WO2012035803A1

WO2012035803A1 - スイッチ

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Publication number: WO2012035803A1
Application number: PCT/JP2011/056226
Authority: WO
Inventors: 強松本; 哲也赤木; 俊吉佐々木; 龍也飯田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2013-03-17
Also published as: US20130233683A1; JP2012064499A; KR20130015003A; CN103155078B; JP5195855B2; KR101454528B1; US9190226B2; EP2562782A4; EP2562782B1; CN103155078A; EP2562782A1

Abstract

　ドアスイッチ（１１０）は、筐体（２１０）と、カム（２３０）と、操作キー（１５０）の操作によって操作するカム（２３０）と、カム（２３０）の動作状態を検出するための検出部（２４０）とを備える。筐体（２１０）は、カム（２３０）および検出部（２４０）の少なくとも一部を収納する。カム（２３０）は、操作キー（１５０）がカム（２３０）の形状に対応した形状である場合は、筐体への操作キー（１５０）の挿入操作によって動作する一方で、操作キー（１５０）がカム（２３０）の形状に対応した形状でない場合は、挿入操作によって動作しないように構成される。ドアスイッチ（１１０）は、ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ２に適合可能である。

Description

スイッチ

　本発明はスイッチに関し、より特定的には、機械設備の安全性を確保するための制御システムに用いられるインターロックスイッチに関する。

　従来から、産業機械等において、作業者の安全を確保することを目的として、機械を防護壁で囲うとともに防護壁内へ進入するための防護扉が設けられる場合がある。そして、このような構成においては、一般的に、この防護扉が完全に閉止されているか否かを検出するためのインターロックスイッチ（または、安全スイッチ）が設けられ、防護扉が完全に閉止されていない場合には、機械を駆動することができないような安全システムが構築される。

　このインターロックスイッチは、一般的に、スイッチ本体とアクチュエータ（たとえば、キー）を含んで構成される。スイッチ本体は、防護扉周辺の防護壁面に設置される。アクチュエータは、防護扉を閉止したときに、アクチュエータがスイッチ本体に設けられたアクチュエータの進入口に挿入されるように防護扉に設置される。

　そして、防護扉が閉止されると、アクチュエータが挿入されてスイッチ本体内部のカムなどの動作部が作動され、それによってスイッチ本体に内蔵される開閉器が閉成される。これによって機械への電源が供給されて、機械が動作可能となる。

　一方、防護扉が開放されると、アクチュエータがスイッチ本体から引抜かれ、それによってスイッチ本体の開閉器が開放される。これによって、機械への電源が遮断される。

　このようなインターロックスイッチにおいては、上述の動作部を含む第１の部分と、開閉器が含まれる第２の部分とが分離可能に構成されているものがある。このような構成の場合、インターロックスイッチに過度の衝撃が加えられて、第１の部分と第２の部分とが分離してしまうことが考えられる。たとえば、アクチュエータが引抜かれた場合に、動作部の押力によって上記の開閉器が開放されるような構造であれば、第１の部分と第２の部分とが分離すると上記の押力がなくなり開閉器が閉成する。そうすると、防護扉が完全に閉止されていない状態であっても機械に電源が供給されてしまい、作業者の安全が確保されなくなってしまうおそれがある。

　特開２０１０－１５７４８８号公報（特許文献１）には、上述のような第１の部分と第２の部分とに分離可能な構成の安全スイッチにおいて、第１の部分と第２の部分とが分離した場合に、開閉器が開放方向に動作することによって安全性が確保される構造を有した安全スイッチが開示される。

特開２０１０－１５７４８８号公報特開２０１０－１２３３０６号公報

　上述のように分離可能な２つの部分によって構成された構造を有するインターロックスイッチにおいては、たとえ特開２０１０－１５７４８８号公報（特許文献１）に記載されたような構造によって安全性が確保されるようにしたとしても、衝撃等によってこれらの２つの部分が分離してしまう可能性を排除することはできない。そのため、本質的に分離しない形態とすることが望ましい。

　また、このような第１の部分と第２の部分とによる構成では、スイッチ本体が直方体のような形状となってしまうため、防護扉の開閉方向や周囲の機械構造によっては、取り付けが困難となる場合があり、アクチュエータの挿入位置等が変更された設計バリエーションが必要とされる。

　さらに、特開２０１０－１５７４８８号公報（特許文献１）のように可動接点および固定接点からなる接点モジュールやカムから可動接点へ駆動力を伝達するプランジャといった部品がインターロックスイッチにおいて大きく体積を占めている。接点どうしの間隔や駆動力の伝達を考慮すると、これらの部品の小型化には限界が生ずる。

　さらに、近年においては、このようなインターロックスイッチが用いられる安全回路は、ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ２の基準に適合することが要求される場合がある。このＩＳＯ１３８４９－１は、機械のリスクを低減する方策の中で安全防護を考えるときに、リスクの大きさと、それに応じた安全システムの性能を規定した国際規格であり、その安全システムの性能基準は「カテゴリ」で表現するのが一般的である。「カテゴリ」とは、安全制御システムのアーキテクチャであり、これまで培われてきたスイッチやリレーの接点技術に代表されるような電気機構部品による、いわば確定的な技術に立脚したものである。

　図１は、ＩＳＯ１３８４９－１で定義されたカテゴリを説明する図である。図１を参照して、ＩＳＯ１３８４９－１では「Ｂ」、「１」、「２」、「３」、「４」の５段階のカテゴリが規定されている。カテゴリが「Ｂ］から「４」へと進むにしたがって、性能基準の達成レベルが高くなる。

　また、ＩＳＯ１３８４９－１の改訂版では、安全制御システムの評価の指標として、「ＰＬ（パフォーマンスレベル）」と呼ばれる「ａ」から「ｅ」の５段階の指標が定義される。ＰＬとは、従来の「カテゴリ」の概念に「信頼性」、「品質」の概念を取り入れたものであり、平均危険側故障時間(ＭＴＴＦｄ)、ＤＣａｖｇ（Ａｖｅｒａｇｅ　Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ　Ｃｏｖｅｒａｇｅ)、共通原因故障(ＣＣＦ)が評価される。ＰＬによって、実際の使用状況に沿って安全制御システムを定量的に評価することができる。

　なお、ＩＳＯ１３８４９－１の改訂版の正式名称は、「ISO13849-1(Second　edition　2006-11-01)　Safety　of　machinery　Safety-related　parts　of　control　systems,　Part　1：General　principles　for　design：機械類の安全性－制御システムの安全関連部－第１部：設計のための一般原則）」である。以下では、ＩＳＯ１３８４９－１の改訂版を「ＩＳＯ１３８４９－１：２００６」と呼ぶこともある。また、特に区別する必要がない場合には、ＩＳＯ１３８４９－１の旧版および改訂版を「ＩＳＯ１３８４９－１」と総称することとする。

　ＩＳＯ１３８４９－１：２００６では、各カテゴリに求められる安全制御システムの要件は、旧版の内容と代わらない。ただし、それぞれの安全制御システムを、Ｉ（入力機器）、Ｌ（論理演算機器）、Ｏ（出力機器）の３部分を軸にして、それぞれの特徴が分かりやすく図式化されている。

　図２は、ＩＳＯ１３８４９－１：２００６によって示された、各カテゴリに求められる安全制御システムの要件を説明するためのブロック図である。

　図２を参照して、カテゴリＢ、カテゴリ１に適用される構造は、Ｉ，Ｌ，Ｏによって実現可能である。カテゴリ２に適用される構造は、たとえば上記Ｉ、Ｌ、ＯにＴＥ（点検機器）を加えることによって実現可能である。なお、カテゴリ２に適用される構造は、たとえばＩ、Ｏ、ＴＥによって実現することもできる。ＯＴＥは、ＴＥの出力に基づく動作を実行するための機能である。ＯＴＥは、たとえばＯ（出力機器）に含まれる機能でもよいし、上記Ｉ，Ｌ，Ｏとは別個の装置の機能であってもよい。

　カテゴリ３、４に適用される構造は、上記Ｉ、Ｌ、Ｏを二重化することによって実現可能である。カテゴリ４は、カテゴリ３よりも高い検出能力が要求される点においてカテゴリ３と異なるものの、構造の点ではカテゴリ３と同じである。

　図２に示されるように、カテゴリ２の要求事項には、入力機器および出力機器が正常であることをチェックするということが含まれる。

　図３は、ＩＳＯ１３８４９－１：２００６で定義されたパフォーマンスレベルの評価方法を説明するためのグラフである。図３を参照して、ＰＬを評価するためにはカテゴリ（図３中に「Ｃａｔ」と示す）、ＭＴＴＦｄ、ＤＣａｖｇおよびＣＣＦの４つのパラメータが用いられる。

　図３に示されるように、たとえばパフォーマンスレベル「ｃ」を達成可能なパラメータの組み合わせは複数存在する。言い換えれば上記４つのパラメータの適切な組み合わせによって、所望のパフォーマンスレベルを達成可能である。したがってＩＳＯ１３８４９－１：２００６によれば、旧版であるＩＳＯ１３８４９－１：１９９９よりも安全システムを構築する際の自由度が高くなるといえる。

　このように、インターロックスイッチが、ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ２の基準に適合するためには、スイッチ自体が、正常であるか否かを外部のコントローラ等によってチェックできるような構成であることが必要とされる。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、衝撃等による破損が低減され、かつ安全システムに用いられた場合に安全性を確保できるインターロックスイッチを提供することである。

　本発明によるスイッチは、第１の筐体と、アクチュエータの操作によって動作する動作部と、動作部の動作状態を検出するとともに、検出した動作状態に関する信号を出力するための検出部とを備える。そして、第１の筐体は、動作部および検出部の少なくとも一部を収納する。

　好ましくは、アクチュエータはキーを含む。動作部は、キーが動作部の形状に対応した形状である場合は、第１の筐体へのキーの挿入操作によって動作する一方で、キーが動作部の形状に対応した形状でない場合は、挿入操作によって動作しないように構成される。

　好ましくは、検出部は、動作部の動作状態を光学的に検出するための検出要素を含む。
　好ましくは、検出要素は、フォトマイクロセンサである。

　好ましくは、動作部は、動作状態の場合に検出部の光を通光させる一方で、非動作状態の場合に光を遮光する。

　好ましくは、検出部は、動作部の動作状態を磁気的に検出するための検出要素を含む。
　好ましくは、第１の筐体は、略立方体の形状を有する。

　好ましくは、スイッチは、第１の筐体と結合される第２の筐体をさらに備える。検出部は、第１の筐体と第２の筐体とが分離された場合は、動作部が非動作状態を示す信号を出力する。

　好ましくは、スイッチは、検出部を駆動するための回路基板をさらに備える。動作部および検出部は、第１の筐体に収納される。回路基板は、第２の筐体に収納される。そして、検出部は、第１の筐体と第２の筐体とが分離された場合に、検出部と回路基板との間の信号伝達が遮断されたことによって、動作部が非動作状態を示す信号を出力する。
　好ましくは、スイッチは、スイッチにおける異常の有無を監視するために、外部から供給される試験信号を入力するための入力部をさらに備える。そして、検出部は、異常が発生していない場合は、入力部で受けた試験信号に対応した信号を出力する。

　好ましくは、検出部は、少なくとも２つの検出要素を含む。

　本発明によれば、衝撃等による破損が低減され、かつ安全システムに用いられた場合に安全性を確保できるインターロックスイッチを提供することができる。

ＩＳＯ１３８４９－１で定義されたカテゴリを説明する図である。ＩＳＯ１３８４９－１：２００６によって示された、各カテゴリに求められる安全制御システムの要件を説明するためのブロック図である。ＩＳＯ１３８４９－１：２００６で定義されたパフォーマンスレベルの評価方法を説明するためのグラフである。ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ２の基準に適合した、インターロックスイッチを用いた安全制御システムの一般的な例を示す構成図である。比較例のインターロックスイッチの構造を説明するための第１の図である。比較例のインターロックスイッチの構造を説明するための第２の図である。比較例のインターロックスイッチの構造を説明するための第３の図である。実施の形態に従うインターロックスイッチの構造を説明するための第１の図である。実施の形態に従うインターロックスイッチの構造を説明するための第２の図である。実施の形態に従うインターロックスイッチの構造を説明するための第３の図である。実施の形態に従うインターロックスイッチの他の例の構造を説明するための第１の図である。実施の形態に従うインターロックスイッチの他の例の構造を説明するための第２の図である。実施の形態に従うインターロックスイッチの他の例の構造を説明するための第３の図である。実施の形態に従うインターロックスイッチのさらに他の例の構造を説明するための第１の図である。実施の形態に従うインターロックスイッチのさらに他の例の構造を説明するための第２の図である。本実施の形態に従うインターロックスイッチの電気的回路を説明するための図である。本実施の形態に従うインターロックスイッチが直列に接続された場合の電気的回路を説明するための図である。ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ３または４に適合したインターロックスイッチを用いた安全制御システムの一例を示す図である。図１８のシステムに用いることが可能な、本発明の実施の形態に従うインターロックスイッチの構造を説明するための第１の図である。図１８のシステムに用いることが可能な、本発明の実施の形態に従うインターロックスイッチの構造を説明するための第２の図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　［安全制御システムの基本構成］
　図４は、ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ２の基準に適合した、インターロックスイッチを用いた安全制御システム１０の一般的な例を示す構成図である。図４を参照して、安全制御システム１０は、交流電源１６０から、負荷であるモータ１７０への駆動電力の供給、および駆動電力の遮断を行なう。なお、図４においては、負荷としてモータを使用した構成を例として説明するが、電力を用いて動作するものであれば、負荷の構成はこれに限定されない。

　制御システム１００は、入力機器としてのインターロックスイッチ（以下、「ドアスイッチ」とも称する。）１１０と、セーフティコントローラ１２０と、電力供給部１３０とを備える。

　電力供給部１３０は、ドアスイッチ１１０の状態に基づいたセーフティコントローラ１２０からの信号によって、交流電源１６０からモータ１７０への電力の供給と遮断とを切換えることができる機能を有している。電力供給部１３０としては、たとえば、交流電源１６０からモータ１７０への電力経路に介挿されたコンタクタ、サーボドライバ、またはインバータなどの電力変換装置を採用することができる。

　ドアスイッチ１１０は、機械的なガードやカバーが閉止されていることを検出するためのスイッチである。ドアスイッチ１１０には、扉１４０に取り付けられた操作キー１５０が抜き差しされることによって動作する。これによりドアスイッチ１１０は、扉１４０の開閉を検出するとともに、扉１４０の開閉を示す信号ＤＥＴをセーフティコントローラ１２０に出力する。なお、この操作キー１５０は、図８等で後述するようなドアスイッチ１１０の内部に設けられる動作部の形状に対応した形状のものが用いられる。動作部の形状に対応しない操作キーを用いた場合には、ドアスイッチ１１０を動作させることはできない。

　ドアスイッチ１１０の構成は、上記のように操作キー１５０の挿抜によって行なわれる構成には限られず、たとえば、扉１４０を閉じることによってドアスイッチ１１０に設けられたレバーを動作させるような構成であってもよい。しかしながら、安全上の観点から、作業者等によって、扉が開放状態のままであるにもかかわらず故意にドアスイッチを動作させることによって機械を動作できるようにする無効化操作ができないようにするために、上記のような操作キーを用いたドアスイッチを用いることが望ましい。なお、ドアスイッチに対応したアクチュエータを用いた非接触式のドアスイッチとする構成としてもよい。

　セーフティコントローラ１２０は、ドアスイッチ１１０からの検出信号ＤＥＴを受ける。そして、この検出信号ＤＥＴに基づいて、電力供給部１３０に対してインターロック信号ＩＬＫを出力する。具体的には、扉１４０が開放されている場合には、電力供給部１３０からモータ１７０への駆動電力を遮断するようにインターロック信号ＩＬＫが設定される。一方、扉１４０が閉止されている場合には、電力供給部１３０からモータ１７０への駆動電力の供給を許可するようにインターロック信号ＩＬＫが設定される。

　また、セーフティコントローラ１２０は、電力供給部１３０の異常の有無を示す信号ＳＴＡＴを電力供給部１３０から受ける。そして、電力供給部１３０に異常が生じていることを検出した場合には、電力供給部１３０からモータ１７０への駆動電力の供給を遮断するようにインターロック信号ＩＬＫが設定される。

　さらにセーフティコントローラ１２０は、ドアスイッチ１１０が正常か否かを判定するために、たとえば予め定められた時間間隔で、ドアスイッチ１１０に対してテスト信号ＴＥＳＴを出力する。そして、このテスト信号ＴＥＳＴに対してドアスイッチ１１０から受信した信号が、テスト信号に対応した信号パターンではない場合には、セーフティコントローラ１２０は、ドアスイッチ１１０に異常が生じていると判定して、電力供給部１３０からの電力供給を遮断する。また、ドアスイッチ１１０が、自らの異常の有無を示す信号を出力可能な場合には、セーフティコントローラ１２０は、その信号を用いて異常の有無を判定するようにしてもよい。

　すなわち、このような構成とすることで、セーフティコントローラ１２０は、ドアスイッチ１１０および電力供給部１３０を監視するとともに、その監視結果（検出結果）を電力供給部１３０へ出力する。これによって、制御システム１００は、ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ２に準拠した構成を有する。具体的には、ドアスイッチ１１０が図２における入力機器（Ｉ）の機能を実現し、セーフティコントローラ１２０が図２における論理演算機器（Ｌ）および点検機器（ＴＥ）の機能を実現し、電力供給部１３０が図２における出力機器（Ｏ）および点検結果の出力（ＯＴＥ）の機能を実現する。

　なお、図３に示されるように、ＩＳＯ１３８４９－１：２００６によれば、カテゴリ２で達成可能なＰＬ（パフォーマンスレベル）は「ａ」～「ｄ」となる。したがって、図４で示されるシステムおいては、パフォーマンスレベル「ａ」～「ｄ」に適合可能なシステムが構築可能である。

　［従来のドアスイッチの問題点］
　次に図５～図７を用いて、従来のドアスイッチにおける問題点について説明する。図５を参照して、ドアスイッチ３００は、動作部であるカム３４０を含む第１の筐体３１０と、操作ロッド３５０、バネ機構３６０および検出部３８０を含む第２の筐体３２０とを含んで構成される。検出部３８０は、移動接点３６５と固定接点３７０とを含む。

　カム３４０は、アクチュエータである操作キー３３０が第１の筐体３１０に形成された挿入口３１１から挿入されることによって、回転軸３４１を中心として回転する。カム３４０には、検出部３８０の移動接点３６５を動作させるための操作ロッド３５０が接触している。操作ロッド３５０は、バネ機構３６０によって、カム３４０の方向に力が付勢されている。

　図５のように、操作キー３３０が挿入されていないときには、カム３４０によって操作ロッド３５０が押し下げられて、固定接点３７０と移動接点３６５とが非接触の状態とされる。これによって、ドアスイッチ３００からオフの検出信号が出力される。

　そして、図６のように操作キー３３０が挿入されると、カム３４０が回転し、カム３４０に形成された切欠部３４２が、操作ロッド３５０の位置に移動する。そうすると、これまでカム３４０によって押し下げられていた操作ロッド３５０が、バネ機構３６０からの付勢力によって押し上げられ、それによって固定接点３７０と移動接点３６５とが接触状態となる。これによって、ドアスイッチ３００からオンの検出信号が出力される。

　このように、第１の筐体３１０であるヘッド部と、第２の筐体３２０であるスイッチ部とが分離可能な構成とすることは、たとえば、カム３４０の回転軸３４１に直接レバーが取り付けられた形状のヘッド部に変更することによって、一般的なレバー型のリミットスイッチとすることができ、スイッチ部を共有化できるという利点がある。その一方で、ドアスイッチ３００に強い衝撃力が加わったような場合に、この第１の筐体３１０と第２の筐体３２０とが分離してしまう可能性がある。そうすると、図７に示すように、それまでカム３４０によって押し下げられていた操作ロッド３５０が、第１の筐体３１０と第２の筐体３２０とが分離することによって押し上げられてしまう。そして、固定接点３７０と移動接点３６５とが接触状態となってしまい、操作キー３３０が抜かれた状態すなわち扉が開放状態であった場合であってもオンの検出信号が出力されることが生じ得る。その結果、ドアスイッチ３００の故障によって安全状態が確保されない状態となってしまうという問題が起こり得る。

　また、ドアスイッチ３００は、操作ロッド３５０のような機構部を有するため、スイッチ全体の形状が略直方体のような形状となってしまうため、扉の開閉方向や扉周囲における機械の状態によっては、取り付け方向が制約されてしまうおそれがある。この課題を解決するために、操作キーの挿入方向を変更したヘッド部のバリエーションを有するように設計することも可能であるが、設計・製作の観点からコストアップの要因となり得る。

　そこで、本実施の形態に従うドアスイッチにおいては、動作部であるカムと同じ筐体内に検出部を備える構成とすることによって、動作部と検出部が分離してしまうことによる不具合を解消するとともに、スイッチ全体の大きさを小型化して、取り付けにおける制約を緩和する。

　［ドアスイッチの構成］
　図８～図１０は、本実施の形態に従うドアスイッチ１１０の内部構造を説明するための図である。図８は操作キー１５０が抜かれた状態を示し、図９は操作キー１５０が挿入された状態を示す。また、図１０は、図８または図９の上面から見た場合の状態を示す。

　図８～図１０を参照して、ドアスイッチ１１０は、カム２３０と、検出部２４０と、検出部２４０を駆動するための基板２５０とを備えるとともに、これらを一体に収納するための筐体２１０をさらに備える。

　カム２３０は、図５で説明した比較例におけるカム３４０と同様に、筐体２１０に形成された挿入口２１１から操作キー１５０が挿入されることによって、回転軸２３１を中心として回転する。

　検出部２４０は、たとえばフォトマイクロのような光学式検出要素であり、図１０に示すように、カム２３０を挟んで投光部２４１および受光部２４２とが設けられる。そして、操作キー１５０が抜かれた状態（すなわち、扉が開放状態）においては、図８のように、カム２３０によって投光部２４１からの光が遮光されるために、ドアスイッチ１１０からはオフの検出信号が出力される。一方、図９のように、操作キー１５０が挿入された状態（すなわち、扉が閉止状態）においては、カム２３０に形成された切欠部２３５が検出部２４０の位置まで移動することによって投光部２４１からの光が通光し、受光部２４２によって検出される。これによって、ドアスイッチ１１０からはオンの検出信号が出力される。

　このように、動作部と検出部とを一体の筐体内に収納する構成とすることによって、上述のようにヘッド部とスイッチ部とが分離することを本質的に排除することが可能となる。

　また、検出部を、フォトマイクロのような、機構部がなくとも動作部の動作状態の検出が可能な電子機器を用いて構成することによって、スイッチ全体の大きさを小型化でき、図８などのように略立方体とすることが可能となる。これによって、スイッチ取り付けにおける寸法上の制約を緩和することができる。

　［検出部の変形例］
　なお、検出部については、上述のように投光部および受光部がカムを挟んで設置される構成には限定されない。たとえば、投光部と受光部とが一体となった反射型の光学式検出要素を図１０における投光部２４１の位置に配置し、反射板を受光部２４２の位置に配置するようにしてもよい。あるいは、光学式の距離検出要素を用いて、カムまでの距離と筐体内壁までの距離との違いによって動作状態を検出するようにしてもよい。

　さらに、検出部は、光学式検出要素の他に、磁気式検出要素を用いることも可能である。図１１～図１３は、磁気式検出要素を用いた場合の、本実施の形態に従うドアスイッチ１１０Ａの内部構造を説明するための図である。図１１は操作キー１５０が抜かれた状態を示し、図１２は操作キー１５０が挿入された状態を示す。また、図１３は、図１１または図１２の上面から見た場合の状態を示す。なお、このドアスイッチ１１０Ａにおいては、図８～図１０で説明したドアスイッチ１１０におけるカム２３０および検出部２４０が、カム２３０Ａおよび検出部２４０Ａに置き換わったものとなっている。図１１～図１３において、図８～図１０と重複する要素の説明は繰り返さない。

　図１１～図１３を参照して、カム２３０Ａには、図８におけるカム２３０に形成された切欠部２３５に相当する部分に、磁気要素２３２が取り付けられる。磁気要素２３２は、検出部２４０Ａの型式に応じて、たとえば永久磁石や金属板などが用いられる。

　検出部２４０Ａは磁気式検出要素であり、磁気要素２３２が検出部２４０Ａに対して所定の距離以内に近づくことによってオンの検出信号を出力する。磁気式検出要素としては、たとえば近接センサ、ホール素子、リードスイッチなどが含まれる。

　このような構成において、操作キー１５０が抜かれている場合には、磁気要素２３２と検出部２４０Ａとが離れているために、検出部２４０Ａからはオフの検出信号が出力される。一方、操作キー１５０が挿入された場合には、それに伴ってカム２３０Ａが回転し、磁気要素２３２が検出部２４０Ａに対向する位置に移動する。これによって、検出部２４０Ａからオンの検出信号が出力される。

　なお、検出部の他の例としては、上記の他に静電容量型の近接センサや、接点式の小型マイクロスイッチを用いることも可能である。

　［ドアスイッチの変形例］
　上述の例においては、１つの筐体内に動作部、検出部、および基板を一体として収納する例について説明したが、本実施の形態のおいては、必ずしも１つの筐体とすることは必須ではない。

　図１４および図１５は、内部の構成要素を２つの筐体に分割して収納する場合のドアスイッチ１１０Ｂの例を説明するための図である。なお、内部の構成要素については、図８と同じ機能を有する要素は同じ参照符号が付されており、それらの説明は繰り返さない。

　図１４および図１５を参照して、ドアスイッチ１１０Ｂは、上部筐体２１５と下部筐体２１６とが結合された構造を有している。

　上部筐体２１５には、動作部であるカム２３０および検出部２４０が収納される。一方、下部筐体２１６には、検出部２４０を駆動するための基板２５０が収納される。そして、検出部２４０は、配線２４５を介して基板２５０に接続される。

　このような構成において、図１４のように操作キー１５０が挿入された状態では、カム２３０が回転することによってカム２３０に形成された切欠部２３５が検出部２４０の位置に移動する。これにより、図８で説明したのと同様に検出部２４０の受光部が光を検出して、オンの検出信号が出力される。

　ここで、ドアスイッチ１１０Ｂに強い衝撃が加わり、上部筐体２１５と下部筐体２１６とが分離した場合には、図１５に示されるように、検出部２４０と基板２５０とを結ぶ配線２４５が切断される。そのため、検出部２４０からの検出信号が基板２５０へ伝達されなくなるので、基板２５０からはオフの検出信号が出力される。その結果、たとえ操作キー１５０が挿入された状態のままでドアスイッチ１１０Ｂの筐体が分離したとしても、図４のセーフティコントローラ１２０への検出信号がオフとなるので、電力供給部１３０からモータ１７０への電力が遮断されて機械が停止し、安全が確保されることになる。

　なお、上記の説明においては、検出部２４０の全体が上部筐体２１５に収納される場合について説明したが、たとえば、検出部２４０の投光部が上部筐体２１５に収納され、受光部が下部筐体２１６に収納されるような構成であってもよい。この場合でも、上部筐体２１５と下部筐体２１６が分離した場合には、受光部において投光部からの光を検出することができなくなるので、上記と同様にオフの検出信号が出力される。

　このように、ドアスイッチの構成要素を、分離可能な複数の筐体に分割して収納する構成においても、検出部として電子機器を用いることによってスイッチ全体の大きさを小型化することができるとともに、スイッチの破損によって筐体が分離した場合でも安全が確保されるようにすることができる。

　［ドアスイッチの診断手法］
　安全制御システムがＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ２に適合するためには、上述のように、入力機器すなわち図４においてはドアスイッチの監視機能が必要となる。

　図１６は、図８で説明した光学式検出要素を用いた場合の、ドアスイッチとセーフティコントローラとの間の電気的接続を示した図である。

　図１６を参照して、ドアスイッチ１１０には、上述のように検出部として投光部２４１および受光部２４２とが含まれる。

　投光部２４１には、受光素子としてたとえば発光ダイオード２４３が備えられる。発光ダイオードのアノードは端子Ｔ３に接続され、カソードは端子Ｔ４に接続される。

　受光部２４２には、受光素子としてたとえばフォトトランジスタ２４４が備えられる。フォトトランジスタのコレクタは端子Ｔ１に接続され、エミッタは端子Ｔ２に接続される。

　セーフティコントローラ１２０は、投光部２４１へ電源を供給するための電源端子Ｖ１と、受光部２４２へ電源を供給するための電源端子Ｖｃｃと、受光部２４２からの検出信号を入力するための入力端子ＩＮと、接地端子ＧＮＤとを含む。

　電源端子Ｖ１および接地端子ＧＮＤは、投光部２４１の端子Ｔ３，Ｔ４にそれぞれ接続される。電源端子Ｖｃｃおよび入力端子ＩＮは、受光部２４２の端子Ｔ１，Ｔ２にそれぞれ接続される。

　セーフティコントローラ１２０は、ドアスイッチ１１０の監視期間以外の場合には、投光部２４１から光を継続的に放射させるために、電源端子Ｖ１には、所定の電源電圧（たとえば、Ｖｃｃと同じ電圧）を継続的に印加する。そして、投光部２４１と受光部２４２との間の光が通光状態であれば、フォトトランジスタ２４４が活性化されて、入力端子ＩＮにはオンの検出信号（すなわち、論理Ｈｉｇｈ信号）が入力される。一方、投光部２４１と受光部２４２との間の光が遮光状態の場合には、フォトトランジスタ２４４が非活性化されて、入力端子ＩＮにはオフの検出信号（すなわち、論理Ｌｏｗ信号）が入力される。

　セーフティコントローラ１２０は、ドアスイッチ１１０の監視を行なう場合には、電源端子Ｖ１に予め定められた周期パターンで電源電圧の印加、停止を繰り返す電圧パルスを印加する。このとき、投光部２４１と受光部２４２との間の光が通光状態の場合には、ドアスイッチ１１０が正常であれば、入力端子ＩＮには、電源端子Ｖ１に印加した電圧パルスに対応したパターンの信号が入力される。

　もし、投光部２４１および受光部２４２のいずれかに異常が発生している場合には、印加した電圧パルスに対して、検出信号がオンのまま、あるいはオフのままとなり得る。このように、印加した電圧パルスと、入力された入力信号とを比較することによって、ドアスイッチ１１０の監視機能を実現することができる。

　なお、投光部２４１と受光部２４２との間の光が遮光された状態の場合には、投光部２４１へ電圧パルスを印加しても、受光部２４２においては投光部２４１からの光の変化は検出されないので、この場合にはドアスイッチ１１０の異常の有無を検出することができない。しかしながら、このような遮光状態の場合には、一般的に、操作キー１５０が引抜かれた状態であり、モータ１７０への電源供給がされず安全が保たれた状態となるので、安全上の問題とはならない。

　図１７は、たとえば、防護壁に複数の進入口がある場合のように、複数のドアスイッチが用いられる場合の、ドアスイッチとセーフティコントローラとの間の電気的接続を示した図である。図１７においては、図１６の構成に加えて、ドアスイッチ１１０＃がさらに追加された構成となっている。

　図１７を参照して、ドアスイッチ１１０＃は、基本的にドアスイッチ１１０と同じ構造を有する。受光部２４２＃の端子Ｔ１＃は、セーフティコントローラ１２０の電源端子Ｖｃｃに接続され、端子Ｔ２＃は、セーフティコントローラ１２０の入力端子ＩＮに接続される。投光部２４１＃の端子Ｔ４＃は、セーフティコントローラ１２０の接地端子ＧＮＤに接続される。そして、投光部２４１＃の端子Ｔ３＃は、ドアスイッチ１１０の端子Ｔ２に接続される。

　このように、複数のドアスイッチをカスケード接続することによって、ドアスイッチのうちの少なくとも１つに異常が生じた場合に、セーフティコントローラ１２０によって異常を検出することができる。

　なお、ドアスイッチの接続は、図１７に示したような接続方式には限られず、たとえば、投光部についてはセーフティコントローラ１２０の電源端子Ｖ１および接地端子ＧＮＤに対して並列に接続し、受光部については、セーフティコントローラ１２０の電源端子Ｖｃｃおよび入力端子ＩＮの間に直列に接続するような方式であってもよい。

　［ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ３，４への適合例］
　上記の説明においては、ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ２に適合可能なドアスイッチについて説明した。

　次に、上述のドアスイッチと同様の効果を奏するＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ３，４に適合可能なドアスイッチについて説明する。

　図２で説明したように、ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ３，４に適合した安全制御システムにおいては、入力機器および論理演算機器が二重化された構成とするとともに、論理演算機器間のクロスモニタリング機能を有することが要求される。

　図１８は、ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ３または４に適合したインターロックスイッチを用いた安全制御システム１０Ａを示す図である。

　図１８を参照して、制御システム１００Ａは、図４におけるドアスイッチ１１０に代えて、２つの検出部１８１，１８２を含むドアスイッチ１８０を備えるとともに、２つの検出部１８１，１８２にそれぞれ対応するセーフティコントローラ１２１，１２２を備える。

　各セーフティコントローラおよび検出部の機能は、図４におけるセーフティコントローラ１２０およびドアスイッチ１１０の機能と同じであるので繰り返さないが、２つのセーフティコントローラ１２１，１２２は、互いに相手の異常の有無を検出するクロスモニタリングの機能をさらに有している。

　このように、ドアスイッチに複数の検出部を備える構成とすることによって、ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ３または４に適合したインターロックスイッチとすることができる。

　図１９および図２０は、このような複数の検出部を備えるドアスイッチ１８０の内部構成の例を説明するための図であり、図１９は操作キー１５０が引抜かれた状態を示し、図２０は操作キー１５０が挿入された状態を示す。

　図１９および図２０を参照して、ドアスイッチ１８０は、図８のドアスイッチ１１０におけるカム２３０がカム２６０に置き換えられるとともに、検出部２４０に代えて２つの検出部１８１，１８２が備えられる。

　カム２６０には、２つの切欠部２６１，２６２が形成される。そして、検出部１８１，１８２は、操作キー１５０が挿入されてカム２６０が回転したときの、これらの切欠部２６１，２６２に対応する位置に配置される。このような構成とすることによって、動作部であるカム２６０の動作状態を、２つの検出部１８１，１８２によって検出することが可能となる。

　なお、図１９，図２０においては、カム２６０に、２つの検出部１８１，１８２に対応した個別の切欠部２６１，２６２を形成する構成について説明したが、たとえば検出部の大きさが小さい場合には、２つの検出部を隣接して配置し、同じ切欠部の動作状態を２つの検出部で検出するようにしてもよい。

　また、このような、２つの検出部を有するドアスイッチを用いなくとも、図８に示した１つの検出部を有するドアスイッチを２つ用いることによって、図１８に相当する制御システムを構築することによって、ＩＳＯ１３８４９－１のカテゴリ３，４に適合した安全制御システムとすることも可能である。

　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請求の範囲によって示され、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。

　１０,１０Ａ　安全制御システム、１００，１００Ａ　制御システム、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１８０，３００　ドアスイッチ、１２０，１２１，１２２　セーフティコントローラ、１３０　電力供給部、１４０　扉、１５０，３３０　操作キー、１６０　交流電源、１７０　モータ、１８１，１８２，２４０，２４０Ａ，３８０　検出部、２１０，２１５，２１６，３１０，３２０　筐体、２１１，３１１　挿入口、２３０，２３０Ａ，２６０，３４０　カム、２３１，３４１　回転軸、２３２　磁気要素、２３５，２６１，２６２，３４２　切欠部、２４１，２４１＃　投光部、２４２，２４２＃　受光部、２４３，２４３＃　発光ダイオード、２４４，２４４＃　フォトトランジスタ、２４５　配線、２５０　基板、３５０　操作ロッド、３６０　バネ機構、３６５　移動接点、３７０　固定接点、ＧＮＤ　接地端子、Ｔ１～Ｔ４，Ｔ１＃～Ｔ４＃　端子、Ｖ１，Ｖｃｃ　電源端子。

Claims

　第１の筐体と、
　アクチュエータの操作によって動作する動作部と、
　前記動作部の動作状態を検出するとともに、検出した前記動作状態に関する信号を出力するための検出部とを備え、
　前記第１の筐体は、前記動作部および前記検出部の少なくとも一部を収納する、スイッチ。
　前記アクチュエータは、キーを含み、
　前記動作部は、前記キーが前記動作部の形状に対応した形状である場合は、前記第１の筐体への前記キーの挿入操作によって動作する一方で、前記キーが前記動作部の形状に対応した形状でない場合は、前記挿入操作によって動作しないように構成される、請求項１に記載のスイッチ。
　前記検出部は、前記動作部の動作状態を光学的に検出するための検出要素を含む、請求項２に記載のスイッチ。
　前記検出要素は、フォトマイクロセンサである、請求項３に記載のスイッチ。
　前記動作部は、動作状態の場合に前記検出部の光を通光させる一方で、非動作状態の場合に前記光を遮光する、請求項３または４に記載のスイッチ。
　前記検出部は、前記動作部の動作状態を磁気的に検出するための検出要素を含む、請求項２に記載のスイッチ。
　前記第１の筐体は、略立方体の形状を有する、請求項１または２に記載のスイッチ。
　前記第１の筐体と結合される第２の筐体をさらに備え、
　前記検出部は、前記第１の筐体と前記第２の筐体とが分離された場合は、前記動作部が非動作状態を示す信号を出力する、請求項１～７のいずれか１項に記載のスイッチ。
　前記検出部を駆動するための回路基板をさらに備え、
　前記動作部および前記検出部は、前記第１の筐体に収納され、
　前記回路基板は、前記第２の筐体に収納され、
　前記検出部は、前記第１の筐体と前記第２の筐体とが分離された場合に、前記検出部と前記回路基板との間の信号伝達が遮断されたことによって、前記動作部が非動作状態を示す信号を出力する、請求項８に記載のスイッチ。
　前記スイッチにおける異常の有無を監視するために、外部から供給される試験信号を入力するための入力部をさらに備え、
　前記検出部は、異常が発生していない場合は、前記入力部で受けた前記試験信号に対応した信号を出力する、請求項１～９のいずれか１項に記載のスイッチ。
　前記検出部は、少なくとも２つの検出要素を含む、請求項２に記載のスイッチ。