CN107465408B - 用于致动输入的两件式力传感器输入装置及其生产方法 - Google Patents

用于致动输入的两件式力传感器输入装置及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种输入装置，其包括：具有限定致动表面的致动层和与致动层相邻设置的第一平面电极的第一组件；具有载体和第二平面电极的第二组件；用于连接第一组件和第二组件的紧固构件；其中第一平面电极和所述第二电极至少于气隙之上彼此相对设置，优选地，另有电气绝缘保护层将两者彼此隔开；其中致动时在作用在致动表面的致动力的影响下，第一电极克服弹性恢复力发生位移，使其接近第二电极；使第一电极和所述第二电极电性接触的构件；以及检测评估单元，其用于在所述第一电极和第二电极上施加测量电容以及检测由使第一电极和第二电极相互靠近的位移引起的测量电容变化，以便在检测到预定的测量电容变化后将致动和开关或控制功能关联起来。

Description

用于致动输入的两件式力传感器输入装置及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种具有力传感器的输入装置。
背景技术
目前，由薄膜层结构形成的力传感器用于检测致动力。过去发现，这类传感器对温度波动和水气进入的反应非常敏感。此外，存在只在某些区域内嵌在或者夹在两个组件之间的薄膜层结构会产生严重变形的问题。还存在的问题是，由于力检测所要求的移动性使得施加在这些用于力检测的区域的机械固定不足而导致难以以无气泡的方式安装薄膜层结构。
发明内容
鉴于此，需要一种特别是在长期使用中以及在高低温、温度波动较大和/或空气湿度较大等不利条件下可实现更高力检测可靠性的具有力传感器的输入装置的解决方案。根据权利要求1所述的一种组合装置实现了这一目标。一种同样优选的应用是一项应用权利要求的主题。一种优选的制作方法是一项独立权利要求的主题。在各实例中，优选实施方案是多项从属权利要求的主题。必须注意的是，在权利要求书中单独引用的特征可以以任何技术上有意义的方式相互结合，并且可以代表本发明的其它实施方案。此外本说明书还特别结合附图对本发明进行了描述和详细说明。
本发明涉及一种输入装置，其具有至少一个两件式结构并且包括至少第一组件和第二组件。第一组件限定了平面或弯曲的致动表面。从用户的角度观察，第一组件的致动层设在致动表面下方。第一平面电极与致动层相邻设置。术语电极意指后者实质上是由导电材料(例如，导电塑料、金属或金属合金)制成。优选地，它是一种具有导电层的薄膜，优选为一种塑料薄膜。优选地，薄膜为单层层状结构。优选地，第一电极是以非正向的和/或材料对材料的连接方式附接(例如，粘合)在第一组件上的。根据本发明，还提供了一种具有载体和由导电材料制成的第二平面电极的第二组件。通过使电极关联并通过其各自的组件选择性地将其附接，可省去用于与电极相互固定的具有引言中提及的所有缺点的薄膜层结构。这样，可提高通用输入装置的可靠性。
本发明还提供了紧固构件来刚性或者选择性地间隔连接第一组件和第二组件。例如，锁扣构件或者螺接构件在本发明意义上理解为紧固构件，甚至任何材料对材料连接方式、非正向连接方式或者正向连接方式在本发明意义上都应理解为第一组件与第二组件之间的一种紧固构件。
根据本发明，第一平面电极和第二电极彼此相对，至少位于气隙之上，可选地，另有电气绝缘保护层将两者彼此隔开。
根据本发明，致动时在作用于致动表面的致动力的影响下，第一电极克服弹性恢复力发生位移，使其接近第二电极。优选地，根据规定，弹性恢复力实质上由第一组件的弹性形变产生；例如，弹性恢复力实质上由致动层的弹性形变所产生。根据另一个实施方案，由第二组件的弹性形变(例如，第二电极的弹性形变)实现接近位移或者实质上提供弹性恢复力。
本发明还提供了用于使第一电极和第二电极电性接触的构件。优选地，用于电性接触的构件包括一柔性导体通路。
本发明还提供了一种用于在第一电极和第二电极上施加测量电容并检测由致动力引起的测量电容变化的检测评估单元，以便在检测到预定的测量电容变化后将致动和开关或控制功能关联起来。
优选地，至少第二组件的载体和第一组件的致动层由塑料，优选是热塑材料，制成。优选地，第一电极和第二电极中的至少一个由导电塑料制成。
根据一个优选实施方案，第一电极和第二电极中的至少一个由金属涂层或者金属片形成。优选地，第二电极是金属片。
为了在去除致动力后改善致动层的弹性恢复，仅在气隙中的某些区域设置隔片，隔片通过非正向和/或材料对材料的连接方式与第一组件或第二组件相连接。例如，隔片由塑料组成。优选地，隔片横向偏置而非直接设置在致动表面下方。
根据另一个实施方案，所述输入装置包括外壳、用于相对于外壳可移动地支撑第一组件和第二组件的支撑构件(例如，弹簧片)以及用于促使第一组件和第二组件相对于外壳发生位移以产生触觉反馈的致动器。
优选地，用于使第一电极和第二电极电性接触的构件包括支撑构件；例如，第一电极和第二电极中的至少一个通过上述弹簧片电性接触。
优选地，根据本发明，第一组价和/或第二组件，优选仅为第一组件，具有由相互间电性绝缘的电极组成的阵列。该阵列用于对致动力进行空间分辨检测，但在另一实施方案中也可以用于空间分辨触摸检测。
优选地，本发明还提供了一种具有限制连杆的导向件，以便在非致动位置(静止位置)(即，在第一组件与第二组件之间的距离最大的状态下)实现这些组件间的精确定位,从而实现相关电极的精确定位。这样，可在静止位置将由两个电极及其相对定向所确定的测量电容波动降至最低。例如，楔形凸起伸入凹口内，或者，优选地，伸入朝其底部变窄的凹槽内。
此外，本发明涉及上述其中一个实施方案的输入装置在机动车辆中的应用。
本发明还涉及一种制作优选上述其中一个实施方案中的输入装置的方法，其中，第一组件和第二组件在独立步骤中制作，并且在随后的一个步骤中使用紧固构件将两者连接起来。
优选地，根据本发明，第一组件和第二组件中的至少一个通过注塑成型工艺，例如，2k注塑成型工艺，或者对各电极进行二次注塑成型的注塑成型工艺，制作。
附图说明
以下结合附图对本发明做进一步的说明。应当将附图理解为仅仅实例,并且附图只代表一个优选实施方案。图中：
图1示出了根据本发明的输入装置的第一实施方案的剖面图；
图2示出了根据本发明的输入装置的第二实施方案的剖面图；
图3示出了根据本发明的输入装置的第三实施方案的剖面图；
图4示出了第三实施方案的分解图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的输入装置的第一实施方案。输入装置具有通过粘胶层17粘接在一起的第一组件1和第二组件2。第一组件1具有致动层5，致动层5限定面向操作者(未图示)的致动表面6。致动层5由热塑材料制成，并且可弹性形变。由导电材料制成的第一平面电极3与致动层相邻设置。在本实施方案中，第一电极3由粘附于第一组件1的致动层5上的一层薄膜层结构限定。而且，薄膜层结构具有保护层11，保护层11设在第一电极3的背离致动表面6的一侧，与第一电极3相邻。第二组件2具有载体7，从操作者的角度观察，载体7设在第一组件1的下方。数个由金属片组成的第二电极4的阵列施加于述载体7上。在第一组件1(尤其是其第一电极3)与第二组件2(尤其是其第二电极4)之间形成气隙12。第一电极3通过柔性导体通路14电性接触。在各实施例中，第二电极4阵列中的每个第二电极4通过接触弹簧16电性接触。第一平面电极3和第二电极4彼此相对，并被气隙12和电性绝缘保护层11隔开。在作用于致动表面6的致动力的影响下，第一电极3克服由致动层5所产生的弹性恢复力发生位移，使其接近第二电极4。通过电容检测该靠近彼此的移动。为此，设置了用于通过柔性导体通路14或者关联的弹簧16在第一电极3和第二电极4上施加测量电容的检测评估单元10。设置检测评估单元10用于在检测到由使第一电极3和第二电极4相互靠近的位移引起的测量电容变化时将致动与开关或控制功能关联起来。而且，第一组件1与第二组件2之间还设有隔片13，隔片1对应于第二电极4的阵列，将致动表面6机械隔离，从而在检测与阵列的空间关系对应的致动力时实现空间分辨。检测评估单元10安装在印刷电路板9上，印刷电路板9进而附接至输入装置的外壳8。由第一组件1和第二组件2组成的单元沿着平行于致动表面6的方向以弹性恢复的方式可移动地受支撑。为此，设置了多个片簧15以一方面实现水平移动性，同时确保弹性恢复动作。第一组件1和第二组件2的移动性用于在超过最小致动力时通过致动促使致动表面6发生运动H来实现触觉反馈。关联的致动器未图示。
图2所示的第二实施方案实质上与图1所示的第一实施方案完全相同，因此在本实例中，用于检测致动力的弹性恢复动作也由致动层5的弹性形变产生。然而，在本实例中，使用需要用来可移动地支撑第一组件1和第二组件2以及产生触觉反馈的支撑构件(在本实例中是片簧15)实现电性接触。
图3和图4示出了根据本发明的输入装置的第三实施方案。图4是本实施方案的图示，其中致动力F作用在致动表面6上。输入装置的第三实施方案具有第一组件1和第二组件2。与上述实施方案不同，其未通过粘胶层粘在一起，而是通过锁扣连接件17固定至彼此，其中该锁扣连接件因与锁扣开口21接合的锁扣凸耳20而具有间隙，锁扣开口21的尺寸比锁扣凸耳20大。第一组件1具有致动层5，致动层5限定面向操作者(未图示)的致动表面6。由导电材料制成的第一平面电极3与致动层5相邻设置。在本实施方案中，第一电极3由粘附在第一组件1的致动层5上的金属片限定。替代地，也可考虑具有导电层的薄膜。第二组件2具有载体7，从操作者的角度观察，载体7设在第一组件1的下方。由另一块金属片制成的第二电极4设在载体7上。替代地，在本实例中，也可考虑具有导电层的薄膜作为第二电极。第一组件1(尤其是其第一电极3)和与第二组件2(尤其是其第二电极4)之间形成有气隙12。第二电极4通过接触弹簧16电性接触。第一平面电极3和第二电极4设置成彼此相对，并被气隙12隔开。在作用于致动表面6的致动力的影响下，第一电极3克服弹性恢复力发生位移，使其接近第二电极4。这是由第一组件1的挺杆18引起的，致动时挺杆18作用在第二电极形成舌部的悬空部，挺杆18由于这个动作而受到弹性形变，从而以弹性恢复的方式作用于第一组件1。替代地，挺杆18可以以可弹性形变的方式成形，从而可产生弹性恢复动作。此外，还提供了一种具有限制连杆24的导向件22，以便在非致动位置(静止位置)(即，在第一组件1和第二组件2之间的距离最大的状态下)实现这些组件间的精确定位,从而实现相关电极3或4的精确定位。这样，可在静止位置将由两个电极3、4及其相对定向所确定的测量电容波动降至最低。在本实施方案中，第一组件1和第二组件2相互接合形成该受限制的定向，其中第一组件1的楔形凸起23在静止位置与凹槽24接合，凹槽24以楔形的方式朝其底部变窄，并且设在由第二组件2形成的凸起上。
止挡件19将两者间的接近运动限制至最小距离，因此防止了第一电极3与第二电极4之间触接接触。通过电容检测两者间的移动接近。为此，设置了用于在第一电极3和第二电极4上施加测量电容的检测评估单元10。设置检测评估单元10用于在检测到由使第一电极3和第二电极4相互靠近的位移引起的测量电容变化时将致动与开关或控制功能关联起来。检测评估单元10安装在印刷电路板9上，印刷电路板9进而附接至输入装置的外壳8(在本实例中是外壳框架)。由第一组件1和第二组件2组成的单元沿着平行于致动表面6的方向以弹性恢复的方式可移动地受支撑。为此，设置了多个片簧15以一方面实现水平移动性，同时确保弹性恢复动作。第一组件1和第二组件2的移动性用于在超过最小致动力时通过致动促使致动表面6发生运动H来实现触觉反馈。关联的致动器未图示。

Claims (19)

1.一种输入装置，包括：
第一组件，其具有限定致动表面的致动层和与所述致动层相邻设置的第一电极；
第二组件，其具有载体和第二电极，所述第一电极和所述第二电极布置成彼此面对；
气隙，其布置在所述第一电极和所述第二电极之间；
紧固构件，配置成连接所述第一组件和所述第二组件；
装置，其用于电连接所述第一电极和所述第二电极；
检测评估单元；
其中，
致动时，在作用在所述致动表面的致动力的影响下，所述第一电极克服弹性恢复力发生位移，从而移动所述第一电极以接近所述第二电极；
检测评估单元配置成在所述第一电极和所述第二电极上施加测量电容，以及检测由于第一电极和第二电极相互靠近的位移引起的测量电容变化，以便在检测到预定的测量电容变化后将致动和开关或控制功能关联起来；以及
所述第一电极的整个表面通过非正向和材料对材料中的至少一种连接方式，附接到所述致动层上。
2.根据权利要求1所述的输入装置，还包括：
电气绝缘保护层，
其中，所述电气绝缘保护层也布置在所述第一电极和所述第二电极之间。
3.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述弹性恢复力由所述第一组件的弹性形变，或者由所述第二组件的弹性形变产生。
4.根据权利要求3所述的输入装置，其中
所述第一组件还包括挺杆；
所述第一组件的弹性形变由所述致动层或作用于所述第二组件上的挺杆产生；以及
所述第二组件的弹性形变由所述第二电极产生。
5.根据权利要求1所述的输入装置，其中，至少所述载体和致动层由塑料制成。
6.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个由导电塑料制成。
7.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个由薄膜界定。
8.根据权利要求7所述的输入装置，其中，所述薄膜是单层薄膜。
9.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个是由金属涂层或者金属片界定。
10.根据权利要求1所述的输入装置，还包括：
在所述气隙的部分区域中设置的隔片，所述隔片通过非正向和材料对材料中的至少一种连接方式，与所述第一组件和所述第二组件中的至少一个相连接或者与其一体成形。
11.根据权利要求1所述的输入装置，其中，用于电连接所述第一电极和所述第二电极的装置包括柔性导体通路。
12.根据权利要求1所述的输入装置，还包括：
外壳；
用于以相对于所述外壳可移动的方式支撑所述第一组件和所述第二组件的支撑构件；以及
用于促使所述第一组件和所述第二组件相对于所述外壳发生位移以产生触觉反馈的致动器。
13.根据权利要求12所述的输入装置，其中，所述支撑构件是弹簧片。
14.根据权利要求12所述的输入装置，其中，用于电连接所述第一电极和所述第二电极的装置包括支撑构件。
15.根据权利要求14所述的输入装置，其中，所述第一组件和所述第二组件中的至少一个还具有由相互间电性绝缘的电极的阵列。
16.根据权利要求15所述的输入装置，其中，只有所述第一组件还具有由相互间电性绝缘的电极的阵列。
17.一种使用根据权利要求1所述输入装置的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求1所述输入装置；
将输入装置应用在机动车辆中。
18.一种生产根据权利要求1所述的输入装置的方法，所述方法包括：
在独立的步骤中生产所述第一组件和所述第二组件；以及
在随后的连接步骤中将所述第一组件和所述第二组件彼此连接起来。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，通过2k注塑成型工艺或者对所述第一电极和所述第二电极分别进行二次注塑成型的注塑成型工艺，生产所述第一组件和所述第二组件中的至少一个。
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