Hintergrund der Erfindung
1. Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine kapazitive
Schaltvorrichtung für eine Tastatur und betrifft insbesondere
eine kapazitive Schaltvorrichtung vom Typ eines
Membranschalters zur Verwendung für eine Tastatur oder dergleichen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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Üblicherweise wurden kapazitive Schaltvorrichtungen für eine
Tastatur (im nachfolgenden als "eine kapazitive Tastatur-
Schaltvorrichtung" bezeichnet) vorgeschlagen, in denen der
Schaltvorgang durch eine Veränderung in der elektrostatischen
Kapazität zwischen einer beweglichen Elektrode und einer
festen Elektrode ausgeübt wird, wenn eine Taste auf der
Tastatur heruntergedrückt wird.
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Als kapazitive Tastatur-Schaltvorrichtungen vom oben
beschriebenen Typ wurden kapazitive
Tastatur-Schaltvorrichtungen vom Typ des Membranschalters vorgeschlagen wie sie in den
Fig. 1 und 2 gezeigt sind.
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Fig. 1 zeigt einen Hauptteil einer üblichen kapazitiven
Tastatur-Schaltvorrichtung 10 in einer Tastatur. In der
Zeichnung ist eine feste Elektrode 14 auf einer Rückseite
oder unteren Oberfläche eines ersten isolierenden Filmes 12
angebracht, die die Grundseite der kapazitiven Tastatur-
Schaltvorrichtung 10 darstellt und eine bewegliche Elektrode
18 ist auf der Rückseite oder unteren Oberfläche eines
zweiten isolierenden Filmes 16 angebracht, der über dem ersten
isolierenden Film 12 angeordnet ist, wobei die feste
Elektrode 14 und die bewegliche Elektrode 18 einander
gegenüberliegend in einem Schalt-Öffnungsteil 20 eines Abstandhalters 22
angeordnet sind mit einem bestimmten vom Abstandhalter 22
definierten Abstand. In der so angeordneten kapazitiven
Tastatur-Schaltvorrichtung 10 wird, wenn eine Taste 24
(teilweise gezeigt) gedrückt wird, ein Druckteil 28 eines
beweglichen Elektrodendruckgliedes 26 abgesenkt, um dabei den
zweiten isolierenden Film 16 zusammen mit der beweglichen
Elektrode 18 herunterzudrücken, so daß die bewegliche
Elektrode 18 durch den ersten isolierenden Film 12 der festen
Elektrode 14 nahe gebracht wird, um eine elektrostatische
Kapazität eines zwischen der festen Elektrode 14 und der
beweglichen Elektrode 18 gebildeten Kondensators auf einen
vorbestimmten Wert zu erhöhen, um dadurch zu erlauben, daß
ein extern angewendetes Wechselstrom-Signal dort
hindurchtritt. Die Taste 24 ist wie in Fig. 2 gezeigt aus einem
Tastenoberteil 24a, einem zylindrischen Teil 24b und einem
Anschlagteil 24c zusammengesetzt. Die Bezugszahl 30
bezeichnet einen Bodenteil eines Gehäuses der Tastatur. Es ist
selbstverständlich, daß die Tastatur mit zahlreichen solcher
kapazitiven Tastatur-Schaltvorrichtungen versehen ist,
während nur eine kapazitive Schaltvorrichtung in der Zeichnung
dargestellt ist. Dies gilt auch für die folgenden Fälle.
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In der so angeordneten kapazitiven Tastatur-Schaltvorrichtung
ist jedoch der zweite isolierende Film 16 deformiert, so daß
er sich an dem Teil mit der unteren Oberfläche außerhalb des
Umfangs des Druckteils 28 ringsum wölbt, wenn der zweite
isolierende Film 16 durch das Druckteil 28 heruntergedrückt
wird, so daß die bewegliche Elektrode 18 in dem Zustand, wo
die bewegliche Elektrode 18 teilweise gebogen ist, auf der
oberen Oberfläche des ersten isolierenden Films 15 anschlägt.
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Dadurch kann in dem von den beiden Elektroden 16 und 18 mit
dem dazwischen angeordenten ersten isolierenden Film 15
gebildeten Kondensator die Anschlagzone, wo die Elektroden 16
und 18 mit dem dazwischen angeordneten ersten isolierenden
Film 15 miteinander in Kontakt sind, in Abhängigkeit vom
heruntergedrückten Zustand der Taste 1 variieren, so daß eine
vom Kondensator gebildete Kapazität variiert, was zu einem
Nachteil in der Zuverlässigkeit des Schaltvorgangs führt.
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Um den zuvor genannten Nachteil zu eliminieren, wurde eine
verbesserte Tastatur-Schaltvorrichtung vorgeschlagen wie sie
in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung No.
117512/1985 offenbart ist, in der eine erste feste Elektrode
zwischen einer beweglichen Elektrode und einer zweiten festen
Elektrode vorgesehen ist, um dadurch einen Kondensator zu
bilden, der eine feste Kapazität zwischen der ersten und
zweiten festen Elektrode aufweist und ein Schaltvorgang in
dem Zustand ausgeübt wird, wo die bewegliche Elektrode
veranlaßt wird, auf der ersten festen Elektrode anzuschlagen, um
dadurch ein solches Phänomen zu vermeiden, daß die
elektrostatische Kapazität in Abhängigkeit von der
Zustandsbedingung des Tastendruckvorganges variiert.
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Fig. 2 zeigt eine solche verbesserte kapazitive Tastatur-
Schaltvorrichtung 10a. In der Zeichnung ist ein erster
isolierender Film 36 mit einem bestimmten von einem
Abstandhalter 22 definierten Abstand dazwischen gegenüber einem zweiten
isolierenden Film 40 angebracht, eine erste feste Elektrode
32 und eine zweite feste Elektrode 34 sind entsprechend auf
den unteren und oberen Oberflächen des ersten isolierenden
Films 36 einander gegenüberliegend vorgesehen und eine
bewegliche Elektrode 38 ist auf der unteren Oberfläche des zweiten
isolierenden Films 40 gegenüber der zweiten festen Elektrode
34 vorgesehen. In der so angeordneten kapazitiven Tastatur-
Schaltvorrichtung 10a kommt das Druckteil 28, wenn eine Taste
24 gedrückt/losgelassen wird innerhalb eines Öffnungsteils 20
des Abstandhalters 22 nach oben/unten, um dadurch zu
bewirken, daß die bewegliche Elektrode 38 direkt mit der zweiten
festen Elektrode 34 in Kontakt kommt/davon getrennt wird.
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In diesen vorstehend beschriebenen üblichen kapazitiven
Tastatur-Schaltvorrichtungen ist es jedoch nötig, zwei
isolierende Filme anzuordnen, das heißt, ein erster
isolierender Film ist bei einer oder zwei festen Elektroden angeordnet
und ein zweiter isolierender Film ist bei einer beweglichen
Elektrode angeordnet und ferner ist es nötig, einen
Abstandhalter anzuordnen, um einen Abstand zur Ausübung eines
Schaltvorganges zu bilden.
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Daher ergab sich ein Problem, daß die kapazitive Tastatur-
Schaltvorrichtung in der Struktur kompliziert wurde, was
deren Produktionskosten erhöhte.
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Die DE-OS 34 24 771 beschreibt eine
Tastatur-Schaltvorrichtung mit einer gewölbten Tastatur, die einen Kondensator-
Schalter aufweist. Die bewegliche Elektrode ist an einer
umgekehrt-schalenförmigen Gummifeder befestigt, die
ihrerseits die Bodenplatte der Taste nur berührt und nicht daran
befestigt ist. Daher kann eine genaue und geregelte axiale
Bewegung der Gummifeder nach unten nicht garantiert werden.
Außerdem besteht die darin offenbarte bewegliche Elektrode
aus verschiedenen Teilen, was hohe Kosten bewirkt.
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Die Patent Abstracts of Japan, Band 9, Nr. 75 (E-306) (1798),
4. April 1985 offenbart eine elektrostatische
Tastatur-Schaltung vom kapazitiven Typ mit einer beweglichen Elektrode, die
gegenüber einem Paar von Schalter-Terminalen angeordnet ist,
die gleichzeitig eine feste Elektrode des Kondensators
darstellen. Diese Anordnung von festen Elektroden zusammen mit
der Position der beweglichen Elektrode bewirkt eine
Reduzierung
in der Flexibilität zum Anordnen von Leitermustern zum
Verbinden der festen Elektroden miteinander sowie anderer
notwendiger Leitermuster. Dies schließt ein, daß der Raum
zwischen den Mustern sich in einem Bereich von hoher
Musterdichte verringert, wodurch sich eine größere Möglichkeit von
Störungen und Rauschen ergibt.
Zusammenfassung der Erfindung
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine
kapazitive Tastatur-Schaltvorrichtung zu schaffen, in der in
Abhängigkeit vom gedrückten Zustand keine Variation in der
elektrostatischen Kapazität bewirkt wird, wenn eine
Schaltvorrichtung geschlossen ist, um dadurch einen stabilen
Schaltvorgang sicherzustellen, und die einfach in der
Struktur und in den Kosten reduziert ist.
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Um die oben genannten Ziele zu erreichen, umfaßt die
kapazitive Tastatur-Schaltvorrichtung gemäß einem Aspekt der
Erfindung eine erste feste Elektrode, die auf einer unteren
Oberfläche eines isolierenden Films gebildet ist, ein erstes
Leitermuster, das von der ersten festen Elektrode wegführt, eine
zweite feste Elektrode, die auf einer oberen Oberfläche des
isolierenden Films gegenüber der ersten festen Elektrode
gebildet ist, um einen elektrostatischen Kondensator zwischen
der ersten festen Elektrode und der zweiten festen Elektrode
zu bilden, ein zweites Leitermuster, das von der zweiten
Elektrode wegführt, eine bewegliche Elektrode, ein Paar
Schaltelektroden so ausgebildet, daß sie von einander
getrennt und einander gegenüberliegend teilweise entlang des
zweiten Leitermusters angeordnet werden können, um dadurch
das zweite Leitermuster in zwei Teile zu trennen, wobei die
bewegliche Elektrode so angeordnet ist, daß sie mit den
Schaltelektroden in Kontakt kommt und sich davon trennt, um
dazwischen zu überbrücken und zu unterbrechen.
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In der so angeordneten erfindungsgemäßen kapazitiven
Tastatur-Schaltvorrichtung ist in dem Zustand, wo eine Taste noch
nicht gedrückt ist, eine Schaltvorrichtung im geöffneten
Zustand.
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Wenn die Taste gedrückt wird, wird die bewegliche Elektrode
nach unten bewegt, damit sie mit dem Paar Schaltelektroden
in Kontakt kommt, so daß die Schaltelektroden durch die
bewegliche Elektrode elektrisch miteinander verbunden werden,
um zu ermöglichen, daß ein Wechselstrom-Signal von einem
externen Schaltkreis zu derselben durch das erste
Leitermuster, die erste feste Elektrode, eine elektrostatische
Kapazität des Kondensators, der zwischen der ersten und zweiten
festen Elektrode gebildet ist, die zweite feste Elektrode
und das zweite Leitermuster und umgekehrt übertragen wird.
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Das oben genannte und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden noch deutlicher aus der
folgenden Beschreibung mit Bezug zu den begleitenden
Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel der üblichen
kapazitiven Tastatur-Schaltvorrichtung im gedrückten Zustand
zeigt;
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Fig. 2 ist ein Querschnitt eines weiteren Beispiels der
üblichen kapazitiven Tastatur-Schaltvorrichtung im nicht
gedrückten Zustand;
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Fig. 3 ist ein Querschnitt, der eine Ausführungsform der
erfindungsgemäßen kapazitiven Tastatur-Schaltvorrichtung
zeigt; und
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Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht derselben
Ausführungsform von Fig. 3.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Mit Bezug zu den Figuren 3 und 4 wird nachfolgend eine
Ausführungsform der erfindungsgemäßen kapazitiven Tastatur-
Schaltvorrichtung beschrieben.
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Der Hauptteil dieser kapazitiven Tastatur-Schaltvorrichtung
ist gebildet von einem isolierenden Film 52, der mit einer
ersten und einer zweiten festen Elektrode 54 und 56 versehen
ist, einem ersten und einem zweiten Leitermuster 58 und 60
und einem Paar Schaltelektroden 62 und 64 und einer
beweglichen Elektrode 66, die auf einer Gummifeder 26 befestigt ist,
damit sie mit dem Paar Schaltelektroden 62 und 64 in Kontakt
gebracht werden oder davon getrennt werden kann. Die
Gummifeder 26 schlägt an ihrem oberen Oberflächenteil gegen die
untere Oberfläche der Taste 24. Die Taste 24 ist gebildet von
einem Tastenoberteil 24a, einem zylindrischen Teil 24b und
einem Anschlagteil 24c und ist so angeordnet, daß sie an dem
zylindrischen Teil 24b durch ein Tastenführungsteil 25a eines
oberen isolierenden Rahmens 25 einer Tastatur vertikal
beweglich geführt ist. Die untere Oberfläche des isolierenden
Films 52 wird von einem die Basis isolierenden Rahmen 30 der
Tastatur 12 gestützt.
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Der isolierende Film 52 ist aus einem flexiblen Material oder
einem harten Material hergestellt, zum Beispiel einem
Polyesterfilm oder einem Polycarbonatfilm. Die erste feste
Elektrode 54 und das erste Leitermuster 58, das von der ersten
festen Elektrode 54 wegführt, sind durch Druck- oder
Ätzverfahren auf der unteren Oberfläche des isolierenden Films
52 gebildet. Die zweite feste Elektrode 56, das zweite
Leitermuster 60, das von der zweiten festen Elektrode 56
wegführt, und das Paar Schaltelektroden 62 und 64 sind in einer
solchen Weise durch Druck- oder Ätzverfahren auf der oberen
Oberfläche des isolierenden Films 52 gebildet, daß die zweite
feste Elektrode 56 gegenüber der ersten festen Elektrode 54
angeordnet ist und das Paar Schaltelektroden 62 und 64 sind
so ausgebildet, daß sie in der Nähe der zweiten festen
Elektrode 56 und auf einem halben Teil des zweiten Leitermusters
60 voneinander getrennt werden einander gegenüber stehen
können, um dadurch das zweite Leitermuster 60 elektrisch in
zwei Teile zu trennen.
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Die Gummifeder 26 aus einem hochmolekularen Material, das
Elastizität aufweist, zum Beispiel Gummi, ist integral mit
einem Flächenglied 68 und in Form einer umgekehrten Schale
gebildet und zur Ausübung der Tastenschaltwirkung auf der
oberen Oberfläche des isolierenden Films 52 angebracht. Die
Gummifeder 26 ist zusammengesetzt aus einem Kopfteil 26a mit
einem ringförmigen Randteil, das auf der unteren Oberfläche
des Anschlagteils 24c der Taste 24 anschlägt und einem dünnen
konischen Teil 26b, das auf dem Umfang unter dem Kopfteil 26a
gebildet ist. Die im wesentlichen zylindrische bewegliche
Elektrode 66 ist auf der unteren Oberfläche des Kopfteils 26a
vorgesehen.
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Die bewegliche Elektrode 66 ist in dieser Ausführungsform aus
leitfähigem Gummi hergestellt und so angeordnet, daß sie auf
den Schaltelektroden 62 und 64 anschlägt, wenn die Gummifeder
26 von der Taste 24 heruntergedrückt wird, so daß dadurch die
bewegliche Elektrode 66 nach unten bewegt wird, um die
Schaltelektroden 62 und 64 durch die bewegliche Elektrode 66
elektrisch zu verbinden.
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Die kapazitive Tastatur-Schaltvorrichtung 50 ist in der Weise
angeordnet, daß die entsprechenden Mitten des Paares von
Schaltelektroden 62 und 64 auf dem isolierenden Film 52m und
die Mitte der beweglichen Elektrode 66 und die entsprechenden
axialen Linien der Gummifeder 26 und der Taste 24 auf ein und
dieselbe axiale Linie ausgerichtet sind. Das erste und zweite
Leitermuster 58 und 60 sind mit einem externen elektrischen
Schaltkreis (nicht gezeigt) verbunden, so daß die
Tastenbetätigung der Tastatur von dem externen elektrischen Schaltkreis
erkannt wird, mittels einer Änderung in der elektrostatischen
Kapazität zwischen dem ersten und zweiten Leitermuster 58 und
60, die als Folge des auf/zu-Zustandes zwischen dem Paar
Schaltelektroden 62 und 64 bewirkt wird.
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Anschließend wird die Arbeitsweise der so angeordneten
kapazitiven Tastatur-Schaltvorrichtung beschrieben.
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Wenn die Taste 24 gedrückt wird, wird die Gummifeder 26
ebenfalls gedrückt, so daß die bewegliche Elektrode 66 nach
unten bewegt wird.
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Gleichzeitig wird der konische Teil 26b der Gummifeder 26
durch das Herunterdrücken der Taste 24 deformiert, so daß die
bewegliche Elektrode 66 nach unten bewegt wird, während eine
Drucklast erhöht wird. Wenn die Taste 24 weiter gedrückt
wird, wird der konische Teil 26b gekrümmt, um dadurch
plötzlich die Drucklast zu verringern, und diese Reaktion gibt
einem Bediener ein Klickgefühl.
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Unmittelbar nach diesem Klickpunkt schlägt die bewegliche
Elektrode 66 an den Schaltelektroden 62 und 64 an, so daß die
Elektroden 62 und 64 durch die bewegliche Elektrode 66
elektrisch verbunden werden, um zu ermöglichen, daß ein Wechsel-
Strom-Signal von einem externen Schaltkreis zu derselben
durch das erste Leitermuster 58, die erste feste Elektrode,
eine elektrostatische Kapazität des Kondensators, der
zwischen der ersten und zweiten festen Elektrode 54 und 56
gebildet ist, die zweite feste Elektrode 56 und das zweite
Leitermuster 60 und umgekehrt übertragen wird.
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Wenn die Drucklast von der Taste 24 aufgehoben wird, kommt
die Gummifeder 26 durch die elastische Rückstellkraft der
Gummifeder 26 in den Ausgangszustand zurück und die
bewegliche Elektrode 66 wird von der ersten und zweiten
Schaltelektrode 62 und 64 getrennt, so daß die elektrische Verbindung
zwischen der ersten und zweiten Schaltelektrode 62 und 64
aufgehoben wird. Infolgedessen wird die Übertragung des
Wechselstrom-Signals zwischen dem ersten und zweiten
Leitermuster 58 und 60 gestoppt, so daß dadurch die
Schaltvorrichtung geöffnet wird.
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Wie oben beschrieben ist die erfindungsgemäße kapazitive
Tastatur-Schaltvorrichtung versehen mit einer ersten festen
Elektrode, die auf einer unteren Oberfläche eines
isolierenden Films gebildet ist, einem ersten Leitermuster, das von
der ersten festen Elektrode wegführt, einer zweiten festen
Elektrode, die auf der oberen Oberfläche des isolierenden
Films gegenüber der ersten festen Elektrode gebildet ist,
einem zweiten Leitermuster, das von der zweiten Elektrode
wegführt, einem Paar Schaltelektroden, die so ausgebildet
sind, daß sie auf einem halben Teil des zweiten Leitermusters
voneinander getrennt werden und einander gegenüberstehen
können, um dadurch das zweite Leitermuster elektrisch in
zwei Teile zu trennen und einer beweglichen Elektrode, die
so angeordnet ist, daß sie beweglich ist, um mit den
Schaltelektroden in Kontakt zu kommen und davon getrennt zu sein,
um dazwischen zu überbrücken und zu unterbrechen.
Entsprechend werden, wenn die bewegliche Elektrode veranlaßt wird,
auf dem Paar Schaltelektroden anzuschlagen, das Paar
Schaltelektroden elektrisch verbunden, um zu ermöglichen, daß ein
Wechselstrom-Signal von einem externen Schaltkreis zu
derselben durch das erste Leitermuster, die erste feste Elektrode,
eine elektrostatische Kapazität, die von dem Kondensator
zwischen der ersten und zweiten festen Elektrode gebildet wird,
die zweite feste Elektrode und das zweite Leitermuster und
umgekehrt übertragen wird. Entsprechend tritt keine durch
eine Fluktuation im Bedienungszustand der Taste bedingte
Änderung in der Kapazität auf, wenn die Schaltvorrichtung
geschlossen ist, um dadurch eine hohe Zuverlässigkeit zu
erzielen, so daß der An/Aus-Vorgang der
Tastatur-Schaltvorrichtung stabil ausgeübt werden kann.
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Ferner verwendet die Tastatur-Schaltvorrichtung nur einen
isolierenden Film, so daß kein Abstandhalter notwendig ist,
die Anzahl der Teile reduziert wird, um die Anordnung des
kapazitiven Tastatur-Schaltvorrichtung einfach zu machen und
deren Herstellungskosten zu reduzieren.
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Darüberhinaus ist es nicht notwendig, daß die den Kondensator
bildenden festen Elektroden unterhalb der Taste ausgebildet
werden und die Formen der Elektroden können frei gewählt
werden, was zur Folge hat, daß das Maß an Freiheit zur
Gestaltung der Tastatur-Schaltvorrichtung erhöht werden kann.