(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
器体に回動自在に軸支された主軸と、主軸に結合され外力を主軸に伝えて主軸を回転させるアクチュエータと、主軸とともに回転するカムと、カムの周面であるカム面に転がり接触するカムフォロワと、カムとカムフォロワとを介して主軸の回転を直進移動に変換するプランジャと、プランジャの直進移動により接点部を開閉する内蔵スイッチとを備え、カム面にはアクチュエータに外力が作用していないときにカムフォロワが嵌まる凹部が形成され、カム面は、凹部を除く部位の全体が凹部から離れるに従って主軸の回転中心からの距離が大きくなる形状に形成されることにより、アクチュエータの回転角度が大きくなるほどプランジャの移動量を大きくし、内蔵スイッチは、プランジャにより押圧される作動軸と、作動軸に形成された保持孔に中間部が挿通され両端部に常閉接点を備える接点板と、保持孔の内周面と接点板との間に介装された接圧ばねと、常閉接点に離接する固定接点とを備え、接点板は常閉接点を固定接点から開離させる向きにプランジャが移動する過程で保持孔の周面からの押圧力を受けることを特徴とするリミットスイッチ。
【請求項２】
カムフォロワは鋼球であることを特徴とする請求項１記載のリミットスイッチ。
【請求項３】
カムフォロワは円筒状のコロであることを特徴とする請求項１記載のリミットスイッチ。
【請求項４】
主軸は器体に突設した円筒状の軸受筒に挿入されて軸支される軸支部を一端部に備え、軸支部の周面に突設されたストッパと、軸受筒の内周面にストッパに当接可能な位置で突設され主軸の器体に対する回転範囲を規制する突部とを備えることを特徴とする請求項１記載のリミットスイッチ。
【請求項５】
主軸の一端面に周面がローレット状に形成された結合突起が突設され、アクチュエータの一端部に結合突起と噛み合うローレット状の内周面を有する結合孔が形成され、結合突起と結合孔とが嵌合した状態で主軸に螺合する取付ねじによりアクチュエータが主軸に固定されていることを特徴とする請求項１記載のリミットスイッチ。
【請求項６】
内蔵スイッチは、作動軸に形成された第２の保持孔に中間部が挿通され両端部に常開接点を備える第２の接点板と、第２の保持孔の内周面と第２の接点板との間に介装された第２の接圧ばねと、常開接点に離接する第２の固定接点とを備えることを特徴とする請求項１記載のリミットスイッチ。
【請求項７】
内蔵スイッチは、作動軸に形成された第２の保持孔に中間部が挿通され両端部に第２の常閉接点を備える第２の接点板と、第２の保持孔の内周面と第２の接点板との間に介装された接圧ばねと、第２の常閉接点に離接する第２の固定接点とを備え、第２の接点板は第２の常閉接点を固定接点から開離させる向きにプランジャが移動する過程で第２の保持孔の周面からの押圧力を受けることを特徴とする請求項１記載のリミットスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のリミットスイッチとして、図７、図８に示す形状のものが知られている（特開平９−４５８６号公報）。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って、器体１に軸支された主軸２の一端部にアクチュエータ３が結合されたものである。アクチュエータ３の先端部には被検知物が接触するローラ３ａが取り付けられ、このローラ３ａに被検知物が当接してアクチュエータ３が主軸２とともに回転すると、器体１内で主軸２に結合されているカム４が主軸２とともに回転し、カム４の周面に当接するカムフォロワ５を先端に備えたプランジャ６が直進移動する構造を有している。プランジャ６は押操作により接点が開閉される内蔵スイッチ７の作動軸７ａに結合されており、カム４の回転に伴ってプランジャ６が直進移動すると作動軸７ａが押操作されて内蔵スイッチ７が開閉されるように構成されている。
【０００３】
ところで、主軸２（アクチュエータ３）の回転をプランジャ６の直進移動に変換する技術としては主に２種類が採用されている。一方の技術は上述した構成と同様のものであり、主軸２にカム４を設け、プランジャ６にカムフォロワ５を設けた構成である。具体的には、図９、図１０に示すように、カム４は筒状に形成されカム４の外周面には凹部４ａが形成される。また、プランジャ６には円筒状のコロないし鋼球よりなるカムフォロワ５が保持される。アクチュエータ３に外力が作用していない状態では、カム４の凹部４ａにカムフォロワ５が嵌まっており、アクチュエータ３の回転により主軸２が回転しカム４が回転すると、カム４の外周面からカムフォロワ５が押力を受けてプランジャ６が図１０の下方に移動するのである。カム４には主軸２が圧入されるとともに、カム４の軸方向の一部を切欠した切欠部４ｂ内にねじりコイルばねよりなる復帰ばね８が装着され、復帰ばね８の両端に延設された腕片８ａを器体１のヘッド１ａに係止してある。したがって、カム４がプランジャ６を下方に移動させるように回転すれば復帰ばね８による復帰力が作用するのであって、この復帰力によりアクチュエータ３が復帰する構成になっている。主軸２には防塵用のＯリング１０、抜止用の固定リング１１が取り付けられ、また、主軸２とアクチュエータ３とはボルトおよびナットからなる固定具１２を用いて結合される。
【０００４】
主軸２の回転をプランジャ６の直進移動に変換する他方の技術としては、図１１、図１２に示すように、主軸２の一部を断面Ｄ字状としたカム部２ａを設け、カム部２ａをプランジャ６の一端に直接当接させることが考えられている。この構成では、アクチュエータ３に外力が作用していないときには、カム部２ａの直線部分がプンラジャ６に当接しており、主軸２がこの位置から回転すると、図１２に示すように、カム部２ａがプランジャ６を図１２の下向きに移動させるのである。この構成では主軸２に対する復帰力は、プランジャ６を上向きに付勢する復帰ばね１３により与えられる。
【０００５】
上述した第１の技術では、ねじりコイルばねよりなる復帰ばね８により主軸２に復帰力を作用させているから、アクチュエータ３の回転角度（トータルトラベル）を大きくとることができ、たとえば、片側で９０°以上の回転も可能になっている。したがって、使用者にとっては位置検出などに用いる際の調整が容易であり、使い勝手がよいという利点がある。
【０００６】
一方、第２の技術では、主軸２の回転中心からカム部２ａの直線部分までの距離を小さくすれば、プランジャ６のストロークをある程度大きくすることができる。しかしながら、アクチュエータ３の回転角度を大きくすると、カム部２ａがプンラジャ６に当接する位置と主軸２の回転中心とを結ぶ直線とプランジャ６の移動方向とのなす角度が小さくなる。その結果、プランジャ６を復帰させる復帰ばね１３によって主軸２に作用するモーメントが小さくなり、主軸２を復帰させる力が小さくなる。また、主軸２のカム部２ａとプランジャ６との間には比較的大きな摩擦力が作用するから、このことによっても主軸２の回転角度が大きくなると復帰させるのが難しくなる。つまり、第２の技術ではアクチュエータ３の回転角度を片側９０°以上などの大きな角度に設定することはできず、使用者の使い勝手という点で第１の技術に劣るものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アクチュエータ３の回転角度の点では第１の技術は第２の技術よりも優れているが、第１の技術で用いているカム４は外周面が弧状であって、凹部４ａを除くと主軸２の中心からカム４の外周面までの距離はほぼ一定に設定されている。したがって、プランジャ６のストロークは凹部４ａの深さによって決定されることになる。
【０００８】
一方、内蔵スイッチ７には各種のものがあり、常閉接点を備える内蔵スイッチ７を用いるときには常閉接点の接点溶着を強制的に開離させることが要求されることもある。このような要求を満たすために、プランジャ６の移動により常閉接点に接点圧を与えている接圧ばねから常閉接点にばね力が作用しなくなった後に、常閉接点を保持している接点板をプランジャ６が直接押圧して常閉接点を強制的に開離させる接点強制開離機構を設けることが考えられている。このような接点強制開離機構を設けるには、プランジャ６に比較的大きなストロークが必要である。しかしながら、カム４に設けた凹部４ａの深さによってプランジャ６のストロークが決定される第１の技術を採用した現状のリミットスイッチでは、接点強制開離機構を動作させるにはプランジャ６のストロークが不十分であって、接点強制開離機構を設ける場合には第２の技術を採用しているのが現状である。
【０００９】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、接点強制開離機構を用いることができる程度の大きなストロークが得られるようにしながらもアクチュエータを９０°以上回転させることが可能なリミットスイッチを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、器体に回動自在に軸支された主軸と、主軸に結合され外力を主軸に伝えて主軸を回転させるアクチュエータと、主軸とともに回転するカムと、カムの周面であるカム面に転がり接触するカムフォロワと、カムとカムフォロワとを介して主軸の回転を直進移動に変換するプランジャと、プランジャの直進移動により接点部を開閉する内蔵スイッチとを備え、カム面にはアクチュエータに外力が作用していないときにカムフォロワが嵌まる凹部が形成され、カム面は、凹部を除く部位の全体が凹部から離れるに従って主軸の回転中心からの距離が大きくなる形状に形成されることにより、アクチュエータの回転角度が大きくなるほどプランジャの移動量を大きくし、内蔵スイッチは、プランジャにより押圧される作動軸と、作動軸に形成された保持孔に中間部が挿通され両端部に常閉接点を備える接点板と、保持孔の内周面と接点板との間に介装された接圧ばねと、常閉接点に離接する固定接点とを備え、接点板は常閉接点を固定接点から開離させる向きにプランジャが移動する過程で保持孔の周面からの押圧力を受けるものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、カムフォロワを鋼球としたものである。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、カムフォロワを円筒状のコロとしたものである。
請求項４の発明は、請求項１の発明において、主軸は器体に突設した円筒状の軸受筒に挿入されて軸支される軸支部を一端部に備え、軸支部の周面に突設されたストッパと、軸受筒の内周面にストッパに当接可能な位置で突設され主軸の器体に対する回転範囲を規制する突部とを備えるものである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、主軸の一端面に周面がローレット状に形成された結合突起が突設され、アクチュエータの一端部に結合突起と噛み合うローレット状の内周面を有する結合孔が形成され、結合突起と結合孔とが嵌合した状態で主軸に螺合する取付ねじによりアクチュエータが主軸に固定されているものである。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、内蔵スイッチが、作動軸に形成された第２の保持孔に中間部が挿通され両端部に常開接点を備える第２の接点板と、第２の保持孔の内周面と第２の接点板との間に介装された第２の接圧ばねと、常開接点に離接する第２の固定接点とを備えるものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、内蔵スイッチが、作動軸に形成された第２の保持孔に中間部が挿通され両端部に第２の常閉接点を備える第２の接点板と、第２の保持孔の内周面と第２の接点板との間に介装された接圧ばねと、第２の常閉接点に離接する第２の固定接点とを備え、第２の接点板が第２の常閉接点を固定接点から開離させる向きにプランジャが移動する過程で第２の保持孔の周面からの押圧力を受けるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態は、基本的には従来構成における第１の技術と同様の構成を有するものであって、図１に示すように、器体１は、ケース本体１ｂとヘッド１ａとからなり、ヘッド１ａには主軸２が軸支される。主軸２の一端部には主軸２の軸方向に直交する方向に延出する形でアクチュータ３が結合される。アクチュエータ３の先端部には被検知物が接触するローラ３ａが取り付けられ、このローラ３ａに被検知物が当接してアクチュエータ３が回転すると、主軸２が回転しヘッド１ａの中で主軸２に結合されているカム４が主軸２とともに回転する。
【００１６】
ケース本体１ｂには内蔵スイッチ７の接点部を駆動するプランジャ６が設けられ、プランジャ６は内蔵スイッチ７の作動軸７ａに結合されている。この作動軸７ａに結合された接点部が図１におけるプランジャ６の上下方向の移動に伴って開閉されるのである。プランジャ６の先端面（図１の上端面）には鋼球よりなるカムフォロワ５が設けられ、カム４の周面にカムフォロワ５が当接する。したがて、アクチュエータ３のローラ３ａに被検知物が当接してアクチュエータ３が回転すると、主軸２の回転に伴ってカム４が回転し、カム４の周面の形状に従ってカムフォロワ５が上下に移動するのである。つまり、プランジャ６が上下に移動して内蔵スイッチ７の接点部が開閉される。
【００１７】
さらに具体的に説明する。図２に示すように、主軸２の一端部は他の部分よりも大径である軸支部２ｂを形成し、軸支部２ｂはヘッド１ａに突設された円筒状の軸受筒１ｃに挿入される。軸支部２ｂの一端には結合突起２ｃが突設され、結合突起２ｃに螺合する取付ねじ２１を用いることによりアクチュエータ３が主軸２に固定される。つまり、結合突起２ｃの外周面は多数の凹凸が形成されたローレット状であり、アクチュエータ３の一端部に設けられ内周面がローレット状である結合孔３ｂに結合突起２ｃが挿入されることによって、主軸２とアクチュエータ３とが相対的に回転しない形で結合され、主軸２からアクチュエータ３が脱落しないように取付ねじ２１が主軸２に螺合するのである。
【００１８】
主軸２の軸支部２ｂの周面の一部にはストッパ２ｄが突設され、軸受筒１ｃの内周面にはストッパ２ｄに当接可能な突部１ｄが形成されている。つまり、主軸２の回転範囲はストッパ２ｄと突部１ｄとの位置関係により規制される。さらに、主軸２には防塵用のＯリング１０が取り付けられている。
主軸２の他端部は筒状に形成されたカム４に圧入される。主軸２には断面四角形状に形成されているカム結合部２ｅが形成され、カム４にはカム結合部２ｅの形状に合致するように角孔４ｃが形成され、主軸２とカム４とが相対的に回転しないようになっている。従来構成と同様にカム４には切欠部４ｂが形成され、ねじりコイルばねよりなる復帰ばね８がカム４の切欠部４ｂに対応する部位で主軸２に装着される。復帰ばね８の両端部には腕片８ａが延長され、腕片８ａはヘッド１ａに係止される。したがって、主軸２が回転すれば復帰ばね８がねじれてカム４に対する復帰力が作用する。ここにおいて、組立時にはカム４と復帰ばね８とをヘッド１ａに図２の下方から挿入した後、Ｏリング１０を取り付けた主軸２をヘッド１ａの前方から軸受筒１ｃを通して挿入すればよい。
【００１９】
ところで、本実施形態では、図３に示すように、カム４の外周面の形状が従来構成（破線で示す）とは異なっている。カム４の周面（カム面４ｄ）には従来構成と同様の凹部４ａが形成されているが、従来構成では凹部４ａを除く部位のカム面４ｄが回転中心Ｃからほぼ等距離（つまり、円弧の一部）であったのに対して、本実施形態のカム面４ｄは凹部４ａから離れるに従って回転中心からの距離が大きくなるように形成されている。つまり、カム４が回転して回転角度が大きくなるほどプランジャ６の下方への移動量が大きくなる。
【００２０】
従来構成では図４▲１▼のように、アクチュエータ３（主軸２）の回転角度がたとえば２０°以上になるとプランジャ６の移動量は一定になっていたのに対して、本実施形態では図４▲２▼のようにアクチュエータ３の回転角度が大きくなるほどプランジャ６の移動量が大きくなるのである。図示例では従来構成でのプランジャ６のストロークを２ｍｍ、本実施形態でのプランジャ６のストロークを４ｍｍに設定してある。
【００２１】
いま、図４のような設計値であって、内蔵スイッチ７のプリトラベル（ＰＴ）が約１ｍｍであるとすれば、従来構成ではプランジャ６のオーバートラベル（ＯＴ）は１ｍｍ程度しかないことになる。一方、本実施形態の構成によれば、プリトラベルが１．５ｍｍであったとしても２．５ｍｍのオーバトラベルを確保することができ、オーバートラベルを２．５〜３ｍｍとすることができる。
【００２２】
本実施形態では、内蔵スイッチ７の接点部として、図５のような構成のものを採用しており、作動軸７ａには接点板９ａの中央部を挿通する保持孔７ｂが形成され、接点板９ａの両端部には接点９ｂ，９ｃがそれぞれ設けられる。本実施形態では常閉接点９ｂを持つ接点板９ａと常開接点９ｃを持つ接点板９ａとを設けてあり、常閉接点９ｂは接点板９ａから上向きに突出し、常開接点９ｃは接点板９ａから下向きに突出する。各保持孔７ｂの中には接点圧を与えるための接圧ばね７ｃ，７ｄがそれぞれ配置される。また、作動軸７ａを図１の上方に押し上げる押接ばね１４がケース本体１ｂと作動軸７ａとの間に設けられる。この押接ばね１４によりカムフォロワ５がカム面４ｄにつねに接触することになる。
【００２３】
いま、アクチュエータ３のローラ３ａに被検知物が接触していなければ、プランジャ６の位置は移動範囲の上端位置であって、このとき、常閉接点９ｂは固定接点９ｄに接触し、接点板９ａが接圧ばね７ｃ，７ｄに押圧されることにより接点圧が確保されている。また、常開接点９ｃを備える接点板９ａは作動軸７ａに設けた保持孔７ｂの周面から上向きの力を受けて固定接点９ｄから開離している。
【００２４】
この状態において、被検知物がアクチュエータ３のローラ３ａに接触したとすると、主軸２が回転してカム４のカム面４ｄから受ける力でプランジャ６が下方に移動する。つまり、作動軸７ａが下方に移動する。この過程で、接圧ばね７ｃによるばね力が接点板９ａに作用しなくなると、常閉接点９ｂは固定接点９ｄから離れようとする。また、常開接点９ｃが固定接点９ｄに接触した後、さらに作動軸７ａが下方に移動すると接圧ばね７ｄによる接点圧が常開接点９ｃと固定接点９ｄとの間に作用することになる。ここにおいて、常閉接点９ｂは固定接点９ｄから離れようとしても、溶着が生じていると常閉接点９ｂを固定接点９ｄから開離させることができない。
【００２５】
そこで、本実施形態では作動軸７ａに設けた保持孔７ｂの周面が接点板９ａを押圧して固定接点９ｄから常閉接点９ｂを開離させるようにしているのである。この機能を実現するには、溶着した常閉接点９ｂを固定接点９ｄから引き離すだけの大きな力を接点板９ａに作用させなければならないから、作動軸７ａに大きなストロークが必要になるのであって、上述したように、本実施形態では従来構成よりも大きなストロークをとることができるから、常閉接点の溶着時における強制的な開離が可能になるのである。
【００２６】
たとえば、上述したように、従来構成での作動軸７ａのオーバトラベルが１ｍｍ程度であるとすれば、本実施形態の作動軸７ａのオーバトラベルは２．５〜３ｍｍ程度を確保するのが容易であるから、従来構成では常閉接点９ｂが固定接点９ｄに溶着しているときにアクチュエータ３の回転量を大きくしても接点板９ａが撓むだけであって常閉接点９ｂを固定設定９ｄから開離させることができなかったのに対して、本実施形態では接点板９ａを十分に撓ませて常閉接点９ｂを固定設定９ｄから開離させることが可能になるのである。
【００２７】
上記構成ではカムフォロワ５を鋼球としているが、十分な耐久性を有するものであれば鋼球に限らず球状のものを用いればよく、あるいはまた、球状ではなく円筒状に形成されたコロをカムフォロワ５として用いてもよい。
（実施形態２）
本実施形態は、内蔵スイッチ７の接点部の構成が実施形態１とは異なるものである。つまり、図６に示すように、２組の常閉接点９ｂを備えている。作動軸７ａには実施形態１の構成と同様に、２枚の接点板９ａが保持されているが、両接点板９ａの両端部にはともに上面に常閉接点９ｂが設けられ、各接点板９ａの下側に接圧ばね７ｄが配置されている。他の構成は実施形態１と同様である。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明の構成によれば、カムとカム面に転がり接触するカムフォロワとを用いて主軸の回転をプランジャの直進移動に変換するから、アクチュエータの回転角度を大きくとることができ、調整が容易になるという利点を有するのはもちろんのこと、カム面に凹部が形成され、カム面が、凹部を除く部位の全体が凹部から離れるに従って主軸の回転中心からの距離が大きくなる形状に形成されることにより、アクチュエータの回転角度が大きくなるほどプランジャの移動量を大きくするから、内蔵スイッチのトータルトラベルを大きくとることができ、内蔵スイッチの接点部の溶着を強制的に解除する機能を容易に実現することができる。すなわち、作動軸は従来構成よりも大きなストロークをとることができるから、作動軸に設けた保持孔の周面が接点板を押圧して固定接点から常閉接点を開離させる際に、溶着した常閉接点を固定接点から引き離すだけの大きな力を接点板に作用させることができ、常閉接点の溶着時における強制的な開離が可能になるのである。なお、被検知物に大きな位置ずれが生じてもアクチュエータに許容された回転角度が大きいから被検知物から受ける力を逃がしてアクチュエータの破損を低減することができる。
【００２９】
請求項４の発明のように、主軸が器体に突設した円筒状の軸受筒に挿入されて軸支される軸支部を一端部に備え、軸支部の周面に突設されたストッパと、軸受筒の内周面にストッパに当接可能な位置で突設され主軸の器体に対する回転範囲を規制する突部とを備えるものでは、別部材を用いることなく主軸の回転角度を制限することができる。
【００３０】
請求項５の発明のように、主軸の一端面に周面がローレット状に形成された結合突起が突設され、アクチュエータの一端部に結合突起と噛み合うローレット状の内周面を有する結合孔が形成され、結合突起と結合孔とが嵌合した状態で主軸に螺合する取付ねじによりアクチュエータが主軸に固定されているものでは、１本の取付ねじだけでアクチュエータと主軸とを結合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示し、（ａ）は器体を開いた状態の正面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】同上の要部分解斜視図である。
【図３】同上の要部断面図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上に用いる接点部の断面図である。
【図６】本発明の実施形態２に用いる接点部の断面図である。
【図７】従来例を示す外観斜視図である。
【図８】同上の断面図である。
【図９】同上の要部分解斜視図である。
【図１０】同上の要部断面図である。
【図１１】他の従来例を示す要部断面図である。
【図１２】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１  器体
１ｃ  軸受筒
１ｄ  突部
２  主軸
２ｂ  軸支部
２ｃ  結合突起
２ｄ  ストッパ
３  アクチュエータ
３ｂ  結合孔
４  カム
４ａ  凹部
４ｄ  カム面
５  カムフォロワ
６  プランジャ
７  内蔵スイッチ
７ａ  作動軸
７ｂ  保持孔
７ｃ，７ｄ  接圧ばね
９ａ  接点板
９ｂ  常閉接点
９ｃ  常開接点
９ｄ  固定接点
２１  取付ねじ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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