CN105843421B - 力感应电容的组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种力感应电容的组装方法，包含：组装绝缘物质至后端可动元件的后端；从壳体的前后两端分别将前端可动元件与该后端可动元件置于该壳体内部，并且组装该前端可动元件与该后端可动元件的连接部；组装可压缩导体至导体基座的前端；以及从该壳体的后端置入该导体基座，并且将该导体基座组装至该壳体。本发明的力感应电容能够连接到电路，通过其受力后的电容值变化，该电路的输出能够反应力感应电容所受到的压力；本发明的力感应电容的组装方法能够轻易地调整力感应电容的电容值，使其能与受过精密测定的标准电容元件相等或近似。

Description

力感应电容的组装方法

技术领域

本发明是关于一种力感应电容，特别是关于该种力感应电容的组装方法。

背景技术

力感应电容为一种被动元件，在受到压力时，会根据所受压力的程度来改变其电容量。许多电子装置都会利用到力感应电容，其中的一种即为触控笔。触控笔的笔尖段在接触到触控荧幕或面板时，会受到压力。如果将该笔尖段物理连接到力感应电容，并且设计适当的电路来测量电容量的变化，就可以利用该电路的输出来反应力感应电容所受到的压力。换言之，也可以反应该触控笔的笔尖段所受到的压力。

然而，由于力感应电容的设计良莠不齐。而且不同设计的力感应电容的制作与组装方法当然不同。设计不好的力感应电容在未受到压力时的电容值在组装之后会有很大的差异，导致装备同一种力感应电容的不同电子装置在受到相同压力时却会反映出不同的压力值。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种设计良好的力感应电容以及其组装方法。这种力感应电容能够连接到电路，通过其受力后的电容值变化，该电路的输出能够反应力感应电容所受到的压力。

在本发明的一个实施例中，提供一种力感应电容的组装方法，包含：组装绝缘物质至后端可动元件的后端；从壳体的前后两端分别将前端可动元件与该后端可动元件置于该壳体内部，并且组装该前端可动元件与该后端可动元件的连接部；组装可压缩导体至导体基座的前端；以及从该壳体的的后端置入该导体基座，并且将该导体基座组装至该壳体。

在该前端可动元件受到向后端的压力之后，受其连动的该后端可动元件向后移动，该可压缩导体受到该绝缘物质的压缩产生形变，进而导致力感应电容的电容值变化。

本发明的目的之一，在于提供一种设计良好的力感应电容以及其组装方法，该组装方法能够轻易地调整力感应电容的电容值，使其能与受过精密测定的标准电容元件相等或近似。

在一个实施例中，该组装方法更包含：取得一种测试仪器在标准环境下对标准元件所测得的电气特性；在该标准环境下利用该种测试仪器连接组装完毕的该力感应电容的该前端可动元件与该导体基座；以及调整该导体基座在该壳体内的位置，使得该力感应电容的电气特性相等或近似于该标准元件。其中上述的电气特性包含电容值。

在调整该导体基座在该壳体内的位置之后，可以控制该可压缩导体受到该绝缘物质的压缩所产生的形变量，进而调整该力感应电容的电容值。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的组装方法，更包含：在该前端可动元件置于该壳体内部之前，先将弹性元件组装至该壳体的前端，使得该弹性元件分别位于该前端可动元件的环状突起与该壳体的前端结构之间。

前述的组装方法，其中上述的组装该绝缘物质至该后端可动元件的后端的步骤包含下列其中之一：用接着剂将该绝缘物质粘接着到该后端可动元件；用连接部将该绝缘物质连接到该后端可动元件；以及将结合面镀有金属或导电物质的陶瓷材质的该绝缘物质焊接到该后端可动元件。

前述的组装方法，其中上述的组装该前端可动元件与该后端可动元件的连接部的步骤包含下列其中之一：结合该前端可动元件与该后端可动元件的连接部的螺丝与螺纹；以及使用接着剂结合该前端可动元件与该后端可动元件的连接部。

前述的组装方法，其中上述的组装该可压缩导体至该导体基座的前端的步骤包含下列其中之一：使用接着剂；使用螺丝与螺纹锁固；以及焊接该可压缩导体至该导体基座。

前述的组装方法，其中上述的将该导体基座组装至该壳体的步骤包含将该导体基座的螺丝连接部旋入该壳体内部空腔周围的螺纹。

前述的组装方法，其中上述的该导体基座后端包含一字形、十字形、或多角形其中之一的沟槽，上述的将该导体基座组装至该壳体的步骤更包含利用深入沟槽的工具控制与调整该导体基座旋入壳体的深浅。

前述的组装方法，其中上述的可压缩导体接触该绝缘物质的接触面为球面，该力感应电容的最大电容与最小电容的差值与该球面的半径成反比，与该后端可动元件在该壳体内部的压缩行程成正比。

借由上述技术方案，本发明力感应电容的组装方法至少具有下列优点：本发明的力感应电容能够连接到电路，通过其受力后的电容值变化，该电路的输出能够反应力感应电容所受到的压力；本发明力感应电容的组装方法能够轻易地调整力感应电容的电容值，使其能与受过精密测定的标准电容元件相等或近似。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的触控笔的力感应电容的分解示意图。

图2A为图1的力感应电容的导体基座尚未旋入壳体情形的示意图。

图2B为图1的力感应电容的导体基座已旋入壳体情形的示意图。

图3A与图3B为触控笔结构组装完成后的两张示意图。

图4为从后端观看触控笔结构的示意图。

图5为从前端观看触控笔结构的示意图。

图6为组装图1所示的触控笔结构的流程示意图。

图7为根据本发明一个实施例的可压缩导体的接触面的中心剖面示意图。

【主要元件符号说明】

230：笔尖段 610～660：步骤

700：接触面 1970：可动元件

1971：前端可动元件 1972：后端可动元件

1973：绝缘物质 1974：可压缩导体

1975：导体基座 1977：导线

1978：弹性元件 1980：壳体

具体实施方式

本发明将详细描述一些实施例如下。然而，除了所揭露的实施例外，本发明亦可以广泛地运用在其他的实施例施行。本发明的范围并不受所述实施例的限定，乃以本申请专利所要求的保护范围为准。而为提供更清楚的描述及使熟悉该项技艺者能理解本发明的发明内容，图示内各部分并没有依照其相对的尺寸而绘图，某些尺寸与其他相关尺度的比例会被突显而显得夸张，且不相关的细节部分亦未完全绘出，以求图示的简洁。

请参阅图1，其为根据本发明一个实施例的触控笔的力感应电容的分解示意图。该触控笔的笔尖方向称为前端(front end)，其反方向称之为后端(rear end)。

笔尖段230为长杆型导电物件，其前端可用于接触触控面板。该笔尖段230的后端可以包含连接部以连接后方的前端可动元件1971。

前端可动元件1971的前端可以包含一个连接部以连接前方的笔尖段230的连接部。前端可动元件1971的前端还可以包含一环状突起，以便作为顶抵弹性元件1978的施力点。前端可动元件1971的后端可以包含另一个连接部以通过壳体1980内部的通道连接后端可动元件1972。前端可动元件1971与后端可动元件1972结合后，形成可在壳体1980的通道内沿着触控笔的轴向移动的可动元件1970。

后端可动元件1972的前端可以包含连接部以连接前端可动元件1971。在一个实施例中，互相连接的笔尖段230、前端可动元件1971、与后端可动元件1972都是导电物件，彼此电性耦合。这三者可以由金属件构成，例如铜、铝或是铝合金等材质，且不限于此。后端可动元件1972可以包含截面积较小的连接部与后端截面积较大的承接部。此外，为了获得较佳的书写感，或者避免伤害，该笔尖段230可以采用具有些微弹性的材质制成。例如以树脂混合导电碳黑经由硬化成型的材质。壳体1980可以是中空的管体。以本实施例为例，如图所示，壳体1980包含两个或两个以上相连的管体。位于前端的管体较位于中间与后端的圆管体具有较小的直径，中间的圆管体较位于后端的圆管体具有较小的直径。具有较小直径的前端圆管体的外部空间，可以用于容纳弹性元件1978，在本实施例中，弹性元件1978是一个旋绕在前端圆管体外表面上的压缩弹簧。前端与中间的管体的内部空间用于容纳前端可动元件1971与/或后端可动元件1972的连接部。在其他的实施例中，也可以只包含前端与后端两个不同直径的圆管体。后端管体具有较大的直径，可以用来容纳后端可动元件1972的承接部与/或结合部。换言之，组装后的可动元件1970大部分位于壳体1980的内部，仅有前端可动元件1971的一部分露出。可动元件1970可以沿着触控笔的轴向，在壳体内移动达到一个行程l。此行程l将于图7当中做进一步的说明。由于笔尖段230连接前端可动元件1971，所以笔尖段230同样可以沿着触控笔的轴向移动达到该行程l。

虽然图1所示的壳体1980为圆型管体，其内部空间呈现圆柱状，但本发明并不限于此。在一个实施例中，该壳体1980的外部截面与内部空间截面可以是椭圆形或多角形，比方为三角形、四角形、五角形、或其他的多角形。上述的可动元件1970的截面可以作适应性的调整，并不限定于哪一种形状。

弹性元件1978的两端分别抵住壳体1980中间的圆管体与前端可动元件1971，用于对这两者提供互相远离的弹力。如此一来，当笔尖段230未受到向后的压力时，将停留在上述行程l的一端。

弹性元件1978可以是导电物件，其连接至导线1977，该弹性元件1978及该导线1977可以是一体成型的，也可以是分别制作后再组合起来。在一个实施例中，该弹性元件1978、该导线1977、与/或该壳体1980的表面上可以覆盖绝缘物质，例如绝缘漆。由于前端可动元件1971的环状突起电性接触该弹性元件1978，上述的笔尖段230与可动元件1970将借由该弹性元件1978与该导线1977电性耦合。壳体1980相应于导线1977位置的表面可以包含沟槽，用于容纳导线1977。该导线1977将连接到壳体1980的后方的电路装置。

绝缘物质1973位于后端可动元件1972的承接部的表面上。在一个实施例当中，该绝缘物质1973可以例如是一层绝缘漆。在另一个实施例中，该绝缘物质1973可以是陶瓷片，其成分可以包含氧化钡、氧化锌、与/或氧化碲。该绝缘物质1973与该后端可动元件1972的接合面的形状及面积大小也可以相互吻合，或者面积大小也可以大于该接合面。在一个实施例中，该陶瓷片可以镀上一层金属，比方是银，以便焊接到后端可动元件1972的接合面。在另一个实施例中，该绝缘物质1973可以用接着剂粘接到接合面。本发明并不限定绝缘物质1973如何固定到后端可动元件1972。

可压缩导体1974位于绝缘物质1973的后方，其前方为接触面700。申请案103138889号与其优先权文件已经说明该可压缩导体1974与该绝缘物质1973的接触面形状的几个实施例，但本发明并不限定该接触面700的形状。在一个实施例中，该可压缩导体1974为导电橡胶，或是掺有导电物质的可压缩物体。

导体基座1975位于可压缩导体1974的后方，并与该可压缩导体1974连接。在一个实施例中，导体基座1975可以是导电物件，和可压缩导体1974电性耦合。在另一个实施例中，导体基座1975与可压缩导体1974是用导电接着剂粘合。该导电基座1975例如可为金属材质所制成。

导体基座1975具有连接部，如外周面上的螺纹，用以与壳体1980内表面的相应的连接部结合。导体基座1975的后端可以包含组装用的沟槽，以利使用工具组装。在一个实施例当中，上述导体基座1975的连接部可以是螺纹，壳体1980内部空腔的连接部亦为对应的螺纹。导体基座1975后端的沟槽为一字形，以利使用一字起子将该导体基座1975旋入壳体1980。在其他实施例当中，导体基座1975后端的沟槽可以是十字形或其他形状，以利用相应形状的起子将该导体基座1975旋入壳体1980。

请参阅图2A，其显示了导体基座1975尚未旋入壳体1980的情形。请再参阅图2B，其显示了导体基座1975已经旋入壳体1980的情形。在一个实施例中，导体基座1975的连接部可以沾上接着剂，以利在旋入并调整两者的相对位置之后，将导体基座1975固定在壳体1980的内部。在另一个实施例中，可以不需要接着剂。

请参阅图3A与图3B所示，其为触控笔结构组装完成后的两张示意图。图3A特别凸显了导线1977与壳体1980之上的相应沟槽。图3B就无法看到导线1977与壳体1980之上的相应沟槽。值得注意的是，弹性元件1977的下端抵住笔尖段230的环状突起，其上端抵住壳体1980。

请参阅图4所示，其为从后端观看触控笔结构的示意图。导体基座1975位于壳体1980的内部空腔内。导体基座后端还包含组装用的沟槽，如图所示的一字形。导线1977的弯折部分在壳体之后。

请参阅图5所示，其为从前端观看触控笔结构的示意图。可以见到壳体1980的两个直径不同的圆柱形，在中间的是笔尖段230与其环状突起。导线1977连接到被环状突起挡住的弹性元件1978。

本申请所提供的力感应电容，包含了绝缘物质1973、绝缘物质1973前方的可动元件1970，与绝缘物质1973后方的可压缩导体1974。由于制造公差与组装工艺的差异，想要使每一个结构的电器特性相同，必须要在组装制程当中加入初始化校正的步骤。才能让触控笔的感应装置可以正确地推算出笔尖段230的受力状态。

请参阅图6所示，其为组装图1所示的触控笔结构的流程示意图。如果各个步骤没有因果关系，本发明并不限定其执行的先后顺序。此外，本发明也不限定在步骤之间插入其他的步骤。图6提到的各元件可以参考图1到图5的各个实施例。

在步骤610当中，在标准环境下提供精密测定的标准元件至测试仪器测试其电气特性。在一个实施例中，上述的标准元件可为适用于校正触控笔的力感应电容的标准电容，其具有预定的电容值与/或其他的电气特性。上述的标准环境可以包含标准温度与标准湿度，如室温摄氏25度与60％的湿度。该测试仪器所测试的电气特性可以作为基准值。

在步骤620当中，可以组装绝缘物质1973至后端可动元件1972后端的结合面。比方说，可以用接着剂将绝缘物质1973粘接着到后端可动元件1972。也可以用连接部将绝缘物质1973连接到后端可动元件1972。还可以将结合面镀有金属或导电物质的陶瓷绝缘物质焊接到后端可动元件1972。

在步骤630当中，可以包含先在壳体1980前端组装弹性元件1978与组装导线1977至壳体1980上相应的沟槽，再分别从壳体1980的前后两端分别置入前端可动元件1971与后端可动元件1972，并将此两者的连接部连接起来，使得弹性元件1978的前端抵住前端可动元件1971的环状突起，以提供笔尖段230沿触控笔的轴向远离壳体1980的弹力。在一个实施例中，前端可动元件1971与后端可动元件1972是借由螺丝与螺纹互相结合。在另一个实施例中，这两者也可以使用接着剂互相结合。

在步骤640当中，可以组装可压缩导体1974至导体基座1975。这两者可以使用接着剂、锁固、甚至焊接等方式相互连接。值得注意的是，本发明并不限定步骤620、630、640的先后顺序。

在步骤650当中，可以从壳体1980后端置入导体基座1975，并将导体基座1975组装至壳体1980。先前提过，导体基座1975可以包含螺丝等连接部，用于旋入壳体内部空腔周围的螺纹。导体基座1975后端可以包含一字形、十字形、或多角形之类的沟槽，可以让工具借由深入沟槽控制与调整导体基座1975旋入壳体1980的深浅。在一个实施例中，螺丝等固扣件上还可以沾上接着剂。

由于力感应电容包含了绝缘物质1973前端的可动元件1970与后端的可压缩导体1974，因此在步骤660当中，可以在标准环境下利用该测试仪器分别连接前端可动元件1971与导体基座1975。测试调整导体基座1975在壳体1980内相对可动元件1970的位置，使得力感应电容的电气特性相等或近似于该标准元件。

假设在步骤650当中加入了接着剂，则步骤660必须紧接着步骤650之后执行，以避免接着剂太早固化，使得步骤660无法正确调整导体基座1975在壳体1980内相对可动元件1970的位置。截至步骤660为止，可以提供力感应电容的完整结构。

请参阅图7所示，其为根据本发明一个实施例的可压缩导体1974的接触面700的中心剖面示意图。先前已经提过，可压缩导体1974的接触面700可以有多种形状。但图7所示的实施例当中，其接触面为球面。从剖面图来看，其接触面即为一个圆弧。

当图6所示的组装方法完成之后，绝缘物质1973通常会与可压缩导体1974稍稍接触，并且形成圆形的接触面(contact area)。假定上述的球面的半径为R，压缩行程为l，而该圆形的接触面的半径为r。则根据毕氏定理，三角形的两个短边的平方和为长边的平方和。所以可以得到方程式(1)：

R²＝r²+(R-l)² (1)

而本发明所提供的力感应电容，其电容量C和两个导体的相应面积成正比，与两个导体之间的距离成反比。由于上述的绝缘物质1973为不可压缩，或是其压缩系数远小于可压缩导体1974的压缩系数，因此力感应电容的距离可以等于是绝缘物质1973的厚度。换言之，两个导体之间的距离是不变的常数。

当笔尖段230受力向后端移动时，可动元件1970与绝缘物质1973会向后端压缩可压缩导体1974，使得上述的压缩行程l增大，接触面的面积也随之增大，进而令电容量C变大。上述的接触面面积表示为方程式(2)：

A＝πr² (2)

再将方程式(2)当中的r以方程式(1)的R与l加以代换，得到方程式(3)：

A＝π(2R-l)l (3)

假定R远大于l时，可以得到方程式(4)：

A’～＝2πRl (4)

A与A’之间的相差比率可以由方程式(5)来表示：

Ratio＝(A’-A)/A’ (5)

再将方程式(3)与(4)带入方程式(5)时，可以得到方程式(6)：

Ratio＝l/2R (6)

换言之，可以借由调整R与l值，来调整其相差比率。在设计可压缩导体1974的接触面时，可以控制R值。在调整导体基座1975与壳体1980的相对位置时，可以控制l值。设计者可以根据制造当时的公差等级，设计上述的两个值，使得相差比率尽量减少。

在本发明的一个实施例中，提供一种力感应电容的组装方法，包含：组装绝缘物质至后端可动元件的后端；从壳体的前后两端分别将前端可动元件与该后端可动元件置于该壳体内部，并且组装该前端可动元件与该后端可动元件的连接部；组装可压缩导体至导体基座的前端；以及从该壳体的的后端置入该导体基座，并且将该导体基座组装至该壳体。

在一个实施例中，该组装方法更包含：在该前端可动元件置于该壳体内部之前，先将弹性元件组装至该壳体的前端，使得该弹性元件分别位于该前端可动元件的环状突起与该壳体的前端结构之间。

在一个实施例中，该组装方法更包含：取得一种测试仪器在标准环境下对标准元件所测得的电气特性；在该标准环境下利用该种测试仪器连接组装完毕的该力感应电容的该前端可动元件与该导体基座；以及调整该导体基座在该壳体内的位置，使得该力感应电容的电气特性相等或近似于该标准元件。

在一个实施例中，上述的电气特性包含电容值。

在一个实施例中，上述的组装该绝缘物质至该后端可动元件的后端的步骤包含下列其中之一：用接着剂将该绝缘物质粘接着到该后端可动元件；用连接部将该绝缘物质连接到该后端可动元件；以及将结合面镀有金属或导电物质的陶瓷材质的该绝缘物质焊接到该后端可动元件。

在一个实施例中，上述的组装该前端可动元件与该后端可动元件的连接部的步骤包含下列其中之一：结合该前端可动元件与该后端可动元件的连接部的螺丝与螺纹；以及使用接着剂结合该前端可动元件与该后端可动元件的连接部。

在一个实施例中，上述的组装该可压缩导体至该导体基座的前端的步骤包含下列其中之一：使用接着剂；使用螺丝与螺纹锁固；以及焊接该可压缩导体至该导体基座。

在一个实施例中，上述的将该导体基座组装至该壳体的步骤包含将该导体基座的螺丝连接部旋入该壳体内部空腔周围的螺纹。在某实施例中，该导体基座后端可以包含一字形、十字形、或多角形其中之一的沟槽，上述的将该导体基座组装至该壳体的步骤更包含利用深入沟槽的工具控制与调整该导体基座旋入壳体的深浅。

在一个实施例中，上述的可压缩导体接触该绝缘物质的接触面为球面。在某实施例中，该力感应电容的最大电容与最小电容的差值与该球面的半径成反比，与该后端可动元件在该壳体内部的压缩行程成正比。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种力感应电容的组装方法，其特征在于包含：

组装绝缘物质至后端可动元件的后端；

从壳体的前后两端分别将前端可动元件与该后端可动元件置于该壳体内部，并且组装该前端可动元件与该后端可动元件的连接部；

组装可压缩导体至导体基座的前端；以及

从该壳体的的后端置入该导体基座，并且将该导体基座组装至该壳体。

2.根据权利要求1所述的组装方法，其特征在于更包含：

在该前端可动元件置于该壳体内部之前，先将弹性元件组装至该壳体的前端，使得该弹性元件分别位于该前端可动元件的环状突起与该壳体的前端结构之间。

3.根据权利要求1所述的组装方法，其特征在于更包含：

取得一种测试仪器在标准环境下对标准元件所测得的电气特性；

在该标准环境下利用该种测试仪器连接组装完毕的该力感应电容的该前端可动元件与该导体基座；以及

调整该导体基座在该壳体内的位置，使得该力感应电容的电气特性相等于该标准元件。

4.根据权利要求3所述的组装方法，其特征在于：其中上述的电气特性包含电容值。

5.根据权利要求1所述的组装方法，其特征在于，其中上述的组装该绝缘物质至该后端可动元件的后端的步骤包含下列其中之一：

用接着剂将该绝缘物质粘接着到该后端可动元件；

用连接部将该绝缘物质连接到该后端可动元件；以及

将结合面镀有金属或导电物质的陶瓷材质的该绝缘物质焊接到该后端可动元件。

6.根据权利要求1所述的组装方法，其特征在于，其中上述的组装该前端可动元件与该后端可动元件的连接部的步骤包含下列其中之一：

结合该前端可动元件与该后端可动元件的连接部的螺丝与螺纹；以及使用接着剂结合该前端可动元件与该后端可动元件的连接部。

7.根据权利要求1所述的组装方法，其特征在于，其中上述的组装该可压缩导体至该导体基座的前端的步骤包含下列其中之一：

使用接着剂；

使用螺丝与螺纹锁固；以及

焊接该可压缩导体至该导体基座。

8.根据权利要求1所述的组装方法，其特征在于：其中上述的将该导体基座组装至该壳体的步骤包含将该导体基座的螺丝连接部旋入该壳体内部空腔周围的螺纹。

9.根据权利要求8所述的组装方法，其特征在于：其中上述的该导体基座后端包含一字形、十字形、或多角形其中之一的沟槽，上述的将该导体基座组装至该壳体的步骤更包含利用深入沟槽的工具控制与调整该导体基座旋入壳体的深浅。

10.根据权利要求1所述的组装方法，其特征在于：其中上述的可压缩导体接触该绝缘物质的接触面为球面，该力感应电容的最大电容与最小电容的差值与该球面的半径成反比，与该后端可动元件在该壳体内部的压缩行程成正比。