TWI523054B

TWI523054B - 按鍵結構

Info

Publication number: TWI523054B
Application number: TW102124377A
Authority: TW
Inventors: 陳湘鳳; 吳健民; 趙張凱; 高黃曉; 王治安; 陳飛雅
Original assignee: 達方電子股份有限公司
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2016-02-21
Also published as: TW201503192A

Description

按鍵結構

本發明關於一種按鍵結構，尤指一種能產生震動回饋的按鍵結構。

隨著鍵盤薄型化的趨勢，鍵盤高度顯著縮小，傳統具有較大按壓行程之機械式按鍵結構已難以適用，故目前薄型鍵盤多採用小行程的按鍵或觸碰式按鍵之設計。然而，無論是小行程的按鍵或是觸碰式按鍵，使用者均難以感受到按壓回饋，導致於實際使用時使用者時有無法確認按壓操作是否完成的情況，造成不少操作上的困擾。另外，目前亦有另以震動器產生震動以提供使用者按壓回饋之鍵盤，但此設計多為於原本按鍵結構之外，再加上震動器，如此設計將增加鍵盤厚度，與鍵盤薄型化的趨勢背道而馳。

鑑於先前技術中的問題，本發明的目的之一在於提供一種按鍵結構，其結構整合一電致動器，使得採用本發明之按鍵結構之鍵盤整體厚度仍能維持於薄型且此電致動器同時能提供震動的按壓回饋，解決先前技術中按壓回饋與鍵盤薄型化難以兼得的問題。

於一實施例中，本發明之按鍵結構包含一基座及一薄板電致動器。該基座包含一感測部。該薄板電致動器設置於該基座上並具有一中間部及圍繞該中間部之一周圍部，該感測部靠近該周圍部，該周圍部之一第一部分固定至該基座，該周圍部之一第二部分簡單支撐於該基座上，使得該薄板電致動器能相對於該基座彈性彎曲。其中，當該薄板電致動器受一外力變形達一變形量時，該周圍部能接觸該第一感測部，用以觸發該薄板電致動器震動。

於另一實施例中，本發明之按鍵結構包含一基座及一薄板電致動器。該薄板電致動器結構上具有一中間部、一致動器固定端及一致動器活動端，該薄板電致動器電路上具有一電源端點及一接地端點，當一驅動信號流經該電源端點及該接地端點時，可驅動該薄板電致動器震動，該接地端點至少延伸於該致動器活動端。該基座包含一基座固定部、一第一絕緣層及一第一感測部，該第一感測部鄰近該第一絕緣層側面，且該第一感測部位置低於該第一絕緣層而相差一預設高度差，該致動器固定端係固定於該基座固定部。其中，當該薄板電致動器未變形時，該致動器活動端簡單支撐於該第一絕緣層上，使該接地端點遠離該第一感測部；當該薄板電致動器受一外力作用而使該致動器活動端向下變形超過該預設高度差時，該接地端點接觸該第一感測部，如此觸發該驅動信號流經該電源端點及該接地端點，而驅動該薄板電致動器震動；以及當該外力持續作用時，該中間部持續震動而讓一使用者感受到該按鍵結構在震動，但該接地端點因應該外力作用仍保持接觸該第一感測部。

相對於先前技術，本發明之按鍵結構將該薄板電致動器整合至支撐結構中，亦即該薄板電致動器本身即為支撐結構之一部分，該薄板電致動器可直接或間接承受使用者按壓按鍵所施加之該外力，並且該按鍵結構直接利用該薄板電致動器受外力作用而變形的特性來觸發該薄板電致動器震動，以回饋使用者的按壓操作。簡言之，採用本發明之按鍵結構之鍵盤仍可維持薄型且同時能提供按壓回饋，解決先前技術中按壓回饋與鍵盤薄型化難以兼得的問題。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1‧‧‧按鍵結構

10‧‧‧基座

10a‧‧‧活動空間

12‧‧‧薄板電致動器

14‧‧‧撓性鍵帽

16‧‧‧控制器

100‧‧‧底板

102‧‧‧第一板件

104‧‧‧第二板件

106‧‧‧第一電路板

106a、106b‧‧‧絕緣層

106c‧‧‧電路

108‧‧‧第二電路板

108a‧‧‧第一絕緣層

108b‧‧‧第二絕緣層

108c‧‧‧電路

110a‧‧‧第一感測部

110b‧‧‧第二感測部

110c‧‧‧第三感測部

120a‧‧‧中間部

120b‧‧‧周圍部

120c‧‧‧第一部分

120d‧‧‧第二部分

120e‧‧‧第一電極

120f‧‧‧第三部分

120g‧‧‧第四部分

122‧‧‧金屬基板

124‧‧‧壓電陶瓷層

1002‧‧‧通孔

S1‧‧‧驅動信號

第1圖為根據本發明之一較佳具體實施例之按鍵結構之爆炸圖。

第2圖為第1圖中按鍵結構組合後之俯視圖。

第3圖為第1圖中按鍵結構之薄板電致動器之示意圖。

第4圖為第2圖中按鍵結構沿線X-X之剖面示意圖。

第5圖為第1圖中按鍵結構之功能方塊圖。

第6圖為第2圖中按鍵結構沿線Y-Y之剖面示意圖。

第7圖為根據另一實施例之按鍵結構之俯視圖。

第8圖為根據另一實施例之按鍵結構之俯視圖。

第9圖為根據另一實施例之按鍵結構之剖面示意圖。

請參閱第1至第5圖。第1圖為根據本發明之一較佳具體實施例之按鍵結構1之爆炸圖。第2圖為按鍵結構1之俯視圖，其中按鍵結構1之撓性鍵帽14未繪示以便於清楚顯示其他部件之設置關係。第3圖為按鍵結構1之薄板電致動器12之示意圖。第4圖為第2圖中按鍵結構1沿線X-X之剖面示意圖。第5圖為按鍵結構1之功能方塊圖。按鍵結構1包含一基座10、一薄板電致動器12、一撓性鍵帽14及一控制器16。基座10包含一底板100、一第一板件102、與第一板件102疊置之一第二板件104、一第一電路板106及一第二電路板108。第一電路板106夾置於第一板件102與第二板件104之間，第一板件102、第一電路板106及第二板件104疊置於底板100上，第二電路板108相對第一電路板106設置於底板100上。撓性鍵帽14(例如矽膠墊)放置於薄板電致動器12上。控制器16與第一電路板106及第二電路板108電性連接；其中，前述圖式主要在顯示按鍵結構1之機構作動部分，於實作上，習知技藝者自可輕易配合實際應用情形而適度變化結構以容置控制器16，不待贅述，例如應用於鍵盤(即包含複數個按鍵結構1)時，控制器16即可設置於鍵盤的邊框部分，且此時得僅以單一控制器16與該複數個按鍵結構1電性連接，但本發明不以此為限。

薄板電致動器12具有一中間部120a及圍繞中間部120a之一周圍部120b，周圍部120b之一第一部分120c作為致動器固定端，夾置於第一板件102與第二板件104之間以固定至基座10。邏輯上，第一板件102與第二板件104夾持該致動器固定端的部分可定義為一基座固定部，換言之，該致動器固定端係固定於該基座固定部。周圍部120b之一第二部分120d作為致動器活動端，簡單支撐於基座10上。其中，第一板件102、第二板件104及第二電路板108圍繞薄板電致動器12設置於底板100上，第一板件102、第二板件104、第二電路板108及底板100形成一活動空間10a，薄板電致動器12即對應活動空間100設置於基座10上。藉此，薄板電致動器12能相對於基座10彈性彎曲於活動空間100中，例如使用者手指按壓撓性鍵帽14使得薄板電致動器12向下彎曲。第一電路板106與薄板電致動器12電性連接，用以驅動薄板電致動器12震動。基座10包含一第一感測部110a，整合至第二電路板108，因此，第一感測部110a經由第二電路板108與控制器16電性連接。第一感測部110a靠近周圍部120b設置，使得當薄板電致動器12受一外力變形達一變形量時(如第4圖中虛線所示)，例如使用者按壓撓性鍵帽14致使薄板電致動器12彎曲變形，周圍部120b能接觸第一感測部110a，用以觸發薄板電致動器12震動。

於本實施例中，薄板電致動器12係一壓電蜂鳴器，但本發明不以此為限。薄板電致動器12包含一金屬基板122及形成於金屬基板122上之一壓電陶瓷層124，結構上，壓電陶瓷層124為一非金屬層，金屬基板122為設置於非金屬層下方之一金屬層。中間部120a即對應壓電陶瓷層124之位置，周圍部120b即對應金屬基板122為被壓電陶瓷層124覆蓋的部分，換言之，金屬基板122形成周圍部120b。薄板電致動器12具有一第一電極120e(於第4圖中以粗線表示)及一第二電極，第一電極120e作為薄板電致動器12之電源端點，設置於壓電陶瓷層124(即該非金屬層)上，第二電極作為薄板電致動器12之接地端點，設置於金屬基板122(即該金屬層)上；其中，於本實施例中，整個金屬基板122直接作為第二電極，亦即整個金屬基板122均為接地端，該接地端點(即金屬基板122)至少延伸於該致動器活動端(即第二部分120d)，換言之，該金屬層自該致動器固定端(即第一部分120c)延伸到該致動器活動端(即第二部分120d)，如此該接地端點可輕易延伸至在薄板電致動器12結構下方任一位置。當一驅動信號S1流經該電源端點(即第一電極120e)及該接地端點(即金屬基板122)時，可驅動薄板電致動器12震動。第一電路板106與第一部分120c一同夾置於第一板件102與第二板件104之間。第一電路板106由兩層絕緣層106a、106b及設置於其中之一電路106c實作，藉此可使電路106c與第一板件102、第二板件104及金屬基板122(或謂第一部分120c，即第二電極)絕緣但與電路106c與第一電極120e電性連接(例如銲接)，即使於薄板電致動器12震動時，仍能保持電性連接，並且可使第二電極(即金屬基板122)與第二板件104電性連接。於本實施例中，第一板件102及第二板件104採金屬板件製作，可提供良好的結構強度且第二板件104可直接充作接地，控制器16即透過第一電路板106與該電源端點(即第一電極120e)電性連接，控制器16即透過第二板件104與該接地端點(即金屬基板122)電性連接，但本發明不以此為限。

第二電路板108包含一第一絕緣層108a、一第二絕緣層108b及一電路108c，電路108c設置於第二絕緣層108b上，第一絕緣層108a疊置於第二絕緣層108b上並覆蓋電路108c，第一感測部110a係一金屬墊，露出設置於第二絕緣層108b上並與電路108c電性連接；於實作上，第一感測部110a可直接整合至第二電路板108之電路結構中。第二電路板108以第二絕緣層108b設置於底板100上。第二部分120d簡單支撐於第一絕緣層108a上，第一感測部110a鄰近第一絕緣層108a側面，由於第一感測部110a位置低於第一絕緣層108a而相差一預設高度差(於本實施例中，即第一絕緣層108a之厚度)，使得薄板電致動器12未變形時，該致動器活動端(即第二部分120d)簡單支撐於第一絕緣層108a上，使該接地端點(即金屬基板122)遠離第一感測部110a，亦即與第一感測部110a絕緣，周圍部120b(或謂第二部分120d)與第一感測部110a之間形成一間隔。當薄板電致動器12受外力作用而使該致動器活動端(即第二部分120d)向下變形超過該變形量(即該預設高度差)時，周圍部120b(或謂第二部分120d或該致動器活動端)接觸第一感測部110a，如此即觸發驅動信號S1流經該電源端點(即第一電極120e)及該接地端點(即金屬基板122)，而驅動薄板電致動器12震動。其中，當該外力持續作用時，中間部120a持續震動而讓一使用者感受到按鍵結構1在震動，以作為按壓回饋，但該接地端點(即金屬基板122)因應該外力作用仍保持接觸第一感測部110a。其中，原則上，為使薄板電致動器12平穩支撐於基座10上，第二電路板108整體厚度大致與第二板件104相當，而前述用於觸發的變形量則可由設定第一絕緣層108a之厚度來控制。補充說明的是，前述變形量係指薄板電致動器12對應第一感測部110a處變形時之位移量，其與薄板電致動器12中央處變形時之位移量(即按鍵按壓行程)有一定之關係，此為習知技藝者可根據實際支撐結構而輕易推得，不另贅述。

於本實施例中，控制器16判斷第一感測部110a是否與周圍部 120b(或謂該接地端點)間是否電性接觸可透過偵測電壓差的手段達到。並且，控制器16可根據前述判斷以決定是否輸出對應字元訊號，如此按鍵結構1即無需另行設置觸發輸出對應字元訊號的按鍵開關。例如，當該接地端點(即金屬基板122)和第一感測部110a間存在電壓差時，即未有電性接觸發生，控制器16判定按鍵結構1為斷路，控制器16即不輸出按鍵結構1所代表之一字元訊號且不輸出驅動信號S1至該電源端點(即第一電極120e)；反之，當該接地端點(即金屬基板122)和第一感測部110a間電壓差消失時，即有電性接觸發生，控制器16判定按鍵結構1為導通，控制器16即輸出按鍵結構1所代表之該字元訊號且開始輸出該驅動信號S1至該電源端點(即第一電極120e)，使得薄板電致動器12震動。其中，當薄板電致動器12未變形時，該致動器活動端(即第二部分120d)簡單支撐於第一絕緣層108a上，第一感測部110a電壓具有一原始電壓，該原始電壓異於該接地端點(即金屬基板122)電壓；當薄板電致動器12受外力作用而使該致動器活動端(即第二部分120d)向下變形超過該預設高度差時，該接地端點(即金屬基板122)接觸第一感測部110a，第一感測部110a電壓自該原始電壓轉變成相同於該接地端點(即金屬基板122)電壓。

另外，於本實施例中，基座10還包含一第二感測部110b及一第三感測部110c，均整合至第二電路板108，與前述關於第一感測部110a之說明相同，不另贅述。薄板電致動器12之周圍部120b之一第三部分120f及一第四部分120g即對應第二感測部110b及第三感測部110c簡單支撐於第二電路板108之第一絕緣層108a上。對應每一個部分120d、120f、120g均靠近設置有感測部110a、110b、110c，並且感測部110a、110b、110c彼此相互電性連接，故當薄板電致動器12受外力變形達該變形量時，周圍部120b能接觸感測部110a、110b、110c至少其中之一，即可觸發薄板電致動器12震動。第二部分120d接觸第一感測部110a之示意圖如第4圖所示，第三部分120f及第四部分120g接觸第二感測部110b及第三感測部110c之示意圖如第6圖所示(其為第2圖中按鍵結構1沿線Y-Y之剖面示意圖)。一般而言，若使用者大致對應於薄板電致動器12之中央區域按壓時，周圍部120b原則上可同時接觸感測部110a、110b、110c。藉此，縱使於使用者偏移按壓按鍵結構1時，按鍵結構1仍能有效感測使用者的按壓操作。

由於薄板電致動器12透過四個部分120c、120d、120f、120g支撐於基座10，此四個部分120c、120d、120f、120g大致平均配置於周圍部120b，使得薄板電致動器12可獲得平穩的支撐效果；於本實施例中，此四個部分120c、120d、120f、120g大致呈相隔90度圓心角設置。於實作上，如第7圖所示(其中撓性鍵帽14亦未繪示於圖中)，若薄板電致動器12主要透過第一部分120c及第二部分120d支撐於基座10時，則第一部分120c與第二部分120d可相對設置，以獲致薄板電致動器12平穩作動的效果。同樣地，如第8圖所示(其中撓性鍵帽14亦未繪示於圖中)，若薄板電致動器12主要透過第一部分120c、第二部分120d及第三部分120f支撐於基座10時，則第二部分120d與第三部分120f可相對於第一部分120c對稱設置，以獲致薄板電致動器12平穩作動的效果。

另外，於前述各實施例中，薄板電致動器12設置於底板100之上，薄板電致動器12之彎曲變形除作為觸發薄板電致動器12之機制外，亦與按鍵結構1可提供之按壓行程有關。如第9圖所示，當按鍵結構1需提供更大的按壓行程時，可於底板100形成一通孔1002或凹槽，位於薄板電致動器12下方，使得當薄板電致動器12變形時，薄板電致動器12可部分伸入通孔1002(以虛線表示於圖中)。補充說明的是，於實作上，周圍部120b不限於薄板電致動器12伸入通孔1002內後始接觸感測部110a、110b、110c。

再補充說明的是，前述按鍵結構1僅為適例，其採用現行按鍵結構常用之設計手段，但本發明不以此為限。例如，基座可直接以埋入射出的方式將支撐結構(例如工程塑膠)及電路佈局(例如金屬導線框架)一併形成，甚至將薄板電致動器12一併整合至前述埋入射出製程中，此有助於構件數量的減少及按鍵結構進一步的薄型化，甚至有助於簡化製程。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。