CN102543534A - 紧凑型双触头安全按钮开关 - Google Patents

紧凑型双触头安全按钮开关 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种紧凑型双触头安全按钮开关，该按钮开关(1)包括柱塞(10)，其特征在于，在用户按压作用下，该柱塞促使位于开关装置(12，42)上方的上圆顶(11)凹陷，该上圆顶(11)的凹陷必然促使该开关装置(12，42)凹陷，该上圆顶的顶部和该开关装置(12，42)具有下方位置；第一电触头形成在该上圆顶(11)的第一触头(111)和第二触头(112)之间，当该上圆顶(11)的顶部处于该下方位置时形成第一电路；第二电触头形成在该开关装置(12，42)的第一触头(121)和第二触头(122)之间，当该开关装置(12，42)处于该下方位置时形成第二电路。

Description

紧凑型双触头安全按钮开关
技术领域
本发明涉及一种紧凑型双触头安全按钮开关。它特别地应用到具有单功能按钮或者具有冗余或安全功能按钮的电开关领域，以用于例如在航空领域中启动重要功能。
背景技术
用于启动例如用于航空器仪器面板上的重要功能的电开关必须满足若干个限制条件。特别是，操作某些功能需要通过按压开关来执行，这从电学角度看是多此一举，也就是说，为至少两个电路同时建立电接触的开关执行例如一个功能，而且这两个电路并没有共用电气模式。例如，在航空器中用于启动自动导航装置的开关就是这种情况。对于这种应用场合，设置在仪器面板上的开关优选为紧凑型结构。而且，理想的是通过开关上的动作而提供给用户的触感良好，而且能够提供反馈信息以使用户确认正确执行了启动的动作。
“圆顶”开关型按钮开关经常被简称为“圆顶开关”，其在航空器仪器面板上是特别常用的。在这种类型的开关中，通过将导电弹性凸型圆顶向待连接的两个导体按压或“变形”来执行电气切换操作。圆顶开关本质上不配备有用于保障电气冗余的系统；但是在现有技术中已知一些用于安全圆顶开关的方案。特别是，根据一种公知技术，有一种开关可以通过机械动作来激活两个并排设置的电触头，并且通过开关的同一个表面来进行激活。该组件例如可以形成一种按钮开关，其例如通过焊接安装到仪器面板的前表面上。这种技术方案有关的缺陷在于制造这种开关困难，因为需要同时激活两个电触头。当在边缘或者其顶部按压开关的按钮时，同时激活两个电触头是非常困难的。实际上，在这种情况下，仅可激活两个触头中的一个触头。为这种开关安装精确引导装置可以克服上述缺陷，但是却损失了制造成本，并付出了因伪摩擦效应而影响用户舒适度的代价。而且，引导系统会导致出现开关阻塞的问题，阻塞例如是由于支撑效应所致。
发明内容
本发明的一个目的是克服至少上述缺陷，提出一种紧凑型结构的安全按钮开关，提供改善的使用舒适度。
本发明的一个优点在于，根据所述一个实施例的开关的实际制造成本合理。
本发明的另一个优点在于，根据所述一个实施例的开关提供一种改善的可信性、可靠性和使用寿命。
为此，本发明的主题是一种包括柱塞的按钮开关，其特征在于，在用户的按压动作下，柱塞促使位于开关装置上方的上圆顶凹陷，上圆顶的凹陷必然促使开关装置凹陷，上圆顶的顶部和开关装置具有一个下方位置；第一电触头(electric contact)设置在上圆顶的第一触头和第二触头之间，当上圆顶的顶部处于下方位置时形成第一电路；以及第二电触头设置在开关装置的第一触头和第二触头之间，当开关装置处于下方位置时形成第二电路。
在本发明的一个实施例中，开关装置可以由下圆顶形成。
在本发明的一个实施例中，开关装置可以由柔性金属板形成。
在本发明的一个实施例中，上圆顶和下圆顶可以构造成使得按压上圆顶所需的力大于按压下圆顶所需的力。
在本发明的一个实施例中，上圆顶和下圆顶可以构造成使得按压上圆顶所需的力大于按压柔性金属板所需的力。
在本发明的一个实施例中，所述第一和第二电路可以不具有任何电气共用模式(electric common mode)。
在本发明的一个实施例中，所述第一和第二电路可以确保激活冗余或安全功能。
在本发明的一个实施例中，按钮开关可以包括设置在上圆顶下方和开关装置上方的中间移动部分，该中间移动部分至少上部导电并电连接到该上圆顶的第二触头，该上圆顶的凹陷导致所述第一电路闭合，开关装置的凹陷通过中间移动部分的位移来实现，下圆顶的上表面和/或中间移动部分的下表面电绝缘。
在本发明的一个实施例中，该中间移动部分可位于柔性导电横梁上，该横梁通过固定装置而固定在上圆顶的第二触头的至少一个点上。
在本发明的一个实施例中，上圆顶的所述第一触头和/或第二触头，和/或开关装置的第一触头和/或第二触头可以通过在印刷电路板上形成的喷镀金属(metallization)形成，或者通过封装金属板而形成。
在本发明的一个实施例中，上圆顶和下圆顶可以配置成使得在倒置上圆顶之后开始按压下圆顶，上圆顶和下圆顶的行程-力特性使得上圆顶和下圆顶发生凹陷，相应地产生至少等于单独按压上圆顶所需力的力。
在本发明的一个实施例中，根据本发明的一个实施例的按钮开关可直接地安装到印刷电路板上。
在本发明的一个实施例中，根据本发明的一个实施例的按钮开关可设置在安装在仪器面板上的外壳中。
附图说明
通过参照附图来阅读以示例方式给出的说明书，将会更加清楚地理解本发明的其它特征和优点。其中：
图1a至1f是示出根据本发明的一个实施例的在不同典型操作步骤中的示例性按钮开关的横截面视图；
图2是涉及包含在根据本发明的一个实施例的按钮开关中的圆顶的力曲线的曲线图；
图3a至3d是涉及本发明的实际示例性实施例的不同力曲线图的曲线表示；
图4是示出根据本发明的可选实施例的示例性按钮开关的横截面视图。
具体实施方式
参照图1a，在一个示例性实施例中，按钮开关1可包括致动器或“柱塞”10。柱塞10位于由导电材料制成的上圆顶11的顶部上方。例如由下圆顶12形成的开关装置位于上圆顶11的下面。上圆顶11特别地包括下表面11a和上表面11b。类似的，下圆顶12包括下表面12a和上表面12b。
有利地，上圆顶11的直径被选择为大于下圆顶12的直径。根据本发明的具体特征，上圆顶11的凹陷应当系统地促使下圆顶12的凹陷，从而使得用户只需施加到柱塞10同一个激活力即可使两个圆顶11、12凹陷。因此，按压上圆顶11所需的力大于按压下圆顶12所需的力。
中间移动部分13位于上圆顶11和下圆顶12之间。柱塞10和圆顶11、12例如均围绕竖直轴呈旋转对称，柱塞10例如也可设置在图中未示出的笼罩中，从而将其运动限制在竖直轴方向上的一个自由度。在图中所示的示例中，柱塞10、圆顶11、12以及中间移动部分13均具有与上述竖直轴对齐的主轴。
柱塞10可以由弹性体型材料制成，这种材料的特性可以为用户提供良好的施力舒适性，并且其还可以例如由图中未示出的弹性体材料制成的柔性罩或刚性罩所覆盖。上圆顶11抵靠在第一触头111上并且与之电接触。第一触头111例如可由印刷电路板的金属迹线形成。在静止状态，也就是没有力施加到其上时，上圆顶11的顶部处于所谓的“上方”标称位置。
下圆顶12抵靠在第一触头121上并且与之电接触，第一触头121例如可由印刷电路板的金属迹线形成。当在下圆顶12上施加适当的压力时，其顶部在发生变形之后接触到下圆顶12的第二触头122。下圆顶12的下表面12a是导电的。
如图1f所示，当下圆顶12的顶部在发生变形之后处于所谓的下方位置时，在下圆顶12的第一触头121和第二触头122之间建立电接触。下圆顶12的第一触头121和第二触头122基本上处于同一平面内，这两个触头例如可以由印刷电路板上的喷镀金属形成。
下圆顶12的变形是由中间移动部分13的位移而导致的。中间移动部分13的位移由上圆顶11的变形而引起，而上圆顶11的变形又是由用户按压柱塞10所致。
以与下圆顶12类似的方式，上圆顶11的顶部在没有力施加到柱塞10的情况下处于所谓的“上方”标称位置，在变形之后处于下方位置。以及，上圆顶11的下表面11a为导电的。
中间移动部分13由导电材料制成，至少其上部是如此。中间移动部分13电连接到上圆顶11的第二触头112。如图1a至1f中显示的示例所示，中间移动部分13经由导电材料形成的横梁130而物理且电气地连接到上圆顶11的第二触头112，例如由中间移动部分13所穿过的金属弹簧板。横梁130应当被设计成当形变时产生最小的干扰力。在一个或多个点上，例如通过焊接点或者螺纹连接、压接或者任何其他公知的固定方式，将横梁130固定到上圆顶的第二触头112。应当注意到的是，在图1a至1f所示的示例性实施例中，中间移动部分13被示出为钻孔埋设在横梁130中，因此，当按压上圆顶11时，中间移动部分13不直接接触上圆顶11的下表面11a。并且，在这种结构中，中间移动部分13可以整体由电绝缘材料制成，以及当上圆顶11的下表面11a接触横梁130时，由横梁130来确保第一触头111和第二触头112之间的电接触；这样就不必要求下圆顶12的上表面12b是电绝缘的。在可选实施例中，中间移动部分13可以是例如整体导电的，当按压上圆顶11时，它例如在横梁130的任意一侧上延伸然后其上部直接接触上圆顶11的下表面11a；在这种情况下，很重要的一点是，中间移动部分13的下部和/或下圆顶12的上表面12b例如通过覆盖绝缘膜而电绝缘。
应当注意的是，从机械角度来看，中间移动部分13独立于上圆顶11和下圆顶12。中间移动部分13还具有这样的优点：可以形成适用于更小直径的下圆顶12的致动器，也就是说，可以选择致动器的尺寸以便适配下圆顶12的尺寸。通过这种方式，可以保证该更小直径的圆顶具有更长的寿命。
因此，当上圆顶11的顶部接触中间移动部分13的上部时，上圆顶11的第二触头112和第一触头111之间经横梁130形成电接触，以及中间移动部分13和上圆顶11的导电下表面11a形成电接触，之后这两个部件直接相互接触。
因此，通过圆顶11、12的变形而闭合的两个电路之间没有共用电气模式，也就是说，这两个电路分别是上圆顶11的第一触头111和第二触头112形成的第一电路和下圆顶12的第一触头121和第二触头122形成的第二电路，下圆顶12的上表面12b和/或中间移动部分13的下表面例如可以覆盖有电绝缘材料，该电绝缘材料例如通过漆层、绝缘膜或者通过添加由塑料材料形成的部件而形成。
典型地，当用户没有在柱塞10上施加力时，形成子系统的部件，特别地包括上圆顶11、中间移动部分13、下圆顶12和下圆顶12的第二触头122，不相互直接接触。当在柱塞10的压力下，上圆顶11和下圆顶12在变形之后而处于各自的下方位置时，所有的上述部件都相互接触，从而闭合上述第一和第二电路。
图1b至1e示出在柱塞10在图1a所示的正常配置和图1f所示的电接触配置之间运动过程中，形成按钮开关1的件的中间配置。图1b至1e如下所述：
-在图1b所示的配置中，柱塞10的位移使其下表面接触上圆顶11的上表面11b，从而引起上圆顶11凹陷。在图1b所示的示例中，上圆顶11处于其倒置(inversion)位置。在该配置中，根据附图所示的示例，只有柱塞10和上圆顶11接触；
-在图1c所示的配置中，上圆顶11的下表面11a接触中间移动部分13的上部，但是后者还未开始移动。在该配置中，上述第一电路闭合；
-在图1d所示的配置中，在柱塞10移动的作用下，经上圆顶11而使中间移动部分13位移。在该配置中，中间移动部分13的下部已经机械地接触下圆顶12的上部12b：此时第一电路依然闭合，但第二电路仍未闭合。下圆顶12开始凹陷；
-在图1e所示配置中，在柱塞10的作用下，在经上圆顶11的位移而导致的中间移动部分13的位移的作用下，下圆顶12到达其倒置点。在该配置中，第一电路依然闭合，但第二电路仍未闭合。
经位于柱塞10和下圆顶12之间的中间部件，柱塞10的位移促使下圆顶12的顶部发生位移，直到下圆顶12到达邻接点，在邻接点处下圆顶12的下表面12a和下圆顶12的第二触头122之间建立电接触，也就是说，第二电路闭合，如图1f所示。
上圆顶11、下圆顶12、中间移动部分13的尺寸以及这些部件的配置及特性如下限定：上圆顶11的变形导致下圆顶12的变形，上述两个电路的闭合是同时或者准同时形成的，或者根据上述的图1a至1f所示的配置的次序上述两个电路的闭合通常具有大约一微秒的间隔。
特别是，圆顶11、12的行程-力特性如下限定：用户部分的触感类似于按压传统类型的简单开关而获得的感觉。因此，用户促使两个圆顶11、12凹陷所需的力有利地至多等于单独按压上圆顶11所需的力。这些特性的示例将在下面参照图2说明。
应当注意的是，在参照图1a至1f所述的示例性开关中，下部电路的开关装置由下圆顶12形成。下部电路的开关装置也可以由可选装置形成，因此下圆顶12例如可以由柔性金属板替代，该柔性金属板可以处于不接触到第二触头122的位置，以及可以处于作为下圆顶12的凹陷位置的位置，其中该板接触第二触头122，从而闭合第二电路。下面将参照附图4来说明该示例性实施例。
图2示出说明根据本发明的一个实施例的按钮开关的力曲线图的曲线。
第一力曲线21表示施加到上圆顶11顶部的力，该力是上圆顶11从其上方位置到其下方位置的行程的函数。类似的，第二力曲线22表示施加到下圆顶12顶部的力，该力是下圆顶12从其上方位置到其下方位置的行程的函数。
通常，参照第一力曲线21并且刚开始不考虑下圆顶的影响，上圆顶一旦开始凹陷，则用户施加的力将增大，直至达到第一力曲线21的顶点所示的点，该顶点对应于上圆顶的倒置。从倒置点开始，力减小，直到上圆顶完全变形，其对应于机械邻接点和电连接点。第一力曲线21的外观基本围绕穿过倒置点的竖直轴对称。
类似的，参照第二力曲线22，不考虑上圆顶的影响，当下圆顶开始凹陷时，施加到下圆顶的力将增大，直至达到第二力曲线22的顶点所示的点，该顶点对应于下圆顶的倒置。从倒置点开始，力减小，直到下圆顶完全变形，其对应于机械邻接点和电连接点。第二力曲线22的外观基本围绕穿过倒置点的竖直轴对称。
在图2所示示例中，在上圆顶倒置之后，下圆顶开始凹陷。假设柱塞由完全刚性的材料制成，则在其整个行程直至两个电路电气切换期间施加的力等于施加到两个圆顶的力之和。实际上，如果柱塞由具有一定弹性的材料制成，则在切换结束时用户施加的力的反作用力是以准连续方式被感知的，这是因为一方面形成柱塞的材料具有弹性，另一方面用户施加压力的手指端也具有弹性。实际上，通过在力逐渐增大阶段以压缩形式储存的能量的恢复，弹性体柱塞消除了下圆顶12的触感不连续性。
图3a至3d示出在本发明的实际示例性实施例的不同配置中的行程-力曲线。
图3a示出了上圆顶的实际示例性实施例的行程-力曲线。施加到该圆顶的力随其顶部行程连续增加至第一特性点31，该第一特性点31对应于上圆顶的倒置。从第一特性点31开始，该力随行程连续减小至第二特性点32，该第二特性点32对应于机械邻接点和电气切换点。
图3b示出了下圆顶的实际示例性实施例的行程-力曲线。该曲线外观类似于参考图3a描述的上圆顶相关曲线；然而，行程和力要小得多。类似的，下圆顶的该行程-力曲线具有对应于下圆顶的倒置的第一特性点41，以及对应于下圆顶确保的机械邻接点和电气切换点的第二特性点42。
图3c示出了经中间移动部分位于下圆顶上方的上圆顶的实际示例性实施例的行程-力曲线。在所示示例中，在延伸超过上圆顶的倒置点51的第一区域500中，该行程-力曲线的外观与单独的上圆顶的行程-力曲线相同。从对应于第二区域501起点的行程开始，下圆顶开始凹陷；然后该行程-力曲线示出参考图3a和3b说明的两条曲线的叠加。当行程增加时，力减小到断点(fracture point)52，该断点52对应于上圆顶的完全凹陷。从断点52开始，力随着行程而稍微增加至下圆顶的倒置点53。然后，当行程增加时，力减小到机械邻接点和电气接触点54。
图3d示出了在与图3c曲线所示配置相同但具有弹性体柱塞的配置中，经中间移动部分位于下圆顶上方的上圆顶的实际示例性实施例的行程-力曲线。该行程-力曲线的外观与图3c所示的行程-力曲线的外观基本类似。然而，如上所述，使用弹性体柱塞可以“消除”不连续性，并且提供给用户的触感类似于作用到单个圆顶开关所引起的触感。实际上，该行程-力曲线具有上升到倒置点61的上升部分，以及下降到机械邻接点和电气接触点62的下降部分，上述倒置点61对应于上圆顶的倒置点。
图4示出了根据本发明的可选实施例的示例性按钮开关的横截面视图，其中下圆顶由柔性金属板42来替代。图4所示的示例对应于开关1的配置，类似于上述参照图1f描述的配置，也就是第一和第二电路闭合的配置。
柱塞10、包括下表面11a和上表面11b的上圆顶11、第一触头111、中间移动部分13、第一触头121和第二触头122可以配置成类似于参考图1a至1f描述的示例。下圆顶可以由柔性金属板42替代，其一端例如可以通过固定装置421而固定到第一触头121的一部分，所述固定装置例如是螺栓或焊点或者任何其他公知的固定装置，柔性金属板42的另一端例如抵靠在第一触头121的另一部分上。在图4所示的示例中，金属板42处于下方位置，该下方位置当做下圆顶的凹陷位置，金属板的中间部分接触第二触头122，因此确保第二电路闭合。
类似的，上圆顶11和金属板42被配置成使得按压上圆顶11所需的力大于按压板42所需的力。
通过上述说明，可以清楚地呈现本发明获得的上述优点。应当注意的是，本发明的另一个优点是，在所述不同实施例中，可以使用可以在市面上购买到的标准的圆顶或金属板。形成上述开关的不同部件可以通过分级电路而直接安装到板上，或者可以密封到封装结构中；电触头也可以由封装金属板来实现。

Claims (13)

1.一种按钮开关(1)，包括柱塞(10)，其特征在于，在用户按压作用下，该柱塞促使位于开关装置(12，42)上方的上圆顶(11)凹陷，该上圆顶(11)的凹陷必然促使该开关装置(12，42)凹陷，该上圆顶的顶部和开关装置(12，42)具有下方位置；第一电触头形成在上圆顶(11)的第一触头(111)和第二触头(112)之间，当该上圆顶(11)的顶部处于该下方位置时形成第一电路；第二电触头形成在该开关装置(12，42)的第一触头(121)和第二触头(122)之间，当该开关装置(12，42)处于该下方位置时形成第二电路。
2.根据权利要求1所述的按钮开关(1)，其特征在于，该开关装置(12，42)由下圆顶(12)形成。
3.根据权利要求1所述的按钮开关(1)，其特征在于，该开关装置(12，42)由柔性金属板(42)形成。
4.根据权利要求2所述的按钮开关(1)，其中该上圆顶(11)和该下圆顶(12)被配置成使得按压该上圆顶(11)所需的力大于按压该下圆顶(12)所需的力。
5.根据权利要求3所述的按钮开关(1)，其中该上圆顶(11)和该下圆顶(12)被配置成使得按压该上圆顶(11)所需的力大于按压该柔性金属板(42)所需的力。
6.根据前述任一权利要求所述的按钮开关(1)，其中所述第一和第二电路不具有电气共用模式。
7.根据前述任一权利要求所述的按钮开关(1)，其中所述第一和第二电路确保激活冗余功能或安全功能。
8.根据前述任一权利要求所述的按钮开关(1)，还包括设置在该上圆顶(11)下方和该开关装置(12，42)上方的中间移动部分(13)，该中间移动部分(13)至少上部导电并电连接到该上圆顶(11)的第二触头(112)，该上圆顶(11)的凹陷导致所述第一电路闭合，该开关装置(12，42)的凹陷通过该中间移动部分(13)的位移来实现，该下圆顶的上表面(12b)和/或中间移动部分(13)的下表面电绝缘。
9.根据权利要求8所述的按钮开关(1)，其中该中间移动部分(13)位于柔性导电横梁(130)上，该横梁通过固定装置而固定在该上圆顶(11)的第二触头(112)的至少一点上。
10.根据前述任一权利要求所述的按钮开关(1)，其中该上圆顶(11)的所述第一触头(111)和/或第二触头(112)，和/或该开关装置(12，42)的第一触头(121)和/或第二触头(122)通过在印刷电路板上形成的喷镀金属而形成，或者通过封装的金属板而形成。
11.根据权利要求2或权利要求4至10中任一项所述的按钮开关(1)，其中该上圆顶(11)和下圆顶(12)被配置成使得在该上圆顶(11)的倒置之后开始按压该下圆顶(12)，该上圆顶(11)和下圆顶(12)的行程-力特性使得上圆顶(11)和下圆顶(12)发生凹陷，相应地产生至少等于单独按压上圆顶(11)所需力的力。
12.根据前述任一权利要求所述的按钮开关(1)，其可以直接地安装到印刷电路板上。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的按钮开关(1)，其设置在能够安装在仪器面板上的外壳中。
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