Переключатель с трансформацией тактильных режимов Российский патент 2024 года по МПК H01H13/00 H01H13/14 G06F3/23 

Параллельно с развитием компьютерной техники развивается индустрия компьютерных игр, где важным фактором является скорость срабатывания переключателей клавиатуры, тогда как при обычном вводе информации с использованием клавиатуры в компьютере скорость срабатывания переключателей клавиатуры не имеет критического важного значения. Также важным фактором, особенно при частом использовании клавиатуры, является тактильные ощущения, получаемые пользователем клавиатуры.

Для удовлетворения потребностей пользователей клавиатур разработаны переключатели выдающие различные виды тактильных ощущений.

Многие пользователи компьютеров для различных условиях ввода информации в компьютер: "печать текста" или "скоростная игра" используют отдельные клавиатуры, отличающиеся тактильными ощущениями.

Из области техники известен "Низкопрофильный переключатель", патент США US 4467160 от 21 августа 1984 года. Этот переключатель обеспечивает относительно короткий ход клавиши. Переключатель работает с гистерезисом, обеспечивающим запаздывание срабатывания контактов при нажатии на клавишу и запаздывание размыкания контактов при отпускании клавиши.

Изначально наличие эффекта гистерезиса было необходимо для корректной работы вычислительных машин.

Для получения эффекта гистерезиса в конструкции переключателя имеется кнопка и плунжер, сцепленные между собой при помощи крючковых рычагов. Сцепление обеспечивает небольшой люфт между кнопкой и плунжером.

При нажатии на кнопку переключателя плунжер вместе с кнопкой начинает опускаться вниз, при этом V-образные кулачковые поверхности (в дальнейшем -"щупы"), расположенные на подвижном контакторе, сначала давят на вертикальные поверхности кулачков плунжера, потом переходят на наклонные поверхности плунжера, после чего плунжер "отстреливается" вниз на величину имеющегося люфта между кнопкой и плунжером, подвижный U-образный контактор стремится разогнуться, контакты подвижного контактора смыкаются с контактами неподвижного контактора, и происходит срабатывание переключателя. Также в момент "отстреливания" плунжера от кнопки происходит характерный звук щелчка. После отпускания кнопки пружина возвращает кнопку с плунжером в верхнее положение, при этом плунжер, воздействуя кулачками на щупы, размыкает контакты контакторов.

Для устранения щелкающего эффекта кнопка с плунжером объединены в одну деталь, вследствие чего отсутствует "люфт". Нет люфта - нет щелчка. При этом различные профили кулачков плунжера создают разные тактильные ощущения.

Переключатели, используемые в клавиатурах, разделили на типы режимов получаемых пользователем ощущений:

1."Линейные" - при нажатии на клавишу срабатывание переключателя никак не обозначается: ни тактильно, ни щелчком.

2."Тактильные" - при нажатии на клавишу, ощущается кратковременное увеличение сопротивления на клавише, которая потом спадает, что дает тактильное ощущение срабатывания переключателя.

3."Щелкающие" - при нажатии на клавишу, перед срабатыванием переключателя, ощущается кратковременное увеличение сопротивления и происходит щелчок.

Недостатком данной конструкции является то, что переключатель возможно изготовить, работающем только в одном из имеющихся типов, - отсутствует возможность изменить тип (режим) переключателя, без замены деталей в конструкции переключателя, таких как кнопка и плунжер.

Еще одним недостатком является то, что невозможно изменить усилие нажатия на клавише без замены пружины.

Еще одним недостатком является то, что для замены пружины необходимо разбирать переключатель путем отделения крышки от основания.

Еще одним недостатком является невозможность использования этого переключателя как оптический переключатель, где срабатывание переключателя происходит не за счет смыкания или размыкания электроконтактов, а за счет перекрытия светового луча между излучателем светового луча и приемником светового луча.

Цель изобретения

1. Создание переключателя, в настройках которого есть различные типы выдаваемых тактильных ощущений, и позволяющего пользователю самостоятельно выбирать и устанавливать тип переключателя по тактильным ощущениям.

2. Создание переключателя с возможностью изменения прилагаемого усилия на клавише без замены пружины.

3. Создание переключателя, позволяющего заменять пружину без отделения крышки от основания.

4. Создание переключателя с возможностью использования его в качестве оптического переключателя.

Для достижения поставленных целей переключатель, имеющий основание (25) и крышку (1), отличается тем, что в крышке имеются: центральное отверстие (2), направляющие плунжера (3), выемку для пластин (4), гнездо звуковой пластины (5), фиксатор звуковой пластины (6), вырез для доступа к молоточку (7), окно подсветки переключателя (8), зацеп молоточка (9), вырезы для упоров плунжера (10), установочные выступы (11), фиксирующие выступы (12), соединительные крючки (13), окна доступа к упорам плунжера (14); плунжер (15) вставленный ребрами плунжера (16) в направляющие плунжера (3), с возможностью скольжения, но без возможности осевого вращения, держатель клавиши (24), выступающий наружу крышки через центральное отверстие (2), плунжер ребрами упирается в верхнюю внутреннюю плоскость крышки; на плунжере имеются кулачки плунжера (17), состоящие из вертикальной части кулачка (18), наклонной части кулачка (20), а в определенных случаях, и впадины кулачка (19), так же на плунжере имеется толкатель молоточка (21) имеющий наклонную часть толкателя (22), в нижней части плунжера имеется шток (23), а в верхней части держатель клавиши (24); в гнездо звуковой пружины (5) установлена звуковая пружина (37), выполненная в виде пружины кручения; один конец звуковой пружины имеет вид выступающего усика, этот усик вставлен в фиксатор звуковой пружины (6), другой конец звуковой пружины имеет вид длинного усика, который является молоточком (38), в основании (25) предусмотрены гнездо неподвижной пластины (26) и гнездо пружинной пластины (28) в которые соответственно установлены неподвижная пластина (45) и пружинная пластина (46), с имеющимися на них электроконтактами (47) и токопроводящие выводы (49), при этом расположенный на пружинной пластине щуп (48) упирается в кулачок плунжера (17), выводы пластин выведены наружу соответственно через отверстие вывода неподвижной пластины (27) и отверстие вывода пружинной пластины (29); так же на основании (25) имеются держатель звуковой пружины (30), косая направляющая молоточка (31), окно подсветки переключателя (8) в которое при необходимости может быть установлен светодиод; направляющие упоров плунжера (32), фиксаторы упоров плунжера (33), резьбовое отверстие (34) в которое вкручена резьбовая втулка (39) имеющая упорную плоскость (40) и шлицы (41), между упорной плоскостью (40) и плунжером установлена пружина (36), которая удерживает плунжер (15) в верхнем положении; через вырезы для упоров (10) между направляющими упоров плунжера (32) установлены упоры плунжера (42) на которых имеются отверстия упора (43) и фиксирующее отверстия упора (44), в "рабочим положением" упоры плунжера установлены фиксирующим отверстием упора (44) на фиксаторы упоров плунжера (33), вследствие чего во время работы переключателя плунжер в нижнем положении упирается в упоры плунжера (42), если упоры плунжера выдвинуты и установлены отверстиями упора плунжера (43) на фиксаторы упоров плунжера (33) то, это "режим перенастройки типа переключателя", т.е. в этом случае плунжер может опуститься до основания (25), из за чего полностью выходит из направляющих плунжера (3), после чего плунжер может вращаться вокруг своей оси, т.к. высота плунжера немного меньше расстояния от нижней части направляющих плунжера (3) до основания (25); крышка (1) сцеплена с основанием (25) соединительными крючками (13) через пазы для соединительных крючков (35), на держатель клавиши (24) установлена клавиша (50), при этом соединение держателя клавиши с клавишей выполнено таким образом, что клавишу на держателе клавиши после переустановки типа переключателя всегда можно устанавливать в "правильном" (изображение на клавише расположено верхом в верх) к оператору положении в независимости от выбранного и установленного режима переключателя.

Резьбовая втулка (39), имеющая возможность вкручиваться в основание (25) и выкручиваться из него, делает возможным увеличивать и уменьшать усилие, необходимое при нажатии на клавишу. При закручивании втулки пружина сжимается, увеличивая требуемое при нажатии на клавишу усилие, а при выкручивании втулки пружина имеет меньшее сжатие, что снижает требуемое усилии при нажатии на клавишу.

Имеющаяся возможность полностью выкручивать резьбовую втулку (39) из основания (25), дает возможность вынимать и вставлять пружину (36) без отделения крышки (1) от основания (25)

На крышке имеются установочные выступы и фиксирующие выступы. Переключатель устанавливается в отверстие на приборной панели до упора в установочные выступы и удерживается в нем фиксирующими выступами.

При использовании данного переключателя в режиме оптического переключателя, при нажатии на клавишу (50) шток (23) опускается вниз, через сквозное отверстие в резьбовой втулке шток выходит и перекрывает луч, идущий от источника светового луча (51) к приемнику светового луча (52), контроллер клавиатуры считывает изменение светового потока и происходит срабатывание переключателя, при этом переключатель полностью сохраняет возможность выбора и перенастройки тактильных режимов переключателя.

Изобретение поясняется чертежами.

ФИГ. 1. Показан развернутый вид деталей, используемых в переключателе. Крышка и клавиша показаны в частичном разрезе.

ФИГ. 2. Показан развернутый вид деталей используемых в переключателе. Крышка и клавиша показаны в частичном разрезе.

ФИГ. 3. Показан разрез А-А.

ФИГ. 4. Показан вид сверху. Клавиша (50) условно не показана. Один из двух упоров плунжера (42) показан выдвинутым в положение "изменение режима переключателя".

ФИГ. 5. Показан разрез Б-Б.

ФИГ. 6. Показан разрез В-В. Один из двух упоров плунжера (42) показан выдвинутым в положение "изменение режима переключателя". В нижней части чертежа показана возможность использования переключателя с трансформацией тактильных режимов в качестве оптического переключателя.

ФИГ. 7. Показан разрез Е-Е.

ФИГ. 8. Показан вид снизу крышки (1) с установленными в него плунжером (15) и звуковой пружиной (37) с молоточком (38). Штриховыми линиями показан молоточек, установленный в зацеп молоточка (9).

ФИГ. 9. Показан плунжер.

ФИГ. 10. Показан плунжер (вид сверху).

ФИГ. 11. Показан плунжер (разрез Г-Г).

ФИГ. 12. Показан плунжер (разрез Д-Д).

ФИГ. 13. Показано основание (25).

ФИГ. 14. Показан неподвижная пластина.

ФИГ. 15. Показана пружинная пластина.

ФИГ. 16. Показана звуковая пружина с молоточком.

ФИГ. 17. Показан упор плунжера (вид сверху и вид сбоку в разрезе).

Принцип работы предлагаемого переключателя

Работа переключателя в "тактильно-щелкающем" режиме

Плунжер (15), удерживаемый пружиной (35), находится в верхнем положении, щуп (48) пружинной пластины (46) упирается в вертикальную часть кулачка плунжера (18), поэтому электрические контакты неподвижной пластины и пружинной пластины разомкнуты, при нажатии на клавишу (50) плунжер начинает двигаться вниз, щуп попадает во впадину кулачка плунжера (19), при выходе щупа из впадины кулачка сопротивление движению плунжера увеличивается, а после выхода щупа из впадины кулачка и перехода движения щупа по наклонной части кулачка (20), сопротивление движению плунжера спадает, палец пользователя, находящийся на клавише (50) тактильно ощущает это как "сработку" переключателя, при этом щуп, двигаясь по наклонной части кулачка переключателя (20) приближает электроконтакт пружинной пластины к электроконтакту неподвижной пластины, после чего электроконтакты смыкаются и происходит фактическое срабатывание переключателя. На плунжере с противоположной стороны кулачка относительно осевой находится толкатель молоточка (21) поэтому, при движении плунжера вниз толкатель молоточка начинает опускать молоточек вниз, при этом молоточек скользит по косой направляющей молоточка (31) вследствие чего молоточек смещается в сторону от плунжера и натягивает звуковую пружину (37), молоточек, смещаясь в сторону от плунжера, доходит до внешнего края толкателя молоточка, после чего освобождается от воздействия на него толкателя молоточка, после чего, натянутая звуковая пружина возвращает молоточек в верхнее исходное положение, при этом молоточек ударяет о корпус крышки, что ощущается (слышится) как щелчок. В это время плунжер, опускаясь вниз упирается в упоры плунжера, после чего клавишу отпускают, плунжер под воздействием пружины возвращается в верхнее положение, при этом кулачок, воздействуя на щуп, отводит электроконтакты пружинной пластины от электроконтактов неподвижной пластины и происходит размыкание электроконтактов; в то же время, плунжер, двигаясь вверх воздействует наклонной частью толкателя (22) на молоточек и отводит молоточек в сторону, молоточек натягивает звуковую пружину, и при достижении молоточком конца наклонной части толкателя молоточка, молоточек освобождается от воздействия толкателя молоточка, а натянутая звуковая пружина возвращает молоточек в начальное положение, при этом так же происходит удар молоточком о корпус крышки производя звук щелчка. Что делает срабатывание переключателя слышимым и ощутимым тактильно.

Для отключения на переключателе щелкающего эффекта используется инструмент типа швейной иглы. Иглой, через вырез для доступа к молоточку, (7) отводят молоточек в сторону от плунжера до имеющегося внутри крышки (1) зацепа молоточка (9), при этом звуковая пружина натягивается, поэтому молоточек создавая давление, удерживается в зацепе молоточка.

Для включения щелкающего эффекта используется инструмент типа швейной иглы, которым толкают молоточек вниз, молоточек выходит из зацепления с зацепом молоточка, и под воздействием натянутой звуковой пружины перемещается в начальное рабочее положение.

Работа переключателя в "тактильном" режиме

Молоточек устанавливается в зацеп молоточка (9) и в данном режиме в работе переключателя не учувствует. Все остальные действия элементов переключателя проходят так же, как при работе в "тактильно-щелкающем" режиме. Что делает срабатывание переключателя ощутимым только тактильно.

Работа переключателя в "линейном" режиме

Плунжер (15) устанавливается так, чтобы кулачок плунжера (17), взаимодействующий со щупом (48) в своем профиле, не имел элемента впадина кулачка (19). Отсутствие впадины кулачка (19) в траектории взаимодействия кулачка и щупа устраняет появление кратковременного увеличения сопротивления при нажатии на клавишу, что делает тактильно не заметным момент срабатывания переключателя.

Все остальные действия элементов переключателя проходят так же, как при работе переключателя в "тактильном" режиме.

Процесс изменения тактильных режимов на переключателе

Сначала снимается клавиша (50) с держателя клавиши (24), затем инструментом типа швейной иглы вставив кончиком через окна для доступа к упорам плунжера (14) в отверстия упоров (43) выдвигаем упоры плунжера в сторону от центральной оси до попадания отверстий упора на фиксаторы упоров плунжера (33), это делает возможным опускать плунжер до основания (25), далее, нажатием на держатель клавиши опускаем плунжер до основания (25) при этом плунжер выходит из зацепления с направляющими плунжера (3), после чего, удерживая плунжер в нижнем положении, поворачиваем плунжер на 90 градусов по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости установки требуемого режима, после чего отпускаем держатель клавиши, плунжер, под воздействием пружины, перемещается в верхнее положение, с помощью иглы через окна доступа к упорам плунжера, перемещаем оба упора плунжера в сторону центральной осевой (в рабочее положение) до момента совпадения фиксирующих отверстий упора (44), с фиксаторами упоров плунжера (33).

Для изменения требуемого усилия нажатия на клавише, вкручиваем или выкручиваем резьбовую втулку, тем самым изменяя степень сжатия пружины, что в итоге меняет усилие нажатия на клавише.

Для извлечения и замены пружины резьбовая втулка полностью выкручивается из основания, что делает возможным извлечение и установку пружины.

Технический результат

Данное изобретение позволяет самостоятельно переустанавливать выдаваемые переключателем тактильные ощущения, назначать и отменять наличие щелчка при срабатывании, изменять требуемое при нажатии на клавишу усилие, извлекать пружину без отсоединения крышки от основания и использовать переключатель в качестве оптического переключателя.

Изобретение относится к области электрических переключателей, а именно к переключателям с трансформацией тактильных режимов, и может быть использовано в электрических и электронных устройствах. Техническим результатом является обеспечение возможности переустанавливать выдаваемые тактильные ощущения путем поворота плунжера требуемым кулачком в сторону щупа, назначать или отменять воздействие толкателя на молоточек и изменять натяжение пружины без отсоединения крышки от основания. Переключатель содержит крышку и основание. В крышке выполнены направляющие плунжера, в которые установлен плунжер с возможностью вертикального перемещения; на плунжере выполнены кулачки и толкатель молоточка. Основание содержит неподвижную пластину с электроконтактами, пружинную пластину с электроконтактами и щупом, резьбовую втулку. На плунжер установлена клавиша. Между плунжером и резьбовой втулкой установлена пружина. При движении плунжера вниз один из кулачков плунжера, взаимодействуя со щупом, смыкает электроконтакты, а толкатель молоточка, воздействуя на молоточек, производит звук щелчка. Тактильные ощущения, выдаваемые переключателем, зависят от формы кулачков, жесткости пружины и наличия щелчка при срабатывании переключателя. 2 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Переключатель, имеющий основание и крышку, отличающийся тем, что в крышке выполнены: центральное отверстие, направляющие плунжера, имеющие длину половины расстояния от внутренней верхней плоскости крышки до основания, выемка для пластин, гнездо звуковой пружины, фиксатор звуковой пружины, вырез для доступа к молоточку, окно подсветки переключателя, зацеп молоточка, вырезы для упоров плунжера, установочные выступы, фиксирующие выступы, соединительные крючки для скрепления крышки с основанием, окна доступа к упорам плунжера, плунжер, установленный ребрами плунжера в направляющие плунжера с возможностью скольжения по направляющим плунжера, но без возможности осевого вращения; на верхней стороне плунжера имеется держатель клавиши, попадающий в центральное отверстие, при этом верхние концы ребер плунжера упираются в верхнюю внутреннюю плоскость крышки; на плунжере выполнены как минимум два кулачка плунжера, состоящие из вертикальной части кулачка, наклонной части кулачка, а как минимум на одном кулачке имеется впадина кулачка; на плунжере выполнен толкатель молоточка, имеющий наклонную часть толкателя; в нижней части плунжера имеется шток; звуковая пружина, выполненная в виде пружины кручения, установлена в гнездо звуковой пружины, один конец звуковой пружины имеет вид выступающего усика, установленный в фиксатор звуковой пружины, другой конец звуковой пружины имеет вид длинного усика, который является молоточком; в основании предусмотрены гнездо неподвижной пластины и гнездо пружинной пластины, в которые соответственно установлены неподвижная пластина, имеющая по меньшей мере один электроконтакт, и пружинная пластина, имеющая U-образную форму, на которой имеется щуп для взаимодействия с кулачком плунжера и по меньшей мере один электроконтакт; неподвижная и пружинная пластины имеют токопроводящие выводы, проходящие на наружную сторону через отверстие вывода неподвижной пластины и отверстие пружинной пластины соответственно, выполненные в основании; держатель звуковой пружины, удерживающий звуковую пружину в гнезде звуковой пружины, косая направляющая молоточка для отведения молоточка в сторону от центральной осевой при воздействии на молоточек толкателя молоточка во время движения плунжера вниз, наклонная часть толкателя, воздействующая на молоточек во время движения плунжера вверх для отвода молоточка в сторону от плунжера, окно подсветки переключателя, в которое при необходимости может быть установлен светодиод; направляющие упоров плунжера, фиксаторы упоров плунжера, резьбовое отверстие, в которое вкручена резьбовая втулка, имеющая упорную плоскость и шлицы, пружина установлена между упорной плоскостью резьбовой втулки и плунжером для возвращения плунжера в верхнее положение после прекращения воздействия на клавишу, упоры плунжера установлены через вырезы для упоров в пространство между направляющими упоров плунжера, в упорах плунжера выполнены отверстия упоров и фиксирующие отверстия упоров; упоры плунжера в "рабочем положении" установлены фиксирующими отверстиями упоров на фиксаторы упоров плунжера, предусмотренные на основании; в "рабочем режиме" плунжер в нижнем положении упирается в упоры плунжера, что делает невозможным полный выход ребер плунжера из направляющих плунжера; при необходимости перенастройки в другой тактильный режим упоры плунжера отводятся в сторону от центральной осевой и фиксируются отверстиями упоров на фиксаторах упоров плунжера, после чего становится возможным опускание плунжера до основания, плунжер, опущенный вниз до основания, полностью выходит ребрами плунжера из направляющих плунжера, что делает возможным проворачивание плунжера вокруг своей оси, путем поворота на 90 градусов плунжер требуемым кулачком ориентируется в сторону щупа так, что после того как будет отпущена клавиша, плунжер под воздействием пружины поднимется вверх и входит ребрами плунжера в направляющие плунжера, а кулачок вступает во взаимодействие со щупом, после чего упоры сдвигаются в "рабочее положение" и фиксируются фиксирующими отверстиями на фиксаторах упоров плунжера; клавиша, установленная на держателе клавиши, при этом соединение клавиши с держателем клавиши выполнено так, что клавишу на держателе клавиши можно устанавливать положением "вверх" по отношению к смотрящему на клавишу, вне зависимости от того, в какой "тактильный" режим повернут и установлен плунжер; резьбовая втулка, имеющая возможность вкручиваться в основание и выкручиваться из основания, делает возможным увеличение и уменьшение усилия, необходимого при нажатии на клавишу, при закручивании втулки, пружина сжимается, увеличивая требуемое при нажатии на клавишу усилие, а при выкручивании втулки пружина уменьшает сжатие, что снижает требуемое усилие при нажатии на клавишу; резьбовую втулку можно полностью выкручивать из основания, что дает возможность вынимать и вставлять пружину без отсоединения крышки от основания.

2. Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что переключатель может быть использован в качестве оптического переключателя, т.е. когда срабатывание происходит за счет перекрытия светового луча, идущего от излучателя светового луча к приемнику светового луча, для этого шток выполнен таким образом, что при нажатии на клавишу шток, опускаясь вниз, выходит через сквозное отверстие в резьбовой втулке и перекрывает световой луч между излучателем луча и приемником луча, что приводит к срабатыванию переключателя, при этом переключатель полностью сохраняет возможность выбора и перенастройки тактильных режимов переключателя.

3. Переключатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на плунжере вместо толкателя молоточка выполнен кулачок плунжера, при этом все кулачки плунжера могут сочетать комбинацию из вертикальной части кулачка и наклонной часть кулачка; и впадины кулачка, при этом размеры частей разных кулачков могут отличаться друг от друга.