WO2012172873A1 - 小形回動部材の軸受機構 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間安定して回動動作を行うことのできる小形回動レバーの軸受機構を提供する。 【解決手段】樹脂で構成されたベース部材により、樹脂で構成され、バネにより常に一定方向に常に付勢された小形回動部材を回転可能に支持するようにした軸受機構において前記小形回動部材の側面に円筒状に形成した軸受を一体的に突出形成し、前記ベース部材の前記回動部材の軸受にと対向する位置に前記軸受の軸受穴に嵌挿可能に構成された支持軸を突出形成し、前記回動部材の軸受の軸受穴に前記ベース部材の支持軸を嵌入することにより回動部材をベース部材により回動可能に支持する。

Description

小形回動部材の軸受機構

　この発明は、押しボタンスイッチの安全機構等に用いられている回動レバ等の小形回動部材を回動自在に支持する軸受機構に関する。

　特許文献１に記載されるような操作部とスイッチ部が分離可能に構成された押しボタンスイッチは、特に工作機械等への非常停止を指令するスイッチとして用いられる。このような押しボタンスイッチは、図６に示すように、スイッチの操作部１とこれに分離可能に結合されるスイッチ部２で構成され、制御盤等のパネルに取り付けて使用する。

　その取付け手順は次の通りである。

　スイッチ部２の外された操作部１をパネルの表側からパネルの取付け穴に操作部１の胴体部１１を挿入し、パネルの裏側から、挿入された操作部１の胴体部１１に固定ナット１９をねじ込んでパネルに締め付けて固定する。このパネルに取り付けた操作部１の胴体部１１にスイッチ部２の嵌合穴２１ａを嵌め合わせて、スイッチ部２を操作部１に連結結合する。

　このように制御盤等に取り付けて使用される押しボタンスイッチは、使用中に何らかの原因でスイッチ部２が操作部１から外れて脱落するような事故が発生することがある。押しボタンスイッチの押し込み操作状態においてこのようなスイッチ部２が操作部１から外れると、スイッチ部２において操作部１の押し棒による押し込み状態が解除されるため、スイッチ部２の可動接点を保持する可動枠が復帰バネにより復帰位置に戻され、常開接点ユニットはオフ状態に、常閉接点ユニットはオン状態に戻される。

　常閉接点ユニットを非常停止指令のために使用している場合には、このようなスイッチ部が操作部から離脱する事故が発生すると、常閉接点ユニットがオン状態に戻って非常停止指令が解除されるため、非常停止した機器の運転が再開されて重大な事故が引き起こされる危険がある。

　このような危険を回避するためには、押しボタンスイッチのスイッチ部２が操作部１から外れたときに、特に非常停止指令用開閉接点ユニットとして使用される常閉接点構成の開閉接点ユニットの開離された可動接点が固定接点に閉合する位置に戻らないようにする必要がある。

　このため、特許文献１に記載の押しボタンスイッチにおいては、図７および８に示すように、押しボタンスイッチのスイッチ部２内に回動可能に支持され一端がスイッチ部２に結合された操作部１の一部に作用し、他端がスイッチ部２内の開閉接点ユニット２４の可動枠２５に作用して接点の開閉を操作する小形のレバー３１と、このレバー３１を一定の回転方向に付勢するバネ３３とで構成した接点開離機構３と開閉接点機構２４ｃとユニットフレーム２４ｆを設けている。この接点開離機構３により前記スイッチ部２が操作部１から分離されたときは前記開閉接点ユニット２４の可動枠２５を可動接点が待機状態位置から操作状態位置方向へ移動させるように付勢し、前記スイッチ部が操作部に結合されたときは前記接点ユニットの可動枠２５への前記付勢を解除するようにしている。

　このような押しボタンスイッチの接点分離機構に使用されている小形のレバー３１およびこれを回動自在に支持するスイッチ部２の開閉接点機構（ベース部材）２４ｃは、樹脂で製造されている。そしてレバー３１を開閉接点機構２４ｃに回動自在に支持するために、レバー３１の外側面に円柱状の支持軸３１ｃを突出形成し、開閉接点機構２４ｃに軸受溝又は穴２４ｅを設け、レバー３１の支持軸３１ｃを開閉接点機構２４ｃの支持溝又は穴２４ｅに嵌挿するようにしている。

特開２０１０-２３２１５７号公報

　このように樹脂で構成された小形のレバーを同様に樹脂で構成されたベース部材により回動可能に支持するための軸受機構が、回動側のレバーに円柱状の支持軸を形成し、固定側のベース部材に軸受溝又は穴を設け、支持軸を軸受溝又は穴に嵌挿する構成である場合には、回転回数が増加すると、摩擦により軸受部分にこの部分が摩耗することによる摩耗粉が発生するため、軸と軸受の間の摩擦係数が増大し、レバーの回動動作が不安定になる。

　このような回動レバーの回動動作を安定にするためには、このレバーを付勢するバネのバネ力を大きくしてレバーに加える荷重を大きくすればよいが、レバーに加わる荷重が大きくなると、レバーの回動に伴う軸又はこれを支持する軸受の摩耗が大きくなり、寿命が短くなる問題が生じる。

　この発明は、このような問題を解決して、長期間安定して回動動作を行うことのできる小形のレバーの軸受機構を提供することを課題とするものである。

　このような課題を解決するため、この発明は、樹脂で構成されたベース部材により、樹脂で構成され、バネにより常に一定方向に常に付勢された小形回動レバーを回転可能に支持するようにした軸受機構において、前記小形回動レバーの側面に円筒状に形成した軸受を一体的に突出形成し、前記ベース部材の前記レバーの軸受にと対向する位置に前記軸受の軸受穴に嵌挿可能に構成された支持軸を突出形成し、前記回動レバーの軸受の軸受穴に前記ベース部材の支持軸を嵌入することにより回動レバーをベース部材により回動可能に支持したことを特徴とするものである。

　この発明おいては、前記小形回動レバーを剛性の高い樹脂で構成し、前記ベース部材を弾性の高い樹脂により構成することができる。
そして、この発明においては、前記小形回動レバーを構成する高剛性の樹脂としてポリフェニレンサルファイド樹脂を使用し、前記ベース部材を構成する高弾性の樹脂としてポリアミド樹脂を使用するのが最適である。

　この発明によれば、小形回動レバーの側面に円筒状に形成した軸受を一体的に突出形成し、前記ベース部材の前記回動レバーの軸受にと対向する位置に前記軸受の軸受穴に嵌挿可能に構成された支持軸を突出形成し、前記回動レバーの軸受の軸受穴に前記ベース部材の支持軸を嵌入することにより回動レバーをベース部材により回動可能に支持することにより、レバーを回動操作させても長期間低摩擦係数で安定して支持することができることが実験的に確かめることができた。これは、小形の回動レバー側に円筒状の軸受を突出形成することにより、軸受の外径が大きくなり、剛性が高くなり、回動動作に伴う弾性変形量を小さくできることによると推察される。

この発明を適用した押しボタンスイッチの開閉接点ユニットの実施例を示す縦断面図である。 図１に示す開閉接点ユニットを分解して示す斜視図である。 図１に示す開閉接点ユニットの一部を分解して示す斜視図である。 この発明の回動部材の軸受機構の摩擦試験の説明図である。 この発明の回動部材の軸受機構の摩擦特性を示すグラフである。 この発明を適用する押しボタンスイッチの従来例を示す分解構成図である。 従来の押しボタンスイッチに使用した開閉接点ユニットの構成を示す斜視図である。 図７に示す開閉接点ユニットを分解して示す斜視図である。

　この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。

　図１～図３にこの発明を、押しボタンスイッチの開閉接点ユニットに適用した実施例を示す。

　この発明の実施例として示す開閉接点ユニット２４は、基本的には、前記の従来の開閉接点ユニットの構成とほぼ同じであるので、同一部分については同一符号を付して示す。

　開閉接点ユニット２４は、樹脂製のユニットフレーム２４ｆを備え、この中に、開閉接点機構２４ｃと接点開離機構３を収容して構成される。開閉接点ユニット２４は、内部に納める開閉接点機構を選択することによって常開接点（ａ接点）構成にも、常閉接点（ｂ接点）構成にもすることができる。

　ここで、前記の開閉接点機構２４ｃは、固定接点２２ｂから引き出された引出端子２４ｔの収められるケース２４ｄと、これに上下動可能に支持される可動枠２５を備える。この可動枠２５の側面に突出してバネ受け片２５ｃが設けられ、これによって下端がケース２４ｄによって支持された復帰バネ２６の上端に当接して上方向へ作用する復帰バネ力を受ける。このため、可動枠２５はこの復帰バネ２６によって上方へ付勢される。可動枠２５は、可動接点２３ｂを有する可動接触子片２７ｂを支持している。そしてケース２４ｄ内には、前記可動接点２３ｂと対向して固定接点２２ｂが配設され、両方の接点が開閉接点対を構成する。この開閉接点対は、可動接点の種類を選択することにより常閉接点（ｂ接点）構成または常開接点（ａ接点）構成の接点対とすることができる。

　接点開離機構３の小形の回動レバー３１は、平行する１対の回動アーム３１ａ、３１ａとこの回動アーム３１ａ、３１ａの先端間を連結する連結アーム３１ｂとによりＵ字形に形成される。回動アーム３１ａの中間部には、この発明にしたがって、内部に円形の軸受穴円３１ｙを有する円筒状軸受３１ｘが突出形成され、連結アーム３１ｂの中間部には、下方に突出する押圧片３１ｄが設けられている。このように構成された回動レバー３１は、外側に突出した円筒状軸受３１ｘの軸受穴３１ｙに、それぞれ開閉接点機構２４ｃのベース部材となる樹脂製ケース２４ｄの側面に突出形成した円柱形の支持軸２４ｘを嵌挿することによりケース２４ｄにより回動可能に支持される。

　そして、この回動可能に支持された回動レバー３１の回動アーム３１ａ，３１ａの下面とケース２４ｄとの間には圧縮コイルバネにより構成された開離バネ３３が介装されている。レバー３１の押圧片３１ｄは、開閉接点機構２４ｃの可動枠２５のバネ受け片２５ｃが案内される溝２４ｈ内に挿入される。このため、押圧片３１ｄは、レバー３１の回動にしたがってバネ受け片２５ｃと接離可能となる。

　このような接点開離機構３の組み込まれた開閉接点機構２４ｃは、その嵌合用凸条２４ｐをユニットフレーム２４ｆの嵌合用溝２４ｑに嵌め込んでフレーム２４ｆに装着して、図３に示すような開閉接点ユニット２４を構成する。ただし、図３では、回動レバー３１がケース２４ｄから外された状態を示している。

　このように構成された開閉接点ユニット２４を、常開接点構成の開閉接点ユニット２４ａまたは常閉接点構成の開閉接点ユニット２４ｂとしてスイッチ部ケース２１に組み込むことによりスイッチ部２が構成され、このスイッチ部２と操作部１とを連結結合して押しボタンスイッチが完成する。

　開閉接点ユニット２４に組み込まれた接点開離機構３の開離バネ３３は、一端が開閉接点機構のケース２４ｄに固定され、他端が回動レバー３１の回動アーム３１ａに当接されるため、回動レバー３１は、この開離バネ３３から常に反時計方向の回動付勢力を受ける。

　しかしながら、開閉接点ユニット２４は、スイッチ部２を、押しボタン１２を有する操作部１に連結したときは、スイッチ部２内に挿入された操作部１のケース１１の先端の胴体部１１ａの下端（図６参照）が回動レバー３１の基端側（反連結アーム側）の上端部３１ｐに当接し、開離バネ３３の付勢力に抗してこれを僅かに押し下げるように構成されている。このため、スイッチ部２が操作部１に結合された状態では、回動レバー３１は、ケース２４ｄの支持軸２４ｘを支点にして時計方向へ回動される。これにより回動レバー３１の先端側（連結アーム３１ｂ側）の押圧片３１ｄが上方へ移動し、開閉接点機構の可動枠２５のバネ受け片２５ｃから離間し、可動枠２５への開離バネ３３による付勢力が解除
される。

　したがって、スイッチ部２が操作部１に連結、結合された完全な状態においては、常閉接点（ｂ接点）構成の開閉接点ユニット２４の開閉接点機構の可動接点２３ｂが固定接点２２ｂに閉合し、オン状態となる。

　ここで押しボタン１２を押し込んで、操作状態にすると、これと連動する押し棒により開閉接点ユニット２４の可動枠２５が押し下げられることにより、常閉接点（ｂ接点）構成の開閉接点ユニット２４は、可動接点２３ｂが固定接点２２ｂから開離し、オフ状態となる。

　スイッチ部２が操作部１に完全に結合された状態では、接点開離機構３の回動レバー３１は、開離バネ３３の付勢力が操作部１の胴体部１１ａと接合する回動レバー３１の基端側端部で受け止められるため、開離バネ３３の付勢力は回動レバー３１の先端側の押圧片３１ｄから開閉接点機構の可動枠２５へは伝達されない。このため、この状態での押しボタン１２による開閉操作においては、接点開離機構３の開離バネ３３のバネ力の影響をまったく受けることがなく、操作を円滑に行うことができる。

　次に、このような押しボタンスイッチにおいて、何らかの原因により操作部１とスイッチ部２との結合が外れてスイッチ部２が操作部１から離脱して操作部１とスイッチ部２とが不完全な結合状態となった場合について説明する。

　スイッチ部２が操作部から外れると、それまで回動レバー３１の基端側端部と接触しこれを押圧していた操作部１の胴体部１１先端がこれから離間するため、この回動レバー３１の基端側端部３１ｐに対する規制が解除され、これが自由な状態となる。

　この状態における常閉接点（ｂ接点）構成の開閉接点ユニット２４の状態が図１に示す状態である。

　これらの図から明らかなように、スイッチ部２が操作部１から外れると、操作部１の胴体部１１の先端が回動レバー３１の基端側端部から離れることにより自由となった回動レバー３１は、開離バネ３３の付勢力により反時計方向に回動される。回動レバー３１の回動に伴ってその先端側端部の押圧片３１ｄが下方へ移動し、開閉接点機構２４ｃの可動枠２５のバネ受け片２５ｃに当接してこれを押し下げるので、可動枠２５が復帰バネ２６に抗して下降し、これとともに可動接点を支持した可動接触子片２７ｂも下降する。これにより、常閉接点（ｂ接点）構成の開閉接点ユニット２４ｂの場合は、可動接点２３ｂが固定接点２２ｂから離間しオフ状態となる（図１４（ａ２）、図６参照）。

　このように構成された特に常閉接点（ｂ接点）構成の開閉接点ユニットを組み込んだスイッチ部を操作部に結合して構成した押しボタンスイッチは、機器の非常停止用押しボタンスイッチＳとして使用した際、押しボタンを押しこみ操作して接点をオフにして非常停止を指令している状態で、スイッチ部２が操作部１から外れて離脱するような異常（結合不良）状態が生じると、接点開離機構３により閉合状態に戻される可動接点を強制的に固定接点から開離させてオフ状態にすることができるので、非常停止指令が解除される危険を防止することができる。

　このように、押しボタンの操作部に着脱して使用されるスイッチ部の開閉接点ユニットに組み込まれた接点開離機構３の小形の回動レバー３１は、操作部がスイッチ部に着脱される都度回動されるため、長期間の使用により、何れも樹脂で構成された回動レバー３１の円筒状軸受とこれを支持するケース側の支持軸との間に摩擦による摩耗が生じ、回動レバー３１の回動動作が渋くなり不安定となる現象が生じる。

　しかし、この発明にしたがって、回動する側の回動レバーに円筒状の軸受を設け、固定側のケースにこの前記軸受の軸受穴に嵌挿される円柱状の支持軸を設けるようにすると、長期間の使用によっても、軸受と支持軸との間の摩擦係数の上昇が小さく、安定に回転動作を行える知見を得ることができた。

　これは、回動する側の回動レバー３１は、開離バネ３３によって常に荷重を受けているが、軸受を円筒状軸受とすることにより、中心に軸受穴を設ける関係で軸受の外径が大きくなり、これによって軸受の機械的剛性が高まり、外力による変形が小さくなることにより軸受および支持軸間の摩耗が小さくなり摩擦係数の上昇が抑えられるものと推察する。

　また、この理論にしたがって、回動レバー３１を、高剛性の樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により円筒状軸受３１ｘと一体に形成し、これを支持する開閉接点機構のケース２４ｄを、高弾性の樹脂、例えばポリアミド（ＰＡ）により支持軸２４ｘと一体に形成すると、長期間の使用においても、回動レバー３１の軸受機構の摩擦係数の上昇を抑えることができることを、次のような摩擦試験により確認することができた。

　摩擦試験は、図４に示すような可動側テストピースＲＴと固定側テストピースＳＴとを組み合わせて、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）規格Ｄ２６２５-９４に準じて行った。

　この摩擦試験は、この発明におけるに回動レバー３１側に設けた円筒状軸受３１ｘを、図４における固定側のテストピースＳＴに、接点開閉機構のケース２４ｄに設けた円柱状の支持軸２４ｘを、回転側のテストピースＲＴに見立てて実施した。

　固定側テストピースＳＴは、幅が２５ｍｍ、高さが１５ｍｍ、厚さが１０ｍｍで、中央に９０°のＶ字形切欠き溝を有する矩形ブロックで構成し、また、回転側テストピースＲＴは、直径が１８ｍｍ、厚さが１０ｍｍの円形ブロックで構成した。

　摩擦試験は、図４に示すように、固定側テストピースＳＴのＶ字形の溝の中に、円形ブロックで構成した回転側テストピースＲＴを挿入して、外周面を固定側テストピースＳＴのＶ字形溝の内壁面に当接し、これに、固定側テストピースＳＴの側から３ｋｇの試験荷重を加え、かつ、回転側テストピースＲＴを６０ｒｐｍの速度で１０００回まで回転し、回転数２０回ごとにトルクＴを測定し、次の（１）式に基づいて、テストピースＳＴとＲＴとの間の摩擦係μを算出するものである。

　すなわち、摩擦係数μは、固定テストピースＳＴから可動テストピースＲＴに加える荷重Ｗと、テストピースＳＴとＲＴの間に働くトルクＴと、可動テストピースＲＴの回転半径ｒとから、
　　　μ　＝　Ｔ／（Ｗｏ×ｒ）　＝　√２／２×Ｔ（Ｗ×ｒ）　　（１）
として求めることができる。

　ただし、固定テストピースＳＴから可動テストピースＲＴに作用する垂直荷重Ｗｏは、固定テストピースＳＴのＶ字形溝の角度が９０°であるので、
　　　Ｗｏ　＝　２／√２×Ｗ　　　　　　　　　　　　　　　  　（２）
の関係にある。

　この発明の実施例として、固定側テストピースＳＴを、高剛性のＰＰＳ樹脂で構成し、回転側テストピースＲＴを高弾性のＰＡ樹脂で構成したテストピースについて前記の摩擦試験を行った。

　この発明の実施例と比較するための比較例として、固定側テストピースＳＴを、高弾性のＰＡ脂で構成し、回転側テストピースＲＴを高剛性のＰＰＳ樹脂で構成したテストピースについて同様の摩擦試験を行った。

　この発明の実施例と比較例の摩擦試験の結果を、図５に比較して示す。

　図５は、縦軸に摩擦係数（μ）をとり、横軸にテストピースの回転数（回）をとって摩擦特性を示すものである。この図５に示す特性線Ａが、この発明の実施例の摩擦特性を示すもので、特性線Ｂが、比較例の摩擦特性を示すものである。

　図５に示す通り、実施例および比較例とも、１回転においては、同じ０．１８付近の摩擦係数を示しているが、２０回回転したところで、それぞれ、固定側および回転側テストピース間のなじみが良くなり、摩擦係数が初期の値より低下し、最小の摩擦係数を示すようになる。

　この後、回転数が増加すると、比較例は、特性線Ｂで示すように、ほぼこれに比例して摩擦係数が増加する。しかし、この発明の実施例は、特性線Ａで示すように、１０００回転まで摩擦係数の増大はほんの僅かであり、摩擦係数は、回転数に関係なくほぼ一定に保つことができる。これは、この発明による回動部材の軸受機構は、長期間使用しても、摩擦係数の増加がなく回転動作を安定に維持できることを示すものである。

２４　：開閉接点機構
２４ｄ：開閉接点機構のケース（ベース部材）
２４ｘ：円柱状支持軸
３１　：回動レバー（回動部材）
３１ｘ：円筒状軸受
３１ｙ：軸受穴

Claims (3)

1. 　樹脂で構成されたベース部材により、樹脂で構成され、バネにより常に一定方向に常に付勢された小形回動部材を回転可能に支持するようにした軸受機構において前記小形回動部材の側面に円筒状に形成した軸受を一体的に突出形成し、前記ベース部材の前記回動部材の軸受と対向する位置に前記軸受の軸受穴に嵌挿可能に構成された支持軸を突出形成し、前記回動部材の軸受の軸受穴に前記ベース部材の支持軸を嵌入することにより回動部材をベース部材により回動可能に支持したことを特徴とする小形回動部材の軸受機構。
2. 　請求項１に記載の小形回動部材の軸受機構において、前記小形回動レバーを剛性の高い樹脂で構成し、前記ベース部材を弾性の高い樹脂により構成したことを特徴とする小形回動部材の軸受機構。
3. 　請求項２に記載の小形回動部材の軸受機構において、前記小形回動レバーを構成する高剛性の樹脂としてポリフェニレンサルファイド樹脂を使用し、前記ベース部材を構成する高弾性の樹脂としてポリアミド樹脂を使用したことを特徴とする小形回動部材の軸受機構。

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