键盘类产品按键结构分析及优化

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键盘类产品按键结构分析及优化 摘要：本文通过分析目前市场上常见的键盘类产品按键结构，结合 OELD显示器应用到键盘类产品的特殊结构特点和要求，提出一种新的按键结构方式。 关键字：按键结构，OLED键盘 Abstract: In this paper,a new key structures has been proposed through analyzing the key structures of the keyboard product in the current market and considering the structural features and requirements when OLED display applied to the keyboard. Key words: Key structure, OLED keyboard

1. 引言 键盘类产品（包含PC键盘、密码键盘、电话机键盘等）作为金融系统、安防系统和通信系统中必不可少的计算机外部设备之一，广泛应用在金融、政府、交通、工商、通信、楼宇门禁等服务行业，配合银行系统、通信系统和安防管理系通中使用，主要是用来输入字符信号。由于键盘类产品作为重要的人机交互的桥梁，其关键技术——按键结构，对整个键盘的可靠性和手感有着致关重要的作用

2．常见按键结构介绍和比较 目前市场上键盘类产品的结构比较常见的有三种分别为薄膜类键盘、机械键盘和电话机类的T形结构。而在这三类键盘中，薄膜类键盘是最为普遍的，薄膜类键盘又分为三大类：火山口结构、剪刀脚结构和宫柱结构。火山口结构薄膜键盘多见于PC机的键盘和一般的POS机；剪刀脚结构薄膜键盘多用于笔记本键盘中，当然在高端的PC机的键盘中也比较普及；宫柱结构薄膜键盘专利由新贵公司独有，现在并不普及，但其独特的结构方式可以参考学习。机械键盘由于拥有良好的手感，现在主要在高端游戏玩家中使用。而电话机类产品中的T型结构需要造型中有“十”字栅栏，所以现在电话机类产品多用，而在PC键盘及POS机类无“十”字栅栏的产品中已屏弃。

2．1 薄膜类键盘 2．1．1火山口结构 火山口结构是目前市场上PC键盘、普通POS机及密码键盘类产品中采用得最普遍的设计，火山口结构的键帽插入火山口，然后直接由橡胶垫支撑，键程约一般为3.50mm～4.5mm左右。这种结构的优点在于成本低、工艺简单，并具有一定的防水功能，但由于键帽的支撑点仅为一个橡胶垫的缘故，因此键帽容易晃动（按键区表面出现不平整的现象），这就要求用户敲击时手指需刚好落在键帽中央才能获得最好的手感，但是由于使用时不断磨损的原因，手感就会发生变化，噪音也因此而较为明显。这种结构用户可以在使用中可以自行拆卸，即使偶有灰尘也可以很方便的进行清理，也较为方便。 火山口键盘属于中长行程键盘，多为高键帽，因其在使用中比较回弹有力，所以在游戏玩家中尤其受到青睐并占据了一定的分量，但是其弊端是长时间使用比较容易疲劳，一般办公室人员不太适合使用。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 键盘类产品按键结构分析及优化 2

图1 火山口结构 图2 按键及硅胶帽 图3 机构原理 2．1．2剪刀脚结构 剪刀脚结构也称X结构全称叫做SCISSOR，它的工作原理是：运用两组平行四连杆机构，以强迫运动方式让使用者按触键盘的四个角落时都能享受到顺畅及一致的手感，轻质的塑钢材料，结构坚固，耐用度比一般键盘要好。剪刀脚结构的设计多数用于笔记本以及超薄的PC电脑键盘上。它是键帽与橡胶垫之间采用了类似剪刀形状的两组连杆结构支撑架，键程一般约为2.50mm～3.0mm左右，这种设计能让用户的手指均匀地受力在键帽上，每个按键均能获得同样的手感。但剪刀脚键盘装配比一般火山口结构键盘复杂很多，用户很难自行维护，而且生产厂家制造成本较高。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 键盘类产品按键结构分析及优化 3

图4 剪刀脚结构 图5 机构原理

2．1．3宫柱结构 “宫柱结构”是新贵公司拥有专利技术的结构方式。“宫柱结构”，是因其外形尤如一个个四平八稳的柱子而官方故此命名。从结构图中可看出其采用分离式结构设计，核心部分便是宫柱结构。宫柱的核心动程结构采取了POM材料（POM材料是有较好的耐磨性能和润滑性能，但成本较高）使按键的耐用性和一致性有较好保证。安装方式为键帽左右脚方式扣入宫柱。其装配后整个键帽高度几乎与键盘的上盖平齐，方便用户的日常清洁。

图6 宫柱结构 2．2 机械键盘结构 机械键盘的的特色在于它的每一个按键都是一个单独的开关（Switch），也被叫做轴，其中以德国大厂CHERRY生产的最富盛名。机械键盘按键由于结构精密，工艺难度相对薄膜键盘要大得多，尤其是为了确保信号良好传导，机械轴的内部都使用了黄金触点，使制造成本大大提高，再加上使用POM，PBT等高档材料制作按键，以及全盘无冲突等优良设计，使得机械键盘的价格要远远高于薄膜键盘。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 键盘类产品按键结构分析及优化 4

图6 机械结构 2．3 电话机类T形结构 电话机类的T形键盘结构比较简单，其原理是：每个按键下部都有一圈筋大于上部份，装配后，按键下方的硅胶垫顶住按键，同时“十”字网状结构的面板起到限位的作用。这种方式优点是成本低，装配简单，表面平整性较好，但由于面板上必须要有 “十”字网状结构对按键进行限位，所以对外观造型影响较大。

图7 电话机类T形结构

小结：通过以上的比较，我们能够大体了解到各种按键结构特点。火山口结构简单，但是不耐磨，使用久了手感便会变差；剪刀脚结构能够保证手感但是售价较高；宫柱结构由于专利限制，不能直接利用；机械键盘结构手感好，但结构复杂，成本高；电话机类T形结构结构简单，但对外观造型有一定影响。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 键盘类产品按键结构分析及优化 5

3．OLED键盘类产品使用环境需求和结构优化方案 3．1 OLED键盘类产品使用环境需求分析 在我公司键盘类的应用产品包括OLED密码键盘和OLED电话机两种形态，其和普通键盘类产品最大不同就是在每个按键内需要增加一个OLED显示器。这样在结构上就有以下问题需要重点解决： 1． 显示器固定模块，需兼顾装配工艺性，可靠性和可维修性等几个方面 2． FPC软线的走线方式，需考虑到走线对按键的作用力，通过走线的优化，降低影响手感的因数。 3． 整体防尘防水的考虑

3．2 结构优化方案 针对前面几种按键优劣的分析比较，同时结合我们应用产品（包含OLED密码键盘和OLED电话机）的实际情况，重点参考火山口结构、剪刀脚结构和T型结构，依据不同的造型和结构特点提出以下两种结构方式：

3．2．1 火山口+剪刀脚结构 这种结构方式主要是针对没有“十”字栅栏的外观方式。参考火山口结构方式的简洁，同时结合剪刀脚结构方式对按键的限位方式，按键的限位台面和FPC软线限位台面高出平面，这样一定程度的起到防水，防尘的作用；按键模块根据造型，如果是薄键帽（如图11所示），采用粘接方式连接（但维修性较差），如果对键帽要求不高，可以做成卡接结构（如图12），装配维修都很方便。另外这种结构由于FPC软线的反作用力的原因，按键的平整性要差一些。 图8所示，火山口结构的按键底板图； 图9所示，火山口+剪刀脚结构的按键底板图 图10所示，按键模块装入底板（背面）的结构示意图 图11所示，按键模块装入底板（正面）的结构示意图

图8 图9 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 键盘类产品按键结构分析及优化 6

图10 图11

3．2．2 T形结构 这种结构方式主要是针对有“十”字栅栏的外观方式。参考电话机类T形结构，按键模块做成卡接方式，FPC软线走线方式为“S”型方式，减少由于软线弯曲对按键的反作用力，“十”字网状结构的面板起到限位的作用，能很好的解决键帽平整性问题，同时在一定程度上也起到防水和防尘的作用。 图12 所示，T形结构中的按键模块卡接结构 图13 所示，T形结构中的按键结构

图12 图13

小结：本文通过比较分析多种按键结构方式，结合我公司键盘类应用产品的特点和前期技术的摸索，依据不同的外型和功能要求，提出两种按键结构的优化方式。这两种结构方式重点考虑按键的手感和键帽的平整度，同时对防水防尘做了一定的考虑。