KR200361064Y1

KR200361064Y1 - 자력을 이용한 키 스위치

Info

Publication number: KR200361064Y1
Application number: KR20-2004-0011187U
Authority: KR
Inventors: 조영준
Original assignee: 조영준
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2004-09-06

Abstract

본 고안은 정보프로세서의 입력장치로 사용되는 키보드유닛의 키 스위치에 있어서, 키 스위치의 반발력을 유지하기 위하여 영구자석을 사용하여 각 키스위치를 담당하는 손가락별로 힘의 배분을 달리하는 키 스위치 장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 키 스위치는 사용자의 키 스트로크를 받아들이는 키톱과, 사용자가 키를 누를 때에는 소정의 반발력을 작용시키고 사용자가 키를 릴리스 할 때에는 원래의 위치로 복귀될 수 있도록 해주는 반발력 제공부와, 2개의 접점을 구비하고 상기 키톱이 소정의 거리 이상 하강하면 접점이 접촉하고 상기 키톱이 원위치로 돌아가면 다시 접점이 분이되도록 하는 접점 단속부 및 상기 키톱의 수평 방향 운동을 저지하여 상기 키톱이 원활하게 상하 운동을 할 수 있도록 가이드 하는 상하운동 가이드부로 이루어지는데, 상기 반발력 제공부는 자석간의 척력을 이용하여 반발력을 제공하는 상부자석과 하부자석을 포함하고, 상기 상부자석은 상기 키톱에 고정되고 상기 하부자석은 키 입력장치 하판에 고정되며, 각 키 스위치를 담당하는 손가락별로 힘의 배분을 달리하게 된다.

Description

자력을 이용한 키 스위치{Key switch using magnetic force}

본 고안은 정보프로세서의 입력장치로 사용되는 키보드유닛의 키 스위치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 키 스위치의 반발력을 유지하기 위하여 영구자석을 사용하는 키 스위치 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 노트북컴퓨터나 PDA, 데스트탑 컴퓨터, 전자계산기 등과 같은 정보프로세서에는 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 키스위치(110)들로 이루어진 키보드유닛(100)이 정보 입력 유닛으로서 구비되어 있다. 종래의 키보드 구조 중에서 많이 사용되는, 러버돔(rubber dome)을 이용한 멤브레인(membrane) 스위치 방식은 도 2a에서 도시한 바와 같이, 키보드(100)의 키 프레임(3) 상측으로 키톱(key top;1)이 상하로 이송할 수 있도록 설치되며, 상기 키톱(1)의 하측부에는 탄성고무재로 만들어진 러버돔(2)이 설치되고, 이와 접촉하는 멤브레인 스위치(5)가 저부에 설치되어 멤브레인 스위치(5)의 상하 접점(4)을 접촉하도록 하는 구조로 이루어져 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 종래의 키보드는, 작업자가 키 스위치(110)의 키톱(1)을 누를 경우, 키톱(1)의 하측에 위치된 러버돔(2)이 압축을 하면서 멤브레인 스위치(5)와 접촉하게 되고, 상기 멤브레인 스위치(5)의 상, 하 접점(4)은 상호 접촉하여 그 전기적인 신호가 프로세서에 전달됨으로써 특정 키 스위치 ON 되었음을 인식하게 된다.

한편, 상기 키톱(1)을 누를 때 러버돔(2)의 변형량(trevel)에 따라 작용하는 가압력(force)의 관계를 시험해보면, 통상 도 2b의 그래프와 같은 경향을 나타낸다. 즉 처음에 가압력(force)이 증가하면 변형량 내지 이동량(trevel)도 점차 증가하게 되는데, 어느 일정 압력을 넘어서면 압력을 줄이더라도 변형이 급격하게 일어나는 현상이 발생한다. 이를 버클링(buckling) 현상이라고 하며, 이것이 사용자에게 키스위치(110)를 충분히 누른 촉감으로 전달된다.

즉 키스위치(110)의 키톱(1)을 누르면, 이 키톱(1)이 러버돔(2)을 누르면서 서서히 들어가다가 상기한 버클링 현상이 발생되는 순간 갑자기 안으로 움푹 들어가게 되며, 사용자는 이와 같이 키톱(1)이 급속하게 안으로 들어가는 촉감으로 키스위치(110)가 충분히 눌린 것을 인지하게 된다. 그러나 이와 같이 일정 위치(A)까지 가압력이 증가하다가 갑자기 가압력이 줄어드는 것은 반복적인 키 스트로크 작업을 많이 하는 사용자에게는 부담으로 작용할 수 있다. 그리고 일정구간(A-B)에서는 가압력이 줄어들지만, 키톱(1)이 하부에 존재하는 필름부와 접촉하게 되면 다시 압력이 증가하는데, 이 경우 상기 줄어든 가압력 때문에 사용자의 손가락 말단에는 순간적인 충격으로 작용할 수가 있다. 쉽게 말하면, 운동하는 물체가 벽에 부딪히기 전에는 속도를 줄여야 충돌시의 충격을 줄일 수가 있는데, 종래의 러버돔 방식을 이용하면 오히려 충돌전의 속도가 증가하므로 키 입력 작업을 무수히 반복하는 사용자에게 불편함을 야기할 수 있다는 것이다.

또한, 종래의 러버둠 방식을 포함한 키보드 들은 탄성 및 복원력을 위한 부재로서 고무나 합성수지 등의 소재를 사용하거나, 코일 스프링을 사용하였다. 이들 재료들도 상당한 기간동안 반복하여 하중을 견디는 데 무리가 없다고 볼 수도 있지만, 외부적 환경이 열악한 경우, 즉 지나치게 습도가 많은 환경에서나, 추운날씨가 계속되는 환경에서는 반드시 그러하다고도 볼 수 없다. 그리고 상기와 같은 환경을 고려하여 엄격한 품질 기준을 적용한다면 탄성부재를 생산하는 공장에서의 수율도 낮아지기 마련일 것이다.

한편 최근의 정보프로세서는 휴대의 편의성, 설치공간의 여유 등을 감안하여 점차 슬림(slim)화가 요구되는 추세에 있으며, 이를 위해서는 상기와 같이 키 스위치(110)도 그 높이를 올려야 할 필요성이 대두되고 있다. 뿐만 아니라, 키보드의 높이가 높으면 손목이 위로 많이 꺾이게 되고 이러한 상태로 장시간 작업을 하는 경우에는 손목을 지나는 신경 및 혈액순환에 장애(CTS 신드롬)가 발생하기 쉽기 때문에 그 필요성이 더 커지고 있다.

그러나 상기와 같이 기판 위에 설치된 돔형상의 러버부재(2)가 키톱(1)을 지지하는 구조에서는, 키 스위치(110)의 높이를 줄이는데 제약이 많이 따른다. 상기 도 2a에서와 같은 돔형상에서는 이 돔형상의 높이를 너무 작게 만들 경우 키톱(1)을 다시 원위치로 밀어올리는 복원력이 약해진다. 특히 러버(rubber) 재질로 이루어진 돔(2)의 경우에는 그 높이를 마음대로 줄일 경우 피로파괴에 대한 내력이 크게 저하된다. 즉 키스위치(110)로서의 기능을 충분히 수행하기 위해서는 상기 러버돔(2)이 약 60gf의 힘으로 가해지는 1000만회의 반복하중에 견딜 수 있어야 하는데, 상기와 같이 그 높이를 임의로 줄이면 그 전에 이미 피로파괴가 나타날 가능성이 높다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 키 스위치의 동작을 위하여 종래의 탄성부재를 사용하는 대신에 영구자석의 반발력을 이용함으로써 키 스위치의 수명을 연장시키는데 그 목적이 있다.

또한, 본 고안은 장시간 키 입력장치를 이용하는 사용자에게 피로함을 줄이고, 고속타이핑을 가능하도록 하는 키 스위치를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고 본 고안은 휴대용 디바이스의 키입력 장치에 있어서 필수적이라 할 수 있는 키입력 장치의 슬림화를 고려한 키 스위치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 키보드유닛을 구비한 기기의 예를 나타낸 사시도.

도 2a 는 종래의 러버돔(rubber dome) 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도.

도 2b 는 종래의 러버돔 방식의 키 스위치의 키톱을 누를 때 이동량과 가압력과의 관계를 나타낸 그래프.

도 3 은 본 고안의 제1 실시예에 따른 러버돔 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도.

도 4 는 본 고안의 변형된 제1 실시예에 따른 러버돔 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도.

도 5 는 본 고안에 따른 키 스위치의 키톱을 누를 때 이동량과 가압력과의 관계를 나타낸 그래프.

도 6 은 각 키 스위치가 담당하는 문자 위치에 따라서 타이핑시 힘의 배분을 달리한 키보드를 나다낸 평면도.

도 7 은 본 고안의 제2 실시예에 따라 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 전체 조립 구조를 나타낸 분리사시도

도 8 은 본 고안의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 동작을 나타낸 단면도.

도 9 는 본 고안의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도.

도 10 은 본 고안의 제3 실시예에 따른 정전 용량 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도.

도 11 은 평행판 축전기의 기본 원리를 나타낸 개략도.

도 12 는 본 고안의 제3 실시예의 동작 원리를 설명하기 위한 개략도.

도 13 은 본 고안의 제3 실시예를 평행판 축전기 등가 회로로서 설명하는 개략도.

도 14 는 본 고안의 변형된 제3 실시예에 따른 정전 용량 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도.

도 15 는 본고안의 제4 실시예에 따른 기계식 스위치 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도.

도 16 은 본 고안에서 반드시 필요한 영구자석을 키톱에 고정하는 예를 나타낸 단면도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

1 : 키톱 3 : 키 프레임

4 : 접촉단자부 6,7,31,32,33,34 : 자석

8 : 접촉돌기 9,10 : 멤브레인 필름

12 : 지지칼럼 13 : 하판

18,19 : 걸림부 110 : 키 스위치

본 고안은 상기한 목적을 달성하기 위하여 창안된 것으로, 사용자의 키 스트로크를 받아들이는 키톱과, 사용자가 키를 누를 때에는 소정의 반발력을 작용시키고 사용자가 키를 릴리스 할 때에는 원래의 위치로 돌아갈 수 있도록 해주는 반발력 제공부와, 2개의 접점을 구비하고 상기 키톱이 소정의 거리 이상 하강하면 접점이 접촉하고 상기 키톱이 원위치로 돌아가면 다시 접점이 분리되도록 하는 접점 단속부 및 상기 키톱의 수평 방향 운동을 저지하여 상기 키톱이 원활하게 상하 운동을 할 수 있도록 가이드 하는 상하운동 가이드부를 포함하는 키 스위치에 있어서, 상기 반발력 제공부는 자석간의 척력을 이용하여 반발력을 제공하는 상부자석과 하부자석을 포함하는데, 상기 상부자석은 상기 키톱에 고정되고 상기 하부자석은 키 입력장치 하판에 고정되며, 각 키 스위치를 담당하는 손가락 별로 힘의 배분을 달리한다.

상기 접점 단속부는 상부접점을 배치하여 포함하고 있는 상부 멤브레인 필름과, 상기 상부접점과 접촉 가능한 하부접점을 배치하여 포함하고 있는 하부 멤브레인 필름, 및 상부 멤브레인 필름과 하부 멤브레인 필름간에 소정의 간격을 형성시키는 스페이서 필름을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 상하운동을 가이드 하는 것은 상기 키 입력장치의 상부의 키 프레임에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 상하운동을 가이드 하는 것은 상기 키톱 및 키 입력장치 하판을 결합하여 지지할 수 있도록 2개의 링크가 회동가능하게 결합된 링크부에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 상부자석의 하면에 탄성력 있는 재질로 만들어지고, 상기 키톱이 소정 거리 이상을 하강하면 상기 상부 멤브레인 필름에 부착된 상기 상부 접점을 눌러서 상기 하부 접점과 접촉하게 하는 접촉돌기를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 상부 멤브레인 필름 위에 탄력성 있는 재질의 판형태로 만들어지고 상기 판형태의 하부에 키 스위치별로 하나씩 돌기가 형성되고, 상기 키톱이 소정 거리 이상을 하강하면 상기 상부 멤브레인 필름에 부착된 상기 상부 접점을 눌러서 상기 하부 접점과 접촉하게 하는 접촉돌기판을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 접점 단속부는 탄력성 있는 금속 재질로 제작되고, 한쪽 측은 키 입력장치 하판에 고정되고 다른 한 측은 비스듬히 구부러져 있으면서 접점을 포함하고 있어, 상기 키톱이 소정의 거리 이상 하강하는 경우에 상기 접점이 다른 접점과 접촉할 수 있고, 상기 키톱이 릴리스되면 초기의 상태로 복원되는 접점 스위치를 포함하고, 상기 상하운동을 가이드 하는 것은 상기 키 입력장치의 상부의 키 프레임에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 자석을 이용한 키 스위치는 탄력성 있는 금속 재질로 제작되고, 한쪽 측은 키 입력장치 하판에 고정되고 다른 한 측은 비스듬히 2단으로 구부러져 있어서, 상기 키톱이 소정의 거리 이상 하강하는 경우에는 사용자로 하여금 클릭감을 느낄 수 있도록 하는 클릭감 생성부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 반발력 제공부는 상기 자석의 반발력을 보완하는 러버돔을 더 포함하거나 상기 자석의 반발력을 보완하는 용수철을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 고안에서 정의된 용어를 살펴보면, 먼저 상기 반발력 제공부는 사용자가 키를 누를 때에는 소정의 반발력을 작용시키고 사용자가 키를 릴리스 할 때에는 원래의 위치로 돌아갈 수 있도록 해주는 기능을 하는 부분으로서 종래에는 러버돔(rubber dome), 용수철(spring)이 사용되었으나, 본 고안에서는 상호간에 척력을 갖는 2개의 영구자석을 이용한다.

또한, 상기 접점 단속부는 2개의 접점을 구비하고 상기 키톱이 소정의 거리 이상 하강하면 접점이 접촉하고 상기 키톱이 원위치로 돌아가면 다시 접점이 분리되도록 하는 기능을 담당하는 부분으로서, 러버돔 방식의 키 스위치에 있어서는 양 접점을 포함하는 상하부 필름과 이들을 일정 간격 이격시키는 스페이서 필름의 조합으로 이루어지고, 기계식 키 스위치에 있어서는 접점을 포함하는 접점 스위치 및 상기 접점과 접촉할 수 있는 고정된 접점 부분의 조합을 의미한다.

그리고 상기 상하운동 가이드부는 상기 키톱의 수평 방향의 운동을 저지하여 상기 키톱이 원활하게 상하 운동을 할 수 있도록 가이드 하는 부분으로서, 일반 키보드에서와 같이 키 스위치 상판의 키 프레임이 그 역할을 수행할 수도 있고, 일부 노트북 컴퓨터의 자판에서와 같이 별도의 링크부가 그 역할을 담당할 수도 있다.

본 고안에 따른 키 스위치에 관한 실시예는 크게 4개로 구분된다. 제1 실시예는 자력을 이용한 러버돔 방식이고, 제2 실시예는 자력을 이용한 크로스 링크 스위치 방식이며, 제3 실시예는 자력을 이용한 정전 용량 방식이다. 그리고 제4 실시예는 자력을 이용한 기계식 스위치 방식이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안의 제1 실시예에 따른 러버돔 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 본 실시예의 키스위치(110)는, 사용자의 손이 터치되는 키톱(1)과, 키 입력장치 하판(13) 상에 마련되어 가압력에 따라 접촉하는 경우에 전기신호를 발생시키는 접촉단자부(4)와, 상기 키톱(1)과 키 입력장치 하판(13) 사이에 소정의 반발력을 유지하게 하는 상부자석(6) 및 하부자석(7)과, 키톱(1)이 하강할 때 눌리면서 그 중심의 접촉돌기(8)로 상기 접촉단자부(4)를 누르게 되는 접촉돌기(8)와, 접촉단자부(4)의 상부접점을 배치하여 포함하고 있는 상부 멤브레인 필름(9)과, 접촉단자부(4)의 하부접점을 배치하여 포함하고 있는 하부 멤브레인 필름(10), 그리고 상부 멤브레인 필름(9)과 하부 멤브레인 필름(10)간에 소정의 간격을 형성시키는 스페이서 필름(11)으로 구성될 수 있다. 상기접촉돌기(8)는 탄력성 있는 고무 또는 합성수지 재료로서 제작되는 것이 바람직하다.

상기 구성에 있어서, 사용자가 키톱(1)을 누르게 되면, 상기 키톱(1)은 상부자석(6)과 하부자석(7)에 의하여 소정의 반발력을 받으면서 하강한다. 일정 거리 이상 키톱(1)이 하강하여 접촉돌기(8)에 의하여 접촉단자부(4)가 접촉되면 그 키 스위치(110)에 부여된 전기신호가 입력된다. 상기 접촉돌기(8)가 접촉되어 압력을 받을 경우에 상부자석(6)이 밀려 올라가지 않도록 키톱(1)의 내부에 지지칼럼(12)을 구비한다. 이 후 사용자가 키톱(1)을 릴리스하면 상하자석(6)(7)의 반발력에 의하여 최초의 위치로 돌아온다. 키톱(1) 하강시의 최종 지지는 키톱(1) 내부의 상면(16)과 키 프레임(3)의 상단(17)이 맞닿음으로써 이루어지고, 키톱(1) 상승시의 최종 지지는 키톱(1)의 걸림부(19)와 키 프레임(3)의 걸림부(18)가 맞닿음으로써 이루어진다.

이와 같이, 접촉단자부(4)를 포함하는 멤브레인 스위치 부분은 얇은 회로막으로 이루어져 있다. 보통 상부 멤브레인 필름(9)과 하부 멤브레인 필름(10)으로 구성되며, 둘 사이에는 쇼트를 막는 스페이서 필름(11)이 놓여져 있다. 하부 멤브레인 필름(10)에는 키의 각 행을 가로지르는 전극이 깔려 있고, 상부 회로막에는 접촉단자부(4)가 형성되어 있다. 절연막에는 접촉단자부(4)가 있는 위치마다 구멍이 뚫려 있다. 사용자가 키톱(1)을 누르면 키톱(1)이 하강하며 상부 멤브레인 필름(9)에 압력을 가한다. 그리고 상부 멤브레인 필름(9)의 접점이 절연막 사이에 뚫린 구멍을 통해 하부 멤브레인 필름(10)의 접점과 연결되어 스위치 입력을 인식하게 된다. 멤브레인 스위치는 얇은 회로막 위에 전체 회로를 인쇄하므로 생산 원가가 대폭 절감된다. 그렇기 때문에 오늘날 저가형 키보드 거의 대부분이 멤브레인 스위치 방식을 채택하고 있다.

도 4는 본 고안의 변형된 제1 실시예에 따른 러버돔 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도이다. 본 실시예도 상기 도 3과 유사하지만, 도 3에서의 접촉돌기(8)를 사용하지 않고 상부 멤브레인 필름(9) 위에 별도의 접촉돌기판(14)을 구비한다. 상기 접촉돌기판(14)은 탄력성 있는 고무 또는 합성수지 재료로서 제작되는 것이 바람직하며, 각 키 스위치 마다 돌기를 하나씩 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 접촉돌기판(14)을 이용하면 도 3에서와 같이 상부자석(6)과 접촉돌기(8)를 부착할 필요가 없어 편리하다.

도 5는 본 고안에 따른 키 스위치의 키톱을 누를 때 이동량(trevel)과 가압력(force)과의 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 도2b에서와 같이 종래의 러버돔식 멤브레인키 스위치에서는, 처음에 가압력이 증가하면 변형량도 점차 증가하다가, 어느 일정 압력을 넘어서면 압력을 줄이더라도 변형이 급격하게 일어나는 버클링 현상이 발생된다. 그러나 이러한 버클링 현상으로 인하여 가압력이 줄었다가 다시 키 입력장치 하판과 접촉하면서 순간적으로 가압력이 상승하게 되면 사용자에게 피로감을 일으키게 된다.

반면에, 본 고안에 따른 키 스위치에 대한 이동량과 가압력의 관계를 나타낸 그래프는 도 5에서와 같이, 키톱의 접촉돌기(또는 접촉돌기판의 접촉 돌기)가 키 입력 장치 하판에 닿기 전에는 종래의 러버돔 방식의 키 스위치에 비하여, 거의 선형적(linear)으로 증가하다가 상기 접촉돌기가 키 입력장치 하판에 닿은 후 다른 선형적인 경사를 이루면서 가압력이 증가하게 된다. 본 고안은 영구자석의 반발력을 이용하므로 상기 접촉돌기가 키 입력장치 하판에 가까워질수록 반발력이 커지기 때문에 키 입력장치 하판에 닿는 순간에 충격을 줄여 피로감을 감소시킬 수 있다.

그리고 상기와 같이 자력에 의하여 선형적인 반발력을 가지므로 장시간 타이핑을 해야 하는 사용자에게 유리할 뿐만 아니라, 영구자석의 자화정도에 따라 반발력을 적절한 수준으로 약하게 하여 초고속 타이핑을 해야 하는 사용자를 위한 키 스위치를 구현할 수도 있다.

도 6은 각 키 스위치가 담당하는 문자 위치에 따라서 타이핑시 힘의 배분을 달리한 키보드를 나타낸 평면도이다. 현재 사용되는 고급형 키보드 중에서는 사용자가 스트로크를 하는 손가락 별로 가하는 힘이 다르다는 것을 이용하여 키 별로 가압력을 다르게 설정한 것들이 있다. 이러한 기술을 ＇Ergo Force＇ 기술이라고 한다. 인간의 엄지, 검지, 중지, 약지, 새끼손가락의 힘은 약간씩 다르다. 보통은 엄지가 제일 세고 중지, 검지, 약지, 새끼손가락 순으로 약해진다. 대부분의 키보드는 손가락 힘의 차이를 고려하지 않고 모든 키에 균일한 키 압력을 적용하기 때문에 오랫동안 타이핑을 하게 되면 새끼손가락이 금세 지치기 마련이다. ＇Ergo Force＇는 손가락의 힘 차이를 고려해 키 압력을 단계별로 나눠서 배치하는 것이다. 본 도에서는 그 일예로 상기 단계를 5단계로 나누어 배치하고, 각 단계는 80, 60, 55, 45, 및 35 그램 force의 가압력을 갖는 것으로 한다. 본 도에서 보듯이 새끼손가락으로 누르는 키는 제일 약한 35그램, 그 외 일반 키는 45그램, 펑션 키 및편집 키 등은 55그램, 엔터 키는 65그램, 스페이서 바/Alt/Ctrl 키에는 제일 무거운 80그램 압력을 적용하고 있다.

종래의 러버돔을 사용하는 경우에는 이와 같이 원하는 가압력을 용이하게 조절하는 키 스위치를 제작하는 것이 쉽지 않았다. 그러나 자석을 이용하는 본 고안에서는 자석의 자화정도 또는 자석간의 거리를 조절함으로써 키 스위치별로 용이하고 정확하게 가압력을 조절할 수 있게 된다.

도 7은 본 고안의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 전체 조립 구조를 나타낸 분리사시도이다. 접촉돌기(8)가 부착된 상부자석(6)이 사용자 손이 터치되는 키톱(1)에 결합되고, 상기 키톱(1) 및 키 입력장치 하판(13)은 2개의 링크가 회동가능하게 결합된 링크부(21)(22)에 의하여 결합, 지지된다. 상기 링크부는 외부링크(22)와 상기 외부링크(22)의 내부에 꼭 맞도록 제작된 내부링크(21) 및 상기 링크들(21)(22)을 결합하고 피봇 역할을 하는 링크고정피봇(23)으로 구성된다. 상기 키톱(1)이 상하로 움직이면 상기 링크들(21)(22)과 키 입력장치 하판과 이루는 각이 작아졌다 커졌다하면서 전체 키 스위치(110)가 동작하게 된다. 역시 본 실시예에서도 키톱(1)의 반발력과 키 릴리스시의 복원력은 자석의 척력을 이용하여 생성한다.

상기 키 입력장치 하판(13) 위에는 상기 링크들(21)(22)을 지지하기 위한 하부고정지지부(26) 및 하부이동슬롯(27)이 구비되어 있다. 하부고정지지부(26)는 상기 외부링크(22)의 일측을 고정하는 역할을 하고, 하부이동슬롯은 상기 내부링크(21)의 일측을 지지하고 키톱(1)이 하강할 때 좌우로 소정의 폭만큼 움직일 수 있도록 한다. 상기 외부링크(22)의 타측은 키톱(1)의 하부에 구비된 상부이동슬롯(도 9의 25)에 연결되고, 상기 내부링크(21)의 타측은 키톱(1)의 하부에 구비된 상부고정지지부(도 9의 24)에 연결된다.

도 8은 본 고안의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 동작을 나타낸 정면도이다. 상기 도 7의 설명에 있어서, 사용자가 키톱(1)을 누르면 외부링크(22) 및 내부링크(21)가 키 입력장치 하판(13)과 이루는 각이 작아지면서 상기 링크들(21)(22)의 우측부분은 상부이동슬롯(25) 및 하부이동슬롯(27)의 내부의 슬롯에 따라 우측으로 소정의 거리만큼 이동한다. 이후, 사용자가 키를 릴리스하면, 자석(6)(7)의 척력에 의하여 초기의 위치로 돌아가게 된다.

도 9는 본 고안의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도이다. 상기 도 7의 설명에서와 같이, 본 실시예에 따른 스위치는 사용자의 손이 터치되는 키톱(1)과, 키 입력장치 하판(13) 상에 마련되어 가압력에 따라 접촉하는 경우에 전기신호를 발생시키는 접촉단자부(4)와, 상기 키톱(1)과 키 입력장치 하판(13) 사이에 소정의 반발력을 유지하게 하는 상부자석(6) 및 하부자석(7)과, 키톱(1)이 하강할 때 눌리면서 그 중심의 접촉돌기(8)로 상기 접촉단자부(4)를 누르게 되는 접촉돌기(8)와, 접촉단자부(4)의 상부접점을 배치하여 포함하고 있는 상부 멤브레인 필름(9)과, 접촉단자부(4)의 하부접점을 배치하여 포함하고 있는 하부 멤브레인 필름(10), 그리고, 상부 멤브레인 필름(9)과 하부 멤브레인 필름(10)간에 소정의 간격을 형성시키는 스페이서 필름(11)으로 구성될 수 있다. 상기 접촉돌기(8)는 탄력성 있는 고무 또는 합성수지 재료로 제작되는 것이바람직하다. 도 3과는 달리 키톱(1)을 지지 및 이동안내를 위한 별도의 상부 키 프레임(도 3의 3)은 존재하지 않으며, 이러한 지지 역할을 수행하는 2개의 링크(21)(22)가 상기 지지 및 이동 안내 역할을 수행하게 된다.

상기 구성에 있어서, 사용자가 키톱(1)을 누르게 되면, 상기 키톱(1)은 상부자석(6)과 하부자석(7)에 의하여 소정의 반발력을 받으면서 하강한다. 정확히 말하면 상기 링크들(21)(22)에 의하여 약간 우측으로 이동하면서 하강하지만, 우측으로 이동하는 정도는 그다지 크지 않아서 대체적으로 하강하는 동작으로 볼 수 있다.

일정 거리 이상 키톱(1)이 하강하여 접촉돌기(8)에 의하여 접촉단자부(4)가 접촉되면 그 키 스위치(110)에 부여된 전기신호가 입력된다. 상기 접촉돌기(8)가 접촉되어 압력을 받을 경우에 상부자석(6)이 밀려 올라가지 않도록 키톱(1)의 내부에 지지칼럼(12)을 구비한다. 이 후 사용자가 키톱(1)을 릴리스하면 상하자석(6)(7)의 반발력에 의하여 최초의 위치로 돌아가게 된다. 키톱(1) 하강시의 최종 지지는 키 입력장치 하판(13)에 의하여 이루어지고, 키톱(1) 상승시의 최종 지지는 상기 링크들(21)(22)의 우측부분이 상부이동슬롯(25) 및 하부이동슬롯(27)의 좌측부분에 걸림으로써 이루어진다.

본 실시예에서는 상부자석(6)과 접착된 접촉돌기(8)를 이용하여 접촉단자부(4)의 접점을 단속시키고 있으나, 도 4에서와 같이 접촉돌기(8)를 사용하지 않고 별도의 접촉돌기판(14)을 이용하여 구성할 수도 있다. 이와 같은 변형된 실시예의 구성과 동작은 당업자라면 쉽게 구현할 수 있을 것이므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.

도 10은 본 고안의 제3 실시예에 따른 정전 용량 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 실시예의 키 스위치(110)는, 사용자의 손이 터치되는 키톱(1)과, 상기 키톱(1)과 키 입력장치 하판(13) 사이에 소정의 반발력을 유지하게 하는 상부자석(6) 및 하부자석(7)으로 구성될 수 있다. 캐패시터 모듈에 해당하는 상부자석(6)과 제1전극과 제2전극을 포함한 하부자석(31)(32)은 일정 간격을 두고 있으며, 키가 최대로 눌린 상태에서도 서로 접합되지 않는다. 그리고 그 아래에 PCB(인쇄회로 기판)가 있으며, PCB 위에는 레퍼런스 전압이 흐르고 있으며, 오실레이터와 위상고정 회로, 비교회로가 위치해 있다. 이렇게 복잡한 구조와 비싼 가격에도 불구하고 긴 수명과 높은 신뢰도, 뛰어난 키 스트로크 감촉을 제공한다. 물리적 접촉부위가 없는 까닭에 물리적으로 고장이 생길 이유가 없기 때문이다. 또한 금속 접촉부를 가지지 않으므로, 먼지나 습기 등에 거의 영향을 받지 않는 장점이 있다.

상기 구성에 있어서, 사용자가 키톱(1)을 누르게 되면, 상기 키톱(1)은 상부자석(6)과 하부자석(7)에 의하여 소정의 반발력을 받으면서 하강한다. 일정 거리 이상 키톱(1)이 하강하여 정전 용량이 소정의 크기 이상으로 커지게 되면, 상기 비교회로에서 이를 감지하여 회로의 스위치를 ON 상태로 한다. 상기 접촉돌기(8)가 접촉되어 압력을 받을 경우에 상부자석(6)이 밀려 올라가지 않도록 키톱(1)의 내부에 지지칼럼(12)을 구비한다. 이 후 사용자가 키톱(1)을 릴리스하면 상하자석(6)(7)의 반발력에 의하여 최초의 위치로 돌아오게 된다. 이러한 상승과정중에, 일정 거리 이상 키톱(1)이 상승하여 정전 용량이 소정의 크기 이하로 작아지게 되면, 상기 비교회로에서 이를 감지하여 회로의 스위치를 OFF 상태로 한다. 본 실시예에서, 상기 키톱(1) 하강시의 최종 지지는 키톱(1) 내부의 상면(16)과 키 프레임(3)의 상단(17)이 맞닿음으로써 이루어지고, 키톱(1) 상승시의 최종 지지는 키톱(1)의 걸림부(19)와 키 프레임(3)의 걸림부(18)가 맞닿음으로써 이루어진다.

도 11은 평행판 축전기의 기본 원리를 나타낸 도면이다.

일반적으로 멤브레인 방식, 기계식 등 대다수 스위치는 내부의 접점이 연결되는 순간 전류가 통하면서 키 입력을 인식하게 된다. 쓰면 쓸수록 접점은 닳게 되고, 따라서 그 수명에는 한계가 있기 마련이다. 이에 비해 정전용량 방식의 무접점 스위치(Capacitive Switch)는 말 그대로 접점이 없기 때문에 다른 스위치에 비해 수명이 훨씬 길다. 도 11에서 나타낸 바와 같이, 두 개의 평행한 금속 전극 사이에 유전체(절연체)를 넣고 전압(V)을 인가하면 각각의 전극에는 전하가 축적된다. 이 때 전하를 축적할 수 있는 능력을 정전용량(Capacitance) 이라고 한다. 이러한 원리를 이용해 전하를 축적하는 장치가 커패시터(Conpacitor)이다. 그런데 정전용량(C)은 유전율과 극판 면적에 비례하며 전극 간격(l)에는 반비례한다. 다시 말해 극판 사이의 간격이 줄어들수록 정전용량은 커진다. 이와 같이 가동 전극이 고정 전극에 가까워지면 정전용량이 증가하는데, 정전용량 방식의 키스위치는 이 변화를 검출하여 스위치를 연결(ON)하는 방식이다.

도 12는 본 고안의 제3 실시예의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 상기 제3 실시예는 상기 무접점 스위치를 응용한 것이다. 키 입력장치의 하판상에는 2개의 고정 전극을, 그 위에는 가동 전극을 놓는데, 본 실시예에서는 상기 고정 전극 및 가동 전극 모두 자석(6)(31)(32)으로 이루어져있다. 키톱(1)이 눌러지면 따라서 이동 전극 역할을 하는 상부자석(6)이 아래로 이동하게 되고, 하부에 고정되어 있는 자석으로 된 제1 고정 전극(31) 및 제2 고정 전극(32)과 가까워지면서 정전용량이 증가하게 된다. 그 후, 키톱(1)이 릴리스 되면 상부자석(6)은 위로 이동하게 되고, 상기 제1 고정 전극(31) 및 제2 고정 전극(32)과 멀어지면서 정전용량이 증가하게 된다. 도 12에서 이동전극(6)은 하나의 자석이지만, 두개의 고정전극과 대비해보면 각각의 고정전극에 대응하는 2개의 이동전극으로 볼 수 있다. 상기 2개의 이동전극은 전기적으로 연결되어 있으므로 도 13과 같이 2개의 커패시터가 직렬로 연결된 구조로 생각할 수 있다. 이와 같이 이동전극이 고정 전극에 접근하거나 멀어지면 커패시터의 용량이 변하게 되는데, 이 변화를 검출하여 일정 용량 이상이면 스위치를 연결(ON)하고, 일정 용량 이하면 스위치를 차단(OFF)하게 된다.

도 14는 본 고안의 변형된 제3 실시예에 따른 정전 용량 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 14에서의 키 스위치(110) 구조는 도 10과 달리 하부 자석이 전극의 역할을 하는 것이 아니라 금속판으로 된 별도의 고정전극(33)(34)이 존재한다는 점에서 차이가 있다. 따라서 하부 자석(7)이 키 입력장치 하판(13)의 하부에 고정되고 이를 덮는 판(15)이 더 구비된다. 이외의 구조나 동작에 있어서는 상기 도 10 내지 도 13에서의 설명과 동일하므로 중복적인 설명은 생략하기로 한다.

도 15는 본 고안의 제4 실시예에 따른 기계식 스위치 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 단면도이다.

기계식 키보드는 각각의 키에 독립된 스위치 유닛이 탑재되며, 내부 금속판의 접촉에 의해 키 입력 여부를 판단한다. 통상 기계식 스위치는 작동기로써 금속 스프링을 사용하지만, 본 고안에서는 상기 작동기로서 영구자석을 이용한다.

도시된 바와 같이 본 실시예의 키 스위치(110)는, 사용자의 손이 터치되는 키톱(1)과, 접점단속부(42)에 마련되어 가압력에 따라 접촉하는 경우에 전기신호를 발생시키는 접촉단자부(4)와, 상기 키톱(1)과 키 입력장치 하판(13) 사이에 소정의 반발력을 유지하게 하는 상부자석(6) 및 하부자석(7)과, 키톱(1)이 소정거리 만큼 하강하는 경우에 사용자에게 클릭감을 제공하는 클릭감생성부(41) 및, 키톱(1)이 소정거리 만큼 하강하는 경우에 상기 접점단자부(4)의 접점들을 접촉시키는 접점단속부(42)로 구성될 수 있다.

상기 구성에 있어서, 사용자가 키톱(1)을 누르게 되면, 상기 키톱(1)은 상부자석(6)과 하부자석(7)에 의하여 소정의 반발력을 받으면서 하강한다. 소정의 거리 이상 키톱(1)이 하강하여 키톱(1)의 하부가 접점단속부(42)의 각도가 줄어들게 되면, 상기 접촉단자부(4)가 접촉되어 그 키스위치(110)에 부여된 전기신호가 입력된다. 이와 같이, 키톱(1)이 아래쪽으로 움직이면 상하부 자석(6)(7)에 의해 반발력이 걸리고, 상기 접촉단자부(4)가 휘어지면서 키톱(1)을 움직이는데 필요한 압력이 미묘하게 달라진다. 이 경우 상기 접촉단자부(4)가 접촉하는 순간과 비슷한 순간에 상기 클릭감생성부(41)에 의하여 클릭음향이 제공됨으로써 사용자는 키 입력이 되었음을 감지할 수 있다. 한편, 상기 접촉돌기(8)가 접촉되어 압력을 받을 경우에상부자석(6)이 밀려 올라가지 않도록 키톱(1)의 내부에 지지칼럼(12)을 구비한다.

이 후 사용자가 키톱(1)을 릴리스하면 상하자석(6)(7)의 반발력에 의하여 최초의 위치로 돌아온다. 본 실시예에서, 키톱(1) 하강시의 최종 지지는 키톱(1) 내부의 상면(16)과 키 프레임(3)의 상단(17)이 맞닿음으로써 이루어지고, 키톱(1) 상승시의 최종 지지는 키톱(1)의 걸림부(19)와 키 프레임(3)의 걸림부(18)가 맞닿음으로써 이루어진다.

도 16은 본 고안에 반드시 필요한 자석을 키톱에 고정하는 예를 나타낸 도면도이다. 하부자석(7)은 키 입력장치 하판(13)의 상면에 잘 고정되어 있을 수 있지만, 상부자석(6)은 키톱(1)의 내주면에 끼워져 있어 정확하게 고정되지 않을 수 있다. 따라서 본 고안에서는 키톱(1)의 내부에서 상부자석(6)이 위로 이동하는 것을 방지하기 위하여 지지 칼럼(12)을 둠과 아울러 상부자석(6)의 외주면에 홈을 파고 키톱(1)의 내주면에 이 홈과 결합될 수 있는 고정멈치(20)를 생성하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 상기 홈의 모양을 반원 모양으로 하였지만 이외에도 필요에 따라 다양한 모양으로 만들 수 있을 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 설명하였지만, 본 고안이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 고안이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 고안의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 고안에 따르면, 서로 다른 극을 갖는 자석이 척력을 갖는 성질을 이용함으로써, 키 스트로크의 반복에 의한 마모나 고장을 줄일 수 있어 키 스위치의 수명을 연장시키는 효과가 있다.

또한 본 고안에 따르면, 키보드의 슬림화가 가능하다. 기존의 반발력을 얻기 위해서는 스위치의 일정 높이가 요구되었으나 자력의 반발력을 이용하면 키 스위치의 높이를 줄일 수 있는 효과가 있다. 이와 같이 키보드를 슬림화를 구현하면, 장시간 키 입력장치를 이용하는 경우에 키 입력장치의 두께로 인하여 발생하는 손목꺾임을 최소화함으로써 편안한 작업 수행을 가능하게 한다.

또한 일반적으로 자석은 자력에 의한 신진대사 기능을 유도하는 것으로 알려져 있는데, 키 캡에 들어 있는 자석은 이와 같은 기능을 수행할 수도 있다.

그리고 본 고안에 따르면, 각 키 스위치는 자력의 반발력에 의하여 작동되고 상기 반발력은 자석의 자화정도에 따라 결정되므로, 자화정도를 조절함으로써 키 스위치의 반발력을 쉽게 조절할 수 있는 효과가 있다. 이러한 원리를 이용하면, 각 키 스위치 별로 각 손가락에 맞는 적절한 압력을 배분할 수 있다.

또한 본 고안은 반발력을 통하여 키의 스트로크를 입력할 수 있도록 하는 모든 압력식 키 스위치에 융통성 있게 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims

사용자의 키 스트로크를 받아들이는 키톱과, 사용자가 키를 누를 때에는 소정의 반발력을 작용시키고 사용자가 키를 릴리스 할 때에는 원래의 위치로 돌아갈 수 있도록 해주는 반발력 제공부와, 2개의 접점을 구비하고 상기 키톱이 소정의 거리 이상 하강하면 접점이 접촉하고 상기 키톱이 원위치로 돌아가면 다시 접점이 분리되도록 하는 접점 단속부 및 상기 키톱의 수평 방향 운동을 저지하여 상기 키톱이 원활하게 상하 운동을 할 수 있도록 가이드 하는 상하운동 가이드부를 포함하는 다수의 키 스위치에 있어서,

상기 반발력 제공부는 자석간의 척력을 이용하여 반발력을 제공하는 상부자석과 하부자석을 포함하는데, 상기 상부자석은 상기 키톱에 고정되고 상기 하부자석은 키 입력장치 하판에 고정되며, 각 키 스위치를 담당하는 손가락 별로 힘의 배분을 달리하는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 키 스위치.
제1항에 있어서,

상기접점 단속부는 상부접점을 배치하여 포함하고 있는 상부 멤브레인 필름과, 상기 상부접점과 접촉 가능한 하부접점을 배치하여 포함하고 있는 하부 멤브레인 필름, 및 상부 멤브레인 필름과 하부 멤브레인 필름간에 소정의 간격을 형성시키는 스페이서 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 키 스위치.
제2항에 있어서,

상기 상하운동을 가이드 하는 것은 상기 키 입력장치의 상부의 키 프레임에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 키 스위치.
제2항에 있어서,

상기 상하운동을 가이드 하는 것은 상기 키톱 및 키 입력장치 하판을 결합하여 지지할 수 있도록 2개의 링크가 회동가능하게 결합된 링크부에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 키 스위치.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 상부자석의 하면에 탄성력 있는 재질로 만들어지고, 상기 키톱이 소정 거리 이상을 하강하면 상기 상부 멤브레인 필름에 부착된 상기 상부 접점을 눌러서 상기 하부 접점과 접촉하게 하는 접촉돌기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 키 스위치.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 상부 멤브레인 필름 위에 탄력성 있는 재질의 판형태로 만들어지고 상기 판형태의 하부에 키 스위치별로 하나씩 돌기가 형성되고, 상기 키톱이 소정 거리 이상을 하강하면 상기 상부 멤브레인 필름에 부착된 상기 상부 접점을 눌러서 상기 하부 접점과 접촉하게 하는 접촉돌기판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 키 스위치.
제1항에 있어서,

상기 접점 단속부는 탄력성 있는 금속 재질로 제작되고, 한쪽 측은 키 입력장치 하판에 고정되고 다른 한 측은 비스듬히 구부러져 있으면서 접점을 포함하고 있어, 상기 키톱이 소정의 거리 이상 하강하는 경우에 상기 접점이 다른 접점과 접촉할 수 있고, 상기 키톱이 릴리스 되면 초기의 상태로 복원되는 접점 스위치를 포함하고,

상기 상하운동을 가이드 하는 것은 상기 키 입력장치의 상부의 키 프레임에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 키 스위치.
제7항에 있어서,

탄성력 있는 금속 재질로 제작되고, 한쪽 측은 키 입력장치 하판에 고정되고 다른 한 측은 비스듬히 2단으로 구부러져 있어서, 상기 키톱이 소정의 거리 이상 하강하는 경우에는 사용자로 하여금 클릭감을 느낄 수 있도록 하는 클릭감 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 키 스위치.
제1항, 제4항 또는 제7항 중 한 항에 있어서,

상기 반발력 제공부는 상기 자석의 반발력을 보완하는 러버돔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 키 스위치.
제1항, 제4항 또는 제7항 중 한 항에 있어서,

상기 반발력 제공부는 상기 자석의 반발력을 보완하는 용수철을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 키 스위치.