Если вы пользуетесь механической клавиатурой ради приятных ощущений и того самого щелчка, то с высокой вероятностью у вас под кейкапами таится старый добрый Cherry MX. Да-да, старый, ведь эта технология появилась еще в 80-х. Если хотите узнать, как 40-летняя технология до сих пор остается чудом инженерной мысли, прошу под кат.

Автопром и Cherry

Не стоит путать Cherry Electrical Products Corporation и китайский автопромом Chery. Однако связь с автопромом все-таки есть: достаточно долгое время всем известный производитель клавиатур покорял автомобильный рынок и тесно сотрудничал с компанией Ford как производитель электронных микропереключателей. 

Так компания Cherry начала свой путь — поставляя свитчи в автомобили и аркадные игровые автоматы. В силу того, что производство было сосредоточено на свитчах, были отлажены малейшие нюансы, а сам продукт имел очень высокое качество и популярность. Дошло до того, что в народе любые свитчи стали называть словом Cherry. Примерно так же, как в свое время любой копировальный аппарат называли словом Xerox.

Технологии не стояли на месте, и вслед за автомобилями и игровыми автоматами человечество придумало компьютеры и клавиатуры. И тут ребята из Cherry сообразили, что у них появился новый перспективный рынок. В 1973 году компания запатентовала клавиатурный свитч M6. В нем еще не было всех фишечек MX, но уже присутствовали конструктивные особенности, ставшие предшественниками легендарных свитчей.

Этот патент дал компании выход на новый рынок, хотя популярность и бешеный успех пришли чуть позднее.

В процессе изучения патентов я задалась вопросом, а что было до М6 и что было между М6 и МX? Ведь «X» — это не «икс», а 10. Если верить спецификации, то чисто клавиатурная линейка началась с переключателя M4. Возможно, свитчи M1–M3 были промышленного применения. По таймлайну похоже, что на тот момент компания поставляла микропереключатели в автопром. А М7–М9 вообще были просто небольшими улучшалками друг друга, ничего интересного. 

Selectel Tech Day — 8 октября

Разберем реальный опыт IT-команд, технический бэкстейдж и ML без спецэффектов. 15 стендов и интерактивных зон, доклады, мастер-классы, вечерняя программа и нетворкинг. Участие бесплатное: нужна только регистрация.

Зарегистрироваться →

В чем фишечка MX

Выдержка из патента на свитч Cherry MX:

«Для высокоскоростных электрических пишущих машинок и клавиатур ввода данных компьютерных систем требуются переключатели, которые работают надежно в течение относительно длительного срока службы и обеспечивают желаемые тактильные ощущения при нажатии. В современных клавиатурах профиль переключателей должен быть достаточно низким, чтобы обеспечить максимальную высоту около 30 миллиметров для клавишных переключателей в третьем ряду клавиатуры. Кроме того, учитывая большое количество клавиш, необходимых для клавиатуры, клавиши должны быть относительно легко собираемыми и, предпочтительно, иметь конструкцию, позволяющую быструю автоматическую сборку.

Низкопрофильные клавиши также должны обеспечивать относительно длинный ход, например, 4 миллиметра. Желательно, чтобы каждая клавиша работала с гистерезисом, обеспечивающим небольшую задержку срабатывания контактов переключателя при нажатии клавиши и соответствующую задержку размыкания контактов при отпускании клавиши. Гистерезис необходим с точки зрения инженерной мысли, чтобы избежать случайных срабатываний и многократного срабатывания переключателя при нажатии и отпускании клавиши».

Гистерезис — это свойство системы, при котором ее отклик на внешнее воздействие зависит от предыдущего состояния, что приводит к разному пути прохождения и возврата через одно и то же состояние в разных направлениях. 

Разберем на примере клавиши. Допустим, есть точка N состояния пружины, в которой происходит замыкание контакта. Без гистерезиса при повторном прохождении пружины через точку N (на обратном пути или если дрогнула рука), произошло бы повторное срабатывание. В результате, одно физическое нажатие может быть засчитано как несколько, что делает клавиатуру непригодной для печати.

Итак, инженеры поставили себе цель — изобрести надежную и долговечную конструкцию с низким профилем. Есть гипотеза, что этот свитч называется MX, а не M10, из-за инновации с крестообразным штоком. Но если мы заглянем в чертежи патента 1985 года, то не сможем их соотнести с фотографиями современного MX. Чертеж из патента:

Моя фотография пробника современных свитчей Cherry MX:

Где же на чертежах инновационный крестообразный шток, ставший визитной карточкой Cherry MX? А его нет.

Крестообразный шток (Stem) — фундаментальная инновация, которая была добавлена в конструкцию позже в ходе доработок и коммерциализации продукта. Это дало отличный маркетинговый и коммерческий эффект:

• появился рынок сменных кейкапов — теперь покупатели могли легко менять вид, цвет и материал клавиш без пайки;

• производство конструкции упростилось и стало экономически выгоднее;

• раскачивание клавиши при нажатии устранилось, а стабильность теперь была рассчитана на 50 миллионов нажатий.

Эта доработка появилась в середине 90-х, когда клавиатуры с Cherry MX стали массово устанавливаться на ПК. Именно тогда эти свитчи обрели популярность и дали буст всей компании. Но давайте уделим внимание и более сложным инженерным решениям.

Gold Crosspoint Contact — позолоченный скользящий контакт

Внутри корпуса переключателя Cherry MX находятся два независимых пружинных контакта, расположенных под углом друг к другу (образуя букву «X» или «V»). Один контакт неподвижен и жестко закреплен на корпусе. Второй — закреплен на подвижной части, связанной со штоком и пружиной.

При нажатии на клавишу шток давит на пружину и она смещает подвижный контакт. Он скользит по поверхности неподвижного и в определенный момент замыкает электрическую цепь. 

Здесь очень важен аспект скольжения, а не точечного удара контактов друг о друга. В случае одномоментного точечного замыкания упругость материала провоцирует затухающие отскакивания контактов и  создает тот самый «дребезг контактов», с которым боролись инженеры. Идея того, что детали надежно смыкаются и скользят друг относительно друга, позволяет избежать лишних колебаний. 

Кроме того, это решение имеет дополнительные бенефиты. За счет регулярного скольжения контакты самоочищаются от загрязнений, которые могли бы навредить работоспособности механизма.

Столько подробностей и ни одного упоминания золота. Контакты технически были золотыми. Но на самом деле, это не чистое золото, а композитный многослойный материал: бронзовая основа, никелевый барьер и только сверху — золотое покрытие. Оно отличный проводник, который не окисляется на воздухе и позволяет контактам скользить с наименьшими колебаниями за счет своей мягкости.

Gold Crosspoint Contact — известная в узких кругах инновация Cherry, но я бы рассмотрела ее в комплексе.

Форм-фактор пружины, рычагов и контактов совместно создавали гистерезис, упомянутый в самом патенте. Роль скользящих контактов из золота в том, чтобы этот гистерезис был не проблемным, а полезным. Он решает проблему ложных срабатываний на макроуровне, обеспечивая четкий и предсказуемый тактильный отклик и разницу между точкой нажатия и отпускания. Это предотвращает повторное срабатывание механизма при дрожании руки или частичном отпускании.

Модульность и ремонтопригодность

Клавиатуры на переключателях Cherry MX были спроектированы как набор отдельных модулей. Каждый переключатель представляет собой самостоятельный механизм, который запаян на плату отдельно. Это делает ремонт теоретически возможным — можно выпаять один сломанный свитч и заменить его на новый. Хотя это и требует пайки, такой подход все равно был огромным шагом вперед в плане долговечности устройства.

Раньше, если в другой клавиатуре выходила из строя одна клавиша, приходилось менять всю клавиатуру или проводить сложный ремонт.

В результате Cherry не просто представили один тип переключателя, а предложили целую систему — удобную и для производства, и для покупателя. Они предложили переключатели с разным усилием срабатывания:

• линейные (Cherry MX Black), 

• тактильные (Cherry MX Brown)

• кликающие (Cherry MX Blue) 

• игровые (Cherry MX Red) 

Впервые на тот момент пользователи могли выбирать ощущения от клавиатуры под свои конкретные нужды: для набора текста, для игр, комбинированные варианты. Это заложило основу для всей современной культуры энтузиастов, которые подбирают свитчи под свой вкус.

Фан-факт вместо заключения

Мы привыкли думать, что клавиатуры Cherry — это нечто родом из Германии. На самом деле, компания была основана в 1953 в США, патенты были зафиксированы там же. В 2008 немецкий производитель автомобильных комплектующих  ZF Friedrichshafen купил Cherry. Казалось бы, на этом все, но нет. Немецкие маркетологи понимали, что Cherry — узнаваемый и пользующийся доверием бренд, поэтому ZF не стали выпускать клавиатуры под своей маркой. Они продолжили делать это под старым брендом Cherry.

В октябре 2016 года Cherry продали компании GENUI Partners, а спустя четыре года ее приобрела частная инвестиционная компания Argand Partners. 

В силу высокой популярности бренда имена компаний-покупателей остались в тени, и даже официальный сайт сейчас выглядит как немецкий сайт компании Cherry. Вот так инновация маленькой детали повлияла на бизнес крупной компании. 

Кстати, ZF Friedrichshafen тоже процветает, но под брендом ZF. И если у вас есть старенький немец, японец или американец, произведенный в 50-х годах прошлого века, вполне возможно, в нем используются предшественники технологий, которые сегодня можно найти в современных дорогих механических клавиатурах. А вот если у вас Chery, то общего с легендарной компанией — только пять букв в названии.