CN105339182B - 适用于电容屏的手动设备 - Google Patents

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Abstract

一种手动设备(100)，该手动设备包括纵向抓取本体(10)以及安装在所述本体(10)的一端(10a)、用于电容屏的衬垫(12)，其中本体(10)是绝缘的，而衬垫(12)是导电的，并且，由填充有至少一种导电材料和/或包括导电涂层的聚合物材料制成的杆(14)与衬垫(12)电接触并且在本体(10)内部纵向延伸。

Description

适用于电容屏的手动设备
技术领域
本发明涉及一种使电容屏(比如举例来说图形输入板)能够被使用的手动设备。这样的设备能够以其存在于所述电容屏的给定点而被屏幕探测到的方式与电容屏干涉/相互作用。
背景技术
已知手动设备包括纵向抓握本体以及安装在所述本体的一端处的用于电容屏的衬垫。在那些传统设备中，抓握本体必需是导电的并且其必须与衬垫电接触，以此确保在使用中使用者的手经由本体与衬垫电接触，以便使设备能够与电容屏相互作用。这意味着设计、制造、以及费用上的限制。
发明内容
本发明的目的是至少基本上补救上述缺陷。
本发明通过提出一种手动设备来实现这个目的，该手动设备包括纵向抓握本体(prehension body)(以下称为“本体”)、以及安装在所述本体的一端处的用于电容屏的衬垫(pad)(以下称为“衬垫”)，其中该本体是绝缘的，而衬垫是导电的，填充有至少一种导电材料和/或包括导电涂层的聚合物材料制成的杆(rod)与衬垫电接触并且在本体内纵向延伸。
举例来说，手动设备形成用于电容屏的触头(stylus)、具有传统书写尖端的笔、以及用于电容屏的尖端，或者更一般地说，在其一端具有构造成与电容屏相互作用的尖端的任何手动工具(instrument)。
可以理解，手动设备是被动式的。应该想到，所谓“被动的”工具是不需要由能源提供动力来进行操作的工具。相反地，所谓“主动的”工具是需要例如内部电池的能源来进行操作的工具。换言之，手动设备没有任何能源，并且尤其没有与衬垫相互作用的任何电力能源。
以下，除非具有相反的具体说明，术语“导电的”应该理解为“能够传导电力”。相反地，以下，除非具有相反的具体说明，术语“绝缘的”应该理解为“对电绝缘”。
可以理解，衬垫是构造成与电容屏相互作用的终端。衬垫是导电的(由于制造它的材料，或者由于涂层)。衬垫的形状、柔性/硬度、以及材料不受限，提供衬垫能够与电容屏相互作用，即提供屏幕可以探测其是否与衬垫接触。
还可以理解，本体能够实现手动设备的抓握以便被操纵，尤其用于与电容屏相互作用。本体沿纵向方向或长度方向纵向地延伸。本体沿纵向方向的范围在以下被认为是本体的长度。本体优选为直线的。杆还在本体内部沿着纵向方向延伸。因此，本体是中空的以便能够容纳杆。杆和本体基本上是平行的。在变型中，杆和本体是同轴的。这能够获得制造简单的结构。
杆可以是实心的或中空的。杆还可以为大体上圆形、椭圆形、多边形等截面的柱体的形式。杆的长度和形状不受限。例如，杆可以在本体的整个长度上延伸，或仅在短于本体长度的一部分长度上延伸。杆沿纵向方向的尺寸在以下被认为是杆的长度。
杆由聚合物材料(即基于一种或多种聚合物的材料)制成。在变型中，聚合物材料填充有至少一种导电材料。在另一个变型中，聚合物材料至少部分涂覆有导电材料。在再一个实施例中，杆的材料填充有导电材料并且涂覆有导电涂层。换言之，杆由聚合物材料制成并且在其容量(bulk)中包括至少一种导电材料的填充物，或在其表面上存在导电涂层，或其甚至具有填充物和涂层两者。
举例来说，聚合物材料是热塑性的。例如，聚合物材料可以包括选自以下的一种或多种化合物：丙烯腈丁二烯苯乙烯(也被缩写为ABS)；丙烯腈甲基丙烯酸甲酯(也被缩写为AMMA)；丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(也被缩写为ASA)；纤维素乙酸酯(也被缩写为CA)；醋酸丁酸纤维素(也被缩写为CAB)；纤维素醋酸酯丙酸酯(也被缩写为CAP)；发泡聚苯乙烯(也被缩写为EPS)；乙烯四氟乙烯(也被缩写为ETFE)；乙烯-乙烯醇(也被缩写为EVAL或EVOH)；全氟乙烯丙烯(也被缩写为FEP或PFEP)；甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(也被缩写为MBS)；甲基纤维素(也被缩写为MC)；聚酰胺(也被缩写为PA)；聚己内酰胺(也被缩写为PA6)；聚酰胺-酰亚胺(也被缩写为PAI)；聚丙烯腈(也被缩写为PAN)；聚丁烯-1(也被缩写为PB-1)；聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚(对苯二甲酸丁二醇酯)(也被缩写为PBT)；聚碳酸酯(也被缩写为PC)；聚三氟氯乙烯(也被缩写为PCTFE)；聚乙烯(也被缩写为PE)；高密度聚乙烯(也被缩写为PE-HD)；低密度聚乙烯(也被缩写为PE-LD)；线性低密度聚乙烯(也被缩写为PE-LLD)；超高摩尔质量聚乙烯(也被缩写为PE-UHMW)；聚醚嵌段酰胺共聚物(也被缩写为PEBA)；聚酯碳酸酯(也被缩写为PEC)；聚醚醚酮(也被缩写为PEEK)；聚醚酰亚胺(也被缩写为PEI)；聚醚酮(也被缩写为PEK)；聚(萘二甲酸乙二酯)(也被缩写为PEN)；聚醚砜(也被缩写为PESU)；聚(聚对苯二甲酸乙二醇酯)(也被缩写为PET)；全氟烷氧基(perfluoroalkoxy)(也被缩写为PFA)；聚酮(也被缩写为PK)；聚甲基丙烯酸甲酯(也被缩写为PMMA)；聚甲基戊烯(也被缩写为PMP)；聚氧化甲烯或聚缩醛或聚甲醛(也被缩写为POM)；聚丙烯(polypropylene或polypropene)(也被缩写为PP)；聚(亚苯基醚)(也被缩写为PPE)；聚(亚苯基氧化物)(也被缩写为PPO)；聚(氧化丙烯)(也被缩写为PPOX)；聚(苯硫醚)(也被缩写为PPS)；聚苯乙烯(也被缩写为PS)；聚砜(也被缩写为PSU)；聚四氟乙烯(也被缩写为PTFE)；聚氨酯(也被缩写为PUR)；聚(醋酸乙烯酯)(也被缩写为PVAC)；聚(乙烯醇)(也被缩写为PVAL)；聚氟乙烯(也被缩写为PVC)；聚偏氟乙烯(也被缩写为PVDF)；聚(氟乙烯)(也被缩写为PVF)；苯乙烯-丙烯腈(也被缩写为SAN)；硅树脂(也被缩写为SI)：苯乙烯马来酸酐(也被缩写为SSMA或SMAnh)；聚烯烃；以及聚酯。更一般地说，聚合物材料是合成有机聚合物材料或合成有机聚合物。这样的材料特别良好地适合于在工业规模上制造杆。
填充物是在杆的制造期间引入聚合物材料的附加材料。因此，填充有至少一种导电材料的聚合物材料是至少一种导电材料在杆的制造期间引入其容量内的聚合物材料。因为该导电材料填充物，杆具有导电性能。例如，聚合物材料可填充有至少2％的重量的导电材料。
例如，导电材料填充物包括一种或多种选自炭黑、碳纳米管、或金属颗粒的化合物。
例如，导电涂层可以是具有导电性能的沉积薄片(deposited laminate)、涂料、或等同物、或者它可以是导电材料的沉积箔(例如金属箔)。
因此，由于导电材料填充物和/或导电涂层，杆是导电的。杆与衬垫直接或间接地电接触。例如，具有接触衬垫的耳片(tab)的杆形成直接连接到衬垫或与衬垫直接电接触的杆。在另一个示例中，杆经由不同于杆和衬垫的导电元件(例如金属线)与衬垫接触，从而形成间接连接到衬垫或与衬垫间接接触的杆。
发明人出乎意料地发现，当使用者通过与杆纵向重叠的区域来握住抓握本体从而操作手动设备时，电容屏的表面优选地通过与衬垫发生接触而感应衬垫的存在，即使手与杆之间、或者手与衬垫之间没有直接电接触。被本领域技术人员广泛接受的是，为了能够使衬垫与电容屏相互作用，则衬垫与使用者手之间的直接电接触是必不可少的。自然地，如果不是通过手来操纵，或者如果手不放置在与杆重叠的区域，则屏幕感应不到手动设备。
因此，借助这个出乎意料的效果，能够使用任何非导电抓握本体并且因此避免对于能够使用电容屏的传统设备的设计、制造、以及花费限制。
而且，基于填充有或涂覆有导电材料的复合材料制造的杆具有容易以适合于大规模工业生产的成本进行作业的优势。另外，杆的材料与通常用于制造本体的材料相匹配，从而便于杆在本体内的组装并且能够使其适应于已经存在的手动设备的本体。
术语“纵向重叠”用于指两个元件位于共同纵向区域中或在共同纵向位置中。换言之，当使用者操纵手动设备并将手放置于杆在其中延伸的本体的纵向区域中时，则在衬垫接近电容屏或与电容屏接触时电容屏可探测到衬垫的存在。
换言之，如果杆沿纵向在本体的小部分上延伸，例如在本体长度的10％上延伸，则占据本体长度10％的抓握本体的抓握部形成与杆重叠的抓握部。通过使用该与杆重叠的抓握部来操纵手动设备，电容屏在衬垫靠近屏幕或与屏幕接触时探测到设备的存在。
有利地，杆在本体长度的超过10％上延伸。
这能够获得在本体长度的至少10％上延伸的抓握部。手动设备因此被制造得更符合人体工程学。
有利地，衬垫经由导电基座安装在本体上，而杆经由基座与衬垫电接触。
可以理解，基座是设置在衬垫与本体之间的中间元件。这样的基座具有更容易将衬垫组装在本体上的优点。当组装手动设备时，基座还有助于使杆与衬垫之间进行电接触。
有利地，杆与基座形成单一件。
这能够减少手动设备内的部件的数量。这简化了其结构和制造成本。因此可以理解，基座和杆由相同材料制成，并且形成单件部件。因此优化基座与杆之间的电传导。
有利地，衬垫直接安装在基座上(即没有任何中间元件)。因此，当基座和杆形成由相同材料制成的单一件时，可以认为杆与衬垫直接电接触，从而提高它们之间电接触的质量。
有利地，设备包括书写尖端或等同物。
可以理解，纵向抓握本体具有两个相反端：承载衬垫的一端以及承载书写尖端的另一端。例如，书写尖端或等同物是(圆珠笔的)圆珠、(毡尖笔的)毡尖(felt tip)、自动铅笔尖、用于电阻屏的刚性尖端、冲头(punch)的尖端、或者任何其它手动设备的末端件。
有利地，书写尖端从容器(贮存器)被供给，所述容器完全或部分位于杆内部。
可以理解，在这个构型中，杆是中空的，以及形成于杆内部的腔容纳用于尖端的容器的部分或全部。例如，容器可以是圆珠笔墨水的容器、或无墨水的容器、或它可以是用于毡尖笔的纤维容器、或者是用于铅笔芯的容器。
通过围绕容器安放杆，手动设备的整体尺寸减小，从而提高其人体工程学。还通过使用中空的杆减少杆的重量，这从使用容易且舒适的角度来说是有利的。
有利地，本体由绝缘聚合物材料、木材、陶瓷、玻璃或等同物制成。
术语“等同物”用于指任何形成抓握本体的绝缘材料，例如：BakeliteTM，卡片，基于木材、玻璃、或陶瓷的材料，基于一种或多种上述材料的复合材料(例如基于木材以及聚合物材料的复合材料等)。例如，聚合物材料是热塑性的，更具体地包括一种或多种来自多个示例的上述列表的化合物。
有利地，本体具有外表面(或外壁)，该外表面(或外壁)具有设置在本体外表面上的导电材料层。
可以理解，导电材料层与杆以及衬垫绝缘。换言之，导电材料层并非与衬垫和/或导电基座和/或杆机械接触以及电接触。在一般方式中，可以理解，通过与衬垫绝缘，该导电材料层不与衬垫例如经由基座、杆、或一些其它元件进行接触，无论是直接还是间接。发明人出乎意料地发现这样设置在本体外表面上的导电层提高了手动设备与电容屏之间的相互作用。换言之，当本体具有这个导电层时，电容屏更容易反应和/或更容易探测到手动设备的衬垫的存在。
有利地，导电层以与杆至少部分地纵向重叠的方式延伸。
当导电层纵向重叠杆时，仍可以通过屏幕更容易地探测到与电容屏的相互作用。
有利地，导电层在杆的长度的至少30％上延伸。
这样的纵向重叠能够确保与电容屏的良好相互作用。
有利地，导电层包括金属箔或导电层片，例如金属涂料。
这样的材料容易作业，并且具有令人满意的性能。
有利地，杆与本体间隔开(或径向间隔开)。因此可以理解，杆没有在任何点处与本体接触。换言之，杆与本体远离(或径向远离)。因此可以理解，杆与本体之间有一层空气。这层空气是附加绝缘层，其增强手动设备的电容效应(在使用者的手指与杆之间、或者在导电材料层与杆之间)。
有利地，杆与本体大体上为柱形，杆与本体均具有大体上柱形的外表面，杆的外表面与本体的外表面之间的径向距离小于5毫米(mm)。这样的距离能够得到良好的电容效应。可以理解，大体上柱形是这样的形状：举例来说，其外表面的截面与其内表面的截面为不同形状，这些形状的截面可以是圆形、椭圆形、多边形等。
附图说明
通过阅读作为非限制性示例给出的本发明各种实施例的具体描述，可以更好地理解本发明以及其优点。该描述涉及所附的多页附图，在附图中：
图1示出第一实施例的手动设备的立体图；
图2示出图1的手动设备的立体分解图；
图3示出图1的手动设备沿平面III截取的剖面图；
图4示出第二实施例的手动设备的立体图；以及
图5示出图4的手动设备沿平面V截取的剖面图。
具体实施方式
参考图1至图3描述手动设备100的第一实施例。
手动设备100包括纵向抓握本体10、用于电容屏的衬垫12、以及在本体10内部纵向延伸的杆14。手动设备100，更具体地为本体10以及杆14沿着纵向方向X延伸。自然地，本体10是中空的，以便容纳杆14。本体10绝缘，而衬垫12和杆14导电。衬垫12和杆14电接触。
本体10具有两个端部10a和10b。端部10a形成笔的后端或第一端，而端部10b形成笔的前端或第二端。在该示例中，除大体上呈截头锥形的前端10b之外，本体10大体上为柱形，并且其外侧为六角形截面而内侧为圆形截面。
手动设备100具有安装在本体10的端部10b的书写尖端16，而衬垫12安装在端部10a。在该示例中，手动设备100因此形成二合一设备，该设备形成用于书写的笔以及用于电容屏的触头。
衬垫12经由基座13安装在本体10上。基座13安装在本体10上，而衬垫12安装在基座13上。在该示例中，衬垫12经由基座13与杆14电接触。
衬垫12具有与电容屏配合的远端12a，在该示例中，这个远端12a大体上为中空半球的形式。远端12a延伸大体上处于中空柱体形式的紧固部12b。紧固部12b具有箍12c，该箍12c设置在紧固部12b的自由端附近、在紧固部12b内侧。箍12c通过与形成在基座13中的环形槽15扣合紧固来配合。环20通过绕紧固部12b和基座13的力而接合，并且它在基座13上被卷边(crimp)(图3)。该环20锁定衬垫12与基座13之间的扣合紧固。基座13具有接纳对其施压的环20的肩部13a。
基座13具有沿纵向方向X的通孔13b，以便形成通气孔来平衡形成于衬垫12与基座13之间的体积内部的压力与所述体积外部的压力。
基座13具有例如通过粘合或焊接(热密封、超声波焊接等)与本体10配合的肩部。基座13和杆14形成由相同材料制成的单一部件。因此，在该示例中，杆14经由基座13紧固到本体10。基座13与杆14之间的连接区域具有用于居中的额外厚度13d，该额外厚度通过互补形状与形成在本体10的后端10a中的凹部10c配合。而且，当基座13焊接到本体10时，额外厚度13d还有助于将基座13紧固在本体10上。由于额外厚度13d与本体优先地(privileged)接触，因而它形成一串焊接(a bead of welding)。在该示例中，额外厚度13d和凹部10c大体上为环形。
杆14是中空的。基座13的通气孔13c引导进入中空杆14的内腔。杆14在本体10内从后端10a延伸。如图3所示，杆14在本体10的多于10％的长度上延伸，该长度通常被认为是沿着纵向方向X。在该示例中，杆从后端10a开始、在本体10的大约50％上延伸。换言之，当考虑沿着纵向方向X时，杆12在本体10的大约一半上延伸。
书写尖端16(在该示例中是(圆珠笔的)圆珠)从包含墨水19的容器18中供给墨水。如图3所示，容器18的一部分在杆14内延伸。更具体地，容器18的后端18a，即定位为远离书写尖端16的容器的一端，设置在杆14内。更一般地，墨水容器的全部或一部分沿着纵向方向X在杆14内纵向延伸。在该示例中，从容器18的后端18a开始大约50％的部分设置在杆内。换言之，在该示例中，当考虑沿着纵向方向X时，容器18的大约后半部分位于杆14内。
在该示例中，杆的外径是5.4mm，而本体的内径是5.52mm。以一般方式，能够理解的是，杆14与本体10间隔开。本体的厚度在1.2mm到1.5mm的范围内。因此，本体外表面(或外壁)与杆外表面(或外壁)之间的径向厚度处于1.26mm到1.56mm的范围内。更一般地，发明人已经发现：当本体的外表面与杆的外表面之间的径向距离小于5mm时，手动设备100以令人满意的方式进行操作。
在该示例中，本体10由PS制成，杆12和基座13由包含3％重量的碳纳米管的填充物的ABS制成。衬垫14由包含导电元件的弹性体材料制成。在该示例中，衬垫14由填充有炭黑颗粒的硅制成。环20由镀铬的铜制成。
因此，由于所使用的材料，衬垫12经由基座13与杆14间接地电接触。由于环20由金属制成，因此它还有助于提供基座13与衬垫12之间的电接触，然而，其主要功能是使衬垫12机械地保持在基座13上。
当使用者通过握住本体10的沿纵向方向X与杆14重叠的区域来操纵手动设备100时，电容屏感应到来自衬垫12的接触。换言之，当使用者操纵手动设备100并使设备保持在本体10的纵向区域(杆14在其中延伸)中时，电容屏在衬垫靠近并接触电容屏时探测到衬垫12的存在。在图3中，本体10的区域A形成与杆14纵向重叠的本体10的抓握区域，而本体10的区域B形成不与杆14纵向重叠的抓握区域。
参考图4和图5，其描述了手动设备200的第二实施例。与第一实施例的手动设备100的不同仅在于在本体的外表面上存在导电材料层。因此，第一和第二实施例共有的所有元件不再描述，并且它们保留相同的附图标记。
在第二实施例中，本体10具有在其外表面上的导电材料层202。在该示例中，层202包括通过传统方式(例如热熔粘结剂)粘贴到本体10的外表面上的金属箔。金属箔由铝制成。如图5所示，层202没有延伸到本体的后端10a。因此在层202与基座13、环20或衬垫12之间没有电接触。换言之，层202与基座13、环20、和衬垫12(当然还有杆14)绝缘。
该层202在区域C上延伸，该区域C与杆14的大约整个长度纵向重叠。而且，层202在不与杆重叠的区域D上延伸。区域D形成除了抓握区域A之外的抓握区域。因此，借助涂层202增加了在电容屏上使用衬垫12的有效抓握区域，从而使手动设备200比手动设备100更符合人体工程学。
虽然本发明参考特定实施例进行描述，但是应该清楚，在没有超出权利要求所限定的本发明一般范围的情况下可以对那些实施例作出修改和改变。特别地，可以结合所示出和/或描述的各种实施例的个别特性而作出附加实施例。相反地，描述和附图在某种意义上应该被认为是示例性的，而不是限制性的。

Claims (12)

1.一种手动设备，所述手动设备包括纵向抓握本体(10)、以及安装在所述纵向抓握本体(10)的一端(10a)的用于电容屏的衬垫(12)，其中所述纵向抓握本体(10)是绝缘的，而所述衬垫(12)是导电的，其中填充有至少一种导电材料和/或包括导电涂层的聚合物材料制成的杆(14)与所述衬垫(12)电接触并且在所述纵向抓握本体(10)内纵向延伸，并且所述纵向抓握本体(10)具有外表面，导电材料层(202)设置在所述纵向抓握本体(10)的外表面上，所述层(202)与所述衬垫(12)绝缘而且仅位于所述纵向抓握本体(10)的一部分上，而且所述层(202)以沿纵向与所述杆(14)至少部分重叠的方式延伸至手抓握部分。
2.根据权利要求1所述的手动设备，其中所述杆(14)在所述纵向抓握本体(10)的超过10％的长度上延伸。
3.根据权利要求1所述的手动设备，其中所述衬垫(12)经由导电基座(13)安装在所述纵向抓握本体(10)上，而所述杆(14)经由所述基座(13)与所述衬垫(12)电接触。
4.根据权利要求3所述的手动设备，其中所述杆(14)和所述基座(13)形成单一件。
5.根据权利要求1所述的手动设备，其中所述设备包括书写尖端(16)或等同物。
6.根据权利要求5所述的手动设备，其中所述书写尖端(16)由容器(18)进行供给，所述容器(18)完全地或部分地位于所述杆(14)内部。
7.根据权利要求1所述的手动设备，其中所述纵向抓握本体(10)由绝缘聚合物材料、木材、陶瓷、玻璃或等同物制成。
8.根据权利要求1所述的手动设备，其中所述层(202)在所述杆(14)的至少30％的长度上延伸。
9.根据权利要求1所述的手动设备，其中所述层(202)包括导电层片。
10.根据权利要求1所述的手动设备，其中所述杆(14)与所述纵向抓握本体(10)间隔开。
11.根据权利要求1所述的手动设备，其中所述杆(14)与所述纵向抓握本体(10)大体上为柱形，所述杆(14)与所述纵向抓握本体(10)均具有大体上柱形的外表面，所述杆(14)的外表面与所述纵向抓握本体(10)的外表面之间的径向距离小于5mm。
12.根据权利要求1所述的手动设备，其中所述设备是被动式的。
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