KR101454528B1

KR101454528B1 - 스위치

Info

Publication number: KR101454528B1
Application number: KR1020127030567A
Authority: KR
Inventors: 츠요시 마츠모토; 테츠야 아카기; ?키치 사사키; 타츠야 이이다
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2014-10-23
Also published as: CN103155078B; US9190226B2; US20130233683A1; JP2012064499A; WO2012035803A1; KR20130015003A; EP2562782B1; JP5195855B2; CN103155078A; EP2562782A1; EP2562782A4

Abstract

도어 스위치(110)는, 몸체(210)와, 캠(230)과, 조작 키(150)의 조작에 의해 조작하는 캠(230)과, 캠(230)의 동작 상태를 검출하기 위한 검출부(240)를 구비한다. 몸체(210)는, 캠(230) 및 검출부(240)의 적어도 일부를 수납한다. 캠(230)은, 조작 키(150)가 캠(230)의 형상에 대응한 형상인 경우는, 몸체에의 조작 키(150)의 삽입 조작에 의해 동작하는 한편으로, 조작 키(150)가 캠(230)의 형상에 대응한 형상이 아닌 경우는, 삽입 조작에 의해 동작하지 않도록 구성된다. 도어 스위치(110)는, ISO13849-1의 카테고리 2에 적합 가능하다.

Description

스위치{SWITCH}

본 발명은 스위치에 관한 것으로, 보다 특정적으로는, 기계 설비의 안전성을 확보하기 위한 제어 시스템에 이용되는 인터로크 스위치에 관한 것이다.

종래로부터, 산업 기계 등에서, 작업자의 안전을 확보하는 것을 목적으로 하여, 기계를 방호벽으로 둘러쌈과 함께 방호벽 내에 진입하기 위한 방호문이 마련되는 경우가 있다. 그리고, 이와 같은 구성에서는, 일반적으로, 이 방호문이 완전하게 폐지(閉止)되어 있는지의 여부를 검출하기 위한 인터로크 스위치(또는, 안전 스위치)가 마련되고, 방호문이 완전히 폐지되지 않은 경우에는, 기계를 구동할 수가 없는 안전 시스템이 구축된다.

이 인터로크 스위치는, 일반적으로, 스위치 본체와 액추에이터(예를 들면, 키)를 포함하여 구성된다. 스위치 본체는, 방호문 주변의 방호벽면에 설치된다. 액추에이터는, 방호문를 폐지한 때에, 액추에이터가 스위치 본체에 마련된 액추에이터의 진입구에 삽입되도록 방호문에 설치된다.

그리고, 방호문이 폐지되면, 액추에이터가 삽입되어서 스위치 본체 내부의 캠 등의 동작부가 작동되고, 그에 의해 스위치 본체에 내장된 개폐기가 클로징된다. 이에 의해 기계에의 전원이 공급되고, 기계가 동작 가능해진다.

한편, 방호문이 개방되면, 액추에이터가 스위치 본체로부터 인발(引拔)되고, 그에 의해 스위치 본체의 개폐기가 오픈된다. 이에 의해, 기계에의 전원이 차단된다.

이와 같은 인터로크 스위치에서는, 상술한 동작부를 포함하는 제 1의 부분과, 개폐기가 포함되는 제 2의 부분이 분리 가능하게 구성되어 있는 것이 있다. 이와 같은 구성인 경우, 인터로크 스위치에 과도한 충격이 가하여져서, 제 1의 부분과 제 2의 부분이 분리하여 버리는 것이 생각된다. 예를 들면, 액추에이터가 인발된 경우에, 동작부의 미는힘(押力)에 의해 상기한 개폐기가 오픈되는 구조라면, 제 1의 부분과 제 2의 부분이 분리하면 상기한 미는힘이 없어져서 개폐기가 클로징한다. 그러면, 방호문이 완전히 폐지되지 않은 상태라도 기계에 전원이 공급되어 버려, 작업자의 안전이 확보되지 않게 되어 버릴 우려가 있다.

일본 특개2010-157488호 공보(특허 문헌 1)에는, 상술한 바와 같은 제 1의 부분과 제 2의 부분으로 분리 가능한 구성의 안전 스위치에 있어서, 제 1의 부분과 제 2의 부분이 분리한 경우에, 개폐기가 오픈 방향으로 동작함에 의해 안전성이 확보되는 구조를 갖는 안전 스위치가 개시된다.

일본 특개2010-157488호 공보 일본 특개2010-123306호 공보

상술한 바와 같이 분리 가능한 2개의 부분에 의해 구성된 구조를 갖는 인터로크 스위치에서는, 예를 들어 일본 특개2010-157488호 공보(특허 문헌 1)에 기재된 바와 같은 구조에 의해 안전성이 확보되도록 하였다고 하여도, 충격 등에 의해 이들 2개의 부분이 분리하여 버릴 가능성을 배제할 수는 없다. 그 때문에, 본질적으로 분리하지 않는 형태로 하는 것이 바람직하다.

또한, 이와 같은 제 1의 부분과 제 2의 부분에 의한 구성에서는, 스위치 본체가 직방체와 같은 형상으로 되어 버리기 때문에, 방호문의 개폐 방향이나 주위의 기계 구조에 의해서는, 부착이 곤란해지는 경우가 있고, 액추에이터의 삽입 위치 등이 변경된 설계 베리에이션이 필요하게 된다.

또한, 일본 특개2010-157488호 공보(특허 문헌 1)와 같이 가동 접점 및 고정 접점으로 이루어지는 접점 모듈이나 캠으로부터 가동 접점에 구동력을 전달하는 플런저라는 부품이 인터로크 스위치에서 크게 체적을 차지하고 있다. 접점끼리의 간격이나 구동력의 전달을 고려하면, 이들 부품의 소형화에는 한계가 생긴다.

또한, 근래에는, 이와 같은 인터로크 스위치가 이용되는 안전 회로는, ISO13849-1의 카테고리 2의 기준에 적합한 것이 요구되는 경우가 있다. 이 ISO13849-1은, 기계의 리스크를 저감하는 방책 중에서 안전 방호를 생각할 때에, 리스크의 크기와, 그에 응한 안전 시스템의 성능을 규정한 국제 규격이고, 그 안전 시스템의 성능 기준은 「카테고리」로 표현하는 것이 일반적이다. 「카테고리」란, 안전 제어 시스템의 아키텍처이고, 지금까지 배양되어 온 스위치나 릴레이의 접점 기술에 대표되는 전기 기구 부품에 의한, 말하자면 확정적인 기술에 입각한 것이다.

도 1은, ISO13849-1에서 정의된 카테고리를 설명하는 도면이다. 도 1을 참조하면, ISO13849-1으로는 「B」, 「1」, 「2」, 「3」, 「4」의 5단계의 카테고리가 규정되어 있다. 카테고리가 「B」로부터 「4」로 진행함에 따라, 성능 기준의 달성 레벨이 높아진다.

또한, ISO13849-1의 개정판에서는, 안전 제어 시스템의 평가의 지표로서, 「PL(퍼포먼스 레벨)」이라고 불리는 「a」부터 「e」의 5단계의 지표가 정의된다. PL이란, 종래의 「카테고리」의 개념에 「신뢰성」, 「품질」의 개념을 도입한 것이고, 평균 위험측 고장 시간(MTTFd), DCavg(Average Diagnostic Coverage), 공통 원인 고장(CCF)이 평가된다. PL에 의해, 실제의 이용 상황에 따라 안전 제어 시스템을 정량적으로 평가할 수 있다.

또한, ISO13849-1의 개정판의 정식 명칭은, 「ISO13849-1(Second edition 2006-11-01) Safety of machinery Safety-related parts of control systems, Part 1 : General principles for design : 기계류의 안전성 - 제어 시스템의 안전 관련부 - 제 1 부 : 설계를 위한 일반 원칙)」이다. 이하에서는, ISO13849-1의 개정판을 「ISO13849-1 : 2006」으로 부르는 일도 있다. 또한, 특히 구별한 필요가 없는 경우에는, ISO13849-1의 구판 및 개정판을 「ISO13849-1」로 총칭하기로 한다.

ISO13849-1 : 2006에서는, 각 카테고리에서 요구되는 안전 제어 시스템의 요건은, 구판(舊版)의 내용과 바뀌지 않는다. 단, 각각의 안전 제어 시스템을, I(입력 기기), L(논리 연산 기기), O(출력 기기)의 3부분을 축으로 하여, 각각의 특징을 알기 쉽도록 도식화되어 있다.

도 2는, ISO13849-1 : 2006에 의해 나타내여진, 각 카테고리에서 요구되는 안전 제어 시스템의 요건을 설명하기 위한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 카테고리 B, 카테고리 1에 적용되는 구조는, I, L, O에 의해 실현 가능하다. 카테고리 2에 적용되는 구조는, 예를 들면 상기 I, L, O에 TE(점검 기기)를 더함에 의해 실현 가능하다. 또한, 카테고리 2에 적용되는 구조는, 예를 들면 I, O, TE에 의해 실현하는 것도 가능하다. OTE는, TE의 출력에 의거한 동작을 실행하기 위한 기능이다. OTE는, 예를 들면 O(출력 기기)에 포함되는 기능이라도 좋고, 상기 I, L, O와는 별개의 장치의 기능이라도 좋다.

카테고리 3, 4에 적용되는 구조는, 상기 I, L, O를 이중화함에 의해 실현 가능하다. 카테고리 4는, 카테고리 3보다도 높은 검출 능력이 요구되는 점에서 카테고리 3과 다르지만, 구조의 점에서는 카테고리 3과 같다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 카테고리 2의 요구 사항에는, 입력 기기 및 출력 기기가 정상인 것을 체크한다는 것이 포함된다.

도 3은, ISO13849-1 : 2006에서 정의된 퍼포먼스 레벨의 평가 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 3을 참조하면, PL을 평가하기 위해서는 카테고리(도 3 중에 「Cat」로 나타낸다), MTTFd, DCavg 및 CCF의 4개의 파라미터가 이용된다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 예를 들면 퍼포먼스 레벨 「c」를 달성 가능한 파라미터의 조합은 복수 존재한다. 환언하면 상기 4개의 파라미터의 적절한 조합에 의해, 소망하는 퍼포먼스 레벨을 달성 가능하다. 따라서 ISO13849-1 : 2006에 의하면, 구판인 ISO13849-1 : 1999보다도 안전 시스템을 구축할 때의 자유도가 높아진다고 말할 수 있다.

이와 같이, 인터로크 스위치가, ISO13849-1의 카테고리 2의 기준에 적합하기 위해서는, 스위치 자체가, 정상인지의 여부를 외부의 컨트롤러 등에 의해 체크할 수 있는 구성인 것이 필요하게 된다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 충격 등에 의한 파손이 저감되고, 또한 안전 시스템에 이용된 경우에 안전성을 확보할 수 있는 인터로크 스위치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 스위치는, 제 1의 몸체와, 액추에이터의 조작에 의해 동작하는 동작부와, 동작부의 동작 상태를 검출함과 함께, 검출한 동작 상태에 관한 신호를 출력하기 위한 검출부를 구비한다. 그리고, 제 1의 몸체는, 검출부의 적어도 일부와 동작부를 수납한다.

바람직하게는, 액추에이터는 키를 포함한다. 동작부는, 키가 동작부의 형상에 대응한 형상인 경우는, 제 1의 몸체에의 키의 삽입 조작에 의해 동작하는 한편으로, 키가 동작부의 형상에 대응한 형상이 아닌 경우는, 삽입 조작에 의해 동작하지 않도록 구성된다.

바람직하게는, 검출부는, 동작부의 동작 상태를 광학적으로 검출하기 위한 검출 요소를 포함한다.

바람직하게는, 검출 요소는, 포토 마이크로 센서이다.

바람직하게는, 동작부는, 동작 상태인 경우에 검출부의 광을 통광시키는 한편으로, 비동작 상태인 경우에 광을 차광한다.

바람직하게는, 검출부는, 동작부의 동작 상태를 자기적(磁氣的)으로 검출하기 위한 검출 요소를 포함한다.

바람직하게는, 제 1의 몸체는, 개략 입방체의 형상을 갖는다.

바람직하게는, 스위치는, 제 1의 몸체와 결합되는 제 2의 몸체를 또한 구비한다. 검출부는, 제 1의 몸체와 제 2의 몸체가 분리된 경우는, 동작부가 비동작 상태를 나타내는 신호를 출력한다.

바람직하게는, 스위치는, 검출부를 구동하기 위한 회로 기판을 또한 구비한다. 동작부 및 검출부는, 제 1의 몸체에 수납된다. 회로 기판은, 제 2의 몸체에 수납된다. 그리고, 검출부는, 제 1의 몸체와 제 2의 몸체가 분리된 경우에, 검출부와 회로 기판 사이의 신호 전달이 차단됨에 의해, 동작부가 비동작 상태를 나타내는 신호를 출력한다.

바람직하게는, 스위치는, 스위치에서의 이상의 유무를 감시하기 위해, 외부로부터 공급되는 시험 신호를 입력하기 위한 입력부를 또한 구비한다. 그리고, 검출부는, 이상이 발생하지 않은 경우는, 입력부에서 받은 시험 신호에 대응한 신호를 출력한다.

바람직하게는, 검출부는, 적어도 2개의 검출 요소를 포함한다.

본 발명에 의하면, 충격 등에 의한 파손이 저감되고, 또한 안전 시스템에 이용된 경우에 안전성을 확보할 수 있는 인터로크 스위치를 제공할 수 있다.

도 1은 ISO13849-1에서 정의된 카테고리를 설명하는 도면.
도 2는 ISO13849-1 : 2006에 의해 나타내어진, 각 카테고리에서 요구되는 안전 제어 시스템의 요건을 설명하기 위한 블록도.
도 3은 ISO13849-1 : 2006에서 정의된 퍼포먼스 레벨의 평가 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 4는 ISO13849-1의 카테고리 2의 기준에 적합한, 인터로크 스위치를 이용한 안전 제어 시스템의 일반적인 예를 도시하는 구성도.
도 5는 비교예의 인터로크 스위치의 구조를 설명하기 위한 제 1의 도면.
도 6은 비교예의 인터로크 스위치의 구조를 설명하기 위한 제 2의 도면.
도 7은 비교예의 인터로크 스위치의 구조를 설명하기 위한 제 3의 도면.
도 8은 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 구조를 설명하기 위한 제 1의 도면.
도 9는 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 구조를 설명하기 위한 제 2의 도면.
도 10은 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 구조를 설명하기 위한 제 3의 도면.
도 11은 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 다른 예의 구조를 설명하기 위한 제 1의 도면.
도 12는 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 다른 예의 구조를 설명하기 위한 제 2의 도면.
도 13은 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 다른 예의 구조를 설명하기 위한 제 3의 도면.
도 14는 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 또다른 예의 구조를 설명하기 위한 제 1의 도면.
도 15는 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 또다른 예의 구조를 설명하기 위한 제 2의 도면.
도 16은 본 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 전기적 회로를 설명하기 위한 도면.
도 17은 본 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치가 직렬로 접속된 경우의 전기적 회로를 설명하기 위한 도면.
도 18은 ISO13849-1의 카테고리 3 또는 4에 적합한 인터로크 스위치를 이용한 안전 제어 시스템의 한 예를 도시하는 도면.
도 19는 도 18의 시스템에 이용하는 것이 가능한, 본 발명의 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 구조를 설명하기 위한 제 1의 도면.
도 20은 도 18의 시스템에 이용하는 것이 가능한, 본 발명의 실시의 형태에 따른 인터로크 스위치의 구조를 설명하기 위한 제 2의 도면.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.

[안전 제어 시스템의 기본 구성]

도 4는, ISO13849-1의 카테고리 2의 기준에 적합한, 인터로크 스위치를 이용한 안전 제어 시스템(10)의 일반적인 예를 도시하는 구성도이다. 도 4를 참조하면, 안전 제어 시스템(10)은, 교류 전원(160)으로부터, 부하인 모터(170)에의 구동 전력의 공급, 및 구동 전력의 차단을 행한다. 또한, 도 4에서는, 부하로서 모터를 사용한 구성을 예로서 설명하지만, 전력을 이용하여 동작하는 것이면, 부하의 구성은 이것으로 한정되지 않는다.

제어 시스템(100)은, 입력 기기로서의 인터로크 스위치(이하, 「도어 스위치」라고도 칭한다.)(110)와, 세이프티 컨트롤러(120)와, 전력 공급부(130)를 구비한다.

전력 공급부(130)는, 도어 스위치(110)의 상태에 의거한 세이프티 컨트롤러(120)로부터의 신호에 의해, 교류 전원(160)으로부터 모터(170)에의 전력의 공급과 차단을 전환할 수 있는 기능을 갖고 있다. 전력 공급부(130)로서는, 예를 들면, 교류 전원(160)으로부터 모터(170)에의 전력 경로에 개삽(介揷)된 콘택터, 서보 드라이버, 또는 인버터 등의 전력 변환 장치를 채용할 수 있다.

도어 스위치(110)는, 기계적인 가드나 커버가 폐지되어 있는 것을 검출하기 위한 스위치이다. 도어 스위치(110)에는, 문(140)에 부착된 조작 키(150)가 착탈됨에 의해 동작한다. 이에 의해 도어 스위치(110)는, 문(140)의 개폐를 검출함과 함께, 문(140)의 개폐를 나타내는 신호(DET)를 세이프티 컨트롤러(120)에 출력한다. 또한, 이 조작 키(150)는, 도 8 등에서 후술하는 바와 같은 도어 스위치(110)의 내부에 마련되는 동작부의 형상에 대응한 형상의 것이 이용된다. 동작부의 형상에 대응하지 않은 조작 키를 이용한 경우에는, 도어 스위치(110)를 동작시킬 수는 없다.

도어 스위치(110)의 구성은, 상기한 바와 같이 조작 키(150)의 삽탈에 의해 행하여지는 구성으로는 한정되지 않고, 예를 들면, 문(140)을 닫음에 의해 도어 스위치(110)에 마련된 레버를 동작시키는 구성이라도 좋다. 그러나, 안전상의 관점에서, 작업자 등에 의해, 문이 개방 상태인 채임에도 불구하고 고의로 도어 스위치를 동작시킴에 의해 기계를 동작할 수 있도록 한 무효화 조작을 할 수 없도록 하기 위해, 상기한 바와 같은 조작 키를 이용한 도어 스위치를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 도어 스위치에 대응한 액추에이터를 이용한 비접촉식의 도어 스위치로 하는 구성으로 하여도 좋다.

세이프티 컨트롤러(120)는, 도어 스위치(110)로부터의 검출 신호(DET)를 받는다. 그리고, 이 검출 신호(DET)에 의거하여, 전력 공급부(130)에 대해 인터로크 신호(ILK)를 출력한다. 구체적으로는, 문(140)이 개방되어 있는 경우에는, 전력 공급부(130)로부터 모터(170)에의 구동 전력을 차단하도록 인터로크 신호(ILK)가 설정된다. 한편, 문(140)이 폐지되어 있는 경우에는, 전력 공급부(130)로부터 모터(170)에의 구동 전력의 공급을 허가하도록 인터로크 신호(ILK)가 설정된다.

또한, 세이프티 컨트롤러(120)는, 전력 공급부(130)의 이상의 유무를 나타내는 신호(STAT)를 전력 공급부(130)로부터 받는다. 그리고, 전력 공급부(130)에 이상이 생기고 있는 것을 검출한 경우에는, 전력 공급부(130)로부터 모터(170)에의 구동 전력의 공급을 차단하도록 인터로크 신호(ILK)가 설정된다.

또한 세이프티 컨트롤러(120)는, 도어 스위치(110)가 정상인지의 여부를 판정하기 위해, 예를 들면 미리 정해진 시간 간격으로, 도어 스위치(110)에 대해 테스트 신호(TEST)를 출력한다. 그리고, 이 테스트 신호(TEST)에 대해 도어 스위치(110)로부터 수신한 신호가, 테스트 신호에 대응한 신호 패턴이 아닌 경우에는, 세이프티 컨트롤러(120)는, 도어 스위치(110)에 이상이 생기고 있다고 판정하고, 전력 공급부(130)로부터의 전력 공급을 차단한다. 또한, 도어 스위치(110)가, 스스로의 이상의 유무를 나타내는 신호를 출력 가능한 경우에는, 세이프티 컨트롤러(120)는, 그 신호를 이용하여 이상의 유무를 판정하도록 하여도 좋다.

즉, 이와 같은 구성으로 함으로써, 세이프티 컨트롤러(120)는, 도어 스위치(110) 및 전력 공급부(130)를 감시함과 함께, 그 감시 결과(검출 결과)를 전력 공급부(130)에 출력한다. 이에 의해, 제어 시스템(100)은, ISO13849-1의 카테고리 2에 준거한 구성을 갖는다. 구체적으로는, 도어 스위치(110)가 도 2에서의 입력 기기(I)의 기능을 실현하고, 세이프티 컨트롤러(120)가 도 2에서의 논리 연산 기기(L) 및 점검 기기(TE)의 기능을 실현하고, 전력 공급부(130)가 도 2에서의 출력 기기(O) 및 점검 결과의 출력(OTE)의 기능을 실현한다.

또한, 도 3에 도시되는 바와 같이, ISO13849-1 : 2006에 의하면, 카테고리 2로 달성 가능한 PL(퍼포먼스 레벨)은 「a」 내지 「d」가 된다. 따라서 도 4에서 도시되는 시스템에서는, 퍼포먼스 레벨「a」 내지 「d」에 적합 가능한 시스템이 구축 가능하다.

[종래의 도어 스위치의 문제점]

다음에 도 5 내지 도 7을 이용하여, 종래의 도어 스위치에서의 문제점에 관해 설명한다. 도 5를 참조하면, 도어 스위치(300)는, 동작부인 캠(340)을 포함하는 제 1의 몸체(310)와, 조작 로드(350), 스프링 기구(360) 및 검출부(380)를 포함하는 제 2의 몸체(320)를 포함하여 구성된다. 검출부(380)는, 이동 접점(365)과 고정 접점(370)을 포함한다.

캠(340)은, 액추에이터인 조작 키(330)가 제 1의 몸체(310)에 형성된 삽입구(311)로부터 삽입됨에 의해, 회전축(341)을 중심으로 하여 회전한다. 캠(340)에는, 검출부(380)의 이동 접점(365)을 동작시키기 위한 조작 로드(350)가 접촉하고 있다. 조작 로드(350)는, 스프링 기구(360)에 의해, 캠(340)의 방향으로 힘이 가세되어 있다.

도 5와 같이, 조작 키(330)가 삽입되지 않은 때에는, 캠(340)에 의해 조작 로드(350)가 압하(押下)되어, 고정 접점(370)과 이동 접점(365)이 비접촉의 상태가 된다. 이에 의해, 도어 스위치(300)로부터 오프의 검출 신호가 출력된다.

그리고, 도 6과 같이 조작 키(330)가 삽입되면, 캠(340)이 회전하고, 캠(340)에 형성된 노치부(342)가, 조작 로드(350)의 위치로 이동한다. 그러면, 지금까지 캠(340)에 의해 압하되어 있던 조작 로드(350)가, 스프링 기구(360)로부터의 가세력에 의해 압상(押上)되고, 그에 의해 고정 접점(370)과 이동 접점(365)이 접촉 상태가 된다. 이에 의해, 도어 스위치(300)로부터 온의 검출 신호가 출력된다.

이와 같이, 제 1의 몸체(310)인 헤드부와, 제 2의 몸체(320)인 스위치부가 분리 가능한 구성으로 하는 것은, 예를 들면, 캠(340)의 회전축(341)에 직접 레버가 부착된 형상의 헤드부로 변경함에 의해, 일반적인 레버형의 리밋 스위치로 할 수 있고, 스위치부를 공유화할 수 있다는 이점이 있다. 그 한편으로, 도어 스위치(300)에 강한 충격력이 가해진 경우에, 이 제 1의 몸체(310)와 제 2의 몸체(320)가 분리하여 버릴 가능성이 있다. 그러면, 도 7에 도시하는 바와 같이, 그때까지 캠(340)에 의해 압하되어 있던 조작 로드(350)가, 제 1의 몸체(310)와 제 2의 몸체(320)가 분리함에 의해 압상되어 버린다. 그리고, 고정 접점(370)과 이동 접점(365)이 접촉 상태가 되어 버려, 조작 키(330)가 빠진 상태 즉 문이 개방 상태이었던 경우라도 온의 검출 신호가 출력된 일이 생길 수 있다. 그 결과, 도어 스위치(300)의 고장에 의해 안전 상태가 확보되지 않은 상태가 되어 버린다는 문제가 일어날 수 있다.

또한, 도어 스위치(300)는, 조작 로드(350)와 같은 기구부를 갖기 때문에, 스위치 전체의 형상이 개략 직방체와 같은 형상이 되어 버리기 때문에, 문의 개폐 방향이나 문 주위에서의 기계의 상태에 의해서는, 부착 방향이 제약되어 버릴 우려가 있다. 이 과제를 해결하기 위해, 조작 키의 삽입 방향을 변경한 헤드부의 베리에이션을 갖도록 설계하는 것도 가능하지만, 설계·제작의 관점에서 비용 업의 요인이 될 수 있다.

그래서, 본 실시의 형태에 따른 도어 스위치에서는, 동작부인 캠과 같은 몸체 내에 검출부를 구비한 구성으로 함에 의해, 동작부와 검출부가 분리하여 버림에 의한 부적당함을 해소함과 함께, 스위치 전체의 크기를 소형화하고, 부착에 있어서의 제약을 완화한다.

[도어 스위치의 구성]

도 8 내지 도 10은, 본 실시의 형태에 따른 도어 스위치(110)의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 조작 키(150)가 빠진 상태를 도시하고. 도 9는 조작 키(150)가 삽입된 상태를 도시한다. 또한, 도 10은, 도 8 또는 도 9의 윗면에서 본 경우의 상태를 도시한다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 도어 스위치(110)는, 캠(230)과, 검출부(240)와, 검출부(240)를 구동하기 위한 기판(250)을 구비함과 함께, 이들을 일체로 수납하기 위한 몸체(210)를 또한 구비한다.

캠(230)은, 도 5에서 설명하는 비교예에서의 캠(340)과 마찬가지로, 몸체(210)에 형성된 삽입구(211)로부터 조작 키(150)가 삽입됨에 의해, 회전축(231)을 중심으로 하여 회전한다.

검출부(240)는, 예를 들면 포토 마이크로와 같은 광학식 검출 요소이고, 도 10에 도시하는 바와 같이, 캠(230)을 끼우고 투광부(241) 및 수광부(242)가 마련된다. 그리고, 조작 키(150)가 빠진 상태(즉, 문이 개방상태)에서는, 도 8과 같이, 캠(230)에 의해 투광부(241)로부터의 광이 차광되기 때문에, 도어 스위치(110)로부터는 오프의 검출 신호가 출력된다. 한편, 도 9와 같이, 조작 키(150)가 삽입된 상태(즉, 문이 폐지 상태)에서는, 캠(230)에 형성된 노치부(235)가 검출부(240)의 위치까지 이동함에 의해 투광부(241)로부터의 광이 통광(通光)하여, 수광부(242)에 의해 검출된다. 이에 의해, 도어 스위치(110)로부터는 온의 검출 신호가 출력된다.

이와 같이, 동작부와 검출부를 일체의 몸체 내에 수납하는 구성으로 함에 의해, 상술한 바와 같이 헤드부와 스위치부가 분리하는 것을 본질적으로 배제하는 것이 가능해진다.

또한, 검출부를, 포토 마이크로와 같은, 기구부가 없더라도 동작부의 동작 상태의 검출이 가능한 전자 기기를 이용하여 구성함에 의해, 스위치 전체의 크기를 소형화할 수 있고, 도 8 등과 같이 개략 입방체로 하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 스위치 부착에 있어서의 치수상의 제약을 완화할 수 있다.

[검출부의 변형례]

또한, 검출부에 관해서는, 상술한 바와 같이 투광부 및 수광부가 캠을 끼우고 설치되는 구성으로는 한정되지 않는다. 예를 들면, 투광부와 수광부가 일체가 된 반사형의 광학식 검출 요소를 도 10에서의 투광부(241)의 위치에 배치하고, 반사판을 수광부(242)의 위치에 배치하도록 하여도 좋다. 또는, 광학식의 거리 검출 요소를 이용하여, 캠까지의 거리와 몸체 내벽까지의 거리와의 차에 의해 동작 상태를 검출하도록 하여도 좋다.

또한, 검출부는, 광학식 검출 요소 외에, 자기식 검출 요소를 이용하는 것도 가능하다. 도 11 내지 도 13은, 자기식 검출 요소를 이용한 경우의, 본 실시의 형태에 따른 도어 스위치(110A)의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 조작 키(150)가 빠진 상태를 도시하고. 도 12는 조작 키(150)가 삽입된 상태를 도시한다. 또한, 도 13은, 도 11 또는 도 12의 윗면에서 본 경우의 상태를 도시한다. 또한, 이 도어 스위치(110A)에서는, 도 8 내지 도 10에서 설명하는 도어 스위치(110)에서의 캠(230) 및 검출부(240)가, 캠(230A) 및 검출부(240A)로 치환된 것으로 되어 있다. 도 11 내지 도 13에서, 도 8 내지 도 10과 중복되는 요소의 설명은 반복하지 않는다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 캠(230A)에는, 도 8에서의 캠(230)에 형성된 노치부(235)에 상당하는 부분에, 자기(磁氣) 요소(232)가 부착된다. 자기 요소(232)는, 검출부(240A)의 형식에 응하여, 예를 들면 영구자석이나 금속판 등이 이용된다.

검출부(240A)는 자기식 검출 요소이고, 자기 요소(232)가 검출부(240A)에 대해 소정의 거리 이내로 근접함에 의해 온의 검출 신호를 출력한다. 자기식 검출 요소로서는, 예를 들면 근접 센서, 홀 소자, 리드 스위치 등이 포함된다.

이와 같은 구성에서, 조작 키(150)가 빠져 있는 경우에는, 자기 요소(232)와 검출부(240A)가 떨어지고 있기 때문에, 검출부(240A)로부터는 오프의 검출 신호가 출력된다. 한편, 조작 키(150)가 삽입된 경우에는, 그에 따라 캠(230A)이 회전하고, 자기 요소(232)가 검출부(240A)에 대향하는 위치로 이동한다. 이에 의해, 검출부(240A)로부터 온의 검출 신호가 출력된다.

또한, 검출부의 다른 예로서는, 상기 외에 정전용량형의 근접 센서나, 접점식의 소형 마이크로 스위치를 이용하는 것도 가능하다.

[도어 스위치의 변형례]

상술한 예에서는, 하나의 몸체 내에 동작부, 검출부, 및 기판을 일체로서 수납한 예에 관해 설명하였지만, 본 실시의 형태에서는, 반드시 하나의 몸체로 하는 것은 필수가 아니다.

도 14 및 도 15는, 내부의 구성 요소를 2개의 몸체로 분할하여 수납하는 경우의 도어 스위치(110B)의 예를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 내부의 구성 요소에 관해서는, 도 8과 같은 기능을 갖는 요소는 같은 참조 부호가 붙여져 있고, 그들의 설명은 반복하지 않는다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 도어 스위치(110B)는, 상부 몸체(215)와 하부 몸체(216)가 결합된 구조를 갖고 있다.

상부 몸체(215)에는, 동작부인 캠(230) 및 검출부(240)가 수납된다. 한편, 하부 몸체(216)에는, 검출부(240)를 구동하기 위한 기판(250)이 수납된다. 그리고, 검출부(240)는, 배선(245)을 통하여 기판(250)에 접속된다.

이와 같은 구성에서, 도 14와 같이 조작 키(150)가 삽입된 상태에서는, 캠(230)이 회전함에 의해 캠(230)에 형성된 노치부(235)가 검출부(240)의 위치로 이동한다. 이에 의해, 도 8에서 설명하는 바와 마찬가지로 검출부(240)의 수광부가 광을 검출하고, 온의 검출 신호가 출력된다.

여기서, 도어 스위치(110B)에 강한 충격이 가하여져서, 상부 몸체(215)와 하부 몸체(216)가 분리한 경우에는, 도 15에 도시되는 바와 같이, 검출부(240)와 기판(250)을 연결한 배선(245)이 절단된다. 그 때문에, 검출부(240)로부터의 검출 신호가 기판(250)에 전달되지 않게 되기 때문에, 기판(250)으로부터는 오프의 검출 신호가 출력된다. 그 결과, 예를 들어 조작 키(150)가 삽입된 상태인 채로 도어 스위치(110B)의 몸체가 분리하였다고 하여도, 도 4의 세이프티 컨트롤러(120)에의 검출 신호가 오프로 되기 때문에, 전력 공급부(130)로부터 모터(170)에의 전력이 차단되고 기계가 정지하고, 안전이 확보되게 된다.

또한, 상기한 설명에서는, 검출부(240)의 전체가 상부 몸체(215)에 수납되는 경우에 관해 설명하였지만, 예를 들면, 검출부(240)의 투광부가 상부 몸체(215)에 수납되고, 수광부가 하부 몸체(216)에 수납되는 구성이라도 좋다. 이 경우에도, 상부 몸체(215)와 하부 몸체(216)가 분리한 경우에는, 수광부에서 투광부로부터의 광을 검출할 수 없게 되기 때문에, 상기한 바와 마찬가지로 오프의 검출 신호가 출력된다.

이와 같이, 도어 스위치의 구성 요소를, 분리 가능한 복수의 몸체에 분할하여 수납하는 구성에서도, 검출부로서 전자 기기를 이용함에 의해 스위치 전체의 크기를 소형화할 수 있음과 함께, 스위치의 파손에 의해 몸체가 분리한 경우에도 안전이 확보되도록 할 수 있다.

[도어 스위치의 진단 수법]

안전 제어 시스템이 ISO13849-1의 카테고리 2에 적합하기 위해서는, 상술한 바와 같이, 입력 기기 즉 도 4에서는 도어 스위치의 감시 기능이 필요해진다.

도 16은, 도 8에서 설명한 광학식 검출 요소를 이용한 경우의, 도어 스위치와 세이프티 컨트롤러 사이의 전기적 접속을 도시한 도면이다.

도 16을 참조하면, 도어 스위치(110)에는, 상술한 바와 같이 검출부로서 투광부(241) 및 수광부(242)가 포함된다.

투광부(241)에는, 수광 소자로서 예를 들면 발광 다이오드(243)가 구비된다. 발광 다이오드의 애노드는 단자(T3)에 접속되고, 캐소드는 단자(T4)에 접속된다.

수광부(242)에는, 수광 소자로서 예를 들면 포토 트랜지스터(244)가 구비된다. 포토 트랜지스터의 컬렉터는 단자(T1)에 접속되고, 이미터는 단자(T2)에 접속된다.

세이프티 컨트롤러(120)는, 투광부(241)로 전원을 공급하기 위한 전원 단자(V1)와, 수광부(242)에 전원을 공급하기 위한 전원 단자(Vcc)와, 수광부(242)로부터의 검출 신호를 입력하기 위한 입력 단자(IN)와, 접지 단자(GND)를 포함한다.

전원 단자(V1) 및 접지 단자(GND)는, 투광부(241)의 단자(T3, T4)에 각각 접속된다. 전원 단자(Vcc) 및 입력 단자(IN)는, 수광부(242)의 단자(T1, T2)에 각각 접속된다.

세이프티 컨트롤러(120)는, 도어 스위치(110)의 감시 기간 이외의 경우에는, 투광부(241)로부터 광을 계속적으로 방사시키기 위해, 전원 단자(V1)에는, 소정의 전원 전압(예를 들면, Vcc와 같은 전압)을 계속적으로 인가한다. 그리고, 투광부(241)와 수광부(242) 사이의 광이 통광 상태라면, 포토 트랜지스터(244)가 활성화되어, 입력 단자(IN)에는 온의 검출 신호(즉, 논리 High 신호)가 입력된다. 한편, 투광부(241)와 수광부(242) 사이의 광이 차광 상태인 경우에는, 포토 트랜지스터(244)가 비활성화되어, 입력 단자(IN)에는 오프의 검출 신호(즉, 논리 Low 신호)가 입력된다.

세이프티 컨트롤러(120)는, 도어 스위치(110)의 감시를 행하는 경우에는, 전원 단자(V1)에 미리 정해진 주기 패턴으로 전원 전압의 인가, 정지를 반복하는 전압 펄스를 인가한다. 이때, 투광부(241)와 수광부(242) 사이의 광이 통광 상태인 경우에는, 도어 스위치(110)가 정상이라면, 입력 단자(IN)에는, 전원 단자(V1)에 인가한 전압 펄스에 대응한 패턴의 신호가 입력된다.

만약, 투광부(241) 및 수광부(242)의 어느 한쪽에 이상이 발생하고 있는 경우에는, 인가한 전압 펄스에 대해, 검출 신호가 온인 채로, 또는 오프인 채로 될 수 있다. 이와 같이, 인가한 전압 펄스와, 입력된 입력 신호를 비교함에 의해, 도어 스위치(110)의 감시 기능을 실현할 수 있다.

또한, 투광부(241)와 수광부(242) 사이의 광이 차광된 상태인 경우에는, 투광부(241)에 전압 펄스를 인가하여도, 수광부(242)에서는 투광부(241)로부터의 광의 변화는 검출되지 않기 때문에, 이 경우에는 도어 스위치(110)의 이상의 유무를 검출할 수가 없다. 그러나, 이와 같은 차광 상태인 경우에는, 일반적으로, 조작 키(150)가 인발된 상태이고, 모터(170)에의 전원 공급이 되지 않고 안전이 유지된 상태로 되기 때문에, 안전상의 문제로는 되지 않는다.

도 17은, 예를 들면, 방호벽에 복수의 진입구가 있는 경우와 같이, 복수의 도어 스위치가 이용되는 경우의, 도어 스위치와 세이프티 컨트롤러와의 사이의 전기적 접속을 도시한 도면이다. 도 17에서는, 도 16의 구성에 더하여, 도어 스위치(110#)가 더욱 추가된 구성으로 되어 있다.

도 17을 참조하면, 도어 스위치(110#)는, 기본적으로 도어 스위치(110)와 같은 구조를 갖는다. 수광부(242#)의 단자(T1#)는, 세이프티 컨트롤러(120)의 전원 단자(Vcc)에 접속되고, 단자(T2#)는, 세이프티 컨트롤러(120)의 입력 단자(IN)에 접속된다. 투광부(241#)의 단자(T4#)는, 세이프티 컨트롤러(120)의 접지 단자(GND)에 접속된다. 그리고, 투광부(241#)의 단자(T3#)는, 도어 스위치(110)의 단자(T2)에 접속된다.

이와 같이, 복수의 도어 스위치를 캐스케이드 접속함에 의해, 도어 스위치중의 적어도 하나에 이상이 생긴 경우에, 세이프티 컨트롤러(120)에 의해 이상을 검출할 수 있다.

또한, 도어 스위치의 접속은, 도 17에 도시한 바와 같은 접속 방식으로는 한정되지 않고, 예를 들면, 투광부에 관해서는 세이프티 컨트롤러(120)의 전원 단자(V1) 및 접지 단자(GND)에 대해 병렬로 접속하고, 수광부에 관해서는, 세이프티 컨트롤러(120)의 전원 단자(Vcc) 및 입력 단자(IN)의 사이에 직렬로 접속하는 방식이라도 좋다.

[ISO13849-1의 카테고리 3, 4에의 적합례]

상기한 설명에서는, ISO13849-1의 카테고리 2에 적합 가능한 도어 스위치에 관해 설명하였다.

다음에, 상술한 도어 스위치와 같은 효과를 이루는 ISO13849-1의 카테고리 3, 4에 적합 가능한 도어 스위치에 관해 설명한다.

도 2에서 설명한 바와 같이, ISO13849-1의 카테고리 3, 4에 적합한 안전 제어 시스템에서는, 입력 기기 및 논리 연산 기기가 이중화된 구성으로 함과 함께, 논리 연산 기기간의 크로스 모니터링 기능을 갖는 것이 요구된다.

도 18은, ISO13849-1의 카테고리 3 또는 4에 적합한 인터로크 스위치를 이용한 안전 제어 시스템(10A)을 도시하는 도면이다.

도 18을 참조하면, 제어 시스템(100A)은, 도 4에서 도어 스위치(110)에 대신하여 , 2개의 검출부(181, 182)를 포함하는 도어 스위치(180)를 구비함과 함께, 2개의 검출부(181, 182)에 각각 대응하는 세이프티 컨트롤러(121, 122)를 구비한다.

각 세이프티 컨트롤러 및 검출부의 기능은, 도 4에서 세이프티 컨트롤러(120) 및 도어 스위치(110)의 기능과 같기 때문에 반복하지 않지만, 2개의 세이프티 컨트롤러(121, 122)는, 서로 상대의 이상의 유무를 검출하는 크로스 모니터링의 기능을 또한 갖고 있다.

이와 같이, 도어 스위치에 복수의 검출부를 구비하는 구성으로 함에 의해, ISO13849-1의 카테고리 3 또는 4에 적합한 인터로크 스위치로 할 수 있다.

도 19 및 도 20은, 이와 같은 복수의 검출부를 구비한 도어 스위치(180)의 내부 구성의 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 19는 조작 키(150)가 인발된 상태를 도시하고. 도 20은 조작 키(150)가 삽입된 상태를 도시한다.

도 19 및 도 20을 참조하면, 도어 스위치(180)는, 도 8의 도어 스위치(110)에서의 캠(230)이 캠(260)으로 치환됨과 함께, 검출부(240)에 대신하여 2개의 검출부(181, 182)가 구비된다.

캠(260)에는, 2개의 노치부(261, 262)가 형성된다. 그리고, 검출부(181, 182)는, 조작 키(150)가 삽입되어 캠(260)이 회전한 때의, 이들 노치부(261, 262)에 대응하는 위치에 배치된다. 이와 같은 구성으로 함에 의해, 동작부인 캠(260)의 동작 상태를, 2개의 검출부(181, 182)에 의해 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 도 19, 도 20에서는, 캠(260)에, 2개의 검출부(181, 182)에 대응한 개별의 노치부(261, 262)를 형성하는 구성에 관해 설명하였지만, 예를 들면 검출부의 크기가 작은 경우에는, 2개의 검출부를 인접하여 배치하고, 같은 노치부의 동작 상태를 2개의 검출부에서 검출하도록 하여도 좋다.

또한, 이와 같은, 2개의 검출부를 갖는 도어 스위치를 이용하지 않더라도, 도 8에 도시한 하나의 검출부를 갖는 도어 스위치를 2개 이용함에 의해, 도 18에 상당하는 제어 시스템을 구축함에 의해, ISO13849-1의 카테고리 3, 4에 적합한 안전 제어 시스템으로 하는 것도 가능하다.

금회 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각하여야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 되는 것이 의도된다.

10, 10A : 안전 제어 시스템
100, 100A : 제어 시스템
110, 110A, 110B, 180, 300 : 도어 스위치
120, 121, 122 : 세이프티 컨트롤러
130 : 전력 공급부
140 : 문
150, 330 : 조작 키
160 : 교류 전원
170 : 모터
181, 182, 240, 240A, 380 : 검출부
210, 215, 216, 310, 320 : 몸체
211, 311 : 삽입구
230, 230A, 260, 340 : 캠
231, 341 : 회전축
232 : 자기 요소
235, 261, 262, 342 : 노치부
241, 241# : 투광부
242, 242# : 수광부
243, 243# : 발광 다이오드
244, 244# : 포토 트랜지스터
245 : 배선
250 : 기판
350 : 조작 로드
360 : 스프링 기구
365 : 이동 접점
370 : 고정 접점
GND : 접지 단자
T1 내지 T4, T1# 내지 T4# : 단자
V1, Vcc : 전원 단자

Claims

제 1의 몸체와,
상기 제 1의 몸체와 결합되는 제 2의 몸체와,
키를 포함하는 액추에이터의 조작에 의해 동작하는 동작부와,
상기 동작부의 동작 상태를 광학적으로 검출하기 위한 검출 요소로서 포토 마이크로 센서를 포함함과 함께, 검출한 상기 동작 상태에 관한 신호를 출력하기 위한 검출부를 구비하고,
상기 동작부는, 상기 키가 상기 동작부의 형상에 대응한 형상인 경우는, 상기 제 1의 몸체에의 상기 키의 삽입 조작에 의해 동작하는 한편으로, 상기 키가 상기 동작부의 형상에 대응한 형상이 아닌 경우는, 상기 삽입 조작에 의해 동작하지 않도록 구성되고, 동작 상태인 경우에 상기 검출부의 광을 통광시키는 한편, 비동작 상태인 경우에 상기 광을 차광하고,
상기 제 1의 몸체는, 상기 검출부의 적어도 일부와, 상기 동작부를 수납하고,
상기 검출부는, 상기 제 1의 몸체와 상기 제 2의 몸체가 분리된 경우는, 상기 동작부가 비동작 상태를 나타내는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 스위치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 제 1의 몸체는, 입방체의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 스위치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 검출부를 구동하기 위한 회로 기판을 또한 구비하고,
상기 동작부 및 상기 검출부는, 상기 제 1의 몸체에 수납되고,
상기 회로 기판은, 상기 제 2의 몸체에 수납되고,
상기 검출부는, 상기 제 1의 몸체와 상기 제 2의 몸체가 분리된 경우에, 상기 검출부와 상기 회로 기판 사이의 신호 전달이 차단됨에 의해, 상기 동작부가 비동작 상태를 나타내는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제1항에 있어서,
상기 스위치에서의 이상의 유무를 감시하기 위해, 외부로부터 공급되는 시험 신호를 입력하기 위한 입력부를 또한 구비하고,
상기 검출부는, 이상이 발생하지 않은 경우는, 상기 입력부에서 받은 상기 시험 신호에 대응한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제1항에 있어서,
상기 검출부는, 적어도 2개의 검출 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.