KR20200012297A - 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 관한 것으로서, 특히, 제 2 전극부의 위에 간격을 두고 형성되어 유저의 터치 압력에 따라 가변되는 제 1 전극 확장 전극부와 제 2 전극부의 상면에 장착되는 탄성체를 포함하여 구성됨으로써 유저의 가압시 1단계로 제 1 전극 확장 전극부에 의해 압력을 측정하고 제 1 전극 확장 전극부가 탄성체에 맞닿으면 2단계로 탄성체의 탄성으로 압력을 측정하므로 미세 압력측정이 가능함과 아울러 압력측정 범위를 늘릴 수 있는, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 관한 것이다.

Description

이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치{FORCE SENSOR SWITCH WITH DOUBLE ELASTIC STRUCTURE}
본 발명은 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 관한 것으로서, 특히, 제 2 전극부의 위에 간격을 두고 형성되어 유저의 터치 압력에 따라 가변되는 제 1 전극 확장 전극부와 제 2 전극부의 상면에 장착되는 탄성체를 포함하여 구성됨으로써 유저의 가압시 1단계로 제 1 전극 확장 전극부에 의해 압력을 측정하고 제 1 전극 확장 전극부가 탄성체에 맞닿으면 2단계로 탄성체의 탄성으로 압력을 측정하므로 미세 압력측정이 가능함과 아울러 압력측정 범위를 늘릴 수 있는, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 관한 것이다.
일반적으로 정전용량 포스 센서는 압력에 의해 가변되는 정전용량 변화를 감지하여 정압이나 동압을 측정하거나, 연속적 변화를 가지는 스위칭 신호를 생성하도록 적용된다.
정전용량 포스 센서들은 포스 터치 기능을 갖는 전자기기, 압력감응 터치패널, 자동차용 터치식 버튼, 메탈 터치패널 스위치 등에 적용되어 외부의 압력에 따라 가변 전극이 가변되어 고정전극과의 사이의 정전 용량을 변화시키고, 변화된 정전용량을 감지하여 압력신호 또는 스위칭 신호를 출력하도록 동작된다.
국내 특허 출원 2017-0108499호 공보(이하, 선행 문헌이라 함)에는 가변 제어용 포스 센서 스위치가 개시되어 있다. 이 가변 제어용 포스 센서 스위치는 기판; 상기 기판의 상부에 형성되는 TX 패턴부와 RX 패턴부를 가지는 정전용량부; 상부로 볼록한 돔 형상으로 형성된 후 상기 정전용량부의 상부에 장착되어 터치에 따라 가변되어 상기 정전용량부의 정전용량을 연속적으로 변화시키는 돔부; 중앙에 돔부장착홀이 형성되어 상기 정전용량부의 상부에 장착되어 상기 돔부의 수용 공간을 형성하는 가이드부; 및 상기 가이드부의 상부를 차폐하는 덮개부;를 포함하여 구성된다.
그러나 위 선행 문헌은 하나의 돔부가 탄성 구조를 가져 유저의 터치 압력에 의해 변형되어 Rx 전극과의 이동거리를 변화시킴으로써 정전용량 및 힘을 측정하는 방식이므로 측정 범위가 적고 미세 영역의 측정이 불가능하다는 문제점이 있었다.
국내 특허 출원 2017-0108499호 공보
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미세 압력측정이 가능함과 아울러 압력측정 범위를 늘릴 수 있는, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시형태에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치는 베이스부; 상기 베이스부의 상부에 형성된 제 2 전극부; 상기 베이스부의 상부에서 상기 제 2 전극부 양측에 간격을 두고 형성된 제 1 전극부; 상기 제 2 전극부의 상부에 장착되어 가압하려고 하는 힘에 저항하도록 구성된 탄성체; 상기 제 2 전극부 및 제 1 전극부의 상부에 간격을 두고 장착되고, 터치 압력에 따라 가변되어 상기 제 2 전극부와의 정전용량을 변화시키는 제 1 전극 확장 전극부; 상기 제 1 전극 확장 전극부를 수용하는 수용부; 상기 수용부의 상부를 커버링하는 덮개부; 및 상기 제 1 전극 확장 전극부와 상기 덮개부 사이에 설치되어 유저의 터치 압력 작용시 상기 제 1 전극 확장 전극부의 상부 중앙을 가압하는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시형태에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 있어서, 상기 제 1 전극 확장 전극부는 횡단면도로 볼 때 돔 형상을 가질 수 있다.
상기 실시형태에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 있어서, 상기 제 1 전극 확장 전극부는 횡단면도로 볼 때 "┏━┓" 형상을 가질 수 있다.
상기 실시형태에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 있어서, 상기 제 1 전극 확장 전극부는 스테인리스스틸(SUS)로 제작될 수 있다.
상기 실시형태에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 있어서, 상기 덮개부는 폴리이미드 필름으로 제작될 수 있다.
상기 실시형태에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 있어서, 상기 제 2 전극부는 셀프키 정전 방식으로 구성되고, 상기 제 1 전극부는 접지 전극일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 의하면, 베이스부; 상기 베이스부의 상부에 형성된 제 2 전극부; 상기 베이스부의 상부에서 상기 제 2 전극부 양측에 간격을 두고 형성된 제 1 전극부; 상기 제 2 전극부의 상부에 장착되어 가압하려고 하는 힘에 저항하도록 구성된 탄성체; 상기 제 2 전극부 및 제 1 전극부의 상부에 간격을 두고 장착되고, 터치 압력에 따라 가변되어 상기 제 2 전극부와의 정전용량을 변화시키는 제 1 전극 확장 전극부; 상기 제 1 전극 확장 전극부를 수용하는 수용부; 상기 수용부의 상부를 커버링하는 덮개부; 및 상기 제 1 전극 확장 전극부와 상기 덮개부 사이에 설치되어 유저의 터치 압력 작용시 상기 제 1 전극 확장 전극부의 상부 중앙을 가압하는 가압부;를 포함하여 구성됨으로써, 유저의 가압시 1단계로 제 1 전극 확장 전극부에 의해 압력을 측정하고 제 1 전극 확장 전극부가 탄성체에 맞닿으면 2단계로 탄성체의 탄성으로 압력을 측정하므로 미세 압력측정이 가능함과 아울러 압력측정 범위를 늘릴 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
즉, 유저의 가압시 1단계에서 제 1 전극 확장 전극부에 의해 압력을 측정하므로 미세 압력 측정이 가능하며, 2단계에서 탄성체의 탄성으로 압력을 측정하므로 압력측정 범위를 늘릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 도 2에서 제 1 전극 확장 전극부를 횡단면도로 볼 때 ┏━┓" 형상을 갖도록 교체했을 경우의 단면도이다.
도 4는 도 2의 가압부(160)에 대한 유저의 터치 압력 작용시 이동 거리 변화에 따라 측정되는 힘의 변화를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 가압부(160)에 대한 유저의 터치 압력 작용시 이동 거리 변화에 따라 측정되는 정전용량의 변화를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치의 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이며, 도 3은 도 2에서 제 1 전극 확장 전극부를 횡단면도로 볼 때 ┏━┓" 형상을 갖도록 교체했을 경우의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스부(100), 제 2 전극부(130), 제 1 전극부(120), 탄성체(140), 제 1 전극 확장 전극부(150 또는 150'), 수용부(110), 덮개부(170) 및 가압부(160)를 포함한다.
베이스부(100)는 본 발명의 포스 센서 스위치의 정전용량 신호의 출력을 위한 회로 패턴이 형성된 기판으로서, FPCB, PCB 및 사출 등의 다양한 형태로 제작될 수 있다.
제 2 전극부(130) 및 제 1 전극부(120)는 정전용량부를 이루며, 제 1 전극 확장 전극부(150 또는 150')에 가해지는 압력에 따라 볼륨, 밝기, 채널 변경 등의 제어를 위한 가변되는 정전용량 값을 출력하도록 구성되어 있다.
제 2 전극부(130)는 베이스부(100)의 상부에 패턴 형성되어 있으며, 제 1 전극 확장 전극부(150 또는 150')와의 거리에 따라 정전용량의 변화를 일으킨다. 제 2 전극부(130)에는 베이스부(100)의 배선과 전기적으로 접속되도록 외부 전극으로 노출되어 형성된다.
제 1 전극부(120)는 베이스부(100)의 상부에서 제 2 전극부(130)의 양측에 간격을 두고 패턴 형성되며, 그 제 1 전극부(120) 상부에는 제 1 전극 확장 전극부(150 또는 150')가 전기 접촉되어 있다. 제 1 전극부(120)는 베이스부(100)의 배선 등의 외부 부품 또는 장치들과 전기적으로 접속되도록 외부 전극으로 노출되어 형성된다.
제 1 전극 확장 전극부(150 또는 150')는 제 2 전극부(130) 및 제 1 전극부(120)의 상부에 간격을 두고 장착되고, 도 2와 같이 돔 형상을 갖는 구조(150) 또는 도 3과 같이 횡단면도로 볼 때 "┏━┓" 형상을 갖는 구조(150')로 구성할 수 있다. 제 1 전극 확장 전극부(150 또는 150')는 유저의 터치 압력에 따라 가변되어 제 2 전극부(130)와의 정전용량을 변화시킨다. 제 1 전극 확장 전극부(150, 150')는 예컨대, 스테인리스스틸(SUS)로 제작된다. 제 1 전극 확장 전극부(150, 150')는 중심부가 하부로 내려오다가 일정 높이 이하가 되면 탄성체(140)와 접촉하게 되어서 측정되는 힘이 급격히 증가하게 되는 반면, 탄성체(140)의 수축율에 의해 제 1 전극부(120)와 제 2 전극부(130)의 간격은 결정되게 되어 제 2 전극부(130)와의 정전용량은 증가량이 줄어들게 된다.
수용부(110)는 제 1 전극 확장 전극부(150)가 수용되게 되며, 덮개부(170)가 상부를 커버링(covering)하고 있다.
덮개부(170)는 수용부(110)의 상부를 커버링하며, 위로 볼록한 형상을 이루며, 하부 중앙부에는 제 1 전극 확장 전극부(150)와의 사이에 가압부(160)가 장착되어 있다. 덮개부(170)는 예컨대, 폴리이미드 필름으로 제작된다.
가압부(160)는 제 1 전극 확장 전극부(150)와 덮개부(170) 사이에 설치되어 유저의 터치 압력 작용시 제 1 전극 확장 전극부(150)의 상부 중앙을 가압하는 역할을 한다.
위와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치는 본 발명의 실시형태에 의한, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치에 의하면, 베이스부; 상기 베이스부의 상부에 형성된 제 2 전극부; 상기 베이스부의 상부에서 상기 제 2 전극부 양측에 간격을 두고 형성된 제 1 전극부; 상기 제 2 전극부의 상부에 장착되어 가압하려고 하는 힘에 저항하도록 구성된 탄성체; 상기 제 2 전극부 및 제 1 전극부의 상부에 간격을 두고 장착되고, 터치 압력에 따라 가변되어 상기 제 2 전극부와의 정전용량을 변화시키는 제 1 전극 확장 전극부; 상기 제 1 전극 확장 전극부를 수용하는 수용부; 상기 수용부의 상부를 커버링하는 덮개부; 및 상기 제 1 전극 확장 전극부와 상기 덮개부 사이에 설치되어 유저의 터치 압력 작용시 상기 제 1 전극 확장 전극부의 상부 중앙을 가압하는 가압부;를 포함하여 구성됨으로써, 유저의 가압시 1단계로 제 1 전극 확장 전극부에 의해 압력을 측정하고 제 1 전극 확장 전극부가 탄성체에 맞닿으면 2단계로 탄성체의 탄성으로 압력을 측정하므로 미세 압력측정이 가능함과 아울러 압력측정 범위를 늘릴 수 있다.
즉, 유저의 가압시 1단계에서 제 1 전극 확장 전극부에 의해 압력을 측정하므로 미세 압력 측정이 가능하며, 2단계에서 탄성체의 탄성으로 압력을 측정하므로 압력측정 범위를 늘릴 수 있다.
더욱이, 가압부(160)의 터치 압력에 의한 이동거리 변화에 따른 힘 및 정전 용량의 변화에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
유저가 가압부(160)를 상부에서 누르게 되면 이동거리 변화가 생기면서 측정되는 힘은 서서히 증가하게 되고(도 3 참조), 이때 제 1 전극 확장 전극부(150 또는 150')를 가압하게 되면서 압력을 측정하므로 미세 압력 측정이 가능하게 된다.
이후, 제 1 전극 확장 전극부(150 또는 150')가 탄성체(140)에 맞닿기 시작하게 되면 탄성체(140)의 탄성으로 압력을 측정하므로 압력측정 범위가 증가하게 된다.
사용자가 가압부(160)를 상부에서 누르게 되면 제 1 전극 확장 전극부와 제 2전극 사이의 간격변화가 생기면서 측정되는 정전용량 값은 서서히 증가하게 되고, 제 1전극 확장 전극부가 탄성체에 맞닿으면 누르는 힘은 증가되는 반면, 제 1전극 확장 전극부와 제 2전극 사이의 간격변화가 줄어들면서 정전용량의 증가율도 함께 줄어들게 된다(도 4참조).
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 베이스부
110: 수용부
120: 제 1 전극부
130: 제 2 전극부
140: 탄성체
150, 150': 제 1 전극 확장 전극부
160: 가압부
170: 덮개부

Claims (6)

  1. 베이스부(100);
    상기 베이스부의 상부에 형성된 제 2 전극부(130);
    상기 베이스부의 상부에서 상기 제 2 전극부 양측에 간격을 두고 형성된 제 1 전극부(120);
    상기 제 2 전극부의 상부에 장착되어 가압하려고 하는 힘에 저항하도록 구성된 탄성체(140);
    상기 제 2 전극부 및 제 1 전극부의 상부에 간격을 두고 장착되고, 터치 압력에 따라 가변되어 상기 제 2 전극부와의 정전용량을 변화시키는 제 1 전극 확장 전극부;
    상기 제 1 전극 확장 전극부를 수용하는 수용부(110);
    상기 수용부의 상부를 커버링하는 덮개부(170); 및
    상기 제 1 전극 확장 전극부와 상기 덮개부 사이에 설치되어 유저의 터치 압력 작용시 상기 제 1 전극 확장 전극부의 상부 중앙을 가압하는 가압부(160)를 포함하는, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 확장 전극부는 횡단면도로 볼 때 돔 형상을 갖는, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 확장 전극부는 횡단면도로 볼 때 "┏━┓" 형상을 갖는, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 확장 전극부는 스테인리스스틸(SUS)로 제작되는, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 덮개부(170)는 폴리이미드 필름으로 제작되는, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극부(130)는 셀프키 정전 방식으로 구성되고,
    상기 제 1 전극부(120)는 접지 전극인, 이중 탄성체 구조를 갖는 포스 센서 스위치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010251101A (ja) * 2009-04-15 2010-11-04 Alps Electric Co Ltd 入力装置
KR20170108499A (ko) 2016-03-18 2017-09-27 김경훈 전화번호 연동되는 소셜 네트워크 서비스 시스템
KR20170129583A (ko) * 2016-05-17 2017-11-27 주식회사 쏠리드 정전식 스위치

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