JP5402981B2 - 安全装置 - Google Patents

Description

本発明は、安全装置に関し、より詳細には、回転体近傍における作業者の作業領域に接地するための安全装置に関する。

線材やシート材等の巻き取り機やこれらの搬送路中の回転ローラ、あるいはゴムの混練等に使用する回転ローラなど、多くの産業分野にて回転体を使用する設備が稼動している。このような回転体の近傍で作業者による作業が必要な場合も多く、回転体に作業者が巻き込まれると重大事故となる恐れがある。このため、通常、回転体への作業者の巻き込み等の事故を防止するために、回転体の巻き込み部分に安全治具を設けたり、回転体の近傍に安全柵を設けて、危険源への作業者の接触を防止する対策を講じている。

例えば、特許文献１には、マットスイッチや光電スイッチなどの検出センサを設けた安全装置が開示されている。この安全装置は、検出センサによって作業者の足が作業エリア内に接地しているか否かを検出する。そして、回転体に作業者が巻き込まれるような非常時には、接地している作業者の足が宙に浮くため、その瞬間に非常停止装置を動作させて回転体を停止させるようにしている。

特開平８−２２０３９３号公報

特許文献１のように、回転体の近傍で作業者が作業する場合、その作業者の有無を検出して回転体を非常停止させることができる。しかしながら、作業者が常に作業エリアに居るとは限らないため、単純に作業者がいないことを検出したときに一律に回転体を非常停止させることはできない。ここで上記特許文献１の安全装置は、作業者が作業エリアを離れることできるように、作業場に安全扉を設け、安全扉が開放状態にあるときには、検出センサによって作業者がいないことが検出されても非常停止装置が動作しないようにしている。

しかしながら、この場合、作業者が作業エリアを離れたことを検出するための安全扉を別途設けなければならず設備が複雑化、煩雑化する。また、安全扉の開閉は厳重に管理しなければならず、例えば、安全扉を開けたまま作業エリアで作業を行った場合、非常事態を検出することができず、重大事故につながる。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、回転体に対する作業者の巻込まれ等の危険事象を確実に検出し、回転体を停止させることができる安全装置の提供を目的とする。

本発明による安全装置は、回転体近傍における作業者による作業領域に設置する安全装置であって、所定の第１の高さにおいて、第１の領域内の作業者を検出する第１センサと、第１の高さよりも高い第２の高さにおいて、第１の領域より小さい第２の領域内の作業者を検出する第２センサと、第１センサ及び第２センサによる作業者の検出結果に基づいて回転体の回転を停止させる制御信号を出力するコントローラと、を有し、コントローラが、第１センサで作業者を検出せず、かつ第２のセンサで作業者を検出しているときにのみ、回転体の回転を停止させる制御信号を出力している。そして予め定められた作業者が進入もしくは離脱する方向における第１の領域の外縁は、第２の領域の外縁より少なくとも所定距離以上離れていることを特徴としている。

また、本発明よる安全装置の第１センサは、マットスイッチである。あるいは第１センサは、光電センサ、ライトカーテン、レーザスキャナセンサのいずれかの光学式センサが好ましい。また、本発明による安全装置の第２センサは、光電センサ、ライトカーテン、レーザスキャナセンサのいずれかの光学式センサが好ましい。

本発明によれば、回転体に対する作業者の巻込まれ等の危険事象を確実に検出し、回転体を停止させることができる安全装置を提供することができる。特に本発明の安全装置によれば、作業者が作業エリアへの進入や作業エリアからの離脱を行っても、安全装置が誤動作することなく、簡易な構成で確実かつ正確に危険事象を検出することができる。

本発明による安全装置の一実施形態の構成を説明する図である。 本発明による安全装置のセンサによる検出領域の設定例を説明する図である。 作業者が回転体の近傍の作業エリアに入って来るときの状態の一例を示す図である。 作業者が回転体の近傍の作業エリアに入って来るときの状態の他の例を示す図である。 作業者が回転体の近傍の作業エリアにいるときの状態の一例を示す図である。 作業者が回転体に巻き込まれた状態の一例を示す図である。 本発明による安全装置の第１及び第２センサの検出結果とそのときの状態を整理して示す図である。 本発明による安全装置のセンサによる検出領域の他の設定例を説明する図である。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明による安全装置の一実施形態の構成を説明する図である。安全装置１０は、安全装置を設置するエリア（作業エリア）における作業者の有無を検出するための第１センサ１１及び第２センサ１２を有している。コントローラ１３は、第１センサ１１及び第２センサ１２の検出結果を入力し、その検出結果を解析して所定条件に合致したときに、回転体２０を非常停止させるための制御信号を出力する。

安全装置１０の制御対象となる回転体２０は、線材やシート材等の製造設備等における巻き取り機やこれらの搬送路中の回転ローラ、あるいはゴムの混練等に使用する回転ローラなどの回転体であり、作業者が巻き込まれる恐れがある各種様々な回転体を適用することができる。回転体２０は、モータ等の駆動装置２２によって駆動され、駆動制御装置２１によりその駆動が制御される。安全装置１０のコントローラ１３から出力された回転体を非常停止させるための制御信号は駆動制御装置２１に入力し、その制御によって回転体２０の回転が停止される。

第１センサ１１、第２センサ１２は、所定の検出領域における作業者の有無を検知するために設けられるもので、例えば、マットスイッチによって作業者の有無を検知したり、あるいは、光電センサ、ライトカーテン、レーザスキャナセンサ等の光学式センサによって作業者の有無を検知させることができる。

マットスイッチは、荷重により動作するスイッチを内蔵したマット状のセンサ装置であり、加圧されることによってリレー接点がＯＮ／ＯＦＦしてスイッチ回路を動作させ、マットスイッチ上の作業者の有無等を検出できるようにしたものである。
また、光電センサは、検出対象の表面反射もしくは遮光量によって検出対象を検出するもので、投光・受光器間の光軸を作業者等の検出対象が遮ることで検出を行ったり、センサから出射して戻ってくる光を作業者等の検出対象が遮ることで検出を行ったりするものがある。例えば、投光器と受光器とを角度を持った構造とすることで、それぞれの光軸の限られた領域でのみ検出対象を検出するように設定することができる。

ライトカーテンは、光電センサと同様に検出対象による遮光によって検出を行うものであるが、投光器と受光器とが一列に並ぶことで、カーテン状の検出領域を設定できる。
また、レーザスキャナセンサは、レーザをスキャンさせながら検出対象の反射光によって検出を行うもので、検出領域の設定が適宜可能である。

上記の第１センサ１１と第２センサ１２は、その検出領域が予め設定され、第１センサの検出領域は第２センサ１２の検出領域より所定量だけ大きくなっている。また第１センサ１１と第２センサ１２は、異なる高さで作業者の有無を検知する。これによりコントローラ１３では、作業者が回転体２０に巻き込まれる危険事象が発生していることを確実に検知することができる。以下にその検知動作を詳細に説明する。

図２は、本発明による安全装置のセンサによる検出領域の設定例を説明する図で、図２（Ａ）は検出センサの検出領域を上方から見た状態を示す図、図２（Ｂ）は検出センサの検出領域を側方から見た状態を示す図である。
図２（Ａ）において、第１センサ１１による検出領域は、ａｂｃｄの矩形で示す領域である。この領域を第１センサ１１の検出領域Ａとする。これに対して第２センサ１２による検出領域は、ｅｆｇｈの矩形で示す領域である。この領域を第２センサ１２の検出領域Ｂとする。検出領域Ａ，Ｂは、それぞれ本発明の第１の領域、第２の領域に相当する。これら各センサ１１、１２の検出領域Ａ，Ｂは、必ずしも図示するような矩形としなくてもよく、適宜設定することができる

検出領域Ｂは、回転体２０に対して作業者が通常の作業を行うときに使用する作業エリアの大きさであって、作業者が作業を行っているときに、回転体２０への巻き込まれが生じる可能性のある領域に設定する。そして、検出領域Ａは、検出領域Ｂにおける作業者の有無の検出により、回転体２０を緊急停止する際に、検出の誤動作を生じないようにするために検出領域Ｂより大きい大きさで設定される。検出領域Ａの大きさは作業者を確実に検出するために所定の条件を満たす必要がある。検出領域の大きさについては後述する。

図２（Ｂ）に示すように、第１センサ１１と第２センサ１２の検出領域Ａ，Ｂは、その高さが異なっている。
第１センサ１１の検出領域Ａは、作業場の床面２３の位置もしくは床面２３付近に設定され、作業者の足等が床面２３に接地していることを検出する。従って、検出領域Ａを検出する第１センサ１１としては、マットスイッチなどの接触式センサを好適に用いることができる。また、接触式センサに代えて光電センサ、ライトカーテン、レーザースキャナ等の光学式センサを用いるものであってもよい。いずれの場合にも、検出領域Ａ内の作業者の有無を検出してその検出信号をコントローラ１３に出力する。

第２センサ１２の検出領域Ｂは、床面２３付近に設定した第１センサ１１の検出領域Ａに対して、高さが高い位置に設定される。検出領域Ｂの高さは、立っている人間の足の下部が検出できる高さとすることが好ましい。検出領域Ｂは、空中に設定される領域であるため、第２センサ１２としては、マットスイッチなどの接触式センサを適用することはできず、光電センサ、ライトカーテン、レーザースキャナ等の光学式センサを使用する。上記の第１センサ１１の高さが本発明の第１の高さに相当し、第２センサ１２の高さが本発明の第２の高さに相当する。なお、各センサ１１，１２は、作業者の人体に限ってその有無を検出するものではないが、検出結果を作業者の有無の検出であるとみなして制御する。

第１センサ１１と第２センサ１２による作業者の検出状態には、以下の４つの状態が存在する。
状態１は、例えば上記図２（Ｂ）に示すように、回転体２０近傍の安全装置の設置エリアに作業者が存在しない状態で、この場合、第１センサ１１の検出領域Ａ、及び第２センサ１２の検出領域Ｂのいずれにおいても検出結果がＯＦＦになる。

状態２は、図３に示すように、作業者３０が回転体２０の近傍の作業エリアに入って来るときの状態で、この場合、第１センサ１１の検出領域Ａで作業者が検出されて検出結果がＯＮになり、第２センサ１２の検出領域Ｂでは、作業者３０が検出されず、検出結果がＯＦＦになっている。

状態３は、図４に示すように、作業者３０の位置がさらに回転体２０に近づいたときの状態で、この場合、作業エリアである第２センサ１２の検出領域Ｂと、第１センサ１１の検出領域Ａとの両方で作業者３０が検出され、いずれのセンサ１１，１２においても検出結果がＯＮなる。
さらに回転体２０に対する作業を行う作業エリアに完全に作業者３０が入った場合、例えば図５の状態となり、第１センサ１１と第２センサ１２の検出結果は、両方ＯＮの状態が継続する。回転体２０に対する作業は、この状態３で行われることになる。
状態３で、作業者３０が検出領域Ｂの作業エリアから離脱するときは、図３の状態２を経て、図２（Ｂ）のように安全装置１０の設置エリアに誰もいない状態となる。

状態４は、図６に示すように、作業者３０が回転体２０に巻き込まれ、もしくは巻き込まれようとしているときに、作業者３０の足が床面２３から離れてしまった状態である。この場合、第１のセンサ１１の検出領域Ａでは作業者３０が検出されないため、その検出結果はＯＦＦになり、第２センサ１２の検出領域Ｂで作業者３０が検出され、検出結果がＯＮになる。作業者３０がさらに上方に引き込まれると、第２センサ１２の検出結果もＯＦＦとなってしまうが、このような非常時には、必ず、第１センサ１１の検出結果がＯＦＦで、第２センサ１２の検出結果がＯＮになる状態が生じる。

上記の４つの状態から、状態４のときに非常事態であると判断し、回転体２０の回転を停止する制御を行えばよい。
図７は、第１及び第２センサの検出結果とそのときの状態を整理して示す図である。
状態１は、安全装置１０の設置エリアに作業者がいない状態であり、第１センサ１１の検出領域Ａと第２センサ１２の検出領域Ｂのいずれにおいても、検出結果がＯＮになる。この場合、作業者３０に危険はないため、安全であるものと判断する。

状態２は、第１センサ１１の検出領域Ａで作業者が検出されているが、第２センサ１２の検出領域Ｂで作業者が検出されていない状態で、第１センサ１１と第２センサ１２の検出結果は、それぞれＯＮ、ＯＦＦになる。この状態は、安全装置１０の設置エリアに作業者３０が入ってきたときの状態であるが、回転体２０の作業エリアである検出領域Ｂまでは作業者３０が入ってきていないことを示している。従ってこの場合には、作業者３０に危険はないため、安全であるものと判断する。

状態３は、第１センサ１１の検出領域Ａ及び第２センサ１２の検出領域Ｂで作業者が検出された状態で、第１センサ１１と第２センサ１２の検出結果は共にＯＮになる。作業者３０が通常に作業している場合には、状態３の検出結果となる。従ってこの場合には、作業者３０に危険はないため、安全であるものと判断する。

状態４は、第１のセンサ１１の検出領域Ａでは作業者３０が検出されないため、その検出結果はＯＦＦになり、第２センサ１２の検出領域Ｂで作業者３０が検出され、検出結果がＯＮになる。この状態は、作業者３０が回転体２０に巻き込まれた恐れがあるため、危険であると判断する。安全装置のコントローラ１３は、状態４を検出した場合、直ちに回転体２０を停止する制御信号を出力する。

次に検出領域Ａ、Ｂの大きさの設定例について説明する。
安全装置１０のコントローラ１３は、上記の状態４のように、第１センサ１１の検出領域Ａで検出結果がＯＦＦになり、第２センサ１２の検出領域Ｂで検出結果がＯＮになったときに危険であると判断している。
ここで、安全装置１０の設置エリアの外から作業者３０が入ってくるとき、必ず状態２を経て、状態３に移行する必要がある。第１センサ１１の検出領域Ａの領域外にいる作業者３０が、第２センサ１２の検出領域Ｂに直接足を入れた場合、一瞬、状態４と同じ検出結果が得られてしまうからである。通常の作業者の動作で状態４が生じないようにするために、第２センサ１２の検出領域Ｂに作業者３０が足を入れるときには、もう片方の足は第１センサ１１の検出領域Ａで検出されていなくてはならない。つまり、作業者３０が作業エリアに入るときには、検出領域Ｂを除く検出領域Ａの領域に一旦足を踏み入れてから、次に検出領域Ｂに入るようにする必要がある。

検出領域Ｂにいる作業者が、安全装置１０の設置エリアから外部に出て行くときも同様である。安全装置の設置エリアから作業者３０が外部に出て行く場合、必ず状態２を経て、状態１に移行する必要がある。
第２センサ１２の検出領域Ｂの領域内にいる作業者３０が、第１センサ１１の検出領域Ａの外部に直接出て行った場合、一瞬、状態４と同じ検出結果が得られてしまうからである。通常の作業者の動作で状態４が生じないようにするために、第２センサ１２の検出領域Ｂから作業者３０が出て行くときには、片足が第１センサ１１の検出領域Ａで検出された状態で、検出領域Ｂから足を抜かなくてはならない。つまり、作業者３０が検出領域Ｂから出ていくときには、検出領域Ｂを除く検出領域Ａに一旦足を踏み入れてから、次に検出領域Ａの外に出て行く必要がある。

上記の動作を確保するためには、第１センサ１１の検出領域Ａの大きさと、第２センサ１２の検出領域Ｂの大きさを所定条件で定める必要がある。基本的には、検出領域Ａは検出領域Ｂより大きく、このとき検出領域Ａの外縁は、検出領域Ｂの外縁より少なくとも所定距離以上離れていることが必要である。この所定距離は、図２のＤに示される。所定距離Ｄだけ離れていることにより、検出領域Ｂの作業エリアに入ろうとする作業者３０は、まず検出領域Ｂを除く検出領域Ａに入ってから、次に検出領域Ｂに入るようになる。また、検出領域Ｂの作業エリアから出て行こうとする作業者は、まず検出領域Ｂを除く検出領域Ａに入ってから、次に検出領域Ａから出て行くようになる。
所定距離Ｄは、例えば６００ｍｍとすることができる。６００ｍｍあれば、通常の作業者の歩行動作であれば、常に検出領域Ｂを除く検出領域Ａを通って検出領域Ｂに出入りするようになり、確実で正確な検出を行うことができる。

また、所定距離Ｄを有する部分は、検出領域Ｂの周囲の全てに設ける必要はない。例えば、図２等に示すように、作業エリアとなる検出領域Ｂは、回転体２０の近傍に設定されるが、検出領域Ａは、回転体２０側に所定距離Ｄ以上大きくする必要はない。回転体２０側からは作業者３０が入ってこないし、また回転体２０の方向に出て行かないからである。従って、検出領域Ａと検出領域Ｂにおいて、所定距離Ｄは、予め定められた作業者３０が進入もしくは離脱する方向において設けるようにすればよい。
図２の例では、所定距離Ｄは、検出領域Ｂの周囲のうち、回転体２０側を除く３方向について設定されている。これら３方向のいずれの方向についても、作業者３０が進入もしくは離脱する可能性があるからである。

従って、例えば、図８のように、検出領域Ｂの周囲の一部に作業者３０が行き来できない安全柵２４が設けられているような場合、所定距離Ｄは、安全柵２４のない一方向のみに設定することができる。安全柵２４側と回転体２０側では、作業者３０の出入りがないため、誤検出を配慮する必要がないからである。

上記のような構成により、作業者３０が回転体２０に巻込まれ、もしくは巻き込まれるおそれにより生じた危険事象を確実に検出することできる。そして回転体２０が回転駆動しているときに、安全装置１０が誤作動することなく、作業者３０は作業エリアに自由に進入しもしくは作業エリアから離脱することできる。

１０…安全装置、１１…第一センサ、１２…第二センサ、１３…コントローラ、２０…回転体、２１…駆動制御装置、２２…駆動装置、２３…床面、２４…安全柵、３０…作業者。

Claims (5)

1. 回転体近傍における作業者による作業領域に設置する安全装置であって、
   所定の第１の高さにおいて、第１の領域内の作業者を検出する第１センサと、
   前記第１の高さよりも高い第２の高さにおいて、前記第１の領域より小さい第２の領域内の作業者を検出する第２センサと、
   前記第１センサ及び前記第２センサによる作業者の検出結果に基づいて前記回転体の回転を停止させる制御信号を出力するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記第１センサで作業者を検出せず、かつ前記第２のセンサで作業者を検出しているときにのみ、前記回転体の回転を停止させる制御信号を出力し、
   予め定められた作業者が進入もしくは離脱する方向における前記第１の領域の外縁は、前記第２の領域の外縁より少なくとも所定距離以上離れていることを特徴とする安全装置。
2. 前記所定距離は、６００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の安全装置。
3. 前記第１センサは、マットスイッチであることを特徴とする請求項１または２に記載の安全装置。
4. 前記第１センサは、光電センサ、ライトカーテン、レーザスキャナセンサのいずれかの光学式センサであることを特徴とする請求項１または２に記載の安全装置。
5. 前記第２センサは、光電センサ、ライトカーテン、レーザスキャナセンサのいずれかの光学式センサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の安全装置。

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