JP7375341B2 - 抵抗測定装置、異常検知装置、抵抗測定方法及び異常検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、高抵抗機器に接続される低抵抗配線の電気抵抗を測定する抵抗測定装置、異常検知装置、抵抗測定方法及び異常検知方法に関する。

電気機器における劣化が、この電気機器で測定される抵抗値に現れることがある。例えば、電気機器の劣化により、その抵抗値が上昇することがある。また、このような抵抗値の上昇が、電気機器と接続される他の装置に性能に影響を与えることもある。

例えば、スリップリングにヒータが接続される熱加工システムがある。スリップリング等の電気機器は、機械摺動部や接点等の摩耗等の経年劣化により、抵抗値が上昇する。熱加工システムにおいて、スリップリングの摺動部の抵抗値が増加すると、ヒータに流れる電流量が低下するため、ヒータの温度も低下し、熱加工で得られる製品の品質が低下する。したがって、熱加工システムにおける製品の品質を保つため、スリップリングの抵抗値を正確に測定し、熱加工システムを動作させる必要がある。

例えば、スリップリングにおける抵抗配線の抵抗値を測定する際、ロータ側の２極に数Ω～数ｋΩの負荷が直列に接続された状態で、ステータ側に接続される電圧計又は電流計を用いて、スリップリングの摺動部の抵抗値を計測する方法がある。しかし、負荷であるヒータの抵抗値が数Ω～数ｋΩと高抵抗であるのに対し、計測対象であるスリップリングの摺動部の抵抗値は、数十ｍΩ程度と低抵抗である。したがって、低抵抗である計測対象の抵抗値は、高抵抗である負荷の抵抗値の経時変化や温度特性等の影響を受けて特定しにくい。このため、摺動部の抵抗値の変化や異常を正確に検知することができず、これにより、熱加工システムで加工される製品の品質の管理が困難であった。

特許文献１には、リングとブラシからなる摺動接点を含む回路において抵抗値を計測し、これにより求められる抵抗値が閾値以下となった場合に摺動接点の劣化とする技術について記載される。

特許第６１１６１５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、複数の摺動部があるとき、抵抗値の合計値を求めることはできるが、摺動部毎に抵抗値を求めることはできない。したがって、複数の摺動部のうちいずれかが劣化していても、特定が難しく、これを用いて精度良く異常検知することは困難であった。

本発明は、高抵抗機器に接続される低抵抗配線の電気抵抗を測定することができる抵抗測定装置、異常検知装置、抵抗測定方法及び異常検知方法を提供することを目的とする。

本開示の抵抗測定装置は、負荷と接続される機器の内部で生じ、負荷の内部で生じる負荷抵抗値よりも低い複数の機器抵抗値を測定する抵抗測定装置であって、負荷と複数の端子との接続を切り替える切替部と、切替部による切り替えにより得られた、複数の機器抵抗値の少なくともいずれかを含む異なる複数の配線パターンの抵抗値を計測する計測部と、計測部で計測された複数の抵抗値を既知の値とし、複数の機器抵抗値を未知の値として含む方程式を生成し、当該方程式を用いて、複数の機器抵抗値を求める演算部とを備える。

本発明に係る抵抗測定装置及び抵抗測定方法は、高抵抗機器に接続される低抵抗配線の複数の電気抵抗を正確に測定することができる。

実施の形態１に係る異常検知装置について説明する概略図である。 図１の異常検知装置における異常検知の際の接続の切り替えによる配線パターンの変更について説明する一例である。 スリップリング及び異常検知装置における処理を説明するフローチャートである。 異常検出モードの処理を説明するフローチャートである。 スリップリング及びヒータにおける時間変化の一例を示す。 図５と対応する異常検知装置の構成の一例である。 スリップリングの性能の時間変化の一例を示す。 実施の形態１に係る異常検知装置について説明する概略図である。 図８の異常検知装置におけるパターン１の配線の一例である。 図８の異常検知装置におけるパターン２の配線の一例である。 図８の異常検知装置におけるパターン３の配線の一例である。 図８の異常検知装置におけるパターン４の配線の一例である。

図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。本発明に係る抵抗測定装置は、負荷と接続される機器の内部で生じ、負荷で計測される抵抗値である負荷抵抗値よりも低い抵抗値である複数の機器抵抗値を測定する。この抵抗測定装置は、本来の測定対象よりも抵抗値の高い高抵抗機器に接続される低抵抗配線の電気抵抗値を正確に測定するものである。例えば、測定対象の低抵抗配線の抵抗値に対し、この低抵抗配線に接続される高抵抗機器の抵抗値は、例えば、１００倍以上の値である。

以下の説明において、本発明の実施形態に係る抵抗測定装置は、測定した機器の抵抗値を用いて機器の異常を検知する異常検知装置に含まれるものとして説明する。なお、以下の説明において、同一の構成については同一の符号を用いて説明を省略する。

以下では、「低抵抗配線」は、スリップリング内の摺動部を含む配線であるものとして説明する。また、摺動部の抵抗値を「機器抵抗値」として説明する。
「高抵抗機器」は、スリップリングと接続される負荷であるヒータであるものとして説明する。また、ヒータの抵抗値を「負荷抵抗値」として説明する。
「摺動部」は、スリップリングに含まれるリングとブラシの接触する箇所である。この摺動部は、接点ともいわれる部分である。
「極数」は、リングとブラシの組み合わせの数である。例えば、１極、２極、３極、４極・・・等により表わすことができる。

［実施の形態１］
図１に示すように、実施の形態１に係る異常検知装置１Ａは、異常検知の対象となるスリップリング２のステータ側に接続される。また、異常検知装置１Ａは、ユーザへの異常通知に利用する警報装置４と接続される。

スリップリング２は、ロータ側にヒータ３が接続される。また、図示を用いた説明は省略するが、スリップリング２は、回転体に電力又は電気信号を伝達するため、複数のリングと複数のブラシを備え、リングに対してブラシが接触した状態で回転するものである。図１に示すように、異常検知装置１Ａがスリップリング２のステータ側に接続される理由は、計測対象の配線の切り替えを可能とするためである。

ここで、スリップリング２は、複数の極を備えており、２極がロータ側で短絡される。このように、複数備える極のうち、少なくとも一部を短絡させることで、複数の回路パターンの計測が可能となり、後述するように各回路パターンの抵抗値を計測することにより複数の機器抵抗値を求めることができる。また、スリップリング２においても、短絡により回路が並列化されることで、１極に流れる電流を小さくすることができるため、寿命の長期化を図ることができる。なお、図１に示す例では、２極をロータ側で短絡させる例であるが、スリップリング２が備える端子の数により、短絡させる極の数を決定することができる。すなわち、スリップリング２において、使用する必要のない極があるとき、これを短絡させることができる。一般的に、スリップリングを使用する際、利用しない極があるため、これを短絡させることで機器抵抗値の確認が可能となる。

ヒータ３は、スリップリング２とともに使用され、例えば、スリップリング２により回転される材料を加工するものである。例えば、このようなスリップリング２とヒータ３は、熱加工システムを形成し、熱加工により製品を製造することができる。

警報装置４は、異常信号を出力する装置であって、例えば、テキストやイメージで異常信号を表示するディスプレイ、ビープ音により異常信号を出力するスピーカ、光の点灯や点滅等によって異常信号を通知するランプ等である。

〈異常検知装置〉
図１に示すように、実施の形態１に係る異常検知装置１Ａは、制御部１０、記憶部１１、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２、切替器１３、外部電源１４、ＳＳＲ１５、定電圧電源１６及び電流計１７を備える。

制御部１０は、ＣＰＵ等のコントローラである。
記憶部１１は、必要なデータやプログラムを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段である。また、記憶部１１は、データを一時的に記憶するフラッシュメモリ等であってもよい。
通信Ｉ／Ｆ１２は、外部の装置との間でのデータの送受信を実現する手段である。ここで、通信Ｉ／Ｆ１２が利用する通信方式は限定されない。

切替器１３は、計測対象の配線パターンの変更のためにスリップリング２における複数の端子の接続の切り替えを実現する。例えば、切替器１３には、マルチプレクサやリレー回路を利用することができる。

外部電源１４は、ヒータ３を駆動するための電力を供給する。なお、この外部電源１４は、移動検知装置１Ａに含まれず、外部に存在するものであってもよい。

ＳＳＲ１５は、接続又は非接続を切り替えることによって、外部電源１４による電力の供給を実現する。なお、ＳＳＲ１５における切替により、ヒータへの電力供給を制御し、ヒータ温度を制御することができる。また、ＳＳＲ１５も、移動検知装置１Ａに含まれず、外部に存在するものであってもよい。

定電圧電源１６は、検査対象の配線に電流値の計測に利用する電圧を印加する。すなわち、定電圧電源１６は、異常検知のため、複数の配線パターンの提供値の計測に利用する電力を供給する。

電流計１７は、定電圧電源１６による電圧の印加により、検査対象の配線で生じた電流値を計測する。

制御部１０は、図１に示すように、カウント部１０１、切替部１０２、計測部１０３、判定部１０４、演算部１０５及び検知部１０６を含む。

カウント部１０１は、計測対象の配線パターンの全てについて計測を実行するため、切替器１３よる切り替えの回数をカウントする。

切替部１０２は、複数の端子の接続を切り替える。ここで、各端子は、スリップリング２のスリップリング端子である。これにより、計測対象の配線パターンが切り替えられる。計測対象となる配線パターンには、スリップリング２の複数の摺動部を含む。また、計測対象となる配線パターンには、負荷であるヒータ３を含む場合もあれば、含まない場合もある。このようにして複数の配線パターンの抵抗値を計測することで、後述する演算により、各摺動部の抵抗値（機器抵抗値）と、負荷の抵抗値（負荷抵抗値）とを計測することができる。なお、切替器１３は、計測対象の配線パターンの切り替えが可能であれば、スリップリング２の内部又は外部のいずれに設けられていてもよい。

図２は、切替器１３における端子Ｔ１１～Ｔ１４，Ｔ２１，Ｔ２２の接続の切り替えによる配線パターンの変更について説明する一例である。図２に示すように、切替器１３は、ヒータ３側に、端子Ｔ１１～Ｔ１４を備え、電流計１７側に端子Ｔ２１，Ｔ２２を備える。第１の端子Ｔ１１は第１の摺動部２１、第２の端子Ｔ１２は第２の摺動部２２、第３の端子Ｔ１３は第３の摺動部２３、第４の端子Ｔ１４は第４の摺動部２４とそれぞれ接続される。また、各摺動部２１～２４は、ヒータ３と接続される。第５の端子Ｔ２１及び第６の端子Ｔ２２の間には、定電圧電源１６及び電流計１７が直列に配置される。ここで、図２に示すように、各摺動部２１～２４の機器抵抗値を、それぞれＲ１～Ｒ４とする。また、ヒータの負荷抵抗値をＲＨとする。なお、上述したように、Ｔ１１～Ｔ２２の端子は、スリップリング端子である。

切替器１３は、切替部１０２から入力する切替信号に基づく切り替えにより、第５の端子Ｔ２１に、第１～第４の端子Ｔ１１～Ｔ１４のいずれかを接続する。また、切替器１３は、切り替えにより、第６の端子Ｔ２２を、第１～第４の端子Ｔ１１～Ｔ１４の端子のうち、第５の端子Ｔ２１と接続されないいずれかの端子と接続する。

具体的には、切替部１０２は、カウント部１０１のカウントに応じて定められる切替信号を切替器１３に出力する。例えば、カウント部１０１でカウントされる値と、切替器１３に出力する切替信号とを関連付ける切替信号データ（図示せず）を予め定め、記憶部１１に記憶し、切替部１０２は、カウント部１０１のカウントに関連付けらえる切替信号を切替器１３に送信することができる。切替器１３による端子の切り替えを制御することにより、必要な全ての配線パターンの計測を可能とする。

計測部１０３は、機器抵抗値を含む複数の配線パターンの接続の抵抗値を計測する。計測部１０３は、切替部１０２による切り替えにより、複数の配線パターンの抵抗値を計測する。

ここで、抵抗値Ｒは、定電圧電源の電圧値をＶとし、電流計１７の電流値をＩとした場合、一般的な、以下の式（１）により表わされる。
Ｒ ＝ Ｖ／Ｉ ・・・（１）
したがって、計測部１０３は、定電圧電源１６で印加する電圧の電圧値と、電流計１７で得られる電流値とを用いて各パターンの抵抗値を計測する。

例えば、切替器１３により第１の端子Ｔ１１と第５の端子Ｔ２１とを接続し、第２の端子Ｔ１２と第６の端子Ｔ２２を接続することにより、定電圧電源１６及び電流計１７と、第１の摺動部２１及び第２の摺動部２２とが直列に接続される。これにより、第１の端子Ｔ１１－第２の端子Ｔ１２間の抵抗値を計測することができる。また、切替器１３により第１の端子Ｔ１１と第５の端子Ｔ２１とを接続し、第３の端子Ｔ１３と第６の端子Ｔ２２を接続することにより、定電圧電源１６及び電流計１７と、第１の摺動部２１、ヒータ３及び第３の摺動部２３とが直列に接続される。これにより、第１の端子Ｔ１１－第３の端子Ｔ１３間の抵抗値を計測することができる。なお、ここでは、各端子間（ロータ側）の抵抗値を以下のように表すものとする。

Ｒ１２ ： 第１の端子Ｔ１１－第２の端子Ｔ１２
Ｒ１３ ： 第１の端子Ｔ１１－第３の端子Ｔ１３
Ｒ１４ ： 第１の端子Ｔ１１－第４の端子Ｔ１４
Ｒ２３ ： 第２の端子Ｔ１２－第３の端子Ｔ１３
Ｒ２４ ： 第２の端子Ｔ１２－第４の端子Ｔ１４
Ｒ３４ ： 第３の端子Ｔ１３－第４の端子Ｔ１４

したがって、計測部１０３は、切替器１３の切り替えにより各配線パターンの電流値を計測し、得られた電流値を利用した演算により、各抵抗値Ｒ１２～Ｒ３４を計測することができる。

なお、仮に異常検知装置１Ａが、機器抵抗の周囲の温度を計測するセンサを有するとき、計測部１０３は、センサで計測される温度が所定の状態に達したタイミングで、機器抵抗値の計測を開始するようにしてもよい。所定の状態とは、センサで計測される温度が所定温度に達し、温度の変動が少なく、安定した状態をいう。これにより、温度特性により機器抵抗値が変動の影響を受けることを防止し、異常の誤検知を減少することができる。

判定部１０４は、カウント部１０１でのカウントの値が、所定値に達したか否かを判定する。具体的には、計測部１０３が６の配線パターンの抵抗値を計測することが定められる場合、判定部１０４は、カウント部１０１で６がカウントされたか否かを判定する。仮に、カウントの値が１のときに「Ｒ１２」、２のときに「Ｒ１３」、３のときに「Ｒ１４」、４のときに「Ｒ２３」、５のときに「Ｒ２４」、６のときに「Ｒ３４」の抵抗値が計測されるように規定されるとき、カウントの値が６に達したか否かを判定する。

演算部１０５は、切替部１０２により全ての配線パターンの抵抗値が計測部１０３で計測されると、計測部１０３で計測された複数の抵抗値から、複数の機器抵抗値をそれぞれ求める。

図２で上述した例では、各抵抗値Ｒ１２～Ｒ３４は、直列に接続される摺動部やヒータの抵抗値の和により表わされる。したがって、各抵抗値は、以下の式（２．１）～（２．６）のように表すことができる。
Ｒ１２ ＝ Ｒ１＋Ｒ２ ・・・（２．１）
Ｒ１３ ＝ Ｒ１＋ＲＨ＋Ｒ３ ・・・（２．２）
Ｒ１４ ＝ Ｒ１＋ＲＨ＋Ｒ４ ・・・（２．３）
Ｒ２３ ＝ Ｒ２＋ＲＨ＋Ｒ３ ・・・（２．４）
Ｒ２４ ＝ Ｒ２＋ＲＨ＋Ｒ４ ・・・（２．５）
Ｒ３４ ＝ Ｒ３＋Ｒ４ ・・・（２．６）

また、式（２．１）～（２．６）を方程式として解くことで、各抵抗値について、式（３．１）～（３．５）を得ることができる。
Ｒ１ ＝ （Ｒ１３－Ｒ２３＋Ｒ１２）／２ ・・・（３．１）
Ｒ２ ＝ （Ｒ１２－Ｒ１３＋Ｒ２３）／２ ・・・（３．２）
Ｒ３ ＝ （Ｒ１３－Ｒ１４＋Ｒ３４）／２ ・・・（３．３）
Ｒ４ ＝ （Ｒ３４－Ｒ１３＋Ｒ１４）／２ ・・・（３．４）
ＲＨ ＝ （Ｒ１４＋Ｒ２３－Ｒ１２－Ｒ３４）／２ ・・・（３．５）

したがって、演算部１０５は、複数のパターンの抵抗値からこのように得られた方程式を用いて、各機器抵抗値Ｒ１～Ｒ４、負荷抵抗値ＲＨを求めることができる。なお、負荷抵抗値ＲＨについては、閾値の判定に利用しないため求めることは必須でない。

検知部１０６は、演算部１０５で得られた複数の機器抵抗値を所定の閾値と比較して、装置の異常を検知する。具体的には、検知部１０６は、各機器抵抗値Ｒ１～Ｒ４をそれぞれ予め定められる閾値と比較し、異常の発生を検知する。ここで、各機器抵抗値Ｒ１～Ｒ４について定められる閾値は、それぞれ異なる値であるか同一の値であるかは、スリップリング２の構成に応じて定められる。検知部１０６が利用する閾値は、予め定められ、例えば閾値データ（図示せず）として記憶部１１に記憶される。また、検知部１０６は、異常検知の結果を、警報装置４に送信することができる。

このように、異常検知装置１Ａは、複数の機器抵抗値をそれぞれ求めることができる。また、異常検知装置１Ａは、求めた複数の機器抵抗値を所定の閾値と比較し、スリップリング２における異常の発生を検知することができる。これにより、異常検知装置１Ａは、ユーザにスリップリング２における異常の発生を通知したり、スリップリング２の劣化を通知することができる。

〈抵抗測定処理及び異常検出処理〉
図３及び図４に示すフローチャートを用いて、異常検知装置１Ａと、この異常検知装置１Ａの異常検知対象であるスリップリング２と、スリップリング２が接続されるヒータ３における処理の一例について説明する。ここで、スリップリング２及びヒータ３を含む熱加工システムにおいて通常実行される熱加工処理とは別に、異常検出モードが設定された場合に異常検知装置１Ａを用いて異常検出処理を実行可能であり、異常検出処理の中に抵抗測定処理が含まれるものとする。

図３は、熱加工システムで実行される熱加工処理と、熱加工処理において異常検出モードがリクエストされた場合の処理を説明するフローチャートである。図３に示すように、熱加工処理では、スリップリング２及びヒータ３の運転が開始する際、まず、ヒータ３の条件が設定される（Ｓ１）。ヒータ３の条件は、例えば、ヒータ３の「目標温度」や「電力」である。また、スリップリング２に条件があるとき、スリップリング２の条件を設定してもよい。スリップリング２の条件は、例えば、「回転速度」や「回転数」である。この条件は、例えば、ヒータ３やスリップリング２の操作部（図示せず）を介して設定される。

続いて、ステップＳ１で設定された条件でヒータ３が駆動され、加温が開始する。また、スリップリング２も駆動され、回転が開始する（Ｓ２）。これにより、スリップリング２及びヒータ３を利用して、製品の加工が開始される。

ここで、異常検知の開始の操作が入力され、異常検出処理のリクエストがされると（Ｓ３でＹＥＳ）、異常検知装置１は、「異常検出モード」を実行する（Ｓ４）。この異常検知の開始の操作は、例えば、異常検知装置１Ａの操作部（図示せず）を介して入力される。または、異常検出処理は、熱加工処理が実行される間に定期的なタイミングで実行されてもよい。例えば、異常検知装置１Ａにおいて、熱加工システムの実行を検知すると、定期的なタイミングで、異常検知の操作信号を出力してもよい。なお、ここでは、「異常検出モード」に対し、製品の加工を実行する処理を「加工モード」とする。

仮に、異常検知の開始の操作が入力されない場合（Ｓ３ＮＯ）、スリップリング２及びヒータ３の駆動が継続されることで（Ｓ２）、製品の加工が継続される。すなわち、加工モードが継続する。

図４に示すように、異常検出モードが開始すると、異常検知装置１Ａは、抵抗測定処理（図４の破線部）を実行する。まず、カウント部１０１は、全てのパターンで電流値を計測するためのカウントを実行するため、カウントを開始する。具体的には、カウント部１０１は、Ｎ＝１とする（Ｓ１１）。

続いて、切替部１０２は、電力供給の対象を負荷であるヒータ３を含む負荷回路から、スリップリング２の各機器抵抗値を含む各配線パターンの計測回路への切り替えを実行するため、切替信号を出力する（Ｓ１２）。例えば、異常検知装置１Ａでは、Ｎの値に応じて計測対象のパターンが予め定められており、切替部１０２は、Ｎの値に応じたパターンの回路で端子が接続されるように切替信号を出力する。

切替器１３は、ステップＳ１２で切替部１０２から出力された切替信号にしたがって、接続する端子を切り替える（Ｓ１３）。

計測部１０３は、ステップＳ１３で端子の接続が切り替えられると、電流計１７で計測される電流値に応じて対象の配線パターンの抵抗値を計測する（Ｓ１４）。なお、機器抵抗の周囲の温度を計測可能であるとき、計測部１０３は、計測される温度が所定の状態に達したタイミングで、機器抵抗値の計測を開始する。

判定部１０４は、ステップＳ１４で抵抗値が計測されると、Ｎ＝Ｍであるか否かを判定する（Ｓ１５）。具体的には、Ｍは、計測対象の配線パターンの数である。したがって、判定部１０４は、全てのパターンの抵抗値が計測されたか否かを判定する。

判定部１０４でＮ＝Ｍでないと判定されたとき（Ｓ１４でＮＯ）、カウント部１０１は、Ｎをインクリメントする（Ｓ１６）。

また、切替部１０２は、ステップＳ１６で設定された値で切替信号を出力する（Ｓ１７）。

その後、異常検知装置１は、ステップＳ１３～Ｓ１５の処理を繰り返す。具体的には、異常検知装置１は、全てのパターンの抵抗値が計測されるまで、ステップＳ１３～Ｓ１５の処理を繰り返す。

判定部１０４でＮ＝Ｍであると判定されたとき（Ｓ１４でＹＥＳ）、すなわち、全てのパターンの電流値が計測されたとき、演算部１０５は、計測された複数の抵抗値を用いて対象の機器抵抗値を算出する（Ｓ１８）。

検知部１０６は、ステップＳ１８で得られた機器抵抗値を、所定の閾値と比較する（Ｓ１９）。

ステップＳ１９で得られた機器抵抗値が閾値以上でないとき（Ｓ１９でＮＯ）、検知部１０６は、異常検知の対象のスリップリング２を正常と判定し（Ｓ２０）、正常信号を出力する（Ｓ２１）。

一方、ステップＳ１９で得られた機器抵抗値が閾値以上であるとき（Ｓ１９でＹＥＳ）、検知部１０６は、スリップリング２の異常を検知し（Ｓ２２）、異常信号を出力する（Ｓ２３）。例えば、検知部１０６は、警報装置４は、異常信号をディスプレイにおけるテキストやイメージの表示、スピーカにおけるビープ音の出力、ランプにおける点灯や点滅等によって通知することができる。

なお、検知部１０６は、異常を出力する際、スリップリング２の異常の発生箇所が特定できる場合、異常の発生箇所を出力してもよい。例えば、いずれかの機器抵抗値のみが閾値以上である場合、その機器抵抗値で特定される箇所を異常の発生箇所と検知することができる。

また、検知部１０６は、異常のみを外部に出力してもよい。すなわち、正常である場合の方が多いため、検知部１０６は、正常信号については出力せずに、異常信号のみを通知してもよい。

異常検知装置１Ａは、これにより、図４を用いて説明した異常検出モードで実行される異常検出処理（図３のステップＳ５）を終了し、Ｓ５の処理に進む。具体的には、スリップリング２及びヒータ３の運転が終了されるまで、ステップＳ２に戻りスリップリング２及びヒータ３を駆動し、加工モードを実行する（Ｓ５）。

このように、異常検知装置１Ａは、抵抗測定処理において、複数の機器抵抗値をそれぞれ求めることができる。具体的には、スリップリング２において２極が短絡されているため、複数の配線パターンの抵抗値を計測することが可能となり、各機器抵抗値を得ることができる。したがって、異常検知装置１Ａは、異常検出処理において、求めた複数の機器抵抗値を所定の閾値と比較し、スリップリング２における異常の発生を検知することができる。これにより、異常検知装置１Ａは、ユーザにスリップリング２における異常の発生を通知したり、スリップリング２の劣化を通知することができる。

図５に、スリップリング２及びヒータ３における時間変化の一例を示す。具体的には、図６に示すような場合において、ヒータ３の電力（Ｗ）、ヒータ３の温度（Ｂ）、ヒータ３の抵抗値（Ｃ）、スリップリング２の周囲温度（Ｄ）及びセンサで計測した温度の（Ｅ）の時間変化の一例である。図５において、横軸はすべて時間軸とする。

具体的には、図６に示すように、ヒータ３の過熱対象Ｗを計測するセンサ１９が存在する例で説明する。ヒータ３は、例えば、制御部１０とＳＳＲ１５等の電力調節器によって電力量が制御される。制御部１０は、センサ１９の計測するセンサ温度と、ユーザが設定した目標値である目標温度（図５及び図６の例では２９０℃）から、センサ温度を目標温度にするために必要な操作量をＳＳＲ１５に出力する。この操作量に応じてＳＳＲ１５が開閉することで、ヒータ３への電力量が調節される。

外部電源１４を用いて、ヒータ３に、図５（Ａ）に示すような値の電力を供給する。したがって、図５（Ａ）に示す電力は、ヒータ３の操作量に相当する。ここで、操作の開始時の立ち上げ時には、ヒータ３を加熱するために高い電力が供給される。

また、図５（Ｅ）に示すように、センサ温度（制御量）が目標の値に達した時点で、操作量は低くされる。すなわち、立ち上げ完了し、定常状態となったため、操作量を立ち上げ時よりも低く一定にし、スリップリング２及びヒータ３を利用する製品の製造期間が開始される。

ここで、図５（Ｃ）に示すように、ヒータの抵抗値は、図５（Ｂ）に示す温度と比例して変化する。

ヒータ３の周囲の温度（または、ヒータ３やスリップリング２を含む周辺温度）は、周囲の環境に依存して変動する。したがって、仮に、図５（Ｄ）に示すように、ある時点（図５（Ｄ）の「周囲温度変動時」）で、ヒータ３の周囲の温度が急に低下する場合もある。

このようにヒータ３の周囲の温度が変化した場合、図５（Ｅ）に示すように、「周囲温度変動時」において、センサで計測されるセンサ温度も低下する。このセンサ温度は、操作量に応じた制御量とされる。センサ温度が低下するため、目標温度（２９０℃）まで温めようとヒータ３の操作量が上がる。ヒータ３の操作量が上がると、ヒータ３へ供給される電力があがるため、図５（Ｂ）のように、ヒータ温度（発熱体の温度）が上がる。ヒータ３の抵抗値はヒータ３の発熱体の温度が高くなると大きくなるため、図５（Ｃ）の例のように、１Ω高くなる

このように、ヒータ抵抗値は、周囲の環境やヒータ３の劣化によって、大きく（Ω単位）変動する。一方、スリップリングの摺動抵抗値は、数十ｍΩ程度と低抵抗である。したがって、従来の方法では、異常により摺動抵抗値が変化しても、ヒータによる変動がある場合、ヒータの抵抗値の変化により摺動抵抗値が消されて検出できないことがあった。

図７に示す異常検知装置１Ａで得られた抵抗値及び検知結果の信号の一例を用いて、スリップリング２の性能の変化を説明する。具体的には、図７（Ａ）は、スリップリング２の計測対象の配線の抵抗値（機器抵抗値）の一例である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の抵抗値を閾値（例えば、２００Ω）と比較して得られる異常の有無の検知結果の信号である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）で、横軸は、時間又は回転数であって、スリップリング２の使用の経過を特定する値である。

図７（Ａ）に示すように、抵抗値はスリップリング２の使用開始から時間が経過するにつれて値が大きくなる。また、抵抗値は、ある時期を過ぎると、異常の検知のために設定された閾値より大きくなる。抵抗値は、その後、閾値より小さくなることがあったとしても、再度、閾値より大きくなり、異常となる。異常検知装置１Ａは、このような異常発生を正確に検知し、ユーザに通知するものである。例えば、十万時間、数十億回転等のオーダーで異常が発生する。

したがって、図７（Ｂ）に示すように、異常検知装置１Ａは、得られた抵抗値（機器抵抗値）が閾値より低い状態では正常と判定するため、正常の信号（図７（Ｂ）の例では「０」）を出力する。一方、異常検知装置１Ａは、得られた抵抗値が閾値より高くなった状態では、異常の信号（図７（Ｂ）の例では「１」）を出力する。

上述したように、実施の形態１に係る異常検知装置１Ａによれば、複数の機器抵抗値をそれぞれ求めることができる。これにより、異常検知装置１Ａでは、求めた複数の機器抵抗値を所定の閾値と比較し、スリップリング２における異常の発生を検知し、ユーザに通知することができる。したがって、ユーザは、スリップリングの劣化等の異常を把握し、製品の生産性を向上させることができる。

［実施の形態２］
図８を用いて、実施の形態２に係る異常検知装置１Ｂについて説明する。異常検知装置１Ｂは、電圧計１８を備える点で、図１を用いて上述した異常検知装置１Ａと異なる。電圧計１８を設けることで、４端子法による計測が可能となり、抵抗値の計測対象の配線パターンを減少させることができる。すなわち、切替回数を低減し、異常検知に要する時間を短縮させることができる。

異常検知装置１Ｂにおいても、カウント部１０１は、切替器１３による切り替えの回数をカウントする。また、切替部１０２は、カウント部１０１におけるカウントの値に応じて、切替器１３に切替信号を出力する。

計測部１０３は、電流計１７から電流値が入力されるとともに、電圧計１８から電圧値が入力される。また、入力された電流値及び電圧値を用いて、各配線パターンにおいて抵抗値を計測する。ここでも、機器抵抗の周囲の温度を計測可能であるとき、計測部１０３は、センサで計測される温度が所定の状態に達したタイミングで、機器抵抗値の計測を開始するようにしてもよい。

判定部１０４は、カウント部１０１での値が所定値に達したか否かの判定により、全てのパターンで計測がされたか否かを判定する。また、演算部１０５は、各パターンの計測結果を用いて、機器抵抗値を求める。さらに、検知部１０６は、得られた機器抵抗値を閾値と比較して、スリップリング２の異常を検知する。

《切替及び計測の具体例》
図９Ａ乃至図９Ｄを用いて、各端子Ｔ１１～Ｔ１４，Ｔ３１～Ｔ３４の接続の切り替えと、切り替え後の抵抗値の計測について説明する。図９Ａ乃至図９Ｄは、端子の接続の切り替えによる異なる配線パターンを示す一例である。

図９Ａに示すように、切替器１３は、ヒータ側に端子Ｔ１１～Ｔ１４を備え、電流計１７側に端子Ｔ３１～Ｔ３４を備える。第１乃至第４の端子Ｔ１１～Ｔ１４は、図２を用いて上述した配置と同一である。第７の端子Ｔ３１及び第８の端子Ｔ３２の間には、定電圧電源１６及び電流計１７が直列に配置される。また、第９の端子Ｔ３３及び第１０の端子Ｔ３４の間には、電圧計１８が配置される。

切替器１３は、切替部１０２から入力する切替信号に基づき、第１～第４の端子Ｔ１１～Ｔ１４と、第７～第１０の端子Ｔ３１～Ｔ３４との間で接続を切り替える。

（パターン１）
例えば、図９Ａに示すように、切替器１３は、切替信号にしたがって配線のパターン１として、第１の端子Ｔ１１と第７の端子Ｔ３１、第２の端子Ｔ１２と第９の端子Ｔ３３、第３の端子Ｔ１３と第１０の端子Ｔ３４、第４の端子Ｔ１４と第８の端子Ｔ３２とを接続する。

計測部１０３は、このパターン１の状態で、抵抗値を計測する。具体的には、定電圧電源１６により、電圧（Ｖｏ）が印加されると、第７の端子Ｔ３１－第１の端子Ｔ１１－第１の摺動部２１－ヒータ３－第４の摺動部２４－第４の端子Ｔ１４－第８の端子Ｔ３２を含む回路において、式（４．１）が成立する。また、４端子法の原理により、電圧計１８の入力インピーダンスが十分大きい場合、第２の摺動部２２及び第３の摺動部２３に電流は流れず、第２の摺動部２２の抵抗値Ｒ２及び第３の摺動部２３の抵抗値Ｒ３の影響をキャンセルできるため、第９の端子Ｔ３３－第２の端子Ｔ１２－第２の摺動部２２－ヒータ３－第３の摺動部２３－第３の端子Ｔ１３－第１０の端子Ｔ３４を含む回路において、式（４．２）が成立する。
（Ｒ１＋ＲＨ＋Ｒ４）Ｉ１＝Ｖｏ ・・・（４．１）
ＶＨ／Ｉ１＝ＲＨ ・・・（４．２）

これにより、まず、計測部１０３は、電流計１７により電流値Ｉ１を計測し、電圧計１８により、電圧値ＲＨを計測する。式（４．１）及び（４．２）において、Ｖｏの値は既知であり、Ｉ１の値は電流計１７によって計測され、ＶＨの値も電圧計１８によって計測される。したがって、式（４．１）及び（４．２）と、これらの値を用いて、抵抗値Ｒａを、式（４．３）に示すように表すことができる。これにより、計測部１０３は、既知の値から、この抵抗値Ｒａを求める。
Ｒ１＋Ｒ４＝Ｒａ ・・・（４．３）

（パターン２）
また、切替器１３は、切替信号にしたがって配線のパターン２として、例えば、図９Ｂに示すように、第１の端子Ｔ１１と第９の端子Ｔ３３、第２の端子Ｔ１２と第７の端子Ｔ３１、第３の端子Ｔ１３と第８の端子Ｔ３２、第４の端子Ｔ１４と第１０の端子Ｔ３４とを接続する。

計測部１０３は、このパターン２の状態で、抵抗値を計測する。具体的には、定電圧電源１６により、電圧（Ｖｏ）が印加されると、第７の端子Ｔ３１－第２の端子Ｔ１２－第２の摺動部２２－ヒータ３－第３の摺動部２３－第３の端子Ｔ１３－第８の端子Ｔ３２を含む回路において、式（５．１）が成立する。また、パターン１で上述したように、４端子法の原理により、第９の端子Ｔ３３－第１の端子Ｔ１１－第１の摺動部２１－ヒータ３－第４の摺動部２４－第４の端子Ｔ１４－第１０の端子Ｔ３４を含む回路において、式（５．２）が成立する。
（Ｒ２＋ＲＨ＋Ｒ３）Ｉ２＝Ｖｏ ・・・（５．１）
ＶＨ／Ｉ２＝ＲＨ ・・・（５．２）

これにより、まず、計測部１０３は、電流計１７により電流値Ｉ２を計測し、電圧計１８により、電圧値ＲＨを計測する。パターン１と同様に、式（５．１）及び（５．２）において、Ｖｏの値は既知であり、Ｉ２の値は電流計１７によって計測され、ＶＨの値も電圧計１８によって計測される。したがって、式（５．１）及び（５．２）と、これらの値を用いて、抵抗値Ｒｂを、式（５．３）に示すように表すことができる。したがって、計測部１０３は、既知の値から、この抵抗値Ｒｂを求める。
Ｒ２＋Ｒ３＝Ｒｂ ・・・（５．３）

（パターン３）
次に、切替器１３は、切替信号にしたがって配線のパターン３として、例えば、図９Ｃに示すように、第１の端子Ｔ１１と第９の端子Ｔ３３、第２の端子Ｔ１２と第７の端子Ｔ３１、第３の端子Ｔ１３と第１０の端子Ｔ３４、第４の端子Ｔ１４と第８の端子Ｔ３２とを接続する。

計測部１０３は、このパターン３の状態で、抵抗値を計測する。具体的には、定電圧電源１６により、電圧（Ｖｏ）が印加されると、第７の端子Ｔ３１－第２の端子Ｔ１２－第２の摺動部２２－ヒータ３－第３の摺動部２３－第４の端子Ｔ１４－第８の端子Ｔ３２を含む回路において、式（６．１）が得られる。また、パターン１で上述したように、４端子法の原理により、第９の端子Ｔ３３－第１の端子Ｔ１１－第１の摺動部２１－ヒータ３－第３の摺動部２３－第３の端子Ｔ１３－第１０の端子Ｔ３４を含む回路において、式（６．２）が得られる。
（Ｒ２＋ＲＨ＋Ｒ４）Ｉ３＝Ｖｏ ・・・（６．１）
ＶＨ／Ｉ３＝ＲＨ ・・・（６．２）

これにより、まず、計測部１０３は、電流計１７により電流値Ｉ３を計測し、電圧計１８により、電圧値ＶＨを計測する。上述した場合と同様に、式（６．１）及び（６．２）と、既知のＶｏ及び計測されるＶＨ及びＩ３の値を用いて、抵抗値Ｒｃを、式（６．３）に示すように表すことができる。したがって、計測部１０３は、既知の値から、この抵抗値Ｒｃを求める。
Ｒ２＋Ｒ４＝Ｒｃ ・・・（６．３）

（パターン４）
続いて、切替器１３は、切替信号にしたがって配線のパターン４として、例えば、図９Ｄに示すように、第１の端子Ｔ１１と第９の端子Ｔ３３、第２の端子Ｔ１２と第１０の端子Ｔ３４、第３の端子Ｔ１３と第７の端子Ｔ３１、第４の端子Ｔ１４と第８の端子Ｔ３２とを接続する。

計測部１０３は、このパターン４の状態で、抵抗値を計測する。具体的には、定電圧電源１６により、電圧（Ｖｏ）が印加されると、第７の端子Ｔ３１－第３の端子Ｔ１３－第３の摺動部２３－第４の摺動部２４－第４の端子Ｔ１４－第８の端子Ｔ３２を含む回路において、式（７．１）が得られる。
（Ｒ３＋Ｒ４）Ｉ４＝Ｖｏ ・・・（７．１）

これにより、まず、計測部１０３は、電流計１７により電流値Ｉ４を計測し、式（７．１）と、既知のＶｏ及び計測されるＶＨ及びＩ４の値を用いて、抵抗値Ｒｄを、式（７．３）に示すように表すことができる。したがって、計測部１０３は、既知の値から、この抵抗値Ｒｄを求める。
Ｒ３＋Ｒ４＝Ｒｄ ・・・（７．３）

判定部１０４で、カウント部１０１での値が所定値に達したと判定されると、予め定められる全てのパターンで抵抗値が計測されている。したがって、演算部１０５により、これらの値を用いて各機器抵抗値Ｒ１～Ｒ４を演算することができる。具体的には、計測部１０３により、Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ及びＲｄの値は計測されている。したがって、式（４．３）、（５．３）、（６．３）及び（７．３）の方程式を解くことにより、各機器抵抗値Ｒ１～Ｒ４を得ることができる。
Ｒ１＋Ｒ４＝Ｒａ ・・・（４．３）
Ｒ２＋Ｒ３＝Ｒｂ ・・・（５．３）
Ｒ２＋Ｒ４＝Ｒｃ ・・・（６．３）
Ｒ３＋Ｒ４＝Ｒｄ ・・・（７．３）

上述したように、実施の形態２に係る異常検知装置１Ｂによれば、複数の機器抵抗値をそれぞれ求めることができる。これにより、異常検知装置１Ｂでは、求めた複数の機器抵抗値を所定の閾値と比較し、スリップリング２における異常の発生を検知し、ユーザに通知することができる。したがって、ユーザは、スリップリングの劣化等の異常を把握し、製品の生産性を向上させることができる。また、異常検知装置１Ｂは、異常検知装置１Ａと比較し、電圧計１８を追加することにより、計測のパターンを低減し、計測回数を減少させることができる。

上述の説明において、低抵抗配線は、スリップリングの接点とし、高抵抗機器は、スリップリングと接続されるヒータであるものとして説明したが、抵抗値の計測対象の機器や機器に接続される装置は、これに限定されない。例えば、スリップリングの他、配線のねじ端子のねじ締めトルク不足やコネクタの接続部の劣化による接触抵抗異常の検知、ロボットケーブルや包装機用配線等、繰り返し屈曲される配線の抵抗異常の検知に利用することができる。また例えば、負荷としては、ヒータの他、モータ、蓄電池などの数Ω以上の電気抵抗値を持つものが他の例としてあげられる。

本開示の抵抗測定装置は、スリップリング等の、高抵抗機器に接続される低抵抗配線の電気抵抗を測定することができる。また、本開示の異常検知装置は、高抵抗機器に接続される低抵抗配線の測定値を利用して、低抵抗配線を有する機器の異常を検知することができる。

１Ａ，１Ｂ 異常検知装置
１０ 制御部
１０１ カウント部
１０２ 切替部
１０３ 計測部
１０４ 判定部
１０５ 演算部
１０６ 検知部
１１ 記憶部
１３ 切替器
２ スリップリング
３ ヒータ

Claims (6)

1. 負荷となるヒータと接続される機器の内部で生じ、前記負荷の内部で生じる負荷抵抗値よりも低い複数の機器抵抗値を測定する抵抗測定装置であって、
   前記負荷と複数の端子との接続を切り替える切替部と、
   センサで計測される前記ヒータの周囲温度が所定の目標温度に達したタイミングで、前記切替部による切り替えにより得られた、前記複数の機器抵抗値の少なくともいずれかを含む異なる複数の配線パターンの抵抗値を計測する計測部と、
   前記計測部で計測された複数の抵抗値を既知の値とし、前記複数の機器抵抗値を未知の値として含む方程式を生成し、当該方程式を用いて、前記複数の機器抵抗値を求める演算部と、
   を備える抵抗測定装置。
2. 複数の配線パターンの抵抗値の計測に利用する電力を供給する電源装置をさらに備える
   請求項１に記載の抵抗測定装置。
3. 負荷と接続される機器の内部で生じ、前記負荷の内部で生じる負荷抵抗値よりも低い複数の機器抵抗値を測定し、機器の異常を検知する異常検知装置であって、
   請求項１又は２に記載の抵抗測定装置と、
   前記抵抗測定装置で測定された機器抵抗値を所定の閾値と比較して、前記機器の異常を検知する検知部と、
   を備える異常検知装置。
4. 前記機器は、スリップリングであって、
   前記端子は、スリップリングに含まれる摺動部の抵抗をそれぞれ計測可能な位置に設けられ、
   前記検知部は、スリップリングの摺動部の異常を検知する
   請求項３に記載の異常検知装置。
5. 負荷となるヒータと接続される機器の内部で生じ、前記負荷の内部で生じる負荷抵抗値よりも低い複数の機器抵抗値を測定する抵抗測定方法であって、
   前記負荷と複数の端子との接続を切り替えるステップと、
   センサで計測される前記ヒータの周囲温度が所定の目標温度に達したタイミングで、切り替えにより得られた、前記複数の機器抵抗値の少なくともいずれかを含む異なる複数の配線パターンの抵抗値を計測するステップと、
   計測された前記複数の抵抗値を既知の値とし、前記複数の機器抵抗値を未知の値として含む方程式を生成するステップと、
   当該方程式を用いて、前記複数の機器抵抗値を求めるステップと、
   を有する抵抗測定方法。
6. 負荷となるヒータと接続される機器の内部で生じ、前記負荷の内部で生じる負荷抵抗値よりも低い複数の機器抵抗値を測定し、機器の異常を検知する異常検知方法であって、
   前記負荷と複数の端子との接続を切り替えるステップと、
   センサで計測される前記ヒータの周囲温度が所定の目標温度に達したタイミングで、切り替えにより得られた、前記複数の機器抵抗値の少なくともいずれかを含む異なる複数の配線パターンの抵抗値を計測するステップと、
   計測された前記複数の抵抗値を既知の値とし、前記複数の機器抵抗値を未知の値として含む方程式を生成するステップと、
   当該方程式を用いて、前記複数の機器抵抗値を求めるステップと、
   求められた前記複数の機器抵抗値を所定の閾値と比較して、前記機器の異常を検知するステップと、
   を有する異常検知方法。

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