Мембранный переключатель
Полезная модель относится к области электротехники, в частности к коммутационной технике, и может быть использовано в системах ввода и преобразования информации в радиоизмерительной аппаратуре, например, в качестве контактного устройства клавиатур. Обеспечение увеличения долговечности, обеспечения стабильности контактного сопротивления и удешевления мембранного переключателя, в целом, приводит к повышению надежности и эксплуатационных свойств мембранного переключателя. Данный эффект достигается за счет того, что используется выпуклая металлическая мембрана, и все контактные поверхности коммутационной части выполнены с полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида), на котором сформированы наноструктурированные контактные поверхности.
Полезная модель относится к области электротехники, в частности к коммутационной технике, и может быть использована в системах ввода и преобразования информации в радиоизмерительной аппаратуре, например, в качестве контактного устройства клавиатур.
Известна конструкция мембранного переключателя, содержащая гибкую пластину с размыкающими и замыкающими контактами, жесткую пластину, на нижней части которой установлены размыкающие контакты, пластину с замыкающими контактами, причем замыкающие контакты расположены по центру зоны контактирования, прокладку, при этом пластина с замыкающими контактами выполнена гибкой, пластина с размыкающими контактами расположена между двумя гибкими пластинами, жесткая пластина выполнена с отверстием, центр которого совпадает с центром зоны контактирования, по контуру отверстия установлены размыкающие контакты, прокладка выполнена упругой, установлена под гибкой пластиной с размыкающими и замыкающими контактами и имеет отверстие, выполненное соосно с отверстием в жесткой пластине и имеющее размер, превышающий размер внешнего контура размыкающих контактов на величину, обеспечивающую прогиб гибкой пластины с размыкающими и замыкающими контактами с размыканием размыкающих контактов (см. Крылов Н.И., Афанасьева С.М. Мембранный переключатель. Патент РФ 
1597949, Бюл. 37, 20.11.87, кл. H01H 13/52). Недостатком данной конструкции является низкий уровень износоустойчивости, склонность к ложным срабатываниям, нестабильность контактного сопротивления.
Известны конструкции элементов коммутационной техники (герконов) с наноструктурированными контактными поверхностями, полученными методом ионно-плазменной обработки (см. Karabanov S.M.; Zeltser I.A.; Maizels R.M.; Moos E.N.; Arushanov K.A. Creation of Principally New Generation of Switching Technique Elements (Reed Switches) with Nanostructured Contact Surfaces. Journal of Physics: Conference Series, 2011, v. 291, No. 01 2020, pp. 1-17). Недостатком известных конструкций является малый срок службы (низкая долговечность).
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является конструкция мембранного переключателя (см. К.С. Шуклин, Т.П. Иванова, Н.С. Гривцова Мембранный переключатель. Патент РФ 2030007, 27.02.1995, кл. H01H 13/00), содержащая неподвижное основание, мембрану, привод, по меньшей мере пару контактов, один из которых размещен на мембране, а другой - на неподвижном основании, и дистанционную прокладку с отверстиями под пары контактов, а также он снабжен кольцами, которые закреплены на мембране и неподвижном основании в плоскости контактов, при этом каждое кольцо охватывает соответствующий контакт и имеет толщину не менее толщины этого контакта, а диаметры колец равны между собой и больше диаметра отверстия под пару контактов в дистанционной прокладке. Недостатком прототипа являются нестабильность контактного сопротивления и низкая износоустойчивость.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении надежности и эксплуатационных свойств.
Поставленная задача решается за счет увеличения долговечности, обеспечения стабильности контактного сопротивления и удешевления мембранного переключателя.
Данный технический результат достигается тем, что в мембранном переключателе, содержащем неподвижное основание, мембрану, привод, по меньшей мере, пару контактов, один из которых размещен на мембране, а другой на неподвижном основании, при этом он снабжен кольцами, закрепленными на мембране и неподвижном основании в плоскости контактов, которые охватывают соответствующий контакт, новым является то, что металлическая мембрана является выпуклой и опирается кольцевой нижней частью на контактную площадку, расположенную на неподвижном основании, представляющем собой коммутационную плату, а рабочие поверхности центральной части мембраны и выходных контактных площадок на коммутационной плате, выполнены с полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида) (см. ГОСТ 24773-81: Поверхности с регулярным микрорельефом), на котором методом ионно-плазменной обработки сформированы наноструктурированные контактные поверхности.
При совокупном использовании вышеперечисленных особенностей (наличие полностью регулярного микрорельефа и наноструктурированных контактных поверхностей мембран) в предлагаемой полезной модели мембранного переключателя проявляются новые свойства, такие как высокая износоустойчивость, стабильное контактное сопротивление, возможность отказа от дорогостоящих материалов при создании контактных пар, что приводит к удешевлению, повышению надежности и эксплуатационных свойств мембранного переключателя.
На фиг. 1 представлен вариант выполнения мембранного переключателя; на фиг. 2 изображены контактные площадки на коммутационной плате.
Мембранный переключатель (фиг. 1) содержит привод 1, выпуклую металлическую мембрану 2, например, изготовленную из бериллиевой бронзы, кольцевую контактную площадку 3 и круговую контактную площадку 4, которые представляют собой проводящие слои напыления в виде кольца и круга (фиг. 2), диэлектрический кольцевой элемент 5, который исключает смещение мембраны 2, позиционируя ее на выходных контактных площадках 3 и 4 коммутационной печатной платы 6, диэлектрический упор 7 под кольцевым элементом 5, панель 8, в которой закреплен привод 1 посредством демпфирующей прокладки 9.
Устройство работает следующим образом.
При нажатии на привод 1 он упирается в купол выпуклой мембраны 2. Когда приложенное усилие превышает пороговое значение для выбранного типа материала, исходя из упругих параметров, происходит прогиб мембраны 2, и ее центральная часть купола, выполненная с полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида) и наноструктурированной контактной поверхностью, полученной методом ионно-плазменной обработки, касается центральной круговой контактной площадки 4 на коммутационной печатной плате 6, поверхность которой сформирована с полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида) и наноструктурированной контактной поверхностью, полученной методом ионно-плазменной обработки. Тем самым осуществляется надежный контакт. Наличие полностью регулярного микрорельефа и наноструктурированных контактных поверхностей обеспечивает максимальный размер площади контактирования поверхностей, что позволяет исключить залипание. спекание и гарантирует стабильность контактного сопротивления даже при высоких коммутируемых мощностях.
Мембранный переключатель, содержащий неподвижное основание, мембрану, привод, по меньшей мере, пару контактов, один из которых размещен на мембране, а другой - на неподвижном основании, при этом он снабжен кольцами, закрепленными на мембране и неподвижном основании в плоскости контактов, которые охватывают соответствующий контакт, отличающийся тем, что металлическая мембрана является выпуклой и опирается кольцевой нижней частью на контактную площадку, расположенную на неподвижном основании, представляющем собой коммутационную плату, а рабочие поверхности центральной части мембраны и выходных контактных площадок на коммутационной плате выполнены с полностью регулярным микрорельефом, на котором методом ионно-плазменной обработки сформированы наноструктурированные контактные поверхности.
