KR102779452B1 - 정전 용량식 스위치 - Google Patents

Abstract

[과제] 빠른 응답성을 가지고 또한 1 스트로크에서 안정된 2단 입력이 가능한 정전 용량식 스위치를 제공한다.
[해결 수단] 제1 전극(171) 및 제1 전극(171)과는 절연하여 배치된 제2 전극(172)으로 이루어진 고정 전극(17)과, 스테인레스 등의 금속판으로 형성된 가동 전극(16)을 구비한다. 나아가, 돌기부를 구비하고, 상기 돌기부를 변위시키는 것에 의해 가동 전극(16)과 고정 전극(17) 사이의 거리를 변화시키는 러버 부재(11)를 구비한다. 가동 전극(16)은 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)를 구비하고, 돌기부는 러버 부재(11)의 제1 가압에 의해 변위하여 제1 영역(P1)을 고정 전극(17)에 접근시키는 중앙 돌기부(113)와, 제1 가압보다 큰 제2 가압에 의해 변위하여 제2 영역(P2)을 고정 전극(17)에 접근시키는 주위 돌기부(114)를 구비한다.

Description

정전 용량식 스위치{Capacitance-type Switch}

본 발명은 전자 기기에 정보를 입력하는 입력 장치 등에 사용되는 스위치에 관한 것으로서, 입력 방식으로 정전 용량 방식을 이용하는 정전 용량식 스위치에 관한 것이다.

예를 들어, 카메라의 오토 포커스 셔터 등에서는, 하나의 구조체에서 2 단계의 입력이 가능한 이단 스위치가 이용되고 있다. 이단 스위치의 작동 방식으로는, 메카 방식, 용량 방식, 메카·용량 더블 방식 등 다양한 방식이 알려져 있다. 이 중, 기계적인 접점이 없어 내구성이 우수하고, 회로·구조의 단순화, 조작 감촉의 양호성 면에서, 정전 용량의 변화를 이용한 정전 용량식 스위치가 많이 이용되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1은 키패드에 접촉한 손가락과 기판 상의 도전 패턴 사이의 정전 용량의 변화와, 키패드를 완전히 누르는 조작에 의한 키패드의 접촉 면적의 확대에 의해 정전 용량이 더 증가하는 것을 이용하여 2단 입력을 가능하게 한 스위치에 대해 기재하고 있다.

일본 특허공개 특개2011-175839호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시된 정전 용량식 스위치는, 조작자의 손가락이 일방의 전극이 되는 구성이기 때문에, 손가락과 전극과의 간격이 동일하여도, 손가락의 터치 면적(손가락의 굵기)이나 인체 용량의 변화에 따라 용량 값이 변하기 때문에, 터치의 방법에 따라 검출되는 용량 값에 큰 차이가 생겨버려서, 스위치의 스트로크와 정전 용량 값의 변화가 입력 환경에 따라 변동하는 문제가 있었다.

또한, 인체에 실린 노이즈의 제거나 부유 용량 대책이 어렵고, 안정된 용량 값이 입수(入手)되지 않을 수 있으며, 급격한 용량 변화를 2 개소에서 얻는 것이 어려웠다. 나아가, 각각의 스위치의 불균형도 있어, 빠른 조작이 요구되는 게임용 마우스나 연타가 요구되는 키보드 등의 입력 장치에 사용하기는 부적합하였다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 것은 고속 응답성을 가지고, 또한 1 스트로크로 안정적인 이 단계의 입력이 가능한 정전 용량식 스위치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 제1 전극 및 상기 제1 전극과 절연하여 배치된 제2 전극으로 이루어진 전극부와, 도체 또는 유전체로 형성된 이동 부재와, 돌기부를 구비하고 상기 돌기부를 변위시킴으로써 상기 이동 부재와 상기 전극부 사이의 거리를 변화시키는 가압 부재를 가지며, 상기 이동 부재는 제1 이동면 및 상기 제1 이동면과는 독립적으로 이동하는 제2 이동면을 구비하고, 상기 돌기부는 상기 가압 부재의 제1 가압에 의해 변위하여 상기 제1 이동면을 상기 전극부에 접근시키는 제1 돌기부와, 상기 제1 가압보다 큰 제2 가압에 의해 변위하여 상기 제2 이동면을 상기 전극부에 접근시키는 제2 돌기부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 정전 용량 스위치에 따르면, 고속 응답성을 가지고, 또한 1 스트로크로 안정적인 2 단계의 입력이 가능해진다.

[도 1] 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량식 스위치의 구성을 도시하는 단면도이고, 조작되지 않은 상태를 도시한다.
[도 2] 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량식 스위치에 사용되는 러버(rubber) 부재의 단면도이다.
[도 3] 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량식 스위치에 사용되는 러버 부재를 하방에서 본 사시도이다.
[도 4] 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량식 스위치에 사용되는 고정 전극의 구성을 도시하는 평면도이다.
[도 5] 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량식 스위치에 사용되는 가동 전극의 구성을 도시하는 평면도이다.
[도 6] 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량식 스위치에 사용되는 고정 전극 상에 가동 전극이 배치된 상태를 도시하는 설명도이다.
[도 7] 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량식 스위치가 1 단계 째까지 조작되었을 때의 상태를 도시하는 단면도이다.
[도 8] 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량식 스위치가 2 단계 째까지 조작되었을 때의 상태를 도시하는 단면도이다.
[도 9] 도 9는 정전 용량식 스위치를 일단 구조로 한 경우 및 이단 구조로 한 경우의 스트로크와 정전 용량의 변화를 도시하는 그래프이다.

이하에서, 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량식 스위치에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량식 스위치(이하, 단순히 「스위치」라고 칭한다)의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 스위치(1)는, 러버 부재(11)(가압 부재)와, 플런저(12)와, 상부 하우징(13)과, 하부 하우징(14)과, 가동 전극(16)과, 고정 전극(17)과, 기판(18)을 구비하고 있다. 하부 하우징(14)에는 스페이서(15)가 설치되어 있다. 여기서, 부호 19는 하부 하우징(14)을 기판(18)에 고정하기 위한 보스이다.

도 2는 러버 부재(11)의 단면도이고, 도 3은 러버 부재(11)를 하방에서 본 사시도이다. 러버 부재(11)는 가요성을 가지며 또한 절연성을 가지는 재질로 구성되어 있다. 예를 들어, 실리콘 고무, 우레탄 고무 등으로 구성되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 러버 부재(11)는, 중공의 원통 형상을 이루는 가압부(111)와, 가압부(111)의 하단면(116)의 대략 중앙부에 형성된 원통 형상을 이루는 중앙 돌기부(113)(제1 돌기부)를 구비한다. 또한, 러버 부재(11)는, 하단면(116)의 주위부 2개소에 형성된 주위 돌기부(114)(제2 돌기부)를 구비하고 있다. 2개의 주위 돌기부(114)는 중앙 돌기부(113)를 사이에 두고 서로 마주하는 위치, 즉 180°의 위치에 설치되어 있다.

중앙 돌기부(113)의 하단은, 주위 돌기부(114)의 하단보다 약간의 양만큼 하방으로 돌출하여 있다. 따라서, 가압부(111)가 가압되어, 후술하는 지지 다리부(112)가 탄성 변형하면, 먼저 중앙 돌기부(113)의 하단이 가동 전극(16)에 접촉하고, 추가적인 지지 다리부(112)의 탄성 변형에 의해 주위 돌기부(114)의 하단이 가동 전극(16)에 접촉하게 된다. 다시 말해서, 가압부(111)가 가압되어 제1 가압이 되면, 중앙 돌기부(113)가 가동 전극(16)에 접촉하여 상기 가동 전극(16)을 하방으로 이동시킨다. 추가로 가압부(111)가 가압되어 제1 가압보다 큰 제2 가압이 되면, 주위 돌기부(114)가 가동 전극(16)에 접촉하여 상기 가동 전극(16)을 하방으로 이동시킨다.

러버 부재(11)는 둥근 고리 형상을 이루고 단면이 직사각형으로 된 러버 베이스(115)와, 가압부(111)와 러버 베이스(115) 사이에 설치되고 전체적으로 상부가 잘려진 원뿔 형상을 이루는 지지 다리부(112)(변형 부재)를 구비하고 있다.

러버 베이스(115)는 가동 전극(16)의 주위부 표면에 위치하여 러버 부재(11) 전체를 지지한다.

러버 부재(11)는 2개의 돌기부, 즉 중앙 돌기부(113)(제1 돌기부) 및 주위 돌기부(114)(제2 돌기부)를 구비하고, 각각의 돌기부를 상하 방향으로 변위시킴으로써, 가동 전극(16)(이동 부재)과 고정 전극(17)(전극부)의 사이의 거리를 변화시키는 가압 부재로서의 기능을 구비하고 있다.

중앙 돌기부(113)(제1 돌기부)는 러버 부재(11)(가압 부재)를 평면에서 본 도면(도 2의 부호 G의 방향에서 본 평면도)의 중앙에 설치되고, 러버 부재(11)가 가압되지 않은 통상 시에는 가동 전극(16)(이동 부재)과 이격되어 있고, 1 단계 째로 가압한 때(제1 가압 시)에는 지지 다리부(112)가 변형함으로써 제1 영역(P1)(제1 이동면)에 접촉한다.

또한, 주위 돌기부(114)(제2 돌기부)는, 러버 부재(11)의 평면에서 볼 때, 중앙 돌기부(113)로부터 떨어진 위치에 설치되고, 평상 시에는 가동 전극(16)과 이격되어 있으며, 2 단계 째로 가압한 때(제2 가압 시)에는 지지 다리부(112)가 더 변형함으로써 후술할 제2 영역(P2)(제2 이동면)에 접촉한다.

지지 다리부(112)는 가요성을 가지고 있고, 사용자의 조작에 의해 가압부(111)가 상단 측에서 하방을 향해 가압된 때에 탄성 변형한다. 따라서, 가압부(111)는 하방으로 이동하고, 나아가 중앙 돌기부(113) 및 주위 돌기부(114)가 하방으로 이동한다. 또한, 사용자에 의한 가압이 해제되면 탄성력에 의해 원래 상태로 돌아간다.

도 1을 다시 참조하면, 플런저(12)는 러버 부재(11)의 상방에 설치되어 있다. 플런저(12)는 원통형부(121)와, 평판부(122)와, 다리부(123)로 구성되어 있다. 플런저(12)는, 예를 들어 플라스틱 등의 절연성 재료로 구성되어 있다. 여기서, 플런저(12)의 상부에는, 예를 들어, 키 톱, 마우스 버튼 등의 조작 스위치가 설치된다.

원통형부(121)는 원통 형상을 이루고 있고, 상면은 사용자에 의해 부호 「F」의 방향으로 가압되는 면으로 되어 있다. 평판부(122)는 기판(18)에 대해 거의 평행하게 형성되어 있고, 상기 평판부(122)의 하면은 러버 부재(11)의 가압부(111)(도 2 참조)의 상면에 접하고 있다.

다리부(123)는 평판부(122)의 주위로부터 대각선 하방을 향해 형성되어 있다. 플런저(12)의 주위에는, 상기 플런저(12)를 유지하기 위한 상부 하우징(13) 및 하부 하우징(14)이 설치되어 있다.

하부 하우징(14)은 통 형상을 이루고 있고, 통의 중심축이 기판(18)에 대해 수직 방향을 향하도록 설치되어 있다. 상부 하우징(13)은 플런저(12)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 상부 하우징(13)의 주위부에는 돌기(131)가 형성되고, 하부 하우징(14)의 내면 측에는 노치(141)가 형성되며, 돌기(131)가 노치(141)에 맞물려서, 하부 하우징(14)에 대해 상부 하우징(13)이 고정된다.

또한, 플런저(12)가 가압되지 않은 상태(기호 「F」의 방향으로 힘이 가해지고 있지 않은 상태)인 통상 상태에서, 상부 하우징(13)의 상부 이면(132)은 플런저(12)의 평판부(122)와 면 접촉하고 있다.

하부 하우징(14)에 형성되는 스페이서(15)는 단면 L자 형상을 이루고, 러버 부재(11)의 러버 베이스(115)의 외주면과 기판(18) 사이에 설치되어 있다.

가동 전극(16)(이동 부재)은 평판 형상을 이루고, 기판(18)과 거의 평행이 되도록 스페이서(15)의 상면에 배치되어 있다. 또한, 가동 전극(16)의 주위부에는 러버 부재(11)의 러버 베이스(115)가 접하고 있다. 하부 하우징(14)에 스페이서(15)가 형성됨으로써, 스페이스(20)가 형성되어 있다.

기판(18)은, 예를 들어 리지드(rigid) 기판이다. 기판(18)에는 평판 형상의 고정 전극(17)이 형성되고, 나아가 그 표면에 레지스트(resist)가 형성되어 있다.

[가동 전극(16), 고정 전극(17)의 구성]

다음으로, 도 4 ~ 도 6을 참조하여 가동 전극(16) 및 고정 전극(17)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 도 4는 고정 전극(17)의 평면도이고, 도 5는 가동 전극(16)의 평면도이며, 도 6은 가동 전극 (16)에 고정 전극(17)(이점 쇄선으로 도시)을 중첩하여 도시한 평면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 절연성을 가지는 기판(18)에 형성된 고정 전극(17)(전극부)은, 예를 들어, 동박(銅箔) 등의 도체로 구성되고, 반원 형상을 이루는 2개의 전극, 즉 제1 전극(171)과 제2 전극(172)을 구비하고 있다. 각각의 전극(171, 172) 사이의 전극이 형성되지 않은 영역을 공간부(173)라고 한다. 즉, 제1 전극(171)과 제2 전극(172)은 공간부(173)에 의해 절연되어 있다. 공간부(173)는 레지스트로 구성되어 있다.

제1 전극(171) 및 제2 전극(172)은 각각 전선을 통해 검출 회로(도시 생략)에 연결되어 있다.

고정 전극(17)은 콘덴서로서의 기능을 가진다. 각각의 전극(171, 172) 중 일방이 드라이브측 고정 전극이 되고, 타방이 센스측 고정 전극이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 가동 전극(16)은 스테인레스 등의 금속판으로 형성되어 있고, 나선 형상의 컷아웃(cutout)(161a, 161b, 161c)이 에칭 등으로 형성된다. 컷아웃(161a)은 좁은 폭의 원호 형상을 이루고 있고, 가동 전극(16)의 중앙부를 중심으로 360° 보다 약간 작은 각도만큼 형성되어 있다. 마찬가지로, 컷아웃(161b)은 좁은 폭의 원호 형상을 이루고 있고, 가동 전극(16)의 중앙부를 중심으로 360° 보다 약간 작은 각도만큼 형성되어 있다. 여기서, 가동 전극(16)은 금속 이외의 유전체로 구성하는 것도 가능하다. 여기서, 도 5에서는, 컷아웃(161a, 161b)은 360° 보다 약간 작은 각도만큼 형성되는 예를 도시하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 360° 보다 커도 좋다.

컷아웃(161c)은 2개의 컷아웃(161a, 161b) 사이의 영역을 통과하고, 또한 가동 전극(16)의 중심부를 통과하도록 형성되어 있다. 컷아웃(161c)은 가동 전극(16)의 중심부에서 반원의 곡선부(p1)를 형성하고 있다. 곡선부(p1)에 의해, 가동 전극(16)의 중앙의 영역은 제1 영역(P1)(제1 이동면)과 제2 영역(P2)(제2 이동면)의 2개의 영역으로 분할된다. 또한, 반원 형상의 곡선부(p1)가 형성되는 것에 의해서, 제1 영역(P1)에는 반원 형상부(p2)가 형성되어 있다. 여기서, 곡선부(p1)의 형상은 반원 형상이 아니어도 좋고, 러버 부재(11)의 중앙 돌기부(113)로 눌려지는 형상이라면 좋다. 예를 들어, 반원 형상부(p2)의 형상은 사각형이나 삼각형이라도 좋다.

각각의 컷아웃부(161a ~ 161c) 사이에 끼인 금속판의 영역(부호 q1, q2)은 좁은 폭의 곡선 영역이 된다. 각각의 컷아웃부(161a ~ 161c)가 형성됨으로써, 이 영역은 금속판에 직교하는 방향(법선 방향)으로 가해지는 힘에 의해 탄성변형하는 스프링의 기능을 가지게 된다. 컷아웃부(161a ~ 161c) 사이에 끼인 영역 중 제1 영역(P1)에 연결되는 영역을 스프링부 q1(제1 탄력부)로 하고, 제2 영역(P2)에 연결되는 영역을 스프링부 q2(제2 탄력부)로 한다.

즉, 가동 전극(16)(이동 부재)은 평면 형상을 이루고, 중앙 돌기부(113)의 변위에 의해 탄성변형하여 제1 영역(P1)(제1 이동면)을 고정 전극(17) 측으로 이동시키는 스프링부(q1)(제1 탄력부)와, 주위 돌기부(114)의 변위에 의해 탄성변형하여 제2 영역(P2)(제2 이동면)을 고정 전극(17) 측으로 이동시키는 스프링부(q2)(제2 탄력부)를 구비하고 있다. 스프링부(q1) 및 스프링부(q2)는 나선형의 스프링이다.

컷아웃부(161a ~ 161c)는, 예를 들어, 아르키메데스의 나선형으로 형성되고, 컷아웃의 폭은 일정하게 되어 있다. 따라서, 스프링부(q1, q2)도 일정한 폭으로 된다. 스프링부(q1, q2)는 금속판에 직교하는 방향(법선 방향)의 변동에 대해서, 수평 방향(금속판에 평행한 방향)의 변동 폭이 적기 때문에, 내구성이 높다. 가동 전극(16)은 도전체 또는 유전체로 형성되어 이동 부재로서의 기능을 구비한다.

여기서, 컷아웃부(161a ~ 161c)는 반드시 동일한 폭일 필요는 없고, 외측의 기점을 굵게 하고, 종점을 향해 서서히 가늘어져도 좋고, 또는 이것과는 반대로 외측의 기점을 가늘게 하고, 종점을 향해 서서히 굵어져도 좋다. 스프링부(q1, q2)에 의해 제1 영역(P1) 및 제2 영역이 상하 방향(도 5의 지면(紙面)에 직교하는 방향)으로 이동 가능하면 좋다. 컷아웃부(161a ~ 161c)의 형상은, 다양한 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 일정한 폭으로 물결치는 형상으로 형성되어도 좋다.

스프링부(q1)가 형성됨으로써, 가동 전극(16)의 법선 방향(도 5의 지면에 직교하는 방향)으로 제1 영역(P1)을 가압하면, 제1 영역(P1)은 법선 방향으로 이동하고 스프링부(q1)는 탄성변형된다. 즉, 제1 영역(P1)을 법선 방향(수직 방향)으로 가압하면 스프링부(q1)는 탄성변형되고, 가압을 해제하면 제1 영역(P1)은 원래 위치로 돌아온다.

마찬가지로, 가동 전극(16)의 법선 방향으로 제2 영역(P2)를 가압하면 제2 영역(P2)은 법선 방향으로 이동하고 스프링부(q2)는 탄성변형되고, 가압을 해제하면 원래대로 돌아간다. 즉, 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)는 각각 독립적으로 가동 전극(16)의 법선 방향으로 이동한다. 여기서, 제1 영역(P1)에 형성된 반원 형상부(p2)는 도 2에 도시된 러버 부재(11)의 중앙 돌기부(113)에 의해 가압되는 부위이다.

도 6은 가동 전극(16)에 고정 전극 (17)을 중첩하여 도시한 설명도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 컷아웃부(161c) 중 가동 전극(16)의 중앙부를 가로지르는 영역(α)과, 고정 전극(17)의 공간부(173)는 서로 직교하도록 배치되어 있다.

[본 실시예의 작용의 설명]

다음으로, 본 실시예에 따른 스위치(1)의 작용을 설명한다. 도 7은 부호 「F」로 표시된 방향으로부터 플런저(12)를 가압하는 제1 가압을 하였을 때의 상태(이하, 제1 가압 상태라고 한다)를 도시하는 단면도이다. 도 8은 제1 가압 상태에서 플런저(12)를 더 가압하여 제1 가압보다 큰 제2 가압을 하였을 때의 상태(이하, 제2 가압 상태라고 한다)를 도시하는 단면도이다. 여기서, 도 7, 도 8과 대비하기 위해 도 1에 도시된 상태, 즉 플런저(12)가 가압되지 않은 상태를 「통상 상태」라고 하기로 한다.

도 1에 도시된 통상 상태에서는, 플런저(12)가 가압되어 있지 않기 때문에, 지지 다리부(112)(도 2 참조)는 탄성 변형하지 않는다. 따라서, 중앙 돌기부(113)는 가동 전극(16)에 접하지 않고, 가동 전극(16)과 고정 전극(17) 사이에는 거리(z1)(도 1 참조)가 있다. 즉, 고정 전극(17)에 대해 가동 전극(16)이 접근하지 않기 때문에, 고정 전극(17)을 형성하는 제1 전극(171)과 제2 전극(172) 사이의 정전 용량은 제1 정전 용량(이것을, C1이라고 한다)이 된다.

이어서, 사용자가 플런저(12)를 가압하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 러버 부재(11)의 가압부(111)가 하방으로 이동하고, 지지 다리부(112)가 탄성 변형하여 중앙 돌기부(113)가 하방으로 이동한다. 중앙 돌기부(113)는, 도 5에 도시된 반원 형상부(p2)에 접촉하고, 상기 반원 형상부(p2)는 연이어 제1 영역(P1)을 하방으로 가압하게 된다. 제1 영역(P1)은 하방으로 이동하여 고정 전극(17)에 접근한다. 즉, 제1 가압 상태가 된다. 이 때, 플런저(12)의 평판부(122)와, 상부 하우징(13)의 상부 이면 (132) 사이의 거리는 x1이 된다. 여기서, 「고정 전극(17)에 접근한다」라는 것은, 레지스트를 통해 고정 전극(17)에 접촉하는 것을 포함하는 개념이다. 또한, 고정 전극(17)은 레지스트로 덮여 있기 때문에, 가동 전극(16)의 제1 영역(P1) 내지 제2 영역(P2)이 고정 전극(17)에 레지스트를 통해 접촉하여도, 제1 전극(171)과 제2 전극(172)은 절연 상태이며, 단락되지는 않는다.

제1 가압 상태에서 고정 전극(17)의 제1 전극(171)과 제2 전극 (172) 사이에 가동 전극(16) 중 제1 영역(P1)이 접근하기 때문에, 제1 전극(171)과 제2 전극(172) 사이의 정전 용량은 제2 정전 용량(이것을, C2라고 한다)으로 변화한다.

또한, 가동 전극(16)에는 스프링부(q1)가 형성되어 있기 때문에, 스프링부(q1)는 탄성변형된다. 즉, 이 상태에서 사용자가 플런저(12)의 가압을 해제하면 스프링부(q1)의 탄성력에 의해 가동 전극(16)은 원래의 평판 형상으로 돌아간다. 또한, 지지 다리부(112)의 탄성력에 의해 러버 부재(11)는 통상 상태(도 1에 도시된 상태)로 돌아가게 된다.

한편, 도 7에 도시된 제1 가압 상태에서 플런저(12)를 더 가압하면, 도 2에 도시된 주위 돌기부(114)가 도 5에 도시된 가동 전극(16)의 제2 영역(P2)를 하방으로 가압하게 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 영역(P2)은 하방으로 이동하여 고정 전극(17)에 접근한다. 즉, 제2 가압 상태가 된다. 이 때, 플런저(12)의 평판부(122)와, 상부 하우징(13)의 상부 이면(132) 사이의 거리는 x2가 된다.

제2 가압 상태에서 고정 전극(17)의 제1 전극(171)과 제2 전극(172) 사이에 가동 전극(16) 중 제1 영역(P1) 및 제2 영역(P2)의 쌍방이 접근하기 때문에, 제1 전극(171)과 제2 전극(172) 사이의 정전 용량은 제3 정전 용량(이것을, C3라고 한다)으로 변화한다.

또한, 플런저(12)의 누름을 해제하면 스프링부(q1, q2)의 탄성력에 의해 가동 부재(16)는 원래의 평판 형상으로 돌아간다. 또한, 지지 다리부(112) 및 하단면(116)의 탄성력에 의해 러버 부재(11)는 통상 상태(도 1에 도시된 상태)로 돌아간다.

[스트로크와 정전 용량의 변화]

다음으로, 플런저(12)를 가압했을 때의 스트로크와 정전 용량의 변화를 도 9에 도시된 그래프를 참조하여 설명한다.

도 9에 도시된 곡선(S1)(실선)은 스위치(1)를 2단 구조로 한 경우(본 실시예의 경우)을 나타내고, 곡선(S2)(점선)은 2단 구조로 하지 않는 구조(표준 구조)로 한 경우를 나타낸다. 곡선(S2)에서는, 플런저(12)의 스트로크가 0.5 [mm]에 도달하면 정전 용량이 상승하기 시작하고, 0.8 [mm] 부근에서 상한인 4.2 [pF] 정도에 도달한다. 즉, 통상 상태에서는 정전 용량은 0 [pF]로 되고, 플런저의 누름 상태에서 4.2 [pF]으로 변화한다.

한편, 곡선(S1)에서는, 플런저(12)의 스트로크가 0.5 [mm]에 도달하면 정전 용량이 상승하기 시작하여 0.6 ~ 0.8 [mm]의 범위에서 정전 용량은 2 ~ 2.5 [pF]이 된다. 나아가, 스트로크가 0.9 [mm] 정도에 도달하면 정전 용량은 4.2 [pF]에 도달한다. 즉, 통상 시에서 정전 용량은 0 [pF]로 되고, 1 단계의 가압에서 정전 용량은 2 ~ 2.5 [pF]로 되며, 2 단계의 가압에서 정전 용량은 4.2 [pF]로 된다.

그 후, 스트로크를 크게 해도, 가동 전극(16)과 고정 전극(17)의 레지스트가 접촉한 상태가 유지될 뿐이기 때문에, 정전 용량은 변화하지 않는다. 이와 같이, 본 실시예에 따르면, 플런저(12)의 스트로크에 의해 전환되는 이 단계 스위치로서 기능을 할 수가 있다.

[본 실시예의 효과의 설명]

이와 같이, 본 실시예에 따른 스위치(1)(정전 용량 스위치)에서는, 사용자가 플런저(12)를 누르지 않은 통상 상태에서는 제1 전극(171)과 제2 전극(172) 사이의 정전 용량은 제1 정전 용량(C1)이 된다. 사용자가 플런저(12)를 가압하여 제1 가압 상태가 되었을 경우에는, 정전 용량은 제2 정전 용량(C2)이 된다. 그 후, 다시 사용자가 플런저(12)를 가압하여 제2 가압 상태가 되었을 경우에는, 정전 용량은 제3 정전 용량(C3)이 된다.

그리고, 이러한 정전 용량의 변화를 검출함으로써, 사용자에 의한 플런저(12)의 가압 상태를 검출할 수 있다. 따라서, 스위치(1)을 2 단계 스위치로서 사용하는 것이 가능해진다.

또한, 러버 부재 (11)에 설치되는 지지 다리부(112)가 탄성 변형하는 것에 의해, 가동 전극(16)을 가압하는 구성이기 때문에, 사용자에 의한 가압이 해제되면 즉시 통상 상태로 돌아가기 때문에, 스위치의 전환 속도를 높일 수 있다.

가동 전극(16)에 스프링부(q1, q2)를 형성하여, 제1 영역(P1) 및 제2 영역(P2)을 고정 전극(17)에 접근시키는 구성이기 때문에, 응답성이 우수하고, 또한 내구성을 높이는 것이 가능해진다.

나아가, 짧은 스트로크로 아날로그 신호(용량)의 급격한 변화를 2 개소에서 생성할 수 있어, 「2 동작/1 스트로크」에 의해 스위칭 동작의 고속 응답성을 실현하고, 연타 입력을 가능하게 할 수 있다.

또한, 스트로크마다의 콘덴서의 급격한 용량 변화에 의해, ON 위치를 사용자의 원하는 위치에 맞게 선택할 수 있다. 또한, 종래와 같이 인체에 실린 노이즈의 영향을 받지 않고 미소 정전 용량 검출 하에서의 S/N 비를 향상시키고, 스위칭 동작을 안정화하는 것이 가능하다.

나아가, 정전 용량 방식에 의해 미약한 힘으로 확실한 입력이 가능하기 때문에 두 점의 입력 포인트가 있어도 최적의 하중 특성을 유지할 수 있다. 2 단계의 입력 스위치로서는 간단한 구조이기 때문에, 다른 방식과 비교하여 저렴하게 제조할 수 있다. 또한, 종래의 원뿔형 스프링 방식의 정전 용량형 스위치에서는 할 수 없는 박형화를 도모하는 것이 가능해진다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 이러한 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이러한 개시로부터 당업자에게 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명확해질 것이다.

1: 정전 용량식 스위치
11: 러버 부재(가압 부재)
12: 플런저
13: 상부 하우징
14: 하부 하우징
15: 스페이서
16: 가동 전극(이동 부재)
17: 고정 전극(전극부)
18: 기판
20: 스페이스
111: 가압부
112: 지지 다리부(변형 부재)
113: 중앙 돌기부(제1 돌기부)
114: 주위 돌기부(제2 돌기부)
115: 러버 베이스
116: 하단면
121: 원통형부
122: 평판부
123: 다리부
131: 돌기
132: 상단 이면
141: 노치
161a: 컷아웃부
161b: 컷아웃부
161c: 컷아웃부
171: 제1 전극
172: 제2 전극
173: 공간부
p1: 곡선부
p2: 반원 형상부
P1: 제1 영역(제1 이동면)
P2: 제2 영역(제2 이동면)
q1: 스프링부(제1 탄력부)
q2: 스프링부(제2 탄력부)

Claims (5)

1. 제1 전극 및 상기 제1 전극과 절연하여 배치된 제2 전극으로 이루어진 전극부와,
   도체 또는 유전체로 형성된 이동 부재와,
   돌기부를 구비하고, 상기 돌기부를 변위시킴으로써 상기 이동 부재와 상기 전극부 사이의 거리를 변화시키는 가압 부재를 가지며,
   상기 이동 부재는 제1 이동면 및 상기 제1 이동면과는 독립적으로 이동하는 제2 이동면을 구비하고,
   상기 돌기부는 상기 가압 부재의 제1 가압에 의해 변위하여 상기 제1 이동면을 상기 전극부에 접근시키는 제1 돌기부와, 상기 제1 가압보다 큰 제2 가압에 의해 변위하여 상기 제2 이동면을 상기 전극부에 접근시키는 제2 돌기부로 이루어지며,
   상기 이동 부재는 평면 형상을 이루고, 상기 제1 돌기부의 변위에 의해 탄성변형되어 상기 제1 이동면을 상기 전극부 측으로 이동시키는 제1 탄력부와, 상기 제2 돌기부의 변위에 의해 탄성변형되어 상기 제2 이동면을 상기 전극부 측으로 이동시키는 제2 탄력부를 구비한 것을 특징으로 하는 정전 용량식 스위치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 탄력부 및 제2 탄력부는 나선형 스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전 용량식 스위치.
3. 제1 전극 및 상기 제1 전극과 절연하여 배치된 제2 전극으로 이루어진 전극부와,
   도체 또는 유전체로 형성된 이동 부재와,
   돌기부를 구비하고, 상기 돌기부를 변위시킴으로써 상기 이동 부재와 상기 전극부 사이의 거리를 변화시키는 가압 부재를 가지며,
   상기 이동 부재는 제1 이동면 및 상기 제1 이동면과는 독립적으로 이동하는 제2 이동면을 구비하고,
   상기 돌기부는 상기 가압 부재의 제1 가압에 의해 변위하여 상기 제1 이동면을 상기 전극부에 접근시키는 제1 돌기부와, 상기 제1 가압보다 큰 제2 가압에 의해 변위하여 상기 제2 이동면을 상기 전극부에 접근시키는 제2 돌기부로 이루어지며,
   상기 가압 부재는 가요성을 가지고 변형하는 변형 부재를 구비하고,
   상기 제1 돌기부는 상기 가압 부재의 평면에서 볼 때의, 중앙에 설치되어, 상기 가압 부재가 가압되지 않은 통상 시에는 상기 이동 부재와 이격되어 있고, 상기 제1 가압 시에는 상기 변형 부재가 변형하는 것에 의해 상기 제1 이동면에 접촉하며,
   상기 제2 돌기부는 상기 가압 부재의 평면에서 볼 때의, 상기 제1 돌기부에서 떨어진 위치에 설치되어, 상기 통상 시에는 상기 이동 부재와 이격되어 있고, 상기 제2 가압 시에는 상기 변형 부재가 변형하는 것에 의해 상기 제2 이동면에 접촉하는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 스위치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 돌기부는 상기 가압 부재의 평면에서 볼 때의, 상기 제1 돌기부를 사이에 두고 마주하는 2 개소에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 스위치.
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