Overmolded key pad and a method of manufacturing

本発明は一般にキーボードに関し、更に詳細には、オーバーモールドされたキーボード及びその製造方法に関する。

一般に電子デバイスは、情報をデバイスに入力するためにキーパッドを使用することがある。 キーパッドを使用した電子デバイスの例としては、携帯電話、電話、携帯情報端末、コンピュータ、小型コンピュータ、ファックス及び手持ち式の医療用デバイス、例えば、グルコース計及び薬剤注入ポンプが挙げられる。 一般にこのような電子デバイス用のキーパッドは、回路基板、フレーム又は基材及びフレーム上の穴に装着されたキースイッチのセットを包含する。 キースイッチをクリックすると、キースイッチと回路基板との間の空隙が閉鎖され、回路基板に接触が誘発されることにより、回路基板が対応する電気信号を出力する。

キースイッチの構成要素と、フレーム、又は基材との間に間隙が存在することがあり、水又はハンドローションなどの外部環境汚染物がキーパッドアセンブリの内部に進入し、これによりキーパッドの性能が悪影響を受ける可能性がある。 オーバーモールドプロセスは一般に、キースイッチの構成要素とフレームとの間に存在し得る間隙を封止するのに使用される。 しかしながら、オーバーモールドプロセス中に、オーバーモールドされた材料が、キースイッチと回路基板との間の空隙を平らにするのに十分な圧力をキースイッチの構成要素に加えることがあり、それによりキーパッドが機能しなくなる。 また、基材上に結合されるキーパッドに使用されるシリコーン含有材料などの材料が、プラスチックフレームに完全に接着されない場合があり、これにより、外部汚染物質がキーパッドアセンブリに進入することがある。

したがって、出願人らは、オーバーモールドプロセス中に、キースイッチ（スイッチ空洞）と回路基板との間の空隙を維持する製造方法の必要性を認識する。 出願人らはまた、キーパッド構成要素及びフレーム又は基材上に気密シールを形成するオーバーモールドされた層材料の必要性を認識する。

本発明の新規な特徴は、添付の「特許請求の範囲」に詳細に記載される。 本発明の特徴及び利点は、次の、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を記載する以下の発明を実施するための形態、並びに添付の図面を参照することによって、より理解されるであろう。

本発明の例示的実施形態によるキーパッドの斜視分解組立て断面図。

本発明の例示的実施形態によるキーパッドの斜視分解組立て断面図。

本発明の例示的実施形態によるキーパッドの斜視分解組立て断面図。

本発明の例示的実施形態によるキーパッド用の基材の斜視図。

本発明の例示的実施形態による可撓性回路層の第１表面の斜視図。

本発明の例示的実施形態による図３に示した可撓性回路層の第２表面の平面図。

本発明の例示的実施形態による可撓性回路層の第１表面上のキードーム区域の拡大斜視図。

本発明の実施形態と共に使用するのに好適な薬剤注入ポンプの斜視図。

本発明の例示的実施形態によるキーパッドの形成方法における工程の順序を示すフローチャート。

本発明の例示的実施形態による緩衝体の収縮前の、緩衝体を備えたキーパッドボタンの断面拡大図。

図１Ａ〜１Ｃは、本発明の例示的実施形態によるキーパッド１００を図示している。 キーパッド１００は、ユーザー情報を入力するためのボタン１０４の場所に位置する複数個のスイッチアセンブリ１０２を包含する。 スイッチアセンブリ１０２のそれぞれは、緩衝体１１０が接着される（図２に示した）ドーナツ形の凹部１０８を有する基材１０６と、緩衝体１１０の全ての上に配置された可撓性回路層１１２と、可撓性回路層１１２に少なくとも部分的に接着された複数個の金属膜１１４と、複数個の金属膜１１４上に配置されたオーバーモールドされた熱可塑性エラストマー層１１６と、を包含する。 オーバーモールドされた熱可塑性エラストマー層１１６はまた、基材１０６上に周囲方向に連続的に配置される。

図１Ｂ：基材１０６は、可撓性回路層１１２内の開口部１１８に嵌合する複数個のスエージピン１１７を包含する。 基材１０６は、ポリカーボネートなどの耐久性プラスチック材料から形成されてよい。

複数個の緩衝体１１０のそれぞれは、エラストマーポリマー材料、例えば、熱可塑性ウレタン又はゴム材料などから形成されてよい。 複数個の緩衝体１１０のそれぞれは、キーパッド１００の成形後に直ちに除去される水などの非圧縮性液体で充填されてもよく、これについては以下に図７〜８を参照して説明する。

図３を参照すると、可撓性回路層１１２は、少なくとも２つの導電性区域１２２と、成形中にキードーム１２０の可撓性形成を容易にする複数個の穴１２４と、を有する複数個のキードーム１２０を有する第１表面１１９を包含する。 キードーム１２０は、通常約０．５ミリメートル（又は０．０２インチ）の距離だけたわんでもよい。

図４及び５に図示したように、可撓性回路層１１２は、複数個の導電性トレース１２８と、基材１０６内のスロット１３１（図２）内に適合する可撓性タブ１３０と、を有する第２表面１２６を更に包含する。 複数個の導電性トレース１２８のそれぞれは、フィード１３２（視覚化の目的のみで示す）により、可撓性回路層１１２の第１表面１１９上の導電性区域１２２に電気に接続される。 タブ１３０は、可撓性回路層１１２を、キーパッド１００により制御されるべきデバイスに電気的に相互接続する。 可撓性回路層１１２は、例えば、マイラー（Mylar）などの変形可能なプラスチック材料から形成されてよい。 導電性区域１２２及びトレース１２８は、炭素、銀、金、銅、黄銅、アルミニウム、又は他の好適な導電性材料から形成されてよい。 導電性区域１２２及びトレース１２８は、これに限定されるものではないが、フォトエッチングすること、メッキすること、又は金属の薄板などの導電材料を接着剤で基材上に接着することなど、当業者に既知の技術を使用して可撓性回路層１１２上に付着されてよい。

複数個の金属膜１１４のそれぞれは、キーストロークフィードバックを最大限にするためにキーパッド設計に通常使用される、市販の薄鋼円盤（スナップトロン社（Snaptron Inc.））である。

オーバーモールドされた層１１６は、優先度及びキーパッドの設計に応じて、例えば、約３０ショアＡの硬度を有するモンプレーン（Monprene）（登録商標）ＭＰ−２７３０熱可塑性エラストマー（テクノールアペックス社（Teknor Apex Company）（米国ロードアイランド州）〜４５ショアＤの硬度を有するＴｅｘｉｎ（登録商標）２４５（バイエルマテリアルサイエンス社（Ｂａｙｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＡＧ（ドイツ））などの、エラストマーポリマー材料から形成されてよい。

本発明のキーパッド１００は、携帯電話、電話、携帯情報端末、コンピュータ、小型コンピュータ、ファックス及び手持ち式の医療用デバイス、例えばグルコース計及び薬剤注入ポンプが挙げられるが、これらに限定されない様々な電気又は電子デバイスにおいて使用されてよい。 本発明のキーパッドを組み込んでよい薬剤注入ポンプ１５０（例えば、インスリンポンプ）の例示的実施形態が図６に図示されている。 薬剤注入ポンプ１５０は、ハウジング１５２と、操作情報をユーザーに提供するためのディスプレー１５４と、ユーザーが情報を入力するための複数個のナビゲーションボタン１５８を備えたキーパッド１５６と、電力を薬剤注入ポンプ１５０に提供するためのキャップ１６０を備えた区画内の電池（図示せず）と、処理用電子機器（図示せず）と、薬物をカートリッジから輸液セット（図示せず）に接続されたサイドポート１６２を介してチャンバ内に、及びユーザーの身体内に押し込むための、薬物送達機構（例えば、インスリンポンプ及び駆動機構、図示せず）と、を包含する。

図７は、本発明の例示的実施形態によるキーパッドを形成するための方法２００を示すフローチャートである。 工程２１０に記載したように、方法２００には、ユーザー情報を入力するためのボタン１０４のそれぞれの場所に位置する複数個のドーナツ形の凹部１０８を有する基材１０６と、非圧縮性流体（例えば、水）で充填された複数個の緩衝体１１０と、可撓性回路層１１２と、複数個の金属膜１１４と、熱可塑性エラストマー層１１６と、を提供することが含まれる。

この方法の次の工程には、緩衝体１１０を基材１０６内の複数個のドーナツ形の凹部１０８のそれぞれに接着すること、可撓性回路層１１２を緩衝体１１０の全ての上に配置すること、可撓性回路層１１２内の開口部１１８のそれぞれを基材１０６上のピン１１７と嵌合させること、複数個の金属膜１１４を可撓性回路層１１２に少なくとも部分的に接着すること、基材１０６上の複数個のピン１１７を複数個のスイッチアセンブリ１０２にスエージ加工することにより、複数個のスイッチアセンブリ１０２を形成することが含まれる（工程２２０を参照）。 それぞれの緩衝体１１０は、基材１０６内の凹部１０８に接着されてよく、かつ複数個の金属膜１１４は、例えば、マイラー（Mylar）接着テープを用いて可撓性回路層１１２に少なくとも部分的に接着されてよい。

工程２３０に記載したように、熱可塑性エラストマー層１１６を複数個のスイッチアセンブリ１０２及び基材１０６の周囲方向連続部分上にオーバーモールドすることにより、キーパッド１００（図８を参照）を形成する。 オーバーモールドプロセス中に、熱可塑性エラストマー層１１６は、基材１０６の周囲方向連続部分と結合し、複数個のスイッチアセンブリ１０２上に密封封止を形成する。 熱可塑性エラストマー層１１６を複数個のスイッチアセンブリ１０２上に形成するために、射出成形プロセス、例えばインサート成形、又はツーショットオーバーモールドが使用されてよい。

この方法の最終工程において、例えば、それぞれの緩衝体１１０に穿刺することにより穴（図示せず）を形成することで緩衝体１１０のそれぞれから非圧縮性流体を除去することにより、複数個の金属膜１１４のそれぞれと可撓性回路層１１２との間に空隙１７０が形成される（工程２４０及び図１Ｃを参照）。 それぞれの緩衝体１１０内に穿刺された穴は、キーが押下されるときに通気孔としての役割を果たす。

本明細書に図示及び記載された構造を等価構造で置き換えることができること、及び本発明の記載された実施形態は唯一の構造ではなく、当該実施形態を使用して特許請求の範囲に記載されている発明を実施できることが認識されよう。 更に、上記全ての構造は機能を有し、このような構造はその機能を実行するための手段と見なされ得ることを理解すべきである。 以上、本発明の実施形態を図示し説明したが、こうした実施形態はあくまで例として与えられたものであることは当業者には明らかであろう。 当業者であれば、本発明から逸脱することなく多くの変形、変更、及び代用が想到されるであろう。

本発明の実施に際し本明細書で述べた実施形態には、様々な代替例を用い得る点が理解されるべきである。 以下の特許請求の範囲は発明の範囲を規定することを目的としたものであり、特許請求の範囲に含まれる方法及び構造並びにそれらの均等物をこれによって網羅することを目的としたものである。