JPH1048344A

JPH1048344A - センサ及び安全装置

Info

Publication number: JPH1048344A
Application number: JP20588796A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Iino; 芳雄飯野; Isao Ogasawara; 功小笠原; Yuji Sato; 有二佐藤; Toshiyuki Shimizu; 稔之清水
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】所望の領域の中でのみ人体の有無を検知する
ことができるセンサ及び安全装置を提供すること。【解決手段】本発明によるセンサ２２は、所定の間隙
をおいて互いに対向配置された１対の電極板２６，２８
と、前記間隙とは反対側の各電極板の対向位置に配置さ
れ、接地されたシールド板３０，３２とを備えており、
電極板間の静電容量の変化から電極板間に人体の一部が
存在するか否か検知することができる。シールド板の存
在により電極板の裏面側には電界が形成されず、よっ
て、検知領域は電極板間の領域に限られる。このため、
誤検知がなくなり、このセンサを用いた安全装置２４に
おいては必要領域においてのみ確実に作動することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定領域に人体の
一部又は全体が入ったことを検知するためのセンサ、及
び、当該センサを用いた安全装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械や加工装置、検査装置、搬送装
置等の駆動機構を有する装置においては、駆動部が外部
に露出しているものや、駆動部に外部から容易に接近す
ることができるものがある。例えば、プラスチックチッ
プから検査用の薄い試料片を作るための圧延装置では、
１対の圧延ロール間にチップを手で投げ入れる構成とな
っているため、手を容易に圧延ロールに近付けることが
できる。

【０００３】通常、この種の機械装置には作業員の安全
を確保するために安全装置が設けられており、駆動部に
人体の一部が近付いたことをセンサにより検知し、駆動
を停止する等の措置を採るようにしている。安全装置の
センサとしては、例えば特開昭６３−２１６６９２号公
報や特開平１−３１７９８７号公報等に記載されている
ように、静電容量型センサが提案されている。前記公報
に記載の静電容量型センサは、互いに並設された１対の
電極板から構成されており、これらの電極板間の静電容
量の変化を検出することで、電極板間を人体の一部が横
切ったか否かを検知するようになっている。この静電容
量型センサは、人体が空気に比して相当に高い誘電率を
有しているため、電極板間に人体の一部が置かれた場合
に静電容量が大きく変化するという知見に基づいて為さ
れたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した静電容量型セ
ンサは、電極板間の領域を検知領域とするものである
が、実際には、電気力線が一方の電極板の裏面（検知領
域とは反対側の面）から他方の電極板の裏面に延び、本
来の検知領域の外にも電界が形成されている。このた
め、従来の静電容量型センサは、電極板の裏面側を人体
の一部が通過しても静電容量が変化するため、人体が検
知領域にあると誤って検知することがあった。また、こ
のような静電容量型センサを用いた安全装置は、停止の
必要のない状態であっても、誤検知により装置を停止さ
せるおそれがあった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、所望の領域の中
でのみ人体の有無を検知することができるセンサ、及
び、そのようなセンサを用いた安全装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるセンサは、所定の間隙をおいて互いに
対向配置された１対の電極板と、前記間隙とは反対側の
各電極板の対向位置に配置され、接地されたシールド板
とを備えており、電極板間の静電容量の変化から電極板
間に特定の誘電体、すなわち人体の少なくとも一部が存
在するか否か検知するよう構成されている。

【０００７】また、本発明は、所定の領域に人体の少な
くとも一部が入ったことを検知して安全手段（例えば、
駆動機構を有する機械装置にあっては、駆動機構の緊急
停止機構）を作動させる安全装置であって、前記領域を
挟むように互いに対向配置された１対の電極板と、前記
領域とは反対側の各電極板の対向位置に配置され、接地
されたシールド板と、電極板間の静電容量を検出する手
段と、静電容量検出手段により検出された静電容量の変
化から前記領域における人体の一部の有無を検知する手
段とを備える安全装置を特徴としている。

【０００８】かかる構成においては、シールド板の存在
により電極板の裏面側には電界が形成されず、よって、
検知領域は電極板の間の領域に限られることとなる。こ
のため、誤検知がなくなり、安全装置においては必要領
域においてのみ確実に作動することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な
実施形態について詳細に説明する。

【００１０】図１及び図２は、本発明が適用された圧延
装置１０を示している。この圧延装置１０は、合成ゴム
等のプラスチック材料のチップ１２を圧延して検査用の
試料片１４を作るためのものであり、１対の圧延ロール
１６，１８を有している。圧延ロール１６，１８は、図
２の矢印Ａ，Ｂで示すように、駆動系２０により互いに
相反する方向に回転される。従って、圧延ロール１６，
１８間にチップ１２を投入すると、チップ１２はロール
１６，１８間で押し潰され、試料片１４となって下方に
落下する。

【００１１】図２から理解されるように、チップ１２の
投入は人手によるため、手を圧延ローラ１６，１８に過
度に近づけることは好ましくない。このため、この圧延
装置１０には、本発明によるセンサ２２を用いた安全装
置２４が設けられている。

【００１２】図示のセンサ２２は、所望の間隙をおいて
互いに平行に対向配置された１対の電極板２６，２８を
備えている。一方の電極板２６は、圧延装置１０の一側
であって圧延ローラ１６，１８間の直上位置に配置さ
れ、他方の電極板２８は、圧延装置１０の他側であって
圧延ローラ２６，２８間の直上位置に配置されている。
これらの電極板２６，２８間の空間は、人体の一部が存
在するか否かを検知するための検知領域となるものであ
り、よって、図示実施形態では、圧延ローラ１６，１８
間の真上のほぼ全ての領域が検知領域となっている。

【００１３】各電極板２６，２８の裏面側、すなわち検
知領域とは反対の面の側にはシールド板３０，３２が配
置されている。シールド板３０，３２は、比較的小さな
間隙をもって、対応の電極板２６，２８に対して平行に
対向配置されている。また、シールド板３０，３２はス
テンレス鋼、銅、アルミニウム等の良導体から成り、電
極板２６，２８の全面を完全に覆うことのできる寸法形
状を有している。

【００１４】各側の電極板２６，２８及びシールド板３
０，３２は、圧延装置１０のフレーム３４に設けられた
支持板３６，３８によって支持されている。より詳細に
は、支持板３６，３８にシールド板３０，３２が直接固
定され、電極板２６，２８は絶縁性のスペーサ４０を介
してシールド板３０，３２に絶縁性のボルト等により固
定されている。なお、図示の支持板３６，３８は、装置
フレーム３４に設けられた支持シャフト４２に摺動可能
に取り付けられており、その位置を調整できるようにな
っている。

【００１５】このように構成されたセンサ２２は、電極
板２６，２８間に人体の一部が入ったことを静電容量の
変化として検知するため、静電容量検出回路４４に接続
されている。すなわち、各電極板２６，２８は、同軸ケ
ーブル４６の中心導体４８により検出回路４４の入力端
子５０，５２に接続されている。検出回路４４は、いわ
ゆるインピダンスブリッジを用いたもので、４辺ブリッ
ジのうち２辺に測定用電源５４，５６が接続されてい
る。また、４辺ブリッジの１辺は電極板２６，２８によ
り構成されるキャパシタとなっており、残る１辺には平
衡キャパシタ５８が設けられている。測定用電源５４，
５６間の端子６０とキャパシタ２６，２８；５８間の端
子６２との間には出力アンプ６４があり、端子６０は接
地されている。また、各シールド板３０，３２は同軸ケ
ーブル４６の外部導体６６を介して接地されている。

【００１６】図３の回路は、図２に示す静電容量検出回
路４４を、電極板２６，２８により構成されるキャパシ
タやその他の部分でのキャパシタを含めた形で示した等
価回路である。この図において、符号Ｃ₀は、電極板２
６，２８により規定される静電容量を示し、符号Ｃ₁，
Ｃ₂はそれぞれ、各側の電極板２６，２８とシールド板
３０，３２との間、及び、同軸ケーブル４６により規定
される静電容量、更に符号Ｃ_Bは平衡キャパシタ５８の
静電容量を示すものである。また、符号Ｚ_e1，Ｚ_e ₂はそ
れぞれ測定用電源５４，５６の内部インピダンスであ
り、符号Ｚ_iは出力アンプ６４の内部インピダンスであ
る。

【００１７】ここで、図３に示す回路の動作について説
明する。電極板２６，２８間に空気のみが存在している
状態で電源５４，５６を投入すると、電源５４から容量
Ｃ₂を通って流れる電流は、電源５４の電圧ｅ₁がＺ_e1ｉ
₁よりも十分に大きい場合、インピダンスＺ_iには殆ど流
れず、無視できる。また、容量Ｃ₀を通って流れる電流
は容量Ｃ₁とインピダンスＺ_iに分れる。このとき、１／
（ωＣ₁）がＺ_iよりも十分に大きい場合、電流ｉ₁の殆
どがインピダンスＺ_iに流れる。電源５６から、電圧ｅ₁
と同一電圧ｅ₂で容量Ｃ_Bを通って流れる電流ｉ₂は、電
流ｉ₁に等しく位相差が１８０°とした場合、インピダ
ンスＺ_iの電流はゼロとなる。今、電極板２６，２８間
に、接地された誘電体が入り込むと、容量Ｃ₁とＣ₂の一
部となり、誘電体の比誘電率に応じた量だけ容量Ｃ₀が
減少する。この減少分をΔＣとすると、電流ｉ₁はｅ₁ω
ΔＣだけ減少し、インピーダンスＺ_iに電流が流れ、信
号として出力される。また、誘電体が接地されておら
ず、いわゆるフローティングの状態では容量Ｃ₀が増加
し、Ｚ_iに逆方向に電流が流れる。

【００１８】このように、図３に示す回路では、電極板
２６，２８とシールド板３０，３２との間で構成される
キャパシタや同軸ケーブル４６のキャパシタ、その他の
外乱の影響を受け難く、電極板２６，２８間の静電容量
の変化を正確に検出することが可能である。

【００１９】静電容量検出回路４４のアンプ６４から出
力される信号は制御装置６８に入力される。制御装置６
８は、入力された信号に応じて制御信号を圧延装置１０
の駆動系２０に発し、圧延装置１０の緊急停止を適時行
うよう構成されている。

【００２０】より詳細に述べるならば、制御装置６８
は、入力部７０、出力部７２、中央処理部（ＣＰＵ）７
４及び記憶部７６から構成されている。検出回路４４か
ら入力部７０に入力された信号はデジタル信号に変換さ
れて中央処理部７４に送られる。中央処理部７４では、
入力信号から電極板２６，２８間の静電容量の変化量Δ
Ｃを認識する。誘電体として人体の一部が電極板２６，
２８間に入った際の静電容量変化量の最低値Ｃ_minは予
め記憶部にデータとして記憶されており、中央処理部７
４では、このデータＣ_minと入力信号から認識した静電
容量変化量ΔＣとを比較し、ΔＣがＣ_minを超えている
と判断した場合、電極板２６，２８間に人体が有ると検
知し、緊急停止のための制御信号を出力部７２から圧延
装置１０の駆動系２０に発するようになっている。

【００２１】以上から本発明による安全装置２４の動作
については理解されるであろうが、簡単に述べるなら
ば、プラスチックチップ１２を圧延ロール１６，１８間
に投げ入れる際、手が電極板２６，２８間の外側に位置
している場合には、電極板２６，２８間の静電容量は大
きく変化せず、よって圧延装置１０は駆動を続ける。勿
論、チップ１２が電極板２６，２８間を横切った際にも
容量変化は生じるが、その変化量は微少であり、制御装
置６８の記憶部７６に記憶した最低値Ｃ_minを超えるこ
とはない。そして、手が電極板２６，２８間に挿入され
ると、静電容量の変化が生じ、安全装置２４は圧延装置
１０を緊急停止するように動作することとなる。この
際、手の挿入量が極めて小さい場合には、記憶部７６の
最低値Ｃ_minを適宜設定しておくことで、危険状態でな
いと判断することもできる。また、手を挿入した後、す
ぐに引っ込めた場合も、静電容量の変化時間を考慮する
ことで、緊急停止信号を発しないようにすることもでき
る。

【００２２】更に、本発明の構成では、接地されたシー
ルド板３０，３２が各電極板２６，２８の裏面側に離隔
配置されているため、一方の電極板２６の裏面側から他
方の電極板２８の裏面側に延びる電気力線は形成されな
い。従って、危険領域ではない電極板２６，２８の裏面
側に手やその他の人体の一部が位置していたとしても、
電気板２６，２８間の静電容量に変化は生じず、圧延装
置１０が不要な停止状態となることはない。

【００２３】上記実施形態では、安全装置２４の制御装
置６８からの信号により圧延装置１０の駆動を停止する
ようにしているが、警報のみを発し、或は、警報と共に
駆動を停止して安全を図るようにすることもできる。勿
論、その他の安全手段を動作させることも可能である。

【００２４】また、安全装置２４における静電容量検出
回路４４及び制御装置６８の構成も上記実施形態のもの
に限られない。例えば、上記では検出回路４４の接地位
置が端子６０となっているが、接地位置は端子５０又は
端子６２の位置であってもよい。

【００２５】更に、本発明を適用できる装置は、圧延装
置に限られず、駆動部等の危険領域に人体が近付き得る
装置ならば殆ど全てに適用可能である。例えば、プレス
装置や裁断機、ペーパーシュレッダ、フィルム巻取機等
にも適用可能である。また、適用装置の検知領域に応じ
て、電極板２６，２８及びシールド板３０，３２の形
状、寸法等は適宜変更し得るものである。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、静
電容量型のセンサにおいて電極板の裏面側にシールド板
を配置することとしたので、電極板間の領域のみで人体
の一部の有無を判断することができる。従って、誤検知
が大幅に低減される。

【００２７】また、このようなセンサを用いた安全装置
は、センサの誤検知に基づいて警報を発したり機械装置
の動作を停止したりするようなことはない。従って、安
全を確保しつつ、無駄な作業停止を防止することがで
き、作業効率等の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された圧延装置の一部を示す正面
図である。

【図２】図１のII−II線に沿っての断面図である。

【図３】本発明の安全装置における静電容量検出回路の
等価回路を示す図である。

【符号の説明】

１０…圧延装置、１６，１８…圧延ロール、２０…駆動
系、２２…センサ、２４…安全装置、２６，２８…電極
板、３０，３２…シールド板、４４…静電容量検出回
路、６８…制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水稔之千葉県市原市姉崎海岸５の１住友化学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の間隙をおいて互いに対向配置され
た１対の電極板と、前記間隙とは反対側の前記電極板のそれぞれの対向位置
に配置され、接地されたシールド板と、を備え、前記電
極板間の静電容量の変化から前記電極板間に特定の誘電
体が存在するか否か検知するセンサ。
【請求項２】前記電極板間に人体の少なくとも一部が
存在するか否かを検出する請求項１記載のセンサ。
【請求項３】所定の領域に人体の少なくとも一部が入
ったことを検知して安全手段を作動させる安全装置にお
いて、前記領域を挟むように互いに対向配置された１対の電極
板と、前記領域とは反対側の前記電極板のそれぞれの対向位置
に配置され、接地されたシールド板と、前記電極板間の静電容量を検出する手段と、前記静電容量検出手段により検出された静電容量の変化
から前記領域における人体の一部の有無を検知する手段
と、を備えることを特徴とする安全装置。