[스크랩] 제품설계 총론 요약4

제 4 편 통신단말기의 기구설계 적용

제 1 장 Handset의 설계기준

통화에 지장을 일으키지 않을 정도의 음량과 음질을 얻기 위한 송화기 및 수화기 등을 내장 시킬 수 있는 크기가 필요하고, 귀와 수화구와의 밀착성 우수, 송화구를 입 가까이 올 수 있는 구조, 적절한 무게와 쥐기가 편리, handset 잡은 손가락이 뺨에 닿지 않도록 함, 송화구가 입에 접촉되지 않는 구조이어야 함.

이들을 만족할 수 있는 대표적인 handset은 미국형 K-1 handset이다.

(1) Receiver와 Transmitter의 중심거리 및 각도

그림 1.1을 참조한다.

(2) 무게와 중심

hand set의 무게는 180gr~200gr 범위로 한다. 무게중심은 receiver 측의 끝단으로부터 전체 길이의 1/3지점에서 1/2 지점이내에 들어오도록 한다. (hook switch의 확실한 동작과 전화기를 벽궤용으로 전환사용시 유리)

(3) receiver의 구조는 사용자의 귀에 완전 밀착될 수 있는 구조가 되도록 구형상으로 하고 깊이는 3~7mm, 치수는 ∅40~∅50 범위로 한다. 그밖의 handset 설계시 고려해야 할 사항.

① receiver & transmitter unit의 고정방법

양 unit의 handset내에 고정시 rubber ring pad 등을 lower part에 삽입시켜 음이 새지 않도록 밀착될 수 있는 구조이어야 한다. upper part등을 완전 조립된 상태에서 drop test(높이 150cm)에 의해 unit 들이 이탈되는 현상이 없도록 견고히 고정되어야 한다.

② part line

upper part와 lower part가 만나는 경계면의 간격은 0.5~1mm로 전주가 일정하게 유지하여야 한다.

③ lower part에는 내부배선 처리를 위한 wire guide 구조가 있어야 한다.

제 2 장 Plunger

plunger는 전화기내에 실장되어 있는 hook switch를 동작시켜주는 것으로 handset의 자중을 hook switch에 전달시켜주는 중간매개체이다. 설계시 세심한 주의가 필요하다.

① stroke : 5~8mm를 유효범위로 하며, plunger만의 실제가능동작 stroke는 유효범위의 전후 0.5mm 이상의 여유를 확보하여야 한다.

전기적인 동작은 plunger의 유효 stroke의 25~75% 범위내에서 이루어지도록 한다.

② operating force : handset무게의 30~35% 하중에서 완전히 하강할 것.

③ handset을 역방향으로 하여 전화기의 cradle에 안착시에도 plunger 동작(회로 접점동작)이 이상 없도록 하는 것이 좋다.

④ housing의 plunger guide hole과 plunger의 clearance

   -상하운동 type : 0.8~1.0mm (양측합계 clearance)

   -Hinge type : 0.8 ~ 1.5mm (양측합계 clearance)

⑤ 동작시 가능한 마찰면적이 작도록 하는 구조이어야 하며 재료는 마찰계수가 적은 POM으로 쓸 수도     있다.

⑥ handset과 plunger와의 접촉지점은 동작초기부터 완료까지 구간에서 일정한 지점을 유지하면서 동작토록 한다.

⑦ 외부충격에 의해 plunger가 위치 이탈이 되어서는 안 된다.

⑧ 무접점 hook switch(photo-interrupter)를 사용하는 경우 plunger의 재료는 빛을 완전차단 할 수 있는 것으로 사용해야 한다.(PC, PE, POM같이 투명하거나 반투명재료는 사용불가.

제3장 Rubber Key Pad & Button

3-1 Rubber Key Pad의 설계

1) 사용 재료

silicon rubber

2) Operating Force

① 일반적 : 140 35gr

② 소형 : button(면적 75 범위) : 120 30gr

③ cellular phone : 200 40gr

3) stroke

1~2 0.1mm

4) life cycle

100만회 이상

5) Hardness (Hs A 또는 Durometer)

50 ~ 70 (insulative rubber 부위)

6) Tactile Feeling

rubber key pad에서 tactile feeling이 있도록 설계되어야 하며, skirt 부위의 형상에 따라 그 특성을 달리한다.

* air path의 목적은 key pad의 key가 눌리고 복구될 때 공기의 순환을 위한 것으로 동작의 원활을 위해 필요하다.

7) Conductive Rubber

표면저항은 100Ω 이하이어야 하며 직경은 대부분 ∅3~∅4를 사용한다.

길이가 긴 key는 한 keyso에 2곳 또는 한개의 타원형 conductive rubber를 사용하거나, 또는 키 주변 2곳 4곳(크기가 큰 key의 경우)에 돌기를 세워 key의 편측을 눌렀을 때 conductive rubber가 기울어지면서 PCB의 접점과의 접촉불량을 방지한다.

8) Key Pad 설계시 Guide

* p476~478 그림과 표 참조

9) 일반치수 공차

표 3.1 key pad의 제작공차

Range (mm)	Tolerance
10	0.1 mm
10.1 ~ 20	0.15 mm
20.1 ~ 30	0.2 mm
30.1 ~ 40	0.3 mm
40.1 ~ 50	0.4
50.1 이상	1 %

10) ESD(정전기) 방지 Key Pad Rubber 구조

bottom군의 주변에 사각 rib를 성형시켜 그 사각 rib를 덮도록 key pad 주변에 테두리를 형성시킨다.

* p478 그림3.4(ESD 방지 구조) 참조

3-2 Plastic Button의 설계

1) Plastic Button과 Button Hole(그림 3.5 참조)의 Gap

0.15 ~ 0.2

2) Stroke 관련 Button(Plastic 또는 Rubber)의 표면에서 돌출높이

높이 (S : Storke)

그림 3.5 Button 과 button hole 관련치수 및 rubber key pad와의 관련치수

3) Button Sticking (Button이 눌려진 상태에서 복구하지 못하는 상태)

button sticking를 피하기 위해서는 자유상태에서 button의 stroke와 관련하여 돌출높이에 주의하여 button의 구석을 눌렀을 때 button hole 표면이하로 잠기지 않도록 한다.(button hole 주변의 burr로 인한 button sticking 방지목적 및 조직 편리성 도모 목적).

그리고 이때 key pad rubber의 형상이 ring top, ring dome top일 때 over stroke가 있음을 주의해야한다.

4) Button과 Rubber Key Pad와의 결합치수(그림 3.5 참조)

그림에서와 같이 button의 밑면과 rubber key pad 윗면이 0.1~0.15mm 만큼 눌려 조립되도록 관련치수를 정하고, key pad를 잡아주는 housing rib도 바닥면을 0.1~0.15mm 눌려지도록 rib의 길이 또는 관련치수를 정한다(이것을 관련치수의 공차로 인해 조립후 button이나 key pad가 상하 방향으로 유동발생을 방지하기 위해서이다).

3-3 전면조광 Button의 구조

기능의 동작표시가 필요한 button(예를 들어 C/T(codrless telephone)의 통화 button, SLT(single line telephone) 등의 speaker phone button, key phone의 Hold 또는 국선 button 등)을 일부 조광 방식 또는 LED를 button의 외부 인접부근 실장방식에서 전면을 조광하는 방식으로 사용하는 경우가 많아졌다. 이는 제품의 새로운 분위기, 고급스런 design의 효과를 얻기 위한 것이다.

button의 전면을 조광시키기 위해서는 LED를 buttonso의 중앙에 실장시키는 것이 효과적이며, 통상 button의 경우 동작의 원활성을 위해 key pad의 접점의 위치가 충앙에 실장되었으므로 본 전면조광 button의 구조는 기존 button의 것과 달라져야 한다.

그림 3.6은 plastic을 사용하는 전면조광 button의 구조 예로서 사용되는 plastic 재질은 PMMA이며 은은한 빛을 내기 위해 우유빛을 착색시켰고, 내부의 형상은 오목형으로 button의 가장자리에 4개를 설치한 것이다. 그림 3.7은 plastic button을 사용하지 않고 반투명 silicon rubber를 사용해 key pad와 button을 겸한 구조이다.

    

           그림 3.6 Plastic button을 사용한 전면조광 Button

                       그림 3.7 Rubber를 사용한 전면조광 Button

제 4 장 Switch/Volume (Potentiometer) 및 Knob

4-1 Hook Switch의 선정

hook switch는 plunger와 기구적으로 연동시켜 착발신 되었을 때 loop를 구성 및 개방시키는 switch로 보통 handset의 자중을 이용하여 동작된다.

hanset 선정시 고려사항,

① 접점회로수가 전화기 회로에 만족할 것.

② H/S의 접점 동작은 총 stroke의 25~75% 범위내에서 이루어져야 한다.

③ life cycle : 20만회 이상이고, 접촉저항 100m 이내일 것.

④ 접점의 구동에서 sliding 방식으로 동작되는 switch는 동작시 click음을 발생시킬 수 있어 좋지 않다.

* stroke가 작은 switch (예: micro switch 등)는 hook switch로 적당하지 못하다.(동작불안의 원인이 된다.)

* hook switch로서 기계적 접점 switch외에도 keyphone의 경우에서는 무접점 switch(photo interrupter)이용하여 plunger에 의해 on-off시키는 방법이 많이 사용된다.

4-2 일반용도 switch

switch에는 그 종류가 다양하며 기구 및 전기적 용도에 맞게 선택해야 한다.

switch 종류에는 다음과 같은 것이 있다.

표 4.1 Switch의 종류와 용도

switch 종류		적용 예
① Push switch	locking type	OHD. Hold 등
	Non-locking type	OHD, Function switch 등
② slide switch (2단형, 3단형)		T/P, Volume control 등
③ Tact switch		Dial, Function switch, Vol, up-down 등
④ Micro switch		내부 signal 절환용 등
⑤ 연동 switch		2-line tel.(L1, L2, Hold, Conf) 등
⑥ Lever switch(Toggle switch)		power on-off switch 등
⑦ See-Saw switch		power on-off switch, key phone H/T/p 용
⑧ Reed switch		Magnet에 의해 동작되는 근접 sensor용 switch

* OHD : On Hook Dialing.                    T/P : Tone/pulse(전자식/기계식)  

  Vol : volume                               Tel. : Telephone

  L1 : Line 1(국선 1),                        L2  : Line 2 (국선2)

  Conf : conference                          H/T/P : High/Tone/pulse

* p486~487 그림 참조.                

(1) 일반 Switch 관련 용어

1) Shorting Type

make before break (회로절단시 단자간이 전기적으로 일단 접속한 후 절환하는 것)

2) Non-shorting type

break before make (회로절환시 단자간이 전기적으로 일단 OFF가 되는 것)

3) Muting Circuit

회로끼리의 절환타이밍(changeover timing)을 지연시키기 위한 회로. 각종 절환 noise 방지를 하기 위해 각 회로간의 절환도중을 ON 또는 OFF시키는 switch 회로

4) 전원 Switch의 회로구성

주로 전원 스위치에 이용되는 미소전류용 스위치의 회로구성.

4-5 Volume (Potentiometer)

volume은 기계적 동작의 변화에 따라 그 저항값이 변화되도록 한 부품으로 ringer volume, speaker volume 등에 사용되며 그 종류는 다음과 같다.

① Slide Vol. {stroke (rtavel)는 10, 16, 20, 25mm가 일반적이며 대개는 PCB mounting형을 많이 사용한다.)

      -vertical mount

                      2type

      -horizontal mount

② Rotary Volume

     with on-off switch

     without on-off switch

* volume 선정 시 resistance taper 특성에 유의하여 선정한다. resistance taper는 Vol의 stroke(travel)에 따라 저항의 변화값을 나타내는 것으로 A, B, C, D & W type이 있다.

4-4 Knob

slide switch나 volume에서 그 자체의 stem(머리부)이나 shaft를 밖으로 노출시켜 조절하는 경우도 있으나 대개는 knob를 끼워 사용하게 된다. 이때 stem이나 shaft의 치수는 maker의 catalog 및 sample을 참조하여 설계토록 한다.

knob과 knob이 결합되는 housing의 구조는 접촉(마찰면)이 가급적 적도록 하여 원활하게 동작토록 하고, knob의 동작구간의 opening hole에 의해 장치내부가 외부에서 보이지 않도록 설계한다.

제 5 장 Membrane Switch

membrane switch는 plastic film을 이용하여 제작된 switch로서 key pad로 많이 이용된다.

특징으로는, 

① silk 인쇄에 의해 panel의 다색인쇄가 가능하고 또한 key layout도 자유롭다.

② 표면이 plastic film으로 덮어져 있어 밀폐성이 좋아 내환경성이 우수하다.

③ plastic film의 적층구조이므로 초박형, 경량이다.

(flat type은 key를 누르는 촉감이 없는 것이 큰 단점이다.)

제 6 장 Spring 설계기준

6-1 요점

(1) Coil spring

coil spring의 설계시에는 사용목적, 조건에 따라 재료를 선정하고, 재료의 직경 d, coil 평균직경 D, 유효권수 Na 등을 결정한다. 즉, spring에 작용하는 하중, P, spring deflection , 응력 , 등이 주어지면 d, D, Na 등을 계산으로 구할 수 있으나, 실제는 D값을 정하고 d, Na를 구한다.

(2) 판 spring

판 spring의 설계는 사용목적 조건에 따라 재료를 선정하고 spring에 생기는 응력 , deflection , spring 정수 k 등을 산출하고 가정한 치수가 적절한지 결정한다.

6-2 Spring용 재료의 탄성계수

재료	횡탄성계수 G (kg/mm )	종탄성계수 E (kg/mm )
-스프링강 - 경강선 -piano선 -Oil tempered 선
stainless steel 선
양백선
황동선
인청동선
베릴늄동선

표 6.1 각 재료의 G 및 E 값(값은 KS B 2406에서 발췌)

6-3 인장/압축 coil Spring의 기본 공식

* p496 참조.

* coin spring의 설계상 고려사항

6-4 판 Spring의 기본공식

* p497 참조.

6-5 Torsional Coil Spring의 기본공식

* p497 참조.

제 7 장 PCB(Printed Circuit Board : 인쇄회로기판)

7-1 PCB 설계순서 및 고려사항

① PCB가 양면인지 단면인지 결정하고 재질 및 두께를 결정한다.

  * 일반적인 PCB 두께는 1.6t이나, 0.8, 1.0, 1.2, 2.4t 등을 필요에 따라 사용할 수도 있다.

② PCB관 size를 결정할 때는 p506~507(표7.2-7.3)의 표를 참조한다.

③ punching으로 가공되는 PCB(phenol)는 다음의 치수를 준수한다.

  *p505 그림7.1(phenol PCB의 punching) 참조.

④ screw 고정용 hole은 고정용 screw head의 지경과 고정용 boss 직경을 감안하여 component와 pattern이 지나가지 않도록 도면에 표시한다.

screw 호칭경	D1	D2
*M4	4.5	11
M3	3.5	7
M2.5	2.8	6
M2	2.3	5

                                                                                                      * : KSU에 적용됨

⑤ connector의 wire는 가능한 그 길이가 짧은 위치에 놓이도록 connector 위치를 도면에 표시한다.

⑥ case 내부의 허용공간을 감안하여 최고 허용높이를 등고선 식으로 PCB 도면에 표시한다.

   *p509 그림7.2(a) PCB 도면의 예. 참조

⑦ 부품의 Hole information 예

  *p510~511 그림7.2(b,c) Tact switch의 외형도 참조.

7-2 PCB 재질의 특성

(1) Copper Clad Phenolic Laminate

두께 0.1~0.2mm의 종이 바탕에 phenol 수지를 침투시켜 이것을 여러장 겹쳐 가열, 압축시킨 것.

가격저렴, 구부림강도, 취성, 기계적강도, 전기적 특성등 열세

단면 PCB재료로 많이 쓰임.

(2) Copper Clad Epoxy Laminate

유리천(glass cloth) 바탕에 epoxy 수지를 침투시켜 가열 압축하여 제작되는 것.

기계적, 전기적 특성 우수하며, 동박의 접착성도 우수하다.

양면 PCB, 다층(multi-layer) PCB등에 사용

7-3 PCB 관련용어

① NEMA 규격

National Electrical Manufactures Association(미국전기기기 제조자 협회)의 규격.

현재 NEMA는 ANSI(American National Standard Institute) 산하에 들어가 ANSI 규격으로 바꾸었으나 NEMA와 병행하여 사용

② Art work

작성된 회로를 PCB로 제품화하기 위한 배선작업

③ Bare PCB

PCB 원판가공이 끝난 상태의 PCB(부품이 장착되기 이전)

④ SMT (Surface Mounting Technology)

PCB 부품삽입용 hole을 뚫지 않고 PCB 표면에 부품을 붙이는 기술.

⑤ FPC (Flexible Printed Circuit)

FPC는 절연성과 가용성(flexibility)을 함께 가진 얇은 base film의 표면에 전도재료(주로등박)로서 회로설계에 의한 배선을 형성시킨 것.

주로 전선, cable의 대체품으로 사용.

출처 : Korea Engineering & Manufacturing Forum(켐프-구, 컴제포)

글쓴이 : 정은식 원글보기

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