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DE3108183A1 - Verfahren zum herstellen von tastenschaltern - Google Patents

Verfahren zum herstellen von tastenschaltern

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Publication number
DE3108183A1
DE3108183A1 DE19813108183 DE3108183A DE3108183A1 DE 3108183 A1 DE3108183 A1 DE 3108183A1 DE 19813108183 DE19813108183 DE 19813108183 DE 3108183 A DE3108183 A DE 3108183A DE 3108183 A1 DE3108183 A1 DE 3108183A1
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DE
Germany
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printed circuit
layer
plastic layer
plastic
switch
Prior art date
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Application number
DE19813108183
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English (en)
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DE3108183C2 (de
Inventor
Takafumi Asada
Kanji Kiyohara
Tadashi Sakairi
Kazuyoshi Shinohara
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of DE3108183A1 publication Critical patent/DE3108183A1/de
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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Tatenschaltern, die insbesondere in einem elektrischen Taschenrechner oder dgl. verwendbar sind.
Bisher werden Tastenschalter für elektrische Taschenrechner oder dgl. so ausgeführt, daß Schalttasten auf einer Fläche einer Membran vorgesehen werden, während ein beweglicher Kontakt aus leitendem Gummi fest auf deren anderen Fläche an einem Teil unterhalb der Schalttaste angeordnet ist. Der bewegliche Kontakt wird nach unten gepreßt und berührt die festen Kontakte, die auf einer gedruckten Schaltungsplatte ausgeführt sind, wodurch ein Stromkreis zwischen den festen Kontakten geschlossen wird. Die gedruckte Schaltungsplatte weist Leiter auf ihren beiden Flächen auf. Eine Rahmentafel 6 mit Durchgangslöchern ist auf der Membran befestigt, die die Schalttasten in den Durchgangslöchern hält. Damit verhindert wird, daß die Schalttasten aus den Durchgangslöchern herausfallen, weist jede Schalttaste eine Bodenauskragung an ihrer Unterseite auf, so daß die Auskragung unterhalb von oberen Vorsprüngen eingreift. Um eine ausreichende mechanische Stabilität zu gewährleisten, sollte die Bodenauskragung eine Dicke von wenigstens 0,5 bis 1,0 mm besitzen, was bedeutet, daß die Gesamtdicke des Tastenschalters nicht merklich verringerbar ist. Zur Verringerung dieser Dicke wurden bereits verschiedene Möglichkeiten in Erwägung gezogen, die Bodenauskragung dünn auszuführen; bei einer Möglichkeit werden die Tasten aus rostfreiem Stahl hergestellt, und deren dünne Auskragung wird mittels chemischen Ätzens gebildet; es ist auch möglich, die Tasten aus einem Aluminiumkörper und einer etwa 0,1 mm dicken Auskragung aus rostfreiem Stahl herzustellen, die daran durch Verstemmen befestigt ist. Jedoch ist ein derartiges Vorgehen bei zahlreichen Schalttasten aufwendig. Das gleiche gilt auch für die gedruckte Schaltungsplatte mit Leitern auf beiden Oberseiten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Tastenschaltern anzugeben, das einfach bzw. wirkungsvoll durchführbar ist und außerdem sehr dünne Tastenschalter ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Beispiele für den Stand der Technik und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Einen Aufriß eines Teiles herkömmlicher Tastenschalter,
Fig. 2 und 3 Aufrisse abgewandelter Beispiele einer Schalttaste der herkömmlichen Tastenschalter,
Fig. 4 einen Aufriß eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Tastenschalter,
Fig. 5 einen Schnitt einer Form zum Herstellen eines Hauptteiles des Ausführungsbeispiels der Fig. 4,
Fig. 6 einen Aufriß eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Tastenschalter, und
Fig. 7 eine Untersicht einer Kunststoffschicht 11 des Ausführungsbeispiels der Fig. 6.
Herkömmliche Tastenschalter für elektrische Taschenrechner oder dgl. sind beispielsweise in der in Fig. 1 gezeigten Weise ausgeführt, in der Schalttasten 1 auf eine Fläche oder Seite einer Silicongummimembran 2 aufgelegt sind, während ein beweglicher Kontakt 4 aus einem leitenden Gummi auf deren anderer Seite oder Fläche in dem Teil unterhalb der Schaltta- · ste 1 festgelegt ist. Der bewegliche Kontakt 4 wird nach unten gepreßt, indem die Taste 1 eingedrückt wird, und er be-
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rührt feste Kontakte 5, 51, die auf einer gedruckten Schaltungsplatte 3 ausgeführt sind, um dadurch einen Stromkreis zwischen den festen Kontakten 5, 51 zu schließen. Die gedruckte Schaltungsplatte 3 hat Leiter auf ihren beiden Seiten oder Flächen. Eine Rahmentafel 6 mit Durchgangslöchern 61 ist auf der Silicongummimembran 2 befestigt, die die Schalttasten 1 in den Durchgangslöchern 61 hält. Um zu verhindern, daß die Schalttasten 1 aus den Durchgangslöchern 61 herausfallen, hat jede Schalttaste 1 eine Bodenauskragung 1a an ihrem Bodenoder Unterteil derart, daß die Auskragung la unter oberen Vorsprüngen 62 eingreift. Um eine ausreichende mechanische Stabilität zu gewährleisten, sollten die Bodenauskragungen 1a Dikken von wenigstens 0,5 bis 1,0 mm besitzen, und daher kann die Gesamtdicke des Tastenschalters nicht wesentlich herabgesetzt werden. Zur Verringerung dieser Dicke wurde bereits daran gedacht, die Bodenauskragung 1a dünn auszuführen, indem die Tasten 1 aus rostfreiem Stahl hergestellt werden und deren dünne Auskragung 8b mittels chemischen Ätzens gebildet wird, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, oder indem die Tasten 1 aus einem Aluminiumkörper 101 und einer etwa 0,1 mm dicken Auskragung 10 aus rostfreiem Stahl gefertigt werden, die daran durch Verstemmen festgelegt ist, wie dies in Fig. 3 gezeigt wird. Da jedoch eine Anzahl von Schalttasten, wie beispielsweise 50, in einer Vorrichtung verwendet wird, ist es unbequem und aufwendig, derartige Tasten zu verwenden, wie diese in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind. Weiterhin ist die gedruckte Schaltungsplatte 3 mit Leitern 5, 5" auf beiden Seiten oder Flächen beträchtlich aufwendig.
Fig. 4 zeigt einen Aufriß eines ersten Ausführungsbeispiels der Tastenschalter mit einer biegsamen oder elastischen gedruckten Schaltungsschicht 11, die aufweist eine weiche biegsame Kunststoffschicht 11c, beispielsweise eine 0,1 mm dicke Polyesterschicht mit Belegungen thermoplastischer Verbundfolien oder Bindeschichten 11b und 11d, beispielsweise einer 30 μπ\ dicken Verbundfolie. Schalttasten oder Knöpfe 11a sind auf der Oberseite der Kunststoffschicht 11c mittels der obe-
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ren Verbundfolie 11b gebunden, und Abstandshalter 11e sind auf der Unterseite der Kunststoffschicht 11c mittels der unteren Verbundfolie 11d gebunden. Eine Schnappwirkungsschicht 12, die die Schalttasten nach oben durch ihren federnden, halbkugelförmigen, konvexen Teil 12a hält, ist unter der Kunststoffschicht 11c vorgesehen, und jeder konvexe Teil 12a hat Löcher 12b, durch die Kontakte angrenzen. Die Schnappwirkungsschicht 12 besteht beispielsweise aus einer Polyester-Isolierschicht, die eine Elastizität mittels Vakkumformens aufweist, durch das eine Anzahl halbkugelförmiger Vorsprünge 12a an entsprechenden Stellen unterhalb der Schalttasten 11a gebildet werden. Eine gedruckte Schaltungsplatte 13, die auf ihrer Oberseite ein erstes gedrucktes Schaltungsmuster und einen hiermit verbundenen festen Kontakt 15 aufweist, ist unter der Schnappwirkungsschicht 12 vorgesehen. Die Schnappwirkungsschicht 12 wird fest zwischen der Unterseite des Abstandshalters und der gedruckten Schaltungsplatte 13 gehalten, die in einer genauen Stellung mittels Stiften 11f des Abstandshalters 11e festgelegt ist. Die biegsame oder elastische Kunststoffschicht 11c weist ein zweites gedrucktes Schaltungsmuster und einen beweglichen Kontakt 14 auf, der hiermit auf deren Unterseite verbunden ist. Das zweite gedruckte Schaltungsmuster und der bewegliche Kontakt 14 werden auf der biegsamen oder elastischen Kunststoffschicht mittels einer üblichen Leitpaste bzw. -tinte aus einem Metallpulver, wie beispielsweise einem Silberpulver, und einem Haftstoff oder mittels des üblichen Aufdampf- oder Sputterprozesses ausgeführt.
Die Schalttasten 11a und die Abstandshalter 11e werden gleichzeitig und wirksam mittels einer speziell ausgelegten Form gebildet, die in Fig. 5 gezeigt ist, wobei die Form aus einem ersten Block 101 und einem zweiten Block 102 besteht, zwischen denen die biegsame oder elastische Kunststoffschicht 11c liegt. Die erste Form 101 hat Hohlräume 101a zum Formen der Schalttasten 11a, und die zweite Form 102 hat Hohlräume 102a zum Formen der Abstandshalter 11e, und sie weist außerdem hiermit verbundene Einspritztrichter 102b1 sowie weitere
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Einspritztrichter 102b auf, die mit den Hohlräumen 101a über Durchgangslöcher 11g der Kunststoffschicht 11c verbunden sind. Die Durchgangslöcher 11g werden zuvor ausgeführt, beispielsweise durch eine Lochstanze, die mit einem Mechanismus zum öffnen und Schließen der Formblöcke 101 und 102 verbunden bzw. verkettet ist. Nach dem Einlegen der Kunststoffschicht 11c zwischen die Fornblöcke 101 und 102 wird ein thermoplastisches Material, z,B. bei etwa 250 0C warm geschmolzener ABS-Kunststoff durch die Trichter 102b und 102b' in den Hohlraum 101a bzw. 102a eingespritzt. Da das eingespritzte geschmolzene ABS eine Temperatur von etwa 200 0C kurzzeitig beibehält, werden die thermoplastischen Verbundfolien 11b und 1Id an den Teilen geschmolzen, die das in die Hohlräume 101a und 102a eingespritzte Harz berühren, und sie verbinden die eingespritzten Schalttasten 11a und die Abstandshalter 11e mit der biegsamen oder elastischen Kunststoffschicht 11c; dagegen werden an anderen Teilen, d.h. an den Teilen, die die Stirnseite der Formblöcke 101 und 102 berühren, die thermoplastischen Verbundfolien 11b und 11d nicht geschmolzen. Als Ergebnis werden nach dem Abkühlen durch die Form 101 und 102, die auf einer Temperatur von 60 bis 80 0C belassen werden, die integrierte oder zusammengefaßte biegsame bzw. elastische Kunststoffschicht 11c, die Schalttasten 11a und die Abstandshalter 11e aus den Formen 101, 102 genommen. Ein kristallines, polymeres Kunststoffbindemittel, das ein rasches Schmelzen über dem Temperaturbereich von etwa 130 0C zeigt, ist als Material für die Verbundfolien 11b und 11d besonders geeignet. Mittels eines derartigen Bindemittels schmelzen die Verbundfolien 11b und 11d wahlweise lediglich an dem Teil der Hohlräume 101a bzw. 102a, in die der Hochtemperatur-Kunststoff, wie beispielsweise geschmolzenes ABS, eingespritzt wird, und daher liegen keine Probleme vor, daß die Verbundfolien 11b und 11d schmelzen und an den Formblöcken 101 bzw. 102 haften. Die biegsame oder elastische Kunststoffschicht 11c schmilzt nicht durch die Wärme des eingespritzten Kunststoffes, da die Kunststoffschicht 11c aus einem Kunststoff mit hohem Schmelzpunkt hergestellt ist, wie beispielsweise aus einem harten gesättigten
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Polyesterharz. Dann wird der in den Trichtern 102b und 102b1 ausgehärtete Kunststoff abgeschnitten. Die Kunststoffschicht 11c mit den Schalttasten 11a und den Abstandshaltern 11e wird dann bei der Herstellung des Tastenschalters der Fig. 4 verwendet.
Wenn die Schalttaste oder der Knopf 11a nach unten gedrückt ist, wie dies auf der rechten Seite der Fig. 4 gezeigt ist, dann verbiegt sich die biegsame oder elastische Kunststoffschicht 11c nach unten, und damit wird die Schnappwirkungsschicht 12 nach unten gepreßt. Wenn die Preßkraft auf den halbkugelförmigen Vorsprung 12a der Schnappwirkungsschicht 12 einen bestimmten Pegel überschreitet, dann wird der obere Teil des VorSprunges 12a plötzlich nach unten gekehrt, wodurch die Schalttaste 11a mit einer Schnappwirkung nach unten fahren kann, so daß der bewegliche Kontakt 14 den festen Kontakt 15 durch die öffnung 12b des Vorsprunges 12a berührt, um einen Schaltkreis zu schließen. Die Schnappwirkungsschicht 12 aus Isolierendem Kunststoff verhindert ein unerwünschtes Berühren der Schaltkreise der ersten gedruckten Schaltung auf der biegsamen oder elastischen Kunststoffschicht 11c und der zweiten gedruckten Schaltung auf der gedruckten Schaltungsplatte 13 an Teilen außer der Schaltkontakte 14 und 15.
Durch Ausführen der Schnappwirkungsschicht 12 mittels eines relativ harten elastischen Kunststoffes, wie z.B. einer harten Schicht aus gesättigtem Polyester, fcann für aen schalttastenbetrieb eine sehr klare Schnappwirkung erhalten werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Schalter gesteigert wird. Die Endspitze der Abstandshalter 11e hat Befestigungsstifte 11f, die durch ein Befestigungsloch 12d der Schnappwirkungsschicht 12 und weiterhin in Befestigungslöcher 13a der gedruckten Schaltungsplatte 13 einzuführen sind. Durch derartiges Einführen werden die Lagen oder Stellungen der Schnappwirkungsschicht genau bezüglich der Kunststoffschicht 11c festgelegt, d.h. der oberen gedruckten Schaltung mit beweglichen Kontakten 14 und der gedruckten Schaltungsplatte 13 mit den darauf
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vorgesehenen festen Kontakten 15. Daher sind die relativen Lagen der Kontakte 14, 15 und der Durchgangslöcher 12b der Schnappwirkungsschicht 12 genau festgelegt, wodurch ein zuverlässiges Schalten gewährleistet wird.
Durch den obigen Aufbau und das obige Verfahren werden folgende Vorteile erzielt:
(1) Die Tastenschalter sind mit einer sehr kleinen Dicke ausführbar/ da sie keine Auskragungsteile benötigen;
(2) die Tastenschalter können mit geringem Aufwand hergestellt werden, indem eine billige elastische oder federnde Schicht verwendet wird, die beispielsweise aus Polyester besteht;
(3) der Schalter kann mit einer kleineren Anzahl von Herstellungsschritten und geringerer Erfahrung gefertigt werden, da eine große Anzahl von Schalttasten oder Knöpfen 11a gleichzeitig an genauen Stellen auf der biegsamen oder flexiblen Kunststoffschicht 11c festgelegt wird; und
(4) die Herstellungskosten können mittels einer einfachen einseitig gedruckten Schaltungsplatte 13 zusammen mit der biegsamen Kunststoffschicht 11c einschließlich einer darauf gedruckten Schaltung anstelle der bisher üblichen aufwendigen doppelseitigen gedruckten Schaltungsplatte 3 und der Silicongummischicht 2 mit dem Kontakt 4 (vgl. Fig. 1) verringert werden.
Die Fig. 6 und 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 6 einen Aufriß darstellt und Fig. 7 eine Untersicht der elastischen oder biegsamen Kunststoffschicht 11c der Fig. 6 ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel versehen, so daß insoweit die obigen Erläuterungen auch für das vorliegende Ausführungsbeispiel gelten. Die biegsame oder elastische Kunststoffschicht 11c, die Schalttasten 11a und die Abstands-
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halter 11e werden in der gleichen Weise hergestellt, wie dies für das erste Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 5 erläutert wurde. Ein erster Unterschied liegt darin, daß das Material des Leiters des beweglichen Kontaktes 17 und der gedruckten Schaltung, die auf der Unterseite der biegsamen oder elastischen Kunststoffschicht 11c ausgeführt ist, eine leitende Gummischicht ist, die eine dünne Gummischicht darstellt, welche leitende Teilchen enthält, wie beispielsweise Ruß oder ein stabiles Metall, die in ein in Fig. 7 gezeigtes Schaltungsmuster geformt sind und durch Pressen mit der Verbundfolie 11c verbunden werden, wenn diese auf eine Temperatur von etwa 150 0C erwärmt wird. Das Verbinden der leitenden Gummischicht 17 kann gleichzeitig mit den Einspritzformen der Schalttasten 11a und der Abstandshalter 11e erfolgen. Der zweite Unterschied liegt darin, daß zwei U-förmige Schlitze 11h und 11h' auf der Schicht 11c derart ausgeführt werden, daß sie den Bereich unter der Schalttaste 11a umgeben. Dieser Schlitz liefert eine große Nachgiebigkeit für den Bereich mit dem beweglichen Kontakt 17, wodurch die Schärfe des Schnappwirkungstastens des Schaltbetriebes verbessert wird.
Dieses zweites Ausführungsbeispiel ist wirtschaftlicher, indem die leitende Gummischicht 17 anstelle der Silberpaste für die gedruckte Schaltung auf der elastischen oder biegsamen Kunststoffschicht 11c verwendet wird, und es zeichnet sich durch ein scharfes Schnappwirkungstasten aus.
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Claims (6)

KLAUS D. KIRSCHNER WOLFGANG GROSSE DIPL.-PHYSIKER D I P L-I N G E N I E U R ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPAISCHEfN PATENTAMT HERZOCS-WILHELM-STR. 17 D-θ MÜNCHEN 2 IHF-* ZHICHE N VOURMKF R Matsushita Electric Industrial unser .zeichen.· Co., Ltd. ouRRereRENCE= H 4O68 K/ÜK Osaka, Japan datum: 4. März 1981 Verfahren zum Herstellen von Tastenschaltern Patentansprüche
1.) Verfahren zum Herstellen integrierter Tastenschalter, bei dem eine Anzahl von Schalttasten fest auf einer Fläche einer elastischen Kunststoffschicht vorgesehen wird, während eine Anzahl beweglicher Kontakte auf der anderen Fläche der elastischen Kuststoffschicht ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des Kunststoffes zur Herstellung der Schalttasten (11a) kleiner als diejenige der elastischen Kunststoffschicht (11c) gewählt wird, und daß folgende Verfahrensschritte vorgesehen werden:
(1) Auftragen einer thermoplastischen Verbundfolie (11b, 11d) wenigstens auf einen Teil der elastischen Kunststoffschicht (11c), wobei der Schmelzpunkt der thermoplastischen Verbundfolien (11b, 11d) kleiner als derjenige der Schalttasten (11a) ist,
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(2) Anordnen der elastischen Kunststoffschicht (11c) in einer Metallform (101), die Hohlräume (101a) besitzt, um eine Schalttaste an vorbestimmten Stellen zu formen, und
(3) Einspritzen geschmolzenen Kunststoffes in die zum Formen einer Schalttaste dienenden Hohlräumen (101a), um dadurch die Schalttasten (11a) zu formen, und gleichzeitig bewirken, daß die thermoplastische Verbundfolie (11b) an den Teilen, die den eingespritzten Kunststoff berühren, durch Wärme des eingespritzten Kunststoffes geschmolzen wird, und daß die Schalttasten (11a) auf der elastischen Kunststoffschicht (11c) verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallform (101) weiterhin Hohlräume (102a) besitzt, um Abstandshalter (11e) zu formen, und daß das Verfahren weiterhin aufweist:
Einspritzen geschmolzenen Kunststoffes in die zum Formen der Abstandshalter (11e) dienenden Hohlräume (102a) gleichzeitig mit dem Einspritzen, wodurch die Abstandshalter (11e) gebildet werden, und gleichzeitig bewirken, daß die thermoplastische Verbundfolie (11b) an den Teilen, die den eingespritzten geschmolzenen Kunststoff berühren, durch Wärme des eingespritzten geschmolzenen Kunststoffes geschmolzen wird, und daß die Abstandshalter (11e) auf der elastischen Kunststoffschicht (11c) verbunden werden,
Formen einer ersten gedruckten Schaltung auf der entgegengesetzten Fläche der elastischen Kunststoffschicht (11c), mit der die Schalttaste (11a) verbunden ist, und Befestigen eines gedruckten Schaltungssubstrates mit einer zweiten gedruckten Schaltung derart, daß die erste und die zweite gedruckte Schaltung einander mit einem kleinen Spalt gegenüberliegen, der durch den Abstandshalter (11e) festgelegt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
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die thermoplastische Verbundfolie (11b, 11d) aus einem Bindemittel mit einem Schmelzpunkt besteht, der über der Temperatur der Metallform und unter dem Schmelzpunkt des geschmolzenen Kunststoffes liegt, der in die Hohlräume (101a, 102a) einzuspritzen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
Formen einer ersten gedruckten Schaltung, von der ein Teil einen beweglichen Kontakt bildet, und Befestigen einer gedruckten Schaltungsplatte mit einer zweiten gedruckten Schaltung, von der ein Teil einen festen Kontakt bildet, derart, daß das erste und das zweite Muster einander mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen gegenüberliegen.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch
Befestigen einer Schnappwirkungsschicht (12) aus einer elastischen isolierenden Kunststoffschicht zwischen der ersten gedruckten Schaltung und der zweiten gedruckten Schaltung, wobei die Schnappwirkungsschicht (12) Durchgangslöcher (12b) aufweist, die eine Berührung des beweglichen Kontaktes und des festen Kontaktes hindurch erlauben.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Schnappwirkungsschicht (12) durch Einführen von Befestigungsstiften (1If) an der Endspitze der Abstandshalter (11e) in Befestigungslöcher der Schnappwirkungsschicht und weiterhin in Befestigungslöcher (13a) der gedruckten Schaltungsplatte (13) festgelegt wird.
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