JP7414511B2

JP7414511B2 - 安全扉装置および安全扉のロック方法

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Publication number: JP7414511B2
Application number: JP2019229022A
Authority: JP
Inventors: 佳太淺野
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2024-01-16
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Description

本発明は、作業の安全確保に用いられる安全扉装置および安全扉のロック方法に関する。

作業の安全を確保するため、機械に安全扉が設けられることがある。工作機械、射出成形機、プレス機などの機械は、その中で刃物や金型が動作し、作業者の手などが入ると危険な、作業領域を有する。安全扉は、機械の動作中に作業領域を閉鎖し、作業の安全を確保する。すなわち、安全扉が閉じられると、ロック機構が作動して、安全扉はロックされ、その後、機械の動作が開始される。

特開２０１０－５７５９号公報

しかしながら、安全扉が急激に閉められた場合、安全扉の跳ね返りの衝撃をロック機構などが受け、損傷する可能性がある。本発明は、安全扉が急激に閉められた場合の損傷の防止を図った安全扉装置および安全扉のロック方法を提供することを目的とする。

一態様に係る安全扉装置は、安全扉が開状態から全閉になったことを検出する全閉検出器と、前記安全扉が開かないようにロックするロック機構と、前記安全扉が閉じるときの移動加速度、移動速度、または移動時間を計測する計測部と、前記安全扉が全閉になったことが検出された場合に前記ロック機構を制御して前記安全扉をロックする制御部であって、前記移動加速度または前記移動速度が第１閾値より大きい場合、または前記移動時間が第２閾値より短い場合は、前記安全扉をロックさせない制御部と、を備える。

本発明によれば、安全扉が急激に閉められた場合の損傷の防止を図った安全扉装置および安全扉のロック方法を提供することができる。

実施形態に係る安全扉付き機械装置の機械構成を表す模式図である。安全扉付き機械装置の制御構成を表すブロック図である。図３Ａ～図３Ｃは、キースイッチの詳細を表す模式図である。安全扉付き機械装置の動作手順の一例を表すフロー図である。

以下、実施形態に係る安全扉付き機械装置１０および安全扉３０のロック方法を説明する。図１、図２は、実施形態に係る安全扉付き機械装置１０の機械構成および制御構成を表す。

図１に示すように、安全扉付き機械装置１０は、機械装置本体（図示せず）がカバー２０内に設置され、安全扉３０によって、その開口部２２を開閉する。また、安全扉付き機械装置１０は、安全扉３０の開閉、ロック、およびこれらの制御を行う安全扉装置１２を備える（図２参照）。安全扉装置１２は、全開検出器２６、キー３４、加速度センサ３６、キースイッチ４０（全閉検出器４４、ロック機構４６）、制御部５０、報知部５２を有する。

全開検出器２６は、例えば、カバー２０に設置される接触式、近接式のスイッチであり、安全扉３０が全開のときに、安全扉３０と近接または接触し、安全扉３０が全開であることを検出する。全開検出器２６による検出の状態が、全開の検出から非検出へと移行したときには、安全扉３０が移動を開始したことになる（移動開始の検出）。

キー３４は、安全扉３０から突き出すように保持される（図１参照）。安全扉３０を閉じると、キー３４はキースイッチ４０のキー挿入口４２に挿入され、安全扉３０を開くと、キー３４はキー挿入口４２から引き抜かれる。

加速度センサ３６（計測部）は、安全扉３０に設置され、安全扉３０に印加される移動加速度αを検出する。

キースイッチ４０（全閉検出器４４、ロック機構４６）は、キー３４を用いて、安全扉３０の全閉の検出およびロックを行う。

図３Ａ～図３Ｃは、キースイッチ４０の内部構成を示す。図３Ａ～図３Ｃはそれぞれ、（１）キー３４の挿入前（引き抜き後）、（２）キー３４の挿入後、（３）キー３４の挿入およびロック後、のキースイッチ４０の状態を表す。

全閉検出器４４は、例えば、接触式、近接式のスイッチであり、安全扉３０が全閉のとき（キー３４がキー挿入口４２に完全に挿入されたとき、図３Ｂ参照）に、キー３４と近接または接触し、安全扉３０が全閉であることを検出する。

ロック機構４６は、例えば、電磁ソレノイドであり、通電時にはロック部材４６ａを下方に変位させ、非通電時には、バネなどの付勢手段により、ロック部材４６ａを上方に変位させる。安全扉３０が全閉のときに（図３Ｂ参照）、ロック機構４６に通電することで、ロック部材４６ａがキー３４の係合部３４１と係合する（図３Ｃ参照）。このように、ロック機構４６は、通電、非通電によって、安全扉３０のロック（安全扉３０の開放不可）、非ロック（安全扉３０の開放可能）を切り替えることができる。

制御部５０は、キースイッチ４０を制御して、安全扉３０が急激に閉まった場合に安全扉装置１２を保護する。この詳細は後述する。なお、制御部５０は、例えば、ハードウェア（ＣＰＵ：中央演算処理装置）とソフトウェアから構成でき、機械装置本体の制御部と兼用してもよい。

報知部５２は、表示装置（例えば、液晶ディスプレイ）であり、安全扉３０が急激に閉まった場合に警告メッセージを表示する。なお、報知部５２が、表示装置に替えて、あるいは表示装置と共に、音声を出力する音声出力装置（例えば、スピーカ）を有し、この音声出力装置が音声で警告メッセージを出力してもよい。

（制御部５０の詳細）
以下、制御部５０の詳細を説明する。

制御部５０は、安全扉３０が全閉になったことが検出された場合に、ロック機構４６を制御して、安全扉３０をロックする。

但し、安全扉３０が全閉になったことが検出された場合であっても、移動加速度αが閾値α１（第１閾値）より大きい場合は、安全扉３０をロックさせない。このとき、制御部５０は、警告信号を発する。この警告信号に基づいて、報知部５２が画像または音声で警告メッセージを発する。

一方、制御部５０は、移動加速度αが閾値α１（第１閾値）以下の場合は、安全扉３０が全閉になったことが検出されたときに、ロック機構４６を制御して安全扉３０をロックさせる。

図４は、安全扉付き機械装置１０の動作手順の一例を表すフロー図である。以下、図４に基づき、安全扉付き機械装置１０の動作手順を説明する。

安全扉３０の閉操作が開始される（ステップＳ１）。例えば、人力で安全扉３０を閉方向（ここでは、図１の右方向）に移動させる。なお、制御部５０がモータを制御して、安全扉３０を移動させてもよい。

加速度センサ３６（計測部）が移動加速度αを計測し（ステップＳ２）、制御部５０は移動加速度αが閾値α１より大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。移動加速度αが閾値α１より大きい場合、制御部５０は警告信号を発する（ステップＳ４）。

その後、安全扉３０が閉方向に移動したことで、キー３４がキー挿入口４２に挿入される。この結果、全閉検出器４４は、ＯＮ状態となり、安全扉３０の全閉を検出する。

移動加速度αが閾値α１以下の場合、制御部５０は、全閉の検出時にロック機構４６に通電させ、安全扉３０をロックする（ステップＳ５）。一方、移動加速度αが閾値α１より大きい場合、全閉を検出しても、制御部５０は安全扉３０をロックさせない。

なお、移動加速度αが閾値α１以下の場合であっても、安全のために、全閉の検出直後ではなく、安全扉３０が全閉になったことが検出されてから所定時間（例えば、０．１～１秒）が経過したときに、安全扉３０をロックしてもよい。

以上のように、安全扉付き機械装置１０は、安全扉３０の移動加速度αが閾値α１以下の場合、安全扉３０の全閉時に安全扉３０をロックするが、移動加速度αが閾値α１より大きい場合は安全扉３０をロックしない。このため、安全扉３０が勢いよく閉められたときに、安全扉３０の跳ね返りの衝撃によって、安全扉装置１２が損傷するおそれが低減する。

移動加速度αが閾値α１より大きい場合、安全扉３０の跳ね返りの衝撃によって安全扉装置１２が損傷するおそれがある。すなわち、移動加速度αのいかんにかかわらず、安全扉３０の全閉時に安全扉３０をロックすると、キー３４、ロック機構４６のいずれかが損傷するおそれがある。

（変形例１）
以下、変形例１を説明する。上記では、移動加速度αを用いて、安全扉３０のロックを制御している。変形例１では、安全扉３０の移動時間Ｔを用いて、安全扉３０のロックを制御する。

この移動時間Ｔは、安全扉３０の移動開始から、安全扉３０が全閉であることが検出される（全閉の検出）までの時間Ｔとして計時できる。この計時は、制御部５０によって行える。すなわち、制御部５０の一部は、安全扉３０が全閉であることが検出される（全閉の検出）までの時間Ｔを計時する計時部として機能できる。

安全扉３０の移動開始は、例えば、次のような手法１）、２）によって、判定できる。

１）加速度の検出
安全扉３０の移動開始は、加速度センサ３６が検出誤差（閾値α２）を超えた加速度αを検出したことで判定できる。すなわち、制御部５０が、加速度センサ３６で検出された加速度αを閾値α２と比較し、これを越えていれば、安全扉３０が移動を開始したと判定する。なお、安全扉３０の移動開始の判定に用いられる閾値α２は、安全扉３０のロックの判定に用いられる閾値α１よりも小さい。

２）全開の非検出
安全扉３０の移動開始は、安全扉３０が全開であることを全開検出器２６が検出しなくなること（全開の非検出）によっても判定できる。すなわち、全開検出器２６の状態が全開の検出から非検出へと移行したと、制御部５０が判定する。

制御部５０は、例えば、安全扉３０の移動開始の時刻ｔ０と安全扉３０の全閉の検出の時刻ｔ１の差として、移動時間Ｔを求めることができる。
Ｔ＝ｔ１－ｔ０ …式（１）

なお、制御部５０が、移動開始の検出時にタイマをスタートし、全閉の検出時にストップするなどして、それぞれの時刻ｔ０、ｔ１を求めず、移動時間Ｔを直接求めてもよい。

以下、変形例１における安全扉付き機械装置１０の動作手順を説明する。変形例１の安全扉付き機械装置１０は、移動加速度αに替えて、移動時間Ｔをロックの判断に使ったことを除き、実施形態の安全扉付き機械装置１０と、動作が大きく異なるものではない。このため、図４を用いて、主として相違点を説明する。

変形例１が、実施形態と異なるのは、ステップＳ２、Ｓ３であり、移動加速度αに替えて、移動時間Ｔの検出・判定がなされる。

既述のように、安全扉３０の移動開始から、安全扉３０が全閉であることが検出される（全閉の検出）までの時間Ｔとして、制御部５０が移動時間Ｔを求める（ステップＳ２）。

制御部５０は、その移動時間Ｔが閾値Ｔ１（第２閾値）より小さいか否か（Ｔ＜Ｔ１？）を判定する（ステップＳ３）。移動時間Ｔが閾値Ｔ１（第２閾値）より小さい場合、制御部５０は、警告信号を発し（ステップＳ４）、全閉を検出しても、安全扉３０をロックさせない。移動時間Ｔが閾値Ｔ１（第２閾値）以上の場合、制御部５０は、全閉の検出時に（または、検出後所定時間の経過時に）安全扉３０をロックさせる（ステップＳ５）。

（変形例２）
以下、変形例２を説明する。上記では、移動加速度α、移動時間Ｔを用いて、安全扉３０のロックを制御している。変形例２では、安全扉３０の移動速度Ｖを用いて、安全扉３０のロックを制御する。

この移動速度Ｖは、例えば、次のような手法１）、２）によって、求めることができる。

１）加速度の積算
制御部５０が、加速度センサ３６が検出した移動加速度α（ｔ）を時間的に積算（時間ｔでの積分）することで、安全扉３０の移動速度Ｖ（ｔ）を算出できる。
Ｖ（ｔ）＝∫α（ｔ）・ｄｔ …式（２）

この場合、制御部５０は、移動速度Ｖ（ｔ）の時間的な変化を算出できる。

２）移動時間Ｔからの算出
制御部５０が、安全扉３０の移動距離Ｌを変形例１の手法１）、２）で求めた移動時間Ｔで除することで、移動速度Ｖを求めることもできる。
Ｖ＝Ｌ／Ｔ …式（３）

この移動距離Ｌは、安全扉付き機械装置１０に応じた適宜の固定値を用いることができる。

変形例２は、移動加速度αに替えて、移動速度Ｖをロックの判断に用いたことが異なる以外は、実施形態と大きく異なるものではない。すなわち移動速度Ｖが閾値Ｖ１（第１閾値）より大きいか否か（Ｖ＞Ｖ１？）が判定される（ステップＳ３）。移動速度Ｖが閾値Ｖ１（第１閾値）より大きい場合、制御部５０は、警告信号を発し（ステップＳ４）、全閉を検出しても、安全扉３０はロックさせない。移動速度Ｖが閾値Ｖ１（第１閾値）以下の場合、制御部５０は、全閉の検出時に安全扉３０がロックさせる（ステップＳ５）。

以上のように、制御部５０は、安全扉３０の移動加速度α、移動時間Ｔ、または移動速度Ｖに基づいて、安全扉３０をロックさせる。この結果、安全扉３０の跳ね返りの衝撃によって、ロック機構などが損傷する可能性を低減できる。すなわち、移動加速度α、移動時間Ｔ、または移動速度Ｖはいずれも、安全扉３０の跳ね返りの衝撃の大きさに対応する物理量として利用できる。

上記実施形態および変形例から把握される発明は以下のようになる。

［１］安全扉装置（１２）は、安全扉（３０）が開状態から全閉になったことを検出する全閉検出器（４４）と、前記安全扉が開かないようにロックするロック機構（４６）と、前記安全扉が閉じるときの移動加速度（α）、移動速度（Ｖ）、または移動時間（Ｔ）を計測する計測部（加速度センサ（３６）など）と、前記安全扉が全閉になったことが検出された場合に前記ロック機構を制御して前記安全扉をロックする制御部（５０）であって、前記移動加速度または前記移動速度が第１閾値（α１、Ｖ１）より大きい場合、または前記移動時間が第２閾値（Ｔ１）より短い場合は、前記安全扉をロックさせない制御部と、を備える。

これにより、前記移動加速度または前記移動速度が第１閾値より大きい場合、または前記移動時間が第２閾値より短い場合に、前記安全扉をロックさせないことで、安全扉装置が損傷する可能性を低減できる。

［２］前記制御部は、前記移動加速度または前記移動速度が前記第１閾値以下の場合、または前記移動時間が第２閾値以上の場合は、前記安全扉が全閉になったことが検出されてから所定時間が経過したときに、前記安全扉をロックさせる。

これにより、全閉の検出後、所定時間が経過したときに安全扉をロックさせることで、より安全なロックが可能となる。

［３］前記制御部は、前記移動加速度αまたは前記移動速度が第１閾値より大きい場合、または前記移動時間が第２閾値より短い場合、警告信号を発する。

これにより、安全扉装置が損傷する可能性があることを警告することができる。この警告信号に基づいて、画像、音声による警告メッセージを発してもよい。

［４］前記計測部は、次のような構成を採用できる。
（１）移動加速度の計測
前記計測部は、前記安全扉に印加される移動加速度を検出する加速度センサを有する。

（２）移動時間の計測
ａ）前記計測部は、前記安全扉が全開であることを検出する全開検出器（２６）と、前記安全扉が全開であることが検出されなくなってから、前記安全扉が全閉であることが検出されるまでの時間を前記移動時間として計時する計時部と、を有する。これにより、加速度センサを用いなくても、安全扉装置を保護できる。

ｂ）前記計測部は、前記安全扉に印加される移動加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサが移動加速度を検出してから前記全閉検出器が前記安全扉の全閉を検出するまでの時間を前記移動時間として計時する計時部と、を有する。これにより、全開検出器を用いなくても、移動時間に基づいて、安全扉装置を保護できる。

（３）移動速度の計測
ａ）移動加速度に基づく速度の算出
前記計測部は、前記加速度センサによって検出される移動加速度を積算して、移動速度を算出する積算器と、を有する。

ｂ）移動時間に基づく速度の算出
前記安全扉が閉じるときの移動距離（Ｌ）を前記移動時間（Ｔ）で除算して速度（Ｖ）を算出する除算器をさらに有してもよい。

［５］安全扉が開状態から全閉になったことを検出する全閉検出器と、前記安全扉が開かないようにロックするロック機構と、を備える安全扉装置を用いる安全扉のロック方法であって、前記安全扉が閉じるときの移動加速度、移動速度、または移動時間を計測する工程と、前記安全扉が全閉になったことが検出された場合に前記ロック機構を制御して前記安全扉をロックし、前記移動加速度または前記移動速度が第１閾値より大きい場合、または前記移動時間が第２閾値より短い場合は、前記安全扉をロックしない工程と、を有する。

これにより、前記移動加速度または前記移動速度が第１閾値より大きい場合、または前記移動時間が第２閾値より短い場合は、前記安全扉をロックしないことで、安全扉装置が損傷する可能性を低減できる。

［６］前記安全扉のロック方法は、前記移動加速度または前記移動速度が前記第１閾値以下の場合、または前記移動時間が第２閾値以上の場合は、前記安全扉が全閉になったことが検出されてから所定時間が経過したときに、前記安全扉をロックする工程を有する。これにより、全閉の検出後、所定時間が経過したときに安全扉をロックすることで、より安全なロックが可能となる。

［７］前記安全扉のロック方法は、前記移動加速度または前記移動速度が第１閾値より大きい場合、または前記移動時間が第２閾値より短い場合、警告信号を発する工程を有する。これにより、安全扉装置が損傷する可能性があることを警告することができる。この警告信号に基づいて、画像、音声による警告メッセージを発してもよい。

［８］前記安全扉装置が、前記安全扉が全開であることを検出する全開検出器（２６）を有し、前記安全扉のロック方法は、前前記計測する工程において、前記安全扉が全開であることが検出されなくなってから、前記安全扉が全閉であることが検出されるまでの時間を前記移動時間として計時する。これにより、加速度センサを用いなくても、安全扉装置を保護できる。

なお、本発明に係る安全扉装置および安全扉のロック方法は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

１０…安全扉付き機械装置１２…安全扉装置
２０…カバー２２…開口部
２６…全開検出器３０…安全扉
３４…キー３６…加速度センサ
４０…キースイッチ４２…キー挿入口
４４…全閉検出器４６…ロック機構
５０…制御部

Claims

安全扉が開状態から全閉になったことを検出する全閉検出器と、
前記安全扉が開かないようにロックするロック機構と、
前記安全扉が閉じるときの移動加速度、移動速度、または移動時間を計測する計測部と、
前記安全扉が全閉になったことが検出された場合に前記ロック機構を制御して前記安全扉をロックする制御部であって、前記移動加速度または前記移動速度が第１閾値より大きい場合、または前記移動時間が第２閾値より短い場合は、前記安全扉をロックさせない制御部と、
を備える、安全扉装置。
請求項１に記載の安全扉装置であって、
前記制御部は、前記移動加速度または前記移動速度が前記第１閾値より大きい場合、または前記移動時間が前記第２閾値より短い場合、警告信号を発する、安全扉装置。
請求項１または２に記載の安全扉装置であって、
前記計測部は、
前記安全扉が全開であることを検出する全開検出器と、
前記安全扉が全開であることが検出されなくなってから、前記安全扉が全閉であることが検出されるまでの時間を前記移動時間として計時する計時部と、を有する、安全扉装置。
請求項１～３のいずれか１項に記載の安全扉装置であって、
前記制御部は、前記移動加速度または前記移動速度が前記第１閾値以下の場合、または前記移動時間が前記第２閾値以上の場合は、前記安全扉が全閉になったことが検出されてから所定時間が経過したときに、前記安全扉をロックさせる、安全扉装置。
安全扉が開状態から全閉になったことを検出する全閉検出器と、前記安全扉が開かないようにロックするロック機構と、を備える安全扉装置を用いる安全扉のロック方法であって、
前記安全扉が閉じるときの移動加速度、移動速度、または移動時間を計測する工程と、
前記安全扉が全閉になったことが検出された場合であって、前記移動加速度もしくは前記移動速度が第１閾値以下か、または前記移動時間が第２閾値以上の場合に前記ロック機構を制御して前記安全扉をロックし、前記安全扉が全閉になったことが検出された場合であって、前記移動加速度もしくは前記移動速度が前記第１閾値より大きいか、または前記移動時間が前記第２閾値より短い場合は、前記安全扉をロックしない工程と、
を有する安全扉のロック方法。
請求項５に記載の安全扉のロック方法であって、
前記移動加速度または前記移動速度が前記第１閾値より大きい場合、または前記移動時間が前記第２閾値より短い場合、警告信号を発する工程を有する、安全扉のロック方法。
請求項５または６に記載の安全扉のロック方法であって、
前記安全扉装置が、前記安全扉が全開であることを検出する全開検出器を有し、
前記計測する工程において、前記安全扉が全開であることが検出されなくなってから、前記安全扉が全閉であることが検出されるまでの時間を前記移動時間として計時する、安全扉のロック方法。
請求項５～７のいずれか１項に記載の安全扉のロック方法であって、
前記移動加速度または前記移動速度が前記第１閾値以下の場合、または前記移動時間が前記第２閾値以上の場合は、前記安全扉が全閉になったことが検出されてから所定時間が経過したときに、前記安全扉をロックする工程を有する、安全扉のロック方法。