DE69016569T2 - Langhubtastschalter mit verstärktem Benutzer-Feedback. - Google Patents

Description

• Die offenbarte Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen Tastatur-Druckknopfschalter, und insbesondere bezieht sie sich auf einen Tastatur-Druckknopfschalter, der eine große Verschiebbarkeit, eine verbesserte fühlbare und hörbare Rückwirkung und eine verbesserte Kontaktzuverlässigkeit aufweist.
• Druckknopfschalter werden in Tastaturen für Taschenrechner, Geräte-Steuerungsbedienfeldern und ähnlichem verwendet. Eine bekannte Druckknopfschalterstruktur schließt einen kuppelförmigen, metallischen Kontakt ein, der mit Kontakten auf einer gedruckten Schaltungsplatine kontaktmäßig Eingriff nimmt, wenn dieser durch eine Betätigung einer zugeordneten Tastenabdeckung verformt wird. Die Verformung der metallischen Kuppel erzeugt sowohl eine fühlbare Rückwirkung als auch eine hörbare Rückwirkung.
• Eine wichtige Überlegung bei einem Druckknopfschalter mit einem metallischen Kuppelkontakt ist die relativ kleine Kontaktfläche, die durch die verformte Kuppel bereitgestellt wird, die solche Schalter gegenüber einer nicht-Schließung aufgrund von Verunreinigungen durch Staub und Schmutz anfällig macht. Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen sind einige metallische Kuppel-Druckknopfschalter zur Einfügung in gedruckte Schaltungsplatinen einzeln gehäust. Solche Schalter können teuerer und voluminöser sein.
• Eine weitere Überlegung bei metallischen Kuppel-Druckknopfschaltern ist die Übertragung der Tastendruckkraft auf die gedruckte Schaltungsplatine, die Schäden hervorrufen könnte, wenn diese übermäßig ist.
• Eine weitere Überlegung bei Druckknopfschaltern mit metallischen Kuppelkontakten ist eine Begrenzung der Größe der Tastenverschiebbarkeit, die durch die metallische Kuppel hervorgerufen werden. Eine relativ längere Tastenverschiebbarkeit erzeugt komfortablere Tastendrücke.
• Die US-A-3668356 offenbart eine Schalterstruktur, bei der eine von Hand niederdrückbare Tastenoberfläche einen Stab zur Ineingriffnahme einer Stellgliedanordnung aufweist. Die letztere Anordnung schließt eine Auslegeranordnung ein, die sich verformt, um eine fühlbare Rückwirkung zu erzeugen. Die Tastenoberfläche kontaktiert ebenfalls eine Basis, um eine hörbare Rückwirkung hervorzurufen. Die Betätigungsanordnung wird verwendet, um einen Membranschalter zu betreiben.
• Das DE-GN-8105649 offenbart einen Kuppelschalter gemäß dem ersten Teil des Anspruchs 1.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es wäre deshalb ein Vorteil, eine Tastatur-Druckknopfschalterstruktur mit einer zuverlässig großen Kontaktfläche zu schaffen.
• Ein weiterer Vorteil wäre es, eine Tastatur-Druckknopfschalterstruktur zu schaffen, die die Größe der Tastendruckkraft, die auf die mit dieser verwendeten gedruckte Schaltungsplatine übertragen wird, reduziert.
• Ein weiterer Vorteil wäre es, eine Tastatur-Druckknopfschalterstruktur zu schaffen, die eine ausreichende Tastenverschiebbarkeit schafft.
• Die vorhergehenden und andere Vorteile werden durch die Erfindung, die im Anspruch 1 definiert ist, geschaffen.
• Die Vorteile und Merkmale der offenbarten Erfindung werden für Fachleute aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ohne weiteres offensichtlich, in denen:
• Fig. 1 ist eine schematische, perspektivische Explosionsdarstellung eines Druckknopfschalters gemäß der Erfindung.
• Fig. 2 ist eine geschnittene Draufsichtdarstellung, die den Druckknopf schalter aus Fig. 1 darstellt, dessen Tastenabdeckungsdruckkolben in einer nicht-betätigten Position ist, und der eine leichte Vorladung auf die Schalterkuppel ausübt.
• Fig. 3 ist eine geschnittene Draufsichtdarstellung, die den Druckknopfschalter aus Fig. 1 darstellt, dessen Tastenabdeckungsdruckkolben ausreichend verschoben ist, um eine Verformung der Schalterkuppel und ein kontaktmäßiges Schließen der Schalterelemente zu bewirken.
• Fig. 4 ist eine geschnittene Draufsichtdarstellung, die den Druckknopfschalter aus Fig. 1 zeigt, dessen Tastenabdeckungsdruckkolben ausreichend verschoben ist, um durch den Aufprall der Tastenabdeckungsoberfläche auf den Rückhalterahmen eine hörbare Rückwirkung zu bewirken.
• In der folgenden detaillierten Beschreibung und in den verschiedenen Figuren der Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• Anhand von Fig. 1 ist eine Druckknopfschalteranordnung gezeigt, die eine Tastenabdeckung 11 mit einer Tastenabdeckungsoberfläche 11a und einem Tastenabdeckungsdruckkolben 11b einschließt. Der Tastenabdeckungsdruckkolben 11a ist gleitbar in einem Führungs- und Rückhalterahmen 13 eingeführt, die z.B. mit anderen Rahmen in einer Rahmenstruktur 15 gebildet ist, und in diesem gehalten. Der Tastenabdeckungsdruckkolben schließt beispielsweise widerhakenförmige Streifen zur Ineingriffnahme der Bodenabschnitte des Rahmens 13 ein, um die nach oben gerichtete Verschiebung der Tastenabdeckung zu begrenzen.
• Ein elastomerer Kuppelschalterknopf 17 ist unterhalb der Tastenabdeckung 11 angeordnet. Der Schalterknopf 17 ist beispielsweise einstückig in einer dünnen elastomeren Platte 19, die z.B. aus Gummi besteht, mit anderen Schalterknöpfen gebildet. Die dünne elastomere Platte 19 ruht auf einer gedruckten Schaltungsplatine 21, die eine leitfähige Struktur 23, die mit dem Schalterknopf 17 ausgerichtet ist, aufweist. Die leitfähige Struktur 23 kann beispielsweise verschachtelte leitfähige Spuren umfassen, um redundante Kontaktelemente zu schaffen. Die gedruckte Schaltungsplatine 21 ist an der Rahmenstruktur 15 befestigt, um eine relative Verschiebung bezüglich dieser zu vermeiden.
• Der elastomere Kuppelschalterknopf 17 umfaßt eine konische Seitenwand 17a, die an dessen unterer Grenzfläche an der dünnen elastomeren Platte 19 befestigt ist. Eine horizontale obere Wand 17b ist an der oberen Grenzfläche der konischen Seitenwand 17a gebildet, und ein kreisförmiger Steg 17c ist auf der oberen Wand 17b gebildet. Eine zylindrische Erhöhung 17d mit kleinerer Höhe als der kreisförmige Steg 17c ist in der Mitte der oberen Wand 17b gebildet. Die Dicke der oberen Wand 17b, des kreisförmigen Steges 17c und der mittleren Erhöhung 17d sind größer als die Dicke der konischen Seitenwand, so daß sich die konische Seitenwand leichter als die dickeren Elemente elastisch verformt.
• Eine leitfähige Kontaktfläche 25, die z.B. ein Kohlenstoffimprägniertes Elastomer umfaßt, ist an der Unterseite der oberen Wand 17b im allgemeinen mit der Erhöhung 17c ausgerichtet befestigt.
• Die Tastenabdeckung 11, der Rahmen 13 und die Rahmenstruktur 15 sind derart konfiguriert, daß eine leichte Vorladung bezüglich des Schalterknopfes 17 geschaffen wird, wenn die Tastenabdeckung 11 nicht betätigt ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Ferner sind die Tastenabdeckung 11 und der Rahmen 13 konfiguriert, so daß der Boden der Tastenabdeckungsoberfläche an der Oberfläche des Rahmens 13 anliegt, wenn der Schalterknopf 17 vollständig verformt ist, wodurch eine weitere Kraft auf den Rahmen 13 übertragen wird.
• Der Druckknopfschalter arbeitet wie folgt. Der Anwender drückt auf die Oberfläche der Tastenabdeckungsoberfläche 11a, um die Tastenabdeckung 11 nach unten zu verschieben. Die konische Seitenwand 17a knickt ein, kurz bevor die Kontaktfläche 25 mit der leitfähigen Struktur 23 auf der gedruckten Schaltungsplatine Eingriff nimmt, was eine deutliche Veränderung des Widerstandes bewirkt, die durch den Finger des Anwenders gefühlt wird. Genauer gesagt reduziert das plötzliche Einknicken der konischen Seitenwand 17a den Widerstand gegenüber der Tastenabdeckung, die sich dann entsprechend der Tastendruckkraft schnell bewegt, um auf den Rahmen 13 aufzuprallen und einen hörbaren Rückwirkungsklick zu erzeugen. Fig. 3 zeigt die Kontaktfläche 25 gegenüber der leitfähigen Struktur 23 gerade nachdem die konische Seitenwand eingeknickt ist, und Fig. 4 zeigt die Tastenabdeckung an ihrer unteren Verschiebbarkeitsgrenze an dem Rahmen 13.
• Wie es genauer in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Seitenwand 17a eingeknickt, wenn die Tastenabdeckung 11 vollständig auf den Rahmen 13 niedergedrückt ist, und die obere Wand 17b um die Kontaktfläche 23 ist etwas verformt, berührt aber nicht die gedruckte Schaltungsplatine 21. Jede Tastendruckkraft, die über diejenige hinausgeht, die an die Tastenabdeckung angelegt wird, um die Seitenwand 17a einzuknicken und die obere Wand zu verformen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wird an den Rahmen 13 übertragen und nicht an die gedruckte Schaltungsplatine 21. Genauer gesagt sind die Tastenabdeckung 11, der Rahmen 13 und der Druckknopf 17 konfiguriert, so daß eine begrenzte Kraft an die gedruckte Schaltungsplatine übertragen wird, z.B. eine bestimmte Größe, die ausreichend ist, um einen geeigneten Kontakt zwischen der Kontaktfläche 25 und der leitfähigen Struktur 23 sicherzustellen. Auf diese Art wird der Kontakt sichergestellt, während übermäßige Kräfte gegenüber der gedruckten Schaltungsplatine vermieden werden.
• Die Tastenabdeckungsverschiebbarkeit und die Art der hörbaren Rückwirkung sind derart ausgewählt, daß ein komfortabler Tastendruck geschaffen wird, der eine deutliche Anzeige dafür schafft, daß ein Kontakt hergestellt wurde.
• Die Tastenabdeckungsverschiebbarkeit wird durch die Differenz zwischen (a) der oberen Höhe zu der unteren Höhe des Rückhalterahmens 13, und (b) durch die Entfernung auf dem Tastenabdeckungsdruckkolben 11b zwischen den wiederhakenförmigen Streifen und der Unterseite der Tastenabdeckungsoberfläche 11a bestimmt. In Verbindung mit der Auswahl der Tastenabdeckungsverschiebbarkeit sollte die Entfernung zwischen der Kontaktfläche 23 und der leitfähigen Struktur der gedruckten Schaltung ausgewählt sein, so daß ein ausreichender Kontakt sichergestellt ist, während das Anlegen von übermäßiger Kraft vermieden wird, wenn die Tastenabdeckung vollständig niedergedrückt ist.
• Die Art der fühlbaren Rückwirkung, die die Kraft-gegenüber- Verschiebung-Charakteristik des Druckknopfes 17 ist, wird durch die Dicke der konischen Seitenwand 17a, die Dicke der oberen Wand 17b, den äußeren Durchmesser der oberen Wand 17b und durch den inneren Durchmesser der unteren Grenzfläche der konischen Seitenwand 17a bestimmt.
• Das Vorangegangene war eine Offenbarung einer Druckknopfschalteranordnung, die vorteilhafterweise elastomere Schalterknöpfe verwendet und sowohl eine fühlbare Rückwirkung als auch eine mechanisch erzeugte hörbare Rückwirkung schafft. Ferner ermöglicht der offenbarte Druckknopfschalter eine Implementierung einer geeigneten komfortablen Tastenabdeckungsverschiebbarkeit.
• Obwohl das Vorangegangene eine Beschreibung und eine Darstellung von bestimmten Ausführungsbespielen der Erfindung war, können durch Fachleute verschiedene Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden, ohne sich vom Umfang der Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist, zu entfernen.

Claims (5)

1. Eine Schalterstruktur zur elektrischen Verbindung von Kontakten (23) auf einer gedruckten Schaltungsplatine (21), wobei die Schalterstruktur folgende Merkmale aufweist:

eine von Hand niederdrückbare Tastenabdeckung (11) mit einer Oberfläche (11a) und einem Druckkolben (11b);

eine Rückhalteeinrichtung (13, 15), in der der Druckkolben (11b) gleitbar befestigt und zurückgehalten ist, und in der die gedruckte Schaltungsplatine (21) aufgenommen werden kann;

einen elastomeren Kuppelschalter (17) mit einer konischen Seitenwand (17a), einer mittleren Wand (17b), die auf einer Peripherie der Seitenwand (17a) gebildet ist, und einem kreisförmigen Steg (17c), der auf der mittleren Wand (17b) gebildet ist; wobei der Kuppelschalter (17) ebenfalls einen Kontakt zur Ineingriffnahme mit den Kontakten (23) der gedruckten Schaltungsplatine aufweist, wenn die Tastenabdeckung (11) niedergedrückt ist; wobei der kreisförmige Steg (17c) mit dem Druckkolben (11b) Eingriff nimmt, so daß, wenn der Druckkolben (11b) niedergedrückt ist, der Kuppelschalter (17) nachgibt, um einer manuellen Niederdrückung der Tastenabdeckung (11) zu widerstehen, und sich dann mit geringem Widerstand verformt, um eine fühlbare Rückwirkung zu schaffen, bevor der Kuppelschalterkontakt (25) mit den Kontakten (23) der gedruckten Schaltungsplatine Eingriff nimmt; wobei die mittlere Wand (17b) und der kreisförmige Steg (17c) des Kuppelschalters (17) wesentlich dicker sind als dessen konische Seitenwand (17a), so daß sich, wenn die Tastenabdeckung (11) niedergedrückt ist, die konische Seitenwand (17a) leichter als die mittlere Wand (17b) und der ringförmige Steg (17c) elastisch verformt,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Teil der Rückhalteeinrichtung (13) als ein Anschlag wirkt, der eine begrenzte Verschiebung des Druckkolbens (11b) ermöglicht, nachdem der Kuppelschalterkontakt (25) mit den Kontakten (23) der gedruckten Schaltungsplatine Eingriff nimmt; und

daß die Rückhalteeinrichtung (13), die Tastenabdeckung (11) und der Kuppelschalter (17) konfiguriert sind, so daß

(a) die Tastenabdeckungsoberfläche (11a) nach der begrenzten Verschiebung auf die Rückhalteeinrichtung (13) aufprallt, um eine hörbare Rückwirkung zu erzeugen;

(b) sich die mittlere Wand (17b) verformt und sich die konische Seitenwand (17a) streckt, ohne während der begrenzten Verschiebung zu knicken, und

(c) lediglich eine begrenzte Kraft an die in Eingriff genommenen Kontakte (23, 25) als ein Ergebnis der begrenzten Verschiebung übertragen wird, was elektrische Verbindungen sicherstellt, aber verhindert, daß eine übermäßige Kraft an die gedruckte Schaltungsplatine (21) übertragen wird.

2. Eine Schalterstruktur gemäß Anspruch 1, bei der die Tastenabdeckung (11) und die Rückhalteeinrichtung (13, 15) derart konfiguriert sind, daß der Kuppelschalter (17) vorgeladen ist, wenn die Tastenabdeckung (11) in einem nicht-gedrückten Zustand ist.

3. Eine Schalterstruktur gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die mittlere Wand eine vergrößerte mittlere Erhöhung (17d) aufweist, die sich in die Richtung des ringförmigen Steges (17c) erstreckt, wobei die Erhöhung (17d) kürzer ist als der ringförmige Steg (17c) und innerhalb des Kuppelschalters (17) oberhalb des Kontaktes (25) angeordnet ist, so daß sich ein Abschnitt der mittleren Wand (17b) über den Kuppelschalterkontakt (25) erstreckt.

4. Eine Schalterstruktur gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Teil der Rückhalteeinrichtung (13), der als Anschlag wirkt, in der Form einer aufrecht stehenden Buchse mit einem oberen Randabschnitt ist, der auf die Tastenabdeckungsoberfläche (11a) aufprallt.

5. Eine Schalterstruktur gemäß Anspruch 4, bei der der Druckkolben (11b) gleitend in der Buchse befestigt ist und widerhakenförmige Streifen aufweist, die mit einem unteren Ende der Buchse Eingriff nehmen, um den Druckkolben (11b) zurückzuhalten, wobei sich die Streifen über den ringförmigen Steg (17c) erstrecken.