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スイッチの動作方式と接点の構成

配電盤や制御機器、家電製品や屋内の電灯など、エンジニアにとってスイッチを扱うシーンはとても多いものです。スイッチとはどういうものなのか、どういった仕組みで点灯するのか、動作方式や接点構成をこちらでしっかりと確認しておきましょう。

スイッチとは

スイッチとは、外部操作や検出といった機械的動作によって電気信号の切り替えを行う部品のことです。電気の通り道を開いたり遮断したりする「電気回路のオン/オフ」、電気を流す道を変える「電気回路の切り替え」によって電流をコントロールします。

電気を流すには、電源と負荷(照明など)を繋ぐ導線による「輪」=「回路」を成立させることが必要です。スイッチの内側には金属片が設置されており、これが電気の通り道となります。 「オン/オフ操作」ではスイッチを操作して金属片が動くことで、開いていた回路が閉じて電気が流れ、照明が点くなどの結果に繋がるのです。また「切り替え操作」の場合は2通りの電流経路があり、スイッチを押す度に電気が流れる道が変わることで、2ヶ所の照明を交互に点灯させることなどができます。

これらを応用すれば、ひとつの回路でも2ヶ所のスイッチを取り付けることも可能です。たとえば1階と2階にスイッチがある階段の照明では、各所のスイッチを押す度にそれぞれ配線を変更しています。その度に回路が成立したりしなかったりするため、別々の場所でもひとつの照明の操作を共有できるというわけです。

スイッチには、押しボタン式やスライド式、トグル式など様々な大きさ・形状があります。目的や用途に合わせて、適したタイプを選ぶと良いでしょう。

スイッチの動作方式

手で操作するスイッチには、2種類の動作方式があります。それぞれ特徴が異なるので、回路制御の目的に合った方式を採りましょう。以下、プッシュ式スイッチの各方式について解説していきます。

【モーメンタリ動作】

押している間だけ動作状態がオンになる方式です。手を離すとオフ状態に戻ります。ゲームセンターなどにあるクレーンゲームのクレーンを操作するボタンを思い浮かべるとわかりやすいでしょう。 「モーメンタリ」とは英語で「瞬間」のことで、一瞬(あるいは一度)だけスイッチを押す必要がある場合などに使用されます。用いられる例としては、バスの降車ブザーなどです。

【オルタネイト動作】

押す度に動作状態がオン・オフに切り替わる方式です。一度ボタンを押してオン状態にすれば、手を離して押す力を取り除いても動作状態を維持し続けます。もう一度押すことで再び元の自由状態に復帰させることが可能です。「オルタネイト」とは英語で「交互に」という意味で、テレビの主電源のスイッチや懐中電灯のスイッチなどが代表的な用途となります。

スイッチの接点の構成

スイッチを操作すると接点が閉じるなど、回路における接点がスイッチによってどう変化するかを表したものを接点構成と言います。接点構成の違いがわからないと回路図を誤って読んでしまう恐れがあるので、しっかりと確認しておきましょう。

  • 【a接点】

スイッチを操作することで、開いていた回路が閉じる接点構成です。通常は通電しておらず(オフ状態)、スイッチによって接点を繋ぐことで電流を流す(オン状態)タイプで、「NO」と表すことも。スイッチを入れることで負荷を動作させたい時に使用します。


  • 【b接点】

スイッチを操作することで、閉じていた回路が開く接点構成です。常に通電しており、スイッチを入れることで接点を離して電流を断つタイプで、「NC」と表すこともあります。スイッチによって負荷の動作を止めたい場合(緊急停止装置など)に使用するものです。


  • 【c接点】

a接点とb接点の両方の機能が組み合わさってひとつのスイッチに入っている接点構成です。スイッチの中には共通端子(COM)・常閉端子(NC)・常開端子(NO)が含まれており、通常状態では共通端子と常閉端子が接しています(b接点)。 スイッチを押すことで共通端子と常閉端子が離れ、共通端子と常開端子が接します(a接点)。スイッチの操作によって2つの回路を切り替えたい時に使用する方法です。

接点の構成は、以下のように数字と記号で表します。1.2.3といった数字は回路数(動作する接点の数)を表しています。

  • 1a…1個の回路を通電に切り替える
  • 2a…2個の回路を一度に通電に切り替える
  • 1b…1個の回路の通電を切る
  • 2b…2個の回路の通電を一度に切る
  • 1c…a接点とb接点を切り替える
  • 2c…2個の回路のa接点とb接点を一度に切り替える
  • 3a1b…3個の回路を通電にし、1個の回路の通電を切ることを同時に行う
  • 1a1b…1個の回路を通電にし、1個の回路の通電を切ることを同時に行う
  • 2a2b…2個の回路を通電にし、2個の回路の通電を切ることを同時に行う

≪まとめ≫

スイッチの仕組み自体は単純かもしれませんが、使い方や種類を間違えると目的とは大きくズレてしまうことがあります。基礎知識を身につけ、適切な方法でスイッチを取り付けるようにしましょう。