壓力按鍵的製作方法
2023-11-06 14:11:32 1
壓力按鍵的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種壓力按鍵，包含電路基材，該電路基材包含上層基材、下層基材、上電極、下電極、隙縫和壓力感測環，上電極設置於上層基材的下表面；下電極對位於上電極，設置於下層基材的上表面；隙縫設置於上電極與下電極之間；壓力感測環設置於上層基材與下層基材之間，與上電極呈同心圓設置。本發明提供的可以用於鍵盤的數字/模擬整合式壓力按鍵，當按鍵被壓下時，先輸出一個數位訊號(digital?signal)，當同一按鍵持續被加壓時，會輸出模擬信號(analog?signal)；模擬信號的強度正比於施加壓力的壓力大小。
【專利說明】壓力按鍵
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種壓力按鍵(pressure sensor),可以用於鍵盤(key board),例如計算機鍵盤；尤其是一種數字模擬整合式壓力按鍵。
【背景技術】
[0002]如圖1所示為美國專利US2010/0148999公開了兩個按鍵系統，用於鍵盤中使輸出數位訊號以及模擬信號，它揭露一個模擬按鍵202以及一個數字按鍵203。使用者壓下模擬按鍵202，可以輸出模擬信號220 ;使用者壓下數字按鍵203可以輸出數位訊號222的開與關。模擬按鍵202提供一個變動性輸出(variable output)，數字按鍵203則提供瞬間打開的輸出(momentary-on output)。塑料基材212承載上述鍵盤組件,軟性電路板(printedcircuit board) 210設置於基材212的上面。電路板210包含有電路，當按鍵被壓下以後，電路可以提供信號的產生與傳輸之用。電路接點236用以提供數位訊號222的輸出，電路接點焊墊230、231用以提供模擬信號220的輸出。電路板210上面是軟性絕緣基材208，這個基材可以是不具有電路的軟性基材。上面一層是另外一層軟性電路板206其包含電路，電性連接於電路板210的電性接點，當按鍵被壓下以後，用以提供信號的產生以及與傳輸之用。
[0003]如圖1所示，一片相對較薄的軟性材料層204設置於電路板206的上方，一個軟性橡膠圓頂215設置於模擬按鍵帽蓋202下方，軟性橡膠圓頂213設置於數字按鍵帽蓋203下方。數位訊號222的產生，系當數字按鍵帽蓋203被壓下時，設置於橡膠圓頂213下方的驅動組件214，驅動電路接點234使電性耦合於電路接點236。當電路接點234接觸電路接點236時，電路系統會輸出數位訊號222。在模擬信號220的產生，系當模擬按鍵帽蓋202被壓下時，設置於下方的導電且軟的半圓橡膠圓頂216可以向下彈性變形。電路焊墊231與電路焊墊230之間的電容隨著下壓力量而成正相關變化。焊墊231與焊墊230是電容器的兩端金屬，電路系統經由電路232可以讀取這些電容值。
[0004]美國專利US2010/0148999公開的雙按鍵系統對於一個遊戲的操作者而言，需要使用兩隻手指，分別控制數位訊號222與模擬信號220的產生，此一設計，使得使用者不易同時控制數字與模擬信號的輸出。一個比較容易同時控制數位訊號以及模擬信號的按鍵，亟待被開發。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的上述不足，根據實施例，希望提出一種能同時控制數位訊號以及模擬信號的壓力按鍵，當按鍵被壓下時，先輸出一個數位訊號，當同一按鍵持續被加壓時，可以輸出模擬信號，且模擬信號的強度正比於壓力按鍵的壓力大小。
[0006]根據實施例，本發明提供的壓力按鍵，包含電路基材，其創新點在於，該電路基材包含上層基材、下層基材、上電極、下電極、隙縫和壓力感測環，上電極設置於上層基材的下表面；下電極對位於上電極，設置於下層基材的上表面；隙縫設置於上電極與下電極之間；壓力感測環設置於上層基材與下層基材之間，與上電極呈同心圓設置。
[0007]根據一個實施例，本發明前述壓力按鍵中，進一步包含橡膠圓頂按鍵，該橡膠圓頂按鍵設置於電路基材上面，包含基底橡膠環、橡膠圓頂、中央按鍵和向下中央凸塊，橡膠圓頂設置於基底橡膠環的上方；中央按鍵設置於橡膠圓頂上方中央；向下中央凸塊設置於橡膠圓頂的下方中央。
[0008]根據另一個實施例，本發明前述壓力按鍵中，進一步包含橡膠圓頂，該橡膠圓頂設置於電路基材上面，包含基底橡膠環、環牆、向下中央凸塊、向下凸環和向下中央凸塊的底部尖端，環牆設置於基底橡膠環的上方；向下中央凸塊設置於橡膠圓頂的下方中央；向下凸環設置於按鍵底部，與向下中央凸塊呈同心圓狀態設置；向下中央凸塊的底部尖端低於向下凸環的底部尖端。
[0009]根據再一個實施例，本發明前述壓力按鍵中，進一步包含橡膠圓頂，該橡膠圓頂設置於電路基材上面，包含基底橡膠環、環牆和向下中央凸塊，環牆設置於基底橡膠環的上方；向下中央凸塊中央斷面的寬度大於電極的寬度，設置於橡膠圓頂的下方中央。
[0010]相對於現有技術，隨後的實施例將證明，本發明提供的數字/模擬整合式壓力按鍵，此一整合式壓力按鍵單一按鍵(single key)，對該按鍵施壓第一壓力時，可以輸出數位訊號；對該按鍵施加更大壓力時，則可以輸出模擬信號，模擬信號的強弱正相關於後續壓力的大小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是美國專利US2010/0148999公開的雙按鍵系統的結構原理圖。
[0012]圖2是用於本發明壓力按鍵的第一橡膠圓頂按鍵的結構示意圖。
[0013]圖3A-3B是根據本發明第一實施例的壓力按鍵的結構示意圖。
[0014]圖4是根據本發明第一實施例的壓力按鍵的數位訊號的輸出時機示意圖。
[0015]圖5-7是根據本發明第一實施例的壓力按鍵的模擬信號的輸出示意圖。
[0016]圖8是根據本發明第一實施例的壓力按鍵的數位訊號以及模擬信號的時序圖。
[0017]圖9A-9B是可用於本發明壓力按鍵的電路基材的結構示意圖。
[0018]圖10是可用於本發明壓力按鍵的不同橡膠圓頂按鍵的俯視圖(圖中，10D-10F是10A-10C橡膠圓頂按鍵的截面圖)。
[0019]圖11是用於本發明第二實施例的第二橡膠圓頂按鍵的結構示意圖。
[0020]圖12是用於本發明第二實施例的第二橡膠圓頂按鍵的截面圖。
[0021]圖13是用於本發明第三實施例的第三橡膠圓頂按鍵的結構示意圖。
[0022]圖14是根據本發明第三實施例的壓力按鍵的數位訊號的輸出示意圖。
[0023]圖15是根據本發明第三實施例的壓力按鍵的模擬信號的輸出示意圖。
[0024]圖16A-16B是塑料帽蓋設置於第一橡膠圓頂按鍵上方。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡述本發明。這些實施例應理解為僅用於說明本發明而不用於限制本發明的保護範圍。在閱讀了本發明記載的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發明權利要求所限定的範圍。
[0026]第一實施例
[0027]如圖2所示,用於本發明第一實施例的第一橡膠圓頂按鍵(rubber dome)500,具有一個基底橡膠環51於底部；橡膠圓頂52設置於基底橡膠環51的上方。中央按鍵53設置於橡膠圓頂52的上方中央；向下中央凸塊55設置於橡膠圓頂按鍵500的內部中空處上方，位於中央按鍵53的下方；一個中央凹槽54設置於中央按鍵53上方中央。
[0028]如圖3A-3B所示，本發明優選的第一實施例提供的壓力按鍵中，圖3A顯示一組電路基材600設置於第一橡膠圓頂按鍵500的下方。電路基材600具有一片軟性上層基材61以及一片軟性下層基材62 ;上電極631設置於上層基材61的下方；下電極632,對位於上電極631,設置於下層基材62的上方；隙縫633設置於上電極631與下電極632之間；壓力感測環64，設置於上層基材61與下層基材62之間，且與上電極631呈同心圓狀態設置。上層基材61是以軟性材料製成的；當上層基材61 (位於電極631處)被壓下時，可以使得上電極631接觸於下電極632,此時,一個數位訊號會被輸出。當上層基材61 (位於壓力感測環64處)被壓下時,模擬信號會被輸出。一個硬的隔離環65,對位於基底橡膠環51,且與上電極631呈同心圓狀態設置；同時，設置於上層基材61與下層基材62之間，作為壓力阻擋塊，以當一個壓力施加於第一橡膠圓頂按鍵500時,可以抵抗來自於基底橡膠環51的壓力。
[0029]基於第一橡膠圓頂按鍵500設置於電路基材上面600,當中央按鍵53被可還原性壓下(restorably depressed)時，向下中央凸塊55向下移動,可以施加第一壓力於上層基材61位於電極631處。參考圖4，當中央按鍵53被壓下時一個暫時產生的向下崩潰凸環56出現了，向下崩潰凸環56與向下中央凸塊55呈同心圓狀態設置。其中，向下崩潰凸環56的底部尖端，未被加壓時，具有一個位置高於向下中央凸塊55的底部尖端；持續施壓中央按鍵53以後，向下崩潰凸環56將會施加第二壓力於上層基材61位於壓力感測環64位置。
[0030]圖3B為壓力感測環64與上電極631位置關係的俯視圖，圖中顯示壓力感測環64與上電極631呈同心圓安置。
[0031]圖4顯不當向下中央凸塊55施加第一壓力於上層基材61位於上電極631位置時，可以使得上電極631接觸於下電極632，一個數位訊號會被輸出。此刻，向下崩潰凸環56尚未施加壓力於壓力感測環64位置，因此，沒有模擬信號會被輸出。
[0032]圖5顯示施加第一壓力於中央按鍵53以後，持續增加壓力時，向下崩潰凸環56將會施加第二壓力於上層基材61位於壓力感測環64處，因而,可以產生模擬信號的輸出。
[0033]圖6顯不模擬信號的輸出的強弱，系正相關(positively related)於施加於位於壓力感測環64處的壓力大小，該壓力主要系來自於向下崩潰凸環56。
[0034]圖7顯示位於壓力感測環64受到更強的壓力時，壓力感測環64會產生更強的模擬信號輸出。
[0035]圖8中8A顯示模擬信號的時序圖，模擬信號強度設置於Y-軸，以導電度(Conductance)作單位；時間設置於X-軸，以刻度F3、F4、F5、F6、以及F7表示；而刻度F3、F4、F5、F6、以及F7系分別對應於圖3、圖4、圖5、圖6、與圖7的狀態。
[0036]圖8中SB顯示數位訊號的時序圖，數位訊號的開與關(Oandl)設置於Y-軸，並以刻度I與O表示；其中的I表示開(on)，O表示關(off)。時間設置於X-軸，以刻度F3、F4、F5、F6、以及F7表示；而刻度F3、F4、F5、F6、以及F7系分別對應於圖3、圖4、圖5、圖6、與圖7的狀態。
[0037]圖8中8A顯示模擬信號發生於F5、F6與F7，請分別參考圖5、圖6以及圖7的狀態。對照圖8中8A與圖8中8B，顯示在時序F3時，沒有數位訊號輸出，也沒有模擬信號輸出。圖8中88顯示在時序？445、？6、與？7時，有數位訊號I的輸出；圖8中8A顯示在時序F5時，模擬信號產生，此時，數位訊號I仍持續存在。在時序F6時，較強的模擬信號產生，此時，數位訊號I仍持續存在；在時序F7時，更強的模擬信號產生，此時，數位訊號I仍持續存在。
[0038]如圖9A-9B所示，可用於本發明壓力按鍵(包括但不限於前述第一實施例；用於第一實施例時，除了電路基材，其餘結構保持不變)的電路基材中，圖9A顯示隙縫61G貫穿上層基材61 ;隙縫61G設置於隔離環65的上方，且沿著隔離環65內緣環形周邊設置；隙縫61G設置的目的是當向下中央凸塊55或是向下崩潰凸環56被壓下時，上層基材61可以向中央區域612釋放張力，而減少上層基材61的外環區域613受到拉扯的阻力；以便向下崩潰凸環56可以對上層基材61的中央區域612充分施壓，使得壓力感測環64可以充分受力。圖9B顯示上層基材61的俯視圖，可以看出隙縫61G的設置位置，隙縫61G將上層基材61區隔為中央區域612以及外環區域613。圖9B以四個弧形隙縫61G作為範例，較多或是較少數量的弧形隙縫也是可以被選擇使用的。圖9B顯示四個近似四分之一弧61G設置於上層基材61，且設置於隔離環65上方，且沿著隔離環65的環形內緣設置。
[0039]如圖10中10A-10C所示，可用於本發明壓力按鍵(包括但不限於前述第一實施例；用於第一實施例時，除了第一橡膠圓頂按鍵500，其餘結構保持不變)的不同第一橡膠圓頂按鍵500中，圖10中IOA顯示一個凹槽54設置於中央按鍵53的上方中央；圖10中IOB顯示一個平面式中央按鍵532設置於按鍵的上方中央；圖10中IOC顯示一個向上中央凸塊542設置於中央按鍵53上方中央。
[0040]圖10中10D-10F分別是圖10中10A-10C所示的第一橡膠圓頂按鍵500的截面圖，圖10中IOD顯示一個凹槽54設置於中央按鍵53的上方中央。圖10中IOE顯示一個平面532設置於按鍵上方。圖10中IOF顯示一個向上中央凸塊542設置於中央按鍵53的上方中央。
[0041]圖16A顯示一個傳統按鍵上的塑料帽蓋(plastic cap) 87，設置於第一橡膠圓頂按鍵500的上方，提供使用者打字壓下使用。圖16B顯示塑料帽蓋87被壓下的狀態。
[0042]第二實施例
[0043]如圖11所示，用於本發明第二實施例的第二橡膠圓頂按鍵73具有一個基底橡膠環731設置於底部；環牆732設置於基底橡膠環731的上方。向下中央凸塊75設置於橡膠圓頂73的下方中空處的中央。一個向下凸環76設置於橡膠圓頂按鍵73下方，環繞著向下中央凸塊75呈同心圓狀態設置。第二橡膠圓頂按鍵73未受力時，向下中央凸塊75的下方尖端751，低於向下凸環76的下方尖端761 ;請參考圖中的下方尖端751與下方尖端761之間的距離H。第二橡膠圓頂按鍵73的材料為可被受壓變形的材料，壓力釋放以後，第二橡膠圓頂按鍵73可以還原成原來的形狀。當施加第一壓力於按鍵73時，上層基材61位於電極631處被壓下產生數位訊號。向下凸環76與向下中央凸塊75呈同心圓狀態設置；當按鍵73被持續壓下以後，向下凸環76將會施加第二壓力於上層基材61位於壓力感測環64位置，產生模擬信號。
[0044]圖12中12A顯示第二橡膠圓頂按鍵73垂直剖面圖，顯示向下中央凸塊75設置於下方中央，環形向下凸環76圍繞著向下中央凸塊75外圍設置。圖12中12B為第二橡膠圓頂按鍵73的局部區域水平剖面圖，沿著BB』切割線的底視圖示；圖中顯示向下中央凸塊75設置於按鍵的下方中央，與向下凸環76呈同心圓設置。
[0045]本發明第二實施例提供的壓力按鍵中，除了用第二橡膠圓頂按鍵73替代第一橡膠圓頂按鍵500之外，其餘結構和第一實施例相同。
[0046]第三實施例
[0047]如圖13所示，用於本發明第三實施例的第三橡膠圓頂按鍵83具有一個基底橡膠環831設置於底部；環牆832設置於基底橡膠環831的上方。向下中央凸塊85設置於按鍵下方中空處的中央，向下中央凸塊85具有一個較胖的腰身851於中央腰部位置，腰身寬度(直徑)以W顯示，截面圖中顯示腰身寬度W大於電極631的寬度(直徑)。向下中央凸塊85設置於橡膠圓頂的下方中央83 ;向下中央凸塊85可以對上層基材61位於電極631處施加第一壓力，產生數位訊號。持續加壓以後，向下中央凸塊85可以變形使得壓力感測環64受力而輸出模擬信號。
[0048]本發明第三實施例提供的壓力按鍵中，除了用第三橡膠圓頂按鍵83替代第一橡膠圓頂按鍵500之外，其餘結構和第一實施例相同。
[0049]圖14顯不當按鍵83的向下中央凸塊85施加第一壓力於上層基材61位於上電極631位置時,可以使得上電極631接觸於下電極632,此時,一個數位訊號會被輸出。此刻，上層基材61中央處略為受力下降，沒有壓力傳送到壓力感測環64位置，暫時沒有模擬信號的輸出。
[0050]圖15顯不施加第一壓力於上層基材61以後,仍然持續施壓於按鍵83,向下中央凸塊85會彈性變形，使得下壓面積向周圍擴大，形同施加第二壓力於上層基材61位於壓力感測環64而產生模擬信號的輸出。換句話說，向下中央凸塊85受壓之後，彈性體積向周圍下方擴大，產生一個斜面壓力634於上層基材61，進而施壓於壓力感測環64而輸出模擬信號。
[0051]綜上第一、第二和第三實施例，本發明揭露一個數字/模擬整合式壓力按鍵，此一整合式壓力按鍵單一按鍵(single key)，對該按鍵施壓第一壓力時，可以輸出數位訊號；對該按鍵施加更大壓力時，則可以輸出模擬信號，模擬信號的強弱正相關於後續壓力的大小。
【權利要求】
1.一種壓力按鍵，包含電路基材，其特徵是，該電路基材包含上層基材、下層基材、上電極、下電極、隙縫和壓力感測環，上電極設置於上層基材的下表面；下電極對位於上電極，設置於下層基材的上表面；隙縫設置於上電極與下電極之間；壓力感測環設置於上層基材與下層基材之間，與上電極呈同心圓設置。
2.根據權利要求1所述的壓力按鍵，其特徵是，上層基材為軟性基材；當上電極與下電極接觸時，輸出一個數位訊號；當壓力感測環被壓下時，輸出模擬信號。
3.根據權利要求1所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含橡膠圓頂按鍵，該橡膠圓頂按鍵設置於電路基材上面，包含基底橡膠環、橡膠圓頂、中央按鍵和向下中央凸塊，橡膠圓頂設置於基底橡膠環的上方；中央按鍵設置於橡膠圓頂上方中央；向下中央凸塊設置於橡膠圓頂的下方中央。
4.根據權利要求3所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含臨時向下崩潰凸環；向下中央凸塊可還原性地被壓下，施加第一壓力於上層基材的上電極位置；當中央按鍵被壓下一個程度時，該臨時向下崩潰凸環與向下中央凸塊呈同心圓狀態；向下崩潰凸環的底部尖端起初的聞度聞於向下中央凸塊的底部尖端；當中央按鍵持續加壓以後，壓力感測環將對上層基材位於壓力感測環位置，施加第二壓力。
5.根據權利要求1所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含隔離環，該隔離環對位於基底橡膠環，與上電極呈同心圓狀態設置，並設置於上層基材與下層基材之間。
6.根據權利要求1所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含弧形溝槽，該弧形溝槽設置於上層基材，位於隔離環上方，且沿著隔離環內緣設置。
7.根據權利要求6所述的壓力按鍵，其特徵是，弧形溝槽為近似四分之一弧。
8.根據權利要求1所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含四個近似四分之一弧，四個近似四分之一弧設置於上層 基材，位於隔離環上方，且沿著隔離環內緣設置。
9.根據權利要求3所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含凹槽，該凹槽設置於中央按鍵的上方中央。
10.根據權利要求3所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含向上凸塊，該向上凸塊設置於中央按鍵的上方中央。
11.根據權利要求1所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含橡膠圓頂，該橡膠圓頂設置於電路基材上面，包含基底橡膠環、環牆、向下中央凸塊、向下凸環和向下中央凸塊的底部尖端，環牆設置於基底橡膠環的上方；向下中央凸塊設置於橡膠圓頂的下方中央；向下凸環設置於按鍵底部，與向下中央凸塊呈同心圓狀態設置；向下中央凸塊的底部尖端低於向下凸環的底部尖端。
12.根據權利要求11所述的壓力按鍵，其特徵是，向下中央凸塊可還原性地被壓下，施加第一壓力於上層基材的上電極位置；向下凸環呈同心圓狀態設置於向下中央凸塊外圍；向下凸環能夠施加一個第二壓力於上層基材位於壓力感測環處。
13.根據權利要求11所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含隔離環，該隔離環與上電極呈同心圓狀態設置，並設置於上層基材與下層基材之間。
14.根據權利要求11所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含隙縫，該隙縫貫穿上層基材，且位於隔離環上方，並沿著隔離環內緣設置。
15.根據權利要求14所述 的壓力按鍵，其特徵是，弧形溝槽為近似四分之一弧。
16.根據權利要求11所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含四個近似四分之一弧，該四個近似四分之一弧設置於上層基材，位於隔離環上方，並沿著隔離環內緣設置。
17.根據權利要求11所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含凹槽，該凹槽設置於橡膠圓頂的上方中央。
18.根據權利要求1所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含橡膠圓頂，該橡膠圓頂設置於電路基材上面，包含基底橡膠環、環牆和向下中央凸塊，環牆設置於基底橡膠環的上方；向下中央凸塊中央斷面的寬度大於電極的寬度，設置於橡膠圓頂的下方中央。
19.根據權利要求18所述的壓力按鍵，其特徵是，向下中央凸塊可還原性地被壓下，施加第一壓力於上層基材的上電極位置；向下中央凸塊經由本體的壓縮變形形成一個下垂凸塊，可以施加一個第二壓力於上層基材，該下垂凸塊會施加一個斜向壓力於壓力感測環。
20.根據權利要求18所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含隔離環，該隔離環與上電極呈同心圓狀態設置，設置於上層基材與下層基材之間。
21.根據權利要求18所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含隙縫，該隙縫貫穿上層基材，位於隔離環上方，並沿著隔離環內緣設置。
22.根據權利要求19所述的壓力按鍵，其特徵是，弧形溝槽為近似四分之一弧。
23.根據權利要求18所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含四個近似四分之一弧，該四個近似四分之一弧設置於上層基材，位於隔離環上方，並沿著隔離環內緣設置。
24.根據權利要求3所述的壓力按鍵，其特徵是，進一步包含塑料帽蓋，該塑料帽蓋設置於橡膠圓頂按鍵 的上方。
【文檔編號】H01H13/78GK103811218SQ201310551786
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2012年11月9日
【發明者】周嘉宏, 侯智升 申請人:環球水泥股份有限公司