專利名稱：具有電容傳感器元件的操作裝置和具有這種操作裝置的電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的電器用操作裝置以及電器。
背景技術(shù)：
已經(jīng)知道了各式各樣的、通過(guò)放上手指或用手指略微施壓來(lái)操作電器的操作裝置。EP859467A和EP859468A說(shuō)明了功能原理，根據(jù)該功能原理，無(wú)需施加很大壓力或者不用走完操作路程，就可以在電容傳感器元件中引起電容變化。這可以認(rèn)定為是操作。
DE19811372A公開(kāi)了，在電器飾板的下方，例如在玻璃陶瓷灶的金屬框架上，設(shè)置帶有壓電元件的開(kāi)關(guān)。如果在壓電元件之上的飾板區(qū)放上手指并施加一定壓力，那么壓電元件就可以識(shí)別出該壓力并認(rèn)定為是操作。在這種情況下不利的是，壓電元件相對(duì)較貴并且有時(shí)容易機(jī)械損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供上述的操作裝置和具有該操作裝置的電器，利用該操作裝置，就可以避免現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，特別是電容傳感器元件的使用區(qū)在每天使用中的耐用性和可靠性同時(shí)增大。
該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的操作裝置和具有權(quán)利要求13所述特征的電器得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明有利的的優(yōu)選實(shí)施方案是從屬權(quán)利要求的主題，在下面將進(jìn)一步說(shuō)明。權(quán)利要求的語(yǔ)句被明確引用作為說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容。
根據(jù)本發(fā)明，操作裝置具有可變形的或彈性的操作區(qū)，該操作區(qū)因放置手指在操作區(qū)上或用手指施壓而變形，在此，作為導(dǎo)致操作的壓力，使用數(shù)量級(jí)為幾牛頓的力。在操作區(qū)下設(shè)有優(yōu)選為平面狀的電容傳感器元件，它呈導(dǎo)電的、下傳感器表面的形式。它構(gòu)成電容傳感器元件的電容器片。在操作區(qū)和傳感器元件或傳感器表面之間，設(shè)有電介質(zhì)層。操作區(qū)的外面或上面是金屬的或者導(dǎo)電的。如果如上所述地按壓操作區(qū)，則它接近下面的傳感器表面，因而電介質(zhì)層變薄，在傳感器元件上發(fā)生電容改變。電容的改變通過(guò)對(duì)應(yīng)的分析來(lái)監(jiān)測(cè)，并從規(guī)定的大小開(kāi)始被認(rèn)定為是有意識(shí)的操作，所述規(guī)定的大小通常對(duì)應(yīng)于一定的壓力，進(jìn)而對(duì)應(yīng)于一定的操作區(qū)的彎曲。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于，也可以為具有控制和分析優(yōu)點(diǎn)的電容傳感器元件配備對(duì)應(yīng)的操作區(qū)的金屬表面。特別是，可以整合在大的金屬表面中，特別是其中一個(gè)未分開(kāi)的、但仍能看到的區(qū)域作為操作區(qū)。特別是，可以將多個(gè)不同的傳感器元件或操作區(qū)設(shè)置在連續(xù)的金屬表面之下，而不會(huì)造成傳感器元件相互影響或干擾。
操作區(qū)或其構(gòu)成材料可以是完全導(dǎo)電的。它優(yōu)選由金屬層構(gòu)成。當(dāng)金屬層在操作裝置的區(qū)域或者一個(gè)或多個(gè)操作區(qū)的區(qū)域內(nèi)連續(xù)構(gòu)成時(shí)，就為操作裝置提供了一種容易清潔并且相對(duì)不易損傷的表面。該操作區(qū)可以由薄金屬構(gòu)成，例如厚度小于1mm且特別是幾百微米厚的金屬箔。作為材料，原則上可以提供彈性滿足上述要求的任何金屬。尤其可以使用不銹鋼或鍍鉻金屬，其由于耐蝕性而具有突出的優(yōu)點(diǎn)。
電介質(zhì)層原則上能以各種各樣的方式構(gòu)成。通過(guò)相應(yīng)的介電常數(shù)，可以影響傳感器元件中的電容器的絕對(duì)值。對(duì)電介質(zhì)最重要的要求是借助上述的有利的操作力的可壓縮性。特別是，也可以設(shè)置空氣作為電介質(zhì)層。為此，容易有利地在傳感器表面或傳感器元件和操作區(qū)之間產(chǎn)生一定距離。電介質(zhì)層的厚度可以小于1mm，優(yōu)選在幾百微米范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，設(shè)置多個(gè)傳感器元件，它們各自具有傳感器表面、位于傳感器面上的操作區(qū)以及在傳感器表面和操作區(qū)之間的電介質(zhì)層，確切的說(shuō)是以一定間隔并排設(shè)置。如果操作區(qū)由連續(xù)的材料且特別是平面材料如金屬片或金屬箔制成，則這特別可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化。在此有利的是，沒(méi)有設(shè)置開(kāi)口，因而表面是防水的并容易清洗。缺口、凹陷或類似結(jié)構(gòu)最好設(shè)置在底面上即朝向傳感器元件，這樣做例如是為了獲得較小厚度，以得到壓縮時(shí)的彈性。
傳感器表面可以以一定間隙且特別是幾毫米的間隙被一個(gè)導(dǎo)電表面環(huán)繞，在此它構(gòu)成接地面。在具有多個(gè)并排設(shè)置的傳感器元件的操作裝置中，如果設(shè)置一個(gè)公共的、電連接的或連續(xù)的接地面，則這是有利的。在制造過(guò)程中，它可以由與傳感器表面相同的金屬層制成，其中它們通過(guò)結(jié)構(gòu)化在電氣方面被分隔開(kāi)。為了將傳感器表面和可能的接地面從操作區(qū)的、或許可導(dǎo)電的下表面中分開(kāi)以及為了將傳感器表面和操作區(qū)之間的間隙用于電介質(zhì)層，可以設(shè)置間隙層。間隙層應(yīng)由絕緣的平面材料構(gòu)成，它也可以作為可加工的層來(lái)施加?？梢栽趥鞲衅鞅砻娴膮^(qū)域內(nèi)設(shè)置凹陷，以便由此構(gòu)成由空氣構(gòu)成的電介質(zhì)層。還可選的方案是，間隙層可由具有適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)和適當(dāng)?shù)暮穸鹊牟牧蠘?gòu)成，然后，它位于傳感器表面和操作區(qū)之間并應(yīng)該能被充分壓縮。
在本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)方案中，可以由平面材料或蓋提供所述操作區(qū)，所述平面材料或者蓋比操作區(qū)本身大得多。由此一來(lái)，例如可以用一個(gè)或多個(gè)傳感器元件且進(jìn)而還有操作區(qū)在蓋或側(cè)壁中構(gòu)成操作裝置，蓋或側(cè)壁例如屬于電器。因而，這樣構(gòu)成的操作裝置可以被集成在這樣的壁中，特別是也集成在電器中。在此，可以使蓋或其材料在操作區(qū)的區(qū)域內(nèi)局部變得比別的地方薄。為此，例如可以在底面進(jìn)行材料去除，特別是通過(guò)材料蝕除方法或通過(guò)變形方法例如沖孔或沖壓。于是，可以把主要提供支持或保護(hù)作用的壁在局部區(qū)域制作得較薄，以便在那里固定操作裝置的操作區(qū)。一種可能方案是，這樣的蓋可以是電器的飾板，例如前飾板，或者是框架。
根據(jù)本發(fā)明的電器具有至少一個(gè)操作裝置，該操作裝置對(duì)應(yīng)于上述結(jié)構(gòu)之一。對(duì)此，該電器有利地具有一個(gè)操作部位，在操作部位中設(shè)置帶有一個(gè)或多個(gè)操作區(qū)的操作裝置。電器例如可以是灶，它具有側(cè)壁部，側(cè)壁部可以作為飾板安置在至少一側(cè)上，或者以框架形式環(huán)繞設(shè)置。在這里，操作裝置被集成在側(cè)壁部或者框架中，例如其傳感器元件位于側(cè)壁部或者框架之下。
除了權(quán)利要求之外，這些和其它的特征還可以從說(shuō)明書(shū)和附圖中得知，這些特征可以單獨(dú)地或以子組合的多種形式在本發(fā)明的實(shí)施形式和在其它領(lǐng)域中發(fā)揮作用，這些特征是有利的并且本身就是可保護(hù)的方案，在此對(duì)它們要求保護(hù)。將本申請(qǐng)分為幾個(gè)段落并且所加的小標(biāo)題不限制在所述小標(biāo)題和段落下作出的說(shuō)明的通用性。


附圖示意表示本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例，以下將作進(jìn)一步說(shuō)明。圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的操作裝置的層結(jié)構(gòu)的剖面。
圖2是表示圖1的具有并排設(shè)置的多個(gè)傳感器元件的操作裝置的一個(gè)層的俯視圖。
圖3是絕緣層的俯視圖。
圖4是灶的斜視圖，其中在框架內(nèi)整合有與圖1類似的操作裝置。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示意表示操作裝置11的剖面，操作裝置11具有操作區(qū)13，手指14放置在操作區(qū)13上，為操作或觸發(fā)操作輕輕施壓。在操作區(qū)13的上面，可以設(shè)有能目測(cè)識(shí)別的標(biāo)記如文字、印記等。也可以通過(guò)借助凹凸的符號(hào)對(duì)相應(yīng)的表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理。
操作裝置11具有層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)在下面說(shuō)明。在作為載體的印刷電路板15上，涂敷金屬層17。一方面，金屬層17細(xì)分成傳感器元件17a，其具有引線的平面形狀可以從圖2的俯視圖中看出，并且形成了上述傳感器表面。代替?zhèn)鞲衅髟?7a的正方形，顯然也可以使用圓形或橢圓形或長(zhǎng)條形。傳感器元件17a 通過(guò)框架缺口18由金屬層17形成，它的結(jié)構(gòu)同樣可以在圖2中看見(jiàn)。環(huán)繞的金屬面17b形成接地面。金屬層17例如可以銅層的形式按照常規(guī)方法被涂敷在印刷電路板15上。可以按照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化。
在金屬層17上涂敷具有凹陷20的絕緣層19，凹陷20的形狀對(duì)應(yīng)于傳感器元件17a的形狀，但稍大，使得它象框架缺口18那樣環(huán)繞傳感器元件。絕緣層19可以是塑料膜如聚酯膜。絕緣膜19可以是單面自粘性的，或是雙面自粘性的，以便較容易制造該結(jié)構(gòu)。
在絕緣層19上再涂覆有金屬箔25。金屬箔25可以例如是不銹鋼箔、不銹鋼片等，其尤其在外露的表面中，由此構(gòu)成操作區(qū)13，其在實(shí)際應(yīng)用中在清潔和維護(hù)需要方面是有利的。
金屬箔25至少在操作裝置11的區(qū)域或在操作區(qū)13的區(qū)域中始終具有相同的厚度。在或選實(shí)施方案中，也可以使用較厚的金屬層或金屬板，其在操作區(qū)13范圍內(nèi)被減薄。
在金屬箔25和傳感器元件17a之間形成間隙，該空隙用空氣層22填充。該間隙用虛線以填充空氣形式來(lái)表示。所含的空氣層22形成金屬操作區(qū)13和傳感器元件17a之間的電介質(zhì)。這在以下還要更詳細(xì)地說(shuō)明其功能。代替空氣層22，也可以用其它介電材料作為電介質(zhì)，只要它是可壓縮的或者可以被壓緊，由此使操作區(qū)13靠近傳感器元件17a。操作區(qū)13的彎曲在手指14的區(qū)域中通過(guò)向下拱起的虛線來(lái)表示。
引線28通向傳感器元件17a，該引線來(lái)自圖2所示的、傳感器元件17的向下突出的末端，例如用于操作裝置11的控制或分析。如虛線所示，在上面的金屬箔25可以接地29，但也可以不接地，在此，只規(guī)定了與傳感器元件17a或金屬層17的環(huán)繞表面17b的電容耦合。
圖4示出了灶31，特別是所謂的玻璃陶瓷灶。灶31按照常規(guī)方式具有環(huán)繞的灶臺(tái)框架33，灶臺(tái)框架的左下側(cè)被構(gòu)造成朝向操作者的前面。灶臺(tái)框架33具有各個(gè)操作區(qū)13，確切的說(shuō)在左側(cè)被構(gòu)造成開(kāi)/關(guān)用開(kāi)關(guān)，在中心區(qū)被構(gòu)造成單個(gè)烹飪區(qū)的功率調(diào)整開(kāi)關(guān)，這些烹飪區(qū)示意表示為圓形。通過(guò)在操作區(qū)13上的按壓，可以觸發(fā)各自對(duì)應(yīng)的功能。從構(gòu)造看，與圖1所示相似的操作裝置位于灶臺(tái)框架33之下。此外，灶臺(tái)框架33的上表面可以完全由金屬層或金屬板或金屬箔構(gòu)成，其對(duì)應(yīng)于圖1的金屬箔25。因?yàn)閮H在操作區(qū)13下設(shè)置圖1所示的層狀結(jié)構(gòu)，所以該金屬在灶臺(tái)框架33的其它區(qū)域中可以說(shuō)是被填成實(shí)心的。
或者，灶臺(tái)框架可以由或許達(dá)幾毫米厚的金屬板材構(gòu)成。它例如在操作區(qū)13或相關(guān)的操作裝置的區(qū)域中從底側(cè)被減薄，從而在減薄區(qū)域中容放圖1的層狀結(jié)構(gòu)。作為從底側(cè)將較厚的金屬層減薄的替換方案，也可以從上側(cè)進(jìn)行減薄。在這種情況下，由此形成的凹陷被用作精確放置手指或類似物的結(jié)構(gòu)。
對(duì)于圖1中的尺寸要注意其是可以變化的。對(duì)印刷電路板15來(lái)說(shuō)，這些層的有利的厚度是任意的。金屬層17的厚度也是任意的，例如在0.1mm的范圍內(nèi)，如通常用于覆銅印刷電路板或類似物的情況。絕緣層也可以是0.1mm厚度。在試驗(yàn)中，作為絕緣層上設(shè)置的金屬箔25使用了0.2mm厚的不銹鋼，這可以獲得好的結(jié)果。在圖1中，用虛線放大表示的金屬箔25的彎曲可以在微米范圍內(nèi)，例如10μm或更小。在用0.2mm厚的不銹鋼作為金屬箔25的試驗(yàn)方案中，230克的重量已經(jīng)造成這樣的彎曲，可以在傳感器元件17a上確定18％的電容改變。傳感器元件17a或操作區(qū)的表面優(yōu)選在每側(cè)約為1到3厘米。在獲得清楚界定的放置面的同時(shí)，在放置手指14時(shí)還實(shí)現(xiàn)了彎曲。
功能原則上，本發(fā)明的操作裝置11基于電容傳感器元件17a的分析處理，通過(guò)操作實(shí)現(xiàn)電容改變。從EP859468A中知道這種電容傳感器元件的分析處理電路的例子，不過(guò)其傳感器元件的結(jié)構(gòu)略有不同。該分析運(yùn)用電路基本上也可用在這里。
通過(guò)把手指14放在操作區(qū)13上，因?yàn)槭憾共僮鲄^(qū)或相關(guān)的金屬箔25產(chǎn)生一定的彎曲，由此改變了在功能上代表電容器表面的傳感器元件17a和布置在其上的金屬箔25之間的距離。這導(dǎo)致在傳感器元件17a上出現(xiàn)明顯的電容變化。該電容變化可以被檢測(cè)和分析處理。通過(guò)在這之間設(shè)置的電介質(zhì)22，可以加強(qiáng)借助電容增大的效應(yīng)，由此改善分析處理能力。
作為相對(duì)變化而不是絕對(duì)值來(lái)掌握電容的改變的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，不會(huì)與金屬箔25可能隨時(shí)間推移而產(chǎn)生的向下彎曲并由此導(dǎo)致絕對(duì)的電容改變相關(guān)地引起測(cè)量值失真。
因此，本發(fā)明提供一種一方面具有電容傳感器元件或電容功能原理的操作裝置。同時(shí)，與此結(jié)合的金屬表面且特別是不銹鋼表面對(duì)操作裝置來(lái)說(shuō)也可以被用在操作區(qū)上。出于實(shí)際原因，這非常有利并且存在于各種電器中，特別是在家用電器中。借助手指的小壓力已經(jīng)足以用于操作。同樣，非常短的操作路程已足夠用了，而這樣的短操作路程對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)作為操作路徑將是不夠用的。
權(quán)利要求
1.電器且優(yōu)選是家用電器(31)的操作裝置，通過(guò)按壓下面帶有電容傳感器元件的、可變形的或者彈性的操作區(qū)(13)來(lái)實(shí)施操作，所述傳感器元件具有作為電容器片的、導(dǎo)電的傳感器下表面(17a)，在所述傳感器下表面之上有操作區(qū)(13)，在所述操作區(qū)和所述傳感器下表面之間有電介質(zhì)層(22)，其特征在于至少所述操作區(qū)(13)的外側(cè)是金屬的或?qū)щ姷?，通過(guò)按壓，所述操作區(qū)接近所述下傳感器表面(17a)并導(dǎo)致電容改變。
2.按照權(quán)利要求1所述的操作裝置，其特征在于所述操作區(qū)(13)是完全導(dǎo)電的，特別是由單個(gè)的金屬層(25)構(gòu)成，所述金屬層優(yōu)選在所述操作裝置(11)的區(qū)域內(nèi)或在所述操作區(qū)的區(qū)域內(nèi)是連續(xù)的。
3.按照權(quán)利要求2所述的操作裝置，其特征在于所述操作區(qū)(13)由薄金屬如金屬箔(25)構(gòu)成，優(yōu)選是不銹鋼。
4.按照上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于所述電介質(zhì)層具有空氣，特別是所述電介質(zhì)層僅為空氣層(22)。
5.按照上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于所述電介質(zhì)層(22)的厚度小于1mm，優(yōu)選大約厚100μm，特別是所述操作區(qū)(13)的厚度小于1mm，特別是大約厚0.2mm。
6.按照上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于并排設(shè)置多個(gè)傳感器元件，它們各自具有操作區(qū)(13)、在所述操作區(qū)之上的傳感器表面(17a)以及位于所述操作區(qū)和所述傳感器表面之間的電介質(zhì)層(22)，所述操作區(qū)優(yōu)選完全由平面材料制造，特別是由金屬箔(17)制成。
7.按照上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于所述傳感器表面(17a)以一定間隔由導(dǎo)電表面環(huán)繞，所述導(dǎo)電表面構(gòu)成接地表面(17b)，特別是多個(gè)所述傳感器表面并排設(shè)置并且分別被一個(gè)公共的、連續(xù)的接地表面環(huán)繞。
8.按照權(quán)利要求7所述的操作裝置，其特征在于所述傳感器表面(17a)特別作為金屬層設(shè)置在載體(15)上，環(huán)繞所述傳感器表面的接地表面(17b)由同樣的金屬層通過(guò)結(jié)構(gòu)化產(chǎn)生。
9.按照權(quán)利要求8所述的操作裝置，其特征在于在構(gòu)成所述傳感器表面(17a)和所述接地表面(17b)的層(17)上，涂有特別由絕緣的平面材料(19)構(gòu)成的間隙層，所述間隙層在所述傳感器表面(17a)的區(qū)域中具有凹陷(20)，所述操作區(qū)(13)設(shè)置在所述絕緣的平面材料層上，并且所述電介質(zhì)層(22)通過(guò)在所述傳感器表面和所述操作區(qū)之間的間隙形成在所述絕緣的平面材料(19)的凹陷(20)中。
10.按照權(quán)利要求1至8之一所述的操作裝置，其特征在于在所述傳感器表面(17a)和所述操作區(qū)(13)之間，設(shè)有彈性的絕緣的平面材料，該絕緣的平面材料通過(guò)按壓被緊壓到所述操作區(qū)上。
11.按照上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于所述操作區(qū)(13)由平面材料(25)或蓋構(gòu)成，所述平面材料或者蓋相當(dāng)大并且明顯延伸超出所述操作區(qū)的尺寸，特別在所述操作區(qū)的區(qū)域或所述操作裝置(11)的區(qū)域內(nèi)，所述蓋局部變薄，優(yōu)選通過(guò)在底側(cè)去除材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。
12.按照上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于所述操作裝置具有面向操作者的外表面，所述外表面的表面呈飾板或框架(33)的形狀并且至少在所述操作區(qū)(13)的區(qū)域內(nèi)是完整的，所述操作區(qū)是由所述飾板或框架(33)制作成的，或者所述飾板或框架構(gòu)成所述操作區(qū)。
13.電器，特別是家用電器(31)，其特征在于所述電器優(yōu)選在操作區(qū)中具有根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置(11)。
14.按照權(quán)利要求13所述的電器，其特征在于灶(31)具有一個(gè)環(huán)繞的框架(33)并將操作裝置(11)集成在框架中，其中操作區(qū)(13)優(yōu)選由框架(33)形成或由此制造。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種具有電容功能的傳感器元件(17a)的操作裝置(11)，該操作裝置具有在作為操作區(qū)(13)的金屬表面(25)下方的傳感器元件，在它們之間設(shè)有絕緣層(19)。借助與傳感器元件(17a)的電容耦合，按壓金屬表面(25)導(dǎo)致了傳感器元件的電容改變。這可以通過(guò)相應(yīng)的分析處理來(lái)確定。
文檔編號(hào)H05B3/74GK1910819SQ200580002218
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月12日
發(fā)明者W·施林, R·多爾瓦特 申請(qǐng)人:E.G.O.電氣設(shè)備制造股份有限公司