一种力检测装置及功能面板的制作方法

1.本实用新型涉及力检测功能件技术领域，更具体地说，涉及一种力检测装置。此外，本实用新型还涉及一种包括上述力检测装置的功能面板。


背景技术：

2.近年来，汽车内饰面板朝着越来越智能化的方向发展，使得汽车内饰面板与原本就具有电气功能的控制面板的分类越来越模糊。目前，汽车内饰面板、控制面板、开关以及带触摸功能的操作面板等功能面板大多集成有力检测功能。也就是说，将力检测功能件集成于功能面板，使其具有检测压力的作用。
3.现有技术中的力检测功能件包括力传感器芯片和保护垫，目前主要采用直接添加的方式将力检测功能件集成于功能面板，也即，在功能面板的面盖下方直接压设保护垫，在保护垫的下方直接布置力传感器芯片，力传感器芯片以贴片的形式设于主线路板上。
4.也就是说，现有的力检测功能件利用保护垫将作用于面盖的力传递至力传感器芯片，这就需要保护垫具有足够的厚度，以使保护垫具有足够的预压量，来包容装配过程中的各种误差，从而保证力传感器芯片的操作力标定正常。
5.然而，在实际应用中，为了保证产品的背光效果，功能面板的面盖通常需要距离带led的主线路板较远的距离，而力传感器芯片设于主线路板上，因此，为了实现力传导，就需要设计较高的力传导结构，而较高的力传导结构的尺寸公差必然较大，这就导致压在力传感器芯片表面的保护垫上的预压量变化较大。而且，功能面板需要与其它结构件进行装配，通常需要采用螺钉等进行紧固，紧固过程中需要较大的紧固力，这就不可避免的会导致零件发生不稳定变形，而且功能面板装车后，面对复杂的装车环境，会对功能面板的外形结构进行不可预估的挤压变形，从而导致功能面板的面盖对保护垫的预压量产生二次变化。然而，保护垫的变形量通常是有限的，再加上由于汽车内饰面板或电器开关面板等功能面板的结构复杂、零件加工误差大、装配误差大以及装车后结构挤压变形不可预估等的影响，导致保护垫无法完全包容这些误差和变形等，使得生产中会出现保护垫无初始预压或初始预压过大的情况，导致力传感器芯片的操作力标定异常，使得力传感器芯片的力检测功能不稳定。
6.综上所述，如何提供一种力检测装置，以提升力检测功能的稳定性，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种力检测装置，其力检测性能比较稳定。
8.本实用新型的另一目的是提供一种包括上述力检测装置的功能面板，其具有较稳定的力检测功能。
9.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
10.一种力检测装置，包括：
11.力传感器；
12.压设于所述力传感器的一侧的保护垫；
13.具有预设预压量的弹性构件，所述弹性构件的第一端为平面，所述第一端与所述保护垫远离所述力传感器的一侧相抵接。
14.优选地，所述弹性构件包括弹簧和设于所述弹簧一端的板状件，所述板状件形成所述平面。
15.优选地，还包括与所述板状件垂直相连的导向柱，所述导向柱穿设于所述弹簧的内部。
16.优选地，所述弹性构件为弹片。
17.优选地，所述保护垫的厚度小于或等于1mm。
18.一种功能面板，包括线路板总成和面盖，还包括上述任意一种力检测装置，所述力检测装置的所述力传感器设于所述线路板总成，所述力检测装置的所述弹性构件的第二端与所述面盖的内侧相抵接。
19.优选地，所述面盖的内侧设有用于与所述第二端接触的力传导部。
20.优选地，所述弹性构件包括弹簧和导向柱，所述导向柱伸出于所述弹簧远离所述保护垫的一端预设距离；所述力传导部包括导向筒，所述导向柱伸出于所述弹簧的部分与所述导向筒滑动配合。
21.优选地，还包括带导电粒子的开关垫，所述保护垫与所述开关垫集成于一体。
22.优选地，所述功能面板为汽车内饰面板。
23.本实用新型提供的力检测装置，力的传递路径为：操作力首先传递至弹性构件，使弹性构件发生弹性变形，弹性构件将其变形量转换为弹性力传递至保护垫，再由保护垫将力传递至力传感器，实现力的信号转换。由于弹性构件与保护垫接触的一端为平面，因此可确保弹性构件的弹性力稳定均衡地传递至保护垫。
24.可以看出，该力检测装置利用弹性构件来包容应用该力检测装置的功能面板的各零件加工误差和装配误差，使得功能面板的面盖与力传感器之间始终处于力传递状态而不松脱。由于弹性构件本身具有受外力作用而变形的属性，而且弹性构件的弹性变形量大，因此，通过对弹性构件弹性系数的设计以及对其预设预压量的合理选择，可以使弹性构件能够满足其预设预压量在包容各种误差的前提下而不会超过其安全使用范围，也即，相比于现有技术采用保护垫来包容各种误差，弹性构件可以避免出现无预压力或预压力过大的情况，因此，可使力传感器的操作力标定正常，确保力传感器的力检测功能的稳定性。
25.另外，由于该力检测装置采用弹性构件实现了初始预压，其预设预压量较大，能够充分包容各零件的变形、尺寸误差、装配误差、装配变形以及装车挤压所造成的变形等，因此，对应用该力检测装置的产品的各零部件的加工精度及装配精度等要求低，无需过于强调装车环境的稳定性，因此，降低了制造成本。
26.进一步地，通过增设弹性构件来满足容差需求的设计，可以保证较高的产品生产合格率；同时，使得装车环境对整个产品系统的影响更小，装车后的各项参数和产品生产时的各项参数差异较小，满足客户对产品的力检测性能的技术要求。
27.而且，由于弹性构件的存在，允许采用较薄厚度的保护垫，而薄型保护垫的弹性参数变化受温度变化影响小，因此可提升力传导效率，可进一步提升力传感器力检测性能的
稳定性。
28.本实用新型提供的功能面板，包括上述力检测装置，具有上述有益效果，使得该功能面板具有较稳定的力检测功能。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。
30.图1为本实用新型具体实施例一所提供的功能面板的爆炸图；
31.图2为图1装配后的局部剖视图；
32.图3为图1装配后的局部结构示意图；
33.图4为图3的爆炸图；
34.图5为本实用新型具体实施例二所提供的功能面板的爆炸图。
35.图1至图5中的附图标记如下：
36.1为力传感器、2为保护垫、3为弹簧、4为顶销、5为弹片、6为线路板总成、7为面盖、71为力传导部、72为安装结构、8为触摸膜、9为导光体、10为隔光垫、11为壳体、12为底座。
具体实施方式
37.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.本实用新型的核心是提供一种力检测装置，其力检测性能比较稳定。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述力检测装置的功能面板，其具有较稳定的力检测功能。
39.请参考图1
‑
图5，图1为本实用新型具体实施例一所提供的功能面板的爆炸图；图2为图1装配后的局部剖视图；图3为图1装配后的局部结构示意图；图4为图3的爆炸图；图5为本实用新型具体实施例二所提供的功能面板的爆炸图。
40.本实用新型提供一种力检测装置，包括力传感器1、保护垫2和弹性构件。具体地，保护垫2压设于力传感器1的一侧，弹性构件具有预设预压量，弹性构件的第一端为平面，第一端与保护垫2远离力传感器1的一侧相抵接。
41.使用该力检测装置时，力的传递路径为：操作力首先传递至弹性构件，使弹性构件发生弹性变形，弹性构件将其变形量转换为弹性力传递至保护垫2，再由保护垫2将力传递至力传感器1，实现力的信号转换。
42.可以理解的是，弹性构件与保护垫2接触的一端为平面，这样可以确保弹性构件的弹性力稳定均衡地传递至保护垫2。
43.由于弹性构件具有预设预压量，因此，该力检测装置可利用弹性构件来包容应用该力检测装置的功能面板的各零件加工误差和装配误差，使得功能面板的面盖7与力传感器1之间始终处于力传递状态而不松脱。可以理解的是，由于弹性构件本身具有受外力作用
而变形的属性，而且弹性构件的弹性变形量大，因此，通过对弹性构件弹性系数的设计以及对其预设预压量的合理选择，可以使弹性构件能够满足其预设预压量在包容各种误差的前提下而不会超过其安全使用范围，也即，相比于现有技术采用保护垫2来包容各种误差，弹性构件可以避免出现无预压力或预压力过大的情况，因此，可使力传感器1的操作力标定正常，确保力传感器1的力检测功能的稳定性。
44.另外，由于该力检测装置采用弹性构件实现了初始预压，其预设预压量较大，能够充分包容各零件的变形、尺寸误差、装配误差、装配变形以及装车挤压所造成的变形等，因此，对应用该力检测装置的产品的各零部件的加工精度及装配精度等要求低，无需过于强调装车环境的稳定性，因此，降低了制造成本。
45.进一步地，通过增设弹性构件来满足容差需求的设计，可以保证较高的产品生产合格率；同时，使得装车环境对整个产品系统的影响更小，装车后的各项参数和产品生产时的各项参数差异较小，满足客户对产品的力检测性能的技术要求。
46.而且，由于弹性构件的存在，允许采用较薄厚度的保护垫2，而薄型保护垫2的弹性参数变化受温度变化影响小，因此可提升力传导效率，可进一步提升力传感器1力检测性能的稳定性。
47.需要说明的是，本实施例对弹性构件的具体结构不做限定，本领域技术人员可以根据具体结构空间的限制，设计合适结构的弹性构件。
48.作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，弹性构件包括弹簧3和设于弹簧3一端的板状件，板状件形成平面。也就是说，本实施例利用弹簧3来实现初始预压，利用弹簧3自身的弹性特性，使弹簧3具有预设预压量，并利用弹簧3来传递操作力，具体地，弹簧3将功能面板的面盖7受操作力而产生的变形转换为弹力传递至板状件，板状件负责将其承接的力直接压在保护垫2上，通过保护垫2将力传递至力传感器1。该结构简单，便于实现。
49.为了确保弹簧3进行力传递的稳定性，优选地，弹簧3的两端均为磨平面，也即，对弹簧3的两端均进行磨平处理，以确保弹簧3装配承载的稳定性。
50.进一步地，考虑到弹簧3伸缩的稳定性，避免弹簧3歪斜等，在上述实施例的基础之上，还包括与板状件垂直相连的导向柱，导向柱穿设于弹簧3的内部。也就是说，本实施例利用导向柱来对弹簧3的伸缩变形进行导向，确保弹簧3受力变形的稳定性。
51.为了提升导向柱的导向性能，优选地，导向柱为自带润滑性质的导向柱，例如，导向柱为pom塑料导向柱或pom
‑
h导向柱等。
52.考虑到装配的方便性，优选地，导向柱与板状件为一体式结构件。进一步优选地，该一体式结构件为顶销4，也即，由顶销4的端部帽盖形成板状件，由顶销4的主体销柱形成导向柱。顶销4可以从市场上直接采购，避免对板状件和导向柱进行专门加工，组装方便。
53.进一步地，导向柱远离板状件的一端可以伸出弹簧3远离板状件的一端，也即，弹簧3套设于导向柱的外周部，以利用导向柱对弹簧3的整个长度进行导向。同时，导向柱伸出弹簧3的部分还可以与功能面板的面盖7的力传导结构进行配合，以利用导向柱同时对面盖7进行导向，使得面盖7在操作力作用下被按压变形时，朝着导向柱限定的方向进行移动变形。
54.另外，考虑到弹性构件的另一种实现形式，作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，弹性构件为弹片5。例如，如图5所示，弹性构件优选为u形弹片5，其具有相平行的两
个弹性平面，且两个弹性平面之间具有弯折部。一方面确保了其具有足够的弹性变形量，另一方面确保了其传力的稳定性。
55.另外，可以理解的是，本实用新型提供的力检测装置利用弹性构件实现初始预压，进而包容应用该力检测装置的功能面板的各零件的加工误差和装配误差时，就可以允许采用较薄的保护垫2，也即，相比于现有技术较厚的保护垫2，本实用新型中的保护垫2为薄型保护垫2，优选地，在上述实施例的基础之上，保护垫2的厚度小于或等于1mm，例如，保护垫2的厚度优选为0.3mm、0.5mm或0.6mm。
56.可以理解的是，由于保护垫2通常为硅胶或橡胶材质，其厚度较厚时，在不同的温度下，保护垫2的硬度差异很大(例如，高温时软弹，低温时偏硬)，这就导致同样的操作力下保护垫2最终传递给力传感器1的力差异性较大，从而进一步影响了力传感器1力检测性能的稳定性。而采用较薄的保护垫2时，则可以降低在温度变化时保护垫2的弹性参数变化量，以减小对力传导效率的影响，既保护了力传感器1，又降低了对力传感器1力检测性能的影响。
57.优选地，保护垫2为硬质保护垫2，例如，保护垫2为硬硅胶质保护垫2，以减小不同温度下保护垫2力传导效率的差异。
58.除了上述力检测装置，本实用新型还提供一种包括上述实施例公开的力检测装置的功能面板，该功能面板包括线路板总成6和面盖7，上述力检测装置的力传感器1设于线路板总成6，力检测装置的弹性构件的第二端与面盖7的内侧相抵接。功能面板的其它各部分的结构请参考现有技术，例如，如图1所示，功能面板还包括触摸膜8、导光体9、隔光垫10、壳体11以及底座12等，本文不再赘述。
59.当使用者按压面盖7时，使面盖7产生变形，进而将操作力传递至弹性构件的第二端，通过弹性构件的进一步变形将力传递至保护垫2，最终将力传递至力传感器1，力传感器1设于线路板总成6，线路板总成6负责将力传感器1和其运算电路等集成在一起。
60.也就是说，本实施例的重点在于，将上述任意一个实施例公开的力检测装置，应用于功能面板，使得该功能面板具有较稳定的力检测功能。
61.需要说明的是，本实施例对功能面板不做具体限定，功能面板优选为汽车内饰面板、开关面板、带触摸功能的操作面板以及控制面板等。
62.当功能面板为汽车内饰面板时，功能面板的表面为产品外观面，优选地，功能面板的表面设有钢琴漆层，或者通过iml(in molding label，模内镶件注塑)工艺对功能面板的表面进行处理，使得功能面板的表面呈现出多种装饰效果。优选地，功能面板表面的装饰性纹理可透光。
63.需要说明的是，面盖7可以设于支架上，支架优选为非透光支架。
64.为了使作用于面盖7的操作力能够有效的传递至弹性构件，在上述实施例的基础之上，面盖7的内侧设有用于与弹性构件的第二端接触的力传导部71。
65.也就是说，本实施例中的面盖7通过力传导部71将作用于面盖7的操作力传递至弹性构件。
66.可以理解的是，由于力传导部71将操作力直接传递至弹性构件，而不是保护垫2，相比于现有技术通过力传导部71将力直接传递至保护垫2来说，可以减小力传导部71的高度。
67.需要说明的是，本实施例对力传导部71的具体结构不做限定，只要能够满足力传递需求即可，作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，弹性构件包括弹簧3和导向柱时，导向柱伸出于弹簧3远离保护垫2的一端预设距离；力传导部71包括导向筒，导向柱伸出于弹簧3的部分与导向筒滑动配合。
68.也就是说，当按压面盖7时，导向筒沿着导向柱滑动，将力传递至弹性构件，这样可确保面盖7的变形方向，有利于力传递的稳定性。
69.需要说明的是，当弹性构件为弹片5时，可仅在面盖7设计常规的安装结构72，而不设置力传导部71，以利用面盖7的内侧面将力传递至弹片5。
70.进一步地，为了优化功能面板的结构布局，在上述实施例的基础之上，功能面板还包括带导电粒子的开关垫，保护垫2与开关垫集成于一体。
71.也就是说，本实施例将保护垫2与开关垫做成一个一体式的整体垫子，只不过在对应力传感器1的部分，使该一体式的整体垫子满足上述对保护垫2的要求，例如，此部分的厚度较薄，优选为硬质保护垫2；而除了对应力传感器1的部分外的其它部分，则可以为常规的带导电粒子的开关垫，满足开关垫的性能需求。
72.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
73.以上对本实用新型所提供的力检测装置及功能面板进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。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原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。