JP3959826B2 - リミットスイッチ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、生産設備や産業機械における位置決めや物体検知などのセンサとして用いられるリミットスイッチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、この種のリミットスイッチとして、図7、図8に示す形状のものが知られている(特開平9−4586号公報)。このリミットスイッチは、ローラアームタイプと称するものであって、器体1に軸支された主軸2の一端部にアクチュエータ3が結合されたものである。アクチュエータ3の先端部には被検知物が接触するローラ3aが取り付けられ、このローラ3aに被検知物が当接してアクチュエータ3が主軸2とともに回転すると、器体1内で主軸2に結合されているカム4が主軸2とともに回転し、カム4の周面に当接するカムフォロワ5を先端に備えたプランジャ6が直進移動する構造を有している。プランジャ6は押操作により接点が開閉される内蔵スイッチ7の作動軸7aに結合されており、カム4の回転に伴ってプランジャ6が直進移動すると作動軸7aが押操作されて内蔵スイッチ7が開閉されるように構成されている。
【0003】
ところで、主軸2(アクチュエータ3)の回転をプランジャ6の直進移動に変換する技術としては主に2種類が採用されている。一方の技術は上述した構成と同様のものであり、主軸2にカム4を設け、プランジャ6にカムフォロワ5を設けた構成である。具体的には、図9、図10に示すように、カム4は筒状に形成されカム4の外周面には凹部4aが形成される。また、プランジャ6には円筒状のコロないし鋼球よりなるカムフォロワ5が保持される。アクチュエータ3に外力が作用していない状態では、カム4の凹部4aにカムフォロワ5が嵌まっており、アクチュエータ3の回転により主軸2が回転しカム4が回転すると、カム4の外周面からカムフォロワ5が押力を受けてプランジャ6が図10の下方に移動するのである。カム4には主軸2が圧入されるとともに、カム4の軸方向の一部を切欠した切欠部4b内にねじりコイルばねよりなる復帰ばね8が装着され、復帰ばね8の両端に延設された腕片8aを器体1のヘッド1aに係止してある。したがって、カム4がプランジャ6を下方に移動させるように回転すれば復帰ばね8による復帰力が作用するのであって、この復帰力によりアクチュエータ3が復帰する構成になっている。主軸2には防塵用のOリング10、抜止用の固定リング11が取り付けられ、また、主軸2とアクチュエータ3とはボルトおよびナットからなる固定具12を用いて結合される。
【0004】
主軸2の回転をプランジャ6の直進移動に変換する他方の技術としては、図11、図12に示すように、主軸2の一部を断面D字状としたカム部2aを設け、カム部2aをプランジャ6の一端に直接当接させることが考えられている。この構成では、アクチュエータ3に外力が作用していないときには、カム部2aの直線部分がプンラジャ6に当接しており、主軸2がこの位置から回転すると、図12に示すように、カム部2aがプランジャ6を図12の下向きに移動させるのである。この構成では主軸2に対する復帰力は、プランジャ6を上向きに付勢する復帰ばね13により与えられる。
【0005】
上述した第1の技術では、ねじりコイルばねよりなる復帰ばね8により主軸2に復帰力を作用させているから、アクチュエータ3の回転角度(トータルトラベル)を大きくとることができ、たとえば、片側で90°以上の回転も可能になっている。したがって、使用者にとっては位置検出などに用いる際の調整が容易であり、使い勝手がよいという利点がある。
【0006】
一方、第2の技術では、主軸2の回転中心からカム部2aの直線部分までの距離を小さくすれば、プランジャ6のストロークをある程度大きくすることができる。しかしながら、アクチュエータ3の回転角度を大きくすると、カム部2aがプンラジャ6に当接する位置と主軸2の回転中心とを結ぶ直線とプランジャ6の移動方向とのなす角度が小さくなる。その結果、プランジャ6を復帰させる復帰ばね13によって主軸2に作用するモーメントが小さくなり、主軸2を復帰させる力が小さくなる。また、主軸2のカム部2aとプランジャ6との間には比較的大きな摩擦力が作用するから、このことによっても主軸2の回転角度が大きくなると復帰させるのが難しくなる。つまり、第2の技術ではアクチュエータ3の回転角度を片側90°以上などの大きな角度に設定することはできず、使用者の使い勝手という点で第1の技術に劣るものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アクチュエータ3の回転角度の点では第1の技術は第2の技術よりも優れているが、第1の技術で用いているカム4は外周面が弧状であって、凹部4aを除くと主軸2の中心からカム4の外周面までの距離はほぼ一定に設定されている。したがって、プランジャ6のストロークは凹部4aの深さによって決定されることになる。
【0008】
一方、内蔵スイッチ7には各種のものがあり、常閉接点を備える内蔵スイッチ7を用いるときには常閉接点の接点溶着を強制的に開離させることが要求されることもある。このような要求を満たすために、プランジャ6の移動により常閉接点に接点圧を与えている接圧ばねから常閉接点にばね力が作用しなくなった後に、常閉接点を保持している接点板をプランジャ6が直接押圧して常閉接点を強制的に開離させる接点強制開離機構を設けることが考えられている。このような接点強制開離機構を設けるには、プランジャ6に比較的大きなストロークが必要である。しかしながら、カム4に設けた凹部4aの深さによってプランジャ6のストロークが決定される第1の技術を採用した現状のリミットスイッチでは、接点強制開離機構を動作させるにはプランジャ6のストロークが不十分であって、接点強制開離機構を設ける場合には第2の技術を採用しているのが現状である。
【0009】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、接点強制開離機構を用いることができる程度の大きなストロークが得られるようにしながらもアクチュエータを90°以上回転させることが可能なリミットスイッチを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、器体に回動自在に軸支された主軸と、主軸に結合され外力を主軸に伝えて主軸を回転させるアクチュエータと、主軸とともに回転するカムと、カムの周面であるカム面に転がり接触するカムフォロワと、カムとカムフォロワとを介して主軸の回転を直進移動に変換するプランジャと、プランジャの直進移動により接点部を開閉する内蔵スイッチとを備え、カム面にはアクチュエータに外力が作用していないときにカムフォロワが嵌まる凹部が形成され、カム面は、凹部を除く部位の全体が凹部から離れるに従って主軸の回転中心からの距離が大きくなる形状に形成されることにより、アクチュエータの回転角度が大きくなるほどプランジャの移動量を大きくし、内蔵スイッチは、プランジャにより押圧される作動軸と、作動軸に形成された保持孔に中間部が挿通され両端部に常閉接点を備える接点板と、保持孔の内周面と接点板との間に介装された接圧ばねと、常閉接点に離接する固定接点とを備え、接点板は常閉接点を固定接点から開離させる向きにプランジャが移動する過程で保持孔の周面からの押圧力を受けるものである。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、カムフォロワを鋼球としたものである。
請求項3の発明は、請求項1の発明において、カムフォロワを円筒状のコロとしたものである。
請求項4の発明は、請求項1の発明において、主軸は器体に突設した円筒状の軸受筒に挿入されて軸支される軸支部を一端部に備え、軸支部の周面に突設されたストッパと、軸受筒の内周面にストッパに当接可能な位置で突設され主軸の器体に対する回転範囲を規制する突部とを備えるものである。
【0012】
請求項5の発明は、請求項1の発明において、主軸の一端面に周面がローレット状に形成された結合突起が突設され、アクチュエータの一端部に結合突起と噛み合うローレット状の内周面を有する結合孔が形成され、結合突起と結合孔とが嵌合した状態で主軸に螺合する取付ねじによりアクチュエータが主軸に固定されているものである。
【0013】
請求項6の発明は、請求項1の発明において、内蔵スイッチが、作動軸に形成された第2の保持孔に中間部が挿通され両端部に常開接点を備える第2の接点板と、第2の保持孔の内周面と第2の接点板との間に介装された第2の接圧ばねと、常開接点に離接する第2の固定接点とを備えるものである。
【0014】
請求項7の発明は、請求項1の発明において、内蔵スイッチが、作動軸に形成された第2の保持孔に中間部が挿通され両端部に第2の常閉接点を備える第2の接点板と、第2の保持孔の内周面と第2の接点板との間に介装された接圧ばねと、第2の常閉接点に離接する第2の固定接点とを備え、第2の接点板が第2の常閉接点を固定接点から開離させる向きにプランジャが移動する過程で第2の保持孔の周面からの押圧力を受けるものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
本実施形態は、基本的には従来構成における第1の技術と同様の構成を有するものであって、図1に示すように、器体1は、ケース本体1bとヘッド1aとからなり、ヘッド1aには主軸2が軸支される。主軸2の一端部には主軸2の軸方向に直交する方向に延出する形でアクチュータ3が結合される。アクチュエータ3の先端部には被検知物が接触するローラ3aが取り付けられ、このローラ3aに被検知物が当接してアクチュエータ3が回転すると、主軸2が回転しヘッド1aの中で主軸2に結合されているカム4が主軸2とともに回転する。
【0016】
ケース本体1bには内蔵スイッチ7の接点部を駆動するプランジャ6が設けられ、プランジャ6は内蔵スイッチ7の作動軸7aに結合されている。この作動軸7aに結合された接点部が図1におけるプランジャ6の上下方向の移動に伴って開閉されるのである。プランジャ6の先端面(図1の上端面)には鋼球よりなるカムフォロワ5が設けられ、カム4の周面にカムフォロワ5が当接する。したがて、アクチュエータ3のローラ3aに被検知物が当接してアクチュエータ3が回転すると、主軸2の回転に伴ってカム4が回転し、カム4の周面の形状に従ってカムフォロワ5が上下に移動するのである。つまり、プランジャ6が上下に移動して内蔵スイッチ7の接点部が開閉される。
【0017】
さらに具体的に説明する。図2に示すように、主軸2の一端部は他の部分よりも大径である軸支部2bを形成し、軸支部2bはヘッド1aに突設された円筒状の軸受筒1cに挿入される。軸支部2bの一端には結合突起2cが突設され、結合突起2cに螺合する取付ねじ21を用いることによりアクチュエータ3が主軸2に固定される。つまり、結合突起2cの外周面は多数の凹凸が形成されたローレット状であり、アクチュエータ3の一端部に設けられ内周面がローレット状である結合孔3bに結合突起2cが挿入されることによって、主軸2とアクチュエータ3とが相対的に回転しない形で結合され、主軸2からアクチュエータ3が脱落しないように取付ねじ21が主軸2に螺合するのである。
【0018】
主軸2の軸支部2bの周面の一部にはストッパ2dが突設され、軸受筒1cの内周面にはストッパ2dに当接可能な突部1dが形成されている。つまり、主軸2の回転範囲はストッパ2dと突部1dとの位置関係により規制される。さらに、主軸2には防塵用のOリング10が取り付けられている。
主軸2の他端部は筒状に形成されたカム4に圧入される。主軸2には断面四角形状に形成されているカム結合部2eが形成され、カム4にはカム結合部2eの形状に合致するように角孔4cが形成され、主軸2とカム4とが相対的に回転しないようになっている。従来構成と同様にカム4には切欠部4bが形成され、ねじりコイルばねよりなる復帰ばね8がカム4の切欠部4bに対応する部位で主軸2に装着される。復帰ばね8の両端部には腕片8aが延長され、腕片8aはヘッド1aに係止される。したがって、主軸2が回転すれば復帰ばね8がねじれてカム4に対する復帰力が作用する。ここにおいて、組立時にはカム4と復帰ばね8とをヘッド1aに図2の下方から挿入した後、Oリング10を取り付けた主軸2をヘッド1aの前方から軸受筒1cを通して挿入すればよい。
【0019】
ところで、本実施形態では、図3に示すように、カム4の外周面の形状が従来構成(破線で示す)とは異なっている。カム4の周面(カム面4d)には従来構成と同様の凹部4aが形成されているが、従来構成では凹部4aを除く部位のカム面4dが回転中心Cからほぼ等距離(つまり、円弧の一部)であったのに対して、本実施形態のカム面4dは凹部4aから離れるに従って回転中心からの距離が大きくなるように形成されている。つまり、カム4が回転して回転角度が大きくなるほどプランジャ6の下方への移動量が大きくなる。
【0020】
従来構成では図4▲1▼のように、アクチュエータ3(主軸2)の回転角度がたとえば20°以上になるとプランジャ6の移動量は一定になっていたのに対して、本実施形態では図4▲2▼のようにアクチュエータ3の回転角度が大きくなるほどプランジャ6の移動量が大きくなるのである。図示例では従来構成でのプランジャ6のストロークを2mm、本実施形態でのプランジャ6のストロークを4mmに設定してある。
【0021】
いま、図4のような設計値であって、内蔵スイッチ7のプリトラベル(PT)が約1mmであるとすれば、従来構成ではプランジャ6のオーバートラベル(OT)は1mm程度しかないことになる。一方、本実施形態の構成によれば、プリトラベルが1.5mmであったとしても2.5mmのオーバトラベルを確保することができ、オーバートラベルを2.5〜3mmとすることができる。
【0022】
本実施形態では、内蔵スイッチ7の接点部として、図5のような構成のものを採用しており、作動軸7aには接点板9aの中央部を挿通する保持孔7bが形成され、接点板9aの両端部には接点9b,9cがそれぞれ設けられる。本実施形態では常閉接点9bを持つ接点板9aと常開接点9cを持つ接点板9aとを設けてあり、常閉接点9bは接点板9aから上向きに突出し、常開接点9cは接点板9aから下向きに突出する。各保持孔7bの中には接点圧を与えるための接圧ばね7c,7dがそれぞれ配置される。また、作動軸7aを図1の上方に押し上げる押接ばね14がケース本体1bと作動軸7aとの間に設けられる。この押接ばね14によりカムフォロワ5がカム面4dにつねに接触することになる。
【0023】
いま、アクチュエータ3のローラ3aに被検知物が接触していなければ、プランジャ6の位置は移動範囲の上端位置であって、このとき、常閉接点9bは固定接点9dに接触し、接点板9aが接圧ばね7c,7dに押圧されることにより接点圧が確保されている。また、常開接点9cを備える接点板9aは作動軸7aに設けた保持孔7bの周面から上向きの力を受けて固定接点9dから開離している。
【0024】
この状態において、被検知物がアクチュエータ3のローラ3aに接触したとすると、主軸2が回転してカム4のカム面4dから受ける力でプランジャ6が下方に移動する。つまり、作動軸7aが下方に移動する。この過程で、接圧ばね7cによるばね力が接点板9aに作用しなくなると、常閉接点9bは固定接点9dから離れようとする。また、常開接点9cが固定接点9dに接触した後、さらに作動軸7aが下方に移動すると接圧ばね7dによる接点圧が常開接点9cと固定接点9dとの間に作用することになる。ここにおいて、常閉接点9bは固定接点9dから離れようとしても、溶着が生じていると常閉接点9bを固定接点9dから開離させることができない。
【0025】
そこで、本実施形態では作動軸7aに設けた保持孔7bの周面が接点板9aを押圧して固定接点9dから常閉接点9bを開離させるようにしているのである。この機能を実現するには、溶着した常閉接点9bを固定接点9dから引き離すだけの大きな力を接点板9aに作用させなければならないから、作動軸7aに大きなストロークが必要になるのであって、上述したように、本実施形態では従来構成よりも大きなストロークをとることができるから、常閉接点の溶着時における強制的な開離が可能になるのである。
【0026】
たとえば、上述したように、従来構成での作動軸7aのオーバトラベルが1mm程度であるとすれば、本実施形態の作動軸7aのオーバトラベルは2.5〜3mm程度を確保するのが容易であるから、従来構成では常閉接点9bが固定接点9dに溶着しているときにアクチュエータ3の回転量を大きくしても接点板9aが撓むだけであって常閉接点9bを固定設定9dから開離させることができなかったのに対して、本実施形態では接点板9aを十分に撓ませて常閉接点9bを固定設定9dから開離させることが可能になるのである。
【0027】
上記構成ではカムフォロワ5を鋼球としているが、十分な耐久性を有するものであれば鋼球に限らず球状のものを用いればよく、あるいはまた、球状ではなく円筒状に形成されたコロをカムフォロワ5として用いてもよい。
(実施形態2)
本実施形態は、内蔵スイッチ7の接点部の構成が実施形態1とは異なるものである。つまり、図6に示すように、2組の常閉接点9bを備えている。作動軸7aには実施形態1の構成と同様に、2枚の接点板9aが保持されているが、両接点板9aの両端部にはともに上面に常閉接点9bが設けられ、各接点板9aの下側に接圧ばね7dが配置されている。他の構成は実施形態1と同様である。
【0028】
【発明の効果】
請求項1の発明の構成によれば、カムとカム面に転がり接触するカムフォロワとを用いて主軸の回転をプランジャの直進移動に変換するから、アクチュエータの回転角度を大きくとることができ、調整が容易になるという利点を有するのはもちろんのこと、カム面に凹部が形成され、カム面が、凹部を除く部位の全体が凹部から離れるに従って主軸の回転中心からの距離が大きくなる形状に形成されることにより、アクチュエータの回転角度が大きくなるほどプランジャの移動量を大きくするから、内蔵スイッチのトータルトラベルを大きくとることができ、内蔵スイッチの接点部の溶着を強制的に解除する機能を容易に実現することができる。すなわち、作動軸は従来構成よりも大きなストロークをとることができるから、作動軸に設けた保持孔の周面が接点板を押圧して固定接点から常閉接点を開離させる際に、溶着した常閉接点を固定接点から引き離すだけの大きな力を接点板に作用させることができ、常閉接点の溶着時における強制的な開離が可能になるのである。なお、被検知物に大きな位置ずれが生じてもアクチュエータに許容された回転角度が大きいから被検知物から受ける力を逃がしてアクチュエータの破損を低減することができる。
【0029】
請求項4の発明のように、主軸が器体に突設した円筒状の軸受筒に挿入されて軸支される軸支部を一端部に備え、軸支部の周面に突設されたストッパと、軸受筒の内周面にストッパに当接可能な位置で突設され主軸の器体に対する回転範囲を規制する突部とを備えるものでは、別部材を用いることなく主軸の回転角度を制限することができる。
【0030】
請求項5の発明のように、主軸の一端面に周面がローレット状に形成された結合突起が突設され、アクチュエータの一端部に結合突起と噛み合うローレット状の内周面を有する結合孔が形成され、結合突起と結合孔とが嵌合した状態で主軸に螺合する取付ねじによりアクチュエータが主軸に固定されているものでは、1本の取付ねじだけでアクチュエータと主軸とを結合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示し、(a)は器体を開いた状態の正面図、(b)は断面図である。
【図2】同上の要部分解斜視図である。
【図3】同上の要部断面図である。
【図4】同上の動作説明図である。
【図5】同上に用いる接点部の断面図である。
【図6】本発明の実施形態2に用いる接点部の断面図である。
【図7】従来例を示す外観斜視図である。
【図8】同上の断面図である。
【図9】同上の要部分解斜視図である。
【図10】同上の要部断面図である。
【図11】他の従来例を示す要部断面図である。
【図12】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
1 器体
1c 軸受筒
1d 突部
2 主軸
2b 軸支部
2c 結合突起
2d ストッパ
3 アクチュエータ
3b 結合孔
4 カム
4a 凹部
4d カム面
5 カムフォロワ
6 プランジャ
7 内蔵スイッチ
7a 作動軸
7b 保持孔
7c,7d 接圧ばね
9a 接点板
9b 常閉接点
9c 常開接点
9d 固定接点
21 取付ねじ
Claims (7)
- 器体に回動自在に軸支された主軸と、主軸に結合され外力を主軸に伝えて主軸を回転させるアクチュエータと、主軸とともに回転するカムと、カムの周面であるカム面に転がり接触するカムフォロワと、カムとカムフォロワとを介して主軸の回転を直進移動に変換するプランジャと、プランジャの直進移動により接点部を開閉する内蔵スイッチとを備え、カム面にはアクチュエータに外力が作用していないときにカムフォロワが嵌まる凹部が形成され、カム面は、凹部を除く部位の全体が凹部から離れるに従って主軸の回転中心からの距離が大きくなる形状に形成されることにより、アクチュエータの回転角度が大きくなるほどプランジャの移動量を大きくし、内蔵スイッチは、プランジャにより押圧される作動軸と、作動軸に形成された保持孔に中間部が挿通され両端部に常閉接点を備える接点板と、保持孔の内周面と接点板との間に介装された接圧ばねと、常閉接点に離接する固定接点とを備え、接点板は常閉接点を固定接点から開離させる向きにプランジャが移動する過程で保持孔の周面からの押圧力を受けることを特徴とするリミットスイッチ。
- カムフォロワは鋼球であることを特徴とする請求項1記載のリミットスイッチ。
- カムフォロワは円筒状のコロであることを特徴とする請求項1記載のリミットスイッチ。
- 主軸は器体に突設した円筒状の軸受筒に挿入されて軸支される軸支部を一端部に備え、軸支部の周面に突設されたストッパと、軸受筒の内周面にストッパに当接可能な位置で突設され主軸の器体に対する回転範囲を規制する突部とを備えることを特徴とする請求項1記載のリミットスイッチ。
- 主軸の一端面に周面がローレット状に形成された結合突起が突設され、アクチュエータの一端部に結合突起と噛み合うローレット状の内周面を有する結合孔が形成され、結合突起と結合孔とが嵌合した状態で主軸に螺合する取付ねじによりアクチュエータが主軸に固定されていることを特徴とする請求項1記載のリミットスイッチ。
- 内蔵スイッチは、作動軸に形成された第2の保持孔に中間部が挿通され両端部に常開接点を備える第2の接点板と、第2の保持孔の内周面と第2の接点板との間に介装された第2の接圧ばねと、常開接点に離接する第2の固定接点とを備えることを特徴とする請求項1記載のリミットスイッチ。
- 内蔵スイッチは、作動軸に形成された第2の保持孔に中間部が挿通され両端部に第2の常閉接点を備える第2の接点板と、第2の保持孔の内周面と第2の接点板との間に介装された接圧ばねと、第2の常閉接点に離接する第2の固定接点とを備え、第2の接点板は第2の常閉接点を固定接点から開離させる向きにプランジャが移動する過程で第2の保持孔の周面からの押圧力を受けることを特徴とする請求項1記載のリミットスイッチ。
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