CN1008955B - 开关触点组合件 - Google Patents

Abstract

一种用于开关的触点组合件，具有一阵列诸如墩柱的固定表面，这些表面系排列成诸如在圆周上的点的型式，且有一导电的弹性闭合环圈受压迫地置于这些表面阵列内。该环圈至少通过某些固定表面或墩柱面接通一电路，且系由一致动器预以移入及移出该阵列。可设置多个环圈及多个阵列。

Description

本发明涉及使用可动触点的电气与电子开关机构的领域，特别是涉及使用至少一固定触点与至少一可动触点的开关机构。

电子和电气开关目前通常使用凸轮致动叶片弹簧式触点，除了由螺旋弹簧组件的压力保持的触点或“弹扣作用”（Snap-action）叶片弹簧触点之外。

这些开关设计有两个主要问题：第一、电流处理与小信号能力两者之间的折衷选择，故导致使两种应用折衷的一般用途的设计;第二、为将触点表面保持于“on”位置的先有技术的开关机构是非常复杂的。这些复杂的机构的制造成本昂贵，且易出故障。

另外，将许多种传统式开关设计制造成小型化成品的企图是不合实际的，因为其中的元件的复杂性使得它们很难经济地制造成小型。而且，许多传统式开关设计必须采用并不适于自动化制造的组合技术。

具有将触点保持于适当位置的弹簧装置的开关的实例，可见1970年12月8日颁给斯佩思等人的美国专利第3，546，402号。

本发明在一方面系提供一种用于开关的触点组合件，包括一阵列的固定表面，它们可以是在一圆周上界定的三个或更多个点的墩体（abutments）的墩柱（posts）。这些表面中的至少二个应为触点表面。诸墩柱可以任何型式配置于一个以上的阵列内而形成格栅或圆形型式。其中并设有一可由导电性金属制成的导电弹性闭合环圈。弹性闭合环圈是大于由诸固定触点表面界定的圆周，因此当环圈装入阵列内时，将受 压迫地置于其间且桥接至少某些触点表面。诸表面的至少两个被间隔开，而为环圈提供一个于它被移出在诸表面间的阵列时增加压迫力的路径。

在另一方面，本发明提供一种用于开关的触点组合件，包括一个由导电材料制成的弹性可变形环圈和多个墩体，墩体可以是墩柱，这些墩体垂直于环圈所在平面延伸，并为所述环圈界定一移动路径，该环圈于沿该路径通过时受压迫，这些墩体的位置系设成使得环圈于沿该路径移动时所受的压迫力在一定位置处显现有最小与最大值;所述墩体中的至少某些墩体会与环圈达成电气接触，而通过该环圈在对应于一压力最小值的至少一限定位置处接通至少一电路。

还设有一个驱动装置用来将该闭合环圈（下文称为闭合环圈或简称为环圈触点）移入或移出固定触点表面的阵列，从而使闭合环圈与固定触点表面接通或断开。通常所设的装置系为伸入环圈内且可贴靠环圈内面的预定部分移动以引导环圈移入及移出该触点阵列的一个致动器或指状物。通常，可成墩柱形式的诸触点表面系固定于一由诸如塑胶的不导电性材料制成的触点支持体上。

本发明的一个特征在于，闭合环圈系在由诸触点表面或墩体所界定的区域内受迫压，且此桥接触点可提供良好导电性及最小的触点“弹跳（bounce）”。

本发明的另一个特征在于，此触点系统可自动对准（self-aligning）因为环圈在一允许开关机构被设计成使它不用借助弹簧式机械偏压元件即可维持于“on”或“off”位置内的触点阵列内系最稳定。诸触点表面或墩体系配置成使得在一定位置处有最大与最小压迫力。通常，在一希望将开关维持于一稳定的“on”或“off”状态的开关位置处将有最小压迫力。

本发明的再一个特征在于，此触点系统具有自动刮擦（self-wiping）能力，故可防止异质氧化物干扰开关作用的完整性。具自动刮擦能力的 触点可切换低电平电流。

根据本发明的一种形式的开关的一个实例示于附图中，其中：

图1系根据本发明制成的一开关的分解透视图;

图2A系沿图1的线2-2取得的一剖面图，显示诸触点位于图1的第一位置，而图2B系在诸触点已向箭头所示方向移动后取得的相同剖面图;

图3A、图3B与图3C系图2所示开关的一部分的示意平面图，用图解说明闭合环圈由一组触点墩柱向另一组墩柱的移动;

图4A、图4B与图4C系另一种配置的触点墩柱的示意图，用图解说明一种旋转开关;

图5A、图5B与图5C用图解说明另一种配置的触点墩柱及闭合环圈在这些墩柱间的移动情形;

图6A与图6B（与图3在同一图页上）系显示交替墩柱间隔的示意图。

请参阅附图，特别是图1，其中显示一开关包含一壳体1、一致动器支持体3、致动器5、环圈接触子或闭合环圈7、触点墩柱9及触点墩柱支持体11。

此实施例系设计供诸如使用16与32位微处理机的电子设备等电路之用，供切换在印刷电路板平面的多个并联低电平电路。为供这一应用之用，可采用具自动擦刮能力的小型开关元件拼组成的密集格栅。这种元件在目前的开关设计中并未被采用。例如，图1所示的15极开关可直接被装设于一印刷电路板上，且在墩柱9具标准的0.1英寸间隔时只占用小于2平方英寸的板空间。

壳体1、致动器支持体及致动器3及5、与墩柱支持体11最好由诸如热塑性聚酯的合适不导电材料制成。一操作钮13或其他装置附接于致动器支持体3上供移动后者，而且它最好也由热塑性聚酯制成。

诸固定触点墩柱9最好由精制的磷青铜制成，而诸环圈最好用铜铍合金制成。然而应当知道，也可采用其他合适触点材料，包括已镀上金、 银或一氧化镉的材料与非金属导电材料。

在图1所示配置中，固定触点墩柱9系排列成6×15的一格栅状。为清晰起见，图中未画出所有墩柱。

如图2A与图2B所示，墩柱9延伸穿过墩柱支持体11而电气地接至电线14，这些电线延伸至要被切换控制的适当电路（图中未画出）。

将可看到，诸触点墩柱界定了在一周边上的一系列的点，该周边在此例中系近似圆形，可由图3A、图3B与图3C清楚说明。图3A中标号15与17的墩柱组代表一组这些界定在一圆周上的多个点的墩柱。于本案中，我们将界定在可让一环圈安置于其间的一圆周上的多个点的一组墩柱称为一个“阵列”。而整个墩柱排列则称为一个格栅。环圈7的大小略大于这些墩柱所界定的圆周，它是在受压迫或受压力的情况下被压嵌入阵列内，且因而采取如图3A所示的非正圆形的、通常为椭圆的形状。

在这种情况下，应该知道，圆周并不意味着墩柱的排列一定是正圆形。如图6所示，这排列可使得诸墩柱系和一圆或任何有利型式的周边一样地配置在椭圆的周边上，只要环圈可受压迫及被压嵌入这型式中并如稍后将述及地移动即可。

如图1-3所示，闭合环圈接触子7系被压配合装入在固定触点墩柱9间的阵列中的空间内。

在被安置后，这配置中的诸环圈7即在它们所接触的四个墩柱间作为桥接接触子。例如，在图3A中，环圈7提供墩柱15与17间的接触。两组墩柱15与17分别被给予共同标号，因为它们分别作电气地连接。

诸环圈系制成略大于触点墩柱间的空间，但并非大到使它们不能适当地被变形供在受压迫情况下压嵌入触点阵列内。最好，所用材料的弹性限度并未被超过，使得环圈将可于在受压迫情况下被嵌载时和于如下文将述及地在墩柱间被移动时适当变形，且也将可于被移置在一新触点阵列中时恢复其形状。

操作时，如图1所示的操作钮13被移动，而一齐移动致动器支持体3与致动器5。诸致动器系如图2A与B及图3A、B与C所见地被置于环圈7内。在图2A与图3A中，致动器向一个方向贴靠环圈的内表面而使环圈在墩柱17之间移动。图3B显示环圈在这些墩柱间的过渡状态。在这移动期间，触点墩柱17藉开关的动作而被刮擦。环圈自然地会倾向于采取一在由对应于最小压迫力的触点阵列所界定的圆周的多个点内的稳定位置。因此，致动器杆的持续移动即会将环圈移至如图3C所示在墩柱17与19间的新稳定位置。

环圈在通过墩柱17之间时所受压迫力增加，且因而将倾向于恢复在墩柱17与19间或在墩柱15与17间的稳定状态。环圈移动经过这些墩柱时使其接触表面靠着诸墩柱擦刮，而有助于去除可能会影响接触操作的氧化物、污物、灰尘与其他杂质。在操作中，操作钮13可能不必移行全部行程。一旦环圈7已通过对应于一最大压迫力点的墩柱17，它将倾向于弹扣进入一新的稳定位置。当环圈“弹扣”进入其新的稳定结构时，对于触点墩柱19也可能有一些擦刮作用，而在回程时对触点墩柱15也一样。

在图1所示的开关中，中央触点墩柱17将成对地被电气式接通，且将如一般地表示共同触点墩柱。触点墩柱15与19操控不同的电路，故当在一位置时，环圈7桥接触点墩柱15与17而接通墩柱15与17间的电路，而在另一位置时，环圈桥接触点墩柱17与19而接通其电路。

触点墩柱15、17与19系成对设置以提供较小的电路电阻与多余部分。将可看出，为了在图1所示墩柱格栅中设置各别的电气子开关，系在次一环圈被置入格栅内之前留下一间隔。因此，各环圈系最好如图1所示地沿开关13的移动方向被放置在第一、第四、第七以及其后的每一个第三间隔处。然而，最好再如图1所示的，每一不同间隔在另一方向也充分被隔开。

虽然，在图1与图3所示阵列中的诸触点墩柱的间隔均相等，但并 不一定非如此不可。如果诸墩柱间在两个方向的间隔相等，如图3所示，这将产生一个一般目的应用的双稳态椭圆开关。然而，如图6A所示，若距离b大于距离a，将使环圈触点变形成使其主椭圆轴垂直于如箭头所示的触点移动方向。这配置将为电源应用提供最大的擦刮作用。

若触点墩柱间隔b小于墩柱间隔a，如图6B所示，则将造成椭圆轴顺着如图6B的箭头所示的触点移动方向，且将产生一个电镀干式电路应用的低压力触点。

图4A、图4B与图4C说明一种以提供具有单极六位置先接后断“D型”旋转动作的开关的触点配置。在图4A中，桥接接触环圈25位于主中央固定触点墩柱27与固定触点墩柱29之间。在图4B中，当一旋转致动器顺时钟转动时，桥接接触环圈25被迫使通过一不稳定位置，在该位置它与每一触点对29与31中的一个单一触点以及该主中央固定触点墩柱27接触。这里，环圈接触第二对触点31中之一构件，且也仍接触第一对触点29中之一构件。如图4C所示，可动桥接接触环圈25会再度自动对准及稳定于触点对31与主中央固定触点27之间。由图应当容易明白，相同标号的触点在此实施例中系成对地做电气连接，因而，触点墩柱33、35、37与39系分别被电气式地连接。

图5A、图5B与图5C说明一种供双极单投通常开/闭“Z型”动作之用的触点配置。在这配置中有两组触点对在开关被致动时交替地被桥接。图5A显示可动桥接接触环圈41稳定置于触点对43与45之间。在图5B中，该桥接接触环圈41则成不稳定状态地过渡。在图5C中，触点对47与49由稳定且自动对准的可动接触环圈41予以桥接。

以上所述在图3、图4、图5与图6中所示的诸触点配置是用来说明本发明的可能实施例。然而，也可设计出一种以开关设计上所用的几乎任何常规方式操作而又可体现本发明的开关。因此，藉由变化墩柱与连接配线的配置，即可有几乎任何种类的开关动作。

虽然以上所述的开关构造在小型开关设计方面可能最有用，但由于其简单性与简洁的设计，使其也可用于任何大小的开关中。

另外，上述的电气触点使用触点墩柱阵列，且由这些阵列制成的多个开关本身也可再利用齿轮或其他合适机械装置予以组装在一起而产生更复杂的开关。

Claims (17)

1、一种用于开关的触点组合件，其特征在于包含：

(a)一导电弹性闭合环圈，

(b)一由至少三个表面构成的阵列，这些表面的至少二个为触点表面，这些表面以彼此固定关系装设于一支持装置上而位于一较该环圈的圆周为小的圆周上，且这些表面将该环圈迫压限制于该阵列内而使该环圈桥接这些触点表面，

(c)其中这些表面中的至少二个被间隔设置成提供一路径，为该环圈被移出该阵列时对该环圈增加压迫力，

(d)用以移动该环圈沿该路径进入及移出该阵列以便与这些触点表面的至少一个构成接触或中断接触的装置。

2、根据权利要求1所述的触点组合件，其特征在于其外包含有另外的固定表面，其至少一个为触点表面;这些另外的固定表面系配置成邻近于该第一阵列的另一阵列，且与该第一阵列的这些固定表面的某些表面一起或单独另行界定在一起该环圈的圆周为小的圆周上的至少三个点;且该闭合环圈可被移入与移出此另一阵列以便与这些另外的触点表面构成接触或中断接触。

3、根据权利要求2所述的触点组合件，其特征在于其中该导电环圈只稍大于由这些固定触点表面所界定的该圆周，且当该环圈被安置于及被移入与移出该触点阵列时系在该环圈所用材料的弹性限度内。

4、根据权利要求3所述的触点组合件，其特征在于其中该导电闭合环圈在未受迫压时通常成圆形。

5、根据权利要求4所述的触点组合件，其特征在于其中这些固定表面系配置成大致在一圆周上的点的墩柱。

6、根据权利要求5所述的触点组合件，其特征在于其中这些墩柱与闭合环圈系以导电金属制成，而该支持装置系为一非导电性塑胶板。

7、根据权利要求3所述的触点组合件，其特征在于其中该用以移动该闭合环圈的装置包含一插入该环圈内围且可贴靠着该环圈内部的选定部分移动以引导该环圈移入及移出该触点阵列的致动器。

8、根据权利要求7所述的触点组合件，其特征在于其中该致动器是一杆体。

9、根据权利要求3所述的触点组合件，其特征在于其中当该闭合环圈被安置于及移入与移出该触点阵列时会擦刮这些固定触点表面。

10、一种开关，其特征在于包含：

（a）一壳体装置，

（b）一在该壳体装置内的非导电的支持体，

（c）多个导电触点墩柱，配置于该非导电的支持体上成一矩形格栅状而在该支持体上形成由至少四个墩柱界定的一系列空间，

（d）多个大致成圆形的导电弹性闭合环圈，各环圈均略大于由这些墩柱所界定的这些空间，且受迫压地安置于选定的某些空间内，这些选定空间互相的间隔在一第一方向不少于每隔两个空间而在一第二方向则每隔一个空间，

（e）多个被稳固连结在一起的致动器，每一致动器被插入一环圈内，且可贴抵着这些环圈内部的选定部分一起移动，而引导这些环圈一起在受迫压下经过两墩柱间向一第一方向移至在该格栅内的相邻空间，因而使其与成对地被电气式相连的两触点墩柱中断接触而切断一第一电路，及与成对地被电气式相连的两触点墩柱构成接触而导通一第二电路，且其于此时仍维持与介在所述第一与第二对触点墩柱间且为所述第一与第二电路的电气性共触点的两触点墩柱的接触。

11、一种用于开关的触点组合件，其特征在于包含一由导电材料制成的弹性可变形环圈、与垂直于该环圈所在平面延伸且为所述环圈界定一移动路径的多个墩体，该环圈在沿该路径通过时会受迫压;这些墩体的位置系设成使该环圈所受压迫力于它沿所述路径移动时在一定位置处显现有最大值与最小值;所述墩体中的至少某些部分可与该环圈形成电气性接触而通过该环圈在对应于一最小压迫力的至少一特定位置处接通至少一电路，以及在该路径中由至少二个墩体来确定最大压迫力。

12、根据权利要求11所述的触点组合件，其特征在于其中该电路系在对应于一最小压迫力的至少一另一特定位置处被切断。

13、根据权利要求12所述的触点组合件，其特征在于包含多个在一共同平面上间隔设置的所述可变形环圈，且其中所述墩体系配置成一为所述环圈界定多个路径的格栅状。

14、根据权利要求13所述的触点组合件，其特征在于其中所述诸路径系相平行，且设有致动装置供贴靠着所述诸环圈以将它们一起沿所述诸路径移动。

15、根据权利要求14所述的触点组合件，其特征在于其中所述诸路径的至少一个含有一个以上的环圈。

16、根据权利要求11所述的触点组合件，其特征在于包含沿所述路径间隔设置的多个所述可变形环圈，且其中所述路径延伸一长度且具有足够数目的对应于最小压迫力的位置，当每一环圈位于这样的位置时将被至少一个另一这样的位置隔离于一邻近环圈，该组合件装置更包括可贴靠着这些环圈而在维持它们的间隔的状况下将它们沿所述路径移动的致动器装置。

17、一种用于开关的触点组合件，其特征在于包含：

（a）装设于一非导电的支持体上成固定关系的多个触点墩柱，

（b）这些墩柱在一预定路径上产生多个阵列，每一阵列界定三个或更多个大致在一圆的圆周上的点，

（c）略大于由这些墩柱所界定的这些圆的多个导电的圆形弹性闭合环圈，

（d）这些环圈受迫压地放置于那些阵列的某些阵列内而电气性地连接那些阵列的墩柱，

（e）彼此成一固定关系地装设于一致动器支持体上的多个致动器杆，这些杆被插于这些环圈的内部且可贴靠着这些环圈内部的选定部分一致地移动，以一致地引导这些环圈受迫压地经一在两墩柱间的预定路径移出它们原先放置于其中的这些阵列而进入一相邻阵列，而同时接通或切断多个电路。

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