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KR20040090727A - 전도체 장전형 수지기 재료로 제조된 저렴한 키액추에이터 및 스위치장치 액추에이터 - Google Patents

전도체 장전형 수지기 재료로 제조된 저렴한 키액추에이터 및 스위치장치 액추에이터 Download PDF

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Publication number
KR20040090727A
KR20040090727A KR1020040026051A KR20040026051A KR20040090727A KR 20040090727 A KR20040090727 A KR 20040090727A KR 1020040026051 A KR1020040026051 A KR 1020040026051A KR 20040026051 A KR20040026051 A KR 20040026051A KR 20040090727 A KR20040090727 A KR 20040090727A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
conductive
switch device
conductor
resin material
loaded resin
Prior art date
Application number
KR1020040026051A
Other languages
English (en)
Inventor
에이센브레이토마스
Original Assignee
인테그럴 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인테그럴 테크놀로지스 인코포레이티드 filed Critical 인테그럴 테크놀로지스 인코포레이티드
Publication of KR20040090727A publication Critical patent/KR20040090727A/ko

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Abstract

키 액추에이터 및 다른 스위치장치들은 전도체 장전형 수지기 재료로 형성된다. 전도체 장전형 수지기 재료는 베이스 수지 호스트에서, 미크론 전도성 분말(들), 전도성 섬유(들), 또는 전도성 분말 및 전도성 섬유들의 혼합물을 포함한다. 베이스 수지 호스트의 중량에 대한 전도성 분말(들), 전도성 섬유(들), 또는 전도성 분말 및 전도성 섬유의 혼합물의 중량비는 약 0.20과 약 0.40 사이에 있다. 미크론 전도성 분말들은 금속 도금 등으로 처리될 수 있는 탄소, 그래파이트와 같은 비금속으로 형성되거나, 또는 금속 도금 등으로 처리될 수 있는 스테인레스강, 니켈, 구리, 은과 같은 금속으로 형성되거나, 또는 도금되거나 또는 금속 분말과 혼합된 비금속의 혼합물로 형성될 수 있다. 미크론 전도체 섬유들은 양호하게는, 니켈 도금된 탄소 섬유, 스테인레스강 섬유, 탄소 섬유, 은 섬유 등이다. 전도체 장전형 수지기로 된 키 액추에이터 및 다른 스위치장치들은 사출성형, 압축 성형 또는 압출과 같은 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 키 액추에이터 및 다른 스위치장치들을 형성하기 위하여 사용된 전도체 장전형 수지기 재료는 용이하게 원하는 형태로 절단될 수 있는 얇은 가요성 직물의 형태로 될 수 있다.

Description

전도체 장전형 수지기 재료로 제조된 저렴한 키 액추에이터 및 스위치장치 액추에이터{Low cost key actuators and other switching device actuators manufactured from conductive loaded resin-based materials}
본원은 2003년 4월 16일자 출원된 미국 임시특허출원 제 60/463,368호 및 2003년 7월 2일자 출원된 미국 임시특허출원 제 60/484,458호를 우선권으로 주장하며, 상기 임시특허출원들은 본원에서 참고로 합체되어 있다.
본원은 참고로 합체되어 있는 2002년 12월 4일자 출원된 미국 특허출원 제10/309,429호인 INT01-002CIP의 부분연속출원이며, 이는 2002년 2월 14일자 출원된 서류번호 INT01-002의 부분연속 출원이며, 이는 2001년 9월 7일자 출원된 미국 임시특허출원 제 60/317,808호, 2001년 2월 16일자 출원된 제60/269,414호, 및 2001년 2월 15일자 출원된 제60/317,808호를 우선권으로 주장한다.
(1)기술분야
본 발명은 키 액추에이터 및 다른 스위치장치에 관한 것으로서, 특히 성형시 베이스 수지내에 균질화된 미크론 전도성 분말, 미크론 전도성 섬유들 또는 이들의 혼합물을 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료로 성형된 키 액추에이터 및 다른 스위치장치 액추에이터에 관한 것이다. 이 제조방법은 EMF 또는 전자 스펙트럼(들)내에서 사용할 수 있는 전도성 부품 또는 재료를 만들어낸다.
(2) 종래 기술
키 액추에이터 및 다른 전기 스위치장치들은 여러 분야에 사용되고 있다. 상기 스위치들은 종종 기계들, 메카니즘들, 컴퓨터들, 공구들 및 통신장치들을 제어하기 위한 기본 수단이다. 키 액추에이터들은 다른 적용분야들중에서, 표준 컴퓨터 키보드들, 이동성 및 고정 전화기, 산업용 제어장치, 인간대 기계간의 인터페이스들, 계산기, 음악기구, PDA 장치들에서 발견된다. 기타 간단한 스위치들은 컴퓨터 마우스, 전기제품, 컴퓨터 조이스틱, 수동기계 제어장치, 제어 그립 등에서 발견된다.
모든 스위치들은 실질적으로 개방상태 또는 폐쇄상태에 있는 이진법 변환기이다. 개방상태에서, 스위치들은 거의 무한 임피던스를 가진다. 폐쇄상태에서, 상기 임피던스는 거의 영(zero)으로 떨어진다. 스위치들의 이진법 기호는 각각의 스위치 상태가 '0' 또는 '1'로 할당될 수 있는 디지털 계산 기술에 양호하게 적합하다.
다수의 스위치 메카니즘들이 기술에 공지되어 있다. 접촉 스위치들에서, 회로는 전도성 엘리먼트들 사이의 직접 접촉에 의해 개방 또는 폐쇄된다. 이것은 주거용 전등 스위치에 사용되는 방법이다. 전도성 엘리먼트들은 금속 와이어, 트레이스, 브러쉬, 태브 등이 될 수 있다. 대안으로서, 수은 스위치의 경우에서와 같이 액체 금속이 직접 접촉 경로로서 사용될 수 있다. 또한, 간접 스위치 방법도 사용된다. 예를 들어, 자기리드 스위치, 홀효과 스위치, 및 페라이트코어 스위치는 전도성 경로들을 제어하기 위해 자기장을 사용한다. 다른 중요한 간접 스위치 기술은 커패시턴스 스위치이다. 커패시턴스 스위치에서 개방 및 폐쇄상태는 스위치가 나타낼 수 있는 2개의 다른 커패시턴스 값과 일치한다. 감지회로는 스위치의 커패시턴스 값, 즉 상태를 구별하는데 사용된다.
본 발명에서 특히 중요한 것은, 스위치 메카니즘이 대부분의 키패드 스위치즉, 직접 접촉(도체 대 도체) 및 간접 접촉(커패시턴스를 기초로 함)들에 사용된다는 것이다. 어느 경우에도 키 메카니즘은, 통상적으로 키패드의 저면에 부착된 제1 도체와, 통상적으로 키패드들의 어레이에서 특별한 키패드 아래에 놓이는 회로판에 배치되는 제2 도체를 기초로 하고 있다. 직접 접촉 키 메카니즘에서, 키패드를 누를 때, 키패드상의 제1 도체는 회로판 매트릭스상의 제2 도체와 직접 접촉을 이루어 회로를 완성한다. 다음에 디지털 디코딩 집적회로는 이렇게 완성된 회로를 분해하여 어느 키가 눌러졌는지를 판단한다. 커패시턴스에 기초한(capacitace-based) 간접 접촉의 경우에, 키패드를 누르는 효과는 제1 도체와 제2 도체 사이의 거리를 감소시키는 것이다. 제1 도체 및 제2 도체는 커패시터의 평판들로서 제조된다. 누른 상태에서 커패시터의 평판들은 더 접근하게 되며, 따라서 상기 매트릭스 위치의 커패시턴스가 증가된다. 디지털 디코잉 집적회로는 예를 들어 RC 시간-상수 측정을 사용하여 커패시턴스의 상기 변화를 검출한다.
직접 또는 간접 스위치의 어느 경우에도, 키패드 및 회로판 매트릭스 도체들은 구리, 은 금 등과 같은 금속들, 또는 전도성 잉크 또는 카본 필(carbon pill)을 포함하는 것으로 알려져 있다. 전도성 잉크는 통상적으로 회로판 및/또는 키패드의 저면에 실크스크린 인쇄된다. 카본 필들은 통상 키패드의 저면에 사용된다. 카본 필들은 키패드에 성형되는 탄소, 또는 그래파이트, 테블릿들이다. 대안으로서, 카본필들은 탄소 함침된 실리콘 고무를 구비한다.
회전 스위치, 토글 스위치, 푸시버튼 스위치 및 몇가지 전등 스위치들에서발견되는 것과 같은 로커 스위치들과 같은 기타 스위치 액추에이터들도 역시 본 발명에서 중요하다. 상기 스위치 액추에이터들에서의 스위치 접촉은 통상 전도성 잉크 및 카본필들이 사용될지라도 금속 대 금속으로 이루어진다.
몇가지 종래 기술은 키 액추에이터들 및 다른 전기 스위치장치들에 관한 것이다. 마츠모라(Matsumora)의 미국 특허출원 제2001/0025065호는 전도성 수지 패턴이 형성된 회전 코드 디스크를 구비하는 인코더 스위치에 대해 설명하고 있다. 전도성 수지는 은 분말, 은 코팅된 탄소 비즈, 또는 은 분말 및 은 코팅된 탄소비즈를 추가로 구비하는 수지 재료를 포함한다. 인청동 브러쉬들은 코드 디스크 패턴에 접촉하는데 사용된다. 코블리(Cobbley) 등의 미국 특허출원 제2003/0203668호는 전기 인터커넥트 장치를 공개한다. 상기 인터커넥트 장치는 2개의 전도판들 사이에 배치된 전도성 레시/촉매(resi/catalyst) 시스템을 구비한다. 판들이 서로를 향해 가압될 때, 수지에서 전도성 입자들 주위의 절연 코팅들이 파괴되어 전도성 입자들을 노출시키게 된다. 인터커넥팅 경로는 상기 전도성 입자들에 의해 형성된다. 마에니시(Maenishi) 등의 미국 특허 Re. 34,642호는 부분적으로 비전도성 수지를 구비하는 전기접촉 스위치장치를 공개한다. 윈터즈(Winters) 등의 미국특허 제6,362,976호는 실리콘 돔 위에 실리콘 버튼을 구비하는 키패드를 설명한다. 눌러질 때, 실리콘 버튼들은 실리콘 돔을 변형시켜서 카본필들이 인쇄회로판상의 트레이스와 접촉하게 된다. 접촉하는 카본필들은 트레이스를 함께 단락시킨다. 호흐로이티너(Hochreutiner)의 미국특허 제4,503,410호는 전기 및 자기 전도성 재료를 각각 구비하는 2개의 접촉필(contact pill)을 갖는 전자기 릴레이장치를 설명한다.
본 발명의 주 목적은 효과적인 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치를 형성하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전도체 장전형 수지기 재료로 성형된 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치를 제공하는데 있다.
여전히, 본 발명의 다른 목적은 제조원가가 저렴한 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치를 제공하는데 있다.
여전히, 본 발명의 다른 목적은 폐쇄상태 저항이 낮은 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 장시간의 예상 수명을 갖는 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전도체 장전형 수지기 재료 위에 금속층을 형성함으로써 저항 또는 수명 특성이 변경될 수 있거나 또는 시각적 특성이 변경될 수 있는 전도체 장전형 수지기 재료로 성형된 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치를 제공하는데 있다.
여전히, 본 발명의 또 다른 목적은 여러 가지 형태의 재료를 합체하고 있는 전도체 장전형 수지기 재료로부터 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 재료가 직물(fabric)의 형태로 되어 있는 전도체 장전형 수지기 재료로부터 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
이 설명의 재료 부분을 형성하는 첨부 도면이 아래와 같이 도시된다.
도 1은 전도체 장전형 수지기 재료를 구비하는 직접 전도성 접촉부를 갖는 돔형 탄성 키보드 액추에이터를 도시하는 본 발명의 제1 양호한 실시예의 도면.
도 2는 전도성 재료가 분말을 구성하는 전도체 장전형 수지기 재료의 제1 양호한 실시예의 도면.
도 3은 전도성 재료가 미크론 전도성 섬유들을 구성하는 전도체 장전형 수지기 재료의 제2 양호한 실시예의 도면.
도 4는 전도성 재료가 전도성 분말 및 미크론 전도성 섬유들을 구성하는 전도체 장전형 수지기 재료의 제3 양호한 실시예의 도면.
도 5a 및 5b는 전도성 직물형 재료가 전도체 장전형 수지기 재료로서 형성되는 제4 양호한 실시예의 도면.
도 6a 및 6b는 전도체 장전형 수지기 재료의 회로 도체들을 주형하는데 사용될 수 있는 사출성형장치 및 압출성형장치의 개략도.
도 7은 전도체 장전형 수지기 재료를 구비하는 직접 전도성 접촉부를 갖는 돔형 탄성 키패드 액추에이터를 도시하는 본 발명의 제2 양호한 실시예의 도면.
도 8은 전도체 장전형 수지기 재료로 성형된 접촉필을 구비하는 전도성 접촉부를 갖는 키보드 액추에이터를 도시하는 본 발명의 제3 양호한 실시예의 도면.
도 9는 전도체 장전형 수지기 재료를 구비하는 직접 전도성 접촉부를 갖는 직접 멤브레인 키보드 액추에이터를 도시하는 본 발명의 제4 양호한 실시예의 도면.
도 10은 전도체 장전형 수지기 재료를 구비하는 직접 전도성 접촉부를 갖는 간접 멤브레인 키보드 액추에이터를 도시하는 본 발명의 제5 양호한 실시예의 도면.
도 11은 전도체 장전형 수지기 재료를 구비하는 직접 전도성 접촉부를 갖는 회전 스위치 메카니즘을 도시하는 본 발명의 제6 양호한 실시예의 도면.
도 12는 전도체 장전형 수지기 재료를 구비하는 직접 전도성 접촉부를 갖는 조이스틱을 도시하는 본 발명의 제7 양호한 실시예의 도면.
도 13은 성형된 전도체 수지기 재료를 구비하는 전도성 접촉부를 갖는 푸시버튼 스위치를 도시하는 본 발명의 제8 양호한 실시예의 도면.
도 14는 전도체 수지기 재료를 구비하는 돔형 탄성 키보드 액추에이터의 사시도.
도 15는 전도체 수지기 재료를 구비하는 전도성 접촉부를 갖는 로커 스위치를 도시하는 본 발명의 제9 양호한 실시예의 도면.
본 발명의 상기 목적들에 따라, 스위치장치가 달성된다. 스위치장치는 제1 전도성 단자, 제2 전도성 단자, 및 전도성 필(conductive pill)을 구비한다. 전도성 필은 개방위치와 폐쇄위치 사이로 이동한다. 제1 및 제2 단자들은 폐쇄위치에서 단락된다. 제1 및 제2 단자들은 개방위치에서 단락되지 않는다. 전도성 필은 베이스 수지 호스트에 전도성 재료들을 포함하는 전도체 장전형 수지기 재료를 구비한다.
또한, 본 발명의 상기 목적들에 따라, 키패드 장치가 달성된다. 키패드 장치는 제1 전도성 단자, 제2 전도성 단자, 패드 구조체, 스프링 구조체 및 전도성 필을 구비한다. 전도성 필은 개방위치와 폐쇄위치 사이로 이동한다. 제1 및 제2 단자들은 폐쇄위치에서 단락된다. 제1 및 제2 단자들은 개방위치에서 단락되지 않는다. 전도성 필, 패드 구조체, 및 스프링 구조체는 베이스 수지 호스트에 전도성 재료들을 포함하는 전도체 장전형 수지기 재료를 구비한다.
또한, 본 발명의 상기 목적들에 따라, 스위치장치가 달성된다. 스위치장치는 제1 전도성 단자, 제2 전도성 단자, 및 전도성 필을 구비한다. 전도성 필은 개방위치와 폐쇄위치 사이로 이동한다. 전도성 단자와 전도성 필 사이의 커패시턴스 커플링은 개방위치에서 보다 폐쇄위치에서 더 크다. 전도성 필은 베이스 수지 호스트에 전도성 재료들을 포함하는 전도체 장전형 수지기 재료를 구비한다.
또한, 본 발명의 상기 목적들에 따라, 스위치장치 형성방법이 달성된다. 상기 형성방법은 베이스 수지 호스트에 전도성 재료들을 포함하는 전도체 장전형 수지기 재료를 제공하는 것을 포함한다. 전도체 장전형 수지기 재료는 스위치장치의 전도성 필내에 성형된다. 스위치장치는 전도성 단자 및 전도성 필을 구비한다. 전도성 필은 개방위치와 폐쇄위치 사이로 이동한다.
본 발명은 성형시 베이스 수지내에 균질화된 미크론 전도성 분말, 미크론 전도성 섬유들 또는 이들의 혼합물을 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료로 성형된 키 액추에이터 및 다른 스위치장치에 관한 것이다.
본 발명의 전도체 장전형 수지기 재료는 전도성 재료들로 장전된 베이스 수지들이고, 다음에 절연체 이외의 도체를 어떤 베이스 수지로 만든다. 수지들은 성형된 부품에 구조적 완전성을 제공한다. 미크론 전도성 분말, 미크론 전도성 섬유들 또는 이들의 혼합물은 성형 공정중에 수지내에 균질하게 포함되어 전기 연속성을 제공한다.
전도체 장전형 수지기 재료는 거의 모든 형상 또는 크기를 제공하도록 성형, 압출 등으로 형성될 수 있다. 또한, 성형된 전도체 장전형 수지기 재료는, 필요한 형상 및 크기를 제공하기 위해, 사출성형되거나 압출된 시트 또는 각재으로부터 절삭, 스탬핑, 또는 진공 형성되거나, 오버몰딩, 라미네이트, 밀링 등으로 형성될 수 있다. 전도체 장전형 수지기 재료를 사용하여 제조된 키 액추에이터 및 다른 전기스위치장치들의 열 또는 전기 전도도 특성들은 전도체 장전형 수지기 재료의 구성물에 의존하며, 로딩 또는 도핑 변수들을 조정할 수 있어서 재료의 필요한 구조적, 전기적 또는 기타 물리적 특성들을 달성하는데 도움이 된다. 키 액추에이터 및 다른 전기 스위치장치들을 제작하는데 사용되는 선택된 재료들은 사출성형, 오버몰딩, 서모셋(thermo-set), 프로트루젼(protrusion), 압출 등과 같은 성형기술 및/또는 방법들을 사용하여 함께 균질하게 포함된다. 2D, 3D, 4D, 및 5D 디자인들과 관련된 특성과 성형 및 전기적 특성들은 실제 부품들의 성형 공정 중에 달성될 수 있는 물리적 및 전기적 장점들과, 성형 부품(들) 또는 형성된 재료(들)내에서의 전도성 네트웍과 관련된 폴리머 물리학(polymer physics)을 포함한다.
키 액추에이터 및 다른 전기 스위치장치들의 제조에서 전도체 장전형 수지기 재료를 사용하면 미소한 오차들을 용이하게 보유하면서 이 재료들을 필요한 형상 및 크기들로 형성하는데 사용되는 재료들의 원가와, 디자인 및 제조 공정들의 원가를 크게 낮출 수 있다. 키 액추에이터 및 다른 전기 스위치장치들은 사출성형, 오버몰딩 또는 압출 등과 같은 종래 성형방법들을 사용하여 무한한 형상 및 크기들로 제조될 수 있다. 전도체 장전형 수지기 재료들은 성형시에, 통상적이지만 절대적이지 않게, 약 5 내지 25 ohms/square 사이에서 저항의 바람직한 사용 범위를 생성하지만, 다른 저항들은 도핑 파라미터들 및/또는 수지 선택물(들)을 변화시킴으로써 달성될 수 있다.
전도체 장전형 수지기 재료들은 미크론 전도성 분말, 미크론 전도성 섬유들 또는 이들의 어떤 혼합물을 구비하며, 이들은 성형공정중에 베이스 수지내에서 함께 균질하게 포함되어 저렴하고, 전기 전도성이며 미소한 오차로 제작된 부품 또는 회로를 용이하게 생산할 수 있게 한다. 미크론 전도성 분말은 탄소, 그래파이트, 아민 등이 될 수 있고, 및/또는 니켈, 구리, 은 또는 플레이티드(Plated) 종류와 같은 금속 분말이 될 수 있다. 탄소나 그래파이트와 같은 다른 형태의 분말을 사용하면 추가로 저레벨의 전자 교환을 발생시킬 수 있으며, 미크론 전도성 섬유들과 조합하여 사용될 때 섬유(들)의 미크론 전도성 네트웍 내에서 미크론 필러 엘리먼트를 생성하여 더 나은 전기 전도도를 발생할 뿐만 아니라 성형장비를 위한 윤활제로서도 작용하게 한다. 미크론 전도성 섬유들은 니켈 도금된 탄소섬유, 스테인레스강 섬유, 구리섬유, 은섬유 등이나 이들의 혼합물이 될 수 있다. 구조적 재료(structural material)는 어떠한 폴리머 수지와 같은 재료이다. 구조적 재료는 여기서는 예를 들어 설명하지만 절대적이지 않게, 미국 메사추세츠 피츠필드 소재의 GE PLASTICS에서 생산되는 폴리머 수지들, 미국 메사추세츠 피츠필드 소재의 GE PLASTICS에서 생산되는 다른 플라스틱 제품의 종류, 다른 제조업자에서 생산되는 다른 플라스틱 제품의 종류, 미국 뉴욕 워터포드 소재의 GE SILICONES에서 생산되는 실리콘들, 또는 다른 제조업체에서 생산되는 다른 가요성 수지기 고무 컴파운드들이 될 수 있다.
미크론 전도성 분말, 미크론 전도성 섬유들 또는 이들의 혼합물이 장전된 수지기 구조적 재료는 사출성형, 오버몰딩 또는 압출과 같은 종래 성형방법들을 사용하여 성형되어 필요한 형상 및 크기들로 생산될 수 있다. 성형된 전도체 장전형 수지기 재료들은 또한 스탬핑, 절삭 또는 밀링에 의해 필요한 형태로 형성되어 히트싱크들의 필요한 형상의 형태인자(form factor)(들)를 만들어낼 수 있다. 장전된 베이스 수지들내의 미크론 전도체와 관련된 도핑 구성물 및 방향성은 키 액추에이터 및 다른 전기 스위치장치들의 전기적 및 구조적 특성들에 영향을 미칠 수 있으며, 몰드 디자인, 게이팅(gating) 및/또는 프로트루젼 디자인(들)에 의해, 및/또는 성형 공정 자체에 의해 정밀하게 제어될 수 있다. 덧붙여, 수지 베이스는 매우 높은 용융점 또는 비열 전도도(specific thermal conductivity)와 같은 필요한 열적 특성들을 얻도록 선택될 수 있다.
또한, 수지기 샌드위치 라미네이트(laminate)는 랜덤 또는 연속 웹형 미크론 스테인레스강 섬유들 또는 기타 전도성 섬유들로 제조되어 옷감형 재료(cloth-like material)를 형성할 수 있었다. 상기 웹형 전도성 섬유는 테플론, 폴리에스터 또는 어떤 수지기 가요성 또는 고체 재료(들)로 적층될 수 있으며, 이들은 섬유 함량(들), 방위(들) 및 형상(들)로 구체적으로 설계될 때 매우 높은 전도성 가요성 옷감형 재료를 생산할 것이다. 그러한 옷감형 재료는 또한 사람의 의복 뿐만 아니라 고무(들) 또는 플라스틱(들)과 같은 다른 수지 재료에 매입될 수 있는 키 액추에이터 및 다른 전기 스위치장치들을 형성하는데 사용될 수 있다. 라미네이트 또는 옷감형 재료의 부분으로서 웹형 도체로서 전도성 섬유들을 사용할 때, 상기 섬유들은 약 3과 12 미크론 사이, 통상 약 8과 12 미크론 또는 약 10 미크론 정도의 직경을 가질 수 있으며, 길이(들)는 심(seam)이 없거나 오버래핑될 수 있다.
본 발명의 전도체 장전형 수지기 재료는 내식성 및/또는 금속 전해 저항성이 있는 미크론 전도성 섬유 및/또는 미크론 전도성 분말 및 베이스 수지를 선택함으로써 내식성 및/또는 금속 전해 저항성을 가지도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 내식성/전해 저항성 베이스 수지가 스테인레스강 섬유 및 탄소섬유/분말과 혼합되면, 그때 내식성 및/또는 금속전해 저항성을 갖는 전도체 장전형 수지기 재료가 달성된다.
본 발명에서 설명하는 미크론 전도성 섬유 및/또는 미크론 전도성 분말 및 베이스 수지의 균질성 혼합은 또한 도핑으로서 설명될 수 있다. 즉, 상기 균질성 혼합은 통상적인 비전도성 베이스 수지재료를 전도성 재료로 변환한다. 이 공정은 도핑공정과 유사하며, 즉 도핑공정에서는 실리콘과 같은 반도체 재료가 반도체 장치에서 공지된 바와 같은 도너/억셉터 이온의 주입을 통해 전도성 재료로 변환될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 용어 도핑을, 통상적인 비전도성 베이스 수지재료를 미크론 전도성 섬유 및/또는 미크론 전도성 분말과 베이스 수지와의 균질성 혼합을 통해 전도성 재료로 변환하는 것을 의미하는 것으로 사용하고 있다.
이제 도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 양호한 실시예가 도시되어 있다. 본 발명의 여러가지 중요한 특징들이 도시되어 있으며 아래에 설명되어 있다. 도 1에서, 키보드 액추에이터가 도시되어 있다. 키보드(10)가 도시되어 있다. 이 키보드(10)는 컴퓨터 시스템들에 입력 장치로서 평범한 것이다. 표준 텍스트 키보드(10)가 도시되어 있지만, 키보드(10)는 이동성 및 고정 전화기, 산업용 제어장치, 인간대 기계간의 인터페이스들, 계산기, 음악기구, PDA 장치들에서 발견되거나 연결되어 사용되는 것과 같은 키패드 입력장치의 어떤 유형으로서 제작되어도 좋다. 키보드(10)는 키 액추에이터(12) 또는 키패드들의 어레이를 구비한다. 상기 키들의 어레이는 특별한 적용분야에서 지적한 바와 같이 어떤 배치구조로 구성될 수 있다. 통상적인 컴퓨터 키보드에서, 알파벳 문자들는 종래 QWERTY 구조로 배열되어 있다.
매트릭스 회로는 키패드들의 어레이를 기초로 한다. 매트릭스 회로는 어느 키가 눌러졌는지 분해하는데 사용되는, 키들 아래에 있는 회로들의 그리드이다. 접촉에 기초한 키보드에서, 각각의 회로는 도 1의 도면 아래에 도시된 바와 같은 특정 키 아래의 지점에서 파손된다. 여기서, "B" 키에 대한 회로 루팅(routing)은 인터레이스(interlace)되어 있지만 접속되어 있지 않은 제1 도체(18') 및 제2 도체(18")를 구비한다. 키패드(12)를 아래로 누를 때, 키패드(12)의 전도성 접촉필(15)은 제1 도체(18') 및 제2 도체(18")와 동시에 접촉하여 "B" 회로를 완성한다. 집적회로 디코딩 회로(도시안됨)는 "B" 회로의 완성을 감지하며, ASCII와 같은 디지털 코드를 컴퓨터 CPU로 보낸다.
키패드의 단면은 장치의 키 엘리먼트들 사이의 관계를 보여준다. 키 매트릭스 회로(19)는 전도성 트레이스(18) 또는 라인들이 그 위에 형성된 회로판(19)을 구비한다. 키패드(12)는 패드 구조체(14), 접촉필 구조체(15) 및 스프링 구조체(17)를 구비한다. 또한, 키패드(12)는 외부 셀 구조체(13)를 구비할 수 있다. 패드 구조체(14)는 조작자에게 타격해야 할 실질적인 물체를 제공한다. 접촉필 구조체(15)는 개방된 회로 트레이스들(18', 18")을 가로질러 단락하기 위해 전도성 단자를 제공한다. 스프링 구조체(17)는 키 매트릭스 평면(19) 위에서 키패드(12)를 보유하는 기계적 힘을 제공하여, 조작자의 데이터 입력을 위한 유용한 저항, 또는"감각"을 제공하며, 또 키패드(12)를 키 타격후에 정상(개방) 위치로 복귀시킨다. 외부 셀 구조체(13)는 환경 보호, 기호 디스플레이, 시각 및 감각 등을 위한 적절한 표면 특성을 제공한다.
제1 양호한 실시예는 직접 접촉 메카니즘을 갖는 돔형 탄성 키패드를 도시한다. 돔형 탄성에서, 본 발명은 패드 구조체(14) 및 스프링 구조체(17)가 단일 탄성체로서 돔형 구조로 형성되어 있는 키패드(12)를 말하는 것이다. 이 양호한 실시예에서 더욱 특별한 것은, 패드 구조체(14), 스프링 구조체(17) 및 접촉필 구조체(15)는 모두 본 발명에 의한 전도체 장전형 수지기 재료로 형성된다. 스프링 구조체(17)를 위해 필요한 탄성 특성을 발휘하는 베이스 수지 재료가 선택된다. 다음에 전도체 장전형 수지기 재료는 본 발명에서 설명한 바와 같이 미크론 전도성 섬유들 및/또는 미크론 전도성 분말의 균질성 혼합에 의해 형성된다. 이 전도체 장전형 수지기 재료는 키패드(12)의 조합된 패드 구조체(14) 및 스프링 구조체(17)와, 접촉필 구조체(15)를 형성하도록 성형(mold)된다.
만들어진 키패드 구조체는 종래 기술에 비해 여러 가지 장점들을 가진다. 이 장점들 중에서, 조합된 내부 구조체(14, 15, 17)들은 추가의 조립단계없이 단일 단계로 성형됨으로써 제조원가를 절약할 수 있다. 덧붙여, 전도체 장전형 수지기 접촉필(15)의 전기 특성들은 선택된 전도성 도핑에 기초하여 최적화될 수 있다. 예를 들어, 약 1 Ohm의 저항을 갖는 접촉필(15)은 전도체 장전형 수지기 재료를 사용하여 제작될 수 있다. 비교하면, 탄소필은 약 200 Ohm의 저항을 발휘할 것이다. 더구나, 종래 기술의 탄소필은 약 1 백만 사이클에서 마모될 것이다. 그러나, 전도체장전형 수지기 필(15)은 매우 작게 마모되며 사실상 '마모없는" 필이 된다. 또한, 본 발명의 돔형 탄성 구조체는 스프링 구조체(17)를 형성하는데 사용되는 전도체 장전형 수지기 재료의 재료 성질로 인하여 더욱 긴 사용 수명을 발휘할 것이다. 또한, 전도체 장전형 수지기 재료는 전해성 때문에 부식 또는 파손되지 않는다. 이것은 금속 단자들 또는 기계적 구조체를 갖는 종래 기술의 키패드들에 비하여 커다란 장점이다. 외부 셀 구조체(13)는 사용되면, 내부 구조체(14, 15, 17) 위에 성형되거나 그 반대로 성형될 수 있다. 대안으로서, 내부 구조체(14, 15, 17)는 외부 구조체(19)에 압력 끼워맞춤될 수 있다.
선택적이지만 추가의 특징으로서, 매트릭스 보드(19)상의 전도성 트레이스(18)는 또한 본 발명에 의한 전도체 장전형 수지기 재료를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 트레이스(18)들 또는 라인들은 절연보드(19)상에 오버몰딩될 수 있다. 이제 도 14를 참고하면, 돔형 탄성 키패드의 특별한 실행이 사시도로 도시되어 있다. 이 실시예는 키 상단(500), 플런저부(504), 보호용 사면(bezel), 전도체 장전형 수지기 재료(512)를 포함하는 전도성 엘라스토머, 및 인쇄회로판(520)을 도시하고 있다.
이제 도 7을 참고하면, 본 발명의 제2 양호한 실시예가 도시되어 있다. 이 경우, 커패시턴스 접촉을 수행하는 돔형 탄성 키패드(100)가 도시되어 있다. 제1 실시예에서와 같이, 조합된 패드 구조체(102) 및 스프링 구조체(112), 및 접촉필 구조체(104)는 본 발명에 의한 전도체 장전형 수지기 재료를 구비한다. 외부 셀 구조체(101)는 조합된 내부 구조체(102, 104, 112)상에 선택적으로 형성된다. 그러나, 이 실시예에서, 접촉필(104) 및 트레이스(106)는 폐쇄 또는 압축 위치에서 매트릭스 보드(108)에 닿지 않는다. 대신에 , 개방 위치에서 접촉필(104) 및 트레이스(106)는 제1 거리 D1 만큼 분리되어 있다. 폐쇄 위치에서, 접촉필(104) 및 트레이스(106)는 더 작은 제2 거리 D2 만큼 분리되어 있다. 그 결과, 트레이스(106)와 접촉필(104) 사이의 용량성 커플링은 폐쇄 위치에서 증가된다. 이 구성에서, 트레이스(106)는 단순하게 도 1의 독립된 인터레이스된 구조없이 디코더 IC(도시안됨)에 대해 폐쇄 회로를 구비한다. 디코더 IC는 키 치기(keystroke)가 발생되었는지를 판정하도록 매트릭스내의 각각의 키의 커패시턴스를 검출한다. 예를 들어, 디코더 IC는 큰 커패시터(키 치기)의 있음 또는 없음을 판정하도록 각각의 매트릭스 회로의 RC 릴레이를 측정할 수 있다.
내부 구조체(102, 104, 112) 특히 전도체 장전형 수지기 재료의 접촉필(104)을 형성하면 상기 제1 실시예에서 설명된 여러 가지 장점들 및 특징들이 발생된다. 그러나, 이러한 커패시터 접촉 방법에서는 접촉필(104)의 기계적 또는 전기적 마모는 문제가 되지 않는다. 또한, 회로 트레이스(106)도 역시 제1 실시예에서와 같이 전도체 장전형 수지기 재료를 구비할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 양호한 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 키보드 액추에이터는 전도체 장전형 수지기 재료로 성형된 접촉필과 함께 형성된다. 이 예를 든 경우에, 패드 구조체(140) 및 스프링 구조체(158)는 전도체 장전형 수지기 재료 이외의 재료로 형성된다. 예를 들어, 패드 구조체(140)는 폴리에스터기 재료로 구성되는 반면, 스프링 구조체(158)는 강으로 구성된다. 중요한 특징으로서,접촉필(154)은 본 발명에 따라 전도체 장전형 수지기 재료로 형성된다.
제조기술을 예로 들면, 전도체 장전형 수지기 재료의 로드(rod)는 압출성형된다. 다음에 접촉필(154)은 성형된 로드로부터 크기에 맞게 절단된다. 예를 들어 접촉필(154)을 크기에 맞게 사출성형하는 것에 비하여 상기 접근법의 장점은, 절단공정이 구획된 표면들에서 미크론 전도성 섬유들 및/또는 미크론 전도성 분말의 인터커넥터된 매트릭스를 최대한 노출시킨다는 것이다. 다음에 접촉필(154)이 패드 구조체(150)의 서브어셈블리내에 강제로 삽입된다. 대안으로서, 패드 구조체(150)는 접촉필(154)상에 오버몰딩된다. 제1 실시예에서와 같이, 이 실시예는 마모 및 신뢰성의 면에서, 낮은 켜짐 저항에서 및 내식성/전해 저항성의 면에서 큰 장점들을 제공한다. 매트릭스 보드(162)의 트레이스(166)는 추가로 전도체 장전형 수지기 재료를 구비할 수 있다. 대안으로서, 상기 키패드의 커패시턴스 접촉 버젼(version)은 제2 양호한 실시예의 라인들을 따라 제조될 수 있다.
이제 도 9에서, 제4 양호한 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 직접 멤브레인 키보드 액추에이터는 전도성 수지기 재료를 포함하는 직접 전도성 접촉부들과 함께 형성된다. 멤브레인 키보드 액추에이터들은 환경적으로 밀봉되어야 하는 키패드 적용분야에 자주 사용된다. 예를 들어, 가정용 공구, 군사용 공구, 또는 산업용 공구 등은, 물, 습기 또는 화학제가 키패드에 접촉될 수 있는 경우에 멤브레인 키보드 액추에이터를 위한 대표적인 공구들이다. 이 양호한 실시예에서, 키패드는 외부 멤브레인층(170), 스페이서층(182), 매트릭스 기판(184)으로 형성된 라미네이트를 구비한다.
외부 멤브레인층(170)은 본 발명에 의한 전도체 장전형 수지기 재료로 형성된다. 외부 멤브레인층(170)의 베이스 수지는 외부 멤브레인이 압축될 때 변형되도록 가요성을 갖는다. 스페이서층(182)은 외부 멤브레인층(170)을 기판(184)으로부터 절연시키기 위해 절연체로 구성된다. 외부 멤브레인층(170)은 각각의 키 위치에서 접촉필 구조체(178)를 추가로 구비한다. 전도체 장전형 수지기 재료를 사용하면 접촉필 구조체(178)를 외부 멤브레인층(170)에 직접 성형할 수 있게 된다. 선택적으로, 필요하면 전기 절연된 조작자의 표면을 제공하기 위해 가요성 외부 절연층(도시 안됨)이 외부 멤브레인층(170)을 덮도록 형성될 수 있다.
정상상태에서, 스페이서층(182)은 외부 멤브레인층(170)의 접촉필 구조체(178)와 기판(184)의 매트릭스 단자 또는 패드(188) 사이에 갭(186)을 유지한다. 외부 멤브레인층(170)이 눌러질 때, 전도성 접촉필(178)이 매트릭스 위치(188)와 접촉하여 이 키의 회로를 완성한다. 대안으로서, 커패시턴스에 기초한 키 메카니즘은, 전도체 장전형 수지기 접촉필(178)이 단지 제3 양호한 실시예에서 설명한 바와 같이 매트릭스 패드(188)와 밀접하게 접촉하는 경우에 사용될 수 있다.
멤브레인 키보드 액추에이터는 종래 기술에 비해 여러 가지 장점을 제공한다. 외부 멤브레인층(170)과 접촉필(178)을 공통의 재료와 단일 성형공정에서 형성할 수 있는 능력은 제조원가를 감소시킨다. 전도체 장전형 수지기 재료로부터 접촉필(178) 및/또는 매트릭스 패드를 구성하면 제품 수명을 개선하며, 작동 저항을 감소시키고, 내식성 및/또는 전해의 효과를 제거한다.
이제 도 10에서, 본 발명의 제5 양호한 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 간접 멤브레인 키보드 액추에이터(200)는 전도체 장전형 수지기 재료를 구비하는 직접 전도성 접촉부(208)와 함께 형성된다. 이 실시예는 제1 및 제4 실시예의 형태들을 조합하여 멤브레인 접촉부의 환경적 차단을 하면서 돔형 탄성 키패드의 시각성, 감각성 및 반응성을 좋게 가질 수 있는 키패드(200)를 만든다. 돔형 탄성 키패드 구조체(200)는 어떤 공지된 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 돔형 탄성 키패드 구조체(200)는 패드 구조체 및 스프링 구조체를 위한 단일 탄성 재료(204)를 구비한다. 보다 양호하게, 키패드 구조체를 위해 전도체 장전형 수지기 재료(204)가 사용된다.
이 경우, 접촉 방법은 간접식이다. 개방 위치에서, 스페이서(200)는 상부 접촉필(208)과 기판(224)상의 매트릭스 패드 또는 단자(212) 사이에 갭(216)을 제공한다. 키패드(204)가 눌러질 때, 외부 멤브레인(224)이 변형된다. 그 결과, 접촉필(208)이 매트릭스 패드(212)에 접촉하며 키패드가 폐쇄된다. 대안으로서, 근접 또는 커패시턴스 접속은 상술한 바와 같이 형성되어도 좋다. 접촉필(208)은 본 발명에 의해 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 것이 양호하다. 접촉필(208) 및 매트릭스 트레이스(212)가 양쪽다 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 것이 보다 양호하다.
이제 도 11을 참고하면, 본 발명의 제6 양호한 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 본 발명의 새로운 개념이 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 직접 전도성 접촉부(258a 내지 258d 및 274)를 갖는 회전 스위치 메카니즘(250)의 형성에도 확장되어 있다. 회전 스위치들은 여러 개의 옵션들 또는 세팅들 또는 세팅의 조합중 어느 하나를 디지털 방식으로 선택하는데 필요한 적용분야에 많이 사용되고 있다.
예를 든 회전 스위치(250)는 그러한 스위치들의 많은 형태중 하나에 불과하다. 셀렉터 단자(274)는 단자/축(270)에 고정 장착된다. 셀렉터 단자(274)는 본 발명에 의한 전도체 장전형 수지기 재료를 구비한다. 셀렉터 단자(274)는 내식성/전해 저항성 및 저렴한 원가와 같은 베이스 수지 재료의 기계적 장점들을, 베이스 수지내에 균질하게 분포된 미크론 전도성 섬유들 및/또는 미크론 전도성 분말의 매트릭스로 인하여 생기는 낮은 저항과 결합시킨다. 셀렉터 단자(274)는 축(270)에서 회전하여 4개의 외부 단자(258a 내지 258d)에서 선택한다. 4개의 외부 단자(258a 내지 258d) 각각은 또한 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하며, 셀렉터 단자(274)와 동일한 장점을 공유한다. 선택 노브(262)는 수지기 재료와 같은 절연체를 구비하고, 셀렉터 단자상에 고정 장착된다. 절연용 회로판(254)은 회전 스위치(250)의 5개의 단자들 각각을 기계적으로 지지하고 전기적으로 절연하는데 사용된다. 용접가능한 포스트(266a 내지 266d 및 270)들은 5개의 외부 단자(258a 내지 258d, 및 274)내에 매입된다. 중앙 포스트(270)도 역시 셀렉터 단자(274)의 회전을 위해 축으로 형성될 수 있다. 셀렉터 단자(274)에 의하여 단자(258d)로 도시된 바와 같은 외부 단자를 선택하면 셀렉터 단자의 포스트(270)와 선택된 단자의 포스트(266d) 사이에 낮은 저항경로가 이루어진다.
이제 도 12에서, 본 발명의 제7 양호한 실시예가 도시되어 있다. 조이스틱장치(300)는 본 발명에 의한 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 직접 전도성 접촉부를 가진다. 조이스틱 장치들은 비행 시뮬레이션 프로그램에서와 같은 그래픽의 제어, 또는 중장비나 군사 차량등에서와 같은 기계적 물체들의 제어를 제공하는 적용분야에 많이 사용되고 있다. 조이스틱 장치(300)는 조작자가 스틱(300)을 필요한 방향으로 기울어지게 함으로써 전진, 후진, 좌측 및 우측으로 방향성 제어를 입력하도록 허용한다. 도시된 특별한 실시예에서, 간단한 조이스틱(300)은 단지 전진, 후진, 죄측 및 우측 제어지점들을 가진다. 조이스틱 장치는 손잡이용 핸들(300), 가요성 장착 포스트(324), 회로판(320), 이 회로판(320)상의 방향성 단자들(312, 316, 330 및 334), 및 핸들(300)상의 접촉 단자들(304, 306, 308)을 구비한다. 스틱(300)이 기울어질 때, 좌측 그립 단자(308)와 같은 그립 단자가 좌측 보드 단자(316)와 같은 상보형 회로판 단자에 접촉한다. 그 결과, 트레이스(316', 316")로 표시되는 좌측 회로가 폐쇄된다. 디코더 회로는 조이스틱(300)이 어느 방향으로 기울어지는 지를 검출하는데 사용된다.
양호한 실시예에서, 그립 단자들(304, 306, 308)은 본 발명에 의한 전도체 장전형 수지기 재료를 구비한다. 상기 단자들(304, 306, 308)은 핸들에 용이하게 성형될 수 있고, 보다 양호하게는 핸들(300)과 단자들(304, 306, 308)이 단일 전도체 장전형 수지기 재료로 구성되어 하나의 유닛으로서 사출성형되는 것이다. 보드 트레이스들 및 단자들(316', 316", 312', 312", 330', 330", 334' 및 334")은 또한 전도체 장전형 수지기 재료로 구성되어 보드(320)상에 오버몰딩되는 것이 더욱 양호하다.
이제 도 13에서, 성형된 전도성 수지기 재료를 포함하는 전도성 접촉부들을 갖는 푸시버튼 스위치를 도시하는 본 발명의 제8 양호한 실시예가 도시되어 있다. 도시된 푸시버튼 스위치(400)와 같은 간단한 스위치들은 이진법 신호 제어를 제공하는 적용분야에서 많이 사용된다. 간단한 스위치들의 많은 형태가 가능하다. 도시된 실예의 푸시버튼 스위치(400)는 버튼(404), 새시(416), 플런저(420), 스프링(424), 제1 단자(436), 단자블록(428), 제2 단자(440), 및 제3 단자블록(432)를 구비한다. 푸시버튼 스위치(400)의 작동은 간단하다. 스프링(424)은 상부 또는 개방 위치에서 플런저(420) 및 버튼(404)을 유지한다. 이 위치에서, 플런저(420)는 제1 또는 제2 단자블록(428, 432)에 접촉하지 않는다. 버튼이 눌러질 때, 플런저(420)는 이 플런저(420)의 바닥이 제1 또는 제2 단자블록(428, 432)에 접촉하도록 아래로 가압된다.
양호한 실시예에서, 플런저(420) 및/또는 단자블록(428, 432)은 본 발명에 의한 전도체 장전형 수지기 재료를 구비한다. 따라서, 플런저(420)가 아래에 있을 때, 간단한 스위치는 폐쇄되고, 제1 단자(436)와 제2 단자(440) 사이에 단락이 생긴다. 전도체 장전형 수지기 재료는 제1 단자(436)와 제2 단자(440)로부터 전도성 경로를 만들고, 이 경로는 저저항이며 내식성 및 전해 저항성이다.
이제 도 15에서, 본 발명의 제9 양호한 실시예가 도시되어 있다. 로커 스위치(550)는 전도성 수지기 재료를 포함하는 전도성 접촉부(560, 564, 576)을 가지는 것으로 도시된다. 로커 스위치(550)는 중앙 지점(580)에 장착되어 있는 스위치 핸들(555)을 이동함으로써 좌측 단자(573)나 우측 단자(572)를 선택한다. 통상적으로, 로커 스위치의 단자들(572, 573) 및 접촉점(576, 564, 560)들은 구리와 같은 금속으로 구성되었다. 그러나, 본 발명에서는, 우측 및 좌측 단자들(572, 573), 접촉점(576, 564, 560)들 어는 것이나 모두다 본 발명에 의한 전도체 장전형 수지기 재료를 포함할 것이다. 양호한 실시예에서, 좌측 단자(573) 및 좌측 접촉점(564)과, 우측 단자(572) 및 우측 접촉점(560)은 전도성 수지기 재료로 성형된다. 스위치 핸들(555)은 비전도성 수지기 재료로 성형되는 것이 바람직하다. 그러나, 핸들(555)의 바닥쪽의 접촉 스트립(576)은 전도성 수지기 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 접촉 스트립(576)은 스위치 핸들(555)내에 기계적으로 삽입되거나 또는 스위치 핸들이 접촉 스트립(576)상에 오버몰딩될 수 있다.
선택적 특징으로서, 전도체 장전형 수지기 재료의 특성들 또는 외양을 변경하기 위해 금속층이 전도체 장전형 수지기 재료 위에 형성될 수 있다. 금속층은 도금 또는 코팅에 의해 형성될 수 있다. 형성방법이 금속 도금이면, 전도체 장전형 수지기 재료의 수지기 구조적 재료는 금속 도금될 수 있는 재료이다. 금속층들에 도금될 수 있는 폴리머 수지들이 매우 많다. 예를 들어, GE 플라스틱, SUPEC, VALOX, ULTEM, CYCOLAC, UGIKRAL, STYRON, CYCOLOY 는 금속 도금될 수 있는 몇개의 수지기 재료들이다. 금속층은 예를 들어 전해 증착 또는 물리적 증기 증착에 의해 형성될 수 있다.
전도체 장전형 수지기 재료는 통상적으로 베이스 수지 호스트내에 균질화된 도체 입자들의 미크론 분말(들) 및/또는 미크론 섬유(들)의 혼합물을 구비한다. 도 2는 베이스 수지 호스트(30)내에 도체 입자들(34)의 분말을 갖는 전도체 장전형 수지기 재료(32)의 예를 도시한 단면도이다. 이 예에서 분말내의 도체 입자들(34)의 직경 D는 약 3 내지 12 미크론 사이에 속한다.
도 3은 베이스 수지 호스트(30)내에 도체 섬유들(38)을 갖는 전도체 장전형 수지기 재료(36)의 예를 도시한 단면도이다. 도체 섬유들(38)의 직경 D는 약 3 내지 12 미크론 사이, 통상적으로 약 10 미크론이나 또는 약 8 내지 12 미크론 사이의 범위에 속하고, 길이는 약 2 내지 14 mm 사이에 속한다. 상기 도체 입자들(34) 또는 도체 섬유들(38)에 사용되는 도체들은 스테인레스강, 니켈, 구리, 은 또는 다른 적절한 금속들 또는 전도성 섬유들, 또는 이들의 혼합물이 될 수 있다. 상기 도체 입자들 및/또는 섬유들은 베이스 수지내에 균질화된다. 전술한 바와 같이, 전도체 장전형 수지기 재료는 약 5 내지 25 Ohms/square 사이의 저항을 가지며, 다른 저항 값들은 도핑 파라미터 및/또는 수지 선택물을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 상기 저항을 실현하기 위해서, 베이스 수지 호스트(30)의 중량에 대한 도체 재료의 중량의 비율, 이 실예에서는 도체 입자들(34) 또는 도체 섬유들(38)의 중량의 비율은 약 0.20 내지 0.40 사이, 양호하게는 약 0.30이다. 베이스 수지 중량에 대한 섬유 중량의 비가 0.30인 상태에서 직경이 8-11 미크론이고 길이 4-6 mm 인 스테인레스강 섬유는 어떤 EMF 스펙트럼내에서 효율적이며 매우 높은 전도성 파라미터를 만들어낼 것이다. 이제 도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 양호한 실시예로서 전도성 재료가 성형공정중에 수지 베이스(30)내에 함께 균질화된 전도성 분말(34) 및 미크론 전도성 섬유들(38)의 혼합물을 구비하는 것으로 도시되어 있다.
이제 도 5a 및 5b에서, 전도체 장전형 수지기 재료의 양호한 구성물이 도시되어 있다. 전도체 장전형 수지기 재료는 섬유들 또는 피륙(textile)으로 형성될 수 있으며, 다음에 이들은 전도성 직물로 짜여진다(woven or webbed). 전도체 장전형 수지기 재료는 도시한 바와 같이 짜여질 수 있는 스트랜드(strands)로 형성되어 있다. 도 5a는 전도성 직물(42)을 도시하며, 여기서 섬유들은 함께 직조되어 섬유들 또는 피륙의 2차원 위브(weave:46, 50)로 된다. 도 5b는 섬유들이 웹형 구조로 형성되어 있는 전도성 직물(42')을 도시한다. 웹형 구조에서, 전도성 섬유들의 하나 이상의 연속 스트랜드는 랜덤 방식으로 놓여진다. 만들어진 전도성 직물들 또는 피륙(42, 도 5a 및 42', 도 5b)은 매우 얇게, 두껍게, 강하게, 구부러지기 쉽게 또는 고체 형태로 만들어질 수 있다.
유사하게는, 전도형이면서 옷감형 재료는 직조된(woven) 또는 웹형 미크론 스테인레스강 섬유 또는 다른 미크론 전도성 섬유들을 사용함으로써 형성될 수 있다. 상기 직조된 또는 웹형의 전도성 옷감들은 폴리에스터(들), 테플론(들), 케블러(들)(Kevlar) 또는 어떤 다른 바람직한 수지기 재료(들)과 같은 재료들의 하나 이상의 층으로 샌드위치 방식으로 적층될 수 있다. 상기 전도성 직물은 그때 원하는 형태 및 크기로 절단될 수 있다.
전도체 장전형 수지기 재료로 형성된 키 액추에이터 및 다른 스위치장치들은 사출성형, 압출 또는 화학 유도 성형 또는 형성 공정을 포함하는 다수의 방식으로 형성 또는 성형될 수 있다. 도 6a는 몰드(mold:50)의 하부(54) 및 상부(58)를 나타내는 사출금형의 단순화된 개략도를 도시한다. 전도체 장전 혼합형 수지기 재료는 사출구(60)를 통해서 몰드 캐비티(64) 안으로 사출되고 그 다음 균질화된 전도체 재료가 열 반응에 의해서 경화된다. 몰드의 상부(58) 및 하부(54)는 그때 분리 또는 나누어지고 키 액추에이터들 또는 다른 스위치장치들이 제거된다.
도 6b는 압출공정을 이용하여 키 액추에이터 및 다른 스위치장치들을 형성하기 위한 압출기(70)의 단순화된 개략도를 도시한다. 전도체 장전형 수지기 재료(들)는 압출 유닛(74)의 호퍼(80)에 배치된다. 피스톤, 스크류, 프레스 또는 다른 수단(78)은 그때 열 용융 또는 화학 유도 경화되는 전도체 장전형 수지기 재료를 압출구(82)를 통해서 가압하기 위하여 사용되고, 상기 압출구(82)는 상기 열 용융 경화 또는 화학 유도 경화되는 전도체 장전형 수지기 재료를 원하는 형태로 형성한다. 전도체 장전형 수지기 재료는 그때 화학 반응 또는 열 반응에 의해서 단단한 또는 가요성 상태로 충분히 경화되어서 사용할 준비가 된다.
본 발명의 장점들은 다음과 같이 요약될 수 있다. 효과적인 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치가 달성된다. 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치를 형성하는 방법이 달성된다. 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치는 전도체 장전형 수지기 재료로 성형된다. 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치는 제조 비용이 저렴하다. 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치는 폐쇄상태에서 낮은 저항을 가진다. 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치는 긴 예상 수명을 발휘한다. 전도체 장전형 수지기 재료로 형성된 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치의 저항 또는 긴 수명 특성은 전도체 장전형 수지기 재료 위에 금속층을 형성함으로써 변화될 수 있고 또한시각적 특성들이 전도체 장전형 수지기 재료 위에 금속층을 형성함으로써 변화될 수 있다. 전도체 장전형 수지기 재료로 형성된 키 액추에이터 또는 다른 스위치장치는 여러 형태의 재료로 통합될 수 있다.
양호한 실시예에 도시된 바와 같이, 본 발명의 새로운 방법 및 장치들은 종래 기술과는 다른 유효성 및 제조성을 제공한다.
본 발명은 특히 그 양호한 실시예를 참고하여 도시되고 기술되었지만, 당기술에 숙련된 당업자는 본 발명의 정신 및 범주 내에서 형태 및 구체 사항들을 다양하게 변화될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (53)

  1. 제 1 전도성 단자;
    제 2 전도성 단자; 및
    개방 위치 및 폐쇄 위치 사이에서 이동하는 전도성 필(pill)을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 전도성 단자들은 상기 폐쇄 위치에서 단락되고,
    상기 제 1 및 제 2 단자들은 상기 개방 위치에서 단락되지 않으며,
    상기 전도성 필은 베이스 수지 호스트내에 전도성 재료를 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 스위치장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수지 호스트에 대한 상기 전도성 재료의 중량비는 약 0.20과 약 0.40 사이에 있는 스위치장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 금속 분말을 포함하는 스위치장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 분말은 니켈, 구리, 은이거나 또는 니켈, 구리 또는 은으로 도금된 재료인 스위치장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 분말은 약 3㎛와 약 12㎛ 사이의 직경을 포함하는 스위치장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 비금속 분말을 포함하는 스위치장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 비금속 분말은 탄소, 그래파이트 또는 아민기 재료인 스위치장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 재료는 금속 분말 및 비금속 분말의 혼합물인 스위치장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 미크론 전도성 섬유를 포함하는 스위치장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 미크론 전도성 섬유는 니켈 도금된 탄소 섬유, 스테인레스강 섬유, 구리 섬유, 은 섬유 또는 그 혼합물인 스위치장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 미크론 전도성 섬유 조각들 각각은 약 3㎛와 약 12㎛ 사이의 직경과 약 2mm와 약 14mm 사이의 길이를 구비하는 스위치장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 전도성 분말 및 전도성 섬유의 혼합물인 스위치장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전도성 단자들중 적어도 하나는 베이스 수지 호스트내에 전도성 재료들을 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 스위치장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 가동 전도성 필은 키패드 상에 고정식으로 설치되는 스위치장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 키패드는 키보드 장치 상의 키패드들의 어레이의 일부인 스위치장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 키패드들의 어레이는 공통 멤브레인을 포함하는 스위치장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 멤브레인은 베이스 수지 호스트내에 전도성 재료들을 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 스위치장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 패드 구조체 및 스프링 구조체를 추가로 포함하고,
    상기 전도성 필, 상기 패드 구조체 및 상기 스프링 구조체는 모두 베이스 수지 호스트내에 전도성 재료들을 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 스위치장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 필은 상기 개방 위치 및 상기 폐쇄 위치 사이에서 이동하도록 축선을 중심으로 회전하는 스위치장치.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 필은 상기 개방 위치 및 폐쇄 위치 사이에서 이동하도록 3차원으로 경사지는 스위치장치.
  21. 제 1 전도성 단자;
    제 2 전도성 단자;
    패드 구조체;
    스프링 구조체; 및
    개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하는 전도성 필을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 전도성 단자들은 상기 폐쇄 위치에서 단락되고,
    상기 제 1 및 제 2 단자들은 상기 개방 위치에서 단락되지 않으며,
    상기 전도성 필, 상기 패드 구조체 및 상기 스프링 구조체는 모두 베이스 수지 호스트내에 전도성 재료를 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 키패드 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 수지 호스트에 대한 상기 전도성 재료의 중량비는 약 0.20와 약 0.40 사이에 있는 키패드 장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 금속 분말을 포함하는 키패드 장치.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 비금속 분말을 포함하는 키패드 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 비금속 분말은 탄소, 그래파이트 또는 아민기 재료인 키패드 장치.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 전도성 재료는 금속 분말 및 비금속 분말의 혼합물인 키패드 장치.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 미크론 전도성 섬유를 포함하는 키패드 장치.
  28. 제 21 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 전도성 분말 및 전도성 섬유의 혼합물인 키패드 장치.
  29. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전도성 단자들중 적어도 하나는 베이스 수지 호스트내에 전도성 재료들을 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 키패드 장치.
  30. 전도성 단자; 및
    개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하는 전도성 필을 포함하며,
    상기 전도성 단자와 상기 전도성 필 사이의 용량성 커플링(capacitance coupling)은 상기 개방 위치에서 보다 상기 폐쇄 위치에서 더 크고,
    상기 전도성 필은 베이스 수지 호스트내에 전도성 재료들을 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 스위치장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 수지 호스트에 대한 상기 전도성 재료의 중량비는 약 0.20과 약 0.40 사이에 있는 스위치장치.
  32. 제 30항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 금속 분말을 포함하는 스위치장치.
  33. 제 30 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 비금속 분말을 포함하는 스위치장치.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 비금속 분말은 탄소, 그래파이트 또는 아민기 재료인 스위치장치.
  35. 제 30 항에 있어서, 상기 전도성 재료는 금속 분말 및 비금속 분말의 혼합물인 스위치장치.
  36. 제 30 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 미크론 전도성 섬유를 포함하는 스위치장치.
  37. 제 30 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 전도성 분말 및 전도성 섬유의 혼합물인 스위치장치.
  38. 제 30 항에 있어서, 상기 키패드는 키보드 장치 상의 키패드들의 어레이의 일부인 스위치장치.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 키패드들의 어레이는 공통 멤브레인을 포함하는 스위치장치.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 멤브레인은 베이스 수지 호스트내에 전도성 재료들을 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 스위치장치.
  41. 제 38 항에 있어서, 패드 구조체 및 스프링 구조체를 추가로 포함하고,
    상기 전도성 필, 상기 패드 구조체 및 상기 스프링 구조체는 모두 베이스 수지 호스트내에 전도성 재료들을 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료를 포함하는 스위치장치.
  42. 제 30 항에 있어서, 상기 전도성 필은 상기 개방 위치와 상기 폐쇄 위치 사이에서 이동하도록 축선을 중심으로 회전하는 스위치장치.
  43. 제 30 항에 있어서, 상기 전도성 필은 상기 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하도록 3차원으로 경사지는 스위치장치.
  44. 수지기 호스트내에 전도성 재료를 구비하는 전도체 장전형 수지기 재료를 제공하는 단계; 및
    상기 전도체 장전형 수지기 재료를 스위치장치의 전도성 필로 성형하는 단계를 포함하며,
    상기 스위치장치는 전도성 단자; 및
    개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하는 전도성 필을 포함하는 스위치장치의 형성방법.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 수지 호스트에 대한 상기 전도성 재료의 중량비는 약 0.20과 약 0.40 사이에 있는 스위치장치의 형성방법.
  46. 제 44 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 금속 분말을 포함하는 스위치장치의 형성방법.
  47. 제 44 항에 있어서, 상기 전도성 재료들은 미크론 전도성 섬유를 포함하는 스위치장치의 형성방법.
  48. 제 44 항에 있어서, 상기 전도성 재료는 금속 분말 및 비금속 분말의 혼합물인 스위치장치의 형성방법.
  49. 제 44 항에 있어서, 상기 성형 단계는 상기 전도체 장전형 수지기 재료를 몰드 안으로 사출하는 단계;
    상기 전도체 장전형 수지기 재료를 경화시키는 단계; 및
    상기 전도성 필을 상기 몰드로부터 제거하는 단계를 포함하는 스위치장치의 형성방법.
  50. 제 44 항에 있어서, 상기 성형 단계는 상기 전도체 장전형 수지기 재료를 챔버 안으로 사출하는 단계;
    상기 전도체 장전형 수지기 재료를 상기 챔버로부터 세이핑 출구(shaping outlet)를 통해서 압출하는 단계; 및
    상기 전도체 장전형 수지기 재료를 경화시켜서 상기 전도성 필을 형성하는 단계를 포함하는 스위치장치의 형성방법.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 압출 단계는 상기 전도체 장전형 수지기 재료의 로드를 형성하고, 상기 전도성 필을 형성하기 위하여 상기 압출된 전도체 장전형 수지기 재료를 절단하는 공정을 추가로 포함하는 스위치장치의 형성방법.
  52. 제 44 항에 있어서, 상기 전도체 장전형 수지기 재료 주위에 금속층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 스위치장치의 형성방법.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 전도체 장전형 수지기 재료 주위에 금속층을 형성하는 상기 단계는 상기 금속층을 코팅함으로써 또는 도금함으로써 실행되는 스위치장치의 형성방법.
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