OEM製品向けシリコンキーパッド設計ガイド

このシリコンキーパッド設計ガイドは、OEMの設計・購買チームが金型着手前に確定すべき事項を整理したものです。指から回路までの構成、材料、キー形状、荷重-変位曲線、接点、表示文字、照光、筐体シール、組立基準、検証計画を一つの管理対象として扱います。シリコーンゴムキーパッドのDFMと試作承認に必要な入力を準備できます。ただし、荷重、ストローク、硬度、ウェブ、抵抗、寿命、IP等級、公差、価格、リードタイムに共通の正解を与えるものではなく、案件固有の試験や完成品承認を代替しません。

更新日: 2026-08-04

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1. シリコンキーパッドとは何か、何ではないか

シリコンキーパッドは、指の押下を案内し、ウェブ（スカート部）またはドームに弾性エネルギーを蓄えて解放し、その動きを電気接点へ伝える成形エラストマー部品です。成形品にカーボン接点を一体化する方式、メタルドームや別体スイッチを押す方式、シール付きの機械式キーマットとして使う方式があります。Shin-Etsu Polymerの公開技術資料では、シリコーンドームの形状と材料がF/S曲線を作り、下側の接点が回路を閉じる構成として説明されています。

キーパッド単体は、完成したスイッチアセンブリではありません。タッチスクリーンでも完成筐体でもなく、IP等級の証明にもなりません。電気的な導通は、回路、接点パターン、閉成荷重、支持構造、筐体、ファームウェア閾値の影響を受けます。環境性能は、組み立てた筐体と各インターフェースを実際に試験して判断します。

指から回路までの基本スタック

指 → キートップと表示文字 → ガイドまたはベゼル → 成形ウェブ → プランジャ／接点保持部 → 導電接点または別体スイッチ → PCB、FPCまたはPET回路 → 剛性支持部 → 筐体、締結部、シール経路

矢印の一つひとつが設計インターフェースであり、それぞれに責任者が必要です。

CAD開始前に、供給範囲を「成形キーマット単体」「キーマット＋回路」「試験済みモジュール」「完成筐体」のどこまでとするか決めます。剛性板上で合格した荷重曲線は、たわむPCB上で同じ結果になるとは限りません。IEC 60529は電気機器の外郭が提供する保護を分類する規格です。周囲ビードやキーパッド単体だけでIP65、IP67、IP68を名乗ることはできません。

設計原則: シリコーン部品の外形だけでなく、実装された全スタックを管理する。

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2. シリコンキーの荷重が電気信号になるまで

シリコンキーは、一つの荷重値だけで動作するものではありません。ウェブが押下に抵抗し、ピーク荷重に達し、接点位置へ向かって荷重が低下し、回路が閉じ、安定導通に必要な距離だけ進みます。指を離すと、押下時とは異なる経路で復帰します。仕様書には押下曲線と復帰曲線の両方が必要です。

動作は次の順で進みます。

1. 指がキートップを押し、ガイド、ベゼル、筐体が横方向の動きを制限する。
2. 成形ウェブが変形して弾性エネルギーを蓄える。断面、R、キー高さ、配合、硬化状態、横荷重が曲線に影響する。
3. プランジャまたは成形保持部が接点を回路へ近づける。
4. 規定の閉成荷重で接点がPCB、FPCまたはPETのパターンを橋絡し、電気状態が変わる。
5. メカニカルストッパ、回路支持、オーバートラベル量がそれ以上の移動を制限する。復帰時は接点が確実に離れ、キーが引っ掛からず初期位置へ戻る。

Shin-Etsu Polymerの技術資料では、代表的なF/S曲線をF1、F2、S1、S2で表し、クリック率を (F1 − F2) / F1 × 100% と定義しています。この式はイベント名を明確にするもので、共通の目標値を定めるものではありません。

F1、F2、S1、S2以外の記号は、メーカー資料間で統一されていません。たとえばF3が終端荷重を指す場合も、復帰側の荷重を指す場合もあります。記号だけに依存せず、各イベントを文章で定義します。

クリック率、キー比、ウェブ比は同じ意味ではない

key ratioが触感のクリック率を指すなら、F1/F2の式とイベントを併記します。幾何比を指すなら、二つの寸法、断面、基準、測定方向を明示します。web ratioという語だけでは金型形状を管理できません。

確認したASTM、IEC、ISO、WACKER、Shin-Etsuの資料には、シリコンキーパッドに共通するウェブ比の式はありません。ウェブ形状は、厚さ、角度、R、テーパ、内外の固定部、局所的な断面変化の組合せです。一つの未定義比率にまとめると、金型で加工すべき形状が見えなくなります。

初期サンプル用の技術参考値

キーパッドの操作感に共通の標準値はありません。次の値は、N&H Technologyの設計ガイドから一組として採用した初期検討用の基準と、MekoPrintのウェブ厚に関する検討点です。JASPERの実測値、合格基準、製品承認データではありません。量産リリース値は、承認済み材料、形状、実装状態、試験方法で確定します。

元資料のcNとmmは管理記録に残し、単位換算で元の許容幅を変えないでください。

Shore硬度はキー操作感ではない

ASTM D2240は、規定したデュロメータを用いるゴム・エラストマーの押込み硬さ試験です。圧子形状、荷重、弾性率、粘弾性の影響を受ける経験的な管理試験であり、実装キーのF/S曲線を測るものではありません。

同じShore A値の配合でも、ウェブ、キー高さ、接点位置、予圧、支持、硬化状態、筐体クリアランスが違えば操作感は変わります。図面では硬度尺度と試験方法を指定し、実装状態のF/S特性を別に規定します。

圧縮永久ひずみも別の特性です。ASTM D395-18(2025)は、規定した静的圧縮後の回復を定荷重法または定変位法で扱います。常時圧縮されるシールやキーパッドには関係しますが、ウェブの繰返し変形、復帰、打鍵耐久を代替しません。

ラバーコンタクトの接点も同様です。成形カーボン接点、導電印刷、めっき接点などでは、PCBパッド形状、表面処理、閉成荷重、測定方法が異なります。Shin-Etsuの公開表も特定のPCBパターンと治具条件に結び付いており、抵抗値だけを切り離して比較できないことを示しています。

測定原則: 荷重や比率の単独値ではなく、押下イベント、復帰イベント、電気イベント、試験状態、治具を一組で承認する。

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3. シリコンキーパッド設計ガイド：金型前に決める10項目

有効な設計ルールは、他社図面の寸法をコピーすることではなく、意思決定の境界を明確にすることです。製品範囲、材料、F/S特性、キー役割、ウェブ形状、接点、加飾、照光、筐体統合、量産承認の10項目を金型メーカー任せにしてはいけません。

3.1 操作感を調整する前にキーの役割を分ける

電源キー、非常操作、連続して使うナビゲーションキー、数字入力、隠しサービスキーでは、誤作動と反復操作のリスクが異なります。機能、操作者、手袋、姿勢、使用頻度でキーを分類し、分類ごとに曲線群を定義します。

幅、高さ、表示、ガイド、接点位置が異なるキーへ同じ公称荷重を一括適用すると、ピーク荷重が合っても復帰、がたつき、導通タイミング、底付き感が揃いません。中央の測りやすいキーだけでなく、隅、長尺、小型、高頻度キーを代表サンプルに含めます。

3.2 ウェブ形状がばね特性を作る

ウェブは成形ばねですが、特性は厚さだけでは決まりません。内外の固定部、断面変化、角度、R、局所テーパ、キー高さ、キートップのモーメントアーム、ガイド隙間、配合、硬化状態が連動します。横荷重も曲線を変えます。

• 指荷重が過大な曲げモーメントを作らず、想定した天面へ入ること。
• 全押下・復帰範囲で、ガイドが有害な横移動を防ぎながら擦れないこと。
• ウェブ断面が急な角や未検討の段差ではなく、成形可能な滑らかな遷移を持つこと。
• 最悪の位置ずれでも、プランジャまたは接点中心が回路基準へ着地すること。
• PCB、コーティング、接点が偶発的なストッパになる前に、意図したストッパで荷重を制限すること。
• 外周シールを外部へ開通させず、押下時の空気を逃がせること。

メーカーの初期値が一致しないのは、材料、金型、形状、試験方法が違うためです。この差は、普遍的な寸法がないことの証拠でもあります。成形メーカーは断面付きDFM案と予測または試作F/S曲線を返し、OEMは実装結果を承認します。

3.3 接点とPCBを一つのインターフェースとして扱う

カーボン接点（カーボンピル）は一般的ですが、唯一の方式ではありません。Shin-Etsu Polymerは、カーボンシリコーン印刷、成形カーボン接点、低抵抗カーボン、めっき接点、メタルドームを別方式として示しています。抵抗、厚さ、保持、荷重経路、コスト、試験方法は方式ごとに変わります。

リリース資料では、接点と相手回路を同時に定義します。接点寸法・位置・保持方法、PCBパッドパターン、導体表面、パッド間隔、回路支持、電気閾値、閉成荷重、コンディショニング、測定治具が最低限必要です。金めっきの基準クーポンで合格した接点が、量産PCBでも合格するとは限りません。

初回導通だけでなく、許容オーバートラベル内の安定導通、復帰時の開離、偏心押下、筐体予圧の影響を確認します。ファームウェアのデバウンスや閾値が判定に関係する場合は、ハードウェア証拠と同じ改訂管理に含めます。

3.4 表示、コーティング、照光を積層として設計する

印刷文字、成形色、塗装、レーザー開口、硬質キートップは別の課題を解きます。視距離、周囲光、手袋、洗浄剤、摩耗形態、触覚目印、色差、使用環境から方式を選びます。

Shin-Etsu PolymerのHG構成例では、成形シリコーン、透過する表示色層、暗色遮光層、レーザーによる記号開口、保護トップコートを重ねます。これは一つの公開構成例であり、寿命値やJASPERの工程を証明するものではありません。

照光均一性はLEDだけでは決まりません。MekoPrintの2025年ガイドは、シリコーン厚、顔料、LED位置、遮光、筐体形状を連成する光学入力として扱っています。バックライト付きシリコーンゴムキーパッドは、規定電流、周囲光、視野角、実筐体で通電承認します。

レーザー加工シリコンキーパッドの版下は、印刷・レーザー可能範囲が確定してから凍結します。エッジ品質、光漏れ、色、光沢、位置、摩耗を規定します。IEC 60068-2-70は指や手による表示摩耗の試験方法に使えますが、厳しさ、液体、前処理、不合格条件は案件側で選びます。

3.5 シール性能は筐体で成立する

成形キーパッドはシールの一部になれますが、試験境界には筐体面、締結、圧縮、接着剤またはガスケット、ケーブル出口、回路開口、ベント、組立ばらつきが含まれます。シール経路を断面で示し、共通基準へ結び付けます。締結荷重と圧縮は、キーウェブへ不要な予圧を加えないよう管理します。

空気溜まりは別の設計課題です。内部ベント溝でキー空間を連結しながら外周シールを維持できる場合があります。外部へ開く穴は圧力を逃がす一方、浸入境界を壊す可能性があります。完全な筐体と試験構成を基に判断します。

リリース原則: 各判断に、管理成果物、証拠の責任者、金型着手を止める条件を設定する。

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4. 材料、成形法、金型方針を同時に決める

材料選定は単独の購買判断ではありません。WACKERの材料・加工ガイドは、固形の高粘度シリコーンゴムと二液型液状シリコーンゴムを区別し、圧縮、トランスファー、射出という成形経路を説明しています。必要な硬化後物性、材料系、形状、数量、設備、ノウハウによって工程を選ぶという境界が重要です。

HCRとLSRのどちらかが常に優れるわけではありません。必要なウェブ、接点、色、表面、インサート、キャビティ数、検査証拠を、修正計画込みで再現できる工程を選びます。

WACKERは広いシリコーン材料群について、およそ2～4%の線収縮を示す一方、実際の収縮は材料グレードと工程条件に強く依存すると説明しています。この範囲をキーパッド金型の収縮率として直接使ってはいけません。選定配合のデータ、金型温度、形状、成形メーカーのトライ結果で金型補正値を決めます。

ポストキュアも同様です。圧縮永久ひずみなどの物性を変え、揮発成分を減らす場合がありますが、要否と条件はグレード、肉厚、用途によります。ハンドブックの温度・時間例を部品仕様へそのまま貼り付けず、最終状態と証拠を指定します。

金型リリースは面ごとにレビューする

• キーウェブ、シール、ガイド、加飾範囲、回路基準を形成する面はどれか。
• パーティングライン、ゲート、ベント、オーバーフロー、取出し形状、痕跡はどこか。
• バリ領域は機能面、外観面、シール面、隠れ面のどれか。
• R、アンダーカット、抜き勾配、シャットオフをどの金型面で作るか。
• 接点インサートをどう保持し、中心へ配置するか。
• 寸法は金型依存、締結依存、仕上げ依存、コンディショニング後測定のどれか。
• キャビティをどう識別し、採取し、修正後に比較するか。

低粘度LSRは微小隙間へ入りやすいため、パーティング、ゲート、ベント、オーバーフロー、バリに敏感な面を意図的に検討します。ProtolabsのLSR設計資料も、可能な範囲でパーティングラインをシール面から外すよう案内しています。これは金型インターフェースの検討事項であり、JASPERの能力や全工程共通公差を示すものではありません。

ISO 3302-1:2014は成形ソリッドゴム製品の寸法公差クラスと適合の考え方を定めます。合意したクラスを図面で引用しても、荷重に効くウェブ、接点位置、組立基準には個別管理が必要です。一般公差への適合だけでF/S曲線は保証されません。

JASPERの採用グレード、HCR/LSR範囲、成形法、ポストキュア、金型調達、キャビティ修正、内製・外注区分は案件ごとの書面確認が必要です。

金型原則: 配合、工程、最終状態、金型インターフェース、収縮補正、修正責任を一緒に凍結する。

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5. シリコンキーパッド図面パッケージの作り方

3D形状だけでは、シリコンキーパッド図面パッケージとして不十分です。3Dモデルは面を定義し、2D図面は管理要求、基準、測定状態、合格条件を定義します。回路、版下、光学、環境、組立資料で残りのインターフェースを閉じます。

機能寸法は、実際に成立させる関係で記入します。ゴム外周からのキー中心が公差内でも、筐体がゴムとPCBを別基準で位置決めすれば接点が外れます。キー中心と回路中心、シールビードと筐体ランド、ガイドとベゼル、プランジャとストッパ、接点と支持パッドの関係を図示します。

ISO 23529:2016は、ゴム試験片の作製、保管、コンディショニング、成形から試験までの時間を扱います。完成キーパッドの試験規格ではありませんが、曲線やロットを比較する際に、試料年齢、前処理、環境を記録する根拠になります。

6段階の承認ゲート

試作とサンプル承認は、一枚の外観サンプルではなく、判断を段階に分けて進めます。

「サンプル承認」の一言にまとめないでください。色見本はウェブ寿命を承認せず、単品の荷重試験は筐体予圧を承認せず、導通サンプルは文字摩耗やシールを承認しません。サンプルごとに判断目的と改訂を記録します。

シリコンキーパッドアセンブリでは、成形品単体より供給インターフェースが増えます。PCB支持、LED、コネクタ、筐体嵌合、プログラム、最終機能試験、梱包をどちらが担当するか明記します。公開製品ページが示すのは選択可能な供給形態であり、個別案件の範囲は書面確認が必要です。

図面原則: レビュー担当者が、金型メーカーに設計判断を委ねず、形状、荷重、回路、光学、筐体、試験状態、供給範囲を再構成できること。

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6. キーマット単体ではなく実装システムを検証する

検証は、利用者が実際に押す状態を再現します。通常は量産相当の筐体、回路支持、接点パターン、締結、予圧、LED、コネクタ、ファームウェアを含みます。単品試験は工程管理に使えますが、合否の境界を明示します。

キーパッドに共通の一律試験パッケージはありません。試験・検証計画では、要求、サンプル、量産証拠、変更を別ゲートとして扱います。

故障は症状ではなく証拠から診断する

不具合が出たら、ウェブや材料をすぐ変更せず、曲線、組立状態、サンプルID、キャビティ、回路、環境履歴を保存します。

ゴールデンサンプルは外観比較に使えますが、数値、図面、承認曲線を置き換えません。改訂、材料ロット、キャビティ、前処理、測定記録を一緒に保管します。配合、金型、接点、PCB表面、塗装、LED、筐体、試験法のいずれかが変われば、影響する証拠を再開します。

検証原則: 量産相当の実装スタックを検証し、故障証拠を保存し、各合格を改訂・方法・条件・サンプルIDに結び付ける。

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7. シリコンキーパッドが適する用途、適さない用途

成形キー形状、調整可能な荷重経路、触知性、色や照光、筐体シールへの組込みが必要な製品では、シリコンキーパッドが候補になります。用途名だけでは構成を決められません。

次の場合は、成形シリコーンが最適とは限りません。

• キー高さがほぼ不要で、薄く平坦な印刷UIならメンブレンキーパッドが適する場合がある。
• 表示や操作が頻繁に変わるなら、静電容量タッチと別設計の触覚フィードバックが適する場合がある。
• 特性が確立した標準ディスクリートスイッチで足りる機能は、専用成形ウェブの利点が小さい。
• 連続回転、比例アナログ入力、ガード付き非常操作は別の操作機構が必要になる。
• 少量で形状が未確定の段階では、構成と需要が固まるまで量産金型を待つ方がよい。

比較対象は操作感だけでなく、全厚、シール、表示、照光、回路、組立、試験負担、金型変更、保守です。メンブレンキーパッドとシリコンキーパッドの比較は、構成選定の追加資料として使えます。

構成原則: 操作者、全スタック、環境、検証負担、代替方式を比較してから成形シリコーンを選ぶ。

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9. キーパッド図面または3Dモデルを送る

次の実務的な一手は、管理された設計レビューです。キーパッド図面または3Dモデルを送付する際は、相手回路、筐体断面、キー役割、初期F/S目標、接点方式、版下、照光スタック、環境、検証マトリクス、供給範囲を添付します。

未確定事項は未確定と明記してください。メーカーは配合、ウェブ、金型、接点、塗装を提案できますが、仮定と根拠を記した改訂管理済みDFMとして返す必要があります。設計判断を金型鋼材の中へ埋め込んではいけません。

JASPERもこのレビューを行う実装候補の一社です。実際に提供される材料、成形法、金型範囲、二次工程、試験方法、組立範囲、証拠、MOQ、リードタイムは、案件ごとに書面で確認してください。

発注または金型リリース前に、すべての初期値を管理図面と承認記録で確定します。

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よくある質問

OEMはシリコンキーパッドにどのShore硬度を指定すべきですか？

特定のShore A値だけで必要なキー操作感は保証できません。本ガイドの55 ± 5 Shore Aは、1社の設計資料から採用した初期参考値です。量産リリース前に、承認済み配合、ASTM D2240などの試験方法、試験片または測定位置、公差、実装状態のF/S目標へ置き換えてください。

シリコンキーパッドの正しいウェブ比はいくつですか？

すべてのキーパッドに共通するウェブ比を定めた確認済み規格はありません。クリック率を指すなら (F1 − F2) / F1 × 100% と荷重イベントを示します。幾何比なら分子、分母、断面、基準、測定方向、完成状態を定義します。比率だけで金型を管理してはいけません。

荷重とストロークはどのように指定しますか？

規定した試験状態で、押下と復帰の全曲線を指定します。プローブ、方向、速度、予圧、支持、コンディショニング、F1、F2、S1、S2、安定導通域、復帰イベント、オーバートラベル、ストッパを定義します。荷重はN、移動量はmmで記録し、承認済み資料の元単位も残します。

最終PCBなしでカーボン接点を承認できますか？

基準クーポンは接点の選別に使えますが、量産インターフェースの承認にはなりません。最終承認には、量産接点、PCBパッド形状と表面処理、回路支持、閉成荷重、電気閾値、コンディショニング、測定方法が必要です。治具条件の異なる接触抵抗値を同等に比較してはいけません。

シリコンキーパッド図面パッケージには何が必要ですか？

改訂管理した3Dモデル、2D図面、F/S仕様、量産相当回路、接点定義、ベクター版下、光学要求、筐体断面、検証マトリクス、供給範囲記録を含めます。機能基準、重要状態、試験条件、承認責任者、変更管理も明記してください。

成形シリコンキーパッド単体にIP等級を付けられますか？

キーパッド単体では完成筐体のIP等級を立証できません。IEC 60529は、試験した電気機器の外郭が提供する保護を分類します。報告書には、筐体、キーパッド、シール、締結、ケーブル状態、姿勢、前処理、試験後機能、正確なアセンブリ改訂を記載します。

バックライトやレーザー加工した表示文字はどう承認しますか？

シリコーン、顔料、透過層、遮光層、レーザー開口または印刷、保護塗装、LED、駆動電流、筐体、周囲光、視野角を含む量産相当の通電スタックで承認します。均一性、ホットスポット、光漏れ、色、位置、摩耗、洗浄剤、目視損傷の基準を定義してください。

シリコンキーパッドの金型をリリースできるのはいつですか？

材料・工程、ウェブ断面、接点とPCB、F/S測定法、ストッパ、シール経路、ベント、パーティングライン、ゲート、バリ範囲、版下、光学スタック、組立基準、サンプル段階、修正責任、合格マトリクスが同じ改訂で管理された時点でリリースします。