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JP6933166B2 - センサ - Google Patents
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Description

本発明は、セーフティドアスイッチ等の非接触式のスイッチに用いられるセンサに関する。
製造の現場では、機械的なガードやオペレータの安全を確保するために、製造装置に対して、セーフティドアスイッチが備えられている。そして、例えば、非特許文献1に記載のように、非接触式でドアの開閉を検知する非接触式ドアスイッチがある。
非接触式のドアスイッチは、センサとアクチュエータとを備える。センサとアクチュエータとが近接すると、センサはアクチュエータからの識別情報を受け、アクチュエータが近接していることを検知する。一方、センサとアクチュエータとが離れていると、センサはアクチュエータからの識別情報を受けられず、アクチュエータが離れていることを検知する。
非接触式のドアスイッチは、この原理を用いて、ドアの開閉状態を検出している。
http://www.fa.omron.co.jp/products/family/2989/download/catalog.html
しかしながら、従来の非接触式のドアスイッチでは、近接時のセンサとアクチュエータとの位置関係が制限されている。このため、製造装置に対するセンサとアクチュエータとの設置が制限されてしまう。
したがって、本発明の目的は、近接時のセンサとアクチュエータとの位置関係の自由度を向上しながら、確実にドアの開閉の検出を行えるセンサの構造を提供することにある。
本開示の一例によれば、センサは、筐体、および、アンテナ素子を備える。筐体は、互いに距離をおいて対向する第1壁および第2壁と、第1壁および第2壁を連接し互いに距離おいて対向し、それぞれが第1壁および第2壁よりも大面積の第3壁および第4壁とを備える。筐体は、第1壁、第2壁、第3壁、および、第4壁によって囲まれる内部空間を有する。アンテナ素子は、筐体の前記内部空間に配置され、外部のドアの開閉検知用のアクチュエータの識別情報を受信する。アンテナ素子は、第2壁よりも第1壁に近い位置で、且つ、第3壁と第4壁とを結ぶ方向における略中央を含む位置に配置されている。
この構成では、第1壁、第3壁、第4壁のいずれにアクチュエータが近接しても、アンテナ素子がアクチュエータの識別情報を受信する。
また、本開示の一例によれば、筐体の内部空間には、第3壁または第4壁に平行な平板状のメイン回路基板と、第1壁に平行なアンテナ素子が実装されるアンテナ実装用の基板と、メイン回路基板とアンテナ実装用の基板とを物理的且つ電気的に接続する接続部材と、を備える。
この構成では、アンテナ素子が、第1壁の近傍で、且つ、第3壁と第4壁との間の略中間位置に、簡素な構造によって確実に配置される。
また、本開示の一例によれば、アンテナ素子は、無指向性、または、第1壁面、第3壁面、第4壁面に直交する方向に指向性を持つ。
この構成では、第1壁、第3壁、第4壁の外面への電磁界の放射が略均一になる。
また、本開示の一例によれば、第1壁における前記第3壁および第4壁に平行な方向の長さは、第3壁および第4壁に直交する方向の長さよりも長い。アンテナ素子は、第1壁、第3壁および第4壁に平行な方向の長さが第3壁および第4壁に直交する方向の長さよりも長い棒状である。
この構成では、第3壁および第4壁に直交する方向の長さが短い、すなわち、一方向の厚みが薄いセンサが実現される。
この発明によれば、近接時のセンサとアクチュエータとの位置関係の自由度を向上しながら、確実にドアの開閉の検出を行うことができる。
本発明の第1の実施形態に係るセンサの主要構造を示す斜視図である。 (A)は、センサの側面図であり、(B)は、センサの正面図であり、(C)は、センサの底面図である。 (A)は、センサの平面の断面図であり、(B)は、センサの正面の断面図((A)のA−A断面図)である。 (A)は、設置の第1態様を示す側面図であり、(B)は、設置の第1態様を示す底面図である。 (A)は、設置の第2態様を示す底面図であり、(B)は、設置の第2態様を示す正面図である。 図6(A)は、設置の第3態様を示す底面図であり、図6(B)は、設置の第6態様を示す正面図である。 (A)は、本願のセンサにおけるアクチュエータからの識別情報の検出範囲を示す図であり、(B)は、従来のセンサにおけるアクチュエータからの識別情報の検出範囲を示す図である。 (A)は、観音開きのドアへの第1設置態様を示し、(B)は、観音開きのドアへの第2設置態様を示す図である。 (A)は、ガルウィングのドアへの第1設置態様を示し、(B)は、ガルウィングのドアへの第2設置態様を示す図である。 (A)は、他の構成のセンサの平面の断面図であり、(B)は、他の構成のセンサの正面の断面図である。
以下、本発明の実施形態を、図を参照して説明する。
・適用例
まず、本発明の実施形態に係るセンサの適用例について説明する。図7(A)は、本願のセンサにおけるアクチュエータからの識別情報の検出範囲を示す図であり、図7(B)は、従来のセンサにおけるアクチュエータからの識別情報の検出範囲を示す図である。
図7(A)に示すように、センサ10は、筐体20とアンテナ素子50とを備える。筐体20は、略直方体形状であり、内部空間を有する。筐体20は、長手方向の一端となる第1壁201と、短手方向に両端となる第3壁203および第4壁204とを備える。第1壁201は、第3壁203および第4壁204に対して直交している。
アンテナ素子50は、筐体20の内部空間に配置されている。アンテナ素子50は、棒状であり、例えば、無指向性の放射特性を有する。アンテナ素子50は、第1壁201の近傍に配置されている。アンテナ素子50は、棒の長手方向が第1壁201に沿うように配置されている。
このような構成によって、アクチュエータ90が第1壁201に近接する第1態様、アクチュエータ90が第3壁203に近接する第2態様、および、アクチュエータ90が第4壁204に近接する第3態様のいずれであっても、アクチュエータ90のRFIDタグ91がアンテナ素子50の通信可能領域AR50に重なる。したがって、いずれの態様であっても、アンテナ素子50は、RFIDタグ91からの識別情報を受信でき、センサ10は、アクチュエータ90を検出できる。
一方、図7(B)に示すように、従来の構成では、アンテナ素子50は、筐体20の第4壁204に平行に配置された基板(図示を省略している。)に実装されている。このため、第3壁203側の外方における通信可能領域AR50は殆ど無い。したがって、第3壁203にアクチュエータ90を近接させても、アンテナ素子50は、RFIDタグ91からの識別情報を受信できず、従来構成のセンサ10Pは、アクチュエータ90を検出できない。
以上のように、本実施形態のセンサ10の構成を用いることによって、近接時のセンサとアクチュエータとの位置関係の自由度を向上しながら、確実にドアの開閉の検出を行うことができる。
・構成例
本発明の実施形態に係るセンサについて、図を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るセンサの主要構造を示す斜視図である。図2(A)は、センサの側面図であり、図2(B)は、センサの正面図であり、図2(C)は、センサの底面図である。図3(A)は、センサの平面の断面図であり、図3(B)は、センサの正面の断面図である。図3(B)は、図3(A)のA−A断面図である。
図1、図2(A)、図2(B)、図2(C)、図3(A)、および、図3(B)に示すように、センサ10は、筐体20、アンテナ実装用基板31、回路基板33、回路基板34、フレキシブル基板41、フレキシブル基板42、アンテナ素子50、および、外部コネクタ60を備える。
筐体20は、略直方体形状である。筐体20は、第1壁201、第2壁202、第3壁203、第4壁204、第5壁205、および、第6壁206を有する。これら第1壁201、第2壁202、第3壁203、第4壁204、第5壁205、および、第6壁206は、それぞれに平板状である。
第1壁201と第2壁202とは、平面形状の一方の辺の長さが他方の辺の長さよりも長い長方形である。第1壁201と第2壁202とは、平面に直交する方向に離間して、互いに対向して配置されている。
第3壁203と第4壁204とは、平面形状の一方の辺の長さが他方の辺の長さよりも長い長方形である。この際、第3壁203と第4壁204とにおける一方の辺の長さと他方の辺の長さの比は、第1壁201と第2壁202とにおける一方の辺の長さと他方の辺の長さの比よりも1に近い。第3壁203と第4壁204とは、平面に直交する方向に離間して、互いに対向して配置されている。
第3壁203は、第1壁201の一方の長辺と第2壁202の一方の長辺とを連接している。第4壁204は、第1壁201の他方の長辺と第2壁202の他方の長辺とを連接している。
第5壁205と第6壁206とは、平面形状の一方の辺の長さが他方の辺の長さよりも長い長方形である。第5壁205と第6壁206とは、平面に直交する方向に離間して、互いに対向して配置されている。
第5壁205は、第1壁201の一方の短辺と第2壁202の一方の短辺とを連接している。第6壁206は、第1壁201の他方の短辺と第2壁202の他方の短辺とを連接している。
このような構造によって、筐体20は、第1壁201、第2壁202、第3壁203、第4壁204、第5壁205、および、第6壁206によって囲まれる内部空間200を有する。
アンテナ実装用基板31、回路基板33、回路基板34、フレキシブル基板41、フレキシブル基板42、および、アンテナ素子50は、筐体20の内部空間200に配置されている。外部コネクタ60は、第6壁206に形成されている。
アンテナ実装用基板31、回路基板33、および、回路基板34は、殆ど可撓性を有さない基板、所謂、リジットな基板である。フレキシブル基板41、および、フレキシブル基板42は、可撓性を有する基板である。アンテナ実装用基板31と回路基板33とは、フレキシブル基板41を介して、物理的且つ電気的に接続されている。アンテナ実装用基板31と回路基板34とは、フレキシブル基板42を介して、物理的且つ電気的に接続されている。
アンテナ実装用基板31は、第1壁201に類似する形状である。アンテナ実装用基板31は、第1壁201に近接して平行に配置されている。この際、アンテナ実装用基板31の長手方向と第1壁201の長手方向とは略平行である。
アンテナ素子50は、棒状であり、無指向性の放射特性を有する。なお、アンテナ素子50は、棒状の長手方向の中心から直交する方向を指向性の中心軸とする単指向性の放射特性であってもよい。
アンテナ素子50は、アンテナ実装用基板31に実装されている。この際、アンテナ素子50は、自身の長手方向がアンテナ実装用基板31の長手方向に対して略平行になるように、アンテナ実装用基板31に実装されている。
これにより、アンテナ素子50は、自身の長手方向が第1壁201の長手方向に略平行になるように、第1壁201に対して略平行に配置される。さらに、アンテナ素子50は、第1壁201の近傍に配置される。
回路基板33は、第3壁203に類似する形状であり、回路基板34は、第4壁204に類似する形状である。
回路基板33は、第3壁203に近接して略平行に配置されており、回路基板34は、第4壁204に近接して略平行に配置されている。すなわち、回路基板33および回路基板34は、アンテナ実装用基板31に対して略直交するように配置されている。このような配置関係であっても、フレキシブル基板41およびフレキシブル基板42を用いることによって、回路基板33および回路基板34は、アンテナ実装用基板31に接続できる。
回路基板33、および、回路基板34には、アンテナ素子50を使用した識別情報の変調および復調等を実行する回路素子等が実装されている。
このような構造のセンサ10は、次に示すようなセーフティスイッチ(例えば、ドアの開閉の検知システム)に利用される。図4(A)は、設置の第1態様を示す側面図であり、図4(B)は、設置の第1態様を示す底面図である。図4(A)の側面図は、センサ10の第3壁203側から視た図であり、図4(B)の底面図は、センサ10の第6壁206側から視た図である。図5(A)は、設置の第2態様を示す底面図であり、図5(B)は、設置の第2態様を示す正面図である。図5(A)の底面図は、センサ10の第6壁206側から視た図であり、図5(B)の正面図は、センサ10の第1壁201側から視た図である。図6(A)は、設置の第3態様を示す底面図であり、図6(B)は、設置の第6態様を示す正面図である。図6(A)の底面図は、センサ10の第6壁206側から視た図であり、図6(B)の正面図は、センサ10の第1壁201側から視た図である。
また、上述のように、図7(A)は、本願のセンサにおけるRFIDのアクチュエータの検出範囲を示す図であり、図7(B)は、従来のセンサにおけるRFIDのアクチュエータの検出範囲を示す図である。
図4(A)、図4(B)、図5(A)、図5(B)、図6(A)、および、図6(B)に示すように、セーフティスイッチ1は、センサ10と、アクチュエータ90とを備える。アクチュエータ90は、直方体形状の筐体を備える。アクチュエータ90の筐体は、センサ10と同様に、第1壁901、第2壁902、第3壁903、第4壁904、第5壁905、および、第6壁906を有する。アクチュエータ90の筐体は、センサ10の筐体よりも薄い。すなわち、アクチュエータ90の第1壁901、および、第2壁902の短手方向の長さは、センサ10の第1壁201、および、第2壁202の短手方向の長さよりも短い。
アクチュエータ90は、RFIDタグ91を備える。RFIDタグ91は、アクチュエータ90の筐体の第1壁901および第3壁903の近傍に配置されている。
(配置の第1態様)
図4(A)、図4(B)に示すように、アクチュエータ90は、センサ10の第1壁201側に近接して配置される。この際、アクチュエータ90の第1壁901とセンサ10の第1壁201とが対向している。また、アクチュエータ90の第4壁904とセンサ10の第4壁204とが略面一になっている。
このような構成によって、センサ10のアンテナ素子50と、アクチュエータ90のRFIDタグ91とは近接する。
(配置の第2態様)
図5(A)、図5(B)に示すように、アクチュエータ90は、センサ10の第4壁204側に近接して配置される。この際、アクチュエータ90の第1壁901とセンサ10の第4壁204とが対向している。また、アクチュエータ90の第4壁904とセンサ10の第1壁201とが略面一になっている。
このような構成によって、センサ10のアンテナ素子50と、アクチュエータ90のRFIDタグ91とは近接する。
(配置の第3態様)
図6(A)、図6(B)に示すように、アクチュエータ90は、センサ10の第3壁203側に近接して配置される。この際、アクチュエータ90の第1壁901とセンサ10の第3壁203とが対向している。また、アクチュエータ90の第4壁904とセンサ10の第1壁201とが略面一になっている。
このような構成によって、センサ10のアンテナ素子50と、アクチュエータ90のRFIDタグ91とは近接する。
図7(A)に示すように、本実施形態のセンサ10の構成を用いることによって、アンテナ素子50の通信可能領域AR50は、第1壁201の外方のみでなく、第3壁203の外方、および、第4壁204の外方にも、所定の大きさで広がる。したがって、第1態様、第2態様、および、第3態様のいずれであっても、RFIDタグ91は、通信可能領域AR50に重なる。これにより、第1態様、第2態様、および、第3態様のいずれであっても、アンテナ素子50は、RFIDタグ91からの識別情報を受信でき、センサ10は、アクチュエータ90を検出できる。
一方、図7(B)に示すように、従来の構成では、アンテナ素子50の通信可能領域AR50は、第1壁201の外方と第3壁203の外方とには、所定の大きさで広がるが、第4壁204の外方には殆ど広がらない。したがって、第1態様、および、第3態様では、RFIDタグ91は、通信可能領域AR50に重なるが、第2態様では、RFIDタグ91は、通信可能領域AR50に重ならない。したがって、第3壁203にアクチュエータ90を近接させても、アンテナ素子50は、RFIDタグ91からの識別情報を受信できず、第2態様では、従来構成のセンサ10Pは、アクチュエータ90を検出できない。
以上のように、本実施形態のセンサ10の構成を用いることによって、近接時のセンサとアクチュエータとの位置関係の自由度を向上しながら、確実にドアの開閉の検出を行うことができる。
なお、従来の構造において、第3壁203の近傍にもアンテナ素子を追加することによって、第3壁203側でのRFIDタグ91の検出も可能にはなる。しかしながら、センサの構成要素が増加してしまう。
したがって、本実施形態のセンサ10を用いることによって、簡素な構成でありながら、近接時のセンサとアクチュエータとの位置関係の自由度を向上できる。
上述の構成のセーフティスイッチ1は、例えば、図8(A)、図8(B)に示す観音開きのドア、図9(A)、図9(B)に示すガルウィングのドアのセーフティスイッチとして採用できる。
図8(A)は、観音開きのドアへの第1設置態様を示し、図8(B)は、観音開きのドアへの第2設置態様を示す図である。
図8(A)に示す第1設置態様では、センサ10Aとセンサ10Bとは、フレーム2に並べて固定されている。センサ10Aは、第3壁203がフレーム2に当接し、センサ10Bは、第4壁204がフレーム2に当接している。
アクチュエータ90Aは、第1壁901がフレーム2側を向くように、ドア3Aに固定されている。アクチュエータ90Bは、第1壁901がフレーム2側を向くように、ドア3Aに固定されている。
図8(B)に示す第2設置態様では、センサ10Aとセンサ10Bとは、フレーム2に並べて固定されている。センサ10Aとセンサ10Bとは、第2壁202がフレーム2に当接している。この設置態様は、例えば、図8(B)に示すように、L型の治具4を介して、センサ10Aおよびセンサ10Bをフレーム2に固定することによって実現可能である。
アクチュエータ90Aは、第1壁901がフレーム2側を向くように、ドア3Aに固定されている。アクチュエータ90Bは、第1壁901がフレーム2側を向くように、ドア3Aに固定されている。
これらの構成では、ドア3Aが開いていると、センサ10Aはアクチュエータ90Aを検出できず、ドア3Aが閉じていると、センサ10Aはアクチュエータ90Aを検出する。また、ドア3Bが開いていると、センサ10Bはアクチュエータ90Bを検出できず、ドア3Bが閉じていると、センサ10Bはアクチュエータ90Bを検出する。
図9(A)は、ガルウィングのドアへの第1設置態様を示し、図9(B)は、ガルウィングのドアへの第2設置態様を示す図である。
図9(A)に示す第1設置態様では、センサ10は、固定フレーム2A固定されている。センサ10では、第4壁204が可動フレーム2B側を向くように、第1壁201が固定フレーム2Aに当接している。この設置態様は、例えば、図9(A)に示すように、L型の治具4を介して、センサ10をフレーム2に固定することによって実現可能である。
アクチュエータ90は、第1壁901が固定フレーム2A側を向くように、可動フレーム2Bおよびドア3Bに固定されている。アクチュエータ90は、第4壁204が可動フレーム2Bに当接している。なお、アクチュエータ90は、第3壁203が可動フレーム2Bに当接する態様であってもよいが、上述の構成では、第4壁204が可動フレーム2Bに当接するほうが好ましい。
図9(B)に示す第2設置態様では、センサ10は、固定フレーム2Aに固定されている。センサ10では、第1壁201が可動フレーム2B側を向くように、第3壁203が固定フレーム2Aに当接している。
アクチュエータ90は、第1壁901が固定フレーム2A側を向くように、可動フレーム2Bおよびドア3Bに固定されている。アクチュエータ90は、第4壁204が可動フレーム2Bに当接している。なお、アクチュエータ90は、第3壁203が可動フレーム2Bに当接する態様であってもよいが、上述の構成では、第4壁204が可動フレーム2Bに当接するほうが好ましい。
これらの構成では、ドア3Bが開いていると、センサ10はアクチュエータ90を検出できず、ドア3Bが閉じていると、センサ10はアクチュエータ90を検出する。
なお、上述の説明では、アンテナ素子50をアンテナ実装用基板31に実装する態様を示したが、接続用のワイヤ端子を有するディスクリート型のアンテナ素子を用いることもできる。
図10(A)は、他の構成のセンサの平面の断面図であり、図10(B)は、他の構成のセンサの正面の断面図である。
図10(A)、図10(B)に示すように、センサ11は、アンテナ素子51を備える。アンテナ素子51は、接続用のワイヤ端子511を有する。センサ11の他の構成は、上述のセンサ10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
アンテナ素子51は、棒状であり、その長手方向が第1壁201の長手方向に平行なるように、筐体20の内部空間200に配置されている。アンテナ素子51は、第1壁201の近傍に配置されている。アンテナ素子51のワイヤ端子511は、例えば、回路基板34に接続されている。このような構成でも、上述のセンサ10と同様の作用効果を得られる。また、この構成では、アンテナ実装用基板31、フレキシブル基板41、および、フレキシブル基板42を省略できる。
なお、上述の説明では、アンテナ素子51を第1壁201の近傍に配置する態様を示した。ここで、近傍とは、放射特性として、第1壁201よりも外方に所望の距離の通信可能領域AR50を形成できる範囲であればよい。例えば、アンテナ素子51の放射特性を加味して、例えば、アンテナ素子51は、第2壁202よりも第1壁201に近い位置に配置されていればよい。
また、上述の説明では、アンテナ実装用基板31と回路基板33および回路基板34との接続部材としてフレキシブル基板41およびフレキシブル基板42を用いる態様を示した。しかしながら、この接続部材としては、コネクタ端子を用いた態様であってもよい。すなわち、アンテナ実装用基板31の平板面と、回路基板33および回路基板34の平板面とが、例えば略直交する状態で接続されていれば、他の接続態様を用いることも可能である。
1:セーフティスイッチ
2:フレーム
2A:固定フレーム
2B:可動フレーム
3A、3B:ドア
4:L型の治具
10、10A、10B、11:センサ
20:筐体
31:実装用基板
33、34:回路基板
41、42:フレキシブル基板
50、51:アンテナ素子
60:外部コネクタ
90、90A、90B:アクチュエータ
91:RFIDタグ
200:内部空間
201:センサの第1壁
202:センサの第2壁
203:センサの第3壁
204:センサの第4壁
205:センサの第5壁
206:センサの第6壁
511:ワイヤ端子
901:アクチュエータの第1壁
902:アクチュエータの第2壁
903:アクチュエータの第3壁
904:アクチュエータの第4壁
905:アクチュエータの第5壁
906:アクチュエータの第6壁
AR50:通信可能領域

Claims (3)

  1. 互いに距離をおいて対向する第1壁の第1壁面および第2壁の第2壁面と、前記第1壁および前記第2壁を連接し互いに距離おいて対向し、それぞれが前記第1壁面および前記第2壁面よりも大面積である第3壁の第3壁面および第4壁の第4壁面とを備え、前記第1壁面、前記第2壁面、前記第3壁面、および、前記第4壁面によって囲まれる内部空間を有する筐体と、
    前記筐体の前記内部空間に配置され、外部のドアの開閉検知用のアクチュエータの識別情報を受信するアンテナ素子と、
    を備え、
    前記アンテナ素子は、1つであり、前記第1壁に近接させ、前記第1壁面に平行に配置されたアンテナ実装基板に実装され、且つ、前記第3壁面と前記第4壁面とを結ぶ方向における略中央を含む位置に配置され、さらに無指向性、または、前記第1壁面、前記第3壁面、および前記第4壁面に直交する方向に指向性を持つ、
    センサ。
  2. 前記筐体の内部空間には、前記第3壁面または第4壁面に平行な平板状のメイン回路基板と、
    記メイン回路基板と、前記アンテナ実装用の基板とを物理的且つ電気的に接続する接続部材と、を備える、
    請求項1に記載のセンサ。
  3. 前記第1壁面における前記第3壁面および前記第4壁面に平行な方向の長さは、前記第3壁面および前記第4壁面に直交する方向の長さよりも長く、
    前記アンテナ素子は、前記第1壁面、前記第3壁面および前記第4壁面に平行な方向の長さが前記第3壁面および前記第4壁面に直交する方向の長さよりも長い棒状である、
    請求項1、または請求項2に記載のセンサ。
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