微動開關的巧妙設計能在傳統取捨上達到完美平衡

工程學的核心就是在各種屬性之間平衡取捨的一種技藝，例如尺寸、重量、功率、成本、效能和可製造性等屬性。無論是小型元件或大型系統的設計人員，都會面臨這項挑戰。仔細研究一款小型開關為了符合車用要求而重新設計，就可瞭解創新的重點，以及設計和製造的微妙之處。

車用極限開關的兩難

瞬動觸點和閂鎖開關是基本的單一功能裝置，似乎已存在久遠，而且在設計和建構上看似相當直覺。然而，要開發可滿足眾多電氣和機械要求，還要可靠並且能大量生產的開關出奇地棘手。這些開關必須符合一連串層面的要求，包括尺寸、觸點額定值、啟動力、致動角度等。

這就是 Omron Corp. 的設計人員在開發一個小型開關來指出車門是打開還是關閉時所面臨的挑戰。現代化車門比以往都薄，並且容納其他許多功能，因此採用緊湊的外形相當重要。

因此，按鈕做動僅需幾毫米，這可確保開關結構阻止致動器接觸按鈕；否則，正常的關門動作就會破壞開關。要在惡劣的工作環境中確保可靠性和達到 IP67 防水防塵等級，會讓設計進一步複雜化。

在此需要的開關類型稱為微動極限開關。其內部行程距離受限且靈敏度高，有多種樣式可供選擇，包括可調整的柱塞或桿、撥桿、臂桿、滾輪、錐體、葉片、旋轉致動器、彈簧、觸鬚或電纜。如今的密封式超微型開關，例如 Omron D2SW 系列中的開關 (圖 1)，就是 1930 年代開發的經典微型開關的後續款式，且至今仍廣泛使用中。其內部設計和操作與家電或桌上型儀器所用開／關式開關有所不同。

圖 1：D2SW 系列是數十年來一直為設計人員提供良好服務的經典微動極限開關典範。(圖片來源：Omron Corp.)

Omron 團隊審查了現有的開關啟動機制，例如用撥桿、不用撥桿，或用斜角凸輪的水平動作。各有其優點，但也有不可接受的權衡之處，例如按下開關按鈕時的角度偏移、實體體積、長期磨損點等等。

新思維指引方向

為了在設計可滿足車門 (和其他) 需求的更小型、更可靠極限開關時克服相關挑戰，Omron 設計人員針對其 D2EW 系列常開 (NO) 和常閉 (NC) 開關 (圖 2) 採用了創新作法，例如 NO D2EW-B03H 和輔助用的 NC D2EW-B02L。這些緊湊的密封開關能以多個方向和角度操作。

圖 2：創新設計能讓 D2EW 系列超微型密封開關以多個致動角度進行操作。(圖片來源：Omron Corp.)

Omron 團隊發現，三角形按鈕無需佔用空間的撥桿就可達到水平式操作。他們接著確定了按鈕斜率的最佳角度，即可實作能從上方穩固按下的按鈕形狀。如此一來，就能以最小的行程移動打開和關閉，並且不需要傾斜的水平凸輪及其相關的空間和複雜性。

這種按鈕設計能讓開關在沒有撥桿的情況下，以多重角度進行操作。能以僅有幾毫米的行程 (圖 3 頂端)，以水平方式打開和關閉觸點，亦可從垂直方向按壓進行操作 (圖 3 下方)。

圖 3：D2EW 開關的按鈕在設計上能將尺寸與行程距離縮減至最小 (頂端)，並可以從上方、一定角度和左側或右側致動 (底部)。(圖片來源：Omron Corp.)

符合 IP67 標準

不意外地，新的按鈕形狀也帶來新的問題。這個不尋常的三角形按鈕極難密封。傳統的圓形按鈕會使用熱填縫，讓樹脂條朝向按鈕傾斜並咬入橡膠帽以將其擰緊。然而，D2EW 按鈕的體積大約是圓形按鈕的四倍，因此會加大橡膠帽的尺寸，無剩餘空間當作樹脂壁。

解決之道就是透過試錯加以分析。設計師選擇利用扣接方式來密封外殼和橡膠帽；橡膠帽會夾在外殼和護蓋之間，並施以足夠壓力以符合 IP67 要求。然而，不像圓形蓋帽可以將壓力平均施加在所有方向，這種蓋帽的橢圓形底座會導致緊密度的差異。為了克服這個問題，團隊設計出一種形狀，讓按鈕軸盡可能接近圓形。他們還調整了橡膠帽的形狀和橡膠的厚度，以補償負載變化。經過幾個月的反覆試驗，總算達到最佳形狀。

此外也有些內部的改變。D2EW 裝置底部有一個帶滑桿的按鈕，按下按鈕時，按鈕會向側邊滑動。這跟同步移動的傳統按鈕和滑桿有所不同。將接觸面整合到單一表面上，就可構成容易組裝的結構，能以盡可能最少的元件打開和關閉接觸點。

結論

D2EW 系列採用獨特創新的按鈕蓋帽和內部設計，因此儘管致動器的行程只有幾毫米，都能以直接按壓的方式啟動，也可以從任何角度啟動。此設計非常適合當今更薄、更擁塞的車門環境，同時還能承受關門動作和惡劣工作條件。