Брызгозащищенный кнопочный переключатель со встроенным освещением

Изобретение относится к электротехнике, в частности к коммутационной технике, к которой предъявляются требования по обеспечению брызгозащищенности и водонепроницаемости, и может быть использовано в системах ввода и преобразования информации, в качестве контактных устройств клавиатур, для летательных аппаратов и автотранспорта, работающих в условиях воздействия повышенной влажности, в том числе с возможностью обеспечения подсветки символов. Техническим результатом является брызгозащищенность кнопочного переключателя со встроенным освещением в течение всего периода эксплуатации. Устройство состоит из кнопки 1, корпуса 2, мембраны 3 и возвратной пружины 4. Мембрана 3 удерживается в пазу корпуса 2 в прижатом состоянии с помощью кнопки 1 и возвратной пружины 4. Свет от светодиода 6, попадая в кнопку 1 и пространственный модулятор света, обеспечивает подсвет знаков пространственного модулятора. При малых величинах хода колпачка 1 до момента срабатывания переключателя 5 устройство надежно обеспечивает брызгозащиту монтажной платы 7. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к коммутационной технике, к которой предъявляются требования по обеспечению брызгозащищенности и водонепроницаемости. Оно может быть использовано в системах ввода и преобразования информации, в качестве контактных устройств клавиатур на летательных аппаратах и автотранспорте, работающих в условиях воздействия повышенной влажности, в том числе с возможностью обеспечения подсветки символов.

Анализ применения кнопочных устройств и клавиатур, обеспечивающих защиту внутреннего пространства от проникновения атмосферных осадков, выявил широкое использование устройств, использующих упругие свойства материалов. При этом сложность форм деталей из упругих материалов однозначно указывает на отсутствие жестких ограничений к конструкции, либо на использование дорогостоящей технологической оснастки.

В условиях изготовления мелких серий и жестких ограничений на габаритные размеры, ограничения по температурному рабочему диапазону использование большинства эффективных решений либо не рационально, либо сопровождается рядом недостатков.

Наиболее близкое по конструкции техническое решение известно из патента на изобретение Великобритании №2256969 «WATERPROOF PUSH BUTTON SWITCHES», H01H 9/04; H01H 13/06; H01H 13/52; H01H 9/04; H01H 13/04; H01H 13/52; опубл. 1992-12-23, в состав которого входят: корпус, печатная плата с переключателем, колпачок с толкателем, упругая мембрана, в которой колпачок центрируется в окне корпуса и центрирует мембрану в нише. Мембрана обеспечивает брызгозащиту внутреннего пространства корпуса, однако заявленное техническое устройство имеет ряд недостатков.

К недостаткам аналога относится то, что конструкция характеризуется значительным объемом пространства вокруг колпачка, которое может заполняться водой, для удаления которой требуются дополнительные средства. Кроме того, при воздействии низких температур вода, заполнившая пространство между колпачком и мембраной, замерзает, и поведение кнопочного узла становится непредсказуемым. Кроме того, прочность конструкции ниши, удерживающей упругую мембрану, определяется способом ее изготовления, и предполагает значительные технологические поля около кнопки, накладывая ограничения на расстояние между соседними однотипными кнопками. К тому же, если предположить прозрачность мембраны, то обеспечение заданных светотехнических характеристик встроенного освещения при применении упомянутой конструкции выглядит весьма затруднительно.

Наиболее близким к заявленному устройству является техническое решение по патенту США №7230195 «Button waterproofing structure», Н01H 9/04; Н01Н 9/04; Н01Н 13/86; Н01Н 9/18, опубл. 2006-10-12, в состав которого входят: корпус, печатная плата с переключателем, колпачок с толкателем, упругая мембрана сложной формы и рельефа, в которой колпачок центрируется в окне корпуса, а мембрана центрируется установкой в корпус.

Недостатком прототипа является то, что конструкция характеризуется высокой сложностью формы мембраны, а также значительным объемом пространства вокруг колпачка, которое может заполняться водой при ориентировании прибора вверх, и для удаления которой требуется предусмотреть в конструкции дренаж. Также обеспечение заданных светотехнических характеристик встроенного освещения при применении упомянутой конструкции выглядит весьма затруднительно. При этом воздействие на твердый переключатель через упругую деталь характеризуется невысокими показателями надежности и долговечности.

Задачей изобретения является обеспечение надежности работы устройства в сложных климатических условиях, увеличение срока службы световой панели, обеспечение технологичности выполнения светотехнических характеристик изделия, стабильности (постоянства) светотехнических характеристик изделия в течение периода эксплуатации.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологии обеспечения светотехнических характеристик (яркость, равномерность свечения символов, знаков, надписей и т.п.) при обеспечении требований по брызгозащите, упрощении конструкции, сокращении затрат на оснащение производства.

Это достигается та счет того, что в переключателе со встроенным освещением, содержащем корпус, монтажную плату, имеющую проводящие дорожки, кнопку, выполненную из светопропускающего материала, с внешней стороны которой выполнен пространственный модулятор света, а с внутренней стороны - толкатель кнопки, мембрану из эластичного материала, возвратную пружину, контактное устройство, корпус электрически изолирован от монтажной платы, кнопка установлена в мембрану таким образом, что мембрана погружена внутрь паза, выполненного по периметру кнопки, при этом размеры кнопки над мембраной соответствуют размерам окна в корпусе переключателя, а размеры кнопки ниже мембраны выполнены больше размеров окна в корпусе переключателя, при этом возвратная пружина одной стороной установлена непосредственно на корпусе контактного устройства, а другой стороной зафиксирована толкателем кнопки. Причем мембрана имеет перегородку, упирающуюся в монтажную плату.

Для обеспечения качества брызгозащиты в зависимости от величины хода кнопки форма сечения проникающей внутрь паза части мембраны соответствует сечению, представленному на фиг.2 или имеет Г-образную форму.

Для предотвращения попадания света за пределы околокнопочного пространства мембрана имеет перегородку, упирающуюся в монтажную плату, выполненную, как и сама прокладка, из эластичного материала, например из резины.

В качестве материала кнопки используют светопропускающий материал, например оргстекло или поликарбонат, пространственный модулятор может быть изготовлен в виде наклейки на прозрачной пленке или изготовлен лазерной гравировкой по эмали, например ЭП-2114. Упругая мембрана может быть изготовлена из листа резины, например резины ИРП, вырубкой, или прессованием из гранул, при этом пресс-форма технологична в изготовлении.

Светотехнические характеристики могут обеспечиваться лазерной гравировкой или доводкой светотехнических характеристик нанесением эмалей на поверхности колпачка со стороны толкателя. Пружина устанавливается в натяг после фиксации печатной платы к корпусу.

Заявленное устройство имеет отличия от наиболее близких аналогов, следовательно, заявленное техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности изобретения «новизна».

На чертежах изображена конструкция кнопочного переключателя:

фиг.1 - устройство кнопочного переключателя;

фиг.2 - исполнение проникающей внутрь паза части мембраны с формой сечения, схожей с формой сечения стандартной спичечной головки;

фиг.3 - исполнение проникающей внутрь паза части мембраны с сечением, имеющим Г-образную форму с изгибом вверх;

фиг.4 - исполнение проникающей внутрь паза части мембраны с сечением, имеющим Г-образную форму с изгибом вниз;

фиг.5 - мембрана с перегородкой

Заявляемое устройство состоит из кнопки 1 (фиг.1), модулятора света 1а, толкателя кнопки 16, корпуса 2, мембраны 3, возвратной пружины 4, контактного устройства, например тактового переключателя 5, светодиода 6 и печатной платы 7.

На лицевой поверхности кнопки 1, выполненной из светопропускающего материала, например оргстекла или поликарбоната, имеется пространственный модулятор света 1а в виде листовой детали или слоев эмали, нанесенной любым известным способом (литография, растровая печать, лазерная гравировка и т.д.). Со стороны входа светового потока в кнопке 1 установлена возвратная пружина 4 таким образом, что один ее конец зафиксирован толкателем 1б кнопки 1, а другой - упирается в корпус тактового переключателя 5.

Корпус 2 представляет собой металлическую деталь, обеспечивающую установку кнопки 1 с мембраной 3.

Мембрана 3 представляет собой резиновую прокладку, которая проникает внутрь паза, выполненного по периметру кнопки 1, и обеспечивает брызгозащиту печатной платы 7.

Кнопка 1 прижимает мембрану 3 к корпусу 2. Мембрана 3 удерживается телом кнопки 1, прижатой к корпусу 2, с помощью возвратной пружины 4.

При обеспечении малого хода кнопки 1 до момента срабатывания тактового переключателя 5 устройство надежно обеспечивает брызгозащиту печатной платы 7. Свет от светодиода 6, попадая в кнопку 1, и пространственный модулятор света обеспечивает подсвет знаков пространственного модулятора.

Заявленное техническое решение явным образом не следует из уровня техники. Кроме того, в процессе патентного поиска не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного решения, и, следовательно, оно удовлетворяет условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Предложенное изобретение может применяться в области коммутационной, компьютерной техники и светотехники. Проведенные моделирование в САПР и испытания подтверждают работоспособность изделия и достижение заявленного технического результата. В описании содержатся материальные средства для изготовления устройства. В связи с этим изобретение соответствует критерию патентоспособности изобретения «промышленная применимость». Заявленное изобретение предполагается к использованию в кнопочных обрамлениях на вертолетах Ка-62.

1. Брызгозащищенный кнопочный переключатель со встроенным освещением, содержащий корпус, монтажную плату, имеющую проводящие дорожки, кнопку, выполненную из светопропускающего материала, с внешней стороны которой выполнен пространственный модулятор света, а с внутренней стороны - толкатель, мембрану из эластичного материала, возвратную пружину, контактное устройство, отличающийся тем, что корпус электрически изолирован от монтажной платы, кнопки установлены в мембрану из эластичного материала таким образом, что мембрана, обеспечивая соединение с натягом, погружена внутрь паза, выполненного по периметру кнопки, при этом размеры кнопки над мембраной соответствуют размерам окна в корпусе переключателя, а размеры кнопки ниже мембраны выполнены больше размеров окна в корпусе, при этом возвратная пружина одной стороной установлена непосредственно на корпусе контактного устройства, а другой стороной зафиксирована толкателем кнопки.

2. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что мембрана имеет перегородку, упирающуюся в монтажную плату.

3. Переключатель по п.2, отличающийся тем, что сечение проникающей внутрь паза части мембраны соответствует сечению, представленному на фиг.2.

4. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что сечение проникающей внутрь паза части мембраны имеет Г-образную форму.