(57)【要約】スイッチ装置（１０）は、第一層（１１）および第二層（１２）を含み、該層は、層上に形成される固定要素の組（１３Ａ〜１３Ｆ、１４Ａ〜１４Ｆ）を介して互いに取り付けられる。固定要素は、層を取り付けるための相互係着配置で互いに係合するフック状要素を含んでもよく、代替的には、固定要素は、他の形態をとってもよい。固定要素は、第一層および第二層が互いに押し付けられると曲がる可撓性部分を含んでもよい。装置は、スイッチアレイ内で使用されてもよく、かつドームばね要素を不要にすることができる。
2005521996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチアレイで使用するための装置であって、
第一組の固定要素を含む第一層と、
第二組の固定要素を含む第二層とを含み、
前記第一および第二組の固定要素は係合可能であり、それによって前記第一層を前記第二層に取り付け、かつ前記固定要素の少なくともいくつかは、前記第一および第二層が係合され、かつ前記第一層が前記第二層の方へ押し付けられるときに曲がる可撓性部分を含む、装置。
【請求項２】
前記固定要素の少なくともいくつかの前記可撓性部分の曲げは、前記第一層と前記第二層との間にバイアス力を与える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記曲げによって与えられる前記バイアス力は、前記第一層と前記第二層との間の距離によって異なる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記バイアス力は、前記第一層と前記第二層との間の距離が閾値を過ぎると、実質的に減少する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記係合された組の固定要素は、前記第一層と前記第二層との間の移動距離を共同で画定するフック状要素を含み、前記フック状要素の少なくともいくつかは、前記可撓性部分を形成するステム部を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記係合された組の固定要素は、前記第一層と前記第二層との間の移動距離を共同で画定するＹ形状の要素を含み、前記Ｙ形状の要素の先端は、前記可撓性部分の少なくとも一部を形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記係合された組の固定要素は、アングル形状の要素を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記係合された組の固定要素は、Ｃ形状の要素を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記固定要素の少なくともいくつかの前記可撓性部分は、前記固定要素の少なくともいくつかから延びる延長部分を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記延長部分は、Ｃ形状の延長部分である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
スイッチアレイで使用するための装置であって、
底部層と、
上部層と、
前記上部層および前記底部層を、係合すると、移動量が前記上部層と前記底部層との間で画定されるように係合する手段であって、前記係合手段は、前記上部層が前記底部層の方へ押し付けられるとき曲がる手段を含む、係合手段とを含む、装置。
【請求項１２】
前記曲げ手段は、前記上部層と前記底部層との間にバイアス力を与える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記曲げ手段によって与えられる前記バイアス力は、前記上部層と前記底部層との間の距離によって異なる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記バイアス力は、前記上部層と前記底部層との間の距離が閾値を過ぎると、実質的に減少する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記係合手段は、前記上部層と前記底部層との間の移動距離を共同で画定する複数のフック状要素を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記係合手段は、前記上部層と前記底部層との間の移動距離を共同で画定するＹ形状の要素を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記係合手段は、アングル形状の要素を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記係合手段は、Ｃ形状の要素を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記曲げ手段は、前記固定要素の少なくともいくつかから延びる延長部分を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
前記延長部分は、Ｃ形状の延長部分である、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
作動すると信号を発生するセンサ要素のアレイと、
第一組の固定要素を含む底部層であって、前記底部層は、前記センサ要素のアレイと整列するための孔を画定する、底部層と、
各々が第二組の固定要素を含む多くの上部層部を含むスイッチアレイであって、
前記第一および第二組の固定要素は係合され、それによって前記底部層を前記上部層部に取り付け、かつ前記固定要素の少なくともいくつかは、前記上部層部の一つが前記底部層の方へ押し付けられるとき曲がる可撓性部分を含み、かつ前記上部層部の一つを前記底部層の方へ押し付けると、前記センサ要素の一つが作動する、スイッチアレイ。
【請求項２２】
前記係合された組の固定要素は、前記底部層と前記各上部層部との間の移動距離を画定する、請求項２１に記載のスイッチアレイ。
【請求項２３】
前記上部層部の各々は、前記スイッチアレイのキーを含む、請求項２１に記載のスイッチアレイ。
【請求項２４】
前記上部層部および前記底部層は、押出フィルムである、請求項２１に記載のスイッチアレイ。
【請求項２５】
前記スイッチアレイは、スイッチアレイの以下の群、すなわち、コンピュータキーボード、メンブレンスイッチアレイ、キーパッド、飛行機の計器盤、船の計器盤、自動車の計器盤、機器用スイッチアレイ、および楽器用スイッチアレイから選択される、請求項２１に記載のスイッチアレイ。
【請求項２６】
一組のキーと、
一組のセンサ要素とを含む、いかなるドームばね要素を含まないスイッチアレイであって、
前記一組のキーは、前記一組のセンサ要素から離れてバイアスされ、前記一組のキーに対するバイアス力は、前記キーが閾値を過ぎて押されるとき、実質的に減少する、スイッチアレイ。
【請求項２７】
前記一組のキーは、固定要素を介して底部層と係合される多数の上部層部を含み、前記固定要素の少なくともいくつかは、前記キーが押されると曲がる可撓性部分を含む、請求項２６に記載のスイッチアレイ。
【請求項２８】
前記固定要素の前記可撓性部分は、キーが押されるとつぶれる、請求項２７に記載のスイッチアレイ。
【請求項２９】
一つ以上のキーを画定する第一の層と、
第二の層と、
前記第一および第二層上に形成される、前記層を固定する多数の固定要素を含む、スイッチアレイ装置であって、
前記固定要素の少なくともいくつかは、前記第一層のキーが前記第二層の方へ押し付けられるとき曲がる可撓性部分を含む、スイッチアレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ入力デバイスで使用するためのスイッチアレイに関し、より詳細には、スイッチアレイ内の構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子スイッチは、コンピュータデバイスに入力を行うために用いられる。電子スイッチは、物理力に応答して信号を発生する。例えば、ユーザは、キーを押すことによって電子スイッチを作動させてもよい。キーを押すと、力が電子薄膜上に与えられ、これによって次に電子薄膜が電子信号を発生するようになる。コンピュータキーボード、キーパッド、および薄膜スイッチは、スイッチアレイの一般的な例である。
【０００３】
キーボード等の、多くのスイッチアレイは、ドームばね要素を含み、個々のキーに対してバイアス力を与える。ドームばね要素は、キー作動に対する画定された量の抵抗力を与えることによって、ユーザに触感フィードバックを与える。しかも、ドームばね要素は、作動すると「スナップ（ｓｎａｐｐｉｎｇ）」感触を与え、キー作動に対する抵抗力の量は、閾値距離を越えてキーを押した後大幅に減少する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一般に、本発明は、スイッチアレイで使用するための装置を提供する。本装置は、ドームばね要素に典型的に関連するものと類似の触感を、ドームばねを使用することなく組込む。一実施形態では、本発明は、互いに取り付けられた第一層および第二層を、該層上に形成される固定要素の組を介して含む装置に向けられている。固定要素は、層を取り付けるための相互係着配置で互いに係合するフック状要素を含んでもよく、代替的には、固定要素は、設計者によって想定される他の形態をとってもよい。固定要素は、第一層および第二層が互いに押し付けられると曲がる可撓性部分を含んでもよい。装置は、スイッチアレイ内で使用されて、ドームばね要素を不要にしてもよい。
【０００５】
これらおよび他の実施形態のさらなる詳細を、添付の図面および以下の説明で述べる。他の特徴、目的、および利点は、説明および図面から、および特許請求の範囲から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
一般に、本発明は、互いに取り付けられる第一層および第二層を、該層上に形成される固定要素の組を介して含む装置に向けられている。例えば、固定要素は、層を取り付けるための相互係着配置で互いに係合するフック状要素を含んでもよい。代替的には、固定要素は、設計者によって想定される他の形態をとってもよい。いずれの場合でも、固定要素の少なくともいくつかは、第一層および第二層が互いに押し付けられると曲がりうる。このようにして、所望の触感を、装置がスイッチアレイ内で実現されるとき達成することができる。
【０００７】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施形態による装置１０の側断面図である。図示したように、装置１０は、上部層１１および底部層１２を含む。上部層１１は、一組の固定要素１３Ａ〜１３Ｆ(以下固定要素１３）を含み、かつ底部層１２は、他の組の固定要素１４Ａ〜１４Ｆ(以下固定要素１４）を含む。固定要素１３および１４の少なくともいくつかの少なくとも一部分は可撓性である。
【０００８】
例えば、図２に示したように、上部層および底部層１２を互いに押し付けるために力をかけると（矢印によって示す）、固定要素１３および１４が曲がりうる。この曲げは、上部層１１および底部層１２を押して離す傾向があるバイアス力を与える。以下でより詳細に概説するが、このバイアス力は、第一層と第二層間の距離が閾値を過ぎると、実質的に減少されうる。例えば、一つ以上の固定要素１３および１４は、第一層と第二層との間の距離が閾値を過ぎた後、つぶれることがある。装置１０は、スイッチアレイを含む多数の用途に有効でありうる。その場合、装置１０を、スイッチアレイのキーを形成するために用いることができ、かつドームばね要素を実現することなく所望の触感を与えることができる。
【０００９】
図３は、二つの固定要素の側断面図である。また、フック状形状をとるものとして図示されているが、固定要素は他の形態をとってもよい。いくつかの他の例を以下で説明する。固定要素がフック状形状をとる場合、フック部１８Ａ、１８Ｂをベース部１７に取り付けるステム部１６Ａ、１６Ｂを含んでもよい。ステム部１８Ａとステム部１８Ｂとの間の距離（Ｘ）は、本発明はその点で必ずしも限定されていないが、約０．２５センチメートルであってもよい。固定要素の高さ（Ｙ）は、本発明はその点で必ずしも限定されていないが、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。固定要素の幅（Ｚ）は、本発明はその点で必ずしも限定されていないが、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。これらの形状および大きさは、スイッチアレイにおける用途にとって例証的である。しかしながら、形状および大きさは、上で列挙した例証的な範囲と異なってもよい。
【００１０】
係合した層（図１Ａおよび図１Ｂに図示する）の固定要素の曲げの前に許容される移動距離は、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、もしくは１ミリメートル未満の移動距離は、キーボード、キーパッド、または薄膜スイッチ等のスイッチアレイにおける用途を含む、様々な用途にとって望ましいだろう。いずれの場合でも、移動量を、所望の触感効果を達成するための特定の設計仕様に従って設計することができる。ある場合には、固定要素の曲げの前にほとんどあるいは全く移動を許容しない方が望ましいだろう。
【００１１】
固定要素が図３に示されるようなフック状形状である場合、ステム部１６を可撓性にすることができる。しかも、ステム部１６の曲げに関連するバイアス力は、ステム部１６が閾値を越えて曲がった後、実質的に減少することがある。例えば、ステム部１６は、閾値を越えて曲がった後、つぶれることがある。このようにして、ドームばね要素に関連するのと類似の触感を、固定構造体１０内に組込むことができる。
【００１２】
図４は、固定構造体１０の、係合されていない状態での斜視図である。例えば、上部層１１および底部層１２の各々は、固定要素１３、１４の所望の形状に従って押出された材料のフィルムを含んでもよい。より詳細には、同時押出工程を用いてもよく、固定要素１３、１４のステム部の一つ以上は、十分な可撓性の重合体等の可撓性材料を含む。層１１、１２のベース部および固定要素１３、１４のフック部は、実質的に剛性であってもよく、それによって上部層１１および底部層１２を互いにしっかりと固定することができる。例えば、実質的に剛性の重合体が、層１１、１２のベース部およびフック部のために用いられてもよい。さらに、ある場合には、固定要素１３、１４の大きさは、異なる層１１、１２については異なってもよく、あるいは以下でより詳細に概説するように、所与の層１１、１２上で異なる大きさであってもよい。
【００１３】
所望であれば、固定構造体１０は、層１１と層１２との間に位置決めされる弾性ボール、ポスト等をさらに含み、上部層１１および底部層１２を開いた位置でバイアスする傾向があるさらなるバイアス力を与えてもよい（図１Ａに図示する）。層１１および１２は、それらを互いにスナップ（ｓｎａｐ）するか摺動することによって係合されてもよい。例えば、上部層１１および底部層１２上のフック状固定要素は、図１Ａおよび図１Ｂに図示されるように、相互係着配置で係合されるように互いにスナップされてもよい。上部層１１と底部層１２との間で許容される所定の移動距離は、固定要素１３、１４の一つ以上の大きさに比例してもよい。
【００１４】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示す側断面図である。図示したように、上部層１１は、底部層１２と係合される。底部層１２には、孔５０が形成される。例えば、上部層１１が底部層１２の方へ押しつけられると、センサが始動されうるように、孔５０をスイッチアレイのセンサ要素と整列させることができる。例えば、図５Ｃに図示されるように、固定要素１３の一つは、上部層１１が底部層１２に押し付けられると、通し孔５０から突出することがある。
【００１５】
この例では、要素１３Ｇ〜１３Ｉのステム部は、要素１４Ｇおよび１４Ｈのステム部より長い。上部層１１が底部層１２に押し付けられると、図５Ｂに図示されるように、要素１３Ｇおよび１３Ｉのフック部は、底部層１２のベース部に接触する。さらなる力がかけられると、要素１３Ｇおよび１３Ｉのステム部は、図５Ｃに図示されるように曲がることがある。要素１３Ｇおよび１３Ｉが曲がると、要素１３Ｈは、センサが作動されうるように、孔５０から突出することがある。センサは、キーボードまたは他のスイッチアレイで用いられる様々なセンサのいずれかを含んでもよい。例えば、本明細書で説明する技術および構造を、ホール効果センサ、圧電センサ、圧電抵抗センサ、静電センサ、微小電気機械システム(ＭＥＭＳ)センサ等と共に用いてもよい。さらに、圧力センサ、化学センサ、または任意の他のセンサを用いてもよい。
【００１６】
図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。この例では、底部層１２の要素１４Ｉおよび１４Ｊは、上部層１１の要素１３Ｊおよび１３Ｌを曲げることなく生じうる、上部層１１と底部層１２との間の移動量を制限するほど十分短い。上部層１１が底部層１２に押し付けられると、要素１３Ｊおよび１３Ｌのステム部は、図６Ｂに図示されるように曲がることがある。この曲げは、上部層１１および底部層１２を引き離す傾向があるバイアス力を与える。上部層１１の要素が十分短く、ならびに底部層１２の要素がそれより長くかつ可撓性ステム部を有する代替的な構成を用いることもできる。
【００１７】
上部層１１および底部層１２を引き離す傾向にあるバイアス力は、第一層と第二層との間の距離が閾値を過ぎると実質的に減少されうる。例えば、図６Ｃに図示されるように、固定要素１３Ｊおよび１３Ｌは、第一層と第二層との間の距離が閾値を過ぎると、つぶれることがある。このことが生じると、上部層１１と底部層１２との間のバイアス力は、実質的に減少する。このようにして、ドームばね要素に典型的に関連する触感を、ドームばね要素を実現することなく達成することができる。
【００１８】
例えば、図６Ａ〜図６Ｃに示されるような上部層１１は、スイッチアレイのキーに対応してもよい。ユーザがキーを押すと、要素１３Ｊおよび１３Ｌが図６Ｂに図示されるように曲がるとき、抵抗が感じられる。次に、キーが図６Ｃに図示されるように下方にスナップするとき、抵抗が実質的に減少する。例えば、要素１３Ｊおよび１３Ｌがつぶれることがあり、それによって抵抗が実質的に減少する。この点で、要素１３Ｋは、例えば底部層１２の孔から突出して、例えばセンサを作動しうる。ユーザがキーを解除すると、装置１０は、図６Ａの構成を再度とってもよい。このようにして、装置１０を、ドームばねを用いることなく所望の触感を呈示するスイッチアレイのキーを実現するために用いることができる。
【００１９】
図７Ａ〜図７Ｃは本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。この場合、上部層は、底部層１２に押し付けられると、底部層１２の孔５０から突出する、実質的に剛性の構造体７０を含んでもよい。剛性構造体７０は、スイッチアレイに関連したセンサ要素の作動を容易にするために実現されうる。
【００２０】
図８Ａ〜図８Ｃでは、構造体８０は、装置１０の一部を形成しない。代替的には、構造体８０は、図８Ｃに図示されるように、上部層１１が底部層１２に押し付けられると、上部層１１が構造体８０と物理的に接触するように、孔５０から突出する。構造体８０と上部層１１との間の物理的な接触によって、スイッチアレイ内のセンサが作動することがある。
【００２１】
図９Ａ〜図９Ｃは、本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。この場合、上部層１１および底部層１２の要素９３Ａ、９３Ｂ、９４Ａおよび９４Ｂは、互いに係合するＹ形状の要素を含む。Ｙ形状の要素の先端は、上部層１１および底部層１２が互いに押し付けられると、図９Ｃに図示されるように曲がることがある。また、この曲げは、上部層１１および底部層１２を引き離す傾向があるバイアス力を与えることがある。スイッチアレイについては、Ｙ形状の要素の曲げを、キー作動に対する所望の抵抗および所望の感触を達成するために用いることができる。
【００２２】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、図９Ａ〜図９Ｃに類似の実施形態を示す。しかしながら、図１０Ａおよび図１０Ｂでは、底部層１２の要素９４Ｃおよび９４Ｄに関連するステム部は、上部層１１の要素９３Ｃおよび９３Ｄに関連するものよりずっと短い。代替的には、上部層の要素を、底部層の要素よりずっと短くすることができる。いずれの場合にも、上部層１１の要素９３の曲げなしに生じうる、上部層１１と底部層１２との間の移動量を制限することができる。そのような構成は、スイッチアレイのキーにとっては望ましいだろう。要素９３Ｃ、９３Ｄ、９４Ｃおよび９４Ｄの一つ以上のステム部もまた、可撓性であってもよい。この場合、ステム部は、ドームばね要素に従来関連する触感を与えるのに十分な力がかけられると、つぶれることがある。
【００２３】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。この場合、一つ以上の要素１３、１４は、可撓性延長部分１１３Ａ、１１３Ｂ、１１４Ａおよび１１４Ｂを含む。この例では、可撓性延長部分は、Ｃ形状の延長部分を含む。しかしながら、他の形状を用いることもできる。図１１Ｃに示されるように、上部層１１および底部層１２が互いに押し付けられると、延長部分１１３、１１４が曲がる。このようにして、キー作動に関連する所望の抵抗および感触を達成することができる。また、要素１３および１４の一つ以上のステム部はまた、スナップ効果を与えるために可撓性であってもよい。
【００２４】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示す他の実施形態の側断面図である。この場合、層１１、１２の要素１２３、１２４は、互いにに対して曲がるアングル形状の要素を含む。例えば、上部層１１および底部層１２が互いに押し付けられると、アングル形状の要素１２３、１２４が互いに対して曲がり、所望の抵抗および感触を与える。Ｃ形状の固定要素を含む他の形状もまた実現することができるだろう。
【００２５】
図１３は、スイッチアレイの二つのキーを形成するために用いられる、本発明による装置の側断面図である。この場合、装置１０の上部層１１は、多くの別個の上部層部１１Ａおよび１１Ｂを含む。各上部層部１１Ａ、１１Ｂは、固定要素の組を介して底部層１２と機械的に係合される。底部層１２には、孔５０Ａ、５０Ｂが形成されてもよい。各上部層部１１Ａ、１１Ｂは、スイッチアレイのキーに対応してもよい。
【００２６】
キーが押されると、上部層部は、底部層１２の方へ押し付けられる。例えば、該キーが押されると、上部層部１１Ａは、底部層１２に押し付けられることがある。この場合、上部層１１Ａのいくつかの要素は、孔５０Ａを通って伸びて、スイッチアレイのセンサ要素を作動することがある。上部層１１の他の要素は、底部層１２のベース部と接触し、かつ上で概説したように、曲がったり、ことによるとつぶれたりする。このようにして、所望の触感を、ドームばね要素を実現することなく達成することができる。
【００２７】
図１４は、スイッチアレイの多くのキーを形成するために用いられる、本発明による非係合装置の斜視図である。図示したように、装置１０は、底部層１２および複数の上部層部１１Ａ〜１１Ｈを含む上部層を含む。上述したように、底部層１２を、各上部層部１１Ａ〜１１Ｈと係合することができる。底部層１２には、スイッチアレイのセンサ要素に整合するための孔５０Ａ〜５０Ｈが形成される。例えば、本発明はその点で必ずしも限定されているわけではないが、孔５０は０．１〜２．０平方センチメートルの範囲の大きさにされてもよい。孔５０は、設計者によって想定される任意の形状をとってもよい。例えば、孔５０の大きさおよび形状は、ひとつには、作動されるべきセンサ要素によって決定されてもよい。各上部層部１１Ａ〜１１Ｈは、層が係合されると、孔５０Ａ〜５０Ｈの一つを覆うことがある。例えば、上部層１１および底部層１２を、ただ上部層部１１Ａ〜１１Ｈを底部層１２上へ摺動しかつスナップするだけで係合することができる。
【００２８】
上部層部１１Ａ〜１１Ｈは、ユーザによって押されるキーとして機能してもよい。このようにして、より薄いスイッチアレイおよび／またはほとんど要素をもたないスイッチアレイを実現することができる。代替的には、さらなるキーキャップ(図示せず）は、ユーザによって押されるべきそれぞれの上部層部に取り付けられてもよい。さらに、薄膜スイッチについては、薄膜カバーが装置１０を覆ってもよい。
【００２９】
図１４に示される実施形態では、上部層部１１Ａ〜１１Ｈの底部層１２に対する横方向移動を、層が係合されるとき妨げるのが望ましいだろう。横方向移動を制限する一つの方法は、領域(図示せず）を底部層１２に形成することである。領域は、上部層部１１Ａ〜１１Ｈの配置のための領域を画定して、該上部層部１１Ａ〜１１Ｈの底部層１２に対する横方向運動を、層が係合されるとき制限してもよい。例えば、底部層１２の固定要素は、領域を形成するための選択された場所にダイによって熱封止されるかあるいは圧壊されてもよい。底部層１２に領域を作り出して、各上部層部１１Ａ〜１１Ｈの配置のための領域を画定することができる。固定構造体を圧壊して、係合固定構造体の層の横方向運動を制限することができる領域を形成するダイについてのいくつかの技術は、一般に譲渡された国際公開番号国際公開第０１/５８３０２号パンフレットに説明されており、参照することによって本明細書に完全に組込まれる。
【００３０】
スイッチアレイで用いられる場合、上部層１１および底部層１２は、上で概説した所望の触感に加えて多くの利点を提供しうる。例えば、係合した上部層１１および底部層１２は、個々のキーの耐ロッキング性を与えることができ、かつ個々のキーが適所に保持されかつセンサ要素と適切に整列されることを保証することができる。このようにして、上部層１１および底部層１２は、スイッチアレイの個々のキーに対する整列構造体として機能することができる。
【００３１】
さらに、層１１、１２を、押出または射出成形によって比較的低コストで製造することができる。しかも、スイッチアレイのアセンブリを、別々の整列構造体の代わりに上部層１１および底部層１２を用いることによって、著しく簡略することができる。上部層１１および底部層１２を、固定要素（たとえばかぎ状構成を有する）が互いに重なって相互係着配置を提供するように、互いに摺動するかあるいはスナップすることによって簡単に係合することができる。整列構造体に対する装着ブラケットの機械加工を避けることができる。また、固定構造体１０を使用することによって、より薄いスイッチアレイを、キー移動量を減じかつ該スイッチアレイにおける層の数を減じることによって実現できるようになるだろう。
【００３２】
さらに、層１１、１２は、スイッチアレイの設計にさらなる設計の自由度を与えてもよい。本発明による固定構造体を実現することによって、スイッチアレイは、キーを適所に保持するための成形物または型枠を必要としなくなるかもしれない。しかも、キーの形状および配列を、機能的にかつ／または美的に改良することができる。例えば、隣接するキーを、成形物によって分離する必要がなくなるかもしれない。キーを適所に保持するための成形物または型枠を不要にすることは、セルラー方式電話、ハンドヘルドコンピュータ、および表面積および深さが非常に制限されている他の装置等の小型装置の一部を形成するスイッチアレイにおいて特に有効でありうる。成形物をなくすことができるので、より大きな空間を、キー自体の専用にしてもよい。
【実施例】
【００３３】
図１Ａおよび図１Ｂに示される自己噛合い輪郭を有するエラストマー構造体１０は、実質的に剛性である要素１１および１２のベース部および実質的に可撓性である要素１１および１２のステム部およびフック部を有するフィルムの同時押出によって作成された。詳細には、ベースシートとして使用される、溶融加工可能なエチレンープロピレン共重合体（ミシガン州ミッドランドのユニオン・カーバイド株式会社（Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、現ダウ・ケミカル株式会社（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ）（Ｍｉｄｌａｎｄ,  Ｍｉｃｈｉｇａｎ））によって供給される７Ｃ５５Ｈまたは７Ｃ０６）は、約６．３５センチメートル（２．５インチ）の直径、２４：１の長さと直径の比、および約摂氏１７５〜２３２度(華氏３５０〜４５０度）から徐々に増加する温度分布を有する一軸スクリュー押出機（コネチカット州ポーカタックのデービススタンダード株式会社（Ｄａｖｉｓ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  （Ｐａｗｃａｔｕｃｋ，  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ））によって供給される）へ送られた。同様に、ステム部およびフック部として用いられる熱可塑性エラストマー重合体（デラウェア州ウィルミントンのデュポンダウエラストマー有限責任会社（Ｄｕｐｏｎｔ−Ｄｏｗ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ  Ｌ．Ｌ．Ｃ．（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ））によって供給されるエンゲージ（Ｅｎｇａｇｅ)８１００）は、３．８１センチメートル（１．５インチ）の直径、２４：１の長さと直径（Ｌ／Ｄ）の比、および同一の温度分布を有する第二の一軸スクリュー押出機（同様にデービススタンダード株式会社によって供給される）へ送られた。ポリプロピレン共重合体および熱可塑性エラストマー樹脂は、各々摂氏２３２度（華氏４５０度）まで熱せられたネックチューブを通ってかつ二層膜構成を形成するように構成される三層調節可能ベーンフィードブロック（テキサス州オランジュのクローレン社（Ｃｌｏｅｒｅｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｏｒａｎｇｅ，  ＴＸ））によって供給される）の一つのポートへ、少なくとも６９０，０００パスカル（平方インチにつき１００ポンド）の圧力で連続して放電された。フィードブロックは、２０センチメートル幅（８インチ幅）のマスターフレックスTM（ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘTM）ＬＤ-４０のフィルムダイ(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ト社（Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（Ｅａｕ  Ｃｌａｉｒｅ，  ＷＩ．））によって供給される）の上に装着され、それらの両方は摂氏２３２度(華氏４５０度）の温度で維持された。フィードブロックに作成された二層樹脂堆積物は、図１Ａおよび図１Ｂに示される自己噛合い輪郭を有する高分子フックフィルムを形成するように構成されるダイリップを有するダイへ送られた。
【００３４】
二層膜は、少なくとも１０秒の滞留時間、毎分約３メートル（毎分１０フィート）で、ダイカストおよびドロップカストから、摂氏１０〜２１度（華氏５０〜７０度）に維持される急冷タンクへ押出された。急冷媒体は、疎水性ポリオレフィン材料の浸潤性を増すために用いられる重量０．１〜１．０％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ックケミカル有限責任会社（Ｅｔｈｏｘ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，ＬＬＣ  （Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ，Ｓｏｕｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ））から入手可能なポリオキシエチレンキャスターオイル）を含む水であった。
【００３５】
次に、急冷されたフィルムは、空気乾燥されかつ９１〜１３７メートルのロール（１００〜１５０ヤードのロール）に収集された。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の厚さと、約０.１５２４±０.００５センチメートル（０.０６０±０.００２インチ）のフック要素の幅（フィルムのベース部に平行な平面で測定されるフック要素アームの最外端部間の距離）を有した。フィルムは、１平方メートルにつき約７００グラムの押出し基本重量があった。許容される垂直移動は、ほぼ０.０９４センチメートル（０.０３７インチ）であった。別個の動作では、押出されたフィルムは、約摂氏９３度（華氏２００度）で維持される平滑なキャストロール上を通過することによってベースシートを平らにするために焼きなまされ、次にウェブのカールを最小にするために１５.２４センチメートルの芯（６インチの芯）上に巻きつけられた。
【００３６】
本明細書で説明されるような層１１および層１２を形成するために、実質的な剛性材料および実質的な可撓性材料を、上述した例に類似の態様で同時押出しすることができる。同時押出工程を、層１１および層１２の要素のステム部が可撓性である構造体１０を作成するためにも用いることができ、一方層１１および層１２のベース部およびフック要素部は実質的に剛性である。同時押出工程の温度および仕様は、使用される材料によってはわずかに調整される必要がありうる。さらに、これらの材料は、単一層として押出されることもあり、ここで例えば層１１は実質的な剛性材料から作られ、かつ層１２は実質的な可撓性材料から作られる。代替的には、押出構造体および同時押出構造体は、図示しかつ上述した輪郭の一つ等、任意の噛合い輪郭を有してもよい。
【００３７】
同時押出工程において使用されうる可撓性材料は、天然ゴムまたは合成ゴム、およびＡ−ＢまたはＡ−Ｂ−Ａ共重合体として公知のもの等、ゴム弾性であるブロック共重合体であってもよい。有効なエラストマー組成物には、例えば、スチレン／イソプレン／スチレン（ＳＩＳ）ブロック共重合体、エラストマーポリウレタン、エチレン酢酸ビニル等のエチレン共重合体、エチレン／プロピレンモノマー共重合体エラストマーまたはエチレン／プロピレン／ジエン三元重合体エラストマーがある。これらのエラストマーの互いの配合物または変性非エラストマーとの配合物が用いられてもよい。例えば、５０重量％までおよび３０重量％未満の重合体を、ポリビニルスチレン、例えばポリアルファメチルスチレン、ポリエステル、エポキシ、ポリオレフィン（ポリエチレンまたは高分子量のもの等の所定のエチレン／酢酸ビニル）あるいはクマロン・インデン樹脂等の硬化助剤として添加することができる。
【００３８】
好適な剛性材料は、溶融加工されうる一般に任意の重合体を用いる高分子材料を含んでもよい。単独重合体、共重合体、および重合体の配合物は、有効であり、かつ様々な添加剤を含んでもよい。金属等の無機材料を用いてもよい。好適な熱可塑性重合体には、例えば、ポリプロピレンまたはポリエチレン等のポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル酸変性エチレン酢酸ビニル重合体、エチレンアクリル酸共重合体、ナイロン、ポリ塩化ビニル、およびポリケトンまたはポリメチルペンタン等のエンジニアリングポリマーがある。重合体とエラストマーとの混合物を用いてもよい。
【００３９】
好適な添加物には、例えば、可塑剤、粘着付与剤、充填剤、着色剤、紫外線安定剤、酸化防止剤、加工助剤(ウレタン、シリコーン、フルオロポリマー等）、低摩擦係数材料(シリコーン）、導電性充填剤、顔料、およびその混合物がある。一般に、添加剤は、用途によっては、組成物の５０重量％までの量で存在しうる。
【００４０】
図１５は、本発明の実施形態によるスイッチアレイの二つのスイッチの分解ブロック図である。図示したように、スイッチアレイは、機械的な安定性を提供するために、支持基板１３１を含んでもよい。電子薄膜１３３は、支持基板１３１の上部上に存在してもよい。電子薄膜は、かけられた物理力に応答して信号を発生する複数のセンサを含んでもよい。上で概説したような装置は、スイッチの作動を容易にしかつ所望の触感を提供するために、電子薄膜１３２の上部上に位置決めされてもよい。
【００４１】
例えば、底部層１２には、電子薄膜１３２のセンサ要素と整列するための孔５０Ａおよび５０Ｂを形成することができる。上部層１１は、底部層１２の孔５０Ａおよび５０Ｂに対応する上部層部１１Ａおよび１１Ｂを画定する。言い換えると、各上部層部１１Ａおよび１１Ｂは、上部層１１および底部層１２が係合されると、孔５０Ａおよび５０Ｂの一方を覆うことがある。物理力が、上部層部の一方１１Ａまたは１１Ｂにかけられると、所望の触感を与えるために、該力によって、上部または底部層の一つ以上の要素は曲がりうる。上部層部１１Ａ、１１Ｂが底部層５０に押し付けられると、電子薄膜１３２のセンサ要素の作動を達成することができる。オプションの薄膜カバー(図示せず）は、上部層１１および底部層１２を覆ってもよく、代替的には、さらなるキーキャップを追加することもできる。
【００４２】
上述したような底部層と係合される上部層を含む固定構造体は、設計の自由度をスイッチアレイの設計者に与えてもよい。実際に、従来のスイッチアレイ構成と比較して、本明細書で説明する整合要素によって、より多くのキーを同じ量の領域で実現することができ、かつキーを、該キーを覆う成形物を除去することによって、互いにより接近して置くことができる。
【００４３】
さらに、ドームばね要素の除去は、要素をより少なくしてスイッチアレイを容易にすることができ、ことによるとスイッチアレイに関連するコストを下げることができる。さらに、上述したように、スイッチアレイの厚さを、固定構造体を実現することによって減じてもよい。しかも、さらなるキーキャップを不要にすることができるが、キーキャップを追加してもよい。固定構造体はまた、キーに対するより大きな有効接触領域、例えば、より大きな「スィートスポット」を容易にすることおよび耐キーロッキング性を与えることを含む整合の利点を提供しうる。
【００４４】
さらに、固定構造体は、キー作動の可聴表示を強めるためのチャンバーを形成することができる。言い換えると、本明細書で説明したような固定構造体は、キーの作動によって生じる可聴音を改良するかあるいは強めることができる。従って、キーの作動には、触感およびより顕著な可聴表示が伴なわれてもよい。さらに、本明細書で説明したような固定構造体は、環境とスイッチアレイのセンサとの間の気密遮断層または部分的な気密遮断層を提供してもよい。これらまたは他の方法で、固定構造体は、スイッチアレイを改良するために用いられてもよい。スイッチアレイ内での本発明の例証的な実施は、薄膜スイッチ、キーパッド、またはキーボード内での実施を含む。例えば、本発明は、パームコンピュータ等の手持ち式コンピュータデバイスまたはセルラー式電話、ラップトップまたはデスクトップキーボード、飛行機、船、または自動車の計器盤上のスイッチアレイ、機器、楽器等におけるスイッチアレイ、またはスイッチが用いられる任意の他の応用の一部を形成するために実施されてもよい。さらに、同時押出工程を経て固定構造体を作成する実施形態を説明してきたが、同じまたは類似の構造体を実現するために他の工程を用いてもよい。例えば、押出、異形押出、射出成形、圧縮成形、熱成形、高速プロトタイピング、鋳造および硬化、型押、または他の工程もまた、本明細書で説明した構造体の一つ以上を実現するために用いられてもよい。従って、他の実施および実施形態は、次の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による装置の側断面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による装置の側断面図である。
【図２】図１Ａおよび図１Ｂの装置の側断面図であり、上部層および底部層は互いに押し付けられている。
【図３】二つの例証的な固定要素の側断面図である。
【図４】本発明による装置の、係合されていない状態での斜視図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示す側断面図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示す側断面図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示す側断面図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる側断面図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図９Ｃ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図１２Ａ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図１２Ｂ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図１２Ｃ】本発明の一実施形態による装置の固定要素の曲げを示すさらなる実施形態の側断面図である。
【図１３】スイッチアレイの二つのキーを形成するために用いられる、本発明による装置の側断面図である。
【図１４】スイッチアレイの多くのキーを形成するために用いられる、本発明による非係合装置の斜視図である。
【図１５】本発明の一実施形態による薄膜スイッチの二つのスイッチの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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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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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