DE3308776C2 - Tastatureinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tastatureinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.

Eine derartige Tastatureinheit ist aus der US-PS 4 307 268 bekannt. Zum besseren Verständnis der Erfindung seien folgende allgemeine Betrachtungen vorausgeschickt:

Die bisherigen Fortschritte auf dem Gebiet der Mikroelektronik führten zu einer verstärkten Nachfrage bezüglich verkleinerter Tastaturen für die Eingabe von Daten zur Steuerung von Geräten, wie etwa Rechner oder elektronisches Spielzeug. Damit eine weit verbreitete Anwendung in Geräten, die einen Mikroprozessor aufweisen, möglich ist, müssen die Tastaturen gewisse Eigenschaften aufweisen. Diese Eigenschaften bestehen in einem hohen Grad an Zuverlässigkeit, in kleinen Ausmaßen, niedrigen Kosten, einfachem Aufbau, leichtem Auffinden der einzelnen Tasten durch den Benutzer und in der Fähigkeit, dem Benutzer eine taktile Rückwirkung zu vermitteln, die anzeigt, daß die der jeweils betätigten Taste zugeordneten Schaltkontakte auch tatsächlich geschlossen worden sind. Zwar sind diese Eigenschaften bei den bekannten Tastaturen im einzelnen verwirklicht worden, jedoch gibt es bisher noch keine Tastatur, die alle diese Eigenschaften in sich vereinigt.

Es gibt bisher viele Arten von Tastaturen, unter anderem solche mit relativ komplexem Aufbau, die gesonderte Anordnungen von Betätigungstasten für das Schalterfeld vorsehen, und solche in Form von flachen mehrschichtigen Anordnungen, die allgemein als "Membran"-Tastatur bezeichnet werden. Tastaturen der zuletzt genannten Art, die dem Benutzer eine taktile Rückwirkung vermitteln, sind beispielsweise in den US-Patenten 4 245 138 und 4 190 748 beschrieben, in letzterer u. a. auch eine Tastatur mit erhabenen Tastenbereichen.

Die eingangs erwähnte bekannte Tastatureinheit enthält eine mit markierten Tastenbetätigungsstellen versehene flache Deckschicht, welche unmittelbar auf matrixartig in einer Ebene angeordneten, kuppelförmigen Schaltbetätigungselementen aufliegt, welche auf der von der Deckschicht abgewandten Seite Schalterkontakte tragen, welche bei der Druckausübung an einer Tastenbetätigungsstelle der Deckschicht und Einstülpung des betreffenden kuppelförmigen Schalterbetätigungselementes durch einen fluchtenden Durchbruch einer Abstandshalterschicht hindurch auf die darunter befindlichen Schaltkreise einer Trägerschicht bewegt werden. Die Einstülpbewegung oder Schnappbewegung der kuppelförmigen Schalterbetätigungselemente führt zu einer taktilen Rückwirkung, welche der Bedienungsperson die ordnungsgemäße Schalterbetätigung meldet.

Ausgehend von diesem Stande der Technik soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, eine Tastatureinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1 so auszugestalten, daß eine erhöhte Sicherheit gegen Fehlbetätigungen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dadurch, daß die Tastenbetätigungsstellen der Deckschicht die Gestalt von Betätigungsdomen haben, welche durch Durchbrüche einer Abstandshalterschicht zwischen der Deckschicht und der Matrixanordnung der kuppelförmigen Schalterbetätigungselemente bewegt werden, ergibt sich eine eindeutige Abgrenzung der mechanischen Vorgänge bei der Betätigung einer Taste und damit eine erhöhte Funktionssicherheit.

Die Tastatureinheit der hier angegebenen Art weist also einen mehrschichtigen Aufbau mit im wesentlichen drei Schichten auf. Die oberste Schicht ist als Deckschicht an den Stellen der einzelnen Tasten mit auf diese hinweisenden eingeformten Betätigungsdomen versehen, die bei Druck nach unten auf die darunterliegenden Betätigungselemente der Schaltkontakte einwirken. Die Betätigungselemente der einzelnen Tasten bestehen wie an sich bekannt, aus in einer darunterliegenden Schicht eingeformten und auf die Deckschicht gerichteten Vorsprüngen, die so ausgebildet sind, daß sie sich bei Krafteinwirkung von oben durch die Schichtebene umstülpen und dadurch ein auf der Innenseite der Vorsprünge beweglicher Kontaktteil gegen einen auf einer darunterliegenden Schicht angeordneten Gegenkontakt bewegt wird. Die Schalterkontakte und die Leiter des Schaltfeldes sind auf die beiden Kontaktträgerschichten durch Verfahren entsprechend denen zur Herstellung gedruckter Leiterplatten aufgebracht. Zwischen den genannten drei Schichten sind Schichten aus nichtleitendem Material mit Öffnungen in den Bereichen der Tastenelemente als Abstandshalter vorgesehen. Alle Schichten sind miteinander verklebt und ergeben eine sehr flache Tastatureinheit. Falls notwendig oder erwünscht, kann die so gebildete Mehrschichtanordnung auf einer steifen Trägerplatte befestigt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind im übrigen Gegenstand der anliegenden Unteransprüche.

Nachfolgend sei anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren gleiche Elemente kennzeichnen. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Tastatureinheit gemäß der Erfindung in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 ein taktiles Betätigungselement der Tastatur nach Fig. 1 mit einem beweglichen Schaltkontakt in seitlich geschnittener Darstellung bei vergrößertem Maßstab und

Fig. 3 die erhabenen Tastenbetätigungsstellen auf der Deckschicht der Tastatur von Fig. 1 ebenfalls in seitlich geschnittener Darstellung bei vergrößertem Maßstab.

Die in Fig. 1 gezeigte Tastatur 10 weist ein Schalterfeld auf, das von einer Vielzahl von paarweise zusammenarbeitenden feststehenden und beweglichen Schalterkontakten und von Leitern gebildet wird, die die Schalterkontakte miteinander verbinden. Die Leiter des Schalterfeldes sind mit Schaltkreisen verbunden, die durch Abtasten der Zeilen und Spalten die Schaltzustände der einzelnen Tastaturschalter überwachen. Die Schalterkontakte und die diese verbindenden Leiter sind auf zwei Trägerschichten 12 und 14 angebracht, die aus geeignetem nichtleitendem Kunststoff bestehen, wobei wenigstens der für die Trägerschicht 12 gewählte Kunststoff so flexibel ist, daß er die Ausbildung von durchschnappenden oder umstülpbaren Vorsprüngen als Schalterbetätigungselement zuläßt. Im Rahmen einer wirtschaftlichen Fertigung können die beiden Trägerschichten 12 und 14 aus einer einzigen Schicht bestehen, die nach Aufbringen der erforderlichen Leiterbahnmuster um eine Abstandsschicht gefaltet wird.

Bei der oberen Trägerschicht 12 ist daher das Leitungsmuster 16, das aus einer Vielzahl von Leitern und Schaltkontakten 20 besteht, auf der unteren, d. h. der der Trägerschicht 14 zugewandten Seite angebracht und die Schalterkontakte 20 liegen auf der Unterseite der in die Trägerschicht 12 eingeformten Vorsprünge 24, wie Fig. 2 genauer zeigt. Die Vorsprünge 24 sind so bemessen und in herkömmlicher Weise so gestaltet, daß bei einer auf die kreisförmige flache Außenfläche 26 einwirkenden Kraft der Vorsprung durch die Ebene der Trägerschicht hindurchschnappt oder umgestülpt wird. Neben den kreisförmigen flachen Außenflächen 26 weisen die Vorsprünge 24 Seitenwände 28 auf, die im Ergebnis einen auf eine im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildete Wölbung mit leicht gebogenen Seitenwänden 30 aufgesetzten, im wesentlichen zylindrischen Betätigungsvorsprung bilden.

Die untere Trägerschicht 14 ist ebenfalls mit einem Leitungsmuster 18 versehen, das auf der der Trägerschicht 12 zugewandten Seite aufgebracht ist. Das Leitungsmuster 18 beinhaltet die feststehenden Schalterkontakte 22, die jeweils den beweglichen Schalterkontakten 20 auf der Unterseite der in der Trägerschicht 12 ausgeformten Vorsprünge gegenüberliegen. Die Trägerschicht 14 bildet dabei eine im wesentlichen durchgehende ebene Fläche, d. h. die feststehenden Schalterkontakte 22 werden nicht von irgendwelchen Vorsprüngen getragen.

Zwischen den beiden Trägerschichten 12 und 14 liegt eine mit Öffnungen versehene Abstandsschicht 32 aus geeignetem nichtleitendem Kunststoff. Die Öffnungen 34 in der Abstandsschicht 32 fluchten mit den Schalterkontakten auf den Trägerschichten 12 und 14. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können Gruppen von Öffnungen 34 durch Schlitzöffnungen 36 miteinander verbunden sein.

Eine zweite, ebenfalls mit Öffnungen versehene nichtleitende Abstandsschicht 38 deckt die Oberseite der Trägerschicht 12 ab. Die Öffnungen 40 dienen in diesem Falle zur Aufnahme der Vorsprünge 24 der darunterliegenden Trägerschicht 12, wobei wie bei der Abstandsschicht 32 Gruppen von Öffnungen 40 ebenfalls durch Schlitzöffnungen 42 verbunden sein können.

Auf der oberen Abstandsschicht 38 ist schließlich eine graphisch gestaltete Deckschicht 44 gelagert, die aus einem flexiblen und nichtleitenden Werkstoff besteht und in die kreisförmige Vorsprünge 46 eingeformt sind. Die Gestaltung dieser Vorsprünge 46 entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist aus Fig. 3 zu ersehen. Danach weisen die Vorsprünge eine flache Dachfläche 48 mit leicht geneigten Seitenwänden 50 auf, die im wesentlichen konvexe Bereiche auf der Deckschicht der Tastatur bilden. Diese Vorsprünge 46 fluchten gleichfalls mit den Öffnungen 40 der darunter liegenden Abstandsschicht 38. Im Bereich der einzelnen Vorsprünge 46 kann die Deckschicht 44 in irgendeiner geeigneten Weise bedruckt werden, so daß die Vorsprünge Hinweise bezüglich der Funktion des darunter liegenden Schalters im Schalterfeld der Tastatur tragen. Die Schicht 44 hat also die Wirkung einer dekorativen Deckfläche mit ausgeformten Tastendruckflächen.

Falls notwendig oder gewünscht, kann die beschriebene Tastatur gemäß der Erfindung mit einer Trägerschicht 52 aus geeignetem nichtleitendem Material versehen werden, die der gesamten Anordnung eine größere Steifigkeit verleiht.

Die Deckschicht 44, die Abstandsschichten 32 und 38, die Trägerschichten 12 und 14 und gegebenenfalls die Trägerplatte 52 werden schichtweise mit einem geeigneten Kleber zusammengefügt, so daß sich eine flache "Membran"- Tastatur mit sehr kleinen Höhenabmessungen ergibt.

Bedingt durch die erhabenen Vorsprünge 46 kann ein Benutzer sehr leicht und schnell die verschiedenen Tastenbereiche der Tastatur ausmachen, d. h. die Vorsprünge 46 wirken als Hinweise für die einzelnen Tasten, wobei die graphischen Kennzeichen die jeweilige Tastenfunktion anzeigen. Wegen der Flexibilität des die Deckschicht bildenden Werkstoffes führt eine auf einen Vorsprung 46 nach unten gerichtete Krafteinwirkung dazu, daß die Unterseite des Vorsprunges 46 die Oberfläche 26 eines Schalterbetätigungselementes berührt. Bei weiterer Krafteinwirkung wird dann die Wand 30 des Vorsprunges 24 umgestülpt, so daß durch die Öffnung in der Abstandsschicht 32 ein elektrischer Kontakt zwischen den feststehenden und den beweglichen Schalterkontakten 20 und 22 hergestellt wird. Sobald nach einer solchen Tastenbetätigung der auf den Vorsprung 46 ausgeübte Tastendruck wieder entfallen ist, kehren die an der Bewegung beteiligten Elemente aufgrund der natürlichen Elastizität der die Deckschicht 44 und die Trägerschicht 12 bildenden Werkstoffe wieder in ihre ursprüngliche unbetätigte Lage zurück, wobei sich die beweglichen und festliegenden Schalterkontakte wegen der dazwischenliegenden Abstandsschicht 32 wieder voneinander trennen.

Claims (4)

1. Tastatureinheit mit mehreren matrixartig in einer Ebene angeordneten und zur einen Seite der Ebene herausragenden, hohl ausgebildeten Schalterbetätigungselementen (24), wobei die Ebene von einer gleichzeitig die Schaltkreise (16) tragenden Trägerschicht (12) aus flexiblem Kunststoff gebildet wird, in die die jeweils eine Dachfläche (26) aufweisenden Betätigungselemente (24) einstückig eingeformt sind, jedes Betätigungselement auf der von der ersten Seite abgewandten Seite einen beweglichen Schalterkontakt (20) trägt und wenigstens ein Teil jedes Betätigungselementes bei Krafteinwirkung auf die Dachfläche (26) seine Gestalt schnell verändert und dadurch eine die Bewegung des beweglichen Schaltkontaktes (20) anzeigende taktile Rückwirkung erzeugt, ferner mit einer Deckschicht (44) aus flexiblem Kunststoffmaterial mit Betätigungsstellen, die jeweils eine der Schaltfunktion des zugehörigen Schalters des Schalterfeldes entsprechende Kennzeichnung tragen, derart, daß bei Krafteinwirkung auf die Betätigungsstellen diese in Richtung auf das jeweils zugehörige Betätigungselement durchgebogen werden und dadurch die Kraft auf das jeweilige Betätigungselement übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastenbetätigungsstellen (46) aus auseinanderliegenden, hohl ausgebildeten Betätigungsdomen mit kreisförmigem Querschnitt bestehen, die einstückig in die Deckschicht (44) eingeformt sind und sich mit den Betätigungselementen fluchtend zur von dem Schalterfeld abgewandten Seite hin erheben, deren nach außen gerichtete Dachflächen mit der jeweiligen Tastenbezeichnung versehen sind und daß zwischen der Oberseite des Schalterfeldes mit seinen Betätigungselementen (24) und der Deckschicht (44) ein Abstandshalter (38) aus Kunststoffmaterial in Form einer Schicht vorgesehen ist, der mit Öffnungen (40) versehen ist, die mit den einander zugeordneten Betätigungselementen (24) und den Betätigungsdomen (46) fluchten.

2. Tastatureinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsdome (46) eine kegelstumpfförmige Gestalt mit im wesentlichen flacher Dachfläche (48) aufweisen.

3. Tastatureinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungselemente (24) jeweils eine von der Trägerschicht (12) ausgehende im wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt mit sich nach außen hin koaxial an das Ende mit kleinerem Durchmesser anschließendem zylinderförmigem Abschlußteil (28, 26) aufweisen.

4. Tastatureinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite Trägerschicht (14) aus Kunststoffmaterial, auf die die feststehenden Kontakte (22) der einzelnen Schalter des Schalterfeldes fluchtend mit den zugehörigen beweglichen Kontakten (20) aufgebracht sind und durch einen zweiten Abstandshalter (32) aus nicht leitendem Kunststoffmaterial in Form einer Schicht zwischen den die Schaltkreise (16, 18) tragenden Seiten der beiden Trägerschichten (12, 14), der mit Öffnungen (34) versehen ist, die mit den einander zugeordneten beweglichen und feststehenden Schalterkontakten (20, 22) fluchten.