柔性压力开关的制作方法

本实用新型涉及一种开关装置，尤其涉及一种柔性压力开关，属于智能穿戴电子设备元器件技术领域。

背景技术：

传统的压力传感元器件具有较大的体积和较高的硬度，这限制了它们在任意两个柔性或柔性/刚性接触面上的使用，这种限制在柔性智能穿戴领域中表现得更为突出，即传统压力传感器元器件无法同时满足智能穿戴产品的功能性和穿着舒适性。为了克服上述局限并获得与人体表面的直接或间接有关的压力分布，有必要开发一种柔性压力开关，这种柔性压力开关需要同时满足产品的功能性和穿戴的舒适性，并具有制备工艺简单、成本低、性能稳定和适合批量化生产等特点。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种柔性压力开关，该开关制备工艺简单、成本低、性能稳定、适合批量化生产，且能同时满足产品的功能性和穿戴的舒适性。

本实用新型的技术方案是：

一种柔性压力开关，包括自底层向顶层依次层叠设置的柔性电路板、弹性粘结层和导电弹性复合体，其中，

所述柔性电路板由柔性电极区域和柔性非电极区域组成，所述柔性电极区域内固设有两个彼此分离的柔性电极，该柔性电极区域通过可调节的电阻率或可调节的柔性电极间距来调节柔性压力开关启闭时的电阻阈值；

所述弹性粘结层的下表面粘附于柔性电路板的柔性非电极区域上，所述弹性粘结层的上表面粘附于导电弹性复合体的下表面上；

所述导电弹性复合体呈块状体结构，该块状体结构朝向柔性电路板的一面向内凹进形成一压力接触空腔区，该压力接触空腔区正对柔性电路板的柔性电极区域，该压力接触空腔区的内壁上表面在受压时能够同时或先后接触柔性电极区域内的两个柔性电极使电路导通。

其进一步的技术方案是：

还包括一弹性固定件，该弹性固定件固定设于导电弹性复合体的外周壁与柔性电路板的柔性非电极区域上，且将所述导电弹性复合体和柔性电路板粘接在一起。

所述导电弹性复合体由导电层和弹性体层形成，其中导电层设置于弹性体层的下层并能够在导电弹性复合体受压时与柔性电极区域内的两个柔性电极同时或先后接触。

所述导电层具有可调节的电阻率，且导电层通过层压、涂覆、粘合、注塑和共混方式中的一种与所述弹性体层复合在一起构成导电弹性复合体。

所述导电弹性复合体的上表面外壁对应柔性电极区域处朝外凸起形成有挤压块，且该挤压块的轴向截面为矩形、梯形、凸起弧形和不规则曲线结构中的一种；所述导电弹性复合体的压力接触空腔区的内壁上表面为平面结构、锯齿状结构、向下凸起弧形和不规则曲面结构中的一种。

本实用新型的有益技术效果是：该柔性压力开关结构简单、体积小、重量轻、制备工艺简单且性能稳定；其导通电阻的阈值可调，导通压强也可调；耐疲劳性能优良，其疲劳寿命在百万次级别；适用于智能鞋垫、智能鞋、智能座椅、智能床垫等可穿戴智能设备中。

附图说明

图1是本实用新型柔性压力开关的爆炸结构示意图；

图2是本实用新型柔性压力开关未受压状态的剖面结构示意图；

图3是本实用新型柔性压力开关受压状态的剖面结构示意图；

图4是本实用新型导电弹性复合体的各种剖面结构示意图；

图5是本实用新型柔性电路板的结构示意图；

其中：

1-柔性电路板； 11-柔性电极；

2-弹性粘结层； 3-导电弹性复合体；

31-压力接触空腔区； 32-挤压块；

4-弹性固定件。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明，并可依照说明书的内容予以实施，但以下实施例用于说明本实用新型，并不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型所述的柔性压力开关，主要包括四个部件，即柔性电路板1、弹性粘结层2、导电弹性复合体3和弹性固定件4，其中柔性电路板1、弹性粘结层2和导电弹性复合体3自底层向顶层依次层叠设置，为本实用新型柔性压力开关的必要组成部件；弹性固定件4固定设于导电弹性复合体3的外周壁与柔性电路板1的柔性非电极区域上，且将所述导电弹性复合体3和柔性电路板1粘接在一起，该弹性固定件4为非必要组成部件，为本实用新型的可选部件。

所述柔性电路板1由柔性电极区域和柔性非电极区域组成，所述柔性电极区域内固设有两个彼此分离的柔性电极11，该柔性电极区域具有可调节的电阻率和可调节的柔性电极间距，通过调节柔性电极的电阻率或柔性电极间距可以调节本实用新型所述柔性压力开关的电阻阈值。该该柔性电路板可使用附图4中所述的柔性电路板中的任一种，优选图4中的结构i，且柔性电路板包括但并不局限于图4中所述的结构。

所述弹性粘结层2的下表面粘附于柔性电路板1的柔性非电极区域上，所述弹性粘结层2的上表面粘附于导电弹性复合体3的下表面上。该弹性粘结层的作用就是将柔性压力开关的导电弹性复合体3与柔性电路板的柔性非电极区域进行定位粘合。一般该弹性粘结层的形状结合导电弹性复合体的下表面和柔性非电极区域的形状进行成形，通常为呈中间中空的环形结构。所述弹性粘结层2为胶粘带(通常采用双面胶粘带)、反应性胶黏剂和热熔性胶黏剂中的一种，其中所述胶粘带为溶剂型胶粘带、乳液型胶粘带、热熔型胶粘带、压敏型胶粘带、压延型胶粘带、反应型胶粘带中的一种；所述反应性胶黏剂为硅胶、增韧环氧树树脂胶和聚氨酯树脂胶中的一种；所述热熔性胶黏剂为热熔性嵌段聚合物。本具体实施例中弹性粘结层2优选为压敏型胶粘带。

所述导电弹性复合体3由导电层和弹性体层形成，其中导电层设置于弹性体层的下层并能够在导电弹性复合体受压时与柔性电极区域内的两个柔性电极同时或先后接触。其中弹性体层是由聚氨酯树脂、硅橡胶、聚丙烯酸树脂和弹性嵌段共聚物中的一种制备形成的，由上述材料制备形成的弹性体层具有优良的回弹性、耐疲劳性和机械性能；所述导电层具有可调节的电阻率；上述导电层通过层压、涂覆、粘合、注塑和共混成型加工方式中的一种与弹性体层复合在一起构成导电弹性复合体3，使得弹性体层的部分或全部具备导电功能。该导电弹性复合体3呈块状体结构，该块状体结构朝向柔性电路板1的一面向内凹进形成一压力接触空腔区31，该压力接触空腔区正对柔性电路板的柔性电极区域，该压力接触空腔区的内壁上表面在受压时能够同时接触柔性电极区域内的两个柔性电极使电路导通；且该导电弹性复合体3的上表面外壁对应柔性电极区域处朝外凸起形成有挤压块32，且该挤压块的轴向截面为矩形、梯形、凸起弧形和不规则曲线结构中的一种；此外导电弹性复合体3的压力接触空腔区31的内壁上表面为平面结构、锯齿状结构、向下凸起弧形和不规则曲面结构中的一种。可通过上述导电弹性复合体3的结构设计(参见图3所示，该结构设计优选为图3中的结构a)，尤其是压力接触空腔区31的内壁上表面的形状，来调整柔性压力开关的导通压强阈值。该导电弹性复合体3所实现的功能是：当导电弹性复合体3在受压状态下且压力达到一定值时，导电弹性复合体3的导电层和柔性电路板中的两个柔性电极同时接触从而使得整体电路导通。

所述弹性固定件4为本实用新型柔性压力开关非必要部件，但一般为能达到更好的性能，通常在该柔性压力开关中使用弹性固定件4。弹性固定件4的作用是将导电弹性复合体与柔性电路板的柔性非电极区域粘接复合在一起，从而增强柔性压力开关的抗剪切性能、抗冲击性能以及耐疲劳性能。本实用新型中弹性固定件4是由丙烯酸树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、室温硫化硅橡胶或高温硫化硅橡胶中的一种通过点胶、涂覆、粘合或注塑工艺中的一种形成的，优选采用室温硫化硅橡胶通过点胶、涂覆、粘合或注塑工艺中的一种来形成。

本实用新型主要由上述四个部件组成，在施加压力情况下，导电弹性复合体结构的导电层与柔性电路板上的两个柔性电极接触从而会使电路导通。通过改变导电层或柔性电极的电阻率或柔性电极的间距调节柔性压力开关的打开-关闭电阻阈值范围；通过导电弹性复合体的结构设计和改变导电弹性复合体材料的硬度参数来调节柔性开关的导通压强范围；通过改变弹性固定件的材料来调整柔性压力开关的抗剪切、抗冲击性能以及密封性能。

在使用时，柔性压力开关受压过程中，当外部压强小于导通压强时，导电弹性复合体3的导电层与柔性电路板1的柔性电极未发生接触或接触后电阻值大于柔性压力开关的电阻阈值，此时柔性压力开关处于关闭状态；当外部压强大于或等于导通压强时，导电弹性复合体3的导电层与柔性电路板1的柔性电极接触且电阻值小于或等于电阻阈值，柔性压力开关处于打开状态；压力撤除后，导电弹性复合体3复位，压力开关处于关闭状态。

下面具体上述柔性压力开关的制备方法，该制备方法包括下述步骤：

(1)将导电层与弹性体层采用层压、涂覆、粘合、注塑和共混方式中的一种复合在一起组成导电弹性复合体；

(2)使用弹性粘结层将步骤(1)中所得导电弹性复合体粘连于柔性电路板的柔性非电极区域上；

(3)在导电弹性复合体上向下施加一定时长和大小的法向力来增加导电弹性复合体、弹性粘结层和柔性电路板的柔性非电极区域之间的粘合强度。

此外当该柔性压力开关需要弹性固定件时，在上述步骤(3)后再增加步骤(4)：将弹性固定件用材料采用点胶、涂覆、粘合或注塑工艺中的一种复合到导电弹性复合体外周壁和柔性电路板柔性非电极区域的周圈上。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。