專利名稱:具有磁耦合銜鐵的開關(guān)的制作方法
本發(fā)明是1995年6月2日申請的申請?zhí)枮?8/458,989的部分繼續(xù)申請。
用于在一個可靠的袖珍型裝置中提供電子開關(guān)功能的薄膜開關(guān)已是公知技術(shù)。薄膜開關(guān)通常具有一個通過一不導(dǎo)電隔離層和基片隔開的柔性塑料薄膜。位于該隔離層內(nèi)的多個開孔允許用戶通過該隔離層去按壓薄膜，從而使位于薄膜和基片內(nèi)表面上相互面向的電子觸點(diǎn)相互接觸，借此以閉合一個開關(guān)。在驅(qū)動力消失的情況下，該薄膜的自然彈力使其返回到它的隔開的位置上。
這種基本的薄膜開關(guān)結(jié)構(gòu)雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但它不提供在某些應(yīng)用場合中所需要的某些特性。例如，在某些例子中，開關(guān)的使用者總是習(xí)慣于使用特定類型的機(jī)械致動器，以致使他們對薄膜開關(guān)感到慌亂不解并很自然地拒絕使用這種薄膜開關(guān)。所述的薄膜開關(guān)通常是一個具有表示應(yīng)當(dāng)按壓什么地方的圖表元件但不具有凸出的致動器構(gòu)件的扁平面板。盡管薄膜開關(guān)是一種能夠提供完全滿足要求的電子開關(guān)，但是，制造商們卻發(fā)現(xiàn)那些期望獲得旋轉(zhuǎn)開關(guān)、滑動開關(guān)或按鈕開關(guān)以用于某種功能的使用者們并不愿意使用扁平面板的薄膜開關(guān)來取代所熟悉的開關(guān)。對于消費(fèi)品而言更是如此。另外，在汽車應(yīng)用中，提供一種旋轉(zhuǎn)或滑動開關(guān)以使司機(jī)在不分散其對道路情況注意力的同時(shí)能夠用一只手找到并加以操作可能是更加重要的。
在薄膜開關(guān)中現(xiàn)在的另外一個問題是要一直向開關(guān)致動器的使用者提供反饋。由于達(dá)到閉合的薄膜行程非常之小，以致當(dāng)使用者致動這些開關(guān)時(shí)，除非有某種狀態(tài)向使用者表示閉合已經(jīng)發(fā)生，否則該使用者根本就感覺不到。聽覺反饋是常有的，但并不總是需要的。通過安置在薄膜內(nèi)的電鍵半圓頂帽可提供觸覺反饋。在整個移動鍵盤中，通過安裝在薄膜開關(guān)面板上方的塑料致動器提供反饋。這種致動器通常是一些比較復(fù)雜的設(shè)備，因而使它們相對較貴。
本發(fā)明涉及到將旋轉(zhuǎn)、按鈕和滑動開關(guān)或電位計(jì)引入到一個扁平面板開關(guān)之中。這就把薄膜開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和習(xí)慣于使用傳統(tǒng)開關(guān)的使用者的視覺和感覺結(jié)合在一起。
旋轉(zhuǎn)和滑動開關(guān)都具有一個安裝在承載板上用于旋轉(zhuǎn)、直線或復(fù)雜運(yùn)動的旋鈕。這個旋鈕帶有一個磁鐵，用于使其和該載體的相鄰?fù)獗砻嬉黄疬\(yùn)動。在該載體的下側(cè)面上形成有多個包括至少一對間隔開關(guān)觸點(diǎn)的電極。銜鐵是由導(dǎo)電的磁性材料制成的。磁性材料意味著這種材料受磁鐵的影響。該磁鐵使得銜鐵朝著所述載體的下表面，因而也就是朝著電極的方向向上升起。旋鈕的運(yùn)動將銜鐵帶入和帶出與開關(guān)觸點(diǎn)的短路關(guān)系。銜鐵可以是一個扁平的盤狀元件。因此，它可以是圓柱或圓球。另外一種銜鐵的結(jié)構(gòu)包括具有兩個或多個固定位置且其中不同組的觸點(diǎn)被短路的一個擋板(flipper)。一個制動齒輪可以被用于提供開關(guān)進(jìn)入和脫離閉合的運(yùn)動的觸覺反饋。最好利用某種基片去保護(hù)和密封所述的電極和銜鐵。具有在其中配置有所述銜鐵的一個開孔的隔離層允許該銜鐵的運(yùn)動。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)和滑動開關(guān)提供許多優(yōu)點(diǎn)。這些開關(guān)可以被集成到一個扁平的、所延續(xù)的開關(guān)面板內(nèi)。由于開關(guān)的觸點(diǎn)被置于開關(guān)的內(nèi)部，所以可以保持扁平面板的封裝集成度。可以很容易地使用密封圈去防止灰塵、粉沫和各種液體的浸入。所述旋鈕可以被粘接在開關(guān)面板的前表面上，而不必貫入連續(xù)密封的表面?？梢允褂靡粋€偏心磁鐵，以使銜鐵在致動期間轉(zhuǎn)動借此以延長壽命?？梢栽黾右粋€實(shí)際上耐磨損的磁制動器。在開關(guān)需要承受撞擊或振動的使用場合，可以增加一個磁性預(yù)加載?？梢蕴峁┮恍R達(dá)裝置和磁性離合器以用于諸如洗衣機(jī)定時(shí)器控制。在集成薄膜開關(guān)面板上可以提供一些按鈕薄膜開關(guān)、滑動開關(guān)和旋轉(zhuǎn)開關(guān)，或電位計(jì)，所有的這些開關(guān)都被集成到一塊連續(xù)的面板上。低成本的銀導(dǎo)體可以被用作開關(guān)觸點(diǎn)，在大電流應(yīng)用場合，可以提供蝕刻銅觸點(diǎn)，可以提供觸覺反饋。開關(guān)可以被制成單獨(dú)的個別構(gòu)件。耐高溫薄膜材料可應(yīng)用于高溫場合之下，包括諸如波焊的高溫處理場合之下。低成本聚酯薄膜可以被用作承載板，或者使用印刷電路板來取代膜或基片。
在按鈕開關(guān)的隔離層和薄膜之間有一層磁性材料。位于隔離層開孔之內(nèi)的銜鐵可在一個正常位置和一個閉合位置之間作樞軸旋轉(zhuǎn)，在該正常位置之內(nèi)，銜鐵與基片上的電極相互隔開，而在該閉合位置內(nèi)，它與該電極相互短路。利用位于磁性層和銜鐵之間的磁性引力，所述銜鐵被保持在其正常位置之內(nèi)。當(dāng)使用者按壓薄膜時(shí)，銜鐵突然脫離所述磁性層并與所述電極相閉合，從而提供了開關(guān)的閉合狀態(tài)和觸覺反饋。閉合壓力的消除允許磁性層拉回銜鐵并重新打開所述開關(guān)。構(gòu)制到銜鐵一端內(nèi)部的轉(zhuǎn)軸促使該銜鐵的繞樞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
在另一種按鈕開關(guān)結(jié)構(gòu)中，一個擺動銜鐵被置于隔離層開孔內(nèi)薄膜之下并位于基片頂部上。利用銜鐵往復(fù)運(yùn)動特性的前后擺動使基片上表面上的多個觸點(diǎn)被橋式連接。該銜鐵具有一個與公共觸點(diǎn)相嚙合的中心支點(diǎn)。當(dāng)一個用戶通過按壓薄膜加以控制時(shí)，所述銜鐵的多個端交替與外部觸點(diǎn)接觸和脫離接觸。緊靠在基片表面之下設(shè)置的磁鐵使所述銜鐵保持在一個或另一個位置內(nèi)。

圖1的平面圖示出了本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
圖2示出了沿圖1的2-2線的剖面圖。
圖3的簡要平面視圖示出了用于旋轉(zhuǎn)開關(guān)的制動機(jī)構(gòu)。
圖4的平面視圖示出了依據(jù)本發(fā)明的去除了制動旋鈕以表示向下延伸部分的滑動開關(guān)。
圖5示出了沿圖4線5-5所取的剖面圖。
圖6的平面視圖示出了具有另一銜鐵的滑動開關(guān)。
圖7示出了沿圖6線7-7所取的剖面圖。
圖8示出了具有另一實(shí)施例銜鐵的滑動開關(guān)。
圖9是沿圖8線9-9所取的剖面視圖。
圖10示出了一個具有球形銜鐵的開關(guān)的放大詳細(xì)示圖。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個按鈕開關(guān)。
圖12示出了沿圖11線12-12所取的剖面視圖。
圖13類似于圖10，示出了耦合磁鐵的另一種配置。
圖14的平面視圖是依據(jù)本發(fā)明的另一個滑動開關(guān)，該圖刪除了制動旋鈕所表示向下延伸的部分。
圖15是沿圖14線15-15所取的剖面視圖。
圖16的平面視圖示出了另一個按鈕開關(guān)。
圖17示出了沿圖16線17-17所取的剖面圖。
圖18類似于圖2，示出了另一種旋轉(zhuǎn)開關(guān)的剖面圖。
圖19的簡圖類似于圖4，示出了另一種形式的制動機(jī)構(gòu)。
圖1和圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的一個旋轉(zhuǎn)開關(guān)。以標(biāo)號10表示的開關(guān)包括基片12、不導(dǎo)電隔離層14和以薄膜16形式出現(xiàn)的載體。盡管沒有示出，但應(yīng)當(dāng)理解，所述薄膜的內(nèi)表面載有一組電極，用于限定至少一個電子開關(guān)的多個間隔觸點(diǎn)。通常這些電極是通過網(wǎng)板印刷或銅刻蝕而形成的。這些觸點(diǎn)是以如下方式構(gòu)成的，即它要允許利用金屬銜鐵18使至少兩個觸點(diǎn)能夠彼此短路到一起。所述銜鐵是由導(dǎo)電磁性材料制成的。這種材料的一個例子就是鍍有銀的軟鋼。加上銀以加強(qiáng)導(dǎo)電率并抗氧化。應(yīng)當(dāng)加入諸如銠的較堅(jiān)硬的金屬以改善其耐磨性。隔離層中的開孔20用于容納銜鐵18。在該實(shí)施例中，所述銜鐵是一個扁平的圓盤。
安裝有一個致動旋鈕22以利用一個插銷使所述開關(guān)旋轉(zhuǎn)。該插銷具有頭23和24，該軸24通過薄膜、隔離層開孔以及基片而延伸。空心軸套25環(huán)繞所述軸并位于薄膜上方。螺母26用于將插銷保持在適當(dāng)?shù)奈恢锰?。密封環(huán)28用于防止灰塵、粉沫或潮氣進(jìn)入隔離層開孔。螺母26被擰緊在軸24上，以輕微地?cái)D壓密封環(huán)28和空心軸套25。致動旋鈕具有一個中心孔，該中心孔大得足以允許該旋鈕在空心軸套上旋轉(zhuǎn)。插銷頭23防止所述旋鈕脫出該開關(guān)。螺母表示為一個獨(dú)立的部分，它的功能可以由基片的具有螺紋的錐形放大部分擔(dān)當(dāng)。在另外一種結(jié)構(gòu)中，空心軸套25將被粘接到薄膜的頂部。在這種情況下，不再需要螺母，且插銷軸將到達(dá)薄膜。
旋鈕22在其下端有一個耦合器30。該耦合器是一個磁鐵，它可以被摸壓或夾持在所述旋鈕內(nèi)。在與其它的電子元件的磁干擾有利害關(guān)系的場合，可根據(jù)需要將該耦合器屏蔽起來。借助起源于該耦合器的磁場，耦合器30強(qiáng)迫銜鐵18朝向薄膜的內(nèi)部表面。耦合器的作用在于當(dāng)用戶旋轉(zhuǎn)旋鈕22時(shí)建立開關(guān)觸點(diǎn)壓力并將銜鐵18從一個觸點(diǎn)牽引到另一個觸點(diǎn)上。
應(yīng)當(dāng)理解，旋鈕應(yīng)當(dāng)處于與薄膜外部表面相互接觸或相互脫離兩種狀態(tài)之一。同樣，所述磁鐵可以和薄膜的外表面相接觸也可以不和薄膜的外表面相接觸。只要磁鐵的閉合足以使銜鐵能夠保持磁鐵和銜鐵之間的耦合，即銜鐵總是隨著磁鐵運(yùn)動，那么旋鈕或者磁鐵和薄膜之間的接觸或不接觸都是無關(guān)緊要的。
該開關(guān)的操作過程如下。當(dāng)一用戶抓緊并轉(zhuǎn)動旋鈕22時(shí)，耦合器30隨旋鈕而轉(zhuǎn)動。由于耦合器30和銜鐵18之間的磁耦合，銜鐵隨著旋鈕18一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)它使銜鐵旋轉(zhuǎn)運(yùn)動到與薄膜上的觸點(diǎn)短路接觸時(shí)，開關(guān)被閉合。另外，該旋轉(zhuǎn)還使銜鐵運(yùn)動以使其和一個或兩個電極脫離接觸，從而打開所述開關(guān)。很明顯，在單個旋鈕旋轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)可以設(shè)置多于一組的開關(guān)觸點(diǎn)，以在一個旋鈕情況下提供多個開關(guān)。例如，由銜鐵隨耦合器的旋轉(zhuǎn)所經(jīng)過的空間限定了一個環(huán)。朝向那個環(huán)內(nèi)徑方向的可以是一個環(huán)形的公共觸點(diǎn)，而朝向這個環(huán)外徑的可以是端接于環(huán)內(nèi)一個點(diǎn)處但彼此隔開并與公共觸點(diǎn)分離的多個外電極端。銜鐵總是與公共觸點(diǎn)相接觸，但與外部觸點(diǎn)隨運(yùn)動有時(shí)接觸有時(shí)脫離?；蛘?，所述的環(huán)形公共觸點(diǎn)是一個開口環(huán)或類似物件。各種變化都是可能的。
圖3示出了一個數(shù)字齒輪32，該齒輪32可被有選擇地插入到旋轉(zhuǎn)開關(guān)10之中。該齒輪具有一個具有多個輪齒36的輪彀34。這里示出了4個輪齒，但如果空間允許，這個數(shù)量是任意的。圖3中的虛對頂線表示可能的附加輪齒的位置。齒輪應(yīng)當(dāng)被設(shè)置在薄膜16的外表面上，以使輪轂34能夠環(huán)繞設(shè)置在該齒輪頂部的軸24和空心軸套25。在這種情況下，空心軸套將被縮短齒輪32的厚度。旋鈕22的下側(cè)也將被切除掉以容納該齒輪。由于該齒輪被擠在空心套筒25和薄膜16之間，所以它并不隨旋鈕轉(zhuǎn)動而是保持在一個固定位置上。輪齒向由耦合器30的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動所限定的圓的內(nèi)徑延展。該齒輪是由磁性材料制成的，所以，當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)從而使耦合器與一個輪齒排列成一直線時(shí)，在耦合器和輪齒之間的磁吸力就會建立一個觸覺給用戶。另外，由旋鈕所攜帶的第二磁鐵與該齒輪共同作用以提供一個觸覺反饋。
圖4和圖5示出了一個滑動開關(guān)38。它具有一個基片40，帶有開孔44的隔離層42和以薄膜46形式出現(xiàn)的載體，所有這些都類似于旋轉(zhuǎn)開關(guān)10。開孔44是一個細(xì)長的矩形孔。在載體或薄膜46的內(nèi)表面上具有多個電極或軌跡48A、48B和48C。電極48A是一個公共電極，48B和48C的端部彼此分開，如圖所示。應(yīng)當(dāng)理解，這個電極的配置僅用于說明的目的，可有多種變化。
塑料殼體50安裝在薄膜的外表面上。該殼體通常是在其頂部具有一個用于接收致動器或旋鈕52的一個細(xì)長開縫的矩形盒子。致動器帶有一個耦合器54，在最佳實(shí)施例中，該耦合器是一個磁鐵。銜鐵56被放置在開孔44之內(nèi)。該銜鐵可以具有一個與旋轉(zhuǎn)開關(guān)內(nèi)相同的盤狀，該開關(guān)的工作狀態(tài)與旋轉(zhuǎn)開關(guān)的工作狀態(tài)類似，除了致動器52的運(yùn)動是直線的而不是圓形的以外。致動器帶著耦合器54往復(fù)運(yùn)動。耦合器和銜鐵之間的磁引力使得銜鐵和耦合器一起運(yùn)動，從而把軌跡48B或48C連接到48A上。
滑動開關(guān)還應(yīng)當(dāng)具有一個數(shù)字齒輪，用以提供如在旋轉(zhuǎn)開關(guān)中的制動器。另外，應(yīng)當(dāng)說明在所述的滑動和旋轉(zhuǎn)開關(guān)中，耦合的磁鐵相對于銜鐵偏心放置。這樣作是有意的，目的是當(dāng)致動器或旋鈕運(yùn)動時(shí)使銜鐵轉(zhuǎn)動，這延長了開關(guān)的壽命。在提供了一個偏置耦合磁鐵的情況下，就不必再以這種方式來安排磁鐵。
在頭兩個實(shí)施例中示出的電極限定了一個開關(guān)。它們可以被安排以形成一個電位計(jì)。通過利用一個電阻元件來代替開關(guān)觸點(diǎn)以形成一個旋轉(zhuǎn)的或滑動的電位計(jì)來構(gòu)成一個電位計(jì)。
圖6和圖7示出了滑動開關(guān)的另一個實(shí)施例。除銜鐵外，該實(shí)施例類似于開關(guān)38。柱形銜鐵58形成一個扁平的盤狀銜鐵。該柱形銜鐵無磁滯現(xiàn)象，即當(dāng)致動器的方向被反向時(shí)，銜鐵58毫不遲疑地立即進(jìn)行跟蹤。所述的圓柱形銜鐵還使該銜鐵與導(dǎo)電軌跡之間的摩擦最小。
圖8-10示出了銜鐵的一個實(shí)施例。這里所述的銜鐵是一對導(dǎo)電球60。該球具有圖6和圖7所示柱形銜鐵的所有優(yōu)點(diǎn)以及下述優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)致動機(jī)構(gòu)的方向是個復(fù)合方向時(shí)，即除直線和圓圈以外的任一通路時(shí)，在沒有滑動或固接的情況下環(huán)形銜鐵將進(jìn)行跟蹤，這將允許諸如五速傳送模式的移動模式的復(fù)合致動模式。因此，球形銜鐵將用于具有較復(fù)雜致動運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)開關(guān)、滑動開關(guān)或某些事務(wù)中。
圖10示出了依據(jù)本發(fā)明的一個開關(guān)的最簡單的形式，這種開關(guān)僅需要帶有電極的一個載體、一個耦合器和一個銜鐵。在渴望保護(hù)銜鐵和電極的大多數(shù)應(yīng)用中，并不絕對需要隔離層和基片。另外，在所述載體被表示成傳統(tǒng)薄膜開關(guān)的柔性聚酯薄膜的情況下，結(jié)論將是相反的。例如，在一個印刷電路板被用作載體的情況下。當(dāng)然，載體并不需要是薄的平板。盡管對于許多應(yīng)用來講，這可能是一種最實(shí)際的結(jié)構(gòu)，但是任一載體配置都必須能夠發(fā)射足夠的磁場，從而使得銜鐵總是能夠很好地跟蹤耦合器。
圖13示出了具有兩個球形銜鐵的開關(guān)的變形。在這個實(shí)施例中，有兩個具有相對配置的磁極的耦合磁鐵54A和54B。由此，磁鐵極直接位于球的上方。當(dāng)兩個磁鐵的位置如圖所示時(shí)，它們將由一個單一的U形磁鐵或適當(dāng)極化的條形磁棒來代替。在任一情況下，其結(jié)果都是如磁力線86所示的磁場的主要磁力直接指向面向開關(guān)觸點(diǎn)的球。這就建立了一個較高的接觸力并減少了球沿球心連線移動的趨勢。球形銜鐵的另一種可能的變化是加上更多的、可能是不同尺寸的球，以實(shí)現(xiàn)多觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
圖14和15示出了滑動開關(guān)88的另一種變化。它具有基片90。具有開孔94的隔離層92和以薄膜96形式出現(xiàn)的載體，所有的這一切都類似于旋轉(zhuǎn)開關(guān)38。開孔94是一個細(xì)長的矩形孔。載體或薄膜96的內(nèi)表面上形成有電極或軌跡98A、98B和98C。電極98A是一個公共電極，98B和98C的端部如圖所示的相互分隔開。應(yīng)當(dāng)理解，這個電極的配置僅用于說明的目的，可能有多種變化。
塑料殼體100安裝在薄膜的外表面上。該殼體通常是在其頂部帶有一個用于接收致動器或旋鈕102的狹縫的矩形盒子。致動器帶有一個耦合器104，在最佳實(shí)施例中，該耦合器是一個磁鐵。銜鐵106被放置在開孔94之中。銜鐵是一個在其頂角109處具有相結(jié)合的面108A、108B的磁性材料角片，所述頂角總是與軌跡98A相接觸。除了銜鐵圍繞該頂角跳動而不是滑動以外，該開關(guān)的工作作狀態(tài)類似于圖4所示之開關(guān)。致動器帶動耦合器104前后運(yùn)動。耦合器和銜鐵面108之間的磁性引力使得銜鐵前后翻動，從而將軌跡98B或98C連接到98A上。
該銜鐵106的優(yōu)點(diǎn)在于在銜鐵和開關(guān)觸點(diǎn)之間沒有摩擦力。這種銜鐵可被用于超長壽命的應(yīng)用之中。這種擋板銜鐵的原理可以延伸到具有兩個以上面的銜鐵，由此可以具有兩個以上的穩(wěn)定位置以提供多位置開關(guān)。這種銜鐵的一個例子就是一個在其面上具有任意數(shù)量個面的側(cè)三角形錐體或一個正錐體。另外一種延伸就是將多個擋板在垂直于致動器運(yùn)行的方向上連成一組。在這種情況下，根據(jù)所需之開關(guān)輸出，可能需要多個磁鐵。
圖11和12示出了本發(fā)明的按鈕開關(guān)62。從底部向上開始，開關(guān)62包括基片64，其中具有一個開口的隔離層66，板形磁鐵層70和薄膜72。另外，盡管最好具有一個薄膜以防止粉塵、顆粒和水分并提供一個用于印制圖表的表面，但這個薄膜可以省略。薄膜通常在74處被模壓凸起，以提供一個空間，用于在銜鐵78上形成的致動按鈕76。這個空間也可以通過在磁性層70的頂部表面和薄膜72的下面之間內(nèi)放置第二隔離層來形成。
銜鐵78主要被放置在隔離層開口68之內(nèi)。它的致動按鈕76通過磁性層70內(nèi)的孔隙80伸出。銜鐵的下表面有一個支點(diǎn)。在這種情況下，支點(diǎn)的形狀是一對擴(kuò)展部分82。如圖所示，這對擴(kuò)展部分與電極84A是相互隔開的，但當(dāng)該開關(guān)處于打開狀態(tài)時(shí)，它們將相互接觸，銜鐵是由導(dǎo)電的磁性材料制成的。磁鐵層70使銜鐵78向上朝向所述層的下表面。在所述基片的內(nèi)表面以形成電極84A和84B。
為了驅(qū)動按鈕開關(guān)62，用戶應(yīng)按壓致動鈕76。當(dāng)用戶如此操作時(shí)獲得預(yù)行程，此時(shí)薄膜開始變形，當(dāng)薄膜進(jìn)一步變形時(shí)，銜鐵急劇地脫開磁性板材料，并提供一個非常清新的觸覺。支點(diǎn)擴(kuò)展部分82將從磁性層70自由脫開并與電極84A相嚙合。此后，銜鐵將圍繞支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)并與電極84B相接觸。這就使得多個電極相互短路，并閉合所述開關(guān)。在去除閉合壓力的基礎(chǔ)上，層70和銜鐵78之間在磁引力將使銜鐵返回到圖12所示的位置，重新 打開該開關(guān)。由于按鈕78通過孔隙80而延伸，所以在閉合的整個過程中，磁性層70的移動非常小。
通過將一個鐵磁材料置于磁鐵板層70的頂表面上可以實(shí)現(xiàn)觸覺的改進(jìn)。這個材料的作用在于使磁場方向向下指向銜鐵。通過向磁性板材料提供適當(dāng)?shù)膭傂裕@個材料還加強(qiáng)了觸覺。這種材料的一個例子就是一個薄的軟鋼板。
通過改變致動按鈕的位置和尺寸，所示和所描述的開關(guān)可以給用戶提供觸覺。通過調(diào)節(jié)銜鐵的幾何圖形和尺寸可以實(shí)現(xiàn)增加的開關(guān)行程和/或整個行程。通過調(diào)節(jié)致動按鈕的位置可以實(shí)現(xiàn)超短的開關(guān)行程?？梢灾圃靻为?dú)的、個別及分立的開關(guān)。磁性返回力允許開關(guān)被保持在所述致動位置以用于擴(kuò)展周期而不必改變恒定的驅(qū)動狀態(tài)。通過在銜鐵內(nèi)提供一個孔以實(shí)現(xiàn)光反饋。對于高溫材料使用包括波焊在內(nèi)的高溫制造處理。一個印刷電路板可用作基片。如果在磁性層70下(在磁性層70上或在磁性層70下的薄膜上)布置有一組額外的電子觸點(diǎn)，那么，一個通常閉合的開關(guān)就可以和圖11和圖12所示的開關(guān)協(xié)同工作。
按鈕開關(guān)的另一種形式如圖16和圖17的110所示。這是一種雙穩(wěn)態(tài)搖臂開關(guān)。開關(guān)110具有設(shè)置在隔離層114頂部上的薄膜112?；?16位于與薄膜相對的隔離層的一側(cè)。塑料襯板118位于基片116的下方?；?16的內(nèi)表面上形成有以圓形焊接區(qū)端接的電極或軌跡120A、120B和120C，如圖16所示。電極120B是一個公共電極。隔離層114之內(nèi)的開孔122用于容納搖臂銜鐵124。銜鐵124由磁性材料制成并具有一對從中心支點(diǎn)128向相反方向延伸的臂126A和126B。該銜鐵以往復(fù)方式繞支點(diǎn)128在隔離層開孔122內(nèi)轉(zhuǎn)動或搖擺。所述支點(diǎn)建立在公共電極120B的焊接區(qū)上。臂126A和126B朝著電極120A和120C的焊接區(qū)延伸。臂126B的致動位置示于圖17，其中，所述臂與電極120C相接觸。在基片下面的襯板118中鑲嵌有一對磁鐵130、132。這些磁鐵將銜鐵保持在致動位置，并在開關(guān)工作時(shí)提供一個觸覺。例如，在圖17中，當(dāng)所述薄膜的左側(cè)被一用戶按壓時(shí)，銜鐵124的臂126B與電極120C脫離接觸，并打開右側(cè)開關(guān)。隨后，臂126A與電極120A接觸，從而閉合由電極120A和120B形成的左側(cè)開關(guān)。
根據(jù)銜鐵的形狀和開關(guān)觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，圖16和圖17所示的按鈕開關(guān)還可以是三穩(wěn)態(tài)或多穩(wěn)態(tài)的。在三穩(wěn)態(tài)和三穩(wěn)態(tài)以上開關(guān)中，所述銜鐵應(yīng)取倒錐體形狀。這種開關(guān)的另一實(shí)施例包括取消磁鐵130或132之一。由于除了當(dāng)一個用戶在按壓該薄膜的另一部分時(shí)該銜鐵總是與位于所剩一個磁鐵之上的電極相接觸，所以這種開關(guān)應(yīng)被稱之為多穩(wěn)態(tài)。當(dāng)那個壓力被取消時(shí)，所述磁鐵將使銜鐵恢復(fù)到它的閉合位置。由此，所述開關(guān)被正常閉合。
圖18示出了一種具有預(yù)加載機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)開關(guān)134。在這個開關(guān)中一耦合器磁鐵被用于在致動旋鈕上建立一個阻力或預(yù)加載。這種配置被應(yīng)用下述場合，即這種開關(guān)(或電位計(jì))在使用中要承受沖擊或振動。開關(guān)134包括一個襯板136和一個薄膜層138。雖然未示出，但是在薄膜的下表面上帶有一組用于限定電子開關(guān)或電位計(jì)的電極。金屬銜鐵140被置于襯板136的開孔142中。在薄膜138的正上方設(shè)置有一個致動板144，該板在用戶轉(zhuǎn)動致動旋鈕148時(shí)隨軸146而旋轉(zhuǎn)。安裝有軸146，以使其在塑料殼體150內(nèi)旋轉(zhuǎn)。鎖緊螺母151將該軸保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。鎖緊螺母還用于鎖緊一個刻度盤153。該盤最好被放置在所述殼體150的頂部。一個鐵磁預(yù)加載板152被置于殼體150下表面和致動板144之間。板144帶有一個耦合器154，它是一個類似于耦合器30的磁鐵。該耦合器不僅使所述銜鐵140去接通和斷開所述開關(guān)，而且要和預(yù)加載板152相嚙合。當(dāng)致動板旋轉(zhuǎn)時(shí)，預(yù)加載板和耦合器之間的磨擦增加了的旋轉(zhuǎn)力矩。這種配置還可以與圖4、圖5所示類型的滑動開關(guān)相互配合使用。
圖19示出了另一種與滑動開關(guān)或旋轉(zhuǎn)開關(guān)配合使用的制動機(jī)構(gòu)。所示的特定實(shí)施例是一個滑動開關(guān)。浮置的制動板156沿其緣處具有一系列的凹陷或凹槽158。該制動板的縱向運(yùn)動受到限制但卻可以橫向彎曲，以允許致動器162側(cè)緣上的凸起或凸緣160通過。致動器的開關(guān)致動磁鐵164在銜鐵和致動器之間以及制動板156和致動器之間提供一吸力。當(dāng)凸緣160滑入和滑出凹槽158時(shí)，將建立起一個使用戶很易感受到的特殊聲響，借此以表示開關(guān)觸點(diǎn)的斷開或閉合。
已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的最佳形式，在不脫離本發(fā)明下述權(quán)利要求
的前提下可以作出一些變更和修改。例如，磁鐵和銜鐵的位置可以是相反的，即所述銜鐵可以是磁鐵，且所述旋鈕可載有一片磁性材料，該材料將使得磁鐵跟隨運(yùn)動中的旋鈕。多載體層可以被插入到一個由公共旋鈕致動的可堆疊開關(guān)中?？梢蕴峁┮粋€以上的耦合器磁鐵，以滑動和一個載體相關(guān)的兩個或多個銜鐵。
權(quán)利要求
1.一種電子開關(guān)，包括具有第一和第二表面的載體；設(shè)置在所述載體一個表面上并用于限定至少一對隔離開關(guān)觸點(diǎn)的電極；用于選擇性地?cái)嚅_或閉合所述開關(guān)觸點(diǎn)的致動器，該致動器包括安置在所述載體兩個表面之一上的一個導(dǎo)電銜鐵和可移動地安裝在所述載體另一個表面上的耦合器，所述耦合器和銜鐵之一是永久磁鐵，且另一個是永磁性材料制成的，從而利用銜鐵和耦合器之間的磁性引力使所述銜鐵通常與所述載體的一個表面保持滑動配合，耦合器的運(yùn)動使得銜鐵產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動，以與開關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)入和脫離短路關(guān)系，其特征在于，銜鐵所具有的形狀使之可進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動。
2.如權(quán)利要求
1的開關(guān)，其特征在于，所述耦合器被安裝，以便使其相鄰所述載體的另一表面直線滑動。
3.如權(quán)利要求
1的開關(guān)，其特征在于，安裝所述耦合器，使其相鄰于所述載體的另一表面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
4.如權(quán)利要求
1的開關(guān)，其特征在于，所述致動器還包括一個被安裝來用于相鄰所述載體另一個表面的運(yùn)動的旋鈕，所述耦合器被連接到該旋鈕上，以用于隨著相鄰的載體的另一表面運(yùn)動。
5.如權(quán)利要求
4的開關(guān)，其特征在于，還包括有一個安裝在載體另一表面上并限定旋鈕在其中滑動的一個孔隙的殼體。
6.如權(quán)利要求
4的開關(guān)，其特征在于，還包括一個連接到所述載體上的軸，該軸被安裝在旋鈕上用于旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求
1的開關(guān)，其特征在于還包括一個基片層和夾在所述載體和基片層之間的隔離層，在所述隔離層內(nèi)包括至少一個開孔，所述開關(guān)觸點(diǎn)和耦合器被放置在隔離層開孔之內(nèi)。
8.如權(quán)利要求
7的開關(guān)，其特征在于所述的致動器還包括安裝來用于相鄰于所述載體另一個表面運(yùn)動的旋鈕和連接到該旋鈕并用于使其隨所述載體另一表面運(yùn)動的耦合器；和連接到該載體上的一個軸，該軸安裝在與旋轉(zhuǎn)相關(guān)的旋鈕上，并被設(shè)置在隔離層孔中的一個密封環(huán)所密封。
9.如權(quán)利要求
7的開關(guān)，其特征在于，安裝耦合器，使其相鄰于所述載體的另一表面作線性滑動，且隔離層開孔是矩形的。
10.如權(quán)利要求
1的開關(guān)，其特征在于，銜鐵包括一對球。
11.如權(quán)利要求
1的開關(guān)，其特征在于，所述銜鐵呈盤狀，且耦合器與銜鐵的軸偏心配置，從而耦合器的運(yùn)動使得銜鐵在其運(yùn)動期間旋轉(zhuǎn)。
12.如權(quán)利要求
1的開關(guān)，其特征在于，還包括一個固定到開關(guān)上的一個制動裝置，用于限定所希望的致動器位置。
13.如權(quán)利要求
12的開關(guān)，其特征在于，所述制動裝置包括至少一個當(dāng)耦合器處于所需位置時(shí)與耦合器或銜鐵中被磁化的一個相鄰的磁性材料輪齒。
14.一種具有夾在薄膜層和基片層之間的隔離層的開關(guān)，其中，薄膜和基片層中的每一個都限定一個內(nèi)部表面，這些表面在其相對端處與隔離層和外表面相接觸，在隔離層內(nèi)至少具有一個開孔，至少有一組隔離電極被設(shè)置在隔離層開孔內(nèi)薄膜的內(nèi)表面上以限定開關(guān)觸點(diǎn)，其特征在于該開關(guān)包括一個用于有選擇地?cái)嚅_或閉合該開關(guān)觸點(diǎn)的致動器，該致動器包括被安裝用來相鄰于薄膜外表面運(yùn)動的一個旋鈕；連接到該旋鈕上并隨相鄰薄膜外表面運(yùn)動的一個耦合器，耦合器運(yùn)動的至少一部分與隔離層開口成一直線排列；和設(shè)置在薄膜和基片之間隔離層開口之內(nèi)的一個導(dǎo)電銜鐵，耦合器和銜鐵之一是永久磁鐵而另一個由磁性材料制成，從而通過耦合器和銜鐵之間的磁性引力使銜鐵通常被保持在隨薄膜內(nèi)表面滑動配合狀態(tài)，旋鈕和耦合器的運(yùn)動使銜鐵作相應(yīng)運(yùn)動，借此以使銜鐵與電極進(jìn)入或脫離短路狀態(tài)。
15.一種在基片層頂部上具有隔離層的開關(guān)，其中，基片層用于限定一個與隔離層接觸的內(nèi)表面，在隔離層內(nèi)至少具有一個開孔，在隔離層開孔區(qū)域內(nèi)基片的內(nèi)表面上具有至少一組隔離電極以限定開關(guān)觸點(diǎn)，其特征在于該開關(guān)包括一個用于有選擇地?cái)嚅_或閉合所述開關(guān)觸點(diǎn)的致動器，所述致動器包括一個設(shè)置在隔離層開孔之內(nèi)的導(dǎo)電銜鐵和一個固定安裝在帶有耦合器和電極之間的一個銜鐵的基片對面的隔離層表面上的耦合器，耦合器和銜鐵之一是一個永久磁鐵，而另一個由磁性材料制造，從而通過耦合器和銜鐵之間的磁性引力使銜鐵通常被保持在與所述基片的內(nèi)表面相互隔離的狀態(tài)，在隔離層開孔區(qū)域內(nèi)對耦合器的按壓使銜鐵運(yùn)動以和電極呈短路關(guān)系，磁性引力使銜鐵回復(fù)到其正常的與所述電極相互隔離的關(guān)系。
16.如權(quán)利要求
15的開關(guān)，其特征在于所述銜鐵包括一個其向外延伸并面對電極的支點(diǎn)，從而使該支點(diǎn)首先和基片接觸，此后在閉合運(yùn)動期間，銜鐵繞該支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。
17.如權(quán)利要求
15的開關(guān)，其特征在于所述銜鐵還包括一個穿過耦合器開孔延伸的按鈕。
18.如權(quán)利要求
15的開關(guān)，其特征在于還包括一個在耦合器頂部上的薄膜層。
19.如權(quán)利要求
18的開關(guān)，其特征在于在隔離層開孔區(qū)域內(nèi)的薄膜外表面被進(jìn)行了模壓。
20.一種電子開關(guān)，包括具有第一和第二表面的載體；設(shè)置在所述載體表面之一上并用于限定至少一對間隔開關(guān)觸點(diǎn)的一組電極；其特征在于，該開關(guān)包括一個用于有選擇地?cái)嚅_或閉合所述開關(guān)觸點(diǎn)的致動器，該致動器包括至少兩個由磁性材料制成并設(shè)置在所述一個載體表面上的導(dǎo)電球，一個磁鐵可移動地安裝在載體另一表面上，由于直接配置在球?qū)γ娴拇盆F的磁極作用，通過球和磁鐵之間的磁性引力，所述球通常被保持在與載體一個表面滑動配合狀態(tài)，磁鐵的運(yùn)動使球作相應(yīng)運(yùn)動，使其與開關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)入和脫離短路關(guān)系。
21.如權(quán)利要求
20的開關(guān)，其特征在于還包括兩個并排放置的磁鐵，其相對的極與載體相鄰，每個磁鐵直接與一個球相對。
22.一種電子開關(guān)，包括具有第一和第二表面的戴體；安置在所述載體一個表面上并用于限定至少一對隔離開關(guān)觸點(diǎn)的一組電極；用于有選擇地?cái)嚅_或閉合所述開關(guān)觸點(diǎn)的一個致動器，其特征在于，該致動器包括在所述一個載體表面上設(shè)置的具有一個頂角的導(dǎo)電銜鐵，該銜鐵具有至少從該頂角延伸的兩個面，以使該銜鐵圍繞所述頂角旋轉(zhuǎn)；和可移動地安裝在另一載體表面上的耦合器，所述耦合器和銜鐵之一是個永久磁鐵，另一個由磁性材料制成，從而通過耦合器和銜鐵之間的磁性引力使銜鐵的一個面與所述載體的一個面通常保持在配合狀態(tài)，耦合器的運(yùn)動使銜鐵繞頂角作相應(yīng)的樞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以移動所述面使其與所述開關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)入和脫離短路關(guān)系。
23.如權(quán)利要求
22的開關(guān)，其特征在于所述銜鐵具有兩個面。
24.一種電子開關(guān)，包括一個夾在柔性薄膜層和基片層之間的隔離層，薄膜和基片層中的每一個各自限定一個與該隔離層相接觸的內(nèi)表面，在隔離層中具有至少一個開孔；在隔離層開孔區(qū)域內(nèi)的基片內(nèi)表面上設(shè)置的至少一組隔離電極，以限定多個開關(guān)觸點(diǎn)，所述多個電極包括一個公共電極和至少兩個另外的電極；其特征在于，該開關(guān)包括一個設(shè)置在隔離層開孔中薄膜和基片之間的導(dǎo)電銜鐵，該銜鐵具有一個設(shè)置在公共電極上的頂角和至少兩個從該頂角延伸的面，從而使得該銜鐵面圍繞所述頂角作樞軸旋轉(zhuǎn)；和固定地安裝在所述基片上至少一個銜鐵面之下的一個耦合器，該耦合器和銜鐵之一是個永久磁鐵，而另一個由磁性材料制成，在所選擇的銜鐵面區(qū)域中的薄膜被按壓的基礎(chǔ)上，該銜鐵面與所述另外兩個電極中的一個相嚙合，薄膜的被按壓使得所述面作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以使得公共電極和另外兩個電極中的一個進(jìn)入短路狀態(tài)。
25.如權(quán)利要求
24的開關(guān)，其特征在于所述銜鐵具有兩個面。
26.如權(quán)利要求
24的開關(guān)，其特征在于所述耦合器被固定地安裝在基片上每一個銜鐵面之下，從而通過耦合器和銜鐵之間的磁性引力使得銜鐵面交替地與另外兩個電極之一相互接觸，在所述銜鐵面區(qū)域內(nèi)的薄膜的被按壓使得所述面作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以使公共電極和所述另外兩個電極之一進(jìn)入短路關(guān)系。
27.一種電子開關(guān)，包括具有第一和第二表面的一個載體；設(shè)置在所述載體上面并限定至少一對隔離開關(guān)觸點(diǎn)的一組電極；一個用于有選擇地?cái)嚅_或閉合所述開關(guān)觸點(diǎn)的致動器，該致動器包括設(shè)置在所述載體表面中的一個上的導(dǎo)電銜鐵，和一個可移動地安裝在另一載體表面上的耦合器，所述耦合器是一個永久磁鐵，所述銜鐵由磁性材料制造，從而借助于耦合器和銜鐵之間的磁性引力使得所述銜鐵通常被保持在與一個載體表面相嚙合的狀態(tài)，耦合器的運(yùn)動使銜鐵作相應(yīng)運(yùn)動，以和開關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)入和脫離短路關(guān)系；其特征在于，該并關(guān)包括一個在與另一載體表面相對一側(cè)上和該耦合器相鄰固定安裝的由磁性材料制成的預(yù)加載板。
28.如權(quán)利要求
28的開關(guān)，其特征在于，還包括一個基板且其中的致動器還包括安裝來用于在基板內(nèi)旋轉(zhuǎn)的一個軸；和一個安裝在基板之下和軸一起旋轉(zhuǎn)的致動板，所述耦合器被吸引到所述致動板之上。
29.一種電子開關(guān)，包括一個具有第一和第二表面的載體；設(shè)置在所述一個載體表面之上并限定至少一對隔離開關(guān)觸點(diǎn)的一組電極；其特征在于，該開關(guān)具有一個用于選擇性地?cái)嚅_和閉合開關(guān)觸點(diǎn)的致動器，所述致動器包括一個設(shè)置在所述一個載體表面上的導(dǎo)電銜鐵和一個具有其上凸起的旋扭，該旋鈕可運(yùn)動地安裝在另一個載體表面上，并具有一個耦合器，該耦合器隨旋鈕一起運(yùn)動，所述耦合器是一個永久磁鐵，所述銜鐵由磁性材料制造，由此通過耦合器和銜鐵之間的磁性引力使銜鐵通常被保持在與所述一個載體表面相嚙合的狀態(tài)，耦合器的運(yùn)動使銜鐵作相應(yīng)運(yùn)動，以和開關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)入和脫離短路關(guān)系；和一個由磁性材料制成的制動板，該制動板具有至少一個可和旋鈕凸起相嚙合的凹槽，通過耦合器和制動板之間的磁性引力，制動板被吸引到旋鈕上。
專利摘要
一種開關(guān)，具有一個載體板，具有在其內(nèi)側(cè)上形成的多個電極以形成開關(guān)觸點(diǎn)。利用設(shè)置在載體外表面上的磁鐵，使銜鐵被保持在與載體內(nèi)側(cè)和電極的滑動接觸狀態(tài)。在安裝在薄膜載體外側(cè)上的一個旋鈕內(nèi)帶有一個磁鐵，以用于旋轉(zhuǎn)，直線或復(fù)合運(yùn)動。當(dāng)用戶操縱該旋鈕時(shí)，磁鐵帶動銜鐵和電極進(jìn)入或脫離短路關(guān)系。插入一個磁性制動齒輪以提供觸覺反饋。
文檔編號H01H9/04GKCN1052556SQ96110385
公開日2000年5月17日 申請日期1996年5月30日
發(fā)明者安托尼·J·范·奇蘭 申請人:安托尼·J·范·奇蘭導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2),