JP4584656B2

JP4584656B2 - スイッチ装置

Info

Publication number: JP4584656B2
Application number: JP2004264310A
Authority: JP
Inventors: 炳人岡本; 隆義清水
Original assignee: Idec Corp
Current assignee: Idec Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP2006080001A

Description

本発明は、外部からの磁気の接近を検出するスイッチ装置に関する。

磁気の接近を検出するスイッチ装置としては、例えば特許文献１がある。

特許文献１では扉を閉じたことを検出するために、扉の一方にリードスイッチを設け、他方に磁石を設け、扉を閉じることにより、リードスイッチが磁石によってオンする技術が開示されている。また、リードスイッチは例えば特許文献２のように、単に磁石のＮ極とＳ極とからなる２つの極を検出する構成である。

実開昭５７−１０６９５３号公報特開平７−２２０５９４号公報

以上の従来の技術を鑑みると、扉の他方に設けた磁石以外に磁束が発生している環境では、この磁束がリードスイッチに影響してリードスイッチがオンし、扉が開いているにもかかわらず、扉が閉じているものと検知して誤動作してしまい、また故意にスイッチを簡単に解除できる問題点が考えられる。

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、外部からの磁気の接近を検出するスイッチ装置において、誤動作が生じにくく、故意に解除しにくいスイッチ装置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は、外部からの磁石や磁性体などを組み合わせた検出体の接近を検出するスイッチ装置であって、前記外部の検出体のＳ極及びＮ極をそれぞれ検知する第１種及び第２種の検知部を有し、当該第１種及び第２種の検知部が交互に３つ以上配置された磁極検知部と、前記磁極検知部の前記３つ以上の検知部からの出力に基づき、前記検出体が接近したことを示す信号を出力する信号出力部と、前記検出体が前記磁極検知部に接近した状態で、隣り合う前記第１種及び第２種の検知部と外部の検出体とを通る磁束を形成するための磁路構成部材と、を備え、前記磁路構成部材は前記第１種及び第２種の検知部の背面側に配置されている。
請求項２に記載の課題解決手段において、前記検出体は当該検出体が磁極検知部に接近した状態で、前記３つ以上の検知部の各々に対向する鋭利に突出した先端部を有する。
請求項３に記載の課題解決手段において、前記検出体が接近したときに、当該検出体を引き寄せて所定の位置に固定するための吸引部材をさらに備える。
請求項４に記載の課題解決手段において、前記３つ以上の検知部は互い違いに配置されている。

請求項５に記載の課題解決手段において、前記３つ以上の検知部は一直線上に配置されている。

請求項６に記載の課題解決手段において、前記３つ以上の検知部は半導体磁気検出素子である。

請求項１に記載の発明によれば、Ｎ極及びＳ極が３つ以上互いに配置された検出体のみを検出するため、例えば環境において発生している磁束の影響を受けず、誤動作が少ない。また、隣り合う第１種及び第２種の検知部と外部の検出体を通る磁束を形成することが可能となり、検出体からの磁束が収束するので、検知部の検出精度が向上する。
請求項２に記載の発明によれば、検出体からの磁束はさらに収束するので、検知部の検出精度が向上する。
請求項３に記載の発明によれば、検出体及び検知部が互いに固定され、外部から加えらる振動や衝撃の影響を抑え、スイッチ装置の誤動作を防止できる。
請求項４に記載の発明によれば、スイッチ装置の誤動作が少ない。

請求項５に記載の発明によれば、Ｎ極及びＳ極が３つ以上互いに一直線上に配置された検出体のみを検出する。このような磁気は自然界において極めて存在しがたいため、環境において発生している磁束にさらに影響を受けず、誤動作がさらに少ない。

請求項６に記載の発明によれば、機械的な接点を有していないため、寿命が長いスイッチ装置を構成できる。

次に本発明の実施の形態について図１〜図７を用いて説明する。なお、各図中の符号は互いに対応している。図１は本発明の実施の形態におけるスイッチ装置の適用例を示す構成図であり、産業用ロボット等の機械Ｐ３を囲む安全柵Ｐ４の出入口Ｓ２に適用された例を示している。

機械Ｐ３が設置された場所では、作業者（図示せず）が機械Ｐ３に巻き込まれて負傷するといったトラブルを防止するために、機械Ｐ３を安全柵Ｐ４で囲み、出入口Ｓ２の扉Ｐ５が開いて、そこから作業者が自由に出入りできる状態では機械Ｐ３が動作しないように設計されている。

詳しくは、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を通って作業者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、横方向Ｚに自在に移動できる。

安全柵Ｐ４の端部Ｐ４ａ付近には、安全スイッチ（スイッチ装置）Ｐ１が設けられている。扉Ｐ５の端部Ｐ５ａには、操作部材Ｐ２が取り付けられている。扉Ｐ５を開いた状態では、安全スイッチＰ１はオフ状態であり、制御機器Ｐ６はこのオフ状態を受けていると、機械Ｐ３の動作を禁止する。また、扉Ｐ６を閉じると安全スイッチＰ１は操作部材Ｐ２の接近に反応してオン状態になり、制御機器Ｐ６はこのオン信号を受けると、機械Ｐ３の動作を許可する。

次に安全スイッチＰ１の構成について説明する。図２は本発明の実施の形態の安全スイッチＰ１及び操作部材Ｐ２の構成を説明する概念図である。

安全スイッチＰ１は筐体１ａ、磁極検知部１ｂ、信号出力部１ｃを含んで構成される。筐体１ａは磁束に影響を及ぼさない材質（例えば樹脂や非磁性金属など）で形成され、磁極検知部１ｂ、信号出力部１ｃを内蔵する。

磁極検知部１ｂはＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ（第１種の検知部）、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ（第２種の検知部）、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃ（第１種の検知部）及び磁路構成部材１ｂｄを含む。Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃはそれぞれＳ極を検知し、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂはＮ極を検知し、これら３つの素子は実施の形態ではホール素子である。安全スイッチＰ１の正面から見たＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃの位置を図３に示す。図２及び図３に示すように、Ｓ極を検知するＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極を検知するＮ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極を検知するＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃという順で筐体１ａの正面の内壁側に配置されている。

Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃの背面側には１つの磁路構成部材１ｂｄが配置されている。磁路構成部材１ｂｄは磁性金属あるいは永久磁石などで構成可能で、これを設けることによって、操作部材Ｐ２からの磁束を収束させ、図２に示す方向の磁束Ｃ１、磁束Ｃ２が形成され、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃの検出精度を向上させる。

信号出力部１ｃはＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃからの出力信号を受け、これらの信号に基づき、操作部材Ｐ２が接近したことを示す信号（オン信号）Ｒを出力する。図２に示すように、例えば信号出力部１ｃはＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃからの微弱な出力信号をそれぞれ検出する検出回路１ｃａ、検出回路１ｃｂ、検出回路１ｃｃと、これらによって増幅された信号の論理積を出力する論理回路１ｃｄとにより実現可能であり、この場合、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃ全てが磁束を検知したときのみ、論理回路１ｃｄは操作部材Ｐ２が接近したことを示す信号Ｒを出力する。

次に操作部材Ｐ２について説明する。操作部材Ｐ２は筐体２ａ、磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ、磁路部材２ｄ、永久磁石２ｅ、永久磁石２ｆで含んで構成される。筐体２ａは磁束に影響を及ぼさない材質（例えば樹脂や非磁性金属など）で形成されており磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ、磁路部材２ｄ、永久磁石２ｅ、永久磁石２ｆからなる検出体を内蔵する。磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ、磁路部材２ｄは磁性金属などの磁性体である。磁路部材２ｂ、永久磁石２ｅ、磁路部材２ｃ、永久磁石２ｆ、磁路部材２ｄはこの順に接続されており、磁路部材２ｂには永久磁石２ｅのＳ極が接続され、磁路部材２ｃには永久磁石２ｅのＮ極及び永久磁石２ｆのＮ極が接続され、磁路部材２ｄには永久磁石２ｆのＳ極が接続されている。磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ及び磁路部材２ｄは、磁路部材２ｂ、永久磁石２ｅ、磁路部材２ｃ、永久磁石２ｆ及び磁路部材２ｄが互いに接続されている方向に対して直角の方向に突出して磁束を放出する構成になっている。さらに望ましくは磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ及び磁路部材２ｄの突出している先端部は、図示するように鋭利な形状であり、これによって磁束が収束した状態で放出され、安全スイッチＰ１のＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ及びＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃが磁束を検知しやすい。

さらに、安全スイッチＰ１の筐体１ａ及び操作部材Ｐ２の筐体２ａはそれぞれ単数あるいは複数の比較的強い吸引力の吸引部材１ｄ及び吸引部材２ｇを内蔵する。これらはそれぞれ例えば磁路を構成する磁性金属や永久磁石などで構成でき、これらを設けることによって、操作部材Ｐ２が安全スイッチＰ１に接近したとき磁路Ｃ３が形成され、吸引部材１ｄ及び吸引部材２ｇが互いに強く引き合いうことで、安全スイッチＰ１及び操作部材Ｐ２が互いに固定される。よって、安全スイッチＰ１や操作部材Ｐ２に外部から加えらる振動や衝撃の影響を抑え、安全スイッチＰ１の誤動作を防止できる。

また、出入口Ｓ２への安全スイッチＰ１及び操作部材Ｐ２の取付け方について、ここでは図１に示すように取り付けられており、扉Ｐ５を閉じると図２に示すように安全スイッチＰ１及び操作部材Ｐ２は互いに対向する。すなわち、安全スイッチＰ１のＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ及びＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃの配置方向及び操作部材Ｐ２の磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ及び磁路部材２ｄの配置方向が扉Ｐ５の移動方向Ｚに対して並行になり、また、扉Ｐ５を閉じた状態で、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ及びＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃの各々が磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ及び磁路部材２ｄの各々に対向するように安全スイッチＰ１及び操作部材Ｐ２はそれぞれ、安全柵Ｐ４の端部Ｐ４ａ付近及び扉Ｐ５の端部Ｐ５ａに取り付けられている。

次に動作について説明する。図１に示すような扉Ｐ５を開いた状態では操作部材Ｐ２は安全スイッチＰ１から充分離れており、安全スイッチＰ１のＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃは全て磁束を感知しない。よって、信号出力部１ｃは操作部材Ｐ２が接近したことを示す信号を出力せず、制御機器Ｐ６は機械Ｐ３の動作を禁止し、出入口を出入りする作業者の安全を確保できる。

次に扉Ｐ５を方向Ｚに動かして完全に閉じた瞬間、図２に示すように操作部材Ｐ２の磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ、磁路部材２ｄが安全スイッチＰ１のＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃに対向し、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃが一斉に磁束を検知してオンする。これを受けて、信号出力部１ｃは操作部材Ｐ２が接近したことを示す信号Ｒを出力し、制御機器Ｐ６はこの信号Ｒを受けて機械Ｐ３の動作を許可し、機械Ｐ３は動作する。また、吸引部材２ｇ及び吸引部材１ｄにより、安全スイッチＰ１及び操作部材Ｐ２は互いに吸着しているため、扉Ｐ５を完全に閉じた状態で外部から小さな振動や衝撃が加えられても、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃは磁束を検知し続け、機械Ｐ３が停止することを防止できる。

なお、安全スイッチＰ１及び操作部材Ｐ２を図４に示すように取り付けてもよい。図４では、安全スイッチＰ１のＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ及びＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃの配置方向及び操作部材Ｐ２の磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ及び磁路部材２ｄの配置方向が扉Ｐ５の移動方向Ｚに対して交わる方向（例えば直角）であり、また、扉Ｐ５を閉じた状態で、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ及びＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃの各々が磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ及び磁路部材２ｄの各々に対向するように安全スイッチＰ１及び操作部材Ｐ２はそれぞれ、安全柵Ｐ４の端部Ｐ４ａ付近及び扉Ｐ５の端部Ｐ５ａに取り付けられている。この場合、扉Ｐ５が僅かだけ開いており、安全スイッチＰ１と操作部材Ｐ２との間に若干の隙間Ｌが開いていても、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃは、磁路部材２ｂ、磁路部材２ｃ、磁路部材２ｄからの磁束を検知してオンする。扉Ｐ５は外部からの強い衝撃に対して壊れににくいように、扉Ｐ５を閉じても、若干の遊びの隙間Ｌの範囲内で動くように設計されている場合がある。

そこで、図４のように安全スイッチＰ１及び操作部材Ｐ２を取り付ければ遊びの隙間Ｌが空いていても安全スイッチＰ１は操作部材Ｐ２が接近したことを示す信号（扉Ｐ５が閉じていることを示す信号）Ｒを出力し、また、扉Ｐ５に強い衝撃が加わって遊びの隙間Ｌの範囲で扉Ｐ５が動いても安全スイッチＰ１は上述の信号Ｒを出力し続け、機械Ｐ３が停止することを防ぐことができ、扉Ｐ５を開けて安全スイッチＰ１と操作部材Ｐ２との間の隙間Ｌが所定の長さを越えると、安全スイッチＰ１は信号Ｒを出力せず、機械Ｐ３が停止する。

以上のように、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃが全て磁束を検知したときだけ、安全スイッチＰ１は操作部材Ｐ２が接近したことを示す信号Ｒを出力する。自然界においては通常、物体の両端ぞれぞれにＮ極、Ｓ極が現れるので、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極というように極性が交互に繰り返される磁気は自然界に存在しがたく、例えば図２の操作部材Ｐ２に示すように、人為的に永久磁石２ｅ及び永久磁石２ｆを互いに反発する向きで磁路部材２ｃを介して接続しなければならない。よって、安全スイッチＰ１は人為的に造られた操作部材Ｐ２にだけ反応し、環境において発生している磁束の影響は受けにくく、誤動作が少なく、故意に解除しにくい。さらに、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ、Ｎ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ、Ｓ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃは図３に示すように、一直線上に配置するのが望ましい。永久磁石２ｅ及び永久磁石２ｆを一直線上に接続する場合が最も互いに反発力が大きくなる。このように一直線上にＳ極、Ｎ極、Ｓ極が配置された構成はより人為的であるため、自然界にはさらに存在しがたい構成であるため、環境において発生している磁束の影響をより受けがたく、さらに誤動作が少なくなる。

なお、本発明は図示するものに限らない。例えば安全スイッチＰ１の半導体磁気検出素子は図では３つであるが４つ以上でもよいし、安全スイッチＰ１の３つの半導体磁気検出素子の極性の配置順はＳＮＳの他でもよい。例えば、ＮＳＮ、ＳＮＳＮＳ、ＮＳＮＳＮ、ＳＮＳＮＳＮＳあるいはＮＳＮＳＮＳＮでもよい。また、当該Ｓ極用及びＮ極用の検知部が交互に３つ以上配置されている部分を有すればよく図３の配置に代えて、図５のようにＳＮＳの順に配置された半導体磁気検出素子の組み合わせを並列に２つ設けてもよいし、図６のように直列に設けてもよい。また、当該Ｓ極用及びＮ極用の検知部が交互に３つ以上配置されていればよく、図３の一直線上の他、図７に示すように互い違いに配置してもよい。

また、検知部が半導体磁気検出素子の場合は、リードスイッチと比べて継続した使用により外部の検出体で磁化されて磁束を検知できないということがなく、しかも寿命が長いため、メンテナンスが少ないなどコストの削減になり、構成が簡単になるため望ましい。なお、検知部が半導体磁気検出素子以外の例としては、リードスイッチと磁石とを組み合わせてＮ極、Ｓ極を検出できる構成にすれば実現可能である。

また、半導体磁気検出素子はホール素子の他、ホールＩＣでもよい。すなわち、ホール素子のＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂａ及び検出回路１ｃａ、ホール素子のＮ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｂ及び検出回路１ｃｂあるいはホール素子のＳ極検知用半導体磁気検出素子１ｂｃ及び検出回路１ｃｃをそれぞれ、ホール素子及び検出回路を１チップ化してホールＩＣ（半導体磁気検出素子）として構成してもよい。

本発明が適用されるシステムを示す概念図である。本発明の実施の形態のスイッチ装置及び操作部材の構成を説明する概念図である。本発明の実施の形態のスイッチ装置の正面図である。本発明が適用されるシステムの変形例を示す概念図である。本発明の実施の形態のスイッチ装置の変形例の正面図である。本発明の実施の形態のスイッチ装置の変形例の正面図である。本発明の実施の形態のスイッチ装置の変形例の正面図である。

符号の説明

１ｂ磁極検知部、１ｂａＳ極検知用半導体磁気検出素子、１ｂｂＮ極検知用半導体磁気検出素子、１ｂｃＳ極検知用半導体磁気検出素子、１ｃ信号出力部、Ｐ１安全スイッチ。

Claims

外部からの磁石や磁性体などを組み合わせた検出体の接近を検出するスイッチ装置であって、
前記外部の検出体のＳ極及びＮ極をそれぞれ検知する第１種及び第２種の検知部を有し、当該第１種及び第２種の検知部が交互に３つ以上配置された磁極検知部と、
前記磁極検知部の前記３つ以上の検知部からの出力に基づき、前記検出体が接近したことを示す信号を出力する信号出力部と、
前記検出体が前記磁極検知部に接近した状態で、隣り合う前記第１種及び第２種の検知部と外部の検出体とを通る磁束を形成するための磁路構成部材と、
を備え、
前記磁路構成部材は前記第１種及び第２種の検知部の背面側に配置されているスイッチ装置。
前記検出体は当該検出体が磁極検知部に接近した状態で、前記３つ以上の検知部の各々に対向する鋭利に突出した先端部を有する請求項１に記載のスイッチ装置。
前記検出体が接近したときに、当該検出体を引き寄せて所定の位置に固定するための吸引部材をさらに備えた請求項１又は２に記載のスイッチ装置。
前記３つ以上の検知部は互い違いに配置されている請求項１から３までのいずれかに記載のスイッチ装置。
前記３つ以上の検知部は一直線上に配置されている請求項１から３までのいずれかに記載のスイッチ装置。
前記３つ以上の検知部は半導体磁気検出素子である請求項１から５までのいずれかに記載のスイッチ装置。