JP4147641B2 - メンブレンスイッチ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メンブレンスイッチの接点部及びその近傍の構造に関し、特に、含湿時，結露時の接点部間の金属イオン等の移動（マイグレーション）を防ぎ、短絡電流による誤動作や故障を抑制したメンブレンスイッチに関する。例えば、本発明は被水の可能性のあるパネルスイッチや自動車用乗務員検知センサに適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電気機器、情報機器の入力スイッチとして、図８に示す様な構造を有したメンブレンスイッチ２００が知られている。ここで図８の（ａ）は、メンブレンスイッチ２００の層構造を示すための垂直断面図、図８の（ｂ）は、メンブレンスイッチ２００の金属導電層を示すための水平断面図である。図８の（ａ）は、図８の（ｂ）でＱ−Ｑ’と示した位置での断面になっており、図８の（ｂ）は、図８の（ａ）でＰ−Ｐ’と示した位置での断面になっている。
【０００３】
図８の（ａ）に示すとおり、メンブレンスイッチ２００は、２枚のフレキシブル・プリント・サーキット基板（以下ＦＰＣと略す）２１及び２２が所定間隔で対抗した構造になっており、指などで押圧すると、それらのＦＰＣ２１及び２２上に形成された接点部（図８の（ａ）、（ｂ）でＸと示した領域）が接触し、導通を知らせるものである。
【０００４】
ＦＰＣ２１及び２２は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルム２１１及び２１２上に、銅、銀など導電率の高い金属材料が印刷法により形成されたもの、或いは、貼り合わされたものであり、貼り合わせの場合はエッチング加工等によって、電気回路等が形成される。
メンブレンスイッチ２００に使用される場合は、その樹脂フィルム２１１及び２１２には、所定の面積を有した金属導電層２２１及び２２２がそれぞれ一体的に形成される。金属導電層２２１及び２２２は、図８の（ａ）、（ｂ）でＸ領域で示した接点部並びに図８の（ａ）、（ｂ）でＹ領域で示した内部配線部及びそれらを外部回路と接続する図８の（ａ）、（ｂ）でＺ領域で示した外部配線部とから、それぞれ形成される。
【０００５】
銅、銀等の厚膜は電気伝導度は優れているものの、酸化、腐食などによって高抵抗になる性質がある。そのため、上記金属導電層２２１及び２２２上に保護層として、カーボン粒子を分散させて導電性を持たせた樹脂層２３１及び２３２が形成される。この樹脂導電層２３１及び２３２が金属導電層２２１及び２２２をそれぞれ覆い、金属導電層２２１及び２２２の酸化、腐食を防ぐように形成されている。こうして、金属導電層２２１及び樹脂導電層２３１、並びに金属導電層２２２及び樹脂導電層２３２がそれぞれ一体となって導電部分を形成する。実際の接触は金属導電層２２１及び２２２ではなく、樹脂導電層２３１及び２３２が接触することになる。以下、金属導電層と、樹脂導電層等の非金属導電層とを合わせて導体部と呼ぶ。
【０００６】
メンブレンスイッチ２００では、このような構造を持つＦＰＣ２１及び２２が、所定の厚さを有した絶縁体からなるスペーサ２４を挟んで、それぞれの接点部Ｘが互いに対向するように配置される。このスペーサ２４は、それらＦＰＣ２１及び２２の接点部Ｘに対応する位置に開口部を有している。従って、貼り合わせ工程終了時には、上下一対の接点部とスペーサの開口部側面２４１とで、密閉構造となった接点部間の空隙部が形成される。以下、この接点部間の空隙部を単に開口部２４０と呼ぶ。ここで開口部とは、ＦＰＣ２１及び２２の間の絶縁体からなるスペーサ２４が無い部分を意味し、必ずしも外部に対して通じていることを意味しないものとする。
【０００７】
指などによる押圧時には、樹脂フィルム２１１及び２１２が撓み、樹脂導電層２３１及び２３２の表面の接点２６１及び２６２が接触したオン状態となり、押圧が解除されると接点２６１及び２６２が隔離され、オフ状態となる。
【０００８】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、上述のようにメンブレンスイッチ２００は、最終工程では、２枚のＦＰＣ２１及び２２が接着剤等で貼り合わせられる構造となっているため、部分的に張り合わせの隙間が存在する場合がある。従って、万一、メンブレンスイッチ２００が外部から被水した場合、毛細管現象によりその僅かな張り合わせの隙間を通って、水がメンブレンスイッチ２００の内部に入り込み、開口部２４０に到達することがある。また、高湿度環境下において、接点の機械的作動を安定して行うために設けられた図示しない呼吸穴を通して、水蒸気がメンブレンスイッチ内部に入り込んで結露したり、あるいは、製作時の洗浄等により内部に僅かな水分が含まれていると、気温の低い冬期には結露に至ることがある。
【０００９】
このように開口部２４０に水分が存在すると、その中で蒸発、結露を繰り返えし、徐々に樹脂導電層２３１及び２３２に浸透する。その結果、樹脂導電層２３１及び２３２は僅かながらも水分を含んだ状態になり、金属導電層２２１及び２２２との境界では、その金属の一部がイオン化された状態になる。また、スペーサ２４の開口部側面２４１にも薄い水の膜が形成された状態になる。
【００１０】
この様な状態で、両接点部Ｘ間に長時間電界が掛けられると、正極側の金属導電層２２１（又は２２２）から、金属イオンは樹脂導電層２３１（又は２３２）を通り抜けることができる。通り抜けた金属イオンは、開口部側面２４１にて金属結晶を形成し、徐々に正極の金属層から負極の金属層に向かって、リーク電流を伴いながら成長することになる。このようにしてて所謂マイグレーションが発生する。そして、最後には対極と導通を起こし、短絡電流Ｉが流れ、制御機器などを誤動作に至らしめる。
【００１１】
このマイグレーションを避けるため、メンブレンスイッチ２００の、ＦＰＣ２１及び２２の金属導電層２２１及び２２２をどちらも外部配線部Ｚのみに形成し、接点部Ｘ及び内部配線部Ｙには、金属導電層２２１或いは２２２をＦＰＣ２１及び２２のどちらにも形成しないことも考えられる。ところが樹脂へのカーボン粒子の分散可能量には限度があり、樹脂導電層２３１及び２３２の導電率を金属導電層２２１及び２２２と比較して十分大きいものとすることはできない。また、樹脂導電層と樹脂フィルムとの密着力は、金属導電層とのそれよりも通常劣っている。よって、こうした接点部Ｘ及び内部配線部Ｙに、ＦＰＣ２１及び２２のどちらにも金属導電層を有しないメンブレンスイッチは実用的なものとは言えなかった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、マイグレーションの発生する箇所およびメカニズムに着目し、イオン化された金属がスペーサの開口部側面に沿って移動しにくい構造を取ることにより、マイグレーションによる短絡を抑制することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述したように、含湿時のマイグレーションによる短絡は、主に接点部および内部配線部から金属イオンが電界に従って徐々に移動し、スペーサの開口部側面に成長するのが原因である。
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の手段によれば、第１、第２の樹脂フィルムの内側にそれぞれ設けられた、導電率の高い金属材料から成る第１、第２の金属導電層の少なくとも一方は、スペーサ開口部の周縁部の全周から水平方向に所定距離離れた領域に設けられており、スペーサの開口の周縁部の全周から水平方向に所定距離以内の第１、第２の金属導電層の設けられていない当該部分を、対応する第１、第２の非金属導電層のみで形成した。つまり、第１、第２の樹脂フィルムの少なくとも一方においては、マイグレーションの成長起点であるスペーサ開口部周縁部近傍には、金属イオンを供給する金属導電層が形成されていない。スペーサ開口部の周縁部から所定距離離れて設けられている第１、或いは第２の金属導電層においては、たとえ水の浸入により金属イオンが発生しても、金属イオンがスペーサ開口部の周縁部に移動するまでに時間がかかる。よって金属イオンがスペーサの開口部側面に成長して対極と導通するまでの時間を長くすることができ、マイグレーションによる短絡を抑制することができる。
【００１４】
請求項２に記載の手段によれば、請求項１に記載のメンブレンスイッチにおいて、第１の樹脂フィルム、第２の樹脂フィルムともに、接点部と配線部に金属導電層が形成されている。下層である金属導電層の電気伝導度は、非金属導電層のそれより大きいので、メンブレンスイッチとしての電気抵抗を低下させることができる。また、金属導電層の樹脂フィルムとの密着力は、非金属導電層と樹脂フィルムとの密着力より優れているので、押圧による歪み、振動など機械的にも耐久性に優れたものとなる。よって、接点部の面積の大きなメンブレンスイッチにであっても、メンブレンスイッチの電気抵抗を小さくし、機械的耐久性を損なうことなく、金属イオンのマイグレーションを抑制することができる。
【００１５】
請求項３に記載の手段によれば、請求項１に記載のメンブレンスイッチにおいて、第１の樹脂フィルムにおいては接点部に金属導電層が形成されておらず、第２の樹脂フィルムにおいては接点部に金属導電層が形成されている。よって、金属イオンのマイグレーションを更に抑制することができる。
【００１６】
請求項４に記載の手段によれば、請求項１に記載のメンブレンスイッチにおいて、第１の樹脂フィルム、第２の樹脂フィルムともに、接点部に金属導電層が形成されていない。よって接点部において垂直方向にかかる電界に対して移動する金属イオンの発生は少なく、金属イオンのマイグレーションをより確実に抑制することができる。
【００１７】
請求項５に記載の手段によれば、第１の金属導電層の第１の配線部とスペーサ開口部周縁部との間の長さがスペーサ開口部周縁部の厚さ方向の長さの１０倍以上である。よってマイグレーションを確実に抑制することができる。
【００１８】
請求項６に記載の手段によれば、第１の金属導電層の第１の接点部とスペーサ開口部周縁部との間の長さがスペーサ開口部周縁部の厚さ方向の長さの１０倍以上である。よってマイグレーションを確実に抑制することができる。
【００１９】
請求項７に記載の手段によれば、請求項１乃至請求項６に記載のメンブレンスイッチにおいて、第１の金属導電層は正極側であり、第２の金属導電層が負極側である。よって、正電荷を有した金属イオンが発生する金属導電層がスペーサ開口部周縁部から所定距離離れているので、金属イオンのマイグレーションが起こりにくい。
【００２０】
請求項８に記載の手段によれば、第１、第２の樹脂フィルムは、水分を外部に排出する透湿防水機能を有する機能フィルムである。透湿防水機能とは、水蒸気は透過させるが、水滴は透過させない機能であり、その湿度は常に外気と同等に調整される。よって、第１、第２の金属導電層に金属イオンが発生することが抑制されるので、マイグレーションによる短絡も発生しにくくなる。また、万一被水等によって含湿することがあっても、マイグレーションの発生より前に、水分が水蒸気となって外部に排出されるので、マイグレーションが発生しにくい。従って、より安全で耐久性に優れたメンブレンスイッチを提供することができる。
【００２１】
請求項９に記載の手段によれば、スペーサ開口部とメンブレンスイッチ外部とを連通する溝がスペーサに形成されているので、スペーサ開口部の水分を外部に排出することができ、スペーサ開口部の湿度を低く保つことができる。このため、金属マイグレーションを抑制することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。メンブレンスイッチの垂直断面図については、説明の都合上、押圧方向により拡大した縮尺としている。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２４】
（第１実施例）
図１の（ａ）は本発明の具体的な第１の実施例であるメンブレンスイッチ１０１を模式的に断面図で表したものである。メンブレンスイッチ１０１は、第１のＦＰＣ１１及び第２のＦＰＣ１２と、それらに挟まれた絶縁体からなるスペーサ１４によって構成される。第１のＦＰＣ１１及び第２のＦＰＣ１２の構成は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の第１の樹脂フィルム１１１及び第２の樹脂フィルム１１２上に、１０〜１００μｍ厚の銅、銀など導電率の高い金属材料が、同じく１０〜１００μｍ厚の接着層を介してそれぞれ貼り付けられている。
【００２５】
この銅、銀は、樹脂系ポリマをバインダとした銀ペーストを印刷法により形成するか、または、箔状にしフォトマスク、光硬化性樹脂を用いてエッチング技術によって所定の形状にパタニングされる。あるいは、無電解メッキ技術により、所定の形状にパタニングしてもよい。
【００２６】
本実施例の場合は、第１のＦＰＣ１１について、第１の樹脂フィルム１１１上の第１の金属導電層１２１として、円形の接点部金属導電層１７１、内部配線部金属導電層１８１、外部配線部金属導電層１９１がパタニングされる。同様に、第２のＦＰＣ１２について、第２の樹脂フィルム１１２上の第２の金属導電層１２２として、円形の接点部金属導電層１７２、内部配線部金属導電層１８２、外部配線部金属導電層１９２がパタニングされる。さらに、パタニングされた第１の金属導電層１２１及び第２の金属導電層１２２は、酸化防止、腐食防止のために保護膜としての第１の非金属導電層１３１及び第２の非金属導電層１３２でそれぞれ被覆されている。第１の非金属導電層１３１及び第２の非金属導電層１３２は、接点部Ｘ、内部配線部Ｙ、外部配線部Ｚにおける第１の金属導電層１２１及び第２の金属導電層１２２をそれぞれ電気的に接続している。実際の接触に預かる接点部Ｘの第１の非金属導電層１３１及び第２の非金属導電層１３２の表面を、第１の接点１６１及び第２の接点１６２とする。
【００２７】
非金属導電層１３１及び１３２に使われる材料は、非金属導電材料であるカーボン粒子をポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート等の樹脂系ポリマをバインダとして、混錬されたものである。この非金属導電層１３１及び１３２は、パタニングされた金属導電層１２１及び１２２を覆う様に１〜１００μｍ厚にスクリーン印刷され、印刷後、１００〜２００℃で乾燥させることによって形成される。この非金属導電層１３１及び１３２はカーボン粒子を含んでいるので、接触時の導電性を損ねることなく下層の金属導電層１２１及び１２２を保護することができる。また、電気伝導率は金属導電層１２１及び１２２の方が大きいので、接点１６１及び１６２以外の金属導電層１２１及び１２２の表面の非金属導電層１３１及び１３２には電流はほとんど流れず、電流はほとんど金属導電層１２１及び１２２を流れることになる。
【００２８】
図１の（ｂ）にＦＰＣ１１の金属導電層１２１を示す。図１の（ｂ）は図１の（ａ）でＲ−Ｒ’と示した位置での水平断面図である。ＦＰＣ１１は円盤状のスイッチ部Ｓと一方向に伸びた外部配線部Ｚとからなり、円盤状のスイッチ部には中央に接点部金属導電層１７１が円形に形成されており、同心円状に間隔を置いて内部配線部金属導電層１８１が環状に形成されている。内部配線部金属導電層１８１と連続して外部配線部Ｚには外部配線部金属導電層１９１が形成されている。非金属導電層１３１はこれらを覆うとともに、接点部金属導電層１７１と内部配線部金属導電層１８１を接続している。なお、図１の（ｂ）で一点鎖線で示した円Ｇは、スペーサ１４の開口部の位置をその円内として示したものである。この円Ｇ内が接点部Ｘの領域に当たる。また、本実施例においては、ＦＰＣ１２にも全く同様な金属導電層１２２が形成されている。
【００２９】
メンブレンスイッチ１０１は、このような構造を持つＦＰＣ１１及び１２の接点部Ｘが互いに対抗するように配置され、かつそれらの接点部Ｘに相対する位置に開口部を有するスペーサ１４を挟んで、図示しない接着層によって貼り合わされる。その結果、接点部Ｘとスペーサ開口部側面１４１とで密閉された開口部１４０が形成される。このメンブレンスイッチ１０１のＦＰＣ１１及び１２の接点部Ｘ間には、通常１〜１００Ｖの電圧がかけられた状態にある。上方のＦＰＣ１１側から押圧力が作用すると、ＦＰＣ１１が撓み、その接点１６１とＦＰＣ１２の接点１６２とが接触し、接触が外部配線部金属導電層１９１及び１９２を介して外部から検出できる。
【００３０】
以上が、メンブレンスイッチの概要であるが、従来例で述べたように、被水時あるいは結露時には、このように開口部１４０に、電界によってマイグレーションが発生することがある。本実施例の特徴は、万一被水し金属導電層１２１及び１２２のどこかに金属イオンが発生しても、マイグレーションを発生させないような構造にしたことが特徴である。マイグレーションの発生には、次の４条件の成立が必要である。すなわち、１：金属イオンの供給源、２：金属イオンを発生させる水分、３：金属イオンを移動させる電界、及び４：その経路である。
【００３１】
図２の（ｂ）に、従来構造のメンブレンスイッチにおけるマイグレーション発生のメカニズムを図示する。図２の（ｂ）は、図８で示された従来のメンブレンスイッチ２００の、スペーサ開口部周縁部近傍Ｃ及びＤの様子を示したものである。以下では、ＦＰＣ２１の金属導電層２２１が外部回路の正極に接続されており、ＦＰＣ２２の金属導電層２２２が外部回路の負極に接続されているものとする。メンブレンスイッチ２００がオフ状態のとき、金属導電層２２１から金属導電層２２２に向かって電界Ｅが生じる。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、電界Ｅの方向に、金属イオンの供給源である正極側の金属導電層２２１と経路（スペーサ開口部側面２４１）が近接して１列に配列されると、マイグレーション発生の好適条件となる。マイグレーションによる短絡故障は次のように生起される。金属導電層２２１で金属イオン（図２ではAg+ としている）が発生すると、電界Ｅにより力Ｆを受ける。スペーサ開口部側面２４１に近接した金属導電層２２１の金属イオンは力Ｆにより徐々に移動し、ついには非金属導電層２３１を通り抜け、スペーサ開口部側面２４１に達する。スペーサ開口部側面２４１に達した金属イオンは、一部はスペーサ開口部側面２４１上に析出し、一部はスペーサ開口部側面２４１上を更に負極側に向かって移動する。こうして析出した金属は樹状突起として成長し、対極側の非金属導電層２３２に至る。このようにして、従来構造のメンブレンスイッチ２００は、被水或いは結露した後、金属イオンのマイグレーションによりＦＰＣ２１とＦＰＣ２２が短絡して故障していた。
【００３３】
さて、本実施例に係るメンブレンスイッチ１０１では、図１に示すように、スペーサ開口部周縁部近傍Ａ、Ｂにおいて非金属導電層１３１及び１３２（導電樹脂層）のみを形成し、金属導電層１２１及び１２２を形成しない構造とした。図２（ａ）に、本実施例でマイグレーションの発生が抑制される様子を図示する。ＦＰＣ１１の金属導電層１２１が外部回路の正極に接続されており、ＦＰＣ１２の金属導電層１２２が外部回路の負極に接続されているものとする。メンブレンスイッチ１０１がオフ状態のとき、金属導電層１２１から金属導電層１２２の間に向かって電界Ｅが生じる。しかし、本実施例に係るメンブレンスイッチ１０１では、図２（ａ）に示すように、金属イオンの供給源である正極側の金属導電層１２１（接点部金属導電層１７１と内部配線部金属導電層１８１）と経路（スペーサ開口部側面１４１）が近接しておらず、また、電界Ｅの方向には、１列に配列されていない。
【００３４】
正極側の接点部金属導電層１７１で金属イオン（図２ではAg+ ）が発生すると、電界Ｅにより力Ｆを受ける。しかし、金属イオンは力Ｆにより非金属導電層１３１に拡散したとしても、金属イオンは力Ｆによってはスペーサ開口部側面１４１に近づけない。よって、金属イオンのスペーサ開口部側面１４１への移動は従来構造のメンブレンスイッチと比較して大変遅い。これは、正極側の内部配線部金属導電層１８１に金属イオンが発生した場合も同様である。従って、万一、被水あるいは結露によって金属イオンが発生したとしても、接点オフの通常状態では金属イオンの移動時間が長くなるため、マイグレーションの発生を抑制することができる。
【００３５】
更に、接点部金属導電層１７１及び１７２の端面、および内部配線部金属導電層１８１及び１８２の端面とスペーサ開口部側面１４１との距離d2をスペーサ１４の厚さd1の１０倍以上とする。このことで、自動車部品の耐水試験のＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｄ０２０３のＲ１）を満たすことができる。
【００３６】
また、ＦＰＣ１１、ＦＰＣ１２の接点部金属導電層１７１並びに１７２及び内部配線部金属導電層１８１並びに１８２は非金属導電層１３１及び１３２によって覆われている。金属導電層１２１及び１２２の電気伝導度は、非金属導電層１３１及び１３２のそれより大きいので、スイッチとしての不必要な電気抵抗を下げることができる。また、金属導電層１２１及び１２２と樹脂フィルム１１１及び１１２との密着力は、非金属導電層１３１及び１３２とのそれより優れている。従って、金属導電層１２１及び１２２は金属イオンの供給源となるが、上記の構造と上記の寸法比率に応じて設計すれば、押圧回数、振動など機械的にも優れ、マイグレーションの発生を抑制した電気的にも優れたメンブレンスイッチとすることができる。なお、本実施例の場合には、正極、負極を区別する必要がない。
【００３７】
（第２実施例）
図３に、本発明の第２の実施例のメンブレンスイッチ１０２の垂直断面図を示す。尚、図中、図１と同一の構成要素には、同一の番号が付されている。本実施例は、比較的大規模なメンブレンスイッチに適用できる。
本実施例と第１実施例の異なる点は、正極側の接点部Ｘに接点部金属導電層１７１を用いることなく、非金属導電層１３１だけを使用したことである。これにより、正極側の接点部Ｘにおける金属イオンの発生を抑制することができ、より確実にマイグレーションによる短絡故障を抑制することができる。
【００３８】
尚、メンブレンスイッチ１０２において、内部配線部金属導電層１８１及び１８２とスペーサ開口部側面１４１との距離d2をスペーサ１４の厚さd1の１０倍以上とすることで、第１実施例と同様に自動車部品の耐水試験のＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｄ０２０３のＲ１）を満たすことができる。
【００３９】
（第３実施例）
図４に、本発明の第３実施例のメンブレンスイッチ１０３の垂直断面図を示す。尚、図中、図１と同一の構成要素には、同一の番号が付されている。本実施例は、比較的大規模でかつ小電力用のメンブレンスイッチに適用できる。実施例の第１実施例と異なる点は、ＦＰＣ１１及びＦＰＣ１２のどちらにも、接点部Ｘに、接点部金属導電層１７１或いは１７２を形成することなく、非金属導電層１３１及び１３２のみを形成していることである。これにより、接点部Ｘにおける金属イオンの発生を確実に抑制することができ、より確実にマイグレーションによる短絡故障を抑制することができる。
【００４０】
尚、メンブレンスイッチ１０３は接点部金属導電層１７１或いは１７２を有していないので、僅かながらスイッチとしての抵抗が大きくなる。従って、本実施例は、比較的大規模でかつ小電力用のメンブレンスイッチに適用される。また、本実施例の場合にも、正極、負極を区別する必要がない。更に、内部配線部金属導電層１８１及び１８２とスペーサ開口部側面１４１との距離d2に関しても、スペーサ１４の厚さd1の１０倍以上とすることで、第１実施例と同様に自動車部品の耐水試験のＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｄ０２０３のＲ１）を満たすことができる。
【００４１】
（変形例）
以上、本発明を適用した３つの実施例を示したが、他にさまざまな変形例が考えられる。マイグレーションの発生には、上述の様に、４条件（１：金属イオンの供給源、２：金属イオンを発生させる水分、３：金属イオンを移動させる電界、及び４：その経路）の成立が必要であった。従って、マイグレーションを抑制するためには、第２の条件の、金属イオンを発生させる水分を除去してもよい。
【００４２】
水分の除去には、例えば樹脂フィルム１１１及び１１２に透湿防水機能を有する機能性フィルムを使用する方法がある。機能性フィルムは、例えばポリエステルフィルムに多孔質系ポリウレタン、あるいは多孔質型フッ素樹脂を１〜１００μｍ塗布したものであり、水蒸気は透過させるが、１μｍ以上の水滴は透過させないものである。このような材質のフィルムを使用すると、常に外気と同じ湿度が得られる。従って、万一、貼り合わせ部分から被水した場合でも、最終的には外気と同じ湿度となる。従って、含湿によるマイグレーションをほとんど発生させることはない。
【００４３】
また、他の方法としては、例えば、図１、図３、図４の開口部１４０を外部に対して開構造とすることが考えられる。図５は、多数のスイッチ部Ｓが並列接続されたメンブレンスイッチ１１０を示している。スペーサ１４に、各スイッチ部Ｓの各開口部１４０に連通し、外部に連通する溝１５を形成する。この構造によれば、各開口部１４０を長時間含湿状態にすることはないので、マイグレーションの発生を防ぐことができる。
【００４４】
また、上記の３つの実施例では、スペーサ開口部周縁部近傍Ａ、Ｂの両者において、非金属導電層１３１及び１３２のみを形成し、金属導電層１２１或いは１２２を形成しない構造としている。しかし、金属マイグレーションは正極側から主に発生するので、負極側には金属導電層を用いても良い。よって、極性を指定して用いる場合には、図６、図７の正極側の構造（ａ）、負極側の構造（ｂ）に示すように、負極側の金属導電層１２２を、接点部Ｘと内部配線部Ｙが連続した構造としても良い。
【００４５】
また、図７の正極側の構造（ｃ）に示すように、図６の構成において、正極側の接点部金属導電層１７１を設けない構造としても良い。
【００４６】
その他、様々な変形例が考えられるが、開口部を有するスペーサを２枚のＦＰＣで挟んだ構造のメンブレンスイッチにおいて、マイグレーションの成長経路の起点となる正極側ＦＰＣのスペーサ開口部周縁部近傍に、金属イオンの供給源である金属導電層を用いず、非金属導電層を用いる本発明の主旨に沿うものであれば、その方式は問わない。
【００４７】
尚、本発明の説明において「対向」とは、貼り合わせた段階で正確に同じ位置に対面していることを必ずしも必要としない。接点部Ｘの領域で第１、第２の接点部金属導電層が対向するとは、第１の接点部金属導電層１７１がＦＰＣ１１の接点部Ｘの領域内に形成されており、第２の接点部金属導電層１７２がＦＰＣ１２の接点部Ｘの領域内に形成されていることのみを意味する。第１の接点部金属導電層１７１と第２の接点部金属導電層１７２が貼り合わせ方向に正確に重なる位置に形成されなくとも、まして同一形状でなくとも、本発明の主旨に沿う実施は可能である。同様に上下一対の外部配線金属導電層１９１、１９２は、必ずしも正確に重なる位置に対面して設けられている必要はなく、又、完全に重ならない位置にあっても良い。また、外部配線部には非金属導電層がなくても良く、金属導電層からなる単層で導体部を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施例に係るメンブレンスイッチの垂直断面図、（ｂ）は水平断面図。
【図２】金属イオン、電界およびマイグレーション経路の位置関係を示す、（ａ）は本発明の第１実施例に係る説明図、（ｂ）は従来のメンブレンスイッチに係る説明図。
【図３】本発明の第２実施例に係るメンブレンスイッチの垂直断面図。
【図４】本発明の第３実施例に係るメンブレンスイッチの垂直断面図。
【図５】本発明の変形例に係るメンブレンスイッチの平面図。
【図６】本発明の他の変形例に係るメンブレンスイッチの垂直断面図。
【図７】その変形例に係るメンブレンスイッチの平面図。
【図８】（ａ）は従来のメンブレンスイッチの垂直断面図、（ｂ）は水平断面図。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３、１０４、１１０
本発明に係るメンブレンスイッチ
１１、１２ フレキシブル・プリント・サーキット基板（ＦＰＣ）
１１１、１１２ 樹脂フィルム
１２１、１２２ 金属導電層
１７１、１７２ 接点部金属導電層
１８１、１８２ 内部配線部金属導電層
１９１、１９２ 外部配線部金属導電層
１３１、１３２ 非金属導電層（樹脂導電層）
１６１、１６２ 接点
１４ スペーサ
１４０ 開口部
１４１ スペーサ開口部側面
１５ 溝
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ スペーサ開口部周縁部近傍
Ｅ 金属導電層が作る電界
Ｆ 電界Ｅにより金属イオンが受ける力
Ｉ 短絡電流
Ｓ スイッチ部
Ｘ 接点部
Ｙ 内部配線部
Ｚ 外部配線部
２００ 従来のメンブレンスイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、メンブレンスイッチの接点部及びその近傍の構造に関し、特に、含湿時，結露時の接点部間の金属イオン等の移動（マイグレーション）を防ぎ、短絡電流による誤動作や故障を抑制したメンブレンスイッチに関する。例えば、本発明は被水の可能性のあるパネルスイッチや自動車用乗務員検知センサに適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電気機器、情報機器の入力スイッチとして、図８に示す様な構造を有したメンブレンスイッチ２００が知られている。ここで図８の（ａ）は、メンブレンスイッチ２００の層構造を示すための垂直断面図、図８の（ｂ）は、メンブレンスイッチ２００の金属導電層を示すための水平断面図である。図８の（ａ）は、図８の（ｂ）でＱ−Ｑ’と示した位置での断面になっており、図８の（ｂ）は、図８の（ａ）でＰ−Ｐ’と示した位置での断面になっている。
【０００３】
図８の（ａ）に示すとおり、メンブレンスイッチ２００は、２枚のフレキシブル・プリント・サーキット基板（以下ＦＰＣと略す）２１及び２２が所定間隔で対抗した構造になっており、指などで押圧すると、それらのＦＰＣ２１及び２２上に形成された接点部（図８の（ａ）、（ｂ）でＸと示した領域）が接触し、導通を知らせるものである。
【０００４】
ＦＰＣ２１及び２２は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルム２１１及び２１２上に、銅、銀など導電率の高い金属材料が印刷法により形成されたもの、或いは、貼り合わされたものであり、貼り合わせの場合はエッチング加工等によって、電気回路等が形成される。
メンブレンスイッチ２００に使用される場合は、その樹脂フィルム２１１及び２１２には、所定の面積を有した金属導電層２２１及び２２２がそれぞれ一体的に形成される。金属導電層２２１及び２２２は、図８の（ａ）、（ｂ）でＸ領域で示した接点部並びに図８の（ａ）、（ｂ）でＹ領域で示した内部配線部及びそれらを外部回路と接続する図８の（ａ）、（ｂ）でＺ領域で示した外部配線部とから、それぞれ形成される。
【０００５】
銅、銀等の厚膜は電気伝導度は優れているものの、酸化、腐食などによって高抵抗になる性質がある。そのため、上記金属導電層２２１及び２２２上に保護層として、カーボン粒子を分散させて導電性を持たせた樹脂層２３１及び２３２が形成される。この樹脂導電層２３１及び２３２が金属導電層２２１及び２２２をそれぞれ覆い、金属導電層２２１及び２２２の酸化、腐食を防ぐように形成されている。こうして、金属導電層２２１及び樹脂導電層２３１、並びに金属導電層２２２及び樹脂導電層２３２がそれぞれ一体となって導電部分を形成する。実際の接触は金属導電層２２１及び２２２ではなく、樹脂導電層２３１及び２３２が接触することになる。以下、金属導電層と、樹脂導電層等の非金属導電層とを合わせて導体部と呼ぶ。
【０００６】
メンブレンスイッチ２００では、このような構造を持つＦＰＣ２１及び２２が、所定の厚さを有した絶縁体からなるスペーサ２４を挟んで、それぞれの接点部Ｘが互いに対向するように配置される。このスペーサ２４は、それらＦＰＣ２１及び２２の接点部Ｘに対応する位置に開口部を有している。従って、貼り合わせ工程終了時には、上下一対の接点部とスペーサの開口部側面２４１とで、密閉構造となった接点部間の空隙部が形成される。以下、この接点部間の空隙部を単に開口部２４０と呼ぶ。ここで開口部とは、ＦＰＣ２１及び２２の間の絶縁体からなるスペーサ２４が無い部分を意味し、必ずしも外部に対して通じていることを意味しないものとする。
【０００７】
指などによる押圧時には、樹脂フィルム２１１及び２１２が撓み、樹脂導電層２３１及び２３２の表面の接点２６１及び２６２が接触したオン状態となり、押圧が解除されると接点２６１及び２６２が隔離され、オフ状態となる。
【０００８】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、上述のようにメンブレンスイッチ２００は、最終工程では、２枚のＦＰＣ２１及び２２が接着剤等で貼り合わせられる構造となっているため、部分的に張り合わせの隙間が存在する場合がある。従って、万一、メンブレンスイッチ２００が外部から被水した場合、毛細管現象によりその僅かな張り合わせの隙間を通って、水がメンブレンスイッチ２００の内部に入り込み、開口部２４０に到達することがある。また、高湿度環境下において、接点の機械的作動を安定して行うために設けられた図示しない呼吸穴を通して、水蒸気がメンブレンスイッチ内部に入り込んで結露したり、あるいは、製作時の洗浄等により内部に僅かな水分が含まれていると、気温の低い冬期には結露に至ることがある。
【０００９】
このように開口部２４０に水分が存在すると、その中で蒸発、結露を繰り返えし、徐々に樹脂導電層２３１及び２３２に浸透する。その結果、樹脂導電層２３１及び２３２は僅かながらも水分を含んだ状態になり、金属導電層２２１及び２２２との境界では、その金属の一部がイオン化された状態になる。また、スペーサ２４の開口部側面２４１にも薄い水の膜が形成された状態になる。
【００１０】
この様な状態で、両接点部Ｘ間に長時間電界が掛けられると、正極側の金属導電層２２１（又は２２２）から、金属イオンは樹脂導電層２３１（又は２３２）を通り抜けることができる。通り抜けた金属イオンは、開口部側面２４１にて金属結晶を形成し、徐々に正極の金属層から負極の金属層に向かって、リーク電流を伴いながら成長することになる。このようにしてて所謂マイグレーションが発生する。そして、最後には対極と導通を起こし、短絡電流Ｉが流れ、制御機器などを誤動作に至らしめる。
【００１１】
このマイグレーションを避けるため、メンブレンスイッチ２００の、ＦＰＣ２１及び２２の金属導電層２２１及び２２２をどちらも外部配線部Ｚのみに形成し、接点部Ｘ及び内部配線部Ｙには、金属導電層２２１或いは２２２をＦＰＣ２１及び２２のどちらにも形成しないことも考えられる。ところが樹脂へのカーボン粒子の分散可能量には限度があり、樹脂導電層２３１及び２３２の導電率を金属導電層２２１及び２２２と比較して十分大きいものとすることはできない。また、樹脂導電層と樹脂フィルムとの密着力は、金属導電層とのそれよりも通常劣っている。よって、こうした接点部Ｘ及び内部配線部Ｙに、ＦＰＣ２１及び２２のどちらにも金属導電層を有しないメンブレンスイッチは実用的なものとは言えなかった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、マイグレーションの発生する箇所およびメカニズムに着目し、イオン化された金属がスペーサの開口部側面に沿って移動しにくい構造を取ることにより、マイグレーションによる短絡を抑制することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述したように、含湿時のマイグレーションによる短絡は、主に接点部および内部配線部から金属イオンが電界に従って徐々に移動し、スペーサの開口部側面に成長するのが原因である。
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の手段によれば、第１、第２の樹脂フィルムの内側にそれぞれ設けられた、導電率の高い金属材料から成る第１、第２の金属導電層の少なくとも一方は、スペーサ開口部の周縁部の全周から水平方向に所定距離離れた領域に設けられており、スペーサの開口の周縁部の全周から水平方向に所定距離以内の第１、第２の金属導電層の設けられていない当該部分を、対応する第１、第２の非金属導電層のみで形成した。つまり、第１、第２の樹脂フィルムの少なくとも一方においては、マイグレーションの成長起点であるスペーサ開口部周縁部近傍には、金属イオンを供給する金属導電層が形成されていない。スペーサ開口部の周縁部から所定距離離れて設けられている第１、或いは第２の金属導電層においては、たとえ水の浸入により金属イオンが発生しても、金属イオンがスペーサ開口部の周縁部に移動するまでに時間がかかる。よって金属イオンがスペーサの開口部側面に成長して対極と導通するまでの時間を長くすることができ、マイグレーションによる短絡を抑制することができる。
【００１４】
請求項２に記載の手段によれば、請求項１に記載のメンブレンスイッチにおいて、第１の樹脂フィルム、第２の樹脂フィルムともに、接点部と配線部に金属導電層が形成されている。下層である金属導電層の電気伝導度は、非金属導電層のそれより大きいので、メンブレンスイッチとしての電気抵抗を低下させることができる。また、金属導電層の樹脂フィルムとの密着力は、非金属導電層と樹脂フィルムとの密着力より優れているので、押圧による歪み、振動など機械的にも耐久性に優れたものとなる。よって、接点部の面積の大きなメンブレンスイッチにであっても、メンブレンスイッチの電気抵抗を小さくし、機械的耐久性を損なうことなく、金属イオンのマイグレーションを抑制することができる。
【００１５】
請求項３に記載の手段によれば、請求項１に記載のメンブレンスイッチにおいて、第１の樹脂フィルムにおいては接点部に金属導電層が形成されておらず、第２の樹脂フィルムにおいては接点部に金属導電層が形成されている。よって、金属イオンのマイグレーションを更に抑制することができる。
【００１６】
請求項４に記載の手段によれば、請求項１に記載のメンブレンスイッチにおいて、第１の樹脂フィルム、第２の樹脂フィルムともに、接点部に金属導電層が形成されていない。よって接点部において垂直方向にかかる電界に対して移動する金属イオンの発生は少なく、金属イオンのマイグレーションをより確実に抑制することができる。
【００１７】
請求項５に記載の手段によれば、第１の金属導電層の第１の配線部とスペーサ開口部周縁部との間の長さがスペーサ開口部周縁部の厚さ方向の長さの１０倍以上である。よってマイグレーションを確実に抑制することができる。
【００１８】
請求項６に記載の手段によれば、第１の金属導電層の第１の接点部とスペーサ開口部周縁部との間の長さがスペーサ開口部周縁部の厚さ方向の長さの１０倍以上である。よってマイグレーションを確実に抑制することができる。
【００１９】
請求項７に記載の手段によれば、請求項１乃至請求項６に記載のメンブレンスイッチにおいて、第１の金属導電層は正極側であり、第２の金属導電層が負極側である。よって、正電荷を有した金属イオンが発生する金属導電層がスペーサ開口部周縁部から所定距離離れているので、金属イオンのマイグレーションが起こりにくい。
【００２０】
請求項８に記載の手段によれば、第１、第２の樹脂フィルムは、水分を外部に排出する透湿防水機能を有する機能フィルムである。透湿防水機能とは、水蒸気は透過させるが、水滴は透過させない機能であり、その湿度は常に外気と同等に調整される。よって、第１、第２の金属導電層に金属イオンが発生することが抑制されるので、マイグレーションによる短絡も発生しにくくなる。また、万一被水等によって含湿することがあっても、マイグレーションの発生より前に、水分が水蒸気となって外部に排出されるので、マイグレーションが発生しにくい。従って、より安全で耐久性に優れたメンブレンスイッチを提供することができる。
【００２１】
請求項９に記載の手段によれば、スペーサ開口部とメンブレンスイッチ外部とを連通する溝がスペーサに形成されているので、スペーサ開口部の水分を外部に排出することができ、スペーサ開口部の湿度を低く保つことができる。このため、金属マイグレーションを抑制することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。メンブレンスイッチの垂直断面図については、説明の都合上、押圧方向により拡大した縮尺としている。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２４】
（第１実施例）
図１の（ａ）は本発明の具体的な第１の実施例であるメンブレンスイッチ１０１を模式的に断面図で表したものである。メンブレンスイッチ１０１は、第１のＦＰＣ１１及び第２のＦＰＣ１２と、それらに挟まれた絶縁体からなるスペーサ１４によって構成される。第１のＦＰＣ１１及び第２のＦＰＣ１２の構成は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の第１の樹脂フィルム１１１及び第２の樹脂フィルム１１２上に、１０〜１００μｍ厚の銅、銀など導電率の高い金属材料が、同じく１０〜１００μｍ厚の接着層を介してそれぞれ貼り付けられている。
【００２５】
この銅、銀は、樹脂系ポリマをバインダとした銀ペーストを印刷法により形成するか、または、箔状にしフォトマスク、光硬化性樹脂を用いてエッチング技術によって所定の形状にパタニングされる。あるいは、無電解メッキ技術により、所定の形状にパタニングしてもよい。
【００２６】
本実施例の場合は、第１のＦＰＣ１１について、第１の樹脂フィルム１１１上の第１の金属導電層１２１として、円形の接点部金属導電層１７１、内部配線部金属導電層１８１、外部配線部金属導電層１９１がパタニングされる。同様に、第２のＦＰＣ１２について、第２の樹脂フィルム１１２上の第２の金属導電層１２２として、円形の接点部金属導電層１７２、内部配線部金属導電層１８２、外部配線部金属導電層１９２がパタニングされる。さらに、パタニングされた第１の金属導電層１２１及び第２の金属導電層１２２は、酸化防止、腐食防止のために保護膜としての第１の非金属導電層１３１及び第２の非金属導電層１３２でそれぞれ被覆されている。第１の非金属導電層１３１及び第２の非金属導電層１３２は、接点部Ｘ、内部配線部Ｙ、外部配線部Ｚにおける第１の金属導電層１２１及び第２の金属導電層１２２をそれぞれ電気的に接続している。実際の接触に預かる接点部Ｘの第１の非金属導電層１３１及び第２の非金属導電層１３２の表面を、第１の接点１６１及び第２の接点１６２とする。
【００２７】
非金属導電層１３１及び１３２に使われる材料は、非金属導電材料であるカーボン粒子をポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート等の樹脂系ポリマをバインダとして、混錬されたものである。この非金属導電層１３１及び１３２は、パタニングされた金属導電層１２１及び１２２を覆う様に１〜１００μｍ厚にスクリーン印刷され、印刷後、１００〜２００℃で乾燥させることによって形成される。この非金属導電層１３１及び１３２はカーボン粒子を含んでいるので、接触時の導電性を損ねることなく下層の金属導電層１２１及び１２２を保護することができる。また、電気伝導率は金属導電層１２１及び１２２の方が大きいので、接点１６１及び１６２以外の金属導電層１２１及び１２２の表面の非金属導電層１３１及び１３２には電流はほとんど流れず、電流はほとんど金属導電層１２１及び１２２を流れることになる。
【００２８】
図１の（ｂ）にＦＰＣ１１の金属導電層１２１を示す。図１の（ｂ）は図１の（ａ）でＲ−Ｒ’と示した位置での水平断面図である。ＦＰＣ１１は円盤状のスイッチ部Ｓと一方向に伸びた外部配線部Ｚとからなり、円盤状のスイッチ部には中央に接点部金属導電層１７１が円形に形成されており、同心円状に間隔を置いて内部配線部金属導電層１８１が環状に形成されている。内部配線部金属導電層１８１と連続して外部配線部Ｚには外部配線部金属導電層１９１が形成されている。非金属導電層１３１はこれらを覆うとともに、接点部金属導電層１７１と内部配線部金属導電層１８１を接続している。なお、図１の（ｂ）で一点鎖線で示した円Ｇは、スペーサ１４の開口部の位置をその円内として示したものである。この円Ｇ内が接点部Ｘの領域に当たる。また、本実施例においては、ＦＰＣ１２にも全く同様な金属導電層１２２が形成されている。
【００２９】
メンブレンスイッチ１０１は、このような構造を持つＦＰＣ１１及び１２の接点部Ｘが互いに対抗するように配置され、かつそれらの接点部Ｘに相対する位置に開口部を有するスペーサ１４を挟んで、図示しない接着層によって貼り合わされる。その結果、接点部Ｘとスペーサ開口部側面１４１とで密閉された開口部１４０が形成される。このメンブレンスイッチ１０１のＦＰＣ１１及び１２の接点部Ｘ間には、通常１〜１００Ｖの電圧がかけられた状態にある。上方のＦＰＣ１１側から押圧力が作用すると、ＦＰＣ１１が撓み、その接点１６１とＦＰＣ１２の接点１６２とが接触し、接触が外部配線部金属導電層１９１及び１９２を介して外部から検出できる。
【００３０】
以上が、メンブレンスイッチの概要であるが、従来例で述べたように、被水時あるいは結露時には、このように開口部１４０に、電界によってマイグレーションが発生することがある。本実施例の特徴は、万一被水し金属導電層１２１及び１２２のどこかに金属イオンが発生しても、マイグレーションを発生させないような構造にしたことが特徴である。マイグレーションの発生には、次の４条件の成立が必要である。すなわち、１：金属イオンの供給源、２：金属イオンを発生させる水分、３：金属イオンを移動させる電界、及び４：その経路である。
【００３１】
図２の（ｂ）に、従来構造のメンブレンスイッチにおけるマイグレーション発生のメカニズムを図示する。図２の（ｂ）は、図８で示された従来のメンブレンスイッチ２００の、スペーサ開口部周縁部近傍Ｃ及びＤの様子を示したものである。以下では、ＦＰＣ２１の金属導電層２２１が外部回路の正極に接続されており、ＦＰＣ２２の金属導電層２２２が外部回路の負極に接続されているものとする。メンブレンスイッチ２００がオフ状態のとき、金属導電層２２１から金属導電層２２２に向かって電界Ｅが生じる。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、電界Ｅの方向に、金属イオンの供給源である正極側の金属導電層２２１と経路（スペーサ開口部側面２４１）が近接して１列に配列されると、マイグレーション発生の好適条件となる。マイグレーションによる短絡故障は次のように生起される。金属導電層２２１で金属イオン（図２ではAg+ としている）が発生すると、電界Ｅにより力Ｆを受ける。スペーサ開口部側面２４１に近接した金属導電層２２１の金属イオンは力Ｆにより徐々に移動し、ついには非金属導電層２３１を通り抜け、スペーサ開口部側面２４１に達する。スペーサ開口部側面２４１に達した金属イオンは、一部はスペーサ開口部側面２４１上に析出し、一部はスペーサ開口部側面２４１上を更に負極側に向かって移動する。こうして析出した金属は樹状突起として成長し、対極側の非金属導電層２３２に至る。このようにして、従来構造のメンブレンスイッチ２００は、被水或いは結露した後、金属イオンのマイグレーションによりＦＰＣ２１とＦＰＣ２２が短絡して故障していた。
【００３３】
さて、本実施例に係るメンブレンスイッチ１０１では、図１に示すように、スペーサ開口部周縁部近傍Ａ、Ｂにおいて非金属導電層１３１及び１３２（導電樹脂層）のみを形成し、金属導電層１２１及び１２２を形成しない構造とした。図２（ａ）に、本実施例でマイグレーションの発生が抑制される様子を図示する。ＦＰＣ１１の金属導電層１２１が外部回路の正極に接続されており、ＦＰＣ１２の金属導電層１２２が外部回路の負極に接続されているものとする。メンブレンスイッチ１０１がオフ状態のとき、金属導電層１２１から金属導電層１２２の間に向かって電界Ｅが生じる。しかし、本実施例に係るメンブレンスイッチ１０１では、図２（ａ）に示すように、金属イオンの供給源である正極側の金属導電層１２１（接点部金属導電層１７１と内部配線部金属導電層１８１）と経路（スペーサ開口部側面１４１）が近接しておらず、また、電界Ｅの方向には、１列に配列されていない。
【００３４】
正極側の接点部金属導電層１７１で金属イオン（図２ではAg+ ）が発生すると、電界Ｅにより力Ｆを受ける。しかし、金属イオンは力Ｆにより非金属導電層１３１に拡散したとしても、金属イオンは力Ｆによってはスペーサ開口部側面１４１に近づけない。よって、金属イオンのスペーサ開口部側面１４１への移動は従来構造のメンブレンスイッチと比較して大変遅い。これは、正極側の内部配線部金属導電層１８１に金属イオンが発生した場合も同様である。従って、万一、被水あるいは結露によって金属イオンが発生したとしても、接点オフの通常状態では金属イオンの移動時間が長くなるため、マイグレーションの発生を抑制することができる。
【００３５】
更に、接点部金属導電層１７１及び１７２の端面、および内部配線部金属導電層１８１及び１８２の端面とスペーサ開口部側面１４１との距離d2をスペーサ１４の厚さd1の１０倍以上とする。このことで、自動車部品の耐水試験のＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｄ０２０３のＲ１）を満たすことができる。
【００３６】
また、ＦＰＣ１１、ＦＰＣ１２の接点部金属導電層１７１並びに１７２及び内部配線部金属導電層１８１並びに１８２は非金属導電層１３１及び１３２によって覆われている。金属導電層１２１及び１２２の電気伝導度は、非金属導電層１３１及び１３２のそれより大きいので、スイッチとしての不必要な電気抵抗を下げることができる。また、金属導電層１２１及び１２２と樹脂フィルム１１１及び１１２との密着力は、非金属導電層１３１及び１３２とのそれより優れている。従って、金属導電層１２１及び１２２は金属イオンの供給源となるが、上記の構造と上記の寸法比率に応じて設計すれば、押圧回数、振動など機械的にも優れ、マイグレーションの発生を抑制した電気的にも優れたメンブレンスイッチとすることができる。なお、本実施例の場合には、正極、負極を区別する必要がない。
【００３７】
（第２実施例）
図３に、本発明の第２の実施例のメンブレンスイッチ１０２の垂直断面図を示す。尚、図中、図１と同一の構成要素には、同一の番号が付されている。本実施例は、比較的大規模なメンブレンスイッチに適用できる。
本実施例と第１実施例の異なる点は、正極側の接点部Ｘに接点部金属導電層１７１を用いることなく、非金属導電層１３１だけを使用したことである。これにより、正極側の接点部Ｘにおける金属イオンの発生を抑制することができ、より確実にマイグレーションによる短絡故障を抑制することができる。
【００３８】
尚、メンブレンスイッチ１０２において、内部配線部金属導電層１８１及び１８２とスペーサ開口部側面１４１との距離d2をスペーサ１４の厚さd1の１０倍以上とすることで、第１実施例と同様に自動車部品の耐水試験のＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｄ０２０３のＲ１）を満たすことができる。
【００３９】
（第３実施例）
図４に、本発明の第３実施例のメンブレンスイッチ１０３の垂直断面図を示す。尚、図中、図１と同一の構成要素には、同一の番号が付されている。本実施例は、比較的大規模でかつ小電力用のメンブレンスイッチに適用できる。実施例の第１実施例と異なる点は、ＦＰＣ１１及びＦＰＣ１２のどちらにも、接点部Ｘに、接点部金属導電層１７１或いは１７２を形成することなく、非金属導電層１３１及び１３２のみを形成していることである。これにより、接点部Ｘにおける金属イオンの発生を確実に抑制することができ、より確実にマイグレーションによる短絡故障を抑制することができる。
【００４０】
尚、メンブレンスイッチ１０３は接点部金属導電層１７１或いは１７２を有していないので、僅かながらスイッチとしての抵抗が大きくなる。従って、本実施例は、比較的大規模でかつ小電力用のメンブレンスイッチに適用される。また、本実施例の場合にも、正極、負極を区別する必要がない。更に、内部配線部金属導電層１８１及び１８２とスペーサ開口部側面１４１との距離d2に関しても、スペーサ１４の厚さd1の１０倍以上とすることで、第１実施例と同様に自動車部品の耐水試験のＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｄ０２０３のＲ１）を満たすことができる。
【００４１】
（変形例）
以上、本発明を適用した３つの実施例を示したが、他にさまざまな変形例が考えられる。マイグレーションの発生には、上述の様に、４条件（１：金属イオンの供給源、２：金属イオンを発生させる水分、３：金属イオンを移動させる電界、及び４：その経路）の成立が必要であった。従って、マイグレーションを抑制するためには、第２の条件の、金属イオンを発生させる水分を除去してもよい。
【００４２】
水分の除去には、例えば樹脂フィルム１１１及び１１２に透湿防水機能を有する機能性フィルムを使用する方法がある。機能性フィルムは、例えばポリエステルフィルムに多孔質系ポリウレタン、あるいは多孔質型フッ素樹脂を１〜１００μｍ塗布したものであり、水蒸気は透過させるが、１μｍ以上の水滴は透過させないものである。このような材質のフィルムを使用すると、常に外気と同じ湿度が得られる。従って、万一、貼り合わせ部分から被水した場合でも、最終的には外気と同じ湿度となる。従って、含湿によるマイグレーションをほとんど発生させることはない。
【００４３】
また、他の方法としては、例えば、図１、図３、図４の開口部１４０を外部に対して開構造とすることが考えられる。図５は、多数のスイッチ部Ｓが並列接続されたメンブレンスイッチ１１０を示している。スペーサ１４に、各スイッチ部Ｓの各開口部１４０に連通し、外部に連通する溝１５を形成する。この構造によれば、各開口部１４０を長時間含湿状態にすることはないので、マイグレーションの発生を防ぐことができる。
【００４４】
また、上記の３つの実施例では、スペーサ開口部周縁部近傍Ａ、Ｂの両者において、非金属導電層１３１及び１３２のみを形成し、金属導電層１２１或いは１２２を形成しない構造としている。しかし、金属マイグレーションは正極側から主に発生するので、負極側には金属導電層を用いても良い。よって、極性を指定して用いる場合には、図６、図７の正極側の構造（ａ）、負極側の構造（ｂ）に示すように、負極側の金属導電層１２２を、接点部Ｘと内部配線部Ｙが連続した構造としても良い。
【００４５】
また、図７の正極側の構造（ｃ）に示すように、図６の構成において、正極側の接点部金属導電層１７１を設けない構造としても良い。
【００４６】
その他、様々な変形例が考えられるが、開口部を有するスペーサを２枚のＦＰＣで挟んだ構造のメンブレンスイッチにおいて、マイグレーションの成長経路の起点となる正極側ＦＰＣのスペーサ開口部周縁部近傍に、金属イオンの供給源である金属導電層を用いず、非金属導電層を用いる本発明の主旨に沿うものであれば、その方式は問わない。
【００４７】
尚、本発明の説明において「対向」とは、貼り合わせた段階で正確に同じ位置に対面していることを必ずしも必要としない。接点部Ｘの領域で第１、第２の接点部金属導電層が対向するとは、第１の接点部金属導電層１７１がＦＰＣ１１の接点部Ｘの領域内に形成されており、第２の接点部金属導電層１７２がＦＰＣ１２の接点部Ｘの領域内に形成されていることのみを意味する。第１の接点部金属導電層１７１と第２の接点部金属導電層１７２が貼り合わせ方向に正確に重なる位置に形成されなくとも、まして同一形状でなくとも、本発明の主旨に沿う実施は可能である。同様に上下一対の外部配線金属導電層１９１、１９２は、必ずしも正確に重なる位置に対面して設けられている必要はなく、又、完全に重ならない位置にあっても良い。また、外部配線部には非金属導電層がなくても良く、金属導電層からなる単層で導体部を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施例に係るメンブレンスイッチの垂直断面図、（ｂ）は水平断面図。
【図２】金属イオン、電界およびマイグレーション経路の位置関係を示す、（ａ）は本発明の第１実施例に係る説明図、（ｂ）は従来のメンブレンスイッチに係る説明図。
【図３】本発明の第２実施例に係るメンブレンスイッチの垂直断面図。
【図４】本発明の第３実施例に係るメンブレンスイッチの垂直断面図。
【図５】本発明の変形例に係るメンブレンスイッチの平面図。
【図６】本発明の他の変形例に係るメンブレンスイッチの垂直断面図。
【図７】その変形例に係るメンブレンスイッチの平面図。
【図８】（ａ）は従来のメンブレンスイッチの垂直断面図、（ｂ）は水平断面図。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３、１０４、１１０
本発明に係るメンブレンスイッチ
１１、１２ フレキシブル・プリント・サーキット基板（ＦＰＣ）
１１１、１１２ 樹脂フィルム
１２１、１２２ 金属導電層
１７１、１７２ 接点部金属導電層
１８１、１８２ 内部配線部金属導電層
１９１、１９２ 外部配線部金属導電層
１３１、１３２ 非金属導電層（樹脂導電層）
１６１、１６２ 接点
１４ スペーサ
１４０ 開口部
１４１ スペーサ開口部側面
１５ 溝
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ スペーサ開口部周縁部近傍
Ｅ 金属導電層が作る電界
Ｆ 電界Ｅにより金属イオンが受ける力
Ｉ 短絡電流
Ｓ スイッチ部
Ｘ 接点部
Ｙ 内部配線部
Ｚ 外部配線部
２００ 従来のメンブレンスイッチ
Claims (9)
- 接点部と配線部とを有するメンブレンスイッチであって、第１、第２の樹脂フィルムと、この第１、第２の樹脂フィルムの内側にそれぞれ設けられ、導電率の高い金属材料からなる第１、第２の金属導電層と、この第１、第２の金属導電層をそれぞれ覆う第１、第２の非金属導電層と、前記配線部の前記第１の金属導電層と第２の金属導電層との間に設けられ、前記接点部における前記第１の非金属導電層と第２の非金属導電層との接触を可能とする開口部を有するスペーサとを備えたメンブレンスイッチにおいて、
前記第１、第２の金属導電層の少なくとも一方は前記スペーサの開口部の周縁部の全周から水平方向に所定距離離れた領域に設けられており、
前記スペーサの前記開口の周縁部の全周から水平方向に所定距離以内の前記第１、第２の金属導電層の設けられていない当該部分を、対応する前記第１、第２の非金属導電層のみで形成したことを特徴とするメンブレンスイッチ。 - 前記第１の金属導電層は、第１の接点部と、この第１の接点部から所定距離離れて設けられた第１の配線部とから形成され、前記第１の接点部と前記第１の配線部とが前記第１の非金属導電層で電気的に接続されるとともに、前記第１の接点部と前記第１の配線部との間に前記スペーサの開口部の周縁部を配置し、
前記第２の金属導電層は、前記第１の接点部に対向して設けられた第２の接点部と、この第２の接点部から所定距離離れて設けられ、前記第１の配線部と対向して配置された第２の配線部とから形成され、前記第２の接点部と前記第２の配線部とが前記第２の非金属導電層で電気的に接続されるとともに、前記第２の接点部と前記第２の配線部との間に前記スペーサの開口部の周縁部を配置したことを特徴とする請求項１に記載のメンブレンスイッチ。 - 前記第１の金属導電層は、第１の配線部のみから形成され、前記第１の配線部は前記第１の非金属導電層からなる第１の接点部と電気的に接続され、
前記第２の金属導電層は、前記第１の接点部に対向して設けられた第２の接点部と、この第２の接点部から所定距離離れて設けられた第２の配線部とから形成され、前記第２の接点部と前記第２の配線部とが前記第２の非金属導電層で電気的に接続されるとともに、前記第２の接点部と前記第２の配線部との間に前記スペーサの開口部の周縁部を配置したことを特徴とする請求項１に記載のメンブレンスイッチ。 - 前記第１の金属導電層は、第１の配線部のみから形成され、この第１の配線部は前記第１の非金属導電層からなる第１の接点部と電気的に接続され、
前記第２の金属導電層は、第２の配線部のみから形成され、この第２の配線部は前記第２の非金属導電層からなる第２の接点部と電気的に接続され、前記第１の非金属導電層からなる第１の接点部と前記第２の非金属導電層からなる第２の接点部との接触が可能であり、前記スペーサの開口部の周縁部は、前記第１の配線部または前記第２の配線部と所定距離離れて設けられていることを特徴とする請求項１に記載のメンブレンスイッチ。 - 前記スペーサの開口部の周縁部における厚さ方向の長さに対して、前記第１の配線部と前記スペーサの開口部の周縁部との間の長さは、１０倍以上であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のメンブレンスイッチ。
- 前記スペーサの開口部の周縁部における厚さ方向の長さに対して、前記第１の接点部と前記スペーサの開口部の周縁部との間の長さは、１０倍以上であることを特徴とする請求項２に記載のメンブレンスイッチ。
- 前記第１の金属導電層は正極側であり、前記第２の金属導電層が負極側であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のメンブレンスイッチ。
- 前記第１、第２の樹脂フィルムは、水分を外部に排出する透湿防水機能を有する機能フィルムであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のメンブレンスイッチ。
- 前記スペーサの開口部とメンブレンスイッチ外部とを連通する溝が、前記スペーサに形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のメンブレンスイッチ。
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