Principi base degli interruttori tattili

L'interruttore tattile è un tipo ben noto di interruttore elettrico che, come le sue controparti meccaniche, completa o interrompe un circuito elettrico tramite l'attuazione manuale. Partiti nei primi anni 1980 come interruttori a membrana o serigrafati per tastiere e tastierini, questi tipi di interruttori hanno trovato inizialmente molta resistenza a causa delle loro scarse prestazioni e della mancanza di riscontro tattile. Tuttavia, alla fine degli anni 1980, le versioni con calotte metalliche incorporate nel design hanno visto un'adozione più diffusa grazie al loro riscontro migliorato, all'attuazione robusta e alla maggiore longevità. Questi cambiamenti ci hanno dato gli interruttori tattili comunemente usati oggi in una vasta gamma di applicazioni commerciali e consumer.

Come già accennato, un elemento di differenziazione chiave degli interruttori tattili è che quando vi viene applicata pressione, l'attuatore risponde con un "clic" percettibile o un riscontro aptico per indicare che l'interruttore è stato azionato con successo. Come dispositivi ad azione momentanea, una volta che l'utente cessa di applicare pressione, l'interruttore viene rilasciato e il flusso di corrente si interrompe. Benché siano comuni come dispositivi normalmente aperti, gli interruttori tattili sono disponibili anche in versioni normalmente chiuse in cui la corrente è disattivata quando l'attuatore è premuto e attivata una volta rilasciato.

Figura 1: Esempio di comuni interruttori tattili (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Tattile o pulsante?

Due tipi di interruttori spesso confusi tra loro o i cui nomi vengono usati in modo intercambiabile sono gli interruttori tattili e gli interruttori a pulsante. Sebbene simili per natura e funzione, gli interruttori a pulsante funzionano premendo un attuatore per una determinata distanza per avviare il flusso di corrente e premendolo di nuovo per fermare il flusso di corrente. Invece, gli interruttori tattili avviano/arrestano il flusso di corrente quando l'attuatore viene spinto e trattenuto con una corsa minima dell'attuatore.

Alcuni pulsanti possono funzionare come interruttori ad azione momentanea, mentre tutti gli interruttori tattili sono momentanei. Gli interruttori tattili sono solitamente offerti in contenitori più piccoli rispetto agli interruttori a pulsante, e con valori di tensione e corrente generalmente inferiori. Il loro riscontro acustico o aptico è anche un elemento di differenziazione chiave rispetto a quelli a pulsante e, mentre i pulsanti offrono stili di montaggio a pannello o su PCB, gli interruttori tattili sono concepiti solo per il montaggio diretto su PCB. Per saperne di più sugli interruttori a pulsante, consultare il blog (in inglese) Nozioni base sugli interruttori a pulsante di Same Sky.

Struttura e funzionamento di base

Un aspetto chiave che porta alla semplicità e alla robustezza di un interruttore tattile rispetto ad altri interruttori meccanici è il suo numero limitato di componenti interni per realizzare la sua funzione prevista. Un tipico progetto di interruttore tattile di solito include quattro componenti totali elencati di seguito:

1. Coperchio superiore: protegge il meccanismo interno dell'interruttore e può essere in metallo o in altri materiali, a seconda della funzione prevista. I coperchi possono inoltre offrire un terminale di terra per proteggere l'interruttore dalle scariche elettrostatiche.
2. Pistoncino: situato sotto il coperchio e sopra la calotta di contatto, il pistoncino è il componente che viene premuto dall'utente per flettere la calotta, attivando così l'interruttore. I pistoncini possono essere piatti o sollevati.
3. Calotta di contatto: questo componente dalla forma arcuata si inserisce nella base e cambia forma quando viene a contatto con il pistoncino. Questo processo di flessione produce il clic udibile e tattile mentre si collegano due contatti fissi nella base per completare il circuito. Una volta rimossa la forza, la calotta di contatto ritorna alla sua forma originale e disconnette il circuito. Il materiale utilizzato sia per la calotta di contatto sia per il pistoncino (metallo, gomma, ecc.) contribuirà a determinare la sensazione tattile e il suono dell'interruttore.
4. Base in resina stampata: il pezzo finale dell'interruttore ospita i terminali e i contatti per collegare l'interruttore alla PCB.

Figura 2: Struttura di un tipico interruttore tattile (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Vantaggi chiave e specifiche

La corretta selezione degli interruttori tattili va oltre la semplice valutazione delle specifiche riportate nella scheda tecnica del prodotto. Al di là delle diverse caratteristiche e dei vantaggi generali, come l'attuazione momentanea, la potenza inferiore e le correnti nominali, la robustezza dovuta a un minor numero di parti mobili e il costo inferiore, la sensazione percettibile di un interruttore tattile e il suono possono esercitare una grande influenza sulla selezione dei componenti. Questo può essere difficile da quantificare, perché la forza necessaria per attivare l'interruttore e il suo riscontro aptico variano a seconda dell'uso e della funzione previsti. Ad esempio, un interruttore tattile usato in un'applicazione automotive potrebbe aver bisogno di una maggiore forza di attuazione per evitare attivazioni accidentali dovuti alle vibrazioni rispetto a un interruttore usato in un ambiente domestico o in ufficio. Spesso il modo migliore per determinare le caratteristiche corrette di un interruttore è tramite prototipi e test.

Con tutto ciò che è stato detto, di seguito sono date alcune specifiche chiave da tenere in mente durante il processo di selezione:

• Tensione nominale: tensione massima che l'interruttore può sopportare quando è aperto o chiuso.
• Corrente nominale: corrente massima in ampere che un interruttore può trasportare prima di danneggiarsi.
• Forza di attivazione (o forza operativa): quantità di forza o pressione (espressa in grammi di forza o gf) necessaria per muovere l'attuatore su un interruttore.
• Deflessione (o corsa dell'attuatore): distanza complessiva della corsa di un interruttore premuto.
• Forza di contatto: quantità di forza o pressione (espressa in grammi) necessaria affinché l'interruttore colleghi i terminali.
• Altezza dell'attuatore: l'altezza dell'attuatore sopra il corpo dell'interruttore. (Vedere la Figura 3.)
• Ciclo di vita: durata prevista di un interruttore in condizioni operative normali.
• Intervallo di temperatura: temperature di funzionamento entro le quali l'interruttore funzionerà secondo le specifiche.
• Stile di montaggio: il metodo usato per montare l'interruttore sulla PCB, sia a foro passante che a montaggio superficiale.
• Grado IP: uno standard internazionale che classifica i gradi di protezione di un interruttore (e di altri prodotti) contro l'infiltrazione di polvere e liquidi. Vedere gli interruttori tattili di grado IP67 di Same Sky.

Figura 3: Altezze comuni degli attuatori di interruttori tattili (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Cablaggio dell'interruttore tattile

La maggior parte degli interruttori tattili contiene quattro pin per aiutare a fornire stabilità durante il montaggio sulla PCB. Questi quattro pin sono collegati internamente in due serie. Anche se tecnicamente sono necessari solo due dei cavi per il cablaggio, è meglio usare tutti i pin possibili. Ci sono anche modelli di interruttori tattili che hanno solo due pin disponibili e versioni a 5 pin che permettono un controllo simile a un joystick in un contenitore molto minimalista.

Figura 4: Configurazione comune di un interruttore tattile a 4 pin (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Conclusione

Grazie alle loro dimensioni compatte, all'altezza ridotta e alla lunga durata, gli interruttori tattili soddisfano molte esigenze in una varietà di prodotti consumer e industriali, comprese le nuove applicazioni nella tecnologia indossabile e altre. Quando è necessaria un'attuazione momentanea a bassa potenza, gli interruttori tattili rimangono la soluzione preferita, con l'ulteriore vantaggio del riscontro tattile e uditivo. Per assistere nel processo di selezione, Same Sky offre una linea di interruttori tattili in contenitori compatti, una gamma di altezze dell'attuatore e molteplici opzioni di configurazione.