具有安全特徵的控制旋鈕的製作方法

2023-07-19 17:14:36

專利名稱：具有安全特徵的控制旋鈕的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有安全特徵的控制旋鈕。
背景技術：
為了減少對乘客的傷害，車輛安全標準需要如果旋鈕上的力 超過規定的閾值，如在碰撞中可能的那樣，控制旋鈕和延伸超出周 圍表平面的其他設備陷入到該平面的水平。

發明內容
通常，在一個方面，在雙同心旋鈕中，對於低於閾值的力，內 旋鈕用作堅固的人體工程學功能旋鈕，且對於高於閾值的力，內旋 鈕陷入外旋鈕。在一些示例中，對於低於閾值的力，內旋鈕也用作按鈕。
通常，在一個方面，手動操作的控制器安裝在轂(hub)上用於 相對於轂在第一位置和第二位置之間的軸向運動，除非大於閾值的 力施加於該控制器， 一 個機構將該控制器在第 一 位置軸向《 'j性地耦 合到轂，以及 一 個機構將該控制器在第 一 位置和第二位置旋轉地耦 合到轂。
實現可包括下列特徵中的一個或多個。只要當控制器不在第一 軸向位置時，彈性元件對控制器向第一軸向位置施加力。在第一軸 向位置，第一控制器的第一部分延伸超出平面。在第二軸向位置， 第一控制器的第一部分不延伸超出該平面。第一部分包括具有硬度 大於50肖氏硬度A的材料。第一控制器的第二部分在第一和第二軸 向位置延伸超出該平面。第二部分包括具有硬度小於50肖氏硬度A 的材料。該平面由受該控制器控制的設備的表面限定。該平面由圍
5繞第 一控制器的第二控制器的表面限定。由第二控制器的表面限定
的平面與受第 一 和第二控制器控制的設備的表面相距約9.75 mm。包 括第二控制器。第二控制器與第一控制器是同軸的。第二控制器包 括與第一控制器同心的環。編碼器通過轉軸(shaft)耦合到轂。編 碼器用於通過旋轉轉軸從控制器接收旋轉輸入。編碼器還用於通過 旋轉與第 一轉軸同軸的第二轉軸從與第 一控制器同軸的第二控制器
接收第二旋轉輸入。編碼器用於通過轉軸的軸向運動從控制器接收 軸向輸入。閾值的範圍是約40牛頓到約378牛頓。閾值約為57牛頓。
通常，在一個方面，第一手動操作的控制器安裝在轂上用於相 對於轂在第一位置和第二位置之間的軸向運動，除非大於閾值的力 施加於該控制器， 一 個機構將該控制器在第 一 位置軸向剛性地耦合 到轂，以及第二手動操作的控制器圍繞第一控制器。在第一軸向位 置，第 一控制器的第 一部分延伸超出由第二控制器的表面限定的平 面。在第二軸向位置，第一控制器的第一部分不延伸超出該平面。
實現可包括下列特徵中的 一 個或多個。第二控制器與第 一 控制 器是同軸的。第二控制器包括與第一控制器同心的環。編碼器通過 第 一轉軸耦合到轂以及通過與第 一轉軸同軸的第二轉軸耦合到第二 控制器的轂。編碼器用於通過旋轉第 一轉軸從第 一控制器接收旋轉 輸入，以及通過旋轉第二轉軸從第二控制器接收旋轉輸入。
通常，在一個方面，第一手動操作的控制器安裝在轂上用於相 對於轂在第 一位置和第二位置之間的軸向運動。控制器包括硬度大 於約50肖氏硬度A的第一部分以及硬度小於約50肖氏硬度A的第 二部分。 一個機構將該控制器在第一位置軸向剛性地耦合到轂，除 非大於約57牛頓的力施加於該控制器。第二手動操作的控制器包括 與第一控制器同心的環。在第一軸向位置，第一控制器的第一部分 延伸超出由第二控制器的表面限定的平面。在第二軸向位置，第一 控制器的第 一部分不延伸超出該平面。第 一控制器的第二部分在第 一和第二軸向位置延伸超出該平面。通常，在一個方面，汽車中使用的用戶接口設備包括控制旋 鈕，用於控制該設備的至少一個功能以及安裝在轂上用於相對於轂 在第一位置和第二位置之間的軸向運動；除非大於閾值的力施加於 該控制旋鈕，將該旋鈕在第一位置軸向剛性地耦合到轂的機構；以 及手動操作的控制環，用於控制該設備的至少一個第二功能以及圍 繞該控制旋鈕。在第一軸向位置，控制旋鈕的第一部分延伸超出由 控制環的表面限定的平面。在第二軸向位置，控制旋鈕的第一部分 不延伸超出該平面。用戶接口設備可包括收音機；多媒體回放設備； 導航系統；用於氣候控制系統的控制接口；通信設備；以及個人計 算機中的一個或組合。
優點包括提供用作堅固的人體工程學功能控制同時滿足安全標 準的雙同心、三功能旋鈕的能力。在安全特徵被激活和零件分離之 後該旋4醜仍可j吏用。
根據說明書和權利要求書，其他特徵和優點將變得明顯。


圖1是控制面板的透視圖。
圖2A是控制嫂J醜的側視圖。
圖2B是控制旋鈕的剖面等距視圖。
圖3A和圖3B是控制旋鈕的剖面側視圖。
圖4A是控制旋鈕的分解等距視圖。
圖4B-圖4E是控制旋鈕的裝配的等距視圖。
具體實施例方式
車輛中的控制面板，例如，控制面板100,用於收音機、導航系 統、DVD或其他媒體播放器、氣候控制系統、蜂窩電話或其他通信 設備、個人計算機或一些其他設備，如圖1所示，有時包括延伸出 控制面板的正面平面101的旋鈕102。如果車輛突然剎車，乘客可能 在這種旋鈕上受傷。其他控制器如按鈕103和顯示器105通常與表
7面101齊平或低於它且通常不會導致受傷。詞語"旋鈕"包括例如
按鈕、刻度盤、開關和槓桿。
為了減少這種傷害的機會，需要旋鈕和其他突起縮進或成為小
於規定的硬度。例如，在歐洲常規認證規則74/60/EEC 5.1.5中，如 果大於378 N ( 84.98 lbf)的力施加於突起，延伸超出其下的表面大 於9.75 mm的突起必須陷入該表面中使得它突出小於9.75 mm。因為 當在此規則中測量尺寸和位置時忽略硬度小於50肖氏硬度A刻度 (稱為"50肖氏硬度A")的材料，由這種材料製成的旋鈕的部分 可延伸超過規定的限制。其他權限可規定其他準則，例如較大或較 小的長度、較硬或較軟的材料。任何給定的權限規定的準則可隨時 間改變，可使控制特徵的設計得以改變。
在一些示例中，如圖2A所示，旋鈕102具有兩個同心的旋轉部 分，可相互獨立旋轉，外環104，用於控制一組功能，以及內部較長 的旋鈕106,用於控制另一組功能。內旋鈕106也可作為按鈕開關。 在圖2A的示例中，外環104具有由對條形材料203進行壓花形成的 第一紋理108,以及旋鈕106具有由隆起形成的第二紋理110。其他 紋理和表面加工是可能的。這樣設計的雙同心旋鈕，內旋鈕具有按 鈕特徵，在單個封裝上提供至少3個控制器，使得用戶可以最少地 從路上移開眼睛就能找到這些控制器從而進行簡單操作。在一些示 例中，外旋鈕可提供按鈕特徵或兩個旋鈕都可提供該特徵。
如圖3A和圖3B所示，旋鈕106和環104可通過轂207和206 以及轉軸210和212耦合到旋轉編碼器200。在圖中的示例中，編碼 器200具有帶螺紋的外延伸部201用於附著到控制面板IOO(圖1 )。 編碼器200接收環104和旋鈕106的旋轉或按鈕輸入並將它們轉換 為電信號，然後發送到適當的電子器件(未示出)。具有耦合到兩 個同心轉軸中的每一個的旋轉編碼器以及耦合到至少 一個轉軸的按 鈕輸入的雙編碼器設備是公知的，例如La Grange, IL的Grayhill公 司的62HY2222014或62HY2211001雙同心編碼器。
在一些示例中，內旋鈕106可由具有不同硬度的兩個或更多材料組成。內核202由相對較硬的材料組成，以及外蓋204由較軟的 材料組成。類似地，外環104的壓花部分203可由較軟材料形成以 及剩餘部分205由較硬材料形成。如果外蓋204比50肖氏硬度A軟， 且內核202比50肖氏硬度A硬，則認為內核202的尺寸符合安全規 則。根據EEC規則，如果外環104採取允許這種突起的9.75 mm(圖 3A的距離Ll ),將需要內旋鈕106陷入外環104中(即，它必須陷 下距離L2)。當旋鈕106陷下時，如圖3B所示，硬核202必須完 全縮進外環104,但較軟的蓋204可繼續延伸超出它，只要其硬度小 於50肖氏硬度A。如果缺少外環104,將需要核202縮進下表面101 9.75 mm內(圖1 )。可選擇外蓋204和其他組件的尺寸，包括外環 104的主體205和壓花部分203，以為旋鈕102提供人體工程學功能 需要的大小和形狀，即，允許其用戶握住內旋鈕106或外環104並 舒服和有效地旋轉它們中的每一個。
在一些示例中，轂206和彈簧208用於允許旋鈕106陷入外環 104。夾子214將來自核心202的力傳遞到轂206,使得轉動或推動 旋鈕106將轉動或推動轉軸210。在一些示例中，夾子214在核心 202和轂206之間提供剛性的連接。這樣，對於用戶看來，推動旋鈕 106將僅使它移動觸發輸入的按鈕模式所需的很小的量(例如，1 mm 或更少)。只要夾子214是完好的，對於用戶看來，旋鈕106是具 有不可收縮的旋鈕可能具有的 一般功能和行為的單個剛性部件。當 旋鈕106上的力超過閾值時，夾子214將破裂或分離，且核心202 將越過轂206向下運動，壓縮彈簧208，如圖3B所示。在一些示例 中，夾子214可具有指狀物，其可在槽中拱起或壓下以及因此將繼 續在陷下的位置將來自旋鈕106的旋轉力傳遞到穀206，使旋鈕即使 當陷入時也用作輸入設備。
在一些示例中，核心202的頂壁的較低表面202a接觸轂的頂表 面206a以阻止旋鈕106向下運動，如圖3B所示。在一些示例中， 核心202的底邊緣202b接觸外環104的底部的頂表面205a以阻止 旋鈕106的運動(未示出)。當去除陷入的力之後，彈簧208將旋鈕106推回其標稱的位置， 即圖3A所示的位置。在一些示例中，夾子214可用於當它回到它的 延伸位置時再次將核心202附著於轂206。在一些示例中，夾子可不 再附著，在這種情況下，彈簧208將繼續保持旋鈕106在近似其原 來的延伸位置，但在核心202和轂206之間將沒有剛性的連接，或 可能僅有旋轉連接。在一些示例中，旋轉連接保持減少的功能，例 如，旋鈕106在旋轉傳遞到轂206以前可能只能活動幾度。按壓旋 鈕106將壓縮彈簧，以及可能最終對轂206施加足夠的力以激活編 碼器200的按鈕功能，但它可能需要用比正常所需更大的力進一步 推動旋4醜106。替換一個或多個零件(例如，內旋確醜106和轂206 或整個旋鈕102)可能需要恢復原來的剛性連接。替換旋鈕可提供給 車輛或經銷商和服務中心。通過反轉然後重複下述的裝配過程可迅 速和容易地替換陷入的旋鈕。
如圖4A-圖4E所示裝配旋4醜102。在一些示例中，夾子214具 有兩部分，旋鈕106上的輪緣214a和轂206上的接頭214b。為了將 旋鈕106附著於穀206，定位旋鈕106使得其輪緣214a旋轉地對準 在轂的接頭214b之間，如圖4C所示。旋鈕106被按壓到轂206上， 壓縮它們之間的彈簧208，直到輪緣214a與接頭214b軸向對準，如 圖4D所示。如圖4E所示，然後用足以咬合輪緣214a與接頭214b (在圖4E中被輪緣遮擋)的轉矩旋轉(箭頭402 )旋鈕106,咬合 夾子214。在此，輪緣214a中的凹口 216a與轂206上的隆起216b 旋轉地對準，以便當旋鈕106陷入時幫助控制旋鈕106的軸向運動。 在一些示例中，即使當夾子214脫離或斷裂且旋鈕106在被壓縮的 位置時，凹口 216a和隆起216b的設計允許旋4醜106旋轉轂206。
一旦咬合，夾子214將旋鈕106和轂206保持在一起，直到超 過設計閾值的軸向力施加於旋4醜106，將施加於旋4醜106的任何力傳 遞到轂206，如上所述。在一些情況下，夾子設計為承受約53N( 12 lbf)的力-小於EEC規則所需的，但是足以使用戶覺得旋鈕是堅固 的。在一些示例中，力的範圍可以在約40N到^L定允許的最大值，
10例如，約378 N。在一些示例中，夾子214是圓柱狀懸臂夾扣。這種
力。連接旋鈕106和轂206之後，通過將孔220與轉軸210的尖端 對準並按下旋鈕106，將該組合附著於轉軸210,類似地在編碼器200 和轂206之間，利用其轂207將外環104定位於外轉軸212上。在 一些示例中，轂206插到轉軸210上所需的力小於分開夾子214所 需的力。在一些示例中，所需的力較大，且在夾子214咬合之前， 轂206被插入到轉軸210上。為了替換斷裂的旋鈕，旋鈕106被按 壓入使得輪緣214a越過接頭2Mb和隆起216b,以及然後旋轉以在 接頭214b之間對準輪緣214a。然後可移除旋鈕106,轂206留在轉 軸210上。可通過逆轉此過程而安裝替換旋4醜106,以及然後旋轉它 以咬合夾子214。在使穀206附著轉軸210或從轉軸210移除轂206 的力小於咬合或分離夾子214所需的力的示例中，轂206可從轉軸 210移除且在被重新安裝到轉軸210上之前附著於替換旋鈕106。在 一些示例中，轂206和旋鈕106 —起替換。供》會供應商或客戶的替 換零件可包括已附著有咬合的夾子214的轂206和旋鈕106。替換零 件可以與原來和控制面板100 —起供應的旋鈕和穀的設計或材料不 同，例如它們可能需要不同於裝配線上使用的安裝力。
在示出的示例中，3個夾子214相隔120°。這為旋鈕106/毅206 裝配提供了穩定性，不用明顯複雜的零件製造。可使用更多或更少 的夾子，取決於考慮如操作或裝配旋鈕所需的力、在陷入前裝配必 須承受的力以及生產和裝配零件的成本。
在一些示例中，選擇彈簧208的強度以提供足夠的力使旋鈕102 在夾子214分離之後能操作，但是力並沒有大到導致夾子214應變， 例如，通過當旋鈕106已經到了完全延伸的位置時向外推動旋鈕 106。在一些示例中，當彈簧208在其被壓縮(旋鈕106陷入)的位 置時，這是約38 N(8.5 lbf)。在一些示例中，使用其他機構將旋 鈕106恢復到其延伸的位置，如可壓縮泡沫。
其他實施例在下列權利要求書的範圍內。例如，外環104也可 用作按鈕開關。控制器可以不是旋鈕，例如是操縱杆。
權利要求
1. 一種裝置，包括雙同心旋鈕(102)，其中對於低於閾值的力，內旋鈕(106)用作堅固的人體工程學功能旋鈕，以及對於高於閾值的力，內旋鈕陷入外旋鈕(104)中。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中對於低於閾值的力，所述 內旋鈕(106)也用作按鈕。
3. 根據權利要求1或2所述的裝置，其中所述內旋鈕(106)包括第一手動操作的控制器(202, 204), 安裝在轂(206 )上用於相對於所述轂(206 )在第一位置和第二位 置之間的軸向運動，以及還包括機構，除非大於閾值的力施加於所述第一控制器(202, 204), 將所述第一控制器(202, 204 )在第一位置軸向剛性地耦合到所述 轂(206)，以及機構，將所述第一控制器(202， 204)在所述第一位置和所述第 二位置旋轉地耦合到所述轂(206)。
4. 根據權利要求3所述的裝置，還包括彈性元件(208 ),只要 當所述第一控制器(202， 204)不在第一軸向位置時，對所述第一 控制器(202， 204)向所述第一軸向位置施加力。
5. 根據權利要求3或4所述的裝置，其中在第一軸向位置，所 述第一控制器(202, 204)的第一部分(202)延伸超出平面。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其中在第二軸向位置，第一控 制器(202, 204)的第一部分(202)不延伸超出所述平面。
7. 根據權利要求5所述的裝置，其中所述第一部分(202)包括 硬度大於50肖氏硬度A的材料。
8. 根據權利要求5所述的裝置，其中所述第一控制器(202, 204) 的第二部分(204)在第一軸向位置和第二軸向位置延伸超出所述平 面。
9. 根據權利要求8所述的裝置，其中所述第二部分(204)包括硬度小於50肖氏硬度A的材料。
10. 根據權利要求5所述的裝置，其中所述平面由受所述控制器 (202, 204)控制的設備(100)的表面限定。
11. 根據權利要求5所述的裝置，其中所述平面由圍繞所述第一 控制器(202， 204)的第二控制器(205， 207 )的表面限定。
12. 根據權利要求11所述的裝置，其中由所述第二控制器(205， 207 )的表面限定的所述平面與受所述第 一 控制器和第二控制器控制 的設備(100)的表面相距約9.75 mm。
13. 根據權利要求11所述的裝置，其中所述外旋鈕(104)包括 所述第二控制器(205， 207)。
14. 根據權利要求13所述的裝置，其中所述第二控制器(205, 207 )與所述第一控制器(202, 204)是同軸的。
15. 根據權利要求13所述的裝置，其中所述第二控制器(205, 207 )包括與所述第一控制器(202, 204)同心的環(205 )。
16. 根據權利要求3所述的裝置，還包括通過第一轉軸(210) 耦合到所述轂(206)的編碼器(200)。
17. 根據權利要求16所述的裝置，其中所述編碼器(200)配置 為通過旋轉所述第一轉軸(210)從所述第一控制器接收旋轉輸入。
18. 根據權利要求17所述的裝置，其中所述編碼器(200)還配 置為通過旋轉與所述第一轉軸(210)同軸的第二轉軸(212)從與 所述第一控制器(202, 204)同軸的第二控制器(206, 207)接收 第二旋轉輸入。
19. 根據權利要求16所述的裝置，其中所述編碼器(200)配置 為通過所述轉軸(210)的軸向運動從所述第一控制器(202, 204) 4妄收軸向輸入。
20. 根據以上權利要求中任一項所述的裝置，其中所述閾值的範 圍是約40牛頓到約378牛頓。
21. 根據以上權利要求中任一項所述的裝置，其中所述閾值為約 57牛頓。
22. 根據權利要求1所述的裝置，還包括 圍繞第一手動操作的控制器(202， 204)的第二手動操作的控制器(205， 207),其中在第一軸向位置，所述第一控制器(202, 204)的第一部分 延伸超出由所述第二控制器(205, 207)的表面限定的平面，以及 在第二軸向位置，所述第一控制器(202, 204 )的所述第一部分不 延伸超出所述平面。
23. 根據權利要求1或2所述的裝置，其中所述內旋鈕(102) 包括第一手動操作的控制器(202, 204),其安裝在轂(206)上用 於相對於所述轂(206)在第一位置和第二位置之間的軸向運動，以 及包括硬度大於約50肖氏硬度A的第一部分(202)，以及硬度小 於約50肖氏硬度A的第二部分(204),機構(214),除非大於約57牛頓的力施加於所述第一控制器 (202, 204)，將所述第一控制器(202， 204)在第一位置軸向剛 性地耦合到所述轂(206),以及其中外旋鈕(104)包括第二手動操作的控制器(205， 207),其包 括與所述第一控制器(202， 204)同心的環，其中在第一軸向位置，所述第一控制器(202, 2(H)的所述第一 部分(202)延伸超出由所述第二控制器(205, 207)的表面限定的 平面，在第二軸向位置，所述第一控制器(202， 204)的所述第一部分 (202)不延伸超出所述平面，以及所述第一控制器(202， 204)的所述第二部分(204)在所述第 一軸向位置和第二軸向位置延伸超出所述平面。
24. —種汽車中使用的用戶接口設備(100),所述設備包括根據以上權利要求中的一個或多個所述的裝置。
25. 根據權利要求24所述的用戶接口設備(100)，其中所述用 戶接口設備(100)包括下列中的一個或組合收音機；多媒體回放設備；導航系統；用於氣候控制系統的控制 接口；通信設備；以及個人計算機。
全文摘要
在雙同心旋鈕中，對於低於閾值的力，內旋鈕用作堅固的人體工程學功能旋鈕，且對於高於閾值的力，內旋鈕陷入外旋鈕。在一些示例中，對於低於閾值的力，內旋鈕也用作按鈕。手動操作的控制器安裝在轂上用於相對於轂在第一位置和第二位置之間的軸向運動，除非大於閾值的力施加於該控制器，一個機構將該控制器在第一位置軸向剛性地耦合到轂，以及一個機構將該控制器在第一位置和第二位置旋轉地耦合到轂。
文檔編號G05G1/08GK101490635SQ200780026991
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月25日 優先權日2006年7月28日
發明者A·E·范多倫, J·A·薩克, T·尼爾森 申請人:伯斯有限公司