CN1128401A - 内部发光的按钮开关单元 - Google Patents

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Abstract

一种改进的内部发光的按钮开关单元，作为一个组件其包含：上部片状元件，由第一弹性片和钮顶部分整体构成；下部片状元件，由第二透光弹性片和一定位板加压件整体构成，位于下部片状元件的下方的光导板；位于下部片状元件下方的定位板；位于下部片状元件的电路板；以及位于下部片状元件下方和电路板上方的光源，第一和第二弹性片中的至少任一个弹性片装在带有着色层的各表面中的至少一个表面上。

Description

内部发光的按钮开关单元
本发明涉及一种新颖的内部发光的按钮开关单元，或者更确切说，涉及这样一种内部发光的按钮开关单元，其即使在黑暗的位置也能被识别，并用作在各种电子装置上的开关单元，该电子装置安装在运动物体例如车载音响装置、汽车电话之类以及在用于办公室和家庭的电子装置包括便携式计算器、电话之类上使用。
为了能保证即使在黑暗的位置下识别或例如在钮顶部上的标记外观的能见度，以前已经对可供使用的按钮开关单元提出了各种提议和进行尝试。一种方案是利用一种可发光的按钮开关单元，其中用于按钮开关的覆盖元件装在一个发光体例如LED(发光二极管)上。附图13描述了这样一种可发光的按钮开关单元的实例，该单元通常由基底部分27、上升部分26以及钮顶部分21构成，它们均由透光材料制成，其中在其下表面带有一个由导电材料构成的动触点的钮顶部分21装在单元的顶表面上，其上具有由具有透孔23的遮光着色层24所覆盖的透光层22，以便显示例如文字、记号、符号标志之类的标记，同时光源25例如LED之类装在基座部分27中的某处。
用于制造上述可发光的按钮开关单元的覆盖元件的典型方法包含的步骤是，在由透光材料制成的钮顶部分21的顶表面上进行网板印刷形成透光着色层22，然后形成遮光着色覆盖层24，以便覆盖钮顶部分的顶表面和侧表面，接着通过形成透孔23以便显示利用激光刻制器之类形成的标记。适宜用作覆盖元件的材料的实例包括硅橡胶和有机热塑性的弹性体例如以氨基甲酸乙酯为基的上述物质以及其它，这是根据透光度要求以便保证能见度以及根据回弹性的要求，以便保证开关动作提出来的。
来自光源25的光进入在基座部分27处的覆盖元件并且通过覆盖元件到达钮顶部分21，并且经由遮光着色层24的顶表面上形成标志的透孔23向外发光。由于在透孔23中的透光层22上形成具有一种适当颜色例如白色的半透明的光漫射层，由来自光源25的光均匀照射由透孔23限定的标记，使得当该半透明的光漫射层为浅颜色时，由于与遮光着色层24相对比，使得在黑暗位置以及在良好照明位置均能形成良好的能见度。
上述类型的按钮开关覆盖层必须满足几个要求：1)应当保证操作开关时指端运动的推动作用平稳；2)由推动的手指能够感到动触点相对定触点的转换移动具有可靠性；3)在多次重复转换动作之后，可以在很长时间内维持在钮顶的顶表面上显现的标记的能见度，如此等等。关于第一个要求，由于由以橡胶为基的材料例如硅橡胶或一种有机热塑性的弹性体本身具有的胶粘性不能保证指端运动的推动作用充分平稳性，现行使用的按钮开关覆盖元件不能总是让人满意。近些年来，考虑到对于按钮开关覆盖层的要求，该覆盖层越来越降低高度，采取的一人措施是降低上升部分26的高度，以便当在转换操作过程中由于卡搭接触通过手指端感觉上升部分26的弯曲和回弹而感知可靠性，由于按钮开关的推动行程降低，使上述第二个要求不太得到满足。由于多次重复推动作用的结果，由于摩擦引起的磨损也使对于标记的持久能见度的第三个要求不能总是满足的。
因此本发明的一个目的是提供一种新颖的改进的内部发光的按钮开关单元，其不存在上述问题以及在上述先有技术的常规的内部发光的按钮开关单元中的缺点。
因此，本发明的内部发光的按钮开关单元是一个组件，其包含：
(a)上部片状元件，其由第一弹性片和钮顶部分整体构成，第一弹性片具有这样一种透光性使得能够保证图像的能见度，而钮顶部分由透光的合成树脂构成，具有的肖氏D级硬度至少为40，并且在第一弹性片的上表面上隆起；
(b)下部片状元件，其由第二透光弹性片和由透光材料制成的，在第二弹性片的下表面上伸出的定位板加压件整体构成，下部片状元件位于上部片状元件(a)的下方；
(c)位于下部片状元件的下方的光导板；
(d)位于下部片状元件下方的定位板；
(e)位于下部片状元件的电路板；以及
(f)位于下部片状元件下方和电路板上方的光源，至少第一和第二弹性片的其中的任一个装在具有着色层的各表面的其中至少一个表面上。
图1到图3每一个均表示本发明的内部发光的按钮开关单元的一个实例的竖直断面图。
图4是表示在本发明的内部发光的按钮开关单元中的上部片状元件的一个实例的透视图。
图5是表示在本发明的内部发光的按钮开关单元中的下部片状元件的一个实例的透视图。
图6到图12每一个均表示在本发明的内部发光的按钮开关单元中的由上部片状元件和下部片状元件构成的组件的实例的竖直断面图。
图13是表示常规的内部发光的按钮开关单元的一个实例的竖直断面图。
如上所述，本发明的内部发光的按钮开关单元的各个部分都是由具有透光性的聚合材料制成的，而术语“透光性”在这里意指，在元件一侧的图像能够通过该元件在元件的另一侧由观察者识别，使得该元件不必要求保持完全透明，不含着色剂或粉末材料。
本发明的内部发光的按钮开关单元的主要部分包括：(a)由第一弹性片和在第一弹性片的上表面上向上隆起的钮顶部分整体构成的上部片状元件，(b)在上部片状元件(a)下方的下部片状元件，其由第二弹性片和在第二弹性片的下表面上向下伸出的定位板加压件整体构成，(c)光导板，(d)定位板，(e)电路板以及(f)光源，各个部分(c)、(d)、(e)和(f)每个都位于下部片状元件(b)的下方。
图1以竖直断面图的方式介绍了本发明的内部发光的按钮开关单元的一个典型实例。在该图中，上部片状元件A由第一弹性片1和钮顶部分2整体构成，第一弹性片1具有透光性，带有遮光着色层3和透光着色层4，在其下表面上设有通过印刷形成的标记以便表示该开关单元功能，该标记占满遮光着色层3中的开孔，而钮顶部分2由透光的合成树脂制成，具有肖氏D级硬度至少为40，由第一弹性片1的上表面向上隆起。位于上部片状元件A下方的下部片状元件B由第二透光弹性片5和定位板加压件6整体构成，加压件6由透光材料制成，在正对钮顶部分2下方的第二弹性片5的下表面上向下伸出。在下部片状元件B的下方设有光导板7、定位板8、电路板9和光源10，同时动触点12装在定位板18的下表面上，一对定触点11装在电路板9上，面对动触点12。这种组件作为一个整体包含在外壳13之内。
由于在图1中介绍的开关单元中的第一弹性片1和钮顶部分2都是由透光材料制成的，借助于由下方光源10的照明，从上方清晰地识别在遮光着色层4的表面上通过印刷形成的标记，由于印刷的标记决不会直接与指端接触，避免磨损而绝对安全，从而保证持久的识别能力。当用于指端或其它物体向下按动钮顶部分2时，在下部片状元件B的第二弹性片5的下表面上伸出的定位板加压件6通过定位板8向下推动可动触点12，使得在动触点12和在电路板9上的定触点11之间的电路闭合。由定位板8的定位动作引起各个部分的移动，使得开关操作者在指端感受到定位的可靠接触的感觉。
构成第一弹性片1的透光弹性材料的实例包括各种硅橡胶和热塑性弹性体例如以氨基甲酸乙酯为基的弹性体。构成钮顶部分2的透光树脂材料的实例包括丙烯酸和异丁烯酸树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂，聚酯树脂，聚碳酸酯树脂，二甲基二苯基有机多分子硅醚树脂等等，该材料的肖氏D级硬度必须为40或其以上。在第一弹性片1的下表面上的遮光着色层3例如由一种例如为硅橡胶与颜料或例如为碳黑之类的填充剂的混合物制成。占满在遮光层3中的开孔的透光弹性层4例如由透光的硅橡胶和一种适当的着色剂的混合物制成。假如需要，利用例如由与遮光颜料例如二氧化钛相混合的液态氨基甲酸乙酯树脂制备的糊状印刷剂进行印刷，在透光着色层4的下表面上形成标记。
在下部片状元件B，利用可与在上部片状元件A中的第一弹性片1构成材料相同的一种透光的弹性体构成第二弹性片5。不必特别限定，可以由具有适当硬度的一种硅橡胶构成定位板加压件6。
另外还用作下部片状元件B和定位板8或电路板9之间的衬垫的光导板7由一种高透光材料制成，例如丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、硅橡胶之类材料。在其下表面上带有动触点12的定位板8用以对操作者的指端提供卡搭接触的感觉，所以该材料要求在刚性和回弹性之间具有良好的平衡。适宜材料的实例包括例如聚酯树脂的各种合成树脂和例如为铝或铝基合金的金属材料。电路板9由酚醛树脂、聚酯树脂之类制成。不需特别限定，光源10可以为一LED或一指示灯。
图2介绍图1中所示的本发明的开关单元的一种改型。在图1中的定位板8作为一整体并用作为光导板7和电路板9之间的衬垫，在这个实施例中，定位板8被分成圆帽状的定位板8′和垫片19。当由金属材料制成定位板8′时，可以将图1中的动触点12略去。在这个实施例中希望，如在钮顶部分2中一样由具有高硬度的刚性树脂制成定位板加压件6。
在图3所表示的第三实施例中，略去了图1中的在定位板8下表面上的动触点12和在电路板9上的定触点11，代之以将触点14装在定位板加压件6的下表面上，定位板8在面向定位板加压件6的上表面上装有片15，其由聚酯树脂类制成，具有高回弹性并带有一对触点11′，使得能在定位板加压件6和定位板8之间产生开关动作。
图1到图3每个都表示对于一单个开关单元的实施例，当然可以任选该单元为一个包含多个开关单元的整体构成的多开关单元，如图4所示，多开关单元的上部片状元件A包含按照上下和左右为3乘3个分布的方式的9个单元以及9个钮顶部分2。当然，这种多元件的上部片状元件A可以和具有9个定位板加压件6的如图5所示的(上下侧)多元件的下部片状元件B相结合。
根据图1到图3所示的第一到第三实施例可以进行各种改型。在图6所示的一个实施例中，略去了占满遮光弹性层3的开孔的透光弹性层4，使得不再提供通过在该层4下表面上进行印刷形成的标记。代之以在遮光弹性层3中的开孔以透孔结构形成，其外形轮廓按照所希望标记的形状，例如文字、记号、符号之类，使得观察者在内部发光的条件下由上方可以识别该标记。
在图7所示实施例中，透光着色层4′形成在钮顶部分2的顶面上。当该着色层4′的色调对在第一弹性片1的下表面上的遮光着色层3形成高反差时，即使在光线良好的位置，也可以清晰地识别由该层4′所提供的标记。
在图8所示的实施例中，遮光着色层4不是形成在上部片状元件A的第一弹性片1的下表面而是在其上表面上。在遮光层3中的开孔被由树脂制成的钮顶部分2所占满。在图9所示的实施例中，遮光着色层3和透光着色层4不是装在上部片状元件A的第一弹性片1的下表面上而是装在下部片状元件B的第二弹性片5的上表面上。在图10所示的实施例中，遮光着色层3和透光着色层4不是彼此直接接触，而是前者装在上部片状元件A的第一弹性片1的下表面上，后者装在下部片状元件B中的第二弹性片5的上表面上。
在图11所示的实施例中，该图表示3件多开关单元，每个定位板加压件6可以附加在下部片状元件B的第二弹性片5中的凹槽16内，围绕加压件6形成薄壁的区域，使得可以用比在图1中所示实施例中要小的力将加压件6按下。在图12所示实施例中，在上部片状元件A中的第一弹性片1各处设有一些凹槽或腔17，而下部片状元件B中的第二弹性片5则具有一些凸起18，每个凸起18的位置与在第一弹性片1中的其中一个腔17相对应，使得当将钮顶部分2按下时，以凸起18插入腔17的方式使腔17和凸起18实现啮合，以便防止上下片状元件A和B的相对位移。
当包含作为一套的多个上部片状元件A和作为一套的多个下部片状元件的多开关单元构成时，可以任选，即各下部片状元件B单独以一个整体的多下部片状元件成形，以及各上部片状元件A与其按几组方式相结合，每一组在结构、颜色或其它方面彼此不同，或者各上部片状元件A单独按照一个完整的多上部片状元件A成形，以便和具有不同功能的几组下部半片状元件B相结合。
当在上部和下部片状元件中的第一和第二弹性片中的任一个或两个分虽装上遮光和透光着色层中的一个或两个时，这些着色层用于显现表示各个开关单元的功能的标记或者赋于开关单元以装饰感。
对于钮顶部分的基本要求在于，除了对于肖氏D级硬度的要求之外，从上方通过钮顶部分能够看见在着色层下方或在着色层之上的标记。在谈到上述通过观察需满足能见度而言，并不总是要求钮顶部分的材料是高度透明的。例如，通过混合少量的色剂使树脂材料呈浅颜色着色或者为了赋予美丽的闪光的外观，与少量的金属粉末相混合。
可以通过将钮顶部分整体模压在事前形成的弹性片上的方法制备由第一弹性片和钮顶部分整体构成的上部片状元件，或者可以将分别制备的弹性片和钮顶部分粘接来制备上部片状元件。
与常规的按钮开关覆盖元件相比，在常规技术中，表示各个开关器件功能的标志以在钮顶表面上的凸起层的形式利用网板印刷或垫式印刷(pad printing)，在本发明的开关单元中的标记总是设在上部或下部片状元件的弹性片上，没有暴露在钮顶部分的顶面上，产生的优点在于，标记具有较好的外观和图像质量，钮顶表面的平整度和光滑度决不会由于标记而降低以及该标记可免于被磨损，保证了长的使用寿命。
在下文中通过举例的方式更详细地说明本发明的按钮开关单元。实例1
用于钮顶部分的金属模具的刻制腔体用液态的热固性的丙烯酸类树脂的预聚物充满，其在金属模具中被加热以便固化成为具有透光性的钮顶部分。固化之后的钮顶部分具有肖氏D级硬度为40或其以上。在此之后，将用于模压弹性片的同一金属模具的刻制腔体用透光的硅橡胶混合物注充以便覆盖先前形成的钮顶部分，混合物是按重量计100份硅像胶化合物(KE941U，Shin—Etsu ChemicalCo.生产品)和按重量计2份由制造商推荐的固化剂(C-2，由先前同一公司的生产品)的混合物，通过在压力下进行加热，该硅橡胶混合物被固化，因此得到由硅橡胶片和钮顶部分构成的整体片状元件。
在邻近的位置，通过在下表面上进行印刷形成具有用于形成一个字母的透孔的遮光着色层，即弹性片的背向钮顶部分的表面以及在其上的透光着色层通过整个表面进行印刷而形成标记，以便充满在遮光着色层中的透孔，使得完成上部片状元件。
采用与上述相似的方式，通过对定位板加压件采用相同液态的丙烯酸类树脂和对第二弹性片采用相同的硅橡胶混合物，在金属模具中另外制备由第二透光弹性片和定位板加压件整体构成的下部片状元件。
将因此制备的上部和下部片状元件安装在塑料树脂制成的外壳中，一起安装的还有：由聚酯树脂制的，在与定位板加压件相对的位置上具有动触点的定位板、由聚碳酸酯树脂制成的光导板、作为光源的LED以及一电路板，在电路板上面向定位板上的动触点的位置上有一对定触点，从而制成本发明的内部发光的按钮开关单元。
通过实际开关转换操作，这种按钮开关单元的实验鉴定结果是非常令人满意的，在钮顶表面上没有胶粘性，并且使操作者的指端有非常明显的卡搭接触的感觉。当用在黑暗位置时，由透光着色层形成的标记通过钮端部分的识别能力是优异的。无须说，即使在很多次重复转换操作之后，由于没有磨损，标记绝对没有毛病。实例2
除去如下部分以外，即在下部片状元件中定位板加压件是由硅橡胶混合物而不是丙烯酸类树脂模压，在定位板加压件的朝下的表面上形成导电层，以用作动触点以外，由上部片状元件和下部片状元件构成的组件一般与在实例1中相同。
由铝制备定位板，并且代替在电路板上形成的各定触点，具有通过印刷形成导电图形的聚酯薄膜用作定触点，将该薄膜装在铝制的定位板上面向定位板加压件的表面上，将上部和下部片状元件以及定位板与光导板、LED和电路板一起安装在外壳中，以便完成一个内部发光的按钮开关单元。
这种开关单元的实验鉴定结果与实例1一样令人满意。

Claims (3)

1.一种内部发光的按钮开关单元，作为一个组件其包含：
(a)上部片状元件，其由第一弹性片和钮顶部分整体构成，第一弹性片具有这样一种透光性，通过它能保证图像的能见度、钮顶部分由透光合成树脂构成，具有的肖氏D级硬度至少为40，由第一弹性片的上表面上隆起；
(b)下部片状元件，由第二透光弹性片和一定位板加压件整体构成，该加压件透光材料制成并由第二弹性片的下表面上伸出，下部片状元件位于在上部片状元件的下方；
(c)位于下部片状元件下方的光导板；
(d)位于下部片状元件下方的定位板；
(e)位于下部片状元件下方的电路板；以及
(f)位于下部片状元件下方和电路板上方的光源，第一和第二弹性片中的至少任一个装在具有着色层的各表面中的至少一个表面上。
2.如权利要求1所述的内部发光的按钮开关单元，其中第一和第二弹性片中的至少任一个弹性片装有一个透光着色层和一个具有一开孔的遮光着色层，该开孔在利用光源照明的条件下通过钮顶部分能够看到透光着色层。
3.如权利要求1所述的内部发光的按钮开关单元，其中的定位板在其下表面上具有一动触点，电路板具有面向动触点的一对定触点，使得当钮顶部分被按下时，实现一对定触点与动触点相接触。
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