JP2017084596A - 光学式スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】全体高さが低くて小型化された光学式スイッチを提供する。【解決手段】光学式スイッチ１は、発光素子２７および受光素子２９を有する反射型光源素子３１と、反射型光源素子３１の上方に配置されると共に発光素子２７から発光された光を反射する反射板６と、反射型光源素子３１に対する反射板６の位置を変化させるアクチュエータ７と、を備えている。側面視において反射型光源素子３１および反射板６はアクチュエータ７の側方に配置され、反射板６の端部にはヒンジ部４１が設けられ、このヒンジ部４１を中心として反射板６は回転可能に構成されており、アクチュエータ７を作動させると、ヒンジ部４１を中心として反射板６が回転することにより、反射型光源素子３１と反射板６との距離が変化するように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、光学式スイッチに関する。

従来から、例えば反射型フォトスイッチを用いた無接点方式の光学式スイッチが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された光学式スイッチは、上面に発光素子および受光素子からなる反射型光源素子を配設したフォトカプラと、該フォトカプラの上方に配置し、上下方向に移動可能に構成したアクチュエータと、該アクチュエータの下面に接合した反射板と、を備えている。反射板は、反射型光源素子に対向して配置されており、アクチュエータを上下に移動させ、反射型光源素子と反射板との距離を変化させることができる。そして、発光素子から発せされた光は、反射板で反射したのち、受光素子に入る。

実開昭６０−８７１２２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載された光学式スイッチにおいては、アクチュエータ、反射板およびフォトカプラを上下方向に沿って配置しているため、光学式スイッチの全体高さが高くなって大型化するという問題があった。

そこで、本発明は、全体高さが低くて小型化された光学式スイッチを提供するものである。

本発明に係る光学式スイッチは、発光素子および受光素子を有する反射型光源素子と、該反射型光源素子の上方に配置されると共に前記発光素子から発光された光を反射する反射板と、前記反射型光源素子に対する反射板の位置を変化させるアクチュエータと、を備えている。側面視において前記反射型光源素子および反射板は前記アクチュエータの側方に配置され、前記反射板の端部にはヒンジ部が設けられ、このヒンジ部を中心として反射板は回転可能に構成されており、前記アクチュエータを作動させると、前記ヒンジ部を中心として前記反射板が回転することにより、前記反射型光源素子と反射板との距離が変化するように構成されている。

従来は、アクチュエータ、反射板および反射型光源素子が上下方向に沿って配列されていたため、光学式スイッチの全体高さが高くなって光学式スイッチが大型化するという問題があった。しかし、本発明では、側面視において反射板および反射型光源素子をアクチュエータの側方に配置している。従って、本発明に係る光学式スイッチの全体高さが低くなり光学式スイッチを小型化することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る光学式スイッチを示す斜視図である。 図２は、図１の光学式スイッチの分解斜視図である。 図３は、板状部材と保持部材との分解斜視図である。 図４は、図１のＡ−Ａ線による断面図である。 図５は、図４における板状部材および保持部材を示す斜視図である。 図６は、図４の状態からボタンを押し込んだ後の状態を示す断面図である。 図７は、図６における板状部材および保持部材を示す斜視図である。 図８は、押釦を押したときの押下量と押圧荷重との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面において、便宜的に、ＵＰＲを上側、ＬＷＲを下側、ＲＨを右側、ＬＨを左側、後側をＲＲ、前側をＦＲとして示すが、あくまでも一例であり特に方向が限定されることはない。

[光学式スイッチの構造]
図１〜図７に示すように、本実施形態に係る光学式スイッチ１は、ハウジング３と、フォトセンサ５と、反射板６と、アクチュエータ７と、を備える。

ハウジング３は、下側ＬＷＲに配置される筐体９と、筐体９の上部開口１１を封止する蓋１３と、からなる箱状部材であり、遮光作用を有する。筐体９は、下方に設けられた底面１５と、底面１５の周縁から上側ＵＰＲに向けて延びる４つの側面１７と、から構成され、上側に上部開口１１が設けられて開放されている。また、底面１５には、上側に向けて突出する断面コ字状の突起部１９が形成されている。この突起部１９の上面２１は平面状に形成されている。

蓋１３は、平面視が矩形状の板状部材であり、矩形状の挿入口２３が板厚方向に貫通している。なお、挿入口２３の周縁には、下側ＬＷＲに向けて延びる角筒状の挿入ガイド部２５が形成されている。

フォトセンサ５は、発光素子２７および受光素子２９からなる反射型光源素子３１と、この反射型光源素子３１を収納するケース３３と、ケース３３から下側に向けて延びる端子３５と、からなる。なお、図４に示すように、反射板６が水平状態に配置されているときは、発光素子２７から発光された光は、反射板６で反射されたのちに受光素子２９に入る。図２に示すように、発光素子２７が後側に配置され、受光素子２９が前側に配置されている。これらの発光素子２７および受光素子２９の上面は、同じ高さに配置されている。このように、反射型光源素子３１において、発光素子２７を受光素子２９よりもアクチュエータ７に近接して配置している。

反射板６は、後述する受圧板３７に一体結合されており、発光素子２７から発光された光を反射させる。これらの反射板６と受圧板３７とが結合されて１枚の板状部材３９に構成されており、この板状部材３９は、ステンレス材料からなる弾性体である。具体的には、板状部材３９は、後側ＲＲに配置されて左右方向の幅寸法がＷ１に設定された受圧板３７と、受圧板３７の前側ＦＲに一体結合されて幅寸法がＷ２に設定された反射板６と、からなる。幅寸法Ｗ１は幅寸法Ｗ２よりも小さい。また、受圧板３７と反射板６との境界部分は、ＲＨ−ＬＨ方向に延在するヒンジ部４１に形成されており、側面視においてヒンジ部４１を中心（回転軸）として反射板６が上下方向に回転するように構成されている。具体的には、図３，６に示すように、側面視において受圧板３７における前側の端部４３と反射板６とのなす角度はθである。つまり、受圧板３７の前端（ヒンジ部４１）で屈曲して斜め上方に向けて反射板６が延びており、受圧板３７における前側の端部と反射板６とのなす角度がθで、かつ鈍角に設定されている。また、反射板６における後側の端部には矩形状の挿通孔４５が形成されている。

アクチュエータ７は、前述したように反射板６に結合された受圧板３７と、受圧板３７に押圧力を印加するプランジャー４７（押圧部材７）と、受圧板３７をプランジャー４７に向けて凸状に湾曲するように弾性変形させた状態で保持する保持部材４９と、を備える。

受圧板３７は、図３に示すように、いずれからも荷重を加えないときには平板状に形成され、図４に示すように、保持部材４９によって受圧板３７にＦＲ−ＲＲ方向（面方向）に圧縮する荷重を加えたときにはプランジャー４７に向けて凸状に湾曲するように弾性変形する。なお、図４，６の二点鎖線で示すように、プランジャー４７の上には押釦５１が配置されており、光学式スイッチは基板５３の上に取り付けられる。側面視において反射型光源素子３１および反射板６は、アクチュエータ７の側方に配置されている。

プランジャー４７は、上下方向に板状に延びており、下端部には左右両側に突出する留め部５５が形成され、留め部５５の上側に突出部５７が形成されている。この突出部５７は、蓋１３の挿入口２３に挿入された状態で挿入ガイド部２５の内周面に沿って上下方向にスライドすると共に、留め部５５が挿入ガイド部２５の下端に突き当たることによってプランジャー４７が挿入口２３から外れないように構成されている。

保持部材４９は、図３に示すように、水平状に延在する本体部６１と、本体部６１の後側の端縁で屈曲して上側に延びる第１の係合爪６３と、本体部６１の前側の端縁で屈曲して上側に延びる第２の係合爪６５と、が一体形成されて構成される。第１の係合爪６３の上部は、側面視く字状に屈曲しており、折れ曲がった部分が保持部６７に形成される。第２の係合爪６５の上部は、側面視く字状に屈曲しており、折れ曲がった部分が保持部６９に形成される。これら第１の係合爪６３の保持部６７、第２の係合爪６５の保持部６９、ハウジング３の筐体９の底面１５に設けた突起部１９の上面２１は、ほぼ同一の高さに配置されている。また、保持部材４９は、板状部材３９と同様に、ステンレス材料からなる弾性体を適用しているが、ステンレス材料以外の弾性体でも適用可能である。さらに、本体部６１には、矩形状の嵌合孔７１が形成されており、この嵌合孔７１が筐体９の突起部１９に嵌合されることにより、保持部材４９が筐体９に固定される。

[光学式スイッチの組付工程]
次に、本実施形態に係る光学式スイッチを組み付ける工程を簡単に説明する。

まず、図３に示すように、保持部材４９における第１の係合爪６３と第２の係合爪６５を押し広げ、板状部材３９の第１の係止端７３を保持部材４９の第１の係合爪６３の保持部に係止させると共に、板状部材３９の第２の係止端７５を保持部材４９の第２の係合爪６５の保持部に係止させる。これにより、図５に示すように、板状部材３９を保持部材４９に組み付けることができる。このとき、図４に示すように、受圧板３７は側面視において上側に凸状に湾曲した円弧状に形成される。即ち、受圧板３７は弾性変形しており、付勢力が加わっている。また、反射板６と受圧板３７における前側の端部とがなす角度は、図３で説明した角度と同じθに設定される。

次いで、図２，４に示すように、フォトセンサ５を筐体９の底面１５に取り付けると共に、保持部材４９の嵌合孔を筐体９の突起部１９に嵌合させる。すると、受圧板３７は側面視において上側に凸状に湾曲し、反射板６はフォトセンサ５の上面に沿って上面とほぼ平行に延在している。

そして、フォトセンサ５、板状部材３９および保持部材４９を取り付けた筐体９を基板５３の上に設置する。

最後に、プランジャー４７を挿入した蓋１３で、筐体９の上部開口１１を封止したのち、プランジャー４７の上に押釦５１を配置する。これによって、本実施形態に係る光学式スイッチ１が完成する。

[光学式スイッチの操作手順]
次に、本実施形態に係る光学式スイッチ１の操作手順を説明する。

通常状態では、図４，５に示すように、湾曲した受圧板３７の上面にプランジャー４７の下端が当接しており、反射板６はフォトセンサ５の上面に沿って上面とほぼ平行に延在している。発光素子２７から発光された光８０は反射板６で反射されたのち受光素子２９に入る。この状態では、スイッチがＯＦＦの状態として認識されている。

一方、図６，７に示すように、押釦５１を押し下げるとプランジャー４７は挿入ガイド部２５に沿って下側ＬＷＲに移動し、プランジャー４７の下端が湾曲した受圧板３７の上面を下側ＬＷＲに荷重Ｆで押し下げると、受圧板３７は平面状に弾性変形し、受圧板３７が突起部１９の上面に突き当たる。

ここで、受圧板３７における前側の端部４３と反射板６とのなす角度θはほぼ同じであるため、受圧板３７が平面状に変形すると、反射板６は、矢印で示すようにヒンジ部４１を中心として斜め上側に向けて回転する。従って、反射板６とフォトセンサ５の上面とは平行に配置されなくなる。さらに反射板６とフォトセンサ５の距離も増大する。このとき、発光素子２７から発光された光８０は反射板６で反射されたのち受光素子２９から外れた位置に進むため、受光素子２９への光８０の入光量が減少する。この入光量が減少した状態では、スイッチが電気的にＯＮの状態として認識される。

[光学式スイッチの押圧荷重と押下量との関係]
次に、図８を用いて、押釦５１を押し下げてスイッチをＯＦＦからＯＮにするときの押圧荷重と押下量（ストローク）との関係を説明する。

原点Ｐにおいては、押釦５１を押していない状態のため、押圧荷重および押下量（ストローク）はともにゼロである。

そして、押釦５１を押していくと、押圧荷重が押下量に対してほぼ比例するように大きくなっていき、押圧荷重が極大値Ｑ点になる。さらに押釦５１を押していくと、急激に押圧荷重が下がり極小値Ｒ点になる。このように、Ｑ点からＲ点に至るまでの間に押圧荷重が急に減少するため、押釦５１を押す際のクリック感が得られる。

こののち押釦５１を押していくと、プランジャー４７が受圧板３７を介して突起部１９の上面２１に当接するので、押圧荷重はＲ点からＳ点に至る様に急激に増大する。

一方、押釦５１から操作者が手を離すと、保持部材４９の第１の係合爪６３および第２の係合爪６５が受圧板３７をＦＲ−ＲＲ方向（面方向）に向けて圧縮するため、受圧板３７と上面２１が当接した状態から受圧板３７が上側に湾曲し始めるので、Ｔ点まで押圧荷重が低下したのち、Ｔ点から徐々に押圧荷重が増加してＵ点になり、その後徐々に押圧荷重が低下して、図４の状態であるＰ点に戻る。

[光学式スイッチの作用効果]
以下に、本実施形態に係る光学式スイッチの作用効果を説明する。

（１）本実施形態に係る光学式スイッチ１は、発光素子２７および受光素子２９を有する反射型光源素子３１と、反射型光源素子３１の上方に配置されると共に、発光素子２７から発光された光を反射する反射板６と、反射型光源素子３１に対する反射板６の位置を変化させるアクチュエータ７と、を備えている。側面視において反射型光源素子３１および反射板６はアクチュエータ７の側方に配置され、反射板６の端部にはヒンジ部４１が設けられ、このヒンジ部４１を中心として反射板６は回転可能に構成されており、アクチュエータ７を作動させると、ヒンジ部４１を中心として反射板６が回転することにより、反射型光源素子３１と反射板６との距離と角度が変化するように構成されている。

従来は、アクチュエータ７、反射板６および反射型光源素子３１が上下方向に沿って配列されていたため、光学式スイッチの全体高さが高くなって光学式スイッチが大型化するという問題があった。しかし、本実施形態では、側面視において反射板６および反射型光源素子３１をアクチュエータ７の側方に配置している。従って、本実施形態に係る光学式スイッチ１の全体高さが低くなり光学式スイッチ１を小型化することができる。

（２）アクチュエータ７は、反射板６に結合された受圧板３７と、受圧板３７に押圧力を印加するプランジャー４７（押圧部材）と、受圧板３７をプランジャー４７に向けて凸状に湾曲するように弾性変形させた状態で保持する保持部材４９と、を備える。受圧板３７は、いずれからも荷重を加えないときには平板状に形成され、保持部材４９によってＦＲ−ＲＲ方向（面方向）に圧縮する荷重を加えたときにはプランジャー４７に向けて凸状に湾曲するように弾性変形する。

通常時には平板状に形成された受圧板３７を弾性変形させてプランジャー４７に向けて凸状に湾曲させている。従って、プランジャー４７が受圧板３７を押圧していく段階の途中において、受圧板３７の凸状の湾曲が平面状に変化するため、操作者が押釦５１を介してプランジャー４７を押してスイッチを入れる際のクリック感を明確に感じることができる。

（３）反射型光源素子３１において、発光素子２７を受光素子２９よりもアクチュエータ７に近づけて配置した。

発光素子２７を受光素子２９よりもアクチュエータ７に近づけて配置すると、受光素子２９を発光素子２７よりもアクチュエータ７に近接して配置した場合に比較して、反射板６を小さい傾斜角度でスイッチがＯＮの状態として認識されるようになる。つまり、反射板６が回転して傾斜すると、発光素子２７からの光８０が反射板６で反射する。よって、反射板６を小さい角度で回転させるだけで、スイッチがＯＮの状態として認識されるようになる。以上より、光学式スイッチ１の高さを更に低くすることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。

例えば、前記実施形態における板状部材３９は、ステンレス材料からなる弾性体としたが、ステンレス材料以外でも弾性体であって光を反射する機能を備えていれば適用可能である。また、前記実施形態では、板状部材３９をヒンジ部４１を中心に回転させる構造であるが、受圧板３７と反射板６の境界部分（角度θに屈曲している部分）は、ヒンジ部４１と同一でなくてもよい。すなわち、受圧板３７と反射板６の境界部（屈曲部）が、図３においてヒンジ部４１よりもＦＲ方向にずれていたとしても、板状部材３９をヒンジ部４１を中心に回転させることができる。

１ 光学式スイッチ
６ 反射板
７ アクチュエータ
２７ 発光素子
２９ 受光素子
３１ 反射型光源素子
３７ 受圧板
４１ ヒンジ部
４７ プランジャー（押圧部材）
４９ 保持部材

Claims (3)

1. 発光素子および受光素子を有する反射型光源素子と、
   該反射型光源素子の上方に配置されると共に前記発光素子から発光された光を反射する反射板と、
   前記反射型光源素子に対する反射板の位置を変化させるアクチュエータと、を備えた光学式スイッチであって、
   側面視において前記反射型光源素子および反射板は前記アクチュエータの側方に配置され、
   前記反射板の端部にはヒンジ部が設けられ、このヒンジ部を中心として反射板は回転可能に構成されており、
   前記アクチュエータを作動させると、前記ヒンジ部を中心として前記反射板が回転することにより、前記反射型光源素子と反射板との距離が変化するように構成されたことを特徴とする光学式スイッチ。
2. 前記アクチュエータは、前記反射板に結合された受圧板と、該受圧板に押圧力を印加する押圧部材と、前記受圧板を前記押圧部材に向けて凸状に湾曲するように弾性変形させた状態で保持する保持部材と、を備え、
   前記受圧板は、面方向に圧縮する荷重を加えないときには平板状に形成され、前記保持部材によって面方向に圧縮する荷重を加えたときには前記押圧部材に向けて凸状に湾曲するように弾性変形することを特徴とする請求項１に記載の光学式スイッチ。
3. 前記反射型光源素子において、前記発光素子を受光素子よりも前記アクチュエータに近接して配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の光学式スイッチ。
   

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