專利名稱:開關(guān)接點組合件的制作方法
本發(fā)明涉及使用可動接點的電氣與電子開關(guān)機構(gòu)的領(lǐng)域，特別是涉及使用至少一固定接點與至少一可動接點的開關(guān)機構(gòu)。
目前的電子與電氣開關(guān)除了被螺旋彈簧組合件迫壓握持的接點或“彈扣作用”(Snap-action)葉片彈簧接點以外，通常使用凸輪致動葉片彈簧式接點。
這些開關(guān)設(shè)計帶有兩個主要問題;第一、電流處理與小信號能力間有一半成功一半失敗的機會，故導致必須讓兩種應用折衷的一般性目的的設(shè)計;第二、為將接點表面保持于“on”位置的先有技術(shù)開關(guān)機構(gòu)的復雜性。這些復雜的機構(gòu)的制造成本昂貴，且易出故障。
另外，將許多種傳統(tǒng)式開關(guān)設(shè)計制造成小型化成品的企圖是不合實際的，因為其中的元件的復雜性使得它們很難經(jīng)濟地制造成小型。而且，許多傳統(tǒng)式開關(guān)設(shè)計必須采用并不適于自動化制造的組合技術(shù)。
具有將接點保持于適當位置的彈簧裝置的開關(guān)的實例，可見1970年12月8日頒給斯佩思等人的美國專利第3，546，402號。
本發(fā)明在一方面系提供一種用于開關(guān)的接點組合件，包括一陣列的固定表面，它們可以是在一圓周上界定的三個或更多個點的墩柱。這些表面中的至少二個應為接點表面。諸墩柱可以任何型式配置于一個以上的陣列內(nèi)而形成格柵或圓形型式。其中并設(shè)有一可由導電性金屬制成的導電彈性閉合環(huán)圈。彈性閉合環(huán)圈是大于由諸固定接點表面界定的圓周，因此當環(huán)圈裝入陣列內(nèi)時，將受壓迫地置于其間且橋接至少某些接點表面。諸表面的至少兩個被間隔開，而為環(huán)圈提供一個于它被移出在諸表面間的陣列時增加壓迫力的路徑。
在另一方面，本發(fā)明提供一種用于開關(guān)的接點組合件，包括一個由導電材料制成的彈性可變形環(huán)圈和多個墩柱，該等墩柱垂直于環(huán)圈所在平面延伸，并為所述環(huán)圈界定一移動路徑，該環(huán)圈于沿該路徑通過時受壓迫，該等墩柱的位置系設(shè)成使得環(huán)圈于沿該路徑移動時所受的壓迫力在一定位置處顯現(xiàn)有最小與最大值;所述墩柱中的至少某些墩柱會與環(huán)圈達成電氣接觸，而通過該環(huán)圈在對應于一壓力最小值的至少一限定位置處接通至少一電路。
也設(shè)有裝置用來將該閉合環(huán)圈(下文稱為閉合環(huán)圈或簡稱為環(huán)圈接點)移入與移出固定接點表面的該陣列而接觸或離開諸接點表面。通常所設(shè)的裝置系為伸入環(huán)圈內(nèi)且可貼靠環(huán)圈內(nèi)面的預定部分移動以引導環(huán)圈移入及移出該接點陣列的一個致動器或指狀物。通常，可成墩柱形式的諸接點表面系固定于一由諸如塑膠的不導電性材料制成的接點支持體上。
本發(fā)明的一個特征在于，閉合環(huán)圈系在由諸接點表面或墩柱所界定的區(qū)域內(nèi)受迫壓，且此橋接接點可提供良好導電性及最小的接點“跳躍(bounce)”。
本發(fā)明的另一個特征在于，此接點系統(tǒng)可自動對準(self-aligning)，因為環(huán)圈在一允許開關(guān)機構(gòu)被設(shè)計成使它不用借助彈簧式機械偏壓元件即可維持于“on”或“off”位置內(nèi)的接點陣列內(nèi)系最穩(wěn)定。諸接點表面或墩柱系配置成使得在一定位置處有最大與最小壓迫力。通常，在一希望將開關(guān)維持于一穩(wěn)定的“on”或“off”狀態(tài)的開關(guān)位置處將有最小壓迫力。
本發(fā)明的再一個特征在于，此接點系統(tǒng)具有自動刮擦(self-wiping)能力，故可防止異質(zhì)氧化物干擾開關(guān)作用的完整性。具自動刮擦能力的接點可切換低電平電流。
根據(jù)本發(fā)明的一種形式的開關(guān)的一個實例示于附圖中，其中圖1系根據(jù)本發(fā)明制成的一開關(guān)的分解透視圖;
圖2A系沿圖1的線2-2取得的一剖面圖，顯示諸接點位于圖1的第一位置，而圖2B系在諸接點已向箭頭所示方向移動后取得的相同剖面圖;
圖3A、圖3B與圖3C系圖2所示開關(guān)的一部分的示意平面圖，用圖解說明閉合環(huán)圈由一組接點墩柱向另一組墩柱的移動;
圖4A、圖4B與圖4C系另一種配置的接點墩柱的示意圖，用圖解說明一種旋轉(zhuǎn)開關(guān);
圖5A、圖5B與圖5C用圖解說明另一種配置的接點墩柱及閉合環(huán)圈在這些墩柱間的移動情形;
圖6A與圖6B(與圖3在同一圖頁上)系顯示交替墩柱間隔的示意圖。
請參閱附圖，特別是圖1，其中顯示一開關(guān)包含一殼體1、一致動器支持體3、致動器5、環(huán)圈接觸子或閉合環(huán)圈7、接點墩柱9及接點墩柱支持體11。
此實施例系設(shè)計供諸如使用16與32位微處理機的電子設(shè)備等電路之用，供切換在印刷電路板平面的多個并聯(lián)低電平電路。為供這一應用之用，可采用具自動擦刮能力的小型開關(guān)元件拼組成的密集格柵。這種元件在目前的開關(guān)設(shè)計中并未被采用。例如，圖1所示的15極開關(guān)可直接被裝設(shè)于一印刷電路板上，且在墩柱9具標準的0.1英寸間隔時只占用小于2平方英寸的板空間。
殼體1、致動器支持體及致動器3及5、與墩柱支持體11最好由諸如熱塑性聚酯的合適不導電材料制成。一柄頭13或其他裝置附接于致動器支持體3上供移動后者，而且它最好也由熱塑性聚酯制成。
諸固定接點墩柱9最好由精制的磷青銅制成，而諸環(huán)圈最好用銅鈹合金制成。然而應當知道，也可采用其他合適接點材料，包括已鍍上金、銀或一氧化鎘的材料與非金屬導電材料。
在圖1所示配置中，固定接點墩柱9系排列成6×15的一格柵狀。為清晰起見，圖中未畫出所有墩柱。
如圖2A與圖2B所示，墩柱9延伸穿過墩柱支持體11而電氣地接至電線14，這些電線延伸至要被切換控制的適當電路(圖中未畫出)。
將可看到，諸接點墩柱界定了在一周邊上的一系列的點，該周邊在此例中系近似圓形，可由圖3A、圖3B與圖3C清楚說明。圖3A中標號15與17的墩柱組代表一組這些界定在一圓周上的多個點的墩柱。于本案中，我們將界定在可讓一環(huán)圈安置于其間的一圓周上的多個點的一組墩柱稱為一個“陣列”。而整個墩柱排列則稱為一個格柵。環(huán)圈7的大小略大于這些墩柱所界定的圓周，它是在受壓迫或受壓力的情況下被壓嵌入陣列內(nèi)，且因而采取如圖3A所示的非正圓形的、通常為橢圓的形狀。
在這種情況下，應該知道，圓周并不意味著墩柱的排列一定是正圓形。如圖6所示，這排列可使得諸墩柱系和一圓或任何有利型式的周邊一樣地配置在橢圓的周邊上，只要環(huán)圈可受壓迫及被壓嵌入這型式中并如稍后將述及地移動即可。
如圖1-3所示，閉合環(huán)圈接觸子7系被壓配合裝入在固定接點墩柱9間的陣列中的空間內(nèi)。
在被安置后，這配置中的諸環(huán)圈7即在它們所接觸的四個墩柱間作為橋接接觸子。例如，在圖3A中，環(huán)圈7提供墩柱15與17間的接觸。兩組墩柱15與17分別被給予共同標號，因為它們分別作電氣地連接。
諸環(huán)圈系制成略大于接點墩柱間的空間，但并非大到使它們不能適當?shù)乇蛔冃喂┰谑軌浩惹闆r下壓嵌入接點陣列內(nèi)。最好，所用材料的彈性限度并未被超過，使得環(huán)圈將可于在受壓迫情況下被嵌載時和于如下文將述及地在墩柱間被移動時適當變形，且也將可于被移置在一新接點陣列中時恢復其形狀。
操作時，如圖1所示的柄頭13被移動，而一齊移動致動器支持體3與致動器5。諸致動器系如圖2A與B及圖3A、B與C所見地被置于環(huán)圈7內(nèi)。在圖2A與圖3A中，致動器向一個方向貼靠環(huán)圈的內(nèi)表面而使環(huán)圈在墩柱17之間移動。圖3B顯示環(huán)圈在這些墩柱間的過渡狀態(tài)。在這移動期間，接點墩柱17藉開關(guān)的動作而被刮擦。環(huán)圈自然地會傾向于采取一在由對應于最小壓迫力的接點陣列所界定的圓周的多個點內(nèi)的穩(wěn)定位置。因此，致動器桿的持續(xù)移動即會將環(huán)圈移至如圖3C所示在墩柱17與19間的新穩(wěn)定位置。
環(huán)圈在通過墩柱17之間時所受壓迫力增加，且因而將傾向于恢復在墩柱17與19間或在墩柱15與17間的穩(wěn)定狀態(tài)。環(huán)圈移動經(jīng)過這些墩柱時使其接觸表面靠著諸墩柱擦刮，而有助于去除可能會影響接觸操作的氧化物、污物、灰塵與其他雜質(zhì)。在操作中，柄頭13可能不必移行全部行程。一旦環(huán)圈7已通過對應于一最大壓迫力點的墩柱17，它將傾向于彈扣進入一新的穩(wěn)定位置。當環(huán)圈“彈扣”進入其新的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時，對于接點墩柱19也可能有一些擦刮作用，而在回程時對接點墩柱15也一樣。
在圖1所示的開關(guān)中，中央接點墩柱17將成對地被電氣式接通，且將如一般地表示共同接點墩柱。接點墩柱15與19操控不同的電路，故當在一位置時，環(huán)圈7橋接接點墩柱15與17而接通墩柱15與17間的電路，而在另一位置時，環(huán)圈橋接接點墩柱17與19而接通其電路。
接點墩柱15、17與19系成對設(shè)置以提供較小的電路電阻與多余部分。將可看出，為了在圖1所示墩柱格柵中設(shè)置各別的電氣子開關(guān)，系在次一環(huán)圈被置入格柵內(nèi)之前留下一間隔。因此，各環(huán)圈系最好如圖1所示地沿開關(guān)13的移動方向被放置在第一、第四、第七以及其后的每一個第三間隔處。然而，最好再如圖1所示的，每一不同間隔在另一方向也充分被隔開。
雖然，在圖1與圖3所示陣列中的諸接點墩柱的間隔均相等，但并不一定非如此不可。如果諸墩柱間在兩個方向的間隔相等，如圖3所示，這將產(chǎn)生一個一般目的應用的雙穩(wěn)態(tài)橢圓開關(guān)。然而，如圖6A所示，若距離b大于距離a，將使環(huán)圈接點變形成使其主橢圓軸垂直于如箭頭所示的接點移動方向。這配置將為電源應用提供最大的擦刮作用。
若接點墩柱間隔b小于墩柱間隔a，如圖6B所示，則將造成橢圓軸順著如圖6B的箭頭所示的接點移動方向，且將產(chǎn)生一個電鍍干式電路應用的低壓力接點。
圖4A、圖4B與圖4C說明一種以提供具有單極六位置先接后斷“D型”旋轉(zhuǎn)動作的開關(guān)的接點配置。在圖4A中，橋接接觸環(huán)圈25位于主中央固定接點墩柱27與固定接點墩柱29之間。在圖4B中，當一旋轉(zhuǎn)致動器順時鐘轉(zhuǎn)動時，橋接接觸環(huán)圈25被迫使通過一不穩(wěn)定位置，在該位置它與每一接點對29與31中的一個單一接點以及該主中央固定接點墩柱27接觸。這里，環(huán)圈接觸第二對接點31中之一構(gòu)件，且也仍接觸第一對接點29中之一構(gòu)件。如圖4C所示，可動橋接接觸環(huán)圈25會再度自動對準及穩(wěn)定于接點對31與主中央固定接點27之間。由圖應當容易明白，相同標號的接點在此實施例中系成對地做電氣連接，因而，接點墩柱33、35、37與39系分別被電氣式地連接。
圖5A、圖5B與圖5C說明一種供雙極單投通常開/閉“Z型”動作之用的接點配置。在這配置中有兩組接點對在開關(guān)被致動時交替地被橋接。圖5A顯示可動橋接接觸環(huán)圈41穩(wěn)定置于接點對43與45之間。在圖5B中，該橋接接觸環(huán)圈41則成不穩(wěn)定狀態(tài)地過渡。在圖5C中，接點對47與49由穩(wěn)定且自動對準的可動接觸環(huán)圈41予以橋接。
以上所述在圖3、圖4、圖5與圖6中所示的諸接點配置是用來說明本發(fā)明的可能實施例。然而，也可設(shè)計出一種以開關(guān)設(shè)計上所用的幾乎任何常規(guī)方式操作而又可體現(xiàn)本發(fā)明的開關(guān)。因此，藉由變化墩柱與連接配線的配置，即可有幾乎任何種類的開關(guān)動作。
雖然以上所述的開關(guān)構(gòu)造在小型開關(guān)設(shè)計方面可能最有用，但由于其簡單性與簡潔的設(shè)計，使其也可用于任何大小的開關(guān)中。
另外，上述的電氣接點使用接點墩柱陣列，且由這些陣列制成的多個開關(guān)本身也可再利用齒輪或其他合適機械裝置予以組裝在一起而產(chǎn)生更復雜的開關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種用于開關(guān)的接點組合件，其特征在于包含(a)一導電彈性閉合環(huán)圈(b)一由至少三個表面構(gòu)成的陣列，該等表面的至少二個為接點表面，該等表面以彼此固定關(guān)系裝設(shè)于一支持裝置上而位于一較該環(huán)圈的圓周為小的圓周上，且該等表面將該環(huán)圈迫壓限制于該陣列內(nèi)而使該環(huán)圈橋接該等接點表面，(c)其中該等表面中的至少二個被間隔設(shè)置成提供一路徑，為該環(huán)圈被移出該陣列時對該環(huán)圈增加壓迫力，(d)用以移動該環(huán)圈沿該路徑進入及移出該陣列以便與該等接點表面的至少一個構(gòu)成接觸或中斷接觸的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的接點組合件，其特征在于其中包含有另外的固定表面，其至少一個為接點表面;該等另外的固定表面系配置成鄰近于該第一陣列的另一陣列，且與該第一陣列的該等固定表面的某些表面一起或單獨另行界定在一較該環(huán)圈的圓周為小的圓周上的至少三個點;且該閉合環(huán)圈可被移入與移出此額外陣列以便與該等另外的接點表面構(gòu)成接觸或中斷接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的接點組合件，其特征在于其中該導電環(huán)圈只稍大于由該等固定接點表面所界定的該圓周，且當該環(huán)圈被安置于及被移入與移出該接點陣列時系在該環(huán)圈所用材料的彈性限度內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的接點組合件，其特征在于其中該導電閉合環(huán)圈在未受迫壓時通常成圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的接點組合件，其特征在于其中該等固定表面系配置成大致在一圓周上的點的墩柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的接點組合件，其特征在于其中該等墩柱與閉合環(huán)圈系以導電金屬制成，而該支持裝置系為一非導電性塑膠板。
7.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的接點組合件，其特征在于其中該用以移動該閉合環(huán)圈的裝置包含一插入該環(huán)圈內(nèi)圍且可貼靠著該環(huán)圈內(nèi)部的選定部分移動以引導該環(huán)圈移入及移出該接點陣列的致動器。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的接點組合件，其特征在于其中該致動器是一桿體。
9.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的接點組合件，其特征在于其中當該閉合環(huán)圈被安置于及移入與移出該接點陣列時會擦刮該等固定接點表面。
10.一種開關(guān)，其特征在于包含(a)一殼體裝置，(b)一在該殼體裝置內(nèi)的非導電的支持體，(c)多個導電接點墩柱，配置于該非導電的支持體上成一矩形格柵狀而在該支持體上形成由至少四個墩柱界定的一系列空間，(d)多個大致成圓形的導電彈性閉合環(huán)圈，各環(huán)圈均略大于由該等墩柱所界定的該等空間，且受迫壓地安置于選定的某些空間內(nèi)，該等選定空間互相的間隔在一第一方向不少于每隔兩個空間而在一第二方向則每隔一個空間，(e)多個被穩(wěn)固連結(jié)在一起的致動器，每一致動器被插入一環(huán)圈內(nèi)，且可貼抵著該等環(huán)圈內(nèi)部的選定部分一起移動，而引導該等環(huán)圈一起在受迫壓下經(jīng)過兩墩柱間向一第一方向移至在該格柵內(nèi)的相鄰空間，因而使其與成對地被電氣式相連的兩接點墩柱中斷接觸而切斷一第一電路，及與成對地被電氣式相連的兩接點墩柱構(gòu)成接觸而導通一第二電路，且其于此時仍維持與介在該等第一與第二對接點墩柱間且為該等第一與第二電路的電氣性共接點的兩接點墩柱的接觸。
11.一種用于開關(guān)的接點組合件，其特征在于包含一由導電材料制成的彈性可變形環(huán)圈、與垂直于該環(huán)圈所在平面延伸且為所述環(huán)圈界定一移動路徑的多個墩體，該環(huán)圈在沿該路徑通過時會受迫壓;該等墩體的位置系設(shè)成使該環(huán)圈所受壓迫力于它沿所述路徑移動時在一定位置處顯現(xiàn)有最大值與最小值;所述墩體中的至少某些部分可與該環(huán)圈形成電氣性接觸而通過該環(huán)圈在對應于一最小壓迫力的至少一特定位置處接通至少一電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的接點組合件，其特征在于其中該電路系在對應于一最小壓力的至少一另一特定位置處被切斷。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的接點組合件，其特征在于包含多個在一共同平面上間隔設(shè)置的所述可變形環(huán)圈，且其中所述墩體系配置成一為所述環(huán)圈界定多個路徑的格柵狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的接點組合件，其特征在于其中所述諸路徑系相平行，且設(shè)有致動裝置供貼靠著所述諸環(huán)圈以將它們一起沿所述諸路徑移動。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的接點組合件，其特征在于其中所述諸路徑的至少一個含有一個以上的環(huán)圈。
16.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的接點組合件，其特征在于包含沿所述路徑間隔設(shè)置的多個所述可變形環(huán)圈，且其中所述路徑延伸一長度且具有足夠數(shù)目的對應于最小壓迫力的位置，當每一環(huán)圈位于這樣的位置時將被至少一個另一這樣的位置隔離于一鄰近環(huán)圈，該組合件裝置更包括可貼靠著該等環(huán)圈而在維持它們的間隔的狀況下將它們沿所述路徑移動的致動器裝置。
17.一種用于開關(guān)的接點組合件，其特征在于包含(a)裝設(shè)于一非導電的支持體上成固定關(guān)系的多個接點墩柱，(b)該等墩柱在一預定路徑上產(chǎn)生多個陣列，每一陣列界定三個或更多個大致在一圓的圓周上的點，(c)略大于由該等墩柱所界定的該等圓的多個導電的圓形彈性閉合環(huán)圈，(d)該等環(huán)圈受迫壓地放置于該等陣列的某些陣列內(nèi)而電氣性地連接那些陣列的墩柱，(e)彼此成一固定關(guān)系地裝設(shè)于一致動器支持體上的多個致動器桿，該等桿被插于該等環(huán)圈的內(nèi)部且可貼靠著該等環(huán)圈內(nèi)部的選定部分一致地移動，以一致地引導該等環(huán)圈受迫壓地經(jīng)一在兩墩柱間的預定路徑移出它們原先放置于其中的該等陣列而進入一相鄰陣列，而同時構(gòu)成或切斷多個電路。
專利摘要
一種用于開關(guān)的接點組合件，具有一陣列諸如墩柱的固定表面，該等表面系排列成諸如在圓周上的點的形式，且有一導電的彈性閉合環(huán)圈受壓迫地置于該等表面陣列內(nèi)。該環(huán)圈至少通過某些固定表面或墩柱而接通一電路，且系由一致動器予以移入及移出該陣列?？稍O(shè)置多個環(huán)圈及多個陣列。
文檔編號H01H5/04GK87100130SQ87100130
公開日1987年8月12日 申請日期1987年1月7日
發(fā)明者唐納德·H·麥克亞當 申請人:唐納德·H·麥克亞當導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan