CN1619737A - 具有硬板带的薄膜开关 - Google Patents

Abstract

一种薄膜开关提供了大体刚性的前板带而无需弯曲限制间离器等。薄膜开关使用薄的，印刷绝缘点，点的图案控制驱动开关元件所需要的力，力是离开关元件的距离的函数，从而防止多路启动。

Description

具有硬板带的薄膜开关

相关申请的交叉引用

本申请是以2003年9月22日提交的美国临时申请60/504,921和2003年11月14日提交的美国临时申请60/520,206为基础并要求该申请的权益，这里引入这两个申请作为参考。

发明背景

本发明涉及电薄膜开关，特别涉及具有或黏附到坚硬的前表面或板带上的薄膜开关。

薄膜开关在本领域中是公知的，它们通常使用一对具有印制在它们的面对表面上的对置触点的层叠柔韧薄膜。除在触点周围的区域以外，间隔层把薄膜分开，让手指或类似物的压力使薄膜之一变形，从而它的触点接触到另一薄膜的触点，闭合电开关。一旦闭合力被消除，薄膜的自然回弹力就使两触点分开。电导体也印刷在薄膜的面对表面上，以便把电信号传入和传出触点。

通常，一个薄的塑料装饰物被黏附到薄膜开关的前表面上，把按钮的位置和它们的功能显示给用户。

单一薄膜可以支撑多个触点，使得薄膜开关成本有效地解决了多开关控制面板等问题。薄膜开关的连续前薄膜把开关触点密封起来防止污染，由于这个原因，薄膜开关经常用在潮湿或有污染的环境中。

薄膜开关具有一些缺点。虽然薄膜本身是抗污染和容易清洁的，但它是软的，易受磨耗或损害。薄膜必须经常应用在装置或其它设备的外壳上方，它们被暴露而损坏。薄塑料薄膜的共同外表和感受限制了设计者在宽广的设计美学范围内进行实验研究。

在美国专利5,747,757中Van Zeeland解决了损坏薄膜的问题，该专利把薄膜开关安排在防止故意破坏的金属薄面板的后面。Van Zeeland还建议交替地使用塑料例如Lucite Kevlar或玻璃。正如Van Zeeland所指出的那样，硬面板易于传播手指等的驱动力，过宽的面积会引起危险，使相邻的开关在单一触动下同时启动。Van Zeeland通过在前面板和后支撑之间使用硬间隙器或类似结构解决这个问题，阻止除触点区以外的前面板的变形，由此试图把前面板的变形集中到触点区。

限制前面板的自然变形增加了使前面板变形一定数量所需要的力，这是一般用户所不能接受的。

Van Zeeland所提出的间离系统增加了制造薄膜开关的复杂性，它需要特殊的机械部件，这些部件必须随着每个开关结构布局的变化而变化。支持这些间离系统抵抗它们必须抵抗的微小的变形的问题对使用Van Zeeland的设计带来了附加的障碍。

发明内容

本发明创造了一种硬板带薄膜开关，它可以在有或没有板带和薄膜开关的其余部分之间的限制板带变形的机械结构的情况下工作，它可以利用包括曲线板带在内的各种板带进行工作，它提供了简化的组装。

通常，本发明使用一种超敏感设计，两个薄膜是例如通过印刷在薄膜上的薄绝缘点隔开，而不是利用较厚的塑料隔离层隔开。这些点减少了驱动开关所需要的驱动力(和驱动移动)，同时还可以小心跟踪驱动力和移动以适应通过板带传播的力。当手指离开触点区时，这种跟踪可以通过改变点图案的密度以减少开关的灵敏性来进行。结果产生一种薄膜开关，它可以利用各种不同的板带材料，利用平面的或曲线的板带而无需过分的驱动手指压力。

特别是，本发明提供了一种电开关组件，它具有一个安排在与前面板接触的薄膜开关前面的大体刚性前面板，该薄膜开关提供了一组空间隔开的开关元件。一个衬垫板安排在薄膜开关的后面而与薄膜开关接触，前面板和衬垫板之间的空间没有打算抵抗前面板变形的结构。

因此，本发明的一个实施例的目的是提供一种薄膜开关，它使用一种坚硬的前面板，不需要特殊的结构去抵抗前面板的运动。

前面板可以是硬塑料例如是聚碳酸酯塑料或玻璃或其它硬材料。

因此，本发明的另一个实施例的目的是提供给设计者一种用于薄膜开关的大量的不同表面材料。

前面板可能是非平面的，例如是，向外的凸面。

因此，本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种薄膜开关，它可以结合成流线或曲线设计而不插入平的控制板。

在薄膜开关中使用的隔板具有一个厚度，允许薄膜开关利用很小的板带变形启动，例如是，0.001英寸。

因此，另一个本发明的实施例的目的是提供一种高敏感的薄膜开关，它可以利用坚硬的前面板材料。

印刷绝缘元件可以具有不同的图案密度，这取决于这些元件与开关触点的中心的距离。

因此，本发明的实施例的另一个目的是提供一种控制薄膜开关的启动力的简单方法，它有助于防止邻近开关元件的交扰启动。

移动开关控制器可以安排在硬前面板的前部以备用户按压，施加增加的压力到开关区。

因此，本发明的至少一个实施例的另一个目的是提供一种简单的机构以改变施加到不同应用所需要的硬材料上的力。

各开关区可以沿第一轴分开，电独立的导电开关触点沿第一轴比沿垂直于第一轴的垂线按比例变窄。

因此，本发明的另一目的是当维持所需要的开关间隔和接触区时，调节硬前面板产生的力的传播。

这些特殊的目的和优点可以只应用于落在权利要求中的某些实施例，因此不限制本发明的范围。

附图说明

图1是使用本发明的洗涤机操作台的分解的，透视的局部视图；

图2a是图1的操作台的截面视图，它是本发明的不提供指示灯的第一实施例；

图2b是类似于图2a的提供指示灯的本发明的第二实施例；

图3是图2b的薄膜开关的后薄膜的正立面视图，和图2b的薄膜开关的前薄膜的后立面视图，它示出了导电线路，触点，和由绝缘点分开的对置的短路垫；

图4是图1的薄膜开关组件的局部视图，它表示一个具有不对称触点的实施例，不对称触点用于调节由硬前面板传播的力；

图5是类似于图2b的实施例图，它具有一个明净的前面板和环形开关触点，允许每个开关中心照明；

图6是类似于图2a的图，它是一个前面板支持开关触点的实施例；

图7是本发明的一个实施例的开关的一个薄膜的顶视平面图，它表示多级力敏感性的实施方案；

图8是本发明的开关的局部横截面视图，它表示附加使用摇动控制器以使前面板弯曲；和

图9是类似于图8的图，它表示用于使前面板弯曲的按钮控制器。

图10是前薄膜、后薄膜的横截面图。

具体实施方式

现在参考图1，一个装置10，例如，一个顶部负载的洗涤机可以提供一个向后向上延伸的操作台12，操作台具有一个板带14，它从槽检修门16的后面面对用户。

板带14可以是一个安排在操作台12的凹进部分11上方的金属罩，用于盖住操作台12的前表面中的凹部13，它为薄膜开关组件15提供一个空间，该组件15安排在控制表面的后面，如下所述。薄膜开关组件15具有一个尾部44，它通过操作台12的前表面穿过孔17，连接薄膜开关组件15到安排在操作台12内的控制电子器件(未示出)。

板带14可以是向外的凸部，例如，是由操作台12支持的0.019英寸厚的铝薄板制成。板带14是硬材料，这一般意味着它保持其形状而无支撑，它比在薄膜开关中用的传统型式的塑料薄膜硬得多，以便防止在轻微的手指压力下出现折叠。其它金属，塑料，和玻璃也可以用于制做板带14。

暴露在板带14的前部上的是一串驱动按钮18和指示灯20，指示灯提供直观指示，指示：驱动按钮18已经被驱动。驱动按钮18的位置通过简单图形24来指示，图形24被印在或刻在装置10的板带上。图形24可以提供手指压力的目标位置和/或图形式的说明。

通过板带14可以挖一些小洞以便安装指示灯20，另外，板带14可能提供大体的外表面去防水和清洁剂，并允许排放溅出的液体。

现在参考图2，板带14的材料提供了驱动按钮18的前面板26。附着在前面板26的后表面上的是形成薄膜开关组件15的一部分的前薄膜32，它是由传统材料和结构制成的。黏合剂(未示出)可以把前薄膜32附着在前面板26的后面。在前薄膜32的后面是后薄膜36。薄膜32和36例如可以是本领域公知类型的聚酯薄膜。

前薄膜32和后薄膜36在它们的周边上用黏合剂34粘在一起并在它们的周边内用电介质点52分开，如下所述。导体图案(图2中未示出)是印刷在前薄膜32和后薄膜36的内部的，面对的表面上。在使用中，人可以用他或她的手指41按压图形24引起前面板26的轻微变形，从而相应地压迫前薄膜32使其紧贴后薄膜36，驱动薄膜开关。

一个后支架38，通常符合前面板26的曲率，加固前薄膜32和后薄膜36，它通过一个托架(未示出)附着到前面板26上，或者充当凹部13的前表面，或者通过前薄膜32和后薄膜36的插入层附着到前面板26上以提供某种向后运动的阻力。后薄膜36和后支架可以结合在一起，代替一个硬的印刷线路板，特别是当希望的板带14的形状是平的而不是弯曲的时候，在这种情况下单独的后支架38是不需要的。

现在参见图26，在一个替换实施例中，在指示灯20的位置上，在图形24的上方，在前面板26中控一些小孔28，每个小孔配有一个小的透明窗30。前薄膜32和中间薄膜36在指示灯20的区域中是透明的和没有光阻断的材料，从而允许发光二极管(LED)40发射的光通过。LED40附着在后薄膜或印刷线路板39的前表面上并从该前表面延伸出来。间隔层43把后薄膜或印刷线路板39附着到中间薄膜36的后表面上并在其中提供一个容纳LED40的孔45，隔开LED40的前表面防止它伸入到中间薄膜36的后表面。提供控制电路(未示出)，以使LED40通过按压有关开关发光，指示开关是接通的，这在本领域中是公知的。

现在参见图3，后薄膜36的前表面包括从尾部44引出的一组导电线路42，尾部44是后薄膜36的伸长部分。导电线路42从尾部44进入到后薄膜36的大体矩形部分46，并在这里形成交叉指型触点图案48，该图案48暴露在每个按钮18的位置上的后薄膜36的前表面上。后薄膜36的前表面也支持LED40(为了清楚只示出一个)和用虚线表示的有关的导电线路42。线路42是用银或其它合适的材料印刷制成的。

通常与后薄膜36的前表面相邻的，前薄膜32的后表面提供短路垫50，盖住交叉指型触点图案48。当压力施加到短路垫50的地点上的前薄膜32上的时候，短路垫50与交叉指型触点图案48接触，使交叉指型图案48短路，从而在两个相关的导电线路42之间产生电流。短路垫50可以是碳或其它合适的材料。

由短路垫50造成的交叉指型触点图案48的偶然短路不能通过隔离层防止，而是通过在短路垫50顶部和在短路垫50周围区域的，印刷在前薄膜32的后表面上的一连串的绝缘的或电介质的点52来防止。或者，电介质点52可以印刷在后薄膜36的前表面上。如以上所述，有选择地印刷在前薄膜32或后薄膜36的周边周围的黏合剂34可以把前薄膜32附着到后薄膜36上，如箭头54所示。

电介质点52之间的间隔，描述了所谓“点密度”的变化，如下所述，它控制使前薄膜32和后薄膜36彼此接触的驱动力的大小。每平方英寸的电介质点52的数量可以随意变化以提供对于开关的驱动力和驱动力随位置的变化这两者的精确控制。电介质的实心覆盖物可以安排在不希望开关驱动的任何地方。

传统的薄膜开关使用的间隔层可能是0.005到0.01英寸厚。在本发明中，电介质点的厚度小于0.002最好是接近0.001英寸，允许比较小的变形去驱动由短路垫50和交叉指型触点图案48形成的开关。

因此，可以理解，没有必要限制前面板26的变形去抵抗弯曲，驱动按钮18周围的驱动区可以由电介质点52的间隔简单地控制。注意，后支撑38不必是完全硬的。

其它减少或消除开关的假触发的方法可以和改变电介质点52的间隔一起使用或者取代它，这些方法包括信号处理技术：当多个按钮被触击的时候分配优先权给特定的按钮，或在预定的时间窗口中选择要被触击的第一按钮而锁闭其它按压，或使用抗反弹技术等滤掉假触击。

现在参考图4，前面板26的硬度会引起某些力的传播，从而需要一个空白区60隔开驱动按钮18的各个交叉指型触点图案48以防止当指定的按钮18被按压的时候触发相邻的驱动按钮18。对于近间隔的驱动按钮18，这种空白区60可能不利地减少短路垫50和交叉指型触点图案48之间的接触面积。因此，本发明打算通过沿垂直于驱动按钮18被隔开的轴62的轴扩大两者的相对比例，来增加短路垫50和交叉指型触点图案48的面积。如图4所示，短路垫50，在一个实施例中，是椭圆，它具有一个竖向的长轴，它垂直于分隔的水平轴62。其它不对称的形状也可用于这个目的。

现在参考图5，在一个实施例中，前面板26可以是一种透明材料，例如是玻璃或塑料。在这种情况下，当其印刷在薄膜32的后表面和薄膜36的前表面上的时候，短路垫50和交叉指型触点图案48可以构成一个环形。短路垫50和交叉指型触点图案48的这种环形形状使得来自LED40(如上所述)的光通过透明的薄膜32和36，通过短路垫50和交叉指型触点图案48的中心，在驱动按钮18的区中心提供可见照明。在本例中，后支撑38是由印刷线路板39的硬材料制成的。该印刷电路板39还可以安装其它电元件47，例如电阻，二极管或晶体管等，它可以代替第二薄膜36支持电触点。

现在参考图6，在另一个实施例中，可以利用前面板26支持短路垫50，或者在金属前面板的情况下使其本身作为短路垫50而省去前薄膜32。在前面板26是绝缘材料例如是塑料的情况下，使用类似于印刷薄膜32所用的技术，可使短路垫50印刷在前面板26的后表面上。

现在参考图7，与一个按钮18有关的交叉指型触点图案48可以提供交叉指型触点图案48a-48c的三组隔离构造，在一个按钮18的范围内所有操作利用一个共同的短路垫50进行。每组交叉指型触点图案48a-48c的电绝缘构造可以具有不同的驱动压力门限，压力门限定义为一个压力，在压缩薄膜32和36的时候，它们在这个压力下实现电接触。

在一个实施例中，这些不同的压力门限可以利用在交叉指型触点图案48的导体上方的不同高度的电介质点52来产生。对于交叉指型触点图案48a，其较高的电介质点52要求比与交叉指型触点图案48c有关的较短的电介质点52具有较大的驱动压力门限。

此外，也如图7所示，在电介质点52之间的分开距离可以改变以提供交叉指型触点图案48a-48c之间在驱动压力门限中的差，介质点52之间的较大的分开距离对应于较低的驱动压力门限。

用这些方法，单一按钮18可以在没有压力和施加于薄膜32和36的至少两个压缩的不同驱动压力之间作出识别。

在一个替换实施例中，不同的交叉指型触点图案48a-48c可以安排在沿按钮18的按压轴线被分开的开关的不同层上。

现在参考图8，前面板26可以具有一个开关控制器64附着在它上面，在这种情况下，摇动控制器66围绕固定在前面板26上的枢轴68枢轴转动。摇动控制器66具有一个向后延伸的凸轮70，以使摇动控制器66的顶端压住凸轮70抵贴在前面板26上，集中手指的压力于按钮18区，并通过在机械方面的优点增加这个力。

另外，如图9所示，按钮控制器71具有一个由罩74支持的向后延伸的点72，它抵抗偏心压缩弹簧76的向外的推力。按压按钮控制器71就推动点72抵靠前面板26，把力集中在按钮18的位置。

现在参考图10，电介质点52具有提供绝缘分立岛的任意形状，它可以在高度和空间密度上变化。在一个实施例中，电介质点52c可以利用绝缘油墨或黏合剂印刷制成。或者，电介质点52b可以是绝缘膜元件，例如，聚酯，冲模或切割、或穿孔以提供必要的绝缘区。在这种情况下，分立的电介质点52b可以通过材料网接合，使它们彼此相关并简化组装。或者，电介质点52a是薄膜32或36的任何一个中的凸起或变形。电介质点52不必是特定的形状或安排在规则的位置。

特别希望，本发明不限于这些实施例和图解说明，包括实施例的一些部分的那些实施例的修改形式和不同实施例的元件的结合都落在下面权利要求的范围之中。

Claims (26)

1.一种电开关组件包括：

一个大体刚性的前面板；

一个安排在前面板后面而与前面板接触的薄膜开关，该薄膜开关具有多个空间分离的开关元件；和

一个衬垫板，安排在薄膜开关的后面而与薄膜开关接触；

其中前面板和衬垫板之间的间隔没有使前面板的变形限于开关元件区的结构。

2.权利要求1的电开关组件，其中前面板是一个薄金属面板。

3.权利要求1的电开关组件，其中前面板是一种硬塑料。

4.权利要求1的电开关组件，其中前面板是玻璃。

5.权利要求1的电开关组件，其中前面板不是平面。

6.权利要求5的电开关组件，其中前面板向外凸起。

7.权利要求1的电开关组件，其中薄膜开关利用小于0.002英寸的变形驱动。

8.权利要求1的电开关组件，还包括一个安排在硬的前面板的前面的，由用户按压的可动开关控制器，它由用户按压施加一个增加的压力到开关区。

9.权利要求1的电开关组件，其中硬前面板是透明的，在前面板后面有一个灯。

10.权利要求9的电开关组件，其中衬垫板是一个印刷线路板，它包含一个灯。

11.一种电开关组件包括：

一个大体刚性的前面板；

一个前和后柔软薄片，支持在多个空间隔开的开关区上，在前和后柔软薄片的各个相对的表面上有电气独立的导电开关触点，前和后柔软薄片的各部分由绝缘元件分开，绝缘元件厚度不大于0.002英寸；

由此，驱动力可以通过坚硬的前面板传送。

12.权利要求11的电开关组件，其中前面板是由薄金属板，硬聚合物，和玻璃组成的群中选择出来的。

13.权利要求11的电开关组件，其中各开关区是沿第一轴分开的，电气独立的导电开关触点沿第一轴比沿第一轴的垂线按比例地变窄。

14.权利要求11的电开关组件，其中前和后柔软薄片是通过多个绝缘岛隔开的。

15.权利要求14的电开关组件，其中绝缘岛是印刷绝缘油墨的区域。

16.权利要求14的电开关组件，其中各绝缘岛是由单独的绝缘薄片的各部分形成的。

17.权利要求14的电开关组件，其中绝缘岛是在至少一个前和后柔软薄片中的凸起。

18.权利要求14的电开关组件，其中依据离开关区的中心的距离不同，绝缘岛具有可变的图案密度。

19.一种电开关组件包括：

一个大体刚性的前面板，在它的后表面上在不同的开关位置上支持导电的第一开关触点；和

一个安排在前面板后面的衬垫元件，它与前面板接触相邻，并在其前表面上，在不同的开关位置上支持第二开关触点，利用前面板的变形第二开关触点能与第一开关触点相连。

20.权利要求19的电开关组件，其中第一开关触点是前面板的金属。

21.权利要求19的电开关组件，其中前面板是不导电的，并且第一开关触点安排在前面板的后表面上。

22.一种电开关组件包括：

至少一对相邻的可变形的薄片，在开关区上，在可变形薄片的相对表面上支持多个电气独立的导电开关触点，当可变形薄片在开关区被按压的时候，这些触点彼此接触；

一组绝缘岛，它们把导电开关触点分开，当可变形的薄片在开关区被按压的时候，绝缘岛以不同的压力门限提供导电开关触点的接触；

其中提供一个开关，它可在没有压力和至少两个等级的压缩压力之间作出识别。

23.权利要求22的电开关组件，其中靠近不同触点的绝缘岛具有不同的厚度以便提供不同的压力门限。

24.权利要求22的电开关组件，其中绝缘岛从一个到另一个具有不同的间隔，以使提供不同的压力门限。

25.权利要求22的电开关组件，还包括安排在可变形薄板的前面的一个硬前面板，压力必须通过它加到可变形薄板上。

26.权利要求22的电开关组件，其中可变形薄片之一是大体刚性材料制成的。

Images