JP6034106B2 - スイッチのステップ動作機構 - Google Patents

Description

本発明は、予め設定された中間位置までの範囲内で可動部が変位する通常操作、及び中間位置を超えて可動部が変位する非常操作からなる２段階の操作を可能とするスイッチのステップ動作機構に関する。

従来、プレス機や各種工作機械等を操作するためにフットスイッチが用いられている。
この種の機器に使用されるフットスイッチは、操作時の安全性を向上させるために、緊急時には、フットスイッチを強く踏み込むことで、装置を非常停止できるようにすることが望まれている。

即ち、緊急時には、操作中のフットスイッチから足を離す動作をしたり、別途設けられた緊急停止用のスイッチを操作したりするよりも、操作中のフットスイッチを更に踏み込む動作の方が簡単且つ迅速に行うことができるからである。

この場合、フットスイッチは、予め設定された規定値以下の押圧力にて可動部（ペダル等）が操作（以下「通常操作」という）された場合、予め設定された中間位置までの範囲内で可動部が変位し、規定値を超える押圧力にて可動部が操作（以下「非常操作」という）された場合、上記中間位置を超えて可動部が変位するように、２段階の操作を可能とする必要がある。

このような２段階の操作を可能とするステップ動作機構として、図８に示すものが知られている。図８は、ステップ動作機構１００の構成及び動作を示す説明図である。
図８（ａ）に示すように、ステップ動作機構１００は、対向配置された一対の側壁１１０（但し、図面を見やすくするため、手前側の側壁の図示を省略している）有しており、この側壁１１０の間に設けられた第１の支軸１１２に、一端が回動自在に支持された第１リンク部材（ローラリンク）１２０ａと、第１の支軸１１２と同様に側壁１１０の間に形成された第２の支軸１１４に、一端が回動自在に支持された第２リンク部材（ローラリンク）１２０ｂと、第１及び第２の支軸１１２，１１４にそれぞれ支持された第１及び第２リンク部材１２０ａ，１２０ｂの各固定端とは反対側の端部である各自由端を、相互に且つ回動自在に連結する第３リンク部材（ピンリンク）１２０ｃとからなるリンク機構（ローラチェーン）１２０を備えている。

そして、第１の支軸１１２は、第２の支軸１１４より斜め上方に配置されており、第２リンク部材１２０ｂ及び第３リンク部材１２０ｃをほぼ一直線上に並ぶように変位させた時に、第１の支軸１１２と第２リンク部材１２０ｂの自由端とがほぼ同じ高さに位置し、且つ第１リンク部材１２０ａの自由端を通る鉛直軸を挟んで、第１リンク部材１２０ａ及び第３リンク部材１２０ｃがほぼ同じ角度で傾斜するようにされている。

また、ステップ動作機構１００は、第１の支軸１１２に取り付けられ、第１リンク部材１２０ａの自由端を上方向に付勢するねじりコイルばねからなる第１付勢部材１１６ａと、第２の支軸１１４に取り付けられ、第２リンク部材１２０ｂの自由端を、第１の支軸１１２側に向けて付勢するねじりコイルばねからなる第２付勢部材１１６ｂとで構成された付勢機構１１６を備えている。

なお、側壁１１０の間には、第２リンク部材１２０ｂの自由端が、第１リンク部材１２０ａの自由端から第２リンク部材１２０ｂの固定端（即ち第２の支軸１１４）を結ぶ仮想線より上側に位置する停止位置を超えて変位することのないように、第２リンク部材１２０ｂ或いは第３リンク部材１２０ｃに当接して両リンク部材１２０ｂ，１２０ｃの変位を規制するストッパ（図示せず）が設けられている。

このように構成されたステップ動作機構１００では、リンク機構１２０に外部からの力が加えられていない場合、付勢機構１１６の付勢力によって、リンク機構１２０は、図８（ａ）に示す所定の形状、即ち第２リンク部材１２０ｂと第３リンク部材１２０ｃとが予め設定された角度をなし、且つ第１リンク部材１２０ａの自由端が第１の支軸１１２，第２の支軸１１４，及び第２リンク部材１２０ｂの自由端より上側に位置する形状に保持される。

そして、図示しないフットスイッチのペダルが押下されると、ペダルが第１リンク部材１２０ａの自由端近傍に当接し、この第１リンク部材１２０ａの自由端を押下する押圧力が加わる。但し、その押圧力が、予め設定された規定値以下であれば、リンク機構１２０は変形することなく、付勢機構１１６の付勢力によって保持された形状を維持する。このため、ペダルの変位は、第１リンク部材１２０ａの自由端と当接する位置までに制限されることになり、この位置が中間位置となる。

一方、第１リンク部材１２０ａの自由端に加わる押圧力が、予め設定された規定値を超えている場合、リンク機構１２０は、付勢機構１１６の付勢力に抗して、第２リンク部材１２０ｂと第３リンク部材１２０ｃとが成す角度がより鋭角的になるような形状に変化し、第１リンク部材１２０ａの自由端はペダルと共に変位（下降）する。このため、ペダルは、中間位置を超えて変位することになる。この時のリンク機構１２０の形状は、図８（ｂ）に示す通りである（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−２４５８９９号公報

このように、ステップ動作機構１００では、支軸１１２，１１４に巻き付いた状態に組み付けられたねじりコイルばねにより、リンク機構１２０の形状を保持する付勢力を得ている。

ところで、ステップ動作機構１００を小型化するためには、リンク機構１２０を構成する各リンク部材間の間隔を短くする必要があり、これに伴って、ねじりコイルばねの腕状部分も、その先端が外部の物体に接触してしまうことがないように、短くする必要がある。

また、ねじりコイルばねは、腕状部分が押圧されるとコイル部分の内径が縮むため、コイル部分の内径が、組み付け対象となる支軸の外径より大き目のものを用いる必要がある。つまり、ねじりコイルばねは、がたつきのある状態で支軸に組み付けられることになる。

従って、支軸に組み付けられたねじりコイルばねの姿勢によっては、付勢対象となる支軸に腕状部分を確実に当接させることができず、必要な付勢力を確実に発生させる状態を維持することができなくなってしまう可能性があるため、十分な小型化を実現することが困難であるという問題があった。

また、ステップ動作機構１００をフットスイッチ等、動作量の少ない装置に適用した場合、コイルばねが組み付けられる支軸と、付勢対象となる支軸とは非常に接近したものとなる。この場合、ねじりコイルばねの腕の長さは、数ｍｍ程度の巻線の直径と同程度になってしまうため、所望の方向を向いた状態となるように指でつまむにも苦労することになり、組み付け作業の際に、非常に扱いにくいという問題もあった。

本発明は、上記問題点を解決するために、小型化が可能なスイッチのステップ動作機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、外部からの操作により変位する可動部を備えたスイッチにおいて、前記可動部を操作する押圧力が予め設定された規定値以下である場合、前記可動部の変位を予め設定された中間位置までに制限すると共に、前記押圧力が前記規定値を超える場合、前記中間位置を超えた前記可動部の変位を許容することにより２段階の操作を可能とするスイッチのステップ動作機構であって、前記押圧力によって前記可動部が変位する側に設置された第１の支軸に、一端が回動自在に支持された第１リンク部材と、前記押圧力によって前記可動部が変位する側且つ前記第１の支軸とは異なる位置に設置された第２の支軸に、一端が回動自在に支持された第２リンク部材と、前記第１の支軸及び第２の支軸に支持された前記第１リンク部材及び第２リンク部材の各固定端とは反対側の端部である第１の自由端及び第２の自由端を、相互に且つ回動自在に連結する第３リンク部材と、前記第１の支軸と前記第２の自由端との間に取り付けられ、前記第２の自由端を前記第１の支軸に接近させる方向に付勢する付勢部材と、前記第２の自由端が前記第１の自由端と前記第２の支軸とを結ぶ線を越えて前記第１の支軸側に移動することがないように前記第２の自由端の変位を規制する規制部材とを備え、前記操作によって前記第１の自由端に前記可動部が当接し、前記押圧力が前記規定値を越えると前記付勢部材の付勢力に抗して前記第１乃至第３リンク部材が成す形状が変化することを特徴とする。

このように構成された本発明のスイッチのステップ動作機構では、各リンク部材に外部からの力が加えられていない場合、付勢部材の付勢力によって、各リンク部材は、所定の形状、即ち、規制部材によって第２の自由端の変位が規制されることにより、第２の自由端が第１の自由端と第２の支軸とを結ぶ線を挟んで、第１の支軸とは反対側に位置するような形状に保持される。

そして、外部からの操作により変位した可動部は、第１リンク部材の自由端近傍に当接する。この時、可動部を操作する押圧力、即ち可動部を介して第１リンク部材の自由端に加わる押圧力が、予め設定された規定値以下である場合、各リンク部材は、変位することなく静止したままの状態を保持する。その結果、可動部の変位は、第１リンク部材の自由端に当接する位置までに制限されることになり、この位置が中間位置となる。

一方、可動部を介して第１リンク部材の自由端に加わる押圧力が、予め設定された規定値を超えている場合、各リンク部材は、付勢部材の付勢力に抗して、第２及び第３リンク部材の成す角度がより鋭角的になるような形状に変化し、第１リンク部材の自由端は可動部と共に変位する。その結果、可動部は中間位置を超えて変位することになる。なお、第２及び第３リンク部材が成す角度は、変位が進むに従ってより鋭角的になるため、一旦変位が始まると、以後はより小さな押圧力で第１リンク部材の自由端を変位させることが可能となる。

その後、可動部を介した押圧力が解除されると、各リンク部材は、付勢部材の付勢力によって、押圧力が加えられる前の元の形状に復帰する。
このように構成された本発明によれば、可動部が中間位置を越えて変位を開始した時にクリック感が得られるだけでなく、可動部を、変位可能な最大限の位置まで確実に到達させることができる。

また、本発明によれば、付勢部材は第１の支軸と第２の自由端との間に取り付けられ、この両者の間に付勢部材を取り付けるだけのスペースが確保されていればよいため、第１の自由端，第２の自由端，第２の支軸の間隔（即ち、第２リンク部材及び第３リンク部材の長さ）を最大限に短くすること、ひいてはステップ動作機構を小型化することができる。

更に、本発明によればねじりコイルばねを使用する必要がないため、ねじりコイルばねの腕状部分の先端によって、当該ステップ動作機構を設置した床等を傷つけてしまうといった問題も解消することができる。

ところで、第１の支軸と第２の自由端との間に付勢部材を取り付けた場合、押圧力が加えられることによって、第１リンク部材と第３リンク部材とがほぼ直線状に位置した状態に変形してしまうと、押圧力が除かれたとしても、付勢部材の付勢力では元の形状に戻ることができないという問題が生じる。

しかし、本発明によれば、規制部材が、第２の自由端が第１の自由端と第２の支軸とを結ぶ線を越えて第１の支軸側に移動することがないように第２の自由端の変位を規制するため、押圧力が除かれた時には、付勢部材の付勢力によって、各リンク部材の位置を元の状態に戻すことができる。

なお、本発明のスイッチのステップ動作機構において、前記第２リンク部材及び前記第３リンク部材は、同じ長さ且つ前記第１リンク部材より短く形成されていてもよい。

この場合、第１リンク部材と第２の自由端との間に、付勢部材を取り付けるための十分なスペースを確保することができる。
更に、本発明のスイッチのステップ動作機構は、前記第１の自由端に当接した前記可動部の押圧力が、前記第１の自由端と前記第２の支軸とを結ぶ線に沿った方向に作用するように配置されていてもよい。

この場合、可動部の押圧力を、効率良くステップ動作機構に伝達することができる。
また、本発明のスイッチのステップ動作機構は、前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とが成す角度が１８０度未満となる範囲内で変化するように、前記第１乃至第３リンク部材の長さ及び前記第１の支軸乃至第２の支軸の位置が設定されていてもよい。

なお、本発明のスイッチのステップ動作機構は、どのようなスイッチに適用してもよいが、例えば、フットスイッチに対して好適に用いることができ、その場合、足踏操作されるペダルが上述の可動部となる。

実施形態のフットスイッチの外観を示す正面図，平面図，右側面図である。 カバーを装着した状態のフットスイッチを示す正面図，平面図，右側面図，左側面図である。 ペダルを取り外した状態のフットスイッチを示す正面図，平面図，右側面図である。 ステップ動作機構の構成を示す、正面図，平面図，右側面図である。 ステップ動作機構の動作を表す説明図である。 ステップ動作機構の動作特性を表すグラフである。 フットスイッチの動作を表す説明図である。 従来のステップ動作機構の構成及び動作を表す説明図である。 ステップ動作機構の台座部の形状の変形例を示す断面図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜全体構成＞
図１は、本発明が適用された実施形態のフットスイッチ１の外観を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図である。また、図２は、カバー６を装着した状態のフットスイッチ１を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図である。なお、本実施形態のフットスイッチ１は、数値制御旋盤の操作等に使用されるものである。

図１及び図２に示すように、フットスイッチ１は、操作者によって足踏操作されるペダル２と、ペダル２の動作を制御する操作機構部３と、ペダル２の操作状態を表す信号を生成する信号生成部４と、信号生成部４で生成された信号を外部に出力するための出力部５とを備えている。

以下では、平面図における上下方向及び側面図における横方向を「幅方向」、正面図及び平面図における横方向を「前後方向」、正面図及び側面図における上下方向を「上下方向」と呼ぶものとする。

なお、フットスイッチ１は、床に載置される床板１１上に形成され、操作機構部３が位置する部位には、床板１１の幅方向両端に側壁１２，１２が設けられ、また、信号生成部４が位置する部位には、床板１１を底板とする無蓋箱状の部屋を形成する周壁１３が設けられている。また、周壁１３において側方両端で対向する側方対向壁の上部には、カバー６を取り付けるためのネジ孔を有した取付ガイド部１４が設けられている。

このうち、側壁１２は、周壁１３と略同じ高さに形成され周壁１３と接するように形成された支持壁部１２ａと、支持壁部１２ａ側が最も高く、前後方向の端部側（正面図，平面図の右側）ほど低くなるように傾斜した形状に形成された傾斜壁部１２ｂからなる。そして、支持壁部１２ａの上端付近には、ペダル２を支持するためのシャフト１５が設けられている。

ペダル２は、一端（根元側）がシャフト１５によって回動自在に軸支されると共に、傾斜壁部１２ｂの上部に張り出すような大きさに形成されている。つまり、ペダル２は傾斜壁部１２ｂ及び床板１１と当接する位置まで下降させることができ、換言すれば、ペダル２と床板１１とともに、傾斜壁部１２ｂは、下降したペダル２の最大下降位置を決めるストッパとして作用するように構成されている。

また、取付ガイド部１４によってフットスイッチ１に取り付けられるカバー６は、図２に示すように、ペダル２の前端側からつま先の挿入を可能とする開口を有すると共に、フットスイッチ１のペダル２，操作機構部３，信号生成部４の上部を覆い、且つ、ペダル２の上部につま先を挿入する空間を形成する形状に構成されている。なお、フットスイッチ１の出力部５については、カバー６から露出した状態となるようにされている。

ここで、図３は、フットスイッチ１の内部構成を見やすくするためにペダル２を取り外した状態を示す図であり、（ａ）が正面図，（ｂ）が平面図，（ｃ）が右側面図である。但し、正面図ではペダル２を点線で示す。

図３に示すように、ペダル２の下面には、シャフト１５の近傍にて、下方に向けて突出する動作板２１が設けられ、一方、床板１１上には、ペダル２がほぼ水平となる位置で動作板２１と当接することによりペダル２の上昇方向への移動を規制するストッパ壁３１が設けられている。

また、ペダル２中央部の下方には、圧縮コイルばねからなりペダル２を上昇方向に付勢する戻しバネ３２と、戻しバネ３２の両側方に設けられ、ペダル２を押下する押圧力が所定の規定値以下の時には、ペダル２の下降を、ペダル２が当接する位置（以下「中間位置」という）に制限し、ペダル２を押下する押圧力が規定値を超える時には、中間位置を超えて最大下降位置までのペダル２の下降を許容して、ペダル２の２段階操作を可能とする一対のステップ動作機構３３，３３とが設けられている。なお、これらストッパ壁３１，戻しバネ３２，ステップ動作機構３３，３３が操作機構部３を構成している。

周壁１３の内側には、ペダル２の操作状態を検出する一対の内蔵スイッチ４１，４１が設けられている。但し、内蔵スイッチ４１は、内蔵スイッチ４１，４１から周壁１３を貫通して動作板２１に当接する位置まで延設された操作杵４２，４２を有しており、ペダル２に連動する動作板２１によって操作杵４２，４２が所定長だけ押し込まれると、スイッチがオンするように構成されている。具体的には、一方の内蔵スイッチ４１（以下４１ａとも表記する）は、ペダル２が中間位置までの範囲内で操作された時に確実にオンし、他方の内蔵スイッチ４１（以下４１ｂとも表記する）は、ペダル２が中間位置を超えて操作された時に確実にオンするように設定されている。なお、これら内蔵スイッチ４１，４１、操作杵４２，４２が信号生成部４を構成している。

出力部５には、内蔵スイッチ４１，４１に接続する信号線（図示せず）を通すための一対の配線孔が設けられており、その配線孔には、着脱可能なプラグ５１，５１が取り付けられている。つまり、内蔵スイッチ４１に接続される信号線は、プラグ５１を外した配線孔を介して配線される。

そして、本実施形態のフットスイッチ１では、ペダル２を操作する押圧力が、ステップ動作機構３３が作動しない規定値以下である場合、ペダル２の変位は中間位置までに制限され、その操作（「通常操作」という）が内蔵スイッチ４１ａにより検出され、ペダル２を操作する押圧力が、ステップ動作機構３３が作動する規定値を超えている場合、ペダル２は中間位置を超えて最大下降位置まで変位し、その操作（「非常操作」という）が内蔵スイッチ４１ｂにより検出される。そして、これら通常操作を示す検出信号及び非常操作を示す検出信号は、出力部５を介して外部に出力されるように構成されている。

＜ステップ動作機構＞
次に、本発明の主要部であるステップ動作機構３３について説明する。
ここで、図４は、ステップ動作機構３３の構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）が右側面図である。また、図５は、ステップ動作機構３３の動作を示す説明図であり、（ａ）は未操作又は通常操作時、（ｂ）が非常操作時の状態を示す。なお、図５において、下段の図は、図４におけるＡ−Ａ断面図である。

図４及び図５に示すように、ステップ動作機構３３は、側面形状が略長方形で厚みを有する板状の台座６０を有しており、台座６０を側面から見た一方の上隅には、その上隅を矩形に切り取った形状の切欠部６１が形成されている。以下では、切欠部６１が形成された側を前端、その反対側を後端と呼ぶものとする。

そして、台座６０の後端上隅には、台座６０の厚み方向に貫通する第１の支軸６２が設けられ、また、台座６０の前端下隅、即ち切欠部６１の下方には、第１の支軸６２と同様に台座６０の厚み方向に貫通する第２の支軸６３が設けられている。

また、ステップ動作機構３３は、一端（固定端）が第１の支軸６２に回動自在に支持された第１リンク部材６４ａと、一端（固定端）が第２の支軸６３に、回動自在に支持された第２リンク部材６４ｂと、第１及び第２リンク部材６４ａ，６４ｂの各固定端とは反対側の端部（自由端）を、相互に且つ回動自在に連結する第３リンク部材６４ｃとからなるリンク機構６４を備えている。

なお、リンク機構６４は、台座６０の左右両側にそれぞれ設けられ、第１リンク部材６４ａの自由端同士は第１の連結軸６５により、第２リンク部材６４ｂの自由端同士は、第２の連結軸６６により連結され、左右のリンク機構６４が、一体に動作するように構成されている。但し、第３リンク部材６４ｃは、第１リンク部材及び第２リンク部材６４ａ，６４ｂの外側（台座６０から見て）に隣接するように配置されている。以下では、第１リンク部材６４ａの自由端を第１の自由端Ｆ１、第２リンク部材６４ｂの自由端を第２の自由端Ｆ２ともいう。

また、第２及び第３リンク部材６４ｂ，６４ｃは、同じ長さ且つ第１リンク部材６４ａより短いものが用いられている。そして、第２の連結軸６６は、第１リンク部材６４ａを上方に向けて回動させると、台座６０の切欠部６１に当接し、その当接した状態では、第１の連結軸６５（第１の自由端Ｆ１）が、第２の支軸６３のほぼ真上に位置し、第２の連結軸６６（第２の自由端Ｆ２）の軸中心は、第２の支軸６３の軸中心と第１の連結軸６５の軸中心とを結ぶ仮想線を挟んで、第１の支軸６２とは反対側に位置し、且つ、第１の支軸６２と第２の連結軸６６とがほぼ同じ高さに位置するように設定されている。つまり、切欠部６１が本発明における規制部材に相当する。

そして、第１の連結軸６５には、台座６０の幅より僅かに長い寸法を有するスリーブ７４と、そのスリーブ７４を挟むように配置された一対のベアリング７１，７１とが、一対の第１リンク部材６４ａ，６４ａの間に位置するように取り付けられている。

なおベアリング７１，７１は、第１の連結軸６５の軸方向（図４（ｂ）中の上下方向，図４（ｃ）中の左右方向）の幅が、第１及び第２リンク部材６４ａ，６４ｂより広く形成され、且つ、径方向の幅が、第１及び第２リンク部材６４ａ，６４ｂの端部からはみ出すような大きさ、即ち、押下されたベダル２が、第１の自由端Ｆ１においてベアリング７１，７１に当接するように形成されている。

また、第２の連結軸６６にも、同様のスリーブ７５及び一対のベアリング７２，７２が取り付けられており、更に、第１の支軸６２には、第１リンク部材６４ａと台座６０との間にスリーブ７６，７６が取り付けられ、第２の支軸６３には、第２リンク部材６４ｂと台座６０との間にベアリング７３，７３が取り付けられている。

つまり、ベアリング７１〜７３およびスリーブ７４，７５により、リンク機構６４が台座６０に接触することを防止するスペースが確保されるだけでなく、ペダル２からの荷重を、第１〜第３リンク部材６４ａ〜６４ｃではなく、ベアリング７１〜７３や連結軸６５，６６、第２の支軸６３が受けるようにされている。

また、ステップ動作機構３３は、第１の支軸６２と第２の連結軸６６との間に、引張コイルばねからなる付勢部材６７が取り付けられており、第２の連結軸６６を第１の支軸６２に接近させる方向、即ち、第２の連結軸６６を台座６０の切欠部６１に当接させる方向に向けて付勢するように構成されている。

このように構成されたステップ動作機構３３は、第１の自由端Ｆ１を押下する力が加えられていない場合、付勢部材６７の付勢力によって、リンク機構６４は、図５（ａ）に示す所定の形状、即ち第１の自由端Ｆ１，第２の自由端Ｆ２，第２の支軸６３が略一直線をなし、第１の自由端Ｆ１が台座６０より高い位置に保持される形状となる。

なお、この形状は、第１の自由端Ｆ１を押下する力が予め設定された規定値以下である場合も保持される。
一方、第１の自由端Ｆ１を押下する力が上記規定値を超えている場合、リンク機構６４は、付勢部材６７の付勢力に抗して、第２リンク部材６４ｂと第３リンク部材６４ｃとが成す角がより鋭角的になるような形状に変化し、最終的に、図５（ｂ）に示す所定の形状、即ち、第１の自由端Ｆ１が第２の支軸６３に略接触する位置まで下降した形状となる。

ところで、リンク機構６４が成す形状を、付勢部材６７の付勢力に抗して変形させるのに要する押圧力、即ち非常操作を実行する際に必要となる押圧力は、付勢部材６７の付勢力の他、第１の自由端Ｆ１を押下する力が加わっていない静止時に、第２リンク部材６４ｂ及び第３リンク部材６４ｃの屈曲状態の影響を受ける。

ここで、図６は、ステップ動作機構３３の動作特性を示すグラフである。具体的には、付勢部材６７による付勢力（第２の自由端Ｆ２を静止時の位置に保持しようとする力）Ｕ、及び第１の自由端Ｆ１を押下する方向に一定の押圧力Ｐを印加した時に、第２の自由端Ｆ２を変位させる方向に発生する力Ｗを、第２の自由端Ｆ２の位置（第２の支軸６３の軸中心と第１の連結軸６５の軸中心とを結ぶ仮想線との距離）Ｘを、変化させて計算した結果を現すグラフである。

但し、本計算では、押圧力をＰ＝５０［Ｎ］とし、リンク機構６４を構成する第１〜第３リンク部材６４ａ，６４ｂ，６４ｃの長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３を、Ｌ１＝２１．７［ｍｍ］、Ｌ２＝Ｌ３＝５［ｍｍ］、第１の支軸６２と第２の支軸６３との水平間隔をＨ＝２１．１［ｍｍ］、垂直間隔をＶ＝５［ｍｍ］とした。

つまり、第２の自由端Ｆ２を変位させようとする力Ｗが、この変位を阻止しようとする付勢力Ｕを上回ると、リンク機構６４が変形し、第１の自由端はペダル２と共に変位（下降）することになる。従って、非常操作が行われるか否かの閾値となる規定値がＰとなるように設計する場合には、図６のグラフから、ＷのグラフとＵのグラフが交差する点の距離Ｘを求め、この距離Ｘ（第２自由端Ｆ２の静止時の位置）が実現されるように切欠部６１を形成すればよい。

なお、距離Ｘを短くして、静止時における第１の自由端Ｆ１，第２の自由端Ｆ２，第２の支軸６３の並びがより直線に近くなるように設定するほど、規定値（非常操作を実現するのに必要な押圧力）を大きくすることができる。

また、図６から明らかなように、距離Ｘが大きくなるほど、即ち、第２の自由端Ｆ２が仮想線から離れるほど、押圧力Ｐが同じであっても、第２の自由端Ｆ２を変位させようとする力Ｗはより大きなものとなるため、第２の自由端Ｆ２の変位が一旦始まると、その後の変位は容易なものとなる。

＜動作＞
ここで、図７は、フットスイッチ１の動作を表す説明図であり、（ａ）が未操作時、（ｂ）が通常操作時、（ｃ）が非常操作時の状態を示すものである。

まず、未操作時には、図７（ａ）に示すように、戻しバネ３２の付勢力により、ペダル２は、動作板２１がストッパ壁３１に当接した状態となる位置に保持される。この状態では、ペダル２とステップ動作機構３３の第１の自由端Ｆ１とは非接触の状態となる。

操作者による踏込操作によりペダル２が下降すると、ペダル２は、第１の自由端Ｆ１に当接する。
この時、ペダル２を操作する押圧力、即ちペダル２を介して第１の自由端Ｆ１に加わる押圧力が上述の規定値以下である場合、ステップ動作機構３３は作動しないため、ペダル２の変位は、図７（ｂ）に示すように、第１の自由端Ｆ１と当接する位置までに制限されることになり、この位置が中間位置となる。

この時、内蔵スイッチ４１ａによってペダル２の動作が検出され、通常操作が行われたことを示す信号が出力される。
一方、第１の自由端Ｆ１に加わる押圧力が上述の規定値を超えている場合、ステップ動作機構３３が作動することによって、第１の自由端Ｆ１はペダル２と共に変位（下降）する。このため、ペダル２は、図７（ｃ）に示すように、中間位置を超えて、側壁１２の上部に当接する位置である最大下降位置まで変位（下降）する。

この時、内蔵スイッチ４１ｂによってペダル２の動作が検出され、非常操作が行われたことを示す信号が出力される。
なお、操作者による踏込操作が解除されると、ペダル２は戻しバネ３２の付勢力によって、また、ステップ動作機構３３は付勢部材６７の付勢力によって、図７（ａ）に示す状態に戻る。

＜効果＞
以上説明したように、フットスイッチ１においては、ペダル２の２段階動作を可能とするために設けられたステップ動作機構３３が、ペダル２が中間位置を超えて変位を開始する時に最も大きな押圧力を必要とし、その後は、変位が進むほどより小さな力でペダル２を押下することが可能となるように構成されている。従って、非常操作を行った時には、ペダル２が中間位置を超えて変位する際にクリック感が得られるため良好な操作感を得ることができる。

また、フットスイッチ１では、ステップ動作機構３３の非作動時（静止時）におけるリンク機構６４の形状を保持する付勢部材６７として、第１の支軸６２と第２の連結軸６６（第２の自由端Ｆ２）との間に取り付けた引張コイルばねを採用しているため、第２の連結軸６６と第１の支軸６２との間に引張コイルばねを取り付けるだけのスペースが確保できればよく、第１の連結軸６５（第１の自由端Ｆ１），第２の連結軸６６（第２の自由端Ｆ２），第２の支軸６３の間隔、即ち、第２リンク部材６４ｂ及び第３リンク部材６４ｃの長さを最大限に短くすることができ、付勢部材６７として、これらの軸にねじりコイルばねを取り付ける必要がある従来装置と比較して、ステップ動作機構３３を小型化することができる。

また、ステップ動作機構３３では、ペダル２からの荷重を、リンク機構６４ではなく、ベアリング７１〜７３や連結軸６５，６６、第２の支軸６３で受けるようにされているため、ステップ動作機構３３の耐荷重性を、リンク機構６４の強度以上のものとすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、ステップ動作機構３３をフットスイッチ１に適用した例を示したが、これに限らず、通常操作範囲を超えてペダル等の可動部を押し込む非常操作を可能とするスイッチであれば、どのようなものに適用してもよい。

上記実施形態では、付勢部材６７として、組み付け時の外観を重視し、フックの形状が逆丸フックである引張コイルばねを使用しているが（図４参照）、これに限るものではない。特に、フックの形状が丸フックである引張コイルばねを使用した場合には、付勢部材６７（特にフック部分）の耐久性を向上させることができる。

上記実施形態では、付勢部材６７として引張コイルばねを用いているが、これに限るものではなく、引っ張り方向の付勢力を発生させるものであればよい。
上記実施形態では、台座６０において、第２の連結軸６６に近接した階段状部位が、直線的に面取りした形状に形成されているが、図９に示すように（符号６８参照）、第２の支軸６３の中心を曲率中心とし、支軸６３に取り付けられているベアリング７３の半径より長い曲率半径の曲面を有する形状に形成してもよい。この場合、規定値を超えた押圧力を受けた状態（図５（ｂ）参照）から、押圧力が除かれた元の状態（図５（ａ）参照）に戻る時に、第２の連結軸６６に取り付けられたベアリング７２，７２が、絶えず台座６０の階段状部位６８を挟むように移動するため、ベアリング７２，７２が台座６０に乗り上げることによってリンク機構６４の動作が妨げられてしまうという事態の発生を防止することができる。

１…フットスイッチ ２…ペダル ３…操作機構部 ４…信号生成部 ５…出力部 ６…カバー １１…床板 １２…側壁 １２ａ…支持壁部 １２ｂ…傾斜壁部 １３…周壁
１４…取付ガイド部 １５…シャフト ２１…動作板 ３１…ストッパ壁 ３２…戻しバネ ３３…ステップ動作機構 ４１…内蔵スイッチ ４２…操作杵 ５１…プラグ ６０…台座 ６１…切欠部 ６２…第１の支軸 ６３…第２の支軸 ６４…リンク機構 ６４ａ…第１リンク部材 ６４ｂ…第２リンク部材 ６４ｃ…第３リンク部材 ６５…第１の連結軸 ６６…第２の連結軸 ６７…付勢部材 ６８…階段状部位 ７１，７２，７３…ベアリング ７４，７５，７６…スリーブ

Claims (4)

1. 外部からの操作により変位する可動部を備えたスイッチにおいて、前記可動部を操作する押圧力が予め設定された規定値以下である場合、前記可動部の変位を予め設定された中間位置までに制限すると共に、前記押圧力が前記規定値を超える場合、前記中間位置を超えた前記可動部の変位を許容することにより２段階の操作を可能とするスイッチのステップ動作機構であって、
   前記押圧力によって前記可動部が変位する側に設置された第１の支軸に、一端が回動自在に支持された第１リンク部材と、
   前記押圧力によって前記可動部が変位する側且つ前記第１の支軸とは異なる位置に設置された第２の支軸に、一端が回動自在に支持された第２リンク部材と、
   前記第１の支軸及び第２の支軸に支持された前記第１リンク部材及び第２リンク部材の各固定端とは反対側の端部である第１の自由端及び第２の自由端を、相互に且つ回動自在に連結する第３リンク部材と、
   前記第１の支軸と前記第２の自由端との間に取り付けられ、前記第２の自由端を前記第１の支軸に接近させる方向に付勢する付勢部材と、
   前記第２の自由端が前記第１の自由端と前記第２の支軸とを結ぶ線を越えて前記第１の支軸側に移動することがないように前記第２の自由端の変位を規制する規制部材と、
   を備え、前記操作によって前記第１の自由端に前記可動部が当接し、前記押圧力が前記規定値を越えると前記付勢部材の付勢力に抗して前記第１乃至第３リンク部材が成す形状が変化し、
   前記第２リンク部材及び前記第３リンク部材は、同じ長さに形成され且つ前記第１リンク部材より短いことを特徴とするスイッチのステップ動作機構。
2. 前記第１の自由端に当接した前記可動部の押圧力が、前記第１の自由端と前記第２の支軸とを結ぶ線に沿った方向に作用するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチのステップ動作機構。
3. 前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とが成す角度が１８０度未満となる範囲内で変化するように、前記第１乃至第３リンク部材の長さ及び前記第１の支軸乃至第２の支軸の位置が設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチのステップ動作機構。
4. 前記可動部は、足踏操作されるフットスイッチのペダルであることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載のスイッチのステップ動作機構。