KR102250060B1 - 전기장치용 작동장치, 특히 차량부품용 작동장치 - Google Patents

전기장치용 작동장치, 특히 차량부품용 작동장치 Download PDF

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Abstract

전기장치용 또는 시스템용, 특히 자동차부품용 작동장치가 제공되는데, 이 작동장치는, 하나 이상의 탄성적으로 장착된 작동요소(12), 작동시 하나 이상의 작동요소(12)가 상대적으로 움직여서, 이동방향에서 보았을 때 거리 변화를 일으키는 카운터-요소(14), 및 제1 커패시터 전극(34)을 갖는 제1 캐리어 본체(20)와 벤딩 바아로서 구성되어 탄성적으로 휘어질 수 있는 제2 캐리어 본체(22)를 포함하는 하나 이상의 커패시터(38)를 포함하고, 제2 캐리어 본체는 제1 단부(26)와 제1 단부의 반대편에 있는 제2 단부(32)를 구비하고, 제1 커패시터 전극(34)의 맞은편에 제2 커패시터 전극(36)을 구비한다. 제1 및 제2 커패시터 전극(34, 36)에 평가유닛(42)이 연결되어, 하나 이상의 작동요소(12)의 작동시 하나 이상의 커패시터(38)의 커패시턴스 및/또는 커패시턴스의 변화를 측정한다.

Description

전기장치용 작동장치, 특히 차량부품용 작동장치{OPERATING DEVICE FOR AN ITEM OF ELECTRICAL EQUIPMENT, IN PARTICULAR FOR A VEHICLE COMPONENT}
본 발명은 전기장치 또는 시스템용 작동장치에 관한 것으로서, 작동장치는 특히 차량부품에 제공된다.
본 발명은 2013년12월10일자 독일특허출원 10 2013 225 436.9에 대해서 우선권을 주장하며, 이 독일특허출원의 내용은 본 PCT 특허출원의 내용에 참고로 포함된다.
매우 다양한 디자인의 작동요소를 갖는 작동장치가 널리 알려져 있다. 특히 자동차 분야에서, 키의 형태로 되어 있는 작동요소를 사용하는 작동컨셉이 형성되어 왔다. 최근에는, 작동시 사용자가 인지하지 못하도록 표면이 가능한 한 멀리 움직이는 효과를 갖는 키-타입의 작동요소로 설계하는 수요가 점점 증가해왔다. 따라서, 가능한 한 작게 이동 스트로크를 실현하면서 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 커버된 경로에 기초하여, 각각의 작동요소가 정확하게 작동하였는지 여부를 측정할 수 있다; 그 결과, 작동요소에 할당된 장치 또는 시스템의 기능이 수행될 것이다.
이러한 시스템에서, 탄성(강성)이 알려져 있다면, 안착 위치로부터의 작동요소의 변위/이동을 검출하여 작용하는 힘을 판단할 수 있다. 시스템의 강성이 높은 경우, 변위는 상대적으로 작다(이는 일부 경우에 궁극적으로 의도됨); 따라서, 변위가 작은 경우에 정확하게 측정하기 위한 방안을 찾아야 하는 문제가 발생한다.
독일특허 DE-A-10 2011 089 693에는, 작동요소를 설명하고 있는데, 누르는 동작에 대한 반응으로 회로 기판에 통합되어 있는 컷-프리(cut-free) 벤딩 바아가 변형된다. 회로 기판에 단단하게 연결되지 아니하여 자유롭게 움직이는 벤딩 바아의 단부에서, 벤딩 바아는 커패시터 전극을 구비하며, 커패시터 전극은, 벤딩 바아의 자유단부 쪽으로 향하는 강성의 회로 기판에 배열되고 또한 자유단부에 대하여 측면에 배열된 추가 커패시터 전극과 함께, 커패시터를 형성한다. 커패시터의 커패시턴스 변화는 작동요소의 작동을 검출하는데 사용된다.
독일특허 DE-A-10 2013 100 649는 작동요소의 터치를 촉각으로 피드백하는 터치타입의 작동요소를 개시하고 있다. 여기에는, 강성의 전극표면이 이동함으로써 정전용량이 바뀌게 되는 커패시터가 구비되어 있다.
본 발명의 목적은, 작동요소의 이동 스트로크가 최대한으로 작은 경우에도 작동요소의 이동 스트로크로부터 신뢰할 수 있는 결과를 끌어낼 수 있는, 전기장치 또는 시스템용, 특히 차량부품용 작동장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 전기장치 또는 시스템용, 특히 자동차부품용 작동장치를 제안하며, 작동장치는,
- 하나 이상의 탄성적으로 장착된 작동요소,
- 카운터-요소로서, 작동시 상기 하나 이상의 작동요소가 카운터-요소에 대하여 상대적으로 이동하여, 이동방향에서 볼 때 거리의 변화를 일으키는, 카운터-요소, 및
- 제1 커패시터 전극을 갖는 제1 캐리어 본체와 벤딩 바아로 구성되어 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체를 포함하고, 상기 제2 캐리어 본체는 제1 커패시터 전극의 맞은편에 제2 커패시터 전극을 구비하는, 하나 이상의 커패시터를 포함하고,
- 상기 커패시터는 상기 하나 이상의 작동요소에 고정되어 있고, 상기 작동요소의 작동시 상기 작동요소와 함께 이동될 수 있고, 두 개의 캐리어 본체는 제1 단부에 의해 상기 하나 이상의 작동요소에 결합되고, 상기 두 개의 캐리어 본체는 제1 단부의 반대편에 제2 단부를 구비하고, 상기 제2 캐리어 본체는, 상기 하나 이상의 작동요소의 작동시 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체의 제2 단부가 상기 제1 캐리어 본체의 제2 단부로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록, 상기 카운터-요소와 연결되어 작동하고(예를 들어 도 1을 참고하면, 제1 캐리어 본체와 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체가 하나 이상의 작동요소와 함께 이동하도록, 제1 캐리어 본체와 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체의 제1 단부는 하나 이상의 작동요소에 결합되고, 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체의 제1 단부의 반대편에 있는 제2 캐리어 본체의 제2 단부는 카운터-요소 상에 배열되고, 하나 이상의 작동요소의 작동시 지지/고정되며, 하나 이상의 작동요소의 작동시 제1 캐리어 본체로부터 멀어진다), 또는
- 상기 커패시터는 상기 카운터-요소에 고정되어 있고, 두 개의 캐리어 본체는 제1 단부에 의해 상기 카운터-요소에 결합되고, 제2 캐리어 본체는 제1 단부의 반대편의 제2 단부에서, 상기 하나 이상의 작동요소의 작동시 상기 제2 캐리어 본체의 제2 단부가 상기 제1 캐리어 본체의 제2 단부로부터 멀어지는 방향으로 이동하도록 상기 하나 이상의 작동요소에 연결되어 작동하고 (도 4를 참고하면, 제1 캐리어 본체는 카운터-요소에 고정되어 있고, 하나 이상의 작동요소는 제1 캐리어 본체에 대하여 이동할 수 있고, 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체는 제1 단부에서 카운터-요소에 의해 고정되어 있고, 제2 캐리어 본체는, 하나 이상의 작동요소의 작동시 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체의 제2 단부가 제1 캐리어 본체로부터 멀어지는 방향으로 이동하도록, 제1 단부의 반대편에 있는 제2 단부에서 하나 이상의 작동요소와 연결되어 작동한다)
- 상기 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체의 제2 단부는 상기 하나 이상의 작동요소의 작동시 상기 제1 캐리어 본체로부터 멀어지는 방향으로 편향됨으로써, 상기 제1 및 제2 커패시터 전극 사이의 거리가 생성 및/또는 확대되며,
- 상기 하나 이상의 작동요소의 작동시 상기 하나 이상의 커패시터의 커패시턴스 및/또는 커패시턴스 변화를 측정하도록 상기 제1 및 제2 커패시터 전극에 연결된 평가 유닛이 포함되어 있다.
본 발명의 작동장치에 의해 실현되는 접근법은, 커패시터의 커패시턴스의 변화를 탄성 전극을 통해서 도량학적으로 검출하는 정전용량식으로 작동요소의 변위를 측정하는 것이다. 여기에서의 특징은, 작동요소가 정지 위치로부터 벗어나도록 이동할 때, 커패시터는 커패시턴스를 높은 값에서 낮은 값으로 변화시킬 것이라는 점이다. 따라서, 커패시터는 작동요소가 작동할 때 "작동을 개시(open up)"할 것이다.
본 발명에 따르면, 작동장치는 하나 이상의 탄성적으로 지지되는 작동요소를 포함한다. 일반적으로, 이러한 작동요소는 키 본체로 구성되어 병진운동하는 방식으로 이동될 수 있다; 그러나, 작동요소의 편향은 본 발명의 개념을 사용하여 도량형학적으로 검출될 수 있다. 작동요소는, 작동시, 카운터-요소 쪽으로 이동되며, 작동요소는 작동요소에 작동력이 더 이상 인가되지 않을 때 카운터-요소로부터 다시 되돌아 오게 된다.
작동요소와 카운터-요소 사이에, 이동 경로에는, 제1 및 제2 캐리어 본체를 포함하는 커패시터가 설치되며, 각각의 캐리어 본체는 커패시터 전극(이하 제1 커패시터 전극 및 제2 커패시터 전극으로 칭함)을 포함한다. 제1 캐리어 본체는 강성을 갖는 구조인 반면, 제2 캐리어 본체는 휘어지는 벤딩 바아 형태로 이루어져 탄성적으로 휘어질 수 있다. 두 커패시터 전극은 서로 마주하도록 배열된다.
작동요소의 작동시, 제2 캐리어 본체는 점차적으로 편향된다. 이로써, 두 커패시터 전극 사이의 거리는 증가하게 되고, 작동요소가 정지된 상태에서 커패시터 전극 사이의 거리는 가능한한 작아야만 한다. 따라서, 작동요소가 정지된 상태일 때, 커패시터는 비교적 큰 전기 커패시턴스를 가지고 있고, 특히 작동요소가 단지 최소한으로만 움직이는 경우에도 커패시턴스는 비교적 바르게 감소하게 될 것이다. 이와 같이 커패시터의 전기 커패시턴스가 상대적으로 크게 떨어지는 것을 이용하면, 작동요소의 작동과 작동요소의 변위 경로 및 (시스템의 강성을 알고 있는 경우) 작동력을 검출할 수 있다.
구조와 허용공차를 고려하여, 전극 사이에서 최소한의 간격이 유지되어야만 하는 경우, 보통 커패시터의 커패시턴스를 감소시키는 공기 갭이 발생하는데, 본 발명은 이러한 최소한의 거리가 한쪽에서만, 즉 개방된 쪽에서만 유지될 필요가 있다는 점에서 유리하다. 반대편쪽에서는, 공기 갭을 생략할 수가 있어서 커패시터의 커패시턴스가 높게 될 것이다.
본 발명의 작동장치와 관련하여 상술한 개념은 제1 실시예를 통해 실현할 수 있다. 예를 들면, 제1 캐리어 본체는 작동요소에 대하여 움직이지 않도록 고정되고, 하나 이상의 작동요소가 제2 캐리어 본체에 대하여 상대적으로 움직일 수 있고, 이렇게 탄성적으로 휘어질 수 있는 제2 캐리어 본체는 제1 단부에 의해서 작동요소에 고정되고, 제2 캐리어 본체는, 제1 단부의 반대편에 있는 제2 단부에서 작동요소의 작동시 수행되는 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체가 움직일 때, 카운터-요소와 연결되어 작동한다. 변형된 실시예의 경우, 제1 캐리어 본체와 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체의 제1 단부가 하나 이상의 작동요소에 결합되어, 작동요소의 작동시, 둘다 작동요소와 함께 움직일 것이다. 이러한 구성에 있어서, 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체의 제2 단부는 카운터-요소와 접촉한다. 두 개의 캐리어 본체는 서로 포개어지도록 배치되어 있고, 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체는 작동요소와 제1 캐리어 본체 사이에 배치되어 있다. 따라서, 작동요소가 멀리 움직이면 움직일수록, 제2 캐리어 본체도 더 많이 편향될 것이다.
본 발명의 작동장치의 제2 변형예의 경우, 제1 캐리어 본체와 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체의 제1 단부는 카운터요소에 고정되어 있다. 탄성적으로 휘어지는 캐리어 본체의 제2 단부는 하나 이상의 작동요소가 작동될 때 하나 이상의 작동요소와 연결되어 작동한다. 이 변형 실시예에서도, 두 개의 캐리어 본체는 서로 포개져 있지만, 카운터-요소에 고정되어 있다. 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체의 제2 단부는 -작동시 작동요소가 움직이는 방향을 기준으로- 제1 캐리어 본체의 뒤에 배치되어 있고, 제2 단부가 작동요소와 접촉하도록 배열되어 있다. 다시 말하면, 작동요소의 작동시, 제2 캐리어 본체는 점점 더 편향될 것이다.
본 발명의 변형예의 경우, 하나 이상의 작동요소의 작동시, 제1 및 제2 커패시터 전극 사이의 거리가 생성되고 및/또는 이 거리는 확대되는 동안, 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체의 제2 단부는 제1 캐리어 본체로부터 멀어지는 방향으로 편향된다. 제1 및 제2 커패시터 전극에 연결된 평가유닛에 의해, 하나 이상의 작동요소의 작동시 하나 이상의 커패시터의 커패시턴스 및/또는 커패시턴스의 변화를 측정할 수가 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 작동요소의 작동을 촉각으로 확인하도록 하나 이상의 작동요소에 작용하는 피드백 유닛이 제공되는데, 피드백 유닛은, 커패시터가 갖는 커패시턴스의 양에 기초하여, 또는 하나 이상의 작동요소의 작동시 커패시터가 받는 커패시턴스의 변화 정도에 기초하여, 제어되도록 마련된다. 이 피드백은 또한, 청각적으로나 시각적으로, 아니면 경우에 따라서는 청각 및 시각적으로 모두, 나아가 바람직하게는 촉각 피드백과 함께 제공될 수 있다. 촉각 피드백 유닛은 예를 들어 작동요소에 결합된 전기자를 갖는 그리고 하우징에 결합될 수 있는 요크(yoke)를 구비한 코일을 갖는 -또는 그 반대로- 솔레노이드로서 실현될 수 있고, 아니면 언밸런스 모터(unbalance motor) 또는 진동장치로서 실현될 수도 있다.
본 발명의 작동장치의 하나 이상의 탄성적으로 지지되는 작동요소에, 각각 하나의 기호를 갖는 복수의 작동영역이 형성될 수 있다. 작동요소가 작동되도록 작동요소를 작동시키기 위해 예를 들어 손가락으로, 작동영역중 어느 영역이 현재 접촉되는지와 관계없이, 작동요소는 이동을 실행할 것인데, 이러한 이동은 위에서 설명한 것처럼 본 발명에서 제공하는 대로 정전용량성으로 검출될 것이다. 작동요소가 작동될 때 손가락에 의해 어느 작동영역이 작동되는지를 검출하기 위해서, 정전용량 터치 센서장치를 사용하는 것이 바람직하며, 이에 대한 판단은 특히 평가유닛에서 이루어진다.
본 발명은 도면을 참고하여 두 개의 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명할 것이다. 각각의 도면은 다음과 같은 내용을 나타낸다.
도 1은 제1 실시예에 따라, 작동에 대해서 전기 용량성 검출을 하는, 작동요소의 이동가능한 지지부의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은, 도 1에 따른 작동요소의 개념을 부분도로 나타낸 것으로서, 작동요소가 정지위치에 있을 때(도 2)와 작동요소를 작동시켰을 때(도 3)에 있을 때를 나타내는 도면이다.
도 4는 제2 실시예에 따라, 작동에 대해서 전기용량의 검출을 하는, 작동요소의 이동가능한 지지부의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에서, 작동장치(10)의 제1 실시예를 볼 수 있다. 작동장치(10)는 탄성적으로 지지되는 작동요소(12)를 포함하며, 도 1에서 도면부호 16으로 표시된 것처럼 작동력이 작동요소(12)에 작용하고 또한 작동력이 해제될 때 작동요소는 카운터-요소(14) 쪽으로 그리고 카운터-요소로부터 멀어지는 방향으로 움직일 수 있다. 도 1에서, 작동요소(12)의 탄성 지지부는 개략적으로 스프링(18)을 제시하고 있다.
제1 캐리어 본체(20), 특히 단단한 강성구조의 제1 캐리어 본체와, 탄성적으로 휘어질 수 있는 제2 캐리어 본체(22)가 겹쳐진 배열구조로, 작동요소(12)에 결합되어 있다. 제1 캐리어 본체(20)는 예를 들어, 회로기판일 수 있고, 제2 캐리어 본체(22)는 시트 금속의 스트립으로 형성될 수 있다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 두 개의 캐리어 본체(20, 22)는, 제1 단부(24, 26)의 영역에서, 플레이트 형상의 작동 요소(12)의 돌출부(28)에 결합되어 있다. 돌출부(28)는 카운터-요소(14) 쪽으로 향하도록 배열되어 있다. 두 개의 캐리어 본체(20, 22)는 각각의 제1 단부(24, 26)의 맞은편에 제2 단부(30, 32)를 더 포함하며, 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체(22)의 단부(32)는 제1 캐리어 본체(20)의 제2 단부(30) 보다 길게 뻗어있다.
제1 캐리어 본체(20)의 제2 단부(30)의 영역에는, 제1 커패시터 전극(34)이 설치되어 있다. 제1 커패시터 전극의 맞은편에는, 제2 캐리어 본체(22)의 일부분이 설치되어 있고, 이 일부분 내에는 제2 커패시터 전극(36)이 형성되어 있다. 이렇게, 커패시터(38)가 형성되어 있다(전기적으로 절연된 전극).
도 1에서 추가적으로 볼 수 있듯이, 제2 캐리어 본체(22)의 제2 단부(32)는 카운터-요소(14)의 편향요소(40)에 안착되어 있다. 작동요소(12)가 가압될 때, 즉 작동요소를 작동시킬 때, 제2 캐리어 본체(22)는 제2 단부(32)가 편향요소(40) 상에 접하고 있기 때문에 점점 휘어지게 될 것이며, 이는 도 2와 도 3을 비교하면 명확히 이해할 수 있다. 도 2에, 작동요소(12)가 정지 위치에 있을 때 커패시터 구조의 상황이 도시되어 있다. 도 3에서는 작동요소(12)가 가압되어 작동하고 있는 경우를 볼 수 있다. 이는 작동 스트로크(s)를 정의한다. 편향요소(40)는 반드시 제2 캐리어 본체(22)의 제2 단부(32)와 접하고 있을 필요는 없고, 다른 위치에서 제2 캐리어 본체와 접촉하여 휘어지는 것도 가능한데, 이를 위해 편향요소(40)는 제1 캐리어 본체(20)를 통과하는 구멍이나 절개부를 통해서 제2 캐리어 본체(22)와 접하게 될 수 있다.
이러한 작동 스트로크(s)는 커패시터(38)의 전기용량 변화에 기초하여 검출될 수 있다. 도 2에서, "A"는 작동요소(12)가 정지 위치 또는 일반적인 위치에 있을 때 평균 전극 거리 Waverage n의 레벨을 나타낸다. 도 3에서, "B"는 작동요소(12)가 작동될 때 도달된 평균 커패시터-전극 거리 Waverage b의 레벨을 나타낸다. 레벨 "A"와 레벨 "B"의 차이는 ΔWaverage로 표시한다; ΔWaverage는 스트로크(s)보다 작다는 것을 알 수 있는데, 다만 이는 본 발명에 있어서 절대적으로 필수적인 것은 아니다.
또한, 도 1에, 두 개의 커패시터(34, 36)가 평가유닛(42)에 전기적으로 연결되어 있다는 것이 개략적으로 도시되어 있다. 평가유닛(42)에서는, 작동요소(12)를 작동시킬 때 커패시턴스 및 전기용량 변화를 검출할 수 있다. 촉각적인 피드백을 위해서, 대응하는 피드백 유닛(44)이 구비될 수 있는데, 이 피드백 유닛은 작동요소(12)가 진동을 일으킬 수 있도록 하는 전기기계 구동부를 포함한다.
도 4에서, 도 1에 따른 작동 검출 개념에 반대되는 개념으로 이루어진 구성이 제시되어 있다. 따라서, 도 4의 대응하는 작동장치(10')에서, 커패시터(38) 및 상호 겹쳐져서 놓여 있는 캐리어 본체(20, 22)는, 작동요소를 작동시킬때 작동요소(12)와 함께 움직이지 않는다(탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체(22)의 휘어짐은 제외). 또한, 도 4에서, 도 1의 작동장치(10)의 요소들과 구조적으로나 기능적으로 유사한 요소들은 도 1 내지 도 3에 표시된 도면부호와 동일한 도면부호로 표시되어 있다.
따라서, 위에서 본 것처럼, 본 발명은 측정기술을 통해서, 상대적으로 간단한 수단의 도움을 받아서, 즉 회로 기판, 시트-금속 스트립 및 커패시턴스 측정장치의 도움을 받아서, 작은 변위를 측정할 수 있다. 이를 위해, 단지 "회로 기판" 및 "시트-금속 스트립"으로 이루어진 두 요소 중 하나가 다른 요소에 대하여 상대적으로 이동할 수 있기만 하면 된다.
본 발명에 의해 가능한 힘의 측정(또는 힘의 계측)은, 터치 작동 기능과 연계하여 추가적으로 제공된다. 따라서, 힘을 측정하기 위해서 터치 작동 기능에 필요한 하드웨어와 소프트웨어를 사용할 수도 있다. 종래의 커패시턴스 시스템과 비교하여, 본 발명에 따른 접근법을 사용하는 경우에, 커버된 경로에 대한 전기용량 변화가 상당히 더 크며, 이는 본 발명이 이용하는 물리적인 원리 때문에 달성되고, 따라서 힘을 측정하는 정확도가 향상된다.
본 발명의 특징은 다음과 같다. 이러한 특징은 개별적으로 실현될 수도 있고 바람직한 조합을 통해 실현될 수도 있다:
- 커패시턴스를 감소시켜 경로를 측정한다.
- 시작지점에서, 커패시터의 두 플레이트는 더 짧은 거리를 갖는다.
- 큰 전기용량 변화를 달성할 수 있는데, 이는 다음과 같은 이유 때문이다:
- 기판 사이의 거리가 확대되고,
- 제2 유전체가, 여기에서는 공기가, 커패시터 플레이트 사이의 갭안으로 들어갈 것이다.
- 하나의 커패시터 플레이트는 탄성을 갖는다.
- 탄성 커패시터 플레이트를, 예를 들어 금속 시트를 구부림으로써 커패시터 플레이트 사이의 공기 갭이 형성된다. 따라서, 커패시터의 실제 평균 거리 변화와 전체 시스템의 기계적인 변위 사이의 기계적인 전이(translation)가 일어난다.
- 요소부품의 허용오차는 커패시터 금속 시트의 탄성에 의해 보상된다; 허용오차의 보상을 통해서, 키(key)의 아이들 스트로크(idle stroke)를 피할 수 있고, 따라서 측정 정확도 내에서 최소의 움직임을 검출할 수 있다.
아래에서는, 매우 일반적인 방식으로, 본 발명의 접근법의 물리적/전기공학적인 원리를 다시 한번 설명할 것이다.
최소한으로만 움직일 수 있고 그 변위가 도량형학적으로(metrologically) 검출되는 작동요소는, 다른 요소에, 즉 케이스 또는 위에서 설명한 것처럼 카운터-요소에 탄성적으로 연결되어 있다. 이러한 연결(스프링(18)으로 도면에 표시됨)의 강성은 알려져 있다. 힘/경로의 상호관계, 즉 F = D x s 에 기초하여, 가해지는 힘(F)은 변위(s)에 의해 계산될 수 있다. 여기서, D는 강성을 나타내고 s는 경로를 나타낸다.
경로 측정용 커패시터는 평면 커패시터 플레이트를, 즉 회로 기판 상의 구리 전도 경로를 포함한다. 이러한 회로 기판에, 커패시턴스의 측정을 위한 전자장치가 수용되어 있다. 제1 커패시터 플레이트에 대한 전기적인 절연체에, 예를 들어 시트-금속 스트립이 배열되어, 제2 커패시터 플레이트를 형성한다. 커패시터의 커패시턴스는 다음과 같이 계산된다:
C = ε0 x εr x A / w
여기에서, ε0는 전기장 상수이고, εr는 갭 내의 물질(일반적인 케이스 내의, 공기)의 상대적인 투과도이고, A는 커패시터의 표면적이고, w는 커패시터 플레이트들의 거리이다. 그러면, 힘이 작동요소에 가해지는 경우, -스프링의 탄성 변형을 통해서- 커버된 경로(s)가 생긴다. 따라서, (위쪽으로 돌출된 작동) 핀이 구리 전도 경로를 갖는 회로 기판에 대하여 그리고 시트-금속 스트립에 대하여 이동될 것이다. 따라서, 시트-금속 스트립은 구리 전도 경로로부터 들어올려질 것이다. 한쪽으로 단단하게 클램핑된 부착구조 때문에, 이에 대응하여 시트-금속 스트립은 변형이 발생하고 굽힘 라인을 형성할 것이다(도 1 내지 도 4 참고). 회로 기판 상의 구리 전도 경로와 시트-금속 스트립 사이의 갭은, 시트-금속 스트립 상의 지점에 따라 달라지는 높이를 가질 것이다(도 2 및 도 3 참고). 변위가 발생하기 전후의 평균 거리가 검출되면, 이 거리는 작동요소의 변위(s)보다 작다. 따라서, 굽힘 라인 때문에, 변위(s)는 커패시터의 평균 거리(w)로 변환된다(도 2 및 도 3 참고).
증가하는 경로(s)에 의해, 커패시터는 훨씬 더 멀리 개방되기 때문에, 즉 시트-금속 스트립은 회로 기판으로부터 더 멀리 휘어질 것이기 때문에, 작동력이 회로 기판으로 전달되지 않게 될 것이고, 따라서 회로 기판이 손상되는 것을 막을 수 있다.
경로 측정이 작동 방향으로 작용하는 촉각 피드백과 결합되면, 촉각 피드백에 대한 작동요소의 추가 경로는 커패시터를 더욱 개방시킬 것이다(도 1 내지 도 4).
본 발명에 의하면, "클로징(closing)" 커패시터로 작동하여 커패시턴스가 증가하는 시스템과 대조적으로, 작동 및 선택적인 피드백을 위해서 제공되는 작동경로 및 "클로징" 커패시터에서 흔히 있는 "허용오차(allowance)"는 제공될 필요가 없고, 따라서 정지된 위치(rest position)에서 커패시터 갭을 매우 작게 구성할 수 있고, 그 결과 높은 출력 커패시턴스를 실현할 수 있다.
도 1 내지 도 4에서, 도면부호 46는, 작동요소(12)가 작동할 때 예를 들어 손가락이 어느 지점에 놓여 있는지를 검출할 수 있게 하는 전기용량 터치 센서 시스템을 개략적으로 표시하고 있다.
10 작동장치
10' 작동장치
12 작동요소
14 카운터-힘
16 작동력
18 스프링
20 캐리어 본체
22 캐리어 본체
24 제1 캐리어 본체의 제1 단부
26 제2 캐리어 본체의 제1 단부
28 돌출부
30 제1 캐리어 본체의 제2 단부
32 제2 캐리어 본체의 제2 단부
34 제1 커패시터 전극
36 제2 커패시터 전극
38 커패시터
40 제2 캐리어 본체용 편향요소
42 평가유닛
44 피드백 유닛
46 터치센서 장치
s 작동 스트로크
w 거리
F 작동력

Claims (6)

  1. 전기장치용 작동장치에 있어서,
    - 탄성적으로 장착된 하나 이상의 작동요소(12, 28),
    - 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)의 작동시 하나 이상의 작동요소가 상대적으로 이동되어, 이동방향에서 보았을 때 거리의 변화가 발생되도록 하는, 카운터-요소(14, 40), 및
    - 제1 커패시터 전극(34)을 갖는 제1 캐리어 본체(20)와 벤딩 바아로 구성되어 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체(22)를 포함하고, 상기 제2 캐리어 본체(22)는 제2 커패시터 전극(36)을 구비하는, 하나 이상의 커패시터(38)를 포함하고,
    - 두 개의 캐리어 본체(20, 22)와 두 개의 커패시터 전극(34, 36)은 상기 작동요소(12, 28)의 이동방향에서 보았을 때 서로 겹쳐지도록 배열되며,
    - 상기 커패시터(38)는:
    상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)에 고정되어 있고, 상기 작동요소의 작동시 상기 작동요소와 함께 이동될 수 있고, 두 개의 캐리어 본체(20, 22)는 제1 단부(24, 26)에 의해 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)에 결합되고, 상기 두 개의 캐리어 본체는 제1 단부(24, 26)의 반대편에 각각 제2 단부(30, 32)를 구비하고, 상기 제2 캐리어 본체(22)는, 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)의 작동시 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체(22)의 제2 단부(32)가 상기 제1 캐리어 본체(20)의 제2 단부(30)로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록, 상기 카운터-요소(14, 40)와 연결되어 작동하거나,
    상기 카운터-요소(14, 40)에 고정되어 있고, 두 개의 캐리어 본체(20, 22)는 제1 단부(24, 26)에 의해 상기 카운터-요소(14, 40)에 결합되고, 상기 두 개의 캐리어 본체는 제1 단부(24, 26)의 반대편에 각각 제2 단부(30, 32)를 구비하고, 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)의 작동시 상기 제2 캐리어 본체(22)의 제2 단부(32)가 상기 제1 캐리어 본체(20)의 제2 단부(30)로부터 멀어지는 방향으로 이동하도록 상기 제2 캐리어 본체(22)는 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)에 연결되어 작동하고,
    - 상기 탄성적으로 휘어지는 제2 캐리어 본체(22)의 제2 단부(32)는 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)의 작동시 상기 제1 캐리어 본체(20)로부터 멀어지는 방향으로 편향됨으로써, 상기 제1 및 제2 커패시터 전극(34, 36) 사이의 거리가 생성되거나 확대되며,
    - 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)의 작동시 상기 하나 이상의 커패시터(38)의 커패시턴스 또는 커패시턴스 변화를 측정하도록 상기 제1 및 제2 커패시터 전극(34, 36)에 연결된 평가 유닛(42)이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전기장치용 작동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)의 작동을 촉각으로 확인하도록 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)에 작용하는 피드백 유닛(44)을 포함하고, 상기 피드백 유닛(44)은, 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)의 작동시 발생하는 커패시턴스의 양에 기초하여, 또는 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)의 작동시 커패시터(38)가 받는 커패시턴스의 변화 정도에 기초하여, 제어되도록 마련된 것을 특징으로 하는 전기장치용 작동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)는 복수의 기호를 포함하는 작동영역을 포함하고, 정전용량 터치 센서 장치(46)에 의해, 예를 들어 손가락에 의해 수행되는 상기 하나 이상의 작동요소(12, 28)의 작동시, 평가유닛(42)에서 상기 작동영역 중 어느 작동영역이 접촉되는지를 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기장치용 작동장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동요소(12, 28) 상에 또는 상기 카운터-요소(14, 40) 상에는, 상기 제2 캐리어 본체의 제2 단부(32)에 의해 상기 제2 캐리어 본체(22)와 접촉하는 편향요소(40)가, 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기장치용 작동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 캐리어 본체(22)의 제2 단부(32)는 제1 캐리어 본체(20)의 제2 단부(30)를 지나서 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 전기장치용 작동장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 캐리어 본체(20)의 개구를 통해서, 상기 편향요소(40)는 상기 제2 캐리어 본체(22)와 접하여 작동하도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전기장치용 작동장치.
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