特許 7550692 安全出力回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】安全出力回路

(51)【国際特許分類】

   H01H 47/00 20060101AFI20240906BHJP

   H03K 17/00 20060101ALI20240906BHJP

   H03K 17/695 20060101ALI20240906BHJP

   G05B 9/03 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

H01H47/00 C

H03K17/00 B

H03K17/695

G05B9/03

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021050886

(22)【出願日】2021-03-25

(65)【公開番号】P2022148982

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-12-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】秋田 大助

【審査官】内田 勝久

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－１７５５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１８５７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７７８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００８－０１１０６８９（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ４７／００ － ４７／３６

Ｈ０３Ｋ １７／００

Ｈ０３Ｋ １７／６９５

Ｇ０５Ｂ ９／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部機器に接続されるリレー、及び、前記リレーを駆動させる２つの出力回路を有する安全ボードを備え、
前記出力回路は、それぞれ、
自機の出力に応じて順電圧が生じる逆差し保護ダイオードと、
前記逆差し保護ダイオードで発生する順電圧を検出するコンパレータと、
前記コンパレータによる検出結果に基づいて自機の出力状態を監視する制御部とを備えた
ことを特徴とする安全出力回路。

【請求項2】

前記出力回路は、外部配線を介して直列接続された
ことを特徴とする請求項１記載の安全出力回路。

【請求項3】

前記リレーは、直列接続された２つのリレーであり、
前記出力回路は、前記リレーに個別に接続された
ことを特徴とする請求項１記載の安全出力回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、外部機器を安全制御する安全出力回路に関する。

【背景技術】

【0002】

安全出力回路は、外部機器を安全制御するための回路である（例えば特許文献１参照）。現在、スマートロボットで用いられている安全出力回路の一例を図３に示す。
図３に示す安全出力回路は、安全ボード１ｃ、リレー２ｃ及び直流電源３ｃを備えている。安全ボード１ｃは、外部で直列接続された２つの出力回路１１ｃ，１２ｃを有している。出力回路１１ｃ，１２ｃは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１１ｃ，１２１ｃ、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１１２ｃ，１２２ｃ及び逆差し保護ダイオード１１３ｃ，１２３ｃを有している。逆差し保護ダイオード１１３ｃ，１２３ｃは、ユーザが極性を間違えて配線した場合に回路を故障させない目的で使用される。なお、図３において、符号２１ｃはリレー２ｃが有するスイッチを示し、符号２２ｃはリレー２ｃが有するコイルを示している。

【0003】

この安全出力回路では、２つの出力回路１１ｃ，１２ｃにより、外部機器を安全制御する。すなわち、安全出力回路は、ＣＰＵ１１１ｃがＭＯＳＦＥＴ１１２ｃをオンにし且つＣＰＵ１２１ｃがＭＯＳＦＥＴ１２２ｃをオンにすることで、外部機器を制御する２重化構造となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５３１９４００号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、図３に示す安全出力回路では、出力状態を監視することはできない。そのため、安全ボード１ｃ側で出力回路１１ｃ，１２ｃが正常に動作しているのかを判定できない。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、安全ボード側で出力回路が正常に動作しているのかを判定可能な安全制御回路を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明に係る安全制御回路は、外部機器に接続されるリレー、及び、リレーを駆動させる２つの出力回路を有する安全ボードを備え、出力回路は、それぞれ、自機の出力に応じて順電圧が生じる逆差し保護ダイオードと、逆差し保護ダイオードで発生する順電圧を検出するコンパレータと、コンパレータによる検出結果に基づいて自機の出力状態を監視する制御部とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

この発明によれば、上記のように構成したので、安全ボード側で出力回路が正常に動作しているのかを判定可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る安全出力回路の構成例を示す図である。

【図2】実施の形態２に係る安全出力回路の構成例を示す図である。

【図3】従来の安全出力回路の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る安全出力回路の構成例を示す図である。
安全出力回路は、外部機器（不図示）を安全制御するための回路である。安全出力回路は、図１に示すように、安全ボード１ａ、リレー２ａ及び直流電源３ａを備えている。

【0011】

安全ボード１ａは、安全ボード１ａの外部で直列接続された２つの出力回路（出力回路１１ａ及び出力回路１２ａ）を有している。

【0012】

出力回路１１ａは、図１に示すように、ＣＰＵ（制御部）１１１ａ、ＭＯＳＦＥＴ１１２ａ、逆差し保護ダイオード１１３ａ及びコンパレータ１１４ａを有している。

【0013】

ＣＰＵ１１１ａは、出力端子がＭＯＳＦＥＴ１１２ａのゲート端子に接続され、当該ゲート端子への電圧の印加を制御することで、ＭＯＳＦＥＴ１１２ａのオンオフを制御する。
また、ＣＰＵ１１１ａは、入力端子がコンパレータ１１４ａの出力端子に接続され、当該コンパレータ１１４ａからの出力信号に基づいて出力回路１１ａの出力状態を判定する。

【0014】

ＭＯＳＦＥＴ１１２ａは、ドレイン端子がリレー２ａの一端（後述するコイル２２ａの一端）に接続されている。

【0015】

逆差し保護ダイオード１１３ａは、アノードがＭＯＳＦＥＴ１１２ａのソース端子に接続されている。

【0016】

コンパレータ１１４ａは、非反転入力端子がＭＯＳＦＥＴ１１２ａのソース端子に接続され、反転入力端子が接地されている。

【0017】

出力回路１２ａは、図１に示すように、ＣＰＵ（制御部）１２１ａ、ＭＯＳＦＥＴ１２２ａ、逆差し保護ダイオード１２３ａ及びコンパレータ１２４ａを有している。

【0018】

ＣＰＵ１２１ａは、出力端子がＭＯＳＦＥＴ１２２ａのゲート端子に接続され、当該ゲート端子への電圧の印加を制御することで、ＭＯＳＦＥＴ１２２ａのオンオフを制御する。
また、ＣＰＵ１２１ａは、入力端子がコンパレータ１２４ａの出力端子に接続され、当該コンパレータ１２４ａからの出力信号に基づいて出力回路１２ａの出力状態を判定する。

【0019】

ＭＯＳＦＥＴ１２２ａは、ドレイン端子が外部配線を介して逆差し保護ダイオード１１３ａのカソードに接続されている。

【0020】

逆差し保護ダイオード１２３ａは、アノードがＭＯＳＦＥＴ１２２ａのソース端子に接続され、カソードが外部配線を介して接地されている。

【0021】

コンパレータ１２４ａは、非反転入力端子がＭＯＳＦＥＴ１２２ａのソース端子に接続され、反転入力端子が接地されている。

【0022】

なお、逆差し保護ダイオード１１３ａ及び逆差し保護ダイオード１２３ａは、ユーザが極性を間違えて配線した場合に回路を故障させない目的で使用される。

【0023】

リレー２ａは、スイッチ２１ａ及びコイル２２ａを有している。
スイッチ２１ａは、一端が外部機器が有する一対の入力端子のうちの一方に接続され、他端が外部機器が有する一対の入力端子のうちの他方に接続される。
コイル２２ａは、スイッチ２１ａに対向配置されている。コイル２２ａは、一端が安全ボード１ａにおける出力端子（ＭＯＳＦＥＴ１１２ａのドレイン端子）に接続され、他端が直流電源３ａのプラス端子に接続されている。

【0024】

直流電源３ａは、マイナス端子が接地されている。

【0025】

次に、図１に示す実施の形態１に係る安全出力回路の効果について説明する。
図１に示す実施の形態１に係る安全出力回路では、従来と同様に、２つの出力回路１１ａ，１２ａにより、外部機器を安全制御する。すなわち、安全出力回路は、ＣＰＵ１１１ａがＭＯＳＦＥＴ１１２ａをオンにし且つＣＰＵ１２１ａがＭＯＳＦＥＴ１２２ａをオンにすることで、外部機器を制御する２重化構造となっている。

【0026】

また、図１に示す実施の形態１に係る安全出力回路では、ＣＰＵ１１１ａがＭＯＳＦＥＴ１１２ａをオンにし且つＣＰＵ１２１ａがＭＯＳＦＥＴ１２２ａをオンにすると、逆差し保護ダイオード１１３ａ及び逆差し保護ダイオード１２３ａに順電圧が発生する。よって、コンパレータ１１４ａ及びコンパレータ１２４ａにより、この逆差し保護ダイオード１１３ａ及び逆差し保護ダイオード１２３ａで発生する順電圧が検出されることで、ＣＰＵ１１１ａ及びＣＰＵ１２１ａは出力回路１１ａ及び出力回路１２ａの出力状態を監視可能となる。

【0027】

また、図１に示す実施の形態１に係る安全出力回路では、逆差し保護ダイオード１１３ａ及び逆差し保護ダイオード１２３ａを流用して出力回路１１ａ及び出力回路１２ａの出力状態を監視可能であるため、追加部品を削減可能である。
また、図１に示す実施の形態１に係る安全出力回路では、ＭＯＳＦＥＴ１１２ａのゲート（入力）及びＭＯＳＦＥＴ１２２ａのゲート（入力）で出力状態を間接監視するのではなく、ＭＯＳＦＥＴ１１２ａのソース（出力）及びＭＯＳＦＥＴ１２２ａのソース（出力）で出力状態を直接監視しているため、より安全な出力状態の監視が可能となる。

【0028】

また、図１に示す実施の形態１に係る安全出力回路では、安全機能とは異なるが、試運転の際の誤配線チェックにも使用することが可能である。すなわち、誤配線の際には、ＭＯＳＦＥＴ１１２ａ及びＭＯＳＦＥＴ１２２ａをオンにしても電流は流れず、逆差し保護ダイオード１１３ａ及び逆差し保護ダイオード１２３ａには順電圧は発生しない。

【0029】

なお図１では、逆差し保護ダイオード１１３ａ，１２３ａが、ＭＯＳＦＥＴ１１２ａ，１２２ａのソース端子側に配置された場合を示した。しかしながら、これに限らず、逆差し保護ダイオード１１３ａ，１２３ａが、ＭＯＳＦＥＴ１１２ａ，１２２ａのドレイン端子側に配置されていてもよく、上記と同様の効果が得られる。

【0030】

以上のように、この実施の形態１によれば、安全出力回路は、外部機器に接続されるリレー２ａ、及び、リレー２ａを駆動させる２つの出力回路１１ａ，１２ａを有する安全ボード１ａを備え、出力回路１１ａ，１２ａは、それぞれ、自機の出力に応じて順電圧が生じる逆差し保護ダイオード１１３ａ，１２３ａと、逆差し保護ダイオード１１３ａ，１２３ａで発生する順電圧を検出するコンパレータ１１４ａ，１２４ａと、コンパレータ１１４ａ，１２４ａによる検出結果に基づいて出力回路１１ａ，１２ａの出力状態を監視するＣＰＵ１１１ａ，１２１ａとを備えた。これにより、実施の形態１に係る安全出力回路は、安全ボード１ａ側で出力回路１１ａ，１２ａが正常に動作しているのかを判定可能となる。

【0031】

実施の形態２．
図２は実施の形態２に係る安全出力回路の構成例を示す図である。
安全出力回路は、外部機器を安全制御するための回路である。安全出力回路は、図２に示すように、安全ボード１ｂ、２つのリレー（リレー２ｂ及びリレー３ｂ）、及び、直流電源４ｂを備えている。

【0032】

安全ボード１ｂは、２つの出力回路（出力回路１１ｂ及び出力回路１２ｂ）を有している。

【0033】

出力回路１１ｂは、ＣＰＵ（制御部）１１１ｂ、ＭＯＳＦＥＴ１１２ｂ、逆差し保護ダイオード１１３ｂ及びコンパレータ１１４ｂを有している。

【0034】

ＣＰＵ１１１ｂは、出力端子がＭＯＳＦＥＴ１１２ｂのゲート端子に接続され、当該ゲート端子への電圧の印加を制御することで、ＭＯＳＦＥＴ１１２ｂのオンオフを制御する。
また、ＣＰＵ１１１ｂは、入力端子がコンパレータ１１４ｂの出力端子に接続され、当該コンパレータ１１４ｂからの出力信号に基づいて出力回路１１ｂの出力状態を判定する。

【0035】

ＭＯＳＦＥＴ１１２ｂは、ドレイン端子が外部配線を介してリレー２ｂの一端（後述するコイル２２ｂの一端）に接続されている。

【0036】

逆差し保護ダイオード１１３ｂは、アノードがＭＯＳＦＥＴ１１２ｂのソース端子に接続され、カソードが外部配線を介して接地されている。

【0037】

コンパレータ１１４ｂは、非反転入力端子がＭＯＳＦＥＴ１１２ｂのソース端子に接続され、反転入力端子が接地されている。

【0038】

出力回路１２ｂは、ＣＰＵ（制御部）１２１ｂ、ＭＯＳＦＥＴ１２２ｂ、逆差し保護ダイオード１２３ｂ及びコンパレータ１２４ｂを有している。

【0039】

ＣＰＵ１２１ｂは、出力端子がＭＯＳＦＥＴ１２２ｂのゲート端子に接続され、当該ゲート端子への電圧の印加を制御することで、ＭＯＳＦＥＴ１２２ｂのオンオフを制御する。
また、ＣＰＵ１２１ｂは、入力端子がコンパレータ１２４ｂの出力端子に接続され、当該コンパレータ１２４ｂからの出力信号に基づいて出力回路１２ｂの出力状態を判定する。

【0040】

ＭＯＳＦＥＴ１２２ｂは、ドレイン端子が外部配線を介してリレー３ｂの一端（後述するコイル３２ｂの一端）に接続されている。

【0041】

逆差し保護ダイオード１２３ｂは、アノードがＭＯＳＦＥＴ１２２ｂのソース端子に接続され、カソードが外部配線を介して接地されている。

【0042】

コンパレータ１２４ｂは、非反転入力端子がＭＯＳＦＥＴ１２２ｂのソース端子に接続され、反転入力端子が接地されている。

【0043】

なお、逆差し保護ダイオード１１３ｂ及び逆差し保護ダイオード１２３ｂは、ユーザが極性を間違えて配線した場合に回路を故障させない目的で使用される。

【0044】

リレー２ｂは、スイッチ２１ｂ及びコイル２２ｂを有している。
スイッチ２１ｂは、一端が外部機器が有する一対の入力端子のうちの一方に接続される。
コイル２２ｂは、スイッチ２１ｂに対向配置されている。コイル２２ｂは、一端が安全ボード１ｂにおける第１の出力端子（ＭＯＳＦＥＴ１１２ｂのドレイン端子）に接続され、他端が直流電源４ｂのプラス端子に接続されている。

【0045】

リレー３ｂは、スイッチ３１ｂ及びコイル３２ｂを有している。
スイッチ３１ｂは、一端がスイッチ２１ｂの他端に接続され、他端が外部機器が有する一対の入力端子のうちの他方に接続される。
コイル３２ｂは、スイッチ３１ｂに対向配置されている。コイル３２ｂは、一端が安全ボード１ｂにおける第２の出力端子（ＭＯＳＦＥＴ１２２ｂのドレイン端子）に接続され、他端が直流電源４ｂのプラス端子に接続されている。

【0046】

直流電源４ｂは、マイナス端子が接地されている。

【0047】

図２に示す実施の形態２に係る安全出力回路についても、図１に示す実施の形態１に係る安全出力回路と同様に、出力回路１１ｂ及び出力回路１２ｂの出力状態を監視可能である。
すなわち、図２に示す実施の形態２に係る安全出力回路は、直接に外部機器をドライブできないため、一度リレー２ｂ，３ｂで中継したものである。この場合、リレー２ｂ及びリレー３ｂ側を直列接続すればよいため、安全ボード１ｂにおける出力回路１１ｂ及び出力回路１２ｂは個別にリレー２ｂ及びリレー３ｂにアクセスすることになる。

【0048】

この場合についても、実施の形態１と同様に、安全出力回路では、ＣＰＵ１１１ｂがＭＯＳＦＥＴ１１２ｂをオンにし且つＣＰＵ１２１ｂがＭＯＳＦＥＴ１２２ｂをオンにすると、逆差し保護ダイオード１１３ｂ及び逆差し保護ダイオード１２３ｂに順電圧が発生する。よって、コンパレータ１１４ｂ及びコンパレータ１２４ｂにより、この逆差し保護ダイオード１１３ｂ及び逆差し保護ダイオード１２３ｂで発生する順電圧が検出されることで、ＣＰＵ１１１ｂ及びＣＰＵ１２１ｂは出力回路１１ｂ及び出力回路１２ｂの出力状態を監視可能となる。

【0049】

なお図２では、逆差し保護ダイオード１１３ｂ，１２３ｂが、ＭＯＳＦＥＴ１１２ｂ，１２２ｂのソース端子側に配置された場合を示した。しかしながら、これに限らず、逆差し保護ダイオード１１３ｂ，１２３ｂが、ＭＯＳＦＥＴ１１２ｂ，１２２ｂのドレイン端子側に配置されていてもよく、上記と同様の効果が得られる。

【0050】

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

【符号の説明】

【0051】

１ａ，１ｂ 安全ボード
２ａ，２ｂ，３ｂ リレー
３ａ，４ｂ 直流電源
１１ａ，１１ｂ 出力回路
１２ａ，１２ｂ 出力回路
２１ａ，２１ｂ，３１ｂ スイッチ
２２ａ，２２ｂ，３２ｂ コイル
１１１ａ，１１１ｂ ＣＰＵ（制御部）
１１２ａ，１１２ｂ ＭＯＳＦＥＴ
１１３ａ，１１３ｂ 逆差し保護ダイオード
１１４ａ，１１４ｂ コンパレータ
１２１ａ，１２１ｂ ＣＰＵ（制御部）
１２２ａ，１２２ｂ ＭＯＳＦＥＴ
１２３ａ，１２３ｂ 逆差し保護ダイオード
１２４ａ，１２４ｂ コンパレータ

【図1】

【図2】

【図3】