중요한 설계 요구 사항을 해결하는 기계식 버튼 및 스위치

터치 스크린 및 멤브레인 스위치는 높이가 낮은 시각적 제어 패널에 유용합니다. 하지만 일부 응용 분야의 경우 설계자는 안전, 액세스 편의성, 높은 전압이나 전류의 스위칭, 전력 공급 시 알려진 구성 또는 견고성을 강조해야 합니다. 이러한 경우 기계식 스위치 및 버튼이 적합할 때가 많지만 설계자는 신중하게 선택해야 합니다.

모양, 스타일, 크기, 기능, 전력 용량 및 기계적 동작이 서로 다른 많은 수의 기계식 스위치가 존재합니다. 이 기사에서는 설계자가 선택 파라미터를 정렬하는 데 도움을 주고 최신 장치를 응용하는 가장 좋은 방법을 안내합니다.

스위치 또는 버튼의 선택

적절한 스위치를 선택하려면 먼저 시스템의 요구 사항을 파악해야 합니다. 응용 제품에 맞는 기계식 스위치를 찾으려면 먼저 인체 공학적 필요와 물리적 필요에 적합한 스위치 폼 팩터를 찾은 다음 폼 팩터에 맞는 적절한 기계적 및 환경적 사양을 가진 스위치를 선택합니다.

비상 정지

안전의 좋은 예는 비상 정지 버튼입니다. 많은 산업 시스템에는 반드시 크고 눈에 잘 띄는 문자로 "Emergency Stop"(비상 정지)가 표시된 빨간색 또는 주황색의 큰 버튼이 있어야 합니다. 이 버튼은 쉽게 닿을 수 있는 위치에 있고, 누르기 쉬워야 하며, 스위칭이 작동했음을 알려주는 명확한 촉각 피드백이 있어야 합니다. 이 조건을 충족하지 못하면 일부 산업 환경에서 위험이 초래될 수 있습니다.

이러한 응용 분야의 경우 RAFI USA의 Lumotast 16 비상 정지 푸시 버튼이 탁월한 솔루션입니다. 이 상시 개방(NO) 버튼은 우리에게 익숙한 큰 원뿔형의 버섯 모양 버튼입니다(그림 1). 작업자가 이 버튼을 손으로 치면 두 개의 은색 접점이 연결되어 걸리고, 작업자가 손을 떼더라도 연결 상태가 유지됩니다. 버튼을 개방 위치로 리셋하려면 버섯 모양 머리 부분을 한 방향으로 돌려야 합니다.

그림 1: RAFI USA Lumotast 16의 비상 정지 버튼은 설치가 간단하며 표준 16.2mm 실장 구멍에 잘 맞습니다. (이미지 출처: RAFI)

Lumotast 16은 최대 6A 및 250W까지 처리할 수 있으며 높은 신뢰도로 작동하도록 설계되었습니다. 내부 스위치 설계에는 세 개의 중복 접점이 병렬로 존재하므로 하나의 접점 세트가 연결되지 못하더라도 다른 두 개가 안정적인 정지 이벤트를 보장합니다. 연결되었음을 시각적으로 확인할 수 있도록, 활성화 시 빨간색으로 점등되도록 스위치가 배선됩니다. 전면부는 IP67 등급이므로 대부분의 열악한 산업 환경에 적합합니다.

버튼 지름이 30mm인 Lumotast 16은 산업 제어 패널에 사용할 수 있도록 충분히 큰 크기이면서 동시에, 핸드헬드 제어 박스에 구현할 수 있을 정도로 충분히 작습니다.

Lumotast 16을 설치하려면, 먼저 스위치가 위치한 곳 아래에 실장을 위한 18mm 깊이의 공간거리가 있는지 확인하십시오. 16.2mm 크기의 실장 구멍을 뚫습니다. 검은색 “Emergency Stop” 글자가 실장 구멍 위로 오도록 노란색 실장 구멍 이음 고리를 배치합니다. 그런 다음 Lumotast 16 스위치를 실장 구멍에 넣고 동봉된 실장 링 너트를 사용하여 고정합니다. 그러면 아래 부분에 있는 두 개의 표준 빠른 연결 스페이드 단자(수)로 전선이 연결됩니다.

파손 방지

기계식 푸시 버튼의 다른 중요한 역할은 파손으로부터의 보호입니다. 파손 방지 스위치는 스위치를 망치로 반복적으로 치거나 억지로 뜯어내려는 시도처럼 의도적인 스위치 파손 시도에 견뎌야 합니다.

파손을 방지하기 위해 E-Switch는 PVA3H2B0SS3R1 SPDT 파손 방지 조명 푸시 버튼 스위치를 제조합니다. 이 장치는 IP65 등급의 2A, 36V DC 스위치입니다. RGB 조명 링이 있으며, 높이가 낮기 때문에 파손에 더 강합니다(그림 2).

그림 2: 빨간색 점등 베젤이 있는 E-Switch PVA3 패널과 거의 비슷한 높이로 실장되므로 더 높은 스위치에 비해 파손을 더 잘 견딥니다. (이미지 출처: E-Switch)

이 스위치는 16mm 구멍을 통해 모든 패널과 같은 높이로 실장됩니다. 설치 위치에 아래쪽 접점에 연결할 충분한 공간거리가 있는지 확인해야 합니다. 이 장치는 네 개의 접점과, 공통 접지가 있는 RGB 조명을 위한 세 개의 추가적인 LED 접점이 있는 SPDT 스위치입니다. 따라서 패널 아래에서 총 8개의 연결이 이뤄집니다. 연결 전선을 구부리거나 클램핑하지 않고 모두 손쉽게 연결할 수 있도록 패널 레이아웃을 계획해야 합니다.

실장 패널의 두께는 1mm ~ 8mm 사이입니다. 하지만 패널이 두꺼울수록 파손으로부터 더 강력하게 보호할 수 있습니다.

일시적 접점 또는 래칭 접점 중 응용 분야에 적합한 PVA3 구성을 선택합니다. 액추에이터를 스위치 본체까지 눌러서 스위치를 활성화합니다. 액추에이터가 스위치와 같은 높이이면 버튼이 활성화되었음을 나타내고 더 높으면 버튼이 비활성 상태임을 나타냅니다.

스위치 조건의 시각적 피드백을 제공하기 위해 마이크로 컨트롤러 또는 프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC) 신호를 사용하여 표시기 링의 빨간색, 녹색, 파란색 LED를 점등합니다. 사용자 지정 색을 생성하려면 LED를 마이크로 컨트롤러 또는 PLC의 펄스 폭 변조 출력에 연결합니다.

파손을 더 잘 견디기 위해 스위치의 본체와 액추에이터를 니켈 또는 스테인리스강으로 선택할 수 있습니다.

시작 시 구성 읽기

경우에 따라 스위치는 사용자 제어에 필요한 것이 아니라 눈에 보이지 않는 개발이나 구성에 필요할 수 있습니다. EEPROM 또는 플래시는 시작 시 읽을 수 있는 비휘발성 저장소를 제공할 수 있지만 시스템에 전력을 공급하기 전에 구성을 시각적으로 확인해야 할 수 있습니다. 이러한 상황에서 개발자들은 수년 동안 Omron Electronics의 A6FR-8101과 같은 8위치 DIP 스위치를 널리 사용해 왔습니다(그림 3).

그림 3: 짧은 액추에이터가 적용된 Omron A6FR 계열 DIP 스위치는 피아노 스위치라고도 하며 소켓이나 PC 기판에 스루홀 실장됩니다. (이미지 출처: Omron)

이러한 DIP 스위치는 시스템에 전력을 공급하기 전에 시스템 구성이나 부트 파라미터를 설정해야 하는 경우에 사용됩니다. DIP 스위치는 손가락으로 위치를 재배치할 수 있지만 펜 끝으로 더 쉽게 제어할 수도 있습니다. 이러한 스위치는 짧은 액추에이터나 긴 액추에이터로 공급되며 16핀 DIP 소켓에 실장하거나 PC 기판에 직접 납땜할 수도 있습니다. A6FR은 기존 DIP 스위치 설계와 달리 트윈 슬라이드 접점을 사용하므로 신뢰성 높은 연결/연결 해제가 보장됩니다. 이러한 DIP 스위치는 24V DC에서 25mA 정격이므로 디지털 회로에 적합합니다.

높은 전압 및 전류 제어

전압 및 전류를 간단하고 강력하게 제어해야 할 때가 있습니다. 소프트 멤브레인 스위치가 높은 전력을 제어하려면 인터페이스 회로가 필요한데 이 경우 특히 제어가 다른 시스템에 종속되지 않으면 조작이 불필요하게 복잡해질 수 있습니다. 이러한 상황에서는 로커 스위치가 높은 신뢰성으로 전압 및 전류를 안전하게 제어할 수 있습니다.

예를 들어, E-Switch는 강력한 RA811C1121 점등형 전력 로커 스위치를 제조합니다(그림 4). 이 스위치는 125V AC에서 16A를 처리할 수 있습니다.

그림 4: E-Switch RA8 계열 로커 스위치는 두 개의 단자를 우발적 단락으로부터 보호하기 위한 플라스틱 분리기를 갖추고 있습니다. 이 계열은 색상, 직선 또는 직각 단자, 스위치 구성을 포함한 다양한 옵션으로 공급됩니다. (이미지 출처: E-Switch)

E-Switch RA8 계열은 19mm x 13mm 직사각형 구멍에 실장됩니다. 로커 스위치는 사용이 쉽지만 시제품 제작에서 가장 까다로운 부분은 로커 스위치를 끼워 넣을 직사각형 구멍을 만드는 것일 수 있습니다. 이를 위해 일반적으로 직사각형 구멍의 너비보다 약간 작은(이 경우 13mm) 드릴 비트를 사용하는 기술이 요구됩니다. 먼저 연필로 직사각형 구멍을 그린 다음 연필선 밖으로 나가지 않게 주의하면서 패널에 두 개의 구멍을 나란히 뚫습니다. 다음으로 금속 줄을 사용하여 날카로운 끝부분을 제거하면서 직사각형 구멍을 만듭니다.

RA8은 열악한 산업 환경에 사용할 수 있습니다. 작동 온도 범위는 -20°C ~ +85°C이며 PVC 캡 사용으로 IP54 등급을 획득했습니다. 접점 저항이 30mΩ이므로 고전압에서 발열이 최소화됩니다.

고전압 스위치를 다룰 때는 우발적 단락을 방지하기 위해 각 연결부를 분리해야 합니다. RA8은 단자를 물리적으로 분리하기 위한 플라스틱 분리기를 제공하므로 수월하게 작업을 수행할 수 있습니다.

핫 단자 배선은 결코 추천하지 않지만 생산 환경에서는 피할 수 없는 경우가 있습니다. RA8은 핫 배선 시 사고 발생 가능성을 낮춰줄 수 있지만, 절연 장갑 착용을 포함한 모든 안전 대책을 마련하시기 바랍니다.

결론

기계식 스위치는 고전압 제어, 보안, 안전, 액세스 편의성 또는 이러한 특성의 조합을 포함한 특정 상황에 적절합니다. 기계식 스위치에는 다양한 옵션이 존재하며 적절하게 선택할 경우 설계자와 최종 고객 모두가 안심하고 사용할 수 있습니다.