(57)【要約】一実施形態において本発明は、層上に形成された数組の締結要素により互いに結合された第１の層（１１）と第２の層（１２）とを含む装置に関する。これらの締結要素は噛合配列で互いに係合してそれらの層を結合するフック状要素を含んでいてもよく、あるいは、締結要素は設計者により想定された任意の形状を取ることができる。いずれの場合も、これらの層は光源によって照明可能な光導波路を形成して、ディスプレイ、キーパッド等における照明目的のために全反射（ＴＩＲ）により光を伝送することができる。この目的のためこれらの層／光導波路はさらに光取出手段を備える。
2005521896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の組の締結要素を含む第１の層と、
第２の組の締結要素を含む第２の層とを備え、前記第１および第２の組の締結要素が係合されることにより前記第１の層が前記第２の層に結合され、前記第１または第２の層のうちの一方の一部分が光導波路を形成する、締結装置。
【請求項２】
前記係合された組の締結要素が、前記第１および第２の層の間の移動距離を協働して規定する複数のフック状要素を備える、請求項１に記載の締結装置。
【請求項３】
前記移動距離が０．０１センチメートルから１センチメートルの範囲にある、請求項２に記載の締結装置。
【請求項４】
前記第１および第２の層を互いから離すように付勢するばね要素をさらに備える、請求項１に記載の締結装置。
【請求項５】
前記第１および第２の層が両方とも光導波路である、請求項４に記載の締結装置。
【請求項６】
前記光導波路を形成する部分が全反射により光を伝送する、請求項１に記載の締結装置。
【請求項７】
前記光導波路を形成する部分が、前記光導波路から光を取り出すための発光フィーチャを含む、請求項１に記載の締結装置。
【請求項８】
前記発光フィーチャが、切り欠きおよびコーティングのうちの一方を備える、請求項７に記載の締結装置。
【請求項９】
下層と、
上層と、
係合時に移動量が前記上下層間に規定されるように前記上下層を係合する手段と、を備え、前記層の一方の一部分が光導波路を形成する、締結装置。
【請求項１０】
前記係合手段が複数のフック状要素を含む、請求項９に記載の締結装置。
【請求項１１】
前記光導波路が全反射により光を伝送する、請求項９に記載の締結装置。
【請求項１２】
前記光導波路が、前記光導波路から光を取り出すための発光フィーチャを含む、請求項９に記載の締結装置。
【請求項１３】
前記発光フィーチャが切り欠きおよびコーティングのうちの一方を備える、請求項１２に記載の締結装置。
【請求項１４】
光導波路を形成するとともに第１の複数の締結要素を含む第１の層と、
光導波路を形成するとともに第２の複数の締結要素を含む第２の層と、を備え、前記第１および第２の層が互いに結合できるように前記第２の複数の締結要素が前記第１の複数の締結要素と係合可能である、光導波路締結構造体。
【請求項１５】
前記層の一方を照明するために配置された光源をさらに備える、請求項１４に記載の構造体。
【請求項１６】
前記光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項１５に記載の構造体。
【請求項１７】
前記層を照明するために配置された複数の光源をさらに備える、請求項１５に記載の構造体。
【請求項１８】
前記係合された複数の締結要素が協働して前記層間の移動量を規定する、請求項１４に記載の構造体。
【請求項１９】
前記光導波路締結構造体の前記層が全反射により光を伝送する、請求項１４に記載の構造体。
【請求項２０】
前記層が光を取り出すための発光フィーチャを含む、請求項１４に記載の構造体。
【請求項２１】
前記発光フィーチャが、表面トポグラフィフィーチャおよび材料特性フィーチャのうちの一方を備える、請求項２０に記載の構造体。
【請求項２２】
光導波路を形成するとともに第１の複数の締結要素を含む第１の層と、
光導波路を形成するとともに第２の複数の締結要素を含む第２の層と、
前記第１の層を照明するために配置された第１の光源とを備え、
前記第２の複数の締結要素が、前記第１の複数の締結要素と係合するとともに前記第１および第２の層間の移動量を規定する、光導波路締結構造体。
【請求項２３】
前記層同士が第１の位置で係合されたときに前記層間で光が伝送され、前記層同士が第２の位置で係合されたときに前記層間で実質的に光が伝送されない、請求項２２に記載の構造体。
【請求項２４】
前記第２の層を照明するために配置された第２の光源をさらに備える、請求項２２に記載の構造体。
【請求項２５】
前記第１の光源が第１の色の光を発光するとともに前記第２の光源が第２の色の光を発光し、前記層同士が第１の位置で係合されたときに前記第１および第２の色の光が実質的に加法伝送されず、前記層同士が第２の位置で係合されたときに前記第１および第２の色の光が実質的に加法伝送される、請求項２４に記載の構造体。
【請求項２６】
前記光源から前記光導波路締結構造体の前記第１の層に光を分配するために配置された光学素子をさらに備える、請求項２２に記載の構造体。
【請求項２７】
光が前記第１および第２の層間で伝送されるとともに前記第２の層から取り出される、請求項２２に記載の構造体。
【請求項２８】
光導波路締結構造体の第１の層を光導波路締結構造体の第２の層に係合するステップと、
前記層第１および第２の一方を介して全反射（ＴＩＲ）により光を伝送するステップと、を含む方法。
【請求項２９】
前記光導波路締結構造体の前記第１の層を前記光導波路締結構造体の前記第２の層に第１の位置で係合して前記層間で実質的に光を伝送するステップと、
前記光導波路締結構造体の前記第１の層を前記光導波路締結構造体の前記第２の層に第２の位置で係合して前記層間で実質的に光を伝送しないステップとをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記光導波路締結構造体の前記層の両方を介して全反射（ＴＩＲ）により光を伝送するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記光導波路締結構造体の前記第１および第２の層を介して異なる色の光を伝送するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記光導波路締結構造体の前記第１の層を前記光導波路締結構造体の前記第２の層に第１の位置で係合して、前記異なる色の光が実質的に加法的に混ざるように前記層間で実質的に光を伝送するステップと、
前記光導波路締結構造体の前記第１の層を前記光導波路締結構造体の前記第２の層に第２の位置で係合して、前記異なる色の光が実質的に加法的に混ざらないように前記層間で実質的に光を伝送しないステップと、をさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１および第２の層間で光を伝送するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１および第２の層の一方から光を取り出すステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
力に応答して信号を生成するセンサ要素のアレイと、
前記センサ要素のアレイに対応するばね要素のアレイと、
第１の組の締結要素を含み、前記ばね要素と位置合わせするための穴を規定する下層と、
各々が第２の組の締結要素を含む複数の上層部と、を備え、前記第１および第２の組の締結要素が係合されることにより前記下層を前記上層部に結合し、さらに前記下層または上層部の一方が光導波路を形成する、スイッチアレイ。
【請求項３６】
前記下層と前記上層部の各々が光導波路を形成する、請求項３５に記載のスイッチアレイ。
【請求項３７】
前記係合された組の締結要素が前記下層と各上層部との間の移動距離を規定する、請求項３５に記載のスイッチアレイ。
【請求項３８】
前記ばね要素が前記下層内の前記穴を介して突出したときに、前記上層部が前記下層から離れるように付勢される、請求項３７に記載のスイッチアレイ。
【請求項３９】
前記ばね要素がドームスプリング要素である、請求項３５に記載のスイッチアレイ。
【請求項４０】
前記ドームスプリング要素が個別に配置されるとともに互いに結合されていない、請求項３９に記載のスイッチアレイ。
【請求項４１】
前記ドームスプリング要素が互いに接続されたドームスプリング要素のアレイを備える、請求項３９に記載のスイッチアレイ。
【請求項４２】
前記ドームスプリング要素のアレイが、全反射により光を伝送できる光導波路を形成する、請求項４１に記載のスイッチアレイ。
【請求項４３】
前記ドームスプリング要素のアレイが、前記ドームスプリング要素のアレイ内のドームスプリング要素間に１つ以上のチャネルをさらに備える、請求項４２に記載のスイッチアレイ。
【請求項４４】
前記上層部の各々がスイッチアレイのキーを備える、請求項３５に記載のスイッチアレイ。
【請求項４５】
前記上層および下層が押出フィルムである、請求項３５に記載のスイッチアレイ。
【請求項４６】
前記スイッチアレイが、コンピュータキーボード、薄膜スイッチアレイ、キーパッド、飛行機の計器パネル、船舶の計器パネル、自動車の計器パネル、電気製品用スイッチアレイおよび楽器のスイッチアレイのスイッチアレイ群から選択される、請求項３５に記載のスイッチアレイ。
【請求項４７】
ドームスプリング要素のアレイを備え、該ドームスプリング要素のアレイの一部分が全反射により光を伝送する光導波路である、装置。
【請求項４８】
前記ドームスプリング要素のアレイを照明して前記全反射による光の伝送を生じさせる光源をさらに備える、請求項４７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広くは締結構造体に関し、特には電子スイッチアレイを含む様々なデバイスおよび装置に使用する締結構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータデバイスに入力を行うために電子スイッチが用いられる。電子スイッチは物理的力に応答して信号を生成する。例えばユーザがキーを押圧することにより電子スイッチを作動させることができる。キーを押圧すると力が電子薄膜に加わり、その結果電子薄膜が電子信号を生成する。コンピュータキードボード、キーパッド、および薄膜スイッチがスイッチアレイの典型例である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
広くは、本発明は光導波路としても機能する締結構造体を提供する。光導波路締結構造体は、以下により詳細に説明するようなスイッチアレイにおける用途を始めとする多様な用途に用いることができる。例えば本発明によれば装置は第１の組の締結要素を含む第１の層と第２の組の締結要素を含む第２の層とを備える。上記第１および第２の組の締結要素が係合されることにより上記第１の層を上記第２の層に結合し、さらに上記第１または第２の層のうちの一方が光導波路を備えることができる。
【０００４】
一例示的実施形態では、光導波路締結構造体はフック形状を有する締結要素を含む光導波フィルムを含んでもよい。フック形状締結要素は互いに係合して光導波フィルムを互いに結合させることができる。このようにして光導波路締結構造体は、スイッチアレイ実施形態におけるキー移動量などの所定の移動量を規定することができる。加えて締結構造体はキー揺動に対する耐性を提供するとともにキーに対してより広い有用な接触面積、例えばより広い「スイートスポット」を提供する位置合わせ構造体としても機能できる。
【０００５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの１つ以上の光源を実装して、光導波路締結構造体を照明することができる。例えばスイッチアレイ実施形態において、ＬＥＤを光導波路締結構造体と共に実装してキー間の区域、またはさらにはキー自体を照明することができる。例えば一実施形態において多数の上層部が追加キーキャップを使用せずにキーを形成し、他の実施形態では透明または部分的に透明な薄膜が上層部を覆う。これらの場合、上層部を照明することによりキー自体を照明することができる。
【０００６】
これらおよび他の実施形態のさらなる詳細は添付の図面と以下の説明とに記載されている。他の特徴と、目的と利点とは説明と図面とからおよび請求項から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
広くは本発明は、上に形成された数組の締結要素により互いに結合された第１の層と第２の層とを含む装置に関する。例えば締結要素は噛合配列で互いに係合して層を結合するフック状要素を含んでいてもよい。あるいは、締結要素は設計者により想定された任意の形状を取ることができる。いずれの場合も、この装置は光源によって照明可能な光導波路を形成して全反射（ＴＩＲ）により光を伝送することができる。このようにして締結構造体に機能的または装飾的な照明を提供することができる。
【０００８】
この光導波路締結構造体は、様々な用途に用いることができる。例えば以下の細部のいくつかはスイッチアレイ内である特定の実施状況で提供される。その場合、多数の上層を１つの下層に結合してスイッチアレイのキーを規定することができる。さらにそれらの層を全反射（ＴＩＲ）により光を伝送するように形成することにより、スイッチアレイに美的または機能的照明を提供することができる。例えば１つの層をキーパッド上のキーと一致する区域などの選択区域で発光するように構成することによりそれらのキーを照明してもよい。とは言うものの、スイッチアレイ実施形態は、単に光導波路機能性を締結構造体と融合する遥かに広い概念を説明するための例示的なものであることは理解されよう。
【０００９】
図１Ａおよび１Ｂは、本発明の一実施形態による締結構造体１０の側断面図である。図示のように上層１１は１組の締結要素１３Ａ〜１３Ｆ（以降、締結要素１３）を含み、下層１２は他の組の締結要素１４Ａ〜１４Ｆ（以降、締結要素１４）を含んでいる。層１１、１２のうちの一方の一部分は光導波路として機能する。例えば光導波路として機能する部分は層１１、１２のうちの一方の全体、両方の層の全体、もしくは一方または両方の層の一部分を含んでもよい。いずれの場合も導光構成要素を追加せずに締結構造体１０に装飾的または機能的照明を提供することができる。
【００１０】
締結要素１３、１４は上層１１および下層１２を互いに確実に締結することができるように十分な剛性を有する。一般に締結要素１３、１４は多様な形状およびサイズを取り得る。しかし図示のような１つの特定実施例では、締結要素１３、１４は噛合配列で互いに係合するフック状要素を含んでいる。実施例としては、それぞれのフック要素間の距離、例えば基部への結合箇所における締結要素１３Ａと１３Ｂの間の距離は０．２５センチメートル程度であってもよいが、本発明はこの点において限定されない。各層１０、１１上にある締結要素１３、１４の数は所与の層の幅に左右されることがある。締結要素の長さは所与の層の基部の長さと同じである場合もあり、または必要に応じてその層の基部の長さとは異なる長さを有する場合もある。例えば図２に図示した実施形態では締結要素の長さは基部の長さ未満である。
【００１１】
図１Ａおよび１Ｂに図示した締結構造体１０は、弾性のボールまたはポストなどのばね状要素（図示せず）をさらに含み、上層１１および下層１２を１つの開位置（図１Ａに図示したように）に付勢しようとする付勢力を提供することができる。それらをスナップ留めまたは摺動して合体することにより、層１１、１２を係合することができる。以下にさらに詳細に説明するように様々な係合構成が層間の光伝送を可能にする。このようにして多数の照明効果を達成することができる。
【００１２】
上下層１１、１２間の移動可能な所定距離は、１つ以上の締結要素１３、１４のサイズに正比例する場合がある。例えば締結要素１３、１４がそれぞれの上下層１１、１２から突出する高さは、上下層１１、１２間で移動可能な量を若干超えてもよい。
【００１３】
締結要素１３、１４は０．０１センチメートル〜１センチメートルの範囲の要素幅（所与の要素に付随する層１１、１２の基部に並行な平面で測定した各要素１３、１４の最外端間の距離）を有してもよい。移動距離は０．０１センチメートル〜１センチメートルの範囲であってもよい。例えば３ミリメートル未満、２ミリメートル未満、またはさらには１ミリ未満の移動距離がキーボード、キーパッドまたは薄膜スイッチなどのスイッチアレイ内の用途を始めとする様々な用途に望ましい。いずれの場合も特定の設計仕様に従って移動量を定めることができる。
【００１４】
図２は、非係合状態の締結構造体１０の斜視図である。例えば上下層１１、１２の各々は、締結要素１３、１４の所望の形状に従って押し出された材料フィルムを含む。ある場合には層１１、１２の一方が２種類以上の材料を含むが、その場合、共押出を利用して層を形成することができる。例えばある場合には、締結要素１３、１４の一部分を層１１、１２の一方の基部とは異なる材料で形成することが望ましい場合もある。
【００１５】
さらにある場合には、締結要素１３、１４のサイズが異なる層１１、１２に対して異なっていてもよく、または所与の層１１、１２上で異なるサイズを有してもよい。例えば、ある場合には締結構造体１０を曲線形状を有するように設計することができる。その場合、異なる層１１、１２の異なる締結要素１３、１４は、上下層１１、１２が係合された時に構造体１０の曲線形状を吸収するために異なるサイズを有してもよい。
【００１６】
締結構造体１０の一部分は光導波路を形成している。全反射（ＴＩＲ）により光を伝送できる材料を使用して上層１１、下層１２、またはその両方、のいずれかを押出成形することができる。あるいは、上層１１、下層１２、またはその両方の一部分だけが光導波路を形成してもよく、その場合共押出プロセスを利用して部分的に光導波路である層を形成することができる。いずれの場合も締結構造体１０は結合能力、位置合わせ能力および他の利点を含む締結構造体の利点を、多数の最終用途のいずれにおいても美的、装飾的または機能的照明を提供する光導波路機能性と融合することができる。締結構造体１０にコーティングを塗布して締結構造体１０を介するＴＩＲを改善してもよい。さらに、所望の照明効果に応じて切り欠きまたは塗布技術を適用して光を取り出してもよい。
【００１７】
図３は、２つの締結要素の側断面図である。また締結要素はフック形状を有するように図示されているが、ほかの形状を有してもよい。締結要素がフック形状を有する場合は、締結要素はフック１８Ａ、１８Ｂを基部１７に結合するステム１６Ａ、１６Ｂを含む。ステム１８Ａと１８Ｂの間の距離（Ｘ）は０．２５センチメートル程度であってもよいが、本発明はこの点において必ずしも限定されない。締結要素の高さ（Ｙ）は０．０１センチメートル〜１センチメートルの範囲であってもよいが、本発明はこの点において必ずしも限定されない。締結要素幅（Ｚ）は０．０１センチメートル〜１センチメートルであってもよいが、本発明はこの点において必ずしも限定されない。これらの形状およびサイズはスイッチアレイ内の用途に対する例示である。他の用途に対しては、形状およびサイズは異なってもよい。例えば上記に概説したものより１０倍大きいサイズは様々な他の用途に有用である。より小さいサイズも実施可能である。
【００１８】
図４〜図６は、光導波路締結構造体および光導波路締結構造体を照明するために配置された光源の側断面図である。光源４０は白熱光源または蛍光源を含む任意のタイプの光源を含む。多くの場合光源４０は発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体光源を含む。光源４０を光導波路締結構造体１０に隣接配置することにより、構造体１０を形成する光導波路を照明して、所望の照明効果を提供できるようにしてもよい。図４〜図６は光導波路締結構造体１０を照明するための３つの光源４０配置構成例を図示しているが、図４〜図６の構成は例示である。他の構成も可能である。いずれの場合も例えば切り欠きまたはコーティングを利用した多種多様な発光技術を上層または下層１１、１２に適用することにより、例えば締結構造体上の選択位置で制御してまたはランダムにそれらの層から光を発光させることができる。より広くは、発光フィーチャは、切り欠き、凹凸などの表面トポグラフィフィーチャを含んでもよく、またはコーティングまたは他の材料特性などの材料特性フィーチャを含んでもよい。
【００１９】
図７に図示するように、１つ以上の光学素子を用いて光源４０から光導波路締結構造体１０への光の伝達を改善することができる。例えばレンズ５０を光源４０と光導波路締結構造体１０の間に配置して、光が全反射（ＴＩＲ）により光導波路締結構造体１０を介して伝送される前に適切に調整することができる。レンズ５０は、光導波路締結構造体１０の照明を改善するための１つ以上の光学素子、または場合によってはより複雑な光学系を与えることも可能である。
【００２０】
図８に図示するように、２つ以上の光源４０Ａおよび４０Ｂを用いて光導波路締結構造体１０を照明してもよい。この場合、各光源４０Ａ、４０Ｂは、光導波路締結構造体１０の照明を改善するためのレンズ５０Ａ、５０Ｂまたは場合によってはより複雑な光学系を有してもよい。実際には任意の数の光源を利用することができる。ある場合には上下層が例えば異なる色で、異なる強度で、または異なる時間のオン／オフ（点滅）パターンで異なって照明されるように光源を選択してもよい。また異なる光源を用いることにより、以下にさらに詳細に説明するように、加色効果およびオン−オフ光切替などの様々な照明効果を達成できる。
【００２１】
図９Ａ〜図９Ｃは、上層１１と下層１２とが３つの可能な構成でそれぞれ互いに相対的に配置された光導波路締結構造体１０を図示する。図９Ａは各層１１、１２の締結要素が他の層の基部に密着している押下構成を図示する。図９Ｂは層１１、１２の締結要素が他の層に密着していない、不完全押下構成を図示する。図９Ｃは層１１、１２の締結要素が互いに密着している非押下構成を図示する。
【００２２】
本発明によれば、層１１、１２の相互の現在の構成によって異なる照明効果を与えることができる。例えば、層のうちの一方しか光源によって照明されていない場合には、層が密着している時に光を他の層に伝達することができる（図９Ａおよび図９Ｃ）。層間での光伝達量も図９Ａおよび図９Ｃの異なる密着構成に対して異なる。１つ以上の密着構成に対する層１１、１２間の光伝達を改善すなわち向上させるように締結要素の形状を設計することができる。
【００２３】
さらに両層１１、１２が光源によって照明されている場合には、加色効果を達成することができる。例えば両層が１つの光源によって照明されている場合には、層１１、１２が密着するとある場所で照明効果がより強くなる。さらにまた異なる層を異なる着色光源によって照明してもよい。この場合層１１と層１２との間の密着により、異なる層内で伝送されている光が加法的に混ざる。例えば層１１が赤色光で照明され、層１２が緑色光で照明されている場合には、これらの層は密着した時に黄色を呈する。この場合、赤色と緑色とを加法的に組み合わせることにより黄色光となる。本発明は多様な加法色現象のいずれかを利用して光導波路締結構造体１０内で所望の照明効果を達成することができる。また１つ以上の密着構成に対して層１１、１２間の光伝達を改善すなわち向上させるように締結要素の形状を設計することができる。また例えば切り欠きまたはコーティングを利用した様々な発光技術を上下層１１、１２に適用することにより、それらの層から光を制御してまたはランダムに発光させることができる。
【００２４】
図１０はスイッチアレイの一部として使用されている光導波路締結構造体の側断面図である。上述したようにスイッチアレイは本発明の態様の利益を受けることができる一例示的用途である。この場合光導波路締結構造体の上層１１は多数の個別上層部１１Ａおよび１１Ｂを含んでいる。各上層部１１Ａ、１１Ｂは数組の締結要素により機械的に下層１２と係合している。下層１２には穴９１Ａ、９１Ｂが形成されていて、ドームスプリング９３Ａおよび９３Ｂなどのばねが、穴９１Ａ、９１Ｂを介して突出して、上層部１１Ａ、１１Ｂを下層１２から離れるように付勢することができる。ある場合にはドームスプリング９３Ａおよび９３Ｂが、上層部の締結要素を下層１２の締結要素と密着させる（図９Ｃに図示するように）のに十分な量だけ上層１１Ａおよび１１Ｂを付勢することができる。図示のように、ドームスプリング９３Ａおよび９３Ｂは上層部１１Ａおよび１１Ｂの締結要素に当接していてもよい。あるいは、上層部１１Ａおよび１１Ｂの締結要素をドームスプリング９３Ａおよび９３Ｂに対応する区域では除去してもよく、この場合ドームスプリング９３Ａおよび９３Ｂは上層部１１Ａおよび１１Ｂの基部と当接していてもよい。
【００２５】
下層１２を照明するために、または場合によっては１つ以上の上層部１１Ａまたは１１Ｂを照明するために、光源４０を配置することができる。下層１２が照明されている場合には、下層１２と各上層部１１Ａ、１１Ｂの間の光伝送により上層部１１Ａ、１１Ｂも照明することができる。ユーザは例えばスイッチアレイのキーを作動させることにより上層部１１Ａにドームスプリング９３Ａを押圧させることができる。キーを押圧すると、上層部１１Ａと下層１２との間の密着が外れる（図９Ｂに図示するように）。この場合キーを照明状態から非照明状態へ変えてもよい。
【００２６】
またある場合には、ユーザがキーを完全に押し下げることにより上層部１１Ａおよび下層が密着状態に戻る（図９Ａに図示するように）。この場合キーを再度照明することができる。このようにしてキーを押し下げるとユーザにキー作動の視覚的表示が提供される。換言すれば、ユーザがキーを押圧して上層部１１Ａと下層１２との間の密着を切りその後回復させると、キーは瞬間的に消える。ユーザがキーを離すと同じ効果が生じる。あるいは、光導波路締結構造体１０を、点灯または消灯のいずれかを行い、キーを押し下げるとそのオフまたはオン状態を維持するように設計することができる。さらに、上述したように加色効果を達成することができる。
【００２７】
スイッチアレイで使用される場合には、上下層１１、１２は照明効果に加えて多数の利点を提供することができる。例えば係合上下層１１、１２は個々のキーの揺動に対する耐性を提供することができ、個々のキーが正しい位置に保持され個々のドームスプリング要素と正しく位置合わせされるようにすることもできる。このようにして上下層１１、１２はスイッチアレイの個々のキーに対する位置合わせ構造体として機能することができる。
【００２８】
加えて、層１１、１２を押出しまたは射出成形により比較的低コストで製造することができる。さらに個々の位置合わせ構造体を上下層１１、１２と交換することにより、スイッチアレイの組立を大幅に簡略化することができる。締結要素（例えばフック状構成を有する）は、互いに重ね合わせて噛合配列を提供するように上下層１１、１２を摺動させまたはスナップ留めして合体することにより、簡単に係合することができる。位置合わせ構造体用の取付ブラケットの加工をなくすことができる。また締結構造体１０を利用することで、キー移動量を減少させ、スイッチアレイ内の層の数を減少させることにより、より薄いスイッチアレイを実現することができる。さらに本明細書に記載した締結構造体１０は環境とスイッチアレイのセンサの間に気密バリアまたは部分気密バリアを提供することができる。
【００２９】
加えて層１１、１２はスイッチアレイの設計にさらなる設計自由度を提供することができる。本発明による締結構造体を実施することにより、スイッチアレイはキーを正しい位置に保持するように成形する必要がない。さらにキーの形状および配置を機能的および／または美的に改善することができる。例えば隣接キーを成形により離す必要はなく、これは特にセルラー式電話およびハンドヘルドコンピュータなどのハンドヘルド装置の一部分を形成するスイッチアレイに有用である。また成形が排除できるため、より多くの空間をキー自体に使うことができる。同時に上記に概説したように装飾的または機能的照明効果を実施することができる。
【００３０】
図１１は、下層１２と複数の上層部１１Ａ〜１１Ｈを含む上層とを有する光導波路締結構造体１０の斜視図である。上述のように下層１２は、各上層部１１Ａ〜１１Ｈと係合可能である。下層１２にはスイッチアレイのばね要素（図示せず）との位置合わせするための穴９１Ａ〜９１Ｈが形成されている。例えば穴９１を０．１〜２．０平方センチメートルの範囲の大きさに形成することができるが、本発明はこの点において必ずしも限定されない。１つの特定実施において、穴９１は約０．６３５平方センチメートルの表面積を有する正方形状である。層同士が係合されると、各上層部１１Ａ〜１１Ｈは穴９１Ａ〜９１Ｈのうちの１つを覆うことができる。例えば上層部１１Ａ〜１１Ｈを下層１２上に摺動させまたはスナップ留めすることにより、上下層１１、１２を簡単に係合することができる。
【００３１】
スイッチアレイにおいて、上層部１１Ａ〜１１Ｈはユーザが押し下げるキーとして機能することができる。このようにしてより薄いスイッチアレイ、および／または要素の少ないスイッチアレイを実現することができる。あるいは、ユーザが押し下げられるように、追加キーキャップ（図示せず）をそれぞれの上層部に結合させることができる。さらにまた薄膜スイッチに対して、薄膜カバーが光導波路締結構造体を覆ってもよい。上述の照明効果が薄膜カバーを介して見えるように、薄膜カバーは透明または部分的に透明であってもよい。
【００３２】
図１１に図示した実施形態では、層同士が係合されたときに下層１２に対する上層部１１Ａ〜１１Ｈの横方向移動を防止することが望ましい。これを達成するための１つの方法は、接着剤または他の適当な結合手段により上層部１１Ａ〜１１Ｈをドームスプリング要素に結合することである。下層１２に対する上層部１１Ａ〜１１Ｈの横方向移動を防止するための他の方法は、下層１２内に領域（図示せず）を形成することである。領域が上層部１１Ａ〜１１Ｈの配置用面積を規定することにより、層同士が係合されたときに下層１２に対するその上層部１１Ａ〜１１Ｈの横方向の移動を制限することができる。例えば下層１２の締結要素を選択箇所でヒートシールして、またはダイにより砕いてこの領域を形成することができる。下層１２内に領域を作製して各上層部１１Ａ〜１１Ｈの配置用面積を規定することもできる。
【００３３】
図１２および図１３は他の実施形態を図示しており、下層１２と剛性要素１１３と弾性領域１１５とを有する１つの上層１１の形状の光導波路締結構造体を実施している。図１２は断面図である。図示のように下層１２は上層１１に係合されている。下層１２にはばね要素９３Ａおよび９３Ｂと位置合わせするために穴９１Ａおよび９１Ｂが形成されている。上層１１は剛性要素１１３Ａおよび１１３Ｂならびに弾性領域１１５を含む。例えばスイッチアレイにおいて、剛性要素１１３Ａおよび１１３Ｂはユーザが押し下げるキーとして機能することができる。あるいは、追加キーキャップ（図示せず）をそれぞれの剛性要素１１３Ａおよび１１３Ｂに結合してもよい。
【００３４】
図１３は本発明の一実施形態による下層１２および上層１１の形状の非係合光導波路締結構造体の斜視図である。図示のように下層１２にはばね要素（図示せず）と位置合わせするために穴９１Ａ〜９１Ｈが形成されている。上層１１は剛性要素１１３Ａ〜１１３Ｈならびにそれぞれの剛性要素１１３Ａ〜１１３Ｈ間に１つ以上の弾性領域１１５を含む。各剛性要素１１３Ａ〜１１３Ｈは、層同士が係合されたとき穴９１Ａ〜９１Ｈのうちの１つを覆うことができる。例えば上層１１と下層１２とを摺動させまたはスナップ留めして合体させることにより、層同士を簡単に係合することができる。光導波路機能性を上層１１、下層１２、または両方に融合することにより、視覚的効果の向上を達成することができる。
【実施例】
【００３５】
本明細書に記載するように層１１および１２を形成するために、透明ポリマーなどの実質的に透明な光導波路材料を、約６．３５センチメートル（２．５インチ）の直径、２４／１の長さ／直径比、および摂氏約１７５〜２３２度（華氏３５０〜４５０度）から次第に上昇する温度プロファイルを有する一軸押出機（コネチカット州ポーカタックのデービス・スタンダード・コーポレーション（Ｄａｖｉｓ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｐａｗｃａｔｕｃｋ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ））から供給）に供給することができる。適当な材料にはアクリル系材料、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、スチレンアクリロニトリル、スチレン系ブロック共重合体、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリ塩化ビニル、セルロース系材料、ポリアミドナイロン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル、エチレンメチルアクリル酸、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリウレタン、ポリメチルペンテン、シリコンプラスチック、フッ素プラスチック、または他の適当な精製材料などの高分子材料があり得る。
【００３６】
実質的に透明な材料がポリプロピレンである場合、それを摂氏約２３２度（華氏４５０度）に加熱されたネックチューブを介して少なくとも６９０，０００パスカル（平方インチ当たり１００ポンド）の圧力で、摂氏約２３２度（華氏４５０度）の温度に維持された約２０センチメートル幅（８インチ幅）マスターフレックス（ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘ）ＬＤ−４０フィルムダイ（ウィスコンシン州オークレアのプロダクション・コンポーネンツ（Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（Ｅａｕ  Ｃｌａｉｒｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ））により供給）内に連続的に吐出することができる。このダイは図１Ａおよび１Ｂに示したような自己噛合プロファイルを形成する要素などの締結要素を有するフィルムを形成するように構成されているダイリップを有する。
【００３７】
ポリプロピレンフィルムを約３メートル／分（１０フィート／分）でこのダイから押出して摂氏１０〜２１度（華氏５０〜７０度）に維持された焼入れ槽内に少なくとも１０秒の滞留時間ドロップキャストを行うことができる。焼入剤は、疎水性のポリオレフィン材料の湿潤性を増すために、０．１〜１．０重量％の界面活性剤、エトキシ（Ｅｔｈｏｘｙ）ＣＯ−４０（サウスカロライナ州グリーンビルのエトクス・ケミカルズＬＬＣ（Ｅｔｈｏｘ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，ＬＬＣ（Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ，Ｓｏｕｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ））から入手可能なポリオキシエチレンヒマシ油）を含む水でもよい。
【００３８】
その後その焼入れフィルムを自然乾燥して回収し、９１〜１３７メートルロール（１００〜１５０ヤードロール）にすることができる。このフィルムは約０．０３５６±０．００５センチメートル（０．０１４±０．００２インチ）の均一なベースフィルム厚さ、約０．１５２４±０．００５センチメートル（０．０６０±０．００２インチ）の締結要素幅（フィルムの基部と平行な平面で測定した締結要素の最外端間の距離）を有する。このフィルムは約７００グラム／平方メートルの押出し基本重量を有し得る。許容垂直移動は約０．０９４センチメートル（０．０３７インチ）でもよい。別の作業では摂氏約９３度（華氏２００度）に維持された平滑キャストロール上を通過させることにより押出しフィルムを焼きなましてベースシートを平坦にした後、１５．２４センチメートル芯（６インチ芯）上に巻くことによりウェブカールを最小限に抑えることができる。
【００３９】
図１４は、本発明の一実施形態による薄膜スイッチの２つのスイッチ分解ブロック図である。図示のように、薄膜スイッチは支持基板１３１を含むことにより機械的安定性を提供することができる。電子薄膜１３２が支持基板１３１の上にあってもよい。電子薄膜は加えられた物理的力に応答して信号を生成する複数のセンサを含んでもよい。ドームスプリング９３は電子薄膜１３２の上にあってもよい。これらのドームスプリングは独立したドームスプリングであってもまたは接続してアレイを形成してもよい。例えばドームスプリングは、金属製ドームスプリングであってもよいし、またはポリエステルなどの高分子材料で形成されてもよい。
【００４０】
下層１２には、ドームスプリング９３Ａおよび９３Ｂと位置合わせするための穴９１Ａ〜９１Ｂが形成されている。上層１１は、下層１２内の穴９１Ａおよび９１Ｂに対応する上層部１１Ａおよび１１Ｂを規定する。換言すれば、上下層１１、１２が係合されると、各上層部１１Ａおよび１１Ｂは穴９１Ａおよび９１Ｂの一方を覆うことができる。ドームスプリング９３Ａおよび９３Ｂは、上層部１１Ａおよび１１Ｂを下層１２から離れるように付勢することができる。物理的力が上層部１１Ａまたは１１Ｂの一方に加わると、その力は対応するドームスプリングの押し下げを生じ、その結果電子薄膜１３２内のセンサの作動を引き起こす。
【００４１】
薄膜カバー１３５は、上下層１１、１２を覆うことができる。光源は、上記に概説したように、下層１２および／または上層部１１Ａ、１１Ｂの一つ以上を照明し得る。このため薄膜カバー１３５は、ユーザが薄膜カバーを通して照明効果を見ることができるように透明であってもよいし、または部分的に透明であってもよい。他の実施形態では、上層部１１Ａおよび１１Ｂは追加薄膜カバー１３５のないキーを含んでいてもよく、または代替的に、薄膜カバー１３５に加えてまたは代わりにキーキャップを追加してもよい。その場合、光導波路機能性を利用してキー間に照明効果をもたらすことができる。
【００４２】
上層１１および下層１２をドームスプリング要素９３の上方に配置することにより、各スイッチに関連する区域を硬化させることができる。より一般的には、任意の形状の硬化剤を本発明の実施形態によるドームスプリング要素９３の上方に設けることができる。キー作動用の広い剛性区域を設けることによりドームスプリング要素９３の上方の区域を硬化させると、スイッチアレイ、特に薄膜スイッチを改良することができる。さらによりひろい「スイートスポット」を達成することができる。さらにまたある実施形態に対して薄膜カバー１３５の必要性をなくすことができる。薄膜カバー１３５を用いた場合には、上層１１などの硬化剤がスイッチと関連する区域の上方に配置されているときに、その薄膜カバー１３５の型押しをなくすことができる。
【００４３】
上述のように下層と係合した上層を含む締結構造体は、スイッチアレイ設計者に設計自由度を提供することができる。実際、従来のスイッチアレイ構成と比べて本明細書に記載した位置合わせ要素は、同じ区域量内でより多数のキーを実現することができるとともに、キーを覆う型または枠を排除することによりそれらのキーをより近接して一緒に配置することを可能にする。加えて上述したように、締結構造体を使用することによりスイッチアレイの厚さを削減することができる。さらに追加キーキャップの必要性をなくすことができる。
【００４４】
また締結構造体は、キー用のより広い有用な接触区域、例えばより広い「スイートスポット」を促進するとともに、キー揺動に対する耐性を提供することを含む位置合わせの利点を提供し得る。さらに光学的に透明な材料で締結構造体を形成することにより、その構造体は、上記に概説したようにスイッチアレイに機能的または装飾的照明を提供することができる光導波路になり得る。
【００４５】
さらに締結構造体はドームスプリング要素の周囲にチャンバを形成してキー作動の可聴性を向上することができる。換言すれば本明細書に記載の締結構造体は、ドームスプリングの作動により生じた可聴音を改善すなわち増大させることができる。このためキーの作動には触覚、より分かりやすい可聴性、および／または視覚効果が伴い得る。加えて、本明細書に記載した締結構造体は、環境とスイッチアレイのセンサの間に気密バリアまたは部分的気密バリアを提供することができる。これらの方法で締結構造体を用いてスイッチアレイを改善することができる。図１５はスイッチアレイの追加実施形態を図示する。図示のようにこのスイッチアレイは支持基板１３１を含むことにより機械的安定性を提供することができ、電子薄膜１３２は支持基板１３１の上にあってもよい。また電子薄膜は加えられた物理的力に応答して信号を生成する複数のセンサを含んでもよい。接続ドームスプリングのアレイ１５０は、電子薄膜１３２の上にあってもよい。このアレイ１５０内のドームスプリング１５１Ａおよび１５１Ｂはチャネル１５２により接続されてもよく、これはさらに、同時係属中であり本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／８４８，４５８号明細書に記載されており、その全体はこの参照をもって本明細書への記載に変える。下層１２にはドームスプリング１５１Ａおよび１５１Ｂと位置合わせをするための穴９１Ａ〜９１Ｂが形成されていて、上層１１は下層１２内の穴９１Ａおよび９１Ｂに対応する上層部１１Ａおよび１１Ｂを規定する。
【００４６】
一実施形態によれば、ドームスプリング要素のアレイ１５０は光導波路を含む。換言すれば、ドームスプリング要素のアレイ１５０は全反射（ＴＩＲ）により光を伝送する材料で形成することができる。１つ以上の発光フィーチャをドームスプリング要素１５０に付加することにより、光を制御してまたはランダムに発光させることができる。さらに、チャンネル１５２は照明効果を向上し得る。
【００４７】
ドームスプリング要素のアレイ１５０を介して全反射により光を伝送するために、光源４０Ｃを用いることができる。上記に概説したように、必要に応じて１つ以上の追加光源４０Ａおよび４０Ｂを用いて、上層１１および／または下層１２を介して光を伝送することができる。ドームスプリング要素のアレイ１５０を照明することにより、スイッチアレイの類のない照明を達成することができる。光は、１つ以上の上層１１、下層１２およびドームスプリング要素のアレイ１５０などの光導波路を含む様々な構成要素を介して伝送可能である。ある場合には、異なる色、異なる強度、または異なる時間のオン／オフ（点滅）パターンを利用することができる。また、加色効果およびオン−オフ光切替などの様々な照明効果を達成するために、異なる光源を用いることができる。
【００４８】
スイッチアレイ内の本発明の異なる実施形態の例示的実施には、薄膜スイッチ、キーパッドまたはキーボード内での実施があり得る。例えば本発明を、パームコンピュータまたはセルラー式電話などのハンドヘルドコンピュータ装置の一部、ラップトップまたはデスクトップキーボード、飛行機、船舶または自動車の計器パネルのスイッチアレイ、もしくは電気製品、楽器またはスイッチが使用される他の用途のスイッチアレイを形成するように実施することができる。
【００４９】
加えて、締結構造体をスイッチアレイに関係のない他の用途に用いてもよい。具体的には締結構造体を、締結機能性と光導波路機能性との両方に望ましい用途に用いてもよい。従って本発明はスイッチアレイ実施形態の例示的説明には限定されず、多種多様な用途において有用な利点を提供するものとしてより広く考えられる。
【００５０】
さらに、押出プロセスにより締結構造体を作製するための実施形態を説明したが、他のプロセスを用いても同じまたは類似の構造体を実現することができる。例えば、押出、異形押出、射出成形、圧縮成形、熱成形、ラピッド・プロトタイピング、注型・硬化、型押、または他のプロセスを用いて、本明細書に記載の１つ以上の構造体を実現することができる。ある場合には、より複雑な押出プロセスを利用して、締結構造体の様々な層の一部として光導波路材料を形成することができる。特に含共押出、多層押出またはマイクロ層多層押出を利用して、光導波路材料を他の材料内に含むまたは埋め込んで、光導波路締結構造体を実現することができる。例えば含共押出はガラス、高分子光導波路ファイバまたは高複屈折材料を他の材料内に埋め込むのに有用であり得る。補強剤、着色剤等などの添加剤を付加してもよい。従って他の実施および実施形態は請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による締結構造体の側断面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による締結構造体の側断面図である。
【図２】非係合状態の締結構造体の斜視図である。
【図３】２つの例示的締結要素の側断面図である。
【図４】光導波路締結構造体および光導波路締結構造体を照明するために配置された光源の側断面図である。
【図５】光導波路締結構造体および光導波路締結構造体を照明するために配置された光源の側断面図である。
【図６】光導波路締結構造体および光導波路締結構造体を照明するために配置された光源の側断面図である。
【図７】光導波路締結構造体、光導波路構造体を照明するために配置された1つ以上の光源、および光導波路構造体の照明を改善するために配置された1つ以上の光学素子の側断面図である。
【図８】光導波路締結構造体、光導波路構造体を照明するために配置された1つ以上の光源、および光導波路構造体の照明を改善するために配置された1つ以上の光学素子の側断面図である。
【図９Ａ】上層と下層とが３つの可能な構成で互いに対してそれぞれ配置された光導波路締結構造体を図示する側断面図である。
【図９Ｂ】上層と下層とが３つの可能な構成で互いに対してそれぞれ配置された光導波路締結構造体を図示する側断面図である。
【図９Ｃ】上層と下層とが３つの可能な構成で互いに対してそれぞれ配置された光導波路締結構造体を図示する側断面図である。
【図１０】スイッチアレイの一部分として使用される光導波路締結構造体の側断面図である。
【図１１】スイッチアレイ内で使用するように構成された非係合光導波路締結構造体の斜視図である。
【図１２】スイッチアレイの一部分として使用される光導波路締結構造体の他の側断面図である。
【図１３】スイッチアレイ内で使用するように構成された非係合光導波路締結構造体の他の斜視図である。
【図１４】本発明の一実施形態による薄膜スイッチの２つのスイッチの分解ブロック図である。
【図１５】スイッチアレイの追加実施形態を図示する分解ブロック図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
2005521896.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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2005521896.tif 000022
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