A 防水メンブレンスイッチ 層状ポリエステルキーパッドです。 IP等級 キーパッドのみによって決まるのではなく、キーパッドの形状、表面仕上げ、およびガスケットの圧縮動作によって決まります。 エンクロージャ それは結合されています。キーパッドは密閉面を提供します。エンクロージャがシールを提供します。
OEM の機械エンジニアは、日常的にメンブレンスイッチを完成した IP 定格コンポーネントとして扱います。そうではない。あるエンクロージャで IP67 の浸漬に耐える同じオーバーレイ、回路、スペーサのスタックアップが、別のエンクロージャでは水頭 200 mm で漏れます。変数がスイッチになることはほとんどありません。宅地幅、ガスケットの絞り、 テール出口ジオメトリ — キーパッドのサプライヤーが下流で修正できるものはありません。
- 1. キーパッドではなくエンクロージャが IP 定格を決定する理由
- 2. 密閉型メンブレンキーパッドの 4 つの漏れ経路
- 3. IP67 の成功を決定する筐体側の仕様
- 4. 密閉型メンブレンキーパッドのガスケット材質の選択
- 5. 検証: IEC 60529、MIL-STD-810H、および ASTM D1002
- 6. よくある質問
- 防水メンブレンスイッチを一から設計するにはどうすればよいですか?
- IP67 では、キーパッドよりもエンクロージャが重要なのはなぜですか?
- 密閉されたメンブレンキーパッドに最適なガスケット圧縮率はどれくらいですか?
- 標準のメンブレンスイッチを IP67 に後付けできますか?
- IP67 の周囲シールを実現するには、エンクロージャの表面の平坦度はどれくらい必要ですか?
- フレックス回路テールはエンクロージャから出るところでどのように密閉されていますか?
- IP67 テストはキーパッドまたはアセンブリ全体を認証しますか?
- 現場での防水メンブレンキーパッドの最も一般的な故障モードは何ですか?
1. キーパッドではなくエンクロージャが IP 定格を決定する理由
密閉型メンブレンスイッチは、厚さ約 0.6 ～ 1.4 mm の 5 ～ 8 層のラミネートです。その周囲は、2 枚の PET フィルムの間に封入されたアクリル感圧接着剤 (PSA) (通常は 3M 467MP または 468MP) のスクリーン印刷された銀インクの連続ビーズによってシールされています。内部的には、ラミネートはすでにバリアになっています。スクリーン印刷された痕跡に水が到達したということは、ラミネート自体が破損したことを意味します。これは設計上の欠陥ではなく、品質管理上の欠陥です。
現実的な故障モードは異なります。水が入ります インターフェース メンブレンスイッチとホストエンクロージャの間：周囲のPSAとハウジングの接着ライン、テール出口スロット、または侵入保護ではなく触感を重視したサイズの圧力均等化ベントを介して。 IEC 60529:1989 (AMD1:1999 および AMD2:2013 を含む) は、単一の封止層に対してではなく、システムとして組み立てられたエンクロージャーに対して IP 定格を定義します。 IPX7 テスト (深さ 1 m に 30 分間浸漬) は、裸のラミネートとしてのキーパッドではなく、完成したデバイスに対して実行されます。
OEM チームにとって役立つフレーム: 防水メンブレンスイッチ設計は、 80 % エンクロージャ、20 % キーパッド。キーパッドのサプライヤーは、接着剤の選択、層の位置合わせ、周囲の PSA ビーズの幅、テールシールの印刷品質の 4 つを管理します。残りは OEM が所有します。その「残り」がIP67を決定します。シールランド幅、50 mm スパンにわたるハウジング表面の平坦度、熱サイクル下でのファスナーのトルク分布、およびテール出口の形状 – ハウジングの CAD モデルに設定されたこれら 4 つの数値によって、アセンブリが最初の製品で IPX7 浸漬テストに合格するかどうかが決まります。 IP67 テストが不合格の場合、「スイッチに問題があるのか」という診断質問はほとんどありません。それは、ハウジングのシールランドが 3 mm 未満であるのはどこで、どのファスナーボスが隣のボスから 40 mm 以上離れているかです。
2. 密閉型メンブレンキーパッドの 4 つの漏れ経路
すべての IP 障害は、4 つの物理パスのいずれかに追跡されます。設計レビュー中にそれらに明示的に名前を付けることが、エンジニアリング上の意思決定を促進する最も早い方法です。
| # | 漏れ経路 | 仕組み | 管理エンクロージャパラメータ | 典型的なフィールド障害 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 外周PSAボンド | 熱サイクルや化学的攻撃によりアクリル接着剤がハウジング表面から剥がれる | シールランド幅 (IP67 の場合 ≥ 3 mm);表面エネルギー (≥ 38 dyne/cm);平坦度Ra≦1.6μm | 6 ～ 12 か月の屋外暴露後のエッジ剥離 |
| 2 | ガスケット圧縮ゾーン | フォームまたはシリコンガスケットの圧搾が不十分または不均一 | ガスケット圧搾 15 ～ 30 %。ファスナーピッチ ≤ 40 mm;ハウジングリブ剛性 | ガスケットの低圧搾点での局所的な滲み |
| 3 | テール/フレックスサーキット出口 | スクリーン印刷された回路トレースまたは PET フィルムのエッジに沿った毛細管ウィッキング | テールスロットの形状。出口のポッティングまたはストレインリリーフブーツ | 洗浄または高圧洗浄サイクル後の断続的なキーの故障 |
| 4 | ベントまたは均圧ポート | ラミネート全体の気圧デルタにより、液体の遮断が指定されていない一方向の通気口から液体が引き込まれます。 | ベントメンブレンタイプ（ゴア PMF シリーズなど）。濡れていない面に置く | 数週間かけてゆっくりと侵入します。オーバーレイの下に見える水 |
IP65 ～ IP67 ではパス 1 と 2 が優勢です。 1 と 2 が解決されると、パス 3 が IP67 ～ IP68 で優勢になります。パス 4 は、IP68 および IP69K、またはボイルの法則による 10 ～ 20 kPa の圧力スイングにより液体が静的シールを通過する高度サイクリング用途 (航空宇宙、屋外密閉ゲージ) でのみ発生します。
キーパッドのみに対応する密閉型メンブレンスイッチ設計（PSA 層の追加、ポリエステルからポリカーボネートのオーバーレイへのアップグレード、より深い触覚ドームのエンボス加工）は、これら 4 つの経路のいずれも閉じません。修復は機械的なものであり、ラミネート側ではありません。
3. IP67 の成功を決定する筐体側の仕様
OEM 設計図面では、キーパッド シーリング ランドのハウジングの 4 つの幾何学的および表面パラメータを指定する必要があります。値はターゲット IP 評価に応じて変化します。
| ハウジングパラメータ | IP54（防沫） | IP65（ジェット） | IP67(1m/30分) | IP68（連続） |
|---|---|---|---|---|
| シールランド幅 | ≥ 1.5 mm | ≥ 2.5 mm | ≥ 3.0 mm | ≥ 5.0 mm |
| 表面平坦度（山から谷まで50mm以上） | ≤ 0.20 mm | ≤ 0.10 mm | ≤ 0.05 mm | ≤ 0.03 mm |
| 粘着剤接着剤の表面粗さ（Ra） | ≤ 3.2 µm | ≤ 1.6 µm | ≤ 1.6 µm | ≤ 0.8 µm |
| ファスナー・ボスピッチ（コンプレッションシール） | ≤ 60 mm | ≤ 50 mm | ≤ 40 mm | ≤ 30 mm |
| ガスケットスクイーズ（発泡体） | 10–20 % | 15–25 % | 20–30 % | 25–35 % |
アルミニウム ダイカスト ハウジングの 1.6 µm Ra 仕上げには、通常、二次フライス加工または正面研削作業が必要です。鋳放し表面の測定値は 6.3 ～ 12.5 μm Ra です。処理を行わないと IP67 PSA シールを保持できません。射出成形された ABS またはポリカーボネート ハウジングの場合、SPI A2 または B1 までの金型研磨は、成形されたままの状態で 1.6 μm の範囲に達します。これが、ほとんどの IP67 ハンドヘルド機器がキーパッド インターフェイスに鋳造金属ではなく成形プラスチック エンクロージャを使用している理由の 1 つです。
各ファスナーが局所的なクランプ力を加えるため、ファスナーのピッチが重要になります。 2 つのファスナーの間の中間の隙間では、圧縮が最も低くなります。選択したガスケットの ASTM D395 および ISO 815 の圧縮永久歪みデータを、最悪の場合のミッドスパン ギャップと比較して確認します。 25 % クランプされた 1.5 mm Poron HPR ガスケットの場合、70 °C / 22 時間経っても回復した厚さは通常、元の厚さの 90 % 以内に留まります。ただし、どこでもスクイズが 15 % 以上に保たれている場合に限ります。広く配置されたボスの間の中間点でそのフロアを下回ると、回復曲線はテスト データが示すよりも速く低下します。
プロトタイプなしのファーストパス IP67 の設計ルール: 最初にハウジングを描画し、次に一致するキーパッドのシーリング フットプリントを指定します。。最初にキーパッドを指定し、ハウジングを任意の輪郭に対してシールするように要求すると、正しい順序が逆になります。これは、屋外用工業製品の後期段階での再設計の最も一般的な原因です。
4. 密閉型メンブレンキーパッドのガスケット材質の選択
PSA のみのシーリングとガスケットを追加したシーリングのどちらを選択するかは、ハウジングの剛性、予想される使用温度、および化学薬品への曝露によって決まります。 PSA のみのシーリング (0.05 mm の 3M 467MP または 0.13 mm の 468MP の単一周囲ビード) は、硬質成形プラスチック ハウジングの IP65 に十分です。 IP65 以上、または予想される屈曲性のあるハウジングでは、PSA ビードの後ろに圧縮ガスケットが追加されます。
| ガスケット材質 | 圧縮永久歪み (ASTM D1056) | 使用温度範囲 | 耐薬品性 | 一般的な IP 上限 | 相対コスト |
|---|---|---|---|---|---|
| ポロン® HPR マイクロセルラー ウレタン | < 10 % @ 70 °C / 22 h | −40 to +90 °C | 良好な溶媒と穏やかな溶媒。弱い対オイル | IP67 | 1.0× |
| シリコンソリッド（ショア40A～60A） | < 15 % @ 100 °C / 22 h | −60 to +230 °C | 油、酸、アルコールに対して優れています | IP68, IP69K | 2.5–3.0× |
| シリコンスポンジ(独立気泡) | < 12 % @ 100 °C / 22 h | −55 to +200 °C | ほとんどの化学薬品に対して優れています | IP67, IP68 | 2.0–2.5× |
| ポリウレタン (PU) フォーム、連続気泡 | 15–25 % @ 70 °C / 22 h | −20 to +70 °C | 溶剤と紫外線に弱い | IP54, IP65 | 0.6× |
| ブチルテープ（3M 5354シリーズ） | 該当なし（流動性） | −30 to +80 °C | 良い対水。弱い対燃料 | IP65, IP67 | 0.8× |
Poron HPR は、ASTM D1056 メソッド 2A に対する Rogers Corporation のデータシートに記録されているため、IP67 の屋内産業および医療機器のデフォルトの選択です。使用温度が 90 °C を超える場合、またはハウジングがオートクレーブサイクル (134 °C / 18 分、IEC 60601-1 準拠の医療用再利用可能機器で一般的) にさらされる場合には、固体シリコンが必要です。シリコン スポンジは妥協点です。独立気泡で水を遮断し、固体シリコンよりも密度が低く、100 °C 以上の温度でも許容されます。
PU フォームは、単位コストのスプレッドシートでは魅力的に見えますが、1 年以内に圧縮永久歪みで厚さが 15 ～ 25 % 失われ、9 か月目までにガスケットの圧搾率が IP67 の下限を下回ります。 IP67 屋外製品用の PU フォームを指定するエンジニアは、ほとんどの場合、2 回目の夏に現場復帰イベントに直面します。ブチルテープは、サービス分解製品の使い捨てシールとしては有効ですが (ガスケットは再シールするたびに交換されます)、長寿命のソリューションではありません。
5. 検証: IEC 60529、MIL-STD-810H、および ASTM D1002
指定された試験方法のない防水性の主張は無意味です。 IEC 60529:1989 がベースラインです。耐久性の高い OEM 顧客または軍用 OEM 顧客の場合、MIL-STD-810H がこれに取って代わります。
| 標準 | テスト内容 | テストパラメータ | 必要な場合 |
|---|---|---|---|
| IEC 60529 IPX5 | 6.3mmノズルからのウォータージェット | 12.5 L/分、距離 3 m、表面 1 分あたり 1 分 | 屋外商業用 |
| IEC 60529 IPX6 | 12.5mmノズルからの強力なウォータージェット | 100 L/min、距離 3 m、表面 3 分/m² | 海兵隊、ウォッシュダウン |
| IEC 60529 IPX7 | 一時的な浸漬 | 深さ 1 m、30 分、周囲水 | ほとんどの屋外用ハンドヘルド |
| IEC 60529 IPX8 | 連続浸漬 | メーカーが定義した深さと持続時間 | 密閉型ダイビングギア、センサー |
| IEC 60529 IPX9K | 高圧高温ジェット | 80 ～ 100 bar、80 °C、各場所 30 秒 | 自動車、農業 |
| MIL-STD-810H メソッド 506.6 | 降雨試験 | 4 インチ/時、30 分間、風速 18 m/s | 防衛、航空宇宙 OEM |
| ASTM D1002 | 接着ラップせん断強度 | シングルラップジョイントのプルツーフェイル | 債券ラインの資格 |
| ASTM D1056 | 気泡材料の圧縮永久歪み | 25 % たわみ、70 °C、22 時間 | ガスケットの認定 |
指定する 「IP67等級」 試験方法、試験機関、および評価がキーパッドのみに適用されるか組み立てられた筐体に適用されるかは、サプライヤーが自由に要件を解釈できるようにすることなく、調達図面に記載されます。より明確な描画メモは次のとおりです。 「初品検査で IEC 60529 IPX7 (1 m / 30 分) に合格するように組み立てられたエンクロージャ、テストレポートが必要です。」
6. よくある質問
防水メンブレンスイッチを一から設計するにはどうすればよいですか?
キーパッドではなく、エンクロージャから始めます。 IP ターゲットを定義し、シール ランド幅 (IP67 の場合は 3 mm 以上)、表面の平坦度 (50 mm にわたる山から谷まで 0.05 mm 以下)、ファスナーのピッチ (40 mm 以下)、およびガスケットの絞り (20 ～ 30 %) を指定します。キーパッドの密閉面積は、これら 4 つの数字から決まります。
IP67 では、キーパッドよりもエンクロージャが重要なのはなぜですか?
キーパッドのラミネートは、周囲の PSA ビーズと PET フィルムのバリアによってすでに内部がシールされています。ラミネート自体に欠陥がある場合にのみ、水が銀インク回路に到達します。実際の侵入は、キーパッドとエンクロージャのインターフェースで発生します。このインターフェースは、ハウジングの形状、表面仕上げ、およびファスナーによる圧縮によって完全に支配されますが、キーパッドのサプライヤーが制御するものはどれもありません。
密閉されたメンブレンキーパッドに最適なガスケット圧縮率はどれくらいですか?
非圧縮時の厚さ 1.0 ～ 1.5 mm の Poron HPR マイクロセルラー ウレタンの場合、IP67 の目標 20 ～ 30 % の圧縮率。 15 % 未満では、シールは 12 か月にわたる圧縮永久歪みに対するマージンを失います。 35%を超えるとガスケットがはみ出し、回復力が失われます。シリコン固体は 25 ～ 40 % の圧搾に耐えます。 PU フォームは 20% を超えてはなりません。
標準のメンブレンスイッチを IP67 に後付けできますか?
エンクロージャを再設計しないことはほとんどありません。キーパッド PSA ビーズは通常、1.6 µm Ra のハウジング表面に対して IP65 を実現できます。 IP67 を達成するには、通常、PSA の後ろに Poron またはシリコン ガスケットを追加する必要があります。これは、ガスケット ポケットと追加のファスナー ボスを提供するためにハウジングを変更することを意味します。キーパッドの仕様の変更ではなく、工具の変更です。
IP67 の周囲シールを実現するには、エンクロージャの表面の平坦度はどれくらい必要ですか?
PSA 専用シールの場合、シールランドの 50 mm スパンにわたって山から谷までの平坦度が 0.05 mm 以下、表面粗さが Ra ≤ 1.6 µm である必要があります。フォームガスケットシールの場合、ガスケットの圧搾が各点で 20 % 以上に留まれば、フォームが変動を吸収するため、平坦度は 0.10 mm 以下まで緩和できます。
フレックス回路テールはエンクロージャから出るところでどのように密閉されていますか?
一般的な方法は 3 つあります。(1) 組み立て後にテール出口スロットを 2 部構成のポリウレタンでポッティングする。 (2) ストレインリリーフブーツ内の 2 つのフォームパッドの間でテールを圧縮します。 (3) IP67 定格のケーブル グランドを介してテールを個別に配線します。サービス交換可能なアセンブリには方法 3 が推奨されます。方法 1 と 2 は、密閉型製品の場合は低コストです。
IP67 テストはキーパッドまたはアセンブリ全体を認証しますか?
IEC 60529 IPX7 は、組み立てられたエンクロージャをシステムとしてテストします。スタンドアロンの「IP67 定格のキーパッド」という謳い文句は、「このキーパッドは、サプライヤーの指定条件下で基準テスト ハウジングに接着した場合に IPX7 に合格しました」を省略したものです。 OEM の実際の製品は、構築された状態で再テストする必要があります。サプライヤーのテスト結果は転送されません。
現場での防水メンブレンキーパッドの最も一般的な故障モードは何ですか?
屋外で 6 ～ 18 か月の熱サイクルを行った後、周囲の接着ラインで PSA の剥離が発生します。通常、シール ランドが最も狭い角から剥離が始まります。根本的な原因は、ほとんどの場合、ハウジング表面の準備が不十分であること (残留離型剤、汚染、または 3 mm 未満のシール ランド) です。ラミネートの破損や回路の酸化など、スイッチ側の障害は一桁稀です。
この説明は、カスタム メンブレンスイッチおよび密閉キーパッドのメーカーである JASPER Electronics によって作成されました。上記の設計原則は、どのサプライヤーの IP67 キーパッドにも同様に適用されます。
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