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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Mikroschalter mit einer Stufe,
zur Verwendung bei Betätigungstasten
elektronischer Geräte.
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Elektronische
Geräte
werden immer ausgefeilter und mannigfaltiger, und daher müssen auch ihre
elektronischen Bauteile immer ausgefeilter werden. Beispielsweise
besteht bei Mikroschaltern zur Verbesserung der Betriebseigenschaften,
beispielsweise Bereitstellung einer Betätigungsfehlerfunktion, oder
um Ermüdungserscheinungen
bei der Hand eines Benutzers bei wiederholter Betätigung zu
vermindern, ein wachsendes Bedürfnis
nach einem großen
Arbeitshub, nach einem Stufengefühl
bei der Betätigung,
und nach einem Zusatzhub nach dem Einschalten.
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Nachstehend
wird der Aufbau eines Mikroschalters nach dem Stand der Technik
unter Bezugnahme auf 4 erläutert.
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In 4 sind
am Boden eines kastenförmigen
Kunstharzformgehäuses 1 ein äußerer fester Kontaktpunkt 3A, 3B,
der an eine Anschlussklemme 2 angeschlossen ist, und ein
zentraler fester Kontaktpunkt 5 vorgesehen, der an eine
Anschlussklemme 4 angeschlossen ist, die durch ein Einsetzformverfahren
zur Verfügung
gestellt und befestigt werden. Oberhalb des äußeren festen Kontaktpunktes 3A, 3B ist
ein gewölbter
beweglicher Kontaktpunkt 6 mit Umkehrwirkung vorgesehen,
der aus einer elastischen Metallplatte besteht, um einen Schaltkontakt
auszubilden; und darüber
ist ein Druckknopf 7 aus starrem Material vorgesehen, der
nach oben und unten bewegbar ist, wobei das Bodenteil 8 den
oberen Abschnitt des beweglichen Kontaktpunkts 6 berührt, während die
obere Verlängerung 9 oben
aus einem zentralen Loch 11 eines Deckels 10 heraussteht,
welche die Öffnung
des Gehäuses 1 abdeckt.
Diese Teile bilden den Betätigungsabschnitt.
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Der
Mikroschalter wird durch Druck auf die obere Verlängerung 9 des
Druckknopfes 7 über
eine Betätigungstaste
und dergleichen eines elektronischen Geräts betätigt; der Druckknopf 7 bewegt
sich nach unten, und drückt
oben auf das Zentrum des beweglichen Kontaktpunkts 6 am
Bodenteil 8, und dann sind der äußere fixierte Kontaktpunkt 3A, 3B und
der fixierte Kontaktpunkt 5 im Zentrum, also die Anschlussklemme 2 und
die Anschlussklemme 4, elektrisch miteinander verbunden.
Sobald die Druckkraft auf den Druckknopf 7 weggenommen
wird, kehrt der bewegliche Kontaktpunkt 6 infolge der elastischen Rückstellkraft
in den Ursprungszustand zurück,
und wird der Kontakt zwischen der Anschlussklemme 2 und
der Anschlussklemme 4 unterbrochen.
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Bei
dem voranstehend geschilderten Mikroschalter nach dem Stand der
Technik ist allerdings der Arbeitshub auf den Hub begrenzt, der
durch die Rückstellwirkung
des beweglichen Kontaktpunkts 6 zur Verfügung gestellt
wird, und der durch die Form und die Abmessungen des gewölbten beweglichen Kontaktpunkts 6 bestimmt
wird, der aus einer elastischen Metallplatte besteht; es war daher
schwierig, die Marktanforderungen bezüglich eines längeren Hubes
und eines Zusatzhubes nach dem Einschalten zu erfüllen.
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EP 0 329 968 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Schaltern für Tastaturen,
wobei das Schalterelement eines Schalters eine gewölbte, metallische
Scheibe ist, welche mit ihrem gewölbten Teil aus der Vertiefung
nach außen
vorragend angeordnet ist und welche sich in ihrer normal gewölbten Form
in dem ersten Zustand befindet und in eine aus der gewölbten Form
eingedrückte
Form deformierbar ist, welche den zweiten Zustand darstellt, und
wobei das Stabelement mit der metallischen Scheibe für ein Deformieren
derselben aus ihrer gewölbten
Form in ihre eingedrückte
Form durch Betätigung
des Stabelementes zusammenwirkt und wobei ein elastisch komprimierbares
Glied zwischen dem Stabelement und der metallischen Scheibe angeordnet
ist, wobei die Scheibe einen am Umfang verlaufenden Wulst aufweist,
welcher dichtend mit dem Gehäuse
zusammenwirkt.
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Bei
einem Versuch zur Lösung
der voranstehend geschilderten Schwierigkeiten wurde ein aus Gummi
bestehender gewölbter
Kontakt eingesetzt, auf welchem ein elektrischer Kontakt vorgesehen war.
Allerdings erreicht man hierbei kein klares Gefühl einer Stufe beim Schaltvorgang.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines
Mikroschalters, der einen großen
Hub aufweist, ein klares Stufengefühl beim Schaltvorgang, und
einen ausreichenden Zusatzhub nach dem Einschalten.
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Der
erfindungsgemäße Mikroschalter
weist ein Druckteil auf, das aus elastischem Material besteht und
zwischen dem Druckknopf und dem beweglichen Kontaktpunkt angeordnet
ist, der die Rückführwirkung
ausübt;
bei einem Schaltvorgang wird das Druckteil um ein gewisses Ausmaß vor und nach
der Rückführwirkung
des beweglichen Kontaktpunkts verformt.
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Durch
den voranstehend geschilderten Aufbau ergibt sich ein größerer Arbeitshub
beim Schaltvorgang des Mikroschalters, und kann darüber hinaus
ein gewünschter
Zusatzhub nach dem Einschalten mit dem Gefühl einer Stufe zur Verfügung gestellt werden.
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Ein
Mikroschalter gemäß der vorliegenden Erfindung
hat daher einen Arbeitshub bei der Einschaltbetätigung, der größer ist
als bei dem Schalter nach dem Stand der Technik, sowie einen Zusatzhub nach
dem Einschalten, verbunden mit dem klaren Gefühl einer Stufe.
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Das
Betätigungsgefühl eines
derartigen Drucktastenschalters, welches die Größe des Arbeitshubes, die Betätigungskraft
und dergleichen umfasst, kann darüber hinaus durch Änderungen
der Form oder des Materials nur des Druckteils geändert werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.
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Es
zeigt:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Mikroschalters gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Querschnittsansicht des Mikroschalters von 1; und zwar
- • (a)
einen Zustand, wenn der Druckknopf gedrückt wird;
- • (b)
einen Zustand, wenn der bewegliche Kontaktpunkt zurückkehrt,
- • (c)
einen Zustand, wenn die Schaltwirkung fertig ist; und
- • (d)
einen Zustand, wenn auf den Druckknopf eine hohe Kraft ausgeübt wird;
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3 eine
Querschnittsansicht eines Mikroschalters gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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4 den
Aufbau eines Mikroschalters nach dem Stand der Technik.
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Die
Erfindung weist, wie auch aus dem Patentanspruch 1 hervorgeht, ein
kastenförmiges Kunstharzformgehäuse auf,
welches Anschlussklemmen zur Verbindung mit einer gedruckten Leiterplatte und
dergleichen aufweist, einen zentralen ortsfesten Kontaktpunkt, und
einen äußeren ortsfesten
Kontaktpunkt am Boden; einen gewölbten
beweglichen Kontaktpunkt mit Rückkehrwirkung,
der aus einer elastischen Metallplatte besteht, und auf dem äußeren ortsfesten
Kontaktpunkt in dem kastenförmigen
Gehäuse
vorgesehen ist; ein Druckteil, das aus einem elastischen Kunstharz- oder Gummimaterial
besteht, und so gehaltert ist, dass es entlang der Innenwandoberfläche des
kastenförmigen
Gehäuses
nach oben und unten beweglich ist, und so angeordnet ist, dass es
die Oberseite der Oberfläche
des beweglichen Kontaktpunkts berührt; und einen Druckknopf,
der oben auf dem Druckteil angeordnet ist, und so gehaltert ist,
dass er nach oben und unten durch ein Zentrumsloch eines Deckels
beweglich ist, welcher die obere Öffnung des kastenförmigen Gehäuses abdeckt.
Wenn der Druckknopf nach unten gedrückt wird, wird der bewegliche
Kontaktpunkt durch eine Kraft umgekehrt, die über das voranstehend geschilderte
Druckteil übertragen
wird, so dass die Anschlussklemmen in elektrischen Kontakt gebracht werden.
Der Arbeitshub des Schalters ist im Ausmaß der Verformung infolge der
Elastizität
des Druckteils größer, welche
durch den Schaltvorgang hervorgerufen wird.
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Bei
der Erfindung ist das Druckteil ein zylindrischer Körper, der
eine Verlängerung
oben im Zentrum bzw. im Zentrum unten aufweist, und einen Flanschrand
am Umfang; ein vorbestimmter Spalt ist zwischen dem oberen flachen
Teil des Druckteils einschließlich
des Umfangs und dem unteren Ende des Druckknopfes vorgesehen, und
zwischen dem unteren Ende des Flanschrandes und dem Außenumfang des
beweglichen Kontaktpunkts, der am Boden des kastenförmigen Gehäuses angeordnet
ist; und die Stärke
der Anfangsverformung mit einer der Verlängerungen des Druckteils infolge
des Zusammendrückens
ist kleiner gewählt
als die Rückstellkraft
des beweglichen Kontaktpunkts, die Größe der Anfangsverformung mit
der anderen Verlängerung
des Druckteils ist größer gewählt als
die Rückstellkraft des
beweglichen Kontaktpunkts, und die Größe der Anfangskompressionsverformung
mit dem Flanschrand ist größer gewählt als
beide Größen der
Anfangsverformung mit den Verlängerungen.
Infolge des voranstehend geschilderten Aufbaus beginnt jede der
Verlängerungen,
die oben im Zentrum bzw. unten im Zentrum des Druckteils vorgesehen
sind, mit einer Kompressionsverformung, bevor der bewegliche Kontaktpunkt
die Rückstellwirkung
ausübt, und
die andere Verlängerung
beginnt mit einer Kompressionsverformung nach der Rückstellwirkung
des beweglichen Kontaktpunkts; daher können der Arbeitshub vor dem
Einschalten und der Ar beitshub nach dem Einschalten jeweils um ein
vorbestimmtes Ausmaß größer ausgebildet
werden, verglichen mit dem Fall des Einschaltens nur durch die Rückstellwirkung
des beweglichen Kontaktpunkts. Daher wird der Gesamtarbeitshub größer.
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Die
Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch
3 betrifft eine Ausbildung, bei welcher die oben im Zentrum des
Druckteils vorgesehene Verlängerung
mit dem Druckknopf an einem Hohlraum gekoppelt ist, der im Zentrum
des Bodens vorgesehen ist, und einen Spalt um den Außenumfang der
Verlängerung
herum sicherstellt, wobei das obere Ende der Verlängerung
die Decke des Hohlraums berührt,
und der Druckknopf mit einem Flansch um den Umfang herum am Boden
vorgesehen ist, wobei die obere Oberfläche des Flansches den Boden
des Deckels berührt,
um ein Herunterfallen zu verhindern. Bei dem voranstehend geschilderten
Aufbau weist die obere Verlängerung
des Druckteils einen Raum zur Durchführung einer Ausdehnung nach
außen
auf, wenn eine Kompressionsverformung erfolgt, wodurch eine mögliche Fehlanordnung
zwischen dem Druckteil und dem Druckknopf verhindert wird, und ein
Herausfallen nach oben und ein Rattern des Druckknopfes ebenfalls
verhindert werden.
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Die
Ausgestaltung gemäß Patentanspruch
4 betrifft eine Ausführungsform,
bei welcher jede betreffende Verlängerung des Druckteils durch
eine Kraft verformt wird, die durch Druck auf den Druckknopf erzeugt
wird, der bewegliche Kontaktpunkt umgekehrt wird, und dann die obere
Oberfläche
des Druckknopfs auf dasselbe Niveau absinkt wie die obere Oberfläche des
Deckels, nachdem der Flanschrand des Druckteils zwischen dem Boden
des Druckknopfs und dem Außenumfang
des beweglichen Kontaktpunkts festgehalten wird. Wenn bei dem voranstehend
geschilderten Aufbau ein Schaltvorgang durch Druckbeaufschlagung
der Oberseite des Druckknopfes durch eine Betätigungstaste eines elektronischen
Geräts
vorgenommen wird, wird der Druckknopf, also der bewegliche Kontaktpunkt,
dagegen geschützt,
einer zu hohen Kraft ausgesetzt zu werden, da eine Weiterbewegung
der Betätigungstaste
durch den Deckel des kastenförmigen
Gehäuses
verhindert wird, nachdem ein Schaltvorgang beendet ist.
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, welche den Aufbau eines Mikroschalters
gemäß dieser
Ausführungsform
zeigt; ein äußerer ortsfester
Kontaktpunkt 13A, 13B, der an eine Anschlussklemme 12 angeschlossen
ist, und ein zentraler ortsfester Kontaktpunkt 15, der
mit einer Anschlussklemme 14 verbunden ist, sind am Boden
eines kastenförmigen Kunstharzformgehäuses 11 durch
Einsetzformen befestigt, und ein gewölbter beweglicher Kontaktpunkt 16 mit
Rückkehrwirkung,
der aus einer elastischen Metallplatte besteht, ist auf dem äußeren ortsfesten Kontaktpunkt 13A, 13B zur
Ausbildung eines Schaltkontakts vorgesehen.
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Oben
auf dem gewölbten
beweglichen Kontaktpunkt 16 ist ein Druckteil 17 angeordnet,
welches aus einem elastischen Kunstharz, Gummi, oder einem anderen
elastischen Material besteht, und ein aus starrem Material bestehender
Druckknopf 18 ist so ausgebildet, dass sich das obere Ende 18A des Druckknopfs 18 durch
das Zentrumsloch 19A eines Deckels 19 hindurch
erstreckt, der die Öffnung
des kastenförmigen
Gehäuses 11 abdeckt.
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Das
Druckteil 17 weist eine obere Verlängerung 17B und eine
untere Verlängerung 17C auf,
im Zentrum des flachen Teils 17A, und die untere Verlängerung 17C in
Form eines umgekehrten Trapezes ist oben auf das Zentrum des gewölbten beweglichen Kontaktpunkts 16 aufgelegt,
während
die zylindrische Verlängerung 17B nach
oben an einem Bodenhohlraum 18B des Druckknopfes 18 so
befestigt ist, dass ein Spalt zwischen der Außenoberfläche und dem Hohlraum sichergestellt
wird, wobei das obere Ende der oberen Verlängerung 17B die Decke
des Hohlraums 18B so berührt, dass ein vorbestimmter Spalt
L1 zwischen dem flachen Teil 17A des Druckteils 17 und
der Bodenoberfläche
des Druckknopfes 18 vorhanden ist. Ein Flanschbund 17D in
Form eines dicken Rohres ist am unteren Umfangsteil des flachen
Teils 17A so vorgesehen, dass ein vorbestimmter Spalt L2
zwischen der Bodenoberfläche
des Flanschbundes 17D und dem Außenumfang des gewölbten beweglichen
Kontaktpunktes 16 vorhanden ist.
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Bei
der voranstehend geschilderten Konstruktion besteht folgende Beziehung
zwischen der Stärke
der Anfangskompressionsverformung bei der Verlängerung 17B nach oben,
die einen kleineren Durchmesser F1 aufweist, der Verlängerung 17C nach
unten, die einen größeren Durchmesser
F2 aufweist, dem Flanschbund 17D, der eine große Wanddicke
F3 aufweist, und der Kraft F4 für
die Rückstellwirkung
des beweglichen Kontaktpunktes 16: F1 < F4 < F2 < F3.
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Der
Druckknopf 18 ist mit einem Flanschteil 18C am
Bodenumfang versehen, um das Herausfallen nach oben zu verhindern,
wobei die obere Oberfläche
des Flanschteils 18C die Bodenoberfläche des Deckels 19 berührt, wenn
der Druckknopf nicht gedrückt
wird, was ein Klappern des Druckknopfes 18 verhindert.
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Nachstehend
wird der Betriebsablauf bei einem so gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebauten Mikroschalter geschildert. Beginnend bei dem in 1 gezeigten
Normalzustand bewegt sich dann, wenn eine Betätigungstaste 20 eines
elektronischen Geräts
nach unten gelangt, und die obere Oberfläche 18A des Druckknopfes 18 druckbeaufschlagt,
der Druckknopf 18 nach unten, und beaufschlagt die obere
Verlängerung 17B des
Druckteils 17 mit Druck, welche die Decke des Hohlraums 18B berührt, und versucht
das Druckteil 17 und ebenso den beweglichen Kontaktpunkt 16 herunterzudrücken, der
die untere Verlängerung 17C berührt, wie
in 2(a) gezeigt ist.
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Entsprechend
der voranstehend angegebenen Formel, welche die Beziehung der Stärken der Anfangskompressionsverformungen
angibt, wird zunächst
infolge der Kom pression durch die Kraft F1 die obere Verlängerung 17B des
Druckteils 17 verkleinert, was dazu führt, dass der Spalt L1 verkleinert wird,
und mit ansteigender Kraft, welche auf das Druckteil 17 drückt, beginnt
sich auch der bewegliche Kontaktpunkt 16 allmählich zu
verformen, und sobald die auf das Druckteil 17 ausgeübte Kraft
den Wert F4 erreicht, kehrt sich der bewegliche Kontaktpunkt 16 um,
was mit dem Gefühl
einer Stufe verbunden ist, wie in 2(b) gezeigt,
so dass der äußere ortsfeste Kontaktpunkt 13A, 13B und
der zentrale ortsfeste Kontaktpunkt 15, also die Anschlussklemme 12 und die
Anschlussklemme 14, elektrisch verbunden sind, und gleichzeitig
wird der Spalt L2 verringert.
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Die
obere Verlängerung 17B des
Druckteils 17 ist mit dem Druckknopf 18 am unteren
Hohlraum 18B gekuppelt, wobei ein Spalt um die Verlängerung herum
sichergestellt ist. Die obere Verlängerung 17B hat daher
ausreichend Raum, so dass sie sich nach außen hin vergrößern kann,
wenn sie infolge einer Druckbeaufschlagung von oben verformt wird.
Daher treten eine Dislociierung und Verkippung zwischen dem Druckknopf 18 und
dem Druckteil 17 kaum jemals auf.
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Wenn
der auf das Druckteil 17 ausgeübte Druck weiter so erhöht wird,
dass er den Pegel F2 erreicht, so beginnt auch die untere Verlängerung 17C mit
einer Kompressionsverformung, und wird der Spalt L2 weiter verkleinert,
wird der Spalt 1 zwischen der oberen Oberfläche des
Flanschbundes 17D und der unteren Oberfläche des
Druckknopfes 18 gleich Null, und wird der Flanschbund 17D zwischen
der unteren Oberfläche
des Druckknopfes 18 und dem Außenumfang des beweglichen Kontaktpunktes 16 eingeklemmt,
wie in 2(c) gezeigt ist, womit der
Einschaltvorgang fertig ist.
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Wenn
das Druckteil 17 mit einer noch höheren Kraft druckbeaufschlagt
wird, erfährt
der Flanschbund 17D eine Kompressionsverformung infolge
einer Kraft F3, bis die obere Oberfläche 18A des Druckknopfes 18 dasselbe
Niveau erreicht wie die obere Oberfläche des Deckels 19,
wie in 2(d) gezeigt ist, wenn das
Ende einer Betätigungstaste 20 eines
elektronischen Geräts,
welche die obere Oberfläche 18A des
Druckknopfes 18 druckbeaufschlagt, durch die obere Oberfläche des
Deckels 19 blockiert wird, und das Heruntergehen des Druckteils 17 aufhört.
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Sobald
der durch die Betätigungstaste 20 auf den
Druckknopf 18 einwirkende Druck gelöst wird, kehrt der Schalter
in den Ursprungszustand von 1 zurück, infolge
der elastischen Rückstellkräfte des
beweglichen Kontaktpunktes 16 und des Druckteils 17,
und wird der elektrische Kontakt zwischen den Anschlussklemmen 12 und 14 unterbrochen.
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Infolge
der zusätzlichen
Hübe wegen
der Kompressionsverformung bei der oberen Verlängerung 176B und der
unteren Verlängerung 17C des Druckteils 17 vor
und nach der Rückstellwirkung
des beweglichen Kontaktpunktes 16 ergibt sich ein erheblich
größerer Arbeitshub
des erfindungsgemäßen Mikroschalters
im Vergleich zu dem Hub, der nur durch die Rückstellwirkung des beweglichen
Kontaktpunktes 16 hervorgerufen wird. Gleichzeitig ist der
erfindungsgemäße Schalter
für den
Zusatzhub nach der Rückstellwirkung
vorbereitet.
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Bei
den voranstehend beschriebenen Verlängerungen 17B und 17C,
die oben bzw. unten im Zentrum des flachen Teils 17A des
Druckteils 17 vorgesehen sind, ist der größte Außendurchmesser
der unteren Verlängerung 17C so
gewählt,
dass er größer ist
als der Durchmesser der oberen Verlängerung 17B, ist die
Kraft der Anfangsverformung mit der unteren Verlängerung 17C größer gewählt als
die Kraft der Rückstellwirkung
des beweglichen Kontaktpunktes 16, und ist die Kraft der
Anfangsverformung bei der oberen Verlängerung 17B kleiner
gewählt
als die Kraft für
die Rückstellwirkung
des beweglichen Kontaktpunktes 16. Allerdings ist es selbstverständlich auch
möglich,
den Durchmesser der oberen Verlängerung 21B,
die auf dem flachen Teil 21A des Druckteils 21 vorgesehen
ist, so zu wählen,
dass er größer ist
als der größte Außendurchmesser
der unteren Verlängerung 21C,
wie in 3 gezeigt ist, die Kraft der Anfangsverformung
größer einzustellen
als die Kraft der Rückstellwirkung
des beweglichen Kontaktpunktes 16, und bei der unteren
Verlängerung 21C einen
Hohlraum vorzusehen, der die Kraft der Anfangsverformung so einstellt,
dass sie kleiner ist als die Kraft der Rückstellwirkung des beweglichen
Kontaktpunktes 16, um dieselben Auswirkungen zu erzielen.