JP3901710B2 - キーパッドおよびキースイッチ - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、キーパッド、およびキーパッドとキーボード用のキースイッチに関する。

背景
電子製品の小型化は、技術発展の重要な方向性の一つである。製品群が競争力で優位性を発揮して成功するか否かは、これまで以上に機能的に優れ、かつ携帯に適した製品を企業が首尾よく提供できる能力と大いに関わっている。技術の発展に伴い、電子回路を人間の尺度に比べてはるかに小型化することが従来に増して可能となっており、その結果インターフェース（例：画面、キーパッド、カーソル、制御装置）だけが携帯用製品の大きさを決める要因となっている。従って、入力装置（例えばキーパッド）の人間工学的な品質と大きさが、製品が普及して成功するために益々重要になっている。

特にスペース効率の良い入力手段を提供するキーパッドまたはキーボードの一種として、独立および組み合わせキー（ＩＡＣＫ）のキーパッドがあり、有効に高く配置された凸型独立キー領域の配列の間に、有効に低く配置された凹型組み合わせキー領域の配列が分散配置されている。ＩＡＣＫキーパッドは、通常は交互の行と列に並んでいる独立および組み合わせキー領域の両方を有する。従来のＩＡＣＫキーパッドの独立キー領域は、隣接するキーと独立に押下された際に関連付けられた出力を生成するキーパッドの要素であった。対照的に、従来のＩＡＣＫキーパッドの組み合わせキー領域は、キーマットの下方に対応するキースイッチが存在せず、組み合わせキー領域の対角方向の隅等に置かれた独立キーに隣接するキーパッドの要素であった。組み合わせキー領域に対応する出力は、２個以上の隣接する高層キー領域（elevated key）を押下することにより生成されるものであった。

小型化が進むキーパッドの操作に信頼性を与える別の改良が求められており、他のキー領域に対応するスイッチの組み合わせを起動してキー領域の出力を生成する必要のないキーパッドについても求められている。例えば、単一の画定された触覚フィードバック・イベントにより複数の電気接続を確実に、かつほぼ同時に閉じることができるキースイッチの構造に改良が求められている。ＩＡＣＫキーパッドを始め、複数のキースイッチを同時に接触させる必要があるキーボードおよびキーパッドの種類がある。バックリング・モードで動作する、金属やプラスチック等の材料で作られたスナップ・ドームは、高品質の触覚フィードバックを提供する。しかし、複数のキースイッチ接点へ同時に、高い信頼性を以って一時的に接続を行なうことは極めて困難である。

概要
本発明の一態様に従い、起動された際に各々が対応する文字出力を与える高層キー領域の配列と、高層キー領域の間に分散配置されていて、少なくとも１個の隣接する高層キーの起動を含む動作アルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて文字出力を与えるキー領域の配列と、の両方を含むキー領域のマトリクスを有するキーパッドに対する改良を提供する。当該改良は、分散配置キー領域（interspersed key region）の下方に配置された、対応する、かつ独立に起動可能なキースイッチにより特徴付けられ、動作アルゴリズムもまた当該分散配置キー領域の下方にある関連スイッチの起動を含む。

好適には、隣接する高層キー領域の中心からの距離（on-centerdistance）は、成人の指の幅の半分より狭い。

いくつかのケースにおいて、対応する触覚フィードバック要素（tactilefeedback element）が、各高層キー領域および各分散配置キー領域の下方に配置されている。

いくつかの実装方式において、動作アルゴリズムは、高層キー領域の下方に配置された任意のスイッチ、および分散配置キー領域の下方に配置されたスイッチを含む組み合わせスイッチの起動の検知に応答して、分散配置キー領域に対応する出力を生成する。

いくつかの例において、動作アルゴリズムは、分散配置された領域の下方に配置されたスイッチ、および分散配置キー領域に直に隣接する高層キー領域の下方に配置された任意のスイッチを含む組み合わせスイッチの起動の検知に応答して、分散配置キー領域に対応する出力を生成する。

いくつかの状況において、分散配置キー領域の下方に配置された各スイッチは、一方の側で別の分散配置キー領域の下方に配置されたスイッチに、もう一方の側で高層キー領域の下方に配置されたスイッチに直接接続されている。

分散配置キー領域は、少なくともいくつかの実施形態において、凸型の露出面を有する。他のいくつかの場合では、それらは実質的に平坦である。

いくつかのケースにおいて、高層キー領域は各々、上面を画定する高層リッジ（elevatedridge）を含み、各分散配置キー領域は、複数の高層キー領域に直に隣接している。

いくつかの実施形態において、キーパッドは、高層キー領域の下方に配置された少なくともいくつかのスイッチの各々を、分散配置キー領域の対応する１個の下方に配置されたスイッチと電気的に接続するトレースを有するプリント回路基板を含む。

いくつかのケースにおいて、キーパッドは、スイッチ接点を形成すべく、各分散配置キー領域の下側まで伸長する、４個の電気トレース伸長部を有するプリント回路基板を備えている。例えば、各分散配置キー領域の下側のトレース伸長のうち２個が触覚ドームに接続し、残り２個のトレース伸長部は、当該分散配置キー領域が起動された際に、一時的に電気的に接触する露出トレースに接続することができる。

いくつかの好適な構成において、分散配置キー領域の下方に配置された各スイッチは、金属スナップ・ドームの内面の不連続箇所に接触するプリント回路基板の電気トレースにより起動される。好適には、スナップ・ドーム面の不連続箇所に接触するトレースは、スナップ・ドームの下方にある円形接触領域の周囲に間隔を置かれた３個の離散的接触を形成する。トレースは例えば、スナップ・ドームの下方にあるパイ形でもよい。

いくつかのケースにおいて、分散配置キー領域の下方に配置されたスイッチは各々、触覚フィードバック要素およびカーボン環を含む。そのような場合、触覚フィードバック要素は電気的に受動的であってよい。分散配置キー領域の下方に配置されたスイッチは各々、３個の信号トレースに接続されて、マトリクスの一方の側からスイッチへの単一のアクセスを、またマトリクスの他の側から２個のアクセス点を形成する。

いくつかのキーパッドにおいて、高層又は分散配置キー領域は、キーを起動する間、湾曲する成形プラスチック・キーマットの各々の領域である。いくつかのケースにおいて、成形プラスチック・キーマットの各々の領域ではないキー領域が、キーマット内で各々間隔を空けて配置された孔を通して露出されている。いくつかのケースにおいて、キーマットの下面から伸長するようにスナップ・ドーム・アクチュエータが成形されている。キーマットはまた、製品筐体と一体的に成形されていてよい。

他のいくつかのケースにおいて、キー領域は、キースイッチの配列の上方に引き伸ばされた状態で保持されたシートに固定されたキーの上面である。引き伸ばされたシートは例えば、１枚のエラストマー樹脂のシートで構成されていてよい。好適には、エラストマーシートは少なくとも１方向に、少なくとも２０パーセント引き伸ばされた状態で保持されている。いくつかの事例において、引き伸ばされたシートは、シートの主平面から伸長するプリーツ（a pleat extending out of a principal plane）等、弾性的に膨張可能な領域（resilientlydistendable region）を備えるように成形されたプラスチック・シートを含んでいる。

本発明の別の態様に従い、キーマット、およびキーマットの下方に配置されたスイッチ基板を含むキーパッドの改良を提供する。当該キーマットは、隣接するキー領域と独立に押下された際に関連付けられた出力を生成する別々の高層キー領域を形成する露出した上面を有し、当該キーマットはまた、隣接する高層キー領域の間に分散配置され、他の関連付けられた出力を示すべくラベル付けられている、別のキー領域を画定する。当該改良は、キーマットがスイッチ基板全体にわたり引き伸ばされた状態で周辺部に固定的に（rigidly）保持されていることを特徴とする。

いくつかの実施形態において、高層キー領域は、エラストマーシートに固定された剛性キーの上面である。

エラストマーシートは好適には、所与の方向に少なくとも２０パーセント引き伸ばされた状態で保持されるか、または二つの直交する方向の各々に引き伸ばされて保持される。

いくつかの例は、シートの主平面から伸長するプリーツ等、弾性的に膨張可能な領域を備えるように成形されたプラスチック・シートによりキーマットを特徴付ける。

いくつかの実施形態において、キーマットが引き伸ばされた状態で、キーマットは剛性キーパッド筐体のピンを受け入れる周辺孔を画定する。

本発明の第三の態様に従い、電気キースイッチは、通常は互いに電気的に絶縁された少なくとも２個のスイッチ接点を有するプリント回路基板と、プリント回路基板の上方に配置された金属スナップ・ドームを含む。当該ドームは、スイッチ接点の上方に配置されたリッジによりその端が画定された下方を向く空洞を形成する中央高層領域を有し、スナップ・ドームが起動された際に中央領域の周囲のリッジがスイッチ接点全体にわたり環状の接触領域内のプリント回路基板と噛み合うことにより、スナップ・ドームとスイッチ接点の間に電気的接触をもたらす。

いくつかの実施形態において、スナップ・ドームは、プリント回路基板上の参照トレースに当接配置されて電気的に接触している外縁部を有する。

好適には、環状接触領域は金属ドームの名目直径の約３分の１である。

実施形態の一例において、スイッチ接点はくさび形である。好適には、各スイッチ接点は、接触領域の外周に沿って約２０度にわたり伸長する。

スイッチ接点は好適には、接触領域の回りに互いに等距離に配置されている。

いくつかのケースにおいて、高層リッジは連続した環を形成する。他のいくつかのケースにおいて、リッジは間隔を空けて配置されたリッジまたはリッジセグメントの環を含む。

いくつかの用途において、スナップ・ドームは、間隔を空けて置かれた３個のスイッチ接点と重なり合う。

いくつかのケースにおいて、スイッチ接点が十分に厚いため、湾曲したスナップ・ドームは、ＰＣＢの他のどの表面に接触する前に、全ての下方に配置されたスイッチ接点に接触し、好適には、スナップ・ドームが十分に薄く、かつスイッチ接点が十分離れて間隔を空けているため、湾曲したドームが下方に配置されたスイッチ接点の全てと接触している状態で、ドームは隣接するスイッチ接点間のＰＣＢの方へ更に湾曲することができる。

キーマットおよび当該キーマットの下方に配置されたスイッチ基板を含むキーパッドに対する本発明の別の改良では、当該キーマットは、隣接するキー領域とは独立に押下された際に関連付けられた出力を生成する別々の高層キー領域を形成する露出した上面を有し、当該キーマットはまた、隣接する高層キー領域の間に分散配置された他のキー領域を画定し、スイッチ基板は、関連付けられた高層キー領域の下方に配置されたスイッチと、分散配置された領域の対応するものの下方に直接配置されたスイッチとの両方を含む。

起動された際に各々が対応する文字出力を生成する高層キー領域の配列と、当該高層キー領域の間に分散配置されていて、少なくとも１個の隣接する高層キーの起動を含む動作アルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて文字出力を与えるキー領域の配列との両方を含むキー領域のマトリクスを有するキーパッドに対する別の改良に従い、分散配置キー領域は顕著に凸型である上面を有する。

指の下方に複数のスイッチを配置することは、受け付けた各々の入力に対し１個の明瞭な触覚フィードバックを提供するという健全な人間工学的設計の信条に反する。高度な（金属ドーム）触覚のフィードバックを提供しようとする従来の試みは、組み合わせキーの信頼性が好ましくなく、１入力に対し複数の「クリック」が生じる不都合があった。結局、本明細書に開示するいくつかの実施形態で提案する解決策は、複数の変更点を同時に必要とするものであり、（フィードバックが既に過剰にあったという問題を解決する手段として）更なる触覚フィードバックを追加し、（本明細書で開示するいくつかの改良がなければ中央処理装置へのライン数が増えるという好ましくない影響があったであろう）ＰＣＢマトリクス内へのサブマトリクスを追加し、および、いくつかの点で（中央の組み合わせキー領域に関連付けられた出力を生成する高層キーを対角線上に配置した）初期のＩＡＣＫ概念を放棄して、非高層および高層キーを階層化して非高層キーを優位にさせる方式を採用することを含む。更に、改良されたキーマット構造は、普通の指で独立および組み合わせキーの両方を確実に起動できる機能を改良する。

単一のドーム構造を囲む４個のキーに対する、該ドーム構造の相対的な高さおよび相対的な強さ、およびキーマット自体の内部の相対的に弱い湾曲力を利用するキーパッド構造を提供する。この方式は、凸型の非高層キーと組み合わせた場合に特に有利である。

単一の金属ドームとの複数のスイッチ接触を行なう際の信頼性は、不連続箇所に接触するトレースを狭めること、およびトレースの金属部分を厚くすることで、不連続箇所が３個の離散的接点と接触した際に３個の離散的接点の間に配置された不連続箇所の一部がプリント回路基板の方へ物理的に湾曲するようにすることにより向上する。複数の接触を同時に行なう際の信頼性は、スナップ・ドームとトレースが「３箇所」すなわち直径をほぼ三等分する場所だけで互いに接触する場合に特に向上する。

プラスチック筐体内に保持されるエラストマー・キーパッド・ウェブの材料特性が異なるため、温度変化が極端な場合にスナップ・ドームとの接触が失われる恐れがある。接着剤の使用（余計なサービスと製造時の配慮が増える）を必要とせずにキーマット・アクチュエータとドームの接触を維持するために、キーマットに予荷重をかけるか、または引き伸ばした状態で組立てることが望ましい。

本発明のいくつかの態様により、高層または非高層キー領域のいずれかにかかわらず、各キー入力に対して明瞭かつ主観的に良い触覚フィードバックを有する、小型化キーパッドを実現することができる。本明細書において開示および特許請求する他の特徴として、例えばキーパッドを筐体と一体化させる剛性プラスチック・キーパッドを提供したり、キーパッド・タイル等の露出した縁の数を最小化することによりキーマットの耐久性を向上させることができる。更に、その他の改良により可撓性キーマットの寿命と可用性が向上する。本明細書に開示する改良されたドームスイッチ構造は、ユーザーへ単一の触覚フィードバックを返すことにより、２個以上の接触経路にわたり高い信頼性を以ってほぼ同時に接続を行なうことができる。

本発明の一つ以上の実施形態の詳細を、添付図面および以下の説明により開示する。これらの実施形態のいくつかは、ＩＡＣＫキーパッド、又は隣接する高層キー領域に関連付けられたスイッチを組み合わせた状態によってのみ出力が決定されるキー領域を有するキーパッドに対する改良に関して述べる。しかし、本発明の態様のいくつかは、このような種類のキーパッドには限定されず、他の態様によりその動作アルゴリズムを特徴付ける点を理解されたい。本発明の他の特徴、目的および利点は、記述および図面、並びに特許請求の範囲から明らかになる。

詳細な説明
図１に、組み合わせキー領域２２（図３、１０も参照のこと）の間に分散配置された独立キー領域１１の配列を有するＩＡＣＫキーパッドの独立キー１１の下側で、駆動ライン２４（垂直に示す）と検知ライン２６（水平に示す）の交差部位の１箇所に配置された、２本のライン間を一時的に接続する、金属またはプラスチック製の従来型スナップ・ドーム１２（図３）を収容するスイッチ２１を示す。スナップ・ドーム１２（好適には金属製）の底部は、その上方で駆動ライン２４と電気的に接触しているプリント導電ベース２９上に配置されていて、スイッチ２１の中心は右側で検知ライン２６と電気的に連続している。その結果、関連付けられたスナップ・ドーム１２を起動することは、目的とする組み合わせキー２２の右上側に配置された独立キー１１の下のスイッチ起動することと電気的に同等になる。また、駆動ライン２４の下方でこれと電気的に連続している１個の補助接点２０、および検知ライン２６の左側でこれと電気的に連続している１個の補助接点２０を示す。テープ層がスナップ・ドーム１２を覆うことにより、補助導体１８（図３）への接触を防ぎ、更に補助接点２０に対応するカットアウトを備えているため補助導体とＰＣＢとの接触を可能にする。その結果、関連付けられたスナップ・ドーム１２を起動することは、目的とする組み合わせキー２２の左下側に配置された独立キー１１の下側のスイッチを起動することと電気的に同等になる。（組み合わせキー２２を挟んで対角位置に配置された）これら２個の独立キー１１を同時に起動することは、中央部の組み合わせキーを起動する意図をコントローラに対して通知する役割を果たす。

図２に、検知ライン２６から電気的に絶縁された駆動ライン２４を示すが、これらの間の電気的接続は、独立キー領域１１の位置に対応して各々の独立交差部位１４に設けることができる。いくつかの初期のＩＡＣＫキーパッドと同様に、システムのソフトウェアは、組み合わせキーの入力を、少なくとも２個の対角方向に隣接する（すなわち逆隣接）独立キー領域１１を起動した結果として登録する。例えば、「Ｅ」と「Ｌ」の両方、または「Ｆ」と「Ｋ」の両方を起動すると、数値「３」を入力する意図としてシステムにより登録される。しかし、このマトリクスにおいて、トレース伸長部５０は、各組み合わせ交差部位１５で互いにほぼ接触する程度に、各組み合わせキー領域２２を囲む４個のトレースセグメントの各々から伸長する。トレース伸長部５０は、接触領域１４１内に入り込むまで各組み合わせキー領域２２内で伸長する。伸長部５０は、接触している間に各交差部位で一意な抵抗を与えるべく選択的に調合または別途変性された導電性インクで作られていて、トレース抵抗を検知することにより接触状態における交差部位を識別することが検証可能になる。

組み合わせ交差部位１５の直上にある組み合わせキー２２を起動すると、交差部位１５におけるトレース伸長部５０の４個の隣接端部間の接点が閉じ、それにより駆動ライン２４と検知ライン２６の隣接する一対を接続して、周囲を囲む４個の独立交差１４の全てを起動したのと電気的に同等になる。所与の組み合わせ交差部位１５の４個のトレース伸長部５０の全てを接続するスイッチ構造の例を図１および２１〜２３に示す。

図３〜４に、独立キー１１および組み合わせキー２２の要素を含む、露出したキー領域の波状面輪郭を形成する薄いシート７０を有するＩＡＣＫキーマット３０ａの働きを示す。シート７０は、ポリカーボネートやポリエステル等、比較的硬くて堅牢な材料から作ることができ、熱形成等の処理により形成することができる。例えば、シート厚みは０．００２〜０．００５インチが好適である。各独立キー領域１１の下方に、例えば射出成形等で形成された、異なる材料のアクチュエータ３６が配置されている。アクチュエータ３６は、金属やポリエステル・ドーム等、各々の高フィードバックｎの直上に配置されている。同様に、各組み合わせキー領域２２の下方に、アクチュエータ３６および高フィードバック・スナップドーム１２が配置されている。

図に示すように、アクチュエータ３６の下面と、関連付けられたスナップ・ドーム１２との間隔に違いがある。シート７０と独立キー１１のアクチュエータ３６との接触領域は、使用中に変形しない独立キー１１の部分であって、主として独立キー１１を起動する間に指５５が接触する上部の平坦領域に限られる。その目的は、独立キー１１の傾斜側の剛性を最小化しながら、触覚フィードバック要素１２に力を伝達するためである。シート７０と触覚フィードバック要素１２（スナップドーム）との間で力を伝達する構造または構造群は、シート７０に取り付けられていなくてもよい。独立キー領域１１の下方に配置されたアクチュエータ３６は休止時には、関連付けられた触覚要素から、少なくとも触覚要素のストローク長より長い距離「ｄ」だけ離されている。図に示す実施形態において、全てのスナップ・ドーム１２の高さとストローク長は同じである。触覚フィードバック（検知された１個の入力に対して特に１個の明瞭な感覚フィードバックが対応）は、あらゆるキーパッドの極めて重要な側面であり、ＩＡＣＫのように複数の触覚要素をユーザーの指の下方に直接配置する技術に特有の性質とは対照的である。この構造は、組み合わせキー２２または独立キー１１が押下された際に、ＩＡＣＫキーパッドにおいて単一の明瞭な触覚フィードバックを提供する。

図に示すように、独立キー・アクチュエータ３６は、指による起動力の大半が掛かる独立キー領域１１の最上位平坦領域の下方にのみ配置されている。これにより、高層独立キー領域１１の傾斜面はキー動作の間、アクチュエータ３６により拘束されずに自由に曲がることができる。

組み合わせキー２２（図３）に印刷された文字を入力しようとしてユーザーの指５５が押下するにつれてシート７０内に何らかの変形が生じるが、主な結果として、目的とする組み合わせキー領域２２が下方へ湾曲するにつれて、隣接する独立キー領域１１の下方への湾曲が生じる。しかし注目すべきは、図３に示すように、組み合わせキー領域２２の直下方にあるスナップ・ドーム１２が、隣接する独立キー領域１１のそれらよりも短い湾曲距離でトリップされる点である。これにより、組み合わせキー２２の起動に応答して、（金属またはボリエステルドーム等からの）単一かつ極めて明瞭な触覚フィードバックが得られる。

逆に、ユーザーの指５５が独立キー領域１１（図４）を起動すべく押下するにつれて、周囲を囲む触覚要素のどれかがトリップされる前に当該独立キーの直下方にあるスナップ・ドーム１２がトリップされる。起動された独立キー領域１１に対するシート７０を湾曲させるのに必要な力が、隣接する組み合わせキー領域２２の下方に配置されたスナップ・ドーム１２をトリップする合力よりも弱い限り、選択された独立キー１１は移動し続けて関連付けられたスナップ・ドーム１２だけをトリップする。

図５に、図３の実施形態の変型であるキーマット３０ｂを示す。ここに、アクチュエータ３６は、材料の圧縮を最小限にしつつ光伝導を向上させるために、剛性かつ光学的伝導性材料で形成されており、および／または、円錐形をなしている。これらは金型内２射出成形工程（a two shot in-mold process）により形成することができ、ウェブ９７を形成するエラストマー材料が最初に形成され、第二の射出が高デュロメータ材料のアクチュエータ３６を形成する。あるいは、コンセントレータ３６がより柔らかいエラストマー内に挿入成形されてもよい。コンセントレータ３６の上面は、キー領域を識別する文字その他の記号を形成する形状を有することができる。

図６に、本ソフトウェアを簡素化し、ＩＡＣＫキーパッドを操作するのに必要な処理ステップを減らして、ＩＡＣＫキーパッドにおける高品質の触覚フィードバックを可能にする復号化方法を示す。ステップ１００において、二つのクラスのキーがソフトウェアで構築される。これらは、２種類のキーのリスト（１１、２２）のように簡単なものでも、あるいは、一種類のキーのリストにして、残りのキーは（既定値として）第二の種類としてもよい。独立キー１１は第二のクラスに割り当てられ、組み合わせキー２２は優位クラスに割り当てられる。注意すべきは、特定の独立１１および組み合わせキー２２の相対位置は、復号化アルゴリズムの一部ではなく、目的とする出力を規定するために絶対位置とクラスが用いられる。逆に、初期のいくつかのＩＡＣＫキーパッドでは、各キーの相対位置を知ることが動作の基本であった。ステップ１０２において、システムはユーザーが独立キー１１等の二次キーを押下していることを検知する。システムは、このキー入力を受理しても、または指定された遅延期間だけ待機してもよい。ステップ１０４において、二次キーが解除される前に、ユーザーが別のキー起動を押下する（システムが検知する）。ソフトウェアは、第二のクラスの全てのキーよりも優位クラスのキーが優先されるため、どの対角線が含まれるかを解析して、選択された対角線およびそれらの間の組み合わせキーの相関計算を実行する必要がない。図９を簡単に参照するに、いくつかの従来型ＩＡＣＫキーパッドにおいて、「Ａ」キーを起動することは、高層キー領域１と６、または２と５の起動を必要とするであろう。しかし、本アルゴリズムでは、「Ａ」単独の場合と同様に、数値キー１から１２のどれでも「Ａ」キーと組み合わせることにより、「Ａ」の出力が得られる。独立キーの位置は重要でない。ステップ１０６において、システムは主キーのために二次キーを放棄する。このアルゴリズムは、高品質の触覚フィードバック有し、組み合わせキー２２を起動する意図を示している逆隣接独立キー１１の原理に基づいて動作する、ある種の従来型ＩＡＣＫキーパッド構造には有用でないかもしれない。そのようなケースでは、全体的なサイズ縮小のために独立キーの間隔が大人の指幅の半分より狭く配置されていたため、組み合わせキーの操作が、（スナップ・ドームを有するキーパッドで）少なくとも２個のスナップ・ドーム１２の起動を必要とした。図１１の凸型組み合わせキー構造と組み合わせて用いる本アルゴリズム（または図７のもの）は、ＩＡＣＫキーパッドにおける個々の高品質の触覚フィードバックを考慮している。

図７に、本ソフトウェアを簡素化し、ＩＡＣＫキーパッドを操作するのに必要な処理ステップを減らして、ＩＡＣＫキーパッドにおける高品質の触覚フィードバックを可能にする別の復号化方法を示す。（図６のものと同様に）本方法は、図８、９に示すようにプリント回路基板レイアウトでの利用に適している。図２９のステップ１００と同様に、ステップ１１０において二つのクラスのキーが識別される。しかし、ステップ１１２において、追加的なリストが作成され、この中で優位キー（dominant key）に対し隣接する二次キーが関連付けられる。図９を参照するに、「Ａ」に１、２、５および６が、「Ｂ」に２、３、６および７が、「Ｃ」に３、４、７および８が、「Ｄ」に５、６、９および１０が、「Ｅ」に６、７、１０および１１が、「Ｆ」に７、８、１１および１２が各々関連付けられている。以下のように、所定の要素が特定クラスに含まれる一組のリスト（asingle set of lists in which a predefined element is of a particular class）を生成することにより同じ結果が得られる点に注意されたい。「Ａ、１、２、５、６」、「Ｂ、２、３、６、７」、「Ｃ、３、４、７、８」、「Ｄ、５、６、９、１０」、「Ｅ、６、７、１０、１１」および「Ｆ、７、８、１１、１２」、ここに各リストの特定の文字（この場合第１文字）が優位キーである。優先（組み合わせ２２）キーに対する位置は重要でないため、物理的に隣接するキーを識別する他の文字は任意の順序で並んでいてよい。ステップ１１５において、複数のキーがユーザーにより押下され、システムにより検知される。ステップ１１７において、システムはステップ１１０および１１２で生成された分類および優先順位を参照する。入力ストロークの最初の瞬間に１個以上の二次キーが検知され、その後でシステムが全ての二次キーが無効化される前に優位キーを検知した場合、システムは優位キーを優先させて二次キーを放棄する（ステップ１０６）。図６の方法と同様に、出力は、多くの従来型ＩＡＣＫキーパッドと同様に、逆隣接キーの組み合わせだけに基づく訳ではない。本方法を図８のＰＣＢレイアウトと組み合わせて、隣接する駆動ラインを同時に駆動することにより、独立、組み合わせ、および曖昧なキーのグループ分けを単一サイクルで首尾よく識別することができる。特に、いくつかの従来型ＩＡＣＫキーパッドでは、隣接するラインを同時に駆動し、それにより組み合わせキーを単一ステップで決定することが可能だったが、２個の隣接する水平または垂直キーが押下された場合に曖昧な結果をもたらす恐れがある。この曖昧さにより、スイッチ・マトリクスの真の状態を決定する第二のサイクルが必要とされた。この問題は、隣接する駆動ラインを同時にパルスさせてマトリクスの曖昧でない情報を提供するとともに、独立キーと有効な組み合わせキーの両方の組み合わせを単一サイクルで正確に決定することで現在解決されている。本方法はまた、各キーが関連付けられたダイオードであるキーパッド等、キーが独立にアドレス指定可能なキーパッドでも機能する。

図８に、図６および７の方法を実装するハードウェア構成を示す。組み合わせキー２２からの出力を測定すべく検知ライン２６が加えられている。組み合わせキー２２の入力専用であるスイッチ２１は、独立キー１１の駆動ライン２４を介して駆動される。独立キー１１の駆動ライン２４からの信号をタップするブリッジ３１により組み合わせキー２２へ入力が与えられる。検知ライン２６はプロセッサ１５１に至る。駆動ライン２４上の電気的ワード（electrical word）は検知ライン２６上で読まれて、任意の組み合わせキー２２または独立キー１１スイッチを識別することができる。この情報は、好適には図６および７の方法により利用される。

図９に、図６および７の方法を実装する際に有用な別のＰＣＢ設計を示す。この場合、組み合わせキー２２のスイッチは、ＤＲ２、ＤＲ４およびＤＲ６とラベル付けられた駆動ライン２４から直接信号を受ける。

次いで図１０を参照するに、指５５により加えられた力が、指の中央領域３４、すなわち湾曲の頂点であって骨の下方の中心に、集中される。力は中央領域３４を通って伝達され、指５５の外側部分が高層キー領域１１の周囲に沿う。独立キー１１の片側と組み合わせキー領域２２の凸面３８の間に局所的な窪み１３６が生じる。窪み領域１３６により、独立キー１１と組み合わせキー２２の間に触覚の区別が生じる。

図１１に、組み合わせキー２２を押下している指５５を示す。組み合わせキー２２に凸型形状３８が被せられていて、中央領域３４に接する高層面を提供するが、独立キー領域１１ほどには高くはない。すなわち、組み合わせキー領域２２を起動すべく図１１のように置かれた肉厚の指５５は、隣接する独立キー領域１１を起動すべく同じ指が図１０のように置かれた場合よりも、キーパッドを深く押し込むため、独立キー領域１１は、少なくとも組み合わせキー領域２２より上方に有効に高くなっている。組み合わせキー２２の中央領域３４から外れた位置に、指からの力を分離する窪み領域１３６があり、結果的に中央領域３４に更に力を集中させ、より大きな領域や隣接する独立キー１１上へ力が分散するのを避ける。これにより凸型形状３８を通る力の伝達を増し、そのため指５５により隣接する独立キー１１を起動する恐れが少なくなると同時に、（下に単一の独立に操作可能なスイッチを含んでいて、明確に規定された触覚反応を提供する）組み合わせキー２２を起動することができる。独立キー１１の直径と組み合わせキー２２の直径の最適な関係はほぼ１：２である。しかし、例えば指の位置が不正確なため、または指が大きいために１個以上の隣接する独立キー１１が誤起動された場合、図８または９の電子回路および図６または７のアルゴリズムで吸収することができる。触覚フィードバック（好適には、検知された１個の入力に対する１個の明瞭な感知フィードバック）は、あらゆるキーパッドで重要な態様である。これらの構造は、組み合わせキー２２または独立キー１１のいずれかが押下された際に、ＩＡＣＫキーパッドの単一かつ明瞭な触覚フィードバックを提供する。

図１２に、有効に平坦な形状１４０をなす組み合わせキー領域２２を押下している指を示す。再び、組み合わせキー領域の下方にある単一かつ独立に操作可能なスイッチは、明確に規定された触覚反応を提供する。

図１３に、キーパッド面が基本的に平坦であり、独立キー１１が環またはエッジ等により定義された触覚要素１４２により識別され、組み合わせキー２２が凹型であるキーパッドの、高層キー領域１１を押下している指を示す。

図１４に、関連付けられた電子装置の筐体９０から取り外されたキーパッドを示す。組み合わせキー２２および独立キー１１が別々にエラストマーシート４１に接着されている。アクチュエータ３６とスナップ・ドーム１２の一貫した機械的接触の信頼性を増すべく、エラストマーシート４１は拘束部材１４３よりも小型に製造されているため、エラストマーシート４１には図１５に示すように組立て時に張力が掛けられている。換言すれば、エラストマーシートは引き伸ばされて（すなわち張力が掛けられて）拘束部材にフィットする。すなわち、拘束部材１４３間の筐体の差し渡しの長さは、シート４１の対応する位置の特徴４９の間の距離よりも大きい。しかし一実施形態において、中央にあるキー（例えば図の中央にあるもの）は、組立て後に置かれる位置に配置され、周辺に近づくにつれてキーは、製造後の位置に次第に近づく位置でシート４１に接着される結果、製造（およびシート４１の引き伸ばし）終了後にキーは正しく配置されている。寸法「ｘ」は組立て前の隣接キー間の隙間を示す。同様に、一実施形態では、アクチュエータ３６、または金属ドーム１２およびドームのスイッチ４８の位置が非組み立てシート４１に対してずれており（並びが揃っていない）、アクチュエータ３６、金属ドーム１２、およびＰＣＢ２３にプリントされたドームスイッチ４８は（図１５に示すように）組み立て後に並びが揃う。

図１５を参照するに、キーパッドを組立てる際に、隣接キー間の隙間を「ｙ」で示す。典型的キーパッドの縁（最も影響を受けるキー）で、「ｘ」と「ｙ」の間の差は２０パーセントを超え、通常は２０〜８０パーセントである。組み立て後に、キーとアクチュエータ３６はスイッチ４８と並びが揃う。キーパッドは、筐体９０の開口部より小さく設計されている。あるいは、キー構造は、キー間の隙間距離を制御すべく、シートが引き伸ばされた状態でエラストマーシートに固定することができる。図１６のキーパッドのエラストマーシート４１ａは成形されて、所与の張力についてより広い範囲の温度にわたりエラストマーシートの張力を維持する手段として機能するプリーツ４７その他の強力な形をなすことができる。拘束部材１４３間の距離は、シート４１内の対応する位置の特徴４９間の距離よりも長く、組立てられたキーパッドにおいて、湾曲部４７は成形状態からいくぶん膨張（distend）している。

図１７に、組み合わせキー２２が貫通して露出する孔と共に、キーパッド領域上方に連続面を形成する、厚さが約０．５〜１．０ミリメートルのプラスチック（主に剛性）ウェブを含むＩＡＣＫキーパッド１０を示す。破線の領域は、ウェブ４０の範囲を示す。ウェブ４０がプラスチック材料であるため、製品自体の筐体９０と同じ材料から作成可能であり、さらに、製品の筐体９０と連続的に製造可能である。これは、設計の柔軟さ、美学（同一材料であるため、恐らく異なる設備で製造された異なる材料のカラー・マッチングにおける問題が回避される）、耐久性、およびコストにおいて大幅な利点をもたらす。タイリングを用いないため、セーター等の繊維材料が入り込む縁が無くて済む。独立キー１１は、ウェブ４０の材料を局所的に高くすることにより規定され、硬質プラスチックの湾曲により起動される。組み合わせキー２２は、ウェブ４０の孔に配置された離散的なプラスチック（主に剛性）キーである。その結果、ユーザーが感知できる触覚フィードバックを可能にするのに十分な湾曲を有する主に剛性なキーパッドが得られる。ウェブの裏側に、好適には製造工程の間の液体プラスチックの流れと共通の方向に沿って向けて、トラフ（trough）を追加することにより、柔軟性を増すことができる。筐体とキーマットの間の遷移領域を狭めたり、あるいはポリウレタン等の低デュロメータ材料で形成することにより、キーマットの縁における適合性が更に向上する。比較的動かない部分（relativelynon-motile portions）（この場合、独立キー１１およびウェブ４０）を合わせてキーパッドの面板と称することができる。

また図１８を参照するに、組み合わせキー２２はわずかな（凸型）突起または小さい山を含むが、独立キー１１の高さよりは顕著に低い。独立キー１１は、組み合わせキー２２よりも約０．２５〜０．７５ミリメートル高い。アクチュエータ３６の最下面から、その上方にある最上面まで測定したキーの全体的な高さは、スナップ・ドーム１２が起動された後の状態を含めて、ユーザーの指の湾曲部（中央部が高く、端の方が次第に低くなっている）が加える力断面のバルク（the bulk of the force profile）（中央領域３４）が組み合わせキー２２領域の内部に沿うようになっている。別の実施形態において、独立キー１１と組み合わせキー２２の高さは、ほぼ同一である。不連続なキーは、エラストマーシート４１によりキーパッド１０に固定されている。ウェブ４０は剛性であるが、全体的な構造はＰＣＢ２３に対して変移可能であり、ウェブ４０は組み合わせキー２２に対して変移可能である。この湾曲／変移により、剛性プラスチック面を備えたＩＡＣＫキーパッドの操作が可能になる。

図１９に、組み合わせキー２２がウェブ４０と一体成形されていて、独立キー１１は不連続である実施形態を示す。比較的動かない部分（この場合、組み合わせキー２２とウェブ４０）は、合わせてキーパッド１０の面板と称することができる。組み合わせキー２２が押下されるにつれて面板が変形する。

また図２０を参照するに、組み合わせキー２２の楕円系の長軸に沿った差し渡しを「Ｗ」とラベル付けしている。本実施形態において、（Ｗを超えた）ウェブ４０の連続的な特別の幅は、図１７、１８の実施形態に比較して、組み合わせキー２２の寸法を有効に増大させる。これにより、設計者にとり、ユーザーの指の力断面のバルクが山キーを起動しないように遠ざけておきやすくなる。また、誤って山キー１１を起動しても、余分な触覚フィードバックが生じるだけであるため、許容される点にも注意されたい。システムに送られる余分の信号による問題は生じない。ウェブ４０は剛性であるが、全体的な構造はＰＣＢ２３に対して変移可能であり、ウェブ４０は独立キー１１に対して変移可能である。この湾曲／変移により、剛性プラスチック面を備えたＩＡＣＫキーパッドの操作が可能になる。不連続なキーは、エラストマーシート４１によりキーパッド１０に固定されている。少なくともキー起動のストロークが続く間、ウェブ４０が弱い力で湾曲され得るのであれば、独立キー１１と組み合わせキー２２の両方に独立に可動性を提供することにより、図１８および２０の実施形態を同一製品に実装することも可能である。

次いで図２１、２２を参照するに、金属スナップ・ドーム１２は、図に示すリッジ等の幾何学的な不連続部位２１４によりその端が画定された下側を向く空洞１３を形成する、高層中央領域２１２を有する。不連続部位２１４は、プリント回路基板２３に配置された、通常は互いに電気的に絶縁されている少なくとも２個のスイッチ接点１６の上方に配置されている。金属スナップ・ドーム１２は、電気的に異なる別のスイッチ要素である信号基準部位（signal reference）２２４の上に静置されたエッジ１１８を含む。アクチュエータ３６は、高層中央領域２１２に力を加えて、これを変移させるべく配置されている。アクチュエータ３６により加えられた力が下方のＰＣＢ２３（アクチュエータ２０の中心の下）には伝達されず、中心を外れた位置の部材へ、この場合はアクチュエータの中心１７から放射状に外側に配置された不連続部位２１４の下側へ伝達される点に注意されたい。その結果、アクチュエータ３６により加えられた力のバルクは点ではなく線、この場合は円形の接触領域２３０を形成する曲線上に分散される。接触領域２３０は、金属ドーム１２の名目直径の約１／３であり、エッジ１１８との間で、および互いに等距離である「第三の」点または接触点を（接触領域２３０内に）に生成する。従って、不連続部位２１４の一方の側が第一のスイッチ要素１６に接触するにつれて、トルクがその接触点に加えられて、不連続部位２１４のもう一方の側を押しやって第二のスイッチ要素１６と接触させる。その目的は、２本以上の別々の電気ラインを共通の信号基準部位２２４に確実に接続させることである。不連続部位２１４の形状は、高層中央領域２１２が不連続部位２１４の下側エッジに対して高くなっているが、スナップ・ドーム１２の他の部分とは明確に異なる下向きの環状凹部であってよい。

図２２に示すように、ドームは、接触領域２３０に沿って、３個のスイッチ要素１６と接触する。信号基準部位２２４が第四の要素として機能する。ビア３２がスイッチ要素１６をＰＣＢの下位レイヤのトレースに接続する。各スイッチ要素１６は角度α、本例では約２０度にわたり伸張するが、これは全体でスイッチ要素１６を含む接触領域２３０の円周の約１／６に等しい。αの値を減らすことにより、１または２個のスイッチ要素１６と不安定な構成を接触させることにより、図２１で説明した動作の理論の目的をさらに推進する。従って、中心軸１７に加えられた力は、強められたトルクを加えて、たとえ２箇所の接触が既に確立されていても、金属ドーム１０と各スイッチ要素１６との間に接触を確立する。スナップ・ドーム１２を接触させることにより生じる不安定性、トリップ位置の近くで接触することにより生じるトルク、およびトレースの狭さは、局所的な圧力を増やしつつ、この方式が想定する潜在的な利点の一つである。３個のスイッチ要素１６を示しているが、２個の（頻度は少ないが４個の）スイッチ要素１６もこの設計から利点が得られる。不連続部位２１４は図２３に示すように、間隔を空けて配置されたリッジセグメントの環として形成することができ、各スイッチ要素１６との信頼性の高い接触を容易にすべくリッジ長および隙間が選ばれている。

キーパッド構造の更なるいくつかの特徴が、２００２年５月２３日出願の米国特許出願第６０／３８２,９０６号明細書、２００２年１０月２１日出願の同第６０／４１９,８４３号明細書、２００２年１２月９日出願の同第６０／４３１,７９６号明細書、２００３年２月３日出願の同第６０／４４４,２２７号明細書に見ることができ、いずれの開示も本明細書でその全体を引用している。

本発明の多くの実施形態について述べてきた。しかしながら、本発明の概念および範囲から逸脱することなく、各種の修正を加えることができる点を理解されたい。故に、他の実施形態も添付の特許請求の範囲内に含まれる。

図面の説明
露出したカーボンおよび金属ドームスイッチ・プレートを含むいくつかのスイッチとともに、キーパッド用の第一のプリント回路基板（ＰＣＢ）を示す。 高層および分散配置キー領域を有するキーパッドの断面図を示す。 熱形成ＩＡＣＫキーマット内の、組み合わせキー領域および独立キー領域の動作をそれぞれ示す。 熱形成ＩＡＣＫキーマット内の、組み合わせキー領域および独立キー領域の動作をそれぞれ示す。 バックフィルドエラストマーで成形された細い起動ポストを示す。 キーパッドの動作アルゴリズムを示す。 キーパッドの動作アルゴリズムを示す。 図６、７のアルゴリズムに有用な回路基板レイアウトを示す。 図６、７のアルゴリズムに有用な回路基板レイアウトを示す。 高層キー領域を押下している指を示す。 凸型の非高層キー領域を押下している指を示す。 平坦な非高層キー領域を押下している指を示す。 持ち上げられた端を有する高層キー領域を押下している指を示す。 筐体から取り外された弾性キーマットを示す。 図１４のキーパッドを組立てた状態で示す。 湾曲点により成形されたキーマットを有するキーパッドを示す。 剛性構造上に画定された独立キー領域を有するキーマットを示す。 図１７の線１８−１８に沿った断面図である。 剛性構造上に画定された組み合わせキー領域を有するキーマットを示す。 図１９の線２０−２０に沿った断面図である。 複数のスイッチ要素に同時に接触すべく設計された金属ドームを貫通して切った断面図である。 図２１のドームの下方に配置されたＰＣＢトレースを示す。 金属ドームの下方にある不連続な環要素を示す。各種図面内で同一の参照番号は同一要素を指示する。

Claims (25)

1. キー領域のマトリクスを備えたキーパッドであって、
   各々が起動時に対応する文字出力を提供する高層キー領域（１１）の配列と、
   前記高層キー領域の間に分散配置されていて、少なくとも１個の隣接する高層キー領域の起動を含む動作アルゴリズムに基づいて文字出力を提供するキー領域（２２）との両方を含み、
   前記キーパッドが、前記分散配置キー領域の下方に配置された、対応する、独立して起動可能なキースイッチ（２１）を含み、前記動作アルゴリズムはまた前記分散配置キー領域の下方にある、関連付けられたスイッチの起動を含み、
   前記分散配置キー領域は優位キーのクラスに割り当てられ、前記高層キー領域は二次キーのクラスに割り当てられており、
   前記動作アルゴリズムが、分散配置キー領域（２２）の下方に配置されたスイッチ（２１）および高層キー領域（１１）の下方に配置された任意のスイッチ（２１）を含む組み合わせスイッチの起動の検知に応答して、対応するキーのクラスを参照し、検知された優位キーの起動を優先して、検知された二次キーの起動を放棄し、前記分散配置キー領域に対応する出力を生成する、キーパッド。
2. 隣接する高層キー領域（１１）の中心からの距離が、成人の指の幅の約半分より狭い、請求項１に記載のキーパッド。
3. 各高層キー領域および各分散配置キー領域の下方に配置された、対応する触覚フィードバック要素を含む、請求項１または２に記載のキーパッド。
4. 高層キー領域（１１）の下方に配置された任意のスイッチ（２１）および分散配置キー領域（２２）の下方に配置されたスイッチを含む組み合わせスイッチの起動の検知に応答して、前記動作アルゴリズムが前記分散配置キー領域（２２）に対応する出力を生成する、請求項３に記載のキーパッド。
5. 分散配置キー領域（２２）の下方に配置された各スイッチ（２１）が、別の分散配置されたキー領域（２２）の下方に配置されたスイッチ（２１）、および高層キー領域（１１）の下方に配置されたスイッチ（２１）に直接接続されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のキーパッド。
6. 前記分散配置キー領域（２２）が、凸型である露出面を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のキーパッド。
7. 前記分散配置キー領域（２２）が、実質的に平坦な露出面を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のキーパッド。
8. 前記高層キー領域（１１）の各々が、上面を規定する高層リッジ（１４２）を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のキーパッド。
9. 前記分散配置キー領域（２２）の各々が、複数の高層キー領域（１１）と直に隣接する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のキーパッド。
10. 高層キー領域（１１）の下方に配置された少なくともいくつかのスイッチ（２１）の各々を、前記分散配置キー領域（２２）の対応する１個の下方に配置されたスイッチ（２１）に電気的に接続させるトレースを有するプリント回路基板（２３）を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のキーパッド。
11. スイッチ接点を形成すべく、前記分散配置キー領域（２２）の各々の下側へ伸張する４本の電気トレース伸張部（５０）を有するプリント回路基板（２３）を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のキーパッド。
12. 各分散配置キー領域の下のトレース伸長部（５０）のうち２個が接触ドーム（１２）に接続し、他の２個のトレース伸長部が、当該分散配置キー領域（２２）が起動された際に一時的に電気的に接触する露出トレースに接続する、請求項１１に記載のキーパッド。
13. 分散配置キー領域（２２）の下方に配置された各スイッチ（２１）が、金属スナップ・ドーム（１２）の内面の不連続箇所（２１４）を接触するプリント回路基板（２３）の電気トレースにより起動される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のキーパッド。
14. 前記スナップ・ドーム面の不連続箇所（２１４）により接触されたトレースが、前記スナップ・ドームの下方にある円形の接触領域（２３０）の周囲に間隔を空けて配置された３個の離散的な接点（１６）を形成する、請求項１３に記載のキーパッド。
15. 前記不連続箇所（２１４）が、前記スナップ・ドーム（１２）の下で中心を合わせて配置されていて、直径が前記スナップ・ドーム全体の直径の約３分の１である、請求項１３に記載のキーパッド。
16. 前記分散配置キー領域（２２）の下方に配置された前記スイッチ（２１）の各々が、触覚フィードバック要素（１２）およびカーボン環を含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のキーパッド。
17. 前記触覚フィードバック要素が電気的に受動的である、請求項１６に記載のキーパッド。
18. 前記分散配置キー領域の下方に配置されたスイッチ（２１）の各々が３個の信号トレースに接続されていて、前記マトリクスの一方の側から前記スイッチへ単一のアクセスを、また前記マトリクスの他方の側から２個のアクセス点を形成する、請求項１６に記載のキーパッド。
19. 前記高層（１１）または分散配置された（２２）キー領域のいずれかが、キー起動の間に湾曲する、成形プラスチック・キーマット（４０）の各々の領域である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のキーパッド。
20. 前記成形プラスチック・キーマット（４０）の各々の領域ではないキー領域が、前記キーマット内で間隔を空けて配置された各々の孔を通して露出している、請求項１９に記載のキーパッド。
21. 前記キー領域が、キースイッチの配列の上方に引き伸ばされた状態で保持されたシート（４１）に固定されたキーの上面である、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のキーパッド。
22. 前記引き伸ばされたシート（４１）が、エラストマー樹脂のシートを含む、請求項２１に記載のキーパッド。
23. 前記エラストマーシート（４１）が、少なくとも一方向へ、少なくとも２０パーセント引き伸ばされた状態で保持されている、請求項２２に記載のキーパッド。
24. 前記キーマットが、弾性的に膨張可能な領域（４７）を備えるように成形されたプラスチック・シートを含む、請求項２１に記載のキーパッド。
25. 前記弾性的に膨張可能な領域が、前記シートの主平面から伸長するプリーツを含む、請求項２４に記載のキーパッド。