кое сечение; на фиг. 7 - то же, в нажатом положении; на фиг. 8 - емкостный переключатель, поперечное сечение; на фиг. 9 и 10 - два типа устройства для параллельного переключателя; на фиг. 11 - пара электрических контактов устройства на фиг. 9, поперечное сечение; на фиг. 12 - переключатели устройства на фиг. 10, поперечный разрез; на фиг. 13- 15 - схемы выходных сигналов, получаемых при использовании устройств на фиг. 9, 10, II и 12; на фиг. 16-кривые зависимости смещения контакта от силы воздействия для тандемнего переключающего устройства; на фиг. 17 - еариакт устройства, изображенного на фиг. 10, поперечное сечение; на фиг. 18 - вариант устройства параллельного переключателя, поперечное сечение; на фиг. 19 -характеристики усилие - смещен не электрических контактов устройстБа, изображенного на фиг. 18; на фиг. 20 - часть устройства, изображенного на фиг. 1; на фиг. 21-то же, поперечное сечение; на фш 22 - электри№ жйе ; пнтакты, изображенные на фиг. 20 на одной кэ стадий изготовле1 яя, вид сверху; на фиг. 23 - то же, вид сбо:«у, последующая стадия изготовления; на фиг. . 24 - форМ{а пазов, изображенных на фиг. 22; на фиг, 25 - характеристики усилие - смещение электрических контактов устройств, показанных на фиг. 20 и на фиг. 26 - характеристики усилие-смещение электрическьл контактов устройств, изображенных на фиг. 20 и 21, при использовании их в тандемной последовательности; на фиг. ST - электрический контакт устройства на фиг. .
Электрический контакт I содержит центральный участок 2,окруженный группой разъединенных изогнутых прорезей 3, прорези 3 раеходятся наружу в радиальных направлениях, предпочтительно с постоянно возрастающей скоростью удаляясь от центрального участка 2. Прорези 3 выполнены 0 форме спирали и предпочтительно, чтобы они исходили из точек, расположенных через равные промежутки вокруг окружности центральных участков, а также находящихся на равных расстояних от цеитра 4.
Прорези 3 могут представлять собой эвольвенты окружности, повторяющиеся трижды с промежутками в 120 вокруг центральных участков 2. Размеры х у витков определяются по формулам
X Гв (Sin Q - QCos Q); у г« (Cos Q + i-QSinQ)
где TO - расстояние от центра 4 до начала каждой спирали;
Q - угол, измеряемый от точки, где начинается каждая спираль, как показано на фиг. 5.
Соседние прорези 3 отстоят на равные расстояния друг от друга. Каждый электрический контакт 1 включает три прорези шириной по 1/2 мм, и каждая из этих прорезей от начала и до конца равна 325 окружности. Прорези 3 имеют участки, смежные друг с другом и расположенные через равные промежутки по областям 5, равномерно расположенным вокруг центрального участка 2. Если нужно, внутреинее окончание каждой прорези 3 может быть направлено внутрь или наружу, т. е. г может быть уменьшено или увеличено, или наружный конец каждой прорези 3 можно направить наружу или внутрь для получения различного пружинного эффекта от электрического контакта, т. е. большего или меньшего усилия для перемещения электрического контакта на определенное расстояние. При желании пружинные эффекты различных электрических контактов могут быть.разными.
На фиг. 1 клавиатура содержит лицевую изолированную пластину (панель) б со множеством отверстий 7 в ней. Под лицевой пластиной укреплен тонкий сплошной металлический лист (основание) 8 предпочтительно из бериллиевой меди толщиной около 1/4 мм, в котором выполнено множество электрических подвижных контактов. Непосредственно под листом и предпочтительно в контакте с ним размещается плоская изолированная пластина 9, которая может быть выполнена из любого известного изоляционного материала, например из майл.ара. В пластине 9 выполнено множество отверстий 10. Лист 8 и пластина 9 могут составлять одно целое, как, например, в схемной печатной плате, причем верхняя поверхность покрывается тонким покрытием, например, из бериллиевой меди. В варианте, изображенном на фиг. 2, основание 8 печатной платы 11 подвергается травлению для получения множества металлизированных участков 12; лежащих в одной плоскости, в каждом из которых находится подвижный электрический контакт 1 и подведенный к нему проводник 13, причем такие проводники подключены к выводам (не показаны) для подачи на контакт I элемента нужного потенциала. В изолирующей пластине выполнено отверстие 14 под каждый KOHTaKt I, показанное пунктиром.
Каждое окно 15 и отверстие 14 совмещаются сосвоим подвижным контактом 1 листа 8. Под изолированной пластиной 9 и предпочтительно в контакте с ней находится схема печатной контактной панели 16, которая может представлять собой известную печатную схемную плату. Стационарные неподвижные контакты 17 выполняются, например, травлением на изолирующем основании 18 печатной панели 16 и каждый совпадает с отверстием 10, подвижным контактом 1 и окном 15. К каждому контакту 7 подводится проводник 19. Пластина 6, металлический лист 8, изолирующая пластина 9 и печатная панель 16 образуют «сэндвич, который нсключительно компактен и составляет только тонкий верхний слой устройст ва.
На фиг. 3 показано устройство 20 ввода данных, например буквопечатающее устройство, вычислитель или оконечное устройство компьютера; в котором может содержаться предложенный электрический контакт. Устройство включает панель клавиатуры 21 со множеством клавиш 22. Каждая клавища имеет шток 23, показанный пунктирной линией, который связан с электрическим коитактим 1. Устройство ввода может иметь такж-е прокладку или шину 24.
Использование электрического контакта в одном из переключателей показано на фиг. 6, 7, 8. На фнг. 6 между центральной частью 2 подвижного контактного элемента электрического контакта 1 и неподвижным контактом 17 нет электрического соединения в исходном состоянии. Если на центральный участок 2 давит шток, он одновременно движется вниз к неподвижному контакту и осуществляет вращательное движение. Это движение вниз и вращение происходят благодаря пружинному действию прорезей 3. При давлении штока спиральные прорези 3 скручиваются и образуют витки, которые приближаются к локсодромической спирали, как показано на фиг. 7. Ориентация прорезей 3, образующая локсодромическую спираль, вызывает значительное вращение центрального участка 2 и создает эффективное скользящее соединение между участком 2 и контактом 17, когда они соприкасаются. Таким образом, если участок 2 и контакт 17 соприкасаются, через электрический проводник 19 и шину 24 замыкается электрическая цепь для питания подключенной к этим проводам схемы.
Если используется емкостное переключение, контакт 17 покрывается тонкой изоляционной прокладкой 25 (см. фиг. 8). Когда электрический подвижный контакт приводится в действие, емкость между центральным участком 2 и контактом 22 значительно больше, чем когда он находится в исходном состоянии. Следовательно в схеме, подключенной между эл.ектрическим контактом и контактом 22, будет присутствовать переменная емкость, зависящая от положения участка 2 н контакта 17. Чтобы обеспечить для подключенной схемы операцию переключения, для различения этих изменений емкости можно использовать известное устрой-ство. чувствительное к измеиенням емкости.
На фиг. 9 клавиатура изображена 8 разобранном виде и с использованием таядекной последовательности электрических коитактов. Эта клавиатура, в некоторых отношениях аналогичная клавиатуре, конструкция KOTOjJei показана на фиг. 1, содержит изолирующую пластину 6, в которой выполнено множество окон 15. Под пластиной 6 установлен тонкий сплошной металлический лист 8 с выполненным в нем множеством подвнжных электрических контактов 1. Непосредственно под листом 8 и предпочтительно в контакте с ним находится ровная изолирующая пластина 9 из любого известного изолирующего материала, например из майлара, в которой выполнено множество отверстий 10. Под изолирующей пластиной 9 предпочтительно в контакте с ней расположен другой тонкий сплошной металлический лист илн основание 26, в котором выполнено множество подвижных электрических контактов t.
Непосредственно под листом 26 предпочтительно в контакте с ним находится другая изолирующая пластина 27, которая по форме и построению может быть идентична пластине 9 н в которой выполнено множество отверстий 10. Под пластиной 27 распол жеиа схемная печатная панель 16, снабженная металлическими неподвижными контактами 17, выполненными, например, при помощи травления на изоляционном основании 18..
Каждое из окон 15 и отверстий 10; 28 и каждый из контактов 17 совмещаются со своей, 5 расположенной вдоль.одной оси парой электрических контактов I на листах 8 и 26 соответственно. Общая ось, по которой располагается каждая пара электрических контактов, перпендикулярна каждому из листов 8, 26. Пластина 6 металлические листы 8 и 26, изолирующие пластины 9 и 27 и панель 16 имеют предпочтительную форму, напоминающую конструкцию «сэндвича.
Если требуется емкостное переключение, контакт 17 и подвижный контакт 1 покрываются изолирующими прокладками 29 и 30 для защиты от короткого замыкания при нажатии книзу переключающих элементов.
Как показано на фиг. 10 и 12, смежно друг с другом могут быть установлены две схемные панели-платы 31, аналогичные схемной плате 16
на фиг. 3, вместе со схемной печатной платой 32, неподвижные контакты 33 которой совмещены с подвижными контактами схемных панелей 31. В изоляционном основании схемных плат 31 выполнены окна 15 под подвижные контакты.
5 Если используется емкостное переключение, контакт 33 и подвижный контакт покрываются ТОНКИМИ изолирующими прокладками 29 и 30 соответственно.
В конструкции, показанной на фиг. 10 и 12, можно получить две операции переключения
0 Как показано на фиг. 13, электрический аналог устройства, изображенного на фиг. 9 и 10, представляет сооой два последовательно включенных конденсатора,
Эяектрические провода (не показаны) подают сигнал на подвижный контакт 1 и передают выходные сигналы от контакта I и контакта 7 или 33. В положении, когда не нажат 1ЮДВИЖНШ1 контакт I, на выводах 34 и35 нет выходного сигнала и емкостная связь между ннмн мала. Когда один подвижный контакт I
(верхний) нажат, емкостная связь между ними н другим контактом возрастает, так что чувствительное устройство отмечает изменение емкости и создает выходной сигнал на выводе 3 но на выводе 35 отсутствует выходной сигнал, как показано на фиг. 14. Если на подвижный
S контакт 1 продолжает оказываться давление, то этот элемент приходит в соприкосновение с прокладкой 30, а дальнейшее движение книзу контакта I заставляет двигаться прокладку 30 или другой контакт L Теперь емкостная связь между контактом 1 и контактом 17 и ГиЗЗ возрастает настолько, чтобы создать второй выходной сигнал ka выводе 35, как показано на фиг. 15. Следует отметить, что первый сигнал, вызываемый движением книзу одного контакта 1, не изменяется по величине, как только
5 он попадает в изолированную прокладку 30, подвижные контакты дртгжутся в паре, но расстояние между ними сохраняется, как только контакт 1 касается прокладки 30, н выходной сигнал на выводе 34 не меняется по величине. Кривая зависимости усилие - смещение
(фйг. 16) линейно возрастает, пока верхний контакт I не зацепляет прокладку 30 (точка А), в это время кривая возрастает более круто; благодаря комбинированному сопротивлению последователького соединения обоих элеюгрически- контактов I, которые действуют как параллельно соединенные пружины, пока другой контакт } не касается прокладки 29. После этого соеди{|е№ия добавочное усилие не выэтлвает добавочного смещения (точка В}. Как показано на фиг. 6. тандемное переключающее устройство обесгаечнваёт достаточно чувствительные сигналы обратной связи (jontiit А н В) от прикосновений пальца стератора« чтобы указать, что одна или обе функцнн переключения выполнены. Если нужна только одна функция пе{ е слючеиия смещение одшш) контента 1 обычно прекращается в точке Л. Еслн один из неподвижных контактов 36 выполнен упругим (фкг. 17), то когда электрический KOHTaKf I достигает 1Ц оводящего упругого контакта 36, вырабатывается один выходной сигнал. , У каждого подвижного контакта t (фиг. 20, 21) есть центральный контакт 2 я множество изогнутых прорезей 3 (пазов), которые, как и на фиг. 4, придают контакту подвижность по сравненн с плоскостью лнста 8. Однако пазь кроме того, служат для расположений множеств изогнутых ножек, всходящих из расположенных через равные промежутки точек лнс тй 8 вблизи центральной точки 4. Ножки 37 по радиальным направлениям сходятся внутрь предпочтительно с постоянно возрастающей скоростью сближения от окружающих участков листа 8, чтобы образовать опору для центральной го контакта 2. Ножки 37 могут быть выполнены в виде растянутых или удлиненных спиралей одинаковой ДЛИНЫ, поддержкваюншх центральный контакт в точках, отстоящих на равные промежутки друг от друга вокруг окружноета центрального контакта « равностоящих от его центральной «гасти 4. Если подвижные контакты 1 следует использовать KiaK контактные переключатели, то каждый из центральных участков или точек 4 может быть выполнен в виде купола, растятиваюшегося кинзу в направлении панели 16 как показаИо на фиг. I. Каждый це;нтральиый участок 2 располагается в плоскости, леЗЬащей в.ыще плоскости, с которой берут начало опорные иожки, т. е. над плоскостью лн(;та &. Количество снториых ножек 37 равно трем, одинаковым по ширине. .Каждая .опорная ножка простирается предпочтительно ни 325°, так что наружный ко-. нец каждой опорной ножки, т. е. участок ее, смежный с листом в, располагается по соседству с ВНуТр ИИИМ концом другой опорной НОЖКИ, т. 6. с участком опорной ножки, смежным с центральным контактом 2. Расстояние 1, показвнное на фиг. 21, между плоскостью лис-та 8 и плоскостью центрального контакта предпочтЕГтельмо рав1;э 3 мм, а внутренние концы опорных ножек начинают радиально расходиться наружу с jpaccToitHHeti 4 мм от центральной части 4 и заканчиваются на расстоянии 7 мм от нее. Ширина я толщина опориых ножек, а таюке степень их расстояния, т. е. расстояние J между плоскостью листа 8 и плоскостью центрального участка 2, определяют зависимость усилие - смещение контактов I. Если нужно, чтобы у различных центральных участков 2 контактов I, нзображенных на фнг. 20, характеристики усилие - смешение были различны, можно изменять расстояние J) или ширину и толщину опорных ножек. Способ выполнения подвижных контактов состоит в том, что вокруг каждого центрального участка 2 выполняется группа изогнутых разъединенных пазов, иеобходнмых для размещения иожки 37. Пазы 3 (предпочтительно три) расходятся в радиальных направлениях наружу (предпочтительно с постоянно возрастающей скоростью) от центральных коитактов 2. Пазы 3, которые могут быть выполнены путем химического фрезерования, могут иметь вид спиралей и предпочтительно исходят из точек, расположенных через равиые промежутки вокруг окружностей цеитральиых коитактов 2, а также равноотстоящих от центра .4 цеитральиых участков 2, это расстояиие предпочтительно равно 4 мм. Предпочтительно также, чтобы пазы 3 представляли собой эвольвенты окружиости, повтореииые трижды через интервалы в 120° вокруг центральных коитакТО8 2. Размеры х и у эвольвент сосхтветствуют формуле ж - Гр (Sin Q - Q Cos Q), ,(CosQ4-QSinQ) где г, - расстояиие. от центральной части до иачала каждой спирали; Q - угол, измеряемый от точки, где начинается каждая спираль, как показано на фиг. 24. На фиг, 22 и 24 можио видеть, что пазы расположены предпочтительно через равные промежутки на участках, где они находятся рядом друг с другом, и простираются от начала и до конца ив 325. Такое расположе Иие пазов 3 создает конструкцию, в у всех трех пазов есть соседние участки, равноотстоящие друг от друга яо областям 5, расположенным через равные промежутки вокруг цш{тральиых коитактов. Как показано: на фиг. 22, в каждом из пазов 3 есть небольщой вырез (участок 38), расширяющий паз примерно на 0,01 мм. За счет этих участков 38, расположенных через равные промежутки по окружиости деитрального контакта 2, умеиьщается толщина небольших участков на каждой из опорных ножек 37, onределяемых пазами 3. Предпочтительно, чтобы участки 38 были размещены ближе к наружным концам паз(Ж 3 на расстояиии примерно 5 мм от них. Коиструкция помещается в формирующую матрицу 39, имеющую верхиюЮ:И нижиюю щеки «Ш и 41: Металлический лист 8 или схемиая плата 11 помещаются в матрице так, чтобы верхние поверхности иаправлеиных вверх зубцов 42 иижией щеки 41 касались цеитральиого участка 2. Затем верхияя щека 40, в которой имеются вырезы 43, совпадающие с зубцами.42 нижней щеки 41, надавливает книзу иа €сэидвич из металлического листа и схемной платы, иаходящийся между верхней и нижней
частями матрицы. Зубцы 42 одинаковы и достаточно высоки для того, чтобы осуществить упругую деформацию опорных ножек 37. кся-да верхняя и нижняя часть матрицы смыкаются, т. .е. опорные ножки 37 рз тягнввюгся с превышением предела их упругости, так что после удаления из матрицы 39 Нормальное пля устойчивое положение центральных кснгтяктов 2 конструкции, находится в плоскости, смещенной относительно плоскости металлического листа 8 или схемной платы II и параллельной нм, как показано на фнг. 21. Высота зубцов предпочтительно составляет около 3 им. Если нужно, чтобы характеристики усилие - смещение у некоторых переключающих элемеатов были различны, некоторым зубцам можно прндать разную высоту, однако нужно соблюдать минимальную высоту, необходимую для выполнення упругой деформацнн опорных иожек 37. Разлнчные характеристики уснлке-:смещеиие могут бытъ получены также за счет различной толщины опорных ножек и яри удалении нли приближении нх внутренних Kcmttos к средней частн 4 центральных коитактсю 2. Крометого, можио закаливать лист 8 или ие таллизироваиные участки 12 на схемной пла те И, например, при иагреваний их в печн щн температуре около бСЮ в течение прибЛ1 Э8тельно двух часов как после дефсфмации ножек 37, так и до их деформации.
ПоСле удаления электрических контактов нз матрнцы 39 опорные ножки 37 остаются деформнрованнымн постоянно и действуют как пружины для поддержания центральных участков 2 в параллельной плоскости, смещенной относительно плоскости листа 8 илисхемной платы П.. Если осуществляется нажатие, например, под действием штока 23 на цевтральиом контакте 2, центральный контакт 2 сме: щается книзу. Более тонкие участки 38 опорных ножек 37 позволяют коитакту 2 смещаться вниз, стережая опорные нткки, двигающиеся книзу. Это дает возможность центральному контакту 2 переместиться под плоскость металлического листа 8 нли схемное платы И раньше полного растяжения ножек 37 для того, чтобы пройти сквозь эту плоскость. Вследствие формы опорных ножек, которая в деформиро анном состояннн близка к лаксодромнческой спирали центральный контакт 2, при его первоначальном нажатнн, вращается в одном направлении под действнем нажатия кяизу, а затем при дальнейшем нажатии его за плоскость листа 8 или схемной платы 11 вращается в протнвоположном направлении.. За счет этого сложного вращательного движення переключающий элемент прнобретает характеристику уснлне - смещенне с отрицательным сопротивлением, при которой для того, чтобы вызвать дальнейшее смещеине центрального контакта 2, требуется меньшее уснлне.
Характеристика усилие - смей1енне кон-, такта 1, изображенного на фнг. 20, положнтельна до тех пор, пока центральный контакт 2 не проходнт под плоскость листа 8 или схемной платы 11 (точка А), а затем для небольшой добавочной частн смещения п характеристика усилие - смещение отрицательна, после чего снова становится положительной (между точкамн А и Н фиг. 25). У электрического контакта с приведенными размерами часть п начинается на участке на 1 мм ниже плоскости листа 8 и оканчивается на 3 мм ниже этой .плоскости. Очевидно, что отрицательную характеристику усилие - смещение можно видоиз0менять, меняя ширину участка 38 нли толщину ножек 37. Переход положительной характерн :твки уснлне - смещение в отрицательиую создает чувствительный сигнал обратной связи воспринимаемый при прикосновении пальца оператора, указывающий оператору на то, что
5 смещення клавнши под действнем нажатня досTaTt HO для нужной операции перекл1бчеиия. Ей зможно использование двух устройств (фиг. 20 и 27) 8 тандемной последовательности, как описывалось выше (электрические контакты на фиг. 9 и И).
о
Толщина опорных ножек, степень закаливания металла, из которого они изготавливаются, а также степень их растяження, т. е. расстояние от плоскости листа 8 до плоскости центрального контакта 2 деформируемого контакта | (фиг. $ равное Предпочтительио 3 мм, определяют характернстику уснли - смещение де формируемого контакта 1 Регулируя характеристики каждого контакта t, .:HO получить большое разнообразие общих характеристнк уснлне -- , необходимых оператору клавиш нли .переключателей. Для того чтобы видоизменить характеристику тандемных элек трическнх контактов, планарной конструкций, деформируемых либо сочетания того и другого, можио нагрузить верхний нлн ннжний электри(кий косггакты нлн оба сразу посредством смещения книзу или усилия, например, в Десять граммов.
Формула изобретения
1.Электрический контакт для переключак щих устройств, выполненный в виде пластин атого электропроводного основання, отличаюцийся тем, что, с целью повышения надежности работы, на ием выполнены прорези в виде спирали, наружные и внутренние концы которых
S радиально расходятся от центра, прнчем каждая прорезь располагается одной своей частью внутри других прорезей, а другой - снаружи другнх прорезей..
2.Электрический контакт по п. 1, отличаК) щийся тем, что прорезн выполнены одннаковыни по шнрнне.
3.Электрический контакт по п. I, агличфощийся тем, что внутренние наружные концы прорезей расположены на равном расстояиин
S от центра;.
4.Способ изготовления электрического коятакта по 1-3, отличающийся тем, что в электропроводном основании выполняют прорези, тюдвергают пластической деформации все учас кн зшектропроводного основания, иесушме смежные прорези, и закаливают дсформируемые участки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Патент США № 3600528. кл. , 1972. 2.Патент США № 369771J, кл. 200-6, 1972.
--
ifut.f
ti
м
vut.i
,t3
a
////J /ymemm mim///////,
jy/j j7j77// j7/:fArj.///jyAfA
.
n n
fvt.7
fin. I
If
t
fet « ;r
4
Pi/ /J -ПГ JJ
ftft If
« J4
fa. It
X
a.
s
If
Oi/r «
fut.t
А-Л
f
I t
-W-4-J
1ГТ
J7
jr
IPut. 11
г «
,ШСЛШ1
ftMft
л
У r/f/
M
