JPWO2007129504A1 - レバー型スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】高精度なオン／オフを実現し、多方向のレバーの傾きを検知し、更に、耐久性に優れたレバー型スイッチを提供する。【解決手段】外力を受けることで傾き当該外力を受けなくなったとき元の位置に戻るレバー１と、レバー１の下端部の下方周辺に平面状に配列されておりレバー１の傾きの有無に応じたディジタル信号が出力されるホールＩＣ２８，３０，３２，３４と、レバー１の下端部の中央部に第１の磁極が下側となる態様で取り付けられている第１磁石２６と、レバー１の下端部の周辺部に前記第１の磁極と逆の第２の磁極が下側となる態様で前記第１磁石を囲うように取り付けられているリング状の第２磁石２４とを備え、各ホールＩＣ２８等と第１磁石２６及び第２磁石２４との位置関係を、レバー１が外力を受ける前後で、各ホールＩＣ２８等の出力が切り替わる切替点に印加される等磁極線の極性が変わるようにしている。【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械の駆動用サーボ制御システム等の原点検出などに好適なレバー型スイッチに関する。

従来、「スイッチ筐体に、レバーと、このレバーの作動によって作動するカムと、このカムの作動によって作動子が作動されるスイッチ本体を設け、レバーとカムとの間にヒステリシスを持たせ、スイッチ本体がオン作動した瞬間に、カムに今まで移動してきた方向にイナーシャを発生させるイナーシャ発生機構を備えたことを特徴とするスイッチ構造」がある（特許文献１）。

実開平３−９１６３５号公報

しかし、特許文献１に記載されているスイッチ構造は、レバーとカムとの間にヒステリシスを持たせているため、高精度なオン／オフを実現することができなかった。具体的には、レバーが１度傾いた場合に、それを検知することはできなかった。

また、特許文献１に記載されているスイッチ構造は、レバーが傾く方向が２方向しか規定されていないので、レバーが四方八方に対して傾くような場面で使用することができなかった。さらに、スイッチ部分は、カム等を備える接点タイプであるため、使用による磨耗が生じていた。

そこで、本発明は、上記各課題を解決したレバー型スイッチを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のレバー型スイッチは、
外力を受けることで傾き当該外力を受けなくなったとき元の位置に戻るように設定されているレバーと、
前記レバーの下端部の下方周辺に平面状に配列されており前記レバーの傾きの有無に応じたディジタル信号が出力されるホールＩＣと、
前記レバーの下端部の中央部に第１の磁極が下向きとなる態様で取り付けられている第１磁石と、
前記レバーの下端部の周辺部に前記第１の磁極と逆の第２の磁極が下向きとなる態様で前記第１磁石を囲うように取り付けられているリング状の第２磁石とを備え、
前記各ホールＩＣと前記第１磁石及び前記第２磁石との位置関係を、前記レバーが外力を受ける前後で、当該各ホールＩＣの出力が切り替わる切替点に印加される等磁極線の極性が変わるようにしている。

前記各ホールＩＣと前記第１磁石及び前記第２磁石との位置関係は、前記第１磁石の側面直下と前記第２磁石の内面直下との間に前記切替点が位置するように設定することで実現できる。

上記のような位置関係により、第１磁石及び第２磁石の底面に直交する方向に、等磁力線が形成される。このため、レバーの支点から力点までの長さを、当該支点から作用点までの長さよりも長くすることが可能となる。この結果、レバー型スイッチは、レバーが僅かな外力で傾いただけでも、それを検知することが可能となる。

前記レバーは、レバー自体の長さを調整可能な構造とされている。具体的には、レバーをカメラの三脚のように伸縮自在な構造としてもよいし、レバー内に組み込める連結部材を備えてもよい。

また、前記ディジタル信号に基づいて発光する発光素子を備えてもよい。これにより、例えば、レバー型スイッチ本体に対して遠方からでも、目視によってディジタル信号の出力の有無を把握することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施形態のレバー型スイッチの模式的な構造を示す断面図である。図１（ｂ）は、図１の本実施形態のレバー型スイッチの模式的な構造を示す平面図である。なお、図１（ａ）右下位置には後述する下側部材３８の開口部４４の構造を補足する補足部分も付している。

図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、本実施形態のレバー型スイッチは、水平方向の外力を受けることで傾き、外力を受けなくなったとき元の位置に戻るように設定されているレバー１と、レバー１の一部を受けていてスイッチが収容されているスイッチケース５とを備えている。

レバー１は、外力を受ける部分であり、プラスチック、セラミック又はアルミニウムなどの非磁性体材料から成る接触部材２を有している。接触部材２には、アルミニウム又はステンレスなどから成り、上部にネジ穴が形成されていて、下部がネジ切りされている、脚部４が取り付けられている。接触部材２と脚部４とは、上部にネジ穴が形成されていて、下部がネジ切りされている、連結部材３によって連結されている。スイッチケース５の上方には、スイッチケース５内に塵などが入りこむことを防止する、アルミニウム又はステンレスなどから成る、六角ナットのような形状の庇部１０が位置する。庇部１０の下側には、脚部４の下端と螺合される脚受部１４が位置していて、庇部１０の底面に形成されている凹部に、脚受部１４の上面に形成されている凸部がはめ込まれる。脚受部１４の下端には、アルミニウムなどから成る鍔状の磁石受け１６が、圧入によって接続される。磁石受け１６の上端部には、ダイヤフラム１８の張力を調整するためのナット２０が螺合されている。

磁石受け１６の中央部には、円柱状の第１磁石２６が取り付けられている。第１磁石２６は、例えばＳ極が下側となり、Ｎ極が上側となるように取り付けられている。磁石受け１６の周辺部には、リング状の第２磁石２４が取り付けられている。第２磁石２４は、例えばＮ極が下側となり、Ｓ極が上側となるように取り付けられている。なお、第１磁石２６と第２磁石２４との磁極の向きを共に反転させてもよい。このような向きで第１磁石２６と第２磁石２４とを配置すると、レバー１の長手方向にほぼ沿って、等磁力線が延びることになる。このように、本実施形態では、第１磁石２６の周辺を第２磁石２４で囲むことで、レバー１の長手方向にほぼ沿って等磁力線を延ばしているため、ディジタル型ホールＩＣ２８，３０，３２，３４の数と同数の磁石が不要となるし、このことなどに起因してレバー型スイッチの小型化を実現している。なお、ここでの目的は、レバー１の長手方向にほぼ沿って等磁力線を延ばすことになるので、第１磁石２６、第２磁石２４の形状は、上記のものに限定されるものではない。例えば、第１磁石２６を直方体又は立方体とし、その周辺をその形状に対応した四角形状の第２磁石２４で囲うことも可能である。

スイッチケース５は、上側部材１２と下側部材３８とに大別される。上側部材１２及び下側部材３８は、各々、亜鉛、ステンレス、アルミニウムなどから成る。上側部材１２とレバー１とは、選択的に、スイッチケース５内に水分などが入り込むのを防止する可撓性を有するプロテクタ８によって接続されている。プロテクタ８の材料は、例えばゴムを用いることができる。

下側部材３８は、その外壁が、上側部材１２の内壁に圧入等されてから、接着剤などで固着される。上側部材１２の上端及び下側部材３８の対応部分には、ポリイミドフィルムなどから成るダイヤフラム１８の周縁部が、接着剤などによって接続されている。ダイヤフラム１８の中央部は開口されており、ここにはレバー１の脚受部１４の下端が通されている。

ダイヤフラム１８の中央部付近は、脚受部１４と磁石受け１６との対向面間で把持されている。必要に応じて、ダイヤフラム１８と脚受部１４及び磁石受け１６とを接着剤などを用いて接続してもよい。なお、ダイヤフラム１８は、プロテクタ８によって防止し切れなかった水分等がスイッチ側に浸入することを防止する役割も担っている。ダイヤフラム１８の平面上であってレバー１の軸心との交点が、レバー１の接触部材２に外力が加わってレバー１が傾く際の支点となる。

また、ダイヤフラム１８の張力の調整は、以下のようにして行う。すなわち、ダイヤフラム１８の例えば下側にナット２０が位置しているので、ダイヤフラム１８の張力を強めたい場合には、ナット２０を回転させて上昇させればよい。ダイヤフラム１８は、開口部付近がレバー１に取り付けられていて、かつ、周端部が下側部材３８等に固着されているため、ナット２０を上昇させると、その上面がダイヤフラム１８の開口部付近を持ち上げることになり、ダイヤフラム１８は、その断面がナット２０の上面を頂点とする略「への字」状に変形する。この結果、ダイヤフラム１８の撓み分が少なくなり、ダイヤフラム１８の張力が強まる。

下側部材３８の外壁には、レバー型スイッチの取付用開口部４４が例えば２つ設けられている。下側部材３８の内壁には、段差が設けられていて、下側の方が上側よりも相対的に径方向が大きくしてある。この段差の下側の側面外縁は、略ひし形である。ここには、略ひし形のプリント基板３６が下側から収容される。プリント基板３６の表面には、例えば４つのディジタル型ホールＩＣ２８，３０，３２，３４が、それぞれ、プリント基板３６の中心側に、９０°の角度間隔で、負極側端子が位置する態様で配列されている。ディジタル型ホールＩＣの数は例示であり、例えば８つでもよく、必要な角度分解能に応じて用意すればよい。

ここで、プリント基板３６及び上記段差の下側の形状を略ひし形としているのは、下側部材３８に対して、プリント基板が軸心周りに回転することを防止するためである。すなわち、図１（ｂ）においてプリント基板３６が時計回り又は反時計回りに回転してしまうと、ディジタル型ホールＩＣ２８等の側面の向きと下側部材３８の側面の向きとが正対とならなくなることに起因して、レバー型スイッチに対して何れの方向から外力が加わったかを判定することができなくなる。このように、プリント基板３６等を円形以外の形状とすることで、上記回転を防止することが可能となる。もっとも、プリント基板３６等を円形として、ネジ止め等を行うことによって、上記回転を防止してもよい。

本実施形態のレバー型スイッチが、ディジタル型ホールＩＣ２８等のいずれからの出力信号がオンとなったかに基づいて、接触部材２が倒れる方向を判定している。例えば、プリント基板３６が所望の向きで配置されている場合に、接触部材２が図１（ｂ）の右側に倒れる外力を受けたときには、ディジタル型ホールＩＣ２８からの出力信号のみがオンとなる。

これに対して、仮に、プリント基板３６を円形とすることにより、時計回りに４５度回転してしまうと、接触部材２が図１（ｂ）の右側に倒れる外力を受けたときには、ディジタル型ホールＩＣ２８，３４の双方からの出力信号がオンとなる。これでは、接触部材２が受ける外力の方向を、正しく判定することができなくなる。そこで、プリント基板３６等を上記のような形状として、これの回転を防止している。

なお、実際には、本実施形態の変形例を示す図３に示すように、プリント基板３６には、ネジ４６を通す貫通孔５０が形成されていて、上記段差の下側にも当該貫通孔に対応する位置にネジを受けるネジ穴５２が形成され、ネジ４６をワッシャー４８及び貫通孔５０を介して、ネジ穴５２に螺合することで、上記回転の防止に万全を期している。

ディジタル型ホールＩＣ２８等には、磁場の大きさに比例するパワーの電気信号を出力する磁電変換素子と、磁電変換素子から出力される電気信号を増幅するオペアンプと、オペアンプによって増幅された電気信号を所定の閾値と比較するコンパレータとが集積されている。

ディジタル型ホールＩＣ２８等は、負極側端子の近傍に、第１磁石２６及び第２磁石２４によって形成される等磁力線の極性が変化することによってディジタル出力が切り替わる切替点が位置している。また、ホールＩＣは、負極側端子の取付面の対向面には、正極側端子及び出力端子が取り付けられている。

ここで、各ディジタル型ホールＩＣ２８等と第１磁石２６及び第２磁石２４との位置関係は、レバー１が外力を受ける前後で、各ディジタル型ホールＩＣ２８等の出力が切り替わる切替点に印加される等磁極線の極性が変わるようにしてある。一例としては、レバー１が外力を受ける前には、第１磁石２６及び第２磁石２４から各ディジタル型ホールＩＣ２８等の切替点に対して、−３０ガウス程度の磁力が印加されるようにしてある。

そして、レバー１の接触部材２に図１（ｂ）の右側に倒れるような外力を受けた場合には、第１磁石２６及び第２磁石２４から各ディジタル型ホールＩＣ２８等の切替点に対して、＋３０ガウス程度の磁力が印加されるようにしてある。この際、ディジタル型ホールＩＣ３０，３２，３４の切替点に印加される磁力は、−４０〜−５０ガウス程度というように負の方向に進むものの、決して、正の方向には進まない。

このためには、具体的には、各ディジタル型ホールＩＣ２８等は、第２磁石２４の内周のほぼ直下と第１磁石２６の外周のほぼ直下との間に、各切替点が位置するように配列すればよい。ここでは、各ディジタル型ホールＩＣ２８等は、第２磁石２４の内周のほぼ直下に、各切替点が位置するように配列し、また、各ディジタル型ホールＩＣ２８等は、第１磁石２６の側面のほぼ直下に、各負極型端子の取付面が位置するように配列している。

なお、図示していないが、各ディジタル型ホールＩＣ２８等の全ての負極側端子は、プリント基板３６の裏面に位置する共通接続線に接続されている。また、全ての正極側端子は、プリント基板３６の裏面に位置する、別の共通接続線に接続されている。各出力端子は、プリント基板３６の裏面に位置する、独立した接続線と接続されている。換言すると、レバー型スイッチのケーブル４２は、出力線４本と、負極側端子用の共通接続線１本と、正極側端子用の共通接続線１本という、合計６本の線を束ねたものとなる。

また、プリント基板３６の裏面には、プリント基板３６のケーブル４２との接続後に、樹脂などの充填剤４０が充填される。これにより、プロテクタ８及びダイヤフラム１８と相まって、ディジタル型ホールＩＣ２８等への防水性、密閉性などが担保される。

なお、本実施形態のレバー型スイッチは、おおよそ以下のようなサイズとしている。

レバー型スイッチ本体の底面からディジタル型ホールＩＣ２８等の上面までの距離を７．５ｍｍ、
ディジタル型ホールＩＣ２８等の上面から第１磁石２６及び第２磁石２４の底面までの距離を０．６ｍｍ、
ディジタル型ホールＩＣ２８等の上面からダイヤフラム１８の底面までの距離を１２ｍｍ、
下側部材３８の高さを２０ｍｍ、
ダイヤフラム１８自体の厚さを０．２５ｍｍ、
上側部材１２の高さを１０．５ｍｍ、
庇部１０自体の厚さを４．５ｍｍ、
プリント基板３６の直径が２０ｍｍ、
脚受部１４、連結部材３の細径（ねじ切り部分の直径）が４ｍｍ、太径が６ｍｍ。

本実施形態のレバー型スイッチによると、接触部材２が水平な８方向のいずれに向けた外力を受けたかを検知することが可能となる。すなわち、上記のように、例えば、図１（ｂ）の右側に接触部材２が倒れるような外力を受けた場合には、複数のホールＩＣのうち、ホールＩＣ２８の出力信号のみオフからオンに変わる。また、図１（ｂ）の右上側に接触部材２が倒れるような外力を受けた場合には、複数のホールＩＣのうち、ホールＩＣ２８，３４の出力信号がオフからオンに変わる。したがって、ケーブル４２を通じて出力されるレバー型スイッチからの出力信号の変化を検出すれば、接触部材２が水平な８方向のいずれに向けた外力を受けたかを検知することが可能となる。

図２は、図１に示すレバー型スイッチの変形例を示す図である。図３は、図２に示すレバー型スイッチの分解斜視図である。なお、図２，図３において、図１と同様の部分には、同一符号を付している。

本実施形態では、図１に示すレバー型スイッチに比して、主として、連結部材３を外し、かつ、プロテクタ８を外していて代わりに庇部１０の径を大きくしている点が異なる。接触部材２の形状と連結部材３の有無は、レバー型スイッチの用途に応じて決定すればよい。これらの他にも、各部材の材料等もレバー型スイッチの用途、使用態様などに応じて決定すればよいし、レバー１自体を長くしたい場合にも、連結部材３を用いるのではなく、レバー１の構造を伸縮自在な構造としてもよい。

なお、レバー１は、脚部４の一部をコイルバネで形成し、接触部材２に過大な外力が作用してもコイルバネ部分が曲がることで、レバー１自体が破壊されないようにしてもよい。

本実施形態のレバー型スイッチは、工作機械のサーボコントロールシステムの原点検出スイッチ等として好適に用いることができるし、クレーンコントロール用レバースイッチ、或いは、ゲーム機の操作用ジョイスティック、パーソナルコンピュータなどへの情報入力媒体であるポインティングデバイスなどとして好適に用いることもできる。

なお、本実施形態のレバー型スイッチとしては種々の変形構成が可能であり、例えば、無接点スイッチは上述した磁石とホールＩＣを用いたものでなくともよく、また、検出変位の方向性を感知可能にするために無接点スイッチを複数個所定円上に設置するのが良く、球形接触部材は耐磨耗性をもたせるためには硬度のある部材を用いる等の構成が可能である。

また、ケーブル４２には、各ディジタル型ホールＩＣ２８等のオン／オフを示すインジケータランプを取り付けてもよい。インジケータランプは、いかなるものを用いてもよいが、発光素子と、光拡散体が含有されていて前記発光素子の発光面を覆う透光性樹脂とを含んでいるものがよい。このインジケータランプに関する詳細な内容は、本出願人による、本願出願時には未公開であり、引用により本願明細書に取り込まれたとする特願２００５−１１７２５７号の明細書の記載事項を参照されたい。

ただし、本実施形態の場合、ディジタル型ホールＩＣの数が４つであるので、ＬＥＤ及びこれに付帯するノッチコンタクトの数も４つに増加させる必要がある点に留意されたい。

本発明の実施形態のレバー型スイッチの模式的な構造を示す断面図及び平面図である。 図１に示すレバー型スイッチの変形例を示す図である。 図２に示すレバー型スイッチの分解斜視図である。

符号の説明

１ レバー
２ 接触部材
３ 連結部材
４ 脚部
５ スイッチケース
８ プロテクタ
１０ 庇部
１２ 上側部材
１４ 脚受部
１６ 磁石受け
１８ ダイヤフラム
２０ ナット
２４ 第２磁石
２６ 第１磁石
２８，３０，３２，３４ ディジタル型ホールＩＣ
３６ プリント基板
３８ 下側部材
４０ 充填剤
４２ ケーブル
４４ 取付用開口部

Claims (5)

1. 外力を受けることで傾き当該外力を受けなくなったとき元の位置に戻るレバーと、
   前記レバーの下端部の下方周辺に平面状に配列されており前記レバーの傾きの有無に応じたディジタル信号が出力されるホールＩＣと、
   前記レバーの下端部の中央部に第１の磁極が下側となる態様で取り付けられている第１磁石と、
   前記レバーの下端部の周辺部に前記第１の磁極と逆の第２の磁極が下側となる態様で前記第１磁石を囲うように取り付けられているリング状の第２磁石とを備え、
   前記各ホールＩＣと前記第１磁石及び前記第２磁石との位置関係を、前記レバーが外力を受ける前後で、当該各ホールＩＣの出力が切り替わる切替点に印加される等磁極線の極性が変わるようにしていることを特徴とするレバー型スイッチ。
2. 前記第１磁石の側面直下と前記第２磁石の内面直下との間に前記切替点が位置する請求項１記載のレバー型スイッチ。
3. 前記レバーの支点から力点までの長さを、当該支点から作用点までの長さよりも長くしている請求項１又は２記載のレバー型スイッチ。
4. 前記レバーは、レバー自体の長さを調整可能な構造とされている請求項１から３のいずれか記載のレバー型スイッチ。
5. 前記ディジタル信号に基づいて発光する発光素子を備える請求項１から４のいずれか記載のレバー型スイッチ。

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