KR20050033909A - Key switch using magnetic force - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정보프로세서의 입력장치로 사용되는 키보드유닛의 키스위치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 키 스위치의 반발력을 유지하기 위하여 영구자석을 사용하는 키 스위치 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a key switch of a keyboard unit used as an input device of an information processor, and more particularly, to a key switch device using a permanent magnet to maintain the repulsive force of the key switch.
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 키프레임(3) 상측으로 키톱(key top; 1)이 상하로 이송할 수 있도록 설치되며, 상기 키톱(1)의 하측부에는 탄성고무부재로 만들어진 러버돔(2)가 설치되고, 이와 접촉하는 멤브레인 스위치(5)가 저부에 설치되어 멤브레인 스위치(5)의 상하 접점(4)을 접촉하도록 하는 구조로 이루어져 있다.In general, an information processor such as a notebook computer, a PDA, a desktop computer, an electronic calculator, or the like is provided with a keyboard unit 100 including a plurality of key switches 110 as an information input unit. Membrane switch method using a rubber dome (rubber dome), which is widely used in the conventional keyboard structure, as shown in Figure 2a, the key top (key top 1) to the upper side of the key frame (3) of the keyboard 100 It is installed to be transported up and down, a rubber dome (2) made of an elastic rubber member is installed on the lower side of the key top (1), and a membrane switch (5) contacting the bottom is installed on the membrane switch (5) It consists of a structure to contact the upper and lower contacts (4).
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 스위치가 ON 되었음을 인식하게 된다.In the conventional keyboard having the structure as described above, when the operator presses the key top 1 of the key switch 110, the rubber dome 2 positioned below the key top 1 compresses the membrane switch 5. The upper and lower contacts 4 of the membrane switch 5 are brought into contact with each other and the electrical signal is transmitted to the processor to recognize that the specific key switch is turned on.
한편, 상기 키톱(1)을 누를 때 러버돔(2)의 변형량(trevel)에 따라 작용하는 가압력(force)의 관계를 시험해보면, 통상 도 2b와 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 발생된다. 이를 버클링(buckling) 현상이라고 하며, 이것이 사용자에게는 키스위치(110)를 충분히 누른 촉감으로 전달된다. On the other hand, when testing the relationship of the force (force) acting according to the deformation of the rubber dome (2) when pressing the key top (1), usually shows the same trend as in Fig. 2b. That is, when the force is initially increased, the amount of deformation to the amount of travel is also gradually increased. If the pressure is reduced beyond a certain pressure, deformation occurs rapidly. This is called a buckling phenomenon, which is delivered to the user with a tactile touch of the keyswitch 110 sufficiently.
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 부딛히기 전에는 속도를 줄여야 충돌시의 충격을 줄일 수가 있는데, 종래의 러버돔 방식을 이용하면 오히려 충돌전에 속도가 증가하므로 키 입력 작업을 무수히 반복하는 사용자에게 불편함을 야기할 수 있다는 것이다.That is, when the key top 1 of the key switch 110 is pressed, the key top 1 gradually enters while pressing the rubber dome 2, and suddenly dents inward when the above-mentioned buckling phenomenon occurs, and the user enters the key top as described above. It is perceived that the key switch 110 is sufficiently pressed by the tactile touch of (1). However, the increase in the pressing force up to a predetermined position A and the sudden decrease in the pressing force may act as a burden for a user who performs many repeated key stroke operations. And, in a certain period (AB), the pressing force is reduced, but when the key top (1) comes in contact with the film portion existing in the lower pressure increases again, in this case, due to the reduced pressing force can act as a momentary impact on the user's finger end. have. In other words, it is necessary to reduce the speed before the moving object hits the wall to reduce the impact of the collision. However, the conventional rubber dome method increases the speed before the collision, which is inconvenient for the user who repeats the key operation innumerably. It can cause.
또한, 종래의 러버돔 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, 추운 날씨가 계속되는 환경에서는 반드시 그러하다고도 볼 수 없다. 그리고, 상기와 같은 환경을 고려하여 엄격한 품질 기준을 적용한다면 탄성부재를 생산하는 공장에서의 수율도 낮아지기 마련일 것이다.In addition, the keyboard including the conventional rubber dome method using a material such as rubber or synthetic resin, or a coil spring as a member for elasticity and resilience. These materials may also be considered to be able to withstand repeated loads for a considerable period of time, but not necessarily in the case of poor external conditions, i.e. in excessively high humidity or in cold weather. In addition, if strict quality standards are applied in consideration of the above environment, the yield in the factory producing the elastic member will be lowered.
한편, 최근의 정보프로세서는 휴대의 편의성, 설치공간의 여유 등을 감안하여 점차 슬림(slim)화가 요구되는 추세에 있으며, 이를 위해서는 상기와 같은 키 스위치(110)도 그 높이를 줄여야 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.On the other hand, in recent years, the information processor has been increasingly required to be slim in view of convenience of portability, space for installation, and the like. In order to achieve this, it is necessary to reduce the height of the key switch 110 as described above. It is becoming. In addition, when the height of the keyboard is high, the wrist is bent up a lot, and if the work for a long time in this state, the necessity of the nerves and blood circulation passing through the wrist (CTS syndrome) is more likely to occur.
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. However, in the structure in which the dome-shaped rubber member 2 provided on the substrate supports the key top 1 as described above, there are many restrictions in reducing the height of the key switch 110. In the dome shape as shown in FIG. 2A, when the height of the dome shape is made too small, the restoring force for pushing the key top 1 back to its original position is weakened. In particular, in the case of the dome (2) made of a rubber (rubber) material, if the height is arbitrarily reduced, the strength against fatigue failure is greatly reduced. That is, in order to fully perform the function as the key switch 110, the rubber dome 2 should be able to withstand 10 million repeated loads applied with a force of about 60 gf. Destruction is likely to occur.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창작된 것으로, 키 스위치의 동작을 위하여 종래의 탄성부재를 사용하는 대신에 영구자석의 반발력을 이용함으로써 키 스위치의 수명을 연장시키는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and aims to extend the life of the key switch by using the repulsive force of the permanent magnet instead of using a conventional elastic member for the operation of the key switch.
또한, 본 발명은 장시간 키 입력장치를 이용하는 사용자에게 피로함을 줄이고, 고속타이핑을 가능하도록 하는 키 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a key switch for reducing fatigue and enabling high speed typing for a user who uses a key input device for a long time.
그리고, 본 발명은 휴대용 디바이스의 키입력 장치에 있어서 필수적이라 할 수 있는 키입력 장치의 슬림화를 고려한 키 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a key switch in consideration of slimming of a key input device, which may be essential in a key input device of a portable device.
본 발명은 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 가이드하는 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 고정되는 것을 특징으로 한다. The present invention has been devised to achieve the above object, and a key top that accepts a user's key stroke, and a predetermined repulsive force when the user presses a key and return to its original position when the user releases the key. It has a resilience providing unit and two contacts, the contact is contacted when the key top is lowered by more than a predetermined distance, and the contact interrupter and the horizontal movement of the key top to prevent the contact is separated again when the key top returns to its original position In the key switch including a vertical movement guide for guiding the key top to smoothly move up and down, the repulsive force providing unit includes an upper magnet and a lower magnet to provide a repulsive force by using the repulsive force between the magnets, the upper The magnet is fixed to the key top and the lower magnet is fixed to the lower plate of the key input device. Characterized in that.
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.The contact intermittent portion may include an upper membrane film including an upper contact, a lower membrane film including an upper contact that is in contact with the upper contact, and a predetermined gap between the upper membrane film and the lower membrane film. It is preferable to include a spacer film.
상기 상하운동을 가이드하는 것은 상기 키 입력장치의 상부의 키 프레임에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.It is preferable that the vertical movement is guided by a key frame on the upper portion of the key input device.
상기 상하운동을 가이드하는 것은 상기 키톱 및 키 입력장치 하판을 결합하여 지지할 수 있도록 2개의 링크가 회동가능하게 결합된 링크부에 의하여 이루어지 것이 바람직하다.The guiding movement of the up and down movement is preferably made by a link unit in which two links are rotatably coupled to support the key top and the bottom plate of the key input device.
상기 상부자석의 하면에 탄성력있는 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.It is preferable to further include a contact protrusion made of an elastic material on the lower surface of the upper magnet, and contacting the lower contact by pressing the upper contact attached to the upper membrane film when the key top is lowered by a predetermined distance or more. .
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.It is made of a plate of elastic material on the upper membrane film and a projection is formed at the bottom of the plate shape for each key switch, and when the key top is lowered by a predetermined distance or more, the upper contact attached to the upper membrane film is pressed. It is preferable to further include a contact protrusion for contacting the lower contact.
상기 접점 단속부는 탄력성 있는 금속 재질로 제작되고, 한쪽 측은 키 입력장치 하판에 고정되고 다른 한 측은 비스듬히 구부러져 있으면서 접점을 포함하고 있서, 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 가이드하는 것은 상기 키 입력장치의 상부의 키 프레임에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.The contact intermittent part is made of a resilient metal material, and one side is fixed to the lower plate of the key input device and the other side includes the contact while being bent at an angle, so that the contact point is different from the other contact point when the key top is lowered by a predetermined distance or more. The contact switch may include a contact switch which is restored to an initial state when the key top is released, and the vertical movement is guided by a key frame on the upper portion of the key input device.
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.The key switch using the magnet is made of a resilient metal material, one side is fixed to the lower plate of the key input device and the other side is bent in two stages obliquely, when the key top is lowered more than a predetermined distance, the user feels a click It is preferable to further include a click feeling generating unit to feel.
또한 상기한 목적을 달성하기 위하여, 사용자의 키 스트로크를 받아들이는 키톱과, 사용자가 키를 누를 때에는 소정의 반발력을 작용시키고 사용자가 키를 릴리스 할 때에는 원래의 위치로 돌아갈 수 있도록 해주는 반발력 제공부, 상기 키톱의 수평 방향 운동을 저지하여 상기 키톱이 원활하게 상하 운동을 할 수 있도록 가이드하는 상하운동 가이드부 및, 상기 키톱이 소정의 거리 이상으로 하강하여 정전 용량이 소정의 크기 이상으로 커지면 이를 감지하여 회로의 스위치를 ON 상태로 하는 비교회로부를 포함하는 정전 용량식 키 스위치에 있어서, 상기 반발력 제공부는 자석간의 척력을 이용하여 반발력을 제공하는 상부자석과 하부자석을 포함하는데, 상기 상부자석은 상기 키톱에 고정되고 상기 하부자석은 키 입력장치 하판에 고정되는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, a key top that accepts a user's key stroke, and a repulsive force providing unit that acts a predetermined repulsive force when the user presses the key, and to return to the original position when the user releases the key, A vertical movement guide unit for preventing the key top from moving horizontally to guide the key top smoothly up and down, and detecting the height when the electrostatic capacity is larger than a predetermined size by lowering the key top over a predetermined distance. In the capacitive key switch comprising a comparison circuit for turning on the switch of the circuit, the repulsive force providing unit includes an upper magnet and a lower magnet to provide a repulsive force by using the repulsive force between the magnets, the upper magnet is the key top It is fixed to the lower magnet is fixed to the key input device bottom plate It shall be.
상기 상부자석은 이동전극의 역할을 하고, 상기 하부자석은 제1 전극과 제2 전극으로 분리된 고정전극의 역할을 하는 것이 바람직하다.Preferably, the upper magnet serves as a moving electrode, and the lower magnet serves as a fixed electrode separated into a first electrode and a second electrode.
상기 상부자석은 이동전극의 역할을 하고, 상기 하부자석과는 별도로 구비되는 2개의 금속판은 고정전극의 역할을 하는 것이 바람직하다.The upper magnet serves as a moving electrode, and two metal plates provided separately from the lower magnet preferably serve as fixed electrodes.
상기 키 스위치는 각 키스위치가 담당하는 손가락별로 힘의 배분을 달리하는 것이 바람직하다.Preferably, the key switch varies the force distribution for each finger in charge of the key switch.
상기 반발력 제공부는 상기 자석의 반발력을 보완하는 러버돔을 더 포함하는 하거나 상기 자석의 반발력을 보완하는 용수철을 더 포함하는 것이 바람직하다.The repulsive force providing unit may further include a rubber dome that supplements the repulsive force of the magnet or further includes a spring that complements the repulsive force of the magnet.
본 발명에서 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 발명에서는 상호간에 척력을 갖는 2개의 영구자석을 이용한다.Looking at the terms defined in the present invention, first, the repulsive force providing unit is a portion that functions to enable a predetermined repulsive force when the user presses the key and to return to the original position when the user releases the key, conventionally the rubber dome ( rubber dome) and springs are used, but the present invention uses two permanent magnets having mutual repulsion.
또한, 상기 접점 단속부는 2개의 접점을 구비하고 상기 키톱이 소정의 거리 이상 하강하면 접점이 접촉하고 상기 키톱이 원위치로 돌아가면 다시 접점이 분리되도록 하는 기능을 다당하는 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.In addition, the contact intermittent part is provided with two contacts, the contact portion is contacted when the key top is lowered by a predetermined distance or more, and the part to take the function of separating the contact again when the key top is returned to its original position, a rubber dome type key switch In the present invention, the upper and lower films including both contact points and a spacer film spaced apart from each other, and in the mechanical key switch, mean a combination of a contact switch including a contact point and a fixed contact part capable of contacting the contact point. do.
그리고, 상기 상하운동 가이드부는 상기 키톱의 수평 방향 운동을 저지하여 상기 키톱이 원활하게 상하 운동을 할 수 있도록 가이드하는 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.In addition, the vertical movement guide portion as a guide for preventing the vertical movement of the key top to the vertical movement smoothly, the key frame of the key switch top plate as in a normal keyboard may play a role. In addition, as in the keyboard of some notebook computers, a separate link unit may play a role.
본 발명에 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.The embodiment of the key switch according to the present invention is largely divided into four. The first embodiment is a rubber dome method using magnetic force, the second embodiment is a cross link switch method using magnetic force, and the third embodiment is a capacitive method using magnetic force. The fourth embodiment is a mechanical switch system using magnetic force.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 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 필름과 하부 멤브레인 필름간에 소정의 간격을 형성시키는 스페이서 필름(11)으로 구성될 수 있다. 상기 접촉돌기(8)는 탄력성 있는 고무 또는 합성수지 재료로서 제작되는 것이 바람직하다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 3 is a view showing the structure of a rubber dome type key switch according to a first embodiment of the present invention. As illustrated, the key switch 110 of the present embodiment is provided on the key top 1 to which the user's hand is touched, and on the lower plate 13 of the key input device, and a contact terminal unit for generating an electric signal when contacting according to a pressing force. (4), the upper magnet 6 and the lower magnet 7 to maintain a predetermined repulsive force between the key top 1 and the lower plate 13 of the key input device, and is pressed while the key top 1 is lowered The contact membrane 8 which presses the said contact terminal part 4 by the center contact projection 8, the upper membrane film 9 which includes the upper contact of the contact terminal part 4, and the contact terminal part 4 The lower membrane film 10 may be disposed to include a lower contact of the bottom), and a spacer film 11 forming a predetermined gap between the upper membrane film and the lower membrane film. The contact protrusion 8 is preferably made of a resilient rubber or synthetic resin material.
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 키스위치(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 내부의 상면(16)과 키 프레임의 상단(17)이 맞닿음으로써 이루어지고, 키톱(1) 상승시의 최종 지지는 키톱의 걸림부(19)와 키프레임의 걸림부(18)가 맞닿음으로써 이루어진다.In the above configuration, when the user presses the key top 1, the key top 1 is lowered while receiving a predetermined repulsive force by the upper magnet 6 and the lower magnet (7). When the key top 1 is lowered by a predetermined distance or more and the contact terminal portion 4 is contacted by the contact projection 8, an electric signal applied to the key switch 110 is input. A support column 12 is provided inside the key top 1 to prevent the upper magnet 6 from being pushed up when the contact protrusion 8 is in contact with the pressure. Thereafter, when the user releases the key top 1, the user returns to the initial position by the repulsive force of the upper and lower stones 6 and 7. Final support when the key top 1 is lowered is made by abutting the upper surface 16 of the key top with the upper end 17 of the key frame, and the final support when the key top 1 is raised is the locking portion 19 of the key top and the key. The engaging portion 18 of the frame abuts.
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)를 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 스위치를 채택하고 있다.As such, the membrane switch portion including the contact terminal portion 4 is made of a thin circuit film. It is usually composed of an upper membrane film 9 and a lower membrane film 10, between which a spacer film 11 for blocking short is placed. The lower membrane film 10 has electrodes crossing each row of the keys, and the contact terminal portion 4 is formed in the upper circuit film. Holes are drilled in the insulating film at positions where the contact terminal portions 4 are located. When the user presses the keytop 1, the keytop 1 descends and exerts pressure on the upper membrane film 9. The contact of the upper membrane film 9 is connected to the contact of the lower membrane film 10 through a hole formed between the insulating layers to recognize the switch input. Membrane switches greatly reduce production costs by printing the entire circuit on a thin circuit. That's why most low-cost keyboards today use membrane switches.
도 4는 본 발명의 변형된 제1 실시예에 따른 러버돔 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면이다. 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.4 is a view showing the structure of a rubber dome type key switch according to a first embodiment of the present invention. This embodiment is similar to that of FIG. 3, but has a separate contact protrusion 14 on the upper membrane film 9 without using the contact protrusion 8 in FIG. 3. The contact projection board 14 is preferably made of a resilient rubber or synthetic resin material, and preferably includes one projection for each key switch. As such, when the contact protrusion board 14 is used, it is not necessary to attach the upper magnet 6 and the contact protrusion 8 as shown in FIG. 3.
도 5는 본 발명에 따른 키 스위치의 키톱을 누를 때 이동량(trevel)과 가압력(force)과의 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 도2b에서와 같이 종래의 러버돔식 멤브레인 키 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.5 is a graph showing the relationship between the amount of travel (trevel) and the force (force) when the key top of the key switch according to the present invention. In the conventional rubber dome type membrane key switch, as shown in FIG. 2B, the deformation amount gradually increases when the pressing force is initially increased, and then a buckling phenomenon occurs in which deformation occurs rapidly even if the pressure is reduced beyond a certain pressure. However, due to such a buckling phenomenon, if the pressing force decreases and the pressing force rises momentarily while contacting the lower plate of the key input device again, it causes fatigue to the user.
반면에, 본 발명에 따른 키 스위치에 대한 이동량과 가압력의 관계를 나타낸 그래프는 도 5에서와 같이, 키톱의 접촉돌기(또는 접촉돌기판의 접촉돌기)가 키 입력장치 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 발명은 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 해야하는 사용자를 위한 키 스위치를 구현할 수도 있다.On the other hand, the graph showing the relationship between the movement amount and the pressing force with respect to the key switch according to the present invention is a conventional rubber dome before the contact projection (or contact projection of the contact projection) of the key top touches the lower plate of the key input device as shown in FIG. Compared to the key switch of the type, the linear increase increases almost linearly, and the pressing force increases as the contact protrusion touches the lower plate of the key input device and forms another linear inclination. The present invention uses the repulsive force of the permanent magnet, so the repulsive force increases as the contact protrusion approaches the lower plate of the key input device, thereby reducing fatigue at the moment of contact with the lower plate of the key input device. In addition, since the linear repulsion force is caused by the magnetic force as described above, it is advantageous not only for the user who needs to type for a long time but also to implement a key switch for the user who needs to perform ultra-fast typing by weakening the repulsive force to an appropriate level according to the magnetization degree of the permanent magnet. It may be.
도 6은 각 키스위치가 담당하는 문자 위치에 따라서 타이핑시 힘의 배분을 달리한 키보드를 나타낸 도면이다. 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 하노라면 새끼손가락이 금새 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 및 편집 키 등은 55그램, 엔터 키는 65그램, 스페이서 바/Alt/Ctrl 키에는 제일 무거운 80그램 압력을 적용하고 있다.FIG. 6 is a diagram illustrating a keyboard in which power is distributed at the time of typing according to a character position of each key switch. Among the high-end keyboards currently used, there are some that set the pressing force differently for each key by using different force applied by the finger making the stroke. This technology is called Ergo Force technology. The power of the thumb, index finger, middle finger, ring finger, and little finger is slightly different. Usually, the thumb is the strongest and weakens in the order of middle finger, index finger, ring finger, and little finger. Most keyboards apply uniform key pressure to all keys without accounting for differences in finger strength, so if you're typing for a long time, your pinky will quickly get tired. Ergo Force divides key pressure into stages, taking into account the difference in finger force. In this figure, as an example, the steps are divided into five steps, and each step has a pressing force of 80, 60, 55, 45, and 35 gram forces. As you can see, the little finger presses the weakest 35 grams, the other 45 keys the normal key, the function key and the edit key 55 grams, the enter key 65 grams, and the spacer bar / alt / ctrl key the heaviest. 80 gram pressure is applied.
종래의 러버돔을 사용하는 경우에는 이와 같이 원하는 가압력을 용이하게 조절하는 키 스위치를 제작하는 것이 쉽지 않았다. 그러나, 자석을 이용하는 본 발명에서는 자석의 자화정도 또는 자석간의 거리를 조절함으로써 키 스위치별로 용이하고 정확하게 가압력을 조절할 수 있게 된다.In the case of using a conventional rubber dome, it was not easy to manufacture a key switch for easily adjusting the desired pressing force. However, in the present invention using a magnet, it is possible to easily and accurately adjust the pressing force for each key switch by adjusting the magnetization degree of the magnet or the distance between the magnets.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 전체 조립 구조를 나타낸 도면이다. 접촉돌기(8)가 부착된 상부자석(6)이 사용자 손이 터치되는 키톱(1)과 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 링크들을 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 스위치가 동작하게 된다. 역시 본 실시예에서도 키톱의 반발력과 키 릴리스시의 복원력은 자석의 척력을 이용하여 생성한다.7 is a view showing the overall assembly structure of the key switch of the cross link switch method according to the second embodiment of the present invention. The upper magnet 6 to which the contact protrusion 8 is attached is coupled to the key top 1 to which the user's hand is touched, and the key top 1 and the lower plate 13 of the key input device are rotatably coupled to two links. It is coupled and supported by the link portions 21 and 22. The link unit is composed of an outer link 22 and an inner link 21 made to fit inside the outer link 22 and a link fixing pivot 23 that couples and pivots the links. When the key top 1 moves up and down, the angle between the links 21 and 22 and the lower plate of the key input device becomes smaller and larger, thereby operating the entire key switch. Also in this embodiment, the repulsive force of the key top and the restoring force at the time of key release are generated using the repulsive force of the magnet.
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 키톱이 하강할 때 좌우로 소정의 폭만큼 움직을 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.The lower fixing support part 26 and the lower movable slot 27 for supporting the links 21 and 22 are provided on the lower plate 13 of the key input device. The lower fixing support 26 serves to fix one side of the outer link 22, and the lower movable slot supports one side of the inner link 21 and moves left and right by a predetermined width when the key top descends. To help. The other side of the outer link 22 is connected to the upper moving slot (25 of FIG. 9) provided at the bottom of the key top 1, the other side of the inner link 21 is provided at the bottom of the key top 1 It is connected to the fixed support 24 (Fig. 9).
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 동작을 나타낸 도면이다. 상기 도 7의 설명에 이어서, 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, 자석의 척력에 의하여 초기의 위치로 돌아가게 된다.8 is a view showing the operation of the key switch of the cross link switch method according to the second embodiment of the present invention. Following the description of FIG. 7, when the user presses the key top 1, the angle formed between the outer link 22 and the inner link 21 with the lower plate 13 of the key input device is reduced, and thus the links 21 and 22 of the links 21 and 22 are reduced. The right portion moves to the right by a predetermined distance along the slots inside the upper and lower movable slots 25 and 27. Then, when the user releases the key, it is returned to the initial position by the repulsive force of the magnet.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면이다. 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 필름과 하부 멤브레인 필름간에 소정의 간격을 형성시키는 스페이서 필름(11)으로 구성될 수 있다. 상기 접촉돌기(8)는 탄력성 있는 고무 또는 합성수지 재료로서 제작되는 것이 바람직하다. 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.9 is a view showing the structure of a key switch of the cross link switch method according to the second embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 7, the switch according to the present embodiment is provided on the key top 1 to which the user's hand is touched, and is provided on the lower plate 13 of the key input device to generate an electrical signal when contacted according to the pressing force. When the upper magnet 6 and the lower magnet 7 and the key top 1 descend to maintain a predetermined repulsion force between the contact terminal portion 4, the key top 1 and the lower plate 13 of the key input device. An upper membrane film 9 including a contact protrusion 8 which is pressed and presses the contact terminal portion 4 with the contact protrusion 8 at its center, and an upper contact of the contact terminal portion 4, and a contact terminal portion. The lower membrane film 10 including the lower contact point (4) is disposed, and the spacer film 11 forming a predetermined gap between the upper membrane film and the lower membrane film. The contact protrusion 8 is preferably made of a resilient rubber or synthetic resin material. Unlike in FIG. 3, there is no separate upper key frame (3 in FIG. 3) for supporting and moving the key top 1, and two links 21 and 22 which perform this supporting role are supported and supported. It will serve as a travel guide.
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 하강지만, 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 키스위치(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 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.In the above configuration, when the user presses the key top 1, the key top 1 is lowered while receiving a predetermined repulsive force by the upper magnet 6 and the lower magnet (7). In other words, the links 21 and 22 move downward to move slightly to the right, but the movement to the right is not so large that it can be regarded as a downward movement generally. When the key top 1 is lowered by a predetermined distance or more and the contact terminal portion 4 is contacted by the contact projection 8, an electric signal applied to the key switch 110 is input. A support column 12 is provided inside the key top 1 to prevent the upper magnet 6 from being pushed up when the contact protrusion 8 is in contact with the pressure. Thereafter, when the user releases the key top 1, the user returns to the initial position by the repulsive force of the upper and lower stones 6 and 7. The final support when the key top 1 is lowered is made by the lower panel 13 of the key input device, and the final support when the key top 1 is raised is the upper right slot of the links 21 and 22 at the upper movement slot 25. It is made by engaging the left side of the lower movable slot (27).
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.In this embodiment, the contact of the contact terminal portion 4 is intermittent by using the contact protrusion 8 bonded to the upper magnet 6, but as shown in FIG. 4, a separate contact protrusion is not used. It can also be configured using the substrate 14. Configuration and operation of such a modified embodiment can be easily implemented by those skilled in the art, so a separate description will be omitted.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 정전 용량 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면이다.10 is a view showing the structure of a capacitive key switch according to a third embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 본 실시예의 키스위치(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.As shown, the key switch 110 of the present embodiment, the upper magnet for maintaining a predetermined repulsive force between the key top 1, the user's hand is touched, and the key top 1 and the key input device lower plate 13 (6) and the lower magnet (7). The upper magnet 6 corresponding to the capacitor module and the lower magnets 31 and 32 including the first electrode and the second electrode are spaced apart from each other and are not joined to each other even when the key is pressed maximum. Underneath is a printed circuit board (PCB), a reference voltage on the PCB, an oscillator, phase-locked circuit, and comparison circuit. Despite its complex structure and high price, it offers long life, high reliability and excellent key stroke feel. Because there is no physical contact, there is no reason for physical failure. In addition, since there is no metal contact, there is an advantage that is hardly affected by dust or moisture.
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 돌아온다. 이러한 상승과정 중에, 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, 키톱(1) 하강시의 최종 지지는 키톱 내부의 상면(16)과 키 프레임의 상단(17)이 맞닿음으로써 이루어지고, 키톱(1) 상승시의 최종 지지는 키톱의 걸림부(19)와 키프레임의 걸림부(18)가 맞닿음으로써 이루어진다.In the above configuration, when the user presses the key top 1, the key top 1 is lowered while receiving a predetermined repulsive force by the upper magnet 6 and the lower magnet (7). When the key top 1 is lowered by a predetermined distance or more and the capacitance becomes larger than a predetermined size, the comparison circuit detects this and turns on the switch of the circuit. A support column 12 is provided inside the key top 1 to prevent the upper magnet 6 from being pushed up when the contact protrusion 8 is in contact with the pressure. Thereafter, when the user releases the key top 1, the user returns to the initial position by the repulsive force of the upper and lower stones 6 and 7. During this ascending process, if the key top 1 rises over a certain distance and the capacitance becomes smaller than a predetermined size, the comparison circuit detects this and turns off the switch of the circuit. In this embodiment, the final support when the key top 1 is lowered is made by abutting the upper surface 16 of the key top with the upper end 17 of the key frame, and the final support when the key top 1 is raised is the locking portion of the key top. 19 and the locking portion 18 of the key frame are in contact with each other.
도 11은 평행판 축전기의 기본 원리를 나타낸 도면이다.11 shows the basic principle of a parallel plate capacitor.
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.In general, most switches, such as membrane and mechanical, recognize the key input while the current flows when the internal contact is connected. The more you use it, the more the contact wears out, so its life is limited. In contrast, capacitive switches, which are capacitive, literally have no contact, and therefore have a much longer life than other switches. As shown in FIG. 11, when a dielectric (insulator) is placed between two parallel metal electrodes and a voltage V is applied, electric charges are accumulated in each electrode. The ability to accumulate charge at this time is called capacitance. A device that accumulates charge using this principle is a capacitor. However, the capacitance C is proportional to the dielectric constant and the electrode plate area and inversely proportional to the electrode spacing 1. In other words, the smaller the gap between the plates, the larger the capacitance. As such, when the movable electrode approaches the fixed electrode, the capacitance increases, and the capacitive key switch detects this change and connects the switch (ON).
도 12는 본 발명의 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 릴리스되면 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.12 is a view for explaining the principle of operation of the third embodiment of the present invention. The third embodiment applies the solid state switch. Two fixed electrodes and a movable electrode are placed on the lower plate of the key input device. In the present embodiment, both the fixed electrode and the movable electrode are made of magnets 6, 31 and 32. When the key top 1 is pressed, the upper magnet 6, which serves as a moving electrode, moves downward, and is close to the first fixed electrode 31 and the second fixed electrode 32 made of a magnet fixed to the lower portion. As the capacity increases, Thereafter, when the key top 1 is released, the upper magnet 6 moves upward, and the capacitance increases as the key top 1 moves away from the first fixed electrode 31 and the second fixed electrode 32. In FIG. 12, the moving electrode 6 is one magnet, but in contrast to the two fixed electrodes, the moving electrode 6 may be regarded as two moving electrodes corresponding to each fixed electrode. Since the two moving electrodes are electrically connected, it can be considered as a structure in which two capacitors are connected in series as shown in FIG. 13. As described above, when the moving electrode approaches or moves away from the fixed electrode, the capacitance of the capacitor changes. If the change is detected, the switch is turned on when the capacitance is greater than or equal to a predetermined capacitance, and the switch is turned off when the capacitance is less than the predetermined capacitance.
도 14는 본 발명의 변형된 제3 실시예에 따른 정전 용량 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면이다. 도 14에서의 키 스위치 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.14 is a view showing the structure of a capacitive key switch according to a third modified embodiment of the present invention. The key switch structure of FIG. 14 is different from that in FIG. 10 in that the lower magnet does not function as an electrode but has separate fixed electrodes 33 and 34 made of metal plates. Accordingly, the lower magnet 7 is further provided with a plate 15 fixed to the lower portion of the lower plate 13 of the key input device and covering the lower magnet 7. The other structures and operations are the same as those described above with reference to FIGS. 10 to 13, and redundant descriptions thereof will be omitted.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기계식 스위치 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면이다.15 is a view showing the structure of a key switch of a mechanical switch system according to a fourth embodiment of the present invention.
기계식 키보드는 각각의 키에 독립된 스위치 유닛이 탑재되며, 내부 금속판의 접촉에 의해 키 입력 여부를 판단한다. 통상 기계식 스위치는 작동기로써 금속 스프링을 사용하지만, 본 발명에서는 상기 작동기로서 영구자석을 이용한다. The mechanical keyboard is equipped with an independent switch unit on each key, and determines whether or not a key is pressed by the contact of the inner metal plate. Typically mechanical switches use metal springs as actuators, but in the present invention, permanent magnets are used as the actuators.
도시된 바와 같이 본 실시예의 키스위치(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)와, 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. As shown, the key switch 110 of the present embodiment is provided on the key top 1 to which the user's hand is touched, and the contact terminal part 4 provided in the contact control part 42 to generate an electric signal when contacted according to the pressing force. ), The upper magnet 6 and the lower magnet 7 for maintaining a predetermined repulsion force between the key top 1 and the lower plate 13 of the key input device, and the key top 1 descends by a predetermined distance. The click-sensing unit 41 may provide a user with a click feeling, and the contact intermittent unit 42 may contact the contacts of the contact terminal unit 4 when the key top 1 descends by a predetermined distance.
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 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. 본 실시예에서, 키톱(1) 하강시의 최종 지지는 키톱 내부의 상면(16)과 키 프레임의 상단(17)이 맞닿음으로써 이루어지고, 키톱(1) 상승시의 최종 지지는 키톱의 걸림부(19)와 키프레임의 걸림부(18)가 맞닿음으로써 이루어진다.In the above configuration, when the user presses the key top 1, the key top 1 is lowered while receiving a predetermined repulsive force by the upper magnet 6 and the lower magnet (7). When the key top 1 is lowered by a predetermined distance or more and the lower portion of the key top 1 decreases the angle of the contact intermittent portion 42, the contact terminal part 4 is in contact with the electric signal applied to the key switch 110. Is input. As such, when the key top 1 moves downward, a repulsive force is applied by the upper and lower magnets 6 and 7, and the pressure required to move the key top 1 varies slightly as the contact terminal part 4 is bent. In this case, since the click sound is provided by the click feeling generation unit 41 at a moment similar to the contact time of the contact terminal part 4, the user can detect that a key input is made. On the other hand, a support column 12 is provided inside the key top 1 so that the upper magnet 6 is not pushed up when the contact protrusion 8 is in contact with the pressure. Thereafter, when the user releases the key top 1, the user returns to the initial position by the repulsive force of the upper and lower stones 6 and 7. In this embodiment, the final support when the key top 1 is lowered is made by abutting the upper surface 16 of the key top with the upper end 17 of the key frame, and the final support when the key top 1 is raised is the locking portion of the key top. 19 and the locking portion 18 of the key frame are in contact with each other.
도 16은 본 발명에 반드시 필요한 자석을 키톱에 고정하는 예를 나타낸 도면이다. 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 발명에서는 키톱의 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.16 is a view showing an example of fixing a magnet necessary for the present invention to a key top. The lower magnet 7 may be fixed to the upper surface of the lower plate 13 of the key input device, but the upper magnet 6 may be fixed to the inner circumferential surface of the key top 1 and may not be accurately fixed. Therefore, in the present invention, in order to prevent the upper magnet 6 from moving upward in the inside of the key top, the support column 12 is provided, and a groove is formed in the outer circumferential surface of the upper magnet 6, It is desirable to create a stop 20 that can be engaged with the groove. In this embodiment, the groove has a semicircular shape, but in addition, it may be made in various shapes as necessary.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 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 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and the equivalent concept are included in the scope of the present invention. Should be interpreted.
본 발명에 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.According to the present invention, by using the repulsive force of magnets having different poles, it is possible to reduce wear and failure caused by repetition of the key stroke, thereby extending the life of the key switch.
또한 본 발명에 따르면, 키보드의 슬림화가 가능하다. 기존의 반발력을 얻기 위하여는 스위치의 일정 높이가 요구되었으나 자력의 반발력을 이용하면 키스위치의 높이를 줄일 수 있는 효과가 있다. 이와 같이 키보드를 슬림화를 구현하면, 장시간 키 입력장치를 이용하는 경우에 키 입력장치의 두께로 인하여 발생하는 손목꺾임을 최소화함으로써 편안한 작업을 가능하게 한다. In addition, according to the present invention, the keyboard can be made slimmer. Although a certain height of the switch was required to obtain the conventional repulsive force, the repulsive force of the magnetic force has the effect of reducing the height of the key switch. When the keyboard is made slim in this manner, when the key input device is used for a long time, the work performed by minimizing the wrist break caused by the thickness of the key input device is possible.
또한 일반적으로 자석은 자력에 의한 신진대사 기능을 유도하는 것으로 알려져 있는데, 키 캡에 들어 있는 자석은 이와 같은 기능을 수행할 수도 있다.In addition, magnets are generally known to induce metabolic functions by magnetic force, and a magnet in a key cap may perform such a function.
그리고 본 발명에 따르면, 각 키 스위치는 자력의 반발력에 의하여 작동되고 상기 반발력은 자석의 자화정도에 따라 결정되므로, 자화정도를 조절함으로써 키 스위치의 반반력을 쉽게 조절할 수 있는 효과가 있다. 이러한 원리를 이용하면, 각 키 스위치 별로 각 손가락에 맞는 적절한 압력을 배분할 수 있다.And according to the present invention, since each key switch is operated by the repulsive force of the magnetic force and the repulsive force is determined according to the magnetization degree of the magnet, there is an effect that can easily adjust the reaction force of the key switch by adjusting the magnetization degree. Using this principle, it is possible to distribute the appropriate pressure for each finger for each key switch.
또한 본 발명은 반발력을 통하여 키의 스트로크를 입력할 수 있도록 하는 모든 압력식 키 스위치에 융통성 있게 적용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect that can be flexibly applied to all the pressure key switch to be able to input the stroke of the key through the repulsive force.
도 1은 키보드유닛을 구비한 기기의 예를 나타낸 도면.1 shows an example of a device with a keyboard unit.
도 2a는 종래의 러버돔(rubber dome) 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면.Figure 2a is a view showing the structure of a conventional rubber dome (rubber dome) key switch.
도 2b는 종래의 러버돔 방식의 키 스위치의 키톱을 누를 때 이동량과 가압력과의 관계를 나타낸 그래프.Figure 2b is a graph showing the relationship between the amount of movement and the pressing force when pressing the key top of the conventional rubber dome key switch.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 러버돔 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면.3 is a view showing the structure of a rubber dome type key switch according to a first embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 변형된 제1 실시예에 따른 러버돔 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면.4 is a view showing the structure of a rubber dome type key switch according to a modified first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 키 스위치의 키톱을 누를 때 이동량과 가압력과의 관계를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the relationship between the movement amount and the pressing force when the key top of the key switch according to the present invention.
도 6은 각 키스위치가 담당하는 문자 위치에 따라서 타이핑시 힘의 배분을 달리한 키보드를 나타낸 도면.Figure 6 is a view showing a keyboard with a different force distribution when typing according to the position of each key switch is in charge.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 전체 조립 구조를 나타낸 도면.Fig. 7 is a view showing the overall assembling structure of the key switch of the cross link switch method according to the second embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 동작을 나타낸 도면.8 is a view showing the operation of the key switch of the cross link switch method according to the second embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 크로스 링크 스위치 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면.9 is a diagram showing the structure of a key switch of a cross link switch method according to a second embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 정전 용량 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면.10 is a diagram showing the structure of a capacitive key switch according to a third embodiment of the present invention;
도 11은 평행판 축전기의 기본 원리를 나타낸 도면.11 shows the basic principle of a parallel plate capacitor.
도 12는 본 발명의 제3 실시예의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.12 is a view for explaining the principle of operation of the third embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 제3 실시예를 평행판 축전기 등가 회로로서 설명하는 도면.FIG. 13 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention as a parallel plate capacitor equivalent circuit. FIG.
도 14는 본 발명의 변형된 제3 실시예에 따른 정전 용량 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면.14 is a view showing the structure of a capacitive key switch according to a third modified embodiment of the present invention;
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기계식 스위치 방식의 키 스위치의 구조를 나타낸 도면.15 is a view showing the structure of a key switch of a mechanical switch system according to a fourth embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명에서 반드시 필요한 영구자석을 키톱에 고정하는 예를 나타낸 도면.16 is a view showing an example of fixing a permanent magnet essential to the key top in the present invention.
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