分層異向位移型拉伸傳感器的制作方法

本實用新型涉及一種拉伸傳感器，尤其涉及一種分層異向位移型拉伸傳感器。

背景技術：

在人機互動的領域中，由于穿戴式裝置可穿戴在使用者的身上，進而成為使用者的一部分，并提供使用者通過本身的肢體動作進行操作，因此不僅可以有效的融入使用者的日常生活之中，更能因為穿戴式裝置提供的功能來讓使用者的生活更加便利。

然而，由于穿戴式裝置主要是通過各種傳感器來感測使用者的動作，因此傳感器必需要具備有可撓性與伸縮性，借以感測到各種彎曲或伸展的動作。

在現有技術中，為了使傳感器具備有伸縮性的功能，主要是在彈性體的兩側設有電極，進而通過兩側的電極形成感應電容，借以在彈性體受到拉伸而縮短兩側電極之間的距離時，使兩側電極所形成的感應電容產生變化，進而計算出拉伸變形量；其中，雖然通過上述的技術可以感測到拉伸變形量，但由于靠縮短兩側電極的距離來使感應電容產生變化的方式，傳感器必須要拉伸一定的距離才能明顯的變形，進而縮短兩側電極之間的距離，因此現有的傳感器并無法靈敏的感測到細微的拉伸變化。

技術實現要素：

有鑒于在現有技術中，現有的傳感器主要是通過在彈性體的兩側設置有電極，因此當彈性體受到拉伸時，彈性體會因為向外伸展而使兩側電極之間的距離縮短，進而使得兩側電極所形成的感應電容產生變化，然而由于其變化有限，導致感應電容的變化不明顯，因此并無法作較靈敏的感測；緣此，本實用新型的目的在于提供一種分層異向位移型拉伸傳感器，以利用分層異向位移的方式來增加兩側電極之間的感應電容變化量。

本實用新型為解決先前技術的問題，所采用的必要技術手段是提供一種分層異向位移型拉伸傳感器，用以在拉伸前產生一總初始耦合電容量，并在拉伸后產生一小于該初始耦合電容量的總拉伸耦合電容量，借以利用該總初始耦合電容量與該總拉伸耦合電容量定義出一拉伸長度，該分層異向位移型拉伸傳感器包含一第一彈性絕緣層、一第一彈性導電層、一彈性介電層、一第二彈性導電層以及一第二彈性絕緣層。

第一彈性絕緣層具有一第一連結部與一用以沿一第一方向拉伸的第一拉伸操作端部，第一拉伸操作端部一體成型地自第一連結部沿所述第一方向延伸出。

第一彈性導電層設置于第一連結部，并且包含復數個第一耦合段以及復數個第一連接段。復數個第一耦合段彼此相間隔地排列設置，復數個第一連接段設置于第一耦合段之間，并電性連結復數個第一耦合段中的兩相鄰者。較佳者，第一連接段交錯地位于第一耦合段的兩側；此外，第一耦合段以一第一間距彼此相間，且第一耦合段各具有一第一寬度，第一寬度與第一間距的比值為1.67。

彈性介電層設置于第一連結部，并覆蓋于第一彈性導電層。其中，彈性介電層包含一彈性樹脂與一介電材料。彈性樹脂的組成至少包含單乙烯基封端二甲基硅氧烷(Monovinyl terminated polydimethylsiloxane)、乙烯基Q硅樹脂(Vinyl modified Q silica resin)以及二甲基甲基氫(硅氧烷與聚硅氧烷)(Methylhydrosiloxane-dimethylsiloxane copolymer,trimethylsiloxane terminated)；所述介電材料的組成至少包含一Sr_1-xCa_xTiO₃化合物、一Sr_1-yBa_yTiO₃化合物或一BaTiO₃化合物，且0.1≤x≤0.9，0.1≤y≤0.9，以使該介電材料的介電常數(Dielectric Constant；K)維持在14至8000之間，進而使該彈性介電層的介電常數維持在4.85至300之間。此外，介電材料由Sr_1-xCa_xTiO₃化合物所組成，以使介電材料的介電常數維持在14至30之間，且彈性介電層含有10wt％至20wt％的介電材料。

第二彈性導電層與該第一彈性導電層相間隔地設置于彈性介電層，且第二彈性導電層包含復數個用以與該些第一耦合段之間形成該總初始耦合電容量的第二耦合段以及復數個第二連接段。復數個第二耦合段對應于第一耦合段而彼此相間隔地排列設置。復數個第二連接段設置于第二耦合段之間，并電性連結復數個第二耦合段中的兩相鄰者。較佳者，第二連接段交錯地設置于第二耦合段的兩側，且第一連接段與第二連接段彼此交錯地排列；此外，第二耦合段以一第二間距彼此相間，且第二耦合段各具有一第二寬度，第二寬度與第二間距的比值為1.67。

第二彈性絕緣層具有一第二連結段與一用以沿一與該第一方向相反的第二方向拉伸的第二拉伸操作端部，第二連結段設置于彈性介電層，并覆蓋于第二彈性導電層，且第二拉伸操作端部一體成型地自第二連結段沿第二方向延伸出。

如上所述，由于本實用新型所提供的分層異向位移型拉伸傳感器是在彈性介電層的兩側分別設有第一彈性導電層與第二彈性導電層，因此第一彈性導電層的復數個第一耦合段可與第二彈性導電層的復數個第二耦合段互相感應而形成一總初始耦合電容量，當第一彈性絕緣層與第二彈性絕緣層分別沿第一方向與第二方向被拉伸時，第一耦合段與第二耦合段會分別沿第一方向與第二方向位移，至使兩者之間產生一對應于拉伸長度的總拉伸耦合電容量，借此，使用者可以通過比較總拉伸耦合電容量與總初始耦合電容量來計算出分層異向位移型拉伸傳感器被拉伸的幅度。

附圖說明

圖1顯示本實用新型較佳實施例所提供的分層異向位移型拉伸傳感器的立體分解示意圖；

圖2顯示本實用新型較佳實施例所提供的分層異向位移型拉伸傳感器的立體示意圖；

圖3顯示第一彈性導電層與第二彈性導電層的平面示意圖；

圖4顯示圖3的圈B放大示意圖；

圖5顯示圖2的A-A剖面示意圖；

圖6顯示圖5的圈C放大示意圖；

圖7顯示圖5的分層異向位移型拉伸傳感器被拉伸的剖面示意圖；以及

圖8為圖7圈D的放大示意圖。

附圖標號說明：

100 分層異向位移型拉伸傳感器；

1 第一彈性絕緣層；

11 第一連結部；

12 第一拉伸操作端部；

2 第一彈性導電層；

21 第一耦合段；

22 第一連接段；

3 彈性介電層；

4 第二彈性導電層；

41 第二耦合段；

42 第二連接段；

5 第二彈性絕緣層；

51 第二連結段；

52 第二拉伸操作端部；

S1 第一間距；

S2 第二間距；

W1 第一寬度；

W2 第二寬度；

L1 第一方向；

L2 第二方向。

具體實施方式

下面將結合示意圖對本實用新型的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和權利要求書的范圍，本實用新型的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。

請參閱圖1與圖2，圖1顯示本實用新型較佳實施例所提供的分層異向位移型拉伸傳感器的立體分解示意圖；圖2顯示本實用新型較佳實施例所提供的分層異向位移型拉伸傳感器的立體示意圖。如圖所示，一種分層異向位移型拉伸傳感器100用以在拉伸前產生一總初始耦合電容量，并在拉伸后產生一小于初始耦合電容量的總拉伸耦合電容量，借以利用總初始耦合電容量與總拉伸耦合電容量定義出一拉伸長度，分層異向位移型拉伸傳感器100包含一第一彈性絕緣層1、一第一彈性導電層2、一彈性介電層3、一第二彈性導電層4以及一第二彈性絕緣層5。

第一彈性絕緣層1具有一第一連結部11與一第一拉伸操作端部12，第一拉伸操作端部12一體成型地自第一連結部11沿一第一方向L1延伸出。

請繼續(xù)參閱圖3與圖4，圖3顯示第一彈性導電層與第二彈性導電層的平面示意圖；圖4顯示圖3的圈B放大示意圖。第一彈性導電層2設置于第一連結部11，并且包含復數個第一耦合段21以及復數個第一連接段22。多個第一耦合段21以一第一間距S1彼此相間隔地排列設置，且每個第一耦合段21各具有一第一寬度W1，第一寬度W1與第一間距S1的比值為1.67。在本實施例中，第一耦合段21的第一寬度W1為0.5mm，而第一間距S1為0.3mm。

多個第一連接段22分別設置于多個第一耦合段21之間，并交錯地位于多個第一耦合段21的兩側，借以使上述復數個第一耦合段21能通過上述復數個第一連接段22彼此電性連結。

彈性介電層3設置于第一連結部11，并覆蓋于第一彈性導電層2。其中，彈性介電層3的組成包含一彈性樹脂與一介電材料。

在本實施例中，彈性樹脂包含單乙烯基封端二甲基硅氧烷(Monovinyl terminated polydimethylsiloxane，CAS No.為68951-99-5)、乙烯基Q硅樹脂(Vinyl modified Q silica resin，CAS No.為68584-83-8)以及二甲基甲基氫(硅氧烷與聚硅氧烷)(Methylhydrosiloxane-dimethylsiloxane copolymer,trimethylsiloxane terminated，CAS No.為68037-59-2)，且彈性樹脂的組成所包含的單乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷的含量大于70％，彈性樹脂的組成所包含的乙烯基改性Q硅樹脂的含量小于30％，彈性樹脂的組成所包含的二甲基甲基氫(硅氧烷與聚硅氧烷)的含量小于10％；在本實施例中，彈性樹脂的組成所包含的單乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、乙烯基改性Q硅樹脂以及二甲基甲基氫(硅氧烷與聚硅氧烷)的含量分別為75％、20％與5％。

彈性介電層3所包含的介電材料的組成至少包含一Sr_1-xCa_xTiO₃化合物、一Sr_1-yBa_yTiO₃化合物或一BaTiO₃化合物，且0.1≤x≤0.9，0.1≤y≤0.9，以使所述介電材料的介電常數(Dielectric Constant；K)維持在14至8000之間，進而隨著3.75wt％至20wt％的添加量而使彈性介電層3的介電常數維持在4.85至300之間。

下述表一為介電材料的組成包含Sr_1-xCa_xTiO₃化合物但不包含Sr_1-yBa_yTiO₃化合物與BaTiO₃化合物時，介電材料在不同添加量下所相對提升的介電常數，如表一所示，當x＝0.1時，介電材料(Sr_0.9Ca_0.1TiO₃)的介電常數為30；當x＝0.9時，介電材料(Sr_0.1Ca_0.9TiO₃)的介電常數為14。另外，當彈性介電層3的介電材料的添加量為10wt％至20wt％，隨著Sr_1-xCa_xTiO₃化合物的x值不同，添加介電材料后所相對提升的介電常數也會不同，進而使得彈性介電層3通過添加10wt％至20wt％的介電材料后，可以相對的提升1.4至6的介電常數。

表一：

承上所述，由于在本實施例中，彈性介電層3的彈性樹脂的介電常數為3.45，因此在彈性樹脂與x＝0.1或0.9的介電材料(Sr_1-xCa_xTiO₃化合物)添加不同比例的情況下，彈性介電層3的介電常數會有不同程度的提升。同時，本實施例中的介電材料的組成亦可以Sr_1-yBa_yTiO₃化合物或BaTiO₃化合物加以取代，例如添加3.75wt％的BaTiO₃化合物，即可使彈性介電層3的介電常數達到300(由于彈性樹脂本身的介電常數相對較低而在此忽略不計)。

此外，在另一實施例中，介電材料的組成可同時包含Sr_1-yBa_yTiO₃化合物與BaTiO₃化合物，而Sr_1-yBa_yTiO₃化合物在0.1≤y≤0.9時的介電常數的范圍為1000至4000之間，BaTiO₃化合物的介電常數的范圍則介于3000至8000之間；借此，當Sr_1-yBa_yTiO₃化合物與BaTiO₃化合物的介電常數分別為最大值，且介電材料中的Sr_1-yBa_yTiO₃化合物與BaTiO₃化合物的比例為1：1時，彈性樹脂只要添加5wt％的介電材料便能使產生的彈性介電層3的介電常數達到300(由于彈性樹脂本身的介電常數相對較低而在此忽略不計)。

除上述實施例之外，在其他實施例中，介電材料的組成可同時包含Sr_1-xCa_xTiO₃化合物與Sr_1-yBa_yTiO₃化合物；或者同時包含Sr_1-xCa_xTiO₃化合物與BaTiO₃化合物；又或者同時包含Sr_1-xCa_xTiO₃化合物、Sr_1-yBa_yTiO₃化合物與BaTiO₃化合物。

第二彈性導電層4設置于彈性介電層3，以通過彈性介電層3而與第一彈性導電層2相間隔，且第二彈性導電層4包含復數個第二耦合段41以及復數個第二連接段42。多個第二耦合段41分別對應于多個第一耦合段21而彼此相間隔地排列設置，意即第二耦合段41與第一耦合段21是重疊地設置于彈性介電層3的兩側面，且每個第二耦合段41皆與相對應重疊的第一耦合段21耦合，進而在相對應的兩者間形成一初始耦合電容量。其中，多個第二耦合段41之間以一第二間距S2彼此相間，且每個第二耦合段41各具有一第二寬度W2，第二寬度W2與第二間距S2的比值為1.67。在本實施例中，第二耦合段41的第二寬度W2為0.5mm，而第二間距S2為0.3mm。

多個第二連接段42分別設置于多個第二耦合段41之間，并交錯地位于多個第二耦合段41的兩側，借以使第二耦合段41彼此電性連結。其中，第一連接段22與第二連接段42彼此交錯地排列，借以使第二彈性導電層4與第一彈性導電層2之間僅通過第一耦合段21與第二耦合段22的重疊來互相耦合。

承上所述，在本實施例中，相對重疊的第一耦合段21與第二耦合段41的重疊率需大于10％才能產生感應電容。此外，每個第一耦合21與相對應的每個第二耦合段41會分別產生一個別初始耦合電容量，而加總后即為總初始耦合電容量。

第二彈性絕緣層5具有一第二連結段51與一第二拉伸操作端部52，第二連結段51設置于彈性介電層3，并覆蓋于第二彈性導電層4，且第二拉伸操作端部52一體成型地自第二連結段51沿一與第一方向L1相反的第二方向L2延伸出。

請繼續(xù)參閱圖5至圖8，圖5顯示圖2的A-A剖面示意圖；圖6顯示圖5的圈C放大示意圖；圖7顯示圖5的分層異向位移型拉伸傳感器被拉伸的剖面示意圖；圖8為圖7圈D的放大示意圖。其中，由于分層異向位移型拉伸傳感器100在本實施例中是通過印刷的方式一層一層堆疊成型，且由于第一彈性導電層2與第二彈性導電層4本身皆會形成多個間隙，因此彈性介電層3與第二彈性絕緣層5皆會在形成時分別填入第一彈性導電層2與第二彈性導電層4的間隙中，進而形成如圖5至圖8所示的態(tài)樣，相對的，圖1與圖2僅是以簡單的示意分層異向位移型拉伸傳感器100的組成元件之間的關系，因此并顯示圖5至圖8所示的態(tài)樣。

如圖5至圖8所示，當第一拉伸操作端部12與第二拉伸操作端部52分別沿第一方向L1與第二方向L2被拉伸，而使分層異向位移型拉伸傳感器100被拉伸至一拉伸長度時，第一耦合段21與第二耦合段41分別沿第一方向L1與第二方向L2位移，借以產生復數個個別拉伸耦合電容量，而這些個別拉伸耦合電容量加總后即為一對應于拉伸長度的總拉伸耦合電容量，且總拉伸耦合電容量小于總初始耦合電容量。

承上所述，更詳細的說，當第一彈性絕緣層1是以第一拉伸操作端部12沿第一方向L1被拉伸，而第二彈性絕緣層5是以第二拉伸操作端部52沿第二方向L2被拉伸時，由于第一彈性絕緣層1與第二彈性絕緣層5之間是通過彈性介電層3連結，因此彈性介電層3為第一彈性絕緣層1與第二彈性絕緣層5的相對受力部分，也因此第一彈性絕緣層1會以彈性介電層3為基礎，并以受力的第一拉伸操作端部12拉伸變形量較多，而第一連結部11拉伸變形量則相對的較少，意即第一彈性絕緣層1的拉伸變形量會由第一連結部11沿著第一方向L1朝第一拉伸操作端部12遞增，而第二彈性絕緣層5的拉伸變形量則是相對的由第二連結部51沿著第二方向L2朝第二拉伸操作端部52遞增。

承上所述，在第一彈性絕緣層1與第二彈性絕緣層5被拉伸而分別沿第一方向L1與第二方向L2伸長時，第一耦合段21與第二耦合段41會先在鄰近第一拉伸操作端部12與第二拉伸操作端部52處產生偏移，然后隨著第一彈性絕緣層1與第二彈性絕緣層5的伸長率增加時，第一耦合段21與第二耦合段41會漸漸的在遠離第一拉伸操作端部12與第二拉伸操作端部52處產生偏移，意即第一耦合段21與第二耦合段41之間的偏移量會隨著第一彈性絕緣層1與第二彈性絕緣層5的伸長率遞增而由彈性介電層3的兩側處朝中心處遞增，因此，隨著第一耦合段21與第二耦合段41之間的偏移量遞增，第一彈性導電層2與第二彈性導電層4之間的總拉伸耦合電容量也會遞減，借此使用者便能通過總拉伸耦合電容量與分層異向位移型拉伸傳感器100未受到拉伸時的初始耦合電容量進行比較，進而計算出分層異向位移型拉伸傳感器100的拉伸變形量。

綜上所述，相較于現有技術的傳感器主要是通過彈性體因為被拉伸而使得兩側電極之間的距離縮短，進而使得兩側電極所形成的感應電容產生變化；由于本實用新型的分層異向位移型拉伸傳感器是通過彈性介電層分隔第一彈性導電層與第二彈性導電層，因此當第一彈性絕緣層與第二彈性絕緣層分別沿第一方向與第二方向被拉伸時，會帶動第一彈性導電層與第二彈性導電層分別沿第一方向與第二方向產生位移，進而使得第一彈性導電層與第二彈性導電層之間的總耦合電容量產生變化。

承上所述，由于第一彈性導電層與第二彈性導電層分別設有復數個第一耦合段與復數個第二耦合段，且第一彈性導電層與第二彈性導電層會隨著第一彈性絕緣層與第二彈性絕緣層在第一方向與第二方向上有遞增的彈性拉伸變形量，因此即使只有些微的拉伸，亦可以通過第一耦合段與第二耦合段耦合的數量與耦合量不同而導致第一彈性導電層與第二彈性導電層之間整體的總耦合電容量也會有細微的變化，借此，本實用新型的分層異向位移型拉伸傳感器確實可以有效的拉伸變形量的感應靈敏度。

此外，本實用新型亦可將多個分層異向位移型拉伸傳感器進行疊加，進而提升拉伸變形量的感應靈敏度。

上述僅為本實用新型較佳的實施例而已，并不對本實用新型進行任何限制。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本實用新型的技術手段的范圍內，對本實用新型揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本實用新型的技術手段的內容，仍屬于本實用新型的保護范圍之內。