プッシュボタンスイッチ技術の完全解説

1. 構造と分類

1. 基本構造

（１）動作機構

ボタンキャップ：人間とコンピュータの相互作用インターフェース、プラスチック（ABS、PC）、金属（ステンレス鋼、アルミニウム合金）製

リターンスプリング：操作フィードバックを提供する。通常はバネ鋼またはステンレス鋼で作られる。

ガイドコラム：ボタンの動きの軌道の精度を確保、真鍮ニッケルメッキ

（2）連絡システム

可動接点：銀メッキリン青銅、厚さ0.3～0.8mm

静的接点：ベリリウム銅金メッキ、接触面レーザー溶接

消弧構造：セラミックパーティションまたは金属グリッド設計

（３）ハウジング組立

ベース：耐熱ナイロンPA66 + 30%ガラス繊維

保護カバー：シリコンまたはEPDMゴム製シーリングリング

取り付け構造：DINレールクリップまたはパネルネジ固定

2. 分類システム

機能別:

通常開（NO）：最初は切断されており、押すとオンになります

通常閉（NC）：最初はオンで、押すと切断されます

複合型（NO+NC）：二重接触リンケージ構造

動作モード別：

瞬間的なアクション：離すとリセット

セルフロック保持：機械式ロック機構

回転リセット: ロックを解除するには逆の操作が必要です

保護レベル別:

IP67防水タイプ：二重層シリコンシール

防爆型：Ex d II C T6認証

防振タイプ：内部に衝撃吸収ゲルを充填

2. 動作原理の詳細な分析

1. 伝導メカニズム

接触圧力: 標準50～200g、バネの硬さによって制御

接触抵抗の進化:

初期接触：表面酸化層の突破段階（<5ms）

安定した伝導：金属冶金接触形成（接触抵抗<50mΩ）

老化プロセス：アーク浸食により抵抗が上昇する（寿命末期には 200mΩ 未満）

2. 動作特性曲線

プリトラベル：0.5～2mm（機械的なクリアランスを排除）

オーバートラベル: 0.3～1mm (接触圧を確保するため)

作用力曲線：典型的な二重ピーク特性（静摩擦の破壊→動的プロセス）

3. キーマテリアルシステム

1. 導電性材料の比較

材質 導電性 硬度 耐アーク性 コスト

銀ニッケル合金 72%IACS 120HV 優れた高

金メッキ銅 85%IACS 90HV 良好 非常に高い

銀スズ酸化物45%IACS 180HV 優れた中程度

銀メッキ真鍮 28%IACS 150HV 中低

2. 断熱材の開発

従来の素材：ベークライト（PF）耐熱温度150℃

エンジニアリングプラスチック：PBT+30%ガラス繊維（CTI>600V）

新素材：LCP液晶ポリマー（耐アーク性＞180秒）

4. コアパフォーマンスパラメータ

1. 電気的特性

定格電流:

信号レベル: ≤0.5A (24VDC)

電源タイプ: 10A (250VAC)

特殊タイプ：60A（カースタートスイッチ）

絶縁抵抗:

初期値: >1000MΩ (500VDC)

湿熱後：>100MΩ（85℃/85%RH）

中圧耐性：

250VAC製品: 2000V/1分

600VAC製品: 3000V/1分

2. 機械寿命

標準製品：50,000～100,000回（IEC 61058準拠）

長寿命タイプ：50万～100万回（磁気保持技術）

試験条件：60回/分、負荷に応じて切り替え

5. 高度な設計技術

1. コンタクトシステムの最適化

ダブルブレークポイント設計：直列のダブルコンタクトにより遮断能力が向上

磁気ブローアウト：[敏感词]磁石がアーク伸張をガイド

真空シール：10^-3 Pa真空接触チャンバー

2. スマートな統合

ステータス表示: 内蔵LED (≤3W)

信号フィードバック：ホールセンサー非接触検出

ネットワークインターフェース: IO-Link V1.1通信プロトコル

6.応用分野におけるイノベーション

1. インダストリー4.0のシナリオ

協働ロボット：安全回路のデュアルチャンネル監視

予知保全：接触抵抗のオンライン監視

デジタルツイン：スイッチアクション時間のクラウド記録

2. 新エネルギー分野

充電パイル：CP信号検出機能付き緊急停止スイッチ

太陽光発電インバータ：2000V DC専用絶縁スイッチ

エネルギー貯蔵システム：防爆型バッテリー管理スイッチ

7. 選択要因マトリックス

パラメータ 民生グレード 産業グレード 自動車グレード

温度 -20~70℃ -40~85℃ -40~125℃

振動 5～17Hz/1mm 10～55Hz/1.5mm 10～2000Hz/50g

シーリング IP40 IP67 IP6K9K

認証 CCC UL/CE IATF16949

8. 故障モード解析

1. 典型的な欠陥

接合不良：高電流により接点溶着が発生する（>10kA）

接触不良：硫化銀膜により抵抗が急激に増加

機械の詰まり：埃の侵入により動きが妨げられる

2.加速寿命試験

温度サイクル：-40℃←→125℃、1000回

塩水噴霧試験：5% NaCl、480時間

混合ガス：H2S+SO2+NO2、21日間

9.今後の開発動向

自己発電技術：圧電エネルギーハーベスティングによりパッシブワイヤレスを実現

フレキシブルエレクトロニクス：伸縮性導電性ポリマースイッチ

バイオニックデザイン：筋肉のような駆動構造により操作感が向上

10. 保守点検

1. 現地試験項目

接触抵抗：4線式測定（電流≥1A）

絶縁抵抗：2500Vメガオームメーター試験

動作特性：変位力曲線アナライザー

2. 予防保守

除塵サイクル：2000回または6か月

潤滑およびメンテナンス：特殊接触グリース（二硫化モリブデン含有）

交換基準：接触抵抗＞初期値の300％