CN103168334A - 包括5路肘接机构和被照亮的柔性层的电气开关组件 - Google Patents

Abstract

提供一种开关组件，所述开关组件在一个方面提供开关钮，所述开关钮通过利用柱塞元件能够沿高达五个方向运动，所述柱塞元件相对于致动板运动，使得所述开关钮沿四个方向中的任何方向的倾斜使用板来致动下方的圆顶件，而通过使柱塞元件相对于板运动且因此致动位于所述柱塞元件下方的中央圆顶件来朝向组件按压所述开关钮而提供第五功能。另一方面，通过在致动圆顶件和膜之间插设光管，开关组件实现在被照亮膜上的更大照亮区域，所述光管还用作柱塞元件，以通过按压所述膜、使所述柱塞元件朝向所述圆顶件运动以及致动所述圆顶件来实现触摸致动。

Description

包括5路肘接机构和被照亮的柔性层的电气开关组件

本申请要求于2009年12月3日提交的美国临时申请No.61/266,220的优先权，该美国临时申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

下述内容总体上涉及电气开关，并且尤其应用于机动车的开关组件。

背景技术

电气开关组件利用各种原理，以便提供对于给定应用的合适功能以及通常提供对于开关的特定“感知”。例如，在例如微波炉的电子应用中，被照亮的膜有时用于按压致动按钮（例如，键盘上的按钮）。在这种开关中，如图14所示，印刷电路板A设置在膜层B下方。印刷电路板A包括发光二极管（LED）C，所述发光二极管C借助将光引导通过圆顶件D（通常是金属圆顶件D）来照亮膜B，所述圆顶件在顶部具有孔。对于如图14所示的给定几何尺寸，能够看出，照亮区域E由圆顶件中的孔的尺寸限定。由于通常需要照亮区域E来显示膜层B上的图形元件，因此对于照亮区域E的限制相应地限制图形的尺寸且因此限制这类开关的潜在应用。

在其它电气开关组件中，通常使用多方向致动按钮或旋钮来在同一组件中一起提供多个功能。例如，在机动车应用中，举例来说，座椅调节、反光镜调节和娱乐系统通常使用多功能按钮。然而，这种开关按钮通常在其运动方面受限，并且期望的是，最大化能够由同一开关组件提供的功能数量，尤其在给定需要电气致动的特征的数量时。

发明内容

在一个方面，提供一种电气开关组件，所述电气开关组件包括：电路层，所述电路层包括至少一个光源；至少一个可坍缩圆顶件，所述可坍缩圆顶件在所述至少一个光源上方被支承在所述电路层上，所述可坍缩圆顶件包括用于允许光从其穿过的孔；柱塞元件，所述柱塞元件与所述圆顶件对齐，所述柱塞元件构造成允许穿过所述圆顶件的所述光从该柱塞元件穿过；以及膜层，所述膜层被支承在所述柱塞元件上方，使得在静止时所述柱塞元件支靠所述膜层，其中，所述膜层在所述柱塞元件附近的挠曲使述柱塞元件朝向所述圆顶件运动，以致动所述圆顶件。

在另一方面，提供一种电气开关组件，所述电气开关组件包括：弹性体层，所述弹性体层覆盖电路层，所述弹性体层包括中央弹性体圆顶件以及至少一个周围可坍缩圆顶件；致动板，所述致动板包括具有通道的中央轴环，所述致动板定尺寸成接合所述至少一个周围可坍缩圆顶件；柱塞元件，所述柱塞元件包括支柱和凸缘，所述支柱延伸通过所述轴环以允许所述柱塞元件相对于所述致动板运动，所述凸缘在沿一个方向运动时接合到所述致动板的下侧而当沿另一方向运动时接合所述中央圆顶件；以及致动钮，所述致动钮连接到所述支柱的自由端，其中所述致动钮沿与由所述支柱在静止时限定的轴线正交的一个或更多个方向的运动致动所述至少一个周围可坍缩圆顶件，并且所述致动钮沿着所述轴线并朝向所述致动板的运动使所述柱塞元件相对于所述致动板运动，以致动所述中央圆顶件。

附图说明

现在将参照附图仅以示例的方式来描述本发明，在附图中：

图1是包括开关组件的机动车方向盘的示意图。

图2是图1中单独的开关组件的立体图。

图3是图2的开关组件的分解立体图。

图4是图3所示的其中一个金属圆顶件的放大平面图。

图5是图2的开关组件的剖面立体图。

图6是如图5所示的剖面的一部分的放大轮廓图。

图7是图3所示的致动板和柱塞元件的放大立体图，其中示出了弹性体支柱的剖面图。

图8是图5所示的组件的局部剖面立体图，其中开关按钮处于静止状态。

图9是图5所示的组件的局部剖面立体图，其中开关按钮沿一个方向倾斜。

图10是图5所示的组件的局部剖面立体图，其中开关按钮被朝向壳体推动。

图11是图8所示的组件的局部放大剖面立体图，示意地示出了通过该组件的光的通路。

图12是图2所示的组件的另一剖面立体图。

图13是图2所示的组件的又一剖面立体图。

图14是利用照亮膜的现有技术开关组件的剖视图。

图15是图6所示的开关组件的剖视图。

图16是用于图6所示的开关组件的柱塞的另一实施方式的剖视图。

具体实施方式

应理解的是，虽然下述示例提供为在机动车开关的情况下，但是本文所讨论的原理能够等同地应用于任何电气开关组件。

现在转到图1，示出了机动车方向盘10，该方向盘上包括开关组件12。开关组件12包括致动钮14，如将在下文阐述的，该致动钮提供5路功能，即通过将致动钮14向上或向下倾斜、在任一端处压下致动钮14或者大致在其中心压下致动钮14来提供5路功能。开关组件12还包括一体形成在暴露的柔性层18中的一系列图形元件16，如将在下文更详细地描述的，所述柔性层18提供触摸致动功能。图形元件16是柔性层18的半透明部分或透明部分，以因此允许光穿过该柔性层18，从而提供与开关组件12的特征对应的照亮形状。柔性层18由柔性材料制成，以提供触摸致动功能，使得通过触摸图形元件16将柔性层18压紧或挠曲，以致动下面的开关子组件。

图2单独地提供了开关组件12的立体图。开关组件12包括壳体20，在该示例中该壳体支承柔性层18和致动钮14，使得柔性层和致动钮都暴露于方向盘10上。壳体20包括或以其他方式支承连接器22和一系列安装托架24，所述连接器用于将开关组件12连接到车辆（未示出）的电气系统，所述一系列托架用于将开关组件12固定到方向盘10。

图3提供了开关组件12的分解立体图。从基部区域开始，壳体20包括下基部26，该下基部包括用于加强该组件12的铜制嵌件28。基部26支承印刷电路板（PCB）30。PCB 30在每个角部处均支承有金属圆顶件32。金属圆顶件在图4中更详细地示出。从图4能够看出，金属圆顶件32包括围绕中心孔36的一组四个足部34。返回到图3，PCB 30还支承弹性体层（e-层）38，所述e-层38包括位于该e-层38的中央部处的一系列圆顶件40，这些圆顶件40与致动板50对齐，该致动板50由致动钮14以如下所讨论的四种倾斜操作方式进行操作。这一系列圆顶件40围绕中央圆顶件41，该中央圆顶件41由致动钮14以推动或按压操作的方式进行操作。e-层38还包括一对弹性体支柱42，该一对弹性体支柱用于朝向膜层18引导光。

壳体20还包括方形轴环21，该方形轴环支承有安装托架24并且保护开关组件12的容纳在柔性层18和基部26之间的部件。中央圆顶件41支承柱塞44，该柱塞由致动钮14操作以使得中央圆顶件41坍缩。柱塞44包括刚性筒状支柱46，该筒状支柱46从限定柱塞44的基部的凸缘48延伸。支柱46延伸通过致动板50，以由此当支柱46轴向移动时将致动板50的运动转移到下面的中央圆顶件41。致动板50包括中央轴环52，该中央轴环52沿轴向方向引导柱塞44并且阻止该柱塞44的径向运动或在由基部26和柔性层18限定的平面内的其他平移。致动板50还包括位于每个角部处的足部54，该足部与对应的其中一个圆顶件40对齐，使得致动板50朝向圆顶件40的倾斜运动将使该圆顶件40坍缩。

内部支承件56定尺寸成装配在壳体20的方形轴环部21内并且提供e-层38和支承在该内部支撑件56上的柔性层18之间的物理分离。内部支承件56包括中央槽58，在该示例中，中央槽58在每端处均修圆并且根据致动钮14的形状和尺寸来构造。槽58允许支柱46延伸到致动钮14并且接合致动钮14，且因此使得致动钮14能够借助柱塞44来操作所述致动板50。支承件56还包括一组四个柱状通路或孔60，这些通路或孔保持并引导对应的通畅柱塞（clear plunger）62的运动，在压缩或挠曲柔性层18时所述柱塞62作用于金属圆顶件32上，且因此每个柱塞都与对应的图形元件16对齐。通畅柱塞62还允许由下方的LED 68（见图6）发出的光穿过柔性层18并且照亮图形元件16，以识别柔性层18的能够被压缩或挠曲以致动由图形元件16表示的特征的部分。

如同样能够从图3中看到的，柔性层18还包括槽64，该槽与内部支承件56的槽58的尺寸大体对应。环形环66围绕致动钮，以提供审美学诉求（例如，可由铬制成）以及防止污物在致动钮14与柔性层18之间进入开关组件12。

图5和图6示出了第一开关子组件的进一步的细节，该第一开关子组件用于照亮图形元件16以及允许通过压缩柔性层18来致动特征。如图6中最佳地所示，PCB 30嵌入有或以其他方式容纳有LED 68，该LED 68用于照亮柔性层18中的对应图像元件16。PCB 30支承有金属圆顶件32，该金属圆顶件定位成使得孔36与LED 68对齐，以允许由LED 68发出的光通过。e-层38覆盖PCB 30且因此应当包括对应的孔（未示出）或者提供足够的透明度以允许穿过孔36的光被收集在通畅柱塞62中。通畅柱塞62能够由例如具有一些透明特性或半透明属特性的塑料的任何合适材料制成。如从图15中最佳地所示，与现有技术构造（例如，如图14所示）相比，借助插设在该示例中兼用作用于致动金属圆顶件32的柱塞62的光管，在圆顶件32的顶部处收集并且穿过圆顶件32的孔36的光70能够根据柱塞62的形状扩散并且因此增大照亮区域E的尺寸（在图15中用↑E表示），且因此使得能够使用更大的图形元件16。能够理解的是，虽然如从图15中看到的利用管状（例如，筒状）柱塞62实现膜18与PCB 30的分离与如图14所示的构造相比提供更大的轮廓，但是如图16所示的其它实施方式能够用于减小轮廓，即通过改变柱塞62’的形状且因此利用更短的“光管”（例如，使用具有如图所示的锥形或梯形截面的构造）来扩散光线。同样，虽然在附图中未清楚地示出，但是柱塞62、62’的上表面能够被纹理化，以使光均匀地散布在图形元件16上。

通畅柱塞62由内部支承件56支承在柔性层18与e-层38之间，并且e-层38止靠在金属圆顶件32上面，使得在与通畅柱塞62重叠的位置处对柔性层18的压缩致使通畅柱塞62压缩e-层38并且致动或“卡合”金属圆顶件32。因此，第一开关子组件不仅将更大部分的光朝向柔性层18中的图形元件16收集并引导，该第一开关子组件还提供第二功能，即：致动与图形元件16对应的开关。由此，柔性层18既能提供审美学照亮图形并且还能提供触摸致动，而不使得两种功能相互干涉。换句话说，通畅柱塞62用作致动器以及光管。

使用金属圆顶件32是尤其有利的，这是因为在提供短行程且因此提供小轮廓的同时提供明显的触感。应理解的是，在空间允许的情况下，能够使用其他圆顶件类型。

现在转到图7，提供了致动板50和刚性柱塞44的放大图。可以看出，通过刚性支柱46和轴环52的相互作用，径向运动或纵向倾斜将造成致动板50的对应运动，而支柱46的轴向运动致使柱塞44相对于致动板50运动，并由此使凸缘48朝向中央圆顶件41运动。如在图7还看出，致动板50包括一对槽74，以允许致动板50相对于弹性体支柱42运动。柱塞44和致动板50同致动钮14一起工作，以提供第二开关子组件。图7还示出了弹性体塔42的剖面轮廓。可以看出，与e-垫38交接的基部的厚度以及直立侧壁41的厚度是相同厚度，但是，上表面43可形成得较薄，以允许光通过而与e-垫38的颜色无关，并且不需要孔或其它物理空隙或通道。

在图8至图10中示出了第二开关子组件的操作。图8示出了静止位置，其中致动板50由下面的圆顶件40预加载，并且支柱46被固定在致动钮14的下部，使得致动钮14的运动转化为柱塞44和致动板50的运动。在图9中示出了倾斜操作，能够看出，致动钮14使柱塞44相应地倾斜，该柱塞的倾斜继而使致动板50借助对应的一对足部54的相对竖直运动来致动一对圆顶件40。能够理解的是，在其他三个方向的倾斜运动对于下面的不同对的圆顶件40造成类似的效果。还能够理解的是，致动钮14的倾斜运动并不使柱塞44轴向运动，因此中央圆顶件41保持未被致动。然而，如图10所示，通过朝向柔性层18按压致动钮14，致动板50保持静止而柱塞44沿向下方向竖直地运动，从而移动通过轴环52以致动下面的中央圆顶件41，而实现在图10中用附图标记76示出的分离。因此，柱塞44和致动板50的相互作用实现致动钮14的5路运动以及五个对应的开关功能。图8至图10还示出了e-层38能够定尺寸成覆盖PCB 30并且围绕PCB 30包覆，以提供污染防护，例如防止意外溢出。还能够围绕开关设置排出孔。

图11示出了中央圆顶件41和弹性体支柱42能够提供孔或者能够用透明或半透明材料制成，以能够将光输送到柔性层18（或围绕致动钮14的其他表面）和致动钮14自身。被引向致动钮14的光能够用于照亮其上的图形（未示出），这些图形指示如何操作致动钮（例如，向上、向下、推动等）。图12示出了内部支承件56也能够构造成提供附加光管70，这些光管70朝向致动钮14的端部引导光。如从图12看到的，必要时，对应的LED 68能够嵌入到PCB 30的凹槽69中。图11和图12还示出了致动钮14能够被设计成提供与内部支承件21的重叠，以防止光泄漏。

图13示出了环形环66在内部支承件21中的配合的进一步细节。在该示例中，环66的部分78被卡合到支承件21中，该支承件21相对于壳体20限制柔性层18。环66的内部轮廓和致动钮14的外部轮廓能够配置有根据致动钮14的旋转中心点限定的互补曲率，以保持恒定的间隙。

虽然以上已经参考一些具体实施方式进行了描述，但是具体实施方式的各种变形对于本领域技术人员将显而易见，而不偏离所附权利要求的范围。

Claims (18)

1.一种电气开关组件，所述电气开关组件包括：

电路层，所述电路层包括至少一个光源；

至少一个可坍缩圆顶件，所述可坍缩圆顶件在所述电路层上支承在所述至少一个光源上方，所述可坍缩圆顶件包括用于允许光从其穿过的孔；

柱塞元件，所述柱塞元件与所述圆顶件对齐，所述柱塞元件构造成允许穿过所述圆顶件的所述光从该柱塞元件穿过；以及

膜层，所述膜层被支承在所述柱塞元件上方，使得在静止时所述柱塞元件支靠所述膜层，其中，所述膜层在所述柱塞元件附近的挠曲使所述柱塞元件朝向所述圆顶件运动，以致动所述圆顶件。

2.根据权利要求1所述的开关组件，其中，所述柱塞元件由透明或半透明材料构成，以允许所述光线从所述柱塞元件穿过。

3.根据权利要求1或2所述的开关组件，其中，所述柱塞元件提供所述孔与所述膜层之间的特定分离，以允许所述光在所述柱塞元件内扩散，以由此增大所述膜层上的照亮区域。

4.根据权利要求3所述的开关组件，其中，所述柱塞元件包括管状形状。

5.根据权利要求3或4所述的开关组件，其中，所述柱塞元件包括锥形或梯形截面。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的开关组件，其中，所述膜层包括位于所述柱塞附近的图形元件。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的开关组件，其中，所述可坍缩圆顶件是金属圆顶件。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的开关组件，其中，所述至少一个光源包括发光二极管（LED）。

9.一种电气开关组件，所述电气开关组件包括：

弹性体层，所述弹性体层覆盖电路层，所述弹性体层包括中央弹性体圆顶件以及至少一个周围可坍缩圆顶件；

致动板，所述致动板包括具有通道的中央轴环，所述致动板定尺寸成接合所述至少一个周围可坍缩圆顶件；

柱塞元件，所述柱塞元件包括支柱和凸缘，所述支柱延伸通过所述轴环以允许所述柱塞元件相对于所述致动板运动，所述凸缘在沿一个方向运动时接合到所述致动板的下侧而当沿另一方向运动时接合所述中央圆顶件；以及

致动钮，所述致动钮连接到所述支柱的自由端，其中所述致动钮沿与由所述支柱在静止时限定的轴线正交的一个或更多个方向的运动致动所述至少一个周围可坍缩圆顶件，并且所述致动钮沿着所述轴线并朝向所述致动板的运动使所述柱塞元件相对于所述致动板运动，以致动所述中央圆顶件。

10.根据权利要求9所述的开关组件，其中，所述致动板从所述中央轴环向外延伸，使得所述致动板的一部分与所述至少一个周围可坍缩圆顶件均重叠。

11.根据权利要求9或10所述的开关组件，其中，所述致动钮允许沿着四个正交方向运动，以致动所述至少一个周围圆顶件。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的开关组件，其中，所述中央弹性体圆顶件包括透明或半透明材料，以允许光从该中央弹性体圆顶件穿过，其中，所述柱塞元件允许所述光从其穿过，所述开关组件还包括所述电路层，所述电路层包括与所述中央弹性体圆顶件对齐的光源，并且所述致动钮包括与所述中央弹性体圆顶件对齐的透明或半透明区域，以使所述区域能够被所述光源照亮。

13.根据权利要求12所述的开关组件，其中，所述至少一个光源包括发光二极管（LED）。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的开关组件，其中，所述弹性体层还包括弹性体支柱，所述弹性体支柱由透明或半透明材料构成以允许光从其穿过，所述开关组件还包括所述电路层，所述电路层包括与所述弹性体支柱对齐的光源，并且所述开关组件还包括围绕所述致动钮的表面，所述表面包括与所述弹性体支柱对齐的透明或半透明区域，以使得所述区域能够被所述光源照亮。

15.根据权利要求14所述的开关组件，其中，所述至少一个光源包括发光二极管（LED）。

16.根据权利要求9至15中任一项所述的开关组件，所述开关组件还包括：

电路层，所述电路层包括至少一个光源；

至少一个附加的可坍缩圆顶件，所述至少一个附加的可坍缩圆顶件在所述电路层上支承在所述至少一个光源上方，所述附加的可坍缩圆顶件包括用于允许光从其穿过的孔；

附加的柱塞元件，所述附加的柱塞元件与所述附加的可坍缩圆顶件对齐，所述附加的柱塞元件构造成允许穿过所述附加的可坍缩圆顶件的所述光从所述附加的柱塞元件穿过；以及

膜层，所述膜层被支承在所述附加的柱塞元件之上，使得在静止时所述附加的柱塞元件支靠所述膜层，其中，所述膜层在所述附加的柱塞元件附近的挠曲使所述柱塞元件朝向所述附加的可坍缩圆顶件运动，以致动所述附加的可坍缩圆顶件。

17.根据权利要求16所述的开关组件，其中，所述柱塞元件由透明或半透明材料构成，以允许所述光从该柱塞元件穿过。

18.根据权利要求16或17所述的开关组件，其中，所述柱塞元件提供所述孔与所述膜层之间的特定分离，以允许所述光在所述柱塞元件内扩散，以由此增大所述膜层上的照亮区域。

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