CN108305804B - 机械式开关结构 - Google Patents

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Abstract

一种机械式开关结构包括一键帽、一基板具有一导引开口、一升降单元置于该键帽及该基板之间及一容置壳体连接该基板下方。容置壳体包括第一容置单元及第二容置单元；一导引单元沿着键帽的按压方向收容于第一容置单元内；其中导引单元的周围形成一段差部；第一弹性组件提供该导引单元一弹性力；阻力模块具有推抵单元及第二弹性组件，推抵单元抵接于导引单元的段差部，段差部面对该推抵单元呈起伏状；第二弹性组件提供该推抵单元一朝向该导引单元的弹性力；推抵单元抵接于段差部以提供键帽在按压行程中产生不同的阻力。

Description

机械式开关结构
技术领域
本发明涉及一种机械式开关结构，特别是指一种通过按压按键以输入信号或指令的机械式开关结构，可应用于计算机键盘。
背景技术
键盘已经是一种非常普及的计算机外设设备，可分为机械式键盘与薄膜式键盘。薄膜式键盘在键帽下方设置剪刀脚支架、弹性组件、以及一层薄膜电路层设置于键盘的底部。键帽被按压后，弹性组件被键帽带动并往下触发薄膜电路层，而产生一信号，即完成一输出信号。薄膜键盘的缺点在于，当单颗按键下方的触发电路损毁时，薄膜电路层就必须更换甚至可能无法维修，无法针对单颗按键进行更换。其操作手感取决于弹性组件，按键行程较短导致按压的手感不佳，比机械式键盘的手感差。
机械式键盘主要是以开关(switch)机械的方式以触发信号。其特点在于按键在敲打时的手感，以及耐用度。
目前常见的机械式键盘通常设置一弹簧于中间轴的下方，为弹簧式结构。其高度通常比薄膜式键盘高。此外，其按压的弹力曲线图，在越过峰值点(Peak Point)过后，呈曲线向下到谷底为一导通点(Operating Point)，之后，呈斜线逐渐增加。手感较无明显的段落感。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，在于提供一种机械式开关结构，其可降低机械式开关结构的整体高度，并提高其操作的稳定性。
本发明所要解决的技术问题，还在于提供一种机械式开关结构，其可以提供机械式开关结构更明显的段落手感。
为解决上述技术问题，根据本发明的其中一种方案，提供一种机械式开关结构，包括一键帽；一基板置于该键帽下方，其具有一导引开口；一升降单元置于该键帽及该基板之间，以导引该键帽沿着一按压方向上升或下降；一容置壳体连接该基板下方，该容置壳体包括一对应于该导引开口的第一容置单元、及一位于该第一容置单元一侧的第二容置单元；一导引单元沿着该键帽的按压方向可活动的收容于该第一容置单元内，并且位于该导引开口内；其中该导引单元的周围形成一段差部；一第一弹性组件具有二端分别抵接于该导引单元与该第一容置单元，提供该导引单元一平行于该按压方向的弹性力；以及一阻力模块。阻力模块具有一推抵单元及一第二弹性组件，该推抵单元抵接于该导引单元的该段差部，该段差部面对该推抵单元呈起伏状；该第二弹性组件收容于该第二容置单元内且提供该推抵单元一朝向该导引单元的弹性力；该推抵单元抵接于呈起伏状的该段差部以提供该键帽在按压行程中产生不同的阻力。
本发明具有以下有益效果：本发明可以于降低机械式开关结构的整体高度，并且提高其操作的稳定性。本发明的机械式开关结构通过导引单元的段差部抵接于阻力模块的推抵单元，段差部面对推抵单元呈起伏状，提供更明显的段落手感。
为了能更进一步了解本发明为达成既定目的所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明、图式，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得以深入且具体的了解，然而所附图式与附件仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为本发明的机械式开关结构的立体分解图。
图1A为本发明的机械式开关结构的导引单元的立体图。
图2为本发明的机械式开关结构另一的立体分解图。
图3为本发明的机械式开关结构的部分组合立体图。
图4为本发明的机械式开关结构的立体组合图。
图4A为本发明的机械式开关结构未按压状态的剖视图。
图4B为本发明的机械式开关结构已按压状态的剖视图。
图4C为本发明的机械式开关结构未按压状态沿水平面的剖视图。
图4D为本发明的机械式开关结构已按压状态沿水平面的剖视图。
图5为本发明的机械式开关结构的弹力曲线图。
图6为本发明的机械式开关结构的容置壳体部分立体图。
具体实施方式
请参考图1及图2，为本发明的机械式开关结构不同角度的立体分解图。本发明提供一种机械式开关结构，包括一键帽10、一置于该键帽10下方的基板20、一置于该键帽10及该基板20之间的升降单元30、一连接该基板20下方的容置壳体50、一导引单元60、一第一弹性组件68、及一阻力模块70。
基板20具有一基板本体21、由基板本体21向上弯折的多个朝向该键帽10突出的限制部23a、23b。基板20具有一导引开口216形成于基板本体21上。本实施例的基板20可以是金属板冲压而成。
如图2所示，键帽10的底面具有多个连接部11、12。本实施例的升降单元30为一剪刀脚结构，用以导引键帽10沿着一按压方向上升或下降。升降单元30具有一第一框架31及可转动地连接于第一框架31的一第二框架32。第一框架31的两侧及第二框架32的两侧连接于所述多个限制部23a、23b与多个连接部11、12。如图1所示，第一框架31的上下两侧分别具有多个第一轴部311、312，分别枢接于键帽10的连接部11以及基板20的限制部23b；如图2所示，第二框架32的上下两侧分别具有多个第二轴部321、322，分别枢接于键帽10的连接部12以及基板20的限制部23a。借此，本实施例可以于降低机械式开关结构的整体高度，并且提高其操作的稳定性。
另外，基板20还具有一对卡合部25，卡合部25具有卡合孔250，该对卡合部25分别由基板20的两侧向下弯折地延伸并且固定地卡合于容置壳体50。
本实施例中，容置壳体50包括一上壳体51及一下壳体52。容置壳体50包括一对应于导引开口216的第一容置单元521及一位于第一容置单元521一侧的第二容置单元522。第一容置单元521与第二容置单元522形成于上壳体51及下壳体52之间，并由其内部的多个隔板(未标号)围设而成。
容置壳体50的上壳体51包括多个向下延伸的侧墙514及一对向下延伸的固持板516，该对固持板516卡合于下壳体52的扣接部526的底端(参图2)，所述多个侧墙514的高度小于下壳体52的高度。其中上壳体51沿垂直投影方向的外形大致呈方形，下壳体52沿垂直投影方向的外形大致呈多边形。
导引单元60沿着键帽10的按压方向可活动的收容于容置壳体50的第一容置单元521内，并且位于导引开口216内。请参考图1及图4A，其中第一容置单元521具有一导引柱5211，第一弹性组件68套设于导引柱5211。所述导引单元60套设于该第一弹性组件68的外围。本实施例的基板20与容置壳体50以及导引单元60组合后，如图3所示。固持板25卡合于下壳体52的卡合突块525。
如图4所示，为本发明的机械式开关结构与电路板的立体图。电路板9配合下壳体52的外形，具有一组装开口95大致呈多边形及一识别缺口96形成于所述组装开口95的一侧。电路板9还具有多个焊接孔91。容置壳体50的其中一个固持板516还突出一识别突块5160，以供组装人员在组装本发明的机械式开关结构于电路板9的过程中，可以对准电路板9的识别缺口96。
如图1A及图4A所示，其中该导引单元60的周围形成一段差部63。导引单元60的功用不仅可以辅助的导引并限制键帽10在按压过程的移动方向。此外，本实施例还在于可以配合阻力模块70，通过段差部63产生类似机械式开关的按压手感。以下进一步的说明。
首先，关于导引单元60导引并限制键帽10的移动方向。如图1至图3所示，上壳体51向上突出一限位围墙512，导引单元60呈一中空柱状且可动地穿过所述限位围墙512。导引单元60的顶部抵接于键帽10的底面，导引单元60的周围形成多个导槽61及多个挡止部612，所述多个挡止部612分别位于所述多个导槽61的底端。所述限位围墙512向内突出多个导引挡块5122，所述多个导引挡块5122分别位于所述多个导槽61内且防止所述导引单元60离开所述容置壳体50。所述限位围墙512向外突出多个组装定位块5126，导引开口216相对应的形成多个组装凹部2166，组装时，所述多个组装定位块5126分别位于所述多个组装凹部2166，使得基板20更平稳地组装于容置壳体50，避免偏转。其中第一弹性组件68具有两端分别抵接于导引单元60与第一容置单元521，提供所述导引单元60一平行于按压方向的弹性力。
另外，关于导引单元60配合阻力模块70，产生类似机械式开关的按压手感。如图1、图1A及图2所示，阻力模块70具有一推抵单元71及一第二弹性组件78，推抵单元71抵接于导引单元60的段差部63。段差部63面对所述推抵单元71呈起伏状。第二弹性组件78收容于第二容置单元522内且提供所述推抵单元71一朝向所述导引单元60的弹性力。本实施例中，第二容置单元522还具有一凸柱5221，第二弹性组件78的另一端定位于凸柱5221。推抵单元71抵接于呈起伏状的段差部63，第二弹性组件78被段差部63推抵而产生不同的压缩程度，而使得推抵单元71与段差部63的多个表面之间产生不同的阻力，进而提供键帽10在按压行程中产生不同的阻力，形成多段式且段落感明显的按压手感。
请参考图4A及图4B，为本发明沿着图4中的IV A-IV A线的剖视图。本实施例中所述推抵单元71的移动方向大致垂直于所述按压方向，推抵单元71具有一本体部710以及一由本体部710朝向所述导引单元60突出的主抵接部711。所述主抵接部711邻近基板20的导引开口216，并且持续抵接于该段差部63。所述推抵单元71还包括一位于本体部710一侧的定位部713、以及一辅助抵接部712。辅助抵接部712由本体部710朝向所述导引单元60突出且邻近所述主抵接部711。所述定位部713与主抵接部711相对且连接所述第二弹性组件78的一端。辅助抵接部712邻近所述容置壳体50的底部。当键帽10被下压到底，所述辅助抵接部712抵接于所述段差部63。如图4B所示。
补充说明，如图1至图2所示，配合推抵单元71的主抵接部711，所述限位围墙512形成一突出状的辅助限位部5124，以供推抵单元71被段差部63向外推抵后，使得主抵接部711被导引并限制于辅助限位部5124内。
请配合参考图4A及图4B。所述导引单元60的段差部63，更具体的说，由导引单元60的底部朝向键帽10依序包括一平行于按压方向的初始面630、一连接于初始面630的第一斜面631、弯折地连接于第一斜面631的第二斜面632及一平行于按压方向且由第二斜面632延伸的后段面633。第一斜面631相对于按压方向的斜率不同于第二斜面632相对于按压方向的斜率。本实施例中，初始面630与后段面633为平行于按压方向的平面，其中初始面630比后段面633靠近所述推抵单元71。
如图4B所示，当键帽10被下压到底，主抵接部711抵接于所述段差部63的后段面633；辅助抵接部712抵接于所述段差部63的初始面630。借此保持所述导引单元60平稳地的升降。
请参阅图1至图3以及图6，关于本实施例机械式开关结构的开关导通模块80，说明如下。本实施例的开关导通模块80包括一第一导通臂81及一第二导通臂82。所述第二导通臂82固定地连接于所述推抵单元71，该第一导通臂81位于所述推抵单元71的一侧，当推抵单元71抵接于段差部63而产生位移时，推抵单元71推动第二导通臂82抵接于第一导通臂81以产生一按压信号。
所述第一导通臂81的主要部分收容于所述容置壳体50内，所述第一导通臂81的主要部分具有一第一焊接部811、一第一延伸部812及一第一接触部813。第一焊接部811位于该第二容置单元522的一侧且延伸至所述容置壳体50外。第一延伸部812由第一焊接部811延伸且横向穿过第二容置单元522。第一接触部813位于所述第一延伸部812的末端。
其中所述第二导通臂82收容于所述容置壳体50内，所述第二导通臂82具有一第二焊接部821固定于所述第二容置单元522的一侧且延伸至所述容置壳体50外、第二延伸部822由所述第二焊接部821延伸及第二接触部823由所述第二焊接部822延伸且邻近所述第一接触部813。其中第二延伸部822穿过推抵单元71。本实施例的第二延伸部822可以是通过埋入射出的方式结合于所述推抵单元71，但不限于此。例如可以是热熔接合、黏合接合或其他接合方式。
请参阅图4A及图4B，本实施例电性导通以产生信号的作动方式描述如下。由于本实施例中，初始面630与后段面633为平行于按压方向的平面，其中初始面630比后段面633靠近所述推抵单元71。请同时配合图4C及图4D，为本发明的机械式开关结构未按压状态与按压后状态沿水平面的剖视图，分别对应于图4A及图4B。当键帽10被下压到底，推抵单元71带动第二导通臂82的第二延伸部822朝向导引单元60移动，使得第二接触部823向前碰触所述第一接触部813而产生电性导通。
补充说明，本实施例的容置壳体50还可以提供发光组件的容置空间53，用以容置发光二极管531。借此每一机械式开关结构可以设置不同颜色的发光二极管531。
请参阅图5，为本实施例的机械式开关结构在按压过程中的弹力曲线图。按键受到手指力道的动作过程变化，可以使用弹力曲线图来表示。弹力曲线图的横轴(X轴)代表压下按键动作的行程距离(Stroke)，单位为mm；纵轴(Y轴)代表手指压下所要花费的力道(Force)，单位为gf(公克重)。其中O为起始点(Original Point)；P为峰值点(Peak Point)；C为接触点(Contact Point)；E为结束点(End Point)。请同时参阅图4A及图4B，当键帽10被按压的行程中，起始状态是初始面630抵接于推抵单元71，对照为图5的起始点O。导引单元60持续被按压而降低，第一斜面631持续地抵接所述推抵单元71。本实施例的第二弹性组件78为一压缩弹簧，第二弹性组件78被第一斜面631渐渐地压缩而施加一反向弹力于导引单元60。所述反向弹力产生一向上的分力作用于第一斜面631，因此键帽10的按压行程由起始点O至峰值点P，如图5所示，由0mm到大约0.8mm，遇到愈来愈大的阻力。
键帽10持续被按压，直到推抵单元71抵接于第一斜面631与第二斜面632的转折处，对照为图5的峰值点P。然后，第二斜面632持续地抵接所述推抵单元71，第二弹性组件78沿着第二斜面632渐渐回复，施加于导引单元60的弹力渐渐减小，如图5的峰值点P。本实施例的第二斜面632的斜率绝对值可以是小于第一斜面631的斜率绝对值。
接着，推抵单元71由第二斜面632到后段面633。本实施例的后段面633为一垂直平面，因此第二弹性组件78的弹力持续不变，对照于图5中的转折点T至接触点C的水平段部分，特别提供一段明显的段落感。接触点C代表本实施例的机械式开关结构产生电性导通。导通后，由于键帽10与导引单元60已被按压到底，阻力愈来愈增加，直到如图5的结束点E所示。
图5中的峰值点P与接触点C都会影响机械式开关结构的按压手感。按压手感一般可以通过下列压力段落作为客观数据的衡量。按键压力的段落比(Snap ratio或Clickratio)公式＝
{峰值力量(Peak Force)－接触力量(Contact Force)}/峰值力量＊100％。
本实施例的按键压力的段落比约在40％。传统的机械式开关通常是在内部设置一个压缩弹簧，为弹簧式结构，其弹力曲线图在峰值点到接触点之间呈曲线，接着呈斜线再渐渐增加阻力，并没有如本实施例的图5中的水平段部分，手感较无明显段落感。
本发明的特点及功能在于，本发明的机械式开关结构通过导引单元60的段差部63抵接于阻力模块70的推抵单元71，段差部63面对推抵单元71呈起伏状，提供更明显的段落手感。
本发明的机械式开关结构通过第一导通臂81及第二导通臂82，可提供良好的导通效果及使用寿命。
本发明的机械式开关结构通过升降单元30可以降低整体高度，按键行程可以降低至2.5mm。配合导引单元60，可以提供按键更好的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种机械式开关结构，其特征在于，所述机械式开关结构包括：
一键帽；
一基板，置于该键帽下方，具有一导引开口；
一升降单元，置于该键帽及该基板之间，以导引该键帽沿着一按压方向上升或下降；
一容置壳体，连接该基板下方，该容置壳体包括一对应于该导引开口的第一容置单元及一位于该第一容置单元一侧的第二容置单元；
一导引单元，沿着该键帽的按压方向可活动的收容于该第一容置单元内，并且位于该导引开口内；其中该导引单元的周围形成一段差部；
一第一弹性组件，具有两端分别抵接于该导引单元与该第一容置单元，提供该导引单元一平行于该按压方向的弹性力；
一阻力模块，具有一推抵单元及一第二弹性组件，该推抵单元抵接于该导引单元的该段差部，该段差部面对该推抵单元呈起伏状；该第二弹性组件收容于该第二容置单元内且提供该推抵单元一朝向该导引单元的弹性力；该推抵单元抵接于呈起伏状的该段差部以提供该键帽在按压行程中产生不同的阻力；
一第一导通臂，该第一导通臂位于该推抵单元的一侧；以及
一第二导通臂，该第二导通臂固定地连接于该推抵单元，当该推抵单元抵接于该段差部而产生位移时，该推抵单元推动该第二导通臂抵接于该第一导通臂以产生一按压信号。
2.如权利要求1所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该基板具有多个朝向该键帽突出的限制部，该键帽的底面具有多个连接部，该升降单元具有一第一框架及可转动地连接于该第一框架的一第二框架，该第一框架的两侧及该第二框架的两侧分别连接于多个该限制部与该多个连接部。
3.如权利要求2所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该基板具有一对卡合部，该对卡合部分别由该基板的两侧向下弯折地延伸并且固定地卡合于该容置壳体。
4.如权利要求1所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该导引单元的该段差部由该导引单元的底部朝向该键帽依序包括一平行于该按压方向的初始面、一连接于该初始面的第一斜面、弯折地连接于该第一斜面的第二斜面及一平行于该按压方向且由该第二斜面延伸的后段面。
5.如权利要求4所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该第一斜面相对于该按压方向的斜率不同于该第二斜面相对于该按压方向的斜率，其中该初始面比该后段面靠近该推抵单元。
6.如权利要求1所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该容置壳体包括一上壳体及一下壳体，该上壳体向上突出一限位围墙，该导引单元呈一中空柱状且可动地穿过该限位围墙，该导引单元的顶部连接于该键帽的底面，该导引单元的周围形成多个导槽及多个挡止部，该多个挡止部分别位于该多个导槽的底端；该限位围墙向内突出多个导引挡块，该多个导引挡块分别位于该多个导槽内且防止该导引单元离开该容置壳体。
7.如权利要求6所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该容置壳体的该上壳体包括多个向下延伸的侧墙及一对向下延伸的固持板，该对所述固持板卡合于该下壳体，多个所述侧墙的高度小于该下壳体的高度。
8.如权利要求1所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该第一容置单元具有一导引柱，该第一弹性组件套设于该导引柱，该导引单元套设于该第一弹性组件的外围。
9.如权利要求1所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该推抵单元的移动方向垂直于该按压方向，该推抵单元具有一本体部以及一由该本体部朝向该导引单元突出的主抵接部，该主抵接部邻近该基板的该导引开口，并且持续抵接于该段差部。
10.如权利要求9所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该推抵单元还包括一位于该本体部一侧的定位部以及一由该本体部朝向该导引单元突出且邻近该主抵接部的辅助抵接部，该定位部与该主抵接部相对且连接该第二弹性组件的一端，该辅助抵接部邻近该容置壳体的底部，当该键帽被下压到底，该辅助抵接部抵接于该段差部。
11.如权利要求10所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该第二容置单元还具有一凸柱，该第二弹性组件的另一端定位于该凸柱。
12.如权利要求1所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该第一导通臂收容于该容置壳体，该第一导通臂具有一第一焊接部延伸至该容置壳体外、一第一延伸部由该第一焊接部延伸及一第一接触部位于该第一延伸部的末端。
13.如权利要求1所述的机械式开关结构，其特征在于，其中该第二导通臂收容于该容置壳体，该第二导通臂具有一第二焊接部固定于该第二容置单元的一侧且延伸至该容置壳体外、第二延伸部由该第二焊接部延伸及第二接触部由该第二焊接部延伸且邻近该第一接触部，该第二延伸部穿过该推抵单元。
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