JP2023117430A - アクチュエータユニットおよび安全スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータ挿入孔に対する位置ずれを挿入方向と交差する任意の方向において吸収でき、耐久性を向上でき、位置ずれの吸収をスムーズに行えるようにする。【解決手段】 アクチュエータユニット３において、アクチュエータ挿入孔２０に挿入可能な先端部３０を有するアクチュエータ３Ａと、アクチュエータ挿入孔２０への挿入方向である矢印Ａ方向と交差する矢印Ｂ方向にアクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂを移動自在に支持する支持部４とを設ける。支持部４は、ボール４０と、これを自転自在に保持し、アクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂと別体に設けられ、矢印Ｂ方向に移動可能なリテーナ４１とを有する。アクチュータ３Ａの先端部３０とアクチュエータ挿入孔２０との位置ずれδは、リテーナ４１の矢印Ｂ方向への移動およびリテーナ４１に対するアクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂの矢印Ｂ方向への相対移動により吸収される。【選択図】 図５

Description

本発明は、アクチュエータユニットおよびこれを備えた安全スイッチに関する。

工作機械や産業用ロボットなどの産業用機械が設置された危険区域の出入口には、扉の開閉状態に応じてオン／オフする安全スイッチが設けられている。

一般に、安全スイッチは、扉側に配置されるアクチュエータと、壁側に配置され、アクチュエータ挿入孔を有するとともに、内部の操作ロッドの動きに応じて接点が切り替えられるスイッチ本体とを備えており、扉の閉塞時に扉側のアクチュエータが壁側のスイッチ本体のアクチュエータ挿入孔に挿入され、スイッチ本体の内部の操作ロッドが移動して接点が切り替えられるようになっている。

このような安全スイッチにおいては、扉のガタツキや扉自体の位置ずれ等によって、アクチュエータがアクチュエータ挿入孔に対して位置ずれを生じ、その結果、扉の閉塞時にアクチュエータがアクチュエータ挿入孔に対してスムーズに挿入できない場合が起こり得る。そこで、このような事態の発生を防止するために、これまで種々の方策が講じられてきた。

たとえば、特開２０１７－９１８７７号公報に記載のアクチュエータにおいては、操作キー（２）をベース（３）に揺動可能に支持させるとともに、ねじりコイルばね（４１）の付勢力によって、揺動後の操作キー（２）を基準位置に復帰させるようにしたことにより、扉のがたつきが大きい場合でも、操作キー（２）の挿入時には操作キー（２）が揺動することで、操作キー（２）がスイッチ本体のキー挿入口（１０３、１０４）に差し込まれるようにしている（同公報の段落［００３７］、［００３８］、［００４４］、図１、図１３～図１５参照）。

特開平８－１３８５００号公報に記載のキースイッチにおいては、操作キー（３）のキー本体（９）をホルダー部（８）の支軸部（１２）にスライド自在に設けるとともに、弾性体（１３）の付勢力によって、キー本体（９）をスライド中立位置に配置させるようにしたことにより、操作キー（３）およびスイッチ本体（２）に組付け誤差や位置ずれが生じた場合でも、操作キー（３）の挿入時には操作キー（３）がスライド移動することで、操作キー（３）がスイッチ本体（２）のキー孔（６）に挿入されるようにしている（同公報の段落［０００９］、［００２０］、図１～図３参照）。

特開平１１－３１７１３２号公報に記載の安全スイッチ用駆動子においては、キー（２）の基部（３）を円形のＰＴＦＥ製スライドベアリング（またはローラーベアリング）（９）を介してホルダー（１）に摺動し得るように取り付けるとともに、ばね（１０）によってキー（２）を中心位置に付勢するようにしたことにより、キー（２）の基部（３）をスライドベアリング（９）の取付面に沿って変位させることで、駆動子と安全スイッチの挿入スロットとの間の不整合が補正されるようにしている（同公報の請求項１、段落［００１１］、［００１２］、図１、図３、図４参照）。

特開２０１７－９１８７７号公報に記載のものでは、操作キー（２）とスイッチ本体（１００）のキー挿入口（１０３、１０４）との間に位置ずれがあるとき、操作キー（２）のキー挿入口（１０３、１０４）への挿入時に操作キー（２）が揺動することで位置ずれを吸収するようになっているので、操作キー（２）の揺動方向（つまり揺動面内）の位置ずれに対しては対応可能であるが、揺動方向と交差（たとえば直交）する方向の位置ずれには対応できない。

特開平８－１３８５００号公報に記載のものでは、操作キー（３）のキー本体（９）とスイッチ本体（２）のキー孔（６）との間に位置ずれがあるとき、キー本体（９）のキー孔（６）への挿入時にキー本体（９）がスライド移動することで位置ずれを吸収するようになっているので、キー本体（９）のスライド方向（つまりスライド面内）の位置ずれに対しては対応可能であるが、スライド方向と交差（たとえば直交）する方向の位置ずれには対応できない。

これに対して、特開平１１－３１７１３２号公報に記載のものでは、キー（２）と安全スイッチの挿入スロットとの間に位置ずれがあるとき、キー（２）の挿入スロットへの挿入時にキー（２）がスライドベアリング（９）の取付面に沿って移動することで位置ずれを吸収するようになっているので、任意の方向の位置ずれに対応可能である。

しかしながら、キー（２）と安全スイッチの挿入スロットとの間に位置ずれがある状態で扉を閉めたとき、キー（２）の基部（３）には、扉の慣性に伴う過大な衝撃荷重が作用し、これがそのままＰＴＦＥ製スライドベアリングに作用するため、ＰＴＦＥ製スライドベアリングが破損する恐れがあり、耐久性に問題がある。なお、特開平１１－３１７１３２号公報に記載のものでは、ＰＴＦＥ製スライドベアリングの代わりにローラーベアリングを用いてもよい旨記載されているが、ローラーベアリングを用いた場合には、キー（２）の基部（３）がローラーベアリングの転動方向にしか変位することができないため、転動方向の位置ずれに対しては対応可能であるが、転動方向と交差（たとえば直交）する方向の位置ずれには対応できない。

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、アクチュエータ挿入孔に対する位置ずれを挿入方向と交差する任意の方向において吸収できるだけでなく、耐久性を向上でき、さらに、位置ずれの吸収をスムーズに行うことができるアクチュエータユニットおよびこれを備えた安全スイッチを提供することにある。

本発明に係るアクチュエータユニットは、アクチュエータ挿入孔に挿入可能な先端部を有するアクチュエータと、アクチュエータの基端側端部をアクチュエータ挿入孔に対するアクチュエータの挿入方向である第１の方向と交差する第２の方向に移動自在に支持する支持部とを備えている。支持部は、ボールと、ボールを自転自在に保持し、アクチュエータの基端側端部と別体に設けられるとともに、第２の方向に移動可能な保持部とを有している。アクチュエータの先端部とアクチュエータ挿入孔との位置ずれは、保持部の第２の方向への移動および保持部に対するアクチュエータの基端側端部の第２の方向への相対移動により、吸収されるようになっている。

本発明によれば、アクチュエータの基端側端部が、自転自在なボールおよびこれを保持しかつ第２の方向に移動可能な保持部を備えた支持部により、アクチュエータの挿入方向である第１の方向と交差する第２の方向に移動自在に支持されるとともに、アクチュエータの先端部とアクチュエータ挿入孔との位置ずれが、アクチュエータの基端側端部および保持部の第２の方向への移動により吸収されるので、アクチュエータ挿入孔に対する位置ずれを挿入方向と交差する任意の方向において吸収できるようになる。しかも、本発明によれば、アクチュエータの基端側端部が自転自在なボールを有する支持部により支持されているので、アクチュエータ挿入孔に対する位置ずれの発生時にアクチュエータの先端部に過大な荷重が作用することでアクチュエータの基端側端部に過大なスラスト荷重が作用した場合でも、アクチュエータの基端側端部を支持部のボールにより確実に支承でき、これにより、アクチュエータユニットの耐久性を向上できる。また、転がり摩擦は滑り摩擦よりもはるかに小さいため、ボールを用いることにより、スライドベアリングを用いる場合よりも摩擦係数を小さくでき、これにより、アクチュエータの円滑な動きを実現でき、耐久性を一層向上できる。

さらに、本発明によれば、ボールを自転自在に保持しかつ第２の方向に移動可能な保持部がアクチュエータの基端側端部と別体に設けられているので、アクチュエータの挿入時にアクチュエータの先端部がアクチュエータ挿入孔に対して位置ずれを生じている際には、保持部がボールの自転を許容しつつアクチュエータの基端側端部に拘束されることなく第２の方向に移動する。これにより、アクチュエータの基端側端部が第２の方向にスムーズに移動することができ、位置ずれの吸収をスムーズに行えるようになる。

本発明では、アクチュエータの先端部とアクチュエータ挿入孔との位置ずれをδとし、保持部の第２の方向への移動量をｈ、保持部に対するアクチュエータの基端側端部の第２の方向への相対移動量をｂとするとき、δ＝ｈ＋ｂの関係式が成立している。

本発明では、アクチュエータを第２の方向において弾性的に支持する第１の弾性支持部材がアクチュエータに設けられている。この場合には、移動後のアクチュエータを第１の弾性支持部材の付勢力で移動前の元の位置に戻すことができる。

本発明では、保持部を第２の方向において弾性的に支持する第２の弾性支持部材が支持部に設けられている。この場合には、移動後の保持部を第２の弾性支持部材の付勢力で移動前の元の位置に戻すことができる。

本発明では、アクチュエータが先端部および基端側端部の間に延びており、基端側端部および支持部がケースに収容されるとともに、ケースがアクチュエータの第２の方向への移動を許容する開孔を有している。

本発明では、先端部がテーパー状面または凸円弧状面を有している。この場合には、位置ずれにより先端部がアクチュエータ挿入孔の開口縁部に当接したとき、アクチュエータの基端側端部が位置ずれを吸収する側にスムーズに移動できるようになる。

本発明では、アクチュエータの先端部が係止孔を有しており、当該係止孔が、アクチュエータ挿入孔を有するスイッチ本体の内部の係止部材に係止されるようになっている。

本発明では、アクチュエータが先端部および基端側端部の間に延びる軸部を有し、軸部と先端部との間に段差が形成されており、段差が、アクチュエータ挿入孔を有するスイッチ本体の内部の係止部材に係止されるようになっている。

本発明に係る安全スイッチは、本発明に係るアクチュエータユニットと、アクチュエータ挿入孔を有するスイッチ本体とを備えている。

以上のように本発明によれば、アクチュエータの先端部とアクチュエータ挿入孔との位置ずれを挿入方向と交差する任意の方向において吸収できるようになる。しかも、本発明によれば、位置ずれの発生時にアクチュエータの先端部に過大な荷重が作用することでアクチュエータに過大なスラスト荷重が作用した場合でも、アクチュエータの基端側端部を支持部のボールにより確実に支承でき、アクチュエータユニットの耐久性を向上できる。さらに、本発明によれば、アクチュエータの基端側端部が第２の方向にスムーズに移動することができ、位置ずれの吸収をスムーズに行えるようになる。

本発明の一実施例によるアクチュエータユニットおよびスイッチ本体を備えた安全スイッチを前方側から見た全体斜視図である。 前記安全スイッチ（図１）を後方側から見た全体斜視図である。 前記安全スイッチ（図１）の正面図である。 前記安全スイッチ（図１）の平面図である。 前記アクチュエータユニット（図１）の縦断面図である。 前記アクチュエータユニット（図５）を前方側斜め上方から見た図である。 前記アクチュエータユニット（図５）を斜め上方から見た図である。 前記アクチュエータユニット（図５）においてアクチュエータを取り除いた状態を前方側斜め上方から見た図である。 前記アクチュエータユニット（図５）において、アクチュエータおよびパッキンを取り除いた状態を示す図である。 図９のX-X線横断面図である。 図９のXI-XI線横断面図である。 前記アクチュエータユニット（図１１）を斜め後方から見た図である。 前記アクチュエータユニット（図１１）において、ボールおよびリテーナを含むボールベアリング構造体の全体斜視図である。 前記アクチュエータユニット（図５）の模式図である。 前記アクチュエータユニット（図１４）のアクチュエータがスイッチ本体のアクチュエータ挿入孔に対して位置ずれがある場合において、前記アクチュエータの移動後の状態を示す模式図である。 図１５をさらに簡略化して示す図であって、（ａ）はアクチュエータの移動前の状態を示し、（ｂ）はアクチュエータの移動後の状態を示している。 前記安全スイッチ（図１）において、前記アクチュエータユニットが前記スイッチ本体のアクチュエータ挿入孔に対して位置ずれがない状態を示す図である。 前記安全スイッチ（図１）において、前記アクチュエータユニットが前記スイッチ本体のアクチュエータ挿入孔に対して位置ずれがある場合において、アクチュエータの移動を時系列的に示す図であって、前記アクチュエータの挿入前の状態を示している。 前記安全スイッチ（図１）において、前記アクチュエータユニットが前記スイッチ本体のアクチュエータ挿入孔に対して位置ずれがある場合において、アクチュエータの挿入時の作動を時系列的に示す図であって、前記アクチュエータの挿入途中の状態を示している。 前記安全スイッチ（図１）において、前記アクチュエータユニットが前記スイッチ本体のアクチュエータ挿入孔に対して位置ずれがある場合において、アクチュエータの挿入時の作動を時系列的に示す図であって、前記アクチュエータの挿入後の状態を示している。 図２０のXXI-XXI線断面概略図である。 本発明の変形例によるアクチュエータユニットおよびスイッチ本体を備えた安全スイッチにおいて、前記アクチュエータユニットが前記スイッチ本体のアクチュエータ挿入孔に対して位置ずれがある場合において、アクチュエータの挿入前の状態を示している。 前記安全スイッチ（図２２）において、前記アクチュエータの挿入後の状態を示しており、前記実施例の図２１に相当している。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図４は、本発明の一実施例によるアクチュエータユニットおよびこれを備えた安全スイッチを説明するための図であって、各図は安全スイッチの外観を示しており、図１および図２は安全スイッチの斜視図、図３はその正面図、図４は平面図である。

図１ないし図４に示すように、本実施例による安全スイッチ１は、たとえば壁または固定扉（図示せず）に取り付けられるスイッチ本体２と、たとえばスライド式の可動扉（図示せず）に取り付けられ、スイッチ本体２に対して抜き差し可能に設けられたアクチュエータユニット３とを備えている。各図中、矢印Ａはアクチュエータユニット３の挿入方向（第１の方向）を示している。

スイッチ本体２は、一つまたは複数のアクチュエータ挿入孔２０を有している。アクチュエータ挿入孔２０は、スイッチ本体２の壁部を貫通する、たとえば横断面矩形状の貫通孔であって、その開口縁部は、スイッチ本体２の壁部の外表面からスイッチ本体２の内方に向かうにしたがい徐々に開口幅が小さくなるテーパー面２０ａを有している。図４中、一点鎖線２Ｃ_Ｌは、アクチュエータ挿入孔２０の中心線を示している。なお、図示していないが、スイッチ本体２の内部には、切替え可能な接点が設けられるとともに、挿入されたアクチュエータユニット３に係止する係止部材（後述）が設けられている。

アクチュエータユニット３は、スイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０に挿入可能な先端部３０を有するアクチュエータ３Ａと、アクチュエータ３Ａの基端側端部（後述）を収容するベース部３Ｂとを有している。先端部３０は、たとえば板状（つまり横断面矩形状）であって、その先端側の各角部には、面取りによる平坦状の傾斜面３０ｔがそれぞれ形成されており、先端側部分は先端に向かうにしたがい徐々に先細りとなるテーパー状面を有している。なお、傾斜面の代わりにアール面（つまり凸円弧状面）を形成するようにしてもよく、また、先端側部分全体が凸円弧状面を形成するようにしてもよい。先端部３０には、先端部３０を厚み方向に貫通する、たとえば矩形状の係止孔３０ｂが形成されている。図４中、一点鎖線３Ｃ_Ｌは、アクチュエータ３Ａの長手方向の中心線を示しており、この例では、中心線３Ｃ_Ｌがスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０の中心線２Ｃ_Ｌと一致した状態が示されている。

ベース部３Ｂは、アクチュエータ３Ａの基端側端部（後述）を収容する箱状のケース３２と、ケース３２においてアクチュエータ３Ａ側と逆側の背面側開口を覆う薄板状の蓋体３３とを有している。ケース３２および蓋体３３には、アクチュエータユニット３を可動扉に取り付けるための取付ねじ（図示せず）が挿入される複数のねじ挿入孔３２ｂ、３３ｂがそれぞれ形成されている。なお、図２中の符号３３ｃは、蓋体３３をケース３２に固定するための取付ねじ（図示せず）が挿入されるねじ挿入孔である。

次に、アクチュエータ３Ａの基端側端部およびこれを支持する支持部の詳細について、図５ないし図１３を用いて説明する。図５ないし図９はアクチュエータユニット３の縦断面を示し、図１０ないし図１２はその横断面を示し、図１３は支持部の全体構成を示している。なお、各断面図のうち、図５においてのみ断面をハッチングで示しており、他の図ではハッチングを省略している。

図５ないし図９に示すように、アクチュエータ３Ａの基端部３１は、半径方向外方に延びる略菱形状の板状部から構成されており（図１参照）、その中央のボス部３１Ｃには、軸方向に延びるねじ穴（雌ねじ）３１ｃが形成されている。一方、ケース３２内には、軸方向に延びるねじ３４が配設されており、ねじ３４の軸部（雄ねじ）３４ａはボス部３１Ｃのねじ穴３１ｃに螺合して固着されている。ねじ３４の軸部３４ａの外周には、フランジ部材３５が固定されている。フランジ部材３５は、基端側において軸方向の間隔３５Ｃを隔てて配置されるとともにそれぞれ半径方向外方に張り出すフランジ部３５Ｂ、３５Ｂ’を有している。フランジ部３５Ｂが最基端側に配置されている。

ねじ３４の軸部３４ａおよびフランジ部材３５は、ケース３２の一端側の壁部３２Ａに貫通形成された開孔３２ａを挿通してケース３２の外部まで延びている。開孔３２ａの内径は、開孔３２ａ内に配置されたフランジ部材３５の外径よりも大きくなっており、開孔３２ａとフランジ部材３５の間には、フランジ部材３５の半径方向の移動を許容し得るクリアランスが形成されている。フランジ部材３５の先端部３５Ａは、アクチュエータ３Ａの基端部３１に形成された凹部３１ｄ内に配置されている。凹部３１ｄ内には、たとえばゴム製のパッキン３６が設けられており、パッキン３６の一端は、フランジ部材３５の先端部３５Ａに固着されている。パッキン３６の他端は、たとえば樹脂製のリング状のシール部材３７に固着されている。シール部材３７は、ケース３２の壁部３２Ａに形成された開孔３２ａの外周側に配置されており、壁部３２Ａの外側面３２ｃ上を開孔３２ａの任意の半径方向にスライド可能に設けられている。

アクチュエータ３Ａ、ねじ３４、フランジ部材３５、パッキン３６およびシール部材３７は、全体として一体に構成されており、よって、フランジ部材３５の最基端側のフランジ部３５Ｂが実質的にアクチュエータ３Ａの基端側端部を構成している。フランジ部材３５の最基端側のフランジ部３５Ｂと蓋体３３との間には、最基端側のフランジ部（すなわち、アクチュエータ３Ａの基端側端部）３５Ｂと別体で設けられ、フランジ部３５Ｂを任意の半径方向にスライド可能に支持する支持部４が設けられている。支持部４は、複数のボール４０を有し、アクチュエータ３Ａの挿入方向である矢印Ａ方向（第１の方向）と交差する（好ましくは直交する）矢印Ｂ方向（第２の方向）に移動可能なボールベアリング構造体から構成されており、アクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂを矢印Ｂ方向に移動自在に支持している（詳細は後述）。なお、矢印Ｂ方向としては、図５の紙面内に限らず、矢印Ａ方向と交差（好ましくは直交）する任意の方向、すなわち、軸方向と交差（好ましくは直交）する任意の半径方向を含む。

ケース３２の内部空間３２Ｃ内には、フランジ部材３５およびねじ３４を介してアクチュエータ３Ａを矢印Ｂ方向において弾性的に支持するねじりコイルばね（第１の弾性支持部材）３８、３８’が設けられている。ねじりコイルばね３８、３８’は、フランジ部材３５の各フランジ部３５Ｂ、３５Ｂ’の間に配設されており、たとえばピアノ線のような高張力鋼線やその他の鋼線、金属線等から構成されている。

図９のX-X線断面である図１０に示すように、ねじりコイルばね３８は、左右一対のねじりコイルばね３８_１、３８_２から構成されており、各ねじりコイルばね３８_１、３８_２は、ケース３２の壁面から延びる柱状のポスト３９_１、３９_２にそれぞれ取り付けられている。各ねじりコイルばね３８_１、３８_２の一方のアーム部はケース３２の上側の内壁面に係止され、他方のアーム部はフランジ部材３５の外周面に左右から挟持するように弾性的に当接している。同様に、ねじりコイルばね３８’は、左右一対のねじりコイルばね３８_１’、３８_２’から構成されており、各ねじりコイルばね３８_１’、３８_２’は、ケース３２の壁面から延びるポスト３９_１’、３９_２’にそれぞれ取り付けられている。各ねじりコイルばね３８_１’、３８_２’の一方のアーム部はケース３２の下側の内壁面に係止され、他方のアーム部はフランジ部材３５の外周面に左右から挟持するように弾性的に当接している。

この構成により、フランジ部材３５は（したがって、アクチュエータ３Ａについても）外周側から弾性的に支持されており、フランジ部材３５が半径方向のいずれの方向（つまり矢印Ｂ方向）に移動した場合でも、ねじりコイルばね３８_１、３８_２、３８_１’、３８_２’のアーム部の弾性変形に伴う弾性反発力の作用により、フランジ部材３５（したがってアクチュエータ３Ａ）が元の位置に戻るようになっている。よって、ねじりコイルばね３８_１、３８_２、３８_１’、３８_２’はアクチュエータ３Ａに対する自動調心機能を有している。

図９およびそのXI-XI線断面である図１１、ならびに図１２および図１３に示すように、支持部４は、フランジ部３５Ｂの側面３５ｄに当接し得る、たとえば鋼鉄製の複数（この例では６個）のボール（つまり鋼球）４０と、各ボール４０をそれぞれ自転自在に支持するためのたとえば樹脂製のリテーナ（保持部）４１とを有している。各ボール４０は、蓋体３３の内側面に対しても当接し得るように設けられている。なお、図５ないし図８では、図示の便宜上、各ボール４０とフランジ部３５Ｂの側面３５ｄとの間に間隙が形成されたものが示されているが、各ボール４０は、図９に示すように、フランジ部３５Ｂの側面３５ｄに当接しているのが好ましい。

リテーナ４１は、フランジ部材３５の最基端側のフランジ部（すなわち、アクチュエータ３Ａの基端側端部）３５Ｂと別体に設けられた概略リング状の部材であって、各ボール４０をそれぞれ自転自在に支持する円筒状の複数（この例では６個）の保持孔４１ａを有している。各保持孔４１ａは、円周上に好ましくは均等間隔で配置されている。リテーナ４１は、リテーナ４１の内部空間に延びるとともに、樹脂板ばねとして作用し得る複数（この例では３個）の板状のアーム状部材（第２の弾性支持部材）４２を有しており、各アーム状部材４２の一端はリテーナ４１の外周側のリング状部に固着され、他端（自由端）はリテーナ４１の中央に配置されている。また、リテーナ４１は、リテーナ４１の内部空間に配設された複数（この例では３個）の圧縮ばね（第２の弾性支持部材）４３を有しており、各圧縮ばね４３の一端はリテーナ４１の外周側のリング状部に圧接し、他端はリテーナ４１の中央に配置されて、対応する各アーム状部材４２の他端に圧接している。これにより、各アーム状部材４２の他端は、ねじ３４の外周面に弾性的に当接している。

この構成により、リテーナ４１は内周側から弾性的に支持されており、リテーナ４１が半径方向のいずれの方向に移動した場合でも、各アーム状部材４２および各圧縮ばね４３の弾性変形に伴う弾性反発力の作用により、リテーナ４１が移動前の元の位置に戻るようになっている。よって、各アーム状部材４２および各圧縮ばね４３はリテーナ４１に対する自動調心機能を有している。

次に、本実施例の作用効果について、図１ないし図４を参照しつつ、図１４ないし図２１を用いて説明する。なお、図１４ないし図１６は、図５を簡略化して示す模式図であり、図１７ないし図２１は、アクチュエータ挿入時の作動を時系列的に示す図である。

図１ないし図４に示す状態から、可動扉を閉塞方向に移動させると、アクチュエータユニット３のアクチュエータ３Ａが矢印Ａ方向に移動し、図１７および図２１に示すように、アクチュエータ３Ａがスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０を通ってスイッチ本体２の内部に挿入される。この挿入の際には、アクチュエータ３Ａの中心線３Ｃ_Ｌはスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０の中心線２Ｃ_Ｌと一致しており（図４、図１７参照）、そのため、アクチュエータ３Ａの先端部３０は、アクチュエータ挿入孔２０のテーパー面２０ａと干渉することなく、スイッチ本体２の内部にスムーズに挿入される。アクチュエータ３Ａの挿入後は、図２１に示すように、スイッチ本体２の内部の係止部材ＳＲにより、アクチュエータ３Ａの先端部３０の係止孔３０ｂが係止され、これにより、アクチュエータ３Ａがロックされて抜け止めがなされる。この状態から、スイッチ本体２の内部の接点（図示せず）が切り替わって、ロボット等の機械の駆動が開始される。

次に、図１８に示すように、アクチュエータ３Ａの中心線３Ｃ_Ｌがスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０の中心線２Ｃ_Ｌに対して位置ずれを起こしていたとし、そのときの位置ずれの量（位置ずれ）をδとする。ここでは、中心線３Ｃ_Ｌが中心線２Ｃ_Ｌに対して下方に距離δだけ位置ずれを起こしている場合を例にとる。

この状態から、可動扉を閉塞方向に移動させると、アクチュエータユニット３のアクチュエータ３Ａが矢印Ａ方向に移動し、図１９に示すように、アクチュエータ３Ａの先端部３０がスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０のテーパー面２０ａに当接する。このとき、テーパー面２０ａには先端部３０の傾斜面３０ｔが当接しており、そのため、可動扉の閉塞中には、先端部３０の傾斜面３０ｔがテーパー面２０ａに沿ってテーパー面２０ａ上を摺動しつつ図示斜め上方に移動しようとする。このとき、アクチュエータ３Ａは、ベース部３Ｂと一体となって前方（図１９左方）に移動するとともに、ベース部３Ｂに対して矢印Ａ方向と交差（好ましくは直交）する矢印Ｂ方向に相対移動する（図２０参照）。

ここで、上述したように、アクチュエータ３Ａは、ねじ３４、フランジ部材３５、パッキン３６およびシール部材３７と一体に構成されており、そのため、アクチュエータ３Ａの矢印Ｂ方向への移動の際には、アクチュエータ３Ａ、ねじ３４、フランジ部材３５、パッキン３６およびシール部材３７が一体となって（したがって、シール部材３７はケース３２の壁部３２Ａの外側面３２ｃ上をスライドしつつ）移動する。

このときのアクチュエータユニット３の作動を図１４ないし図１６の模式図を用いて説明する。
図１４は図１８および図１９に対応し、図１５は図２０に対応している。また、図１６（ａ）は図１８および図１９に対応し、図１６（ｂ）は図２０に対応している。

アクチュエータ３Ａの先端部３０がスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０のテーパー面２０ａに当接する前の状態においては、図１４に示すように、アクチュエータ３Ａはケース３２の開孔３２ａの中央（または略中央）に配置され、各ねじりコイルばね３８、３８’により開孔３２ａの中央で弾性支持されている。また、支持部４のリテーナ４１は、各圧縮ばね４３によりアクチュエータ３Ａと同心（または略同心）に弾性支持されている。

次に、アクチュエータ３Ａの先端部３０がスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０のテーパー面２０ａに当接すると、図１４において、アクチュエータ３Ａと一体に設けられたフランジ部材３５の最基端側のフランジ部（すなわち、アクチュエータ３Ａの基端側端部）３５Ｂが支持部４のボール４０に圧接して、ボール４０がフランジ部３５Ｂおよび蓋体３３間で挟持される。

この状態から、アクチュエータ３Ａが矢印Ｂ方向に移動を開始すると、図１５に示すように、アクチュエータ３Ａとともにフランジ部３５Ｂが同方向に移動することにより、フランジ部３５Ｂがボール４０を図示右方（つまり矢印Ｂ方向）に転がり運動させる。この転がり運動の際には、ボール４０は蓋体３３の上を転がり移動するが、ボール４０を支持するリテーナ４１がフランジ部３５Ｂと別体に設けられているので、リテーナ４１はフランジ部３５Ｂに拘束されることなく矢印Ｂ方向に移動する。このとき、リテーナ４１およびボール４１を含む支持部４全体が移動するので、フランジ部３５Ｂも矢印Ｂ方向に移動する。また、ボール４０の転がり運動の際には、ボール４０がリテーナ４１内で自転する。ボール４０の自転により、ボール４０がころがり接触するフランジ部３５Ｂが矢印Ｂ方向に移動する。このフランジ部３５Ｂの移動は、リテーナ４１に対する相対移動である。

このように、アクチュエータ３Ａが矢印Ｂ方向に移動する際には、アクチュエータ３Ａとともに移動するフランジ部３５Ｂの移動量は、リテーナ４１（したがって、支持部４）が矢印Ｂ方向に移動することによる移動量に、フランジ部３５Ｂがリテーナ４１に対して相対移動することによる移動量を加えたものになる。そして、フランジ部３５Ｂのトータルの移動量がアクチュエータ３Ａの位置ずれδに等しくなったとき、アクチュエータ３Ａの位置ずれが吸収されたことになる。このとき、図２０に示すように、アクチュエータ３Ａがアクチュエータ挿入孔２０を通ってスイッチ本体２の内部に挿入されており、スイッチ本体２の内部の係止部材ＳＲにより、アクチュエータ３Ａの先端部３０の係止孔３０ｂが係止されて、アクチュエータ３Ａがロックされる（図２１参照）。

ここで、図１６（ａ）はアクチュエータ３Ａの移動前の状態を、同図（ｂ）はアクチュエータ３Ａの移動後の状態をそれぞれ模式的に示している。各図中、ボール４０とフランジ部３５Ｂおよび蓋体３３との各接触点を黒丸で示すとともに、各接触点を線分ｄで結んでおり、ボール４０の直径をｄ（半径をｒ）とする。また、白抜きの三角は、フランジ部３５Ｂおよび蓋体３３において、黒丸に対応する位置をそれぞれ示している。

図１６（ｂ）において、ボール４０が蓋体３３上を転がり運動することによるボール４０の蓋体３３に対する移動量をｈ_１とし、このときのボール４０の回転角をθとすると、
ｈ_１＝ｒθ …（１）
と表せる。ボール４０の転がり運動によるリテーナ４１の移動量をｈ_２とすると、
ｈ_２＝ｈ_１ …（２）
である。また、ボール４０の転がり運動の際の自転により、ボール４０が転がり接触するフランジ部３５の移動量をｂとすると、
ｂ＝ｒθ …（３）
と表せる。（１）ないし（３）式より、
ｂ＝ｈ_２ …（４）
となる。アクチュエータ３Ａのトータルの移動量δは、
δ＝ｈ_２＋ｂ＝２ｈ_２ (∵（４）式)
であり、ここで、ｈ_２をｈで置き換えると、
δ＝２ｈ
∴ｈ＝δ／２ …（５）
となる。
（５）式は、アクチュエータ３Ａに位置ずれがあるとき、リテーナ４１がその半分の距離だけ移動すれば、アクチュエータ３Ａの位置ずれが吸収できるということを表している。なお、図１６では、ｈ_１＝ｈ_２＝２．５(ｍｍ)、ｂ＝２．５（ｍｍ）、δ＝５．０（ｍｍ）の例を示している。

以上をまとめると、アクチュエータ３Ａの先端部３０とスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０との位置ずれδは、リテーナ４１の矢印Ｂ方向への移動およびリテーナ４１に対するアクチュエータ３Ａの基端側端部であるフランジ部３５Ｂの矢印Ｂ方向への相対移動により吸収されるようになっており、位置ずれδは、リテーナ４１の矢印Ｂ方向への移動量をｈ、リテーナ４１に対するフランジ部３５Ｂの矢印Ｂ方向への相対移動量をｂとするとき、δ＝ｈ＋ｂの関係式を満足している。さらに、ボール４０とフランジ部３５Ｂおよび蓋体３３との間に滑りがない場合、ｈ＝ｂであることにより、δ＝２ｈの関係式が成立している。

このように本実施例によれば、アクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂが、自転自在なボール４０およびこれを保持しかつ基端側端部３５Ｂと別体のリテーナ４１を備えた支持部４により、アクチュエータ３Ａの挿入方向である矢印Ａ方向と交差する矢印Ｂ方向に移動自在に支持されるとともに、アクチュエータ３Ａの先端部３０とアクチュエータ挿入孔２０との位置ずれが、リテーナ４１の矢印Ｂ方向への移動およびリテーナ４１に対する基端側端部３５Ｂの矢印Ｂ方向への相対移動により吸収されるので、アクチュエータ挿入孔２０に対する位置ずれを挿入方向と交差する任意の方向において吸収できるようになる。

しかも、本実施例によれば、アクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂが自転自在なボール４０を有する支持部４により支持されているので、アクチュエータ挿入孔２０に対する位置ずれの発生時にアクチュエータ３Ａの先端部３０に過大な荷重が作用することでアクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂに過大なスラスト荷重が作用した場合でも、アクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂを支持部４のボール４０により確実に支承でき、これにより、アクチュエータユニット３の耐久性を向上できる。また、転がり摩擦は滑り摩擦よりもはるかに小さいため、ボール４０を用いることにより、スライドベアリングを用いる場合よりも摩擦係数を小さくでき、これにより、アクチュエータ３Ａの円滑な動きを実現でき、耐久性を一層向上できる。

さらに、本実施例によれば、ボール４０を自転自在に保持しかつ矢印Ｂ方向に移動可能なリテーナ４１がアクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂと別体に設けられているので、アクチュエータ３Ａの挿入時にアクチュエータ３Ａの先端部３０がアクチュエータ挿入孔２０に対して位置ずれを生じている際には、リテーナ４１がボール４０の自転を許容しつつアクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂに拘束されることなく矢印Ｂ方向に移動する。これにより、アクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂが矢印Ｂ方向にスムーズに移動することができ、位置ずれの吸収をスムーズに行えるようになる。

また、アクチュエータ３Ａの先端部３０がスイッチ本体２の内部に挿入されたとき、アクチュエータ３Ａはベース部３Ｂに対して上方に移動しているが（図２０参照）、このとき、アクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂも上方に移動しており、図１０中の上側のねじりコイルばね３８_１、３８_２を上方に弾性変形させている。よって、このとき、アクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂの外周面には、ねじりコイルばね３８_１、３８_２の弾性変形にともなう弾性反発力が下方に作用している。

そのため、可動扉の開放の際、可動扉の移動にともなってアクチュエータ３Ａの先端部３０がスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０から離反するとき、アクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂに作用するねじりコイルばね３８_１、３８_２の弾性反発力により、アクチュエータ３Ａは下方に移動して、挿入前の状態に戻る。

前記実施例では、アクチュエータ３Ａがアクチュエータ挿入孔２０に対して下方に位置ずれを起こしていることにより、位置ずれの吸収時にアクチュエータ３Ａの基端側端部３５Ｂが上側のねじりコイルばね３８_１、３８_２を上方に弾性変形させる場合を例にとって説明したが、上方への位置ずれの場合には、基端側端部３５Ｂが下方のねじりコイルばね３８_１’、３８_２’に当接してこれらを下方に弾性変形させ、左右への位置ずれの場合には、基端側端部３５Ｂがねじりコイルばね３８_１、３８_２’または３８_２、３８_１’に当接してこれらのねじりコイルばねを左右に弾性変形させることになる。

また、アクチュエータ３Ａのアクチュエータ挿入孔２０への挿入時にリテーナ４１が矢印Ｂ方向に移動したとき、図１１において、リテーナ４１がねじ３４に対して相対移動する。その結果、対応する圧縮ばね４３が弾性変形して、アーム状部材４２とリテーナ４１の外周側のリング状部との間で弾性反発力を作用させる。この弾性反発力の作用により、アクチュエータ３Ａがアクチュエータ挿入孔２０から離反した際には、リテーナ４１が元の位置に戻る。

前記実施例では、第１の弾性支持部材としてねじりコイルばね３８、３８’を用い、第２の弾性支持部材として圧縮コイルばね４３を用いた例を示したが、本発明の適用はこれらに限定されない。その他のばねや各種弾性体による弾性支持部材を採用するようにしてのよい。

なお、前記実施例によるアクチュエータユニット２では、図１ないし図４に示すように、アクチュエータ３Ａの基端部３１の背面の上下端において、ケース３２側に突出する突起３０ｐ、３０ｐ’がそれぞれ設けられるとともに、ケース３２の外側面３２ｃの上下端において、アクチュエータ３Ａ側に突出する左右一対の突起３２ｐ、３２ｐ’がそれぞれ設けられている。各突起３２ｐは突起３０ｐの左右両側に間隔を隔てて配置され、各突起３２ｐ’は突起３０ｐ’の左右両側に間隔を隔てて配置されている。これらの突起は、アクチュエータ３Ａが使用中に中心線３Ｃ_Ｌの回りに回転するのを規制するためのものであり、また、突起３２ｐ、３２ｐ’で規制されている範囲内でアクチュエータ３Ａを回転可能とするものである。これにより、アクチュエータ挿入孔２０に対してアクチュエータ３Ａの先端部３０が中心線３Ｃ_Ｌの回りに多少の回転ずれ（すなわち、先端部３０が中心線３Ｃ_Ｌの回りを周方向にいくらか回転していることによるずれ）を生じていたとしても、アクチュエータ３Ａが中心線３ＣＬの回りに回転することでずれを吸収できるようになっている。

＜変形例＞
前記実施例では、アクチュエータ３Ａの先端部３０が板状（つまり横断面矩形状）の場合を例にとって説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。図２２および図２３は、本発明の変形例によるアクチュエータユニットおよびスイッチ本体を備えた安全スイッチを示している。これらの図において、前記実施例と同一符号は同一または相当部分を示している。

図２２に示すように、アクチュエータ３Ａの先端部３０は、たとえば半球状の突部であって、先端側に配置された凸円弧状面３０ｒと、後端側に配置された平坦状面３０ｃとを有しており、平坦状面３０ｃには、軸方向に延びるたとえば円柱状の軸部３１Ｊの先端が一体に連設されている。軸部３１Ｊは先端部３０よりも小径の部材であって、平坦状面３０ｃは軸部３１Ｊの先端に対して段差を形成している。軸部３１Ｊの他端側には、アクチュエータ３Ａの基端側端部（図示せず）が設けられている。すなわち、軸部３１Ｊは、アクチュエータ３Ａの先端部３０および基端側端部間に延びている。スイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０は、スイッチ本体２の壁部を貫通するたとえば円形のテーパー孔であって、スイッチ本体２の壁部の外表面からスイッチ本体２の内方に向かうにしたがい、徐々に小径となっており、テーパー面２０ａを有している。なお、図示していないが、ベース部３Ｂの内部の構造は前記実施例のものと同様であり、アクチュエータ３Ａの基端側端部に対して別体で設けられる支持部の構成についても前記実施例と同様である。

図２２は、アクチュエータ３Ａの先端部３０がスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０に対して下方に位置ずれδを起こしている場合において、アクチュエータ３Ａの挿入前の状態を示している。同図に示す状態から、可動扉を閉塞方向に移動させると、アクチュエータ３Ａが矢印Ａ方向に移動して、アクチュエータ３Ａの先端部３０の凸円弧状面３０ｒがスイッチ本体２のアクチュエータ挿入孔２０のテーパー面２０ａに当接し、先端部３０の凸円弧状面３０ｒがテーパー面２０ａに沿ってテーパー面２０ａ上を摺動しつつ図示斜め上方に移動しようとする。このとき、アクチュエータ３Ａには、矢印Ａ方向と逆向きの押付力に加えて、矢印Ａ方向と交差（好ましくは直交）する矢印Ｂ方向の押付力が作用する。

これにより、前記実施例の図１４ないし図１６を用いて説明したように、アクチュエータ３Ａの基端側端部が支持部のボールを転がり運動させるとともに自転させることにより、アクチュエータ３Ａの位置ずれδを吸収できる。アクチュエータ３Ａがアクチュエータ挿入孔２０内に挿入されると、図２３に示すように、スイッチ本体２の内部の係止部材ＳＲが、アクチュエータ３Ａの先端部３０と軸部３１Ｊとの間の段差を形成する平坦状面３０ｃを係止することにより、アクチュエータ３Ａがロックされる。

なお、前記実施例では、アクチュエータ３Ａが使用中に中心線３Ｃ_Ｌの回りに回転するのを規制するために突起３０ｐ、３０ｐ’、３２ｐ、３２ｐ’を設けたが、この変形例においては、アクチュエータ３Ａの先端部３０および軸部３１Ｊの各横断面形状が円形であることにより、このような突起を設ける必要はない。

上述した実施例および各変形例はあらゆる点で本発明の単なる例示としてのみみなされるべきものであって、限定的なものではない。本発明が関連する分野の当業者は、本明細書中に明示の記載はなくても、上述の教示内容を考慮するとき、本発明の精神および本質的な特徴部分から外れることなく、本発明の原理を採用する種々の変形例やその他の実施例を構築し得る。

本発明は、アクチュエータユニットおよびこれを備えた安全スイッチに有用である。

１： 安全スイッチ

２： スイッチ本体
２０： アクチュエータ挿入孔

３： アクチュエータユニット
３Ａ： アクチュエータ
３０： 先端部
３０ｂ： 係止孔
３０ｔ： テーパー状面
３０ｒ： 凸円弧状面
３１Ｊ： 軸部
３２： ケース
３２ａ： 開孔
３５Ｂ： 最基端側のフランジ部（アクチュエータの基端側端部）
３８、３８’： ねじりコイルばね（第１の弾性支持部材）

４： 支持部
４０： ボール
４１： リテーナ（保持部）
４２： アーム状部材（第２の弾性支持部材）
４３： 圧縮ばね（第２の弾性支持部材）

ＳＲ： 係止部材

Ａ： アクチュエータ挿入方向（第１の方向）
Ｂ： アクチュエータ挿入方向との交差方向（第２の方向）

δ： 位置ずれ
ｈ： リテーナの移動量
ｂ： リテーナに対するアクチュエータの相対移動量

特開２０１７－９１８７７号公報（段落［００３７］、［００３８］、［００４４］、図１、図１３～図１５参照） 特開平８－１３８５００号公報（段落［０００９］、［００２０］、図１～図３参照） 特開平１１－３１７１３２号公報（請求項１、段落［００１１］、［００１２］、図１、図３、図４参照）

Claims (9)

1. アクチュエータユニットであって、
   アクチュエータ挿入孔に挿入可能な先端部を有するアクチュエータと、
   前記アクチュエータの基端側端部を前記アクチュエータ挿入孔に対する前記アクチュエータの挿入方向である第１の方向と交差する第２の方向に移動自在に支持する支持部とを備え、
   前記支持部が、ボールと、前記ボールを自転自在に保持し、前記アクチュエータの前記基端側端部と別体に設けられるとともに、前記第２の方向に移動可能な保持部とを有し、
   前記アクチュエータの前記先端部と前記アクチュエータ挿入孔との位置ずれが、前記保持部の前記第２の方向への移動および前記保持部に対する前記アクチュエータの前記基端側端部の前記第２の方向への相対移動により、吸収されるようになっている、
   ことを特徴とするアクチュエータユニット。
2. 請求項１において、
   前記アクチュエータの前記先端部と前記アクチュエータ挿入孔との位置ずれをδとし、前記保持部の前記第２の方向への移動量をｈ、前記保持部に対する前記アクチュエータの前記基端側端部の前記第２の方向への相対移動量をｂとするとき、
   δ＝ｈ＋ｂ
   の関係式が成立している、
   ことを特徴とするアクチュエータユニット。
3. 請求項１において、
   前記アクチュエータには、当該アクチュエータを前記第２の方向において弾性的に支持する第１の弾性支持部材が設けられている、
   ことを特徴とするアクチュエータユニット。
4. 請求項１において、
   前記支持部には、前記保持部を前記第２の方向において弾性的に支持する第２の弾性支持部材が設けられている、
   ことを特徴とするアクチュエータユニット。
5. 請求項１において、
   前記アクチュエータが前記先端部および前記基端側端部の間に延びており、前記基端側端部および前記支持部がケースに収容されるとともに、前記ケースが前記アクチュエータの前記第２の方向への移動を許容する開孔を有している、
   ことを特徴とするアクチュエータユニット。
6. 請求項１において、
   前記アクチュエータの前記先端部がテーパー状面または凸円弧状面を有している、
   ことを特徴とするアクチュエータユニット。
7. 請求項１において、
   前記アクチュエータの前記先端部が係止孔を有しており、前記係止孔が、前記アクチュエータ挿入孔を有するスイッチ本体の内部の係止部材に係止されるようになっている、
   ことを特徴とするアクチュエータユニット。
8. 請求項１において、
   前記アクチュエータが前記先端部および前記基端側端部の間に延びる軸部を有し、前記軸部と前記先端部との間に段差が形成されており、前記段差が、前記アクチュエータ挿入孔を有するスイッチ本体の内部の係止部材に係止されるようになっている、
   ことを特徴とするアクチュエータユニット。
9. 請求項１に記載の前記アクチュエータユニットと、
   前記アクチュエータ挿入孔を有するスイッチ本体と、
   を備えた安全スイッチ。