(57)【要約】【課題】短行程スイッチアッセンブリ及びシステム、並びにそれを使用する方法を提供する。【解決手段】短行程ドームは、上部及び下部を有するドーム状表面と、その上部と下部との間でドーム状表面内に一体化された１組のチューニング部材とを含む。チューニング部材は、短行程ドームの力−変位曲線特性をコントロールするように動作する。【選択図】図１
2014229322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部及び下部を有するドーム状表面と、
前記上部と下部との間で前記ドーム状表面内に一体化された複数のチューニング部材であって、短行程ドームの力−変位曲線特性をコントロールするように動作するチューニング部材と、
を備え、前記ドーム状表面は、前記チューニング部材と、前記チューニング部材を分離する少なくとも１つの領域とを画成する、短行程ドーム。
【請求項２】
前記力−変位曲線特性は、ある範囲の規定距離にわたり前記上部を変位するのに要する力の変化を含む、請求項１に記載の短行程ドーム。
【請求項３】
前記ドーム状表面は、金属で形成される、請求項１に記載の短行程ドーム。
【請求項４】
前記領域は、前記ドーム状表面の物理的部分を含む、請求項１に記載の短行程ドーム。
【請求項５】
前記複数のチューニング部材の各々は、前記ドーム状表面の切欠部を含む、請求項１に記載の短行程ドーム。
【請求項６】
前記切欠部は、Ｌ字型及びパイ形状の１つである、請求項５に記載の短行程ドーム。
【請求項７】
前記チューニング部材は、更に、前記力−変位曲線特性に従って触覚フィードバックをユーザに与えるように動作する、請求項１に記載の短行程ドーム。
【請求項８】
前記上部は、前記ドーム状表面の最上部を含む、請求項１に記載の短行程ドーム。
【請求項９】
前記下部は、円形、多角形、及び楕円形状の１つを含む、請求項１に記載の短行程ドーム。
【請求項１０】
前記ドーム状表面は、十字状部分を含む、請求項１に記載の短行程ドーム。
【請求項１１】
前記十字状部分は、前記上部から前記下部へと各々延びる複数の隣接アームを含む、請求項１０に記載の短行程ドーム。
【請求項１２】
前記十字状部分のアームは、前記複数のチューニング部材の対応する１つにより互いに少なくとも部分的に分離される、請求項１１に記載の短行程ドーム。
【請求項１３】
前記十字状部分は、前記上部に既定の力が加えられたときに座屈するように動作する、請求項１１に記載の短行程ドーム。
【請求項１４】
短行程ドームを製造する方法において、
ドーム状表面を設け、及び
前記ドーム状表面の複数の既定部分を選択的に除去して、前記ドーム状表面を、既定の力−変位曲線特性に従って動作すべくチューニングする、
ことを含む方法。
【請求項１５】
前記選択的に除去することは、既定形状の開口を前記複数の既定部分に形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記選択的に除去することは、前記複数の既定部分を選択的に除去して、前記ドーム状表面の残り部分を実質的に十字状に形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記選択的に除去することは、前記複数の既定部分を切欠すること及び型抜きすることの一方を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記既定の力−変位曲線特性は、ある範囲の既定距離にわたって前記上部を移動するのに要する力の変化を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
キーキャップと、
前記キーキャップの下に存在する支持構造体と、
前記キーキャップの下に配置され且つ複数の開口が形成されているドーム状表面と、
前記ドーム状表面の下に位置し且つスイッチ事象をトリガーするように動作する電気的メンブレーンと、
を備え、前記複数の開口は、
前記電気的メンブレーンがスイッチ事象をトリガーしないときにスイッチアッセンブリを位置保持し、及び
既定の力−変位曲線に従って振舞うようスイッチアッセンブリをコントロールする、
ように働くものである、スイッチアッセンブリ。
【請求項２０】
前記支持構造体は、前記キーキャップの支持を与えるように働く、請求項１９に記載のスイッチアッセンブリ。
【請求項２１】
前記支持構造体は、ハサミメカニズム及びバタフライメカニズムの一方を含む、請求項１９に記載のスイッチアッセンブリ。
【請求項２２】
前記ドーム状表面は、前記キーキャップが前記ドーム状表面の上部を押し付けるときに前記既定の力−変位曲線に従って少なくとも部分的につぶれるように働く、請求項１９に記載のスイッチアッセンブリ。
【請求項２３】
前記キーキャップは、せいぜい０．５ミリメーターの行程で働く、請求項１９に記載のスイッチアッセンブリ。
【請求項２４】
前記電気的メンブレーンは、上部層及び下部層を含む、請求項１９に記載のスイッチアッセンブリ。
【請求項２５】
前記上部層及び下部層の各々は、前記キーキャップが前記電気的メンブレーンに向かって変位するとき前記キーキャップ及びドーム状表面に対して支持を与える対応導電性ゲルに結合される、請求項２４に記載のスイッチアッセンブリ。
【請求項２６】
前記下部層の下に存在し且つ前記ドーム状表面の上部に整列されたスルーホールを有する支持層を更に備えた、請求項２４に記載のスイッチアッセンブリ。
【請求項２７】
前記ドーム状表面は、実質的に方形の基部を含む、請求項１９に記載のスイッチアッセンブリ。
【請求項２８】
前記実質的に方形の基部は、少なくとも１つの角度付き縁を含む、請求項２７に記載のスイッチアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、入力装置のためのスイッチに関するもので、より詳細には、キーボード又は他の入力装置のための短行程(low travel)スイッチアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの電子装置（例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、移動装置、等）は、入力装置の１つとしてキーボードを備えている。電子装置に典型的に含まれるキーボードには、多数のタイプがある。それらのタイプは、主として、使用するスイッチ技術により区別される。最も一般的なキーボードタイプの１つは、ドームスイッチキーボードである。ドームスイッチキーボードは、少なくとも、キーキャップ、成層電気メンブレーン、及びそれらキーキャップと成層電気メンブレーンとの間に配置された弾力性ドームを備えている。キーキャップがその元の位置から押圧されると、弾力性ドームの最上部が（その元の位置から）下方に移動又は変位して、成層電気メンブレーンに接触して、スイッチング動作又は事象を生じさせる。その後キーキャップが解除されると、弾力性ドームの最上部がその元の位置へ戻り、キーキャップもその元の位置へ強制的に戻される。
【０００３】
スイッチング事象を促進するのに加えて、典型的な弾力性ドームは、キーキャップを押圧するユーザに触覚フィードバックも与える。典型的な弾力性ドームは、ある距離範囲にわたりそれが押圧されて解除されるときに、ある仕方で振舞うことにより（例えば、形状を変えるか、座屈、座屈解除、等により）この触覚フィードバックを与える。この振舞いは、典型的に、キーキャップを（弾力性ドーム上に乗っている間に）その自然位置からある距離だけ移動させるのに必要な力の量を定義する力−変位曲線により特徴付けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子装置及びキーボードを小型化することがしばしば望まれる。これを達成するため、装置の幾つかのコンポーネントを小型化する必要がある。更に、装置のある可動コンポーネントは、移動するためのスペースが少なくなり、それらの意図された機能の遂行を困難にする。例えば、典型的なキーキャップは、それが押圧されたとき、ある最大距離を移動するように設計される。キーキャップの自然（非押圧）位置から最も遠い（押圧）位置までの合計距離は、「行程(travel)」又は「行程量(travel amount)」としばしば称される。装置を小型化するときには、この行程も小さくする必要がある。しかしながら、行程を小さくするには、それに対応する弾力性ドームの移動範囲も小さくし又は制限することが必要となり、これは、意図された力−変位特性に基づいて動作して適当な触覚フィードバックをユーザに与える弾力性ドームの能力を妨げる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
短行程スイッチアッセンブリ並びにそれを使用するシステム及び方法が提供される。
【０００６】
ある実施形態において、上部及び下部を有するドーム状の表面と、その上部と下部との間でドーム状表面内に一体化された１組のチューニング部材とを含む短行程ドームが提供される。チューニング部材は、短行程ドームの力−変位曲線特性をコントロールするように働く。
【０００７】
ある実施形態において、ドーム形状表面の１組の既定の部分を選択的に除去して、ドーム形状表面を、既定の力−変位曲線特性に基づいて動作するようにチューニングすることにより、短行程ドームを製造する方法が提供される。
【０００８】
ある実施形態において、キーキャップと、キーキャップの下に存在する支持構造体と、キーキャップの下に配置され且つ１組の開口がそこに形成されたドーム状表面と、ドーム状表面の下に位置されてスイッチング事象をトリガーするように動作する電気的メンブレーンとを備えたスイッチアッセンブリが提供される。１組の開口は、電気的メンブレーンがスイッチング事象をトリガーしないときにスイッチアッセンブリを位置保持し、そして既定の力−変位曲線に基づいて振舞うようにスイッチアッセンブリをコントロールするように動作する。
【０００９】
本発明の前記及び他の態様及び効果は、全体を通して同じ部分を同じ参照文字で示した添付図面を参照して以下の詳細な説明を考慮したときに明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】少なくとも１つの実施形態により、短行程ドーム、キーキャップ、支持構造体、及びメンブレーンを備えたスイッチメカニズムの断面図である。
【図２】少なくとも１つの実施形態による図１の短行程ドームの斜視図である。
【図３】少なくとも１つの実施形態による図２の短行程ドームの上面図である。
【図４】少なくとも１つの実施形態により、図３の線Ａ−Ａから見た図３の短行程ドームの断面図である。
【図５】少なくとも１つの実施形態により、図１のキーキャップとメンブレーンとの間に存在する短行程ドームが第１の状態にある、図３の短行程ドームの、図４と同様の断面図である。
【図６】少なくとも１つの実施形態により、図５のキーキャップとメンブレーンが第２の状態にある、短行程ドームの、図５と同様の断面図である。
【図７】少なくとも１つの実施形態により、図５のキーキャップとメンブレーンが第３の状態にある、短行程ドームの、図５と同様の断面図である。
【図８】少なくとも１つの実施形態により、図５のキーキャップとメンブレーンが第４の状態にある、短行程ドームの、図５と同様の断面図である。
【図９】少なくとも１つの実施形態により、図５から８のキーキャップ及び短行程ドームが動作するところの既定の力−変位曲線を示す図である。
【図１０】少なくとも１つの実施形態による別の短行程ドームの上面図である。
【図１１】少なくとも１つの実施形態による更に別の短行程ドームの上面図である。
【図１２】少なくとも１つの実施形態により、小塊を含む図３の短行程ドームの、図４と同様の断面図である。
【図１３】少なくとも１つの実施形態により、図２の短行程ドームを形成するプロセスを示す。
【図１４】ある実施形態に使用される更に別の規範的ドームを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
短行程スイッチアッセンブリ、並びにそれを使用するシステム及び方法を、図１から１３を参照して以下に説明する。
【００１２】
図１は、短行程ドーム１００、キーパッド２００、支持構造体３００、及びメンブレーン５００を含むスイッチメカニズムの断面図である。短行程ドーム１００は、適当なタイプの材料（例えば、金属、ゴム、等）より成り、弾力性である。例えば、短行程ドーム１００に力を加えた後に、力を解除すると、その弾力性でドームが元の形状に戻る。ある実施形態では、短行程ドーム１００は、ドームパッド又はシート（図示せず）の一部分である複数のドームの１つである。例えば、短行程ドーム１００は、そのようなドームシートから＋Ｙ方向に突出する。このドームシートは、ドームパッドの各ドームがキーボードの特定のキーキャップの下に来るように、キーボード（図示せず）の１組のキーキャップ（例えば、キーキャップ２００）の下に存在する。
【００１３】
図１に示すように、例えば、短行程ドーム１００は、キーキャップ２００の下に存在する。キーキャップ２００は、支持構造体３００によって支持される。支持構造体３００は、適当な材料（例えば、プラスチック、金属、複合物、等）より成り、キーキャップ２００に機械的な安定性を与える。支持構造体３００は、例えば、キーキャップ２００の押圧及び解除の間に各々収縮及び膨張するハサミメカニズム又はバタフライメカニズムである。ある実施形態では、独立型のハサミ又はバタフライメカニズムではなく、支持構造体３００は、短行程ドーム１００の種々の部分へ押し付けられるキーキャップ２００の下面の一部分である。支持構造体３００の物理的な特性に関わらず、キーキャップ２００は、短行程ドーム１００に押し付けられて、メンブレーン５００を経てスイッチング動作又は事象を作用させる（図５から８について詳細に述べる）。図１には示されていないが、キーキャップ２００は、その下端部が、キーキャップ２００の押圧中に短行程ドーム１００の最上部に接触するように構成される。
【００１４】
図１は、キーキャップ２００、短行程ドーム１００、支持構造体３００、及びメンブレーン５００を非押圧状態（例えば、各コンポーネントは、キーキャップ２００が押圧される前のその各々の自然位置にある）で示している。図１は、キーキャップ２００、短行程ドーム１００、支持構造体３００、及びメンブレーン５００を、部分的に押圧した又は完全に押圧した状態で示していないが、これらコンポーネントは、これらの状態のいずれも占有し得ることが明らかであろう。
【００１５】
キーキャップが押圧されたときにスイッチング事象を促進するのに加えて、ドームスイッチのドームは、他の目的も果たす。例えば、ドームは、キーキャップが押圧から解除された後に、キーキャップをその自然状態又は位置へ戻すようにさせる。別の例として、ドームは、ユーザがキーキャップを押圧したときに触覚フィードバックをユーザに与える。ドームの物理的な属性（例えば、弾力性、サイズ、形状、等）は、それが与える触覚フィードバックのレベルを決定する。特に、物理的な属性は、（例えば、キーキャップがドーム上に載せられているときに）ある距離範囲にわたってキーキャップを移動するのに必要な力の量の関係を定義する。この関係は、力−変位曲線で表わされ、ドームは、この曲線に従って動作する。
【００１６】
キーキャップを移動するのに必要な力の量は、キーキャップがその自然位置からどれほど離れているかに基づいて変化し、ユーザは、この変化の結果として触覚フィードバックを経験する。例えば、自然位置又は初期位置から第１の距離（例えば、ドームがつぶれるか又は座屈する前のポイントの直前）へドームの最上部を移動するのに必要な力を力Ｆ１とする。
【００１７】
この第１の距離を越えて最上部を移動し続けるのに必要な力は、力Ｆ１未満である。これは、最上部が第１の距離を越えて移動するときにドームが座屈するか又はつぶれるからであり、これは、最上部を移動し続けるのに必要な力を減少させる。
【００１８】
ドームがちょうど完全に座屈するか又はつぶれる時点まで最上部を移動するのに必要な力は、力Ｆ２である。キーキャップがその最も遠い又は最も押圧された点に達するまで最上部を移動し続けるのに必要な力は、増加する。従って、ユーザは、ドームの力−変位特性のために、ある触覚フィードバックを経験する。
【００１９】
ドームの力−変位特性が既知であるときには触覚フィードバックを定量化できることが明らかである。より詳細には、触覚フィードバックは、ドームの最上部をその自然の位置から、ドームが座屈又はつぶれ始める直前の距離まで移動するのに必要な力（例えば、力Ｆ１）と、最上部をその自然の位置から、ドームがちょうど完全に座屈し又はつぶれるときの距離まで移動するのに必要な力（例えば、力Ｆ２）との比（例えば、クリック比）の関数である。
【００２０】
ドームの触覚フィードバックは、ドームの力−変位特性に結び付けられるので、ドームの力−変位特性は、最適な又は適当な触覚フィードバックが予め定義されるときに決定できることも明らかである。例えば、ドームは、クリック比が約５０％であるときに最適な触覚フィードバックを与える。このクリック比は、最適な触覚フィードバックを与えるために要求される力−変位特性（例えば、力Ｆ１及び力Ｆ２）を決定するのに使用される。従って、ドームの物理的な属性は、力−変位特性に対応するので、ドームは、特に、それらの特性を満足するように構成される。
【００２１】
上述したように、電子装置及びキーボードを小型に製造することが頻繁に要望される。これを達成するために、装置の幾つかのコンポーネントを小型に製造する必要がある。更に、装置の幾つかの可動コンポーネントは、移動するためのスペースも少なくなり、それらの意図された機能の遂行を困難にする。例えば、キーボードのキーキャップの行程を小さくしなければならない。しかしながら、小さな行程は、それに対応するドームの移動範囲を小さくし又は限定する必要があり、これは、意図された力−変位特性に基づいて動作してユーザに適当な触覚フィードバックを与えるドームの能力を妨げ得る。
【００２２】
ドームの物理的属性は、ドームの触覚フィードバックに関連しているので、それら属性は、既定の最適な触覚フィードバックを与えながらも小さな行程を補償するように調整され、変更され、操作され、さもなければ、チューニングされる。
【００２３】
ドームの幾つかの物理的属性は、既定の触覚フィードバックを与えながら特定の行程を補償するように調整され、変更され、操作され、さもなければ、チューニングされる。即ち、ドームの幾つかの物理的属性は、ドームが所定の力−変位曲線特性に基づいて動作するようにチューニングされる。ある実施形態では、ドームの高さ、厚み及び直径がチューニングされる。又、ある実施形態では、ドームの表面が、表面の構造上の完全性をチューニングするように調整又は変更されてもよい。
【００２４】
図２は、短行程ドーム１００の斜視図である。図３は、短行程ドーム１００の上面図である。図２及び３に示すように、短行程ドーム１００は、ドーム状表面１０２を含み、これは、上部１４０（例えば、ドーム状表面１０２の最上部を含む）、下部１１０、及びそれら上部１４０と下部１１０との間に配置された１組のチューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８を有している。ドーム状表面１０２は、半球状、半球形又は凸面プロフィールを有し、上部１４０は、そのプロフィールの頂部を形成し、そして下部１１０は、そのプロフィールの基部を形成する。下部１１０は、例えば、円形、楕円形又は多角形のような適当な形状をとってもよい。
【００２５】
短行程ドーム１００の物理的な属性は、適当な仕方でチューニングされる。ある実施形態では、チューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８は、ドーム状表面１０２に一体化又は形成されるドーム状表面１０２の切欠部又は開口である。即ち、短行程ドーム１００を、それが所定の力−変位曲線特性に基づいて動作するようにコントロール又はチューニングするために、ドーム状表面１０２の既定の部分（例えば、既定のサイズ及び形状の）が除去される。
【００２６】
チューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８は、ドーム状表面１０２の１つ以上の部分がドーム状表面１０２の下部１１０からドーム状表面１０２の最上部１４０まで延びるように互いに離間される。例えば、チューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８は、ドーム状表面１０２の壁又はアーム部分１３２、１３４、１３６及び１３８が部分１１０から最上部１４０へ延びる十字状（又はＸ形状）部分１３０を形成するように互いに均一に離間される。
【００２７】
図２に示すように、ドーム状表面１０２の部分１７２、１７４、１７６及び１７８は、各々、十字状部分１３０のある部品と部分的に隣接するが、チューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８があるために十字状部分１３０の他の部品から部分的に分離もされる。
【００２８】
図２及び３は、４つのチューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８しか示していないが、ある実施形態では、短行程ドーム１００は、それより多数の又は少数のチューニング部材を含んでもよい。ある実施形態では、チューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８各々の形状は、短行程ドーム１００が所定の力−変位曲線特性に従って動作するようにチューニングされる。特に、チューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８の各々は、特定の形状を有する。図３に示すように、例えば、短行程ドーム１００を上から見ると、チューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８の各々は、Ｌ字形状をもつように見える。ある実施形態では、チューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８は、パイ形状を有してもよい。
【００２９】
一般的に、図２から３に示すドーム１００は、１組の対向ビームを画成する。各ビームは、１対のアームセグメントにより画成され、一般的に、ドーム１００の表面を横切って隣接する。例えば、第１ビームは、アーム部分１３４及び１３８により画成され、一方、第２ビームは、アーム部分１３２及び１３６により画成される。従って、これらのビームは、ドームの頂部で互いに交差するが、一般的に、互いに対向している（例えば、異なる方向に延びている）。この実施形態では、ビームは、９０°対向しているが、他の実施形態では、ビームは、異なる角度で対向又はオフセットされる。同様に、種々の実施形態では、それより多数又は少数のビームが存在し又は画成されてもよい。
【００３０】
ビームは、ドームに充分な力が作用したときにつぶれ又は変位するように構成される。従って、ビームは、特定の力−変位曲線に従って下方行程を生じ、そのサイズ、形状、厚み及び他の物理的特性を変更すると、力−変位曲線も同様に変更される。従って、ビームは、第１の力で下方運動を、及び第２の力で上方運動又は行程を与えるようにチューニングされる。従って、ビームは、キーキャップ（ひいては、ドーム）に作用する力が第１のスレッシュホールドを越えるときに下方にスナップ運動し、そしてその作用する力が第２のスレッシュホールド未満になると、初期位置又はデフォールト位置へ回復する。第１及び第２のスレッシュホールドは、第２のスレッシュホールドが第１のスレッシュホールドより小さく、従って、ドーム１００にヒステリシスを与えるように選択される。
【００３１】
ドーム１００の力曲線は、ビーム及び／又はアーム部分１３２、１３４、１３６、１３８のある特性を調整するだけでなく、チューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８のサイズ及び形状を変更することによっても、調整できることが明らかである。例えば、チューニング部材は、長くても短くてもよく、異なる面積及び／又は断面積を有してもよく、等々である。又、チューニング部材１５２、１５４、１５６及び１５８に対するそのような調整は、ドーム１００の力−変位曲線を変更することもできる。
【００３２】
ある実施形態では、短行程ドーム１００のアーム部分１３２、１３４、１３６及び１３８の各々は、短行程ドーム１００が所定の力−変位曲線特性に従って動作するようチューニングされる。より詳細には、アーム部分１３２、１３４、１３６及び１３８の各々は、既定の厚みより小さい厚みａ１（例えば、図３に示す）を有するようにチューニングされる。例えば、厚みａ１は、約０．６ｍｍ以下である。
【００３３】
ある実施形態では、短行程ドーム１００の材料の硬度は、短行程ドーム１００が所定の力−変位曲線特性に従って動作するようにチューニングされる。より詳細には、短行程ドーム１００の材料の硬度は、十字状部分１３０が容易に座屈しないように、既定の硬度より高くチューニングされる。
【００３４】
図２及び３は、十字状部分１３０を有するドーム状表面１０２を示しているが、ドーム状表面１０２は、その一部分に、適当な数のアーム部分を含んでもよいことが明らかである。ある実施形態では、４つのアーム部分１３２、１３４、１３６及び１３８を有するのではなく、ドーム状表面１０２は、それより多数又は少数のアーム部分を含んでもよい。ある実施形態では、短行程ドーム１００は、キーキャップ２００がスイッチ事象を受けない（例えば、押圧されない）ときにキーキャップ２００及び支持構造体３００をそれらの各自然位置に維持するように動作するようチューニングされる。これらの実施形態では、短行程ドーム１００は、所定の力−変位曲線特性に従って動作するようにキーキャップ２００（及びもし含まれていれば、支持構造体３００）をコントロールする。
【００３５】
短行程ドーム１００がどのようにチューニングされるかに関わらず、外力を（例えば、図１のキーキャップ２００から）上部１４０に加えると、十字状部分１３０は、−Ｙ方向に移動し、アーム部分１３２、１３４、１３６及び１３８の形状を変化させ座屈させる。その結果、十字状部分１３０が−Ｙ方向に充分な距離移動したとき、下面（例えば、ドーム状表面１０２の最上部１４０と真逆の）がキーボードのメンブレーン（例えば、図１のメンブレーン５００）の一部分に接触する。このようにして、スイッチング動作又は事象がトリガーされる。
【００３６】
図１０は、短行程ドーム１００と同様に、所定の力−変位曲線特性に従って動作するようにチューニングされた別の短行程ドーム１０００の上面図である。図１０に示したように、短行程ドーム１０００は、十字状部分１０３０、及び１組のチューニング部材１０２０、１０４０、１０６０及び１０８０を含む。短行程ドーム１０００を上から見ると（例えば、図１０に示すように）、チューニング部材１０２０、１０４０、１０６０及び１０８０の各々がパイの形状に見える。
【００３７】
図１１は、短行程ドーム１００と同様に、所定の力−変位曲線特性に従って動作するようにチューニングされた更に別の短行程ドーム１１００の上面図である。図１１に示したように、短行程ドーム１１００は、表面１１８０、及び１組のチューニング部材１１５０を含む。短行程ドーム１１００を上から見ると（例えば、図１１に示すように）、チューニング部材１１５０のおのおのは、適当な形状（例えば、楕円、円、長方形、等）を有するように見える。
【００３８】
図４は、図３の線Ａ−Ａから見た短行程ドーム１００の断面図である。図４は、図１と同様であるが、支持構造体３００を示していない。ある実施形態では、支持構造体３００は、必要でなく、スイッチングアッセンブリは、単に、キーキャップ２００、短行程ドーム１００、及びメンブレーン５００を含むだけである。図４に示すように、十字状部分１３０のアーム部分１３２及び１３６は、ドーム状表面１０２にわたって延びる隣接アーム部分を形成する。
【００３９】
図５は、短行程ドーム１００の、図４と同様の断面図であり、短行程ドーム１００は、キーキャップ２００とメンブレーン５００との間に第１の状態で存在する。キーキャップ２００、短行程ドーム１００、及びメンブレーン５００は、例えば、キーボードのキースイッチ又はスイッチアッセンブリの１つを形成する。図５に示すように、キーキャップ２００は、本体部分２０１及び接触部分２１０を含む。本体部分２０１は、キャップ表面２０２及び下面２０４を含み、そして接触部分２１０は、接触面２１２を含む。図５に示したように、キーキャップ２００は、その自然位置にある（例えば、キャップ表面２０２が（例えば、ユーザからの）力を受ける前）。更に、短行程ドーム１００及びメンブレーン５００の各々は、それらの各自然位置にある。
【００４０】
ある実施形態では、メンブレーン５００は、短行程ドーム１００と相互作用するプリント回路板（ＰＣＢ）の一部分である。図１を参照して上述したように、短行程ドーム１００は、キーボード（図示せず）のコンポーネントである。ある実施形態では、キーボードは、ＰＣＢと、（例えば、キーキャップ２００が外力により−Ｙ方向に押圧されたとき）キースイッチングを与えるメンブレーンとを含む。メンブレーン５００は、上部層５１０、下部層５２０、及び上部層５１０と下部層５２０との間のスペーシング５３０を含む。ある実施形態では、メンブレーン５００は、スルーホール５５２（例えば、メッキされたスルーホール）を含む支持層５５０も含む。上部層５１０及び下部層５２０は、支持層５５０の上に存在する。ある実施形態では、上部層５１０及び下部層５２０は、各々、Ｙ方向に既定の厚みを有し、そしてスペーシング５３０は、既定の高さを有する。上部層５１０、下部層５２０及び支持層５５０の各々は、任意の適当な材料（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ポリマーシート、等のプラスチック）より成る。例えば、上部層５１０及び下部層５２０の各々は、既定の厚みを各々有するＰＥＴポリマーシートで構成される。上部層５１０は、それに対応する導電性パッド（図示せず）に結合し又はそれを含み、そして下部層５２０は、それに対応する導電性パッド（図示せず）に結合し又はそれを含む。ある実施形態では、これら導電性パッドの各々は、導電性ゲルの形態である。導電性パッドのゲル状特性は、例えば、ユーザがキーキャップ２００を押圧したときにユーザに改善された触覚フィードバックを与える。上部層５１０に関連した導電性パッドは、それに対応する導電性トレースを上部層５１０の下面に含み、そして下部層５２０に関連した導電性パッドは、導電性トレースを下部層５２０の上面に含む。これらの導電性パッド及びそれに対応する導電性トレースは、適当な材料（例えば、銀又は銅のような金属、導電性ゲル、ナノワイヤ、等）で構成される。
【００４１】
図５に示すように、スペーシング５３０は、例えば、短行程ドーム１００が座屈しそして十字状部分１３０が−Ｙ方向に移動するときに（例えば、キーキャップ２００のキャップ表面２０２に外力が加えられたことにより）、上部層５１０が下部層５２０に接触するのを許す。より詳細には、スペーシング５３０は、上部層５１０に関連した導電性パッドが、下部層５２０に関連した導電性パッドに物理的に接近して、それらの対応する導電性トレースが互いに接触するのを許す。この接触は、次いで、処理ユニット（例えば、電子装置又はキーボードのチップ）（図示せず）により検出され、キーキャップ２００に対応するコードを発生する。
【００４２】
ある実施形態では、キーキャップ２００、短行程ドーム１００及びメンブレーン５００が表面マウント可能なパッケージに含まれ、これは、例えば、電子装置又はキーボードのアッセンブルを容易にすると共に、種々のコンポーネントへの信頼性を与える。
【００４３】
図５は、スイッチ事象をトリガーするのに使用される特定の成層メンブレーンを示しているが、他のメンブレーンを使用してスイッチ事象をトリガーできることも明らかである。例えば、ある実施形態では、短行程ドーム１００は、導電性材料を含む。それらの実施形態では、上部１４０の下面の下に個別の導電性材料があってもよい。キーストロークが生じると（例えば、キーキャップ２００に外力Ａが加えられると）、短行程ドーム１００の導電性材料が個別の導電性材料に接触して、スイッチ事象をトリガーさせる。
【００４４】
上述したように、短行程ドーム１００は、その短行程ドーム１００（ひいては、キーキャップ２００）が所定の力−変位曲線特性に従って動作するように適当な仕方でチューニングされる。図６から８は、各々、短行程ドーム１００、キーキャップ２００及びメンブレーン５００が第２、第３及び第４状態に置かれた、図５と同様の断面図である。図９は、キーキャップ２００及び短行程ドーム１００を動作させる既定の力−変位曲線９００を示す。Ｆ軸は、キーキャップ２００に加えられる力（単位グラム）を表わし、そしてＤ軸は、加えられた力に応じたキーキャップ２００の変位を表わす。
【００４５】
キーキャップ２００をその自然位置２２０（例えば、図５に示すように、力を加える前のキーキャップ２００の位置）から最大変位位置２５０（例えば、図８に示す）へ押圧するのに必要な力は、変化し得る。例えば、図９に示すように、キーキャップ２００を変位するのに要する力は、キーキャップ２００が自然位置２２０（例えば、０ミリメーター）から位置２３０（例えば、ＶＩａミリメーター）へと−Ｙ方向に変位するにつれて徐々に増加する。必要な力がこのように徐々に増加するのは、少なくとも一部分は、形状の変化に対する短行程ドーム１００の抵抗（例えば、−Ｙ方向の変位に対する上部１４０の抵抗）によるものである。キーキャップ２００を位置２３０へ変位するのに要する力は、動作力又はピーク力と称される。
【００４６】
キーキャップ２００が位置２３０（例えば、ＶＩａミリメーター）へ変位すると、短行程ドーム１００は、もはや圧力に抵抗することができず、座屈を開始する（例えば、十字状部分１３０が座屈を開始する）。その後、位置２３０（例えば、ＶＩａミリメーター）から位置２４０（例えば、ＶＩｂミリメーター）へキーキャップ２００を変位するのに要する力は、徐々に減少する。
【００４７】
キーキャップ２００が位置２４０（例えば、ＶＩｂミリメーター）へ変位すると、短行程ドーム１００の上部１４０の下面がメンブレーン５００に接触して、スイッチ事象又は動作を生じさせ又はトリガーする。ある実施形態では、その下面は、キーキャップ２００が位置２４０へ変位する若干前に又は若干後にメンブレーン５００に接触する。接触面１０７がメンブレーン５００に接触すると、メンブレーン５００は、＋Ｙ方向の対抗力を与え、これは、位置２４０を越えてキーキャップ２００を変位し続けるに要する力を増加する。キーキャップ２００を位置２４０へ変位するのに要する力は、引っ張り力又は戻り力と称される。
【００４８】
キーキャップ２００が位置２４０へ変位すると、短行程ドーム１００は、その座屈が完了する。ある実施形態では、上部１４０は、−Ｙ方向に変位を続けるが、短行程ドーム１００の十字状部分１３０は、実質的に座屈される。その後に、キーキャップ２００を位置２４０（例えば、ＶＩｂミリメーター）から位置２５０（例えば、ＶＩｃミリメーター）へ変位するのに要する力は、徐々に増加する。位置２５０は、キーキャップ２００の最大変位位置（例えば、底位置）である。キーキャップ２００から力（例えば、外力）を除去すると、弾力性ドーム１００は、座屈解除してその自然位置へ戻り、そしてキーキャップも、自然位置２２０へ戻る。
【００４９】
ある実施形態では、接触部分２１０のサイズ又は高さは、最大変位位置２５０又は−Ｙ方向のキーキャップ２００の行程を決定するように定義される。例えば、キーキャップ２００の行程は、約０．７５ミリメーター、１．０ミリメーター又は１．２５ミリメーターに定義される。
【００５０】
短行程ドーム１００及びキーキャップ２００に対して上部層５１０及び下部層５２０のゲル状導電性パッドにより与えられるクッション作用に加えて、ある実施形態では、スルーホール５５２もクッション作用を与える。図８に示すように、例えば、キーキャップ２００が最大変位位置２５０へ変位し、そして短行程ドーム１００が完全に座屈して上部層５１０を押し付けると、下部層５２０が屈曲するか、さもなければ、支持層５５０と相互作用して、下部層５２０の一部分がスルーホール５５２の空所に入るようにする。このように、キーキャップ１００はクッション作用を受け、ユーザに対する改善された触覚フィードバックへと変換される。
【００５１】
ある実施形態では、キーキャップ２００は、接触部分２１０を含んでも含まなくてもよい。キーキャップ２００が接触部分２１０を含まないときには、例えば、キーキャップ２００の下面２０４は、十字状部分１３０の上部１４０へ押し込むには充分でない。従って、これらの実施形態では、短行程ドーム１００は、キャップ表面２０２に−Ｙ方向に力を加えたときに下面２０４に接触する力集中小塊を含む。図１２は、小塊１２００を含む短行程ドーム１００の、図４と同様の断面図である。図１２に示すように、力集中小塊１２００は、ブロック形状であって、その下面１２０４は、ドーム１００の上部１４０に接触し、そしてその上面１２０２は、キーキャップ２００の下面２０４に接触する。このように、キーキャップ２００が外力のために−Ｙ方向に変位すると、下面２０４は、上面１２０２を押し付け、外力を上部１４０に向ける。
【００５２】
図１３は、短行程ドーム１００を製造するためのプロセス１３００を例示する。このプロセス１３００は、ステップ１３０２で始まる。
【００５３】
ステップ１３０４において、プロセスは、ドーム状表面を設けることを含む。例えば、ステップ１３０４は、チューニング部材を一体化する前にドーム状表面１０２のようなドーム状表面を設けることを含む。
【００５４】
ステップ１３０６において、プロセスは、既定の力−変位曲線特性に基づいて動作するようにドーム状表面をチューニングするためにドーム状表面の複数の既定の部分を選択的に除去することを含む。例えば、ステップ１３０６は、ドーム状表面の複数の既定の部分に開口又は切欠部１５２、１５４、１５６及び１５８を形成することを含み、各開口は、Ｌ字型又はパイ状のような既定の形状を有する。ある実施形態では、ステップ１３０６は、ドーム状表面の残り部分が十字形状に見えるように形成することを含む。更に、ある実施形態では、ステップ１３０６は、切欠部１５２、１５４、１５６及び１５８を形成するようにドーム状表面をダイカッティング又は型抜きすることを含む。
【００５５】
図１４は、ある実施形態に使用される更に別の規範的ドーム１４００を示す。このドーム１４００は、一般的に、方形又は長方形である。即ち、主側壁１４０２、１４０４、１４０６、１４０８は、直線であって、ドーム１４００の外縁又は表面の全部又は大部分を画成する。ドーム１４００は、角度の付いた１つ以上の縁１４１０を有する。従って、四隅の各々に角度が付けられている。角度の付いた隅１４１０は、隣接ドーム、保持又は維持メカニズム、等に対してキー及び／又はキーボードをアッセンブルする間にドーム１４００のための間隙を与える。更に、角度の付いた縁は、その下に横たわるメンブレーンに対して付加的な表面接触を与え、これにより、ある実施形態においてメンブレーンに固定するための付加的なエリアを与える。別の実施形態では、角度の付いた縁１４１０の幾つか又は全部が省略されてもよいことが明らかである。図１４に示されたもののような方形及び／又は部分方形の基部は、前記実施形態のいずれにも使用できる。同様に、ある実施形態では、円形の基部（又は別の形状の基部）が、図１４に示すアーム構造体に使用される。
【００５６】
図１４の実施形態に示すように、２つのビーム１４１２、１４１４が、直径方向に対向する角度付き縁１４１０（又は角度付き縁がない場合には隅）間に延びる。別の実施形態では、より多数の又は少数のビームが含まれてもよい。各ビーム１４１２、１４１６は、複数のアーム１４１８、１４２０、１４２２、１４２４により形成されると考えられる。これらのアーム１４１８、１４２０、１４２２、１４２４は、ドーム１４００の頂部１４２８で合流する。アームの形状は、本質的にドーム１４００に形成される空所又はアパーチャーであるチューニング部材１４２６を形成するために除去される材料の量及び材料の形状を調整することで変更することができる。力−変位曲線を発生するためのチューニング部材１４２６及びビーム／アームの相互関係は、前記で述べた。
【００５７】
一般的に方形又は長方形プロフィールのドーム１４００を使用することで、方形のキーキャップの下のドームに対する使用可能なエリアを最大にすることができる。従って、ビーム１４１２、１４１６の長さは、円形プロフィールのドームと比較して増加される。これは、円形ドーム形状のためにビームを短くすべきとの制約がある場合に達成困難な力−変位曲線に従ってドーム１４００を動作できるようにする。例えば、必要な力スレッシュホールドに到達すると、短い周期で、ビームのそり（上方又は下方のいずれか）が発生する。これは、カリカリした感覚を与えるか、又は関連キーのより突然の押圧又は反発を与える。更に、ビーム１４１２、１４１６の長さが増加されるので、ドーム１４００の力−変位曲線の微チューニングが簡単になる。
【００５８】
短行程スイッチアッセンブリ及びシステム、並びにそれを使用する方法について以上に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに多数の変更がなされ得ることが理解されよう。当業者により請求項の要旨から考えられる実体のない変更は、現在分かっているものも、今後案出されるものも、特許請求の範囲内において同等であることが明確に意図される。それ故、当業者に現在又は今後分かる明らかな置き換えは、ここに定義された要素の範囲内に入るものとする。又、「上」及び「下」、「前」及び「後」、「頂部」及び「底部」、「左」及び「右」、「長さ」及び「巾」、等の種々の方向及び配向の用語は、ここでは、便宜上、使用されるものであって、これら用語の使用により固定の又は絶対的な方向又は配向が意図されるのではないことも理解されたい。例えば、本発明の装置は、望ましい配向をもつことができる。配向し直される場合には、それらの説明に異なる方向又は配向の用語を使用する必要があるが、本発明の精神及び範囲内においてそれらの基本的な特性を変更するものではない。更に、本発明の原理に従って構成された電子装置は、これに限定されないが、球、円錐、八面体、又はその組み合わせを含む適当な三次元形状である。
【００５９】
それ故、当業者であれば、本発明は、限定のためではなく例示のためにここに提示された以外の実施形態によって具現化できることが明らかであろう。
【符号の説明】
【００６０】
１００：短行程ドーム
１０２：ドーム状表面
１１０：下部
１３２、１３４、１３６、１３８：アーム部分
１４０：最上部
１５２、１５４、１５６、１５８：チューニング部材
１７２、１７４、１７６、１７８：部分
２００：キーキャップ
２０１：本体部分
２０２：キャップ表面
２０４：下面
２１０：接触部分
３００：支持構造体
５００：メンブレーン
５１０：上部層
５２０：下部層
５３０：スペーシング
５５０：支持層
５５２：スルーホール
９００：力−変位曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【外国語明細書】
2014229322000001.pdf