(57)【要約】【解決手段】磁界の存在下で、休止または非磁化状態と、活性化または磁化状態との間で移行可能な磁気作動メンブレンスイッチ。本メンブレンスイッチは、概して、導電トレースが電気的に接続されて回路を作製する閉位置と、導電トレースが電気的に絶縁されて回路を開く開位置との間で移行可能な第１の導電トレース及び第２の導電トレースを含む。本メンブレンスイッチは、磁界により活性化される磁性材料を更に含み、それにより休止位置から活性化位置に、かつその逆も同様に、スイッチ動作をもたらす。【選択図】図２Ａ
2016512386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板であって、
第１の導電トレースと、
第２の導電トレースと、
前記第１の導電トレース及び前記第２の導電トレースを分離する間隙と、
を含む、第１の基板と、
第２の基板であって、
磁性材料を備え、かつ前記間隙の反対側に位置付けられる導電シャント
を含む、第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板を分離するスペーサ層と、
を備え、
磁界を印加すると、前記導電シャントは、該導電シャントが前記間隙を埋め、かつ前記第１の導電トレースの少なくとも一部分及び前記第２の導電トレースの少なくとも一部分と接触する閉回路位置と、前記シャントが前記第１の導電トレースまたは前記第２の導電トレースのうちの少なくとも一方から離間される開回路位置との間で移行可能である、磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項２】
前記導電シャントは、前記磁界を印加すると前記閉回路位置に移行するように構成される、請求項１に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項３】
前記導電シャントは、前記磁界を印加すると前記開回路位置に移行するように構成される、請求項１または２に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項４】
前記第１の導電トレース、第２の導電トレース、磁性材料、またはスペーサ層のうちの少なくとも１つは、印刷技術または堆積技術により形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項５】
前記印刷技術は、グラビア、平台スクリーン、リソグラフィー、スクリーン、ロータリスクリーン、デジタル印刷、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つである、請求項４に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項６】
前記第１の基板は、剛性であり、ガラス、木材、金属、ＰＶＣ、ケイ素、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項７】
前記第１の基板または第２の基板のうちの少なくとも一方は、可撓性であり、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド箔（ＰＩ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリマーフィルム、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項８】
前記磁性材料は、強磁性粒子スラリー、ステープル、箔、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項９】
前記スペーサ層は、連続気泡発泡体、繊維材料、高分子フィルム、接着剤、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項１０】
基板と、
前記基板の表面上に形成され、関節接合アームを含む第１の導電トレースと、
前記関節接合アームに近接する前記基板の表面上に形成された第２の導電トレースと、
前記関節接合アームに動作可能に連結された磁性材料と、
を備え、
磁界を印加すると、前記関節接合アームは、前記第２の導電トレースと接触しない上昇位置と、前記関節接合アームが前記第２の導電トレースの少なくとも一部分と接触する下降位置との間で関節接合するように構成される、磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項１１】
前記関節接合アームは、前記磁界を印加すると、前記下降位置に関節接合するように構成される、請求項１０に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項１２】
前記関節接合アームは、前記磁界を印加すると、前記上昇位置に関節接合するように構成される、請求項１０または１１に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項１３】
前記第２の導電トレースは、前記第１の導電トレース関節接合アームの少なくとも一部分との接触と、前記第１の導電トレース関節接合アームとの無接触との間で関節接合するように構成された第２の導電トレース関節接合アームを更に備える、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項１４】
第１の導電トレースを含む第１の基板と、
第２の導電トレースを含む第２の基板と、
前記第１の導電トレースまたは前記第２の導電トレースのうちの少なくとも一方に動作可能に連結された磁性材料と、
前記第１の基板と第２の基板を分離するスペーサ層と、
を備え、
磁界を印加すると、前記第１の導電トレースまたは第２の導電トレースのうちの少なくとも一方は、前記第１または第２の導電トレースのうちの少なくとも一方が、他方に向かって屈曲され、かつ前記第１の導電トレースが、第２の導電トレースの少なくとも一部分と接触する閉回路位置と、前記第１の導電トレース及び第２の導電トレースが、前記スペーサ層の少なくとも一部分によって離間される開回路位置との間で屈曲するように構成される、磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項１５】
前記第１の導電トレースまたは第２の導電トレースのうちの少なくとも一方は、前記磁界を印加すると、前記閉回路位置に屈曲するように構成される、請求項１４に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項１６】
前記第１の導電トレースまたは第２の導電トレースのうちの少なくとも一方は、前記磁界を印加すると、前記開回路位置に屈曲するように構成される、請求項１４または１５に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項１７】
前記第１の基板または第２の基板のうちの少なくとも一方は、可撓性であり、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド箔（ＰＩ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリマーフィルム、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の磁気活性化メンブレンスイッチ。
【請求項１８】
少なくとも１つの印刷回路と、
該少なくとも１つの印刷回路に電力供給するように構成されたバッテリと、
前記少なくとも１つの印刷回路の動作に影響するように構成された磁気活性化メンブレンスイッチであって、
第１の導電トレースと、
第２の導電トレースと、
前記第１の導電トレースまたは第２の導電トレースのうちの少なくとも一方に動作可能に連結された磁性材料と、を備える、磁気活性化メンブレンスイッチと、
を備え、
該磁気活性化メンブレンスイッチは、磁界を印加すると、前記第１の導電トレースが第２の導電トレースと接触しておらず、かつ電力が前記少なくとも１つの印刷回路に供給されない休止状態と、前記第１の導電トレースが第２の導電トレースと接触しており、かつ電力が前記少なくとも１つの印刷回路に供給される活性化状態との間で移行するように構成される、電子デバイス。
【請求項１９】
第２の印刷回路を更に備え、前記バッテリは、前記第２の印刷回路に電力供給するように更に構成され、前記磁気活性化メンブレンスイッチが前記休止状態にあるとき、電力が前記第２の印刷回路に供給される、請求項１８に記載の電子デバイス。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの印刷回路は高電力回路であり、前記第２の回路は低電力回路である、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２１】
前記磁気活性化メンブレンスイッチは、前記磁界を印加すると、前記休止状態に移行するように構成される、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項２２】
前記磁気活性化メンブレンスイッチは、前記磁界を印加すると、前記活性化状態に移行するように構成される、請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項２３】
電子デバイスであって、
印刷回路と、
印刷回路の動作に影響するように構成された磁気活性化メンブレンスイッチと、を含む、電子デバイスと、
前記磁気活性化メンブレンスイッチを作動させるための磁界を生成するように構成された少なくとも１つの磁石を含む包装材料と、を備える、包装アセンブリ。
【請求項２４】
前記磁気活性化メンブレンスイッチは、
第１の導電トレースと、
第２の導電トレースと、
前記第１の導電トレースまたは前記第２の導電トレースのうちの少なくとも一方に動作可能に連結された磁性材料と、
を備え、
前記磁気活性化メンブレンスイッチは、少なくとも１つの磁石から磁界を印加すると、前記第１の導電トレースが第２の導電トレースと接触しておらず、かつ電力が印刷回路に供給されない休止状態と、前記第１の導電トレースが第２の導電トレースと接触しており、かつ電力が印刷回路に供給される活性化状態との間で移行するように構成される、請求項２３に記載の包装アセンブリ。
【請求項２５】
前記印刷回路に電力供給するように更に構成される、請求項２４に記載の包装アセンブリ。
【請求項２６】
第２の印刷回路を更に備え、前記バッテリは、前記第２の印刷回路に電力供給するように更に構成され、前記磁気活性化メンブレンスイッチが前記休止状態にあるとき、電力が第２の印刷回路に供給される、請求項２５に記載の包装アセンブリ。
【請求項２７】
前記磁界は、前記磁気活性化メンブレンスイッチを、電力が印刷回路に供給されない休止状態に作動させる、請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の包装アセンブリ。
【請求項２８】
前記磁界は、前記磁気活性化メンブレンスイッチを、電力が印刷回路に供給される活性化状態に作動させる、請求項２３〜２７のいずれか１項に記載の包装アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１３年３月１４日出願の米国仮出願第６１／７８２，５４０号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、概して、メンブレンスイッチに関し、より具体的には、磁力により活性化される印刷メンブレンスイッチに関する。
【背景技術】
【０００３】
スイッチは通常、電気的または手動で制御される２状態デバイスであり、回路部内の導電素子または接点を開閉し、それにより回路部または少なくとも回路部の一部分での動作をもたらす。例えば、スイッチは、電流を中断すること、またはそれを一導体から別のものへ方向転換させることにより、もしくは電流が導体に沿ってまたはそれらの間を流れることを可能にすることにより、回路を開放または形成するように動作する。スイッチはまた、回路部内の電流を再方向づけまたは付勢するための手段を提供し、回路部の別の部分の機能を有効化または無効化する。多くの種類のスイッチが存在し、いくつか例を挙げると、例えば、電気機械デバイス（例えば、光スイッチ）、リードスイッチ、リレー、ラッチスイッチ、及びメンブレンスイッチが含まれる。
【０００４】
リレーは、別の電気回路により動作される電気スイッチである。例えば、一部のリレーは、電磁石、または電界の存在下でのみ磁界が生成される材料を使用して、スイッチ機構を作動させる。リレーは通常、コイルを組み込んでおり、電流が当該コイルを通って流れると、それが磁界を生成する。次に、磁界が鉄のアーマチュアを活性化し、アーマチュアが、構築に応じて、固定接点との接続を作製するか、または開くかのいずれかを行って回路を開くか、または閉じる。リレーは通常、低位電力信号を用いることにより、高電力で動作する回路を制御するために使用される。
【０００５】
個別のリードスイッチは、印加された磁界により動作される電気スイッチである。簡単な形態では、リードスイッチは、例えば、スイッチが開いていると、小さい間隙により各リードの端部上に分離される少なくとも２つの磁化可能な、可撓性金属リードを含む。電磁石または永久磁石により誘起された磁界の存在下で、リードは、一緒に接触させられ、それにより間隙をなくし、スイッチを閉じて電気回路を完成する。あるいは、リードは、スイッチが閉じられるように接触し、磁界の存在がそれらを離間させ、それによりスイッチを開いて、電気回路を切断または遮断する。
【０００６】
個別のリードスイッチは典型的には、ガラスエンベロープ中に気密に封止された鉄の金属リードを含み得、金属の導電特質に対する影響を減少させまたはそれに悪影響を与え得る金属リードの大気腐食及び／または酸化からリードを保護している。しかし、これらのスイッチの回路部への構築または組み込みは、それらのサイズ及び剛性により、経済的に実現不能であるか、または適合しない可能性があり、それによりそれらの適用を制限している。
【０００７】
ラッチスイッチは、一旦活性化されるとそれらの状態を維持し、第２の作動があったときのみ、それらの最初の状態に戻るスイッチである。例えば、スイッチの第１の作動があると、回路が形成されるかまたは開かれ、スイッチの第２の作動があったときのみ、その後、それぞれ、開かれるか形成される。
【０００８】
ラッチスイッチのうちの１種類が、「Ｌａｍｉｎａｔｅｄ  Ｒｅｌａｙｓ  ｗｉｔｈ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｃｏｎｔａｃｔｓ」と題する、以降で「２２９号特許」と呼ぶ、米国特許第７，２１５，２２９号に記載されている。この２２９号特許では、積層電気機械的システム（ＬＥＭＳ）スイッチが、「複数の構造層を含み、これらは各々が可撓性部材を含む少なくとも２つの構造層［を含んでいる］。複数の構造層は、積み重ねられてスタックに整列され、少なくとも１つのスイッチを形成する。スタック中の各構造層は、スタックの隣接する構造層に付着される。形成されたスイッチが「オン」状態にあるとき、第１の可撓性部材は、第２の可撓性部材と接触している［。］」（要約書。）第１の可撓性部材の第１の安定状態への作動、例えば、第１の可撓性部材が第２の可撓性部材と接触していることは永久磁石層を介して達成され、当該永久磁石層は磁界を生じて、第１の可撓性部材の磁性材料の磁化を誘起する。第１の磁界と反対方向の第２の磁界が、電磁石またはコイルを介して生成され、電流のコイルへの印加による作動時に、第１の可撓性部材は、第２の安定状態に戻る、例えば、第１の可撓性部材は第２の可撓性部材と接触していない。
【０００９】
積層は、ラッチスイッチに、それらがより広汎な適用に組み込まれ得るように、追加された単純性を提供するが、ラッチスイッチは、スイッチのラッチ機能により幾分複雑のままであり、それらを、包装のような低コストのアイテムも含めて多数の適用に組み込むことは、経済的ではないかもしれない。
【００１０】
より単純な非ラッチ式スイッチ構造は、メンブレンスイッチである。メンブレンスイッチは、ＰＥＴまたはＩＴＯ等の可撓性基板上に印刷された電気スイッチである。メンブレンスイッチは、普通は、対応する回路を瞬間的に開閉するために基板に直角に印加された力により作動される。メンブレンスイッチは、力が存在するとき、回路を一時的に開くか、または閉じ、より一般的には閉じるため、通常は非ラッチ式スイッチである。
【００１１】
メンブレンスイッチは通常、複数の層を有する。メンブレンスイッチの最上層は、ユーザとマシーンとの間の図形インターフェース、例えば、キーボード上のキーであり得る。別の層は、印刷回路である。これは、また、銅及びポリイミド材料で作製されたフレックス回路とすることができる。例えば、図１Ａを参照して、メンブレンスイッチ１０は、間隙１６により分離された第１の導電トレース１４ａ及び第２の導電トレース１４ｂを有する第１の層または基板１２を含み得る。第１の基板１２からスペーサ層２０を介して離間された第２の層または基板１８は、導電トレース２２またはシャントを含む、またはそれを保持する。図１Ｂを参照して、第１の層１２及び第２の層１８に直角に力Ｆを印加すると、導電シャント２２は２つのトレース１４ａ及び１４ｂの各々と接触させられて、回路を完成する。
【００１２】
それらの単純さ及び融通性のために、メンブレンスイッチは、他の従来のスイッチより安価に製造し得る。それにもかかわらず、メンブレンスイッチの一般的な使用は、例えば、コンピュータキーボード、タッチスクリーン、及び制御パネル等に、ある程度制限されたままである。
【００１３】
印刷回路技術の絶え間なく増大する融通性により、印刷による電子機器または電子デバイスの新規な適用が検討されてきた。適用には、例えば、包装、ラッピング、販売促進アイテム、使い捨て可能なアイテム、標識、衣類等を含み得る。電子機器は、様々なアイテムに対して、視覚または音声の特徴等の、新規な美的または機能的特徴を、潜在的顧客または購買者を引きつけて商品を購入させるかないしは商品の価値を高める手段として、提供し得る。電子機器は、また、表示させる「スマート」な特徴を提供し得、またはコスト、満了期日、温度等の、アイテムについての情報を提供し得る。電子機器は通常、小型のコインセルバッテリまたは印刷バッテリによりバッテリ作動される。
【００１４】
電子機器を含むアイテムの輸送、郵送、及び／または保管中は、バッテリ作動の電子機器または回路部を、「オフ」または低電力消費状態に維持するのが望ましいかもしれない。例えば、電子機器を含む包装の場合、輸送及び／または保管に必要な時間はバッテリの寿命より長いかもしれず、電子機器が全時間働いた場合、それらは、目的地への到着時に、もはや機能しないか望ましくない長さの時間しか機能しないことになるであろう。そのことは安全、処理、取り扱い、または他のスクリーニング工程についても同様であるかもしれず、電子機器の動作は、混乱を生じさせる可能性があり、これらの工程中には許容されないかもしれない。
【００１５】
電子機器の回路部へのスイッチの組み込みは、電力供給を遮断するように機能し得るか、または電子機器を、それらが意図的に活性化されるまでは、低電力状態に保ち得る。しかし、従来のスイッチは、印刷回路に経済的にまたは効率的に組み込むには複雑過ぎるかまたはコストがかかり過ぎるか、もしくはそれらが、手動メンブレンスイッチ等の、正確な機能を提供し得ないか、またはそれらが、郵送されるアイテムに関連付けられた、薄くて可撓性のある要因等の、互換性ある形態要因を提供し得ないかのいずれかである。
【００１６】
バッテリ作動回路を、活性化までは低または無電力状態に維持するための方法に対する需要が、依然存在しており、それを、包装、ラッピング、販売促進アイテム、使い捨て可能なアイテム、標識、衣類等の、アイテムに、効率的かつ経済的に組み込むことが可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
実施形態は、上述の欠点の多くを打開し、磁力により活性化され、かつ回路部に効率的で経済的に生産されるか、または組み込まれ得る印刷メンブレンスイッチを対象とする。
【００１８】
実施形態による磁気作動メンブレンスイッチは、反発磁界または吸引磁界かに関わらず、磁界の不存在下での休止または非磁化状態と、磁界の存在下での活性化または磁化状態との間で移行可能である。メンブレンスイッチは、概して、第１の導電トレース及び第２の導電トレースを含み、導電トレースが電気的に接続されて回路を閉じる閉位置と、導電トレースが電気的に絶縁されて回路を開く開位置との間で移行可能である。スイッチの構築に応じて、休止状態は、回路の開位置または回路の閉位置のいずれかと対応し得、活性化状態は、回路の開位置または閉位置のうちの他方と対応し得る。メンブレンスイッチは、磁界により影響される（吸引または反発される）磁性材料を更に含み、それにより磁界の存在下での休止状態から活性化状態、及び磁界を除去した際の休止状態への復帰のスイッチ動作をもたらす。
【００１９】
実施形態によれば、磁気作動メンブレンスイッチは、第１の平面の可撓性基板上に印刷され、間隙により分離された第１の導電トレース及び第２の導電トレースを含む。第１の可撓性基板からスペーサ層を介して離間された第２の可撓性基板は、導電シャントを含むまたは含有する。強磁性材料等の、磁性材料は、シャントそれ自体に組み込まれ、シャントに近接して印刷され、かつまたは第１の層に組み込まれる。希土類磁性または他の磁石の存在等により磁界を印加すると、磁性材料に働く力が、磁性材料をその上に有する可撓性基板を第１の休止状態から第２の状態に屈曲させる。磁界を除去すると、可撓性基板は休止状態に戻る。
【００２０】
一実施形態では、休止状態で、メンブレンスイッチは、開位置にあり、この場合、可撓性基板が離間されて回路が開いている。磁界の印加により、磁性材料が磁石に吸引され、それにより導電シャントが２つの導電トレース間の間隙を埋めるように、磁性材料をその上に有する可撓性層を他の可撓性層の方向に屈曲させ、それにより回路を閉じる。
【００２１】
代替の実施形態では、休止状態で、メンブレンスイッチは、閉位置にあり、この場合、第１の可撓性基板及び第２の可撓性基板が接触しており、導電シャントが２つの導電トレース間の間隙を埋めている。磁界の印加は、磁性材料に対する磁石の配置により、導電シャントが２つの導電トレース間の間隙から除去されるように、可撓性基板を互いに離間させ、それにより回路を開く。あるいは、別の実施形態では、磁石がまた、磁性材料の代わりに使用され得、その場合、それは外部磁石との相互作用により反発されるように配列され得、それによりメンブレンスイッチの接点を開く。更に別の代替の実施形態では、磁性材料は、外部磁石との相互作用により反発される反磁性材料を含み、それによりメンブレンスイッチの接点を開く。
【００２２】
代替の実施形態は、堆積された第１の導電トレース及び第２の導電トレースをその上に有する単一の可撓性基板を備え得る。導電トレースのうちの一方または両方は、磁性材料をその上に有する蝶番式または関節接合アーム部分を更に含み得る。磁石との磁性材料の相互作用は、スイッチの構成に応じて、導電トレース間の間隙を埋めることにより、関節接合アームを「閉」位置に移動させ、または導電トレース間の間隙を作成することにより「開」位置に移動させる。
【００２３】
別の代替の実施形態は、スペーサ層により分離された第１の可撓性基板及び第２の可撓性基板を含み得る。第１の導電トレースは第１の基板上に印刷され、第２の導電トレースは第２の基板上に印刷され、当該トレースの少なくとも一部分が重複する。磁性材料は、基板のうちの一方または両方上に組み込まれる。磁界を印加すると、スイッチの構成に応じて、基板は、相互に向かって屈曲し、トレースを相互に接触させて回路を閉じ、または逆も同様である。
【００２４】
実施形態によるバッテリ作動電子デバイスは、当該デバイスの動作をもたらすための１つ以上の印刷回路、バッテリ、及び１つ以上の磁気作動メンブレンスイッチを備え得る。一実施形態では、休止状態で、メンブレンスイッチは、開位置にあり、その場合、導電トレースが、回路が開であるように、接触しておらず、電子デバイスは電力供給されない。別の実施形態では、休止状態で、メンブレンスイッチは、閉位置にあり、その場合、導電トレースは、回路が閉で機能するように、接触しており、電力供給がされている。磁界を印加すると、メンブレンスイッチが、休止状態から活性化状態に移行し、それにより回路をそれぞれ閉じまたは開く。電子デバイスの複数の構成が見出されるが、その場合、「オフ」状態、未電力供給であるか、「スリープモード」、または無効化が、制御信号「高」または「低」の所与の入力で可能で、メンブレンスイッチを開または閉に制御する種々の構成に対応する。
【００２５】
特定の実施形態では、休止状態で、メンブレンスイッチは、特定の低電力回路が閉じられ、別の高位電力回路が開かれるように、閉位置にあり、デバイスは、停電力状態にあり、その場合、当該デバイスが動作するのに十分な電力を有さずまたは動作が意図的に抑制される。磁界を印加すると、メンブレンスイッチは、高位電力回路が今や閉じられるように、開かれ、デバイスは意図されたように動作する。代替の実施形態では、低電力回路は、デバイスが動作し得ないように、磁界の存在時に閉じられ、磁界を除去すると、低位電力回路は開き、デバイスが動作するように、高位電力回路が閉じることを可能にする。
【００２６】
実施形態による包装されたアセンブリは、電子デバイスをその上に有する製品またはアイテム、及び包装材料を含む。電子デバイスは、電子デバイスに電力供給する回路部を含む。回路部は、１つ以上の磁気作動メンブレンスイッチを含む。包装は、メンブレンスイッチを作動させるための１つ以上の磁石を含む。アイテムを包装したとき、磁石は、磁石の磁界がスイッチを作動させるのに十分な強さになるように、メンブレンスイッチに近接している。これらの実施形態のスイッチが活性化されているとき、即ち、磁石が存在しているとき、電子デバイスは作動し得ない。包装の除去等により、磁石を除去すると、スイッチは休止状態に戻り、電子デバイスの動作をもたらす。このことにより、際だったバッテリ電力を消費及び浪費しないように、かつスクリーニング要件に従うように包装したときにアイテムの電子デバイスの電力供給の停止または低下させることを可能にする。
【００２７】
上記の概要は、本発明の各図示実施形態またはあらゆる実装を説明するようには意図されていない。以下の図面及び詳細な説明により、これらの実施形態をより具体的に例示する。
【００２８】
本発明は、添付図面と関連して本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を考慮してより完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】回路が開いた休止状態にある先行技術のメンブレンスイッチを示す図である。
【図１Ｂ】回路が閉じた閉または作動状態にある図１Ａのメンブレンスイッチを示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、回路が開いた休止状態にある磁気作動メンブレンスイッチを示す図である。
【図２Ｂ】回路が閉じた作動状態にある図２Ａの磁気作動メンブレンスイッチを示す図である。
【図３Ａ】本発明の代替の実施形態による、回路が開いた休止状態にある磁気作動メンブレンスイッチを示す図である。
【図３Ｂ】回路が閉じた作動状態にある図３Ａの磁気作動メンブレンスイッチを示す図である。
【図４ａ】本発明の更に別の実施形態による、回路が開いた休止状態にある磁気作動メンブレンスイッチを示す図である。
【図４ｂ】回路が閉じた作動状態にある図４ａの磁気作動メンブレンスイッチを示す図である。
【図５ａ】低電力または電力遮断の状態にあるバッテリ作動電子デバイス用包装アセンブリを示す図である。
【図５ｂ】動作状態にある図５ｂの未包装のバッテリ作動電子デバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は様々な変形例及び代替の形態に従いやすいが、その明細が、図面中の実施例により示されているため、詳細に説明することにする。しかし、本発明は、説明される特定の実施形態に本発明を限定しないように理解されるべきである。反対に、本発明は、添付の特許請求の範囲により定義付けられる発明の趣旨及び適用範囲に収まる全ての変形例、均等物、及び代替例に及ぶことになる。
【００３１】
図２Ａ及び２Ｂを参照して、実施形態によるメンブレンスイッチ１００は、概して、第１の可撓性基板１０２の第１の表面１０２ａ上に印刷ないしは形成され、間隙１０６だけ分離された第１の導電トレース１０４ａ及び第２の導電トレース１０４ｂを含む第１の可撓性基板１０２を備え得る。第１の可撓性基板１０２からスペーサ層１１０を介して離間された第２の可撓性基板１０８は、導電シャント１１２を備える。シャント１１２は、表面１０２ａと反対側の基板１０８の第１の表面１０８ａ上に存在するため、シャント１１２はトレース１０４ａ、１０４ｂに面する。強磁性材料等の、磁性材料１１４は、シャント１１２それ自体に組み込まれ、図示のようにシャント１１２に近接して印刷され、かつまたは第１の可撓性基板１０２に組み込まれる。
【００３２】
これらの説明を通して、特定の実施形態に応じて、磁石及び磁性材料の役割は、好適に方向付けられた２つの磁石の使用により、交換または代用され得、特定の構築に望まれるように、互いに吸引または反発する力を生じる。
【００３３】
基板１０２及び１０８は、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド箔（ＰＩ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、または種々のポリマーフィルムのいずれか、もしくはそれらの組み合わせを、これらに限定されることなく、含む高分子材料等の、多数の可撓性材料のうちのいずれかを含み得る。図示しない代替の実施形態では、磁性材料を有する基板のみが、可撓性である。剛性の基板には、ガラス、木材、金属、ＰＶＣ、ケイ素、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、または種々の剛性材料のいずれかが含まれる。
【００３４】
導電トレース１０４ａ、１０４ｂ及び導電シャント１１２は、例えば、銀、プラチナ、パラジウム、銅、ニッケル、金、またはアルミニウムまたは炭素または導電ポリマー、もしくはそれらの何らかの組み合わせ等の、金属性粒子を、これらに限定されることなく、含有する印刷可能なないしは選択的に堆積された導電材料を含み得る。導電金属または複合材料は、実施形態では、微粒子またはナノ粒子であり得る。導電材料は、印刷可能な導電インク、トナー、または他の被覆物の形態であり得る。実施形態では、電気的に機能する電子インクは、例えば、Ｈｅｎｋｅｌ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎまたはＤｕＰｏｎｔ  Ｉｎｃ．から入手可能である。トレース及びシャントは、他の手段によっても形成され得る。
【００３５】
入り組んだパターンが、例えば、グラビア、平台スクリーン、リソグラフィー、スクリーン、ロータリスクリーン、デジタル印刷、及び同様の印刷方法、またはそれらの組み合わせのうちの任意の形態を含む、種々の印刷技法のうちのいずれかにより、選択的に印刷されもしくは堆積されて、トレース１０４及び１０４ｂを形成し得る。
【００３６】
磁性材料１１４は、例えば、強磁性粒子を組み込んだスラリー等の、印刷可能な強磁性材料を含み得る。そのような材料の一つは、Ｒｕｓｔ−Ｏｌｅｕｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。磁性材料１１４は、シャント１１２と表面１０８ａとの間に挟まれたまたは配列された、もしくは基板１０８の同一の表面１０８ａまたは反対側の表面１０８ｂ（図示）上のシャント１１２に近接する層として、シャント１１２に直接印刷ないしは堆積または適用される。磁性材料１１４は、トレース１０４ａ及び１０４ｂの印刷と同様の技術を用いて印刷され得、もしくはシャント１１２または基板１０８に薄層形成、接着、堆積ないしは適用され得る。
【００３７】
代替の実施形態では、磁性材料１１４には、ステープル、箔、または基板１０８に適用される他の磁性材料が含まれる。更に別の代替の実施形態では、磁性材料１１４は、トレース１０４ａ、１０４ｂ、及び／またはシャント１１２を印刷するために使用される別個の導電材料が要されないように、十分に導電性である。
【００３８】
スペーサ層１１０は、独立気泡または連続気泡発泡体層、繊維材料、高分子フィルム、または接着剤層等の、発泡性絶縁材料を含み得る。スペーサ層１１０は、スイッチが、回路が不完全で電流を流す道筋の存在しないように「開」にあるとき、シャント１１４のトレース１０４ａ、１０４ｂの一方または両方との接触を防止または抑制するために十分に厚い。スペーサ層１１０は、シャント１１２の場合は基板１０８及び／またはトレース１０４ａ、１０４ｂの場合は基板１０２の同一の表面に、直接印刷、接着、薄層形成、もしくは適用される。トレース１０４ａ、及び１０４ｂ並びにシャント１１２が印刷される領域は、電気的に接続されたとき、即ち、回路が閉じられたとき、トレース間の導電性に悪影響を与えないように、実質的に、スペーサ層１１０が無い。
【００３９】
図２Ａを参照して、メンブレンスイッチ１００が、休止または非磁化位置に描かれている。本実施形態では、休止位置は開回路を含み、その場合、シャント１１２がトレース１０４ａ及び１０４ｂから離間されるがそれらに面する。当該回路を通る電流は流れ得ない。
【００４０】
図２Ｂを参照して、メンブレンスイッチ１００が、作動または磁化位置に描かれている。磁界は、希土類磁石等の、永久磁石Ｍを介して印加される。あるいは、電磁石が使用され得る。磁性材料１１２は、磁化し、それにより磁石Ｍに吸引され、基板１０８を基板１０２の方向に屈曲させる。シャント１１２が、１０４ａ及び１０４ｂの両方の少なくとも端部分と接触し、それにより、電流が回路を通って流れるように、回路を完成させる。磁界を除去すると、スイッチ１００は図２Ａの休止状態に戻る。
【００４１】
図２Ａ及び２Ｂに描かれた実施形態に対して、図示しない、代替の実施形態では、シャント及びトレースは休止位置で接触しており、回路は閉じられ、動作している。磁界を印加すると、例えば、シャント層上の磁石がスイッチに印加された磁界に対抗するため、基板は、互いに離間され、回路は開かれ、電流をもはや流さない。
【００４２】
図３Ａ及び３Ｂを参照して、代替の実施形態では、磁気作動メンブレンスイッチ１５０は、単一の基板１５２を備える。第１の導電トレース１５４ａ及び第２の導電トレース１５４ｂが、上述の材料及び技法により、基板１５２の第１の表面１５２ａ上に形成される。第１の導電トレース１５４ａの導電屈曲部分１５６または関節接合アーム、及び導電トレース１５４ａと同一の材料で形成され、また、前述したように、その上に堆積された磁性材料１５８を含む。
【００４３】
図３Ａを参照して、メンブレンスイッチ１５０が、休止または非磁化位置に描かれている。本実施形態では、休止位置は、開回路を含み、この場合、屈曲部分１５６が、トレース１５４ａがトレース１５４ｂと接触していないように「上」位置にある。印加されたとき、当該回路を通って電流は流れ得ない。図３Ｂを参照して、メンブレンスイッチ１５０が、作動または磁化位置に描かれている。上述したように、磁界は、磁石Ｍを介して印加される。磁性材料１５８は磁化され、それにより磁石Ｍに吸引され、屈曲部分１５６を基板１５２の方向に移動させ、トレース１５４ｂの少なくとも一端部分と接触させ、それにより印加されたときに電流が回路を通って流れ得るように、回路を完成する。磁界を除去すると、スイッチ１５０は、図３Ａの休止状態に戻る。
【００４４】
図３Ａ及び３Ｂに対する、具体的には図示しない、代替の実施形態では、両方のトレースが屈曲部分を含み、これが、磁界を印加または除去すると、上昇または下降して接触する。
【００４５】
図３Ａ及び３Ｂに対する図示しない代替の実施形態では、屈曲部分が、休止位置にある第２の導電トレースと接触するため、回路は閉じられ、動作している。磁界を印加すると、例えば、スイッチ材料上の磁石が外部磁石と対抗するため、屈曲部分は、基板から上に離れさせられ、回路は開かれ、電流をもはや流さない。
【００４６】
図４Ａ及び４Ｂを参照して、更に別の実施形態で、磁気作動メンブレンスイッチ２００は、概して、第１の表面２０２ａ上に印刷された第１の導電トレース２０４を有する第１の基板２０２と、スペーサ層２１０を介して第１の基板２０２から分離され、前述した材料及び技法により第１の表面２０６ａ上に印刷された第２の導電トレース２０８を有する第２の基板２０６とを有する。第１の導電トレース２０４及び第２の導電トレース２０８は、互いに面している。
【００４７】
磁性材料２１２が、前述のように、トレース２０４、または２０６に近接する基板２０２、２０６のうちの一方または両方に適用される。図４Ａ及び４Ｂに示すように、磁性材料２１２が、第２の基板２０６の第２の表面２０６ｂ上の、導電トレース２０８直上に印刷される。あるいは、磁性材料２１２は、トレース２０８と基板２０６の表面２０６ａとの間に挟まれた個別層であり、または、上述のような、トレース２０８と同一のものである。（明確にするために、ここで説明する実施形態では、第１の表面２０２ａ及び第２の表面２０６ｂは、印刷業界で一般にいわれるものとは異なって説明される。）
【００４８】
図４Ａを参照して、メンブレンスイッチ２００は、休止または非磁化位置に描かれている。本実施形態では、休止位置は、開回路を含み、この場合、第１の導電トレース２０４が、スペーシング層２１０を介して第２の導電トレース２０８から分離されている。当該回路を通って電流は流れ得ない。図４Ｂを参照して、メンブレンスイッチ２００が、作動または磁化位置に描かれている。磁界は、磁石Ｍを介して印加される。磁性材料２１２が磁化され、それにより磁石Ｍに吸引され、第２の導電トレース２０８を有する第２の基板２０６を第１の導電トレース２０４を有する第１の基板２０２の方向に移動させる。第２の導電トレース２０８は、第１の導電トレース２０４の少なくとも一端部分と接触し、そのことにより、印加されたときに当該回路を通って電流が流れ得ないように、回路を完成する。磁界を除去すると、スイッチ２００は、図４Ａの休止状態に戻る。
【００４９】
図４Ａ及び４Ｂに描いた実施形態に対する特定的には描いていない代替例では、トレースは休止位置にあり、回路は閉じられ、動作している。磁界を印加すると、例えば、可撓性層２０６上の磁石が磁石Ｍに対抗するため、基板、ひいてはトレースは、互いに離間させられ、回路は開かれ、もはや電流を流さない。
【００５０】
実施形態による磁気作動メンブレンスイッチの構造の単純さにより、そのようなデバイスを電子回路部の１つ以上の部品を制御するためのデバイスの可撓性の印刷電子回路部内に組み込んで、当該デバイスの動作をもたらすことは経済的に実行可能または実現可能である。例えば、スイッチを、電子デバイスのバッテリ、抵抗器、トランジスタ、アンテナ等の、他の回路部品の印刷と、整列して印刷し得る。このことにより、電子デバイスの印刷の組み込みが、これまでは経済的に実現可能ではなかった種々の適用において可能になる。
【００５１】
特に、実施形態によるメンブレンスイッチを組み込む包装適用は、対象物または電子デバイスを、状態保管及び／または輸送中、または使用まで、未動力化または低電力の状態に維持することを可能にする。一実施形態では、また図５Ａ及び５Ｂを参照して、包装アセンブリ２５０は、電子表示器または図形、及び包装材料またはラップ２５６等の、電子デバイス２５４を有するアイテム２５２を含む。上述の実施形態による１つ以上の磁気作動メンブレンスイッチ２５８が、デバイス２５４の回路部に組み込まれる。磁石２６０を、包装材料に組み込み得る。
【００５２】
図５Ａを参照して、アイテム２５２を包装材料２５６内に包装したとき、磁石２６０が、磁石２６０により生成される磁界が、メンブレンスイッチ２５８を活性化状態に活性化及び維持するのに十分に強いように、アイテム２５２のメンブレンスイッチ２５８に近接する。図５Ｂを参照して、アセンブリ２００の輸送及び／または保管後等に、包装材料２５８を除去または移行すると、磁石２６０が、スイッチ２５８から離れる方向に移動されるため、スイッチ２５８はその休止または未活性化状態に移動し、デバイス２５４を動作させる。
【００５３】
一実施形態では、スイッチ２５８は、休止位置にあるときには、閉じられて、デバイス２５４を動作させる。包装材料２５６内に包装されると、磁石２６０がスイッチ２５８を開位置に付勢し、バッテリ電力を浪費しないように、デバイス２５４に対する電力供給を低下または遮断する。包装材料２５６を除去すると、スイッチ２５８は休止位置に戻り、回路を閉じ、それによりデバイス２５４への電力供給を増大させる。
【００５４】
代替の実施形態では、スイッチ２５８が、低電力回路に組み込まれており、この回路は、閉じたとき、デバイス２５４を動作させるのに十分なエネルギーは提供せず、または回路が動作するのを抑制するのに十分な電位を維持する。本実施形態では、スイッチ２５８は休止位置に回路が開かれ、それにより電流をデバイス２５４の回路部内の別個の高位電力の回路を流通するように方向付け、デバイス２５４の動作を有効化する。包装材料２５６内に包装されたとき、磁石２６０は、スイッチ２５８を閉位置に付勢し、デバイス２５４がバッテリ電力を浪費しないように動作し得るように、何らの電流もこの低電力回路を通して流さない。包装材料２５６を除去すると、スイッチ２５８は休止位置に戻り、それにより回路を開き、デバイス２５４の電力供給を増大させるように高位電力の回路を通る電流を生じる。
【００５５】
包含された電子デバイスの動作を制御するスイッチ位置の維持を、本明細書では、磁気作動スイッチの使用の点から説明したが、同一の結果を、従来の機械的作動メンブレンスイッチでも、包装されたアセンブリで達成可能である。そのような実施形態では、所望の状態を達成するためのスイッチの変形は、機械的力を印加しなければならない。そのような力は、例えば、包装が除去されるまでスイッチを変形または押圧して維持するように、ラップ工程中に加えられた十分な張力に保たれた包装上のエンボス、形成、挿入、ないしは盛り上げられた場所により加えられる圧力の使用により、加え得る。
【００５６】
特定の開閉回路構成または特定の要素の他の位置に関して本明細書で検討した本実施形態は、これらの及び他の実施形態では変化し得る、即ち、実施形態間で反転、交換され、ないしは実装され得る。したがって、本明細書に記載した特定の実施形態は、限定と見なされるべきではない。また、任意の特定の実施形態に関して本明細書で検討しまたは描写した特定の特徴及び／または要素は、他のデバイスの他の特徴及び／または要素と交換、組み合わせまたは再構成され得る。当業者であれば、これらの及び他の特性を、様々な実施形態の概念及び実装を一貫して維持しながら、特定的に描写及び／または説明したものとは別の方法で実装し得ることを理解し得る。
【００５７】
システム、デバイス及び方法の様々な実施形態を、本明細書で説明した。これらの実施形態は、実施例によってのみ付与されるもので、本発明の適用範囲を制限するようには意図されていない。また、説明した実施形態の様々な特徴は、様々な方法で組み合わされて多数の追加の実施形態を生じ得ることを理解すべきである。また、様々な材料、寸法、形状、構成及び場所等を、開示した実施形態における使用に対して説明したが、開示した実施形態以外に対しても、本発明の趣旨の範囲を超えることなく利用され得る。
【００５８】
当該技術分野の当業者であれば、本発明が、上述の任意の個々の実施形態で示したより少ない特徴を含み得ることを理解するであろう。本明細書に説明した実施形態は、本発明の様々な特徴を形成しまたは組み合わせ得る包括的提示の方法であることを意味するのではない。したがって、実施形態は互いに排他的な特徴の組み合わせではなく、むしろ本発明は、当業者により理解されるように、異なる個々の実施形態から選択される異なる個々の特徴の組み合わせを含み得る。
【００５９】
上記の参照による書類のいかなる組み込みも、本明細書での明示的開示に反する趣旨が組み込まれないように、制限される。上記の参照による書類のいかなる組み込みも、書類に含まれない特許請求の範囲が本明細書に参照により組み込まれないように、更に制限される。上記の参照による書類のいかなる組み込みも、本明細書に明示的に含まれない限り、書類中に提供されるいかなる定義も参照により組み込まれないように、さらに制限される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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