JP6213602B2 - センサモジュールおよび無線センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサモジュールおよび無線センサ装置に関するものである。

無線ＬＡＮ等の通信サービスを利用したシステムとして、Ｍ２Ｍ（Ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ Ｍａｃｈｉｎｅ）システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１９２２１号公報

上記Ｍ２Ｍシステムでは、無線機を搭載した機器同士が人間を介することなく情報を送受信することにより、たとえば工場内で動作する機械の振動、温度等の情報がセンサモジュールにより感知され、自動的にサーバに報告される。このようなＭ２Ｍシステムを用いて工場内における多数の機械の動作状態を監視するためには、センサモジュールを工場内の様々な場所、たとえば種々の機械の表面等に設置する必要がある。

センサモジュールを設置すべき機械等の表面の形状は様々である。たとえば設置対象の表面が平面である場合、センサモジュールにおいて設置対象に接触する面である接触面の形状は平面とすることができる。また、設置対象の表面が円筒面である場合、センサモジュールの接触面の形状は円筒面とすることができる。

しかし、このように設置対象の様々な表面形状に合わせた接触面を有するセンサモジュールを採用すると、センサモジュールの汎用性が低下するという問題が生じる。そこで、様々な表面形状の設置対象に対して容易に設置可能なセンサモジュール、および当該センサモジュールを含む無線センサ装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の一の局面に係るセンサモジュールは、センサ部と、センサ部を格納するケースと、を備えるセンサモジュールである。ケースは、センサモジュールの設置対象に接触するための接触面を含み、弾性体からなる接触部と、接触部の接触面に沿って配置される磁石と、を含む。

本発明の他の局面に係るセンサモジュールは、センサ部と、センサ部を格納するケースと、を備えるセンサモジュールである。ケースは、センサモジュールの設置対象に接触する側の端部に配置され、センサ部とは反対側に突出する曲面を含む形状を有する３以上の磁石を含む。

上記センサモジュールによれば、様々な表面形状の設置対象に対して容易に設置可能なセンサモジュールを提供することができる。

実施の形態１におけるセンサモジュールの構造を示す概略断面図である。 実施の形態１におけるセンサモジュールの構造を示す概略平面図である。 無線センサ装置を含む振動監視システムの構成を示す概略図である。 実施の形態２におけるセンサモジュールの構造を示す概略断面図である。 実施の形態２におけるセンサモジュールの構造を示す概略平面図である。 実施の形態３におけるセンサモジュールの構造を示す概略断面図である。 実施の形態３におけるセンサモジュールの構造を示す概略平面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の一の局面に係るセンサモジュールは、センサ部と、センサ部を格納するケースと、を備えるセンサモジュールである。ケースは、センサモジュールの設置対象に接触するための接触面を含み、弾性体からなる接触部と、接触部の接触面に沿って配置される磁石と、を含む。

上記一の局面に係るセンサモジュールにおいては、接触部の接触面に沿って磁石が配置される。これにより、磁性体からなる設置対象に対して磁力による設置が可能となる。また、上記一の局面に係るセンサモジュールにおいては、接触部が弾性体からなる。そのため、センサモジュールの設置対象に対する設置に際して、弾性体が設置対象の表面に対応する形状に変形する。その結果、種々の表面形状の設置対象に対して安定して設置することができる。このように、上記一の局面に係るセンサモジュールによれば、様々な表面形状の設置対象に対して容易に設置可能なセンサモジュールを提供することができる。

上記一の局面に係るセンサモジュールにおいて、上記ケースは、３以上の上記磁石を含んでいてもよい。このようにすることにより、磁性体からなる設置対象に対して、より安定した磁力による設置が可能となる。

本願の他の局面に係るセンサモジュールは、センサ部と、センサ部を格納するケースと、を備えるセンサモジュールである。ケースは、センサモジュールの設置対象に接触する側の端部に配置され、センサ部とは反対側に突出する曲面を含む形状を有する３以上の磁石を含む。

上記他の局面に係るセンサモジュールにおいては、ケースの設置対象に接触する側の端部に磁石が配置される。これにより、磁性体からなる設置対象に対して磁力による設置が可能となる。また、上記他の局面におけるセンサモジュールにおいては、センサ部とは反対側に突出する曲面を含む形状を有する３以上の磁石が採用される。３以上の磁石が存在し、かつ磁石がこのような曲面を有することにより、種々の表面形状の設置対象に対して安定してセンサモジュールを設置することができる。このように、上記他の局面に係るセンサモジュールによれば、様々な表面形状の設置対象に対して容易に設置可能なセンサモジュールを提供することができる。

上記他の局面に係るセンサモジュールにおいて、ケースは、センサモジュールの設置対象に接触するための接触面を含み、弾性体からなる接触部をさらに含んでいてもよい。このようにすることにより、センサモジュールの設置対象に対する設置に際して、弾性体が設置対象の表面に対応する形状に変形する。その結果、種々の表面形状の設置対象に対して安定して設置することができる。

上記センサモジュールにおいて、平面的に見て、上記磁石の位置を結ぶ多角形の内部に上記センサ部の重心が位置していてもよい。このようにすることにより、ケース内のセンサ部をより安定して保持することができる。

上記センサモジュールにおいて、磁石は、磁石の重心周りに回転可能に保持されてもよい。このようにすることにより、センサモジュールの設置に際して磁石が回転し、センサモジュールの設置に適切な磁界が形成される。

上記センサモジュールにおいて、上記ケースは、上記磁石を保持する磁石保持部をさらに含んでいてもよい。磁石保持部は磁性体からなっていてもよい。このようにすることにより、センサモジュールの組立が容易となる。

上記センサモジュールにおいて、上記ケースは、上記磁石を保持する磁石保持部をさらに含んでいてもよい。磁石保持部は非磁性体からなっていてもよい。このようにすることにより、磁石が適切な磁界を形成するようにセンサモジュール内において回転することが容易となる。

上記センサモジュールにおいて、上記センサ部は振動を検知する振動センサ部であってもよい。上記センサモジュールは、振動センサ部を含むセンサモジュールに好適である。

上記センサモジュールにおいて、磁石は球形状を有していてもよい。このようにすることにより、種々の表面形状の設置対象に対して一層安定してセンサモジュールを設置することができる。

本願の無線センサ装置は、上記センサモジュールと、センサモジュールに接続され、センサモジュールからの情報に基づいて無線通信にて信号を送信する無線端末装置と、を備える。本願の無線センサ装置によれば、様々な表面形状の設置対象に設置したセンサモジュールからの情報に基づく信号を無線通信にて送信することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかるセンサモジュールおよび無線センサ装置の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１および図２を参照して、実施の形態１におけるセンサモジュール１について説明する。なお、図１は、図２の線分Ｉ−Ｉに沿う断面図に相当する。センサモジュール１は、センサ部１０と、センサ部１０を格納するケース２０とを備えている。センサ部１０は、たとえばプリント基板上にセンサが実装された構造を有する。プリント基板上に配置されるセンサは、たとえば振動センサ、温度センサなどである。すなわち、センサ部１０は、たとえば振動を検知する振動センサ部、温度を検知する温度センサ部などである。

ケース２０は、筐体２１と、支持部材２２と、パッキンシート２３と、ナット２４と、皿ねじ２５と、第１保持部材２６と、第２保持部材２７と、弾性シート２８と、球状磁石２９と、Ｏリング３１とを含む。筐体２１は、中空円筒状の形状を有する。筐体２１は、内部空間内にセンサ部１０を収納する。筐体２１の内壁には、ねじ山が形成された領域である筐体結合部２１Ａが形成されている。

筐体２１には配線４１が接続されている。配線４１は、センサ部１０と電気的に接続され、センサ部１０において得られた情報を電気信号として伝送する。

支持部材２２は、円筒状の形状を有する。支持部材２２は、筐体２１の内部空間内においてセンサ部１０を支持する。支持部材２２の外周面には、ねじ山が形成された領域である支持部材結合部２２Ａが形成されている。支持部材２２が筐体２１の内部にねじ込まれることにより、支持部材結合部２２Ａと筐体結合部２１Ａとが噛み合う。このようにして、支持部材２２は筐体２１に対して固定される。支持部材２２は、一方の端面である支持面２２Ｂにおいてセンサ部１０に接触することで、センサ部１０を支持する。

支持部材２２の内周面は、支持面２２Ｂに接続される大径部２２Ｅと、大径部２２Ｅよりも直径の小さい小径部２２Ｄと、大径部２２Ｅと小径部２２Ｄとに交差（直交）し、大径部２２Ｅと小径部２２Ｄとを接続する段差面２２Ｆとを含む。大径部２２Ｅに取り囲まれる空間内には、大径部２２Ｅに対応する直径の円盤状の形状を有するパッキンシート２３が配置される。パッキンシート２３は、段差面２２Ｆにより支持される。パッキンシート２３は、たとえばゴムからなる。パッキンシート２３が配置されることにより、支持部材２２の内周領域に侵入した水等がセンサ部１０へと到達することが抑制される。小径部２２Ｄにより取り囲まれる空間内には、ナット２４が配置される。支持部材２２の外周面と筐体２１の内周面との間には、Ｏリング３１が配置される。Ｏリング３１は、たとえばゴムからなる。Ｏリング３１が配置されることにより、支持部材２２と筐体２１との間に侵入した水等がセンサ部１０へと到達することが抑制される。

第１保持部材２６は、円環状の形状を有する。第１保持部材２６は、一方の端面において支持部材２２の支持面２２Ｂとは反対側の端面２２Ｃに接触する。第１保持部材２６の他方の端面には、球状磁石２９に対応する形状を有する凹面である第１磁石保持面２６Ａを有する。

第２保持部材２７は、円環状かつ板状の形状を有する。第２保持部材２７には、球状磁石２９を保持する第２磁石保持面２７Ａに取り囲まれる貫通孔が形成されている。第２保持部材２７は、第１保持部材２６の支持部材２２とは反対側の端面に接触して積み重ねられるように配置される。平面的に見て、第１磁石保持面２６Ａに囲まれる領域と第２磁石保持面２７Ａに囲まれる領域とが重なるように、第１保持部材２６および第２保持部材２７は配置される。第１磁石保持面２６Ａおよび第２磁石保持面２７Ａは、平面的に見て正方形の頂点に対応するように形成される。

球状磁石２９は、本実施の形態においては４個配置される。４個の球状磁石２９は、上記４つの第１磁石保持面２６Ａおよび第２磁石保持面２７Ａにより保持される。その結果、平面的に見て、正方形の頂点に位置するように４個の球状磁石２９が配置される。

皿ねじ２５は、第２保持部材２７の内周領域、第１保持部材２６の内周領域を貫通し、支持部材２２の小径部２２Ｄに取り囲まれる空間に保持されるナット２４に先端部がねじ込まれる。ナット２４の頭部は、第２保持部材２７の内周面に形成されたテーパ面２７Ｂにおいて支持される。これにより、第１保持部材２６および第２保持部材２７が支持部材２２に対して固定される。

弾性シート２８は、円盤状の形状を有する。弾性シート２８は、弾性体からなる。本実施の形態において、弾性シートは、弾性体であるゴムからなる。弾性シート２８には、円盤状の空間を取り囲む４つの環状壁２８Ｂが形成されている。環状壁２８Ｂに取り囲まれる空間内に、球状磁石２９の一部が侵入する。弾性シート２８は、一方の主表面において、たとえば第２保持部材２７に接着されて固定される。弾性シート２８の第２保持部材２７とは反対側の主表面は、センサモジュール１の設置対象に接触するための接触面２８Ａである。弾性シート２８は、接触部を構成する。球状磁石２９は、接触面２８Ａに沿って配置される。

センサモジュール１においては、接触面２８Ａに沿って磁石が配置される。これにより、磁性体からなる設置対象に対して磁力による設置が可能となる。また、センサモジュール１においては、接触部がゴムからなる弾性シート２８から構成される。そのため、センサモジュール１の設置対象に対する設置に際して、弾性シート２８が設置対象の表面に対応する形状に変形する。その結果、種々の表面形状の設置対象に対して安定して設置することができる。このように、センサモジュール１は、様々な表面形状の設置対象に対して容易に設置可能なセンサモジュールとなっている。

また、本実施の形態においては、ゴムからなる弾性シート２８が採用される。そのため、弾性シート２８と設置対象との間の摩擦係数（静摩擦係数）が大きくなる。その結果、設置対象に対してセンサモジュール１を強固に固定することができる。

図２を参照して、本実施の形態におけるセンサモジュール１において、平面的に見て、球状磁石２９の位置を結ぶ多角形の内部にセンサ部１０の重心Ｇが位置している。これにより、ケース２０内のセンサ部１０をより安定して保持することが可能となっている。

また、磁石保持部としての第１保持部材２６および第２保持部材２７は、磁性体からなっていてもよい。これにより、センサモジュール１の組立が容易となる。より具体的には、第１保持部材２６および第２保持部材２７の少なくとも一方が磁性体からなることにより、当該一方の部材において球状磁石２９を保持すべき部分に球状磁石２９を配置し、磁力によって球状磁石２９を保持した状態で組み立てを実施することで、組立をスムーズに実施することができる。

一方、磁石保持部としての第１保持部材２６および第２保持部材２７は、非磁性体からなっていてもよい。これにより、球状磁石２９が適切な磁界を形成するようにセンサモジュール１内において回転することが容易となる。

なお、上記実施の形態においては、支持部材２２に対して第１保持部材２６および第２保持部材２７がナット２４および皿ねじ２５によって固定される場合について説明したが、固定方法はこれに限られず、他の方法により固定されてもよい。

次に、センサモジュール１を含む無線センサ装置および無線センサ装置を含む監視システムの一例を説明する。図３を参照して、本実施の形態の監視システムは、工場内の機械の動作状態を振動の観点から監視する振動監視システムである。この振動監視システムは、無線センサ装置１００と、第１アクセスポイント６１と、第２アクセスポイント６２と、サーバ７１と、クライアントコンピュータ８１，８２とを含む。

無線センサ装置１００は、センサモジュール１と、センサモジュール１に配線４１により接続され、センサモジュール１からの情報に基づいて無線通信にて信号を送信する無線端末装置５１とを含む。センサモジュール１は、設置対象（監視対象）である機械９０に設置される。この場合、センサモジュール１に含まれるセンサ部１０は、振動センサ部である。

センサモジュール１内のセンサ部１０により取得された機械９０の振動状態に関する情報は、配線４１を介して無線端末装置５１へと送信される。情報を受信した無線端末装置５１は、当該情報に基づいて振動に関する情報を含む信号を無線通信にて第１アクセスポイント６１へと送信する。当該信号を受信した第１アクセスポイント６１は、当該信号を第２アクセスポイント６２へと無線通信により送信する。当該信号を受信した第２アクセスポイント６２は、当該信号をサーバ７１へと無線通信により送信する。当該信号を受けたサーバ７１は、当該信号に基づいて得られる振動に関する情報を格納する。振動監視システムは、上記のほか、多数の無線センサ装置１００およびアクセスポイントを含んでおり、工場内において監視対象となるそれぞれの機械の振動に関する情報を含む信号がサーバ７１へと送信され、当該信号に基づいて得られる振動に関する情報がサーバ７１に格納される。サーバ７１には、クライアントコンピュータ８１，８２のほか、様々な場所に設置された多数のクライアントコンピュータが接続されている。また、サーバ７１には、格納された振動に関する情報を、クライアントコンピュータ８１，８２を含む多数のクライアントコンピュータに表示するためのソフトウェアが格納されている。その結果、様々な場所に設置されたクライアントコンピュータにおいて、工場内の監視対象である機械の振動の状態を監視することができる。

なお、上記実施の形態においては、無線端末装置５１に振動センサ部を含むセンサモジュール１が接続される場合について説明したが、振動センサ部を含むセンサモジュール１に代えて、または振動センサ部を含むセンサモジュール１に加えて温度センサ部を含むセンサモジュール１など、他のセンサ部を含むセンサモジュールが接続されてもよい。

（実施の形態２）
次に、図４および図５を参照して、実施の形態２におけるセンサモジュール１について説明する。実施の形態２におけるセンサモジュール１は、基本的には実施の形態１のセンサモジュール１と同様の構造を有する。しかし、実施の形態２のセンサモジュール１は、弾性シート２８が採用されない点において、実施の形態１の場合とは異なっている。

本実施の形態におけるセンサモジュール１のケース２０は、センサモジュール１の設置対象に接触する側の端部に配置され、センサ部１０とは反対側に突出する曲面を含む３以上の球状磁石２９を含む。

実施の形態２におけるセンサモジュール１においては、ケース２０の設置対象に接触する側の端部に球状磁石２９が配置される。これにより、磁性体からなる設置対象に対して磁力による設置が可能となる。また、実施の形態２におけるセンサモジュール１においては、センサ部１０とは反対側に突出する曲面を含む形状を有する３以上（本実施の形態では４個の）の球状磁石２９が採用される。３以上の球状磁石２９が存在し、かつ球状磁石２９がこのような曲面を有することにより、種々の表面形状の設置対象に対して安定してセンサモジュール１を設置することができる。このように、実施の形態２におけるセンサモジュール１は、様々な表面形状の設置対象に対して容易に設置可能なセンサモジュールとなっている。

実施の形態２におけるセンサモジュール１において、図５に示すように平面的に見て、球状磁石２９の位置を結ぶ多角形の内部にセンサ部１０の重心Ｇが位置していてもよい。これにより、ケース２０内のセンサ部１０をより安定して保持することができる。

（実施の形態３）
次に、図６および図７を参照して、実施の形態３におけるセンサモジュール１について説明する。実施の形態３におけるセンサモジュール１は、基本的には実施の形態１のセンサモジュール１と同様の構造を有する。しかし、実施の形態３におけるセンサモジュール１は、採用される球状磁石２９が３個である点において、実施の形態１の場合とは異なっている。

具体的には、図６および図７を参照して、平面的に見て、球状磁石２９は正三角形の各頂点に位置するように配置される。このような構造のセンサモジュール１によっても、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施の形態においては、同一の大きさの球状磁石２９が採用される場合について説明したが、球状磁石２９の大きさは異なっていてもよい。

また、上記実施の形態１および３においては、４個または３個の球状磁石２９が採用される場合について説明したが、採用される球状磁石２９の数は１個または２個であってもよく、５個以上であってもよい。構造を必要以上に複雑にすることなく、適切な磁力を得る観点から、球状磁石２９の数は３個または４個とすることが好ましい。また、球状磁石２９に代えて、他の形状の磁石が採用されてもよい。

また、実施の形態２においては、４個の球状磁石２９が採用される場合について説明したが、採用される球状磁石２９の数は、３以上の任意の数とすることができる。構造を必要以上に複雑にすることなく、適切な磁力を得る観点から、球状磁石２９の数は３個または４個とすることが好ましい。

なお、本願は上述の通りセンサ部を含むセンサモジュールに関するものであるが、同様の構造のケース内に送受信装置を格納することにより、高い設置性を有するアクセスポイントを構成することもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願のセンサモジュールおよび無線センサ装置は、様々な表面形状の設置対象に対して設置することが求められるセンサモジュールおよび当該センサモジュールを含む無線センサ装置に、特に有利に適用され得る。

１ センサモジュール
１０ センサ部
１００ 無線センサ装置
２０ ケース
２１ 筐体
２１Ａ 筐体結合部
２２ 支持部材
２２Ａ 支持部材結合部
２２Ｂ 支持面
２２Ｃ 端面
２２Ｄ 小径部
２２Ｅ 大径部
２２Ｆ 段差面
２３ パッキンシート
２４ ナット、
２６ 保持部材
２６Ａ 磁石保持面
２７ 保持部材
２７Ａ 磁石保持面
２７Ｂ テーパ面
２８ 弾性シート
２８Ａ 接触面
２８Ｂ 環状壁
２９ 球状磁石
３１ Ｏリング
４１ 配線
５１ 無線端末装置
６１ 第１アクセスポイント
６２ 第２アクセスポイント
７１ サーバ
８１，８２ クライアントコンピュータ、
９０ 機械

Claims (9)

1. センサ部と、
   前記センサ部を格納するケースと、を備えるセンサモジュールであって、
   前記ケースは、前記センサモジュールの設置対象に接触する側の端部に配置され、前記センサ部とは反対側に突出する曲面を含む形状を有する３以上の磁石を含む、センサモジュール。
2. 前記ケースは、前記センサモジュールの設置対象に接触するための接触面を含み、弾性体からなる接触部をさらに含む、請求項１に記載のセンサモジュール。
3. 平面的に見て、前記磁石の位置を結ぶ多角形の内部に前記センサ部の重心が位置する、請求項１または請求項２に記載のセンサモジュール。
4. 前記磁石は、前記磁石の重心周りに回転可能に保持される、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
5. 前記ケースは、前記磁石を保持する磁石保持部をさらに含み、前記磁石保持部は磁性体からなる、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
6. 前記ケースは、前記磁石を保持する磁石保持部をさらに含み、前記磁石保持部は非磁性体からなる、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
7. 前記センサ部は振動を検知する振動センサ部である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
8. 前記磁石は球形状を有する、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のセンサモジュールと、
   前記センサモジュールに接続され、前記センサモジュールからの情報に基づいて無線通信にて信号を送信する無線端末装置と、を備える無線センサ装置。
   

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