DE60206903T2

DE60206903T2 - Flüssigkeitsundurchlässiges tastenfeld

Info

Publication number: DE60206903T2
Application number: DE60206903T
Authority: DE
Inventors: P. Raymond JOHNSTON; R. Jennifer YI; E. Brian SPIEWAK
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-05-03
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: KR20030090800A; DE60206903D1; CN1505826A; US20020163503A1; JP2004531029A; CN1307671C; EP1386337B1; BR0209226A; EP1386337A1; WO2002091416A1; US6690360B2; ATE308109T1; TW564451B; AU2002255931B2

Description

GEBIET
Die Erfindung betrifft Schalterfelder zur Verwendung in Rechnereingabevorrichtungen und insbesondere Tastaturen und Tastenfelder.
HINTERGRUND
Elektronische Schalter werden dazu verwendet, Eingaben für Rechnervorrichtungen bereitzustellen. Elektronische Schalter erzeugen Signale als Reaktion auf physische Kraft. Ein Benutzer kann zum Beispiel durch Drücken einer Taste einen elektronischen Schalter betätigen. Durch Drücken der Taste wird eine Kraft an eine elektronische Membran angelegt, wodurch wiederum bewirkt wird, dass die elektronische Membran ein elektronisches Signal erzeugt. Eine Rechnertastatur ist ein bekanntes Beispiel für ein Schalterfeld.
Viele Schalterfelder, wie zum Beispiel Tastaturen, weisen kalottenförmige Federelemente auf, um eine Vorbelastungskraft gegen einzelne Tasten bereitzustellen. Kalottenförmige Federelemente sorgen für eine taktile Rückkopplung an einen Verwender durch Bereitstellung einer definierten Widerstandsgröße gegen Tastenbetätigung. Des Weiteren können kalottenförmige Federelemente bei Betätigung für ein „Schnapp"-Empfinden sorgen, wobei die Größe des Widerstands gegen Tastenbetätigung nach Drücken der Taste über eine Schwellstrecke drastisch abnimmt.
Kalottenförmige Federelemente können jedoch verunreinigt werden, insbesondere, wenn sich unter oder in den kalottenförmigen Federelementen Flüssigkeit ansammelt. Wenn dies passiert, kann sich der Widerstand der Feder ändern und das „Schnapp"-Empfinden kann verloren gehen. Des Weiteren können einzelne Federelemente in einer betätigten Stellung stecken bleiben. Diese Phänomene werden oftmals als „klebende Tasten" bezeichnet.
Die US-A-5,760,351 offenbart eine Gummikegellage zur Verwendung in einer Rechnertastatur mit über ihrer Ober- und Unterseite verteilten feinen Körnern, um ein Festklemmen an der Membranschaltung der Rechnertastatur zu verhindern, und mehreren Gummikegeln, die von der Oberseite entsprechend den Tastenschaltern der Rechnertastatur erhöht sind.
KURZE DARSTELLUNG
Allgemein bezieht sich die Erfindung auf verschiedene Vorrichtungen mit den Merkmalen von Anspruch 1 zur Verwendung in Schalterfeldern mit den Merkmalen von Anspruch 4, wie zum Beispiel Rechnertastaturen oder Tastenfeldern. Bei einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Feld von kalottenförmigen Federelementen zur Verwendung in einem Schalterfeld bereit. Jedes der kalottenförmigen Federelemente definiert eine Kammer. Mehrere Kanäle verbinden die Kammern der kalottenförmigen Federelemente derart, dass jede Kammer jedes kalottenförmigen Federelements mit der Kammer mindestens eines anderen kalottenförmigen Federelements in Fluidverbindung steht. Dies ist vorteilhaft, weil eine Taste-zu-Taste-Entlüftung gestattet wird. Darüber hinaus haben die Bereiche zwischen den verschiedenen kalottenförmigen Federelementen möglicherweise keine Löcher, wodurch eine hermetische Sperre zur Rückseite der einzelnen kalottenförmigen Federelemente bereitgestellt wird. Dies ist vorteilhaft, weil das Feld von kalottenförmigen Federelementen die einzelnen kalottenförmigen Federelemente gegen die Außenumgebung abdichten kann, um das Phänomen klebender Tasten zu vermeiden.
Bei einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung einen Satz von Ausrichtungselementen zur Verwendung in einem Schalterfeld bereit. Der Satz von Ausrichtungselementen weist eine untere Lage, die Löcher zur Ausrichtung auf Federelemente definiert, und eine obere Lage, die mit der unteren Lage in Eingriff steht, auf. Die obere Lage wird bei Vorragen von Federelementen durch die Löcher in der unteren Lage von der unteren Lage weg vorbelastet. Die obere und die untere Lage können Folien sein, die ineinander eingreifende hakenförmige Elemente aufweisen. Auf diese Weise können die obere und die untere Lage eine vorbestimmte Tastenbewegungsstrecke definieren. Darüber hinaus kann die vorbestimmte Tastenbewegungsstrecke geringer sein als die Tastenbewegungsstrecke herkömmlicher Tastaturen mit scherenartigen Scharnieren. Darüber hinaus kann ein Satz von Ausrichtungselementen einem Tastenschwenken entgegenwirken.
Ein oder mehrere Aspekte der Erfindung können dazu verwendet werden, dünnere Tastaturen und/oder Tastaturen mit weniger Elementen herzustellen. Zum Beispiel definiert bei einer Ausführungsform die obere Lage des Satzes von Ausrichtungselementen Tasten ohne die Verwendung zusätzlicher Tastenkappen. Darüber hinaus kann die Erfindung eine leichtere Tastaturherstellung und -montage gewährleisten, und kann deshalb mit der Herstellung von Tastaturen in Verbindung stehende Produktionskosten senken. Des Weiteren kann die Erfindung zu Schalterfeldern führen, die flexibel, auf rollbar, waschbar, untertauchbar oder auf andere Weise für verschiedene Anwendungen nützlich sind.
Zusätzliche Einzelheiten verschiedener Ausführungsformen werden in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung angeführt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen hervor.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind unten aufgelistet:

1. Vorrichtung, die Folgendes aufweist: ein Feld von kalottenförmigen Federelementen, wobei jedes der kalottenförmigen Federelemente eine Kammer definiert; und mehrere Kanäle, die die Kammern der kalottenförmigen Federelemente so verbinden, dass jede der Kammern jedes der kalottenförmigen Federelemente mit mindestens einer der Kammern eines anderen der kalottenförmigen Federelemente in Fluidverbindung steht.
2. Vorrichtung nach Ausführungsform 1, wobei das Schalterfeld eine Tastatur ist.
3. Vorrichtung nach Ausführungsform 1, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen in einem flächenförmigen Element ausgebildet ist und Bereiche zwischen den kalottenförmigen Federelementen im Wesentlichen keine Löcher aufweisen.
4. Vorrichtung nach Ausführungsform 1, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen als flächenförmiges Element ausgebildet ist und die Kanäle Nuten an einer unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements aufweisen.
5. Vorrichtung nach Ausführungsform 1, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen in einem flächenförmigen Element ausgebildet ist und die Kanäle in einer unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements und einer oberen Hauptfläche des flächenförmigen Elements enthalten sind.
6. Feld von kalottenförmigen Federelementen nach Ausführungsform 1, wobei bei Betätigung eines der kalottenförmigen Federelemente Luft durch mindestens einen der Kanäle gezwungen wird, um Luft zwischen den Kammern verschiedener kalottenförmiger Federelemente umzuverteilen.
7. Tastatur, die Folgendes aufweist: ein Feld von Sensorelementen, die als Reaktion auf eine Kraft Signale erzeugen; und ein Feld von kalottenförmigen Federelementen, die den Sensorelementen entsprechen, wobei jedes der kalottenförmigen Federelemente eine Kammer definiert und wobei jede der Kammern jedes der kalottenförmigen Federelemente mit der Kammer mindestens eines anderen der kalottenförmigen Federelemente in Fluidverbindung steht.
8. Tastatur nach Ausführungsform 7, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen in einem flächenförmigen Element ausgebildet ist und Bereiche zwischen den kalottenförmigen Federelementen im Wesentlichen keine Löcher aufweisen.
9. Tastatur nach Ausführungsform 7, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen als flächenförmiges Element ausgebildet ist und die Kanäle Nuten an einer unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements aufweisen.
10. Tastatur nach Ausführungsform 7, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen in einem flächenförmigen Element ausgebildet ist und die Kanäle in einer unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements und einer oberen Hauptfläche des flächenförmigen Elements enthalten sind.
11. Tastatur nach Ausführungsform 7, die weiterhin eine Grundplatte neben dem Feld von Sensorelementen aufweist.
12. Tastatur nach Ausführungsform 7, wobei das Feld von Sensorelementen eine elektronische Membran aufweist.
13. Tastatur nach Ausführungsform 7, die einen Satz von Ausrichtungselementen neben dem Feld von kalottenförmigen Federelementen aufweist.
14. Tastatur nach Ausführungsform 13, wobei der Satz von Ausrichtungselementen Scherengelenke sind.
15. Tastatur nach Ausführungsform 13, wobei der Satz von Ausrichtungselementen eine mit einer unteren Lage in Eingriff stehende obere Lage aufweist.
16. Tastatur nach Ausführungsform 15, wobei die obere und die untere Lage Hakenfolien sind, die hakenförmige Elemente aufweisen, welche eine Verriegelungsanordnung zwischen der oberen und der unteren Lage bereitstellen.
17. Tastatur nach Ausführungsform 16, wobei die Hakenfolien eine obere Hakenfolie und eine untere Hakenfolie aufweisen und die untere Hakenfolie Löcher aufweist, die den kalottenförmigen Federelementen entsprechen, wobei die kalottenförmigen Federelemente gegen die obere Hakenfolie eine Vorbelastungskraft ausüben.
18. Tastatur nach Ausführungsform 16, wobei die obere Lage mehrere obere Hakenfolien aufweist, wobei jedes kalottenförmige Federelement gegen eine der mehreren oberen Hakenfolien eine Vorbelastungskraft ausübt.
19. Tastatur nach Ausführungsform 15, wobei die obere Lage im Wesentlichen starre Elemente und elastische Bereiche zwischen den starren Elementen aufweist, wobei jedes kalottenförmige Federelement gegen eines der starren Elemente eine Vorbelastungskraft ausübt.
20. Tastatur nach Ausführungsform 19, wobei die starren Elemente Tasten aufweisen.
21. Tastatur nach Ausführungsform 13, die weiterhin einen Satz von Tastenkappen neben dem Satz von Ausrichtungselementen aufweist.
22. System, das Folgendes aufweist: einen mit einer Eingabevorrichtung verbundenen Prozessor, wobei die Eingabevorrichtung ein Feld von Sensorelementen, die als Reaktion auf eine Kraft Signale erzeugen, und ein Feld von kalottenförmigen Federelementen, die den Sensorelementen entsprechen, aufweist, wobei jedes kalottenförmige Federelement eine Kammer definiert, wobei mehrere Kanäle die Kammern der kalottenförmigen Federelemente so miteinander verbinden, dass jede Kammer jedes kalottenförmigen Federelements mit der Kammer mindestens eines der anderen kalottenförmigen Federelemente in Fluidverbindung steht.
23. System nach Ausführungsform 22, wobei das System ein Tischrechner und die Eingabevorrichtung eine Tastatur ist.
24. System nach Ausführungsform 22, wobei das System ein Laptop-Rechner und die Eingabevorrichtung eine Tastatur am Laptop-Rechner ist.
25. System nach Ausführungsform 22, wobei das System ein Handmikrorechner und die Eingabevorrichtung ein Tastenfeld am Handmikrorechner ist.
26. System nach Ausführungsform 22, wobei das System ein Zellulartelefon und die Eingabevorrichtung ein Tastenfeld auf dem Zellulartelefon ist.
27. System nach Ausführungsform 22, wobei das System eine Instrumententafel aufweist und die Eingabevorrichtung ein Tastenfeld auf der Instrumententafel ist.
28. System nach Ausführungsform 22, wobei das System ein Gerät und die Eingabevorrichtung ein Tastenfeld an dem Gerät ist.
29. System nach Ausführungsform 22, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen in einem flächenförmigen Element ausgebildet ist und Bereiche zwischen den kalottenförmigen Federelementen im Wesentlichen keine Löcher aufweisen.
30. System nach Ausführungsform 22, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen in einem flächenförmigen Element ausgebildet ist und die Kanäle Nuten an einer unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements aufweisen.
31. System nach Ausführungsform 22, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen in einem flächenförmigen Element ausgebildet ist und die Kanäle in einer unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements und einer oberen Hauptfläche des flächenförmigen Elements enthalten sind.
32. System nach Ausführungsform 22, wobei die Eingabevorrichtung weiterhin einen Satz von Ausrichtungselementen neben dem Feld von kalottenförmigen Federelementen aufweist.
33. System nach Ausführungsform 32, wobei der Satz von Ausrichtungselementen eine mit einer unteren Lage in Eingriff stehende obere Lage aufweist.
34. System nach Ausführungsform 33, wobei die obere und die untere Lage Hakenfolien sind, die hakenförmige Elemente aufweisen, welche eine Verriegelungsanordnung zwischen der oberen und der unteren Lage bereitstellen.
35. System nach Ausführungsform 34, wobei die Hakenfolien eine obere Hakenfolie und eine untere Hakenfolie aufweisen und die untere Hakenfolie Löcher aufweist, die den kalottenförmigen Federelementen entsprechen, wobei die kalottenförmigen Federelemente gegen die obere Hakenfolie eine Vorbelastungskraft ausüben.
36. System nach Ausführungsform 34, wobei die obere Lage mehrere obere Hakenfolien aufweist, wobei jedes kalottenförmige Federelement gegen eine der mehreren Hakenfolien eine Vorbelastungskraft ausübt.
37. System nach Ausführungsform 33, wobei die obere Lage im Wesentlichen starre Elemente und elastische Bereiche zwischen den starren Elementen aufweist, wobei jedes kalottenförmige Federelement gegen eines der starren Elemente eine Vorbelastungskraft ausübt.
38. System nach Ausführungsform 37, wobei die starren Elemente Tasten aufweisen.
39. System nach Ausführungsform 37, das weiterhin einen Satz von Tastenkappen neben den starren Elementen aufweist.
40. Vorrichtung, die Folgendes aufweist: ein Feld von kalottenförmigen Federelementen zur Verwendung in einem Schalterfeld, wobei jedes der kalottenförmigen Federelemente eine Kammer definiert; und Mittel zur Verbindung der Kammern der kalottenförmigen Federelement derart, dass jede Kammer jedes kalottenförmigen Federelements mit der Kammer mindestens eines der anderen kalottenförmigen Federelemente in Fluidverbindung steht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht eines Felds von kalottenförmigen Federelementen zur Verwendung in einem Schalterfeld.
2 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Felds von kalottenförmigen Federelementen.
3 und 4 sind auseinander gezogene Blockdiagramme, die jeweils zwei Schalter eines Schalterfelds gemäß den Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
5A und 5B sind Querschnittsansichten eines Satzes von Ausrichtungselementen in Form einer oberen Hakenfolie, die mit einer unteren Hakenfolie mechanisch in Eingriff steht.
6 ist eine Querschnittsansicht einer mechanisch in Eingriff stehenden oberen und unteren Hakenfolie mit einem die obere Hakenfolie vorbelastenden kalottenförmigen Federelement.
7 ist eine andere Querschnittsansicht einer mechanisch in Eingriff stehenden oberen und unteren Hakenfolie mit einem die obere Hakenfolie vorbelastenden kalottenförmigen Federelement.
8 ist eine Seitenansicht eines in Eingriff stehenden Satzes von Ausrichtungselementen in Form einer unteren Hakenfolie und mehreren oberen Hakenfolien.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines nicht in Eingriff stehenden Satzes von Ausrichtungselementen in Form einer unteren Hakenfolie und mehreren oberen Hakenfolien.
10 ist eine Seitenansicht eines in Eingriff stehenden Satzes von Ausrichtungselementen in Form einer unteren Hakenfolie und einer einzigen oberen Hakenfolie mit starren Elementen und elastischen Bereichen.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines nicht in Eingriff stehenden Satzes von Ausrichtungselementen in Form einer unteren Hakenfolie und einer einzigen oberen Hakenfolie mit starren Elementen und elastischen Bereichen.
12 ist ein anderes auseinander gezogenes Blockdiagramm zweier Schalter eines Schalterfelds gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
13 zeigt eine Tastatur, die die Erfindung implementieren kann.
14 zeigt einen Handmikrorechner, der die Erfindung implementieren kann.
15 zeigt einen Laptop-Rechner, der die Erfindung implementieren kann.
16 zeigt ein Zellulartelefon, das die Erfindung implementieren kann.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erfindung stellt allgemein Elemente zur Verwendung mit Schalterfeldern, wie zum Beispiel Tastaturen, bereit. Bei einer Ausführungsform bezieht sich die Erfindung zum Beispiel auf ein Feld von kalottenförmigen Federelementen zur Verwendung in einem Schalterfeld. Die Bereiche zwischen den jeweiligen kalottenförmigen Federelementen weisen möglicherweise keine Löcher auf, wodurch die einzelnen kalottenförmigen Federelemente gegen die Außenumgebung abgedichtet werden. Jedes der kalottenförmigen Federelemente definiert eine Kammer. Mehrere Kanäle können die Kammern der kalottenförmigen Federelemente miteinander verbinden, so dass jede Kammer jedes kalottenförmigen Federelements mit der Kammer mindestens eines der anderen kalottenförmigen Federelemente in Fluidverbindung steht. Bei Betätigung eines der kalottenförmigen Federelemente kann beispielsweise Luft oder ein anderes Fluid durch mindestens einen der Kanäle gezwungen werden. Auf diese Weise kann Fluid zwischen den kalottenförmigen Federelementen entlüftet werden. Mit anderen Worten, wenn durch Herunterdrücken einer Taste ein kalottenförmiges Federelement betätigt wird, treibt sie Luft oder ein anderes Fluid in ein oder mehrere benachbarte kalottenförmige Federelemente aus, um das Fluid zu unbenutzten kalottenförmigen Federelementen umzuverteilen.
Bei einer anderen Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Verwendung in einem Schalterfeld mit Federelementen. Die Vorrichtung kann ein Satz von Ausrichtungselementen sein. Die Vorrichtung kann eine untere Lage, die Löcher zur Ausrichtung auf Federelemente definiert, und eine obere Lage, die mit der unteren Lage in Eingriff steht und bei Vorragen der Federelemente durch die Löcher in der unteren Lage von der unteren Lage weg vorbelastet wird. Die Federelemente können ein Feld von kalottenförmigen Federelementen sein, wie oben beschrieben. Die Vorrichtung kann eine Funktion ähnlich herkömmlicher Scherengelenke, die in Tastaturen verwendet werden, ausführen. Die untere Lage kann eine untere Hakenfolie sein, die mit Löchern zur Ausrichtung auf Federelemente ausgebildet ist. Die Federelemente können durch ein durch die untere Hakenfolie definiertes Feld von Löchern nach oben ragen. Die obere Lage kann mehrere obere Hakenfolien aufweisen, die mit der unteren Lage mechanisch in Eingriff stehen. Jede obere Hakenfolie ist durch eines der Federelemente nach oben und von der unteren Hakenfolie weg vorbelastet. Als Alternative dazu kann die obere Lage im Wesentlichen starre Elemente und elastische Bereiche zwischen den starren Elementen aufweisen. Jedes starre Element kann durch eines der Federelemente des Schalterfelds vorbelastet sein.
1 ist eine Draufsicht eines Felds von kalottenförmigen Federelementen 10 zur Verwendung in einem Schalterfeld. Das Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 weist kalottenförmige Federelemente 12A–12L auf, die nachfolgend als kalottenförmige Federelemente 12 bezeichnet werden, die auf einem flächenförmigen Element 11 ausgebildet sind. Im Folgenden als Kanäle 14 bezeichnete Kanäle 14A–14W verbinden die Kammern der kalottenförmigen Federelemente 12. Zum Beispiel kann bei Betätigung des kalottenförmigen Federelements 12A Luft oder ein anderes Fluid durch die Kanäle 14A, 14D und 14E und in andere kalottenförmige Federelemente gezwungen werden. Die Kanäle 14 können Nuten auf der unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements 11 sein, oder als Alternative dazu können die Kanäle 14 in der unteren Hauptfläche und der oberen Hauptfläche des flächenförmigen Elements 11 enthalten sein.
Das Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 weist möglicherweise in den Bereichen zwischen den jeweiligen kalottenförmigen Federelementen 12 keine Löcher auf. Mit anderen Worten, das flächenförmige Element 11 kann eine Endlosfolie in den Bereichen zwischen den jeweiligen kalottenförmigen Federelementen sein. Dies kann gewährleisten, dass sich Flüssigkeit, die zum Beispiel auf das Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 verschüttet wurde, nicht unter oder in den kalottenförmigen Federelementen 12 ansammeln kann. Auf diese Weise bildet das flächenförmige Element 11 eine Sperre zur Rückseite der einzelnen kalottenförmigen Federelemente 12, um zu gewährleisten, dass das Phänomen klebender Tasten vermieden wird.
2 ist eine Seitenansicht eines Felds von kalottenförmigen Federelementen 10, die das kalottenförmige Federelement 12A und das kalottenförmige Federelement 12B aufweisen. Kalottenförmige Federelemente zeichnen sich im Allgemeinen dadurch aus, dass sie eine halbkugelförmige Kuppel aufweisen. Oftmals befindet sich ein Vorsprung, der zylindrisch sein kann, oben an der halbkugelförmigen Kuppel. Die halbkugelförmige Kuppel kann in dem jeweiligen kalottenförmigen Federelement 12A, 12B eine Kammer 13A, 13B definieren. Des Weiteren kann das kalottenförmige Federelement einen zylindrischen Bereich am Fuß der Kuppel aufweisen. Der Kanal 14 kann die Kammer 13A des kalottenförmigen Federelements 12A mit der Kammer 13B des kalottenförmigen Federelements 12B verbinden.
Der Kanal 14 kann wiederum auf der unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements 11 eine Nut aufweisen, oder als Alternative dazu kann ein Kanal 14 in der unteren Hauptfläche und der oberen Hauptfläche des flächenförmigen Elements 11 enthalten sein. Wenn ein Kanal 14 zum Beispiel eine Nut an der unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements 11 ist, kann die Nut den oberen Teil eines Durchgangs bilden, wenn das Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 auf eine im Wesentlichen flache Fläche angeordnet ist. In diesem Fall kann die im Wesentlichen flache Fläche den unteren Teil des Durchgangs bilden. Ein Feld von kalottenförmigen Federelementen kann wie unten beschrieben hergestellt sein.
Ein Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 kann zum Beispiel durch Formpressen unter Verwendung eines doppelseitigen Werkzeugs hergestellt werden. Thermoplastisches Synpren-Elastomer (bereitgestellt von PolyOne mit Sitz in Cleveland, Ohio) mit einem Durometerwert von 40 kann zwei Minuten lang auf 150 Grad Celsius erwärmt und mit einem Druck von ca. 1.100.000 Pascal (ca. 160 psi) in ein Formwerkzeug eingespritzt werden. Dann kann der Druck für weitere fünf Minuten auf ca. 2.300.000 Pascal (ca. 350 psi) erhöht werden. Das Ergebnis ist ein flächenförmiges Feld von geformten kalottenförmigen Federelementen 10. Das Feld kann zur Verwendung in einer Tastatur oder viel größer dimensioniert werden und in kleinere Flächengebilde zur Verwendung in einer Tastatur oder viel größer dimensioniert werden und in kleinere Flächengebilde zur Verwendung in Tastaturen, Tastenfelder, Membranschaltern oder anderen Eingabevorrichtungen zugeschnitten werden.
3 ist ein auseinander gezogenes Blockdiagramm von zwei Schaltern eines Schalterfelds, zum Beispiel von zwei Tasten einer Tastatur. Wie gezeigt, kann der Schalter eine Grundplatte 31 aufweisen, die zur Bereitstellung von mechanischer Stabilität aus Metall, Kunststoff oder einem anderen starren Material hergestellt ist. Eine elektronische Membran 32 kann oben auf der Grundplatte 31 sitzen. Die elektronische Membran 32 kann mehrere Sensoren aufweisen, die als Reaktion auf angelegte physische Kräfte Signale erzeugen. Ein Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 kann oben auf der elektronischen Membran 32 sitzen. Zum Beispiel können die jeweiligen Kammern der kalottenförmigen Federelemente 12A und 12B durch einen Kanal 14 verbunden sein. Das Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 kann so auf der elektronischen Membran 32 angeordnet werden, dass der Kanal 14 in Form einer Nut an der unteren Hauptfläche des Felds von kalottenförmigen Federelementen mit der oberen Hauptfläche der elektronischen Membran 32 einen Durchgang bildet. Scherengelenk-Befestigungselemente 33A und 33B können sich oben auf dem Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 befinden, und in den Scherengelenk-Befestigungselementen 33 können Scherengelenke 34A und 34B angebracht sein. Scherengelenk-Befestigungselemente 33 können die Form einzelner Halterungen annehmen, die zum Beispiel maschinell aus Metall hergestellt sind. Oben auf den Scherengelenken 34 können Tastenkappen 35A und 35B angeordnet sein.
Zum Beispiel kann ein Benutzer einen elektronischen Schalter durch Drücken der Tastenkappe 35A betätigen. Das Scherengelenk 34A leitet die Betätigungskraft des Benutzers in einer senkrecht zur Hauptfläche des Felds von kalottenförmigen Federelementen 10 verlaufenden Richtung, wodurch das kalottenförmige Federelement 12A heruntergedrückt wird. Luft oder ein anderes Fluid kann durch den Kanal 14 strömen, wenn das kalottenförmige Federelement 12A heruntergedrückt wird. Auf diese Weise kann Luft zwischen den jeweiligen Kammern der kalottenförmigen Federelemente 12A und 12B entlüftet werden. Des Weiteren kann durch das Herunterdrücken des kalottenförmigen Federelements 12A bewirkt werden, dass eine Kraft an einer elektronischen Membran 32 angelegt wird, die wiederum bewirkt, dass die elektronische Membran 32 ein elektronisches Signal erzeugt. Zum Beispiel kann ein heruntergedrücktes kalottenförmiges Federelement die elektronische Membran 32 kurzschließen, wodurch bewirkt wird, dass die elektronische Membran das elektronische Signal erzeugt. Das elektronische Signal kann verursachen, dass ein Rechner den Buchstaben Q, der der Tastenkappe 35A entspricht, anzeigt. Die elektronische Membran kann eine einzige elektronische Lage, die durch die kalottenförmigen Elemente kurzgeschlossen wird, eine Sandwichlage oder Membran von Sensorelementen, Kapazitätssensorelemente, Halleffektsensorelemente, Piezosensorelemente oder dergleichen aufweisen. Als Alternative dazu können auch mechanische Signale, optische Signale oder dergleichen erzeugt werden. Darüber hinaus können bei anderen Konfigurationen einer einzigen Taste mehrere kalottenförmige Federelemente zugeordnet werden.
Herkömmliche Tastaturen können im Allgemeinen Scherengelenke verwenden, um eine Benutzerbetätigungskraft in der senkrecht zur Hauptfläche der elektronischen Membran verlaufenden Richtung auf eine elektronische Membran zu lenken. Herkömmliche Tastaturen bilden auf der Grundplatte Scherengelenk-Befestigungselemente. Zum Beispiel wird die Grundplatte in der Regel so maschinell hergestellt, dass sie Halterungen für Scherengelenke aufweist. Die Halterungen auf der Grundplatte ragen durch Löcher auf der elektronischen Membran. Des Weiteren können die Halterungen auf der Grundplatte durch das Feld von kalottenförmigen Federelementen ragen. Deshalb erfordern herkömmliche Tastaturen, dass die kalottenförmigen Federelemente entweder einzelne Elemente sind oder ein Feld von kalottenförmigen Federelementen mit Löchern in den Bereichen zwischen den kalottenförmigen Federelementen bilden.
Einzelne getrennte kalottenförmige Federelemente und Felder von kalottenförmigen Federelementen mit Löchern zwischen den kalottenförmigen Federelementen stellen jedoch keine hermetische Sperre für die Unterseiten der kalottenförmigen Federelemente bereit. Aus diesem Grunde kann sich bei herkömmlichen Tastaturen Flüssigkeit unter oder in den kalottenförmigen Federelementen ansammeln, was zu dem Phänomen klebender Tasten führt.
3 zeigt eine Konfiguration eines Schalterfelds, die das Phänomen klebender Tasten dadurch überwindet, dass eine hermetische Sperre zur Unterseite der kalottenförmigen Federelemente bereitgestellt wird. Die Konfiguration von 3 kann jedoch die maschinelle Herstellung vieler getrennter Gelenkbefestigungselemente und danach ihre einzelne Anordnung bei der Montage des Schalterfelds erfordern.
4 zeigt eine alternative Konfiguration, die keine Scherengelenke nutzt und deshalb die oben erwähnten, durch Scherengelenk-Befestigungselemente herbeigeführten Beschränkungen vermeidet. 4 ist ein auseinander gezogenes Blockdiagramm von zwei Schaltern eines Schalterfelds, zum Beispiel von zwei Tasten einer Tastatur. Anstelle der Scherengelenke nutzt das in 4 dargestellte Schalterfeld einen Satz von Ausrichtungselementen aus, die eine obere und eine untere Lage aufweisen. Die obere und die untere Lage können hakenförmige Elemente aufweisen, die einander in Eingriff nehmen. Zum Beispiel sind bei einer Implementierung die obere und die untere Lage Hakenfolien, die zur Herstellung von hakenförmigen Elementen, die sich von einer Hauptebene der Folien aus erstrecken, geformt sind. Wie in 4 gezeigt, definieren mehrere obere Lagenabschnitte 51A, 51B und eine einzige untere Lage 52 den Satz von Ausrichtungselementen.
Wie in 4 gezeigt, kann das Schalterfeld eine Grundplatte 31 zur Bereitstellung mechanischer Stabilität aufweisen. Die Grundplatte 31 kann aus Metall, Kunststoff oder einem anderen geeigneten starren Material hergestellt sein. Oben auf der Grundplatte 31 kann sich eine elektronische Membran 32 befinden. Die elektronische Membran 32 weist mehrere Sensoren auf, die als Reaktion auf eine angelegte physische Kraft Signale erzeugen. Oben auf der elektronischen Membran 32 kann sich ein Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 befinden. Zum Beispiel können die jeweiligen Kammern von kalottenförmigen Federelementen 12A und 12B durch einen Kanal verbunden sein, obgleich die Ausführungsform von 4 diesbezüglich nicht unbedingt eingeschränkt ist. Ein Satz von Ausrichtungselementen kann eine untere Lage 52 und obere Lagenabschnitte 51A und 51B aufweisen. Die untere Lage 52 kann Löcher 45A und 45B aufweisen, durch die die kalottenförmigen Federelemente 12A und 12B jeweils ragen. Die oberen Lagenabschnitte 51A und 51B können mit der unteren Lage 52 mechanisch in Eingriff stehen. Darüber hinaus können die Tastenkappen 35A und 35B an den jeweiligen oberen Lagenabschnitten 51A und 51B befestigt sein. Als Alternative dazu können die oberen Lagenabschnitte 51A und 51B als Tasten ohne die zusätzlichen Tastenkappen 35A und 35B funktionieren.
Die 5A und 5B sind Querschnittsansichten einer oberen Lage in Form einer oberen Hakenfolie 61, die mit einer unteren Lage in Form einer unteren Hakenfolie 62 mechanisch in Eingriff steht. 6 ist eine Querschnittsansicht einer mechanisch in Eingriff stehenden oberen und unteren Hakenfolie 61, 62, wobei ein kalottenförmiges Federelement 12 die obere Hakenfolie 61 vorbelastet. In 5A nimmt die obere Hakenfolie 61 die untere Hakenfolie 62 in einer geöffneten Stellung in Eingriff, und in 5B nimmt die obere Hakenfolie 61 die untere Hakenfolie 62 in einer geschlossenen Stellung in Eingriff. Der Abstand zwischen der geöffneten und der geschlossenen Stellung kann eine vorbestimmte Bewegungsstrecke für einen gegebenen Schalter in einem Schalterfeld, zum Beispiel eine Taste in einer Tastatur, definieren. Die obere und die untere Hakenfolie 61 und 62 weisen mehrere hakenförmige Elemente 63A–63I auf, die einander in Eingriff nehmen. Beispielsweise kann der Abstand zwischen jeweiligen hakenförmigen Elementen, zum Beispiel der Abstand zwischen dem Element 63A und 63B an der Befestigungsstelle an der Basisfolie ca. 0,25 cm betragen, obgleich die Erfindung nicht diesbezüglich eingeschränkt ist. In diesem Fall können sich ca. 9 oder 10 hakenförmige Elemente 63 auf einer 2,5 cm breiten Hakenfolie befinden. Jedes hakenförmige Element 63 kann eine Länge aufweisen, die der Länge der Hakenfolie entspricht.
Die in den 5A und 5B dargestellten Hakenfolien können ferner (nicht gezeigte) federartige Elemente, wie zum Beispiel elastische Kugeln oder Stifte aufweisen, um eine Vorbelastungskraft bereitzustellen, die dazu neigt, die obere Hakenfolie 61 und die untere Hakenfolie 62 in einer geöffneten Stellung (wie in 5A) vorzubelasten. Die Hakenfolien können in Eingriff gebracht werden, indem sie ineinander eingerastet oder zusammengeschoben werden. Die zwischen der oberen und der unteren Hakenfolie 61, 62 gestattete vorbestimmte Bewegungsstrecke kann zu der Größe der hakenförmigen Elemente 63 proportional sein. Zum Beispiel kann die Höhe, mit der die hakenförmigen Elemente 63 aus den jeweiligen Hakenfolien 61, 62 ragen, etwas größer sein als das zwischen der oberen und der unteren Hakenfolie 61, 62 gestattete Bewegungsmaß. Zum Beispiel kann die Hakenelementhöhe (der Abstand von der Hakenfolie zum oberen hakenförmigen Element, gemessen in einer senkrecht zur Basis der Hakenfolie verlaufenden Ebene) in einem Bereich von 0, 01 cm bis 1 cm liegen. Die hakenförmigen Elemente können eine Hakenelementbreite (der Abstand zwischen den äußersten Enden eines hakenförmigen Elements 63, gemessen in einer parallel zur Basis der Hakenfolie verlaufenden Ebene) in einem Bereich von 0,05 cm bis 1 cm aufweisen. Die Bewegungsstrecke kann in einem Bereich von 0,01 cm bis 1 cm liegen. Zum Beispiel kann für verschiedene Anwendungen, wie zum Beispiel dünne Tastaturen oder dünne Tastenfelder, eine Bewegungsstrecke von weniger als 3 mm, weniger als 2 mm oder sogar weniger als 1 mm wünschenswert sein.
6 ist eine Querschnittsansicht einer mechanisch in Eingriff stehenden oberen und unteren Hakenfolie 61 und 62, wobei ein kalottenförmiges Federelement 12 gegen die obere Hakenfolie 61 vorbelastet. Wie in 6 gezeigt, überlappen an den Folien 61, 62 ausgebildete hakenförmige Elemente 63 einander, um eine Verriegelungsanordnung bereitzustellen, wenn die Hakenfolien 61, 62 in Eingriff stehen. Das kalottenförmige Federelement 12 belastet die obere Hakenfolie 61 vor, um die obere und die untere Hakenfolie 61 und 62 in die geöffnete Stellung anzuordnen. Eine nach unten gerichtete Benutzerbetätigungskraft gegen die obere Hakenfolie 61 drückt das kalottenförmige Federelement 12 herunter und bewirkt, dass sich die obere und die untere Hakenfolie in der geschlossenen Stellung befinden. Die jeweilige obere und untere Hakenfolie 61 und 62 können so hergestellt sein, dass sie einen vorbestimmten Abstand zwischen der geöffneten und geschlossenen Position definieren. Auf diese Weise kann die Bewegungsstrecke von Schaltern in einem Schalterfeld, zum Beispiel Tasten in einer Tastatur, vordefiniert werden. Zum Beispiel sind ca. 1 bis 3 mm einer Bewegung wünschenswert.
Die obere und die untere Hakenfolie 61 und 62 können eine Benutzerbetätigungskraft so lenken, dass gewährleistet wird, dass das kalottenförmige Federelement 12 als Reaktion auf die Benutzerbetätigungskraft heruntergedrückt wird. Darüber hinaus können die obere und untere Hakenfolie 61, 62 einem Schwenken einzelner Schalter entgegenwirken und gewährleisten, dass einzelne Schalter festgehalten und ordnungsgemäß auf einzelne kalottenförmige Federelemente ausgerichtet werden. Auf diese Weise können die obere und die untere Hakenfolie 61 und 62 herkömmliche Scherengelenke in einem Schalterfeld ersetzen.
Die obere und die untere Hakenfolie 61 und 62 bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Scherengelenken. Zum Beispiel können Hakenfolien durch Extrudieren oder Spritzgießen zu relativ geringen Kosten hergestellt werden. Des Weiteren lässt sich die Montage von Schalterfeldern durch Ersetzen von einzelnen Scherengelenken durch die obere und untere Hakenfolie 61, 62 stark vereinfachen. Die Hakenfolien 61, 62 können in Eingriff gebracht werden, indem sie einfach zusammengeschoben oder ineinander eingerastet werden, so dass sich die hakenförmigen Elemente 63 überlappen, um eine Verriegelungsanordnung bereitzustellen. Des Weiteren wird die maschinelle Herstellung von Scherengelenk-Halterungen, zum Beispiel an der Grundplatte, vermieden. Darüber hinaus können die obere und untere Hakenfolie 61 und 62 dünnere Schalterfelder realisieren, indem das Tastenbewegungsausmaß sowie die Anzahl von Lagen im Tastenfeld verringert werden.
7 ist eine andere Querschnittsansicht einer mechanisch in Eingriff stehenden oberen und unteren Hakenfolie 61 und 62, wobei ein kalottenförmiges Federelement 12 gegen die obere Hakenfolie 61 vorbelastet. In 7 sind jedoch die hakenförmigen Elemente 63 von der oberen Hakenfolie 61 an der Stelle entfernt worden, an der das kalottenförmige Federelement 12 gegen die obere Hakenfolie 61 vorbelastet. Bei anderen Ausführungsformen kann das kalottenförmige Federelement 12 durch einen Klebstoff oder dergleichen an die obere Hakenfolie 61 befestigt werden.
Die 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform, die einen Satz von Ausrichtungselementen in Form einer unteren Lage, die eine untere Hakenfolie 62 aufweist, und einer oberen Lage, die mehrere obere Lagenabschnitte in Form von oberen Hakenfolien 61A, 61B aufweist, implementiert. 8 ist eine Querschnittsansicht. Wie gezeigt, steht eine untere Hakenfolie 62 mit mehreren oberen Hakenfolien 61A und 61B in Eingriff. Somit entspricht die Ausführungsform von 8 im Wesentlichen der von 6, weist jedoch eine obere Lage auf, die in mehrere obere Lagenabschnitte in Form von einzelnen Hakenfolien 61A, 61B unterteilt ist. Die untere Hakenfolie 62 ist mit Löchern 45A und 45B zur Ausrichtung auf Federelemente 12A und 12B ausgebildet. Zum Beispiel können die Löcher 45 in einem Bereich von 0,1 bis 2 Quadratzentimetern bemessen sein. Bei einer besonderen Implementierung sind die Löcher 45 quadratisch und weisen eine Oberfläche von ca. 0,635 Quadratzentimetern auf.
In einem Schalterfeld können die oberen Hakenfolien 61A, 61B als die Tasten funktionieren, die von einem Benutzer heruntergedrückt werden. Auf diese Weise lassen sich dünnere Schalterfelder und/oder Schalterfelder mit weniger Elementen realisieren. Als Alternative dazu können (nicht gezeigte) zusätzliche Tastenkappen an den jeweiligen oberen Hakenfolien 61A, 61B befestigt werden, die später von einem Benutzer herunterzudrücken sind. Darüber hinaus ragen bei anderen Ausführungsformen mehrere kalottenförmige Federelemente durch das gleiche Loch. In diesem Fall können die mehreren durch das gleiche Loch ragenden kalottenförmigen Federelemente dem gleichen Schalter eines Schalterfelds zugeordnet werden.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines nicht in Eingriff stehenden Satzes von Ausrichtungselementen in Form einer unteren Hakenfolie 62 und mehrerer oberer Hakenfolien 61A–61H. Wie gezeigt, ist die untere Hakenfolie 62 mit Löchern 45A–45H zur Ausrichtung auf (nicht gezeigte) Federelemente ausgebildet. Jede obere Hakenfolie 61A–61H kann eines der Löcher 45A–45H bedecken, wenn die Hakenfolien in Eingriff stehen. Zum Beispiel können die oberen und die untere Hakenfolien 62 und 61A–61H durch einfaches Gleiten oder Rasten der oberen Hakenfolien 61A–61H auf die untere Hakenfolie 62 in Eingriff gebracht werden. In einem Schalterfeld können die oberen Hakenfolien 61A–61H wieder als die Tasten funktionieren, die von einem Benutzer heruntergedrückt werden, oder es können als Alternative zusätzliche (nicht gezeigte) Tastenkappen an den jeweiligen oberen Hakenfolien 61A–61H befestigt werden.
Bei der in den 8 und 9 dargestellten Ausführungsform kann es wünschenswert sein, eine laterale Bewegung der oberen Hakenfolien 61A–61H bezüglich der unteren Hakenfolie 62 zu verhindern, wenn die Folien in Eingriff stehen. Eine Art und Weise, dies zu erreichen, besteht darin, die oberen Hakenfolien 61A–61H über einen Klebstoff oder ein anderes geeignetes Befestigungsmittel an kalottenförmigen Federelementen zu befestigen. Auf 8 Bezug nehmend, könnte die obere Hakenfolie 61A beispielsweise an dem kalottenförmigen Federelemente 12A und die obere Hakenfolie 61B könnte an dem kalottenförmigen Federelement 12B befestigt werden.
Eine andere Weise, eine laterale Bewegung der oberen Hakenfolien 61A–61H bezüglich der unteren Hakenfolie 62 zu verhindern, besteht darin, in der unteren Hakenfolie 62 (nicht gezeigte) Bereiche auszubilden. Ein Bereich kann eine Zone zur Anordnung einer oberen Hakenfolie 61 zur Begrenzung der lateralen Bewegung der oberen Hakenfolie 61 bezüglich der unteren Hakenfolie 62, wenn die Folien in Eingriff stehen, definieren. Zum Beispiel könnten die hakenförmigen Elemente der unteren Hakenfolie 62 durch ein Gesenk an ausgewählten Stellen heißgesiegelt oder gequetscht werden, um die Bereiche zu bilden. Bereiche könnten in der unteren Hakenfolie 62 erzeugt werden, um die Zone zur Anordnung jeder oberen Hakenfolie 61 zu definieren.
Die 10 und 11 zeigen eine andere Ausführungsform, die einen Satz von Ausrichtungselementen in Form einer unteren Lage mit einer unteren Hakenfolie 62 und einer oberen Lage mit einer einzigen oberen Hakenfolie 61, die starre Elemente 71 und elastische Bereiche 73 aufweist, implementiert. 10 ist eine Querschnittsansicht. Wie gezeigt, steht die untere Hakenfolie 62 mit einem oberen Haken 61 in Eingriff. Die untere Hakenfolie 62 ist mit. Löchern 45A und 45B zur Ausrichtung auf die Federelemente 12A und 12B ausgebildet. Die obere Hakenfolie 61 weist starre Elemente 71A und 71B und einen elastischen Bereich 73 auf. Zum Beispiel können in einem Schalterfeld die starren Elemente 71A und 71B als die Tasten funktionieren, die von einem Benutzer heruntergedrückt werden. Als Alternative dazu können (nicht gezeigte) zusätzliche Tastenkappen an den jeweiligen starren Elementen 71A und 71B befestigt werden.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines nicht in Eingriff stehenden Satzes von Ausrichtungselementen in Form einer unteren Hakenfolie 62 und einer oberen Hakenfolie 61 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie gezeigt, ist die untere Hakenfolie 62 mit Löchern 45A–45H zur Ausrichtung auf (nicht gezeigte) Federelemente ausgebildet. Die obere Hakenfolie 61 weist starre Elemente 71A–71H und einen oder mehrere elastische Bereiche 73 zwischen den jeweiligen starren Elementen 71A–71H auf. Jedes starre Element 71A–71H kann eines der Löcher 45A–45H bedecken, wenn die Hakenfolien in Eingriff stehen. Zum Beispiel können die Hakenfolien in Eingriff gebracht werden, indem die obere Hakenfolie 61 und die untere Hakenfolie 62 einfach zusammengeschoben oder ineinander eingerastet werden. Hakenfolien können wie unten beschrieben hergestellt werden.
Ein aus der Schmelze verarbeitbares Ethylen-Propylen-Copolymer (7C55H oder 7C06, geliefert von Union Carbide Corporation, nun Dow Chemical Corp. mit Sitz in Midland, Michigan) kann in einen einzigen Schneckenextruder (geliefert von Davis Standard Corporation mit Sitz in Pawcatuck, Connecticut) mit einem Durchmesser von ca. 6,35 cm (2,5 Zoll), einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von 24/1 und einem Temperaturprofil, das von ca. 175–232 Grad Celsius (350–450 Grad Fahrenheit) ansteigt, eingeführt werden. Das Polymer kann bei einem Druck von mindestens 690.000 Pascal (100 psi) durch ein auf 232 Grad Celsius (450 Grad Fahrenheit) erwärmtes Halsrohr und in eine 20 cm (8 Zoll) breite MasterFlex LD-40 Foliendüse (geliefert von Production Components mit Sitz in Eau Claire, Wisconsin), die auf einer Temperatur von 232 Grad Celsius (450 Grad Fahrenheit) gehalten wird, kontinuierlich abgeführt werden. Die Düse kann eine Werkzeuglippe aufweisen, die so konfiguriert ist, dass sie eine polymere Hakenfolie mit hakenförmigen Elementen bilden, die ein selbstpassendes Profil bilden, wie in den 5A und 5B gezeigt.
Die Folie kann aus der Düse extrudiert und mit ca. 3 m/min (10 Fuß/Minute) für eine Verweilzeit von mindestens 10 Sekunden in einen auf 10–21 Grad Celsius (50–70 Grad Fahrenheit) gehaltenen Abschreckbehälter fallgegossen werden. Das Abschreckmittel kann Wasser mit 0,1–1,0 Gew.-% eines Tensids, Ethoxy CO-40 (einem von Ethox Chemicals, LLC mit Sitz in Greenville, South Carolina erhältlichen Polyoxyethylen-Rizinusöl) sein, um das Benetzen der hydrophoben Polyolefinmaterialien zu verstärken.
Die abgeschreckte Folie kann dann luftgetrocknet und in 91–137 Meter-Rollen (100–150 Yard-Rollen) gesammelt werden. Die Folie kann eine Stärke der einheitlichen Basisfolie von ca. 0,0356 +/–0,005 cm (0,014 +/–0,002 Zoll), eine Hakenelementbreite (der Abstand zwischen den äußersten Enden der Hakenelementarme, gemessen in einer parallel zu der Basis der Folie verlaufenden Ebene) von ca. 0,1524 +/–0,005 cm (0,060 +/–0,002 Zoll) aufweisen. Die Folie kann eine extrudierte Flächenmasse von ca. 700 g/m2 aufweisen. Die zugelassene Vertikalbewegung kann ca. 0,094 cm (0,037 Zoll) betragen. In einem getrennten Arbeitsgang können die extrudierten Folien getempert werden, um die Basisfolie durch Passieren über eine auf ca. 93 Grad Celsius (200 Grad Fahrenheit) gehaltene glatte Gusswalze glattzuwalzen, und dann auf Kerne von 15,24 cm (6 Zoll-Kerne) aufzuwickeln, um ein Kräuseln der Bahn auf ein Minimum zu reduzieren.
12 ist ein auseinander gezogenes Blockdiagramm von zwei Schaltern eines Schalterfelds, zum Beispiel zwei Tasten einer Tastatur. Wie gezeigt, kann ein Schalterfeld eine Grundplatte 31 aufweisen, um für mechanische Stabilität zu sorgen. Eine elektronische Membran 32 kann oben auf der Grundplatte 31 angeordnet sein. Die elektronische Membran kann mehrere Sensoren aufweisen, die als Reaktion auf eine angelegte physische Kraft Signale erzeugen. Ein Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 kann sich oben auf der elektronischen Membran 32 befinden. Zum Beispiel können die Kammern der kalottenförmigen Federelemente 12A und 12B durch den Kanal 14 verbunden sein. Das Feld von kalottenförmigen Federelementen 10 kann so auf der elektronischen Membran 32 angeordnet sein, dass der Kanal 14 in Form einer Nut auf der unteren Hauptfläche des Felds von kalottenförmigen Federelementen mit der oberen Hauptfläche der elektronischen Membran 32 einen Durchgang bildet.
Die untere Lage 52 ist mit Löchern 45A–45B zur Ausrichtung auf die kalottenförmigen Federelemente 12A und 12B ausgebildet. Die obere Lage 51 weist starre Elemente 71A und 71B und elastische Bereiche 73 zwischen den jeweiligen starren Elementen 71A und 71B auf. Jedes starre Element 71A und 71B kann eines der Löcher 45A und 45B bedecken, wenn die obere und die untere Lage 51, 52 in Eingriff stehen. Zum Beispiel sind bei einer Ausführungsform die obere und die untere Lage 51, 52 eine obere und eine untere Hakenfolie, wie oben beschrieben. Tastenkappen 35A und 35B können oben auf den starren Elementen 71A und 71B angeordnet sein, oder als Alternative dazu können die starren Elemente 71A und 71B als Tasten ohne Tastenkappen funktionieren.
Nunmehr auf die 5A–12 gemeinsam Bezug nehmend, können die oben dargestellten und beschriebenen Ausrichtungselemente einem Schalterfelder konzipierenden Ingenieur Designfreiheiten einräumen. Im Vergleich zu herkömmlichen Schalterfeldkonfigurationen können die hier beschriebenen Ausrichtungselemente tatsächlich die Realisierung einer größeren Anzahl von Tasten auf der gleichen Fläche gestatten. Wie oben beschrieben, kann darüber hinaus die Dicke der Schalterfelder dadurch verringert werden, dass die Ausrichtungselemente wie die in den 5A–12 dargestellten implementiert werden. Des Weiteren kann auf zusätzliche Tastenkappen verzichtet werden.
Die 13–16 stellen vier beispielhafte Vorrichtungen dar, die die Erfindung implementieren können. 13 zeigt eine Tastatur 91, die einen oder mehrere Aspekte der Erfindung aufweisen kann. 14 zeigt einen Handmikrorechner 92, der einen oder mehrere Aspekte der Erfindung als Teil der Tasten 92A–93H aufweisen kann. 15 zeigt einen Laptop-Computer 95, der einen oder mehrere Aspekte der Erfindung als Teil einer Laptop-Tastatur 97 aufweisen kann. 16 zeigt ein Zellulartelefon 100, das einen oder mehrere Aspekte der Erfindung als Teil der Tasten des Zellulartelefons aufweisen kann.
Zum Beispiel können die jeweiligen Vorrichtungen in den 13–16 ein Feld von kalottenförmigen Federelementen aufweisen, die Kammern der jeweiligen kalottenförmigen Federelemente verbindende Kanäle aufweisen. Auf diese Weise können Schalterfelder in den jeweiligen Vorrichtungen eine Taste-zu-Taste-Entlüftung gestatten. Darüber hinaus kann das Feld von kalottenförmigen Federelementen in Bereichen zwischen kalottenförmigen Federelementen ohne Löcher ausgebildet sein, um zu gewährleisten, dass eine hermetische Sperre für die Unterseite der kalottenförmigen Federelemente bereitgestellt wird.
Des Weiteren können die Schalterfelder in den jeweiligen Vorrichtungen in den 13–16 einen Satz von Ausrichtungselementen aufweisen, die eine obere Lage aufweisen, die mit einer unteren Lage in Eingriff steht, um eine Benutzerbetätigungskraft in die senkrecht zur Hauptfläche des Felds von kalottenförmigen Federelementen verlaufende Richtung zu leiten und ein vorbestimmtes Bewegungsausmaß für die Schalter in den Schalterfeldern zu gestatten. Darüber hinaus kann der Satz von Ausrichtungselementen die Tasten sicher festhalten, wodurch eine Ausrichtung bereitgestellt und einem Tastenschwenken entgegengewirkt wird. Durch Verwendung verschiedener Aspekte der Erfindung können die jeweiligen Vorrichtungen in den 13–16 dünnere Tastaturen oder Tastenfelder realisieren, und die Tastaturen oder Tastenfelder können weniger Elemente als herkömmliche Tastaturen aufweisen. Darüber hinaus können Produktionskosten verringert werden, indem die Verwendung einzelner kalottenförmiger Federelemente und/oder einzelner Scherengelenke vermieden wird. Die maschinelle Herstellung von Scherengelenk-Befestigungselementen kann auch vermieden werden.
16 zeigt, wie die durch die Erfindung eingeführten Designfreiheiten Verbesserungen bei dem Design von Mobiltelefonen realisieren können. Durch Implementierung der Ausrichtungselemente ist für das Mobiltelefon 100 kein Formen zum Festhalten der Tasten erforderlich. Des Weiteren kann die Form und das Layout der Tasten hinsichtlich Funktion und/oder Erscheinungsbild verbessert werden. Wie in 16 gezeigt, brauchen benachbarte Tasten durch Formen oder dergleichen nicht getrennt zu werden.
Die verschiedenen Vorrichtungen der 13–16 können einen mit einer Benutzereingabevorrichtung verbundenen Prozessor aufweisen. Die Benutzereingabevorrichtung kann ein Schalterfeld aufweisen, das einen oder mehrere Aspekte der Erfindung implementiert. Der Prozessor kann die Form eines Mehrzweck-Mikroprozessors annehmen und integral mit einem PC, einem Macintosh, einer Rechner-Workstation, einem tragbaren Datenendgerät, einem Laptop-Rechner, einem Handrechner, digitalem Papier, einem Zellulartelefon, einem Gerät oder dergleichen ausgebildet sein oder einen Teil davon bilden. Die Benutzereingabevorrichtung kann eine Tastatur, ein Tastenfeld und/oder irgendein anderes Schalterfeld aufweisen. Das Schalterfeld kann ein Feld von kalottenförmigen Federelementen gemäß der Erfindung und/oder einen Satz von Ausrichtungselementen gemäß der Erfindung aufweisen.
Es sind mehrere Implementierungen und Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden. Zum Beispiel ist ein Feld von kalottenförmigen Federelementen zur Verwendung in einem Schalterfeld beschrieben worden. In dem Feld von kalottenförmigen Federelementen können die Kammern jedes kalottenförmigen Federelements durch mindestens einen Kanal mit der Kammer eines anderen kalottenförmigen Federelements verbunden sein. Darüber hinaus ist ein Satz von Ausrichtungselementen zur Verwendung in einem Schalterfeld mit Federelementen beschrieben worden. Verschiedene Aspekte der Erfindung implementierende Schalterfelder können das Phänomen klebender Tasten vermeiden und die Dicke des Schalterfelds verringern. Des Weiteren kann die Montage von Schalterfeldern vereinfacht werden, wodurch die Herstellungs- und Produktionskosten verringert werden.
Nichtsdestotrotz versteht sich, dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel könnte die Erfindung in anderen Schalterfeldern, wie zum Beispiel Schalterfeldern auf einer Instrumententafel eines Flugzeugs, eines Wasserfahrzeugs oder eines Kraftfahrzeugs, oder Schalterfeldern in Geräten, wasserdichten Vorrichtungen, Tauch-Vorrichtungen oder Musikinstrumenten implementiert werden. Darüber hinaus könnten die obere und die untere Lage durch Verriegelungselemente, bei denen es sich nicht um hakenförmige Elemente handelt, in Eingriff gebracht werden. Demgemäß liegen andere Implementierungen und Ausführungsformen im Schutzbereich der folgenden Ansprüche.

Claims

Vorrichtung, die Folgendes aufweist: ein Feld von kalottenförmigen Federelementen (12), wobei jedes der kalottenförmigen Federelemente (12) eine Kammer (13) definiert; und mehrere Kanäle (14), die die Kammern (13) der kalottenförmigen Federelemente (12) so verbinden, dass jede der Kammern (13) jedes der kalottenförmigen Federelemente (12) mit mindestens einer der Kammern (13) eines anderen der kalottenförmigen Federelemente (12) in Fluidverbindung steht, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen (12) in einem flächenförmigen Element (11) ausgebildet ist, wobei die Kanäle (14) dadurch gekennzeichnet sind, dass die Kanäle (14) innerhalb einer unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements (11) und einer oberen Hauptfläche des flächenförmigen Elements (11) enthalten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das flächenförmige Element (11) durchgehend ist und keine Löcher in Bereichen zwischen den kalottenförmigen Federelementen (12) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei bei Betätigung eines der kalottenförmigen Federelemente (12) Luft durch mindestens einen der Kanäle (14) gezwungen wird, um Luft zwischen den Kammern verschiedener kalottenförmiger Federelemente (12) umzuverteilen.
Schalterfeld, das Folgendes aufweist: ein Feld von Sensorelementen, die als Reaktion auf eine Kraft Signale erzeugen; und ein Feld von kalottenförmigen Federelementen (12), die den Sensorelementen entsprechen, wobei jedes der kalottenförmigen Federelemente (12) eine Kammer (13) definiert und wobei jede der Kammern (13) jedes der kalottenförmigen Federelemente (12) mit mindestens einer der Kammern (13) eines anderen der kalottenförmigen Federelemente (12) durch einen oder mehr Kanäle (14) in Fluidverbindung steht, wobei das Feld von kalottenförmigen Federelementen (12) in einem flächenförmigen Element (11) ausgebildet ist, wobei die Kanäle (14) dadurch gekennzeichnet sind, dass die Kanäle (14) innerhalb einer unteren Hauptfläche des flächenförmigen Elements (11) und einer oberen Hauptfläche des flächenförmigen Elements (11) enthalten sind.
Schalterfeld nach Anspruch 4, wobei das flächenförmige Element (11) durchgehend ist und keine Löcher in Bereichen zwischen den kalottenförmigen Federelementen (12) aufweist.
Schalterfeld nach Anspruch 4, das weiterhin eine Grundplatte (31) neben dem Feld von Sensorelementen aufweist.
Schalterfeld nach Anspruch 4, wobei das Feld von Sensorelementen eine elektronische Membran (32) aufweist.
Schalterfeld nach Anspruch 4, wobei das Schalterfeld eine Tastatur aufweist.