TW201703090A - 電容感應式按鍵結構 - Google Patents

Abstract

　　 一種電容感應式按鍵結構，包括按鍵、支撐元件、固定墊、基板及導電部。按鍵包括鍵體及連接壁，其圍繞形成一容置空間。支撐元件設於容置空間內，包括本體、圓錐形壁、緩衝空間、及一形成於圓錐形壁之一端部的墊片。本體之頂面抵靠於鍵體之底部，且本體之底面設有該導電部，其位於該緩衝空間內。基板連接於固定墊之一側，並設有一電路單元及一感應層，且基板上塗佈有一絕緣漆層，其至少覆蓋於感應層上。當鍵體經按壓位移並壓抵支撐元件時，導電部和感應層之間因距離變化而產生靜電變化，使該電路單元發出一電訊，用以驅動一電子設備之功能。

Description

電容感應式按鍵結構

本發明是關於一種按鍵，特別是指一種利用靜電變化之電容式感應，並提供有觸壓回饋感之電容式感應按鍵結構。

按，任何機具設備或電子產品的啟動運作都須透過按鍵控制，透過按鍵按壓方能導通電路驅動所連接之機具或電子產品，進而控制該機具或電子產品之功能。

傳統按鍵多為機械式，其包括一帽蓋、一鍵部及一電路板，電路板設於鍵部下方，而帽蓋套設於鍵部上，該鍵部內部設有彈性元件及感應元件，該電路板上對應鍵部處設有金屬層，一旦鍵部被按壓，則彈性元件受壓變形使鍵部下移，並連動感應元件直接接觸電路板上之金屬層，使鍵部和電路板電性連接導通，電路板依據鍵部所驅動之電路產生對應之電訊，進而啟動或控制機具或電子產品，其中鍵部的位移提供手指觸壓時的按壓回饋感覺。然而，傳統機械式按鍵之鍵部本身和電路板或鍵盤殼體之表面相互間隔，外界水氣會從間隔處滲入鍵部內部及電路板上，容易造成電路板上之金屬層氧化受損，而影響和鍵部接觸端子之電性接觸，甚致失效。此外，傳統機接式按鍵之帽蓋為硬質材料所製，容易脆化損壞。惟隨著觸控技術發展，觸控螢幕亦可作為觸控鍵盤使用。眾所皆知，觸控鍵盤之觸控面為一平坦面板，其雖可避免水氣進入面板內部，且可由觸碰達到電訊傳輸，但現今觸控按鍵並無法提供按鍵鍵部實際的觸控之段落感回饋，故是否正確觸碰到所需的按鍵即無從得知，且由於各按鍵鍵部之間並不具實體間隔，非常容易觸碰到周圍之按鍵，而造成錯誤的操控；雖然觸控面板的按鍵可配合設置震動元件，以提供觸控後的震動反饋，但震動元件的建置大幅增加製造成本，也無法解決是否正確觸控到所需按鍵之問題及不具實體間隔之誤觸問題。

本發明之一目的在提供一種利用感應之靜電變化，達到驅動電路而控制應用端設備之電容感應式按鍵結構，並於電路基板上塗佈原料，以保護及避免電路基板線路及感應層之氧化。

本發明之另一目的在提供一種電容感應式按鍵結構，其可於觸壓按鍵時提供觸壓反饋感，且按鍵可維持直上直下、角度一致的位移。

為達到前述目的，本發明電容感應式按鍵結構包括至少一按鍵，其包括一鍵體及一連接於該鍵體之連接壁。連接壁可透過該鍵體之抵壓而產生形變，使該鍵體位移。一固定墊連接於該連接壁，該固定墊對應該鍵體處設有一通孔，其穿透該固定墊。一基板連接於該固定墊之一側，該基板對應該通孔處設有一電路單元及一感應層，該感應層耦接於該電路單元。一導電部設於該鍵體之底部和該基板之間，並對應於該感應層上方，當該鍵體受壓位移並帶動該導電部移動，且和該感應層間隔一預定距離時，該導電部和該感應層之間產生靜電變化，使該電路單元發出一電訊，用以驅動一電子設備之功能。

依據本發明之一具體實施，該基板上塗佈有一絕緣漆層，其至少覆蓋於該感應層上。

依據本發明之一具體實施，該鍵體之連接壁圍繞形成一容置空間，該按鍵更包括一支撐元件，其設於該容置空間內，並包括一本體、一延伸自該本體之圓錐形壁、一形成於該圓錐形壁內之緩衝空間、及一形成於該圓錐形壁之一端部的墊片，該墊片貼設於該基板上，該本體之頂面抵靠於該鍵體之底部，該本體之底面設有該導電部，其位於該緩衝空間內。

依據本發明之另一具體實施，該電容感應式按鍵結構更包括至少一發光元件，其電性連接於該基板上，該發光元件之光源能透過該鍵體顯示於外。

本發明電容感應式按鍵結構利用導電矽膠之導電部和基板之感應層間的靜電改變，使鍵體不需直接接觸基板即可驅動電路單元產生電訊，且基板上塗佈有絕緣漆層，可避免感應層及電路單元氧化及受損。此外，支撐元件之圓錐形壁的設置，提供按鍵於其頂部任一處按壓時，皆能維持鍵體直上直下之移動，不致產生角度不一的位移，是以，本發電容感應式按鍵結構有效解決傳統按鍵之導電元件必須直接接觸電路板導電，無法塗佈防焊漆，易損壞表面電路之缺點，且改善傳統觸控按鍵無法提供按壓回饋感之問題，更不會因按鍵不同角度位移造成按壓不確實之問題。

1‧‧‧電容感應式按鍵結構
2‧‧‧按鍵
20‧‧‧容置空間
21‧‧‧鍵體
211‧‧‧定位槽
212‧‧‧固定孔
22‧‧‧連接壁
23‧‧‧固定墊
230‧‧‧通孔
24‧‧‧平台
241‧‧‧弧面
242‧‧‧限位片
25‧‧‧定位柱
3‧‧‧支撐元件
30‧‧‧導電部
31‧‧‧本體
310‧‧‧凹槽
32‧‧‧圓錐形壁
320‧‧‧緩衝空間
33‧‧‧墊片
4‧‧‧絕緣漆層
5‧‧‧基板
5‧‧‧感應層1
52‧‧‧電路單元
53‧‧‧定位通道
6‧‧‧發光元件
7‧‧‧面板
d‧‧‧預定距離

第一圖為本發明電容感應式按鍵結構之立體分解示意圖。
第二圖為本發明電容感應式按鍵結構之仰視角度的部分立體示意圖。
第三圖為第一圖之立體組合圖。
第四圖為本發明之按鍵之仰視角度的立體示意圖。
第五圖為本發明之按鍵的剖面示意圖。
第六圖為第五圖之按鍵的剖面作動示意圖。
第七圖為本發明電容感應式按鍵結構之另一實施例之立體示意圖。
第八圖為第七圖之按鍵之仰視立體示意圖。
第九圖為第八圖之平面示意圖。
第十圖為第九圖之10-10線段之剖面示意圖。
第十一圖為第九圖之11-11線段之剖面示意圖。
第十二圖為本發明電容感應式按鍵結構之一具體實施示意圖。

請參閱第一圖至第六圖為本發明電容感應式按鍵結構之最佳具體實施，本發明電容感應式按鍵結構1可經由觸壓下移而驅動一電子設備或機具(未圖示)之功能，該電容感應式按鍵結構1包括至少一按鍵2、一支撐元件3、一固定墊23及一基板5。於此實施例中，電容感應式按鍵結構1包括複數按鍵2，其分別用以控制及執行該電子設備之不同功能。每一按鍵2包括一鍵體21及一連接於鍵體21之連接壁22，連接壁22一體連接於一固定墊23上，且連接壁22圍繞形成一容置空間20，鍵體21為一矩形狀。固定墊23對應鍵體21處設有一通孔230(如第二圖所示)，其穿透固定墊23之一表面。於此實施例中，複數按鍵2之固定墊23相互連接一體，使該些固定墊23形成一體成型之整面片體狀，該片體狀之固定墊23平貼固定於基板5上(如第三圖所示)。基板5對應通孔230處設有一電路單元52及一感應層51(如第一圖所示)，該感應層51耦接於電路單元52並對應導電部30設置。電路單元52包括若干積體電路，其預先設定有對應每一按鍵2功能之電路佈局。

鍵體21及連接壁22為橡膠材質所製，且鍵體21為實心狀並具有一厚度，鍵體21之底部的中央處更形成有一定位槽211，其連通於容置空間20內。容置空間20被連接壁22圍繞，使外界水氣無法進入按鍵2內。特別說明的是，鍵體21之容置空間20更裝設有該支撐元件3，其可用於支撐鍵體21，進言之，鍵體21之連接壁22是用於連接鍵體21及固定墊23，而鍵體21的支撐主要是依靠支撐元件3而非連接壁22。支撐元件3包括一本體31、一延伸自本體31之圓錐形壁32、一形成於圓錐形壁32內之緩衝空間320、及一形成於圓錐形壁32之底端部的墊片33，墊片33延伸出圓錐形壁32，用以貼設於基板5上，使支撐元件3能夠於基板5上形成較大之接觸面積，以利固定之用，其中墊片33的底面齊平於固定墊23之底面。本體31之頂部嵌入固定於鍵體21之定位槽211內，透過鍵體21固定支撐元件3於基板5上；由於本體31係嵌抵於鍵體21之底部的中央，因此鍵體21頂面任一處的受力可以平均地傳遞於本體31。此外，本體31之底面設有一導電部30，其位於緩衝空間320內，其中導電部30為一環形片體，且為導電矽膠所製。特別的是，圓錐形壁32係自本體31朝基板5方向擴徑延伸形成，鍵體21之連接壁22的高度等於或大於圓錐形壁32之高度，以提供足夠空間裝設支撐元件3，且連接壁22係向外傾斜地延伸至固定墊23，該傾斜構形有利於連接壁22受壓形變(詳如後述)之結構不受影響，以延長連接壁22之壽命。

於一具體實施中，基板5對應通孔處230處電性連接有二發光元件6，其可為發光二極體。於此實施中，發光元件6之外圍環繞有一環形感應層51，其對應於支撐元件3之本體31底部的環形導電部30。本體31的底部更形成有一凹槽310，其圍繞有該環形導電部30，凹槽310可於本體31位移時罩蓋發光元件6於凹槽310內。當本體31被鍵體21抵壓下移，凹槽310罩蓋於發光元件6外，如此可減少整體支撐元件3為閃避發光元件6所產生之厚度所需。於此實施中，支撐元件3、鍵體21及連接壁22為可透光，使發光元件6發出之光源可顯示並散透於鍵體21，以供外部識別。發光元件6可設定於基板5通電時即發光，或可於按鍵按壓至電路單元52產生電訊時發光。

導電部30之底面和感應層51於本體31未受抵壓前，二者互相間隔至少大於1.5公釐，其間距取決於支撐元件3之結構高度。特別說明的是，基板5上塗佈有一絕緣漆層4，其完整地覆蓋於感應層51及電路單元52上，絕緣漆層4具有絕緣特性，其塗佈於金屬感應層51上可防止其氧化，避免感應層51氧化而影響導電之功效。此外，絕緣漆層4的塗佈更具有保護基板5及感應層51之作用，讓外物無法直接接觸基板5之表面。

藉由前述構造，本發明電容感應式按鍵結構1使用時，以手指觸壓鍵體21之頂部，鍵體21受力導致連接壁22產生彎曲形變，而使鍵體21下移，同時壓抵支撐元件3之本體31，圓錐形壁32受力產生形變，造成本體31下移，此時，環形導電部30和基板5之感應層51之間隔距離改變，當該間隔達到一預定距離d(如第六圖所示)，即小於0.5公釐，則導電部30和感應層51之間電容產生變化，靜電場改變，使基板5之電路單元52發出一電訊並傳送到所控制之電子設備，進而驅動執行該電子設備之功能。換言之，當導電部30和感應層51間小於0.5公釐之預定距離d內，按鍵2隨即觸發電路單元52發出電訊。

由前述說明可知，本發明電容感應式按鍵結構1利用支撐元件3之圓錐形壁32作為受力形變之主要構造，圓錐形壁32之圓形周面由於各部位弧度一致，於受力時可產生均勻的形變，進而確保鍵體21得以直上直下作動，避免造成邊角傾斜不一的按壓回饋。

請參閱第七圖至第十二圖為本發明電容感應式按鍵結構1之第二實施例，本實施例與前一實施例之最大區別在於不具有該支撐元件3，其他相同於前一實施例之構造則不再覆述。本實施例之電容感應式按鍵結構1包括按鍵2、固定墊23、導電部30、基板5及平台24，其中鍵體21之連接壁22一體成型於鍵體21之底部，且自鍵體21之底部的周圍向外傾斜地延伸至通孔230，並一體連接於固定墊23，換言之，連接壁22圍繞於鍵體21之底部設置。此外，第二實施例之導電部30的設置不同於第一實施例，具體而言，鍵體21相應基板5之一側面設有導電部30，其由複數個導電矽膠片體間隔形成，感應層51對應導電部30設置。

續請參閱第七圖至第十一圖，本實施例之按鍵2之構型具有其特定功能，具體而言，鍵體21為一矩形狀，且其相對二側面分別設有一平台24，其自鍵體21之該側面的中間偏低位置向外延伸，且由該側面的相對角隅形成一弧面241，用以使矩形之鍵體21的四邊相連的四個角隅之角度增大，並強化鍵體21之邊側結構，防止鍵體21之頂部經按壓造成鍵體21非一致性角度變化之位移；換言之，若單純矩形鍵體21不具有平台24構造，則鍵體21之角隅被抵壓後易使鍵體21呈現角度傾斜不一的下移，而造成按鍵2的按壓回饋不確實；相較之下，平台24之邊側結構可於鍵體21受壓時，將受力傳送至平台24，而避免按鍵2產生角度變化之位移，進而提供手部確實之按壓回饋感覺。此外，鍵體21之底部的四周分別設有一限位片242，其具有一厚度小於導電部30之厚度，限位片242位於導電部30和連接壁22之間。當鍵體21之邊部被持續按壓時，限位片242抵靠於基板5上，使鍵體21不會因過度按壓而造成過度形變，亦可保護導電部30不會遭受過壓而損壞。

請參閱第八圖及第十圖，鍵體21之底部的相對二側分別設有一固定孔212，其位於相互間隔之導電部30之間，其內插設有一定位柱25，該定位柱25延伸出鍵體21之底部。基板5對應每一定位柱25設有一定位通道53，定位柱25於鍵體21未經抵壓時，係嵌入定位通道53的一部分，用以提供鍵體21和基板5之進一步定位，當鍵體21受壓位移時，定位柱25會移動於定位通道53內，達到定位之功效，同時可傳遞鍵體21受壓之受力至基板5，並維持鍵體21直上直下的作動。

第二實施例之電容感應式按鍵結構1使用時，同樣以手指觸壓鍵體21之頂部，鍵體21的受力傳送到平台24至連接壁22，導致連接壁22產生形變，而帶動鍵體21下移，此時，若干片體組成之導電部30和基板5之感應層51間之距離改變，當該間隔達到一預定距離d(如第七圖所示)，即小於0.5公釐，則導電部30和感應層51之間電容產生變化，靜電場改變，使基板5之電路單元52發出一電訊並傳送到所控制之電子設備，進而驅動執行該電子設備之功能，前述鍵體21二側面之平台24用以使連接壁22四邊相連的四個角之角度增大，防止鍵體21受壓的的角度形變不一，內部限位片242防止鍵體受壓的的角度形變及定位柱提供進一步的定位功能定位柱25提供進一步的定位功能及鍵體21受按壓時藉此定位柱使鍵體2可直上直下的作動。

另請參閱第十二圖，本發明電容感應式按鍵結構1之固定墊23外可罩蓋有一面板7，以進一步保護基板5。

綜上所述，本發明電容感應式按鍵結構1利用導電矽膠之導電部30和基板5之感應層51間的靜電改變，使鍵體21不需直接接觸基板5即可驅動電路單元52產生電訊，且基板5上塗佈有絕緣漆層4，可避免感應層51及電路單元52氧化及受損。此外，支撐元件3之圓錐形壁32的設置，提供按鍵2於其頂部任一處按壓時，皆能維持鍵體21直上直下之移動，不致產生角度不一的位移，是以，本發電容感應式按鍵結構1有效解決傳統按鍵之導電元件必須直接接觸電路板導電，無法塗佈防焊漆，易損壞表面電路之缺點，且改善傳統觸控按鍵無法提供按壓回饋感之問題，更不會因按鍵不同角度位移造成按壓不確實之問題。

上述詳細說明為針對本發明一種較佳之可行實施例說明而已，惟該實施例並非用以限定本發明之申請專利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示之技藝精神下所完成之均等變化與修飾變更，均應包含於本發明所涵蓋之專利範圍中。

 

1‧‧‧電容感應式按鍵結構

2‧‧‧按鍵

21‧‧‧鍵體

23‧‧‧固定墊

3‧‧‧支撐元件

31‧‧‧本體

32‧‧‧圓錐形壁

33‧‧‧墊片

4‧‧‧絕緣漆層

5‧‧‧基板

51‧‧‧感應層

52‧‧‧電路單元

6‧‧‧發光元件

Claims (11)

1. 一種電容感應式按鍵結構，包括：
   至少一按鍵，包括一鍵體及一連接於該鍵體之連接壁，該連接壁可透過該鍵體之抵壓而產生形變，使該鍵體位移；
   一固定墊，其連接於該連接壁，該固定墊對應該鍵體處設有一通孔，其穿透該固定墊；
   　 一基板，連接於該固定墊之一側，該基板對應該通孔處設有一電路單元及一感應層，該感應層耦接於該電路單元；及
   　 一導電部，設於該鍵體之底部和該基板之間，並對應於該感應層上方，當該鍵體受壓位移並帶動該導電部移動，且和該感應層間隔一預定距離時，該導電部和該感應層之間產生靜電變化，使該電路單元發出一電訊，用以驅動一電子設備之功能。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電容感應式按鍵結構，其中該基板上塗佈有一絕緣漆層，其至少覆蓋於該感應層上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電容感應式按鍵結構，其中該鍵體之連接壁圍繞形成一容置空間，該按鍵更包括一支撐元件，其設於該容置空間內，並包括一本體、一延伸自該本體之圓錐形壁、一形成於該圓錐形壁內之緩衝空間、及一形成於該圓錐形壁之一端部的墊片，該墊片貼設於該基板上，該本體之頂面抵靠於該鍵體之底部，該本體之底面設有該導電部，其位於該緩衝空間內。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電容感應式按鍵結構，其中該鍵體之連接壁的高度等於或大於該圓錐形壁之高度，使該支撐元件受該鍵體壓抵時，該圓錐形壁受力產生形變而造成該本體朝該基板方向位移。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電容感應式按鍵結構，其中該鍵體之底部更形成有一定位槽，該支撐元件之本體的一端部嵌入固定於該定位槽內，該圓錐形壁係自該本體朝該基板方向擴徑延伸。
6. 如申請專利範圍第3項所述之電容感應式按鍵結構，其中該固定墊之底面齊平於該錐形環壁之墊片的底面。
7. 　如申請專利範圍第3項所述之電容感應式按鍵結構，更包括至少一發光元件，其電性連接於該基板上，並位於該支撐元件之緩衝空間內，該發光元件之光源能透過該鍵體及該支撐元件顯示於外。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電容感應式按鍵結構，其中該支撐元件之本體的底部更形成有一凹槽，其對應於該發光元件設置，並可於該本體位移時罩蓋該發光元件於該凹槽內。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電容感應式按鍵結構，其中該導電部和該感應層間隔之該預定距離小於0.5公釐。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電容感應式按鍵結構，其中該鍵體之至少相對二側面分別設有一平台，其自該鍵體之該側面的相對角隅向外延伸凸出形成一弧面，用以防止該鍵體受壓造成角度變化不一的位移。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電容感應式按鍵結構，其中該鍵體之底部的周圍設有至少一限位片，其具有一厚度小於該導電部之厚度，當該鍵體之邊部被持續按壓時，該限位片抵靠於該基板上，使該鍵體不會因過度按壓而造成過度形變。