带力传感器的操作元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种带力传感器的操作元件。
【背景技术】
[0002]本实用新型涉及一种操作元件，其拥有膜片和力传感器作为基本元件，其膜片具有一层弹性层，该弹性差定义了一个在致动力下屈服的致动面。这类带屈服致动面的操作元件要求将作用力非常精确地传导给力传感器，即一方面尽可能没有间隙以及组件在力传输相互作用时发生的机械形变；另一方面要求将致动面完全复位到致动点的非致动位置，从而一方面保证力的测量的再现性，另一方面保证不因力的测量改变或者损坏膜片的视觉外观。例如，过分拉伸弹性层将会产生缝隙，从而使得该层发生塑性变形，然后进一步使致动面上出现压痕。这一问题特别容易发生在定义为金属层的致动面上。此外，此类带有共同操作面的致动面上的元件排列(阵列)意图使各个操作元件可以在各个操作的机电检测方面进行视觉解耦。即操作元件的单一操作在力的测量方面不会“过分调用”相邻的操作元件，此外，相邻未致动的致动面不应发生形变，或者至少在正常的观看距离下发生的形变不会被肉眼发现。
【实用新型内容】
[0003]因此，需要一种通用的操作元件，其可以对力进行精确测量，并且将膜片发生塑性形变，以及定义致动面的弹性层发生形变的风险尽可能地降到最低。依据权利要求1中的工艺以及其他的相关权利要求可以解决这一问题。较好的设计是各自相关权利要求的对象。应当指出的是，权利要求中单独列出的特征可被任意，以及任何技术上有意义的方式彼此组合起来，并展示了本实用新型进一步的实施方案。另外，该说明，特别是结合的附图，会对本实用新型的特征进行详细描述。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]带力传感器的操作元件，包括:膜片，具有至少一个弹性层，所述弹性层定义了在致动力的作用下屈服的致动面，还具有设在弹性层背离致动面的一侧上与弹性层相连的支承件；安装在弹性层下方的力传感器，用于测量作用于致动面上的致动力；设置在弹性层和力传感器之间的推杆，用于将致动力传递到力传感器上；其上设有力传感器的电路板，其中膜片在电路板环绕力传感器的区域中由支承件支承，其中，压力传感器具有位于推杆下方的开口，并且操作元件还具有发光体，该发光体位于开口的内部或者下部，从而为膜片提供背光照明，并且其中推杆具有棘突，接合至力传感器的开口中。
[0006]对于具有多个弹性层的层结构，本实用新型中每个层结构的最下层都划分了边界。在本实用新型中的屈服致动面中，致动面和弹性层可以从未致动的位置复原；可以从未加载的位置切换到压下的位置和装载位置；反之亦然。因此，本实用新型中的这一层的外平面不限于一个平面平行或者平行的分布形态。
[0007]支承件和膜片紧密贴合电路板。因此，传递到致动面上的致动力非常精确，不存在膜片和力传感器相对运动损失导致的影响。较好的情况是，致动面的最大冲程被限制为I毫米；更好的情况是被限制为0.5毫米以及0.1毫米，而最好的情况是被限制为0.05毫米。
[0008]为了避免出现缝隙以及力传导以及作用于力传感器时的“失位”情况，更好的一种设计方法是通过本实用新型中的弹性层组件和支承件来一体化地构造膜片。而比这一工艺更好的办法是一体化构建膜片和推杆。
[0009]在一个实施方案中规定在力传感器周围安装多个支承件。而在更好的一个实施方案中，支承件被定义在电路板和弹性层之间，包围着力传感器的空隙体积中。优选地，空隙体积通过弹性层面向致动面，与层结构相隔；更好的情况是，背向致动面并通过电路板相隔。例如，支承件定义了一个环形或者一个长方形或者正方形的框架来包围力传感器。优选地，制造支承件的材料至少在致动方向上，即在致动力的方向上，比至少一个弹性层的材料具有更稳定的形状。优选地，支承件为弹性低于弹性层材料的热塑性塑料制成。而更好的一个实施方案是，由强化玻璃纤维塑料构造支承件；还要好的一个实施方案是，由强化玻璃纤维的热塑性塑料构造支承件。
[0010]根据其他的实施方案，弹性层应为塑料材质，优选地应为热塑性塑料材质制成。优选地，至少一个弹性层为金属层。优选地，膜片具有一个富含多个弹性层的层结构。
[0011]根据一个更好的实施方案，层结构中的膜片具有一个外部的，相邻于力传感器的层，即层结构的最底层具有更高的弹性(对比其他层和层结构中靠近致动面的层，也就是之上的层)。例如，这些层有利于推杆和膜片的一体化。
[0012]为了在膜片致动面上设置一个背光照明的符号，推杆和膜片上的推杆相邻区域应设计为透明或半透明形式。例如，推杆应由透明或者半透明的甲酯(PMMA)制成。
[0013]优选地，膜片(更好的情况是膜片和推杆)，通过注塑成型流程制造而成，例如通过双组件注塑成型流程。
[0014]例如，力传感器应为一个压电式力传感器；优选地，力传感器为一个电容传感器。例如，包括两个在力的作用下电容可变的相隔电极。
[0015]发光体可为一个背光照明用的LED (对着膜片安装在开口内或者之下)。这样可以实现直接光路和光源的集中排列。例如，在电容传感器的一个或者两个电极上设有一个中央开口。
[0016]优选地以SMD安装方式安装发光体。
[0017]依据一个其他更好的实施例，电路板还具有一个开口，发光元件安装在与力传感器背离的电路板上。在该实施例中，灯光可以通透摄入电路板的开口和力传感器开口。这一实施例允许集中布置光源，而又不限制力传感器的功能性和敏感性。
[0018]设置棘突为了定位作用于力传感器的推杆末端以及力传感器，同时，棘突还有利于光的有效耦合。例如，棘突表面为一个透镜或者透镜结构的形式。
[0019]为了避免力在传导时的损耗，应该在非致动状态下，以预张紧的形式安装力推杆到传感器和弹性层之间。例如，推杆针对电路板和未加载弹性层的纯间隔距离来说稍大了
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[0020]此外，本实用新型还涉及了一个在前述实施例中安装了多个操作元件的阵列，它们构成了一个共同的弹性层。在本实用新型的实施例的电气-机械检测方面，各个操作元件通过单一操作和/或者其光学去耦完成去耦合。即单个操作元件的单一操作由于实用新型中的支承元件阵列在力的测量方面不会“过分调用”相邻的操作元件。此外，相邻未致动的致动面不会发生形变，或者发生的形变至少在正常的观看距离上不会被看到。优选地，操作元件阵列具有一个支承件和弹性层