JP7031889B2 - 解除機構のストローク終了の検出を含む安全スイッチ - Google Patents

解除機構のストローク終了の検出を含む安全スイッチ Download PDF

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Description

本発明は、産業用電気装置の分野に適用され、特に、機械又は工場へのアクセスを制御するための安全スイッチに関し、解除機構のストローク終了を検出するように構成される。
知られるように、安全パネル、バリア、及び安全外周など、産業用機械又は工場のアクセスを防護するスイッチは、アクセスの固定部に固定することができる切換装置と、可動部に固定されるように構成された作動装置とを備える。
既知の方法で、可動部を閉鎖すると、切換装置と作動装置とが相互作用することによって、作業者の特定の動作を要する状況でない限り、機械又は工場を始動させることができる。
対照的に、アクセスを開放し、作動装置を切換装置から分離させると、機械又は工場は即時停止し、安全な状態でのアクセスを可能にする。
機械又は工場の電源回路の開閉用切換手段は、機械的又は電子的アクチュエータを用いて制御することができる。
例えば、同一出願人の名義のEP2112674に記載される第1の種類のスイッチは可動装置を備え、当該可動装置が有するキーアクチュエータは、固定切換装置のスロットに挿入されて、切換手段の駆動機構に係合し、電源回路及び任意のあり得る補助回路を開閉させる。
このようなスイッチの別の例は、同一出願人の名義のEP0977228に記載されており、キーアクチュエータは摺動アクチュエータのカムにより動作し、接点の状態を切り換えるために、アクチュエータの併進が同一ストロークでのスライダの併進に対応するように、カムの下端が2つの一対の相対移動する接点と関連付けられたスライダに作用する。
このスイッチは、ピンストロークの開始をチェックするシステムを設けていないため、カムの回転が実際にアクチュエータのストロークを開始させたか否かを知ることができず、外部の衝撃又は振動によって生じる可能性のあるアクチュエータ又はスライダの小さなストロークを検出するのにも適していない。
最後に忘れてはならない点として、スライダストロークが完了したときのみ、回路の開閉が行われるうえ、この種のスイッチは、スライダの実際の傾斜を確認する手段がないため、ピンの完全ストロークと一部ストロークとを区別できないので、安全度がかなり制限される。
例えば、同一出願人の名義で、WO2015083143及びWO2015083144に記載される電子式スイッチでは、2つの装置には、切換装置に収容される制御部が作動装置の有無を区別して、それに応じて主電源回路を閉鎖又は開放できるように識別信号を送信することによって相互に通信するアンテナと送信機が設けられる。
この場合も、スイッチは、切換装置が、切換手段に係合するように設計された摺動ピンを有する解除機構を収容して、ピンの下降ストローク時、切換手段に対して開放コマンドが送信される必要がある。
具体的には、解除機構は、切換手段が開放されたときのみ、アクセスを開放させるように設計される。
より高度なスイッチは、解除ピンのストロークを検出して、接点を開放し機械又は工場を停止するように構成された適切な信号を切換手段に送信するように構成されている制御部を更に備える。
具体的には、スライダの下降運動を検出してシステムを即時停止する光学感知検出器が設けられる。
これらのスイッチの第1の欠点は、検出手段が、ピンのストロークの開始のみを検出して、検出直後に、機械又は工場の運転を停止させるように設計されていることである。
対照的に、ピンのストローク終了、ひいてはピンの正確な動作は制御されない。
この動作モードは、解除ピンがストロークを適切に完了させたことを確認できないことに加えて、アクセスの正常な開放の結果であるピンの完全ストロークと、例えば、スイッチに伝達された振動又は高強度応力による部分ストロークとを区別しない。
WO2015028106は、2つの光学バリア近接センサを備えたアクチュエータを有する安全スイッチを開示しており、該センサは、アクチュエータによって生成されたストロークの結果であるピンの2つの別個の位置を検出するように構成されている。
しかしながら、2つのセンサは、切換装置のスロット内のアクチュエータの存在に関連する信号を生成するように設計されており、解除ステップ中のピンストロークの開始と終了を確認するようには設計されていない。
実際、このスイッチの設計によると、アクセスの開放のためのアクチュエータの抜取りステップ中、上側光学バリアは既に遮断されており、ピンの解除運動は下側光学バリアのみと相互作用してキーアクチュエータの抜取りを通知する。
したがって、このスイッチは、外部の衝撃又は振動によって生じる可能性のある解除ピンの最小ストロークを検出するのには適していない。
既知の解決策の別の欠点は、アクセスの開放時にピンストロークを生成するように通常設計された電磁石の電源に関連する。
実際のところ、既知の解決策では、ピンをストローク終了位置に保持するために、常に電磁石に給電している。
しかしながら、ピンをストローク終了位置に確実にとどめるため、制御部が規則的な時間間隔で高強度のエネルギーパルスを送るように設計されている結果、電力消費量が増大する。
最後に忘れてはならない点として、解除ピンのストロークの検出器が単一でしか存在しないことによる欠点は、キノコ型非常ボタンや類似の制御装置などの非常ボタンを備えたスイッチに見られる。
実際には、これらのスイッチでは、機械又は工場の運転停止が、アクセス開放の結果としてのピンの下方ストロークによるものか、又は非常ボタンの駆動によるものかを区別できない。
本発明の目的は、高効率及び高費用対効果をもたらす、解除機構のストローク終了を検出する安全スイッチを提供することによって、上述の欠点を克服することである。
特定の目的は、機械又は工場の運転停止を決定する原因を完全に制御するため、解除機構のストローク開始とストローク終了の両方を検出できる、解除機構のストローク終了が検出可能な安全スイッチを提供することである。
更に別の目的は、解除機構の適切な動作を検証できる、解除機構のストローク終了を検出する安全スイッチを提供することである。
別の目的は、省エネルギーを可能にする、解除機構のストローク終了を検出する安全スイッチを提供することである。
特定の目的は、キノコ型非常ボタンの動作を検出できる、解除機構のストローク終了を検出する安全スイッチを提供することである。
更に別の目的は、アクセスの開放による機械又は工場の運転停止と、非常ボタンの操作による運転停止とを区別できる、解除機構のストローク終了を検出する安全スイッチを提供することである。
上記目的及び以下でより明確となるその他の目的は、請求項1による解除機構のストローク終了を検出する安全スイッチによって達成され、該安全スイッチは、管理対象のアクセスの固定部に関連付けられるように構成された切換装置であって、制御のために工場の1または複数の制御及び/又は保守回路に動作可能に接続されるように構成された切換手段を有する切換装置と、アクセスの可動部と関連付けられて、回路の1または複数の開放/閉鎖のため、アクセスの開放/閉鎖時に切換手段と相互作用する作動装置と、切換装置に収容された解除機構であって、アクセスの遮断位置から解除位置までの最大所定ストロークで併進し、切換手段の開放を判定するように構成された解除ピンを有する解除機構と、解除ピンのストローク開始を検出するための第1の検出器と、解除ピンのストローク終了を検出するための第2の検出器とを有する解除ピンのストローク検出のための手段(17)と、を備える。
このように、スイッチの正確な動作を確保し、ピンがストロークを完了しなかった場合に適切に介入するため、解除ピンがストロークの少なくとも大半を完了したことを確認することができる。
同時に、スイッチに加えられた強い振動又は応力により部分的なストロークをもたらすピンの運動と、アクセスの開放又は非常ボタン若しくは他の補助制御装置の動作により完全なストロークをもたらすピンの運動とを区別することができる。
好ましくは、解除機構は、上記解除ピンの併進を促進して解除ピンを上記ストローク終了位置に保持するように構成された電磁石と、上記切換装置と上記作動装置との相互作用の結果として切換手段と上記解除機構を動作させるために上記電磁石に給電する論理制御部とを備えることができる。
好適には、論理制御部は、上記解除ピンのストローク中の最小値及び最大値と、上記解除ピンが上記ストローク終了位置にあるときの一定最小値のエネルギーとを有するエネルギーパルスを上記電磁石に供給するように構成することができる。
このように、解除ピンがストローク終了位置にあり、そこから移動しないように確保されているときには、電磁石に給電し続ける必要がない。
逆に、ストローク終了位置におけるピンの存在を信号で伝えるように構成された第2の検出器が存在することで、電磁石に最小レベルのエネルギーを供給して、既知のスイッチと比較して大幅な省エネルギーを達成することができる。
好ましくは、第1及び第2の検出器はそれぞれ、フォトカプラや光学バリアなどの光学検出器、又は磁気、誘導、容量、若しくは類似の検出器であってもよい。
これにより、この種のスイッチで既に広く使用されている技術が利用可能となることで、信頼性が高く、経済的であり、電子管理部品の再設計を必要としない。
有利なことに、切換装置は、長軸を画定し、解除機構及び補助解除制御装置を収容するケースを備え、補助制御装置が始動し、静止位置から作動位置まで通過して解除ピンの解除ストロークを促進する際にケース内で縦方向に移動可能な構造を介して、補助解除制御装置が解除ピンに動作可能に接続されてもよい。
好適には、この可動構造は、上記補助解除制御装置が静止位置にあって、補助制御装置の駆動と同時に上記ピンの解除ストロークを促進するとき、上記解除ピンの長手アームに接する。
更に、検出手段は、上記可動構造の縦方向ストロークを検出するように構成された第3の検出器を備えてもよい。
このようにして、非常ボタンなどの補助制御処置の駆動による機械停止と、アクセスの開放による機械停止とを区別することができる。
本発明の有利な実施形態は従属請求項により得られる。
本発明の別の特徴と利点は、添付図面を使用して非限定的実施例により例示される本発明の安全スイッチの好適だが非排他的な実施形態に関する詳細な説明を参照することでより明確になるであろう。
本発明のスイッチの第1の立面展開図である。 図1のスイッチの第2の立面展開図である。 第1の動作モードにおける電磁石への給電を示す図である。 第2の動作モードにおける電磁石への給電を示す図である。 第1の動作状態における解除機構及び検出手段を示す第1の側面図である。 第2の動作状態における解除機構及び検出手段を示す第2の側面図である。 第3の動作状態における解除機構及び検出手段の前面図である。 非常押しボタンの駆動シーケンス中の解除機構及び検出手段を示す斜視図である。
添付図面を参照すると、産業用機械又は工場へのアクセスを制御するための安全スイッチの好適だが非排他的な構造が示されており、該安全スイッチは、動作中に機械又は工場への危険なアクセスを防止するように構成されたバリア又は可動パネルに対して、好適だが非排他的なやり方で適用されるように構成される。
既知のやり方で、スイッチは、アクセスの開放要求が生じた場合、即時に又は時間をおいて機械又は工場の動作を遮断するようにアクセスの保護に適用されるべく設計されている。
アクセスの開放は、特に制限なく、右側又は左側の開放で、揺動又は摺動のいずれかの任意の種類とすることができる。
図示される構成では、スイッチは電子式であり、すなわち、より明確に後述するように、切換部と作動部との間に遠隔通信システムを有する。
しかしながら、別の図示されない実施形態によると、スイッチは、キーアクチュエータによる機械的又は電気機械的な始動も含む。
図1及び2から分かるように、全体が1で示されるスイッチは、制御対象のアクセスに固定されるように構成された切換装置2と、アクセスの可動部に固定されるように構成された作動装置3とを備える。
切換装置2及び作動装置3と各自のアクセス部との固定構造は、既知の種類であり、本発明の一部を成さないため、以下に詳述しない。
切換装置2はケース4を備え、ケース4は、長軸Lを画定し、図示しない主回路及び/又は保守及び非常回路に給電する、及び/又は当該回路を制御するために、1または複数の電気及び/又は電子回路に動作可能に接続されるように構成された切換手段5を収容する。
切換手段5は、当業界で一般的に使用されるものから選択してもよく、特に限定なくスイッチ機能に応じて変動させることができる。
切換手段5を接続する手段は、この種の製品にとって典型的なものから選択されるため、以下に詳述しない。
ケース4内には、この場合も既知の技術に従って、切換装置2と作動装置3との相互作用後、機械又は工場の1または複数の回路の開放/閉鎖のため、アクセスの開放/閉鎖時に切換手段と相互作用するアクチュエータ手段6も設けられる。
作動装置3は、アクセスの開放又は閉鎖後、アクチュエータ手段6を通じて切換手段5と相互作用して、安全スイッチの典型的モードにおいて1または複数の回路の開放又は閉鎖を判定するように設計される。
図示されるスイッチ1は電子式である、すなわち、作動装置3と切換手段5との相互作用は、作動装置3が切換装置2から所定の最小距離に位置するときに作動装置3から切換手段5に送信される電子信号によって制御されて、例えば、上述のWO2015083143に開示されるように、アクセスが安全に閉鎖されたことを判断することができる。
具体的には、切換装置2は、ケース4内に適切に設けられた座部に挿入されたRFIDアンテナなどの受信機7を収容し、受信機7は、作動装置3が切換装置2によって検出可能な最小距離に位置するとき、可動作動装置3に収容される図示しない送信機又は応答機から送信される遠隔制御信号、すなわち、存在信号を受信するように設計される。
具体的には、応答機には、機械又は工場を始動させるために、受信機7が認識しなければならない識別コードを有するタグが設けられる。
コード認識は、高又は低暗号化レベルスイッチのいずれを達成したいかに応じて、一意であっても総称的であってもよい。
スイッチ1には、部分間の正確な位置合わせ又は精密な位置調整が使用中に失われた場合、受信機7と送信機又は応答機との間の位置合わせを少なくとも部分的に修復するためのセンタリング手段8が更に設けられる。
センタリング手段8は、作動装置3から水平に突出するセンタリングピン9と、ケース4の前側に形成され、アクセスの閉鎖時にセンタリングピン9を収容するように構成された中心穴10とを備える。
中心穴10内には、センタリングピン9の対応溝11と係合し、アクセス時の振動又は偶発的なストロークの結果、脱出して望ましくない開放を招くのを防止するのに適した図示しない保持機構が更に設けられてもよい。
図示される構成では、ケース4は一体型であり、必須ではないが、アクセスのために脱着可能カバー12が設けられてもよい。
しかしながら、図示しない変形によると、ケース4は、WO2015083143に記載されるように、モジュール式であってもよく、例えば、脱着可能及び/又は回転可能に本体に固定されるヘッドを有し、受信機7と中心穴10の両方を収容してもよい。
センタリングピン9は、中心穴10に挿入されて解除機構13と相互作用するように設計され、解除機構13は、切換手段5に接続され、アクセスの開放時、アクセスの係止位置から解除位置までの所定の最大ストロークで長手方向に併進して、切換手段5の開放を導くように構成された可動解除ピン14を有する。
解除ピン14は下側スライダ15と関連付けられ、係止位置において、中心穴10内に突出してセンタリングピン9の溝11と係合し、機械的干渉のためにセンタリングピン9を係止する上端16を有する。
解除ピン14の運動は必ずしも単純な併進ではなく、回転併進のような複合的な運動であってもよいと理解される。
ケース4は、解除ピン14のストロークを検出して、解除ピン14のストローク開始とストローク終了時の到達の両方を検出することができる手段17を更に収容する。
具体的には、検出手段17は、解除ピン14のストローク開始を検出する少なくとも1つの第1の検出器18と、ストローク終了を検出する少なくとも1つの第2の検出器19とを備える。
第1の検出器18及び第2の検出器19は、任意の種類であってもよく、好ましくは、フォトカプラや光学バリアなどの光学検出器、又は磁気、誘導、容量、若しくは類似の検出器である。
好適には、2つの検出器18、19は、解除ピン14の最大移動量よりも小さな距離で長手方向に相互にオフセットされるため、第2の検出器19は、解除ピン14がストローク終了位置に達する直前に介入することができる。
好ましくは、2つの検出器18、19は、解除ピン14の対向側に配置される。
下側スライダ15は次いで、一対の水平アーム20、21と一体化され、該アームは、解除ピン14の対向側に配置され、対応する検出器18、19と長手方向に位置合わせされて、解除ピン14の併進時に検出器18、19と相互作用する。
具体的には、水平アーム20、21は、干渉なく各自の検出器18、19と交差するような寸法に設定される。
切換装置2は、切換手段5の制御に加えて、作動装置3との通信を管理し信号を送信するように構成された論理制御部22を更に備える。
また、論理制御部22は、作動装置3との相互作用の結果、解除機構13を移動させる。
具体的には、図示される構成では、解除機構13は、アクセスの開放後、又は非常制御が受信されてスライダ14の下方移動を促進するとき、論理部22から給電される電磁石23を備える。
図3は、既知の技術によるスイッチで既に行われていることとほぼ類似する、論理部22の第1の動作モードを示す。
この第1の動作モードによると、論理部22は、受信機7と送信機との通信の遮断後にアクセスの開放を検出すると、電磁石に衝撃エネルギーを供給することで、スライダ15、及びスライダと一体化された解除ピン14を下降させる。
解除ピン14の解除ストローク中、及び解除ピン14がストローク終了位置に存在する間のいずれも、パルス電力が保持される。
図4は、上記モードと異なる新規で特に有効な他の動作モードを示し、論理部22は、ストローク終了位置における解除ピン14の存在を示す信号を第2の検出器19から受信した後、一定最小値のエネルギーを電磁石23に供給する。
例示的には、最小給電値は、パルスピーク値の30%に相当してもよい。
検出手段17の動作は、図5~7により明確に示される。
具体的には、図5から、解除ピン14と一体化されたスライダ15のストロークの開始時、2つの水平アーム20のうちの一方が、所定の最小初期ストローク後に第1の検出器18を通過することが分かる。
図示される位置では、第1の検出器18ではまだ検出が行われておらず、アーム20が第1の検出器18内にほぼ完全に収まるときに検出が行われる。
図5の右側の画像から分かるように、第2のアーム21は第2の検出器19と相互作用していない。
好適には、論理部22は、第1の検出器18によって検出されたときのみ、切換手段5を開放するように設計することができる。
続いて、図6から分かるように、追加ストローク後、第2のアーム21も第2の検出器19を捕捉して、例えば、直接ケース4上又は中央部又は外部制御パネル上の制御灯をオンにするなどの視覚信号の送信を可能にする状況についての情報を生成する。
最後に、図7は、スライダ15がストローク終了に達した状況を示す。
上述の好適だが非排他的な実施形態によると、切換装置2は、脱着可能及び/又は角度調整可能にケース4上に搭載された補助モジュール24を更に備え、補助モジュールには、作動装置3が挿入され、アクセスが閉鎖されたときでも、解除ピン14を解除位置に向けて摺動させるために解除機構13に動作可能に接続される1または複数の補助解除制御装置が設けられる。
例示の実施形態では、非常ボタン25とキーセレクタ26によって表される2つの異なる補助制御装置が存在し、既知の方法で個別に手動で動作させることができる。
図8により明確に示すように、補助制御装置25、26は、剛体構造27を通じてスライダ15に接続され、剛体構造27は、制御装置25、26のうちの一方の駆動と、静止位置から作動位置への通過の結果、ケース4内で縦方向に移動可能であり、解除ピン14が摺動させられて、切換手段5の開放が行われる。
可動構造27は、非常ボタン25又はセレクタ26に属する補完形状の第2の傾斜面手段29と相互作用する第1の傾斜面手段28を上端に備えるため、非常押しボタン25の水平変位又はセレクタ26の回転は、構造27の縦方向の併進に相当する。
可動構造は一対の第2の長手アーム30を備え、その下端が、解除ピン14が開始位置にあるとき、スライダ15のアーム20、21と接する。
このように、補助制御装置25、26が駆動されると、解除ピン14の対応する下方移動が生成され、その結果、電源回路が開放される。
更に、検出手段17は、可動構造27のストロークを検出する解除段階中の解除ピン14の摺動方向で第1の2つの検出器18、19の上流に配置された第3の検出器31を備える。
具体的には、長手アーム30の一方又は両方は、構造27の下方ストロークの結果、対応する第3の検出器31を捕捉するように構成された突出部32を含んでもよい。
第3の検出器31の検出により適切な信号が論理部22に送信されて、スイッチ1の解除が、アクセスの開放又はその他の原因ではなく、補助制御装置25、26の駆動によって引き起こされたことを通知することができる。
本明細書から、本発明によるスイッチが、意図される目的、具体的には、解除ピンのストロークの実際の完了の制御を達成することは明らかである。
本発明によるスイッチは、添付の請求項に記載される発明の概念に属する様々な変更及び変形を加えてもよい。さらに、全ての細部は他の技術上等価な構成要素と置き換えてもよく、材料も本発明の保護範囲から逸脱せずに、要件に応じて変更してもよい。
スイッチを添付図面を特に参照して説明したが、本明細書及び請求項で使用される参照符号は、本発明を理解し易くするために使用されており、請求の範囲を何ら限定するものではない。

Claims (9)

  1. 機械又は工場の安全なアクセスを管理するように構成された解除機構のストローク終了を検出する安全スイッチであって、
    管理対象のアクセスの固定部に関連付けられるように構成された切換装置(2)であって、制御のために工場の1または複数の制御及び/又は保守回路に動作可能に接続されるように構成された切換手段(5)を有する切換装置(2)と、
    前記アクセスの可動部と関連付けられて、前記回路の1または複数の開放/閉鎖のため、前記アクセスの開放/閉鎖時に前記切換手段(5)と相互作用する作動装置(3)と、
    前記切換装置(2)に収容された解除機構(13)であって、前記アクセスの遮断位置から解除位置までの最大所定ストロークで併進し、前記切換手段(5)の開放を判定するように構成された解除ピン(14)を有する解除機構(13)と、
    前記解除ピン(14)の前記ストロークの検出のための手段(17)と、
    を備え、
    前記検出手段(17)が、前記解除ピン(14)のストローク開始を検出するように構成された第1の検出器(18)と、前記解除ピン(14)のストローク終了を検出するように構成された第2の検出器(19)とを備え、
    前記スイッチが、前記切換装置(2)と前記作動装置(3)との相互作用の結果として前記切換手段(5)及び前記解除機構(13)を動作させるように構成された論理制御部(22)を更に備え、
    前記解除機構(13)が、前記解除ピン(14)の併進を促進し、前記ストローク終了位置に前記解除ピンを保持するように構成された電磁石(23)を備える、スイッチ。
  2. 前記論理制御部(22)が、前記電磁石(23)にエネルギーパルスを供給するように構成され、前記パルスが、前記解除ピン(14)の併進中の最小値及び最大値と、前記解除ピン(14)が前記ストローク終了位置にあるときの一定最小値のエネルギーとを有する、請求項1に記載のスイッチ。
  3. 前記第1の検出器(18)及び前記第2の検出器(19)が、前記解除ピン(14)の最大ストローク未満の距離、縦方向に相互にオフセットされる、請求項1~2のいずれか一項に記載のスイッチ。
  4. 前記第1の検出器(18)及び前記第2の検出器(19)のそれぞれが、フォトカプラや光学バリアなどの光学検出器、又は磁気、誘導、容量、若しくは類似の検出器を備える、請求項1~3のいずれか一項に記載のスイッチ。
  5. 前記解除ピン(14)が、前記作動装置(3)と相互作用するように構成される形状の上端(16)を有し、前記上端が、検出器(18、19)と相互作用するように構成された一対の水平アーム(20、21)と一体化される、請求項1~4のいずれか一項に記載のスイッチ。
  6. 前記検出器(18、19)が前記解除ピン(14)の対向側に配置され、前記水平アーム(20、21)が、前記解除ピン(14)の併進後、対応する検出器(18、19)に縦方向に位置合わせされて相互作用する、請求項5に記載のスイッチ。
  7. 前記切換装置(2)が、長軸(L)を画定し、前記解除機構(13)及び少なくとも1つの補助解除制御装置(25、26)を収容するケース(4)を備え、前記補助解除制御装置が、前記補助解除制御装置(25、26)が始動し、静止位置から作動位置まで通過して前記解除ピン(14)の解除ストロークを促進する際に前記ケース(4)内で縦方向に移動可能な構造(27)を介して、前記解除ピン(14)に動作可能に接続される、請求項1~6のいずれか一項に記載のスイッチ。
  8. 前記少なくとも1つの補助解除制御装置(25、26)が静止位置にあって、前記少なくとも1つの補助解除制御装置(25、26)の動作と同時に前記解除ピン(14)の解除ストロークを促進するとき、前記移動可能な構造(27)が前記解除ピン(14)の前記水平アーム(20、21)に接する、請求項6または7に記載のスイッチ。
  9. 前記検出手段(17)が、前記移動可能な構造(27)の長手方向ストロークを検出するように構成された第3の検出器(31)を備える、請求項8に記載のスイッチ。
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