| 【発明の名称】 |
センサ及び安全装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】鈴木 孝志
【氏名】鷲崎 一郎
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| 【要約】 |
【課題】所望の領域の中でのみ人体の有無を検知することができるセンサ及び安全装置を提供する。
【解決手段】本発明によるセンサ２２は、所定の間隙をおいて互いに対向配置された１対の電極板２６，２８と、前記間隙とは反対側の各電極板の対向位置に配置され、接地されたガード板３０，３２、シールド板３０’，３２’とを備えており、電極板間の静電容量の変化から電極板間に人体の一部が存在するか否か検知することができる。ガード板とシールド板の存在により電極板の裏面側には電界が形成されず、よって、検知領域は電極板間の領域に限られる。このため、誤検知がなくなり、このセンサを用いた安全装置２４においては必須領域においてのみ確実に作動することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】所定の間隙をおいて互いに対向配置された１対の電極板と、接地されたロール等の機器と、前記間隙とは反対側の前記電極板のそれぞれの対向位置に配置されたガード板と、接地されたシールド板とを備え、前記電極板間と、前記接地されたロール等の機器間の静電容量の変化から前記電極板間に特定の誘電体が存在するか否か検知するセンサ。
【請求項2】前記電極板間に人体の少なくとも一部が存在するか否かを検出する請求項１記載のセンサ。
【請求項3】所定の領域に人体の少なくとも一部が入ったことを検知して安全手段を作動させる安全装置において、前記領域を挟むように互いに対向配置された１対の電極板と接地されたロール等の機器と、前記領域とは反対側の前記電極のそれぞれの対向位置に配置されたガード板と、接地されたシールド板と、前記電極板間の静電容量を検出する手段と、前記静電容量検出手段により検出された静電容量の変化から前記領域における人体の一部の有無を検知する手段と、を備えることを特徴とする安全装置。
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【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、所定領域に人体の一部又は全部が入ったことを検知するためのセンサ、及び、当該センサを用いた安全装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】工作機械や加工装置、検査装置、搬送装置等の駆動機構を有する装置においては、駆動部が外部に露出しているものや、駆動部に外部から容易に接近することができるものがある。例えば、プラスチックチップから検査用の薄い試料片を作成するための圧延装置では、１対の圧延ロール間にチップを手で投げ入れる構成となっているため、手を容易に圧延ロールに近付けることができる。
【0003】通常、この種の機械装置には作業員の安全を確保するために安全装置が設けられており、駆動部に人体の一部が近付いたことをセンサにより検知し、駆動を停止する等の措置を採るようにしている。安全装置のセンサとしては、例えば特開昭６３−２１６６９２号公報や特開平１−３１７９８７号公報等に記載されているように、静電容量型センサが提案されている。前記公報に記載の静電容量型センサは、互いに並設された１対の電極板から構成されており、これらの電極板間の静電容量の変化を検出することで、電極板間を人体の一部が横切ったか否かを検知するようになっている。この静電容量型センサは、人体が空気に比して相当に高い誘電率を有しているため、電極板間に人体の一部が置かれた場合に静電容量が大きく変化するという知見に基づいて為されたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述した静電容量型センサは、電極板間の領域を検知領域とするものであるが、実際には電気力線が一方の電極板間の裏面（検知領域とは反対側の面）から他方の電極板の裏面に延び、本来の検知領域の外にも電界が形成されている。このため、従来の静電容量型センサは、電極板の裏面側を人体の一部が通過しても静電容量が変化するため、人体が検知領域にあると誤って検知することがあった。また、このような静電容量型センサを用いた安全装置は、停止の必要のない状態であっても、誤検知により装置を停止させるおそれがあった。
【0005】そこで、本発明の目的は、所望の領域の中でのみ人体の有無を検知することができるセンサ、及び、そのようなセンサを用いた安全装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明によるセンサは、所定の間隙をおいて互いに対向配置された１対の電極板と、前記間隙とは反対側の前記電極板のそれぞれの対向位置に配置されたガード板と、接地されたシールド板を備えており、前記電極板間と、前記接地されたロール等の機器間の静電容量の変化から前記電極板間に特定の誘電体、すなわち人体の少なくとも一部が存在するか否か検知するよう構成されている。
【0007】また、本発明は、所定の領域に人体の少なくとも一部が入ったことを検知して安全手段（例えば、駆動機構を有する機械装置にあっては、駆動機構の緊急停止機構）を作動させる安全装置であって、前記領域を挟むように互いに対向配置された１対の電極板と接地されたロール等の機器と、前記領域とは反対側の前記電極のそれぞれの対向位置に配置されたガード板と、接地されたシールド板と、前記電極板間の静電容量を検出する手段と、静電容量検出手段により検出された静電容量の変化から前記領域における人体の一部の有無を検知する手段とを備える安全装置を特徴としている。
【0008】かかる構成においては、シールド板の存在により電極板の裏面側には電界が形成されず、よって、検知領域は電極板の間の領域に限られることとなる。このため、誤検知がなくなり、安全装置においては必要領域においてのみ確実に作動することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0010】図１及び図２は、本発明が適用された圧延装置を１０を示している。この圧延装置１０は、合成ゴム等のプラスチック材料のチップ１２を圧延して検査用の試料片１４を作るためのものであり、１対の圧延ロール１６，１８を有している。圧延ロール１６，１８は、図２の矢印Ａ，Ｂで示すように、駆動系２０により互いに相反する方向に回転される。従って、圧延ロール１６，１８間にチップ１２を投入すると、チップ１２はロール１６，１８間で押し潰され、試料片４となって下方に落下する。
【0011】図２から理解されるように、チップ１２の投入は人手によるため、手を圧延ローラ１６，１８に過度に近づけることは好ましくない。このため、この圧延装置１０には、本発明によるセンサ２２を用いた安全装置２４が設けられている。
【0012】図示のセンサ２２は、所望の間隙をおいて互いに平行に対向配置された１対の電極板２６，２８を備えている。一方の電極板２６は、圧延装置１０の一側であって圧延ローラ１６，１８間の直上位置に配置され、他方の電極板２８は、圧延装置１０の他側であって圧延ローラ２６，２８間の直上位置に配置されている。これらの電極２６，２８間の空間は、人体の一部が存在するか否かを検知するための検知領域となるものであり、よって、図示実施形態では、圧延ローラ１６，１８間の真上のほぼ全ての領域が検知領域となっている。
【0013】各電極板２６，２８の裏面側、すなわち検知領域とは反対の面の側にはガード板３０，３２と接地されたシールド板３０’，３２’が配置されている。ガード板３０，３２とシールド板３０’，３２’は、比較的小さな間隙をもって、対応の電極板２６，２８に対して平行に対向配置されている。また、ガード板３０，３２とシールド板３０’，３２’はステンレス鋼、銅、アルミニウム等の良導体から成り、電極板２６，２８の全面を完全に覆うことのできる寸法形状を有している。
【0014】各側の電極板２６，２８及びガード板３０，３２、シールド板３０’，３２’は、圧延装置１０のフレーム３４に設けられた支持板３６，３８によって支持されている。より詳細には、支持板３６，３８にシールド板３０’，３２’が直接固定され、シールド板３０’，３２’に絶縁性のスペーサ４０’を介して絶縁性のボルト等により固定され、電極板２６，２８は絶縁性のスペーサ４０を介してガード板３０，３２に絶縁性のボルト等により固定されている。なお、図示の支持板３６，３８は、装置フレーム３４に設けられた支持シャフト４２に摺動可能に取り付けられており、その位置を調整できるようになっている。
【0015】このように構成されたセンサ２２は、電極板２６，２８間に人体の一部が入ったことを静電容量の変化として検知するため、静電容量検出回路４４に接続されている。すなわち、各電極板２６，２８は、同軸ケーブル４６の中心導体４８により検出回路４４の入力端子５０，５２に接続されている。検出回路４４は、いわゆるインピダンスブリッジを用いたもので、４辺ブリッジのうち２辺に測定用電源５４，５６が接続されている。また、４辺ブリッジの１辺は電極板２６，２８により構成されるキャパシタとなっており、残る１辺には平衡キャパシタ５８が設けられている。測定用電源５４，５６間の端子６０とキャパシタ２６，２８；５８間の端子６２との間には出力アンプ６４があり、測定用電源５４，５６の端子５０と５０’は接地されている。また、各ガード板３０，３２と各シールド板３０’，３２’は同軸ケーブル４６の外部導体４６’と同軸ケーブル６６の外部導体６６’を介して接地されている。
【0016】図３の回路は、図２に示す静電容量検出回路４４を、電極板２６，２８似寄り構成されるキャパシタやその他の部分でのキャパシタを含めた形で示した等価回路である。この図において、符号Ｃ0は、電極板２６，２８により規定される静電容量を示し、符号Ｃ1，Ｃ2はそれぞれ、各側の電極板２６，２８とロール１６，１８により規定される静電容量を示し、ガード板３０，３２との間、及び、同軸ケーブル４６、６６により規定される静電容量、更に符号ＣＢは平衡キャパシタ５８の静電容量を示すものである。また、符号Ｚe1，Ｚe2はそれぞれ測定用電源５４，５６の内部インピダンスであり、符号Ｚiは出力アンプ６４の内部インピダンスである。
【0017】ここで、図３のみ示す回路の動作について説明する。電極板２８とシールド３２’間にガード板３２を、電極板２６とシールド板３０’間にガード板３０を配置した時に生ずる静電容量をそれぞれＣ５，Ｃ６とし、ブリッジの平衡を得易くするため、電極板２８，２６間にＣ３を、電極板２８とシールド板３０’間にＣＢをそれぞれ付加する。電極板２８，２６間に空気のみが存在している状態で、電源ｅ１，ｅ２を投入すると、電源ｅ１からＣ０，Ｃ３の合成要領Ｃ０３とインピーダスＺｉを流れる電流をｉ１とした時、電源ｅ２からインピーダンスＺｉとＣ２，ＣＢの合成容量Ｃ２Ｂを流れる電流ｉ２がｉ１に等しく、位相差が１８０度の場合にインピーダンスＺｉの電流はゼロとなる。いま、電極板２８，２６間に誘電体が入り込むと、誘電体の比誘電率に応じた量だけ容量Ｃ０が減少する。この減少分をΔＣとすると、電流はｉ１は、ｅ１ωΔＣだけ減少し、インピーダンスＺｉに電流が流れ、信号として出力される。
【0018】このように、図３に示す回路では、電極板２６，２８とガード板３０，３２、シールド板３０’，３２’との間で構成されるキャパシタや同軸ケーブル４６，６６のキャパシタ、その他の外乱の影響を受け難く、電極板26，２８間の静電容量の変化を正確に検出することが可能である。
【0019】静電容量検出回路４４のアンプ６４から出力される信号は制御装置６８に入力される。制御装置６８は、入力された信号に応じて制御信号を圧延装置１０の駆動系２０に発し、圧延装置１０の緊急停止を適時行うよう構成されている。
【0020】より詳細に述べるならば、制御装置６８は、入力部７０、出力部７２、中央処理部（ＣＰＵ）７４及び記憶部７６から構成されている。検出回路４４から入力部７０に入力された信号はデジタル信号に変換されて中央処理部７４に送られる。中央処理部７４では、入力信号から電極板２６，２８間の静電容量の変化量ΔＣを認識する。誘電体として人体の一部が電極板２６，２８間に入った際の静電容量変化量の最低値Ｃminは予め記憶部にデータとして記憶されており、中央処理部７４では、このデータＣminと入力信号から認識した静電容量変化量ΔＣとを比較し、ΔＣがＣminを超えていると判断した場合、電極板２６，２８間に人体が有ると検知し、緊急停止のための制御信号を出力部７２から圧延装置１０の駆動系２０に発するようになっている。
【0021】以上から本発明による安全装置２４の動作については理解されるであろうが、簡単に述べるならば、プラスチックチップ１２を圧延ロール１６，１８間に投げ入れる際、手が電極板２６，２８間の外側に位置している場合には、電極板２６，２８間の静電容量は大きく変化せず、よって圧延装置１０は駆動を続ける。勿論、チップ１２が電極板２６，２８間を横切った際にも容量変化は生じるが、その変化量は微少であり、制御装置６８の記憶部７６に記憶した最低値Ｃminを超えることはない。そして、手が電極板２６，２８間に挿入されると、静電容量の変化が生じ、安全装置２４は圧延装置１０を緊急停止するように動作することとなる。この際、手の挿入量が極めて小さい場合には、記憶部７６の最低値Ｃminを適宜設定しておくことで、危険状態でないと判断することもできる。また、手を挿入した後、すぐに引っ込めた場合も、静電容量の変化時間を考慮することで、緊急停止信号を発しないようにすることもできる。
【0022】更に、本発明の構成では、ガード板３０，３２と接地されたシールド板３０’，３２’が各電極板２６，２８の裏面側に離隔配置されているため、一方の電極板２６の裏面側から他方の電極板２８の裏面側に延びる電気力線は形成されない。従って、危険領域ではない電極板２６，２８の裏面側に手やその他の人体の一部が位置していたとしても、電気板２６，２８間の静電容量に変化は生じず、圧延装置１０が不要な停止状態となることはない。
【0023】上記実施形態では、安全装置２４の制御装置６８からの信号により圧延装置１０の駆動を停止するようにしているが、警報のみを発し、或は、警報と共に駆動を停止して安全を図るようにすることもできる。勿論、その他安全手段を動作させることも可能である。
【0024】また、安全装置２４における静電容量検出回路４４及び制御装置６８の構成も上記実施形態のものに限られない。例えば、上記では検出回路４４の接地位置が端子６０となっているが、接地位置は端子５０又は端子６２の位置であってもよい。
【0025】更に、本発明を適用できる装置は、圧延装置に限られず、駆動部等の危険領域に人体が近付き得る装置ならば殆ど全てに適用可能である。例えば、プレス装置や断裁機、ペーパーシュレッダ、フィルム巻取機等にも適用可能である。また、適用装置の検知領域に応じて、電極板２６，２８とガード板３０，３２及びシールド板３０’，３２’の形状、寸法等は適宜変更し得るものである。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、静電容量型のセンサにおいて電極板の裏面側にシールド板を配置することとしたので、電極板間の領域のみで人体の一部の有無を判断することができる。従って、誤検知が大幅に低減される。
【0027】また、このようなセンサを用いた安全装置は、センサの誤検知に基づいて警報を発したり機械装置の動作を停止したりするようなことはない。従って、安全を確保しつつ、無駄な作業停止を防止することができ、作業効率などの向上を図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２０９３
【氏名又は名称】住友化学工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月２５日（１９９９．８．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９３２８５
【弁理士】
【氏名又は名称】久保山 隆 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−６５７８９（Ｐ２００１−６５７８９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２３８５４０ |
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