JP2008261718A - 自己診断機能付き近接センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサケース内への水入りがあった場合には正常な段階でセンサの異常等の自己診断を行うと共に、その自己診断の結果を外部に出力することを可能にした近接センサを提供すること。
【解決手段】センサケース２０に、検出対象に非接触で該検出対象を検出する非接触センサ部４と、センサケース内へ水が入ったことを検知する水入りセンサ部６と、上記両センサ部それぞれのセンサ信号を処理するセンサ処理部８と、を内蔵し、水入りセンサ部は、センサケース内への水入り状態に応じた水入りセンサ信号をセンサ処理部に与え、センサ処理部８は、非接触センサ部４からの検出対象センサ信号を処理中に水入りセンサ部６から水入りセンサ信号が入力されると、自己診断処理を実行し、その実行により、近接センサが現在は正常に動作しているが上記水入りによりセンサ動作が異常になる前段階であると判定すると、センサ動作の継続を停止し、自己診断対応結果を外部に出力制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自己診断機能付き近接センサにかかり、より詳しくは、センサケース内に水が入ったときに自己診断によりセンサ動作を行う自己診断機能付き近接センサに関するものである。

近接センサに限らず、各種センサの使用場所は様々であり、水まわりや屋外など水のかかり易い環境で使用されるセンサの場合では、そのセンサケース内には水（クーラント）が入ることがないようにセンサケースには防水樹脂が充填されているのが一般的である（例えば特許文献１参照）。近接センサの場合でも、センサケース内部に防水樹脂を充填することにより防水性を高めている。

上記防水構造では、センサケース内部の基板や回路部品への影響や温度変化の影響等を考慮して防水樹脂の充填量にも限界があり、そのため、防水樹脂を充填したとしてもセンサケース内周壁と防水樹脂との間には使用経過に伴い隙間が徐々に生じてきたり、あるいは衝撃等で急激に隙間が生じたりする場合がある。

このような防水構造では、一旦、センサケース内部に水が入ってくると、電気部品が故障したりしてセンサ異常になる。

しかしながら、上記した防水樹脂で完全防水した近接センサの場合では、上記隙間からの水入りに起因してセンサ異常を来たすことは想定外とされているために、このような近接センサのセンサ信号で制御機器を制御する制御システムでは取り扱いにくい近接センサとなっている。

また、近接センサの小型化が促進されてくると、センサケース内に防水樹脂が充填されて水入りセンサを設置するスペースも確保しづらくなり、小型化指向タイプの近接センサでは水入りに対処する近接センサは提供されていなかった。
特開平１１−００２５８０号公報

本発明により解決しようとする課題は、センサケース内に水入りセンサ部を設置し、センサケース内への水入りがあった場合には正常な段階でセンサの異常等の自己診断を行うと共に、その自己診断の結果を外部に出力することを可能にした自己診断機能付きの近接センサを提供することである。

本発明はまた、上記正常な段階で自己診断結果を出力することにより水入りによる異常発生予知を可能として制御機器を制御する制御システムで扱い易い近接センサを提供すると共に、加えて、防水樹脂で防水構造となっているセンサケース内の狭いスペースに水入りセンサ部を容易に設置可能とした自己診断機能付きの近接センサを提供することである。

本発明第１による自己診断機能付き近接センサは、センサケースに、非接触センサ部と、水入りセンサ部と、上記両センサ部それぞれのセンサ信号を処理するセンサ処理部と、を内蔵し、上記センサ処理部は、非接触センサ部からのセンサ信号を処理すると共に、上記水入りセンサ部からセンサケース内に水が入ったことを示す水入りセンサ信号が入力されると、当該近接センサが現在は正常に動作しているが上記水入りによりセンサ動作が異常になる前段階であるか否かを判定処理することを特徴とするものである。

本発明第１を説明すると、樹脂で完全防水して水入り発生に起因してセンサ異常を来たすことは想定外とされている近接センサの場合でも、使用期間や使用態様によりセンサケース内周面と樹脂との間に微小な隙間が発生してくることは可能性として存在する。

この場合、その隙間から徐々にではあるが水入りが発生するが、本発明第１では、水入りセンサ部で水入りを検知しセンサ処理部では近接センサが正常な段階で故障することを予知することが可能となり、このような近接センサのセンサ信号で制御機器を制御する制御システムでは取り扱い易い近接センサを提供することができる。

好ましい態様の１つは、上記センサ処理部は、マイクロコンピュータにより構成し、このマイクロコンピュータで、非接触センサ部からの検出対象センサ信号をメイン処理プログラムに従って実行処理中に水入りセンサ部から水入りセンサ信号が入力されると自己診断処理プログラムを割り込ませて実行処理し、その実行処理による自己診断が、近接センサが現在は正常に動作しているが上記水入りによりセンサ動作が異常になる前段階であると判定させ、この判定によりセンサ動作の継続を停止し、自己診断対応結果を外部に出力制御することである。

好ましい態様の１つは、上記センサケースには樹脂が充填されていると共に、上記水入りセンサ部は、少なくとも二つ一対の対向電極からなる検出コンデンサを備え、この検出コンデンサは上記樹脂と少なくともセンサケース内周壁との間の隙間に配置されていることである。

本発明第２による自己診断機能付き近接センサは、センサケースに、検出対象に非接触で該検出対象を検出する非接触センサ部と、上記センサ部のセンサ信号を処理するセンサ処理部と、上記センサケースには充填されてその内部を防水するための樹脂と、上記センサケース内で水が浸入し易い特定箇所に配置されて当該センサケース内へ水が入ったことを検知する水入りセンサ部と、を内蔵したことを特徴とするものである。

本発明第２を説明すると、樹脂で完全防水して水入り発生に起因してセンサ異常を来たすことは想定外とされている近接センサの場合でも、使用期間や使用態様によりセンサケース内周面と樹脂との間に微小な隙間が発生してくることは可能性として存在する。この場合、その隙間から徐々にではあるが水入りが発生するが、本発明第２では、水入りセンサ部がセンサケース内で水が浸入し易い特定箇所に配置したので、センサケース内への水入りをより早期の段階で検知することができるようになり、センサ処理部では近接センサが正常な段階で故障することを余裕をもって予知することが可能となり、このような近接センサのセンサ信号で制御機器を制御する制御システムでは取り扱い易い近接センサを提供することができる。

好ましくは、上記特定箇所が、上記樹脂と上記センサケースの内周壁との間の隙間である。

好ましくは上記センサケースにはケーブルが貫通装着されていると共に、上記特定箇所は、さらに上記樹脂と上記ケーブルとの間の隙間を含む。

好ましくは上記水入りセンサ部は、センサケースの内周壁に検出コンデンサとして少なくとも二つ一対の対向電極を備えている。

本発明第３による自己診断機能付き近接センサは、センサケースに、非接触センサ部と、水入りセンサ部と、センサ処理部と、を内蔵すると共に、センサケースに樹脂が充填されていると共に外部からケーブルが貫通装着されており、上記センサ処理部は、非接触センサ部からのセンサ信号を処理すると共に、上記水入りセンサ部から水入りセンサ信号が入力されると、当該近接センサが現在は正常に動作しているが上記水入りによりセンサ動作が異常になる前段階であるか否かを判定処理するものであり、上記水入りセンサ部は、基板上に検出コンデンサとして、櫛歯状の複数の第１のコンデンサ電極と、櫛歯状の複数の第２のコンデンサ電極とを、互いコンデンサ電極を交互に対向させて構成しており、かつ、上記センサケースに充填された樹脂と上記センサケースの内周壁やケーブルとの狭い隙間に付着した水滴を毛細管現象で上記基板上の検出コンデンサに浸入可能とし、かつ、上記浸入した水分により上記検出コンデンサを構成する上記両第１、第２コンデンサ電極間に電解現象を発生させてマイグレーションを起こし、この起こしたマイグレーションで上記両第１、第２コンデンサ電極間を短絡させ、かつ、この短絡で発生した電圧を水入りセンサ信号として上記センサ処理部が監視することにより水入りしたことを検知するようにした、ことを特徴とするものである。

本発明第１ないし第３ではさらに、センサ処理部のセンサ信号を無線で外部に送信する無線送信部を有することが好ましい。

本発明第１ないし第３の近接センサはこの誘導形に限定されず、静電容量形、光電形、超音波形のいずれでもよく、本発明はそれらを含むことができる。

本発明によると、センサケース内に水入りセンサ部を設置し、センサケース内への水入りがあった場合には正常な段階でセンサの異常等の自己診断を行うと共に、その自己診断の結果を外部に出力することができるので、近接センサのセンサ信号で制御機器を制御する制御システムでは取り扱い易く動作上の信頼を置くことができる近接センサを提供することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る近接センサを説明する。実施の形態では近接センサのうち誘導形近接センサを一例として説明する。

図１を参照して実施の形態の近接センサの回路ブロックを説明すると、この近接センサ２では、図示略のセンサケース内に非接触センサ部４と、水入りセンサ部６と、センサ処理部８と、出力部１０と、無線送信部１２と、を備える。

非接触センサ部４は、検出対象物に非接触で当該検出対象物を検出するセンサであり、非接触センサ部４は、検出コイル、発振回路、発振状態検出回路等から構成されている。非接触センサ部４においては、検出コイルにより高周波磁界を発生し、金属体である検出対象物が接近すると、この検出対象物である金属中に電磁誘導による誘導電流が流れ、当該金属内に熱損失が発生する。この誘導電流による熱損失により発振回路は発振を維持することができず、発振停止する。発振状態検出回路は、この発振部の発振状態を検出し、発振が減衰または停止すると非接触センサ信号を発生する。

水入りセンサ部６は、センサケース内へ水が入ったことを検知するセンサ部であり、詳しくは後述する。

センサ処理部８は、非接触センサ部４からのセンサ信号により検出対象物を検出処理し、その処理結果を出力部を介して外部に出力する一方、水入りセンサ部６からセンサケース内に水が入ったことを示すセンサ信号が入力されると、そのセンサ信号を検出処理し、その処理結果を出力部を介して外部に出力する処理部である。

センサ処理部８は、マイクロコンピュータから構成されたものであり、具体的には、ＣＰＵ１４と、このＣＰＵ１４が非接触センサ部４と水入りセンサ部６それぞれのセンサ信号の処理作業に用いる作業メモリ１６と、非接触センサ部４のセンサ動作の制御処理、非接触センサ部４から入力される検出対象物センサ信号の上記処理を行うためのメイン処理プログラムと、水入りセンサ信号を処理し近接センサの状況を自己診断するための自己診断処理プログラムとが書き込まれているプログラムメモリ１８と、を備えている。

ＣＰＵ１４は、作業メモリ１６を用いて非接触センサ部４からの検出対象物センサ信号をメイン処理プログラムに従って実行処理中に水入りセンサ部６から水入りセンサ信号が入力されると自己診断処理プログラムを割り込ませて実行処理し、その実行処理による自己診断が、近接センサが現在は正常に動作しているが上記水入りによりセンサ動作が異常になる前段階であると判定すると、センサ動作の継続を停止し、自己診断対応結果を出力部１０と送信部１２に出力制御することができるようになっている。

なお、作業メモリ１６にはＣＰＵ１４が検出対象物センサ信号や自己診断センサ信号が含むデータの演算やその他の制御を行う作業エリアや他の近接センサを識別するＩＤコードやその他のデータの記憶エリア等を有している。

無線送信部１２は、ＣＰＵ１４により制御されて、検出対象物の検出処理結果や上記自己診断処理結果を無線で送信することができるようになっている。無線送信部１２は図１では具体的には示さないがＣＰＵ１４からのデータを送信処理する処理部と、その処理部出力を送信する送信アンテナ等を備える。この処理部では、ＣＰＵ１４からのセンサデータ（送信周波数（キャリア）、ＩＤコード（識別コード）、非接触センサ部のセンサ信号、水入りセンサ部のセンサ信号等）を入力し、ＩＤコードとセンサ出力を上記キャリアで変調して送信信号を生成し送信アンテナに出力することができるようになっている。

上記近接センサ２の構成を、図２を参照して、説明する。

この近接センサ２は断面矩形のセンサケース２０を備える。センサケース２０はその一端側が開口され、その開口には、断面矩形筒型のキャップ２８が装着されていると共にそのキャップ２８の中にフェライトコア３０が配置されている。フェライトコア３０には検出コイル３２が巻回されている。

センサケース２０内部には図示略の支持機構で基板３４が配置されている。この基板３４の一方面側には上記ＣＰＵ１４や発振回路等の各種回路部品３６が搭載され、他方面側には送信アンテナとしてのループアンテナ３８が図３で示すように形成されている。

センサケース２０の他端側からは信号ケーブル２２が挿入され、その信号ケーブル２２内から延びるリード端部２４は基板３４上に固定される。

基板３４の面上には検出コイル３２、回路部品３６、信号ケーブル２２のリード端部２４、ループアンテナ３８等を電気的に接続するための図示略の配線が形成されている。

以上の構成において、センサケース２０にはその内部に水が入らないように防水や防塵性に優れた樹脂４４が充填されている。

そして本実施の形態では、センサケース２０の内周壁と樹脂４４との隙間にセンサケース２０内への水入りを検知する部品が実装される基板４６が介装されている。この基板４６上には図４で示すように検出コンデンサ４８が形成されている。図４（ａ）は基板４６の展開図であり、図４（ｂ）はセンサケース２０内への実装状態で示す図である。基板４６は図４（ａ）の展開図では、平面視片仮名の「コ」の字形状の検出コンデンサ４８が形成されている。この検出コンデンサ４８は水入りセンサ部６の要部を構成するものであり、水入りによりそれを構成するコンデンサ電極間が短絡するなどして容量が変化しその容量変化を水入りセンサ信号とするものである。この場合、センサケース２０に水が浸入してくる経路はキャップ２８や信号ケーブル２２が装着されるセンサケース２０の開口付近であるので、この検出コンデンサ４８はこれら開口付近に配置することが早期の水入り検知に好ましい。また、検出コンデンサ４８を構成するコンデンサ電極がマイグレーションで短絡した場合も容量変化となるのでこのことからも水入りを検知することができる。

この検出コンデンサ４８は、図５で示すようにセンサケース２０の内周面に印刷等により形成して上記基板４６を省略可能としてもよい。この場合、上記基板４６に検出コンデンサ４８を形成する場合よりも基板４６を設置しなくて済む分、コスト低減が可能となり、また、センサケース２０内での設置スペースも節約することができて好ましい。

検出コンデンサ４８は、図６で示すように回路部品３６や信号ケーブル２２のリード端部２４周囲の基板３４上に形成して、回路部品３６周囲への水入りを検知可能としてもよい。

図７を参照して検出コンデンサ４８の構成およびこれを備えた水入りセンサ部６を説明する、検出コンデンサ４８は、互いの一端側が共通に接続されて櫛の歯状とされた複数の第１コンデンサ電極４８ａと、同様に互いの一端側が共通に接続されて櫛の歯状とされた複数の第１コンデンサ電極４８ａそれぞれと交互に対向する複数の第２コンデンサ電極４８ｂとから構成されている。複数の第１コンデンサ電極４８ａには直流電源５０が印加され、複数の第２コンデンサ電極４８ｂは接地５２されている。この検出コンデンサ４８は水入り検知部６の一部を構成するものである。

上記検出コンデンサ４８は、直流電源５０に接続された第１抵抗５４と、接地５２側に接続された第２抵抗５６との間に直列に接続されている。

以上の構成を備えた水入り検知部６では、センサケース２０内に水が入ってくると、第１コンデンサ電極４８ａと第２コンデンサ電極４８ｂとが電気的に短絡等することにより、検出コンデンサ４８としてのインピーダンスである容量が低下する。このインピーダンス変化により第２抵抗５６と検出コンデンサ４８との接続部５８から水入り検知部６の出力として水入りセンサ信号が出力されるようになっている。

なお、図８で示すように第２抵抗５６と検出コンデンサ４８との接続部５８出力を比較回路６０に入力し、この入力を基準値ｒｅｆと比較することにより、水入りを検知する水入りセンサ信号を出力するようにしてもよい。

以上説明した水入りセンサ部６を備えた実施の形態の近接センサにおけるＣＰＵ１４の制御動作を説明すると、ＣＰＵ１４は、作業メモリ１６を用いて非接触センサ部４からの検出対象センサ信号をメイン処理プログラムに従って実行処理中に水入りセンサ部６から水入りセンサ信号が入力されると、自己診断処理プログラムを割り込ませて実行処理する。

この実行処理では、水入りが無くて検出コンデンサ４８の容量が大きいときは水入りセンサ部６からの水入りセンサ信号の信号レベルは大きい。ＣＰＵ１４の入力ポートに入力される水入りセンサ信号の信号レベルが規定値より大きいので、水入りは無いと判定する。一方、水入りが有って検出コンデンサ４８の容量が小さくなるときは水入りセンサ部６からの水入りセンサ信号の信号レベルは小さくなる。ＣＰＵ１４の入力ポートに入力される水入りセンサ信号の信号レベルが規定値より小さくなると、水入り有りと判定する。

上記規定値は、ＣＰＵ１４が、近接センサが現在は正常に動作しているが上記水入りによりセンサ動作が異常になる前段階であると判定することができる値に定められている。これによって、ＣＰＵ１４は、上記自己診断により、センサ動作の継続を停止し、自己診断対応結果を外部に出力制御することができるようになる。

なお、センサケース２０に充填された樹脂４４とセンサケース２０の内周壁や信号ケーブル２２との狭い隙間に付着した水滴は毛細管現象で検出コンデンサ４８に浸入し、この浸入した水分により検出コンデンサ４８を構成する第１、第２コンデンサ電極４８ａ，４８ｂ間に電解現象を発生させてマイグレーションが起こる。そして、この起きたマイグレーションで第１、第２コンデンサ電極４８ａ，４８ｂ間が短絡し、この短絡で発生した電圧は水入りセンサ信号として上記センサ処理部８により監視されて水入りしたことが検知されるようになっている。

以上説明したように本実施の形態では、近接センサが異常を来たす前の段階で当該近接センサの異常を予知することができ、この近接センサを用いる制御システムに対してその近接センサの使用上における信頼性を大きく向上することができる。

図１は本発明の実施の形態に係る近接センサの回路ブロック図である。 図２は図１の近接センサの機構的な構成を示す図である。 図３は基板面に設けたループアンテナを示す図である。 図４は水入りセンサ部の検出コンデンサを示す図である。 図５は検出コンデンサの変形例を示す図である。 図６は検出コンデンサの他の変形例を示す図である。 図７は検出コンデンサを含む水入りセンサ部の回路ブロック図である。 図８は検出コンデンサを含む水入りセンサ部の他の例の回路ブロック図である。

符号の説明

２ 近接センサ
４ 非接触センサ部
６ 水入りセンサ部
８ センサ処理部
１０ 出力部
１２ 無線送信部
１４ ＣＰＵ
１６ 作業メモリ
１８ プログラムメモリ
２０ センサケース
２８ キャップ
３０ フェライトコア
３２ 検出コイル
４４ 樹脂
４６ 基板
４８ 検出コンデンサ

Claims (10)

1. センサケースに、非接触センサ部と、水入りセンサ部と、センサ処理部と、を内蔵し、上記センサ処理部は、非接触センサ部からのセンサ信号を処理すると共に、上記水入りセンサ部からセンサケース内に水が入ったことを示す水入りセンサ信号が入力されると、当該近接センサが現在は正常に動作しているが上記水入りによりセンサ動作が異常になる前段階であるか否かを判定処理する、ことを特徴とする自己診断機能付き近接センサ。
2. 上記センサ処理部は、マイクロコンピュータにより構成されており、このマイクロコンピュータは、非接触センサ部からのセンサ信号をメイン処理プログラムに従って実行処理中に水入りセンサ部から水入りセンサ信号が入力されると自己診断処理プログラムを割り込ませて実行処理し、その実行処理による自己診断が、当該近接センサが現在は正常に動作しているが上記水入りによりセンサ動作が異常になる前段階であると判定すると、センサ動作の継続を停止し、自己診断対応結果を外部に出力制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の自己診断機能付き近接センサ。
3. 上記センサケースには樹脂が充填されていると共に、上記水入りセンサ部は、少なくとも二つ一対の対向電極からなる検出コンデンサを備え、この検出コンデンサは上記樹脂と少なくともセンサケース内周壁との間の隙間に配置されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の自己診断機能付き近接センサ。
4. センサケースに、
   検出対象に非接触で該検出対象を検出する非接触センサ部と、
   上記センサ部のセンサ信号を処理するセンサ処理部と、
   上記センサケースには充填されてその内部を防水するための樹脂と、
   上記センサケース内で水が浸入し易い特定箇所に配置されて当該センサケース内へ水が入ったことを検知する水入りセンサ部と、
   を内蔵したことを特徴とする自己診断機能付き近接センサ。
5. 上記特定箇所が、上記樹脂と上記センサケースの内周壁との間の隙間である、ことを特徴とする請求項４に記載の自己診断機能付き近接センサ。
6. 上記センサケースにはケーブルが貫通装着されていると共に、上記特定箇所は、さらに上記樹脂と上記ケーブルとの間の隙間を含む、ことを特徴とする請求項５に記載の自己診断機能付き近接センサ。
7. 上記水入りセンサ部は、基板上に検出コンデンサとして少なくとも二つ一対の対向電極を配置してなり、この基板を上記特定箇所に配置した、ことを特徴とする請求項５または６に記載の自己診断機能付き近接センサ。
8. 上記水入りセンサ部は、センサケースの内周壁に検出コンデンサとして少なくとも二つ一対の対向電極を備えている、ことを特徴とする請求項５または６に記載の自己診断機能付き近接センサ。
9. センサケースに、非接触センサ部と、水入りセンサ部と、センサ処理部と、を内蔵し、かつ、センサケースに樹脂が充填されていると共に外部からケーブルが貫通装着されており、
   上記センサ処理部は、非接触センサ部からのセンサ信号を処理すると共に、上記水入りセンサ部から水入りセンサ信号が入力されると、当該近接センサが現在は正常に動作しているが上記水入りによりセンサ動作が異常になる前段階であるか否かを判定処理するものであり、
   上記水入りセンサ部は、基板上に検出コンデンサとして、櫛歯状の複数の第１のコンデンサ電極と、櫛歯状の複数の第２のコンデンサ電極とを、互いコンデンサ電極を交互に対向させて構成しており、かつ、上記センサケースに充填された樹脂と上記センサケースの内周壁やケーブルとの狭い隙間に付着した水滴を毛細管現象で上記基板上の検出コンデンサに浸入可能とし、かつ、上記浸入した水分により上記検出コンデンサを構成する上記両第１、第２コンデンサ電極間に電解現象を発生させてマイグレーションを起こし、この起こしたマイグレーションで上記両第１、第２コンデンサ電極間を短絡させ、かつ、この短絡で発生した電圧を水入りセンサ信号として上記センサ処理部が監視することにより水入りしたことを検知するようにした、ことを特徴とする自己診断機能付き近接センサ。
10. さらに、センサ処理部のセンサ信号を無線で外部に送信する無線送信部を有する、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の自己診断機能付き近接センサ。

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