具有力传感器阵列的输入设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种输入设备，具有限定操作表面阵列的平面状的面板和电容式力传感器阵列以及支承体，其中，操作表面布置在面板的与操作者面对的表面上并且支承体布置在面板的与所述操作者背离的一侧上，电容式力传感器中的每个分别形成在面板和支承体之间的测量电容，测量电容被分配给操作表面中的一个并且力传感器中的每个分别具有用于形成测量电容的至少一个被分配给面板的第一电极和至少一个被分配给支承体的第二电极，在面板和支承体之间设置有由间隔材料构成的间隔层，间隔层限定由被分配给操作表面的空腔构成的阵列，其中，空腔分别被用由与间隔材料相比可弹性地弯曲的和/或者可压缩的衬垫材料构成的衬垫完全地或者部分地填充。

【技术实现步骤摘要】
具有力传感器阵列的输入设备
本技术涉及一种具有力传感器阵列的输入设备。
技术介绍
已知的输入设备具有触摸敏感的输入表面，也就是说，所述触摸敏感的输入表面配设有一个或多个接触式传感器。这种类型的输入设备仅仅依赖于对触摸的检测，不能够提供有关在此情况下通过操作者施加的操作力的信息。但是，对这种输入设备的需求日益增加，在这种输入设备中，当操作者在输入表面上进行输入时，操作者就获得一种触觉式的反馈。为了能够将对输入表面的随机的触摸与想要的操作更好地区分开并且为了能够向习惯于传统的、机械的操作部件的操作者提供类似的触觉式的反馈，已经开发了这样的输入设备，这种输入设备允许对操作力进行测量，以便能够依赖于所测量的操作力来产生触觉式的反馈。在具有操控表面阵列，也就是说具有被容纳在一个延展的输入表面中的多个操控表面的输入设备中，为了“位置分辨”，设置了一个由多个力传感器构成的阵列。优选地，尽可能地为每个操控表面配设一个力传感器，以便能够例如在超过一个操作的所测量的最小操作力时为对各单个的操控表面，以下也称为操作表面，的操作配设一个切换功能。例如与压电式的传感器相比较，电容式的传感器是成本有利的并且借助于这种类型的传感器可以以节省结构空间的方式实现力的测量。然而，在这种类型的传感器中的缺点是，它们对由于诸如液体的外来物的侵入而引起的通过它们限定的测量电容的变化和例如由于温度波动而引起的它们的电极几何形状的变化的反应敏感。
技术实现思路
在这种背景下，需要一种用于具有操作表面阵列和所属的电容式力传感器阵列的输入设备的解决方案，所述输入设备可以以成本有利的方式进行制造并且它的功能可靠性可以改善地持久地得到保证。这个目的通过一种根据权利要求所述的输入设备来实现。一种同样有利的用途是并列的用途权利要求的主题。一种相应的有利的制造方法是权利要求的主题。有利的设计方案分别是从属权利要求的主题。要指出的是，在这些权利要求中单个列出的特征可以以任意的、在技术上有意义的方式被相互组合并且揭示出本技术的另外的设计方案。尤其是与附图相关联的描述附加地表征和详细说明本技术。本技术涉及一种输入设备，其具有限定操作表面阵列的、平面状的面板和具有电容式力传感器阵列以及支承体。例如与支承体相比，面板被设计成是可弹性地弯曲的和/或者相对于支承体被可运动地支承。按照本技术，操作表面被布置在面板的面对操作者的表面上，亦即从操作者方面来看被可看得见地布置，而按照本技术，支承体被布置在面板的背离操作者的一侧上，也就是说从操作者方面来看被布置在面板的下面。按照本技术，在每种情况下设置电容式力传感器中的一个力传感器，以形成在面板和支承体之间的测量电容，所述测量电容分别被分配给多个操作表面中的一个操作表面。按照本技术，电容式力传感器分别具有用于形成测量电容的至少一个被分配给面板的第一电极和至少一个被分配给支承体的第二电极。按照本技术，至少一个附着在面板和支承体的上、由可弹性地弯曲的和/或者可压缩的衬垫材料构成的衬垫被布置在面板和支承体之间。当操作力被作用到面板的各自的操作表面上时，由于衬垫的柔韧性，发生第一电极和第二电极的彼此接近并且由此发生测量电容的变化，所述变化通过评价单元进行检测并且在超过预先设定的最小变化时引起要借助于输入设备进行控制的机组的切换状态改变。优选地，输入设备此外具有用于产生触觉的反馈的致动器，所述致动器在与切换状态改变的分配的同时或者之后通过评价单元被激活。通过衬垫的结构上的设计，尤其是通过衬垫的使用，保证了力传感器的可靠的功能，因为通过衬垫使得外来物或者流体的侵入变得困难或者被排除。因此，除了第一电极和第二电极的想要的、通过操作力的作用产生的、相对的位置变化以外，在很大程度上排除了由于外部的影响而引起的测量电容的变化。专业人员负责依据面板和支承体的材料选择出用于衬垫和/或者用于衬垫的与面板或者支承体处于触碰式接触的层的合适的、提供相应的附着能力，也就是说相应的粘附力的材料。例如衬垫可以具有提供相应的粘附力的覆层，例如胶粘剂层。例如大于1N/cm的粘附强度(剥离强度)被看作是合适的附着能力。优选地规定，如此地选择衬垫材料、面板的材料和支承体的材料，即分别提供大于1N/cm的附着能力。这种附着能力例如在作用于衬垫上的拉力相对于各自的附着表面，也就是说面板表面或支承体表面具有90°的定向下进行测量。通过衬垫的附着能力阻止了诸如液体和固体的外来物质侵入到通过电极限定的测量电容中，由此可以持久地维持未承受负载的力传感器的测量电容并且可以将校准降低到最小限度。此外，附着力抵制衬垫与面板或支承体的分离。当一个相邻的力传感器被承受负载时，这个问题例如在未承受负载的力传感器中出现。在此情况下，在没有附着力时例如可以发生面板从衬垫上提起，由此使外来物侵入的风险增大。这通过按照本技术的附着能力来避免。为了提供足够的机械的牢固性，衬垫材料具有小于50kPa的剪切模量。在由塑料材料构造成的面板的组合中，具有1至50kPa，优选地10至30kPa，最优选地15至25kPa，如大约20kPa的弹性模量的衬垫材料已经证明是合适的。按照一个优选的设计方案，衬垫的衬垫材料具有凝胶。粘弹性的流体被理解为凝胶。在本技术的意义上的凝胶是一种分散的系统，所述分散的系统由至少两种组分组成。在此情况下，固体的组分形成一种海绵状的、三维的网络，它的孔隙通过一种液体(液凝胶)或者一种气体(干凝胶)充满。液体的组分由此被固定在固体的组分里面。如果所述网络是高度多孔的并且空气是被储存的气体，那么所述凝胶也被称为气凝胶。在此情况下，两种组分彼此完全地渗透(双向相干)。用于在压力分布的部件中，例如在用于轮椅的坐垫中使用的凝胶物质主要基于聚氯乙烯、聚硅氧烷和聚氨酯进行说明，也就是说由多元醇和聚异氰酸酯构成的反应产物。被使用的凝胶的另一个优选的变型方案在反应混合物的基础上可由NCO-预聚合物和多元醇组分获得地进行制造。按照另一个优选的设计方案，衬垫材料具有泡沫材料。优选涉及的是闭孔型的泡沫材料，例如泡沫橡胶，聚丙烯泡沫材料(这种类型的泡沫材料在BASF股份公司的Neopolen商标下销售)，聚乙烯泡沫塑料，海绵橡胶。按照一个优选的设计方案，衬垫具有外壳和衬垫芯，其中，所述外壳和所述衬垫芯被以材料配合的方式连接起来。例如涉及的是具有被压实的外皮作为外壳的聚氨酯泡沫，这种类型的泡沫材料也被称为整体泡沫材料。在这种情况下，由于外壳的保护作用，衬垫芯可以由开孔型的泡沫材料构成。按照一个优选的设计方案，在面板和支承体之间设置有由间隔材料，如塑料构成的间隔层，所述间隔层限定一个由被分配给操作表面的空腔构成的阵列，例如各有一个空腔被分配给一个操作表面。按照本技术，所述空腔分别被完全地或者部分地用在前面描述的由与间隔材料相比较可弹性地弯曲的和/或者可压缩的衬垫材料构成的衬垫填充。例如，衬垫将空腔填充到80％或者以上，优选为90％或者以上，更优选为95％或者以上。留下的剩余空腔例如作为用于在操作力的作用下变形的衬垫的移位空间。按照一个优选的设计方案，间隔层由薄膜构成。作为薄膜材料，也就是说间隔材料，优选使用PVC(聚氯乙烯)和PP(聚丙烯)。优选地，间隔层经由第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输入设备(1)，所述输入设备具有限定操作表面(10)阵列的平面状的面板(8)和电容式力传感器(14)阵列以及支承体(2)，其中，所述操作表面(10)被布置在所述面板(8)的与操作者面对的表面(11)上，并且所述支承体(2)被布置在所述面板(8)的与所述操作者背离的一侧上，并且其中每个电容式力传感器(14)分别形成在所述面板(8)和所述支承体(2)之间的测量电容，所述测量电容被分配给所述操作表面(10)中的操作表面并且每个电容式力传感器(14)分别具有用于形成所述测量电容的至少一个被分配给所述面板(8)的第一电极(9)和至少一个被分配给所述支承体(2)的第二电极(3)，其中，至少一个附着在所述面板(8)和所述支承体(2)上的、由可弹性地弯曲的和/或者可压缩的衬垫材料构成的衬垫(6)被布置在所述面板(8)和所述支承体(2)之间。

【技术特征摘要】
2016.11.02 DE 102016120849.31.一种输入设备(1)，所述输入设备具有限定操作表面(10)阵列的平面状的面板(8)和电容式力传感器(14)阵列以及支承体(2)，其中，所述操作表面(10)被布置在所述面板(8)的与操作者面对的表面(11)上，并且所述支承体(2)被布置在所述面板(8)的与所述操作者背离的一侧上，并且其中每个电容式力传感器(14)分别形成在所述面板(8)和所述支承体(2)之间的测量电容，所述测量电容被分配给所述操作表面(10)中的操作表面并且每个电容式力传感器(14)分别具有用于形成所述测量电容的至少一个被分配给所述面板(8)的第一电极(9)和至少一个被分配给所述支承体(2)的第二电极(3)，其中，至少一个附着在所述面板(8)和所述支承体(2)上的、由可弹性地弯曲的和/或者可压缩的衬垫材料构成的衬垫(6)被布置在所述面板(8)和所述支承体(2)之间。2.根据权利要求1所述的输入设备(1)，其中，所述衬垫(6)的所述衬垫材料具有凝胶。3.根据权利要求1所述的输入设备(1)，其中，所述衬垫(6)的所述衬垫材料具有泡沫材料。4.根据权利要求1所述的输入设备(1)，其中，所述衬垫(6)的所述衬垫材料具有闭孔型的泡沫材料。5.根据前述权利要求中任一项所述的输入设备(1)，其中，所述衬垫(6)的材料、所述面板(8)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·马丁，J·施勒雷特，
申请(专利权)人：普瑞有限公司，
类型：新型
国别省市：德国,DE