Un po' di scienza degli interruttori, parte 2: com’è fatto un interruttore meccanico

Un po' di scienza degli interruttori, parte 2: com’è fatto un interruttore meccanico

Kevin Hofer
Zurigo, il 16.05.2022
Traduzione: Leandra Amato

In questo articolo spiego come è fatto un interruttore meccanico.

Lineare, tattile o clicky: i tre tipi di interruttore principali offrono esperienze di digitazione diverse, ma ci sono differenze anche all'interno di ogni tipo, dovute ai componenti.

Struttura di un interruttore

Un interruttore meccanico, come quello installato nella maggior parte delle tastiere, si basa su cinque componenti: stelo, molla, alloggiamento superiore e inferiore e scheda di contatto. Lo stelo è la parte che si muove su e giù all'interno dell'interruttore. È bloccato da una molla che lo riporta nella posizione originale. Lo stelo si muove tra l'alloggiamento superiore e quello inferiore: quello superiore viene sovrapposto a quello inferiore. Nell'alloggiamento inferiore si trova la scheda di contatto, cioè la parte metallica che chiude il circuito elettrico e registra la pressione dei tasti.

Anche i pin che entrano in contatto con il circuito stampato della tastiera si trovano sull’alloggiamento inferiore. Ecco un'animazione che illustra il tutto utilizzando i tre tipi di interruttore:

Questo è l'aspetto di un interruttore quando viene premuto (da sinistra a destra): Cherry MX Red, Cherry MX Brown, Cherry MX Blue).
Questo è l'aspetto di un interruttore quando viene premuto (da sinistra a destra): Cherry MX Red, Cherry MX Brown, Cherry MX Blue).

Lo stelo

Lo stelo è l'elemento più importante di un interruttore perché lo rende lineare, tattile o clicky. Nell'immagine seguente si possono vedere gli elementi più importanti dello stelo.

Lo stelo.
Lo stelo.

A sua volta, l'elemento più importante dello stelo sono i piedi. Si tratta di due sporgenze simmetriche nella parte anteriore. Quando entrano in contatto con la scheda metallica, attivano la pressione del pulsante. In un interruttore lineare, i piedi sono dritti e lisci, mentre in uno tattile hanno un'elevazione. È da qui che deriva il termine inglese «tactile bump»: maggiore è l'elevazione, più forte è il tactile bump. Può essere lungo quando viene premuto o corto e incisivo.

Uno stelo lineare del Tangerine Switch e uno stelo tattile del Neapolitan Switch.
Uno stelo lineare del Tangerine Switch e uno stelo tattile del Neapolitan Switch.

I piedi degli interruttori clicky sono chiaramente diversi da quelli degli interruttori lineari o tattili. Possono essere suddivisi nei tipi click-jacket e click-bar. Ecco un'immagine di uno stelo click-jacket:

Questo è l'aspetto dello stelo click-jacket dell'interruttore Cherry MX Blue.
Questo è l'aspetto dello stelo click-jacket dell'interruttore Cherry MX Blue.

È suddiviso in due parti. La parte blu è costituita dal meccanismo di fissaggio e dall'asta. La parte bianca, il vero e proprio click-jacket, è costituita dai piedi. Come i piedi tattili, anche questi hanno un'elevazione. Quando si preme l'interruttore, la guaina salta verso il basso dopo il contatto con la scheda, creando il suono del clic. Ecco l'animazione di un Cherry MX Blues:

Ecco come funziona il meccanismo click-jacket dell'interruttore Cherry MX Blue.
Ecco come funziona il meccanismo click-jacket dell'interruttore Cherry MX Blue.
Immagine: Cherry

Con l'interruttore click-bar, lo stelo è costituito da una sola parte. Nell'esempio del Kailh Box Pink, la click-bar si trova sul retro dell'alloggiamento inferiore. Questo viene premuto da un piede sul retro e produce il suono di scatto quando si ritrae.

La click-bar di un interruttore Kailh Box Pink. Quando salta su, produce il rumore del clic.
La click-bar di un interruttore Kailh Box Pink. Quando salta su, produce il rumore del clic.

Le guide di scorrimento si trovano sul lato dello stelo e lo guidano verticalmente verso il basso. Questo è il punto in cui vi è il maggior contatto con gli altri componenti dell'interruttore e quindi il maggior potenziale di attrito. Se un interruttore risulta graffiante quando viene premuto, ciò è dovuto principalmente a questo.

Le guide di scorrimento laterale. È qui che si verifica il maggior attrito quando si preme verso il basso.
Le guide di scorrimento laterale. È qui che si verifica il maggior attrito quando si preme verso il basso.

Sopra si trova il meccanismo di fissaggio. Su un interruttore di tipo MX, questo è indicato da un più (+). Negli interruttori Box di Kailh o gli interruttori MX protetti dalla polvere, il + è completamente o quasi circondato da pareti. Tuttavia, questi interruttori sono compatibili con i keycap MX. Esistono altri meccanismi di fissaggio, ad esempio con interruttori a basso profilo o Alps.

Il meccanismo di montaggio di un interruttore di tipo Cherry MX.
Il meccanismo di montaggio di un interruttore di tipo Cherry MX.

Alla base dello stelo si trova l'asta, che aiuta lo stelo a rimanere centrato quando si muove su e giù. La lunghezza dell'asta determina l'ampiezza dell'hub totale del tasto di un interruttore. Con un'asta più lunga, l'hub del tasto si accorcia e l'interruttore si preme più velocemente.

L'asta di un interruttore GX Brown.
L'asta di un interruttore GX Brown.

La molla

Dopo lo stelo, la molla è il secondo elemento più importante per la sensazione di digitazione. Questo perché determina la forza di azionamento e di rilascio di un interruttore, e quindi la forza con cui premere i tasti.

Tra le altre cose, il materiale, il rivestimento, la distanza tra le spire, la distanza tra le spire finali e la lunghezza determinano il modo in cui una molla influisce sulla sensazione di digitazione.

Fondamentalmente, si distinguono due tipi di molle: lineari e progressive. Nel caso delle molle lineari, la forza richiesta aumenta linearmente con l'aumentare della compressione. Con le molle progressive, la forza richiesta aumenta maggiormente. Rispetto alle molle lineari, la forza richiesta per la stessa lunghezza della molla può quindi essere di 100 anziché 75 grammi.

Oggi esistono anche molle che combinano i due tipi. Quindi, ad esempio, si inizia in modo lineare, ma poi si passa al progressivo. Attualmente sono in voga anche le cosiddette molle a due stadi, che dovrebbero rendere più uniforme la spinta verso il basso e più potente il salto verso l'alto.

Un Two Stage Spring.
Un Two Stage Spring.

Alloggiamento superiore

L'alloggiamento superiore e quello inferiore tengono insieme l'interruttore. Quello superiore è caratterizzato principalmente da quattro elementi. Al centro si trova il foro per lo stelo. Questo foro è uguale per la maggior parte dei produttori e quasi tutti sono rettangolari. Il produttore Kailh, invece, si affida a fori quadrati per i suoi interruttori Box.

L'alloggiamento superiore di un interruttore Tangerine.
L'alloggiamento superiore di un interruttore Tangerine.

Davanti c'è un altro foro. Il LED si illumina se la scheda della tastiera è dotata di RGB per ogni tasto.

Sul lato opposto del foro del LED, i produttori di solito lasciano la loro firma. Può trattarsi di uno dei grandi produttori di interruttori come Cherry, Gateron, Kailh o Outemu. Nel caso di produzioni su commessa, può comparire anche il nome del cliente. A volte non c'è alcun nome.

Il quarto elemento sono i piedi che sporgono dall'alloggiamento superiore e si uniscono a quello inferiore tenendo unite le due parti. Esistono due tipi diversi di piedi: quelli con quattro piedi stretti e quelli con due piedi larghi. Tuttavia, la loro funzione è la stessa.

Alloggiamento inferiore

L'alloggiamento inferiore ospita sul retro la scheda di contatto. Nella parte anteriore è presente un foro per i LED, come nell'alloggiamento superiore. Al centro si trova il foro per l'asta dello stelo, mentre sul lato si trovano le guide di scorrimento per lo stelo.

L'alloggiamento inferiore di un interruttore Neapolitan.
L'alloggiamento inferiore di un interruttore Neapolitan.

Come per l'alloggiamento superiore, questi elementi presentano leggere differenze a seconda del produttore. L'alloggiamento inferiore indica se l'interruttore è destinato al montaggio PCB o su piastra. Un interruttore a montaggio PCB ha cinque pin a contatto con la scheda, mentre un interruttore a montaggio su piastra ne ha solo tre. Solo i due pin metallici sono responsabili della comunicazione con la piastra, gli altri servono a fissare l'interruttore. Gli interruttori per montaggio PCB possono essere montati direttamente sulla piastra. Gli interruttori con montaggio su piastra richiedono sempre una piastra di commutazione.

Scheda di contatto

La scheda di contatto in metallo è composta da due parti. Quando lo stelo scivola verso il basso, i piedi dello stelo premono le due parti metalliche. In questo modo si chiude il circuito e si attiva la pressione di un singolo pulsante.

Le due parti metalliche sono inserite nell'alloggiamento inferiore dell'interruttore e sporgono in basso. Questi pin entrano in contatto con il circuito stampato della tastiera e formano il circuito elettrico quando l'interruttore viene premuto.

Le due parti di una scheda di contatto all'esterno di un interruttore.
Le due parti di una scheda di contatto all'esterno di un interruttore.

La parte più grande della scheda di contatto è posizionata più lontana dallo stelo. La parte più piccola davanti ad essa.

In realtà, in questa parte di teoria sugli interruttori volevo già spiegarti come i diversi materiali influenzano l'interruttore. Ma poiché l'articolo è più lungo di quanto pensassi, lo spiegherò nella prossima parte.

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Tecnologia e società mi affascinano. Combinarle entrambe e osservarle da punti di vista differenti sono la mia passione.


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