メンブレンスイッチとは
メンブレンスイッチとは、PETフィルムなどのメンブレンが意味する「薄膜」のシートを回路上の接点に用いたスイッチのことです。
家電製品や検査装置など手動のスイッチの操作が必要な装置のボタンとして、メンブレンスイッチは幅広く利用されています。メンブレンスイッチは、薄膜のシート内部にスイッチ回路上の接点があります。手動で薄膜を押すことにより、スイッチが接続される仕組みです。
構造上スイッチ部が外気にさらされないため、防塵性や防水性に非常に優れたスイッチと言えるでしょう。なお、メンブレンスイッチには、スイッチを押す際のクリック感を持たせるために内部にディスクを使用している製品や、文字や数字などが表面のフィルムに印刷されている製品などがあります。細かな違いも含めると、非常に多種多様です。
メンブレンスイッチの使用用途
メンブレンスイッチの使用用途は、手動でボタンやスイッチを押す必要がある製品の回路的なスイッチ接続に幅広く利用されています。具体的には、家電製品や電子機器、検査装置、実験器具、自動車部品などです。他にも、メンブレンスイッチは私たちの身近な製品に幅広く利用されています。
- 電卓の数値や符号の入力部分
- 家庭用洗濯機のボタン
- コピー機やPCキーボードなどのOA機器の操作ボタン
- コインパーキングの風雨防水対応の操作パネル用ボタン
メンブレンスイッチを選定する際は、メンブレンスイッチの特徴でもある防塵性や防水性の他にも、耐熱性や耐久性、サイズなどのスイッチとして要求される諸々の仕様を考慮しなければなりません。
メンブレンスイッチの原理
メンブレンスイッチの原理は、PETフィルムなどの薄膜の表面シートを指で押すことにより内部の上接点シートがスペーサを介して積層されている下接点シートに接触し、接点同士が触れることで通電する薄膜の機構式スイッチの動作を活用したものです。
表面シートは、実際に使用者が手で触れる箇所で、数字や文字が印字されていて、防水処理が施されている製品もあります。上接点シートには導電性のボタンが付けられていて、下接点シート上にある部品は上接点シートに合わせたボタンと回路配線です。
スペーサは、上接点シートのボタンと下接点シートのボタンが通常時には接触しないようにするためのもので、ボタンに合わせて穴が開いています。ボタンを押すと、シート全体が押し込まれ、接点同士が接触し通電します。裏面シートは、メンブレンスイッチを使用する装置とメンブレンスイッチを接着するためのシートです。
このシート構成がメンブレンスイッチの基本ですが、表面シートが上接点シートを兼ねる場合や、クリック感を得るためにエンボスや金属ドームを併用する場合もあります。
メンブレンスイッチの種類
メンブレンスイッチの構造は、その汎用性の高い様々な用途に対応するために、非常に多くの種類があります。その中で基本となるのは次の3種類です。
1. フラットタイプ
表面がフラットで凹凸がないため、薄型化が容易です。また、最も簡単な構造で自由に配置できます。ただし、スイッチ部を押した際のクリック感はありません。
2. エンボスタイプ
表面シートに凹凸形状を持たせることで、スイッチ部押した際のクリック感やストロークがあります。
3. メタルドームタイプ
メタルドームと呼ばれる金属の板を表面シートの内側に組み込むことで、機械的なクリック感を出しているものです。
メンブレンスイッチのその他情報
1. LED内蔵メンブレンスイッチ
メンブレンスイッチは構造上多層に積層されているため、スイッチのON/OFFを視覚で認知しやすくする目的で、LEDを内部に実装することができます。LEDチップの高さ吸収のために、エンボスを表面シートに導入する他、スペーサの厚みで表面シートと接触しないように工夫がなされています。
メンブレンシートは透明なPETシートを用いている場合も多く、隣り合うLEDの発光色で複数の機能を表現したい時には、光の漏れを防ぐためにLEDの配置や内部の層構造に工夫を施す必要があります。
2. 車載向けメンブレンスイッチ
メンブレンスイッチは車載向けに使用されており、乗員を検知するセンサー用途に使われています。乗車時のシートベルト着用が義務化されたことで、自動車メーカーは乗員にシートベルト着用を促すシステムを構築しました。
座面にメンブレンスイッチを埋め込み、着座による座面の沈みによってメンブレンスイッチを動作させます。メンブレンスイッチの作動の有無によって人が座っているかを検出することが可能です。なお、手のひらサイズの大きなメンブレンスイッチが使用されている場合が多いのは、着座位置の偏りにより作動しないという誤作動を防ぐためです。
3. PCキーボード
メンブレンスイッチの現在の主な使用用途はPCのキーボードです。キーボード全体を覆う大きなシートに印刷工程で、複数のキーに対応した多様なスイッチの配線回路が形成されています。その後に複数の導電ボタンが付けられており、キーを押すことで通電しています。
対比される構造としては、機械式の構造を用いたキーボードがあげられます。機械式はキーが独立の構造となっているので、打鍵感 (タクタイル感) が特徴です。ただし、構造が複雑な分コストがかかるため、単純な構造で大量生産に向いているメンブレンスイッチを用いた方が比較的安価です。薄型化に対応しやすく、防塵性や防水性に優れていることから、現在は多くのPCキーボードにメンブレンスイッチは普及しています。
参考文献
https://n-membrane.com/switch/about/
https://www.nkkswitches.co.jp/support/klg/knowledge4.php
https://www.fujikura.co.jp/rd/gihou/backnumber/pages/__icsFiles/afieldfile/2009/03/17/R_7.pdf
https://n-membrane.com/switch/about/
https://i-da.co.jp/mem2/membrane.html