帶力傳感器的操作元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種帶力傳感器的操作元件。
【背景技術(shù)】
[0002]本實(shí)用新型涉及一種操作元件，其擁有膜片和力傳感器作為基本元件，其膜片具有一層彈性層，該彈性差定義了一個(gè)在致動(dòng)力下屈服的致動(dòng)面。這類(lèi)帶屈服致動(dòng)面的操作元件要求將作用力非常精確地傳導(dǎo)給力傳感器，即一方面盡可能沒(méi)有間隙以及組件在力傳輸相互作用時(shí)發(fā)生的機(jī)械形變；另一方面要求將致動(dòng)面完全復(fù)位到致動(dòng)點(diǎn)的非致動(dòng)位置，從而一方面保證力的測(cè)量的再現(xiàn)性，另一方面保證不因力的測(cè)量改變或者損壞膜片的視覺(jué)外觀。例如，過(guò)分拉伸彈性層將會(huì)產(chǎn)生縫隙，從而使得該層發(fā)生塑性變形，然后進(jìn)一步使致動(dòng)面上出現(xiàn)壓痕。這一問(wèn)題特別容易發(fā)生在定義為金屬層的致動(dòng)面上。此外，此類(lèi)帶有共同操作面的致動(dòng)面上的元件排列(陣列)意圖使各個(gè)操作元件可以在各個(gè)操作的機(jī)電檢測(cè)方面進(jìn)行視覺(jué)解耦。即操作元件的單一操作在力的測(cè)量方面不會(huì)“過(guò)分調(diào)用”相鄰的操作元件，此外，相鄰未致動(dòng)的致動(dòng)面不應(yīng)發(fā)生形變，或者至少在正常的觀看距離下發(fā)生的形變不會(huì)被肉眼發(fā)現(xiàn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]因此，需要一種通用的操作元件，其可以對(duì)力進(jìn)行精確測(cè)量，并且將膜片發(fā)生塑性形變，以及定義致動(dòng)面的彈性層發(fā)生形變的風(fēng)險(xiǎn)盡可能地降到最低。依據(jù)權(quán)利要求1中的工藝以及其他的相關(guān)權(quán)利要求可以解決這一問(wèn)題。較好的設(shè)計(jì)是各自相關(guān)權(quán)利要求的對(duì)象。應(yīng)當(dāng)指出的是，權(quán)利要求中單獨(dú)列出的特征可被任意，以及任何技術(shù)上有意義的方式彼此組合起來(lái)，并展示了本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方案。另外，該說(shuō)明，特別是結(jié)合的附圖，會(huì)對(duì)本實(shí)用新型的特征進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]帶力傳感器的操作元件，包括:膜片，具有至少一個(gè)彈性層，所述彈性層定義了在致動(dòng)力的作用下屈服的致動(dòng)面，還具有設(shè)在彈性層背離致動(dòng)面的一側(cè)上與彈性層相連的支承件；安裝在彈性層下方的力傳感器，用于測(cè)量作用于致動(dòng)面上的致動(dòng)力；設(shè)置在彈性層和力傳感器之間的推桿，用于將致動(dòng)力傳遞到力傳感器上；其上設(shè)有力傳感器的電路板，其中膜片在電路板環(huán)繞力傳感器的區(qū)域中由支承件支承，其中，壓力傳感器具有位于推桿下方的開(kāi)口，并且操作元件還具有發(fā)光體，該發(fā)光體位于開(kāi)口的內(nèi)部或者下部，從而為膜片提供背光照明，并且其中推桿具有棘突，接合至力傳感器的開(kāi)口中。
[0006]對(duì)于具有多個(gè)彈性層的層結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型中每個(gè)層結(jié)構(gòu)的最下層都劃分了邊界。在本實(shí)用新型中的屈服致動(dòng)面中，致動(dòng)面和彈性層可以從未致動(dòng)的位置復(fù)原；可以從未加載的位置切換到壓下的位置和裝載位置；反之亦然。因此，本實(shí)用新型中的這一層的外平面不限于一個(gè)平面平行或者平行的分布形態(tài)。
[0007]支承件和膜片緊密貼合電路板。因此，傳遞到致動(dòng)面上的致動(dòng)力非常精確，不存在膜片和力傳感器相對(duì)運(yùn)動(dòng)損失導(dǎo)致的影響。較好的情況是，致動(dòng)面的最大沖程被限制為I毫米；更好的情況是被限制為0.5毫米以及0.1毫米，而最好的情況是被限制為0.05毫米。
[0008]為了避免出現(xiàn)縫隙以及力傳導(dǎo)以及作用于力傳感器時(shí)的“失位”情況，更好的一種設(shè)計(jì)方法是通過(guò)本實(shí)用新型中的彈性層組件和支承件來(lái)一體化地構(gòu)造膜片。而比這一工藝更好的辦法是一體化構(gòu)建膜片和推桿。
[0009]在一個(gè)實(shí)施方案中規(guī)定在力傳感器周?chē)惭b多個(gè)支承件。而在更好的一個(gè)實(shí)施方案中，支承件被定義在電路板和彈性層之間，包圍著力傳感器的空隙體積中。優(yōu)選地，空隙體積通過(guò)彈性層面向致動(dòng)面，與層結(jié)構(gòu)相隔；更好的情況是，背向致動(dòng)面并通過(guò)電路板相隔。例如，支承件定義了一個(gè)環(huán)形或者一個(gè)長(zhǎng)方形或者正方形的框架來(lái)包圍力傳感器。優(yōu)選地，制造支承件的材料至少在致動(dòng)方向上，即在致動(dòng)力的方向上，比至少一個(gè)彈性層的材料具有更穩(wěn)定的形狀。優(yōu)選地，支承件為彈性低于彈性層材料的熱塑性塑料制成。而更好的一個(gè)實(shí)施方案是，由強(qiáng)化玻璃纖維塑料構(gòu)造支承件；還要好的一個(gè)實(shí)施方案是，由強(qiáng)化玻璃纖維的熱塑性塑料構(gòu)造支承件。
[0010]根據(jù)其他的實(shí)施方案，彈性層應(yīng)為塑料材質(zhì)，優(yōu)選地應(yīng)為熱塑性塑料材質(zhì)制成。優(yōu)選地，至少一個(gè)彈性層為金屬層。優(yōu)選地，膜片具有一個(gè)富含多個(gè)彈性層的層結(jié)構(gòu)。
[0011]根據(jù)一個(gè)更好的實(shí)施方案，層結(jié)構(gòu)中的膜片具有一個(gè)外部的，相鄰于力傳感器的層，即層結(jié)構(gòu)的最底層具有更高的彈性(對(duì)比其他層和層結(jié)構(gòu)中靠近致動(dòng)面的層，也就是之上的層)。例如，這些層有利于推桿和膜片的一體化。
[0012]為了在膜片致動(dòng)面上設(shè)置一個(gè)背光照明的符號(hào)，推桿和膜片上的推桿相鄰區(qū)域應(yīng)設(shè)計(jì)為透明或半透明形式。例如，推桿應(yīng)由透明或者半透明的甲酯(PMMA)制成。
[0013]優(yōu)選地，膜片(更好的情況是膜片和推桿)，通過(guò)注塑成型流程制造而成，例如通過(guò)雙組件注塑成型流程。
[0014]例如，力傳感器應(yīng)為一個(gè)壓電式力傳感器；優(yōu)選地，力傳感器為一個(gè)電容傳感器。例如，包括兩個(gè)在力的作用下電容可變的相隔電極。
[0015]發(fā)光體可為一個(gè)背光照明用的LED (對(duì)著膜片安裝在開(kāi)口內(nèi)或者之下)。這樣可以實(shí)現(xiàn)直接光路和光源的集中排列。例如，在電容傳感器的一個(gè)或者兩個(gè)電極上設(shè)有一個(gè)中央開(kāi)口。
[0016]優(yōu)選地以SMD安裝方式安裝發(fā)光體。
[0017]依據(jù)一個(gè)其他更好的實(shí)施例，電路板還具有一個(gè)開(kāi)口，發(fā)光元件安裝在與力傳感器背離的電路板上。在該實(shí)施例中，燈光可以通透攝入電路板的開(kāi)口和力傳感器開(kāi)口。這一實(shí)施例允許集中布置光源，而又不限制力傳感器的功能性和敏感性。
[0018]設(shè)置棘突為了定位作用于力傳感器的推桿末端以及力傳感器，同時(shí)，棘突還有利于光的有效耦合。例如，棘突表面為一個(gè)透鏡或者透鏡結(jié)構(gòu)的形式。
[0019]為了避免力在傳導(dǎo)時(shí)的損耗，應(yīng)該在非致動(dòng)狀態(tài)下，以預(yù)張緊的形式安裝力推桿到傳感器和彈性層之間。例如，推桿針對(duì)電路板和未加載彈性層的純間隔距離來(lái)說(shuō)稍大了
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[0020]此外，本實(shí)用新型還涉及了一個(gè)在前述實(shí)施例中安裝了多個(gè)操作元件的陣列，它們構(gòu)成了一個(gè)共同的彈性層。在本實(shí)用新型的實(shí)施例的電氣-機(jī)械檢測(cè)方面，各個(gè)操作元件通過(guò)單一操作和/或者其光學(xué)去耦完成去耦合。即單個(gè)操作元件的單一操作由于實(shí)用新型中的支承元件陣列在力的測(cè)量方面不會(huì)“過(guò)分調(diào)用”相鄰的操作元件。此外，相鄰未致動(dòng)的致動(dòng)面不會(huì)發(fā)生形變，或者發(fā)生的形變至少在正常的觀看距離上不會(huì)被看到。優(yōu)選地，操作元件陣列具有一個(gè)支承件和彈性層