DE3231533A1 - Kapazitiver tastenschalter - Google Patents

Description

Tastenschalter mit dünnen Kontaktmembranen bieten nicht den äußerst hohen Grad an Zuverlässigkeit anderer Tastenschaltertypen, beispielsweise wie die Magnetkern-Tastenschalter der in dem US-Patent 4 227 163 von Raymond Barnoski vom 7. Oktober 1980 gezeigten Art, das der Firma Illinois Tool Works, Inc. überschrieben wurde. Kontaktmembran-Tastenschalter bieten jedoch eine ausreichende Zuverlässigkeit für zahlreiche Anwendungsarten bei erheblich geringeren Kosten. Eine Art einer Kontaktmembran-Tastatur wird in dem Artikel unter der Überschrift "Tastaturschalter beruhen auf dem Membranschalterkonzept" beschrieben, der in Computer Design, Dezember 1979, veröffentlicht wurde. In dieser Art eines Tastenschalters sind zwei voneinander beabstandete Membranschichten, die mit miteinander fluchtenden Leitkontaktstegen überzogen sind, in einer in einem Abstandshalter gebildeten Öffnung getrennt. Wenn die obere flexible Membran heruntergedrückt wird, dann wird ein Kontakt hergestellt zwischen oberen und unteren Leitstegen, um den Schalter zu schließen. Da es sich jedoch um einen Kontaktschalter handelt, weist er die

immanenten Mängel aller Kontaktschalter auf, wie Abnutzung, die Möglichkeit einer Oxidation oder Korrosion der leitenden Flächen usw.

Da kapazitive Tastenschalter wegen ihrer möglichen größeren Zuverlässigkeit und längeren Lebensdauer wünschenswert sind, sind derartige Tastenschalter wie diese in dor Vergangenheit bereits konzipiert worden und waren erheblich kostspieliger

als ein einfacher Kontaktmembranschalter. Ein weiterer Membrankontaktschalter wird in dem US-Patent 3 676 607 vom 11. Juli 1972 von Donald H. Nash et al offenbart, das der Firmaßell Telephone Laboratories, Incorporated, überschrieben wurde. Diese Tastatur verwendete Feldeffekt-Transistoren, und es wurde erkannt, daß ein eigentlicher Kontakt zwischen den leitenden Stegen nicht stattfinden mußte, da die Feldeffekt-Transistoren durch Kapazitätswechsel gesteuert werden konnten, wenn Verunreinigungen zwischen die leitenden oberen und unteren Stege gelangten. Jedoch war der Tastenschalter nach diesem Patent dennoch grundsätzlich als ein mechanischer Schalter ausgelegt; und darüber hinaus führte diese Konstruktion zu einer gespaltenen Form der unteren Stegfläche von zwei unteren Stegen, was zu einem kapazitiven Tastenschalter führte, bei welchem der verfügbare kapazitive Plattenbereich in zwei Hälften geteilt ■ ist und ein relativ komplizierter Detektor-Schaltkreis erforderlich war.

Ein weiterer kapazitiver Meitrbrantastenschalter ist in einem Artikel unter der Überschrift "Po!verunreinigung bei kapazitiven Tastenmembranschaltern", der in der Ausgabe Electronic Products Magazine vom 15. Juni 1981 erschien, beschrieben. Dieser kapazitive Tastenschalter ist von Microswitch/Honeywell konstruiert und verwendet eine obere flexible Membran, welche einen Leitsteg trägt, über einer zweiten Membran, die einen zweiten Leitsteg aufweist, welcher mit dem oberen Leitsteg ausgerichtet ist. Die beiden Leitstege sind in einer Öffnung eines

Abstandshalters angeordnet, der ein Durchbiegen des oberen Körpers und Steges in Richtung auf den unteren Steg zuläßt, bis ein Kontakt hergestellt ist, und so ist die eigentliche Schalttätigkeit eine Kontaktschaltung. Auf dem Boden der unteren Membran befindet sich jedoch eine weitere Kontaktfläche. Die leitenden Überzüge auf beiden Seiten der unteren Membran bilden daher eine feste Kapazität, während die bewegliche obere Membran eine variable Kapazität vorsieht, die mit der festen Kapazität in Reihe liegt. Obwohl theoretisch die beiden

nicht

einander zugewendeten Stege an einem Tastenschalter/miteinander in Kontakt gebracht werden müssen, müssen sie doch im praktischen Betrieb so unmittelbar benachbart sein, daß der Tastenschalter bei seinem Betrieb von dem tatsächlichen Kontakt abhängig ist.

In der vorliegenden Erfindung wird die einfache Technologie des Membrankontakt-Tastenschalters verwendet, wobei die einzige erforderliche Änderung in der Vorsehung einer dielektrischen Schicht zwischen den oberen und unteren Leitstegen besteht, wodurch ein Tastenschalter mit einer hohen Kapazität geschaffen wird, der die einfache Konstruktion eines Kontaktmembranschalters aufweist.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. t'!s

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Tastenschalter einer Ausführungsform der Tastatur in unbetätigtem Zustand

und
Pig. 2 einen Schnitt durch den Tastenschalter nach Fig. 1 in betätigtem Zustand.

Der Tastenschalter gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf den in der Fig. 1 gezeigten Schnitt erläutert. Der Tastenschalter besteht aus einem Betätigungskolben 12, der an einer Tastenkappe (nicht gezeigt) befestigt ist und durch eine in einer Nut 18 des Kolbens befindlichere Halterungsscheibe 16 oder irgendwelche anderen herkömmlichen Halterungsverfahren in dem Chassis 14 gehalten werden kann. Zwischen der Oberseite des Chassis und dem Boden des Randes 20 des Tauchkolbens kann eine Beaufschlagungsfeder 19 angeschlossen werden, um eine Rückkehr des

nach Aufhebung des
Kolbens/auf ihm lastenden Druckes vorzusehen. Die Platte 20 aus elastomerem Material ist unter dem Kolben 12 angeordnet und ruhb auf der Oberseite einer flexiblen Membran 24 aus Kunststoff!immaterial, wie Polyäthylen, Polypropylen oder einem anderen geeigneten Material, wie MYLAIT^. Die Bodenseite der flexiblen Membran 24 trägt einen ersten relativ dünnen Film 26 aus leitendem Metall, der einen Verbindungsschaltkreis einschließlich des leitenden Steges 28 bildet. Auf einer Basis 30 ist ein zweiter dünner Film 32 aus leitendem Metall aufgebracht, der einen zweiten VGrbindungsschaltkreis einschließlich

des leitenden Steges 36 bildet, der mit dem ersten Steg 28 fluchtet. Zwischen den dünnen Filmen 28, 36, welche die leitenden Stege in der Öffnung 40 trennen, ist ein relativ dicker dielektrischer Abstandshalter 3 8 eingeschaltet, der aus einem MYLAR^-FiIm bestehen kann.

In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine dünne dielektrische Schicht 34, wie beispielsweise aus einem für Filmkondensatoren verwendeten geeigneten Kunststoff!immaterial mit einer erheblich dünneren Abmessung des Abstandshalters 38 über dem leitenden Film 32 und dem Steg 36 angeordnet. Der Film 32 wird in seiner Anordnung unmittelbar auf der Lagerbasis 30 gezeigt, obwohl der Film 3 2 auf einer von der Lagerbasis getragenen zweiten dielektrischen Kunststoffschicht anstatt auf der Basis selbst angeordnet sein könnte. Wenn der Kolben 12 heruntergedrückt ist, dann wirkt die elastomore Platte 22 als ein Polster, welches die obere Membran 24 schützt und Übersteuerung vorsieht. Die Platte 22 sieht auch ein gewisses Ausmaß einer Rückbeaufschlagungskraft vor, wenn der auf den Kolben 12 einwirkende Druck aufgehoben wird. Wenn sich die Leiterstege 28 und 3 6 aufgrund des Herunterdrückens des Kolbens 12 in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, wie in Fig. 2 gezeigt, dann berührt die dünne dielektrische Trennschicht 34 sowohl den Steg 28 als auch den Steg 38, und dies führt zu einem relativ großen Kapazität-η wart, wotin rs ich flor Schalter in der in Fig. 2 gezeigten betätigten Stellung befindet.

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Der Tastenschalter gemäß der Erfindung kann auch das erwünschte hohe Verhältnis einer Ein-zu-Aus-Kapazität erreichen, und zwar durch Austausch der gezeigten dünnen Kunststoffilmschicht gegen ein anderes geeignetes dielektrisches Material, wie eine herkömmliche polymere dielektrische Filmschicht, die auf die eine oder andere oder beide Vorderseitenstege 28 und 36 aufgebracht wird. Eine weitere Möglichkeit zur Schaffung einer gewünschen dielektrischen Isolierschicht wäre die Verwendung eines leicht oxidierenden Materials für einen oder beide Stege 28, 36, beispielsweise Aluminium oder Tantal, dessen Oberfläche oxidiert wird, um eine sehr dünne Isolierschicht und eine hohe Dielektrizitätskonstante zu schaffen, die die Herstellung noch dünnerer Tastenschalter ermöglichen würde.

Claims (4)

Ansprüche

1.) Kapazitiver Tastenschalter gekennzeichnet durch eine obere flexible Membran, einen ersten leitenden Schaltkreis, der auf der oberen flexiblen Membran gebildet ist, einen oberen leitenden Steg, der mit dem ersten Schaltkreis auf der Unterseite der oberen flexiblen Membran verbunden ist, einen elektrisch isolierenden Abstandshalter mit einer darin gebildeten Öffnung, über welcher der erste leitende Stegbereich liegt, einen zweiten leitenden Schaltkreis, der unter dem ersten Schaltkreis angeordnet ist, einen zweiten Steg, der an den zweiten Schaltkreis angeschlossen und unterhalb der

er Öffnung derart angeschlossen ist, daß/dem ersten leitenden

Steg zugewendet ist, eine isolierende dielektrische Schicht

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von einer erheblich dünneren Abmessung als der zwischen dem ersten und zweiten leitenden Steg angeordnete Abstandshalter, • sowie einen Betätigungskörper, der so ausgelegt ist, daß er die obere flexible Membran und den ersten Steg in Richtung
auf den zweiten Steg durchbiegt.

2.Tastenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die isolierende dielektrische Schicht eine dünne dielektrische Kunststoffilmschicht ist,

3. Tastenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende dielektrische Schicht ein polymerer Film ist.

4. Tastenschalter nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Film ein Lötblendenmaterial ist.