特開 2024-121915 近接アラートセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024121915

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】近接アラートセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/08 20060101AFI20240902BHJP

   B66F 11/04 20060101ALI20240902BHJP

   B66F 9/24 20060101ALI20240902BHJP

   A42B 3/04 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

G01S17/08

B66F11/04

B66F9/24 H

A42B3/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023029150

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】391007460

【氏名又は名称】中日本ハイウェイ・エンジニアリング名古屋株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001977

【氏名又は名称】弁理士法人クスノキ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤橋 哲也

(72)【発明者】

【氏名】岩瀬 愛弓

(72)【発明者】

【氏名】中野 湧大

【テーマコード（参考）】

3B107

3F333

5J084

【Ｆターム（参考）】

3B107CA02

3B107EA19

3F333AA08

3F333AC01

3F333FA11

3F333FA36

5J084AA05

5J084AB16

5J084AD01

5J084BA04

5J084EA22

(57)【要約】

【課題】作業用ヘルメットに装着できるサイズであって、構造を簡素化することにより低コストで製造可能な近接アラートセンサを提供する。
【解決手段】樹脂製の筐体１０の内部に、赤外線レーザ光の発射部及び受光部を備えたセンサモジュール１１と、電子回路基板１２と、電池１３と、ブザー１４とを収納した近接アラートセンサである。筐体１０の天井面１６の一部を内側から窪ませてハイパスフィルタとして機能する薄肉部１９を形成し、この薄肉部１９の内側にセンサモジュール１１を密着配置した。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂製の筐体の内部に、赤外線レーザ光の発射部及び受光部を備えたセンサモジュールと、電子回路基板と、電池と、ブザーとを収納した近接アラートセンサであって、
前記筐体の天井面の一部を内側から窪ませてハイパスフィルタとして機能する薄肉部を形成し、この薄肉部の内側に前記センサモジュールを密着配置したことを特徴とする近接アラートセンサ。

【請求項2】

前記センサモジュールは、赤外線レーザ光を間欠的に発射するタイムオブフライトセンサである請求項１に記載の近接アラートセンサ。

【請求項3】

前記センサモジュールからの赤外線レーザ光の発射角度を、３０°以下の狭角度とした請求項１に記載の近接アラートセンサ。

【請求項4】

前記赤外線レーザ光の波長が９４０ｎｍであり、前記薄肉部は７６０ｎｍ以下の波長をカットするハイパスフィルタである請求項１に記載の近接アラートセンサ。

【請求項5】

前記筐体は平滑な天井面を備える本体部と底板部とからなり、底板部の下面を作業用ヘルメットへの取付面とした請求項１に記載の近接アラートセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は作業者の安全を確保するに適した近接アラートセンサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば高速道路に設置された構造物の点検作業等においては、作業者は高所作業車のバケットに搭乗し、高所作業を行うことが多い。バケットは起伏・伸縮・旋回が可能なブームの先端に水平支持されており、作業者はバケット上に配置された操作装置を操作してバケットを作業に適した位置に移動させ、点検作業等を行っている。

【0003】

作業者はいうまでもなく作業用ヘルメットを装着して頭部を保護している。しかし作業者の死角となる直上位置に障害物があるにも拘わらず、気付かずにバケットを上昇させてしまい、上方の障害物により頭部を強打したり、障害物とバケットとの間に作業者が挟まれたりする事故が発生することがある。バケットは強力な油圧により動かされるので、作業用ヘルメットを装着していても十分に作業者の安全を確保することができないことがある。

【0004】

この問題を解決するために、特許文献１に示されるように、バケットの四隅に傾斜センサを備えたポールを立て、ポールの先端が上部の障害物に当たったことを傾斜センサにより検出してバケットの上昇を停止させる高所作業車用安全具が開発され、実用化されている。この高所作業車用安全具により大部分の事故は防止することができる。しかしポールの直上位置の高さを検出するものであるため、バケットの中央に立っている作業者の直上位置に障害物が突出しているような場合にはポールにより検出することができず、安全を確保できないおそれがある。

【0005】

また特許文献２には、障害物の近接を検知すると警報を発する超音波センサを取り付けた作業用ヘルメットが提案されている。この作業用ヘルメットを装着すれば、作業者の直上位置の障害物を検出することができる。しかし超音波センサは対象物の表面が吸音性であると検出精度が低下する。このためトンネルの内部や防音壁などのように内面に吸音材が配置された場所での使用に適しないという問題がある。また超音波センサは光電式センサよりも応答性が悪く、作業者の急速な瞬間的な動きに追随できないという問題もある。

【0006】

なお光電式近接センサ自体は従来から知られているが、サイズが大きいものが多く、作業用ヘルメットの表面に装着できるほど小型で薄型のものは見当たらない。また従来の光電式近接センサは光線の投受光用窓の構造が複雑で製造コストが高くなるという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第６６５４９９５号公報

【特許文献2】特開昭１０－２０３７９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は上記した従来の問題点を解決して、作業用ヘルメットに装着できるサイズであって、構造を簡素化することにより低コストで製造可能な近接アラートセンサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するためになされた本発明は、樹脂製の筐体の内部に、赤外線レーザ光の発射部及び受光部を備えたセンサモジュールと、電子回路基板と、電池と、ブザーとを収納した近接アラートセンサであって、前記筐体の天井面の一部を内側から窪ませてハイパスフィルタとして機能する薄肉部を形成し、この薄肉部の内側に前記センサモジュールを密着配置したことを特徴とするものである。

【0010】

なお、前記センサモジュールは、赤外線レーザ光を間欠的に発射するタイムオブフライトセンサであることが好ましい。また前記センサモジュールからの赤外線レーザ光の発射角度を、３０°以下の狭角度とすることが好ましい。また好ましい実施形態においては、前記赤外線レーザ光の波長が９４０ｎｍであり、前記薄肉部は７６０ｎｍ以下の波長をカットするハイパスフィルタである。さらに前記筐体は平滑な天井面を備える本体部と底板部とからなり、底板部の下面を作業用ヘルメットへの取付面とすることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明の近接アラートセンサは、赤外線レーザ光のセンサモジュール、電子回路基板、電池、ブザーなどを収納する筐体を樹脂製とし、その筐体の天井面の一部を内側から窪ませてハイパスフィルタとして機能する薄肉部を形成し、この薄肉部の内側にセンサモジュールを密着配置した構造である。このように筐体の一部をハイパスフィルタとして太陽光に代表される外乱の影響を抑制したので、構造が簡素化され、低コストで製造可能となる。また薄肉部以外の筐体には強度を持たせることができるので、収納物を保護することができる。

【0012】

また、上記の構造により筐体の高さを低くすることができ、作業用ヘルメットに取付けた時のヘルメット表面からの突出量を低くすることができる。また、薄肉部の内側にセンサモジュールを密着配置したことにより、筐体からの反射を防止し、検出精度を高めることができる。さらに本発明の近接アラートセンサは、トンネルの内部など吸音材が配置された場所においても近接の障害物を確実に検知してブザーで警報を出すことができるので、作業者の安全を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態の近接アラートセンサの外観斜視図である。

【図2】実施形態の近接アラートセンサの中央縦断面図である。

【図3】太陽光線のスペクトル強度のグラフである。

【図4】天井面を外側から窪ませた場合を示す断面図である。

【図5】近接アラートセンサを頂部に取付けた作業用ヘルメットの外観図である。

【図6】使用状態の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に本発明の実施形態を説明する。図１は実施形態の近接アラートセンサの外観斜視図、図２はその中央縦断面図である。図２に示されるように、本発明の近接アラートセンサは、樹脂製の筐体１０の内部に、赤外線レーザ光のセンサモジュール１１、電子回路基板１２、電池１３、ブザー１４等を収納した構造である。また図１に示されるように、筐体１０の側面付近にオンオフ用のスイッチ１５が収納されている。

【0015】

筐体１０は平滑な天井面１６を備える本体部１７と、本体部１７の底面に嵌め込まれる底板部１８とからなる。本体部１７が全体を覆う構造としたことにより、雨水の浸入を防止することができる。筐体１０の天井面１６の一部を内側から窪ませて、薄肉部１９が形成されている。図２に示すように、この薄肉部１９の内面にセンサモジュール１１の上面が密着配置されている。

【0016】

センサモジュール１１は上面に赤外線レーザ光の発射部及び受光部を備え、発射部から発射された赤外線レーザ光が対象で反射して受光部に戻ってくるまでの時間に基づいて、対象物までの距離を検出するタイムオブフライトセンサである。本実施形態では、ＪＩＳ－C６８０２に規定されるレーザ光の安全基準のクラス１である波長が９４０ｎｍの赤外線レーザ光が用いられている。センサモジュール１１は薄肉部１９の内面に密着配置され、保護されている。

【0017】

センサモジュール１１は作業者の瞬間的な動きがあっても障害物を確実に感知することができる必要があり、本実施形態ではレーザ発射間隔を３００ｍｓｅｃとしている。また作業者が頭上に手を挙げて作業した場合に自分の手に反応することがないよう、発射部からの赤外線レーザ光の発射角度を３０°以下の狭角度とすることが好ましく、本実施形態では２７°に絞ったものが用いられている。

【0018】

筐体１０は可視光領域の波長を遮断し、近赤外線領域の波長を透過させる特性を備えた樹脂からなり、本実施形態では透過限界波長を７６０nmに調整したメタクリル樹脂が用いられている。透過限界波長とは、透過率が５％の波長と７２％の波長との中点の波長を意味する。メタクリル樹脂は機械的強度に優れるうえ、加工し易く、耐候性に優れ劣化しにくいので、近接アラートセンサの筐体１０に適している。ただし本発明においては樹脂の種類をメタクリル樹脂に限定するものではない。

【0019】

本実施形態では筐体１０の天井面１６の一部を内側から窪ませて薄肉部１９を形成し、この薄肉部１９を通じて赤外線レーザ光の発射及び受光が行われる。薄肉部１９は可視光領域の波長を遮断し、近赤外線領域の波長を透過させるハイパスフィルタとして機能する。本実施形態では薄肉部１９の厚みを１ｍｍに設定し、薄肉部１９を透過することによる赤外線レーザ光の減衰を抑制して検出感度を高めている。なおセンサモジュール１１を薄肉部１９の内面に密着配置したのは、薄肉部１９の裏面からの反射光による誤動作をなくすためである。

【0020】

このようにセンサモジュール１１にハイパスフィルタを掛けたのは、屋外での使用を考慮し、特に太陽光による外乱を抑制するためである。太陽光のスペクトル強度は図３に示すように４００～７００ｎｍの波長領域において最も大きいため、透過限界波長が７６０nmのハイパスフィルタによってこの波長領域をカットすれば、太陽光による外乱を大幅に抑制することができる。なおハイパスフィルタによってカットする透過限界波長をあまり小さくすると外乱の影響を受け易くなり、逆にハイパスフィルタによってカットする透過限界波長を赤外線レーザ光の波長に近付け過ぎるとやはり検出感度が低下する。発明者のテストによれば、本実施形態のように赤外線レーザ光の波長が９４０ｎｍの場合にはハイパスフィルタの透過限界波長を７６０ｎｍとした場合に最も優れた検出感度を得ることができた。しかし赤外線レーザ光の波長が変化すれば、ハイパスフィルタの透過限界波長も変化させるべきであることはいうまでもない。

【0021】

上記したように筐体１０の天井面１６の一部を内側から窪ませてハイパスフィルタとして機能する薄肉部１９を形成し、その内側にセンサモジュール１１を配置することにより、従来のように赤外線レーザ光の透過窓を別に形成する必要がなくなり、製造コストを引き下げることができる。本実施形態では筐体１０のその他の部分の厚みは２ｍｍとして強度を高め、薄肉部１９の厚みは１ｍｍとした。また、筐体１０の天井面１６を内側から窪ませた部分にセンサモジュール１１を配置したので、筐体１０の内部へのセンサモジュール１１の突出量を減らすことができる。その結果、少なくとも１ｍｍ分だけは筐体１０の高さを低くすることができる。またこの構造により、雨水の浸入を防止することができる。

【0022】

なお、図４に示すように筐体１０の天井面１６の一部を外側から窪ませて薄肉部１９を形成することも考えられる。しかしこの場合には、筐体１０の内部へのセンサモジュール１１の突出量が、図２の場合よりも大きくなる。さらに、天井面１６の窪んだ部分に雨水や塵埃が入り込み、感度を低下させるおそれがある。図２の構造とすれば、これらの問題を解消することができる。

【0023】

筐体１０の内部にはセンサモジュール１１のほかに、電子回路基板１２、電池１３、ブザー１４が収納されている。電子回路基板１２にはセンサモジュール１１の出力に応じてブザー１４を作動させたり、センサモジュール１１の動作を制御するためのマイコンが搭載されている。電池１３は小型のボタン電池であり、スイッチ１５によりオンオフすること、及びレーザ発射間隔を３００ｍｓｅｃとしたタイムオブフライトセンサとすることにより電池の消耗を抑えている。

【0024】

この近接アラートセンサはトンネル内で使用されることも想定される。このため、騒音レベルの高いトンネル内においてもアラート音を認識できるように、本実施形態ではブザー１４のアラート音の音量を８５ｄＢ、周波数２７３１Ｈｚに設定した。

【0025】

このように構成された本発明の近接アラートセンサは、例えば図５に示すように、作業用ヘルメット３０の頂部外面に取付けて使用することができる。また挟まれ事故を防止するために、作業用ヘルメット３０の後頭部に取付けることもできる。これらの場合には、筐体１０の底板部１８の下面を作業用ヘルメットへの取付面２０とする。作業用ヘルメット３０への取付方法は特に限定されるものではないが、接着剤により強固に固定すると電池交換を容易に行えなくなるため、両面テープ等によって着脱自在としておくことが好ましい。

【0026】

図６に示すように、高所作業車のバケット４０に搭乗して高所作業を行う作業者がこの作業用ヘルメット３０を装着すれば、トンネルの天井やその他の情報障害物との距離が接近してきたときにブザー１４を動作させ、アラートを発することができる。作業者はバケット４０の上昇を停止させることにより、衝突の危険を避けることができる。なおアラートを発する距離は電子回路基板１２に搭載したマイコンにより自由に設定することができるが、安全を見てこの距離を大きく設定すると頻繁にブザー１４が動作して煩わしくなる。逆にこの距離を短く設定すると衝突の直前まで危険を感知することができなくなる。このため例えば２０ｃｍと５０ｃｍの２段に切替可能としておき、使用状況に応じて作業者が選択できるようにしておくことが好ましい。この切替は、スイッチ１５をスライド式スイッチとし、オフの位置から１つスライドすると２０ｃｍ、もう一つスライドすると５０ｃｍと切替えるようにすることができる。更に、スイッチ１５をプッシュ式スイッチとすれば、１回押圧すると５０ｃｍ、２回押圧すると２０ｃｍ、３階押圧すると電源オフというように設定しておくこともできる。

【0027】

高所作業では図６に示すように作業者は両手を図上に挙げて作業を行うことが多いが、前記したように赤外線レーザ光の発射角度を３０°以下の狭角度としておけば、自分の手を誤って障害物として検出してしまう誤動作を防止することができる。また、本実施形態では筐体１０の全高は１５ｍｍ程度と薄くなっているため、作業用ヘルメット３０の外表面に取り付けても筐体１０の突出により作業用ヘルメット３０の使用に支障を生ずることはない。また、本実施形態の近接アラートセンサはその機能を発揮させるために必要な部品を全て筐体１０の内部に収納しているため、外部電源やイヤホンなどは不要となり、作業者の作業の支障となるおそれがない。また、本実施形態の近接アラートセンサはトンネル内部など、吸音材が取り付けられている場所でも使用可能である。

【0028】

さらに本発明の近接アラートセンサは、筐体１０の一部にハイパスフィルタとして機能する薄肉部１９を形成し、この薄肉部１９を介して赤外線レーザ光の発射及び受光を行う構造としたので、従来のように光線の投受光用窓を別部材によって構成する必要がない。このため性能を低下させることなく製作コストを下げることができる。

【0029】

以上に説明したように、本発明の近接アラートセンサは作業用ヘルメット３０に取り付けて使用するに適したものである。しかし例えば高所作業車のバケット４０の側面に取付ければ、ブームを旋回させたときに側方の障害物に衝突する危険を防止することができる。このように本発明の近接アラートセンサは、作業用ヘルメット３０への取付に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0030】

１０ 筐体
１１ センサモジュール
１２ 電子回路基板
１３ 電池
１４ ブザー
１５ スイッチ
１６ 天井面
１７ 本体部
１８ 底板部
１９ 薄肉部
２０ 取付面
３０ 作業用ヘルメット
４０ 高所作業車のバケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】