CN103811218A

CN103811218A - 压力按键

Info

Publication number: CN103811218A
Application number: CN201310551786.1A
Authority: CN
Inventors: 周嘉宏; 侯智升
Original assignee: Universal Cement Corp
Current assignee: Universal Cement Corp
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: US8766125B2; CN103811218B; US20140131186A1

Abstract

本发明公开了一种压力按键，包含电路基材，该电路基材包含上层基材、下层基材、上电极、下电极、隙缝和压力感测环，上电极设置于上层基材的下表面；下电极对位于上电极，设置于下层基材的上表面；隙缝设置于上电极与下电极之间；压力感测环设置于上层基材与下层基材之间，与上电极呈同心圆设置。本发明提供的可以用于键盘的数字/模拟整合式压力按键，当按键被压下时，先输出一个数字信号(digital signal)，当同一按键持续被加压时，会输出模拟信号(analog signal)；模拟信号的强度正比于施加压力的压力大小。

Description

压力按键

技术领域

本发明涉及一种压力按键(pressure sensor)，可以用于键盘(key board)，例如计算机键盘；尤其是一种数字模拟整合式压力按键。

背景技术

如图1所示为美国专利US2010/0148999公开了两个按键系统，用于键盘中使输出数字信号以及模拟信号，它揭露一个模拟按键202以及一个数字按键203。使用者压下模拟按键202，可以输出模拟信号220；使用者压下数字按键203可以输出数字信号222的开与关。模拟按键202提供一个变动性输出(variable output)，数字按键203则提供瞬间打开的输出(momentary-on output)。塑料基材212承载上述键盘组件，软性电路板(printed circuit board)210设置于基材212的上面。电路板210包含有电路，当按键被压下以后，电路可以提供信号的产生与传输之用。电路接点236用以提供数字信号222的输出，电路接点焊垫230、231用以提供模拟信号220的输出。电路板210上面是软性绝缘基材208，这个基材可以是不具有电路的软性基材。上面一层是另外一层软性电路板206其包含电路，电性连接于电路板210的电性接点，当按键被压下以后，用以提供信号的产生以及与传输之用。

如图1所示，一片相对较薄的软性材料层204设置于电路板206的上方，一个软性橡胶圆顶215设置于模拟按键帽盖202下方，软性橡胶圆顶213设置于数字按键帽盖203下方。数字信号222的产生，系当数字按键帽盖203被压下时，设置于橡胶圆顶213下方的驱动组件214，驱动电路接点234使电性耦合于电路接点236。当电路接点234接触电路接点236时，电路系统会输出数字信号222。在模拟信号220的产生，系当模拟按键帽盖202被压下时，设置于下方的导电且软的半圆橡胶圆顶216可以向下弹性变形。电路焊垫231与电路焊垫230之间的电容随着下压力量而成正相关变化。焊垫231与焊垫230是电容器的两端金属，电路系统经由电路232可以读取这些电容值。

美国专利US2010/0148999公开的双按键系统对于一个游戏的操作者而言，需要使用两只手指，分别控制数字信号222与模拟信号220的产生，此一设计，使得使用者不易同时控制数字与模拟信号的输出。一个比较容易同时控制数字信号以及模拟信号的按键，亟待被开发。

发明内容

针对现有技术的上述不足，根据实施例，希望提出一种能同时控制数字信号以及模拟信号的压力按键，当按键被压下时，先输出一个数字信号，当同一按键持续被加压时，可以输出模拟信号，且模拟信号的强度正比于压力按键的压力大小。

根据实施例，本发明提供的压力按键，包含电路基材，其创新点在于，该电路基材包含上层基材、下层基材、上电极、下电极、隙缝和压力感测环，上电极设置于上层基材的下表面；下电极对位于上电极，设置于下层基材的上表面；隙缝设置于上电极与下电极之间；压力感测环设置于上层基材与下层基材之间，与上电极呈同心圆设置。

根据一个实施例，本发明前述压力按键中，进一步包含橡胶圆顶按键，该橡胶圆顶按键设置于电路基材上面，包含基底橡胶环、橡胶圆顶、中央按键和向下中央凸块，橡胶圆顶设置于基底橡胶环的上方；中央按键设置于橡胶圆顶上方中央；向下中央凸块设置于橡胶圆顶的下方中央。

根据另一个实施例，本发明前述压力按键中，进一步包含橡胶圆顶，该橡胶圆顶设置于电路基材上面，包含基底橡胶环、环墙、向下中央凸块、向下凸环和向下中央凸块的底部尖端，环墙设置于基底橡胶环的上方；向下中央凸块设置于橡胶圆顶的下方中央；向下凸环设置于按键底部，与向下中央凸块呈同心圆状态设置；向下中央凸块的底部尖端低于向下凸环的底部尖端。

根据再一个实施例，本发明前述压力按键中，进一步包含橡胶圆顶，该橡胶圆顶设置于电路基材上面，包含基底橡胶环、环墙和向下中央凸块，环墙设置于基底橡胶环的上方；向下中央凸块中央断面的宽度大于电极的宽度，设置于橡胶圆顶的下方中央。

相对于现有技术，随后的实施例将证明，本发明提供的数字/模拟整合式压力按键，此一整合式压力按键单一按键(single key)，对该按键施压第一压力时，可以输出数字信号；对该按键施加更大压力时，则可以输出模拟信号，模拟信号的强弱正相关于后续压力的大小。

附图说明

图1是美国专利US2010/0148999公开的双按键系统的结构原理图。

图2是用于本发明压力按键的第一橡胶圆顶按键的结构示意图。

图3A-3B是根据本发明第一实施例的压力按键的结构示意图。

图4是根据本发明第一实施例的压力按键的数字信号的输出时机示意图。

图5-7是根据本发明第一实施例的压力按键的模拟信号的输出示意图。

图8是根据本发明第一实施例的压力按键的数字信号以及模拟信号的时序图。

图9A-9B是可用于本发明压力按键的电路基材的结构示意图。

图10是可用于本发明压力按键的不同橡胶圆顶按键的俯视图（图中，10D-10F是10A-10C橡胶圆顶按键的截面图）。

图11是用于本发明第二实施例的第二橡胶圆顶按键的结构示意图。

图12是用于本发明第二实施例的第二橡胶圆顶按键的截面图。

图13是用于本发明第三实施例的第三橡胶圆顶按键的结构示意图。

图14是根据本发明第三实施例的压力按键的数字信号的输出示意图。

图15是根据本发明第三实施例的压力按键的模拟信号的输出示意图。

图16A-16B是塑料帽盖设置于第一橡胶圆顶按键上方。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

第一实施例

如图2所示，用于本发明第一实施例的第一橡胶圆顶按键(rubber dome)500，具有一个基底橡胶环51于底部；橡胶圆顶52设置于基底橡胶环51的上方。中央按键53设置于橡胶圆顶52的上方中央；向下中央凸块55设置于橡胶圆顶按键500的内部中空处上方，位于中央按键53的下方；一个中央凹槽54设置于中央按键53上方中央。

如图3A-3B所示，本发明优选的第一实施例提供的压力按键中，图3A显示一组电路基材600设置于第一橡胶圆顶按键500的下方。电路基材600具有一片软性上层基材61以及一片软性下层基材62；上电极631设置于上层基材61的下方；下电极632，对位于上电极631，设置于下层基材62的上方；隙缝633设置于上电极631与下电极632之间；压力感测环64，设置于上层基材61与下层基材62之间，且与上电极631呈同心圆状态设置。上层基材61是以软性材料制成的；当上层基材61(位于电极631处)被压下时，可以使得上电极631接触于下电极632，此时，一个数字信号会被输出。当上层基材61(位于压力感测环64处)被压下时，模拟信号会被输出。一个硬的隔离环65，对位于基底橡胶环51，且与上电极631呈同心圆状态设置；同时，设置于上层基材61与下层基材62之间，作为压力阻挡块，以当一个压力施加于第一橡胶圆顶按键500时，可以抵抗来自于基底橡胶环51的压力。

基于第一橡胶圆顶按键500设置于电路基材上面600，当中央按键53被可还原性压下(restorably depressed)时，向下中央凸块55向下移动，可以施加第一压力于上层基材61位于电极631处。参考图4，当中央按键53被压下时一个暂时产生的向下崩溃凸环56出现了，向下崩溃凸环56与向下中央凸块55呈同心圆状态设置。其中，向下崩溃凸环56的底部尖端，未被加压时，具有一个位置高于向下中央凸块55的底部尖端；持续施压中央按键53以后，向下崩溃凸环56将会施加第二压力于上层基材61位于压力感测环64位置。

图3B为压力感测环64与上电极631位置关系的俯视图，图中显示压力感测环64与上电极631呈同心圆安置。

图4显示当向下中央凸块55施加第一压力于上层基材61位于上电极631位置时，可以使得上电极631接触于下电极632，一个数字信号会被输出。此刻，向下崩溃凸环56尚未施加压力于压力感测环64位置，因此，没有模拟信号会被输出。

图5显示施加第一压力于中央按键53以后，持续增加压力时，向下崩溃凸环56将会施加第二压力于上层基材61位于压力感测环64处，因而，可以产生模拟信号的输出。

图6显示模拟信号的输出的强弱，系正相关(positively related)于施加于位于压力感测环64处的压力大小，该压力主要系来自于向下崩溃凸环56。

图7显示位于压力感测环64受到更强的压力时，压力感测环64会产生更强的模拟信号输出。

图8中8A显示模拟信号的时序图，模拟信号强度设置于Y-轴，以导电度(Conductance)作单位；时间设置于X-轴，以刻度F3、F4、F5、F6、以及F7表示；而刻度F3、F4、F5、F6、以及F7系分别对应于图3、图4、图5、图6、与图7的状态。

图8中8B显示数字信号的时序图，数字信号的开与关(0and1)设置于Y-轴，并以刻度1与0表示；其中的1表示开(on)，0表示关(off)。时间设置于X-轴，以刻度F3、F4、F5、F6、以及F7表示；而刻度F3、F4、F5、F6、以及F7系分别对应于图3、图4、图5、图6、与图7的状态。

图8中8A显示模拟信号发生于F5、F6与F7，请分别参考图5、图6以及图7的状态。对照图8中8A与图8中8B，显示在时序F3时，没有数字信号输出，也没有模拟信号输出。图8中8B显示在时序F4、F5、F6、与F7时，有数字信号1的输出；图8中8A显示在时序F5时，模拟信号产生，此时，数字信号1仍持续存在。在时序F6时，较强的模拟信号产生，此时，数字信号1仍持续存在；在时序F7时，更强的模拟信号产生，此时，数字信号1仍持续存在。

如图9A-9B所示，可用于本发明压力按键（包括但不限于前述第一实施例；用于第一实施例时，除了电路基材，其余结构保持不变）的电路基材中，图9A显示隙缝61G贯穿上层基材61；隙缝61G设置于隔离环65的上方，且沿着隔离环65内缘环形周边设置；隙缝61G设置的目的是当向下中央凸块55或是向下崩溃凸环56被压下时，上层基材61可以向中央区域612释放张力，而减少上层基材61的外环区域613受到拉扯的阻力；以便向下崩溃凸环56可以对上层基材61的中央区域612充分施压，使得压力感测环64可以充分受力。图9B显示上层基材61的俯视图，可以看出隙缝61G的设置位置，隙缝61G将上层基材61区隔为中央区域612以及外环区域613。图9B以四个弧形隙缝61G作为范例，较多或是较少数量的弧形隙缝也是可以被选择使用的。图9B显示四个近似四分之一弧61G设置于上层基材61，且设置于隔离环65上方，且沿着隔离环65的环形内缘设置。

如图10中10A-10C所示，可用于本发明压力按键（包括但不限于前述第一实施例；用于第一实施例时，除了第一橡胶圆顶按键500，其余结构保持不变）的不同第一橡胶圆顶按键500中，图10中10A显示一个凹槽54设置于中央按键53的上方中央；图10中10B显示一个平面式中央按键532设置于按键的上方中央；图10中10C显示一个向上中央凸块542设置于中央按键53上方中央。

图10中10D-10F分别是图10中10A-10C所示的第一橡胶圆顶按键500的截面图，图10中10D显示一个凹槽54设置于中央按键53的上方中央。图10中10E显示一个平面532设置于按键上方。图10中10F显示一个向上中央凸块542设置于中央按键53的上方中央。

图16A显示一个传统按键上的塑料帽盖(plastic cap)87，设置于第一橡胶圆顶按键500的上方，提供使用者打字压下使用。图16B显示塑料帽盖87被压下的状态。

第二实施例

如图11所示，用于本发明第二实施例的第二橡胶圆顶按键73具有一个基底橡胶环731设置于底部；环墙732设置于基底橡胶环731的上方。向下中央凸块75设置于橡胶圆顶73的下方中空处的中央。一个向下凸环76设置于橡胶圆顶按键73下方，环绕着向下中央凸块75呈同心圆状态设置。第二橡胶圆顶按键73未受力时，向下中央凸块75的下方尖端751，低于向下凸环76的下方尖端761；请参考图中的下方尖端751与下方尖端761之间的距离H。第二橡胶圆顶按键73的材料为可被受压变形的材料，压力释放以后，第二橡胶圆顶按键73可以还原成原来的形状。当施加第一压力于按键73时，上层基材61位于电极631处被压下产生数字信号。向下凸环76与向下中央凸块75呈同心圆状态设置；当按键73被持续压下以后，向下凸环76将会施加第二压力于上层基材61位于压力感测环64位置，产生模拟信号。

图12中12A显示第二橡胶圆顶按键73垂直剖面图，显示向下中央凸块75设置于下方中央，环形向下凸环76围绕着向下中央凸块75外围设置。图12中12B为第二橡胶圆顶按键73的局部区域水平剖面图，沿着BB’切割线的底视图示；图中显示向下中央凸块75设置于按键的下方中央，与向下凸环76呈同心圆设置。

本发明第二实施例提供的压力按键中，除了用第二橡胶圆顶按键73替代第一橡胶圆顶按键500之外，其余结构和第一实施例相同。

第三实施例

如图13所示，用于本发明第三实施例的第三橡胶圆顶按键83具有一个基底橡胶环831设置于底部；环墙832设置于基底橡胶环831的上方。向下中央凸块85设置于按键下方中空处的中央，向下中央凸块85具有一个较胖的腰身851于中央腰部位置，腰身宽度(直径)以W显示，截面图中显示腰身宽度W大于电极631的宽度(直径)。向下中央凸块85设置于橡胶圆顶的下方中央83；向下中央凸块85可以对上层基材61位于电极631处施加第一压力，产生数字信号。持续加压以后，向下中央凸块85可以变形使得压力感测环64受力而输出模拟信号。

本发明第三实施例提供的压力按键中，除了用第三橡胶圆顶按键83替代第一橡胶圆顶按键500之外，其余结构和第一实施例相同。

图14显示当按键83的向下中央凸块85施加第一压力于上层基材61位于上电极631位置时，可以使得上电极631接触于下电极632，此时，一个数字信号会被输出。此刻，上层基材61中央处略为受力下降，没有压力传送到压力感测环64位置，暂时没有模拟信号的输出。

图15显示施加第一压力于上层基材61以后，仍然持续施压于按键83，向下中央凸块85会弹性变形，使得下压面积向周围扩大，形同施加第二压力于上层基材61位于压力感测环64而产生模拟信号的输出。换句话说，向下中央凸块85受压之后，弹性体积向周围下方扩大，产生一个斜面压力634于上层基材61，进而施压于压力感测环64而输出模拟信号。

综上第一、第二和第三实施例，本发明揭露一个数字/模拟整合式压力按键，此一整合式压力按键单一按键(single key)，对该按键施压第一压力时，可以输出数字信号；对该按键施加更大压力时，则可以输出模拟信号，模拟信号的强弱正相关于后续压力的大小。

Claims

1.一种压力按键，包含电路基材，其特征是，该电路基材包含上层基材、下层基材、上电极、下电极、隙缝和压力感测环，上电极设置于上层基材的下表面；下电极对位于上电极，设置于下层基材的上表面；隙缝设置于上电极与下电极之间；压力感测环设置于上层基材与下层基材之间，与上电极呈同心圆设置。

2.根据权利要求1所述的压力按键，其特征是，上层基材为软性基材；当上电极与下电极接触时，输出一个数字信号；当压力感测环被压下时，输出模拟信号。

3.根据权利要求1所述的压力按键，其特征是，进一步包含橡胶圆顶按键，该橡胶圆顶按键设置于电路基材上面，包含基底橡胶环、橡胶圆顶、中央按键和向下中央凸块，橡胶圆顶设置于基底橡胶环的上方；中央按键设置于橡胶圆顶上方中央；向下中央凸块设置于橡胶圆顶的下方中央。

4.根据权利要求3所述的压力按键，其特征是，进一步包含临时向下崩溃凸环；向下中央凸块可还原性地被压下，施加第一压力于上层基材的上电极位置；当中央按键被压下一个程度时，该临时向下崩溃凸环与向下中央凸块呈同心圆状态；向下崩溃凸环的底部尖端起初的高度高于向下中央凸块的底部尖端；当中央按键持续加压以后，压力感测环将对上层基材位于压力感测环位置，施加第二压力。

5.根据权利要求1所述的压力按键，其特征是，进一步包含隔离环，该隔离环对位于基底橡胶环，与上电极呈同心圆状态设置，并设置于上层基材与下层基材之间。

6.根据权利要求1所述的压力按键，其特征是，进一步包含弧形沟槽，该弧形沟槽设置于上层基材，位于隔离环上方，且沿着隔离环内缘设置。

7.根据权利要求6所述的压力按键，其特征是，弧形沟槽为近似四分之一弧。

8.根据权利要求1所述的压力按键，其特征是，进一步包含四个近似四分之一弧，四个近似四分之一弧设置于上层基材，位于隔离环上方，且沿着隔离环内缘设置。

9.根据权利要求3所述的压力按键，其特征是，进一步包含凹槽，该凹槽设置于中央按键的上方中央。

10.根据权利要求3所述的压力按键，其特征是，进一步包含向上凸块，该向上凸块设置于中央按键的上方中央。

11.根据权利要求1所述的压力按键，其特征是，进一步包含橡胶圆顶，该橡胶圆顶设置于电路基材上面，包含基底橡胶环、环墙、向下中央凸块、向下凸环和向下中央凸块的底部尖端，环墙设置于基底橡胶环的上方；向下中央凸块设置于橡胶圆顶的下方中央；向下凸环设置于按键底部，与向下中央凸块呈同心圆状态设置；向下中央凸块的底部尖端低于向下凸环的底部尖端。

12.根据权利要求11所述的压力按键，其特征是，向下中央凸块可还原性地被压下，施加第一压力于上层基材的上电极位置；向下凸环呈同心圆状态设置于向下中央凸块外围；向下凸环能够施加一个第二压力于上层基材位于压力感测环处。

13.根据权利要求11所述的压力按键，其特征是，进一步包含隔离环，该隔离环与上电极呈同心圆状态设置，并设置于上层基材与下层基材之间。

14.根据权利要求11所述的压力按键，其特征是，进一步包含隙缝，该隙缝贯穿上层基材，且位于隔离环上方，并沿着隔离环内缘设置。

15.根据权利要求14所述的压力按键，其特征是，弧形沟槽为近似四分之一弧。

16.根据权利要求11所述的压力按键，其特征是，进一步包含四个近似四分之一弧，该四个近似四分之一弧设置于上层基材，位于隔离环上方，并沿着隔离环内缘设置。

17.根据权利要求11所述的压力按键，其特征是，进一步包含凹槽，该凹槽设置于橡胶圆顶的上方中央。

18.根据权利要求1所述的压力按键，其特征是，进一步包含橡胶圆顶，该橡胶圆顶设置于电路基材上面，包含基底橡胶环、环墙和向下中央凸块，环墙设置于基底橡胶环的上方；向下中央凸块中央断面的宽度大于电极的宽度，设置于橡胶圆顶的下方中央。

19.根据权利要求18所述的压力按键，其特征是，向下中央凸块可还原性地被压下，施加第一压力于上层基材的上电极位置；向下中央凸块经由本体的压缩变形形成一个下垂凸块，可以施加一个第二压力于上层基材，该下垂凸块会施加一个斜向压力于压力感测环。

20.根据权利要求18所述的压力按键，其特征是，进一步包含隔离环，该隔离环与上电极呈同心圆状态设置，设置于上层基材与下层基材之间。

21.根据权利要求18所述的压力按键，其特征是，进一步包含隙缝，该隙缝贯穿上层基材，位于隔离环上方，并沿着隔离环内缘设置。

22.根据权利要求19所述的压力按键，其特征是，弧形沟槽为近似四分之一弧。

23.根据权利要求18所述的压力按键，其特征是，进一步包含四个近似四分之一弧，该四个近似四分之一弧设置于上层基材，位于隔离环上方，并沿着隔离环内缘设置。

24.根据权利要求3所述的压力按键，其特征是，进一步包含塑料帽盖，该塑料帽盖设置于橡胶圆顶按键的上方。