JP2024024838A - 安全スイッチ - Google Patents

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Abstract

【課題】電磁石及び磁化部材を用いたロック機能を有する安全スイッチを小型化する。【解決手段】安全スイッチ100は、被吸着面が形成される磁化部材301を有し、移動可能なアクチュエータ300が所定範囲内にあることを検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて安全信号を出力する安全信号出力部230と、前記被吸着面に対応する吸着面が形成される電磁石201と、前記アクチュエータの移動をロックするためのロック指示を受けるロック入力部223と、前記ロック入力部を介して受ける前記ロック指示に基づいて前記電磁石の吸着面と前記アクチュエータの被吸着面とが吸着するように前記電磁石を駆動する駆動制御部212と、前記電磁石に形成され、スイッチ本体200を前記スイッチ本体の設置場所に固定するための取付部205と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、電磁石及び磁化部材を用いたロック機能を有する安全スイッチに関する。
工場等において、プレス装置、作業ロボット等の機械的危険源の周囲である周囲領域は、安全柵等の区画部材によって区画される。周囲領域への人体の侵入可能性がある状態、又は、周囲領域に実際に人体が侵入したことが検出された場合に機械的危険源の稼働が停止することで、機械的危険源から人体を保護することができる。
区画部材には、周囲領域に人体が出入りするための開閉部が設けられる。開閉部の典型的な例はドアである。
開閉部に安全スイッチが設置される。安全スイッチは、開閉部の開閉状態を検知する検知機能を有する。
安全スイッチを含む安全システムは、開閉部が閉状態から開状態になったときに、機械的危険源を停止させる。
周囲領域への人体の侵入可能性がない状態、又は、周囲領域に実際に人体が侵入していないことが確認できていて、その状態が維持されている間、安全システムは「安全状態」である。「安全状態」では、安全スイッチから安全信号としてON信号が出力され、機械的危険源が稼働する。
そして、「安全状態」から開閉部が開状態になって周囲領域が開放されると、安全システムは「安全状態」ではなくなるため、安全スイッチから安全信号としてOFF信号が出力され、機械的危険源が停止する。
なお、安全システムでは、一度安全スイッチから安全信号としてOFF信号が出力されると、その後開閉部が閉状態になっただけでは機械的危険源が再稼働せず、別途リセット信号が入力されることにより機械的危険源が再稼働する。別途リセット信号の入力が必要とされる理由は、一度周囲領域が開放されると、その後開閉部が閉状態になっても、周囲領域への人体の侵入可能性がない状態、又は、周囲領域内に人体が侵入していないことが確認できないためである。
安全スイッチの中には、開閉部の開閉状態を検知する検知機能のみならず、開閉部の開放を制限するためのロック機能を有するものもある(例えば特許文献1参照)。作業者が開閉部を誤って閉状態から開状態にすると、機械的危険源が停止するため、工場等の生産効率が悪化する。安全スイッチのロック機能は、作業者が開閉部を誤って閉状態から開状態にすることを抑制できるため、工場等の生産効率向上に資する。
上記ロック機能の一例として、電磁石及び磁化部材を用いるものがある。
特表2016-510382号公報(図6B)
ロック機能を有する安全スイッチは、ロック機能を有さない安全スイッチと比較して、必然的に大型になる、という課題がある。そして、電磁石及び磁化部材を用いたロック機能を有する従来の安全スイッチでは、電磁石の形状について十分な検討がなされておらず、電磁石の形状について改善の余地があった。
本発明は、上記の課題に鑑み、電磁石及び磁化部材を用いたロック機能を有し、小型化を図ることができる安全スイッチを提供することを目的とする。
上記課題を解決する安全スイッチは、被吸着面が形成される磁化部材を有し、移動可能なアクチュエータが所定範囲内にあることを検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて安全信号を出力する安全信号出力部と、前記被吸着面に対応する吸着面が形成される電磁石と、前記アクチュエータの移動をロックするためのロック指示を受けるロック入力部と、前記ロック入力部を介して受ける前記ロック指示に基づいて前記電磁石の吸着面と前記アクチュエータの被吸着面とが吸着するように前記電磁石を駆動する駆動制御部と、前記電磁石に形成され、スイッチ本体を前記スイッチ本体の設置場所に固定するための取付部と、を備える。
なお、その他の特徴、要素、ステップ、利点、及び、特性については、以下に続く発明を実施するための形態及びこれに関する添付の図面によって、さらに明らかとなる。
本発明によれば、電磁石及び磁化部材を用いたロック機能を有し、小型化を図ることができる安全スイッチを提供することが可能となる。
安全スイッチの適用例を示す図 スイッチ本体の一例を示す斜視図 コア部及びヨーク部の一例を示す斜視図 電磁石の正面図 アクチュエータの一例を示す斜視図 スイッチ本体の別例を示す斜視図 電磁石における磁力線の密度分布を示す図 安全スイッチの機能ブロックを示す図
<安全スイッチの適用例>
図1は、安全スイッチの適用例を示す図である。図1では、工作機械等の機械的危険源を包囲したガード400が図示されている。ガード400は、隔離による安全防護の一例であり、図1では隔離壁を備える包囲箱の一部(特に安全スイッチが設けられるドア周辺)が当該包囲箱の内部から視て描写されている。ただし、図1の描写はあくまで一例であり、図1の隔離壁を鉄柵などに置き換えて理解することもできる。
図1には、互いに直交するX方向、Y方向、及びZ方向が図示されている。X方向、Y方向、及びZ方向はいずれも後述の通り、安全スイッチ100の配置姿勢に対応する。
ガード400は、開閉可能な可動ガードとしてスライド式のドア401を備える。ドア401の本体部分は、透明な樹脂製又は強化ガラス製などであってもよい。ドア401が閉状態から開状態に遷移するときのドア401の移動方向が図1中のX方向になるように
、安全スイッチ100が配置される。このように安全スイッチ100が配置された場合、ドア401が開状態から閉状態に遷移するときのドア401の移動方向は、図1中のX方向と逆方向(-X方向)になる。
安全スイッチ100は、スイッチ本体200と、アクチュエータ300と、を備える。
安全スイッチ100のスイッチ本体200は、ガード400のドア枠402の下部に固定された支持部材403に固定されている。このように、スイッチ本体200は、開閉(移動)が可能なドア401ではなく、固定のドア枠402に設置することが望ましい。図1の描写では、支持部材403をガード400のドア枠402に固定するためのネジは省略されている。
一方、安全スイッチ100のアクチュエータ300は、ドア401の側面下部に固定された支持部材404に固定されている。図1の描写では、支持部材404をドア401に固定するためのネジは省略されている。したがって、アクチュエータ300はスイッチ本体200に相対移動可能になるように固定される。
なお、安全スイッチ100は、安全システムに寄与する安全機能として、アクチュエータ300がスイッチ本体200に対して所定の範囲内にあるか否かを検出し、その検出結果を安全信号として出力する。安全信号は、OSSD(Output Signal Switching Device)とも称される。
例えば、ガード400のドア401が閉じられたときには、ドア枠402に設けられたスイッチ本体200の検出部(アンテナコイル)に対して、ドア401に設けられたアクチュエータ300のRFID(Radio Frequency Identification)が近接する。このとき、スイッチ本体200は、検出部によりRFIDが識別されたことを以て、アクチュエータ300がスイッチ本体200に対して所定の範囲内にあることを検出して、ドア401が閉じられていることを間接的に検出する。このように、安全スイッチ100は、自己に対応するドア401の開閉状態を検出するように配置されている。
ドア401が開かれている場合には、ガード400により包囲された機械的危険源の稼働が禁止される状態となる。一方、ドア401が閉じられている場合には、ガード400により包囲された工作機械の稼働が許可され得る状態(=稼働許可条件の一つを満たした状態)となる。
このように、安全スイッチ100は、機械的危険源に対する保護方策のための機器である。特に、安全スイッチ100は、停止による安全防護の類型である。この類型では、危険源の周囲である周囲領域が区画され、当該周囲領域への人体の侵入可能性がある状態、又は、人体が侵入したことを検出したときに、機械的危険源の稼働が停止される。特に、安全スイッチ100を備えた安全システムでは、ドア401が閉じられた状態からドア401が開放された状態になったときに機械的危険源を停止する。
すなわち、周囲領域に人体が侵入していないことなどの諸条件が満たされていて、かつその状態がドア401の閉鎖により維持されている間は「安全状態」として、安全スイッチ100からOSSDとしてON信号が出力され、機械的危険源が稼働する。一方、「安全状態」からドア401が移動して、周囲領域が開放されると、安全スイッチ100からOSSDとしてOFF信号が出力されて、機械的危険源が停止する。
安全システム全体では、安全スイッチ100から一度OFF信号が出力されると、ドア401自体が閉じ位置に移動しても、機械的危険源が再稼働せず、別途リセット信号が入
力されることにより再稼働する。ドア401が一度開放されると、その後にドア401が閉じられたとしても、周囲領域内に人体が侵入していないことを確認できないためである。
また、安全スイッチ100は、上記安全機能に加えて、ドア401の開放を制限するためのロック機能を有する。
例えば、安全スイッチ100は、アクチュエータ300がスイッチ本体200に対して所定の範囲内にあることを検出してドア401が閉じられていることを間接的に検出している状態で、外部機器から出力されるロック入力を受けたときにスイッチ本体200の電磁石を駆動する。このとき、アクチュエータ300の鉄板が磁化される。その結果、電磁石が鉄板に吸着してドア401の開放が制限される。なお、安全スイッチ100は、当該外部機器から特定の信号が入力されない限り、ドア401のロックを解除しないようにしてもよい。
ロック機能を有する安全スイッチ100であれば、作業者が誤ってドア401を開放する度にOSSD出力に基づいて機械的危険源が停止するといった不具合を未然に防止することができる。
このように、安全スイッチ100のロック機能は、機械的危険源の円滑な稼働を維持するための補助機能(=非安全機能)として理解され得る。すなわち、安全システムの安全機能は、あくまで安全スイッチ100のOSSD出力により実現される。
<安全スイッチの機械的構造>
図2は、スイッチ本体200の一例を示す斜視図である。図2中のX方向、Y方向、及びZ方向は互いに直交する。図2中のX方向は、図1中のX方向と同じ方向である。図2中のY方向は、図1中のY方向と同じ方向である。図2中のZ方向は、図1中のZ方向と同じ方向である。
X方向は、安全スイッチ100の配置姿勢、より詳細には安全スイッチ100の一部であるスイッチ本体200の配置姿勢に対応する。具体的には、X軸線方向は吸着面209Aの法線方向に平行な軸線方向である。X軸線方向の一方であるX方向は、電磁石201に設けられるコイルから吸着面209Aに向かう方向である。X軸線方向の他方である-X方向は、X方向と反対に向かう方向である。
Y方向も、安全スイッチ100の配置姿勢、より詳細には安全スイッチ100の一部であるスイッチ本体200の配置姿勢に対応する。具体的には、Y軸線方向はスイッチ本体200の長手方向に沿った軸線方向である。Y軸線方向の一方である-Y方向は、端子203が突出する方向である。Y軸線方向の他方であるY方向は、-Y方向と反対に向かう方向である。
Z方向も、安全スイッチ100の配置姿勢、より詳細には安全スイッチ100の一部であるスイッチ本体200の配置姿勢に対応する。Z軸線方向は、X軸線方向及びY軸線方向と直交する。Z軸線方向は、Z方向と、Z方向と反対に向かう方向である-Z方向と、を含む。
以下、説明の便宜上、X方向を前方向、-X方向を後方向、Y方向を上方向、-Y方向を下方向、Z方向を右方向、-Z方向を左方向とするが、この例示は安全スイッチ100の配置姿勢を限定するものではない。
スイッチ本体200は、電磁石201と、樹脂筐体202と、端子203と、を備える。電磁石201は、樹脂筐体202の上部前方に設けられる。樹脂筐体202の上部は、略直方体形状である。電磁石201の背面(後面)は、樹脂筐体202の上部前面と接触し、接続される。電磁石201の吸着面209A及び吸着面209Bと、取付部205と、は樹脂筐体202に覆われず、外方に露出する。
樹脂筐体202の下部は、樹脂筐体202の上部と同様に略直方体形状である。樹脂筐体202の下部背面(後面)は、樹脂筐体202の上部背面(後面)と同一平面を形成する。樹脂筐体202の下部前面は、樹脂筐体202の上部前面よりも前方向に位置する。電磁石201の底面(下面)は、樹脂筐体202の下部上面と接触している。
端子203は、樹脂筐体202の下部底面(下面)から下方向に向かって突出する。端子203には、ケーブルのコネクタが接続される。当該ケーブルによって、スイッチ本体200は、外部機器と電気的に接続される。端子203は安全信号を出力する出力部を構成する。
樹脂筐体202の下部前面には、左右方向に分かれて一対の表示灯204L及び204Rが設けられる。なお、参照番号の数字に続くアルファベットL及びRは、同一または類似した複数の部材を区別するために使用されている。複数の部材に共通する事項が説明される場合には、アルファベットL及びRが省略される。
樹脂筐体202は、スイッチ本体200に対してアクチュエータ300が所定範囲内にあることを検出する検出部、当該検出部による検出結果に基づいて安全信号を出力する安全信号出力部、駆動信号を電磁石201に供給する制御部等を収納する。
電磁石201には、スイッチ本体200をスイッチ本体200の設置場所(例えば図1に示すドア枠402)に固定するための取付部205が形成される。図2に示す例では、取付部205は、左右方向に沿って延びるネジ穴である。また、図2に示す例では、電磁石201の右側に2つの取付部205が設けられ、電磁石201の左側にも同様に2つの取付部205が設けられる。
スイッチ本体200は、取付部205によって直接的にスイッチ本体200の設置場所に取り付けられてもよく、図1に示す例のように取付部205によって支持部材403に取り付けられて間接的にスイッチ本体200の設置場所に取り付けられてもよい。
スイッチ本体200が直接的にスイッチ本体200の設置場所に取り付けられる場合にはスイッチ本体200の設置場所が金属部材であることが望ましく、スイッチ本体200が支持部材403等の介在部材に取り付けられる場合には当該介在部材が金属部材であることが望ましい。すなわち、電磁石201は、取付部205によって金属部材に取り付けられることが望ましい。このような構成が採用された場合、駆動によって発熱する電磁石201の放熱を促進することができる。
電磁石201に取付部205が形成されることで、スイッチ本体200の設置場所への固定にスイッチ本体200の筐体が関与しなくなる。したがって、必要とされる固定強度及び固定の位置精度を満たすために、スイッチ本体200の筐体を大型化する必要がなくなる。その結果、スイッチ本体200延いては安全スイッチ100の小型化を図ることができる。
また、電磁石201に取付部205が形成されることで、安全スイッチ100のロック機能によって電磁石201にかかる吸着力がスイッチ本体200の筐体にかからなくなる
。このため、スイッチ本体200の筐体の機械的強度は比較的低くてよい。すなわち、スイッチ本体200の筐体は、金属筐体でなくてもよく、図2に示す例のように樹脂筐体202であってもよい。スイッチ本体200の検出部が電磁波を利用した検出部であれば、スイッチ本体200の筐体として樹脂筐体202が用いられた場合には、スイッチ本体200の筐体として金属筐体が用いられた場合と比較して、検出部の検出感度が向上する。
電磁石201は、円柱形のコア部206と、コア部206の径方向外側に設けられコイルが巻き回されるボビン207と、ボビン207の径方向外側に設けられるヨーク部208と、を備える。電磁石201が駆動されることによってコア部206に巻き回されるコイルに電流が流れ、電磁石201とアクチュエータ300の鉄板301(図5参照)とを吸着するための磁界を発生する。コア部206及びヨーク部208はそれぞれ磁性体である。なお、樹脂筐体202に収納されるアンテナコイル263(図7及び図8参照)の巻き方向D1と電磁石201のボビン207に巻き回されるコイルの巻き方向D2とは異なることが望ましい。これにより、アンテナコイル263(図7及び図8参照)が電磁石201からの磁力線の影響を受け難くなるため、スイッチ本体200に対してアクチュエータが所定範囲内にあることを検出する検出部の検出精度を向上させることができる。
電磁石201は、アクチュエータ300の鉄板301(図5参照)に吸着可能な吸着面209A及び209Bを有する。吸着面209Aは、コア部206の前面である。吸着面209Bは、ヨーク部208の最前面である。吸着面209Aの前後方向位置と吸着面209Bの前後方向位置とは同一である。吸着面209Aは円形であり、吸着面209Bは当該円形よりも径が大きく当該円形と同心である円環形状である。
コア部206及びヨーク部208は、図3に示す例のように一体構造品であってもよく、図3に示す例とは異なり別々の部品であってもよい。
図4は、上述した電磁石201の正面図である。ヨーク部208の右上隅部は、吸着面209A及び209Bを正面視したときに吸着面209A及び209Bに対して外に突出する突出部P1である。ヨーク部208の右下隅部、左下隅部、及び左上隅部も、上記突出部P1である。つまり、電磁石201は、吸着面209A及び209Bを正面視したときに吸着面209A及び209Bに対して外に突出する突出部P1を備える。
各々の突出部P1の前面は、吸着面209A及び209Bよりも後側に位置する。すなわち、吸着面209A及び209Bがアクチュエータ300の鉄板301(図5参照)に吸着しているときに、各々の突出部P1は吸着面209A及び209Bの法線方向(前後方向)においてアクチュエータ300の鉄板301(図5参照)から離れている。
吸着面209A及び209Bがアクチュエータ300の鉄板301(図5参照)に吸着しているときの磁力線が理想状態になるようにヨーク部208の形状が設計された場合、吸着面209Bにおける磁力線の密度は、吸着面209Aの中央部における磁力線の密度と略同一になる。
一方、各々の突出部P1が設けられ、仮に各々の突出部P1の前面が吸着面209A及び209Bと仮想の略同一平面を形成する構成であった場合、ヨーク部208において磁力線が不要に広がる。その結果、吸着面209Bにおける磁力線の密度は、吸着面209Aの中央部における磁力線の密度よりも著しく小さくなり、吸着力が低下する。しかしながら、図2及び図3に示す例のように各々の上記突出部の前面が吸着面209A及び209Bよりも後側に位置するようにした場合、吸着面209A及び209Bがアクチュエータ300の鉄板301(図5参照)に吸着しているときの磁力線を理想状態に近づけることができ、吸着面209Bにおける磁力線の密度を吸着面209Aの中央部における磁力
線の密度に近づけることができる。したがって、吸着力の低下を抑制することができる。
各々の突出部P1に取付部205が設けられる。取付部205が突出部P1に設けられることで、取付部205が電磁石201のコイル(ボビン207に巻き回されるコイル)に干渉することを抑制することができる。吸着面209A及び209Bを正面視したときに、取付部205がボビン207延いては電磁石201のコイルより外側に位置するからである。
図2~図4に示す例とは異なり、例えば取付部205が前から後に向かって延びるネジ穴又は上から下に向かって延びるネジ穴である場合でも、取付部205が上記突出部に設けられていれば、取付部205が電磁石201のコイル(ボビン207に巻き回されるコイル)に干渉することを抑制することができる。
図2~図4に示す例では、吸着面209A及び209Bの中心と交差する中心軸を囲む外周面に相当する電磁石201の右側側面F1に2つの取付部205Rの端部E1が設けられ、同じく吸着面209A及び209Bの中心と交差する中心軸を囲む外周面に相当する電磁石201の左側側面F2に残り2つの取付部205Lの端部E2が設けられる。このような構成によると、電磁石201の背面(後面)に取付部を設けることを回避することができる。これにより、例えば電磁石201の背面(後面)を樹脂筐体202との接触面として利用することが可能となる。
樹脂筐体202には、スイッチ本体200に対してアクチュエータ300が所定範囲内にあることを検出する検出部が収納される。上記検出部の検出感度を高めるには上記検出部をできるだけアクチュエータ300に近い位置に配置することが望ましい。したがって、樹脂筐体202の最前面が電磁石201の最前面よりも若干後方向に位置するようにし、上記検出部を樹脂筐体202の最前面に近い位置に設けることが望ましい。樹脂筐体202の最前面が電磁石201の最前面よりも若干後方向に位置するようにする理由は、ドアを閉じるときに電磁石201よりも先に樹脂筐体202がアクチュエータ300に接触すると、電磁石201がアクチュエータ300の鉄板301(図5参照)に吸着しないおそれがあるためである。
樹脂筐体202に収納する部品の形状によって、樹脂筐体202の前後方向寸法が電磁石201の前後方向寸法より大きくなる場合がある。このような場合において、電磁石201の最前面と樹脂筐体202の最前面とが仮想の略同一平面を形成するようにすると、樹脂筐体202の背面(後面)は電磁石201の背面(後面)よりも後方に位置する。そこで、樹脂筐体202の一部を電磁石201の後方に配置し、電磁石201の背面(後面)を樹脂筐体202との接触面として利用することで電磁石201の後方空間を有効活用することができる。
図1に示す例では、2つの取付部205Lがスイッチ本体200をドア枠402に固定するために用いられる。一方、図1に示す例とはスイッチ本体200の上下を逆にする場合、2つの取付部205Rがスイッチ本体200をドア枠402に固定するために用いられる。
2つの取付部205Lはそれぞれ別々の突出部(ヨーク部208の左上隅部とヨーク部208の左下隅部)に設けられる。これにより、2つの取付部205L間の距離を長くすることができ、2つの取付部205Lを用いた固定が安定する。
2つの取付部205Rはそれぞれ別々の突出部(ヨーク部208の右上隅部とヨーク部208の右下隅部)に設けられる。これにより、2つの取付部205R間の距離を長くす
ることができ、2つの取付部205Rを用いた固定が安定する。
図5は、アクチュエータ300の一例を示す斜視図である。アクチュエータ300は、鉄板301と、金属筐体302と、取付部303及び304と、を備える。鉄板301は、電磁石201によって磁化される磁化部材である。鉄板301に形成される被吸着面に電磁石201の吸着面209A及び吸着面209Bが対応し、電磁石201は鉄板301に吸着する。金属筐体302は、通信部310(図8参照)等を収納する。取付部303及び304は、アクチュエータ300をアクチュエータ300の設置場所(例えば図1に示すドア401)に固定するために用いられる。
<スイッチ本体の別例>
図6は、スイッチ本体200の別例を示す斜視図である。図6に示す別例のスイッチ本体200において、図2に示す例のスイッチ本体200と同様の部分には同様の符号が付されている。図6に示す別例のスイッチ本体200を備える安全スイッチのアクチュエータは、主に、スライド式のドアではなく、ヒンジ式のドア(開きドア)に設置される。
図6中のX方向、Y方向、及びZ方向は互いに直交する。図6中のX方向、Y方向、及びZ方向は、図1中のX方向、Y方向、及びZ方向と関連がない。
図6中のX方向は、安全スイッチ100の配置姿勢、より詳細には安全スイッチ100の一部であるスイッチ本体200の配置姿勢に対応する。具体的には、X軸線方向は吸着面209Aの法線方向に平行な軸線方向である。X軸線方向の一方であるX方向は、電磁石201に設けられるコイルから吸着面209Aに向かう方向である。X軸線方向の他方である-X方向は、X方向と反対に向かう方向である。
図6中のY方向も、安全スイッチ100の配置姿勢、より詳細には安全スイッチ100の一部であるスイッチ本体200の配置姿勢に対応する。具体的には、Y軸線方向はスイッチ本体200に設けられる突出部P2の突出方向に沿った軸線方向である。Y軸線方向の一方であるY方向は、突出部P2が突出する方向である。Y軸線方向の他方である-Y方向は、Y方向と反対に向かう方向である。
図6中のZ方向も、安全スイッチ100の配置姿勢、より詳細には安全スイッチ100の一部であるスイッチ本体200の配置姿勢に対応する。Z軸線方向は、X軸線方向及びY軸線方向と直交する。Z軸線方向は、Z方向と、Z方向と反対に向かう方向である-Z方向と、を含む。
以下、説明の便宜上、X方向を前方向、-X方向を後方向、Y方向を上方向、-Y方向を下方向、Z方向を右方向、-Z方向を左方向するが、この例示は図6に示す別例のスイッチ本体200の設置方向を限定するものではない。
電磁石201は、吸着面209A及び209Bを正面視したときに209A及び209Bに対して外(上方向)に突出する突出部P2を備える。突出部P2の上面には、吸着面209A及び209Bの中心と交差して前後方向に延びる中心軸AX1に沿って2つの取付部205の端部が設けられる。図6に示す例では、取付部205は、上下方向に沿って延びるネジ穴である。
吸着面209A及び209Bを正面視したときの図6に示す別例のスイッチ本体200の外形を小さくするためには、樹脂筐体202に収納されるアンテナコイル263(図7及び図8参照)の巻き方向と電磁石201のボビン207に巻き回されるコイルの巻き方向とが同一方向(前後方向)でなければならない。そのため、図6に示す別例のスイッチ
本体200では、樹脂筐体202に収納されるアンテナコイル263(図7及び図8参照)の巻き方向D3と電磁石201のボビン207に巻き回されるコイルの巻き方向D4とは、前後方向になっている。
しかしながら、アンテナコイル263(図7及び図8参照)の巻き方向と電磁石201のボビン207に巻き回されるコイルの巻き方向とが同一方向である場合、より強い磁束を発生させる電磁石201の影響を、アンテナコイル263が受けて検出部の検出精度が悪化する虞がある。
図6に示す別例のスイッチ本体200は、アンテナコイル263を図7に示す位置に設けることによって、検出部の検出精度の悪化を抑制する。具体的には、吸着面209A及び209Bを正面視したときに、吸着面209Aは円形であり、当該円形の径方向におけるアンテナコイル263と当該円形の中心との距離が当該円形の径方向における突出部P2の先端部と前記円形の中心との距離以下であり、当該円形の周方向におけるアンテナコイル263の位置が当該円形の周方向における突出部P2の位置に重なるように、アンテナコイル263が設けられる。すなわち、図7において点線で描写される扇形の内部にアンテナコイル263が設けられる。
図7は、電磁石201における磁力線の密度分布を示す図である。第一~第八領域R1~R8は、磁力線の密度の大きさによって分類されており、領域の名称の先頭に付されている序数が大きいほど、磁力線の密度が小さい領域となる。突出部P2の影響によって突出部P2の近傍では磁束密度が低くなるため、突出部P2の近傍(具体的は図7において点線で描写される扇形の内部)にアンテナコイル263が設けられることで、検出部の検出精度の悪化が抑制される。
図6に示す別例のスイッチ本体200は、突出部P2に取付部205が設けられるという特徴と、突出部P2の近傍にアンテナコイル263が設けられるという特徴と、を備える。なお、突出部P2に取付部205が設けられるという特徴と、突出部P2の近傍にアンテナコイル263が設けられるという特徴とは、互いに直接的な関連がない。したがって、スイッチ本体200の変形例として、スイッチ本体200は、突出部P2に取付部205が設けられるという特徴を有さず、突出部P2の近傍にアンテナコイル263が設けられるという特徴を有する構成であってもよい。
<安全スイッチの電気的構造>
図8は、安全スイッチ100の機能ブロックを示す図である。図8に示す構成例の安全スイッチ100において、スイッチ本体200は、制御回路210と、入出力回路220と、スイッチングデバイス230と、OSSD監視回路240と、電源部250と、通信部260と、表示部270と、電磁石201と、を備える。本図では、スイッチ本体200の構成要素のうちアクチュエータ300の近くに設けられる構成要素がブロックの左側に集約して描写されている。また、スイッチ本体200の構成要素のうちアクチュエータ300の遠くに設けられる構成要素がブロックの右側に集約して描写されている。
制御回路210は、第一MCU(Micro Controller Unit)211と第二MCU212を含む。入出力回路220は、第一安全入力部221と、第二安全入力部222と、ロック入力部223と、AUX(auxiliary)出力部224を含む。安全信号出力部としてのスイッチングデバイス230は、第一安全出力部231と第二安全出力部232を含む。電源部250は、電源回路251と電源監視回路252を含む。通信部260は、アクチュエータ300の通信部310(図8)と無線信号をやりとりするためのアンテナコイル263を含む。表示部270は、表示灯制御部271と表示灯204を含む。ロック入力部223は、スイッチ本体200に対するアクチュエータ300の移動をロックするため
のロック指示を受ける。
また、図8に示す構成例の安全スイッチ100において、アクチュエータ300は、通信部310と、鉄板301と、を備える。なお、通信部310は、アンテナコイル311と応答回路312を含む。
第一MCU211及び第二MCU212は、相互に通信することで相手方を監視する。第一MCU211及び第二MCU212は、アンテナコイル263に接続されている。
第一MCU211は、アンテナコイル263を駆動し、アンテナコイル263から無線信号をアクチュエータ300の通信部310(特にアンテナコイル311)に送信する。通信部310は、無線タグ(RF-IDタグ)であってもよい。
応答回路312は、アンテナコイル311に発生する誘導電流を電源として動作する。また、応答回路312は、アンテナコイル311により受信された無線信号を復調して情報を取得し、さらにアンテナコイル311を介して無線信号(応答信号)を送信する。
第一MCU211及び第二MCU212は、それぞれ、アクチュエータ300のアンテナコイル311から送信された無線信号(応答信号)をアンテナコイル263を介して受信する。
第一MCU211は、測定部211aと、復調部211bと、安全判定回路211cと、を含む。また、第二MCU212は、測定部212aと、復調部212bと、安全判定回路212cと、表示制御部212dと、を含む。第二MCU212は電磁石201の駆動を制御する駆動制御部として機能し、ロック入力部223を介して受けるロック指示に基づいて電磁石201の駆動を制御する。
測定部211a及び212aは、それぞれ、アンテナコイル263を介して受信された無線信号(応答信号)の強度を測定し、その測定結果に基づいてスイッチ本体200のアンテナコイル263とアクチュエータ300のアンテナコイル311とのコイル間距離d(延いては、スイッチ本体200からアクチュエータ300までの距離)を推定する。なお、アンテナコイル263は、スイッチ本体200に対してアクチュエータ300が所定範囲内にあることを検出する検出部に含まれる。また、コイル間距離dの代わりに無線信号の強度がそのままアクチュエータ300の位置の検知に使用されてもよい。
また、スイッチ本体200に対してアクチュエータ300が所定範囲内にあることを検出する手法は、アンテナコイル263を用いた上記の手法に限定されるものではない。例えば、スイッチ本体200に物理スイッチが設けられており、ドアが閉じられてアクチュエータ300がスイッチ本体200に近付いたときに、アクチュエータ300に設けられた突起部材等により上記の物理スイッチが押されるような検出原理が採用されても構わない。
アンテナコイル263は、電磁石201のボビン207に巻き回されるコイルと巻き方向が異なることが望ましい。これにより、アンテナコイル263が電磁石201からの磁力線の影響を受け難くなるため、検出部の検出精度が向上する。
復調部211b及び212bは、それぞれ、アンテナコイル263を介して受信された無線信号(応答信号)により搬送されてきた情報を復調し、この情報に基づいてアクチュエータ300を識別する。なお、この情報には、固有の識別情報(ID情報)が含まれていてもよい。
第一MCU211の安全判定回路211cは、測定部211aで測定されたコイル間距離dが閾値dth以下であるかどうかを判定し、その判定結果を第二MCU212に送信する。同様に、第二MCU212の安全判定回路212cは、測定部212aで測定されたコイル間距離dが閾値dth以下であるかどうかを判定し、その判定結果を第一MCU211に送信する。そして、安全判定回路211c及び212cは、それぞれ、自己の判定結果と相手方の判定結果とが一致している場合(双方ともコイル間距離dが閾値dth以下であると判定している場合)には、アクチュエータ300がスイッチ本体200に対して所定の範囲内にある状態(ドア閉状態)と判定する。
入出力回路220において、第一安全入力部221及び第二安全入力部222は、複数の安全スイッチ100をシリアルにカスケード接続するための入力回路である。例えば、第一安全入力部221及び第二安全入力部222は、それぞれ、上流側に設けられた別の安全スイッチ100の第一安全出力部231及び第二安全出力部232に接続される。
第一MCU211は、第一安全入力部221に接続されている。第一MCU211は、第一安全入力部221を通じてON信号が入力されているときに、アクチュエータ300の近接状態(=ドアの開閉状態)と電磁石201のロック状態に基づいて、第一安全出力部231を制御する。一方、第一MCU211は、第一安全入力部221を通じてOFF信号が入力されているときに、アクチュエータ300の近接状態と電磁石201のロック状態に依拠することなく、第一安全出力部231にOFF信号を出力させる。
同様に、第二MCU212は、第二安全入力部222に接続されている。第二MCU212は、第二安全入力部222を通じてON信号が入力されているときに、アクチュエータ300の近接状態と電磁石201のロック状態に基づいて、第二安全出力部232を制御する。一方、第二MCU212は、第二安全入力部222を通じてOFF信号が入力されているときに、アクチュエータ300の近接状態と電磁石201のロック状態に依拠することなく、第二安全出力部232にOFF信号を出力させる。
これにより、複数の安全スイッチ100をカスケード接続することが可能となる。複数の安全スイッチ100のうちいずれか一つでも安全状態でない場合には、外部機器に対してOFF信号が出力される。従って、例えば、機械的危険源を包囲する鉄柵に対して複数のドアが設けられている場合、全てのドアが安全状態でなければ、機械的危険源は稼働できなくなる。一方、複数の安全スイッチ100の全てが安全状態である場合には、外部機器に対してON信号が出力される。
ロック入力部223は、例えば上流側に設けられた別の安全スイッチ100に接続されており、上流向きの通信データ(ロック入力を含む)を送信するとともに、下流向きの通信データ(AUX出力の束データを含む)を受信する。
AUX出力部224は、例えば下流側に設けられた別の安全スイッチ100に接続されており、下流向きの通信データ(AUX出力の束データを含む)を送信するとともに、上流向きの通信データ(ロック入力を含む)を受信する。
例えば、制御回路210は、ロック入力部223を介して受ける通信データ(=上流側のAUX出力を束ねた通信データ)と安全スイッチ100自身の状態とに基づいて、下流向きの通信データを生成し、これをAUX出力部224から出力する。
第一安全出力部231及び第二安全出力部232は、それぞれ、例えば下流側に設けられた別の安全スイッチ100にOSSD出力(OSSD1_O及びOSSD2_O)を出
力する。
例えば、制御回路210は、第一安全入力部221及び第二安全入力部222それぞれを介して受けるOSSD入力(OSSD1_I及びOSSD2_I)と、アクチュエータ300の近接状態(=検出部による検出結果)とに基づいて、第一安全出力部231及び第二安全出力部232からそれぞれOSSD出力(OSSD1_O及びOSSD2_O)を出力する。
スイッチングデバイス230において、第一安全出力部231及び第二安全出力部232は、例えば、PNP型のトランジスタを用いたオープンコレクタ出力回路として構成され得る。この場合、PNP型のトランジスタがONすると、出力端子には+側電源が接続されるため、ON信号(=ハイレベル)が出力される。一方、PNP型のトランジスタがOFFすると、出力端子はプルダウン抵抗を介して接地されるため、OFF信号(=ローレベル)が出力される。
なお、第一安全出力部231及び第二安全出力部232は、それぞれ、NPN型のトランジスタを用いたオープンコレクタ出力回路として構成することもできる。この場合、出力論理レベルが上記とは逆になる。具体的に述べると、ON信号がローレベルとなり、OFF信号がハイレベルとなる。
第一安全出力部231及び第二安全出力部232には、それぞれOSSD監視回路240が接続されてもよい。OSSD監視回路240は、第一MCU211及び第二MCU212に接続されている。第一MCU211は、OSSD監視回路240を通じて、第二安全出力部232の動作が正常かどうかを監視する。第二MCU212は、OSSD監視回路240を通じて、第一安全出力部231の動作が正常かどうかを監視する。
例えば、第一安全出力部231及び第二安全出力部232は、それぞれ、ON信号を出力するときに定期的に微小時間にわたり出力信号をOFFに遷移させる。OSSD監視回路240は、ON信号の出力期間中に微小時間のOFFを検出できればOSSDを正常と判定し、微小時間のOFFを検出できなければOSSDを正常ではないと判定する。
なお、ON信号が継続するケースは、出力端子と+側電源との短絡が原因である。この場合、安全判定回路211c及び212cは、それぞれ、OFF信号を出力させるための制御信号を第一安全出力部231及び第二安全出力部232に出力する。これにより、第一安全出力部231及び第二安全出力部232のうち正常な方がOFF信号を出力する。
外部機器は、第一安全出力部231及び第二安全出力部232がともにON信号を出力している期間にだけ、機械的危険源の稼働を許可し得る状態となる。言い換えると、外部機器は、第一安全出力部231及び第二安全出力部232のうち少なくとも一方がOFF信号を出力している期間には、機械的危険源の稼働を許可しない。なお、外部機器は、先述したON信号における微小時間のOFFには反応しないように構成されている。
電源部250において、電源回路251は、外部から入力電圧VCC(例えばDC+24V)と接地電圧GND(例えば0V)の供給を受け、所望の出力電圧VREG(例えばDC+10V、+5V又は+3.3V)を生成するDC-DCコンバータである。なお、電源回路251は、スイッチ本体200の各部(=電力を必要とする全ての回路)に電力を供給する。
ところで、入力電圧VCC又は出力電圧VREGが所定の範囲内でない場合、第一MCU211及び第二MCU212などが正常に動作しない可能性がある。そこで、電源監視
回路252は、入力電圧VCC及び出力電圧VREGが所定の範囲内かどうかを判定し、判定結果を第一安全出力部231と第二安全出力部232へ出力する。
第一安全出力部231及び第二安全出力部232は、それぞれ、電源回路251が正常に動作していないことを示す判定結果を受けると、第一MCU211及び第二MCU212からそれぞれ出力される制御信号に依存することなくOFF信号を出力する。
一方、第一安全出力部231及び第二安全出力部232は、それぞれ、電源回路251が正常に動作していることを示す判定結果を受けると、第一MCU211及び第二MCU212からそれぞれ出力される制御信号に依存してON信号又はOFF信号を出力する。
表示灯制御部271は、制御回路210(例えば、第二MCU212の表示制御部212d)からの指示に基づき、アクチュエータ300の近接状態(=ドアの開閉状態)と電磁石201のロック/アンロック状態などに応じて、表示灯204を点灯/消灯又は緑色点灯/赤色点灯する。
また、表示灯制御部271は、OSSD出力、INPUT信号及びロック状態/アンロック状態などに応じて表示灯272を点灯/消灯又は緑色点灯/赤色点灯する。なお、上記のOSSD出力とは、第一安全出力部231及び第二安全出力部232それぞれの出力信号である。
電磁石201は、制御回路210(例えば第二MCU212)から供給される駆動信号(駆動電流)により磁力を発生させる。このとき、スイッチ本体200に近接しているアクチュエータ300の鉄板301(図5参照)が磁化される。その結果、電磁石201と鉄板301との吸着力によりドアロックが実現される。
<総括>
以下では、上記で説明した種々の実施形態について総括的に述べる。
例えば、本明細書中に開示される安全スイッチは、被吸着面が形成される磁化部材を有し、移動可能なアクチュエータが所定範囲内にあることを検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて安全信号を出力する安全信号出力部と、前記被吸着面に対応する吸着面が形成される電磁石と、前記アクチュエータの移動をロックするためのロック指示を受けるロック入力部と、前記ロック入力部を介して受ける前記ロック指示に基づいて前記電磁石の吸着面と前記アクチュエータの被吸着面とが吸着するように前記電磁石を駆動する駆動制御部と、前記電磁石に形成され、スイッチ本体を前記スイッチ本体の設置場所に固定するための取付部と、を備える構成(第1の構成)である。
上記第1の構成である安全スイッチにおいて、前記電磁石に、前記吸着面を正面視したときに前記吸着面に対して外に突出する突出部が形成され、前記取付部は前記突出部に設けられる構成(第2の構成)であってもよい。
上記第2の構成である安全スイッチにおいて、前記突出部は、前記吸着面と前記被吸着面とが吸着しているときに、前記突出部が前記吸着面の法線方向において前記磁化部材から離れるよう前記電磁石に形成される構成(第3の構成)であってもよい。
上記第1~第3いずれかの構成である安全スイッチにおいて、前記電磁石に、前記吸着面の中心と交差する中心軸を囲む外周面が形成され、前記取付部の端部は前記外周面に設けられる構成(第4の構成)であってもよい。
上記第1~第4いずれかの構成である安全スイッチにおいて、前記検出部、前記出力部、及び前記駆動制御部を収容する樹脂筐体を備え、前記電磁石が前記樹脂筐体と接続し、前記電磁石に形成される前記吸着面及び前記取付部が露出する構成(第5の構成)であってもよい。
上記第5の構成である安全スイッチにおいて、前記樹脂筐体に形成され、前記安全信号を出力する出力部を備える構成(第6の構成)であってもよい。
上記第1~第4いずれかの構成である安全スイッチにおいて、前記検出部は、前記アクチュエータが所定範囲内にあることを検出するための無線信号をやりとりするための第一コイルを含み、前記電磁石は、前記駆動制御部により駆動されることで、前記電磁石の吸着面と前記アクチュエータの被吸着面とが吸着するための磁界を発生する第二コイルを含み、前記第一コイル及び前記第二コイルは互いに巻き方向が異なる構成(第7の構成)であってもよい。
上記第7の構成である安全スイッチにおいて、前記検出部を収容する樹脂筐体を備え、前記電磁石に形成される前記吸着面及び前記取付部が露出する構成(第8の構成)であってもよい。
上記第1~第6いずれかの構成である安全スイッチにおいて、前記検出部は、前記アクチュエータが所定範囲内にあることを検出するための無線信号をやりとりするための第一コイルを含み、前記電磁石に、前記吸着面を正面視したときに前記吸着面に対して外に突出する突出部が形成され、前記吸着面を正面視したときに、前記吸着面は円形であり、前記円形の径方向における前記第一コイルと前記円形の中心との距離が前記円形の径方向における前記突出部の先端部と前記円形の中心との距離以下であり、前記円形の周方向における前記第一コイルの位置が前記円形の周方向における前記突出部の位置に重なるように、前記第一コイルが設けられる構成(第9の構成)であってもよい。
上記第9の構成である安全スイッチにおいて、前記電磁石は、前記駆動制御部により駆動されることで、前記電磁石の吸着面と前記アクチュエータの被吸着面とが吸着するための磁界を発生する第二コイルを含み、前記第一コイル及び前記第二コイルは互いに巻き方向が同一である構成(第10の構成)であってもよい。
上記第1~第10いずれかの構成である安全スイッチにおいて、前記電磁石は、前記取付部によって金属部材に取り付けられる構成(第11の構成)であってもよい。
上記第1~第11いずれかの構成である安全スイッチにおいて、前記駆動制御部は、前記検出部による検出結果と前記ロック入力部を介して受けるロック指示と、に基づいて前記電磁石の吸着面と前記アクチュエータの被吸着面とが吸着するように前記電磁石を駆動する構成(第12の構成)であってもよい。
<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、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り、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲により規定されるものであって、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
100 安全スイッチ
200 スイッチ本体
201 電磁石
202 樹脂筐体
203 端子
204、204L、204R 表示灯
205、205L、205R 取付部
206 コア部
207 ボビン
208 ヨーク部
209A、209B 吸着面
210 制御回路
211 第一MCU
211a 測定部
211b 復調部
211c 安全判定回路
212 第二MCU
212a 測定部
212b 復調部
212c 安全判定回路
212d 表示制御部
220 入出力回路
221 第一安全入力部
222 第二安全入力部
223 ロック入力部
224 AUX出力部
230 スイッチングデバイス
231 第一安全出力部
232 第二安全出力部
240 OSSD監視回路
250 電源部
251 電源回路
252 電源監視回路
260 通信部
261 送信回路
262 受信回路
263 アンテナコイル
270 表示部
271 表示灯制御部
300 アクチュエータ
301 鉄板
302 金属筐体
303、304 取付部
310 通信部
311 アンテナコイル
312 応答回路
400 ガード
401 ドア
402 ドア枠
403、404 支持部材
AX1 中心軸
D1~D4 巻き方向
F1 電磁石の右側側面
F2 電磁石の左側側面
E1、E2 取付部の端部
P1、P2 突出部
R1~R8 第一~第八領域

Claims (12)

  1. 被吸着面が形成される磁化部材を有し、移動可能なアクチュエータが所定範囲内にあることを検出する検出部と、
    前記検出部による検出結果に基づいて安全信号を出力する安全信号出力部と、
    前記被吸着面に対応する吸着面が形成される電磁石と、
    前記アクチュエータの移動をロックするためのロック指示を受けるロック入力部と、
    前記ロック入力部を介して受ける前記ロック指示に基づいて前記電磁石の吸着面と前記アクチュエータの被吸着面とが吸着するように前記電磁石を駆動する駆動制御部と、
    前記電磁石に形成され、スイッチ本体を前記スイッチ本体の設置場所に固定するための取付部と、を備える安全スイッチ。
  2. 前記電磁石に、前記吸着面を正面視したときに前記吸着面に対して外に突出する突出部が形成され、前記取付部は前記突出部に設けられる、請求項1に記載の安全スイッチ。
  3. 前記突出部は、前記吸着面と前記被吸着面とが吸着しているときに、前記突出部が前記吸着面の法線方向において前記磁化部材から離れるよう前記電磁石に形成される、請求項2に記載の安全スイッチ。
  4. 前記電磁石に、前記吸着面の中心と交差する中心軸を囲む外周面が形成され、前記取付部の端部は前記外周面に設けられる、請求項1に記載の安全スイッチ。
  5. 前記検出部、前記出力部、及び前記駆動制御部を収容する樹脂筐体を備え、
    前記電磁石が前記樹脂筐体と接続し、
    前記電磁石に形成される前記吸着面及び前記取付部が露出する、請求項1に記載の安全スイッチ。
  6. 前記樹脂筐体に形成され、前記安全信号を出力する出力部を備える請求項5に記載の安全スイッチ。
  7. 前記検出部は、前記アクチュエータが所定範囲内にあることを検出するための無線信号をやりとりするための第一コイルを含み、
    前記電磁石は、前記駆動制御部により駆動されることで、前記電磁石の吸着面と前記アクチュエータの被吸着面とが吸着するための磁界を発生する第二コイルを含み、
    前記第一コイル及び前記第二コイルは互いに巻き方向が異なる、請求項1に記載の安全スイッチ。
  8. 前記検出部を収容する樹脂筐体を備え、
    前記電磁石に形成される前記吸着面及び前記取付部が露出する、請求項7に記載の安全スイッチ。
  9. 前記検出部は、前記アクチュエータが所定範囲内にあることを検出するための無線信号をやりとりするための第一コイルを含み、
    前記電磁石に、前記吸着面を正面視したときに前記吸着面に対して外に突出する突出部が形成され、
    前記吸着面を正面視したときに、前記吸着面は円形であり、前記円形の径方向における前記第一コイルと前記円形の中心との距離が前記円形の径方向における前記突出部の先端部と前記円形の中心との距離以下であり、前記円形の周方向における前記第一コイルの位置が前記円形の周方向における前記突出部の位置に重なるように、前記第一コイルが設けられる、請求項1に記載の安全スイッチ。
  10. 前記電磁石は、前記駆動制御部により駆動されることで、前記電磁石の吸着面と前記アクチュエータの被吸着面とが吸着するための磁界を発生する第二コイルを含み、
    前記第一コイル及び前記第二コイルは互いに巻き方向が同一である、請求項9に記載の安全スイッチ。
  11. 前記電磁石は、前記取付部によって金属部材に取り付けられる、請求項1に記載の安全スイッチ。
  12. 前記駆動制御部は、前記検出部による検出結果と前記ロック入力部を介して受けるロック指示と、に基づいて前記電磁石の吸着面と前記アクチュエータの被吸着面とが吸着するように前記電磁石を駆動する、請求項1に記載の安全スイッチ。
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