リミットスイッチ

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。

従来、この種のリミットスイッチとして、例えば、特許文献1に開示された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、ローラアームタイプと称するものである。

図9の(a)(b)及び図10に示すように、上記特許文献1に開示されたリミットスイッチ100は、器体101に軸支された主軸102の一端部にアクチュエータ103が結合されたものであり、アクチュエータ103の先端部には、被検知物が接触するローラ104が取り付けられている。このローラ104に被検知物が当接してアクチュエータ103が主軸102と共に回転すると、器体101内で主軸102に結合されているカム105が主軸102と共に回転する。これにより、カム105の周面に当接するカムフォロワ106を先端に備えたプランジャ107が直進移動する構造を有している。プランジャ107は押操作により接点が開閉される内蔵スイッチ108の作動軸109に結合されており、カム105の回転に伴ってプランジャ107が直進移動すると作動軸109が押操作されて内蔵スイッチ108が開閉されるように構成されている。

特開平11−238430号公報(1999年8月31日公開)

しかしながら、上記従来のリミットスイッチでは、以下の問題点を有している。

すなわち、上記特許文献1に開示されたリミットスイッチ100では、カム105のカムフォロワ106への接触面の一部が主軸102の軸心よりも上側に存在している。この結果、アクチュエータ103が例えば90度回転した場合に、戻しバネ111によってプランジャ107を直線的に上方向へ戻ろうとするときの戻り方向の力の作用線がカム105の軸心に一致する。このため、カム105に対して回転モーメントが発生しない。この結果、カム105が回転できなくなり、回転レバーとしてのアクチュエータ103が元の位置に復帰できなくなるという問題点を有している。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、回転レバーの回転角が90度になっても元の位置に復帰し得るリミットスイッチを提供することにある。

本発明のリミットスイッチは、上記課題を解決するために、外力を受けて回転する回転レバーと、前記回転レバーの回転軸に設けられ、かつ回転軸の回転に応じて回転するカムと、前記カムに接触するカム受部を有し、回転するカムにカム受部が押されることにより位置が直線変位する変位部材と、前記変位部材の直線変位によりオンオフ動作を行うスイッチモジュールと、外力の解除時に前記変位部材及び回転レバーを元の位置に戻すように付勢する付勢部材とを備えているリミットスイッチにおいて、前記カムは、前記回転軸に垂直な方向の断面において、外力の非作用時にはカムの前記カム受部への接触面全体が回転軸の軸心よりもカム受部側に位置するように形成されていることを特徴としている。

上記の発明によれば、カムは、回転軸に垂直な方向の断面において、前記外力の非作用時には前記カムの前記カム受部への接触面全体が前記回転軸の軸心よりも前記カム受部側に位置するように形成されている。

このため、例えば、回転レバーが90度回転された場合には、カムも回転軸の回転に応じて90度回転する。このカムが90度回転した位置においては、カムは回転軸に垂直な方向の断面においては、回転軸の軸心とは偏芯された位置に存在している。この結果、付勢部材によって、変位部材が直線的にカム側に戻ろうとするときの戻り方向の力の作用線とカムの軸心とは一致しない。このため、カムに対して回転モーメントが発生する。それゆえ、回転レバーが90度回転された場合においても、カムは戻る方向に回転でき、回転レバーが元の位置に復帰できるようになる。

したがって、回転レバーの回転角が90度になっても元の位置に復帰し得るリミットスイッチを提供することができる。

本発明のリミットスイッチでは、前記カムは、前記回転軸における長手方向の断面円形部の一部を切り取って形成されており、かつその断面形状が、断面円形部における円形断面の中心よりも外周側の点を通る第1弦を有し、かつ前記第1弦よりもさらに外周側部分を含む断面を有しているとすることができる。

これにより、カムは、回転軸に垂直な方向の断面において、外力の非作用時にはカムのカム受部への接触面全体が回転軸の軸心よりもカム受部側に位置するように形成されている具体例を提供することができる。

また、本発明では、第1弦は回転レバーに対して線対象に形成されている。この結果、回転レバーに外力が作用する場合に、回転レバーを順回転又は逆回転のいずれであっても、カムは順回転又は逆回転する。したがって、回転レバーを順回転又は逆回転のいずれにも回転できるリミットスイッチを提供することができる。

本発明のリミットスイッチでは、前記カムは、前記第1弦と、前記第1弦よりもさらに外周側に設けられて前記第1弦に平行な第2弦との間に形成される断面を有しているとすることができる。

これにより、第2弦がカム受部に接触することになる。ここで、第2弦は直線にて形成されている。このため、外力の非作用時には、カムの第2弦の平面にてなる底面がカム受部の平面からなる上面に接触することになる。この結果、外力の非作用時においては、カムは安定してカム受部の平面に接触している。したがって、回転レバーも外力が作用しない場合には、安定してその位置を保持し得るリミットスイッチを提供することができる。

本発明のリミットスイッチでは、前記回転軸は先端にローラを有する回転レバーに接続され、外力を付与する被検出物がローラに当接して押圧することにより前記回転レバーを介して前記回転軸が回転されると共に、前記回転レバーと前記カムの第1弦とは互いに垂直となるように配されていることが好ましい。

これにより、外力が作用していないときの回転レバーの定位置が例えば鉛直方向とした場合には、カムの第1弦は水平方向を向く。この結果、回転レバーを順回転又は逆回転のいずれに回転しても90度まで確実に回転することができる。

本発明のリミットスイッチによれば、回転レバーの回転角が90度になっても元の位置に復帰し得るリミットスイッチを提供するという効果を奏する。

本発明におけるリミットスイッチの実施の一形態を示すものであって、リミットスイッチ1の要部の構成を示す斜視図である。

上記リミットスイッチの外観構成を示す斜視図である。

上記リミットスイッチの構成を示す側面断面図である。

上記リミットスイッチのカム内蔵ブロックの内部におけるカムの構成を示す要部側面図である。

上記リミットスイッチのカム内蔵ブロックの内部構成を示すものであって、図3のA−A線矢視断面図である。

(a)は回転レバーが定位置に存在しているときのカムの配設状態を示す正面図であり、(b)はローラに外力が作用して回転レバーが少し回転し、その回転に伴ってカムが少し回転した状態を示す正面図であり、(c)は回転レバーが90度回転したときのカムの状態を示す正面図である。

本発明におけるリミットスイッチの比較例を示すものであって、カムの断面形状が回転軸の軸心に含まれているリミットスイッチの構成を示す側面図である。

上記比較例のリミットスイッチにおいて、回転レバーが90度回転したときの構成を示す要部正面図である。

(a)は従来のリミットスイッチの構成を示す正面図であり、(b)は上記リミットスイッチの構成を示す側面図である。

上記従来のリミットスイッチの要部構成を示す分解斜視図である。

本発明の一実施形態について図1〜図8に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

本実施の形態のリミットスイッチは、マイクロスイッチを外力、水、油、塵埃等から保護する目的で金属ケースや樹脂ケースに組み込んだスイッチであり、被検知物の位置、変化、移動又は通過等を検出し、これら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。

図2及び図3に基づいて、本実施の形態のリミットスイッチ1の構成について説明する。図2は、本実施の形態のリミットスイッチ1の外観構成を示す斜視図である。図3は上記リミットスイッチ1の構成を示す側面断面図である。

図2及び図3に示すように、本実施の形態のリミットスイッチ1は、ハウジング10とカム内蔵ブロック20とアクチュエータ部30とを備えている。

ハウジング10は、その内部空間にスイッチモジュールとしてのスイッチング機構11が配置され、該スイッチング機構11を外力、水、油、ガス、塵埃等から保護している。ハウジング10は、内部空間にスイッチング機構11を組み込むための開口を有するハウジング本体10aと、該開口を閉じるための蓋体10bとからなっている。蓋体10bは、ハウジング10の内部配線後にハウジング本体10aに取り付けることによって、ハウジング10のシール性を確保するものである。ハウジング10の材質は特に限定されるものではなく、樹脂又は金属等を用いることができる。

カム内蔵ブロック20は、ハウジング10の上部に取り付けられており、アクチュエータ部30の回転レバー32の回転移動を後述するカム23により直進移動に変換させる機構が内蔵されている。

アクチュエータ部30は、回転軸31と、回転レバー32と、被検知物が接触するローラ33とを備えている。

アクチュエータ部30は、カム内蔵ブロック20から側方に突出しており、被検知物との接触による外部からの力が加えられていないときの位置が定位置となっている。本実施の形態では、アクチュエータ部30の定位置は、時計の0時の方向を向く位置となっている。

上記構成のリミットスイッチ1では、図2に示すアクチュエータ部30のローラ33に対して左方向から力が加えられると、回転レバー32が定位置を基準に時計回りに回転する。その後、力が取り除かれるとレバー32は定位置に戻る。一方、アクチュエータ部30は、図2に示す右方向から力が加えられると、回転レバー32は定位置を基準に反時計回りに回転し、その後、力が取り除かれると定位置に戻る。後述するように、アクチュエータ部30の回転レバー32の回転により、スイッチング機構11が動作するように設定されている。

次に、リミットスイッチ1の内部構造について、詳細に説明する。

図3に示すように、リミットスイッチ1におけるハウジング10の内部には、プランジャ12と操作軸13とプランジャ復帰ばね14とが設けられている。プランジャ12は、ハウジング本体10aの内部に上下に移動可能に支持されており、アクチュエータ部30の回転軸31の長手方向の端部に存在する後述するカム23が、後述するカム受部24及びプランジャ復帰ばね14を介してプランジャ12の長手方向の一端と接触している。

操作軸13には、例えばコイルばねからなるプランジャ復帰ばね14によって、押し下げられたプランジャ12を基準位置に戻すための付勢力が加わっている。操作軸13がプランジャ復帰ばね14によって限界まで上方に持ち上げられた状態で、操作軸13によってプランジャ12が保持された位置が、プランジャ12の基準位置である。

このとき、アクチュエータ部30の回転レバー32の回転によってカム23も回転し、プランジャ12に対して、カム受部24を介してプランジャ12の長手方向に力を加えることができる。その結果、プランジャ12は、基準位置からその長手方向に沿って変位し、スイッチング機構11の天井面から露出した操作軸13の上端部13aを下方に駆動させ、操作軸13を押し下げる。

アクチュエータ部30の回転レバー32が定位置に戻ると、プランジャ復帰ばね14の付勢力により、プランジャ12も基準位置に戻る。このようなプランジャ12及び操作軸13の変位によって、スイッチング機構11が備える図示しない接点が開閉されるようになっている。

尚、スイッチング機構11は、例えばフォトインタラプタや機械式等のスイッチを備え、前記回転レバー32の回転により、オンオフ動作を行う。

次に、図2及び図3に基づいて、リミットスイッチ1におけるカム内蔵ブロック20について説明する。

図2及び図3に示すように、カム内蔵ブロック20は、ブロック筐体21と、このブロック筐体21の内部に、回転軸31、軸受22、カム23、カム受部24及びカム復帰ばね25とを備えている。

回転軸31は、前述したように、一方の端部に回転レバー32が接続されていると共に、他方の端部はブロック筐体21により回転自在に支持されている。具体的には、回転軸31は、カム内蔵ブロック20の内部においては断面円形に形成されており、カム内蔵ブロック20の回転レバー32側においては、回転軸31は、ブロック筐体21の内壁に設けられた軸受22に回転自在に支持されている。また、回転軸31は、カム内蔵ブロック20の回転レバー32側とは反対側の先端に円板被支持部31aを有している。この円板被支持部31aは、円板にてなっており、円板の中心は回転軸31の軸心31bに一致している。そして、円板被支持部31aは、ブロック筐体21の立設壁に形成された円筒凹部軸受21aに回転自在に遊嵌されるようになっている。この結果、回転軸31は、カム内蔵ブロック20の軸受22と円筒凹部軸受21aとによって回転自在に支持されている。

カム受部24は、カム23の下端面に接触しており、前述したように、カム23の接触によって受けた押圧力をプランジャ復帰ばね14を介してプランジャ12に伝達するようになっている。

カム復帰ばね25は、例えばコイルばねからなっており、回転レバー32の回転に伴って回転軸31の下端部分に設けられたカム23が回転されたときに、該カム23を元の状態つまり回転レバー32の定位置に戻るように該カム23に当接して該カム23を付勢するようになっている。

次に、図1、図4及び図5に基づいて、本実施の形態のカム23の構成について詳述する。図1は、本実施の形態におけるリミットスイッチ1の要部の構成を示す斜視図である。図4は、上記リミットスイッチ1のカム内蔵ブロック20の内部におけるカム23の構成を示す要部側面図である。図5は、上記リミットスイッチ1のカム内蔵ブロック20の内部構成を示すものであって、図3のA−A線矢視断面図である。

図1に示すように、本実施の形態のカム23は、回転軸31に垂直な方向の断面において、外力の非作用時には、カム23のカム受部24への接触面全体である第2弦23bが回転軸31の軸心31bよりもカム受部24側に位置するように形成されている。

具体的には、カム23は、図4に示すように、回転軸31における長手方向の断面円形部の一部を切り取って形成されており、かつその断面形状が、断面円形部における円形断面の中心よりも外周側の点を通る第1弦23aを有し、かつ第1弦23aよりもさらに外周側部分を含む断面を有している。

また、本実施の形態では、カム23は、第1弦23aと、該第1弦23aよりもさらに外周側に設けられて第1弦23aに平行な第2弦23bとの間に形成される断面を有している。

すなわち、図5に示すように、カム23の断面は、円を中心以外の部分で互いに平行な第1弦23aと第2弦23bとによって切り取った断面を有している。

そして、この状態においては、カム23の第1弦23aはカム復帰ばね25の下端に当接していると共に、カム23の第2弦23bはカム受部24の上端に当接している。また、図1に示すように、アクチュエータ部30の回転レバー32は、外力が作用していない定位置となっている。この結果、この回転レバー32の定位置においては、回転レバー32とカム23の第1弦23a及び第2弦23bとは互いに垂直となるように配されている。

図6の(a)(b)(c)に基づいて、上記構成のカム23の動作を説明する。図6の(a)は、回転レバー32が定位置に存在しているときのカム23の配設状態を示す正面図である。図6の(b)は、ローラ33に外力が作用して回転レバー32が少し回転し、その回転に伴ってカム23が同様に少し回転した状態を示す正面図である。図6の(c)は、回転レバー32が90度回転したときのカム23の状態を示す正面図である。

図6の(a)に示すように、回転レバー32が定位置に存在しているとき、つまりここでは、回転レバー32が例えば鉛直方向に存在するときには、カム23の第1弦23aはカム復帰ばね25の底面に平行に当接し、かつカム23の第2弦23bがカム受部24の上面に当接している。したがって、カム23の第1弦23a及び第2弦23bが平面であるカム復帰ばね25の底面及びカム受部24の上面に当接しているので、回転レバー32は鉛直方向の定位置にて安定してその状態が保たれている。

この状態から、図1に示すアクチュエータ部30のローラ33に図示しない被検出物が当接して該ローラ33を押圧すると、回転レバー32が回動する。これに伴い、図6の(b)に示すように、カム23が軸心31bの回りに回動する。その後、例えば、図1に示すアクチュエータ部30の回転レバー32が例えば90度回動したときには、図6の(c)に示すように、カム23は、カム復帰ばね25の底面及びカム受部24の上面に対して垂直な状態で当接するようになる。

ここで、例えば、図7に示すように、比較例であるカム91の断面形状が回転軸92の軸心91aに含まれているリミットスイッチ90の場合には、図8に示すように、カム91がム復帰ばね93の底面及びカム受部94の上面に当接したときに、カム91が回動できなくなる。すなわち、復帰ばね93の付勢の作用線がカム91の長手方向に平行な中央線に一致するので、カム23に回動力が発生しない。この結果、比較例であるカム91の断面形状が回転軸92の軸心91aに含まれているリミットスイッチ90の場合には、回転レバーを90度に回動できないことになる。

これに対して、本実施の形態のリミットスイッチ1では、図6の(c)に示すように、カム23は回転軸31の軸心31bから偏芯して設けられている。この結果、図6の(c)において、カム23にカム復帰ばね25による押圧力がかかった場合、軸心31bを中心として時計回りのモーメントが作用する。したがって、カム23は回転レバー32における定位置に戻るように回転するので、図6の(a)に示す元の状態に戻ることができる。

すなわち、本実施の形態のリミットスイッチ1においては、回転レバー32の回動が90度又はそれを多少超えたとしても、十分に定位置に戻ることができるリミットスイッチ1を提供することができるものとなっている。

このように、本実施の形態のリミットスイッチ1は、外力を受けて回転する回転レバー32と、回転レバー32の回転軸31に設けられ、かつ回転軸31の回転に応じて回転するカム23と、カム23に接触するカム受部24を有し、回転するカム23にカム受部24が押されることにより位置が直線変位する変位部材としてのプランジャ12と、プランジャ12の直線変位によりオンオフ動作を行うスイッチモジュールとしてのスイッチング機構11と、外力の解除時にプランジャ12及び回転レバー32を元の位置に戻すように付勢する付勢部材としてのカム復帰ばね25及びコイルばね14とを備えている。そして、カム23は、回転軸31に垂直な方向の断面において、外力の非作用時にはカム23のカム受部24への接触面全体が回転軸31の軸心31bよりもカム受部24側に位置するように形成されている。尚、この場合のカム23の形状としては、例えば、第1弦23aが中心方向に凸又は凹となった形状とすることが可能である。また、本実施の形態では、付勢部材としてのカム復帰ばね25及びコイルばね14等のバネを使用しているが、必ずしもバネに限らず、ゴム等の弾性部材でもよい。

上記の構成によれば、カム23は、回転軸31に垂直な方向の断面において、外力の非作用時にはカム23のカム受部24への接触面全体が回転軸31の軸心31bよりもカム受部24側に位置するように形成されている。

このため、例えば、回転レバー32が90度回転された場合には、カム23も回転軸31の回転に応じて90度回転する。このカム23が90度回転した位置においては、カム23は回転軸31に垂直な方向の断面においては、回転軸31の軸心31bとは偏芯された位置に存在している。この結果、カム復帰ばね25及びコイルばね14によって、プランジャ12が直線的にカム23側に戻ろうとするときの戻り方向の力の作用線とカム23の軸心とは一致しない。このため、カム23に対して回転モーメントが発生する。それゆえ、回転レバー32が90度回転された場合においても、カム23は戻る方向に回転でき、延いては回転レバー32が元の位置に復帰できるようになる。

したがって、回転レバー32の回転角が90度になっても元の位置に復帰し得るリミットスイッチ1を提供することができる。尚、本実施の形態のリミットスイッチ1は、回転レバー32の回転角が90度の場合において元の位置に復帰し得るリミットスイッチ1を提供することが可能であるとして説明した。しかし、本発明において、必ずしもこれに限らず、例えば、回転レバー32の回転角が90度を超えた場合においても元の位置に復帰し得るリミットスイッチ1を提供することが可能である。

また、本実施の形態のリミットスイッチ1では、カム23は、回転軸31における長手方向の断面円形部の一部を切り取って形成されており、かつその断面形状が、断面円形部における円形断面の中心よりも外周側の点を通る第1弦23aを有し、かつ第1弦23aよりもさらに外周側部分を含む断面を有している。この結果、例えば、円を第1弦23aにて切り取った断面形状つまり円における第1弦23aと小さい方の円弧とで囲まれた部分形状のカム23とすることが可能である。

これにより、カム23は、回転軸31に垂直な方向の断面において、外力の非作用時にはカム23のカム受部24への接触面全体が回転軸31の軸心31bよりもカム受部24側に位置するように形成されている具体例を提供することができる。

また、本実施の形態では、第1弦23aは回転レバー32に対して線対象に形成されている。この結果、回転レバー32に外力が作用する場合に、回転レバー32を順回転又は逆回転のいずれであっても、カム23は順回転又は逆回転する。したがって、回転レバー32を順回転又は逆回転のいずれにも回転できるリミットスイッチ1を提供することができる。

また、本実施の形態のリミットスイッチ1は、カム23は、第1弦23aと、第1弦23aよりもさらに外周側に設けられて第1弦23aに平行な第2弦23bとの間に形成される断面を有している。

これにより、第2弦23bがカム受部24に接触することになる。ここで、第2弦23bは直線にて形成されている。このため、外力の非作用時には、カム23の第2弦23bの平面にてなる底面がカム受部24の平面からなる上面に接触することになる。この結果、外力の非作用時においては、カム23は安定してカム受部24の平面に接触している。したがって、回転レバー32も外力が作用しない場合には、安定してその位置を保持し得るリミットスイッチ1を提供することができる。

また、本実施の形態のリミットスイッチ1では、回転軸31は先端にローラ33を有する回転レバー32に接続され、外力を付与する例えば扉等の被検出物がローラ33に当接して押圧することにより回転レバー32を介して回転軸31が回転されると共に、回転レバー32とカム23の第1弦23aとは互いに垂直となるように配されていることが好ましい。

これにより、外力が作用していないときの回転レバー32の定位置が例えば鉛直方向とした場合には、カム23の第1弦23aは水平方向を向く。この結果、回転レバー32を順回転又は逆回転のいずれに回転しても90度までは確実に回転することができる。

尚、本発明は、上述した各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り、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜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。

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利用することができる。

1 リミットスイッチ 10 ハウジング 10a ハウジング本体 10b 蓋体 11 スイッチング機構(スイッチモジュール) 12 プランジャ(変位部材) 13 操作軸 13a 上端部 14 コイルばね(付勢部材) 20 カム内蔵ブロック 21 ブロック筐体 21a 円筒凹部軸受 22 軸受 23 カム 23a 第1弦 23b 第2弦 24 カム受部 25 カム復帰ばね(付勢部材) 30 アクチュエータ部 31 回転軸 31a 円板被支持部 31b 軸心 32 回転レバー 33 ローラ