CN101044583A - 可使临界预载最小化的箔式压力传感器 - Google Patents

Abstract

一种箔式开关元件包括借助于内隔片彼此相隔一定距离布置的第一载体箔片和第二载体箔片。内隔片包括至少一个切除部分，该切除部分限定开关元件的有效区域，在有效区域内在第一载体箔片与第二载体箔片之间布置着至少两个电极结构，以限定出至少一对相隔的开关触点。根据本发明，开关元件还包括第一外部间隔层，第一外部间隔层布置在第一载体箔片的外表面上，第一外部间隔层包括至少一个位于有效区域的范围的开口。在本发明的优选实施例中，箔式开关元件还包括第二外部间隔层，第二外部间隔层布置在第二载体箔片的外表面上，第二外部间隔层包括至少一个位于有效区域的范围的开口。

Description

可使临界预载最小化的箔式压力传感器

技术领域

本发明总的来说涉及箔式开关元件，更具体地说涉及适于组合在车辆座椅中的箔式开关元件或者为使临界预载最小而优化的箔式压力传感器。

背景技术

本发明涉及的是箔式开关元件，该开关元件包括借助于内隔片彼此相隔一定距离布置的第一载体箔片和第二载体箔片。内隔片包括至少一个切除部分，该切除部分限定开关元件的有效区域(active area)。在所述第一载体箔片与第二载体箔片之间以如下方式在开关元件的有效区域中布置至少两个电极，即，响应作用于开关元件的有效区域上的压力，第一载体箔片和第二载体箔片克服弹性载体箔片的反作用力而压在一起，并且在所述至少两个电极之间建立电接触。

这种箔式开关元件的几种实施方式在本领域中是公知的。一些这样的开关元件构造成如下简单的开关，其包括例如布置在第一载体箔片上的第一电极以及以面向第一平面电极的关系布置在第二载体箔片上的第二电极。这些电极可以为基本上覆盖各载体箔片的位于有效区域内部的整个表面的平面构造。

本领域中公知的其它开关元件构造成具有电阻的压力传感器，其中电阻随着所施加的压力量而变化。在这种压力传感器的第一实施方式中，第一电极布置在第一载体箔片上，第二电极以面向第一电极的关系布置在第二载体箔片上。至少一个电极被一层压敏材料(例如，半导体材料)覆盖，以至于当第一载体箔片和第二载体箔片响应作用于开关元件上的压力而压在一起时，在第一电极与第二电极之间经由压敏材料层建立电接触。这种压力传感器经常称为工作于所谓的“直通模式”。

在压力传感器的替代实施方式中，第一电极和第二电极以间隔关系布置在第一载体箔片和第二载体箔片之一上，而另一个载体箔片被一层压敏材料覆盖。该压敏材料层以面向第一电极和第二电极的关系布置，以至于当所述第一载体箔片和第二载体箔片响应作用于开关元件的有效区域上的压力而压在一起时，压敏材料层使第一电极和第二电极被绕开。这种传感器称为工作于所谓的“旁通模式”。

上述开关元件可以以节约成本的方式制造，并且已经证明在实际应用中非常健壮而可靠。由于具有这些有利的特点，箔式开关元件现在已经广泛应用于各种开关和检测应用场合。传感器或开关元件具有较薄的外形和较轻的质量，这使得开关元件适于组合在各种工作环境中。

这种箔式开关元件的一个具体应用包括用于检测例如车辆座椅的乘坐状态，所确定的乘坐状态用于控制汽车安全气囊系统或者触发座椅安全带提醒器。典型情况下，通常包括多个箔式开关元件的座椅传感器在座椅饰件与座椅的泡沫座垫之间安装于车辆座椅中。由于座椅传感器上方的座椅饰件通常非常刚硬和/或张得很紧，因此开关元件被压在开关元件下方的座垫上。作为选择，将座椅传感器放在座椅的泡沫座垫内距离座垫表面一定深度的位置。座椅传感器例如放在横向切入座垫中的切口内部。

两种组合变化形式都导致泡沫与开关元件之间永久接触，这导致开关元件的有效区域上产生不期望的预载，特别是在开关元件具有较高灵敏度的情况下更是如此。由于开关元件的有效区域与座椅材料之间的这种直接、永久的接触，在座椅传感器的整个寿命中都观察到灵敏度漂移。

发明内容

本发明的目的是提供一种非常适于组合在柔性材料中(例如，泡沫材料)中的改进型箔式开关元件。

为了克服上述问题，本发明提出一种箔式开关元件，包括借助于内隔片彼此相隔一定距离布置的第一载体箔片和第二载体箔片，其中所述内隔片包括至少一个切除部分，该切除部分限定出所述开关元件的有效区域，在有效区域内在所述第一载体箔片与第二载体箔片之间布置着至少两个电极结构，以限定出至少一对相隔的开关触点。根据本发明，所述开关元件还包括第一外部间隔层，所述第一外部间隔层布置在所述第一载体箔片的外表面上，所述第一外部间隔层包括至少一个位于所述有效区域的范围的开口。

本发明的开关元件的外部间隔层将传感器环境的柔性材料与所述第一载体箔片隔开，从而避免当没有外力作用于传感器环境上时所述柔性材料直接作用于开关元件的有效区域上。然而，如果外力作用于车辆座椅上，座椅的泡沫材料在外力的作用下可以穿过外间隔层的开口并且作用于开关元件的有效区域上，以便于激活开关元件。

在本发明的优选实施例中，所述箔式开关元件还包括第二外部间隔层，所述第二外部间隔层布置在所述第二载体箔片的外表面上，所述第二外部间隔层包括至少一个位于所述有效区域的范围的开口。开关元件的该实施例特别适合组合在其中弹性材料从两侧作用于开关元件上的环境中。因此，该开关元件非常适合插入在车辆座椅的座垫中切除的切口中。

本发明的一个或多个外部间隔层避免开关元件的环境直接并且永久作用于开关元件上。因此，开关元件的动态特性不会受到柔性材料对开关元件的有效区域的恒定作用的影响。因此可以通过根据开关元件在以后的应用中的需要适当确定两个载体箔片和内隔片的尺寸而独立地调节开关元件的实际表现。可以独立于开关元件以后的工作环境对开关元件的开关表现或灵敏度进行适应性调节。一旦调节了开关表现，就可以通过适当确定外部间隔层的尺寸而使开关元件适应将来的工作环境。

本发明的开关元件因此能够独立地调节动态开关特性并且适应工作环境。开关元件因此可以更好地适应实际应用的具体需要。此外，一旦调节了开关元件的开关特性，开关元件就可以在不对开关特性产生负面影响的情况下容易地适应不同工作环境。

第一和/或第二外部间隔层可以采用任何合适的材料制造，例如与内隔片相同的材料。然而，在优选实施例中，第一和/或第二外部间隔层可以包括更柔性的材料，例如类似毛毡层。与采用塑料箔片片制造的外部间隔层相比，将类似毛毡层的柔性材料用作外部间隔层可以在不对开关元件的总体柔性产生负面影响的情况下提供较厚的外部间隔层。毛毡层制成的外部间隔层还在舒适性方面提供另外的优势，例如一旦组合在车辆座椅中就可以降低噪音或者更不容易察觉。最后，毛毡层制成的外部间隔层易于制造。

开关元件对具体工作环境的适应性取决于工作中包围开关元件的材料的弹性特性。如果假设在开关元件的两侧传感器环境的弹性材料的表现相似，第一和第二外部间隔层通常具有相似的构造。这意味着所述第一外部间隔层中所述开口的横向尺寸(例如如果为圆形开口，则为直径)等于所述第二外部间隔层中所述开口的横向尺寸，和/或所述第一外部间隔层的厚度等于所述第二外部间隔层的厚度。

在开关元件应该组合在环境中并且在开关元件的两侧期望不同的材料表现的情况下，第一和第二外部间隔层优选具有不同的构造。在该情况下，所述第一外部间隔层中所述开口的横向尺寸可以不同于所述第二外部间隔层中所述开口的横向尺寸。除此之外另外地或者作为选择，所述第一外部间隔层的厚度可以不同于所述第二外部间隔层的厚度。

根据开关元件的环境材料的弹性特性以及所述弹性材料中作用的压力条件选择所述外部间隔层的厚度以及各开口的横向尺寸。这意味着在存在软泡沫材料的情况下所述外部间隔层应该例如比存在较硬泡沫材料的情况更硬。选择所述外部间隔层的构造，使得当没有外力作用于车辆座椅上(即，没有乘客坐在车辆座椅上)时可以避免开关元件的有效区域中座椅材料与各载体箔片之间的任何直接接触。

为了使开关元件在存在作用于车辆座椅上的外力的情况下能够正确操作，外部间隔层的构造必须使开关元件环境的弹性材料在外力的作用下可以穿过外部间隔层中的开口并且作用于有效区域。因此，所述第一外部间隔层和/或第二外部间隔层中的开口的横向尺寸通常大于所述内隔片的切除部分的横向尺寸，这意味着所述第一外部间隔层和/或第二外部间隔层中的开口大于开关元件的有效区域。在优选实施例中，所述第一外部间隔层和/或第二外部间隔层中的开口例如具有合适的尺寸并布置为使所述开口完全与所述开关元件的有效区域重叠。

在本发明的优选实施例中，所述第一外部间隔层和/或第二外部间隔层中的开口与所述内隔片的切除部分同轴地布置。因此，所述第一外部间隔层和第二外部间隔层中的开口相对于开关元件的有效区域对称地布置。该构造确保传感器环境中在外力作用下穿入外部间隔层的开口中的弹性材料对称地作用于有效区域上，使得确保可靠地激活开关元件。

可以认识到，本发明适用于具有两种明显不同的电状态的简单膜片开关，并且适用于全范围的输出值取决于作用于开关元件上的压力的更复杂的箔式压力传感器。在本发明的优选实施例中，开关元件例如构造成力感电阻。

还可以认识到，第一和/或第二外部间隔层可以采用任何合适的方法，例如通过粘接、热接合等方法安装在各载体箔片上。在优选实施例中，外部间隔层层压在各载体箔片上。

最后，本领域技术人员将注意到，外部间隔层不必覆盖各载体箔片的整个外表面。实际上，外部间隔层覆盖有效区域的紧邻区域中的较小区域就足够了。外部间隔层可以例如仅仅包括环形间隔元件，该环形间隔元件的厚度和内径适于提供开关元件所需的保护。该环形间隔元件的外径对于外部间隔层的功能不是关键的。

附图说明

参照附图阅读下面对几个非限制性实施例的描述将可以更明白本发明，其中

图1示意性示出车辆座椅以及将要布置于其内部的座椅传感器；

图2是箔式开关元件的第一实施例的横截面俯视图；

图3是组合在车辆座椅中的箔式开关元件的剖视图；

图4是箔式开关元件的第二实施例的横截面俯视图。

具体实施方式

图1示意性示出车辆座椅10以及将要在图示位置组合在车辆座椅10中的座椅传感器12。图示座椅传感器12构造成用于座椅安全带提醒系统的控制中的乘坐探测器。座椅传感器12包括多个箔式开关元件14，下面将参照图2更详细地描述这些箔式开关元件。

每个箔式开关元件14包括借助于内隔片20彼此相隔一定距离布置的第一载体箔片16和第二载体箔片18。内隔片20包括至少一个切除部分22，该切除部分限定开关元件14的有效区域24。在有效区域24内部在所述第一载体箔片16与第二载体箔片18之间布置着至少两个电极结构26，以限定出至少一对相隔的开关触点。在图示实施例中，每个所述电极结构26以两个电极结构26彼此面对的方式布置在载体箔片16和18之一上。如果压力作用于开关元件14上，述第一载体箔片16和第二载体箔片18就压在一起，如果压力超出特定的接通点，就在电极结构26之间建立电接触。

应注意到，该实施例中座椅传感器12的不同开关元件14优选利用公共的载体箔片16和18以及公共的间隔层制造，使得各个开关元件14连接在一起从而形成组合式座椅传感器。

在图2所示的实施例中，开关元件14包括两个例如采用毛毡材料制成的外部间隔层(外部隔片)28和30，这两个外部间隔层布置在第一载体箔片16和第二载体箔片18的外表面上。各个外部间隔层28和30包括位于开关元件14的有效区域24中的至少一个切除部分或开口32和34，使得在有效区域24中可以从开关元件14的外部接触到第一载体箔片和第二载体箔片。

在图示实施例中，内隔片20的切除部分22以及外部隔片28和30各自的切除部分32和34都具有圆形形状，并且关于彼此同轴地布置。可以在示出开关元件14的俯视图的图2中的下部看到这一点。然而，应该注意到，这些切除部分也可以采用其它形式，并且不同的切除部分可以具有不同的形状。此外，不同的切除部分不必以同轴构造布置。

从图3可以很清楚外部隔片28和30的功能，图3示出组合在车辆座椅10中的箔式开关元件14的剖视图。图3所示的开关元件14插入车辆座椅的切除部分中，从而布置在两个弹性座椅泡沫层36和38之间。外部间隔层28和30将两个泡沫层36和38的柔性材料与各载体箔片16和18隔开。结果，避免当没有外力作用于传感器环境上时座椅泡沫层36和38的柔性材料直接作用于开关元件14的有效区域24上。结果，可以有效避免产生永久作用于开关元件14上的预载(特别是当开关元件经受高温等时)以及由此产生的传感器劣化。

外部隔片28和30的开口32和34使得泡沫材料可以朝向载体箔片16和18凸出，以至于在存在直接作用于开关元件14上的外力时，弹性材料可以穿过外部间隔层28和30的开口32和34作用于各个载体箔片上，从而可以激活开关元件14。

图4示出箔式开关元件114的不同实施例，该开关元件可以用于使开关特性适应于开关元件上下的开关元件环境的不同特性。

在该实施例中，第一载体箔片116和第二载体箔片118具有不同的厚度。同样，外部隔片128具有与外部隔片130不同的厚度。此外，由于各层具有不同的厚度，切除部分132和134具有不同的尺寸，也就是说，在图示圆形切除部分的情况下，开口132具有比开口134更小的直径。应该注意到，开口132还可以具有与开口134不同的形状。

附图标记列表：

10  车辆座椅                    28，30  外部间隔层

12  座椅传感器                  32，34  切除部分或开口

14  开关元件                    36，38  泡沫层

16  第一载体箔片                114  开关元件

18  第二载体箔片                116  第一载体箔片

20  内隔片                      118  第二载体箔片

22  切除部分                    128  外部隔片

24  有效区域                    130  外部隔片

26  电极结构                    132，134 切除部分

Claims (10)

1、一种箔式开关元件，包括借助于内隔片彼此相隔一定距离布置的第一载体箔片和第二载体箔片，所述内隔片包括至少一个切除部分，所述切除部分限定出所述开关元件的有效区域，在有效区域内在所述第一载体箔片与第二载体箔片之间布置着至少两个电极结构，以限定出至少一对相隔的开关触点，

其特征在于，还包括第一外部间隔层和第二外部间隔层，所述第一外部间隔层布置在所述第一载体箔片的外表面上，所述第二外部间隔层布置在所述第二载体箔片的外表面上，每个所述第一外部间隔层和第二外部间隔层分别包括至少一个位于所述有效区域的范围的开口。

2、根据权利要求1所述的箔式开关元件，其特征在于，所述第一外部间隔层和/或第二外部间隔层中的所述开口与所述内隔片的所述切除部分同轴地布置。

3、根据权利要求1至2中任一所述的箔式开关元件，其特征在于，所述第一外部间隔层和/或第二外部间隔层中的所述开口的横向尺寸大于所述内隔片的所述切除部分的横向尺寸。

4、根据权利要求1至3中任一所述的箔式开关元件，其特征在于，所述第一外部间隔层和/或第二外部间隔层中的所述开口被设置尺寸并布置为使所述开口完全与所述开关元件的所述有效区域重叠。

5、根据权利要求1至4中任一所述的箔式开关元件，其特征在于，所述第一外部间隔层中的开口的横向尺寸不同于所述第二外部间隔层中的开口的横向尺寸。

6、根据权利要求1至4中任一所述的箔式开关元件，其特征在于，所述第一外部间隔层中的开口的横向尺寸等于所述第二外部间隔层中的开口的横向尺寸。

7、根据权利要求1至6中任一所述的箔式开关元件，其特征在于，所述第一外部间隔层的厚度不同于所述第二外部间隔层的厚度。

8、根据权利要求1至6中任一所述的箔式开关元件，其特征在于，所述第一外部间隔层的厚度等于所述第二外部间隔层的厚度。

9、根据权利要求1至8中任一所述的箔式开关元件，其特征在于，所述开关元件构造成力感电阻。

10、根据权利要求1至9中任一所述的箔式开关元件，其特征在于，所述第一外部间隔层和/或第二外部间隔层包括毛毡层。

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