KR20040099358A - 촉감 발휘 장치 - Google Patents

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KR20040099358A
KR20040099358A KR10-2004-7015062A KR20047015062A KR20040099358A KR 20040099358 A KR20040099358 A KR 20040099358A KR 20047015062 A KR20047015062 A KR 20047015062A KR 20040099358 A KR20040099358 A KR 20040099358A
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coupling elements
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존스톤레이몬드피.
스피왁브라이언이.
이제니퍼알.
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

스위치 장치는 제1층 및 제2층을 구비하고, 이들 층에 형성되는 결합 요소 세트에 의해 제1층과 제2층이 서로 부착된다. 결합 요소는 상기 층들을 부착하도록 인터록킹 구조로 서로 맞물리는 후크형 요소를 포함할 수 있거나, 대안적으로 결합 요소는 다른 형태를 취할 수도 있다. 결합 요소는 제1층과 제2 층이 함께 가압될 때 휘어지는 가요성 부분을 포함할 수 있다. 본 발명의 장치는 스위치 어레이 내에 사용될 수 있으며, 돔형 스프링 요소에 대한 필요성을 제거할 수 있다.

Description

촉감 발휘 장치{APPARATUS EXHIBITING TACTILE FEEL}
컴퓨터 장치에 입력을 제공하기 위하여 전자 스위치가 사용된다. 전자 스위치는 물리적 힘에 반응하여 신호를 발생한다. 예를 들면, 사용자는 키(key)를 누름으로써 전자 스위치를 작동시킬 수 있다. 키를 누르면, 전자 멤브레인에 힘이 가해지고, 이로 인해 전자 멤브레인이 전자 신호를 발생시키게 되어 있다. 컴퓨터 키보드, 키패드, 및 멤브레인 스위치가 스위치 어레이의 일반적인 예이다.
키보드와 같은 대부분의 스위치 어레이는 개별 키에 대하여 편향력(biasing force)을 제공하기 위해 돔형 스프링 요소를 구비한다. 돔형 스프링 요소는 키 작동에 대하여 정해진 크기의 저항을 제공함으로써 사용자에게 촉감 피드백을 제공한다. 또한, 돔형 스프링 요소는 작동 시에 "스냅(snapping)" 감각을 제공하며, 키 작동에 대한 저항의 크기는 임계 거리를 넘어서 키를 누른 후에는 급격하게 감소한다.
본 발명은 컴퓨터 입력 장치에 사용되는 스위치 어레이에 관한 것으로, 특히 스위치 어레이 내의 구조에 관한 것이다.
도1a 및 도1b는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 측단면도이다.
도2는 도1a 및 도1b의 장치의 측단면도로서, 상층 및 하층이 함께 가압되어 있는 상태의 도시도이다.
도3은 2개의 예시적인 결합 요소의 측단면도이다.
도4는 분리 상태로 있는 본 발명에 따른 장치의 사시도이다.
도5a 내지 도5c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 측단면도이다.
도6a 내지 도6c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 추가의 측단면도이다.
도7a 내지 도7c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 추가의 측단면도이다.
도8a 내지 도8c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 추가의 측단면도이다.
도9a 내지 도9c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 다른 실시예의 측단면도이다.
도10a 및 도10b는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 다른 실시예의 측단면도이다.
도11a 내지 도11c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 다른 실시예의 측단면도이다.
도12a 내지 도12c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 다른 실시예의 측단면도이다.
도13은 스위치 어레이의 2개의 키를 형성하는 데 사용된 본 발명에 따른 장치의 측단면도이다.
도14는 스위치 어레이의 복수의 키를 형성하는 데 사용된 본 발명에 따른 장치의 분리 상태의 사시도이다.
도15는 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 스위치 중 2개의 스위치의 분해 블록도이다.
일반적으로, 본 발명은 스위치 어레이에 사용되는 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 돔형 스프링을 사용하지 않고도 일반적으로 돔형 스프링 요소와 관련된 촉감과 유사한 촉감을 제공한다. 일 실시예에서, 본 발명은 제1층 및 제2 층을 구비하고, 이들 층에 형성된 결합 요소 세트를 통해서 상기 제1층 및 제2 층이 서로 부착되는 장치에 관한 것이다. 결합 요소는 상기 층들을 부착하기 위하여 인터록킹 구조로 서로 맞물리는 후크형 요소를 포함할 수도 있거나, 또는 대안적으로 결합 요소는 설계자가 생각하는 다른 형태를 취할 수도 있다. 결합 요소는 제1층과 제2층이 함께 가압될 때 휘어지는 가요성 부분을 포함할 수 있다. 본 발명의 장치는 돔형 스프링 요소에 대한 필요 없이 스위치 어레이 내에 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 실시예에 대한 추가의 세부 내용은 첨부도면 및 이하의 기재에 나타나 있다. 다른 특징, 목적 및 이점은 상세한 설명, 도면 및 청구범위로부터 명확하게 될 것이다.
일반적으로, 본 발명은, 제1층 및 제2층이 구비되고, 이들 층에 형성된 결합 요소 세트를 통해서 상기 제1층 및 제2층이 서로 부착되는 장치에 관한 것이다. 예를 들면, 결합 요소는 상기 층들을 부착하기 위하여 인터록킹 구조로 서로 맞물리는 후크형 요소를 포함할 수도 있고, 또는 대안적으로 결합 요소는 설계자가 생각하는 다른 형태를 취할 수도 있다. 어떤 경우에든, 결합 요소의 적어도 일부는 제1층과 제2층이 함께 가압될 때 휘어질 수 있다. 이러한 방식으로, 장치가 스위치 어레이 내에서 실시될 때 바람직한 촉감이 달성될 수 있다.
도1a 및 도1b는 본 발명의 실시예에 따른 장치(10)의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 장치(10)는 상층(11)과 하층(12)을 구비한다. 상층(11)은 한 세트의 결합 요소(13A-13F)(이하에서는 결합 요소(13)라 함)를 구비하고, 하층(12)은 다른 세트의 결합 요소(14A-14F)(이하에서는 결합 요소(14)라 함)를 구비한다. 적어도 일부의 결합 요소(13, 14)의 적어도 일부는 휘어질 수 있다(flexible).
예를 들면, 도2에 도시된 바와 같이, 상층과 하층을 함께 가압하도록 (화살표로 지시되는 바와 같이) 힘이 가해지는 경우에, 결합 요소(13, 14)는 휘어질 수 있다. 이러한 휘어짐은, 상층(11)과 하층(12)을 멀리 밀어내는 경향이 있는 편향력을 생성한다. 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 상기 편향력은 제1층과 제2층 사이의 거리가 임계값(threshold)을 넘어서는 때에 실질적으로 감소하도록 만들어질 수 있다. 예를 들면, 제1층과 제2층 사이의 거리가 임계값을 넘어서면 결합 요소(13, 14) 중 하나 또는 그 이상은 좌굴(buckle)될 수 있다. 상기 장치(10)는, 스위치 어레이를 포함하는 여러가지 적용예에 사용될 수 있다. 그 경우에, 장치(10)는 스위치 어레이의 키(key)를 형성하도록 사용될 수 있으며, 돔형 스프링 요소를 사용하지 않고도 바람직한 촉감을 제공할 수 있다.
도3은 2개의 결합 요소의 측단면도이다. 후크와 유사한 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 결합 요소는 다른 형태를 취할 수도 있다. 몇 가지 다른 예가 이하에 설명되어 있다. 결합 요소가 후크와 유사한 형상을 갖는 경우에, 결합 요소는 후크(18A, 18B)를 베이스(17)에 부착시키는 스템(stem)(16A, 16B)을 구비할 수 있다. 스템(18A, 18B) 사이의 거리(X)는 0.25 ㎝ 정도일 수 있지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 결합 요소의 높이(Y)는 0.01 ㎝ 내지 1 ㎝의 범위일 수 있지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 결합 요소의 폭(Z)은 0.01 ㎝ 내지 1 ㎝의 범위일 수 있지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 이들 형상 및 사이즈는 스위치 어레이의 적용예에 있어서 예시적인 것이며, 전술한 예시적인 범위와 다를 수도 있다.
(도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이) 맞물리는 층의 결합 요소가 휘어지기 전에 허용되는 이동 거리는 0.01 ㎝ 내지 1 ㎝의 범위일 수 있다. 예를 들면, 키보드, 키패드 또는 멤브레인 스위치와 같은 스위치 어레이에 대한 적용을 비롯한 각종 적용에 있어서는 3 ㎜ 미만, 2 ㎜ 미만, 또는 심지어 1 ㎜ 미만의 이동 거리가 유리할 수 있다. 어떤 경우든, 이동 거리는 바람직한 촉감을 달성하기 위한 특정 설계 사양에 따라 설계될 수 있다. 경우에 따라서는, 결합 요소가 휘어지기 전에 전혀 또는 거의 이동될 수 없는 것이 바람직할 수 있다.
결합 요소가 도3에 도시된 바와 같이 후크형 형상을 갖는 경우, 스템(16)은휘어지도록 만들어질 수 있다. 또한, 스템(16)의 휘어짐과 관련한 편향력은 스템(16)이 임계값을 넘어 휘어진 후에는 실질적으로 감소할 수 있다. 예를 들면, 스템(16)은 임계값을 넘어 휘어진 후에는 좌굴될 수 있다. 이러한 방식으로, 돔형 스프링 요소에 연관된 것과 유사한 촉감이 결합 요소(10)에 구현될 수 있다.
도4는 분리된 상태의 결합 요소(10)의 사시도이다. 예를 들면, 상층(11) 및 하층(12) 각각은 결합 요소(13, 14)의 바람직한 형상에 따라 압출되는 재료의 필름으로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 공압출(co-extrusion) 공정이 사용될 수 있는 바, 이 공정에서는 결합 요소(13, 14)의 스템 중 하나 이상은 충분한 가요성의 폴리머와 같은 가요성 재료로 이루어진다. 층(11, 12)의 베이스와 결합 요소(13, 14)의 후크는, 상층(11)과 하층(12)이 서로 확실하게 결합될 수 있도록 상당히 강성(rigid)일 수 있다. 예를 들면, 층(11, 12)의 베이스 및 후크에 상당한 강성의 폴리머가 사용될 수 있다. 또한, 일부 경우에, 결합 요소(13, 14)의 사이즈는 상이한 층(11, 12)에 있어서 다를 수 있고, 이하에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 주어진 각각의 층(11, 12)에 있어서도 상이한 사이즈를 가질 수 있다.
필요하다면, 결합 구조(10)는, (도1a에 도시된 바와 같이) 개방 위치에서 상층(11)과 하층(12)을 편향시키는 경향을 갖는 추가의 편향력을 제공하기 위해, 상층(11)과 하층(12) 사이에 배치되는 탄성 볼, 포스트 등을 추가로 포함할 수 있다. 층(11, 12)은 함께 스냅 결합되거나 미끄러짐으로써 맞물릴 수 있다. 예를 들면, 상층(11) 및 하층(12) 상의 후크형 결합 요소는 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같은 인터록킹 구조로 맞물리도록 함께 스냅 결합될 수 있다. 상층(11)과 하층(12) 사이의 허용되는 소정의 이동 거리는 하나 또는 그 이상의 결합 요소(13, 14)의 사이즈에 비례할 수 있다.
도5a 내지 도5c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 상층(11)은 하층(12)과 맞물린다. 하층(12)에는 구멍(50)이 형성되어 있다. 예를 들면, 구멍(50)은, 상층(11)이 하층(12)을 향해 가압될 때 센서가 작동될 수 있도록, 스위치 어레이의 센서 요소와 정렬될 수 있다. 예를 들면, 하나의 결합 요소(13)는 도5c에 도시된 바와 같이 상층(11)이 하층(12)에 대해 가압될 때 구멍(50)을 통해 돌출할 수 있다.
이 예에서, 결합 요소(13G-13I)의 스템 부분은 결합 요소(14G, 14H)의 스템 부분보다 길다. 상층(11)이 하층(12)에 대해 가압될 때, 결합 요소(13G, 13I)의 후크 부분은 도5b에 도시된 바와 같이 하층(12)의 베이스 부분에 접촉된다. 추가의 힘이 가해지면, 결합 요소(13G, 13I)의 스템 부분은 도5c에 도시된 바와 같이 휘어질 수 있다. 결합 요소(13G, 13I)의 휘어짐은, 결합 요소(13H)가 구멍(50)을 통하여 돌출할 수 있게 하며, 따라서 센서가 작동될 수 있다. 단일의 또는 다수의 센서는 키보드 또는 기타 스위치 어레이에 사용되는 광범위한 다양한 센서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 본원에 개시된 기술 및 구조는 홀 효과(hall effect) 센서, 압전 전기 센서, 압전 저항 센서, 정전 센서, 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS) 센서 등과 같은 전기 센서와 함께 사용될 수 있다. 또한, 압력 센서, 화학 센서 또는 임의의 다른 센서도 사용될 수 있다.
도6a 내지 도6c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 추가의 측단면도이다. 이 예에서, 하층(12)의 결합 요소(14I, 14J)는, 상층(11)의 결합 요소(13J, 13L)의 휘어짐 없이 발생될 수 있는 상층(11)과 하층(12) 사이의 이동 거리를 제한하기에 충분히 짧다. 상층(11)이 하층(12)에 대해 가압되면, 결합 요소(13J, 13L)의 스템 부분은 도6b에 도시된 바와 같이 휘어질 수 있다. 이러한 휘어짐은, 상층(11)과 하층(12)을 밀어내는 경향이 있는 편향력을 제공한다. 상층(11)의 결합 요소가 충분히 짧고 하층(12)의 결합 요소가 보다 길으며 가요성 스템을 갖는 대안적인 구조가 사용될 수도 있다.
상층(11)과 하층(12)을 밀어내는 경향이 있는 편향력은 제1층과 제2층 사이의 거리가 임계값을 넘어서는 때에 상당히 감소할 수 있다. 예를 들면, 도6c에 도시된 바와 같이, 결합 요소(13J, 13L)는 제1층과 제2층 사이의 거리가 임계값을 넘어서는 때에 좌굴될 수 있다. 좌굴이 일어나면, 상층(11)과 하층(12) 사이의 편향력은 상당히 감소한다. 이러한 방식으로, 돔형 스프링 요소를 채용하지 않고도 돔형 스프링 요소와 통상적으로 관련된 촉감을 얻을 수 있다.
예를 들면, 도6a 내지 도6c에 도시된 상층(11)은 스위치 어레이의 스위치에 대응할 수 있다. 사용자가 키를 누르면, 결합 요소(13J, 13L)가 도6b에 도시된 바와 같이 휘어질 때 저항이 느껴진다. 그 후, 저항은 키가 도6c에 도시된 바와 같이 하향 스냅됨에 따라 상당히 감소한다. 예를 들면, 결합 요소(13J, 13L)는 좌굴될 수 있으며, 이는 상기 저항을 상당히 감소시킨다. 이 시점에서, 결합 요소(13K)는 예를 들면 센서를 작동시키도록 하층(12)의 구멍을 통하여 돌출될 수 있다. 사용자가 키를 해방시키면, 장치(10)는 도6a의 구조를 다시 취할 수 있다.이러한 방식으로, 장치(10)는 돔형 스프링 요소를 사용하지 않고 바람직한 촉감을 발휘하는 스위치 어레이의 키를 구현할 수 있다.
도7a 내지 도7c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 추가의 측단면도이다. 이 경우에, 상층(11)은, 상층이 하층(12)에 대하여 가압될 때 하층(12)의 구멍(50)을 통하여 돌출하는 상당히 강성인 구조체(70)를 포함할 수 있다. 강성 구조체(70)는 스위치 어레이와 관련된 센서 요소의 작동을 촉진하도록 실현될 수 있다.
도8a 내지 도8c에 있어서, 구조체(80)는 장치(10)의 일부를 형성하지 않는다. 대신에, 구조체(80)는, 상층(11)이 하층(12)에 대해 압박될 때 상층(11)이 도8c에 도시된 바와 같이 구조체(80)와 물리적으로 접촉하도록 구멍(50)을 통해 돌출한다. 구조체(80)와 상층(11) 사이의 물리적 접은, 스위치 어레이 내의 센서를 작동시킬 수 있다.
도9a 내지 도9c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 다른 실시예의 측단면도이다. 이 경우에, 상층(11) 및 하층(12)의 결합 요소(93A, 93B, 94A, 94B)는 서로 맞물리는 Y형 요소를 포함한다. Y형 요소의 선단은 상층(11)과 하층(12)이 함께 압박될 때 도9c에 도시된 바와 같이 휘어질 수 있다. 다시, 이러한 휘어짐은, 상층(11)과 하층(12)을 밀어내는 경향이 있는 편향력을 제공한다. 스위치 어레이의 경우에, Y형 요소의 휘어짐은 키 조작에 대해 바람직한 저항 및 바람직한 감촉을 달성하도록 사용될 수 있다.
도10a 및 도10b는 도9a 내지 도9c와 유사한 실시예를 도시하고 있다. 그러나, 도10a 및 도10b에 있어서는, 하층(12)의 결합 요소(94C, 94D)와 관련된 스템이 상층(11)의 결합 요소(93C, 93D)와 관련된 스템보다 훨씬 짧다. 대안적으로, 상층의 결합 요소가 하층의 결합 요소보다 훨씬 짧게 제조될 수도 있다. 어떠한 경우에든, 상층(11)의 결합 요소(93)가 휘어지지 않고 이루어질 수 있는 상층(11)과 하층(12) 사이의 이동 거리는 제한될 수 있다. 이러한 구조는 스위치 어레이의 키에 있어서 바람직할 수 있다. 결합 요소(93C, 93D, 94C, 94D)의 하나 이상의 스템 부분은 또한 휘어질 수 있다. 그 경우에, 스템은 돔형 스프링 요소와 통상적으로 관련된 촉감을 제공하도록 충분한 힘이 가해질 때 좌굴될 수 있다.
도11a 내지 도11c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 다른 실시예의 측단면도이다. 이 경우에, 하나 이상의 결합 요소(13, 14)는 가요성 연장부(113A, 113B, 114A, 114B)를 포함한다. 이 예에서, 가요성 연장부는 C형 연장부를 포함한다. 그러나, 다른 형상이 사용될 수 있다. 도11c에 도시된 바와 같이, 상층(11)과 하층(12)이 함께 압박될 때, 연장부(113, 114)는 휘어진다. 이러한 방식으로, 키 작동과 관련한 바람직한 저항 및 감각이 달성될 수 있다. 다시, 결합 요소(13, 14)의 하나 이상의 스템 부분은 스냅 효과를 제공하도록 또한 휘어질 수 있다.
도12a 내지 도12c는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 결합 요소의 휘어짐을 도시하는 다른 실시예의 측단면도이다. 이 경우에, 상층(11) 및 하층(12)의 결합 요소(123, 124)는 접촉하여 휘어지는 각진 형상의 요소를 포함한다. 예를 들면, 상층(11)과 하층(12)이 함께 압박될 때, 각진 형상의 요소(123, 124)는 접촉하여휘어져서, 바람직한 저항 및 감각을 제공한다. C형상을 비롯한 다른 형상의 결합 요소 또한 구현될 수 있다.
도13은 스위치 어레이의 2개의 키를 형성하는데 사용되는 본 발명에 따른 장치의 측단면도이다. 이 경우에, 장치(10)의 상층(11)은 복수의 개별적인 상층 부분(section)(11A, 11B)을 구비한다. 각각의 상층 부분(11A, 11B)은 결합 요소 세트를 통해서 하층(12)과 기계적으로 맞물린다. 하층(12)에는 구멍(50A, 50B)이 형성될 수 있다. 각각의 상층 부분(11A, 11B)은 스위치 어레이의 키에 대응할 수 있다.
키를 누르면, 상층 부분은 하층(12)을 향해 압박된다. 예를 들면, 상층 부분(11A)은 키를 누르면 하층(12)에 대해 압박될 수 있다. 그 경우에, 상층 부분(11A)의 일부 요소는 스위치 어레이의 센서 요소를 작동시키도록 구멍(50A)을 통해 연장될 수 있다. 상층(11)의 다른 요소는 하층(12)의 베이스와 접촉하여, 전술한 바와 같이 휘어지고 가능하게는 좌굴될 수 있게 되어 있다. 이러한 방식으로, 돔형 스프링 요소를 사용하지 않고도 바람직한 촉감을 얻을 수 있다.
도14는 스위치 어레이의 복수의 키를 형성하도록 사용된 본 발명에 따른 장치의 분리(unengaged) 상태의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 장치(10)는 하층(12)과, 복수의 상층 부분(11A-11H)을 포함하는 상층을 구비한다. 하층(12)은 전술한 바와 같이 각 상층 부분(11A-11H)과 맞물릴 수 있다. 스위치 어레이의 센서 요소와 정렬되도록 하층(12)에는 구멍(50A-50H)이 형성되어 있다. 예를 들면, 구멍(50)은 0.1 내지 2.0 ㎠ 범위의 크기를 가질 수 있지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 구멍(50)은 설계자가 생각하는 임의의 형상을 취할 수 있다. 예를 들면, 구멍(50)의 형상 및 사이즈는 작동되는 센서 요소에 의해 부분적으로 결정될 수 있다. 각각의 상층 부분(11A-11H)은 층들이 맞물릴 때 구멍(50A-50H) 중 하나를 덮을 수 있다. 예를 들면, 상층(11)과 하층(12)은 상층 부분(11A-11H)을 하층(12)상으로 미끄러지게 하거나 스냅 결합함으로써 간단하게 맞물릴 수 있다.
상층 부분(11A-11H)은 사용자에 의해 눌려지는 키로서 작용할 수 있다. 이러한 방식으로, 보다 얇은 스위치 어레이 및/또는 보다 적은 수의 요소를 갖는 스위치 어레이를 구현할 수 있다. 대안적으로, 사용자에 의해 눌리는 각각의 상층 부분에는 추가의 키캡(keycaps)(도시 생략)이 부착될 수 있다. 또한, 멤브레인 스위치의 경우에는, 멤브레인 커버가 장치(10)를 덮을 수 있다.
도14에 도시된 실시예에서는, 층들이 맞물릴 때 상층 부분(11A-11H)이 하층(12)에 대해 측방으로 이동하는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 측방 이동을 방지하는 한 가지 방법은 하층(12)에 소정 영역(도시 생략)을 형성하는 것이다. 그 영역은, 층들이 맞물릴 때 하층(12)에 대한 상층 부분(11A-11H)의 측방 이동을 제한하도록 상층 부분(11A-11H)을 배치하기 위한 영역을 형성할 수 있다. 예를 들면, 하층(12)의 결합 요소는 상기 영역을 형성하도록 선택된 위치에서 다이에 의해 열 밀봉되거나 압착될 수 있다. 상기 영역은 각 상층 부분(11A-11H)의 배치를 위한 구역을 형성하도록 하층(12)에 형성될 수 있다. 맞물리는 결합 구조체의 층들의 측방 이동을 제한할 수 있는 영역을 형성하기 위하여 결합 구조체를 다이 압착하는 일부 기술은, 그 전체 내용이 본원에 참조로 원용되는, 공동 양도된 국제 공개 WO 01/58302에 개시되어 있다.
스위치 어레이에 사용되는 경우에, 상층(11) 및 하층(12)은 전술한 바와 같은 바람직한 촉감 이외에 많은 이점을 제공할 수 있다. 예를 들면, 맞물린 상층(11) 및 하층(12)은 개별 키의 요동(rocking)에 대한 저항을 제공할 수 있으며, 개별 키가 적소에 유지되고 센서 요소와 적절하게 정렬되는 것을 보장할 수 있다. 이러한 방식으로, 상층(11) 및 하층(12)은 스위치 어레이의 개별 키를 위한 정렬 구조체로서 작용할 수 있다.
또한, 층(11, 12)은 압출 또는 사출 성형에 의해 비교적 저렴한 비용으로 제조될 수 있다. 또한, 스위치 어레이의 조립은, 상층(11) 및 하층(12)을 별개의 정렬 구조체로 대체함으로써 매우 간단하게 될 수 있다. 상층(11) 및 하층(12)은, (예를 들면, 후크형 구조를 갖는) 결합 요소들이 서로 중첩되어 인터록킹 구조를 제공하도록, 함께 미끄러지거나 스냅됨으로써 간단하게 맞물릴 수 있다. 정렬 구조체용의 장착 브라켓을 기계 가공하는 것을 회피할 수 있다. 또한, 결합 구조체(10)를 사용하면, 스위치 어레이에 있어서 층 수를 줄이고 키의 이동 거리를 감소시킴으로써 보다 얇은 스위치 어레이를 구현할 수 있다.
또한, 층(11, 12)은 스위치 어레이의 설계에 대해 추가적인 설계 자유도를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 결합 구조체를 구현함으로써, 스위치 어레이는 키를 적소에 유지하기 위한 몰딩 또는 프레임을 필요로 하지 않을 수 있다. 또한, 키의 형상 및 레이아웃이 기능적으로 및/또는 심미적으로 개선될 수 있다. 예를들면, 인접하는 키는 몰딩에 의해 분리될 필요가 없을 수 있다. 키를 적소에 유지하기 위한 몰딩 또는 프레임이 필요치 않다는 것은, 이동 무선 전화기, 휴대용 컴퓨터, 및 기타 표면적과 깊이가 매우 제한적인 다른 장치와 작은 소형 장치의 일부를 형성하는 스위치 어레이에서 특히 유용할 수 있다. 몰딩을 제거할 수 있기 때문에, 보다 많은 공간을 키 자체에 할당할 수 있다.
예
요소(11, 12)의 상당히 강성인 베이스 부분과 요소(11, 12)의 상당히 가요성이 있는 스템 및 후크 부분을 갖는 필름의 공압출에 의하여 도1a 및 도1b에 도시된 자체 맞물림 프로파일(self-mating profile)을 갖는 탄성중합 구조체(10)를 제조하였다. 구체적으로, 베이스 시트용으로 사용되는 용융 처리가능한(melt-processable) 에틸렌-프로필렌 코폴리머(미국 미시간주 미드랜드에 소재하는 Union Carbide Corporation(현재는 Dow Chemical Corp)에서 공급하는 7C55H 또는 7C06)를, 직경이 약 6.35 ㎝(2.5인치)이고, 길이/직경 비율이 24/1이며, 약 175-232℃(350-450℉)로부터 꾸준히 증가되는 온도 프로파일을 갖는 (미국 코네티컷주 포우카턱에 소재하는 Davis Standard Corporation에서 공급됨) 단일 스크루 압출기로 급송(feed)하였다. 마찬가지로, 스템 및 후크용으로 사용되는 열가소성 탄성 중합 폴리머(미국 델라웨어주 윌밍톤에 소재하는 Dupont-Dow Elastomers L.L.C에서 공급되는 Engage 8100)를, 직경이 약 3.81 ㎝(1.5인치)이고, 길이/직경(L/D) 비율이 24/1이며, 동일한 온도 프로파일을 갖는 (역시 Davis Standard Corporation에서 공급되는) 제2의 단일 스크루 압출기로 급송하였다. 폴리프로필렌 코폴리머 및 열가소성 탄성 중합 수지는, 232℃(450℉)로 가열된 네크튜브(necktubes)를 통하여, 2층 필름 구조를 형성하도록 구성된 3층의 조정 가능한 베인 피드블록(vane feedblock)(미국 텍사스주 오랜지에 소재하는 Cloeren Company에서 공급)의 한 포트 내로, 각각 적어도 690,000 Pa(100 파운드/in2)의 압력으로 연속적으로 배출되었다. 상기 피드블록을 폭 20 ㎝(8인치)의 MasterFlexTMLD-40 필름 다이(미국 위스콘신주 Eau Claire에 소재하는 Production Components에서 공급) 위에 장착하였으며, 양자를 232℃(450℉)의 온도로 유지하였다. 피드블록에서 생성된 2층 수지 스택(stack)을, 도1a 및 도1b에 도시된 자체 맞물림 프로파일을 갖는 중합체 후크 필름을 형성하도록 구성된 다이 립(die lip)을 구비한 다이로 급송하였다.
다이로부터 압출된 2층 필름은, 10-21℃(50-70℉)로 유지되는 급냉(quench) 탱크 내로 적어도 10초의 체류 시간 동안 약 3 m/min의 속도로 드롭 캐스트되었다. 급냉 매체는, 소수성(hydrophobic) 폴리올레핀 재료의 수분 추출을 증가시키기 위하여 사용되는 계면 활성제, Ethoxy CO-40(미국 사우스 캐롤라이나주 그린빌에 소재하는 Ethox Chemicals, LLC로부터 입수할 수 있는 폴리옥시에틸렌 캐스터 오일)dmf 0.1 내지 1.0 중량% 포함하는 물이다.
그 후, 급냉된 필름을 공기 건조하여, 91-137m의 롤(100-500 야드의 롤)로 수집하였다. 이 필름은 약 0.0356±0.005 ㎝(0.014±0.002 인치)의 균일한 베이스 필름 두께를 가졌고, 약 0.1524±0.005 ㎝(0.060±0.002 인치)의 후크 요소 폭(필름의 베이스에 평행한 평면에서 측정했을 때, 후크 요소 아암의 최외측 단부들 사이의 거리)을 가졌다. 이 필름은 약 700 g/㎡의 압출 평량(平量; basis weight)을 가졌다. 허용된 수직 이동은 약 0.094 ㎝(0.037인치)로 하였다. 별도의 작업에서, 압출된 필름은 약 93℃(200℉)로 유지된 평활한 캐스트 롤 위로 통과됨으로써 어닐링되어 베이스 시트를 평탄하게 한 후, 웹-컬(web-curl)이 최소화되도록 15.24 ㎝(6인치)의 코어에 감겼다.
본원에 개시된 바와 같은 층(11, 12)을 형성하기 위하여, 상당히 강성인 재료와 상당히 가요성이 있는 재료가 전술한 예와 유사한 방식으로 공압출될 수 있다. 이 공압출 공정은, 층(11, 12)의 요소의 스템 부분이 가요성이 있고 층(11, 12)의 베이스와 후크 요소 부분이 상당히 강성인 구조체(10)를 형성하는 데에도 사용될 수 있다. 공압출 공정의 온도 및 사양은, 사용되는 재료에 따라 약간 조정될 필요가 있을 수 있다. 또한, 이들 재료는 단일층으로서 압출될 수도 있는데, 예를 들면 층(11)은 실질적으로 강성의 재료로 제조되고, 층(12)은 실질적으로 탄성 재료로 제조된다. 대안적으로, 압출 및 공압출되는 구조체는 앞서 개시 및 기재된 프로파일 중 하나와 같은, 임의의 맞물리는 프로파일을 가질 수 있다.
공압출 공정에 사용될 수 있는 가요성 재료는 천연 또는 합성 고무, 그리고 A-B 또는 A-B-A 코폴리머로서 공지된 것과 같은 탄성중합성의 블록 코폴리머를 포함할 수 있다. 유용한 탄성중합 조성물로는, 예를 들면 스티렌/이소프렌/스티렌(SIS) 블록 코폴리머, 탄성중합 폴리우레탄, 에틸렌 비닐 아세테이트와 같은 에틸렌 코폴리머, 에틸렌/프로필렌 단량체 코폴리머 엘라스토머 또는 에틸렌/프로필렌/디엔 3량체 엘라스토머가 포함된다. 이들 엘라스토머의 상호 혼합물 또는 개질된비엘라스토머와의 혼합물 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 50 중량%까지 및 30 중량% 미만의 폴리머가 경화 보조제(stiffing aids)로서 첨가할 수 있다. 이러한 폴리머로는, 예를 들면 폴리알파메틸 스티렌과 같은 폴리비닐스티렌, 폴리에스테르, 에폭시, 폴리올레핀(폴리에틸렌 또는 고분자량을 갖는 특정의 에틸렌/비닐 아세테이트), 또는 쿠마론-인덴 수지가 있다.
적절한 강성 재료는 일반적으로 용융 처리될 수 있는 임의의 폴리머를 이용하는 중합체 재료를 포함할 수 있다. 호모폴리머, 코폴리머 및 폴리머의 혼합물이 유용하며, 각종의 첨가물을 함유할 수 있다. 금속과 같은 무기 재료 또한 사용될 수 있다. 적절한 열가소성 폴리머로는, 예를 들면 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머, 아크릴레이트-개질 에틸렌 비닐 아세테이트 폴리머, 에틸렌 아크릴산 코폴리머, 나일론, 폴리비닐클로라이드, 그리고 폴리케톤 또는 폴리메틸펜탄과 같은 엔지니어링 폴리머가 포함된다. 폴리머 및 엘라스토머의 혼합물을 사용할 수도 있다.
적절한 첨가제로는, 예를 들면 가소제(plasticizers), 점착 보조제(tackifier), 충전제, 착색제, 자외선 안정제, 산화 방지제, 처리 보조제(우레탄, 실리콘, 플루오로폴리머 등), 저마찰 재료(실리콘), 도전성 충전제, 염료 및 이들의 조합이 포함된다. 일반적으로, 첨가제는 적용예에 따라 조성물의 50 중량%에 이르는 양으로 존재할 수 있다.
도15는 본 발명의 실시예에 따른 스위치 어레이 중 2개의 스위치의 분해 블록도이다. 도시된 바와 같이, 스위치 어레이는 기계적 안정성을 제공하기 위한 지지 기판(131)을 구비할 수 있다. 지지 기판(131)의 상부에 전자 멤브레인(133)이 놓일 수 있다. 전자 멤브레인은 인가되는 물리적인 힘에 응답하여 신호를 발생시키는 복수의 센서를 구비할 수 있다. 전술한 바와 같은 장치는, 스위치 조작을 용이하게 하고 바람직한 촉감을 제공하도록 전자 멤브레인(132)의 상측에 위치될 수 있다.
예를 들면, 하층(12)에는 구멍(50A, 50B)이 전자 멤브레인(132)의 센서 요소와 정렬되도록 형성될 수 있다. 상층(11)은 하층(12)의 구멍(50A, 50B)에 대응하는 상층 부분(11A, 11B)을 형성한다. 즉, 각각의 상층 부분(11A, 11B)은 상층(11)과 하층(12)이 맞물릴 때에 구멍(50A, 50B) 중 하나를 덮을 수 있다. 상층 부분(11A 또는 11B) 중 하나에 물리적인 힘이 가해지면, 이 힘으로 인하여 상층 또는 하층의 하나 이상의 요소는 바람직한 촉감을 제공하도록 휘어진다. 상층 부분(11A, 11B)이 하층(50)에 가압되면, 전자 멤브레인(132)의 센서 요소의 작동이 실행될 수 있다. 선택적인 멤브레인 커버(도시되지 않음)가 상층(11) 및 하층(12)을 덮을 수도 있거나, 대안적으로 추가의 키 캡이 부가될 수도 있다.
전술한 바와 같이 하층과 맞물리는 상층을 구비하는 결합 구조체는 스위치 어레이 설계자에게 설계 자유도를 제공할 수 있다. 실제로, 종래의 스위치 어레이 구조에 비교할 때, 본원에 개시된 정렬 요소는 동일한 크기의 면적에 보다 많은 수의 키를 구현할 수 있게 하며, 키를 커버하는 몰딩을 제거함으로써 키들이 서로 보다 인접하게 배치될 수 있게 한다.
또한, 돔형 스프링 요소를 제거함으로써, 요소의 개수가 보다 적은 스위치 어레이를 구현할 수 있고, 스위치 어레이와 관련하여 가능한 한 적은 비용이 소요될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 스위치 어레이의 두께는 결합 요소를 구현함으로써 감소될 수 있다. 또한, 키캡을 사용할 수도 있지만, 추가의 키캡에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 결합 구조체는 또한, 키에 대하여 보다 넓은 유효 접촉 면적, 예를 들면 보다 넓은 "스윗 스폿(sweet spot)"을 제공하고 키 요동에 대한 저항을 제공하는 것을 비롯한 정렬 이점을 제공할 수 있다.
또한, 결합 구조체는 키 작동을 청각적으로 표현하는 것을 개선하도록 챔버를 형성할 수 있다. 즉, 본원에 개시된 바와 같은 결합 구조체는 키 작동에 의해 발생되는 가청음에 대한 개선 또는 향상을 제공할 수 있다. 따라서, 키 작동에는 촉감 및 보다 현저한 청각적 알림이 수반될 수 있다. 또한, 본원에 개시된 바와 같은 결합 구조체는 스위치 어레이의 센서와 주변 환경 사이에 밀봉 배리어 또는 부분 밀봉 배리어를 제공할 수 있다. 이런 식으로 또는 다른 방식으로, 결합 구조체는 스위치 어레이를 개선하도록 사용될 수 있다. 스위치 어레이 내부에 구현되는 본 발명의 예시적인 실행예는 멤브레인 스위치, 키패드 또는 키보드 내에 구현되는 실행예를 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 팜(palm) 컴퓨터 또는 이동 무선 전화기와 같은 휴대용 컴퓨터; 랩탑 또는 데스크탑 키보드; 항공기, 선박 또는 차량의 계기판 상의 스위치 어레이; 가전 제품, 악기 등의 스위치 어레이; 또는 스위치가 사용되는 임의의 다른 적용예의 스위치 어레이의 일부를 형성하도록 구현될 수 있다. 또한, 공압출 공정을 통하여 결합 구조체를 제조하기 위한 실시예를설명하였지만, 다른 공정을 사용하여 동일하거나 유사한 구조체를 구현할 수 있다. 예를 들면, 압출, 프로파일-압출, 사출 성형, 압축 성형, 열 성형(thermal forming), 고속 모형제작(rapid prototyping), 주조 및 경화, 엠보싱, 또는 그 외의 공정을 사용하여 본원에 개시된 구조체의 하나 이상을 구현할 수 있다. 따라서, 다른 실행예 및 실시예도 후술하는 청구범위의 범위에 포함된다.

Claims (29)

  1. 스위치 어레이에 사용하기 위한 장치이며,
    제1 세트의 결합 요소를 구비하는 제1과,
    제2 세트의 결합 요소를 구비하는 제2층을 포함하고,
    상기 제1 세트 및 제2 세트의 결합 요소는 제1층이 제2층에 부착되도록 맞물릴 수 있으며, 상기 결합 요소의 적어도 일부는, 제1층과 제2층이 맞물리고 제1층이 제2층을 향해 가압될 때 휘어지는 가요성 부분을 구비하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합 요소 중 적어도 일부의 가요성 부분이 휘어지면 제1층과 제2층 사이에 편향력이 제공되는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 휘어짐에 의해 제공되는 상기 편향력은 제1층과 제2층 사이의 거리에 따라 달라지는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1층과 제2층 사이의 거리가 임계값을 지나면 상기 편향력은 실질적으로 감소하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 맞물리는 결합 요소의 세트는 제1층과 제2층 사이의 이동 거리를 일괄적으로 한정하는 후크형 요소를 포함하며, 상기 후크형 요소의 적어도 일부는 가요성 부분을 형성하는 스템 부분을 갖는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 맞물리는 결합 요소의 세트는 제1층과 제2층 사이의 이동 거리를 일괄적으로 한정하는 Y형 요소를 포함하며, 상기 Y형 요소의 선단은 가요성 부분의 적어도 일부를 형성하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 맞물리는 결합 요소의 세트는 각진 형상의 요소를 포함하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 맞물리는 결합 요소의 세트는 C형 요소를 포함하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 결합 요소 중 적어도 일부의 가요성 부분은 결합 요소의 적어도 일부로부터 연장되는 연장부를 포함하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 연장부는 C형 연장부인 장치.
  11. 스위치 어레이에 사용하기 위한 장치이며,
    하층과,
    상층, 및
    맞물릴 때에 상기 상층과 하층 사이의 이동량이 한정되도록 상기 상층과 하층을 맞물리게 하는 맞물림 수단을 포함하며,
    상기 맞물림 수단은 상기 상층이 하층을 향해 가압될 때 휘어지는 휘어짐 수단을 구비하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 휘어짐 수단은 상층과 하층 사이에 편향력을 제공하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 휘어짐 수단에 의해 제공되는 상기 편향력은 상층과 하층 사이의 거리에 따라 다른 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 편향력은 상기 상층과 하층 사이의 거리가 임계값을 지날 때 실질적으로 감소하는 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 맞물림 수단은 상층과 하층 사이의 이동 거리를 일괄적으로 한정하는 복수의 후크형 요소를 포함하는 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 맞물림 수단은 상층과 하층 사이의 이동 거리를 일괄적으로 한정하는 Y형 요소를 포함하는 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 맞물림 수단은 각진 형상의 요소를 포함하는 장치.
  18. 제11항에 있어서, 상기 맞물림 수단은 C형 요소를 포함하는 장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 휘어짐 수단은 상기 결합 요소의 적어도 일부로부터 연장되는 연장부를 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 연장부는 C형 연장부인 장치.
  21. 스위치 어레이이며,
    작동 시에 신호를 발생시키는 센서 요소의 어레이와,
    제1 세트의 결합 요소를 구비하며, 상기 센서 요소의 어레이와 정렬되는 구멍이 형성된 하층과,
    제2 세트의 결합 요소를 각각 구비하는 복수의 상층 부분을 포함하며,
    상기 제1 세트 및 제2 세트의 결합 요소가 맞물려서, 하층이 상층 부분에 부착되고, 상기 결합 요소의 적어도 일부는 하나의 상층 부분이 하층을 향해 가압될 때 휘어지는 가요성 부분을 포함하며, 하나의 상층 부분이 하층을 향해 가압되면 센서 요소 중 하나가 작동되는 스위치 어레이.
  22. 제21항에 있어서, 상기 맞물리는 결합 요소의 세트는 하층과 각 상층 부분사이의 이동 거리를 한정하는 스위치 어레이.
  23. 제21항에 있어서, 상기 상층 부분의 각각은 스위치 어레이의 키를 포함하는 스위치 어레이.
  24. 제21항에 있어서, 상기 상층 부분과 상기 하층은 압출된 필름인 스위치 어레이.
  25. 제21항에 있어서, 상기 스위치 어레이는 컴퓨터 키보드, 멤브레인 스위치 어레이, 키패드, 항공기의 계기판, 선박의 계기판, 자동차의 계기판, 가전 제품용 스위치 어레이, 및 악기의 스위치 어레이로 이루어지는 스위치 어레이 그룹에서 선택되는 스위치 어레이.
  26. 돔형 스프링 요소를 일절 구비하지 않는 스위치 어레이이며,
    키 세트와,
    센서 요소 세트를 포함하고,
    상기 키 세트는 상기 센서 요소 세트로부터 멀리 편향되고, 상기 세트의 키에 대한 편향력은 키가 임계값을 넘어서 눌릴 때 실질적으로 감소하는 스위치 어레이.
  27. 제26항에 있어서, 상기 키 세트는 결합 요소를 통해서 하층과 맞물리는 복수의 상층 부분을 포함하며, 상기 결합 요소의 적어도 일부는 키가 눌릴 때 휘어지는 가요성 부분을 구비하는 스위치 어레이.
  28. 제27항에 있어서, 상기 결합 요소의 가요성 부분은 키가 눌릴 때 좌굴되는 스위치 어레이.
  29. 스위치 어레이 장치이며,
    하나 이상의 키가 형성되는 제1층과,
    제2층과,
    상기 제1층 및 제2층에 형성되어 상기 층들을 결합하는 복수의 결합 요소를 포함하며,
    상기 결합 요소의 적어도 일부는 제1층의 키가 제2층을 향해 가압될 때 휘어지는 가요성 부분을 포함하는 스위치 어레이.
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