DE3343376A1

DE3343376A1 - Elektrische schaltertastatur

Info

Publication number: DE3343376A1
Application number: DE19833343376
Authority: DE
Inventors: Akihiko Ibaraki Matsumaru
Original assignee: Nippon Mektron KK
Current assignee: Nippon Mektron KK
Priority date: 1982-11-30
Filing date: 1983-11-30
Publication date: 1984-05-30
Also published as: GB2133216A; IT8323924A0; FR2537378A1; JPS59101724A; IT1167028B; GB8332032D0

Description

Nippon Mektron Ltd. Seiwa Bldg., 12-15 Shiba Daimon 1 chome Minato-Ku., Tokyo, Japan

Elektrische Schaltertastatur

Die Erfindung betrifft elektrische Schaltertastaturen und im einzelnen Membran-Schaltertastaturen, bei denen durch eine stabile Betätigungsdruckkraft erreicht wird, daß sich eine verlängerte Lebensdauer auch dann ergibt, wenn über vergleichsweise lange Zeitabschnitte hinweg eine wiederholte Betätigung erfolgt.

iMembran-Schaltertastaturen der hier interessierenden, allgemeinen Art sind auf diesem Gebiete der Technik allgemein bekannt. Die Tastaturen weisen im allgemeinen ein Paar von schaltungstragenden Schichten auf, von denen eine feststehend und eine beweglich ausgebildet ist und welche durch einen Abstandshalter oder eine Ab'standshalterschicht voneinander getrennt sind. Die schaltungstragenden Schichten weisen Lagen oder Folien aus Isolierstoff auf, welche ein Schaltungsmuster tragen. Die Schaltungsmuster auf den Isolierstoffolien oder Isolierstofflagen sind einander zugekehrt und voneinander durch einen Abstandshalter getrennt, welcher am Ort der aufeinander ausgerichteten Kontaktelemente des feststehenden und bzw. des beweglichen Schaltungsträgers öffnungen aufweist. Ein elektrischer Schaltvorgang wird dadurch bewirkt, daß etwa mit dem Finger oder mittels eines Druckstiftes oder dergleichen auf einen bestimmten Ort eines der Schaltungsträger ein Druck ausgeübt wird, so daß ein Kontaktelement auf dem betreffenden Schal-

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tungsträger durch die öffnung in dem Abstandshalter hindurchbewegt wird und einen Kontakt mit einem Kontaktelement des anderen Schaltungsträgers, herstellt. Die feststehenden bzv. beweglichen Schaltungsträgerschichten und der Abstandshalter können jeweils von getrennten Folien gebildet sein oder aber zwei oder drei dieser Schichten oder Folien können aus einer einzigen Materialbahn hergestellt sein und in der gewünschten Weise aufeinandergefaltet werden. Ferner haben derartige Tastaturen oft Kuppelelemente zur Verwirklichung einer Schnappwirkung, wobei die Kuppelelemente in die Materialschichten eingeformt sind, um eine Rückmeldung für den Tastsinn bei Schalterbetätigung zu erreichen. Tastaturen dieser Bauart sind im allgemeinen als Schichtenverband ausgebildet, wobei die einzelnen Schichten aufeinandergeklebt, versiegelt oder in anderer Weise gegen eine relative seitliche Bewegung zwischen den Schichten gesichert sind. Die Anordnung kann weiterhin eine Deckschicht enthalten, auf der Symbole beliebiger Art angebracht oder aufgeschrieben sind, um den einzelnen Tasten zugeordnete Tastenflächen zu definieren. Schließlich ist eine Stützplatte zur Abstützung des Schichtenverbandes von der Rückseite her vorgesehen.

Membran-Schaltertastaturen der oben kurz beschriebenen Art besitzen den Nachteil, daß sich mitunter aufgrund einer Ermüdung über lange Gebrauchsdauer hin eine Verwerfunq der beweglichen Schaltungsträgerschichten oder Schaltfolien einstellt. Dieses Verwerfen kann schließlich die Schaltfunktion stören, d.h., es kann vorkommen, daß sich die obere und die untere Schaltungsträgerschicht ständig in Kontakt miteinander befinden. Selbst wenn die Schaltfunktion nicht vollständig verloren geht, ist zu beobachten, daß der zur Betätigung notwendige Druck" oder die Bc'tätigungskraft geringer und geringer werden, wodurch es zunehmend schwieriger wird, die Schalter der Tastatur im unbetätigten Zustand zu halten.'Außerdem vermindert sich aufgrund der :r.terialermüdung bei den bekannten Tastaturkonstruktionen die ^:chnappwirkung oder die taktile Rückmeldung in zunehmendem Maße, •onn es sich um eine Tastatur handelt, bei der eine solche

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Rückmeldung für den Tastsinn durch Schnappwirkung vorgesehen ist.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine gleichbleibende Schalterfunktion- gegebenenfalls mit Rückmeldung für den Tastsinn bei einer elektrischen Schaltertastatur über eine lange Betriebsdauer hinweg aufrechtzuerhalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im anliegenden Anspruch !,genannten Merkmale gelöst.

'Bei der vorliegend"angegebenen elektrischen Schaltertastatur 'sind Membranschalter vorgesehen, welche einen ersten elektrischen Schaltungsträger mit einer Mehrzahl erster Schaltkontaktelemente einen zweiten elektrischen Schaltungsträger mit einer Mehrzahl zweiter elektrischer Schaltkontaktelemente in Ausrichtung auf die erstgenannten Schaltkontaktelemente sowie einen isolierenden elektrischen Abstandshalter zwischen den beiden elektrischen Schaltungsträgern aufweist. Der Abstandshalter besitzt eine Anzahl von öffnungen an Stellen entsprechend der Lage der ersten und der zweiten Schaltkontaktelemente und schließlich ist eine Pufferschicht in mindestens einem der elektrischen Schaltungsträger vorgesehen, die aus einem Material besteht, das gute Fofmwiederherstellungseigenschaften, also ein gutes Formgedächtnis, besitzt.

Die neuartige Pufferschicht besteht also vorzugsweise aus einem Material, welches starke Formgedächtniskräfte oder Form-.Wiederherstellungskräfte entwickelt, wobei als Beispiel in nichtbeschränkendem Sinne Kontaktklebstoffe oder gummiartige bzw. kautschukartige Klebstoffe genannt seien. Bei Schaltertastaturen der hier angegebenen Art wird die Lebensdauer eines Schalters bzw. seiner Schaltfunktion ganz außerordentlich erhöht, da die Pufferschicht, die sich innerhalb der Schaltungsträgerplatte oder der Schaltfolie befindet, das Bestreben hat, die Beanspruchung zu verteilen, welche auftritt, wenn ein Schalter wiederholt betätigt wird. Schaltertastaturen der hier

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angegebenen Art lassen sich daher wirtschaftlicher einsetzen und sind im Gebrauch praktisch vorteilhafter, da die Kosten eines Austausches und einer Reparatur beträchtlich herabgesetzt werden.

Nachfolgend werden Einzelheiten durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den anliegenden Zeichnungen, in denen einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen sind, stellen dar:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Membran-Schaltertastatur herkömmlicher Konstruktion,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Membran-Schaltertastatur gemäß einer anderen bekannten Konstruktion,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Membran-Schaltertastatur mit einer Pufferschicht entsprechend der hier vorgeschlagenen Konstruktion und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Membran-Schaltertastatur gemäß einer" änderten Ausführungsform, jedoch ebenfalls mit einer Pufferschicht.

Figur 1 zeigt eine herkömmliche Membran-Schaltertastatur, deren Schalter eine erste Schaltungsträgerschicht 2 und eine zweite Schaltungsträgerschicht 6 enthalten, auf deren einander zugecehrten Oberflächen Schaltungsmuster 1 bzw. 5 vorgesehen sind. 3ie Schaltungsmuster 1 und 5 umfassen eine Anzahl elektrisch leitfähiger Kontaktelemente. Die Schaltungsträgerschichten 2 and 6 sind voneinander durch eine isolierende Abstandshalter- ^chicht 4 getrennt. Letztete ist mit öffnungen oder Schalterzammern 3 versehen, deren Lage den Schalterbereichen bzw. der Lage der Kontaktelemente der Schaltungsmuster 1 und 5 entspricht. Wenn also eine Kivaft auf die flexibel ausgebildete ".chaltungsträgerschicht 6 einwirkt, so werden die Kontaktele- -.ente des Schaltungsmusteis f> durch die Schalterkammern 3 hin-

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•durch ausgewölbt, so daß ein elektrischer und mechanischer Kontakt zu den Kontaktelementen des Schaltungsmusters 1 in den einzelnen Schalterbereic.hen zustande kommt. Eine Verbindungsschicht 7, welche aus einem geeigneten Klebstoff oder dergleichen besteht, dient, zur Bildung des Schichtenverbandes oder zur Verbindung der Schaltungsträgerschichten und der Abstandshalterschicht miteinander.

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!In Figur 2 ist eine andere bekannte Art einer Membran-Schalteritastatur dargestellt, welche kuppelartige Gebilde zur Erzeugung 'einer Schnappwirkung für eine Rückmeldung an den Tastsinn aufweist. Gemäß Figur 2 enthält die Membran-Schaltertastatur mit .Schnappwirkung eine flexible Schaltungsträgerschicht oder Schalterfolie 12 mit einem Schaltungsmuster 11 aus auf der Schaltungsträgerschicht gebildeten Kontaktelementen. Eine untere flexible Schaltungsträgerschicht 16 mit einer Anzahl umgekehrter, eine Schnappwirkung erzeugender Kuppeln, welche in die Schaltungsträgerschicht eingeformt sind, ist von der Schaltungsträgerschicht 12 durch eine isolierende Abstandshalterschicht 14 getrennt. Die Abstandshalterschicht 14 ist mit eingeformten Schalterkammern :oder öffnungen versehen, deren Lage und Anordnung der Lage der ;Kontaktelemente des Schaltungsmusters 11 sowie der Lage der Kon-.taktelemente des Schaltungsmusters 15 entspricht, das auf der 'Innenseite der die Schnappwirkung erzeugenden Kuppeln der Schal-Itungsträgerschicht 16 angeordnet ist. Eine starre Basisschicht ^;18 befindet sich unter den die Schnappwirkung erzeugenden Kuppeln der Schaltungsträgerschicht 16, wobei freie Räume 17 gebildet sind, in welche die umgekehrten Kuppeln der Schaltungs-,trägerschicht 16 nach abgeschlossener Betätigung wieder hineinschnappen können. Die Basisschicht 18 dient auch zur Abstützung der Schaltungsträgerschicht 16 bei deren Betätigung. Mittels eines geeigneten Klebstoffes 19 oder dergleichen sind 'die einzelnen Bestandteile der elektrischen Schaltertastatur ■miteinander verbunden.

!Wie bereits erwähnt, tritt bei bekannten Tastaturen der Nach-

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teil auf, daß eine schädliche Ermüdung und Abbiegungseffekte nach wiederholter Betätigung und Beanspruchung über eine lange Gebrauchsdauer hinweg zu beobachten sind. Die einander gegenüberstehenden Kontaktelemente der Schaltungsmuster können daher in bestimmten Fällen in dauernde Berührung gelangen, wenn die zur Betätigung notwendigen Kräfte kleiner und kleiner werden.

Dieser Nachteil wird bei einer Membran-Schaltertastatur der vorliegend angegebenen Art im wesentlichen vermieden. Die in Figur 3 dargestellte Membran-Schaltertastatur besitzt im wesentlichen ähnlichen Aufbau wie die Tastatur nach Figur 1_r doch ist hiei zusätzlich eine Pufferschicht 22 vorgesehen. Oie Pufferschicht 22 hat die Wirkung, daß sie Beanspruchunaen verteilt, die durch wiederholte Betätigung verursacht werden, so daß eine beträchtliche Verlängerung der Lebensdauer der hier voiaeschlatenen Tastatur gegenüber entsprechenden bekannten Tastaturen erreicht wird.

Gemäß Figur. 3 enthält die Tastatur der hier angegebenen Art eine untei'e Schaltungsträgerschicht 24 mit einem Schaltungsmuster 27 aus Kontaktelementen. Die obere Schaltungstr-nerschicht setzt sich aus zwei ebenen Schichten oder Folien 2^ unn 2] mit einer dazwischenliegenden Pufferschicht 22 zusammen, p-'e isolierende Abstandshalterschicht 23 weist eine Mehrzahl -on öffnungen od^-r Schalterkammern 25 auf und ist mittels K "1 <.^:: ^c tof f 28 fest zwischen der unteren Schaltunqsträqerschicht ."'- und der oberen Schaltunqsträg^r^chicht 21 gehalten. Ein Sr^;.-1 tungsmuster 26 aus Kontaktelementen i?-.t an der· Schal tu no st ι^: verschiebt 21 anoebracht, und zwar auf die Öffnungen 2^r. ■':: Ab-. standshaltei schicht 23 ausgerichtet und ioweils ent?· ~ ·-. "henden Kontaktelementen des Schaltunqr^ust^rs 27 qegenüb^: 2 ~'<^e · nd.

Es sei nun r.uf Figur 4 Rc?zuq nonoiTinien. Wie bereite <■: ""int, ist die Μ« r. ία an-Schal tertastatui der vorliegend bc ;*·*· . -henen Art gemäß ricr.ir 4 ähnlich dor' V-* \r<. η η ton Tastatur r^;; nepp-

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wirkung gemäß Figur 2, jedoch mit der Ausnahme, daß hier zusätzlich e-ine Pufferschicht in mindestens einer der Schaltungsträgerschichten vorgesehen ist, welche bei der Betätigung einer fortwährenden und möglicherweise schädlichen Beanspruchung ausgesetzt sind. Aus Figur 4 ist zu ersehen, daß die Schaltungsträgerschicht 31, in welche die eine Schnappwirkung erzeugenden Kuppeln eingeformt sind vorliegend zwei zusammenwirkende Schalt· folien 31A und 31C enthält, zwischen denen zur Bildung eines Schichtenverbandes eine Pufferschicht 31B eingelagert ist. Auf der konkaven Seite jeder Kuppel der Schaltungsträgerschicht befindet sich ein Schaltungsmuster 30 aus Kontaktelementen. Die obere Schaltungsträgerschicht 33 befindet sich, durch die Abstandshalterschicht 34 getrennt, über der Schaltungsträgerschicht 31. Die Abstandshalterschicht 34 besitzt eine Mehrzahl von Öffnungen oder Schalterkammern 36. Wird also die Schaltungsträgerschicht 33 durch Aufbringen eines Betätigungsdrukkes verformt, so wird das an der Schaltungstraqerschicht 33 befindliche Schaltungsmuster 32 in mechanischen und in elektrischen Kontakt mit dem Schaltungsmuster 30 gebracht, wobei sich die entsprechende Kuppel einstülpt und eine taktile Rückmeldung auf den Tastsinn der Bedienungsperson erfolgt. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dient eine Klebstoffschicht 35 zur Verbindung der einzelnen Schichten miteinander.

Um die gewünschte Pufferfunktion zu erreichen, bestehen die Pufferschichten 22 bzw. 31B vorzugsweise aus einem Material, welches eine starke Formgedächtniskraft oder eine Formwiederherstell'JDciskraft entwickelt, wie beispielsweise ein Kontaktklebstoff, ein gummiartiger Klebstoff und dergleichen. Der Aufbau einer Schaltertastatur der hier angegebenen Konstruktion bewirkt eine ganz wesentliche Verbesserung der Lebensdauer de. Anordnung, da die Pufferschicht zwischen den zwei flexiblen Folien die Beanspruchungen verteilt, welche bei wiederholter ?-::tätigung über lange Betriebsdauern auftreten.

Bei ein·.:· " •vigleiqhstest mit einer Membran-Schaltertastatur

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herkömmlichen Aufbaus etwa gemäß Figur 2 mit einer Schaltungsträgerschicht 16 aus einem PolyesterfiIm von 125 um Dicke zeigte sich, daß diese Tastatur eine begrenzte Lebensdauer aufwies und vollständig die Schnappwirkung zur taktilen Rückmeldung
nach wiederholter Betätigung von f-twa 2Π 000 bis TO 000 Arbeitsspielen verlor. Im Gegensatz hifi zu ergab sich bei einer Membran-Schaltertastatur der hin angeqebenen Konstruktion mit einem Aufbau gemäß Figur 4 daß diese Tastatur die Schnappwirkung zur taktilen Rückmeldung selbst nach 200 000 bis 300 000 wiederholten Betätigungen nicht wesentlich verlor, was ein
höchst unerwartetes Verbesserungsergebnis einer Verzehnfachung der Lebensdauer gegenüber entsprechenden bekannten Geräten darstellt. Die einzuhaltenden Abmessungen an der Tastatur sind
die Dicke der Polyester-Schal tfoli en 31A und 31C vor. 7^r> j.m
bzw. 30 pm, während die Puffβrnchicht aus einem druckempfindlichen Klebstoff oder Kontakt):! ebstoff in einer Dicke von
50 pm bestand.

Es versteht sich für den Fachmann, daß die in den Figuren 3
und 4 gezeigten Ausführunqsfο mien nur Beispiele für d^ßn allgemeinen Aufbau von Membran-Tas'taturen und ihrer internen Konstruktion darstellen. Die hier vorgeschlagene neuartige Pufferschicht kann in beliebigen Membran-Tastaturen im wesentlichen unabhängig von dem speziellen Aufbau oder von den verwendeten Materialien zur Anwerrlunn kcninon.

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ΛΑ Leerseite

Claims

Patentansprüche

y Elektrische Schaltertastatur mit einer ersten Schaltungsträgerschicht (20, 21, 22 bzw. 33) mit einer Mehrzahl von erj sten Kontaktelementen (26 bzw. 32), ferner einer zweiten

Schaltungsträgerschicht (24 bzw. 31A, 31B, 31C), welche mit i;i einer zweiten Anzahl von Kontaktelementen in Entsprechung zu *| den erstgenannten Kontaktelementen versehen ist, sowie mit [■; einer Abstandshalterschicht (23 bzw. 34) zwischen der ersten !'] und der zweiten Schaltungsträgerschicht, mit einer Anzahl von öffnungen (25 bzw. 36) jeweils an Orten entsprechend der Lage der ersten und der zweiten Kontaktelemente, gekennzeichnet durch eine Pufferschicht (22 bzw. 31b), die sich in mindestens einer der Schaltungsträgerschichten befindet und aus einem Material mit starkem Formgedächtnis besteht.
2. Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsträgerschicht eine Schicht oder Bahn aus Isolierwerkstoff enthält, welche mit elektrisch leitfähigen Bereichen als Kontaktelementen auf derjenigen Seite versehen ist. die der zweiten Schaltungsträgerschicht zugewandt ist.
3. Tastatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schaltungsträgerschichten eine Schicht aus einem flexiblen Isolierwerkstoff enthält, suf welchem elektrisch leitfähige Elemente als Kontaktele-.-nte auf derjenigen Seite angeordnet sind, welche der jeweilr anderen Schaltungsträgerschicht zugewandt ist.
4. Tastatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem flexiblen Isolierwerkst' f ·" gefertigte Schaltungsträgerschicht (20, 21, 22 bzw. 31", "IB, 31C) zwei zusammenwirkende Folien oder Bahnen aus ]r --!-werkstoff enthält.

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5. Tastatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (22 bzw. 31B) zwischen den beiden Folien oder Bahnen (20, 21 bzw. 31A, 31C) aus flexiblem Isolierwerkstoff eingelagert ist.
6. Tastatur nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von eine Schnappwirkung erzeugenden Kuppeln in die beiden zusammenwirkenden Folien oder Bahnen (31A, 31C) aus Isolierwerkstoff eingeformt sind und daß die Kontaktelemente (30) im Bereich der von den Kuppeln eingenommenen Oberflächenteilen der betreffenden Schaltungsträgerschicht angeordnet sind.
7. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (22 bzw. 31B) aus einem druckempfindlichen Klebstoff oder Kontaktklebstoff besteht.
8. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (22 bzw. 31B) aus einem gummiartigen oder kautschukartigen Klebstoff besteht.

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