CN1641361A - 碰撞传感器和碰撞压力传感器 - Google Patents

Abstract

一种碰撞传感器，包括传感器的主要部分(100)，其中包括腔体(110)，腔体中至少一个表面在其壁厚度上更薄，以起破碎部分(120)的作用；设置在所述传感器的主要部分相对两端处的一对端子(400)；设置在所述破碎部分上的导电构件(130)，用于在所述两个端子之间形成短路；限定在所述腔体中的球形撞珠(200)；以及封闭腔体让撞珠留在其中的密封件(300)，其特征在于，当碰到超出预定水平的碰撞时，所述破碎部分会破裂。

Description

碰撞传感器和碰撞压力传感器

本申请是是申请日为2000年11月9日，申请号为00133947.8，名为“碰撞传感器和碰撞压力传感器”申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及装在例如摄像机或其它精密仪器或汽车工业中气囊的这些碰撞传感器，当碰到了超过预定值的碰撞力时它将引起电流中断运动，以及涉及当在受到内部压力的电子部件(例如锂离子电池、电容器等)处发展到超过预定值的碰撞或压力时为中断电流而设计的碰撞压力传感器。

背景技术

诸如铅蓄电池、镍镉电池等多种可充电电池被装在诸如蜂窝式电话机、视频摄像机等的一般电子装置中。这些电池易于遭受由电子装置故障或处理不当引起的诸如过充电或短路状态的这种麻烦，在这种情况中，经常会碰到电池过热，由电解液分解产生的气体、电池内部压力升高而导致破裂。结果，这些可充电型的电池通常配备不同类型的保护装置。

日本公开实用型64-38764揭示一种保护装置，该装置提供从负或正电金属集电器延伸到输出端的具有圆形或椭圆形穿孔的平金属集电引线，然后在穿孔周围淀积氟代树脂。

这种保护装置具有很窄一部分集电引线局限在所述穿孔上的特征，当在电池内部压力渐渐升高时，会使它断裂。此外，由于穿孔周围的区域被足以使所述区域适当防腐蚀的氟代树脂覆盖，保护装置保持免于任何可能的误操作。

日本公开专利6-36752还揭示一种保护装置，该装置在具有减压孔的电池顶部提供一密封件，并在密封件外侧区域中对应于所述孔配备有隔膜的薄膜。因为装置能接受具有均匀厚度的隔膜和薄膜从而保护装置可保证稳定的解扣压力。

然而，在日本公开实用型64-38764中所揭示的保护装置中，在穿孔周围赖以开裂的覆盖区域的氟代树脂使得它不便于把解扣压力向预定值调节以及不便于提供在宽度窄的引线内的预定尺寸的穿孔，在使可充电电池变为更紧凑的近期趋势下需要这样的引线。此外，很难制造以安全方式释放的保护装置，因为电流集电引线最初是为被机械地断裂而设计的，在这种情况中，应当维持较大的解扣压力。

在日本公开专利6-36752所揭示的保护装置的情况中，需要给密封件中的孔配备隔膜和薄膜，从而导致复杂的结构。在向小型电池发展的近期趋势下，这将使得制备保护装置变得更加困难。此外，因为将隔膜设计成露出状态之下故看来外部的可能干扰会引起保护装置的误操作，在跳开下最后导致电解质溶液的溢出。

这些保护装置原本基于对升高压力的反应的概念。然而，它们不是通过在电池受到其强度超过预定水平的碰撞，这种情况中为中断电流而设计的手段。为了适应碰撞干扰的这种情况，传统电池不得不配备另一种类型的传感器。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的上述缺点，本发明提供便于组装以及可以使其更加紧凑从而将其装入到可充电的电池中的碰撞和碰撞压力传感器。

根据本发明的碰撞传感器包括：传感器的主要部分，其中包括腔体，腔体中至少一个表面在其壁厚度上更薄，以起破碎部分的作用；设置在所述传感器的主要部分相对两端处的一对端子；设置在所述破碎部分上的导电构件，用于在所述两个端子之间形成短路；限定在所述腔体中的球形撞珠；以及封闭腔体让撞珠留在其中的密封件，其特征在于，当碰到超出预定水平的碰撞时，所述破碎部分会破裂。

附图说明

在所附的几幅附图中，

图1是本发明第一实施例的一碰撞传感器的图，它包括：

(A)截面示意图；

(B)底部平面示意图。

图2是本发明第一实施例的另一碰撞传感器的图，它包括：

(A)截面示意图；

(B)底部平面示意图。

图3是本发明第一实施例的又一碰撞传感器的图，它包括：

(A)截面示意图；

(B)透视示意图。

图4是根据本发明第一实施例的再一碰撞传感器的透视示意图。

图5是截面示意图，表明根据本发明第一实施例的碰撞传感器的断开机制。

图6是本发明第二实施例的碰撞传感器的图，它包括：

(A)截面示意图；

(B)底部平面示意图；

(C)整体部分的详细示意图。

图7是示意图，详细示出根据本发明第二实施例的另一碰撞传感器的整体部分。

图8是本发明第三实施例的碰撞传感器的图，它包括：

(A)截面示意图；

(B)底部平面示意图；

(C)整体部分的详细示意图。

图9是详细示出根据本发明第三实施例的另一碰撞传感器的整体部分的图。

图10是本发明第四实施例的碰撞压力传感器的图，它包括：

(A)截面示意图；

(B)侧视示意图。

图11是截面示意图，表明根据本发明第四实施例的碰撞压力传感器的断开机制。

图12是根据本发明第四实施例的另一碰撞压力传感器的截面示意图。

图13是根据本发明第五实施例的碰撞压力传感器的图，它包括：

(A)截面示意图；

(B)平面示意图。

附图中

A、B、C  碰撞传感器

100      传感器的主要部分

110      腔体

120      破碎部分

130      导电构件

200      撞珠

图1表示根据本发明第一实施例的碰撞传感器的图，其中(A)是截面示意图，而(B)是底部平面示意图；图2表示根据本发明第一实施例的另一碰撞传感器的图，其中(A)是截面示意图，而(B)底部平面示意图；图3表示根据本发明第一实施例的另一碰撞传感器的图，其中(A)是截面示意图，而(B)是透视示意图；图4表示根据本发明第一实施例的又一碰撞传感器的透视示意图；图5表示根据本发明第一实施例的碰撞传感器的断开机制的截面示意图。

图6表示根据本发明第二实施例的碰撞传感器的图，其中(A)是截面示意图、(B)是底部平面示意图、而(C)整体部分的详细示意图；图7表示详细示出根据本发明第二实施例的另一碰撞传感器的整体部分的示意图；图8表示根据本发明第三实施例的碰撞传感器的图，其中(A)是截面示意图、(B)是底部平面示意图、(C)整体部分的详细示意图；图9表示详细示出根据本发明第三实施例的另一碰撞传感器的整体部分的图。

此外，图10表示本发明第四实施例的碰撞压力传感器的图，其中(A)是截面示意图、(B)是侧视示意图；图11表示截面示意图，表明根据本发明第四实施例的碰撞压力传感器的断开机制。图12表示根据本发明第四实施例的另一碰撞压力传感器的截面示意图。图13表示根据本发明第五实施例的碰撞压力传感器的图，其中(A)是截面示意图，而(B)是平面示意图。

具体实施方式

根据本发明第一实施例的碰撞传感器A包括：传感器的主要部分100，其中设有腔体110，底部部分起破碎部分120的作用；与破碎部分120连接的导电构件130；封装在腔体110内的撞珠200；以及密封腔体110让撞珠200限定在其中的密封构件300。当碰到了超过预定水平的碰撞力时，撞珠200的作用是使破碎部分120破裂。

传感器的主要部分100限定腔体110，导致箱型结构。腔体110的底部区域，即与腔体110的开口相对的区域设计成其壁厚与其它侧表面相比较薄，(例如0.1至0.3mm)，这个区域起破碎部分120的作用。由陶瓷、玻璃或塑料制成的传感器的主要部分100的尺寸是根据其用途确定的，如W3.5(mm)×L8(mm)×t4(mm)。当由陶瓷制成时，发现传感器的主要部分100具有高度精密的特征，这将使它能够产生具有更高可靠性的小型碰撞传感器A。

腔体110的尺寸适合于将下述的撞珠200封装在其中，即腔体的深度和内径尺寸比撞珠200的直径少许大点，并具有圆柱形结构。

传感器的主要部分100的破碎部分120在其外侧表面上配备有导电构件130。导电构件130包括由铜、铝和其它材料制成的导电金属薄膜。在实际层叠中，在组装时可以使用真空金属化、溅射、印刷或其它合适工艺方法。导电构件130的薄膜厚度设计成这样的厚度，在破碎部分120被破裂的地方易于同时切断。此外，如图1(B)所示，这一导电构件130从右端到左端附着在破碎部分120上。此外，导电构件130的两端都比其其余部分略宽一些，以连接到一对端子400。

由铅制成的撞珠200具有球形结构。撞珠200的作用是当碰撞传感器A遭受到超过预定水平的碰撞力的干扰时使破碎部分120破裂。较大比重和较高介电强度的原材料认为适合于用作撞珠200。如果撞珠200由导电材料制成，那么当撞珠200在使破碎部分120破裂而跑到腔体110外时会导致诸如短路的事故。

传感器的主要部分100还配备有密封件300，密封腔体110的开口。密封件300是如此坚固的，以致于它即使当碰撞传感器A经受超过预定水平的碰撞力时也不会毁坏。将密封件300设置在传感器的主要部分100上可以通过粘合、热层叠和其它工艺方法进行。碰撞传感器A的制备将在用密封件300密封腔体110，撞珠200留在腔体中的地方结束。

如此完成的碰撞传感器A将经受碰撞，其分力超过预定水平，方向垂直于破碎部分120，那么，由此引起的撞珠200的加速力将使破碎部分120破裂而导电构件130同时将切断。于是，流过导电构件130的电流将被中断。

虽然根据第一实施例的上述碰撞传感器A配备了一对板状端子400，连接至导电构件130，但是对于碰撞传感器A1可以省去这种端子400，而经突起410安装在印刷电路板的表面，正如图2所示。这一优点可以共同应用于以下讨论的每一种传感器。

在根据第一实施例的上述碰撞传感器A的情况中，仅仅腔体110的底面起破碎部分120的作用。相反，在如图3所示的碰撞传感器A2的情况中，腔体110的两个表面，例如底表面和侧表面起破碎部分120的作用。在这种情况中，必须在底表面和侧表面上各设置导电构件130，如图3(B)所示。

此外，在如图4所示的碰撞传感器A4中，腔体110的三个表面，例如底面、侧面和正面起破碎部分120的作用。在这种情况中，必须在底面、侧面和正面上各设置导电构件130，如图4所示。

碰撞传感器A并不具有在破碎部分120的横向方向上作用的碰撞力的功能，即不具有对破碎部分120的垂直分量，而碰撞传感器A2在这种情况中能够具有功能，因为它将具有对破碎部分120的底面或是侧面的垂直分量反应的碰撞力。

同样，碰撞传感器A3能够具有对破碎部分120的底面、侧面、或是正面的垂直分量反应的碰撞力，因为其正面也起破碎部分120的作用。

现在参考本发明的第二实施例的碰撞传感器B，它包括：传感器的主要部分100，其中含有腔体110，其底部起破碎部分120的作用；设置在破碎部分120上的导电构件130；封装在腔体110中的撞珠200；以及封闭腔体110，使撞珠200留在其中的密封件300，这里，使得腔体110的深度小于撞珠200的直径，因此撞珠200通过设置在破碎部分120上的开口凸出到腔体110外的程度可以使撞珠200适当地限定在腔体110中，其作用是在受到超过预定水平的碰撞力的干扰时使破碎部分120破裂。

传感器的主要部分100将腔体110限定在其中，导致箱形结构。将腔体110的底部区(即与腔体110的开口相对的区域)设计得与其它侧面相比时比其壁面厚度要薄一些(例如0.1～0.3mm)，这个区域起破碎部分120的作用。由陶瓷玻璃成塑料制成的传感器的主要部分100的尺寸根据其应用而定，如W3.5(mm)×L8(mm)×t4(mm)。当由陶瓷制成时，发现传感器的主要部分100具有高精确度的特征，这将使它可能产生具有更高可靠性的小型化碰撞传感器A。

使得腔体110的深度小于撞珠200的直径。于是，当撞珠200被简单地放入到腔体110中时撞珠200将高出腔体110而凸起。然而，由于破碎部分120备有开口121，撞珠200可以被腔体110接受而一部分撞珠200通过开口121凸出，正如图6(C)所示。

腔体110的深度允许接受撞珠200，以致于一部分撞珠200可以凸出到设置的开口121的外部，腔体的直径略大于撞珠200的直径，腔体110于是具有柱形结构。

传感器的主要部分100的破碎部分120在其外侧表面上备有导电构件130。导电构件130包括由铜、铝或其它材料制成的导电金属薄膜。在实际层叠中，在组装时可以使用真空金属化、溅射、印刷或其它合适的工艺方法。导电构件130的薄膜厚度设计成这样的厚度，即在破碎部分120将破裂的地方同时易于切断。导电构件130横跨在破碎部分120上，尤其横跨在左端与右端之间的空间上，正如图6(B)所示。此外，使导电构件130的两端比它其余部分略宽一些，以便连接至一对端子400。

由铅制成的撞珠200具有球形结构。撞珠200的作用是当碰撞传感器B遭受超过预定水平的碰撞力的干扰时使破碎部分120破裂。较大比重和较高介电强度的原材料通常认为适合于用作撞珠200。如果撞珠200是由导电材料制成的，则当撞珠200使破碎部分120破裂而跑到腔体110的外部时，可能会导致短路的故障。

传感器的主要部分100还备有密封件300，封闭腔体110的开口。密封件300是如此坚固的，以致于即使当碰撞传感器B经受超过预定水平的碰撞力时它也不会毁坏。在传感器的主要部分100设置密封件300可以通过粘合、热层叠和其它工艺方法实施。碰撞传感器B的制备将在腔体110被密封件300封闭而撞珠200留在腔体中的地方结束。

当如此完成的碰撞传感器B在经受方向垂直于破碎部分120的分力超过预定水平的碰撞时，由此引起的撞珠200的加速力将使3破碎部分120破裂，导电构件130将同时断裂。于是，将中断流过导电构件130的电流。

由于碰撞传感器B配备有开口121，它使得对撞珠200的定位成为可能，如果碰撞传感器B经受猛撞，撞珠200则不会位移。于是，保证破碎部分120的更可靠功能性。

在对第二实施例的撞珠200定位的尝试中，证明向内取向的凹口122具有与开口121相同的作用，正如图7所示。

虽然第二实施例的碰撞传感器B仅仅腔体110的底面起破碎部分120的作用，但是两个表面(例如底面和侧面)或者三个表面(例如底面、侧面和正面)也可以起破碎部分120的作用，正如第一实施例的碰撞传感器A2、A3的情况。

参考图8和9，根据第三实施例的碰撞传感器C包括：传感器的主要部分100，其中有腔体110，其底部起破碎部分120的作用；设置在破碎部分120上的导电构件130；封装在腔体110中的撞珠200；以及封闭腔体110的密封件300，让撞珠200留在其中。这种类型的传感器中的撞珠200可以这样限定，使得腔体110的深度小于撞珠200的直径，以致于撞珠200通过设置在破碎部分120上的开口301凸出到腔体110之外一些。结果，在发生超过预定水平的碰撞力的干扰时，破碎部分120被撞珠200弄破裂。

碰撞传感器B和C彼此之间的不同之处在于，在碰撞传感器B的情况中开口121设置的破碎部分120上，而在碰撞传感器C的情况中开口301设置在密封件300上。

虽然碰撞力的强度可以作精确调节，以致于破碎部分120可以一定被弄破裂，当开口121设置在破碎部分120上时，即使开口121尺寸的微小偏差也会引起碰撞力的触发强度的偏差。相反，当开口301设置在密封件300上时，传感器对触发强度的偏差不敏感，而与此同时放置的撞珠200的性能保持不变。

由于传感器的主要部分100和碰撞传感器A或B的撞珠200也可应用于碰撞传感器C，对这些部分这里将不作详细讨论。为了将撞珠200固定在位置中，可以采用内凹302代替密封件300上的开口301。内凹302的作用是把一部分撞珠200容放在其中，正如图9所示。

虽然在第三实施例的碰撞传感器C中，仅仅底面起破碎部分120的作用，但是两个表面(例如底面和侧面)或者三个表面(例如底面、侧面和正面)可以起破碎部分120的作用，正如第一实施例的碰撞传感器A2、A3的情况一样。

对于第四实施例的碰撞压力传感器D可参考图10至12，正如图10所示，它包括传感器的主要部分500，具有与外界隔离的洞510以及至少一个表面起破碎作用部分520；设置在破碎部分520上的导电构件(未示出)；密封件600，它固定于传感器的主要部分500并位于预定位置上，具有空间650与破碎部分520邻接；以及封装在空间650中的撞珠200。在所示密封件600中设置一个将空间650与外部环境连接的通道(未示出)。如果发生超过预定水平的碰撞，破碎部分520将被撞珠200弄破裂。如果洞510内的压力与大气压之间的差超过预定值，破碎部分520也会破裂。

在传感器主要部分500内在与外界隔离的洞510当中，使一个表面的壁厚比其余的要薄(例如0.3～0.5mm)，这个表面起破碎部分520的作用。在破碎部分520的外表面上设置导电构件(未示出)。导电构件由铜、铝等制成的导电金属薄膜构成，它被粘合在破碎部分520上。此外，为此目的也可以使用真空金属化、溅射、印刷或其它合适的工艺方法。这一导电构件的薄膜厚度设计成如此之薄，以致于当破碎部分520被弄破裂时它恰好断裂。此外导电构件从右端跨过左端，使得其两端略宽一些，以便于悬挂至一对端子400。洞510可以以这样的方式制备，即由板530密封传感器主要部分500上的腔体开口。

将密封件600固定于传感器的主要部分500如同传感器的主要部分500被密封件600所包围。密封件600配备有从四个角凸起的脚610，起连接件的作用，这里密封件600被固定于传感器的主要部分500。

提供密封件600以腔体601，将撞珠200限定在其中，以致于当密封件600固定于传感器的主要部分500时在与破碎部分520分开的位置中建立预定空间650。如此定位在凹口601中的撞珠200自动地正好高于破碎部分520。

密封件600在被固定时并不与传感器的主要部分500接触，而是允许介于两个构件之间有一通道(未示出)，其作用是将空间650与外部环境联系。于是空间650的内部压力和大气压将总是保持在相同水平。

当碰撞压力传感器D的破碎部分520经受作用在其上的垂直分量超过预定水平的碰撞力时，破碎部分520由于撞珠200加速力的原因将破裂，正如图11所示，而与此同时设置在破碎部分520上的传递构件将断裂。于是中断流过导电构件的电流。

另一方面空间650的内部压力由于外部压力的升高或降低而升高或降低，导致洞510与空间650之间的压力差超过预定值，破碎部分520将破裂，与此同时，设置在破碎部分520上的导电构件将断裂。于是，中断流过导电构件的电流。

与碰撞压力传感器D的组装方法相反，这里密封件600以一种方式被固定于传感器的主要部分500，好像密封件600被传感器主要部分500包围，也可以采用粘合方法，正如图12所示，在这种情况中，组装工作与上述的机械工作相比时得到简化。

由于碰撞或者洞内部压力与外部压力之差超过预定水平造成的破碎部分520的破裂以及破碎部分520上导电构件的断裂决不受组装方法(机械方法或粘合方法)中所看到的差别的影响。

对于本发明第五实施例的碰撞压力传感器E可参考图13，注意，连接通道体现为贯通孔602，它贯通密封件。它贯通密封件600的腔体601。这意味着空间650经贯通孔602与外部环境相通。采用这种措施，保证外部压力一定被传递到空间650，即使当密封件600靠近传感器的主要部分500组装时。

至于诸如撞珠200、传感器的主要部分500、端子400等的腔体构件，对碰撞压力传感器D的描述也可应用于传感器E的这些构件，这里将不给出任何讨论。

正如碰撞压力传感器D的情况一样，当碰撞压力传感器E的破碎部分520经受了具有作用在其上的垂直分量以及超过预定水平的碰撞力时破碎部分520由于撞珠200的加速力将破裂，与此同时设置在破碎部分520上的导电构件将断裂。于是中断流过导电构件的电流。

另一方面，当空间650的内部压力根据外部压力的升高或降低经贯通孔602而升高或降低，导致洞510与空间650之间的压力差超过预定值时，破碎部分520将破裂，与此同时，设置在破碎部分520上的导电构件将断裂。于是，中断流过导电构件的电流。

虽然碰撞传感器A、B、C和碰撞压力传感器D、E的导电构件130可以通过金属薄膜的层叠、真空金属化、溅射、印刷或其它合适工艺方法而组成，但是它可以由诸如锡、铅等等较低熔点的材料制成，在这种情况中，导电构件130将获得“温度敏感熔化保险丝”的共同功能。

本发明的碰撞传感器包括：传感器的主要部分，涉及腔体其中至少一个表面起破碎部分的作用；设置在破碎部分上的导电构件；限定在腔体中的撞珠；以及封闭腔体让撞珠留在其中的密封件。超过预定水平的碰撞力将容易加速撞珠使破碎部分破裂。

在这种类型的碰撞传感器中，撞珠作为整体封装在腔体中，所以整个碰撞传感器的尺寸依赖于传感器主要部分的尺寸。结果，整个碰撞传感器的尺寸可以按照需要减小。

在本发明的碰撞传感器中，使腔体的深度小于撞珠的直径，在破碎部分上设置开口或凹口，一部分撞珠可以通过它凸起。以这种方式可以使撞珠限定在腔体中。不仅传感器的主要部分，而且整个传感器的小型化也可以变为可行。

在本发明的碰撞传感器中，使腔体的深度小于撞珠的直径，在密封件上设置开口或凹口，一部分撞珠可以通过它高出于表面凸起。以这种方式可以使撞珠限定在腔体中。不仅传感器的主要部分，而且整个传感器的小型化也可以变为可行。

在本发明的碰撞压力传感器中，包括传感器的主要部分，具有与外界隔离的洞，其至少一个表面起破碎部分的作用；设置在破碎部分上的导电构件；密封件，它固定于传感器的主要部分并位于预定位置上，在与破碎部分分开的位置中具有空间；以及封装在空间中的撞珠。在所示密封件中，提供一个在空间上与外部环境相通的通道。如果发生超过预定水平的碰撞，破碎部分将被撞珠弄破裂。如果洞内压力与大气压力之间的差超过预定值，破碎部分也将破裂。

结果，压力敏感型的紧凑传感器也是可行的。

这里通道作为通过密封件的贯通孔而实现，空间保证与大气相通，导致高可靠的压力传感器。

本发明涉及可应用于可充电电池、汽车工业中气囊等的碰撞和碰撞压力传感器。

Claims (1)

1.一种碰撞传感器，包括传感器的主要部分，其中包括腔体，腔体中至少一个表面在其壁厚度上更薄，以起破碎部分的作用；设置在所述传感器的主要部分相对两端处的一对端子；设置在所述破碎部分上的导电构件，用于在所述两个端子之间形成短路；限定在所述腔体中的球形撞珠；以及封闭腔体让撞珠留在其中的密封件，其特征在于，当碰到超出预定水平的碰撞时，所述破碎部分会破裂。

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