JP2003168340A

JP2003168340A - メンブレンスイッチおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2003168340A
Application number: JP2001369368A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Nakajima; 敏文中嶋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】荷重の大きさに応じて、多段階に導通抵抗が
変化するメンブレンスイッチおよびその製造方法を提供
する。【解決手段】導電ペーストを基板２１上に印刷、硬化
してなり、抵抗値の異なる２つ以上の部分から構成され
ている抵抗膜２３を備えたメンブレンスイッチ。抵抗膜
２３は、抵抗値の異なる円環状の抵抗部２３ａ、２３
ｂ、２３ｃがそれぞれの中心軸を同じくして形成され、
抵抗部２３ａ、抵抗部２３ｂ、抵抗部２３ｃの順に抵抗
値が低くなっている。抵抗部２３ａ、抵抗部２３ｂ、抵
抗部２３ｃの順に膜厚が薄くなっている。導電ペースト
を基板２１上に塗布する量を調整し、抵抗膜２３の厚さ
を調整して、抵抗膜２３の抵抗値を調整する。抵抗値の
異なる導電ペーストを基板２１上に塗布して、抵抗膜２
３の抵抗値を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力や荷重に応じ
て抵抗値が変化するメンブレンスイッチおよびその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、メンブレンスイッチは、パソコン
や携帯電話などの入力装置として使用されている。メン
ブレンスイッチとしては、例えば図６（ａ）〜図６
（ｃ）に示す構造のものが知られている。図６（ａ）は
３つの電極を用いるメンブレンスイッチの内部構造を示
す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示したメン
ブレンスイッチにおける上部回路基板に形成された電極
および配線のパターンを示す平面図であり、図６（ｃ）
は図６（ａ）に示したメンブレンスイッチにおける下部
回路基板に形成された電極のパターンを示す平面図であ
る。

【０００３】この例の上部回路基板１には、図６（ｂ）
に示すような櫛歯状の電極２と、この電極２を外部装置
（図示略）に接続するための配線部３が形成されると共
に、上記電極２と同一面上に形成されているが電極２と
は絶縁されている櫛歯状の電極４と、この電極４を外部
装置（図示略）に接続するための配線部５が形成されて
いる。また、下部回路基板６上には、図６（ｃ）に示す
ように、円盤状の電極７が形成されている。上部回路基
板１と下部回路基板６とは、スペーサシート８を挟んで
粘着層９により固定されており、上部回路基板１の電極
２および電極４と下部回路基板６の電極７との間には、
スペーサシート８の厚さに相当する隙間が形成されてい
る。

【０００４】このような構成のメンブレンスイッチで
は、上部回路基板１側から荷重を加えると、上部回路基
板１の一部が変形して上部回路基板１の電極２および電
極４が、下部回路基板６の電極７に接触するため、電極
２と電極４は、電極７を介して導通状態となる。さらに
荷重を増すと、電極間の接触面積が増大して導通抵抗が
低下する。

【０００５】他のメンブレンスイッチとしては、例えば
図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す構造のものが知られてい
る。図７（ａ）は対向する２の電極を用いるメンブレン
スイッチの内部構造を示す断面図であり、図７（ｂ）は
図７（ａ）に示したメンブレンスイッチにおける上部回
路基板に形成された電極および配線のパターンを示す平
面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）に示したメンブレ
ンスイッチにおける下部回路基板に形成された電極のパ
ターンを示す平面図である。

【０００６】この例の下部回路基板６の円盤状の電極７
には外部装置（図示略）の配線部１０が接続されてい
る。他方、上部回路基板１には下部回路基板６の電極７
と対向する位置に円盤状の電極１１が形成され、この電
極１１には外部装置（図示略）の配線部１２が接続され
ている。また、電極７の表面には、抵抗膜１３が積層さ
れている。

【０００７】このような構成のメンブレンスイッチで
は、上部回路基板１側から荷重を加えると、上部回路基
板１の一部が変形して上部回路基板１の電極１１が下部
回路基板６の電極７の表面に形成された抵抗膜１３に接
触するため、電極１１と電極７とが導通状態となる。さ
らに荷重を増すと、両電極間の接触面積が増大して導通
抵抗が低下する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のメン
ブレンスイッチは、その接点が、ＯＮ／ＯＦＦの２値制
御である。これは、その荷重の大きさにかかわらず、上
部回路基板１に荷重が加えられれば、上部回路基板１に
形成された電極と下部回路基板６に形成された電極が通
電状態となることを示している。したがって、このよう
なメンブレンスイッチの接点は、押圧力に応じて連続的
に回路の抵抗値が変化する感圧式ではない。しかしなが
ら、近年、入力装置の多様化、多機能化に伴って、荷重
の大きさに応じて異なる電気信号などを出力する感圧式
の入力装置が求められている。

【０００９】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、荷重の大きさに応じて、多段階に導通抵抗が変化す
るメンブレンスイッチおよびその製造方法を提供するこ
とを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題は、導電粒子
と、バインダからなる抵抗膜を備えたメンブレンスイッ
チであって、該抵抗膜が抵抗値の異なる２つ以上の部分
から構成されているメンブレンスイッチによって解決で
きる。抵抗値の異なる抵抗膜が、該抵抗膜の中心軸を同
じくして２重以上に形成され、該抵抗膜は中心部の抵抗
値が最も高く、周縁部にいくにしたがって次第に抵抗値
が低くなっていることが好ましい。前記抵抗膜が、中心
部の膜厚が最も厚く、周縁部にいくにしたがって次第に
膜厚が薄くなっていることが好ましい。

【００１１】また、前記課題は、基板上に電極を形成
し、該電極上および該電極で囲まれた基板上に導電ペー
ストを印刷し、乾燥して抵抗膜を形成するメンブレンス
イッチの製造方法において、前記導電ペーストを前記基
板上に塗布する量を調整し、前記抵抗膜の厚さを調整し
て、前記抵抗膜の抵抗値を調整するメンブレンスイッチ
の製造方法によって解決できる。また、前記課題は、基
板上に電極を形成し、該電極上および該電極で囲まれた
基板上に導電ペーストを印刷し、乾燥して抵抗膜を形成
するメンブレンスイッチの製造方法において、抵抗値の
異なる導電ペーストを前記基板上に塗布して、前記抵抗
膜の抵抗値を調整するメンブレンスイッチの製造方法に
よって解決できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明のメンブレンスイッチを構成する接点の
一例を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）のｄ―ｄで切断した状態を示す断面図である。こ
の例の接点２０は、基板２１上に形成された円環状の回
路電極２２と、この回路電極２２上および回路電極２２
で囲まれる基板２１上に導電性の銀ペーストを印刷し、
乾燥してなる略円盤状の抵抗膜２３とから概略構成され
ている。また、回路電極２２には外部装置（図示略）の
配線部２４が接続されている。

【００１３】抵抗膜２３は、抵抗値の異なる円環状の抵
抗部２３ａ、２３ｂ、２３ｃが、それぞれの中心軸を同
じくして形成されており、中心部の抵抗部２３ａの抵抗
値が最も高く、抵抗部２３ｂ、抵抗部２３ｃの順に抵抗
値が低くなっている。抵抗膜２３を構成する抵抗部２３
ａと抵抗部２３ｂとの抵抗値の差、および抵抗部２３ｂ
と抵抗部２３ｃとの抵抗値の差は、この抵抗膜２３を適
用する入力装置などで必要とされる導通抵抗に応じて、
適宜設定される。また、抵抗膜２３は、中心部の抵抗部
２３ａの膜厚が最も厚く、抵抗部２３ｂ、抵抗部２３ｃ
の順に膜厚が薄くなっている。また、抵抗部２３ａと抵
抗部２３ｂとの膜厚の差、および抵抗部２３ｂと抵抗部
２３ｃとの膜厚の差は、この抵抗膜２３を適用する入力
装置などで必要とされる導通抵抗に応じて、適宜設定さ
れる。

【００１４】なお、この例では、抵抗膜２３を円形とし
たが、本発明のメンブレンスイッチでは、抵抗膜が円形
に限定されるものではなく、正方形、長方形、三角形な
どであってもよい。また、この例では、抵抗膜２３を、
抵抗部２３ａ、２３ｂ、２３ｃの３重構造としたが、本
発明のメンブレンスイッチはこれに限定されるものでは
なく、これを適用する入力装置に応じて、２重以上に適
宜形成される。また、抵抗膜２３の大きさは、これを適
用する入力装置の大きさに合わせて、適宜設定される。

【００１５】基板２１としては、例えばポリエチレンテ
レフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、
ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポ
リイミドなどの材料をフィルム状に加工して用いられる
が、メンブレンスイッチに要求される耐熱性などの条件
に応じて適宜選択される。

【００１６】本発明で用いられる銀ペーストは、銀粉
と、バインダと、溶剤とから概略構成されている。ま
た、本発明で用いられる銀粉としては、直径１μｍ以下
の粒状の銀粒子、または、直径１〜１０μｍ程度の薄片
状の銀粒子を混合した銀粉末などが挙げられる。バイン
ダとしては、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、メラ
ミン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポ
リエステル系樹脂などの有機系の接着剤成分が用いられ
る。溶剤としては、酢酸シクロヘキシル、酢酸ブチルカ
ルビトーレ、酢酸−２−ブトキシエチル、イソブチルア
ルコール、２−エチルブチルアルコール、エチルカルビ
トール、ブチルカルビトール、ブチルセロソルブなどが
用いられる。また、銀ペーストには、上記材料以外に、
硬化剤、カップリング剤、腐食抑制剤などを、必要に応
じて適宜添加してもよい。また、銀ペーストの抵抗値
は、これを用いて形成される抵抗体に要求される抵抗値
に応じて、適宜設定される。

【００１７】図２は、本発明のメンブレンスイッチの一
例を示し、図２（ａ）はメンブレンスイッチの内部構造
を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した
メンブレンスイッチにおける上部回路基板に形成された
電極および配線のパターンを示す平面図である。この例
のメンブレンスイッチは、上部回路基板２５には、円盤
状の電極２６が形成され、この電極２６を外部装置（図
示略）に接続するための配線部２７が形成されている。
そして、上部回路基板２５と、図１に示した接点２０と
が、スペーサシート２８を挟んで粘着層２９により固定
されており、上部回路基板２５の電極２６と接点２０の
抵抗体２３との間には、スペーサシート２８の厚さに相
当する隙間が形成されている。また、上部回路基板２５
の電極２６と接点２０の抵抗体２３とが対向するように
配置されている。

【００１８】上部回路基板２５としては、上記の基板２
１と同様な材料が用いられる。上部回路基板２５の電極
２６を形成する材料としては、銅、銀、金などの金属か
らなる金属箔、銀ペースト、カーボンインキなどの導電
ペーストなどが用いられる。スペーサシート２８として
は、上記の基板２１と同様な材料が用いられる。粘着層
２９を形成する材料としては、特に限定されるものでは
なく、天然ゴムにロジンおよびロジンエステルなどの粘
着付与樹脂を加えたゴム系粘着剤、アクリル酸とそのエ
ステルの共重合体で構成されるアクリル系粘着剤、ビニ
ルエーテル系粘着剤、ウレタン系粘着剤などのエマルジ
ョン型、溶剤型、ホットメルト型粘着剤などを使用する
ことができる。

【００１９】このような構成のメンブレンスイッチで
は、上部回路基板１側から荷重を加えると、上部回路基
板１の一部が変形して、上部回路基板１の電極２６が接
点２０の抵抗膜２３に接触するため、電極２６と抵抗膜
２３とが導通状態となる。電極２６に加える荷重が小さ
いときは、電極２６と抵抗膜２３との接触面積が小さ
く、電極２６が抵抗膜２３の中心部のみに接触するた
め、両者の導通抵抗が大きい。電極２６に加える荷重を
増すと、電極２６と抵抗膜２３との接触面積が増大し
て、電極２６が抵抗膜２３の周縁部にも接触するから、
両者の導通抵抗が低下する。このように、本発明のメン
ブレンスイッチにあっては、荷重の大きさに応じて、多
段階に導通抵抗が変化する。したがって、本発明のメン
ブレンスイッチによれば、荷重の大きさに応じて、異な
る電気信号などを出力する感圧式の入力装置を得ること
ができる。

【００２０】以下に、図１および図２を用いて、本発明
のメンブレンスイッチの製造方法を示す。まず、上部回
路基板２５上に円盤状の電極２６を形成する。上部回路
基板２５上に電極２６の回路パターンを形成する方法と
しては、例えばスクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリ
ング法、金属箔のエッチング法などの周知の方法が用い
られるが、コスト上も有利な方法として、銀ペースト、
カーボンインキなどの導電性材料を印刷、乾燥する一般
的な方法が用いられる。

【００２１】次に、基板２１上に円環状の回路電極２２
を形成する。基板２１上に回路電極２２の回路パターン
を形成する方法としては、例えばスクリーン印刷法、蒸
着法、スパッタリング法、金属箔のエッチング法などの
周知の方法が用いられるが、コスト上も有利な方法とし
て、銀ペースト、カーボンインキなどの導電性材料を印
刷、乾燥する一般的な方法が用いられる。次に、回路電
極２２上および回路電極２２で囲まれる基板２１上に銀
ペーストを、例えばスクリーン印刷、コンピュータ制御
した描画機による印刷などの公知の方法により印刷し、
乾燥して抵抗膜２３を形成し、接点２０を得る。抵抗膜
２３を形成するには、以下に示す２つの方法が用いられ
る。第１の方法では、基板２１上に銀ペーストを塗布す
る量を調整し、抵抗部２３ａの膜厚が最も厚く、抵抗部
２３ｂ、抵抗部２３ｃの順に膜厚が薄くなるようにす
る。このとき、抵抗部２３ａ、抵抗部２３ｂおよび抵抗
部２３ｃを形成する銀ペーストを同一のもとする。第２
の方法では、抵抗部２３ａ、抵抗部２３ｂおよび抵抗部
２３ｃを形成する銀ペーストとして、それぞれ抵抗値の
異なるものを用いる。ここで用いる銀ペーストの抵抗値
は、抵抗膜２３を適用する入力装置に応じて、適宜設定
される。

【００２２】次に、スペーサシート２８の両面に粘着層
２９を形成し、この両面に上部回路基板２５および接点
２０をそれぞれ貼り合わせて、図２（ａ）に示す積層構
造を有するメンブレンスイッチを得る。

【００２３】このように、本発明のメンブレンスイッチ
の製造方法によれば、中心軸を同じくして２重以上に形
成され、その中心部の抵抗値が最も高く、周縁部にいく
にしたがって次第に抵抗値が低くなっている膜状の抵抗
体を有するメンブレンスイッチを容易に製造することが
できる。

【００２４】以下、図１、図２および図７を用いて、具
体的な実施例を示して本発明の効果を明らかにする。（実施例１）まず、上部回路基板２５として厚さ１００
μｍのＰＥＴフィルムを用意し、この上部回路基板２５
上に銀ペーストを印刷し、乾燥して電極２６および配線
部２７を得た。次に、基板２１として厚さ１００μｍの
ＰＥＴフィルムを用意し、この基板２１上に銀ペースト
を印刷し、乾燥して円環状の回路電極２２を形成し、こ
の回路電極２２上および回路電極２２で囲まれる基板２
１上に、中心軸を同じくして、抵抗値の異なる膜状の抵
抗部２３ａ、２３ｂ、２３ｃからなる抵抗膜２３を形成
した。抵抗膜２３の形成は、基板２１上に銀ペーストを
塗布する量を調整し、抵抗部２３ａの膜厚が最も厚く、
抵抗部２３ｂ、抵抗部２３ｃの順に膜厚が薄くなるよう
にした。このとき、抵抗部２３ａ、抵抗部２３ｂおよび
抵抗部２３ｃを形成する銀ペーストを同一のもとした。
次に、スペーサシート２８として、両面に粘着層２９が
形成された総厚約１００μｍのＰＥＴフィルムを用意
し、この両面に上部回路基板２５および接点２０を貼り
合わせて、図２（ａ）に示した積層構造を有するメンブ
レンスイッチを得た。（実施例２）抵抗部２３ａ、抵抗部２３ｂおよび抵抗部
２３ｃを形成する銀ペーストとして、それぞれ抵抗値の
異なるものを用いた以外は実施例１と同様にして、メン
ブレンスイッチを得た。

【００２５】（比較例）まず、上部回路基板１として厚
さ１００μｍのＰＥＴフィルムを用意し、この上部回路
基板１上に銀ペーストを印刷し、乾燥して電極１１およ
び配線部１２を得た。次に、下部回路基板６として厚さ
１００μｍのＰＥＴフィルムを用意し、この下部回路基
板６上に銀ペーストを印刷し、乾燥して電極７および配
線部１０を得た。また、電極７の表面には、抵抗膜１３
を形成した。次に、スペーサシート８として、両面に粘
着層９が形成された総厚約１００μｍのＰＥＴフィルム
を用意し、この両面に上部回路基板１および下部回路基
板６を貼り合わせて、図７（ａ）に示した積層構造を有
するメンブレンスイッチを得た。

【００２６】実施例１〜２および比較例で得られたメン
ブレンスイッチに対して、上部回路基板の電極に厚さ１
０ｍｍ、直径２０ｍｍのシリコーンゴムを介して荷重を
加え、端子間の導通抵抗と荷重との関係を測定した。実
施例１の結果を図３に、実施例２の結果を図４に、比較
例の結果を図５に示す。

【００２７】図３の結果から、抵抗部２３ａ、２３ｂ、
２３ｃの厚さをこの順に薄くなるように、銀ペーストを
基板２１上に塗布すれば、実施例１のメンブレンスイッ
チは上部回路基板１に加える荷重が増大するにしたがっ
て、多段階に導通抵抗が低下するものとなった。図４の
結果から、抵抗部２３ａ、抵抗部２３ｂおよび抵抗部２
３ｃを形成する銀ペーストとして、それぞれ抵抗値の異
なるものを用いて、抵抗部２３ａ、２３ｂ、２３ｃの抵
抗値をこの順に低くなるように銀ペーストを基板２１上
に塗布すれば、実施例２のメンブレンスイッチは上部回
路基板１に加える荷重が増大するにしたがって、多段階
に導通抵抗が低下するものとなった。しかも、この実施
例のメンブレンスイッチは、ある荷重範囲における導通
抵抗から、次の荷重範囲における導通抵抗への変化量が
大きくなった。すなわち、ある一定の荷重を超えると、
導通抵抗が急激に低下した。図５の結果から、比較例の
メンブレンスイッチは、加える荷重が増大するにしたが
って、導通抵抗が連続的に変化する特性を有しており、
多段階に導通抵抗が低下するものではなかった。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のメンブレ
ンスイッチは、導電粒子と、バインダからなる抵抗膜を
備えたメンブレンスイッチであって、該抵抗膜が抵抗値
の異なる２つ以上の部分から構成されているから、上部
回路基板に加える荷重を増すと、上部回路基板の電極と
抵抗膜との接触面積が増大して、多段階に両者の導通抵
抗が低下する。したがって、本発明のメンブレンスイッ
チは、荷重の大きさに応じて、異なる電気信号などを出
力する感圧式の入力装置に好適である。また、本発明の
メンブレンスイッチの製造方法によれば、中心軸を同じ
くして２重以上に形成され、その中心部の抵抗値が最も
高く、周縁部にいくにしたがって次第に抵抗値が低くな
っている抵抗膜を有するメンブレンスイッチを容易に製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメンブレンスイッチを構成する接点
の一例を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）のｄ―ｄで切断した状態を示す断面図である。

【図２】本発明のメンブレンスイッチの一例を示し、
図２（ａ）はメンブレンスイッチの内部構造を示す断面
図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示したメンブレン
スイッチにおける上部回路基板に形成された電極および
配線のパターンを示す平面図である。

【図３】実施例１のメンブレンスイッチにおいて、上
部回路基板に荷重を加えた際の端子間の導通抵抗と荷重
との関係を示すグラフである。

【図４】実施例２のメンブレンスイッチにおいて、上
部回路基板に荷重を加えた際の端子間の導通抵抗と荷重
との関係を示すグラフである。

【図５】比較例のメンブレンスイッチにおいて、上部
回路基板に荷重を加えた際の端子間の導通抵抗と荷重と
の関係を示すグラフである。

【図６】従来のメンブレンスイッチの一例を示し、図
６（ａ）はメンブレンスイッチの内部構造を示す断面図
であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示したメンブレンス
イッチにおける上部回路基板に形成された電極および配
線のパターンを示す平面図であり、図６（ｃ）は図６
（ａ）に示したメンブレンスイッチにおける下部回路基
板に形成された電極のパターンを示す平面図である。

【図７】従来のメンブレンスイッチの他の例を示し、
図７（ａ）はメンブレンスイッチの内部構造を示す断面
図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示したメンブレン
スイッチにおける上部回路基板に形成された電極および
配線のパターンを示す平面図であり、図７（ｃ）は図７
（ａ）に示したメンブレンスイッチにおける下部回路基
板に形成された電極のパターンを示す平面図である。

【符号の説明】

２０・・・接点、２１・・・基板、２２・・・回路電極、２３・・・
抵抗膜、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ・・・抵抗部、２４，２
７・・・配線部、２５・・・上部回路基板、２６・・・電極、２
８・・・スペーサシート、２９・・・粘着層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G006 AA01 AZ01 AZ05 CD04 FB14 FB29 FB31 FB35 FB39 5G023 CA29 CA30 5G051 AA02 AA11 AA12 AA21 AB10 AC01 AC06 AC07 AC20 AC27 AC28 AC30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電粒子と、バインダからなる抵抗膜を
備えたメンブレンスイッチであって、該抵抗膜が抵抗値の異なる２つ以上の部分から構成され
ていることを特徴とするメンブレンスイッチ。
【請求項２】抵抗値の異なる抵抗膜が、該抵抗膜の中
心軸を同じくして２重以上に形成され、該抵抗膜は中心
部の抵抗値が最も高く、周縁部にいくにしたがって次第
に抵抗値が低くなっていることを特徴とする請求項１記
載のメンブレンスイッチ。
【請求項３】前記抵抗膜が、中心部の膜厚が最も厚
く、周縁部にいくにしたがって次第に膜厚が薄くなって
いることを特徴とする請求項２記載のメンブレンスイッ
チ。
【請求項４】基板上に電極を形成し、該電極上および
該電極で囲まれた基板上に導電ペーストを印刷し、乾燥
して抵抗膜を形成するメンブレンスイッチの製造方法に
おいて、前記導電ペーストを前記基板上に塗布する量を調整し、
前記抵抗膜の厚さを調整して、前記抵抗膜の抵抗値を調
整することを特徴とするメンブレンスイッチの製造方
法。
【請求項５】基板上に電極を形成し、該電極上および
該電極で囲まれた基板上に導電ペーストを印刷し、乾燥
して抵抗膜を形成するメンブレンスイッチの製造方法に
おいて、抵抗値の異なる導電ペーストを前記基板上に塗布して、
前記抵抗膜の抵抗値を調整することを特徴とするメンブ
レンスイッチの製造方法。