産業機械における災害防止手法の考察と 　　高機能型光センシング保護装置の開発に関する研究

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1 講演会 機械安全規格の紹介 日本機械工業連合会 JIS B 9715 (ISO 13855) 人体部位の接近速度に基づく 保護設備の位置決め 齋藤剛 労働安全衛生総合研究所 機械システム安全研究グループ

2 機械のリスク低減 本質的安全設計 上肢到達距離 JIS B 9707 挟まれの回避 JIS B 9711 下肢到達距離 JIS B 9708 保護方策 設計者による 使用者による 安全防護付加保護方策 非常停止 JIS B 9703 使用上の情報 表示 マーキンク JIS B 9706 隔離による安全防護 停止による安全防護 制御機能の安全性能 JIS B 制御回路の安全性 JIS B 制御系の応答時間 JIS B 9715

3 保護装置の適切な位置決め 応答時間, 停止時間安全な状態になる前に到達される 検出機能の制約検出する前に侵入される 危険区域と検出区域との間に十分な距離を設ける 固定式ガード 危険区域 最小距離 S 接近方向 検出区域 S =(K T )+C S : 検出区域から危険区域までの距離 K : 人体又は人体部位の接近速度 T : 機械の危険な動きが停止するまでの時間 C : 検出される前に人体が侵入する距離

4 JIS B 9715 の制定改正履歴 EN 999:1998 Safety of machinery - Positioning of protective equipment with respect to the approach speeds of parts of the human body ISO 13855:2002 Safety of machinery - Positioning of protective equipment with respect to the approach speeds of parts of the human body JIS B 9715:2006 機械類の安全性 - 人体部位の接近速度に基づく保護設備の位置決め ISO 13855:2010 Safety of machinery - Positioning of safeguards with respect to the approach speeds of parts of the human body JIS B 9715:2013 機械類の安全性 - 人体部位の接近速度に基づく安全防護物の位置決め

5 講演の概要 JNIOSH 原国際規格 ISO の第 2 版発行を受けて, JIS B 9715 が改正されることとなった. 規格の概要 用語の定義 第 2 版での主な改正点 最小距離の計算例

6 JIS B 9715( 第 2 版 ) の構成 序文 1 適用範囲 2 引用規格 3 用語, 定義, 記号及び略号 3.1 用語及び定義 3.2 記号及び略号 4 方法論 5 総合システム停止性能及び最小距離計算のための一般式 5.1 総合システム停止性能 5.2 最小距離

7 JIS B 9715( 第 2 版 ) の構成 6 能動的光電保護装置に対する最小距離の計算 6.1 一般要求事項 6.2 接近方向に対して垂直な検出区域 ( 垂直検出区域 ) 6.3 接近方向に対して平行な検出区域 ( 平行検出区域 ) 6.4 接近方向に対して角度をもった検出区域 6.5 検出区域の上方を越えての迂回の取扱い 6.6 間接接近 - 障害物によって制限された検出区域から危険区域への経路 7 圧力検知マット又はフロアの位置決めの計算方法 7.1 一般要求事項 7.2 ステップの設置 8 両手操作制御装置 9 施錠なしインターロックガード

8 JIS B 9715( 第 2 版 ) の構成 附属書 A( 参考 ) 使用事例附属書 B( 参考 ) 危険な機械機能の終止附属書 C( 参考 ) 間接接近の場合の使用事例附属書 D( 参考 ) 総合システム停止性能の測定及び算出附属書 E( 参考 ) 光軸数及び基準面からの高さ参考文献

9 適用範囲 対象とする安全防護物 a) 電気的検知保護装置 ライトカーテン, ライトグリッド (AOPD) レーザースキャナ (AOPDDR), 二次元映像利用保護装置 (VBPD) b) 圧力検知保護装置 ( 特に, 圧力検知マット ) c) 両手操作制御装置 d) 施錠機能を持たないインターロックガード このため, 規格標題が 安全防護物の位置決め に変更となった 工具を使用することなく, 危険区域に近づけることが可能な安全防護物 ( 例えば, イネーブル機能付きペンダント, 可動式両手操作制御装置 ) には適用できない. この規格に従って導かれる最小距離は, 既に保護されている危険区域内の人を検出する安全防護物には適用できない.

10 主とする規定内容 対象とする安全防護物 安全防護物の位置決めを扱う規格類 JIS B 9715 (ISO 13855) TS B (IEC/TS 62046) 人体部位の接近速度に基づいたパラメータを指定し, 最小距離を決定するための方法論 ( 計算式 ) を規定している. 電気的検知保護装置 AOPD,AOPDDR,VBPD 圧力検知マット及びフロア 両手操作制御装置 施錠なしインターロックガード これらが, トリップ装置として使用される場合 ( 一部, 存在検知との複合, 機械の起動制御を含む ) 人を検出する保護装置の選定, 位置決め, 検出区域の設定, コミッショニングのために必要な事項を規定している. 電気的検知保護装置 AOPD,AOPDDR,PIPD( 受動的赤外線保護装置 ) 圧力検知マット及びフロア これらが, トリップ / 存在検知 / 両者の複合用途で使用される場合 ミューティングなどの制御機能に対する要求 機械の制御システムとのインターフェース

11 最小距離の一般式 JNIOSH 危険区域までの最小距離は, 式 (2) を使用して計算しなければならない. S =(K T )+C 式 (2) S: 最小距離 (mm) K: 接近速度パラメータ (mm/s) T: 総合システム停止性能 (s) 危険区域 検出区域 C: 侵入距離 (mm) 固定式ガード 最小距離 S 接近方向 用語 最小距離 の注記 様々な条件, 接近経路によって異なる最小距離が算出される場合が あるが, 安全防護物の位置を決める際は最も大きな値を使用する.

12 最小距離 S JNIOSH 危険な機械機能が完全に終止する前に, 人又は人体部位が危険区域に到達することを防ぐのに必要な安全防護物と危険区域との 間の距離. 安全防護物 (ESPE) 危険区域 S 最小距離 : 安全距離 : 安全機能 ( 停止機能 ) によって危険区域に到達することを防ぐ JIS B 9715 で規定される距離 保護構造物によって物理的に危険区域に到達することを防ぐ ISO で規定される距離

13 危険な機械機能の終止 傷害又は健康障害を生じないレベルにまで危険の要因が低減された状態 第 1 版では 機械が停止した リスクが除去された ( 安全条件に達した ) 第 2 版では 危険な機械機能が終止した Termination of the hazardous machine function 定義を明確にする必要性 機械の停止の瞬間を厳密に特定することが工学的に困難な場合がある. 人体に危害を及ぼす可能性は十分低減されているのに, 機械が完全には停止しない, 又は停止までに極めて長い時間を要する場合がある. ただし, 終止の時点 を決定する上で参考となる情報は極めて限られている.

14 - 中略 -

15 総合システム停止性能 T JNIOSH 検知機能の作動と危険な機械機能の終止との間の時間間隔 この規格では, 総合システム停止性能を次の 2 つの時間からなると定義する. T t 1 t 2 ( 機械の制御システムの応答時間を含む ) 安全防護物の作動 出力信号の OFF 危険な機械機能の終止 総合システム停止性能 T は保護装置の位置に対して本質的な特性である. t 1 及び t 2 は様々な要因, 例えば温度バルブの開閉時間, コンポーネントの 経年変化などに影響を受ける.T の見積りにおいては, 機械の停止時間 t 2 の変動を考慮しなければならない ( 附属書 D 参照 ).

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17 接近速度パラメータ K JNIOSH 14 歳以上の人の体や 各部位の接近速度に 基づくパラメータ 接近速度基となった動作規格での使用 2000 mm/s 上肢の動作速度検出能力 d が 40 mm 以下の能動的光電保護装置で, 最小距離 S が 500 mm 以下の場合 1600 mm/s 全身の侵入, 歩行速度, ガード開放後の侵入, 両手操作制御装置を操作後に手を入れる 上記以外 この規格の接近速度の値は, 典型的な接近についてのものであって, 例えば, 走る, 跳ねる, 落下するといった形態での接近は, この規格では考慮しない. 子供の測定データは使用されていない. 特定の接近速度に関するデータが利用可能になるまで, 子供が素早く動くことや子供の検出が遅れるおそれのあることに配慮することは, 設計者の責任となる.

18 侵入距離 C JNIOSH 人体部位 ( 通常は手 ) が, 安全防護物に検出される前に, 先行して d 14 危険区域に接近できる距離 注記 14 歳以上の人の人体測定データの 5~95 パーセンタイル値が侵入距離の決定に使用された 0 8(d-14) 電気的検知保護装置 安全防護物ごとの侵入距離の概略 安全防護物 垂直な検出区域 d 40 d 70 複数光軸 一光軸 平行な検出区域 圧力検知保護装置 侵入距離 C 8(d -14)mm 850 mm 1200 mm 上方超え到達 C RO H mm (H は検出区域の高さ ) h mm (h は検出区域の高さ ) 両手操作制御装置 インターロックガード 250 mm ISO に従う

19 JIS B 9715( 第 2 版 ) の構成 6 能動的光電保護装置に対する最小距離の計算 6.1 一般要求事項 6.2 接近方向に対して垂直な検出区域 ( 垂直検出区域 ) 6.3 接近方向に対して平行な検出区域 ( 平行検出区域 ) 6.4 接近方向に対して角度をもった検出区域 6.5 検出区域の上方を越えての迂回の取扱い 6.6 間接接近 - 障害物によって制限された検出区域から危険区域への経路 7 圧力検知マット又はフロアの位置決めの計算方法 7.1 一般要求事項 7.2 ステップの設置 8 両手操作制御装置 9 施錠なしインターロックガード

20 垂直な検出区域, 平行な検出区域 JNIOSH 第 1 版から変更なし 垂直の場合 平行の場合 30 垂直な検出区域 接近方向に対する検出区域 ( 平面 ) の角度が ±30 を超える場合 : 垂直な検出区域 ±30 未満の場合 : 平行な検出区域として扱わなければならない ( 許容誤差 :±5 ) 平行な検出区域 ac/j/fasys/sensor/safety/

21 接近方向に対して平行な検出区域 第 2 版での改正点 追加 保護装置が危険区域への接近を支援してしまう場合 ( 例えば, 保護装置に乗る, よじ登る ), これを防ぐ方策を講じなければならない. S H S =(K T)+C K = 1600 mm/s C = H mm ただし,C は 850 mm 以上また,H は 1000 mm 以下で, かつ 15(d - 50)mm 以上

22 接近方向に対して垂直な検出区域 第 2 版での改正点 構成が見直された ( 技術的な変更はなし ) 6.2 接近方向に対して垂直な検出区域 ( 垂直検出区域 ) 一般要求事項 図による説明 全身を検出する垂直な検出区域 にあった内容が一般則になった 検出能力が 40mm 以下の能動的光電保護装置 計算 制御機能付き能動的光電保護装置を使用する機械のサイクル運転の再始動 mm 超 70mm 以下の検出能力をもつ電気的検知保護装置 複数ビーム ビームの高さに関する表 1 が付属書 E( 参考 ) になった 単一ビーム

23 検出能力 d が 40mm 以下の光電保護装置 第 1 版から変更なし S =(K T)+C K = 2000 mm/s C = 8(d -14) mm (0 mm 未満とはしない ) ただし,S の最小値は100 mmとする. もし,S が 500 mmを超えたら, K = 1600 mm/s として計算し直すが,500 mm 未満とはしない. 最小距離 S (m) K = 2.0m/s 1.6m/s d =14の場合 総合システム停止性能 T (s)

24 検出能力 d が 40mm を超える光電保護装置 JNIOSH 検知能力 d が 40 mm 超 70 mm 以下 多光軸の光電保護装置 S =(1600 T )+850 最も下のビームは下からの接近を防止するため 300 mm 以下 ( 子供の接近が予見される用途では 200 mm 未満 ) 最も上のビームは上方を越えることを防止するため 900 mm 以上 一光軸の光電保護装置 S =(1600 T )+1200 適切なリスク低減と実用上の制約との最良の妥協として, 産業用の用途で認められている高さ ( 付属書 E) 光軸数基準面からの高さ (mm) 4 300,600,900, ,700, a), 注 a) リスクアセスメントで許容された場合に限り, 採用してもよい. 通常, 跨ぐ又は屈んで通るといった問題に対し, 開口を制限する別の安全防護物と組み合わせる. 手の侵入を検出する必要がないと, リスクアセスメントによって示された場合だけ使用してよい

25 JIS B 9715( 第 2 版 ) の構成 6 能動的光電保護装置に対する最小距離の計算 6.1 一般要求事項 6.2 接近方向に対して垂直な検出区域 ( 垂直検出区域 ) 6.3 接近方向に対して平行な検出区域 ( 平行検出区域 ) 6.4 接近方向に対して角度をもった検出区域 6.5 検出区域の上方を越えての迂回の取扱い 6.6 間接接近 - 障害物によって制限された検出区域から危険区域への経路 7 圧力検知マット又はフロアの位置決めの計算方法 7.1 一般要求事項 7.2 ステップの設置 8 両手操作制御装置 9 施錠なしインターロックガード

26 垂直検出区域の上方を越えての到達 第 2 版で新たに追加 S RT C RO S RO ESPE 危険区域基準面 a : 危険区域の高さ b : 検出区域上端の高さ S RO : 検出区域の上方を越えての到達を考慮した最小距離 C RO : 人体部位が保護装置の作動に先行して危険区域に接近できる距離に基づいた侵入距離. 表 1 から導く. 表 1 の値は補間できない. 両者を比較して, 大きい方を最小距離とする 上方を越えた到達の場合 : S RO =(K T)+ C RO 検出区域を通過した場合 : S RT =(K T)+ C

27 表 1 ESPE の垂直検出区域を越えての到達 JNIOSH この表のほとんどの値は ISO の表 1 及び表 2 の値と比較すると小さくなっている 検知保護装置の検出区域を越える場合では, 保護構造物に人体部位を乗せて支えることができないために, 侵入距離が短くなるからである

28 垂直検出区域の上方を越えての到達 計測で使用されたライトカーテン 計測の様子

29 JIS B 9715 表 1 の使用例 附属書 A 例 4 より 基準面 ESPE 危険区域 a b 右図において危険区域の高さ a = 650 mm 検出区域の高さ b = 1340 mm ESPEの応答時間 t 1 = 30 ms 機械の停止時間 t 2 = 250 ms ESPEの検出能力 d = 30 mm 第 1 ステップ S RT =(K T)+ C S RT = (30-14) S RT = 688 mm 500 mm を超えるので, S RT = (30-14) S RT = 576 mm 第 2 ステップ b =1340 であるが, 低い側で 1300 a = 650 であるが, 安全側で 800 表 1 から C RO = 500 mm 500 mm を超えるので, S RO = S RT = 948 mm

30 500

31 JIS B 9715 表 1 の使用例 附属書 A 例 4 より 基準面 ESPE 危険区域 a b 右図において危険区域の高さ a = 650 mm 検出区域の高さ b = 1600 mm ESPEの応答時間 t 1 = 30 ms 機械の停止時間 t 2 = 250 ms ESPEの検出能力 d = 30 mm 第 1 ステップ S RT =(K T)+ C S RT = (30-14) S RT = 688 mm 500 mm を超えるので, S RT = (30-14) S RT = 576 mm 第 2 ステップ b =1600 a = 650 であるが, 800 と 600 の いずれで見ても C RO = 0 mm S RO = S RT = 560 mm

32 0 0

33 角度のある検出区域の場合 第 2 版で新たに追加 S RO C RO K T a : 危険区域の高さ b : 検出区域上端の高さ S RO : 検出区域の上方を越えての到達を考慮した最小距離 S RT a b C RO : 人体部位が保護装置の作動に先行して危険区域に接近できる距離に基づいた侵入距離. 表 1 から導く. 両者を比較して, 大きい方を最小距離とする 上方を越えた到達の場合 : S RO =(K T)+ C RO 検出区域を通過した場合 : S RT =(K T)+ C

34 保護構造物と組み合わせた場合 第 2 版で新たに追加 保護構造物 S RT ESPE 危険区域 基準面 a : 危険区域の高さ b : ESPE の検出区域上端の高さ S r : ISO の表 1( 低リスク ), 表 2( 高リスク ) で規定された安全距離 S r 両者を比較して, 大きい方を設置位置とする 保護構造物を越えた場合 : 安全距離 S r 検出区域を通過した場合 : S RT =(K T)+ C

35 JIS B 9715( 第 2 版 ) の構成 6 能動的光電保護装置に対する最小距離の計算 6.1 一般要求事項 6.2 接近方向に対して垂直な検出区域 ( 垂直検出区域 ) 6.3 接近方向に対して平行な検出区域 ( 平行検出区域 ) 6.4 接近方向に対して角度をもった検出区域 6.5 検出区域の上方を越えての迂回の取扱い 6.6 間接接近 - 障害物によって制限された検出区域から危険区域への経路 7 圧力検知マット又はフロアの位置決めの計算方法 7.1 一般要求事項 7.2 ステップの設置 8 両手操作制御装置 9 施錠なしインターロックガード

36 間接接近 第 2 版で新たに追加 恒久的に設置された障害物が上肢による危険区域への接近を妨害する場合, 最小距離を その障害物の周辺を迂回する最短経路 とすることができる. さらに, 接近速度パラメータを 1600 mm/s まで低減してもよい. 基準面 保護構造物 l 1 l 3 l 2 S 1 S 3 ESPE S RT S S 2 危険区域 2 S* 障害物 危険区域 1 S* : 危険区域 1 に対する障害物の迂回を考慮した実際の最小距離 = l 1 + l 2 + l T + C S RT : 危険区域 2 に対する検出区域を通過する場合の最小距離 他の場合の距離と比較するときは, 基準となる水平面上に投影した距離で比較し, 最も大きな値を適用しなければならない.

37 JIS B 9715( 第 2 版 ) の構成 6 能動的光電保護装置に対する最小距離の計算 6.1 一般要求事項 6.2 接近方向に対して垂直な検出区域 ( 垂直検出区域 ) 6.3 接近方向に対して平行な検出区域 ( 平行検出区域 ) 6.4 接近方向に対して角度をもった検出区域 6.5 検出区域の上方を越えての迂回の取扱い 6.6 間接接近 - 障害物によって制限された検出区域から危険区域への経路 7 圧力検知マット又はフロアの位置決めの計算方法 7.1 一般要求事項 7.2 ステップの設置 8 両手操作制御装置 9 施錠なしインターロックガード

38 圧力検知マット又はフロアの最小距離 JNIOSH 第 2 版での改正点 1) 圧力検知保護装置に限定された. 2) 重複していた条項を削除し, 記載事項が整理された. 基準面 ( 床面 ) 設置を一般とし, 設置高さ h の考慮は してもよい となった. 3) 付属書 B 歩行速度及び歩幅 の内容が規定として加えられた. 圧力検知マット又はフロアの幅は, 簡単にまたいで装置を作動させないことを防止するために, 少なくとも 750 mm でなければならない. S =(K T)+C K = 1600 mm/s C = h mm h : 階段又はプラットフォームなどの基準面からの高さ 基本は h = 0 mm

39 JIS B 9715:2006

40 JIS B 9715( 第 2 版 ) の構成 6 能動的光電保護装置に対する最小距離の計算 6.1 一般要求事項 6.2 接近方向に対して垂直な検出区域 ( 垂直検出区域 ) 6.3 接近方向に対して平行な検出区域 ( 平行検出区域 ) 6.4 接近方向に対して角度をもった検出区域 6.5 検出区域の上方を越えての迂回の取扱い 6.6 間接接近 - 障害物によって制限された検出区域から危険区域への経路 7 圧力検知マット又はフロアの位置決めの計算方法 7.1 一般要求事項 7.2 ステップの設置 8 両手操作制御装置 9 施錠なしインターロックガード

41 両手操作制御装置の最小距離 第 1 版から変更なし JIS B 9712:2006 S =(K T)+C K = 1600 mm/s C = 250 mm 第 1-5 指尖最大距離 (JIS B 9712 では 260 mm) 適切な覆いによって, 手又は手の一部が危険区域に到達する可能性が十分低い場合,S が 100 mm 未満にならない範囲で,C を短縮してもよい

42 JIS B 9715( 第 2 版 ) の構成 6 能動的光電保護装置に対する最小距離の計算 6.1 一般要求事項 6.2 接近方向に対して垂直な検出区域 ( 垂直検出区域 ) 6.3 接近方向に対して平行な検出区域 ( 平行検出区域 ) 6.4 接近方向に対して角度をもった検出区域 6.5 検出区域の上方を越えての迂回の取扱い 6.6 間接接近 - 障害物によって制限された検出区域から危険区域への経路 7 圧力検知マット又はフロアの位置決めの計算方法 7.1 一般要求事項 7.2 ステップの設置 8 両手操作制御装置 9 施錠なしインターロックガード

43 施錠なしインターロックガード 第 2 版で新たに追加 S =(K T)+C K = 1600 mm/s C : ISO の表 4 又は表 5 で決定される安全距離 ( 停止信号が生成される前に開口部から指又は手を通すことができない場合は考慮しなくてもよい ). 場合によっては, 対象としている人体部位が通過できる広さまでガードが開くのに要する時間 t 3 を T から減じてもよい. ただし,ISO の開口部寸法 e を考慮しなければならない. 計算は危険区域に到達可能な最小の人体部位から始めなければならない.

44 ISO 表 4 定形開口部を通過しての到達 (14 歳以上の人 )

45 動力式ガードの最小距離 JNIOSH 例えば,14 歳以上の人に対して 動力式ガードの開放動作速度 v = 30 mm/s 特定の開口部寸法 e まで, ガードが開くのに要する時間 t 3 = e v 総合システム停止性能 T = 1.0 s ( 開く前の ) 侵入距離 C = 0 mm ISO の表 4を考慮すると, 開口部寸法 e e までの時間 t 3 T-t 3 長方形開口の S r S =1600(T-t 3 )+ S r 4 mm s s 2 mm 1389 mm 6 mm 0.2 s 0.8 s 10 mm 1290 mm 8 mm s s 20 mm 1193 mm 10 mm s s 80 mm 1147 mm 12 mm 0.4 s 0.6 s 100 mm 1060 mm 20 mm s s 120 mm 653 mm 30 mm 1.0 s 0 s 850 mm 850 mm

46 JIS B 9715( 第 2 版 ) の構成 附属書 A( 参考 ) 使用事例附属書 B( 参考 ) 危険な機械機能の終止附属書 C( 参考 ) 間接接近の場合の使用事例附属書 D( 参考 ) 総合システム停止性能の測定及び算出附属書 E( 参考 ) 光軸数及び基準面からの高さ参考文献

47 JIS B 9715 の使用事例 保護装置の違いによる最小距離の比較 光軸高さが 300, 700, 1100 mm の 3 軸光電保護装置の場合 3 軸光電保護装置危険区域 危険区域の高さ a = 600 mm 検出区域の高さ b = 1100 mm 保護装置の応答時間 t 1 = 35 ms 基準面 b a 機械の停止時間 t 2 = 300 ms 検出区域の通過 S RT =(K T)+ C S RT = S RT = 1386 mm 検出区域の上方越え b =1100, a = 600 表 1 から C RO = 750 mm S RO = S RT = 1286 mm

48 JIS B 9715 の使用事例 圧力検知マットの場合 検出区域の高さ h = 0 mm 保護装置の応答時間 t 1 = 35 ms 機械の停止時間 t 2 = 300 ms 危険区域 S =(K T)+ C S = S = 1736 mm 基準面 圧力検知マット 両手操作制御装置の場合 保護装置の応答時間 t 1 = 35 ms 機械の停止時間 t 2 = 300 ms 両手操作制御装置 危険区域 S =(K T)+ C S = S = 786 mm 基準面

49 まとめ JIS B 9715(ISO 13855) の概要 用語の定義 第 2 版での主な改正点 1) 電気的検知保護装置に関する要求事項 検出区域の上方を超えての到達 障害物を迂回しての到達 ( 間接接近 ) 2) 施錠なしインターロックガードに関する要求事項 最小距離の計算例