KR101314527B1

KR101314527B1 - 정전용량 감지형 터치 스위치

Info

Publication number: KR101314527B1
Application number: KR1020120081074A
Authority: KR
Inventors: 문명일
Original assignee: 문명일
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2013-10-07

Abstract

본 발명은 정전용량 감지형 터치스위치에 관한 것으로, 그 주된 목적은 전면의 커버판넬이 곡면이나 평면에 관계없이 정전용량을 안정적으로 감지할 수 있고, 전자기기를 장시간 사용해도 정전용량변화를 민감하게 감지할 수 있는 전자기기의 터치스위치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른, 정전용량 감지형 터치 스위치는;
전면에 다수 구비된 터치버튼과, 상기 각 터치버튼 배면에 일단이 일체로 결합된 정전도체가 구비되며, 테두리에는 적어도 하나 이상의 제 1결합부재가 구비된 커버판넬과;
상기 정전도체가 관통하도록 다수의 라이팅 홀이 형성되고, 상기 커버판넬 테두리에 구비된 제 1결합부재와 대향하는 위치인 테두리에 제 2결합부재가 구비된 지지판넬과;
상기 지지판넬 일측에 구비되며, 상기 라이팅 홀에 대향하는 위치인 전면에 발광체가 다수 구비되며, 상기 발광체에 인접한 일측에 상기 정전도체가 지날수 있도록 관통공이 형성되고, 상기 발광체의 배면에는 상기 관통공을 관통한 정전도체의 각 단부와 연결된 하나 이상의 감지수단이 구비된 컨트롤기판을 포함한다.
이에 따라, 전면의 커버판넬이 곡면이나 평면에 관계없이 정전용량을 안정적으로 감지할 수 있고, 전자기기를 장시간 사용해도 정전용량변화를 민감하게 감지할 수 있는 전자기기의 터치스위치를 제공하는 이점이 있다.

Description

정전용량 감지형 터치 스위치{A CAPACITANCE SENSITIVE TOUCH SWITCH}

본 발명은 터치스위치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 손가락의 가벼운 터치에 의한 정전용량 변화를 감지하여 전자기기를 동작시키는 정전용량 감지형 터치 스위치에 관한 것이다.

일반적으로 정전용량 변화를 감지하여 동작되는 터치 스위치에 대해서는 여러가지가 알려져 오고 있다.

예를 들면, 도 1 가)와 나)에 도시한 바와 같이, 본 출원인에 의해 출원, 공개된 공개번호 10-2011-0094568호의 "정전용량 감지형 터치스위치"(이하, "스위치"라 칭한다)가 그 대표적인 것으로, 그 내용은 다음과 같다.

도시한 바를 참조하면, 종래의 스위치(10)는 상, 하부 기판(11)(12)과 센서전극(13)과 전극패드(14)와 통전부재(15)와 정전용량 감지회로(16)로 이루어진다.

상부기판(11)은 비전도성 재질로 형성되며, 인체와 직간접적으로 접촉하는 표면이 곡면으로 형성되며, 그 내측으로 전도성 센서전극(13)이 구비되어 있다.

하부기판(12)은 PCB기판으로서, 상기한 상부기판(11)과 대향하도록 구비되며, 상기 센서전극(13)에 대향하는 부위에 전극패드(14)가 구비되어 있다.

상기한 센서전극(13)과 전극패드(14) 사이에는 통전부재(15)가 구비되는데, 이 통전부재(15)는 압축코일 스프링으로서, 상기한 센서전극(13)과 전극패드(14)쪽으로 탄성되며, 각각의 센서전극(13), 전극패드(14)와 전기적으로 연결된다.

이와 같은, 터치스위치(10)는 상부기판(11)을 사용자가 손가락으로 접촉하면, 인체의 정전용량과 비전도성 재질로 이루어진 상부기판(11)의 합성정전용량 변화에 따라 센서전극(13)과 통전부재(15)와 전극패드(14)를 통해 정전용량 감지회로(16)에 전달되며 인체의 접촉을 민감하게 감지하는 것이다.

그러나, 상기한 종래의 스위치(10)는 상기한 바와 같이, 압축코일 스프링으로 이루어진 통전부재(15)가 완충력을 상실할 경우, 상기한 센서전극(13)과 전극패드(14)간에 정전용량변화가 감지되지 않는 문제가 있었다.

또한, 도시한 방향을 기준하여 양단에 구비된 통전부재(15)의 완충력이 중간부분에 구비된 통전부재(15)의 완충력과 차이가 발생함으로서 양단에 구비된 통전부재(15)의 수명이 더 짧은 문제가 있었다.

또한, 상기한 바와 같이, 상이한 완충력에 의해 각 정전용량감지회로(16)에 정전용량변화를 정확히 전달하지 못하는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전자기기를 장시간 사용해도 정전용량변화를 정확하게 감지할 수 있는 전자기기의 터치스위치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 사람이 터치하는 전면의 커버 판넬이 곡면이나 평면에 관계없이 일정한 정전변화를 감지할 수 있는 터치스위치 구조를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명은,

전자기기에 구비되는 전면이 곡면 또는 평면중 어느 하나로 형성된 일면에 다수의 터치버튼이 구비된 커버판넬과, 상기 커버판넬의 일측에 결합되는 지지판넬과, 상기 터치버튼과 일단이 연결된 정전도체에 전달되는 인체의 정전기를 감지수단으로 감지하여 동작하도록 컨트롤기판을 갖춘 터치 스위치에 관한 것으로,

상기 터치버튼은, 연질 투명성 재질의 전면을 인쇄한 후 빛이 투과할 수 있도록 레이져 컷팅기로 깎아내어 어두운 환경에서도 인식이 용이하도록 구비되고;
상기 각 터치버튼 배면에 일단이 일체로 결합된 정전도체는, 은(Ag), 철(Fe), 알루미늄(Al), 스테인레스(STS), 구리(Cu), 납(Pb), 금(Au)중 어느 하나의 전도성 금속으로 이루어지며, 상기 터치스위치의 전면이 곡면 또는 평면이라 하더라도, 상기 정전도체의 끝단은 동일선상에 구비됨으로서, 정전용량이 동일하게 전달되며;
상기 커버판넬의 테두리에는, 중심에 사각형상의 결합공이 형성되며, 상기 결합공의 상, 하 양측에 절개부가 형성된 제 1결합부재가 적어도 하나 이상 구비되고;
상기 지지판넬은 상기 정전도체가 관통하도록 다수의 라이팅 홀이 형성되며, 상기 제 1결합부재와 결합하도록 대향하는 위치인 상기 제 1결합부재의 결합공에 삽입, 결합이 용이하도록 단면상 일측에서 타측으로 갈 수록 높아지는 경사가 형성되는 직각 삼각형의 돌기가 형성된 제 2결합부재를 구비하며;
상기 컨트롤기판은 상기 지지판넬 일측에 구비되며, 상기 라이팅 홀에 대향하는 위치인 전면에 다수의 발광체가 구비되며, 상기 발광체에 인접하는 일측에 상기 정전도체가 지날수 있도록 관통공이 형성되고, 배면에는 상기 관통공을 관통한 정전도체의 각 단부와 연결된 하나 이상의 감지수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.

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이에 따라, 전자기기를 장시간 사용해도 정전용량변화를 정확하게 감지할 수 있는 전자기기의 터치스위치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 사람이 터치하는 전면의 커버 판넬이 곡면이나 평면에 관계없이 일정한 정전변화를 감지할 수 있는 터치스위치 구조를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 터치스위치를 보인 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 정전용량 감지형 터치스위치 구성을 보인 분해사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 정전용량 감지형 터치스위치를 일측에서 바라본 도면으로서, 제 1, 2결합부재의 결합을 보인 일측면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 정전용량 감지형 터치스위치의 결합이 완료된 외형을 보인 사시도이고,
도 5는 본 발명 정전용량 감지형 터치스위치를 정면에서 바라본 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 정전용량 감지형 터치스위치(10)(이하, "터치스위치"라 칭한다)는 커버판넬(100)과 지지판넬(200)과 컨트롤기판(300)으로 대별된다.

커버판넬(100)은 비전도성 물질, 다시 말해서, 플라스틱, 유리, 세라믹, 목재중 대표적으로 플라스틱(PC:Poly Carbonate) 재질로 이루어지며, 그 전면에는 손가락과 접촉할 수 있도록 다수의 터치버튼(110)이 구비되는데, 이 다수의 터치버튼(110) 배면에는 정전도체(130)의 일단이 일체로 결합되어 있다.

정전도체(130)는 상기한 바와 같이, PC(Poly Carbonate)재질로 이루어진 커버판넬(100)과 달리, 전도성 물질의 도금이 용이하도록 ABS수지로 이루어진다.

ABS수지는, 아크릴로니트릴(Acrylonitrile), 부타디엔(Butadiene) 및 스티렌(Styrene)등의 3성분으로 이루어진 내충격성 열가소성 수지의 총칭이며 이들 세 성분의 머릿 글자를 취하여 ABS수지라 칭한다.

이와 같은, ABS수지는 뛰어난 투과성, 가공성, 전기적 특성을 유지하면서 그 기계적 강도, 내열성, 내유성, 내후성 등을 개선한 것으로서, 후술하는 작용에서 정전용량의 전달특성상 최적화되어 있는 재질이다.

이와 같은, ABS수지로 이루어진 정전도체(130)가 PC수지로 이루어진 커버판넬(100)과 일체로 형성될 수 있는 것은 이중사출에 의해서 가능하다.

여기서, 이중사출에 대해 간단히 설명하면, 2종(種)의 서로 다른 수지를 조합하여 하나의 부품을 구성할 수 있도록 사출하는 방식으로서, 사출성형기에 2세트의 금형을 설치하고, 먼저 1차 금형에서 1차 성형품을 성형한 후, 이 1차 성형품을 2차로 성형할 수 있도록, 2차 금형의 캐비티와 1차 성형품 공간에 2차 수지를 주입하여 성형하는 방법이다.

따라서, PC재질로 이루어진 커버판넬(100)을 1차로 성형하고, 2차로 ABS재질로 이루어진 정전도체(130)를 성형하여 일체화된 구성을 얻을 수 있다.

이와 같이, 커버판넬(100)의 터치버튼(110)과 일체로 형성된 정전도체(130)에 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr) 또는 금(Au)중 어느 하나로 이루어진 전도성(電導性) 도금물질을 코팅하여 정전용량 전달을 극대화하였다.

상기한 정전도체(130)는 상기한 ABS수지뿐 아니라, 전기 전도성이 뛰어난 금속, 다시 말해서, 은(Ag), 철(Fe), 알루미늄(Al), 스테인레스(STS), 구리(Cu), 납(Pb), 금(Au)중 어느 하나의 전도성 금속을 상기한 터치버튼(110)과 일체화시켜서 형성할 수도 있다.

이와 같이, 상술한 PC재질 또는 우레탄 또는 러버 재질로 이루어진 터치버튼(110)과 전도성 금속으로 이루어진 정전도체(130)를 일체로 형성하는 방법은 인서트 사출법을 통해서 가능하다.

인서트 사출이란, 금형내에서 이질(異質) 또는 이색(異色)의 합성수지나, 합성수지 이외의 부품(금속, 나무, 종이, 천 등)을 일체화 시키는 성형방법으로, 특히, 금속과 일체화된 제품의 경우, 금속이 가진 강성, 도전성(導電性) 및 표면 처리성에 더해 합성수지의 전기절연성, 착색성, 유연성, 가공성등을 조합하여 매우 부가가치가 높은 제품을 만들수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 터치스위치(10)의 정전도체(130)는 ABS수지를 커버판넬(100)과 이중사출하거나, 도전성이 뛰어난 금속을 상기한 커버판넬(100)과 인서트 사출법을 통해 일체로 형성할 수 있으며, 정전판넬(200)이 평면이나 곡면에 관계없이, 정전도체(130)의 끝단부는 도시한 방향을 기준한 수직 방향으로 동일선상에 일치하도록 형성함으로서, 후술하는 작용에서 정전용량이 일정하게 작용한다.

상기한 바와 같은, 커버판넬(100)은 전자기기가 설치되는 상황에 따라 평면 또는 비평면으로 형성될 수 있으며, 본 실시 예에서는 소정 곡률을 갖는 곡면으로 형성된 실시 예를 기준하여 설명한다.

한편, 이 커버판넬(100)의 각 테두리부분에는 후술하는 지지판넬(200)의 제 2결합부재(230)와 결합할 수 있도록, 적어도 하나 이상의 제 1결합부재(150)가 구비되어 있다.

제 1결합부재(150)는 대략 직사각형상으로 형성되고, 그 중심에는 후술하는 제 2결합부재(230)와 결합이 용이하도록 사각형상의 결합공(151)이 형성되어 있다.

또한, 이 제 1결합부재(150)의 양측에는 절개부(153)가 형성되어 제 2결합부재(230)와의 해체가 용이하도록 상기한 제 1결합부재(150)의 단부를 일측으로 들어 올리기 용이하도록 하였다.

상기한, 커버판넬(100)은 투명성 합성수지 전면(全面)을 소정의 색상으로 인쇄한 뒤, 터치버튼(110) 부위만 도 5에 도시한 바와 같은, 문양("A"표시부위)을 레이져 컷팅기(Lasor Cutting M/C)로 깎아내어 컨트롤 기판(300)에 구비된 발광체(310)의 빛 투과가 용이하도록 하였다.

그 외에도 상기한 터치버튼(110)만 연질의 투명성(透明性) 합성수지, 다시 말해서, 상기한 바와 같이 이중사출을 통해 폴리 우레탄(Poly Urethane) 또는 러버(Rubber)등의 연질 합성수지중 어느 하나를 상기한 커버판넬(100)과 일체로 형성하고, 그 상부에 도 5에 도시한 문양("A"표시부위)을 인쇄함으로서, 사용자가 터치할 때, 눌러지는 감각도 느낄 수 있고, 빛의 투과도 용이하도록 하여도 본 발명에 따른 소기의 목적을 달성할 수 있음은 물론이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 커버판넬(100)의 후면으로 지지판넬(200)이 구비되는데, 이 지지판넬(200)은, 라이팅 홀(210)과 제 2결합부재(230)가 구비된다.

라이팅 홀(210)은 상술한 터치버튼(110)에 대응하는 내경으로 형성되며, 상기 터치버튼(110) 배면에 일체로 결합된 정전도체(130)가 관통하기도 하며, 후술하는 컨트롤 기판(300)의 발광체(310)의 빛이 투과되는 역할을 병행한다.

제 2결합부재(230)는 단면상 일측에서 타측으로 갈 수록 높아지는 경사가 형성되는 직각 삼각형상으로 형성된 돌기(231)로서, 상술한 커버판넬(100)의 제 1결합부재(150)의 결합공(151)에 삽입은 용이하되, 삽입이 완료되고 나서 임의로 해체되는 것이 방지되는 구성이다.

또한, 해체하기 위해서는 제 1결합부재(150)의 양측에 형성된 절개부(153)에 의해서 제 1결합부재(150)의 단부를 일측으로 젖힘으로서 해체가 용이하다.

이 지지판넬(200) 후방에 컨트롤기판(300)이 구비되는데, 이 컨트롤기판(300)은 발광체(310)와 관통공(330)과 감지수단(350)으로 이루어진다.

발광체(310)는 LED라이트로서, 상술한 지지판넬(200)에 다수 형성된 라이팅 홀(210)을 통해 커버판넬(100)에 다수 구비된 터치버튼(110)에 빛을 비출 수 있도록 구비된다.

이 발광체(310)와 인접한 일측에는 상기한 정전도체(130)가 지날수 있도록 관통공(330)이 형성되어 있다.

상기한 발광체(310)의 이면에는 상기 관통공(330)을 관통한 정전도체(130)의 각 단부와 연결된 하나 이상의 감지수단(350)이 구비된다.

이 감지수단(350)은 정전용량 터치센서로서, 사용자의 손가락과 같은 전도체를 터치버튼(110)에 근접하거나 접촉하여 정전도체(130)의 유전율이 변화될 경우, 이 유전율변화에 따른 정전용량변화에 의하여 전도체인 손가락이 터치버튼(110)에 근접하거나 접촉되는 것을 검출하고, 그 검출결과에 따라 스위칭신호를 발생한다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 터치스위치(10)의 조립방법을 설명한다.

우선, 커버판넬(100)의 일측에서 지지판넬(200)을 삽입한다.

그런 다음, 테두리에 적어도 하나 이상 구비된 제 1결합부재(150)의 결합공(151)에 지지판넬(200)에 구비된 제 2결합부재(230)의 돌기(231)가 끼워지도록 커버판넬(100)과 지지판넬(200)을 압축하면, 1차적인 결합이 완료된다.

이와 같이, 결합이 완료된 지지판넬(200)의 후면에 컨트롤기판(300)을 장착하고, 이 컨트롤기판(300)의 관통공(330)을 관통하여 돌출된 정전도체(130)의 각 단부를 적어도 하나 이상 구비된 감지수단(410)과 연결하면 도 4에 도시한 바와 같이, 조립이 완료된다.

계속해서, 도 4와 도 5에 도시한 바를 참조로 하여, 본 발명에 따른 터치스위치(10)의 작용, 효과를 설명한다.

우선, 사용자가 손가락으로 상술한 커버판넬(100)에 다수 구비된 터치버튼(110)중 어느 하나를 터치하면, 인체에서 발생하는 정전기가 상기한 터치버튼(110)과 일체로 구비된 정전도체(130)의 유전율 변화를 일으키게 된다.

이에 따라, 이 정전도체(130)와 연결된 정전용량 감지센서인 감지수단(350)은 상기한 바와 같은 유전율 변화에 따라, 정전용량을 변화시켜 터치스위치(110)에 전도체인 사용자의 손가락이 접촉하였음을 검출하고, 이 검출신호에 따라 스위칭 신호를 발생시킨다.

이에 따라, 상기한 감지수단(350)은 정전용량의 변화를 감지하고 해당신호를 출력하며 도시하지 않은 전자기기의 동작을 제어한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 정전용량 감지형 터치스위치(10)에 의하면, 전자기기를 장시간 사용해도 정전용량변화를 정확하게 감지할 수 있는 전자기기의 터치스위치를 제공하였으며, 사람이 터치하는 전면의 커버 판넬이 곡면이나 평면에 관계없이 일정한 정전변화를 감지할 수 있는 터치스위치 구조를 제공하였다.

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 있게 된다.

10 : 터치스위치 100 : 커버판넬
110 : 터치버튼 130 : 정전도체
150 : 제 1결합부재 200 : 지지판넬
210 : 라이팅 홀 230 : 제 2결합부재
300 : 컨트롤기판 310 : 발광체
330 : 관통공 350 : 감지수단

Claims

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전자기기에 구비되는 전면이 곡면 또는 평면중 어느 하나로 형성된 일면에 다수의 터치버튼이 구비된 커버판넬과, 상기 커버판넬의 일측에 결합되는 지지판넬과, 상기 터치버튼과 일단이 연결된 정전도체에 전달되는 인체의 정전기를 감지수단으로 감지하여 동작하도록 컨트롤기판을 갖춘 터치 스위치에 있어서,
상기 터치버튼은, 연질 투명성 재질의 전면을 인쇄한 후 빛이 투과할 수 있도록 레이져 컷팅기로 깎아내어 어두운 환경에서도 인식이 용이하도록 구비되고;
상기 각 터치버튼 배면에 일단이 일체로 결합된 정전도체는, 은(Ag), 철(Fe), 알루미늄(Al), 스테인레스(STS), 구리(Cu), 납(Pb), 금(Au)중 어느 하나의 전도성 금속으로 이루어지며, 상기 터치스위치의 전면이 곡면 또는 평면이라 하더라도, 상기 정전도체의 끝단은 동일선상에 구비됨으로서, 정전용량이 동일하게 전달되며;
상기 커버판넬의 테두리에는, 중심에 사각형상의 결합공이 형성되며, 상기 결합공의 상, 하 양측에 절개부가 형성된 제 1결합부재가 적어도 하나 이상 구비되고;
상기 지지판넬은 상기 정전도체가 관통하도록 다수의 라이팅 홀이 형성되며, 상기 제 1결합부재와 결합하도록 대향하는 위치인 상기 제 1결합부재의 결합공에 삽입, 결합이 용이하도록 단면상 일측에서 타측으로 갈 수록 높아지는 경사가 형성되는 직각 삼각형의 돌기가 형성된 제 2결합부재를 구비하며;
상기 컨트롤기판은 상기 지지판넬 일측에 구비되며, 상기 라이팅 홀에 대향하는 위치인 전면에 다수의 발광체가 구비되며, 상기 발광체에 인접하는 일측에 상기 정전도체가 지날수 있도록 관통공이 형성되고, 배면에는 상기 관통공을 관통한 정전도체의 각 단부와 연결된 하나 이상의 감지수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.