JP6035906B2 - 物体検出用アクチュエータおよび物体検出用スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、物体検出用アクチュエータおよび物体検出用スイッチに関する。

従来、工場の生産ラインにおいて、加工すべき製品等の物体が所定の位置に移送されたことを検出し、加工機械を自動的に起動するのに使用されるリミットスイッチが知られている。このリミットスイッチは、アクチュエータを備え、搬送されてくる物体がアクチュエータに接触することにより物体の通過を検出する。

例えば、特許文献１には、ステンレス材のアクチュエータに接触することにより物体の通過を検出するリミットスイッチが記載されている。アクチュエータは、ローラレバーとローラを有し、回転軸によって、ローラがローラレバーに回転可能に取り付けられている。これにより、物体の通過時における物体とアクチュエータとの摩擦を軽減している。

また、一般的に、ローラは、多孔質材としてステンレス材の焼結体で構成され、複数の孔に油が浸透している。このため、ローラの回転時には表面に油が染み出し、回転軸とローラとの接触部分の潤滑性能を高めている。

近年では、検出対象となる物体の重量の増加、接触頻度や接触回数の増加などアクチュエータに対する負荷が大きくなっている。このため、より一層高強度なアクチュエータが追求されていた。例えば、高強度のアクチュエータの製造のために、高密度の焼結体（例えば、６．９ｇ／ｃｍ^３）が使用されていた。

特開２００６−１６４６６５号公報（２００６年６月２２日公開）

しかしながら、上記した負荷がますます大きくなるなか、従来技術で製造されたアクチュエータでは、十分な寿命を確保できなくなってきた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、耐久性を高めることが可能な物体検出用アクチュエータおよび物体検出用スイッチを提供することである。

本願発明者は、十分な寿命を確保できない理由を検証した。その結果、焼結体の孔に十分に油を浸透させることができないためにローラと回転軸との接触部分で摩擦が大きくなることで、それら接触部分が削れ易くなり、アクチュエータの交換時期が早くなることを発見した。そこで、発明者は、摩擦を低減するべく、試行錯誤で、焼結体の密度を下げて、孔数を増やし、油の含浸量を増やすことを試みた。その結果、密度が下がった分強度は低下したが、染み出す油が増えることで、寿命が延びることを見出し、本願発明を行うに至った。

上記の課題を解決するために、本発明の物体検出用アクチュエータは、外部からの力の荷重を受けるローラと、回転軸によって該ローラが回転可能に取り付けられたローラレバーとを備え、該ローラが受けた力の荷重に応じて変位するアクチュエータであって、前記ローラは、潤滑油を含浸させたステンレス材の焼結体で構成され、該ステンレス材の焼結体の密度は、６．４５〜６．７ｇ／ｃｍ^３の範囲である。

上記の構成によれば、従来よりもステンレス材の密度を低くすることによって潤滑油の含有率を上げることができる。これにより、ローラと回転軸との接触部分において生じる摩擦によってローラおよび回転軸の磨耗を軽減することができるので、ローラがガタつき難くなる。したがって、耐久性を高めることが可能な物体検出用アクチュエータを提供することができる。

また、本発明の物体検出用アクチュエータにおいて、前記ステンレス材としては、例えばオーステナイト系またはマルテンサイト系のステンレス材を用いることができる。

また、本発明の物体検出用アクチュエータにおいて、前記ステンレス材に、銅が１．５〜３ｗｔ％の範囲で添加されていてもよい。

上記の構成によれば、ステンレス材に所定量の銅を添加することにより、靭性を向上させることができるので、ローラと回転軸との接触部分における磨耗粉の発生を抑制することができる。

また、本発明の物体検出用アクチュエータにおいて、前記ステンレス材にフェロモリブデン硬質粒子が３〜１５ｗｔ％の範囲で添加されていてもよい。

上記の構成によれば、ステンレス材に所定量のフェロモリブデン硬質粒子を添加することにより、硬度を高めることができるとともに、ローラと回転軸との接触部分における磨耗粉の発生を抑制することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の物体検出用スイッチは、前記物体検出用アクチュエータと、前記物体検出用アクチュエータの位置に応じた信号を出力する信号出力手段とを備える。

上記の構成によれば、耐久性を高めることが可能な物体検出用スイッチを提供することができる。

本発明は、耐久性を高めることができるといった効果を奏する。

本実施の形態における物体検出用スイッチの一例を示す図である。 アクチュエータの耐久性試験の一例を示す図である。 耐久性試験の結果を示すグラフである。

図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

（物体検出用装置の構成）
図１は、本実施の形態における物体検出用スイッチの一例を示す図である。図１に示されるように、物体検出用スイッチとしてのリミットスイッチ１は、位置、変化、移動または通過等を検出し、検出の有無に応じたＯＮ（オン）信号／ＯＦＦ（オフ）信号を出力するためのスイッチである。

リミットスイッチ１は、ケーシング３と、ブロック部５と、物体検出用のアクチュエータ７とを備える。ケーシング３は、その内部空間にスイッチモジュール９が配置され、スイッチモジュール９を外力、水、油、ガス、塵埃などから保護するためのものである。ケーシング３は、内部空間にスイッチモジュール９を組み込むための開口を有するケーシング本体３ａと、当該開口を閉じるための蓋部３ｂとからなる。

アクチュエータ７は、ブロック部５から突出しており、固定部材１１によって固定され、固定部材１１を基準に回転可能である。アクチュエータ７は、外部から力が加えられていないときの位置が定位置である。ここでは、アクチュエータ７の定位置を、時計の０時の方向を向く位置として示している。図１において、アクチュエータ７は、左方向から力が加えられると、固定部材１１を基準に時計周りに回転し、その後、力が取り除かれると定位置に戻る。一方、アクチュエータ７は、右方向から力が加えられると、固定部材１１を基準に反時計周りに回転し、その後、力が取り除かれると定位置に戻る。

アクチュエータ７は、検出体との接触によって外部から力が加えられると、その力を操作体を介してスイッチモジュール９に伝える。具体的には、操作体は、ばねやカムなどの機構を有し、アクチュエータ７の動きをスイッチモジュール９に伝える。スイッチモジュール９は、アクチュエータ７の回転角度に応じて、検出体を検出したことを示す信号を含む、各種の信号を出力する。

アクチュエータ７は、固定部材１１に固定されているローラレバー１３と、回転軸１５によってローラレバー１３に回転可能に取り付けられたローラ１７とを有し、ローラ１７と検出体との接触によりローラレバー１３が固定部材１１を基準にして回転する。また、ローラ１７は、検出体との接触により回転することで、検出体との摩擦を軽減している。

また、ローラ１７は、ステンレス材を焼結させることによって形成される。ローラ１７に用いるステンレス材は、一般的にＦｅ−Ｃｒ系に属するステンレス材、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系に属するステンレス材を用いることができる。Ｆｅ−Ｃｒ系に属するステンレス材としては、マルテンサイト系のステンレス材（ＳＵＳ４１０）、フェライト系のステンレス材（ＳＵＳ４３０）である。Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系に属するステンレス材としては、オーステナイト系のステンレス材（ＳＵＳ３０４）、オーステナイト・フェライト系のステンレス材（ＳＵＳ３２９ＪＩ）、析出硬化型のステンレス材である。析出硬化型のステンレス材としては、マルテンサイト系のステンレス材（ＳＵＳ６３０）、オーステナイト系のステンレス材、セミオーステナイト系のステンレス材（ＳＵＳ６３１）、オーステナイト・フェライト系のステンレス材である。

焼結体の密度は、一般的には６．４〜７．０ｇ／ｃｍ^３とされているが、６．４５〜６．７ｇ／ｃｍ^３が好適である。さらに、ローラの潤滑性を向上させるために、焼結体に潤滑油を含浸させている。潤滑油は、例えばモーターオイル、スピンドル油、鉱物油、パラフィンオイルなどを使用することができる。

また、銅の粉末を液相焼結法によって所定量添加したり、硬質粒子であるフェロモリブデンを所定量添加することによって、ローラ１７を焼結により製造するようにしてもよい。これにより、靭性や硬度の向上によって耐摩耗性を向上させることができるので、ローラ１７の磨耗粉の発生を抑制することができる。特に、ＳＵＳ３０４の焼結体に銅を添加する場合と、ＳＵＳ４１０にフェロモリブデンを添加する場合とが好ましいが、ＳＵＳ３０４の焼結体にフェロモリブデンを添加するようにしてもよく、ＳＵＳ４１０に銅を添加するようにしてもよい。また、ＳＵＳ３０４およびＳＵＳ４１０それぞれに、銅およびフェロモリブデンの両方を添加するようにしてもよい。

なお、銅の添加量は、０．５ｗｔ％未満では耐摩耗性を向上させる効果が十分ではなく、４ｗｔ％を超えると脆化するので、１．５〜３ｗｔ％の範囲内が好ましい。フェロモリブデンの添加量は、３〜１５ｗｔ％の範囲内であることが好ましい。特に、ＳＵＳ４１０にフェロモリブデンを添加することによって、耐摩耗性を向上させる効果を上げることができる。

回転軸１５は、ステンレス材で構成されており、鍛造もしくは切削加工によって形成される。ステンレス材は、一般的にＦｅ−Ｃｒ系に属するステンレス材、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系に属するステンレス材を用いることができる。Ｆｅ−Ｃｒ系に属するステンレス材としては、マルテンサイト系のステンレス材（ＳＵＳ４１０）、フェライト系のステンレス材（ＳＵＳ４３０）である。Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系に属するステンレス材としては、オーステナイト系のステンレス材（ＳＵＳ３０４）、オーステナイト・フェライト系のステンレス材（ＳＵＳ３２９ＪＩ）、析出硬化型のステンレス材である。析出硬化型のステンレス材としては、マルテンサイト系のステンレス材（ＳＵＳ６３０）、オーステナイト系のステンレス材、セミオーステナイト系のステンレス材（ＳＵＳ６３１）、オーステナイト・フェライト系のステンレス材である。

なお、回転軸１５に用いるステンレス材としては、ＳＵＳ４３０よりも低温（０℃付近）で脆くなりにくいＳＵＳ４１０の使用が好ましい。また、回転軸１５に用いる材質は、ローラ１７の材質と異なることが好ましい。同じ金属同士が磨耗することにより凝着が生じることを防ぐためである。

次に下記の実施例１〜４および比較例により、本発明を具体的に説明する。図２は、アクチュエータの耐久性試験の一例を示す図である。図２に示されるように、外径よりも小さい径の窪み部分２３を有する回転式の車輪２１にアクチュエータ７のローラ１７が当接するように、下記の実施例１〜４および比較例それぞれのリミットスイッチ１を配置し、車輪２１を回転させる。

アクチュエータ７は、窪み部分２３では定位置に位置した状態となり、窪み部分２３以外の部分ではアクチュエータ７の長手方向の長さと、固定部材１１と車輪２１との間の長さとによって定まる角度に回転した状態となる。これらの状態は、車輪２１の回転によって交互に繰り返される。

また、窪み部分２３以外の部分にアクチュエータ７のローラ１７が接触している場合には、ローラ１７は、ある程度以上の荷重がかかっており、車輪２１が回転する動きに応じて回転する。このように、耐久性試験において、製造ラインを流れてくる検出体がリミットスイッチ１に衝突を繰り返すことによるアクチュエータ７の動きが再現されている。

耐久性試験では、回転中の車輪２１を停止させた上でアクチュエータ７をリミットスイッチ１から取り外してローラ１７のガタつきを調べ、アクチュエータ７をリミットスイッチ１に取り付けた上で車輪２１の回転を再開させる操作を繰り返すことにより、ローラ１７の寿命について判定した。

ローラ１７の寿命は、回転軸１５が貫通しているローラ１７の穴の拡大や回転軸１５の削れによって生じるローラ１７のガタつきに基づいて判定する。ローラ１７のガタつきは、アクチュエータとして組み立てた状態において、寸法測定器を用いて計測した。ここでは、ガタつきが基準値を越えた時点でローラ１７の寿命とし、その時点での車輪２１の回転数と外径の円周の長さとからローラ１７の走行距離を算出した。

なお、実施例１〜４および比較例の回転軸１５には、ステンレス材のＳＵＳ４１０を使用した。

（実施例１）
実施例１において、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３のＳＵＳ３０４の焼結体を用いてローラ１７を構成し、そのローラ１７に潤滑油を含浸させたリミットスイッチ１とした。潤滑油としては、モーターオイル（型式１０Ｗ−３０）を使用した。ローラ１７の含油率を調べたところ、７．７ｖｏｌ％であった。

（実施例２）
実施例２において、密度が６．５ｇ／ｃｍ^３のＳＵＳ３０４の焼結体を用いてローラ１７を構成し、そのローラ１７に潤滑油を含浸させたリミットスイッチ１とした。潤滑油としては、モーターオイル（型式１０Ｗ−３０）を使用した。ローラ１７の含油率を調べたところ、１１ｖｏｌ％であった。

（実施例３）
実施例３において、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３のＳＵＳ３０４の焼結体に銅を溶浸させることによって所定量の銅を添加したローラ１７を構成し、そのローラ１７に潤滑油を含浸させたリミットスイッチ１とした。潤滑油としては、モーターオイル（型式１０Ｗ−３０）を使用した。ローラ１７の含油率を調べたところ、９．４ｖｏｌ％であった。銅の添加量は、２ｗｔ％とした。

（実施例４）
実施例４において、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３のＳＵＳ４１０の焼結体に所定量のフェロモリブデンが焼結体に添加されたローラ１７を構成し、そのローラ１７に潤滑油を含浸させたリミットスイッチ１とした。潤滑油としては、モーターオイル（型式１０Ｗ−３０）を使用した。ローラ１７の含油率を調べたところ、６．４ｖｏｌ％であった。フェロモリブデンの添加量は、８ｗｔ％とした。

なお、ＳＵＳ３０４の焼結体は、密度が６．４ｇ／ｃｍ^３より小さいと、強度が実用上耐えられないことや、寸法精度が出ないことがわかっていたので、６．４５ｇ／ｃｍ^３より小さく設定することはしなかった。

（比較例）
比較例において、密度が６．９ｇ／ｃｍ^３のＳＵＳ３０４の焼結体を用いてローラ１７を構成し、そのローラ１７に潤滑油を含浸させたリミットスイッチ１とした。潤滑油としては、モーターオイル（型式１０Ｗ−３０）を使用した。ローラ１７の含油率を調べたところ、５ｖｏｌ％であった。

図３は、耐久性試験の結果を示すグラフである。グラフの横軸の単位は、比較例のローラ１７が寿命（ローラ１７のガタつきが基準値を越えた時）となったときの走行距離を基準として、その倍数で示している。グラフの縦軸の単位は、寿命と判断された比較例のローラ１７のガタを基準として、その倍数で示している。図３に示されるように、グラフ１〜５がそれぞれ比較例および実施例１〜４に対応している。

グラフ１，２に示されるように、実施例１のローラ１７は、比較例のローラ１７よりも約６．５倍寿命が延びた。グラフ１，３に示されるように、実施例２のローラ１７は、比較例のローラ１７よりも約８倍寿命が延びた。グラフ１，４に示されるように、実施例３のローラ１７は、比較例のローラ１７よりも約１０倍寿命が延びた。グラフ１，５に示されるように、実施例４のローラ１７は、比較例のローラ１７よりも約１５倍寿命が延びた。

耐久性試験において得られた結果が示すように、ＳＵＳ３０４の焼結体の密度が６．４５〜６．７ｇ／ｃｍ^３の範囲内で小さくなるほど、ローラ１７の寿命を長くすることができた。６．４５〜６．７ｇ／ｃｍ^３の範囲内で小さくなるほど、潤滑油の含有率が高くすることができたことにより、ローラ１７と回転軸１５との間で磨耗を抑制することができたからであると考えられる。

また、ＳＵＳ３０４の焼結体に銅を所定量添加することによって、さらにローラ１７の寿命を長くすることができた。潤滑油による潤滑効果に加え、焼結体に銅を添加することにより焼結体の靭性を高めたことで、磨耗粉の発生抑制効果（耐磨耗性）を向上させることができたからであると考えられる。

また、ＳＵＳ４１０の焼結体に変更し、焼結体にフェロモリブデンを所定量添加することによって、さらに寿命を長くすることができた。ＳＵＳ４１０が硬化性に優れ、焼結体にフェロモリブデンを添加することで、焼結体の耐摩耗性をより高めることができたからであると考えられる。

以上説明したように、本実施の形態におけるアクチュエータ７は、外部からの力の荷重を受けるローラ１７と、回転軸１５によって該ローラ１７が回転可能に取り付けられたローラレバー１３とを備え、該ローラ１７が受けた力の荷重に応じて変位する変位部材であって、ローラ１７は、潤滑油を含浸させたステンレス材の焼結体で構成され、該ステンレス材の焼結体の密度は、６．４５〜６．７ｇ／ｃｍ^３の範囲で構成されている。

このため、従来よりもステンレス材の密度を適切な範囲内で低くすることによって潤滑油の含有率を上げることができる。また、適切な添加物をステンレス材に加えていることで物性を改善することができる。これらにより、ローラ１７と回転軸１５との間において生じる摩擦によってローラ１７および回転軸１５の磨耗を軽減することができるので、ローラ１７がガタつき難くなる。したがって、耐久性を高めることができる。

なお、本実施の形態においては、リミットスイッチの場合を例に説明したが、マイクロスイッチにも適応可能である。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ リミットスイッチ（物体検出用スイッチ）
３ ケーシング
３ａ ケーシング本体
３ｂ 蓋部
５ ブロック部
７ アクチュエータ（物体検出用アクチュエータ）
９ スイッチモジュール
１１ 固定部材
１３ ローラレバー
１５ 回転軸
１７ ローラ

Claims (6)

1. 外部からの力の荷重を受けるローラと、回転軸によって該ローラが回転可能に取り付けられたローラレバーとを備え、該ローラが受けた力の荷重に応じて変位する物体検出用アクチュエータであって、
   前記ローラは、潤滑油を含浸させたステンレス材の焼結体で構成され、該ステンレス材の焼結体の密度は、６．４５〜６．７ｇ／ｃｍ^３の範囲であることを特徴とする、物体検出用アクチュエータ。
2. 前記ステンレス材は、オーステナイト系のステンレス材であることを特徴とする、請求項１に記載の物体検出用アクチュエータ。
3. 前記ステンレス材は、マルテンサイト系のステンレス材であることを特徴とする、請求項１に記載の物体検出用アクチュエータ。
4. 前記ステンレス材に、銅が１．５〜３ｗｔ％の範囲で添加されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の物体検出用アクチュエータ。
5. 前記ステンレス材に、フェロモリブデン硬質粒子が３〜１５ｗｔ％の範囲で添加されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の物体検出用アクチュエータ。
6. 請求項１〜５のいずれかの物体検出用アクチュエータを備えた、物体検出用スイッチ。
   

Images