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
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1的前序部分的電器用操作裝置以及電器。
背景技術：
已經知道了各式各樣的、通過放上手指或用手指略微施壓來操作電器的操作裝置。EP859467A和EP859468A說明了功能原理，根據該功能原理，無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。這可以認定為是操作。
DE19811372A公開了，在電器飾板的下方，例如在玻璃陶瓷灶的金屬框架上，設置帶有壓電元件的開關。如果在壓電元件之上的飾板區放上手指并施加一定壓力，那么壓電元件就可以識別出該壓力并認定為是操作。在這種情況下不利的是，壓電元件相對較貴并且有時容易機械損壞。
發明內容
本發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，就可以避免現有技術的問題，特別是電容傳感器元件的使用區在每天使用中的耐用性和可靠性同時增大。
該目的通過具有權利要求1所述特征的操作裝置和具有權利要求13所述特征的電器得以實現。本發明有利的的優選實施方案是從屬權利要求的主題，在下面將進一步說明。權利要求的語句被明確引用作為說明書的內容。
根據本發明，操作裝置具有可變形的或彈性的操作區，該操作區因放置手指在操作區上或用手指施壓而變形，在此，作為導致操作的壓力，使用數量級為幾牛頓的力。在操作區下設有優選為平面狀的電容傳感器元件，它呈導電的、下傳感器表面的形式。它構成電容傳感器元件的電容器片。在操作區和傳感器元件或傳感器表面之間，設有電介質層。操作區的外面或上面是金屬的或者導電的。如果如上所述地按壓操作區，則它接近下面的傳感器表面，因而電介質層變薄，在傳感器元件上發生電容改變。電容的改變通過對應的分析來監測，并從規定的大小開始被認定為是有意識的操作，所述規定的大小通常對應于一定的壓力，進而對應于一定的操作區的彎曲。
本發明的優點主要在于，也可以為具有控制和分析優點的電容傳感器元件配備對應的操作區的金屬表面。特別是，可以整合在大的金屬表面中，特別是其中一個未分開的、但仍能看到的區域作為操作區。特別是，可以將多個不同的傳感器元件或操作區設置在連續的金屬表面之下，而不會造成傳感器元件相互影響或干擾。
操作區或其構成材料可以是完全導電的。它優選由金屬層構成。當金屬層在操作裝置的區域或者一個或多個操作區的區域內連續構成時，就為操作裝置提供了一種容易清潔并且相對不易損傷的表面。該操作區可以由薄金屬構成，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點。
電介質層原則上能以各種各樣的方式構成。通過相應的介電常數，可以影響傳感器元件中的電容器的絕對值。對電介質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，也可以設置空氣作為電介質層。為此，容易有利地在傳感器表面或傳感器元件和操作區之間產生一定距離。電介質層的厚度可以小于1mm，優選在幾百微米范圍內。
在本發明的一個優選的實施例中，設置多個傳感器元件，它們各自具有傳感器表面、位于傳感器面上的操作區以及在傳感器表面和操作區之間的電介質層，確切的說是以一定間隔并排設置。如果操作區由連續的材料且特別是平面材料如金屬片或金屬箔制成，則這特別可以實現簡化。在此有利的是，沒有設置開口，因而表面是防水的并容易清洗。缺口、凹陷或類似結構最好設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導電表面環繞，在此它構成接地面。在具有多個并排設置的傳感器元件的操作裝置中，如果設置一個公共的、電連接的或連續的接地面，則這是有利的。在制造過程中，它可以由與傳感器表面相同的金屬層制成，其中它們通過結構化在電氣方面被分隔開。為了將傳感器表面和可能的接地面從操作區的、或許可導電的下表面中分開以及為了將傳感器表面和操作區之間的間隙用于電介質層，可以設置間隙層。間隙層應由絕緣的平面材料構成，它也可以作為可加工的層來施加。可以在傳感器表面的區域內設置凹陷，以便由此構成由空氣構成的電介質層。還可選的方案是，間隙層可由具有適當的介電常數和適當的厚度的材料構成，然后，它位于傳感器表面和操作區之間并應該能被充分壓縮。
在本發明的另一個改進方案中，可以由平面材料或蓋提供所述操作區，所述平面材料或者蓋比操作區本身大得多。由此一來，例如可以用一個或多個傳感器元件且進而還有操作區在蓋或側壁中構成操作裝置，蓋或側壁例如屬于電器。因而，這樣構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的區域內局部變得比別的地方薄。為此，例如可以在底面進行材料去除，特別是通過材料蝕除方法或通過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作用的壁在局部區域制作得較薄，以便在那里固定操作裝置的操作區。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。
根據本發明的電器具有至少一個操作裝置，該操作裝置對應于上述結構之一。對此，該電器有利地具有一個操作部位，在操作部位中設置帶有一個或多個操作區的操作裝置。電器例如可以是灶，它具有側壁部，側壁部可以作為飾板安置在至少一側上，或者以框架形式環繞設置。在這里，操作裝置被集成在側壁部或者框架中，例如其傳感器元件位于側壁部或者框架之下。
除了權利要求之外，這些和其它的特征還可以從說明書和附圖中得知，這些特征可以單獨地或以子組合的多種形式在本發明的實施形式和在其它領域中發揮作用，這些特征是有利的并且本身就是可保護的方案，在此對它們要求保護。將本申請分為幾個段落并且所加的小標題不限制在所述小標題和段落下作出的說明的通用性。
附圖示意表示本發明的兩個實施例，以下將作進一步說明。圖中圖1示出了根據本發明的操作裝置的層結構的剖面。
圖2是表示圖1的具有并排設置的多個傳感器元件的操作裝置的一個層的俯視圖。
圖3是絕緣層的俯視圖。
圖4是灶的斜視圖，其中在框架內整合有與圖1類似的操作裝置。
具體實施例方式
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13，手指14放置在操作區13上，為操作或觸發操作輕輕施壓。在操作區13的上面，可以設有能目測識別的標記如文字、印記等。也可以通過借助凹凸的符號對相應的表面進行結構化處理。
操作裝置11具有層狀結構，該層狀結構在下面說明。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。代替傳感器元件17a的正方形，顯然也可以使用圓形或橢圓形或長條形。傳感器元件17a 通過框架缺口18由金屬層17形成，它的結構同樣可以在圖2中看見。環繞的金屬面17b形成接地面。金屬層17例如可以銅層的形式按照常規方法被涂敷在印刷電路板15上。可以按照現有技術實現結構化。
在金屬層17上涂敷具有凹陷20的絕緣層19，凹陷20的形狀對應于傳感器元件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構。
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，由此構成操作區13，其在實際應用中在清潔和維護需要方面是有利的。
金屬箔25至少在操作裝置11的區域或在操作區13的區域中始終具有相同的厚度。在或選實施方案中，也可以使用較厚的金屬層或金屬板，其在操作區13范圍內被減薄。
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表示。所含的空氣層22形成金屬操作區13和傳感器元件17a之間的電介質。這在以下還要更詳細地說明其功能。代替空氣層22，也可以用其它介電材料作為電介質，只要它是可壓縮的或者可以被壓緊，由此使操作區13靠近傳感器元件17a。操作區13的彎曲在手指14的區域中通過向下拱起的虛線來表示。
引線28通向傳感器元件17a，該引線來自圖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，只規定了與傳感器元件17a或金屬層17的環繞表面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按照常規方式具有環繞的灶臺框架33，灶臺框架的左下側被構造成朝向操作者的前面。灶臺框架33具有各個操作區13，確切的說在左側被構造成開/關用開關，在中心區被構造成單個烹飪區的功率調整開關，這些烹飪區示意表示為圓形。通過在操作區13上的按壓，可以觸發各自對應的功能。從構造看，與圖1所示相似的操作裝置位于灶臺框架33之下。此外，灶臺框架33的上表面可以完全由金屬層或金屬板或金屬箔構成，其對應于圖1的金屬箔25。因為僅在操作區13下設置圖1所示的層狀結構，所以該金屬在灶臺框架33的其它區域中可以說是被填成實心的。
或者，灶臺框架可以由或許達幾毫米厚的金屬板材構成。它例如在操作區13或相關的操作裝置的區域中從底側被減薄，從而在減薄區域中容放圖1的層狀結構。作為從底側將較厚的金屬層減薄的替換方案，也可以從上側進行減薄。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構。
對于圖1中的尺寸要注意其是可以變化的。對印刷電路板15來說，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，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。在試驗中，作為絕緣層上設置的金屬箔25使用了0.2mm厚的不銹鋼，這可以獲得好的結果。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，例如10μm或更小。在用0.2mm厚的不銹鋼作為金屬箔25的試驗方案中，230克的重量已經造成這樣的彎曲，可以在傳感器元件17a上確定18％的電容改變。傳感器元件17a或操作區的表面優選在每側約為1到3厘米。在獲得清楚界定的放置面的同時，在放置手指14時還實現了彎曲。
功能原則上，本發明的操作裝置11基于電容傳感器元件17a的分析處理，通過操作實現電容改變。從EP859468A中知道這種電容傳感器元件的分析處理電路的例子，不過其傳感器元件的結構略有不同。該分析運用電路基本上也可用在這里。
通過把手指14放在操作區13上，因為施壓而使操作區或相關的金屬箔25產生一定的彎曲，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。這導致在傳感器元件17a上出現明顯的電容變化。該電容變化可以被檢測和分析處理。通過在這之間設置的電介質22，可以加強借助電容增大的效應，由此改善分析處理能力。
作為相對變化而不是絕對值來掌握電容的改變的另一個優點是，不會與金屬箔25可能隨時間推移而產生的向下彎曲并由此導致絕對的電容改變相關地引起測量值失真。
因此，本發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，與此結合的金屬表面且特別是不銹鋼表面對操作裝置來說也可以被用在操作區上。出于實際原因，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機械開關來說作為操作路徑將是不夠用的。
權利要求
1.電器且優選是家用電器(31)的操作裝置，通過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(13)來實施操作，所述傳感器元件具有作為電容器片的、導電的傳感器下表面(17a)，在所述傳感器下表面之上有操作區(13)，在所述操作區和所述傳感器下表面之間有電介質層(22)，其特征在于至少所述操作區(13)的外側是金屬的或導電的，通過按壓，所述操作區接近所述下傳感器表面(17a)并導致電容改變。
2.按照權利要求1所述的操作裝置，其特征在于所述操作區(13)是完全導電的，特別是由單個的金屬層(25)構成，所述金屬層優選在所述操作裝置(11)的區域內或在所述操作區的區域內是連續的。
3.按照權利要求2所述的操作裝置，其特征在于所述操作區(13)由薄金屬如金屬箔(25)構成，優選是不銹鋼。
4.按照上述權利要求之一所述的操作裝置，其特征在于所述電介質層具有空氣，特別是所述電介質層僅為空氣層(22)。
5.按照上述權利要求之一所述的操作裝置，其特征在于所述電介質層(22)的厚度小于1mm，優選大約厚100μm，特別是所述操作區(13)的厚度小于1mm，特別是大約厚0.2mm。
6.按照上述權利要求之一所述的操作裝置，其特征在于并排設置多個傳感器元件，它們各自具有操作區(13)、在所述操作區之上的傳感器表面(17a)以及位于所述操作區和所述傳感器表面之間的電介質層(22)，所述操作區優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)以一定間隔由導電表面環繞，所述導電表面構成接地表面(17b)，特別是多個所述傳感器表面并排設置并且分別被一個公共的、連續的接地表面環繞。
8.按照權利要求7所述的操作裝置，其特征在于所述傳感器表面(17a)特別作為金屬層設置在載體(15)上，環繞所述傳感器表面的接地表面(17b)由同樣的金屬層通過結構化產生。
9.按照權利要求8所述的操作裝置，其特征在于在構成所述傳感器表面(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)構成的間隙層，所述間隙層在所述傳感器表面(17a)的區域中具有凹陷(20)，所述操作區(13)設置在所述絕緣的平面材料層上，并且所述電介質層(22)通過在所述傳感器表面和所述操作區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(13)之間，設有彈性的絕緣的平面材料，該絕緣的平面材料通過按壓被緊壓到所述操作區上。
11.按照上述權利要求之一所述的操作裝置，其特征在于所述操作區(13)由平面材料(25)或蓋構成，所述平面材料或者蓋相當大并且明顯延伸超出所述操作區的尺寸，特別在所述操作區的區域或所述操作裝置(11)的區域內，所述蓋局部變薄，優選通過在底側去除材料來實現。
12.按照上述權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(13)的區域內是完整的，所述操作區是由所述飾板或框架(33)制作成的，或者所述飾板或框架構成所述操作區。
13.電器，特別是家用電器(31)，其特征在于所述電器優選在操作區中具有根據上述權利要求之一所述的操作裝置(11)。
14.按照權利要求13所述的電器，其特征在于灶(31)具有一個環繞的框架(33)并將操作裝置(11)集成在框架中，其中操作區(13)優選由框架(33)形成或由此制造。
全文摘要
本發明實現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(13)的金屬表面(25)下方的傳感器元件，在它們之間設有絕緣層(19)。借助與傳感器元件(17a)的電容耦合，按壓金屬表面(25)導致了傳感器元件的電容改變。這可以通過相應的分析處理來確定。
文檔編號H05B3/74GK1910819SQ200580002218
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月12日 優先權日2004年1月12日
發明者W·施林, R·多爾瓦特 申請人:E.G.O.電氣設備制造股份有限公司