JP2008224415A - スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を確保しながら、小型化を図ることが可能な非接触式のスイッチを提供する。
【解決手段】異なる極性となるように配列された複数の磁石６−１〜６−３の内、中央の磁石６−２を二個のホールＩＣ９−２，９−３で検知するので、磁石とホールＩＣとが１対１に個別的に対応する構成に比べて、磁石の個数を減らして小型化を図ることができる一方、ホールＩＣの数を維持して、信頼性を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチに関し、更に詳しくは、磁気センサを用いた非接触式のスイッチに関する。

非接触式のスイッチは、機械的な接点を有しないので、接点間の磨耗がなく、耐久性に優れるとともに、磨耗粉等が生じないので、食品や半導体などの用途に好適である。例えば、特許文献１には、頻繁に開閉される業務用の冷蔵庫のドアの開閉を、磁石とホールＩＣとの近接、離間によって検出するようにしたドアスイッチが記載されている。
特開２００５−３２６０５８号公報

非接触式のスイッチを、例えば、産業用ロボットなどの機械設備の周囲を、安全柵で区画した作業領域に出入りするための安全ドアのドアスイッチとして使用する場合には、高い信頼性が求められる。

図７は、かかる安全ドアのドアスイッチに好適な非接触式のスイッチの概略構成図である。

非接触式のスイッチ２０は、例えば、開閉されるドア側に取り付けられる作動体としてのアクチュエータ２１と、ドアの固定枠側に取り付けられてアクチュエータ２１の近接、離間、すなわち、ドアの開閉を検知するスイッチ本体２２とを備えている。

アクチュエータ２１には、複数、この例では４個の磁石２３−１〜２３−４が、ケース２４の長手方向に沿って配列収納される一方、スイッチ本体２２には、各磁石２３−１〜２３−４に個別的に対応して、４個の磁気センサとしてのホールＩＣ２５−１〜２５−４が、ドアの閉止状態で対向するように、ケース２６の長手方向に沿って配列収納される。
アクチュエータ２１の４個の磁石２３−１〜２３−４は、隣合う磁石が交互に異なる極性になるように配置される一方、スイッチ本体２２の４個のホールＩＣ２５−１〜２５−４は、検知対象となる磁石２３−１〜２３−４の極性に応じて、各磁石２３−１〜２３−４の一方の磁極にそれぞれ対向するように配置される。各ホールＩＣ２５−１〜２５−４は、検知対象となる磁石２３−１〜２３−４が近接して検知領域に入ると、検知出力を与える。

かかる非接触式のスイッチ２０では、所定の順序で配置された極性の異なる４個の磁石２３−１〜２３−４の近接を、４個のホールＩＣ２５−１〜２５−４のそれぞれで検知したとき、すなわち、４個の全てのホールＩＣ２５−１〜２５−４によって、対応する極性の磁石２３−１〜２３−４を検知したときに、ドアが閉止されているとして、ハイレベルの安全出力を、上位の安全制御機器に与えるものであり、いずれか一つのホールＩＣ２５−１〜２５−４で、磁石２３−１〜２３−４を検知できなかったときには、ドアは閉止されていないとして、ハイレベルの安全出力の出力を行わない。

上位の安全制御機器は、安全ドアおよび安全柵によって区画された作業領域内に配置された機械設備に対して、安全ドアが閉止されて非接触式のスイッチ２０からハイレベルの安全出力が与えられ、安全が確保されている状態のときにのみ機械設備に動力を供給して駆動する。

上記構成を有する非接触式のスイッチ２０では、例えば、単なる磁石を、スイッチ本体２２に近接させてスイッチ２０を無効化しようとしても、４個のホールＩＣ２５−１〜２５−４によって、所定の順序の異なる極性の磁界を検知することができないために、ドアは閉止されていないとして、安全出力が出力されることはなく、したがって、機械設備が駆動されることがなく、安全が確保される。

このように、アクチュエータ２１およびスイッチ本体２２には、複数の磁石２３−１〜２３−４および複数のホールＩＣ２５−１〜２５−４が、所定の順序で配列収納されて、全てのホールＩＣ２５−１〜２５−４によって、対応する極性の磁石２３−１〜２３−４の近接を検知しない限り、安全出力を出力しないようにして信頼性を高めているのであるが、複数の磁石２３−１〜２３−４および複数のホールＩＣ２５−１〜２５−４を、ケース２４，２６内に配列収納する必要があるために、非接触式のスイッチ２０の小型化を図るのは困難であった。

すなわち、図８（ａ）に示すように、単一の磁石３０の磁力線を、ホールＩＣ３１で検知するのに比べて、複数の磁石３０−１，３０−２を配置すると、図８（ｂ）に示すように、磁力線の到達距離が短くなり、複数の磁石３０−１，３０−２の間隔が狭くなる程、前記到達距離が短くなる。したがって、一定の検出距離で磁石３０−１，３０−２の近接をホールＩＣ３１−１，３１−２で検出するには、隣り合う磁石３０−１，３０−２の間隔を、一定以上にする必要があり、このため、複数の磁石２３−１〜２３−４および複数のホールＩＣ２５−１〜２５−４の配列方向のサイズを小さくするには、限界がある。

本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、信頼性を確保しながら、小型化を図ることが可能な非接触式のスイッチを提供することを目的とする。

（１）本発明のスイッチは、スイッチ本体と、該スイッチ本体に対して相対的に近接、離間される作動体とを備え、前記作動体には、複数個の磁石が、隣合う磁石で異なる極性となるように、かつ、前記近接した位置で、一方の磁極が、前記スイッチ本体に対向する側に位置するように配列収納され、前記スイッチ本体には、前記磁石の数とは異なる三個以上の磁気センサが、検知対象となる前記磁石の極性および位置に対応して配列収納され、前記磁気センサは、検知対象となる前記磁石が近接して検知領域内にあるときに、検知出力を与えるものであり、少なくとも一個の磁石については、該磁石を、複数個の磁気センサの検知対象とし、前記三個以上の全ての磁気センサの出力に基づいて、スイッチ出力を生成するものである。

作動体は、スイッチ本体に対する相対的な近接、離間によってスイッチ本体を作動させるものである。

「複数個の磁石が、隣合う磁石で異なる極性となるように、かつ、前記近接した位置で、一方の磁極が、前記スイッチ本体に対向する側に位置するように配列」とは、スイッチ本体と作動体とが近接した位置では、各磁石の一方の磁極が、スイッチ本体に対向する側に位置し、かつ、配列された複数個の磁石の極性が、隣合う磁石で異なるように配列することをいい、例えば、第１，第２の磁石が配列されている場合に、第１の磁石の、スイッチ本体に対向する側に位置する一方の磁極と反対側に位置する他方の磁極とが、例えば、Ｎ極とＳ極とであれば、隣合う第２の磁石の、スイッチ本体に対向する側に位置する一方の磁極と反対側に位置する磁極とがＳ極とＮ極となるように配列することをいう。

「磁気センサが、検知対象となる前記磁石の極性および位置に対応して配列」とは、検知対象とする磁石の近接を検知できるように配列することをいい、検知対象である磁石の極性に応じた磁界を検知できる向きおよび位置に配列することをいう。

「少なくとも一個の磁石については、該磁石を、複数個の磁気センサの検知対象とし」とは、少なくとも一個の磁石については、その一個の磁石の近接を、複数個の磁気センサで検知することをいい、同一の磁石の近接を、複数個の磁気センサで検知することをいう。

検知対象である一個の磁石と、この一個の磁石の近接を検知する複数個の磁気センサとからなる組は、一組備えてもよいし、複数組備えてもよい。

「全ての磁気センサの出力に基づいて、スイッチ出力を生成する」とは、三個以上の全ての磁気センサの出力に基づいて、スイッチ本体と作動体との近接、離間に対応するスイッチ出力、例えば、ハイレベルあるいはローレベルのスイッチ出力を生成することをいい、全ての磁気センサで対応する検知対象の近接がそれぞれ検知されて、全ての磁気センサから検知出力が与えられたときに、スイッチ本体と作動体との近接に対応するスイッチ出力を生成するのが好ましい。

本発明のスイッチによると、異なる極性となるように配列された複数の磁石の内、少なくとも一個の磁石については、複数個の磁気センサの検知対象としているので、磁石と磁気センサとが１対１に個別的に対応する構成に比べて、磁石の個数を減らして小型化を図ることができる一方、スイッチ出力を生成するための磁気センサの個数を維持することができ、これによって、小型化を図りながら、信頼性を確保することができる。

（２）本発明のスイッチの一つの実施形態では、前記少なくとも一個の磁石については、該磁石を、二個の磁気センサの検知対象とし、前記全ての磁気センサから前記検知出力が与えられるときに、前記スイッチ本体と前記作動体とが近接したことを示す前記スイッチ出力を生成するようにしてもよい。

この実施形態によると、二個の磁気センサによって、一個の磁石の近接を検知するので、磁石と磁気センサとが１対１に個別的に対応する構成に比べて、少なくとも一個の磁石を減らすことができ、また、全ての磁気センサが磁石の近接を検知したときに、作動体とスイッチ本体との近接を示すスイッチ出力を生成するので、信頼性の高いスイッチ出力が得られる。

（３）上記（２）の実施形態では、奇数個の前記磁石を、前記作動体の長手方向に沿って等間隔で一列に配列し、前記奇数個の磁石の内、前記長手方向の両端の磁石以外の磁石であって、かつ、中央の磁石および／または該中央の磁石に関して対称な位置にある磁石を、前記二個の磁気センサの検知対象としてもよい。

この実施形態によると、作動体の長手方向に沿って等間隔で配列される奇数個の磁石の中央位置および／または中央位置の磁石に関して対称な位置の磁石を、二個の磁気センサで検知するので、奇数個の磁石を中央位置の磁石に関して対称に配置できるとともに、スイッチ本体の磁気センサも、磁石に対応させて対称に配置することができ、例えば、スイッチ本体を、その長手方向の両端を逆にして取り付けても対応する磁石の近接を検知できることになる。

（４）上記（３）の実施形態では、前記作動体には、三個の前記磁石が収納され、前記スイッチ本体には、四個の前記磁気センサが収納され、前記三個の磁石の内の中央位置の磁石を、前記二個の磁気センサの検知対象としてもよい。

この実施形態によると、極性が異なるように配列された三個の磁石の近接を、四個の磁気センサによって検知することができ、磁石と磁気センサとが１対１に個別的に対応する構成に比べて、磁石１個を減らして小型化を図ることができる一方、１対１に個別的に対応する構成と同じく四個の磁気センサによって、異なる極性の磁石の近接をそれぞれ検知するので、信頼性を確保することができる。

（５）本発明のスイッチの他の実施形態では、前記作動体が、開閉されるドア側に設置され、前記スイッチ本体が、前記ドアの固定枠側に設置されるようにしてもよい。

この実施形態によると、ドアスイッチとして好適に実施できる。

以上のように本発明によれば、異なる極性となるように配列された複数個の磁石の内、少なくとも一個の磁石については、複数の磁気センサで検知するので、磁石と磁気センサとが１対１に個別的に対応する構成に比べて、磁石の個数を減らして小型化を図ることができる一方、磁気センサの数を維持して、信頼性を確保することができる。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る非接触式のスイッチの概略構成図である。

このスイッチ１は、例えば、図２に示される安全ドアのドアスイッチとして用いられるものであり、矢符で示すように開閉されるドア２側に取り付けられる作動体としてのアクチュエータ３と、ドアの固定枠４側に取り付けられてアクチュエータ３の近接、離間、すなわち、ドア２の開閉を検知するスイッチ本体５とを備えている。

この実施形態では、アクチュエータ３のケース７内には、図１に示されるように、３個の磁石６−１〜６−３が、ケース７の長手方向（図の上下方向）に沿って一列に等しい間隔で配列されて収納される。

各磁石６−１〜６−３は、アクチュエータ３がスイッチ本体５に近接した位置で、スイッチ本体５に対向する側に、一方の磁極が、反対側に他方の磁極が、それぞれ位置するように配列されるとともに、隣合う磁石で極性が交互に異なるように配列されている。

例えば、第１の磁石６−１は、スイッチ本体５に対向する側の一方の磁極がＮ極、他方の磁極がＳ極であり、第２の磁石６−２は、一方の磁極がＳ極、他方の磁極がＮ極であり、第３の磁石６−３は、一方の磁極がＮ極、他方の磁極がＳ極である。

一方、スイッチ本体５のケース８内には、４個の磁気センサとしてのホールＩＣ９−１〜９−４が、ケース８の長手方向（図の上下方向）に沿って一列に配列されて収納される。

ホールＩＣ９−１〜９−４は、磁石６−１〜６−３よりも数が１個多くなっており、両端の第１，第４のホールＩＣ９−１，９−４は、第１，第３の磁石６−１，６−３に個別的に対応し、第２，第３のホールＩＣ９−２，９−３は、第２の磁石６−２に対応するように配置されている。

すなわち、第１，第４のホールＩＣ９−１，９−４は、第１，第３の磁石６−１，６−３をそれぞれ検知対象としてその近接を検知するものであり、各ホールＩＣ９−１，９−４は、アクチュエータ３がスイッチ本体５に近接した位置で、各磁石６−１，６−３の極性に応じて、各磁石の６−１，６−３の一方の磁極に対向するように配置されている。

また、第２，第３のホールＩＣ９−２，９−３は、同一の磁石である第２の磁石６−２を検知対象としてその近接を検知するものであり、第２の磁石６−２の極性に応じて、その一方の磁極に対向するように近接配置されている。

各ホールＩＣ９−１〜９−４は、ホール素子とその出力信号をデジタル信号に変換するＩＣがパッケージ化されたものであり、図３に示すように、電源端子１０、出力端子１１、グランド端子１２の３端子構成で、ホール素子１３が、ホール効果により外部磁界の磁束密度の変化をホール電圧として出力し、そのホール電圧が増幅器１４、シュミットトリガ１５、出力段１６を介してデジタル信号に変換され、出力端子１１から出力される
各ホールＩＣ９−１〜９−４は、検知対象となる極性の磁石６−１〜６−３が近接して検知領域に入って、磁束密度が閾値を超えると、ローレベルの検知出力を与えるものである。

図３は、この実施形態のスイッチ本体５のブロック図である。

この実施形態では、第１〜第４の全てのホールＩＣ９−１〜９−４が、検知対象である磁石６−１〜６−３の近接を検知したとき、すなわち、全てのホールＩＣ９−１〜９−４の出力が、ローレベルになったときに、ドア２が閉止されたとして、スイッチ出力としてハイレベルの安全出力を、上位の安全制御機器に出力するものであり、いずれかのホールＩＣ９−１〜９−４で、検知対象である磁石６−１〜６−３の近接を検知できなかったときには、ドア２が閉止されていないとして、ハイレベルの安全出力に代えて、ローレベルのスイッチ出力を出力する。

このため、スイッチ本体５は、図４に示すように、第１，第２のホールＩＣ９−１，９−２の出力が与えられる第１のオア回路１７と、この第１のオア回路１７の出力と第３のホールＩＣ９−３の出力が与えられる第２のオア回路１８と、この第２のオア回路１８の出力と第４のホールＩＣ９−４の出力がノア回路１９とを備えており、このノア回路１９の出力が、スイッチ出力となる。

このように、４個のホールＩＣ９−１〜９−４の全てが、検知対象の磁石６−１〜６−３の近接を検知しない限り、スイッチ出力としてハイレベルの安全出力は、出力されないので、例えば、単なる磁石を、スイッチ本体５に近接させて無効化しようとしても、所定の順序で配置された極性の磁石ではないために、全てのホールＩＣ９−１〜９−４によって、ローレベルの検知出力が得られることはない。

しかも、磁石とホールＩＣとが、１対１で個別的に対応する上述の図７の構成に比べて、磁石の数を減らすことができるので、その分、長手方向のサイズを小さくして小型化を図ることが可能になるとともに、コストを低減することが可能になる。しかも、ホールＩＣの個数は、同一であり、信頼性を確保することができる。

また、この実施形態では、一列に配列された３個の磁石６−１〜６−３の内、中央の第２の磁石６−２を、２個のホールＩＣ９−２，９−３で検知するようにしたので、図１に示すように、アクチュエータ３がスイッチ本体５に近接した位置では、第２の磁石６−２の中央を通る仮想面Ｓを境に、上下対称な配置となり、したがって、例えば、図５に示すように、スイッチ本体５の取り付け方向、すなわち、コード３５の引き出し方向を、上下逆向きにしても、各ホールＩＣ９−１〜９−４が、同じ極性の磁石６−３〜６−１と同じ位置関係で対向することになり、取り付け方向の正逆に拘らず、正確にドア２の開閉を検知できる。

これに対して、例えば、図６（ａ）に示すように、一列に配列された３個の磁石６−１〜６−３の内、一端側の第３の磁石６−３を、２個のホールＩＣ９−３，９−４で検知するように配置して長手方向のサイズを同じにすると、スイッチ本体５の取り付け方向を逆にしたときに、図６（ｂ）に示すように、各磁石６−１〜６−３とホールＩＣ９−１〜９−４との対向する位置関係にずれが生じ、検知精度に差異が生じることになる。

上述の実施形態では、ドアスイッチに適用して説明したけれども、ドアスイッチに限らず、他の位置の検出にも利用できるのは勿論である。

本発明は、ドアスイッチなどに有用である。

本発明の一つの実施の形態に係るスイッチの概略構成図である。 図１のスイッチの取り付け状態を示す斜視図である。 ホールＩＣの回路図である。 図１のスイッチ本体の回路図である。 スイッチ本体の取り付け方向を逆にした状態を示す図である。 本発明の他の実施形態の概略構成図である。 スイッチの他の構成を示す図である。 磁石の数と検出距離との関係を説明するための図である。

符号の説明

１ スイッチ
３ アクチュエータ（作動体）
５ スイッチ本体
６−１〜６−３ 磁石
９−１〜９−４ ホールＩＣ

Claims (5)

1. スイッチ本体と、該スイッチ本体に対して相対的に近接、離間される作動体とを備え、
   前記作動体には、複数個の磁石が、隣合う磁石で異なる極性となるように、かつ、前記近接した位置で、一方の磁極が、前記スイッチ本体に対向する側に位置するように配列収納され、
   前記スイッチ本体には、前記磁石の数とは異なる三個以上の磁気センサが、検知対象となる前記磁石の極性および位置に対応して配列収納され、
   前記磁気センサは、検知対象となる前記磁石が近接して検知領域内にあるときに、検知出力を与えるものであり、
   少なくとも一個の磁石については、該磁石を、複数個の磁気センサの検知対象とし、
   前記三個以上の全ての磁気センサの出力に基づいて、スイッチ出力を生成することを特徴とするスイッチ。
2. 前記少なくとも一個の磁石については、該磁石を、二個の磁気センサの検知対象とし、
   前記全ての磁気センサから前記検知出力が与えられるときに、前記スイッチ本体と前記作動体とが近接したことを示す前記スイッチ出力を生成する請求項１に記載のスイッチ。
3. 奇数個の前記磁石を、前記作動体の長手方向に沿って等間隔で一列に配列し、
   前記奇数個の磁石の内、前記長手方向の両端の磁石以外の磁石であって、かつ、中央の磁石および／または該中央の磁石に関して対称な位置にある磁石を、前記二個の磁気センサの検知対象とする請求項２に記載のスイッチ。
4. 前記作動体には、三個の前記磁石が収納され、
   前記スイッチ本体には、四個の前記磁気センサが収納され、
   前記三個の磁石の内の中央位置の磁石を、前記二個の磁気センサの検知対象とする請求項３に記載のスイッチ。
5. 前記作動体が、開閉されるドア側に設置され、前記スイッチ本体が、前記ドアの固定枠側に設置される請求項１〜４のいずれか１項に記載のスイッチ。

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