EP2783376A1 - Commutateur électrique à contact frottant - Google Patents

Commutateur électrique à contact frottant

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EP2783376A1
EP2783376A1 EP12813398.0A EP12813398A EP2783376A1 EP 2783376 A1 EP2783376 A1 EP 2783376A1 EP 12813398 A EP12813398 A EP 12813398A EP 2783376 A1 EP2783376 A1 EP 2783376A1
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contact
electrical switch
electrical
rubbing
switch according
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Michel Hallet
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SC2N SAS
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Publication date
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    • H01H19/58—Angularly-movable actuating part carrying contacts, e.g. drum switch having only axial contact pressure, e.g. disc switch, wafer switch
    • H01H19/585—Angularly-movable actuating part carrying contacts, e.g. drum switch having only axial contact pressure, e.g. disc switch, wafer switch provided with printed circuit contacts
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    • H01H1/40—Contact mounted so that its contact-making surface is flush with adjoining insulation

Definitions

  • the present invention relates to an electrical switch with rubbing contact, in particular for control modules under the steering wheel or motorized drive systems wiper blades.
  • electrical switches with rubbing or sliding contact are widely used.
  • a command such as for example the lighting of the vehicle lights or the windshield wiper controls.
  • FR 2 933 530 in the name of the Applicant.
  • These rubbing contacts are very high since it is necessary to ensure the proper functioning of these rubbing contacts throughout the life of the vehicle, that is to say up to 10 to 15 years, under difficult operating conditions. It may be for example high current friction contacts (for example a few Amperes) that are used today in low cost vehicles to directly control the wiper motor or headlights, or friction contacts for low current (for example a few mA) which will control for example a power relay connected to the wiper motor or headlights. Indeed, these rubbing contacts are subject to significant temperature variations ranging from -40 ° C to + 120 ° C. Dust may be deposited on the conductive track of the PCB and prevent operation, i.e., establishing the electrical contact.
  • the vehicle can be parked in any place, it can be subjected to moisture or even salty moisture, which can cause oxidation problems.
  • the oxide layer which is electrically insulating prevents the establishment of an electrical contact.
  • the contact resistance can vary and moreover, there can also be metal part abrasion problems which can, in the long run and by accumulation cause false electrical contacts and thus cause a malfunction of the control module under steering wheel.
  • friction contacts for high current there is also added problems of formation of an electric arc that can alter the electrical contact surfaces.
  • This lubricant has been and is still the subject of much research, especially at the request of manufacturers of contacting contact circuits or manufacturers of control modules under steering wheel etc. To testify to this research activity, we can cite a number of documents.
  • FR2 939 973 discloses a method of manufacturing a connector element comprising a substrate on which a layer of gold is deposited.
  • the connector described is a male-female connector whose electrical contact comprises a layer of gold treated by ion bombardment.
  • this document does not describe a rubbing contact as known in the control modules under the steering wheel and the problematic associated therewith, in particular the problems due to displacements of the electrical contact rubbing on the conductive track. Indeed, a male-female connector is not subjected to the same mechanical stresses of displacement as a rubbing contact.
  • the present invention therefore proposes an electric switch having an improved contact with respect to the state of the art.
  • the subject of the present invention is an electrical switch with a frictional contact comprising on the one hand at least one fixed contact and on the other hand at least one movable rubbing contact along a predefined path and having a contact surface intended to rub on said at least one fixed contact, characterized in that at least said contact surface is treated by ion bombardment by means of an ion beam, and in that the fixed and moving contacts are exposed.
  • the electrical switch is devoid of lubricant, that is to say without contact grease, which is a consequent improvement of the known electrical switches and has a considerable advantage in terms of cost and installation time. switches without affecting the reliability of operation in terms of operating cycles, wear, contact resistance, robustness against contamination or oxidation.
  • the Applicant has thus overcome a prejudice largely rooted in the technological field of electrical switches with moving contact rubbing.
  • the electrical switch may furthermore have one or more of the following characteristics, taken alone or in combination: said at least one fixed contact is free of contact grease; all of the fixed and moving contacts are treated by ion bombardment by means of an ion beam, at least at the level of the surfaces that can come into electrical contact; the moving rubbing contact is made of steel, copper, stainless steel, bronze, brass, aluminum or an aluminum alloy; said contact surface of the moving friction contact comprises a nickel plating on the substrate forming the rubbing moving contact and a plating of a noble metal on the nickel plating; said contact surface of the rubbing moving contact comprises a plating of a noble metal on the substrate forming the rubbing moving contact; the thickness of the noble metal plating is between 0.25 ⁇ and ⁇ ; said contact surface for rubbing on said at least one fixed contact has a curved surface having a first radius of curvature of between 0.5mm and 5mm in the direction of movement of the moving friction contact and a second radius
  • the invention also relates to a control module under steering wheel for a motor vehicle, characterized in that it comprises an electrical switch as defined above, the movable rubbing contact is connected to a control lever, including control of the headlights or windshield wipers.
  • FIGS. 1a and 1b are top views of an electrical switch 2a and 2b are end and end face views of a movable rubbing contact
  • FIG. 2c is a sectional view of one end of FIG. 2a
  • FIG. Figure 3 is a top view of a fixed contact holder of the electrical switch rubbing contact.
  • FIGS. 1a, 1b and 3 illustrate an exemplary embodiment of an electrical contact switch 1.
  • Such an electrical switch 1 can for example be integrated in a control module under a steering wheel for a motor vehicle, in particular for performing the electrical switching of safety functions such as, for example, the control of the lights, wipers, etc., or in a motorized soot-ice brush drive system for controlling the movement of the brooms back and forth.
  • the invention can be transposed for a strong current electrical switch, that is to say greater than 1A, which is distinguished from a low current switch in particular by the increased cross section of the conductors to be able to pass this strong current.
  • This electrical switch 1 comprises on the one hand at least one, in the figure the several fixed contacts 9 arranged on a support 7.
  • the support 7 is for example a printed circuit board and the fixed contacts 9 are contact pads.
  • the fixed contacts 9 are arranged in a circle on the support
  • the support 7 comprises eight fixed contacts 9 in the form of arcuate bands.
  • the fixed contacts 9 thus define four different switching states of the electrical switch 1, since for reasons of operational safety, the fixed contacts 9 are doubled in this example.
  • an additional fixed contact 14 in the form of a ring, and connected to a power supply or ground.
  • This additional fixed contact 14 is for example arranged concentrically to the circle formed by the fixed contacts 9.
  • the electrical switch 1 comprises at least one moving rubbing contact 3 that can evolve along a predefined path, in this case an arcuate trajectory that can bring it into contact with one or more of the fixed contacts 9.
  • This trajectory is at least partially parallel to the plane defined by the support 7, that is to say the printed circuit board.
  • it is a rotary switch and the moving frictional contact 3 can thus perform a rotational movement.
  • the moving rubbing contact can be made in the form of a carriage moving along a path in a straight line to be able to come into contact with fixed contacts arranged in line.
  • the friction contact 3 mobile is for example connected to a control lever, including control of the headlights or wipers.
  • a control lever including control of the headlights or wipers.
  • the switch 1 can thus establish an electrical contact for one or more predefined positions of the moving rubbing contact 3 with at least one corresponding fixed contact 9 carried by the support 7.
  • the movable rubbing contact 3 is in the form of a fork having at least two, here three legs 11, 12, 13 preferably flexible, mounted on a movable base.
  • the mobile base further comprises means for attachment to a control element of the device (not shown).
  • the branches 11, 12 are able to establish two simultaneous electrical contacts with two corresponding fixed contacts 9 and are doubled to better ensure operational safety.
  • the branch 13 is in rubbing contact with the additional fixed contact 14.
  • the friction contact 3 comprises on each leg 11, 12, 13 a curved end 5 biased towards said support 7.
  • the curved portion of the curved end 5 frictionally engages the corresponding fixed contact 9, for make an electrical contact.
  • the end 5 of each branch thus forms a contact surface 10 intended to rub on said at least one fixed contact 9.
  • At least this portion of the end 5 of each branch intended to rub on a fixed contact 9 is treated by ion bombardment by means of an ion beam.
  • This treatment by ion bombardment gives this treated portion a better surface state reducing friction.
  • this better surface state prevents contamination of the moving contact rubbing, for example by silicone.
  • this treatment prevents the risk of oxidation which keeps the contact resistance at a permissible level throughout the life of the switch.
  • the fixed contacts 9 and mobile 3 are exposed, that is to say free of a lubricant, such as contact grease.
  • both the fixed contacts 9 and mobile rubbing 3 are treated by ion bombardment through an ion beam. It may be a local treatment only at the surfaces that come in contact, or one can also consider a treatment of fixed contact and moving rubbing as a whole.
  • the movable rubbing contact 3 can be made of steel, copper, stainless steel, bronze, brass, aluminum or an aluminum alloy.
  • ion bombardment makes it possible to reduce or even eliminate the formation of an insulating oxide layer at the moving contact, so that a nickel plating is no longer necessary.
  • the substrate of the rubbing mobile contact is subjected as a whole to ion bombardment by an ion beam.
  • the contact surface 10 of the moving contact 3 comprises a nickel plating on the substrate forming the frictional contact 3 and a plating of a noble metal, such as gold or silver, on the nickel plating.
  • a noble metal such as gold or silver
  • said contact surface 10 of the frictional contact 3 comprises only a plating of a noble metal, such as gold or silver, on the substrate forming the rubbing moving contact.
  • a noble metal such as gold or silver
  • This variant also has the advantage of eliminating the nickel plating which is necessary in the known art to be able to adhere the noble metal to the substrate, in particular copper or brass. So, in addition to the removal of contact grease, we can get rid of nickel which also makes the switch less polluting for the environment, both during its manufacture and end of life. In addition, the removal of the nickel plating also eliminates a step in the manufacture of the switch and reduces the cost of the electrical switch.
  • the treatment by ion bombardment does not only have the effect of improving the surface state of the electrical contact surface, but also of allowing the adhesion of the noble metal to the substrate which is in a non-noble metal, this without going through a plating like nickel for example.
  • the thickness of the noble metal plating (gold and silver) is between 0.25 ⁇ and ⁇ , which is much lower than the thicknesses known until now of 2 to 3 ⁇ .
  • the material cost of noble metals which has increased significantly in recent times, the significant decrease in the thickness of noble metal and therefore the amount of noble metal to be applied also allows a significant decrease in the cost price of the switch. electric.
  • no plating is applied to the electrical contact surface 10. This end is therefore only treated by bombardment with an ion beam. This further reduces the cost of manufacturing the electrical switch while ensuring a good operation over the life of the electrical switch, all without contact grease.
  • the end 5 of the moving friction contacts is curved or curved.
  • the radius of curvature of the first curved portion of the curved end 5 is between 0.5 mm and 5 mm ( Figure 2c) in the direction of movement of the moving friction contact.
  • the radius of curvature r of the second curved portion of the curved end 5 is between 0.5 and 2 mm ( Figure 2b) in the direction perpendicular to the displacement of the moving friction contact. It is therefore understood that it is possible to produce an electrical switch with a sliding contact without contact lubricant, or even without nickel plating and even without any noble metal. which allows a competitive cost price, a better environmental compatibility ensuring an exemplary safety of operation.

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Abstract

La présente invention concerne un commutateur électrique à contact frottant (3) comprenant d'une part au moins un contact fixe (9) et d'autre part au moins un contact frottant mobile (3) selon une trajectoire prédéfinie et présentant une surface de contact (10) destinée à frotter sur ledit au moins un contact fixe (9), caractérisé en ce qu'au moins ladite surface de contact (10) est traitée par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions, et en ce que les contacts fixe (9) et mobile (3) sont à nu.

Description

Commutateur électrique à contact frottant
La présente invention concerne un commutateur électrique à contact frottant, en particuEer pour des modules de commande sous volant ou des systèmes d'entraînement motorisés de balais d'essuie-glaces. Dans l'automobile, les commutateurs électriques à contact frottant ou glissant sont largement utilisés.
Il s'agit en général d'une ou de plusieurs pistes conductrices implantées sur un circuit PCB et d'un frotteur ou chariot qui se déplace selon une trajectoire prédéfinie sur le PCB pour établir dans certaines positions un contact électrique permettant de réaliser une commande comme par exemple l'allumage des feux du véhicule ou les commandes des essuie-glaces. A titre d'exemple, on peut citer FR 2 933 530 au nom de la Demanderesse.
Les standards de qualité pour ces contacts frottants sont très élevés étant donné qu'il est nécessaire d'assurer le bon fonctionnement de ces contacts frottants tout au long de la vie du véhicule, c'est-à-dire jusqu'à 10 à 15 ans, dans des conditions de fonctionnement difficiles. Il peut s'agir par exemple de contacts frottants pour courant fort (par exemple de quelques Ampères) qui sont utilisés aujourd'hui dans des véhicules bas coût pour commander directement le moteur d'essuie-glaces ou les phares, ou des contacts frottants pour courant faible (par exemple de quelques mA) qui vont commander par exemple un relais de puissance relié au moteur d'essuie- glaces ou aux phares. En effet, ces contacts frottants sont soumis à des variations de température importantes pouvant aller de -40°C à +120°C. Des poussières peuvent se déposer sur la piste conductrice du PCB et empêcher le fonctionnement, c'est-à-dire l'établissement du contact électrique. Etant donné que le véhicule peut être stationné dans n'importe quel endroit, il peut être soumis à condition d'humidité, voire d'humidité saline, ce qui peut provoquer par la suite des problèmes d'oxydation. Dans ce cas, la couche d'oxyde qui est électriquement isolante empêche l'établissement d'un contact électrique. De plus, en fonction de la qualité de surface du contact frottant et de la piste conductrice, la résistance de contact peut varier et de plus, il peut aussi y avoir des problèmes d'abrasion de partie métalliques qui peuvent, à la longue et par accumulation provoquer des faux contacts électriques et entraîner ainsi un dysfonctionnement du module de commande sous volant. Dans le cas des contacts frottants pour courant fort, il s'y ajoute de plus les problèmes de formation d'un arc électrique qui peut altérer les surfaces de contact électrique. Ces problèmes sont par exemple exposés en détail dans une fiche DATA SHEET K 232- 4033 du mois de mars 1 97 de la société RS Components.
Pour surmonter ces problèmes, l'utilisation d'un lubrifiant spécifique, de la graisse de contact, s'est imposé à tous les acteurs du domaine, car il permet de réduire les effets d'abrasion, de protéger les surfaces des contaminations, empêcher la corrosion des contacts frottants et des pistes conductrices et de prévenir la formation d'arcs électriques.
Ce lubrifiant a fait et fait encore objet de nombreuses recherches, en particulier à la demande des fabricants de circuits à contacts frottants ou des fabricants de modules de commandes sous volant etc. Pour témoigner de cette activité de recherche, on peut citer un certain nombre de documents.
Ainsi, JP030117191 et JP04114098, US 5 156 756, US 5 405 543 publiés respectivement en 1991, 1992 (2 fois) et 1995 au nom d'un fabriquant de modules de commandes sous volant décrit un lubrifiant pour contact frottant permettant de diminuer la résistance de contact et ne produisant pas une substance carbonisée.
En 1999, dans le journal IEIC Technical report, un article « Required performance / characteristics and évaluation method for electric contact grease » est publié (VOL 99, N° 360, Pages 39-43).
En 2001, dans ce même journal (VOL 101, N° 375, Pages 7-11), un articule « The reliability of sliding contact. Effect of grease » est publié.
Même plus récemment, des contacts frottants associés à la graisse de contact ont fait objet de demandes de brevet comme par exemple EP2 216 796 publié en 2010 au nom d'un autre fabriquant de modules de commande sous volant.
Encore en 2011, la demande US2011/0117383 décrit que pour les contacts électriques frottants, la graisse est essentielle pour assurer le bon fonctionnement des contacts électriques frottants.
Certes la demande FR 2 933 530 publiée en 2010 divulgue un revêtement formé d'une encre à base de carbone et de polymères qui permettrait de s'affranchir de la graisse, mais des essais ont montré que ces revêtements n'ont pas pu donner entière satisfaction, et en particulier, son application ne répond pas aux standards exigés pour la réalisation des fonctions de sécurité, comme par exemple la commande des feux, des essuie-glaces etc. En effet, les résistances de contact sont beaucoup plus élevées dus aux résines mélangées au carbone. De plus, la tenue en usure est beaucoup moins bonne et les particules peuvent se coincer entre les pistes provoquant ainsi des courts-circuits.
En particulier pour les fonctions de sécurité, il n'y a donc pas d'alternatives aux solutions conventionnelles avec graisse de contact telles que décrites ci-dessus. En résumé, on peut donc conclure que pour la communauté des fabricants de contacts électriques frottants, l'utilisation de graisse est indispensable pour assurer un bon fonctionnement dans la durée des contacts électriques frottants, ceci malgré les problèmes de surcoût qu'entraîne la graisse lors de la fabrication aussi bien en tant que coût matière qu'en supplément de temps de montage induit par le graissage. En 1997, dans le Journal de Physique IV Q. PHYS. IV France 7 (1997) - Colloque C6,
Supplément au Journal de Physique III de décembre 1997), un article sur la « Modification et caractérisation des surfaces par bombardement ionique » est publié.
Cet article relate l'historique des modifications de surface par bombardement ionique, les effets obtenus et des applications envisagées. Ainsi, on apprend que cette technique est déjà connue depuis longtemps et que de nombreux travaux ont été réalisés visant à l'amélioration des propriétés tribologiques (micro-dureté ; usure ; friction) et de la résistance à la corrosion, et à l'oxydation pour des surfaces métalliques.
Plus particulièrement concernant la tribologie des surfaces métalliques, il est observé dans cet article que « la formation d'une couche durcie à la surface d'un métal par implantation ionique est venue monnaie courante en tribologie. La plupart de ces travaux concernent la formation de nitrures des aciers ou des alliages de titane, en vue de les rendre plus résistants à l'usure. »
Toutefois, cet article est aussi critique en avançant qu' « au chapitre des inconvénients, on peut citer le coût de l'investissement initial. » et « on est en droit de se demander si l'implantation ionique demeura pour toujours un outil académique, dédié uniquement à la recherche fondamentale.»
Plus récemment, on connaît du FR2 939 973 un procédé de fabrication d'un élément de connecteur comprenant un substrat sur lequel est déposée une couche d'or.
Dans ce document, le connecteur décrit est un connecteur du genre mâle- femelle dont le contact électrique comprend une couche d'or traitée par un bombardement ionique. Cependant, ce document ne décrit aucunement un contact frottant tel que connu dans les modules de commandes sous volant ni la problématique qui y est associée, en particulier les problèmes dus aux déplacements du contact électrique frottant sur la piste conductrice. En effet, un connecteur mâle— femelle n'est pas du tout soumis aux mêmes sollicitations mécaniques de déplacement qu'un contact frottant.
La présente invention propose donc un commutateur électrique à contact frottant amélioré par rapport à l'état de la technique.
A cet effet, la présente invention a pour objet un commutateur électrique à contact frottant comprenant d'une part au moins un contact fixe et d'autre part au moins un contact frottant mobile selon une trajectoire prédéfinie et présentant une surface de contact destinée à frotter sur ledit au moins un contact fixe, caractérisé en ce qu'au moins ladite surface de contact est traitée par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions, et en ce que les contacts fixe et mobile sont à nu.
Il en résulte à ce que le commutateur électrique est dépourvu de lubrifiant, c'est-à—dire sans graisse de contact, ce qui est une amélioration conséquente des commutateurs électriques connus et présente un avantage considérable en termes de coût et de temps de montage des commutateurs sans pour autant nuire à la fiabilité de fonctionnement en termes de cycles de fonctionnement, d'usure, de résistance de contact, de robustesse contre des contaminations ou de l'oxydation.
Malgré le fait que le bombardement ionique était connu en soi, et comme le prouvent les récentes publications de brevets concernant des commutateurs électriques, l'homme du métier a persisté à considérer la graisse de contact comme essentiel pour le fonctionnement.
Même le document FR2 939 973 pourtant publié deux ans avant US2011/0117383, mais qui est seulement relatif à des connecteurs du type fiches mâle— femelle dont le fonctionnement est différent des commutateurs à contact mobile frottant, n'a pas changé la perception de l'homme du métier dans la nécessité d'utiliser une graisse de contact pour un commutateur électrique à contact mobile frottant.
Par la présente invention, la Demanderesse a donc vaincu un préjugé largement ancré dans le domaine technologique des commutateurs électriques à contact mobile frottant.
De plus, l'impact environnemental d'un commutateur électrique selon l'invention est largement réduit. Par ailleurs, le commutateur électrique peut présenter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : ledit au moins un contact fixe est exempt de graisse de contact ; l'ensemble des contacts fixes et mobiles sont traitées par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions, au moins au niveau des surfaces pouvant entrer en contact électrique ; le contact frottant mobile est en acier, en cuivre, en inox, en bronze, en laiton, en aluminium ou un alliage d'aluminium ; ladite surface de contact du contact mobile frottant comporte un plaquage de nickel sur le substrat formant le contact mobile frottant et un plaquage d'un métal noble sur le plaquage de nickel ; ladite surface de contact du contact mobile frottant comporte un plaquage d'un métal noble sur le substrat formant le contact mobile frottant ; l'épaisseur du plaquage de métal noble est comprise entre 0,25μπι et Ιμηι ; ladite surface de contact destinée à frotter sur ledit au moins un contact fixe présente une surface galbée ayant un premier rayon de courbure compris entre 0,5mm et 5mm dans le sens de déplacement du contact mobile frottant et un second rayon de courbure compris entre 0,5mm et 2mm dans le sens perpendiculaire au déplacement du contact mobile frottant ; les contacts fixe et mobile sont dimensionnés pour faire passer un courant fort, notamment supérieur à 1 A ; les contacts fixe et mobile sont dimensionnés pour faire passer un courant faible, notamment inférieur à 20 mA ; pour le traitement par bombardement ionique, on choisit des ions des atomes du groupe composé d'atomes de gaz rares, de d'azote ou de bore .
L'invention concerne également un module de commande sous volant pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur électrique tel que défini ci- dessus, dont le contact frottant mobile est relié à un levier de commande, notamment de commande des phares ou des essuie-glaces.
L'invention concerne de plus un système d'entraînement motorisé d'un balai d'essuie- glaces d'un véhicule automobile comportant un moteur d'entraînement des balais d'essuie- glace et un commutateur électrique tel que défini ci-dessus pour commander le mouvement de va et vient des balais. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention assortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : les figures la et lb sont des vues de dessus d'un commutateur électrique à contact frottant selon l'invention, les figures 2a et 2b sont des vues de côté et de face d'extrémités d'un contact frottant mobile, la figure 2c est une vue en coupe d'une extrémité de la figure 2a, et la figure 3 est une vue de dessus d'un support de contacts fixes du commutateur électrique à contact frottant.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Les figures la, lb et 3 illustrent un exemple de réalisation d'un commutateur électrique à contact frottant 1.
Un tel commutateur électrique 1 peut par exemple être intégré dans un module de commande sous volant pour véhicule automobile, en particulier pour réaliser la commutation électrique de fonctions de sécurité comme par exemple la commande des feux, des essuie-glaces etc, ou encore dans un système d'entraînement motorisé de balais d'es suie-glace pour commander le mouvement de va et vient des balais.
Dans les figures, on a représenté un commutateur électrique pour courant faible, c'est-à- dire pour faire passer un courant inférieur à 20mA.
En alternative, on peut transposer l'invention pour un commutateur électrique de courant fort, c'est-à-dire supérieur à 1A, qui se distingue d'un commutateur de courant faible en particulier par la section transversale augmentée des conducteurs pour pouvoir faire passer ce courant fort.
Ce commutateur électrique 1 comporte d'une part au moins un, sur la figure la plusieurs contacts fixes 9 disposés sur un support 7. Le support 7 est par exemple une carte à circuit imprimé et les contacts fixes 9 sont des plages de contactage.
Des pistes électriques de cette carte à circuit imprimé relient les contacts fixes 9 à un circuit électrique de commande. On a représenté sur les figures 1 à 3, un support 7 présentant un centre percé 8 de manière à laisser passer par exemple un levier et des fils électriques d'une manette de commande sous-volant.
Comme illustré sur les figures 1 à 3, les contacts fixes 9 sont disposés en cercle sur le support
7.
On distingue ainsi sur la figure 3 que le support 7 comporte huit contacts fixes 9 se présentant sous la forme de bandes d'arc de cercle.
Les contacts fixes 9 définissent ainsi quatre états de commutations différents du commutateur électrique 1, étant donné que pour des raisons de sécurité de fonctionnement, les contacts fixes 9 sont doublés dans cet exemple.
On a également prévu un contact fixe supplémentaire 14 présentant la forme d'un anneau, et reliée à une alimentation ou à la masse.
Ce contact fixe supplémentaire 14 est par exemple disposé concentriquement au cercle formé par les contacts fixes 9.
D'autre part, le commutateur électrique 1 comporte au moins un contact frottant 3 mobile pouvant évoluer selon une trajectoire prédéfinie, dans le présent cas une trajectoire en arc de cercle pouvant le mettre en contact avec un ou plusieurs des contacts fixes 9. Cette trajectoire est au moins partiellement parallèle au plan défini par le support 7, c'est-à-dire la carte à circuit imprimé. Selon l'exemple montré sur les figures la et lb, il s'agit d'un commutateur rotatif et le contact frottant mobile 3 peut donc réaliser un mouvement de rotation.
Selon une variante non représentée, le contact frottant mobile peut être réalisée sous la forme d'un chariot se déplaçant selon une trajectoire en ligne droite pour pouvoir entrer en contact avec des contacts fixes disposés en ligne.
Le contact frottant 3 mobile est par exemple relié à un levier de commande, notamment de commande des phares ou des essuie-glaces. Ainsi, par le mouvement exercé par un utilisateur sur le levier de commande, le contact frottant mobile 3 est déplacé selon la trajectoire prédéfinie.
Le commutateur 1 peut ainsi établir un contact électrique pour une ou plusieurs positions prédéfinies du contact frottant mobile 3 avec au moins un contact fixe 9 correspondant porté par le support 7.
Comme on peut le distinguer sur les figures la et lb, le contact frottant mobile 3 se présente sous la forme d'une fourche ayant au moins deux, ici trois branches 11, 12, 13 avantageusement flexibles, montées sur une embase mobile. L'embase mobile comporte en outre des moyens de fixation à un élément de commande du dispositif (non représenté).
Les branches 11, 12 sont aptes à établir deux contacts électriques simultanés avec deux contacts fixes 9 correspondantes et sont doublées pour mieux assurer la sécurité de fonctionnement.
La branche 13 est en contact frottant avec le contact fixe supplémentaire 14.
Le contact frottant 3 comporte sur chaque branche 11, 12, 13 une extrémité 5 galbée sollicitée vers ledit support 7. Ainsi, selon sa position angulaire, la partie bombée de l'extrémité galbée 5 entre en friction avec le contact fixe 9 correspondant, pour établir un contact électrique. L'extrémité 5 de chaque branche forme donc une surface de contact 10 destinée à frotter sur ledit au moins un contact fixe 9.
Au moins cette portion de l'extrémité 5 de chaque branche destinée à frotter sur un contact fixe 9 est traitée par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions.
Ce traitement par bombardement ionique confère à cette portion traitée un meilleur état de surface réduisant la friction. De plus, ce meilleur état de surface empêche la contamination du contact mobile frottant, par exemple par de la silicone.
De plus, ce traitement permet de prévenir les risques d'oxydation ce qui permet de garder la résistance de contact à un niveau admissible pendant toute la durée de vie du commutateur.
De plus, les contacts fixe 9 et mobile 3 sont à nu, c'est-à-dire exempts d'un lubrifiant, comme par exemple de la graisse de contact.
Ainsi, lors du procédé d'assemblage, il n'y a plus besoin de prévoir une étape fastidieuse d'application de graisse de contact. La suppression de l'étape de graissage rend le commutateur moins polluant pour l'environnement.
Selon un développement, aussi bien les contacts fixes 9 et frottant mobiles 3 sont traités par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions. Il peut s'agir d'un traitement local seulement au niveau des surfaces qui entrent en contact, ou on peut également envisager un traitement des contacts fixe et frottant mobile dans son ensemble.
Le contact frottant mobile 3 peut être en acier, en cuivre, en inox, en bronze, en laiton, en aluminium ou un alliage d'aluminium. On attire notamment l'attention sur des contacts frottants mobile en acier ou inox qui sont moins chers que les contacts en cuivre, bronze ou laiton. En effet, le bombardement ionique permet de réduire, voire supprimer la formation d'une couche d'oxyde isolante au niveau du contact mobile, de sorte qu'un plaquage de nickel n'est plus nécessaire. Dans ce cas, on envisage que le substrat du contact mobile frottant est soumis dans son ensemble au bombardement ionique par un faisceau d'ions.
Pour le traitement par bombardement ionique de tous les modes de réalisation, on choisit par exemple des ions des atomes du groupe composé d'atomes de ga2 rares (notamment He, Ne, Ar, Kr, Xe), d'azote ou de bore. Selon une variante, la surface de contact 10 du contact mobile frottant 3 comporte un plaquage de nickel sur le substrat formant le contact mobile frottant 3 et un plaquage d'un métal noble, comme de l'or ou de l'argent, sur le plaquage de nickel. Le bombardement ionique intervient dans ce cas après le dépôt du plaquage du métal noble.
Selon une autre variante, ladite surface de contact 10 du contact mobile frottant 3 comporte seulement un plaquage d'un métal noble, comme de l'or ou de l'argent, sur le substrat formant le contact mobile frottant. Cette variante a de plus l'avantage de supprimer le plaquage de nickel qui est nécessaire dans la technique connue pour pouvoir faire adhérer le métal noble au substrat, notamment en cuivre ou laiton. Donc, en plus de la suppression de la graisse de contact, on peut s'affranchir du nickel ce qui permet aussi de rendre le commutateur moins polluant pour l'environnement, aussi bien lors de sa fabrication qu'en fin de vie. De plus, la suppression du plaquage de nickel permet aussi de supprimer une étape dans la fabrication du commutateur et de réduire le coût du commutateur électrique. En effet, le traitement par bombardement ionique n'a pas seulement pour effet d'améliorer l'état de surface de la surface de contact électrique, mais aussi de permettre l'adhérence du métal noble au substrat qui est dans un métal non noble, ceci sans passer par un plaquage comme du nickel par exemple.
Pour ces deux variantes ci-dessus on prévoit que l'épaisseur du plaquage de métal noble (l'or et de l'argent) est comprise entre 0,25μπι et Ιμπι, ce qui est bien inférieur aux épaisseurs connues jusqu'à présent de 2 à 3μπι. Avec le coût de matière des métaux nobles qui a augmenté ces derniers temps de façon très importante, la diminution importante de l'épaisseur de métal noble et donc de la quantité de métal noble à appliquer permet également une diminution significative du coût de revient du commutateur électrique.
Selon une troisième variante, aucun plaquage n'est appliqué à la surface de contact électrique 10. Cette extrémité est donc seulement traitée par bombardement par un faisceau d'ions. Ceci permet encore de réduire le coût de fabrication du commutateur électrique tout en assurant un bon fonctionnement sur toute la durée de vie du commutateur électrique, tout ceci sans graisse de contact.
Le tableau suivant synthétise les modes de réalisation considérés comme les plus avantageux, sans pour autant être exhaustif. Ce qui est commun à toutes ces variantes, c'est qu'il n'y a plus de lubrifiant de contact.
Mode de Substrat Lubrifiant Plaquage Plaquage métal Traitement par bombardement réalisation de contact nickel noble (exemple ionique
or, argent)
1 Cuivre Non Oui Oui Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
2 Laiton Non Oui Oui Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
3 Acier Non Oui Oui Ensemble du substrat
4 Inox Non Oui Oui Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
5 Bronze Non Oui Oui Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
6 Cuivre Non Non Oui Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
7 Laiton Non Non Oui Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
8 Acier Non Non Oui Ensemble du substrat
9 Inox Non Non Oui Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
10 Bronze Non Non Oui Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
11 Cuivre Non Non Non Surface de contact électrique ou ensemble du substrat 12 Laiton on Non Non Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
13 Acier Non Non Non Ensemble du substrat
14 Inox Non Non Non Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
15 Bronze on Non on Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
16 Aluminium Non Non Oui Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
17 Alliage Non Non Oui Surface de contact électrique ou d'aluminium ensemble du substrat
Mode de Substrat Lubrifiant Plaquage Plaquage métal Traitement par bombardement réalisation de contact nickel noble (exemple ionique
or, argent)
18 Aluminium Non Non Non Surface de contact électrique ou ensemble du substrat
19 Alliage Non Non Non Surface de contact électrique ou d'aluminium ensemble du substrat
Comme on le voit sur les figures, notamment 2a, 2b et 2c, l'extrémité 5 des contacts frottants mobile est bombée ou galbée. Le rayon de courbure de la première partie bombée de l'extrémité galbée 5 est compris entre 0,5mm et 5mm (figure 2c) dans le sens de déplacement du contact mobile frottant.
Le rayon de courbure r de la deuxième partie bombée de l'extrémité galbée 5 est compris entre 0,5 et 2mm (figure 2b) dans le sens perpendiculaire au déplacement du contact mobile frottant. On comprend donc que l'on peut réaliser un commutateur électrique à contact mobile frottant sans lubrifiant de contact, voire sans plaquage de nickel et même aussi sans métal noble ce qui permet un coût de revient compétitif, une meilleure compatibilité environnementale assurant une sécurité de fonctionnement exemplaire.

Claims

REVENDICATIONS
Commutateur électrique à contact frottant (3) comprenant d'une part au moins un contact fixe (9) et d'autre part au moins un contact frottant mobile (3) selon une trajectoire prédéfinie et présentant une surface de contact (10) destinée à frotter sur ledit au moins un contact fixe (9), caractérisé en ce qu'au moins ladite surface de contact (10) est traitée par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions, et en ce que les contacts fixe (9) et mobile (3) sont à nu.
Commutateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un contact fixe (9) est exempt de graisse de contact.
Commutateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ensemble des contacts fixes (9) et mobiles (3) sont traitées par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions, au moins au niveau des surfaces pouvant entrer en contact électrique.
Commutateur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le contact frottant mobile (3) est en acier, en cuivre, en inox, en bronze, en laiton, en aluminium ou un alliage d'aluminium.
Commutateur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface de contact (10) du contact mobile frottant (3) comporte un plaquage de nickel sur le substrat formant le contact mobile frottant et un plaquage d'un métal noble sur le plaquage de nickel.
Commutateur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface de contact (10) du contact mobile frottant (10) comporte un plaquage d'un métal noble sur le substrat formant le contact mobile frottant.
Commutateur électrique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'épaisseur du plaquage de métal noble est comprise entre 0,25μηι et Ιμπι.
Commutateur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite surface de contact (10) destinée à frotter sur ledit au moins un contact fixe présente une surface galbée ayant un premier rayon de courbure (R) compris entre 0,5mm et 5mm dans le sens de déplacement du contact mobile frottant et un second rayon de courbure (r) compris entre 0,5mm et 2mm dans le sens perpendiculaire au déplacement du contact mobile frottant.
9. Commutateur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les contacts fixe (9) et mobile (3) sont dimensionnés pour faire passer un courant fort, notamment supérieur à 1 A.
10. Commutateur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les contacts fixe (9) et mobile (3) sont dimensionnés pour faire passer un courant faible, notamment inférieur à 20 mA.
11. Commutateur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que pour le traitement par bombardement ionique, on choisit des ions des atomes du groupe composé d'atomes de gaz rares, de d'azote ou de bore.
12. Module de commande sous volant pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dont le contact frottant mobile (3) est relié à un levier de commande, notamment de commande des phares ou des essuie-glaces.
13. Système d'entraînement motorisé d'un balai d'es suie-glaces d'un véhicule automobile comportant un moteur d' entraînement des balais d' essuie-glace et un commutateur électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour commander le mouvement de va et vient des balais.
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