CN207074995U - 静电容式机械按键开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种静电容式机械按键开关。所述按键开关包括电容感应单元、按压体、弹性体及具收容空间的外壳，所述电容感应单元包括相对间隔设置并相互耦合形成可调电容的调节电极片和固定电极片，所述按压体沿竖直方向往返运动调节所述电容感应单元的电容值呈段落式周期性变化曲线，所述弹性体弹性支撑所述按压体，所述电容感应单元、所述按压体及所述弹性体收容于所述收容空间内。本实用新型的按键开关输出呈段落式变化的按压曲线，提高电容值变化的响应度，减少摩擦，具有较佳的触感。

Description

静电容式机械按键开关

技术领域

本实用新型涉及电子输入设备，尤其涉及一种静电容式机械按键开关。

背景技术

随着现代电子科技的发展，电子产品逐渐深入人们的生活中，各类电子产品，如电话机、手机、笔记本电脑、遥控器等伴随人们的日常生活。

按键开关作为上述电子产品的输入装置，其尤为重要。现有技术的按键开关主要采用电容感应式开关，当按压过程中，按键下移改变电极间的距离产生电容量的变化，形成振荡脉冲允许通过的可能，这种开关是无触点非接触式的，磨损率小甚至可以忽略不计，也没有接触不良的隐患，具有噪音小、使用寿命长的特点。

然而，上述设计方案仍然存在如下缺陷：因为改变电极间电容的按压体呈直线上升或者下降，且按压体与所述电极片接触面通常设置为斜面，当所述按压体推动所述电极片转动时，电容变化过于灵敏，带来手感不佳的缺陷。

因此，亟需提供一种新结构的按键开关来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种具有段落式压感、响应灵敏的按压曲线且手感佳的静电容式机械按键开关。

一种静电容式机械按键开关，包括电容感应单元、按压体、弹性体及具收容空间的外壳，所述电容感应单元包括相对间隔设置并相互耦合形成可调电容的调节电极片和固定电极片，所述按压体沿竖直方向往返运动调节所述电容感应单元的电容值呈段落式周期性变化曲线，所述弹性体弹性支撑所述按压体，所述电容感应单元、所述按压体及所述弹性体收容于所述收容空间内。

在本实用新型提供的静电容式机械按键开关的一种较佳实施例中，所述电容感应单元还包括电容介质，所述电容介质设置在所述调节电极片和/或所述固定电极片上，并位于所述调节电极片和所述固定电极片之间。

在本实用新型提供的静电容式机械按键开关的一种较佳实施例中，所述调节电极片包括弹性臂，所述按压体包括具非楔形斜面的凸起，所述非楔形斜面弹性抵接所述弹性臂。

在本实用新型提供的静电容式机械按键开关的一种较佳实施例中，所述非楔形斜面是连续弧形弯曲面或者连续连接的弯折面。

在本实用新型提供的静电容式机械按键开关的一种较佳实施例中，所述凸起与所述弹性臂线接触或者面接触设置。

在本实用新型提供的静电容式机械按键开关的一种较佳实施例中，所述外壳包括挡片，所述挡片配合所述弹性体限定所述按压体在竖直方向的活动最大行程。

在本实用新型提供的静电容式机械按键开关的一种较佳实施例中，所述外壳包括相互嵌套配合的上盖和下盖，所述上盖和所述下盖共同围成所述收容空间，所述挡片自所述上盖的内表面朝所述收容空间侧延伸形成，且所述挡片末端悬置并抵持所述固定电极片。

在本实用新型提供的静电容式机械按键开关的一种较佳实施例中，所述调节电极片包括依次相接设置的支撑本体、弯折部及悬置端，所述弯折部连接所述支撑本体及悬置端围成类U型结构。

在本实用新型提供的静电容式机械按键开关的一种较佳实施例中，当所述按压体处于最低位置状态时，所述调节电极片的悬置端与所述固定电极片相对平行间隔设置。

在本实用新型提供的静电容式机械按键开关的一种较佳实施例中，当所述按压体处于最低位置状态时，所述调节电极片的悬置端与所述电容介质面接触设置。

相较于现有技术，本实用新型提供的静电容式机械按键开关具有以下有益效果：在本实用新型中设置所述按压体与所述调节电极片接触面为弧形弯曲面或者连续连接的弯折面结构，而非楔形斜面，有效改善所述弧形结构或者弯折结构与所述可调电极片带来电容值变化曲线，使得所述可调电容的调节电极片和固定电极片呈段落式变化，满足手感的同时，使得所述电容的变化更加平缓，避免波峰波谷出现引起的开关信号不一致。

为进一步降低摩擦力，还可以设置所述凸起与所述弹性臂线接触设置，即所述凸起呈圆弧形结构，从侧面投影，所述凸起的轮廓呈非斜面设置，同时所述凸起自身采用弧形加工设置，当所述凸起与所述弹性臂抵接时，是线性接触，如此降低弹性臂与所述凸起之间的摩擦力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型提供的静电容式机械按键开关的立体分解示意图；

图2是图1所示II区域局部放大示意图；

图3是图2所示凸起表面变形结构示意图；及

图4、图5是图1所示静电容式机械按键开关组装后的两种工作状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供的静电容式机械按键开关的立体分解示意图。所述静电容式机械按键开关2包括上盖21、按压体23、弹性体25、电容感应单元27、发光二极体28、下盖29及印刷电路板30。所述上盖21配合所述下盖29围成收容空间收容所述按压体23、弹性体25、电容感应单元27及发光二极体28。所述印刷电路板30叠设于所述下盖29外侧，所述引述印刷电路板30与所述电容感应单元27对应电连接，所述印刷电路板30接收所述电容感应单元27的电容变化值，并依据该电容变化值信号反馈输入信号，实现所述静电容式机械按键开关2的信号输入。

所述上盖21与所述下盖29相互嵌套配合固定，并共同围成收容空间(未标示)，所述上盖21和所述下盖29组成所述按键开关2的外壳。所述上盖21与所述下盖29可以通过卡扣配合凸块卡合。所述上盖21包括相接设置的顶壁211及侧壁213。所述顶壁211包括通孔2111。

所述下盖29包括相接设置的底壁291及侧壁293。所述侧壁293与所述上盖21的侧壁对应卡合设置。所述底壁191相对所述顶壁211设置，且所述底壁291上设置有导程管2911，所述导程管2911与设于所述顶壁211上的通孔2111在竖直方向上相对应。

所述按压体23包括导程柱231及凸起233。所述按压体23一端贯穿所述通孔2111，另一端完全收容于所述收容空间内。所述按压体231的侧壁与所述上盖21及所述下盖的侧壁213、293相互配合，支撑所述按压体23沿所述侧壁213、293所界定的滑轨内上下运动，同时所述导程柱231随着所述按压体23同步上下往复运动。

再请结合参阅图2，是图1所示II区域的局部放大示意图。所述凸起233设于所述按压体23的侧壁表面，所述凸起233与所述按压体23一体结构，是自所述按压体23侧壁延伸形成。所述凸起233整体呈非楔形结构，自下而上方向，所述凸起233的宽度逐渐减小，且所述凸起233的表面轮廓呈弧形连续平滑过渡，最终形成连续弧形弯曲面。也就是说，所述凸起233的表面呈非楔形斜面设置。同时所述凸起233自身可以采用弧形加工设置，具体如图3所示。

请再次参阅图1，所述弹性体25是金属弹簧，其套设于所述导程柱231外侧，其一端抵接所述下盖29内侧表面，另一端抵接所诉按压体23内侧表面，以弹性支撑所述按压体23活动收容于所述上盖21与所述下盖29围成的收容空间内。当所述按压体23沿竖直方向下移时，其压缩所述弹性体25，所述弹性体25由于自身的弹性形变对应产生反作用力，直至施加至所述按压体23的向下作用力与所述弹性体25因形变产生的反作用力趋于平衡时，所述按压体23停止下移。在本实施方式中，所述弹性体25优选为压缩不锈钢弹簧，当所述弹性体25组装于所述静电容式机械按键开关2时，所述弹性体25处于压缩状态。

所述电容感应单元27包括相对间隔且平行相互耦合形成可调电容的调节电极片271、电容介质273及固定电极片275。所述可调电极片271包括依次相接设置的支撑本体2711、弯折部2713、悬置端2715及弹性臂2717。所述支撑本体2711一端贯穿所述下盖29并固定于所述印刷电路板30，所述支撑本体2711与所述印刷电路板30对应电连接。所述弯折部2713连接所述支撑本体2711及悬置端2715，并支撑所述支撑本体2711及悬置端2715围成类U型结构，所述悬置端2715能够相对所述支撑本体2711绕着所述弯折部2713旋转活动。当所述悬置端2715靠近所述固定电极片275时，所述悬置端2715与所述固定电极片275相互平行设置，也就是说，当所述调节电极片271距离所述固定电极片275的距离最近时，所述悬置端2715与所述固定电极片275相互平行间隔设置。所述弹性臂2717分设于所述悬置端2715两侧，所述弹性臂2717弹性抵接所述按压体23的凸起233。所述弹性臂2717与所述凸起233可以是线接触或者面接触设置。

作为上述实施方式的进一步改进，所述凸起233的表面不仅仅局限于设置为弧面结构，其还可以是山脊状结构设置，则所述凸起233表面与所述弹性臂2717呈线性接触设置，且所述山脊状轮廓整体呈弧形平滑过渡设置。

所述固定电极片275一端垂直贯穿所述下盖29并固定于所述印刷电路板30，其与所述印刷电路板30对应电连接。所述固定电极片275的另一端悬置，并与所述调节电极片271的悬置端2715相对间隔设置，所述悬置端2715投影至所述固定电极片275的面积随所述悬置端2715旋转变化而变化。

所述电容介质273是绝缘介质，其夹设于所述悬置端2715与所述固定电极片275之间。所述电容介质273可以是塑胶材料、树脂，也可以是液态等其它非电导体的材料加工而成。所述电容介质273可以是直接设置于所述固定电极片275端部，还可以是直接设置在所述悬置端2715表面，更或者是所述电容介质273分别设于所述固定电极片275端部及所述悬置端2715表面，以及作为独立的元件夹设于所述固定电极片275端部与所述悬置端2715表面之间。所述电容介质273采用耐高温150°以上的绝缘材料加工而成，其可以通过受热固化粘合于所述调节电极片271和/或固定电极片275表面，只要夹设在所述调节电极片271和所述固定电极片275之间，防止二者接触时短路的任何设计都是可行的。

所述调节电极片271相对所述固定电极片275间隔设置，对应耦合形成可调的电容感应单元27，所述电容介质273作为电容绝缘介质夹设于所述固定电极片275端部与所述悬置端2715表面之间。所述电容感应单元27的电容值大小依据如下公式获得：

C＝εS/4πkd，

其中d为固定电极片275端部与所述悬置端2715表面之间的间距，S代表固定电极片275端部与所述悬置端2715表面之间的正对面积，ε代表电容介质273的介电常数，k为静电常数。由于所述调节电极片271与所述固定电极片275之间的相对面积不变，如此，则所述电容感应单元27的电容值C随着所述固定电极片275与所述调节电极片271之间的距离的变化而变化。也就是说，当调整所述固定电极片275与所述调节电极片271之间的距离值时，则所述电容感应单元27的电容值对应调整。具体而言，当所述调节电极片271受外力作用倾斜时，则所述固定电极片275与所述调节电极片271之间的间距增大，根据电容值的计算公式：C＝εS/4πkd，对应所述电容感应单元27的电容值减小。当所述固定电极片275与所述调节电极片271相对平行间隔设置时，则所述电容感应单元27的电容值最大。因此，当所述调节电极片271自倾斜状态旋转为平行于所述固定电极片275的状态时，所述电容感应单元27的电容值逐渐增大；反之，则电容感应单元27的电容值逐渐减小。

所述发光二极体28设于所述印刷电路板30，并贯穿所述下盖29的底壁291，所述发光二极体28接收来自所述印刷电路板30的电源信号发光照亮所述收容空间。

所述印刷线路板30上集成有多个导电线路(未标示)和屏蔽地线，所述静电容式机械按键开关2的焊脚与所述印刷线路板30的导电线路电连接。

再请结合参阅图3及图4，其分别是图1所示静电容式机械按键开关组装后两种工作状态的侧面剖视图。当所述静电容式机械按键开关2工作时，提供外力施加至所述按压体23一端，推动所述按压体23沿着竖直方向向下移动，当所述按压体23下移一定行程时，所述弹性臂2717脱离所述凸起233的抵接而沿所述凸起233的弧面向上移动，此时所述调节电极片271对所述凸起233的抵接力(即对所述按压体23向上的支撑力)瞬间消失，手指会有明显顿挫感，增强了键盘的触控手感，同时所述调节电极片273的悬置端2715自倾斜状态转为平行于所述固定电极片275的状态，由于所述悬置端2715与所述固定电极片275之间的距离发生改变，使得所述电容感应单元27的电容值在受外按压作用时发生变化，且所述电容感应单元27的电容值最终达到最大。

相反，当消除外力作用时，则所述弹性体25推动所述按压体23沿着竖直方向朝远离所述下盖29方向移动，直至所述按压体23的凸起233重新弹性抵接于所述调节电极片271的弹性臂2717，在该过程中，所述调节电极片271与所述固定电极片275之间的间距d发生改变，最终所述电容感应单元27的电容值达到最小。

综上所述，在外力作用下，所述电容感应单元27的电容值随着所述按压体23的下压而输出电容值逐渐变大的电容信号，此时所述静电容式机械按键开关2处于开启状态；相反，当消除外力作用，所述电容感应单元27的电容值随着所述按压体23的上移而输出电容值逐渐变小的电容信号，此时所述静电容式机械按键开关1处于关闭状态。

相较于现有技术，本实用新型提供的静电容式机械按键开关2具有以下有益效果：首先，设置所述按压体23与所述调节电极片271接触面为弧形弯曲面或者连续连接的弯折面结构，而非楔形斜面，有效改善所述弧形结构或者弯折结构与所述可调电极片271带来电容值变化曲线，使得所述可调电容的调节电极片271和固定电极片273呈段落式变化，满足手感的同时，使得所述电容值的变化更加平缓，避免波峰波谷出现引起的开关信号不一致。

为进一步降低摩擦力，还可以设置所述凸起233与所述弹性臂2717线接触设置，即所述凸起233呈圆弧形结构，从侧面投影，所述凸起233的轮廓呈非斜面设置，同时所述凸起233自身采用弧形加工设置，当所述凸起233与所述弹性臂2717抵接时，是线性接触，如此降低弹性臂2717与所述凸起233之间的摩擦力。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种静电容式机械按键开关，其特征在于，包括：

电容感应单元，包括相对间隔设置并相互耦合形成可调电容的调节电极片和固定电极片；

按压体，沿竖直方向往返运动调节所述电容感应单元的电容值呈段落式周期性变化曲线；

弹性体，弹性支撑所述按压体；

具收容空间的外壳，所述电容感应单元、所述按压体及所述弹性体收容于所述收容空间内，所述弹性体夹设于所述外壳与所述按压体之间。

2.根据权利要求1所述的静电容式机械按键开关，其特征在于，所述电容感应单元还包括电容介质，所述电容介质设置在所述调节电极片和/或所述固定电极片上，并位于所述调节电极片和所述固定电极片之间。

3.根据权利要求1所述的静电容式机械按键开关，其特征在于，所述调节电极片包括弹性臂，所述按压体包括具非楔形斜面的凸起，所述非楔形斜面弹性抵接所述弹性臂。

4.根据权利要求3所述的静电容式机械按键开关，其特征在于，所述非楔形斜面是连续弧形弯曲面或者连续连接的弯折面。

5.根据权利要求3所述的静电容式机械按键开关，其特征在于，所述凸起与所述弹性臂线接触或者面接触设置。

6.根据权利要求1所述的静电容式机械按键开关，其特征在于，所述外壳包括挡片，所述挡片配合所述弹性体限定所述按压体在竖直方向的活动最大行程。

7.根据权利要求6所述的静电容式机械按键开关，其特征在于，所述外壳包括相互嵌套配合的上盖和下盖，所述上盖和所述下盖共同围成所述收容空间，所述挡片自所述上盖的内表面朝所述收容空间侧延伸形成，且所述挡片末端悬置并抵持所述固定电极片。

8.根据权利要求1所述的静电容式机械按键开关，其特征在于，所述调节电极片包括依次相接设置的支撑本体、弯折部及悬置端，所述弯折部连接所述支撑本体及悬置端围成类U型结构。

9.根据权利要求8所述的静电容式机械按键开关，当所述按压体处于最低位置状态时，所述调节电极片的悬置端与所述固定电极片相对平行间隔设置。

10.根据权利要求2所述的静电容式机械按键开关，当所述按压体处于最低位置状态时，所述调节电极片的悬置端与所述电容介质面接触设置。