■限位开关的概念

限位开关，指为保护内置微动开关免受外力、水、油、气体和尘埃等的损害，而组装在外壳内的开关，尤其适用于对机械强度和环境适应 性有特殊要求的地方。
形状大致分为横向型、竖向型和复合型。下图表示典型的竖向型限位开关的构造。限位开关大致上是由五个构成要素组成的。



 

■内置微动开关驱动机构

对于限位开关来说，微动开关的驱动机构是与密封性能和动作特性直接相关的重要部分。其构造分为三类，如下表所示。

（1）活塞型
根据密封方法不同，有表中的A型和B型2个种类。A型是用O型环 或薄膜密封的，由于密封橡胶没有外露，在抵制工作机械的切割碎 屑方面功能较强大，但其反面影响是，有可能会将砂子、切割粉末 等压入活塞的滑动面。B型虽然不会把砂子、切割粉末等压入，且 密封性能优于A型，但由于炽热的切割碎屑飞溅过来，有可能会损 坏橡胶帽。因此，要根据使用场所的不同选用A型或B型。而柱塞 型仍然通过柱塞的往复运动压缩或吸进空气。 为此，如果长时间将柱塞压入，限位开关内的压缩空气逸失，内部 压力将与大气压相同，即使急于让柱塞复位，柱塞却有迟缓复位的 倾向。为了避免发生这种故障，设计时，根据柱塞的压入将空气的 压缩量控制在限位开关内部全部空气量的20％以内。另外，为了延 长微动开关的寿命，在这一构造内部设置了一个OT吸收机构，该 OT吸收机构采用OT吸收弹簧，用以吸收残余的柱塞的行程。该机 构相对于柱塞的运动，在中途停止按压微动开关辅助柱塞的行程。

（2）铰链摆杆型
在摆杆端部（滚珠），柱塞的行程量根据摆杆的比例扩大，因此， 一般不使用OT吸收机构。

（3）旋转摆杆型
举一个典型的示例，来示例WL的构造，但除此之外，还有两个类 型：将复位柱塞的功能赋予柱塞的类型；通过线圈弹簧获取复位 力、用凸轮带动辅助柱塞的类型。

■开关的构成材料

开关的主要部分是由下列材料构成的

限位开关 用语说明

为保护小型开关不受外力、水、油、尘 埃等的侵害而将其装入金属外壳或者塑料 外壳中的开关。（以下称开关）

 一般指作为开关特性和性能的保证标准的 量， 如额定电流， 额定电压等， 以特定 的条件为前提。

指利用接点的机械开合来实现开关的功能。

根据各种用途构成接点的电气输入输出电路的方式。

用导线对端子部分完好配线， 通过充填树 脂使该部分固定， 消除暴露在外的带电部 分， 提高密封性的一种方法。

将过行程(OT)设为规格值，在未通电状态下的开关寿命。

将过行程(OT) 设为规格值，在额定负载（阻性负载）下的开关寿命。

没有施加外力时驱动杆的位置。

向驱动杆施加外力，使可动接点刚从自由位置的状态开始反转时的位置。

驱动杆到达驱动杆停止档时的位置。

减少对驱动杆的外力，使可动接点刚从动 作位置反转到自由位置状态时驱动杆的位置。

为了从自由位置移动到工作位置所必须给 驱动杆施加的力。

为了从总行程位置移动到回复位置，必须 对驱动杆施加的力。

驱动杆从自由位置到动作位置的移动距离 或移动角度。

驱动杆从动作位置到总行程位置的移动距 离或移动角度。

驱动杆从动作位置到返回位置的移动距离 或移动角度。

驱动杆从自由位置到总行程位置的移动距 离或移动角度。

对目录中使用的上述规格用语说明如下。

「电气机械控制电路设备」的EN规格。和IEC60947-5-1的内容相同。

使用范围

开关按用途来分类。请参考下面的例子。

使开关动作的额定电流值

使开关动作的额定电流值

使开关动作的额定电压值。不能超过额定绝缘电压(Ui)。

开关保持绝缘性的最大额定电压值。是耐压值和爬电距离的参数。

在开关带电部位为密封型的开关中， 持续通电时也不会超过规格规定的临界温升值的电流值。

材质为黄铜的端子部位的规格规定的临界温升值为65℃。

开关在绝缘不被损坏的情况下可承受的脉冲电压的峰值。

开关在短路保护装置动作前可承受的电流值。

在短路时通过切断保护开关的装置。（断路器， 保险丝等）

开关的使用环境

有以下4个等级， 限位开关属于污染度3。

防触电保护等级：

防触电等级

限位开关 使用注意事项

·实际使用开关时，可能会发生意想不到的问题。因此，应在可能实施的范围内进行测试。
·在进行实际设备确认时， 不仅是负载条件， 使用环境也必须在和实际使用状态相同的条件下进行测试。
·目录中记载的各额定性能值， 如果没有特别指明， 均为下列条件下的数值。
  感性负载： 功率因数0.4以上（交流）
                        时间常数7ms以下（直流）
  灯负载： 具有恒定电流的10倍浪涌电流的负载。
  电动机负载： 具有恒定电流的6倍浪涌电流的负载。
  (1)环境温度 ： +5～35℃
  (2)环境湿度 ： 40～70%RH
注. 感性负载在直流电路中特别成问题，因此必须充分了解负载的时间常数（L/R）的值。

关于动作力、行程、接触特性

·图中所示为动作力→行程→接点接触力的关系。为保证高度的 可靠性，必须在合适的接触力范围内使用。
   使用常时闭路(NC) 时操作体的设置必须保证驱动杆能返回自由位置。此外，使用常 时开路(NO)时，
   必须按下到过行程(OT)的规定值的70～100% （总行程(TT)的60～80%），以吸收微小的摆振和误差。
·行程设定在动作位置(OP)和回复位置(RP)附近时， 可能导致接 触不稳定。此外， 如果是在总行程位置(TTP)，
    还可能由于操 作体的惯性导致驱动杆和开关本体的损坏， 因此请利用安装板 和操作体调整行程。
    （请参考766页「●挡块的设计」， 767页「●通过挡块移动 量设定行程」， 「●关于挡块的面粗糙度」）
·图中显示了行程的增减带来的动作力（接触力） 的变化。设定 在OP、RP附近时接触力会不稳定， 无法确保高度可靠性。
    此外， 抗振动和冲击能力也会减弱。

·若驱动杆经常处于按下状态，会造成初期故障、复位不良，请定期维护及更换。

关于选择时的机械条件

·必须根据操作方式来选择驱动杆。（参考764页）

·请确认操作速度和操作频率。
    1. 操作速度极慢时，接点的切换会不稳定，可能导致接触不良或熔接等问题。
    2. 操作速度极快，动作的冲击力可能破坏开关，频率过高则接点可能来不及切换，因此请不要超过规定的使用频率使用。
·请不要向驱动杆施加过大的力。可能导致损坏或活动不良。
·行程的设定请在各机种的合适范围内使用。超过范围使用， 可能会破坏开关。

·交流和直流的开关能力相差很大， 因此请在额定范围内使用。直流的场合、控制容量极低。
    这主要是由于它不像交流那样有零点（电流零交点）， 一旦产生电弧就很难消失，电弧时间较长。
    而且电流方向是固定的， 因此会出现接点的迁移现象， 从而因凹凸不平而导致接点无法断开。
·在包括感应在内的情况下产生反向感应电压， 电压越高能量就越大， 接点的损耗和迁移也越大，
    因此请在额定条件内使用。 ·微小电压、电流的情况下请使用微小负载用产品。使用一般的银系接点可能会降低接触可靠性。

为了延长接点寿命、防止噪声、及减少因电弧而产生的碳化物或 硝酸， 请使用接点保护电路。但是如果使用不正确， 可能会适得 其反。
下面介绍接点保护电路的代表性例子。在湿度高的环境中， 在容 易产生电弧的负载（如开关感性负载时） 的条件下， 由电弧所生 成的NOX和水分化合会产生硝酸(NHO3)， 腐蚀内部金属， 影响动 作。如果在高频率且会产生电弧的电路中使用， 请按照下表使用 接点保护电路。

电路例		适用		优点、其他	元件的选择方法
		AC	DC
CR方式		＊ △	○	＊在AC电压下使用时。 负载的阻抗应小于C、R的阻抗。	所谓C、R的标准 C ：接点电流1A为1～0.5 (μF) R ：接点电压1V为0.5～1 (Ω) 根据负载的性质有时会不一致。 C有接点断开时抑制放电的效果，没有下次接通时 限制电流的作用，请考虑上述情况通过试验来确认。 C的耐压一般请使用电压较低的。AC电路请使用AC用电容器（无极性）。
		○	○	负载为继电器、螺线管等时动作时间变慢。 电源电压为24、48V时，并联在负载间有效，为100～200V时并联在接点间有效。
二极管方式		×	○	线圈中储存的能量通过并联二极管以电流的形式流向线圈， 在感性负载的电阻部分做为热量消耗掉。该方式比CR方式的复位时间更慢。	二极管的反向耐压应为电路电压的10倍以上，正向电流必须大于负载电流。
二极管+齐纳二 极管方式		×	○	在二极管方式下复位时间太慢时使用有效。	齐纳二极管的齐纳电压使用较低的电压。在不同环境下，负载也可能不动作，这时请使用相当于电源 电压1.2倍的电源。
可变电阻方式		○	○	利用可变电阻的定压特性，不向接点间施加过高的电压的一种方式。该方法的复位时间也较慢。 电源电压为24～48V时连接在负载间比较有效，为100～200V时连接在接点间比较有效。	可变电阻的截电压请按下列条件选择。交流需要√2倍。Vc＞(电流电压×1.5) 但是过高的设置Vc的话，对高电压的阻截效果将会减弱。

请如下使用接点保护电路(浪涌吸收器)。

如果在开关微小负载电路时使用一般负载用开关， 可能会引起接 触不良。请参考右图在使用区域范围内使用开关。即使在右图的 使用区域范围内使用微小负载型， 如果是开关时引发浪涌电流的 负载， 接点消耗将加剧， 造成寿命缩短， 因此请根据需要插入接 点保护电路。最小适用负载作为N水准参考值。这表示在可靠度 为60%(λ60)下的故障率水平。（JIS C5003） λ60=0.5 ×10-6/ 次表示可靠度为60% 的条件下可推定故障率为1/2,000,000以下。

	对消除切断时的电弧非常有效，但接点开路时 C储存了能量，因此接点接通时C放出短路电流，接点容易熔接。		对消除切断时的电弧非常有效，但接点接通时 有充电电流流向C，因此接点容易熔接。
●关于在微小负载下的使用 如果在开关微小负载电路时使用一般负载用开关， 可能会引起接 触不良。请参考右图在使用区域范围内使用开关。即使在右图的 使用区域范围内使用微小负载型， 如果是开关时引发浪涌电流的 负载， 接点消耗将加剧， 造成寿命缩短， 因此请根据需要插入接 点保护电路。最小适用负载作为N水准参考值。这表示在可靠度 为60%(λ60)下的故障率水平。（JIS C5003） λ60=0.5 ×10-6/ 次表示可靠度为60% 的条件下可推定故障率为1/2,000,000以下。

·请不要在1个开关的接点上连接异极、异种的电源。

·在电路设计时请不要在接点间加电压。（可能导致混触熔化）


 

·即使在发生异常情况时， 也不要出现短路的电路。（可能导致导电部位的熔断）

·开关用于电子电路（低电压· 低电流）

  1. 接点的振动、震颤会带来问题时，请采取下面的措施。
      (a)插入积分电路。
      (b) 将振动、震颤引发的脉冲控制在负载的干扰容限以下。
  2. 对接触可靠性要求特别高的领域中，原有的银系接点不合适。
      金系接点的微小电压、电流用产品的性能较好。
  3. 考虑到安全性，紧急停止用开关请使用b。
·为了防止电路短路造成的开关损坏，请在开关中串联具有相当于额定电流的1.5～2倍的断路电流值的瞬断型保险丝。
    使用EN认证额定值时，请使用适合IEC60269的10A保险丝gI即gG。

·请不要在有引火性气体、爆炸性气体等环境中单独使用开关。
    随着开关引起的电弧发热，会造成失火或爆炸等原因。
·开关不是防水密封结构， 因此在油或水喷溅、飞散或者有尘埃附着的地方，
     请用保护盖来防止直接飞沫。

·限位开关也会由于在室外或特殊的切削油的关系导致开关材质变质及劣化，
    因此选择机种时请垂询。
·请将开关安装在不会直接接触到切屑或尘埃的位置。
    必须保证驱动杆和开关本体上不会堆积切削屑和泥状物质。

·请不要在有热水（+60℃以上） 的地方和水蒸气中使用。
·请不要在规定外的温度、户外空气条件下使用开关。各机种允许的环境温度不同。（请确认本文中的规格）。
    如果有急剧的温度变化， 热冲击会导致开关松动， 造成故障。

·操作人员不小心将开关安装在易发生误动作或事故的地方时，请加装外罩。

·开关受到连续的振动和冲击时，产生的磨损粉末可能导致接点接触不良和动作失常、耐久性下降等问题。
    此外，如有过大的振动和冲击，可能会发生接点的误动作和破损等，
    因此请将其安装在不会受到振动和冲击的位置和不会发生共振的方向上。
·使用银系接点时如果长期处于低频率使用或者微小负载使用状态，接点表面生成的硫化膜不会被破坏，
    导致接点接触不良，因此请使用镀金的接点和微小负载用的开关。
·请不要在硫化气体(H2S、SO2)，氨气(NH3)，硝酸气体(HNO3)，氯气(Cl2)等恶性气体和高温多湿环境中使用开关，
    以免发生接点接触不良和腐蚀引起的破损等功能障碍。
·环境中如果存在硅气体， 则电弧能量会使得氧化硅堆积在接点上， 导致接触不良。
    开关周围有硅油、硅填充剂、硅电线等硅制品时， 请通过接点保护电路来抑制电弧并消除产生硅气体的源头。

·在一直按下的状态下， 如果开关频率较低（1次以下/日）， 则可能会由于零件的劣化导致复位不良。
    请事先确认并定期进行检查。
·开关的寿命除了性能栏中记载的机械寿命和电气寿命以外，还与使用环境导致的各部位的劣化
    （尤其是橡胶类、树脂类的劣化和金属部位的腐蚀等）有关。因此，请定期进行检查和更换，防止事故的发生。
·当长期不设置ON/OFF时，接点会由于氧化等原因而发生接触可靠性降低的情况。接通不良会造成事故隐患。
·开关请牢固安装，并安装在易于检查且可以更换的干净的场所。在难以进行检查和维护的地方以及黑暗的地方，
    请装上动作显示灯。

·请避免在恶性气体（H2S、SO2、NHO3、Cl2等） 和有尘埃、高温多湿的环境中存放开关。
·存放期超过3个月时， 请重新检查后再使用。

为了提高耐气候、耐寒、耐热性能， 使用了硅橡胶， 硅橡胶部分情况下可能产生硅气体（常温下可能发生， 高温下产生量会进一步增加） 。 这种气体通过电弧能量反应， 会生成二氧化硅（SiO2） 。二氧化硅（SiO2） 不断堆积在接点上， 会发生接触障碍， 可能影响设备的正常运行。
使用前请务必按照实际使用条件（包括环境、动作次数） 进行评价， 在确认性能上没有问题后， 在进行使用。

·在有泥水、粉尘的地方， 请使用机械部位密封的橡皮帽限位开关。
·可能会由于臭氧劣化等原因导致橡胶材质的劣化。
    请选择采用具有耐候性的橡胶材料（氯丁二烯， 硅， 氟） 的橡胶产品。
·关于导线和电缆的终端处理， 导线金属丝部位和屏蔽层部位由于毛细现象可能发生雨水浸入，
    因此端子盒内配线等请选择在不会淋水的地方。
·在室外使用限位开关时， 限位开关的铁零件（螺钉类、柱塞等） 可能会被腐蚀。
    有些特定的机种中， 耐候性产品已经系列化， 敬请选用。（WL-□P1、D4C-□P）
·所谓室外就是指立体停车场等可能受到雨淋和日光照射的环境， 不包括会受到腐蚀性气体和盐害影响的环境。
    此外结冰的情况下， 也可能发生复位不良或无法满足规格。

·为避免开关的驱动杆急速返回或受到冲击， 请考虑操作体（凸轮、挡块等） 进行操作。
    以相对快的动作操作开关时， 必须使用能对继电器和阀门进行充分励磁且保持行程较长的凸轮和挡块。
·操作方式、凸轮和挡块的形状、频率、过行程等都会极大地影响寿命、精度。
    因此请将凸轮和挡块设计成平滑的形状。

·在旋转运动、直线运动时也必须在开关的驱动杆上施加正常的载荷。

    如下图所示， 挡块触到摆杆时， 动作位置将无法稳定。

·请不要在开关的驱动杆上施加偏载荷， 或者引起局部磨擦。

·如果从斜面向开关的驱动杆（滚珠） 上施加载荷， 可能会造成驱动杆和旋转轴的变形、折损，
    因此请保持挡块垂直。

·请设置驱动杆不超过过行程(OT)。过行程(OT)超过限制的话，可能引起故障。
    安装时请充分考虑操作总行程后进行调整。

·过行程过大时， 可能会诱发早期的故障。因此在安装时必须进行调整，
    必须事先对操作体的工序进行充分的讨论。

·在针状按钮型中， 按钮的行程和操作体的行程必须在一条垂直线上。

·请配合驱动杆的特性使用开关。
    请不要如下图所示箭头方向那样使用滚珠悬臂摆杆型。

·请不要对驱动杆进行加工而导致动作位置的变化。
·使用可调式摆杆等长摆杆时，可能会造成摇摆状态，建议采取下面的措施。
    1. 挡块的后端设为平滑的15 ～ 30°角，或者用2 次曲线连接使用。
    2. 请修改电路保证电路中不出现误动作信号。
    3. 请使用可单侧动作的开关。（或设置成单侧动作来使用）
·关于斜面柱塞型，请使用操作体宽度大于柱塞宽度的产品。

关于挡块的速度及角度与驱动杆的关系
设计挡块时， 必须充分考虑挡块的速度和角度(φ)与驱动杆形状等的关系。
一般的挡块角度在30～45°的范围内， 挡块的操作速度(V)应该在0.5m/s以下。

＜滚珠摆杆型驱动杆＞

(1)挡块不会越过驱动杆的情况下

挡块速度在0.5m/s以下的情况（普通）
	φ Vmax(m/s) y 30° 45° 60° 60～90° 0.4 0.25 0.1 0.05（低速） 0.8(TT) 取全行程的80%
挡块速度0.5m/s≤V≤2m/s的情况下（快速）
θ φ Vmax(m/s) y 45° 45° 0.5   50° 40° 0.6 0.5～0.8(TT) 60～55° 30～35° 1.3 0.5～0.7(TT) 75～65° 15～25° 2 0.5～0.7(TT)

注. y是相对于全行程(TT)的比率，表示挡块的按下量应达到TT的50～80%（50～70%）。

(2)挡块超过驱动杆的情况

挡块的速度在0.5m/s以下
	φ Vmax(m/s) y 30° 45° 60° 60～90° 0.4 0.25 0.1 0.05（低速） 0.8(TT) 取全行程的80%
挡块的速度在0.5m/s以上
挡块以较快的速度越过驱动杆时，挡块的后端应保持较平滑的角 度(15～30°), 或者用2次曲线连接减少摆杆的跳动。
θ φ     45° 45° 0.5 0.5～0.8(TT) 50° 40° 0.6 0.5～0.8(TT) 60～55° 30～35° 1.3 0.5～0.7(TT) 75～65° 15～25° 2 0.5～0.7V(TT)

注. y为相对于全行程(TT)的比例，表示挡块正确的按下量应为TT的50～80%(50～70%)。

在挡块越过驱动杆的情况下， 前进方向和后退方向的形状可以相同，但必须避免驱动杆和挡块快速分离的形状。

滚珠柱塞型
	φ Vmax(m/s) y 30° 20° 0.25 0.5 0.6～0.8(TT) 0.5～0.7(TT)

球式柱塞型
φ	Vmax(m/s)	y
30° 20°	0.25 0.5	0.6～0.8(TT) 0.5～0.7(TT)