CN110730941A - 触觉按钮 - Google Patents

Abstract

概括地说，本技术的实施例提供了用于提供触觉反馈的装置和方法，尤其涉及用于电气和电子产品的用户操作按钮，该按钮在操作时向用户提供触觉反馈。

Description

触觉按钮

本申请总体上涉及用于提供触觉反馈的装置和方法，尤其涉及用于电气和电子产品的用户操作按钮，该按钮在操作时向用户提供触觉反馈。

消费者电子设备使用不同设计的按钮来给予用户关于按钮操作的触觉反馈，即用户可以通过触摸感觉到的反馈。在按钮的情形中，这种触觉反馈可以是用户通过操作按钮的手指感觉到的触觉或力。

在计算机键盘和智能手机按钮的情形中，最流行的设计是圆顶开关和板簧，它们提供触觉反馈，这种触觉反馈是由于部件的机械响应改变了被用户感觉到的抵抗按钮按压的阻力。操作本身的过程中阻力的精确的力分布(profile)通常被调整到机械设计中，以满足目标用户的偏好。

在移动消费者电子设备中，空间非常紧张，因此生产具有非常低轮廓(profile)的按钮或开关是有利的。低轮廓按钮必须具有小的行程，因此对用户产生令人满意的触觉响应的范围很小，特别是如果还希望具有低的或接近零的力需求来产生和/或保持电接触。

许多智能电话正面的常用机械按钮(例如圆顶开关和片簧开关)已经被电容式按钮代替。在该技术中，按钮不需要从设备中突出，并且对建立电接触的力要求为零。这允许智能电话壳体(casework)的平滑机械设计，并减小用户如果在短时间内多次按压按钮的疲劳。然而，与机械设计不同，这些产品完全是机械被动的(passive)，并且因此不提供任何触觉反馈。此外，机械开关可以被配置成检测施加到其上的力，从而根据所使用的力或开关被下压的持续时间，允许多个功能被施加到单个设备；电容式按钮不能做到这一点。

本申请人已经确定需要一种按钮，该按钮能够在紧凑的按钮设计中提供触觉反馈，并且可以以极小量的按钮行程进行操作。

根据本技术的第一种方法，提供了一种按钮组件，包括：具有可按压表面的按钮；按钮下面的接触部分，该接触部分是可下压(depressable)的；传感器装置(sensorarrangement)，其被布置成感测接触部分的下压；形状记忆合金致动器，其被布置成在相对于按钮被按压时的行程方向的横向方向上驱动按钮相对于接触部分的移动；至少一个主轴承元件，其被布置成在按钮被按压时接触并下压接触部分，以及在按钮被按压时，在不中断与接触部分的接触的情况下承载按钮在所述横向方向上的所述移动。

本技术的按钮组件包括检测用户(例如，用户的手指)和按钮之间的接触的接触部分。接触部分设置在按钮下方，并且当用户按压按钮时接触部分可以下压、偏转或弯曲。接触部分可以是，例如，当按钮被按压时可以下压、偏转或弯曲的材料薄层(例如，薄金属片)，或者当按钮被按压时可以在另一元件施上加力的柱塞状(plunger-like)元件。按钮组件还包括传感器装置，该传感器装置被布置成感测/检测接触部分的下压/偏转/弯曲。在实施例中，当接触部分下压/偏转/弯曲时，接触部分可以与传感器装置形成电连接。当传感器装置感测/检测到接触部分的形状、形式或布置已经改变时，传感器装置可以将该信息传送到控制电路，以使得驱动信号被施加到形状记忆合金致动器(以驱动按钮相对于接触部分的移动)。

当按钮被按压时，按钮组件可以使用传感器装置来感测接触部分的下压。因此，按钮组件可以不采用电容式传感器，而是可以通过按钮操作，当被按压时，按钮经历一定程度的行程。

按钮组件使用形状记忆合金致动器来在相对于按钮被按压时的行程方向的所述横向方向上驱动按钮的所述移动。当按钮被按压时，横向方向上的这种移动可以用来提供触觉效果。特别地，横向方向上的这种移动可以给用户带来触感，这可以被感知为抵抗按钮的按压的阻力的改变，即使按钮的向下移动是极小的。此外，由于SMA致动器用于提供触觉效果，按钮组件可能不需要结合机械装置来控制抵抗按钮按压的阻力。这可以允许按钮组件的紧凑、低轮廓设计，其中按钮的行程可以最小化。传感器装置可以很简单，因为它仅仅感测接触部分的下压。

形状记忆合金(SMA)作为致动器的使用(例如，以SMA线的形式)提供了高的力和快速响应，这适合于提供可被用户感测到的触觉效果，但是由于SMA材料的相对高的力/尺寸比，其形式非常紧凑。

然而，当SMA致动器用于驱动按钮的移动时，仍然需要提供不会受到按钮行程的影响的可靠的按钮操作。本技术可以通过提供在按钮被按压时接触并下压接触部分的主轴承元件来实现这一点，其中当按钮被按压时，主轴承元件还承载按钮在横向方向上的移动，而不中断与接触部分的接触。这种使用轴承元件来下压接触部分并承载按钮在横向方向上的移动确保了在提供触觉效果时按钮的可靠操作。

有利的是，主轴承元件可以连续地接触接触部分并在其上支撑按钮。这种布置可以具有减少下压接触部分所需的按钮行程的优点，因为在按钮和接触部分之间没有损失行程。相应地，按钮组件的行程和尺寸都可以减小。在某些应用中，确保接触被保持而不是间歇性的可能是有益的。例如，按钮可能在需要对按压按钮进行精确定时的应用中使用，例如，在控制计算机游戏时。类似地，这在多个功能被分配给按钮的应用中可能是有利的，这些功能通过按压按钮的不同时段来发生。

有利的是，主轴承元件可以与可按压表面的几何中心对齐。这有助于将施加到按钮上的力转移到接触部分。

在一种布置中，按钮组件还可以包括：至少一个弹性元件，其横向布置在主轴承元件旁边；至少一个副轴承元件，其与弹性元件接触并在其上支撑按钮，弹性元件被布置成适应按钮的行程，并且至少一个副轴承元件被布置成承载按钮在横向方向上的所述移动。在这种布置中，弹性元件减小按钮被按压时的倾斜。

通过将副轴承元件设置在主轴承元件的相对侧，可以改善倾斜的减小。在这种情形中，副轴承元件优选地在横向方向上设置在主轴承元件的相对侧，并且形状记忆合金致动器被布置成沿该横向方向驱动所述移动。以这种方式，副轴承元件更有效地承载按钮在横向方向上的运动。

在另一种布置中，按钮组件还可以包括：支撑件，接触部分安装在该支撑件上；以及从按钮突出的至少一个止动件元件，该至少一个止动件元件通过限制按钮倾斜的间隙与支撑件间隔开。在这种布置中，止动件元件减小按钮被按压时的倾斜。

通过将止动件元件设置在主轴承元件的相对侧，可以改善倾斜的减小。在这种情形中，止动件元件优选地在横向方向上设置在主轴承元件的相对侧，并且形状记忆合金致动器被布置成沿该横向方向驱动所述移动。以这种方式，止动件元件更有效地承载按钮的相对横向运动。

有利的是，形状记忆合金线的两端可以相对于接触部分固定，并且形状记忆合金线可以在中间位置处绕形成在按钮上的保持部分勾住。在这种情形中，从保持部分延伸的形状记忆合金线的两个部分可以被布置成并行驱动按钮在横向方向上的移动。这增加了SMA线所施加的力，同时保持紧凑的布置。在这种情形中，可以以任何组合附加地施加以下特征，以获得紧凑的布置：

·从保持部分延伸的形状记忆合金线的两个部分可以位于按钮的可按压表面下面。这最小化了按钮组件的面积(footprint)。

·主轴承可以位于从保持部分延伸的形状记忆合金线的两个部分之间。

·按钮组件还可以包括至少一个弹性偏置元件，该至少一个弹性偏置元件被布置成弹性偏置形状记忆合金致动器，在这种情形中，至少一个弹性偏置元件也可以位于从保持部分延伸的形状记忆合金线的两个部分之间。

轴承元件可以是任何合适类型的轴承。例如，轴承元件可以是从按钮突出的轴承球或滑动轴承构件。滑动轴承构件的使用在提供简单且紧凑的布置而不损害轴承功能方面具有特别的优势。轴承球的使用具有摩擦程度相对较低的特殊优点，因此在力要求相对高的应用中可能是优选的。例如，轴承元件可以是挠性件、挠性销或滚轮销。

SMA致动器可以包括SMA线。SMA线的直径被选择为提供力、冲程(stroke)和效率的期望平衡。SMA线优选具有100微米或更小的直径，或者更优选具有35微米或更小的直径。

传感器装置可以是适合于在按钮被按压时感测接触部分的下压的任何类型。理想地，传感器装置设置有简单的构造，该构造最小化按钮组件的行程和尺寸。

一种可能性在于接触部分包括第一开关元件，并且传感器装置包括第二开关元件，该第二开关元件被布置成使得接触部分的下压使开关元件电接触。这以及其简单的开关装置实现了传感器装置，该开关装置是可靠的并且满足了最小化按钮组件的行程和尺寸的期望。

一种替代方式在于传感器装置包括应变仪，该应变仪可以例如固定到接触部分。这种替代方式也以极其简单的开关装置实现了传感器装置，该开关装置是可靠的，并且满足了最小化按钮组件的行程和尺寸的期望。

例如，应变仪可以包括薄片，薄片的电阻随着薄片的应变而变化。在这种情形中，按钮组件的高度被最小化，因为薄片本身可能相对较薄，因此只需要提供足够的间隙来适应接触部分的下压。

根据本技术的第二种方法，提供了一种使用本文描述类型的按钮组件来传递触觉的方法，该方法包括：感测接触部分的下压；以及向形状记忆合金致动器施加驱动信号以驱动按钮相对于接触部分的移动。

方法可以包括在施加驱动信号之前，从一组驱动信号中选择驱动信号，其中每个驱动信号提供特定的触觉效果。

根据本技术的第三种方法，提供了使用本文描述类型的按钮组件传递触觉的电路，该电路包括：检测模块，其用于感测接触部分的下压；以及驱动模块，其用于向形状记忆合金致动器施加驱动信号，以驱动按钮相对于接触部分的移动。

在施加驱动信号之前，驱动模块可以从一组驱动信号中选择驱动信号，其中每个驱动信号提供特定的触觉效果。

在本技术的相关方法中，提供了一种携带处理器控制代码以实现本文描述的任何方法的非暂时性数据载体。

优选特征在从属权利要求中阐述。

如将由本领域中的技术人员认识到的，本技术可被体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本技术可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例、或组合软件和硬件方面的实施例的形式。

此外，本技术可采用体现在计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有体现在其上的计算机可读程序代码。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读介质例如可以是但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备或者前述项的任何合适的组合。

可以用一种或更多种编程语言的任何组合(包括面向对象的编程语言和传统的过程编程语言)来编写用于执行本技术的操作的计算机程序代码。代码组件可以体现为过程、方法等，并且可以包括子组件，这些子组件可以采取在从本地指令集的直接机器指令到高级编译或解释语言结构的任何抽象级别处的指令或指令序列的形式。

本技术的实施例还提供了一种携带代码的非暂时性据载体，该代码当在处理器上实现时使处理器执行本文描述的任何方法。

这些技术还提供处理器控制代码以例如在通用计算机系统或数字信号处理器(DSP)上实现上述方法。这些技术还提供携带处理器控制代码的载体，以在运行时实现任何上述方法，特别是在非暂时性数据载体上。代码可以在载体(诸如磁盘、微处理器、CD-ROM或DVD-ROM)、编程存储器(诸如非易失性存储器(例如，闪存))或只读存储器(固件)上被提供，或者在诸如光或电信号载体的数据载体上被提供。实现本文描述的这些技术的实施例的代码(和/或数据)可以包括以传统编程语言(解释或编译)(诸如C)的源、对象或可执行代码、或者汇编代码、用于设置或控制ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)的代码、或者用于硬件描述语言(诸如Verilog(RTM)或VHDL(超高速集成电路硬件描述语言))的代码。如技术人员将认识到的，这样的代码和/或数据可以分布在彼此通信的多个耦合的组件之间。这些技术可以包括控制器，该控制器包括微处理器、工作存储器和耦合到系统的一个或更多个组件的程序存储器。

本领域中的技术人员还将清楚，根据本技术实施例的逻辑方法的全部或部分可以适当地体现在包括执行上述方法的步骤的逻辑元件的逻辑装置中，并且这种逻辑元件可以包括在例如可编程逻辑阵列或专用集成电路中的组件，诸如逻辑门。这种逻辑布置可以进一步体现在用于使用例如虚拟硬件描述符语言来在这种阵列或电路中临时或永久地建立逻辑结构的使能元件中，虚拟硬件描述符语言可以使用固定或可传输的载体介质来被存储和传输。

在实施例中，本技术可以以数据载体的形式实现，数据载体具有在其上的功能数据，所述功能数据包括功能计算机数据结构，以当被加载到计算机系统或网络中并从而被操作时使所述计算机系统能够执行上述方法的所有步骤。

现在将通过示例的方式参考附图描述本技术的实现，其中：

图1是第一按钮组件的透视图；

图2是第一按钮组件的分解透视图；

图3是第一按钮组件的控制电路的示意图；

图4是第一按钮组件的侧视图；

图5是图3的放大部分；

图6是具有改进形式的轴承的第一按钮组件的侧视图；

图7是图5的放大部分；

图8是第二按钮组件的分解透视图；

图9是第二按钮组件的剖开的透视图；

图10是第二按钮组件的横截面侧视图，示出了图9的剖开部分；

图11是沿图9的线X-X截取的第二按钮组件的横截面俯视图；以及

图12是第二按钮组件的控制电路的示意图。

描述了两个按钮组件。在每种情形中，按钮组件包括检测用户(例如，用户的手指)和按钮之间的接触的接触部分。接触部分设置在按钮下方，并且当用户按压按钮时，接触部分可以下压、偏转或弯曲。接触部分可以是，例如，当按钮被按压时可以下压、偏转或弯曲的材料薄层(例如，薄金属片)，或者当按钮被按压时可以对另一元件施加力的柱塞状元件。按钮组件还包括传感器装置，该传感器装置被布置成感测/检测接触部分的下压/偏转/弯曲。在实施例中，当接触部分下压/偏转/弯曲时，接触部分可以与传感器装置形成电连接。当传感器装置感测/检测到接触部分的形状、形式或布置已经改变时，传感器装置可以将该信息传送到控制电路，以使得驱动信号被施加到形状记忆合金致动器(以驱动按钮相对于接触部分的移动)。

第一按钮组件10在图1和图2中示出，并且被如下布置。

第一按钮组件10包括按钮11，按钮11具有可按压表面12，在该示例中可按压表面12是圆形的。按钮11可以由单一片材形成。

第一按钮组件10可以布置在外壳(未示出)中和/或可以集成到电子设备中。在任一种情形中，可按压表面12都是暴露的，使得它可以被用户按压。

第一按钮组件10包括层压结构13，层压结构13设置在按钮11下面，并且被如下布置。

层压结构13包括紧贴在可按压表面12下面的接触层14。接触层14是可下压的，并用作接触部分。接触层14由诸如磷青铜的弹簧金属制成。

按照在接触层14下面的顺序，层压结构13还包括第一绝缘层15、开关层16和第二绝缘层17。第一绝缘层15将接触层14和开关层16分开，并且具有与按钮11对齐的孔18。接触层14下压进入孔18使得接触层13与开关层16电接触。因此，接触层14和开关层16充当第一开关元件和第二开关元件。电接触可以被感测到，因此开关层16充当传感器装置来感测第一按钮组件10中接触层14的下压。

一般来说，可以替代地使用任何其他形式的传感器装置，例如应变仪。

第一按钮组件10包括SMA线20。SMA线20的两端通过被安装在绝缘块22上的卷曲部分21卷曲而相对于接触层14固定。SMA线20在中间位置处绕形成在按钮11一侧上的保持部分23钩住。因此，从保持部分20延伸的SMA线20的两个部分24横向于按钮11的行程方向延伸。因此，SMA线20的两个部分24在其收缩时并行作用，以在相对于按钮11被按压时的行程方向的横向方向(优选正交地)上驱动按钮11相对于接触层13的移动。

SMA线20的直径被选择为提供力、冲程和效率的期望平衡。SMA线20优选具有100微米或更小的直径，或者更优选具有35微米或更小的直径。尽管第一按钮组件10包括单根SMA线20，但是通常可以包括任意数量的SMA线。

螺旋弹簧25在一端处在与SMA线20相对的一侧连接到按钮11。螺旋弹簧25在其另一端处相对于接触层14被固定，并且被布置成处于紧张状态。因此，螺旋弹簧25用作弹性偏置元件，以用于弹性偏置SMA线20。通常，可以包括任何数量的弹簧和/或可以设置任何其他形式的弹性偏置，例如，压缩的螺旋弹簧、板簧和/或挠曲件。

当按钮11被按压时，按钮11在横向上的移动被用于提供触觉效果。特别地，按钮11在横向方向上的这种移动给用户带来触感，这可以被感知为抵抗按钮11的按压的阻力的改变，即使按钮11的向下移动是最小的。

图3示出了第一按钮组件10的控制电路30。控制电路30连接到接触层14和开关层16，并且检测何时通过按压按钮11使接触层14下压而在接触层14和开关层16之间发生电接触。可以增加更多的绝缘体和导体层以形成力敏开关，这可以进一步减少按钮的行程。

控制电路30也连接到SMA线20，并向其施加驱动信号。在使用中，响应于检测到按钮11的按压，控制电路30驱动SMA线20移动按钮11。

驱动信号电阻加热SMA线20，导致其收缩。由于螺旋弹簧25的偏置效果，当驱动信号停止时，SMA线20冷却，导致其膨胀。所导致的按钮11在横向方向上的移动可以被按压按钮11的用户感觉到，从而提供触觉效果。触觉效果是一种触感，即使向下的行程是最小的，用户也可以感觉到按钮11被向下按。

各种形式的驱动信号可用于提供不同的触觉效果，例如提供按钮11的单次移动的单个脉冲，或者提供按钮11的振动移动的多个脉冲。

第一按钮组件10还包括被如下布置在按钮11和层压结构13之间的轴承布置40，用于在接触层14上承载按钮11。

轴承布置40位于按钮11底部中形成的凹槽41中。轴承布置40包括设置在按钮11表面上的绝缘层42，其中顶部的承载层43由合适的硬质材料(例如金属)形成。主轴承球44和副轴承球45设置在承载层43和接触层14之间并与他们接触，以在接触层14上承载按钮11，如下面更详细描述的。

主轴承球44和副轴承球45由设置在凹槽41内的保持片46定位。保持片46具有孔47，主轴承球44和副轴承球45设置在孔47内。

有两个主轴承球44沿着与按钮11的可按压表面12的几何中心对齐的中心线布置，这有助于将力从按钮11转移到接触层14。通常可以有任意数量的一个或更多个主轴承球44，但是通过提供多个主轴承球44，主轴承球44抵抗沿中心线方向(主轴承球44沿中心线布置)的倾斜。

主轴承球44连续地接触接触层14，并在其上支撑按钮11。因此，当按钮11被按压时，在接触层14被接触之前，按钮11没有损失行程，并且主轴承球44立即下压接触层14。此外，当按钮11被按压时，主轴承球44用作轴承，并且在不中断与接触层14的接触的情况下，承载由SMA线20驱动的按钮11在横向方向上的移动。

副轴承球45被设置成当按钮11被按压时减小按钮11的倾斜，如下所述。

如图4和图5中最佳示出的，接触层14在主轴承球44旁边的横向位置处成形为弹簧臂46，与副轴承球45对齐。弹簧臂46从接触层14的剩余部分向上偏移。副轴承球45接触弹簧臂46，弹簧臂46因此支撑副轴承球45并充当弹性元件，当按钮11被按压时，弹性元件适应按钮11的行程。此外，当按钮11被按压时，副轴承球45用作轴承，并且承载由SMA线20驱动的按钮11在横向方向上的移动。由于副轴承球45和弹簧臂46横向设置在主轴承球44旁边，它们减少了按钮11沿着按钮11在横向方向上的移动的横向方向的倾斜。通过沿着按钮11在横向方向上的移动的横向方向将副轴承球45设置在主轴承球45的相对侧，改善了倾斜减小。

由于弹簧臂46从接触层14的剩余部分向上偏移，主轴承球44的直径大于副轴承球45的直径。由于按压按钮11时进行接触所需的接触层14的行程由绝缘层16的厚度限定，所以主轴承球44和副轴承球45的直径差需要大于绝缘层16的厚度。

通常，弹簧臂45可以由提供类似效果的任何其它弹性元件代替，例如单件弹性材料。

在轴承布置40中，优选地，承载层43、接触层14和弹簧臂46的表面被选择，使得它们与它们所接触的主轴承球44和副轴承球45具有相似的硬度，以防止磨损。

尽管主轴承球44和副轴承球45在第一按钮组件10中充当轴承元件，但是它们可以被提供轴承功能的任何其他形式的轴承元件代替。

在图6和图7所示的一个示例中，主轴承球44和副轴承球45由主滑动轴承构件47和副滑动轴承构件48代替，它们从按钮11突出并且充当与主轴承球44和副轴承球45具有相同功能和效果的轴承元件。主滑动轴承构件47和副滑动轴承构件48可以与按钮11一体形成。主滑动轴承构件47和副滑动轴承构件48可以由低表面能材料(例如，聚四氟乙烯(PTFE))制成或涂覆有低表面能材料，使得轴承表面之间具有低摩擦系数。

第二按钮组件在图7至图10中示出，并且被如下布置。

第二按钮组件50包括按钮51，按钮51具有可按压表面52，在该示例中可按压表面52是圆形的。按钮51可以由单一片材形成。

第二按钮组件50包括附接在一起的上壳体构件54和下壳体构件55，以形成容纳第二按钮组件50的其他部件的外壳。上壳体构件54具有孔56，按钮51安装在孔56中，暴露可按压表面52，使得其可以被用户按压。第二按钮组件50可以集成到电子设备中。

第二按钮组件50包括设置在按钮51下面的柔性层57。柔性层57安装到下壳体构件55，因此下壳体构件55充当柔性层57的支撑。

柔性层57包括设置在按钮51的可按压表面52下面的接触部分58。接触部分58是可下压的。

第二按钮组件50还包括在柔性层57下侧固定到接触部分58的应变仪59。应变仪59包括薄片，薄片的电阻随着薄片的应变而变化。接触部分58的下压因此可以通过监测应变仪59的电阻变化来检测。应变仪59因此充当传感器装置来感测接触部分的下压。

应变仪59具有相对薄的优点，但是也可以替代地使用任何其他形式的传感器装置，如开关装置。

第二按钮组件50包括SMA线60。SMA线60的两端通过被安装在柔性层57上的卷曲部分61卷曲而固定到柔性层57。柔性层57可以是携带连接到SMA线60和应变仪59的导电迹线(未示出)的柔性印刷电路(FPC)。

SMA线60在中间位置处绕形成在第一止动件元件81上的保持部分63勾住，第一止动件元件81从按钮51向下突出，如下文进一步描述的。因此，从保持部分60延伸的SMA线60的两个部分64横向于按钮51的行程方向而延伸。因此，SMA线60的两个部分64在其收缩时并行作用，以在相对于按钮51被按压时的行程方向的横向方向(优选正交地)上驱动按钮51相对于接触层53的移动。

此外，SMA线60的两个部分64位于按钮51的可按压表面52下面，从而为致动器提供紧凑的总体布置。

SMA线60的直径被选择为提供力、冲程和效率的期望平衡。SMA线60优选具有100微米或更小的直径，或者更优选具有35微米或更小的直径。尽管第二按钮组件50包括单根SMA线60，但是通常可以包括任意数量的SMA线。

螺旋弹簧65在一端处在与SMA线60相对的一侧连接到按钮51。螺旋弹簧65在其另一端处相对于接触层54被固定，并且被布置成处于紧张状态。因此，螺旋弹簧65用作弹性偏置元件，以用于弹性偏置SMA线60。通常，可以包括任何数量的弹簧和/或可以设置任何其他形式的弹性偏置，例如，压缩的螺旋弹簧、板簧和/或挠曲件。

第二按钮组件50还包括两个螺旋弹簧65和66，螺旋弹簧65和66用作弹性偏置元件，以如下弹性偏置SMA线60。螺旋弹簧65和66各自位于SMA线60的两个部分64之间，并且因此位于按钮51的可按压表面52下面。这为偏置提供了紧凑的总体布置。两个螺旋弹簧65和66位于柔性层57中的相应孔67和68内。

螺旋弹簧65和66在一端处分别接合相应的孔67和68，并且在另一端处分别接合从按钮51向下突出的第一止动件元件81和滑动轴承构件88，如下文进一步所述。以这种方式，螺旋弹簧65和66在按钮51和接触部分57之间保持压缩，从而向SMA线60提供弹性偏置力。

当按钮51被按压时，按钮51在横向方向上的移动被用于提供触觉效果。特别地，这个横向移动给用户带来触感，这可以被感知为抵抗按钮51的按压的阻力的改变，即使按钮51的向下移动是最小的。

图12示出了第二按钮组件50的控制电路70。控制电路70连接到应变仪59，并检测应变仪59的输出何时指示通过按压按钮51而使接触层54下压。如果需要，可以增加更多的绝缘体和导体层以形成力敏开关。

控制电路70也连接到SMA线60，并向其施加驱动信号。在使用中，响应于检测到按钮51的按压，控制电路70驱动SMA线60移动按钮51。

驱动信号电阻加热SMA线60，导致其收缩。由于螺旋弹簧65的偏置效果，当驱动信号停止时，SMA线60冷却，导致其膨胀。所导致的按钮51在横向方向上的移动可以被按压按钮51的用户感觉到，从而提供触觉效果。触觉效果是一种即使向下的行程最小用户也可以感觉到按钮51被向下按动的触感。

各种形式的驱动信号可用于提供不同的触觉效果，例如提供按钮51的单次移动的单个脉冲，或者提供按钮51的振动移动的多个脉冲。

第二按钮组件50还包括滑动轴承构件80，该滑动轴承构件80如下布置在按钮51和柔性层57之间，以在接触部分58上承载按钮51。

滑动轴承构件80从按钮51向下突出，并且可以与按钮51一体形成。滑动轴承构件80与按钮51的可按压表面52的几何中心对齐，这有助于将力从按钮51转移到接触部分58。滑动轴承构件80因此位于SMA线60的两个部分64之间，这提供了紧凑的布置。

滑动轴承构件80连续地接触接触部分58，并在其上支撑按钮51。因此，当按钮51被按压时，在接触部分58被接触之前，按钮51没有损失行程，并且滑动轴承构件80立即下压接触部分58。此外，当按钮51被按压时，滑动轴承构件80用作轴承，并且在不中断与接触部分58的接触的情况下，承载由SMA线60驱动的按钮51在横向方向上的移动。

滑动轴承构件80可以由低表面能材料(例如，聚四氟乙烯(PTFE))制成或涂覆有低表面能材料，使得轴承表面之间具有低摩擦系数。

尽管在该示例中提供了单个滑动轴承构件80，但是更一般地，可以有任意数量的滑动轴承构件。

尽管滑动轴承构件80充当第二按钮组件50中的轴承元件，但是它可以被提供轴承功能的任何其他形式的轴承元件替代，例如一个或更多个轴承球。

第二按钮组件50还包括第一止动件元件81和第二止动件元件82，它们被设置成当按钮51被按压时减小按钮51的倾斜，如下所述。

从图9和图10中可以清楚地看到，第一止动件元件81和第二止动件元件82从按钮51向下突出。第一止动件元件81和第二止动件元件82可以与按钮51一体形成。

第一止动件元件81和第二止动件元件82通过形成在柔性层57中的相应孔83和84朝向下壳体构件55突出。然而，第一止动件元件81和第二止动件元件82与下壳体构件55间隔开一间隙，该间隙被选择成当按钮51被用户按压时限制按钮51的倾斜。

第一止动件元件81和第二止动件元件82在横向方向(按钮51的相对横向运动沿着该横向方向被驱动)上设置在滑动轴承构件80的相对侧上，从而限制按钮51在该方向上的倾斜。

因此，第二按钮组件50中的第一止动件元件81和第二止动件元件82具有类似于第一按钮组件10中的副轴承球45和弹簧臂46的减小倾斜程度的效果。相应地，这些特征可以在第一按钮组件10和第二按钮组件50中互换。

本文描述的按钮组件可以被修改以使它们防水。例如，当按钮组件被布置在外壳中和/或集成到电子设备中时，可按压表面被暴露，使得它可以被用户按压。然而，这可能导致可按压表面和电子设备的外壳或壳体之间的小间隙。间隙可以填充密封剂，这可以防止液体进入外壳/壳体。附加地或替代地，SMA线可以涂有绝缘材料。卷曲的SMA线的端部可以涂有密封剂。涂层可以是保形绝缘涂层，如聚对二甲苯。如果SMA线被涂覆，但是间隙没有被密封，液体可能能够进入按钮组件，但是保形涂层可以防止液体进一步流入外壳/壳体。

本领域技术人员将认识到，虽然前文已经描述了被认为是最佳模式的内容和在适当的情况下的执行本技术的其他模式，但是本技术不应该局限于在优选实施例的本描述中公开的特定配置和方法。本领域中的技术人员将认识到，本技术具有宽的应用范围，并且实施例可以采用宽范围的修改，而不偏离如在所附权利要求中所定义的任何创造性概念。

Claims (28)

1.一种按钮组件，包括：

按钮，其具有可按压表面；

接触部分，其在所述按钮下面，所述接触部分是可下压的；

传感器装置，其被布置成感测所述接触部分的下压；

形状记忆合金致动器，其被布置成在相对于所述按钮被按压时的行程方向的横向方向上驱动所述按钮相对于所述接触部分的移动；以及

至少一个主轴承元件，其被布置成在所述按钮被按压时接触并下压所述接触部分，以及在所述按钮被按压时，在不中断与所述接触部分的接触的情况下承载所述按钮在所述横向方向上的所述移动。

2.根据权利要求1所述的按钮组件，其中，所述至少一个主轴承元件连续地接触所述接触部分，并在其上支撑所述按钮。

3.根据权利要求1或2所述的按钮组件，其中，所述至少一个主轴承元件与所述可按压表面的几何中心对齐。

4.根据任一前述权利要求所述的按钮组件，其中，所述至少一个主轴承元件包括多个轴承元件，所述多个轴承元件沿着与所述可按压表面的几何中心对齐的中心线布置。

5.根据任一前述权利要求所述的按钮组件，其中，所述按钮组件还包括：

支撑件，所述接触部分安装在所述支撑件上；以及

从所述按钮突出的至少一个止动件元件，所述至少一个止动件元件通过限制所述按钮的倾斜的间隙与所述支撑件间隔开。

6.根据权利要求5所述的按钮组件，其中，所述至少一个止动件元件包括设置在所述至少一个主轴承元件的相对侧上的止动件元件。

7.根据权利要求6所述的按钮组件，其中，所述止动件元件在所述横向方向上设置在所述至少一个主轴承元件的相对侧上，并且所述形状记忆合金致动器被布置成驱动所述按钮在所述横向方向上的所述移动。

8.根据权利要求1到4中的任一项所述的按钮组件，其中，所述按钮组件还包括：

至少一个弹性元件，其横向布置在所述主轴承元件旁边；以及

至少一个副轴承元件，其与所述弹性元件接触并在其上支撑所述按钮，所述弹性元件被布置成适应所述按钮的行程，并且所述至少一个副轴承元件被布置成承载所述按钮在所述横向方向上的所述移动，以减小所述按钮的倾斜。

9.根据权利要求8所述的按钮组件，其中，所述至少一个副轴承元件包括设置在所述至少一个主轴承元件的相对侧上的副轴承元件。

10.根据权利要求9所述的按钮组件，其中，所述副轴承元件在横向方向上设置在所述至少一个主轴承元件的相对侧上，并且所述形状记忆合金致动器被设置成驱动所述按钮在所述横向方向上的所述移动。

11.根据任一前述权利要求所述的按钮组件，其中，所述形状记忆合金致动器包括至少一根形状记忆合金线。

12.根据权利要求11所述的按钮组件，其中，所述SMA线的直径是100微米或更小。

13.根据权利要求11或12所述的按钮组件，其中，所述形状记忆合金线的两端相对于所述接触部分固定，并且所述形状记忆合金线在中间位置处绕形成在所述按钮上的保持部分勾住，使得从所述保持部分延伸的所述形状记忆合金线的两个部分被布置成并行驱动所述按钮在所述横向方向上的所述移动。

14.根据权利要求13所述的按钮组件，其中，所述至少一个主轴承位于从所述保持部分延伸的所述形状记忆合金线的两个部分之间。

15.根据权利要求13或14所述的按钮组件，其中，从所述保持部分延伸的所述形状记忆合金线的两个部分位于所述按钮的可按压表面下面。

16.根据权利要求13至15中的任一项所述的按钮组件，还包括至少一个弹性偏置元件，所述至少一个弹性偏置元件被布置成弹性偏置所述形状记忆合金致动器，其中所述至少一个弹性偏置元件位于从所述保持部分延伸的所述形状记忆合金线的两个部分之间。

17.根据权利要求1至15中的任一项所述的按钮组件，还包括至少一个弹性偏置元件，所述至少一个弹性偏置元件被布置成弹性偏置所述形状记忆合金致动器。

18.根据任一前述权利要求所述的按钮组件，其中，所述轴承元件或每个轴承元件是球轴承。

19.根据权利要求1至17中的任一项所述的按钮组件，其中，所述轴承元件或每个轴承元件是从所述按钮突出的滑动轴承构件。

20.根据任一前述权利要求所述的按钮组件，其中，所述接触部分包括第一开关元件，并且所述传感器装置包括第二开关元件，所述第二开关元件被布置成使得所述接触部分的下压使所述开关元件电接触。

21.根据权利要求1到19中的任一项所述的按钮组件，其中，所述传感器装置包括应变仪。

22.根据权利要求21所述的按钮组件，其中，所述应变仪固定到所述接触部分。

23.根据权利要求21或22所述的按钮组件，其中，所述应变仪包括薄片，所述薄片的电阻随着所述薄片的应变而变化。

24.一种用于使用根据权利要求1至23中的任一项所述的按钮组件传递触觉的方法，所述方法包括：

感测所述接触部分的下压；以及

向所述形状记忆合金致动器施加驱动信号以驱动所述按钮相对于所述接触部分的移动。

25.根据权利要求24所述的方法，还包括：

在施加所述驱动信号之前，从一组驱动信号中选择驱动信号，其中每个驱动信号提供特定的触觉效果。

26.一种非暂时性数据载体，其携带用于实现根据权利要求24和25中的任一项所述的方法的处理器控制代码。

27.一种用于使用根据权利要求1至23中的任一项所述的按钮组件传递触觉的电路，所述电路包括：

检测模块，其用于感测所述接触部分的下压；以及

驱动模块，其用于向所述形状记忆合金致动器施加驱动信号，以驱动所述按钮相对于所述接触部分的移动。

28.根据权利要求27所述的电路，其中，在施加所述驱动信号之前，所述驱动模块从一组驱动信号中选择驱动信号，其中每个驱动信号提供特定的触觉效果。

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