ПЛОСКАЯ КЛАВИАТУРА Российский патент 1994 года по МПК G06F3/23 H03K17/96 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам ручного ввода информации.

Изобретение представляет собой плоскую клавиатуру с пьезоэлектрическими элементами, расположенными между несущей и покровной пленками и образующими электрический сигнал в основном при механической нагрузке с нулевым перемещением. Аналогичная клавиатура известна (например, европейский патент N 210386, кл. H 03 K 17/96, 1987). При этом, смотря по обстоятельствам, между несущей и покровной пленками в качестве дополнительного слоя предусмотрена жесткая разделительная несущая пленка, выполненная с выемками для пьезоэлектрических элементов, толщина которой в основном соответствует толщине этих элементов. Функция этой жесткой разделительной несущей пленки состоит в том, чтобы позиционировать пьезоэлектрические элементы, отделять друг от друга печатные проводники на несущей и покровной пленках и предотвращать перекрестное искажение между соседними клавишами.

Однако применение такой разделительной несущей пленки связано с дополнительными рабочими операциями при изготов- лении клавиатуры. Кроме того, требуются вместе три пленки и клеевые слои.

Цель изобретения состоит в усовершенствовании клавиатуры вышеупомянутого типа с исключением указанных недостатков.

Таким образом, устранение разделительной несущей пленки не нарушает функции клавиатуры. Плоскую клавиатуру меньшей толщины можно изготавливать при меньшем числе операций.

На фиг. 1 изображены несущая и покровная пленки согласно первому варианту исполнения плоской клавиатуры в разрезе; на фиг. 2 показана плоская клавиатура согласно фиг. 1 с дополнительной подложкой; на фиг. 3 - схема изготовления плоской клавиатуры по первому варианту; на фиг. 4 - плоская клавиатура с дополнительной подложкой согласно второму варианту исполнения в разрезе; на фиг. 5 - плоская клавиатура с дополнительной подложкой по третьему варианту исполнения в разрезе; на фиг. 6 показано возможное расположение печатного проводника; на фиг. 7 представлены несущая и покровная пленки первого варианта исполнения плоской клавиатуры с дополнительной жесткой защитной пластинкой в разрезе; на фиг. 8 - второй вариант плоской клавиатуры с выгнутой несущей и покровной пленками; на фиг. 9 изображена плоская клавиатура, у которой в покровной пленке предусмотрены выемки для пьезоэлектрических элементов; на фиг. 10 - второй вариант изготовления плоской клавиатуры.

Плоскую клавиатуру в зависимости от применения можно расположить несущей пленкой к клавишам. Клавиатура содержит две расположенные рядом клавиши 1 и 2 (фиг. 1), несущую пленку 3 и покровную пленку 4, которые между собой включают пьезоэлектрические элементы 5, расположенные у каждой клавиши 1, 2. Пьезоэлектрические элементы являются керамическими или кристаллическими пластинчатой формы, между их основанием и поверхностью во время механической нагрузки нарастает электрическое напряжение. Это напряжение можно снять с помощью интерфейсной электроники, использовать в качестве управляющего сигнала, что известно. Пьезоэлектрический элемент 5 расположен на пластинчатовидной металлической или керамической опоре 7, создающей для него необходимую механическую устойчивость и одновременно образующей нижнюю контактную поверхность. На верхней стороне пьезоэлектрические элементы снабжены контактной поверхностью (контактными площадками) 10 из электропроводящего материала. Как нижняя контактная поверхность 7, так и верхняя контактная поверхность 10 контактируют с печатными проводниками, расположенными на внутренней поверхности пленки.

Предложенная конструкция для каждой клавиши 1, 2 предусматривает возможность выпуклости как на покровной пленке 4, так и на несущей пленке 3, благодаря чему между этими пленками образуется полость 6 для расположения в ней пьезоэлектрического элемента. Протяженность каждой полости в основном соответствует размеру расположенного в ней пьезоэлектрического элемента 5 на его опоре 7. На фиг. 1 видно, что выпуклость покровной пленки 4 ограничена, благодаря чему получают ровное основание пленки 3.

Несущая 3 и покровная 4 пленки между полостями 6 друг с другом имеют динамическую связь. Это можно осуществить с помощью адгезионного слоя 8 или путем ламинирования, или каширования пленок. Таким образом, полости 6 образуют своего рода пузырьки между обеими соединенными пленками 3, 4, в которых расположены пьезоэлектрические элементы 5. Тем не менее, возможно включение клавиатуры, поскольку оно осуществляется практически с нулевым перемещением.

На фиг. 2 описанная плоская клавиатура расположена на подложке (основании) 9 с применением клея 19 с отверстиями 14 в зоне расположения клавиш. Этот клей, например, типа ЗМ 468 может образовать слой толщиной лишь около 1/10 мм. Отверстия 14 обеспечивают прогибание пьезоэлектрических элементов 5 при работе клавиш. Элементы, загруженные на изгиб без заметного перемещения, образуют сигнал напряжения, который обрабатывается как клавишный сигнал. На фиг. 2 показано пусковое усилие К на покровную пленку 4 клавиши 2. Так как покровная пленка 4 около соседней клавиши 1 опирается на несущую пленку 3 и имеет с ней динамическую связь, то пусковое усилие К в этой промежуточной зоне полностью уменьшено, хотя покровная пленка 4 выполнена относительно жестко. Таким образом исключено перекрестное искажение между соседними клавишами 1, 2, хотя они расположены близко друг от друга. Нагрузка на покровную пленку 4 незначительная, так как при нажатии клавиши нет ее заметного перемещения.

Покровную пленку 4 можно выполнить относительно жестко. В таком случае выпуклости 11 прочно вдавлены в покровную пленку 4. Если применяют относительно упругую пленку, то их можно получить путем упругой деформации пленки, как это показано на фиг. 4 и 8. В обоих случаях в этой зоне снижают механическую нагрузку благодаря образованию закругленных бескромочных выпуклостей 11.

На фиг. 4 пьезоэлектрический элемент 5 и металлическая опора 7 имеют выпуклость. Металлическая опора 7 по периферии опирается на несущую пленку 3 и в центре может упруго прогибаться под нагрузкой. Таким образом пьезоэлектрический элемент 5 загружается на изгиб и без заметного перемещения образует сигнал напряжения. При этом в особенности выпуклость 11 покровной пленки 4 заметному нажатию не подвергается. Несущая пленка 3 описанным образом опирается на подложку 9, причем здесь нет надобности в отверстиях 14 в проводящем клеевом слое. В результате этого возможно несущую пленку 3 выполнить в виде жесткой подложки.

На фиг. 5 нагрузка на изгиб пьезоэлектрического элемента 5 на опоре 7 осуществляется утолщением 13, расположенным на покровной пленке 4, а также кольцевидной опорой 12, расположенной на несущей пленке 3.

Для возможности съема напряжения с каждого пьезоэлектрического элемента 5, возникающего при нажатии клавиши, его контактные поверхности 7, 10 через печатные проводники соединены с интерфейсной электроникой. Печатные проводники предусмотрены на внутренних сторонах несущей и покровной пленок, и их можно нанести, например, путем печатания.

На фиг. 6 показано аналогичное расположение на границе раздела между несущей и покровной пленками, причем печатные проводники 15 черного цвета расположены на покровной пленке, а печатные проводники 16, обозначенные двумя линиями, которые образуют заземляющий контакт, расположены на несущей пленке. В результате этого печатные проводники 15 на покровной пленке только у клавиш 1, 2 пересекаются с печатными проводниками 16 на несущей пленке, благодаря чему исключено короткое замыкание, хотя все печатные проводники расположены в одной плоскости. В местах пересечения, смотря по обстоятельствам, контактируют верхние и нижние контактные поверхности 7, 10 пьезоэлектрических элементов.

Кроме того, при наличии изолирующего сцепляющего слоя 8 между пленками 3, 4 или при изолированных печатных проводниках 16 можно предусмотреть расположения, при которых печатные проводники пересекаются в слое межсоединений. При этом покровную несущую пленку можно выполнить в виде металлической фольги и образовать общий заземляющий контакт 16 для всех пьезоэлектрических элементов, причем металлическая фольга на своих второстепенных участках снабжена изоляционным слоем, исключающим короткое замыкание с другими печатными проводниками. При этом изоляционный слой может одновременно образовывать сцепляющий слой 8 между пленками 3 и 4.

Для покровной 4 и несущей 3 пленок применяют пластмассовую пленку или в данном случае металлическую фольгу. При этом несущая пленка 3 может иметь толщину около 0,4 мм, а покровная пленка может быть толщиной 0,1 мм.

На фиг. 3 схематично показан первый способ соединения пленок 3 и 4 для образования плоской клавиатуры. Этот способ приемлем для относительно жестких пластинчатых устройств ограниченной протяженности. При этом вначале на несущей пленке размещают пьезоэлектрические элементы 5 на своих опорах 7. Для этой цели выбирают выемки 17, которые в данном случае адгезионный состав не содержат. Затем покровную пленку 4 посредством штампа 18 (схема) прижимают к несущей пленке 3. При этом штамп 18 выполнен с выемками 19, соответствующими выпуклостям 11.

Штамп 18 можно обогревать, благодаря чему покровная пленка 4 под воздействием тепла и давления утончается на несущей пленке 3. При этом покровную пленку 4 можно предварительно снабдить вдавленными выпуклостями 11, или их можно получить только во время соединения покровной и несущей пленок. Если применяют упругую покровную пленку 4, то она при упругом растяжении натягивается над пьезоэлектрическим элементом (см., например, фиг. 4), благодаря чему получают небольшое механическое предварительное напряжение, оказывающее положительное влияние на соединяющие контактные усилия.

Если процесс изготовления, показанный на фиг. 3, протекает в атмосфере инертного газа, то отдельные полости 6 заполняются этим газом. Таким образом можно надолго исключить окисление контактных поверхностей и, следовательно, обеспечить надежную работу клавишей.

На фиг. 10 приведен способ изготовления, благодаря которому плоские клавиатуры можно изготавливать при непрерывном производственном процессе. Несущую 3 и покровную 4 пленки, которые раньше отпечатывали с печатными проводниками, вместе непрерывно пропускают между двумя вальцами 22, 23, после того как на несущую пленку 3 наносят адгезионное средство 8 с выемками 17. До соединения пленок пьезоэлектрические элементы 5 помещают на их опоры 7. Вальцы 22, 23 имеют соответствующие выемки 24, благодаря чему исключено задевание и повреждение пьезоэлектрических элементов 5. Вместо склеивания слоев можно воспользоваться сваркой.

При таком способе плоскую клавиатуру можно изготавливать в виде ленты. Из ленты затем можно вырезать отдельные клавиатуры. Как показано на фиг. 8, при этом как несущая пленка, так и покровная пленка могут иметь выпуклости 11. Нижние выпуклости 11 на несущей пленке 3 входят в отверстия 14 проводящего клеевого слоя 19.

Описанную клавиатуру с ее различными вариантами исполнения можно располагать таким образом, что покровная пленка 4 непосредственно образует верхнюю поверхность клавиатуры. Это возможно в особенности при применении более толстых покровных пленок 4.

Если клавиатуру необходимо снабдить специально износостойкой или в основном плоской верхней поверхностью, то перед покровной пленкой 4 помещают жесткую защитную пластинку (лицевую панель) 20, как это показано на фиг. 7. Она может быть выполнена из металла или из плексиглаза толщиной 5 мм, около клавиш 1, 2 она выполнена с выемками 21, в которые входят выпуклости 11. Здесь толщина защитной пластинки уменьшена, например, приблизительно до 2 мм, благодаря чему возникает локально ослабленная зона для передачи давления клавиши на расположенную ниже структуру.

Защитная пластинка 20 с ослабленными зонами задней стороной опирается на выпуклости 11, а с неослабленными участками она опирается на промежуточные зоны покровной пленки 4. Таким образом, исключено перекрестное искажение между двумя соседними клавишами 1, 2. Преимущество такого расположения состоит в том, что клавиатура надежно защищена от повреждений в основном при неумелом обращении с ней, к тому же она отличается лишь незначительно увеличенной большей общей толщиной. Вместо защитной пластинки 20 можно применять защитное покрытие из заливочной массы, например из синтетической смолы, причем во время заливки около отдельных клавиш произвольно образуются локально ослабленные участки.

Как показано на фиг. 9, функцию защитной пластинки может выполнять покровная пленка 4. В таком случае выемки 25 на нижней стороне этой защитной пластинки образуют полости 6 для пьезоэлектрических элементов.

Описанная плоская клавиатура имеет очень широкую область применения. Ее особенно выгодно применять в тех случаях, когда возникают высокие механические нагрузки и приходится считаться с влиянием влаги на клавиатуру. Чувствительность срабатывания неперемещаемых клавиш можно устанавливать оптимально путем подбора толщины пленки и защитной пластинки и посредством интерфейсной электроники.

Использование: в вычислительной технике, в устройствах ручного ввода информации. Клавиатура содержит основание, несущую и покровную пленки, между которыми расположены пьезоэлектрические элементы с контактными опорами и контактными площадками, при этом участки основания и несущей пленки между пъезоэлектрическими элементами соединены друг с другом с помощью клеевого слоя. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. ПЛОСКАЯ КЛАВИАТУРА, содержащая основание, несущую пленку с контактными опорами, на которых установлены пьезоэлектрические элементы с контактными площадками, и покровную пленку, расположенную на контактных площадках пьезоэлектрических элементов, отличающаяся тем, что участки несущей и покровной пленок соединены и образуют замкнутые полости вокруг пьезоэлектрических элементов, при этом участки основания и несущей пленки между пьезоэлектрическими элементами соединены друг с другом с помощью клеевого слоя. 2. Клавиатура по п.1, отличающаяся тем, что на покровную пленку установлена лицевая панель, а на внутренней поверхности лицевой панели выполнены выемки в местах расположения пьезоэлектрических элементов.