JP4994526B1 - 非接触型スイッチ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電気信号のオンオフを非接触で行うことができ、操作部の損耗部分を容易に交換でき、埃などの異物による感度の低下が起こらない非接触型スイッチ構造を提供する。
【解決手段】本発明に係る非接触型スイッチ構造では、設置部位に着脱自在とされる交換部の端面に開口が設けられ、前記端面の前記開口が設けられた部分の仮想境界面を挟んで、検出因子が前記交換部側に、検出部が前記設置部位側に、常態で向き合う位置に近接配置される。前記交換部は、可撓性筒体と、棒材と、揺動部材で構成される。前記検出因子は、前記棒材の基端から前記可撓性筒体の内部を通過して前記端面に向って延びる前記揺動部材の前記端面側に固定され、前記棒材に前記棒材の軸線と直交する方向に力が加えられたとき、前記仮想境界面から前記交換部側において、前記仮想境界面と平行する方向に移動する。前記検出部は前記検出因子が離れたことを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、点灯消灯、動作機器の開始停止等、決められた二つの動作の切り替えを行うオンオフスイッチであって、特に、切り替え動作に対応する複数の有接点を持たない非接触型スイッチに好適な、非接触型スイッチ構造に関するものである。

点灯消灯、動作機器の開始停止等、予め決められた二つの動作の切り替え操作を行うものとしてオンオフスイッチが広く利用されており、また、近年では、切り替え動作に対応する複数の有接点を持たない非接触型スイッチが広く利用されている。そして、その非接触型スイッチにおけるスイッチレバーの操作性を向上させるための様々な工夫が試みられている。本出願人も、特開２００９−２６５０９号公報で開示されている、任意の方向に傾けることができる操作性に優れたスイッチレバーを備えた、非接触型オンオフスイッチを提案している。この非接触型オンオフスイッチは、可撓性を有し常態へ復元自在に伸展する筒材の一端を基材に固定し、可撓性を有する棒材を前記筒体に挿通し、その棒材の一端を前記筒材の基材に固定されていない端部に固定し他端を筒材から突出させたものである。そして、筒材の自由端（棒材の一端が固定されている端部）に曲げ力が加わると、筒体及び棒材が曲がった状態となり、筒材から突出した棒材の端部（移動端部）が棒材の軸線に沿って自由端方向に移動するか或いは軸線に対し傾斜する。この棒材の移動端部の動きは、自由端に加わる曲げ力がどのような方向となっても同じとなるため、この端部の動作を電気的信号２値に変換して出力するものとすれば、自由端をどの方向に曲げても同様の出力を得ること、すなわちオンオフ操作を行うことが可能となる。

しかしながら、上記非接触型オンオフスイッチは、維持に手間やコストを要するという問題があった。例えば、棒材の移動端部の動きを電気的信号２値に変換する原理として、光の反射を利用することが特に好ましいが、この光の反射を利用する場合は反射量の劣化によって受光素子の検出レベルが変わってしまうため、反射量が劣化した場合に交換の必要性が生じ、その維持に手間やコストを要していた。

そこで、本出願人は、更に、特開２０１０−１２３３２０号公報に開示されている、非接触型オンオフスイッチのスイッチレバー構造を提案している。このスイッチレバー構造は、可撓性を有し常態へ復元自在に伸展する筒体に、棒材の一端が挿入固定され、棒材の筒体で包囲された端面に鏡面が形成され、鏡面に対向する位置に検出部が配置されたものである。そして、検出部は、受光素子で受ける光量の棒材端部鏡面の傾斜に伴う変化を、受光素子が起動時に受けた光量を基準として検知する。すなわち、基本となる検知レベルを都度リセットするため、鏡面の経年劣化の影響が小さくなり、耐久性を上げることができる。従って、任意の方向に傾けることができる操作性を維持しながら、故障の頻度を減らし、維持に要する手間やコストを低減することを可能とする。

特開２００９−２６５０９号公報 特開２０１０−１２３３２０号公報

しかしながら、上記スイッチレバー構造では、棒材を鉛直方向に沿って配置したとき、反射面上方に形成された空間に埃などが侵入し反射面上に堆積して、感度を低下させる、或は機能不能な状態にするという問題があった。これに対し、筒体に挿通した棒材の一端を筒材から突出させ、その突出させた端部の動作を電気的信号２値に変換して出力する上記非接触型オンオフスイッチでは、そのような問題を回避できる。ただし、筒材から突出する端部は、その動作を電気的信号２値に変換するために、スイッチが設けられる装置内に挿入されなければならず、着脱には不向きであった。そのため、可撓性を有し変形を繰り返す筒材が損耗したときの交換作業に時間や手間を要するという問題があった。

そこで本発明は、電気信号のオンオフを非接触で行うことができ、操作部の損耗部分を容易に交換でき、埃などの異物による感度の低下が起こらない非接触型スイッチ構造を提供することを目的とする。

本発明に係る非接触型スイッチ構造では、設置部位に着脱自在とされる交換部の端面に開口が設けられ、前記端面の前記開口が設けられた部分を仮想境界面とし、前記交換部が設置された状態における前記仮想境界面を挟んで、検出因子が前記交換部側に、検出部が前記設置部位側に、前記交換部の常態で向き合う位置に近接配置される。前記交換部は、任意の全方向に自在に撓む可撓性筒体と、前記可撓性筒体の自由端に取り付けられた棒材と、前記棒材の基端から前記可撓性筒体の内部を通過して前記端面に向って延びる揺動部材で構成される。前記検出因子は、前記揺動部材の前記端面側に固定され、前記棒材に前記棒材の軸線と直交する方向に力が加えられたとき、前記仮想境界面から前記交換部側において、前記仮想境界面と平行する方向に移動する。そして、前記検出部は前記検出因子が離れたことを検出する。

本発明において、検出因子とは、例えば、検出部が磁気センサを備え、磁力の変化を利用してスイッチ動作の有無を検出する場合の検出因子は磁性体で構成されるものとなる。また、検出部が発光素子と受光素子を備え、光量の変化を利用してスイッチ動作の有無を検出する場合の検出因子は光の反射体で構成されたものとなる。同様に検出部が超音波送波素子部と超音波受波素子部を備え、音量の変化を利用してスイッチ動作の有無を検出する場合の検出因子は音の反射体で構成されたものとなる。更に、検出部がインダクタンス（Ｌ）の変化を利用してスイッチ動作の有無を検出する場合の検出因子は金属体で構成されたものとなり、検出部がキャパシタンス（Ｃ）の変化を利用してスイッチ動作の有無を検出する場合の検出因子は静電体で構成されたものとなる。しかしながら、検出因子が、反射面を有し、静電体と磁気性金属体で構成されるものであれば、検出部がいずれの原理を利用するものであっても、対応するものとなる。

また、本発明において、近接配置とは、検出部が検出因子の移動を検出でき、双方が接触しない程度の間隔を開けて配置することである。検出部と検出因子が接触すると検出因子の移動や、交換部の設置部位に対する着脱の妨げとなるため、双方は間隔を開けて配置する必要がある。ただし、間隔が大きすぎると、その隙間に埃などの異物の介在する可能性が高くなったり、また検出部の検出感度が低くなるので、その間隔は極力小さく抑えることが好ましい。

更に、検出因子の仮想境界面と平行する方向への移動とは、仮想境界面の法線方向への移動を否定するものではない。検出因子が、仮想境界面から設置部位側に突出しない範囲であれば、仮想境界面と平行する方向と同時に法線方向へ移動するものであってもよい。例えば、仮想境界面から離れかつ検出部から離れる方向へ、すなわち、交換部の常態における位置から棒材に向って斜め方向へ移動するものであってもよい。

前記交換部は、前記交換部の常態において前記検出因子または前記揺動部材の一部を所定位置で保持し、かつ前記検出因子の移動を許容する保持部を備えるものであってもよい。

前記保持部は、その形状に制限はなく、例えば、前記検出因子または前記揺動部材の一部を前記所定位置で保持するぜんまいばねで構成されてもよく、特定平面領域で、前記検出因子または前記揺動部材の一部を前記所定位置で保持する、放射状に配置された複数の線状弾性材で構成されていてもよい。また、前記検出因子または前記揺動部材の一部を前記所定位置で保持する可撓性円盤で構成されていてもよく、その場合の可撓性円盤は、同心の複数の環状突部を有するものであってもよく、或は、螺旋状突部を有するものであってもよい。

本発明に係る無接触型スイッチ構造によれば、検出因子が仮想境界面から交換部側において仮想境界面と平行する方向に移動し、検出部が検出因子の離れたことを検出する。すなわち、スイッチ動作の有無を非接触で検出することができるため、電気信号のオンオフを非接触で行なうことができる。また、スイッチ動作の有無の検出に携わる検出因子は、可撓性筒体の自由端に取り付けられた棒材が操作されるとき、棒材の基端から延出する搖動部材とともに棒材の基端を支点として揺動する。このとき、その移動範囲は、交換部端面の仮想境界面（端面における開口が設けられた部分）から交換部側に制約される。すなわち、検出因子は、仮想境界面から交換部側において、仮想境界面と平行する方向に移動することになり、仮想境界面から突出することがない。そのため、設置部位に対する交換部の着脱を容易に行なうことができ、交換部が含む損耗部を、交換部全体として容易に交換することができる。更に、スイッチ動作の有無の検出に携わる検出因子と検出部は、仮想境界面を挟んで近接配置されるため、それらの間に埃などの異物の介在が防止され、異物による感度の低下が生じることもない。

また、検出因子が、反射面を有し、静電体と磁気性金属体で構成されるものであるため、検出部が磁力、光量、音量、インダクタンス（Ｌ）、キャパシタンス（Ｃ）のいずれの変化を利用するものであっても、これら全てに対応するものとなる。従って、検出部の検出原理に関わらず交換することができる。

更に、交換部の常態において検出因子または揺動部材の一部を所定位置で保持する保持部を備えることで、検出因子と検出部を確実に近接配置することができる。そのため、交換部を設置したときに、検出因子と検出部の位置ずれに起因する誤動作を防止することができる。

本発明に係る無接触型スイッチ構造を採用した無接触型スイッチを示し、（ａ）は常態の側面図、（ｂ）は操作された状態の側面図である。 交換部仮想境界面に対する検出因子の動きを模式的に示し、（ａ）は常態を示す平面図、（ｂ）は棒材の軸線と直交する方向に力が加えられたときの平面図である。 検出因子の動きを模式的に示す側面図である。 検出因子の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る無接触型スイッチ構造を採用した無接触型スイッチが使用されているピッキングターミナルの正面図である。 光量の変化による検出原理を模式的に示す図である。 インダクタンス（Ｌ）の変化による検出原理を模式的に示す図である。 保持部を構成する可撓性円盤の平面図である。 保持部を構成する可撓性円盤の異なる実施形態を示す平面図である。

図１〜７を参照しながら、本発明に係るセンサヘッド構造の実施例を説明する。図５は本発明に係る無接触型スイッチ構造を採用した無接触型スイッチが使用されているピッキングターミナルの正面図である。このピッキングターミナル２０は、物品を収容する棚を構成するパイプラック２１に固定されており、ピッキングターミナル２０の下側が物品収容部とされている。この物品収容部に収容された物品の取り出し指示は、ピッキングターミナル２０の指示ランプ２２の点灯により行われ、取り出し作業を終えた作業者がスイッチレバー１１（本発明の棒材に相当）を操作することにより、その情報が図示しない制御装置に伝えられる。スイッチレバー１１は、任意の全方向に傾けることができるので、作業者は取り出し作業の流れの中でその操作を極めて容易に行うことができる。

スイッチレバー１１を含む交換部１０は、ピッキングターミナル２０のケーシング２３に対し着脱自在となっていて、操作回数寿命による故障時には交換部１０のみを交換して再使用できるようにしている。交換部１０においてケーシング２３への接続部分をなす接続筒体１３は、その一端がケーシング２３に設けられた図示しない筒状突出部に挿入され、袋ナット２４を使用してケーシング２３に固定できるものとなっている。なお、以下の説明では、接続筒体１３におけるケーシング２３側の端部を基端と、その反対側の端部を自由端とし、交換部１０を構成するその他の部材についても同様とする。この接続筒体１３の基端側端面１３ａは交換部１０の端面となり、接続筒体１３内部の開口部分が仮想境界面１０ａとなる。

接続筒体１３の自由端には、蛇腹の形成されているゴム製の可撓性筒体１２が取り付けられ、更に、可撓性筒体１２の自由端には、スイッチレバー１１の基端が取り付けられている。スイッチレバー１１の基端は、可撓性筒体１２の内部に挿入されており、そこから可撓性筒体１２の内部を通過して、仮想境界面１０ａに向って揺動部材１４が延出している。そして、揺動部材１４の端部には、磁気性金属体１５ｂ及び静電体１５ｃで構成された検出因子１５が設けられている。なお、検出因子１５の端面１５ａは反射面とされている。

更に、揺動部材１４には、一端が接続筒体１３に固定されたばね材１８の複数が固定されている。これらばね材１８は同一平面上で揺動部材１４を中心として放射状に配置され、本発明の保持部を構成している。そして、交換部１０の常態（スイッチレバー１１に力が加えられていない状態）における検出因子１５の位置決めをなすとともに、スイッチレバー１１に力が加えられた場合には、揺動部材１４およびそこに取り付けられた検出因子１５の移動を許容するものとなっている。

一方、ケーシング２３において接続筒体１３を受け入れる筒状突出部の底面には、仮想境界面１０ａと重なる開口２５が設けられている。そして、この開口２５を渡してケーシング２３内部に配置された基板１７に装着されている検出部１６が、開口２５を介して露出した状態とされている。そのため、交換部１０をケーシング２３に設置すると、スイッチレバー１１が操作されていない常態（図１（ａ）に示す状態）において、検出因子１５と検出部１６が仮想境界面１０ａを挟んで向き合う位置に近接配置されることになる。

スイッチレバー１１に力が加えられると可撓性筒体１２が変形し、図１（ａ）に示す常態から、スイッチレバー１１が傾斜した図１（ｂ）の状態となる。このとき、スイッチレバー１１の基端１１ａから延出する搖動部材１４も傾斜した状態となり、検出因子１５は仮想境界面１０ａの中心から離れた位置に移動する。検出部１６は、スイッチレバー１１が常態のときに検出因子１５と向い合う位置、すなわち仮想境界面１０ａの中心と重なる位置に配置されているため、スイッチレバー１１が傾斜したとき、検出因子１５は検出部１６から離れることになる。そこで、検出部１６は、検出因子１５が離れたことを検出することで、スイッチレバー１１の操作による電気信号のオンオフを非接触で行うことができる。

検出部１６が検出因子１５の離れたことを検出する原理に制限はなく、磁力、光量、音量、インダクタンス（Ｌ）、キャパシタンス（Ｃ）のいずれのかの変化を利用することができる。具体的には、検出部１６が磁気センサを備える場合は、検出因子１５を構成する磁気性金属体１５ｂからの磁力の変化により、検出因子１５が離れたことを検出できる。また、検出部１６が、図６に示すように発光部と受光部を備える場合は、発光部からの光量が検出因子１５の反射面１５ａで反射され、受光部に至る光量の変化により、検出因子１５が離れたことを検出できる。同様に図示は省略するが、検出部１６が超音波送波素子部と超音波受波素子部を備える場合は、超音波送波素子部からの音量が検出因子１５の反射面１５ａで反射され、超音波受波素子部に至る音量の変化により、検出因子１５が離れたことを検出できる。更に、図７に示すように、検出部１６が近接センサを備える場合には、検出因子１５の磁気性金属体１５ｂに起因するインダクタンス（Ｌ）の変化により、検出因子１５が離れたことを検出できる。更にまた、図示は省略するが、検出部１６がキャパシタンス（Ｃ）センサを備える場合には、検出因子１５の静電体１５ｃに起因するキャパシタンス（Ｃ）の変化により、検出因子１５が離れたことを検出できる。

また、最大傾斜となるまでスイッチレバー１１を操作した場合、検出因子１５は仮想境界面１０ａの中心から最も離れた位置に移動することになり、検出因子１５の中心の移動経路Ｌは、図２（ｂ）に示すように、仮想境界面１０ａと同心の円となる。そして、この移動経路Ｌ上にある検出因子１５は、図３に示すように、仮想境界面１０ａから自由端側（図３において下方）に離れることになる。すなわち、仮想境界面１０ａからケーシング２３側（図３において上方）に突出することはない。従って、ケーシング２３に対する交換部１０の着脱を容易に行なうことができる。

なお、可撓性筒体１２の材質は、必要な可撓性が得られるものであれば制限はなく、合成樹脂で構成してもよい。蛇腹も必要に応じて設ければよい。また、接続筒体１３は、可撓性筒体１２よりも剛性の高いものとなればその材質に制限はなく、合成樹脂などで構成してもよい。

また、ばね材１８で構成されている保持部は、交換部１０の常態において検出因子１５または揺動部材１４の一部を所定位置で保持し、かつ検出因子１５の移動を許容するものであれば、その構成に制限はない。ばね材１８の代わりに、ぜんまいばねや、図８及び図９に示す可撓性円盤１９で構成してもよい。また、可撓性円盤１９には、図８に示す同心の複数の環状突部１９ａや螺旋状突部１９ｂを設けてもよい。更に、揺動部材１４を保持する位置も適宜変更でき、検出因子１５を保持することとしてもよい。更にまた、揺動部材１４の一部或は検出因子１５を保持する位置を、接続筒体１３の軸線から偏心させてもよい。

１０ 交換部
１１ スイッチレバー
１２ 可撓性筒体
１３ 接続筒体
１４ 揺動部材
１５ 検出因子
１５ａ 端面
１５ｂ 磁気性金属体
１５ｃ 静電体
１６ 検出部
１７ 基板
１８ ばね材
１９ 可撓性円盤
１９ａ 環状突部
１９ｂ
２０ ピッキングターミナル
２１ パイプラック
２２ 指示ランプ
２３ ケーシング
２４ 袋ナット
２５ 開口

Claims (7)

1. 設置部位に着脱自在とされる交換部の端面に開口が設けられ、前記端面の前記開口が設けられた部分を仮想境界面とし、前記交換部が設置された状態における前記仮想境界面を挟んで、検出因子が前記交換部側に、検出部が前記設置部位側に、前記交換部の常態で向き合う位置に近接配置され、前記交換部は、任意の全方向に自在に撓む可撓性筒体と、前記可撓性筒体の自由端に取り付けられた棒材と、前記棒材の基端から前記可撓性筒体の内部を通過して前記端面に向って延びる揺動部材で構成され、前記検出因子は、反射面を有し、静電体と磁気性金属体で構成され、前記揺動部材の前記端面側に固定され、前記棒材に前記棒材の軸線と直交する方向に力が加えられたとき、前記仮想境界面から前記交換部側において、前記仮想境界面と平行する方向に移動し、前記検出部は前記検出因子が離れたことを検出することを特徴とするスイッチ構造。
2. 前記交換部は、前記交換部の常態において前記検出因子または前記揺動部材の一部を所定位置で保持し、かつ前記検出因子の移動を許容する保持部を備える請求項１に記載のスイッチ構造。
3. 前記保持部は、前記検出因子または前記揺動部材の一部を前記所定位置で保持するぜんまいばねで構成される請求項２に記載のスイッチ構造。
4. 前記保持部は、特定平面領域で、前記検出因子または前記揺動部材の一部を前記所定位置で保持する、放射状に配置された複数の線状弾性材で構成されている請求項２に記載のスイッチ構造。
5. 前記保持部は、前記検出因子または前記揺動部材の一部を前記所定位置で保持する可撓性円盤で構成されている請求項２に記載のスイッチ構造。
6. 前記可撓性円盤は、同心の複数の環状突部を有する請求項５に記載のスイッチ構造。
7. 前記可撓性円盤は、螺旋状突部を有する請求項５に記載のスイッチ構造。

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