橡膠按鍵的【力量-行程】曲線圖

如果你曾經研究過按鍵,你應該看過下面這個圖表,這是一個按鍵的【力量-行程】曲線圖,橫軸(X)代表行程,也就是按鍵下壓的距離,縱軸(Y)代表力量,表示需要使用多少力量來按壓按鍵,整個圖表可用來表示當我們按下一個按鍵時,按鍵因為承受【力量】變化與按鍵下降的相對應【行程】距離圖。
橡膠按鍵的【力量-行程】曲線圖

參考曲線箭頭的方向及數字順序,當按鍵在未受力的狀態時,曲線停留在原點的位置(左下角),當按鍵開始受力下降時,曲線往右上方開始移動,所受到的力量越大往下的行程就越大,按鍵下降的距離也就越多,當到達【F1】頂點時稱之為【Actuation Force】或【Peak Force (峰值力)】,這是按鍵斜壁 (Web)所能承受的最大力量。







過了這個【點1】之後,按鍵所能承受的力量就突然往下急掉,這是因為按鍵的斜壁開始彎曲而承受不住按壓的力量,使得按鍵急速下降直至接觸到底板【F2】,稱之為【Make Force】或【Contact Force (接觸力)】,這時按鍵與電路板接觸啟動電路開關,這時如果繼續施力,力量則會快速的上升,但按鍵卻壓不太下去(行程很短),這是因為按鍵的行程幾乎已經結束,繼續施加的力量只在壓縮橡膠(Silicone)而已,所以【End Force】理論上可以無限大。

當施加在按鍵上的力量開始鬆開時,會先釋放原先壓縮在橡膠上的力量,直至【F3】稱為【Rebound Force】或【Return Force (回彈力)】,回到按鍵與底板剛好接觸的地方。

過了【點3】之後按鍵開始反彈,會感覺到有一股反彈的力量,越來越大,直到按鍵斜壁不再彎曲為止,到了【F4】稱為【Return Peak Force (回彈峰力)】,過了這個點之後,按鍵的反彈力幾乎成線性的越來越小,直至回到原點。

橡膠按鍵下壓型變示意圖 

另外,我們在感覺按鍵好不好按,就是根據這個曲線來定義的。一般來說,我們會定義按鍵的【峰值力(Peak Force)】大小,及【峰值力與接觸力(Contact Force)的比值 (ratio)】,這個比值通稱為 Click Ratio 或 Snap Ratio (按鍵壓力比),另外 按鍵下降的【Stroke(行程)】距離多寡也會影響。

峰值力(Peak Force) 的大小

當 F1 (Peak Force) 的力量太大時(超過200g),按鍵按起來會覺得硬硬的;相對的,當 F1 (Peak Force) 的力量太小時(小於40g),按鍵按起來就會覺得很輕、很軟。

習慣上,需要常常操作按鍵的產品,我們會設計比較小的F1,這樣才不會讓連續敲擊按鍵的人一直出很大的力氣而覺得累;對於較不常使用按鍵的產品,我們會設計比較大的F1,因為觸感比較好,但較不好按。

不同產品別通常會有不同的F1設計值,比如說小型計算機(Calculator)的 F1 就只有約 30~80g 左右,而一般的電話按鈕則約在 70~200g 之間,電腦鍵盤則在 40~90g 之間。

按鍵壓力比(Click ratio or Snap ratio)

按鍵的感覺好不好還要取決於 F2 (Contact Force) 的大小,但一般我們不會直接定義 F2,而是定義 F1 及 F2 的比值,按鍵壓力比(Click ratio or Snap ratio),其定義如下:
rubber_keypad_stroke03

通常這個比值(ratio)會落在 0.4~0.65 之間。

按鍵行程(Stroke)

按鍵的行程(Travel)距離也會影響到按鍵的感覺,行程太短表示手指一接觸到按鍵後馬上就頂到底了(到達接觸點),手指頭會馬上感覺受到衝擊,多按幾下後手指頭可能就會有麻痺感;而行程太長則會讓人感覺怎麼按鍵按了這麼久還沒到底。 按鍵的行程(Travel)距離也會影響到按鍵的感覺,行程太短表示手指一接觸到按鍵後馬上就頂到底了(到達接觸點),手指頭會馬上感覺受到衝擊,多按幾下後手指頭可能就會有麻痺感;而行程太長則會讓人感覺怎麼按鍵按了這麼久還沒到底。

既然按鍵是要給人類使用的,而人類的手指頭基於手指的長度而有一定的活動距離,所以橡膠按鍵的行程距離也要考慮手指頭這個因素,一般我們會設計電話按鍵的行程距離在 0.8~1.2mm 之間,而電腦鍵盤則會設計在 2.0~4.0mm 之間。


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訪客留言內容(Comments)

您好!
請教一件事情,那就是這兩段曲綫必須都要去和要求做對比嗎?
也就是說F3,F4這兩個點要不要去控制?如果控制有什麽意義?是為會被連續按的鍵來控制手感嗎?
謝謝!
祝商祺!

自白;
基本上我們只會控制F1及F2,而不控制F3與F4,因為F3及F4只是把手指放開的反彈而已,一般這兩個力量都會與F1及F2正相關,所以只要改變F1及F2就可以相對的變動F3及F4。
聽你這麼問,是不是碰到了什麼關於F3或F4的問題?

您好!
因為我們的客戶會要求實測的曲綫符合這張圖。目前還沒有實測的數據,但是確實會擔心達不到要求。

白,
擔心也沒有用,先測世後再說吧,我還沒見過按鍵曲線有其他形狀的,頂多是曲線的斜率陡一點或是上下曲線稍為近一點,但都還是這個曲線。

我們是被要求F2 上去一點再到 end force的行程….不知道意義在哪= =

F2之後馬上就達到 end force,這樣就表示按鍵觸發功能後就不能在往下壓了。這樣子的按鍵的反彈震動會很大,而且有點硬梆梆的,這通常出現在使用metal dome的硬鍵上或是薄膜按鍵。

小弟認為,好的按鍵設計,就是曲線跑出來,要貼近下方的tack switch / metal dome的單獨測試曲線.當選用的tack switch / metal dome片的克數/曲線已經確認在一個區間了,按鍵的結構就要避免有過大的張力或是分力去影響按壓的force/distance

Leechin;
這點同意,不過還是有很多的消費性產品不是使用metal dome設計,這就要自己抓經驗值與感覺了。

F3值通常有建議值嗎?
過低會導致按鍵回彈不起來嗎?

蔡瑞娟,
基本上F2決定後,F3就已經決定了。實際上F2與F3的差異非常小。


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