CN1162828A

CN1162828A - 按键开关

Info

Publication number: CN1162828A
Application number: CN 96116552
Authority: CN
Inventors: 王烱中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-24
Filing date: 1996-10-24
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2016-10-24
Also published as: CN1044165C

Abstract

本发明是一种按键开关，主要特点是，包含有一按键扫描装置，该扫描装置系由结合在键帽上的碳粉心和一薄膜板构成，薄膜板上在预定位置制有期望数目的供碳粉心通过的孔洞，并在该薄膜板之上、下表面分别印刷有围绕于孔洞周围的金属箔，构成交叉感应的结点。本发明具有结构简单，按键动作稳定，无鬼键、无错字、不漏字，启动点行程可调整，及防水、防尘性好等优点。

Description

按键开关

本发明是关于一种开关，更确切地说，是一种按键开关。

常用的按键开关，如键盘、家电用品上的按键及遥控器、工业用大电流控制开关等，对防水性、防尘性方面之设计，并不理想，同时按下多键时，常有错误讯号、跳火等现象，尤其在快速键入时，常会出现漏字的情形，并且，使用寿命亦较短。

为能较清楚地说明按键开关的现有技术，请先参阅下述的图1至图6。最早的按键开关是金属机械式的，其开/关操作皆由弹簧片接触造成，如图1所示，该开关1主要由键帽11、柱塞12、弹簧13、固定弹簧片14及活动弹簧片15构成。按下键帽11时，柱塞12向下运动，迫使活动弹簧片16的接点16与固定弹簧片14接触，而形成″开″操作(见图2)；放开键帽11时，弹簧13之力量将柱塞12顶回原位，使弹簧片15和14分开，而形成″关″操作(如图1)。由于键盘、打字机等产品需求的按键数量较多，故需配合电子电路作矩阵式扫描，而矩阵接触式扫描，则因其电子特性，当同时按下矩阵中三键(含)以上时，常会跑出不必要的错键讯号，即所谓之″鬼键″(Ghost Key)，其情况如图3所示。为解决鬼键(多字)问题，乃于每个按键上加入一只二极管19，如图4所示，但此项技术终因成本太高而逐渐被市场淘汰。除了成本问题外，机械式按键开关尚有寿命太短、不能防水，且必须使用电路板等缺失。

为解决机械式按键开关的缺点，故发展出电容式开关2，如图5所示，其乃利用电容原理，于按键内加入海绵21及锡箔22，并配合电路板23，在每个接触位置24的外围包以地线25(参阅图5a)。按键时，因电容之变化产生讯号，则可不必加上二极管19而解决了鬼键问题。如此，虽成本稍有降低；但因其电容量变化很小，且因人体具有静电效应，故极不稳定，有随时乱出讯号之虞，又因其结构有海绵及锡箔，海绵遇水即硬化，故防水性差，并导致寿命极短，且必须配合电路板，不符合环保原则。目前已完全在市场上消失。

迩后，又出现无接触式感应开关(Contactless Induc-tive)，其情况是使用双面电路板，开关上加上铁心，按键时穿出电路板，再以变压器之线圈放大讯号。然而，此一设计的缺点不少，既无法有效控制其启动点行程(On/Off Po-int Travel)，且必须使用放大线圈及双面电路板，故无防水性，对电子线路元件的公差要求极高，一般生产非常困难，成本亦过高，目前也已被淘汰。

最近几年，IBM公司率先推出了一项新开关技术，即薄膜式开关(Membrance Switch)，如图6所示，该开关3是在云母片31、32和33之上、下层分别印上银箔34、35作为接触产生讯号的接点。诚如前述机械式开关一样，其仅仅是将电路板改成云母片，弹簧片变成银箔，是故鬼键问题仍然存在。由于云母片上很难固着二极管，就算用特殊方法接上了，成本将高得惊人。当然，IBM公司也考虑到这点，故又提出一个牺牲功能的替代方案，用韧体(Firmware)将鬼键去除，而容许失去讯号，亦即当使用者同时按下多键时(多于三键)，第三键以后的讯号不必理会，由韧体自动去除，故若键入的速度太快，会有漏字情形出现，虽然牺牲了此一功能，且不可能完全防水，但这是唯一可降低成本、解决问题的方法，已比先前技术实用许多。

本发明的主要目的是提供一种崭新的按键开关，即使同时按下多键，亦无多字、错字及漏字现象。另一目的是使能简单地调整启动点行程，以适应使用者按键轻重不同的习惯。再一目的是使本发明按键开关确实能实现防水、防尘，并且其结构简单，生产容易，造价便宜。

实现上述目的的本发明包含有一按键扫描装置、一类比多工器、一信号放大器、一信号触发装置、一启动点调整装置、一信号回授装置、一信号锁定装置、一信号消除装置、一中央处理单元(CPU)、一解码器、一输入/输出连接器、一共振器、一指示显示装置以及一电流控制装置。所说按键扫描装置包含有一结合在键帽上的一段无磁性碳粉心和一单层式薄膜板；该薄膜板上在预定位置制有期望数目的供无磁性碳粉心通过的孔洞，并在该薄膜板之上、下表面分别印刷有围绕于孔洞周围的金属箔，构成交叉感应的结点；无磁碳粉心设置在薄膜板上方，使其随键帽之压放而可进出对应的孔洞。如此所说的本发明，当按键时，碳粉心会因扫描而有电流流动，并产生微量磁力，再因按键产生之作用力，使碳粉心循孔洞穿透薄膜板，导致下方之回复讯号线产生微电流讯号，而后经类比多工器选择回复讯号来源，再经放大器放大讯号，并由信号回授装置回授消除不稳定之杂讯或灰色电压阶，再经电子电路，读回启动点设定值，调整开/关之“致能位准”，最后由信号锁定装置读回讯号并消除之。这里所说的“致能位准”是指触发器能工作的位准；调整开/关之“致能位准”，即为调整触发器上下开/关的工作位准。

本发明中，信号之抓取系以“安培定则”方式形成，由电流转换成磁场，加上作用力，再转换为电流，并以中央处理器扫描单键而选择。

为实现能简单地调整启动点行程，本设计在启动点调整装置包含有一供调整开/关之行程的可变电阻。

为使本发明按键开关能更好地实现防水、防尘，可在薄膜板的上、下表面被覆一层绝缘漆。

本发明的优点是，按键动作非常稳定，无鬼键，无错字、不漏字，启动点行程可调整；结构简单，材料成本低，防水、防尘性好；再配合半导体技术，可将本发明的技术制成ASIC，提高产品质量和产量，进而大量降低成本。

本发明的一个较佳实施例如附图所示。以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

附图说明：

图1为现有机械式按键开关于″关″状态的剖面图。

图2为现有机械式按键开关″开″操作时的剖面图。

图3为现有机械式按键开关鬼键发生原因的示意图。

图4为现有机械式按键开关消除鬼键方法的示意图。

图5为现有电容式按键开关的示意图。

图5a为图5中之电路板局部上视图。

图6为现有一种薄膜式按键载关的剖视示意图。

图7为本发明的线路方块图。

图8为本发明启动点调整装置线路图。

图9为本发明按键结构之简单示意图。

图10为本发明初步讯号抓取示意图。

图1至图6是现有技术的一些附图，并已在前结合本发明的技术背景作了必要说明，故在此不再重复说明。

首先请参阅图9、图10。图中标号55为单层式薄膜板，在其预定位置上钻有期望数目的孔洞56，对应该孔洞56的上方设有结合于键帽上的无磁性碳粉心57，该碳粉心57随键帽之压放而可进出孔洞56(因其运用之技术与机械式开关大体相同，故在此不再作进一步说明)。薄膜板55之上、下表面上分别印刷有围绕于孔洞56周围的银箔58、59，构成交叉感应的结点，其中，银箔58为扫描线S，银箔59为回复线R。本实施例中，该薄膜板55的上、下表面被覆有一层绝缘漆。如此的按键结构，当按键时，即可使碳粉心57循孔洞56而穿透薄膜板55，形成“开”操作，其抓取信号以“安培定则”方式形成，由电流转换成磁场，加上作用力，再转换为电流，并以中央处理单元扫描而作单键选择；当手放开按键时，碳粉心57即离开孔洞56而复归原状，形成“关”操作。

图7示出了本发明开关的电子控制线路，由图见，该线路由按键扫描装置41、类比多工器42、信号放大器43、信号触发装置44、启动点调整装置45、信号回授装置46、信号锁定装置47、信号消除装置48、中央处理单元(CPU)49、解码器50、一输入/输出连接器51、共振器52、指示显示装置以及一电流控制装置按一定的连接条件构成。该线路的工作方式是：(1)、一次扫描一个键(常用技术中一次扫描一条)；(2)、由输入/输出连接器51扫描；(3)、回复讯号线返回读入讯号，经类比多工器42作选择性传输；(4)、藉加入信号放大器43及回授控制装置46回授控制，以提高感度及消除干扰；(5)、替信号触发工作，定出上下限，作为读取致能开/关点的高低位准判定依据；(6)、按键信号锁定，以供中央处理单元49读取，并防止突波、杂讯等干扰；(7)、按键信号送回中央处理单元49处理；(8)、回授消除已读取的按键信号。

由图8所示启动点调整装置线路图见，在信号放大器43与触发装置44(本实施例中采用史密特触发器)间装有一只可变电阻40，则调整该可变电阻40，即可简单地改变按键的启动行程，以符合使用者按键轻重的不同习惯。

以下再结合图9及图10对本发明的动作原理及讯号处理方式再作较详细地叙述。本发明的扫描部分全部接于一点，并以同一电阻拉到高电位，故当扫描“低电位”时，将有电流通过电阻流向扫描线S(A)或扫描线S(B)，因同一电阻来源，故电流非常稳定，而扫描线S(A)及扫描线S(B)又为开集极，所以不影响电流。当使用者按键时，碳粉心57会因扫描而有电流流动，并产生微量磁力，再因按键产生的作用力，使碳粉心57循孔洞56而穿透薄膜板55，导致下方之回复讯号线59产生微电流讯号，请同时参阅图7，该讯号经类比多工器42选择回复讯号来源，再经放大器43放大讯号(电流或电压放大)，并由信号回授装置46回授消除不稳定之杂讯或灰色电压阶，再经电子电路，读回启动点设定值，调整触发器上下开/关的“致能位准”，最后由信号锁定装置47读回讯号并清除之。

Claims

1，一种按键开关，其特征在于：包含有一按键扫描装置(41)、一类比多工器(42)、一信号放大器(43)、一信号触发装置(44)、一启动点调整装置(45)、一信号回授装置(46)、一信号锁定装置(47)、一信号消除装置(48)、一中央处理单元(CPU)(49)、一解码器(50)、一输入/输出连接器(51)、一共振器(52)、一指示显示装置(53)以及一电流控制装置(54)，其中，

A，按键扫描装置(41)包含有一结合在键帽上的一段无磁性碳粉心(57)和一单层式薄膜板(55)；该薄膜板(55)上在预定位置制有期望数目的供无磁性碳粉心(57)通过的孔洞(56)，并在该薄膜板(55)之上、下表面分别印刷有围绕于孔洞(56)周围的金属箔(58、59)，构成交叉感应的结点；无磁碳粉心(57)设置在薄膜板(55)上方、使其随键帽之压放而可进出对应的孔洞(56)。

B，当按键时，碳粉心(57)会因扫描而有电流流动，并产生微量磁力，再因按键产生之作用力，使碳粉心(57)循孔洞穿透薄膜板(55)，导致下方之回复讯号线产生微电流讯号，而后经类比多工器(42)选择回复讯号来源，再经放大器(43)放大讯号，并由信号回授装置(46) 回授消除不稳定之杂讯或灰色电压阶，再经电子电路，读回启动点设定值，调整开/关之“致能位准”，最后由信号锁定装置(47)读回讯号并消除之。

2，根据权利要求1所述按键开关，其特征在于，其中信号之抓取系以“安培定则”方式形成，由电流转换成磁场，加上作用力，再转换为电流，并以中央处理器(CPU)扫描单键而选择。

3，根据权利要求1所述按键开关，其特征在于，其中启动点调整装置包含有一供调整开/关之行程的可变电阻(40)。

4，根据权利要求1所述按键开关，其特征在于，其中薄膜板(55)的上、下表面被覆有一层绝缘漆。