TWI622073B - 具有彎曲可變形接觸元件之按鈕開關 - Google Patents

Abstract

本發明係有關包含一彎曲可變形接觸元件之一按鈕開關。該按鈕開關包含至少一第一終端點、至少一第二終端點及至少一第三終端點。該可變形接觸元件於一第一狀態及一第二狀態間切換。在第一狀態時，該可變形接觸元件連接該至少一第一終端點與該至少一第二終端點，而該至少一第三終端點與該至少一第一終端點間無接觸，且該至少一第三終端點與該至少一第二終端點間亦無接觸。在第二狀態時，該可變形接觸元件連接該至少一第一終端點與該至少一第三終端點，而該至少一第二終端點與該至少一第一終端點間無接觸，且該至少一第二終端點與該至少一第三終端點間亦無接觸。此表示該按鈕開關設計為兼呈常閉及常開。

Description

具有彎曲可變形接觸元件之按鈕開關

本發明係有關於具有彎曲可變形接觸元件之按鈕開關，且特別是呈常閉及常開的此種開關。

包含諸如圓頂型接觸元件之彎曲可變形接觸元件的按鈕開關，用於多種欲藉由可變形接觸元件之變形於一組終端點至另一組終端點間建立電氣連接之應用。終端點可典型地沿著可變形接觸元件邊緣且於其凹面下方中心排列，使得藉由施加壓力於可變形接觸元件上，而達成接觸。此開關可例如用於僅在安全鈕恆常被按住時運作之設備中，或用於在一按鈕被按住時有訊號被產生之設備中。此訊號可例如為用來引起注意的音頻訊號，或可為適於觸發另一組事件開始的訊號。

針對諸如上述安全鈕之一些應用，有一即使在設備使用者已停止按壓按鈕後，錯誤地連續登錄按鈕仍被按住的風險。作為此種器具中之一選項，人們可對常開常閉開關之輸出執行檢查以評判按鈕是否被按壓。

因此，改良的按鈕開關會有益，且特別是較可靠的按鈕開關會有益。

本發明之目標

本發明之目標為提供一呈常開及常閉的按鈕開關。

本發明之另一目標為提供一具有比目前已知開關更大內建安全性的按鈕開關。

本發明之進一步目標為提供習知技藝的一替代方案。

發明之概要說明

因此，藉由提供包含一具有一第一凸表面及一相反的第二凹表面之可變形接觸元件的一按鈕開關，想要在本發明之一第一方面中達到上述目標及數個其他目標，其中：至少一第一終端點配置相鄰於可變形接觸元件之一邊緣，及電氣連接至可變形接觸元件，至少一第二終端點配置成使其於距可變形接觸元件之邊緣一段距離處可電氣連接於可變形接觸元件之第一表面，及至少一第三終端點配置成使其可電氣連接於可變形接觸元件之第二表面，且其配置於由第二凹表面界定之容積中，且位於距可變形接觸元件之邊緣一段距離處，及其中，在使用時，可變形接觸元件具有：一第一狀態，其中可變形接觸元件被解除致動且連接該至少一第一終端點與該至少一第二終端點，而該至少一 第三終端點與該至少一第一終端點間無接觸，且該至少一第三終端點與該至少一第二終端點間也無接觸，及一第二狀態，其中可變形接觸元件被致動且連接該至少一第一終端點與該至少一第三終端點，而該至少一第二終端點與該至少一第一終端點間無接觸，且該至少一第二終端點與該至少一第三終端點間亦無接觸。

一具有此種組態之開關亦稱作呈常閉及常開，其中「常」字表示在解除致動狀態中的開關；亦即，其中接觸元件係在未變形狀態的一狀態。以上述終端點之編組而論，開關就該至少一第一終端點與該至少一第二終端點間的連接而言呈常閉，就該至少一第三終端點與該至少一第一終端點和該至少一第二終端點間的連接而言呈常開。這從以下對圖式的敘述可以更為清楚。

終端點較佳地固定且適於連接至諸如印刷板之電氣電路。用於給定應用的開關數量可從一個開關變動到任何想要的數量。「固定」一詞不表示不會發生移動。例如，將可能有至少一些終端點配置於在開關被致動時會輕微變形之彈性可變形材料上。

可變形接觸元件可整個厚度由電性傳導材料製成。替代地，可變形接觸元件可由被諸如鎳或銅之電性傳導材料覆蓋之諸如矽酮(silicone)及聚乙烯(PE)的電性隔離材料製成。而另一替代方案可為可變形接觸元件由填充電性傳導粒子之橡膠材料製成。此表示視其實際成分，接點將為機械及/或電氣接點。

本發明之一些實施例中，可變形接觸元件的第一及第二表面具有雙曲率；亦即，表面朝兩方向彎曲。它例如可為諸如呈半球之圓頂型，或在兩垂直方向具有不同彎曲。半球型之一優點為安裝時於方位上沒有限制。反之，一非對稱形狀可能合於吾人意願以確保可變形接觸元件之特定方位，例如用於將如以下所述之包含電性隔離區域的實施例。

可變形接觸元件可替代地具有於一方向呈線性且於其他方向彎曲之第一及第二表面。其可例如呈諸如彎弧狀之彎曲的電性傳導材料條片的形式。具有成條片材料製成之可變形接觸元件的開關，可例如有利於空間有限的應用，因為此一開關在寬度方向上可製作得狹窄。

可變形接觸元件可藉由一致動器自其第一狀態變形到其第二狀態。此種致動器可例如為安裝於按鈕開關上之可致動鍵體。替代地，此開關可適於被配置成使得可變形接觸元件將藉由不為此開關的一部分之致動器使之變形。此兩種實施例中，可變形接觸元件可適於藉由使一力量從諸如就圖式所示之方位而言自上方或側邊之任何適當角度施加其上，而被致動。

一些替代的實施例中，可變形接觸元件可藉由壓縮空氣自其第一狀態變形到其第二狀態。藉由利用壓縮空氣或大體上利用空氣壓力使接觸元件變形，此開關可例如用作為含有非可燃性氣體之槽中的過載感測器。

可變形接觸元件之第一及第二表面有雙曲率的 本發明之實施例中，該至少一第一終端點可形成為沿著可變形接觸元件全部邊緣的環狀區域。此等實施例之目的可例如為達成較低的接觸電阻或允許使用較高電流。

第一終端點可替代地形成為分開的終端點，配置成使得它們在可變形接觸元件對應的分開點連接到可變形接觸元件。對於具有雙曲率的第一及第二表面之接觸元件，此種第一終端點可沿著邊緣平均分佈，然而對於諸如以條片材料製成之具有於一方向呈線性之第一及第二表面的接觸元件，此種第一終端點將典型地僅沿著可變形接觸元件的筆直及非移動邊緣配置。

該至少一第二終端點可配置於至少部分由電性傳導材料組成的表面上，此表面包含可供可變形接觸元件穿過而被致動以自第一狀態改變到第二狀態之孔口。此表面可例如為開關之上方部分或外殼的一部分。電性傳導表面不一定為平面，但可例如為圓頂型。孔口的形狀在所有將要建立電性接觸的點均應與可變形接觸元件的形狀匹配，但可不必要沿著孔口的全部邊緣有電性接觸。孔口的形狀可例如為使得在可變形接觸元件處於第一狀態時，可變形接觸元件與表面間沿著孔口全部邊緣有電性接觸，或電性接觸可僅沿著孔口的一部分。可變形接觸元件的一部分可延伸穿過孔口。替代地，可變形接觸元件可例如具有一平面中央部分或與可變形接觸元件其餘部分彎曲的反方向上的曲面。這樣可能有益，以維持開關高度為最小。

本發明之一些實施例中，有至少兩個第一終端 點。此等實施例中，可變形接觸元件可包含一電性隔離區域配置使得至少一第一終端點與至少一其他第一終端點電性隔離。替代或組合地，此種電性隔離區域亦可被配置使得至少一第二終端點與至少一其他第二終端點電性隔離。具有隔離區域之可變形接觸元件可例如由諸如矽酮(silicone)或聚乙烯(PE)且部分被諸如鎳或銅之電性傳導材料覆蓋的電性隔離材料製成。

1,2,3‧‧‧終端點

4‧‧‧可變形接觸元件

5‧‧‧按鈕開關

6‧‧‧上方部分

7‧‧‧主體

8‧‧‧致動器

9‧‧‧第一凸表面

10‧‧‧第二凹表面

11‧‧‧邊緣

12‧‧‧孔口

13‧‧‧電性隔離區域

14‧‧‧區域/電性傳導材料

根據本發明之按鈕開關，現將就附圖予以更詳細地敘述。圖式顯示實施本發明之一方向，且不欲解釋為限制於其他落於後附請求項之範圍中可能的實施例。

圖1顯示根據本發明的一按鈕開關之一範例的橫截面圖。

圖2概要地顯示終端點及處於其第一狀態中之可變形接觸元件的相互配置。

圖3概要地顯示處於其第二狀態中之可變形接觸元件。

圖4概要地顯示該可變形接觸元件在本發明之不同實施例中可如何自不同方向被致動。圖4.a中其自上方被致動及圖4.b中其自側邊被致動。

圖5概要地顯示一環狀型的第一或第二終端點。

圖6概要地顯示第一及第二終端點可如何被分開配置的一範例。

圖7概要地顯示一實施例之一橫截面圖，其中該可變形接觸元件延伸穿過包含第二終端點之一表面中的一孔口。

圖8概要地顯示一實施例之一橫截面圖，其中該可變形接觸元件之一中央區域為平坦且無延伸穿過包含第二終端點之一表面中的一孔口。

圖9概要地顯示本發明之一實施例，其中該可變形接觸元件包含在該第一表面處或穿過其厚度之一電性隔離區域。圖9.a為一俯視圖及圖9.b為一側視圖。

圖10.a-10.c概要地顯示具有電性傳導及電性隔離區域之可變形接觸元件之不同設計的橫截面圖。

圖11概要地顯示具有電性傳導及電性隔離區域之可變形接觸元件之一設計的一俯視或一仰視圖。

根據本發明之一按鈕開關5可例如有如同圖1中以橫截面圖所示者之一設計。其包含一上方部分6、一主體7及為一可致動鍵體形式之一致動器8。其更包含一可變形接觸元件4及數個固定的終端點1、2、3，如同將在以下詳細敘述者。

如圖2所示，可變形接觸元件4具有一第一凸表面9及一相反的第二凹表面10。其包含相鄰於可變形接觸元件4之一邊緣11配置，及電氣連接至可變形接觸元件4的第一終端點1。在如圖所示的可變形接觸元件4之解除致動狀態中，第二終端點2配置成使其於距可變形接觸元件4之邊緣11一段距離處電氣連接至可變形接觸元件4之第一表面9。一第三終端點配置成使其可電氣連接至可變形接觸元件4之第二表面10。該第三終端點3配置於由可變形接觸元 件4之凹表面10界定之容積中，且距可變形接觸元件4之邊緣11一段距離處。在所例示的實施例中，僅有一個第三終端點，但具有數個第三終端點之開關亦為本發明之範圍所涵蓋。該至少一第三終端點3不一定相對於可變形接觸元件4對稱地配置。

可變形接觸元件4具有一第一及第二狀態，如圖2及3中分別概要顯示者。處於第一狀態，此亦稱為「常」態，其中可變形接觸元件4為解除致動且因此未變形，可變形接觸元件4使第一終端點1與第二終端點2連接，而第三終端點3與第一終端點1間無接觸，且第三終端點3與第二終端點2間亦無接觸。具有此一組態之一按鈕開關5，因此亦稱為呈常閉及常開。以如同使用於本說明書之終端點的指名而論，圖2及3所示之開關5就第一及第二終端點1、2而言為常閉，且就第三終端點3與第一及第二終端點1、2而言為常開。

於圖3所示之第二狀態下，可變形接觸元件4被致動且因此變形且使第一終端點1與第三終端點3連接，而第二終端點2與第一終端點1間無接觸，且第二終端點與第三終端點3間亦無接觸。

圖2及3為概要橫截面圖，且其繪示兩種實施例，於其一中，可變形接觸元件4之第一及第二表面9、10具有雙曲率，諸如呈圓頂型；且於另一種中，可變形接觸元件4之第一及第二表面9、10於一方向呈線性且於其他方向呈彎曲，諸如由材料條片製成。在後者中，可變形接觸 元件4為垂直於紙張的平面之直線狀。

圖1所示之按鈕開關5中，可變形接觸元件4藉由為按鈕開關5一部分之一可致動鍵體形式的一致動器8，自第一狀態變形到第二狀態。此鍵體可例如適於手動致動。致動器8亦可為一自動或半自動系統之部分。其可例如於氣動驅動系統中用來檢查正確位置，或可於例如活塞移動超出想要的工作範圍時被用作為斷路器。致動器8原則上可配置來以將可提供可變形接觸元件4之變形的任何方向移動。實務上，致動器8將典型地配置來就圖4.a及4.b中個別概要地顯示之實施例的方位而言，自上方或側邊施加壓力於可變形接觸元件4上。使用時，按鈕開關5自然可用任何想要的方位配置，諸如與圖式中所示者相比為倒反或旋轉90度。

圖5概要地顯示一環形第一終端點1之可能佈局的俯視圖。此種形狀將典型地與圓頂型可變形接觸元件4組合使用，可變形接觸元件4配置成使得第一終端點1之環狀區域沿著可變形接觸元件4之全部邊緣11安放。對於具有在垂直方向中不同彎曲的一雙曲率可變形元件4，一對應相合第一終端點1將形成為橢圓區域。對於可變形接觸元件4之這兩種形狀，第一終端點1可替代地形成為如圖6概要顯示之分開的第一終端點1。圖6顯示四個終端點1，不過於本發明之範圍中任何想要的數量皆可。

以與對於至少一第一終端點1所敘述者相同之方式，該至少一第二終端點2亦可成形為一環形表面，或 為多個分開的第二終端點2，配置成使它們在可變形接觸元件4處於第一狀態時可電性連接於可變形接觸元件4。

圖7顯示一實施例，其中可變形接觸元件4延伸穿過至少部分由電性傳導材料形成之一表面中的一孔口12。可變形接觸元件4可藉由使用致動器8予以按壓穿過孔口，而被致動以自第一狀態改變到第二狀態。圖8顯示一替代的實施例，其中可變形接觸元件4在頂點為平坦的，使其不會延伸穿過孔口12。此種設計可例如用來使開關5之高度最小化。

若可變形接觸元件4為整個由電性傳導材料製成，則所有第一終端點1將典型地在任何時間均彼此連接。對應地，在可變形接觸元件4處於其第一狀態時，所有第二終端點2將典型地彼此連接，而當可變形接觸元件4處於其第二狀態時，第二終端點2將不連接。

圖9顯示一實施例，其中可變形接觸元件4包含配置跨過第一表面9的一電性隔離區域13、及兩個第二終端點2，此等第二終端點2於第一狀態下藉由隔離區域13彼此電性隔離。圖9.a為一俯視圖及圖9.b為一側視圖。一對應的電性隔離區域13可配置於第二表面10上，使得第一終端點1在設置於此電性隔離區域13相反側上時亦電性隔離。此可例如藉由使電性隔離材料延伸穿過可變形接觸元件之厚度來達到。此種組態可例如藉由以諸如鎳或銅之電性傳導層塗佈一聚合材料的一或更多預定區域。藉由摻雜/塗佈非傳導變形元件之預定區域，吾人可減少開關中可移動部件 的數量。

圖10概要地顯示具有電性傳導及電性隔離區域之可變形接觸元件4之不同設計的橫截面圖。圖10及11中，電性傳導材料以實線顯示且電性隔離材料以虛線顯示。只要圖式中所示之整體原則獲滿足，該等區域之實際延伸狀況可與圖式中所示者不同。

圖10.a顯示可變形接觸元件為一單層結構，其具有成延伸穿過可變形接觸元件4之厚度且於一垂直於紙張的平面中跨過可變形接觸元件4的條帶形式之一中央電性隔離區域13。可變形接觸元件的其餘部分由電性傳導材料製成，此等材料形成彼此電性隔離之兩個區域14。此一設計可例如藉由注射成型達到，其包含注射兩種聚合物材料，其中之一含有電性傳導粒子。

圖10.b顯示可變形接觸元件4由一電性隔離元件來設計，此電性隔離元件具有電性傳導材料配置於其兩側上覆蓋兩個區域14。因此，便形成延伸穿過可變形接觸元件4之厚度的電性隔離中央區域13。為建立在各個區域14的兩個電性傳導層間之電性接觸，此電性隔離元件在配置於電性傳導材料間之部分有穿孔。

圖10.c顯示由諸如一金屬圓頂之電性傳導上層製成的可變形元件4。一電性隔離薄膜正好配置於金屬圓頂下方例如成一聚合物薄膜形式。更下方，兩個區域14被例如成金屬材料之層狀或薄膜形式的電性傳導材料覆蓋。因此，僅於可變形接觸元件4之下方第二表面10上得到一中 央電性隔離區域13。以相對應方式，一電性隔離區域13可建立於上方的第一表面9上。

圖11概要地顯示具有電性傳導及電性隔離區域之可變形接觸元件之另一設計的一俯視或一仰視圖。在此，可變形接觸元件之主要部分由電性傳導材料組成。電性隔離材料配置於可變形接觸元件之有限區域13，且這些電性隔離區域13之一部分再被電性傳導材料14覆蓋。

根據本發明之按鈕開關原則上可具有任何尺寸，不過典型尺寸為寬度於10~20mm等級。主體7及上方部分6將典型地藉由注射成型製成，且本按鈕開關典型地於自動或半自動製程中組裝。它們可作為分開的組件來製成，或它們可併入諸如醫療設備之其他產品中。在後者中，圖1所示之上方部分6將典型地被省略。

雖然本發明已搭配特定實施例來敘述，其不應解釋為以任何方式限制於所呈現實例。本發明之範圍係由後附之請求項劃定。請求項之內容中，「包含」(comprising/comprises)一語不排除其他可能的元件或步驟。同樣的，當提及諸如「一」(a/an)之用語時，不應解釋為排除多數。在請求項中就圖式中所示元件使用的參考符號，亦不應解釋為限制本發明之範圍。而且，不同請求項中提及之個別特徵可能可以有益地組合；且不同請求項中這些特徵的敘述，不排除特徵的組合非屬可能且有益。

Claims (11)

1. 一種按鈕開關，包含具有一第一凸表面及一相反的第二凹表面之僅一個可變形接觸元件，其中：至少一第一終端點配置相鄰於該可變形接觸元件之一邊緣，且電氣連接至該可變形接觸元件；至少一第二終端點配置成使其可於距該可變形接觸元件之該邊緣一段距離處電氣連接於該可變形接觸元件之該第一表面；及至少一第三終端點配置成使其可電氣連接於該可變形接觸元件之該第二表面，且其於距該可變形接觸元件之該邊緣一段距離處配置於由該第二凹表面界定之容積中；及其中，在使用時，該可變形接觸元件具有：一第一狀態，其中該可變形接觸元件被解除致動且連接該至少一第一終端點與該至少一第二終端點，而該至少一第三終端點與該至少一第一終端點間無接觸，且該至少一第三終端點與該至少一第二終端點間亦無接觸；以及一第二狀態，其中該可變形接觸元件被致動且連接該至少一第一終端點與該至少一第三終端點，而該至少一第二終端點與該至少一第一終端點間無接觸，且該至少一第二終端點與該至少一第三終端點間亦無接觸。
2. 如請求項1之按鈕開關，其中該可變形接觸元件之該第一及該第二表面具有雙曲率。
3. 如請求項1之按鈕開關，其中該可變形接觸元件之該第一及該第二表面於一方向呈線性且於其他方向彎曲。
4. 如上述請求項任一項之按鈕開關，其中該可變形接觸元件藉由一致動器自其第一狀態變形到其第二狀態。
5. 如請求項4之按鈕開關，其中該致動器為一安裝於該按鈕開關上之可致動鍵體。
6. 如請求項1至3中任一項之按鈕開關，其中該可變形接觸元件藉由壓縮空氣自其第一狀態變形到其第二狀態。
7. 如請求項2之按鈕開關，其中該至少一第一終端點形成為沿著該可變形接觸元件之全部邊緣的環狀區域。
8. 如請求項1之按鈕開關，包含形成為分開的終端點之二或更多個第一終端點。
9. 如請求項1之按鈕開關，其中該至少一第二終端點配置於至少部分由電性傳導材料組成的一表面上，該表面包含可供該可變形接觸元件穿過而被致動以自該第一狀態改變到該第二狀態之一孔口。
10. 如請求項1之按鈕開關，其中至少有兩個第一終端點，且其中該可變形接觸元件包含一電性隔離區域配置成使得至少一第一終端點與至少一另一第一終端點電性隔離。
11. 如請求項1之按鈕開關，其中至少有兩個第二終端點，且其中該可變形接觸元件包含一電性隔離區域配置成 使得至少一第二終端點與至少一另一第二終端點電性隔離。