EP0036570B1

EP0036570B1 - Keyboard

Info

Publication number: EP0036570B1
Application number: EP81101815A
Authority: EP
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Oelsch
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 1980-03-26
Filing date: 1981-03-12
Publication date: 1984-05-09
Also published as: EP0036570A3; US4366355A; DE3011674A1; DE3011674C2; JPS5936375B2; ATE7434T1; EP0036570A2; JPS56149728A

Abstract

A keyboard comprises a base plate having conductor paths and contact areas provided thereon, a plurality of keys associated with said contact areas, said keys consisting each of an elastically deformable snap member, the contact element thereof being adapted to be brought into contact with said contact areas by deformation upon actuation of an actuating button and being positioned above said contact areas in spaced relationship thereto. A metal frame is provided as mounting support for the snap members, said metal frame having a number, which corresponds to the number of snap members, of protrusions protruding therefrom in a direction toward the actuating buttons. Each protrusion has an opening therein, in which the snap member is held.

Description

Die Erfindung geht von einer Tastatur nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 aus.The invention is based on a keyboard according to the preamble of claim 1.

Bedingt durch den allgemeinen Trend von der Analog- zur Digitaltechnik werden in zunehmendem Masse Drucktastenschalter, einzeln oder zu Tastaturen zusammengefasst, in Geräten der Elektrotechnik allgemein, der Nachrichtentechnik und nicht zuletzt in sogenannten Terminals oder Dateneingabevorrichtungen eingesetzt. Es gibt eine ganze Reihe von verschiedenen Bauarten und Funktionsprinzipien für derartige Tastaturen, die die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine darstellen. Von grosser Bedeutung für die Zuverlässigkeit, aber auch für den Kontakt Mensch - Tastatur, ist die Art des Hubes. Neben den sogenannten Flachtastaturen mit einem Hub bis ca. 1,5 mm gibt es auch je nach Anwendungsbereich Tastaturen mit einem Hub zwischen 1,5 und 6,35 mm. Daneben werden natürlich auch Tastaturen mit Berührungsschaltern verwendet. Allen Tastaturen mit Hub ist jedoch gemeinsam, dass die Bedienperson über das Gefühl eine Art Rückkopplung erhalten sollte, dass die jeweilige Drucktaste betätigt worden ist.Due to the general trend from analog to digital technology, pushbutton switches, individually or combined into keyboards, are being used to an increasing extent in electrical engineering devices, communications technology and, not least, in so-called terminals or data input devices. There are a whole range of different designs and functional principles for such keyboards, which represent the interface between man and machine. The type of stroke is of great importance for reliability, but also for human-keyboard contact. In addition to the so-called flat keyboards with a stroke of up to approx.1.5 mm, there are also keyboards with a stroke of between 1.5 and 6.35 mm depending on the application. In addition, keyboards with touch switches are of course also used. However, all keyboards with a stroke have in common that the operator should get a kind of feedback that the respective push button has been pressed.

Es ist bereits eine Tastatur bekannt (DE-A Nr. 1806241), bei der über einer mit Kontaktstellen und Leiterbahnen versehenen gedruckten Schaltungsplatte eine Isolierstoffplatte gelegt ist, in der eine Anzahl von Durchbrüchen vorhanden ist. Über der Isolierstoffplatte befindet sich eine Metallplatte, in der eine grössere Anzahl von domartigen Ausbuchtungen eingedrückt worden ist, wobei die gesamte Anordnung so ist, dass diese Ausbuchtungen über den Durchbrüchen zu liegen kommen. Wird nun eine dieser Ausbuchtungen eingedrückt, so kann eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstellen der gedruckten Schaltungsplatte für die Dauer des Niederdrükkens hergestellt werden. Wird der Druck aufgehoben, so schnappt die Ausbuchtung wieder in ihre Ausgangslage zurück. Es dürfte bei dieser Tastatur insbesondere in der Massenfertigung Schwierigkeiten bereiten, immer einen zumindest innerhalb der Tastatur gleichmässigen Anschlagwiderstand und damit gleiche taktile Rückkopplung für den Benutzer zu erhalten.A keyboard is already known (DE-A No. 1806241), in which an insulating plate is placed over a printed circuit board provided with contact points and conductor tracks, in which a number of openings are provided. There is a metal plate above the insulating material plate, in which a large number of dome-like bulges have been pressed in, the entire arrangement being such that these bulges come to lie above the openings. If one of these bulges is now pressed in, an electrical connection can be established between the contact points of the printed circuit board for the duration of the depression. If the pressure is released, the bulge snaps back into its original position. It should be difficult for this keyboard, particularly in mass production, to always obtain an even contact resistance, at least within the keyboard, and thus the same tactile feedback for the user.

Um hier eine Verbesserung zu erzielen wurden bei einem anderen bekannten Drucktastenfeld (DE-B Nr. 2132329) die kalottenförmigen Kontaktfedern als lose gelagerte und getrennte Tellerfedern ausgebildet. Gegen seitliches Ausweichen sind die Tellerfedern durch eine Halteplatte aus Isoliermaterial gesichert, in deren Öffnungen sie sich befinden. Unter der Halteplatte befindet sich eine weitere Platte aus Isoliermaterial, die auch Durchbrüche aufweist, die die Kontaktstellen freigeben. Wiederum unter dieser Platte ist die gedruckte Schaltungsplatte mit den Kontaktstellen und den Leiterbahnen angeordnet. Wenngleich die taktile Rückkopplung bei diesem Drucktastenfeld sicher günstiger ist, so ist doch gerade in der Massenfertigung das Einlegen von Einzelfedern montagemässig schwieriger und aufwendiger als die Handhabung einer mit kalottenförmigen Domen versehenen Platte.In order to achieve an improvement here, the dome-shaped contact springs were designed as loosely mounted and separate plate springs in another known pushbutton field (DE-B No. 2132329). The disc springs are secured against lateral deflection by a holding plate made of insulating material, in the openings of which they are located. Under the holding plate there is another plate made of insulating material, which also has openings that release the contact points. The printed circuit board with the contact points and the conductor tracks is arranged again under this plate. Although the tactile feedback is certainly cheaper with this pushbutton field, it is precisely in mass production that inserting individual springs is more difficult and complex than the handling of a plate provided with dome-shaped domes.

Es ist ferner bereits eine Tastatur bekannt ( D E-A Nr. 2418583), bei der über einer mit Leiterbahnen versehenen gedruckten Schaltungsplatte Schnappelemente angeordnet sind, die aus einem gummielastischen Werkstoff bestehen und die Tafelbergform aufweisen. Der über den Kontaktstellen der gedruckten Schaltungsplatte liegende Abschnitt ist durch eine falt- oder klappbare Wand mit dem übrigen Teil verbunden. Die Wand ist hierbei so ausgebildet, dass ihre Dicke allmählich abnimmt von einem oberen Abschnitt gegen einen mittleren Abschnitt und allmählich zunimmt von dem mittleren Abschnitt zu einem unteren Abschnitt mit einer gebogenen Fläche, die nach innen in das Innere des Schnappelementes geneigt ist und sich von dem mittleren Abschnitt zum oberen Abschnitt erstreckt. Durch Deformierung der Wand wird so eine Rückstellkraft gewonnen, wobei die Bedienperson eine Art Schnappeffektfühlt.A keyboard is also already known (D E-A No. 2418583), in which snap elements are arranged above a printed circuit board provided with conductor tracks, said elements being made of a rubber-elastic material and having the shape of a table mountain. The section above the contact points of the printed circuit board is connected to the remaining part by a foldable or foldable wall. The wall is formed so that its thickness gradually decreases from an upper portion toward a central portion and gradually increases from the central portion to a lower portion with a curved surface that is inclined inward toward the inside of the snap member and away from it middle section extends to the upper section. A deformation force is thus obtained by deforming the wall, the operator feeling a kind of snap effect.

Es sind ferner sogenannte Schaltmatten aus nichtleitendem Silikongummi für Tastaturen bekannt (DE-A Nr. 2822033), die eine Anzahl von kuppelförmigen Erhebungen aufweisen. Im hohlen Innenraum einer solchen Erhebung ist jeweils ein Kontaktelement aus leitendem Silikongummi angeordnet, das mit Kontaktflächen einer gedruckten Schaltungsplatte zusammenwirkt. Wegen des unter anderem von den Verarbeitungsparametern abhängigen Schrumpfmasses von bis zu 6% und der dadurch bedingten Herstellgenauigkeit können diese Schaltmatten mit ausreichender Positioniergenauigkeit der einzelnen Funktionseinheiten untereinander bzw. mit der erforderlichen Reproduzierbarkeit nur in einer bestimmten Flächenausdehnung bzw. Länge hergestellt werden.So-called switching mats made of non-conductive silicone rubber for keyboards are also known (DE-A No. 2822033), which have a number of dome-shaped elevations. In the hollow interior of such an elevation, a contact element made of conductive silicone rubber is arranged, which interacts with contact surfaces of a printed circuit board. Because of the shrinkage of up to 6%, which depends on the processing parameters, among other things, and the resulting manufacturing accuracy, these switch mats can be manufactured with sufficient positioning accuracy of the individual functional units with one another or with the required reproducibility only in a certain area or length.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tastatur der eingangs genannten Art zu schaffen, die mechanisch stabil und kostengünstig herstellbar ist und bei der auch bei grösseren Abmessungen der Einfluss des Schrumpfmasses nahezu völlig beseitigt ist.The object of the present invention is to provide a keyboard of the type mentioned at the outset, which is mechanically stable and inexpensive to produce and in which the influence of the shrinkage is almost completely eliminated even with larger dimensions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher beschrieben.The invention is described below for an embodiment with reference to the drawings.

Von den Figuren zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Tastatur,
Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung einer Drucktaste mit Betätigungsknopf,
Fig. 3 ein Teilstück eines Metallrahmens einer anderen Ausführungsform,
Fig. 4 einen Schnitt durch den Metallrahmen mit eingespritztem Schnappelement,
Fig. 5 eine vergrösserte Darstellung einer Drucktaste mit einem anderen Betätigungsknopf.

From the figures shows

1 shows a section through a keyboard,
2 is an enlarged view of a push button with an operating button,
3 shows a section of a metal frame of another embodiment,
4 shows a section through the metal frame with an injected snap element,
Fig. 5 is an enlarged view of a push button with another operating button.

Mit 1 ist in den Figuren eine Trägerplatte oder Folie für eine Tastatur aus einem isolierenden Substrat wie z.B. Hartpapier oder Kunststoff bezeichnet, auf der in herkömmlicher Technik in gewünschten Mustern Leiterbahnen 2 und Kontaktflächen 3 aufgebracht sind. Auf dieser Trägerplatte oder Folie liegt eine Isolierschicht oder auch eine Isolierfolie oder Isolierplatte 4, die an den Stellen, an denen sich die Kontaktflächen 3 befinden, ausgespart oder freigeschnitten ist. Zur Halterung an der Trägerplatte ist sie zumindest teilweise flächig verklebt. Im Falle einer Isolierschicht kann diese in Siebdrucktechnik aufgebracht sein. Über der lsolierfolie oder Isolierplatte 4 befindet sich ein Metallrahmen 7, der eine Anzahl von herausgeprägten Vorsprüngen 8 aufweist. Diese Vorsprünge sind untereinander durch Nuten 11 verbunden, die dem Druckausgleich dienen. Wäre diese Möglichkeit des Druckausgleiches nicht vorhanden, so würde die einmal gedrückte Drucktaste nicht mehr sofort in ihre Ausgangsstellung zurückkehren.1 in the figures is a carrier plate or film for a keyboard made of an insulating substrate such as hard paper or plastic net, on which conductor tracks 2 and contact areas 3 are applied in conventional patterns in desired patterns. On this carrier plate or film there is an insulating layer or also an insulating film or plate 4, which is cut out or cut out at the points where the contact surfaces 3 are located. For mounting on the carrier plate, it is at least partially glued flat. In the case of an insulating layer, this can be applied using screen printing technology. There is a metal frame 7 above the insulating film or insulating plate 4, which has a number of protrusions 8 which are stamped out. These projections are interconnected by grooves 11 which serve to equalize the pressure. If this possibility of pressure equalization were not available, the push button once pressed would no longer immediately return to its starting position.

Jeder dieser Vorsprünge besitzt mittig eine Öffnung 9, in der ein vorzugsweise rundes Schnappelement 5 gehaltert ist. Dieses Schnappelement ist aus einem gummielastischen Werkstoff, insbesondere Silikonkautschuk, hergestellt und es besitzt, wie aus den Figuren hervorgeht, einen bogenförmigen Randteil, der konkav oder konvex gewölbt ist oder der auch kegelstumpfförmig ausgebildet sein kann, und einen im wesentlichen ebenen Oberteil. Die Funktionsweise entspricht dem bekannten Knackfroschprinzip. Bei der Herstellung werden nun in den Metallrahmen 7 in einem Arbeitsgang sämtliche Schnappelemente eingespritzt. Die Einspritzung der Schnappelemente erfolgtso, dass die Öffnungen 9 durch die Schnappelemente ganz verschlossen bzw. abgedichtet werden. Dadurch und in Verbindung mit dem Verkleben der Trägerplatte sind die Kontaktflächen vor störenden Umwelteinflüssen geschützt. Dies erfordert andererseits aber den bereits erwähnten Druckausgleich durch die Nuten 11. Die aus dem Metallrahmen herausgeprägten Vorsprünge 8 haben die Aufgabe, den Anschluss an die Nuten 11 herzustellen unter Beibehaltung der Abdichtung durch die eingespritzten Schnappelemente.Each of these projections has an opening 9 in the center, in which a preferably round snap element 5 is held. This snap element is made of a rubber-elastic material, in particular silicone rubber, and, as can be seen from the figures, it has an arcuate edge part which is concave or convex or which can also be frustoconical, and an essentially flat upper part. The mode of operation corresponds to the well-known click frog principle. During manufacture, all snap elements are now injected into the metal frame 7 in one operation. The snap elements are injected such that the openings 9 are completely closed or sealed by the snap elements. As a result, and in conjunction with the adhesive bonding of the carrier plate, the contact surfaces are protected against disruptive environmental influences. On the other hand, this requires the already mentioned pressure equalization through the grooves 11. The projections 8 stamped out of the metal frame have the task of making the connection to the grooves 11 while maintaining the seal by the injected snap elements.

Auf der Unterseite des Schnappelementes 5 ist ein Kontaktelement 6 vorhanden, das aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, vorzugsweise einem elektrisch leitenden Silikonkautschuk, hergestellt ist und das, wenn das Schnappelement gedrückt ist, eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen 3 herstellen soll. Dieses Kontaktelement kann vorkonfektioniert und z. B. durch Stanzen hergestellt sein. Es kann vor dem Spritzen in die Form in hierfür vorgesehene Vertiefungen eingebracht werden und durch einen Vulkanisationsprozess mit dem nachträglich eingespritzten Silikonkautschuk verbunden sein oder auch durch anschliessendes Verkleben mit dem Schnappelement. Darüberhinaus ist die Herstellung und Einbringung des elektrisch leitenden Kontaktelementes nach dem Prinzip des Zweifarbenspritzens denkbar.On the underside of the snap element 5 there is a contact element 6, which is made of an electrically conductive material, preferably an electrically conductive silicone rubber, and which, when the snap element is pressed, is to establish an electrical connection between the contact surfaces 3. This contact element can be pre-assembled and z. B. be made by punching. Before spraying, it can be introduced into the depressions provided for this purpose and connected to the subsequently injected silicone rubber by means of a vulcanization process or else by subsequent gluing to the snap element. In addition, the manufacture and introduction of the electrically conductive contact element according to the principle of two-color spraying is conceivable.

Über den Metallrahmen 7 ist eine Abdeckplatte 12 angeordnet, die aus Metall hergestellt sein kann. Sie besitzt, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, mehrere seitlich etwa im rechten Winkel abgewinkelte Haltebeine 18, die durch die Trägerplatte 1 und gegebenenfalls durch den Metallrahmen und die Isolierfolie oder Isolierplatte ragen und deren aus der Trägerplatte herausragenden Enden verschränkt sind. Die Abdeckplatte 12 weist eine der Zahl der Drucktasten entsprechende Anzahl von hülsenförmigen Halterungen 13 aus Kunststoff auf, die in die Abdeckplatte eingespritzt oder eingeschnappt sind.A cover plate 12, which can be made of metal, is arranged over the metal frame 7. It has, as can be seen from FIG. 1, a plurality of laterally angled holding legs 18, which protrude through the carrier plate 1 and possibly through the metal frame and the insulating film or insulating plate and whose ends projecting from the carrier plate are crossed. The cover plate 12 has a number of sleeve-shaped holders 13 made of plastic, corresponding to the number of pushbuttons, which are injected or snapped into the cover plate.

Jede Halterung dient zur Führung für einen Betätigungsknopf 14. Auf der Oberseite kann der Betätigungsknopf mit Zeichensymbolen versehen sein. Einseitig ist an den Betätigungsknopf ein seitlicher, umfangseitig verlaufender Ansatz 19 angeformt, der sich an einem Vorsprung 20 der Halterung abstützt. Damit ist der Betätigungsknopf gegen ein Herausfallen gesichert. Im Inneren des Betätigungsknopfes ist ein Hohlraum vorhanden, in den eine hülsenförmige Wand 22 ragt. Mit dem stirnseitigen Rand dieser Wand liegt der Betätigungsknopf auf dem Schnappelement auf. Der stirnseitige Rand istan einigen Stellen am Umfang durch kleine Aussparungen 16 unterbrochen, um auch hier einen Druckausgleich zu gewährleisten.Each bracket serves as a guide for an operating button 14. The operating button can be provided with symbols on the top. A lateral, circumferential extension 19 is formed on one side of the actuating button, which is supported on a projection 20 of the holder. The actuation button is thus secured against falling out. In the interior of the actuation button there is a cavity into which a sleeve-shaped wall 22 projects. The actuating button rests on the snap element with the front edge of this wall. The front edge is interrupted at some points on the circumference by small cutouts 16 in order to ensure pressure equalization here too.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Rand der Öffnung 9 im Metallrahmen glatt ist. In den Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei hier im Randbereich der Öffnung 9 eine umlaufende, beidseitige Anfassung 10 vorhanden ist, die von dem Randabschnitt eines Schnappelementes 15 umgriffen wird. Hierdurch wird eine Art Formschluss zwischen Metallträger und Schnappelemente hergestellt, so dass die entstehenden Kräfte über diese mechanische Verankerung abgestützt werden, wodurch eine Vorbehandlung des Metalls mit Haftvermittler entfallen kann. Der entsprechende Metallrahmen ist in Fig. 3 und 4 mit 17 bezeichnet.1 and 2, an embodiment is shown in which the edge of the opening 9 in the metal frame is smooth. 3 and 4, a further embodiment is shown, here in the edge region of the opening 9 a circumferential, double-sided projection 10 is present, which is encompassed by the edge portion of a snap element 15. This creates a kind of positive connection between the metal carrier and the snap elements, so that the resulting forces are supported by this mechanical anchoring, whereby a pretreatment of the metal with adhesion promoter can be omitted. The corresponding metal frame is designated 17 in FIGS. 3 and 4.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, insbesondere im Hinblick auf den Betätigungsknopf und dessen Lagerung. Das Schnappelement 5 und der Metallrahmen 7, sowie die darunter liegenden Teile entsprechen den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es ist auch hier eine Abdeckplatte 12 aus Metall vorhanden, in deren Löcher eine Halterung 23 aus Kunststoff eingespritzt oder eingeschnappt ist. Diese Halterung dient zur Führung eines Betätigungsknopfes, der hier aus zwei Teilen besteht und zwar einem hülsenförmigen Einsatz 24 und einem Kappenteil 25, der im Bedarfsfall eine Beschriftung tragen kann. Der Kappenteil ist an dem Einsatz durch eine form- oder kraftschlüssige Verbindung befestigt und mit ihm verschiebar. Der Kappenteil ist in seiner Ausdehnung so dimensioniert, dass er die Halterung 23 dachartig überragt. Sollte einmal unbeabsichtigt auf die Tastatur eine Flüssigkeit gelangen, so kann diese nicht in die Tastenführung eindringen, sondern sie fliesst auf dem Kappenteil 25 zu der Abdeckplatte 12, wo sie keinen Schaden anrichten kann. Damit die Luft aus dem Hohlraum über dem Schnappelement entweichen kann, sind sowohl im Einsatz als auch in der Halterung einige Aussparungen 26 und 27 vorgesehen.Fig. 5 shows another embodiment, in particular with regard to the operating button and its storage. The snap element 5 and the metal frame 7, as well as the parts underneath correspond to the exemplary embodiments already described. There is also a cover plate 12 made of metal, into the holes of which a holder 23 made of plastic is injected or snapped into place. This bracket serves to guide an actuating button, which here consists of two parts, namely a sleeve-shaped insert 24 and a cap part 25, which can carry a label if necessary. The cap part is attached to the insert by a positive or non-positive connection and can be moved with it. The cap part is dimensioned in such a way that it projects over the holder 23 like a roof. Should a liquid accidentally get onto the keyboard, it cannot penetrate the key guide, but flows on the cap part 25 to the cover plate 12, where it cannot do any damage. So that the air can escape from the cavity above the snap element some recesses 26 and 27 are provided both in use and in the holder.

Claims

1. Keyboard having a carrier plate (11) on which printed conductors (2) and contact areas (3) are provided, having a plurality of pushbuttons, associated with the contact areas, which each comprise a flexibly deformable snap element (5, 15) having a contact element (6) which is normally located at a distance above the contact areas (3) and which can be brought into contact with the contact areas by the deformable element being deformed when a key (14) is operated, characterised in that a metal frame (7, 17) is provided as a common support means for the snap elements (5, 15), which metal frame rests on the carrier plate (11) with the intermediary of an insulating layer (4) and comprises a number, corresponding to the number of snap elements, of projections (8) stamped out in the direction of the keys (14, 24, 25), and in that an aperture (9) supporting the snap element (5, 15) is provided in each projection.

2. Keyboard according to Claim 1, characterised in that the edge region of the aperture (9) is surrounded by an edge region of the snap element (15).

3. Keyboard according to Claim 2, characterised in that the edge region of the aperture (9) has an encircling chamfer (10).

4. Keyboard according to one of the Claims 1 to 3, characterised in that the snap element (5,15) is manufactured from a flexible rubber material, for example silicone rubber.

5. Keyboard according to one of the Claims 1 to 4, characterised in that the snap element (5,15) are injection moulded into the metal frame in one process.

6. Keyboard according to one of the Claims 1 to 5, characterised in that the metal frame (7, 17) comprises grooves (11) on the side opposite the carrier plate (1), which connect the projections (8) to each other for the purpose of pressure balancing.

7. Keyboard according to one of the Claims 1 to 6, characterised in that a key (14, 24, 25) is located above each snap element (5, 15), which key is optionally provided with symbols on its upper face.