具有机械式开关的按键结构及机械式开关的制作方法

本发明涉及一种具有机械式开关的按键结构及机械式开关，特别涉及一种通过按键具有机械式开关以机械式作动的方式输入信号或指令，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”主要是以机械式开关(switch)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(peakpoint)之后，呈曲线向下到谷底为一导通点(operatingpoint)，之后，呈斜线逐渐增加。手感较无明显的段落感。

技术实现要素：

本发明的主要目的之一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。

本发明的另一主要目的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。

为了达到上述目的，根据本发明的其中一种方案，提供一种具有机械式开关的按键结构，其包括一键帽、一基板、一升降单元、一容置壳体、一导引外筒、一旋转内筒及一弹性组件。所述基板置于所述键帽下方，且具有一开口。所述升降单元置于所述键帽及所述基板之间，以导引所述键帽沿着一按压方向上升或下降。所述容置壳体位于该基板下方，所述容置壳体具有多个呈环状排列的段位板以及多个间隔地形成于所述多个段位板之间的段位凹陷区。所述导引外筒沿着所述键帽的按压方向可活动的收容于所述容置壳体内，所述导引外筒突出于该开口且抵接于所述键帽的底面。其中所述导引外筒具有一外筒本体、多个由所述外筒本体的底部向外突出的定位突块以及多个间隔地形成于所述多个定位突块之间的凹陷停靠部。所述导引外筒具有一朝下的中空收容空间。所述旋转内筒收容于所述导引外筒的所述中空收容空间内，所述旋转内筒具有一内筒本体以及多个由所述内筒本体的底部向外突出的滑动突块。所述弹性组件位于所述旋转内筒的底端，提供所述旋转内筒朝向所述键帽的弹力。其中所述键帽未被按压时，所述多个滑动突块对应地位于所述多个定位突块的底端、并且位于所述多个段位凹陷区内；其中所述键帽被按压时，所述多个定位突块沿着所述按压方向离开所述多个段位凹陷区，所述多个滑动突块对应地由所述多个定位突块的底端滑动至所述多个凹陷停靠部内；其中所述键帽被释放后，所述多个滑动突块由所述多个段位板的底面滑动至所述多个定位突块的底端。

为了达到上述目的，根据本发明的其中一种方案，提供一种机械式开关，其包括一容置壳体、一导引外筒、一旋转内筒及一弹性组件。所述容置壳体具有多个呈环状排列的段位板以及多个间隔地形成于所述多个段位板之间的段位凹陷区。所述导引外筒沿着一按压方向可活动的收容于所述容置壳体内，所述导引外筒抵接于所述键帽的底面；其中所述导引外筒具有一外筒本体、多个由所述外筒本体的底部向外突出的定位突块以及多个间隔地形成于所述多个定位突块之间的凹陷停靠部；所述导引外筒具有一朝下的中空收容空间。所述旋转内筒收容于所述导引外筒的所述中空收容空间内，所述旋转内筒具有一内筒本体以及多个由所述内筒本体的底部向外突出的滑动突块。所述弹性组件位于所述旋转内筒的底端，提供所述旋转内筒朝向所述导引外筒的弹力。其中所述导引外筒未被按压时，所述多个滑动突块对应地位于所述多个定位突块的底端、并且位于所述多个段位凹陷区内；其中所述导引外筒被按压时，所述多个定位突块沿着所述按压方向离开所述多个段位凹陷区，所述多个滑动突块对应地由所述多个定位突块的底端滑动至所述多个凹陷停靠部内；其中所述导引外筒被释放后，所述多个滑动突块由所述多个段位板的底面滑动至所述多个定位突块的底端。

本发明具有以下有益效果：本发明通过键帽在被按压与释放后的过程中，旋转内筒沿着上述导引外筒与段位板的底面滑动，其中滑动突块在定位突块的底端与段位凹陷区内轮流滑动，借此提供一种更明显的段落感的按压手感。本实施方式的按键压力的段落比cr％大约等于50％。

为了能更进一步了解本发明为实现既定目的所采取的技术、方法及技术效果，请参阅以下有关本发明的详细说明、附图，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，然而所附说明书附图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为本发明的具有机械式开关的按键结构的立体分解图。

图1a为本发明的机械式开关的立体分解图。

图2为本发明的具有机械式开关的按键结构的另一立体分解图。

图2a为本发明的机械式开关的另一立体分解图。

图3为本发明的键帽、升降单元、机械式开关的立体分解图。

图4为本发明的具有机械式开关的按键结构未按压键帽的剖视图。

图5为本发明的具有机械式开关的按键结构已按压键帽的剖视图。

图6为本发明的具有机械式开关的按键结构在按压过程中的弹力曲线图。

图7为本发明的具有机械式开关的按键结构及导通机构的剖视图。

具体实施方式

[第一实施方式]

请参考图1至图2a，其中图1及图2为本发明的具有机械式开关的按键结构的立体分解图，图1a及图2a为本发明的机械式开关的立体分解图。本发明的具有机械式开关的按键结构包括一键帽10、置于键帽10下方的一基板20、一升降单元30、一容置壳体50、一导引外筒60、一旋转内筒70及一弹性组件80。其中容置壳体50、导引外筒60、旋转内筒70及弹性组件80构成本发明的机械式开关。

本实施方式的基板20可以是由金属板冲压而成。基板20具有一基板本体21以及由基板本体21向上弯折的多个朝向键帽10突出的限制部23a、23b。基板20具有一开口210形成于基板本体21上。

如图2所示，本实施方式的升降单元30为一剪刀脚结构，置于键帽10及基板20之间，用以导引键帽10沿着一按压方向(如图1的垂直方向)上升或下降。键帽10的底面具有多个连接部11、连接部12。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的两侧连接于多个限制部23a、限制部23b与多个连接部11、连接部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、第一轴部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、第二轴部322，分别枢接于键帽10的连接部12以及基板20的限制部23a。因此，本实施方式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。

请参阅图1a，本实施方式中，容置壳体50位于基板20下方，容置壳体50具有多个呈环状排列的段位板53以及多个间隔地形成于多个段位板53之间的段位凹陷区530。本实施方式具有四个段位板53，然而其数量不限于此，可以是至少两个。本实施方式的容置壳体50具有一上壳体51及一下壳体52。上壳体51具有一外缘部57卡合于下壳体52。本实施方式中，外缘部57形成多个卡合孔570，下壳体52的外表面形成多个卡合块524，所述多个卡合块524对应地卡入于多个卡合孔570。

请参阅图3，图3显示本发明的机械式开关与基板20及电路板40的立体组合图。基板20的底面可以置放一电路板40。如图2所示，下壳体52具有多个突块526，与上述多个卡合块524共同夹持基板20与电路板40，如图4的剖视图所示。

本实施方式的上壳体51包括所述外缘部57、多个所述段位板53以及一环状顶部56，其连接外缘部57与多个段位板53。环状顶部56盖住下壳体52的顶缘。多个段位板53与外缘部57平行地位于外缘部57的内侧。环状顶部56大致垂直于段位板53与外缘部57。

如图1a及图2a所示，每一段位板53具有一第一侧边531、一第二侧边533及一连接所述第一侧边531及所述第二侧边533的底部斜边532，其中所述第一侧边531短于所述第二侧边533。

导引外筒60沿着键帽10的按压方向可活动的收容于所述容置壳体50内，导引外筒60突出于基板20的开口210且抵接于键帽10的底面。导引外筒60具有一外筒本体61、多个由外筒本体61的底部向外突出的定位突块62以及多个间隔地形成于多个定位突块62之间的凹陷停靠部64。导引外筒60大致呈圆筒状，并且具有一朝下的中空收容空间(参图2a，未标号)。本实施方式具有四个定位突块62以及四个凹陷停靠部64，然而其数量不限于此，可以是至少两个。四个定位突块62呈等角度及等距离排列，且位于同一平面上。

如图2及图2a所示，下壳体52形成多个避让孔59，多个避让孔59的位置对应于导引外筒60的多个定位突块62。

如图1a及图2a所示，本实施方式的导引外筒60沿着按压方向移动而不旋转。每一段位板53的内表面形成一平行于所述按压方向的导引肋55，导引外筒60的外表面形成多个平行按压方向的导引凹槽63对应地收容多个导引肋55。优选的，导引肋55靠近于段位板53的第二侧边533，由于第二侧边533较长，可以设置较长的导引肋55。导引肋55大致呈半圆柱形。

旋转内筒70收容于导引外筒60的中空收容空间内，旋转内筒70可在导引外筒60内沿着按压方向移动也可以转动。旋转内筒70具有一内筒本体71以及多个由内筒本体71的底部向外突出的滑动突块72。本实施方式具有四个滑动突块72，然而其数量不限于此，可以是至少两个。四个滑动突块72呈等角度及等距离排列，且位于同一平面上。

弹性组件80位于旋转内筒70的底端，提供所述旋转内筒70朝向键帽10的弹力。本实施方式的弹性组件80为一压缩弹簧。下壳体52的底部设有一突起定位部521以定位弹性组件80。

请参阅图4及图5，分别为本实施方式的具有机械式开关的按键结构未按压键帽及已按压键帽的剖视图。如图4所示，当键帽10未被按压时，也可以视为导引外筒60未被按压时，多个滑动突块72对应地位于多个定位突块62的底端、并且位于多个段位凹陷区530内。

如图5所示，补充说明的本实施方式的细节结构，导引外筒60的定位突块62的底部具有一下斜面622，下斜面622相对于所述按压方向呈倾斜状，旋转内筒70的滑动突块72的顶部具有一上斜面722，上斜面722相对于所述按压方向呈倾斜状，上斜面722抵接于下斜面622。

当键帽10被按压时，也可以视为导引外筒60被按压时，特别是当旋转内筒70的滑动突块72被导引外筒60的定位突块62往下推动至超过第二侧边533，通过上述上斜面722抵接于下斜面622产生的斜向推力，多个定位突块62沿着所述按压方向离开多个段位凹陷区530，多个滑动突块72对应地由多个定位突块62的底端滑动至导引外筒60的多个凹陷停靠部64内。此时，多个滑动突块72的位置暂时地位于多个段位板53的底部斜边532的下方。

当键帽10被释放后，通过位于旋转内筒70内部的弹性组件80的力量，推动上述旋转内筒70以及导引外筒60向上移动，向上回复的过程中，多个滑动突块72先是碰到多个段位板53的底部斜边532，导引外筒60继续向上并且多个定位突块62回到多个段位凹陷区530。然后多个滑动突块72离开多个凹陷停靠部64并且沿着多个底部斜边532滑动，多个滑动突块72由多个段位板53的底面，也就是底部斜边532，滑动至多个定位突块62的底端。回到图4所示的状态。

请参阅图4，本实施方式中，导引外筒60具有一延伸斜面621，延伸斜面621由下斜面622延伸至凹陷停靠部64。其中当键帽10被释放后，段位板53的底部斜边532、定位突块62的下斜面622、与导引外筒60的延伸斜面621大致位于同一斜面或者称同一弧面。因此滑动突块72顺畅地在上述同一弧面上轮流移动。

请参阅图6，为本实施方式的具有机械式开关的按键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。弹力曲线图的横轴代表压下按键动作的行程距离(stroke)，单位为mm；纵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(originalpoint)；p为峰值点(peakpoint)；c为接触点(contactpoint)；e为结束点(endpoint)。本发明特点其中之一在于，通过键帽10在被按压与释放后的过程中，旋转内筒70沿着上述导引外筒60与段位板53的底面滑动，提供一种更明显的段落感的按压手感。

图6中的峰值点p与接触点c会影响机械式开关结构的按压手感。起始点o相当于键帽10尚未被按压，对应于行程距离0mm；峰值点p相当于键帽10被按压到一最大力量的按压行程，对应于行程距离约1.3mm，在本实施方式中约为全部按压行程的三分之二位置。由起始点o至峰值点p的弹力曲线大致呈线性变化，过程中主要是克服弹性组件80的阻力，类似于压缩弹簧的弹力力图。

请同时参考图4，键帽10被按压的过程中，导引外筒60同时被往下推移，此段行程也相当于定位突块62沿着第二侧边533向下移动的位移距离。由上述得知，第二侧边533的长度愈长，弹性组件80被压缩更多，同时产生更大的弹力。因此，本实施方式的峰值点p可以通过改变第二侧边533的设计长度而得以调整。本实施方式的峰值点p的力量值也可以通过弹性组件80的弹性系数加以调整。

请参阅图6，本实施方式由峰值点p至接触点c的按压行程，使用者的手指感受到的力量明显变小，接触点c相当于行程距离约为1.6mm。请同时参阅图4所示，当滑动突块72被该导引外筒60向下推动直到越过该段位板53的第二侧边533，滑动突块72沿着定位突块62的底端开始滑动。先是滑过第二侧边533与底部斜边532的转角，然后如图5所示，该滑动突块72滑动至导引外筒60的该凹陷停靠部64内。过程中，键帽10仍然被持续向下按压，约继续三分之一的按压行程，直到完成整个按压行程，如图5所示，此时触动一导通电路(容后举例说明)，也就是相当于接触点c。弹性组件80在短时间内得着释放，弹性组件80回复的长度被滑动突块72的垂直位移抵消，用户的手指感受的弹性组件80的弹力在短时间内减少许多，而产生明显的段落感。

由上述得知，本实施方式可通过改变导引外筒60的延伸斜面621的斜率及长度，以调整峰值点p至接触点c的曲线及按压的段落感。

请参阅图6，接触点c之后的行程，相当于使用者的手指离开键帽10的过程。请同时参阅图4，弹性组件80推动上述旋转内筒70、导引外筒60以及键帽10向上回复到未被按压的位置。

按压手感一般可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(snapratio或clickratio，或cr％)＝

{峰值力量(peakforce)－接触力量(contactforce)}/峰值力量＊100％。

本实施方式的按键压力的段落比cr％大约为50％，提供明显的段落感。反观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，手感较无明显段落感。

[第二实施方式]

请参阅图7，本实施方式的具有机械式开关的按键结构的一种导通机构的示意图。本实施方式与上述实施方式不同的地方在于，其中旋转内筒70的呈中空状并且容置一触发模块90，容置壳体52’的底部形成一通孔520。其中对应于键帽10未按压的状态，触发模块90未突出通孔520；其中对应于键帽10被按压的状态，触发模块90的部分突出所述通孔520，借此以触碰位于机械式开关底部的导电薄膜(图略)以产生一导通信号。

更具体的说，其中触发模块90包括一收容壳91、一收容于所述收容壳91内的弹簧93及一触动部92可动地容纳于收容壳91内且抵接于所述弹簧93，触动部92的部分外突于收容壳91的底面。

本发明的特点及功能在于，本发明通过键帽10在被按压与释放后的过程中，旋转内筒70沿着上述导引外筒60与段位板53的底面滑动，其中滑动突块在定位突块的底端与段位凹陷区内轮流滑动，借此提供一种更明显的段落感的按压手感。本实施方式的按键压力的段落比cr％大约等于50％。

此外，本发明可提供一种更薄型的具有机械式开关的按键结构，整体高度可以小于7mm。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施方式，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，均应属本发明的涵盖范围。