JP2019061737A - 検出装置及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】チャタリングが発生した場合であってもスイッチのオンを適切に検出することができる検出装置及び工作機械を提供する。【解決手段】検出装置１１において、フォトカプラ２１は、機械スイッチ１０がオンである場合に電圧が変動するパルス信号を出力する。積分回路２５は、パルス信号を積分する。ＡＮＤ回路２６は、フォトカプラ２１が出力したパルス信号の電圧が第１閾値以上であり、かつ、積分回路２５が積分した信号の電圧が第２閾値以上である場合にハイレベル電圧を出力し、他の場合にローレベル電圧を出力する。検出部４２は、ＡＮＤ回路２６が出力した電圧の波形が所定の波形である場合に機械スイッチ１０のオンを検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチのオンを検出する検出装置、及び、該検出装置を備える工作機械に関する。

工作機械は、例えば、操作部の操作に応じて、オン又はオフに切替わる機械スイッチ、並びに、この機械スイッチのオン及びオフを検出する検出装置を備え、検出装置の検出結果に応じて種々の動作を行う。

特許文献１は、機械スイッチのオン及びオフを検出する検出装置を開示している。この検出装置では、バッテリが抵抗を介して機械スイッチの一端に電圧を印加しており、機械スイッチの他端は接地している。機械スイッチがオフである場合、機械スイッチの一端の電圧は、バッテリの出力電圧であり、閾値電圧以上である。機械スイッチがオンである場合、機械スイッチの一端の電圧は、ゼロＶであり、閾値電圧未満である。

特許文献１の検出装置は、機械スイッチの一端の電圧が閾値電圧以上である場合、機械スイッチのオフを検出し、機械スイッチの一端の電圧が閾値電圧未満である場合、機械スイッチのオンを検出する。

特開２０１２−１２４００６号公報

検出装置は、機械スイッチがオンである場合に高電圧及び低電圧を交互に示し、機械スイッチがオフである場合に低電圧を示すパルス信号を出力する出力部を有してもよい。この場合、検出装置は、出力部が出力したパルス信号の波形に応じて機械スイッチのオン及びオフを検出する。

機械スイッチは、例えば、リレー接点であり、２つの接点、及び、棒状の導体を有する。導体の一端部は、２つの接点中の一方の接点に接続している。機械スイッチがオフからオンに切替わる場合、導体の他端部は、一方の接点を中心として回動し、２つの接点中の他方の接点で弾む。これにより、導体の他端部は、２つの接点中の他方の接点への接触と、他方の接点からの離隔とを交互に繰り返す。結果、使用者は、機械スイッチがオフからオンに切替える操作を１回しか行っていないにも関わらず、機械スイッチのオン及びオフへの切替わりが複数回発生する。

この現象は、所謂、チャタリングである。チャタリングが発生した場合、出力部が出力するパルス信号の電圧が短い時間で頻繁に切替わり、パルス信号の波形が、想定しない波形となる。このため、検出装置は、機械スイッチのオン又はオフを誤って検出する可能性がある。この場合、工作機械は、検出装置の検出結果に応じて誤った動作を行う可能性がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、チャタリングが発生した場合であってもスイッチのオンを適切に検出することができる検出装置及び工作機械を提供することにある。

本発明に係る検出装置は、機械スイッチがオンである場合に電圧が変動するパルス信号を出力する第１出力部と、該第１出力部が出力したパルス信号を積分する積分回路と、該第１出力部が出力したパルス信号の電圧が第１閾値以上であり、かつ、前記積分回路が積分した信号の電圧が第２閾値以上である場合に第１電圧を出力し、他の場合に、該第１電圧とは異なる第２電圧を出力する第２出力部と、該第２出力部が出力した電圧に係る信号の波形が所定の波形である場合に前記機械スイッチのオンを検出する検出部とを備える。

本発明にあっては、機械スイッチがオンである場合、第１出力部が出力するパルス信号は、例えば、高電圧及び低電圧を交互に示す。機械スイッチがオフである場合、第１出力部が出力するパルス信号は、例えば、低電圧を示す。機械スイッチがオフからオンに切替わる場合において、チャタリングが発生したとき、第１出力部が出力するパルス信号の電圧が短い期間に頻繁に切替わる。このとき、パルス信号が高電圧を示している期間は、十分に短い。このため、チャタリングが発生している場合、積分回路が積分した信号の電圧は第２閾値未満である。機械スイッチがオフである場合、パルス信号は低電圧を示すので、積分回路が積分した信号の電圧は第２閾値未満である。機械スイッチがオンを保持している場合、積分回路が積分したパルス信号の電圧は第２閾値以上である。また高電圧は第１閾値以上であり、低電圧は第１閾値未満である。

従って、第２出力部は、機械スイッチがオフであるか、又は、チャタリングが発生している場合、積分回路が積分した信号の電圧が第２閾値未満であるので、第２電圧を出力する。第２出力部、機械スイッチがオンを保持している場合、第１出力部が出力したパルス信号が示す電圧に応じた電圧を出力する。このため、第２出力部が出力するパルス信号は、チャタリングの影響を受けない。結果、検出部は、チャタリングが発生した場合であっても機械スイッチのオンを適切に検出することができる。

本発明に係る検出装置は、前記第１出力部が出力したパルス信号に重畳している雑音を除去する除去回路を備え、前記第２出力部は、該除去回路が前記雑音を除去したパルス信号の電圧が第１閾値以上であり、かつ、前記積分回路が積分した信号の電圧が第２閾値以上である場合に第１電圧を出力し、他の場合に、該第１電圧とは異なる第２電圧を出力する。

本発明にあっては、第２出力部は、除去回路が雑音を除去したパルス信号の電圧、及び、積分回路が積分した信号の電圧に基づく電圧を出力する。このため、雑音によって、検出部が誤った検出を行う可能性は低い。

本発明に係る検出装置は、前記機械スイッチに直列に接続している半導体スイッチと、該半導体スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返す切替え部とを備え、前記第１出力部は、前記機械スイッチ及び半導体スイッチを介して電流が流れているか否かに応じて電圧が異なるパルス信号を出力する。

本発明にあっては、機械スイッチがオンである場合において、半導体スイッチがオンであるとき、機械スイッチ及び半導体スイッチを介して電流が流れる。機械スイッチがオンである場合において、半導体スイッチがオフであるとき、機械スイッチ及び半導体スイッチを介して電流が流れない。従って、第１出力部が出力するパルス信号の電圧は、機械スイッチがオンである場合、半導体スイッチのオン及びオフに応じて変動する。

本発明に係る検出装置では、前記積分回路は、抵抗及びキャパシタを有し、前記切替え部が行う切替えについて、前記半導体スイッチがオフであるオフ期間は一定であり、前記積分回路の時定数は前記オフ期間よりも長い。

本発明にあっては、積分回路の時定数がオフ期間よりも長いので、機械スイッチがオンを保持している場合、積分回路が積分した信号の電圧は、確実に第２閾値以上である。

本発明に係る工作機械は、前述した検出装置と、前記機械スイッチとを備える。

本発明にあっては、工作機械は、検出装置の検出結果に応じて、例えば、作動又は動作の停止を行う。

本発明によれば、検出装置及び工作機械は、チャタリングが発生した場合であっても機械スイッチのオンを適切に検出することができる。

実施の形態１における工作機械の要部構成を示すブロック図である。 除去回路及び積分回路の回路図である。 検出装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態２における工作機械の要部構成を示すブロック図である。 検出装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における工作機械１の要部構成を示すブロック図である。工作機械１は、機械スイッチ１０及び検出装置１１を備える。機械スイッチ１０の両端は、検出装置１１に接続している。

機械スイッチ１０は、例えば、リレー接点である。工作機械１は、図示しない操作部を有し、工作機械１の使用者は、この操作部を操作することによって、機械スイッチ１０をオン又はオフに切替える。使用者が機械スイッチ１０をオフからオンに切替える場合、機械スイッチ１０ではチャタリングが発生する。

検出装置１１は、機械スイッチ１０のオン及びオフを検出し、検出結果を示す結果信号を、工作機械１が有する図示しない装置に出力する。検出結果は、機械スイッチ１０のオン又はオフを示す。工作機械１は、例えば、結果信号が機械スイッチ１０のオフを示す場合に動作を停止し、結果信号が機械スイッチ１０のオンを示す場合に作動する。工作機械１は、作動中、使用者から、工作に関する種々の指示を受け付ける。

検出装置１１は、半導体スイッチ２０、フォトカプラ２１、切替えスイッチ２２、検出回路２３、除去回路２４、積分回路２５、ＡＮＤ回路２６及び抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を有する。半導体スイッチ２０は、Ｐチャネル型のＦＥＴ(Field Effect Transistor)である。切替えスイッチ２２は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。フォトカプラ２１は、発光ダイオード３０及びフォトトランジスタ３１を有する。検出回路２３は、例えば、ＦＰＧＡ(field-programmable gate array)である。検出回路２３は、パルス信号出力部４０、信号入力部４１、検出部４２及び結果信号出力部４３を有する。ＡＮＤ回路２６は、２つの入力端、及び、１つの出力端を有する。

図示しない電圧印加装置は、半導体スイッチ２０のソースに、正の電圧Ｖａを印加している。電圧Ｖａは一定である。半導体スイッチ２０は機械スイッチ１０に直列に接続している。具体的には、半導体スイッチ２０のドレインは、機械スイッチ１０の一端に接続している。機械スイッチ１０の他端は、フォトカプラ２１が有する発光ダイオード３０のアノードに接続している。発光ダイオード３０のカソードは抵抗Ｒ１の一端に接続している。抵抗Ｒ１の他端は接地している。

半導体スイッチ２０のソースは抵抗Ｒ２の一端に接続している。抵抗Ｒ２の他端は、半導体スイッチ２０のゲート、及び、切替えスイッチ２２のコレクタに接続している。切替えスイッチ２２のエミッタは接地している。切替えスイッチ２２のベースは、検出回路２３のパルス信号出力部４０に接続している。

図示しないレギュレータは、フォトカプラ２１が有するフォトトランジスタ３１のコレクタに、正の電圧Ｖｓを印加している。電圧Ｖｓは一定である。フォトトランジスタ３１のエミッタは、除去回路２４、積分回路２５及び抵抗Ｒ３の一端に接続している。抵抗Ｒ３の他端は接地している。除去回路２４は、更に、ＡＮＤ回路２６の一方の入力端に接続している。積分回路２５は、更に、ＡＮＤ回路２６の他方の入力端に接続している。ＡＮＤ回路２６の出力端は、検出回路２３の信号入力部４１に接続している。結果信号出力部４３は、工作機械１が有する図示しない装置に接続している。

検出回路２３のパルス信号出力部４０は、第１パルス信号を切替えスイッチ２２のベースに出力する。切替えスイッチ２２において、エミッタの電位を基準としたベースの電圧が正の一定電圧以上である場合、切替えスイッチ２２はオンである。このとき、電流は、切替えスイッチ２２のコレクタ及びエミッタ間を流れることが可能である。切替えスイッチ２２において、エミッタの電位を基準としたベースの電圧が正の一定電圧未満である場合、切替えスイッチ２２はオフである。このとき、電流は、切替えスイッチ２２のコレクタ及びエミッタ間を流れることはない。

第１パルス信号は、ハイレベル電圧及びローレベル電圧を示す。ハイレベル電圧は、接地電位を基準として、前述した正の一定電圧以上であり、ローレベル電圧は、接地電位を基準として、前述した正の一定電圧未満である。従って、第１パルス信号がハイレベル電圧を示す場合、切替えスイッチ２２はオンであり、第１パルス信号がローレベル電圧を示す場合、切替えスイッチ２２はオフである。パルス信号出力部４０は、第１パルス信号を出力することによって、切替えスイッチ２２をオン又はオフに切替える。

半導体スイッチ２０において、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が負の一定電圧未満である場合、半導体スイッチ２０はオンである。半導体スイッチ２０がオンである場合、電流は、半導体スイッチ２０のソース及びドレイン間を流れることが可能である。半導体スイッチ２０において、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が負の一定電圧以上である場合、半導体スイッチ２０はオフである。半導体スイッチ２０がオフである場合、電流は、半導体スイッチ２０のソース及びドレイン間を流れることはない。

切替えスイッチ２２がオンである場合、半導体スイッチ２０において、ソースの電位を基準としたゲートの電圧は負の電圧であり、この電圧の絶対値は、電圧Ｖａの絶対値と略一致する。電圧Ｖａの絶対値は、前述した負の一定電圧の絶対値以上である。このため、半導体スイッチ２０において、ソースの電位を基準としたゲートの電圧は、負の一定電圧未満である。結果、切替えスイッチ２２がオンである場合、半導体スイッチ２０もオンである。

切替えスイッチ２２がオフである場合、抵抗Ｒ２に電流が流れない。このため、半導体スイッチ２０において、ソースの電位を基準としたゲートの電圧はゼロＶであり、前述した負の一定電圧以上である。結果、切替えスイッチ２２がオフである場合、半導体スイッチ２０もオフである。
パルス信号出力部４０は、第１パルス信号を出力することによって、切替えスイッチ２２及び半導体スイッチ２０をオンに切替えると共に、切替えスイッチ２２及び半導体スイッチ２０をオフに切替える。

機械スイッチ１０及び半導体スイッチ２０がオンである場合、電流が半導体スイッチ２０、機械スイッチ１０、発光ダイオード３０及び抵抗Ｒ１の順に流れ、発光ダイオード３０は発光する。発光ダイオード３０が発光した場合、フォトトランジスタ３１は、発光ダイオード３０から光を受光する。フォトトランジスタ３１は、スイッチとして機能する。フォトトランジスタ３１は、発光ダイオード３０から光を受光している場合、オンである。フォトトランジスタ３１がオンである場合、電流は、フォトトランジスタ３１のコレクタ及びエミッタ間を流れることが可能である。フォトトランジスタ３１がオンである場合、フォトカプラ２１は、除去回路２４及び積分回路２５に電圧Ｖｓを出力する。
なお、フォトトランジスタ３１がオンである場合におけるフォトトランジスタ３１のコレクタ及びエミッタ間の抵抗値はゼロΩであるとみなしている。

機械スイッチ１０又は半導体スイッチ２０がオフである場合、電流は、機械スイッチ１０、半導体スイッチ２０及び発光ダイオード３０を流れず、発光ダイオード３０は発光を停止している。フォトトランジスタ３１は、発光ダイオード３０が発光を停止している場合、オフである。フォトトランジスタ３１がオフである場合、電流は、フォトトランジスタ３１のコレクタ及びエミッタ間を流れることはない。フォトトランジスタ３１がオフである場合、フォトカプラ２１は、ゼロＶを除去回路２４及び積分回路２５に出力する。

以上のように、フォトカプラ２１は、電圧Ｖｓ又はゼロＶを出力することによって、第２パルス信号を除去回路２４及び積分回路２５に出力する。第２パルス信号の電圧は、機械スイッチ及び半導体スイッチを介して電流が流れているか否かに応じて異なる。従って、機械スイッチ１０がオンである場合、第２パルス信号の電圧は、半導体スイッチ２０のオン及びオフに応じて変動する。機械スイッチ１０がオンである場合において、第２パルス信号の電圧は、半導体スイッチ２０がオンであるとき、電圧Ｖｓであり、半導体スイッチ２０がオフであるとき、ゼロＶである。フォトカプラ２１は第１出力部として機能する。

除去回路２４は、フォトカプラ２１が出力した第２パルス信号に重畳している外乱雑音を除去し、外乱雑音を除去した第２パルス信号をＡＮＤ回路２６の一方の入力端に出力する。
積分回路２５は、フォトカプラ２１が出力した第２パルス信号を積分し、積分した信号をＡＮＤ回路２６の他方の入力端に出力する。

図２は、除去回路２４及び積分回路２５の回路図である。除去回路２４は、抵抗５０及びキャパシタ５１を有する。積分回路２５は、抵抗６０及びキャパシタ６１を有する。抵抗５０，６０夫々の一端は、フォトカプラ２１が有するフォトトランジスタ３１のエミッタに接続している。抵抗５０の他端は、ＡＮＤ回路２６の一方の入力端、及び、キャパシタ５１の一端に接続している。キャパシタ５１の他端は接地している。抵抗６０の他端は、ＡＮＤ回路２６の他方の入力端、及び、キャパシタ６１の一端に接続している。キャパシタ６１の他端は接地している。

前述したように、フォトカプラ２１は第２パルス信号を除去回路２４及び積分回路２５に出力する。
第２パルス信号の電圧が電圧Ｖｓである場合、除去回路２４では、電流が抵抗５０及びキャパシタ５１の順に流れ、キャパシタ５１は蓄電する。キャパシタ５１が蓄電している場合、キャパシタ５１の両端間の電圧は、時間の経過と共に上昇する。第２パルス信号の電圧がゼロＶである場合、除去回路２４では、キャパシタ５１は放電する。これにより、電流は、キャパシタ５１の一端から抵抗５０，Ｒ３の順に流れる。キャパシタ５１が放電している場合、キャパシタ５１の両端間の電圧は、時間の経過と共に低下する。キャパシタ５１は、両端間の電圧をＡＮＤ回路２６の一方の入力端に出力する。抵抗５０の抵抗値は、抵抗Ｒ３の抵抗値よりも十分に大きい。このため、キャパシタ５１が放電している場合における抵抗Ｒ３の両端間の電圧は略ゼロＶである。キャパシタ５１の両端間の電圧について、最大値は電圧Ｖｓであり、最小値はゼロＶである。

キャパシタ５１は、第２パルス信号に重畳している外乱雑音を吸収することによって、第２パルス信号の外乱雑音を除去する。除去回路２４は、外乱雑音を除去した第２パルス信号を、出力信号としてＡＮＤ回路２６の一方の入力端に出力する。除去回路２４の時定数は、抵抗５０の抵抗値、及び、キャパシタ５１の静電容量の積の算出結果である。時定数が小さい程、キャパシタ５１の両端間の電圧が上昇する速度、及び、キャパシタ５１の両端間の電圧が低下する速度が速い。除去回路２４の時定数は小さい。このため、除去回路２４は、第２パルス信号を長期間に亘って積分せず、フォトカプラ２１が出力した第２パルス信号を、外乱雑音が重畳している短い期間に亘って積分し、外乱雑音を除去する。

第２パルス信号の電圧が電圧Ｖｓである場合、積分回路２５では、電流が抵抗６０及びキャパシタ６１の順に流れ、キャパシタ６１は蓄電する。キャパシタ６１が蓄電している場合、キャパシタ６１の両端間の電圧は、時間の経過と共に上昇する。第２パルス信号の電圧がゼロＶである場合、積分回路２５では、キャパシタ６１は放電する。これにより、電流は、キャパシタ６１の一端から抵抗６０，Ｒ３の順に流れる。キャパシタ６１が放電している場合、キャパシタ６１の両端間の電圧は、時間の経過と共に低下する。キャパシタ６１は、両端間の電圧をＡＮＤ回路２６の他方の入力端に出力する。抵抗６０の抵抗値は、抵抗Ｒ３の抵抗値よりも十分に大きい。このため、キャパシタ６１が放電している場合における抵抗Ｒ３の両端間の電圧も略ゼロＶである。キャパシタ６１の両端間の電圧について、最大値は電圧Ｖｓであり、最小値はゼロＶである。

積分回路２５の時定数は、抵抗６０の抵抗値、及び、キャパシタ６１の静電容量の積の算出結果である。時定数が大きい程、キャパシタ６１の両端間の電圧が上昇する速度、及び、キャパシタ６１の両端間の電圧が低下する速度が遅い。積分回路２５の時定数は大きい。このため、積分回路２５は、第２パルス信号を長期間に亘って積分し、積分した信号を、出力信号としてＡＮＤ回路２６の他方の入力端に出力する。

ＡＮＤ回路２６は、除去回路２４の出力信号の電圧が第１閾値以上であり、かつ、積分回路２５の出力信号の電圧が第２閾値以上である場合に、出力端から信号入力部４１にハイレベル電圧を出力する。また、ＡＮＤ回路２６は、除去回路２４の出力信号の電圧が第１閾値未満であるか、又は、積分回路２５の出力信号の電圧が第２閾値未満である場合、出力端から信号入力部４１にローレベル電圧を出力する。ＡＮＤ回路２６は、ハイレベル電圧及びローレベル電圧を出力することによって、信号を出力する。従って、ＡＮＤ回路２６が信号入力部４１に出力する出力信号は、ハイレベル電圧又はローレベル電圧を示す。ＡＮＤ回路２６が出力する出力信号は、ＡＮＤ回路２６が出力した電圧に係る信号である。
第１閾値及び第２閾値夫々は一定である。ハイレベル電圧は第１電圧に相当する。ローレベル電圧は第２電圧に相当する。ＡＮＤ回路２６は第２出力部として機能する。

図１に示す検出部４２は、ＡＮＤ回路２６の出力信号の波形が所定の波形である場合、機械スイッチ１０のオンを検出し、ＡＮＤ回路２６の出力信号の波形が所定の波形ではない場合、機械スイッチ１０のオフを検出する。
結果信号出力部４３は、検出部４２の検出結果を示す結果信号を、工作機械１が有する図示しない装置に出力する。検出部４２が機械スイッチ１０のオンを検出している場合、結果信号は機械スイッチ１０のオンを示す。検出部４２が機械スイッチ１０のオフを検出している場合、結果信号は機械スイッチ１０のオフを示す。前述したように、工作機械１は、例えば、結果信号が示す内容に応じて、作動又は動作の停止を行う。

図３は、検出装置１１の動作を説明するためのタイミングチャートである。具体的には、図３は、第１パルス信号、第２パルス信号、除去回路２４の出力信号、積分回路２５の出力信号及びＡＮＤ回路２６の出力信号の電圧の推移を示す。これらの推移において、横軸の値は時間を示す。更に、図３は、機械スイッチ１０のオン及びオフに係る推移を示す。この推移においても、横軸の値は時間を示す。図３において、「Ｈ」はハイレベル電圧を示し、「Ｌ」はローレベル電圧を示す。更に、Ｖｒ１は第１閾値であり、Ｖｒ２は第２閾値である。図３の第２パルス信号は、フォトカプラ２１が出力する第２パルス信号である。
なお、第１パルス信号、第２パルス信号、除去回路２４の出力信号、積分回路２５の出力信号及びＡＮＤ回路２６の出力信号の伝播時間はゼロ秒であるとみなしている。

前述したように、検出回路２３のパルス信号出力部４０は、第１パルス信号を切替えスイッチ２２のベースに出力する。図３に示すように、第１パルス信号が示す電圧は、周期的にローレベル電圧からハイレベル電圧に切替わる。１周期において、第１パルス信号がハイレベル電圧を示すハイレベル期間、及び、第１パルス信号がローレベル電圧を示すローレベル期間は一定である。ハイレベル期間はローレベル期間よりも長い。第１パルス信号の１周期は、ハイレベル期間及びローレベル期間の和である。

前述したように、第１パルス信号がハイレベル電圧を示す場合、半導体スイッチ２０はオンであり、第１パルス信号がローレベル電圧を示す場合、半導体スイッチ２０はオフである。このため、ハイレベル期間は、半導体スイッチ２０がオンであるオン期間に相当し、ローレベル期間は、半導体スイッチ２０がオフであるオフ期間に相当する。

検出回路２３のパルス信号出力部４０は、第１パルス信号を切替えスイッチ２２のベースに出力することによって、半導体スイッチ２０のオン及びオフへの切替えを交互に繰り返す。パルス信号出力部４０は切替え部として機能する。
半導体スイッチ２０がオフからオンに切替わる場合に半導体スイッチ２０でチャタリングが発生することはない。

図３に示すように、機械スイッチ１０がオフを保持している状態で、使用者が機械スイッチ１０をオフからオンに切替えた場合、チャタリングが発生する。チャタリングが発生している間、機械スイッチ１０は、短い時間でオン又はオフに頻繁に切替わる。チャタリングが発生している間において、機械スイッチ１０がオンである期間は、第１パルス信号のハイレベル期間よりも短い。チャタリングが終了した後、機械スイッチ１０はオンを保持する。

前述したように、第１パルス信号がハイレベル電圧を示す場合、半導体スイッチ２０はオンであり、第１パルス信号がローレベル電圧を示す場合、半導体スイッチ２０はオフである。更に、前述したように、機械スイッチ１０及び半導体スイッチ２０がオンである場合、フォトカプラ２１が出力する第２パルス信号は電圧Ｖｓを示し、機械スイッチ１０又は半導体スイッチ２０がオフである場合、フォトカプラ２１が出力する第２パルス信号はゼロＶを示す。

従って、第１パルス信号がハイレベル電圧を示し、かつ、機械スイッチ１０がオンである場合、第２パルス信号は電圧Ｖｓを示す。更に、第１パルス信号がローレベル電圧を示すか、又は、機械スイッチ１０がオフである場合、第２パルス信号はゼロＶを示す。また、第２パルス信号には外乱雑音が重畳している。外乱雑音が重畳している部分では、第２パルス信号は、電圧Ｖｓ及びゼロＶとは異なる電圧を示す。

除去回路２４の時定数は、第１パルス信号のローレベル期間よりも短く、外乱雑音が重畳している期間よりも長い。このため、除去回路２４の出力信号は、フォトカプラ２１が出力した第２パルス信号から外乱雑音を除去した第２パルス信号である。電圧Ｖｓは第１閾値Ｖｒ１以上であり、ゼロＶは第１閾値Ｖｒ１未満である。

フォトカプラ２１の第２パルス信号の電圧がゼロＶを超えている場合、積分回路２５の出力信号の電圧は、徐々に上昇し、フォトカプラ２１の第２パルス信号の電圧がゼロＶである場合、積分回路２５の出力信号の電圧は、徐々に低下する。前述したように、積分回路２５の時定数は長い。また、機械スイッチ１０において、チャタリングが発生している場合、機械スイッチ１０がオンである期間が短い。このため、チャタリングが発生している間に積分回路２５の出力信号の電圧が第２閾値以上となることはない。

第１パルス信号のハイレベル期間は、チャタリングが発生している場合において機械スイッチ１０がオンである期間よりも十分に長い。このため、機械スイッチ１０がオンを保持している場合、第１パルス信号がハイレベル電圧を示す間に、積分回路２５の出力信号の電圧は、第２閾値Ｖｒ２以上となり、電圧Ｖｓに到達する。

機械スイッチ１０がオンを保持している場合において、第１パルス信号がローレベル電圧を示すとき、フォトカプラ２１の第２パルス信号の電圧はゼロＶである。このとき、積分回路２５のキャパシタ６１は放電し、キャパシタ６１の両端間の電圧は低下する。

積分回路２５の時定数は、第１パルス信号のローレベル期間よりも長い。このため、機械スイッチ１０がオンを保持している場合において、第１パルス信号がローレベル電圧を示している間に、積分回路２５の出力電圧は、第２閾値Ｖｒ２未満となることはない。結果、機械スイッチ１０がオンを保持している場合、積分回路２５の出力信号の電圧は、確実に第２閾値Ｖｒ２以上である。チャタリングが終了した後においては、機械スイッチ１０がオンを保持している限り、積分回路２５の出力信号の電圧は第２閾値Ｖｒ２以上である。

前述したように、ＡＮＤ回路２６は、除去回路２４の出力信号の電圧が第１閾値以上であり、かつ、積分回路２５の出力信号の電圧が第２閾値以上である場合にハイレベル電圧を出力する。また、ＡＮＤ回路２６は、除去回路２４の出力信号の電圧が第１閾値未満であるか、又は、積分回路２５の出力信号の電圧が第２閾値未満である場合、ローレベル電圧を出力する。

従って、機械スイッチ１０がオフである期間、及び、チャタリングが発生している期間では、ＡＮＤ回路２６の出力信号の電圧はローレベル電圧である。また、チャタリングが発生した後においては、機械スイッチ１０がオンを保持している限り、ＡＮＤ回路２６の出力信号の波形は、第１パルス信号の波形と同様である。

検出回路２３の検出部４２は、パルス信号出力部４０が第１パルス信号を出力している間に、ＡＮＤ回路２６が、例えば、第１パルス信号のＮ周期（Ｎ：自然数）に亘って、検出回路２３の信号入力部４１に出力した出力信号の波形が所定の波形である場合に機械スイッチ１０のオンを検出する。所定の波形は、例えば、第１パルス信号の波形と同様の波形である。また、検出回路２３の検出部４２は、ＡＮＤ回路２６が検出回路２３の信号入力部４１に出力した出力信号の波形が、例えば、第１パルス信号のＮ周期に亘って、第１パルス信号の波形と同様ではなかった場合、機械スイッチ１０のオフを検出する。

検出装置１１では、チャタリングが発生している場合、ＡＮＤ回路２６の出力信号の電圧は、ローレベル電圧であり、ＡＮＤ回路２６の出力信号はチャタリングの影響を受けない。このため、検出回路２３の検出部４２は、チャタリングが発生した場合であっても機械スイッチ１０のオンを適切に検出することができる。
また、除去回路２４は、前述したように、フォトカプラ２１の第２パルス信号から外乱雑音を除去し、ＡＮＤ回路２６は、外乱雑音を除去した第２パルス信号の電圧と、積分回路２５が積分した信号の電圧とに基づく電圧を出力する。このため、検出部４２は、外乱雑音によって、誤った検出を行う可能性は低い。

なお、除去回路２４の構成は、抵抗５０及びキャパシタ５１を有する構成に限定されず、外乱雑音を除去する構成であればよい。このため、除去回路２４の構成は、例えば、コイルを用いて外乱雑音を除去する構成であってもよい。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２における工作機械１の要部構成を示すブロック図である。
以下では、実施の形態２について、実施の形態１と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成は、実施の形態１と共通している。このため、実施の形態１と共通する構成部には実施の形態１と同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態２における工作機械１は、実施の形態１と同様に、機械スイッチ１０及び検出装置１１を備える。実施の形態２における検出装置１１の構成が、実施の形態１における検出装置１１の構成と異なる。実施の形態２における検出装置１１が有する構成部は、実施の形態１における検出装置１１が有する構成部の中で除去回路２４を除いた構成部である。
フォトカプラ２１が出力する第２パルス信号に外乱雑音が重畳しにくい場合、検出装置１１は除去回路２４を有する必要はない。

フォトカプラ２１が有するフォトトランジスタ３１のエミッタは、実施の形態１と同様に積分回路２５及び抵抗Ｒ３の一端に接続している。フォトトランジスタ３１のエミッタは、更に、ＡＮＤ回路２６の一方の入力端に接続している。

ＡＮＤ回路２６は、フォトカプラ２１が出力した第２パルス信号の電圧が第１閾値以上であり、かつ、積分回路２５の出力信号の電圧が第２閾値以上である場合に、出力端から検出回路２３の信号入力部４１にハイレベル電圧を出力する。また、ＡＮＤ回路２６は、フォトカプラ２１が出力した第２パルス信号の電圧が第１閾値未満であるか、又は、積分回路２５の出力信号の電圧が第２閾値未満である場合、出力端から信号入力部４１にローレベル電圧を出力する。ＡＮＤ回路２６は、ハイレベル電圧及びローレベル電圧を出力することによって、信号を出力する。ＡＮＤ回路２６が出力する出力信号は、ＡＮＤ回路２６が出力した電圧に係る信号である。

図５は、検出装置１１の動作を説明するためのタイミングチャートである。具体的には、図５は、第１パルス信号、第２パルス信号、積分回路２５の出力信号及びＡＮＤ回路２６の出力信号の電圧の推移を示す。これらの推移において、横軸の値は時間を示す。更に、図５は、機械スイッチ１０のオン及びオフに係る推移を示す。この推移においても、横軸の値は時間を示す。図５において、「Ｈ」はハイレベル電圧を示し、「Ｌ」はローレベル電圧を示す。更に、Ｖｒ１は第１閾値であり、Ｖｒ２は第２閾値である。図５の第２パルス信号は、フォトカプラ２１が出力する第２パルス信号である。
なお、第１パルス信号、第２パルス信号、積分回路２５の出力信号及びＡＮＤ回路２６の出力信号の伝播時間については、考慮していない。

第１パルス信号の電圧の推移、及び、機械スイッチ１０のオン及びオフに係る推移は、実施の形態１と同様である。フォトカプラ２１は、実施の形態１と同様に、第２パルス信号を、ＡＮＤ回路２６の一方の入力端、及び、積分回路２５に出力する。第２パルス信号に外乱雑音が重畳していない場合、第２パルス信号の電圧は電圧Ｖｓ又はゼロＶである。積分回路２５は、フォトカプラ２１が出力した第２パルス信号を実施の形態１と同様に積分する。積分回路２５の出力信号は実施の形態１と同様である。

前述したように、ＡＮＤ回路２６は、フォトカプラ２１が出力した第２パルス信号の電圧が第１閾値以上であり、かつ、積分回路２５の出力信号の電圧が第２閾値以上である場合にハイレベル電圧を出力する。また、ＡＮＤ回路２６は、フォトカプラ２１が出力した第２パルス信号の電圧が第１閾値未満であるか、又は、積分回路２５の出力信号の電圧が第２閾値未満である場合、ローレベル電圧を出力する。

従って、機械スイッチ１０がオフである期間、及び、チャタリングが発生している期間では、ＡＮＤ回路２６の出力信号の電圧はローレベル電圧である。また、チャタリングが発生した後においては、機械スイッチ１０がオンを保持している限り、ＡＮＤ回路２６の出力信号の波形は、第１パルス信号の波形と同様である。

検出回路２３の検出部４２は、パルス信号出力部４０が第１パルス信号を出力している間に、ＡＮＤ回路２６が、例えば、第１パルス信号のＮ周期（Ｎ：自然数）に亘って、検出回路２３の信号入力部４１に出力した出力信号の波形が所定の波形である場合に機械スイッチ１０のオンを検出する。所定の波形は、例えば、第１パルス信号の波形と同様の波形である。また、検出回路２３の検出部４２は、ＡＮＤ回路２６が検出回路２３の信号入力部４１に出力した出力信号の波形が、例えば、第１パルス信号の１周期に亘って、第１パルス信号の波形と同様ではなかった場合、機械スイッチ１０のオフを検出する。

検出装置１１では、チャタリングが発生している場合、ＡＮＤ回路２６の出力信号の電圧は、ローレベル電圧であり、ＡＮＤ回路２６の出力信号はチャタリングの影響を受けない。このため、検出回路２３の検出部４２は、チャタリングが発生した場合であっても機械スイッチ１０のオンを適切に検出することができる。
実施の形態２における工作機械１及び検出装置１１は、実施の形態１における工作機械１及び検出装置１１が奏する効果において、除去回路２４を有することによって得られる効果を除く他の効果を同様に奏する。

なお、実施の形態１，２において、半導体スイッチ２０は、Ｐチャネル型のＦＥＴに限定されず、Ｎチャネル型のＦＥＴ、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はバイポーラトランジスタ等であってもよい。
また、切替えスイッチ２２は、スイッチとして機能すればよいので、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタに限定されず、Ｎチャネル型のＦＥＴ、ＩＧＢＴ又はリレー接点等であってもよい。

更に、機械スイッチ１０及び検出装置１１を搭載する機械は、工作機械に限定されず、例えば、機械スイッチ１０に係るオン及びオフの状態に応じて、作動又は動作の停止を行う機械であってもよい。
また、積分回路２５は、フォトカプラ２１が出力した第２パルス信号を積分する回路であればよいので、抵抗６０及びキャパシタ６１を有する回路に限定されない。

第１パルス信号の１周期中に存在するハイレベル期間及びローレベル期間夫々の数は１に限定されない。第１パルス信号の１周期中に複数のハイレベル期間又は複数のローレベル期間が存在してもよい。１周期中に複数のハイレベル期間が存在する場合、各ハイレベル期間の長さは、他のハイレベル期間中の少なくとも１つの長さと異なっていてもよい。同様に、１周期中に複数のローレベル期間が存在する場合、各ローレベル期間の長さは、他のローレベル期間中の少なくとも１つの長さと異なっていてもよい。この場合、除去回路２４の時定数は、最も短いローレベル期間よりも短く、積分回路２５の時定数は、最も長いローレベル期間よりも長い。

検出装置１１がオン及びオフを検出する機械スイッチ１０の数は、１に限定されず、２以上であってもよい。この場合、半導体スイッチ２０、フォトカプラ２１、切替えスイッチ２２、除去回路２４、積分回路２５、ＡＮＤ回路２６、パルス信号出力部４０、信号入力部４１及び抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３夫々の数は、機械スイッチ１０の数と同じである。検出装置１１は、前述したように、各機械スイッチ１０のオン及びオフを検出する。ここで、複数のパルス信号出力部４０が出力する複数の第１パルス信号、即ち、複数の機械スイッチ１０に対応する複数の第１パルス信号について、１周期の波形は相互に異なっていてもよい。

今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。各実施の形態において記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができる。本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

１ 工作機械
１０ 機械スイッチ
１１ 検出装置
２０ 半導体スイッチ
２１ フォトカプラ（第１出力部）
２３ 検出回路
２４ 除去回路
２５ 積分回路
２６ ＡＮＤ回路（第２出力部）
４０ パルス信号出力部（切替え部）
４２ 検出部
６０ 抵抗
６１ キャパシタ

Claims (5)

1. 機械スイッチがオンである場合に電圧が変動するパルス信号を出力する第１出力部と、
   該第１出力部が出力したパルス信号を積分する積分回路と、
   該第１出力部が出力したパルス信号の電圧が第１閾値以上であり、かつ、前記積分回路が積分した信号の電圧が第２閾値以上である場合に第１電圧を出力し、他の場合に、該第１電圧とは異なる第２電圧を出力する第２出力部と、
   該第２出力部が出力した電圧に係る信号の波形が所定の波形である場合に前記機械スイッチのオンを検出する検出部と
   を備える検出装置。
2. 前記第１出力部が出力したパルス信号に重畳している雑音を除去する除去回路を備え、
   前記第２出力部は、該除去回路が前記雑音を除去したパルス信号の電圧が第１閾値以上であり、かつ、前記積分回路が積分した信号の電圧が第２閾値以上である場合に第１電圧を出力し、他の場合に、該第１電圧とは異なる第２電圧を出力する
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記機械スイッチに直列に接続している半導体スイッチと、
   該半導体スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返す切替え部と
   を備え、
   前記第１出力部は、前記機械スイッチ及び半導体スイッチを介して電流が流れているか否かに応じて電圧が異なるパルス信号を出力する
   請求項１又は請求項２に記載の検出装置。
4. 前記積分回路は、抵抗及びキャパシタを有し、
   前記切替え部が行う切替えについて、前記半導体スイッチがオフであるオフ期間は一定であり、
   前記積分回路の時定数は前記オフ期間よりも長い
   請求項３に記載の検出装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の検出装置と、
   前記機械スイッチと
   を備える工作機械。

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