КЛАВИАТУРА Российский патент 2010 года по МПК H01H13/70 G06F3/02 

Изобретение относится к клавиатурам, вспомогательным клавиатурам и подобным устройствам, а более конкретно к переключателю для контактной основной или вспомогательной клавиатуры, предназначенной для использования, например, с персональным компьютером или аналогичным устройством.

Как правило, клавиатура для компьютера содержит переключатели, соединенные с микропроцессором, который контролирует состояние каждого из них и инициирует специфическую реакцию на изменение этого состояния.

В типичной клавиатуре имеется матрица клавиш, содержащая расположенную под клавишами сетку из электрических цепей, каждая из которых разомкнута в точке под соответствующей клавишей. При нажатии на клавишу разрыв устраняется, цепь замыкается и по ней проходит небольшой ток. Процессор контролирует матрицу клавиш на предмет отсутствия разрывов в любой цепи в сетке. Когда он находит цепь, которая замкнута, он сравнивает место этой цепи в матрице клавиш с таблицей символов, хранящейся в его постоянном запоминающем устройстве. Таблица символов по сути представляет собой сопоставительную диаграмму для процессора, указывающую ему, что представляет собой клавиша с координатами х, y в матрице клавиш.

Клавиатура содержит переключатели, которые вызывают изменение тока, текущего через цепи в клавиатуре. При нажатии клавиши, расположенной напротив соответствующей цепи, обычно происходит небольшая вибрация поверхностей, известная как дребезг. Процессор в клавиатуре распознает, что это очень быстрое включение и выключение не вызвано повторным нажатием клавиши, и отфильтровывает такие небольшие колебания из сигнала, расценивая эти изменения состояния как единичное нажатие на клавишу.

В клавиатурах используется множество различных конструкций переключателей, хотя интересно отметить, что при печатании на клавиатуре пользователь обычно предпочитает иметь некоторую звуковую и тактильную реакцию. Эти различные конструкции включают: механическую с резиновыми куполовидными элементами, немеханическую емкостную, механическую с металлическими контактами, механическую мембранную и механическую с пористым элементом.

Вероятно, самой популярной конструкцией переключателей из используемых сегодня является конструкция с резиновым куполовидным элементом. В такой клавиатуре каждая клавиша установлена на небольшом гибком резиновом куполовидном элементе, в центре которого находится твердый углеродный участок.

При нажатии клавиши расположенный в ее нижней части плунжер нажимает на куполовидный элемент, при этом его центральный углеродный участок перемещается вниз до тех пор, пока не прижмется к твердой плоской поверхности под матрицей клавиш. Пока клавиша нажата, центральный углеродный участок замыкает цепь в этой части матрицы. Когда клавишу отпускают, резиновый куполовидный элемент восстанавливает исходную форму, заставляя клавишу возвратиться в основное положение.

Клавиатура с переключателями на резиновых куполовидных элементах является недорогой, имеет относительно хорошую тактильную реакцию и хорошо защищена от пролитой жидкости и от коррозии благодаря резиновому слою, покрывающему матрицу клавиш. Мембранные переключатели по работе очень похожи на клавиатуру с резиновыми куполовидными элементами. Однако в мембранной клавиатуре нет отдельных клавиш; она состоит из одного резинового листа с выпуклостями для каждой клавиши и часто применяется в устройствах, предназначенных для использования в промышленности или для работы в экстремальных условиях. Однако поскольку такие клавиатуры не имеют тактильной реакции или имеют очень слабую тактильную реакцию и ими трудно манипулировать, они редко применяются в обычных компьютерных системах. Кроме того, мембрану нельзя использовать, даже когда вышла из стоя только одна выпуклость, а форма для изготовления каждой мембраны является уникальной для данной конструкции клавиатуры.

Ранее было предложено делать водонепроницаемой вспомогательную клавиатуру, предназначенную для управления станками, путем зажима эластомерной подушки по периферии между верхним и нижним кожухами клавиатуры. Однако такие клавиатуры не реагируют на прикосновение и не рассчитаны на это, и кроме того, не было описано или предложено, как такие конструкции можно применить на практике в намного больших по площади и по объему клавиатурах контактного типа.

Хотя, как указано выше, клавиатуры с переключателями, имеющими куполовидные элементы, сравнительно защищены от пролитой жидкости и от коррозии благодаря резиновому слою, закрывающему матрицу клавиш, они не являются водонепроницаемыми, и если жидкость попадет в клавиатуру, она выйдет из строя из-за короткого замыкания. Тем не менее клавиатура с резиновыми куполовидными элементами остается одним из самых распространенных типов клавиатур благодаря сравнительно хорошей тактильной реакции.

В попытке создать водонепроницаемую клавиатуру с переключателями на куполовидных элементах было предложено несколько устройств. Однако эти устройства как правило имеют сложную конструкцию, дороги в изготовлении и все же не являются полностью водонепроницаемыми, т.е. жидкость все же может попасть в клавиатуру и вызвать короткое замыкание.

Например, в устройстве согласно патенту США №4705925 используются отдельные куполовидные элементы. Каждый из них закреплен в корпусе клавишного колпачка для облегчения работы и сборки. Основание каждого куполовидного элемента в устройстве прижато к мембране, чтобы не допустить попадания пыли, но из-за этой меры клавиши хуже чувствуются в связи с давлением воздуха в куполовидном элементе. Во всяком случае такое уплотнение не делает клавиатуру водонепроницаемой. В патенте США №4021630 описан переключатель для управления хирургическим ножом, в котором куполовидный элемент зажат между корпусом и мембраной для создания водонепроницаемого уплотнения, но он не предназначен реагировать на прикосновение и не может быть использован в компьютерной клавиатуре или аналогичном устройстве.

Поэтому целью настоящего изобретения является создание переключателя для клавиатуры, который является полностью водонепроницаемым, но имеет сравнительно простую конструкцию и недорог в изготовлении.

Согласно первому аспекту изобретения предложен переключатель, содержащий в общем трубчатый корпус и расположенный в нем куполовидный элемент, который имеет кольцевое ребро, отходящее от его основания, и может упруго деформироваться при работе, причем указанный корпус имеет внутренний кольцевой паз для размещения кольцевого ребра куполовидного элемента и множество отдельных лепестков, которые расположены по окружности вокруг конца корпуса и могут перемещаться из открытой конфигурации, в которой куполовидный элемент можно вставить в указанный корпус, в герметичную конфигурацию, в которой они по существу закрывают основание куполовидного элемента, зажимая его кольцевое ребро в кольцевом пазу, и создают непроницаемое для жидкости уплотнение между корпусом и куполовидным элементом.

Согласно второму аспекту изобретения предложен переключатель, содержащий в общем трубчатый корпус и расположенный в нем куполовидный элемент, который имеет кольцевое ребро, отходящее от его основания, и может упруго деформироваться при работе, причем указанный корпус имеет внутренний кольцевой паз для размещения кольцевого ребра куполовидного элемента и зажимные средства, которые могут перемещаться из открытой конфигурации, в которой куполовидный элемент можно вставить в корпус, в герметичную конфигурацию, в которой они по существу закрывают основание куполовидного элемента, зажимая его кольцевое ребро в указанном кольцевом пазу, и создают непроницаемое для жидкости уплотнение между корпусом и куполовидным элементом, при этом по меньшей мере часть куполовидного элемента расположена в указанном корпусе с достаточным зазором, так что когда этот элемент деформируется во время работы, он не контактирует с внутренней стенкой корпуса.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения лепестки расположены по существу по всей окружности конца корпуса и могут претерпевать остаточную деформацию при переходе из открытой конфигурации в герметичную конфигурацию с образованием кольцевого фланца, закрывающего основание куполовидного элемента. Такая деформация может осуществляться с помощью нагрева и/или за счет приложения силы. Предпочтительно, чтобы в герметичной конфигурации лепестки были расположены по существу под прямым углом к продольной боковой стенке корпуса и по существу заподлицо с его концом, так что для достижения желательного контакта не требуется чрезмерная деформация части куполовидного элемента.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения корпус внутри имеет более широкую часть для размещения куполовидного элемента и более узкую часть, проходящую к отверстию, в котором с возможностью скольжения установлен клавишный колпачок, который при работе может выборочно деформировать и отпускать куполовидный элемент. В более узкой части корпуса предпочтительно имеется одно или несколько отверстий или щелей, позволяющих выйти наружу влаге, которая попала в корпус ниже клавишного колпачка. Целесообразно, чтобы кольцевой паз имел относительно острый край, соответствующий переходу между кольцевым ребром и остальной частью куполовидного элемента.

Изобретение также относится к клавиатуре, содержащей множество переключателей, выполненных согласно первому и/или второму аспектам изобретения. В этом случае клавиатура предпочтительно содержит плату, определяющую множество таких переключателей, соединенных друг с другом или выполненных как одно целое.

Согласно третьему аспекту изобретения предложен куполовидный элемент для использования в переключателе, упругодеформируемый при работе и имеющий отходящее от его основания кольцевое ребро, толщина которого больше толщины боковой стенки куполовидного элемента, причем в общем V-образный паз определяет переход между кольцевым ребром и боковой стенкой куполовидного элемента.

Предпочтительно, чтобы край кольцевого паза корпуса был расположен в V-образном пазу куполовидного элемента, в его верхней части, чтобы облегчить создание непроницаемого для жидкости уплотнения в этой верхней части и создание непроницаемого для жидкости уплотнения между корпусом и куполовидным элементом.

Первый аспект изобретения распространяется также на способ изготовления переключателя, включающий обеспечение наличия в общем трубчатого корпуса, обеспечение наличия куполовидного элемента, который имеет кольцевое ребро, отходящее от его основания в указанном корпусе, и может упруго деформироваться при работе, причем корпус имеет внутренний кольцевой паз для размещения кольцевого ребра куполовидного элемента и множество отдельных лепестков, расположенных по окружности вокруг конца корпуса, а способ дополнительно включает перемещение указанных лепестков из открытой конфигурации, в которой куполовидный элемент вводят в указанный корпус, в герметичную конфигурацию, в которой лепестки по существу закрывают основание куполовидного элемента, зажимая его кольцевое ребро в указанном кольцевом пазу, и создают непроницаемое для жидкости уплотнение между корпусом и куполовидным элементом.

Второй аспект изобретения распространяется на способ изготовления переключателя, включающий обеспечение наличия в общем трубчатого корпуса, обеспечение наличия куполовидного элемента, который имеет кольцевое ребро, отходящее от его основания в указанном корпусе, и может упруго деформироваться при работе, причем корпус имеет внутренний кольцевой паз для размещения кольцевого ребра куполовидного элемента и зажимные средства, а способ дополнительно включает перемещение указанных зажимных средств из открытой конфигурации, в которой куполовидный элемент вводят в указанный корпус, в герметичную конфигурацию, в которой они по существу закрывают основание куполовидного элемента, зажимая его кольцевое ребро в указанном кольцевом пазу, и создают непроницаемое для жидкости уплотнение между корпусом и куполовидным элементом, причем по меньшей мере часть куполовидного элемента располагают в указанном корпусе с достаточным зазором, так что когда этот элемент деформируется при работе, он не контактирует с внутренней стенкой корпуса.

Эти и другие аспекты изобретения станут понятны из описания варианта его осуществления.

Ниже в качестве примера описан вариант осуществления изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, где:

на фиг.1 показан вид спереди корпуса переключателя согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг.2 показан вид сверху корпуса переключателя, изображенного на фиг.1;

на фиг.3 показан вид сверху переключателя согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг.4 схематично показан разрез корпуса переключателя, изображенного на фиг.1;

на фиг.5 схематично показан разрез переключателя, изображенного на фиг.3;

на фиг.6 схематично показан разрез куполовидного элемента, используемого в переключателе согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг.7 показан разрез переключателя согласно варианту осуществления изобретения и клавишного колпачка и

на фиг.8 показан в перспективе частичный вид верхней поверхности верхнего кожуха клавиатуры согласно варианту осуществления изобретения, где видно отверстие в боковой стенке узкой части корпуса.

На фиг.1, 2 и 4 показан переключатель согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления изобретения, который содержит в общем трубчатый корпус 10 из твердой пластмассы. Вокруг конца корпуса 10 по окружности, друг рядом с другом, расположено множество отдельных лепестков 12. Корпус 10 определяет канал 14, имеющий более широкую часть 16, в общем имеющую форму чаши, для размещения резинового куполовидного элемента и более узкую часть 18. Внутри широкой части 16 корпуса имеется кольцевой паз 20 с относительно острым краем 22.

На фиг.3 и 5 показано, что куполовидный резиновый элемент 24 вставлен во время сборки в широкую часть 16 канала 14 в корпусе. На фиг.6 показано, что куполовидный элемент 24 имеет кольцевое ребро 26, расположенное вокруг его основания. Толщина ребра 26 больше толщины остальной части куполовидного элемента 24. По существу по центру на верхней, внутренней поверхности куполовидного элемента 24 расположен контактный элемент 28.

Как видно на фиг.3 и 5, когда куполовидный элемент 24 правильно вставлен в корпус 10, кольцевое ребро 26 размещается в кольцевом пазу 20 корпуса 10, причем острый край 22 находится в месте перехода между ребром 26 и остальной частью куполовидного элемента 24. Затем к лепесткам 12 прикладывается направленная вниз сила, заставляя их "сложиться" вниз на основание куполовидного элемента 24 так, что они располагаются по существу под прямым углом к продольной боковой стенке корпуса 10 и по существу заподлицо с его краевой частью 29. Как вариант, лепестки 12 можно нагреть, чтобы они по меньшей мере частично размягчились и сплавились друг с другом, образуя единый, по существу цельный фланец, полностью закрывающий кольцевое ребро 26 в основании куполовидного элемента 24 с образованием непроницаемого для жидкости уплотнения между ним и корпусом 10.

На конце корпуса 10, противоположном тому, на котором есть лепестки 12, выполнено отверстие 30, в которое вставлен с возможностью скольжения стержень 32 клавишного колпачка 34, соединенный с верхней поверхностью куполовидного элемента 24. Как показано на фиг.8, предпочтительно имеется одно или несколько отверстий 36 или щелей для выхода влаги, проникшей в корпус ниже клавишного колпачка 34.

При работе, когда пользователь нажимает на клавишу, стержень 32 толкает вниз куполовидный элемент 24, при этом куполовидный элемент 24 деформируется и контактный элемент 28 перемещается вниз, замыкая соответствующую электрическую цепь. Когда клавишу отпускают, куполовидный элемент 24 возвращается в исходную конфигурацию и электрическая цепь размыкается. Для увеличения срока службы куполовидного элемента и обеспечения его правильной работы широкая часть 16 канала 14, образующая гнездо для куполовидного элемента 24, имеет такую форму, что этот элемент 24 размещен в гнезде с достаточным зазором и во время работы, когда он деформируется, он не контактирует с внутренней стенкой корпуса 10.

Клавиатура (не показана), в которой используются такие переключатели, содержит единую плату, в которой в желательной конфигурации интегрально сформировано множество корпусов. В каждом корпусе размещают куполовидный элемент, а соответствующие лепестки деформируют, чтобы получить непроницаемое для жидкости уплотнение между корпусом и соответствующим куполовидным элементом. Затем плату устанавливают в верхней и нижней частях кожуха вместе с матрицей клавиш, а соответствующие клавишные колпачки вставляют в отверстия в корпусах, завершая сборку клавиатуры. Непроницаемое для жидкости уплотнение получается по всей периферии между верхней и нижней частями кожуха. В нижней части кожуха может находиться отделение для батарей, которое предпочтительно тоже имеет непроницаемое для жидкости уплотнение.

Описанный выше вариант осуществления изобретения лишь иллюстрирует, но не ограничивает его, и специалисты в данной области техники могут разработать множество альтернативных вариантов осуществления изобретения в пределах его объема, определяемого формулой изобретения. В пунктах формулы указанные в скобках знаки не должны рассматриваться как ограничивающие формулу изобретения. Слова "содержащий", "содержит" и т.п. не исключают наличия других элементов или операций, помимо перечисленных в любом пункте формулы изобретения или в описании в целом. Ссылка на один элемент не исключает ссылку на множество таких элементов, и наоборот. В относящемся к устройству пункте формулы, в котором перечислено несколько средств, эти средства могут быть образованы одними и теми же элементами. Тот факт, что некоторые признаки указаны в разных зависимых пунктах формулы, не означает, что не может успешно использоваться комбинация этих признаков.

Переключатель содержит в общем трубчатый корпус (10) из твердой пластмассы, вокруг конца которого расположены по окружности друг рядом с другом множество отдельных лепестков (12). В корпусе (10) выполнено гнездо (16) для резинового куполовидного элемента (24), в основании которого имеется кольцевое ребро (26). Гнездо (16) имеет кольцевой паз (20) с относительно острым краем (22), предназначенный для размещения кольцевого ребра (26) куполовидного элемента (24). Когда куполовидный элемент (24) правильно вставлен в гнездо (16), на лепестки (12) действует направленная вниз сила, заставляя их "сложиться" вниз на основание куполовидного элемента (24) так, что они располагаются по существу под прямым углом к продольной боковой стенке корпуса (10) и по существу заподлицо с его краевой частью (29). Как вариант, лепестки (12) можно нагреть, чтобы они по меньшей мере частично размягчились и сплавились между собой с образованием единого по существу цельного фланца, полностью закрывающего кольцевое ребро (26) в основании куполовидного элемента (24), и создали непроницаемое для жидкости уплотнение между корпусом (10) и куполовидным элементом (24). На конце корпуса (10), противоположного тому, на котором находятся лепестки (12), имеется отверстие (30), в которое вставлен с возможностью скольжения стержень (32) клавишного колпачка (34). Форма гнезда (16) для куполовидного элемента (24) такова, что имеется достаточный зазор, так что когда куполовидный элемент деформируется при работе, он не контактирует с внутренней стенкой корпуса (10). Технический результат - повышение надежности работы клавиатуры, упрощение конструкции и снижение стоимости. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Переключатель, содержащий в общем трубчатый корпус и куполовидный элемент, имеющий кольцевое ребро, отходящее от его основания, причем куполовидный элемент расположен в указанном корпусе и может упруго деформироваться при работе, корпус имеет внутренний кольцевой паз для размещения кольцевого ребра куполовидного элемента и множество отдельных лепестков, которые расположены по окружности вокруг конца корпуса и могут перемещаться из открытой конфигурации, в которой куполовидный элемент можно вставить в указанный корпус, в герметичную конфигурацию, в которой они, по существу, закрывают основание куполовидного элемента в указанном кольцевом пазу, и создают не проницаемое для жидкости уплотнение между корпусом и куполовидным элементом.

2. Переключатель по п.1, в котором по меньшей мере часть куполовидного элемента расположена в указанном корпусе с достаточным зазором, так что когда куполовидный элемент деформируется во время работы, он не контактирует с внутренней стенкой корпуса.

3. Переключатель по п.1, в котором указанные лепестки предусмотрены, по существу, по всей окружности конца корпуса.

4. Переключатель по п.1, в котором указанные лепестки, по существу, могут претерпевать остаточную деформацию при переходе из открытой конфигурации в герметичную конфигурацию с образованием кольцевого фланца, закрывающего основание куполовидного элемента.

5. Переключатель по п.4, в котором деформация лепестков осуществляется с помощью нагрева и/или приложения силы.

6. Переключатель по п.1, в котором в герметичной конфигурации лепестки расположены, по существу, под прямым углом к продольной боковой стенке корпуса и, по существу, заподлицо с его концом.

7. Переключатель по п.1, в котором корпус внутри имеет более широкую часть для размещения куполовидного элемента и более узкую часть, проходящую к отверстию, в котором с возможностью скольжения установлен клавишный колпачок, который при работе может выборочно деформировать и отпускать куполовидный элемент.

8. Переключатель по п.7, в котором в боковой стенке более узкой части корпуса выполнено одно или несколько отверстий.

9. Переключатель по п.1, в котором толщина куполовидного элемента больше толщины боковых стенок указанного куполовидного элемента, переход между указанным кольцевым ребром и указанными боковыми стенками куполовидного элемента образован V-образным пазом, причем край указанного кольцевого паза указанного корпуса расположен в указанном V-образном пазу куполовидного элемента в его верхней части.

10. Клавиатура, содержащая множество переключателей по любому из пп.1-8.

11. Клавиатура по п.10, содержащая плату, определяющую множество таких переключателей, соединенных друг с другом или выполненных как одно целое.

12. Клавиатура, содержащая множество переключателей по п.9.

13. Способ изготовления переключателя, включающий обеспечение наличия в общем трубчатого корпуса, обеспечение наличия куполовидного элемента, имеющего кольцевое ребро, отходящее от его основания в указанном корпусе, причем куполовидный элемент при работе может упруго деформироваться, корпус имеет внутренний кольцевой паз для размещения кольцевого ребра куполовидного элемента и множество отдельных лепестков, расположенных по окружности вокруг конца корпуса, а способ дополнительно включает перемещение указанных лепестков из открытой конфигурации, в которой куполовидный элемент вводят в указанный корпус, в герметичную конфигурацию, в которой лепестки, по существу, закрывают основание куполовидного элемента в указанном кольцевом пазу и создают не проницаемое для жидкости уплотнение между корпусом и куполовидным элементом.