МЕМБРАННАЯ КЛАВИАТУРА Российский патент 1994 года по МПК H01H13/70 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к элементам управления и коммутации электрических цепей, и может быть использовано в клавишных устройствах ввода и вывода дискретной информации в виде клавиатур, например для телефонных аппаратов, ЭВМ, пультов управления различных электротехнических устройств и в виде отдельных выключателей.

Известна пленочная коммутационная клавиатура, которая обеспечивает соединение электроцепей в результате механического воздействия на токопроводящую пленку подвижных выпуклых участков эластичного контактного мата. Контакты замыкаются в результате продавливания верхних пленок. При этом их токопроводники приводятся в соприкосновение с токопроводниками пассивной нижней пленки или печатной платы.

Недостатком известной клавиатуры является большое количество подвижных деформируемых частей - эластичный контактный мат, продавливаемые пленки с нанесенными на них электропроводящими покрытиями, наличие которых уменьшает надежность устройства и его долговечность.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является клавиатура, содержащая два электропроводящих слоя, между которыми закреплена распорная деталь со сквозным отверстием, через которое происходит контактирование между двумя электропроводящими слоями при приложении к клавиатуре нажимного усилия. Между одним из слоев и лицевой панелью клавиатуры расположен слой с липким покрытием, обеспечивающим приклеивание лицевой панели к электропроводящему слою. В слое с липким покрытием имеются вентиляционные каналы, которые проходят к наружной части клавиатуры от области этого слоя, перекрывая сквозное отверстие распорной детали. Область слоя с липким покрытием изолирована от отверстия с помощью электропроводящего слоя. Электропроводящие слои с помощью токоподводов подключены к электрической цепи.

Недостатком этого устройства является наличие сильно формируемых в процессе эксплуатации электропроводящих слоев, что уменьшает долговечность и надежность устройства. Кроме того, необходимость изготовления вентиляционных каналов усложняет конструкцию клавиатуры.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение конструкции мембранной клавиатуры.

Это достигается тем, что в известной мембране, содержащей отделенные друг от друга с обеспечением контакта между ними при приложении нажимного усилия, два электропроводящих слоя, первый из которых нанесен на лицевую панель, а второй - на диэлектрическое основание и через токоподводы присоединен к электрической цепи, между упомянутыми слоями размещен пьезорезистивный материал, при этом первый слой выполнен в виде сплошного металлического покрытия, которое обеспечивает перекрытие второго электропроводящего слоя, выполненного в виде двух разделенных между собой металлических покрытий, нанесенных на общее диэлектрическое основание.

Из научно-технической литературы и патентной документации неизвестно использование в мембранных клавиатурах пьезорезистивного материала, размещенного между металлическими электропроводящими слоями с целью коммутации электрических цепей за счет изменения электросопротивления между слоями в результате фазового перехода типа диэлектрик-металл при приложении одноосного давления в виде нажимного усилия. Указанный переход реализуется в макромолекулах специальной структуры, в которых одноосное давление вызывает изменение дипольного момента боковых групп атомов, влияющее на увеличение степени сопряжения π -электронов в основной цепи молекулы. Последнее при наличии инжекции заряда из электропроводящих слоев способствует фазовому переходу диэлектрик-металл.

Однако, известно использование пьезорезистивных полупроводниковых материалов в качестве чувствительных элементов датчиков давления, где изменение сопротивления достигается за счет изменения энергетического зазора между валентной зоной и зоной проводимости либо между примесными уровнями и соответствующими им зонами при воздействии на чувствительный элемент одноосного давления.

Возможность достижения положительного эффекта обусловлена тем, что действие устройства основано на уменьшении сопротивления пьезорезистивного материала и переходе его из диэлектрического состояния в металлоподобное при нажимном усилии, соответствующем одноосному давлению порядка 0,1 МПа. После снятия усилия исходное диэлектрическое состояние восстанавливается. Кроме того, использование в конструкции мембранной клавиатуры двух электропроводящих покрытий соединенных с электрической цепью и размещенных на одной плоской поверхности диэлектрического основания значительно упрощает конструкцию и технологию изготовления мембранной клавиатуры, так как плоскостной монтаж значительно проще.

На чертеже изображен тактильный элемент мембранной клавиатуры.

Мембранная клавиатура представляет собой совокупность тактильных элементов, изготовленных на общей диэлектрической основе. Отдельный тактильный элемент содержит слой 1 пьезорезистивного материала, диэлектрическое основание 2, два электропроводящих слоя 3, выполненных на основании 2, в виде двух металлизированных покрытий, лицевую панель 4, электропроводящий слой 5, нанесенный на внутреннюю сторону панели 4, т. е. со стороны слоя пьезорезистивного материала, выполненный в виде сплошного металлизированного покрытия, обеспечивающего перекрытие своей площадью электропроводящих покрытий, расположенных на основании 2, токоподводы 6, соединенные слоями 3 на основании 2.

Клавиатура работает следующим образом.

В исходном состоянии слой пьезорезистивного материала находится в диэлектрическом состоянии и потому электрическая цепь на участке между электропроводящими покрытиями 3 разомкнута; при приложении нажимного усилия на соответствующее место лицевой панели 4 обозначенное необходимой гравировкой, происходит изменение фазового состояния (металлизация) в слое пьезорезистивного материала 1 (новая фаза 7), размещенного между электропроводящими слоями 3 и 5, пьезорезистивный материал становится электропроводящим, в результате чего происходит электрическое замыкание между сплошным металлизированным покрытием 5 и двумя металлизированными покрытиями 3, которое приводит к замыканию между металлизированными покрытиями 3, т. е. замыканию в электрической цепи токоподводов 6.

Использование изобретения в сравнении с прототипом позволяет: повысить надежность мембранной клавиатуры за счет отсутствия подвижных элементов в конструкции; упростить конструкцию за счет отказа от промежуточной распорной детали между электропроводящими слоями; увеличить срок службы клавиатуры за счет использования хемо- и термостойких пьезорезистивных материалов; осуществить экономию драгоценных металлов за счет герметизирующих свойств пьезорезистивного слоя; полностью ликвидировать электрический дребезг контактных групп мембранной клавиатуры за счет осуществления контактирования между ними в объеме твердотельного пьезорезистивного материала при превышении давления на тактильный элемент определенного порогового значения; повысить технологичность изготовления клавиатуры за счет использования плоскостного монтажа контактных групп. (56) Патент ФРГ N 3504424, кл. Н 01 Н 13/70, 1986.

Патент США N 4596905. кл. Н 01 Н 13/70, 1986.

Патент США N 4519255, кл. G 01 L 9/06, 1985.

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к элементам управления и коммутации электрических цепей, и может быть использовано в клавишных устройствах ввода и вывода дискретной информации в виде клавиатур, например, для телефонных аппаратов, ЭВМ, пультов управления различных электротехнических устройств и в виде отдельных выключателей. Сущность изобретения: в клавиатуре, содержащей два электропроводящих слоя, один из которых соединен с лицевой панелью, отделенные друг от друга с обеспечением контакта между ними при приложении нажимного усилия и подключенные через токоподводы к электрической цепи, между упомянутыми слоями размещен пьезорезистивный материал, при этом один слой выполнен в виде нанесенных на диэлектрик двух металлических покрытий, а другой - в виде одного металлического покрытия, нанесенного на внутреннюю сторону лицевой панели. 1 ил.

МЕМБРАННАЯ КЛАВИАТУРА, содержащая отделенные друг от друга с обеспечением контакта между ними при приложении нажимного усилия два электропроводящих слоя, первый из которых нанесен на лицевую панель, а второй на диэлектрическое основание и через токоподводы присоединен к электрической цепи, отличающаяся тем, что между электропроводящими слоями размещен пьезорезистивный материал, при этом первый слой выполнен в виде сплошного металлического покрытия, обеспечивающего перекрытие второго слоя, выполненного из двух разделенных между собой покрытий.