CN107342175B - 可升降弹性结构及包含该弹性结构的按键及键盘 - Google Patents

Abstract

一种可升降弹性结构及包含弹性结构的按键及键盘，弹性结构包括支撑件及弹性件；支撑件包括第一杆及第一杆两端的第二杆，两个第二杆末端均向内延伸设有第三杆，两个第三杆位于同一直线；弹性件包括相互平行的第一转轴及第二转轴，二者末端之间通过弹簧连接，第一转轴外周套设有第一轴套，第一轴套与第一杆平行且固定连接。按键还包括矩形的底板及底框，以及位于底板上方的升降架和键帽，升降架的底部与顶部分别与底板及键帽铰接。键盘还包括驱动轴、牵引带，及轴突滑槽结构。本发明可以代替目前键盘的硅胶帽，进一步降低键盘的厚度，另外，还可以拥有比硅胶帽更长的使用寿命。

Description

可升降弹性结构及包含该弹性结构的按键及键盘

技术领域

本发明涉及一种电脑键盘结构，特别是一种可升降弹性结构及包含该弹性结构的按键及键盘。

背景技术

目前主流键盘上普遍安装的是硅胶帽按键，其中内置的硅胶帽作为键盘的弹性结构，当指尖不用力或者轻微用力时，硅胶帽能够支撑住指尖，当指尖施加的压力超过其支撑力的时候才会突然被按下，并在压力消失后回弹，因此该类按键能够产生良好的击键和回弹手感，被消费者普遍接受。

但是由于硅胶帽的厚度过大，约3毫米，直接导致了该类按键乃至键盘的厚度无法降低，不适合目前电子产品比如ipad、超级本电脑等的轻薄化趋势。

因此，目前急需一种新型弹性结构及新型按键，既能够产生硅胶帽按键的手感，又能大大降低自身厚度。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种可升降弹性结构，其可以代替目前键盘的硅胶帽，进一步降低键盘的厚度，另外，还可以拥有比硅胶帽更长的使用寿命。

本发明的目的之二是提供一种包含上述可升降弹性结构的按键，其可以代替目前键盘的硅胶帽按键，进一步降低键盘的厚度，另外，还可以拥有比硅胶帽按键更长的使用寿命。

本发明的目的之三是提供一种包含上述可升降弹性结构的键盘，其可以代替目前使用硅胶帽按键的键盘，进一步降低键盘的厚度，另外，还可以拥有比硅胶帽键盘更长的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种可升降弹性结构，它包括支撑件及弹性件；

该支撑件包括第一杆及该第一杆两端的第二杆；两个第二杆末端均向内延伸设有第三杆，两个第三杆位于同一直线。优选的，该支撑件整体呈矩形，该第一杆与第二杆垂直，两个第二杆相互平行。

该弹性件包括相互平行的第一转轴及第二转轴，二者末端之间通过弹簧连接，该第一转轴外周套设有第一轴套，该第一轴套与该第一杆平行且固定连接。

进一步的，所述第二转轴外周套设有第二轴套。

进一步的，所述第一转轴及第二转轴在与所述弹簧连接的另一端设有向内延伸的阻挡部。

进一步的，所述弹簧具有弹性杆，该弹性杆呈折线型。

一种按键，它包括所述的弹性结构，还包括矩形的底板及底框，以及位于该底板上方的升降架和键帽，该升降架的底部与顶部分别与该底板及键帽铰接；该升降架具有供上述可升降弹性结构穿过并工作的开口；

该底框位于该底板上，且能在一第一位置和一第二位置之间直线滑动，该底框与该底板之间具有对应该第一位置和第二位置的锁定结构，使该底框在该第一位置或第二位置固定不动；

该升降架位于该底框内部，所述第二转轴设于该底框上，所述支撑件位于该底框内部且位于该升降架内部，所述弹簧位于该升降架的开口处；所述第三杆与该键帽底面或者该底板顶面铰接，所述第一杆在该底板顶面或该键帽底面滑动；

该底板与该键帽之间设有柔性的电路板，该电路板具有触位，该键帽底面具有对应的第二触点；

当该底框位于第一位置时，该键帽在所述弹性件的作用下保持靠近该底板；当该底框位于第二位置时，该键帽在所述弹性件的作用下保持远离该底板，并且在外力的作用下能再次靠近该底板。

进一步的，所述第一杆外周设有防脱扣，该第一杆在该防脱扣内滑动，该防脱扣与对应的底板或键帽固定连接，该第一杆与该底板或键帽之间设有耐磨层。

进一步的，所述底板两侧向上延伸设有L型的限位板，与该底板形成滑槽，所述底框两侧位于该滑槽内。

一种键盘，它包括多个所述的按键，多个按键的底板及底框均分别相接为一体，形成总底板和总底框；

该总底框一端具有至少一个滑槽，该滑槽包括相连的直滑槽和斜滑槽，该直滑槽与斜滑槽之间的夹角为钝角；

该总底板对应该滑槽的位置具有一道凹槽，该凹槽与该直滑槽平行，一端设有向下弯折的弧形弯板；该凹槽外周套设有环状的牵引带，该牵引带一端位于该弧形弯板，另一端内侧设有驱动轴，该牵引带能随该驱动轴同步转动；该牵引带位于该凹槽内的部分固定设有连杆，该连杆顶部设有与各滑槽对应的轴突；该轴突能在该滑槽内滑动，当该轴突位于该斜滑槽末端时，保持该总底框位于所述第一位置；当该轴突位于该直滑槽中时，保持该总底框位于所述第二位置。

进一步的，所述斜滑槽与直滑槽的连接处为弧形。

进一步的，所述的键盘，还包括用于控制所述电路板通断的按键识别装置；当所述总底框位于所述第一位置时，该按键识别装置关闭，该电路板断开；当所述总底框位于所述第二位置时，该按键识别装置打开，该电路板接通。

本发明的有益效果是：本发明的可升降弹性结构及包含该弹性结构的按键及键盘，在不降低按键舒适度，不增加成本的情况下，可以大大降低键盘的携带厚度，增加了便携性，非常适合安装到类似ipad、超级本等的电子产品上，可以适应未来轻薄化的趋势，解决了长期以来困扰本技术领域研发人员的难题，具有广阔的市场前景和巨大的推广优势。另外，由于硅胶帽容易老损氧化，而本发明采用机械结构，大大延长了使用寿命，并且比硅胶帽的结构容易更换维修。

附图说明

图1A是本发明可升降弹性结构的实施例1的结构示意图。

图1B是本发明可升降弹性结构的实施例2的结构示意图。

图2是本发明按键的结构示意图。

图3A、图3B、图3C是本发明按键的电路板的三种安装位置示意图。

图4A、图4B、图4C、图4D分别是本发明按键的第一结构、第二结构、第三结构、第四结构的结构示意图。

图5A、图5B、图5C是本发明按键的第一结构的工作过程示意图。

图6A是本发明键盘的分解示意图。

图6B是本发明键盘的结构示意图。

图7A、图7B、图7C是本发明键盘的轴突和滑槽的工作过程示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1A、图1B所示，本发明首先提供一种可升降弹性结构，它包括支撑件及弹性件。

该支撑件包括第一杆11及该第一杆11两端的第二杆12；两个第二杆12末端均向内延伸设有第三杆13，两个第三杆13位于同一直线。优选的，该支撑件整体呈矩形，该第一杆11与第二杆12垂直，两个第二杆12相互平行。该弹性件包括相互平行的第一转轴21及第二转轴22，二者末端之间通过弹簧23连接，该第一转轴21外周套设有第一轴套211，该第一轴套211与该第一杆11平行且固定连接。如图1A、图1B所示，其为本发明可升降弹性结构的两种形式，图1A中支撑件的第三杆13之间形成大于弹簧23宽度的敞口，弹簧23穿过这个敞口，然后通过第一转轴21上的第一轴套211与该第一杆11固接，而图1B中该第一轴套211固定在该第一杆11的外侧，弹簧23整体位于支撑件外围，通过第一转轴21上的第一轴套211与该第一杆11固接，因为弹簧23位于外围，所以此时第三杆13之间的敞口可以闭合或接近闭合。

优选的，为了防止第一转轴21从第一轴套211内脱落，该第一转轴21在与该弹簧23连接的另一端设有向内延伸的阻挡部212。

具体来说，本发明的弹簧23具有弹性杆231，该弹性杆231呈折线型。

如图2所示，本发明另外提供一种按键，它包括上述的弹性结构，还包括矩形的底板31及底框32，以及位于该底板31上方的升降架33和键帽34，该升降架33的底部与顶部分别与该底板31及键帽34铰接。该升降架33具有供上述可升降弹性结构穿过并工作的开口331。例如，该升降架33可以为现有的剪刀架，包括相互嵌套的内、外支架，内、外架各自具有一个开口，嵌套后，内架开口和外架开口合在一起形成整个剪刀架开口331。

该底框32位于该底板31上，且能在一第一位置和一第二位置之间直线滑动，该底框32与该底板31之间具有对应该第一位置和第二位置的锁定结构，使该底框32在该第一位置或第二位置固定不动。为了限制该底框32的运动方向，该底板31两侧向上延伸设有L型的限位板311，与该底板311形成滑槽，该底框32两侧位于该滑槽内。

该升降架33位于底框32内部，所述第二转轴22设于该底框32上，所述支撑件位于该底框32内部且位于该升降架33内部，所述弹簧23位于该升降架33的开口331处。该第三杆13与该键帽34底面或者该底板31顶面铰接，该第一杆11在该底板31顶面或该键帽34底面滑动。

该底板31与该键帽34之间设有柔性的电路板35，该电路板35末端具有触位351，该键帽34底面具有对应的触片(以导电硅胶、导电海绵为最佳)，当键帽34被按下时该触位与该触片接触并导通。如图3A、图3B、图3C所示，该电路板35可以采用三个安装位置：电路板35与底框32固接，包括与底框32的上表面或下表面固接，并随着底框32一起在底板31上表面滑动；另外，电路板35还可以固接在底板31上表面，底框32位于电路板35上表面滑动。

如图4A、图4B、图4C、图4D所示，本发明的支撑件与键帽34及底板31的连接方式有以下四种：

第一结构：如图4A所示，该第三杆13与该键帽34底面铰接，该第一杆11在该底板31顶面滑动，并且该第二转轴22固定在该底框32前端，被该底框32由该第一位置向第二位置拉动。

第二结构：如图4B所示，该第三杆13与该键帽34底面铰接，该第一杆11在该底板21顶面滑动，并且该第二转轴22固定在该底框32后端，被该底框32由该第一位置向第二位置推动。

第三结构：如图4C所示，该第三杆13与该底板31顶面铰接，该第一杆11在该键帽34底面滑动，并且该第二转轴22固定在该底框32前端，被该底框32由该第一位置向第二位置拉动。

第四结构：如图4D所示，该第三杆13与该底板31顶面铰接，该第一杆11在该键帽34底面滑动，并且该第二转轴22固定在该底框32后端，被该底框32由该第一位置向第二位置推动。

当该底框32位于第一位置时，该键帽34在该弹性件的作用下保持靠近该底板31。当该底框32位于第二位置时，该键帽34在该弹性件的作用下保持远离该底板31，并且在外力的作用下能再次靠近该底板31。

本发明的按键包括复位、就位状态，正向牵引按键就位的第一动作，和逆向牵引按键复位的第二动作。

以下，首先以第一结构、第二结构为例，说明本发明按键的工作过程。

如图5A所示，复位状态下，此时底框32位于第一位置，并通过锁定结构固定位置，弹性结构、剪刀架33都平躺在底板31上，键帽34覆盖在两者之上，弹性结构中的弹簧23处于自然状态，整个按键的厚度最小，便于携带。

如图5B所示，第一动作中，通过驱动手段将底框32向第二位置滑动，并通过弹簧23拉动或推动第一杆11正向前进，支撑件会绕着第三杆13向下开始正向偏转，支撑件会顶起键帽34，剪刀架33能够帮助稳定键帽34的抬升，上文中的弹簧23拉动或是推动第一杆11正向前进，主要取决于弹性结构的结构，如果是内接式(第一结构，第一轴套211位于第一杆11内部)，那就是弹簧23拉动第一杆11，如果是外接式(第二结构，第一轴套211位于第一杆11外部)，那就是弹簧23推动第一杆11。此时底框32向前移动至第二位置，处于就位状态下，并通过锁定结构固定位置，支撑件对键帽34产生一定的支持力，该支持力的大小与支撑件与底板31形成的角度以及弹簧23的弹性系数成正比，优选的，该夹角角度为45至80度。

就位状态下，可以正常击键；击键时，先是指尖接触按键，指尖施加在键帽34上的外压力小于支撑件对键帽34产生的支持力，键帽34不会被按下；再是指尖持续发力，当外压力大于该支持力时，由于底框32已被锁定于第二位置，外力会压迫支撑件逆向偏转，支撑件逆向偏转时，第一杆11会拉伸或压缩弹簧23并使其蓄积弹性势能，如图5C所示，最后按键被完全按下，键帽34下方的触片导通电路板35上的触位；指尖抬起，外力消除，支撑件在弹簧23弹性势能的作用下重新被正向拉动偏转，按键重新升起，，回复到图5B的状态。同理，第一杆11拉伸还是压缩弹簧23也取决于弹性结构的结构。

第二动作中，底框32被解除锁定并逆向滑动，底框32通过弹簧23推动或者拉动第一杆11逆向运动，并造成支撑件逆向偏转，直到整个按键恢复到复位状态下，第二动作可以视为第一动作的逆向运动。

接着，以第三结构和第四结构为例简要说明本发明按键的工作过程。

第一动作中，底框32正向滑动时，弹簧23拉动或推动第一杆11，支撑件绕着第三杆13向上开始正向偏转，然后抬升键帽34；击键时，支撑件的第一杆11拉伸或压缩弹簧23并使其蓄积弹性势能；第二动作中，底框32逆向滑动时，通过弹簧23推动或拉动支撑件的第一杆11逆向转动。

本发明上述的第一、第二结构与第三、第四结构的区别主要在于：

第一、第二结构中，第一杆11作为滑动轴时，是与底板31滑动连接的，所以当支撑件转动后，第一杆11始终处于原来的水平面，第一杆11、弹簧23都是处于同一个水平面上；

第三、第四结构中，第一杆11作为滑动轴时，是与键帽34滑动连接，所以当支撑件绕着第三杆13转动时，弹簧23会随着支撑件的转动翘起，翘起后整个弹簧23是斜着的；

对于第一、第二结构来说，弹簧23为水平状态，因此，第二转轴22可以直接固定在底框32上。而对于该第三、第四结构来说，因为支撑件的正向偏转会造成弹簧23倾斜，所以第二转轴22优选的是在外周套设有第二轴套221(见图1A、图1B)，将该第二轴套221固接在底框32上，这样第二转轴22可以在该第二轴套221内自由转动，避免弹簧23翘起后固接位置承受巨大扭力，同样的，该第二转轴22在与该弹簧23连接的另一端设有向内延伸的阻挡部222(见图1A、图1B)。

为了限制该第一杆11的滑动轨迹，在其外周设有防脱扣36，该第一杆11在该防脱扣36内滑动，该防脱扣36与对应的底板31或键帽34固定连接。因为滑动轴和滑动表面都是金属的，所以可以加入塑料基质的耐磨层37防止两者在滑动中磨损，所以耐磨层37一般是超薄的塑料薄片，附在滑动表面之上，特别的，当底板31是滑动表面时，还可以直接利用柔性电路板35的一部分插入到滑动轴与滑动表面之间来充当耐磨层37，因为柔性电路板35也是塑料基质的。

如图6A、图6B所示，本发明还提供一种键盘，它包括多个上述的按键，形成现有的键盘布局。多个按键的底板及底框均分别相接为一体，形成总底板41和总底框42。图中，虚线箭头是第一方向，实线箭头是第二方向。

该总底框42一端具有至少一个滑槽43，该滑槽43包括相连的直滑槽431和斜滑槽432，该直滑槽431与斜滑槽432之间的夹角为钝角。优选的，该斜滑槽432与直滑槽431的连接处为弧形。

该总底板41对应该滑槽43的位置具有一道凹槽44，该凹槽44与该直滑槽431平行，一端设有向下弯折的弧形弯板441。该凹槽44外周套设有环状的牵引带45，该牵引带45一端位于该弧形弯板441，另一端内侧设有驱动轴46(例如笔记本的转轴)，该牵引带45能随该驱动轴46同步转动。该牵引带45位于该凹槽44内的部分固定设有连杆47，该连杆47顶部设有与各滑槽43对应的轴突471。驱动轴46的顺时针、逆时针转动能带动牵引带45沿着第一方向滑动，并带动连杆47、轴突471沿着第一方向运动，弧形弯板441能够保证牵引带45的滑动更加顺畅。

轴突471在第一方向上的前、后运动通过滑槽43带动总底框42在第二方向上的正、逆向运动，原理在于，凹槽44、直滑槽431与第一方向平行，牵引带45、连杆47、轴突471都是沿着第一方向运动，斜滑槽432与第一方向呈一定角度，所以轴突471在第一方向上滑动时，会对斜滑槽432的边产生作用力，分两种情况：

第一种情况，轴突471向着驱动轴46方向运动，会对斜滑槽432的第一边产生推力，图中，第一边就是斜滑槽432靠左的那条边，这个推力可以分解为沿着第一方向的第一推力和沿着第二方向的第二推力，由于限位板311的存在，总底框42即使受到第一推力的作用，也不会在第一方向上有位移，但是会在第二推力的驱动下沿着第二方向正向滑动，图中表现为向左滑动(向第二位置滑动)；

第二种情况，轴突471向着弧形弯板441方向运动，会对斜滑槽432的第二边产生推力，在图中，第二边就是斜滑槽432靠右的那条边，同样这个推力可以被分解为第一、第二推力，第一推力不产生效果，第二推力驱动总底框42沿着第二方向逆向滑动，图中表现为向右滑动(向第一位置滑动)。

为了与按键的状态配合，上述键盘也分三种状态、两个动作来介绍：

以笔记本电脑为例，复位状态下，屏幕闭合，驱动轴46(即笔记本电脑的转轴)无转动，如图7A所示，轴突471位于斜滑槽432的第一端，此时保持该总底框42位于该第一位置；

第一动作中，如图7B所示，轴突471在斜滑槽432内，屏幕掀开通过驱动轴46、牵引带45带动连杆在第一方向上向着驱动轴46滑动，并造成轴突471在斜滑槽432内也同向滑动，从而驱动总底框42在第二方向上正向滑动，此时总底框42由第一位置向第二位置滑动；

就位状态下，如图7C所示，轴突471从斜滑槽432滑入直滑槽431内，总底框42正向滑动到第二位置，因为凹槽44、连杆47、轴突471、直滑槽431的平行且都平行于第一方向，所以轴突471在直滑槽431内的滑动不会对直滑槽431的边施力，也就不会造成总底框42滑动，所以就位状态下，无论屏幕是被继续掀开还是闭合，轴突471始终在直滑槽431内滑动，且不对直滑槽431施力，总底框42始终不动，相当于总底框42被锁定，按键也可以始终保持就位状态；

第二动作可以视为第一动作的逆向动作，第二动作中，轴突471从直滑槽431滑回到斜滑槽432内，屏幕闭合通过驱动轴46、牵引带45带动连杆47在第一方向上向着弧形弯板441滑动，也造成轴突471在斜滑槽432内同向滑动，从而驱动总底框42在第二方向上逆向滑动；

第二动作结束后，整个装置恢复到图7A的复位状态，此时保持该总底框42位于该第一位置。

在按键处于复位状态时，键帽34未被抬升，此时键帽34下的触片会导通到触位，所以此时需要按键识别装置，保证当按键处于复位状态时，按键识别装置不启动，触片即使导通了触位，击键动作也不会被识别，因此，本发明的键盘还包括用于控制该电路板通断的按键识别装置(图未示意)。当该总底框42位于该第一位置时，该按键识别装置关闭，该电路板35断开。当该总底框42位于该第二位置时，该按键识别装置打开，该电路板35接通。

本发明的可升降弹性结构及包含该弹性结构的按键及键盘，在不降低按键舒适度，不增加成本的情况下，可以大大降低键盘的携带厚度，增加了便携性，非常适合安装到类似ipad、超级本等的电子产品上，可以适应未来轻薄化的趋势，解决了长期以来困扰本技术领域研发人员的难题，具有广阔的市场前景和巨大的推广优势。另外，由于硅胶帽容易老损氧化，而本发明采用机械结构，大大延长了使用寿命，并且比硅胶帽的结构容易更换维修。

需要说明的是，以上所述仅是本发明较佳的具体实施方式而已，目的是为了使本领域技术人员更好的理解本发明，不应用以限制本发明的范围及应用，凡是在本发明的精神或原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明所保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种按键，其特征在于，它包括弹性结构，该弹性结构包括支撑件及弹性件；该支撑件包括第一杆及该第一杆两端的第二杆；两个第二杆末端均向内延伸设有第三杆，两个第三杆位于同一直线；该弹性件包括相互平行的第一转轴及第二转轴，二者末端之间通过弹簧连接，该第一转轴外周套设有第一轴套，该第一轴套与该第一杆平行且固定连接；

还包括矩形的底板及矩形的底框，以及位于该底板上方的升降架和键帽，该升降架的底部与顶部分别与该底板及键帽铰接；该升降架具有供可升降的弹性结构穿过并工作的开口；

该底框位于该底板上，且能在一第一位置和一第二位置之间直线滑动，该底框与该底板之间具有对应该第一位置和第二位置的锁定结构，使该底框在该第一位置或第二位置固定不动；

该升降架位于该底框内部，所述第二转轴设于该底框上，所述支撑件位于该底框内部且位于该升降架内部，所述弹簧位于该升降架的开口处；所述第三杆与该键帽的底面或者该底板的顶面铰接，所述第一杆在该底板的顶面或该键帽的底面滑动；

该底板与该键帽之间设有柔性的电路板，该电路板具有触位，该键帽的底面具有对应的触片；

当该底框位于第一位置时，该键帽在所述弹性件的作用下保持靠近该底板；当该底框位于第二位置时，该键帽在所述弹性件的作用下保持远离该底板，并且在外力的作用下能再次靠近该底板。

2.根据权利要求1所述的按键，其特征在于：所述支撑件整体呈矩形，所述第一杆与第二杆垂直，两个第二杆相互平行；所述第二转轴外周套设有第二轴套。

3.根据权利要求1所述的按键，其特征在于：所述第一转轴及第二转轴在与所述弹簧连接的另一端设有向内延伸的阻挡部。

4.根据权利要求3所述的按键，其特征在于：所述弹簧具有弹性杆，该弹性杆呈折线型。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的按键，其特征在于：所述第一杆外周设有防脱扣，该第一杆在该防脱扣内滑动，该防脱扣与对应的底板或键帽固定连接，该第一杆与该底板或键帽之间设有耐磨层。

6.根据权利要求5所述的按键，其特征在于：所述底板两侧向上延伸设有L型的限位板，与该底板形成滑槽，所述底框两侧位于该滑槽内。

7.一种键盘，其特征在于：它包括多个如权利要求1至6中任一项所述的按键，多个按键的底板及底框均分别相接为一体，形成总底板和总底框；

该总底框一端具有至少一个滑槽，该滑槽包括相连的直滑槽和斜滑槽，该直滑槽与斜滑槽之间的夹角为钝角；

该总底板对应该滑槽的位置具有一道凹槽，该凹槽与该直滑槽平行，一端设有向下弯折的弧形弯板；该凹槽外周套设有环状的牵引带，该牵引带一端位于该弧形弯板，另一端内侧设有驱动轴，该牵引带能随该驱动轴同步转动；该牵引带位于该凹槽内的部分固定设有连杆，该连杆顶部设有与各滑槽对应的轴突；该轴突能在该滑槽内滑动，当该轴突位于该斜滑槽末端时，保持该总底框位于所述第一位置；当该轴突位于该直滑槽中时，保持该总底框位于所述第二位置。

8.根据权利要求7所述的键盘，其特征在于：所述斜滑槽与直滑槽的连接处为弧形。

9.根据权利要求7或8所述的键盘，其特征在于：还包括用于控制所述电路板通断的按键识别装置；当所述总底框位于所述第一位置时，该按键识别装置关闭，该电路板断开；当所述总底框位于所述第二位置时，该按键识别装置打开，该电路板接通。