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鍵盤技術

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IBM製造的第一款家用機械鍵盤

電腦鍵盤可以按照其按鍵開關所使用的技術分類。大部分電腦鍵盤有80到110粒按鍵開關,其分段感/段落感、鍵程(輸入字元所需的按鍵距離)因技術而異。

種類

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薄膜鍵盤(英語:Membrane Keyboard

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薄膜鍵盤橫截面。此圖誇大了下三層厚度

薄膜鍵盤常由三層組成。頂層薄膜由框架支撐,底部塗有導電材料;底層有斷開的導電材料,按下頂層薄膜使兩層接觸時,電路接通。

最基本的平板薄膜鍵盤常見於微波爐複印機等需防水防塵的電器。此類鍵盤沒有分段感,多以按鍵音或按鍵燈提示代替。Sinclair ZX80ZX81Atari 400等早期個人電腦也採用這類鍵盤。

後來的薄膜鍵盤通過修改頂層薄膜的結構和機制,提高了鍵程和分段感。這些鍵盤使用一個帶柄的吸盤按下頂層薄膜。

拱形開關
拱形開關式鍵盤,用手指按下圓拱即接通電路

火山口式導套

改良式導套

剪刀腳開關(英語:Scissor Switch
剪刀式鍵盤結構

剪刀腳開關是在拱形開關的基礎上增加了剪刀形機械支撐的鍵盤。

屈蹲彈簧軸(英語:Buckling-spring Switch

由IBM公司所設計與生產機械鍵盤,共有兩代。初代為Model F,於1981年推出,使用屈蹲彈簧軸並電容偵測。第二代,亦是較為出名的一代,於1985年所推出之IBM Model M Enhanced Keyboard英語Model_M_Keyboard鍵盤,此鍵盤的配位型式奠定日後所有鍵盤的基礎。據說,Model F的設計初衷就是為克服橫樑彈簧軸(英語:Beam Spring)的兩大問題:其一是軸體繁複、造價過高,其二是橫樑彈簧軸(英語:Beam Spring)軸的高度過高,不符合當時逐漸抬頭的人體工學原則。

靜電容鍵盤

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Topre軸(英語:Topre Switch

電容變化偵測按鍵是否按下。

機械開關鍵盤

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機械鍵盤(英語:Mechanical Keyboard按鍵都由獨立微動開關(Switch,通稱「軸」)組成,部分設計焊在電路板,部分為熱插拔(hotswap、hot swap),方便無需焊接換軸;而軸(按鍵)依觸感可大致分為分段軸(或稱段落軸;tactile;按到某個位會突然感到阻力增大,之後才回復之前的小阻力直到按盡)和線性軸(linear;直上直下、無分段),取決於軸體設計。

歷史沿革

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鍵盤略分為三種型式:機械鍵盤、薄膜鍵盤、電容鍵盤;機械鍵盤在薄膜鍵盤之前發明,是世界上最早使用的鍵盤型式,隨着PC的發明,機械鍵盤也隨之引進做為PC的標準輸入裝置,其盛行期約在1980至1995年,隨着橡膠帽薄膜鍵盤低製造成本與盛行,造價相對高昂的機械鍵盤逐漸由薄膜鍵盤取代。

種類

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在機械鍵盤盛行期,依軸心可略分:IBM、ALPS、Cherry MX、MLK、Mitsumi或其他軸等。

橫樑彈簧軸(英語:Beam-spring Switch
由IBM公司設計及生產之鍵盤採用,專利於1971年申請,並於同年開始生產,至1981年左右停產。因造價高昂,採用此科技的鍵盤多應用於大型電腦之終端機或其他高階電腦,軸體下方使用電容偵測。
ALPS軸
日本ALPS公司所推出的機械鍵盤軸心,在機械鍵盤盛行期市佔率最高,其中以BIG FOOT系列(又稱ALPS原生軸)最為廣泛使用,其外觀特色在與鍵帽接口為口字型,1985年台灣福華電子公司與ALPS ELECTRIC公司技術合作生產鍵盤及鍵盤用開關,後推出ALPS衍生軸,如ALPS簡易軸。由於當時機械鍵盤市場已大多由廉價的薄膜鍵盤取代,後期ALPS ELECTRIC公司退出鍵盤市場並結束與台灣福華電子公司[1],最終Alps SKBL/SKBM系列簡易軸由台灣福華電子公司生產至2012年停產。
Cherry(MX系列)軸[2][3]
創立於1953年美國伊利諾州Cherry公司,在1984年取得專利所推出Cherry MX系列軸,其外觀特色在與鍵帽接口為十字型,雖有不錯的製造品質,但因成本較高,在機械鍵盤盛行期(1980-1995)Cherry銷售量遠低於ALPS,市場僅見應用於高階伺服器或PC。由於未曾退出鍵盤市場,同時自電競文化興起帶動玩家對機械鍵盤的需求,許多廠商推出新機械鍵盤並採用Cherry MX系列軸作按鍵。
類Cherry MX系列軸(非Cherry公司生產)
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另一方面,Cherry MX系列軸專利是在1980年代註冊,2003年過期,其他公司可合法使用其設計以生產類似甚至相同設計的軸體,如中國東莞凱華電子公司[4]中國惠州佳達隆電子公司[5]中國東莞高特電子公司[6]等。
其他
台灣白軸於1988年推出並取得專利,結合Cherry外觀與ALPS按壓力值的機械軸心,與鍵帽接口為十字型[7]

機械鍵盤的軸體

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目前市面上銷售的機械鍵盤絕大多數使用Cherry公司的MX軸,專利保護結束後,開始有越來越多不同的軸體出現在市面上(如:凱華)。MX系列軸體常見的有茶軸青軸黑軸以及紅軸四種,並有白軸灰軸綠軸等少見或停產軸體。

軸體類型 鍵程 觸發行程 初始壓力 觸發壓力 分段壓力 分段行程 觸底壓力 觸發聲音
青軸(MX Blue) 4-0.5毫米 2.2±0.6毫米 最小25 cN 50±15 cN 60±15 cN 1.75毫米 最大60 cN
綠軸(MX Green) 4-0.5毫米 2.2±0.6毫米 最小25 cN 70±15 cN 80±15 cN 1.75毫米 最大90 cN
奶軸(MX White) 4-0.5毫米 2.2±0.6毫米 最小30 cN 70±20 cN 80±20 cN 2毫米 最大90 cN 有,但甚小
茶軸(MX Brown) 4-0.4毫米 2±0.6毫米 最小30 cN 45±15 cN 55±15 cN 1.25毫米 最大60 cN 有,但甚小
白軸(MX Clear) 4-0.5毫米 2±0.6毫米 40±15 cN 55±20 cN 65±20 cN 1.25毫米 最大100 cN
紅軸(MX Red) 4-0.4毫米 2±0.6毫米 最小30 cN 45±15 cN 最大60 cN
黑軸(MX Black) 4-0.4毫米 2±0.6毫米 最小30 cN 60±20 cN 最大90 cN
灰軸(MX Linear Grey) 4-0.4毫米 2±0.6毫米 最小30 cN 80±25 cN 最大120 cN
橘軸(MX Orange) 4-0.05毫米 1.9±0.4毫米 最小20 cN 45±cN 最大55 cN
黃軸(MX Yellow) 3.5毫米 1.2±0.3毫米 最小20 cN 45±cN 最大70 cN
銀軸(MX Silver) 3.4毫米 1.2±0.4毫米 最小30 cN 45±15 cN 最大60 cN
紫軸(MX Purple) 4-0.0[需要解釋] 1.5±?毫米 最小20 cN 45±cN 最大60 cN

表格說明:

  • cN(centinewton):百分之一牛頓、厘牛頓,也叫厘牛;1N=100cN。克力(gramforce、gf)是相似單位,但其值稍微不同:1gf爲0.980665cN;1cN爲1.019716213gf。[8]
  • 觸發:開關閉合,計算機接收到鍵盤電子信號。
  • 總行程:開關的軸芯(十字柱)完成整組運動過程的位移長度。
  • 觸發行程:軸芯部分完成觸發的位移長度。
  • 初始壓力:外物下按開關在軸芯即將發生位移時受到的壓力。
  • 觸發壓力:外物下按開關到觸發時受到的壓力。
  • 分段壓力:外物下按開關到分段點時受到的壓力。
  • 觸底壓力:外物下按開關到底部時受到的壓力。
  • 觸發聲音:外物下按開關到觸發時的聲音。

註:白軸(MX Clear)和奶軸(MX White)的中英文名相當易混,MX Clear軸體白色,Clear亦有潔淨之意,且先進入華人市場,MX Clear就譯為白軸,後到的MX White則譯為奶軸。

霍爾效應鍵盤

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霍爾效應鍵盤用霍爾元件來觸發感應磁場,其軸體內部與傳統機械軸體類似,但無金屬撥片互相摩擦接觸來觸發,使用壽命較長,噪音較小,但因為沒有金屬撥片,所以也沒有敲擊時的段落感,其原理是用霍爾效應來檢測軸體內部的磁場變化來觸發,最大特點是搭配驅動軟件後可程式的觸發行程,但製造成本較高,較傳統機械鍵盤貴。

光學鍵盤

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傳統機械鍵盤以金屬接點觸發,而光軸則以光線觸發,藉此避免傳統機械軸在按壓彈簧時的反彈跳延遲。按鍵時,光束通過軸心,按鍵觸發時同步傳送訊號給電腦。

現況

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近年來電玩競技盛行,機械鍵盤的獨特手感使機械鍵盤的關注度正慢慢回升,目前市面上常見的機械鍵盤,大部份使用Cherry公司的MX機械軸(十字口),但也有少見的ALPS軸(方口)機械鍵盤,主要集中在少部分台灣產機械鍵盤上,另也有自行設計之機械軸,如羅技推出了使用歐姆龍代工的Romer-G機械軸的鍵盤。

隨着Cherry MX軸專利過期[9],市場開始出現凱華軸、冠泰軸、高特軸、佳達隆軸等以Cherry MX機械軸作設計對象之類似產品[10],如中國的雷柏公司(RAPOO)推出過使用借鑑Cherry MX軸的TCC軸機械鍵盤產品。

由於原廠日本ALPS原生軸與簡易軸停產多年,iRocks為複刻ALPS手感,重新設計軸體(十字口)並取得消音專利,2016年Computex推出ALPS手感自有軸。

參考資料

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  1. ^ About ALPS - History. [About ALPS] History. ALPS ELECTRIC CO., LTD. 2016-10-20 [2022-08-02]. 原始內容存檔於2016-10-20. 
  2. ^ About CHERRY. Cherry. [2015-08-29]. (原始內容存檔於2015年3月17日). 
  3. ^ CHERRY机械键盘历史. Youku 優酷. [2015-08-28]. (原始內容存檔於2019-12-08). 
  4. ^ 凯华 Kailh KT传统轴. [2022-08-02]. (原始內容存檔於2022-05-20). 
  5. ^ 佳达隆 Gatreon 机械键盘轴开关. [2022-08-02]. (原始內容存檔於2021-09-18). 
  6. ^ 高特 Outemu MX键盘开关. [2022-08-02]. (原始內容存檔於2021-03-02). 
  7. ^ 台灣黑軸與台灣白軸的樣式. 鍵談坊. [2015-08-30]. (原始內容存檔於2015-04-25). 
  8. ^ Convert Gram-force to Centinewton. www.unitconverters.net. [2024-03-03]. (原始內容存檔於2024-03-03). 
  9. ^ Low profile switch. [2015-08-29]. (原始內容存檔於2016-08-30) (英語). A low profile switch key has a base which slidingly supports a pushbutton. The pushbutton is slidingly engaged with a plunger body by a lost motion connection 
  10. ^ 劉達仁. 新鍵軸登場 入門機械鍵盤巡禮. PCM電腦廣場. 2014-08-19 [2015-08-29]. (原始內容存檔於2019-09-24). 

外部連結

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鍵盤製造公司

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