DE112013005212B4

DE112013005212B4 - Tastenmechanismen mit geringer Verfahrstrecke unter Verwendung von Schmetterlingsscharnieren

Info

Publication number: DE112013005212B4
Application number: DE112013005212.1T
Authority: DE
Inventors: Craig C. Leong; James J. NIU; John M. Brock; Keith J. Hendren; Thomas W. Wilson jun.; Bruce E. Berg
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: TW201430891A; CN104769529A; US20170004937A1; JP2015535132A; CN104769529B; WO2014070508A1; CN203588895U; JP5954607B2; US20140116865A1; US9761389B2; US9449772B2; TWI557763B; HK1211717A1; DE112013005212T5

Abstract

Ein Tastenmechanismus kann ein oder mehrere Schmetterlingsscharniere einschließen. Jedes Schmetterlingsscharnier schließt eine Doppelflügelgestaltung ein, die in der Lage ist, sich zwischen einer gedrückten Position und einer nicht gedrückten Position zu bewegen. Scharnierkoppelmechanismen koppeln jeweilige Arme der Flügel miteinander.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein elektronische Vorrichtungen und genauer Eingabevorrichtungen für elektronische Vorrichtungen.
Hintergrund
Viele elektronische Vorrichtungen schließen typischerweise eine oder mehrere Eingabevorrichtungen, wie Tastaturen, Touchpads, Mäuse oder Touchscreens ein, um es dem Benutzer zu ermöglichen, mit der Vorrichtung zu interagieren. Diese Vorrichtungen können in eine elektronische Vorrichtung integriert werden oder separate eigenständige Vorrichtungen sein, die Signale entweder über eine kabelgebundene oder kabellose Verbindung an eine andere Vorrichtung übermitteln können. Zum Beispiel kann eine Tastatur in das Gehäuse eines Lap- top-Computers integriert sein oder ein eigenes Gehäuse besitzen.
US 2012/0228107 A1 offenbart einen Druckknopfschalter mit einem Paar fester Kontakte, einem betätigbaren Element, das gedrückt werden kann, einem Betätigungselement, das elastisch verformbar ist, wenn das betätigbare Element gedrückt wird, einem bewegbaren Kontakt, der das Paar fester Kontakte aufgrund der elastischen Deformation des Betätigungselements kurzschließt, und ein Beschränkungsteil zum Beschränken einer Richtung,in der sich das betätigbare Element bewegt, und um das betätigbare Element in einer festen Ausrichtung zu bewegen. Das Beschränkungsteil umfasst ein Paar Verbindunggselemente, die durch ineinandergreifende Vorsprünge ähnlich wie bei einem Zahnrad miteinander gekoppelt sind.
US 5,828,015 beschreibt eine leichtgewichtige Tastatur mit niedrigem Profil für tragbare elektronische Vorrichtungen, wie Notebook-Computer, mit einer dualen Scherenbewegung des Tastenmechanismus, wobei zwei Scherenelemente vorgesehen sind, bei denen jeweils zwei Arme durch eine Art Biegescharnier miteinander gekoppelt sind.
Es ist oftmals wünschenswert, die Größe elektronischer Vorrichtungen zu reduzieren und die Bearbeitungskosten und Herstellungszeit solcher Vorrichtungen zu minimieren. Zum Beispiel können Laptops so klein und leicht wie möglich gestaltet werden, Eingabevorrichtungen wie eine Tastatur können jedoch relativ große Abschnitte des verfügbaren Innenraums einnehmen. Eine Möglichkeit, die Gestaltungsbeschränkungen einer Tastatur zu mildern, liegt darin, den vertikalen z-Lagenaufbau von Tastenmechanismen zu minimieren. Dementsprechend besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Gestaltung von Tastenmechanismen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Größe der Tastatur zu reduzieren und die Herstellungskosten und -zeit zu minimieren.
Kurzfassung
Die obengenannte Aufgabe wird durch einen Tastenmechanismus gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist für den Tastenmechanismus ein Schmetterlingsscharnier vorgesehen. Der Tastenmechanismus mit Schmetterlingsscharnier ermöglicht bemerkenswert kurze Verfahrstrecken mit einer gewünschten taktilen Rückmeldung. Der Tastenmechanismus verwendet eine Doppelflügelgestaltung, die in der Lage ist, sich zwischen einer gedrückten Position und einer nicht gedrückten Position zu bewegen.
Der Tastenmechanismus schließt eineTastenkappen-Baugruppe, eine Stützstruktur und ein Schmetterlingsscharnier ein, das zwei separate Flügel einschließt, die einander benachbart positioniert sind, sodass zwischen den zwei Flügeln eine Kavität zur Aufnahme eines Schalters gebildet wird. Die Flügel sind durch einen Koppelmechanismus, der aus einem biegsamen, nachgiebigen Material besteht, aneinandergekoppelt. Jeder Flügel schließt ein Paar Drehstifte und ein Paar Tastenkappen-Baugruppen-Stifte ein, wobei die Drehstifte drehbar mit der Stützstruktur gekoppelt sind und die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte mit der Tastenkappen-Baugruppe gekoppelt sind. Zusätzlich kann ein Schalter, wie ein Kuppelschalter, innerhalb der Kavität zwischen der Tastenkappen-Baugruppe und der Stützstruktur befestigt sein. Der Schalter ist in der Lage, die Tastenkappen-Baugruppe in einer ersten Position unter Vorspannung zu halten. Zum Beispiel kann der Schalter die Tastenkappen-Baugruppe nach oben vorspannen, wenn der Tastenmechanismus keinem Tastenanschlagereignis unterliegt.
Figurenliste
Die vorstehenden und weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden bei Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen durchgehend gleiche Teile bezeichnen, wobei die Ausführungsformen der 6 bis 30C sowie 32A bis 33B nicht zur Erfindung gehören und nur zur Erläuterung technischer Gegebenheiten dienen, und in denen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Rechenvorrichtung mit einer darin ausgebildeten Tastatur gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Tastatur gemäß einer Ausführungsform zeigt;
3 eine allgemeine und veranschaulichende Explosionsansicht eines Tastenmechanismus gemäß einer Ausführungsform zeigt;
4A bis 4B jeweilige veranschaulichende Teilquerschnittansichten eines Tastenmechanismus in einer nicht gedrückten Position und einer gedrückten Position gemäß einer Ausführungsform zeigen;
5A bis 5C veranschaulichende Ansichten eines Schmetterlingsscharniers gemäß einer Ausführungsform zeigen;
6 eine veranschaulichende Draufsicht eines Tastenmechanismus zeigt, der nicht unter die Erfindung fällt;
7 eine veranschaulichende Explosionsansicht des Tastenmechanismus von 6 zeigt;
8 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht einer Tastenkappen-Baugruppe zeigt;
9 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht einer Elektronikpackung zeigt;
10 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht einer Tastenkappen-Baugruppe und einer Elektronikpackung zeigt;
11 eine veranschaulichende Draufsicht eines Schmetterlingsscharniers zeigt;
12 eine veranschaulichende Draufsicht einer Stützstruktur zeigt;
13 eine veranschaulichende Draufsicht eines mit einer Stützstruktur gekoppelten Schmetterlingsscharniers zeigt;
14A eine veranschaulichende Draufsicht einer alternativen Stützstruktur zeigt;
14B eine veranschaulichende Draufsicht noch einer weiteren alternativen Stützstruktur zeigt;
15 bis 16 veranschaulichende Querschnittansichten eines Tastenmechanismus zeigen;
17 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht eines weiteren Tastenmechanismus zeigt;
18 eine veranschaulichende Querschnittansicht des Tastenmechanismus von 17 zeigt;
19 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht eines Schmetterlingsscharniers und einer Stützstruktur zeigt;
20 eine veranschaulichende Explosionsansicht eines Tastenmechanismus zeigt;
21 eine veranschaulichende Draufsicht eines Schmetterlingsscharniers zeigt;
22 eine veranschaulichende Draufsicht eines mit einer Trägerstruktur gekoppelten Schmetterlingsscharniers zeigt;
23 eine veranschaulichende Unteransicht eines mit einer Trägerstruktur gekoppelten Schmetterlingsscharniers zeigt;
24 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht eines Tastenmechanismus zeigt;
25 eine veranschaulichende Querschnittansicht eines Tastenmechanismus zeigt;
26 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht eines Tastenmechanismus zeigt;
27 eine veranschaulichende Querschnittansicht eines Tastenmechanismus zeigt;
28 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht einer mit einer Stützstruktur gekoppelten Trägerstruktur zeigt;
29A bis 29B veranschaulichende Ansichten eines Schmetterlingsscharniers zeigen;
30A bis 30C veranschaulichende Ansichten eines Schmetterlingsscharniers zeigen;
31A bis 31C veranschaulichende Ansichten eines Schmetterlingsscharniers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen;
32A bis 32C veranschaulichende Ansichten eines Schmetterlingsscharniers; und
33A bis 33B veranschaulichende Ansichten eines Schmetterlingsscharniers zeigen.

Detaillierte Beschreibung
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen stellen einen Tastenmechanismus für eine Eingabevorrichtung, wie eine Tastatur, bereit, die ein Schmetterlingsscharnier einschließt. Der Tastenmechanismus mit Schmetterlingsscharnier kann bemerkenswert kurze Verfahrstrecken mit einer gewünschten taktilen Rückmeldung ermöglichen. Zum Beispiel kann ein Tastenmechanismus mit Schmetterlingsscharnier Tastenhübe im Bereich zwischen 0,1 mm bis 2,0 mm ermöglichen, und in manchen Ausführungsformen kann der Tastenhub 0,5 mm oder 0,75 mm betragen. Der Tastenmechanismus verwendet eine Doppelflügelgestaltung, die in der Lage ist, sich zwischen einer gedrückten Position und einer nicht gedrückten Position zu bewegen. Entsprechende Arme des Schmetterlingsscharniers sind durch einen Koppelmechanismus miteinander gekoppelt. Bei dem Koppelmechanismus kann es sich zum Beispiel um ein flexibles oder Biegescharnier handeln. Die Flügel des Schmetterlingsscharniers sind unabhängig gelenkig gelagert, wobei jeder Flügel in der Lage ist, sich während eines Tastenanschlags des Tastenmechanismus um seine eigene Drehachse zu drehen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Rechenvorrichtung 10 mit einer darin aufgenommenen Tastatur 12. Bei der Rechenvorrichtung 10 kann es sich um jede geeignete Rechenvorrichtung handeln, wie zum Beispiel einen Laptop-Computer, einen Desktop-Computer, ein Telefon, ein Smartphone oder eine Spielvorrichtung. Die Tastatur kann integral innerhalb der Rechenvorrichtung 10 ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann eine Tastatur gemäß einer Ausführungsform von der Rechenvorrichtung getrennt und eine abgeschlossene eigenständige Vorrichtung sein. Zum Beispiel kann es sich bei einer Tastatur um eine Kommunikationsschnittstelle, wie zum Beispiel eine kabelgebundene Tastatur oder eine kabellose Tastatur, handeln, die Daten an eine und von einer Rechenvorrichtung übermitteln kann.
2 zeigt eine veranschaulichende perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Tastatur 10 (als Element 12 gezeigt), der eine Taste 14 einschließt. 2 zeigt zudem einen Lagenaufbau eines Stegs 30 und einer Stützstruktur 70. Bei dem Steg 30 kann es sich um eine Skelettstruktur handeln, die jede Taste der Tastatur 10 umgibt und der Tastatur 10 strukturelle und ästhetische Eigenschaften verleiht. Der Steg 30 kann an der Stützstruktur 70 unter Verwendung jedes geeignetes Ansatzes befestigt sein, wie zum Beispiel durch Haftmittel, Klebstoff, Schweißen, Stifte, Grenzflächenpassung oder jede Kombination davon. Die Stützstruktur 70 kann die Plattform für innerhalb einer Tastatur enthaltene Komponenten bereitstellen. Die Stützstruktur 70 wird manchmal als „Feature Plate“ bezeichnet. Wie hierin definiert, kann die Stützstruktur 70 jede Kombination von Feature Plate, Leiterplatte und Haltemechanismen zur Verwendung in verschiedenen Ausführungsformen von Tastaturmechanismen einschließen.
Tastenmechanismen gemäß verschiedenen hierin erläuterten Ausführungsformen stellen eine bemerkenswert kurze Tastenhub-Verfahrstrecke bereit, während ein gewünschtes taktisches Gefühl während der Lebensdauer der Tastatur aufrechterhalten wird. Ein Verringern der Tastenanschlagstrecke ermöglicht es, die Tastatur 10 dünner zu bauen als derzeitige Tastaturen. Zum Beispiel können Tastenmechanismen gemäß verschiedenen hierin erläuterten Ausführungsformen Tastenhübe im Bereich zwischen 0,1 mm und 2,0 mm ermöglichen, und in manchen speziellen Ausführungsformen kann der Tastenhub 0,5 mm oder 0,75 mm betragen.
Die taktile Leistung des Tastenmechanismus ist konsistent, unabhängig davon, wo ein Benutzer auf der Taste 14 nach unten drückt. Das heißt, die taktile Rückmeldung der Taste 14 ist im Wesentlichen dieselbe, wenn der Benutzer im Zentrum (in Region 15a), in der Ecke (in Region 15b) oder am Rand (in Region 15c) der Taste 14 nach unten drückt. Über eine einheitliche taktile Rückmeldung hinaus ist die Bewegung der Taste 14 während eines Tastenanschlags ebenfalls einheitlich, unabhängig davon, wo sie gedrückt wird. Zum Beispiel stelle man sich vor, dass auf der oberen Oberfläche der Taste 14 eine Referenzebene existiert. Wenn die Taste 14 in Region 15a gedrückt wird, bleibt bei ihrer Bewegung die obere Oberflächenebene der Taste 14 während des Tastenanschlags parallel zur Referenzebene. Dasselbe gilt, wenn die Taste 14 in einer Ecke oder am Rand gedrückt wird; die obere Oberflächenebene bleibt während des Tastenanschlags parallel oder im Wesentlichen parallel zur Referenzebene. Die Aufrechterhaltung dieser parallelen Bewegung bei einer relativ geringen Verfahrstrecke und die gewünschte taktile Rückmeldung, werden unter Verwendung eines Schmetterlingsscharniermechanismus gemäß verschiedenen Ausführungsformen erreicht.
Nun wird auf 3 Bezug genommen, wo eine allgemeine und veranschaulichende Explosionsansicht des Tastenmechanismus 12 gezeigt ist. Zur Unterstützung der Beschreibung, wie der Tastenmechanismus 12 funktioniert, wird zudem Bezug auf 4 bis 5 genommen. Der Tastenmechanismus 12 kann die Tastenkappe 14, eine Teilstruktur 20, den Steg 30, einen Schalter 40, ein Schmetterlingsscharnier 50 und die Stützstruktur 70 einschließen. Die Baugruppe des Tastenmechanismus wird wie folgt zusammengesetzt. Die Tastenkappe 14 wird an der Teilstruktur 20 befestigt, um eine Tastenkappen-Baugruppe zu bilden. Die Tastenkappen-Baugruppe kann in die innere Begrenzung des Stegs 30 passen, und der Steg 30 ist an einem äußeren Rand der Stützstruktur 70 befestigt. In anderen Ausführungsformen kann sich die Tastenkappen-Baugruppe über dem Steg 30 befinden. Das Schmetterlingsscharnier 50 ist an der Teilstruktur 20 und der Stützstruktur 70 befestigt und liegt auch innerhalb der inneren Begrenzung des Stegs 30. Der Schalter 40 befindet sich innerhalb einer Kavität 53 des Schmetterlingsscharniers 50 und kann entweder an der Tastenkappen-Baugruppe oder der Stützstruktur 70 befestigt sein.
Die Tastenkappe 14 ist der Abschnitt des Tastenmechanismus, den ein Benutzer während eines Tastenschlags niederdrückt. Die Tastenkappe 14 kann jede geeignete Form haben und aus jedem geeigneten Material konstruiert sein. Zum Beispiel kann die Tastenkappe 14 aus Kunststoff, Glas oder Metall konstruiert sein. In manchen Ausführungsformen kann die Tastenkappe 14 aus einem durchscheinenden Material konstruiert sein, sodass ein Hintergrundlicht hindurchscheinen kann. Darüber hinaus kann eine durchscheinende Tastenkappe mit einer Maske versehen sein, sodass sie ein Zeichen zeigt.
Die Teilstruktur 20 kann jede geeignete Form haben und aus jedem geeigneten Material konstruiert sein. Die Teilstruktur 20 kann bei ihrer Verwendung im Tastenmechanismus mehrere unterschiedliche Funktionen erfüllen. In einer Funktion stellt sie Stifthaltemechanismen 22 zum Koppeln mit dem Schmetterlingsscharnier 50 bereit. Insbesondere kann die Teilstruktur vier Stifthaltemechanismen 22 einschließen, von denen jeder in der Lage ist, sich mit einem von Tastenkappen-Baugruppen-Stiften 54, 57 des Schmetterlingsscharniers 50 zu koppeln. Zusätzliche Details der Stifthaltemechanismen 22 werden nachstehend detaillierter erläutert.
Als eine weitere Funktion kann die Teilstruktur 20 als Lichtleittafel (nachstehend „LGP“ (light guide panel)) zum Verteilen von Hintergrundlicht dienen, das von einer Lichtquelle, wie zum Beispiel einer LED, emittiert wird. In Ausführungsformen, in denen die Teilstruktur 20 als LGP verwendet wird, kann die Form der Teilstruktur 20 so gestaltet sein, dass die Auswirkung der Hintergrundlichtleistung minimiert wird. Zum Beispiel kann die Teilstruktur 20 einen äußeren Bereich der Tastenkappe 14 einnehmen und dadurch einen inneren Abschnitt der Tastenkappe weitgehend unverdunkelt lassen. Die Verwendung einer LGP als Teil der Teilstruktur 20 wird nachstehend detaillierter erläutert.
Die Kombination der Tastenkappe 14 und der Teilstruktur 20 (und möglicherweise weiterer Komponenten wie des Schalters 40, Elektronik (nicht gezeigt) und flexibler Schaltungen (nicht gezeigt)) wird hierin manchmal als eine Tastenkappen-Baugruppe bezeichnet. In manchen Ausführungsformen ist abhängig von der Steifigkeit der Tastenkappe 14 eine relativ starke Teilstruktur nötig, um die Starrheit bereitzustellen, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Tastenmechanismus 12 notwendig ist. Wenn zum Beispiel die Tastenkappe 14 aus einem Kunststoff konstruiert ist, kann die Teilstruktur 20 aus Metall konstruiert sein. In anderen Ausführungsformen kann die Tastenkappe 14 aus einem relativ steifen Material wie Glas konstruiert sein, und die Teilstruktur kann aus einem Kunststoff- oder Metallmaterial konstruiert sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Tastenkappe 14 und die Teilstruktur 20 eine integral ausgebildete Tastenkappen-Baugruppe darstellen. Zum Beispiel können die Tastenkappe 14 und die Teilstruktur 20 aus einer einzigen Kunststoffform oder einem einzigen Stück von bearbeitetem Glas ausgebildet sein.
Bei dem Schalter 40 kann es sich um jeden geeigneten mechanischen Schalter, wie einen Kuppelschalter, handeln. Ein Metall-Kuppelschalter oder ein Elastomer-Kuppelschalter können zum Beispiel verwendet werden. Wie in Verbindung mit 4 detaillierter erklärt werden wird, kann der Schalter 40 die Tastenkappen-Baugruppe in ihre natürliche, nicht gedrückte Position vorspannen. In anderen Worten: Wenn der Tastenmechanismus kein Tastenanschlagereignis durchläuft, kann der Schalter 40 die Tastenkappen-Baugruppe so vorspannen, dass sie ihre nicht gedrückte Position einnimmt. Wenn der Tastenmechanismus 12 ein Tastenanschlagereignis durchläuft, kann der Schalter 40 unter der auf die Tastenkappe 14 ausgeübten Kraft nachgeben und dadurch ermöglichen, dass die Tastenkappen-Baugruppe ihre gedrückte Position einnimmt. Wenn sich die Tastenkappen-Baugruppe in ihrer gedrückten Position befindet, kann der Tastenarischlag durch eine dem Schalter 40 zugeordnete Schaltung oder eine andere innerhalb des Tastenmechanismus enthaltene Schaltung (z.B. eine Parallelplatten-Sensormembran) registriert werden.
Das Schmetterlingsscharnier 50 fungiert als das bewegliche Scharnier, das es der Tastenkappen-Baugruppe ermöglicht, sich relativ zur Stützstruktur 70 zu bewegen. Das Schmetterlingsscharnier 50 schließt Flügel 51 und 52 ein, bei denen es sich um separate Komponenten handelt, die durch einen Koppelmechanismus 60 miteinander gekoppelt sind. Der Flügel 51 schließt die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 54 und Drehstifte 55 ein, und der Flügel 52 schließt die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 57 und Drehstifte 56 ein. Die Flügel 51 und 52 weisen jeweils eine Aussparung auf, sodass eine Kavität 53 gebildet ist, wenn die Flügel 51 und 52 miteinander gekoppelt sind. Die Kavität 53 kann jede geeignete Form besitzen, wie zum Beispiel ein Quadrat, ein Rechteck, einen Kreis oder eine Ellipse.
Die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 54 und 57 sind mit den Stifthaltemechanismen 22a und 22b der Teilstruktur 20 gekoppelt. Die Drehstifte 55 und 56 sind mit Stifthalteteilen 75 bzw. 76 der Stützstruktur 70 gekoppelt. Die Weise, in der die Stifte mit der Teilstruktur 20 und der Stützstruktur 70 gekoppelt sind, ändert sich in Abhängigkeit von spezifischen nachstehend erläuterten Ausführungsformen.
Obwohl der Koppelmechanismus 60 die Flügel 51 und 52 miteinander koppelt, kann er es den Flügeln 51 und 52 ermöglichen, sich unabhängig voneinander zu bewegen. Wenn somit ein Flügel in einer Position festgehalten wäre, könnte sich der andere Flügel frei bewegen und umgekehrt. Wie jedoch in 4 bis 5 erläutert werden wird, sind die Flügel 51 und 52 beide an der Stützstruktur 70 befestigt und in der Lage, sich gemeinsam miteinander zu bewegen (oder zu klappen), wobei der Koppelmechanismus 60 zwischen einer im Wesentlichen flachen und einer im Wesentlichen v-förmigen Position wechselt. Viele unterschiedliche Ausführungsformen von Koppelmechanismen 60 können beim Schmetterlingsscharnier 50 verwendet werden. Diese Ausführungsformen werden in Verbindung mit der nachstehenden Beschreibung detaillierter erläutert, welche die 4 bis 5 begleitet.
Die Stützstruktur 70 kann aus jedem geeigneten Material oder einer Kombination unterschiedlicher Materialien konstruiert werden. Die spezifische verwendete Konstruktion und die spezifischen verwendeten Materialien hängen von der speziellen verwendeten Ausführungsform des Tastenmechanismus ab, und somit werden diese beachtenswerten Merkmale nachstehend detaillierter erläutert. Ein auffälliges Merkmal der in 3 gezeigten Struktur 70 sind Ausschnitte 77. Die Ausschnitte 77 sind in vorbestimmten Positionen auf der Struktur 70 so positioniert, das der Stifthaltemechanismus 22 der Teilstruktur 20 in einen jeweiligen Ausschnitt passen kann, wenn sich der Tastenmechanismus in seiner gedrückten Position befindet. Dieses Ineinanderpassen von Komponenten während eines Tastenanschlags trägt dazu bei, dass der Tastenmechanismus 12 seine relativ schlanke Höhe in vertikaler z-Richtung beibehalten kann.
Unter Bezugnahme auf 4A bis 4B werden veranschaulichende Teilquerschnittansichten des Tastenmechanismus 12 in einer nicht gedrückten Position (4A) und einer gedrückten Position (4B) gezeigt. Beide Figuren zeigen die Tastenkappe 14, den Stifthaltemechanismus 22a, 22b der Teilstruktur 20, den Flügel 51 mit dem Drehstift 55 und dem Tastenkappen-Baugruppen-Stift 54, den Flügel 52 mit dem Drehstift 56 und dem Tastenkappen-Baugruppen-Stift 57, ein Koppelteil 60, den Schalter 40, die Stützstruktur 70 und die Drehstifthalteteile 75 und 76. Weitere Komponenten des Tastenmechanismus 12 wurden weggelassen, um für weniger Durcheinander in den Figuren zu sorgen und die Erläuterung zu erleichtern.
4A bis 4B zeigen zudem eine Tastenkappenebene 400, eine Drehstiftebene 410 und eine Strukturebene 420. Unabhängig davon, ob sich der Tastenmechanismus 12 in seinem gedrückten oder nicht gedrückten Zustand befindet, bleibt die Position der Drehstiftebene 410 und der Strukturebene 420 fest, wie durch den Satz von Doppelpfeilen angegeben, welche die z-Höhe (als „Zfixed“ gezeigt) zwischen den beiden Ebenen in beiden Figuren markieren. Die z-Höhe zwischen der Tastenkappenebene 400 und der Strukturebene 420 ändert sich jedoch abhängig von der Position des Tastenmechanismus 12. In der gedrückten Position ist die z-Höhe „Zdepressed“, wie gezeigt, und in der nicht gedrückten Position ist die z-Höhe „Znon-depressed“.
Die Drehstifthalteteile 75 und 76 sind in der Lage, die Drehstifte 55 und 56 an Ort und Stelle sicher zu halten, während es den Drehstiften 55 und 56 ermöglicht wird, sich innerhalb der Drehstifthalteteile 75 und 76 zu drehen. Der Tastenkappen-Baugruppen-Stift 57 ist mit dem Stifthaltemechanismus 22a, der den Tastenkappen-Baugruppen-Stift 57 an der Teilstruktur 20 (nicht gezeigt) befestigt halten kann, auf eine Weise gekoppelt, die derjenigen gleicht, wie die Drehstifthalteteile 75 und 76 ihre Stifte halten. Somit kann sich der Stifthaltemechanismus 22a drehen, wenn die Tastenkappe 14 einen Tastenanschlag durchläuft. Der Tastenkappen-Baugruppen-Stift 54 kann mit dem Stifthaltemechanismus 22b gekoppelt sein, der in der Lage ist, ein horizontales Gleiten des Tastenkappen-Baugruppen-Stifts 54 innerhalb des Stifthaltemechanismus zu ermöglichen, wenn der Tastenmechanismus 12 nach oben und nach unten verfährt. Somit verwendet das Stifthaltesystem drei Sätze von Stifthaltemechanismen (einen Satz für jedes Paar von Stiften 57, 56 und 55), um die sich drehenden Stifte 57, 56 und 55 bei minimaler horizontaler Bewegung an Ort und Stelle zu befestigen, und einen vierten Satz (für die Stifte 54), um die gleitenden Stifte 54 mit einem festen Maß an horizontaler Bewegung an Ort und Stelle zu halten. Zusätzliche Aspekte und Merkmale an den Haltemechanismen werden nachstehend für verschiedene unterschiedliche Ausführungsformen erläutert.
Es wird nun zusammen auf 4A bis 4B und 5A bis 5C Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass sich die Flügel 51 und die Flügel 52 um ihre eigenen jeweiligen Drehachsen drehen. Der Flügel 51 dreht sich um eine Achse 510, die koaxial mit der Zentralachse der Drehstifte 55 verläuft, und der Flügel 52 dreht sich um eine Achse 520, die koaxial mit der Zentralachse der Drehstifte 56 verläuft. Da die Drehstifte im Hinblick auf die Struktur 70 an ihrer Position befestigt sind (wie durch die feste z-Höhe „Zfixed“ gezeigt), sind es die äußeren Abschnitte der Flügel 51 und 52 (insbesondere bei den Tastenkappen-Baugruppen-Stiften 54 und 57), die sich relativ zu den Drehstiften 55 und 56 bewegen.
In der nicht gedrückten Position befindet sich der Schalter 40 in seiner natürlichen, unverformten Position. In dieser Position spannt der Schalter 40 die Tastenkappe 14 nach oben vor, wenn der Tastenmechanismus 12 kein Tastenanschlägereignis durchläuft. Mit der nach oben gerichteten Vorspannung des Schalters, 40 drückt er die Tastenkappe 14 nach oben, was dazu führt, dass der Stifthaltemechanismus 22a, 22b die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 54, 57 der Flügel 51, 52 nach oben zieht. Da die Drehstifte 55 und 56 ortsfest sind, drehen sich die Flügel 51 und 52 um ihre jeweiligen eigenen Drehachsen 510 und 520, und der Tastenkappen-Baugruppen-Stift 57 bleibt fest an seiner Position, der Tastenkappen-Baugruppen-Stift 54 gleitet innerhalb des Stifthaltemechanismus 22b horizontal nach links (hier als die -X-Richtung gezeigt). Wie gezeigt, gleichen die Flügel 51 und 52 in der nicht gedrückten Position einem v-förmigen Scharnier, dessen äußere Abschnitte (z.B. die Stiftregionen 57 und 54) relativ zur Stiftebene 410 angehoben sind.
In der gedrückten Position ist der Schalter 40 verformt, und die Tastenkappe 14 hat sich vertikal nach unten bewegt, wodurch die äußeren Abschnitte der Flügel 51 und 52 nach unten in Richtung der Stützstruktur 70 gedrückt werden. Die Stifte 57, 56 und 55 sind ortsfest gehalten und drehen sich innerhalb ihrer festen Positionen, wohingegen der Tastenkappen-Baugruppen-Stift 54 innerhalb seines Haltemechanismus horizontal in die +X-Richtung gleitet. Wie in 4A bis 4B gezeigt, bewegt sich die relative Position des Tastenkappen-Baugruppen-Stifts 54 in die +X-Richtung, wenn sich der Tastenmechanismus 12 in der gedrückten Position befindet. Darüber hinaus gleichen die Flügel 51 und 52 in der gedrückten Position einem blockförmigen Scharnier, wobei sich alle Stifte 54 bis 57 im Wesentlichen in derselben Ebene befinden.
Die Verwendung des Schmetterlingsscharniers 50 im Tastenmechanismus 12 stellt nicht nur einen Tastenanschlag mit geringer Verfahrstrecke, sondern auch einen stabilen Tastenmechanismus bereit. Die Doppelflügelgestaltung des Schmetterlingsscharniers 50 verteilt die Last gleichförmig im Hinblick auf die Tastenkappen-Baugruppe. Die gleichförmig verteilte Belastung wird durch Platzieren der die Last tragenden Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 57 und 54 in den äußeren Abschnitten der Flügel 51 bzw. 52 erreicht. Diese stabile Belastung wird auf die Tastenkappe 14 übertragen, da die Last unabhängig davon, wo ein Benutzer auf der Tastenkappe 14 nach unten drückt, über die Taste verteilt wird, was zu einem taktil wünschenswerten und nicht wackelnden Tastenanschlag führt.
Unter Bezugnahme auf 6 bis 16 wird nun ein Tastenmechanismus mit geringer Verfahrstrecke erläutert, der nicht unter die Erfindung fällt. Die vorstehend in Verbindung mit 2 bis 5 erläuterten Merkmale treffen auf ähnliche Merkmale zu, die in Verbindung mit 6 bis 16 erläutert werden, beachtenswerte Merkmale werden detaillierter erläutert. 6 zeigt eine veranschaulichende Draufsicht eines Tastenmechanismus 612, welche eine Tastenkappe 614 und einige durch Phantomlinien dargestellte interne Merkmale zeigt. Insbesondere sind eine Teilstruktur 620 (mit integrierter Lichtleittafel) und eine LED 648 durch Phantomlinien gezeigt.
7 zeigt eine veranschaulichende Explosionsansicht des Tastenmechanismus 612. Wie gezeigt, kann der Tastenmechanismus 612 die Tastenkappe 614, die Teilstruktur 620, einen Steg 630, eine Elektronikpackung 642, ein Schmetterlingsscharnier 650 eine Stützstruktur 670 und eine Abdeckplatte 680 einschließen. Bei der Abdeckplatte 680 kann es sich um eine Leiterplatte oder einen Wärmeverteiler handeln. 8 zeigt eine veranschaulichende perspektivische Ansicht der Unterseite der Tastenkappe 614 und der Teilstruktur 620 mit der an der Tastenkappe 614 befestigten Teilstruktur 620 In dieser Ausführungsform besitzt die Teilstruktur 620 eine doppelte Funktion als eine Stifthaltestruktur und eine LGP. Der LGP-Aspekt der Teilstruktur 620 ist dahingehend offensichtlich, dass sie einen Großteil des Oberflächenbereichs der Tastenkappe 614 einnimmt und eine Kerbe 624 einschließt, um es einer Lichtquelle, wie der LED 648, zu ermöglichen, neben die LGP zu passen.
Wie gezeigt besitzt die Teilstruktur 620 Stifthaltemechanismen 622a und 622b, die sich nahe den Ecken der Tastenkappe 614 befinden. Die Stifthaltemechanismen 622a sind in der Lage, Stifte sicher zu koppeln und den Stiften ein freies Drehen darin zu ermöglichen. Insbesondere kann es sich bei den Stifthaltemechanismen 622a um c-Klammer-Halteteile handeln. Die Stifthaltemechanismen 622b sind in der Lage, Stifte darin verschieblich zu koppeln. Das bedeutet, die Stifte werden innerhalb des Mechanismus gehalten, haben jedoch die Möglichkeit, horizontal innerhalb des Mechanismus zu gleiten, wenn der Tastenmechanismus ein Tastenanschlagereignis durchläuft. Der Stifthaltemechanismus 622b kann eine extrudierte L-Form aufweisen, die sich über eine minimale Strecke ausdehnt, die ausreichend ist, den gleitenden Stift zu beinhalten. Es ist zu beachten, dass beide Stifthaltemechanismen 622b einander zugewandt sein können. Es versteht sich, dass jede geeignete Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen von Stifthaltemechanismen 622b verwendet werden kann, um den gewünschten Koppeleffekt zu erreichen.
9 zeigt eine veranschaulichende perspektivische Unteransicht der Elektronikpackung 642. Die Elektronikpackung kann einen Schalter 640, der auf eine flexible Leiterplatte(printed circuit board (PCB)) 643 montiert ist, einen Verbindungsabschnitt 644, einen Stützabschnitt 645 und die LED 648 einschließen. In anderen Ausführungsformen kann die Elektronikpackung 642 eine Anzeige, wie eine OLED-Anzeige, einschließen Unter Bezugnahme auf sowohl 9 als auch 10 ist die Elektronikpackung 642 auf der Teilstruktur 620 montiert. In dieser Anordnung wird die Basis des Schalters 640 gegen die Teilstruktur 620 gedrückt, und die LED 648 passt in die Kerbe 624 (8). Der Stützabschnitt 645 schwebt mittels des Verbindungsabschnitts 644 relativ zur PCB 643 und umgibt die Tastenkappe 614 und die Teilstruktur 620. Wenn somit der Tastenmechanismus 612 zusammengebaut ist, weist die Nippelseite des Schalters 640 nach unten in Richtung der Stützstruktur 670 (nicht gezeigt) und verläuft durch eine Kavität 653 des Schmetterlingsscharniers 650 (in 11 gezeigt). Im zusammengebauten Zustand kann darüber hinaus der Stützabschnitt 645 mit dem Steg 630 ausgerichtet sein (7), und sowohl der Steg 630 als auch der Stützabschnitt 645 können an der Stützstruktur 670 befestigt sein (7).
11 zeigt eine veranschaulichende Draufsicht des Schmetterlingsscharniers 650. Das Schmetterlingsscharnier 650 schließt Flügel 651 und 652 ein. In dieser detaillierten Ansicht sind keine Koppelmechanismen gezeigt, welche die Flügel 651 und 652 miteinander koppeln. Der Flügel 651 kann Drehstifte 656, Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 657 und Aufwärtsstoppteile 658 einschließen. Der Flügel 652 kann Drehstifte 655, Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 654 und Aufwärtsstoppteile 659 einschließen. Beide Flügel 651 und 652 sind so geformt, dass die Kavität 653 vorhanden ist, wenn die Flügel einander benachbart platziert sind. Die Drehstifte 655 und 656 und die Aufwärtsstoppteile 658 und 659 erstrecken sich von der äußeren Oberfläche des Schmetterlingsscharniers 650 weg, wohingegen sich die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 654 und 657 innerhalb des Schmetterlingsscharniers 650 erstrecken. Die Drehstifte 655 und die Aufwärtsstoppteile 659 können miteinander komplanar sein und sich ungefähr über dieselbe Strecke vom Schmetterlingsscharnier 650 weg erstrecken. Gleichermaßen können die Drehstifte 656 und die Aufwärtsstoppteile 658 miteinander komplanar sein und sich ungefähr über dieselbe Strecke vom Schmetterlingsscharnier 650 weg erstrecken.
12 zeigt eine veranschaulichende Draufsicht der Stützstruktur 670. Die Stützstruktur 670 besitzt Drehstifthalteteile 675 und 676 und Aufwärtsstopper 678 und 679. Die Drehstifthalteteile 675 und 676 sind in der Lage, die Drehstifte 655 bzw. 656 ortsfest zu halten, ermöglichen es den Stiften jedoch, sich darin frei zu drehen. Bei den Drehstifthalteteilen 675 und 676 kann es sich um c-Klammer-Typen von Halteteilen handeln. Bei den Aufwärtsstoppern 678 und 679 kann es sich um hakenförmige Teile handeln, die in der Lage sind, mit den Aufwärtsstoppteile 658 bzw. 659 in Eingriff zu kommen. Die Aufwärtsstopper 678 und 679 stellen sicher, dass sich die Flügel 651 und 652 nicht über eine vorbestimmte vertikale Strecke hinaus nach oben bewegen, wenn sich der Tastenmechanismus in seiner natürlichen, nicht gedrückten Position befindet. Die Stützstruktur 670 kann auch Ausschnitte 677 einschließen.
13 zeigt eine veranschaulichende Draufsicht des mit der Stützstruktur 670 gekoppelten Scharniers 650. In dieser Ansicht sind die Drehstifte 655 und 656 über die Drehstifthalteteile 675 bzw. 676 an der Stützstruktur 670 befestigt, und die Aufwärtsstoppteile 658 und 659 sind unter den Aufwärtsstoppern 678 bzw. 679 positioniert. 13 zeigt zudem, wie Endabschnitte (um die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 654 und 657 herum zentriert) über den Ausschnitten 677 positioniert sind. 15 zeigt eine veranschaulichende Querschnittansicht des Tastenmechanismus 612, welche die Interaktion der Drehstifte 655 und 656 mit den Drehstifthalteteilen 675 und 676 und der Aufwärtsstoppteile 658 und 659 mit den Aufwärtsstoppern 678 und 679 zeigt.
14A bis 14B zeigen perspektivische Ansichten alternativer Stützstrukturen gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Insbesondere zeigt 14A eine andere Konfiguration von Halteteilen zum Befestigen des Schmetterlingsscharniers 650 an einer Stützstruktur 1400. Die Stützstruktur 1400 schließt c-Klammer-Halteteile 1422 und Hakenhalteteile 1432 zum Halten der Stifte eines Schmetterlingsscharniers (nicht gezeigt) ein. Die Struktur 1400 schließt zudem Aufwärtsstoppteile 1440 ein.
14B zeigt eine Stützstruktur 1450, die ein Drehstifthalteteil 1462 und Aufwärtsstoppteile 1470 einschließt. Bei dem Drehstifthalteteil 1462 handelt es sich um eine einteilige Konstruktion, die zwei kreisförmige Augen zum Halten der Drehstifte einschließt. Das Drehstifthalteteil 1462 kann eine Vorspannung durch eine Feder aufweisen, um gegen das Schmetterlingsscharnier zu drücken, wenn seine Drehstifte innerhalb der Augen befestigt sind.
16 zeigt eine weitere veranschaulichende Querschnittansicht des Tastenmechanismus 612 in einer nicht gedrückten Position. Diese Ansicht zeigt den Schalter 640 in einer nicht verformten Position, die Flügel 651 und 652 in einer v-förmigen Anordnung, die Stifthaltemechanismen 622a, 622b, die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 657 und 654 und weitere Komponenten.
17 bis 19 zeigen verschiedene veranschaulichende Ansichten eines weiteren Tastenmechanismus, der nicht unter die Erfindung fällt. Insbesondere zeigt 17 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht eines Tastenmechanismus 1712 in einer nicht gedrückten Position. 18 zeigt eine Querschnittansicht entlang einer Linie 18-18 in 17. Und 19 zeigt eine veranschaulichende perspektivische Ansicht des Tastenmechanismus ohne eine Tastenkappen-Baugruppe. Der Tastenmechanismus 1712 zeigt viele derselben Attribute des allgemeinen Tastenmechanismus von 2 bis 5, schließt jedoch mehr Details hinsichtlich seines Scharniers und seiner Stützstruktur ein. Wie in 17 gezeigt, kann der Tastenmechanismus 1712 eine Tastenkappe 1714, eine Laminatschicht 1716, eine Teilstruktur 1720, einen Schalter 1740, ein Schmetterlingsscharnier 1750 und eine Stützstruktur 1770 einschließen.
Das Schmetterlingsscharnier 1750 schließt Flügel 1751 und 1752 ein. ) Der Flügel 1751 kann Drehstifte 1755 und Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 1754 einschließen. Der Flügel 1752 kann Drehstifte 1756 und Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 1757 einschließen. Die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 4754 und 1757 sind mit der Teilstruktur 1720 gekoppelt, und die Drehstifte 1755 und 1756 sind mit der Stützstruktur 1770 gekoppelt. Die Drehstifte 1755 und 1756 sind innerhalb von Schlitzen 1775 und 1776 der Stützstruktur 1770 befestigt. Bei den Schlitzen 1775 und 1776 kann es sich um Kavitäten in der Struktur 1770 handeln, die durch das Laminatmaterial 1716 bedeckt sind. In manchen Ausführungsformen kann das Laminatmaterial 1716 dasselbe wie ein Steg (wie beispielsweise der Steg 30) sein. In der Tat hält das Laminatmaterial 1716 die Drehstifte 1755 und 1756 innerhalb der Stützstruktur 1770 an Ort und Stelle. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Drehstifte 1755, 1756 und die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte 1754, 1757 alle vom Schmetterlingsscharnier 1750 weg.
Der Schalter 1740 kann in eine Kavität passen, die zwischen den Flügeln 1751 und 1752 vorhanden ist, wie gezeigt. In dieser bestimmten Ausführungsform kann sich die Basis des Schalters 1740 im Gegensatz zu einer Befestigung an der Teilstruktur 1720 auf der Stützstruktur 1770 befinden. Wenn sich der Tastenmechanismus 1712 in seiner nicht gedrückten Position befindet, ist der Schalter 1740 in seinem nicht verformten Zustand und stützt oder spannt die Tastenkappen-Baugruppe nach oben vor. Wenn sich der Tastenmechanismus 1712 in seiner gedrückten Position befindet, ist der Schalter 1740 verformt und die Flügel 1751 und 1752 werden nach unten in eine blockartige Position gedrückt, bei der sich alle Stifte 1754, 1755, 1756, 1757 im Wesentlichen in derselben Ebene befinden.
Jeder Flügel kann Aufwärtsstopper 1910einschließen, die in der Lage sind, die Aufwärtsverfahrstrecke der Flügel zu begrenzen, wenn sich der Tastenmechanismus in seiner ungedrückten Position befindet. Die Aufwärtsstopper 1910 können in der ungedrückten Position in die Laminatschicht 1716 eingreifen. Die Aufwärtsstopper 1910 können in einem Winkel geformt sein, um ein höhengleiches Verbinden mit der Laminatschicht zu ermöglichen.
20 bis 28 zeigen verschiedene Veranschaulichungen eines Tastenmechanismus 2012 unter Verwendung einer Trägerplatte, die nicht unter die Erfindung fallen. Die Bezugnahmen auf den Tastenmechanismus 2012 schließen alle 20 bis 28 mit gelegentlicher spezieller Bezugnahme auf einzelne Zeichnungen ein. Die Trägerplatte ist im Gegensatz zur strukturellen Stütze für das Befestigen der Drehstifte des Schmetterlingsscharniers an Ort und Stelle zuständig. Darüber hinaus kann die Trägerplatte auch eine Elektronikpackung stützen. Unter Bezugnahme auf 20 wird nun eine Explosionsansicht des Tastenmechanismus 2012 gezeigt. Der Tastenmechanismus 2012 kann eine Tastenkappe 2014, eine Teilstruktur 2020, eine Trägerplatte 2090, eine Elektronikpackung 2042, einen Schalter 2040, ein Schmetterlingsschamier 2050, einen Steg 2030 und eine Leiterplatte 2080 einschließen. Zuvor in Verbindung mit 2 bis 5 erläuterte Komponenten können Charakteristika mit ähnlichen Komponenten des Tastenmechanismus 2012 gemeinsam haben. Zum Beispiel gleicht die Tastenkappe 2014 und die Teilstruktur 2020 und ihre Interaktion mit den Tastenkappen-Baugruppen-Stiften des Schmetterlingsscharniers 2050 dem, wie die Tastenkappe 14 und die Teilstruktur 20 mit dem Schmetterlingsscharnier 50 interagieren.
Die Trägerplatte 2090 ist so konstruiert, dass sie in eine Kavität 2053 (21) des Schmetterlingsscharniers 2050 passt und an der Leiterplatte 2080 befestigt ist. Die Trägerplatte 2090 kann an der Leiterplatte 2080 in jeder Anzahl unterschiedlicher Möglichkeiten befestigt sein. Zum Beispiel kann sie an die Leiterplatte 2080 geklebt oder geschweißt sein. Als ein weiteres Beispiel kann die Trägerplatte 2090 mehrere Pfosten besitzen, die sich von einer unteren Oberfläche der Trägerplatte erstrecken und in entsprechende Kavitäten in der Leiterplatte 2080 eingreifen. Als noch ein weiteres Beispiel kann die Trägerplatte 2090 mit zwei oder mehr Klammern 2802 an Ort und Stelle befestigt sein, wie in 28 gezeigt. Wenn die Trägerplatte 2090 an der Leiterplatte 2080 befestigt ist, befestigt sie Drehstifte 2056 und 2055 an Ort und Stelle, sodass sie sich an Ort und Stelle frei innerhalb von Drehstifthalteteilen 2095 und 2096 drehen können. Die Stiftanordnung des Schmetterlingsscharniers 2050 ist in 21 detaillierter gezeigt, und die Drehstifthalteteile der Trägerplatte 2090 sind in 22, 23, 24 und 25 detaillierter gezeigt.
Das Schmetterlingsscharnier 2050 kann zwei Flügel 2051, 2052 einschließen, die unter Verwendung eines Koppelmechanismus (nicht gezeigt) miteinander verbunden sind. Jeder geeignete Koppelmechanismus kann verwendet werden. Verschiedene Beispiele solcher Koppelmechanismen sind nachstehend detaillierter beschrieben Die Kavität 2053 kann zwischen den zwei Flügeln 2051, 2052 vorhanden sein, wenn sie einander benachbart platziert werden.
Die Trägerplatte 2090 kann aus jedem geeigneten Material wie beispielsweise Metall oder Kunststoff konstruiert sein. Die Konstruktion der Trägerplatte 2090 kann eine flache Platte 2091 einschließen, die von zwei Teilen mit gehobenem Arm 2092 flankiert wird. Jeder Teil mit gehobenem Arm 2092 kann das Drehstifthalteteil 2095 und das Drehstifthalteteil 2096 einschließen. Darüber hinaus kann jeder Teil mit gehobenem Arm 2092 zwei Aufwärtsstopper-Vorsprünge 2099 einschließen. Die Aufwärtsstopper-Vorsprünge 2099 sind in der Lage, in die Aufwärtsstopper 2059 des Schmetterlingsscharniers 2050 einzugreifen, wenn sich der Tastenmechanismus 2012 in seiner nicht gedrückten Position befindet. Die Vorsprünge 2099 verhindern, dass sich die Flügel 2051, 2052 des Schmetterlingsscharniers 2050 über eine feste vertikale Aufwärtsrichtung hinaus bewegen.
Die flache Platte 2091 kann als eine Plattform für die Elektronikpackung 2042 dienen, die neben anderen Merkmalen den Schalter 2040, eine LED, eine Lichtleittafel, eine Anzeige und/oder eine flexible Schaltung einschließen kann. Diese Anordnung fördert einfache Verbindungen zwischen der Leiterplatte 2080 und der Elektronikpackung 2042, da die Trägerplatte 2090 direkt mit der Leiterplatte 2080 verbunden ist. Dies steht im Gegensatz zur (zuvor beschriebenen) flexiblen Leiterplattenausführung in Verbindung mit dem Tastenmechanismus 612. Wie darüber hinaus in dieser Ausführungsform gezeigt, ist der Schalter 2040 so montiert, dass seine Kuppel in Richtung der Teilstruktur 2020 und der Tastenkappe 2014 weist. Wenn sich der Schalter 2040 somit in seiner unverformten Position befindet, ist er in der Lage, die Tastenkappe 2014 und die Teilstruktur 2020 nach oben vorzuspannen.
Nun wird auf 26 und 27 Bezug genommen, wo Stifthaltemechanismen 2022a, 2022b der Teilstruktur 2020 gezeigt sind, die mit den Tastenkappen-Baugruppen-Stiften 2054 und 2057 verbunden sind Insbesondere zeigt 27 die unterschiedlichen Stifthaltemechanismen, den Stifthaltemechanismus 2022a zum ortsfesten Halten des Tastenkappen-Baugruppen-Stifts 2054, sodass er sich an Ort und Stelle dreht, sowie den Stifthaltemechanismus 2022b, um es dem Tastenkappen-Baugruppen-Stift 2057 zu ermöglichen, horizontal zu gleiten, wenn der Tastenmechanismus 2012 niedergedrückt wird.
29 bis 33 zeigen mehrere unterschiedliche Ausführungsformen von Schmetterlingsscharnieren, die in Verbindung mit einem Tastenmechanismus verwendet werden können. Jede der in Verbindung mit 29 bis 33 erläuterten Ausführungsformen schließt zwei Flügel ein, die mit einem Koppelmechanismus miteinander gekoppelt sind. Die Art des Koppelmechanismus variiert und kann zwei allgemeine Typen einschließen: ein Biegescharnier und ein Zahnradscharnier. Bei einem Biegescharnier kann es sich um ein flexibles Material oder eine Kombination von Materialien handeln, welche die Flügel physisch aneinander befestigen. Ein Zahnradscharnier stellt einen in die Flügel selbst eingebauten Koppelmechanismus dar, der eine zahnradartige Interaktion zwischen den Flügeln erlaubt. Jedoch fällt nur die Ausführungsform gemäß 31A bis 31C unter die beanspruchte Erfindung.
29A bis 29B zeigen veranschaulichend eine Drauf- und eine perspektivische Teilansicht eines Schmetterlingsscharniers 2900 gemäß einer Ausführungsform. Das Scharnier 2900 schließt Flügel 2910 und 2920 ein, die mit einem Biegescharnier 2930 miteinander gekoppelt sind. Die Flügel 2910 und 2920 können, wie gezeigt, Stifte einschließen und zum Beispiel aus einem glasgefüllten Kunststoff hergestellt sein. Das Biegescharnier 2930 kann aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, das weicher ist als das zum Herstellen der Flügel verwendete Material. Die Flügel 2910 und 2920 schließen auch selbstsichernde Strukturen 2912 und 2922 ein.
Das Schmetterlingsscharnier 2900 kann unter Verwendung eines Prozesses mit zwei Spritzvorgängen hergestellt werden, wobei bei der ersten Spritzung die Flügel 2910 und 2920 und bei der zweiten Spritzung das Biegescharnier 2930 hergestellt werden. Wenn die zweite Spritzung eingebracht wird, verbindet sie sich mit den selbstsichernden Strukturen 2912 und 2922, um die Flügel 2910 und 2920 miteinander zu koppeln. Es ist zu beachten, dass die Dicke des Biegescharniers 2930 an einer Zentralachse 2940 des Schmetterlingsscharniers 2900 im Wesentlichen dünner als an anderen Abschnitten des Biegescharniers 2930 ist. Der dünnere Abschnitt an der Verbindung zwischen den Flügeln 2910 und 2920 kann ein leichtes Biegen zwischen den Flügeln 2910 und 2920 fördern.
30A bis 30B zeigen eine veranschaulichende Draufsicht und eine perspektivische Ansicht eines Schmetterlingsscharniers 3000 gemäß einer Ausführungsform. Das Schmetterlingsscharnier 3000 kann durch Umspritzen von Flügeln 3010 und 3020 um ein Biegescharnier 3030 hergestellt werden. Die geformten Flügel 3010 und 3020 können die Stifte einschließen, wie gezeigt. Die Biegescharniere 3030 können Teil eines Metallstreifens 3050 sein, der mehrere Biegescharniere 3030 enthalten kann (wie in 30C gezeigt). Das Zusammenführen mehrerer Biegescharniere 3030 auf einem einzigen Streifen kann den Herstellungsdurchsatz des Schmetterlingsscharniers 3000 steigern. Nachdem die Flügel 3010 und 3020 auf dem Streifen 3050 geformt sind, kann der Streifen abgeschnitten werden, um ein einzelnes Schmetterlingsscharnier 3000 zu erhalten, das zur Verwendung in einem Tastenmechanismus geeignet ist. Die Flügel 3010 und 3020 können zum Beispiel mit einem Kunststoff, wie einem glasgefüllten Kunststoff, hergestellt werden.
Bei dem Biegescharnier 3030 kann es sich um ein relativ dünnes Metallstück (z.B. Stahl) handeln, das in der Lage ist, sich zu biegen, um es den Flügeln 3010 und 3020 zu ermöglichen, sich zu bewegen, wenn sie in einem Tastenmechanismus verwendet werden. Das Biegescharnier 3030 kann Haltemerkmale 3012 und 3014 einschließen, um die Haftung an den Flügeln zu fördern, wenn die Flügel daran angeformt werden. Wenn die Flügel 3010 und 3020 auf dem Streifen 3050 angeformt werden, können Sperren verwendet werden, um zu verhindern, dass die Flügel das Biegescharnier 3030 vollständig bedecken, wodurch ein Abschnitt des Biegescharniers 3030 freiliegend bleibt.
31A bis 31C zeigen verschiedene Ansichten eines Schmetterlingsscharniers 3100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Schmetterlingsscharnier 3100 kann durch Koppeln von Metällflügeln 3110 und 3120 mit einem spritzgegossenen Biegescharnier 3130 konstruiert sein. Die Flügel 3110 und 3120 können aus einem gegossenen oder geformten Metall konstruiert sein. In einer Ausführungsform können die Flügel aus einem Zinkguss ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform sind die Stifte ebenfalls im gegossenen oder geformten Metall ausgebildet. Die Flügel 3110 und 3120 können so konstruiert sein, dass sie Haltemerkmale 3112 und 3122 besitzen, um zum Halten des Biegescharniers 3130 beizutragen. Bei dem Biegescharnier kann es sich um jedes geeignete nachgiebige Material handeln, das in der Lage ist, gebogen zu werden. Zum Beispiel kann das Biegescharnier 3130 aus einem Kunststoff- oder Gummimaterial konstruiert werden.
32A bis 32C zeigen veranschaulichende Ansichten eines Schmetterlingsscharniers 3200 gemäß einer Ausführungsform. Das Schmetterlingsscharnier 3200 kann aus zwei Metallkernen 3201 und 3202 konstruiert werden (durch verdeckte Linien dargestellt), die mit einem Gussmaterial überformt werden. Das Gussmaterial kapselt die Metallkerne 3201 und 3202 vollständig ein, um Flügel 3210 und 3220, die jeweils durch die Überform ausgebildete Stifte einschließen, und ein Biegescharnier 3230 auszubilden. Bei den Kernen 3201 und 3202 kann es sich um separate Metallkomponenten mit darin ausgebildeten Haltemerkmalen 3205 handeln. Die Haltemerkmale 3205 können es dem spritzgegossenen Material ermöglichen, sich selbst an den Kernen 3201 und 3202 zu sichern.
Das Biegescharnier 3230 kann aus der Überform ausgebildet sein, welche die Kerne 3201 und 3202 miteinander koppelt. Es kann an der Verbindung zwischen den Flügeln 3210 und 3220 relativ schmal dimensioniert sein, um eine leichtgängige Bewegung zu fördern. Das Scharnier 3200 kann dahingehend in Chargen hergestellt werden, dass der Streifen 3250 mehrere Kerne enthalten kann. Die Kerne können überformt und dann ausgestanzt werden, um jedes Schmetterlingsscharnier 3200 zu erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) kann ein Schmetterlingsscharnier aus zwei Metallkernen mit geformten oder gegossenen Stiften konstruiert sein, die mindestens teilweise durch ein Gussmaterial überformt sind, jedoch in einer Weise, dass die Stifte freiliegend bleiben. Auf diese Weise sind die Metallstifte im Gegensatz zu einem spritzgegossenen Kunststoff freiliegend und aus Metall ausgebildet. Ein Biegescharnier ist aus dem spritzgegossenen Kunststoff ausgebildet, das die zwei Kerne miteinander koppelt.
33A bis 33B zeigen veranschaulichende Ansichten eines Schmetterlingsscharniers 3300 gemäß einer Ausführungsform. Das Scharnier 3300 schließt Flügel 3310 und 3320 ein, die jeweils Stifte und Aufwärtsstopper einschließen, wie gezeigt. Der Flügel 3310 besitzt Zahnradteile 3315 und der Flügel 3320 besitzt Zahnradteile 3325. Die Zahnradteile 3315, 3325 verbinden sich miteinander, um ein Zahnradscharnier auszubilden.
Es wird auf 33B Bezug genommen, wo eine Nahaufnahme des Zahnradscharniers gezeigt ist. Insbesondere sind die Zähne der Zahnradteile gezeigt. Der Flügel 3310 besitzt einen oberen Zahn 3315U und einen unteren Zahn 3315L, und der Flügel 3320 besitzt einen unteren Zahn 3325L und einen oberen Zahn 3235U. Der obere Zahn 3315U verbindet sich mit dem unteren Zahn 3325L und der obere Zahn 3325U verbindet sich mit dem unteren Zahn 3315L. Diese Konfiguration mit oberem/unterem Zahn kann das Koppeln der Flügel 3310 und 3320 fördern, wenn sie in einem Tastenmechanismus verwendet wird.

Claims

Tastenmechanismus (12) mit geringer Verfahrstrecke, umfassend: eine Tastenkappen-Baugruppe (14, 20); eine Stützstruktur (70), die eine Plattform für innerhalb einer Tatstatur enthaltene Komponenten darstellt; und ein Schmetterlingsscharnier (50), das zwei separate Flügel (51, 52) umfasst, die einander benachbart positioniert sind, sodass zwischen den zwei Flügeln (51, 52) eine Kavität (53) zur Aufnahme eines Schalters (40) gebildet wird, wobei die Flügel (51, 52) durch einen Koppelmechanismus (60), der aus einem biegsamen, nachgiebigen Material besteht, aneinandergekoppelt sind, wobei jeder Flügel (51, 52) ein Paar Drehstifte (55,56) und ein Paar Tastenkappen-Baugruppen-Stifte (54, 57) umfasst, wobei die Drehstifte (55, 56) drehbar mit der Stützstruktur (70) gekoppelt sind und die Tastenkappen-Baugruppen-Stifte (54, 57) mit der Tastenkappen-Baugruppe (14, 20) gekoppelt sind, wobei das Schmetterlingsscharnier (50) zwischen einem nicht gedrückten Zustand und einem gedrückten Zustand drehbar ist.
Tastenmechanismus (12) nach Anspruch 1, wobei der Schalter (40) in der Lage ist, die Tastenkappen-Baugruppe (14, 20) in eine erste Position vorzuspannen.
Tastenmechanismus (12) nach Anspruch 2, wobei der Schalter (40) einen Kuppelschalter umfasst, der funktionsmäßig mit einer flexiblen Leiterplatte verbunden ist.
Tastenmechanismus (12) nach Anspruch 1, wobei die Tastenkappen-Baugruppe (14, 20) umfasst: eine Tastenkappe (14); und eine mit einer rückwärtigen Oberfläche der Tastenkappe (14) gekoppelte Teilstruktur (20).
Tastenmechanismus (12) nach Anspruch 4, wobei die Teilstruktur (20) eine Lichtleittafel umfasst.
Tastenmechanismus (12) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Steg (30), der mit der Stützstruktur (70) gekoppelt ist, wobei der Steg (30) so dimensioniert ist, dass die Tastenkappen-Baugruppe (14, 20) und das Schmetterlingsscharnier (50) in eine Innenregion des Stegs (30) passen.
Tastenmechanismus (12) nach Anspruch 1, wobei der Koppelmechanismus (60) zwei biegsame, nachgiebige Teile umfasst, die die zwei Flügel (51, 52) miteinander koppeln.
Tastenmechanismus (12) nach Anspruch 1, wobei jeder Flügel (51, 52) in der Lage ist, sich während eines Tastenanschlags des Tastenmechanismus um seine eigene Drehachse zu drehen.
Tastenmechanismus (12) nach Anspruch 8, wobei die Drehachsen beider Flügel (51, 52) sowohl während einer gedrückten als auch einer nicht gedrückten Position der Tastenkappen-Baugruppe (14, 20) fest in derselben Ebene bleiben.