JPH0553099U - タッチスイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 永久磁石を持つ磁気回路を利用してリードス
イッチや磁電変換素子を可動ヨークの微少な変位量で作
動させ、かつ長期使用や多頻度使用における動作の安定
化及び信頼性の向上を図る。 【構成】 永久磁石３と固定ヨーク４Ａ，４Ｂとを有す
る固定磁気回路部５と、固定磁気回路部５の漏れ磁束の
変化を感知するリードスイッチ１１又は磁電変換素子
と、固定磁気回路部５の磁路を橋絡する位置にある少な
くとも一つの可動ヨーク６とを備え、外力で前記可動ヨ
ーク６の橋絡状態が解除されたことを前記リードスイッ
チ１１又は磁電変換素子により前記漏れ磁束の変化とし
て検知する構成である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、被検知物体の微少な移動距離を感知するセンサ、移動物体の正確な 位置検出のためのセンサや、所定の外力を感知する圧力センサなどに適している 永久磁石を利用したタッチスイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、変位量(移動距離)検出用または外力検出用スイッチとして一般に使用さ れているものとしてマイクロスイッチが知られている。図１０は上記マイクロス イッチの操作力（外力）とスイッチ作動（スイッチ・オン又はスイッチ・オフ） に至るまでの変位量との関係を示し、スイッチ作動に必要な変位量x₂は比較的大 きくて０.３〜０.５mm程度である。また、スイッチ作動となる変位量のばらつき も大きいのが普通である。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上記したように、従来一般的なマイクロスイッチは、図１０の変位量x₂より微 少な変位量で作動が要求される用途には不適であり、被検知物体の微少な移動距 離を感知するセンサや移動物体の正確な位置検出のためのセンサに利用すること は困難である。また、マイクロスイッチは、ばねの復元力で作動前の状態に復帰 する構造であるため、作動回数が多くなるのに伴いばねの復元力が初期の状態よ り変化するので、長期使用や多頻度使用に伴い信頼性が低下する嫌いがあった。

【０００４】 一方、数μmという非常に微少な変位量で作動するスイッチとして超高精度ス イッチが知られているが、非常に高価なものであるため用途が限定されてしまう 嫌いがあった。

【０００５】 本考案は、上記の点に鑑み、微少な変位量で作動可能であり、長期使用や多頻 度使用においても安定に作動し、精度及び信頼性の向上を図り安価で様々な用途 に使用可能なタッチスイッチを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案のタッチスイッチは、永久磁石と少なくと も一つの固定ヨークとを有する固定磁気回路部と、該固定磁気回路部の磁路を橋 絡する位置にある少なくとも一つの可動ヨークとを備え、外力が前記可動ヨーク に加わる如く構成するとともに、前記外力で前記可動ヨークの橋絡状態が解除さ れたことによる前記固定磁気回路部の漏れ磁束の変化を感知するリードスイッチ 又は磁電変換素子を備えた構成としている。

【０００７】

【作用】

本考案のタッチスイッチの動作原理を説明する。永久磁石とその磁極面に少な くとも一つの固定ヨークを配置して固定磁気回路部を構成し、該固定磁気回路部 の磁路を橋絡する位置に少なくとも一つの可動ヨークを配置しておく。前記可動 ヨークに外力を加えることで、前記可動ヨークによる固定磁気回路部の磁路の橋 絡状態が解除されると、前記永久磁石を含む固定磁気回路部の漏れ磁束に変化が 生じる。この漏れ磁束の変化は、前記可動ヨークが微少量変位しただけでもリー ドスイッチや磁電変換素子を充分作動させ得る大きさとなることに着目し、前記 固定磁気回路部の漏れ磁束の経路にリードスイッチ又は磁電変換素子を配置して 、前記磁路の橋絡あるいは開放時における前記固定磁気回路部の漏れ磁束の変化 を前記リードスイッチ又は磁電変換素子で検出している。このように、本考案の タッチスイッチは、前記固定磁気回路部の漏れ磁束の急激な変化をリードスイッ チ又は磁電変換素子で感知してスイッチのオン−オフを行うので、微少な変位量 （例えば数１０μm）で作動可能で高精度なスイッチが実現できる。従来のマイ クロスイッチと比較して、接点が磁束密度の変化で作動するリードスイッチ又は 磁電変換素子を用いているため、接点の動作が安定しチャタリングが少ない。ま た、初期状態への復帰を磁石の吸引力で行っているので、従来のばねの復元力を 利用したマイクロスイッチと比較して、長期使用や多頻度使用における復元力低 下がなく動作が安定し、構造も簡単なので安価で信頼性の高いスイッチを実現で きる。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案に係るタッチスイッチの実施例を図面に従って説明する。

【０００９】 図１及び図２は本考案の第１実施例を示す。これらの図において、タッチスイ ッチ１は、内部に空間を形成するための着磁方向の貫通穴２を有する円筒状の永 久磁石３の両磁極面に鉄等の磁性体である一対の固定ヨーク４Ａ,４Ｂをそれぞ れ接合一体化した固定磁気回路部５と、前記貫通穴２内に配設されたリードスイ ッチ１１と、外力が無い状態では該固定磁気回路部５の磁路を橋絡する位置にあ る鉄等の磁性体である可動ヨーク６と、外力（操作力）を可動ヨーク６に伝える 非磁性体又は磁性体の可動棒７とを、樹脂等で形成されたケース９に収納した構 成である。

【００１０】 前記ケース９には、前記固定磁気回路部５や可動ヨーク６が収納配置される収 納空間１０が形成されている。

【００１１】 前記固定磁気回路部５は、永久磁石３の両端面(両開口端面)に磁極 (一方の面 にＮ極、他面にＳ極）を形成し、該両磁極面にそれぞれ底面が吸着面１６となっ た固定ヨーク４Ａ,４Ｂを配置固定して成っており、前記ケース９の収納空間１ ０内壁に固定されている。前記固定ヨーク４Ａ,４Ｂは、前記永久磁石３の両端 面に取り付けられる部分に永久磁石内径と同心で前記リードスイッチ１１外径よ りやや大きい穴１２Ａ,１２Ｂがそれぞれ形成されている。前記リードスイッチ １１はその長手方向が貫通穴２の中心部を貫通し、前記リードスイッチ１１が有 する一対の磁性線１８Ａ,１８Ｂの端部が前記穴１２Ａ,１２Ｂからそれぞれ突出 するように配置されており、前記穴１２Ａ,１２Ｂあるいは貫通穴２に樹脂等の 固定部材１９を充填すること等により固定されている。すなわち、リードスイッ チ１１は、その接点１５が貫通穴２の略中央部に位置していればよい。ここでは 、永久磁石３による漏れ磁束が貫通穴２の長手方向を通過しており、貫通穴２内 にはリードスイッチ１１の接点１５を成す一対の磁性線１８Ａ,１８Ｂに略平行 に磁場が形成されている。従ってリードスイッチ１１を効率的に駆動できる。

【００１２】 前記可動ヨーク６は、一方の端部上縁Ｐを支点として微少範囲で回動できるよ うにケース９の収納空間１０の底部側に配設され、該可動ヨーク６の他方の端部 上面Ｑに下端が当接する可動棒７はケース９に対して上下方向に摺動自在に取り 付けられている。この可動棒７は、前記可動ヨーク６上面が固定ヨーク側吸着面 １６に吸着されているときは上端がケース９上面に突出するようになっており、 該可動棒７にはケース９から抜けないようにストッパ１７が設けられている。前 記可動ヨーク６は、通常、磁気吸引力で前記固定ヨーク４Ａ,４Ｂの底面をなす 平坦な吸着面１６に吸着されているが、可動棒７に前記磁気吸引力に打ち勝つ外 力（操作力）が加わったときは、前記端部上縁Ｐを支点として下方に回動するこ とで図１の仮想線の如く前記吸着面１６から離脱することができる。

【００１３】 図３及び図４で第１実施例の動作原理を説明する。図３は固定磁気回路部５の 構成を示しており、円筒状永久磁石３の貫通穴２の中心部（リードスイッチ１１ が配置される位置）には漏れ磁束Φが矢印の向きで通っている。固定ヨーク４Ａ ,４Ｂの吸着面１６に可動ヨーク６が図３の仮想線の如く吸着されて密着してい れば、可動ヨーク６で固定ヨーク４Ａ,４Ｂが橋絡される結果、永久磁石３のＮ 極−固定ヨーク４Ａ−可動ヨーク６−固定ヨーク４Ｂ−永久磁石３のＳ極に至る 磁路がエアーギャップ無しで成立し、この磁路を大部分の磁束がとおることにな り、前記漏れ磁束Φは少ない。ここで、外力で可動ヨーク６が固定ヨーク４Ａ， ４Ｂから離脱すると、前記永久磁石３のＮ極−固定ヨーク４Ａ−可動ヨーク６− 固定ヨーク４Ｂ−永久磁石３のＳ極に至る磁路中にエアーギャップが存在するこ とになって当該磁路を通過する磁束が急減し、逆に前記漏れ磁束Φは急増する。

【００１４】 図４は外力によって生じた可動ヨーク６と固定ヨーク吸着面１６との間の対向 距離Ｘと漏れ磁束Φとの関係を示している。この図４から、対向距離Ｘ＝０（ギ ャップ零）近傍では僅かな対向距離変化で漏れ磁束Φが大きく変化し、対向距離 に対する漏れ磁束の変化率が点線Ｈのように極めて大きいことが判る。そして、 数１０μmの対向距離の変化で十分にリードスイッチやその他の磁電変換素子を 動作させ得る漏れ磁束Φの変化量が得られることが実験的に確認されている。

【００１５】 以上の第１実施例の構成において、タッチスイッチとしての動作を説明する。 通常は可動ヨーク６上面が前記固定ヨーク４Ａ,４Ｂの吸着面１６に吸着されて いるともに、前記可動ヨーク６の端部上面Ｑに可動棒７下端が当接しており、そ の可動棒７上端がケース９上面に突出している。このとき、前記吸着面１６に可 動ヨーク６上面が吸着していることで前記固定磁気回路部５の磁路は橋絡されて おり、永久磁石３の磁束の大部分は固定ヨーク４Ａ,４Ｂを介して可動ヨーク６ を通るため、貫通穴２の内部を通過する漏れ磁束は少なくなり、前記リードスイ ッチ１１に及ぶ漏れ磁束密度はリードスイッチ１１の開放値以下となっていて、 その接点１５は開きリードスイッチ１１はオフとなっている。

【００１６】 一方、ケース９上面に突出している可動棒７上端に上方から操作力を加えるこ とにより、可動棒７が下(矢印Ｔ１方向)に押し下げられて前記可動ヨーク６の端 部上面Ｑを押圧し、可動ヨーク６が前記吸着面１６から離脱して端部上縁Ｐを支 点に下方に回動する。この結果、固定ヨーク４Ａ,４Ｂの吸着面１６と可動ヨー ク６上面との間にギャップが生じ、可動ヨーク６による固定ヨーク４Ａ,４Ｂ間 の橋絡状態が解除され、前記永久磁石３のＮ極−固定ヨーク４Ａ−可動ヨーク６ −固定ヨーク４Ｂ−永久磁石３のＳ極に至る磁路中にエアーギャップが存在する ことになって、当該磁路を通過する磁束は急減し、逆に貫通穴２の内部空間を通 過する漏れ磁束は急増する。従って、前記リードスイッチ１１に及ぼす漏れ磁束 密度はリードスイッチ１１の感動値以上となり、接点１５が閉じリードスイッチ １１はオンとなる。

【００１７】 図４の動作原理の所で説明したように、リードスイッチ１１をターンオンさせ るための可動ヨーク６の変位量はごく僅かでよいから（例えば数１０μm以下） 、マイクロスイッチに比べて極めて高精度のスイッチを構成できることが判る。

【００１８】 リードスイッチ１１のオン状態から通常のオフ状態への復帰は、可動棒７に加 わっている力が低下して、前記固定磁気回路部５の吸着面１６が可動ヨーク６を 吸引する力で可動ヨーク６が吸着面１６に再び吸着されたときに、固定磁気回路 部５の磁路が再び可動ヨーク６にて橋絡されてリードスイッチ１１に及ぼす漏れ 磁束密度がリードスイッチの開放値以下になることで行なわれる。その際、可動 棒７も元の状態に戻される。

【００１９】 また、前記可動ヨーク６上面と吸着面１６との対向距離Ｘ（但し、図１の固定 ヨーク左端におけるもの）と、可動ヨーク６上面を吸着面１６から離脱させるた めに可動棒７上端に加える操作力の大きさＦとの関係を図５に示す。図に示すよ うに、対向距離Ｘ＝０において操作力の大きさＦは一定値ｆ₁（磁気回路で予め 定まる）であり、対向距離が僅かに増えると急減していくことが分かる。従って 、可動ヨーク６を吸着面１６から離脱させるためには、可動棒７上端に加える外 力がｆ₁以上でなければならない。図中の点線の直線は、リードスイッチ１１が ターンオンとなる対向距離Ｘ＝x₁を示している。つまり、可動棒７上端に加えら れる外力が一定の大きさ以上でないと固定磁気回路部５における可動ヨーク６の 橋絡状態が解消されず、リードスイッチ１１がターンオンしない。このことを利 用して第１実施例の構成を圧力センサ等の用途にも使用できる。

【００２０】 なお、前記永久磁石３の磁気特性や固定ヨーク４Ａ,４Ｂの寸法を変えること で、可動ヨーク６を離脱させるのに必要な操作力の大きさＦを所望の大きさに設 定することができる。

【００２１】 図６及び図７は本考案の第２実施例を示している。これらの図において、タッ チスイッチ１Ａは、直方体状の永久磁石２３とそれぞれ鉄等の磁性体である一対 の平板状固定ヨーク１４Ａ,１４Ｂとを有する固定磁気回路部５Ａと、該固定磁 気回路部５Ａを橋絡する鉄等の磁性体である可動ヨーク６と、棒状の非磁性体又 は磁性体である可動棒７とを、樹脂等で形成されたケース９Ａに収納した構成で ある。

【００２２】 前記固定磁気回路部５Ａは、永久磁石２３の厚み方向の両側面に磁極を形成し 、該両磁極面にそれぞれ平板状固定ヨーク１４Ａ,１４Ｂを配置固定して成って おり、前記ケース９Ａの収納空間１０Ａ内壁に固定されている。図７のように、 前記平板状固定ヨーク１４Ａ,１４Ｂは、前記永久磁石２３上面より突出する突 出部２２Ａ,２２Ｂをそれぞれ一体に形成した形状であって、それぞれの該突出 部２２Ａ,２２Ｂ同士が正面で対向しないように左右対称に形成されており、両 ヨーク下端面は前記可動ヨーク６が吸着される吸着端面２５Ａ,２５Ｂとしてい る。また、前記ケース９Ａの収納空間１０Ａ内の永久磁石２３の上方にはスイッ チ固定部３０が形成されており、リードスイッチ１１が配置固定されている。

【００２３】 この場合、互いに斜めに位置する突出部２２Ａ,２２Ｂにより、永久磁石２３ 上面上方を斜めに横断して漏れ磁束が通るようになっている。すなわち、前記リ ードスイッチ１１は、その接点１５が永久磁石２３上面上方の略中央部に位置し 、一対の磁性線１８Ａ,１８Ｂのうち磁性線１８Ａが平板状固定ヨーク１４Ａの 突出部２２Ａに対向し,磁性線１８Ｂが平板状固定ヨーク１４Ｂの突出部２２Ｂ に対向していれば良い。

【００２４】 従って、この第２実施例の構成によると、前記第１実施例と同様に、外力を加 えて可動棒７を矢印Ｔ２方向に押し下げることで、可動ヨーク６の橋絡を解除し 、リードスイッチ１１を作動させることができる。なお、その他の構造及び作用 は前記第１実施例と同様である。

【００２５】 図８及び図９は本考案の第３実施例を示している。これらの図において、タッ チスイッチ１Ｂは、貫通穴２を有する円筒状の永久磁石３とそれぞれ鉄等の磁性 体である一対の平板状固定ヨーク２４Ａ,２４Ｂとを有する固定磁気回路部５Ｂ と、該固定磁気回路部５Ｂを橋絡する鉄等の磁性体である一対の可動ヨーク２６ Ａ,２６Ｂとを、樹脂等で形成されたケース９Ｂに収納配置した構成である。

【００２６】 前記固定磁気回路部５Ｂは、永久磁石３の両端面(両開口端面)に磁極を形成し 、該両磁極面にそれぞれ平板状固定ヨーク２４Ａ,２４Ｂを配置固定して成って おり、前記ケース９Ｂの収納空間１０Ｂ内に固定されている。また、前記永久磁 石３の貫通穴２の内部にはリードスイッチ１１が配置されている。前記平板状固 定ヨーク２４Ａ,２４Ｂは、前記永久磁石３の両端面に取り付けられる部分に穴 １２Ａ,１２Ｂがそれぞれ形成され、それぞれのヨーク両側端面は前記可動ヨー ク２６Ａ,２６Ｂが吸着される吸着端面２７としている。

【００２７】 前記可動ヨーク２６Ａ,２６Ｂは、前記固定磁気回路部５Ｂを間に平行に対面 し、それぞれ下端部外縁Ｓを支点として微少範囲で回動できるようにケース９Ｂ の収納空間１０Ｂに配設されており、通常は前記平板状固定ヨーク２４Ａ,２４ Ｂの両側の吸着端面２７にそれぞれ吸着されている。また、外力にて前記下端部 外縁Ｓを支点として外側に回動させることで前記吸着端面２７からそれぞれ離脱 させことができる。

【００２８】 この場合、固定磁気回路部５Ｂにおいて、接点１５が貫通穴２の略中央に位置 しているリードスイッチ１１が有する一対の磁性線１８Ａ,１８Ｂに略平行に漏 れ磁束が通るようになっており、一対の可動ヨーク２６Ａ,２６Ｂが前記平板状 固定ヨーク２４Ａ,２４Ｂの吸着端面２７に吸着されることで固定ヨーク２４Ａ, ２４Ｂ間磁路が橋絡されている。そして、図８に示すように、被検知物体側に下 端中央が細くなっているテーパー形状の押圧体２９を装着し、該押圧体２９の下 端中央部を平行な可動ヨーク２６Ａ,２６Ｂの中間に配置している。

【００２９】 従って、この第３実施例の構成によると、被検知物体に外力が働いて前記押圧 体２９が矢印Ｔ３方向に押し下げられることで、前記固定磁気回路部５Ｂの磁路 を橋絡していた一対の可動ヨーク２６Ａ,２６Ｂが下端部外縁Ｓを支点として外 側に押し広げられて磁路の橋絡状態が解消され、リードスイッチ１１を作動させ ることができる。なお、その他の構造及び作用は前記第１実施例と同様である。

【００３０】 上記各実施例のタッチスイッチによると、次のような効果を得ることができる 。 （１） 永久磁石を内蔵した固定磁気回路部に対して可動ヨークを吸着離脱させ ることで磁路の橋絡、開放を行い、前記固定磁気回路部の急激な漏れ磁束変化を リードスイッチで感知してスイッチのオン−オフを行うので、可動ヨークの微少 な変位量（換言すれば被検知物体の微少な変位量）で作動可能で高精度なスイッ チが実現できる。 （２） 可動ヨークは固定磁気回路部の磁気吸引力を上回る一定値以上の外力が 加わらないと動かないので、被検知物体からの一定の外力に対して作動するスイ ッチが実現でき、圧力センサ等への応用が考えられる。 （３） 可動ヨークの初期状態への復帰を永久磁石の吸引力で行っており、一旦 可動ヨークが離れた後は、外力が著しく低下乃至零にならないと可動ヨークが復 帰しない特長（一種の状態保持スイッチ）もあり、この特長を生かした用途も考 えられる。 （４） 可動ヨークの復帰にばねを使用しないので、従来のばねの復元力を利用 したマイクロスイッチ等と比較して、長期使用や多頻度使用における復元力低下 がなく作動が安定し、構造も簡単で低コストで製造でき、様々な用途に使用可能 である。 （５） 従来のマイクロスイッチと比較して、接点が磁束密度の変化で作動する リードスイッチを用いているため、接点の動作が安定しチャタリングが少ない。 また、接点が密封状態であるリードスイッチを用いているため、接点の腐食の恐 れがなく、様々なガス雰囲気中での使用が可能である。

【００３１】 なお、上記各実施例において、固定磁気回路部の磁路の橋絡、橋絡解除（開放 ）による漏れ磁束変化を検出する素子としてリードスイッチ１１を用いたが、ホ ールＩＣ、磁気抵抗効果素子、ＳＭＤ等の磁電変換素子を用いて検出する構成と してもよい。この場合、磁路の橋絡時がオフで開放時がオンとなるスイッチだけ でなく、橋絡時がオンで開放時がオフとなるスイッチも構成できる。また、第１ 実施例及び第３実施例で使用した円筒状の永久磁石３については、貫通穴を有す る他の形状(角筒等)の永久磁石を用いてもよい。

【００３２】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案のタッチスイッチによれば、数１０μm程度の微 少な変位量で作動する高精度なスイッチが実現できるとともに、被検知物体から の一定値以上の外力に対して作動するスイッチが実現でき、圧力センサなどに応 用できる。また、接点が密封状態であるリードスイッチや磁電変換素子を用いる ことができるため、様々なガス雰囲気中で使用できる。また、初期状態への復帰 を永久磁石の吸引力で行っているので、従来のばねの復元力を利用したマイクロ スイッチ等と比較して、長期使用や多頻度使用における復元力低下がなく作動が 安定している。さらに、永久磁石とヨークの組み合わせであって構造も簡単で安 価で信頼性が高く、様々な用途に使用可能な高精度なタッチスイッチを提供でき る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るタッチスイッチの第１実施例を示
す側断面図である。

【図２】同正断面図である。

【図３】第１実施例の動作説明のための固定磁気回路部
の正断面図である。

【図４】第１実施例における可動ヨークと吸着面との対
向距離Ｘと、固定磁気回路部の漏れ磁束Φとの関係を示
すグラフである。

【図５】第１実施例における可動ヨークと吸着面との対
向距離Ｘと、操作力の大きさＦのと関係を示すグラフで
ある。

【図６】本考案の第２実施例を示す側断面図である。

【図７】第２実施例における要部を示す斜視図である。

【図８】本考案の第３実施例を示す正断面図である。

【図９】同平面図である。

【図１０】従来のマイクロスイッチにおける変位量Ｘ
と、その変位量を与えるために加える操作力の大きさＦ
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１,１Ａ,１Ｂ タッチスイッチ ３,２３ 永久磁石 ４Ａ,４Ｂ 固定ヨーク ５,５Ａ,５Ｂ 固定磁気回路部 ６,２６Ａ,２６Ｂ 可動ヨーク ７ 可動棒 １１ リードスイッチ １４Ａ,１４Ｂ,２４Ａ,２４Ｂ 平板状固定ヨーク ２９ 押圧体

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石と少なくとも一つの固定ヨーク
   とを有する固定磁気回路部と、該固定磁気回路部の磁路
   を橋絡する位置にある少なくとも一つの可動ヨークとを
   備え、外力が前記可動ヨークに加わる如く構成するとと
   もに、前記外力で前記可動ヨークの橋絡状態が解除され
   たことによる前記固定磁気回路部の漏れ磁束の変化を感
   知するリードスイッチ又は磁電変換素子を備え一体化し
   たことを特徴とするタッチスイッチ。