JP3188894B2

JP3188894B2 - 安全確保装置

Info

Publication number: JP3188894B2
Application number: JP50155295A
Authority: JP
Inventors: 旭杉本; 正俊鈴木; 弘一蓬原; 坂井　　正善; 律雄三平
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 2001-07-16
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: EP0665405A4; DE69324371T2; DE69324371D1; EP0665405B1; WO1994029638A1; EP0665405A1; US5619110A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、工場等で作業する作業者の安全を確保する
ため安全確保装置に関する。

〔背景技術〕

例えば、機械可動部のメンテナンス作業や機械可動部
と作業者が協調して（交互に）作業を行う設備等では、
作業者の安全対策が極めて重要である。

例えば、機械可動部が接触する可能性のある危険領域
に作業者が接近する場合、従来、機械可動部が可動状態
にある時は、モータ駆動の機械可動部ではモータ電源を
切り、また、圧力駆動の機械可動部では圧力源を遮断し
て、作業者が機械可動部の停止を確認した後に、機械可
動部に接近する方法がとられてきている。

しかしながら、現実には、作業者は機械可動部が完全
に停止していないにも拘らず機械可動部が間もなく停止
するものとして、機械可動部に接近することがある。ま
た、機械可動部が可動中に誤って作業者が接近してしま
う場合も存在する。更には、通常は所定時間後には停止
する機械可動部が、機械側の故障（例えばブレーキ故
障）で通常の時間内で停止しない場合も存在する。

このため、何らかの安全対策が施されるべき必要があ
り、従来は、機械可動部の周囲を安全柵で囲う方法をと
っている。また、この安全柵の扉を開けると機械可動部
の駆動電流が遮断される仕組みが採られている場合もあ
る。

しかし、扉を開けることで機械可動部の駆動源が例え
遮断されても、機械可動部は瞬時に停止できないので、
機械可動部が安全に停止する以前に、作業者が安全柵内
の機械可動部に接近する虞れがある。

そこで、安全柵の扉に、ソレノイドを内蔵しソレノイ
ドが励磁された時にロックが解錠されるドアロックを設
け、機械可動部が停止した時に前記ソレノイドが励磁さ
れるようにすることで、安全柵内の機械可動部が停止し
て初めてドアロックが解錠されるようなインタロックシ
ステムが考えられている。

このようなインタロックシステムにおいては、機械可
動部の停止を検出してソレノイドを励磁させるセンサが
必要となり、このような機械可動部の停止を検出してソ
レノイドを励磁するためのセンサの一例を第１図に示
す。

第１図において、機械可動部を駆動するモータ１に減
速機構２を介して回転体３を設け、この回転体３に周囲
に複数の孔4aを設けた回転円板４を取付ける。そして、
回転円板４を挟んでホトインタラプタの投光素子５と受
光素子６を対向配置する。

モータ１が回転している時には、投光素子５からの光
ビームは、回転円板４の回転に伴って孔4aを介して間欠
的に受光素子６で受光される。このため、受光素子６か
ら図に示すような交流信号が出力され交流増幅器７で増
幅され整流回路８で整流されて直流の出力信号が生成さ
れる。一方、モータ１が回転していない時には、投光素
子５からの光ビームは、回転円板４で遮断されて受光素
子６に到達しないか、又は、孔4aを介して常時受光素子
６で受光される。このため、受光素子６の出力は零又は
一定レベルの直流出力となり、整流回路８で直流の出力
が生成されない。

従って、モータ１が回転している時にはインバータ９
の出力は零（論理値０の出力）となり、モータ１が回転
していない時にはインバータ９から所定レベルの出力
（論理値１の出力）が発生する。そして、このインバー
タ９の出力でドアロックのソレノイドを励磁すること
で、モータ１が停止状態にある時にドアロックのソレノ
イドが励磁されてロックが解錠される構成とすることが
できる。

しかしながら、従来の機械可動部の停止を検出する上
述のようなセンサでは、例えば、発光素子５、受光素子
６、交流増幅器７又は整流回路８に、光ビームに基づく
交流信号が伝達されないような故障が生じた場合、イン
バータ９が正常であれば、モータ１の動作に関係なく、
常にインバータの出力が論理値１となりドアロックが解
錠されるような出力信号が生成されてしまう。

これは、従来のセンサが、機械可動部の停止を低エネ
ルギ状態の出力で示し、この信号を、否定演算（インバ
ータ９による）することでソレノイド励磁用の高エネル
ギ状態に相当する論理値１の出力信号を生成しているこ
とに起因する。否定演算回路を含むセンサ構成では、例
え否定演算回路が故障時に論理値１の出力信号を生成し
ないフェールセーフな構成を有する場合でも、否定演算
回路に入力信号を供給する入力信号線に断線故障が発生
した場合に論理値１の出力信号が生成する誤りが生じ
る。この入力信号線の断線故障は図における交流増幅器
７や整流回路８や発光及び受光素子5,6に故障が起こっ
ても同一の効果となる。

従って、このような論理値１の誤りが存在するセンサ
を用いたインタロックシステムでは、作業者の安全を確
保する上で十分とは言えない。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、機械可動
部の停止を、直接高エネルギ状態に相当する論理値１の
出力信号で示すセンサを用いることで、作業者の安全を
確実に確保することのできる安全確保装置を提供するこ
とを目的とする。また、フェールセーフなオン・ディレ
ー回路を用いて作業者の安全を確実に確保することので
きる安全確保装置を提供することを目的とする。そし
て、本発明の安全確保装置は、英国規格BS5304における
9.7.2.3.2項のソレノイド鎖錠安全スイッチ（Solenoid
locking safety switch）の機能を満足するインタロッ
クシステムを提供できる。

〔発明の開示〕

このため、本発明では、機械可動部を安全柵で囲うと
共に、安全柵に設けた扉にドアロック手段を設け、該ド
アロック手段は、内蔵するソレノイドに外部から電流が
供給され励磁された時にロックが解錠する構成であり、
機械可動部が停止した時に前記ドアロック手段が解錠す
る構成の安全確保装置において、機械可動部が停止した
か否かを監視し、停止したことを検出した時に否定演算
をすることなく高エネルギ状態に相当する論理値１の出
力信号を発生する可動部監視センサを備え、該可動部監
視センサの論理値１の出力信号で前記ドアロック手段の
ソレノイドを励磁する構成とした。

こうすることで、機械可動部が駆動している時に、誤
ってドアロック手段が解錠されることがなく、作業者の
安全を確実に確保できるようになる。

また、機械可動部の駆動源がモータの場合は、モータ
の通電電流や、モータ励磁巻線のインピーダンス変化を
監視してモータの回転及び停止を検出することで機械可
動部の停止状態を確認する構成とする。

また、機械可動部の駆動源が圧力の場合は、機械可動
部への圧力伝達系の残圧を検出して機械可動部の停止状
態を確認する構成とする。

また、センサの出力をオン・ディレー回路を介して所
定時間遅延させる構成とすれば、機械可動部が確実に停
止した状態でドアロック手段の解錠動作が行われること
になるので、より一層、作業者の安全確保が確実とな
る。

また、ドアロック手段を、扉が閉状態の時にONとなり
扉が開放された時にOFFとなる電気接点を内蔵したドア
スイッチで構成し、扉が閉まっている時のみ、機械可動
部の駆動電源供給が可能となる構成とするとよい。

また、機械可動部の駆動電源をON/OFFする電源スイッ
チがOFFしたことを検出する検出部と、該検出部が電源
スイッチOFFを検出して入力信号が入力した時点から所
定時間遅れて高エネルギ状態に相当する論理値１の出力
信号を発生すると共に故障時に低エネルギ状態に相当す
る論理値０の出力信号を発生するオン・ディレー回路と
を備えて、このオン・ディレー回路の論理値１の出力信
号で前記ドアロック手段のソレノイドを励磁する構成と
する。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は従来のモータ回転停止検出センサの構成図で
ある。

第２図は本発明の安全確保装置をモータ駆動の機械に
適用した場合の一実施例を示す要部構成図である。

第３図は第２図の回路図である。

第４図はドアスイッチの例のロック解錠状態を示す構
成図である。

第５図は第４図のドアスイッチの例のロック状態を示
す構成図である。

第６図は可動部監視センサの具体例で、モータ通電電
流に基づいてモータ停止検出を行う回転停止検出センサ
の構成図である。

第７図は可動部監視センサの別の具体例で、モータ励
磁巻線のインピーダンス変化に基づいてモータ停止検出
を行う回転停止検出センサの構成図である。

第８図は第７図の回転停止検出センサの動作を説明す
るタイムチャートである。

第９図はフェールセーフな２入力ウインドコンパレー
タの回路例を示す図である。

第10図（ａ）及び第10図（ｂ）は本発明に適用する整
流回路の回路図である。

第11図はフェールセーフなオン・ディレー回路の具体
例を示す回路図である。

第12図は第11図のオン・ディレー回路の動作説明図で
ある。

第13図は第11図のオン・ディレー回路のフェールセー
フ性を説明する図である。

第14図は第11図のオン・ディレー回路で想定される故
障モードの一例を示す図である。

第15図は第14図の故障モードに対処するための構成図
である。

第16図は第15図の回路の動作説明図である。

第17図はフェールセーフな増幅器の回路例である。

第18図はフェールセーフな増幅器の別の回路例であ
る。

第19図は本発明の安全確保装置を圧力駆動の機械に適
用した場合の一実施例を示す要部回路図である。

第20図は第19図の可動部監視センサとして適用する残
圧センサの構成図である。

第21図は第20図の左側面図である。

第22図はフェールセーフなソレノイド・ドライバの一
例を示す回路図である。

第23図は可動部監視センサの代わりにオン・ディレー
回路を用いて構成した本発明の完全確保装置の実施例を
示す回路図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

以下に、本発明に係る安全確保装置の実施例を図面に
基づいて説明する。

第２図及び第３図は、本発明の安全確認装置をモータ
駆動の機械可動部に適用した実施例を示す。

第２図及び第３図において、機械可動部11及びこの機
械可動部11を駆動するための駆動源であるモータ12は、
扉14を有する安全柵13で囲ってある。安全柵13の開口部
には、扉14を閉じたときに扉14をロックできるドアロッ
ク手段としてのドアスイッチ15が設けられている。この
ドアスイッチ15は、後述するように、扉14が閉じた時に
閉となる接点22,23を有し、この接点22,23を、第３図に
示すように、前記モータ12の電源供給ラインに電源スイ
ッチ16と直列に介装することで、モータ12にはドアスイ
ッチ15を介して電源を供給するように構成されている。
これは扉14が開いている時にはモータ12に電源が供給さ
れないようにするためである。

また、安全柵13内には、機械可動部11が停止したか否
かをモータ12の回転・停止に基づいて監視し、停止した
ことを検出した時に高エネルギ状態に相当する論理値１
の出力信号を発生する可動部監視センサ17が設けられて
いる。そして、可動部監視センサ17の論理値１の出力信
号で前記ドアスイッチ15のソレノイド31を励磁する。

次に、前記ドアスイッチ15の具体例を第４図及び第５
図に示し説明する。

前記ドアスイッチ15は、扉14が閉じて扉14に取付けた
アタッチメント30が突入すると接点22,23がONとなり、
扉14を開けてアタッチメント30が抜けると接点22,23がO
FFとなり、また、扉のロック状態で、ソレノイド31に電
流が流れ励磁されるとロックが解錠される構成のもので
あり、図に示す具体例は、例えば英国EJA社（E.J.A.Eng
ineering Co.,Ltd.）の商品名Atlasが相当する。

図において、安全柵13側に固定される基台21の上部
に、接点22,23が固定され、電気導体24を介して電気的
に接続可能に配置されている。電気導体24は、絶縁体25
を介してアーム26に固定される。アーム26は、上端部が
スプリング27で常時下方に弾性付勢され、下端部のピン
28が、基台21に回動自由に設けられたエスケープクラン
ク29の溝29a内に係合しており、エスケープクランク29
の回動動作に伴って上下動する。前記エスケープクラン
ク29は、扉14に設けたアタッチメント30先端が、扉14の
閉動作によって突入した時に当接して中心軸29bを中心
に第４図中反時計方向に回動する。

基台21に固定されたソレノイド31は、コイルのリード
線f₁.f₂が可動部監視センサ17の出力端に接続される。
また、鉄心には、鍔部32aを有するロッド32が取り付け
られている。該ロッド32は、その先端が、軸33を支点と
して上下に揺動可能に設けられたレバー34の中間部に回
動可能に連結され、スプリング35によって鍔部32aを介
して下方に常時弾性付勢されている。前記レバー34の先
端部は、アタッチメント30の先端部の孔30aに係合する
フック部34aになっている。

次にこのドアスイッチ15の動作を説明する。

第４図の状態は、扉14が開いており接点22,23がOFFの
状態である。この状態から、扉14を閉じると、アタッチ
メント30が突入し、その先端でエスケープクランク29が
押される。これにより、エスケープクランク29は中心軸
29bを中心に第４図中反時計方向に回動し、これに伴っ
てアーム26のピン28がエスケープクランク29の溝29a内
を移動し、アーム26がスプリング27の弾性力に抗して上
下に移動し、電気導体24が接点22,23に接触して接点がO
Nとなる。そして、アタッチメント30の先端は、レバー3
4のフック部34aにも当接し、レバー34は軸33を支点にし
てスプリング35の弾性力に抗して上方に回動した後、ス
プリング35の弾性力によってアタッチメント30の孔30a
に係合することで、第５図に示すように扉14がロック状
態となる。このロック状態では、ソレノイド31が励磁さ
れない限り、このロックは解錠されない。

第５図のロック状態で、ソレノイド31にリード線f₁.f
₂を介して電流が供給されて励磁されると、鉄心を介し
てロッド32が図中矢印で示す上方向に移動する。これに
より、レバー34が軸33を支点として上方に回動してフッ
ク部34aがアタッチメント30の孔30aから抜けてロックが
解錠される。この状態で扉14を開けると、アタッチメン
ト30が引き抜かれ、アタッチメント30先端の突起部でエ
スケープクランク29に係合してエスケープクランク29を
第５図中時計方向に回動させる。このため、アーム26が
下降して電気導体24が下降して接点22,23から離れて第
４図のようにOFF状態となる。

従って、第２図及び第３図に示す本実施例の安全確保
装置の構成によれば、扉14を閉じた時に、ドアスイッチ
15の接点22,23がONとなってモータ12への電源供給が可
能となる。そして、電源スイッチ16をONすることで、モ
ータ12に電源が供給され、機械可動部11が駆動できる。
また、電源スイッチ16をOFFした後、モータ12の回転が
停止し、このモータ12の回転停止を可動部監視センサ17
が検出した時に、可動部監視センサ17からドアスイッチ
15のソレノイド31に励磁電流が供給されてドアスイッチ
15のロックが解錠される。

このため、この安全確保装置では、扉14が開いている
時にはモータ12への電源供給ができず、機械可動部11は
駆動しない。また、機械可動部11の駆動源であるモータ
12が停止したことが確認されて初めてドアスイッチ15の
ロックが解錠され扉14を開けることができる構成になっ
ている。

ここで、重要なことは、可動部監視センサ17は故障し
たときに、決してドアスイッチ15のソレノイド31に電流
を流してしまうことがないようにしなければいけないこ
とである。可動部監視センサ17が故障して、機械可動部
11が停止していないのに誤ってソレノイド駆動の電流が
生じてしまうようなことは許されない。即ち、センサは
フェールセーフ特性を持たねばならない。このようなセ
ンサとするには、機械可動部11が停止した時、可動部監
視センサ17に高エネルギー状態の出力信号が発生し、こ
の信号で直接、若しくはこの信号を例えば増幅して、ソ
レノイドを駆動する構成とする必要がある。

尚、ドアスイッチ15を介さないで、電源スイッチ16か
らモータ12に直接電流を供給する構成も考えられる。こ
の場合も、モータ12が停止したときだけドアスイッチ15
が解錠されて扉14を開けることができるが、扉14が開い
ている状態で電源スイッチ16がONされると、機械可動部
は動きだしてしまう危険があり、望ましくはない。

次に、本実施例の安全確保装置に適用するセンサ、即
ち、モータの停止を検出した時に直接高エネルギ状態の
出力（論理値１の出力）を発生するフェールセーフなセ
ンサの具体例を示す。

第６図は、モータの通電電流の有無に基づいてモータ
が停止したか否かを検出する回転停止検出センサの例を
示す。

第６図において、電源スイッチ16とドアスイッチ15を
介してモータ駆動電源40をモータ12に接続したモータの
通電回路に、モータ12とは並列に電流線路Ｌを設け、こ
の電流線路Ｌに抵抗Ｒを挿入してある。前記電流線路Ｌ
の一部を２次側巻線N₁₂とする第１トランスT1を前記抵
抗Ｒと直列に挿入する。第１トランスT1の１次側巻線N
₁₁は、高周波信号を発生する送信手段としての信号発生
器41に接続されており、信号発生器41からの高周波信号
は第１トランスT1を介して電流線路Ｌに伝達される。ま
た、電源スイッチ16のOFF時に前記電流線路Ｌを介して
構成されるモータ１を含んだ閉回路の前記電流線路Ｌ以
外の電流線路には、当該電流線路の一部を１時側巻線N
₂₁とする第２トランスT2が挿入される。第２トランスT2
の２次側巻線N₂₂は、受信手段としての受信器42の交流
増幅器43に接続されており、電流線路に伝達された高周
波信号を第２トランスT2を介して受信器42に伝達する。
そして、前記第１トランスT1及び第２トランスT2のコア
はいずれも可飽和磁性体コアで構成されている。

前記受信器42は、前記交流増幅器43と、該交流増幅器
43からの交流増幅信号を包絡線検波する包絡線検波器44
とで構成されている。そして、前記交流増幅器43を故障
時に出力レベルが固定されるフェールセーフな交流増幅
器で構成し、この交流増幅出力を包絡線検波して整流
し、その整流出力でドアスイッチ15のソレノイド31を直
接励磁する構成である。

次に動作について説明する。

まず、モータ12が回転して機械可動部11が可動中で扉
14がロック状態にある場合、モータ駆動電源40から電源
スイッチ16及びドアスイッチ15を介してモータ12に電流
が供給されていると共に、抵抗Ｒと第１トランスT1の２
次側巻線N₁₂と第２トランスT2の１次側巻線N₂₁にも電流
が流れる。この電流によって第１及び第２トランスT1,T
2の可飽和磁性体コアが飽和し第１及び第２トランスT1,
T2が飽和状態となって、信号発生器41から第１トランス
T1の巻線N₁₁より巻線N₂₂に伝達される高周波電流信号は
著しく低下し、包絡線検波器44の出力信号も著しく低下
し、ソレノイド31は励磁できない。従って、モータ12の
回転中は、扉14のロックが解錠されない。

次に電源スイッチ16がOFFされた直後を考えると、モ
ータ12は慣性で回転し続けるので、発電機となって抵抗
Ｒと巻線N₁₂と巻線N₂₁とモータ12で形成される閉回路の
電流線路を介して電流が流れ続ける。この電流によっ
て、第１及び第２トランスT1,T2は、電源スイッチ16のO
N時と同様に飽和状態のままであって、包絡線検波器44
の出力信号は低レベルでソレノイド31は励磁できない。
モータ12の慣性回転によるこの電流はある時間後にモー
タ12の慣性回転が略停止すれば流れなくなるから、この
とき、第１及び第２トランスT1,T2は飽和状態でなくな
り、信号発生器41からの高周波電流信号は、第１及び第
２トランスT1,T2で殆ど減衰されることなく巻線N₁₁から
巻線N₂₂に伝達され、包絡線検波器44の出力信号が、高
レベルとなり高エネルギ状態に相当する論理値１の出力
信号となってソレノイド31が励磁される。従って、モー
タ12が慣性回転も含めて略停止した状態で、ドアスイッ
チ15のロックが解錠されて扉14を開けることが可能とな
る。

そして、この回転停止検出センサは、抵抗Ｒや巻線N
₁₂,N₂₁、モータの励磁巻線に断線故障が生じた場合、巻
線N₂₂の出力信号は零となる。勿論、巻線N₁₁や巻線N₂₂
に断線故障が生じても出力信号は零となる。交流増幅器
43を用い、この交流増幅出力を包絡線検波器44で整流す
る方法を用いて回路が故障したとき出力信号を零とする
フェールセーフな構成とする方法は、例えば、U.S.Pate
nt 5,027,114号明細書、U.S.Patent 3,171,062号明細
書、特公昭55−4320号公報及び特公昭60−21438号公報
等で公知である。

尚、包絡線検波器44の出力信号を直接ソレノイド31の
励磁信号としたが、第６図の点線で示すように、包絡線
検波器44の出力をオン・ディレー回路45を介して出力さ
せることで、回転停止検出センサからモータ12の停止検
出出力が発生してから所定時間遅延させてソレノイド31
を励磁する構成とすれば、作業者の安全をより一層確実
に確保することができる。このようなオン・ディレー回
路は、後述する故障時に出力が論理値０となるフェール
セーフなものとする。

また、ソレノイド31の駆動には、後述するフェールセ
ーフな２入力ウインドコンパレータの２つの入力端子を
共通にしたレベル検定器を設け、包絡線検波器の出力信
号をレベル検定し、その出力信号を用いるようにしても
よい。また、レベル検定器に例えばシュミット回路を用
いて交流増幅器43の出力信号をレベル検定すれば、包絡
線検波器44が不要となる。この場合、シュミット回路の
出力信号は、交流増幅器43から交流出力信号が生成され
ているときが論理値１で、生成されないときが論理値０
である。

また、モータ駆動電源40が交流の場合、モータ駆動中
にも瞬間的に電流が零となる事態が周期的に発生し、第
２トランスT2の巻線N₂₂に信号発生器41の出力信号が瞬
時的に発生するが、この場合、オン・ディレー回路を設
けることで、この瞬時的に発生する包絡線検波器44の出
力信号にソレノイド31が応答しないようにすることがで
きる。

次に、モータ励磁巻線のインピーダンス変化に基づい
てモータが停止したか否かを検出する回転停止検出セン
サの例を第７図に示す。

第７図において、モータ12に並列に挿入されてモータ
12のノイズを緩衝させる為のスナバ回路（スパークキラ
ー回路）51は、抵抗R₁とコンデンサC₁とが直列接続され
て構成される。このスナバ回路51には、第３トランスと
してのトランスT3の２次巻線N₃₂が直列に挿入されてい
る。ブリッジ回路52は、前記トランスT3の１次巻線N₃₁
を一辺に挿入し、他の３つの辺にはそれぞれ抵抗R₂.R₃.
R₄が挿入されて構成されている。このブリッジ回路52に
は、トランスT4を介して交流信号発生器53から交流信号
が供給される。この交流信号の周波数は、モータの駆動
電源が交流の場合にはモータ駆動電源の周波数に比べて
十分に高い周波数とする。ここで、前記スナバ回路51の
インピーダンスは、モータ駆動の電源周波数に対しては
高インピーダンスを持ち、ブリッジ回路52の励振周波数
（交流信号発生器53の信号周波数）に対しては低いイン
ピーダンスを持つ。これにより、モータ駆動用電源40に
とっては、スナバ回路51とトランスT3の２次巻線N₃₂の
直列回路が大きな負荷とならず、また、２次巻線N₃₂か
らモータ12を電気回路として見た場合、電源スイッチ16
がOFFしているときにスナバ回路51が余り邪魔にならな
いようにしてモータ12のインピーダンスを２次巻線N₃₂
から監視することができる。コンデンサC₂は、トランス
T3の３次巻線N₃₃に並列に接続されて共振回路を構成
し、２次巻線N₃₂側リアクタンス成分を相殺し１次巻線N
₃₁から見たインピーダンスを抵抗成分としてみなせるよ
うに備えられたものである。トランスT5は、ブリッジ回
路52の不平衡出力信号を１次巻線N₅₁を介して２次巻線N
₅₂に伝達する。以上でセンサ部が構成される。

２次巻線N₅₂に伝達されたブリッジ回路52の不平衡出
力、即ちセンサ部からの出力信号は、このセンサ部から
の出力信号に基づいてモータ回転停止状態で論理値１の
出力を発生する信号判定部PRCに入力される。

次に信号判定部PRCの構成を説明する。

第１増幅器AMP1は、センサ部からの入力信号を増幅す
るためのものである。第１整流回路REC1は、増幅された
入力信号を包絡線検波するためのものである。高周波信
号発生手段としての高周波信号発生器54は、高周波信号
を発生し抵抗R₅を介した前記第１整流回路REC1の出力信
号に抵抗R₆を介して重畳させる。増幅手段としての第２
増幅器AMP2は、高周波信号が重畳された整流回路REC1の
出力信号を増幅するためのもので、モータ回転状態での
整流回路REC1の出力レベルで飽和する構成である。コン
デンサC₃は、高周波信号が重畳された第１整流回路REC1
の出力信号を第２増幅器AMP2に伝達するためのものであ
る。第２整流回路REC2は、第２増幅器AMP2の出力信号を
整流して包絡線検波器するためのものである。フェール
セーフな２入力ウインドコンパレータ55は、後述するよ
うに故障時には論理値１の出力を発生しないフェールセ
ーフな構成であり、第１入力端子Ａに高周波信号が重畳
された第１整流回路REC1の出力信号が入力し、第２入力
端子Ｂには、前記第２増幅器AMP2で増幅され第２整流回
路REC2で整流された整流信号が入力し、両信号のレベル
が共に各入力端子毎に予め設定した上限値と下限値で定
まる所定の閾値範囲内にある時のみモータ停止状態と判
定して論理値１の出力を発生するものである。換言する
と、ウインドコンパレータ55の２つの入力端子A,Bは、
各々上限と下限の閾値を持っている。そして、２つの入
力端子A,Bの入力信号が共に各々入力端子A,Bが持ってい
る上限と下限の閾値範囲（窓）内にあるときに出力信号
（論理値１）をウインドコンパレータ55は生成する。

フェールセーフなオン・ディレー回路56は、後述する
ように、設定した遅延時間が故障時に短縮されることの
ないフェールセーフな構成を有し、ウインドコンパレー
タ55からの出力を所定の遅延時間遅らせて出力させるこ
とで、モータが完全に停止するまでは信号判定部PRCか
ら論理値１のソレノイド励磁出力を発生させないように
する機能を持っている。また、トランジスタＱは、コレ
クタがコンデンサC₃と第２増幅器AMP2の中間点に接続さ
れエミッタがアースに接続され、ベース−エミッタ間に
は抵抗R₇が接続され、更に、信号判定部PRCの電源電圧V
_CCが、コンデンサC₄と抵抗R₈を介してベースに印加され
る。これにより、トランジスタＱは、コンデンサC₄と抵
抗R₇.R₈で構成される微分回路によって電源投入時に瞬
時に導通し、コンデンサC₃に結合コンデンサとして動作
させるための電荷を短時間で蓄積させて信号判定部PRC
動作の立ち上げ応答を高めている。尚、信号判定部PRC
に多少の立ち上り遅れを許す場合や、コンデンサC₃の静
電容量が余り大きくない場合には、このようなトランジ
スタＱを用いた立ち上げ回路を省略してもよい。

次に、この回転停止検出センサの動作について説明す
る。

信号判定部PRCの電源をONとすると、トランジスタＱ
がこの立ち上がり信号によって瞬時に導通し、コンデン
サC₃に結合コンデンサとして動作するための電荷が図の
＋．−で示すように短時間で蓄積されてモータの回転有
無の検出が可能な状態となる。また、交流信号発生器53
からブリッジ回路52に交流信号が供給され、これに応じ
たブリッジ回路52の不平衡出力がトランジスタT5を介し
てセンサ部出力信号として信号判定部PRCに入力され
る。このセンサ部の出力信号は、増幅器AMP1で増幅され
整流回路REC1で包絡線検波される。更に、この整流信号
ａに高周波信号発生器54からの高周波信号ｈが重畳され
た信号ｂがウインドコンパレータ55の第１入力端子Ａに
入力されると共に、コンデンサC₃を介して第２増幅器AM
P2に入力される。但し、この時にはトランジスタＱは既
にOFF（非導通）状態にある。尚、高周波信号発生器54
の高周波信号ｈは、整流回路REC1が平滑コンデンサを含
んでおり、この平滑コンデンサは、高周波信号ｈに対し
て低いインピーダンスを持つので、高周波信号ｈは殆ど
抵抗R₆と抵抗R₅とで分圧される。第２増幅器AMP2に入力
した高周波信号ｈの重畳した整流回路REC1からの出力
は、第２増幅器AMP2で増幅され整流回路REC2で包絡線検
波され、信号ｄとしてウインドコンパレータ55の第２入
力端子Ｂに入力される。

まず、電源スイッチ16がOFFされており、しかも、モ
ータ12が回転していない状態にあるとする。トランスT3
の２次巻線N₃₂からみたモータ側のインピーダンスはス
ナバ回路51のインピーダンスが十分小さいので、モータ
12の励磁巻線のインピーダンス（ロータの影響も含む）
だけである。この場合のセンサ部のブリッジ回路53から
の不平衡出力信号、即ち、センサ部の出力信号は、モー
タ12のロータの停止位置、即ち、巻線N₃₂からみたモー
タ励磁巻線のインピーダンスが最小値となる位置でロー
タが停止している場合と、巻線N₃₂からみたモータ励磁
巻線のインピーダンスが最大値を与える位置でロータが
停止している場合とで異なる。尚、コンデンサC₂はモー
タ12の回転停止状態に合わせて略共振状態となるように
セットする。

一方、電源スイッチ16がONした状態ではモータ励磁巻
線のインピーダンスの他にモータ12を駆動する側のイン
ピーダンスがモータ12に並列に接続されることになる。
この場合、巻線N₃₂からみたモータ側のインピーダンス
が著しく低下し、センサ部の出力信号のレベルは上昇す
る。

従って、電源スイッチ16のOFF/ONに伴うブリッジ回路
の不平衡出力信号の出力状態は、電源スイッチ16のOFF
時におけるモータ停止状態における所定のレベルと、慣
性によるモータ回転状態におけるロータの回転に伴うイ
ンピーダンス変化に起因するレベル変化と、電源スイッ
チ16のON時における著しく不平衡状態となってロータ回
転によるレベル変化を伴ったレベルとが存在することに
なる。

従って、ウインドコンパレータ55の第１入力端子Ａの
上限の閾値ThAHと下限の閾値ThALは、電源スイッチ16が
OFFしているときは、ロータの停止位置によらず窓の範
囲（閾値ThAHとThALとの間）に整流回路REC1の出力信号
レベルがあり、常に、ウインドコンパレータ55の出力信
号（ｙ＝１）発生条件（後述する発振の条件（１）式で
あって、この条件を第１の出力生成条件と呼ぶことにす
る）が満たされるよう、また、電源スイッチ16がONして
いるときは、整流回路REC1の出力信号レベルは通常上述
の窓の外になるようにセットする。

第８図は、第７図の回路、特に信号判定部PRCの動作
を示すタイムチャートである。図中、b,c,d,h,yは第７
図で示す場所の信号を意味し、t₁はモータ内のロータが
停止している時、t₂は電源スイッチ16のOFFの状態でロ
ータが慣性回転している時、t₃は電源スイッチ16のONの
状態を示している。

整流回路REC1の出力信号レベルが一定であるとき（モ
ータの回転による変化がないとき）は、第８に示すよう
に、整流回路REC2の出力信号ｄはウインドコンパレータ
55の第２入力端子Ｂの上限の閾値ThBHと下限の閾値ThBL
との間の窓内レベル、即ち、ウインドコンパレータ55の
出力信号（ｙ＝１）発生条件（後述する発振の条件
（２）式であって、この条件を第２の出力生成条件と呼
ぶことにする）が満たされる範囲内にある。第２増幅器
AMP2で増幅され整流回路REC2で整流された結果として第
２入力端子Ｂの窓内レベルにある第２増幅器AMP2の高周
波入力信号ｈは、小レベルである。また、この高周波入
力信号ｈはウインドコンパレータ55の第１入力端子Ａか
らみても小レベルであって十分に第１入力端子Ａの上限
と下限の閾値範囲内にある。従って、整流回路REC1の出
力信号ａに高周波信号発生回路54の高周波信号ｈが重畳
された信号ｂのレベルは、ウインドコンパレータ55の第
１入力端子Ａの窓内レベルにあって一定であるときは
（即ち、電源スイッチ16がOFFされ、しかもモータが慣
性で回転していないときは）、第８図のタイムチャート
上の区間t₁で示すように、ウインドコンパレータ55の第
１入力端子Ａの出力信号（ｙ＝１）発生条件が満たされ
ると共に、高周波入力信号ｈ（整流回路REC1の出力信号
にはロータ回転に伴う信号の変化がない）を増幅した第
２増幅器AMP2の出力信号ｃの整流回路REC2の出力信号ｄ
もウインドコンパレータ55の第２入力端子Ｂの出力信号
（ｙ＝１）発生条件を満たすので、ウインドコンパレー
タ55は論理値１の出力信号（ｙ＝１）を生成する。そし
て、この出力信号（ｙ＝１）はオン・ディレー回路56に
入力され、オン・ディレー回路56に設定された所定の遅
延時間以上この信号が継続すると、オン・ディレー回路
56の出力信号は論理値１となり、この出力信号でドアス
イッチ15のソレノイド31が励磁され、ドアスイッチ15の
ロックが解錠可能となる。

電源スイッチ16がOFF状態であって、惰性でロータが
回転している場合には、整流回路REC1の出力信号ａのレ
ベルは、一定ではなく回転に伴う不平衡出力信号の変
化の最大値−最小値、即ち第８図のｂのE₂−E₁の間で変
化する。第８図のタイムチャート上の区間t₂で示すよう
に、ウインドコンパレータ55の第１入力端子Ａに入力す
る信号ｂも変化するが、ウインドコンパレータ55の第１
入力端子Ａの窓内レベルにあり前述の第１の出力生成条
件は満たされている。しかし、第２増幅器AMP2がE₂−E₁
の変化を増幅して飽和するために、高周波入力信号ｈ
は、この飽和期間ではマスクされ第２増幅器AMP2の線形
領域で間欠的に発生するようになり、増幅器AMP2の出力
信号ｃは第８図に示すようなものとなる。この間欠的に
現れる高周波信号は、元々高周波信号ｈの周波数に対応
して時定数が定められる整流回路REC2の出力信号ｄとし
て、第８図のタイムチャートで示すように、ウインドコ
ンパレータ55の第２入力端子Ｂの下限閾値ThBLに達する
ほどにならない。このため、ウインドコンパレータ55は
第２入力端子Ｂにおける前述の第２の出力生成条件が満
たされず、その出力信号ｙは論理値０となる。従って、
電源スイッチ16がOFFされていてもモータＭが慣性で回
転している場合には、ウインドコンパレータ55の出力信
号は論理値０の出力状態となる。尚、第８図のｅは後述
する整流回路REC2内の波形を示している。

次に電源スイッチ16がONされてモータＭが回転してい
る場合は、整流回路REC1の出力信号ａのレベルはE₃の状
態にあり、ウインドコンパレータ55の第１入力端子Ａに
入力する信号ｂのレベルは、第８図のタイムチャート上
の区間t₃で示すように、ウインドコンパレータ55の第１
入力端子Ａの窓の外にあり第１の出力生成条件は満たさ
れない。もし、増幅器AMP1がこのとき飽和状態になけれ
ば、第２増幅器AMP2に入力する信号にモータ回転に伴う
脈流が存在して、慣性で回転している場合と同様にして
ウインドコンパレータ55の第２入力端子Ｂにおける第２
の出力生成条件は満たされない。このため、区間t₃で万
一脈流波の最小値がウインドコンパレータ55の上限の閾
値ThAH以下になってウインドコンパレータ55の第１入力
端子Ａの第１の出力生成条件が満たされるようなことが
あっても、第２入力端子Ｂにおける第２の出力生成条件
が満たされていないので、ウインドコンパレータ55は出
力信号ｙ＝１を生成できないことになる。増幅器AMP1が
飽和して信号ｂが高レベルにある場合、信号ｂに上述の
脈流波は生じない。このため、高周波信号ｈがウインド
コンパレータ55の第２入力端子Ｂの窓内レベルとして整
流回路REC2の出力信号ｄとなって生じる。しかし、この
場合には第１入力端子Ａ側における第１の出力生成条件
が満たされないので、やはりウインドコンパレータ55に
は出力信号ｙ＝１が生成されない。

そして、センサや回路が正常でモータＭのロータが回
転している時（慣性による回転も含む）と、高周波信号
発生器54.第２増幅器AMP2.整流回路REC2及びコンデンサ
C₃等で故障が生じたときはウインドコンパレータ55の第
２入力端子Ｂの第２の出力生成条件が満足されず、ま
た、センサ部に故障が生じたときは、ウインドコンパレ
ータ55の第１入力端子Ａ側における第１の出力生成条件
が満足されず、モータ12が回転している時と同じ出力信
号（即ち、危険を示す信号で論理値０）をウインドコン
パレータ55が出力する。

以上のように、モータ12が電源スイッチ16のONによっ
て駆動されている時は、勿論、電源スイッチ16をOFFし
た直後の慣性で回転している時にも、ソレノイド31の励
磁出力は発生せず、モータ12が略完全に停止して初めて
ソレノイド31が励磁されてドアスイッチ15のロックが解
錠されることになる。また、回転停止検出センサが故障
した時は、センサ出力が低エネルギ状態に相当する論理
値０の出力となる。従って、作業者の安全を確実に確保
できる。

ここで、フェールセーフな２入力ウインドコンパレー
タとオン・ディレー回路について説明する。

まず、２入力ウインドコンパレータの構成について詳
細に説明する。

このフェールセーフなウインドコンパレータの回路と
その動作及びフェールセーフ特性に関しては、電気学論
文誌（Trans.IEE of Japan）Vol.109−C.No.9,Sep.1989
（窓特性を持つフェールセーフ論理素子を使ったインタ
ロックシステムの一構成法）で示してあり、また、“Ap
plicatin of Window Comparator to Majority Operatio
n"Proc.of 19th International Symp.on Multiple−Val
ured Logic,IEEE Computor Society（May 1989）や、IE
EE TRANSACTION on INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT,
Vol.38,No.2（April,1989）“Realization of Fail−Sa
fe Train Wheel Sensor Using Electromagnetic Induct
ion"等の文献でも示した。また、LSI化した２入力フェ
ールセーフウインドコンパレータを電子情報通信学会英
文論文誌（IEICE TRANS.ELECTRON.,Vol,E76−C,No.3,Ma
rch 1993 PP.419−427“LSI Implementation and Safet
y Verification of Window Comparator Used in−Fail
−Safe Multiple−Valued Logic Operation"で示してい
る。また、発明者の一人が既に、U.S.Patent 4,661,880
号明細書、U.S.Patent 5,027,114号明細書や特公平１−
23006号公報においても示している。

その代表的回路例とその動作の概略を以下に説明す
る。

第９図はフェールセーフなウインドコンパレータの回
路構成例である。尚、第９図の回路はフェールセーフな
論理積機能を持っているので正確には２入力のフェール
セーフウインドコンパレータ/ANDゲートである。

第９図で、R₁₀.R₂₀.・・・.R₁₇₀.R₁₈₀は抵抗、Q₁〜Q₇
はトランジスタ、A,Bは入力端子、V_CCはウインドコンパ
レータの電源電位、203は整流回路である。図中、一点
鎖線で囲った部分は、各々トランジスタQ1,Q2,Q3とトラ
ンジスタQ5,Q6,Q7を用いた直結の直流増幅回路201,202
を構成してあり、両者は全く同じ直流増幅回路の構成で
ある。一般的な直流増幅回路と異なる点は、トランジス
タQ1とトランジスタQ5が電源電位V_CCの外にある（NPNト
ランジスタQ1,Q5のエミッタが電源電位V_CCに接続されて
いる）点である。このため、トランジスタQ1,Q5のベー
スには、電源電位V_CCより高い電位の入力信号が供給さ
れねばならないことになる。また、トランジスタQ1,Q5
のコレクタは、各々抵抗R₁₀,R₁₁₀を介して入力端子A,B
に接続されており、入力端子A,Bには、電源電位V_CCより
高いレベルの入力信号（電源枠外電位の入力信号と呼
ぶ）が供給されない限りトランジスタQ1とトランジスタ
Q5は増幅器として動作しないことが判る。トランジスタ
Q4は位相反転回路（インバータ）を構成しており、直流
増幅回路201の出力信号の反転増幅機能を持つ。トラン
ジスタQ4も、トランジスタQ1,Q5と同様に電源電位V_CCよ
り高い電位のベース入力とコレクタ入力（抵抗R₉₀を介
して入力端子Ａから供給される）で動作する。トランジ
スタQ5のベース入力信号は、トランジスタQ4のコレクタ
から供給されるので、入力端子Ａに電源電位V_CCより高
い入力レベルの信号が与えられれば電源電位V_CCより高
い電位の信号がトランジスタQ5のベースには供給される
ことになる。

トランジスタQ3,Q7はエミッタが共にアース電位にあ
るが、コレクタは各々抵抗R₆₀,R₇₀,とR₁₆₀,R₁₇₀を介し
て入力端子ＡとＢに接続されているので、入力端子Ａと
Ｂに電源電位V_CCより高い電位の入力信号が供給されて
おれば、トランジスタQ3とトランジスタQ7のコレクタ電
位は各々ONしたときアース電位にあり、OFFしたとき入
力端子の電位、即ち、電源電位V_CCより高い電位とな
る。このトランジスタQ3とトランジスタQ7のON/OFFによ
るスイッチ信号は、トランジスタQ4のベースには抵抗R
₈₀を介して、トランジスタQ1のベースには抵抗R₁₈₀を介
して、それぞれ供給されるので、トランジスタQ4はトラ
ンジスタQ3のコレクタの出力信号を用いて、トランジス
タQ1はトランジスタQ7のコレクタの出力信号を用いてそ
れぞれスイッチする（NO/OFFする）ことが可能となる。

即ち、第９図の回路は、直流増幅回路201が直流増幅
回路202にトランジスタQ4を介して直結され、また、直
流増幅回路202の出力信号は抵抗R₁₈₀を介して直流増幅
回路201に直結されており、帰還発振器を構成してい
る。

第９図の回路が発振するための条件は、入力端子Ａの
入力電位をV₁₀、入力端子Ｂの入力電位をV₂₀とすれば、
次式で定まる。

入力端子Ａについて、（r₁₀＋r₂₀＋r₃₀）V_CC/r₃₀＜V₁₀＜（r₆₀＋r₇₀）V_CC/r₇₀ ・・・・（１）入力端子Ｂについて、 (r₁₁₀+r₁₂₀+r₁₃₀)V_CC/r₁₃₀＜V₂₀＜(r₁₆₀+r₁₇₀)V_CC/r₁₇₀ ・・・・（２）上の２つの式で、r₁₀〜r₁₇₀は各抵抗の抵抗値を示
す。また、記号＜は略等しいか若しくは不等号を意味し
ている。（１）式で、（r₁₀＋r₂₀＋r₃₀）V_CC/r₃₀は入力
端子Ａの略下限の閾値を表し、（r₆₀＋r₇₀）V_CC/r₇₀は
入力端子Ａの略上限の閾値を表す。同様に、（２）式
で、（r₁₁₀＋r₁₂₀＋r₁₃₀）V_CC/r₁₃₀は入力端子Ｂの略下
限の閾値を表し、（r₁₆₀＋r₁₇₀）V_CC/r₁₇₀は入力端子Ｂ
の略上限の閾値を表す。入力端子Ａが（１）式を満たす
範囲の入力レベルV₁₀であって、しかも、入力端子Ｂが
（２）式を満たす範囲の入力レベルV₂₀であるとき、第
９図の回路は発振して端子Ufに交流の出力信号を生じ、
この交流の出力信号は整流回路203で整流されて直流の
出力信号となる（交流の出力信号が端子Ufに生成されな
いとき直流の出力信号は生成されない）。ここに、ウイ
ンドコンパレータの発振において、（１）式は前述の第
１の出力生成条件であり、（２）式は前述の第２の出力
生成条件である。

第９図における発振の過程は、入力端子Ａ、Ｂに入力
する信号の電圧レベルが共に（１）式と（２）式を満た
すとき、例えば次のようにして、トランジスタQ₁〜Q₇が
スイッチされることによって起こる。

まず、入力端子Ａ、Ｂのいずれにも入力電圧が供給さ
れていない場合、各トランジスタは、トランジスタQ1:O
FF、トランジスタQ2:ON、トランジスタQ3:ON、トランジ
スタQ4:OFF、トランジスタQ5:OFF、トランジスタQ6:O
N、トランジスタQ7:ONの状態にある。

ここで、入力端子Ａに（１）式を満たす入力電圧
（（１）式で示される上限と下限の閾値の範囲内の電
圧）が供給されると、各トランジスタは、トランジスタ
Q1:OFF、トランジスタQ2:OFF、トランジスタQ3:OFF、ト
ランジスタQ4:ON、トランジスタQ5:OFF、トランジスタQ
6:ON、トランジスタQ7:ONの状態にある。この場合、入
力端子Ａの入力信号によってトランジスタQ2,Q3,Q4,Q5
の出力状態はスイッチされて変わるが、トランジスタQ
6,Q7,Q1の出力状態は入力端子Ｂに（２）式で示される
下限の閾値より低い入力電圧が供給されているので変わ
らない。従って、一方の入力端子のみ所定の閾値レベル
の信号が入力しても第９図の回路は発振しない。

次に、入力端子Ａに（１）式を満たす入力電圧が入力
している状態で、入力端子Ｂに（２）式を満たす入力電
圧（（２）式で示される上限と下限の閾値の範囲内の電
圧）が供給されると、各トランジスタは次のようにスイ
ッチされて発振する。Q6:OFF→Q7:OFF→Q1:ON→Q2:ON→
3:ON→Q4:OFF→Q5:ON→Q6:ON→Q7:ON→Q1:OFF→Q2:OFF
→Q3:OFF→Q4:ON→Q5:OFF→Q6:OFF→・・・。

ここで、（１）式と（２）式で示される入力端子Ａと
Ｂの上下の閾値間隔（幅）を窓と呼ぶ。そして、入力レ
ベルに対して上下に閾値を持つような第９図に示すコン
パレータをウインドコンパレータと呼ぶ。

また、第９図の回路は、入力端子A,Bに各々（１）式
と（２）式を満たす直流の入力電圧が供給されたとき初
めて発振して交流の出力信号を生成できるので、ANDゲ
ートの機能を持つ。しかも、入力端子ＡとＢのいずれも
がウインドコンパレータの機能を持つので、２入力ウイ
ンドコンパレータ/ANDゲートと呼ばれる。ウインドコン
パレータで窓をセットするとは、第９図では入力端子Ａ
若しくは入力端子Ｂの持つ上下２つの閾値を入力レベル
に対して設定することを意味する。

第９図の回路はトランジスタQi（ｉ＝１〜７）のいず
れか１個が故障した場合（例えばトランジスタのベース
−コレクタ間に短絡故障が起こった場合）、帰還ループ
の位相が反転して帰還発振を起こすことができない特性
を持つ。また、トランジスタQ1,Q3,Q4とトランジスタQ
5,Q7は、各々入力端子A,Bに電源電位V_CCより高い入力電
圧がコレクタ側に供給されていない限り、これらのトラ
ンジスタに続く後段のトランジスタ（各々トランジスタ
Q2,Q4,Q5とトランジスタQ6,Q1である）のベースにスイ
ッチ信号を出力することができない。従って、第９図の
回路では複数のトランジスタに故障が起こっても（仮に
複数のトランジスタのベース−コレクタ間に短絡故障が
起こっても）入力端子A,Bの両方に電源より高い入力信
号（（１），（２）式を満たす入力信号）が供給されな
い限り発振できない特性を持つ。更に、発振の閾値を定
める抵抗（（１）式及び（２）式を定める抵抗）に断線
の故障が生じた場合、第９図の回路は発振できない特性
を持つ（短絡故障が起こっても同様に発振できない特性
を持つ）。換言すると、万一、回路を構成するトランジ
スタと抵抗に短絡若しくは断線の故障が起こっても、
「少なくとも入力端子A,Bの両方に（１）式と（２）式
で定める入力電圧が供給されていないにも拘らず、誤っ
て発振してしまうようなことがない」という特性を第９
図の回路は持つ。このため、第９図の回路はフェールセ
ーフなウインドコンパレータ/ANDゲートと呼ばれる。

尚、第９図の整流回路203は、直流増幅器202の発振に
よる交流の出力信号を整流して直流の出力信号（ｙ＝
１）とする機能を持つ。発振の出力信号を整流して直流
の出力信号とする方法には、第９図の発振回路の出力信
号を増幅してから整流回路に入力する場合も含まれる
（例えば前述したK.Futsuhara,N.Sugimoto,M.Mukaidono
等の文献で示されている）。また、第９図では２つの直
流増幅回路201,202の間のインバータとして両者に独立
してトランジスタQ4による位相反転増幅回路を挿入した
が、この位相反転増幅回路は２つの直流増幅回路の一方
に組み込んでもよい（例えば、前述したIEICE TRANS.EL
ECTRON.,Vol,E76−C,No.3,March 1993等の文献で示され
ている）。

次に、整流回路203について説明する。

第10図（ａ），（ｂ）は第９図で用いられる整流回路
の構成例を示している。

図で、V_CCは電源電位、C₁₁は結合コンデンサ、C₁₂は
平滑コンデンサ、D₂は交流入力信号を電源電位V_CCにク
ランプするためのダイオード、D₁は交流入力信号を整流
するためのダイオードである。第９図の回路の発振によ
る演算の交流出力信号を用いて第９図と同様の複数の演
算回路を駆動する場合、ファン・アウトを多くするため
に前記発振の交流出力信号は増幅回路を介して整流回路
203に入力される。この場合、この交流出力信号の振幅
は増幅回路の電源電位V_CCで制限される。第10図（ａ）
に示す交流入力信号はこのように電源電位V_CCで振幅が
制限される信号を表している。

第10図（ａ）では、電源電位V_CCで振幅制限される交
流入力信号は結合コンデンサC₁₁を介してクランプダイ
オードD₂によって、図に示すように電源電位V_CCに重畳
される。電源電位V_CCに重畳された交流信号はダイオー
ドD₁によって整流され、コンデンサC₁₂で平滑されて電
位ｖの直流出力信号（図の斜線で示す部分）となる。従
って、第10図（ａ）の整流回路の直流出力の電位をＶと
すると、この出力電位はＶ＝ｖ＋V_CCである。整流回路
の負荷が整流回路の駆動側出力インピーダンス（増幅回
路の出力インピーダンス）に比較して十分小さいなら
ば、Ｖ＝2V_CCである。この出力電位は電源電位V_CCより
高い電位であるので、もし、この整流回路の後段に第９
図のウインドコンパレータを接続すれば、ウインドコン
パレータは発振可能な入力電圧を得ることができる。

そして、第10図（ａ）の整流回路は少なくとも、「回
路要素、即ちコンデンサC₁₁,C₁₂やダイオードD₁,D₂のい
ずれかが故障したために入力信号がないにも拘わらず直
流出力信号ｖを生じてしまう」というような誤りが起こ
らない特性を持つ。この特性は例え複数の要素に同時に
故障が起こっても変わらない。但し、コンデンサC₁₂に
断線故障が起こって、このとき入力信号が供給されると
出力信号ｖは交流の出力信号となる（但し、入力信号が
供給されなければこの出力信号は生じない）。この交流
の出力信号さえも生じないようにするには、第10図
（ｂ）で示すように、安全コンデンサとして用いられる
四端子コンデンサC₁₂′を第10図（ａ）の平滑コンデン
サC₁₂に代えて用いればよい。

以上で、第７図に用いるウインドコンパレータの特性
が明らかとなった。尚、第７図で増幅器AMP1、AMP2の出
力信号は、その振幅が大きい場合電源電位V_CCで制限さ
れる。即ち、増幅器AMP1,AMP2の出力信号の振幅は必ず
電源電位の幅より小さい。この電源電位V_CCより低いレ
ベルの増幅器出力信号を用いて、電源電位V_CCより高い
レベルの入力信号を必要とするウインドコンパレータ５
の入力信号とするために、第７図の整流回路REC1,REC2
には第10図の整流回路を用いる。尚、電源電位より低い
レベルの振幅の信号を電源電位V_CCより高いレベルの直
流出力信号に変換する方法には、トランスを用いて昇圧
して整流する公知の方法がある。

次に、フェールセーフなオン・ディレー回路について
説明する。

フェールセーフなオン・ディレー回路56は、最初にセ
ットされた遅延時間が故障で短縮されるようなことがあ
ってはならない。

このようなフェールセーフなオン・ディレー回路の回
路例を第11図に示す。

第11図において、61は公知のPUT発振回路、62はPUT発
振回路61の出力信号を電源電位V_CC以下の変化に変換し
て位相反転させるためのレベル変換回路である。R₀₁,R
₀₂,R₀₃,R₀₄,R₀₅,R₀₆,R₀₇は抵抗、C₀₁,C₀₂はコンデン
サ、PUTはプログラマブル・ユニジャンクション・トラ
ンジスタ、Q₀はトランジスタ、63は、第９図で示した整
流回路203とは別に第９図に示す端子Ufから発振出力信
号を整流する整流回路、R₁は整流回路63の出力信号を第
９図に示すものと同様の構成のウインドコンパレータWC
の入力端子Ｂに帰還する帰還抵抗である。

次にこのオン・ディレー回路の動作を第12図のタイム
チャートを用いて説明する。

入力信号ｙ＝１（第12図のＶで示す信号）が端子Uyに
供給されると、この信号はウインドコンパレータWCの入
力端子Ａに入力されると共に、抵抗R₀₁の抵抗値とコン
デンサC₀₁の静電容量で決まる時定数と抵抗R₀₂とR₀₃の
入力電圧Ｖに対する分圧比で定まる遅延時間τ後にPUT
が導通して発振出力が発生する（ウインドコンパレータ
WCの入力端子Ａは入力レベルＶが下限閾値ThALより高く
なるように窓がセットされているものとする）。発振出
力P₁はトランジスタQ₀で位相反転の出力信号P₂となり、
この出力信号P₂の立ち上がり信号はコンデンサC₀₂を介
してウインドコンパレータ10のもう１つの入力端子Ｂに
入力される。信号P₂の立ち上がり信号がウインドコンパ
レータWCに入力されると、ウインドコンパレータWCは発
振し、この発振の出力信号は整流回路63で整流されて帰
還抵抗R_fを介して入力端子Ｂに帰還される。このため、
入力信号P₂の微分信号P₃が消滅しても、ウインドコンパ
レータWCは入力信号ｙが入力端子Ａの下限閾値以下にな
るまで発振し続ける（入力信号P₃を自己保持する）。

次に、第11図のオン・ディレー回路のフェールセーフ
構成について説明する。

各抵抗は熱的若しくは機械的に故障するものとし、コ
ンデンサを構成する電極の板は蒸発しないものとする。
そうすれば、抵抗値や静電容量の温度による小さな変化
はあるが、抵抗は断線故障だけを考えることができ、ま
た、コンデンサはリード線の断線故障と電極板の間の短
絡故障を考えればよいことになる。更に、PUT発振回路6
1とレベル変換回路62は入力信号がないにも拘わらず自
己発振してしまうことがないものとする。そうすれば、
PUT発振回路61は回路を構成する要素が正常な状態にあ
って、しかも、入力信号ｙがウインドコンパレータWCの
入力端子Ａの下限の閾値を越えるレベルに達したときの
み発振して出力パルスP₁を生成する。

そして、例えば抵抗R₀₁,R₀₂,R₀₃に断線故障が起こっ
ても、コンデンサC₀₁に前述の断線若しくは短絡の故障
が起こってもPUTの３つの電極Ａ（アノード）,K（カソ
ード）,G（ゲート）の断線若しくは電極間の短絡の故障
が起こっても出力信号P₁は発生しない。但し、抵抗R₀₄
は出力信号P₁のパルス幅τ′をコンデンサC₀₁と共に定
めており、抵抗R₀₄に断線故障が起こった場合、信号P₁
のパルス幅τ′が延長されるので、このオン・ディレー
回路の遅延時間（τ＋τ′）が少し延長されることにな
る。

レベル変換回路62は電源電位V_CCより高いレベルのパ
ルスで発生する信号P₁を、第12図のP₂で示すように、電
源電位V_CCの枠内で変化させる目的をもっている。PUTの
発振出力信号P₁を、第11図中に点線で示すようにダイオ
ードD₀₂を介してウインドコンパレータの入力端子Ｂに
直接導いてオン・ディレー回路を構成すれば、レベル変
換回路62を省略できる。しかし、抵抗R₀₃に断線故障が
生じて、更にゲートＧとカソードＫの間に短絡故障が生
じると、入力信号ｙが入力されたとき、この信号ｙが入
力端子ＡとＢに直接入力されることになり、これによ
り、遅延時間τが生じないうちにウインドコンパレータ
10が発振してしまう危険が生じる。この危険を防ぐため
に、信号P₁を一度電源電位V_CCの枠内の信号P₂に変換
し、改めてこの信号P₂をコンデンサC₀₂とダイオードD₀₂
を用いて電源電位V_CCに重畳させて入力端子Ｂに入力し
ているのである。

レベル変換回路62はもう１つ重要な機能を持ってい
る。入力端子Ｂには、第12図のP₃で示すように、信号P₂
の立ち上がり信号が入力される。この立ち上がり信号P₃
はPUT発振回路61が発振して出力信号P₁を出力して後、
更に引き続いて出力パルスを発生させることができるこ
とを意味している。換言すると、この立ち上がり信号P₃
はPUT発振回路61が正常に動作することの証としてみる
ことができる。万一、抵抗R₀₃に断線故障が起こって抵
抗R₀₂とPUTのゲートＧ−カソードＫ間を介して入力信号
ｙが直接トランジスタQ₀のベースに供給されるようなこ
とがあっても、この入力信号ｙの立ち上がり信号は、ト
ランジスタQ₀の出力信号P₂では立ち下がり信号となるた
めに、コンデンサC₀₂とダイオードD₀₁によって伝達され
る信号P₃とはならない。

また、第11図の回路でウインドコンパレータWCの入力
端子ＡはPUT発振回路の欠点を補っている。この点につ
いて、PUT発振回路61の遅延動作がタイムチャートで示
される第13図を参照して説明する。

図において、V_c01はコンデンサC₀₁の抵抗R₀₁側の端子
電位の変化を表している。入力信号ｙが電位Ｖに立ち上
がるとコンデンサC₀₁は抵抗₀₁を介して充電され、τ秒
後に出力信号P₁を発生するよう設定されているとする。
しかし、万一、このτ秒が経過する以前に入力レベルＶ
がＶ′に低下すると、この入力レベルの変化に応じてPU
TのゲートＧの電位が低下してτ秒以前のτ_１の時点で
出力パルスP₁′を生じる場合が起こる。ここで、入力レ
ベルＶ′が入力端子Ａの下限閾値ThAL以下となるように
ウインドコンパレータWCの入力端子Ａの下限閾値ThALを
設定しておけば、入力信号ｙにＶ→Ｖ′へのレベル変化
が万一起こって入力端子Ｂに所定の時間τより以前のτ
_１においてパルスP₁′が入力された場合でも、ウインド
コンパレータWCは発振しないようになる。

尚、PUTの代わりに、UJT（ユニジャンクショントラン
ジスタ，別名ダブルベースダイオード）を用いることが
できることは言うまでもない。

ところで、例えば抵抗R₀₄.R₀₆.R₀₇とコンデンサC₀₁に
断線故障が起こり、トランジスタQ₀のコレクタに断線故
障が起こった場合、第11図の回路は実質的に第14図の構
成となる。現実にこのような多重の故障が同時に起こる
とは考えられないが、入力端子Ｂに電源電位V_CCより高
い信号が、回路を構成する要素の故障で誤って入力され
る場合は第14図の回路構成となるときである。このよう
な悪条件で誤りの出力信号ｚ＝１が生じないようにする
には、第11図に示すオン・ディレー回路において、第15
図に示すように、入力端子Ａの前段に、抵抗R₂₂₁と四端
子コンデンサC₂₂₁による遅延回路を挿入し、且つ、入力
端子Ｂに故障を配慮して上下の閾値ThBHとThBLを設定す
ればよい。

即ち、第14図で最悪の状態は、図中で示すコンデン
サC₀₂が正常に動作している場合と、で示すコンデン
サC₀₂に短絡故障が生じている場合とに分けることがで
きる。

の場合、第16図のタイムチャートのP₃のの波形で
示すように、入力信号ｙの立ち上がり信号（微分信号）
がPUTのアノードＡとカソードＫ間、若しくはゲートＧ
とカソードＫ間を介して入力される場合である。もし、
この微分信号P₃が入力端子Ｂにおける発振条件を満たす
レベルであるならば、第14図の回路ではウインドコンパ
レータWCは入力信号ｙが入力されると同時に出力信号ｚ
＝１を生じることになる（遅延時間τが生じない）。第
15図の抵抗R₂₂₁,四端子コンデンサC₂₂₁はこれを避ける
目的で挿入されている。

即ち、ウインドコンパレータWCの入力端子Ａに入力す
る信号y_Aは、第16図に示すように、入力信号ｙ＝１が入
力されてからτ_２秒後に下限の閾値ThALに達する（τ_２
は抵抗R₂₂₁と四端子コンデンサC₂₂₁で定まる時定数であ
る）。ここで、信号P₃が立ち上がってからウインドコン
パレータWCの入力端子Ｂに設定される下限閾値ThBL以下
となる時間τ_３が、上の時定数τ_２より短くなるよう
に、ウインドコンパレータWCの入力端子Ｂの前記下限閾
値ThBLを設定すれば、たとえ入力信号ｙ＝１の立ち上が
りによる信号P₃が発生しても出力信号ｚ＝１が生じない
ことになる。

次に、のコンデンサC₀₂が短絡故障した場合を説明
する。

ここで、入力端子Ｂの入力抵抗をr_in、抵抗R₀₁,R₀₂,R
₀₃,R₀₄,R₀₅の抵抗値をr₀₁,r₀₂,r₀₃,r₀₄,r₀₅とおくと、
通常はr₀₁》r_in》r₀₂,r₀₃,r₀₄》r₀₅の条件で設定され
る。最悪条件としてPUTのアノードＡとカソードＫ間に
短絡故障が起こった場合、r₀₁》r_inであるから入力端子
Ｂの入力電圧は低く、下限の閾値ThBLをこの入力電圧よ
り高くとることができる。次に、また、別の最悪条件と
してPUTのゲートＧとカソードＫ間に短絡故障が起こっ
た場合、入力電圧Ｖが抵抗R₀₂とR₀₃で分圧された信号が
入力端子Ｂに入力される。よく取られるこの分圧比（抵
抗値比r₀₂/r₀₃）は0.7ぐらいであるから、0.7Vとして第
16図のタイムチャートに示す。従って、入力端子Ｂの上
限の閾値ThBHをこの入力電圧により低い値にセットすれ
ばよい（例えば0.5V）。第14図で抵抗R₀₃に断線故障が
生じた場合は上述の電圧0.7Vより大きな入力電圧が端子
Ｂに入力されることになる。また、PUTのアノードＡ−
カソードＫ間とゲートＧ−カソードＫ間に同時に短絡故
障が起こった場合、r₀₁》r₀₂であるから、ゲートＧ−カ
ソードＫ間の短絡状態と殆ど変わらない。更に、抵抗R
₀₄に断線故障が生じていない状態ではr₀₄《r₀₂,r₀₁であ
るから入力端子Ｂの入力電圧は低いレベルにある。

第11図のオン・ディレー回路に抵抗R₂₂₁と四端子コン
デンサC₂₂₁を付加した構成（第15図に示す）のオン・デ
ィレー回路で故障のない正常な状態でτ秒後に入力端子
Ｂに信号（第16図中、P₃′で示す）が生じ、このパルス
P₃′の高さが入力端子Ｂの閾値ThBHを越えることがあっ
ても一向に差し支えない。なぜならば、信号P₃′が発生
する以前に、入力端子Ａの入力信号y_Aが閾値ThALを越え
ておれば、τ秒後に発生する信号P₃′の立ち上がり（dP
₃′/dt＞０）若しくは立ち下がり（dP₃′/dt＜０）が閾
値ThBH,ThBLで与えられる窓の範囲にある間にウインド
コンパレータWCは発振してこの信号を自己保持すること
ができるからである（Δτの誤差が生じる）。

このように、第11図の回路の入力端子Ａの前段に抵抗
R₂₂₁と四端子コンデンサC₂₂₁による遅延回路を加えると
共に、回路の故障で生じる電源電位V_CCより高い電位の
誤り信号に対して上限と下限の閾値ThBH,ThBLをウイン
ドコンパレータWCの入力端子Ｂに定めれば、更に、回路
の故障による危険側の誤り（遅れ時間が短縮されるよう
な誤り）を防止することができるオン・ディレー回路と
なる。

次に、フェールセーフな増幅器について説明する。

通常トランジスタの増幅度は故障で低下することはあ
っても30％以上も増加してしまうようなことはない。ト
ランジスタ増幅器は故障時自己発振してしまうようなこ
とがない限り出力信号があるレベルで固定される。この
ため、フェールセーフな増幅器では入力信号に交流信号
を用いて、この交流信号が所定の振幅の出力信号として
出力されるときを増幅器の正常動作状態とする。万一、
増幅器に故障が生じた場合、出力レベルがある値（レベ
ル）に固定され、交流の出力信号とならないからであ
る。この考え方の基本となる条件は増幅器が自己発振し
ないということである。このため、フェールセーフ増幅
器には負帰還増幅器は余り用いられない。しかし、負帰
還増幅器は増幅度が温度によって変動し難い利点があ
る。また、この入力信号は小さいレベルであって、万
一、増幅器の故障で入力信号が直接出力側に増幅されな
いで出力されるようなことがあっても、「出力レベルが
小さいために、この出力信号が出力側で用意される閾値
を越えてしまうようなことがない」という考え方に基づ
いている。

第17図はフェールセーフな負帰還増幅器の例を示す
（30dB程度の増幅度を得ることができる）。

図でR₁₉₁,R₁₉₂,R₁₉₃,R₁₉₄,R₁₉₅,R₁₉₆は抵抗、C₁₉₁,C
₁₉₂,C₁₉₃はコンデンサ、Q₁₉₁,Q₁₉₂はトランジスタであ
る。出力信号はトランジスタQ₁₉₂のエミッタ側から抵抗
R₁₉₆を介してトランジスタQ₁₉₁のベースに帰還されてい
る。コンデンサC₁₉₃は例えば第10図におけるコンデンサ
C₁₁に対応する。図の回路で、まず、抵抗R₁₉₁,R₁₉₂,R
₁₉₃,R₁₉₄,R₁₉₆に断線故障が起こったら出力レベルは高
レベル若しくは低レベルのいずれかにトランジスタQ₁₉₂
の出力信号は固定される。また、コンデンサC₁₉₂に短絡
故障が起こった場合もトランジスタQ₁₉₁のベースバイア
スが大きく変化するので同様の出力状態となる。コンデ
ンサC₁₉₂に断線故障が生じたり、抵抗R₁₉₅に断線故障が
生じた場合は、増幅度が低下し、トランジスタQ₁₉₂の出
力の振幅が小さくなる。しかし、このような故障が起こ
ったとき、更に、トランジスタQ₁₉₂の出力信号を一定の
レベルに固定させるには、第18図の構成とすればよい。

図で抵抗R₁₉₄′とR₁₉₅′とコンデンサC₁₉₂′を除く他
の要素は第17図と同一である。

第17図で交流信号に対するトランジスタQ₁₉₂のエミッ
タ抵抗は抵抗R₁₉₄とR₁₉₅の並列の合成抵抗である。この
抵抗の大きさと略等しい抵抗を第18図における抵抗
R₁₉₅′とすればよい。第17図で直流信号に対するトラン
ジスタQ₁₉₂のエミッタ抵抗は抵抗R₁₉₄が持つ。第18図で
はこの大きさが抵抗R₁₉₅′とR₁₉₄′の和の抵抗に略等し
くなるようにすればよい。第18図ではコンデンサC₁₉₂′
として四端子コンデンサを用いており、抵抗R₁₉₄′,R
₁₉₅′のいずれに断線故障が生じても、コンデンサ
C₁₉₂′に短絡若しくは断線の故障が起こっても、トラン
ジスタQ₁₉₂の出力信号は特定の直流レベルに固定され
る。

次に、機械可動部の駆動源として圧力を使用している
システムに本発明の安全確保装置を適用する場合の実施
例を第19図に示し説明する。

第19図において、機械可動部11にコンプレッサ18から
圧力供給路19を介して駆動源としての圧力を供給してい
る。そして、前記圧力供給路19に、内部の圧力を検出し
てその残圧が略零となったことを検出してドアスイッチ
15のソレノイド31を励磁する高エネルギ状態に相当する
論理値１の出力を発生する可動部監視センサ17′を取り
付ける。尚、前記機械可動部11、コンプレッサ18、可動
部監視センサ17′は、第２図と同様に安全柵13で覆われ
ており、コンプレッサ18のモータには、第２図と同様に
ドアスイッチ15を介して電源スイッチ16より電源が供給
される構成である。

この可動部監視センサ17′は、電源スイッチ16がOFF
されて、コンプレッサ18の電源が遮断状態になって後、
圧力供給路18内の残圧が十分低下して（もしくは零にな
って）初めて、ソレノイド駆動の高エネルギの電流が発
生する。この場合、可動部監視センサ17′は、第３図の
センサ17と同様に故障した時は、圧力供給路19内に危険
な圧力状態が残っているのにソレノイド駆動の電流が誤
って発生しないような特性をもっていなければならない
（即ち、フェールセーフ特性を持たねばならない）。こ
のようなセンサとするには、残圧が十分低下したときセ
ンサから高エネルギー状態の出力信号が発生し、この信
号で直接もしくはこの信号を増幅して、ソレノイド駆動
の電流出力とすればよい。

第20図及び第21図に、圧力の低下を検出して高エネル
ギ状態の出力を発生する残圧センサの具体例を示す。

図において、基台71の下部に、圧力導入パイプ72が固
定されている。圧力導入パイプ72は、コンプレッサ18か
ら機械可動部11に圧力を供給する圧力供給路19に取り付
けて圧力を導入するためのもので、一端が閉塞され、他
端側に、圧力供給路19に接続するためのネジ部73及び接
続時に圧力を取り入れるための圧力取入口74が設けられ
ている。略Ｃ字状に湾曲形成された感圧パイプ75は、一
端側の固定部75Aによって前記圧力導入パイプ72に連通
接続して固定され、他端側が閉塞端75Bとなっているも
ので、圧力導入パイプ72を介して圧力が導入された時に
その圧力の上昇に応じて閉塞端75Bが、図中の矢印方向
に変位する構造である。

また、基台71の略中央部には、電磁石押え76を介して
電磁石77が取り付けられている。該電磁石77は、信号発
生手段としての信号発生回路78から交流信号が供給され
て交流励振して交番磁界を発生させる。79は、電磁石77
の鉄心80と共に発生した交番磁界の磁路を形成するヨー
クである。

また、電磁石77より上方の基台71に固定した取付け金
具81にネジ82によって一端が固定された板状の片持ちバ
ネ83は、電磁石77より下方まで延びてその他端側の自由
端が前記電磁石77の発生する交番磁界の作用領域内に位
置するように配置されている。そして、この片持ちバネ
83には、電磁石77側の面の自由端寄りに永久磁石84が、
また、反対側の面の固定端寄りに振動子（例えば音叉振
動子）85がそれぞれ固定されている。図中、a₁,a₂は振
動子85から電気出力信号を取り出すためのリード線であ
る。

片持ちバネ83の自由端近傍には、片持ちバネ83に対し
て直角方向に延びる板状の接触バネ86が設けられてい
る。この接触バネ86は、一端がバネ調整軸87を介して基
台71に取り付けられ、他端側上面が片持ちバネ83の自由
端の端面に接触可能に位置している。前記接触バネ86の
上面には、感圧パイプ75の閉塞端75Bに一端が固定され
る変位伝達片88の他端が固定されている。そして、接触
バネ86は、感圧パイプ75内の圧力が所定値以下の状態で
は片持ちバネ83の自由端から離間状態となるようバネ調
整軸88によって調整されており、感圧パイプ75内に所定
値より高い圧力が導入された時はその時の閉塞端75Bの
変位に基づいて変位伝達片88を介して図中上方に引っ張
られて片持ちバネ83の自由端端面に圧接して片持ちバネ
83を係止する。従って、前記接触バネ86、バネ調整軸87
及び変位伝達片88とで片持ちバネ係止手段が構成され
る。

次に動作について説明する。

まず、圧力供給路19に、ネジ部73によって圧力導入パ
イプ72を取付け、その圧力取入口74を圧力供給路19内に
臨ませる。この状態で、まず、信号発生回路78から電磁
石77に交流信号を送信して電磁石77を常時交流励振す
る。電磁石77が交流励振されると、これによって発生す
る交番磁界によって、鉄心80とヨーク79との間に配置さ
れる永久磁石84に対して吸引及び離間方向への力が交互
に作用する。

機械可動部11に供給される圧力が殆どなく、圧力導入
パイプ72に導入される圧力が零若しくは所定値以下の場
合、感圧パイプ75の閉塞端75Bは変位せず、この時には
バネ調整軸87による調整で接触バネ86が片持ちバネ83の
自由端端面に接触しないようになっている。このため、
片持ちバネ83の自由端はフリーな状態であり、その固定
部側を支点として信号発生回路78の励振周波数で振動す
る。この振動は振動子85によって電気信号に変換され、
振動子85からリード線a₁,a₂を介して出力信号が出力さ
れる。

次に、機械可動部11に供給される圧力が存在して機械
可動部11が駆動状態にある場合、圧力取入口74を介して
圧力導入パイプ72内に圧力が導入される。この圧力は感
圧パイプ75内に導入され、導入された圧力に応じて感圧
パイプ75の閉塞端75Bが図の矢印で示す方向に変位す
る。この閉塞端75Bの変位によって、変位伝達片88を介
して接触バネ87の先端側は図中上方に引っ張られる。そ
して、感圧パイプ75内に所定より高い圧力が存在すると
接触バネ87の先端側は、振動している片持ちバネ83の自
由端端面に圧接する。これにより、片持ちバネ83はその
動きが規制されて片持ちバネ83の振動が停止し、振動子
85からの電気的な出力信号が停止する。

即ち、この残圧センサは、圧力取入口74を介して圧力
が導入されないときは、振動子85から高エネルギ状態の
電気出力信号が発生し、圧力取入口74を介して圧力が導
入されたときには、片持ちバネ83の振動が停止して振動
子85からの電気出力信号が生成されない。

従って、例えばリード線a₁,a₂の電気出力信号を交流
増幅し、この増幅された出力信号を包絡線検波器を用い
て直流出力とし、ドアスイッチ15のソレノイド31を励磁
するようにすれば、圧力がないときソレノイド31は励磁
されてドアスイッチ15のロックが解錠され、圧力が供給
されている時はソレノイド31は非励磁状態となってドア
スイッチ15のロックは解錠されない。

また、例えば、第６図や第20図のセンサにおいて、包
絡線検波器とソレノイドとの間に、ソレノイド・ドライ
バを介在させ、包絡線検波器からの出力によってソレノ
イド・ドライバを立ち上げてソレノイドを駆動する構成
としてもよい。この場合に適用されるフェールセーフな
ソレノイド・ドライバの回路例を第22図に示す。

第22図において、91は、機械可動部の停止を検出して
高エネルギ状態の出力を発生するセンサに含まれる包絡
線検波器、92は、発振器、93は交流増幅器、94は整流回
路、C₉₀は四端子コンデンサである。

このソレノイド・ドライバでは、包絡線検波器91から
高エネルギ状態の出力が発生すると、四端子コンデンサ
C₉₀が包絡線検波器91の平滑コンデンサとなり、発振器9
2が発振し、この発振器92の出力信号が交流増幅器93で
増幅され、整流回路94で整流されてソレノイド31に供給
される。従って、包絡線検波器91と出力信号に直ちに応
答してソレノイド駆動の出力信号が発生して励磁され
る。

このソレノイド・ドライバがフェールセーフであるた
めには、発振器92の駆動電源を四端子コンデンサC₉₀か
ら供給するようにする。そうすれば、包絡線検波器91の
出力がないのに、発振器92が発振してしまうような誤り
を生じない。また、交流増幅器93の出力信号を整流する
場合、よく交流増幅器と整流回路の結合にトランス結合
が用いられる。このような回路構成の例は、例えば特公
昭44−15249号公報やU.S.Patent 3,171,062号明細書等
に示されている。

尚、第22図の回路において、図中破線で示すように包
絡線検波器91の四端子コンデンサC₉₀との間に抵抗R₉₀を
挿入すれば、包絡線検波器91から高エネルギ状態の出力
信号が発生してから整流回路94からソレノイド励磁の出
力信号が発生するまでの間に、この挿入した抵抗R₉₀と
四端子コンデンサC₉₀で定まる遅れ時間が生じるので、
オン・ディレー回路を構成することができる。

以上述べたように本発明の安全確保装置では、機械可
動部の停止を検出してソレノイドの励磁信号を発生させ
るセンサを、機械可動部が停止状態にある時に直接に高
エネルギ状態に相当する論理値１の出力信号を発生し、
機械可動部が駆動状態にある時に低エネルギ状態に相当
する論理値０の出力信号を発生する構成としたので、即
ち、否定演算することなく直接ソレノイド駆動の出力信
号を発生する構成であるので、センサ故障時等に機械可
動部の駆動状態と同じ危険側の出力形態（論理値０の出
力）となる。従って、機械可動部が駆動状態にあるにも
拘らずソレノイドの駆動出力信号が誤って発生してドア
スイッチ15のロックが解錠される危険はなく、作業者の
安全を確実に確保することが可能となる。

次に、第23図に可動部監視センサを用いない本発明の
安全確保装置を示す。

この安全確保装置は、可動部監視センサの代わりに前
述したフェールセーフなオン・ディレー回路を用いたも
のである。

第23図において、機械可動部11は第３図と同様にモー
タ12によって駆動される構成である。また、電源101
は、前述の第11図及び第15図等に示すフェールセーフな
オン・ディレー回路103の駆動電源であり、電源スイッ
チ16に連動するスイッチ102を介してオン・ディレー回
路103に電源を供給するものである。オン・ディレー回
路103の出力は、ドアスイッチ15のソレノイド31の端子f
₁,f₂に接続する。

そして、前記スイッチ102は、電源スイッチ16がOFFし
たことを検出する検出部に相当するもので、電源スイッ
チ16がOFFした時にONとなり、電源スイッチ16がONした
時にOFFとなる構成である。

次に動作を説明する。

電源スイッチ16がON状態で機械可動部11が駆動してい
る時には、スイッチ102がOFFでありオン・ディレー回路
103は動作せずソレノイド31は非励磁であり、ドアスイ
ッチ15はロック状態にある。この状態で、電源スイッチ
16をOFFにすると、スイッチ102がONとなりオン・ディレ
ー回路103に動作電源が供給される。すると、電源スイ
ッチ16がOFFしてから予め設定したオン・ディレー回路1
03の遅延時間後に、オン・ディレー回路103からソレノ
イド駆動の電流が出力されてドアスイッチ15のロックが
解錠される。

かかる構成によれば、電源スイッチ16がOFFしてから
ある時間経過しないとドアスイッチ15のロックが解錠さ
れないので、オン・ディレー回路103の遅延時間を、電
源スイッチ16がOFFしてから機械可動部11が停止するま
での時間より十分長くとれば、機械可動部11が停止する
以前にドアスイッチ15のロックが解錠される心配がな
く、作業者の安全を確実に確保することが可能となる。

そして、オン・ディレー回路103は、前述したように
故障時に論理値０となるフェールセーフな構成であるの
で、電源スイッチ16がOFFされない限りは、ソレノイド3
1の励磁出力信号が発生することがない。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、高度な安全性が要求される作業者と機械と
が協調して作業する作業空間において、作業者の安全を
確実に確保することが可能となり、産業上利用性は大で
ある。

フロントページの続き (72)発明者三平律雄東京都目黒区青葉台１丁目６番48号 (56)参考文献特開平５−111628（ＪＰ，Ａ) 特開平５−123937（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−67577（ＪＰ，Ａ) 特開平４−327098（ＪＰ，Ａ) 特開平５−64801（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−115664（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−177555（ＪＰ，Ｕ) 実開平４−28936（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4105903（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16P 3/08 - 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機械可動部を安全柵で囲うと共に、安全柵
に設けた扉にドアロック手段を設け、該ドアロック手段
は、内蔵するソレノイドに外部から電流が供給され励磁
された時にロックが解錠する構成であり、機械可動部が
停止した時に前記ドアロック手段を解錠する構成の安全
確保装置において、機械可動部が停止したか否かを監視し、停止したことを
検出した時に否定演算をすることなく高エネルギ状態に
相当する論理値１の出力信号を発生する可動部監視セン
サを備え、該可動部監視センサの論理値１の出力信号で
前記ドアロック手段のソレノイドを励磁する構成とした
ことを特徴とする安全確保装置。
【請求項２】前記可動部監視センサは、機械可動部の駆
動源であるモータの回転の停止を検出する回転停止検出
センサである請求の範囲第１項記載の安全確保装置。
【請求項３】回転停止検出センサは、モータの通電電流
の有無に基づいてモータの回転及び停止を検出する構成
である請求の範囲第２項記載の安全確保装置。
【請求項４】回転停止検出センサは、モータに電流を流
す電流線路に交流信号を供給し、モータに電流が流れて
いない時のみ前記電流線路を介して交流信号が受信可能
とし、受信した交流信号に基づいて論理値１の出力信号
を発生する構成である請求の範囲第３項記載の安全確保
装置。
【請求項５】回転停止検出センサが、モータ通電回路の
電源スイッチよりもモータ側にモータと並列に設けた電
流線路の一部を２次巻線とする第１トランスと、該第１
トランスの１次巻線に接続され第１トランスを介して交
流信号を前記電流線路に送信する送信手段と、前記電源
スイッチのOFF時に前記電流線路を介して構成されるモ
ータを含んだ閉回路の前記電流線路以外の電流線路の一
部を１次巻線とする第２トランスと、該第２トランスの
２次巻線に接続され前記送信手段からの交流信号を第２
トランスを介して受信しこの受信信号レベルが所定レベ
ルより高い時に論理値１のモータ回転停止を示す出力信
号を発生する受信手段とを備え、前記第１トランスと第
２トランスの少なくとも一方のコアを可飽和磁性体コア
とする構成である請求の範囲第４項記載の安全確保装
置。
【請求項６】回転停止検出センサは、モータ励磁巻線の
インピーダンス変化に基づいてモータの回転及び停止を
検出する構成である請求の範囲第２項記載の安全確保装
置。
【請求項７】回転停止検出センサが、モータ励磁巻線に
並列接続したスナバ回路に直列に２次巻線が接続された
第３トランス、該第３トランスの１次巻線を一辺に介装
し他の３辺に抵抗を介装して構成されるブリッジ回路及
び該ブリッジ回路に交流信号を供給する交流信号発生器
を備え、前記ブリッジ回路の不平衡出力をモータの回転
・停止の検出出力信号として発生すると共にモータ停止
状態で予め設定したレベルの出力信号を発生するセンサ
部と、該センサ部からの検出出力信号に基づいてモータ
回転停止状態で論理値１の出力を発生する信号判定部と
からなる請求の範囲第６項記載の安全確保装置。
【請求項８】信号判定部は、センサ部からの入力信号に
重畳する高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、
高周波信号が重畳された前記入力信号を増幅しモータ回
転時の入力信号のレベルで飽和する増幅手段と、前記高
周波信号発生手段と前記増幅手段との間に介装されて高
周波信号が重畳された前記入力信号を前記増幅手段に伝
達するためのコンデンサと、前記増幅手段の出力を整流
する整流手段と、前記高周波信号が重畳された入力信号
が直接入力する第１入力端子と前記整流手段からの整流
出力が入力する第２入力端子とを有し前記第１入力端子
と第２入力端子に入力する両信号のレベルが、同時に各
入力端子毎に予め設定した上限値と下限値で定まる所定
の閾値範囲内にある時のみ論理値１のモータ停止判定出
力を発生する２入力ウインドコンパレータとを備え、前
記第１入力端子に入力する信号レベルがセンサ部故障時
に閾値範囲外となり、前記第２入力端子に入力する信号
レベルがモータ回転時に閾値範囲外となるよう第１及び
第２入力端子の各閾値範囲を設定する構成である請求の
範囲第７項記載の安全確保装置。
【請求項９】可動部監視センサは、機械可動部の駆動源
である圧力の残圧を検出する残圧検出センサである請求
の範囲第１項記載の安全確保装置。
【請求項１０】残圧検出センサは、基台に固定された電
磁石と、該電磁石を交流励振して交番磁界を発生させる
ための交流信号を発生する信号発生手段と、前記基台に
一端が固定され他端の自由端が前記電磁石の発生する交
番磁界の作用領域内に位置する片持ちバネと、該片持ち
バネの自由端側に取り付けられた永久磁石と、前記片持
ちバネに取り付けられ当該片持ちバネの振動を電気信号
に変換する振動子と、前記基台に固定され圧力を導入す
る圧力導入パイプと、該圧力導入パイプに一端が連通接
続して固定され他端が閉塞され内部の圧力上昇に応じて
閉塞端側が変位する感圧パイプと、該感圧パイプの閉塞
端に連係し感圧パイプ内圧力が所定値より高い時に閉塞
端の変位に基づいて前記片持ちバネの自由端を係止し所
定値以下の時に係止を解除する片持ちバネ係止手段とを
備える構成である請求の範囲第９項記載の安全確保装
置。
【請求項１１】可動部監視センサの出力を、オン・ディ
レー回路を介して所定時間遅延させる構成である請求の
範囲第１項記載の安全確保装置。
【請求項１２】ドアロック手段を、扉が閉状態の時にON
となり扉が開放された時にOFFとなる電気接点を内蔵し
たドアスイッチで構成し、該ドアスイッチを機械可動部
の駆動電源供給ラインに介装する構成である請求の範囲
第１項記載の安全確保装置。
【請求項１３】機械可動部を安全柵で囲うと共に、安全
柵に設けた扉にドアロック手段を設け、該ドアロック手
段は、内蔵するソレノイドに外部から電流が供給され励
磁された時にロックが解錠する構成であり、機械可動部
が停止した時に前記ドアロック手段が解錠する構成の安
全確保装置において、機械可動部の駆動電源をON/OFFする電源スイッチがOFF
したことを検出する検出部と、該検出部が電源スイッチ
OFFを検出して入力信号が入力した時点から所定時間遅
れて高エネルギ状態に相当する論理値１の出力信号を発
生すると共に故障時に低エネルギ状態に相当する論理値
０の出力信号を発生するオン・ディレー回路とを備え、
該オン・ディレー回路の論理値１の出力信号で前記ドア
ロック手段のソレノイドを励磁する構成としたことを特
徴とする安全確保装置。
【請求項１４】オン・ディレー回路は、信号入力端子に
信号が印加されてから所定の遅延時間を持ってPUT（プ
ログラマブル・ユニジャンクション・トランジスタ）を
導通させて発振パルスを発生するPUT発振回路と、該PUT
発振回路の発振パルスの信号レベルをレベル変換するレ
ベル変換回路と、前記PUT発振回路の信号入力端子を介
して入力される信号が一方の入力端子に印加され、前記
レベル変換回路からの出力の立ち上がり微分信号が他方
の入力端子に印加されると共に前記両入力端子に電源電
位より高いレベルの信号が入力した時に論理値１の出力
を発生する２入力ウインドコンパレータと、該２入力ウ
インドコンパレータの整流出力を前記第２入力端子側に
帰還してウインドコンパレータの出力を自己保持する自
己保持回路とを備えた構成である請求の範囲第13項記載
の安全確保装置。
【請求項１５】前記PUT発振回路の信号入力端子を介し
て入力される信号が印加される２入力ウインドコンパレ
ータの一方の入力端子の前段に、抵抗と四端子コンデン
サとを設け、抵抗の一端はPUT発振回路の信号入力端子
に直列接続し、前記四端子コンデンサは、一方の電極板
の２端子が前記抵抗の一端とウインドコンパレータの前
記一方の入力端子との間に直列接続し他方の電極板の２
端子がウインドコンパレータの電源供給ラインに直列接
続し、２入力ウインドコンパレータの第２入力端子に、
入力信号レベルの上限値及び下限値を規定する所定の閾
値範囲を設定する構成としたことを特徴とする請求の範
囲第14項記載の安全確保装置。