FI82332B - Mikromekanisk anropstryckknappstation. - Google Patents

Description

82332

MIKROMEKAANINEN KUTSUPAINIKEASEMA - MIKROMEKANISK ANROPSTRYCK-KNAPPSTATION

Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen mikromekaaninen kutsupainikeasema erityisesti hissikäyt-töön.

Erilaisina painokytkiminä käytetään erilaisia perinteisiä mekaanisia painonappeja ja nykyisin myös elektronisia kosketus-nappeja. Mekaaninen painokytkin koostuu napista, painamistiedon välittävästä jousesta sekä metallisista kontakteista. Painokytkin voi olla joko avautuva tai sulkeutuva. Mekaaniseen paino-kytkimeen liitetään joskus merkkivalo, joka ilmoittaa kytkimen tilan. Aiemmin merkkivalot olivat hehkulamppuja, mutta nykyisin käytetään valodiodeja.

Elektroniset kosketuskytkimet mittaavat yleensä kytkimen ja maatason välistä kapasitanssia. Muutos kapasitanssissa aiheuttaa kytkimen virittymisen. Tämän tyyppisissä kytkimissä ei ole liikkuvia osia, joten periaatteessa ne ovat luotettavampia kuin vastaavat mekaaniset painokytkimet.

Mekaanisten painonappien, kuten muidenkin elektromekaanisten kytkimien heikkoutena on niiden huono kestävyys jatkuvassa käytössä. Mekaaniset painonapit vaativat myös suhteellisen pitkän painamisliikkeen. Kosketusnappien luotettavuutta huonontaa niiden herkkyys staattisen sähkön purkauksille. On varsin tavallista, että kapasitiivinen kosketusnappi virittyy itsekseen tilassa, jossa on keinokuituinen kokolattiamatto. Sekä mekaaninen painonappi, että elektroninen kosketusnappi koostuvat lisäksi useista erikseen kokoonpantavista komponenteista.

Nykyisellä mikropiiritekniikalla pystytään valmistamaan hyvin pieniä paineantureita, joiden paineenmuutoksen tunnistus perustuu materiaalin palautuvaan muodonmuutokseen. Tällaiset anturit ovat hyvin toimintavarmoja ja luotettavia. Tämän keksinnön tar-. koituksena onkin tätä tekniikkaa soveltaen aikaansaada paino-kytkin, jolla ei ole edellämainittuja haittoja. Keksinnön mu- 2 82332 kaiselle painokytkimelle on siten pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksintö perustuu siis siihen, että piisirulle työstetään ja muodostetaan mikromekaaninen kytkin, jonka jälkeen tarvittava elektroniikka integroidaan samalle sirulle. Suoritusjärjestys voi olla myös päinvastainen tai samanaikainen. Elektroniikka voi sisältää sekä analogia- että digitaalitekniikkaa ja on toteutettavissa jollain tunnetulla integroitujen piirien valmistustekniikalla (esim. CMOS).

Näin aikaansaatu integroitu painokytkin on pienikokoinen ja luotettava, ja se voidaan haluttaessa tehdä niin älykkääksi, että esim. asennus- ja huoltotyöt helpottuvat ja että ajatus ohjauksen hajauttamisesta toteutuu. Keksinnön mukainen paino-kytkin ei ole herkkä staattisen sähkön purkauksille ja soveltuu hyvin massavalmistukseen. Käyttömukavuudeltaan mikromekaaninen painonappi on perinteisen kosketusnapin tasolla.

Keksinnön mukaisen painokytkimen eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on tunnusomaista se, että kytkinelin muodostuu pii-kappaleeseen työstetystä, sinänsä tunnetusta tyhjö- tai ilmae-risteisestä kondensaattorityyppisestä kapasitiivisesta paineanturista, jossa ainakin kytkinpainalluksen vaikutuksesta taipuva ohut kondensaattorilevy on samaa piisirua kuin johon mainittu elektroniikka on integroitu. Kytkin perustuu tässä tapauksessa siis kapasitanssin muutoksen tarkkailuun.

Keksinnön mukaisen painokytkimen eräälle toiselle edulliselle sovellutusmuodolle on tunnusomaista se että, kytkinelin muodostuu piikappaleeseen sinänsä tunnetulla tavalla työstetystä ohu-: estä alueesta, jonka reunoille tai keskelle on prosessoitu epä- puhtausatomeja venymäliuskasillan muodostamiseksi, ja jossa kytkinpainalluksen vaikutuksesta taipuva alue on samaa piisirua kuin johon mainittu elektroniikka on integroitu. Venymäliuska-;·' silta voi perustua ns. pietsoresistiiviseen ilmiöön, ja proses-

II

3 82332 sointi voidaan suorittaa tunnettuun tapaan diffusoimalla tai ioni-istuttamalla. Tässä tapauksessa napin painallus saa veny-mäliuskasillan epätasapainoon.

Erityisen hyvin kytkin soveltuu hissien yhteydessä käytettäväksi, jossa kerrostasolle sijoitettu kytkin rekisteröi ulkokutsut ja hissikoriin sijoitettu kytkin sisäkutsut, ja syöttää tiedot edelleen hissin ohjausjärjestelmälle sekä ohjaa hissin tilaa osoittavia valodiodeja.

Keksinnön muille edullisille sovellutusmuodoille on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin.

Kuvio 1 esittää keksinnön erään sovellutuksen mukaista paino-kytkimen periaatetta,

Kuvio 2 esittää keksinnön erään toisen sovellutuksen mukaista painokytkimen periaatetta,

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen painokytkimen sivulta katsottuna,

Kuvio 4 esittää lohkokaaviona hissin kutsunappijärjestelmää keksinnön mukaisesti toteutettuna,

Kuvio 5 esittää kuvion 4 mukaisen kutsunappijärjestelmän erästä käytännön toteutusmuotoa.

Kuviossa 1a on esitetty kapasitiivisen paineanturin periaatetta. Piisiruun 1 on työstetty kaksipuolinen kavennus 2, joka muodostaa toisen kondensaattorilevyistä. Toinen vastaavalla tavalla työstetty (ei piirretty) tai sileä kondensaattorilevy 3 liitetään edellä mainittuun siten, että näiden väliseen tilaan 4 4 82332 jää ilmaa tai tyhjiö. Piikiekot 1 ja 3 eristetään kondensaattorin kohdalla eristekerroksella 5. Näin aikaansaadussa kondensaattorissa paineen muutokset lähentävät tai loitontavat kon-densaattorilevyja, jolloin sen kapasitanssi muuttuu. Kuvio 1b esittää kuvion 1a rakenteen sijaiskytkentää.

Kuviossa 2a on esitetty pietsoresistiivisen vastussillan 6 pintakuvio. Silta prosessoidaan piikiekolle diffusoimalla tai ioni-istutuksella. Piikiekkoon on vastussillan 6 kohdalla edullista työstää samantapainen kavennus kuin kuviossa 1a on esitetty. Lepotilassa kaikki sillan vastukset R1-R4 ovat yhtäsuuria. Kun piikiekkoon kohdistuu paine, syntyy rakenteeseen jännityksiä ja venymiä. Tällöin pietsoresistiivisen ilmiön mukaisesti vastusten R1-R4 vastusominaisarvot muuttuvat verrannollisina niissä vallitseviin mekaanisiin jännityksiin, jolloin vas-tussilta 6 joutuu epätasapainoon, joka on tunnetulla tavalla mitattavissa paineen suuruuden selville saamiseksi. Kuviossa 2a on esitetty sillan 6 sijaiskytkentä.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön mukainen painokytkin, jossa on etulevy 7, johon kiinnittyy joustava painokalvo 8. Kalvon 8 alla on paineenrajoitin 9, joka estää ylipaineen pääsyn piipaine-anturille, sekä painokytkinhybridipiiri 10, joka kiinnittyy paineenrajoittimeen 9. Kytkin toimii siten, että painamistieto välittyy painokalvon 8 kautta esim. kapasitiiviselle piipaine-anturille, joka sijaitsee hybridipiirissä 10. Piirillä oleva, anturin ohjaama elektroniikka suorittaa sitten tarvittavat toimenpiteet kytkintoiminnan muodostamiseksi ja painamistiedon edelleen välittämiseksi, kuten jäljempänä olevassa esimerkissä on selostettu.

Kuviossa 4 on esitetty hissikäyttöön tarkoitetun painokytkin-järjestelmän lohkokaavio, jossa on seuraavat pääkomponentit: kapasitiivinen tai pietsoresistiivinen piipaineanturi 11 , pai-neenmittauselektroniikka 12, älykäs pito- ja yhteyslogiikka 13, valodiodien 15 ohjain 14 sekä hissiliitynnän sovitin 16. Paineeni ittauselektroniikalla 12 tunnistetaan paineen muutos.

5 82332

Pitopiiri 13 kirjaa kutsun ja sen kommunikointilogiikka lähettää tiedon siitä sarja- tai rinnakkaismuotoisena liitynnän sovittimen 16 kautta hissin ohjausjärjestelmälle 17, jolloin hissin ohjausjärjestelmä hyväksyy/hylkää kutsun ja lähettää kuittauksen takaisin liitynnän sovittimen 16 kautta pito- ja yh-teysloyiikalle 13. Jos hissin ohjausjärjestelmä hyväksyi kutsun, sytytetään valodiodit 15 valodiodien ohjaimen 14 kautta. Palveltuaan kutsun, ohjausjärjestelmä lähettää kutsun poistoko-mennon liitynnän sovittimen 16 kautta pito- ja yhteyslogiikalle 13.

Kuviossa 5 on esitetty kuvion 4 mukaisen painokytkinjärjestel-män käytännön sovellutus. Kyseessä on kerrostasoon sijoitettava hissin kutsupainikeasema, joka koostuu pääasiallisesti kahdesta painokytkimestä 18 ja kahdesta rekisteröidyn kutsun suuntaa näyttävästä nuolesta 19. Asema on osittain leikattuna siten, että ylempänä näkyy aseman ulkokuori painokytkimen painokalvoi-neen 20, ja alempana koko painokytkinasema 18 keraamiselle pohjalle 21 asennettuna. Pohja voi muodostua muustakin kestävästä eristemateriaalista tehdystä levystä, kuten epoksista. Itse kytkin on merkitty viitteellä 22, jonka keskeltä erottuu paine-anturi 23. Paineanturin kanssa samalle piipalalle integroitu elektroniikka ei ole piirretty, kuten ei myöskään kytkimen pai-nerajoitin. Valodiodeista koottu nuolikuvio 19 on asennettu samalle keraamiselle pohjalle 21 kuin painokytkin 22. Viite 24 on syöttöjännitteen suodatin, joka poistaa rippelin ja häiriö-piikit kytkimen syöttöjännitteestä, ja viite 25 tarkoittaa liitintä, jonka välityksellä kutsupainikeasema kommunikoi hissin ohjausjärjestelmän kanssa. Kun jompaa kumpaa painonapeista 20 painetaan, syttyy vastaava valodiodinuoli 19 hissin ohjausjärjestelmän ensin hyväksyttyä kutsun ja ryhdyttyä toimenpiteisiin sen palvelemiseksi.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksintö ei ole rajoittunut edellä mainittuihin sovellutusmuotoesimerkkeihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (3)

6 82332

1. Mikromekaaninen kutsupainikeasema erityisesti hissikäyt-töön, jossa piisiruun aikaansaatu mikromekaaninen paineanturi toimii kytkinelimenä (2,3;6), joka on ainakin osittain muodostettu samalle piisirulle (1) jolle kytkemistiedon vastaanottava ja tulkitseva elektroniikka (12,13,16) on integroitu, tunnettu siitä, että yksi tai useampia kytkinelimiä (2,3;6) on järjestetty kutsupainikkeeksi kerrostasoilla hissin ulkokut-sujen ja hissikorissa sen sisäkutsujen rekisteröimiseksi ja niiden syöttämiseksi hissin ohjausjärjestelmälle siten, että kukin kytkinelin (23) ja sen elektroniikkaa (12,13,16) sisältävä piisiru on kiinnitetty sopivalle alustalle, kuten keraamiselle tai epoksipohjaiselle levylle (21), johon on liitetty myös kutsua osoittavat valodiodit (19).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kutsupainikeasema, tunnettu siitä, että kytkinelin muodostuu piikappaleeseen työstetystä, sinänsä tunnetusta tyhjö- tai ilmaeristeisestä kondensaattorityyppisestä kapasitiivisesta paineanturista, jossa ainakin kutsupainalluksen vaikutuksesta taipuva ohut kondensaattorilevy (2) on samaa piisirua (1) kuin johon mainittu elektroniikka (12,13,16) on integroitu.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kutsupainikeasema, tunnettu siitä, että kytkinelin muodostuu piikappaleeseen sinänsä tunnetulla tavalla työstetystä ohuesta alueesta, jonka reunoille tai keskelle on prosessoitu epäpuhtausatomeja venymä-liuskasillan (6) muodostamiseksi, ja jossa kutsupainalluksen vaikutuksesta taipuva alue on samaa piisirua kuin johon mainittu elektroniikka (12,13,16) on integroitu. h 7 82332