JP2004531029A - 防水スイッチアレイ - Google Patents

Abstract

キーボード等のスイッチアレイを記載している。スイッチアレイはドームバネ要素の配列を含んでいてよい。各ドームバネ要素はチャンバを規定でき、各ドームバネ要素の各チャンバが他の少なくとも１個のドームバネ要素のチャンバと流体連通すべく、複数のチャネルがドームバネ要素のチャンバを相互連結できる。ドームバネ要素の配列は個々のドームバネ要素の底部側面に密封シールを提供してスティッキー・キー現象を回避できる。スイッチアレイはまた、整列要素を含んでいてよい。整列要素は例えば、互いに係合してスイッチアレイ内のスイッチの移動距離を規定するフック状要素を含んでいてよい。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明はコンピュータ入力装置、より具体的にはキーボードおよびキーパッド用のスイッチアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ機器への入力を行なうための電子スイッチが利用されている。電子スイッチは物理的な力に応答して信号を生成する。例えば、ユーザーがキーを押下することにより、電子スイッチを始動させることができる。キーを押下することにより、電子膜に加えられる力が生じ、次いで電子膜に電子信号を生成させる。コンピュータ・キーボードはスイッチアレイの典型的な例である。
【０００３】
キーボード等の多くのスイッチアレイは、個々のキーに対して付勢力を加えるためのドームバネ要素を含んでいる。ドームバネ要素は、キー押下に対して所定の強さの抵抗を生むとにより、ユーザーに触覚的なフィードバックを提供する。さらに、ドームバネ要素は押下の際に「カチッとした」感覚を与えることができ、閾値距離を超えてキーを押した後はキー押下に対する抵抗の強さが急激に減少する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしドームバネ要素は、特に液体がドームバネ要素の下側または内部に溜まった場合に劣化する恐れがある。これが生じると、バネの抵抗が変化して「カチッとした」感覚が失われかねない。さらに、個々のバネ要素が押下位置で動かなくなる恐れがある。これらの現象はしばしば「スティッキー（戻らない）・キー」現象と呼ばれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は一般に、コンピュータのキーボードまたはキーパッド等のスイッチアレイで利用される各種の機器に関する。一実施形態において、本発明はスイッチアレイで利用すべくドームにバネ要素の配列を提供する。ドームバネ要素の各々はチャンバを規定する。複数のチャネルがドームバネ要素のチャンバを相互に連結して、各ドームバネ要素の各チャンバを他の少なくとも１個のドームバネ要素のチャンバと流体連通させることができる。これは、キー間排出が可能であるために利点がある。さらに、各種のドームバネ要素間の領域には穴が無いため、個々のドームバネ要素の裏面に密封障壁を提供することができる。これは、ドームバネ要素の配列が個々のドームバネ要素を外部環境から隔離することによりスティッキー・キー現象を回避できるために利点がある。
【０００６】
別の実施形態において、本発明はスイッチアレイで利用される整列要素の組を提供する。整列要素の組は、バネ要素を整列させるための穴を規定する底層、および底層に係合する最上層を含んでいてよい。最上層は、底層の穴を通ってバネ要素が突起した際に底層から遠方へ付勢される。最上層および底層は、互いに係合するフック状の要素を含むフィルムであってよい。この方式で、最上層および底層は所定のキー移動量を規定することができる。さらに、所定のキー移動量は、シザー・ヒンジ（ｓｃｉｓｓｏｒｓ ｈｉｎｇｅｓ）を実装する従来のキーボードのキー移動量より少なくて済む。その上、整列要素の組はキーのガタツキに対する耐性を持たせることができる。
【０００７】
本発明の１個以上の態様を用いて、キーボードをより薄く、あるいはキーボードの要素を減らすことができる。例えば、一実施形態において、整列要素の組の最上層はキーキャップを追加することなくキーを規定する。さらに、本発明によりキーボードの製造および組み立てを容易にし、従ってキーボードの製造に付随する生産コストを削減することができる。また、本発明により得られるスイッチアレイは柔軟性を有し、巻き取り可能、洗浄可能、没水可能であり、あるいは各種の用途でさらに有用である。
【０００８】
各種の実施形態をさらに詳しく、添付図面および以下の記述で開示する。その他の特徴、目的、および利点は説明と図面、および特許請求の範囲から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は一般に、キーボード等のスイッチアレイで利用される要素を提供する。例えば、本発明は一実施形態において、スイッチアレイで利用されるドームバネ要素の配列を指向している。各ドームバネ要素間の領域には穴が無く、個々のドームを要素を外部環境から隔離することができる。ドームバネ要素の各々はチャンバを規定する。複数のチャネルがドームバネ要素のチャンバを相互に連結して、各ドームバネ要素の各チャンバを他の少なくとも１個のドームバネ要素のチャンバと流体連通させることができる。例えば、ドームバネ要素の１個を動かすと、空気または別の流体がチャネルの少なくとも１個を通って押し出される。この方式で、流体をドームバネ要素の間から排出することができる。言い換えれば、キー押下によりあるドームバネ要素が始動された場合、空気または別の流体を１個以上の隣接するドームバネ要素内へ排出することにより、流体は空いているドームバネ要素へ再分配される。
【００１０】
別の実施形態において、本発明はバネ要素を備えたスイッチアレイで利用される装置に関する。本装置は整列要素の組であってよい。本装置は、バネ要素と整列するための穴を規定する底層と、底層に係合して、バネ要素が底層の穴を通って突出した際に底層から遠方へ付勢される最上層を含んでいてよい。バネ要素は、上述のようにドームバネ要素の配列であってよい。本装置はキーボードで利用される従来のシザー・ヒンジと同様の機能を実行できる。底層はバネ要素と整列するための穴が形成された底部フックフィルムであってよい。バネ要素は底部フックフィルムにより規定された穴の配列を通って上方へ突出できる。最上層は底層と機械的に係合する複数の最上部フックフィルムを含んでいてよい。各最上部フックフィルムはバネ要素の１個により上方、すなわち底部フックフィルムから遠方へ付勢される。あるいは、最上層は実質的に剛性を有する要素、および剛性要素の間に弾性領域を含んでいてよい。各剛性要素はスイッチアレイのバネ要素の１個により付勢され得る。
【００１１】
図１はスイッチアレイで利用されるドームバネ要素の配列１０の平面図である。ドームバネ要素の配列１０はドームバネ要素１２Ａ〜１２Ｌを含み、以下シート状部材１１上に形成されたドームバネ要素１２で表わす。以下チャネル１４で表わすチャネル１４Ａ〜１４Ｗは、ドームバネ要素１２のチャンバを相互に連結する。例えば、ドームバネ要素１２Ａが始動された際に、空気または他の流体がチャネル１４Ａ、１４Ｄ、および１４Ｅを通って他のドームバネ要素内へ押し出される。チャネル１４はシート状部材１１の底部主表面上の溝であってもよいし、あるいは、チャネル１４はシート状部材１１の底部主表面および最上部主表面の内部に含まれてもよい。
【００１２】
ドームバネ要素の配列１０は、各ドームバネ要素１２間の領域に穴が無くてもよい。言い換えれば、シート状部材１１は各ドームバネ要素間の領域で連続したシートであってよい。これにより、例えばドームバネ要素の配列１０の上にこぼれた液体がドームバネ要素１２の下側または内部に溜まらないことが保証される。この方式で、シート状部材１１は個々のドームバネ要素１２の裏側に障壁を提供することによりスティッキー・キー現象が確実に回避される。
【００１３】
図２は、ドームバネ要素１２Ａおよびドームバネ要素１２Ｂを含むドームバネ要素の配列１０の側面図である。ドームバネ要素は一般に、半球形のドームを有する点に特徴がある。円筒状であってよい突起が半球形ドームの最上部に配置されている場合が多い。半球形ドームは各ドームバネ要素１２Ａ、１２Ｂ内部でチャンバ１３Ａ、１３Ｂを規定することができる。ドームバネ要素はまた、ドームの基部において円筒状の領域を有していてよい。チャネル１４はドームバネ要素１２Ａのチャンバ１３Ａをドームバネ要素１２Ｂのチャンバ１３Ｂに接続することができる。
【００１４】
ここでも、チャネル１４はシート状部材１１の底部主表面上の溝であってよく、あるいは、チャネル１４はシート状部材１１の底部主表面および最上部主表面の内部に含まれていてよい。例えば、チャネル１４がシート状部材１１の底部主表面上の溝である場合、ドームバネ要素の配列１０が実質的に平らな面に置かれた際に溝は通路の最上部を形成する。その場合、実質的に平らな面は通路の底部を形成する。ドームバネ要素の配列は以下に述べるように製造することができる。
【００１５】
ドームバネ要素の配列１０は、例えば、両面ツールを用いる圧縮成形により形成できる。デュロメーター値４０を有するシンプレン（Ｓｙｎｐｒｅｎｅ）熱可塑性エラストマー（オハイオ州クリーブランドのポリワン（ＰｏｌｙＯｎｅ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ）から販売）を１５０℃に加熱して、約１,１００,０００パスカル（１平方インチ当たり約１６０ポンド）の圧力下で２分間金型に射出することができる。圧力は次いで、さらに５分間にわたり約２,３００,０００パスカル（１平方インチ当たり約３５０ポンド）まで高めることができる。その結果、金型成形されたドームバネ要素１０のシート状アレイが得られる。 アレイはキーボードで利用すべくサイズを定めても、あるいはキーボード、キーパッド、膜スイッチ、その他の入力装置で利用すべく、大きめにサイズを定めてから小さいシートに切り分けてもよい。
【００１６】
図３はスイッチアレイの２個のスイッチ、例えばキーボードの２個のキーの分解ブロック図である。図に示すように、スイッチアレイ３１は機械的安定性を与えるべく金属、プラスチック、その他の剛性材料から形成されたベースプレートを含んでいてよい。電子膜３２がベースプレート３１の最上部に配置されていてよい。電子膜３２は、加えられた物理的な力に応答して信号を生成する複数のセンサーを含んでいてよい。ドームバネ要素の配列１０は電子膜３２の最上部に配置されていてよい。例えば、ドームバネ要素１２Ａ、１２Ｂの各チャンバはチャネル１４により連結されていてよい。ドームバネ要素の配列１０は、チャネル１４が、ドームバネ要素の配列底部主表面上のグルーブの形態で、電子膜３２の最上部主表面と通路を形成すべく、電子膜３２上に配置されていてよい。シザー・ヒンジ据付要素３３Ａ、３３Ｂがドーム要素の配列１０の最上部に配置されていてよく、またシザー・ヒンジ３４Ａ、３４Ｂがシザー・ヒンジ据付要素３３の内部に据付けられる。シザー・ヒンジ据付要素３３は、別々の据付ブラケットの形状、例えば機械加工により金属から製造できる。キーキャップ３５Ａ、３５Ｂがシザー・ヒンジ３４の最上部に配置されていてよい。
【００１７】
例えば、ユーザーがキーキャップ３５Ａを押下することにより電子スイッチを始動させることができる。シザー・ヒンジ３４Ａはユーザーが発生させた力を、ドームバネ要素の配列１０の主表面に直交する方向に向けることにより、ドームバネ要素１２Ａを押下させる。ドームバネ要素１２Ａが押下されるにつれて、空気その他の流体がチャネル１４を通って流れることができる。この方式で、空気がドームバネ要素１２Ａ、１２Ｂの各チャンバ間を排出させることができる。さらに、ドームバネ要素１２Ａを押下することにより電子膜３２に力が加えられ、それにより電子膜３２に電子信号を生成させる。例えば、押下されたドームバネ要素が電子膜３２を短絡させて、電子膜に電子信号を生成させることができる。電子信号は、キーキャップ３５Ａに対応して、コンピュータに文字Ｑを表示させることができる。電子膜は、ドーム要素により短絡された単一の電子層、ならびに、センサー要素、静電容量センサー要素、ホール効果センサー要素、ピエゾセンサー要素などのサンドウィッチ層または膜を含んでいてよい。あるいは、機械的信号、光学的信号等が生成されてもよい。さらに他の構成において、複数のドームバネ要素が単一のキーと関連付けられていてよい。
【００１８】
従来のキーボードは一般に、電子膜に対しユーザーにより加えられた力を、シザー・ヒンジを利用して電子膜の主表面に直交する方向へ向ける。従来のキーボードはベースプレート上にシザー・ヒンジ据付要素を形成する。例えば、ベースプレートは通常機械加工によりシザー・ヒンジ用の据付ブラケットを含んでいる。ベースプレート上のブラケットは電子膜上に穴を貫通して突出する。さらに、ベースプレート上のブラケットはドームバネ要素の配列を貫通して突出していてよい。従って、従来のキーボードではドームバネ要素が、別々に分かれた要素であっても、またはドームバネ要素間の領域に穴を有するドームバネ要素の配列を形成していてもよい。
【００１９】
しかし、別々に分かれたドームバネ要素およびドームバネ要素間に穴を有するドームバネ要素の配列は、ドームバネ要素の底部側面に密封障壁を用意していない。この理由により、従来のキーボードにおいて、ドームバネ要素の下側または内部で液体が溜まりやすくなり、スティッキー・キー現象が生じる恐れがある。
【００２０】
図３に、ドームバネ要素の底部側面に密封障壁を用意することにより、スティッキー・キー現象を克服するスイッチアレイの一構成を示す。しかし、図３の構成は、多数の別々のヒンジ据付要素が機械加工されて、スイッチアレイが組み立てられる間に個別に配置する必要がある。
【００２１】
図４に、シザー・ヒンジの利用をしない、従ってシザー・ヒンジ据付要素がもたらす上述の制約が回避される代替的な構成を示す。図４は、例えばキーボードの２個のキーのようなスイッチアレイの２個のスイッチの分解ブロック図である。図４に示すスイッチアレイは、シザー・ヒンジの代わりに最上層および底層を含む整列要素の組を利用する。最上層および底層は、互いに係合するフック状の要素を含んでいてよい。例えば、一実施形態において、最上層および底層は金型成形されたフックフィルムであり、フィルムの主表面から外向きに拡張するフック状の要素を形成する。図４に示すように、複数の最上層セクション５１Ａ、５１Ｂおよび単一の底層５２が整列要素の組を規定する。
【００２２】
図４に示すように、スイッチアレイは機械的安定性を提供すべくベースプレート３１を含んでいてよい。ベースプレート３１は金属、プラスチック、その他の適当な剛性材料から形成されていてよい。電子膜３２がベースプレート３１上に配置されていてよい。電子膜３２は、加えられた物理的な力に応答して信号を生成する複数のセンサーを含む。ドームバネ要素の配列１０は電子膜３２の最上部に配置されていてよい。例えば、ドームバネ要素１２Ａ、１２Ｂの各チャンバはチャネルにより連結されていてよいが、図４の実施形態はこの点で限定されるものではない。一組の整列要素が底層５２および最上層セクション５１Ａ、５１Ｂを含んでいてよい。底層５２は、ドームバネ要素１２Ａ、１２Ｂがそれぞれ貫通して突出する穴４５Ａ、４５Ｂを有している。最上層セクション５１Ａ、５１Ｂは底層５２と機械的に係合してよい。さらに、キーキャップ３５Ａ、３５Ｂがそれぞれ最上層セクション５１Ａ、５１Ｂに取り付けられていてよい。あるいは、最上層セクション５１Ａ、５１Ｂはキーキャップ３５Ａおよび３５Ｂを追加することなくキーとして機能することができる。
【００２３】
図５Ａ、５Ｂは、底部フックフィルム６２の形態をとる底層と最上部フックフィルム６１の形態をとる最上層が機械的に係合する様子の断面図である。図６は、ドームバネ要素１２が最上部フックフィルム６１を付勢している状態にある、機械的に係合している最上部および底部フックフィルム６１、６２の断面図である。図５Ａにおいて、最上部フックフィルム６１は開口位置で底部フックフィルム６２に係合し、図５Ｂにおいて、最上部フックフィルム６１は閉鎖位置で底部フックフィルム６２に係合する。開口位置と閉鎖位置間の距離は、スイッチアレイ、例えばキーボードのキーにおける所与のスイッチの所定の移動距離を規定することができる。最上部および底部フックフィルム６１、６２は、互いに係合する複数のフック状要素６３Ａ〜６３Ｉを含む。一例として、各フック状要素間の距離、例えば、ベースフィルムに取り付けられた位置における要素６３Ａと６３Ｂ間の距離は約０.２５センチメートルであってよいが、本発明はこの点で限定されるものではない。この場合、約９または１０個のフック状要素６３が幅２.５センチのフックフィルムに配置されていてもよい。各フック状要素６３の長さは、フックフィルムの長さに対応していてよい。
【００２４】
図５Ａ、５Ｂに示すフックフィルムはさらに、弾性ボールまたはポスト等のバネ状要素（図示せず）を含んでいて、（図５Ａに示すように）最上部フックフィルム６１および底部フックフィルム６２を付勢するようになっている付勢力を加えることができる。フックフィルムは、相互に嵌め合わせまたは摺り合わせることにより係合させることができる。最上部と底部フックフィルム６１、６２の間で許容された所定の移動距離はフック状要素６３のサイズに比例していてよい。例えば、フック状要素６３が各フックフィルム６１、６２から突出する高さは、最上部と底部フックフィルム６１、６２での間で許容された移動量よりわずかに大きくてよい。例えば、フック要素の高さ（フックフィルムからフック状要素の最上部への距離をフックフィルムのベースに直交する平面内で測定したもの）は０.０１〜１センチメートルの範囲であってよい。フック状要素のフック要素幅（フック状要素６３の最外郭の終端間の距離をフックフィルムのベースに平行な平面内で測定したもの）は、０.０５〜１センチメートルの範囲であってよい。移動距離は０.０１〜１センチメートルの範囲であってよい。移動距離は例えば、３ミリメートル未満、２ミリメートル未満、さらには１ミリメートル未満でさえも、薄いキーボードや薄いキーパッド等、各種の用途に望ましい。
【００２５】
図６は、最上部フックフィルム６１に対して付勢するドームバネ要素１２を有し、機械的に係合している最上部、底部フックフィルム６１、６２の断面図である。図６に示すように、フィルム６１、６２上に形成されたフック状要素６３は互いに重なり合って、フックフィルム６１、６２が係合している場合にインターロック配置となるようにする。ドームバネ要素１２は、最上部フックフィルム６１を付勢して、最上部および底部フックフィルム６１、６２を開口位置に置く。ユーザーが最上部フックフィルム６１に対して加えた下向きの力がドームバネ要素１２を押し下げて、最上部および底部フックフィルムを閉鎖位置に置く。最上部および底部フックフィルム６１、６２は、開口位置と閉鎖位置間の所定の距離を規定すべく加工できる。この方式で、スイッチアレイ、例えばキーボードのキー等、におけるスイッチの移動距離を事前に規定することができる。例えば、約１〜３ミリメートルの移動距離が望ましい。
【００２６】
最上部および底部フックフィルム６１、６２は、ユーザーが加えた力に応答してドームバネ要素１２が確実に押下されるようにユーザーが加えた力の方向を向けることができる。その上、最上部および底部フックフィルム６１、６２は個々のスイッチのガタツキへの耐性を与え、個々のスイッチが所定の位置に保持されていて、個々のドームバネ要素に対して正しく並んでいることを保証できる。この方式で、最上部および底部フックフィルム６１、６２はスイッチアレイにおける従来のシザー・ヒンジを代替することができる。
【００２７】
最上部および底部フックフィルム６１、６２は、従来のシザー・ヒンジを超えるいくつかの利点を与える。例えば、フックフィルムは押出または射出成形により、比較的低コストで加工できる。さらに、別々のシザー・ヒンジを最上部および底部フックフィルム６１、６２で置き換えることにより、スイッチアレイのアセンプリが大幅に簡素化することができる。フックフィルム６１、６２は、フック状要素６３が互いに重なり合ってインターロック配置となるように、嵌め合わせまたは摺り合わせにより簡単に係合させることができる。さらに、例えばベースプレート上へのシザー・ヒンジ据付ブラケットの機械加工が回避される。その上、最上部および底部フックフィルム６１、６２は、キー移動量を減らして、スイッチアレイにおける層数を減らすことにより、より薄いスイッチアレイを実現することができる。
【００２８】
図７は、ドームバネ要素１２が最上部フックフィルム６１に対して付勢している状態にあって、機械的に係合する最上部および底部フックフィルム６１、６２の別の断面図である。しかし図７では、ドームバネ要素１２が最上部フックフィルム６１に対して付勢している場所においてフック状要素６３が最上部フックフィルム６１から取り除かれている。他の実施形態において、ドームバネ要素１２は接着剤その他により最上部フックフィルム６１に取り付けられていてよい。
【００２９】
図８、９に、底部フックフィルム６２を含む底層および最上部フックフィルム６１Ａ、６１Ｂの形態で複数の最上層セクションを含む最上層の形態で一組の整列要素を実装する一実施形態を示す。図８は断面図である。図に示すように、底部フックフィルム６２は複数の最上部フックフィルム６１Ａ、６１Ｂに係合している。このように、図８の実施形態は図６のものと実質的に一致するが、別々のフックフィルム６１Ａ、６１Ｂの形態で多数の最上層セクションに分けられた最上層を含んでいる。バネ要素１２Ａ、１２Ｂと整列すべく、底部フックフィルム６２は穴４５Ａ、４５Ｂと共に形成されている。例えば、穴４５は０.１〜２平方センチメートルの範囲でサイズ決めされていてよい。ある特定の実装において穴４５は、表面積が約０.６３５平方センチメートルの正方形である。
【００３０】
スイッチアレイにおいて、最上部フックフィルム６１Ａ、６１Ｂは、ユーザーにより押下されるキーとして機能できる。この方式で、薄いスイッチアレイ、および／または要素数がより少ないスイッチアレイが実現できる。あるいは、ユーザーにより押下される各最上部フックフィルム６１Ａ、６１Ｂに追加キーキャップ（図示せず）を取り付けてもよい。さらに他の実施形態において、多数のドームバネ要素が同じ穴を貫通して突出する。この場合、同じを穴を貫通して突出した多数のドームバネ要素は、スイッチアレイの同じスイッチと関連付けられていてよい。
【００３１】
図９は、係合していない整列要素を底部フックフィルム６２および複数の最上部フックフィルム６１Ａ〜６１Ｈの形態で示す斜視図である。図に示すように、底部フックフィルム６２は、バネ要素（図示せず）と整列すべく穴４５Ａ〜４５Ｈと共に形成されている。各最上部フックフィルム６１Ａ〜６１Ｈは、フックフィルムが係合している場合に、穴４５Ａ〜４５Ｈの１個を覆うことができる。例えば、最上部および底部フックフィルム６２および６１Ａ〜６１Ｈは、最上部フックフィルム６１Ａ〜６１Ｈを底部フックフィルム６２に嵌め合わせまたは摺り合わせることにより簡単に係合させることができる。ここでまた、スイッチアレイにおいて、最上部フックフィルム６１Ａ〜６１Ｈはユーザーにより押下されるキーとして機能できるが、あるいは各最上部フックフィルム６１Ａ〜６１Ｈに追加キーキャップ（図示せず）を取り付けてもよい。
【００３２】
図８、９に示す実施形態において、フィルムが係合している場合、底部フックフィルム６２に対して最上部フックフィルム６１Ａ〜６１Ｈの横方向の動きを防ぐことが望ましい。これを実現する一つの方法として、接着剤その他の適当な取付け手段により最上部フックフィルム６１Ａ〜６１Ｈをドームバネ要素に取り付けることである。例えば、図８を参照するに、最上部フックフィルム６１Ａがドームバネ要素１２Ａに置かれることができた、最上部フックフィルム６１Ｂがドームバネ要素１２Ｂに置かれることができた。
【００３３】
最上部フックフィルム６１Ａ〜６１Ｈの、底部フックフィルム６２に対する横方向の動きを防ぐ別の方法は、底部フックフィルム６２内に領域（図示せず）を形成するものである。 領域は、最上部フックフィルム６１の底部フックフィルム６２に対する横方向の動きを、両フィルムが係合している場合に制限すべく最上部フックフィルム６１を配置する区域を規定するものである。例えば、底部フックフィルム６２のフック状要素の選択された場所を金型により熱密封また熱圧壊して領域を形成することができる。各最上部フックフィルム６１を配置する区域を規定すべく、領域を底部フックフィルム６２に作成することができる。
【００３４】
図１０、１１に、底部フックフィルム６２を含む底層、および剛性要素７１と弾性領域７３を有する単一の最上部フックフィルム６１を含む最上層の形態で一組の整列要素を実装する別の実施形態を示す。図１０は断面図である。図に示すように、底部フックフィルム６２が最上部フック６１に係合している。底部フックフィルム６２は、バネ要素１２Ａ、１２Ｂと整列すべく、穴４５Ａ、４５Ｂと共に形成されている。最上部フックフィルム６１は剛性要素７１Ａ、７１Ｂおよび弾性領域７３を含む。例えば、スイッチアレイにおいて、剛性要素７１Ａ、７１Ｂはユーザーにより押下されるキーとして機能することができる。あるいは、各剛性要素７１Ａ、７１Ｂに追加キーキャップ（図示せず）を取り付けてもよい。
【００３５】
図１１は、本発明の実施形態に基づく、係合状態にない整列要素の組を、底部フックフィルム６２および最上部フックフィルム６１の形態で示す斜視図である。図に示すように、バネ要素（図示せず）と整列すべく、底部フックフィルム６２が穴４５Ａ〜４５Ｈと共に形成されている。最上部フックフィルム６１は剛性要素７１Ａ〜７１Ｈ、および各剛性要素７１Ａ〜７１Ｈの間に１個以上の弾性領域７３を含む。各剛性要素７１Ａ〜７１Ｈは、フックフィルムが係合した場合、穴４５Ａ〜４５Ｈの１個を覆う。例えば、フックフィルムは最上部フックフィルム６１と底部フックフィルム６２を摺動させるかまたは嵌め合わせることにより簡単に係合させることができる。フックフィルムは、以下に述べるように加工することができる。
【００３６】
溶融処理可能なエチレン−プロピレンコポリマー（ミシガン州ミッドランドのユニオンカーバイド社、現在はダウケミカル社（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）から販売されている７Ｃ５５Ｈまたは７Ｃ０６）を、直径が約６.３５センチメートル（２.５インチ）、長さ／直径比が２４／１、また温度分布が約１７５〜２３２℃（華氏３５０〜４５０度）から単調増加する、単独スクリュー押出機（コネチカット州ポーカタックのデービス・スタンダード社（Ｄａｖｉｓ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｐａｗｃａｔｕｃｋ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）から販売されている）に投入することができる。ポリマーは、少なくとも６９０,０００パスカル（１平方インチ当り１００ポンド）の圧力下で連続的に排出されて、２３２℃（華氏４５０度）に加熱されたネックチューブを通過して、温度が２３２℃（華氏４５０度）に保たれた幅２０センチメートル（８インチ）のマスターフレックス（ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘ）ＬＤ−４０フィルム金型（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 Ｃｌａｉｒ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）に投入できる。金型は、図５Ａ、５Ｂに示すように、自己嵌合形状を形成するフック状要素を有するポリマーフックフィルムを形成すべく構成されたダイリップを備えていてよい。
【００３７】
フィルムはダイおよびドロップカストから約３メートル／分（１０フィート／分）の速度で、１０〜２１℃（華氏５０〜７０度）に保たれた冷却タンク内へ押出されて少なくとも１０秒間滞留する。冷却剤は、界面活性剤であるエトキシ（Ｅｔｈｏｘｙ）ＣＯ−４０（サウスカロライナ州グリーンビルの有限会社エトックス・ケミカルズ（Ｅｔｈｏｘ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，ＬＬＣ ｏｆ Ｇｒｅｅｎｖｉｌｅ，Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）から販売されているポリオキシエチレン・カスター油剤）を０．１〜１．０重量％含む水でよく、疎水性ポリオレフィン材料の湿潤性（ｗｅｔ−ｏｕｔ）を高める。
【００３８】
冷却されたフィルムは次いで空気乾燥されて、９１〜１３７メートル・ロール（１００〜１５０ヤード・ロール）に回収される。フィルムは、約０.０３５６±０.００５センチ（０.０１４±０.００２インチ）の一様なベースフィルムキャリパーを有し、フック要素幅（フック要素アームの最外郭の終端間の距離をフィルムのベースに平行な平面内で測定したもの）が約０.１５２４±０.００５センチメートル（０.０６０±０.００２インチ）であってよい。フィルムは、押出し坪量が約７００グラム／平方メートルであってよい。許容される縦方向の移動量は約０.０９４センチメートル（０.０３７インチ）であってよい。別の動作で、押出されたフィルムは、約９３℃（華氏２００度）に保たれた滑らかなカストロール上を通過することにより焼きなまされてベースシートを平坦化し、次いで１５.２４センチメートル芯（６インチ芯）に巻き取られてウェブカールを最小にすることができる。
【００３９】
図１２はスイッチアレイの２個のスイッチ、例えばキーボードの２個のキー、の分解ブロック図である。図に示すように、スイッチアレイは機械的な安定性を提供すべくベースプレート３１を含んでいてよい。電子膜３２がベースプレート３１の最上部にあってよい。電子膜は、加えられた物理的な力に応答して信号を生成する複数のセンサーを含んでいてよい。ドームバネ要素の配列１０が電子膜３２で最上部にあってよい。例えば、ドームバネ要素１２Ａ、１２Ｂのチャンバがチャネル１４により連結されていてよい。ドームバネ要素の配列１０が電子膜３２上に配置されることにより、チャネル１４が、ドームバネ要素の配列の底部主表面上のグルーブの形態で、電子膜３２の最上部主表面との通路を形成する。
【００４０】
底層５２は、バネ要素１２Ａ、１２Ｂと整列すべく、穴４５Ａ、４５Ｂと共に形成されている。最上層は剛性要素７１Ａ、７１Ｂ、および各剛性要素７１Ａ、７１Ｂの間に弾性領域７３を含む。各剛性要素７１Ａ〜７１Ｈは、最上層および底層５１、５２が係合している場合に、穴４５Ａおよび４５Ｂの１個を覆うことができる。例えば、一実施形態において、最上層および底層５１、５２は、上述のように最上部および底部フックフィルムである。キーキャップ３５Ａ、３５Ｂを剛性要素７１Ａ、７１Ｂの最上部に配置しても、あるいは、剛性要素７１Ａ、７１Ｂがキーキャップの無いキーとして機能してもよい。
【００４１】
ここで図５Ａ〜１２をまとめて参照するに、先に図示および記述した整列要素はスイッチアレイの設計技術者向けに設計の自由度を提供する。実際、従来のスイッチアレイ構成と比較すれば、ここに述べる整列要素は同一面積内により多くのキーが実装できるようになる。また、上述のように図５Ａ〜１２に示す整列要素を実装することにより、スイッチアレイの厚さを薄くすることができる。さらに、キーキャップを追加する必要がない。
【００４２】
図１３〜１６に、本発明を実装する４種の機器の例を示す。図１３に、本発明の１個以上の態様を含むキーボード９１を示す。図１４に、本発明の１個以上の態様をキー９３Ａ〜９３Ｈの一部として含むハンドヘルド・コンピュータ９２を示す。図１５に、本発明の１個以上の態様をラップトップ・キーボード９７の一部として含むラップトップ・コンピュータ９５を示す。図１６に、本発明の１個以上の態様を携帯電話のキーの一部として含む携帯電話１００を示す。
【００４３】
例えば、図１３〜１６における各機器は各ドームバネ要素のチャンバを連結するチャネルを含むドームバネ要素の配列を含んでいてよい。この方式で、各機器におけるスイッチアレイでキー間の排出が可能になる。また、ドームバネ要素の配列は、ドームバネ要素間の領域に穴が無いように形成することにより、ドームバネ要素の底部側面に密封障壁が確実に提供される。
【００４４】
さらに、図１３〜１６における各機器内のスイッチアレイは、ユーザーにより加えられた力をドームバネ要素の配列の主表面に直交する方向に向け、スイッチアレイ内のスイッチが所定距離だけ移動可能にすべく底層に係合する最上層を含む一組の整列要素を含んでいてよい。また、整列要素の組はキーを所定位置に確実に保持することにより整列させ、キーのガタツキを防止する。本発明の各種の態様を用いて、図１３〜１６の各機器はより薄いキーボードやキーパッドを実現でき、それらのキーボードやキーパッドは従来のキーボードよりも要素の数が少なくて済む。さらに、別々のドームバネ要素および／または別々のシザー・ヒンジの使用を回避することで生産コストが削減できる。シザー・ヒンジ据付要素の機械加工もまた回避できる。
【００４５】
図１６に、本発明がもたらす設計上の自由度が携帯電話設計の向上を実現した例を示す。整列要素を実装することにより、携帯電話１００はキーを所定の場所に保持するのに金型成形を必要としない。さらに、キーの形状およびレイアウトが機能および／または見栄えの両面で向上する。例えば図１６に示すように、隣接するキーは金型成形等で分離する必要がない。
【００４６】
図１３〜１６の各種の機器は、ユーザー入力装置に接続されたプロセッサを含んでいてよい。ユーザー入力装置は、本発明の１個以上の態様を実装するスイッチアレイを含んでいてよい。プロセッサは、汎用マイクロプロセッサの形態をなして、ＰＣ、マッキントッシュ、コンピュータ・ワークステーション、ハンドヘルド・データ端末、ラップトップ・コンピュータ、パーム・コンピュータ、デジタル用紙、携帯電話、電化製品等の一体化されていても、または一部を形成していてもよい。ユーザー入力装置は、キーボード、キーパッドおよび／または他の任意のスイッチアレイを含んでいてよい。スイッチアレイは本発明に基づくドームバネ要素の配列および／または本発明に基づく一組の整列要素を含んでいてよい。
【００４７】
本発明の多くの実装方式および実施形態について述べた。例えば、スイッチアレイで利用するドームバネ要素の配列について述べた。ドームバネ要素の配列内で、各ドームバネ要素のチャンバは少なくとも１個のチャネルにより別のドームバネ要素のチャンバと連結されていてよい。また、バネ要素を有するスイッチアレイで利用する一組の整列要素について述べた。本発明の各種の態様を実装するスイッチアレイによりスティッキー・キー現象が回避され、スイッチアレイの厚さを薄くできる。さらに、スイッチアレイのアセンブリが簡素化され、それにより製造および生産コストが削減される。
【００４８】
上記にかかわらず、本発明の概念と範囲から逸脱することなく、各種の変更が可能である点を理解されたい。本発明は例えば、航空機、船舶または自動車の計器盤のスイッチアレイ、あるいは電化製品、防水機器、水中機器、または楽器におけるスイッチアレイ等、他のスイッチアレイにも実装可能である。また、フック状要素以外の要素をインターロックすることにより、最上層および底層を係合させることができる。従って、他の実装方式および実施形態は添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】スイッチアレイで利用するドームバネ要素の配列の平面図である。
【図２】ドームバネ要素の配列の斜視側面図である。
【図３】本発明の実施形態に基づくスイッチアレイの２個のスイッチを各々示す分解ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に基づくスイッチアレイの２個のスイッチを各々示す分解ブロック図である。
【図５Ａ】底部フックフィルムと機械的に係合する最上部フックフィルムの形態で整列要素の組を示す断面図である。
【図５Ｂ】底部フックフィルムと機械的に係合する最上部フックフィルムの形態で整列要素の組を示す断面図である。
【図６】ドームバネ要素が最上部フックフィルムを付勢した状態で、機械的に係合している最上部および底部フックフィルムの断面図である。
【図７】ドームバネ要素が最上部フックフィルムを付勢した状態で、機械的に係合している最上部および底部フックフィルムの別の断面図である。
【図８】底部フックフィルムおよび複数の最上部フックフィルムの形態で、係合する整列要素の組を示す側面図である。
【図９】底部フックフィルムおよび複数の最上部フックフィルムの形態で、係合しない整列要素の組を示す斜視図である。
【図１０】底部フックフィルムおよび、剛性要素と弾性領域を有する単一の最上部フックフィルムの形態で、係合する整列要素の組を示す側面図である。
【図１１】底部フックフィルムおよび、剛性要素と弾性領域を有する単一の最上部フックフィルムの形態で、係合しない整列要素の噛み合っていない組を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態に基づくスイッチアレイの２個のスイッチの別の分解ブロック図である。
【図１３】本発明が実装可能なキーボードの側面図である。
【図１４】本発明が実装可能なハンドヘルド・コンピュータを示す図である。
【図１５】本発明が実装可能なラップトップ・コンピュータを示す図である。
【図１６】本発明が実装可能な携帯電話を示す図である。

Claims (40)

1. スイッチアレイにて利用されるドームバネ要素の配列であって、前記ドームバネ要素の各々がチャンバを規定する、ドームバネ要素の配列と、
   前記ドームバネ要素の前記チャンバを相互連結して、それにより前記ドームバネ要素の各々の各チャンバを他の少なくとも１個のドームバネ要素のチャンバと流体連通させる、複数のチャネルと、を含む装置。
2. 前記スイッチアレイがキーボードである、請求項１に記載の装置。
3. 前記ドームバネ要素の配列がシート状部材として形成され、前記ドームバネ要素間の領域は実質的に穴を有さない、請求項１に記載の装置。
4. 前記ドームバネ要素の配列がシート状部材として形成され、前記チャネルが前記シート状部材の底部主表面上の溝を含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記ドームバネ要素の配列がシート状部材として形成され、前記チャネルが前記シート状部材の底部主表面および前記シート状部材の最上部主表面内に含まれる、請求項１に記載の装置。
6. 前記ドームバネ要素の１個が始動されたときに、空気が前記チャネルの少なくとも１個を通って押し出されて、相異なる複数のドームバネ要素のチャンバ間に空気が再分配される、請求項１に記載のドームバネ要素の配列。
7. 力に応答して信号を生成するセンサー要素の配列と、
   前記センサー要素に対応するドームバネ要素の配列であって、前記ドームバネ要素の各々がチャンバを規定し、前記ドームバネ要素の各々の各チャンバが他の少なくとも１個のドームバネ要素のチャンバと流体連通している、ドームバネ要素の配列と、を含むキーボード。
8. 前記ドームバネ要素の配列がシート状部材として形成され、前記ドームバネ要素は実質的に穴を有さない、請求項７に記載のキーボード。
9. 前記ドームバネ要素の配列がシート状部材として形成され、前記チャネルが前記シート状部材の底部主表面上の溝を含む、請求項７に記載のキーボード。
10. 前記ドームバネ要素の配列がシート状部材として形成され、前記チャネルが前記シート状部材の底部主表面および前記シート状部材の最上部主表面内に含まれる、請求項７に記載のキーボード。
11. 前記センサー要素の配列に隣接するベースプレートをさらに含む、請求項７に記載のキーボード。
12. 前記センサー要素の配列が電子膜を含む、請求項７に記載のキーボード。
13. 前記ドームバネ要素の配列に隣接する一組の整列要素をさらに含む、請求項７に記載のキーボード。
14. 前記一組の整列要素がシザーヒンジである、請求項１３に記載のキーボード。
15. 前記整列要素が、底層に係合する最上層を含む、請求項１３に記載のキーボード。
16. 前記最上層および底層が、前記最上層と底層の間にインターロック構成を提供するフック状要素を含むフックフィルムである、請求項１５に記載のキーボード。
17. 前記フックフィルムが最上部フックフィルムおよび底部フックフィルムを含み、前記底部フックフィルムが前記ドームバネ要素に対応する穴を含み、前記ドームバネ要素が前記最上部フックフィルムに対して付勢力を加える、請求項１６に記載のキーボード。
18. 前記最上層が複数の最上部フックフィルムを含み、前記ドームバネ要素の各々が前記複数の最上部フックフィルムの１個に対して付勢力を加える、請求項１６に記載のキーボード。
19. 前記最上層が、複数の実質的剛性要素および前記剛性要素間の弾性領域を含み、前記ドームバネ要素の各々が前記剛性要素の１個に対して付勢力を加える、請求項１５に記載のキーボード。
20. 前記剛性要素がキーを含む、請求項１９に記載のキーボード。
21. 前記一組の整列要素に隣接する一組のキーキャップをさらに含む、請求項１３に記載のキーボード。
22. 力に応答して信号を生成するセンサー要素の配列および前記センサー要素に対応するドームバネ要素の配列を含む入力装置に連結されたプロセッサを含み、前記ドームバネ要素の各々がチャンバを規定する、システムであって、
    複数のチャネルが前記ドームバネ要素の前記チャンバを相互連結して、それにより前記ドームバネ要素の各々の各チャンバを他の少なくとも１個のドームバネ要素のチャンバと流体連通させる、システム。
23. 前記システムがデスクトップ・コンピュータであり、前記入力装置がキーボードである、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記システムがラップトップ・コンピュータであり、前記入力装置が前記ラップトップ・コンピュータ上のキーボードである、請求項２２に記載のシステム。
25. 前記システムがハンドヘルド・コンピュータであり、前記入力装置が前記ハンドヘルド・コンピュータ上のキーパッドである、請求項２２に記載のシステム。
26. 前記システムが携帯電話であり、前記入力装置が前記携帯電話上のキーパッドである、請求項２２に記載のシステム。
27. 前記システムが計器盤を含み、前記入力装置が前記計器盤上のキーパッドである、請求項２２に記載のシステム。
28. 前記システムが電化製品であり、前記入力装置が前記電化製品上のキーパッドである、請求項２２に記載のシステム。
29. 前記ドームバネ要素の配列がシート状部材として形成され、前記ドームバネ要素間の領域は実質的に穴を有さない、請求項２２に記載のシステム。
30. 前記ドームバネ要素の配列がシート状部材として形成され、前記チャネルが前記シート状部材の底部主表面上の溝を含む、請求項２２に記載のシステム。
31. 前記ドームバネ要素の配列がシート状部材として形成され、前記チャネルが前記シート状部材の底部主表面および前記シート状部材の最上部主表面内に含まれる、請求項２２に記載のシステム。
32. 前記入力装置が、前記ドームバネ要素の配列に隣接する一組の整列要素をさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
33. 前記一組の整列要素が、底層に係合する最上層を含む、請求項３２に記載のシステム。
34. 前記最上層および底層が、前記最上層と底層の間にインターロック構成を提供するフック状要素を含むフックフィルムである、請求項３３に記載のシステム。
35. 前記フックフィルムが最上部フックフィルムおよび底部フックフィルムを含み、前記底部フックフィルムが前記ドームバネ要素に対応する穴を含み、前記ドームバネ要素が前記最上部フックフィルムに対して付勢力を加える、請求項３４に記載のシステム。
36. 前記最上層が複数の最上部フックフィルムを含み、前記ドームバネ要素の各々が前記複数の最上部フックフィルムの１個に対して付勢力を加える、請求項３４に記載のシステム。
37. 前記最上層が、複数の実質的剛性要素および前記剛性要素間の弾性領域を含み、前記ドームバネ要素の各々が前記剛性要素の１個に対して付勢力を加える、請求項３３に記載のシステム。
38. 前記剛性要素がキーを含む、請求項３７に記載のシステム。
39. 前記剛性要素に隣接する一組のキーキャップをさらに含む、請求項３７に記載のシステム。
40. スイッチアレイにて利用されるドームバネ要素の配列であって、前記ドームバネ要素の各々がチャンバを規定する、ドームバネ要素の配列と、
    前記ドームバネ要素の各々の各チャンバを他の少なくとも１個のドームバネ要素のチャンバと流体連通させるように前記ドームバネ要素の前記チャンバを相互連結する手段と、
    を含む装置。

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