CN206480538U - 箔型开关元件和用于汽车中的座椅占用探测系统 - Google Patents

Abstract

一种箔型开关元件，其包括第一电绝缘载体箔(10)，第二电绝缘载体箔(20)，具有至少一个开口(32)的电绝缘间隔物(30)，和电连接到第二邻近导电层元件(22)上的至少一个第二接触元件(28)。一种用于汽车中的座椅占用探测系统，其包括至少一个所述的箔型开关元件。

Description

箔型开关元件和用于汽车中的座椅占用探测系统

技术领域

本发明涉及箔型开关元件，其特别是用于汽车应用中。

背景技术

箔型压敏开关元件当前被广泛使用，特别是在汽车应用中。典型的实例是用于车辆的座椅占用检测系统。

适用于座椅安全带提醒系统的座椅传感器在例如国际专利申请PCT/EP2004/051189中公开。所公开的传感垫包括一定数量的膜开关，其中两组膜开关在两个连接线之间被串联在一起从而实施逻辑AND操作。配置该座椅传感器使其被安置在车辆座椅的座位表面上，例如在座椅泡沫和座椅内饰之间。

座椅传感器的另一个实例是由国际申请WO 2014/075953A1已知的，其描述了包括具有顶表面和底表面的支撑盘和多个定义了单元上表面的间隔元件的B-表面座椅占用传感单元。所述支撑盘的顶表面被凹陷安置在所述上表面上。第一泡沫垫被安置在支撑盘上的间隔元件之间。在所述支撑盘的顶表面内在所述第一泡沫垫下形成凹陷，以容纳载有压力响应膜开关的第二泡沫垫。

用于上述传感器的典型膜开关包括彼此之间用间隔薄膜分开的第一载体薄膜和第二载体薄膜、在其内具有定义单元格的开口的间隔薄膜、包含至少两个电极的压力响应膜开关，该两个电极被分别安置在所述第一和第二载体膜上，于所述单元格内相互面对，这样当在所述压力响应膜开关上施加压力时，他们一起互相接近，并可能相互接触。建立该接触的最小压力被称为“压力阈值”或“激活阈值”。

现有技术的箔型开关元件随温度具有显著的灵敏度变化。其一个原因是用来制备所述开关元件的各种材料的热膨胀系数各不相同，因此温度的变化导致类似于双金属结的机械效应。另一个原因是所用材料的机械性质，如刚性或杨氏模量也是具有温度依赖性的，且通常表现出不同的温度依赖性。

因此本发明的目的是提供在温度变化方面具有改进的功能稳定性的箔型开关元件。

实用新型内容

本发明的一个方面中，所述目的通过特别是用于汽车应用的箔型开关元件而实现，其包括

-具有上表面和下表面并在所述下表面上载有至少一个第一邻近导电层元件的第一电绝缘载体箔，

-具有上表面和下表面并在所述上表面上载有至少一个第二邻近导电层元件的第二电绝缘载体箔，，

-至少有一个开口的电绝缘间隔物，和

-电连接到所述第一邻近导电层元件上的至少一个第一接触元件，和电连接到所述第二邻近导电层元件上的至少一个第二接触元件，用来提供与所述箔型开关元件周围的电接触。

所述第一电绝缘载体箔和第二电绝缘载体箔相对于所述第一载体箔的上表面的垂直方向至少部分地平行安置，通过间隔物彼此之间有一特定的距离。

所述至少一个第一邻近导电层元件和所述至少一个第二邻近导电层元件彼此面对安置，并在垂直于第一载体箔的上表面的方向上至少部分重叠，其配置使得当在垂直于所述开口方向上施加于所述开口的机械力超过一预定的阈值时，建立电连接。

一个由所述第一邻近导电层元件和第二邻近导电层元件组成的实体在与所述第一载体箔的上表面垂直的方向上与所述开口完全重叠，并在与所述第一载体箔表面平行的所有可能安置的方向中，至少在一个特定方向具有最大尺寸。所述最大尺寸小于等于在平行于所述至少一个特定方向且与开口的几何中心相交的方向上的开口尺寸的40％。

应注意的是术语“第一”、“第二”等仅是为了用来区分，不旨在以任何方式来指定或预期序列或优先性。同样，应理解的是术语“上”和“下”仅是为了用来区分，不旨在指定或预期所述箔型开关元件的安装方向。

短句“开口的几何中心”，如本申请中所用的，应具体被理解为所述开口的所有点的平均位置。

本发明基于这样的认识，即在所公开的特定范围内选择的最大尺寸导致了在宽的温度范围内建立电连接的预定阈值具有更高的稳定性。这样，可以实现所述箔型开关元件在温度变化方面具有更高的功能稳定性。

所述第一和第二邻近导电层元件的印记可选自于包含但不限于椭圆，特别是具有直边或向内或向外曲边的圆和正多边形的组中。

最优选的是所述最大尺寸是在平行于所述至少一个特定方向且与开口的几何中心相交的方向上的开口尺寸的30％。

在一个所述箔型开关元件的优选实施方案中，所述实体与垂直于所述第一载体箔上表面方向的所述至少一个开口的中心区域完全重叠，其中所述中心区域具有圆形，直径是开口在平行于所述至少一个特定方向且与开口的几何中心相交的方向上的尺寸的40％。这样，保持了所述至少一个第一邻近导电层元件和所述至少一个第二邻近导电层元件到所述间隔物的足够距离，并确保了在宽的温度范围内建立电接触的预定阈值的更高稳定性。

优选限制所述至少一个开口的边框的形状在至少一个主要邻近部分内是椭圆形的。短语“椭圆形”，如本申请中所用的，应特别被理解为包括圆。短语“主要部分”，如本申请中所用的，应特别被理解为大于所述椭圆周长20％的部分。这样，在向所述开口施加机械力时，可以以建设性的简单方式实现所述电绝缘载体箔的均衡偏转。

当时圆形开口时，在平行于所述至少一个特定方向且与开口的几何中心相交的方向上的开口尺寸减少为所述圆形开口的直径。

如果限制所述至少一个开口的边框的形状为具有圆整角的多边形的至少一个主要邻近部分，可以实现类似的好处。优选，所述多边形是正多边形，并可以是三角形、正方形、六边形或八角形。

在所述箔型开关元件的另一个优选实施方案中，所述第一电绝缘载体箔和第二电绝缘载体箔中的至少一个主要是由选自于由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚醚醚酮(PEEK)及至少两种这些塑料材料的组合所形成的塑料材料组中的塑料材料制成。术语“主要”，如本申请中所用的，应特别被理解为在体积上等于或多于50％，更优选多于70％，和最优选多于80％，应包括100％，即全部。

这些材料允许容易的生产，且可以提供低制造公差的耐用载体箔。

在一个实施方案中，所述第一邻近导电层元件和第二邻近导电层元件中的至少一个包含固化的导电墨水。这样，易于实施高精度的制造方法如丝网印刷和喷墨打印，导致利用所述箔型开关元件建立电接触的阈值公差较低。

优选所述导电墨水包含银。这样，当超过机械力的预定阈值时可以实现建立低阻抗的电接触。

在本发明的另一个方面，提供了用于汽车的座椅占用探测系统，其包括这里所公开的箔型开关元件的至少一个实施方案。文中通过箔型开关元件的各种实施方案所讨论的好处在最大程度上适用。

本发明的这些和其它方面将由下文所述的实施方案显而易见并将参考其进行阐述。

附图说明

现在将参考附图通过实施例的方式对本发明的优选实施方案进行说明，其中：

图1示意性地给出了由载体箔和邻近导电层元件所形成的基片装配的横截面侧视图，

图2示例性地给出了适用于箔型开关元件的材料弹性性质的温度特性，

图3给出了图2中所示相同材料的热膨胀系数对弹性性质的图，

图4示意性地给出了现有技术箔型开关元件的横截面侧视图，

图5比较了现有技术开关元件和本发明的灵敏度相对偏移，

图6给出了相对偏转的实验结果对PET载体箔的相对厚度和圆形邻近导电层元件直径的图，

图7为本发明箔型开关元件的平面示意图，和

图8给出了根据图7的箔型开关元件的示意性横截面侧视图。

具体实施方式

图1示意性地给出了由载体箔42和附着在载体箔42的下表面的邻近导电层元件44所形成的基片装配的横截面侧视图。该装配的一端可用与其通过胶粘剂相连的载体支撑(没有示出)。

所述装配的整体刚性S_tot可以估算，利用

其中E_s和h_s，和E_c和h_c分别表示载体箔和导电层元件的弹性特征量(如杨氏模量)和厚度，和h₀表示中性轴的位置。

在所述装配中所用材料的弹性特征量随温度而改变，如在图2中示例性给出的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)，及在室温(RT，约20℃)和高温(HT，约100℃)之间的温度范围内的导电层。

所述装配的层的几何尺寸h_c、h_s、h₀也随温度而改变，如其各自的热膨胀系数CTE所给出的，其通常也是温度的函数。图3给出了图2中所示相同材料的热膨胀系数对弹性性质的图.

图4示意性地给出了现有技术箔型开关元件在低温下的横截面侧视图。该箔型开关元件包括上载体箔10'和下载体箔20'，二者都具有圆形的邻近导电层元件12'，22'附着在它们的一个表面上。所述上载体箔10'和下载体箔20'通过具有圆形开口32'的间隔物30'彼此之间以一特定距离安置。所述两个邻近导电层元件12'，22'的直径约为间隔物30'的开口32'的直径的120％，彼此相对，从而当在垂直于开口32'的方向38'上施加到开口32'的机械力超过一预定阈值时建立电接触。

作为材料性质和几何尺寸的温度依赖性的显见结果，所述装配的机械特性也显示了强烈的温度依赖性，其最终影响了在所述两个邻近导电层元件12'，22'之间建立电接触所需的机械力。图5给出了所实现的传感器灵敏性对温度的典型实验结果。相对于室温RT下预定的激活阈值，现有技术的箔型开关元件的灵敏度在低温(LT,约-40℃)和高温HT下显著不同。通常，在LT下传感器需要更高的机械力以激活(较不敏感)，和在HT下，传感器可在较低的力下被激活(更加敏感)。

那种激活力的改变不能仅追溯到基质材料效应，如图5中PI和PET的材料行为所示例的。与现有技术传感器相反，本新发明的传感器单元遵循该依赖性，即其敏感性受温度的影响小得多。

图6给出了相对偏转的实验结果对PET载体箔的相对厚度和圆形邻近导电层元件直径相对于间隔物开口直径的图。

通过使用较大的基底厚度可以实现较低的相对偏转。这具有不想要的效果，即箔型开关元件的敏感性显著降低。可替代的实现较低相对偏转的方法是降低圆形邻近导电层元件的直径，将如下所述。

图7为本发明箔型开关元件的平面示意图，和图8给出了根据图7的箔型开关元件的示意性横截面侧视图。

所述箔型开关元件被用于汽车应用中，被设计成乘用车的座椅占用探测系统，并被配置从而被安置在乘用车前坐垫(没有示出)的A-表面(或B-表面)的适当位置处。

所述箔型开关元件包括

-具有上表面14和下表面16并在下表面16上载有第一邻近导电层元件12的第一电绝缘载体箔10，

-具有上表面24和下表面26并在上表面24上载有第二邻近导电层元件22的第二电绝缘载体箔20，

-带有一个开口32的电绝缘间隔物30，和

-电连接到所述第一邻近导电层元件12上的第一接触元件18，和电连接到所述第二邻近导电层元件22上的第二接触元件28，用来提供与所述箔型开关元件周围的电接触。

在该具体实施方案中，通风管34将所述间隔物30的开口32分成两个圆的约135°的主要邻近部分，直径为D＝6mm和d₁＝2.4mm的同心圆中心区36。对于其它实施方案，也可以考虑间隔物开口的其它形状，例如圆整角正多边形如三角形或四方形。

所述第一电绝缘载体箔10和第二电绝缘载体箔20优选有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或段落[0021]已经列出的其它塑料材料制成。

所述第一邻近导电层元件12、第二邻近导电层元件22、第一接触元件18和第二接触元件28已经通过根据所需机械接触时的电阻，使用包含给定体积分数的银或碳的导电墨水，实施丝网印刷方法而附着在相应的载体箔10，12上。

所述第一电绝缘载体箔10和第二电绝缘载体箔20在垂直于第一载体箔的上表面14的方向38上部分平行地安置，利用间隔物30使相互之间具有特定的距离。

所述第一邻近导电层元件12、第二邻近导电层元件22相对安置。第一邻近导电层元件12为直径为d₁的圆形。第一邻近导电层元件22为直径为d₂的圆形，使得d₂≤d₁≤0.4×D成立，根据图6所给出的数据。第一邻近导电层元件12和第二邻近导电层元件22在开口32的中心区36内同心安置，使得第一邻近导电层元件12与第二邻近导电层元件22在垂直于第一载体箔上表面14的方向38内完全重叠。

由所述第一邻近导电层元件12和第二邻近导电层元件22所组成的实体完全与开口32重叠，更具体而言，在垂直于第一载体箔上表面14的方向38上与开口32的中心区36完全重叠。

因所述第一邻近导电层元件12和第二邻近导电层元件22是作为同心安置的圆盘形式形成的，所述实体的最大尺寸在平行于第一载体箔上表面14的所有可能方向40上都是相同的，并等于第一邻近导电层元件12的直径。应注意的是在该具体实施方案中，所有可能的方向都与开口32的几何中心46相交。在其它实施方案中，第一邻近导电层元件12和第二邻近导电层元件22有可能不是同心安置的，并有可能相对于开口32是偏离中心的。在平行于任何可能方向并与开口32的几何中心相交的方向40上的开口32的尺寸是6mm。最大尺寸2.3mm是该尺寸的38％，因此大于25％并小于等于开口32的尺寸的40％。

配置第一邻近导电层元件12和第二邻近导电层元件22，从而，当在垂直于开口32的方向38上施加到开口32的机械力超过预定的阈值时，建立电接触。

虽然在附图和前述说明中已经对本发明进行了演示和相信说明，这些岩石和说明应被认为是演示性或示例性的，而不是限制性的；本发明不受限于本公开的实施方案。

本领域技术人员在实践本权利要求的发明，研究附图、公开内容和所附权利要求时，可以理解并对所公开的实施方案进行其它改变。在所述权利要求中，词“包括”不排除其它元素或步骤，且不定冠词“a”或“an”不排除复数。某些计量在互不相同的从属权利要求中被提及的事实不意味着这些计量的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何索引标记都不应被理解为限制范围。

附图标记列表

10 第一电绝缘载体箔

12 第一邻近导电层元件

14 上表面

16 下表面

18 第一接触元件

20 第二电绝缘载体箔

22 第二邻近导电层元件

24 上表面

26 下表面

28 第二接触元件

30 间隔物

32 开口

34 通风管

36 中心区域

38 垂直方向

40 平行方向

42 载体箔

44 邻近导电层元件

46 几何中心

h_c 导电层元件的厚度

h₀ 中性轴位置

h_s 载体箔厚度

Claims (8)

1.箔型开关元件，其特征在于，其包括

-第一电绝缘载体箔(10)，其具有上表面(14)和下表面(16)，且在所述下表面(16)上载有至少一个第一邻近导电层元件(12)，

-第二电绝缘载体箔(20)，其具有上表面(24)和下表面(26)，且在所述上表面(24)上载有至少一个第二邻近导电层元件(22)，

-具有至少一个开口(32)的电绝缘间隔物(30)，和

-电连接到第一邻近导电层元件(12)上的至少一个第一接触元件(18)，和电连接到第二邻近导电层元件(22)上的至少一个第二接触元件(28)，用来提供与所述箔型开关元件周围的电接触，

其中，

-所述第一电绝缘载体箔(10)和第二电绝缘载体箔(20)至少部分与在垂直于第一载体箔的上表面(14)的方向(38)平行安置，且利用间隔物(30)使相互之间具有特定的距离，和

-所述至少一个第一邻近导电层元件(12)和所述至少一个第二邻近导电层元件(22)面向彼此安置，且在垂直于第一载体箔上表面(14)的方向(38)至少部分重叠，配置以当在垂直于开口(32)的方向施加到开口(32)的机械力超过预定的阈值时建立电接触，和

-由第一邻近导电层元件(12)和第二邻近导电层元件(22)所组成的实体在垂直于第一载体箔上表面(14)的方向(38)与开口(32)完全重叠，且在平行于第一载体箔上表面(14)的所有可能方向中至少在一个特定方向上具有最大尺寸，且所述最大尺寸小于或等于开口(32)在平行于所述至少一个特定方向安置且与开口(32)的几何中心(46)相交的方向(40)上尺寸的40％。

2.根据权利要求1所述的箔型开关元件，其特征在于，所述实体在垂直于第一载体箔上表面(14)的方向(38)上与所述至少一个开口(32) 的中心区(36)完全重叠，其中所述中心区(36)具有圆形，该圆形的直径为开口(32)在平行于所述至少一个特定方向安置且与开口(32)的几何中心(46)相交的方向(40)上尺寸的40％。

3.根据权利要求1或2所述的箔型开关元件，其特征在于，限制所述至少一个开口(32)的边框(34)在至少一个主要的邻近区域内成形为椭圆形。

4.根据权利要求1或2所述的箔型开关元件，其特征在于，限制所述至少一个开口(32)的边框(34)被成形为具有圆整角的多边形的至少一个主要邻近区域。

5.根据权利要求1或2所述的箔型开关元件，其特征在于，第一电绝缘载体箔(10)和第二电绝缘载体箔(20)中的至少一个基本上由塑料材料制成，所述塑料材料选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)及聚醚醚酮(PEEK)所形成的塑料材料。

6.根据权利要求1或2所述的箔型开关元件，其特征在于，第一邻近导电层元件(10)和第二邻近导电层元件(20)中的至少一个包含固化的导电墨水。

7.根据权利要求6所述的箔型开关元件，其特征在于，所述固化的导电墨水包含银。

8.用于汽车中的座椅占用探测系统，其特征在于，其包括至少一个根据权利要求1-7之一所述的箔型开关元件。