DE3586460T2

DE3586460T2 - Verbesserungen der schalter und der tastaturen.

Info

Publication number: DE3586460T2
Application number: DE8585900720T
Authority: DE
Inventors: Richard Paul Hayes-Pankhurst; Douglas Smith
Original assignee: Keymat Technology Ltd
Current assignee: Keymat Technology Ltd
Priority date: 1984-02-03
Filing date: 1985-02-04
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2005-02-05
Also published as: US4634818A; EP0203068B1; US4839474A; DE3586460D1; AU3933985A; WO1985003595A1; EP0203068A1; ATE79197T1; AU584606B2; GB8402974D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tastenkissen, das für die Eingabe von Daten bei einem digitalen Gerät benutzt werden kann.
Die Preise für digitale Datenverarbeitungsschaltungen sind spektakulär gefallen, seit Computer in die Massenfertigung gegangen sind, und diese Preisreduzierung hat einen entsprechenden nach unten gerichteten Druck auf die Preise für Peripherie-Geräte wie Tastaturen ausgeübt.
Ein übliche schreibmaschinenartige Tastatur besitzt sich bewegende Tasten, welche einzelne Schalter steuern, ist jedoch relativ teuer in der Herstellung. Ein Membran-Tastenfeld, wie es den Sinclar ZX 81 Microcomputern (SINCLAR ist ein eingetragenes Warenzeichen) angepaßt wurde, ermöglicht eine wesentliche Preisreduzierung, gibt jedoch keine Gefühlsrückmeldung für den Benutzer, ob das Drücken einer Taste ein registrierbares Signal ergeben hat. Bei anderen Billigcomputer-Tastenfeldern, wie die bei dem Sinclar Spectrum verwendeten sind die Tasten integral mit einer geformten Gummimembran oder einem Tastenkissen ausgebildet. Über das Tastenkissen muß jedoch eine mit Durchbrüchen versehene Deckplatte oder Abdeckung gelegt werden, und die Tasten werden zum Schließen von Kontakten in einen membranartigen, durch eine Stützplatte abgestützten Gitter benutzt, so daß sich immer noch eine relativ komplexe Struktur ergibt. Eine Tastatur, die eine Silikongummi-Tastenmatte benutzt, in der leitende Kissen elastisch unter in der Tastenmatte ausgebildeten Tasten abgestützt sind und direkt Kreise zwischen Leitern und einer darunterliegenden Schaltplatine schließen, werden durch Maag Technic AG verkauft und schaffen eine Schnapp-Betätigung und damit ein gewisses Maß von Gefühls-Rückmeldung für den Benutzer. Wiederum ist jedoch die Silikongummi-Tastenmatte innerhalb des Tastatur-Aufbaus verborgen und ist dazu bestimmt, mit separaten Schreibmaschinen- oder rechnerartigen Tasten zusammen benutzt zu werden, die in einer Abdeckung arbeiten.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Tastenmatte mit vereinfachtem Aufbau zu schaffen unter Benutzung von im wesentlichen nur zwei miteinander passenden Teilen, die jedoch trotzdem ein attraktives Aussehen hat und eine Gefühlsrückmeldung bei wirksamer Tastenbetätigung schafft.
In weitester Hinsicht schafft die Erfindung ein Tastenkissen, das aus einer kombinierten Abdeckung und Membran oder Tastenmatte aus elastischem, deformierbarem Material und einer Kontaktfläche oder -platte besteht, die unterbrochene Leiter trägt, gegen welche Platte die kombinierte Abdeckung und die Tastenmatte positioniert sind mit ansonsten ungestützten integralen Berührungskissen oder -tasten, welche in einem Feld angeordnet sind und jeweils von der umgebenden Tastenmatte durch eine abgewinkelte Wand hervorstehen, die derart eingerichtet ist, daß Fingerdruck auf irgendeine Taste diese herunterdrückt, bis ein die Unterseite der Taste bildendes leitendes Kissen die Platte berührt und die Schaltung zwischen den Leitern schließt, wobei jede Taste und die umgebende Tastenmatte relativ dick und die Wand relativ dünn ist, und die Wand im Vergleich mit dem Außendurchmesser durch die zugehörige Taste relativ kurz ist, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) die Wand nur einen Bruchteil der Dicke der sie umgebenden Tastenmatte besitzt, so daß die Wand unter dem Fingerdruck auf die Taste nachgibt, ohne die umgebende Tastenmatte zu wölben;
(b) der Tastenhub größer ist als das Hervorstehen der Wand in Tastenhubrichtung, so daß die Wand durch eine Überhublage nachgibt, um ein Tastgefühl zu erzeugen; und
(c) jedes leitende Kissen die gesamte untere Fläche der Taste bedeckt und eine durchgehende konvexe Krümmung besitzt, die im Verhältnis zur Länge der Wand und dem Außendurchmesser der Taste so gewählt ist, daß es die Platte tangential berührt, wenn die Taste durch asymmetrischen Fingerdruck gekippt wird.
Die deutsche DE-A-32 18 404 beschreibt eine Tastenmatte mit hervorstehenden Tasten, die mit der Matte durch ein Gelenk verbunden sind, jedoch ist keine Aufmerksamkeit der Möglichkeit zugewendet worden, daß ein Druck auf eine Taste die anderen Tasten beeinflussen oder die Ebenheit der umgebenden Membran stören könnte. Es ist kein Hinweis vorhanden, daß die jede Taste mit der umgebenden Matte verbindende Wand zur Schaffung eines Tastgefühls beim Drücken der Taste nachgeben sollte oder es tut. Leitende Kissen sind an den unteren Flächen der Taste angebracht, sie sind jedoch eher eben als gebogen.
Eine Ausführung der Erfindung wird nur als Ausführungsbeispiel nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Tastenmatte und eines Tastenfelds PCB nach der Erfindung ist.
Fig. 2 ein Schnitt durch die Tastenmatte nach Linie A-A der Fig. 1 ist; und
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht der Tastenmatte ist, die im Bereich einer einzelnen Taste aufgeschnitten ist.
In Fig. 1 besitzt eine gedruckte Schaltplatine 10 für ein Tastenkissen nach der Erfindung an ihrer oberen Fläche eine Anordnung von Leitern einschließlich Zeilenleitern 11 und Spaltenleitern 12, die eine Matrix definieren, innerhalb der Kontaktbereiche 13 entsprechend jeder Taste 14 in einer darüber liegenden Tastenmatte 15 vorhanden sind. Es ist zu bemerken, daß jeder Kontaktbereich 13 eine ineinandergreifende Anordnung von leitenden Fingern (in diesem Falle eine dreizinkige Gabel, die in eine vierzinkige Gegengabel eindringt) umfaßt. Der Zweck dieser ineinandergreifenden Anordnung besteht darin, eine Fläche zu schaffen, die der der darüber liegenden Taste 14 vergleichbar ist, innerhalb derer ein Kontakt hergestellt werden kann, um zu signalisieren, daß die Taste gedrückt wurde.
Die Tastenmatte 15 ist ein Formteil aus einem elastomeren Material wie Silikongummi oder gummimodifiziertem Polyurethan, das im ungespannten Zustand eine geringfügig kleinere Breite und Länge als die Schaltplatine 10 besitzt. Sie besitzt eine integral angeformte Umfangslippe 16, die an ihrem Ende eine nach unten abstehende Randleiste 17 besitzt. Die Lippe kann mit den Kanten der Platine 10 in Eingriff gebracht sein, um die Matte 15 in einer vorbestimmten Stellung daran zu halten, wobei die Matte 15 sowohl in Längs- wie in Querrichtung gespannt ist. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß Formtoleranzen der Matte 15 im wesentlichen ausgeglichen sind, wenn die hatte 15 auf die Platine 10 aufgezogen ist, und jede Taste 14 den jeweiligen Kontaktbereich 13 mit ausreichender Genauigkeit für die Bedienung überdeckt. Weiter wird die Randleiste 17 auf genau vorbestimmte Dimensionen gestreckt, so daß sie sich entsprechend in eine Vertiefung in einem Chassisteil einsetzt, an dem das Tastenfeld zu befestigen ist. Die Steifigkeit der Platine 10 sollte so sein, daß das zusammengebaute Tastenkissen sich selbst abstützt und keine äußere Verstärkung erfordert, und die Tasten 14 in stabilen Lagen gehalten sind, ohne Notwendigkeit für eine ausrichtende Abdeckung, wie sie bei üblichen Rechnern und Membran-Tastenfeldern wie dem von Sinclar Spectrum vorhanden sind.
Je nach den Gesamtabmessungen des Tastenkissens kann es wünschenswert sein, an Zwischenstellungen in Breiten- und Längsrichtungen Richt- und Haltemittel vorzusehen. Dementsprechend ist die Platine 10 an angemessenen Stellen mit einem Muster von Ausrichtpunkten in Form von Durchgangsbohrungen versehen, und die Tastenmatte 15 hat ein dazu passendes Muster von Ausrichtzapfen. Jeder Zapfen umfaßt einen Schaft 20, der in die jeweilige Durchgangsbohrung paßt, und einen Haltekopf oder -Pilz 21 und einen abstehenden Finger 22, mit dessen Hilfe der Kopf 21 durch die Bohrung gezogen werden kann.
Die Platine 10 und die Matte 15 können mit Durchbrüchen versehen sein, um ein Fenster 23 für eine Anzeigeeinrichtung wie eine Flüssigkristall- oder LED-Anzeige aufzunehmen. Das Fenster 23 besitzt vorzugsweise eine Randleiste 24, die in eine Vertiefung 25 in der Matte 15 eingreift, um die Matte 15 flach auf der Platine 10 zu halten, ohne Rücksicht auf die darin befindliche Spannung. Es besitzt Finger 26, die sich durch den Durchbruch in der Platine 10 und der Matte 15 erstrecken, und an der Unterseite der Platine 10 für Ausrichtung sorgen. Es ist anzuerkennen, daß bei der vorliegenden Anordnung die freigelegte Fläche des Tastenfeldes eine fortlaufende Schicht aus Elastomer ist, die nur durch die unbeweglichen Fenster unterbrochen wird, um welche eine wirksame Dichtung vorhanden ist, so daß die Anordnung gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz geschützt ist. Zwischen den Tasten wird die freiliegende Fläche der Tastenmatte durch die darin herrschende geringe Spannung glattgezogen und die Tastenmatte sollte mindestens 1,5 mm dick sein, so daß gelötete Bauelement-Zuleitungen in der oberen Fläche der Platine 10 oder andere vorstehenden Teile in Vertiefungen verborgen werden können, die in der unteren Fläche der Matte 10 eingelassen sind, wie auch (nachstehend beschriebene) Luftkanäle zwischen den Tasten. Falls die Abmessungen des Fensters 23 die Abmessungen des darin befindlichen Anzeige-Geräts übertreffen, kann eine Fläche 27 der Matte vorhanden sein, die vertieft ist, um unter dem Fenster 23 zu liegen und kann Information in Form von erhabenen Buchstaben oder Druckbereichen besitzen, die zum Zeitpunkt des Formens ausgebildet wurden. Alternativ kann ein vorgedrucktes Papieretikett in dem ausgenommenen Bereich gehalten werden. Weiter können die Tasten 14 gedruckte oder eingeformte Legenden enthalten und Legenden wie das Hersteller-Logo können in freie Bereiche der Matte 15 eingeformt sein. Es ist deshalb einzusehen, daß eine Tastenmatte mit einer Anzahl von Tasten und den zugehörigen Fenstern zusammen mit anderen Angaben in einem einzigen Formvorgang ausgebildet werden kann.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, werden die Tasten 14 zu ihrer Betätigung gedrückt und besitzen an ihrer Unterseite leitende Kissen 29, die, wenn sie mit den Kontaktbereichen 13 in Berührung gebracht werden, eine Schaltung zwischen mindestens einem Paar ineinander greifende Kontaktfinger schließen, so daß in den Zeilen- und Spaltenleitern 12, 13 ein Zustand entsprechend der gedrückten Taste entsteht. Ein leitendes Kissen 29, z. B. aus graphitgefülltem Gummi, der etwas härter als das Elastomer der Matte 15 ist, ist in Scheibenform vorgesehen, die in die Form für die Matte 15 eingesetzt und an der Unterseite jeder Taste 14 in die Matte eingeformt wird. Jede Taste 14 ist vorzugsweise von kreisförmiger oder anderer nichtgewinkelter Form, besitzt im wesentlichen die Dicke der Matte 15 und steht in der gezeigten Weise leicht nach oben vor. Sie ist mit dem Körper der Matte 15 mittels einer Wand 30 aus dünnerem Material verbunden, die im Schnitt gesehen mit ca. 45º zu dem Körper der Matte 15 gerichtet ist. Wenn die Taste 14 gedrückt wird, zeigt die Wand 30 eine Sprung- oder Überhubwirkung, so daß das Drücken der Taste über Wegstreckenmitte hinaus mit hoher Wahrscheinlichkeit dazu führt, daß das Kissen 29 den Bereich 13 berührt. Die Dicke der Wand 30 ist so ausgewählt, daß für die Bedienungsperson des Tastenfeldes das erwünschte Tast-Rückmeldegefühl entsteht, und ihre Länge ist entsprechend dem beabsichtigten Weg für jede Taste ausgewählt. Die Form der Taste 14 und der Wand 30 ist so ausgewählt, daß Spannungskonzentrationen vermieden werden, die zu einer Ermüdung führen. Die Unterseite des Kissens 29 ist konvex mit einem großen Krümmungsradius, der auch für den Tastenhub und die Tastengröße angemessen ist, so daß das Kissen den Kontaktbereich 13 tangential (d. h. Fläche zu Fläche und nicht Kante zu Fläche) berührt, unabhängig davon, ob die Taste 14 beim Drücken ihre richtige Ausrichtung verliert oder nicht. Deswegen kann die Bedienungsperson des Tastenfeldes die Taste außermittig drücken und trotzdem einen wirksamen Kontakt herstellen, wobei die wesentliche Kontaktfläche 13 unter dem Leitkissen 19 damit zusammenwirkt, um dieses Ergebnis zu erreichen. Weiter hat es sich gezeigt, daß das Material der Taste 14 weniger wahrscheinlich während des Formvorgangs in die Arbeitsfläche des Leitkissens 29 eindringt, wenn das Kissen 29 in der gezeigten Weise konvex ausgeführt ist, so daß die Ausschußrate reduziert wird. In die untere Fläche der Matte 15 eingelassene Luftnuten 31 verbinden die verschiedenen Tasten 14, um zuzulassen, daß der Tastenhub stattfinden kann.
In Fig. 3 sind die Funktionsbeziehungen zwischen den verschiedenen Teilen eines einzelnen Schalters in einem praktischen Beispiel offensichtlich. Die Tastenmatte 15 besitzt einen 2,25 mm dicken Abschnitt um die Taste, in welchen Luftdurchlässe 31 mit einer Höhe von 0,5 mm eingelassen sind. Der obere Durchmesser der Taste A ist in diesem Beispiel 10 mm, und sie ist abgeschrägt zu einem Anschluß-Außendurchmesser B von 11 mm. Die Wand 30 besitzt eine Länge von 1,4 mm, so daß der Grundteildurchmesser C des Hohlraums unter der Taste 14 13 mm beträgt. Der Durchmesser D des leitenden Kissens 29 unter der Taste 14 wird gegeben durch
D = C : 1,426,
und ist bei diesem Beispiel 9,1 mm, wobei die Beziehung zwischen D und C empirisch bestimmt wurde. Die konvexe Fläche des Kissens 29 besitzt einen Krümmungsradius ROC, der gegeben ist durch:
ROC = 2,6 * C,
und ist bei diesem Beispiel 34 mm. Die Taste 14 und das Formteil sind 3,24 mm tief und die Gesamttastenhöhe E wird gegeben durch:
E = 3,24 + 1,51 * C : D
und beträgt 4,75 mm. Der Laufweg (Hub) zwischen dem leitenden Kissen 29 und dem darunterliegenden Leiter beträgt etwa 1,5 mm.
Es wird erkannt werden, daß die vorliegende Konstruktion leicht auf die Herstellung von Tastenfeldern mit einer Vielzahl von Formen, Tastenzahlen und Tastenstellungen anpaßbar ist, daß sie Tasten unterschiedlicher Griffigkeit enthalten kann, so daß z. B. die Zifferntasten steifer als die Buchstabentasten sein können.
Verschiedene Abwandlungen können an der beschriebenen Ausführung vorgenommen werden, ohne von der Erfindung abzuweichen, deren Schutzumfang in den nachfolgenden Ansprüchen bestimmt ist. Beispielsweise kann die Platine 10 durch einen Membranschalter über einer darunter liegenden Abstützung von z. B. Aluminiumblech ersetzt werden. LEDs können in der Platine 10 vorgesehen werden, und eine Matte 15 aus durchscheinendem Material kann benutzt werden, wobei die Möglichkeit der Hintergrundbeleuchtung der Wand 30 um jede Taste vorgesehen werden kann.

Claims

1. Tastenkissen, bestehend aus einer kombinierten Abdeckung und Membran oder Tastenmatte (15) aus elastischem, deformierbarem Material und einer Kontaktfläche oder -platte (10), die unterbrochene Leiter (12, 13) trägt, gegenüber welcher Platte (10) die kombinierte Abdeckung und die Tastenmatte (15) positioniert sind mit ansonsten ungestützten, integralen Berührungskissen oder Tasten (14), die in einer Feld angeordnet sind und jeweils von der umgebenden Tastenmatte (15) hervorstehen durch eine abgewinkelte Wand (30), die derart eingerichtet sind, daß Fingerdruck auf jede Taste (14) diese hinunterdrückt, bis ein leitendes Kissen (29), das die Unterseite der Taste (14) bildet, die Platte (10) berührt und bewirkt, daß die Schaltung zwischen den Leitern (12, 13) jeder Taste (14) geschlossen wird, wobei die und der umgebende Tastenmatte (15) relativ dick ist und die Wand (30) relativ dünn ist und die Wand (30) relativ kurz ist im Vergleich mit dem Außendurchmesser ( B) durch die zugehörige Taste (14) dadurch gekennzeichnet, daß:

(a) die Wand (30) nur einen Bruchteil der Dicke der sie umgebenden Tastenmatte (15) hat, so daß die Wand (30) unter dem Fingerdruck auf die Taste (14) nachgibt, ohne die umgebende Tastenmatte (15) zu wölben;

(b) der Tastenhub größer ist als das Hervorstehen der Wand (30) entlang der Tastenhubrichtung, so daß die Wand (30) den Weg frei gibt durch eine Position über einem Mittelpunkt, um ein Tastgefühl zu erzeugen; und

(c) jedes leitende Kissen (29) die gesamte untere Fläche der Taste (14) bedeckt und eine durchgehende konvexe Krümmung (ROC) hat, die im Verhältnis zur Länge der Wand (30) und dem Außendurchmesser über der Taste (14) so gewählt ist, so daß es die Platte (10) tangential berührt wenn die Taste (14) durch asymmetrischen Fingerdruck gekippt wird.

2. Tastenkissen nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Breite der Wand (30) zum Außendurchmesser ( B) der Taste (14) ungefähr 0,1 ist, das Verhältnis des Durchmessers ( D) des leitenden Kissens (29) zum Außendurchmesser ( B) der Taste (14) ungefähr 0,8 ist, der Radius der Krümmung (ROC) des konvex leitenden Kissens (29) ungefähr 2,6 C ist, wobei C der Basisdurchmesser des Hohlraums unter der Taste (14) ist oder der Abstand zwischen den Positionen, wo gegenüberliegende Teile der Wand (30) auf die Tastenmatte (15) treffen, und wobei das leitende Kissen (29) ein eingegossenes leitendes elastomeres Kissen ist, das ein härteres Material ist, als das Material der Membran (15) und der Taste (14).

3. Tastenkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Tastenmatte (15) leicht unterhalb der Größe der Platte (10) gegossen ist und eine Umfangslippe (16) hat, in der sich Kanten der Platte (10) befinden, um die Tastenmatte (15) gegen die Platte (10) und gegen Spannung der Tastenmatte (15) positioniert zu halten.

4. Tastenkissen nach Anspruch 3, wobei Haltebolzen (20, 21) von der Unterseite der Tastenmatte (15) hervorstehen und durch die Löcher in der Platte (10) hindurchgehen.

5. Tastenmatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Platte (10) eine Leiterplatte ist, die aus einer Reihe miteinander verschachtelter Kontakte unter jeder Taste (14) besteht.

6. Tastenkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine sichtbare Fläche jeder Taste (14) zur Unterscheidung eine andere Farbe oder Markierung hat.

7. Tastenkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Tastenmatte (15) aus einem lichtdurchlässigen Material besteht und wobei eine Lichtquelle oder Lichtquellen Licht auf wenigstens eine der Tasten (14) zurückstrahlt.

8. Tastenkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tastenmatte (15) und die Taste (14) im wesentlichen die gleiche Dicke haben und wobei das Kissen (29) nicht höher angeordnet ist als die Linien der Oberfläche der Tastenmatte (15).