用于开关应用的柱塞机构的制作方法
【专利摘要】柱塞机构(100)由具有圆柱形本体连同半球形末端(104)的柱塞(102)形成。柱塞机构(100)被包覆模制使得半球形末端(104)被露出。柱塞机构提供用于壳体(404)的落入部件，具有旋转控制件(402)，所述旋转控制件(402)具有一个或多个锁键(408)。随着旋转控制旋钮(406)旋转，露出的半球形末端(104)与锁键(408)接触，从而在不使用弹簧的情况下且在没有吸引力问题的情况下提供改进的扭矩和触感。
【专利说明】用于开关应用的柱塞机构
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种柱塞机构，且更具体地涉及用于在通讯设备中使用的开关的增加的扭矩和改进的触感的柱塞机构。
【背景技术】
[0002]通讯设备，比如双向无线电设备，通常包括用于控制诸如音量调节和信道改变的操作特征的至少一个旋转控制旋钮。当在耐震环境比如公共安全环境中操作时，具有带有强的触觉反馈的良好用户界面的通讯设备是非常值得期望的。在公共安全环境中工作的用户通常将设备携带在其一侧的带夹上，这需要用户在实际上没有向下看设备的情况下控制旋钮和开关。在某些应用中，控制旋钮和开关需要对带手套和/或在噪杂和高温条件下工作的用户来说可以接近。具有强的用户界面的旋转控制件在这些环境条件下是特别重要的。
[0003]旋转控制件在过去已经利用球柱塞机构来增加扭矩并改进触觉反馈。然而，普通的现成球柱塞利用了在寿命周期和连续开/关使用之后可能引起性能降低和变形的弹簧和材料。尤其是在旋转应用中，球柱塞可能还需要润滑，这增加可能的污染、复杂性、成本并导致可能的零件劣化。
[0004]另外，随着球柱塞机构的使用可能出现多种制造相关的问题，包括球吸引力问题，其中保持特征是不足的，造成球脱落。当致动松动的球和筒时可能出现不想要的“咔哒声”。
[0005]因此，需要一种改进的柱塞机构，其能够在开关应用比如通讯设备的旋转控制应用中应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]附图连同下面的详细说明包括在本说明书中并形成本说明书的一部分，且用于进一步图示各种实施方式并解释根据本发明的各种原理和优点，在附图中，贯穿不同的视图，相同的附图标记指代相同或功能上相似的元件。
[0007]图1是根据各种实施方式形成的柱塞机构。
[0008]图2显示了根据各种实施方式的套筒的横截的前视图和侧视图。
[0009]图3A显示了根据实施方式的图1的柱塞。
[0010]图3B显示了图1的柱塞的替代实施方式。
[0011]图4是利用了根据各种实施方式形成和操作的柱塞机构的通讯设备的局部俯视等距视图。
[0012]图5是利用了根据各种实施方式形成和操作的柱塞机构的通讯设备的局部横截面图。
[0013]技术人员将理解，图中的元件为简化和清楚而示出且未必按比例绘制。例如，图中某些元件的尺寸可相对于其它元件被夸大以帮助改进对本发明实施方式的理解。【具体实施方式】
[0014]在描述根据本发明的详细实施方式之前，应观察到，实施方式主要存在于为控制旋钮提供纯粹基于机械的解决方案的装置部件中。
[0015]因此，装置部件在合适的地方用附图中的常规符号表示，仅显示与理解本发明实施方式有关的那些具体细节，以便本发明不会被具有本文说明益处的本领域技术人员容易明白的细节所混淆。
[0016]简要地说，本文提供一种在旋转控制开关中使用的柱塞机构，其提供增加的扭矩和触觉反馈。柱塞机构通过较低的成本、较少的复杂性和是容易的制造难度，提供超过过去复杂球柱塞的改进。改进的柱塞机构非常适用于需要小的落入解决方案以增加力/扭矩或触感的应用。柱塞机构非常适合于其中产品暴露于高温和苛刻环境的应用。产品，比如在公共安全环境中操作的通讯设备，可得益于结合有改进的柱塞机构的旋转开关的增加的扭矩和触感。
[0017]在本文件中，诸如第一和第二、顶部和底部等的关系术语可以仅用于将一种实体或行为与另一种实体或行为区别开，而不必需要或暗示在这些实体或行为之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包括”或其任何其它变化形式意图涵盖非排他的包括，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或装置不是仅包括那些元素，而是可以包括没有明确列出或这样的过程、方法、物品或装置固有的其它元件。“包括…”后面的元素在没有更多约束的情况下不排除在包括该元素的过程、方法、物品或装置中存在另外相同的元件。
[0018]图1是根 据各种实施方式形成的柱塞机构100。该柱塞机构100包括具有圆柱形本体连同第一端104和第二端106的柱塞102,第一端104是半球形端或末端。柱塞机构100还包括套筒108，套筒108被包覆模制到柱塞102使得柱塞的第一端104穿过套筒突出以露出半球形端。套筒108显示为是透明的，使得内部元件可以被观察到。柱塞102可以由两个球形端形成，如图1所示，或者如在随后的视图中显示的，柱塞102可以由一个球形端和一个平坦端形成。
[0019]根据应用，套筒由低压缩永久变形材料比如硅树脂或合适的硬度计或硬度的其它橡胶制成。对于环境苛刻的条件，套筒材料可以被选择成是能够抵抗化学腐蚀的、高温的和寿命长的。根据应用，套筒材料还可以由天然润滑材料比如油渗硅树脂、低摩擦系数液体注射模制(LIM)或压缩模制硅树脂制成，仅举几个例子。
[0020]根据希望的扭矩量，背衬元件110可以联接到套筒的一端以提供增加的表面积来压缩柱塞102的第二端106。坚硬的背衬元件110可以由刚性塑料比如玻璃填充的聚碳酸酯等制成。背衬元件材料应被选择成为提供到套筒108的附着力。硅树脂套筒108在模制过程期间结合到背衬元件110。因为在模制过程期间材料被选择用于自然附着，所以在形成柱塞机构100中不需要月父。
[0021]对于不需要或不希望背衬元件100的应用，套筒108简单地被模制到柱塞102的第二端106上。
[0022]柱塞由提供抗腐蚀的硬材料比如不锈钢金属或非常硬的塑料制成。金属可以被抛光以根据应用提供改进的耐磨性和平滑功能。在与匹配部件相互作用的情况下，第一端102作为柱塞末端操作且其半球形提供必要的反馈。柱塞102的尺寸(长度、直径、宽度、深度)取决于应用。柱塞可以是实心的以增加重量和扭矩，或者是中空的以在较轻的应用中提供减少的重量。例如，对于较轻应用可以使用深拉钢板金属，且对于较重的应用可以使用440C硬化不锈钢。柱塞机构100不需要使用弹簧或球轴承，使其容易制造和组装。
[0023]图2显示了根据各种实施方式的套筒108和背衬元件110的横截面前视图和侧视图(没有显示柱塞102)。剖面A-A显示了背衬元件110的外圆周。剖面B-B显示了包覆模制圆柱形本体102 (未显示)和背衬元件110的套筒108的开口。
[0024]尽管可以使用预制的套筒来代替包覆模制的套筒108，但是预制的套筒是远远不值得期望的，因为其涉及到更多的组装，缺乏附着力且部件松动的危险。利用包覆模制的套筒108来形成柱塞机构100是更值得期望的，因为附着性能提供改进的落入部件，这消除松动的独立部件，如结合图4和5进一步显示和描述的。
[0025]如之前提到的，对于不需要或不希望背衬元件110的应用，套筒108将简单地被模制在柱塞102的第二端106上。
[0026]图3A显示了图1的柱塞102，而图3B显示了图1的柱塞的替代实施方式。图3A显示了具有第一和第二半球形端104、106的柱塞102。图3B显示了具有第一半球形端104和第二平坦端306的柱塞100的替代实施方式。需要更多扭矩的应用可使用具有第二平坦端306的柱塞受益，特别是如果结合提供用于压缩的增加的表面积的背衬元件110使用。
[0027]由各种实施方式提供的柱塞机构110非常适用于需要小的落入解决方案来增加力/扭矩或触感的应用。柱塞机构100非常适用于产品暴露于高温和苛刻环境的应用。不想要的咔哒声和其它吸引力问题现在被避免，这是因为已经消除了球和弹簧的使用。柱塞机构100提供了用于增加开/关锁键的落入部件而没有增加开关的复杂性，如将结合图4和5描述的。
[0028]图4是利用根据各种实施方式形成和操作的柱塞机构100的通讯设备400的局部俯视等距视图。图5是利用根据各种实施方式形成和操作的柱塞机构100的通讯设备400的局部横截面图。通讯设备400可以是无线电设备，比如公共安全无线电设备或其它通讯设备，其具有希望增加的扭矩和改进的触感的旋转控制件402。
[0029]参考图4和5，通讯设备400包括壳体404，旋转控制件402联接在壳体404上，旋转控制件包括控制旋钮406和多个锁键408。旋转控制件402与壳体404的联接可以利用众所周知的联接和安装技术来实现且因此将不进一步详细描述。可以利用不同类型的旋转控制件402，只要利用锁键408来实施。锁键408可以由硬止动件、凸出物、单齿或多齿的齿轮或波动型特征来形成，仅举几个例子。壳体包括圆柱形凹部或凹穴410，在圆柱形凹部或凹穴410内落入和保持柱塞机构100。柱塞102的突出的半球形末端104位于旋转控制件402的两个锁键408之间。圆柱形凹部410提供后壁，柱塞机构抵靠该后壁压缩。柱塞机构100或旋转控制件402都不需要使用用于扭矩、触感或反馈的弹簧。在图5中，背衬元件110的替代方案被显示。如之前提到的，背衬元件110可以用于提供用于压缩的增加的表面积。
[0030]作为实际的例子，已经并入的由440C实心不锈钢形成的具有约6.5mm的长度、205mm的宽度的合适尺寸的柱塞已经实现为提供6_12英寸-盎司的扭矩值。
[0031]随着旋转控制件402经由旋钮406而旋转，锁键408在预定的旋转点处碰到柱塞机构100的半球形末端104。随着锁键408碰到半球形末端104，靠在锁键408上的柱塞机构100的压缩和解压缩提供增加的扭矩和触觉反馈。随着旋转控制件402转动，锁键408旋转，各个锁键提供柱塞被压缩到圆柱形凹部410内所用的阻力，因而提供旋转扭矩，用于强性的开-关或转变阶段触觉反馈。旋转的其余部分可以或可以不包括锁键，取决于应用。
[0032]例如，在音量调节中使用的旋转控制件可以结合球柱塞机构100仅利用单齿齿轮，以提供开/关扭矩。在另一示例中，用于频率/信道改变选项的旋转控制件可以结合球柱塞机构100利用多齿齿轮，以在每一个信道改变转变时提供强的扭矩。同一柱塞机构100因此容易适合于许多开关应用。较硬的锁键行为此刻可以通过柱塞机构100的并入来实现而不会影响开关的功能。
[0033]因此，提供了非常适合于需要小的落入解决方案来增加力、扭矩和触感的应用的、改进的柱塞机构100。该落入方法消除了对许多弹簧的需要，从而降低了成本并方便了组装。现在避免了由之前的球柱塞类型的方法引起的不想要的咔哒声和其它吸引力问题。柱塞机构100在需要容易辨别的开/关开关或其它功能转变开关的旋转控制应用中特别有用。高阻的柱塞机构100增加扭矩和触感，从而提供用于在苛刻环境比如高温、腐蚀和/或噪音环境下操作的通讯设备的改进的用户界面。
[0034]在前述应用中，描述了本发明的【具体实施方式】。然而，本领域技术人员应理解在不偏离所附权利要求阐述的本发明的范围的情况下可以做出各种修改和改变。相应地，说明书和附图应被看做是示例性的而没有限制意思，且所有这样的修改意图包括在本发明的范围内。可以引起任何益处、优点或解决方案出现或变得更明显的益处、优点、问题的解决方案和任何(一个或多个)要素不被认为是任何或所有权利要求关键、需要或本质的特征或要素。本发明仅由所附权利要求限定，包括在该申请的未决期间做出的任何修订及公开的那些权利要求的所有等效形式。
【权利要求】
1.一种柱塞机构，包括: 柱塞， 其具有圆柱形本体连同第一端和第二端，所述第一端是半球形端；以及套筒，其包覆模制到所述柱塞，所述柱塞的所述第一端穿过所述套筒突出以便露出所述半球形端。
2.根据权利要求1所述的柱塞机构，其中所述柱塞的所述第二端是半球形端。
3.根据权利要求1所述的柱塞机构，其中所述柱塞的所述第二端是平坦端。
4.根据权利要求1所述的柱塞机构，其中所述柱塞机构作为用于增加锁键的部件操作。
5.根据权利要求1所述的柱塞机构，其中所述柱塞机构是无弹簧的。
6.根据权利要求1所述的柱塞机构，其中所述柱塞是中空的。
7.根据权利要求1所述的柱塞机构，其中所述柱塞是实心的。
8.根据权利要求1所述的柱塞机构，其中所述套筒由耐撕的硅树脂或橡胶材料形成。
9.根据权利要求1所述的柱塞机构，其中所述套筒由抵挡预定腐蚀材料、预定温度范围和预定寿命损耗的材料形成。
10.根据权利要求1所述的柱塞机构，还包括: 背衬元件，其联接到所述套筒以在所述第二端处形成衬套。
11.根据权利要求10所述的柱塞机构，其中所述背衬元件提供增加的表面积以用于柱塞压缩。
12.—种通讯设备，包括: 壳体； 圆柱形凹部，其形成在所述壳体内； 柱塞机构，其坐落在所述圆柱形凹部内，所述柱塞机构包括: 圆柱形本体连同半球形末端，所述圆柱形本体利用套筒包覆模制以露出所述半球形末端；以及 旋转控制件，其联接到所述壳体，所述旋转控制件包括响应于所述旋转控制件被旋转而旋转的锁键，所述锁键的旋转在预定旋转点处碰到所述柱塞机构的所述半球形末端，产生旋转扭矩。
13.根据权利要求12所述的通讯设备，还包括背衬元件，其联接到过包覆模制的圆柱形本体。
14.根据权利要求13所述的通讯设备，其中，所述背衬元件提供增加的表面积以用于将所述柱塞机构压缩到所述圆柱形凹部内。
15.根据权利要求12所述的通讯设备，其中，所述柱塞机构是无弹簧的。
16.根据权利要求12所述的通讯设备，其中，所述通讯设备包括便携式无线电设备或车载式无线电设备。
17.根据权利要求12所述的通讯设备，其中，所述柱塞机构提供增加的开-关锁键。
18.根据权利要求12所述的通讯设备，其中，所述柱塞机构提供落入部件进入所述圆柱形凹部内以用于增加的开/关锁键。
19.根据权利要求12所述的通讯设备，其中，所述旋转控制件包括另外的锁键，且所述柱塞机构响应于被抵靠所述另外的锁键旋转而提供转变阶段的触觉反馈。
20.根据权利要求12所述的通讯设备，其中，所述旋转控制件作为所述通讯设备的音量调节控制件操作，且所述柱塞机 构为所述音量调节控制件提供开-关锁键。
【文档编号】G05G1/10GK103946943SQ201280056523
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年10月19日 优先权日:2011年11月18日
【发明者】帕特里克·S·克拉埃 申请人:摩托罗拉解决方案公司