具体实施方式
在各个附图中说明的并在图1的外部视图中直观可见的开关装置10可以用于便携式电子装置中,尤其是用于移动电话或个人备忘记事本中。该装置通常具有直径大约为20mm、总高为3.25mm的盘状形式。
该开关装置基本上包括一壳体12,其中布置了五个接点和一个操作构件14,该操作构件可相对于壳体12移动,从而改变至少一个接点的状态。通过操作构件14沿两个垂直的基本选择方向X-X和Y-Y中的相对方向移动,如箭头16所示,可以改变四个接点的状态。通过将操作构件14以垂直于两个选择方向X-X和Y-Y的方向Z-Z压入壳体12中可产生接点状态的最终改变。
更具体的说,如图2中所示,壳体12包括一通常具有碗状形式的底部单元18。该底部单元被盖20关闭,该盖在其中心部分具有一用作操作构件14的通道的孔22。可通过辅助选用将盖卷边(未示出)到底部单元上的紧配合,将盖20固定在底部单元18上。操作构件14包括一接纳在壳体12中的本体24和一穿过孔22伸出壳体、标号为26的按钮。可根据应用所需要外观来考虑选择该按钮。
壳体12进一步封装了整体的用于多个接点的公共导电构件28。该公共导电构件28可在操作构件14的控制下变形,并确保所有五个接点在壳体内的电连接的可选择形成。
在图3中单独图示的底部单元18由绝缘材料,例如塑料材料构成。它具有大体为环形的底部30,在底部的边缘设置了圆柱形侧壁32,其中布置了四个开口34并且所述四个开口34规则地分布在底部单元的圆周上。
根据两个开口34,设置了与底部30整体成型并径向突出到底部30的平面上的外侧壁32之外的固定接头36。在这些接头的边缘侧边设置了布置在底部并确保接头弹性的凹口38。
这些接头适用于通过卡口连接使底部单元安装到用于接纳所述开关装置的底座100中,并且接头36的凸出端部被接纳到底座的相应的槽中。
为了确保装置在底座上弹性连接的牢固,每一接头36在其内表面上都包括一凸出部39,该凸出部适于被接纳在设置在底座上的互补凹口中。
底部30具有切口40,该切口设置在侧壁32的另外两个开口的标号为42的区域内。
弹性导电接线片52A、52B、52C、52D、52E、52F从切口40成直角延伸,并突出到底部30的外表面外。这些导电接线片适用于无须将开关装置焊接到印刷电路的线路,而仅通过简单的压力压靠,就使底部单元固定,从而确保电连接。
弹性导电接线片在其自由端具有仅通过简单接触抵靠印刷电路的对应导电接线柱而能够电连接的表面凹陷。
导电接线片沿着圆柱形底部30的弦在切口40内三个一组地排列。每一弹性导电接线片52A、52B、52C、52D分别通过导电线路54A、54B、54C、54D连接到导电接线柱56A、56B、56C、56D。
这些导电接线柱布置在底部30的内表面并布置在正方形的四个角上。
另外,中央导电接线片52E通过导电线路54E连接到中央导电接线柱56E,中央导电接线柱56E布置在由导电接线柱56A、56B、56C、56D限定的正方形的对角线交叉点处。
最后,导电接线片52F通过导电线路54F连接到布置在底部30内表面的导电区域56F。该导电区域为圆弧形式,该圆弧基本上延伸过270°,并以中央导电接线柱56E为中心,从而可不考虑操作构件的移动方向,确保与公共导电构件28的电接触。
由导电带形成导电线路54A、54B、54C、54D、54E和54F,这些导电带可通过反模压而部分的埋入形成底部30的材料内。
导电接线片、导电线路、导电接线柱和导电区域的组件用同样的金属片构成,尤其是导电的合金片,例如不锈钢。该片被模压以及锻造并通过切割以获得期望的形式。
在反模压操作后,导电接线片、导电线路、导电接线柱和导电区域的暴露部分被涂层或镀银。
此外,为了在操作构件14沿着方向Z-Z移动时为操作构件导向,在以中央导电接线柱56E为中心的正方形的四角设置了穿过底部30的四个通孔58。这些孔朝着底部的内表面逐渐扩大以形成定心型面。
两个孔延伸通过导电线路54E和54F,这些导电线路具有绕孔延伸的部分。
如图2、4和5中所示,公共导电构件28越过大体为平面的底板60,架在底部单元的底部30的内表面上。该底板60具有正方形的外形并在边缘设有四个弹性可变形板62A、62B、62C、62D,这些弹性可变形板在底板的同侧弯曲,并共同限定了用于接纳操作构件的本体24的托架64。
这些弹性可变形板62A到62D与底板60整体成型,并通常部分地弹性铰接到正方形底板的侧面。
更详细的是,底板60大体为平面,并在其中央部分具有导电拱顶70,该导电拱顶伸入托架64内,也就是说,离开底部单元的底部30。该导电拱顶70大体对着中央导电接线柱56E延伸,并适于弹性变形直到其与中央导电接线柱56E接触,确保电连接。
静止的导电拱顶70具有定制高度0.35mm,并具有大约大10到20倍的直径,这样该直径为6mm。
导电拱顶70被底板60的环状平面区域72环绕,该平面区域72被导电区域56F支撑。
底板60在其平面区域72中具有四个与孔58对准的孔74。
在底板60的四角设有V形切口76,允许其中的至少两个接纳固定接线柱78,固定接线柱78相对于接头36区域内的底部30的内表面突出。这些固定接线柱78与底部整体成型,并靠在限定切口76的两边缘上,从而确保公共导电构件28定位并固定在底部单元的底部的平面内。
每一弹性可变形板62A、62B、62C、62D大体为平面的。它们通过曲臂79在其端部与底部连接,曲臂79形成构成铰链的细销。曲率半径为0.1mm。这些曲臂是弹性可变形板的组成部分并与底板60整体成型。
每一曲臂79的一部分是底部单元的平面区域72的连续延伸,其中曲臂的相邻部分是相关的弹性可变形板的连续延伸。
为了允许曲臂的弯曲区域所形成的铰链的充分铰接,在曲臂的每一弯曲区域下方的底部单元的底部30的内表面上设置狭槽80。
狭槽大体为矩形形状,其长度大于对应的曲臂79的宽度。它们适于接纳在相关弹性可变形板的弹性变形期间构成曲臂的铰链的部分。
相对的弹性可变形板62A、62B、62C、62D彼此朝着其自由端会聚。
在静止状态中,每一弹性可变形板62A到62D在底板60上方延伸并大体与底板60限定55°的角度。
与底板60相对的每一弹性可变形板的自由边81朝着托架64的外表面轻微弯曲,以形成用于支撑在操作构件的本体24上的边。
另外,每一弹性可变形板62A、62B、62C、62D在其中央部分具有导电接头82A、82B、82C、82D,这些导电接头与相关的弹性可变形板整体成型并可弹性变形。每一导电接头82A、82B、82C、82D相对于相关的弹性可变形板朝着托架64的外表面弯曲。形成可动导电指83A、83B、83C、83D的导电接头的弯曲端与相关的弹性可变形板一起限定了一个大约为100°的角。导电接头大体上依据与底板60的面平行的弹性可变形板62A、62B、62C、62D的铰接轴线弯曲。
公共导电构件28由同样的不锈弹簧钢板构成,该不锈弹簧钢板厚度约为50μm,并被切割、成型,然后被涂层或镀银。
如各个附图中所示,每一可动导电指大体与相关的导电接线柱56A、56B、56C、56D成直角延伸。
在如图2和4中所示的静止状态中,可动导电指83A、83B、83C、83D离开相关的导电接线柱并与导电接线柱限定了约为25°的角度。
操作构件的本体24在图6中单独介绍。其通常为平行立面体柱的形式。其外部尺寸略大于由弹性可变形板62A、62B、62C、62D所限定的托架64的外部尺寸,这样本体可以在弹性可变形板62A、62B、62C、62D之间没有游隙的被固定并定位在中央静止位置。本体24被接纳在弹性可变形板之间的托架64中,弹性可变形板支撑在本体的侧面90A、90B、90C、90D。这些侧面中的每一个都具有中央切口91,从而弹性可变形板沿着其自由边81仅压在本体侧面的外部,因此允许在其中央部分的弹性可变形板62A、62B、62C、62D的扭转。
本体的底面标号为92,在本体24的中央部分具有一环状碗腔94,该碗腔在中央位置限定了一接线柱96,用于按压弹性导电拱顶70的顶部,同时,本体在另一面保持接触压靠盖20。接线柱96的直径大约为导电拱顶直径的一半,也就是说,大约为3mm,以便不管操作构件的选定位置或静止位置,确保导电拱顶70的顶部持久接触压靠接线柱96,从而保持本体24压靠盖20。
另外,四个销98从本体24的底面92突出。它们在其顶部具有外周对中倒角。这些销适用于当压下操作构件时,接纳于底部单元的孔58中。
如图2中所示,本体24在其上表面设置有一空间102,按钮26的突出部分104压配合在其中,该部分设置有一环状保持部分。按钮通常回转形成,并在其标号为106的外露表面具有一用于以手指操作装置的接收凹槽108。该凹槽108设置有防滑表面状态,例如螺旋槽,并且可以设置聚合物的涂层,例如聚氨酯。
该凹槽108在其边缘设有一止动部110,该止动部超出孔22的外围,横向增大了按钮表面。按钮的外径是11mm。
按钮26在高度上伸到壳体12之外,但是该高度远小于其直径。该高度定为1mm,当按下按钮时,允许大约0.35mm的垂直运动。
可以理解的是,本体24沿垂直于方向Z-Z的所有方向可以平移运动,同时通过导电拱顶70的弹性作用被保持压靠着盖20。
四个平面的弹性可变形板(其中两块板与另外两块板平行)与设置在本体24上的侧面组合的形式降低了操作构件14绕其垂直轴旋转的可能性,同时在静止状态,使按钮返回到其起始状态。
根据第一具体实施例,孔22是圆的,允许同样大小的操作构件14沿垂直于方向Z-Z的所有方向运动。
当操作构件横向运动时,如图7所示,一个或两个弹性可变形板,例如弹性可变形板62B弹性变形并通过被向外倾斜而相对于底板60被矫直,导致倾斜的相关的可动导电指83B降低。然后该可动导电指与下面的导电接线柱56B接触,从而确保对应的导电接线柱56B与公共导电构件28之间的电连接。
当导电接线柱56B连接到导电接线片52B,同时通过支撑在导电区域56F上而使底板60连接到导电接线片52F上,这时,在导电接线片52B和52F之间产生电连接。
当释放操作构件14时,操作构件被初始变形的弹性可变形板驱动,从而返回到其静止位置,如图2中所示。在该位置中,不产生电连接,所有的可动导电指从相关的导电接线柱移开。
在操作构件本体的横向平表面的四个弹性可变形板的活动允许操作构件一方面返回到其相对于壳体的起始位置,另一方面返回到其初始方位,尤其是相对于关于方向Z-Z的角位。
可以理解的是,操作构件14在垂直于方向Z-Z的两个主要方向X-X、Y-Y的其中一个方向上的运动,使得导电接线片52F连接到导电接线柱56A、56B、56C、56D中至少一个上,从而导电接线片52F通过公共导电构件28与其中一个接线端52A、52B、52C、52D连通。
在主方向X-X或Y-Y上滑动期间,大体平行于移动方向延伸的弹性可变形板的自由边81在两侧横向地引导操作构件的本体24。为了产生开关效果,操作构件在主方向上的行程大约为0.8mm。
更进一步,在操作构件14沿着由弹性可变形板62A、62B、62C、62D限定的正方形的一对角线移动时,也就是说,沿着相对于主方向X-X和Y-Y成45°的方向移动时,两个相邻弹性可变形板弹性地变形并向外受力,导致可动导电指和相关的导电接线柱同时接触,这确保了导电接线片52F与对应于导电接线柱的两个导电接线片连通,使可动导电指压靠导电接线柱。
用这种方式,选择装置形成了一具有八个选择路径和一确认路径的选择器。
最后,当操作构件14在其静止位置时,如图2所示,销98面向孔58布置,从而允许通过将操作构件14压入壳体12而使操作构件14沿着方向Z-Z运动。设在销外周的倒角利于其接合并对准进入孔58,所述孔在其末端外张即在底部30的内表面打开。
当压下操作构件14时,导电拱顶70弹性变形,从而其中央部分通过接线柱96压靠中央导电接线柱56E,由此确保了导电接线片52F和52E通过公共导电构件28连通。
已经公知的导电拱顶的形状是适用的,这样依据变形程度变形所须的力是非线性的,具体地,在该力的发展中具有一使用者可感知的局部最小值,确保一触觉效果告知使用者正确压下操作构件和电气开关。如已知的,实现电接触的同时,产生触觉效果的压力发生变化。
销98和互补孔58的存在确保了只有当操作构件在其静止位置时,压下操作构件,才能使中央导电接线柱56E与公共导电构件28连通,如图2中所示。
应该注意的是,在该位置,通过弹性可变形板62A、62B、62C、62D对操作构件的对中作用,确保了引导沿着操作构件的方向Z-Z平移。
作为一变型,可以不用这些销,从而不考虑操作构件的位置,允许压下操作构件,并因此确认。
根据另一个实施例,开关装置适于允许导电接线片52F每次仅与单个导电接线柱56A、56B、56C、56D连通,这样该装置形成具有四个选择路径和一个确认路径的选择器。
为此,如图8所示,标号为120的壳体盖具有一个孔122,其制成限制操作构件在某些方向的运动的形状。具体地,孔122大体为具有四个凹进部122A、122B、122C、122D的三叶形,这些凹进部布置在基本运动方向X-X和Y-Y上,形成止动部的凸出部124A、124B、124C、124D布置在凹进部之间,以限制操作构件14沿相对于基本方向X-X和Y-Y成45°的方向移动。
当使用该开关装置时,操作构件与壳体底部平行的平移的运动既使可动导电指83A、83B、83C、83D非常迅速地连接到对应导电接线柱,也使可动导电指非常迅速的脱离相关的导电接线柱。如此,开关装置可用于执行便携式电子装置的非常迅速的控制,尤其在游戏器具区段(games sector)。这种装置对于游戏中心的游戏器具(arcadegames)尤其有利。
为了连续并迅速地向选择位置移动开关装置,可用手指交替运动轻触按钮的上表面,手指沿一方向移动按钮,并当手指返回,即略微脱离按钮时,允许按钮自动返回其静止位置。
使用者手指的这种交替轻触运动可以非常容易实现,这样操作构件的滑动可以非常迅速地执行大量连续的选择。
此外,单个构件的使用同时保证了五个接点、操作构件14朝其平动和其角位上的静止位置的弹性偏压以及该操作构件的引导,使得能够以低成本获得开关装置,仅使用一个部件可确保五个接点和五个弹性推动作用以及操作构件的引导。
最后,操作构件14的平移运动,具体地是与位于操作构件14的延伸部分的、铰接的可动导电指83A、83B、83C、83D相关的运动,使得壳体高度大大减小。
在这里所描述的装置中,操作构件14朝着一个选择位置的运动导致相关接点的闭合。作为一个变型,当操作构件处于静止状态时,接点闭合,并且操作构件朝着一个选择位置运动时导致相关接点的断开。
图9图示了根据本发明的用于接纳开关装置的底座100。
例如,该底座可形成于一件便携式电子设备的外壳上,开关装置结合在底座中。例如,可以是移动电话的上表面。如此,底座限定在塑料材料的壁102中。该底座包括一用于接纳开关装置的本体的大体为圆柱形的通道104。该通道具有对应于壳体12的高度基本上减小的高度。在其底端具有两个螺旋凸棱106,所述凸棱相对于通道的轴线对称。所述凸棱基本上延伸过120°,并一起限定了用于固定接头36的两个通孔108,所述固定接头沿径向伸出壳体的外侧面。
凸棱106从孔108向其另一端具有逐渐增大的厚度,以形成通过楔入作用保持住接头36的斜面。进一步在与孔108相对的凸棱106上提供止动部110以限定开关装置的定位。可进一步为每一个凸棱提供一个适于接纳凸出部39的互补凹口,以保证接头36弹性接合在底座内。
如图10所示,可以理解的是,开关装置结合在位于电子设备外表面的底座100内。具体地,接头36与孔108接合。
然后该装置绕其自身旋转40°,从而接头36与下面的凸棱106接合,直到接头抵靠止动部110并且凸出部39与互补凹口接合。
然后该装置如图10所示定位,通过设在接头和凸棱上的凸出部和互补凹口的卡口布置以及弹性接合,将装置固定在上述位置。于是,当装配壁102和印刷电路时,导电接线片52A、52B、52C、52D、52F与电子设备的印刷电路连接。
可以理解的是,由于底座具有与大体为圆柱形的开关装置连接的圆柱轴并具有卡口保持装置,从而使开关装置相对于底座对中。具体地,在电子设备的外表面,开关装置可以准确贴合,使得开关装置与整体成型的设备的壳体之间不会产生任何引人注意的缝隙。没有缝隙可以密封从而防止电子设备内外的灰尘,并“密封”位于开关装置近旁的印刷电路上的场致发光二极管所发出的光。