(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から駆動電圧が供給されて動作して動作結果信号を出力する電子機器であって、
前記外部電源からの電圧を入力し前記電子機器の各部に出力して供給する第１電源部と、
前記第１電源部の出力電圧レベルに基づいて前記第１電源部の故障を診断する診断部と、
前記外部電源からの電圧を入力し前記診断部に供給する前記第１電源部とは異なる第２電源部と、
前記診断部の機能が正常動作することを監視する監視部を備え、
前記診断部は、前記故障を診断したときに、前記電子機器による前記動作結果信号の出力をＯＦＦにし、
前記監視部は、前記診断部の機能が正常動作しないことを検出したときに、前記電子機器による前記動作結果信号の出力をＯＦＦにし、
前記診断部は、
前記第１電源部による出力電圧レベルを、分圧された前記第２電源部の出力電圧レベルと比較し、比較結果に基づき前記第１電源部による出力電圧レベルは上限値を超えたかどうかを判断する上限検知部と、
前記第１電源部による出力電圧レベルを、分圧された前記第２電源部の出力電圧レベルと比較し、比較結果に基づき前記第１電源部による出力電圧レベルは下限値を下回ったかどうかを判断する下限検知部とを含み、
前記上限検知部が前記第１電源部による出力電圧レベルが前記上限値を超えたこと、もしくは、前記下限検知部が前記第１電源部による出力電圧レベルが前記下限値を下回ったことを検知したときに前記動作結果信号の出力をＯＦＦにし、
前記監視部は、
前記上限検知部に入力される分圧された前記第２電源部の出力電圧レベルとして、前記上限検知部の出力が反転すべき入力を与え、その結果として、前記動作結果信号の出力がＯＦＦとならなければ、前記動作結果信号の出力を強制的にＯＦＦにし、
前記下限検知部に入力される分圧された前記第２電源部の出力電圧レベルとして、前記下限検知部の出力が反転すべき入力を与え、その結果として、前記動作結果信号の出力がＯＦＦとならなければ、前記動作結果信号の出力を強制的にＯＦＦにする、電子機器。
【請求項２】
前記動作をして前記動作結果信号を出力するための回路部は二重化されて、
前記診断部は、
前記第１電源部により前記回路部のそれぞれへ供給される電圧が前記上限値を超えたことに応じて一方の前記回路部による前記動作結果信号の出力をＯＦＦにし、
前記第１電源部により前記回路部のそれぞれへ供給される電圧が前記下限値を下回ったことに応じて、他方の前記回路部による前記動作結果信号の出力をＯＦＦにし、
前記監視部は、前記上限検知部および前記下限検知部の少なくとも一方が正常に動作しないことを検出したときに、前記回路部のそれぞれによる前記動作結果信号の出力をＯＦＦにすることを特徴とする、請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記監視部は、
前記回路部のそれぞれの出力側が短絡しているか否かを検知し、短絡を検知したときは、前記回路部のそれぞれによる前記動作結果信号の出力をＯＦＦにすることを特徴とする、請求項２に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電子機器に関し、特に、電源回路の故障検出機能を有する電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
安全用コンポーネント、たとえば安全用途に用いられる光電センサではデュアルシステムなどの多重化手法がしばしば用いられる。これは劣化などによって内部の電子部品が故障しても、その故障を検出して該センサの出力を安全側に作動させるためである。
【０００３】
電源回路の多重化はその中でも非常に重要な部分である。なぜならば、電源回路が故障した場合、該光電センサの内部回路の高電圧が供給され、内部回路のほとんどが故障してしまう可能性があるからである。その場合は、内部回路が多重化されていたとしても意味がない。したがって、内部回路を多重化する場合は電源回路も同様に多重化する必要がある。
【０００４】
しかしながら、電源回路を多重化すると装置規模が大きくなるばかりでなく、各電源回路はその出力にばらつきを持っているため、装置内の動作電圧に差が生じてしまう。これは多重化されたチャネル間での信号の送受信に支障を来す。たとえば動作電源電圧の０．９〜１．１倍がＨ入力（動作電圧５Ｖの場合、４．５Ｖ〜５．５Ｖ）であるようなＣＰＵの入力ポートの場合、電源電圧が４．５ＶであるとＨ入力電圧は４．５Ｖ×（０．９〜１．１）＝４．０５Ｖ〜４．９５Ｖとなり、他のチャネルの動作電圧が４．９５Ｖを超えていると定格を超え、破壊するおそれがあるのでＨレベルの入力はできなくなってしまう。
【０００５】
上述の課題を解決するためにチャネル間に跨がる信号線に抵抗を挿入し、電圧差の影響をなくす解決方法が採用される場合には、ＣＰＵのポート入力容量と抵抗とで積分回路を構成しているためパルス幅を狭くできず、通信速度が遅くなるという課題が残る。
【０００６】
また、電源回路の出力電圧を組立時に調整するという解決方法が採用された場合には、組立工数が増えたり、調整後、何らかの原因によって出力電圧が変動した場合（たとえば、調整に使用される可変抵抗の故障が原因となる出力電圧変動）、正しい電圧レベルの信号の送受信ができなくなるという課題が残る。
【０００７】
それゆえにこの発明の目的は、内蔵する電源回路を多重化することなく、電源回路の故障による異常動作を回避できる電子機器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
電子機器は、外部電源から駆動電圧が供給されて動作して動作結果信号を出力するものであって、外部電源からの電圧を入力し電子機器の各部に出力して供給する第１電源部と、第１電源部の出力電圧レベルに基づいて第１電源部の故障を診断する診断部と、外部電源からの電圧を入力し診断部に供給する第１電源部とは異なる第２電源部とを備える。そして、診断部は、故障を診断したときに、該電子機器による動作結果信号の出力をＯＦＦにするよう構成される。
【０００９】
電子機器は上述のように構成されるので、診断部により第１電源部の故障が診断されると、該電子機器の動作結果信号の出力はＯＦＦにされる。それゆえに、該電子機器の電源回路である第１電源部の故障の有無が監視されて第１電源部が多重化されることなく、第１電源部の故障による危険側への誤動作結果信号の出力は回避されて、該電子機器の安全性は向上する。
【００１０】
また、内部の各部が多重化されていたとしても、該電子機器内で使用される電圧は単一の主電源である第１電源部により供給されるから、多重化されたチャネル間で電位差が生じず、チャネル間の送受信動作の精度は維持される。
【００１１】
電子機器がさらに、診断部の機能が正常動作することを監視する監視部を備え、この監視部は診断部の機能が正常動作しないことを検出したときに、該電子機器による動作結果信号の出力をＯＦＦにするよう構成される。
【００１２】
電子機器によれば、診断部の機能は監視部によって監視されて、正常動作しないときは動作結果信号の出力は強制的にＯＦＦにされる。それゆえに、第１電源部の診断機能の精度が保証されないときは、監視部により該電子機器は危険側への誤動作結果信号の出力がなされない状態に速やかに移行されるから、該電子機器の安全性は向上する。
【００１３】
電子機器において、動作して動作結果信号を出力するための回路部は二重化されるとともに、診断部は第１電源部により回路部のそれぞれへ供給される電圧が上限値を超えたことに応じて一方の回路部による動作結果信号の出力をＯＦＦにする上限検知部と、第１電源部により回路部のそれぞれへ供給される電圧が下限値を超えたことに応じて、他方の回路部による動作結果信号の出力をＯＦＦにする下限検知部とを備えて、監視部は上限検知部および下限検知部の少なくとも一方が正常に動作しないことを検出したときに、回路部のそれぞれによる動作結果信号の出力をＯＦＦにするよう構成される。
【００１４】
電子機器によれば、第１電源部による各回路部への供給電圧が上限値または下限値を超えていることを診断する診断部の上限または下限検知部が正常動作しないときは、監視部により電子機器内の多重化された各回路部による動作結果信号の出力が強制的にＯＦＦされる。
したがって、第１電源部の故障のみならず、第１電源部の正常動作を監視する診断部が故障した場合でも、該電子機器内の多重化された各回路部からの動作結果信号の出力はＯＦＦされるので危険側への誤動作結果信号の出力による安全性の低下を確実に防止できる。
【００１５】
また、該電子機器内で使用される電圧は単一の第１電源部によって供給されるから、回路部が多重化されていても、各回路部（チャネル）間での電位差は生じず、各回路部間の信号送受信は正常に行なうことができる。
【００１６】
電子機器の監視部が、回路部のそれぞれの出力側が短絡しているか否かを検知し、短絡を検知したときは、回路部のそれぞれによる動作結果信号の出力をＯＦＦにするよう構成される。
【００１７】
したがって、各回路部の出力側が短絡されている場合には、二重化されているはずなのに一重化の機能しか有さないことになるものの、強制的に各回路部の動作結果信号の出力をＯＦＦにして、該電子機器の安全性を向上させることができる。
【００１８】
上述した監視部による各回路部の動作結果信号出力の制御部は、該電子機器の別機能による各回路部の動作結果信号出力の制御部と兼用されるよう構成されてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態についてプレス機械などの人体侵入検知に用いられるセーフティエリアセンサを例にして説明する。
【００２０】
図１は、この発明の実施の形態によるセイフティエリアセンサの機能ブロック図である。図においてセイフティエリアセンサは投光器３０と受光器４０を含んで構成され、投光器３０より発せられた光が受光器４０にて検出されなかった場合は、投光が人体により遮られ、人体のプレス機械への侵入とみなして該センサの制御出力をＯＦＦさせ、プレス機械の稼働を強制的に止めるものである。
【００２１】
図１において、投光器３０は検出物体に投光する投光部６を含む。受光器４０は主電源１、第２電源２、主電源１の動作を監視する電源電圧監視部３、電源電圧監視部３の動作を監視する第２監視部４、投光部６からの投光を受光する受光部５、受光部５による受光信号を入力して、入光状態に応じた物体の有無を検出し制御出力する多重化されたチャネル▲１▼ＣＨ１、およびチャネル▲２▼ＣＨ２を含む。
【００２２】
チャネルＣＨ１とＣＨ２は同様な構成を有して、受光信号を入力して増幅しフィルタリングして出力する増幅部１０（２０）、増幅部からの出力信号を入力して入光レベルが所定レベルに達しているか否か、すなわち物体の有無を判定する判定部１１（２１）、および判定部の判定出力に基づいて制御出力動作する出力回路１２（２２）を含む。
【００２３】
上述のように、チャネルＣＨ１とＣＨ２を有して該センサの内部回路は多重化されているので、もし一方チャネルにおいて故障が検出されると、他方のチャネルによる制御出力を強制的にＯＦＦして、該センサが安全側に動作するように制御される。
【００２４】
図１で、主電源１はただ１つだけ存在し、電源電圧監視部３を除くすべてのモジュールに外部電源（２４Ｖ）から変換して電源電圧（５Ｖ）を供給する。主電源１とは別の第２電源２は、電源電圧監視部３に外部電源（２４Ｖ）から変換した電源電圧（７Ｖ）を供給する。
【００２５】
なお、第２電源２は、外部供給電圧を変換せず、そのまま電源電圧とするような構成であってもよい。
【００２６】
図２は、図１の電源電圧監視部３とその周辺の回路図である。図２において電源電圧監視部３は比較器４１および４２を含む。比較器４１および４２の入力に関連して複数の抵抗と第２監視部４によりＯＮ／ＯＦＦ制御されるトランジスタＴＲ１およびＴＲ２が設けられる。
【００２７】
通常動作時は、第２監視部４によりトランジスタＴＲ１はＯＦＦおよびトランジスタＴＲ２はＯＮ状態にあるので、比較器４１には第２電源２からの供給電圧（７Ｖ）について抵抗分割された５．５Ｖが非反転入力端子（＋）に入力され、主電源１からの供給電圧５Ｖが反転入力端子（−）に入力される。比較器４２には前述の抵抗分割された４．５Ｖが反転入力端子（−）に入力され主電源１からの供給電圧５Ｖが非反転入力端子（＋）に入力される。
【００２８】
したがって、比較器４１と４２の出力がともにＯＮであるとき、すなわち主電源１の供給電圧（５Ｖ）が４．５Ｖ〜５．５Ｖの範囲内であることが確認されたときには、出力回路１２および２２による制御出力はＯＮされて、通常の受光状態に応じた出力動作が維持される。
【００２９】
一方、主電源１の出力が上述の範囲外であるときは比較器４１と４２の出力が出力回路１２と２２に与えられ、その制御出力が強制的にＯＦＦされる。
【００３０】
図２の回路を用いると主電源１の故障だけでなく、第２電源２の出力変動による第２電源２の故障も検出することができる。もし、第２電源２の出力電圧が７Ｖから０Ｖに変化すると、比較器４１の出力が反転するため、出力回路による制御出力がＯＦＦされる。また７Ｖから２４Ｖに増加した場合は、比較器４２の出力が反転し、同様に制御出力がＯＦＦされる。
【００３１】
図３は、図２の第２監視部４による電源電圧監視部３の故障診断時のタイミングチャートである。なお、図３中の▲１▼〜▲４▼は図２中の信号▲１▼〜▲４▼に対応する。
【００３２】
図１において、第２監視部４はマイコンなどを用いて定期的に電源電圧監視部３の故障診断を次のように行なう。
【００３３】
まず、図２中の信号▲１▼を５Ｖに設定すると図２のトランジスタＴＲ１がＯＮするので、比較器４１の非反転入力端子（＋）が０Ｖとなる。このとき、電源電圧監視部３が故障していなければ比較器４１の出力はＯＮからＯＦＦに反転して、出力回路１２および２２へはＯＦＦ（０Ｖ）信号が与えられる（図３の（Ａ）参照）。
【００３４】
もし、このとき出力回路１２および２２による出力がＯＦＦ（０Ｖ）とならない場合は（図３の（Ｃ）参照）、第２監視部４は電源電圧監視部３の故障とみなして図２の信号▲４▼を用いて出力回路１２および２２による制御出力を強制的にＯＦＦ（０Ｖ）とする（図３の（Ｄ）参照）。
【００３５】
次に、第２監視部４は信号▲２▼を０ＶにしてトランジスタＴＲ２をＯＦＦして、比較器４２の反転入力端子（−）を７Ｖにし、比較器４２の出力反転により出力回路１２および２２の出力がＯＦＦ（０Ｖ）となることを、すなわち電源電圧監視部３が故障していないことを確認する（図３（Ｂ））参照。
【００３６】
以上のように図１の構成によれば、電源電圧監視部３により主電源１および第２電源２の故障を検出できるとともに、第２監視部４により電源電圧監視部３の故障も検出できて、これらの故障検出時は図１のセイフティエリアセンサは強制的に制御出力がＯＦＦされ安全側に移行されるので、主電源１を多重化しなくとも、主電源１の故障による異常動作を確実に回避できる。
【００３７】
また、図１のエリアセンサ内で使用される電圧は単一の主電源１により供給されるから、内部回路がチャネルＣＨ１とＣＨ２のように多重化されていたとしても、チャネル間の電位差はなく、チャネル間の正常な送受信動作が保証される。
【００３８】
図４は、図１の受光器４０の他の構成を示す図である。図４の受光器４０Ａは図１の受光器４０の第２監視部４と同様な機能を有する第２監視部１５と２５がチャネルＣＨ３とＣＨ４の判定部１４および２４のそれぞれとともにＣＰＵ１３および２３に内蔵され、マイコンの１機能を構成する。その他の構成は図１のそれと同じであり説明は省略する。
【００３９】
図において第２監視部１５と２５のそれぞれは電源電圧監視部３の異常を前述したようにして検出すると、出力回路１２と２２の制御出力をＯＦＦさせる。このとき、出力回路１２と２２の制御出力をＯＦＦするための機能は、図示されるように該センサの判定部１４および２４による本来の物体検出機能の出力制御機能と共用される。
【００４０】
図５は、図４の受光器４０Ａが適用される多光軸光電センサのブロック図である。
【００４１】
図６は、図１の受光器４０のさらなる他の構成を示す図である。図中では各回路から出力される信号▲１▼〜▲４▼が示される。図６の受光器４０Ｂは図４と同様に第２監視部１８と２８がそれぞれマイコンの機能として判定部１７および２７のそれぞれとともにチャネルＣＨ５とＣＨ６のＣＰＵ１６とＣＰＵ２６に内蔵されるとともに、電源電圧監視部３Ｂが上限電圧監視のための上限検知部４３と下限電圧監視のための下限検知部４４とを含んで構成される。
【００４２】
上限および下限検知部４３および４４は図２の比較器４１と４２のそれぞれに対応する。その他の受光器４０Ｂの構成は図１のそれと同様である。
【００４３】
図において上限検知部４３の出力はチャネルＣＨ５の出力回路▲１▼１２、下限検知部４４の出力はチャネルＣＨ６の出力回路▲２▼２２にそれぞれ接続される。また、ＣＰＵ１６および２６の第２監視部１８および２８のそれぞれは、出力回路１２および２２の出力信号▲３▼および▲４▼がフィードバックされて入力されて、この両入力信号に基づく信号▲５▼および▲６▼を出力して出力回路１２および２２を制御する。たとえば、第２監視部２８は入力信号▲３▼が出力回路１２の制御出力が強制ＯＦＦされている状態を示す場合に、入力信号▲４▼に関して同様に強制ＯＦＦ状態が示されなければ、信号▲６▼を出力して出力回路２２の制御出力を強制ＯＦＦするよう制御する。第２監視部２８も同様に動作する。したがって、出力回路１２と２２は電源電圧監視部３Ｂの上限および下限検知部４３および４４により個別に入力信号を受けながらも、その出力信号は第２監視部１８と２８にフィードバックされているから、その制御出力は同時に強制ＯＦＦとなるよう制御される。
【００４４】
図６では、第２監視部１８と２８を用いた二重化が示されるが、一方のチャネルＣＨ５だけに第２監視部が存在する構成であってもよい。
【００４５】
また、チャネルＣＨ５の第２監視部１８からの信号▲１▼と▲２▼のみが電源電圧監視部３Ｂを制御するようにしているが、これは二重化された第２監視部１８と２８の両方が制御できる構成でもよし、また両信号の論理積や論理和で電源電圧監視部３Ｂを制御する構成であってもよい。
【００４６】
図７は、図６の第２監視部１８による電源電圧監視部３Ｂの故障診断のタイミングチャートである。図７の▲１▼〜▲６▼は図６の信号▲１▼〜▲６▼に対応する。
【００４７】
マイコンの定期的な処理により第２監視部１８からの信号▲１▼によって図２のように上限検知部４３が診断されている場合は（図７の（Ａ）参照）、出力回路１２の制御出力▲３▼のみがＯＦＦとなる。また、信号▲２▼によって図２のように下限検知部４４が診断されている場合は（図７の（Ｂ）参照）、出力回路２２の制御出力▲４▼のみがＯＦＦとなる。いずれの場合にも対応する出力回路の制御出力がＯＦＦとならなかった場合は、電源電圧監視部３Ｂは故障とみなされて信号▲５▼と▲６▼によって出力回路１２と２２の制御出力▲３▼と▲４▼を強制的にＯＦＦさせて安全側に移行させる。
【００４８】
もし、ここで出力回路１２と出力回路２２の出力側が短絡されたとすると、信号▲１▼を出力したときに正常ならば出力回路１２の制御出力▲３▼はＯＦＦ、出力回路２２の制御出力▲４▼はＯＮとなっていなければならないが、短絡ゆえに出力回路１２および２２ともにＯＦＦになる（図７の（Ｃ）参照）。この場合も、信号▲５▼と▲６▼によって出力回路１２と２２の制御出力▲３▼と▲４▼が強制的にＯＦＦされて該センサは安全側に移行される（図７（Ｄ）参照）。
【００４９】
図８は、この発明の実施の形態によるセイフティエリアセンサが設けられるプレス機の外観を示す図である。
【００５０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態によるセイフティエリアセンサの機能ブロック図である。
【図２】図１の電源電圧監視部とその周辺回路図である。
【図３】図２の第２監視部による電源電圧監視部の故障診断時のタイミングチャートである。
【図４】図１の受光器の他の構成を示す図である。
【図５】図４の受光器が適用される多光軸光電センサのブロック図である。
【図６】図１の受光器のさらなる他の構成を示す図である。
【図７】図６の第２監視部による電源電圧監視部の故障診断のタイミングチャートである。
【図８】この発明の実施の形態によるセイフティエリアセンサが設けられるプレス機の外観を示す図である。
【符号の説明】
１  主電源
２  第２電源
３および３Ｂ  電源電圧監視部
４、１５、１８、２５、２６  第２監視部
ＣＨ１〜ＣＨ６  チャネル
１２、２２  出力回路
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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