DE2810431A1

DE2810431A1 - Kontaktloser schalter und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2810431A1
Application number: DE19782810431
Authority: DE
Inventors: Norio Iwakiri; Yasuhiro Kiyono
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1977-03-12
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1978-09-14
Also published as: CA1103767A; DE2810431B2; FR2383557A1; DE2810431C3; GB1579715A; FR2383557B1; IT1093169B; US4196348A; IT7820926A0

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen kontaktlosen Schalter und richtet sich insbesondere auf einen kontaktlosen Schnappschalter mit optischen Komponenten sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben, insbesondere mit hoher Stückzahl.

Es ist eine Vielzahl von Schnappschaltern bekannt. Der Vorteil solcher Schalter besteht darin, daß ihre Schalteigenschaften unabhängig von Änderungen der Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur, Feuchtigkeit usw., sind. Diese Schalter haben jedoch den Nachteil einer vergleichsweise kurzen Lebensdauer, was in der Regel der Alterung bzw. dem Verschleiß der Kontakte zuzuschreiben ist. Optische Schalter, die ein Paar aus einer Leuchtdiode und einer Photodiode verwenden, sind ebenfalls bekannt. Einer der Vorteile eines optischen Schalters ist seine lange Lebensdauer, die von der dabei verwendeten kontaktlosen Konstruktion herrührt.

Die Erfindung schafft einen kontaktlosen Schalter, der kompakt und einfach im Aufbau ist und sich bei niedrigen Kosten leicht herstellen läßt.

Ferner schafft die Erfindung einen kontaktlosen Schnappschalter, welcher dauerhaft ist und stabile Eigenschaften hat.

Darüber hinaus schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung, insbesondere mit hoher Stückzahl, eines solchen kontaktlosen Schalters.

Ausführungsformen der Erfindung sind im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist
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Fig. 1 eine Draufsicht, welche aus einem Metallstreifen gestanzte Anschlußelemente zeigt,

Fig. 2 eine Draufsicht, welche die Anschlußelemente mit _r einem Leuchtdioden-Chip und einem photoelektri

schen Halbleiter-Chip, die an ihren Plätzen befestigt sind, zeigt,

Fig. 3 eine Draufsicht, welche die Anschlußelemente mit

in Stellung gebrachten und mit transparentem Kunststoff abgedeckten Halbleiterchips zeigt,

Fig. 4 eine Draufsicht, welche die Anschlußelemente mit darauf befindlicher lichtundurchlässiger Kunststoff basis zeigt,

Fig. 5 eine Draufsicht, welche die Anschlußelemente nach

Abschneiden der Randstege zeigt, Fig. 6 ein Schnitt länge Linie 6-6 der Fig. 5,

Fig. 7 eine Draufsicht, welche die Anschlußelemente teilweise nach Innen gekehrt zeigt,

Fig. 8 eine Draufsicht, welche die Anschlußelemente und

eine mit diesen im Eingriff stehende Blendenein-„r richtung zeigt,

Fig. 9 eine zu Fig. 8 um 90° gedrehte Ansicht von oben,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Blendeneinrichtung,

Fig. 11 eine teilgeschnittene Draufsicht, welche einen kontaktlosen Schalter gemäß der Erfindung zeigt,

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Fig. 12 eine Schnittansicht ähnlich der von Fig. 6, die eine weitere Ausführungsform zeigt,

Fig. 13 ein Beispiel der elektrischen Verschaltung einer c photoelektrischen Halbleitervorrichtung, und

Fig. 14 eine graphische Darstellung, welche die Ausgangsspannung als Funktion des Hubs eines Druckknopfes zeigt.

Fig. 11 zeigt ein Beispiel des vollständigen Schalters gemäß der Erfindung, und die Fign. 1 bis 8 geben ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für einen solchen Schalter wieder.

Gemäß Fig. 1 werden zunächst Anschlußelemente 21, 22, und 24 aus einem Metallstreifen 20 gestanzt. Es kann eine beliebige Anzahl von Einheiten solcher ebener Anschlußelemente in einer gemeinsamen Ebene aus einem langen Metallstreifen gleichzeitig oder fortlaufend gestanzt werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, werden ein Leuchtdioden-Chip 31 bzw. ein photoelektrischer Halbleiter-Chip 32 auf den Anschlußelementen 24 und 22 befestigt, wobei Drähte 311, 321, 322 und 323 für ihren elektrischen Anschluß verwendet werden. Das Chip 32 enthält wenigstens ein photoelektrisches Wandelelement, wobei auch andere notwendige Elemente, wie etwa verstärkende Schaltkreiselemente darin integriert sein können.

Es sollte erwähnt werden, daß wenigstens eines dieser Chips 31 und 32 auf irgendeinem der Anschlußelemente angebracht ist. Beispielsweise kann nur das Chip 32 der photoelektrischen Halbleitervorrichtung auf dem Anschlußelement 22 angebracht sein, während eine Leuchtdiode auf einer getrennten Metallplatte befestigt und in ein transparentes Kunststoff material eingebettet ist, welches mit den Anschlußelementen 23 und 24 verbunden wird, nachdem eine im folgenden beschriebenen Schalterbasis 50 an die Anschlußelemente an-

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geformt worden ist. Schutzabdeckungen 41 und 42 aus elektrisch isolierendem transparentem Kunststoff werden um die Halbleiter-Chips 31 bzw. 32 herum ausgeformt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Ein Schalterträger bzw. Schalterbasis 50 aus elektrisch isolierendem lichtundurchlässigem Kunststoff wird, wie in Fig. 4 gezeigt, an die Anschlußelemente 21, 22, 23 und 24 angeformt. Der Umfangsrand des transparenten Kunststofformteils 42 ist ebenfalls von dem lichtundurchlässigen Kunststofformteil 50 abgedeckt, wobei ein Vorsprung 53 in einer aus der Zeichenebene herauslaufenden Richtung ausgebildet ist. In der Basis 50 sind zwei Befestigungslöcher 51 und 52 zur Befestigung des Schalters an irgendeinem Steuergerät oder zum mechanischen Koppeln mehrerer Schalter vorgesehen. Ein Vorsprung 54 und ein weiterer ähnlicher Vorsprung auf der gegenüberliegenden Seite sind zur Befestigung eine im folgenden beschriebenen Schalterabdeckung 70 an der Basis 50 ebenfalls vorgesehen. Am Umfang befindliche Stege 201, 202, 203 und 204 werden dann, wie in Fig. 5 gezeigt, abgeschnitten. Fig. 6 ist eine Schnittansicht längs Linie 6-6 der Fig. 5. Wie in Fig. 7 gezeigt, werden zwei Lappen 211 und 212 nach innen gekehrt, wobei der Lappen 212 weiter in die Form eines L gebogen wird, so daß er an einer Blendeneinrichtung 60 angreifen kann. Das Anschlußelement 24 und ein schmal gehaltener Abschnitt 231 des Anschlußelements 23 werden ebenfalls nach innen gedreht, so daß die Leuchtdiode 31 dem photoelektrischen Halbleiter-Chip 32 gegenüberliegt. Die Blendeneinrichtung 60 wird dann in der in Fig. 8 gezeigten Weise auf den Anschlußelementen angebracht.

Die Blendeneinrichtung 60, die aus einer einzigen Metallplatte besteht, umfaßt, wie in Fig. 9 dargestellt, ein Loch 61, einen auf Druck beanspruchten Abschnitt 62, einen auf Zug beanspruchten Abschnitt 63, 64 und einen Lichtunterbrecherabschnitt 65. Das Loch 61 und der Druckabschnitt 62

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sind so ausgebildet, daß sie an den Lappen 211 bzw. Lappen 212 angreifen.

Aus Fig. 8 und aus Fig. 9, die eine Draufsicht zur Fig. 8 ist, ist ersichtlich, daß der Lichtunterbrecherabschnitt 6 5 zwischen Leuchtdiode 31 und photoelektrischem Halbleiter-Chip 3 2 liegt, und dabei in seiner Normalstellung außerhalb des Lichtwegs von der Leuchtdiode 31 zum photoelektrischen Halbleiter-Chip 32. Es ist zu beachten, daß der Lichtunterbrecherabschnitt 65 auch so ausgebildet sein kann, daß er nach unten weist, so daß er in seiner Normalstellung innerhalb des Lichtwegs liegt. Die Gegenuhrzeigerdrehung der Blendeneinrichtung 16, die durch den auf Druck beanspruchten Abschnitt 62 geliefert wird, ist durch einen Vorsprung 53 begrenzt. Wie im folgenden beschrieben, liefert die Blendeneinrichtung 60 den Schnappvorgang für den Schalter. Falls gewünscht, kann irgendein anderer bekannter Schnappmechanismus ebenso verwendet werden. Eine aus einem lichtundurchlässigen Kunststoffmaterial geformte Schalterabdeckung 70 ist, wie in Fig. 11 gezeigt, an der Basis 50 befestigt. Ein Druckknopf 80 zur Betätigung der Blendeneinrichtung 60 ist in einem Loch 71 der Schalterabdeckung 70 vorgesehen. Der Druckknopf 80 befindet sich normalerweise durch Druck durch die Blendeneinrichtung 60 in einer angehobenen Stellung.

Fig. 12 zeigt ein weiteres Beispiel der formhergestellten Basis 50. Die Basis 50, die einen Schlitz 921 aufweist, der sich in einer Richtung aus der Zeichenebene heraus erstreckt, ist an das transparente Kunststofformteil 4 2 angeformt, so daß das Formteil 42 noch mit einem Abschnitt 92 der lichtundurchlässigen Kunststoffbasis 50 abgedeckt ist.

Die photoelektrische Halbleitervorrichtung 32 empfängt Licht von der Leuchtdiode durch den Schlitz 921. Eine solche weitgehende Abschließvorrichtung 921 ist nich unabdingbar,

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trägt jedoch zu einem stabilen Arbeiten des Schalters bei. Der Abschnitt 92 kann durch eine nahe der photoelektrischen Halbleitervorrichtung oder der Leuchtdiode angeordnete lichtundurchlässige Platte mit einem Schlitz ersetzt sein. Fig. 13 zeigt ein Beispiel der bei dem Schalter verwendeten Schaltung. Gemäß der Figur empfängt ein Phototransistor 102 Licht von der Leuchtdiode 31, und sein Ausgangssignal wird durch eine Transistoren 103 bis 106 enthaltende Schaltung verstärkt und geformt. Die mit ausgezogenen Linien dargestellte Schaltung ist in den oben beschriebenen Schalter eingebaut, während der durch gestrichelte Linien angedeutete Teil, welcher eine Last 107 und eine Batterie 108 enthält, an den Schalter angeschlossen ist.

In dem in der Fig. 11 gezeigten Zustand ist der Schnappmechanismus unbetätigt. Wenn sich der Lichtunterbrecherabschnitt 65 außerhalb des Lichtwegs befindet, empfängt die photoelektrische Halbleitervorrichtung 32 Licht von der Leuchtdiode 31. Beim Niederdrücken des Druck knopfes 80 befindet sich am Anfang der Bewegung des Druck knopfes der Lichtunterbrecherabschnitt 65 immer noch außerhalb der Lichtbahmbei einer weiteren Bewegung des Druckknopfes wird jedoch der Lichtunterbrecherabschnitt 65 schnell im Uhrzeigersinn gedreht und im Lichtweg angeordnet, so daß die photoelektrische Halbleitervorrichtung 32 kein Licht mehr von der Leuchtdiode 31 empfangen kann, selbst wenn der Druckknopf 80 wieder leicht nach oben bewegt wird.

Fig. 14 zeigt die Arbeitscharakteristik des Schalters. Die AusgangsSpannung zwischen den in Fig. 13 gezeigten Anschlüssen 21 und 22 ändert sich mit der Bewegung des Druckknopfes 80 gemäß einer weggehenden Linie 110 und einer zurückkehrenden Linie 111.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß gemäß der Erfindung ein kontaktloser Schalter, der einer einfachen Massenfertigung zugänglich ist, geschaffen wird.

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Claims

WILhIELMS Ä KILiAN PATENTANWÄLTE 2 B 1 Ü 4 3 OMRON TATEISI ELECTRONICS CO. KYOTO, JAPAN Kontaktloser Schalter und Verfahren zu seiner Herstellung DR. ROLF E. WILHELMS DR. HELMUT KILIAN GEIBELSTRASSE β ΘΟΟΟ MÜNCHEN TELEFON (O 89) -47 4O 73· TELEX 52 34 67(wJp-d) lELEGFlAMME PATFlANS MÜNCHEN P 702 PATENTANSPRÜCHE

1. Kontaktloser Schalter, gekennzeichnet durch eine Schalterbasis (50) , einer Anzahl von in der
Basis in einer gemeinsamen Ebene ausgebildeten ebenen Anschlußelementen (21, 22, 23, 24), eine auf einem der Anschlußelemente angebrachte und mit einer Anzahl der Anschlußelemente verbundene photoelektrische Halbleitervorrichtung (32), eine der photoelektrischen Halbleitervorrichtung gegenüberliegende und mit wenigstens einem

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der Anschlußelemente verbundene lichtemittierende Halbleitervorrichtung (31), und eine Blendeneinrichtung (60) mit einem Lichtunterbrecherabschnitt (65) , der in einem Zwischenraum zwischen der photoelektrischen Halbleitervorrichtung und der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung beweglich ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, iadurch gekennzeichnet , daß die Blendeneinrichtung (60) eine Einrichtung zur Durchführung eines Schnappvorgangs ist.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die photoelektrische Halbleitervorrichtung (32) und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung (31) jeweils in eine Schutzabdeckung (41; 42) aus transparentem Kunststoffmaterial eingeformt sind.

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eines der Anschlußelemente mit wenigstens einem Lappen (211; 212) versehen ist, an welchem die Blendeneinrichtung (60) eingreift.

5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das eine der Anschlußelemente einen gebogenen Abschnitt aufweist, auf welchem die lichtemittierende Halbleitervorrichtung (31) oder die photoelektrische Halbleitervorrichtung (32) angebracht ist, so daß die lichtemittierende Halbleitervorrichtung und die photoelektrische Halbleitervorrichtung einander zugekehrt gegenüberliegen.

6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Blendeneinrichtung (60) parallel zu der gemeinsamen Ebene beweglich ist und den Lichtweg zwischen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung (31) und der photoelektrischen Halbleitervorrichtung (32) kreuzen kann.

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7. Kontaktloser Schalter, gekennzeichnet durch eine Schalterbasis (50) aus lichtundurchlässigem Kunststoffmaterial, eine Anzahl von in der Basis in einer gemeinsamen Ebene ausgebildeten Anschlußelementen (21, 22, 23, 24), eine integrierte Halbleitervorrichtung (33), welche wenigstens ein photoelektrisches Wandlungselement, welches auf den Anschlußelementen angebracht, mit einer Anzahl der Anschlußelemente elektrisch verbunden und in eine Schutzabdeckung (42) aus transparentem Kunststoffmaterial eingeformt ist, eine Leuchtdiode (31), welche auf einem der Anschlußelemente angebracht, elektrisch mit einer Anzahl von Anschlußelementen verbunden und in einer Schutzabdeckung (41) aus transparentem Kunststoffmaterial eingeformt ist, eine einen Schnappvorgang durchführende Einrichtung (65) zur vorübergehenden Unterbrechung des von der Leuchtdiode zum photoelektrischen Element verlaufenden Lichts, eine Schalterabdeckung (7 0) für die Schalterbasis und ein Betätigungselement (80) zur Betätigung der einen Schnappvorgang durchführenden Einrichtung.

8. Verfahren zur Herstellung eines kontaktlosen Schalters, gekennzeichnet durch das Ausstanzen einer Anschlußeinheit mit wenigstens drei Anschlüssen aus einem Metallstreifen, wobei jeder Anschluß mit einem angrenzenden Anschluß durch wenigstens einen Steg verbunden ist, das Anbringen einer photoelektrischen Halbleitervorrichtung und einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung an den Anschlußelementen in einer Weise, daß die photoelektrische Halbleitervorrichtung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gegenüberliegt, das zumindest teilweise Einformen der Anschlußelemente in eine Schalterbasis aus isolierendem Material, das Entfernen der Stege, so daß die Anschlüsse elektrisch voneinander isoliert sind und

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das Vorsehen eines Lichtunterbrecherelements in beweglicher Weise in einem Zwischenraum zwischen der photoelektrischen Halbleitervorrichtung und der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung.
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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die photoelektrische Halbleitervorrichtung und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung jeweils in eine Schutzabdeckung aus transparentem isolierendem Material eingeformt werden.

10. Verfahren zur Herstellung eines kontaktlosen Schalters, gekennzeichnet durch das Ausstanzen einer Anschlußeinheit mit wenigstens drei Anschlüssen aus einem Metallstreifen, wobei jeder Anschluß mit einem benachbarten Anschluß durch wenigstens einen Steg verbunden ist, das Anbringen von entweder einer photoelektrischen Halbleitervorrichtung oder einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung an einem der drei Anschlußelemente/ das Einformen der Anschlußelemente in eine Schalterbasis aus isolierendem Material, das Entfernen des Stegs, das Anbringen, je nach dem, der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung oder der photoelektrischen Halbleitervorrichtung an einem der verbleibenden zwei Anschlußelemente, um so ein Paar aus lichtemittierender Halbleitervorrichtung und photoelektrischer Halbleitervorrichtung in einander zugekehrter Lage zu schaffen, und das Vorsehen einer Blendeneinrichtung mit einem Lichtunterbrecherabschnitt, der in einem Zwischenraum zwischen der lichtemittierenden HaIbleitervorrichtung und der photoelektrischen Halbleitervorrichtung beweglich ist.

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11. Verfahren zur Herstellung eines kontaktlosen Schalters, gekennz e ichnet durch das Ausstanzen einer Anschlußeinheit mit wenigstens drei Anschlüssen aus einem Metallstreifen, wobei jeder der An-Schlüsse mit einem benachbarten Anschluß durch wenigstens einen Steg verbunden ist, das Anbringen einer photoelektrischen Halbleitervorrichtung und einer Leuchtdiode auf den Anschlußelementen, das elektrische Verbinden der photoelektrischen Halbleitervorrichtung und der Leuchtdiode jeweils mit den Anschlußelementen, das Einformen der photoelektrischen Halbleitervorrichtung und der Leuchtdiode jeweils in eine Schutzabdeckung aus transparentem Kunststoffmaterial, das Einformen der Anschlußelemente in eine Schalterbasis aus lichtundurchlässigem Kunststoffmaterial, das Entfernen der Stege, das Biegen der Anschlußelemente derart, daß die Leuchtdiode und die photoelektrische Halbleitervorrichtung einander zugekehrt zu liegen kommen, das Ineingriffbringen einer einen Schnappvorgang durchführenden Blendeneinrichtung, welche einen Lichtunterbrecherabschnitt aufweist, mit wenigstens einem der Anschlußelemente derart, daß der Lichtunterbrecherabschnitt in einem Zwischenraum zwischen der Leuchtdiode und der photoelektrischen Halbleitervorrichtung beweglich ist, und das Vorsehen eines Betätigungselements zur Betätigung der Blendeneinrichtung.

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