RU32340U1 - Пьезоэлектрический переключатель и клавиатура - Google Patents

Abstract

1. Пьезоэлектрический переключатель, содержащий герметичный корпус, в котором сформирована упругая мембрана, расположенные в корпусе пьезоэлектрический чувствительный элемент, установленный на мембрану и срабатывающий при механическом воздействии на корпус в зоне мембраны с наружной стороны, и электронный ключ, представляющий собой плату с электрорадиоэлементами, выполненную с возможностью электрического соединения с чувствительным элементом, отличающийся тем, что переключатель снабжен держателем, выполненным из диэлектрического материала и с возможностью обеспечения фиксации пьезоэлектрического чувствительного элемента относительно платы электронного ключа, а также фиксации последних внутри корпуса, при этом плата электронного ключа ориентирована вдоль оси корпуса.2. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из металла.3. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из диэлектрического материала.4. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что на торце основания держателя, обращенном к пьезоэлектрическому чувствительному элементу, выполнено гнездо для размещения последнего, в основании держателя выполнены окна для обеспечения подключения платы электронного ключа к чувствительному элементу и посадочный элемент, плата электронного ключа имеет паз для установки ее на посадочный элемент держателя и выступы с контактными площадками для электрического соединения с контактными площадками чувствительного элемента через окна в основании держателя.5. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что на торце основания держателя, обращенном к пьезоэлектрическому чувствительно

Description

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

( ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Полезная модель касается конструкции пьезоэлектрического переключателя, который может быть использован в аппаратуре связи, вычислительной технике, в устройствах управления, работающих в энергетической, добывающей, в том числе нефтегазовой, промышленности, в аппаратуре промышленного назначения, в торговой технике, пищевой промыпшенности, медицинской аппаратуре, аппаратуре, используемой на транспорте, в том числе на морском и речном в аппаратуре, работающей на открытой палубе, в автомобильной промышленности и отраслях. Полезная модель касается также конструкции клавиатуры, использующей систему переключателей заявляемой конструкции.

Известен пьезоэлектрический переключатель, содержащий металлический корпус, в котором расположен пьезоэлектрический чувствительный элемент, срабатывающий при механическом воздействии на элемент с внешней стороны корпуса, и плату, выполненную с возможностью электрического соединения с пьезоэлектрическим чувствительным элементом (патент US .№ 4 430 595, H01L 41/08,1984 г.).

Известен пьезоэлектрический переключатель, содержащий корпус с расположенными в нем пьезоэлектрическим чувствительном элементом и платой, выполненной с возможностью электрического соединения с пьезоэлектрическим чувствительным элементом. Для срабатывания переключателя служит кнопка, расположенная на внешней стороне корпуса, при нажатии на которую оказывается механическое воздействие

МПК7НОЗК17/96 И КЛАВИАТУРА на пьезоэлектрический чувствительиый элемент (патент US Х 6 064 141,

H01L 41/08, 2000 г.).

Ближайшим аналогом к заявляемому переключателю является пьезоэлектрический переключатель, включающий корпус, выполненный с возможностью передачи внешнего механического воздействия, расположенный в корпусе пьезоэлектрический чувствительный элемент, воспринимающей упомян5т:ое механическое воздействие и преобразующий его в электрический сигнал, и расположенную в корпусе плату с электрорадиоэлементами, выполненную с возможностью соединения с пьезоэлектрическим чувствительным элементом (см. ЕР О 343 685, НОЗК 17/96, 1989 г.).

Известные технические решения не гарантируют защищенность переключателя от вредного воздействия окружающей среды и механических нагрузок. Недостаточно надежная фиксация пьезоэлектрического элемента и платы в корпусе переключателя снижает срок его эксплуатации и ограничивает возможность его использования в устройствах , предназначенных для постоянной работы с оператором.

Известна клавиатура, содержащая основание, несущую пленку с контактными опорами, на которых установлены пьезоэлектрические чувствительные элементы с контактными площадками, и покровную пленку, расположенную на контактных площадках пьезоэлектрических элементов, (патент RU № 2 025 771, НОЗК 17/96, 1994 г.).

Установка в известной клавиатуре пьезоэлектрических элементов между несущей и покровной пленками обуславливает недолговечность клавиатуры, снижение ресурса ее работы и невозможность использования ее в различных погодных условиях вследствие разрушения пленок в процессе эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание такого пьезоэлектрического переключателя, который может быть с успехом использован, в том числе, в аппаратуре.

2

эксплуатируемой на от1фытом воздухе в различных климатических районах, в условиях прямого попадания атмосферных осадков, брызг, воды или даже в аппаратуре, полностью погруженной в различные жидкости, в том числе при низких температурах.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в обеспечении гарантированной защищенности переключателей и клавиатуры, использующей такие переключатели, от вредного воздействия окружающей среды и механических нагрузок, в повышении надежности и срока эксплуатации, что обеспечивает возможность использования заявляемых объектов в условиях воздействия горючесмазочных материалов, растворителей, охлаждающих жидкостей, дезинфицирующих растворов и других агрессивных компонентов, используемых при эксплуатации оборудования. Высокие эксплуатационные характеристики переключателя и клавиатуры позволяют применять их в устройствах, предназначенных для постоянной работы с оператором и в аппаратуре специального назначения.

С целью достижения указанного технического результата заявляется пьезоэлектрический переключатель, содержащий герметичный корпус, в котором сформирована упругая мембрана, расположенные в корпусе пьезоэлектрический чувствительный элемент, установленный на мембрану и срабатывающий при механическом воздействии на корпус в зоне мембраны с наружной стороны, и электронный ключ, представляющий собой плату с электрорадиоэлементами, выполненную с возможностью электрического соединения с чувствительным элементом, при этом переключатель снабжен держателем, выполненным из диэлектрического материала и с возможностью обеспечения фиксации пьезоэлектрического чувствительного элемента относительно платы электронного ключа, а также фиксации последних внутри корпуса, при этом плата ориентирована вдоль оси корпуса.

Корпус переключателя может быть выполнен из металла или из диэлектрического материала.

Согласно преимущественному варианту выполнения переключателя, на торце держателя, обращенном к пьезоэлектрическому чувствительному элементу, выполнено гнездо для размещения последнего, а в основании держателя выполнены окна для обеспечения подключения платы электронного ключа к чувствительному элементу и посадочный элемент, при этом плата электронного ключа имеет паз для установки на посадочный элемент держателя и выступы с контактными площадками для электрического соединения с контактными площадками чувствительного элемента через окна в основании держателя.

Согласно другому возможному варианту выполнения переключателя на торце основания держателя, обращенном к пьезоэлектрическому чувствительному элементу, выполнено гнездо для размещения последнего, а на поверхности основания, противоположной упомянутому торцу, выполнен паз, при этом плата электронного ключа имеет паз для сопряжения с пазом основания держателя и выступы с контактными площадками для электрического соединения с контактными площадками чувствительного элемента при упомянутом сопряжении.

Контактные площадки чувствительного элемента электрически могут быть соединены с контактными площадками платы электронного ключа через слой электропроводного клея.

Герметизация полости корпуса может быть осуществлена за счет заливки компаундом, в частности тешюпроводящим компаундом, или за счет пластической массы.

Полость корпуса может быть герметизирована крышкой, соединяемой с корпусом пайкой или сваркой, или посредством клея или другим подходящим способом.

,

переключателей, в которой каждый переключатель выполнен в соответствии с любым из пунктов 1-9. При этом корпуса переключателей объединены в единый корпус, роль которого выполняет основание клавиатуры, полость которого заполнена герметиком, а мембраны переключателей выведены на лицевую панель основания.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, на которых:

на фиг. 1 изображен общий вид переключателя, представленного в разобранном состоянии;

на фиг. 2 - то же, но при ином конструктивном выполнении держателя;

на фиг. 3 - вид переключателя сбоку в разрезе;

на фиг. 4 - то же, повернуто;

на фиг. 5 - один из возможных вариантов выполнения электрической схемы электронного ключа.

на фиг. 6 - клавиатура с системой переключателей.

Пьезоэлектрический переключатель, содержит корпус 1, имеющий форму стакана, в донной части которого сформирована упругая мембрана 2. В зоне мембраны 2 установлен чувствительный элемент 3, выполненный из материала, обладающего свойством пьезоэффекта, и срабатывающий при механическом воздействии на корпус в зоне мембраны 2 с наружной стороны. В полости корпуса 1 расположен электронный ключ, представляющий собой плату 4 с электрорадиоэлементами, соединенными в соответствии с выбранной электрической схемой проводниками, сформированными на плате 4. Для обеспечения фиксации пьезоэлектрического чувствительного элемента 3 относительно платы 4 электронного ключа, а также для фиксации последних внутри корпуса 1 переключатель снабжен держателем 5, установленным в корпусе 1. Па торце держателя 5, обращенном к чувствительному элементу 3, выполнено гнездо 6, в котором при собранном состоянии переключателя размещается

пьезоэлектрический чувствительный элемент 3 полностью (фиг. 1) или частично (фиг. 2), образуя с нижней плоскостью держателя 5 ровную поверхность 7. Держатель 5 вместе с чувствительным элементом 3 установлен своей поверхностью 6 на поверхность мембраны 2, обращенную внутрь корпуса 1.

Плата 4 электронного ключа имеет выступы 8 с контактными площадками 9 для электрического соединения с контактными площадками пьезоэлектрического чувствительного элемента 3. Для осуществления такого соединения, в основании 10 держателя 5, выполненного в соответствии с фиг. 1, предусмотрены окна 11, в которые, при собранном состоянии переключателя, входят выступы 8 платы 4, в результате чего обеспечивается сопряжение контактных площадок 9 платы 4 с контактными площадками чувствительного элемента 3. Соединение контактных площадок чувствительного элемента 3 и платы 4 осуществляется пайкой непосредственно или с помощью дополнительных проводников, либо посредством электропроводного клея, либо иным способом, позволяющим обеспечить надежный электрический контакт во время всего срока службы переключателя. В плате 4 выполнен паз 12, посредством которого плата сопрягается с посадочным элементом в виде перемычки 13 держателя 5.

На фиг. 2 представлен второй вариант выполнения держателя 5, согласно которому в основании 10а держателя выполнен паз 14, при этом плата 4 через паз 12 сопрягается с пазом 14 держателя.

Фиксация положения платы 4 и держателя 5 (в гнезде 6 которого размещен чувствительный элемент 3) в корпусе осуществляется за счет боковых поверхностей 15 и 16 платы 4 и стоек 17 держателя, устанавливаемых в корпусе 1 по плотной посадке.

Корпус 1 пьезоэлектрического переключателя может быть выполнен из металла или из диэлектрического материала. В частности, корпус I может быть выполнен из алюминиевого сплава или из нержавеющей стали

или из медного сплава. Для придания товарного вида изделию в целом корпус 1 подвергают декоративной обработке, либо выбирают материал, отвечающий требованиям привлекательного внешнего вида. Так, например, корпус, выполненный из алюминиевых сплавов, может быть подвергнут анодированию с наполнением окисной пленки красителями различных цветов, а корпус выполненный из нержавеющих сталей или медных сплавов может быть подвергнут полировке. Для повышения функциональности на внешнюю поверхность корпуса может быть нанесена графическая информация различными методами: механической гравировкой, глубоким электрохимическим анодированием, электрохимическим травлением, лазерной гравировкой и т.д.

Для защиты элементов конструкции переключателя от воздействия окружающей среды и дополнительной фиксации внутренняя полость корпуса 1 герметизирована заливкой компаундами или пластическими массами или за счет крышки 18, соединенной с корпусом 1 пайкой, сваркой, посредством клея или другим подходящим способом. В случае коммутации пьезоэлектрическим переключателем больших токов с целью отвода тепла от теплонагруженных элементов на корпус внутренняя полость корпуса 1 может быть залита теплопроводным компаундом или могут быть использованы другие известные методы отвода тепла.

На фиг. 6 изображена клавиатура, которая содержит основание 19, несущее систему переключателей, каждый из которых выполнен в соответствии с любым из пунктов 1-9. Корпуса переключателей объединены в единый корпус, образованный основанием 19 клавиатуры, полость которого заполнена герметиком 20, а мембраны 2 переключателей выведены на лицевую панель 21 основания.

Функция коммутации управляемой цепи осуществляется электронным ключом. Электронный ключ выполняется на дискретных элементах, размещенных на плате 4 из диэлектрического материала с нанесенными проводниками. Выбор схемы соединений элементов и типов

используемых элементов определяется в зависимости от вида выбранной функции коммутации и электрических параметров коммутируемой цепи.

На фиг. 5 показан один из возможных вариантов выполнения электрической схемы электронного ключа.

При нажатии на кнопку в зоне мембраны 2 усилие передается на чувствительный элемент 3 и на его контактных площадках появляется положительный импульс напряжения, который подается на электроды транзисторов V2 и V3. Это приводит к открыванию транзисторов, что соответствует замыканию контактов переключателя. Величина импульса напряжения может достигать 50 В, а так как большинство существующих полевых транзисторов допускают входное напряжение не более 20 В, в схему включен ограничительный диод VI. Резистор R1, включенный параллельно чувствительному элементу 3 и входным цепям транзисторов, удерживает их в закрытом состоянии при отсутствии напряжения на чувствительном элементе 3. Для защиты входных цепей полевых транзисторов от статического электричества и иных паразитных наводок используется резистор R2. Изменяя величину сопротивления резистора R2, можно в определенных пределах регулировать амплитуду и скорость нарастания импульса на контактных площадках чувствительного элемента 3, то есть изменять чувствительность переключателя.

Claims (10)

1. Пьезоэлектрический переключатель, содержащий герметичный корпус, в котором сформирована упругая мембрана, расположенные в корпусе пьезоэлектрический чувствительный элемент, установленный на мембрану и срабатывающий при механическом воздействии на корпус в зоне мембраны с наружной стороны, и электронный ключ, представляющий собой плату с электрорадиоэлементами, выполненную с возможностью электрического соединения с чувствительным элементом, отличающийся тем, что переключатель снабжен держателем, выполненным из диэлектрического материала и с возможностью обеспечения фиксации пьезоэлектрического чувствительного элемента относительно платы электронного ключа, а также фиксации последних внутри корпуса, при этом плата электронного ключа ориентирована вдоль оси корпуса.

2. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из металла.

3. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из диэлектрического материала.

4. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что на торце основания держателя, обращенном к пьезоэлектрическому чувствительному элементу, выполнено гнездо для размещения последнего, в основании держателя выполнены окна для обеспечения подключения платы электронного ключа к чувствительному элементу и посадочный элемент, плата электронного ключа имеет паз для установки ее на посадочный элемент держателя и выступы с контактными площадками для электрического соединения с контактными площадками чувствительного элемента через окна в основании держателя.

5. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что на торце основания держателя, обращенном к пьезоэлектрическому чувствительному элементу, выполнено гнездо для размещения последнего, а на поверхности основания, противоположной упомянутому торцу, выполнен паз, плата электронного ключа имеет паз для сопряжения с пазом основания держателя и выступы с контактными площадками для электрического соединения с контактными площадками чувствительного элемента при упомянутом сопряжении.

6. Переключатель по п.4 или 5, отличающийся тем, что контактные площадки чувствительного элемента электрически соединены с контактными площадками электронного ключа через слой электропроводного клея.

7. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что полость корпуса герметизирована за счет заливки компаундом или за счет пластической массы.

8. Переключатель по п.7, отличающийся тем, что полость корпуса герметизирована за счет заливки теплопроводящим компаундом.

9. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что полость корпуса герметизирована крышкой, соединяемой с корпусом пайкой или сваркой, или посредством клея или другим подходящим способом.

10. Клавиатура, содержащая основание с лицевой панелью, несущее систему переключателей, отличающаяся тем, что каждый переключатель выполнен в соответствии с любым из пп.1-9, при этом корпуса переключателей объединены в единый корпус, роль которого выполняет основание клавиатуры, полость которого заполнена герметиком, а мембраны переключателей выведены на лицевую панель основания.