(57)【要約】【課題】ドアの開閉検知スイッチに採用した発振形近接スイッチの検知信頼性を高め、併せてドアを閉じた際の衝撃から近接スイッチを安全に保護できるように改良する。【解決手段】ドア１に取り付けた金属製の検出体２ａを発振形近接スイッチ３の検出面３ａに対峙させ、ドアが閉じた際に前記検出体の接近を検出して近接スイッチから「ドア閉」の検知信号を出力させるようにしたドア開閉検知センサ装置において、発振形近接スイッチに比較回路（ウインドウコンパレータ）６を装備し、検出体２ａの接近を感知して出力回路７から検知信号を出力するＯＮ領域を近接スイッチの検出面から間隔をおいた特定範囲に設定するようにし、さらに前記検出体２ａを樹脂，ゴム等の外殻体２ｂに埋め込んで近接スイッチの検出面に対峙させ、ドアが閉じた状態で検出体が前記ＯＮ領域の範囲内に位置するように外殻体の厚みｄを定めておく。【選択図】      図１
2005133465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振形近接スイッチを用いてドアの開閉状態を検知するドア開閉検知センサ装置であり、ドア側に取り付けた金属製の検出体を発振形近接スイッチの検出面に対峙させ、ドアが閉じた際に前記検出体の接近を検出して近接スイッチから「ドア閉」の検知信号を出力させるようにしたものにおいて、
発振形近接スイッチには、その検知動作特性として、検出体の接近を感知して検知信号を出力するＯＮ領域を近接スイッチの検出面から離間した特定範囲に定めるとともに、ドア側に取り付けた検出体を非金属の外殻体で覆って近接スイッチの検出面に対峙させ、かつドアを閉じた状態で検出体が前記の特定範囲内に位置するように前記外殻体の厚みを定めたことを特徴とするドア開閉検知センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ装置において、発振形近接スイッチの発振回路と出力回路との間にウインドウコンパレータを用いた比較回路を備え、発振回路の出力電圧が前記ＯＮ領域の所定範囲内に対応している条件で出力回路を介して検知信号を出力させるようにしたことを特徴とするドア開閉検知センサ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサ装置において、検出体を覆う緩衝用外殻体が樹脂あるいはゴム等の弾性材からなることを特徴とするドア開閉検知センサ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサ装置において、発振形近接スイッチには複数の検出コイルを備え、検出コイルごとにそのＯＮ領域の特定範囲を別々に設定するとともに、ドア側には前記各検出コイルと個々に対応する複数の金属検出体を配し、かつ各検出体を該検出体に対応する検出コイルのＯＮ領域の特定範囲に合わせた位置に配置したことを特徴とするドア開閉検知センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設備機器などに付設した防護用扉, カバー等のドアを実施対象に、そのドアの開閉状態を電気的に検出するドア開閉検知センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス機のように運転中の機械に人が不用意に触れて人身事故を引き起こすおそれのある設備機器などでは、機械操作の安全性を確保するための保安対策として機械を囲って人の不要な侵入を制限し、そのワーク出入口のドア, 保守点検用ドアに開閉検知スイッチを装備した上で、該スイッチと設備機械との間を電気的にインターロックし、ドアが開いた際に検知スイッチの出力信号を基に機械の運転を強制停止させることが行われている。
また、ドアの開閉状態を検知するスイッチとしてリミットスイッチを用い、ドアの開閉動作に応動してリミットスイッチをＯＮ，ＯＦＦさせるようにしたもの、あるいはマグネット式ロックブロックにリードスイッチを組み合わせた磁気近接スイッチを用い、ドアの開閉動作に伴う磁気回路の磁束変化を捉えてリードスイッチのＯＮ，ＯＦＦさせるようにした構成が従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そのほか、ドア開閉検知に発振形近接スイッチを採用し、ドア側に取り付けた金属検出体の接近を発振形近接スイッチにより検出してドアの開閉状態を検知するようにした方式のものも実施されている。この発振形近接スイッチを用いたドア開閉検知センサ装置は、ドア側に取り付けた金属製の検出体に発振形近接スイッチの検出面を対峙させて配置し、ドアが閉じた際には近接スイッチが検出体の接近を検出して「ドア閉」の検知信号を出力し、ドアが開いて検出体が近接スイッチの検出面から遠ざかり近接スイッチが検出体を検知しなくなった状態になると、近接スイッチから出力する検知信号がＯＦＦとなる。
【特許文献１】特開６−１９６０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記した従来のドア開閉検知センサ装置では、機能，保安信頼性の面で次記のような問題点がある。すなわち、
(1) リミットスイッチ方式：リミットスイッチはドア側に取り付けたドグとリミットスイッチのアクチュエータとの機械的接触による検出となるため、ドアの開閉動作ごとにドグとアクチュエータとの接触によって磨耗粉が発生するほか、リミットスイッチの可動機構にはグリースなどの潤滑剤を用いているために、この潤滑剤がスイッチから外部に流れ出すことがあり、特に食品機械などのように加工領域，ワークへの異物混入を極端に嫌う設備機械には不適である。また、ドアが開いた状態でもリミットスイッチのアクチュエータを故意に押すと、スイッチがＯＮとなってドアが閉じていると誤認するために、このリミットスイッチとインターロックさせ、ドア開の状態で機械を強制停止させるようにした設備機械では、保安面で問題が残る。
【０００５】
(2) リードスイッチ方式：リードスイッチはその接点構造が衝撃，振動に弱く、そのためにドアを閉じた際に加わる衝撃，振動でリードスイッチが誤動作するおそれがあって信頼性の確保に問題がある。
(3) 発振形近接スイッチ方式：発振形近接スイッチは、リミットスイッチのような可動部がなく、またリードスイッチに見られるような衝撃，振動に起因する誤動作のおそれもなくて検出体の接近を非接触で検出できる利点があるが、一般的な発振形近接スイッチをドア検知センサ装置に採用した場合には、次に記すようにドア開閉検知の動作信頼性に課題が残る。
すなわち、発振形近接スイッチはその動作原理から、金属製の検出体が近接スイッチの検出面に接近すると電磁誘導作用により検出体の表面に渦電流が流れ、検出コイルのインピーダンスが小さくなって検出コイルの発振電圧振幅が低下する。また、一般的な発振形近接スイッチでは前記の発振電圧振幅の変化を捉えて出力信号を出すようしている。したがって、この発振形近接スイッチをドア開閉検知センサとして採用した場合に、ドアが開いている状態で人為的に近接スイッチの検出面に金属片（例えばコイン）を重ねたりすると、近接スイッチはドアが閉じたと誤認して「ドア閉」の検知信号を出力するために、先記のリミットスイッチ方式と同様に保安面での問題がある。そのほか、ドアを閉じた際にドア側に取り付けた金属製の検出体が近接スイッチの検出面に衝突すると、その衝撃で近接スイッチの検出コイルが破損するおそれもある。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、リミットスイッチ，リードスイッチに比べて検知動作の信頼性が高い発振形近接スイッチを採用し、しかもドアが開いている状態で金属片を近接スイッチの検出面に重ねるなどの行為によるドア開閉検知の誤認を防止し、併せてドアを閉じた際の衝撃から近接スイッチを安全に保護できるように改良したドア開閉検知センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、ドア側に取り付けた金属製の検出体を発振形近接スイッチの検出面に対峙させ、ドアが閉じた際に前記検出体の接近を検出して近接スイッチから「ドア閉」の検知信号を出力させるようにしたドア開閉検知センサ装置において、
発振形近接スイッチの検知動作特性として、ドア側に取り付けた検出体の接近を感知して検知信号を出力するＯＮ領域の上限および下限を近接スイッチの検出面から間隔をおいた特定範囲に設定するとともに、前記検出体を非金属の外殻体で覆って近接スイッチの検出面に対峙させ、かつ該外殻体の厚みをドアが閉じた状態で検出体が前記の特定範囲内に位置するように定める（請求項１）ものとする。
ここで、発振形近接スイッチに前記の検知動作特性を付与する手段として、発振形近接スイッチの発振回路と出力回路との間にウインドウコンパレータを用いた比較回路を備え、発振回路の出力電圧が前記ＯＮ領域の所定範囲に対応している条件で出力回路を介して「ドア閉」の検知信号を出力させるようにする（請求項２）。
【０００８】
たま、金属検出体を覆う前記外殻体を樹脂あるいはゴム等の弾性材として、ドアが閉じた際に近接スイッチの検出面に当たる外殻体の衝撃力を緩和させるようにする（請求項３）。
さらに、本発明では、前記センサ装置の検知動作の信頼性をより一層高めるための手段として、発振形近接スイッチに複数の検出コイルを備え、検出コイルごとにそのＯＮ領域の特定範囲を別々に設定するとともに，ドア側には前記各検出コイルと個々に対応する複数の金属検出体を配し、かつ各検出体を対応する検出コイルのＯＮ領域の特定範囲に合わせた位置に配置し、ドアを閉じる際に各検出体がそれぞれのＯＮ領域に位置している条件で「ドア閉」の検知信号を出力するようにする（請求項４）。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成のドア開閉検知センサ装置によれば、次記の効果を奏する。
(1) 発振形近接スイッチに用いてドアの開閉状態を非接触で検出するので、リミットスイッチ，リードスイッチを採用した従来装置で問題となっていた、ドグとアクチュエータとの機械的な接触による磨耗粉の発生、潤滑剤などの異物流出、および衝撃，振動によるリードスイッチの誤動作のおそれがない。
(2) 発振形近接スイッチのＯＮ領域を近接スイッチの検出面から間隔をおいた特定範囲に設定したことにより、ドアが開いた状態で故意にコインなどの金属片を近接スイッチの検出面（この範囲はＯＮ領域から外れたＯＦＦ領域（検知不感帯））に当てがったとしても、近接スイッチから検知信号が出力しない。これによりドアが閉じたと誤認することがなく、近接スイッチにインターロックさせた設備機器の運転操作に対して高い安全性を確保できる。
【００１０】
また、ドア側に取り付けた金属検出体を樹脂，ゴムなどの弾性外殻体で覆って近接スイッチに対峙させた請求項３の構成により、ドアを閉じた際に金属検出体が近接スイッチの検出面に直接突き当たることがなく、かつ外殻体が衝撃力を緩衝するのでスイッチの破損が防止できる。
(3) さらに、発振形近接スイッチの検出コイル，および金属検出体を複数組ずつ備え、各検出コイルごとにＯＮ領域の範囲をずらして設定するとともに，検出体を各検出コイルのＯＮ領域の特定範囲に合わせた位置に配置して外殻体で覆うようにした請求項４の構成によれば、故意に金属片を近接スイッチの検知面に接近させた近接スイッチを誤認動作させる不正行為に対する保安性をより一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図示実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１(a) はドア開閉検知センサ装置の構成図で、１は図示してない設備機械などに付設した検知対象となるドア、２はドアの取り付けた検出体ユニット、３は検出体ユニット２に対峙してドア入口の内側に配置した発振形近接スイッチである。ここで、検出体ユニット２は金属板の検出体２ａを樹脂，ゴムなどの弾性材質の外殻体２ｂに埋め込んだ構造で、ドア１の内面に固定されている。一方、発振形近接スイッチ３は、該スイッチの前端検出面に配した検出コイル４を含む発振回路と、後記のＯＮ領域を設定する比較回路６と、出力回路７からなり、ドア１が閉じた際に前記検出体２ａを検出し、出力回路７を通じて外部に「ドア閉」の検知信号を出力する。
また、図１(b) は前記発振形近接スイッチ３の検出動作特性図である。すなわち、金属製の検出体２ａが発振形近接スイッチ３の検出面３ａから遠く離れているとき（ドアが開いている状態）は、検出コイル４インピーダンスが大で発振電圧振幅は大きく、ドアを閉じる際に検出体２ａが発振形近接スイッチ３の検出面３ａに接近すると、検出体の表面に検出コイル４の交番磁界との鎖交により渦電流が流れ、検出コイルのインピーダンスが低下して発振電圧振幅は小さくなる。これにより、検出コイル４の発振電圧を平滑した発振回路５の出力電圧特性は図示のように検出体２ａが近接スイッチの検出面３ａから離れているときは高く、接近すると小さくなる。
【００１３】
この発振回路出力電圧特性に対して、実施例の発振形近接スイッチ３では、発振回路５の後段に設けた比較回路６により、出力回路７を通じて検知信号を出力するＯＮ領域を図示のように斜線で表した特定範囲に設定し、それ以外のＯＦＦ領域では検出信号を出力しないように検知動作特性を設定している。なお、図示例では発振回路出力電圧Ｖ1 をＯＮ電圧下限，Ｖ2 をＯＮ電圧上限とした範囲にＯＮ領域を設定し、これに対応する近接スイッチの検出面３ａから検出体２ａまでの距離Ｌ1 をＯＮ距離下限，Ｌ2 をＯＮ距離上限として、検出体２ａがこのＯＮ領域の範囲に位置している条件で検知信号を出力するようにしている。
また、前記ＯＮ領域の設定に合わせて検出体２ａを埋め込んだ検出ユニット２の外殻体２ｂは、図１(a) のようにドア１を閉じた位置で発振形近接スイッチ３の検出面３ａに当接し、この状態で検出体２ａと検出面３ａとの間の距離が前記のＯＮ距離下限Ｌ1 とＯＮ距離上限Ｌ2 との間のＯＮ領域に位置するよう厚みｄを定めておく。
【００１４】
次に、前記した発振形近接スイッチ３の詳細回路を図２に、その動作のタイミングチャートを図３で説明する。図２において、比較回路６はウインドウコンパレータとして知られている回路構成で、スレッショルドの異なる二つのコンパレータＯＰ1 ，ＯＰ2 と、入力抵抗Ｒ1 と、各コンパレータＯＰ1 ，ＯＰ2 に対応する基準分圧抵抗Ｒ2 〜Ｒ5 と、出力抵抗Ｒ6 ，Ｒ7 とから構成されている。また、比較回路６の後段に接続した出力回路７は、レベルシフト用ツェナダイオードＺＤ1 ，出力トランジスタＱ1 ，サージ保護用ツェナダイオードＺＤ2 ，出力トランジスタＱ1 のベース抵抗Ｒ8 とから構成されている。なお、８は電源回路 (電源電圧Ｖcc) 、９は発振形近接スイッチ３から出力する検出信号の負荷（「ドア閉」表示器など）である。
上記の発振形近接スイッチ３を採用してドア１の開閉状態を監視している状態でドア１の開け閉めすると、近接スイッチ３の検出面３ａ（図１(a) 参照）から金属検出体２ａまでの距離に応じて、発振回路５の出力電圧（図２におけるＰ1 点の電圧）が図１(b) の発振回路出力電圧特性で表すように変化する。
【００１５】
また、図１(b) に表したＯＮ領域のＯＮ電圧上限Ｖ2 は、分圧抵抗Ｒ2 とＲ3 との分圧比で決まる電圧：Ｖcc×Ｒ3 ／（Ｒ2 ＋Ｒ3 ）となり、ＯＮ電圧下限下限Ｖ1 は分圧抵抗Ｒ4 とＲ5 との分圧比で決まる電圧：Ｖcc×Ｒ5 ／（Ｒ4 ＋Ｒ5 ）となる。
そして、発振回路５の出力電圧が前記の上限電圧Ｖ2 と下限電圧Ｖ1 との間の範囲（図１(b) におけるＯＮ領域）にあれば、比較回路６の出力電圧（図２おけるＰ2 点の電圧）は電源電圧Ｖccに対応したＨレベルとなり、出力回路７のツェナダイオードＺＤ1 を介して出力トランジスタＱ1 のベースに電流が流れ、これにより出力トランジスタＱ1 が導通して負荷９が通電して「ドア閉」を検知する。
一方、発振回路５の出力電圧が上限電圧Ｖ2 よりも高い場合には、比較回路６の出力電圧はＶcc×Ｒ6 （Ｒ6 ＋Ｒ7 ）となり、また下限電圧Ｖ1 よりも低い場合には、比較回路６の出力電圧はＶcc×Ｒ7 （Ｒ6 ＋Ｒ7 ）となる。ここで、ツェナダイオードＺＤ1 の降伏電圧をＶｚ1 として、Ｖcc×Ｒ6 （Ｒ6 ＋Ｒ7 ）＜Ｖｚ1 ，Ｖcc×Ｒ7 （Ｒ6 ＋Ｒ7 ）＜Ｖｚ1 となるようにコンパレータＯＰ1 ，ＯＰ2 の出力抵抗Ｒ6 ，Ｒ7 、ツェナダイオードＺＤ1 の降伏電圧Ｖｚ1 、および電源電圧Ｖccを設定しておけば、発振回路５の出力電圧が上限電圧Ｖ2 よりも高いか下限電圧Ｖ1 よりも低い場合には、出力トランジスタＱ1 は非導通のままで、発振形近接スイッチ３からは検知信号が出力されない。
【００１６】
これにより、発振形近接スイッチ３の検知動作特性が図１(b) のＯＮ領域とＯＦＦ領域を持つようになり、ドア１を閉じた図１(a) の状態で発振形近接スイッチ３から「ドア閉」の検知信号が出力される。また、ドア１に取り付けた検出ユニット２の外殻体２ａを樹脂，ゴム等の弾性体とすることで、ドア１を閉じた際に検出ユニット２が発振形近接スイッチ３の検出面３ａに衝突した場合でも、外殻体２ａが緩衝体となって近接スイッチの故障を防止できる。
したがって、仮にドア１が開いている状態で、故意にコインなどの金属片を発振形近接スイッチ３の検出面３ａ（図１(b) のＯＦＦ領域）に当てがっても、発振形近接スイッチは検知信号を出力しないのでドアが閉じたと誤認するおそれはなく、これにより発振形近接スイッチ３にインターロックさせた設備機器の運転操作の安全性を確保できる。
【００１７】
なお、発振形近接スイッチ３に物が当たるなどして検出コイル４が万一断線しても、検出コイル４が断線した場合にはコイルのインピーダンスが大きくなって出力回路５の出力電圧が前記のＯＮ電圧上限Ｖ2 を超えることになるので、スイッチ出力はＯＦＦとなる。また、検出コイル４が短絡事故を起こした場合には、逆にコイルのインピーダンスが小さくなって出力回路５の出力電圧が前記のＯＮ電圧下限Ｖ1 以下となるので、前記と同様にスイッチ出力はＯＦＦとなってフェールセーフを確保できる。
【実施例２】
【００１８】
次に、先記実施例１の応用例として、本発明の請求項４に対応する実施例を図４に示す。この実施例においては、発振形近接スイッチ３に２組の検出コイル４ａ，４ｂを備え、各検出コイルの発振回路ごとに比較回路６を接続してそのＯＮ領域（図１(b) 参照）の特定範囲を異なる範囲に変えて別々に設定するとともに、各比較回路６の出力をＡＮＤ回路１０を介して出力回路７に入力するようにしている。また、発振形近接スイッチ３の検出面に対峙してドア側に取り付けたコイルユニット２には、前記各検出コイル４ａ，４ｂと個々に対応する２枚の金属検出体２ａ-1，２ａ-2を外殻体２ｂに埋め込んで配置し、かつ各検出体２ａ-1，２ａ-2を該検出に対応する検出コイルのＯＮ領域の特定範囲に合わせた位置に配置している。そして、ドアを閉じた際に、各検出体２ａ-1，２ａ-2がそれぞれ前記のＯＮ領域に対応した範囲に位置している条件で、出力回路７を通じて「ドア閉」の検知信号を出力するようにしている。
【００１９】
この構成によれば、検出ユニット２の外殻体２ｂに埋め込んだ２枚の金属検出体２ａ-1，２ａ-2を前後方向に位置を変えて配していることから、ドアの開閉検知に対する信頼性をより一層高めることがでる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に対応したドア開閉検知センサ装置の構成，検知動作の説明図で、(a) はセンサ装置の略示構成図、(b) は(a) 図における発振形近接スイッチの発振回路出力電圧と検知信号のＯＮ，ＯＦＦ領域との関係を表す検知動作特性図
【図２】図１における発振形近接スイッチの詳細な回路図
【図３】図２の検知動作を表したタイミングチャート図
【図４】本発明の実施例２に対応したドア開閉検知センサ装置の略示構成図
【符号の説明】
【００２１】
１    ドア
２    検出ユニット
２ａ，２ａ-1，２ａ-2  検出体
２ｂ  外殻体
３    発振形近接スイッチ
３ａ  検出面
４    検出コイル
５    発振回路
６    比較回路
７    出力回路
【図１】
2005133465.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005133465.tif 000005
【図４】
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