2017. 10. 21.

[IT 제품 구매가이드] 기계식 키보드 - 스위치 스프링

들어가며

Cherry MX 계열 스위치의 스프링은 스위치에 반발력을 결정하는 중요한 부품입니다. 물론 기계식 키보드를 처음 입문하는 사람은 스프링을 크게 관심을 가지지 않습니다. 처음 기계식 키보드를 구매하는 사람은 대게 Cherry MX 스위치 혹은 Gateron, Kailh, Outemu 등에서 만든 스위치 중 적축, 청축, 갈축에 대해서 찾아봅니다. 각 축의 특색이 과연 나와 어울릴지를 고민합니다. 결국, 결정하고 키보드를 즐겁게 사용합니다. 사용하다보면 이런 생각을 하는 사람도 나타납니다.
‘아, 키가 조금만 더 묵직했으면 좋겠다.’
‘아, 키가 살짝 가벼워서 경쾌하면 좋겠다.’
처음 선택하는 키보드는 대부분 쉽게 눌리는 스위치를 채택하고 있습니다. 스프링의 반발력이 크면 금새 피로가 느껴집니다. 특히 장시간 키보드를 이용해야 하는 사람은 곤혹스럽습니다. 그렇기 때문에 대부분의 키보드 제조사는 가볍게 눌리는 스위치로 채택합니다. 적축, 갈축은 손꼽히는 가벼운 스위치에 속합니다. 청축은 중간 정도의 힘이 드는 스위치에 속합니다.
하지만 앞에서 언급하였듯이 여기에 만족하지 못한 사람들이 있습니다. 이 사람들은 가장 먼저 다른 축은 무엇이 있는지 알아봅니다. 운 좋게 새롭게 선택한 축이 마음에 든다면 다행이지만 그것으로도 만족하지 못하는 사람들은 결국 스프링의 세계에 발을 내딛게 됩니다. 이 글은 기계식 스위치의 스프링에 대해서 다루도록 하겠습니다.

기계식 스위치의 부품
Cherry MX 계열 스위치는 다음과 같은 부품으로 구성됩니다.

  • 상부 하우징
  • 하부 하우징
  • 스위치 축(스템)
  • 스프링

 상부 하우징과 하부 하우징은 모든 스위치에 공통으로 사용되는 부품입니다. 스위치 간의 차이는 축과 스프링에서 나옵니다. 위의 이미지에서도 볼 수 있듯이 스위치는 매우 다양합니다. 그리고 자세히 살펴보면 알 수 있듯이 조금씩 다른 스프링이 함께 있다는 것을 알 수 있습니다.
스위치의 축은 키 스위치를 누르는 손끝에 전달되는 느낌을 결정합니다. 적축은 스위치가 매끈하게 눌러집니다. 청축은 딸깍 소리가 날 정도로 축이 걸려있다가 넘어가면서 소리를 냅니다. 갈축은 부드럽게 턱을 넘는 느낌이 납니다.
스위치의 스프링은 키 스위치의 반발력을 결정합니다. 스프링의 반발력이 약하면 우리는 손쉽게 스위치를 누를 수 있습니다. 반대로 강하면 더 많은 힘으로 스위치를 눌러야 합니다. 그래서 반발력이 약한 스프링은 경쾌한 느낌이 나고, 반발력인 강한 스프링은 묵직한 느낌이 납니다.

적축과 흑축의 차이는 스프링이다
적축과 흑축이라는 스위치의 이름만 본다면 뭔가 완전히 다른 것처럼 느껴질 수 있습니다. 적축과 청축은 정말 큰 차이를 난다는 것은 대부분 기계식 키보드 사용자들이 알고 있기 때문입니다. 사실 적축과 흑축은 두 가지 차이점이 있습니다. 하나는 축의 색깔이 다르다는 것이고, 또 다른 하나는 스프링이 다르다는 것입니다. 다시 말해서 축의 모양은 완전히 동일합니다. 스위치의 하우징을 열지 않더라도 스위치를 구분할 수 있게 축의 색을 다르게 만든 것입니다. 만약 그렇지 않았다면 눌러 봐야지만 그 차이를 구분할 수 있기 때문입니다. 이렇게 스프링은 스위치를 구분할 정도로 중요한 요소입니다.
참고로 갈축과 Clear축은 축 모양 자체가 조금 다릅니다.




각 스위치 별로 축의 모양과 스프링이 어떻게 다른지 자세하게 확인하고 싶다면 여기로 가보시길 바랍니다. 각 스위치의 부품을 클로즈업 한 사진이 매우 많습니다. 대부분의 외형 차이는 쉽게 확인할 수 있을 것입니다.

스프링의 반발력? 무게? 힘?

이제 스프링의 핵심적인 기능인 반발력에 대해서 알아보겠습니다. 어떤 이들은 스위치가 버티는 무게라고도 말합니다. 외국 커뮤니티에서는 spring force로 표현합니다. 저는 반발력이라고 표현하도록 하겠습니다. 앞에서도 말했듯이 스프링의 반발력에 따라 스위치가 얼마나 경쾌한지 쫀득한지가 결정됩니다. 하지만 반발력이 지나치게 약하면 밋밋한 느낌이 들고, 지나치게 강하면 뻑뻑한 느낌이 듭니다. 그래서 자신에게 가장 적당한 경쾌함이나 쫀득함, 묵직함을 찾으려면 각 스프링의 반발력을 구체적으로 알아야 합니다.
참고자료는 InputClub에서 가져왔습니다. 이 사이트는 K-Type 키보드, WhiteFox, Infinity ErgoDox와 같은 키보드를 디자인하고 판매하고 있습니다. 그리고 Massdrop과 분쟁으로 판매가 중지되어 있는 Input Club Halo True, Input Club Halo Clear와 같은 독특한 스위치를 만들기도 하였습니다.






키보드 구경은 그만하고 다시 스프링을 다루겠습니다. 스프링의 반발력의 기준은 키가 완전히 눌렸을 경우의 탄력을 의미합니다. 보통 Cherry MX 스위치는 키를 4mm까지 누르면 축이 더이상 내려가지 않습니다.



축이 하부 하우징에 닿으면 당연히 더이상 내려가지 않을 것입니다. Cherry MX 스위치는 이 거리가 4mm입니다. 다음 그래프는 InputClub의 스위치 관련 자료에서 다운로드 받은 것입니다. 가로축은 스위치가 눌린 거리이고, 세로축은 축과 스프링이 만들어 내는 힘을 나타냅니다. 파란색 선은 누를 때에 사용되는 힘을 나타내고, 주황색 선은 손을 뗄 때에 사용되는 힘을 나타냅니다. 우선 파란색 선을 중심으로 살펴보겠습니다. 가로축 4mm에서 사용되는 힘은 약 55gf입니다. 즉 스위치가 완전히 눌러졌을 경우, 스프링의 반발력이 54gf라는 의미입니다.


다음 표는 Cherry MX Red 관련 수치입니다.
Style
Linear
Manufacturer
Cherry
Stem Color
Red
Actuation Force
Light
Tactile Method
None
LED Styles
SMD RGB w/ lense
Single color thru-hole
Tactile Peak Force
(갈축 걸리는 부분의 최고 반발력)
None
Actuation Force(입력 시점 반발력)
~37 gf
Bottom-Out Force
(바닥에서 튀어오를 때의  반발력)
~54 gf
Spring Force(스프링 반발력)
~54 gf
Hysteresis Force
~15 gf
Overall travel
~4 mm
Tactile event
None
Actuation
~1.5 mm
Cross-point
Gold plated cross-point
우리가 주목한 항목은 빨간색으로 표시해두었습니다. Bottom-Out Force(바닥에서 튀어오를 때의 반발력)과 Spring Force(스프링 반발력)이 동일하게 나타내고 있습니다. 다른 스위치도 이 두 수치는 동일하므로, 우리는 스프링 반발력을 보도록 하겠습니다. Cherry MX Red(적축) 스프링의 반발력은 약 54gf라는 것을 확인할 수 있습니다. 위의 그래프의 4mm 지점의 반발력과 동일합니다. 이제 우리는 각 스위치의 Force Curve(스위치를 누르는데 소모되는 힘을 나타내는 그래프)만 봐도 스프링의 반발력을 알 수 있을 것입니다.
이번에는 Cherry MX Brown(갈축)을 살펴보도록 하겠습니다.
Style
Tactile
Manufacturer
Cherry
Stem Color
Brown
Actuation Force
Light
Tactile Method
Metal Leaf
LED Styles
SMD RGB w/ lense
Single color thru-hole
Tactile Peak Force
~45 gf
Actuation Force
~37 gf
Bottom-Out Force
~55 gf
Spring Force
~55 gf
Hysteresis Force
~18 gf
Overall travel
~4 mm
Tactile event
~1 mm
Actuation
~2 mm
Cross-point
Gold plated cross-point
그래프와 표를 기본으로 스프링의 무게를 쉽게 파악할 수 있습니다. 그래프의 4mm 지점의 힘은 약 55gf이고, 이 값은 당연히 표와 일치할 것입니다. 적축과는 다르게 Tactile Peak Force가 있습니다. 갈축의 돌기에 걸리면서 적축보다 더 많은 힘이 사용됩니다. 돌기에 걸리는 부분 중 최고 힘은 약 45gf입니다.
그리고 두 축은 키가 입력이 되는 시점에서의 사용된 힘은 37gf로 동일합니다. 적축의 경우에는 입력 시점의 힘이 중요합니다. 키가 입력되기 위해서는 반드시 37gf 이상의 힘이 필요합니다. 흔히 구름타법으로 적축을 칠 수 있는 이유도 37gf의 힘만 가하면 입력이 발생하기 때문입니다. 물론 구름타법으로 갈축을 칠 수 있습니다. 하지만 갈축의 돌기때문에 입력 시점의 힘(Actuation Force)인 37gf가 아니라 Tactile Peak Force인 45gf를 넘어야 합니다. 그래야 입력이 발생합니다. 즉, 갈축과 같은 돌기가 있는 축은 Tactile Peak Force가 가장 중요합니다. 이는 청축 계열도 마찬가지입니다.

스프링을 바꿔보자

이제 스프링의 반발력을 알았으니 자신이 원하는 스프링만 찾으면 됩니다. 스프링을 선택하는 방법은 단순합니다. 적축을 사용하고 있는 경우를 가정하고 진행해보겠습니다.
적축은 상당히 가벼운 스위치입니다. 너무 쉽게 눌러져서 아쉬운 사람은 조금만 더 묵직하고 쫀득하면 좋겠다는 생각을 할 것입니다. 적축과 같은 리니어(linear) 계열은 축의 모양이 동일하므로 스프링을 통해서만 변화를 줄 수 있습니다. 물론 흑축을 구매할 수도 있습니다. 하지만 흑축은 생각보다 스프링의 반발력이 큽니다. 자료에 따르면 적축의 스프링 반발력은 약 75gf이고, 입력 시점의 힘은 약 55gf입니다. 적축을 끝까지 눌렀을 때의 힘을 가해야만 비로소 입력이 발생합니다. 물론 이 정도로 묵직한 스위치를 원하는 사람에게는 좋은 선택이 될 수 있습니다. 하지만 적축보다는 묵직하고 쫀득하지만 흑축보다는 경쾌했으면 좋겠다는 사람도 있기 때문입니다. 다른 제조사의 축을 선택할 수도 있습니다. 이 경우는 제외하고 스프링을 변경해서 원하는 느낌을 만들도록 하겠습니다.
우리가 선택할 스프링의 반발력은 55gf에서 75gf 사이일 것입니다. 흔히 판매하는 스프링의 반발력은 다음과 같습니다.


주의할 점은 위에 표시된 무게는 입력 시점 힘(Actuation Force)으로 표현된다는 점입니다. 적축과 갈축의 경우, 이 값은 37gf였습니다. 그러므로 45gf를 선택하면 좀더 묵직하고 쫀득한 느낌을 받을 수 있습니다. 반대로 30gf를 선택하면 키가 훨씬 누르기 편해질 것입니다.
커스텀 키보드 관련 제품을 판매하는 Winkeyless(우리나라 사이트)에서는 55g, 58g, 62g 스프링을 판매하고 있습니다. 여기서의 수치는 스프링 반발력, 다시 말해 키 스위치가 끝까지 눌렸을 때의 힘을 의미합니다. 적축과 갈축의 이 힘은 55gf이므로 58gf와 62gf 스프링을 선택하면 원하는 결과를 얻을 수 있을 것입니다.

스프링 교체 예시

이 글을 작성하는 스위치는 갈축의 스템과 청축의 스프링을 조합한 것입니다. 청축의 반발력을 적축과 갈축의 스프링과 동일하다고 착각하는 사람도 있습니다. 저도 예전에 그렇게 생각하였습니다. 하지만 Input Club의 실측 그래프를 보면 약간의 차이가 있음을 알 수 있습니다.
그래프에 따르면 스프링의 반발력은 60gf를 가리키고 있습니다. 확실히 적축과 갈축의 스프링보다 5gf 무겁다는 것을 알 수 있습니다. 실제로 갈축 스템에 청축 스프링을 넣어서 사용해본 결과, 이전 갈축과는 다르게 묵직함이 추가되었다는 것을 느낄 수 있었습니다. 갈축이 살짝 가벼운 느낌이었다면 스프링의 반발력이 강해진만큼 단단하고 도각도각 거리는 느낌이 강해졌습니다. 하지만 이 글을 작성하면서 장시간 사용하면서 약간의 피로도 느껴집니다. 그래서 저는 58gf 스프링을 사용해볼 예정입니다. 무겁지도 가볍지도 않는, 저에게 딱 맞는 스위치를 얻을 수 있을 것으로 예상됩니다.
추가로 Ergo Clear라는 조합도 가능합니다. Clear축의 스템과 적축 혹은 갈축의 스프링을 조합한 경우입니다. 이 스위치에 대한 자세한 내용, 스위치 분해 및 스프링 교체에 대한 글은 여기서 확인할 수 있습니다.

마치며

스위치를 바꿔도 완벽함을 추구하지 못한 사람들은 스위치를 분해해야만 합니다. 그리고 스프링도 교체할 것입니다. 잘 구축되어 있는 데이터를 참고하여 자신만의 스위치를 잘 디자인하길 바랍니다. 참고할만 자료는 다음과 같습니다.

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