【徹底解説】マイクロスイッチで失敗しないために絶対知っておきたい事、まとめました。

安価で手軽に入手できるスイッチとして「リミットスイッチ」や「マイクロスイッチ」があります。
しかし価格だけで選んでいる場合は要注意です。

  • 「マイクロスイッチでは精度が足りず、誤動作してしまった…」
  • 「マイクロスイッチの故障で設備が止まってクレームに繋がった…」
  • 「マイクロスイッチ・リミットスイッチしか選択肢が無い…」

近年、機械の小型化や高精度化が追い風となり、こんな悩みが設計者や装置ユーザから寄せられています。
その背景には、マイクロスイッチの特性を見落としたまま使っていることも見受けられます。

本記事では、マイクロスイッチの基礎知識から用途別の向き不向きをお伝えします。

マイクロ/リミットスイッチでもない、「第3のスイッチ」という視点で、メトロールの「精密位置決めタッチスイッチ」についても解説します。

スイッチを扱っている、設計・生産技術・購買・保全関係の方には絶対に知って頂きたい【タッチスイッチの導入事例集】を公開中です!

●本記事でわかること
・マイクロスイッチ・リミットスイッチの基礎知識
・スイッチ選定で見落としがちな3つのリスク
・「第3のスイッチ」としてメトロールの位置決めスイッチの特長がわかる
・位置決めスイッチの活用事例集が読める

目次

マイクロスイッチ・リミットスイッチの役割とは?

そもそもスイッチとは?

言葉通り、スイッチとは「切り替え」を行うものです。
代表的な接触式スイッチには以下の3つがあります。

  • マイクロスイッチ
  • リミットスイッチ
  • 精密位置決めタッチスイッチ

スイッチは電気回路を開閉(入/切、ON/OFF)を行います。
そのため、身の回りの電気製品からロボット・生産設備などに組み込まれ、制御を行っています。
まず、マイクロスイッチとリミットスイッチそれぞれの特徴について説明します。

マイクロスイッチ以外のタッチスイッチ

マイクロスイッチとリミットスイッチの違いは?

マイクロスイッチとは?

マイクロスイッチはスナップアクション機構と接点を持ち、プラスチックで覆われた小型のスイッチです。(図1参照)
アクチュエーターと呼ばれるパーツを上下に動かすと、内部の接点部が開閉し、通電(ON/OFF)します。

 マイクロスイッチの構造
▲図1:マイクロスイッチの構造(引用:第2回:マイクロスイッチの基礎 | 日経クロステック

リミットスイッチとは?

リミットスイッチはマイクロスイッチに防水・防塵性を持たせるためプラスチックや金属のカバーで覆ったスイッチです。
役割はマイクロスイッチと同様に有無検出ですが、水や油、粉塵などがある悪環境で使われます。
動作させる際は、ドグと言われるパーツを設備に取付け、リミットスイッチのアクチュエーター部を動作させて使用します。(図2参照)

※ドグとは?

リミットスイッチのアクチュエーターを押し込んだり復帰させるために機械・設備に設けるパーツ

▲図2:リミットスイッチの動作

マイクロスイッチの役割「有無検出」とは?

マイクロスイッチ・リミットスイッチどちらも、検出体がアクチュエーターに接触することでその存在を知らせることから「有無検出・存在検出」の役割を担っています。

「有無検出」とはその名の通り

  • 検出物がそこに有るか、無いかの存在確認
  • (フタが)閉じてるか開いているか
  • 通過したか、していないか

などがあります。(図3参照)

マイクロスイッチとリミットスイッチの用途=有無検出
▲図3:マイクロスイッチの用途=有無検出

マイクロスイッチ(リミットスイッチ)のアプリケーション

マイクロスイッチは有無検出の役割から、身近な家電~生産設備、様々な場所で使用されています。

例えば
●身近な家電
冷蔵庫の扉、掃除機、自動車/電子レンジのドアスイッチ、マウスのクリック部、電動工具のトリガー

●工業製品・設備
XYステージの原点出し、設備の開閉扉、ワークの通過確認、治具・シリンダの位置確認 など

以上のような、あらゆる有無検出機構にマイクロスイッチが埋め込まれています。

マイクロスイッチの一般的なスペック

一般的な共通のスペックを挙げると以下のような項目が挙げられます。

  • 機械的寿命は50万回~100万回程度
  • 電気的寿命は20万回
  • 保護等級IP40~(防水、防滴仕様は無い)
  • 精度保障は無し
  • 単価100~500円前後

以上のことからマイクロスイッチは低コストで精度が要求されないクリーンな環境において重宝されるスイッチと言えます。

※機械寿命と電気寿命の違い

機械寿命はスイッチに通電しない状態で、規程の操作頻度でスイッチをオンオフさせた時の耐久性能。
電気寿命は、電圧・電流が定格値となるように負荷をかけた状態での規程の操作頻度でスイッチをオンオフさせた時の耐久性能です。

スイッチ選定に隠れた3つのリスクとは?

マイクロスイッチの価格は設計において魅力ですが、スイッチ単体の費用(イニシャルコスト)はトータルコストの氷山の一角に過ぎません。
用途や使い方を誤るとトラブル=コストアップにつながることを覚えておきましょう。


長期的にコストアップに繋がるリスクは大きく3つにわけられます。

  • リスク1:修理によるメンテナンスコスト
  • リスク2:製造におけるコストアップ
  • リスク3:ブランド評価が低下するコスト

順番に説明していきます。

マイクロスイッチを選定するときに意識すべき3つのリスク

リスク1:修理にともなうメンテナンスコスト

スイッチの故障にともなうメンテナンスで発生するコストです。
・修理コスト(人件費・出張費・サービス費用)

ユーザの現場で設備が動かず、保全スタッフが現場へ急行することもあるのではないでしょうか?
保全サービスの人件費や出張費は装置メーカーのコストアップ課題の一つです。

メンテコストの指標は、過去のセンサのスペアパーツ購入実績・有償修理の実績などがあります。

リスク2:組立て時のコストアップ

センサのための仲介機構を設けることによって発生するコストです。
マイクロスイッチを動作させるためのドグやアクチュエーターを設置することでスペースを確保したり、パーツが増えたり、設備が大型化したり、組立工数が増えるケースも無視できません。

以下のコストには注意が必要です。
・中介アクチュエータ、ドグの設計費・製造コスト・組立工数
・スペースを要するための損失コスト

リスク3:ブランド評価が低下するコスト

いかに主要性能が優秀な機械であっても、細部の機能(例えば扉の開閉、(アン)ローディング)の故障や不具合が多ければクレームに繋がり、ブランドイメージを毀損するリスクがあり、コストに繋がります。

チョコ停が発生すると装置ユーザ側は、
・可動率の低下※1
・遊休機の発生による機会損失
などの損失を受けます。

こうして損なわれたブランドイメージを取り戻すには相応のコストが必要となります。
数百万〜数千万円する設備が、スイッチによる不具合でチョコ停が発生する状況は避けるべきでしょう。

したがって以下のコストには要注意です。
・ブランドイメージ低下による将来の機会損失(他メーカーへの切り替えなど)

※1:可動率(べきどうりつ)とは?

「設備を動かしたいときに、正常に動いてくれていた時間の割合」を指します。
設備が故障やエラーによって停止(チョコ停)すると可動率は低下していきます。

マイクロスイッチの採用で失敗する事例

マイクロスイッチの不具合や破損によるトラブルがきっかけで、スペック不足が後から発覚するケースも少なくありません。
3つの事例をご紹介します。

ケース1:汚れや水・油の多い悪環境でマイクロスイッチを採用してしまう

多くのマイクロスイッチはIP40(非防水、非防塵)のため、湿気や水・油、切粉によって腐食や劣化など不具合を起こします。
設計段階では想定していなくても、ユーザの現場が不具合につながる環境であることも想定しましょう。

ケース2:「精度」が必要な用途でマイクロスイッチを採用してしまう

マイクロスイッチを精度が必要な位置決めや原点復帰に使用すると安定しないリスクがあります。
有無検出用のマイクロスイッチでは、精度の再現性をだすのは難しいでしょう。

  • NG例1)3DプリンタのXYテーブルで原点復帰をマイクロスイッチで行う場合、精度が出ず不良品の問題に繋がった。
  • NG例2)工作機械におけるワークの着座スイッチに使う場合、ワークの「浮き」があり正確な着座が見れなかった。

ケース3:負荷の大きい場所でマイクロスイッチを採用してしまう

電気的寿命の限度を超えたり、スイッチに強い衝撃が加わる用途で採用すると、早期に不具合を起こします。
機械の可動域の制限用として使う場合、スイッチ自体をストッパ代わりに使うことは避けましょう。
負荷の大きな用途だとプラスチックケースが割れたり歪んでしまったり、取付位置がずれる事があります。

解説:なぜマイクロスイッチ(リミットスイッチ)は精度が低いのか?

有無検出のマイクロスイッチには「繰返し精度」の概念は原則無いと考えた方が良いでしょう。
理由は「スナップアクション機構」というメカニズムがあるからです。

「スナップアクション機構」はオンオフ時に板ばねを介して「パチッ」と接点を素早く接触させたり離したりするというメカニズムで、マイクロスイッチはこの機構を持つスイッチとして定義されます。(動画参照)

このスナップアクション機構により応差が発生し、スイッチが動作するタイミングの再現性が安定しない=繰返し精度が低いのです。
したがって、スナップアクション自体は接点の寿命を長くするのに有効ですが、精度においては下げる方向に働いてしまっています。

※「スナップアクション機構」の誕生背景…
昔はAC100Vが主で接点に大きい電圧電流が流れたので、接点を迅速に接触させたり離したりすることで接点が溶着したり電蝕することを防ぐ「スナップアクション」という構造が誕生しました。

応差(ヒステリシス)とは
アクチュエータを押し込んだ時に、自由位置から初めて動作した点と、復帰するときに初めて動作した点の距離。
▲スナップアクション機構=板ばねによる「パチッ」という音の動作

スイッチ選定のポイント

設計の段階からスイッチの使用条件はシビアに見積ることが重要です。
トラブルを未然に回避することで、将来の保全やアフターサービスコストの削減や顧客満足に繋がります。

選定の際は下記の5つを気を付けると良いでしょう。

  • どれくらいの精度が必要か?(有無検知の精度で問題は起きないか?)
  • オンオフ(開閉)の頻度はどれくらいか?
  • 振動や強い衝撃が加わるか?スイッチ自体をストッパにしていないか。
  • 水や油、粉塵などスイッチの不具合に繋がる環境は想定されるか?
  • スイッチが故障したときの影響範囲はどの程度か?

などを検討すると良いでしょう。

ではマイクロスイッチのほかにどんな選択肢があるのか?
マイクロスイッチとは異なるメトロールの「精密位置決めタッチスイッチ」について解説します。

マイクロスイッチとは異なる、「精密位置決めタッチスイッチ」5つのメリット。

メトロールの「精密位置決めタッチスイッチ」は用途はマイクロスイッチやリミットスイッチと似ていますが、「有無検出」とは開発コンセプトが大きく異なります。

悪環境でも、汎用的で様々な設備で使用でき、高耐久性で高精度な検出ができる接触式スイッチというコンセプトのもと 位置決めタッチスイッチ は開発されました。

位置決めタッチスイッチを使用する上での5つのメリットを解説します。

マイクロスイッチとはここが違う、″精密位置決めタッチスイッチ″とは?
▲多様なサイズ、機能を持った高精度位置決めタッチスイッチ

メリット1:有無検出ではなく、精密な位置決めが可能

スイッチの繰返し精度が最大0.5μm~10µmと高いのが特長です。
応差が無いため、有無検出に留まらず、高い再現性で位置決めが可能になります。
マイクロスイッチとは異なり、スナップアクション機構が無いのも高精度な理由の一つ。
設備や装置の機械座標と組み合わせることで、ミクロン台の高精度な位置決めや計測が可能になります。

マイクロスイッチと比べ、高い繰返し精度を発揮
▲繰返し精度評価結果(例:PTタッチスイッチシリーズ

メリット2: 耐久性、電気的寿命が300万回〜1000万回まで。

タッチスイッチ専用の耐久試験装置による長時間の耐久試験を行い、精度の確認を行っています。(動画参照)
シリーズによりますが、短いもので100万回、長いものだと1000万回以上の精度寿命を保証します。

耐久試験の風景

メリット3: 金属ケースで覆われたでIP67(水・油・粉塵などへの耐性)仕様。

IP67以上のスイッチにおいては、防水試験を行ってから出荷を行います。
切削油を使用する工作機械の機内での採用実績があるほど、防水性や防塵性が優れています。

メリット4: 動作させるためのドグが不要

リミットスイッチのようにドグが不要で、機械の小型化、組立工数を削減します。

メリット5: 全て国内生産、自社設計でカスタマイズが可能

全シリーズ、東京の工場で企画・設計・製造を行っており、多くのスイッチは形状、材質、接触力、ケーブル長など規格に合わせてカスタマイズやオーダーメイドも対応可能です。

タッチスイッチ導入事例

  • XYテーブル、ステージの高精度な原点復帰用スイッチ(ミリングマシン、3D プリンタ、チップマウンタなど)
  • 精度が必要な位置決め
  • ディスペンサーのノズルの原点出し
  • 小径ツールの原点出し
  • 治具・金型の密着確認
  • 設備の熱変位補正
  • 医療用手術ロボットの平行だし機構
精密位置決めタッチスイッチとマイクロスイッチの比較
▲マイクロスイッチと精密位置決めタッチスイッチの違い

精密位置決めタッチスイッチ、誕生の背景

「精密位置決めスイッチ」の開発のきっかけは自動設備用の治具やステージ原点を割り出す高精度なセンサの必要性が増していたことが背景にあります。

自動設備やNC工作機械が急激に普及し始めたころ、ミクロン精度の検出に最適なセンサは少なく、安価なマイクロスイッチや近接センサが代用されていました。

本来、マイクロスイッチは「有無検出」が使途であるため、ミクロン精度のアプリケーションには不向きです。
そのため誤検出・耐久性の面でトラブルが起き、こうしたニーズに応える製品として「精密位置決めスイッチ」が誕生しました。

精密位置決めスイッチシリーズの紹介

豊富なラインナップがある精密位置決めタッチスイッチですが、どんな種類があるのか?
代表的な6シリーズをご紹介します。

①超小型・高精度【PTシリーズ】

①超小型・高精度【PTシリーズ】

世界最小サイズ・高精度シリーズ

小型ながら高い繰返し精度を発揮。
φ5㎜の超小型でも繰返し精度1μmでスペースの狭い場所などで多く採用されています。

●【PTシリーズ】ユーザの評価
👤サイズも比較的豊富にあり、納期、価格においても満足しています。
👤着座用。精度が高く、確実な検出が可能です。小型で狭い場所に最適です。
👤自社の機械設備の推力測定に使用。狭所での使用のため超小型である本商品を採用しました。

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②高精度・高耐久性スイッチ【MTシリーズ】

②高精度・高耐久性スイッチ【MTシリーズ】

精密な位置決めや芯出しを実現。超高精度タッチスイッチ

MTシリーズは当社の中でも最も精度の高いシリーズ。
サイズ感はやや大きくなりますが、内蔵された「ベアリング軸受け」により、繰返し精度0.5μmと高精度を発揮します。

●【MTシリーズ】ユーザの評価

👤ラインが誤作動により停止してしまう現象があり、判定ミスが減らせるよう取り付けしました。
👤従来は側長センサでワークの長さを測り異種判別していました。
 本品はON/OFFですが、複数組合わせることで対応できコストダウンになりました。
 また、環境が悪い場所ですが安定して動作しています。

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③超小型・ボールタイプ【BPシリーズ】

③超小型・ボールタイプ【BPシリーズ】

ボールプランジャとスイッチの1台2役

その名の通り、ボールプランジャにスイッチを組み込んだ超小型シリーズ。
ボールタイプのコンタクトによって、斜め方向やスライドする方向から動作させることが可能です。
※通常は「直進方向」から動作(ON/OFF)させる必要があります。

●【BPシリーズ】ユーザの評価

👤どの方向からも当てられるので便利です。

👤金型のスライドコア戻り確認用に使用しています。
ボールプランジャーとリミットスイッチを別々に取り付けていたのですが、これ1個で済み、狭い開き部位にリミットスイッチの取り付け位置を考えなくてもよくなった。

👤リミットスイッチは侵入方向を気にしなければなりませんが、多方向からの侵入では従来のスイッチでは壊れてしまうのでこの構造は助かりました。

👤製品の受軸にガタ殺しとして使用しています。
 コンパクトなボディーにボールプランジャとスイッチ機能を併せ持った理想の商品だと思います

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④ハイコストパフォーマンススイッチ【CSシリーズ】

④ハイコストパフォーマンススイッチ【CSシリーズ】

CSシリーズは、リーズナブルな価格帯で、程よいサイズ感と豊富な形状でベストセラーのタッチスイッチです。

●【CSシリーズ】ユーザの評価
👤分解能が高く信頼できる

👤装置の移動端点検出にしようします。
 端点は外部によりわずかに変動する環境ですが、タッチセンサーによってワークの接触が確実に検出できます。
しかも安価です。

👤ワークの微細な位置ズレが心配するところでも、分解能、繰り返し精度が高く素晴らしいです。
1000万回と長期使用による信頼性もありそう

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⑤耐熱200度スイッチ【HTシリーズ】

⑤耐熱200度スイッチ【HTシリーズ】

約200度程度までの温度に耐えられる耐熱仕様のタッチスイッチです。
主に金型の密着確認や半導体製造のプロセスで使用されることが多いです。

⑥低アウトガス・真空環境対応スイッチ【GNシリーズ】

⑥低アウトガス・真空環境対応スイッチ【GNシリーズ】

半導体製造ライン、真空チャンバーで採用実績多数

真空環境でもコンタミの原因となる「アウトガス」が発生しにくい材質のタッチスイッチです。
コンタミを回避するため、クリーンルームで製造を行っています。

精密位置決めスイッチシリーズまとめ

ここまでに紹介したシリーズはほんの一部で、他にも豊富なバリエーションがあります。

スペック、使用条件から絞り込みで検索する場合は下記のリンクから可能です。

シリーズ名 外径 全長 繰返し精度 接触力 当て方 使用温度範囲 真空度対応 価格帯
高精度MT-タッチスイッチ 8~14mm 38~84mm 0.5μm 1N~1.5N 直進・偏角 0~80℃ × ¥8000~
超小形高精度PT-タッチスイッチ 5mm 18~25mm 1~3μm 0.5~0.8N 直進 0~80℃ × ¥4500~
CS-タッチスイッチ 5~12mm 15~66mm 3~5μm 1N~1.5N 直進・偏角 〜80℃ × ¥2800~¥9100
ボールプランジャスイッチ 4~6mm 12~32mm 10μm 1N~8N 直進・偏角・摺動 〜80℃ × ¥2600~
高真空度クラス対応形スイッチ 5~16mm 18~47mm 3~10μm 0.5N~1.5N 直進・偏角・摺動 0~120℃ ¥17000~
耐熱形スイッチ 6~10mm 19~47mm 10μm 1N~13N 直進・偏角・摺動 0~200℃ × ¥13000~¥14000
ストッパボルトスイッチ 6~10mm 51~75mm 10μm 2N~4N 直進 0~80℃ × ¥2300~¥3400
ミニストッパスイッチ 8~10mm 8~19mm 10μm 0.8N~1N 直進・偏角 0~80℃ × ¥2000~¥3200
スプリングプランジャスイッチ 6~10mm 40mm 10μm 最大11N 直進 0~80℃ × ¥2600~¥2900
低接触力スイッチ 10mm 30mm 10μm 0.1N 直進 0~80℃ × ¥2500~¥2700
工作機械用 ワイヤレス着座スイッチ カスタマイズ(お問い合わせください)

マイクロスイッチ・リミットスイッチのメリット

マイクロスイッチの魅力は、なによりも使いやすさ、入手性、低コストである点です。
世の中、ミクロン台の精度やタフな耐久性を必要としている製品ばかりではありません。

マウスや家電製品の有無検出用に、オーバースペックな精密なタッチスイッチは不要です。
トータルコストが上がってしまってはユーザのニーズに応えた製品設計とは言えませんよね。

価格優先なのか、精度やユーザビリティ優先なのか、適材適所で最適なスイッチを選定していく必要があります。

まとめ:スイッチ選定のときに必ず抑えるべきこと

見落としがちな3つのリスクからもわかるように、
・家電製品の扉のスイッチが壊れたとき
・数千万円する生産設備の安全装置付き扉が壊れたとき
では、影響範囲や緊急性は比べものになりません。

設備が止まってしまえばその間、生産活動はストップしてしまいます。
一般消費財では許容されるケースなのか、プロ仕様の信頼性が求められる工業製品なのか、見極めが重要です。

設計の段階で、採用するスイッチが長期的にどんなコストを生み出す要因となりうるか?を考えたうえでイニシャルコストに惑わされることなく適切な選択肢の中から、選定することが重要ではないでしょうか。

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