特許 7593841 リミットスイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】リミットスイッチ

(51)【国際特許分類】

   H01H 21/28 20060101AFI20241126BHJP

   H01H 9/16 20060101ALI20241126BHJP

   H01H 36/00 20060101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

H01H21/28 Q

H01H9/16 G

H01H36/00 M

H01H36/00 P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021043267

(22)【出願日】2021-03-17

(65)【公開番号】P2022142969

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-12-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】富田 直樹

(72)【発明者】

【氏名】中村 善太郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 嘉晃

(72)【発明者】

【氏名】ドゥ スアン チン

【審査官】井上 信

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５８－１０３４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５４－６８１７４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ２１／２８

Ｈ０１Ｈ ３６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターゲットと、前記ターゲットの有無を検出するように構成された近接センサとからなる無接点スイッチと、
前記無接点スイッチを収容するハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ、外部から加えられる機械的なエネルギーを前記ターゲットの運動に変換するように構成されたアクチュエータと、
前記ハウジングに収容され、前記アクチュエータの動きに応じて、前記ターゲットの位置を、前記近接センサが前記ターゲットを検出する第１の位置と、前記近接センサが前記ターゲットを検出しない第２の位置との間で切り換えるように構成されたスナップアクション機構と、
前記ターゲットの位置が前記第１の位置と前記第２の位置との間で切り換えられたときに音を発生する音発生機構と
を有し、
前記スナップアクション機構は、
前記プランジャの一端に連結されたフレームと、
一端が前記フレームによって支持され、他端が前記ターゲットを支持する可動ばねと、
前記ターゲットの移動を規制する規制部材と
を備える、
リミットスイッチ。

【請求項2】

請求項１に記載されたリミットスイッチにおいて、
前記音発生機構は、
前記ターゲットの位置が前記第１の位置と前記第２の位置との間で切り換えられたときに前記ターゲットと衝突して音を発生するように構成された被衝突部材を含む、
リミットスイッチ。

【請求項3】

請求項２に記載されたリミットスイッチにおいて、
前記アクチュエータは、外部から機械的なエネルギーが加えられたときに、直線運動するプランジャを含む、
リミットスイッチ。

【請求項4】

請求項３に記載されたリミットスイッチにおいて、
前記規制部材は、前記被衝突部材を兼ねる、
リミットスイッチ。

【請求項5】

請求項３または４に記載されたリミットスイッチにおいて、
前記ターゲットは、前記ターゲットの移動方向とは異なる方向に延びる腕を有し、
前記規制部材は、前記ターゲットの移動方向に沿って延在し、前記腕を挿通する窓を有する、
リミットスイッチ。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載されたリミットスイッチにおいて、
前記ターゲットは、金属または磁性体からなり、
前記近接センサは、前記ターゲットを磁気的に検出する磁気センサである、
リミットスイッチ。

【請求項7】

請求項１～５のいずれか一項に記載されたリミットスイッチにおいて、
前記近接センサは、前記ターゲットを光学的に検出する光学センサである、
リミットスイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リミットスイッチに関し、特に近接センサを用いた無接点リミットスイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

典型的なリミットスイッチは、ハウジング内に封入されたマイクロスイッチを備え、アクチュエータを介してこのマイクロスイッチを操作し、検出対象の機械的な変位を電気信号に変換して出力するスイッチである。リミットスイッチは、例えば、工作機械、生産機械、搬送装置、産業用車両、及び、産業用ロボット等の各種設備や装置において、被検出物体の存在有無、位置、及び、変位等を検出するために使用されている。

【0003】

マイクロスイッチは機械的な接点を有するため、リミットスイッチが塵、埃、水分等の異物が飛散する環境下で使用される場合には、異物がスイッチ内部に侵入することにより動作不良が発生するリスクがある。そこで、機械的なマイクロスイッチに替えて、近接センサを用いた無接点スイッチをハウジング内に封入したリミットスイッチが提案されている（特許文献１、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】実用新案登録第３１３１２１９号公報

【文献】実開昭５８－１０３４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ハウジング内に無接点スイッチを封入したリミットスイッチでは、動作位置を確認するときに、無接点スイッチを構成する近接センサに通電しなければならなかった。

【0006】

そこで、本発明は、近接センサに通電しなくても動作位置を確認することができるリミットスイッチを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明に係るリミットスイッチは、ターゲットと、前記ターゲットの有無を検出するように構成された近接センサとからなる無接点スイッチと、前記無接点スイッチを収容するハウジングと、前記ハウジングに取り付けられ、外部から加えられる機械的なエネルギーを前記ターゲットの運動に変換するように構成されたアクチュエータと、前記ハウジングに収容され、前記アクチュエータの動きに応じて、前記ターゲットの位置を、前記近接センサが前記ターゲットを検出する第１の位置と、前記近接センサが前記ターゲットを検出しない第２の位置との間で切り換えるように構成されたスナップアクション機構と、前記ターゲットの位置が前記第１の位置と前記第２の位置との間で切り換えられたときに音を発生する音発生機構とを有する。

【0008】

上記のリミットスイッチの一実施の形態において、前記音発生機構は、前記ターゲットの位置が前記第１の位置と前記第２の位置との間で切り換えられたときに前記ターゲットと衝突して音を発生するように構成された被衝突部材を含むようにしてもよい。

【0009】

また、上記のリミットスイッチの一実施の形態において、前記アクチュエータは、外部から機械的なエネルギーが加えられたときに、直線運動するプランジャを含み、前記スナップアクション機構は、前記プランジャの一端に連結されたフレームと、一端が前記フレームによって支持され、他端が前記ターゲットを支持する可動ばねと、前記ターゲットの移動を規制する規制部材とを備えるようにしてもよい。

【0010】

また、上記のリミットスイッチの一実施の形態において、前記規制部材は、前記被衝突部材を兼ねるようにしてもよい。

【0011】

また、上記のリミットスイッチの一実施の形態において、前記ターゲットは、前記ターゲットの移動方向とは異なる方向に延びる腕を有し、前記規制部材は、前記ターゲットの移動方向に沿って延在し、前記腕を挿通する窓を有するようにしてもよい。

【0012】

また、上記のリミットスイッチの一実施の形態において、前記ターゲットは、金属または磁性体からなり、前記近接センサは、前記ターゲットを磁気的に検出する磁気センサであってもよい。

【0013】

また、上記のリミットスイッチの一実施の形態において、前記近接センサは、前記ターゲットを光学的に検出する光学センサであってもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、スナップアクション機構によるターゲットの移動に伴って音を発生する音発生機構を備えるので、近接センサに通電しなくても、リミットスイッチの動作位置を確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係るリミットスイッチの外観を示す斜視図である。

【図2】図２は、本実施の形態に係るリミットスイッチのカバーを取り外した状態を示す斜視図である。

【図3】図３は、本実施の形態に係るリミットスイッチのハウジングからアクチュエータとスナップアクション機構を分離した状態を示す図である。

【図4】図４は、本実施の形態に係るリミットスイッチのアクチュエータとスナップアクション機構の外観を示す図である。

【図5】図５は、本実施の形態に係るリミットスイッチのアクチュエータとスナップアクション機構の断面図である。

【図6】図６は、本実施の形態に係るリミットスイッチのスナップアクション機構の内部構造を示す図である。

【図7】図７は、本実施の形態に係るリミットスイッチのスナップアクション機構の内部構造を示す図である。

【図8】図８は、アクチュエータのストロークと可動ばね４１に働く力との関係を表すグラフと、ストロークとターゲット５０の位置との関係を表すグラフである。

【図9】図９は、本実施の形態に係るリミットスイッチの動作を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

【0017】

［リミットスイッチの構成］
図１～図７は、本実施の形態に係るリミットスイッチ１の構造を示す図である。リミットスイッチ１は、ターゲット５０と、このターゲットの有無を検出するように構成された近接センサ６０とからなる無接点スイッチと、この無接点スイッチを収容するハウジング１１と、ハウジング１１に取り付けられ、外部から加えられる機械的なエネルギーをターゲット５０の運動に変換するように構成されたアクチュエータと、ハウジング１１に収容され、アクチュエータの動きに応じて、ターゲット５０の位置を、近接センサ６０がターゲット５０を検出する第１の位置と、近接センサ６０がターゲット５０を検出しない第２の位置との間で切り換えるように構成されたスナップアクション機構と、ターゲット５０の位置が第１の位置と第２の位置との間で切り換えられたときに音を発生する音発生機構とを備えている。このうちターゲット５０を含むスナップアクション機構と近接センサ６０とは、ハウジング１１内に収容され、カバー１２によって封入される。

【0018】

このうち、ハウジング１１およびカバー１２は、アルミニウムなどの金属や樹脂から形成される。ハウジング１１とカバー１２とは、カバー１２をボルト等によりハウジング１１にシール材を介して固定することによって、内部に収容する近接センサ６０等を、外力、水、油、ガス、塵埃などから保護する封入ケースを構成する。

【0019】

＜アクチュエータ＞
ハウジング１１に取付けられたアクチュエータは、ローラレバー２１が取り付けられたシャフト２２と、ハウジング１１に形成された開口部１１ａからハウジング内部に挿入プランジャ２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）とからなる、いわゆる回転レバータイプのアクチュエータである。
シャフト２２の一部には、図４に示すように、切り欠きが設けられ、プランジャ２３に対するカムが形成されている。外部からローラレバー２１に機械的なエネルギーが加えられると、シャフト２２の回転運動を通じて、プランジャ２３は直線運動する。シャフト２２とプランジャ２３とが当接してカムを形成する部分は、ヘッドカバー２０によって覆われており、外力、水、油、ガス、塵埃などから保護されている。

【0020】

なお、本実施の形態に係るリミットスイッチ１においては、回転レバータイプのアクチュエータを用いるものとするが、これはあくまでも一例にすぎず、例えば、プランジャタイプのアクチュエータや、ヒンジレバータイプのアクチュエータなど、他のタイプのアクチュエータを用いてもよい。

【0021】

＜無接点スイッチ＞
無接点スイッチは、アクチュエータの動作に応じて移動するターゲット５０と、ターゲット５０を検出するように構成された近接センサ６０とから構成される。近接センサ６０は、ターゲット５０の有無を表す電気信号を、リミットスイッチ１のＯＮ／ＯＦＦを表すセンサ信号として、ハウジング１１に設けられた導管口１１ｂから引き出されるケーブル６１に出力する。

【0022】

近接センサ６０は、ターゲット（検出対象物）が近接することによって生じる物理量の変化に基づいてターゲットの有無を検出するセンサである。すなわち、近接センサ６０は、ターゲット５０と近接センサ６０の検出面６０ａとの距離が所定の値以下となったときにターゲット５０を検出したことを表すセンサ信号を出力する。近接センサ６０には、その検出方式によって、例えば、電磁誘導により金属からなるターゲットに発生する渦電流を利用する誘導形、ホール素子や磁気抵抗素子などの固体磁気素子を備えた磁気形、ターゲットの接近による電気的な容量の変化を捉える静電容量形、光電変換素子を用いた光電形等、様々なものがある。

【0023】

本実施の形態に係るリミットスイッチ１においては、金属または磁性体からなるターゲット５０と、近接センサ６０としてターゲット５０を磁気的に検出する磁気形近接センサとを用いて無接点スイッチを構成するものとして説明する。なお、磁気形近接センサは、例えば、交流磁界を発生する検出コイルを備え、金属からなるターゲット５０に発生した渦電流によるインピーダンスの変化を検出する近接センサである。

【0024】

なお、本発明においては、近接センサ６０は、磁気形近接センサに限定されず、他の検出方式によるものを用いて無接点スイッチを構成してもよい。いずれの検出方式であっても、近接センサ６０は、その検出面６０ａがプランジャ２３（２３ｃ）の端部と対向し、かつ、プランジャ２３と同軸線上に位置するように、必要に応じてスペーサ１１ｃを介して、ハウジング１１の内壁面に固定される。

【0025】

＜スナップアクション機構および音発生機構＞
本実施の形態に係るリミットスイッチ１におけるスナップアクション機構は、プランジャ２３（２３ｃ）の端部に、Ｅリング４３を介してボルト４２によって固定されたフレーム４０と、一端がフレーム４０に支持されて、他端がターゲット５０を支持する一対の可動ばね４１と、ハウジング１１に形成された開口部１１ａから近接センサ６０の検出面６０ａにかけて延在する筒状のホルダ３０とを含んでいる。

【0026】

図６に示すように、フレーム４０は、プランジャ２３に取り付ける取り付け部４０ａと、互いに離間して設けられ、可動ばね４１の一端を支持する支持部４０ｂと、取り付け部４０ａと支持部４０ｂとを連結する連結部４０ｃとから構成された、金属または樹脂から形成された部材である。

【0027】

可動ばね４１は、図７に示すように、湾曲した板ばねである。このような可動ばね４１は、例えば、りん青銅、ベリリウム銅、ステンレス等からなる。可動ばね４１の一端部４１ａは、他の部分よりも幅が狭く形成されて、フレーム４０の支持部４０ｂに設けられた凹部に載置される。また、可動ばね４１の他端部４１ｂは、ターゲット５０の両面にそれぞれ設けられた溝５０ｄに当接する。このようにして一対の可動ばね４１は、ターゲット５０を、一対の支持部４０ｂに挟まれた空間内に揺動可能に支持するとともに、後述するスナップアクション動作を実現する。

【0028】

ターゲット５０は、図７に示すように、平面視で十字状に形成された金属製の部材である。本実施の形態に係るリミットスイッチ１において、ターゲット５０は、近接センサ６０と対向する端面５０ｂを有する本体部５０ｃと、アクチュエータの動きに応じたターゲット５０の移動方向とは異なる方向に、より具体的には、ターゲット５０の移動方向と直交する方向に延びる腕部５０ａとを備えている。

【0029】

筒状のホルダ３０は、その一端がリング３２によってハウジング１１の開口部１１ａに位置決めされ、近接センサ６０の検出面６０ａの近傍まで延在して、その他端には、ホルダカバー３１が取り付けられている。ホルダ３０は、その内部にプランジャ２３（２３ｃ）と、フレーム４０と、可動ばね４１と、ターゲット５０を収容する。また、プランジャ２３とホルダ３０との間には圧縮ばね２４が設けられる。ホルダカバー３１には、開口３１ａが形成されており、ターゲット５０の本体部５０ｃの端面５０ｂは、この開口３１ａから近接センサ６０の検出面６０ａと対向する。このようなホルダ３０およびホルダカバー３１は、例えば、樹脂によって形成することができる。

【0030】

また、図４および図５に示すように、ホルダ３０には、点対称の位置に１対の窓３０ａが形成されており、この窓３０ａには、ターゲット５０の腕部５０ａが挿通されている。この窓３０ａのホルダ３０の長手方向に沿った高さは、同方向に沿ったターゲット５０の腕部５０ａの高さよりも高く設定されている。したがって、ターゲット５０の腕部５０ａホルダ３０の窓３０ａに挿通されていることによって、ホルダ３０は、ターゲット５０の移動を規制する規制部材として作用する。ターゲット５０は、ホルダ３０によってその移動が規制されるが、近接センサ６０がターゲット５０を検出する第１の位置と、検出しない第２の位置との間を移動することができる。

【0031】

ここでターゲット５０は、可動ばね４１によって支持され、かつ、ホルダ３０によってその移動を規制されているので、プランジャ２３およびフレーム４０が移動する速度とは無関係に、上述した第１の位置と第２の位置との間を素早く移動する、いわゆるスナップアクション動作が実現される。

【0032】

ターゲット５０が第１の位置と第２の位置との間で素早く移動すると、ターゲット５０の腕部５０ａや本体部５０ｃがホルダ３０の窓３０ａの上縁部やホルダカバー３１にそれぞれ衝突して、音を発生させる。このようにホルダ３０およびホルダカバー３１とスナップアクション動作を行うターゲット５０とは、音発生機構を構成し、ホルダ３０およびホルダカバー３１は、ターゲット５０と衝突して音を発生するように構成された被衝突部材としても作用する。すなわち、ターゲット５０の移動を規制するホルダ３０は、被衝突部材を兼ねている。

【0033】

［リミットスイッチの動作］
図８に、アクチュエータのストロークと可動ばね４１に働く力との関係を表すグラフと、ストロークとターゲット５０の位置との関係を表すグラフとを示す。また、アクチュエータの動作とスナップアクションによるターゲット５０の移動の様子を図９に示す。

【0034】

まず、ローラレバー２１が自由位置（ＦＰ）にあるときは、ターゲット５０は近接センサ６０によって検出される第１の位置にある。ローラレバー２１が自由位置にあることから、このときのセンサ信号を「ＯＦＦ」とする。

【0035】

ローラレバー２１が検出対象と接触して図９において右に回転すると、シャフト２２が回転し、カムの作用によってプランジャ２３およびフレーム４０が紙面下方向に押し下げられ、可動ばね４１にかかる力が増大していく。そして、ローラレバー２１が動作位置（ＯＰ）に達すると、スナップアクションによってターゲット５０が、近接センサ６０によって検出されない第２の位置に移動する。この状態は、ローラレバー２１によって検出対象を検出したことになるので、このとき近接センサ６０から出力されるセンサ信号を「ＯＮ」とする。このとき、ターゲット５０がホルダ３０に衝突することによって、リミットスイッチ１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わったタイミングで音が発生する。

【0036】

この状態からローラレバー２１がさらに右に回転すると、移動ばね４１にかかる力は増大するものの、ターゲット５０は、第２の位置に留まり続ける。

【0037】

この状態からローラレバー２１が自由位置（ＦＰ）に向けて左に回転すると、圧縮ばね２４によって、フレーム４０を支持するプランジャ２３が押し上げられ、可動ばね４１にかかる力は徐々に減少していくが、ローラレバー２１がもどりの位置（ＲＰ）に到達すると、それまで第２の位置にあったターゲット５０がスナップアクションによって第１の位置に移動して、センサ信号は「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替わるとともに、このタイミングでターゲット５０がホルダカバー３１に衝突して音を発生する。

【0038】

なお、図８からもわかるように、ローラレバー２１のストローク(変位)と力との関係、およびストロークとターゲット５０の位置との関係は、スナップアクション機構に伴って、動作と戻りの行程にズレがあるヒステリシス曲線となる。しかし、リミットスイッチ１のセンサ信号の切り替わりと、ターゲット５０がホルダ３０またはホルダカバー３１に衝突して音が発生するタイミングは常に同期している。

【0039】

このようにスナップアクションによってターゲット５０の位置が切り替わることによって、リミットスイッチ１のセンサ信号の状態が切り替わるタイミングで音が発生するので、近接センサ６０に通電しなくてもリミットスイッチ１の動作位置を確認することができる。

【0040】

なお、上述した実施の形態に係るリミットスイッチ１においては、無接点スイッチを構成する近接センサ６０として磁気センサを用いた例について説明したが、本発明においては、磁気センサに替えて、他の検出方式を用いたセンサ、例えば、光電変換素子を用いてターゲットを光学的に検出する光学センサを用いてもよい。この場合、ターゲットは、その位置に応じて、光源から射出された光を反射して光学センサに入射させ、または光学センサに入射する光を遮断する部材となる。

【0041】

また、上述した実施の形態に係るリミットスイッチ１においては、ローラレバー２１が自由位置（ＦＰ）にあるときをＯＦＦ状態とし、動作位置（ＯＰ）に達するとＯＮ状態となるものとして説明したが、ローラレバー２１が自由位置（ＦＰ）にあるときをＯＮ状態とし、動作位置（ＯＰ）に達するとＯＦＦ状態とすることも可能であり、近接センサ６０のセンサ信号の状態とリミットスイッチの状態とをどのように関連付けるかは、用途・目的に応じて適宜選択することが可能である。

【0042】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、物体の検出や自動制御の分野において利用することができる。

【符号の説明】

【0044】

１…リミットスイッチ、１１…ハウジング、１２…カバー、２０…ヘッドカバー、２１…ローラレバー、２２…シャフト、２３…プランジャ、２４…圧縮ばね、３０…ホルダ、３０ａ…窓、３１…ホルダカバー、４０…フレーム、４１…可動ばね、５０…ターゲット、５０ａ…腕部、５０ｂ…端面、５０ｃ…本体部、５０ｄ…溝、６０…近接センサ、６０ａ…検出面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】