RU2006093C1

RU2006093C1 - Membrane keyboard

Info

Publication number: RU2006093C1
Authority: RU
Inventors: А.Н. Лачинов; М.Г. Золотухин
Original assignee: Лачинов Алексей Николаевич
Priority date: 1991-10-29
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: keyboard has two conducting layers which are spaced with possibility of contact when pressed and are connected to electric circuit from current leads. One layer is connected to front panel. Material with variable piezoelectric resistance is placed between layers. One layer is made of two metal coats applied to dielectric. Another layer is made as one metal coat applied to inside of front panel. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к элементам управления и коммутации электрических цепей, и может быть использовано в клавишных устройствах ввода и вывода дискретной информации в виде клавиатур, например для телефонных аппаратов, ЭВМ, пультов управления различных электротехнических устройств и в виде отдельных выключателей. The invention relates to electrical engineering, in particular to control elements and switching electrical circuits, and can be used in keyboard input and output of discrete information in the form of keyboards, for example, for telephone sets, computers, control panels of various electrical devices and in the form of separate switches.

Известна пленочная коммутационная клавиатура, которая обеспечивает соединение электроцепей в результате механического воздействия на токопроводящую пленку подвижных выпуклых участков эластичного контактного мата. Контакты замыкаются в результате продавливания верхних пленок. При этом их токопроводники приводятся в соприкосновение с токопроводниками пассивной нижней пленки или печатной платы. Known film switching keyboard, which provides the connection of electrical circuits as a result of mechanical action on the conductive film of moving convex sections of an elastic contact mat. The contacts are closed as a result of the punching of the upper films. At the same time, their conductors are brought into contact with the conductors of the passive lower film or printed circuit board.

Недостатком известной клавиатуры является большое количество подвижных деформируемых частей - эластичный контактный мат, продавливаемые пленки с нанесенными на них электропроводящими покрытиями, наличие которых уменьшает надежность устройства и его долговечность. A disadvantage of the known keyboard is a large number of movable deformable parts - an elastic contact mat, extruded films with electrically conductive coatings deposited on them, the presence of which reduces the reliability of the device and its durability.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является клавиатура, содержащая два электропроводящих слоя, между которыми закреплена распорная деталь со сквозным отверстием, через которое происходит контактирование между двумя электропроводящими слоями при приложении к клавиатуре нажимного усилия. Между одним из слоев и лицевой панелью клавиатуры расположен слой с липким покрытием, обеспечивающим приклеивание лицевой панели к электропроводящему слою. В слое с липким покрытием имеются вентиляционные каналы, которые проходят к наружной части клавиатуры от области этого слоя, перекрывая сквозное отверстие распорной детали. Область слоя с липким покрытием изолирована от отверстия с помощью электропроводящего слоя. Электропроводящие слои с помощью токоподводов подключены к электрической цепи. The closest in technical essence and the achieved result is a keyboard containing two electrically conductive layers, between which a spacer is fixed with a through hole through which contact occurs between two electrically conductive layers when a pressure is applied to the keyboard. Between one of the layers and the front panel of the keyboard is a layer with a sticky coating, which provides gluing the front panel to the electrically conductive layer. In the layer with a sticky coating there are ventilation channels that extend to the outside of the keyboard from the area of this layer, blocking the through hole of the spacer. The region of the adhesive layer is insulated from the hole using an electrically conductive layer. The electrically conductive layers using current leads connected to an electrical circuit.

Недостатком этого устройства является наличие сильно формируемых в процессе эксплуатации электропроводящих слоев, что уменьшает долговечность и надежность устройства. Кроме того, необходимость изготовления вентиляционных каналов усложняет конструкцию клавиатуры. The disadvantage of this device is the presence of strongly formed during operation of the conductive layers, which reduces the durability and reliability of the device. In addition, the need to manufacture ventilation ducts complicates the design of the keyboard.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение конструкции мембранной клавиатуры. The purpose of the invention is to increase reliability and simplify the design of the membrane keyboard.

Это достигается тем, что в известной мембране, содержащей отделенные друг от друга с обеспечением контакта между ними при приложении нажимного усилия, два электропроводящих слоя, первый из которых нанесен на лицевую панель, а второй - на диэлектрическое основание и через токоподводы присоединен к электрической цепи, между упомянутыми слоями размещен пьезорезистивный материал, при этом первый слой выполнен в виде сплошного металлического покрытия, которое обеспечивает перекрытие второго электропроводящего слоя, выполненного в виде двух разделенных между собой металлических покрытий, нанесенных на общее диэлектрическое основание. This is achieved by the fact that in a known membrane containing two electrically conductive layers separated from each other by providing contact between them when applying pressure, the first one is deposited on the front panel and the second on the dielectric base and connected to the electric circuit through current leads, a piezoresistive material is placed between the said layers, while the first layer is made in the form of a continuous metal coating that overlaps the second electrically conductive layer made in the form of two separated by a metallic coating deposited on a dielectric base common.

Из научно-технической литературы и патентной документации неизвестно использование в мембранных клавиатурах пьезорезистивного материала, размещенного между металлическими электропроводящими слоями с целью коммутации электрических цепей за счет изменения электросопротивления между слоями в результате фазового перехода типа диэлектрик-металл при приложении одноосного давления в виде нажимного усилия. Указанный переход реализуется в макромолекулах специальной структуры, в которых одноосное давление вызывает изменение дипольного момента боковых групп атомов, влияющее на увеличение степени сопряжения π -электронов в основной цепи молекулы. Последнее при наличии инжекции заряда из электропроводящих слоев способствует фазовому переходу диэлектрик-металл. From the scientific and technical literature and patent documentation, it is not known to use piezoresistive material in membrane keypads placed between metal conductive layers for the purpose of switching electrical circuits by changing the electrical resistance between the layers as a result of a dielectric-metal phase transition under uniaxial pressure in the form of a pressing force. The indicated transition is realized in macromolecules of a special structure in which uniaxial pressure causes a change in the dipole moment of the side groups of atoms, which affects the increase in the degree of conjugation of π-electrons in the main chain of the molecule. The latter, in the presence of charge injection from the electrically conductive layers, promotes the dielectric-metal phase transition.

Однако, известно использование пьезорезистивных полупроводниковых материалов в качестве чувствительных элементов датчиков давления, где изменение сопротивления достигается за счет изменения энергетического зазора между валентной зоной и зоной проводимости либо между примесными уровнями и соответствующими им зонами при воздействии на чувствительный элемент одноосного давления. However, it is known to use piezoresistive semiconductor materials as sensitive elements of pressure sensors, where a change in resistance is achieved by changing the energy gap between the valence band and the conduction band or between impurity levels and their corresponding zones when uniaxial pressure is applied to the sensitive element.

Возможность достижения положительного эффекта обусловлена тем, что действие устройства основано на уменьшении сопротивления пьезорезистивного материала и переходе его из диэлектрического состояния в металлоподобное при нажимном усилии, соответствующем одноосному давлению порядка 0,1 МПа. После снятия усилия исходное диэлектрическое состояние восстанавливается. Кроме того, использование в конструкции мембранной клавиатуры двух электропроводящих покрытий соединенных с электрической цепью и размещенных на одной плоской поверхности диэлектрического основания значительно упрощает конструкцию и технологию изготовления мембранной клавиатуры, так как плоскостной монтаж значительно проще. The possibility of achieving a positive effect is due to the fact that the action of the device is based on a decrease in the resistance of the piezoresistive material and its transition from a dielectric state to a metal-like state with a pressing force corresponding to a uniaxial pressure of the order of 0.1 MPa. After removal of the force, the initial dielectric state is restored. In addition, the use in the design of the membrane keyboard of two electrically conductive coatings connected to the electric circuit and placed on the same flat surface of the dielectric base greatly simplifies the design and manufacturing technology of the membrane keyboard, since plane mounting is much simpler.

На чертеже изображен тактильный элемент мембранной клавиатуры. The drawing shows a tactile element of the membrane keyboard.

Мембранная клавиатура представляет собой совокупность тактильных элементов, изготовленных на общей диэлектрической основе. Отдельный тактильный элемент содержит слой 1 пьезорезистивного материала, диэлектрическое основание 2, два электропроводящих слоя 3, выполненных на основании 2, в виде двух металлизированных покрытий, лицевую панель 4, электропроводящий слой 5, нанесенный на внутреннюю сторону панели 4, т. е. со стороны слоя пьезорезистивного материала, выполненный в виде сплошного металлизированного покрытия, обеспечивающего перекрытие своей площадью электропроводящих покрытий, расположенных на основании 2, токоподводы 6, соединенные слоями 3 на основании 2. Membrane keyboard is a combination of tactile elements made on a common dielectric basis. A separate tactile element contains a layer 1 of piezoresistive material, a dielectric base 2, two electrically conductive layers 3 made on the base 2, in the form of two metallized coatings, a front panel 4, an electrically conductive layer 5 deposited on the inside of the panel 4, i.e., from the side a layer of piezoresistive material, made in the form of a continuous metallized coating, providing the overlapping of its area of conductive coatings located on the base 2, current leads 6, connected by layers 3 on the base 2.

Клавиатура работает следующим образом. The keyboard works as follows.

В исходном состоянии слой пьезорезистивного материала находится в диэлектрическом состоянии и потому электрическая цепь на участке между электропроводящими покрытиями 3 разомкнута; при приложении нажимного усилия на соответствующее место лицевой панели 4 обозначенное необходимой гравировкой, происходит изменение фазового состояния (металлизация) в слое пьезорезистивного материала 1 (новая фаза 7), размещенного между электропроводящими слоями 3 и 5, пьезорезистивный материал становится электропроводящим, в результате чего происходит электрическое замыкание между сплошным металлизированным покрытием 5 и двумя металлизированными покрытиями 3, которое приводит к замыканию между металлизированными покрытиями 3, т. е. замыканию в электрической цепи токоподводов 6. In the initial state, the layer of piezoresistive material is in a dielectric state and therefore the electric circuit in the area between the electrically conductive coatings 3 is open; when a pushing force is applied to the corresponding place on the front panel 4 indicated by the necessary engraving, the phase state (metallization) changes in the layer of piezoresistive material 1 (new phase 7) placed between the electrically conductive layers 3 and 5, the piezoresistive material becomes electrically conductive, resulting in an electrical a short circuit between a continuous metallized coating 5 and two metallized coatings 3, which leads to a short circuit between the metallized coatings 3, i.e. amykaniyu current supplies in the circuit 6.

Использование изобретения в сравнении с прототипом позволяет: повысить надежность мембранной клавиатуры за счет отсутствия подвижных элементов в конструкции; упростить конструкцию за счет отказа от промежуточной распорной детали между электропроводящими слоями; увеличить срок службы клавиатуры за счет использования хемо- и термостойких пьезорезистивных материалов; осуществить экономию драгоценных металлов за счет герметизирующих свойств пьезорезистивного слоя; полностью ликвидировать электрический дребезг контактных групп мембранной клавиатуры за счет осуществления контактирования между ними в объеме твердотельного пьезорезистивного материала при превышении давления на тактильный элемент определенного порогового значения; повысить технологичность изготовления клавиатуры за счет использования плоскостного монтажа контактных групп. (56) Патент ФРГ N 3504424, кл. Н 01 Н 13/70, 1986. Using the invention in comparison with the prototype allows you to: improve the reliability of the membrane keyboard due to the lack of movable elements in the structure; to simplify the design by eliminating the intermediate spacer between the electrically conductive layers; extend keyboard life through the use of chemo- and heat-resistant piezoresistive materials; to save precious metals due to the sealing properties of the piezoresistive layer; completely eliminate the electric bounce of the contact groups of the membrane keypad by contacting between them in the volume of the solid-state piezoresistive material when pressure is exceeded on the tactile element of a certain threshold value; to increase the manufacturability of the keyboard through the use of flat mounting contact groups. (56) German Patent N 3504424, cl. H 01 H 13/70, 1986.

Патент США N 4596905. кл. Н 01 Н 13/70, 1986. U.S. Patent 4,596,905. H 01 H 13/70, 1986.

Патент США N 4519255, кл. G 01 L 9/06, 1985. U.S. Patent 4,519,255, cl. G 01 L 9/06, 1985.

Claims

A MEMBRANE KEYBOARD containing two electrically conductive layers separated from each other by providing contact between them when applying pressure, the first of which is applied to the front panel, and the second to the dielectric base and through current leads connected to the electric circuit, characterized in that between the electrically conductive layers is placed piezoresistive material, while the first layer is made in the form of a continuous metal coating, providing overlapping of the second layer, made of two separated between themselves th coatings.