CN105206438A - 一种耐恶劣环境的按压式行程开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耐恶劣环境的按压式行程开关，由外壳、驱动体组件、底座组件和压簧组成。底座组件包括底座体和至少一组接触杆组。驱动体组件包括驱动体、按钮和至少一个鼓状触簧件，其中鼓状触簧件的个数与接触杆组的组数相同。底座体上的定位凸台与驱动体上的定位盲孔位于同一轴线上，压簧的上端内嵌于固定定位盲孔内，压簧的下端外嵌固定于定位凸台外。外壳为一顶部正中开有穿孔的罩壳。本发明采用鼓状集束式多弹性触点触簧，可实现与接触杆多点弹性环绕均匀接触，具有耐高冲击、耐高振动、小型化、高可靠、低成本等特点。

Description

一种耐恶劣环境的按压式行程开关

技术领域

本发明涉及行程开关技术领域，具体涉及一种耐恶劣环境的按压式行程开关。

背景技术

行程开关又称位置开关或限位开关，它的作用是将机械位移控制信号转变为电信号在电路中的通断功能，使设备系统运行状态发生改变，即通过机械动作产生的力或力矩按压行程开关按钮一定位移，驱动按压式行程开关内部触点的通断，以此来控制对一路或多路电信号的接通或断开，从而使控制信号转换或实现电路(或控制信号)的安全保护等。在各行业的自动控制系统或机电组件的控制功能转换模块中广泛使用不同类型的按压行程开关。

当前的按压式行程开关一般采用悬臂梁作为触点的接触对，在高冲击(如半正弦波100g)或高振动(如10～3000Hz，30g)的恶劣环境下，接通时容易出现触点的抖断，而在断开时容易出现触点的抖闭，这两种情况都容易使控制电路误动作。在高冲击或高振动的恶劣环境下，如需通过不同机械位移驱动按压式行程开关来实现一路或多路电信号的接通或断开(如通过按压式开关的动作给出点火信号或安全保护信号)，采用当前已有的传统按压式行程开关来实现时，为保证在高冲击、高振动的恶劣条件下，按压式行程开关能可靠接通或断开信号、且不出现误动作，通常会采用以下两种方案：

方案一：在控制电路中同时并联安装多个开关，控制时需同时按压多个开关或采用电磁自锁装置使多个开关可靠接触，提高按压式行程开关对控制信号传输的可靠性，以此防止开关触点的抖断或抖闭。这种方案需要多个按压式行程开关，将使控制系统或模块体积大变大，同时增加的自锁电路也使控制电路变得复杂，这种情况不利于控制系统或产品的小型化，且将大大提高成本费用。

方案二：采用单个按压式行程开关实现控制，为了保证在高冲击或高振动的恶劣环境下开关的可靠接通，此时开关的接触簧片或触点采用分叉结构(或双触点结构)的拍合式触簧结构、且通过加大触簧和触点接触的正压力来提高开关接触的可靠性，使控制信号的防抖断或抖闭能力得到提高。这种方案使用了双触点且需要增加触点压力大，将使开关触点间的滑动接触磨损加大，使得开关寿命缩短且使开关的结构变得复杂。

不管怎样，以上两种方案中，按压式行程开关均需采用悬臂拍合式触簧结构，不利于提高开关的抗冲击和抗振能力；此外，这两种结构的按压式行程开关在高冲击或高振动环境下，为保证开关的接触可靠性，安装时将需要避免使触簧的接触方向与振动或冲击方向一致，因此对开关安装方向有一定要求。在高冲击、高振动环境中需要通过按压式行程开关来实现信号控制的系统中，如结构设计上对控制系统或模块的体积要求不严苛使，对按压式行程开关体积大小、数量和重量要求不高或安装空间足够大时，在控制电路或控制模块设计中一般采用上述两种传统按压式行程开关来实现。但随着自动控制系统小型化、轻量化、低成本及高可靠性的发展趋势，特别是在特殊使用环境的控制系统如工程车辆、工矿企业、恶劣环境作业机器人等机电组件中，对按压式行程开关提出耐高冲击、耐高振动、小型化、高可靠、低成本要求时，以上两种方案将不是最好的选择。

发明内容

本发明所要解决的是现有按压式行程开关在耐高冲击、耐高振动、小型化、高可靠、低成本方面存在的问题，提供一种耐恶劣环境的按压式行程开关。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种耐恶劣环境的按压式行程开关，由外壳、驱动体组件、底座组件和压簧组成。

底座组件包括底座体和至少一组接触杆组。底座体呈板状，其上表面的中心位置处设有一个供压簧嵌入的定位凸台。每一组接触杆组均由2根接触杆构成，这2根接触杆分处于定位凸台的两侧，且垂直穿设并固定在底座体中。接触杆的下部即引出部从底座体的下表面伸出。接触杆的上部即接触部从底座体的上表面伸出，2根接触杆的接触部再分为上下两段，且接触部的上段或下段的其中一段的外表面同时设有耐磨绝缘层。

驱动体组件包括驱动体、按钮和至少一个鼓状触簧件，其中鼓状触簧件的个数与接触杆组的组数相同。驱动体呈实心块状，其中心位置的下部处设有一个供压簧嵌入的定位盲孔，其两侧开设有纵向贯通的触簧安装通孔。鼓状触簧件由连接片和2个触簧构成。2个触簧分别悬挂于连接片的两端，并通过连接片实现导通。每个触簧均呈鼓状，触簧的内侧壁设有向内凸起的弹性触点。2个触簧分别嵌入到驱动体的2个触簧安装通孔内。2根接触杆分别从2个触簧的内部穿过，且触簧的弹性触点与接触杆的外表面紧密相贴。按钮直立固定于驱动体的上表面。

底座体上的定位凸台与驱动体上的定位盲孔位于同一轴线上，压簧的上端内嵌于固定定位盲孔内，压簧的下端外嵌固定于定位凸台外。

外壳为一顶部正中开有穿孔的罩壳。外壳扣固于底座体上并形成一个容置腔，接触杆的接触部、驱动体组件和压簧置于该容置腔中，驱动体组件的按钮的上端从外壳顶部的穿孔中伸出。

上述方案中，底座体的侧面均匀设计有2个或2个以上的固定孔，其位置与外壳周边开设的2个或2个以上的固定孔对应，底座体上的固定孔与与外壳上的固定孔通过安装销钉来使底座体与外壳相连。

上述方案中，外壳的内侧表面设有纵向延伸的导向筋，驱动体的外侧表面设有纵向延伸的导向槽，导向筋与导向槽匹配安装。

上述方案中，接触杆上的绝缘层的高度高于鼓状触簧的高度。

上述方案中，底座体的上表面对称地设有2个或2个以上的用于限制驱动体下行行程的限位凸台。

上述方案中，连接片的中部留有供按钮穿过的小孔。

上述方案中，触簧呈两端大，中部小的漏斗形鼓状。

上述方案中，触簧安装通孔呈台阶形。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、采用鼓状集束式多弹性触点触簧，可实现与接触杆多点弹性环绕均匀接触；该结构避免了传统开关采用悬臂梁作为触点导致开关抗环境性能差的问题，采用该结构的按压式行程开关可在高冲击(如半正弦波100g)或高振动(如10～3000Hz，30g)的恶劣环境下可靠工作；

2、底座组件采用一体式触簧组镶嵌式结构，接触杆对称分布在压簧四周，结构紧凑，有效减小开关体积；

3、接触杆上端溅射或陶瓷化绝缘层，底座面与绝缘层之间部分电镀镍底硬金镀层结构，或接触杆上端采用电镀镍底硬金镀层，底座面与导电层之间部分溅射或陶瓷化绝缘层结构，简化静触簧结构，可有效减小开关体积；

4、驱动体组件和底座组件同时采用外壳的内凸定位导向筋，确保开关驱动体组件位移精度；

5、可根据行程要求设计驱动体组件下底面与底座组件凸台上端面之间的距离，当驱动体组件下底面与底座组件凸台上端面接触时，开关止动限位，避免了过压损坏开关；

6、按压式行程开关可根据组合采用上端溅射或陶瓷化绝缘层或电镀镍底硬金镀层结构的接触杆，可扩展实现按压式行程开关按压按钮后，实现双通、双断或一通一断的三种开关，形式多样灵活，可扩展性强，并可多个开关并列组合成多级按压式行程开关组；

7、按压式行程开关可根据设计采用一组至两组接触杆，构成单路至两路按压式行程开关；

8、按压式行程开关外形可根据需要设计成圆形或矩形，其内部结构紧凑、一体化集成度高，结构直观，装调简便。

附图说明

图1为一种耐恶劣环境的按压式行程开关在初始断路状态下的结构示意图。

图2为一种耐恶劣环境的按压式行程开关在按压导通状态下的结构示意图。

图3为鼓状触簧的正视图。

图4为鼓状触簧的俯视图。

图中标号：1、外壳；2、驱动体；3、鼓状触簧件；3-1、连接片；3-2触簧；3-3、弹性触点；4、按钮；5、接触杆；6、底座体；7、压簧；8、轴销；9、限位凸台。

具体实施方式

一种耐恶劣环境的按压式行程开关，如图1和2所示，由外壳1、驱动体2组件、底座组件和压簧7组成。

底座组件包括底座体6和至少一组接触杆5组。底座体6呈板状，其上表面的中心位置处设有一个定位凸台，作为按压式行程开关的压簧7定位凸台来固定定位压簧7的下端。此外，底座体6的上表面对称地设有2个或2个以上的用于限制驱动体2下行行程的限位凸台9。每一组接触杆5组均由2根接触杆5构成，这2根接触杆5分处于定位凸台的两侧，且垂直穿设并固定在底座体6中，并通过整体注塑或塑压镶嵌成型工艺使两者为一体。接触杆5的下部即引出部从底座体6的下表面伸出，便于压接引线实现开关与控制线路的连接。接触杆5的上部即接触部从底座体6的上表面伸出，2根接触杆5的接触部再分为上下两段。如按压式行程开关需设计为电信号先断后通结构时，2根接触杆5的触部的上段的外表面同时设有耐磨绝缘层。耐磨绝缘层采用溅射绝缘涂层或陶瓷化处理形成，其长度应比状触簧3-2的长度略长，且该长度应根据所需要的按压行程来确定。2根接触杆5的接触部的下段的外表面同时设有导电性能优异的导电层。该导电层采用电镀镍底硬金镀层，作为与触簧3-2的接通部分，其功能相当于传统按压式行程开关的静触簧3-2。如按压式行程开关需设计为电信号先通后断结构时，其绝缘层和导电层的位置与上述位置相反即可，即2根接触杆5的触部的上段的外表面同时设有导电层，2根接触杆5的触部的下段的外表面同时设有耐磨绝缘层。此外，接触杆5整体浸涂固体薄膜保护剂，极大提高接触杆5抗氧化能力和减少滑动摩损。

驱动体2组件包括驱动体2、按钮4和至少一个鼓状触簧3-2件3，其中鼓状触簧3-2件3的个数与接触杆5组的组数相同。驱动体2呈实心块状，采用易注塑成型、有自润滑性能的工程塑料，确保驱动体2在外壳1的容置腔内反复滑动自如。驱动体2的中心位置的下部处设有一个定位盲孔，作为按压式行程开关的压簧7安装及定位孔，用于固定定位压簧7的上端。驱动体2的两侧开设有纵向贯通的触簧3-2安装通孔，触簧3-2安装通孔均匀分布在按钮4周边。鼓状触簧3-2件3，如图3和4所示，由连接片3-1和2个触簧3-2构成。2个触簧3-2分别悬挂于连接片3-1的两端，并通过连接片3-1实现导通。连接片3-1可以直接绕过按钮4实现2个触簧3-2的导通，也可以在连接片3-1的中部留有供按钮4穿过的小孔。每个触簧3-2采用弹性优良的铍青铜，经过冲裁克弯成型并电镀镍底硬金镀层，并形成鼓状结构。在本发明优选实施例中，触簧3-2呈两端大，中部小的漏斗形鼓状。触簧3-2的内侧壁设有向内凸起的弹性触点3-3。2个触簧3-2分别嵌入到驱动体2的2个触簧3-2安装通孔内。2根接触杆5分别从2个触簧3-2的内部穿过，且触簧3-2的弹性触点3-3与接触杆5的外表面紧密相贴。由于触簧3-2结构为两个鼓状集束式多弹性触点3-3触簧3-2结构形式，通过连接片3-1连接，触簧3-2的鼓腰处的集束式多个弹性触点3-3与接触杆5多点均匀环绕接触，并确保每个弹性接触点有0.1mm的弹性挠度，接触电阻小，接触可靠，同时保证可靠接触导通并具备耐高冲击和耐高振动性能。安装时使触簧3-2弹性收缩后将其安装到驱动体2上的触簧3-2安装通孔内；在触簧3-2安装通孔内，状触簧3-2弹性回弹后由触簧3-2安装通孔两端的台阶限制其上下窜动使其固定于孔壁内，通过触簧3-2弹性以及触簧3-2安装通孔两端的限位台阶使触簧3-2组与驱动体2形成一体。按钮4直立固定于驱动体2的上表面。驱动体2和按钮4通过注塑或塑压成一体。

为保证按压式行程开关能在中心线上移动和动作顺畅，设计上要求底座体6上的定位凸台与驱动体2上的定位盲孔位于同一轴线上，其同轴度需严格控制。压簧7的上端内嵌于固定定位盲孔内，压簧7的下端外嵌固定于定位凸台外。

外壳1为一顶部正中开有穿孔的罩壳。外壳1可根据需要设计成圆形或矩形。为了满足恶劣环境的使用需求，可采用无磁不锈钢材料精密粉末冶金烧结而成。外壳1扣固于底座体6上并形成一个容置腔，接触杆5的接触部、驱动体2组件和压簧7置于该容置腔中，驱动体2组件的按钮4的上端从外壳1顶部的穿孔中伸出。底座体6的侧面均匀设计有2个或2个以上的固定孔，其位置与外壳1周边开设的2个或2个以上的固定孔对应，底座体6上的固定孔与与外壳1上的固定孔通过安装销钉来使底座体6与外壳1相连，并采用激光焊接工艺使外壳1与底座组件牢固连接。轴销8为无磁不锈钢的圆柱形。外壳1的内侧表面设有纵向延伸的导向筋，驱动体2的外侧表面设有纵向延伸的导向槽，导向筋与导向槽匹配安装。在本发明优选实施例中，外壳1的导向筋分布在压簧7中心线两侧，驱动体2组件侧面凹槽与导向筋采用0.01～0.10mm的间隙配合，底座组件凹槽与导向筋采用±0.02mm过渡配合。

底座组件的接触杆5组的组数与驱动体2组件的鼓状触簧3-2件3的个数根据设计需要进行设计，可以涉及为1组、2组、甚至是多组。当接触杆5组的组数和鼓状触簧3-2件3的个数为2时，可存在以下三种开关结构形式，其实现方案如下：

方案一：采用的两组接触杆5其上段表面为绝缘层，底座面与绝缘层之间部分即下段表面为导电层时：当开关在初始状态，驱动体2组件受压簧7的弹力作用，上端面与外壳1内顶面贴合，此时，驱动体2组件内的触簧3-2与4个接触杆5上端的绝缘层接触，两组接触杆5之间断路；当对驱动体2组件上的按钮4施加向底座组件方向的驱动力时，驱动体2组件向底座组件运动并发生位移，驱动体2组件内的触簧3-2与4个接触杆5的导电层部分接触，两组接触杆5之间接通，实现两组信号导通。

方案二：采用的两组接触杆5其上段表面为导电层，底座面与导电层之间部分即下段表面为绝缘层的接触杆5时，当开关在初始状态，驱动体2组件受压簧7的弹力作用，上端面与外壳1内顶面贴合，此时，驱动体2组件内的触簧3-2与4个接触杆5的上端导电层接触，两组接触杆5之间导通；当对驱动体2组件上的按钮4施加向底座组件方向的驱动力时，驱动体2组件向底座组件发生位移，驱动体2组件内的触簧3-2与两接触杆5下端的绝缘层部分接触，两组接触杆5之间断路，实现两组信号切断。

方案三：一组接触杆5上段表面为导电层，底座面与导电层之间部分即下段表面为绝缘层的接触杆5，另一组接触杆5上段表面为绝缘层，底座面与绝缘层之间部分即下段表面为导电层的接触杆5时：当开关在初始状态，驱动体2组件受压簧7的弹力作用，上端面与外壳1内顶面贴合，此时，驱动体2组件内的触簧3-2与一组接触杆5的上端导电层接触，该组接触杆5之间导通，另一组接触杆5的上端绝缘层接触，该组接触杆5之间断路，开关初始状态两组信号为一通一断；当对驱动体2组件上的按钮4施加向底座组件方向的驱动力时，驱动体2组件向底座组件发生位移，驱动体2组件内的一组触簧3-2与相应两接触杆5底座面与导电层之间的绝缘层部分接触，该组接触杆5之间断路，驱动体2组件内的另一组触簧3-2与两接触杆5底座面与绝缘层之间的导电层部分接触，该组接触杆5之间导通，从而实现开关按压状态下两组信号一断一通。

当按钮4向下位移运动直至驱动体2组件的下底面与底座组件上的限位凸台9顶面接触，驱动体2组件不能继续向下位移运动，起到限位保护按压式行程开关的作用。

按压式行程开关需设计为电信号先断后通结构时，开关的接触杆5可在上段表面溅射绝缘涂层或陶瓷化处理成绝缘层，底座面与绝缘层之间电镀镍底硬金镀层，如按压式行程开关需设计为电信号先通后断结构，刚性圆柱体做成的接触杆5，其绝缘层和导电层的位置与上述位置相反即可，通过选用不同结构接触对的搭配，可扩展实现开关按压按钮4后，实现电信号双通、双断或一通一断的三种按压式行程开关。

本发明可根据需要设计成一路或两路触点的按压式行程开关，即实现在高冲击、高振动环境下通过机械驱动行程实现一路或两路电信号的可靠通断控制。本发明提出的按压式行程开关的驱动体2组件采用内装两组鼓状触簧3-2的矩形驱动体2组件设计结构，驱动体2组件内部所装的每组鼓状触簧3-2均由两个鼓状集束式多弹性触点3-3触簧3-2相连构成，并采用整体弹性自适应结构固定安装在驱动体2内，整个驱动体2组件相当于按压式行程开关中的动触簧3-2。采用内装鼓状触簧3-2的矩形驱动体2组件结构，避免了传统结构中动触簧3-2的悬臂梁结构，在使开关结构简单、体积小的前提下，提高了其在高冲击、高振动环境中的通断可靠性，且使开关在任意安装方式下也能可靠通断。

Claims (8)

1.一种耐恶劣环境的按压式行程开关，其特征是，由外壳(1)、驱动体(2)组件、底座组件和压簧(7)组成；其中

底座组件包括底座体(6)和至少一组接触杆(5)组；底座体(6)呈板状，其上表面的中心位置处设有一个供压簧(7)嵌入的定位凸台；每一组接触杆(5)组均由2根接触杆(5)构成，这2根接触杆(5)分处于定位凸台的两侧，且垂直穿设并固定在底座体(6)中；接触杆(5)的下部即引出部从底座体(6)的下表面伸出；接触杆(5)的上部即接触部从底座体(6)的上表面伸出，2根接触杆(5)的接触部再分为上下两段，且接触部的上段或下段的其中一段的外表面同时设有耐磨绝缘层；

驱动体(2)组件包括驱动体(2)、按钮(4)和至少一个鼓状触簧(3-2)件(3)，其中鼓状触簧(3-2)件(3)的个数与接触杆(5)组的组数相同；驱动体(2)呈实心块状，其中心位置的下部处设有一个供压簧(7)嵌入的定位盲孔，其两侧开设有纵向贯通的触簧(3-2)安装通孔；鼓状触簧(3-2)件(3)由连接片(3-1)和2个触簧(3-2)构成；2个触簧(3-2)分别悬挂于连接片(3-1)的两端，并通过连接片(3-1)实现导通；每个触簧(3-2)均呈鼓状，触簧(3-2)的内侧壁设有向内凸起的弹性触点(3-3)；2个触簧(3-2)分别嵌入到驱动体(2)的2个触簧(3-2)安装通孔内；2根接触杆(5)分别从2个触簧(3-2)的内部穿过，且触簧(3-2)的弹性触点(3-3)与接触杆(5)的外表面紧密相贴；按钮(4)直立固定于驱动体(2)的上表面；

底座体(6)上的定位凸台与驱动体(2)上的定位盲孔位于同一轴线上，压簧(7)的上端内嵌于固定定位盲孔内，压簧(7)的下端外嵌固定于定位凸台外；

外壳(1)为一顶部正中开有穿孔的罩壳；外壳(1)扣固于底座体(6)上并形成一个容置腔，接触杆(5)的接触部、驱动体(2)组件和压簧(7)置于该容置腔中，驱动体(2)组件的按钮(4)的上端从外壳(1)顶部的穿孔中伸出。

2.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境的按压式行程开关，其特征在于：底座体(6)的侧面均匀设计有2个或2个以上的固定孔，其位置与外壳(1)周边开设的2个或2个以上的固定孔对应，底座体(6)上的固定孔与与外壳(1)上的固定孔通过安装销钉来使底座体(6)与外壳(1)相连。

3.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境的按压式行程开关，其特征在于：外壳(1)的内侧表面设有纵向延伸的导向筋，驱动体(2)的外侧表面设有纵向延伸的导向槽，导向筋与导向槽匹配安装。

4.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境的按压式行程开关，其特征在于：接触杆(5)上的绝缘层的高度高于鼓状触簧(3-2)的高度。

5.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境的按压式行程开关，其特征在于：底座体(6)的上表面对称地设有2个或2个以上的用于限制驱动体(2)下行行程的限位凸台(9)。

6.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境的按压式行程开关，其特征在于：连接片(3-1)的中部留有供按钮(4)穿过的小孔。

7.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境的按压式行程开关，其特征在于：触簧(3-2)呈两端大，中部小的漏斗形鼓状。

8.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境的按压式行程开关，其特征在于：触簧(3-2)安装通孔呈台阶形。