JP5600531B2 - 開口部を閉鎖する部品用のガードロック - Google Patents

Description

本発明は請求項１のプリアンブルに記載の開口部を閉鎖する部品用のガードロックに関する。

ガードロックは、潜在的危険の原因となりうる機械設備の閉鎖可能な領域へのアクセス保護装置の部品として知られている。この設備とは、例えば、ワークの製造、処理、加工および化学設備等用ロボット等の機械または部品でもよい。
ガードロックは、可動部としてその領域を閉鎖するドアまたはシャッターと、固定部として対向する壁または枠(frame)との間に配置される。少なくとも一つのドア、または、はねぶた(flap)は、周辺部で封止されてよく、回転(pivoting)または摺動により開閉可能であり、ガードロックによって拘束または係止され得る。

いずれの場合においても、少なくとも一つの安全センサが、ドアおよび隣接する壁の間に位置している。また、ドアを開けるために、機械設備の作動状態に対応したガードロックを使用可能または使用不可にするために、機械設備および安全センサと連結した制御装置が備えられる。機械設備が人の潜在的危険の原因ではなくなれば、すなわち、機械設備の可動部を停止状態にすることより、例えば、停止モニタによって信号が制御装置に送信され、ドアを経てその領域に到達する、あるいはドアを経てその領域に入ることが可能となれば、ガードロックを作動させるように制御することにより、人がドアを開けることによってその領域に近づくことができるようになる。

ドアを開ける前に、機械設備の少なくとも一部が停止状態ではない、あるいは、そのかわりの予防措置がとられていない場合には、ガードロックが封鎖される(blocked)ので、その結果ドアを開けることができなくなる。さらに、少なくとも一つのドアを開ける際には、機械設備の作動を防止するように制御される。
ＤＥ１０２００４０３０３６２Ａ１は、例えば、安全性に関連する装置、安全扉等の制御ロック用の装置を開示する。この装置は、移動可能に取り付けられたロック用要素を備え、駆動要素によって駆動され、装置のハウジングから取り出して、ロック目的のために係止される装置との形状ロック係合(form-locking engagement)を可能にする。

ＤＥ１０２００４０３０３６２Ａ１により公知の装置の欠点は、ロック用要素が封鎖されている場合には、ロック用要素および／または駆動要素が屈曲したりオーバーヒートしたりすることから、駆動要素および／またはロック用要素が損傷しうることである。その後、ガードロックは不良品となり交換する必要が生じ、結果として故障時間および修理と整備作業を要することになる。

本発明の目的は、請求項１のプリアンブルに記載の開口部を閉鎖する部品用のガードロックを提供することであり、簡易な構成で、改良型の安全性に優れたガードロックを可能にし、簡易な手段でガードロックへの損傷を防ぐことを可能にする。

この目的は、請求項１の特徴によって達成される。
その結果、請求項１のプリアンブルに記載の開口部を閉鎖する部品用のガードロックが設けられる。開口部は、例えばドア、シャッターまたはカバー等の可動部と、例えば壁または枠(frame)等の非可動部とを有する。ボルトは、ボルトの長手方向のロック端部位置およびロック解除端部位置との間を移動可能に案内される。ボルトを動かすための動作を行う駆動装置および伝達装置は、駆動装置およびボルトとの間に設けられる。駆動装置は電動モーターであり、駆動装置、伝達装置およびボルトは運動エネルギーの直接伝達を行うという動作上の観点で連結されている。この動作上の観点から、駆動装置が機械的にボルトに連結するという事実により、駆動装置の動作のモニタリングは、ボルトの移動のモニタリングと等しくかつ同じことを意味する。駆動装置が作動するとボルトも移動し、その逆の場合も同じである。ボルト移動速度を調整することができる制御装置が備えられている。また、制御装置は、駆動装置の作動をモニタリングするように設計されている。制御装置は少なくとも一つのセンサに接続しているため、固定部に対する可動部の相対位置を決定することができるという結果になる。駆動装置の動作(movement)は、いかなるエネルギー貯蔵手段の介在もなく、ボルトの移動に従って直接的に行われる。駆動装置、伝達装置およびボルトは、運動エネルギーの直接的な伝達のために連結している。伝達装置は単なる歯車ユニットの形状を有し、この歯車ユニットは電動モーターの出力軸でその回転運動をボルトの直進運動に変換する。

これまでは、電磁石がガードロックに設けられているのが当然であるという意見があったが、駆動装置として電動モーターを用いることにより、当該技術分野の先入観を変えるものである。電磁石の代わりに配置される駆動装置は、他の技術分野ですでに長く知られていたにもかかわらず、電磁石を用いることによって、反応が迅速、堅牢な設計が可能、かつ比較的安価に製造されるという当該技術分野に関わる人々の先入観があったため、安全性に関連するガードロックには用いられていなかった。電動モーターの場合に発生する電磁界の干渉があるという懸念もあったことから、ボルトを移動させるために電磁石以外の構成要素を用いることは、これらの考慮すべき問題があったために繰り返し除外されてきた。このことは、安全性に関連する構成要素として用いることも無条件に除外することになっている。

安全性に関連するガードロックの場合でも、電磁石を用いることにより迅速な反応が得られるが、本願発明の発明者らは、速度はあまり重要ではないことを発見した。電動モーターによって達成可能な速度であっても、例えば、ドアの可動部を意図するように開口する操作の過程で、機械オペレータによる合理的な反応時間と見合うことを、本願発明の発明者らが初めて確定させたので、電磁石を用いての「瞬間的な(instantaneous)」作動(actuation)と比較すると、ボルトの移動速度が比較的遅くても高い安全性が得られる。例えば、ボルトは２０ｍｍを１〜２秒で移動することが可能である。２０ｍｍ／秒というボルトの速度は、例えば、安全上の必要条件と、機械製造業者およびオペレータの他の必要条件や処理との両方において充分なものである。従って、前述の速度を用いて、ほぼ１秒間の時間ウィンドウの中でガードロックのハウジングから約２０ｍｍ突出するようにボルトを移動させることができる。

ボルトが「動かなくなっている(jam)」のか「最も低い位置にある(bottoms out)」のかを確定するために、ボルトが動かなくなること(jamming)の防止および／または駆動装置の破損の防止は、制御装置を介して、ボルトの速度調整を制御するのと同時に駆動装置の動作をモニタリングすることにより実施可能である。この動作に関連する装置の連結によって、駆動装置の動作をモニタリングすることは、ボルトの移動をモニタリングすることと同義となりえる。このように制御装置による駆動装置の動作のモニタリングは、ボルトが２つの端部位置の間を移動するのに必要な時間を決定することと、この時間に予め定められた閾値と比較することによって行われる。制御装置のメモリに保存可能な閾値が度を超えている(overshot)場合、駆動装置の運転を停止させ制御装置に障害信号を出力させる。端部位置に到達することは、制御装置に接続される、少なくとも１つのセンサを介して実行され得る。センサは、光バリア、ＲＦＩＤセンサ、パルスエコーセンサ、機械的接点、リード(reed)接点またはホール(Hall)センサとすることができる。駆動装置の「回転モニタリング」により、駆動装置が回転を行うようにすることもできる。時間計測および「回転モニタリング」は、一実施例において、一緒に備えることもできる。例えば、「回転モニタリング」は電動モーターがステッパーモーターであることによって達成できる。ステッパーモーターは、回転することにより制御装置にフィードバックする。また、位置決定用の少なくとも一つのセンサに接続している制御装置によって駆動装置が動かなくなることおよび／またはオーバーヒートすることから保護するために、制御装置が固定部に対する可動部の位置を決定する。これは、可動部がロックされる位置にあるという意味で、信号送信後に限り、ボルトを抜きだすことができることを意味する。

さまざまな利点が、ボルトの電動モーターによる駆動と関連している。駆動装置自体は、磁場からの影響を全く受けないので、操作するのが非常に難しい。さらに、電磁石を利用する場合よりも、長い移動距離（実質的に１０ｍｍ以上、すなわちこの規模の大きさの因子）を実現するとともに、全移動距離で実質的に一定な、ボルトに対する力効果を発揮させることができる。

機械式伝達装置を有する「回転モーター」である電動モーターの駆動を用いることにより、ボルトの移動は反転可能であり、ボルトの逆移動を達成するためのバネ付勢装置は用いていない。また、ボルトの速度が、ギア比の選択あるいは適合可能な伝達装置からの影響を受けたり、電動モーターの電子制御により調整可能な方法をとったりすることにより、ボルトの最大移動位置間で定義されるボルトの位置に近づくことができる。この場合、伝達装置は、電動モーターの回転動作をボルトの線形移動に変換する。（例えば、ドアまたは可動部を支えることによって）約１００Ｎの横荷重の下で、ボルトは、側壁荷重のほぼ半分のロック解除／ロック係止力を適用することができる。

さらに、電源異常の場合には、電動モーター運転および機械的伝動装置を有するガードロックは、電源異常の直前のガードロックの状態を維持する。ガードロックは、双安定システムである。
好ましくは、電動モーターの最大許容電流消費は、８００ｍＡ、特に６００ｍＡ、特に好ましくは５００ｍＡに限られる。その結果、ボルトの高い移動力は、電動モーターによる低い電流消費で達成される。加えて、電動モーターが、出力軸で、０．２Ｎｍ〜０．４Ｎｍの電力の場合、好ましくは７０回転数／分(rpm)〜１７０回転数／分の速度となる。短期間における比較的高い電流消費は、適切なキャパシタによって切替えることができる。

好ましくは、ボルトの移動に対して静止または定常状態にあり、制御装置に接続される更なるセンサを設けることにより、ボルトの端部位置への到達を判定することができる。このため、駆動装置が駆動したか否かに関係なく、制御装置は、ボルトが端部位置に到達したか否か、いつ到達したかを判定することができる。この更なるセンサは、端部位置に到達したか否かについて安全に確認する可能性を提供する。

ガードロックのコンパクトな構成は、ボルトの移動に対して、好ましくは横方向に電動モーターを配置することにより可能になる。ガードロックの体積を更に減少させるために、電動モーターは、ボルトの移動に対して、好ましくは長手方向に配置することができる。この目的のために、ボルトは伝達装置の一部として、好ましくはその上部に一体的に形成される歯状ラック(toothed rack)を備えることができる。この歯状ラックは、伝達装置の更なる一部として、駆動装置に接続されるウォームギヤに係合する。

単なる歯車ユニットとしての伝達装置は、好ましくは、駆動装置に接続される平歯車と、平歯車に係合しボルトに接続される歯状ラックとを有する。その結果、設計と製造の容易な計画が可能で、安価なガードロックを提供できる。
単なる歯車ユニットとしての伝達装置は、好ましくは、駆動装置に接続されるウォーム(worm)ギヤと、ウォームギヤに係合しボルトに接続されるトグルレバーアセンブリとを有する。その結果、設計と製造の容易な計画が可能で、安価なガードロックを提供できる。その上、高い伝達性／「レバー作用」が、トグルレバーアセンブリによって可能となる。

好ましくは、安価かつ同時に信頼性が高いガードロックを実現するために、ボルトの移動または位置を決定することができるセンサは、光バリア、ＲＦＩＤセンサ、パルスエコーセンサ、機械的接触またはホールセンサである。また、センサは外部条件に応じて選択でき、操作上の安全性が備えられる。

本発明のガードロックのロック位置またはボルトが抜かれた状態の模式図を示す。 本発明のガードロックのロック位置またはボルトが抜かれた状態の更なる実施形態の模式図を示す。

添付の図面に例示する本発明の例示的な実施形態に関して、以下に更に詳しく説明する。
図１に、本発明のガードロックの係止状態の模式図を示す。ガードロックが２つの部品のうちの一方の部品に固定され、他方の部品の対応する切欠部２にあるボルト１と形状ロック状態で(form-locking manner)係止する場合、可動部として図示されるドアは、固定部として固定壁(図示されない)に、ボルト１により閉められた状態で保持することができる。ボルト１は、ロック端部位置またはロック解除端部位置に位置する。

ロック解除端部位置において、ボルト１は、実質的にはハウジング３に嵌入される。
図１のロック端部位置において、ボルト１は、ハウジング３から引き抜かれドアをロックすることができる。このため、ボルト１は、ドアの切欠部２、あるいはドアおよび壁の２つの部品のうちいずれがガードロックと嵌合しているかに応じて形状ロック状態で壁と係合する。
ボルト１は、ボルト長手方向において移動可能に案内される。ボルト１を動かすために、駆動装置４が設けられ、その間に連結される伝達装置５を介してボルト１を動かすことができる。原則として、駆動装置４は伝達装置５を駆動し、次にボルト１を動かす。駆動装置４は、電動モーターである。伝達装置５は、純然たる歯車装置である。

ボルト１は、ボルト外周を囲んでいるガイドの一端で摺動し、直線運動する。
伝達装置５は、駆動装置４に接続される平歯車６と、平歯車６と係合しボルト１に接続される歯状ラック７とを有する。平歯車６は、駆動装置４に直接接続している。平歯車６は、形状ロック状態で歯状ラック７と直接係合している。歯状ラック７はボルト１に直接接続し、歯状ラック７の動きをボルト１に直接伝達する。
伝達装置５は、駆動装置４の回転移動をボルト１の直進運動に変換する。

駆動装置４は、歯車装置である伝達装置５を介して、ボルト１に直接接続している。このため、伝達装置５または駆動装置４の動作が結果としてボルト１の直接的な移動になるように、駆動装置４、伝達装置５およびボルト１は互いに接続している。加えて、駆動装置４が逆転運動をした結果、伝達装置５が即時に逆転運動をするように、駆動装置４、伝達装置５およびボルト１は互いに接続している。ボルト１、駆動装置４および伝達装置５は、形状ロック係合により、機械的に互いに直接連結している。機械的な直接連結により、駆動装置４の移動が逆転する場合には、ボルト運動方向を直接逆転させることになる。駆動装置４、伝達装置５およびボルト１の連結は、運動エネルギーの直接伝達によるものである。

ボルト１の移動をモニタリングするために、ボルト１が位置する端部位置を決定するセンサ８が設けられる。例示する実施形態において、センサ８は光バリアである。ボルト１がハウジングに戻ってくれば、ボルト１が光バリアを妨げることはないので、センサ８は、ボルト１がロック解除位置にある旨の信号を出すことができる。この場合、センサ８を設けて、光バリアによってボルト１の切欠部の検出が可能となる端部位置において「光バリアが遮断された」という信号を発するようにでき、光バリアが端部位置の間にある切欠部によって遮断されないように切欠部が光バリアに対して配置される。端部位置において、切欠部の端部はセンサ８または光バリアによって検出されると、光バリアは遮断される。端部位置において、光バリアは２つの貫通孔により妨げられることなく２つの貫通孔を通過するが、ボルト１の移動の間はボルト１によって遮断されるように、センサ８を固定の光バリアとして、ボルト１を直交する２つの貫通孔に対して配置することもできる。

２つのセンサ８ａ、８ｂが光バリアであって、ボルト１の長手方向または進行方向において、ハウジング出口から遠い側のボルト１の端部、または、伝達装置５との拡張上に、ボルト１の略可動域分の間隔をおいて配置する。図１において例示するセンサ８ａは、センサ８ｂと同様に、例えばボルト１が引き抜かれた際に「光バリアフリー」という信号を生成することができる。ボルト１が挿入されるときに、２つのセンサ８ａ、８ｂは、「光バリア遮断」という信号を生成する。

例示する別の実施態様において、センサ８ａおよび８ｂは、間隔を置いて配置された光バリアであり、ボルト１のための貫通開口部に隣接するハウジング３の正面領域に配置することもできる。貫通開口部の領域に配置することにより、よりコンパクトな設計が可能となる。
センサ８、８ａおよび８ｂは、ボルト１の位置を決定するためのＲＦＩＤセンサ、パルスエコーセンサ、機械的接点、リード接点またはホールセンサでもよい。ハウジング３での位置は、光バリアであるセンサ８、８ａおよび８ｂの位置に大きく依存する。

駆動装置４または電動モーターを駆動するために、制御装置９が備えられる。制御装置９は、例えば、ボルト１が位置する端部位置を決定するためにセンサ８にも接続している。制御装置９は、一方の端部位置から他方の端部位置まで移動するために、ボルトが必要とする時間を決定するように設計することもできる。したがって、駆動装置４が「自在に」移動することができるかどうかを決定することができるので、ボルト１は「最も低い位置にあったり」(bottoming out)、妨げられたりしてはいない。制御装置９および端部位置間の移動経路により調整されるボルト１の速度を使用して、最大許容時間が制御装置９のメモリに閾値として格納あるいは算出することができる。閾値が極端な(overshot)場合、ボルト１および駆動装置４の移動が妨げられることが仮定される。

駆動装置４、伝達装置５およびボルト１には機械的な直接連結があるので、ボルト１は電流が電動モーターに印加されている場合には必然的に移動する。しかしながら、妨害物がハウジング３の外にある場合、ボルト１は移動することができない。この妨害物は、切欠部２が図１に示す位置に存在しないために、ボルト１が動かなくなること(jamming)によって生じることがある。しかしながら、ボルト１が切欠部２においてくさびでとめられている（ロック係止位置からロック解除位置へ）、あるいは移動して切欠部２に入るかまたはハウジング３から移動する（ロック解除位置からロック係止位置へ）。妨害物がある場合は、制御装置は、センサ８により妨害物を決定し、障害信号を生成することができる。駆動装置４の移動をモニタリングするために、電動モーターである駆動装置４をステッパーモーターとすることもでき、「実行された」動作に基づいて制御装置９にフィードバックする。例えば、駆動装置４の動作を妨害する場合には、駆動装置４の運転を停止し、制御装置９により障害信号を出力することができる。

少なくとも一つの更なるセンサ１２は、可動部がロックされる位置にあるかどうかを確定するために、可動部に対向する側で、ガードロックのハウジング３に嵌合される。センサ１２は制御装置９に接続され、制御装置９は可動部の位置を確認する。その点で、センサ１２が可動部の位置を「肯定的に(positively)」確認した場合に限り、ボルト１はロック端部位置に引き込まれる。好ましくは、センサ１２は、ＲＦＩＤセンサまたはパルスエコーセンサ（ＣＳＳ）である。
図２に示す本発明に係るガードロックを例示する実施形態において、伝達装置５は、駆動装置４に接続されるウォームギヤ１０と、ウォームギヤ１０と係合しボルト１に接続されるトグルレバーアセンブリ１１とを有する。ガードロックのその他の構成要素の構成は、図１に例示する実施形態に対応する。

Claims (8)

1. 開口部を閉鎖する部品用のガードロックであって、
   固定部と、
   可動部と、
   長手方向におけるロック端部位置およびロック解除端部位置との間を移動可能に案内されるボルト（１）と、
   前記ボルト（１）を移動させるために回転するよう構成された駆動装置（４）と、
   前記駆動装置（４）と前記ボルト（１）との間に配置された伝達装置（５）と、
   前記ボルト（１）の速度を調整可能であると共に、前記駆動装置（４）の動作をモニタリング可能な制御装置（９）と、を備え、
   前記駆動装置（４）は電動モーターであり、
   前記駆動装置（４）、前記伝達装置（５）および前記ボルト（１）は、運動エネルギーを直接的に伝達するように動作において連結し、
   前記制御装置（９）は、前記固定部に対する前記可動部の位置を決定するための少なくとも一つのセンサ（１２）に接続され、
   前記制御装置（９）は、前記ボルト（１）の位置を検出するための更なるセンサ（８）に接続されると共に、前記駆動装置（４）の実行された回転動作に関するフィードバックのために前記駆動装置（４）に接続されていることを特徴とするガードロック。
2. 前記電動モーターの最大許容電流消費が８００ｍＡに制限される請求項１に記載のガードロック。
3. 前記更なるセンサ（８）は、前記ボルト（１）の前記端部位置に到達したことを判定可能である請求項１または請求項２に記載のガードロック。
4. 前記駆動装置（４）の駆動軸は、前記ボルト（１）の移動方向に対して横方向に配置されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のガードロック。
5. 前記伝達装置（５）は、前記駆動装置（４）に接続される平歯車（６）と、前記平歯車（６）に係合し、前記ボルト（１）に接続される歯状ラック（７）とを有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のガードロック。
6. 前記伝達装置（５）は、前記駆動装置（４）に接続されるウォームギヤ（１０）と、前記ウォームギヤ（１０）と係合し、前記ボルト（１）に接続されるトグルレバーアセンブリ（１１）とを有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のガードロック。
7. 前記更なるセンサ（８）は、光バリア、ＲＦＩＤセンサ、パルスエコーセンサ、機械的接点、リード接点またはホールセンサであることを特徴とする請求項３に記載のガードロック。
8. 前記制御装置（９）は、時間閾値のためのメモリを有し、前記時間閾値と、前記ボルト（１）が前記端部位置の間の移動に必要とする時間とを比較することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載のガードロック。

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