CN1650378A

CN1650378A - 开关

Info

Publication number: CN1650378A
Application number: CNA038094304A
Authority: CN
Inventors: P·C·瓦格纳; K·普福德
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2005-08-03
Also published as: AU2003219444A1; JP2005524210A; EP1502270A1; US20060071751A1; WO2003094187A1; KR20040104682A; GB0209888D0

Abstract

提供了一种机织织物开关，其包括分成通常相互间隔开的第一层(44)和第二层(45)的机织织物(41)。第一层(44)在第一边界(50)和第二边界(51)之间的长度方面的尺寸大于第二层(45)在第一边界(50)和第二边界(51)之间的长度方面的尺寸，这使得第一层(44)可在z方向上变形，并使第一层(44)和第二层(45)通常保持相互间隔开，因此可便形成了空间(46)。第一层(44)的多个导电元件(47)与第二层(45)的多个导电元件(48)物理性隔开，开关处于断电状态。施加弹性力以使第一层(44)变形会导致第一层(44)的多个导电元件(47)与第二层(45)的多个导电元件(48)接触，此时开关处于通电状态。

Description

开关

本发明涉及一种开关装置，其尤其但非唯一地适于在软质物品如服装和室内装饰品中使用。

将电气或电子装置集成或安装到衣服或其它柔软物品中的任务给设计者带来了许多问题。将开关结合于其中的例子就不例外。

将电开关集成到衣服中的一种解决方法是使用“现成的”标准电子元器件，其通过缝制、粘合或其它方式安装到衣服上。遗憾的是，这种解决方法具有许多缺点，这些缺点是因这些元器件主要用于传统电子设备的事实而引起的。在这种传统设备中，这些开关很容易通过将其安装在印制电路板或设备的其它部分上而得以容纳。然而，对于通常由柔软的织物材料所制成的衣服和装饰品来说，即使开关能成功地粘附住，所实现的安装也不会总是稳定的，这使得开关的操作尤其是单手的操作变得很困难。以已知的简单拨动开关为例，当要操作杠杆部分时，开关的底座部分必须保持固定。开关的无法令人满意的物理安装导致了与开关操作有关的问题，同时，另一缺点是装有这些元器件的衣服具有让人觉得衣服或装饰品存在元器件粘在面上的感觉和外观，而不是这些元器件整齐地集成起来并与其所粘附的物体的特征保持和谐。

后一点是很重要的，其原因是在选择服装或装饰物品时一个主要考虑的方面是其外观。从设计者和消费者的角度来说，会降低衣服或其它物品的吸引力的开关的加入都是最不希望发生的。在衣服或装饰品中使用的会被看到的开关应当看起来很恰当，不管其是体现为突出的设计特征、分散的实现或者甚至是用于掩饰的。在许多情况下，需要元器件具有一定程度的机械韧性，使其能够在某些程度上与要使用或集成该元器件的物品的形状相吻合。在物品是柔软的情况下，希望元器件能够随物品而弯曲。传统的电子元器件不是总能满足这一要求。

这种传统元器件的使用也给制造商带来了问题，这是因为在为开关提供物理性安装或者形成电连接的方面，在服装或装饰品行业中普遍使用的机器和工艺都不是为将开关连接到织物上而设计的。

在EP-A-0989509中讨论了提供一种由织物构成的开关的已知解决方法。两个导电织物平面通过电绝缘网而相互间隔开。当对其中一个平面施加力时，这两个导电平面将通过网而粘在一起，从而提供了在导电平面之间的电气连接。这种三层结构制成为根据其结构而最终限制了开关的柔性，并使该开关的外形显眼。在结构是通过将三层连在一起而生产出来的情况下，需要进行连接操作，这可能会增加生产成本。在WO-A-00/72239中提出，EP-A-0989509所述的结构在该结构被折叠起来时有时会受到意外操作的干扰，这是因为在折痕附近这两个导电平面通过网而被压在一起。为了解决这种与意外操作有关的问题，WO-A-00/72239提出了一种五层结构，其包括由导电的针织中央层隔开的两个导电的机织外织物层，以及两个经编结构的中间电绝缘“网”层；其中一个网层位于各导电的外织物层和中央层之间。在施加了适当的力之后，这两个导电的外织物层会通过绝缘网中的开孔而与中央导电层相接触，中央层提供了导电的外织物层之间的导电通路。这种五层结构制成为根据其结构而最终限制了开关的柔性，并使该开关的外形显眼。在结构是通过将五层连接在一起而生产出来的情况下，需要进行连接操作，这可能会增加生产成本。

本发明的目的是提供一种可集成到衣服、室内装饰品等中的电开关。

根据本发明，提供了一种包括有织造结构的织物开关，该织造结构具有至少一个开关区域，在该区域中织造结构分成通常相互间隔开的第一层和第二层，其中在施加力时，第一和第二层中的至少一层可朝向第二和第一层中的另外一层移动，从而促动开关。这样就可在一次织造操作中将整个开关以织造结构的形式生产出来。尤其在成为单个衣服结构时，这种开关可具有很低的生产成本，并具有不起眼的外观，而且仅通过改变织造结构的样式即可大批量地生产。这种织造开关能够提供很高程度的机械韧性。

第一层和第二层中的至少一层可选择地包括一个或多个导电元件，以形成开关的接触部分。开关区域的第一层或第二层可仅由这种导电元件形成，或者由导电元件及绝缘元件的组合而形成。通过施加恰当的力以使第一和第二层中的至少一层朝向第二和第一层中的另外一层移动，第一层的导电元件就能够与第二层的导电元件建立物理接触和电接触，从而使开关闭合。

第一层和第二层中的至少一层可选择地包括一个或多个导电元件，以形成电容器的电极。在这种设置中，通过施加恰当的力以使第一和第二层中的至少一层朝向第二和第一层中的另外一层移动，可以使由第一层形成的电容器极板朝向由第二层形成的电容器极板移动，从而减小了这两块极板之间的间隔。极板之间的间隔影响了由这两块极板所形成的电容器的电容值，可对这种电容的测量值进行观察，以确定是否已经促动了开关。

第一层和第二层中的至少一层可选择地包括一个或多个光纤元件。通过施加力以使第一和第二层中的至少一层朝向第二和第一层中的另外一层移动，便可引起包括一个或多个光纤元件在内的层产生弹性变形，从而导致光从这个或每个光学元件中的泄漏产生变化。可对这种泄漏的发生进行检测，之后采用泄漏程度作为指示开关促动的一个因素。

作为选择，通过第一或第二层中的一层来使织物开关的第一和第二层通常分隔开，其中所述一层在开关区域中的尺寸大于第二或第一层中的另外一层的尺寸。

作为选择，通过将第一或第二层中的至少一层制成为具有非线形的轮廓，可以使织物开关的第一和第二层通常分隔开。

本发明的这些和其它方面以及可选的特征体现在所附权利要求中，权利要求供读者参考，并通过引用结合于本文中。

下面将参考附图并仅通过示例的方式来介绍本发明，其中：

图1显示了用于织造本发明第一实施例的方形穿线图；

图2显示了用于织造本发明第一实施例的纹板图；

图3显示了用于本发明第一实施例的组成图；

图4显示了本发明开关的第一实施例的下方透视图；

图5a显示了处于第一结构中的第一实施例开关沿着图4中线A-A的局部剖视图；

图5b显示了处于第二结构中的第一实施例开关的局部剖视图；

图6显示了根据本发明制造并包括有12个第一实施例开关的织物键盘的平面图；

图7a显示了在制造期间保持在织机中的用于生产第一实施例的开关的织物部分的局部剖视图；和

图7b显示了在从织机中取出并用于形成开关之后的图7a所示织物的局部截面图；

应当注意的是，附图是示意性的，并未按比例绘制。出于使图中的内容清晰和方便的原因，图中各部分的相关尺寸和比例已被放大或缩小。通常采用相同的标号来表示不同实施例中的相应或相似的特征。

图1中的方形穿线图10用于20根轴，本领域的技术人员可将其理解为表示了织造本发明第一实施例的开关所需的织机设置方面的情况。图2的纹板图20可应用于织造发明第一实施例的开关。图3中所示的组成图30可应用于本发明第一实施例的开关。

现在来看图4，开关40由机织织物41构成。织物41通常由电绝缘的材料制成，并包括多个具有一个或多个开关边界区域42和一个或多个开关区域43的部分。在这一或每个开关区域43中，机织织物41分成第一层44和第二层45。这些层的分隔在机织织物中形成了处于第一层44和第二层45之间的空间46，其通常被空气所占据。第一层44设有多个定位成与第二层45相对的导电元件47。第一层的多个导电元件47形成了第一开关触点。第二层45设有多个定位成与第一层44相对的导电元件48。因此，第一层的导电元件47朝向第二层的导电元件48。第二层的多个导电元件48形成了第二开关触点。在第二层45中，多个导电元件48以相对大的间隙49间隔开，但是这是可选的；该间隙可随其它的导电元件48、另一形式的导电元件、绝缘元件或其任何适当的组合而增大。

在所述的示例性开关中，机织织物41在边界区域42和开关区域43的第一边界50和第二边界51的位置处分成第一层44和第二层45。边界50，51在图中以虚线示出。第一和第二层在这些边界位置处通过织造工艺而相互固定在一起。作为选择，这种固定例如可通过缝合来加强。尤其参见图5a来观察开关的截面，可以注意到，第一层44在其跨过第一边界50和第二边界51之间的长度方面的尺寸大于第二层45在其跨过第一边界50和第二边界51之间的长度方面的尺寸。由于第一层44和第二层45通过织造工艺在边界50和51处相互连接，并且由于第一层44的跨过边界50和51之间的长度大于第二层45的跨过边界50和51之间的相应长度，因此第一层44会在z方向上产生变形，这样，与织物41的边界区域42相比，在开关区域43中产生了凸起或“泡泡”。因此，具有凸起的这种倾向通常可使第一层44和第二层45保持相互间分开，从而用来限定了空间46。在该第一状态下，第一层44的多个导电元件47与第二层45的多个导电元件48物理性地分隔开，开关处于“断开”或电“开路”的状态。

通过施加如图5b中“F”所示的足够的力便可使第一层44产生弹性变形，使其朝向第二层45移动，从而使第一层44的多个导电元件47与第二层45的多个导电元件48相接触。在该第二状态下，在多个导电元件47和48之间建立了电连接，结果，开关此时处于“闭合”或电“闭路”的状态。

撤去力“F”可使第一层44弹性地运动而离开第二层45，开关恢复到其处于电“开路”的第一状态。

再来看织造开关的结构方面，在图中以y方向显示机织材料的经线，以x方向显示机织材料的纬线。在所示的第一实施例的开关40中，利用织造结构来生产织造开关，使得经线方向上的纱线为尼龙单丝，而纬线方向上的纱线是2-60根棉线。本领域的技术人员可以理解，处于其常用形式下的尼龙和棉线是电绝缘的材料。通过多根镀银聚酰胺的导电纱线，就可在所选择的经线区域中增加织纹。这些额外的经纱设于第一层44内的开关区域43附近；这些额外的纱线形成了第一层44的多个导电元件47。通过由弹性纤维纱(elastaine)(例如Lycra)和不锈钢混合物或任何其它等同的这种可伸展导体的组合所构成的纱线，还可在纬线中增加织纹。这些额外补充的纬纱存在于织物41的开关边界区域42中，但也在开关区域43内从第一边界50延伸到第二边界51，形成了第二层45的多个导电元件48。弹性纤维纱在其纵向上是可弹性伸展的。本领域的技术人员可以理解，不锈钢是导电的。

出于美学或技术优点的原因，开关还具有处于经线或纬线中的其它纱线。例如，在开关区域43中可以织造出不同颜色的纱线或图标，以将其与边界区域42区分开来，从而为使用者提供了在何处按压织物以促动开关的指示。在开关区域43中设置图标可用于为使用者指示开关的功能。

参见图6，图中显示了织物小键盘60，其具有12个第一实施例的开关，在这里标为40a，40b，...401。排列在y方向上的开关共用相同的导电经纱。例如，开关40a，40d，40g和40j共用相同的经纱47a。同样显示了用于其它开关的共用的导电经纱47b和47c。排列在x方向上的开关共用相同的导电纬纱。例如，开关40a，40b和40c共用相同的导电纬纱48a。图中还显示了共用的导电纬纱48a，48b和48c。图6中以虚线显示了共用的导电经纱和纬纱。

如果已经促动了开关40a到401中的任一开关，那么可利用各组共用的导电经纱47a，47b，47c和共用的导电纬纱48a，48b，48c和48d来建立电连接。如本领域的技术人员所理解的那样，可以采用矩阵寻址方案来扫描由导电经纱47a，47b，47c组成的列和由导电纬纱48a，48b，48c，48d组成的行。

应当注意的是，所示开关带有数字或者其它字符或图标，以便为使用者指示开关的功能。这种字符或图标可以通过织造样式本身来形成。织造样式可以变化，以显示出所选择的字符或图标，例如数字或字母表中的字母。

在用于生产第一实施例的开关(或这种开关的小键盘)的第一方法中，经纱和纬纱在织造工艺期间保持张紧。这导致在织物中形成了弹性纤维纱和不锈钢的组合纬纱(其可弹性伸展)，同时纬纱被拉伸并沿其纵向方向延伸到其实际上的整个伸展范围。在边界区域42中，这些纬纱与经纱紧密地织造在一起，因此在从织机上取下机织织物时，紧密包好的经纱纤维就防止了弹性纤维纱和棉线的混合纬纱在边界区域42中产生收缩。在图7a中显示了在纬线方向上处于张紧状态下的一部分织物。

然而，在开关区域43中，弹性纤维纱和不锈钢的混合纬纱则没有和任何经纱织在一起，因此在从织机上取下机织织物时，纬纱的这些部分就会收缩而呈现出长度缩短，从而导致开关的第二层45(由纬纱形成)变得比第一层44更短，这样便迫使第一层凸出来，如图7b所示。

在用于生产第一实施例的开关(或这种开关的小键盘)的第二方法中，通过与上述用于生产开关的第一方法相似的方式，就可将经纱和纬纱织造成可产生具有第一层44和第二层45的边界区域42和开关区域43。然而在这种情况下，第二层45的纬纱48被收缩性纱线所替代。收缩性纱线不是弹性可伸展的，但是通过适当的处理可使其在纵向上永久性地缩回。图7a同样示意性地显示了一部分纬线。在从织机上取下之后对开关区域进行处理，使得开关的第二层45的纬纱收缩，其长度缩短，形成了比第一层44更短的开关的第二层45，这样便迫使第一层凸出来，如图7b所示。第二层45也可包括弹性纤维纱纱线。至少这种收缩性纱线和/或弹性纤维纱纱线必须具有导电性能，这可通过混入导电材料如不锈钢(如上所述)或者提供具有固有导电性能的弹性纤维纱或收缩性纱线材料来实现。

这种收缩性纱线有很多种。一个例子是棉线，其在经过苛性碱溶液处理后能够收缩；在制造泡泡纱织物时可利用这种效果。另一例子是假捻变形纱线，其可与导电长丝混在一起；如果遇到蒸汽，这种纱线的直径就会变大，而长度减小。也可以使用丙烯酸基的收缩性纱线。可弹性伸展纱线的一种形式是Dupont的双组分纱线，其在经过适当的处理之后，通过改变构成纱线的各聚合物的收缩速率就可以产生卷曲效果，从而沿着纱线的轴向长度形成了螺旋体，这又使织物中的自然伸展成为可能。

对于在经纱和纬纱中所用的纱线以及纱线的支数和组数的精确选择可根据开关的所需性能而变化。例如，纤维或纱线可以是单丝、多丝或短纤维纱线。单丝纱线、多丝纱线或多丝纱线中的选定纤维可涂覆有导电材料或电绝缘材料。通过拉拔连续金属丝可生产出其它例子的纱线，或者可对短纤维进行梳理和纺纱。如果纱线是多丝的，那么它可包括电绝缘纤维、导电纤维或这两者的混合物。纱线类型和织造样式选择成可实现所需的电性能、触觉特性和物理性能。在需要绝缘材料之处，可使用任何适当的绝缘纱线，例如尼龙、聚酯、羊毛、棉线或其组合物。在需要导电纱线之处，可以使用包括导电元件在内的其它材料或两种或多种材料的组合，以代替弹性纤维纱和不锈钢的混合物。纱线可以是单丝或多丝。

上述开关的实施例依赖于第一层44和第二层45的导电元件相互接触的动作。然而，在不脱离具有至少两层通常隔开的机织织物开关的概念的前提下，也可以使用其它的开关原理。例如，第一层44或第二层45可形成为包括有感应线圈。这种线圈可通过刺绣工艺来提供。在这种装置中，通过施加适当的力来使第一和第二层中的至少一层朝向第二和第一层中的另外一层移动，从而可使设在第一层中的感应线圈朝向设在第二层中的感应线圈移动，从而改变了这两个感应线圈相互之间的间距。这两个感应线圈的间距(以及线圈相互间的实际运动)会影响线圈的测量电特征，可以观察到这种测量值，以确定是否已经促动了开关。

通过将较大比例的导电纱线包括在内，就可将第一层44或第二层45形成为提供了电容器极板。另外，在层中还可包括光纤以检测开关切换。这可通过将一条或多条用于光传输的光纤设于第一层44附近的织物41的纬线中来实现。由于光纤是可弯曲的，因此传输损耗将响应于弯曲程度而变化，而且损耗的程度可用于确定是否正在促动开关。

在开关的生产过程中已经发现，使第二层45收缩约30％是很有利的，其能使第一层44产生所需的凸起。通过印制技术，例如利用苛性钠溶液对纤维素纤维的区域进行印制，也可在织物的特定区域内得到选择性的收缩。

可在织物中施加自然的“曲率”以帮助形成第一层44的“泡泡”或“凸起”。这可用来提高开关在性能和可靠性方面的操作特性。对于经线方向来说，实现此目的的一种方法是在织机上使用两根织机经轴，并使各经轴处于不同的张力下。根据纱线穿过各个结构的难度，可在纬线中实现不同的张力。另外，也可以采用不同的织造结构，例如平纹组织/方平织物，其允许纱线以不同的方式运动，这取决于这些区域被紧密织造的程度。

如图所示，示例性开关的第一层44具有圆柱类型而非圆顶形状的轮廓。然而这并非是必需的，开关区域的第一层44和第二层45可在各边界处通过织造结构或补充缝合而连接在一起。

开关的设计可通过数据载体上的计算机程序产品的形式来提供。这种计算机程序产品通常但非必需地由计算机控制的织造装置来读取。在这种情况下，织造样式可以电子数据程序的形式来销售。

通过阅读本说明书，本领域的技术人员将知晓其它的变化。例如，描述成在经纱上实现的特征也可在纬纱上实现，反之亦然。这些改变涉及到在机织织物的设计、制造和使用及其应用中已经知晓的其它特征，它们可用来替代本文所介绍的特征，或者作为这些特征的附加。

Claims

1.一种织物开关(40)，包括具有至少一个开关区域(43)的织造结构，所述织造结构在所述开关区域(43)中分成通常相互间隔开的第一层(44)和第二层(45)，其中在施加力时，所述第一层(44)和第二层(45)中的至少一层朝向所述第二层(45)和第一层(44)中的另外一层移动，从而促动了开关。

2.根据权利要求1所述的织物开关，其特征在于，所述第一层(44)和第二层(45)中的至少一层包括一个或多个导电元件(47，48)，以形成开关的接触部分。

3.根据权利要求1所述的织物开关，其特征在于，所述第一层(44)和第二层(45)中的至少一层包括一个或多个导电元件，以形成电容器的电极。

4.根据权利要求1所述的织物开关，其特征在于，所述第一层(44)和第二层(45)中的至少一层包括一个或多个光纤元件。

5.根据权利要求1到4中任一项或多项所述的织物开关，其特征在于，通过使所述开关区域(43)内的所述第一层或第二层中的其中一层的尺寸大于所述第二层或第一层中的另外一层的尺寸，来使所述第一层(44)和第二层(45)通常间隔开。

6.根据权利要求1到5中任一项或多项所述的织物开关，其特征在于，通过将所述第一层或第二层中的至少一层制成为具有非线形的轮廓，来使所述第一层(44)和第二层(45)通常间隔开。

7.一种用于生产织造结构的织物开关(40)的方法，包括步骤：

通过织造织物以包括有区域(43)来生产织造结构，在所述区域(43)中纱线设置为形成了第一层(44)和第二层(45)，各层均设置成可与另外一层协同工作，以便在受到外力时可用作开关。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

在所述第一层(44)或第二层(45)中加入可弹性伸展的纱线，这样在从织机中取下所述织造结构时，所述第一或第二层中的包括有所述可弹性伸展纱线的那一层比所述第一或第二层中的另外一层收缩得更大，使得所述第一或第二层中的所述另外一层相对于包括有所述可弹性伸展纱线的那一层向外凸出。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

在所述第一层(44)或第二层(45)中加入收缩性纱线；和

处理含有所述收缩性纱线的所述第一层或第二层以使所述收缩性纱线收缩，使得所述第一或第二层中的包括有所述收缩性纱线的那一层比所述第一或第二层中的另外一层收缩得更大，因此所述第一或第二层中的所述另外一层相对于包括有所述收缩性纱线的那一层向外凸出。

10.根据权利要求7，8或9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：织造所述第一层(44)或第二层(45)中的其中一层，使其具有非线形的轮廓，并且相对于所述第二层或第一层中的另外一层自然地向外弯出。

11.一种小键盘(60)或键盘(60)，其包括有根据权利要求1到6中任一项或多项所述的至少一个织物开关(40)。

12.一种衣服或装饰品的物件，其包括有根据权利要求1到10中任一项或多项所述的开关，或者根据权利要求11所述的小键盘(60)或键盘(60)。