柔性壓力開關的製作方法

2023-12-05 12:05:31 2

本實用新型涉及一種開關裝置，尤其涉及一種柔性壓力開關，屬於智能穿戴電子設備元器件技術領域。

背景技術：

傳統的壓力傳感元器件具有較大的體積和較高的硬度，這限制了它們在任意兩個柔性或柔性/剛性接觸面上的使用，這種限制在柔性智能穿戴領域中表現得更為突出，即傳統壓力傳感器元器件無法同時滿足智能穿戴產品的功能性和穿著舒適性。為了克服上述局限並獲得與人體表面的直接或間接有關的壓力分布，有必要開發一種柔性壓力開關，這種柔性壓力開關需要同時滿足產品的功能性和穿戴的舒適性，並具有製備工藝簡單、成本低、性能穩定和適合批量化生產等特點。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種柔性壓力開關，該開關製備工藝簡單、成本低、性能穩定、適合批量化生產，且能同時滿足產品的功能性和穿戴的舒適性。

本實用新型的技術方案是：

一種柔性壓力開關，包括自底層向頂層依次層疊設置的柔性電路板、彈性粘結層和導電彈性複合體，其中，

所述柔性電路板由柔性電極區域和柔性非電極區域組成，所述柔性電極區域內固設有兩個彼此分離的柔性電極，該柔性電極區域通過可調節的電阻率或可調節的柔性電極間距來調節柔性壓力開關啟閉時的電阻閾值；

所述彈性粘結層的下表面粘附於柔性電路板的柔性非電極區域上，所述彈性粘結層的上表面粘附於導電彈性複合體的下表面上；

所述導電彈性複合體呈塊狀體結構，該塊狀體結構朝向柔性電路板的一面向內凹進形成一壓力接觸空腔區，該壓力接觸空腔區正對柔性電路板的柔性電極區域，該壓力接觸空腔區的內壁上表面在受壓時能夠同時或先後接觸柔性電極區域內的兩個柔性電極使電路導通。

其進一步的技術方案是：

還包括一彈性固定件，該彈性固定件固定設於導電彈性複合體的外周壁與柔性電路板的柔性非電極區域上，且將所述導電彈性複合體和柔性電路板粘接在一起。

所述導電彈性複合體由導電層和彈性體層形成，其中導電層設置於彈性體層的下層並能夠在導電彈性複合體受壓時與柔性電極區域內的兩個柔性電極同時或先後接觸。

所述導電層具有可調節的電阻率，且導電層通過層壓、塗覆、粘合、注塑和共混方式中的一種與所述彈性體層複合在一起構成導電彈性複合體。

所述導電彈性複合體的上表面外壁對應柔性電極區域處朝外凸起形成有擠壓塊，且該擠壓塊的軸向截面為矩形、梯形、凸起弧形和不規則曲線結構中的一種；所述導電彈性複合體的壓力接觸空腔區的內壁上表面為平面結構、鋸齒狀結構、向下凸起弧形和不規則曲面結構中的一種。

本實用新型的有益技術效果是：該柔性壓力開關結構簡單、體積小、重量輕、製備工藝簡單且性能穩定；其導通電阻的閾值可調，導通壓強也可調；耐疲勞性能優良，其疲勞壽命在百萬次級別；適用於智能鞋墊、智能鞋、智能座椅、智能床墊等可穿戴智能設備中。

附圖說明

圖1是本實用新型柔性壓力開關的爆炸結構示意圖；

圖2是本實用新型柔性壓力開關未受壓狀態的剖面結構示意圖；

圖3是本實用新型柔性壓力開關受壓狀態的剖面結構示意圖；

圖4是本實用新型導電彈性複合體的各種剖面結構示意圖；

圖5是本實用新型柔性電路板的結構示意圖；

其中：

1-柔性電路板； 11-柔性電極；

2-彈性粘結層； 3-導電彈性複合體；

31-壓力接觸空腔區； 32-擠壓塊；

4-彈性固定件。

具體實施方式

為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型的具體實施方式做進一步的詳細說明，並可依照說明書的內容予以實施，但以下實施例用於說明本實用新型，並不用來限制本實用新型的範圍。

本實用新型所述的柔性壓力開關，主要包括四個部件，即柔性電路板1、彈性粘結層2、導電彈性複合體3和彈性固定件4，其中柔性電路板1、彈性粘結層2和導電彈性複合體3自底層向頂層依次層疊設置，為本實用新型柔性壓力開關的必要組成部件；彈性固定件4固定設於導電彈性複合體3的外周壁與柔性電路板1的柔性非電極區域上，且將所述導電彈性複合體3和柔性電路板1粘接在一起，該彈性固定件4為非必要組成部件，為本實用新型的可選部件。

所述柔性電路板1由柔性電極區域和柔性非電極區域組成，所述柔性電極區域內固設有兩個彼此分離的柔性電極11，該柔性電極區域具有可調節的電阻率和可調節的柔性電極間距，通過調節柔性電極的電阻率或柔性電極間距可以調節本實用新型所述柔性壓力開關的電阻閾值。該該柔性電路板可使用附圖4中所述的柔性電路板中的任一種，優選圖4中的結構i，且柔性電路板包括但並不局限於圖4中所述的結構。

所述彈性粘結層2的下表面粘附於柔性電路板1的柔性非電極區域上，所述彈性粘結層2的上表面粘附於導電彈性複合體3的下表面上。該彈性粘結層的作用就是將柔性壓力開關的導電彈性複合體3與柔性電路板的柔性非電極區域進行定位粘合。一般該彈性粘結層的形狀結合導電彈性複合體的下表面和柔性非電極區域的形狀進行成形，通常為呈中間中空的環形結構。所述彈性粘結層2為膠粘帶(通常採用雙面膠粘帶)、反應性膠黏劑和熱熔性膠黏劑中的一種，其中所述膠粘帶為溶劑型膠粘帶、乳液型膠粘帶、熱熔型膠粘帶、壓敏型膠粘帶、壓延型膠粘帶、反應型膠粘帶中的一種；所述反應性膠黏劑為矽膠、增韌環氧樹樹脂膠和聚氨酯樹脂膠中的一種；所述熱熔性膠黏劑為熱熔性嵌段聚合物。本具體實施例中彈性粘結層2優選為壓敏型膠粘帶。

所述導電彈性複合體3由導電層和彈性體層形成，其中導電層設置於彈性體層的下層並能夠在導電彈性複合體受壓時與柔性電極區域內的兩個柔性電極同時或先後接觸。其中彈性體層是由聚氨酯樹脂、矽橡膠、聚丙烯酸樹脂和彈性嵌段共聚物中的一種製備形成的，由上述材料製備形成的彈性體層具有優良的回彈性、耐疲勞性和機械性能；所述導電層具有可調節的電阻率；上述導電層通過層壓、塗覆、粘合、注塑和共混成型加工方式中的一種與彈性體層複合在一起構成導電彈性複合體3，使得彈性體層的部分或全部具備導電功能。該導電彈性複合體3呈塊狀體結構，該塊狀體結構朝向柔性電路板1的一面向內凹進形成一壓力接觸空腔區31，該壓力接觸空腔區正對柔性電路板的柔性電極區域，該壓力接觸空腔區的內壁上表面在受壓時能夠同時接觸柔性電極區域內的兩個柔性電極使電路導通；且該導電彈性複合體3的上表面外壁對應柔性電極區域處朝外凸起形成有擠壓塊32，且該擠壓塊的軸向截面為矩形、梯形、凸起弧形和不規則曲線結構中的一種；此外導電彈性複合體3的壓力接觸空腔區31的內壁上表面為平面結構、鋸齒狀結構、向下凸起弧形和不規則曲面結構中的一種。可通過上述導電彈性複合體3的結構設計(參見圖3所示，該結構設計優選為圖3中的結構a)，尤其是壓力接觸空腔區31的內壁上表面的形狀，來調整柔性壓力開關的導通壓強閾值。該導電彈性複合體3所實現的功能是：當導電彈性複合體3在受壓狀態下且壓力達到一定值時，導電彈性複合體3的導電層和柔性電路板中的兩個柔性電極同時接觸從而使得整體電路導通。

所述彈性固定件4為本實用新型柔性壓力開關非必要部件，但一般為能達到更好的性能，通常在該柔性壓力開關中使用彈性固定件4。彈性固定件4的作用是將導電彈性複合體與柔性電路板的柔性非電極區域粘接複合在一起，從而增強柔性壓力開關的抗剪切性能、抗衝擊性能以及耐疲勞性能。本實用新型中彈性固定件4是由丙烯酸樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、室溫硫化矽橡膠或高溫硫化矽橡膠中的一種通過點膠、塗覆、粘合或注塑工藝中的一種形成的，優選採用室溫硫化矽橡膠通過點膠、塗覆、粘合或注塑工藝中的一種來形成。

本實用新型主要由上述四個部件組成，在施加壓力情況下，導電彈性複合體結構的導電層與柔性電路板上的兩個柔性電極接觸從而會使電路導通。通過改變導電層或柔性電極的電阻率或柔性電極的間距調節柔性壓力開關的打開-關閉電阻閾值範圍；通過導電彈性複合體的結構設計和改變導電彈性複合體材料的硬度參數來調節柔性開關的導通壓強範圍；通過改變彈性固定件的材料來調整柔性壓力開關的抗剪切、抗衝擊性能以及密封性能。

在使用時，柔性壓力開關受壓過程中，當外部壓強小於導通壓強時，導電彈性複合體3的導電層與柔性電路板1的柔性電極未發生接觸或接觸後電阻值大於柔性壓力開關的電阻閾值，此時柔性壓力開關處於關閉狀態；當外部壓強大於或等於導通壓強時，導電彈性複合體3的導電層與柔性電路板1的柔性電極接觸且電阻值小於或等於電阻閾值，柔性壓力開關處於打開狀態；壓力撤除後，導電彈性複合體3復位，壓力開關處於關閉狀態。

下面具體上述柔性壓力開關的製備方法，該製備方法包括下述步驟：

(1)將導電層與彈性體層採用層壓、塗覆、粘合、注塑和共混方式中的一種複合在一起組成導電彈性複合體；

(2)使用彈性粘結層將步驟(1)中所得導電彈性複合體粘連於柔性電路板的柔性非電極區域上；

(3)在導電彈性複合體上向下施加一定時長和大小的法向力來增加導電彈性複合體、彈性粘結層和柔性電路板的柔性非電極區域之間的粘合強度。

此外當該柔性壓力開關需要彈性固定件時，在上述步驟(3)後再增加步驟(4)：將彈性固定件用材料採用點膠、塗覆、粘合或注塑工藝中的一種複合到導電彈性複合體外周壁和柔性電路板柔性非電極區域的周圈上。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，並不用於限制本實用新型，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護範圍。