KR20230052737A - 정전전극을 이용한 노브형 스위치 - Google Patents

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KR20230052737A
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Abstract

본 발명은 정전전극을 이용한 노브형 스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수 개의 노브가 하나의 스위치모듈을 구성하는 노브형 스위치에 있어서, 정전센서방식을 적용한 하나의 노브로 다수 개의 기능을 제어할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 정전센서방식을 적용함에 있어, 별도의 터치센서를 사용하지 않고, 스위치로 사용되는 노브가 자체적으로 전도성(정전용량)을 갖도록 함으로써, 제품의 구성을 단순화할 수 있으며, 이를 통해 제품의 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 다수 개로 분할된 노브를 하나로 통합함으로써, 노브 사이로 이물질이나 오수 등이 유입되는 것을 미연에 방지함으로써, 스위치의 오동작이나 손상, 소손 및 파손 등을 방지할 수 있으며, 다양한 구성들에 대한 조작에 대한 사용자(운전자)의 편의성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 스위치 분야, 특히 차량에 구성되는 파워 윈도우 스위치 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

정전전극을 이용한 노브형 스위치{Knob type switch using electrostatic electrode}
본 발명은 정전전극을 이용한 노브형 스위치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수 개의 노브가 하나의 스위치모듈을 구성하는 노브형 스위치에 있어서, 정전센서방식을 적용한 하나의 노브로 다수 개의 기능을 제어할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 정전센서방식을 적용함에 있어, 별도의 터치센서를 사용하지 않고, 스위치로 사용되는 노브가 자체적으로 전도성(정전용량)을 갖도록 함으로써, 제품의 구성을 단순화할 수 있으며, 이를 통해 제품의 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 정전전극을 이용한 노브형 스위치에 관한 것이다.
일반적으로 스위치는 사용자가 특정 장치의 기능을 온오프(On-Off)하거나, 동작레벨을 조절하는 등을 위해 사용하는 것으로, 다양한 분야에서 다양한 설비나 장치, 기구 등의 제품들에 널리 적용되어 사용되고 있다.
예를 들어, 차량에는 다양한 기능을 조작하기 위한 스위치들이 구성되어 있으며, 특히 운전석 측에는 차량에 구성된 윈도우들의 개폐 및 개방정도를 조절하기 위한 파워 윈도우 스위치가 구성되어 있다.
기존에 사용되는 파워 윈도우 스위치는 주로 기계적인 방식으로 작동되는데, 사용자(운전자)의 Pull(윈도우 up) & Push(윈도우 down) 조작에 따라, 내부 슬라이더를 구동하여 컨택트 러버를 누르게 되면, 메탈돔이 PCB의 접점과 접촉하면서 전기 신호로 변환하여 윈도우를 제어하는 신호를 출력하게 된다.
이러한 파워 윈도우 스위치는 주로 2개 또는 4개의 노브로 구성되어 있으며, 각 노브마다 특정 윈도우가 매칭되어 있어, 사용자(운전자)가 특정 노브를 조작하게 되면 그와 매칭된 윈도우가 개폐될 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 파워 윈도우 스위치는 아래와 같은 문제점이 있다.
첫째, 다수 개의 노부를 구성함에 따라, 노브 및 노브와 연동되는 구성들이 크게 증가하게 되며, 이로 인해 각 구성간 결합구조가 복잡하고 제품의 불량률이 증가하여 신뢰성이 저하될 수 있다.
둘째, 노브와 노브 사이의 틈을 통해 이물질이 유입될 수 있으며, 이로 인해 스위치의 오작동이나 내부회로 등의 소손이나 파손 등이 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 정전방식을 적용한 노브를 이용함으로써, 하나의 노브로도 다수의 구성에 대한 제어가 가능하도록 할 수 있다.
이때, 정전방식을 적용하는 방법은 센서시트(FPC)타입과 PCB타입의 두 가지가 있다.
하기의 선행기술문헌 중 대한민국 등록특허공보 제10-1489254호 '차량용 정전식 터치 스위치 장치'(이하 '선행기술1'이라 한다)는, 두 가지 정전방식 중 센서시트(FPC)타입으로, 정전피막을 이용하여 조작의 용이성을 확보하고 오조작을 최소화할 수 있도록 한 것이다.
그리고, 하기의 선행기술문헌인 대한민국 등록특허공보 제10-1892552호 '터치 센서 내장식 파워 윈도우 스위치 및 이를 이용한 제어방법, 그리고 파워 윈도우 스위치 제어장치'(이하 '선행기술2'라 한다)는, 두 가지 정전방식 중 PCB타입으로, 터치센서를 이용하여 하나의 스위치로 다수 개의 구성을 제어하도록 한 것이다.
그러나, 선행기술1이나 선행기술2는 정전센서라는 구성이 추가되므로, 다시 구조가 복잡해지게 되며, 그로 인해 제품의 신뢰성이 저하되며 제조비용이 증가하는 문제가 발생하게 된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1489254호 '차량용 정전식 터치 스위치 장치' 대한민국 등록특허공보 제10-1892552호 '터치 센서 내장식 파워 윈도우 스위치 및 이를 이용한 제어방법, 그리고 파워 윈도우 스위치 제어장치'
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 다수 개의 노브가 하나의 스위치모듈을 구성하는 노브형 스위치에 있어서, 정전센서방식을 적용한 하나의 노브로 다수 개의 기능을 제어할 수 있는 정전전극을 이용한 노브형 스위치를 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 정전센서방식을 적용함에 있어, 별도의 터치센서를 사용하지 않고, 스위치로 사용되는 노브가 자체적으로 전도성(정전용량)을 갖도록 함으로써, 제품의 구성을 단순화할 수 있으며, 이를 통해 제품의 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 정전전극을 이용한 노브형 스위치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다수 개로 분할된 노브를 하나로 통합함으로써, 노브 사이로 이물질이나 오수 등이 유입되는 것을 미연에 방지함으로써, 스위치의 오동작이나 손상, 소손 및 파손 등을 방지할 수 있는 정전전극을 이용한 노브형 스위치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 정전전극을 이용한 노브형 스위치는, 사용자의 터치에 의해 대상구성을 선택받는 터치감지부; 및 사용자의 조작을 감지하여 선택된 대상구성의 동작을 제어하는 동작제어부;를 포함하며, 상기 터치감지부는, 정전용량을 갖는 노브; 및 상기 노브의 정전용량 변화를 감지하여 대상구성을 선택하는 터치분석유닛;를 포함한다.
또한, 상기 노브는, 탄소계 필러가 포함된 합성수지재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 탄소계 필러는, 카본블랙(Carbon Black, CB), 탄소섬유(Carbon Fiber, CF) 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 터치감지부는, 상기 노브의 움직임에 탄성력을 제공하고, 상기 노브의 정전용량 변화에 대응하는 감지신호를 상기 터치분석유닛으로 전달하는 신호전달탄성구;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 노브는, 정전용량의 변화를 감지하는 영역을 적어도 두 개의 감지영역으로 분할하여 구분하고, 상기 신호전달탄성구는, 적어도 두 개가 분할된 감지영역별로 각각 배치되며, 상기 동작제어부는, 신호가 전달된 신호전달탄성구를 확인하고, 해당 감지영역에 매칭된 구성의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 노브는, 분할된 감지영역 사이에 갭영역이 형성될 수 있다.
또한, 상기 동작제어부는, 적어도 두 개의 감지영역이 동시에 선택되면, 해당 감지영역에 매칭된 구성들을 동시에 제어할 수 있다.
또한, 상기 동작제어부는, 감지된 정전용량의 변화가 히스테리시스(Hysteresis)에 의한 임계치를 초과한 경우, 해당 정전용량이 감지된 감지영역에 해당하는 구성을 제어할 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 다수 개의 노브가 하나의 스위치모듈을 구성하는 노브형 스위치에 있어서, 정전센서방식을 적용한 하나의 노브로 다수 개의 기능을 제어할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 정전센서방식을 적용함에 있어, 별도의 터치센서를 사용하지 않고, 스위치로 사용되는 노브가 자체적으로 전도성(정전용량)을 갖도록 함으로써, 제품의 구성을 단순화할 수 있는 장점이 있다.
이를 통해, 본 발명은 제품의 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다수 개로 분할된 노브를 하나로 통합함으로써, 노브 사이로 이물질이나 오수 등이 유입되는 것을 미연에 방지함으로써, 스위치의 오동작이나 손상, 소손 및 파손 등을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 다수 개로 구성된 노브를 하나로 통합함으로써, 다양한 구성들에 대한 조작에 대한 사용자(운전자)의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 정전방식이 적용된 노브의 터치방법에 따라, 다수의 구성들을 개별적으로 제어하거나, 둘 이상을 동시에 제어할 수 있는 장점이 있다.
이를 통해, 본 발명은 다수의 구성에 대한 신속하고 정확한 제어가 가능해질 수 있으며, 사용자(운전자)에게 보다 향상된 조작의 편리성을 제공할 수 있다.
따라서, 스위치 분야, 특히 차량에 구성되는 파워 윈도우 스위치 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 정전전극을 이용한 노브형 스위치의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타난 노브의 기능을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타난 노브의 동작에 따른 감지신호와 터치신호 및 판단신호의 일 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 4는 도 1에 나타난 동작제어부의 기능을 설명하는 순서도이다.
본 발명에 따른 정전전극을 이용한 노브형 스위치에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 정전전극을 이용한 노브형 스위치의 일 실시예를 나타내는 구성도이고, 도 2는 도 1에 나타난 노브의 기능을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 정전전극을 이용한 노브형 스위치(A)는 터치감지부(100) 및 동작제어부(200)를 포함한다.
터치감지부(100)는 사용자의 터치를 감지하여, 사용자가 제어하고자 하는 대상구성을 선택받는 것으로, 정전방식 기반으로 사용자의 터치를 감지하게 된다.
동작제어부(200)는 터치감지부(100)를 통해 사용자의 조작이 감지되면, 해당 조작에 대응하여 선택된 대상구성의 동작을 제어한다.
한편, 터치감지부(100)는 정전방식을 이용하여 사용자의 터치를 감지하게 되는데, 앞서 살펴본 바와 같이 별도의 터치센서를 사용할 경우 다양한 문제점이 발생할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 터치감지부(100)를 구성하는 노브(110)를 정전용량을 갖도록 하고, 터치분석유닛(120)이 노브(110)의 정전용량 변화를 감지하여, 사용자의 터치에 따른 대상구성을 선택하게 된다.
일반적으로, 사용자의 터치를 감지하기 위해서는, 해당 구성에 전기전도성이 부여되어야 하는데, 파워 윈도우 스위치의 노브(110)는 주로 합성수지재로 형성되므로, 해당 노브(110)에 전기전도성(정전용량)을 부여해야 할 필요가 있다.
이를 위하여, 본 발명에서는 노브(110)을 형성하는 합성수지재에 탄소계 필러를 혼합함으로써, 노브(110)에 일정량의 전기전도성을 부여할 수 있다.
일반적으로, 1×10^5 ohms/square 미만의 표면 저항을 갖는 물질을 전도성 물질이라 하며, 표면 저항이 1×10^12 ohms/square보다 큰 물질은 절연물질이라 한다.
이러한 전도성 물질의 조건을 만족시키기 위하여, 본 발명에서는 합성수지재에 혼합되는 탄소계 필러로, 카본블랙(Carbon Black, CB), 탄소섬유(Carbon Fiber, CF) 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 중, 적은 양으로 우수한 전도성을 발현시킬 수 있는 탄소나노튜브를 원료로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 탄소계 필러들은 Polycarbonate(PC)와의 혼합량에 따라서 표면 저항치에 차이가 있을 수 있으나, 대부분 전도성을 갖는 표면 저항치는 10^5 ohms/square 미만의 범위를 갖는다.
또한, 터치감지부(100)는 도 1에 나타난 바와 같이 신호전달탄성구(130)를 더 포함할 수 있다.
신호전달탄성구(130)는 사용자(운전자)의 조작(터치)에 의해 노브(110)의 정전용량이 변화하게 되면, 노브(110)의 정전용량 변화에 대응하는 감지신호를 터치분석유닛(120)으로 전달하는 것으로, 이에 더하여 노브(110)의 움직임에 대한 탄성력을 제공함으로써, 노브(110)의 조작감을 향상시키고 정확한 조작과 위치복원이 가능하도록 할 수 있다.
예를 들어, 신호전달탄성구(130)는 도 1에 나타난 바와 같이 금속재의 엑츄에이터(Actuator, 131) 및 코일형 스프링(132)을 포함할 수 있으며, 코일형 스프링(132)은 터치분석유닛(120)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이에, 노브(110)의 정전용량이 변화함에 따라 발생된 감지신호는 엑츄에이터(131) 및 스프링(132)을 통해 터치분석유닛(120)으로 전달될 수 있다.
도 1에서, 미설명 부호 '300'은 PCB(기판)이고, '400'은 케이스이며, 동작제어부(200)는 도 1에 나타난 바와 같이 PCB(400)에 구성되는 것으로 한정하지 않으며, 당업자의 요구에 따라 ECU, MCU 등의 구성들에 연동되거나 통합될 수 있다.
한편, 앞서 살펴본 바와 같이 본 발명에서는 하나의 노브(110)로 다수의 구성을 조작해야 할 필요가 있다.
이를 위하여, 본 발명의 노브(110)는 도 2에 나타난 바와 같이, 정전용량의 변화를 감지하는 영역을 적어도 두 개의 감지영역(a1, a2)으로 분할하여 구분하고, 사용자가 특정 부분을 터치하게 되면, 그에 대응하여 특정 구성을 선택할 수 있다.
보다 구체적으로, 신호전달탄성구(130)는 도 2에 나타난 바와 같이 적어도 두 개가 분할된 감지영역(a1, a2)별로 각각 배치될 수 있다.
그리고, 동작제어부(200)는 신호가 전달된 신호전달탄성구(130)를 확인하고, 해당 감지영역(a1, a2)에 매칭된 구성(예를 들어, 운전석 윈도우 또는 조수석 윈도우 등)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 노브(110)는 분할된 감지영역(a1, a2) 사이에 갭영역(a3)을 형성함으로써, 사용자가 분할된 감지영역(a1, a2) 중 어느 감지영역을 터치하였는지를 보다 명확하게 판단하도록 할 수 있다. 여기서, 갭영역(a3)은 표면 저항이 1×10^12 ohms/square보다 큰 절연영역이 되도록 형성할 수 있다.
만약, 사용자의 터치에 의해 적어도 두 개의 감지영역(a1, a2) 이 동시에 선택되면, 동작제어부(200)는 감지영역(a1, a2)에 매칭된 구성들(운전석 윈도우 및 조수석 윈도우)을 동시에 제어할 수 있다.
한편, 사용자가 노브(110)를 터치(St)하게 되면, 도 3에 나타난 바와 같은 감지신호(Sr)가 생성될 수 있다.
동작제어부(200)는 감지된 정전용량의 변화가 임계치를 초과한 경우, 해당 감지영역(a1, a2)에 대한 턴온 및 턴오프를 판단(Son_off)하게 되며, 턴온시에 해당 정전용량이 감지된 감지영역에 해당하는 구성을 제어할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 사용자의 부주의나 실수 등에 의해 스위치가 오동작하는 것을 방지하기 위하여, 기본전압(v0)에 비해 충분한 크기의 터치온 임계전압(V2) 및 터치오프 임계전압(v1)을 설정할 수 있다.
이때, 각 임계치는 전자소자의 특성을 고려하여 히스테리시스(Hysteresis)에 의해 설정될 수 있으며, 이에 따라 신호의 상승시 임계치인 터치온 임계전압(V2)이 신호의 하강시 임계치인 터치오프 임계전압(v1)보다 높게 설정될 수 있다.
이와 같이, 히스테리시스(Hysteresis)를 고려하여 임계치를 설정하게 되면, 사용자의 조작 실수 등에 의한 오동작을 최소화할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 노브형 스위치(A)가, 차량의 운전석 측에 구성된 파워 윈도우 스위치에 적용된 경우를 예로 하여, 그 동작을 살펴보면 아래와 같다.
도 4를 참조하면, 동작제어부(200)는 노브(110)에 의해 사용자(운전자)의 터치를 감지한 감지신호를 수신하게 되면(S11), 해당 감지신호가 도 3에 나타난 바와 같이 터치온 임계전압(V2)을 초과하였는지 확인하게 된다(S12)
이때, 수신된 감지신호가 터치온 임계전압(V2)을 초과하게 되면, 해당 감지신호가 어떤 감지영역에서 수신된 신호인지를 확인할 수 있다(S13).
확인결과, 해당 감지영역이 좌측(도 2 참조)인 경우, 동작제어부(200)는 노브(110)의 조작에 대응하여 운전석 윈도우를 제어할 수 있다(S15).
한편, 앞서 도 1에서 살펴본 내용은 노브(110)의 터치를 감지하는 것에 대한 것이며, 노브(110)의 조작에 의한 구성은 당업자의 요구에 따라 다양하게 적용될 수 있으므로, 특정한 것에 한정하지는 않으며, 필요시 종래의 기계적 구성을 적용할 수도 있음은 물론이다.
다시 말해, 노브(110)의 터치에 의해 특정 구성이 선택되면, 노브(110)의 조작(Pull or Push)에 의해서는 선택된 구성의 동작(윈도우의 업 또는 다운)을 제어할 수 있다.
만약, 수신된 감지신호의 확인결과에 따른 감지영역이 우측(도 2 참조)인 경우(S14), 동작제어부(200)는 노브(110)의 조작에 대응하여 조수석 윈도우를 제어할 수 있으며(S16), 두 영역을 동시에 터치한 경우에는(S14) 운전석 윈도우와 조수석 윈도우를 동시에 제어할 수 있다(S17).
이후, 사용자의 조작이 완료되어 사용자의 손가락이 노브(110)에서 떨어지게 되면, 노브(110)에서 측정되는 감지신호가 임계전압 이하로 떨어지게 되며(S12), 동작제어부(200)는 해당 시점에서 대상 구성의 상태를 현재 상태로 유지하게 된다(S18).
이상에서 본 발명에 의한 정전전극을 이용한 노브형 스위치에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다.
A : 노브형 스위치
100 : 터치감지부
110 : 노브 120 : 터치분석유닛
130 : 신호전달탄성구 131 : 엑츄에이터
132 : 스프링
200 : 동작제어부
300 : PCB(기판)
400 : 케이스

Claims (8)

  1. 사용자의 터치에 의해 대상구성을 선택받는 터치감지부; 및
    사용자의 조작을 감지하여 선택된 대상구성의 동작을 제어하는 동작제어부;를 포함하며,
    상기 터치감지부는,
    정전용량을 갖는 노브; 및
    상기 노브의 정전용량 변화를 감지하여 대상구성을 선택하는 터치분석유닛;를 포함하는 정전전극을 이용한 노브형 스위치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노브는,
    탄소계 필러가 포함된 합성수지재로 형성된 것을 특징으로 하는 정전전극을 이용한 노브형 스위치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 탄소계 필러는,
    카본블랙(Carbon Black, CB), 탄소섬유(Carbon Fiber, CF) 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전전극을 이용한 노브형 스위치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 터치감지부는,
    상기 노브의 움직임에 탄성력을 제공하고, 상기 노브의 정전용량 변화에 대응하는 감지신호를 상기 터치분석유닛으로 전달하는 신호전달탄성구;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전전극을 이용한 노브형 스위치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 노브는,
    정전용량의 변화를 감지하는 영역을 적어도 두 개의 감지영역으로 분할하여 구분하고,
    상기 신호전달탄성구는,
    적어도 두 개가 분할된 감지영역별로 각각 배치되며,
    상기 동작제어부는,
    신호가 전달된 신호전달탄성구를 확인하고, 해당 감지영역에 매칭된 구성의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전전극을 이용한 노브형 스위치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 노브는,
    분할된 감지영역 사이에 갭영역이 형성된 것을 특징으로 하는 정전전극을 이용한 노브형 스위치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 동작제어부는,
    적어도 두 개의 감지영역이 동시에 선택되면, 해당 감지영역에 매칭된 구성들을 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 정전전극을 이용한 노브형 스위치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 동작제어부는,
    감지된 정전용량의 변화가 히스테리시스(Hysteresis)에 의한 임계치를 초과한 경우, 해당 정전용량이 감지된 감지영역에 해당하는 구성을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전전극을 이용한 노브형 스위치.
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