(57)【要約】【課題】自動機械（ロボット）の作業段取り、及び作業中に稼動範囲に作業者が入ることがある。自動機械（ロボット）の安全性が要求されている中では、このような際の安全性確保のため、都度駆動（サーボ）電源の遮断を行なうと、駆動電源制御用継電装置（コンタクタ又はリレー）の寿命を延長させる必要がある。  【解決手段】継電装置（コンタクタ又はリレー）の寿命を縮める主要因は、オン時の突入電流及びオフ時のアーク発生であるため、２重に備わる駆動電源制御用継電装置（コンタクタ）の投入と遮断No時に、順番を設け、しかもあらかじめ設定した回数で順番を変えることで片方のコンタクタに負荷が集中することを防止し、寿命を延長する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号により接点を開閉動作する第１電磁接触器と、第２信号により接点を開閉動作する第２電磁接触器と、を備え、前記第１電磁接触器の接点と第２電磁接触器の接点とが互いに直列に接続され、モータの駆動電源回路に電源の供給と遮断する自動機械の電源供給装置において、
前記第１電磁接触器の接点と前記第２電磁接触器の接点の双方を閉路して前記モータの駆動電源回路に電源の供給のときに、前記第１電磁接触器の接点の閉路と前記第２電磁接触器の接点の閉路との間に所定の時間差をもつことを特徴とする自動機械の電源供給装置。
【請求項２】
前記第１電磁接触器の接点の閉路と前記第２電磁接触器の接点の閉路との順番を、所定の投入回数毎に入れ替えることを特徴とする請求項１記載の自動機械の電源供給装置。
【請求項３】
第１信号により接点を開閉動作する第１電磁接触器と、第２信号により接点を開閉動作する第２電磁接触器と、を備え、前記第１電磁接触器の接点と第２電磁接触器の接点とが互いに直列に接続され、モータの駆動電源回路に電源の供給と遮断する自動機械の電源供給装置において、
前記第１電磁接触器の接点と前記第２電磁接触器の接点の双方を開路して前記モータの駆動電源回路に電源の遮断のときに、前記第１電磁接触器の接点の開路と前記第２電磁接触器の接点の開路との間に所定の時間差をもつことを特徴とする自動機械の電源供給装置。
【請求項４】
前記第１電磁接触器の接点の開路と前記第２電磁接触器の接点の開路との順番を、所定の遮断回数毎に入れ替えることを特徴とする請求項３記載の自動機械の電源供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動機械の制御装置における駆動装置の電源投入及び遮断制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット等の自動機械を使用して、中小規模な部品加工機械では、加工部品を、加工位置への供給や取り外しが、作業員により行われる場合がある。このときには、作業員の体の一部が自動機械の可動範囲に入ることとなるため、ライトカーテン等で作業員が自動機械へ接近することを検出し、自動機械のモータへの駆動電源を遮断するなどの処置を行なうことで、自動機械が暴走など思わぬ動作をした場合にも、作業員を危険に曝さないような安全確保を行っている。
この安全性確保手段の例としては、自動機械のモータへの電源供給装置で駆動電源の遮断を、非常停止操作などでおこなうが、非常停止スイッチは、同一開閉位相の接点を並列に複数個有する多回路用スイッチにより構成し、非常停止スイッチの複数個の接点の各々の開閉により開閉動作する複数個の電磁接触器をモータの主回路電源回路に互いに直列に接続することで、電磁接触器の接点溶着等の故障が発生しても、安全にモータを停止させることが行なわれていた（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この方法では、部品の供給や作業後の取り外しの度に駆動電源の投入及び遮断が繰り返し行われることなるため、電磁接触器の交換などの保守頻度が高くなるため、電磁接触器などの継電装置接点の寿命を大幅に延長する要望が強い。
【０００３】
自動機械に使用される複数のモータを制御する駆動装置は、電磁接触器などの継電装置に接続された交流を直流に変換する整流回路と、整流後の電圧を平滑する平滑回路と、平滑後の直流電圧をモータの駆動用に変換する複数のインバータ回路部等より構成されており、インバータ部はＣＰＵが自動機械の動作に基づいて生成するＰＷＭ指令信号により制御するようになっている。
この構成では、継電装置の負荷側となる平滑回路にはコンデンサが用いられているため、コンデンサ負荷形の回路となっており、駆動電源の電源投入時及び遮断時に平滑コンデンサに大きな充電電流及び遮断電流が流れ、継電装置接点に損傷を与え、接点の寿命を延長できない問題がある。
【０００４】
電磁接触器の接点寿命は、投入時の突入電流と、遮断時の遮断電流によって、接点間にアークが発生し、接点が荒れることが知られており、これを少なくするために、第１の従来例では、平滑コンデンサの充電期間だけ突入電流制限抵抗を挿入する提案（例えば、特許文献２参照）や、第２の従来例として、低電流の時にだけ遮断を行なう提案（例えば、特許文献３参照）、また、第３の従来例としては交流電源のゼロボルト付近で継電器接点の開閉を行なう方法がある（例えば、特許文献４参照）。
このように、従来の自動機械の電源供給装置は、電源の供給と遮断を行なう電磁接触器の接点開閉の時に、電流を少なくして寿命の延長を図るものである。
【特許文献１】特開平１１−１１３２７４号公報
【特許文献２】特開平５−１６８２４８号公報
【特許文献３】特開平１１−２９７１７６号公報
【特許文献４】特開２０００−３４００５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１の従来例（特許文献２）では、電源投入時には抵抗器を通して電力を供給することで大きな突入電流を抑えるが、抵抗器の抵抗値を大きくすると平滑コンデンサへの充電時間が大きくなり、インバータ部でモータを駆動可能となるまでの時間が伸びる。これは、駆動電源投入より自動機械が稼動開始できるまでの時間が伸びることであるため、生産性を考慮すると抵抗器の抵抗値を小さくし、自動機械が稼動開始できるまでの時間短縮が望まれる。しかしながら、抵抗値を小さくすることは突入電流を十分に抑えることができなくなるため、駆動電源投入の度に抵抗器導体は自身の発熱のため瞬時に高温となり、リレーが閉路後は無通電状態となるため、抵抗器導体は冷却する。抵抗器導体は、この際の熱による膨張、収縮が繰り返され、繰り返しの膨張と収縮のため抵抗導体は疲労のため断線故障が発生することがある、このため抵抗器は容量の大きなもの、つまり外形の大きなものを選定する必要があり、自動機械の制御装置の小型化が望まれる中では大きな障害となる。またコスト低減にも障害がある。また、電源遮断時の遮断電流抑制の対策が無いため、モータを駆動中に非常停止などの操作がなされ、継電装置を遮断する際には、大電流の遮断となり、継電装置接点間にアークが発生し、そのために接点表面に荒れが発生し、融着や溶着が発生し易くなり、接点寿命が短くなる可能性がある。
【０００６】
第２の従来例（特許文献３）では、電流が所定の値以下になってから接点を開路するが、自動機械における安全の確保の手段としては、非常時に非常停止操作等でモータへの駆動電源を遮断し、自動機械の動作を停止することで行っているため、駆動電源の遮断となる非常停止操作がなされた場合、自動機械が動作及び停止の如何にかかわらず、継電装置接点を開路する必要があり、自動機械が動作中あるいは動作加速中の電流が所定の値より大きいときには開路しないこの例では、非常停止等の電源遮断ができないこととなるため、ロボットの駆動電源遮断に適用できない問題がある。
【０００７】
第３の従来例（特許文献４）は交流電源のゼロボルト付近で継電器接点の開閉を行なう方法であるが、接点閉路時では、平滑コンデンサへの充電電流が突入電流として流れるため、接点の容量はこれに足る仕様が要求される。また開路においては、負荷は平滑コンデンサがあるため容量性のため、開路の瞬間に電流を完全に遮断することができず、やはり接点にアークが発生する。
【０００８】
前述の従来例では、接点閉路時の突入電流及び開路時の接点間に発生するアークに対して、継電装置接点の開閉頻度に適する様に、大きな接点容量仕様の継電装置を選定する方策をとっていたが、この方策では継電装置の外形が大きくなり小型化が要求される自動機械の制御装置への適用には、制御装置の大型化という問題があった。また、コストアップを招くといったような問題も抱えていた。
また、特許文献１の方法では、２つのの電磁接触器を用いて、片方の故障でも駆動電源の遮断を確実に行なえる信頼性の高いものであるが、複数の電磁接触器は、その製造バラツキのため、全く同一の仕様とはならず、例えば接点の動作及び復帰時間差は、駆動電源の投入／遮断による接点の損傷が、片方の電磁接触器の接点に集中してしまい、結果的に、接点寿命の延長には効果が少ないものとなっていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、自動機械の駆動装置に対して超寿命で信頼性の高い電源供給を行ない、かつ安全性の確保に支障の無い自動機械の制御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】
【０００９】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、第１信号により接点を開閉動作する第１電磁接触器と、第２信号により接点を開閉動作する第２電磁接触器と、を備え、前記第１電磁接触器の接点と第２電磁接触器の接点とが互いに直列に接続され、モータの駆動電源回路に電源の供給と遮断する自動機械の電源供給装置において、前記第１電磁接触器の接点と前記第２電磁接触器の接点の双方を閉路して前記モータの駆動電源回路に電源の供給のときに、前記第１電磁接触器の接点の閉路と前記第２電磁接触器の接点の閉路との間に所定の時間差をもつことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記第１電磁接触器の接点の閉路と前記第２電磁接触器の接点の閉路との順番を、所定の投入回数毎に入れ替えることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、第１信号により接点を開閉動作する第１電磁接触器と、第２信号により接点を開閉動作する第２電磁接触器と、を備え、前記第１電磁接触器の接点と第２電磁接触器の接点とが互いに直列に接続され、モータの駆動電源回路に電源の供給と遮断する自動機械の電源供給装置において、  前記第１電磁接触器の接点と前記第２電磁接触器の接点の双方を開路して前記モータの駆動電源回路に電源の遮断のときに、前記第１電磁接触器の接点の開路と前記第２電磁接触器の接点の開路との間に所定の時間差をもつことを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記第１電磁接触器の接点の開路と前記第２電磁接触器の接点の開路との順番を、所定の遮断回数毎に入れ替えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１及び請求項２の発明によると、電源の供給時に前記第１電磁接触器の接点と前記第２電磁接触器の閉路に所定の時間差を生じさせ、さらに閉路の順番を所定の回数毎に入れ替えることにより、電源投入時に発生する充電電流による継電装置接点への負担を各々の接点に均等に分担することができ、接点の寿命を延長することができる。
また、請求項３及び請求項４の発明によると、電源の遮断時に前記第１電磁接触器の接点と前期第２電磁接触器の開路に所定の時間差を生じさせ、さらに開路の順番を所定の回数毎に入れ替えることにより、電源遮断時に発生する大きな遮断電流による接点の負担を各々の接点に均等に分担することができ、接点の寿命を延長することができる。
【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について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の自動機械の電源供給装置の第１実施例の構成を示す回路図である。図において、ＳＷ１及びＳＷ２は電源の供給・遮断を根源的に行なう接点である。これらは非常停止スイッチ等の手動のスイッチ或いは継電器の接点等によって構成され、略同時に開閉される。また、Ｘ１，Ｘ２は継電器であり、各々、ＳＷ１，ＳＷ２の閉路によってコイルが励磁され、Ｘ１−ａ接点及びＸ２−ａ接点が閉路する。Ｔ１は時限作動瞬時復帰型タイマであり、Ｘ１−ａ接点及びＸ２−ａ接点が閉路した瞬時から所定の時間の遅れｔ１をもって、Ｔ１−ａ１接点及びＴ１−ａ２接点を閉路し、Ｘ１−ａ接点及びＸ２−ａ接点の開路によって、瞬時にＴ１−ａ１接点とＴ１−ａ２接点を開路する。Ｔ２は瞬時作動時限復帰型タイマであり、Ｘ１−ａ接点及びＸ２−ａ接点が閉路した瞬時にＴ２−ａ１接点とＴ２−ａ２接点を閉路し、Ｘ１−ａ接点及びＸ２−ａ接点の開路の瞬時から所定の時間の遅れｔ２をもって、Ｔ２−ａ１接点とＴ２−ａ２接点を開路する。Ｘ３及びＸ４は電磁接触器である。Ｘ３はＳＷ１とＴ１−ａ１接点が同時に閉路するか、または、Ｔ２−ａ１接点とＸ５−１接点が同時に閉路したときに励磁され、Ｘ３−ａ接点を閉路し、同時に補助接点Ｘ３−ｂを開路する。Ｘ４はＳＷ２とＴ１−ａ２接点が同時に閉路するか、またはＴ２−ａ２接点とＸ５−２接点が同時に閉路したときに励磁され、Ｘ４−ａ接点を閉路し、同時に補助接点Ｘ４−ｂを開路する。Ｘ５はラチェットリレー又は２極ステッピングリレーであり、Ｘ３−ｂ補助接点とＸ４−ｂ補助接点が同時に閉路したときに励磁され、励磁される度に交互にＸ５−１接点とＸ５−２接点を開閉する。機械の駆動電源は直列に接続されたＸ３−ａ接点とＸ４−ａ接点を介して負荷となる駆動部へ接続されていて、Ｘ３−ａ接点とＸ４−ａ接点が両方とも閉路したときに駆動電源に電源が供給される。
【００１３】
その動作は、図２に示されるタイミングチャートのようになっている。図２において、信号がＨＩＧＨの状態はコイルの励磁状態または接点の閉路状態を表し、ＬＯＷの状態はコイルの非励磁状態または接点の開路状態を表している。図２の動作は２回の電源投入と遮断とを行った場合を示しており、電源の供給・遮断を直接制御しているＸ３−ａ接点とＸ４−ａ接点の動作に着目すると、初回の電源投入時には、Ｘ４−ａ接点がＸ３−ａ接点に対して、遅れて閉路し、早く開路しているが、次回の電源投入時には、逆にＸ３−ａ接点がＸ４−ａ接点に対して、遅れて閉路し、早く開路するといった動作になる。次々回以降も図示しないが、このような交互動作が続く。電源の供給時に大きな電流変化を負担するのは遅れて閉路する接点側であり、遮断時に大きな電流変化を負担するのは早く開路する接点側であるので、図２に丸印で示した部分となる。このようにＸ３−ａ接点とＸ４−ａ接点とで交互に負荷を分担するので、全体として接点の寿命を延長することができる。
本発明が従来例として挙げた特許文献２及び特許文献３若しくは特許文献４と異なる部分は、以上のように複数の接点が負荷を交互に負担する仕組みを備えた部分である。
【実施例２】
【００１４】
図３は第２実施例の構成を示す回路図である。図においてＣＰＵ１及びＣＰＵ２は、各々、直列に接続された第１の電磁接触器Ｘ３と第２の電磁接触器Ｘ４のコイルを制御する演算処理装置であり、上位演算処理装置ＣＰＵ３から駆動電源の投入と遮断の指示を与えられる。ＦＦ１はＤ型フリップフロップであり、ＣＰＵ３からの駆動電源の投入・遮断の信号を受け、電磁接触器の遮断時即ち、信号の立下りにおいて、出力の状態を反転する。ＦＦ１の出力はＣＰＵ１及びＣＰＵ２に各々、逆の極性の信号として与えられ、駆動電源の遮断が行われる度に、その状態が反転する。ＣＰＵ１はＣＰＵ３からの駆動電源の投入信号を受け、ＦＦ１からの信号がＨＩＧＨの場合は電磁接触器Ｘ４の補助接点Ｘ４−ｂの開路からｔ１の時間遅れをもって、電磁接触器Ｘ３のコイルをリレードライバＤＲ１を介して励磁する。また、遮断時においてはｔ２の遅れをもって、Ｘ３のコイルの励磁を停止する。ＦＦ１からの信号がＬＯＷの場合はＣＰＵ３からの駆動電源の投入・遮断信号に対して、即座にＸ３のコイルの励磁を開始・停止する。ＣＰＵ２も各入力信号に対してＣＰＵ１と同様に動作する。Ｘ３の接点Ｘ３−ａとＸ４の接点Ｘ４−ａが共に閉路した場合にのみ駆動電源が駆動部へと出力される。
【００１５】
その動作は図４に示されるタイミングチャートのようになっている。図４において（１）〜（５）においては、各ノードにおける信号の論理状態を表し、それ以外においては、信号がＨＩＧＨの状態はコイルの励磁状態または接点の閉路状態を表し、ＬＯＷの状態はコイルの非励磁状態または接点の開路状態を表している。電源の供給・遮断を直接制御しているＸ３−ａ接点とＸ４−ａ接点の動作に着目すると、初回の電源投入時には、Ｘ３−ａ接点がＸ４−ａ接点に対して、遅れて閉路し、遮断時にも遅れて開路しているが、次回の電源投入時には、逆にＸ４−ａ接点がＸ３−ａ接点に対して、遅れて閉路し、遮断時にも遅れて開路するといった動作になる。次々回以降も図示しないが、このような交互動作が続く。電源の供給時に大きな電流変化を負担するのは遅れて閉路する接点側であり、遮断時に大きな電流変化を負担するのは早く開路する接点側であるので、図４に丸印で示した部分となる。このようにＸ３−ａ接点とＸ４−ａ接点とで交互に負荷を分担するので、全体として接点の寿命を延長することができる。
【００１６】
これら実施例では、電磁接触器の投入及び遮断の順が、Ｄ型フリップフロップからＣＰＵ１及びＣＰＵ２へ信号出力して、毎回変わるものとしたが、この信号に相当する信号をＣＰＵ３からＣＰＵ１及びＣＰＵ２へ出力すると、順番の切り替わりはＣＰＵ３のプログラムあるいは予め設定されたパラメータに基づくものとなる。
実施例では、電磁接触器の数を２としたが、電磁接触器とそのリレードライバと制御回路であるＣＰＵをさらに増やすことにより、駆動電源は、更に確実性を増して遮断することができるようになることは明白である。
ここで、例えば特許文献２の方法等を採用すると、各々の電磁接触器の投入及び遮断時の投入電流あるいは遮断電流を、減少することができ、接点の寿命は更に延び、本願発明を採用した自動機械の電磁接触器の保守頻度を、更に低減することができる効果も奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
以上のように、複数の接点を直列に接続し、各々の開路及び閉路に所定の時間差を設け、開路及び閉路の順番を所定の回数毎に入れ替えることによって、接点の寿命を延長することができるので、電源の供給装置に限らず、接点の寿命延長を図りたい用途に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本願発明の第１実施例を示す自動機械の電源供給装置の回路図
【図２】本願発明の第１実施例の電源供給装置の動作を示すタイミングチャート図
【図３】本願発明の第２実施例を示す自動機械の電源供給装置の回路図
【図４】本願発明の第２実施例の動作を示すタイミングチャート図
【符号の説明】
【００１９】
ＳＷ１  手動スイッチ又は継電器の接点
ＳＷ２  手動スイッチ又は継電器の接点
Ｘ１    継電器
Ｘ２    継電器
Ｘ３    電磁接触器
Ｘ４    電磁接触器
Ｘ５    ラチェットリレー又は２極ステッピングリレー
Ｔ１    時限作動瞬時復帰型タイマ
Ｔ２    瞬時作動時限復帰型タイマ
ＣＰＵ１  演算処理装置１
ＣＰＵ２  演算処理装置２
ＣＰＵ３  上位演算処理装置
ＦＦ１  Ｄフリップフロップ
ＤＲ１  リレードライバ１
ＤＲ２  リレードライバ２
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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