具有刚性键端的按钮开关覆盖元件

本发明涉及一种具有刚性键端的按钮开关的覆盖元件，更具体地说，是涉及一种按钮开关覆盖元件，其键端是用高硬度的树脂制造的，以便在将这种覆盖元件用于桌面电子计算机、遥控器、电话、各种办公自动化设备、家用电器及其类似设备中的按钮时，可以使操作者获得极为舒适的手指触感。

一种按钮开关覆盖元件在安装在基底上的基板上具有若干穹顶状的凸起物，每一个穹顶状的凸起物都作为一个开关单元，它由一个提升部件和一个称为键端的平顶部件构成。当该键端被手指尖按下时，该提升部分发生弯曲变形，使得该键端的下表面上的活动触点与该基底上的若干固定触点相接触，以便接通电路，当加到该键端上的按压力除去时，该提升部件恢复到未受按压的构形，于是将所述固定触点之间的电路断开。就这一点而言，至少该覆盖元件的提升部分是用橡胶弹性材料制造的。

在上述类型的具有能给出舒适手指触感的刚性键端的一种覆盖元件的传统的模式中，考虑到优良的回弹特性和耐久性，所述的基板、提升部件和活动触点都是用硅橡胶制造的，而该键端则是用刚性更强的树脂材料例如丙烯酸树脂或异丁烯酸树脂和不饱和的聚酯树脂通过一种单体的或低聚的组合物与一种聚合引发剂和/或固化剂混合，通过加热而就地聚合和固化而形成的。这些覆盖元件一般说来不仅在按压手指触感和回弹性能方面令人满意，而且就很少出现因触点污染引出的问题（这种污染是由含油物质从树脂制作的键端中散发出来而造成的）也是令人满意的，使得它们可以广泛地用于各种厚度极小的或具有一种带大键端的开关面板的仪器设备的按钮开关键盘。

以上所述的覆盖元件通常是按照以下方法制造的。因此，将用于制作该覆盖元件的一个金属模具在一种足以使一种未固化的硅橡胶组合物和一种单体的或低聚的液体组合物固化的温度下加热，以制造出所述的用树脂制造的键端，并且将用于制造该键端的金属模具的模槽用所述单体的或低聚的液体树脂组合物注满，这种组合物就地聚合并形成一种不流动但在表面仍然保留粘性的半固化状态。而后，将所述提升部件和基板部件的模槽用一种未固化的硅橡胶组合物注满，将该组合物模制成与预先模制的和呈半固化态的键端部件形成一体的那些相应部件，接着再加热，以便通过使树脂组合物和硅橡胶组合物两者完全固化而使键端与提升部件形成一个整体。这些步骤中的大多数都可以利用一些适合的机器和设备而实现机械化，但考虑到更好的加工性，某些步骤仍然需要采用手工操作。

在以上所述用于制备由树脂部分和硅橡胶部分构成的覆盖元件的制造方法中的问题之一就是由于单体的或低聚的液体树脂组合物在形成键端的模槽中聚合和固化时会出现很强的皱缩，使得呈半固化态的该键端的自由表面有时不平整或者出现不规则的凹凸不平，所以在用树脂制的键端部分和用硅橡胶制的提升部件之间的界线或界面也是不平整，结果使得用树脂制的键端部件尺寸精度差。当填注用于制造该键端的模槽的该液体树脂组合物不具备良好的表面调平性能时，这种问题更为严重。

以上所述的覆盖元件的另一个问题是，由于形成键端的树脂在高温下相当不稳定，会出现变黄的趋势，所以在由半固化树脂部件和硅橡胶部件构成的整体元件的二次固化过程中不能保证足够的加热条件，结果使硅橡胶部件处于一种未充分烘干的状态，仍然含有相当量的低分子挥发性物质，这些物质如果在足够高的温度下加热足够长的时间早已被完全除掉了。树脂制作的键端部件未充分完成二次固化的另一个后果就是该键端的端面通常是带有诸如字母、数字、符号或图形符号这样的标记，以表明各键端的功能，它是用可热固化的油墨印刷而形成的，然而印刷油墨层和该键端的端面之间的粘合强度有时是如此之低，以至于由于摩擦、划痕或其它机械损伤在该覆盖元件的使用过程中所述标记很不耐久。

上述类型的覆盖元件还有一个问题就是，在固化之前或未得到充分固化时，液体树脂组合物对人的皮肤有刺激性，会引起皮炎或在加热固化过程中发出刺激性的或令人讨厌的气味，以污染工作环境，虽然不常如此，也不常很严重。

因此，本发明的一个任务就是提供一种新颖的和改进的按钮开关覆盖元件，它克服了现有技术覆盖元件的上述问题和缺点的树脂性刚性键端。

因此，本发明提供了一种具有树脂刚性键端的按钮开关覆盖元件，该覆盖元件是一个整体性的实体，包括：（a）一个由具有回弹性的硅橡胶制成的基板;

（b）一个也是由具有回弹性的硅橡胶制成并且与整体地连接到所述基板的提升部件;以及（c）一个由肖氏D级硬度等于或大于40的固化的硅氧烷树脂制成的并且整体地连接到所述提升部件的顶端的键端。

图1是一剖视图，用以说明用一种常规的液体树脂组合物灌注键端金属模具模槽的情况。

图2是一具有用常规的树脂制成的刚性键端的按钮开关的覆盖元件的剖视图。

图3是一剖视图，用于说明用根据本发明的一种液体硅氧烷树脂组合物灌注键端金属模具模槽的情况。

图4是一具有用根据本发明的高硬度硅氧烷树脂制成的有刚性键端的按钮开关的覆盖元件的剖视图。

参照附图3和4，通过与图1和2所示的具有使用一种有机树脂的刚性键端的一种常规的按钮开关覆盖元件及其制备方法进行比较以更详细地说明具有根据本发明的刚性键端的按钮开关覆盖元件及其制备方法。

通过垂直剖视图说明制备一种常规的覆盖元件的初始阶段的图1中，将一个具有用于制造键端的模槽1a的金属模具在这样的一种高温下加热，以使该单体的或低聚的液体组合物聚合和固化。将液体树脂组合物3灌注进用于制造键端的金属模具1的槽1a，使之在其中聚合并半固化，以失去流动性但仍然保持表面的粘性。因为常规的那些液体树脂组合物的调平性能极差并且由于聚合和固化而产生明显的皱缩，所以这样形成的呈半固化状态的键端部件3的自由表面3a通常不是平整的，而是如图1所示那样呈现出无规则的凸凹不平。

在第二阶段中，将通常呈一薄片状的未固化的硅橡胶组合物材料放在金属模具1的上面以覆盖键端部件3，并将该金属模具闭合并加压，以便使准备与键端部件3整体相连的硅橡胶组合物模制成型并固化，而所述的键端部件3也要在这一阶段完全固化。图2说明了这样制造的覆盖元件的垂直剖面图，所述的覆盖元件是一个整体性实体，它由一个从固化的硅橡胶制成的基板5、一个围绕着基板5的下面的周边线而与基板5连成一个整体的也是用固化的硅橡胶制成的提升部分4和一个通过一个与提升部件4连成整体的用硅橡胶制成的键端底部6而与提升部件4相连的用高硬度固化树脂制成的键端3。一个用导电橡胶材料制成的活动触点7通常是连接到键端底部6的下表面上。因为在金属模具1的模槽1a中的半固化的键端部分3的自由表面3a不是平整的，而是如上所述那样呈现出无规则的凸凹不平，所以固化的树脂键端3和固化的硅橡胶的键端底部6之间的界面3a也必然不是平整的，而是如图2所示那样呈现出无规则的凸凹不平，结果使键端3或作为一个整体的覆盖元件的尺寸精度变坏。

本发明的具有刚性键端的按钮开关覆盖元件可以按照类似于上述方式制造。如在图3用一垂直剖视图所示的那样，将在高温下加热的金属模具1的模槽1a用加热形成半固化状的可固化的液体硅氧烷树脂13注满。与表明使用常规液体树脂组合物的方法的图1不同，容纳在金属模具1的模槽1a中的呈半固化状态的键端部分13有一个自由表面13a，该自由表面13a由于液体液体硅氧烷树脂组合物的极好的流动特性而极为平整，它具有极为良好的调平性能，几乎不会因固化而产生皱缩。结果，按照与常规方法相同的方式制造的并在图4中用一垂直剖视图说明的覆盖元件成品在固化树脂键端13和用固化的硅橡胶制的键端底部6之间具有一个非常平整的界面，因此极大地改进了键端13和作为一个整体的覆盖元件的精度，同时，由于硅橡胶和硅氧烷树脂的亲合性优于化学性质不同的常规的树脂而使以硅氧烷树脂制成的键端13和用硅橡胶制的键端底部6之间的粘合强度增强。

从以上所作的说明中可以看出，本发明的覆盖元件中的最主要的特征在于覆盖元件的键端13是用在完全固化后具有等于或大于40肖氏D（Shore  D）级硬度的高硬度的硅氧烷树脂组合物制成的，因而，同其键端是用一种有机树脂组合物加工成形的常规覆盖元件相比较获得了上述的各种优点。

用于本发明的覆盖元件的高硬度的硅氧烷树脂在化学上包括由形成分子主骨架的以式-Si-O-Si-表示的三维硅氧烷键所构成，该分子有各种有机烃基，尤其是与硅原子键合的单价烃基。在市场上可以买到具有不同的硅键合的有机基团的各种等级的硅氧烷树脂，这些硅氧烷树脂包括：甲基硅氧烷树脂、苯基硅氧烷树脂、二甲基二苯基硅氧烷树脂、甲基苯基硅氧烷树脂、聚酯改性硅氧烷树脂、丙烯酸改性硅氧烷树脂、环氧改性的硅氧烷树脂以及类似树脂。这些硅氧烷树脂即使它们以相当的分子高的低聚物状态存在时也具有令人满意的低粘度，结果在用于模制键端的金属模具中的模槽就可以很容易用这种液体树脂成分完全注满，这种液体树脂成分在液面上具有极为优良的调平性能，甚至无须采取任何特殊的手段。当这种液体硅氧烷树脂成分在高温（例如100℃）下加热时它的粘度可以进一步降低，以使灌注损伤更为容易进行，同时，当这种液体硅氧烷树脂在高温下加热时进行这种液体硅氧烷树脂的固化，以生产一种肖氏D级硬度等于或大于40的固化体，这种固化体对按钮开关的操作者具有极为舒适的手指触感。

由于由有机聚硅氧烷所制造的硅氧烷的固有的生理特性，用于本发明的硅氧烷树脂无论是在固化前或固化后对人的皮肤都没有刺激性，因此使用这种按钮键盘的操作者可以不患皮炎。另外，固化的硅氧烷树脂具有高度耐热性能，不会引起变黄并且与常规有机树脂相比可以在高得多的温度下进行二次固化处理，结果，在硅氧烷树脂制的键端的表面顶层与在其中所形成的用于显示诸如数字符号、字母、标记等符号的印刷油墨层之间可以很容易获得充分的粘合强度。而且，固化的硅氧烷树脂制的键端具有很高的耐热、耐冷、抗臭氧和抗化学作用的能力，以保证该覆盖元件的耐用性。除此之外，硅氧烷树脂也不存在固化过程中放出令人厌恶的气味的问题，因而不会引起环境污染问题，同时也不存在固化后油状物质泄漏的问题，因而不会引起因此而产生的触点污染的问题。

尽管没有具体的限制，但是用于形成本发明覆盖元件的键端部件的液体硅氧烷树脂组合物的粘度在25℃时不应超过500泊，以便可以使用各种类型的液体撒布机器，液体树脂组合物就可以从上述的各种类型的液体撒布器中逐滴地加到金属模具的模槽中。当然，涉及液体硅氧烷树脂组合物的交联和固化反应而形成固化的键端的化学机理为基础的硅氧烷树脂类型不限于一种特殊的类型，而是包括了可以通过加成反应和自由基反应以及这些反应的组合的机理进行固化的那些类型。

如同在大多数按钮开关的覆盖元件中的情形那样，用硅氧烷树脂制成的键端的顶部表面通常具有诸如字母、数字图形、符号及其他类似的标记的标记物，这些标记物或者是用印刷油墨印刷的，或者是用涂料组合物涂覆的。由于所述键端是用硅氧烷树脂制造的，所以这些标记物的印刷油墨或涂料组合物最好也属于一种相同的或类似的硅氧烷基材料，以便保证它们与键端的顶层表面之间的粘合强度。例如，当键端是用甲基硅氧烷树脂或甲基苯基硅氧烷树脂制成时，所述印刷油墨的载体最好也分别是甲基硅氧烷树脂或甲基苯基硅氧烷树脂。印刷油墨或涂料组合物的制备是通过将这样的一种硅氧烷树脂和一种染色剂、交联剂、烯释剂和其他公知的添加剂组合而进行的。

用于形成本发明的覆盖元件的提升部件和基板部分的硅橡胶也不受特别的限制，它可以是在现有技术中有刚性键端的，按钮开关覆盖元件中通常使用的任意一种。在一种硅橡胶组合物中的主要成分是一种如用平均单元式RaSiO（4-a）/2所表达的那种具有线性分子结构的二有机聚硅氧烷，在上式中R是一个单价烃基，以烷基为例，例如甲基、乙基、丙基，以链烯基为例，例如乙烯基和烯丙基，以芳香基为例，例如苯基和甲苯基，以及用卤素原子、腈基及类似的基取代这些烃基中的部分或全部氢原子而得到的取代基，例如氯甲基、3，3，3-三氟丙基和2-腈乙基，而下标a是一个1.90～2.05的正数。二有机聚硅氧烷的粘度在25℃时至少为100厘沲，或者最好至少为1000厘沲。

硅橡胶组合物的制备可以通过将上述的二有机聚硅氧烷和各种添加剂化合而进行，这些添加剂通常包括雾状硅石填料、沉淀硅石填料、细石英粉、硅藻土以及类似物。当要求硅石填料有增强作用时，其颗粒直径最好是50nm或更小一些。在硅橡胶组合物中硅石填料的加入量按重量计为每100份二有机聚硅氧烷20至200份。其他可任选的组分包括分散助剂（例如具有一个连结到硅原子的烷氧基、羟基以及类似基的有机硅烷化合物）、染色剂（例如有机染料和无机染料）等。

这种硅橡胶组合物必须加以固化处理，通过将该组合物与一种交联剂（例如通常是一种有机过氧化物）化合而得到的。优选的这种有机过氧化物在120～180℃温度下的半衰期为1分钟。虽然没有特别的限制，这样一种有机过氧化物的实例包括苯甲酰基过氧化物、二氯苯甲酰基过氧化物、丁基过氧-2-辛基己酸酯、2，5-二甲基-2，5-二苯甲酰过氧己烷、丁基过氧月桂酸酯、环己烷过氧化物、丁基过氧异丙基碳酸酯、丁基过氧烯丙基碳酸酯以及类似物。根据交联反应机理，一种可供替换的类型的硅橡胶组合物就是所谓加成反应类型的硅橡胶组合物，其中，作为主要组分的二有机聚硅氧烷在分子中具有许多链烯基（例如乙烯基）作为与硅原子连接的一价烃基的一部分，并且，这种含链烯基的二有机聚硅氧烷与作为交联剂的在分子中至少有两个与硅原子连接的氢原子的有机氢聚硅氧烷以及作为催化剂的痕量的铂化合物（用于促进所述键烯基和与硅原子相连接的氢原子之间的加成反应）化合反应。

在下面，给出了一些实例和对照例，以更详细地说明根据本发明的具有刚性键端的按钮开关覆盖元件。

实施例1通过将100份重量的市售产品二甲基二苯基硅氧烷树脂（X321195，Shin-Etsu化学公司产品）和10份重量的交联剂（CX1195，上述同一公司产品）、0.4份重量的固化催化剂（X-93-55，上述同一公司产品）和1份重量的染料（STVX683，Dainichi  Seika  Kogyo公司产品）相互化合反应而制备一种液体硅氧烷树脂组合物。将这样制备的硅氧烷树脂组合物使用气流撒布器（AD3000VH型号，Iwashita  Engineering公司产品）以逐滴加入的方式注入加热到150℃的金属模具的键端模槽中。

当用了30秒钟时间已经使所述液体硅氧烷树脂半固化至失去流动性但是在其表面还保持粘性时，通过将100份重量的硅橡胶化合物（KE9510U，Shim-Etsu化学公司产品）和1份重量的以有机过氧化物为基的固化剂（Perhexa 25 B，Nippon Oil and Fat公司产品）化合反应而得到的可固化的硅橡胶组合物薄片安放在所述金属模具上，然后将该金属模具闭合，以便用该硅橡胶组合物填充用于覆盖元件的提升部分和基板的模槽，这种硅橡胶组合物通过在100公斤力/厘米2的压力下，在同样的温度下压缩模制十分钟进行固化，而得到一个整体结构覆盖元件，该覆盖元件包括由硅氧烷树脂制的键端和由硅橡胶制的提升部分和基板，这在图4中以垂直剖面图说明。

然后，通过用一种白色膏状的在25℃时粘度为300泊的印刷油墨，以网板印刷的方式将这样制备的按钮开关覆盖元件的键端的顶层表面加上标记，所述的膏状油墨是通过将100份重量的以上所用相同的二甲基二苯基硅氧烷树脂，和20份重量的二氧化钛粉末（A-280，Ishihara  Sangyo公司产品）（用甲苯稀释）化合反应而制备的。在将该印刷油墨干燥后，在热空气干燥炉中在200℃温度下对该覆盖元件进行60分钟的后烘干处理，以便最终制成具有刚性键端（该键端的肖氏D级硬度等于或大于40）的按钮开关覆盖元件。由于用硅氧烷树脂制成的键端的这种高硬度特性，这种覆盖元件当它用于一个开关键盘时可以使用该开关的操作者获得十分优越的和舒适的手指触感，并且由于在该键端和提升部分之间以及标记层与该键端上表面之间具有很高的粘合强度而可以使用很长时间。

为了审查这些产品的可靠性和再生产性，对按上述方式制造的100个覆盖元件进行检测，查明了100个覆盖元件中没有一个键端变黄，而且与提升部分相关的键端成品未完成的状态，并且键端结构精度差或者发生所谓的键倾斜的在100个覆盖元件中只有五个。另外，用气相色谱法检测在200℃温度下进行60分钟后烘干后含在硅橡胶部件中的低分子挥发性有机聚硅氧烷的含量，查明了其含量低于500  ppm（按重量计）。标记层和该键端的顶层表面之间的粘合强度非常好，可以耐钉划痕试验。

对照例1为比较起见，按照上述相同的方式但使用常规的丙烯酸树脂为基础的组合物取代硅橡胶组合物而制造100个具有刚性键端的按钮开关覆盖元件。对这些对照覆盖元件进行与上述相同的检测，查明了这100个覆盖元件全部发黄，而与提升部件相关的未完成状态的键端成品以及结构尺寸精度差或者是发生所谓键倾斜的在100个这样的覆盖元件中有多达85个。

实施例2和对照例2在实施例2中，覆盖元件是按照与实施例1相同的方法制造，只是对从金属模具中取出的覆盖元件进行的后烘干是在150℃温度下进行15或60分钟（条件Ⅰ或Ⅱ），在180℃温度下进行15分钟或60分钟（条件Ⅲ或Ⅳ）和在200℃温度下进行60分钟（条件Ⅴ）。无须说，在这样制造的覆盖元件中没有发现有一个键端变黄，而标记层和键端的顶层表面之间的粘合强度却比在实施例1中的为差，并且在条件Ⅰ下是不能接受的。在后烘干条件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ下，在硅橡胶部件中的低分子挥发性有机聚硅氧烷的含量按重量计分别为12，000ppm、6000ppm、6000ppm、3000ppm和1000ppm，这表明，通过适当地选择后烘干处理条件可以将挥发性有机聚硅氧烷的含量降至所要求的那样低。

在对照例2中，使用按照与对照例1相同方法制造的覆盖元件进行与上相同的试验，但是变换后烘干处理条件Ⅰ至Ⅴ。对于标记层和键端之间的粘合强度和在硅橡胶部件中的挥发性有机聚硅氧烷的含量而言，结果基本上与上述实施例2的相同。然而，在条件Ⅳ和Ⅴ下，键端的变黄发现与在对照例1有相同的程度，在条件Ⅱ和Ⅲ下有明显的变黄现象，而在条件Ⅰ下没有发生变黄。

实施例3和对照例3用七个面板元件在按实施例1（例3）和与对照例1（对照例3）相同的方法制造覆盖元件的过程中所发出的有刺激性和难闻的气味进行传入感觉器官的试验，包括在金属模具中进行压力模制和在热空气加热炉中进行后烘干。

通过面板元件所提供的结果表明，在实施例3中没有人感觉到有任何微弱的令人讨厌的气味，而在对照例3中，有六个元件让人感觉到有很强的令人讨厌的气味，有一个元件让人感觉到有一种明显的可觉察到的令人讨厌的气味。