短行程スイッチアッセンブリ

本発明は、一般的に、入力装置のためのスイッチに関するもので、より詳細には、キーボード又は他の入力装置のための短行程(low travel)スイッチアッセンブリに関する。

多くの電子装置(例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、移動装置、等)は、入力装置の1つとしてキーボードを備えている。電子装置に典型的に含まれるキーボードには、多数のタイプがある。それらのタイプは、主として、使用するスイッチ技術により区別される。最も一般的なキーボードタイプの1つは、ドームスイッチキーボードである。ドームスイッチキーボードは、少なくとも、キーキャップ、成層電気メンブレーン、及びそれらキーキャップと成層電気メンブレーンとの間に配置された弾力性ドームを備えている。キーキャップがその元の位置から押圧されると、弾力性ドームの最上部が(その元の位置から)下方に移動又は変位して、成層電気メンブレーンに接触して、スイッチング動作又は事象を生じさせる。その後キーキャップが解除されると、弾力性ドームの最上部がその元の位置へ戻り、キーキャップもその元の位置へ強制的に戻される。

スイッチング事象を促進するのに加えて、典型的な弾力性ドームは、キーキャップを押圧するユーザに触覚フィードバックも与える。典型的な弾力性ドームは、ある距離範囲にわたりそれが押圧されて解除されるときに、ある仕方で振舞うことにより(例えば、形状を変えるか、座屈、座屈解除、等により)この触覚フィードバックを与える。この振舞いは、典型的に、キーキャップを(弾力性ドーム上に乗っている間に)その自然位置からある距離だけ移動させるのに必要な力の量を定義する力−変位曲線により特徴付けられる。

電子装置及びキーボードを小型化することがしばしば望まれる。これを達成するため、装置の幾つかのコンポーネントを小型化する必要がある。更に、装置のある可動コンポーネントは、移動するためのスペースが少なくなり、それらの意図された機能の遂行を困難にする。例えば、典型的なキーキャップは、それが押圧されたとき、ある最大距離を移動するように設計される。キーキャップの自然(非押圧)位置から最も遠い(押圧)位置までの合計距離は、「行程(travel)」又は「行程量(travel amount)」としばしば称される。装置を小型化するときには、この行程も小さくする必要がある。しかしながら、行程を小さくするには、それに対応する弾力性ドームの移動範囲も小さくし又は制限することが必要となり、これは、意図された力−変位特性に基づいて動作して適当な触覚フィードバックをユーザに与える弾力性ドームの能力を妨げる。

短行程スイッチアッセンブリ並びにそれを使用するシステム及び方法が提供される。

ある実施形態において、上部及び下部を有するドーム状の表面と、その上部と下部との間でドーム状表面内に一体化された1組のチューニング部材とを含む短行程ドームが提供される。チューニング部材は、短行程ドームの力−変位曲線特性をコントロールするように働く。

ある実施形態において、ドーム形状表面の1組の既定の部分を選択的に除去して、ドーム形状表面を、既定の力−変位曲線特性に基づいて動作するようにチューニングすることにより、短行程ドームを製造する方法が提供される。

ある実施形態において、キーキャップと、キーキャップの下に存在する支持構造体と、キーキャップの下に配置され且つ1組の開口がそこに形成されたドーム状表面と、ドーム状表面の下に位置されてスイッチング事象をトリガーするように動作する電気的メンブレーンとを備えたスイッチアッセンブリが提供される。1組の開口は、電気的メンブレーンがスイッチング事象をトリガーしないときにスイッチアッセンブリを位置保持し、そして既定の力−変位曲線に基づいて振舞うようにスイッチアッセンブリをコントロールするように動作する。

本発明の前記及び他の態様及び効果は、全体を通して同じ部分を同じ参照文字で示した添付図面を参照して以下の詳細な説明を考慮したときに明らかとなるであろう。

少なくとも1つの実施形態により、短行程ドーム、キーキャップ、支持構造体、及びメンブレーンを備えたスイッチメカニズムの断面図である。

少なくとも1つの実施形態による図1の短行程ドームの斜視図である。

少なくとも1つの実施形態による図2の短行程ドームの上面図である。

少なくとも1つの実施形態により、図3の線A−Aから見た図3の短行程ドームの断面図である。

少なくとも1つの実施形態により、図1のキーキャップとメンブレーンとの間に存在する短行程ドームが第1の状態にある、図3の短行程ドームの、図4と同様の断面図である。

少なくとも1つの実施形態により、図5のキーキャップとメンブレーンが第2の状態にある、短行程ドームの、図5と同様の断面図である。

少なくとも1つの実施形態により、図5のキーキャップとメンブレーンが第3の状態にある、短行程ドームの、図5と同様の断面図である。

少なくとも1つの実施形態により、図5のキーキャップとメンブレーンが第4の状態にある、短行程ドームの、図5と同様の断面図である。

少なくとも1つの実施形態により、図5から8のキーキャップ及び短行程ドームが動作するところの既定の力−変位曲線を示す図である。

少なくとも1つの実施形態による別の短行程ドームの上面図である。

少なくとも1つの実施形態による更に別の短行程ドームの上面図である。

少なくとも1つの実施形態により、小塊を含む図3の短行程ドームの、図4と同様の断面図である。

少なくとも1つの実施形態により、図2の短行程ドームを形成するプロセスを示す。

ある実施形態に使用される更に別の規範的ドームを示す。

短行程スイッチアッセンブリ、並びにそれを使用するシステム及び方法を、図1から13を参照して以下に説明する。

図1は、短行程ドーム100、キーパッド200、支持構造体300、及びメンブレーン500を含むスイッチメカニズムの断面図である。短行程ドーム100は、適当なタイプの材料(例えば、金属、ゴム、等)より成り、弾力性である。例えば、短行程ドーム100に力を加えた後に、力を解除すると、その弾力性でドームが元の形状に戻る。ある実施形態では、短行程ドーム100は、ドームパッド又はシート(図示せず)の一部分である複数のドームの1つである。例えば、短行程ドーム100は、そのようなドームシートから+Y方向に突出する。このドームシートは、ドームパッドの各ドームがキーボードの特定のキーキャップの下に来るように、キーボード(図示せず)の1組のキーキャップ(例えば、キーキャップ200)の下に存在する。

図1に示すように、例えば、短行程ドーム100は、キーキャップ200の下に存在する。キーキャップ200は、支持構造体300によって支持される。支持構造体300は、適当な材料(例えば、プラスチック、金属、複合物、等)より成り、キーキャップ200に機械的な安定性を与える。支持構造体300は、例えば、キーキャップ200の押圧及び解除の間に各々収縮及び膨張するハサミメカニズム又はバタフライメカニズムである。ある実施形態では、独立型のハサミ又はバタフライメカニズムではなく、支持構造体300は、短行程ドーム100の種々の部分へ押し付けられるキーキャップ200の下面の一部分である。支持構造体300の物理的な特性に関わらず、キーキャップ200は、短行程ドーム100に押し付けられて、メンブレーン500を経てスイッチング動作又は事象を作用させる(図5から8について詳細に述べる)。図1には示されていないが、キーキャップ200は、その下端部が、キーキャップ200の押圧中に短行程ドーム100の最上部に接触するように構成される。

図1は、キーキャップ200、短行程ドーム100、支持構造体300、及びメンブレーン500を非押圧状態(例えば、各コンポーネントは、キーキャップ200が押圧される前のその各々の自然位置にある)で示している。図1は、キーキャップ200、短行程ドーム100、支持構造体300、及びメンブレーン500を、部分的に押圧した又は完全に押圧した状態で示していないが、これらコンポーネントは、これらの状態のいずれも占有し得ることが明らかであろう。

キーキャップが押圧されたときにスイッチング事象を促進するのに加えて、ドームスイッチのドームは、他の目的も果たす。例えば、ドームは、キーキャップが押圧から解除された後に、キーキャップをその自然状態又は位置へ戻すようにさせる。別の例として、ドームは、ユーザがキーキャップを押圧したときに触覚フィードバックをユーザに与える。ドームの物理的な属性(例えば、弾力性、サイズ、形状、等)は、それが与える触覚フィードバックのレベルを決定する。特に、物理的な属性は、(例えば、キーキャップがドーム上に載せられているときに)ある距離範囲にわたってキーキャップを移動するのに必要な力の量の関係を定義する。この関係は、力−変位曲線で表わされ、ドームは、この曲線に従って動作する。

キーキャップを移動するのに必要な力の量は、キーキャップがその自然位置からどれほど離れているかに基づいて変化し、ユーザは、この変化の結果として触覚フィードバックを経験する。例えば、自然位置又は初期位置から第1の距離(例えば、ドームがつぶれるか又は座屈する前のポイントの直前)へドームの最上部を移動するのに必要な力を力F1とする。

この第1の距離を越えて最上部を移動し続けるのに必要な力は、力F1未満である。これは、最上部が第1の距離を越えて移動するときにドームが座屈するか又はつぶれるからであり、これは、最上部を移動し続けるのに必要な力を減少させる。

ドームがちょうど完全に座屈するか又はつぶれる時点まで最上部を移動するのに必要な力は、力F2である。キーキャップがその最も遠い又は最も押圧された点に達するまで最上部を移動し続けるのに必要な力は、増加する。従って、ユーザは、ドームの力−変位特性のために、ある触覚フィードバックを経験する。

ドームの力−変位特性が既知であるときには触覚フィードバックを定量化できることが明らかである。より詳細には、触覚フィードバックは、ドームの最上部をその自然の位置から、ドームが座屈又はつぶれ始める直前の距離まで移動するのに必要な力(例えば、力F1)と、最上部をその自然の位置から、ドームがちょうど完全に座屈し又はつぶれるときの距離まで移動するのに必要な力(例えば、力F2)との比(例えば、クリック比)の関数である。

ドームの触覚フィードバックは、ドームの力−変位特性に結び付けられるので、ドームの力−変位特性は、最適な又は適当な触覚フィードバックが予め定義されるときに決定できることも明らかである。例えば、ドームは、クリック比が約50%であるときに最適な触覚フィードバックを与える。このクリック比は、最適な触覚フィードバックを与えるために要求される力−変位特性(例えば、力F1及び力F2)を決定するのに使用される。従って、ドームの物理的な属性は、力−変位特性に対応するので、ドームは、特に、それらの特性を満足するように構成される。

上述したように、電子装置及びキーボードを小型に製造することが頻繁に要望される。これを達成するために、装置の幾つかのコンポーネントを小型に製造する必要がある。更に、装置の幾つかの可動コンポーネントは、移動するためのスペースも少なくなり、それらの意図された機能の遂行を困難にする。例えば、キーボードのキーキャップの行程を小さくしなければならない。しかしながら、小さな行程は、それに対応するドームの移動範囲を小さくし又は限定する必要があり、これは、意図された力−変位特性に基づいて動作してユーザに適当な触覚フィードバックを与えるドームの能力を妨げ得る。

ドームの物理的属性は、ドームの触覚フィードバックに関連しているので、それら属性は、既定の最適な触覚フィードバックを与えながらも小さな行程を補償するように調整され、変更され、操作され、さもなければ、チューニングされる。

ドームの幾つかの物理的属性は、既定の触覚フィードバックを与えながら特定の行程を補償するように調整され、変更され、操作され、さもなければ、チューニングされる。即ち、ドームの幾つかの物理的属性は、ドームが所定の力−変位曲線特性に基づいて動作するようにチューニングされる。ある実施形態では、ドームの高さ、厚み及び直径がチューニングされる。又、ある実施形態では、ドームの表面が、表面の構造上の完全性をチューニングするように調整又は変更されてもよい。

図2は、短行程ドーム100の斜視図である。図3は、短行程ドーム100の上面図である。図2及び3に示すように、短行程ドーム100は、ドーム状表面102を含み、これは、上部140(例えば、ドーム状表面102の最上部を含む)、下部110、及びそれら上部140と下部110との間に配置された1組のチューニング部材152、154、156及び158を有している。ドーム状表面102は、半球状、半球形又は凸面プロフィールを有し、上部140は、そのプロフィールの頂部を形成し、そして下部110は、そのプロフィールの基部を形成する。下部110は、例えば、円形、楕円形又は多角形のような適当な形状をとってもよい。

短行程ドーム100の物理的な属性は、適当な仕方でチューニングされる。ある実施形態では、チューニング部材152、154、156及び158は、ドーム状表面102に一体化又は形成されるドーム状表面102の切欠部又は開口である。即ち、短行程ドーム100を、それが所定の力−変位曲線特性に基づいて動作するようにコントロール又はチューニングするために、ドーム状表面102の既定の部分(例えば、既定のサイズ及び形状の)が除去される。

チューニング部材152、154、156及び158は、ドーム状表面102の1つ以上の部分がドーム状表面102の下部110からドーム状表面102の最上部140まで延びるように互いに離間される。例えば、チューニング部材152、154、156及び158は、ドーム状表面102の壁又はアーム部分132、134、136及び138が部分110から最上部140へ延びる十字状(又はX形状)部分130を形成するように互いに均一に離間される。

図2に示すように、ドーム状表面102の部分172、174、176及び178は、各々、十字状部分130のある部品と部分的に隣接するが、チューニング部材152、154、156及び158があるために十字状部分130の他の部品から部分的に分離もされる。

図2及び3は、4つのチューニング部材152、154、156及び158しか示していないが、ある実施形態では、短行程ドーム100は、それより多数の又は少数のチューニング部材を含んでもよい。ある実施形態では、チューニング部材152、154、156及び158各々の形状は、短行程ドーム100が所定の力−変位曲線特性に従って動作するようにチューニングされる。特に、チューニング部材152、154、156及び158の各々は、特定の形状を有する。図3に示すように、例えば、短行程ドーム100を上から見ると、チューニング部材152、154、156及び158の各々は、L字形状をもつように見える。ある実施形態では、チューニング部材152、154、156及び158は、パイ形状を有してもよい。

一般的に、図2から3に示すドーム100は、1組の対向ビームを画成する。各ビームは、1対のアームセグメントにより画成され、一般的に、ドーム100の表面を横切って隣接する。例えば、第1ビームは、アーム部分134及び138により画成され、一方、第2ビームは、アーム部分132及び136により画成される。従って、これらのビームは、ドームの頂部で互いに交差するが、一般的に、互いに対向している(例えば、異なる方向に延びている)。この実施形態では、ビームは、90°対向しているが、他の実施形態では、ビームは、異なる角度で対向又はオフセットされる。同様に、種々の実施形態では、それより多数又は少数のビームが存在し又は画成されてもよい。

ビームは、ドームに充分な力が作用したときにつぶれ又は変位するように構成される。従って、ビームは、特定の力−変位曲線に従って下方行程を生じ、そのサイズ、形状、厚み及び他の物理的特性を変更すると、力−変位曲線も同様に変更される。従って、ビームは、第1の力で下方運動を、及び第2の力で上方運動又は行程を与えるようにチューニングされる。従って、ビームは、キーキャップ(ひいては、ドーム)に作用する力が第1のスレッシュホールドを越えるときに下方にスナップ運動し、そしてその作用する力が第2のスレッシュホールド未満になると、初期位置又はデフォールト位置へ回復する。第1及び第2のスレッシュホールドは、第2のスレッシュホールドが第1のスレッシュホールドより小さく、従って、ドーム100にヒステリシスを与えるように選択される。

ドーム100の力曲線は、ビーム及び/又はアーム部分132、134、136、138のある特性を調整するだけでなく、チューニング部材152、154、156及び158のサイズ及び形状を変更することによっても、調整できることが明らかである。例えば、チューニング部材は、長くても短くてもよく、異なる面積及び/又は断面積を有してもよく、等々である。又、チューニング部材152、154、156及び158に対するそのような調整は、ドーム100の力−変位曲線を変更することもできる。

ある実施形態では、短行程ドーム100のアーム部分132、134、136及び138の各々は、短行程ドーム100が所定の力−変位曲線特性に従って動作するようチューニングされる。より詳細には、アーム部分132、134、136及び138の各々は、既定の厚みより小さい厚みa1(例えば、図3に示す)を有するようにチューニングされる。例えば、厚みa1は、約0.6mm以下である。

ある実施形態では、短行程ドーム100の材料の硬度は、短行程ドーム100が所定の力−変位曲線特性に従って動作するようにチューニングされる。より詳細には、短行程ドーム100の材料の硬度は、十字状部分130が容易に座屈しないように、既定の硬度より高くチューニングされる。

図2及び3は、十字状部分130を有するドーム状表面102を示しているが、ドーム状表面102は、その一部分に、適当な数のアーム部分を含んでもよいことが明らかである。ある実施形態では、4つのアーム部分132、134、136及び138を有するのではなく、ドーム状表面102は、それより多数又は少数のアーム部分を含んでもよい。ある実施形態では、短行程ドーム100は、キーキャップ200がスイッチ事象を受けない(例えば、押圧されない)ときにキーキャップ200及び支持構造体300をそれらの各自然位置に維持するように動作するようチューニングされる。これらの実施形態では、短行程ドーム100は、所定の力−変位曲線特性に従って動作するようにキーキャップ200(及びもし含まれていれば、支持構造体300)をコントロールする。

短行程ドーム100がどのようにチューニングされるかに関わらず、外力を(例えば、図1のキーキャップ200から)上部140に加えると、十字状部分130は、−Y方向に移動し、アーム部分132、134、136及び138の形状を変化させ座屈させる。その結果、十字状部分130が−Y方向に充分な距離移動したとき、下面(例えば、ドーム状表面102の最上部140と真逆の)がキーボードのメンブレーン(例えば、図1のメンブレーン500)の一部分に接触する。このようにして、スイッチング動作又は事象がトリガーされる。

図10は、短行程ドーム100と同様に、所定の力−変位曲線特性に従って動作するようにチューニングされた別の短行程ドーム1000の上面図である。図10に示したように、短行程ドーム1000は、十字状部分1030、及び1組のチューニング部材1020、1040、1060及び1080を含む。短行程ドーム1000を上から見ると(例えば、図10に示すように)、チューニング部材1020、1040、1060及び1080の各々がパイの形状に見える。

図11は、短行程ドーム100と同様に、所定の力−変位曲線特性に従って動作するようにチューニングされた更に別の短行程ドーム1100の上面図である。図11に示したように、短行程ドーム1100は、表面1180、及び1組のチューニング部材1150を含む。短行程ドーム1100を上から見ると(例えば、図11に示すように)、チューニング部材1150のおのおのは、適当な形状(例えば、楕円、円、長方形、等)を有するように見える。

図4は、図3の線A−Aから見た短行程ドーム100の断面図である。図4は、図1と同様であるが、支持構造体300を示していない。ある実施形態では、支持構造体300は、必要でなく、スイッチングアッセンブリは、単に、キーキャップ200、短行程ドーム100、及びメンブレーン500を含むだけである。図4に示すように、十字状部分130のアーム部分132及び136は、ドーム状表面102にわたって延びる隣接アーム部分を形成する。

図5は、短行程ドーム100の、図4と同様の断面図であり、短行程ドーム100は、キーキャップ200とメンブレーン500との間に第1の状態で存在する。キーキャップ200、短行程ドーム100、及びメンブレーン500は、例えば、キーボードのキースイッチ又はスイッチアッセンブリの1つを形成する。図5に示すように、キーキャップ200は、本体部分201及び接触部分210を含む。本体部分201は、キャップ表面202及び下面204を含み、そして接触部分210は、接触面212を含む。図5に示したように、キーキャップ200は、その自然位置にある(例えば、キャップ表面202が(例えば、ユーザからの)力を受ける前)。更に、短行程ドーム100及びメンブレーン500の各々は、それらの各自然位置にある。

ある実施形態では、メンブレーン500は、短行程ドーム100と相互作用するプリント回路板(PCB)の一部分である。図1を参照して上述したように、短行程ドーム100は、キーボード(図示せず)のコンポーネントである。ある実施形態では、キーボードは、PCBと、(例えば、キーキャップ200が外力により−Y方向に押圧されたとき)キースイッチングを与えるメンブレーンとを含む。メンブレーン500は、上部層510、下部層520、及び上部層510と下部層520との間のスペーシング530を含む。ある実施形態では、メンブレーン500は、スルーホール552(例えば、メッキされたスルーホール)を含む支持層550も含む。上部層510及び下部層520は、支持層550の上に存在する。ある実施形態では、上部層510及び下部層520は、各々、Y方向に既定の厚みを有し、そしてスペーシング530は、既定の高さを有する。上部層510、下部層520及び支持層550の各々は、任意の適当な材料(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)ポリマーシート、等のプラスチック)より成る。例えば、上部層510及び下部層520の各々は、既定の厚みを各々有するPETポリマーシートで構成される。上部層510は、それに対応する導電性パッド(図示せず)に結合し又はそれを含み、そして下部層520は、それに対応する導電性パッド(図示せず)に結合し又はそれを含む。ある実施形態では、これら導電性パッドの各々は、導電性ゲルの形態である。導電性パッドのゲル状特性は、例えば、ユーザがキーキャップ200を押圧したときにユーザに改善された触覚フィードバックを与える。上部層510に関連した導電性パッドは、それに対応する導電性トレースを上部層510の下面に含み、そして下部層520に関連した導電性パッドは、導電性トレースを下部層520の上面に含む。これらの導電性パッド及びそれに対応する導電性トレースは、適当な材料(例えば、銀又は銅のような金属、導電性ゲル、ナノワイヤ、等)で構成される。

図5に示すように、スペーシング530は、例えば、短行程ドーム100が座屈しそして十字状部分130が−Y方向に移動するときに(例えば、キーキャップ200のキャップ表面202に外力が加えられたことにより)、上部層510が下部層520に接触するのを許す。より詳細には、スペーシング530は、上部層510に関連した導電性パッドが、下部層520に関連した導電性パッドに物理的に接近して、それらの対応する導電性トレースが互いに接触するのを許す。この接触は、次いで、処理ユニット(例えば、電子装置又はキーボードのチップ)(図示せず)により検出され、キーキャップ200に対応するコードを発生する。

ある実施形態では、キーキャップ200、短行程ドーム100及びメンブレーン500が表面マウント可能なパッケージに含まれ、これは、例えば、電子装置又はキーボードのアッセンブルを容易にすると共に、種々のコンポーネントへの信頼性を与える。

図5は、スイッチ事象をトリガーするのに使用される特定の成層メンブレーンを示しているが、他のメンブレーンを使用してスイッチ事象をトリガーできることも明らかである。例えば、ある実施形態では、短行程ドーム100は、導電性材料を含む。それらの実施形態では、上部140の下面の下に個別の導電性材料があってもよい。キーストロークが生じると(例えば、キーキャップ200に外力Aが加えられると)、短行程ドーム100の導電性材料が個別の導電性材料に接触して、スイッチ事象をトリガーさせる。

上述したように、短行程ドーム100は、その短行程ドーム100(ひいては、キーキャップ200)が所定の力−変位曲線特性に従って動作するように適当な仕方でチューニングされる。図6から8は、各々、短行程ドーム100、キーキャップ200及びメンブレーン500が第2、第3及び第4状態に置かれた、図5と同様の断面図である。図9は、キーキャップ200及び短行程ドーム100を動作させる既定の力−変位曲線900を示す。F軸は、キーキャップ200に加えられる力(単位グラム)を表わし、そしてD軸は、加えられた力に応じたキーキャップ200の変位を表わす。

キーキャップ200をその自然位置220(例えば、図5に示すように、力を加える前のキーキャップ200の位置)から最大変位位置250(例えば、図8に示す)へ押圧するのに必要な力は、変化し得る。例えば、図9に示すように、キーキャップ200を変位するのに要する力は、キーキャップ200が自然位置220(例えば、0ミリメーター)から位置230(例えば、VIaミリメーター)へと−Y方向に変位するにつれて徐々に増加する。必要な力がこのように徐々に増加するのは、少なくとも一部分は、形状の変化に対する短行程ドーム100の抵抗(例えば、−Y方向の変位に対する上部140の抵抗)によるものである。キーキャップ200を位置230へ変位するのに要する力は、動作力又はピーク力と称される。

キーキャップ200が位置230(例えば、VIaミリメーター)へ変位すると、短行程ドーム100は、もはや圧力に抵抗することができず、座屈を開始する(例えば、十字状部分130が座屈を開始する)。その後、位置230(例えば、VIaミリメーター)から位置240(例えば、VIbミリメーター)へキーキャップ200を変位するのに要する力は、徐々に減少する。

キーキャップ200が位置240(例えば、VIbミリメーター)へ変位すると、短行程ドーム100の上部140の下面がメンブレーン500に接触して、スイッチ事象又は動作を生じさせ又はトリガーする。ある実施形態では、その下面は、キーキャップ200が位置240へ変位する若干前に又は若干後にメンブレーン500に接触する。接触面107がメンブレーン500に接触すると、メンブレーン500は、+Y方向の対抗力を与え、これは、位置240を越えてキーキャップ200を変位し続けるに要する力を増加する。キーキャップ200を位置240へ変位するのに要する力は、引っ張り力又は戻り力と称される。

キーキャップ200が位置240へ変位すると、短行程ドーム100は、その座屈が完了する。ある実施形態では、上部140は、−Y方向に変位を続けるが、短行程ドーム100の十字状部分130は、実質的に座屈される。その後に、キーキャップ200を位置240(例えば、VIbミリメーター)から位置250(例えば、VIcミリメーター)へ変位するのに要する力は、徐々に増加する。位置250は、キーキャップ200の最大変位位置(例えば、底位置)である。キーキャップ200から力(例えば、外力)を除去すると、弾力性ドーム100は、座屈解除してその自然位置へ戻り、そしてキーキャップも、自然位置220へ戻る。

ある実施形態では、接触部分210のサイズ又は高さは、最大変位位置250又は−Y方向のキーキャップ200の行程を決定するように定義される。例えば、キーキャップ200の行程は、約0.75ミリメーター、1.0ミリメーター又は1.25ミリメーターに定義される。

短行程ドーム100及びキーキャップ200に対して上部層510及び下部層520のゲル状導電性パッドにより与えられるクッション作用に加えて、ある実施形態では、スルーホール552もクッション作用を与える。図8に示すように、例えば、キーキャップ200が最大変位位置250へ変位し、そして短行程ドーム100が完全に座屈して上部層510を押し付けると、下部層520が屈曲するか、さもなければ、支持層550と相互作用して、下部層520の一部分がスルーホール552の空所に入るようにする。このように、キーキャップ100はクッション作用を受け、ユーザに対する改善された触覚フィードバックへと変換される。

ある実施形態では、キーキャップ200は、接触部分210を含んでも含まなくてもよい。キーキャップ200が接触部分210を含まないときには、例えば、キーキャップ200の下面204は、十字状部分130の上部140へ押し込むには充分でない。従って、これらの実施形態では、短行程ドーム100は、キャップ表面202に−Y方向に力を加えたときに下面204に接触する力集中小塊を含む。図12は、小塊1200を含む短行程ドーム100の、図4と同様の断面図である。図12に示すように、力集中小塊1200は、ブロック形状であって、その下面1204は、ドーム100の上部140に接触し、そしてその上面1202は、キーキャップ200の下面204に接触する。このように、キーキャップ200が外力のために−Y方向に変位すると、下面204は、上面1202を押し付け、外力を上部140に向ける。

図13は、短行程ドーム100を製造するためのプロセス1300を例示する。このプロセス1300は、ステップ1302で始まる。

ステップ1304において、プロセスは、ドーム状表面を設けることを含む。例えば、ステップ1304は、チューニング部材を一体化する前にドーム状表面102のようなドーム状表面を設けることを含む。

ステップ1306において、プロセスは、既定の力−変位曲線特性に基づいて動作するようにドーム状表面をチューニングするためにドーム状表面の複数の既定の部分を選択的に除去することを含む。例えば、ステップ1306は、ドーム状表面の複数の既定の部分に開口又は切欠部152、154、156及び158を形成することを含み、各開口は、L字型又はパイ状のような既定の形状を有する。ある実施形態では、ステップ1306は、ドーム状表面の残り部分が十字形状に見えるように形成することを含む。更に、ある実施形態では、ステップ1306は、切欠部152、154、156及び158を形成するようにドーム状表面をダイカッティング又は型抜きすることを含む。

図14は、ある実施形態に使用される更に別の規範的ドーム1400を示す。このドーム1400は、一般的に、方形又は長方形である。即ち、主側壁1402、1404、1406、1408は、直線であって、ドーム1400の外縁又は表面の全部又は大部分を画成する。ドーム1400は、角度の付いた1つ以上の縁1410を有する。従って、四隅の各々に角度が付けられている。角度の付いた隅1410は、隣接ドーム、保持又は維持メカニズム、等に対してキー及び/又はキーボードをアッセンブルする間にドーム1400のための間隙を与える。更に、角度の付いた縁は、その下に横たわるメンブレーンに対して付加的な表面接触を与え、これにより、ある実施形態においてメンブレーンに固定するための付加的なエリアを与える。別の実施形態では、角度の付いた縁1410の幾つか又は全部が省略されてもよいことが明らかである。図14に示されたもののような方形及び/又は部分方形の基部は、前記実施形態のいずれにも使用できる。同様に、ある実施形態では、円形の基部(又は別の形状の基部)が、図14に示すアーム構造体に使用される。

図14の実施形態に示すように、2つのビーム1412、1414が、直径方向に対向する角度付き縁1410(又は角度付き縁がない場合には隅)間に延びる。別の実施形態では、より多数の又は少数のビームが含まれてもよい。各ビーム1412、1416は、複数のアーム1418、1420、1422、1424により形成されると考えられる。これらのアーム1418、1420、1422、1424は、ドーム1400の頂部1428で合流する。アームの形状は、本質的にドーム1400に形成される空所又はアパーチャーであるチューニング部材1426を形成するために除去される材料の量及び材料の形状を調整することで変更することができる。力−変位曲線を発生するためのチューニング部材1426及びビーム/アームの相互関係は、前記で述べた。

一般的に方形又は長方形プロフィールのドーム1400を使用することで、方形のキーキャップの下のドームに対する使用可能なエリアを最大にすることができる。従って、ビーム1412、1416の長さは、円形プロフィールのドームと比較して増加される。これは、円形ドーム形状のためにビームを短くすべきとの制約がある場合に達成困難な力−変位曲線に従ってドーム1400を動作できるようにする。例えば、必要な力スレッシュホールドに到達すると、短い周期で、ビームのそり(上方又は下方のいずれか)が発生する。これは、カリカリした感覚を与えるか、又は関連キーのより突然の押圧又は反発を与える。更に、ビーム1412、1416の長さが増加されるので、ドーム1400の力−変位曲線の微チューニングが簡単になる。

短行程スイッチアッセンブリ及びシステム、並びにそれを使用する方法について以上に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに多数の変更がなされ得ることが理解されよう。当業者により請求項の要旨から考えられる実体のない変更は、現在分かっているものも、今後案出されるものも、特許請求の範囲内において同等であることが明確に意図される。それ故、当業者に現在又は今後分かる明らかな置き換えは、ここに定義された要素の範囲内に入るものとする。又、「上」及び「下」、「前」及び「後」、「頂部」及び「底部」、「左」及び「右」、「長さ」及び「巾」、等の種々の方向及び配向の用語は、ここでは、便宜上、使用されるものであって、これら用語の使用により固定の又は絶対的な方向又は配向が意図されるのではないことも理解されたい。例えば、本発明の装置は、望ましい配向をもつことができる。配向し直される場合には、それらの説明に異なる方向又は配向の用語を使用する必要があるが、本発明の精神及び範囲内においてそれらの基本的な特性を変更するものではない。更に、本発明の原理に従って構成された電子装置は、これに限定されないが、球、円錐、八面体、又はその組み合わせを含む適当な三次元形状である。

それ故、当業者であれば、本発明は、限定のためではなく例示のためにここに提示された以外の実施形態によって具現化できることが明らかであろう。

100:短行程ドーム 102:ドーム状表面 110:下部 132、134、136、138:アーム部分 140:最上部 152、154、156、158:チューニング部材 172、174、176、178:部分 200:キーキャップ 201:本体部分 202:キャップ表面 204:下面 210:接触部分 300:支持構造体 500:メンブレーン 510:上部層 520:下部層 530:スペーシング 550:支持層 552:スルーホール 900:力−変位曲線