ПЛЕНОЧНАЯ КЛАВИАТУРА Российский патент 1999 года по МПК G06F3/23 H01H13/70 

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к клавиатурам, являющимся периферийными устройствами электронных вычислительных машин, используемых в суровых климатических условиях.

Известна пленочная клавиатура (патент Германии N 4008806, Datengabegerat, Rafi GmbH & Co Elektrotechnische Spezialfabrik, авторы: Engelhardt G., Borst Joachim, 26.09.91), содержащая корпус, первую и вторую пластины, два пленочных слоя столбцов клавиш и строк клавиш, расположенный между ними перфорированный разделительный пленочный слой, нажимные механизмы закреплены на первой пластине.

Недостаток известной пленочной клавиатуры заключается в том, что места соединений пленочных слоев: пленочного слоя столбцов клавиш с перфорированным разделительным пленочным слоем и последнего с пленочным слоем строк клавиш и места соединений выходных ламелей этих пленочных слоев с входными контактами второй пластины не герметизированы, что не позволяет использовать эту клавиатуру в условиях воздействия повышенной влажности.

Известна пленочная клавиатура (патент США N 5021638, KEYBOARD COVER, авторы: Legor N. Nopper, Meril E. Miller, 06.04.91), содержащая первую и вторую пластины, пленочные слои столбцов клавиш и строк клавиш с расположенным между ними перфорированным разделительным слоем, нажимные механизмы кнопок, корпус клавиатуры, содержащий резиновую оболочку, форма которой повторяет форму клавиш, что обеспечивает защиту клавиатуры от воздействия повышенной влажности, но создает недостатки по внешнему виду, требует полной герметизации всего корпуса клавиатуры, то-есть усложняет конструкцию клавиатуры.

Кроме этого, в начале авиатранспортирования клавиатуры при резком уменьшении атмосферного давления происходит разрыв резиновой оболочки или ее раздутие из-за положительной разности величин давлений воздуха внутри и снаружи корпуса клавиатуры, что приводит к потере герметичности или временной потере работоспособности. В конце авиатранспортирования при резком повышении атмосферного давления давление внутри герметичного корпуса клавиатуры становится меньше атмосферного и происходит прижимание резиновой оболочки к пленочным слоям, что приводит к ложным срабатываниям клавиатуры, то-есть к временной потере ее работоспособности.

Наиболее близкой к предлагаемой пленочной клавиатуре является пленочная клавиатура IP46 (промышленного портативного компьютера IP66 серии I/IX для работы в экстремальных условиях, фирма GETAC, Technical Manual N-series notebook operator, s manual, Getac Corporation, P/N: 799001106000, 1-3, 1-4), содержащая корпус, первую и вторую пластины, два пленочных слоя, один из которых является пленочным слоем строк клавиш, а другой - пленочным слоем столбцов клавиш, на одну поверхность пленочного слоя нанесены контакты клавиш столбцов, на другую - контакты клавиш строк, проводники соединяют контакты клавиш столбцов с выходными ламелями столбцов клавиш и контакты клавиш строк с выходными ламелями строк клавиш, два пленочных слоя склеены через перфорированный разделительный пленочный слой, нажимные механизмы закреплены на первой пластине и выполнены с возможностью прогиба пленочных слоев.

Недостаток известной пленочной клавиатуры IP46 заключается в герметизации ламелей пленочных слоев столбцов и строк клавиш на уровне герметизации корпуса компьютера IP66, то есть гибкий плоский кабель клавиатуры через герметичную щель в корпусе компьютера IP66 уходит вовнутрь этого корпуса, где соединяется с платой контроллера клавиатуры.

Другой недостаток пленочной клавиатуры IP46 заключается в сложной конструкции пленочных слоев. Эта конструкция содержит два пленочных слоя столбцов и строк клавиш, на обращенных друг к другу сторонах которых нанесены контакты, проводники и ламели, причем эти слои склеены между собой частично перфорированным пленочным слоем, а также кольцами пленки с внутренними отверстиями в области контактов, а по периметру контактов внутри склеивающих колец пленки находятся резиновые тороидальные кольца. Пленки в виде колец используются для герметизации областей контактов конструкции пленочных слоев, а резиновые тороидальные кольца служат для устранения последний резкого повышения давления после окончания авиатранспортирования. Без резиновых колец контактные площадки "слипаются" между собой, что приводит к короткому замыканию контактов кнопок в пленочной клавиатуре. Такая сложная конструкция пленочных слоев пленочной клавиатуры IP46 вызвана тем, что механизмы кнопок крепятся к пластине минимум в двух точках, а пленочные слои находятся между механизмами кнопок и пластиной, то-есть в пленочных слоях необходимо проделывать большое количество крепежных отверстий (в два раза больше, чем число кнопок в клавиатуре). Сложная конструкция пленочных слоев приводит к существенному усложнению технологии сборки пленочной клавиатуры. Для существенного упрощения конструкции пленочных слоев предлагается удалить все кольца пленки и тороидальные резиновые кольца, а механизмы кнопок крепить непосредственно на пластине. При этом функцию резиновых тороидальных колец выполняют два защитных пленочных слоя.

Для устранения необходимости использования в пленочной клавиатуре герметичного корпуса предлагается использовать соединители, то-есть герметизировать места соединения ламелей пленочных слоев столбцов и строк клавиш в местах их контакта с ламелями второй пластины путем прижатия их друг к другу пластинами с резиновыми прокладками и лакировкой внешней границы мест соединений слоя резины и части поверхности второй пластины (платы контроллера клавиатуры).

Предлагаемая пленочная клавиатура позволяет решить задачу упрощения конструкции пленочных слоев, упростить технологию сборки, сократить число деталей и эксплуатировать пленочную клавиатуру в суровых условиях при ее авиатранспортировании (90 мм.рт.ст.) и при непосредственном воздействии повышенной окружающей среды.

В известную пленочную клавиатуру, содержащую корпус, первую и вторую пластины, два пленочных слоя, один из которых является пленочным слоем строк клавиш, а другой - пленочным слоем столбцов клавиш, на одну поверхность пленочного слоя нанесены контакты клавиш столбцов, на другую - контакты клавиш строк, проводники соединяют контакты клавиш столбцов с выходными ламелями столбцов клавиш и контакты клавиш столбцов с выходными ламелями столбцов клавиш и контакты клавиш строк с выходными ламелями строк клавиш, два пленочных слоя склеены через перфорированный разделительный пленочный слой, нажимные механизмы закреплены на первой пластине и выполнены с возможностью прогиба пленочных слоев, введены два защитных пленочных слоя, наклеенные на вторую поверхность каждого из пленочных слоев, два пленочных слоя и два защитных слоя зажаты между первой и второй пластинами, входные контакты второй пластины соединены с выходными ламелями пленочных слоев при помощи соответствующих соединителей, причем защитные пленочные слои выполнены сплошными и упругими, причем каждый соединитель содержит параллельно расположенные и стянутые между собой третью пластину, часть второй пластины, на которой располагаются входные контакты, повторяющие по форме и расположению ламели пленочных слоев, ламели пленочных слоев, слой резины, наклеенный на четвертую пластину, при этом соединитель по периметру совместно с частью второй пластины покрыты лаком.

Задача упрощения конструкции пленочной клавиатуры и технологии ее сборки решается путем замены большого числа тороидальных резиновых колец и колец пленки, сложной технологии их установки между пленочным слоем строк клавиш и пленочным слоем столбцов клавиш на сплошные защитные слои пленки, которые наклеиваются снаружи соответственно на пленочный слой строк клавиш и пленочный слой столбцов клавиш. Тем самым повышается упругость пленочных слоев и увеличивается прочность их соединений между собой. Упругие пленочные слои позволяют осуществлять авиатранспортирование пленочной клавиатуры при 90 мм. рт.ст. и работать на ней при 450 мм.рт.ст. Полное склеивание пленочных слоев строк и столбцов клавиш через клейкий с двух сторон перфорированный разделительный пленочный слой делает конструкцию пленочных слоев влагонепроницаемой и позволяет этой конструкции работать непосредственно под водой. Конструкция соединителей и лакировка их периметров после сборки совместно с прилежащими участками второй пластины (платы контроллера) позволяет всей конструкции клавиатуры работать при воздействии повышенной влажности окружающей среды (до 98% влажности при +25^oC). Конструкция соединителей позволяет при стягивании болтами через пластины и резиновые слои получить усилие сжатия, достаточное для получения надежного электрического контакта между входными контактами второй пластины (платы контроллера клавиатуры) и выходными ламелями пленочных слоев столбцов (строк) клавиш и обеспечить функционирование пленочной клавиатуры.

На фиг. 1 изображен общий вид клавиатуры без корпуса, на фиг. 2 - порядок расположения деталей пленочной клавиатуры в сборе, на фиг. 3 - порядок расположения деталей соединителя.

Пленочная клавиатура содержит корпус (на фиг. 1 не показан), вторую пластину 1 с входными контактами 2, пленочные слои столбцов клавиш 3 и строк клавиш 4, на одну поверхность каждого из которых нанесены контакты клавиш столбцов 5 (строк 6), проводники 7, соединяющие множество контактов 5 (6) между собой в столбцы (строки) клавиш и с выходными ламелями 8 столбцов (строк) клавиш, пленочные слои столбцов 3 и строк клавиш 4 склеены между собой полностью (всей поверхностью) через перфорированный разделительный пленочный слой 9, в котором имеются круглые отверстия 10, на вторую поверхность каждого пленочного слоя столбцов 3 (строк 4) клавиш наклеен сплошной и упругий защитный пленочный слой 11, все пленочные слои зажаты между первой 12 и второй 1 пластинами, причем на первой пластине 12 закреплены нажимные механизмы (кнопок) 13, а в качестве второй пластины 1 может быть использована плата контроллера клавиатуры.

Входные контакты 2 второй пластины 1 соединены с соответствующими выходными ламелями 8 пленочных слоев столбцов 3 (строк 4) клавиш при помощи соответствующих соединителей 14, один из которых изображен на фиг. 3. Соединитель 14 содержит параллельно расположенные и стянутые между собой болтами 15 через соосные отверстия 23 третью пластину 16, часть второй пластины 1 с входными контактами 2, повторяющими по форме и расположению ламели 8 пленочных слоев столбцов 3 (строк 4) клавиш, сами эти их ламели 8, слой резины 17, наклеенный на четвертую пластину 18, периметр соединителя 19 и часть поверхности второй пластины 1 совместно покрыты лаком после установки и стяжки болтами 15.

Нажимные механизмы (кнопок) 13 могут быть реализованы в виде любой известной конструкции и содержат, например, колпачок кнопки 20 с изображением символа или надписи, нажимной шток 21 и металлическую или резиновую пружину 22. Во второй пластине 1 или заменяющей ее плате контролера клавиатуры проделано сквозное плоское отверстие 24 для пропускания части пакета пленочных слоев 11, 3, 9, 4, 11, заканчивающихся ламелями 8 столбцов (строк) клавиш. Ламели 8 строк и столбцов клавиш в пакете пленочных слоев 11, 3, 9, 4, 11 направлены навстречу друг-другу. Это обуславливает расположение входных контактов 2 второй пластины 1 (платы контроллера клавиатуры) на нижней и верхней поверхностях этой платы. Возможна реализация соединителя 14 без использования части второй пластины 1, при этом входные контакты 2 располагаются на самостоятельном, отдельном фрагменте платы, который входит в состав соединителя 14. При этом входные контакты 2 соединяются с входами второй пластины 1 (платы контроллера клавиатуры) при помощи навесных проводников.

Пленочные слои столбцов клавиш 3 и строк клавиш 4 изготавливаются, как правило, из лавсановой пленки, на которую методами напыления металлов в вакууме или методами офсетной печати наносятся контакты клавиш столбцов 5 (строк 6), проводники 7 и выходные ламели 8 столбцов (строк) клавиш. Материалами для печати служат клеевые проводящие составы на основе серебра или алюминия. Перфорированный разделительный пленочный слой 9 и два сплошных защитных пленочных слоя 11 изготавливаются из двустороннего клеющего лавсанового скотча, например, марки Ccotch TM 467 Hi Performance Adhesive, фирма Klimm, Германия. Перфорация отверстий 10 в перфорированном разделительном пленочном слое 9 может быть осуществлена на специальном штампе или при помощи ручного инструмента.

Пленочная клавиатура работает следующим образом. При нажатии на колпачок кнопки 20 с изображение символа или надписи нажимной шток 21 передает усилие нажатия на пружину 22 и сжимает ее до тех пор, пока верхняя внутренняя выпуклая часть пружины 22 начинает давить на сплошной защитный пленочный слой 11, который прогибается и прогибает пленочный слой столбцов клавиш 3 вовнутрь круглого отверстия 10 в перфорированном разделительном слое 9. При достижении величиной прогиба толщины перфорированного разделительного слоя 9 контакт клавиши столбца 5 достигает контакта клавиши строки 6, и эти контакты замыкаются между собой. Контроллер клавиатуры имеет два порта - входной и выходной. Входной порт подключен через соответствующий соединитель 14 к ламелям 8 пленочного слоя строк клавиш 4, а выходной порт подключен через другой соединитель 14 к ламелям 8 пленочного слоя столбцов клавиш 3. Кроме этого, строки клавиш подключены через резисторы к источнику питания +5В. Контроллер клавиатуры устанавливает через выходной порт на каждом столбце клавиш поочередно уровень напряжения, соответствующий логическому нулю, и при этом по входному порту контроллер проверяет наличие логического нуля на каждой строке клавиш. Если клавиши не нажаты, то на всех строках клавиш контролер обнаруживает уровень логической единицы (так как все строки подключены к источнику питания +5В через резисторы). При наличии нажатой клавиши, то-есть замыкании между собой контактов клавиш столбца 5 и строки 6, на соответствующей строке клавиш возникает уровень напряжения, соответствующий логическому нулю. Это событие обрабатывается контроллером клавиатуры и посылается запрос на прерывание и код клавиши в компьютер. Аналогичные события происходят при отпускании оператором клавиши. Код клавиши называется ее скан-кодом, так как контроллер сканирует множество контактов 5, 6 в поисках нажатой клавиши. Скан-коды клавиш преобразуются модулями BIOS компьютера в ASCII - код. Таким образом работа пленочной клавиатуры на уровне работы электронной схемы, прерываний и взаимодействия с компьютером не отличается от работы стандартной клавиатуры IBM PC XT/AT.

Особенности конструкции, заключающиеся в количестве и взаимном объединении пленочных слоев 11, 3, 9, 4, 11 и реализации соединителей 14 позволяют выполнят все стандартные функции универсальной IBM PC XT/AT клавиатуры в тяжелых условиях эксплуатации: при пониженном давлении окружающей среды и повышенной влажности, вплоть до работы в водной среде.

Пленочная клавиатура относится к периферийным устройствам электронных вычислительных машин, она может быть использована в суровых климатических условиях и при аватранспортировании при 30 мм рт.ст. Клавиатура содержит ряд пленочных слоев, слои полностью склеены между собой. Два наружных защитных пленочных слоя и две пластины, между которыми зажаты все пленочные слои, позволяют клавиатуре работать при пониженном давлении. Соединители ламелей пленочных слоев и пластины клавиатуры имеют герметичную конструкцию. Резиновые прокладки и совместная лакировка этих прокладок и части платы позволяют достигать технического результата, заключающегося в том, что клавиатуру можно применять при повышенной влажности окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пленочная клавиатура, содержащая корпус, первую и вторую пластины, два пленочных слоя, один из которых является пленочным слоем строк клавиш, а другой - пленочным слоем столбцов клавиш, на одну поверхность пленочного слоя нанесены контакты клавиш столбцов, на другую - контакты клавиш строк, проводники соединяют контакты клавиш столбцов с выходными ламелями столбцов клавиш и контакты клавиш строк - с выходными ламелями строк клавиш, два пленочных слоя склеены через перфорированный разделительный пленочный слой, нажимные механизмы закреплены на первой пластине и выполнены с возможностью прогиба пленочных слоев, отличающаяся тем, что на вторую поверхность каждого из пленочных слоев наклеен защитный пленочный слой, два пленочных слоя и два защитных слоя зажаты между первой и второй пластинами, входные контакты второй пластины соединены с выходными ламелями пленочных слоев при помощи соответствующих соединителей, причем защитные пленочные слои выполнены сплошными и упругими. 2. Клавиатура по п.1, отличающаяся тем, что каждый соединитель содержит параллельно расположенные и стянутые между собой третью пластину, часть второй пластины, на которой располагаются входные контакты, повторяющие по форме и расположению ламели пленочных слоев, ламели пленочных слоев, слой резины, наклеенный на четвертую пластину, при этом соединитель по периметру совместно с частью второй пластины покрыты лаком.