KR101071935B1 - 터치펜 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조작성 및 터치감이 향상된 터치펜에 관한 것이다. 터치펜은 적어도 일측 단부가 개방 형성되는 펜 몸체 및 펜 몸체의 개방된 일측 단부에 결합되며, 내부를 관통하는 관통홀을 가지는 코어 홀더, 관통홀을 관통하여 코어 홀더에 슬라이딩 가능하게 결합되며 펜 몸체의 일측 단부로 돌출되는 코어, 펜 몸체의 내부에 수용되어 코어에 탄성력을 전달하는 탄성 부재, 펜 몸체의 일측 단부에 결합되며, 탄성을 가지며 도전성 물질을 포함하는 터치캡을 포함하여, 코어는 끝단부가 터치캡에 접하며, 외력에 의해 터치캡이 변형됨에 따라 코어의 끝단부가 터치캡의 내측면과 지속적으로 접촉을 유지하면서 슬라이딩 이동되어 터치캡을 지지한다.

Description

터치펜 {Touch pen}

본 발명은 터치펜에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 조작성 및 터치감을 향상시킨 터치펜에 관한 것이다.

터치 스크린은 일반적으로 사각형의 패널 형태로 만들어지는 영상표시장치이면서, 스크린에 발생되는 터치를 감지하여 일종의 입력 신호로서 인식할 수 있는 입력장치이기도 하다. 터치 스크린은 스크린의 표면에 가해진 압력의 변화를 감지하거나, 터치로 인해 스크린에 발생하는 정전용량의 변화를 감지하는 방법으로 터치를 인식할 수 있다.

정전 용량의 변화를 감지하는 정전식 터치 스크린(capacitive touch screen)은 얇은 유리 패널의 일측 면에 도전성 물질이 코팅되는 방식으로 만들어진다. 도전성 물질이 코팅되지 않은 타측 면에 다른 도전성 물질이 터치되면 스크린의 정전기장이 변화하고, 터치 스크린은 이에 따른 정전용량의 변화를 터치 신호로 인식한다.

정전식 터치 스크린은 기계적으로 전달되는 압력 변화를 전기적 신호로 변환시켜 터치를 인식하는 압력식 터치 스크린(resistive touch screen)과 달리, 전기적인 변화를 직접 감지할 수 있기 때문에 터치의 인식률이 높다. 그러나, 정전식 터치 스크린에 터치 신호를 입력하기 위해서는 정전 용량을 변화시킬 수 있는 도전성 물질을 사용하여야만 하는 제약이 있다.

인간의 몸은 전류가 흐를 수 있는 도체여서, 손을 사용하면 쉽게 터치 신호를 발생시킬 수 있지만, 좀 더 세밀하게 터치되어야 하는 경우에는 손을 사용하는 것이 불편할 수도 있다. 스크린의 크기가 상대적으로 작은 휴대용 전자기기를 사용할 때 이러한 문제점이 더욱 두드러지게 된다. 또한, 추운 겨울에 외부에서 터치 스크린을 조작하여야 하는 경우, 장갑 등을 착용하면 터치 신호를 입력할 수 없기 때문에 손을 대신하여 터치 신호를 입력할 수 있는 기구가 필요하게 되었다.

일반적으로 터치펜(touch pen) 등으로 불리는 펜 형상의 기구가 이와 같은 경우에 손을 대신하여 사용될 수 있다. 하지만, 정전식 터치 스크린에 터치펜을 사용하기 위해서는, 터치 스크린에 터치 신호를 발생시키기 위해서 터치펜에 도전성 물질이 포함되어야 하는 점, 세밀하게 터치되기 위해서 터치펜은 터치 스크린에 터치되는 면적이 작아야 하지만, 터치펜이 안정적으로 터치 신호를 발생시키기 위해서는 일정 정도의 터치 면적을 유지할 수 있어야 하는 점 등의 문제점이 해결되어야 하였으며, 이와 함께, 사용자에게 좀 더 나은 사용 환경을 제공하기 위해서 터치감이 향상 되어야 하는 점 등의 새로운 문제점도 생기게 되었다.

이에, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정전식 터치 스크린에 터치 신호를 발생시킬 수 있고, 터치가 세밀하면서도 안정적으로 이루어질 수 있으며, 터치펜의 사용자는 향상된 터치감을 느낄 수 있는 터치펜을 제공하려는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 터치펜은, 적어도 일측 단부가 개방 형성되는 펜 몸체 및 상기 펜 몸체의 개방된 일측 단부에 결합되며, 내부를 관통하는 관통홀을 가지는 코어 홀더, 상기 관통홀을 관통하여 상기 코어 홀더에 슬라이딩 가능하게 결합되며 상기 펜 몸체의 상기 일측 단부로 돌출되는 코어, 상기 펜 몸체의 내부에 수용되어 상기 코어에 탄성력을 전달하는 탄성 부재, 상기 펜 몸체의 상기 일측 단부에 결합되며, 탄성을 가지며 도전성 물질을 포함하는 터치캡을 포함하여,

상기 코어는, 끝단부가 상기 터치캡에 접하며, 외력에 의해 상기 터치캡이 변형됨에 따라 상기 코어의 끝단부가 상기 터치캡의 내측면과 지속적으로 접촉을 유지하면서 슬라이딩 이동되어 상기 터치캡을 지지한다.

본 발명에 의한 터치펜은 도전성 물질이 포함된 터치캡 부분이 터치되면서 정전식 터치 스크린에 터치 신호를 발생시킬 수 있으며, 또한 탄성을 가지는 터치캡이 적당히 변형되면서 일정한 터치 면적이 유지되도록 할 수 있으며, 탄력적으로 움직이면서 터치캡을 지지하는 코어 부분과 터치캡의 상호 작용으로 인해, 세밀한 터치가 가능한 동시에 사용자는 더욱 향상된 터치감을 느낄 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치펜의 사시도이다.
도 2는 도 1의 터치펜의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 터치펜을 종단하여 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4b는 도 2의 터치펜의 코어 홀더 및 그 주변부를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 5a 내지 도 5b는 도 1의 터치펜의 터치캡을 도시한 사시도이다.
도 6a 내지 도 6b는 도 1의 터치펜의 배면사시도이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 1의 터치펜의 작동과정을 도시한 부분단면도이다.
도 8은 도 1의 터치펜이 사용되는 모습을 간략하게 도시한 사용상태도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치펜에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치펜의 사시도이다.

우선, 도 1을 참조하면, 터치펜(1)은, 펜 몸체(300)의 일측 단부에 터치캡(100)이 위치한다. 터치캡(100)은 캡 고정부(200)에 의해 고정되며, 펜 몸체(300)의 타측 단부는 후단 캡(330)이 결합되어 깔끔하게 마감될 수 있다. 터치펜(1)은 전체적으로 일반적인 펜의 형상과 비슷한 형상을 가지지만, 일반적인 펜의 팁 부분에 잉크가 유출되는 펜촉이 형성되어 있는 것과 달리, 부드러운 재질로 된 터치캡(100)이 펜 몸체(300)의 일측 단부에 위치한다. 사용자는 터치캡(100)을 터치 스크린에 터치시켜 일반적인 펜을 사용하는 것처럼 터치펜(1)을 사용할 수 있다.

터치캡(100)은 터치 스크린에 터치 될 때 유연하게 변형되면서 터치 스크린과 접촉되어 접촉면을 형성할 수 있다. 터치캡(100)은 폴리우레탄 계의 합성수지나 실리콘 고무 또는 천연 고무 등의 탄력 있는 소재로 만들어져 터치시에 유연하게 변형되었다가 터치가 끝나면 즉시 원래 형상으로 복원될 수 있다.

또한, 터치캡(100)은 카본 등 도전성 물질을 혼합하여 만들어질 수 있으며, 이에 따라 정전식 터치 스크린(capacitive touch screen)에 터치되어 스크린의 전기 용량을 변화시킬 수 있다.

펜 몸체(300)는 길이 방향이 상대적으로 긴 원통형상으로 형성되어, 사용자는 펜 몸체(300)를 손에 쥐고 터치펜(1)을 사용할 수 있다. 펜 몸체(300)의 양측 단부는 모두 개방된 상태로 형성될 수 있으며, 일측 단부에는 캡 고정부(200)가 결합되어 터치캡(100)을 고정시키며, 타측 단부에는 후단 캡(330)이 결합될 수 있다. 펜 몸체(300)는 경도가 높으면서도 가벼운 재질, 이를 테면 스테인리스 스틸 등의 합금이나 플라스틱을 소재로 하여 만들어질 수 있다.

이 때, 펜 몸체(300)의 표면에 그립(320)이 형성될 수 있다. 그립(320) 부분은 다른 물체와 접촉되어 마찰이 크게 발생되는 소재, 이를 테면 고무 등으로 펜 몸체(300)와 따로 형성된 후 펜 몸체(300)에 결합되거나, 펜 몸체(300)의 표면에 양각 또는 음각된 미끄럼 방지 패턴으로 형성될 수 있다. 사용자는 그립(320) 부분을 파지하여 터치펜(1)을 편리하게 사용할 수 있으며, 그립(320)은 추운 겨울날 장갑을 낀 채 터치펜(1)을 사용할 때에도 유용할 수 있다.

이 밖에, 펜 몸체(300)에는 클립 등이 형성되어 터치펜(1)을 옷깃이나 주머니, 가방, 노트 등에 꽂아 간편하게 휴대할 수 있다.

이하에서는, 설명이 간결하고 명확하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여 캡 고정부(200)가 결합되는 일측 단부를 펜 몸체(300)의 전단부라 지칭하고, 전단부의 맞은편에 위치하는 타측 단부를 펜 몸체(300)의 후단부라 각각 지칭하여 보다 상세히 설명한다.

도 2는 도 1의 터치펜의 분해사시도이고, 도 3은 도 1의 터치펜을 종단하여 도시한 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 터치펜(1)은 펜 몸체(300), 코어(500), 코어 홀더(400), 탄성 부재(600) 및 터치캡(100)과 캡 고정부(200)를 포함한다. 코어(500)는 코어 홀더(400)에, 코어 홀더(400)는 코어 수용부(310)에 각각 결합된다. 코어 수용부(310)는 펜 몸체(300)의 전단부에 형성될 수 있다.

코어(500)는 축방향으로 길게 연장된 원기둥 형상으로 형성된다. 원통 형상의 코어(500)는 코어 홀더(400)에 형성된 관통홀(430)을 관통하여 코어 홀더(400)에 결합될 수 있다. 이 때, 코어(500)의 일측 단부는 방사상으로 확장된 확장부(510)를 형성하며, 확장부(510)는 코어(500)가 관통홀(430)로 관통될 때, 코어 홀더(400)의 몸체에 밀착되면서 코어 홀더(400)의 일측면에 걸려, 코어(500)가 코어 홀더(400)로부터 이탈되지 못하도록 할 수 있다.

코어 홀더(400)는 짧은 원통형상의 형태로 형성되며 코어 홀더(400)의 중심축 방향을 따라 코어 홀더(400)를 관통하는 관통홀(430)을 갖는다. 따라서, 코어 홀더(400) 보다 상대적으로 길게 형성된 코어(500)는 관통홀(430)로 관통되어 그 일부분이 코어 홀더(400)의 외부로 돌출된 채 코어 홀더(400)에 결합될 수 있으며, 결합된 후에는 관통홀(430)을 따라 슬라이딩 이동될 수 있다. 이 때, 확장부(510)는 전술한 바와 같이 코어(500)가 코어 홀더(400)로부터 이탈되는 것을 방지한다.

코어 홀더(400)에는 연장부(410)가 형성될 수 있다. 연장부(410)는 관통홀(430)이 관통되어 나온 코어 홀더(400)의 일측면에서, 관통홀(430)의 둘레로부터 코어 홀더(400)의 외곽으로 연장된다. 바꿔 말하면, 관통홀(430)은 연장부(410)가 끝나는 지점까지 연장부(410)의 내측을 따라 연장된다고 할 수 있으며, 연장된 관통홀(430)을 따라 코어(500)는 더욱 안정적으로 슬라이딩 될 수 있다.

코어 홀더(400)의 측면에는 톱니부(420)가 형성될 수 있다. 톱니부(420)는 원통형 코어 홀더(400)의 측면에 일정 간격으로 요철 부분을 형성한다. 코어 홀더(400)가 코어 수용부에 결합되면, 톱니부(420)는 코어 수용부(310)의 내측면과 밀착되며, 톱니부(420)와 코어 수용부(310)의 내측면 사이에는 요철 부분을 따라 통기구조가 형성될 수 있다. 톱니부(420) 및 통기구조에 관해서는 후술하여 좀 더 자세히 설명한다.

한편, 펜 몸체(300)의 전단부에는 코어 수용부(310)가 형성되어 코어(500) 및 코어 홀더(400)를 수용할 수 있다. 도 3을 참조하면, 코어 수용부(310)는 양 단부가 개구되어 형성될 수 있다. 코어 수용부(310)는 양 단부를 연결하며 내부를 관통하는 수용홀(311)을 가질 수 있다.

수용홀(311)은 코어 수용부(310)의 내측면으로 둘러 싸인 빈 공간인데, 직경의 크기가 코어 홀더(400)의 직경과 같거나 그보다 약간 작게 형성될 수 있고, 코어(500)에서 확장된 확장부(510)의 직경보다는 약간 크게 형성될 수 있다. 따라서, 코어 홀더(400)는 수용홀(311)의 내측에 삽입되어 고정되지만, 확장부(510)는 수용홀(311)의 내부를 따라 이동될 수 있다.

코어 수용부(310)의 일측 단부는 펜 몸체(300)의 외곽으로 노출되어 펜 몸체(300)의 전단부를 형성하며, 반대편 단부는 펜 몸체(300)의 내측으로 삽입되어 코어 수용부(310)를 펜 몸체(300)에 고정시킨다. 이 때 펜 몸체(300)의 외곽으로 노출된 코어 수용부(310)의 단부에는 캡 고정부(200)가 결합되기 위한 나사산이 형성될 수 있다. 반면, 펜 몸체(300)의 내측으로 삽입된 단부에는 단부를 관통하는 수용홀(311)의 내측으로 돌출된 걸림턱(312)이 형성될 수 있다.

코어 수용부(310)는 도면과 같이 펜 몸체(300)와 독립적으로 형성되어 펜 몸체(300)에 결합될 수 있지만, 꼭 그렇게 형성될 필요는 없다. 코어 수용부(310)는 펜 몸체(300)의 전단부 내측에 직접 수용홀(311)을 형성하여 펜 몸체(300)와 일체로 형성될 수도 있다.

코어 홀더(400)가 코어(500)와 함께 코어 수용부(310)에 수용되면, 코어 홀더(400)만이 코어 수용부(310)에 고정되고 코어(500)는 슬라이딩 운동하면서 관통홀(430)을 따라 이동될 수 있다. 이 때 확장부(510)역시 코어(500)를 따라 수용홀(311)의 내측에서 이동되는데, 확장부(510)와 걸림턱(312) 사이에는 탄성 부재(600)가 위치하여 확장부(510)에 지속적으로 탄성력을 전달한다. 탄성 부재(600)가 전달하는 탄성력으로 인해 코어(500)는 코어의 끝단부 즉, 코어(500)의 연장부(410)를 통과하여 돌출된 부분의 말단부분으로 외력이 가해지면, 펜 몸체(300)의 내측 방향으로 이동되었다가, 외력의 크기가 작아지거나 외력이 제거되면 다시 원래 위치로 즉각적으로 복원되어 탄력적으로 슬라이딩 될 수 있다. 탄성 부재(600)는 스프링 등으로 형성될 수 있는데, 스프링의 일측 단부는 걸림턱(312)에 걸려 고정되고 다른 단부는 확장부(510)에 형성된 돌출부(511)의 둘레를 감싸 돌출부(511)에 결합되어 스프링은 확장부(510)와 걸림턱(312) 사이에 안정적으로 위치할 수 있다.

터치캡(100)은 중앙부가 볼록한 구면형상이 되며, 중앙부로부터 연장된 측부는 원통형상으로 형성된다. 원통형 측부의 말단 부분에서는 플랜지(110)부분이 돌출된다. 터치캡(100)은 플랜지(110)부분이 코어 수용부(310)와 밀착되도록 펜 몸체(300)의 전단부에 위치되어 내측 공간에 코어(500) 및 연장부(410)를 수용하게 된다. 이 때, 전술한 코어(500)의 끝단부는 터치캡(100) 중앙부분의 내측면과 접촉되어 터치캡(100)의 내측에서 터치캡(100)을 지지할 수 있다.

따라서, 터치캡(100)이 변형되면, 터치캡(100)의 변형에 따라 코어(500) 역시 슬라이딩 이동될 수 있다. 이와 같이 각각 변형과 슬라이딩 이동이 일어나는 동안 코어(500)의 끝단부는 지속적으로 터치캡(100)의 내측면과 접촉된다. 터치캡(100)은 중앙부 및 그 측부의 두께가 서로 다르게 형성될 수 있다. 중앙부분은 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 터치영역(R2)을 형성하고, 측부는 터치영역(R2)이 끝나는 부분부터 플랜지(110) 부분과 연결되는 말단부분까지 상대적으로 두껍게 형성된 지지영역(R1)을 형성한다.

터치영역(R2)은 터치펜(1) 사용시 직접 터치 스크린에 터치되어 터치 스크린의 표면과 접촉되면서 변형되어 접촉면을 형성하고, 지지영역(R1)은 터치영역(R2)에 복원력을 제공하여 변형된 터치영역(R2)이 터치 스크린에서 이격됨에 따라 원래 형태로 복원될 수 있게 해준다. 터치영역(R2)은 코어 홀더(400)의 연장부(410) 둘레에 접촉될 수 있으나, 완전히 밀착되는 것은 아니고, 연장부(410)와 약간 이격된 채 연장부(410)를 감쌀 수 있다. 이에 따라 터치캡(100) 내부공간은 외부 공간과 단절되지 않고, 코어 홀더(400)의 톱니부와 수용홀(311)을 통해 통기될 수 있다. 터치캡(100) 및 코어(500)의 동작에 관해서는 후술하여 더욱 상세히 설명한다.

캡 고정부(200)는 터치캡(100)의 바깥쪽 둘레를 감싸면서 터치캡(100)을 수용하며, 터치캡(100)을 수용한 채로 코어 수용부(310)의 단부에 결합된다. 코어 수용부(310)의 노출된 단부에는 전술한 바와 같이 나사산이 형성될 수 있으며, 캡 고정부(200)의 내측면에는 코어 수용부(310)에 형성된 나사산과 짝이 맞는 나사산이 형성될 수 있다. 따라서, 캡 고정부(200)는 일측 방향으로 회전되면서 코어 수용부(310)에 결합될 수 있다. 이 때 캡 고정부(200)의 중앙 부분은 원통형상으로 개방되어 터치캡(100)을 외부로 노출시킨다. 하지만, 플랜지(110)부분은 캡 고정부(200)의 내측면에 걸려, 터치캡(100)은 캡 고정부(200) 내측에 수용된 채로 펜 몸체(300)의 전단부에 고정된다. 이를 위해 캡 고정부(200)의 내측면에는 플랜지(110)부분이 걸릴 수 있는 돌출부분이 형성될 수 있다.

또한, 캡 고정부(200)는 결합시의 회전방향과 반대 방향으로 회전되면 분리가 가능하다. 즉, 캡 고정부(200)는 사용자의 조작에 따라 자유롭게 결합 또는 분리될 수 있으며, 캡 고정부(200)와 함께, 터치캡(100) 역시 결합 또는 분리될 수 있다.

펜 몸체(300)의 후단부에 결합되는 후단 캡(330)은 터치펜(1)의 후단부의 외관을 깔끔하게 마무리 해주며 동시에 펜 몸체(300)의 후단부를 밀폐한다. 따라서, 후단부의 내측에는 빈 공간이 형성되며 빈 공간에 여벌의 터치캡(100a)이 수용될 수 있다. 이 때, 후단부의 내측면으로부터 일정한 크기로 돌출되는 돌출면(100b)은 후단부의 내측에 수용된 여벌의 터치캡(100a)을 지지하여 펜 몸체(300)의 내측에서 유동되지 않도록 할 수 있다. 펜 몸체(300)의 후단부에는 후단 캡(330) 대신에 이를 테면, 수용부 또는 커버부 등을 형성하여 여벌의 터치캡(100a)을 간편하게 수용하였다가 유사시에 사용할 수 있도록 구성할 수 있다. 수용부 및 커버부에 대해서는 후술하여 좀 더 상세히 설명한다.

이하, 도 4a 내지 도 5b를 참조하여, 터치캡 및 코어 부분과 그 작동에 대해

좀 더 자세히 설명한다.

도 4a 내지 도 4b는 도 2의 터치펜의 코어 홀더 및 그 주변부를 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 5a 내지 도 5b는 도 1의 터치펜의 터치캡을 도시한 사시도이다.

도 4a를 참조하면, 코어(500) 및 코어 홀더(400) 그리고 코어 수용부(310)가 결합된 모습을 볼 수 있다.

코어 수용부(310)의 단부에 수용홀(311)을 통해 결합된 코어 홀더(400)는 코어 수용부(310)의 내측면과 톱니부(420)가 서로 밀착되면서, 정면에서 보면 수용홀(311)의 내측에 톱니가 꼭 맞게 끼워진 형태가 된다. 이 때, 톱니들의 사이로 생긴 틈은 통기구조(H)로 작용할 수 있다. 통기구조(H)는 수용홀(311)과 연결되고, 수용홀(311)은 펜 몸체의 내부 공간과 연결되어 공기가 순환되는 순환로를 이룬다. 순환로는 후단 캡에 소정의 크기를 갖는 순환 통로를 형성하여 펜 몸체의 외부와 연통될 수 있다. 또한, 특별히 순환 통로가 형성되어 있지 않다 하더라도, 후단 캡이 완벽히 펜 몸체의 내측면과 밀착되지 않는 한은 후단 캡과 펜 몸체의 결합부위를 통해서도 펜 몸체의 내부 공간과 외부가 서로 연통되어 순환로를 이룰 수 있다.

한편, 도 4b를 참조하면, 톱니부(420)가 코어 홀더(400)가 아닌 코어 수용부(310)의 내측면에 형성될 수도 있다.

톱니부(420)는 도 4b와 같이 수용홀(311)을 둘러싸는 코어 수용부(310)의 내측면으로부터 돌출되어, 정면에서 볼 때 원형의 코어 홀더(400)의 둘레를 따라 톱니가 코어 홀더(400)를 물고있는 형상이 된다. 이 때 톱니들 사이로 생겨난 틈들이 공기가 순환되는 통기구조(H)로 작용할 수 있다. 통기구조(H)로 유입된 공기는 전술한 순환로를 통해 외부로 유출된다. 또한 외부에서 거꾸로 유입된 공기가 순환로를 거슬러 이동한 후 통기구조(H)를 통과하여 터치캡의 내부로 도달될 수 있다. 각각의 경우에 있어서, 통기구조(H)는 수용홀(311)과 연결될 수 있으며, 이후 전술한 순환로를 따라 공기가 순환될 수 있다.

이와 같은 순환 과정은 터치캡이 터치 스크린에 터치되어 변형되면서 발생한다. 또한, 매 순환 과정이 발생할 때마다 코어 부분은 슬라이딩 운동을 하게 된다. 즉, 터치캡에 외력이 가해지면 터치캡이 변형되고, 코어가 움직이고, 터치캡 내부 공간이 수축되고, 공기가 유출되는 과정이 한꺼번에 일어난다. 또한, 외력이 제거되면, 터치캡이 원래 형태로 복원되고, 코어가 다시 원래 위치로 돌아오고, 터치캡 내부 공간이 다시 확장되고, 공기가 유입되는 과정이 역시 한꺼번에 일어난다.

이러한 모든 과정에 있어서 코어의 끝단부는 지속적으로 터치캡의 내측면과 접촉되며, 탄성력에 근거하는 지지력 또는 복원력을 터치캡에 지속적으로 전달하게 된다. 코어와 터치캡의 변화와 공기 순환의 상호 작용을 통해 터치펜은 세밀하면서도 안정적으로 스크린을 터치하는 것이 가능하게 된다.

도 5a를 참조하면, 터치캡(100)은 전술한 바와 같이 중앙부분이 볼록하게 만곡되면서 약간 돌출되어 직접 스크린에 터치되면서 일반 펜의 팁 부분과 같은 역할을 할 수 있다. 터치캡(100)의 측면은 적당한 반경을 갖는 원통형상으로 터치펜의 몸체를 향해 연장된다. 연장된 부분의 끝에는 원형의 단부를 따라 돌출되어 터치캡(100)의 단부를 일정 정도 확장시키는 플랜지(110)가 형성된다.

도 5b를 참조하면, 터치캡(100)에는 측면홈(111)이 더 형성될 수 있다. 측면홈(111)은 플랜지(110)부분의 중간 부분이 절개되어 형성될 수 있다. 측면홈(111)은 터치캡(100) 내측면을 직접 외부로 연통시켜 통기구의 역할을 할 수 있으며, 터치캡(100)의 지지영역(R1)이 연장부(410)의 둘레에 밀착되는 경우에도 터치캡(100) 내부의 공간이 밀폐되지 않도록 할 수 있다. 측면홈(111)이 통기구의 역할을 잘 수행할 수 있도록 하기 위해서, 캡 고정부(200)의 내측면을 약간 더 넓게 형성하면, 측면홈(111)으로부터 배출된 공기가 캡 고정부(200)의 내측에서 순환되거나 캡 고정부(200)와 코어 수용부(310)의 결합 부분 사이로 빠져나갈 수 있다.

도 6a 내지 도 6b는 도 1의 터치펜의 배면사시도이다.

이와 같이 형성되는 터치펜(1)은, 펜 몸체(300)의 후단부에 후단 캡이 결합되는 대신, 수용부(340, 350)가 형성되어 있을 수 있다. 도 6a내지 도 6b를 참조하면, 수용부(340, 350)는 여벌의 터치캡(100a)을 수용할 수 있으며, 터치캡(100)이 노화되어 교체가 필요한 경우 터치캡(100)은 수용부(340, 350)에 수용된 여벌의 터치캡(100a)으로 대체될 수 있다.

수용부(340)는 도 2a와 같이 서랍형태로 형성되어, 펜 몸체(300)의 개방된 후단부 의 내측으로 삽입될 수 있다. 이 때, 수용부(340)의 측면에는 측면의 내측으로 만입된 가이드 홈(341)이 적어도 하나 형성될 수 있으며, 펜 몸체(300)의 후단부에는 그 내측면을 따라 돌출된 가이드 레일(342)이 형성될 수 있다. 수용부(340)가 펜 몸체(300)의 후단부에 삽입되면, 가이드 홈(341)은 가이드 레일(342)을 수용하며, 수용부(340)는 가이드 홈 (341) 및 가이드 레일(342)을 따라 슬라이딩 이동되면서 열리거나 닫힐 수 있다.

또한, 수용부(350)는 서랍형태가 아닌 다른 형태로 형성될 수도 있다. 수용부(350)는 도 2b와 같이, 펜 몸체(300)의 후단부 내측으로 만입된 빈 공간으로 형성되고, 수용부(350)와 따로 커버부(351)가 형성될 수 있다. 이 때, 커버부(351)는 볼트 형상으로 형성되어 측면에 나사산을 가질 수 있으며, 수용부(350)의 입구 부분에도 짝이 맞는 나사산이 형성될 수 있다. 이에 따라, 볼트 형상의 커버부(351)는 일측 방향으로 회전되면서 수용부(350)의 입구 부분에 결합되어 수용부(350)를 밀폐하거나, 그 반대 방향으로 회전되면서 분리되어 수용부(350)를 개방시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 캡 고정부(200) 및 터치캡(100)은 사용자의 의도에 따라 자유롭게 분리 결합될 수 있으므로, 터치캡(100)이 노화되어 탄력을 잃은 경우나 불의의 사고로 파손된 경우에는 터치캡(100)을 분리한 후 수용부(340, 350)에 수용된 여벌의 터치캡(100a)을 사용하여 터치캡(100)을 손쉽게 교환할 수 있다.

이하, 도 7a 내지 도7d를 참조하여, 터치펜의 작동과정에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 7a 내지 도 7d는 도 1의 터치펜의 작동과정을 도시한 부분단면도이다.

우선, 도 7a를 참조하면, 터치 스크린에 터치되지 않은 상태에서 터치캡(100)은 자신의 본래 형태를 유지하고 있으며, 코어(500)는 탄성 부재(600)에 의해 확장부(510)가 코어 홀더(400)의 일 측에 밀착된 상태로, 코어(500)의 끝단부가 터치캡(100)의 중앙부분 내측면과 접촉된다.

이 때, 코어(500)의 길이는 코어 홀더(400) 및 터치캡(100)을 종단한 길이보다 터치영역의 두께만큼 약간 더 짧게 형성되어, 코어(500)는 터치캡(100)에 접촉되되 터치캡(100)을 압박하지는 않는다.

이어서, 도 7b를 참조하면, 터치펜이 터치 스크린(T)에 수직이 되도록 터치캡(100)과 터치 스크린(T)이 서로 접촉된다. 이 때, 터치 스크린(T)이 가하는 외력에 의해 터치캡(100)은 변형을 일으키며 터치 스크린(T)에 밀착되어 터치면(S)을 형성한다. 한편, 터치캡(100)이 변형을 일으킴에 따라 코어(500)는 소정의 거리만큼 코어 홀더(400)의 내측으로 슬라이딩 이동된다. 하지만, 맞은편에서 탄성 부재(600)가 가하는 탄성력으로 인해, 코어(500)는 터치캡(100)의 내측면과 접촉되면서 터치캡(100) 및 터치 스크린(T)을 압박하여 터치 스크린(T)이 가하는 외력을 일정 정도 상쇄시켜 주며 이에 따라 터치캡(100)은 한꺼번에 함몰되는 일 없이 적당한 크기의 터치면(S)을 형성할 수 있다.

또한, 터치캡(100)이 변형됨에 따라 터치캡(100)의 내부 공간은 축소되며, 터치캡(100) 내부의 공기는 전술한 공기 순환로를 따라 외부로 유출된다. 이 때, 터치캡(100)의 변형에 따라 터치캡(100)의 내외부로 공기를 순환시키는 공기 순환과정은 터치캡(100)이 좀 더 부드럽게 변형되도록 하여 터치면(S)을 형성하는데 도움을 줄 수 있다.

도 7c를 참조하면, 외력이 약해지는 경우에는 지지력으로 인해 터치캡(100)이 원래의 형태로 복원되지만, 이 지지력은 탄성력에 기반한 코어(500)의 운동에 따른 것이므로, 약해진 외력에 의해 코어 홀더(400)의 내측으로 이동되었던 코어(500)가 다시 돌출되면 탄성 부재가 전달하는 탄성력이 감소하여 터치캡(100)은 완전히 원래의 형태로 복원되지 못한 상태로 지지된다. 이와 같은 경우, 터치면(S')이 감소되며, 감소된 터치면(S')을 이용해 세밀한 터치가 가능할 수 있다.

터치 스크린(T)이 터치캡(100)에 가하는 외력은 결국 사용자가 터치펜에 가하는 힘과 같은 크기의 힘이기 때문에, 사용자는 터치펜에 가하는 힘을 적당히 조절하여 원하는 크기의 터치면을 생성할 수 있으며, 이에 따라 세밀한 터치가 가능하게 된다.

이는 도 7d와 같이 터치캡(100)이 터치 스크린(T)과 비스듬히 접촉되어 터치면을 생성하는 경우에도 마찬가지이다. 터치캡(100)이 비스듬히 접촉되면 터치캡(100)이 비대칭적으로 변형되는 것에 차이가 있을 뿐이다. 외력이 가해지면 터치캡(100)은 적당히 변형되면서 안정적으로 터치면(S)을 유지하여 터치신호를 발생시키며, 외력의 크기를 조절하여 더 세밀한 터치를 할 수 있다.

도 8은 도 1의 터치펜이 사용되는 모습을 간략하게 도시한 사용상태도이다.

따라서, 도 8을 참조하면, 이러한 장점을 가지는 터치펜(1)을 사용하여 터치 스크린(T)을 가진 휴대용 전자기기를 손을 사용하지 않고 터치펜(1)으로 터치하여, 전자기기에 안정적으로 터치신호를 발생시킬 수 있으며, 세밀하게 터치하여 상대적으로 작은 터치 스크린(T)을 가지는 전자기기도 쉽게 조작할 수 있다. 또한, 코어가 전달하는 탄성력과 터치캡 내부의 공기압은 사용자의 손에도 그대로 전달되며, 터치펜(1)은 무르지 않게 터치되어 적당히 지지되면서 필기될 수 있어 사용자에게 향상된 터치감 또는 필기감을 줄 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서도 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 터치펜 100, 100a: 터치캡
100b: 돌출면 110: 플랜지
111: 측면홈 200: 캡 고정부
300: 펜 몸체 310: 코어 수용부
311: 수용홀 312: 걸림턱
320: 그립 330: 후단 캡
340, 350: 수용부 341: 슬라이딩 홈
342: 가이드 레일 351: 커버부
360: 클립 400: 코어 홀더
410: 연장부 420: 톱니부
430: 관통홀 500: 코어
510: 확장부 511: 돌출부
600: 탄성 부재
S, S': 터치면 A-A', B-B': 절개선
R1: 지지영역 R2: 터치영역
H: 통기구조 T: 터치 스크린

Claims (9)

1. 적어도 일측 단부가 개방 형성되는 펜 몸체; 및
   상기 펜 몸체의 개방된 일측 단부에 결합되며, 내부를 관통하는 관통홀을 가지는 코어 홀더;
   상기 관통홀을 관통하여 상기 코어 홀더에 슬라이딩 가능하게 결합되며 상기 펜 몸체의 상기 일측 단부로 돌출되는 코어;
   상기 펜 몸체의 내부에 수용되어 상기 코어에 탄성력을 전달하는 탄성 부재;
   상기 펜 몸체의 상기 일측 단부에 결합되며, 탄성을 가지며 도전성 물질을 포함하는 터치캡을 포함하여,
   상기 코어는, 끝단부가 상기 터치캡에 접하며, 외력에 의해 상기 터치캡이 변형됨에 따라 상기 코어의 끝단부가 상기 터치캡의 내측면과 지속적으로 접촉을 유지하면서 슬라이딩 이동되어 상기 터치캡을 지지하는 터치펜.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 코어 홀더는 상기 터치캡의 내측면을 향해 연장되는 연장부를 포함하며, 상기 코어는 상기 연장부를 통과하여 돌출되는 터치펜.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 코어와 상기 코어 홀더가 서로 접촉되는 접촉면 및 상기 코어 홀더와 상기 펜 몸체가 서로 접촉되는 접촉면 중 적어도 하나가 요철 부분을 갖도록 형성되어, 상기 요철 부분 사이로 상기 터치캡 내부의 공기를 유출시키거나 상기 터치캡 내부로 공기를 유입시키는 통기구조를 포함하는 터치펜.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 통기구조는 상기 펜 몸체의 내측면 또는 상기 코어 홀더의 외측면에 형성된 톱니부인 터치펜.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 터치캡은 상대적으로 두껍게 형성되어 상기 터치캡의 형상을 유지하는 지지영역과, 상기 지지영역으로부터 연장되어 내측면이 상기 코어의 끝단부와 접촉되되 상기 지지 영역보다는 두께가 얇은 터치 영역을 포함하는 터치펜.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 터치캡은 상기 터치캡의 일측면으로 관통되어 상기 터치캡의 내부 공간을 통기시키는 통기구를 더 포함하는 터치펜.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 펜 몸체의 타측 단부에 형성되며 여벌의 터치캡이 수용되는 수용부를 더 포함하는 터치펜.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 수용부는 상기 타측 단부의 내측면을 따라 형성되는 가이드 레일을 포함하여, 상기 가이드 레일을 따라 움직여 열리거나 닫히는 서랍 형태로 형성되는 터치펜.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 수용부는 상기 타측 단부의 내측으로 만입되어 수용공간을 형성하며, 상기 수용공간을 밀폐하도록 상기 타측 단부에 나사 결합되는 커버부를 포함하는 형성되는 터치펜.
   

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