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, с повышенным ресурсом по наработке и повышенной устойчивостью к механическим повреждениям, воздействию влаги, повышенных и пониженных давлений, агрессивных сред.
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, разделительный элемент 4, гибкую или жесткую печатную плату 5 с проводящими дорожками и контактными площадками 51 и токопроводящий разъем 6. Контактные площадки 51 платы 5 обычно выполняют 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 разделительного элемента 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.
Разделительный элемент 4, установленный между пленкой 3 и платой 5, защищает клавиатуру от ложных срабатываний и залипания клавиш. Этот элемент 4 является достаточно жестким и толстым (0,2-0,3 мм). Благодаря ему 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, равно как и другие пленочные клавиатуры известного уровня техники, имеют существенный недостаток, объективно обусловленный конструктивным исполнением таких клавиатур.
Дело в том, что в результате деформации клавиш и соприкосновения контактных групп при нажатии происходит постепенное истирание проводящего покрытия, а также потеря упругости купола лицевой пленки. Эти эффекты ограничивают ресурс работы пленочной клавиатуры на уровне одного миллиона циклов нажатия.
Кроме того, при грубом механическом воздействии, например, ударе острым предметом, резании ножом, происходит разрушение контактных групп клавиатуры, что приводит к ее выходу из строя.
Принимая во внимание вышеуказанные недостатки известных пленочных клавиатур, заявитель формулирует задачу данной полезной модели как создание пленочной клавиатуры повышенной надежности, т.е. обладающей увеличенным ресурсом по наработке на отказ и сохраняющей свою работоспособность даже после грубых механических воздействий. Дополнительной задачей полезной модели являются создание пленочной клавиатуры, стойкой к влаге и агрессивным средам, а также способной функционировать при пониженном или повышенном давлении.
Сущность полезной модели
Поставленная задача решена путем создания пленочной клавиатуры, содержащей лицевую пленку с графическими изображениями клавиш, разделительный элемент с отверстиями и печатную плату, при этом указанные лицевая пленка, разделительный элемент и печатная плата соединены между собой с образованием герметичной сборки. Клавиатура характеризуется тем, что она также содержит пьезоэлементы, установленные в корпусах на печатной плате и соединенные посредством токопроводящего разъема с контроллером клавиатуры, причем каждый из указанных пьезоэлементов выполнен с возможностью деформации при нажатии с созданием разности потенциалов, поступающей посредством токопроводящего разъема на контроллер клавиатуры, где она преобразуется в скан-код клавиши.
Согласно одному из вариантов полезной модели, графические изображения клавиш нанесены на лицевую пленку с ее внутренней стороны.
Согласно одному из вариантов полезной модели, лицевая пленка выполнена из полиимида, металлической фольги, поливинилхлорида или другого упругого материала. В наиболее предпочтительном случае лицевая пленка выполнена из лавсана.
Согласно одному из вариантов полезной модели, на внешнюю поверхность лицевой пленки нанесено антибликовое покрытие.
Согласно одному из вариантов полезной модели, лицевая пленка в зонах графических изображений клавиш имеет формовку в виде куполов, обеспечивающих тактильный эффект при нажатии.
Согласно одному из вариантов полезной модели, зазор между корпусами пьезоэлементов и разделительным элементом заполнен герметиком.
Согласно одному из вариантов полезной модели, под лицевой пленкой в зонах графических изображений клавиш установлены мембраны, обеспечивающие усиленный тактильный эффект при нажатии.
Согласно одному из вариантов полезной модели, лицевая пленка в зонах графических изображений клавиш изготовлена из поликарбоната, поливинилхлорида, металла или резины, в частности силиконовой.
Согласно одному из вариантов полезной модели, лицевая пленка и разделительный элемент выполнены из металла в виде единого блока, что повышает механическую прочность клавиатуры.
Согласно одному из вариантов полезной модели, под лицевой пленкой в зонах графических изображений клавиш установлены металлические пластины с изображениями, дублирующими изображения на лицевой пленке. В предпочтительном случае указанные изображения на металлических пластинах выполнены по технологии металлофото, шелкографии или гравировкой. При таком техническом решении в случае механического повреждения внешней пленки, клавиатура не только сохранит работоспособность, но и можно будет идентифицировать маркировку клавиш.
Согласно одному из вариантов полезной модели, между лицевой пленкой и разделительным элементом установлен электролюминофорный элемент подсветки, обеспечивающий возможность визуального определения графических изображений клавиш в темноте.
Согласно одному из вариантов полезной модели, между корпусами пьезоэлементов и краями отверстий разделительного элемента на печатной плате установлены светодиоды, обеспечивающие возможность подсветки графических изображений клавиш. В этом случае зазор между разделительным элементом и корпусами пьезоэлементов заполнен прозрачным герметиком.
Согласно одному из вариантов полезной модели, разделительный элемент выполнен из прозрачного материала и действует в качестве световода при подсветке графических изображений клавиш.
Согласно одному из вариантов полезной модели, контроллер клавиатуры установлен на печатной плате.
Краткое описание чертежей
Ниже полезная модель описана на примере основного 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.
Осуществление полезной модели
Как следует из фиг.2, заявленная пленочная клавиатура 1 содержит лицевую пленку 2 с графическими изображениями 21 клавиш, разделительный элемент 3 с отверстиями 31 и печатную плату 4. Хотя на чертеже это прямо не показано, лицевая пленка 2, разделительный элемент 3 и печатная плата 4 соединены между собой с образованием герметичной сборки.
Основным отличительным признаком предложенной клавиатуры является то, что в ней вместо подвижных замыкающих элементов, свойственных устройствам известного уровня техники (см., например, позиции 31, 51 на фиг.1), используются пьезоэлементы 42. Пьезоэлементы, как известно, характеризуются способностью индуцировать электрическое напряжение при сжатии (так называемый, прямой пьезоэлектрический эффект). В стандартном случае они представляют собой пластинку пьезокристалла, снабженную двумя электродами.
Пьезоэлементы 42 установлены в герметичных корпусах 41 на печатной плате 4 и соединены посредством токопроводящего разъема 43 с контроллером клавиатуры. Вследствие присущих им пьезоэлектрических свойств каждый из указанных пьезоэлементов 42, деформируясь создает разность потенциалов, которая посредством токопроводящего разъема 43 поступает на контроллер клавиатуры, где преобразуется в СКАН-код клавиши.
Корпус 42 пьезоэлемента представляет собой металлический или пластмассовый стакан, обеспечивающий крепление соответствующего пьезоэлемента 42 к печатной плате 4 и его механическую защиту.
Разделительный элемент 3, установленный между лицевой пленкой 2 и печатной платой 4, защищает клавиатуру от ложных срабатываний и залипания клавиш. Этот элемент 3 обычно представляет собой достаточно жесткую и толстую пленку или пластину. Благодаря ему при нормальном (т.е. ненажатом) состоянии клавиш лицевая пленка 2 не оказывает воздействия на корпуса 41 пьезоэлементов 42.
Заявленная клавиатура 1 функционирует следующим образом. При нажатии на лицевую пленку 2 в зоне графических изображений 21 клавиш пленка 2 прогибается и продавливает через отверстия 31 разделительного элемента 3 корпус 41 пьезоэлемента 42. Усилие нажатия передается через корпус 41 к пьезоэлементу 42 и деформирует его. При этом на пьезоэлементе 42 возникает разность потенциалов, которая открывает электронный ключ контроллера, получающего таким образом сигнал о нажатии конкретной клавиши. В результате контроллер генерирует код нажатой клавиши.
При снятии давления с лицевой пленки 2 разность потенциалов на пьезоэлементе 42 исчезает, и ключ контроллера, соответственно, запирается.
В варианте клавиатуры с установленными металлическими мембранами усилие нажатия приводит к прогибу лицевой пленки 2 (или имеющейся на ней формовки в виде куполов, если она предусмотрена), затем к прогибу металлической мембраны и к упругой деформации пьезоэлемента. Применение металлических мембран обеспечивает более четкий тактильный эффект, так называемый «щелчок».
Таким образом, в данной заявке раскрыта пленочная клавиатура, лишенная недостатков известного уровня техники. Наличие в этой клавиатуре пьезоэлементов позволяет исключить из ее конструкции подвижные истирающиеся элементы, являющиеся недостаточно надежными, а следовательно - повысить ресурс работы клавиатуры с одного до нескольких миллионов нажатий.
Кроме того, размещение каждого пьезоэлемента внутри отдельного корпуса, а также использование в клавиатуре разделительного элемента, дополнительно повышает механическую прочность клавиатуры, наделяет ее свойством вандалозащищенности и обеспечивает повышенную устойчивость клавиатуры к влаге, парам масла, пыли и агрессивным средам.
Наконец, отсутствие в конструкции клавиатуры подвижных частей и воздушных полостей обеспечивает возможность ее надлежащего функционирования при пониженных и повышенных давлениях.
Выше описан 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 - пленочная клавиатура
2 - лицевая пленка
21 - графические изображения клавиш
3 - разделительный элемент
31 - отверстия разделительного элемента
4 - печатная плата
42 - пьезоэлементы
41 - корпуса пьезоэлементов
43 - токопроводящий разъем