TW202309955A - 機械鍵盤的按鍵總成 - Google Patents

Abstract

一種機械鍵盤的按鍵總成，包括外殼、鍵軸、鍵帽、電磁鐵、永久磁鐵、測距元件以及控制模組。鍵軸可移動地設置於外殼。鍵帽組裝於鍵軸突出外殼的部分。電磁鐵設置於外殼內。永久磁鐵設置於鍵軸且對應於電磁鐵。測距元件設置於外殼以感測鍵帽的行程。控制模組電性連接電磁鐵與測距元件。控制模組內建有多個鍵軸訊息，且控制模組依據各鍵軸訊息而在按鍵總成的按壓過程中調整電磁鐵相對於永久磁鐵產生的磁斥力。

Description

機械鍵盤的按鍵總成

本發明是有關於一種鍵盤裝置，且特別是有關於一種機械鍵盤。

現有的鍵盤裝置是將多個按鍵固定於電路板上，當使用者按壓任一個按鍵時，其會產生相應的電訊號並透過電路板傳送至機體內的控制器，以執行特定功能。

以配有機械軸開關的按鍵為例，其是將機械軸開關焊接於電路板上，因此使用者並無法輕易地將機械軸開關與電路板分拆開來。常見的機械軸開關的軸體可概分為黑軸、白軸、茶軸、紅軸以及青軸等，倘按鍵採用軸體為黑軸的機械軸開關，並焊接於電路板上，使用者便無法依個人需求對按鍵總成中的機械軸開關進行置換，例如置換成軸體為白軸、茶軸、紅軸或青軸等機械軸開關，因此侷限了鍵盤裝置的適用範圍。

本發明提供一種按鍵總成，其能因應不同鍵軸關係而提供對應的按壓手感。

本發明的機械鍵盤的按鍵總成包括外殼、鍵軸、鍵帽、電磁鐵、永久磁鐵、測距元件以及控制模組。鍵軸可移動地設置於外殼。鍵帽組裝於鍵軸突出外殼的部分。電磁鐵設置於外殼內。永久磁鐵設置於鍵軸且對應於電磁鐵。測距元件設置於外殼以感測鍵帽的行程。控制模組電性連接電磁鐵與測距元件。控制模組內建有多個鍵軸訊息，且控制模組依據各鍵軸訊息而在按鍵總成的按壓過程中調整電磁鐵相對於永久磁鐵產生的磁斥力。

基於上述，機械鍵盤的按鍵總成於其控制模組內建多種鍵軸訊息，以利於使用者選擇其中一種鍵軸訊息後，在按鍵總成的按壓過成中讓控制模組驅動測距元件感測鍵帽的行程，並依據所述行程以及所選鍵軸訊息而調整電磁鐵相對於永久磁鐵的磁斥力，進而在鍵帽的移動過成中對鍵軸提供多種反作用力。此舉讓同一個按鍵總成能模擬多種鍵軸的按壓手感，而有效提高按鍵總成的適用性。

圖1是依據本發明一實施例的按鍵總成的示意圖。圖2是圖1的按鍵總成的爆炸圖。圖3是按鍵總成中相關構件的電性連接關係圖。請同時參考圖1至圖3，在本實施例中，機械鍵盤的按鍵總成100包括外殼110、鍵軸130、鍵帽120、電磁鐵150、永久磁鐵160、測距元件190以及控制模組140。鍵軸130可移動地設置於外殼110。鍵帽120組裝於鍵軸130突出外殼110的部分。電磁鐵150設置於外殼110內。永久磁鐵160設置於鍵軸130且對應於電磁鐵150。測距元件190設置於外殼110上以感測鍵帽120的運動行程。控制模組140電性連接電磁鐵150與測距元件190。控制模組140內建有多個鍵軸訊息，且控制模組140依據鍵軸訊息而在按鍵總成100的按壓過程中調整電磁鐵150相對於永久磁鐵160產生的磁斥力。

進一步地說，外殼110包括彼此扣持的頂殼111與底殼112，頂殼111具有開口111a，底殼112具有空心柱112a，電磁鐵150設置於空心柱112a內，鍵軸130包括軸體131與軸套132，鍵帽120組裝於軸體131，軸體131穿設於軸套132，且穿過開口111a而局部伸入空心柱112a，永久磁鐵160位於軸體131的底端，以在伸入空心柱112a後對應至電磁鐵150。

圖4是按鍵總成的剖視圖。請同時參考圖2至圖4，在本實施例中，控制模組140包括電路板141以及彼此電性連接的微控制器（microcontroller unit, MCU）142與電力調節單元（power regulator）143，其中微控制器142電性連接測距元件190，電力調節單元143電性連接電磁鐵150。據此，當控制模組140的微控制器142接收輸入訊號後，即會從內建的鍵軸訊息中提取符合者，進而在鍵帽120的運動行程中通過測距元件190不間斷地感測鍵帽120的位置以取得所述運動行程，並依據提取的鍵軸訊息而在所述運動行程中調整電磁鐵150對永久磁鐵160產生的磁斥力。

在此，微控制器142除了前述內建有這些鍵軸訊息外，於其他實施例中也可採附加一個記憶單元以儲存這些鍵軸訊息。再者，測距元件190例如是紅外線感測器或雷射感測器，其能針對鍵帽120的內頂面特定處感測其在按壓過程中的位置變化，以利於取得鍵帽120的行程。此外，本實施例的電力調節單元143是對從電源（未繪示）汲取的電力供輸至電磁鐵150的線路上，通過電力調節單元143而調整其電壓或電流，以達到改變電磁鐵150所產生磁力大小或方向的效果。

另外，本實施例於結構上，按鍵總成100還包括彈簧170與觸發彈片180，其中彈簧170設置於外殼110內且抵接在鍵軸130與外殼110之間，彈簧170用以支撐鍵軸130與其上的鍵帽120。更進一步地說，彈簧170套設於空心柱112a外，以讓鍵軸130的軸體131穿過彈簧170。觸發彈片180插設於底殼112且位於空心柱112a旁並用以電性連接控制模組140。更進一步地說，觸發彈片180是一對電耦件，其各自底端插設於電路板141以電性連接電路板141上的電路，如圖1所示。在按鍵總成100未被按壓時，這對電耦件彼此分離而使所述電路呈斷路，待按鍵總成100被按壓時，這對電耦件方彼此抵接在一起而導通所述電路，進而產生按鍵總成100的觸發訊號。同時，觸發彈片180也可受鍵軸130的驅動並產生對應的敲擊聲響。

此外，於另一未繪示的實施例中，可以多節式伸縮同軸套管取代前述的彈簧170，以作為支撐鍵軸130與鍵帽120之用，亦即，本實施例的多節式伸縮同軸套管以及前述實施例的彈簧170，皆只作為支撐鍵軸130與鍵帽120（並用以使其復位）之用，而不會影響按鍵總成100的按壓行程，以讓鍵軸130與鍵帽120在電磁鐵150未作動時（也就是未對永久磁鐵160產生磁斥力時），鍵軸130與鍵帽120能因前述支持而避免陷入外殼110內。

圖5與圖6分別繪示按鍵總成中不同鍵軸訊息的曲線圖。請同時參考圖3、圖5與圖6，在此以兩種鍵軸訊息作為例示，其中圖5例如是機械鍵盤中常見的茶軸或其相關，而圖6例如是機械鍵盤中常見的青軸或其相關。如圖所示，各鍵軸訊息包括受力（即磁斥力）與行程的對應關係並形成按壓軌跡與回彈軌跡等兩種線形，同時存在段落點（tactile position）、啟動點（operating point）、復位點（reset position），其中段落點代表回饋給使用者按壓段差的位置，啟動點是按鍵總成產生觸發訊號的位置，而復位點則是按壓（觸發）完畢後提供給使用者的回彈力道。

在本實施例中，使用者或電子裝置的操作系統可依據使用需求或環境，而提供輸入訊號至微控制器142，以讓微控制器142從多種鍵軸訊息中選擇並執行能對應或符合者。舉例來說，當微控制器142選擇圖5所示的鍵軸訊息時，其便會在按鍵總成100的按壓/回彈過程中，以測距元件190不間斷地感測鍵帽120的位置，並據以取得鍵帽120的運動行程，如圖5所示按壓軌跡，其在行程為1mm時，受力近似於50cN，此即代表微控制器142需通過電力調節單元143對通過電磁鐵150的電壓或電流進行調節，以確保此時電磁鐵150對永久磁鐵160所產生的磁斥力是前述的50cN。換言之，此時按鍵總成100所模擬的鍵軸特性（受力-行程關係）便是圖5所示。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，機械鍵盤的按鍵總成於其控制模組內建多種鍵軸訊息，以利於使用者選擇其中一種鍵軸訊息後，在按鍵總成的按壓過成中讓控制模組驅動測距元件感測鍵帽的行程，並依據所述行程以及所選鍵軸訊息而調整電磁鐵相對於永久磁鐵的磁斥力，進而在鍵帽的移動過成中對鍵軸提供多種反作用力。此舉讓同一個按鍵總成能模擬多種機械式鍵軸的按壓手感，而以店氣方式提供多種按壓力到回饋與觸感，以有效提高按鍵總成的適用性。

100:按鍵總成 110:外殼 111:頂殼 111a:開口 112:底殼 112a:空心柱 120:鍵帽 130:鍵軸 131:軸體 132:軸套 140:控制模組 141:電路板 142:微控制器 143:電力調節單元 150:電磁鐵 160:永久磁鐵 170:彈簧 180:觸發彈片 190:測距元件

圖1是依據本發明一實施例的按鍵總成的示意圖。 圖2是圖1的按鍵總成的爆炸圖。 圖3是按鍵總成中相關構件的電性連接關係圖。 圖4是按鍵總成的剖視圖。 圖5與圖6分別繪示按鍵總成中不同鍵軸訊息的曲線圖。

110:外殼

111:頂殼

111a:開口

112:底殼

112a:空心柱

130:鍵軸

131:軸體

132:軸套

150:電磁鐵

160:永久磁鐵

170:彈簧

180:觸發彈片

190:測距元件

Claims (10)

1. 一種機械鍵盤的按鍵總成，包括： 一外殼； 一鍵軸，可移動地設置於該外殼； 一鍵帽，組裝於該鍵軸突出該外殼的部分； 一電磁鐵，設置於該外殼內； 一永久磁鐵，設置於該鍵軸且對應於該電磁鐵； 一測距元件，設置於該外殼以感測該鍵帽的行程；以及 一控制模組，電性連接該電磁鐵與該測距元件，其中該控制模組內建有多類鍵軸訊息，且該控制模組依據各該鍵軸訊息而在該按鍵總成的按壓過程中調整該電磁鐵相對於該永久磁鐵產生的磁斥力。
2. 如請求項1所述的機械鍵盤的按鍵總成，其中該控制模組於接收一輸入訊號後從該些鍵軸訊息提取符合者，在該鍵帽的行程中通過該測距元件不間斷地感測該鍵帽的位置以取得該行程，並依據提取的該鍵軸訊息而在該行程中調整該電磁鐵對該永久磁鐵產生的磁斥力。
3. 如請求項1所述的機械鍵盤的按鍵總成，其中各該鍵軸訊息包括該磁斥力與該行程的對應關係。
4. 如請求項1所述的機械鍵盤的按鍵總成，其中該控制模組包括彼此電性連接的微控制器（microcontroller unit, MCU）與電力調節單元（power regulator），該微控制器電性連接該測距元件，該電力調節單元電性連接該電磁鐵。
5. 如請求項4所述的機械鍵盤的按鍵總成，其中該微控制器內建有該些鍵軸訊息。
6. 如請求項1所述的機械鍵盤的按鍵總成，還包括一彈簧，設置於該外殼內且抵接在該鍵軸與該外殼之間，該彈簧用以支撐該鍵軸與該鍵帽。
7. 如請求項6所述的機械鍵盤的按鍵總成，其中該外殼包括彼此扣持的一頂殼與一底殼，該頂殼具有一開口，該底殼具有一空心柱，該電磁鐵設置於該空心柱內，該鍵軸穿過該開口而局部伸入該空心柱。
8. 如請求項7所述的機械鍵盤的按鍵總成，其中該彈簧套設於該空心柱外，該鍵軸穿過該彈簧。
9. 如請求項7所述的機械鍵盤的按鍵總成，還包括一觸發彈片，電性連接該控制模組，該觸發彈片插設於該底殼且位於該空心柱旁。
10. 如請求項1所述的機械鍵盤的按鍵總成，其中該測距元件是紅外線感測器。

Images