機器操作用シリコーンゴムキーパッドとタクタイルスイッチの比較

シリコーンゴムキーパッドとタクタイルスイッチは、必ずしも競合する技術ではありません。操作部を構成する中で、それぞれが異なる階層に位置します。

接点付きシリコーンゴムキーパッド構成では、通常、成形されたキーが操作面、ばね作用、ガイド、復帰力を担い、導電性接点パッドなどの接点方式によって回路を閉じます。一方、個別タクタイルスイッチ構成では、PCBに実装された個々のスイッチが電気的なスイッチングとクリック感の多くを担います。その上に配置する外部アクチュエータの材質には、プラスチックや金属だけでなく、シリコーンゴムも使用できます。

したがって、OEMが実際に判断すべきなのは「ゴムか、スイッチか」ではありません。ばね、スイッチング、ガイド、シール、組立公差、保守方針をどの部品が担うかという点です。JASPERのシリコーンゴムキーパッド設計ガイドも、指から回路までの構成を一連の経路として捉える同じ考え方を採用しています。

比較する2つの構成を定義する

接点付きシリコーンゴムキーパッド構成

1枚の成形キーシートに、多数のキーを設けることができます。各キーは成形ウェブ（キーを支える薄肉弾性部）の変形によって動作し、カーボン接点パッド、導電性インク、金属接点、ドームを押すアクチュエータ、その他のスイッチング要素を備える場合があります。シリコーンゴムは、外観を形成するボタン、ばね、ガイド、接点保持部、シール部、表示印刷面、光を制御する部分など、複数の役割をまとめて担えます。

回路はこれとは別の要素であり、リジッドPCB、FPC、PET回路、メンブレン回路層などで構成されます。

個別タクタイルスイッチ構成

この構成では、PCB上の各キー位置に、個別のタクタイルスイッチ部品を配置します。外側のボタンは、指の力をスイッチのプランジャーに伝えます。このボタンには、独立したプラスチック製キャップだけでなく、非導電性のシリコーンゴムキーも使用できます。

このハイブリッド構成は重要なポイントです。シリコーンゴムキーでタクタイルスイッチを作動させることができます。JASPERの導電性ゴムキーパッドのページにも、独立したスイッチを押す非導電性アクチュエータがすでに掲載されています。

比較表

どちらの構成にも、あらゆる条件で優れるということはありません。OEMがキー表面、ばね、電気接点、ガイド、シール、PCBの支持、最終試験の担当を明確にして初めて、判断しやすくなります。

荷重、ストローク、キーのガイドを比較する

接点付きシリコーンゴムキーの荷重とストロークは、組込状態の形状全体によって決まります。キー上面、成形ウェブ、材料、接点高さ、PCBの支持、筐体による予圧、機械的ストッパーが関係します。そのため、単体のキーシートと筐体に組み込んだキーシートでは、操作感が異なる場合があります。

有効な承認評価では、単一の荷重値だけに頼るのではなく、押下時と復帰時の曲線、電気的な作動点、オーバートラベル、底付き、復帰挙動を確認します。

タクタイルスイッチも、型番によって特性が異なります。Panasonicのライトタッチスイッチ設計ガイドでは、押下荷重とストロークを、用途に応じて選定する変数として扱っています。ただし、スイッチのデータシートだけでHMI全体の操作感が決まるわけではありません。外部アクチュエータによって、遊びのストローク、予圧、摩擦、弾性変形、底付きの挙動が加わる場合があります。

キャップやシリコーンゴムキーが個別のスイッチを押す場合は、特にガイドが重要です。Omronのタクタイルスイッチの安全上の注意事項では、プランジャーを垂直な直線上で動作させることが示されており、中心からずれた位置や斜め方向からの操作は、スイッチ寿命を短くするおそれがあると注意されています。

シリコーンゴムをタクタイルスイッチの上に配置するハイブリッド設計では、意図しない二段階のクリック感も避ける必要があります。シリコーンゴムのウェブとスイッチの両方に強いスナップ感があると、組込状態の荷重－変位曲線は、どちらか一方の部品だけの場合とは大きく異なる感触になることがあります。カタログ上のスイッチだけでなく、組み立てたキーを検証してください。

シール、ベゼル、取付スペースを確認する

成形シリコーンゴムキーシートは、連続したエラストマー表面で複数のキー位置を覆うことができ、外周リップや圧縮用の形状を備える場合もあります。これにより、外側から見たシール経路を簡素化できることがありますが、それだけで筐体の保護等級が確定するわけではありません。締結部品、ケーブル引出口、ディスプレイ、コネクタ、組み合う部品の公差も、試験対象となるシステムに含まれます。

シール型タクタイルスイッチが保護するのは、メーカーが定義した構造の範囲内にあるスイッチ自体です。機器には、ボタン周囲、ベゼル、パネル開口部、筐体接合部から汚染物質が侵入する可能性が残ります。次の2つの問いを分けて考えてください。

1. 部品としてのスイッチは、その取付位置での暴露条件に適しているか。
2. 完成した操作インターフェースは、実際に出荷する組立構成そのものでシールされているか。

スペースも、断面全体で比較する必要があります。タクタイルスイッチのフットプリントが小さくても、スイッチの高さ、プランジャーのクリアランス、キーキャップ、ガイド、機械的ストッパーのスペースが必要になる場合があります。接点付きシリコーンゴムキーパッドでは個別スイッチのパッケージが不要になりますが、キーのストローク、回路の支持、筐体による圧縮は依然として必要です。

配線と組立作業を比較する

回路図のレベルでは、どちらの構成も、コントローラにモーメンタリ入力を与えるだけの場合があります。しかし、製造作業は異なります。

接点付きシリコーンゴム構成で一般的に必要となる作業は、キーシートの成形と仕上げ、裏面接点の定義、回路の接点パターンの製作、キーパッドとPCBの位置決め、支持と圧縮量の管理、筐体の組立、組込状態の操作感と電気的な接点閉成の試験です。

個別タクタイルスイッチ構成で一般的に必要となる作業は、管理対象とするスイッチ型番の選定、各スイッチの搭載とはんだ付け、実装済み基板の検査、外部アクチュエータ機構の取付け、プランジャーの位置合わせ・予圧・機械的ストッパーの管理、ベゼルまたはシールの組立、すべての入力の試験です。

シリコーンゴム構成では、多数のキーを1つの成形部品に集約できますが、その分、専用形状と金型・治工具に関する設計責任が大きくなります。個別スイッチ構成ではカタログ品のスイッチを使用しますが、キーごとに搭載とはんだ付けを行うスイッチが1個ずつ増えます。また、専用キャップ、ベゼルの専用形状、シリコーンゴム製アクチュエータ層が必要になる場合もあります。

どちらの工程も、それだけで低コストであることを証明するものではありません。金型・治工具、スイッチの部品表（BOM）、プリント基板実装（PCBA）作業、筐体の複雑さ、試験工数、想定数量、設計変更リスクを、同じアセンブリ供給範囲で見積もる必要があります。

説明用の例：同じ12キースペースで比較する

説明のための仮定例です。JASPERの顧客事例、見積もり、実測試験ではありません。

あるOEMが、同じ90 × 45 mmの前面パネル占有面積に12個のモーメンタリキーを収める必要があると仮定します。PCBの基本外形と筐体内で利用できる奥行きも同じ条件です。この例ではバックライトを使用しません。

案A：接点付きシリコーンゴム構成。 12キーの成形キーシートを、PCB上の12か所の接点位置に重ねます。筐体の基準部が積層構成を支持し、位置決めします。外から見えるキーが1個裂けた場合、修理にはキーシート全体の交換が必要になることがあります。PCBの接点が損傷している場合、ゴム部品だけを交換しても電気的な故障は解消しません。

案B：外部アクチュエータの下に12個のタクタイルスイッチを配置する構成。 PCBには12個の独立したスイッチを実装し、それとは別に、12個のキャップまたは1枚の非導電性シリコーンゴムシートからなるアクチュエータ機構を設けます。スイッチが1個電気的に故障した場合、基板上での交換が可能な場合があります。ただし、製品がアクセスと管理されたリワークを許容する場合に限られます。外部アクチュエータが裂けた場合、スイッチは電気的に正常なままでも、アクチュエータ層の交換が必要になることがあります。

この例は、前面パネルのスペースが同じでも、BOMの構成、金型・治工具の担当、組立ステーション、補修部品の方針が異なり得ることを示しています。

保守性とプロジェクト全体の範囲を評価する

保守性は、構成を選定する前に定義する必要があります。HMI全体の交換、PCBの交換、キーパッド層またはアクチュエータ層の交換、個別部品のリワークのいずれによって製品を修理するのかを決めてください。

タクタイルスイッチだからといって、自動的に「修理しやすい」わけではありません。シールされたパネルの下にあるSMT部品では、全体の分解とはんだ付け部分のリワークが必要になる場合があります。シリコーンゴムキーパッドも、自動的に「保守できない」わけではありません。筐体が交換を想定して設計されていれば、保持されたキーシートを交換可能な部品にできます。

調達担当者は、プロジェクト全体の範囲を比較する必要があります。

• キーパッドまたはアクチュエータ用の金型・治工具の所有権。
• 承認済みスイッチ型番とセカンドソース方針。
• PCB実装の責任分担。
• ベゼル、ガスケット、筐体の金型・治工具。
• 組込状態のキー荷重の受入基準。
• シール性能の検証。
• 電気試験の責任分担。
• 補修部品と修理方法。
• 生産数量と変更リスク。

調達側が、ゴム、回路、機構部品を個別に調整するのではなく、一体化したモジュールを求める場合は、シリコーンゴムキーパッドアセンブリをご確認ください。

選定の考え方

複数キーの成形操作面、指の位置決め機能の一体化、共通のシール形状、狙いどおりに設計された表示やバックライト、生産を通じて設計を安定させることを想定したカスタムインターフェースが必要な場合は、接点付きシリコーンゴムキーパッドを検討する価値があります。

PCBですでにスイッチ位置が定義されている場合、カタログ品スイッチの機械的・電気的特性が有用な場合、またはスイッチング要素を外観を担うアクチュエータから分離しておきたい場合は、個別タクタイルスイッチ構成を検討する価値があります。

OEMが成形された操作面や清掃しやすい操作面を求める一方、PCB上の個別スイッチを採用したい場合は、タクタイルスイッチの上にシリコーンゴム製アクチュエータを配置する構成が、妥当な第3の選択肢になります。

正面からの見た目だけで選定しないでください。1つのキーを通る断面を比較し、ばね、スイッチ、ガイド、シール、機械的ストッパー、PCBの支持、組立、検証の担当を明確にしてください。

よくある質問

インターフェースの要件をご相談ください

接点付きシリコーンゴムキーパッド、個別タクタイルスイッチ、またはシリコーンゴムをスイッチの上に配置するハイブリッド構成を比較するため、次の情報をご提出ください。

• 2D図面、STEPファイル、筐体断面図、またはサンプル写真。
• キー数、サイズ、間隔、利用可能な奥行き。
• PCB、Gerberデータ、回路図、接点レイアウト、または既存スイッチの型番。
• 目標荷重、ストローク、操作感、または承認済みの基準サンプル。
• 水、粉じん、洗浄剤、油、UV、手袋、温度に関する要件。
• 表示、コーティング、照明、インジケータ。
• 試作数量と想定年間数量。
• 想定する保守範囲。
• 検証または適合性に関する要件。
• 未解決の項目はTBD（未定）と明記。

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