TW201432765A - 力回饋鍵盤結構 - Google Patents

Abstract

一種力回饋鍵盤結構，包括一底板、一鍵盤框架、一力回饋裝置、一觸控感應單元以及多個觸壓單元。鍵盤框架配置於底板上。力回饋裝置配置於底板與鍵盤框架之間，力回饋裝置包括一震動板。觸控感應單元設置於鍵盤框架下方，可觸發震動板開始運作。觸壓單元各別連接鍵盤框架，且鄰近於震動板之一側，當此些觸壓單元中之一觸壓單元與震動板相靠近而彼此接觸時，震動板傳遞一振動力至此一觸壓單元。

Description

力回饋鍵盤結構

本發明是有關於一種鍵盤結構，且特別是有關於一種力回饋鍵盤結構。

輸入裝置的使用隨著各式電子裝置的發展與研究而更顯普遍。目前最常見的輸入裝置例如是鍵盤、觸控板或滑鼠。以鍵盤來說，鍵盤包括數個按鍵。每個按鍵對應到不同的字元或符號，以於使用者按壓時，輸入對應的字元或符號的訊號到電子產品中。目前的按鍵大多包括鍵帽、剪刀腳結構、彈性支撐件(例如橡膠片)及底板。剪刀腳結構及彈性支撐件配置在底板與鍵帽之間，以支撐鍵帽且讓鍵帽可相對於底板位移，因此鍵帽可因應於使用者之操作而上下運動。

然而，習知的剪刀腳結構為塑膠材料，並以開模的方式生產樞接的二支架，後續再以人工的方式組裝支架，使其能樞接並旋轉，其缺點為：(1)開模成本高；(2)支架組裝費時；(3)支架以軸樞接，而軸心太小，組裝時容易被折斷；以及(4)塑膠材料的強度不足，必須增厚才能提高其強度，而厚度增加會影響按鍵結構的整體高度，無法達到薄形化的設計。

另外，薄形化的鍵、盤因為整體厚度較薄，相對地按鍵的可移動行程也變小，因而對按鍵的下壓行程造成不當的影響，故使用者常常無法感覺到按鍵下壓時應有的觸感， 因此如何增加按鍵下壓時的操作性，讓使用者使用鍵盤時有更佳的觸覺上的回饋，無疑是業界亟待研發之重點。

本發明係有關於一種力回饋鍵盤結構，可於鍵帽被按壓時產生力回饋，以增加使用者操作時之觸感。

根據本發明之一方面，提出一種力回饋鍵盤結構，包括一底板、一鍵盤框架、一力回饋裝置、一觸控感應單元以及多個觸壓單元。鍵盤框架配置於底板上。力回饋裝置配置於底板與鍵盤框架之間，力回饋裝置包括一震動板。觸控感應單元設置於鍵盤框架下方，可觸發震動板開始運作。觸壓單元各別連接鍵盤框架，且鄰近於該觸控感應單元之一側。當此些觸壓單元中之一觸壓單元被按壓時，觸控感應單元驅動震動板，使震動板傳遞一振動力至此一觸壓單元。

根據本發明之另一方面，提出一種力回饋鍵盤結構，包括一底板、一鍵盤框架、多個觸壓單元、一力回饋裝置、以及多個開關單元。鍵盤框架配置於底板上。每一個觸壓單元包括一鍵帽與一彈性連接件，彈性連接件設置於鍵帽與鍵盤框架之間，使鍵帽可相對於鍵盤框架上下活動。力回饋裝置配置於底板與鍵盤框架之間，力回饋裝置延伸在此些觸壓單元下方。每一個開關單元各別設置於此些鍵帽其中之一與力回饋裝置之間。當此些觸壓單元其中之一被按壓，使此些鍵帽其中之一向下移動而抵接到此些開關單元其中之一，進而使被抵接開關單元抵接到力回饋裝置 時，(1)被抵接開關單元啟動力回饋裝置，力回饋裝置透過被抵接開關單元傳遞一振動力至被按壓鍵帽，且彈性連接件抑制鍵盤框架自被按壓鍵帽所接收到振動力強度；且(2)其他未被按壓觸壓單元，其所對應的開關單元未向下移動而未抵接力回饋裝置，故其他未被按壓觸壓單元並未接收到振動力至而實質保持靜止。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本實施例之力回饋鍵盤結構，係利用震動板傳遞一振動力至觸壓單元，以因應使用者之操作而產生觸覺上的回饋。舉例來說，在薄形化鍵盤中，可藉由薄形化之觸壓單元來降低整體厚度，相對於習知的剪刀腳結構，本實施例之觸壓單元具有較小的下壓行程，但使用者可藉由力回饋裝置提供之振動力，來增加鍵帽被按壓開關導通時之觸感，因此不會因為本實施例之觸壓單元的下壓行程過小，而造成使用者無法感覺到鍵帽被按壓導通時應有的段落感或觸感。

以下係提出各種實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照第1及2圖，其中第1圖繪示依照本發明一實施例之力回饋鍵盤結構100的分解示意圖，第2圖繪示力回饋鍵盤結構的鍵帽142被按壓時之側面示意圖。

力回饋鍵盤結構100包括一底板110、一鍵盤框架 120、一力回饋裝置130、多個觸壓單元140以及一觸控感應單元170。鍵盤框架120配置於底板110上。力回饋裝置130配置於底板110與鍵盤框架120之間，力回饋裝置130包括一震動板134以及一致動器132。觸控感應單元170設置於鍵盤框架120與震動板134之間，用以驅動震動板134。觸壓單元140各別連接鍵盤框架120，且鄰近於震動板134之一側。當此些單元中之一觸壓單元140被按壓時(如第2圖所示)，此一觸壓單元140向下移動而抵接到觸控感應單元170，觸控感應單元170驅動震動板134使震動板134傳遞一振動力F至此一觸壓單元140。因此，本實施例之力回饋鍵盤結構100可因應使用者之操作(例如第2圖中以手指按壓)而產生觸覺上的回饋。

在第1圖中，雖然僅繪示二個觸壓單元140，但觸壓單元140的數量可依照打字用的鍵盤所需要的鍵帽數增加或減少，且其排列方式例如以第3圖所示之標準鍵盤200的鍵帽排列或以其他型態排列，本發明對此不加以限制。

本實施例之鍵盤框架120例如以固定柱122支撐於底板110上，以使鍵盤框架120穩固地配置於底板110上，且鍵盤框架120與底板110之間藉由固定柱122相隔一間距。此外，震動板134配置於鍵盤框架120與底板110之間，使得各個觸壓單元140未受壓時鄰近於震動板134之一側，但不與震動板134接觸。在第1圖中，震動板134相對於各固定柱122設有一穿孔135，以使固定柱122穿過震動板134之穿孔135，而不會影響震動板134的作動。

上述介紹之穿孔135只是實施本發明之其中一種態 樣，不限定固定柱122一定要配合穿孔135才能達成本發明。舉例來說：固定柱122設置的位置改變時，例如原本設置在中間的固定柱122改為設置在鍵盤框架120之周圍，且不需要穿過震動板134，故不需要針對周圍的固定柱122設置穿孔135。或是，震動板134的形狀及/或數量改變時，例如震動板134的形狀由平板狀改為環狀或格子狀時，或單一震動板134改為多片式震動板，且可以避開固定柱122，故不需要針對各別的固定柱122再設置穿孔135。

本實施例之觸控感應單元170可為薄膜開關或電容式觸控面板等元件。請參照第1圖，觸控感應單元170包含多個開關單元172，此些開關單元172之一分別相對於觸壓單元140之一。

在第2圖中，當左方的觸壓單元140被按壓，使左方鍵帽142向下移動而抵接到左方開關單元172，進而使被抵接的左方開關單元172向下移動抵接到力回饋裝置130時，如此使被抵接的左方開關單元172導通而送出左方鍵帽142所代表字元的電信號，且同時觸發力回饋裝置130開始運作振動，力回饋裝置130透過被抵接的左方開關單元172傳遞一振動力F至被按壓的左方鍵帽142，讓使用者手指可感受到左方鍵帽142上的振動觸感。

另一方面，受到左方彈性連接件144抑制，振動力F不會從被按壓的左方鍵帽142傳遞到鍵盤框架120上；同時未被按壓之右方觸壓單元140’，其所對應的右方鍵帽142’和右方開關單元172’未向下移動而未抵接力回饋裝 置130，故未被按壓之右方觸壓單元140’並未接收到振動力F而實質保持靜止。

本實施例之觸壓單元140例如包括一鍵帽142以及一彈性連接件144，彈性連接件144用以連接鍵帽142與鍵盤框架120。如第1圖所示，彈性連接件144例如是環形結構之橡膠，具有可壓縮/伸張之彈性，且彈性連接件144用以支撐鍵帽142，以使鍵帽142可各別容置於鍵盤框架120之開口121(也就是分隔部123)中。彈性連接件144環繞鍵帽142而具有減振效果，因此可阻隔振動力從鍵帽142傳達至鍵盤框架120。

此外，在第2圖中，各個鍵帽142藉由彈性連接件144之伸張力及回復力，以因應使用者以手指觸碰而上、下移動，並且鍵帽142可於下壓過程中與震動板134接觸而振動，以增加使用者操作時之觸感。

上述介紹之鍵帽142以及彈性連接件144可為相同之材質或不同材質。舉例來說：鍵帽142與彈性連接件144之材質均為橡膠，或是鍵帽142之材質為塑膠，而彈性連接件144之材質為橡膠。以橡膠為例，雖然鍵帽142以及彈性連接件144採用相同之材質，但可再分為硬質橡膠與軟質橡膠，使鍵帽142的材質硬度大於彈性連接件144的材質硬度。鍵帽142採用硬質橡膠可提高觸碰面的平坦度及耐壓性，且按壓時的觸感更直接，進而可增加鍵帽142的操作手感。另外，彈性連接件144採用軟質橡膠可增加變形量、減少材料疲乏或破損，以增加使用的壽命。

無論是採用相同之材質或不同材質，鍵帽142以及彈 性連接件144較佳是以模內射出(insert mold)的方式與鍵盤框架120結合為一體，以成為薄形化之按鍵結構。本實施例採用一體化之按鍵，可減少組裝之零組件、簡化組裝之程序及減少開模的成本。此外，一體化之按鍵重量較輕，且厚度較薄，以使力回饋鍵盤結構100的重量及整體高度下降，符合輕、薄設計的要求。

在第1圖中，兩個觸壓單元140的鍵帽142各別容置於不同開口位置的分隔部123中，以使單一鍵帽142受按壓時，其接觸震動板134時產生的振動波可被彈性連接件144完全吸收，故振動波不會影響到相鄰的另一鍵帽142，以避免產生干擾。然而，上述的配置方式只是實施本發明之其中一種態樣，不同觸壓單元140的鍵帽142亦可各別容置於同一開口位置的分隔部中，本發明對此不加以限制。

舉例來說，請參照第4圖，彈性連接件244以「田」字形結構環繞在鍵帽242周緣與分隔部232之間，且彈性連接件244環繞在鍵帽242周緣之寬度實質相同，以使四個觸壓單元240的鍵帽242各別容置於四個具有相同外形之分隔部223中，且這四個分隔部223位於同一開口位置內。當一個鍵帽242受按壓時，其接觸震動板時產生的振動波仍可被彈性連接件244完全吸收，故振動波不會影響到相鄰的其他鍵帽242。

此外，為了避免底板110接觸到震動板134而產生振動，本實施例之力回饋鍵盤結構100更包括一減震器150，其配置於震動板134與底板110之間。舉例來說，請參照 第1及2圖，減震器150例如配置於震動板134之周圍，也就是鍵帽142被按壓處以外的周圍區域，但本發明不以此為限，例如：相對於鍵帽142下壓處的震動板134與底板110之間亦可設置減震器150。減震器150除了可以隔絕振動波之傳遞，更可避免震動板134與底板110接觸而產生噪音。本實施例之減震器150可以是彈簧、液壓式或氣壓式減震器150等，或是多孔性的減震材料(例如泡棉或海綿)、吸震墊及吸震橡膠等。

本實施例之力回饋裝置130，係以震動板134傳遞一振動力F至被下壓的觸壓單元140，以因應使用者之操作而產生觸覺上的回饋。力回饋裝置130包括一致動器132，用以提供回饋之振動力F，並連接及致動震動板134，以使振動力可經由震動板134傳遞至被下壓的觸壓單元140。舉例來說，請參照第1及2圖，致動器132例如直接貼附在震動板134之一側靠近板邊的位置，當致動器132振動時，震動板134開始振動，因此可藉由開啟或關閉致動器132，以控制震動板134之振動時機，例如：當偵測到使用者按壓鍵帽142，導致開關單元172導通時，震動板134才開始振動；而當偵測到開關單元172未導通時，震動板134停止振動。

本實施例之致動器132例如是振動馬達(vibrating motor)或壓電致動器(Piezoelectric actuator)、電致動聚合物(EletroActive Polymer,EAP)或磁黏滯液(MR Fluid)等。致動器132可提供上下方向之振動力、左右方向之振動力或全方向性之振動力，較佳是提供包含上下方 向之振動分力，本實施例可依照實際使用的狀況來調整，例如根據鍵帽142的下壓行程及/或震動板134與鍵盤框架120之間的距離進行微調，不限定致動器132提供的振動頻率、振幅以及振動的方向。

接著，請參照第5圖，其繪示依照本發明一實施例之力回饋鍵盤結構300的剖面示意圖。在本實施例中，鍵帽342以及彈性連接件344較佳是以模內射出的方式與鍵盤框架320結合為一體，以成為薄形化之按鍵結構。此外，觸壓單元340例如具有一透光部343，可為破孔或可透光材質所組成，以配合背光模組360而組成一背光鍵盤。舉例來說，在第5圖中，背光模組360包括一導光板364以及一光源362，導光板364配置於導光板364與鍵盤框架320之間，且導光板364延伸在多個觸壓單元340下方，使得照明光能經由導光板334擴散於觸壓單元340下方。光源362配置於導光板364之一水平側面，以提供一光線L，此光線L可經由導光板364轉換為一背光光線，並傳導至鍵帽342的下方，再經由透光的鍵帽342或鍵帽342的透光部343射出力回饋鍵盤結構300。

在第5圖中，光源362不限定經由導光板364擴散照明光能。例如：力回饋裝置330可為一透明導光材質所構成，其功能如同導光板364，因此照明光能可經由力回饋裝置330擴散於觸壓單元340下方。

接著，請參照第6圖之力回饋鍵盤結構301，導光板364在不需破孔之情況下，背光模組360可直接設置於力回饋裝置330上，當力回饋裝置330震動時，背光模組360 隨力回饋裝置330同時振動，產生光閃爍的效果。

或者，如第7圖之力回饋鍵盤結構302，背光模組360例如設置於力回饋裝置330與鍵盤框架320之間，當其中之一鍵帽342向下移動而抵接到其中之一開關單元(參見第1圖)時，背光模組360之導光板364於對應抵接開關單元處隨之發生變形。

上述介紹之背光模組360雖然配置在震動板334與鍵盤框架320之間，但震動板334亦可結合背光模組360。例如，如第8圖之力回饋鍵盤結構303，震動板334可被導光板364取代或結合背光模組360，使震動板334提供震動力外，也可提供背光光線L至觸壓單元340。

或是，如第9圖之力回饋鍵盤結構304，背光模組之光源362及導光板364例如設置於震動板334與底板310之間。或是，如第10圖之力回饋鍵盤結構305，背光模組360取代底板310。

上述介紹之震動板334例如具有一第一透光部335，而觸壓單元340例如具有一第二透光部343，以讓光線L可通過震動板334及觸壓單元340。第一透光部335與第二透光部343例如是破孔或可透光材質所組成，讓光線L可先經由導光板364傳導至第一透光部335的下方，再經由第一透光部335向上而到達鍵帽342的下方，最後經由透光的鍵帽342或鍵帽342的第二透光部343出光。

本發明上述實施例所揭露之力回饋鍵盤結構，可於鍵帽被按壓時產生力回饋，以增加使用者操作時之觸感。此 外，力回饋鍵盤結構具有薄形化之觸壓單元，以降低整體厚度，符合薄形化鍵盤之要求，且採用一體化之按鍵，可減少組裝之零組件、簡化組裝之程序及減少開模的成本。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、300~305‧‧‧力回饋鍵盤結構

110、310‧‧‧底板

120、220、320‧‧‧鍵盤框架

121‧‧‧開口

122‧‧‧固定柱

123、223‧‧‧分隔部

130、330‧‧‧力回饋裝置

132、332‧‧‧致動器

134、334‧‧‧震動板

135‧‧‧穿孔

140、140’、340‧‧‧觸壓單元

142、242、342‧‧‧鍵帽

144、244、344‧‧‧彈性連接件

150‧‧‧減震器

170、370‧‧‧觸控感應單元

172、172’‧‧‧開關單元

200‧‧‧鍵盤

335‧‧‧第一透光部

343‧‧‧第二透光部

360‧‧‧背光模組

362‧‧‧光源

364‧‧‧導光板

L‧‧‧光線

第1圖繪示依照本發明一實施例之力回饋鍵盤結構的分解示意圖

第2圖繪示力回饋鍵盤結構的鍵帽被下壓時之側面示意圖。

第3圖繪示本發明應用於標準鍵盤的鍵帽排列方式。

第4圖繪示不同觸壓單元的鍵帽各別容置於同一開口位置的分隔部中。

第5圖繪示依照本發明一實施例之力回饋鍵盤結構的剖面示意圖。

第6~10圖分別繪示依照本發明一實施例之力回饋鍵盤結構的剖面示意圖。

100‧‧‧力回饋鍵盤結構

110‧‧‧底板

120‧‧‧鍵盤框架

121‧‧‧開口

122‧‧‧固定柱

123‧‧‧分隔部

130‧‧‧力回饋裝置

132‧‧‧致動器

134‧‧‧震動板

135‧‧‧穿孔

140‧‧‧觸壓單元

142‧‧‧鍵帽

144‧‧‧彈性連接件

150‧‧‧減震器

170‧‧‧觸控感應單元

172‧‧‧開關單元

Claims (22)

1. 一種力回饋鍵盤結構，包括：一底板；一鍵盤框架，配置於該底板上；一力回饋裝置，配置於該底板與該鍵盤框架之間，該力回饋裝置包括一震動板；一觸控感應單元，設置於該鍵盤框架下方，可觸發該震動板開始運作；以及複數個觸壓單元，各別連接該鍵盤框架，且鄰近於該觸控感應單元之一側，當該些觸壓單元中之一觸壓單元被按壓時，該觸控感應單元驅動該震動板使該震動板傳遞一振動力至該觸壓單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之力回饋鍵盤結構，其中該鍵盤框架具有複數個分隔部，該些分隔部各別容置該些觸壓單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述之力回饋鍵盤結構，其中該觸控感應單元包含複數個開關，該複數個開關分別相對於該些觸壓單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述之力回饋鍵盤結構，其中該些觸壓單元分別包括一鍵帽以及一彈性連接件，該彈性連接件連接該鍵帽與該鍵盤框架，其中該彈性連接件具有減振效果，阻隔該震動力傳達至該鍵盤框架。
5. 如申請專利範圍第4項所述之力回饋鍵盤結構，其中該鍵帽、該彈性連接件與該鍵盤框架一體成型。
6. 如申請專利範圍第1項所述之力回饋鍵盤結構， 其中該力回饋裝置更包括一致動器，連接並致動該震動板。
7. 如申請專利範圍第6項所述之力回饋鍵盤結構，其中該致動器包括振動馬達、壓電致動器、電致動聚合物(EletroActive Polymer,EAP)或磁黏滯液(MR Fluid)。
8. 如申請專利範圍第1項所述之力回饋鍵盤結構，更包括一減震器，配置於該震動板與該底板之間，避免該震動力傳達至該底板。
9. 如申請專利範圍第1項所述之力回饋鍵盤結構，更包括一背光模組，該背光模組包含一光源以及一導光板，該光源設置於該導光板之一水平側面，該光源發出一光線，該光線經由導光板轉換為一背光光線。
10. 如申請專利範圍第9項所述之力回饋鍵盤結構，其中該震動板亦可結合該背光模組，使該震動板提供該震動力外，也可提供該背光光線至該觸壓單元。
11. 如申請專利範圍第10項所述之力回饋鍵盤結構，該背光模組設置於震動板與鍵盤框架之間。
12. 如申請專利範圍第10項所述之力回饋鍵盤結構，該背光模組設置於震動板與底板之間或取代該底板，該震動板具有一第一透光部，該第一透光部可為一破孔或可透光材質所組成。
13. 如申請專利範圍第9至12項中任意一項所述之力回饋鍵盤結構，該觸壓單元具有一第二透光部，該第二透光部可為一破孔或可透光材質所組成，該背光光源經由該第二透光部射出該力回饋鍵盤結構。
14. 一種力回饋鍵盤結構，包括：一底板；一鍵盤框架，配置於該底板上；複數個觸壓單元，其中每一個觸壓單元包括一鍵帽與一彈性連接件，該彈性連接件設置於該鍵帽與該鍵盤框架之間，使該鍵帽可相對於該鍵盤框架上下活動；一力回饋裝置，配置於該底板與該鍵盤框架之間，該力回饋裝置延伸在該複數個觸壓單元下方；複數個開關單元，其中每一個開關單元各別設置於該複數個鍵帽其中之一與該力回饋裝置之間；以及當該複數個觸壓單元其中之一被按壓，使該複數個鍵帽其中之一向下移動而抵接到該複數個開關單元其中之一，進而使該被抵接開關單元抵接到該力回饋裝置時，(1)該被抵接開關單元啟動該力回饋裝置，該力回饋裝置透過該被抵接開關單元傳遞一振動力至該被按壓鍵帽，且該彈性連接件抑制該鍵盤框架自該被按壓鍵帽所接收到該振動力強度；且(2)其他未被按壓觸壓單元，其所對應的開關單元未向下移動而未抵接該力回饋裝置，故其他未被按壓觸壓單元並未接收到該振動力而實質保持靜止。
15. 如申請專利範圍第14項所述之力回饋鍵盤結構，其中該鍵盤框架具有複數個分隔部，該些分隔部各別容置該些鍵帽，該些分隔部各自與所容置的該些鍵帽具有相同外形，該彈性連接件環繞在該鍵帽周緣與該分隔部之 間，且該些彈性連接件環繞在該鍵帽周緣之寬度實質相同。
16. 如申請專利範圍第14項所述之力回饋鍵盤結構，其中該鍵帽與該彈性連接件一體成型，該鍵帽材質硬度大於該彈性連接件材質硬度。
17. 如申請專利範圍第14項所述之力回饋鍵盤結構，更包括一減震器，配置於該震動板與該底板之間，避免該震動力傳達至該底板。
18. 如申請專利範圍第14項所述之力回饋鍵盤結構，更包括一背光模組，其中該背光模組設置於該力回饋裝置上，當該力回饋裝置震動時，該背光模組隨該力回饋裝置同時振動，產生光閃爍的效果。
19. 如申請專利範圍第14項所述之力回饋鍵盤結構，更包括一背光模組，該背光模組設置於該力回饋裝置與鍵盤框架之間，當該複數個鍵帽其中之一向下移動而抵接到該複數個開關單元其中之一時，該背光模組於對應該抵接開關單元處隨之發生變形。
20. 如申請專利範圍第14項所述之力回饋鍵盤結構，更包括一背光模組，該背光模組設置於該力回饋裝置下方，該力回饋裝置具有一第一透光部，該第一透光部可為一破孔或可透光材質所組成。
21. 如申請專利範圍第14項所述之力回饋鍵盤結構，更包括一背光模組，該背光模組更包含一光源和一導光板，該光源發出一照明光能，該導光板延伸在該複數個觸壓單元下方，該照明光能經由該導光板擴散於該複數個 觸壓單元下方。
22. 如申請專利範圍第14項所述之力回饋鍵盤結構，該力回饋鍵盤結構更包含一光源，該光源發出一照明光能，該力回饋裝置為一透明導光材質所構成，該照明光能經由該力回饋裝置擴散於該複數個觸壓單元下方。