KR101968944B1

KR101968944B1 - 햅틱 기능을 포함하는 스위치

Info

Publication number: KR101968944B1
Application number: KR1020180008788A
Authority: KR
Inventors: 양대연; 심우빈; 장길남; 이후상; 홍대길
Original assignee: 한국알프스 주식회사
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2019-08-13

Abstract

사용자 입력 하중(푸쉬 조작력)에 대응하는 진동력을 발생시켜 사용자 촉감을 통해 피드백하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치가 개시된다. 본 발명에 따른 스위치는, 노브와 상기 노브의 하면부에 결합된 노브 홀더를 포함하는 노브 어셈블리, 수용부 중앙에 상기 노브 어셈블리의 상하 직선운동을 가이드하는 노브 가이드를 구비한 상부 케이스, 노브 가이드 둘레의 상기 수용부 바닥에 한쪽 끝이 피봇 가능하게 힌지 결합되고 중앙 상면부가 상기 노브 홀더의 일부와 연동 가능하게 접하는 엑추에이터 및 하부 커버 내에 설치되고 샤프트를 통해 노브 홀더의 하부면 중심에서 아래로 연장된 수직관부에 동축 연결되는 진동모터로 구성된 가동체를 포함하며, 엑추에이터의 다른 쪽 끝에 가동 접점이 형성되고, 가동 접점에 대응하여 상부 케이스와 하부 커버 사이에 개재되는 기판 상에 고정 접점이 형성된 것을 요지로 한다.

Description

햅틱 기능을 포함하는 스위치{Input device containing the haptic}

본 발명은 사용자의 푸쉬 조작에 상응하여 기능 실행 명령을 출력하는 스위치에 관한 것으로, 특히 사용자 입력 하중(푸쉬 조작력)에 대응하는 진동력을 발생시켜 사용자 촉감을 통해 피드백 함으로써 스위치 조작감을 느낄 수 있도록 햅틱 기능을 포함하는 스위치에 관한 것이다.

터치 기반의 OS(Operate System, 운영체제)를 가진 네비게이션, 오디오, 비디오, 트립 기능 등이 통합된 차량용 통합 AV 시스템에서 터치 없이 다양한 기능을 하나의 스위치를 통해 조작 가능하게 하는 복합 입력 장치가 알려져 있다. 복합 입력 장치는 그래픽 객체를 선택할 수 있도록 UI(User interface)와 연동을 위한 조작장치이다.

복합 입력 장치는, 회전, 누름 또는 전후좌우 기울임 조작을 통해 원하는 기능수행 명령을 입력하고, 입력된 신호로부터 사용자가 의도한 동작 또는 조작을 인식하여 디스플레이 화면의 포인팅 세그먼트를 움직이게 하거나, 포인팅 세그먼트를 통해 디스플레이 화면의 선택 가능한 그래픽 객체를 선택하여 실행명령을 출력한다.

최근 복합 입력 장치관련 분야에서 주요 관심사는 단연 장치의 소형화와 더불어 고기능, 고성능화이다. 그 일환으로 광원과 무드링을 적용한 조명 기능을 부가하여 기능성을 향상시키는 동시에 부품의 효율적인 배치를 통해 장치를 보다 콤팩트하게 구현하려는 시도가 있으며, 입력 조작에 상응하는 진동을 통해 조작감을 느끼게 하는 햅틱(Haptic) 기술이 적용되기도 한다.

한국공개특허 제2012-0075003호는 로터리, 푸쉬, 디렉셔널 조작 등 다양한 스위치 조작을 하나의 장치로 구현해낼 수 있도록 구성한 복합 스위치 유니트에 햅틱 기능을 부가한 기술로서, 스위치 노브부를 통해 수직 방향으로 입력되는 푸쉬 조작력을 스위치가 감지하고, 감지 신호에 기초하여 햅틱 신호를 출력하도록 햅틱 엑추에이터를 적용한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 종래의 복합 스위치 유니트는, 하나의 스위치를 통한 다양한 형태의 조작으로 디스플레이 화면을 통해 보여지는 다양한 기능들을 선택하고 선택된 기능을 실행 가능하게 하므로 멀티미디어 기기에 대한 조작 편의를 제공할 수 있으며, 운전 중 스위치 조작에 따른 운전자 주의력 및 집중력 분산을 방지하여 안전 운전을 도모하게 하는 효과가 있다.

그러나 상기 선행특허 문헌에 개시된 종래 햅틱 기능이 부가된 복합 스위치 유니트는, 그 구성이 복잡하여 장치를 콤팩트하게 구성하기 어렵고, 스위치 조작 시 햅틱 엑추에이터의 상하 진동을 통한 스위치 조작감을 발생 시 햅틱 엑추에이터와 주변 부품 사이의 간섭으로 불쾌한 기계적인 소음이 발생하는 문제가 있다.

더욱이, 푸시 스위치가 스위치 노브부의 하부에서 푸시 스위치의 푸시 동작에 직접 연동되어 온/오프되는 단순한 구조이기 때문에, 푸시 동작을 인식하기 위해서는 푸시 조작 시 스위치 노브부의 이동 거리가 최소 상기 푸시 스위치의 두 접점 사이의 거리 이상은 되어야 하며, 따라서 푸시 조작 시 긴 작동 스트로크로 인하여 응답성과 조작감이 오히려 떨어지는 문제가 있다.

한국공개특허 제2012-0075003호(공개일 2012. 07. 06)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 푸시 조작에 연계한 햅틱 기능을 통해 보다 명확한 스위치 조작감을 사용자에게 피드백할 수 있는 햅틱 기능을 포함하는 스위치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 노브 측과 푸시 동작을 인식하는 스위치부 사이에 힌지 구조의 엑추에이터를 적용하여, 푸시 조작에 따른 감지 여유도는 늘리면서 조작 스트로크를 최소화할 수 있는 햅틱 기능을 포함하는 스위치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 장치의 소형화를 도모할 수 있고, 스위치 조작 시 상하 진동을 통한 스위치 조작감을 발생 시 부품 사이의 충격 완화 및 진동에 따른 소음을 억제하여 제품의 품질을 개선할 수 있는 햅틱 기능을 포함하는 스위치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 보다 원활하고 안정적인 푸쉬 조작을 구현할 수 있는 햅틱 기능을 포함하는 스위치를 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,

노브와 노브 홀더를 포함하는 노브 어셈블리;

수용부 중앙에 상기 노브 어셈블리의 상하 직선운동을 가이드하는 노브 가이드를 구비한 상부 케이스;

노브 가이드 둘레의 상기 수용부 바닥에 한쪽 끝이 피봇 가능하게 힌지 결합되고 중앙 상면부가 상기 노브 홀더의 일부와 연동 가능하게 접하는 엑추에이터;

하부 커버 내에 설치되고, 샤프트를 통해 노브 홀더의 하부면 중심에서 아래로 연장된 수직관부에 동축 연결되는 진동모터;를 포함하며,

힌지부(H) 반대편 상기 엑추에이터의 다른 쪽 끝에 가동 접점이 형성되고, 상기 가동 접점에 대응하여 상부 케이스와 하부 커버 사이에 개재되는 기판 상에 고정 접점이 형성된 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치를 제공한다.

바람직한 일 실시 예로서, 상기 가동 접점과 고정 접점은 노브 어셈블리를 통해 입력되는 압력(푸쉬 조작력)의 크기에 따라 두 접점 사이의 접촉 면적이 변화하고 그에 따라 접점 저항이 달라지는 접점 저항 방식일 수 있다.

이 경우, 두 접점 사이의 접촉 면적 변화에 따른 접점 저항의 변화로부터 기판에 실장된 제어유닛이 압력을 센싱하고 설정 압력 이상이면 상기 진동모터가 진동하도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 고정 접점은 가동 접점과 마주하는 면이 평평한 평면 형태로 구성되고, 가동 접점은 상기 고정 접점을 향하여 중심부가 아래로 볼록하게 만곡진 곡면 형태로 구성될 수 있다.

바람직한 다른 실시 예로서, 상기 고정 접점은 정전 용량 센서이며, 상기 가동 접점과 고정 접점 사이의 거리 변화에 따른 정전 용량의 변화로부터 기판에 실장된 제어유닛이 노브 어셈블리를 통해 입력되는 압력(푸쉬 조작력)을 인식하도록 구성할 수도 있다.

이 경우, 정전 용량의 변화로부터 인식된 압력이 설정 압력 이상인 경우 상기 진동모터가 진동하게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에 적용된 상기 진동모터는 바람직하게, 자석이 실장된 코어부와 상기 수직관부에 연결되는 샤프트를 포함하는 진동자 및 상부 케이스의 하부면 중앙에 설치되며 진동자의 상기 코어부를 둘러싸고 내부에 상기 코어부의 자석에 대응하여 코일이 감겨진 고정자를 포함하는 구성일 수 있다.

여기서, 진동력이 진동모터의 방향으로 출력됨에 따른 소음과 충격을 흡수/완화하도록 상기 진동자와 고정자 사이의 일정한 간극 유지를 위해 설치되는 댐퍼를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명은, 노브 어셈블리의 푸쉬 조작에 대응하여 복원력을 발생시키도록 상기 진동모터와 수직관부 사이에 스프링이 설치될 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 노브 가이드의 양 측면 일부가 높이방향으로 절개되고, 절개된 부분을 통해 상기 수직관부에서 반경방향으로 뻗은 작동돌기가 엑추에이터 중앙의 하중 입력부에 기구적으로 접하도록 구성함으로써 상기 노브 어셈블리를 통해 입력되는 하중(푸쉬 조작력)에 엑추에이터가 연동되는 구성이 구현될 수 있다.

여기서, 상기 하중 입력부를 다른 부분에 비해 위로 볼록하게 돌출 형성함으로써 노브 어셈블리의 입력 하중이 엑추에이터에 보다 명확하게 전달되도록 구성함이 바람직하다.

본 발명은 또한, 노브 어셈블리 푸쉬 조작 시 노브 어셈블리의 수평방향 유격 및 회전은 억제하면서 입력 하중이 작용하는 방향에 대해서만 직선운동 할 수 있도록, 상기 노브 가이드에 안내돌기를 하나 이상 형성하고, 안내돌기에 대응하여 상기 수직관부에 안내홈을 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 햅틱 기능으로 인하여 보다 명확한 조작감을 사용자에게 피드백할 수 있어 장치 조작감을 향상시킬 수 있으며, 노브 측과 푸시 동작을 인식하는 스위치부 사이를 연동 가능하게 연결하는 엑추에이터가 힌지 구조로 적용됨으로써, 푸시 조작에 따른 감지 여유도를 증대시키면서도 조작 스트로크의 최소화를 통해 조작 응답성을 개선할 수 있다.

또한, 진동모터를 구성하는 진동자와 고정자 사이의 간극을 일정하게 유지시키는 댐퍼의 적용과 진동모터와 노브 어셈블리에 사이에 스프링이 적용됨으로써, 푸시 동작에 연계하여 햅틱 기능 발현 시 모터 진동에 따른 부품 사이의 충격 및 소음이 상기 댐퍼와 스프링을 통해 억제될 수 있으며, 따라서 제품의 내구성과 품질을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 노브 가이드의 안내돌기와 그 안내돌기에 대응하여 수직관부에 형성되는 안내홈의 구성으로 인하여 푸쉬 조작인 보다 원활하고 안정적으로 구현될 수 있으며, 구조적으로는 진동모터가 노브 어셈블리에 동축 연결되는 구조이어서 햅틱 기능이 부가된 구성임에도 스위치를 보다 콤팩트한 크기로 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 햅틱 기능을 포함하는 스위치의 절개 사시도.
도 2는 도 1에서 본 발명의 주요부(엑추에이터 및 노브 홀더)를 발췌 도시한 측면 구성도.
도 3은 접점 저항 방식의 엑추에이터를 평면에서 본 도면.
도 4는 도 3의 엑추에이터의 가동 접점과 기판 상의 고정 접점의 작동 개념도.
도 5는 정전 용량 방식의 엑추에이터를 평면에서 본 도면.
도 6은 도 5의 엑추에이터의 가동 접점과 기판 상의 고정 접점의 작동 개념도.
도 7은 엑추에이터와 수직관부 사이의 결합 관계를 보여주는 본 발명의 요부 확대 사시도.
도 8은 푸쉬 조작 시 스위치의 동작 순서를 개략 도시한 도면.
도 9는 스위치 릴리즈 시 동작 순서를 개략 도시한 도면.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 자세히 살펴보기로 한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 햅틱 기능을 포함하는 스위치의 절개 사시도이며, 도 2는 도 1에서 본 발명의 주요부(엑추에이터 및 노브 홀더)를 발췌 도시한 측면 구성도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 햅틱 기능을 포함하는 스위치는 사용자에 의한 수직방향 하중(푸쉬 조작력)이 입력되는 노브 어셈블리(10)를 포함한다. 노브 어셈블리(10)는 푸쉬 조작을 위한 조작면(120)을 가진 노브(12)와, 상기 노브(12)의 하면부에 결합되는 노브 홀더(14)를 포함하며, 노브 홀더(14)의 하부면 중심에서 수직관부(140)가 소정길이로 하향 연장된다.

노브 어셈블리(10)는 상부 케이스(20)에 일부가 수용되는 형태로 결합된다. 바람직하게는, 상부 케이스(20)의 수용부(22)가 일부(노브)를 제외한 나머지를 수용하도록 결합될 수 있으며, 수용부(22) 중앙에는 상기 노브(12)에 물리적인 힘(푸쉬 조작력)이 가해지거나 가해진 힘이 제거된 경우 상부 케이스(20)에 대한 노브 어셈블리(10)의 상하 직선운동을 안내하는 노브 가이드(24)가 형성된다.

노브 가이드(24) 둘레의 수용부(22) 바닥 측에는 엑추에이터(30)가 설치된다. 엑추에이터(30)는 노브 어셈블리(10)와 푸쉬를 인식하는 스위치 중간에서 사용자에 의한 입력하중을 상기 스위치에 전달하는 매개체로서 기능한다. 좀 더 구체적으로는, 일측 힌지부(H)를 중심으로 피봇 동작하면서 사용자의 푸쉬 조작을 인식하는 스위치를 온/오프시키도록 기능한다.

엑추에이터(30)는 노브 가이드(24)의 외부에 형성되는 상기 수용부(22)의 바닥 측에 한쪽 끝이 피봇 가능하게 힌지 결합되고, 중앙 상면부가 상기 노브 홀더(14)의 일부와 연동 가능하게 접하도록 구성된다. 그리고 힌지부(H) 반대편의 상기 엑추에이터(30)의 다른 쪽 끝 하부면에는 상기 푸쉬 조작 인식을 위한 푸쉬 스위치를 구성하는 가동 접점(34)이 형성된다.

사용자 푸쉬 조작을 인식하는 푸쉬 스위치는 엑추에이터(30)와 기판(50) 상에 서로 대응되도록 형성되는 한 쌍의 접점들(34, 54)로 구성될 수 있다. 바람직하게 상기 스위치는, 노브 어셈블리(10)의 상하 직선운동에 연동하여 피봇 작동을 하는 상기 엑추에이터(30)에 형성되는 상기 가동 접점(34)과, 가동 접점(34)에 대응하여 기판(50)에 형성되는 고정 접점(54)으로 구성될 수 있다.

가동 접점(34)은 앞서 언급했듯이, 수용부(22) 힌지부(H) 반대편의 엑추에이터(30)의 다른 쪽 끝의 하부면에 형성될 수 있으며, 고정 접점(54)을 형성한 상기 기판(50)은 전술한 상부 케이스(20)와 상부 케이스(20)의 하부에서 결합되고 장치 외형을 구성하는 하부 커버(28) 사이에 개재되어 이들 상부 케이스(20)와 하부 커버(28)에 의해 견고히 고정되도록 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 또한 진동모터(40)를 포함한다. 진동모터(40)는 푸쉬 조작 시 상응하는 진동을 발생시켜 조작 여부를 촉각적으로 인지할 수 있도록 하는 역할을 한다. 진동모터(40)는 노브 어셈블리(10) 푸쉬 조작 시 엑추에이터(30)의 피봇 동작으로 상기 두 접점(34, 54)들로 구성된 푸쉬 스위치가 스위치 온(On)된 경우 제어유닛이 출력하는 신호로 동작한다.

진동모터(40)는 노브 홀더(14)의 하부면 중심에서 아래로 연장된 전술한 수직관부(140)에 동축 연결되도록 하부 커버(28)에 설치될 수 있다. 예를 들어 도 1에 예시한 바와 같이, 고정너트(44)를 이용하여 진동모터(40)에서 연장된 샤프트(422)의 선단 일부가 상기 수직관부(140)에 결속됨으로써 진동이 샤프트(422)와 수직관부(140)를 통해 노브(12)에 전달되도록 구성될 수 있다.

진동모터(40)는 자석(도시 생략)을 포함하는 진동자(42)와, 상기 자석과 상호 작용을 하는 코일(도시 생략)을 내재한 고정자(44)로 구성될 수 있다. 구체적으로, 진동자(42)는 상기 자석을 실장한 코어부(420)와 전술한 샤프트(422)를 포함하며, 고정자(44)는 일정 간극을 두고 상기 코어부(420)를 둘러싸도록 구성되고 내부에 상기 코일이 실장된 구성일 수 있다.

도면부호 70은 진동자(42)와 고정자(44) 사이의 간극을 일정하게 유지시켜 진동에 따른 소음을 흡수/완화하는 댐퍼를 가리킨다. 댐퍼(70)는 탄성체일 수 있으며, 진동모터(40)의 하단의 진동자(42)와 고정자(44)의 사이에 설치될 수 있다. 댐퍼(70)는 탄성체이면서 두 요소(42, 44) 사이의 간극을 일정하게 유지시킬 수 있는 구조이기만 하면 되므로 그 형상이나 구성에 있어 특별한 제한은 없다.

진동모터(40)와 수직관부(140) 사이에는 스프링(60)이 설치될 수 있다. 스프링(60)의 주된 기능은 사용자에 의한 상기 노브 어셈블리(10)의 푸쉬 조작에 대응하여 복원력을 발생시키는 것이며, 부가적으로 진동모터(40)의 진동에 의한 노브 어셈블리(10)의 요동을 억제하여 노브 어셈블리(10)와 상부 케이스(20) 사이의 물리적인 접촉을 제한하는 역할을 한다.

진동모터(40)는 전술한 푸쉬 스위치가 스위치 온(On)된 경우 제어유닛이 출력하는 신호로 동작하며, 이에 따라 스위치 조작에 상응하여 진동이 발생하는 햅틱이 구현된다. 바람직하게, 푸쉬 스위치가 스위치 온(On) 되면 상기 제어유닛이 푸쉬 조작을 인식하고 이에 기초하여 구동신호를 생성하며 상기 진동모터(40)에 전달함으로써 햅틱이 구현될 수 있다.

햅틱 구현을 위한 푸쉬 스위치의 스위칭 메커니즘은 크게 두가 형태로 구분될 수 있다. 하나는 접점 저항의 변화로부터 압력(푸쉬 조작)을 감지하는 방식이며, 다른 하나는 정전 용량 방식으로 정전 용량의 변화로부터 압력(푸쉬 조작)을 인식하는 방식이다. 각각의 스위칭 매커니즘에 대해 이하 첨부 도면을 참조하여 살펴본다.

도 3은 접점 저항 방식의 엑추에이터를 평면에서 본 도면이며, 도 4는 도 3의 엑추에이터의 가동 접점과 기판 상의 고정 접점의 작동 개념을 도시한 개념도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 접점 저항 방식은, 가동 접점(34)과 고정 접점(54) 각각에 도전물질, 예컨대 카본 등을 일정 패턴으로 인쇄하여, 입력 하중의 크기에 따라 두 접점(34, 54) 사이의 접촉 면적이 변화되도록 하고, 접점 사이의 접촉 면적 변화에 따른 접점 저항 변화로부터 압력, 즉 푸쉬 조작을 인식할 수 있도록 구성한 실시 예이다.

접점 저항 방식은 바람직하게, 가동 접점(34)과 마주하는 상기 고정 접점(54)의 면을 평평한 평면 형태로 구성하고, 가동 접점(34)을 상기 고정 접점(54)을 향하여 중심부가 아래로 볼록하게 만곡진 곡면 형태로 구성함으로써 구현될 수 있다. 이 경우 입력 하중의 크기에 비례해 두 접점(34, 54)이 사이의 접촉 면적이 달라지기 때문에 접점 저항 역시 달라질 수 있다.

접점 저항 방식에서 두 접점(34, 54) 사이의 접촉 면적 변화에 따른 접점 저항의 변화로부터 기판(50)에 실장된 제어유닛이 압력을 센싱하되, 센싱 압력이 설정 압력 이상인 경우에 한하여 상기 진동모터(40)가 진동하도록 구성하면, 의도치 않는 스위치 조작에 따른 스위칭 신호 발생을 차단할 수 있어 오조작 및 그에 따른 제어 대상부의 오동작을 확실하게 방지할 수 있다.

도 5 및 도 6은 정전 용량 방식의 입력 구조로서, 고정 접점(54) 측에 한 쌍의 전극(신호인가용 전극과 GND 전극)들로 구성된 정전 용량 센서를 구성하여, 입력 하중의 크기에 따라 두 접점(34, 54) 사이의 거리가 변화하면 접점 사이의 거리 변화에 따른 정전 용량의 변화로부터 압력, 즉 푸쉬 조작을 인식하도록 한 실시 예이다.

이때 정전 용량 방식 역시도, 두 접점(34, 54) 사이의 거리 변화에 따른 정전 용량의 변화로부터 기판(50)에 실장된 제어유닛이 압력을 센싱하되, 센싱 압력이 설정 압력 이상인 경우에 한하여 상기 진동모터(40)가 진동하도록 구성함으로써, 스위치 오조작, 즉 의도치 않는 스위치 조작 및 그에 따른 제어 대상부의 오동작이 방지될 수 있도록 함이 바람직하다.

접점 저항 방식 또는 정전 용량 방식을 통한 스위치 센싱 압력이 설정 압력 이상이고, 따라서 제어유닛이 정상 푸쉬 조작으로 인식한 경우, 압력의 크기 즉, 사용자의 입력 하중에 따라 다른 크기로 진동을 발생시키도록 장치를 구성하면, 스위치 조작 상태와 관련한 정보, 예컨대 푸쉬 조작 시 그 조작량에 관한 정보를 보다 확실하게 촉감을 통해 사용자에게 피드백할 수 있다.

사용자의 입력 하중에 따라 다른 크기로 진동을 발현시키는 기술은, 예를 들어 기판(50)에 실장된 제어유닛이 접점 저항 또는 정전 용량 변화 정보로부터 정상 푸쉬 조작으로 인식했을 때, 그때의 저항값 또는 정전 용량값에 상응하는 모터 제어값을 맵 등을 활용하여 결정하고, 결정된 제어값으로 진동모터(40)를 제어하는 알고리즘을 통해 구현될 수 있다.

한편 도 7은 엑추에이터와 수직관부 사이의 결합 관계를 보여주기 위한 본 발명의 요부 확대 사시도이다.

도 7과 앞서 첨부된 도 2를 참조하면, 노브 가이드(24)는 그 양 측면 일부가 높이방향으로 절개되고, 그 절개된 부분을 통해 상기 수직관부(140)에서 반경방향으로 뻗은 작동돌기(142)가 엑추에이터(30) 중앙의 하중 입력부(32)에 기구적으로 접하도록 구성된다. 이에 따라 노브 어셈블리(10) 푸쉬 조작에 연동하여 엑추에이터(30)가 피봇 동작하는 메커니즘이 구현될 수 있다.

도 7의 예시와 같이, 수직관부(140)의 상기 작동돌기(142)가 접하는 하중 입력부(32)를 다른 부분에 비해 위로 볼록하게 돌출 형성되면, 입력 하중에 대응하는 자체 탄성으로 부드러운 푸쉬 조작감을 제공할 수 있으며, 또한 노브 어셈블리(10)의 입력 하중이 엑추에이터(30)에 보다 명확하게 전달될 수 있어 조작 정확성을 향상시킬 수 있다.

수직관부(140) 및 노브 가이드(24)에는 또한, 안내수단이 형성될 수 있다. 안내수단은 노브 어셈블리(10) 푸쉬 조작 시 노브 어셈블리(10)의 수평방향 유격과 회전운동을 억제하는 역할을 한다. 이러한 안내수단은 바람직하게, 노브 가이드(24)에 하나 이상 형성되는 안내돌기(244)와 이에 대응하여 수직관부(140)에 형성되는 안내홈(144)을 포함할 수 있다.

이하 상기한 구성의 본 발명의 실시 예에 따른 햅틱 기능을 포함하는 스위치의 작동에 대해 살펴보기로 하다.

도 8은 푸쉬 조작 시 스위치의 동작 순서를 개략 도시한 도면이며, 도 9는 반대로 스위치 릴리즈 시 동작 순서를 개략 도시한 도면으로서, 앞서 설명한 두 가지의 푸쉬 인식 방식 중 접점 저항 변화 방식을 예로 들어 살펴보기로 한다.

푸쉬 조작 시 동작 순서부터 도 8과 앞선 도 2를 함께 참조하여 살펴보기로 한다.

사용자가 노브 어셈블리(10)의 노브(12)를 누르면, 노브 홀더(14)가 힘이 가해진 방향으로 이동하고 엑추에이터(30)가 가압된다. 이때 엑추에이터(30)는 힌지부(H)를 중심으로 피봇 운동을 하며, 이에 따라 가동 접점(34)이 고정 접점(54)에 접속된다. 두 접점(34, 54)의 접하는 순간 접점 사이의 저항이 발생하고, 저항의 크기가 설정값에 도달하면 기판(50)의 제어유닛이 푸쉬 동작을 인식한다.

푸쉬 동작을 인식한 시점에 제어유닛은 진동모터(40) 동작을 위한 신호를 출력한다. 구체적으로는, 진동모터(40)의 코일에 교류 전류를 인가하며, 이때 코일이 발생시키는 전기장과 진동자 자석의 자기상 사이의 상호 작용으로 진동모터(40)가 구동하여 진동이 발생되고, 진동이 샤프트(42)를 통해 노브 어셈블리(10)에 전달됨으로써 사용자의 손가락에 촉감으로 피드백된다.

이 과정에서 진동모터(40)의 진동으로 인한 충격이 스프링(60)과 댐퍼(70)의 완충 작용으로 흡수/완화됨으로써 기계적인 소음 발생이 억제될 수 있으며, 힌지부(H)의 반대편에 스위치 접점이 형성되고 엑추에이터(30)의 중앙에 외력이 입력되는 메커니즘으로 인하여, 노브 어셈블리(10)의 이동량이 가동 접점(34)의 이동량의 절반으로 줄어 센싱 자유도는 늘이면서 노브 어셈블리(10)의 작동 스트로크를 줄이는 효과가 발휘된다.

반대로, 노브 어셈블리에 가해진 물리적인 힘을 제거한 경우의 작동 순서에 대해 도 9와 앞선 도 2를 함께 참조하여 살펴본다.

입력 하중이 제거되면, 노브 어셈블리(10)를 누를 때 스프링(60)에 저장된 복원력으로 노브 어셈블리(10) 및 엑추에이터(30)가 릴리즈된다. 즉 노브 어셈블리(10)와 엑추에이터(30)는 원래의 초기 위치로 복귀하며, 이에 따라 고정 접점(54)과 가동 접점(34)의 접속상태가 해제된다. 두 접점(34, 54)이 이격됨에 따른 접점 저항의 변화로부터 기판(50)의 제어유닛은 스위치 릴리즈(동작 Off)를 인식한다.

제어유닛은 바람직하게, 두 접점(34, 54) 사이의 접촉 면적 변화에 따른 접점 저항 변화로부터 스위치 릴리즈를 인식하고 상응하는 모터 제어신호를 출력한다. 제어유닛의 출력신호로 진동모터(40)가 구동하여 진동이 발생되고, 이때 진동의 일부는 스프링(60)과 댐퍼(70)를 통해 완충된 상태로 노브 어셈블리(10)에 전달되어 사용자의 손가락에 피드백된다.

이상의 본 발명의 실시 예에 따르면, 햅틱 기능으로 인하여 보다 명확한 조작감을 사용자에게 피드백할 수 있어 장치 조작감을 향상시킬 수 있으며, 노브 측과 푸시 동작을 인식하는 스위치부 사이를 연동 가능하게 연결하는 엑추에이터가 힌지 구조로 적용됨으로써, 푸시 조작에 따른 감지 여유도를 향상시키면서도 조작 스트로크의 최소화를 통해 조작 응답성을 개선할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 노브 어셈블리
12 : 노브
14 : 노브 홀더
20 : 상부 케이스
22 : 수용부
24 : 노브 가이드
30 : 엑추에이터
32 : 하중 입력부
34 : 가동 접점
40 : 진동모터
42 : 진동자
44 : 고정자
44 : 고정너트
50 : 기판
54 : 고정 접점
60 : 스프링
70 : 댐퍼
420 : 코어부
422 : 샤프트

Claims

노브(12)와 노브 홀더(14)를 포함하는 노브 어셈블리(10);
상기 노브 어셈블리(10)의 상하 직선운동을 가이드하는 노브 가이드(24)를 구비한 상부 케이스(20);
노브 가이드(24) 둘레의 수용부(22) 바닥에 한쪽 끝이 피봇 가능하게 힌지 결합되고, 중앙 상면부가 상기 노브 홀더(14)의 일부와 연동 가능하게 접하는 엑추에이터(30);
하부 커버(28)에 설치되고, 노브 홀더(14)의 하부면 중심에서 아래로 연장된 수직관부(140)에 동축 연결되는 진동모터(40);를 포함하며,
힌지부(H) 반대편 상기 엑추에이터(30)의 다른 쪽 끝에 가동 접점(34)이 형성되고, 상기 가동 접점(34)에 대응하여 상부 케이스(20)와 하부 커버(28) 사이에 개재되는 기판(50) 상에 고정 접점(54)이 형성된 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 1 항에 있어서,
상기 가동 접점(34)과 고정 접점(54)은 노브 어셈블리(10)를 통해 입력되는 압력(푸쉬 조작력)의 크기에 따라 두 접점(34, 54) 사이의 접촉 면적과 접점 저항이 달라지는 접점 저항 방식인 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 2 항에 있어서,
가동 접점(34)과 고정 접점(54) 사이의 접촉 면적 변화에 따른 접점 저항의 변화로부터 기판(50)에 실장된 제어유닛이 압력을 센싱하고 설정 압력 이상이면 상기 진동모터(40)가 진동하는 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 2 항에 있어서,
상기 고정 접점(54)은 가동 접점(34)과 마주하는 면이 평평한 평면 형태로 구성되고, 가동 접점(34)은 상기 고정 접점(54)을 향하여 중심부가 아래로 볼록하게 만곡진 곡면 형태로 구성됨을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 1 항에 있어서,
상기 고정 접점(54)은 정전 용량 센서이며, 상기 가동 접점(34)과 고정 접점(54) 사이의 거리 변화에 따른 정전 용량의 변화로부터 기판(50)에 실장된 제어유닛이 노브 어셈블리(10)를 통해 입력되는 압력(푸쉬 조작력)을 인식하는 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 5 항에 있어서,
정전 용량의 변화로부터 인식된 압력이 설정 압력 이상이면 상기 진동모터(40)가 진동하는 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 1 항에 있어서,
상기 진동모터(40)는,
자석이 실장된 코어부(420)와 상기 수직관부(140)에 연결되는 샤프트(422)를 포함하는 진동자(42); 및
상부 케이스(50)의 하부면 중앙에 설치되며, 진동자(42)의 코어부(420)를 둘러싸고, 내부에 상기 코어부(420)의 자석에 대응하여 코일이 실장된 고정자(44);를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 7 항에 있어서,
상기 진동자(42)와 고정자(44) 사이의 간극을 일정하게 유지시키기 위해 설치되는 댐퍼(70);를 더 포함하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 1 항에 있어서,
노브 어셈블리(10)의 푸쉬 조작에 대응하여 복원력을 발생시키도록 상기 진동모터(40)와 수직관부(140) 사이에 스프링(60)이 설치되는 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 1 항에 있어서,
상기 노브 가이드(24)의 양 측면 일부가 높이방향으로 절개되고, 절개된 부분을 통해 상기 수직관부(140)에서 반경방향으로 뻗은 작동돌기(142)가 엑추에이터(30) 중앙의 하중 입력부(32)에 기구적으로 접하는 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 10 항에 있어서,
상기 하중 입력부(32)가 다른 부분에 비해 위로 볼록하게 돌출된 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.
제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 노브 가이드(24)에 안내돌기(244)가 하나 이상 형성되고, 안내돌기(244)에 대응하여 상기 수직관부(140)에 안내홈(144)이 형성된 것을 특징으로 하는 햅틱 기능을 포함하는 스위치.