ПЛЕНОЧНАЯ КЛАВИАТУРА

Область техники
Данная полезная модель относится к клавишному устройству ввода данных, которое можно использовать в качестве пользовательского интерфейса для управления электронными приборами как общепромышленного, так и специального назначения. Более конкретно, полезная модель относится к пленочной клавиатуре, исключающей возможность ложного срабатывания клавиш и обеспечивающей неизменность усилия нажатия клавиши даже в условиях внешнего давления, отличающегося от нормального.
Уровень техники
Пленочные клавиатуры, представляющие собой многослойное соединение полимерных пленок, широко используются в технике благодаря наличию у них ряда преимуществ над клавиатурами других типов. К числу этих преимуществ можно отнести компактность, невысокую цену, возможность изготовления клавиатуры множеством разнообразных форм, защищенность клавиш от истирания, герметичность и пр.
Типичным примером пленочной клавиатуры является клавиатура, выполненная в соответствии с промышленным стандартом ГОСТ 21552. Данная клавиатура (показана на фиг.1) содержит лицевую пленку 2 с графическими изображениями 21 клавиш, пленку 3 с замыкающими элементами 31, разделительную пленку 4, гибкую или жесткую печатную плату 5 с проводящими дорожками и контактными площадками 51 и токопроводящий разъем 6. Контактные площадки 51 платы 5 обычно выполняются из токопроводящего материала, нанесенного на плату 5 в виде двух вложенных друг в друга гребенок. Проводящие дорожки от каждой контактной площадки 51 клавиши (т.е. две дорожки от двух гребенок каждой клавиши) выведены на токопроводящий разъем 6, соединяющийся с контроллером клавиатуры.
Для обеспечения четкого тактильного эффекта (так называемого «щелчка»), под лицевой пленкой 2 могут быть установлены специальные мембраны, например, металлические. В альтернативном случае, роль
указанной мембраны выполняет сама лицевая пленка, имеющая в зоне клавиш формовку в виде купола.
При нажатии на клавишу лицевая пленка 2 прогибается и продавливает соответствующий замыкающий элемент 31 пленки 3, который вследствие этого через отверстие 41 разделительной пленки 4 входит в соприкосновение с обеими контактными площадками 51 на плате 5, обеспечивая тем самым электрический контакт между ними. Сигнал о нажатии клавиши поступает через проводящие дорожки на разъем 6 и далее в контроллер клавиатуры, где он преобразуется в цифровой код нажатой клавиши.
Разделительная пленка 4, установленная между пленкой 3 и платой 5, защищает клавиатуру от ложных срабатываний и залипания клавиш. Эта пленка 4 является достаточно жесткой и толстой (0,2-0,3 мм). Благодаря ей при нормальном (т.е. ненажатом) состоянии клавиш замыкающие элементы 31 пленки 3 не касаются контактных площадок 51 клавиш.
Описанная выше клавиатура, выполненная по стандарту ГОСТ 21552, неплохо зарекомендовала себя при использовании в стандартных условиях, например, в условиях офиса. Однако при работе при пониженном или повышенном атмосферном давлении ей, равно как и другим пленочным клавиатурам известного уровня техники, присущ ряд существенных недостатков, объективно обусловленных конструктивным исполнением таких клавиатур.
Дело в том, что как указано выше, пленочная клавиатура представляет собой герметичную сборку полимерных пленок, между которыми находится воздух нормального атмосферного давления. Воздушные объемы всех клавиш объединены между собой системой воздушных каналов. При нажатии на клавишу воздух из-под нее распределяется по воздушным каналам между соседними клавишами.
Однако в случае повышенного внешнего давления давление внутри герметичной сборки пленок становится меньше атмосферного, в результате чего воздух начинает сдавливать клавиши пленочной клавиатуры. При этом, если избыточное давление превышает давление, необходимое для срабатывания клавиши, происходит залипание клавиши (т.е. ее ложное срабатывание), что приводит к временной потере работоспособности клавиатуры.
В случае понижения атмосферного давления давление внутри герметичной сборки пленок становится больше атмосферного, в результате чего пользователю приходится увеличивать усилия нажатия на клавиши, чтобы обеспечить их срабатывание. Если же атмосферное давление упадет ниже некоторого пограничного значения, то возможно отслоение пленочных слоев клавиш и даже их разрыв.
Принимая во внимание вышеуказанные недостатки известных пленочных клавиатур, заявитель формулирует задачу данной полезной модели как создание пленочной клавиатуры повышенной надежности, которой не свойственны ложные срабатывания в условиях внешнего давления, отличающегося от нормального атмосферного давления.
Другой задачей полезной модели является создание пленочной клавиатуры, характеризующейся постоянным усилием нажатия на клавиши, не зависящим от значений внешнего давления.
Сущность полезной модели
Поставленная задача решена путем создания пленочной клавиатуры, содержащей лицевую пленку с графическими изображениями клавиш, пленку с замыкающими элементами, разделительную пленку, печатную плату с проводящими дорожками и контактными площадками и токопроводящий разъем, посредством которого проводящие дорожки платы соединены с контроллером клавиатуры, причем указанные пленки и плата соединены друг с другом с образованием герметичной сборки. Предложенная клавиатура характеризуется тем, что имеет по меньшей мере одну компенсационную камеру, которая выполнена в виде баллона из пленки более мягкой, чем пленка клавиш клавиатуры, и сообщается с внутренним пространством клавиатуры.
В предпочтительном случае указанная компенсационная камера присоединена к тыльной стороне клавиатуры при помощи клея.
max
Согласно одному из вариантов полезной модели, компенсационная камера имеет максимальный объем V и степень сжатия k, рассчитанные по формулам:
mах
min
max
где Р - нормальное атмосферное давление, Р и P - значения, соответственно, максимального и минимального внешнего давления, при котором предполагается использовать данную клавиатуру, V максимальный объем компенсационной камеры, V - это начальный объем компенсационной камеры, устанавливаемый путем ее частичного сдавливания перед монтажом на клавиатуру.
В предпочтительном случае графические изображения клавиш нанесены на лицевую пленку с ее внутренней стороны.
В предпочтительном случае лицевая пленка выполнена из лавсана.
В предпочтительном случае на внешнюю поверхность лицевой пленки нанесено антибликовое покрытие.
Согласно одному из вариантов полезной модели, под лицевой пленкой в зонах клавиш установлены мембраны, обеспечивающие тактильный эффект при нажатии.
Согласно другому варианту полезной модели, лицевая пленка в зонах клавиш имеет формовку в виде купола, обеспечивающую тактильный эффект при нажатии.
В предпочтительном случае компенсационная камера выполнена из полимерной пленки.
Согласно одному из вариантов полезной модели, в качестве печатной платы используется гибкая печатная плата, а токопроводящий разъем выполнен в виде гибкого шлейфа.
Краткое описание чертежей
Ниже полезная модель описана на примере предпочтительного варианта ее выполнения, раскрытого со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 иллюстрирует конструкцию типовой пленочной клавиатуры.
Фиг.2 изображает фрагмент заявленной пленочной клавиатуры.
Описание предпочтительного варианта полезной модели
Вначале следует отметить, что предложенная пленочная клавиатура 1 по своей конструкции и принципу действия в целом соответствует описанной выше клавиатуре, выполненной по стандарту ГОСТ 21552. Поэтому заявитель при раскрытии клавиатуры 1 использует фиг.1, являющуюся уместной и в данном случае. Кроме того, в целях исключения дублирования информации, клавиатура 1 описана в подробностях только в той ее части, которая непосредственно относится к отличительным признакам полезной модели, обеспечивающим достижение обозначенных выше преимуществ над известными аналогами.
Итак, предложенная пленочная клавиатура 1, содержит лицевую пленку 2 с графическими изображениями клавиш, пленку 3 с замыкающими элементами, разделительную пленку 4, печатную плату 5 с проводящими дорожками и контактными площадками и токопроводящий разъем 6, посредством которого проводящие дорожки платы 5 соединяются с контроллером клавиатуры, причем указанные пленки 2, 3, 4 и плата 5 соединены друг с другом с образованием герметичной сборки.
Во избежание некорректной работы клавиатуры при внешнем давлении, отличающемся от нормального атмосферного давления, клавиатура 1 снабжена по меньшей мере одной компенсационной камерой 8, которая выполнена в виде баллона из пленки, более мягкой, чем пленка клавиш клавиатуры, и сообщается с внутренним пространством 9 клавиатуры. В предпочтительном случае камера 8 установлена с тыльной стороны клавиатуры на клеевом слое 11. Камера 8 сообщается с внутренним пространством 9 клавиатуры (а также полостью клавиш, если клавиши выполнены объемными, как в показанном на фиг.2 случае), через систему воздушных каналов 12, предусмотренных между клавишами клавиатуры. Камера 8 может быть выполнена в виде купола или в виде более сложной гофрированной конструкции.
Максимальный объем компенсационной камеры предпочтительно выбирать удовлетворяющим следующим соотношениям:
mах
min
клав
где Р - максимальное внешнее давление, Р - минимальное внешнее давление, V - общий внутренний воздушный объем клавиатуры.
Другим важным параметром компенсационной камеры является начальная степень k ее сжатия, т.е. отношение объема камеры, устанавливаемого путем ее сдавливания перед монтажом на клавиатуру, к максимальному. Частичное сдавливание необходимо, чтобы в процессе эксплуатации камера могла как сжиматься, так и расширяться при соответствующем изменении внешнего давления. Показатель k вычисляется по формуле:
max
mах
min
где Р - нормальное атмосферное давление, V - максимальный объем компенсационной камеры, V - объем камеры, устанавливаемый путем ее сдавливания перед монтажом на клавиатуру, Р и P - значения, соответственно, максимального и минимального внешнего давления, при котором предполагается использовать данную клавиатуру.
Благодаря выполнению камеры 8 из пленки, более мягкой, чем пленка клавиш клавиатуры, при увеличении давления камера 8 сдавливается раньше клавиш, а при ее сдавливании уменьшается внутренний объем системы клавиатура+камера, и происходит выравнивание внутреннего и внешнего давлений. В результате, в системе устанавливается барометрическое равновесие, клавиши не зажаты и на клавишу не действует какое-либо остаточное давление.
В случае уменьшения давления, компенсационная камера работает не на сжатие, а на расширение. Давление воздуха внутри клавиатуры оказывается больше, чем внешнее, что приводит к «раздутию» компенсационной камеры (это возможно, т.к. камера изначально частично сдавлена). В результате внутренний объем системы клавиатура+камера увеличивается, и происходит выравнивание внутреннего и внешнего давлений.
Таким образом, в данной заявке раскрыта пленочная клавиатура, лишенная недостатков известного уровня техники. Наличие в этой клавиатуре компенсационной камеры исключает возможность ложного срабатывания
клавиш в условиях внешнего давления, отличающегося от нормального, и обеспечивает неизменность усилия нажатия клавиши.
Выше описаны предпочтительный вариант предложенной пленочной клавиатуры, который не следует рассматривать как ограничение патентных притязаний полезной модели. Специалистам данной области техники понятно, что в описанный вариант выполнения могут быть внесены различные изменения и дополнения, не выходящие за пределы правовой охраны настоящей полезной модели, установленной приложенной формулой.
НОМЕРА ПОЗИЦИЙ
1 - заявленная пленочная клавиатура
2 - лицевая пленка с графическими изображениями клавиш
3 - пленка с замыкающими элементами
4 - разделительная пленка
5 - печатная плата с проводящими дорожками и контактными площадками
6 - токопроводящий шлейф или разъем
8 - компенсационная камера
9 - внутреннее пространство клавиатуры
10 - формовка в виде купола
11 - клеевой слой компенсационной камеры
12 - воздушный канал
21 - графические изображения клавиш
31 - замыкающие элементы
41 - отверстия в разделительной пленке
51 - контактные площадки