JP2001065789A - センサ及び安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の領域の中でのみ人体の有無を検知
することができるセンサ及び安全装置を提供する。 【解決手段】 本発明によるセンサ２２は、所定の間隙
をおいて互いに対向配置された１対の電極板２６，２８
と、前記間隙とは反対側の各電極板の対向位置に配置さ
れ、接地されたガード板３０，３２、シールド板３
０’，３２’とを備えており、電極板間の静電容量の変
化から電極板間に人体の一部が存在するか否か検知する
ことができる。ガード板とシールド板の存在により電極
板の裏面側には電界が形成されず、よって、検知領域は
電極板間の領域に限られる。このため、誤検知がなくな
り、このセンサを用いた安全装置２４においては必須領
域においてのみ確実に作動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定領域に人体の
一部又は全部が入ったことを検知するためのセンサ、及
び、当該センサを用いた安全装置に関するものである。

【0002】

【従来の技術】工作機械や加工装置、検査装置、搬送装
置等の駆動機構を有する装置においては、駆動部が外部
に露出しているものや、駆動部に外部から容易に接近す
ることができるものがある。例えば、プラスチックチッ
プから検査用の薄い試料片を作成するための圧延装置で
は、１対の圧延ロール間にチップを手で投げ入れる構成
となっているため、手を容易に圧延ロールに近付けるこ
とができる。

【0003】通常、この種の機械装置には作業員の安全を確
保するために安全装置が設けられており、駆動部に人体
の一部が近付いたことをセンサにより検知し、駆動を停
止する等の措置を採るようにしている。安全装置のセン
サとしては、例えば特開昭６３−２１６６９２号公報や
特開平１−３１７９８７号公報等に記載されているよう
に、静電容量型センサが提案されている。前記公報に記
載の静電容量型センサは、互いに並設された１対の電極
板から構成されており、これらの電極板間の静電容量の
変化を検出することで、電極板間を人体の一部が横切っ
たか否かを検知するようになっている。この静電容量型
センサは、人体が空気に比して相当に高い誘電率を有し
ているため、電極板間に人体の一部が置かれた場合に静
電容量が大きく変化するという知見に基づいて為された
ものである。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】前述した静電容量型セ
ンサは、電極板間の領域を検知領域とするものである
が、実際には電気力線が一方の電極板間の裏面（検知領
域とは反対側の面）から他方の電極板の裏面に延び、本
来の検知領域の外にも電界が形成されている。このた
め、従来の静電容量型センサは、電極板の裏面側を人体
の一部が通過しても静電容量が変化するため、人体が検
知領域にあると誤って検知することがあった。また、こ
のような静電容量型センサを用いた安全装置は、停止の
必要のない状態であっても、誤検知により装置を停止さ
せるおそれがあった。

【0005】そこで、本発明の目的は、所望の領域の中での
み人体の有無を検知することができるセンサ、及び、そ
のようなセンサを用いた安全装置を提供することにあ
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、本発明によるセンサは、所定の間隙をおいて互いに
対向配置された１対の電極板と、前記間隙とは反対側の
前記電極板のそれぞれの対向位置に配置されたガード板
と、接地されたシールド板を備えており、前記電極板間
と、前記接地されたロール等の機器間の静電容量の変化
から前記電極板間に特定の誘電体、すなわち人体の少な
くとも一部が存在するか否か検知するよう構成されてい
る。

【0007】また、本発明は、所定の領域に人体の少なくと
も一部が入ったことを検知して安全手段（例えば、駆動
機構を有する機械装置にあっては、駆動機構の緊急停止
機構）を作動させる安全装置であって、前記領域を挟む
ように互いに対向配置された１対の電極板と接地された
ロール等の機器と、前記領域とは反対側の前記電極のそ
れぞれの対向位置に配置されたガード板と、接地された
シールド板と、前記電極板間の静電容量を検出する手段
と、静電容量検出手段により検出された静電容量の変化
から前記領域における人体の一部の有無を検知する手段
とを備える安全装置を特徴としている。

【0008】かかる構成においては、シールド板の存在によ
り電極板の裏面側には電界が形成されず、よって、検知
領域は電極板の間の領域に限られることとなる。このた
め、誤検知がなくなり、安全装置においては必要領域に
おいてのみ確実に作動することができる。

【0009】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な
実施形態について詳細に説明する。

【0010】図１及び図２は、本発明が適用された圧延装置
を１０を示している。この圧延装置１０は、合成ゴム等
のプラスチック材料のチップ１２を圧延して検査用の試
料片１４を作るためのものであり、１対の圧延ロール１
６，１８を有している。圧延ロール１６，１８は、図２
の矢印Ａ，Ｂで示すように、駆動系２０により互いに相
反する方向に回転される。従って、圧延ロール１６，１
８間にチップ１２を投入すると、チップ１２はロール１
６，１８間で押し潰され、試料片４となって下方に落下
する。

【0011】図２から理解されるように、チップ１２の投入
は人手によるため、手を圧延ローラ１６，１８に過度に
近づけることは好ましくない。このため、この圧延装置
１０には、本発明によるセンサ２２を用いた安全装置２
４が設けられている。

【0012】図示のセンサ２２は、所望の間隙をおいて互い
に平行に対向配置された１対の電極板２６，２８を備え
ている。一方の電極板２６は、圧延装置１０の一側であ
って圧延ローラ１６，１８間の直上位置に配置され、他
方の電極板２８は、圧延装置１０の他側であって圧延ロ
ーラ２６，２８間の直上位置に配置されている。これら
の電極２６，２８間の空間は、人体の一部が存在するか
否かを検知するための検知領域となるものであり、よっ
て、図示実施形態では、圧延ローラ１６，１８間の真上
のほぼ全ての領域が検知領域となっている。

【0013】各電極板２６，２８の裏面側、すなわち検知領
域とは反対の面の側にはガード板３０，３２と接地され
たシールド板３０’，３２’が配置されている。ガード
板３０，３２とシールド板３０’，３２’は、比較的小
さな間隙をもって、対応の電極板２６，２８に対して平
行に対向配置されている。また、ガード板３０，３２と
シールド板３０’，３２’はステンレス鋼、銅、アルミ
ニウム等の良導体から成り、電極板２６，２８の全面を
完全に覆うことのできる寸法形状を有している。

【0014】各側の電極板２６，２８及びガード板３０，３
２、シールド板３０’，３２’は、圧延装置１０のフレ
ーム３４に設けられた支持板３６，３８によって支持さ
れている。より詳細には、支持板３６，３８にシールド
板３０’，３２’が直接固定され、シールド板３０’，
３２’に絶縁性のスペーサ４０’を介して絶縁性のボル
ト等により固定され、電極板２６，２８は絶縁性のスペ
ーサ４０を介してガード板３０，３２に絶縁性のボルト
等により固定されている。なお、図示の支持板３６，３
８は、装置フレーム３４に設けられた支持シャフト４２
に摺動可能に取り付けられており、その位置を調整でき
るようになっている。

【0015】このように構成されたセンサ２２は、電極板２
６，２８間に人体の一部が入ったことを静電容量の変化
として検知するため、静電容量検出回路４４に接続され
ている。すなわち、各電極板２６，２８は、同軸ケーブ
ル４６の中心導体４８により検出回路４４の入力端子５
０，５２に接続されている。検出回路４４は、いわゆる
インピダンスブリッジを用いたもので、４辺ブリッジの
うち２辺に測定用電源５４，５６が接続されている。ま
た、４辺ブリッジの１辺は電極板２６，２８により構成
されるキャパシタとなっており、残る１辺には平衡キャ
パシタ５８が設けられている。測定用電源５４，５６間
の端子６０とキャパシタ２６，２８；５８間の端子６２
との間には出力アンプ６４があり、測定用電源５４，５
６の端子５０と５０’は接地されている。また、各ガー
ド板３０，３２と各シールド板３０’，３２’は同軸ケ
ーブル４６の外部導体４６’と同軸ケーブル６６の外部
導体６６’を介して接地されている。

【0016】図３の回路は、図２に示す静電容量検出回路４
４を、電極板２６，２８似寄り構成されるキャパシタや
その他の部分でのキャパシタを含めた形で示した等価回
路である。この図において、符号Ｃ₀は、電極板２６，
２８により規定される静電容量を示し、符号Ｃ₁，Ｃ₂は
それぞれ、各側の電極板２６，２８とロール１６，１８
により規定される静電容量を示し、ガード板３０，３２
との間、及び、同軸ケーブル４６、６６により規定され
る静電容量、更に符号ＣＢは平衡キャパシタ５８の静電
容量を示すものである。また、符号Ｚ_e1，Ｚ_e2はそれぞ
れ測定用電源５４，５６の内部インピダンスであり、符
号Ｚ_iは出力アンプ６４の内部インピダンスである。

【0017】ここで、図３のみ示す回路の動作について説明
する。電極板２８とシールド３２’間にガード板３２
を、電極板２６とシールド板３０’間にガード板３０を
配置した時に生ずる静電容量をそれぞれＣ５，Ｃ６と
し、ブリッジの平衡を得易くするため、電極板２８，２
６間にＣ３を、電極板２８とシールド板３０’間にＣＢ
をそれぞれ付加する。電極板２８，２６間に空気のみが
存在している状態で、電源ｅ１，ｅ２を投入すると、電
源ｅ１からＣ０，Ｃ３の合成要領Ｃ０３とインピーダス
Ｚｉを流れる電流をｉ１とした時、電源ｅ２からインピ
ーダンスＺｉとＣ２，ＣＢの合成容量Ｃ２Ｂを流れる電
流ｉ２がｉ１に等しく、位相差が１８０度の場合にイン
ピーダンスＺｉの電流はゼロとなる。いま、電極板２
８，２６間に誘電体が入り込むと、誘電体の比誘電率に
応じた量だけ容量Ｃ０が減少する。この減少分をΔＣと
すると、電流はｉ１は、ｅ１ωΔＣだけ減少し、インピ
ーダンスＺｉに電流が流れ、信号として出力される。

【0018】このように、図３に示す回路では、電極板２
６，２８とガード板３０，３２、シールド板３０’，３
２’との間で構成されるキャパシタや同軸ケーブル４
６，６６のキャパシタ、その他の外乱の影響を受け難
く、電極板26，２８間の静電容量の変化を正確に検出す
ることが可能である。

【0019】静電容量検出回路４４のアンプ６４から出力さ
れる信号は制御装置６８に入力される。制御装置６８
は、入力された信号に応じて制御信号を圧延装置１０の
駆動系２０に発し、圧延装置１０の緊急停止を適時行う
よう構成されている。

【0020】より詳細に述べるならば、制御装置６８は、入
力部７０、出力部７２、中央処理部（ＣＰＵ）７４及び
記憶部７６から構成されている。検出回路４４から入力
部７０に入力された信号はデジタル信号に変換されて中
央処理部７４に送られる。中央処理部７４では、入力信
号から電極板２６，２８間の静電容量の変化量ΔＣを認
識する。誘電体として人体の一部が電極板２６，２８間
に入った際の静電容量変化量の最低値Ｃ_minは予め記憶
部にデータとして記憶されており、中央処理部７４で
は、このデータＣ_minと入力信号から認識した静電容量
変化量ΔＣとを比較し、ΔＣがＣ_minを超えていると判
断した場合、電極板２６，２８間に人体が有ると検知
し、緊急停止のための制御信号を出力部７２から圧延装
置１０の駆動系２０に発するようになっている。

【0021】以上から本発明による安全装置２４の動作につ
いては理解されるであろうが、簡単に述べるならば、プ
ラスチックチップ１２を圧延ロール１６，１８間に投げ
入れる際、手が電極板２６，２８間の外側に位置してい
る場合には、電極板２６，２８間の静電容量は大きく変
化せず、よって圧延装置１０は駆動を続ける。勿論、チ
ップ１２が電極板２６，２８間を横切った際にも容量変
化は生じるが、その変化量は微少であり、制御装置６８
の記憶部７６に記憶した最低値Ｃ_minを超えることはな
い。そして、手が電極板２６，２８間に挿入されると、
静電容量の変化が生じ、安全装置２４は圧延装置１０を
緊急停止するように動作することとなる。この際、手の
挿入量が極めて小さい場合には、記憶部７６の最低値Ｃ
_minを適宜設定しておくことで、危険状態でないと判断
することもできる。また、手を挿入した後、すぐに引っ
込めた場合も、静電容量の変化時間を考慮することで、
緊急停止信号を発しないようにすることもできる。

【0022】更に、本発明の構成では、ガード板３０，３２
と接地されたシールド板３０’，３２’が各電極板２
６，２８の裏面側に離隔配置されているため、一方の電
極板２６の裏面側から他方の電極板２８の裏面側に延び
る電気力線は形成されない。従って、危険領域ではない
電極板２６，２８の裏面側に手やその他の人体の一部が
位置していたとしても、電気板２６，２８間の静電容量
に変化は生じず、圧延装置１０が不要な停止状態となる
ことはない。

【0023】上記実施形態では、安全装置２４の制御装置６
８からの信号により圧延装置１０の駆動を停止するよう
にしているが、警報のみを発し、或は、警報と共に駆動
を停止して安全を図るようにすることもできる。勿論、
その他安全手段を動作させることも可能である。

【0024】また、安全装置２４における静電容量検出回路
４４及び制御装置６８の構成も上記実施形態のものに限
られない。例えば、上記では検出回路４４の接地位置が
端子６０となっているが、接地位置は端子５０又は端子
６２の位置であってもよい。

【0025】更に、本発明を適用できる装置は、圧延装置に
限られず、駆動部等の危険領域に人体が近付き得る装置
ならば殆ど全てに適用可能である。例えば、プレス装置
や断裁機、ペーパーシュレッダ、フィルム巻取機等にも
適用可能である。また、適用装置の検知領域に応じて、
電極板２６，２８とガード板３０，３２及びシールド板
３０’，３２’の形状、寸法等は適宜変更し得るもので
ある。

【0026】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、静
電容量型のセンサにおいて電極板の裏面側にシールド板
を配置することとしたので、電極板間の領域のみで人体
の一部の有無を判断することができる。従って、誤検知
が大幅に低減される。

【0027】また、このようなセンサを用いた安全装置は、
センサの誤検知に基づいて警報を発したり機械装置の動
作を停止したりするようなことはない。従って、安全を
確保しつつ、無駄な作業停止を防止することができ、作
業効率などの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明が適用された圧延装置の一部を示す正面
図である。

【図2】図１のII−II線に沿っての断面図である。

【図3】本発明の安全装置における静電容量検出回路の
等価回路を示す図である。

【符号の説明】

１０…圧延装置、１６，１８…圧延ロール、２０…駆動
系、２２…センサ、２４…安全装置、２６，２８…電極
板、３０，３２…ガード板、３０’，３２’…シールド
板、４４…静電容量検出回路、６８…制御回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】所定の間隙をおいて互いに対向配置された
   １対の電極板と、接地されたロール等の機器と、前記間
   隙とは反対側の前記電極板のそれぞれの対向位置に配置
   されたガード板と、接地されたシールド板とを備え、前
   記電極板間と、前記接地されたロール等の機器間の静電
   容量の変化から前記電極板間に特定の誘電体が存在する
   か否か検知するセンサ。
2. 【請求項2】前記電極板間に人体の少なくとも一部が存
   在するか否かを検出する請求項１記載のセンサ。
3. 【請求項3】所定の領域に人体の少なくとも一部が入っ
   たことを検知して安全手段を作動させる安全装置におい
   て、前記領域を挟むように互いに対向配置された１対の
   電極板と接地されたロール等の機器と、前記領域とは反
   対側の前記電極のそれぞれの対向位置に配置されたガー
   ド板と、接地されたシールド板と、前記電極板間の静電
   容量を検出する手段と、前記静電容量検出手段により検
   出された静電容量の変化から前記領域における人体の一
   部の有無を検知する手段と、を備えることを特徴とする
   安全装置。