Соединитель смарт-карты
SMART-CARD CONNECTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Заявленное изобретение относится к конструкции соединителей для смарт-карты, предназначенных для ее удобного ввода и извлечения.
Уровень техники
Из уровня техники известен соединитель для смарт-карты (патент США US 7938332, 10.05.2011 - ближайший аналог), который содержит корпус, снабженный контактной группой для подключения к контактам смарт-карты, крышку, установленную на корпусе с образованием между ними зазора для ввода смарт-карты, подпружиненный толкатель смарт-карты, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси ввода-вывода смарт-карты, фиксатор толкателя в положении ввода смарт-карты, подвижно связанный с якорем электромагнита (соленоида), и заслонку в виде стержня, расположенного в углублении корпуса с возможностью поступательно-вращательного перемещения. Первый конец заслонки связан с толкателем, а на втором конце выполнена угловая стенка для блокировки торца смарт-карты.
Недостатком конструкции известного соединителя является ее низкая надежность, связанная, в частности, с выполнением направляющих кривых на корпусе для обеспечения подъема и опускания заслонки, что приводит к повышению сил сопротивления ее движению при возникновении задиров или загрязнении элементов. Кроме того, конструкция фиксатора не обеспечивает надежное удержание толкателя и может привести к его заклиниванию.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков аналогов.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности фиксации смарт-карты, снижение вероятности ее самопроизвольного выброса и уменьшение сил сопротивления движению заслонки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что соединитель смарт-карты содержит корпус, снабженный контактной группой для подключения к контактам смарт-карты, крышку, установленную на корпусе с образованием между ними зазора для ввода смарт-карты, подпружиненный толкатель смарт-карты, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси ввода-вывода смарт-карты, поворотный фиксатор толкателя в положении ввода смарт-карты, подвижно связанный с якорем электромагнита, заслонку в виде стержневого элемента, расположенного в углублении корпуса и выполненного с возможностью взаимодействия с толкателем с обеспечением линейного перемещения заслонки вдоль оси ввода-вывода смарт-карты, при этом первый конец заслонки связан с корпусом посредством пружины сжатия, а на втором конце выполнена угловая стенка для блокировки торца смарт-карты в положении ввода, причем второй конец связан с корпусом посредством кривошипа, обеспечивающего подъем и опускание второго конца относительно углубления корпуса при упомянутом линейном перемещении заслонки.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации изобретения за счет того, что:
- соединитель содержит подпружиненный тормозной рычаг, шарнирно установленный в углублении корпуса с возможностью взаимодействия с поверхностью скольжения смарт-карты;
- тормозной рычаг содержит две планки, размещенные вдоль оси ввода-вывода смарт-карты и соединенные между собой двумя перпендикулярными перекладинами, при этом один конец каждой планки шарнирно соединен с корпусом, и на планках выполнены две пары возвышений, причем первая пара, расположенная ближе к шарнирному соединению планок, имеет высоту меньше, чем вторая пара, расположенная дальше по отношению к шарнирному соединению;
- толкатель снабжен направляющим пазом, а в углублении корпуса выполнен соответствующий направляющий выступ с возможностью взаимодействия с пазом при перемещении толкателя;
- толкатель имеет выступающий элемент, снабженный пазом, а заслонка на первом конце имеет суженную часть, размещенную в пазу выступающего элемента;
- в толкателе выполнено углубление, а поворотный фиксатор толкателя снабжен зубом, выполненным с возможностью размещения в углублении толкателя в положении ввода смарт-карты;
- контактная группа корпуса соединителя имеет контакты для определения наличия смарт-карты.
В отличие от ближайшего аналога в заявленной конструкции отсутствуют направляющие кривые на корпусе и крышке, а движение заслонки задает кривошип, что снижает силы сопротивления движению заслонки и повышает надежность работы механизма: уменьшается трение, обеспечивается работоспособность при наличии задиров и загрязнений.
Также в отличие от ближайшего аналога в заявленном соединителе фиксатор выполнен поворотным (механизм «собачка»), что позволяет повысить надежность фиксации, уменьшить размеры узла (не нужна разнесенная опорная база направляющих поступательного движения для исключения заклинивания), снизить инерционность, снизить вероятность самопроизвольного выброса карты при ударах, а также уменьшить силу трения, воздействующую на якорь электромагнита.
Кроме того, в качестве частного варианта реализации заявленного изобретения в конструкции соединителя может быть предусмотрен тормозной рычаг с двумя парами возвышений, который обеспечивает интенсивное торможение в нужное время и лучшее удержание смарт-карты в устройстве. В результате снижается вероятность полного выброса (выпадения) смарт-карты из устройства.
Краткое описание чертежей
Заявленное изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показан общий вид устройства;
на фиг. 2 показана внутренняя часть устройства;
на фиг. 3 показана внутренняя часть устройства без заслонки и тормозного рычага;
на фиг. 4 показан вид устройства сверху;
на фиг. 5 показана конструкция заслонки;
на фиг.6 показана конструкция толкателя.
Осуществление изобретения
Заявленный соединитель включает корпус (1) с крышкой (2) (платой) (см. фиг. 1). Между корпусом (1) и крышкой (2) предусмотрен зазор для ввода смарт-карты (3) (фиг. 4). На корпусе установлена контактная группа (4), контакты которой прижимаются к контактным площадкам смарт-карты в рабочем положении смарт-карты (положении чтения-записи). Контактная группа (4) может иметь дополнительную пару контактов (4а) для определения наличия смарт-карты (3) (в данном случае - нормально-разомкнутых).
В углублении корпуса (1) установлен толкатель (5) смарт-карты, подпружиненный пружиной сжатия (6). Толкатель (5) размещен подвижно вдоль оси ввода-вывода смарт-карты и имеет скругленный (угловой) торец (5а), который взаимодействует с торцом смарт-карты. В нерабочем положении (при отсутствии смарт-карты) торец (5a) упирается в стенку углубления. В углублении корпуса (1) также расположен направляющий выступ (7), ориентированный параллельно оси ввода-вывода смарт-карты, а в толкателе (5) - направляющий паз (5b), в котором размещается выступ (7) с возможностью скольжения толкателя при вводе и выводе смарт-карты. Толкатель (5) для его фиксации также снабжен углублением (5c). Кроме того, толкатель имеет выступающий элемент (5d) в виде отростка, являющегося продолжением скругленного торца (5a), с первым и вторым торцами и пазом (5е).
Рядом с углублением корпуса размещен поворотный фиксатор (8) толкателя, установленный на оси (9), закрепленной на корпусе и выполненной заодно с корпусом, и подвижно связанный с якорем электромагнита (10), корпус (магнитопровод с обмоткой) которого установлен (защелкнут) на корпусе (1) устройства. Фиксатор (8) имеет зуб (8а) и предназначен для блокирования толкателя с взведенной (сжатой) большой пружиной (6) в рабочем положении смарт-карты (положении ввода), при котором указанный зуб (8а) размещен в углублении (5c) толкателя (5).
В углублении корпуса, в той его части, где расположен отросток (5d) толкателя (5), размещена заслонка (11) в виде стержневого элемента, по существу, прямоугольного сечения. Заслонка установлена с возможностью поступательного перемещения вдоль оси ввода-вывода смарт-карты. Первый конец (11a) заслонки связан с корпусом (1) посредством малой пружины сжатия (12) и имеет узкую часть (11b) с утолщением (11c) в виде цилиндра с первой и второй лысками, а также с направляющей (11d) для пружины сжатия (12) на первой лыске. При этом узкая часть (11b) первого конца (11а) заслонки размещена в пазу (5е) выступающего элемента (5d) (отростка) толкателя (5). В рабочем положении заслонка (11) второй лыской утолщения (11c) прижата малой пружиной (12) к первому торцу выступающего элемента (5d) толкателя. На втором конце (11е) заслонки выполнено расширение с угловой стенкой (11f) для блокировки торца смарт-карты в рабочем положении. При этом в области второго конца (11e) в месте перехода узкой части к более широкой средней части выполнен изгиб (11g) в виде валика. Второй конец (11е) заслонки в области указанного валика (11g) шарнирно связан с корпусом посредством кривошипа (13) в виде скобы, оси которого параллельны рабочей поверхности смарт-карты и перпендикулярны направлению ее движения. Заслонка (11) с кривошипом (13) представляют собой классический кривошипно-ползунный механизм. Посредством кривошипа (13) первый конец (11a) заслонки, ограниченный (с зазором) углублением корпуса и крышкой, может совершать «поступательно-вращательное» движение. При этом второй конец заслонки (11) совершает сложное движение, и угловая стенка (11f) на его расширении утопает в углублении корпуса, освобождая путь смарт-карте, или приподнимается над поверхностью корпуса, блокируя смарт-карту. Таким образом, указанный кривошип (13) обеспечивает подъем и опускание второго конца (11e) заслонки при линейном перемещении заслонки (11) вдоль оси ввода-вывода (при взаимодействии заслонки с толкателем).
В устройстве может быть предусмотрен тормозной рычаг (14), шарнирно установленный (защелкнутый) в углублении (15) и подпружиненный двумя пружинами (16). Тормозной рычаг (14) содержит две планки (14а) и (14b), ориентированные параллельно оси ввода-вывода смарт-карты и соединенные между собой двумя перпендикулярными перекладинами (14c) и (14d). При этом на планках выполнены по две пары возвышений (14е) и (14f), причем первая пара (14е), расположенная ближе к шарнирному соединению планок, имеет меньшую высоту, чем вторая пара, (14f) расположенная дальше.
Заявленное устройство работает следующим образом.
1. Исходное состояние.
Второй конец (11е) заслонки (11) прижат ко дну углубления корпуса (1) усилием малой пружины (12) (направление задает кривошип (13)). Отверстие для смарт-карты свободно. Торец (5а) толкателя (5) прижат к стенке углубления корпуса большой пружиной (6). Тормозной рычаг (14) прижат пружинами (16) к крышке (2). Фиксатор (8) толкателя (5) зубом (8а) прижат пружиной якоря электромагнита (10) к краю корпуса. Между торцом заслонки (11) в месте перехода узкой части к более широкой и первым торцом выступающего элемента (5d) толкателя (5) имеется небольшой зазор. Этот зазор необходим для того, чтобы усилие большой пружины (6) не передавалось на заслонку (11) и не деформировало ее. В то же время толкатель (5) не позволяет заслонке (11) заблокировать отверстие для смарт-карты при отсутствии смарт-карты, например при возникновении вибрации или наличии загрязнений или посторонних частиц.
2. Ввод смарт-карты.
Смарт-карту (3) вводят в отверстие между корпусом (1) и крышкой (2), и, когда она доходит до тормозного рычага (14), гранью между рабочей и передней поверхностью утапливает тормозной рычаг (14) в углубление (15) корпуса (1) и скользит рабочей поверхностью по указанному рычагу (14). Далее смарт-карта (3) доходит до контактов контактной группы (4), утапливая их, и затем скользит по ним. После этого смарт-карта (3) доходит до торца (5а) толкателя и начинает двигать толкатель (5), взводя при этом большую пружину (6). Скос толкателя (5) доходит до скоса зуба (8а) фиксатора, и фиксатор (8) начинает поворачиваться относительно оси (9), утапливая якорь электромагнита (10) и сжимая его пружину.
Второй торец выступающего элемента (5d) доходит до второй лыски заслонки (11), и заслонка начинает двигаться вдоль оси ввода-вывода смарт-карты. При этом малая пружина (12) сжимается, а угловая стенка (11f) на втором конце (11e) заслонки за счет кривошипа (13) приподнимается над дном углубления корпуса (1). Далее смарт-карта (3) доходит до дополнительной пары контактов (4а) контактной группы (при их наличии) и замыкает ее.
Затем зуб (8а) фиксатора соскакивает с зуба толкателя (5) и попадает в углубление (5с). Смарт-карта проходит еще незначительное расстояние и упирается передним торцом в стенку корпуса. При отпускании смарт-карты, она, за счет усилия пружин (6) и (12), отходит немного назад и толкатель (5) блокируется фиксатором (8). Поскольку угловая стенка (11f) заслонки частично перекрывает отверстие, смарт-карту невозможно извлечь, не сломав или не деформировав заслонку. Между угловой стенкой (11f) заслонки и задним торцом смарт-карты (3) обязательно предусмотрен зазор, т.к. смарт-карта имеет допуски на размеры при изготовлении и, по соответствующему стандарту, допускается увеличение ее размеров при эксплуатации.
3. Вывод смарт-карты.
При подаче импульса напряжения на электромагнит (10) якорь электромагнита втягивается, и после выборки зазоров фиксатор (8) начинает поворачиваться. Чтобы уменьшить вероятность самопроизвольного выброса смарт-карты при боковых ударах за счет инерционности якоря и фиксатора, зубья фиксатора (8) и толкателя (5) выполнены с поднутрением. Поэтому сначала толкатель (5) совершает небольшое движение в направлении, противоположном направлению выброса смарт-карты. После выхода из зацепления зубьев, толкатель (5) под действием большой пружины (6) начинает двигаться в направлении вывода, выталкивая смарт-карту (3).
Далее возможны два варианта. Если отношение приведенной массы толкателя и смарт-карты к разности усилия большой пружины и сил трения больше отношения приведенной массы заслонки и кривошипа к разности усилия малой пружины и соответствующих приведенных сил трения, то заслонка (11) будет двигаться вместе с толкателем (5). В противном случае, смарт-карта (3) задним торцом догонит угловую стенку (11f) заслонки (11) и будет подталкивать ее. В любом случае, второй конец (11) заслонки будет двигаться в направлении вывода и вниз, утапливаясь в углубление корпуса. К моменту, когда второй конец (11e) заслонки доходит до своего крайнего положения и упирается в дно углубления корпуса, выступ с угловой стенкой (11f) заслонки полностью скрывается в углублении. После этого толкатель со смарт-картой двигаются вместе до тех пор, пока торец толкателя не упрется в стенку углубления корпуса (1).
Затем смарт-карта движется по инерции, контактируя рабочей поверхностью со второй парой возвышений (14f) тормозного рычага (14). Когда смарт-карта сходит со второй пары возвышений (14f), рычаг (14), повернувшись за счет пружин (16), прижимается к рабочей поверхности карты первой парой возвышений (14е). С этого момента интенсивность торможения существенно увеличивается, т.к. уменьшается действующая длина рычага, что препятствует полному выбросу карты из устройства. Минимальное значение выброса смарт-карты определяется ходом толкателя, а максимальное - торможением рычага, и даже при минимальном выбросе обеспечивается удобство захвата ее пальцами для извлечения. После этого смарт-карта может быть легко извлечена из соединителя.
Таким образом, заявленная конструкция, в отличие от аналогов, обладает повышенной надежностью и удобством в эксплуатации.