TW202200404A - 按鈕裝置 - Google Patents

Abstract

一種按鈕，由包括柱塞、保持器、彈簧及端蓋的諸零件所組成。柱塞在保持器內往復運動，而該保持器具有三個主要部分：上方部分緊密地留住在柱塞的頂部上之按鈕，並且包括可以容納柱塞的方形中間區段之直線凹口。保持器的中間部分包括擴大的空腔，其提供了供柱塞銷之擴大的方形中間區段旋轉之側面間隙。空腔在上方及下方以相對立的頂面及底面凸輪結構為界，而該等凸輪結構係與柱塞中間區段的諸多角落接合，以使其旋轉。保持器內的彈簧使柱塞向上偏壓。固定至保持器的底部之端蓋將柱塞與彈簧總成保留住，並且提供將按鈕總成固定至支撐結構的附接手段。

Description

按鈕裝置

本發明係有關於用作為機械致動器的手動按鈕。更具體地，本發明係有關於使用交替致動機構的按鈕，其中心的柱塞係藉由該交替致動機構以在穩定的伸出位置與縮回位置之間移動。

在包括書寫工具、門鎖五金器具、開關致動及液壓閥致動的各種應用中，已經使用了具有交替致動機構的按鈕，其交替促動機構係提供中心的柱塞在伸出位置與縮回位置之間的運動。在某些情況下，主要是在筆書寫工具領域中，當朝相同的方向反復地推動柱塞時，柱塞會交替地在穩定的伸出位置與縮回位置之間移動(以下稱為「交替致動」)。

然而，在此領域中存在問題，因為，這些裝置具有製造昂貴且對於高力度工業應用而言不夠堅固耐用之複雜或精緻的機構。因此，需要一種用於嚴酷的操作環境之製造便宜且持久耐用的簡化交替致動按鈕機構。

為了滿足上述技藝的需求，申請人已經設計一種具有很大產業利用性的按鈕機構。本發明的按鈕由最少數量的零件組成，每個零件都具有堅固耐用的構造。其零件包括有柱塞、保持器、彈簧及端蓋。柱塞具有三個區段：頂部是帶有扁平端部的按鈕，允許使用者壓下及操作其裝置；中間區段具有擴大的方形截面；以及，底部區段是直徑減小的銷。底部的銷是按鈕總成的工作部分，其可以根據特定應用的需要而接合相關的結構。

柱塞在保持器內往復運動，該保持器亦具有三個主要部分。上方部分緊密地留住在柱塞的頂部上之按鈕，並且包括可以容納柱塞的方形中間區段之直線凹口。保持器的中間部分包括擴大的空腔，其提供了供柱塞銷之擴大的方形中間區段旋轉之側面間隙。空腔為圓筒形，並且在上方及下方分別以相對立的頂面及面部表面為界。其頂面及底面具有凸輪結構，其係與柱塞中間區段的諸多角落接合，從而導致其旋轉。保持器的下方部分緊密地留住柱塞之受致動的銷。保持器內的彈簧使柱塞向上偏壓。固定至保持器的底部之端蓋將柱塞與彈簧總成保留住。從保持器的底部端延伸之端蓋的柄提供了將按鈕總成固定至支撐結構的附接手段。

更具體地，申請人已經設計一種按鈕裝置，包括一保持器，具有相對立的頂部端及底部端，而設有：一軸向的膛孔，該膛孔在上方部分具有一方形凹口區段，而在其最頂端處具有一直徑減小的套環；以及，一直徑擴大的中心空腔，在其底面及頂面上分別具有兩個相面對的凸輪組，從而界定該空腔的頂部及底部。一同軸的柱塞可滑動地操作在其保持器膛孔內，以在伸出的與縮回的穩定位置之間移動。該柱塞包括一圓柱形按鈕，當處於縮回位置時，該按鈕係從該保持器的頂部端穿過該套環向上伸出。當該柱塞處於伸出位置時，位於該柱塞之遠側的底部端處之一圓柱形銷便從該保持器的底部端伸出。該柱塞之一擴大的中間區段具有橫向方形截面，其尺寸定成使得諸凸輪作用在柱塞中間區段的諸角落上，以便在柱塞的每個上下往復行程中朝相同的旋轉方向轉動該柱塞。

當處於縮回位置時，柱塞的中間區段緊密地容納在保持器的方形凹口區段中，以允許柱塞的縮回。保持器在其底部端具有一端蓋，其係固定至保持器的主體上，以將柱塞保留在該保持器內。一彈簧在端蓋與柱塞中間區段之間操作，而將柱塞推向縮回位置。柱塞中間區段鄰接保持器套環，以停止柱塞向上移動，從而界定其縮回位置。端蓋係固定至保持器的主體，並且具有從保持器的底部延伸之一柄，該柄則具有用於將保持器固定至一支撐結構中之一洞孔的附接手段。

保持器空腔中之每個凸輪都具有一大幅斜角的面，可與柱塞中間區段的諸多角落接合。每組凸輪由沿著保持器中心空腔的周壁以定位之圓形陣列的凸輪所組成。相對立的凸輪組彼此之間的角度偏移有每個凸輪的一半弧長。每組凸輪均由尖銳垂直延伸的諸多齒所組成。

根據下面附圖及本發明的一個具體例之描述，熟悉該項技藝者將明瞭已經實現用於滿足該項技藝的需求之按鈕發明的目的。

在以下與附圖有關的描述中，為了便於交互參考，而無需個別提及特定附圖中列舉的每個元件，不同附圖中所顯示的相同元件使用相似元件符號。

現在參考圖1，顯示本發明的按鈕10，包括下面主要組件：大致上呈圓筒形的保持器主體13、同軸的柱塞11及端蓋15。在圖8及圖9中可以看到包括彈簧總成在內的額外的內部特徵件。本發明的一個優點是只需要幾個組件的簡單設計。

參考圖2，單獨看到按鈕柱塞11。可以理解，柱塞包括三個部分：圓柱形的頂部按鈕17、擴大的方形中間區域18以及位在底部的銷區段19，而銷部分係作為柱塞的工作端。

圖3至圖7以上剖視圖、下剖視圖及立面剖視圖來分別顯示保持器13的細部。

現在參考圖3、4及5，可以較清楚地看到頂部及底部的內部凸輪組以及保持器的其它細部。參考圖3，保持器的主要特徵件是頂部上的保持套環20，其係在保持器的上方部分終止方形截面凹口23。其凹部係從方形凹口23向上過渡至在保持器13的最頂端處直徑減小之保持套環20的圓形開口21。凹口23係從其頂部端向下延伸至保持器的中間部分中之擴大的圓筒形中心空腔24中。兩組相面對的凸輪27及29沿著周圍圓形路徑分別配置在空腔24的頂面及底面上。如圖8及9所示，位在保持器的底部處的沉頭膛孔(counter-bore)25容納了端蓋15。諸凸輪各自配置成為尖端齒，並且，諸凸輪組彼此之間的角度偏移有等於22.5角度之每個凸輪的一半弧長。以該種方式，諸凸輪作用在柱塞中間區段上，以使其旋轉或扭轉。柱塞的每次扭轉使柱塞與所接觸的凸輪對準，然後與相對立的凸輪組有角度地偏移。當相對立的凸輪被柱塞中間區段的角落接觸時，柱塞的下一個行程將增加額外22.5度的扭轉。對於柱塞的每次交替往復行程，都會發生這種情況。每次按壓/釋放循環的組合式上下行程會導致柱塞旋轉45度角。

圖6及7顯示從如圖5標記的區段所示之上方及下方觀看的中心空腔之底面及頂面凸輪組之佈局，而圖5是從圖4截取的剖視圖。上方的頂面凸輪組27包含四個凸輪，而下方的底面凸輪組29則包含八個凸輪。底面凸輪組係由圓形陣列的等距凸輪所組成。在操作中，每個凸輪都有一個與柱塞中間區段之諸角落中之一者接合的大幅斜角的面。在圖7中，保持器13的上方部分中之凹口23係配置成緊密地容納柱塞的中間區段，並從空腔頂面向上延伸。在此描繪出其與空腔頂面的凸輪27之關係。每個凸輪的位置是落在柱塞中間區段之長徑與短徑的邊界範圍之內，以致於只有柱塞中間區段的角落之邊緣才與凸輪接觸。每組中的個別凸輪實質上係相同，並呈大幅斜角，以形成尖峰。使諸凸輪組定向成在柱塞之每個往復行程的兩個垂直方向上朝相同的旋轉方向施加旋轉力至柱塞，以致於其旋轉位置前進量是相加的。

圖8及9描繪本發明的按鈕之伸出及縮回的穩定狀態。現在參考圖8，一個立面剖視圖顯示所完成的按鈕總成之內部特徵。此總成係藉由端蓋15而成為一體，而該端蓋具有三個主要特徵：一個凹口容納彈簧16的底部；允許端蓋進行拉孔(broach)而進入保持器的底部之附接特徵；端蓋的遠端具有帶有附接手段14的柄，其在此係被視為可允許按鈕總成附接至接收面板(未顯示)中之洞孔的鉚接特徵。

如先前在圖3至圖7所示，保持器中心空腔24在空腔底面9及空腔頂面12上具有凸輪結構，在當完全壓下及完全釋放按鈕而柱塞靠在凸輪組27及29上受力時，施加扭轉力或扭矩至柱塞11。如圖6及圖7所示，凸輪在相對立的垂直方向上位於保持器圓筒形中心空腔24的周圍。諸凸輪係定位成與柱塞的軸線足夠遠，以致於它們僅接合柱塞中間區段18的諸角落。

在圖8中，看到柱塞處於其伸出位置。柱塞11首先藉由以手動或機械方式被向下推動，直至其方形中間區段18的諸角落壓靠在中心空腔底面上的凸輪29為止，以達到此位置。當釋放按鈕時，柱塞接著藉由彈簧16的力而向上移動，直到其接觸在空腔頂面上的凸輪為止，使柱塞11旋轉一額外的量。柱塞中間區段18現在不與保持器上方形截面凹口對準，並且停止而與中心空腔頂面12鄰接。因此，柱塞11保持在此伸出位置，而柱塞11的端銷19從保持器端蓋15的底部伸出。藉由彈簧16的力作用在柱塞中間區段18的底部，以保持柱塞的位置穩定性。

現在參考圖9，在此圖中可以看到柱塞處於縮回位置。此位置是從圖8所示之伸出位置藉由柱塞按鈕17的另一次相似推動及釋放以達成，其會使柱塞再次旋轉45度。在此，在對柱塞施加另一個45度的旋轉之後，柱塞中間區段18現在係與保持器方形凹口23對準。當釋放按鈕時，柱塞中間區段因彈簧16的力而向上被容納至凹膛孔中。這會將柱塞11的端銷19縮回至端蓋15中。柱塞運動係藉由圖3中作為元件20的套環而停止向上。套環20具有變窄的圓形開口，其係在當柱塞11完全縮回而柱塞按鈕更遠離保持器的頂部而伸出時容納柱塞按鈕。柱塞11係藉由彈簧16的力而保持在穩定的縮回位置，而該彈簧係在端蓋15與柱塞中間區段18的底部之間操作。

藉由這些機械關係，此種按鈕係如下般操作。隨著柱塞依次被推動及釋放，凸輪在兩個相反的軸向上的作用各自在相同的旋轉方向上施加旋轉力或扭轉力至柱塞。施加至柱塞的每個扭轉界定22.5度的旋轉，以致於當柱塞在推動/釋放循環之後向上返回時，柱塞總共旋轉45度。現在，柱塞之擴大的方形中間區段不會與保持器的頂部凹口對準，以致於，柱塞中間區段的諸多角落鄰接中心空腔的頂面，從而防止柱塞進一步向上縮回。這建立了按鈕總成之穩定的伸出位置。當柱塞再次被壓下及釋放時，一起交替作用的底面及頂面凸輪使柱塞旋轉總共45度，以致於它現在與保持器之頂部中的凹口對準。當釋放按鈕上的壓力時，內部彈簧的力將柱塞向上移動至保持器的上方凹口中，以進入穩定的縮回狀態。

可以根據需要改變所描繪的具體例中所示之尺寸，以適合特定的應用。例如，能以所需的任何尺寸製造方形部分邊長及柱塞銷的直徑。並且，可以輕易地修改中心空腔的上方與下方邊界之間的距離。柱塞銷的距離及長度決定了銷會突出穿過保持器端蓋的底部之距離有多遠。主體的底部區域，具有一個沉頭膛孔，可提供足夠的材料，以供端蓋進行拉孔而進入保持器主體，並將此一總成保留至保持器，如圖8及9所示。端蓋的遠端可以具有用於固定至支撐結構(例如，接收面板)之任何合適的附接手段。

雖然上面僅描述本發明的一個具體例，但是應該理解，所顯示及描述的內容可以有許多的變化，它們都落入本發明的範圍及精神內。可以理解，本發明並非侷限於所揭露之具體例，而是應該僅由隨附申請專利範圍及其合法的均等物來界定。

相關申請案：本案主張2020年3月10日提出之發明名稱為「按鈕裝置」的美國臨時專利申請案第62/987,425號之優先權。

9:空腔底面 10:按鈕 11:柱塞 12:空腔頂面 13:保持器/保持器主體 14:附接手段 15:端蓋 16:彈簧 17:(柱塞)按鈕 18:(柱塞)中間區段 19:(柱塞)銷/銷區段 20:套環/保持套環 21:圓形開口 23:凹口 24:空腔 25:沉頭膛孔 27:凸輪/凸輪組 29:凸輪/凸輪組

圖1係上前透視立體圖。 圖2係上左透視立體圖。 圖3係正立面剖視圖。 圖4係底部平面圖。 圖5係從所示的圖4截取之正立面局部剖視圖。 圖6係從所示的圖5截取之上平面剖視圖。 圖7係從所示的圖5截取之下平面剖視圖。 圖8係顯示伸出位置之正立面剖視圖。 圖9係顯示縮回位置之正立面剖視圖。

9:空腔底面

11:柱塞

12:空腔頂面

13:保持器/保持器主體

14:附接手段

15:端蓋

16:彈簧

17:(柱塞)按鈕

18:(柱塞)中間區段

19:(柱塞)銷/銷區段

23:凹口

24:空腔

29:凸輪/凸輪組

Claims (11)

1. 一種按鈕裝置，包括： 一保持器，具有相對立的頂部端及底部端，而設有一軸向的膛孔、在該保持器的上方部分之中該膛孔的一方形凹口區段、及在最其頂端處之一直徑減小的套環，其保持器膛孔係具有一直徑擴大的中心空腔，其底面及頂面分別界定出該空腔的底部及頂部，該空腔係包含兩個相面對的凸輪組，一凸輪組在其底面上，而另一個凸輪組在其頂面上； 一柱塞，可滑動地操作在該保持器膛孔內，而在伸出位置與縮回位置之間移動，該柱塞包括一按鈕，當處於該縮回位置時，該按鈕係從該保持器的頂部端穿過該套環而向上伸出，並且進一步在該柱塞的遠側的底部端處具有一圓柱形銷，當該柱塞處於該伸出位置時，該圓柱形銷係從該保持器的底部端伸出；以及 具有橫向方形截面之該柱塞的一擴大的中間區段，其係配置及構造成使得該柱塞中間區段的諸多角作用在該等凸輪上，以在該柱塞之每個交替的上下往復行程中朝相同的旋轉方向轉動該柱塞。
2. 如請求項1之裝置，其中，當該柱塞處於該縮回位置時，該柱塞的該中間區段係緊密地佔據該保持器的該方形凹口區段。
3. 如請求項2之裝置，其中，該保持器的底部端具有一端蓋，其係固定至該保持器的主體，從而將該柱塞保留在該保持器內。
4. 如請求項3之裝置，其中，具有一彈簧，操作在該端蓋與該柱塞中間區段之間，將該柱塞向上推向該縮回位置。
5. 如請求項1之裝置，其中，每個凸輪皆具有一大幅斜角的面，可與該柱塞中間區段的諸多角落接合。
6. 如請求項5之裝置，其中，該中心空腔係呈圓筒形。
7. 如請求項6之裝置，其中，每個凸輪組包括沿著該保持器中心空腔的周壁以定位的凸輪。
8. 如請求項7之裝置，其中，每一組中的凸輪係實質上相同，並且，該等凸輪組彼此之間的角度偏移有每個凸輪的一半弧長。
9. 如請求項5之裝置，其中，該等凸輪係由尖銳垂直延伸的諸多齒所組成。
10. 如請求項1之裝置，其中，當該柱塞處於該縮回位置時，該柱塞中間區段係鄰接其保持器套環。
11. 如請求項3之裝置，其中，該端蓋固定至該保持器的主體，並且具有從該保持器的底部延伸之一柄，而該柄具有用於將保持器固定至一支撐結構中之一洞孔的附接手段。

Images