KR102051215B1 - 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치 및 그의 제작 방법 - Google Patents

정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치 및 그의 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부 압력이 작용하는 위치를 정확히 검출할 수 있도록 하여 위치검출 정확도를 높이고, 검출 범위를 확장할 수 있으며, 내구성을 증대시킬 수 있고, 이에 따라 적용 제품의 신뢰성을 향상시키며, 적용 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 정전용량형 압력검출방식의 매트형 센싱 장치 및 그의 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 탄성 재질로 이루어지는 메인 유전체층; 상기 메인 유전체층의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 구비되고 탄성 재질로 이루어지며, 상기 메인 유전체층의 탄성율과 다른 탄성율을 갖고 이루어지는 서브 유전체층; 상기 메인 유전체층의 상면 또는 상기 메인 유전체층의 상면에 구비되는 서브 유전체층의 상면에 구비되며, 일정 간격으로 배치되는 전도성 재질의 복수의 상부 전극; 상기 메인 유전체층의 하면 또는 상기 메인 유전체층의 하면에 구비되는 서브 유전체층의 하면에 구비되고, 일정 간격으로 배치되되 상기 상부 전극과 평면적으로 직교되게 구비되는 전도성 재질의 복수의 하부 전극; 상기 복수의 상부 전극 각각의 커넥터와 상기 복수의 하부 전극 각각의 커넥터에 연결되어, 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에서 발생되는 정전용량 변화에 따른 측정신호를 출력하는 정전용량 측정모듈; 및 상기 각 전극이 상하면에 마련된 유전체층을 커버하는 커버체;를 포함하는 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치가 제공된다.

Description

정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치 및 그의 제작 방법{MAT TYPE SENSING DEVICE OF CAPACITANCE PRESSURE DETECTING TYPE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치 및 그의 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부 압력이 작용하는 위치를 정확히 검출할 수 있도록 하여 위치검출 정확도를 높이고, 검출 범위를 확장할 수 있으며, 내구성을 증대시킬 수 있고, 이에 따라 적용 제품의 신뢰성을 향상시키며, 적용 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 정전용량형 압력검출방식의 매트형 센싱 장치 및 그의 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 정전용량 압력센서는 유전체에 해당하는 공간 내에 서로 평행하게 배치되는 두 개의 전극을 구비한다.
이와 같이 서로 평행한 두 개의 전극을 구비하는 정전용량 압력 센서의 경우, 외부에서 압력이 가해질 때 멤브레인(membrane)으로서의 전극이 마주하게 배치되는 전극으로 평평한 상태로 유동하는 것이 아니라 적어도 어느 일부분에서 굴곡되게 유동하기 때문에 정전 용량의 변화에 선형성을 갖는 것을 기대하기 어려울 뿐만 아니라 센싱 감도 또한 충분하게 확보하지 못하고 있다.
이에, 최근에는 멤브레인으로서의 전극을 다소 큰 질량 및 체적을 갖는 하나의 덩어리로 이루어지는 메사(mesa) 구조로 구비시킴으로써 정전 용량의 변화에 대한 선형성의 향상과 함께 센싱 감도까지도 충분하게 확보하고 있다. 언급한 하나의 덩어리로 이루어지는 메사 구조를 갖는 정전 용량 압력 센서에 대한 예들은 일본 특허공개 1998-111202호 등에 개시되어 있다.
그러나 언급한 인용 문헌 1에 개시된 정전 용량 압력 센서는 메사 구조의 전극이 다소 큰 질량을 갖기 때문에 관성력에 의해 외부 충격, 진동 등에 의한 영향을 쉽게 받을 수 있고, 그 결과 정밀한 센싱이 이루어지지 못하는 단점이 있다 또한, 언급한 정전 용량 압력 센서는 메사 구조의 전극이 다소 큰 체적을 갖기 때문에 열팽창으로 인한 변형율의 편차가 크고, 그 결과 가혹 조건 등에서 정상적인 센싱 정밀도를 유지하지 못하는 단점이 있다.
또한, 정전용량 방식의 압력센서는 다양한 분야의 제품에 채용되고 있으며, 특히 저비용이면서 대면적에서의 센싱(sensing)에 대한 신뢰성 있는 검출이 가능한 압력 감지 매트에 관한 기술에 대하여 관심이 높아지고 있다.
(문헌 1) 대한민국 등록특허공보 10-1394316(2014.09.23. 공고) (문헌 2) 대한민국 공개특허공보 10-2012-0115636(2012.10.19. 공개) (문헌 3) 대한민국 공개특허공보 10-2017-0130114(2017.11.28. 공개) (문헌 4) 일본국 특개평 10-111202 (1998.04.28. 공개)
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 외부 압력이 작용하는 위치를 정확히 검출할 수 있도록 하여 위치검출 정확도를 높이고, 검출 범위를 확장할 수 있으며, 내구성을 향상시킬 수 있는 정전용량형 압력검출방식의 매트형 센싱 장치 및 그의 제작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 적용 제품의 신뢰성을 향상시키고, 적용 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 정전용량형 압력검출방식의 매트형 센싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 탄성 재질로 이루어지는 메인 유전체층; 상기 메인 유전체층의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 구비되고 탄성 재질로 이루어지며, 상기 메인 유전체층의 탄성율과 다른 탄성율을 갖고 이루어지는 서브 유전체층; 상기 메인 유전체층의 상면 또는 상기 메인 유전체층의 상면에 구비되는 서브 유전체층의 상면에 구비되며, 일정 간격으로 배치되는 전도성 재질의 복수의 상부 전극; 상기 메인 유전체층의 하면 또는 상기 메인 유전체층의 하면에 구비되는 서브 유전체층의 하면에 구비되고, 일정 간격으로 배치되되 상기 상부 전극과 평면적으로 직교되게 구비되는 전도성 재질의 복수의 하부 전극; 상기 복수의 상부 전극 각각의 커넥터와 상기 복수의 하부 전극 각각의 커넥터에 연결되어, 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에서 발생되는 정전용량 변화에 따른 측정신호를 출력하는 정전용량 측정모듈; 및 상기 각 전극이 상하면에 마련된 유전체층을 커버하는 커버체;를 포함하는 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치가 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 서브 유전체층은 상기 메인 유전체층의 상면에 구비되고, 상기 메인 유전체층의 탄성율보다 작은 탄성율을 갖고 이루어지는 소정 두께의 상부 유전체층; 및 상기 메인 유전체층의 하면에 구비되고, 상기 메인 유전체층의 탄성율보다 탄성율이 크고, 상기 상부 유전체층의 탄성율보다 탄성율이 작은 소정 두께의 하부 유전체층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 서브 유전체층에서 상기 메인 유전체층의 상부에 구비되는 유전체층은 상기 메인 유전체층의 유전율과 동일하거나 그보다 작은 유전율을 갖고 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 서브 유전체층에서 상기 메인 유전체층의 하부에 구비되는 유전체층은 상기 메인 유전체층의 유전율과 동일하거나 그보다 큰 유전율을 가지며, 두께가 다른 하나 이상의 유전체층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서,상기 서브 유전체층은 유전율, 탄성율 및 두께에서 상기 메인 유전체층과 다르게 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 서브 유전체층은 상기 매트형 센싱 장치가 적용되는 제품에 따라 유전율, 탄성율 및 두께 중 적어도 하나가 다른 유전체층으로 적용되어 구비될 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 정전용량 검출모듈은 상기 상부 전극과 하부 전극 간에 교차되는 지점을 각각의 채널 좌표 신호로 하여 해당 센싱 위치 각각에서의 정전용량의 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하는 경우에 해당 좌표 신호를 생성하여 출력하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 탄성 재질로 이루어지는 메인 유전체층을 마련하고, 상기 메인 유전체층의 탄성율과 다른 탄성율을 갖는 소정 두께의 서브 유전체층을 복수 마련하는 유전체층 마련 단계; 상기 메인 유전체층의 상면과 하면 각각에 상기 서브 유전체층을 적층시키는 적층 단계; 상기 메인 유전체층의 상면에 적층된 서브 유전체층의 상면에 전도성 재질의 복수의 상부 전극을 일정 간격으로 배치 구비시키며, 상기 메인 유전체층의 하면에 적층된 허브 유전체층의 하면에 전도성 재질의 복수의 하부 전극을 일정 간격으로 배치 구비시키되, 상기 상부 전극과 평면적으로 직교되게 배치 구비시키는 전극 배치 단계; 상기 상부전극과 하부전극 사이에서 발생되는 정전용량 변화에 따른 측정 신호를 검출 출력하는 정전용량 측정모듈을 상기 상부 전극 각각의 커넥터와 상기 하부 전극 각각의 커넥터에 접속시켜 센싱 바디를 완성하는 센싱바디 형성 단계; 및 상기 센싱바디의 외면을 커버체로 커버시키는 커버 단계;를 포함하는 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 제작 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 유전체층 마련 단계에서 상기 서브 유전체층은 상기 메인 유전체층의 탄성율보다 작은 탄성율을 가지며, 상기 메인 유전체층의 유전율과 동일하거나 그보다 작은 유전율을 갖고 이루어지는 소정 두께의 상부 유전체층, 및 상기 메인 유전체층의 탄성율보다 탄성율이 크고, 상기 상부 유전체층의 탄성율보다 탄성율이 작으며, 상기 메인 유전체층의 유전율과 동일하거나 그보다 큰 유전율을 갖는 소정 두께의 하부 유전체층으로 마련되며, 상기 적층 단계는 상기 상부 유전체층을 상기 메인 유전체층의 상면에 구비시키고, 상기 하부 유전층을 상기 메인 유전체층의 하면에 구비시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 유전체층 마련 단계에서 상기 메인 유전체층의 하면에 구비되는 서브 유전체층은 유전율, 탄성율 및 두께 중 적어도 하나가 다른 하나 이상의 유전체층으로 이루어지고, 상기 센싱 바디 형성 단계에서 구비되는 상기 정전용량 검출모듈은 상기 상부 전극과 하부 전극 간에 교차되는 지점을 각각의 채널 좌표 신호로 하여 해당 센싱 위치 각각에서의 정전용량의 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하는 경우에 해당 좌표 신호를 생성하여 출력하도록 이루어지며, 상기 커버 단계에서의 상기 커버체는 플렉시블한 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 정전용량형 압력검출방식의 매트형 센싱 장치 및 그의 제작 방법에 의하면, 대면적 제품에서의 센싱을 신뢰성 있게 실행할 수 있고, 외부 압력이 작용하는 위치를 정확히 검출할 수 있도록 하여 위치검출 정확도를 높일 수 있고, 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 적용 제품의 신뢰성을 향상시키고, 적용 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 내부 구성을 분해하여 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치에 포함되는 탄성 절연층의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 검출 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 정전용량 검출모듈를 통해 해당 좌표에서 정전용량 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하는 경우에 좌표 신호를 생성 출력하는 예시를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 제작 과정을 나타내는 플로차트이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 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, 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.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치 및 그의 제작 방법에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 내부 구성을 분해하여 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치에 포함되는 탄성 절연층의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 검출 동작을 설명하기 위한 설명도이다. 도 1에서 상부 전극(310)의 상면에 나타낸 숫자는 본 발명의 센싱 장치의 예시에서의 채널 좌표 신호를 나타낸다.
본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치는, 도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 탄성 복원가능한 재질로 이루어지는 메인 유전체층(100); 상기 메인 유전체층(100)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 구비되고 탄성 재질로 이루어지며, 상기 메인 유전체층(100)의 탄성율과 다른 탄성율을 갖고 이루어지는 서브 유전체층(210, 220); 상기 메인 유전체층(100)의 상면 또는 상기 메인 유전체층(100)의 상면에 구비되는 서브 유전체층(210)의 상면에 구비되되, 일정 간격으로 배치되는 전도성 재질의 복수의 상부 전극(310)과, 상기 메인 유전체층(100)의 하면 또는 상기 메인 유전체층(100)의 하면에 구비되는 서브 유전체층(220)의 하면에 구비되되, 일정 간격으로 배치되고 상기 상부 전극(310)과 평면적으로 직교되게 구비되는 전도성 재질의 복수의 하부 전극(320)과, 상기 복수의 상부 전극(310) 각각의 커넥터(입력 핀)와 상기 복수의 하부 전극(320) 각각의 커넥터(출력 핀)이 연결되고, 상기 상부 전극(310)과 하부 전극(320) 사이에서 발생되는 정전용량 변화에 따른 측정신호를 출력하며, 외부 기기가 접속되는 접속구(미도시)를 갖는 정전용량 측정모듈(400); 및 상기 정전용량 측정모듈(400)의 접속구를 외부로 노출시키고, 상기 상부 전극(310)과 하부 전극(320)이 구비된 센싱 몸체, 즉 상기 각 전극(310, 320)이 상하면에 마련된 유전체층(100, 210, 220)을 커버하는 커버체(미도시);를 포함한다.
상기 메인 유전체층(100)은 소정 유전율과 탄성율을 갖는 소프트한 재질로 이루어지는 것으로, 예를 들면 상기 메인 유전체층(100)은 포론(phorone)으로 이루어지거나 3D 메쉬 소재지로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 서브 유전체층(210, 220)은 상기 메인 유전체층(100)의 상면에 구비되고, 상기 메인 유전체층(100)의 탄성율보다 상대적으로 탄성율이 작은, 즉 상기 메인 유전체층(100)보다 상대적으로 딱딱한(hard) 탄성 재질로 이루어지는 소정 두께의 상부 유전체층(210), 및 상기 메인 유전체층(100)의 하면에 구비되고, 상기 메인 유전체층(100)의 탄성율보다 탄성율이 크고, 상기 상부 유전체층(210)의 탄성율보다 탄성율이 작은 소정 두께의 하부 유전체층(220)을 포함한다.
또한, 상기 서브 유전체층(210, 220)에서 상부 유전체층(210)은 상기 메인 유전체층(100)의 유전율과 동일하거나 상대적으로 그보다 작은 유전율을 갖도록 이루어질 수 있다.
또한, 상기 서브 유전체층(210, 220)에서 하부 유전체층(220)은 상기 메인 유전체층(100)의 유전율과 동일하거나 상대적으로 그보다 큰 유전율을 가지며, 두께가 다른 것으로 이루어질 수 있다.
여기에서, 상기 하부 유전체층(220)은 유전율, 탄성율 및 두께에서 이들의 조합이 다른 둘 이상의 층으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 본 발명은 상기 메인 유전체층(100)과 서브 유전체층(210, 220)을 구성 시, 메인 유전체층(100) 및 그의 상면과 하면 또는 어느 일면에 보조적인 유전체층으로 구성됨에 있어 어느 하나의 구성요소에 대하여 유전율, 탄성율 및/또는 두께를 달리하여 선택 채용함으로써, 적용하고자 하는 제품에 대하여 미리 설계된 설계검출 정전용량에 대한 센싱 정도가 조정될 수 있도록 하여 적용 제품에 대한 범용성과 제작성 그리고 생산성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 메인 유전체층(100)과 상면 유전체층(210)을 통해 기준 범위의 설계검출 정전용량을 갖도록 하여 내구성과 검출 확장성을 확보한 상태에서, 그 메인 유전체층(100)의 하면에 구비되는 하부 유전체층(220)의 탄성율, 유전율 및/또는 두께를 달리하여 적용함으로써 다른 제품이더라도 유전체층을 구성하는 생산 라인을 동일 생산 라인으로 하여 생산할 수 있게 된다.
계속해서, 상부 전극(310) 및 하부 전극(320)은 전도성 재질의 스트립 전극판으로 이루어지는 것으로, 전도성 테이프 또는 전도성 물질이 유전체층에 도포되어 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 정전용량 측정모듈(400)은 도 5에 나타낸 바와 같이 상부 전극(310)과 하부 전극(320)이 교차하는 지점에 압력이 가해져 그 해당 센싱 위치(검출 채널)의 정전용량의 변화량을 입력받아 그 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하는 경우(도 5의 (B)), 해당 센싱 위치에 대한 좌표 신호를 생성하여 접속구에 접속된 외부 기기(예를 들면, 디스플레이 유닛 또는 신호음 발생 유닛)로 출력하도록 이루어진다. 도 5의 (A)에서는 압력이 가해지는 센싱 위치에서의 정전용량의 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하지 않은 경우를 나타내는 것으로, 이 경우 정전용량 측정모듈(400)에서는 좌표 신호를 생성하지 않으며 외부 기기로의 신호 출력을 실행하지 않게 된다.
상기 정전용량 측정모듈(400)은 도 1에 나타낸 바와 같이 상부 전극(310)과 하부 전극(320) 간에 교차되는 지점을 각각의 채널 좌표 신호(좌표 신호)로 하여 해당 센싱 위치 각각에서의 정전용량의 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하는 경우에 해당 좌표 신호를 생성하여 출력하게 된다.
다시 말해서, 사용자가 소정 위치를 가압하게 되면, 가압된 검출 위치(센싱 포인트)의 상부 전극(30)과 하부극판(40) 사이의 거리(d)가 가변(줄어들게) 되고, 이런 거리(d)의 변화에 따라 C=μA/d의 공식(여기에서 C는 정전용량, μ는 유전율, A는 면적, d는 극판 사이의 거리)에 해당하는 정전용량변화가 발생하고, 이때 정전용량의 변화량은 가압 위치와 압력의 크기에 따라 다르게 나타나게 되며, 정전용량 측정모듈(400)은 이러한 정전용량의 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하는 경우에 해당 위치(채널)에서 좌표 신호를 생성하게 된다. 도 6은 해당 좌표에서 정전용량 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하는 경우에 좌표 신호를 생성 출력하는 예시를 나타내는 도면이다.
이에 따라 본 발명은 각 해당 지점의 좌표에서 설계검출 정전용량에 만족하는 경우에만 해당 좌표 신호 각각을 생성함으로써 검출위치의 정확도 및 복수 위치에서의 검출을 실행할 수 있게 된다. 도면에 나타낸 예시에서는 이러한 복수의 상부 및 하부 전극에 의해 형성된 검출 지점이 4×4의 검출 채널로 이루어지는 경우를 나타내고 있다.
여기에서, 상기 정전용량 측정모듈(400)는 접속구가 생략되고 생성된 좌표 신호 또는 검출 신호를 무선 통신으로 송출할 수 있는 송신 모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 물론, 외부 기기에는 상기 송신 모듈을 통해 송신 신호를 수신받는 수신 모듈을 포함하고 소정 제어 신호(발생음 등)를 발생시키도록 이루어지게 된다.
계속해서, 상기 커버체는 적용 제품에 따라 다양한 플랙시블한(flexible) 재질로 이루어질 수 있는데, 예를 들면 방석이나 자동차 시트 등 제품의 경우 부직포나 천, 인조가죽과 같이 외부 작용 압력을 상부 전극(310) 측으로 원할하게 전달할 수 있는 소프트(soft)한 재질이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 제작 방법에 대하여 도 7을 참조하여 상세히 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 제작 과정을 나타내는 플로차트이다.
본 발명에 따른 정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 제작 방법은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 탄성 복원가능한 재질로 이루어지는 메인 유전체층을 마련하는 메인 유전체층 마련 단계(S110); 상기 메인 유전체층의 탄성율과 다른 탄성율을 갖는 소정 두께의 서브 유전체층을 복수 마련하는 서브 유전체층 마련 단계(S120); 상기 메인 유전체층의 상면과 하면 각각에 상기 서브 유전체층을 적층시키는 적층 단계(S200); 상기 메인 유전체층의 상면에 적층된 서브 유전체층의 상면에 전도성 재질의 복수의 상부 전극을 일정 간격으로 배치 구비시키며, 상기 메인 유전체층의 하면에 적층된 허브 유전체층의 하면에 전도성 재질의 복수의 하부 전극을 일정 간격으로 배치 구비시키되, 상기 상부 전극과 평면적으로 직교되게 배치 구비시키는 전극 배치 단계(S300); 상기 상부전극과 하부전극 사이에서 발생되는 정전용량 변화에 따른 측정 신호를 검출 출력하는 정전용량 측정모듈을 상기 상부 전극 각각의 커넥터와 상기 하부 전극 각각의 커넥터에 접속시켜 센싱 바디를 완성하는 센싱바디 형성 단계(S400); 및 상기 센싱바디의 외면을 커버체로 커버시키는 커버 단계(S500);를 포함한다.
상기 메인 유전체층 마련 단계(S110)에서 마련되는 메인 유전체층은 소정 유전율과 탄성율을 갖는 소프트한 재질로 이루어지는 것으로 마련되는데, 예를 들면 포론(phorone)으로 이루어지거나 3D 메쉬 소재지로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 서브 유전체층 마련 단계(S120)에서 마련되는 서브 유전체층에서 상기 메인 유전체층의 상면에 구비되는 서브 유전체층은 상기 메인 유전체층의 탄성율보다 상대적으로 탄성율이 작은, 즉 상기 메인 유전체층보다 상대적으로 딱딱한(hard) 탄성 재질로 이루어지는 소정 두께의 유전체층으로 마련된다.
또한, 상기 메인 유전체층의 상면에 구비되는 서브 유전체층은 상기 메인 유전체층의 유전율과 동일하거나 상대적으로 그보다 작은 유전율을 갖도록 이루어질 수 있다.
그리고 상기 서브 유전체층 마련 단계(S120)에서 마련되는 서브 유전체층에서 상기 메인 유전체층의 하면에 구비되는 서브 유전체층은 상기 메인 유전체층의 탄성율보다 탄성율이 크고, 상기 상부 유전체층의 탄성율보다 작은 소정 두께의 유전체층으로 마련된다.
또한, 상기 메인 유전체층의 하면에 구비되는 서브 유전체층은 상기 메인 유전체층의 유전율과 동일하거나 상대적으로 그보다 큰 유전율을 가지며, 두께가 다른 것으로 이루어질 수 있다.
여기에서, 상기 메인 유전체층의 하면에 구비되는 서브 유전체층은 유전율, 탄성율 및 두께에서 이들의 조합이 다른 둘 이상의 층으로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 상기 메인 유전체층과 서브 유전체층이 구성됨에 있어 어느 하나의 구성요소에 대하여 유전율, 탄성율 및/또는 두께를 달리하여 선택 채용함으로써, 적용하고자 하는 제품에 대하여 미리 설계된 설계검출 정전용량에 대한 센싱 정도가 조정될 수 있도록 할 수 있다.
예를 들면, 본 발명은 메인 유전체층과 상면 유전체층을 통해 기준 범위의 설계검출 정전용량을 갖도록 하여 내구성과 검출 확장성을 확보한 상태에서, 그 메인 유전체층의 하면에 구비되는 하부 유전체층의 탄성율, 유전율 및/또는 두께를 달리하여 적용함으로써 다른 제품이더라도 유전체층을 구성하는 생산 라인을 동일 생산 라인으로 하여 생산할 수 있게 된다.
다음으로, 상기 전극 구비 단계에서 구비되는 상부 및 하부 전극은 전도성 테이프가 접착되어 이루어지거나, 전도성 물질이 유전체층에 도포되어 이루어질 수 있다.
계속해서, 상기 센성바디 형성 단계(S400)에서 구성되는 정전용량 측정모듈은 상부 전극과 하부 전극이 교차하는 지점에 압력이 가해져 그 해당 센싱 위치(검출 채널)의 정전용량의 변화량을 입력받아 그 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하는 경우, 해당 센싱 위치에 대한 좌표 신호를 생성하여 외부 기기로 출력할 수 있는 것으로 구성된다.
상기 정전용량 검출모듈은 정전용량의 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하지 않은 경우 좌표 신호(센싱 포인트의 채널)를 생성하지 않으며 외부 기기로의 신호 출력을 실행하지 않게 된다.
상기 정전용량 검출모듈은 생성된 좌표 신호 또는 검출 신호를 무선 통신으로 송출할 수 있는 송신 모듈을 포함하여 구성되거나, 유선 통신으로 연결되어 좌표 신호 또는 검출 신호를 외부 기기로 전달할 수 있는 접속구가 포함되어 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 커버체 커버 단계(500)는 적용 제품에 따라 다양한 플랙시블한(flexible) 재질로 이루어지는 커버체로 커버할 수 있는데, 예를 들면 방석이나 자동차 시트 등 제품의 경우 부직포나 천, 인조가죽과 같이 외부 작용 압력을 상부 전극 측으로 원할하게 전달할 수 있는 소프트(soft)한 재질이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 정전용량형 압력검출방식의 매트형 센싱 장치 및 그의 제작 방법에 의하면, 대면적 제품에서의 센싱을 신뢰성 있게 실행할 수 있고, 외부 압력이 작용하는 위치를 정확히 검출할 수 있도록 하여 위치검출 정확도를 높일 수 있고, 내구성을 증대시킬 수 있으며, 적용 제품의 신뢰성을 향상시키고, 적용 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 메인 유전체층
210: 서브 유전체층(상부 유전체층)
220: 서브 유전체층(하부 유전체층)
310: 상부 전극
320: 하부 전극
400: 정전용량 측정모듈
S110: 메인 유전체층 마련 단계
S120): 서브 유전체층 마련 단계
S200: 적층 단계
S300: 전극 배치 단계
S400: 센싱바디 형성 단계
S500: 커버 단계

Claims (10)

  1. 탄성 재질로 이루어지는 메인 유전체층;
    상기 메인 유전체층의 상면 및 하면에 구비되고 탄성 재질로 이루어지며, 상기 메인 유전체층의 탄성율과 다른 탄성율을 갖고 이루어지는 서브 유전체층;
    상기 메인 유전체층의 상면 또는 상기 메인 유전체층의 상면에 구비되는 서브 유전체층의 상면에 구비되며, 일정 간격으로 배치되는 전도성 재질의 복수의 상부 전극;
    상기 메인 유전체층의 하면 또는 상기 메인 유전체층의 하면에 구비되는 서브 유전체층의 하면에 구비되고, 일정 간격으로 배치되되 상기 상부 전극과 평면적으로 직교되게 구비되는 전도성 재질의 복수의 하부 전극;
    상기 복수의 상부 전극 각각의 커넥터와 상기 복수의 하부 전극 각각의 커넥터에 연결되어, 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에서 발생되는 정전용량 변화에 따른 측정신호를 출력하는 정전용량 측정모듈; 및
    상기 각 전극이 상하면에 마련된 유전체층을 커버하는 커버체;를 포함하고,
    상기 서브 유전체층은 상기 메인 유전체층의 상면에 구비되고, 상기 메인 유전체층의 탄성율보다 작은 탄성율을 갖고 이루어지는 소정 두께의 상부 유전체층; 및 상기 메인 유전체층의 하면에 구비되고, 상기 메인 유전체층의 탄성율보다 탄성율이 크고, 상기 상부 유전체층의 탄성율보다 탄성율이 작은 소정 두께의 하부 유전체층을 포함하고,
    상기 서브 유전체층에서 상기 메인 유전체층의 상부에 구비되는 유전체층은 상기 메인 유전체층의 유전율과 동일하거나 그보다 작은 유전율을 갖고 이루어지고,
    상기 서브 유전체층에서 상기 메인 유전체층의 하부에 구비되는 유전체층은 상기 메인 유전체층의 유전율과 동일하거나 그보다 큰 유전율을 가지며, 두께가 다른 하나 이상의 유전체층으로 이루어지며,
    상기 정전용량 측정모듈은 상기 상부 전극과 하부 전극 간에 교차되는 지점을 각각의 채널 좌표 신호로 하여 해당 센싱 위치 각각에서의 정전용량의 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하는 경우에 해당 좌표 신호를 생성하여 출력하도록 이루어지는
    정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치.
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  8. 탄성 재질로 이루어지는 메인 유전체층을 마련하고, 상기 메인 유전체층의 탄성율과 다른 탄성율을 갖는 소정 두께의 서브 유전체층을 복수 마련하는 유전체층 마련 단계;
    상기 메인 유전체층의 상면과 하면 각각에 상기 서브 유전체층을 적층시키는 적층 단계;
    상기 메인 유전체층의 상면에 적층된 서브 유전체층의 상면에 전도성 재질의 복수의 상부 전극을 일정 간격으로 배치 구비시키며, 상기 메인 유전체층의 하면에 적층된 허브 유전체층의 하면에 전도성 재질의 복수의 하부 전극을 일정 간격으로 배치 구비시키되, 상기 상부 전극과 평면적으로 직교되게 배치 구비시키는 전극 배치 단계;
    상기 상부전극과 하부전극 사이에서 발생되는 정전용량 변화에 따른 측정 신호를 검출 출력하는 정전용량 측정모듈을 상기 상부 전극 각각의 커넥터와 상기 하부 전극 각각의 커넥터에 접속시켜 센싱 바디를 완성하는 센싱바디 형성 단계; 및
    상기 센싱바디의 외면을 커버체로 커버시키는 커버 단계;를 포함하고,
    상기 유전체층 마련 단계에서 상기 서브 유전체층은 상기 메인 유전체층의 탄성율보다 작은 탄성율을 가지며, 상기 메인 유전체층의 유전율과 동일하거나 그보다 작은 유전율을 갖고 이루어지는 소정 두께의 상부 유전체층, 및 상기 메인 유전체층의 탄성율보다 탄성율이 크고, 상기 상부 유전체층의 탄성율보다 탄성율이 작으며, 상기 메인 유전체층의 유전율과 동일하거나 그보다 큰 유전율을 갖는 소정 두께의 하부 유전체층으로 마련되고,
    상기 적층 단계는 상기 상부 유전체층을 상기 메인 유전체층의 상면에 구비시키고, 상기 하부 유전체층을 상기 메인 유전체층의 하면에 구비시키는 것을 포함하고,
    상기 유전체층 마련 단계에서 상기 메인 유전체층의 하면에 구비되는 서브 유전체층은 유전율, 탄성율 및 두께 중 적어도 하나가 다른 하나 이상의 유전체층으로 이루어지고,
    상기 센싱 바디 형성 단계에서 구비되는 상기 정전용량 측정모듈은 상기 상부 전극과 하부 전극 간에 교차되는 지점을 각각의 채널 좌표 신호로 하여 해당 센싱 위치 각각에서의 정전용량의 변화량이 설계검출 정전용량에 도달하는 경우에 해당 좌표 신호를 생성하여 출력하도록 이루어지며,
    상기 커버 단계에서의 상기 커버체는 플렉시블한 재질로 이루어지는
    정전용량 압력검출방식의 매트형 센싱 장치의 제작 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102403079B1 (ko) * 2019-12-27 2022-05-26 양현정 지도정보 제공시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013084118A (ja) * 2011-10-07 2013-05-09 Tokai Rubber Ind Ltd 入力インターフェイス装置
JP5432207B2 (ja) * 2011-04-19 2014-03-05 東海ゴム工業株式会社 静電容量型センサ装置
JP2017203691A (ja) * 2016-05-11 2017-11-16 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 静電容量型センサ及び荷重測定装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101240967B1 (ko) 2011-04-11 2013-03-11 전자부품연구원 터치압력을 감지하는 정전용량 방식 터치패널 및 그 제조방법
KR101394316B1 (ko) 2012-05-31 2014-09-23 (주)더힘스 정전용량 방식의 압력 센서가 구비된 매트
KR102480643B1 (ko) 2016-05-18 2022-12-23 엘지이노텍 주식회사 스마트 전자 선반용 압력 감지 매트

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5432207B2 (ja) * 2011-04-19 2014-03-05 東海ゴム工業株式会社 静電容量型センサ装置
JP2013084118A (ja) * 2011-10-07 2013-05-09 Tokai Rubber Ind Ltd 入力インターフェイス装置
JP2017203691A (ja) * 2016-05-11 2017-11-16 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 静電容量型センサ及び荷重測定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210123102A (ko) 2020-04-02 2021-10-13 서울과학기술대학교 산학협력단 플라스틱 광섬유를 이용한 압력 위치 검출기기

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