CN113728225A - 传感器 - Google Patents

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樱井和彦
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Abstract

传感器(5)具备：多个探测单元，其包括：一对电极；和探测区域，其设置于一对电极之间，通过导体粒子聚集，从而使一对电极之间的电阻变化；以及探测部(50)，其在电阻于至少两个以上的探测单元处变化了的情况下输出探测信号。

Description

传感器
技术领域
本发明涉及一种传感器。
背景技术
为了抑制齿轮等机械零部件的损伤，减速器等机械装置收容于积存有润滑油的外壳内。若在这样的机械装置的运转时机械零部件磨损，则磨损粉末会混入润滑油内。该磨损粉末例如是铁粉等导体物质。若机械零部件的磨损进展而进入故障率曲线(浴盆曲线)中的磨损故障期，则混入到润滑油内的磨损粉末的量增加。因此，利用探测润滑油内的磨损粉末的量的传感器，能够切实地进行机械零部件的预防保养。
作为这样的传感器，在例如专利文献1公开有一种油检查传感器，该油检查传感器安装于汽车的传动装置等，检查油容器内的油的劣化、由油润滑的机械零部件的摩擦程度等。该传感器具备一对电极和吸附油中所含有的铁粉等的磁体，基于由于所吸附的导体物质而变化的一对电极之间的电阻值探测油中的导体物质的量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-286697号公报
发明内容
发明要解决的问题
不过，在制造机械装置时，存在由于切削加工等而产生的大粒径的异物(例如切屑等)附着于该机械装置的构成构件并混入润滑油内的可能性。若这样的大粒径的异物附着于传感器，则即使几乎不产生磨损粉末，一对电极之间也会短路。如此，对于探测磨损粉末的量的传感器，存在如下情况：即使磨损粉末的量较少，传感器也非预期地工作。
本发明的目的之一在于提供一种可抑制由异物的混入导致的非预期的工作的传感器。本发明的除此之外的目的利用说明书整体的记载而变得清楚。
用于解决问题的方案
本发明的一技术方案的传感器具备：多个探测单元，其包括：一对电极；和探测区域，其设置于所述一对电极之间，通过导体粒子聚集，从而使所述一对电极之间的电阻变化；以及探测部，其在电阻于至少两个以上的所述探测单元处变化了的情况下输出探测信号。
在本发明的一技术方案中，也可以是，多个探测单元包括第1探测单元和第2探测单元，第1探测单元包括第1电极、第2电极以及设置于第1电极与所述第2电极之间的第1探测区域，第2探测单元包括第1电极、第3电极以及设置于第1电极与第3电极之间的第2探测区域。
在本发明的一技术方案中，也可以是，多个探测单元包括第3探测单元和第4探测单元，第3探测单元包括第4电极、第5电极以及设置于第4电极与第5电极之间的第3探测区域，第4探测单元包括第4电极、第6电极以及设置于第4电极与第6电极之间的第4探测区域。
在本发明的一技术方案中，也可以是，多个探测单元相互串联连接。
在本发明的一技术方案中，也可以是，多个探测单元相互并联连接。
在本发明的一技术方案中，也可以是，多个探测单元均包括用于使微电流在一对电极之间流动的电阻器。
在本发明的一技术方案中，也可以是，传感器具备：电压施加控制部，其包括对多个探测单元施加电压的电源；信号检测部，其用于检测检测信号的输出；以及存储部，其在被输出了探测信号的情况下存储该探测信号的输出，电源施加控制部在探测信号的输出存储于存储部的期间内阻断由电源进行的电压的施加。
也可以是，本发明的一技术方案的传感器阵列具备多个上述的传感器，传感器分别配置于互不相同的检测位置。
发明的效果
根据本发明，提供一种能够抑制由异物的混入导致的非预期的工作的传感器。
附图说明
图1是表示具备本发明的一实施方式的传感器的机构的一个例子的剖视图。
图2是本发明的一实施方式的传感器的俯视图和剖视图。
图3是表示本发明的一实施方式的传感器的连接形态的概略图。
图4是表示本发明的一实施方式的传感器的连接形态的概略图。
图5是表示本发明的一实施方式的传感器的连接形态的概略图。
图6是表示本发明的一实施方式的传感器的连接形态的概略图。
图7是本发明的一实施方式的传感器的俯视图和剖视图。
图8是具备本发明的一实施方式的传感器的信号处理电路的概略图。
图9是具备本发明的一实施方式的传感器的信号处理电路的概略图。
具体实施方式
以下，适当参照附图来说明本发明的各种实施方式。其中，对在多个附图中通用的构成要素标注有在该多个附图中都相同的附图标记。要留意的是，为了方便说明，各附图未必以准确的比例尺记载这一点。
图1是表示具备本发明的一实施方式的传感器5的机构1的一个例子的剖视图。机构1是例如机械臂等的可动部，具备减速器2、设置于输入侧的法兰盘3、伺服马达4以及输出侧的装置A1。
减速器2具备：壳体41，其安装于法兰盘3；输入轴43，其与伺服马达4的输出轴42连接起来；以及输出轴24，其与输出侧的装置A1连接起来。输入轴43和输出轴44被支承为能够相对于壳体41以轴线AX为中心旋转。伺服马达4的输出借助输入轴43向减速器2输入，在由减速器2进行了减速之后借助输出轴44向输出侧的装置A1传递。由此，输出侧的装置A1与法兰盘3能够相对旋转。
法兰盘3是筒状的构件，收容减速器2的至少一部分。另外，在法兰盘3安装有伺服马达4。法兰盘3的沿着轴线AX的方向上的一端的开口部由减速器2封堵，另一端的开口部由伺服马达4封堵。由此，在法兰盘3形成有密闭着的空心部(空间S)。在空间S内收容有润滑油，法兰盘3也作为油槽发挥功能。
在减速器2的壳体41内收容有例如齿轮机构。壳体41内的空间与法兰盘3内的空间S连续。若减速器2工作，则随着壳体41内的齿轮机构的旋转，在壳体41内的空间与法兰盘10内的空间S之间产生润滑油的循环。利用该润滑油的循环，在减速器2的内部产生的磨损粉末等导体物质被向法兰盘3内的空间S排出。
在空间S内安装有用于探测润滑油内所含有的导体物质的量的传感器5。传感器5借助例如支承构件45固定于法兰盘3。传感器5利用磁体使润滑油内所含有的导体物质聚集在一对电极之间，基于一对电极之间的电阻的变化探测润滑油内的导体物质的量。供传感器5配置的位置例如也可以是壳体41内，只要是收容有润滑油的空间内，就能够配置于机构1内的任意的场所。
接着，参照图2详细地说明传感器5的构造。图2是表示本发明的一实施方式的传感器5的结构的图。图2示出传感器5的俯视图和沿着该俯视图的A-A线的截面。
如图2所示，传感器5具有大致圆柱状的外形，具备多个探测单元和在该探测单元处的电阻变化了的情况下输出信号的探测部50(参照图1)。各探测单元包括：一对电极；和探测区域，在该探测区域，通过使导体粒子聚集而使一对电极之间的电阻变化。更具体而言，传感器5具备：中心附近的第1电极(中心电极)6、位于外侧的第2电极(外侧电极)7、第3电极(外侧电极)8、中心附近的第4电极(中心电极)9、位于外侧的第5电极(外侧电极)10、第6电极(外侧电极)11、磁体40、紧固构件12以及树脂材料13。如图2的剖视图所示，中心电极6、9以隔开间隔的方式形成于比外侧电极7、8、10、11靠内侧的位置。由此，在中心电极6、9与外侧电极7、8、10、11之间，在树脂材料13的上部形成有多个探测区域。
在图示的实施方式中，传感器5具有4个探测单元，在树脂材料13的上部形成有第1探测区域GA1、第2探测区域GA2、第3探测区域GA3以及第4探测区域GA4这4个探测区域。第1探测单元包括第1电极6、第2电极7以及设置于第1电极6与第2电极7之间的第1探测区域GA1。第2探测单元包括第1电极6、第3电极8以及设置于第1电极6与第3电极8之间的第2探测区域GA2。第3探测单元包括第4电极9、第5电极10以及设置于第4电极9与第5电极10之间的第3探测区域GA3。第4探测单元包括第4电极9、第6电极11以及设置于第4电极9与第6电极11之间的第4探测区域GA4。此外，也可以不使用磁体40，构成为将中心电极6兼用作该磁体和电极。
其中，电极例如是由铁、铁氧体芯、硅钢等具有导电性的磁性材料形成的磁性材料的构件。在这些电极之间配置有作为非磁性材料(绝缘体)的树脂材料13。这样一来，各电极和磁体40以它们的至少一部分埋入该树脂材料的中央区域的方式形成。此外，各电极、磁体40的形状并不限定于图示的例子，能够采用各种形状。
在中心电极6、9、外侧电极7、8、10、11各电极连接有输出线(未图示)。此外，可以在中心电极6、9的下部等安装磁体40，即便不如此，也没有问题。另外，在安装磁体40的情况下，该磁体40由磁体、电磁体构成，但也可以构成为，以铜等非磁性材料包覆磁体，并将信号线(未图示)与该包覆层连接。利用磁体40在各检测区域GA1、GA2、GA3、GA4的附近形成磁通线。由此，润滑油内所含有的导体物质聚集于各检测区域GA1、GA2、GA3、GA4的附近。
传感器5与探测部50连接，该探测部50包括传感器驱动电路(未图示)，该传感器驱动电路监控该传感器5的电阻值并基于由导体物质向电极之间的聚集导致的电阻值的变动进行机械零部件的故障预知。若超过一定量的导体物质聚集于探测区域，则施加有电压的电极6、9与电极7、8、10、11之间的至少任一者(即，任一个检测单元)的电阻降低(即短路)，输出线的输出电平变化。探测部50的传感器驱动电路通过探测该电阻的变化，能够进行机械零部件的故障预知。另外，也可以是，在电阻的降低中也包括由未通电和通电形成的通断信号，以未通电和通电这两个状态进行探测(以下，称为“数字探测”)。
传感器驱动电路利用有线或无线与操纵器等上位控制装置连接。图1的电路基板43既可以始终向上位控制装置发送输出线的输出(传感器40A的输出)，另外，也可以为了省电化，向上位控制装置间歇(每隔预定的时间间隔)地发送。
能够构成为，若上位控制装置探测由电路基板43接收到的输出线的输出电平的变化，则利用预定的报告单元(显示装置、声音输出装置)发出例如催促减速器2的维护的警告。
接着，参照图3对本发明的一实施方式的传感器5的连接形态进行说明。如图所示，位于外侧的第5电极(外侧电极)10利用连接线15与检测电路17连接，位于外侧的第2电极(外侧电极)7利用连接线16与检测电路17连接。另外，如图所示，第3电极(外侧电极)8与第6电极(外侧电极)11由连接线14连接。这样一来，构成为能够按照第5电极(外侧电极)10、中心附近的第4电极(中心电极)9、第6电极(外侧电极)11、第3电极(外侧电极)8、中心附近的第1电极(中心电极)6、第2电极(外侧电极)7的顺序采取四电路的逻辑乘。通过如此构成，能够将引线的根数减少为两根。在中心附近的第1电极(中心电极)6与中心附近的第4电极(中心电极)9为一体的情况下，与外侧电极7、8、10、11各电极相应地需要5根引线，但根据上述结构，能够大幅度地减少引线的根数。
在图3所示的结构中，对第2电极7与第5电极10之间施加电压，第3电极8与第6电极11短路。由此，成为中心附近的第1电极(中心电极)6与第2电极(外侧电极)7之间的第1探测区域GA1、中心附近的第1电极(中心电极)6与第3电极(外侧电极)8之间的第2探测区域GA2、中心附近的第4电极(中心电极)9与第5电极(外侧电极)10之间的第3探测区域GA3、中心附近的第4电极(中心电极)9与第6电极(外侧电极)11之间的第4探测区域GA4串联地构成电路的状态。通过如此使多个探测单元相互串联连接，即使在切屑等残存在润滑油内的情况下等，该切屑只要没有附着于全部的探测区域，就能够避免由检测电路送出错误信号，因此，作为结果，能够抑制由异物的混入导致的传感器5的非预期的工作。
接着，对在图4中设置有由多个传感器构成的传感器阵列(传感器组)的情况进行说明。多个传感器5分别配置于互不相同的探测位置。在图示的实施方式中，设置有由两个传感器5构成的传感器阵列(传感器群组)，以利用各传感器5探测两个探测位置处的导体物质的量的方式构成。探测位置和传感器5的数量并不限于此，即使适当变更也没有问题。例如，也存在在供润滑油收容的空间S(参照图1)的体积大到一定程度的情况下难以利用1个传感器5探测的情况，通过设定多个探测位置，在每个探测位置配置1个或多个传感器，能够与探测的物理的位置切实地对应。
另外，在这样的结构中，例如，如图示那样，能够将两个传感器5串联连接而构成电路。两个传感器5串联地构成，因此，在导体物质仅附着到一个探测区域中的传感器5时，电流不会在电路流动，在导体物质也附着到另一个探测区域中的传感器5的情况下，电流开始在电路流动。这样一来，本发明的一实施方式的传感器阵列即使是存在1个传感器5的故障预知的误检测的情况下，也能够可靠地防止执行与故障预知有关的输出。
接着，参照图5而对本发明的一实施方式的传感器5的连接形态进行说明。如图示那样，在图3中进行了说明的多个探测区域内，第2电极7、第3电极8、第5电极10分别利用连接线24、连接线25、连接线26并联连接，第6电极11利用连接线28与它们串联连接，并与包括电压源在内的检测电路29连接。
如图5所示，能够将4个外侧电极(即，第2电极7、第3电极8、第5电极10以及第6电极11)中的、1个外侧电极设为多层化(Gnd)的结构，将剩余的3个外侧电极用作信号。其与第1电极6以及第4电极9之间由于导体粒子聚集而导通。隔着中央的圆形电极将两个部分设为两串联，并将其中一个部分设为三并联，从而能够使电压降低到一半左右，并且，也带来针对断路的鲁棒性的提高。
接着，参照图6对另一实施方式的传感器5的连接形态进行说明。图6所示的传感器5具有与图3所示的传感器的结构同样的结构，但利用与图3的连接方法不同的连接方法与检测电路连接。在所获得的图6所示的传感器5，第2电极7、第3电极8、第5电极10、第6电极11由连接线18、连接线19、连接线20、连接线21分别并联连接，它们与包括电压源在内的检测电路23连接。
如图6所示，通过并联连接4个外侧电极(即，第2电极7、第3电极8、第5电极10以及第6电极11)，与将该4个外侧电极串联连接的情况相比，能够使电压降低到四分之一程度，并且，通过使Gnd线多层化，从而能够提高针对断路的鲁棒性。
接着，在图7中表示本发明的另一实施方式的传感器5的俯视图、A-A剖视图。
如图7所示，本发明的另一实施方式的传感器5具备：中心附近的第1电极(中心电极)6、位于外侧的第2电极(外侧电极)7、第3电极(外侧电极)8、中心附近的第4电极(中心电极)9、位于外侧的第5电极(外侧电极)10、第6电极(外侧电极)11、磁体40、紧固构件12以及树脂材料13。
在图示的实施方式中，在第1电极(中心电极)6与第2电极(外侧电极)7之间、第1电极(中心电极)6与第3电极(外侧电极)8之间、第4电极(中心电极)9与第5电极(外侧电极)10之间、第4电极(中心电极)9与第6电极(外侧电极)11之间，在树脂材料13之上分别配置有电阻器30。即，传感器5的多个探测单元分别还具有电阻器30，以便使微电流在构成该探测单元的一对电极之间流动。图示的电阻器30的配置是一个例子，该电阻器30的形状、构造、配置场所、配置形态等并没有特别的限定，能够适当变更。
如此，通过将具有较大的电阻的电阻器30分别连接在传感器5的探测区域GA1、GA2、GA3、GA4，即使是所聚集的导体物质少量的情况下，微小的电流也经由电阻器30在一对电极之间流动。在这样的结构中，假设在铜线(连接线等)断裂之际微小电流不流动，因此能够进行电路的断路的检测。此外，该电阻器30的电阻R构成为比故障检测时的间隙部分的电阻值Ω大得多。另外，在由于减速器的故障而导体物质汇集了之际，探测区域的电阻值降低，较大的电流值的电流流动，因此，能够对电流值设置阈值来进行故障预知。根据上述结构，能够可靠地进行电路的断路和故障预知这两者。
其次，本发明的一实施方式的传感器成为如下构造：在超过阈值时导体物质附着而传感器成为接通的状态，此时电流始终流动，很有可能浪费能量。另外，光电耦合器件(PC)的寿命与通电的时间存在相关关系，因此认为也会给PC的寿命造成影响，产生电路的损坏等问题。
图8是说明用于防止这样的问题的信号处理电路的构成的图。如图8所示，在传感器5利用连接线连接有具备电源32的电源施加控制部31，之后，与电压检测部33、存储部34、输出部35连接。存储部34利用连接线与电源施加控制部31连接。
图示的电源施加控制部31包括对传感器5的电极之间施加电压的电源32，并构成为能够阻断由该电源进行的电压的施加。电压检测部33检测由电源32进行的电压的施加，并输出检测信号。存储部34在由信号检测部33输出了探测信号的情况下存储该探测信号的输出。图示的存储部34示出了由RS触发器进行的状态存储，但也可以是包括微型计算机的存储器等在内的集成型器件，即使是其他形态，也没有问题。若在存储部34中存储探测信号，则输出部35输出已生成该探测信号的情况，产生故障预知的警报的触发。
对于本发明的一实施方式的传感器5，若超过阈值的导体物质附着，则与电源32之间通电(接通的状态)，检测到这些的检测部33向存储部34输出检测信号，该信号存储于存储部34。若在存储部34中存储该信号，则成为Hi的状态，其结果，电源施加控制部31也成为Hi的状态，电压的施加被阻断，PC1成为断开的状态。这样一来，成为向该传感器5的通电断开的状态，因此，检测部33向存储部34的输出变化，但由于构成为利用存储部34的电路保持该存储部34的输出，因此，输出部继续产生故障预知的警报的触发。
这样一来，能够防止电流在电路持续流动，延长光电耦合器件(PC)的寿命，从而能够避免电路的损坏。
接着，图9是用于说明信号处理电路的另一结构的图。如图9所示，在传感器5利用连接线连接有具备电源32的电源施加控制部31，之后，与电压检测部33、存储部34、输出部35连接。存储部34利用连接线与电源施加控制部31连接。与图8的情况不同，在存储部34与电源施加控制部31之间连接有计时电路36。
图示的电源施加控制部31包括对传感器5的电极之间施加电压的电源32，并构成为能够阻断由该电源进行的电压的施加。电压检测部33检测由电源32进行的电压的施加，并输出检测信号。存储部34在由信号检测部33输出了探测信号的情况下存储该探测信号的输出。图示的存储部34示出了由RS触发器进行的状态存储，但也可以是包括微型计算机的存储器等在内的集成型器件，即使是其他形态，也没有问题。若在存储部34中存储探测信号，则输出部35输出已生成该探测信号的情况，产生故障预知的警报的触发。
对于本发明的一实施方式的传感器5，若超过阈值的导体物质附着，则与电源32之间通电(接通的状态)，检测到这些的检测部33向存储部34输出检测信号，该信号存储于存储部34。不过，由于通常呈现导体物质逐渐增加的倾向，因此，未必需要对传感器5始终施加电压并持续监视，即使是间歇的监视，对故障的预知也是有效的。
在图9所示的信号处理电路中附加了计时电路36，每隔一定时间间隔、或者在每个规定时刻施加电压。这样一来，能够防止电流始终在电路持续流动，因此，能够减少能量消耗。
本发明的实施方式并不限定于在上述内容中进行了说明的实施方式，在本发明的技术思想的范围内能够进行各种变形。例如，适当组合在说明书中例示性地明示的实施方式等或不言自明的实施方式等而成的内容也包含于本申请的实施方式中。
附图标记说明
1、机构；2、减速器；3、法兰盘部；4、伺服马达；5、传感器；6、第1电极(中心电极)；7、第2电极(外侧电极)；8、第3电极(外侧电极)；9、第4电极(中心电极)；10、第5电极(外侧电极)；11、第6电极(外侧电极)；12、螺纹构件；13、树脂；14、连接线；15、连接线；16、连接线；17、检测电路；18、连接线；19、连接线；20、连接线；21、连接线；22、连接线；23、检测电路；24、连接线；25、连接线；26、连接线；28、连接线；29、检测电路；30、电阻器；31、电源施加控制部；32、电源；33、电压检测部；34、存储部；35、输出部；36、计时电路；40、磁体；43、电路基板。

Claims (8)

1.一种传感器，其中，
该传感器具备：
多个探测单元，其包括：一对电极；和探测区域，其设置于所述一对电极之间，通过导体粒子聚集，从而使所述一对电极之间的电阻变化；以及
探测部，其在电阻于至少两个以上的所述探测单元处变化了的情况下输出探测信号。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中，
所述多个探测单元包括第1探测单元和第2探测单元，
所述第1探测单元包括第1电极、第2电极以及设置于所述第1电极与所述第2电极之间的第1探测区域，
所述第2探测单元包括所述第1电极、第3电极以及设置于所述第1电极与所述第3电极之间的第2探测区域。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中，
所述多个探测单元包括第3探测单元和第4探测单元，
所述第3探测单元包括第4电极、第5电极以及设置于所述第4电极与所述第5电极之间的第3探测区域，
所述第4探测单元包括所述第4电极、第6电极以及设置于所述第4电极与所述第6电极之间的第4探测区域。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的传感器，其中，
所述多个探测单元相互串联连接。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的传感器，其中，
所述多个探测单元相互并联连接。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的传感器，其中，
所述多个探测单元均包括用于使微电流在所述一对电极之间流动的电阻器。
7.根据权利要求1所述的传感器，其中，
该传感器具备：
电压施加控制部，其包括对所述多个探测单元施加电压的电源；
信号检测部，其用于检测所述检测信号的输出；以及
存储部，其在被输出了所述探测信号的情况下存储该探测信号的输出，
所述电源施加控制部在所述探测信号的输出存储于存储部的期间内阻断由所述电源进行的电压的施加。
8.一种传感器阵列，其中，
该传感器阵列具备多个权利要求1～7中任一项所述的传感器，
所述传感器分别配置于互不相同的检测位置。
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