用于电子设备的具有多个轴向位置的控制装置

摘要

本发明涉及一种用于电子设备的电子柄轴型的控制装置，其可在多个轴向位置之间运动。根据一个优选实施例，具有轴线X的柄轴(1)具有四个不同的轴向位置。设置了在轴线X的方向上相互间偏开的两个接触夹(21，22，60，61)，以便与电源的两个不同的电源端子(19，20，75，76)接触。柄轴包括多个圆柱形部分(36，38，50，51，52)，它们可与接触夹的可变形的延伸部分(27，28，64，65)协同操作，以使它们在基本上垂直于轴线X的方向上变形。因此，根据柄轴(1)的轴向位置，接触夹(21，22，60，61)可处于相互间独立的不同电状态，即与电源绝缘或相连。结果，由这两个接触夹所形成的组件具有四种不同的状态，各状态表示柄轴的一个给定的轴向位置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电子设备的控制装置，其包括可在至少两个轴向位置之间运动的具有轴线X的柄轴、第一可动接触件和第一电源端子。

更具体地说，本发明涉及一种适用于在电子表或任何其它需要数据输入装置的类似便携式电子设备中实现的电子柄轴型控制装置。

背景技术

从现有技术中已经知道了许多这种类型的装置。

然而，本发明提供了一种实施起来较简单的结构，根据一个优选实施例，其尤其允许为柄轴设置多达四个不同的轴向位置，并且只需要两个可动接触件来在这些不同位置之间进行区分。

于2001年3月20日授权的Timex的美国专利6203190介绍了一种具有四个不同轴向位置的电子柄轴。为此，柄轴包括环形沟槽，其中安装了与接触环形成一体的舌片，接触环安装在柄轴的附近并可围绕与柄轴轴线正交的轴线旋转。当柄轴移动到其不同的轴向位置中时，沟槽便夹住了舌片，舌片的位移导致了接触环旋转。另外，接触环带有第二舌片，其自由端设置成与多个接触垫片相对，该接触垫片形成在导电轨道的端部处。当接触环响应于柄轴的轴向位移而转动时，第二舌片从一个接触垫片处运动到另一垫片处，第二舌片成形为使其自由端与接触垫片相接触。

然而，该专利所述的控制装置的结构实现起来较复杂，这尤其是因为它的操作需要许多不同的零件，并且它们中的一些零件需要精确地相对定位。此外，该结构具有较大的尺寸，并需要为柄轴的各轴向位置设置电子接触跟踪板组件。另外，所述装置还具有与随时间老化相关的磨损问题，这是由其操作方式所引起的。因此，该装置的多个构件设置成可滑动并同时相互间摩擦，即接触环处于其支撑件上，而第二舌片的自由端处于接触垫片上，这就在操作过程中产生了显著的磨损。此外，摩擦释放出小的颗粒物质，从长远的观点来，这些颗粒物质易于与装置的操作形成干涉。

发明内容

本发明的一个目的是通过提供一种用于电子设备的控制装置的结构来减轻现有技术中的上述这些问题，该结构实现起来较简单，可靠性高，并且在长时间内具有良好的性能。

为此，本发明涉及一种用于上述类型的电子设备的控制装置，其特征在于，柄轴具有至少两个具有各自不同截面的轴向部分，其中至少一个部分可与接触件协同操作，使得接触件根据柄轴所处的轴向位置而具有离轴线X为不同的距离，在处于这两个轴向位置中的一个位置时，接触件与电源端子形成了接触。

由于其运动学机理很简单，因此这种结构能够实现可靠的装置，在较长的时间内只具有很少的磨损，并且尺寸较小。

在一个优选实施例中，可动接触件实现为由弹性导电材料制成的接触夹的一部分的形式，该接触夹可与柄轴上的具有较大截面的一部分相接触。接触件的形状使得在柄轴处于这一位置时，接触件产生变形并因而处于机械张力下，从而趋向于回到其静止位置，即沿朝向柄轴的轴线X的方向运动。因此，当柄轴运动到另一轴向位置以使具有较小截面的那一部分面对可动接触件时，可动接触件会因其弹性而朝向柄轴运动。

附图说明

在阅读了下述详细介绍后可以更加清楚本发明的其它特征和优点，这些介绍参考附图进行并以非限制性示例的方式给出，在附图中：

图1是显示了根据第一优选实施例的控制装置的透视图，该控制装置设有两个可动接触件；

图2是图1所示控制装置的从上方看去的简化视图；

图3是与图2类似的视图，其中控制装置的柄轴处于与图2所示不同的轴向位置；

图4是与图2类似的视图，其示意性地显示了根据本发明的第一实施例的控制装置的另一实现方式；

图5是与图1类似的视图，其显示了本发明的第二优选实施例；和

图6是图5所示装置的从上方看去的简化视图。

附图中的内容被基本上限制为只显示了与本发明相关的特征，以便帮助理解。

具体实施方式

下述介绍涉及一个具体的实施例，其中柄轴1具有两个稳定的“拉出”位置和一个不稳定的“推入”位置，以及同样是稳定的静止或空档位置。

根据该实施例的控制装置制成模块2的形式，柄轴的一端进入到模块2中，柄轴只是部分地示出。柄轴1的第二端(未示出)可承接冠型夹紧件。在图1中应注意到，柄轴1具有位于模块2之外的环形沟槽3。环形沟槽3实际上用于容纳环封(未示出)，以便保证形成于其中设有根据本发明的控制装置的电子设备的外壳中的开口的密封。

模块2包括支撑板4，在此其具有一个装配在另一个上的两层。下方的第一层5由导电材料制成，其用于与电子设备的电源(未示出)的第一端子相连。第二层6由电绝缘材料制成，并用作固定控制装置的多个部件的支撑。

模块2还包括外罩7，其覆盖了设于支撑板4上的控制装置的组件。外罩7的上表面8具有特殊形状的凹槽9，其形成了开口弹簧10的承座。弹簧10具有现有技术中已知的特定形式，其可将柄轴1保持在其三个稳定的轴向位置上。因此，弹簧10具有形成了基体的第一部分11，其大致上是平坦的并处于外罩7的表面8的厚度上朝向板4的一侧，而其两个自由端12和13延伸到模块2中并处于柄轴1的一侧及另一侧。柄轴1具有三个相邻的环形沟槽14，15和16，它们由大致圆形轮廓的环部(bead)17和18分隔开(在附图中也可看到)。沟槽14和16的尺寸与弹簧10的自由端12和13的尺寸相配，使得当柄轴(在此其处于其空档位置)移动到其拉出位置时，弹簧10的自由端12和13伸展开并在环部17或18上滑动，然后再锁定到柄轴1的沟槽15和16中的一个沟槽中。

板4带有位于柄轴1的一侧及另一侧上的接线柱19和20，各柱通过穿过第二层6中的开口并延伸到第一层5中的基座(未示出)而固定住，以便实现相应接线柱的机械支撑及其到电源上的电连接的功能。

板4还带有接触夹21和22，各接触夹均通过大致朝向柄轴1的细长基座23，24而固定在板4上。基座23，24的各端25，26穿过外罩7上的开口而延伸到模块2之外，以便与安装有控制装置的设备的电子电路相连。各接触夹21，22还包括弯曲的侧面延伸部分27和28，其沿柄轴1的方向相对于板4以稍小于90度的角倾斜。延伸部分27和28分别在柄轴1的一侧及另一侧延伸，直到处于柄轴1的大致中间高度处为止。

各延伸部分在其端部29，30处包括舌片31，32和33，34，其在基本上平行于板4的方向上延伸并相对于柄轴1的轴线各自倾斜成相反的角度。舌片31，33具有相似的长度，使得它们的各自端部分别朝向接线柱19和20，而另两个舌片32和34短一些。

柄轴上的处于接触夹延伸部分27和28的区域内的区域具有若干个连续的部分，它们具有各自不同的截面，下面将参考图2和3来介绍它们各自的功能。

这些图用于更好地理解本发明的该实施例的功能，其中显示了从上方看去的控制装置。

应当注意的是，在图2中，延伸部分27和28在柄轴1的轴线X的方向上与接线柱19和20一样地相互间偏开。然而，接线柱19与延伸部分27以及接线柱20与延伸部分28之间的各自相对位置类似。

从其处于模块2内的端部开始，柄轴具有第一截头锥体部分35，之后是第二圆柱形部分36，其截面为S1。第三截头锥体部分37具有相对于轴线X为与第一部分35相反的斜度，其将第二圆柱形部分36与第四部分38相连，第四部分38也是圆柱形，其截面S2小于S1。

从该视图中可以看出，第一和第三截头锥体部分35和37具有相对于柄轴1的轴线X为与舌片31到34类似的角度。

柄轴1就其主体而言优选由金属类型的材料制成，但这并非限制性的，其显而易见的原因是机械阻力，而其处于模块2内的端部的较大部分被套筒39所覆盖，套筒39通过对塑料进行模制而形成。实现采用了套筒的这种结构使得在制造工艺方面具有很大的灵活性，套筒的形式可根据制造商的意愿而以一定的灵活性来进行修改，同时保持单一的基体以制造柄轴的主体。

如上所述，柄轴在图2中显示为处于其“静止位置”，也就是说，处于它通常不执行任何特定功能的空档位置。它还可运动到三个其它的轴向位置上，其中两个是稳定的“拉出”位置，一个是不稳定的“推入”位置。如从下文中将看到的那样，该控制装置包括如上所述的装置，这些装置的操作允许确定在各瞬时柄轴1所处的位置。

当柄轴处于空档位置、例如图2所示的位置0时，可以看到，延伸部分27和28均与柄轴1的第二部分36相接触。此外，从图中还可以清楚，在这一位置时，舌片31并不与接线柱19接触，舌片33也不再与接线柱20接触。因此，从电学的观点来看，这两个接触夹21和22相互间绝缘。而且，应当注意到，接触夹21和22在其制造过程中成形为使得它们在处于图2所示的结构中时会受到机械应力，即，趋于使它们与柄轴1接触的恢复力。

当操作者将柄轴1朝向其推入位置即位置-1而压下时，圆柱形部分36在两个延伸部分27和28之间沿第一方向滑动。当第三截头锥体部分37进入到与短舌片32相对时，延伸部分27就因其恢复力而朝向柄轴1的方向运动，其程度使得柄轴被推入。延伸部分28仅沿圆柱形部分36滑动并保持与之面对，这是因为其相对于延伸部分27来说在轴线X上存在偏移。

与此同时，弹簧10的自由端12和13沿套筒39的第五截头锥体部分40滑动到环形台肩41处为止，环形台肩41形成了柄轴的推入位置的止动部分。这样弹簧10便处于张力下，其趋向于通过自由端12和13在套筒39的截头锥体部分40上的弹性作用而使柄轴回复到其空档位置。

当柄轴1处于推入位置时，延伸部分27因其恢复力而与圆柱形部分38形成接触。结果，与延伸部分27形成一体的舌片31在柄轴方向上产生相同的位移，并且与接线柱19接触。这样，接触夹21就升高到与板4的第一层5相连的电源端子的电位，而接触夹22仍保持绝缘。然后该电位经接触夹21的端部25传递到设备的电子电路上。

另一方面，当柄轴1从其空档位置中离开并朝向图2中位置1所示的其第一拉出位置被拉动时，圆柱形部分36沿与上述第一方向相反的第二方向在延伸部分27和28之间滑动。与在推入柄轴时所发生的相反，延伸部分28到达部分36的端部，而延伸部分27仍处于其层位上。

一旦柄轴处于其在由弹簧10的自由端12和13以及沟槽15的协同作用下确定的第一拉出位置，那么延伸部分27仍与部分36对接，同时延伸部分28不再朝向柄轴1。因此，延伸部分28因其恢复力而沿柄轴轴线的方向向回运动，直到舌片33与接线柱20接触为止。因此在柄轴的第一拉出位置中，接触夹22就通过接线柱20和板4的第一层5而升高到电源端子的电位，而从电学的观点来看，接触夹21仍保持绝缘。因此，该电位经接触夹22的端部26传递到设备的电子电路上。

当操作者进一步拉出柄轴1使其运动到图2中位置2所示的第二拉出位置(显示于图3中)时，弹簧10的自由端12和13临时性地相互间伸开以越过环部18，然而进入到柄轴的环形沟槽16中并保证柄轴在该位置中保持稳定。在柄轴上设有环形台肩42，以便为柄轴在该方向上的位移形成止动件。

在此操作过程中，接触夹22的状态相对于柄轴的第一拉出位置而言并不产生任何变化。因此，如上相对于第一拉出位置所述，舌片33与接线柱20保持稳定的对接，这是因为延伸部分28已不再与柄轴接触。

另一方面，应当注意的是，在柄轴的第一拉出位置中仍与柄轴1相接触的接触夹21的延伸部分27在第二拉出位置中时不再朝向柄轴定位，并且因其恢复力而沿柄轴轴线的方向向回运动。结果，舌片31与接线柱19接触，接触夹21升高到与板4的第一层5相连的设备的电源端子的电位。

因此，在柄轴1的第二拉出位置中，接触夹21和22同时升高到电源端子的电位，并通过其各自端部25和26上的偏压而将此电位传递到设备电子电路的两个不同输入端(未示出)上。

总之，接触夹21和22各自的状态可作为柄轴1的轴向位置的函数而在一张表格中表示出来，其中接触夹的绝缘状态为0，而当其与电源相连时的状态为1。

 柄轴1的位置  接触夹21    接触夹22 位置-1  1    0 位置0  0    0 位置1  0    1 位置2  1    1

因此，对于由两个接触夹21和22所形成的组件，可以注意到，它具有与柄轴1的四个不同位置分别相关的四种不同的状态。因此，该结构可有利地允许只设置两个导体来连接设备的电子电路，以便区分柄轴在四个可能位置中的轴向位置。

设备的电子电路包括用于这四种不同状态的传统检测装置如集成电路，接触夹21，22的各端部25，26就连接到该集成电路上。这些检测装置以及设备的电子电路总体上并不构成本发明的一部分，因此这里将不对其进行详细介绍。本领域的技术人员在查找实施这些部分所需的信息方面不会遇到任何困难。

从图2和3中还可以清楚，舌片31到34相对于柄轴轴线的各倾角允许对上述控制装置的操作进行改进。因此，这些不同的角度基本上对应于由柄轴的截头锥体部分35和37相对于柄轴轴线X所形成的角度。这一具体特征减少了延伸部分27和28在将柄轴的圆柱形部分与截头锥体部分隔开的各连接部分上的摩擦力，从而改善了接触夹21，22和柄轴之间的滑动。

作为示例并参见图3，在柄轴处于其第二拉出位置时，显然在将柄轴推回到其第一拉出位置时，接触夹21通过截头锥体部分35再次与柄轴1接触。就初始接触发生在舌片31的区域内的情况而言，截头锥体部分35和舌片31相对于柄轴的X轴线的各自倾角相似是一项优点，这是因为柄轴到接触夹21的平移传递是通过两个大致平行的表面的滑动来实现的。这种类型的滑动对棱角在斜面上的滑动来说显然是优选的。

类似的，参见图2，假定柄轴1已被推入到其位置-1，然后被释放而回到其空档轴向位置，那么在舌片32和柄轴的截头锥体部分37之间会发生与上述相同类型的现象。因此，在被推入的轴向位置中，延伸部分27与柄轴1的圆柱形部分36相接触，舌片31与接线柱19接触。当释放柄轴时，它就在弹簧10的作用下沿该方向回到其空档轴向位置。当柄轴的截头锥体部分37与接触夹21的舌片32接触时，柄轴的平移使得舌片在截头锥体部分上滑动并包括了接触夹21的变形，使得延伸部分27以较小的摩擦远离其柄轴轴线而运动。显然，该操作也可在未设置将使延伸部分27的棱角在截头锥体部分37上滑动的舌片32的情况下实现，但这会使得在截头锥体部分37和舌片32之间产生大得多的摩擦力。因此，从与重复使用有关的磨损的观点来看，这种未设置舌片32的解决方案所提供的优点更少。

图4示意性地显示了本发明的一个变化的实施方式，其结构与第一实施例中所述的类似，然而它们的功能不同。为了帮助理解，下面将只详细介绍与上述实施例中不同的部分。此外，相同的零件采用与上述附图中相同的标号来表示。

可以看到，当柄轴1处于其空档轴向位置时，延伸部分27和28接近柄轴的轴线，并且与柄轴上的具有较小截面S3的第一圆柱形部分50对接。因此，当柄轴运动到其不同的轴向位置中时，延伸部分在其它的圆柱形部分51和52上运动，这些圆柱形部分51和52的截面S4大于第一部分50的截面。从一个圆柱形部分到另一圆柱形部分的运动通过截头锥体部分53和54的斜面来类似地产生。

更具体地说，当柄轴1处于其空档轴向位置时，两个延伸部分27和28与圆柱形部分50对接，接线柱19和20都未被接触到。

当柄轴处于其推入位置时，延伸部分27与圆柱形部分51对接，接触夹21产生变形，从而与接线柱19接触。接触夹22相对空档位置而言并未产生变形，因此它不与接线柱20接触。

当柄轴处于其第一拉出位置时，延伸部分28与圆柱形部分52形成接触，接触夹22因而产生变形并与接线柱20接触。接触夹21相对空档位置而言并未产生变形，因此它不与接线柱19接触。

当柄轴从其第一拉出轴向位置向第二拉出位置运动时，延伸部分仅在圆柱形部分52上滑动，同时舌片33与接线柱20保持电接触。与此同时，接触夹21随从延伸部分27从第一圆柱形部分50到更大截面的圆柱形部分52的运动而产生变形。结果，舌片31与接线柱19形成接触。因此，在柄轴的第二拉出轴向位置中，接触夹21和22分别与接线柱19和20形成电接触。

结果，在这种结构中，接线柱19和20应当比舌片31和33处于离柄轴轴线更远的位置处，使得当延伸部分27和28离开柄轴轴线运动时可以形成接触。

在图5和6中显示了根据本发明的控制装置的第二优选实施例。在该实施例中接触夹和电接线柱具有与上述显著不同的结构，然而装置的功能操作、尤其在原理方面保持相似。图5显示了处于其推入位置(位置-1)的柄轴1，而图6显示了处于其空档位置(位置0)的柄轴1。

各接线夹60，61具有各自的基座62，63，其设于板4的第一层5上并沿基本上平行于柄轴1的轴线X的大致方向而延伸。各基座62，63包括其端部区域处于模块2中的弯曲部分，从弯曲部分上沿与板4基本上垂直的方向延伸出延伸部分64，65。应当注意的是，延伸部分64和65位于柄轴1的一侧及另一侧。各延伸部分64，65均包括内弯臂66，67，其沿柄轴1的处于模块2内的端部的方向在柄轴1的旁边延伸。各臂66，67包括接触区域68，69，其由相应的臂朝向柄轴变形而形成，并且设置成可在一些其轴向位置中与柄轴接触。

这些接触部分68和69如上所述地与柄轴1的圆柱形部分协同操作，其使得各接触夹产生变形并改变了其电状态。为此，应当注意的是，两个接触区域68和69应当在柄轴轴线X的方向上相互间偏开。

应当注意的是，接触夹60的接触区域68终止于短部分70处，该短部分70远离柄轴弯曲。弯曲部分70的功能已在上文中针对第一实施例进行了介绍，其在于能够在一些位置中改善柄轴的截头锥体部分在臂66上的滑动。

各臂66，67还包括另外的延伸部分71，72，其在相应的接触区域之后沿基本上垂直于柄轴的方向远离柄轴而延伸，并且终止于弯曲的末端部分73，74处。

另一方面，通过使材料变形以在基本上垂直于板4的方向上朝向柄轴延伸，就可与板4的第二层6一体形成地接片75，76。接片75，76执行上述接线柱19和20的功能，同时能够简化其制造方式，它们只需通过简单地使材料变形就可制出。

因此，应当注意的是，末端部分73和74处于分别邻近接片75和76的位置，并可通过接触夹60，61的变形而与接片相接触。为了在图中显示这一情况，接触夹60显示为在末端部分73与接片75相接触时的状态。

在各末端部分73，74上以有利的方式设置了尖头77，以便提高与接片75和76形成的各个电接触的质量。

可以看到，由两个接触夹60和61所形成的组件的电状态与上述针对第一实施例所述的相同。

还可以看到，该实施例相对上述实施例具有一个附加优点，这是因为在柄轴于真不同的轴向位置之间运动的过程中由接触夹所引起的变形的类型。因此，接触夹60和61在延伸部分64和65的区域中承受到围绕与X轴基本上垂直的轴线的扭转变形，而第一实施例中的接触夹21和22在延伸部分27和28的区域中承受到弯曲变形。由于从长远的观点来看扭转变形比弯曲变形更加有利，因此从承受这些变形的零件的观点出发，该实施例比第一实施例更佳。

一般来说，可以看到模块2以有利的方式包括了从板4中延伸穿过的孔55，该孔可在图1中看到，但出于清晰的原因在其它图中未示出，该孔用于通过螺钉或铆钉来将模块装配到电子设备中。

还应当注意到，上述控制装置优选但不必须与用于检测柄轴1的旋转的装置相关。这些装置可从与根据本发明的控制装置兼容的任一已知类型的用于柄轴的旋转检测装置中选择，这些装置还可选择性地检测柄轴的旋转方向及其旋转速度。

作为示例，本领域的技术人员例如可以参考上述美国专利6203190，其中介绍了用于检测具有若干轴向位置的柄轴的旋转的装置。类似的，于1983年4月12颁布的美国专利4379642公开了一种用于检测电子设备中的柄轴旋转的类似装置。

上述介绍涉及两个优选实施例，它们不应当被视为起限制作用，但是它们更具体地涉及构成控制装置的各构件的所示和所介绍的形式，以及它们各自的布置。

作为示例，接触夹21，22和60，61可设置成与柄轴上的除其端部以外的区域相对，但是从所需空间的观点来看，这种解决方案比所介绍的更不具优势。

可以同样地提供接触夹的不同实现方式，例如将各延伸部分安装在与弹簧相接触的铰链上，该弹簧例如可在柄轴的方向上对铰链施加偏压力。然而从制造成本的观点来看，这种解决方案更不具优势，这是因为各接触夹包括多个部件，使得它更加复杂且需要特殊的装配操作。

这种控制装置的可能应用非常多，这是因为本发明可实现在需要有数据输入装置的任何类型的电子设备中，例如尤其是电子手表。