblattelement 3 auf der gedruckten Leiterplatte 1 montiert, ohne beim Zusammenbau der Tastaturschalteinheit eine genaue Positionierung vorzunehmen.

Die Figuren 7 bis 11 zeigen jede im Querschnitt eine verschiedene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tastaturschalteinheit, einschließlich eines Schalters. Dabei ist das Prinzip dieser Einheiten das gleiche wie in der in Fig. 4 gezeigten Einheit", außer daß der dort zur Gewinnung des Raums für die Tastenbewegung verwendete Abstandshalter 2 weggelassen ist. Stattdessen ist das Deckblattelement 3 jeder dieser Einheiten an der Unterseite an der Stelle, welche dem Raum für die Tastenbewegung entspricht, mit einer kuppelartigen zurückgesetzten Höhlung 3c versehen.

Das Deckblattelement 3 in der in Fig. 7 gezeigten Einheit ist mit einem knopf artig erhabenen Abschnitt 3b versehen, der die Druckposition unmittelbar über den festen Kontaktpunkten 1a auf der gedruckten Leiterplatte 1 anzeigt, wobei das Anzeigeblatt 4 in Fig. 4 weggelassen ist.

Im Gegensatz dazu ist das in Fig. 8 gezeigte Deckblattelement 3 an seiner Oberseite (der oberen Fläche) mit einer zurückgesetzten Höhlung 3b versehen, die ebenfalls die Tastposition anzeigt. Das Anzeigeblatt 4 der Fig. 4 ist hier ebenfalls weggelassen.

Ähnlich Fig. 7 ist das Deckblattelement 3 in Fig. mit einem erhabenen Abschnitt 3b versehen, um die Tastposition an seiner Oberfläche anzuzeigen. Die Gestalt des erhabenen Abschnitts oder Vorsprungs 3b ist in diesem Fall nicht knopfartig sondern ringförmig. Auch hier ist das Anzeigeblatt 4 der Fig. 4 weggelassen.

Das in Fig. 10 gezeigte Deckblattelement 3 ist mit einem darüberliegenden, mit ihm integrierten Anzeigeblatt 4 versehen, jedoch ist dieses Anzeigeblatt 4 an der Tastposition 3b offen, sodaß die Markierungen zur Anzeige der Tastenpositionen unmittelbar auf die Oberfläche des Deckblattelements 3 gedruckt sind, wie in den in Fig. 7 bis 9 gezeigten Tastaturschalteinheiten.

Das in Fig. 11 gezeigte Deckblattelement 3 trägt ein darüberliegendes und mit ihm integriertes Anzeigeblatt 4, das mit einem ringförmigen Vorsprung versehen ist, um die Tastposition 3b anzugeben.

- Jedenfalls ist jedes der in diesen'Tastaturschalteinheiten in Fig. 7 bis-11 gezeigten Deckblattelemente 3 an seiner Unterseite nicht nur an den dem Zwischenraum für die Tastenbewegung zugewandten Stellen sondern im wesentlichen über die gesamte Oberfläche mit einer Mehrzahl der elektrisch leitenden Teile 3a versehen.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt ist die erfindungsgemäße Tastaturschal'teinheit aufgebaut mit einer gedruckten Leiterplatte 1 , die mit Paaren von festen Kontaktpunkten 1a versehen ist, und mit einem isolierenden Deckblattelement 3, das mit einer Mehrzahl der elektrisch leitenden Teile 3a als die beweglichen Kontaktpunkte auf der den festen Kontaktpunkten 1a gegenüberliegenden Unterseite über diese ganze Fläche verteilt versehen ist und oberhalb der gedruckten Leiterplatte 1 mit einem Zwischenraum für die Tastenbewegung gehalten ist. Daher kann die Montage des Deckblatt-. elements 3 auf der gedruckten Leiterplatte 1 so, daß ein sehr zuverlässiger Schaltvorgang erhalten wird, auch ohne zeitraubende genaue Positionierung durchgeführt werden, während eine solche bei den üblichen Tastaturschalteinheiten erforderlieh ist, wo eine genaue Entsprechung der relativen Positionen zwischen den festen Kontaktpunkten auf der gedruckten Leiterplatte und den entsprechend geformten beweglichen Kontaktpunkten auf der Unterseite des Deckblattelements erforderlich ist. Man erhält daher große Vorteile durch die erfindungsgemäße Tastaturschalteinheit nicht nur infolge der verringerten Herstellungskosten für das Deckblattelement sondern auch durch den stark verringerten Aufwand an Zeit und Arbeit für den Zusammenbau der Einheit.

Leerseite

Claims

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dV'mONCHEN 22, THIERSCHSTRASSE 27 J Z Z D vJ Ht

TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHEN TELEX SSAAB7 PATOP TELEFON CO893 22SO51

S--193-P-1/1854 München, 14. Juli 1982

DTPA SP-543 Dr.M/mw

Shin-Etsu Polymer Co., Ltd. in Tokyo / Japan

Tastaturschalteinheit

Patentanspruch

Tastaturschalteinheit gekennzeichnet durch

a) eine gedruckte Leiterplatte (1) aus einem elektrisch is.olierenden Material, die auf einer ihrer Oberflächen wenigstens ein Paar von festen Kontaktpunkten (la) aus einem

• 5 elektrisch leitenden Material aufweist, und

b) ein Deckblattelement (3)> das aus einem elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Material hergestellt und an seiner Unterseite mit einer Mehrzahl von elektrisch leitenden Teilen (3a) versehen ist, die über im wesentlichen die ganze Oberfläche verteilt sind, wobei das Deckblattelement (3) über der gedruckten Leiterplatte (1) in einer solchen Weise gehalten ist, daß oberhalb jedes Paares der festen Kontaktpunkte (la) ein Raum für Tastenbewegung gebildet ist, und daß die elektrisch leitenden Teile (3a) eine solche Gestalt haben und in solcher Weise verteilt sind, daß beim Herabdrucken des Deckblattelements (3) in dem gerade über einem Paar der festen Kontaktpunkte (1a) auf der gedruckten Leiterplatte (1) liegenden Bereich die paarweise vorhandenen festen Kontaktpunkte durch wenigstens einen der . 20 elektrisch leitenden Teile (3a) an der Unterseite des Deckblattelements (3) berührt und elektrisch verbunden werden, um den Stromkreis zwischen ihnen zu schließen.