专利名称：按键式可变电阻器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种按键的可变电阻器，特别是涉及一种用于电子游戏线路或工业控制的电子信号调整，及具有电气开关作用与按压力量反比于电阻值大小变化的可变电阻器。
模拟(类比)按压式按键广泛使用于各种电子游戏机或工业控制中，作为游戏操作控制或自动化工业设施操作控制的主要控制指令输入元件，如在电子游戏机中，可通过此种模拟按压式按键来提供射击、博击、打斗、跳跃、赛车油门、刹车等操作动作的第三轴(Z轴)模拟控制，即通过按压的力量大小，来产生相对大小的动作目标量，诸如射击的速度快慢、打斗力量大小或油门、刹车轻重的模拟控制；又如工业控制中，关于机械手臂夹持力量的控制或敲击力量的控制，皆可通过此一模拟按压式按键的操作而获得控制。而最为理想的控制方式是使按压力量直接与电子信号的增、减量成正比，如对于声音音量大小的控制、射击速度及机械手臂的夹取力量的控制等等，也就是使电子信号随按压力道由最小至最大变化，而产生作相对正比的信号量渐增的功能。
然而，现有的模拟按压式按键结构，如图20～图26所示，其中，该按键A下方所设的导电座B，其底端所连接的导电块B1，其形状如图22及图23所示，为半圆球形状，故在按键A轻微向下按压时与PC板C表面的一片碳膜片C1表面，与导电块B1中央的一小块面积接触(如图21所示)，此时碳膜片C1与导电块B1间的接触面积最小，故碳膜片C1两端间的电阻值最大；反之，当按键A向下施力重压时(如图24及图25所示)，则使导电块B1与碳膜片C1的表面接触面积最大，而使碳膜片C1两端间的电阻值变得最小(非零欧姆，按电阻值与并联接触面积成反比)，即，使按键A的按压力量大小变化是与碳膜片C1间的电阻值大小变化成反比的，但此种以接触面积作为可变电阻值变化的操作，其可变电阻值与按压力量的大小变化，并非一定为线性反比关系，相对地，将使该通过碳膜片C1两端间的电子信号，并非一定是与该按压力量呈线性正比的，而必需借助较为精密复杂的修正或计算电路来使其成为线性，而造成现有的模拟式按键在电子电路应用上的成本偏高，并使其产品在应用上显得较为麻烦不便。
然而，在上述现有的模拟式按压按键结构，在应用于电子电路上时，通过该导电块B1与碳膜片C1间的接触面积来决定碳膜片C1两端的总电阻值，其电路意义相当于两个不同电阻器的并联，如并不适合作为电气开关来使用，也就是该现有的模拟式按键结构，仅能提供单纯的可变电阻器作用，而无法提供通路或断路的电气控制，如考虑在导电块B1上加装线路，以与碳膜片C1构成电气接点通路或断路的控制，则将因该导电块B1时常受到按压而极易使其电气接点受压损坏，而完全不可行，造成该现有的模拟式按键在配合如游戏的操作功能启动上受到限制，因而拘限其应用范畴。
此外，上述现有的模拟式按压按键结构，由于该导电块B1与碳膜片C1间，是随着导电块B1逐步由圆心向外逐渐扩大与碳膜片C1的接触面积，故当该按键A与碳膜片C1间的安装中心位置稍有偏离时(如图26所示)，将使该按键A在轻压时，无法使该导电块B1的中心接触到碳膜片C1形成可变电阻的操作，也就是极易在初始的按压过程中，无法使该碳膜片C1两端马上产生可变电阻器的操作，造成其局部按压的操作功能失常，又该即使勉强施以较大的按压力量，使该导电块B1与碳膜片C1接触，也将使该导电块B1丧失原来与碳膜片C1正常接触时的正常可变电阻变化调变功能，从而使该按压力量与通过碳膜片C1间的电子信号并非是一定成线性的正比变化；而倘若考虑改善此一缺点，则必需战战兢兢地且毫无偏差地安装及校正该按键A的导电块B1的中心点及碳膜片C1的相对安装位置的中心点，而更增加该模拟式按压按键在电子电路上应用及产业利用上的麻烦及困扰。
本实用新型的目的在于提供一种按键式可变电阻器，使该按键按压的力量大小变化可反比于电阻值的大小变化，并使所流通的电子信号增、减变化可以线性正比于该按键的按压力量大小变化，以利于电子电路的直接利用。
本实用新型的第二目的在于提供一种按键式可变电阻器，使该按键初步轻压或放开操作时可形成如同电气通路(ON)或断路(OFF)的开关作用，以利于相对的可变电阻器电子电路操作功能的启动或切断操作。
本实用新型的第三目的在于提供一种按键式可变电阻器，使该按键在安装时纵然位置稍有偏离，仍可使初始电气开关及可变电阻功能正常运作，以利于电子电路的简便安装应用。
本实用新型的目的是这样实现的，即提供一种按键式可变电阻器，包括一按键本体，其底部至少结合有一弹性座，以供按键本体固定并连接在一电路基板上，并作为按键本体下压的弹性回复结构；所述弹性座的底部至少设有一导胶块，所述导胶块底端内凹设有一弧形接触面；以及，至少一对导体片，结合于电路基板中相对于按键本体下方导胶块的位置，且相互呈电气断路的状态，当按键本体受力向下按压时，使弹性座产生变形下压，迫使导胶块底端的弧形接触面与两导体片间形成接触状，且两导体片间构成如同电气开关的通路接触状，并使其按压施力大小变化与两接触点间距长度变化成反比，而使所述导体片间的相对电阻值变化，与按键本体的施力按压力量大小变化成反比，使电路基板可由此电阻值化而产生相对的线性电气控制信号。
本实用新型装置的优点在于，其使用时方便、可靠，应用范围广，且制造成本低。
以下结合附图，详细说明本实用新型的实施例，其中
图1为本实用新型按键的剖视图，其显示按键轻压使电路基板的两导体片产生电气开关通路的状态；图2为图1中标示D部分的局部俯视放大图，其显示导胶块底面与电路基板上导体片的初始接触状态；图3为本实用新型按键中的弹性座的外观结构图；图4为本实用新型按键中的弹性座与电路基板的组合结构图；图5为类同于图1的剖视图，其显示按键用力下压时，该导胶块底面与电路基板上导体片接触的状态；图6为图5中标示E部分的局部俯视放大图，其显示导胶块底面与电路基板上导体片接触点间距缩短状态；图7为类同于图1的剖视图，其显示按键完全下压时，该导胶块底面与电路基板上导体片接触的状态；图8为图7中标示F部分的局部俯视放大图，其显示导胶块底面与电路基板上导体片接触点间距为最短的状态；图9为一俯视图，其显示本实用新型按键用力下压时的导胶块与导体片间的接触点间距及电阻值的变化情形；图10为一俯视图，其显示本实用新型按键完全下压时的导胶块与导体片间的接触点间距及电阻值的变化情形；图11为一俯视图，其显示本实用新型按键与电路基板组装偏位向上，导胶块与导片间的对应接触状态；图12为一俯视图，其显示本实用新型按键与电路基板组装偏位向下，导胶块与导片间的对应接触状态；图13为本实用新型的另一较佳实施例图，其显示按键轻压使电路基板的两导体片产生电气开关通路的状态；图14为图13中标示G部分的局部俯视放大图，其显示导胶块底面与电路基板上导体片的初始接触状态；图15为图13所示的实施例中按键的弹性座与电路基板的组合结构图；图16为类同于图13的剖视图，其显示按键用力下压时，该导胶块底面与电路基板上导体片接触的状态；图17为图16中标示H部分的局部俯视放大图，其显示导胶块底面与电路基板上导体片接触点间距缩短的状态；图18为类同于图13的剖视图，其显示按键完全下压时，该导胶块底面与电路基板上导体片接触的状态；图19为图18中标示Ⅰ部分的局部俯视放大图，其显示导胶块底面与电路基板上导体片接触点间距为最短的状态；图20为现有模拟按压式按键的结构示意图；图21为图20标示J部分的局部俯视放大图，其显示该导电块底部与导体片表面接触的状态；图22为现有模拟按压式按键的导电座与导电块外观结构示意图；图23为一仰视放大图，其显示现有模拟按压式按键的导电座与导电块的结构；图24为现有模拟按压式按键中度施力按压力量时的操作示意图；图25为图24标示K部分的局部俯视放大图，其显示该导电块底部与导体片表面接触的状态；图26为现有模拟按压式按键的按键与PC板组装偏位向上的示意图。
首先请参阅图1～图2所示，本实用新型的按键式可变电阻器，以下各图中，都以100编号来标示的，其中，该可变电阻器100，包括一按键本体10，其形状不限，在本实用新型中是以游戏机中的大型按键型态为例，在按键本体10下方结合有一弹性座20，其材质不限，由绝缘体构成，具有变形回复的弹性，如以绝缘橡胶构成，使该按键本体10也具有下压弹性回复的功能。
请再配合图3及图4所示，上述的弹性座20在顶部设有一连接部21，可供与按键本体10来连接，并在下方具有一可变形折部22，该变形折部22下方镂空而形成有一空室23，在该空室23的顶缘至少连接有一导胶块24，其为具有可弹性恢复的导体构成，如导电橡胶，其形状为圆柱状，且具有一定的电阻值，其顶部设有一接合面241，以与空室23的顶缘壁面相结合，在底面则向内凹设一弧形接触面242(如图3及图4所示)，所以某一圆球弧形比例向内挖空而成，使该弧形接触面242在侧面所示的形状为一内凹圆弧的形状，而其中心与空室23的中心位置相重合，以受整个变形折部22的均匀包覆，并且，在该弹性折部22的周缘至少设有一对固定柱25，以供弹性座20插接固定于一电路基板30上(如图1及图4所示)。
上述的电路基板30，为转换本实用新型可变电阻器100电气信号的电气线路，其电路结构属现有技术，故不予详述，在该表面至少设有一插孔30′，可供前述弹性座20的固定柱25插接固定，其固定方式不限，可为粘合或封胶方式固定，在该相对于按键本体10下方位置，即受弹性座20的变形折部22及空室23覆盖的范围内，至少设有一对导体片31及31′，其形状不限，在本实用新型中以矩形为其说明的实施例，且该导体片31及31′以印刷或粘着方式结合在电路基板30上，且其间具有一阻隔间隙G′，使其在电路上的意义为如同电气开关的两个常开(N.O.normal open)的控制接点，而在导体片的上方正，则对应该弹性座20的导胶块24，并于该弹性座20未产生变形的初始状态下，该导胶块24底部的弧形接触面242始终与导体片31及31′表面不接触(图未显示)，即为电气开关中的断路(OFF)状态，此时该导体片31及31′间的电阻值为无限大。
进一步地，当轻压该按键本体10向下，使弹性座20下方的变形折部22受压变形，导胶块24的弧形接触面242最外围部分，分别与该导体片31及31′相接触，如在图2中则使用X0及X0′两编号来分别标示为其接触点，即该两接触点X0及X0′间的间距Y1为最长，其相对于导体片31及31′的电路意义，除了接通导体片31及31′而成为如同电气开关的通路(ON)状态外，另一个电路上的意义，则是该导体片31及31′间的电阻值为导胶块24本身所具有的电阻值，因接触点X0及X0′的间距Y1接近为导胶块24的长度(即其直径)，而依电阻值与导体长度成正比的关系，可推得此时导体片31及31′除了在上述的断路情况外，此时两者间相对的电阻值为最大，且流通于导体片31及31′间的电气信号，如电流信号为最小，而使该电路基板30可由此作电路的启动控制及产生相对精确的电气控制信号或控制动作。
请再配合图5及图6所示，其显示图1～图4所示本实用新型可变电阻器100在施力按压作可变电阻操作的第一操作例，其中，图5及图6所示是继上述导胶块24对导胶片31及31′间形成初步的电气通路、及使其间具有相对的最大电阻值后，再对按键本体10施以较小下压力量的状态，此时，该胶块24受压产生较小的变形量，使该导胶块24底部的弧形接触面242也产生局部受压变平而与导体片31及31′产生局部面积的接触，其接触点X1及X1′的间距Y2长度小于上述图2所示的初始接触点X0及X0′间的间距Y1长度，换言之，使导胶块24的相对有效导体长度变短，因部分长度已被导体片31及31′接触并联短路，此时相对于导体片31及31′间的电阻值，将比原先在图1所显示的初始接触状态的电阻值变小，相对地，可使流通于导体片31及31′间的电气信号相对变大，也可使电路基板30上的线路据此电阻值的变小、或电气信号的变大等改变情形，而产生相对的控制电气信号或控制动作。
请再参阅图7及图8所示，其显示图1～图4所示本实用新型可变电阻器100在施力按压，作可变电阻操作的第二操作例，其中，图7及图8示出对按键本体10施以最大下压力量的状态，此时，该导胶块24产生最大的变形量，使该导胶块24底部的弧形接触面242与导体片31及31′间的接触长度增加至最大，使其接触点X2及X2′间的间距Y3为最小，即远小于如图2所显示的间距Y1及图6所示的间距Y2，且近似等于导体片31及31′间的阻隔间隙G′，相对地，使导胶块24导体片31及31′的有效导体长度为最小，此时，其电阻值将相对变得最小(但不为零)，简言之，使该导体片31及31′间的电阻值为小，且流通于导体片31及31′间的电气信号为最大，电路基板30同理可由此再产生相对的电气控制信号或控制动作。
请再配合图9及图10所示，在分别阐明本实用新型可变电阻器100在按压操作上的最大电阻值、最小电阻值的变化比较情形，也就是如图9所示的状态，如同在图2所显示按键本体10初始轻压的导胶块24的弧形接触面242的外围部分，与导体片31及31′的最大电阻值的接触情形；图10相对于如图8所示的按键本体10完全下压，该弧形接触面242内缘与导体片31及31′产生最小电阻值的接触情形，可以进一步证明的是，该按键本体10下压的施力大小，与电阻值大小的变化始终呈反比，换言之，施力愈小，该导体片31及31′间的相对电阻值愈大；反之，施力愈大，该导体片31及31′间的相对电阻值愈小，由流通于导体片31及31′间的电气信号大小变化，与按键本体10下压的施力大小成正比，完全符合电路线性调变控制的理想状态，也就是可以使电路基板30不必通过精密复杂的修正电路或计算电路，即可方便运用此一电气信号的恒为线性变化方式来精确反应按键本体10受力下压的力量大小，并从而作相对的控制信号产生或执行控制动作。
在本实用新型中值得一提的是，当如图9所示的按键本体10轻压而构成电气开关通路功能的操作状态，该导体片31及31′间的相对电阻值为最大，可使流经导体片31及31′的电气信号为最小，可使该按键本体10在瞬间下压时产生异常突波脉冲的机会降低，如反、复松放及按压按键本体10的操作，可大幅度降低电路基板30相关线路及电子元件的损坏机率，并在配合电子电路应用时，可作为电子电路中相关操作功能的启动或切断控制，从而增益其产业的应用范畴及实用功效。
请再参阅图11及图12所示，本实用新型的可变电阻器100，当按键本体10与电路基板30间组装上稍有偏位的情形，如在图11中显示该导胶块24的弧形接触面242明显与电路基板30的导体片31及31′稍向上偏位组装的情形；图12是稍向下偏位组装的情形，其中，可以明显看出，无论在那一种偏位组装的情形下，该按键本体10下压时，该导体片31及31′间还是可以正常执行电气开关的开(ON)、关(OFF)功能及恒为线性变化的可变电阻器功能，而不会受偏位组装的影响，故对于实际在生产线上的组装上，绝不会产生因过份苛求组装精确度，使现场人员组配困难，而导致生产效率上不去的问题。
请再配合图13～图15所示，为本实用新型可变电阻器100的另一个较佳的结构实施例型态，在图13～图19中，以100′编号来标示该按键，其中，该可变电阻器100′中的按键本体10、弹性座20的结构与该上述图1～图12中所示的可变电阻器100中的按键本体10及弹性座20的结构是一致的，而其差异点是，该导胶块24′(如图14、图15)为矩形片状，其顶端为一矩形面241′，结合于该弹性座20中的空室23顶端壁面上，在其底面仍设有一弧形接触面242′(如图13及图15所示)，也为向内凹设的圆弧形结构，同样地，在按键本体10未下压时，该电路基板30的导体片31及31′间仍是呈现电气断路(OFF)状态，在轻压初始接触时，该导胶块24′底部的弧形接触面242′的最外围两端与该导体片31及31′相接触(如图13及图14所示)，而产生接触点X3及X3′，此时该接触点X3及X3′的间距Y4为最大，其相对的电阻值也为最大。
请再参阅图16及图17所示，其显示在图13所示的可变电阻器100′中，该按键本体10在轻按完成如电气开关通路(ON)的控制操作后，再向下略施力按压，使该导胶块24′产生弹性变形，使其底部的弧形接触面242′的局部长度与导体片31及31′间产生接触，相同地，当使其所产生的接触点X4及X4′间的间距Y5长度比上述图14所示的间距Y4还要小，并且，由于该弧形接触面242′与导体片31及31′间的接触变化，为相近且呈等比例的矩形面块变化，故其间距Y5长度的变化也可达到良好等比线性关系，因此，相对于导体片31及31′间的电阻值变小的情形，也是呈良好的线性关系；再相对于流通在导体片31及31′间的电气信号而言，也是呈良好的等比例线性变化增大的关系，对于电路基板30线路的控制而言，实有相当大的助益。
请再配合图18及图19所示，其相同地显示该图13所示的可变电阻器100′的实施例结构中，该按键本体10向下施压到底，即该导胶块24′产生最大的变形量时，该弧形接触面242′与导体片31及31′间的接触点X5及X5′的间距Y6为最小，而此时两导体片31及31′间的相对电阻值也变为最小，当然地，其变化关系也是延续上述的良好线性变化关系而成，可使相对流通于导体片31及31′间的电气信号化，也是以良好等比例线性关系增至最大，更能符合电路控制设计的需求，对于电路基板30相关线路于后续处理，及相对判断按键本体10施力大小，可得到更为精确的结果及控制效果，诚为一极具产业利用性的绝佳创作。
综上所述，为了达到本实用新型的目的，该按键式可变电阻器，在该按键本体下方的弹性座上设有一导胶块，其底部内凹设有一弧形接触面，使按键在向下按压时，该导胶块的弧形接触面可与该电路基板上的导体片，始终保持初始接触的电气开关导通功能，以及使该接触点的间距与按压力量变化成反比，并使该导体片间的电阻值变化量与按压施力大小成反比，以使通过导体片间的电子信号增、减变化可达到与按压施力大小变化成正比的理想应用状态。
本实用新型的创作精神在于，以最为简捷方便的按键结构，使游戏机或工业控制中关于施力大小比例的模拟式可变电阻器的调变控制及操作动作，能远到具有精确的电气开关按压功能及按压力量与电气信号变化成正比的控制需求及目的，使游戏机或工业控制的控制操作品质及成效可进一步提高。
权利要求1．一种按键式可变电阻器，其特征在于，包括一按键本体，其底部至少结合有一弹性座，以供按键本体固定并连接在一电路基板上，并作为按键本体下压的弹性回复结构；所述弹性座的底部至少设有一导胶块，所述导胶块底端内凹设有一弧形接触面；以及，至少一对导体片，结合于电路基板中相对于按键本体下方导胶块的位置，且相互呈电气断路的状态，当按键本体受力向下按压时，使弹性座产生变形下压，迫使导胶块底端的弧形接触面与两导体片间形成接触状，且两导体片间构成如同电气开关的通路接触状，并使其按压施力大小变化与两接触点间距长度变化成反比，而使所述导体片间的相对电阻值变化，与按键本体的施力按压力量大小变化成反比，使电路基板可由此电阻值化而产生相对的线性电气控制信号。
2．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述弹性座的顶面设有一连接部，与按键本体下端连接。
3．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述弹性座的下端设有一变形折部，以产生受压变形回复的弹性。
4．如权利要求3所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述弹性座的变形折部内设有一空室，其顶部壁面连接导胶块。
5．如权利要求3所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述变形折部的周缘至少设有一对固定柱，以插接固定于电路基板。
6．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述弹性座为绝缘橡胶。
7．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述导胶块顶面设有一接合面，与弹性座相连接。
8．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述导胶块为圆柱状。
9．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述导胶块的弧形接触面的侧面为具有圆弧度的曲线形状。
10．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述导胶块为矩形片状、且其顶面设有一矩形面以与弹性座相连接。
11．如权利要求9或10所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述导胶块为导电橡胶。
12．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述电路基板的导体片以印刷方式结合于电路基板。
13．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述电路基板的导体片以粘合方式结合于电路基板。
14．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述导胶块底部的弧形接触面与电路基板的导体片间的接触点为等比线性变化的矩形面块。
15．如权利要求1所述的按键式可变电阻器，其特征在于，所述电路基板的两导体片间具有一阻隔间隙，以构成电气断路的状态。
专利摘要一种按键式可变电阻器,包括按键本体,底部结合有弹性座,弹性座底部设有导胶块,具有电阻值,在底端内凹设弧形接触面;及一对导体片,结合在电路基板上并呈断路状,由按键本体下压使导胶块底面接触两导体片,导体片间产生通路,并再由按键本体施力下压,使导体块底端弧形接触面与导体片间两接触点间距与施力大小成反比,使导胶块对于两导体片间电阻值大小与施力大小成反比,由导体片间电子信号增、减变化正比于按压力。
文档编号H01C10/10GK2461122SQ0120248
公开日2001年11月21日 申请日期2001年1月15日 优先权日2001年1月15日
发明者黄贤忠 申请人:黄贤忠