松下琴鍵式開關(guān)自復(fù)位原理分析及難點對策

唐 明，田贍民，林海平

（1.惠州市華陽數(shù)碼特電子有限公司，廣東惠州 516005；2.公牛集團(tuán)有限公司，浙江寧波 315314）

1 提出問題

松下電工株式會社在我國家用固定式開關(guān)市場上推出了一種具有自復(fù)位功能的琴鍵式開關(guān)(申請?zhí)?1102173.X)[1]，這里的自復(fù)位功能是指對開關(guān)進(jìn)行通或斷操作，改變其通斷狀態(tài)之后，操作件自動恢復(fù)到初始位置，而通斷狀態(tài)保持不變。這種開關(guān)的優(yōu)勢是對于“二開”以上的開關(guān)其操作件永遠(yuǎn)平整，整潔美觀，如圖1所示[2]，同時為用戶提供一種新的操作方式。

目前國外一些大公司有同類產(chǎn)品[3]，但均有專利保護(hù)且技術(shù)難度大，國內(nèi)只有個別公司[4-5]有此種開關(guān)，也有一些公司有此戰(zhàn)略考慮[6-7]，但沒有產(chǎn)品上市。本文對松下琴鍵式開關(guān)自復(fù)位原理進(jìn)行了剖析并提出了對策，希望對讀者有所收益。

圖1 自復(fù)位開關(guān)與普通開關(guān)外形比較

2 自復(fù)位開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)介紹

圖2所示是根據(jù)松下琴鍵式開關(guān)自復(fù)位原理而設(shè)計的一種自復(fù)位開關(guān)，共分為三部分：第一部分是操作零部件，即圖2中的開關(guān)操作件4；第二部分是復(fù)位機(jī)構(gòu)零部件，即圖2中的垂直復(fù)位滑塊5、水平復(fù)位彈性滑塊6及復(fù)位彈片7；第三部分是與普通開關(guān)通用或類似的零部件，即圖2中的支撐柱1、跳板2、支架3、銀觸點9、擺桿組件8及后座10。其基本運動原理如下：開關(guān)操作件4在操作力P的作用下可以繞其鉸鏈4A轉(zhuǎn)動，其交叉筋組成的平面4B推動垂直復(fù)位滑塊5的凸筋5A，從而復(fù)位機(jī)構(gòu)動作并推動擺桿組件8繞其鉸鏈8B擺動，最后跳板2翻轉(zhuǎn)改變開關(guān)的通斷狀態(tài)，之后去除操作力P，開關(guān)操作件4及復(fù)位機(jī)構(gòu)的零部件在復(fù)位彈力的作用下回到初始狀態(tài)，開關(guān)的通斷狀態(tài)保持不變。復(fù)位機(jī)構(gòu)是本文研究的重點，下面重點加以討論。

圖2 自復(fù)位開關(guān)總圖

3 復(fù)位原理分析及技術(shù)難點

（1）復(fù)位原理分析

初始狀態(tài)時，如圖2所示，垂直復(fù)位滑塊5及水平復(fù)位彈性滑塊6在復(fù)位彈片7的彈力作用下有向上運動的趨勢，由支架3的鉤角3A限位而處于最高位置。在兩彈性臂62A與垂直復(fù)位滑塊5上的凸臺5B側(cè)面接觸而形成的平衡力作用下，水平復(fù)位彈性滑塊6處于中間位置。

開始工作時，開關(guān)操作件4在操作力P的作用下其平面4B推動垂直復(fù)位滑塊5的凸筋5A克服復(fù)位彈片7的反彈力，垂直復(fù)位滑塊5及水平復(fù)位彈性滑塊6同時向下運動。擺桿組件8的頂點8A與水平復(fù)位彈性滑塊6的凸臺61A之間的間隙隨之被消除，至圖3所示的特征位置。此間隙是機(jī)構(gòu)運動所必需的，沒有此間隙機(jī)構(gòu)將不能運動。消除此間隙而產(chǎn)生行程為空行程。

圖3 第二特征位置

隨著垂直復(fù)位滑塊5繼續(xù)向下運動，擺桿組件8的頂點8A將通過凸臺61A推動水平復(fù)位彈性滑塊6相對垂直復(fù)位滑塊5向右作水平運動，并使兩個彈性臂62A的一個產(chǎn)生更大的彈性變形，另一個逐步恢復(fù)至自由狀態(tài)，同時水平復(fù)位彈性滑塊6也推動頂點8A使擺桿組件8繞其鉸鏈8B擺動，圖4是擺桿組件8擺至垂直狀態(tài)的特征位置。

垂直復(fù)位滑塊5繼續(xù)向下運動，頂點8A繼續(xù)推動水平復(fù)位彈性滑塊6向右作水平運動，已變形的彈性臂62A繼續(xù)產(chǎn)生更大的彈性變形，同樣水平復(fù)位彈性滑塊6也推動頂點8A使擺桿組件8擺動至另一方向的終止位置，凸耳8C的另一端與支架3接觸，開關(guān)的通斷狀態(tài)發(fā)生改變，圖5是該狀態(tài)的特征位置圖。

圖4 第三特征位置

圖5 第四特征位置

開關(guān)的通斷狀態(tài)改變之后，去除操作力P之后，垂直復(fù)位滑塊5在復(fù)位彈片7的反彈力作用下向上復(fù)位，直至支架3的鉤角3A限位。與此同時水平復(fù)位彈性滑塊6在變形彈性臂62A反彈力的作用下向中間復(fù)位，直至兩彈性臂62A與凸臺5B側(cè)面均接觸而形成平衡狀態(tài)處于中間位置，其特征狀態(tài)如圖6所示。由此可見，水平復(fù)位彈性滑塊6是根據(jù)彈力平衡來定位的。此時對開關(guān)再進(jìn)行操作，垂直復(fù)位滑塊5的運動與上述過程相同，其余零件的運動方向相反，不再重述。

圖6 第五特征位置

（2）技術(shù)難點

圖7 復(fù)位誤差分析

通過以上的原理分析可以看出，水平復(fù)位彈性滑塊是由彈性臂的彈力來復(fù)位，并根據(jù)兩個彈性臂的彈力平衡來定位的，對彈性臂的疲勞性及尺寸精度要求很高。如果復(fù)位的位置誤差大而使水平復(fù)位彈性滑塊6的凸臺61A與擺桿組件8的頂點8A對不正，即存在圖7所示的復(fù)位誤差，則當(dāng)垂直復(fù)位滑塊及水平復(fù)位彈性滑塊向下運動時，擺桿組件的頂點8A頂不到水平復(fù)位彈性滑塊凸臺61A的斜面，以致水平復(fù)位彈性滑塊不能水平移動或向中心方向（與正確方向相反）移動，機(jī)構(gòu)動作失靈?；谏鲜鲆蟆八上隆辈捎昧藞D8所示的基本結(jié)構(gòu)，它由0.08 mm不銹鋼沖壓件62及PA66塑料部分61注塑而成，圖中細(xì)長臂61B是為了裝配時零件不掉下而設(shè)置的，其最薄處只有0.3 mm，如果此尺寸過大則會阻礙水平復(fù)位彈性滑塊的復(fù)位動作。由于該零件尺寸小、生產(chǎn)中易變形、材料要求高及注塑最薄處只有0.3 mm，其注塑工藝難度非常大。

圖8 水平復(fù)位彈性滑塊結(jié)構(gòu)

4 解決方案

根據(jù)上述分析，對水平復(fù)位彈性滑塊進(jìn)行重新設(shè)計。如圖9所示，我們將原塑鋼復(fù)合件的設(shè)計方案改為兩個零件，一個是不銹鋼沖壓件62，另一個是注塑件61。原來的兩彈性臂62A由中間夾緊凸臺5B側(cè)面改為兩邊夾緊注塑件61的側(cè)面，這樣避免了高難度的塑鋼復(fù)合件注塑工藝，同時也突破了“松下”的結(jié)構(gòu)專利，而沒有改變機(jī)構(gòu)的復(fù)位原理。

圖9 改進(jìn)后的水平復(fù)位滑塊結(jié)構(gòu)

5 試驗

對改進(jìn)后的設(shè)計方案進(jìn)行了試驗，試驗證明動作可靠。

6 結(jié)論

新的結(jié)構(gòu)方案避免了高難度的塑鋼復(fù)合件，突破了“松下”的結(jié)構(gòu)專利，且動作可靠。

［1］琴鍵式開關(guān)［P］.申請?zhí)枺篊N 01102173.X.

［2］一種按鍵式開關(guān)［P］.申請?zhí)枺?00510037162.3.

［3］按鈕操作式搖臂開關(guān)［P］.申請?zhí)枺?00680002967.7.

［4］翹板式開關(guān)［P］.申請?zhí)枺?00920238406.8.

［5］輕觸式復(fù)位墻壁開關(guān)［P］.申請?zhí)枺?00420119193.4.

［6］自動復(fù)位開關(guān)［P］.申請?zhí)枺?00920051058.3.

［7］連桿復(fù)位機(jī)構(gòu)開關(guān)［P］.申請?zhí)枺?00520059854.3.