FI106229B - Tasonäppäimistö - Google Patents

Description

106229

Tasonäppäimistö

Keksintönä on tasonäppäimistö käsittäen pohja- ja peitekalvon väliin asetettuja pietsosähköisiä elementtejä, 5 jotka oleellisesti liikkeettömän, mekaanisen rasituksen yhteydessä synnyttävät sähkösignaalin. Tällainen näppäimistö sisältyy esimerkiksi EP-julkaisuun nro 210 386. Tällöin on aina pohja- ja peitekalvon väliin asetettu ylimääräiseksi kerrokseksi jäykkä välikekalvo, jossa on koloja pietsosäh-10 köisiä elementtejä varten ja jonka paksuus vastaa oleellisesti näiden elementtien paksuutta. Jäykän välikekalvon tehtävänä on mm. asennoida pietsosähköiset elementit, erottaa toisistaan pohja- ja peitekalvojen johtimet sekä estää ylikuuluminen vierekkäisten näppäinten välillä.

15 Tällaisen välikekalvon asettaminen aiheuttaa kui tenkin ylimääräisiä työvaiheita näppäimistön valmistukseen. Lisäksi tarvitaan kaiken kaikkiaan kolme kalvoa ja 1i imakerrosta.

Keksinnön mukaisena tehtävänä on parantaa yllämai-20 nitun tyyppistä näppäimistöä siten, että nämä haitat jäävät pois.

Tämän tehtävän ratkaisu ilmenee tunnusmerkeistä, joita kuvataan patenttivaatimuksissa.

··« ·*...·* Tällä tavoin onnistutaan jättämään pois välikekalvo : **: 25 ilman, että siitä on haittaa näppäimistön toimintaa. Taso- ·;· näppäimistö voidaan valmistaa vain muutamassa työvaiheessa «··· ·...; ja paksuudeltaan pieneksi.

Piirustusten pohjalta selitetään seuraavassa suori- • · ♦ tusmuotoesimerkkejä, jotka kuvaavat keksinnön mukaisia tun- ... 30 nusmerkkejä ja etuja.

♦ ·

Kuvio 1 leikkaus tasonäppäimistön ensimmäisen suo- • · ·;·' ritusmuodon peite- ja pohjakalvon läpi; kuvio 2 kuvion 1 mukainen tasonäppäimistö käsittäen • · · *:··· ylimääräinen kantolevyn; . 35 kuvio 3 tällaisen tasonäppäimistön ensimmäisen vai- • · « *;;/ mistusvaihtoehdon kaavamainen esitys; « « • · • « · 2 106229 kuvio 4 leikkaus tasonäppäimistön vaihtoehtoisen suoritusmuodon läpi käsittäen ylimääräisen kantolevyn; kuvio 5 leikkaus tasonäppäimistön kolmannen suoritusmuodon läpi käsittäen ylimääräisen kantolevyn; 5 kuvio 6 kaavamainen esitys mahdollisesta johdinjär jestelystä ; kuvio 7 leikkaus tasonäppäimistön ensimmäisen suoritusmuodon peite- ja pohjakalvon läpi käsittäen ylimääräisen, jäykän etulevyn; 10 kuvio 8 tasonäppäimistön vaihtoehtoinen suoritus muoto käsittäen ulospäin kaarretut peite- ja pohjakalvon; kuvio 9 tasonäppäimistön suoritusmuoto, jossa pei-tekalvossa on koloja pietsosähköisiä elementtejä varten, ja kuvio 10 tasonäppäimistön toinen valmistusvaihtoeh- 15 to.

Kuvion 1 pohjalta tarkastellaan ensiksi tasonäppäimistön perusrakennetta, ennen kuin muiden kuvioiden pohjalta viitataan muunnoksiin ja täydennyksiin. Silloin kun puhutaan peite- ja pohjakalvosta, ei ole poissuljettua, ett- 20 eikö tasonäppäimistöä voitaisi aina sovelluksen mukaan käyttää myös päinvastoin, ts. pohjakalvo näppäimistöön päin. Kuvio 1 kuvaa leikkausta näppäimistön kahden vierek- * i ‘•h’ käisen näppäimen 1, 2 läpi. Näppäimistössä on pohjakalvo 3 * » i ja peitekalvo 4, jotka sulkevat sisäänsä kunkin näppäimen ^ * i ‘,^ί 25 1, 2 kohdalle asetetut pietsosähköiset elementit 5. Ne ovat ·;· levymäisiä keramiikka- tai kide-elementtejä, joiden peite- ·;··; ja pohjapintojen väliin syntyy mekaanisen rasituksen yhtey- dessä sähköinen jännite. Tämä jännite voidaan mitata ja analysoida liitäntä-elektroniikan avulla ohjaussignaalina ... 30 sinänsä tunnetulla tavalla. Pietsosähköinen elementti 5 on * « Λ * .*** asetettu kiekkomaisen metalli- tai keramiikkakannattimen 7 ♦ « *;·* päälle, joka antaa sille vaaditun mekaanisen stabiiliuden ! : ja joka samalla toimii alempana kosketuspintana.

·;··· Yläpuoleltaan on pietsosähköiset elementit varus- , 35 tettu johtavasta materiaalista olevalla liitäntäpinnalla * · « ( t « 10. Sekä alempi kosketuspinta 7 että myös ylempi liitäntä- 3 106229 pinta 10 ovat kosketuksessa johdinten kanssa, jotka on asetettu kalvojen sisäpinnoille, kuten selityksessä vielä lähemmin tullaan havaitsemaan.

Kyseessä olevassa rakenteessa voi sekä peitekalvo 4 5 että myös pohjakalvo 3 olla kaarrettu kunkin näppäimen 1, 2 kohdalla, jolloin peite- ja pohjakalvon väliin muodostuu aina kammio 6 pietsosähköisen elementin vastaanottamista varten. Jokainen kammio vastaa kooltaan oleellisesti sen sisältämää kannattimen 7 päällä olevaa pietsosähköistä ele-10 menttiä 5. Kuvion 1 esimerkissä kaareutuvuus rajoittuu pei-tekalvoon 4 pohjakalvon 3 ollessa tasainen.

Pohja- ja peitekalvo 3, 4 on muutoin liitetty toisiinsa voimasulkuisesti kammioiden 6 välissä. Tämä liitäntä voi tapahtua 1ilmakerroksen 8 tai kalvojen pinnoituksen vä-15 lityksellä. Kammiot 6 muodostavat siten liitettyjen kalvojen 3, 4 väliin ikään kuin rakot, joihin pietsosähköiset elementit 5, 7 sisältyvät. Näppäimistöä voidaan kuitenkin käyttää, käytännössä lähes täysin ilman näppäinten liikettä, kuten vielä tullaan selittämään.

20 Kuvion 2 pohjalta tarkastellaan toimintatapaa yksi tyiskohtaisemmin. Selitetty tasonäppäimistö on tällöin ase-. tettu siirtoliiman 19 avulla, johon näppäinten kohdalle on jätetty reikiä 14, kantolevyn 9 päälle. Siirtoliima « < (esimerkiksi tyyppiä 3 M, 468) voi olla paksuudeltaan aino- • t 25 astaan n. 1/10 mm. Nämä reiät 14 takaavat, että pietsosäh-köisiä elementtejä 5 rasitetaan taipumaan näppäimiä painet-taessa. Taivutetussa tilassa ilman merkittävää liikettä ra- :T: sitetut elementit synnyttävät jännitesignaalin, joka analy soidaan näppäinsignaalina. Kuvio 2 kuvaa kaavamaisesti yh- .1·1. 3 0 den näppäimen 2 peitekalvolle tulevaa käyttövoimaa K. Koska • · · .···. peitekerros 4 sijaitsee tämän ja viereisen näppäimen 1 vä- ”1 lisellä alueella pohjakalvon 3 päällä ja on liittynyt sii- ·.« « ·...· hen voimasulkuisesti, häviää käyttövoima K tällä välialu- eella täysin, vaikkakin peitekalvo 4 on rakennettu verraten 4 : .·. 35 jäykäksi. Siten viereisten näppäinten 1, 2 välillä ei ta- • · · · * « · « · 4 106229 pahdu ylikuulumista, vaikka ne sijaitsisivatkin lähellä toisiaan.

Koska näppäimiä painettaessa näppäimet eivät painu huomattavasti, on peitekalvoon 4 kohdistuva rasitus pieni.

5 Kuten jo mainittiin, voi peitekalvo 4 olla suunni teltu melko jäykäksi. Tässä tapauksessa on kohoumat 11 painettu peitekalvoon 4 kiinteästi. Mikäli käytetään verraten joustavaa kalvoa, voidaan kohoumat muodostaa muotoilemalla kalvoa joustavasti, kuten kuvioiden 4 ja 8 mukaiset esimer-10 kit osoittavat. Molemmissa tapauksissa alennetaan kohoumien 11 pyöristetyn, särmättömän muotoilun ansiosta mekaanista rasitusta tällä alueella.

Kuvio 4 kuvaa keksinnön suoritusmuotoesimerkkiä, jossa pietsosähköinen elementti 5 ja metallikannatin 7 on 15 kaarrettu. Metallikannatin 7 koskettaa vain reuna-alueiltaan pohjakalvoa 3 ja sitä voidaan keskiosastaan rasittaa joustavasti taivuttaen. Siten pietsosähköistä elementtiä 5 rasitetaan taivutetussa tilassa, jolloin syntyy ilman merkittävää liikettä jännitesignaali. Tällöin siis 20 peitekalvon 4 kohouma 11 ei painu merkittävästi sisään. Pohjakalvo 3 nojaa tällöin selitetyllä tavalla kantolevyyn 9, jolloin ei tarvita reikiä 14 siirtoiilmakerroksessa. Si- • · « lii ten on myös mahdollista suunnitella itse pohjakalvo 3 jäy- I « I « ;;; käksi kantolevyksi.

25 Sama pätee myös kuvion 5 mukaiseen suoritusmuotoon.

• · ·

Siinä aikaansaadaan pietsosähköisen elementin 5 taivutusra-situs kannattimen 7 päällä peitekalvolle 4 asetetun nappu- • · · I/· · lan välityksellä sekä pohjakalvolle 3 asetettu, rengasmai nen tukipinta 12.

.***; 3 0 Jotta jokaisen pietsosähköisen elementin 5 kohdalla • · · .···. voidaan mitata se jännite, joka syntyy näppäinten painal- ^ luksen johdosta, on sen kosketuspinnat 7, 10 liitetty joh- '···* timien välityksellä liitäntä-elektroniikkaan. Johtimet on, kuten jo mainittiin, asetettu pohja- ja peitekalvojen sisä- | 35 puolille ja ne voidaan asettaa paikoilleen esimerkiksi pai- • · · · .···. nomenetelmän avulla.

• · 106229

Kuvio 6 kuvaa tällaista järjestelyä pohja- ja pei-tekalvon rajapinnalla, jolloin mustaksi piirretyt johtimet 15 on asetettu peitekalvolle ja kaksoisviivaksi merkityt johtimet 16, jotka muodostavat yhteisen runkokontaktin, on 5 asetettu pohjakalvolle. Kuten kuviosta ilmenee, leikkaavat johtimet 15 peitekalvolla ainoastaan näppäinten 1, 2 koh dalla pohjakalvolla olevien johtimien 16 kanssa, jolloin vältetään oikosulku, vaikkakin kaikki johtimet sijaitsevat samalla tasolla.

10 Risteyskohdissa aina pietsosähköisten elementtien ylemmät ja alemmat kosketuspinnat 7, 10 tulevat kosketuk seen keskenään.

Toisaalta kalvojen 3, 4 välissä olevan eristävän 1ilmakerroksen 8 kohdalla kalvojen 3, 4 välissä tai eriste-15 tyissä johtimissa 16 voi myös olla järjestelyjä, joissa johtimet risteävät toisensa liitäntätasossa. Peite- tai pohjakalvo voi tällöin olla suunniteltu myös metallikalvok-si ja se voi muodostaa yhteisen runkokontaktin 16 kaikkia pietsosähköisiä elementtejä varten, jolloin metallikalvo on 20 muilta alueiltaan varustettu eristyskerroksella, joka estää oikosulun muihin johtimiin 15. Eristyskerros voi tällöin muodostaa samalla liimakerroksen 8 kalvojen 3, 4 väliin.

4 · · !.'! Peite- ja pohjakalvoiksi 3, 4 on suunniteltu muovi- ;;; kalvot (tai mahdollisesti metallikalvot) . Pohjakalvo 3 voi 25 tällöin olla paksuudeltaan n. 0,4 mm, ja peitekalvo 0,1 mm.

• · ·

Kuvio 3 kuvaa kaavamaisesti ensimmäistä menetelmää kalvojen 3, 4 yhdistämiseksi tasonäppäimistöksi. Menetelmä • · · ϊ soveltuu verraten jäykkiä, levymäisiä ja kooltaan rajalli sia järjestelyjä varten. Tällöin pietsosähköiset elementit 30 5 asetetaan kannattamiensa 7 päällä pohjakalvolle. Tätä ·»· .···. varten jätetään vapaaksi alueet 17, joihin ei mahdollisesti • laiteta sidosainetta 8. Peitekalvo 4 painetaan tämän jäl- '·.·* keen meistin 18 avulla (kaavamaisesti) pohjakalvoa 3 vas- ten. Meistissä 18 on tällöin koloja 19, jotka vastaavat ko-: 35 houmia 11.

a · « • · 6 106229

Meisti 18 voidaan kuumentaa, jolloin peitekalvo 4 asetetaan pohjakalvon 3 pinnalle lämmön ja paineen vaikutuksen avulla.

Peitekalvo 4 voi tällöin olla jo etukäteen varus-5 tettu painetuilla kohoumilla 11, tai nämä voidaan tehdä vasta yhdistettäessä peite- ja pohjakalvoa. Mikäli käytetään joustavaa peitekalvoa 4, pingoittuu se joustavasti venyen pietsosähköisen elementin (vrt. esimerkiksi kuvioon 4) ylle, jolloin syntyy kevyt, mekaaninen esijännitys, joka 10 vaikuttaa liitäntäkosketusvoimiin edullisesti.

Mikäli kuviossa 3 kaavamaisesti kuvattu valmistus-tapahtuma toteutetaan jalokaasuilmakehässä, pysyvät yksittäiset kammiot 6 täynnä jalokaasua. Tällä tavoin voidaan estää kosketuspintojen hapettuminen pitkäksi aikaa ja siten 15 varmistaa näppäinten toimintavarmuus.

Kuvio 10 kuvaa kaavamaisesti toista valmistusmenetelmää, jonka avulla tasonäppäimistöjä voidaan valmistaa jatkuvatoimisesti. Pohja- ja peitekalvot 3, 4, joihin edellä painettiin johtimet, yhdistetään tällöin jatkuvasti toi-20 siinsa telojen 22, 23 välissä sen jälkeen, kun pohjakalvol-le 3 on asetettu liimakerros 8 siten, että alueet 17 jätetään ilman liimaa. Näille alueille asetetaan ennen yhdistä-mistä pietsosähköiset elementit 5 kannattimiensa 7 päälle.

;;; Teloissa 22, 23 on vastaavat kolot 24, jotta vältetään 25 pietsosähköisten elementtien 5 paineitus ja vahingoittumi- • · · ·.·: nen. Kerrosten liimaamisen sijaan voi kyseeseen tulla myös ***** niiden hitsaaminen yhteen.

• ♦ · V * Tällaisen menetelmän avulla voidaan tasonäppäimistö valmistaa nauhamuotoon. Nauhasta voidaan sitten leikata j***; 30 pois yksittäiset näppäimistöt. Kuten kuviosta 8 havaitaan, • · · .*·*. voi tällöin sekä pohjakalvolla että peitekalvolla olla ko- ·· · t*# houmia 11. Alemmat kohoumat 11 pohjakalvolla 3 työntyvät *··«* siirtoliimakerroksen 19 reikiin 14.

*"* Selitetty näppäimistö voi erilaisissa suoritusmuo- : 35 doissaan olla järjestetty siten, että peitekalvo 4 muodos- · · · « « · t · « · • « · ’ 106229 taa suoraan näppäimistön yläpinnan. Tämä on mahdollista erityisesti käytettäessä paksumpia peitekalvoja 4.

Mikäli näppäimistö halutaan varustaa erityisen kestävällä tai oleellisesti tasaisella pinnalla, asetetaan ' 5 peitekalvon 4 eteen jäykkä etulevy 20, kuten kuvio 7 osoit taa. Se voi olla esimerkiksi 5 mm paksuinen metallilevy tai pleksilasi, jossa näppäinten 1, 2 kohdalla on koloja 21, jotka vastaanottavat kohoumat 11. Tältä kohtaa etulevyn paksuus on pienentynyt esimerkiksi n. 2 mm:iin, jolloin 10 syntyy paikallisesti heikentynyt vyöhyke näppäinpainalluksen siirtämiseksi näppäimen alla sijaitsevaan rakenteeseen.

Etulevy 20 koskettaa heikennetyiltä vyöhykkeiltään kohoumia 11 näiden takapuolelta ja heikentämättömiltä vyöhykkeiltään kohoumien välissä sijaitsevia peitekalvon 4 15 alueita. Täten estetään myös tällä kohtaa ylikuluminen kahden vierekkäisen näppäimen 1, 2 välillä. Tämän tulkinnan etuna on, että näppäimistö on hyvin suojattu vahingoittumista, erityisesti ilkivaltaa, vastaan ja on lisäksi vain hiukan entistä paksumpi kokonaispaksuudeltaan. Etulevyn 20 20 sijaan voidaan asettaa täytemassasta, esimerkiksi muovista, koostuva peitekerros, jolloin paikallisesti heikennetyt vyöhykkeet yksittäisten näppäinten kohdalla syntyvät valet- • i i !!! taessa itsestään.

i c

Etulevy voi samalla muodostaa myös peitekalvon 4, '·“ 25 kuten kuvion 9 mukaisessa suoritusmuodossa. Kammiot 6 piet- sosähköisiä elementtejä varten muodostuvat sitten tämän etulevyn 4 alapuolella sijaitsevien kolojen 25 välityksel- :T: lä.

Selitetyllä tasonäppäimistöllä on mitä erilaisimpia 30 sovelluksia. Se sopii erityisesti myös sellaisiin sovelluk- • · .···. siin, joissa esiintyy suuria mekaanisia rasituksia ja jois- *·* sa on otettava huomioon kosteuden vaikutus näppäimistöön.

« <

Liikkeettömien näppäinten havahtumisherkkyyttä voidaan sää-tää kalvojen tai peitelevypaksuuksien sekä liitäntä- t : .·. 35 elektroniikan valinnan välityksellä optimaalisesti.

Ill · « · · « • ·

M I

Claims (10)

1. Tasonäppäimistö käsittäen pohja- ja peitekalvo- jen (3, 4) väliin asetettuja pietsosähköisiä elementtejä 5 (5) , jotka oleellisesti liikkeettömän, mekaanisen rasituk sen yhteydessä synnyttävät sähkösignaalin, tunnet-t u siitä, että pohja- ja peitekalvo (3, 4) on liitetty toisiinsa ja ne muodostavat väliinsä rakkulamaisia kammioita (6) kukin aina yhden pietsosähköisen elementin (5) vas- 10 taanottamista varten.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tasonäppäimistö, tunnettu siitä, että pohja- ja peitekalvo (3, 4) on liitetty ainakin kammioiden (6) ympäriltä toisiinsa voima-sulkuisesti.

3. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen tasonäppäimistö, tunnettu siitä, että pohjakalvo (3) tai peitekalvo (4) on varustettu kohoumilla (11) pietsosähköisiä elementtejä (5) varten olevien kammioiden (6) muodostamiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen tasonäppäimistö, tunnettu siitä, että kohoumat (11) on painettu pei-,·, tekalvoon (4) . 1!·

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen tasonäppäimistö, tunnettu siitä, että jokainen t '· 25 pietsosähköinen elementti (5) on kiinnitetty jäykän kanto- ··· ·—· levyn (7) päälle, jonka välityksellä se on kosketuksessa alapuoleensa, ja että jokainen pietsosähköinen elementti • · · V : (5) on yläpuoleltaan varustettu johtavasta materiaalista olevalla liitäntäpinnalla (10).

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen IM tasonäppäimistö, tunnettu siitä, että jokainen ·· · t*c pietsosähköinen elementti on laakeroitu siten, että se näp- päintä painettaessa rasittuu taipumalla.

‘ ' 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen tasonäppäimistö, 35 tunnettu siitä, että pohjakalvo (3) on siirtoliima- « 4 « 4 .·*·. kerroksen (19) avulla asetettu kantavan levyn (9) päälle, « · · 106229 jolloin siirtoliimakerrokseen (19) on näppäinten (1, 2) kohdalle muodostettu aukkoja (14) pietsosähköisten elementtien (5) reunatuennan varmistamiseksi.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen taso-5 näppäimistö, tunnettu siitä, että peite- tai poh- jakalvo on metallikalvo, jolloin molemmat kalvot on liitetty toisiinsa eristyskerroksen (8) välityksellä.

8 106229

9. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen tasonäppäimistö, tunnettu siitä, että peitekalvo 10 (4) on suunniteltu oleellisesti jäykäksi levyksi, tai että etupuolelle on asetettu ylimääräinen, oleellisesti jäykkä etulevy (20), jossa on tasainen etusivu ja jonka takasivussa on koloja (21) peitekalvon kohoumia varten, ja jolloin se joka puolelta nojaa peitekalvoon.

10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen tasonäppäimistö, tunnettu siitä, että pohjakalvo (3) on suunniteltu kantavaksi levyksi tai se on asetettu ylimääräisen kantolevyn (9) päälle. ( E f < > 4 l ( ( t < f ♦ «»♦«· • ♦ ♦ ♦♦ • · · ♦ ♦ ♦ • · · • · • · « · · • * · • · «· · « « « t e • < • t t « « 1 4 · 4 « « 4 4 4 « 4 4 4 4 · 4 4 4 4 4 10 106229