(57)【要約】【課題】正常に導通、非導通するかどうかを検出する機能を有する非接触安全スイッチ及び機械制御システムを提供する。【解決手段】安全スイッチ１は、リードスイッチ１１と、第１の端子１３と，第２の端子１４と、リードスイッチ１１の両端外周に分離して施されそれぞれが独立した２つのコイル１２Ａ，１２Ｂ（磁界発生部に相当）と、コイル１２Ａに電流を流す第３の端子１５ａ，１５ｂと、コイル１２Ｂに電流を流す第３の端子１６ａ，１６ｂとを有する。コイル１２Ａ，１２Ｂに電流を流すことにより、リードスイッチ１１の接点を強制的に引き離す方向に磁界を作用させ、ＯＦＦするか否かで故障検出を判定するＯＦＦチェックと、リードスイッチ１１の接点を強制的にくっつける方向に磁界を作用させ、ＯＮするか否かで故障検出を判定するＯＮチェックとを行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子と、
第２の端子と、
扉の接近による磁界によって、前記第１の端子と前記第２の端子との間を導通又は非導通にするリードスイッチと、
前記リードスイッチに磁界を作用させる磁界発生部と、
前記扉の接近に関わらず、前記磁界発生部を駆動して前記リードスイッチに磁界を作用させ、前記第１の端子と前記第２の端子との間を強制的に導通又は非導通にする制御信号を入力するための第３の端子と、
を備えたことを特徴とする非接触安全スイッチ。
【請求項２】
前記磁界発生部は、前記リードスイッチの両端外周に分離して施された２つのコイルであり、この２つのコイルはつながった１本のコイル巻線で構成されている請求項１記載の非接触安全スイッチ。
【請求項３】
前記磁界発生部は、前記リードスイッチの両端外周に分離して施された２つのコイルであり、この２つのコイルはそれぞれが分離独立している請求項１記載の非接触安全スイッチ。
【請求項４】
機械を制御するための機械制御システムであって、
請求項１〜３のいずれか記載の非接触安全スイッチと、
前記第１の端子、前記第２の端子及び前記第３の端子に電気的に接続され、前記第１の端子と前記第２の端子との間の導通又は非導通を受けると、前記制御信号を前記第３の端子に出力し、これに対する前記第１の端子と前記第２の端子との間の導通又は非導通が所定条件を満たせば、前記機械の動作を許可する制御部と、
を備えたことを特徴とする機械制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械設備などに用いられる非接触安全スイッチ及び該非接触安全スイッチを備えた機械制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１のような安全スイッチがある。本スイッチは安全に関わるため、導通（ＯＮ（オン））、非導通（ＯＦＦ（オフ））が正常に行われるかどうかが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１９１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、安全スイッチが正常に導通、非導通するかどうかを検出する機能がなかった。
【０００５】
本発明は、上記の実情を鑑みてなされたものであり、正常に導通、非導通するかどうかを検出する機能を有する非接触安全スイッチ及び機械制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、第１の端子と、第２の端子と、扉の接近による磁界によって、前記第１の端子と前記第２の端子との間を導通又は非導通にするリードスイッチと、前記リードスイッチに磁界を作用させる磁界発生部と、前記扉の接近に関わらず、前記磁界発生部を駆動して前記リードスイッチに磁界を作用させ、前記第１の端子と前記第２の端子との間を強制的に導通又は非導通にする制御信号を入力するための第３の端子と、を備えたことを特徴とする非接触安全スイッチである。
【０００７】
ここで、「端子」とは、信号を入力、出力するものであればよく、通常のいわゆる端子と呼ばれるものの他に、非接触安全スイッチの内部から外部に引き出す配線などでもよい。
上記の構成によれば、第３の端子に制御信号を与えることにより、扉の接近に関わらず、第１の端子と第２の端子との間を強制的に導通又は非導通にすることで、非接触安全スイッチが正常に導通、非導通するかどうかを検出することができる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の非接触安全スイッチであって、前記磁界発生部は、前記リードスイッチの両端外周に分離して施された２つのコイルであり、この２つのコイルはつながった１本のコイル巻線で構成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、第３の端子を少ない数で構成することができ、比較的シンプルな構成の安全スイッチが構成される。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の非接触安全スイッチであって、前記磁界発生部は、前記リードスイッチの両端外周に分離して施された２つのコイルであり、この２つのコイルはそれぞれが分離独立していることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、コイルに流す電流方向を切換えることにより、ＯＦＦチェック及びＯＮチェックが可能となる。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、機械を制御するための機械制御システムであって、請求項１〜３のいずれか記載の非接触安全スイッチと、前記第１の端子、前記第２の端子及び前記第３の端子に電気的に接続され、前記第１の端子と前記第２の端子との間の導通又は非導通を受けると、前記制御信号を前記第３の端子に出力し、これに対する前記第１の端子と前記第２の端子との間の導通又は非導通が所定条件を満たせば、前記機械の動作を許可する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、非接触安全スイッチが正常に導通、非導通するかどうかを検出し、検出結果に応じて機械の動作を制御することができるので、安全性の向上した機械制御システムが構築される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第３の端子に制御信号を与えることにより、扉の接近に関わらず、第１の端子と第２の端子との間を強制的に導通又は非導通にすることで、非接触安全スイッチが正常に導通、非導通するかどうかを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における非接触安全スイッチの適用例を示す構成図。
【図２】本発明の実施形態の非接触安全スイッチが適用された本発明の実施形態における機械制御システムの構成図。
【図３】本発明の実施形態における機械制御システムにおける故障検出処理を示すフローチャート。
【図４】機械制御システムの変形例の構成図。
【図５】機械制御システムの他の変形例の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態における非接触安全スイッチ（以下、安全スイッチと略称する）の適用例を示す構成図であり、産業用ロボット等の機械３を囲む安全柵４の出入口２００に適用された例を示している。機械３が設置された場所では、作業者（図示せず）が機械３に巻き込まれて負傷するといったトラブルを防止するために、機械３を安全柵４で囲み、出入口２００の扉５が開いて、そこから作業者が自由に出入りできる状態では機械３が動作しないように設計されている。
【００１７】
詳しくは、安全柵４は部屋１００を囲み、部屋１００内には機械３が設置されている。安全柵４には、出入口２００が設けられ、出入口２００を通って作業者や搬送物が外部と部屋１００との間を出入りできる。また、安全柵４には、出入口２００を閉じるための扉５が設けられている。扉５は、横方向Ｚに自在に移動できる。
【００１８】
安全柵４の端部４ａ付近には、安全スイッチ１が設けられている。扉５の端部５ａには、磁石よって実現される操作部材２が取り付けられている。扉５を開いた状態では、安全スイッチ１は非導通状態（ＯＦＦ状態）であり、制御部６はこの非導通状態を受けると、機械３の動作を許可しない。また、扉５を閉じると安全スイッチ１は操作部材２の接近に反応して導通状態（ＯＮ状態）になり、制御部６はこの導通状態を受けると、機械３の動作を許可する。
【００１９】
図２は本発明の実施形態の安全スイッチが適用された本発明の実施形態における機械制御システムの構成図である。機械制御システム１０は、安全スイッチ１と、安全スイッチ１からの信号処理を行う制御部６と、機械３の運転・停止を制御する機械制御部８とを有する。安全スイッチ１は、リードスイッチ１１と、第１の端子１３と，第２の端子１４と、リードスイッチ１１の両端外周に分離して施された２つのコイル１２Ａ，１２Ｂ（磁界発生部に相当）と、コイル１２Ａに電流を流す第３の端子１５ａ，１５ｂと、コイル１２Ｂに電流を流す第３の端子１６ａ，１６ｂとを有する。
【００２０】
リードスイッチ１１は、２本の強磁性リードが適当な間隔を保って不活性ガスと共にガラス管等の密閉容器に封入された構造の一般的なリードスイッチである。また、コイル１２Ａとコイル１２Ｂとはそれぞれが独立した構成であって、コイル１２Ａとコイル１２Ｂとは、巻く方向が同一方向となっている。
【００２１】
第１の端子１３，第２の端子１４，第３の端子１５ａ，１５ｂ、１６ａ，１６ｂは制御部６に電気的に接続されている。
【００２２】
ここで扉５が閉じられている場合、安全スイッチ１は、リードスイッチ１１が操作部材２からの磁界を受けて第１の端子１３と第２の端子１４との間を導通にしている。第１の端子１３を入力側、第２の端子１４を出力側とすると、第２の端子１４からは導通にしていること（すなわち、ＯＮ状態）を示す信号が出力されていることになる。制御部６はＯＮ状態を示す信号を受けていると、機械運転許可信号を機械制御部８に送る。機械制御部８は機械運転許可信号を受けている状態で、さらに、機械制御部８に記憶された自動運転プログラムによる機械運転命令信号があれば、機械３を動かす（運転する）。
【００２３】
扉５が開いている場合、安全スイッチ１は、リードスイッチ１１が操作部材２からの磁界を受けず第１の端子１３と第２の端子１４との間を非導通にしており、第２の端子１４からは非導通にしていること（すなわち、ＯＦＦ状態）を示す信号が出力されていることになる。制御部６はＯＦＦ状態を示す信号を受けていると、機械運転停止信号を機械制御部８に送る。機械制御部８は機械運転停止信号を受けている状態では機械３を動かさない状態にする。
【００２４】
制御部６は扉５の開閉状態に関わらず、例えば内蔵のタイマーにより、定期的に安全スイッチ１の故障検出処理（安全スイッチ１が正常に導通、非導通するかどうかを検出する処理）を実行する。ここで、故障検出処理としては、ＯＦＦチェックとＯＮチェックの２つの態様がある。ＯＦＦチェックは、リードスイッチ１１がＯＮ状態の時に、リードスイッチ１１の接点を強制的に引き離す方向に磁界を作用させ、ＯＦＦするか否かで故障検出を判定するものである。これにより、機械運転中に扉５を開けると、機械３が停止する安全側に確実に移行することができるかをチェックすることができる。安全スイッチ１がＯＦＦすれば正常であり、ＯＦＦしない場合は接点溶着が発生していることになる。また、ＯＮチェックは、リードスイッチ１１がＯＦＦ状態の時に、リードスイッチ１１の接点を強制的にくっつける方向に磁界を作用させ、ＯＮするか否かで故障検出を判定するものである。安全スイッチ１がＯＮすれば正常であり、ＯＮしない場合は断線が発生していることになる。
【００２５】
図３は本発明の実施形態における機械制御システムにおける故障検出処理を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１において、扉５の開閉状態の判定が行われる。具体的には、制御部６は、第２の端子１４の信号がＯＮ状態を示していれば、扉５が閉じられていると判定してステップ２に移り、ＯＮ状態を示してなければ（つまり、ＯＦＦ状態であれば）、扉５が開いていると判定してステップＳ５に移る。
【００２６】
次いで、ステップＳ２では故障チェック信号判定処理が行われる。このステップＳ２での故障チェックはＯＦＦチェックである。具体的には、制御部６は、コイル１２Ａに関しては、第３の端子１５ａ→第３の端子１５ｂの方向に電流を流し、コイル１２Ｂに関しては、第３の端子１６ｂ→第３の端子１６ａの方向に電流を流し、第２の端子１４の信号を監視する。そして、第２の端子１４からＯＮ状態を示す信号（故障チェック信号）が入力されない場合は、正常と判断してステップＳ３に移り、そうでない場合はステップＳ４に移る。
【００２７】
詳細に説明すれば、コイル１２Ａとコイル１２Ｂとは巻き方向が同一であるため、コイル１２Ａとコイル１２Ｂで逆相の磁界が発生する。しかも、この時のコイル１２Ａ，１２Ｂで発生する磁界は、操作部材２の接近で発生する磁界よりも大きくなるように設定されている。これにより、リードスイッチ１１には強制的に接点を引き離す方向に磁界が作用し、ＯＦＦ状態となった場合は、溶着しておらず、安全側に確実に移行できると判断されることになる。
【００２８】
ステップＳ３では、制御部６は機械制御部８に機械運転許可信号を出力し、故障検出処理を行う前の元の状態に戻る。これにより、機械制御部８は継続して機械運転許可信号を受けているので、上述のように、機械制御部８に記憶された自動運転プログラムによる機械運転命令信号があれば、機械３を動かす（運転する）。ステップＳ４では、制御部６はエラー信号を機械制御部８に出力する。機械制御部８はエラー信号を受けると機械３の動きを停止し、例えば警報ランプを点灯させることで管理者に知らせる。
【００２９】
ステップＳ５では、故障チェック信号判定処理が行われる。このステップＳ５での故障チェックはＯＮチェックである。具体的には、制御部６はコイル１２Ａに関しては、第３の端子１５ａ→第３の端子１５ｂの方向に電流を流し、コイル１２Ｂに関しては、第３の端子１６ａ→第３の端子１６ｂの方向に電流を流し、第２の端子１４の信号を監視する。コイル１２Ａとコイル１２Ｂとは巻き方向が同一であるため、コイル１２Ａとコイル１２Ｂで同相の磁界が発生する。これにより、リードスイッチ１１には強制的に接点を吸引する方向に磁界が発生する。そして、第２の端子１４からＯＦＦ状態を示す信号（故障チェック信号）が入力されない場合は、正常と判断してステップＳ６に移り、そうでない場合は、ステップＳ７に移る。
【００３０】
ステップＳ６では制御部６は継続して機械制御部８に機械運転停止信号を出力し、故障検出処理を行う前の元の状態に戻る。これにより、機械制御部８は継続して機械３を動かさない状態にする。ステップＳ７では制御部６はエラー信号を機械制御部８に出力する。機械制御部８はエラー信号を受けると、引き続き機械の動きを停止したまま、例えば警報ランプを点灯させることで管理者に知らせる。
【００３１】
このようにして、定期的に故障検出処理を行うことにより、安全スイッチ１が正常にＯＮ、ＯＦＦするかどうかが検出され、より安全性が向上する。
【００３２】
尚、安全スイッチ１の故障チェックは、扉５を閉じている状態から開けると、機械が停止する安全側に確実に移行することができるかをチェックすることが必要であることから、ＯＦＦチェックは扉５を閉じている状態（つまり、第２の端子１４からの信号がＯＮ状態を示す場合）に行うことが必須である。従って、ＯＮチェック・ＯＦＦチェックを行うタイミングは、第２の端子１４からの信号がＯＮ状態、ＯＦＦ状態のいずれの場合でも行うようにしてもよいが、少なくとも、第２の端子１４からの信号がＯＮ状態を示す場合は行うようにするのが好ましい。
【００３３】
（その他の事項）
（１）上記実施の形態では、コイル１２Ａとコイル１２Ｂとは巻き方向が同一方向であったけれども、巻き方向が逆方向であってもよい。このような構成であれば、ＯＦＦチェック時には、コイル１２Ａに関しては、第３の端子１５ａ→第３の端子１５ｂの方向に電流を流し、コイル１２Ｂに関しては、第３の端子１６ａ→第３の端子１６ｂの方向に電流を流せば、コイル１２Ａとコイル２Ｂで逆相の磁界が発生するので、強制的に接点を引き離す力が発生し、ＯＦＦチェックが可能となる。また、ＯＮチェック時には、コイル１２Ａに関しては、第３の端子１５ａ→第３の端子１５ｂの方向に電流を流し、コイル１２Ｂに関しては、第３の端子１６ｂ→第３の端子１６ａの方向に電流を流せば、コイル１２Ａとコイル１２Ｂで同相の磁界が発生するので、強制的に接点を吸引する力が発生し、ＯＮチェックが可能となる。
【００３４】
（２）上記実施の形態では、コイル１２Ａとコイル１２Ｂとはそれぞれが独立した構成であったけれども、図４に示すように、コイル１２Ａとコイル１２Ｂとがつながった１本のコイル巻線で構成されたものであってもよい。このようなコイル１２Ａとコイル１２Ｂとがつながった構成で、且つ、コイル１２Ａとコイル１２Ｂとの巻き方向が逆方向である構成であれば、ＯＦＦチェック時には、コイル１２Ａ，１２Ｂに関して、第３の端子１７ａ→第３の端子１７ｂの方向に電流を流せば、コイル１２Ａとコイル１２Ｂで逆相の磁界が発生するので、強制的に接点を引き離す力が発生し、ＯＦＦチェックが可能となる。一方、コイル１２Ａとコイル１２Ｂとがつながった構成であっても、コイル１２Ａとコイル１２Ｂとの巻き方向が同一方向であれば、第３の端子１７ａ→第３の端子１７ｂの方向に電流を流せば、コイル１２Ａとコイル１２Ｂで同相の磁界が発生するので、強制的に接点を吸引する力が発生し、ＯＮチェックが可能となる。このようにコイル１２Ａとコイル１２Ｂとがつながった１本のコイル巻線で構成された安全スイッチでは、コイル１２Ａとコイル１２Ｂの巻き方向を同一方向とするか逆方向とするかによって、ＯＦＦチェック又はＯＮチェックが可能となる。
【００３５】
（３）上記実施の形態及び図４に示す構成では、リードスイッチ１１は１個であったけれども、図５に示すように、リードスイッチ１１を２個設ける構成、更には３個以上設ける構成であってもよい。尚、従来、リードスイッチを複数個設ける安全スイッチでは、二重化による接点開閉の同一性の確認の際に生じる問題、即ち、故障判別のために磁石を接近させて接点の開閉を行った時、ゆっくり磁石を近づけた場合（スローアクション時）片方のリードスイッチの接点のみ反応するため、接点開閉の同一性を失い故障と判別してしまうという問題があった。この問題に関し、本発明では、リードスイッチ１１を複数個設ける構成であっても、磁石の接近に関わらず故障チェックが可能なため、スローアクション時に誤って故障と判別してしまう問題を解決できる。
【００３６】
（４）上記実施の形態等において、「端子」とは、信号を入力、出力するものであればよく、通常のいわゆる端子と呼ばれるものの他に、安全スイッチの内部から外部に引き出す配線などでもよい。
【００３７】
（５）上記実施の形態等において、リードスイッチ１１はａ接点で構成されていたが、ｂ接点で構成するようにしてもよい。
【００３８】
（６）上記実施の形態では、扉５側に操作部材２を取り付け、安全柵（壁）４側に安全スイッチ１を取り付けた場合を説明したが、扉５側に安全スイッチ１を取り付け、安全柵（壁）４側に操作部材２を取り付けた場合でもよい。どちらの場合でも、扉５の接近による磁界によって第１の端子と第２の端子との間をリードスイッチ１１は導通又は非導通にする。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、機械設備などに用いられる非接触安全スイッチ及び該非接触安全スイッチを備えた機械制御システムに適用される。
【符号の説明】
【００４０】
１：安全スイッチ
２：操作部材
３：機械
５：扉
６：制御部
１０：機械制御システム
１１：リードスイッチ
１２Ａ，１２Ｂ：コイル（磁界発生部）
１３：第１の端子
１４：第２の端子
１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ：第３の端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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