JP4493073B2 - 安全スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットや工作機械などの機械への出入口などに設置される安全スイッチに関する。

従来の安全スイッチとしては特許文献１がある。

特表平１１−５０２６６９号公報

この特許文献１に開示のような安全スイッチは、例えば図４に示すようなシステムに適用される。産業用ロボットや工作機械等の機械Ｐ３が設置された場所では、オペレータが機械Ｐ３に巻き込まれて負傷するといったトラブルが発生することがある。そこで、そのようなトラブルを防ぐために、機械Ｐ３を安全柵Ｐ４で囲み、出入口Ｓ２の扉Ｐ５が完全に閉まっていないときには、機械Ｐ３の動作を許さない安全スイッチＰ１が設けられている。

ところで、コントローラＰ６などに機械を停止させる非常停止用押しボタン（図示せず）を設けるのが一般的である。この場合、安全スイッチＰ１と非常停止用押しボタンとを別々に設置するため、複数購入による高コストや配線作業の手間がかかるという問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、低コストや配線作業の手間がかからない安全スイッチを得ることを目的とする。

請求項１に記載の課題解決手段において、機械への出入口を閉じると前記機械の動作を許す安全スイッチであって、前記出入口を閉じるための扉からの操作力を受ける操作ヘッドと、前記操作ヘッドが取り付けられる筐体と、前記筐体内に設けられ、前記操作ヘッドからの前記操作力によって移動し、側面に凹凸を有するロッドと、前記筐体内に設けられ、進退部を含み、前記ロッドが所定位置に位置したときに前記凹凸に沿って進退部が進退することによって前記機械の動作を許す信号を出力するスイッチと、前記筐体に設けられ、オペレータの操作を受け、当該操作に基づいて動く部分を含む操作部と、を備え、前記オペレータの操作によって前記部分が前記ロッドの凹凸に接して前記ロッドを前記所定位置と異なる位置に移動させることによって、前記スイッチが機械の動作を許さない信号を出力する。

請求項１に記載の発明によれば、オペレータの操作によって機械の動作を許さないための操作部を備えたことで、低コスト化や配線作業の手間が必要ない。

本発明の実施の形態の安全スイッチは例えば図４に示すようなシステムに適用される。安全柵Ｐ４は部屋Ｓ１を囲み、部屋Ｓ１内には機械Ｐ３が設置されている。安全柵Ｐ４には出入口Ｓ２が設けられ、出入口Ｓ２を通ってオペレータや搬送物が外部と部屋Ｓ１との間を出入りできる。また、安全柵Ｐ４には出入口Ｓ２を閉じるための扉Ｐ５が設けられている。扉Ｐ５は方向Ｚに移動できる。安全柵Ｐ４の端部Ｐ４ａ付近には安全スイッチＰ１が設けられ、扉Ｐ５の端部Ｐ５ａ付近にはアクチュエータＰ２が設けられている。

図１〜図３は本発明の実施の形態における安全スイッチの内部構造図である。本実施の形態における安全スイッチは図４の安全スイッチＰ１に対応し、図１〜図３のアクチュエータｃは図４のアクチュエータＰ２に対応している。

本実施の形態の安全スイッチは、操作ヘッドａとスイッチ本体ｂとを含んで構成される。操作ヘッドａは外部からアクチュエータｃが差し込まれることによって、外部からの操作力を受け、この操作力をスイッチ本体ｂへ伝える機能を有する。スイッチ本体ｂはスイッチ本体ｂから伝えられた操作力を受け、この操作力に基づいてオン／オフする機能と、操作ヘッドａの動作を固定（ロック）する機能とを有する。

まず、操作ヘッドａの構成について説明する。操作ヘッドａは筐体ａ１と偏心カムａ２とを含んで構成される。筐体ａ１は内部に偏心カムａ２を収納する略立方体形状であり、上面、下面、一つの側面にそれぞれに挿入孔ａ１１、挿入孔ａ１３、開口部ａ１２が設けられている。側面の挿入孔ａ１３は図１などに示すように、外部からのアクチュエータｃが差し込まれるためのものである。また、上面にもアクチュエータｃが差し込むことができるように、挿入孔ａ１１が設けられている。

偏心カムａ２は筐体ａ１の内部において、挿入孔ａ１１のある上面と挿入孔ａ１３のある側面との法線方向の中心軸ａ２１を中心に回動可能に保持されている。偏心カムａ２の外周の表面には、凹部ａ２２、凹部ａ２３、凹部ａ２４が設けられている。凹部ａ２２は挿入孔ａ１３から挿入されたアクチュエータｃの先端部を引っかけるために設けられている。凹部ａ２３は挿入孔ａ１１から挿入されたアクチュエータｃの先端部が引っかけるために設けられている。凹部ａ２４は後述のロッドｂ２が差し込まれて操作ヘッドａの偏心カムａ２の回動動作をロックするために設けられている。

次にスイッチ本体ｂの構成について説明する。スイッチ本体ｂは筐体ｂ１、ロッドｂ２、スイッチｂ３ａ、スイッチｂ３ｂ、スイッチｂ３ｃ、スイッチｂ３ｄ、付勢手段ｂ４及び非常停止用押しボタンスイッチｂ５を含んで構成されている。

筐体ｂ１は内部にロッドｂ２、スイッチｂ３ａ、スイッチｂ３ｂ、スイッチｂ３ｃ、スイッチｂ３ｄ及び付勢手段ｂ４を収納する略四角柱状である。筐体ｂ１の上面にはロッドｂ２の先端が突出するための開口部ｂ１１が設けられている。この筐体ｂ１の上面と操作ヘッドａの開口部ａ１２のある下面とが対向するように、操作ヘッドａがスイッチ本体ｂに取り付けられる。

ロッドｂ２は細長い棒状であり、方向Ｙ１、方向Ｙ２に移動可能に筐体ｂ１内に保持されている。ロッドｂ２の側面には基準表面ｂ２２に対して凹凸する台形状凸部ｂ２３、台形状凸部ｂ２４、台形状凹部ｂ２５が設けられている。台形状凸部ｂ２３、台形状凸部ｂ２４はそれぞれ基準表面ｂ２２に対して外側に突出した、台形状である。つまり、台形状凸部ｂ２３、台形状凸部ｂ２４それぞれにおけるロッドｂ２の側面は基準表面ｂ２２から台形状凸部ｂ２３、台形状凸部ｂ２４の傾斜部ｂ２３ａ、傾斜部ｂ２４ａに沿って突出して台形状凸部ｂ２３，台形状凸部ｂ２４の頂部ｂ２３ｂ、頂部ｂ２４ｂに達し、この頂部から傾斜部に沿って基準表面ｂ２２に達する。また、台形状凹部ｂ２５におけるロッドｂ２の側面は基準表面ｂ２２から台形状凹部ｂ２５の傾斜部ｂ２５ａに沿って台形状凹部ｂ２５の底部ｂ２５ｂに達し、この底部ｂ２５ｂから傾斜部ｂ２５ｃに沿って基準表面ｂ２２に達する。

ロッドｂ２の側面の近傍には、スイッチｂ３ａ、スイッチｂ３ｂ、スイッチｂ３ｃ、スイッチｂ３ｄが配置されている。スイッチｂ３ａ、スイッチｂ３ｂ、スイッチｂ３ｃ、スイッチｂ３ｄのそれぞれは進退部ｂ３ｅが設けられている。この進退部ｂ３ｅは、方向Ｙ１、方向Ｙ２と交わる方向の方向Ｘ１、方向Ｘ２（ここでは方向Ｙ１、方向Ｙ２と方向Ｘ１、方向Ｘ２とは互いに直角方向）に進退し、進退部ｂ３ｅの先端はロッドｂ２の側面に対向する。

ロッドｂ２の他端部ｂ２１ｂにはロッドｂ２を方向Ｙ１へ常に付勢する付勢手段ｂ４が設けられている。付勢手段ｂ４は付勢力を付勢手段ｂ４へ与えられるものであればよく、図示のようなコイルバネの他、板バネなどでもよい。

筐体ｂ１の側面には非常停止用押しボタンスイッチｂ５が設けられている。非常停止用押しボタンスイッチｂ５の筐体ｂ１の外側には、操作者の操作力を受けて方向Ｘ１へ後退する押しボタンｂ５１が露出し、筐体ｂ１の内側には押しボタンｂ５１に連動して進退し、先端がロッドｂ２の台形状凹部ｂ２５内に入って対向する進退部ｂ５２が設けられている。また、非常停止用押しボタンスイッチｂ５は、図示しない保持機構によって押しボタンｂ５１が一度押されると、この押された状態を保持する。この保持された状態を解除するには、押しボタンｂ５１を回動したり、引き抜いたりすることで解除できる。

次に安全スイッチの動作について説明する。まず、図３において、扉Ｐ５（図４参照）が開いており、アクチュエータｃが安全スイッチの操作ヘッドａに差し込まれていない状態である。この状態では、ロッドｂ２は偏心カムａ２に押されて、方向Ｙ２へ後退している。この状態では、スイッチｂ３ａの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の表面に押されておらず前進し、スイッチｂ３ａはオンの状態である。スイッチｂ３ａがオンであることは操作ヘッドａの偏心カムａ２の回動動作がロックされていないことを示す。スイッチｂ３ｂの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の台形状凸部ｂ２３の頂部ｂ２３ｂに押されて後退し、スイッチｂ３ｂはオフの状態である。スイッチｂ３ｃの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の表面に押されておらず前進し、スイッチｂ３ｃはオンの状態である。スイッチｂ３ｃがオンであることは扉Ｐ５が開いていることを示す。スイッチｂ３ｄの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の台形状凸部ｂ２４の頂部ｂ２４ｂに押されて後退し、スイッチｂ３ｄはオフの状態である。

コントローラＰ６はスイッチｂ３ａのオン、スイッチｂ３ｂのオフ、スイッチｂ３ｃのオン、スイッチｂ３ｄのオフを受け、機械Ｐ３の動作を許可しない。

次に、扉Ｐ５を閉じると、操作ヘッドａの挿入孔ａ１３にアクチュエータｃが差し込まれる。アクチュエータｃの先端は凹部ａ２２に係合し、アクチュエータｃが操作ヘッドａ内のさらに奥へ差し込まれることにより、偏心カムａ２は中心軸ａ２１を中心に回動する。この偏心カムａ２の回動に伴い、付勢手段ｂ４によって方向Ｙ１へ付勢力が与えられているロッドｂ２は一端部ｂ２１ａが偏心カムａ２の外縁に接して動く。そして、アクチュエータｃが完全に操作ヘッドａ内に差し込まれ、操作ヘッドａの凹部ａ２４がスイッチ本体ｂの一端部ｂ２１ａに対向するところに位置する。ロッドｂ２は付勢手段ｂ４の付勢力によって方向Ｙ１へ移動する。そして、押し込まれている非常停止用押しボタンスイッチｂ５の進退部ｂ５２が台形状凹部ｂ２５の傾斜部ｂ２５ｃに接することでロッドｂ２の方向Ｙ１への移動は止まる。このロッドｂ２の移動により、スイッチｂ３ｃの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の基準表面ｂ２２から台形状凸部ｂ２４の傾斜部ｂ２４ａに沿って押されて後退し、進退部ｂ３ｅが頂部ｂ２４ｂに達したとき、スイッチｂ３ｃはオフになる。スイッチｂ３ｄの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の台形状凸部ｂ２４の頂部ｂ２４ｂから傾斜部ｂ２４ｃに沿って前進し、進退部ｂ３ｅが基準表面ｂ２２に対向する位置に達したとき、スイッチｂ３ｄはオンになる。スイッチｂ３ｄがオンであることは扉Ｐ５が閉じていることを示す。スイッチｂ３ａ、スイッチｂ３ｂについてはそれぞれオン、オフの状態のままである（図２）。

コントローラＰ６はスイッチｂ３ａのオン、スイッチｂ３ｂのオフ、スイッチｂ３ｃのオフ、スイッチｂ３ｄのオンを受け、機械Ｐ３の動作を許可しない。

次に、非常停止用押しボタンスイッチｂ５を引いて押されてない状態にする。これにより、ロッドｂ２は付勢手段ｂ４の付勢力によって方向Ｙ１へ移動し、ロッドｂ２の一端部ｂ２１ａは偏心カムａ２の凹部ａ２４に差し込まれる。これによって、回動しないように偏心カムａ２の動作は固定される。また、ロッドｂ２の移動により、スイッチｂ３ａの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の基準表面ｂ２２から台形状凸部ｂ２３の傾斜部ｂ２３ａに沿って押されて後退し、進退部ｂ３ｅが頂部ｂ２３ｂに達したとき、スイッチｂ３ａはオフになる。スイッチｂ３ｂの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の台形状凸部ｂ２３の頂部ｂ２３ｂから傾斜部ｂ２３ｃに沿って前進し、進退部ｂ３ｅが基準表面ｂ２２に対向する位置に達したとき、スイッチｂ３ｂはオンになる。スイッチｂ３ｂがオンであることは操作ヘッドａの偏心カムａ２の回動動作がロックされていることを示す。スイッチｂ３ｃ、スイッチｂ３ｄについてはそれぞれオフ、オンの状態のままである（図１）。

コントローラＰ６はスイッチｂ３ａのオフ、スイッチｂ３ｂのオン、スイッチｂ３ｃのオフ、スイッチｂ３ｄのオンを受けると、機械Ｐ３の動作を許す。

扉Ｐ５を開く場合は、上述と逆の動作である。すなわち、まず、図１において、扉Ｐ５が閉じており、アクチュエータｃが安全スイッチの操作ヘッドａに差し込まれ、非常停止用押しボタンスイッチｂ５は押されていない状態である。ロッドｂ２の一端部ｂ２１ａは偏心カムａ２の凹部ａ２４に差し込まれている。これによって、回動しないように偏心カムａ２の動作は固定される。この状態では、スイッチｂ３ａの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の台形状凸部ｂ２３の頂部ｂ２３ｂに押されて後退し、スイッチｂ３ａはオフの状態である。スイッチｂ３ｂの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の表面に押されておらず前進し、スイッチｂ３ｂはオンの状態である。スイッチｂ３ｂがオンであることは操作ヘッドａの偏心カムａ２の回動動作がロックされていることを示す。スイッチｂ３ｃの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の台形状凸部ｂ２４の頂部ｂ２４ｂに押されて後退し、スイッチｂ３ｃはオフの状態である。スイッチｂ３ｄの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の表面に押されておらず前進し、スイッチｂ３ｄはオンの状態である。スイッチｂ３ｄがオンであることは扉Ｐ５が閉じていることを示す。

コントローラＰ６はスイッチｂ３ａのオフ、スイッチｂ３ｂのオン、スイッチｂ３ｃのオフ、スイッチｂ３ｄのオンを受けると、機械Ｐ３の動作を許す。

次に、非常停止用押しボタンスイッチｂ５を押すと、台形状凹部ｂ２５の傾斜部ｂ２５ｃに接する進退部ｂ５２がロッドｂ２を方向Ｙ２へ移動させ、ロッドｂ２の一端部ｂ２１ａは偏心カムａ２の凹部ａ２４から引き抜かれる。これによって、偏心カムａ２の動作のロックは解除される。また、ロッドｂ２の移動により、スイッチｂ３ａの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の頂部ｂ２３ｂから台形状凸部ｂ２３の傾斜部ｂ２３ａに沿って前進し、進退部ｂ３ｅが基準表面ｂ２２に達したとき、スイッチｂ３ａはオンになる。スイッチｂ３ａがオンであることは操作ヘッドａの偏心カムａ２の回動動作がロックされていないことを示す。スイッチｂ３ｂの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の基準表面ｂ２２から傾斜部ｂ２３ｃに沿って押されて後退し、進退部ｂ３ｅが頂部ｂ２３ｂに達したとき、スイッチｂ３ｂはオフになる。スイッチｂ３ｃ、スイッチｂ３ｄについてはそれぞれオフ、オンの状態のままである（図２）。

コントローラＰ６はスイッチｂ３ａのオン、スイッチｂ３ｂのオフ、スイッチｂ３ｃのオフ、スイッチｂ３ｄのオンを受け、機械Ｐ３の動作を許可しない。

次に、扉Ｐ５を開くと、操作ヘッドａの挿入孔ａ１３からアクチュエータｃが引き抜かれる。これに伴い、偏心カムａ２は中心軸ａ２１を中心に回動する。この偏心カムａ２の回動に伴い、ロッドｂ２は一端部ｂ２１ａが偏心カムａ２の外周に接しながら方向Ｙ２へ動く。そして、アクチュエータｃが完全に操作ヘッドａから引き抜かれる。このロッドｂ２の移動により、スイッチｂ３ｃの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の頂部ｂ２４ｂから台形状凸部ｂ２４の傾斜部ｂ２４ａに沿って前進し、進退部ｂ３ｅが基準表面ｂ２２に達したとき、スイッチｂ３ｃはオンになる。スイッチｂ３ｃがオンであることは扉Ｐ５が開いていることを示す。スイッチｂ３ｄの進退部ｂ３ｅはロッドｂ２の基準表面ｂ２２から傾斜部ｂ２４ｃに沿って押されて後退し、進退部ｂ３ｅが頂部ｂ２４ｂに達したとき、スイッチｂ３ｄはオフになる。スイッチｂ３ａ、スイッチｂ３ｂについてはそれぞれオン、オフの状態のままである（図３）。

コントローラＰ６はスイッチｂ３ａのオン、スイッチｂ３ｂのオフ、スイッチｂ３ｃのオン、スイッチｂ３ｄのオフを受け、機械Ｐ３の動作を許可しない。

以上のように、本実施の形態の安全スイッチは、機械Ｐ３への出入口Ｓ２を閉じると機械Ｐ３の動作を許し、オペレータの操作によって機械Ｐ３の動作を許さない非常停止用押しボタンスイッチｂ５（操作部）を備えている。これによって、コントローラＰ６などに非常停止用押しボタンを設ける必要がなく、低コスト化や配線作業の手間が必要ない。

また、操作ヘッドａの偏心カムａ２の回動動作のロックの解除を非常停止用押しボタンスイッチｂ５によって行われるため、特許文献１に開示されているようなロックの解除を行うマグネットコイル（ソレノイド）が必要なく、ソレノイド用の電源やケーブルが必要ない。

なお、本発明は図示するものに限らない。例えば、非常停止用押しボタンスイッチｂ５をキースイッチなどに置き換えてもよい。

本発明の実施の形態の安全スイッチを示す内部構造図である。 本発明の実施の形態の安全スイッチを示す内部構造図である。 本発明の実施の形態の安全スイッチを示す内部構造図である。 安全スイッチが適用されるシステムの例を示す図である。

符号の説明

ｂ５ 非常停止用押ボタンスイッチ。

Claims (1)

1. 機械への出入口を閉じると前記機械の動作を許す安全スイッチであって、
   前記出入口を閉じるための扉からの操作力を受ける操作ヘッドと、
   前記操作ヘッドが取り付けられる筐体と、
   前記筐体内に設けられ、前記操作ヘッドからの前記操作力によって移動し、側面に凹凸を有するロッドと、
   前記筐体内に設けられ、進退部を含み、前記ロッドが所定位置に位置したときに前記凹凸に沿って進退部が進退することによって前記機械の動作を許す信号を出力するスイッチと、
   前記筐体に設けられ、オペレータの操作を受け、当該操作に基づいて動く部分を含む操作部と、
   を備え、
   前記オペレータの操作によって前記部分が前記ロッドの凹凸に接して前記ロッドを前記所定位置と異なる位置に移動させることによって、前記スイッチが機械の動作を許さない信号を出力する安全スイッチ。

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