- 発行日 2024年6月27日
- 最終変更日 2024年6月27日
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タッチスイッチ ガイド
このガイドでは、様々なタッチスイッチについて紹介し、タッチスイッチの仕組みについても簡単に説明します。
タッチスイッチとは？
タッチスイッチは、その名の通り起動スイッチの1つで、操作者や物体からの一定レベルの物理的接触/圧力で起動します。
タッチスイッチは、触覚センサの中で最もシンプルなものです。直接物理的に接触するか、何らかの圧力を加えることによってのみ作動する、オン／オフの2値の電子スイッチです。
タッチスイッチは、ガラス、アクリル、プラスチックなど様々なパネルやディスプレイの表面や裏面に取り付けられるため、家庭や職場で様々な用途に使用されています。複数のタッチスイッチを1つのパネルやディスプレイ（例えば多機能キーパッド）に配置することで、より多様な制御入力を可能にし、様々な種類のアプリケーションやタスクを管理することができます。
タッチスイッチの工業用および家庭用用途には、次のようなものがあります：
- 照明回路とランプハウジング
- ノートパソコンやスマートフォンのタッチスクリーン
- 産業用オートメーション機器
- 医療機器および制御機器
- 防衛、安全、警報システム
- オーディオおよび放送用ハードウェア
タッチスイッチの外観、機能、性能は、LED部品の色や輝度には様々な種類があります。特定のスイッチではさまざまな圧力に反応する速度（高、中、低感度スイッチはすべて、用途に応じてプログラム可能）を、メーカーやエンドユーザーが調整することができます。
タッチスイッチの仕組み
タッチスイッチやセンサには様々な種類がありますが、基本的な原理は共通しています。
すべての種類の触覚センサは、触覚、力、圧力など、何らかの直接的な外部刺激に反応し、それらの間の接続は通常、光（光学的）、電気、磁気、その他の化学的または機械的なトリガーに反応して接続または切断されます。言い換えれば、これらはすべて、刺激と反応のオン／オフ経路を使用しています。
例えば、コンピュータのキーボードの個々のキーは、タッチスイッチの基本的な例で、物理的な直接圧力に反応し、どのキーがどのタイミングで押されたかをコンピュータに伝えます。
スマートフォンのタッチスイッチはもっと複雑で、静電容量式センシングや触覚フィードバックなどの他の機能が組み込まれています。しかし、使用するセンシング/伝達システムの種類にかかわらず、接触が発生すると、すべてのシステムは同じ基本原理に従って動作します。
すでに述べたように、タッチスイッチはどこにでもあるもので、さまざまな種類のハイエンド最新機器に搭載されているが、タッチスイッチは新しい技術ではありません。タッチスイッチの形状は大きく進歩し、設計や製造方法の飛躍的な進歩によって大幅に改良されましたが、人体を導体として利用するという基本原理（人体はそれに理想的に適している）は長年にわたって利用されてきました。
温度、抵抗、静電容量など、タッチスイッチの仕組みはすべて、人や適切なスイッチ操作の対象によって操作されたときに安定して機能します。 特定のタッチスイッチがどのように機能するかは、関連するタッチスイッチ技術のタイプに完全に依存するため、このガイドでは、現在販売されている一般的なタッチスイッチをいくつか紹介します。
タッチスイッチの種類
さまざまな用途や機能に合わせて購入できるタッチスイッチには、数多くの種類があります。タッチスイッチは、作動に大きな物理的圧力を必要としないスイッチのことを指し、「タッチスイッチ」という用語で広く定義されています。
技術的には、静電容量式または抵抗式スイッチを指すべきですが、直接接触式スイッチも広く利用されている製品であるため、一般的なサブタイプの押しボタンスイッチも含めます。
押しボタン式スイッチ
押しボタンスイッチは、「モメンタリ」スイッチまたは「コンタクト」スイッチとも呼ばれ、最もシンプルで広く販売されているタッチスイッチの1つです（前述のとおり、真の「タッチスイッチ」ではありません）。
押しボタンスイッチは非ラッチ式で、物理的に作動した（押された）時のみ接続回路に影響を及ぼし、スイッチへの圧力がなくなると元の位置に戻ります。これは通常、基本的な自動機構（バネなど）によって実現され、バネが解放されると最初の回路状態に戻ります。
一般的に販売されている押しボタンスイッチには、「プッシュツーメーク」と「プッシュツーブレイク」の2種類があります。プッシュツーブレイク接続の場合は、力の負荷がかかると回路が遮断されます（つまり、ボタンを押すと回路は事実上「オフ」になります）。プッシュツーメークはその逆です。プッシュボタンタッチスイッチは、回路への配線方法によって、両方の機能を提供するように設計されることが一般的です。
静電容量式スイッチ
静電容量式スイッチは、真のタッチスイッチと厳密に定義する2つの主要なタイプのスイッチの1つです。静電容量式スイッチは、作動させるために実際に物理的な圧力を必要とせず、代わりにあなたの身体からスイッチ自体に伝わる微小な電荷を測定することで機能します。これは、接触した瞬間に起こります。
スイッチを作動させる物体や人からの微小な電荷が静電容量の変化を引き起こし、スイッチ自体の微小な配線に存在する電荷を効果的に影響します。この電流の変化から、スイッチはいつ、どこで、どのように押されたかを正確に判断し、配線されている適切な機能を作動させることができます。
静電容量式タッチスイッチ回路は、人間の皮膚が導電性であるため（人間の体のほとんどは水でできている）、人間の皮膚で動作します。このため、静電容量式タッチスイッチは多くの場合、手そのものではなく、手に持っている任意の物体で操作できます。
例えば、石鹸や切りたてのジャガイモであれば、標準的なタッチを作動させるが、石や乾燥した木、布の破片でスイッチをオン・オフしようとしても、うまくいきません。もしその物体が十分に効果的な絶縁体であれば、あなたとスイッチの間の電流を遮断し、作動させることができません。このため、タッチスイッチを操作するために特別に設計されたデバイス（スタイラスなど）は、静電容量式であるように特別に設計する必要があります。
静電容量式タッチスイッチは、スマートフォンや産業用制御機器から自動販売機や一般的な家電製品まで、幅広い用途や環境で使用されています。また、LEDバックライトやIP等級など、さまざまな機能が組み込まれていることが多く、過酷な環境下で最も広く使用されているタッチスイッチの1つとなっています。
静電容量式タッチスイッチには機械的（可動）な部品がないため、一般的に特に頑丈で耐久性が高く、信頼性の高いオプションとみなされ、さまざまなパネルやスクリーンタイプの産業用および屋外用アプリケーションに適しています。
ピエゾ式タッチスイッチ
ピエゾスイッチの名前は圧電効果に由来し、ある種の固体材料にある程度の機械的応力、曲げ力が加わったときに発生します。このような材料には、ある種の結晶、ある種のセラミック、さまざまな種類の生物学的物質（骨、DNA、多数のタンパク質）などが含まれています。
圧電効果は、適切な材料に機械的応力が加わると、たとえ応力が非常に小さくても、これらの材料に電荷を生じさせます。
圧電スイッチング回路には内層（通常はセラミック）があり、スイッチハウジングの外層（通常は金属）にわずかな圧力が加わると、内層はごくわずかにへこみます。これにより、円盤状の内層が、ドラムの皮を叩いたときのような小さな曲げ変形を起こし、この変形が短時間の電圧パルスを発生させます。ほとんどの場合、これがトリガーとなり、プレス中にスイッチング回路をアクティブとして登録する集積半導体デバイスが作動します。
ピエゾタッチスイッチでは、内部ディスク層のわずかな曲がりが唯一の可動部であるため、通常、頻繁な使用において優れた耐久性と回復力を発揮します。過酷な用途向けに設計されたピエゾスイッチは、より強力な金属ハウジングで強化されており、同種の製品よりも作動に大きな力を必要とする場合があります。
ピエゾスイッチは湿気や埃の侵入を防ぐために簡単に密閉できるため、屋外用途のような過酷な環境に最適です。ピエゾ回路は真のタッチスイッチと見なされることが多いが、「押す」ためにはある程度の作動力を必要とするため、静電容量式タッチスイッチや抵抗膜式タッチスイッチとは似ているが少し異なるタッチスイッチのカテゴリと考えるのが適切です。
抵抗膜式タッチスイッチ
抵抗膜方式タッチスイッチは、静電容量方式タッチスイッチと同様、電流の変化を検知して動作します。しかし、比較的複雑な静電容量方式に比べ、抵抗膜方式は設計も構造もシンプルです。抵抗スイッチは、2枚の導電性金属板の間の抵抗を下げること、要するに2枚の板の間の電気的「ギャップ」を埋めることに依存します。
指が抵抗膜式タッチスイッチに触れると、指が両方の金属板に同時に触れ、その時点で体内の皮膚の水分と塩分がこのギャップを横切って電流が流れるのを助け、効果的に回路を完成させます。
このシンプルな設計は、かなり頑丈で安定し、ほとんどの用途に適した経済的な選択肢です。しかし、感度が低いため、その機能範囲はやや限られ、例えば、純粋なオン／オフタッチスイッチとしては、マルチタッチ操作に対応していないため、ハイエンドのスマートフォンや同様のデバイスには適していません。
