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Die Erfindung betrifft einen Drucksensor, insbesondere einen Drucksensor, der einen mittleren Erfassungsraum verwendet, der durch die Anordnung von Fingerelektroden und Abstandshaltern begrenzt ist, um die Änderungsrate des Drucksensors in einem Hochdruckzustand zu erhöhen.
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Um zu erfassen, ob die Position der aufgebrachten Kraft, wenn sich der Benutzer bewegt, gleichmäßig ist oder an einem Ort zu konzentriert ist, wird normalerweise der Drucksensor verwendet. Wenn der Benutzer beispielsweise die auf die Fußsohle während des Gehens oder Laufens ausgeübte Kraft erkennen möchte, sind die mehreren Drucksensoren hauptsächlich an der Sohle angeordnet, um die Situation zu erfassen, in der die Sohle des Benutzers eine Kraft auf mehrere Positionen der Sohle ausübt. Zusätzlich zur Verwendung des Drucksensors bei der Messung der Kraft des Benutzers wird der Drucksensor manchmal zum Messen, ob die Struktur des Schuhs den Fuß des Benutzers ungleichmäßig anlegt, auf der Sohle platziert.
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Wie in 1 bis 3 gezeigt, weist ein herkömmlicher Drucksensor PA100 ein leitfähiges Substrat PA1, einen ringförmigen Abstandshalter PA2, einen inneren Abstandshalter PA3 und ein Erfassungsschaltungssubstrat PA4 auf.
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Das leitfähige Substrat PA1 weist einen Substratkörper PA11 und eine Leiterschicht PA12 auf. Die Leiterschicht PA12 ist auf dem Substratkörper PA11 angeordnet. Der ringförmige Abstandshalter PA2 liegt auf dem Substratkörper PA11, derart, dass die Leiterschicht PA12 freigelegt ist. Der innere Abstandshalter PA3 ist auf der Leiterschicht PA12 angeordnet und von dem ringförmigen Abstandshalter PA2 beabstandet ist.
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Das Erfassungsschaltungssubstrat PA4 ist auf dem ringförmigen Abstandshalter PA2 und dem inneren Abstandshalter PA3 angeordnet und mit einem Substratkörper PA41, einer ersten Erfassungsschaltung PA42 und einer zweiten Erfassungsschaltung PA43 versehen. Der Substratkörper PA41 ist der Leiterschicht PA12 zugewandt.
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Die erste Erfassungsschaltung PA42 umfasst eine erste Busschaltung PA421 und mehrere erste Fingerelektroden PA422, von denen nur eine in der Zeichnung gezeigt wird. Die erste Busschaltung PA421 ist an einer Seite des Substratkörpers PA41 angebracht, wobei sich die ersten Fingerelektroden PA422 ausgehend von der ersten Busschaltung PA421 zur anderen Seite des Substratkörpers PA41 erstrecken.
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Die zweite Erfassungsschaltung PA43 umfasst eine zweite Busschaltung PA431 und mehrere zweite Fingerelektroden PA432 (nur eine ist gezeigt). Die zweite Busschaltung PA431 ist an einer der ersten Busschaltung PA421 zugewandten Seite des Substratkörpers PA41 angebracht, wobei sich die zweiten Fingerelektroden PA432 ausgehend von der zweiten Busschaltung PA431 zu einer Seite des ersten Busschaltung PA421 erstrecken. Außerdem sind die zweiten Fingerelektroden PA432 zu den ersten Fingerelektroden PA422 versetzt angeordnet. Wenn der zu testende Gegenstand auf das leitfähige Substrat PA1 oder das Erfassungsschaltungssubstrat PA4 drückt, werden die erste Erfassungsschaltung PA42 und die zweite Erfassungsschaltung PA43 mit der leitfähigen Schicht PA12 elektrisch kontaktiert, sodass die erste Erfassungsschaltung PA42 und die zweite Erfassungsschaltung PA43 elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Spannungsänderung der Leitung als Grundlage für die Druckänderung verwendet wird. Beispielsweise erzielt der herkömmliche Drucksensor PA100 eine Änderungsrate von etwa 22,6% bei einem Druck von 2 bis 6 bar und eine Änderungsrate von etwa 15,4% bei einem Druck von 4 bis 8 bar. Die Änderungsrate von 22,6% wird beispielsweise dadurch ermittelt, dass die Differenz zwischen dem bei 2 bar gemessenen Druck und dem bei 6 bar gemessenen Druck durch den bei 2 bar gemessenen Druck geteilt ist.
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Obwohl der vorhandene Drucksensor Druckänderungen erfassen kann, sind Änderungen bei hohen Drücken weniger ermittelbar, was zu Einschränkungen bei der Verwendung des herkömmlichen Drucksensors führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Mängel zu beseitigen und einen Drucksensor zu schaffen, der die Empfindlichkeit bei hohem Druck durch die Anordnung von Fingerelektroden einer Erfassungsschaltung und die Gestaltung des Abstandshalters erhöhen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Drucksensor, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor.
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Durch die Erfindung wird ein Drucksensor geschaffen, der ein leitfähiges Substrat, einen ringförmigen Abstandshalter, einen inneren Abstandshalter und ein Erfassungsschaltungssubstrat aufweist.
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Gemäß der Erfindung weist das leitfähige Substrat einen Substratkörper und eine Leiterschicht auf. Der Substratkörper besitzt eine Anbringungsfläche, auf der sich die Leiterschicht befindet. Die Leiterschicht weist einen mittleren Erfassungsbereich und zwei an beiden Seiten des mittleren Erfassungsbereichs angeordnete, äußere Erfassungsbereiche auf.
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Gemäß der Erfindung ist der ringförmige Abstandshalter am Substratkörper so angeordnet, dass die Leiterschicht in dem vom ringförmigen Abstandshalter begrenzten Bereich freiliegt. Der innere Abstandshalter ist an der Leiterschicht angebracht und von dem ringförmigen Abstandshalter so beabstandet angeordnet, dass sich zwei äußere Erfassungsräume ergeben, wobei die beiden, äußeren Erfassungsbereiche von den jeweiligen äußeren Erfassungsräumen freigelegt sind, und wobei der innere Abstandshalter ferner wenigstens einen mittleren Erfassungsraum aufweist, der von dem wenigstens einem mittleren Erfassungsraum freigelegt ist.
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Das Erfassungsschaltungssubstrat liegt auf dem ringförmigen Abstandshalter und dem inneren Abstandshalter liegt und weist einen Schaltungssubstratkörper, eine erste Erfassungsschaltung und eine zweite Erfassungsschaltung auf.
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Der Schaltungssubstratkörper erstreckt sich ausgehend vom ersten Endabschnitt entlang einer ersten Richtung zu einem zweiten Endabschnitt und weist eine Schaltungsanbringungsfläche auf, wobei die Schaltungsanbringungsfläche der Anbringungsfläche zugewandt angeordnet ist. Die erste Erfassungsschaltung weist eine erste Busschaltung und eine Mehrzahl von ersten Fingerelektroden auf.
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Die erste Busschaltung ist an einer Seite der Schaltungsanbringungsfläche angebracht und erstreckt sich von dem ersten Endabschnitt zum zweiten Endabschnitt. Die ersten Fingerelektroden erstrecken sich ausgehend von der ersten Busschaltung entlang einer senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung und sind jeweils nach dem mittleren Erfassungsbereich und den beiden äußeren Erfassungsbereichen ausgerichtet. Die erste Fingerelektrode hat einen ersten Abstand in den beiden äußeren Erfassungsbereichen, wobei die erste Fingerelektrode einen zweiten Abstand im mittleren Erfassungsbereich hat. Der zweite Abstand ist kleiner als der erste Abstand. Die zweite Erfassungsschaltung umfasst eine zweite Busschaltung und mehrere zweite Fingerelektroden.
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Gemäß der Erfindung ist die zweite Busschaltung an einer der ersten Busschaltung gegenüberliegenden anderen Seite der Schaltungsanbringungsfläche angebracht und erstrecken sich von dem ersten Endabschnitt zum zweiten Endabschnitt. Die zweiten Fingerelektroden erstrecken sich ausgehend von der zweiten Busschaltung entlang einer der zweiten Richtung entgegengesetzten Richtung und zu den ersten Fingerelektroden versetzt angeordnet sind, wobei sich die zweiten Fingerelektroden jeweils in dem mittleren Erfassungsbereich und in den beiden äußeren Erfassungsbereichen befinden. Die zweiten Fingerelektroden weisen in den beiden äußeren Erfassungsbereichen einen ersten Abstand auf, während die zweiten Fingerelektroden im mittleren Erfassungsbereich einen zweiten Abstand aufweisen.
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Gemäß der Erfindung weist der innere Abstandshalter einen ersten Endabschnitt, einen zweiten Endabschnitt, einen ersten Seitenabschnitt und einen zweiten Seitenabschnitt auf, wobei sich der erste Endabschnitt und der zweite Endabschnitt in den jeweiligen äußeren Erfassungsbereichen befinden, und wobei der erste Seitenabschnitt und der zweite Seitenabschnitt in dem mittleren Erfassungsbereich voneinander beabstandet angeordnet sind, und wobei der erste Endabschnitt, der zweiten Endabschnitt, der erste Seitenabschnitt und der zweite Seitenabschnitt gemeinsam mit dem ringförmigen Abstandshalter wenigstens einen mittleren Erfassungsraum bilden.
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Gemäß der Erfindung ist der erste Seitenabschnitt mit dem ersten Endabschnitt und der zweite Seitenabschnitt mit dem zweiten Endabschnitt einstückig verbunden.
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Gemäß der Erfindung weist der innere Abstandshalter ferner einen Mittelabschnitt auf, der zwischen dem ersten Seitenabschnitt und dem zweiten Seitenabschnitt beabstandet angeordnet ist. Der Mittelabschnitt ist mit dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt einstückig verbunden.
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Gemäß der Erfindung sind die zweiten Fingerelektroden und die ersten Fingerelektroden in den beiden äußeren Erfassungsbereichen um einen ersten Abstand sowie im mittleren Erfassungsbereich um einen zweiten Abstand versetzt angeordnet sind, der kleiner ist als der erste Abstand.
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Gemäß der Erfindung weisen die zweiten Fingerelektroden und die ersten Fingerelektroden in den beiden äußeren Erfassungsbereichen eine erste Breite sowie im mittleren Erfassungsbereich eine zweite Breite aufweist, die kleiner ist als die erste Breite.
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Zusammenfassend ist die Leiterschicht des erfindungsgemäßen Drucksensors in einen mittleren Erfassungsbereich und einen äußeren Erfassungsbereich auf beiden Seiten des mittleren Erfassungsbereichs unterteilt, wobei die ersten Fingerelektroden und die zweiten Fingerelektroden in den beiden äußeren Erfassungsbereichen um eine erste Breite und um einen ersten Abstand versetzt zueinander angeordnet sind, während die ersten Fingerelektroden und die zweiten Fingerelektroden im mittleren Erfassungsbereich um eine zweite Breite, die kleiner ist als die erste Breite, und um einen zweiten Abstand, der kleiner ist als der erste Abstand, versetzt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise sind die ersten Fingerelektroden und die zweiten Fingerelektroden im mittleren Erfassungsbereich dichter sowie in den äußeren Erfassungsbereichen lockerer angeordnet sind. Wenn der Drucksensor eine Druckerfassung durchführt, wird die Änderungsrate des erfindungsgemäßen Drucksensors bei hohem Druck verbessert, indem es nicht einfach ist, dass die erste Fingerelektrode und die zweite Fingerelektrode [bzw. die Leiterschicht] durch den Druck des zu prüfenden Gegenstands durch den mittleren Erfassungsraum hindurch zum Kontaktieren mit der Leiterschicht [bzw. mit der ersten Fingerelektrode und der zweiten Fingerelektrode] gedrückt wird.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines herkömmlichen Drucksensors;
- 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des herkömmlichen Drucksensors von einer anderen Seite gesehen;
- 3 eine schematische Draufsicht, die die relative Positionsverteilung der Erfassungsschaltung und des Abstandshalters des Drucksensors nach dem Stande der Technik zeigt;
- 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drucksensors;
- 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drucksensors von einer anderen Seite gesehen;
- 6 eine schematische Draufsicht, die die relative Positionsverteilung der Erfassungsschaltung und des Abstandshalters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors zeigt;
- 6A einen vergrößerten Ausschnitt A aus 6;
- 7 eine schematische Draufsicht, die die relative Positionsverteilung der Erfassungsschaltung und des Abstandshalters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors;
- 8 eine schematische Draufsicht, die die relative Positionsverteilung der Erfassungsschaltung und des Abstandshalters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors;
- 9 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drucksensors;
- 10 eine perspektivische Explosionsdarstellung des vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drucksensors von einer anderen Seite gesehen;
- 11 eine schematische Draufsicht, die die relative Positionsverteilung der Erfassungsschaltung und des Abstandshalters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors;
- 12 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drucksensors;
- 13 eine perspektivische Explosionsdarstellung des fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drucksensors von einer anderen Seite gesehen; und
- 14 eine schematische Draufsicht, die die relative Positionsverteilung der Erfassungsschaltung und des Abstandshalters gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der konkreten Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben. Zu erwähnen ist jedoch, dass Bestandteile der vorliegenden Erfindung, die in den Ausführungsbeispielen erwähnt werden, in Bezug auf Verhältnisse, Abmessungen, Verformungsbeträge oder Verschiebungen dargestellt, die für die Beschreibung geeignet sind, und nicht auf die Verhältnisse der tatsächlichen Elemente gezeichnet sind, wobei ähnliche Bauteile immer mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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In 4 bis 4A ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors dargestellt. Wie aus den 4 bis 6A ersichtlich, weist ein erfindungsgemäßer Drucksensor 100 ein leitfähiges Substrat 1, einen ringförmigen Abstandshalter 2, einen inneren Abstandshalter 3 und ein Erfassungsschaltungssubstrat 4 auf. Das leitfähige Substrat 1 weist einen Substratkörper 11 und eine Leiterschicht 12 auf. Der Substratkörper 11 besitzt eine Anbringungsfläche 111, auf der sich die Leiterschicht 12 befindet. Die Leiterschicht 12 weist einen mittleren Erfassungsbereich 121 und zwei äußere Erfassungsbereiche 122, 123 auf beiden Seiten des mittleren Erfassungsbereichs 121 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel grenzt der mittlere Erfassungsbereich 121 an die äußeren Erfassungsbereiche 122 und 123 an.
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Der ringförmige Abstandshalter 2 ist auf dem Substratkörper 11 so angeordnet, dass die Leiterschicht 12 freigelegt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bedeckt der ringförmige Abstandshalter 2 den teilweisen Außenrand der Leiterschicht 12, derart, dass der Innenbereich der Leiterschicht 12 im Hohlraum des ringförmigen Abstandshalters 2 freigelegt ist. Das heißt, der Mittelbereich der Leiterschicht 12 wird nicht durch den ringförmigen Abstandshalter 2 abgedeckt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die innere Kante des ringförmigen Abstandhalters 2 jedoch auch mit der äußeren Kante der Leiterschicht 12 ausgerichtet sein. Sie können sogar voneinander beabstandet sein. Unabhängig von der Form ist die leitfähige Schicht 12 jedoch durch den ringförmigen Abstandshalter 2 freigelegt. Außerdem ist die Dicke des ringförmigen Abstandshalters 2 viel größer als die Dicke der Leiterschicht 12, wodurch der freigelegte Teil der leitfähigen Schicht 12 nicht durch den Hohlraum des ringförmigen Abstandshalters 2 hindurchtritt, ganz egal, ob der ringförmige Abstandshalter 2 teilweise die Leiterschicht 12 bedeckt.
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Der innere Abstandshalter 3 weist einen ersten Endabschnitt 31, einen zweiten Endabschnitt 32, einen ersten Seitenabschnitt 33 und einen zweiten Seitenabschnitt 34 auf. Der erste Endabschnitt 31 und der zweiten Endabschnitt 32 sind jeweils auf dem äußeren Erfassungsbereich 122 und dem äußeren Erfassungsbereich 123 angeordnet, wobei der erste Seitenabschnitt 33 und der zweite Seitenabschnitt 34 auf dem mittleren Erfassungsbereich 121 voneinander beabstandet angeordnet und einstückig mit dem ersten Endabschnitt 31 bzw. dem zweiten Endabschnitt 32 ausgebildet sind. Damit bilden der erste Endabschnitt 31, der zweite Endabschnitt 32, der erste Seitenabschnitt 33 und der zweite Seitenabschnitt 34 im mittleren Erfassungsbereich 121 drei mittlere Erfassungsräume IS1, von denen nur einer in der Zeichnung gezeigt ist. Außerdem sind der erste Endabschnitt 31 und der zweite Endabschnitt 32 jeweils von dem ringförmigen Abstandshalter 2 so beabstandet angeordnet, dass sich zwei äußere Erfassungsräume OS1, von denen nur einer in der Zeichnung gezeigt ist. Bei den drei mittleren Erfassungsräumen IS1 handelt es sich um einen mittleren geschlossenen Erfassungsraum, der von dem ersten Endabschnitt 31, dem zweiten Endabschnitt 32, dem ersten Seitenabschnitt 33 und dem zweiten Seitenabschnitt 34 umgeben ist, sowie einen mittleren seitlichen Erfassungsraum, der von dem ersten Seitenabschnitt 33, dem zweiten Seitenabschnitt 34 und dem ringförmigen Abstandshalter 2 umgeben ist, wobei der mittlere seitliche Erfassungsraum in die beiden äußeren Erfassungsräume OS1 übergeht.
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Das Erfassungsschaltungssubstrat 4 ist auf dem ringförmigen Abstandshalter 2 und dem inneren Abstandshalter 3 angeordnet und mit einem Schaltungssubstratkörper 41 und einer ersten Erfassungsschaltung 42 und einer zweiten Erfassungsschaltung 43 versehen.
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Der Schaltungssubstratkörper 41 weist eine Schaltungsanbringungsfläche 411 auf, die der Anbringungsfläche 111 zugewandt an dem ringförmigen Abstandshalter 2 und dem inneren Abstandshalter 3 angebracht ist. Der Schaltungssubstratkörper 41 erstreckt sich ausgehend von einem ersten Endabschnitt 4111 in einer ersten Richtung D1 zu einem zweiten Endabschnitt 4112. In der Praxis sind der ringförmige Abstandshalter 2 und der innere Abstandshalter 3 mit dem leitfähigen Substrat 1 klebend verbunden, wobei das Erfassungsschaltungssubstrat 4 auf dem ringförmigen Abstandshalter 2 und dem inneren Abstandshalter 3 haftend angeordnet ist. Daher sind die mittleren Erfassungsräume IS1 und die äußere Erfassungsräume OS1, die durch den ringförmigen Abstandshalter 2 und den inneren Abstandshalter 3 begrenzt sind, eng mit dem Erfassungsschaltungssubstrat 4 und dem leitfähigen Substrat 1 verbunden, um einen geschlossenen Raum zu bilden und somit Feuchtigkeit zu verhindern. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind der ringförmige Abstandshalter 2 und der innere Abstandshalter 3 zuerst auf dem leitfähigen Substrat 1 aufgeklebt, wobei das Erfassungsschaltungssubstrat 4 dann auf dem ringförmigen Abstandshalter 2 und dem inneren Abstandshalter 3 klebend platziert wird. In anderen Ausführungsbeispielen ist es denkbar, dass der ringförmige Abstandshalter 2 und der innere Abstandshalter 3 zuerst auf dem Erfassungsschaltungssubstrat 4 aufgeklebt sind, wobei das leitfähige Substrat 1 dann auf dem ringförmigen Abstandshalter 2 und dem inneren Abstandshalter 3 klebend platziert wird. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Drucksensor 100 ebenfalls hergestellt werden.
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Die erste Erfassungsschaltung 42 umfasst eine erste Busschaltung 421 und mehrere erste Fingerelektroden 422, von denen nur eine in der Zeichnung gezeigt ist. Die erste Busschaltung 421 ist an einer Seite des ersten Endabschnitts 4111 angeordnet und erstreckt sich ausgehend von dem ersten Endabschnitt 4111 zum zweiten Endabschnitt 4112. Die ersten Fingerelektroden 422 erstrecken sich jeweils ausgehend von der ersten Busschaltung 421 in einer senkrecht zu der ersten Richtung D1 verlaufenden, zweiten Richtung D2 und sind jeweils in dem mittleren Erfassungsbereich 121 und den beiden äußeren Erfassungsbereichen 122, 123 angeordnet.
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Die zweite Erfassungsschaltung 43 umfasst eine zweite Busschaltung 431 und mehrere zweite Fingerelektroden 432, von denen nur eine in der Zeichnung gezeigt ist. Die zweite Busschaltung 431 ist an einer der ersten Busschaltung 421 gegenüberliegenden Seite der Schaltungsanbringungsfläche 411 angeordnet und erstreckt sich ausgehend vom ersten Endabschnitt 4111 zum zweiten Endabschnitt 4112. Die zweiten Fingerelektroden 432 erstrecken sich jeweils ausgehend von der zweiten Busschaltung 431 in einer der zweiten Richtung D2 entgegengesetzten Richtung, sind zu den ersten Fingerelektroden 422 versetzt angeordnet und liegen in dem mittleren Erfassungsbereich 121 und den beiden äußeren Erfassungsbereichen 122, 123.
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Die mehreren zweiten Fingerelektroden 432 und die mehreren ersten Fingerelektroden 422 sind in den beiden äußeren Erfassungsbereichen 122, 123 um einen ersten Abstand d1 versetzt angeordnet, während die mehreren zweiten Fingerelektroden 432 und die mehreren ersten Fingerelektroden 422 im mittleren Erfassungsbereich 121 um einen zweiten Abstand d2 versetzt angeordnet sind. Außerdem haben die ersten und die zweiten Fingerelektroden 422, 432 in den beiden äußeren Erfassungsbereichen 122, 123 eine erste Breite w1 sowie im mittleren Erfassungsbereich 121 eine zweite Breite w2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Summe der ersten Breite w1 der ersten Fingerelektroden 422 [oder der zweiten Fingerelektroden 432] und des ersten Abstands d1 der benachbarten, zweiten Fingerelektroden 432 [oder der benachbarten, ersten Fingerelektroden 422] in den beiden äußeren Erfassungsbereichen 122, 123 als erster Spalt P1 definiert, während die Summe der zweiten Breite w2 der ersten Fingerelektroden 422 [oder der zweiten Fingerelektroden 432] und des zweiten Abstands d2 der benachbarten, zweiten Fingerelektroden 432 [oder der benachbarten, ersten Fingerelektroden 422] im mittleren Erfassungsbereich 121 als zweiter Spalt [nicht gezeigt] definiert ist. Der erste Spalt P1 ist größer als der zweite Spalt, wobei die erste Breite w1 größer ist als die zweite Breite w2. Außerdem ist der erste Abstand d1 größer als der zweite Abstand d2.
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Wie oben beschrieben, werden, wenn der Benutzer den Schaltungssubstratkörper 41 drückt, die erste und die zweite Fingerelektrode 422, 432 durch die mittleren Erfassungsräume IS1 oder die äußeren Erfassungsräume OS1 hindurchgeführt und mit der Leiterschicht 12 in Berührung gebracht, wodurch die erste und die zweite Fingerelektrode 422, 432 elektrisch miteinander verbunden sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich des inneren Abstandshalters 3 der mittlere Erfassungsraum IS1, der im Wesentlichen aus dem mittleren geschlossenen Erfassungsraum und dem mittleren seitlichen Erfassungsraum besteht. Die erste und die zweite Fingerelektrode 422, 432, die sich in den mittleren Erfassungsräumen IS1 befinden, sind um den zweiten Abstand d2 versetzt zueinander angeordnet. Außerdem handelt es sich um die zweite Breite w2, die kleiner ist als die erste Breite w1. Hierdurch ergibt sich eine dichtere Anordnung. Damit kann der Drucksensor 100 die Änderungsrate während der Hochdruckprüfung durch die erste Fingerelektrode 422 und die zweite Fingerelektrode 432 in den mittleren Erfassungsräumen IS1 erhöhen. Gegenüber dem herkömmlichen Drucksensor wird der freiliegende Bereich der erfindungsgemäßen Struktur, in der die erste Fingerelektrode 422 und die zweite Fingerelektrode 432 dicht angeordnet sind, durch den inneren Abstandshalter 3 und das Erfassungsschaltungssubstrat 4 begrenzt. Außerdem wird die Messänderungsrate während der Hochdruckprüfung effektiv verbessert, was bedeutet, dass der erfindungsgemäße Drucksensor während der Hochdruckprüfung empfindlicher sein kann.
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In der Praxis erzielt der erfindungsgemäße Drucksensor 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Änderungsrate von etwa 58,4% bei einem Druck von 2 bis 6 bar und eine Änderungsrate von etwa 36,5% bei einem Druck von 4 bis 8 bar. Die Änderungsrate von 58,4% wird beispielsweise dadurch ermittelt, dass die Differenz zwischen dem bei 2 bar gemessenen Druck und dem bei 6 bar gemessenen Druck durch den bei 2 bar gemessenen Druck geteilt ist.
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In 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors dargestellt. Im zweiten Ausführungsbeispiel ersetzt ein innerer Abstandshalter 3a den inneren Abstandshalter 3 im ersten Ausführungsbeispiel. Der innere Abstandshalter 3a weist ebenfalls einen ersten Endabschnitt 31a, einen zweiten Endabschnitt 32a, einen ersten Seitenabschnitt 33a und einen zweiten Seitenabschnitt 34a auf. Der erste Endabschnitt 31a, der zweite Endabschnitt 32a, der erste Seitenabschnitt 33a, der zweite Seitenabschnitt 34a und der ringförmige Abstandshalter 2 begrenzen ebenfalls drei mittlere Erfassungsräume IS2, von denen nur einer gezeigt ist. Der innere Abstandshalter 3a unterscheidet sich von dem inneren Abstandshalter 3 hauptsächlich dadurch, dass der mittlere geschlossene Erfassungsraum [bzw. der mittlere Erfassungsraum IS2], der durch den ersten Endabschnitt 31a, den zweiten Endabschnitt 32a und den ersten Seitenabschnitt 33a begrenzt ist, etwa die Hälfte des mittleren geschlossenen Erfassungsraums [bzw. des mittleren Erfassungsraums IS1] des inneren Abstandshalters 3 beträgt. Außerdem entspricht der mittlere geschlossene Erfassungsraum [bzw. der mittlere Erfassungsraum IS2] etwa den mittleren seitlichen Erfassungsraum [bzw. der mittlere Erfassungsraum IS2], der durch den ersten/zweiten Seitenabschnitt 33a, 34a und dem ringförmigen Abstandshalter 2 begrenzt ist. Durch den inneren Abstandshalter 3a gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gegenüber dem inneren Abstandshalter 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Änderungsrate während der Hochdruckprüfung reduziert, weil die erste Fingerelektrode 422 und die zweite Fingerelektrode 432 dicht angeordnet sind, was zur Verringerung des freigelegten Bereichs des inneren Abstandshalters 3a und des ringförmigen Abstandshalters 2 führt. Jedoch ist die Änderungsrate hier ebenfalls höher als diejenige beim herkömmlichen Drucksensor. Das heißt, der erfindungsgemäße Drucksensor kann die Empfindlichkeit der Hochdruckprüfung durch den freigelegten Bereich des inneren Abstandshalters 3 und des ringförmigen Abstandshalters 2 bei der dichten Anordnung der ersten Fingerelektroden 422 und der zweiten Fingerelektroden 432 einstellen.
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In der Praxis erzielt der erfindungsgemäße Drucksensor 100a gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Änderungsrate von etwa 53,5% bei einem Druck von 2 bis 6 bar und eine Änderungsrate von etwa 29,9% bei einem Druck von 4 bis 8 bar. Die Änderungsrate von 53,5% wird beispielsweise dadurch ermittelt, dass die Differenz zwischen dem bei 2 bar gemessenen Druck und dem bei 6 bar gemessenen Druck durch den bei 2 bar gemessenen Druck geteilt ist.
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In 8 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors dargestellt. Im dritten Ausführungsbeispiel ersetzt ein innerer Abstandshalter 3b den inneren Abstandshalter 3a im zweiten Ausführungsbeispiel. Der innere Abstandshalter 3b weist ebenfalls einen ersten Endabschnitt 31b, einen zweiten Endabschnitt 32b, einen ersten Seitenabschnitt 33b und einen zweiten Seitenabschnitt 34b auf. Der erste Endabschnitt 31b, der zweite Endabschnitt 32b, der erste Seitenabschnitt 33b, der zweite Seitenabschnitt 34b und der ringförmige Abstandshalter 2 begrenzen ebenfalls drei mittlere Erfassungsräume IS3, von denen nur einer gezeigt ist. Der innere Abstandshalter 3b unterscheidet sich von dem inneren Abstandshalter 3a hauptsächlich dadurch, dass die Längen des ersten Endabschnitt 31b und des zweiten Endabschnitt 32b in der ersten Richtung D1 größer sind als die Längen des ersten Endabschnitt 31a und des zweiten Endabschnitt 32a in der ersten Richtung D1. Das heißt, der äußere Erfassungsraum [nicht gezeigt], der durch den ersten und den zweiten Endabschnitt 31b, 32b und den ringförmigen Abstandshalter 2 begrenzt ist, ist kleiner als der äußere Erfassungsraum [nicht gezeigt], der durch den ersten und den zweiten Endabschnitt 31a, 32a und den ringförmigen Abstandshalter 2 begrenzt ist. Gegenüber der Anordnung, bei der die erste Fingerelektrode 422 und die zweite Fingerelektrode 432 lose angeordnet sind, kann gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Bereich, der innerhalb des inneren Abstandshalters 3b und des ringförmigen Abstandshalters 2 freigelegt ist, verringert wird, wodurch der Startdruck weiter erhöht wird.
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In der Praxis erzielt der erfindungsgemäße Drucksensor 100b gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine Änderungsrate von etwa 57% bei einem Druck von 2 bis 6 bar und eine Änderungsrate von etwa 32% bei einem Druck von 4 bis 8 bar. Die Änderungsrate von 57% wird beispielsweise dadurch ermittelt, dass die Differenz zwischen dem bei 2 bar gemessenen Druck und dem bei 6 bar gemessenen Druck durch den bei 2 bar gemessenen Druck geteilt ist.
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In 9 bis 11 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors dargestellt. Der Drucksensor 100c gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem Drucksensor 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und der Unterschied besteht hauptsächlich darin, dass der Drucksensor 100c den inneren Abstandshalter 3 durch einen inneren Abstandshalter 3c ersetzt. Der innere Abstandshalter 3c weist einen ersten Endabschnitt 31c, einen zweiten Endabschnitt 32c, einen ersten Seitenabschnitt 33c, einen zweiten Seitenabschnitt 34c und einen Mittelabschnitt 35c auf. Der erste Endabschnitt 31c und der zweite Endabschnitt 32c befinden sich in den jeweiligen äußeren Erfassungsbereichen 122, 123. Der erste Seitenabschnitt 33c und der zweite Seitenabschnitt 34c sind im mittleren Erfassungsbereich 121 voneinander beabstandet angeordnet. Der Mittelabschnitt 35c befindet sich im mittleren Erfassungsbereich 121 und ist von diesem beabstandet zwischen dem ersten Seitenabschnitt 33c und dem zweiten Seitenabschnitt 34c angeordnet. Der Mittelabschnitt 35c ist einstückig mit dem ersten Endabschnitt 31c und dem zweiten Endabschnitt 32c so verbunden, dass der erste Endabschnitt 31c, der zweite Endabschnitt 32c, der erste Seitenabschnitt 33c, der zweite Seitenabschnitt 34c und der Mittelabschnitt 35c im mittleren Erfassungsbereich 121 zwei erste mittlere Erfassungsräume IS41 und zwei zweite mittlere Erfassungsräume IS42 aufweist, von denen jeweils nur einer gezeigt ist. Außerdem sind der erste Endabschnitt 31c, der zweite Endabschnitt 32c, der erste Seitenabschnitt 33c, der zweite Seitenabschnitt 34c und der Mittelabschnitt 35c vom ringförmigen Abstandshalter 2 beabstandet angeordnet, wodurch sich zwei äußere Erfassungsräume OS4 ergeben, von denen nur einer gezeigt ist. Die beiden äußeren Erfassungsräume OS4 sind jeweils mit den beiden ersten mittleren Erfassungsräumen IS41 und zwei zweiten mittleren Erfassungsräumen IS42 verbunden.
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Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird der freigelegte Bereich im mittleren Erfassungsbereich 121 verringert, wo die ersten Fingerelektroden 422 und die zweiten Fingerelektroden 432 dicht zueinander angeordnet sind. Da der erste Endabschnitt 31c und der zweite Endabschnitt 32c eine fächerförmige Struktur aufweist, die dem ringförmigen Abstandshalter 2 entspricht, kann diese gegenüber der Anordnung, bei der die erste Fingerelektrode 422 und die zweite Fingerelektrode 432 lose angeordnet sind, den freigelegten Bereich der äußeren Erfassungsbereiche 122, 123 verringern. Dadurch kann die Empfindlichkeit des inneren Abstandshalters 3 während der Hochdruckprüfung verbessert werden. Der Bereich, in dem die ersten Fingerelektroden 422 und die zweiten Fingerelektroden 432 innerhalb des inneren Abstandshalters 3c freigelegt sind, wird verringert, was zur Steigerung des Startdrucks führt.
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In der Praxis erzielt der erfindungsgemäße Drucksensor 100c gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel eine Änderungsrate von etwa 57% bei einem Druck von 2 bis 6 bar und eine Änderungsrate von etwa 37% bei einem Druck von 4 bis 8 bar. Die Änderungsrate von 57% wird beispielsweise dadurch ermittelt, dass die Differenz zwischen dem bei 2 bar gemessenen Druck und dem bei 6 bar gemessenen Druck durch den bei 2 bar gemessenen Druck geteilt ist.
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In 12 bis 14 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors dargestellt. Der Drucksensor 100d gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem Drucksensor 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sowie dem Drucksensor 100c gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, und der Unterschied besteht hauptsächlich darin, dass der Drucksensor 100d das leitfähige Substrat 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch ein leitfähiges Substrat 1d sowie den inneren Abstandshalter 3c gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel durch einen inneren Abstandshalter 3d ersetzt.
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Das leitfähige Substrat 1d weist einen Substratkörper 11 und eine Leiterschicht 12d auf. Der Substratkörper 11 besitzt eine Anbringungsfläche 111, auf der sich die Leiterschicht 12d befindet. Die Leiterschicht 12 weist einen mittleren Erfassungsbereich 121d und zwei äußere Erfassungsbereiche 122d, 123d auf beiden Seiten des mittleren Erfassungsbereichs 121d auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der mittlere Erfassungsbereich 121d beabstandet zwischen den äußeren Erfassungsbereichen 122d, 123d.
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Der innere Abstandshalter 3d weist einen ersten Endabschnitt 31d, einen zweiten Endabschnitt 32d, einen ersten Seitenabschnitt 33d, einen zweiten Seitenabschnitt 34d und einen Mittelabschnitt 35d auf. Der erste Endabschnitt 31d und der zweite Endabschnitt 32d befinden sich in den jeweiligen äußeren Erfassungsbereichen 122d, 123d. Der erste Seitenabschnitt 33d und der zweite Seitenabschnitt 34d sind im mittleren Erfassungsbereich 121d voneinander beabstandet angeordnet und einstückig mit dem ringförmigen Abstandshalter 2 verbunden. Der Mittelabschnitt 35d befindet sich im mittleren Erfassungsbereich 121d und ist von diesem beabstandet zwischen dem ersten Endabschnitt 31d, dem zweiten Endabschnitt 32d, dem ersten Seitenabschnitt 33d und dem zweiten Seitenabschnitt 34d angeordnet. Der erste Endabschnitt 31d, der zweite Endabschnitt 32d, der erste Seitenabschnitt 33d, der zweite Seitenabschnitt 34d und der Mittelabschnitt 35d weist im mittleren Erfassungsbereich 121d zwei mittlere Erfassungsräume IS51, IS52 auf. Außerdem sind der erste Endabschnitt 31d, der zweite Endabschnitt 32d, der erste Seitenabschnitt 33d, der zweite Seitenabschnitt 34d und der Mittelabschnitt 35d vom ringförmigen Abstandshalter 2 beabstandet angeordnet, wodurch sich zwei äußere Erfassungsräume OS51, OS52 ergeben.
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Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel kommunizieren die beiden äußeren Erfassungsräume OS51, OS52 jeweils mit den mittleren Erfassungsräumen IS51, IS52. Der mittlere Erfassungsbereich 121d und die äußeren Erfassungsbereiche 122, 123 sind voneinander unabhängig. Da die Struktur, bei der die ersten Fingerelektroden 422 und die zweiten Fingerelektroden 422 dicht angeordnet sind, im mittleren Erfassungsbereich 121d weniger freiliegt, kann die Änderungsrate des Drucksensors 100d während der Hochdruckprüfung nicht verbessert werden. Es gibt jedoch immer noch Strukturen, bei denen die erste Fingerelektrode 422 und die zweite Fingerelektrode 432 in freiliegender Weise in den beiden mittleren Erfassungsräumen IS51, IS52 dicht angeordnet sind, sodass die Änderungsrate des Drucksensors 100d während der Hochdruckprüfung immer noch höher als die des herkömmlichen Drucksensors ist.
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In der Praxis erzielt der erfindungsgemäße Drucksensor 100d gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel eine Änderungsrate von etwa 38% bei einem Druck von 2 bis 6 bar und eine Änderungsrate von etwa 25% bei einem Druck von 4 bis 8 bar. Die Änderungsrate von 38% wird beispielsweise dadurch ermittelt, dass die Differenz zwischen dem bei 2 bar gemessenen Druck und dem bei 6 bar gemessenen Druck durch den bei 2 bar gemessenen Druck geteilt ist.
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Zusammenfassend ist der Drucksensor nach dem Stand der Technik so konfiguriert, dass die erste Fingerelektrode und die zweite Fingerelektrode mit derselben Breite und demselben Abstand versetzt angeordnet sind, wobei der innere Abstandshalter einen größeren Bereich der ersten und zweiten Fingerelektrode abdeckt, wodurch bewirkt wird, dass die Änderungsrate des Drucksensors nach dem Stand der Technik bei hohem Druck nicht offensichtlich ist. Im Gegensatz dazu ist die Leiterschicht des erfindungsgemäßen Drucksensors in einen mittleren Erfassungsbereich und einen äußeren Erfassungsbereich auf beiden Seiten des mittleren Erfassungsbereichs unterteilt, wobei der innere Abstandshalter 3 mindestens einen mittleren Erfassungsraum begrenzt. Wenn daher der zu prüfende Gegenstand den erfindungsgemäßen Drucksensor bedeckt und auf diesen drückt, werden der Substratkörper 11 und der Schaltungssubstratkörper 41 leicht durch geringen Druck im äußeren Erfassungsraum näher zueinander gebracht, wodurch die erste Fingerelektrode und die zweite Fingerelektrode im äußerlichen Erfassungsbereich durch Kontaktieren der Leiterschicht miteinander in elektrischen Kontakt gebracht werden. Da der mittlere Erfassungsraum IS1 kleiner ist als der äußere Erfassungsraum OS1, werden der Substratkörper 11 und der Schaltungssubstratkörper 41 im mittleren Erfassungsraum IS1 einander näher gebracht, nur wenn der von dem zu prüfenden Gegenstand ausgeübte Druck ein bestimmtes Niveau erreicht, wodurch die erste Fingerelektrode und die zweite Fingerelektrode im mittleren Erfassungsbereich durch Kontaktieren der Leiterschicht miteinander in elektrischen Kontakt gebracht werden. Dadurch kann der erfindungsgemäße Drucksensor den Startdruck durch den äußeren Erfassungsraum OS1 mit einer größeren Fläche reduzieren und den Druckerfassungsbereich des Drucksensors durch den mittleren Erfassungsraum mit einer kleineren Fläche verbessern.
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Die erste Fingerelektrode und die zweite Fingerelektrode sind im äußerlichen Erfassungsbereich um die erste Breite und den ersten Abstand versetzt angeordnet. Außerdem sind die erste Fingerelektrode und die zweite Fingerelektrode auf dem zentralen Erfassungsbereich mit einer zweiten Breite, die kleiner ist als die erste Breite, und mit einem zweiten Abstand, der kleiner ist als der erste Abstand, so versetzt angeordnet, dass die erste Fingerelektrode und die zweite Fingerelektrode relativ dicht auf dem mittleren Erfassungsbereich und relativ locker auf dem äußerlichen Erfassungsbereich angeordnet sind. Daher kann die Erfassungsempfindlichkeit bei niedrigem Druck und bei hohem Druck durch die lockere Anordnung der ersten Fingerelektrode und der zweiten Fingerelektrode im äußeren Erfassungsbereich sowie durch deren dichte Anordnung im mittleren Erfassungsbereich wirksam verbessert werden.
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Wenn der zu prüfende Gegenstand auf dem erfindungsgemäßen Drucksensor platziert wird, ist es leicht, Druck zu erfassen, da sich die erste Fingerelektrode und die zweite Fingerelektrode auf der lockeren Anordnung befinden, die an beiden Seiten liegt und einen größeren Bereich aufweist. In diesem Fall gilt dies als geringer Startdruck. Wenn der zu prüfende Gegenstand einen großen Druck auf den erfindungsgemäßen Drucksensor ausübt, da der dicht angeordnete Aufbau der ersten Fingerelektrode und der zweiten Fingerelektrode in der Mitte angeordnet ist, ist es nicht einfach, dass die erste Fingerelektrode und die zweite Fingerelektrode [bzw. die Leiterschicht] durch den Druck des zu prüfenden Gegenstands durch den mittleren Erfassungsraum hindurch zum Kontaktieren mit der Leiterschicht [bzw. mit der ersten Fingerelektrode und der zweiten Fingerelektrode] gedrückt wird. Dadurch wird die Änderungsrate des erfindungsgemäßen Drucksensors bei hohem Druck verbessert. Außerdem kann die Erfassungsempfindlichkeit bei niedrigem Druck und bei hohem Druck durch die lockere Anordnung der ersten Fingerelektrode und der zweiten Fingerelektrode im äußeren Erfassungsbereich sowie durch deren dichte Anordnung im mittleren Erfassungsbereich wirksam verbessert werden.
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Bezugszeichenliste
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- PA100
- Drucksensor
- PA1
- leitfähiges Substrat
- PA11
- Substratkörper
- PA12
- Leiterschicht
- PA2
- ringförmiger Abstandshalter
- PA3
- innerer Abstandshalter
- PA4
- Erfassungsschaltungssubstrat
- PA41
- Substratkörper
- PA42
- erste Erfassungsschaltung
- PA421
- erste Busschaltung
- PA422
- erste Fingerelektrode
- PA43
- zweite Erfassungsschaltung
- PA431
- zweite Busschaltung
- PA432
- zweite Fingerelektrode
- 100, 100c, 100d
- Drucksensor
- 1, 1d
- leitfähiges Substrat
- 11
- Substratkörper
- 111
- Anbringungsfläche
- 12, 12d
- Leiterschicht
- 121, 121
- dmittlerer Erfassungsbereich
- 122, 123, 122d, 123d
- äußere Erfassungsbereich
- 2
- ringförmiger Abstandshalter
- 3, 3a, 3b, 3c, 3d
- innerer Abstandshalter
- 31, 31a, 31b, 31c, 31d
- erster Endabschnitt
- 32, 32a, 32b, 32c, 32d
- zweiter Endabschnitt
- 33, 33a, 33b, 33c, 33d
- erster Seitenabschnitt
- 34, 34a, 34b, 34c, 34d
- zweiter Seitenabschnitt
- 35c, 35d
- Mittelabschnitt
- 4
- Erfassungsschaltungssubstrat
- 41
- Schaltungssubstratkörper
- 411
- Schaltungsanbringungsfläche
- 4111
- erster Endabschnitt
- 4112
- zweiter Endabschnitt
- 42
- erste Erfassungsschaltung
- 421
- erste Busschaltung
- 422
- erste Fingerelektrode
- 43
- zweite Erfassungsschaltung
- 431
- zweite Busschaltung
- 432
- zweite Fingerelektrode
- D1
- erste Richtung
- D2
- zweite Richtung
- d1
- erster Abstand
- d2
- zweiter Abstand
- w1
- erste Breite
- w2
- zweite Breite
- P1
- erster Spalt
- IS1, IS2, IS3, IS41, IS42, IS51, IS52
- mittlerer Erfassungsraum
- OS1, OS4, OS51, OS52
- äußerer Erfassungsraum
