JP2005135780A - リミットスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 部品の共用化を図りつつ、劣悪な環境下でも長期間使用可能なコスト的に廉価なリミットスイッチを提供する。
【解決手段】 ハウジングと、ハウジング内に収容されたスイッチ動作プランジャと、ハウジングに回動可能に支持され、基端部がハウジング内部に収容されかつ先端部がハウジング外部に突出したシャフトと、シャフトの先端部に設けられたアームとを有し、シャフトの回転に応じて動作プランジャを移動させて内蔵スイッチをオンオフさせるリミットスイッチにおいて、シャフト３２とハウジング２０との間に軸受け４１が備わり、当該軸受けとシャフトの間にはシールパッキン４５が介装されると共に、当該軸受けとハウジングとの間には耐薬品性のシールパッキン４２と経時的劣化の少ないシールパッキン４３とが並べて介装されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、物体の有無を機械的に検知するリミットスイッチに関し、特にいかなる環境下でも長期間使用可能なリミットスイッチに関する。

従来から例えば組立て工場においてライン上のワークやパレットの有無を検出するのにリミットスイッチが多く用いられている。かかるリミットスイッチには、いわゆるレバータイプのリミットスイッチがある。このレバータイプのリミットスイッチは、ハウジングと、ハウジング内に収容された内蔵スイッチと、内蔵スイッチのスイッチオンオフを行なうスイッチ動作プランジャと、スイッチ動作プランジャ駆動用カム部を一部に形成するとともに、端部にアームを有したシャフトとを備えている（例えば、特許文献１参照。）。

かかるリミットスイッチの具体的構成についてより詳細に説明する。リミットスイッチ５は、図４に示すように、ハウジング本体６１、ハウジングヘッド６２、及びハウジングカバー６３からなるアルミニウム合金製のハウジング６と、ハウジング内に収容された内蔵スイッチＳＷと、ハウジング内において内蔵スイッチ動作方向にのみ移動可能に収容され、内蔵スイッチＳＷをオンオフするスイッチ動作プランジャ７１と、スイッチ動作プランジャ７１の移動方向と直交する方向に回動自在となるようにハウジングヘッド６２に支持され、一部がハウジングヘッド外部に突出したシャフト７２を備えている。また、シャフト７２にはハウジング内部側にカム部７２ａが備わるとともにハウジング外部の突出部には全周に亘ってセレーション７２ｂが形成され、当該セレーション７２にアーム７３が嵌合されている。

そして、被検出対象物がアーム端部のローラ７４に当たることでアーム７３が回動し、これに伴いシャフト７２も回動してシャフト７２のカム部７２ａが変移することでスイッチ動作プランジャ７１を往復移動させる。スイッチ動作プランジャ７１の移動に伴い内蔵スイッチＳＷのオンオフが切り替えられる。

シャフト７２は銅製の軸受け８１によってハウジングヘッド６２に回動可能に支持されている。なお、軸受け８１は、アルミニウム合金製のハウジングヘッド６２を射出成型する際に当該ヘッドと一体化成型されている。そして、軸受け８１とシャフト７２の間にはＯ−リング８２が介装され、軸受け８１とハウジング６２の間に液体が伝わるのを阻止している。

また、ハウジングヘッド６２のシャフト先端側開口部には軸受け端面に対応する位置に段部７２ｃが形成され、段部７２ｃに断面Ｖ字型のＶ−シールパッキン８３が備わり、軸受け８１とハウジングヘッド６２との間に液体が浸入するのを阻止している。そして、シャフト７２の外周を介してハウジング外部からハウジング内部に油や水が浸入するのをこれらのシールパッキンやＯ−リングが協働して阻止することでリミットスイッチ内部が腐食しないようになっている。

特開平２−２３９５２７号公報（第２−４頁、第７図）

上述したリミットスイッチの場合、ハウジングヘッド６２がアルミニウム合金でできているので、軸受け８１を金型内に位置決めして射出成型によりハウジングヘッド６２と軸受け８１を一体成型する製造方法をとっている。すなわち、ハウジングヘッド６２を成型した後にハウジングヘッド６２に軸受け８１を圧入するという組み付け方法はとっていない。このように射出成型によってハウジングヘッドと６２と軸受け８１を一体成型することで、射出成型時の圧力によってハウジングヘッド６２と軸受け８１との間は十分にシールされるので、この間にＯ−リングを介装してハウジングヘッド６２と軸受け８１との間をシールする必要はない。

一方、近年、リミットスイッチを薬品製造プラントや海水のかかるような環境下においても使用するようになっている。そして、このような場合ではリミットスイッチのハウジング本体やハウジングヘッド自体を腐食から守るためにアルミニウム合金製のハウジングヘッドやハウジング本体を用いる代わりに耐食性に優れたステンレス製のハウジングヘッドやハウジング本体を用いることが多くなっている。

ハウジングヘッドの材料をステンレスとしたとき、例えばロストワックス工法によって図５及び図６に示すハウジングヘッド６７を製造するが、この工法は射出成型ではないので、金型内に軸受け９１を保持したままハウジングヘッド６７を当該軸受け９１とともに一体成型することはできない。すなわち、材料がステンレスであるハウジングヘッド６７を図４に示した銅製の軸受け９１と一体成型するのに適した技術がないため、ハウジングヘッド６７を形成した後に図６に示すように軸受け９１をハウジングヘッド６７のシャフト保持孔６７ｂに圧入することで組み付けなければならない。

このような圧入による軸受け９１の組み付けでは、ハウジングヘッド６７と軸受け９１との間の圧入部のシール性が十分でなく、この部分を介して薬液や塩水がリミットスイッチ内部に浸入するおそれがあるので、この部分のシール性を十分に確保することが必要である。そのため、図５及び図６に示すように、軸受け９１の外周に溝部９１ａを形成し、Ｏ−リング９２を当該溝部９１ａに嵌合させたまま軸受け９１をハウジングヘッド６７に圧入する。これによって、銅製の軸受け９１とステンレス製のハウジングヘッド６７との間をＯ−リング９２でシールした構造が未だ公知ではない関連技術として考えられている。

このような構造とすることでリミットスイッチの外部から内部に水や油、その他様々な液体が浸入するのを防いでいるが、シール材料と液体の間には相性があり、リミットスイッチを使用する環境を勘案してシール材料を変更する必要がある。例えば、耐薬品性のシールを必要とする場合やリミットスイッチが高温環境下で使用される場合は、フッ素ゴムのＯ−リング（シールパッキン）が使用され、海水がかかる環境化でのシールを必要とする場合はニトリルゴムのＯ−リング（シールパッキン）が使用される。

すなわち、軸受け９１の溝部９１ａに何れかの種類のＯ−リング９２を嵌合させたまま軸受け９１をハウジングヘッド６７に圧入して、この半完成品の状態のハウジングヘッド６７を図６に示す状態で保管し、リミットスイッチの使用環境に応じて適切な種類のＯ−リングを内蔵したハウジングヘッド６７をそのハウジングヘッドの外観のみから選択してリミットスイッチを組み立てなければならない。

しかしながら、このようにして組み立てられたハウジングヘッドは外観からだけではいかなる種類のＯ−リングが備わっているかを判別できず、異なる種類のＯ−リングを備えたハウジングヘッドが混在してしまった場合、どちらのＯ−リングが組み付けられているかハウジングヘッドを壊さなければ判別できない。

そのため、使用環境に適合しないＯ−リングを備えたハウジングヘッドをそのままリミットスイッチに組み付けてしまうおそれがあり、リミットスイッチのその後の長期使用に適さなくなる場合がある。

本発明の目的は、部品の共用化を図りつつ、いかなる環境下でも長期間使用できるコスト的に廉価なリミットスイッチを提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明にかかるリミットスイッチは、ハウジングと、ハウジング内に収容された内蔵スイッチと、ハウジング内において特定方向にのみ移動可能に収容され、スイッチをオンオフするスイッチ動作プランジャと、スイッチ動作プランジャと直交する方向にハウジングに回動可能に支持され、基端部がハウジング内部に収容されかつ先端部がハウジング外部に突出したシャフトと、シャフトの先端部に設けられたシャフト回動用アームとを有し、シャフトの回転に応じてスイッチ動作プランジャを移動させて内蔵スイッチをオンオフさせるリミットスイッチにおいて、シャフトとハウジングとの間に軸受けが備わり、当該軸受けとシャフトの間にはシールパッキンが介装されると共に、当該軸受けとハウジングとの間には耐薬品性のシールパッキンと経時的劣化の少ないシールパッキンとが並んで介装されていることを特徴としている。

シャフトとハウジングとの間に軸受けが備わり、軸受けとシャフトとの間にはシールパッキンが介装されると共に、軸受けとハウジングとの間には耐薬品性のシールパッキンと経時的劣化の少ないシールパッキンとが並べて介装されているので、異なる種類のシールパッキンを介装した状態で軸受けを圧入したハウジングヘッドとすることができる。

このような軸受けを圧入したリミットスイッチであれば、薬液や海水（塩水）などの異なる腐食性流体がかかる何れの環境下でも使用できる。また、軸受けを圧入したハウジングヘッドの製品型番を統一でき、使用環境に対応した異なるＯ−リングを備えたハウジングヘッドを用意する必要がなくなり、製品型番の管理がし易くなる。また、使用環境に適さないＯ−リングを備えたままハウジングヘッドをリミットスイッチに組み付けてしまうおそれもない。

本発明によるとコスト的に廉価で耐薬品性と耐海水（塩水）性を備え、経時的劣化が少ないリミットスイッチを実現することができ、いかなる環境下でも長期間にわたって使用可能となる。

以下、本発明の一実施形態にかかるリミットスイッチについて図面に基いて説明する。

本発明の一実施形態にかかるリミットスイッチ１は、図１の断面図に示すようにハウジング２と、ハウジング内に収容された内蔵スイッチＳＷと、ハウジング内において特定方向（図中水平方向）にのみ移動可能に収容され、その変位に応じて内蔵スイッチＳＷをオンオフするスイッチ動作プランジャ３１と、ハウジング内においてスイッチ動作プランジャ３１の移動方向と直交する方向に支持され、基端部に円柱部を両側から切り欠いて形成された平板状のカム部３２ａを有するシャフト３２と、シャフト３２を常に初期状態に復帰させる復帰プランジャ３５と、シャフト３２をハウジング２に回動自在に支持する軸受け４１とを備えている。

なお、シャフト３２の先端（ハウジング外側）には被検出物体に接触することで回動するアーム３３が備わり、アーム３３の動きに応じてシャフト３２が回動するようになっている。そして、シャフト３２のカム部３２ａを介してシャフト３２の回動をスイッチ動作プランジャ３１の移動に変換すると共に復帰プランジャ３５から受ける押圧力によりシャフト３２を初期の回動位置に戻すようになっている。

ハウジング２は、上面に開口部が備わり一側端面にスイッチ動作プランジャ３１の収容孔２１ａが形成されたステンレス製のハウジング本体２１と、ハウジング本体２１の開口部にネジＳＲを介して被着されるステンレス製のハウジングカバー２３と、ハウジング本体２１の端面に図示しない締結具を用いて取り付けられかつシャフト３２を収容するステンレス製のハウジングヘッド２２とからなる。なお、ハウジング本体２１とハウジングカバー２３との間はシール部材９８によってシールされ、ハウジング本体２１とハウジングヘッド２２との間はシール部材９９によってシールされている。

ハウジング本体２１の収容孔２１ａには焼結合金からなる円筒状の含油軸受け３６が圧入され、スイッチ動作プランジャ３１が含油軸受け３６に対して摺動可能に挿入されている。

スイッチ動作プランジャ３１は表面全体が窒化処理されたステンレスでできており、有底円筒形状の大径プランジャ３１ａと、端面から内蔵スイッチ動作用ネジ部３７が突出した小径プランジャ３１ｂとからなる。また、スイッチ動作プランジャ３１の内部にはコイルスプリング３８が収容され、スイッチ動作プランジャ３１が内蔵スイッチＳＷ側に変移し過ぎたときはコイルスプリング３８が圧縮して余分な変移量を吸収するようになっている。これによって、内蔵スイッチ動作用ネジ部３７が適切な変移量だけ移動し、内蔵スイッチＳＷを破損することなくそのオンオフを切り替え可能としている。

また、大径プランジャ３１ａの端面はコイルスプリング３８の付勢力によりシャフト３２のカム部３２ａに押し当てられている。

ハウジング本体２１に収容された内蔵スイッチＳＷは、その上部に電線接続用端子ＴＮを備え、マイクロスイッチを内部に収容した状態でハウジング本体内底面に取り付けられている。また、内蔵スイッチＳＷにはその端面から図示しないマイクロスイッチのプランジャが突出している。なお、ハウジング本体２１のカバー側開口部２１ｂは内蔵スイッチＳＷの端子ＴＮに電線を接続し易くするために形成されたものである。

一方、ハウジングヘッド２２は略直方体形状を備え、図２に詳細に示すように内部にシャフト３２の基端部、軸受け４１、復帰プランジャ３５等を収容する収容空間２２ａを有するとともに、軸受け４１を介してシャフト３２を回動自在に支持するシャフト支持孔２２ｄを有している。また、ハウジングヘッド２２にはスイッチ動作プランジャ３１の移動方向と直交する方向にシャフト３２を収容する円筒状のボス部２２ｂが形成されている。

ハウジングヘッド２２の内部には、図２に示すようにカム部３２ａに対してスイッチ動作プランジャ３１と反対側に有底円筒形状の復帰プランジャ３５と、復帰プランジャ３５とハウジングヘッド２２との間に介装された銅製の軸受け４７と、復帰プランジャ３５の底部に一端が着座し他端がハウジングヘッド２２の内壁凹部に着座したコイルスプリング３９が収容されている。なお、復帰プランジャ３５は表面全体が窒化処理されたステンレスでできている。そして、アーム３３（図２では図示せず）が被検出対象物に当たってシャフト３２が回動し、これに伴いシャフト３２のカム部３２ａが傾斜してもコイルスプリング３９の付勢力により復帰プランジャ３５の端面が当該カム面全体を均一に押圧して被検出物体が無い初期の回動状態にシャフト３２を復帰させるようになっている。

シャフト３２はステンレスでできており、銅製の軸受け４１を介してシリンダヘッド２２に回動自在に取り付けられている。シャフト３２は、円柱部３２ｃと、円柱部３２ｃの一端から同心に延在しアーム（図２では図示せず）が嵌合するセレーション部３２ｂと、円柱部３２ｃの一部を両側から切り欠いて平板状に形成されたカム部３２ａと、カム部３２ａの端部に形成された円板状の突き当て部３２ｄを備えている。なお、カム部３２ａはスイッチ動作用プランジャ３１（図２では図示せず）を駆動するカム面からなる第１のカム部（図２中下側カム部）と復帰プランジャ３５によって駆動されるカム面からなる第２のカム部（図２中上側カム部）とからなる。

シャフト先端のセレーション部３２ｂには図１に示すようにステンレス製のアーム３３が嵌合され、シャフト先端から脱落しないように六角ネジＨＳによりシャフト先端にしっかりと固定されている。また、アーム３３の先端にはステンレス製のローラ３４が回動自在に取り付けられている。

また、シャフト３２の円柱部３２ｃにはその長手方向中央位置に溝部３２ｅが円周方向全体に形成され、溝部３２ｅにはＯ−リング４５が係合されハウジングヘッド内外の液密性（シール性）を保つようになっている。Ｏ−リング４５には耐薬品性を有したフッ素ゴムでできたＯ−リングか耐海水性に優れかつ経時的劣化の少ないニトリルゴムでできたＯ−リングのいずれかのＯ−リングが使用されている。

銅製の軸受け４１は、図２及び図３に示すようにハウジングヘッド２２のシャフト支持孔２２ｄに圧入されている。なお、軸受け４１の端部には圧入を容易にするようにテーパ部４１ｔが形成されている。また、軸受け４１の外周全周に一定距離離間して２つの溝部４１ｂ，４１ｃが形成されている。そして、溝部４１ａ，４１ｂのそれぞれにフッ素ゴムからなるＯ−リング（シールパッキン）４２とニトリルゴムからなるＯ−リング（シールパッキン）４３とが介装され、軸受け４１とハウジングヘッド２２との間をシールしている。

そして、上述の軸受け４１とハウジングヘッド２２との間に介装された２つのＯ−リングのうち、薬品に対するシール性はフッ素ゴムによるＯ−リング４２で確保し、海水に対するシール性はニトリルゴムによるＯ−リング４３で確保している。

なお、フッ素ゴムでできたＯ−リング４２を備えるだけでは、例えば海中で使用した場合、高圧が作用することでつぶれてへたりが早くなるおそれもあるが、水中用として実績があり耐圧性を有しかつ経時的劣化の少ないニトリルゴムからなるＯ−リング４３を並べて配置することで、海中などの極めて劣悪な環境でもリミットスイッチのシール性を確保することが可能となる。

このように異なる種類のシール材料からなるＯ−リングをハウジングヘッド２２と軸受け４１との間に並べて介装した状態で軸受け４１をハウジングヘッド２２に圧入することで、軸受けの圧入されたハウジングヘッドの製品形番数を低減させることができる。また、このようなシリンダヘッド２２を用いてリミットスイッチを組み付けることで、様々な環境下で使用可能なリミットスイッチとすることができる。

なお、ハウジングヘッドのシャフト先端側開口部には、図２に示すように軸受け端部において段部２２ｃが形成され、段部２２ｃに断面Ｖ字型のＶ−シールパッキン４６が備わっている。Ｖ−シールパッキン４６は金属性のリング部４６ａと当該リング部４６ａの全周に形成されたシール用のリップ部４６ｂとからなる。そして、Ｖ−シールパッキン４６は、軸受け４１とハウジングヘッド２２との間の入口部におけるシールの役目を果たしている。すなわち、ハウジング外部からハウジング内部への薬液や塩水等の腐食性流体が浸入するのを入口部で阻止してリミットスイッチ内部が腐食するのを防止している。

このように構成されたリミットスイッチ１のハウジングヘッドは以下のようにして組み立てられる。まず、ステンレス製のハウジングヘッド２２をロストワックス工法などにより成型し、軸受け４１を圧入するシャフト支持孔２２ｄを正確な内径寸法に機械加工する。

次いで、銅製の軸受け４１の溝部４２，４３にフッ素ゴムからなるＯ−リング４２及びニトリルゴムからなるＯ−リング４３をそれぞれ嵌合する。

そして、２つのＯ−リング４２，４３が並列配置された軸受け４１をハウジングヘッド２２のシャフト支持孔２２ｄに圧入する。これによって２つの異なる種類のＯ−リング４２，４３を軸受け４１とハウジングヘッド２２との間に介装させた状態で軸受け４１を圧入したハウジングヘッド２２を組み付ける。

このようにして組み付けたハウジングヘッド２２は、上述の通り耐薬品性を備えたフッ素ゴムのＯ−リングをハウジングヘッド２２と軸受け４１との間に介装すると共に、耐海水性を備えかつ経時的劣化の少ないニトリルゴムのＯ−リングを介装して軸受け４１の圧入されたハウジングヘッドの状態での共用化を図っている。従って、関連技術として紹介したリミットスイッチのハウジングヘッドのように、異なるＯ−リングを軸受けとの間に介装したハウジングヘッドが混在してしまって、これを外観上区別することができなくなるという不都合は生じない。

このようにして組み付けた軸受けの圧入されたハウジングヘッド２２に上述の他の構成要素を組み付けることで、いかなる環境下でも長期にわたって使用可能なリミットスイッチを完成することができる。

なお、上述の実施形態では、ハウジングヘッドの材質をステンレスとして説明したが、この代わりに軸受けを一体成型しないでアルミニウム合金でできたハウジングヘッドを作ってその後に軸受けをハウジングヘッドに圧入する場合であっても本発明を適用することは可能である。

また、上述の実施形態においては、フッ素ゴムのＯ−リングとニトリルゴムのＯ−リングとを一定距離離間していたが、これらの耐薬品性のＯ−リング（シールパッキン）と経時的劣化の少ないＯ−リング（シールパッキン）とを互いに接触させたまま並べて配置しても良い。

また、ニトリルゴムの代わりに経時的劣化の少ないシールパッキンとしてシリコンゴムを使用しても良い。

また、上述の実施形態ではシールパッキンの一例としてＯ−リングを用いたが、シール性を有するものであれば必ずしもこれに限定されず、いかなるシールパッキンも使用可能であることは言うまでもない。

本発明にかかるリミットスイッチは、薬液や海水のかかる環境下で使用されるリミットスイッチにその適用対象が限定されず、高温環境下や高圧環境下で使用されるリミットスイッチにも適用可能である。

本発明の一実施形態にかかるリミットスイッチの長手方向断面図である。 図１に示したリミットスイッチのハウジングヘッドの組み付け状態を拡大して示す断面図である。 図２に示したハウジングヘッドのシャフト支持孔に２つのＯ−リングを備えた軸受けを圧入した状態のハウジングヘッドを示す断面図である。 従来のリミットスイッチの長手方向断面図である。 図４に示したリミットスイッチに関連するリミットスイッチのハウジングヘッドの組み付け状態を拡大して示す断面図である。 図５に示したハウジングヘッドのシャフト支持孔にＯ−リングを備えた軸受けを圧入した状態のハウジングヘッドを示す断面図である。

符号の説明

１ リミットスイッチ
２ ハウジング
５ リミットスイッチ
６ ハウジング
２１ ハウジング本体
２１ａ 収容孔
２１ｂ カバー側開口部
２２ ハウジングヘッド
２２ａ 収容空間
２２ｂ ボス部
２２ｃ 段部
２２ｄ シャフト支持孔
２３ ハウジングカバー
３１ スイッチ動作プランジャ
３１ａ 大径プランジャ
３１ｂ 小径プランジャ
３２ シャフト
３２ａ カム部
３２ｂ セレーション部
３２ｃ 円柱部
３２ｄ 突き当て部
３２ｅ 溝部
３３ アーム
３４ ローラ
３５ 復帰プランジャ
３６ 含油軸受け
３７ 内蔵スイッチ動作用ネジ部
３８，３９ コイルスプリング
４１ 軸受け
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 溝部
４１ｔ テーパ部
４２，４３ Ｏ−リング（シールパッキン）
４５ Ｏ−リング
４６ Ｖ−シールパッキン
４６ａ リング部
４６ｂ リップ部
６１ ハウジング本体
６２ ハウジングヘッド
６３ ハウジングカバー
７１ スイッチ動作プランジャ
７２ シャフト
７２ａ カム部
７２ｂ セレーション
７２ｃ 段部
７３ アーム
７４ ローラ
８１ 軸受け
８２ Ｏ−リング
８３ Ｖ−シールパッキン
９０ シャフト
９８，９９ シール部材

Claims (1)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に収容された内蔵スイッチと、
   前記ハウジング内において特定方向にのみ移動可能に収容され、前記スイッチをオンオフするスイッチ動作プランジャと、
   前記スイッチ動作プランジャと直交する方向に前記ハウジングに回動可能に支持され、基端部がハウジング内部に収容されかつ先端部がハウジング外部に突出したシャフトと、
   前記シャフトの先端部に設けられたシャフト回動用アームとを有し、
   前記シャフトの回転に応じて前記スイッチ動作プランジャを移動させて前記内蔵スイッチをオンオフさせるリミットスイッチにおいて、
   前記シャフトと前記ハウジングとの間に軸受けが備わり、当該軸受けとシャフトとの間にシールパッキンが介装されると共に、当該軸受けとハウジングとの間に耐薬品性のシールパッキンと経時的劣化の少ないシールパッキンとが並んで介装されていることを特徴とするリミットスイッチ。

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