TWI811352B

TWI811352B - 感測器及感測器排列

Info

Publication number: TWI811352B
Application number: TW108114920A
Authority: TW
Inventors: 櫻井和彦; 原田昌樹
Original assignee: 日商納博特斯克股份有限公司
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2023-08-11
Also published as: TW202040125A

Abstract

本發明之感測器5具備：複數個檢測單元，其包含一對電極、及設置於一對電極之間，藉由累積導體粒子而使一對電極間之電阻變化的檢測區域；及檢測部50，其於至少2個以上之檢測單元中之電阻變化之情形時輸出檢測信號。

Description

感測器及感測器排列

本發明係關於一種感測器。

減速機等機械裝置為了抑制齒輪等機械零件之損傷而收納於儲存有潤滑油之殼體內。若機械零件於此種機械裝置之運轉時磨耗，則磨耗粉混入潤滑油內。該磨耗粉為例如鐵粉等導體物質。若機械零件之磨耗繼續進行且進入故障率曲線(Bathtub曲線)中之磨耗故障期，則混入潤滑油內之磨耗粉之量增加。因此，可藉由檢測潤滑油內之磨耗粉之量的感測器，確實地進行機械零件之預防保護。

作為此種感測器，例如專利文獻1中揭示有安裝於汽車變速箱等，檢查油容器內之油劣化、或以油潤滑之機械零件之摩擦程度等之油檢查感測器。該感測器具備一對電極、及對油中所含之鐵粉等進行吸附之磁石，且基於藉由所吸附之導體物質而變化之一對電極間之電阻值，檢測油中導體物質之量。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2002-286697號公報

然而，於機械裝置之製造時，有因切削加工等產生之大粒子徑之異物(例如，切削粉等)附著於該機械裝置之構成構件而混入潤滑油內之可能性。若此種大粒子徑之異物附著於感測器，則即便幾乎不產生磨耗粉，亦會使一對電極間短路。如此，檢測磨耗粉之量之感測器有即便磨耗粉之量較少，亦意外使感測器作動之情形。

本發明之目的之一在於提供一種可抑制因混入異物而意外作動之感測器。本發明之其他目的通過說明書整體之記載而明確。

本發明之一實施形態之感測器具備：複數個檢測單元，其包含一對電極、及設置於一對電極之間，藉由累積導體粒子而使一對電極間之電阻變化的檢測區域；及檢測部，其於至少2個以上之檢測單元中之電阻變化之情形時輸出檢測信號。

本發明之一實施形態中，亦可為複數個檢測單元包含第1檢測單元及第2檢測單元，第1檢測單元藉由第1電極、第2電極、及設置於第1電極與上述第2電極之間之第1檢測區域構成，第2檢測單元藉由第1電極、第3電極、及設置於第1電極與第3電極之間之第2檢測區域構成。

本發明之一實施形態中，亦可為複數個檢測單元包含第3檢測單元及第4檢測單元，第3檢測單元藉由第4電極、第5電極、及設置於第4電極與第5電極之間之第3檢測區域構成，第4檢測單元藉由第4電極、第6電極、及設置於第4電極與第6電極之間之第4檢測區域構成。

本發明之一實施形態中，亦可為複數個檢測單元彼此串聯連接。

本發明之一實施形態中，亦可為複數個檢測單元彼此並聯連接。

本發明之一實施形態中，亦可為複數個檢測單元之各者包含有用以於一對電極間流通微電流之電阻體。

本發明之一實施形態中，亦可為感測器具備：電源施加控制部，其包含對複數個檢測單元施加電壓的電源；信號檢測部，其檢測出檢測信號之輸出；及記憶部，其於輸出檢測信號之情形，記憶該檢測信號之輸出；且電源施加控制部於記憶部記憶有檢測信號之輸出之期間，阻斷電源之電壓施加。

本發明之一實施形態之感測器排列亦可具備複數個上述感測器，且各感測器配置於彼此不同之檢測位置。

根據本發明，提供一種可抑制因混入異物而意外作動之感測器。

1:機構

2:減速機

3:凸緣

4:伺服馬達

5:感測器

6:第1電極(中心電極)

7:第2電極(外側電極)

8:第3電極(外側電極)

9:第4電極(中心電極)

10:第5電極(外側電極)

11:第6電極(外側電極)

12:緊固構件

13:樹脂材

14:連接線

15:連接線

16:連接線

17:檢測電路

18:連接線

19:連接線

20:連接線

21:連接線

23:檢測電路

24:連接線

25:連接線

26:連接線

28:連接線

29:檢測電路

30:電阻體

31:電源施加控制部

32:電源

33:電壓檢測部

34:記憶部

35:輸出部

36:計時器電路

40:磁石

40A:感測器

41:外殼

42:輸出軸

43:輸出軸

44:輸出軸

45:支持構件

50:檢測部

A1:裝置

AX:軸

GA1:第1檢測區域

GA2:第2檢測區域

GA3:第3檢測區域

GA4:第4檢測區域

PC1:光耦合器

R:電阻

S:空間

圖1係顯示具備本發明之一實施形態之感測器之機構之一例之剖視圖。

圖2係本發明之一實施形態之感測器之上視圖及剖視圖。

圖3係顯示本發明之一實施形態之感測器之連接態樣之概略圖。

圖4係顯示本發明之一實施形態之感測器之連接態樣之概略圖。

圖5係顯示本發明之一實施形態之感測器之連接態樣之概略圖。

圖6係顯示本發明之一實施形態之感測器之連接態樣之概略圖。

圖7係本發明之一實施形態之感測器之上視圖及剖視圖。

圖8係具備本發明之一實施形態之感測器之信號處理電路之概略圖。

圖9係具備本發明之一實施形態之感測器之信號處理電路之概略圖。

以下，參照適宜之圖式說明本發明之各實施形態。另，對於複數圖式中共通之構成要件，通過該複數圖式，附註有同一參照符號。應留意各圖式為便於說明，未必以正確比例尺加以記載。

圖1係顯示具備本發明之一實施形態之感測器5之機構1之一例之剖視圖。機構1為例如機械臂等可動部，具備減速機2、設置於輸入側之凸緣3、伺服馬達4、及輸出側之裝置A1。

減速機2具備：外殼41，其安裝於凸緣3；輸入軸43，其連接於伺服馬達4之輸出軸42；及輸出軸44，其連接於輸出側之裝置A1。輸入軸43及輸出軸44對於外殼41以軸AX為中心可旋轉地受支持。伺服馬達4之輸出係經由輸入軸43而輸入至減速機2，並由減速機2減速後，經由輸出軸44傳遞至輸出側之裝置A1。藉此，輸出側之裝置A1與凸緣3可相對旋轉。

凸緣3為筒狀之構件，收納減速機2之至少一部分。又，於凸緣3安裝有伺服馬達4。沿軸AX之方向中之凸緣3之一端之開口部藉由減速機2蓋住，另一端開口部藉由伺服馬達4蓋住。藉此，於凸緣3形成有密閉之中空部(空間S)。於空間S內收納有潤滑油，凸緣3亦作為油槽而發揮功能。

於減速機2之外殼41內，收納有例如齒輪機構。外殼41內之空間與凸緣3內之空間S連續。若減速機2作動，則伴隨外殼41內之齒輪機構之旋轉，於外殼41內之空間與凸緣10內之空間S之間產生潤滑油循環。藉由該潤滑油之循環，於減速機2之內部產生之磨耗粉等導體物質排出至凸緣3內之空間S。

於空間S內，安裝有用以檢測潤滑油內所含之導體物質之量的感測器5。感測器5例如經由支持構件45而固定於凸緣3。感測器5藉由磁石而使潤滑油內所含之導體物質累積於一對電極間，且基於一對電極間之電阻變化，檢測潤滑油內之導體物質之量。配置感測器5之位置亦可為例如外殼41內，若為收納有潤滑油之空間內，則可配置於機構1內之任意場所。

其次，參照圖2詳細說明感測器5之構造。圖2係顯示本發明之一實施形態之感測器5之構成之圖。圖2係顯示感測器5之上視圖、及該上視圖之沿A-A線之剖面。

如圖2所示，感測器5具有大致圓柱狀之外形，且具備複數個檢測單元、及於該檢測單元中電阻變化之情形輸出信號之檢測部50。各檢測單元包含一對電極、及藉由累積導體粒子而使一對電極間之電阻變化之檢測區域。更具體而言，感測器5具備中心附近之第1電極(中心電極)6、位於外側之第2電極(外側電極)7、第3電極(外側電極)8、中心附近之第4電極(中心電極)9、位於外側之第5電極(外側電極)10、第6電極(外側電極)11、磁石40、緊固構件12、及樹脂材13。如圖2之剖視圖所示，中心電極6、9於較外側電極7、8、10、11更內側空開間隔而形成。藉此，於中心電極6、9、外側電極7、8、10、11之間，於樹脂材13之上部形成有複數個檢測區域。

於圖示之實施形態中，感測器5具有4個檢測單元，於樹脂材13之上部形成有第1檢測區域GA1、第2檢測區域GA2、第3檢測區域GA3、及第4檢測區域GA4之4個檢測區域。第1檢測單元藉由第1電極6、第2電極7、設置於第1電極6與第2電極7之間之第1檢測區域GA1而構成。第2檢測單元藉由第1電極6、第3電極8、設置於第1電極6與第3電極8之間之第2檢測區域GA2而構成。第3檢測單元藉由第4電極9、第5電極10、設置於第4電極9與第5電極10之間之第3檢測區域GA3而構成。第4檢測單元藉由第4電極9、第6電極11、設置於第4電極9與第6電極11之間之第4檢測區域GA4 而構成。另，亦可不使用磁石40，而使中心電極6構成為兼作該磁石與電極。

此處，電極為例如鐵、鐵氧體磁蕊、矽鋼等具有導電性之磁性材料形成之磁性體構件。於該等電極之間，配置有非磁性體(絕緣體)即樹脂材13。如此，各電極及磁石40以該等之至少一部分嵌入該樹脂材之中央區域之方式形成。另，各電極或磁石40之形狀未限定於圖示之例，可採用多種形狀。

於中心電極6、9、外側電極7、8、10、11之各電極，連接有輸出線(未圖示)。另，亦可於中心電極6、9之下部等安裝有磁石40，當然亦可並非如此。又，安裝磁石40之情形，該磁石40以磁石或電磁石構成，亦可以銅等非磁性體被覆磁石且於該被覆層連接信號線(未圖示)之方式構成。藉由磁石40，而於各檢測區域GA1、GA2、GA3、GA4之周邊形成磁通線。藉此，潤滑油內所含之導體物質累積於各檢測區域GA1、GA2、GA3、GA4之周邊。

感測器5與檢測部50連接，該檢測部50包含監視該電阻值，基於導體物質朝電極間之累積所引起之電阻值之變動，而進行機械零件之故障預知之感測器驅動電路(未圖示)。若超過特定量之導體物質累積於檢測區域，則經施加電壓之電極6、及9、與電極7、8、10、11之間之至少一者(即，任意檢測單元)之電阻降低(即短路)，且輸出線之輸出位準變化。檢測部50之感測器驅動電路藉由檢測該電阻之變化，可進行機械零件之故障預測。又，於電阻降低時，亦可包含依據未通電與通電之導通斷開信號，而以未通電與通電之2種狀態進行檢測(以下稱為「數位檢測」)。

感測器驅動電路藉由有線或無線連接於控制器等上位控制裝置。圖1之檢測部50亦可始終將輸出線之輸出(感測器40A之輸出)發送至上位控制裝置，又亦可為了省電，而間歇性(每隔特定時間)地發送至上位控制裝置。

上位控制裝置可構成為，若檢測到接收自檢測部50之輸出線之輸出位準之變化，則藉由特定之報知機構(顯示裝置或聲音輸出裝置)，發出例如督促減速機2維護的警告。

其次，參照圖3，繼續說明本發明之一實施形態之感測器5之連接態樣。如圖所示，位於外側之第5電極(外側電極)10藉由連接線15而與檢測電路17連接，位於外側之第2電極(外側電極)7藉由連接線16而與檢測電路17連接。又，如圖所示，第3電極(外側電極)8與第6電極(外側電極)11藉由連接線14連接。如此，構成為以第5電極(外側電極)10、中心附近之第4電極(中心電極)9、第6電極(外側電極)11、第3電極(外側電極)8、中心附近之第1電極(中心電極)6、第2電極(外側電極)7之順序，採用4電路之邏輯積。藉由如此構成，可將引線之條數減少至2條。中心附近之第1電極(中心電極)6、與中心附近之第4電極(中心電極)9為一體之情形，配合外側電極7、8、10、11之各電極，必須有5條引線，但藉由上述構成，可大幅度減少引線之條數。

於圖3所示之構成中，電壓施加於第2電極7與第5電極10之間，且第3電極8與第6電極11短路。藉此，成為中心附近之第1電極(中心電極)6與第2電極(外側電極)7之間之第1檢測區域GA1、中心附近之第1電極(中心電極)6與第3電極(外側電極)8之間之第2檢測區域GA2、中心附近之第4電極(中心電極)9與第5電極(外側電極)10之間之第3檢測區域GA3、中心附近之第4電極(中心電極)9與第6電極(外側電極)11之間之第4檢測區域GA4構成串聯電路之狀態。如此，複數個檢測單元彼此串聯連接，藉此即便切削粉等殘存於潤滑油內之情形等，只要該切削粉未附著於全部檢測區域，即可避免檢測電路發出錯誤信號，因而結果可抑制因異物之混入引起之感測器5之意外作動。

其次，對圖4中設置有由複數個感測器構成之感測器排列(感測器群)之情形加以說明。複數個感測器5之各者配置於彼此不同之檢測位置。於圖示之實施形態中，設置有由2個感測器5構成之感測器排列(感測器群)，且構成為藉由各感測器5檢測2個檢測位置之導體物質之量。檢測位置及感測器5之數量並未限定於此，亦可適宜變更。例如，收納潤滑油之空間S之體積(參照圖1)為某程度較大之情形，亦存在難以1個感測器5進行檢測之情形，但藉由設定複數個檢測位置，且於每個檢測位置配置1個或複數個感測器，可確切地對應檢測之物理位置。

又，於此種構成中，例如如圖示，可將2個感測器5串聯連接構成電路。因串聯地構成有2個感測器5，故僅於導體物質附著於一者之檢測區域中之感測器時，於電路未流通電流，於導體物質亦附著於另一者之檢測區域之感測器5之情形，於電路才會有電流流通。如此，本發明之一實施形態中之感測器排列即使於1個感測器5誤檢測出故障預知之情形，亦可確實地防止故障預知相關之輸出。

其次，參照圖5，繼續說明本發明之一實施形態之感測器5之連接態樣。如圖所示，圖3說明之複數個檢測區域內，第2電極7、第3電極8、第5電極10分別藉由連接線24、連接線25、連接線26並聯連接，該等與第6電極11藉由連接線28串聯連接，並連接於包含電壓源之檢測電路29。

如圖5所示，可將4個外側電極(即，第2電極7、第3電極8、第5電極10、及第6電極11)中之1者設為多重化(Gnd)之構成，且將剩餘3個外側電極作為信號使用。第1電極6與第4電極9藉由累積導體粒子而導通。經由中央之圓形電極將兩個部分兩者串聯，且使其中一部分三者並聯，藉此可將電壓減少至一半左右，且與對於斷線之強固性提高有關。

其次，參照圖6，繼續說明其他實施形態之感測器5之連接態樣。圖6所示之感測器5具有與圖3所示之感測器同樣之構成，但藉由與圖3不同之連接方法與檢測電路連接。所得之圖6所示之感測器5中，第2電極7、第3電極8、第5電極10、第6電極11藉由連接線18、連接線19、連接線20、連接線21分別並聯連接，且該等連接於包含電壓源之檢測電路23。

如圖6所示，藉由將4個外側電極即第2電極7、第3電極8、第5電極 10、及第6電極11並聯連接，與將該4個外側電極串聯連接之情形相比，可將電壓減少至4分之1左右，且藉由將Gnd線設為多重化，可提高對於斷線之強固性。

其次，於圖7顯示本發明之其他實施形態之感測器5之上視圖、及A-A剖視圖。

本發明之其他實施形態之感測器5如圖7所示，具備中心附近之第1電極(中心電極)6、位於外側之第2電極(外側電極)7、第3電極(外側電極)8、中心附近之第4電極(中心電極)9、位於外側之第5電極(外側電極)10、第6電極(外側電極)11、磁石40、緊固構件12、及樹脂材13。

於圖示之實施形態中，於第1電極(中心電極)6與第2電極(外側電極)7之間、第1電極(中心電極)6與第3電極(外側電極)8之間、第4電極(中心電極)9與第5電極(外側電極)10之間、第4電極(中心電極)9與第6電極(外側電極)11之間，電阻體30分別配置於樹脂材13上。即，感測器5之複數個檢測單元之各者進而具有用以於構成該檢測單元之一對電極間流通微電流之電阻體30。圖示之電阻體30之配置為一例，該電阻體30之形狀、構造、配置場所、配置態樣等並未特別限定，可適宜變更。

如此，藉由將具有大電阻之電阻體30連接於感測器5之檢測區域GA1、GA2、GA3、GA4之各者，即便於累積之導體物質少量之情形，微小之電流亦可經由電阻體30流通於一對電極間。於此種構成中，因假設銅線(連接線等)斷裂時微小電流未流通，故可檢測電路之斷線。另，該電阻體30之電阻R構成為較故障檢測時之間隙部分之電阻值Ω更大。又，因減速機之故障，聚集導體物質時，檢測區域之電阻值降低，流通較大電流值之電流，因而可對電流值設置臨限值，進行故障預知。藉由上述構成，可確實地進行電路之斷線與故障預知之兩者。

其次，本發明之一實施形態之感測器為若超過臨限值則導體物質附著而使感測器呈導通(ON)狀態時，始終成流通電流之構造，有可能浪費能源。又，光耦合器(PC：Photo coupler)之壽命與通電之時間處於相關關係，因而認為亦會對PC壽命造成影響，而發生電路破損等問題。

圖8係說明用以防止此種問題之信號處理電路之構成之圖。如圖8所示，於感測器5，藉由連接線連接具備電源32之電源施加控制部31，其後，連接於電壓檢測部33、記憶部34、及輸出部35。記憶部34藉由連接線連接於電源施加控制部31。

圖示之電源施加控制部31包含對感測器5之電極間施加電壓之電源32，且構成為可阻斷該電源之電壓施加。電壓檢測部33檢測電源32之電壓施加，輸出檢測信號。記憶部34於藉由信號檢測部33輸出檢測信號之情形，記憶該檢測信號之輸出。圖示之記憶部34顯示依據RS正反器之狀態記憶，但亦可為包含微電腦之記憶體等之積體型器件，又可為其他態樣。輸出部35於記憶部34記憶檢測信號時，輸出該檢測信號，產生故障預知之警報觸發。

本發明之一實施形態之感測器5於附著超過臨限值之導體物質時與電源32之間通電(導通狀態)，檢測到該情況之檢測部33向記憶部34輸出檢測信號，該信號記憶於記憶部34。若該信號記憶於記憶部34，則為Hi之狀態，其結果，電源施加控制部31亦呈Hi狀態，從而阻斷電壓之施加，使PC1呈斷開(OFF)狀態。如此，因對該感測器5之通電呈斷開狀態，故檢測部33對記憶部34之輸出產生變化，但因構成為藉由記憶部34之電路保持該記憶部34之輸出，故輸出部產生後續故障預知之警報觸發。

如此，防止電流繼續流通於電路，可延長光耦合器(PC)之壽命，且可避免電路破損。

其次，圖9係說明信號處理電路之其他構成之圖。如圖9所示，於感測器5，藉由連接線連接具備電源32之電源施加控制部31，其後，連接於電壓檢測部33、記憶部34、及輸出部35。記憶部34藉由連接線連接於電源施加控制部31。與圖8之情形不同，於記憶部34與電源施加控制部31之間，連接有計時器電路36。

圖示之電源施加控制部31包含對感測器5之電極間施加電壓之電源32，且構成為可阻斷該電源之電壓施加。電壓檢測部33檢測出電源32之電壓施加，輸出檢測信號。記憶部34於藉由信號檢測部33輸出檢測信號之情形，記憶該檢測信號之輸出。圖示之記憶部34顯示依據RS正反器之狀態記憶，亦可為包含微電腦之記憶體等之積體型器件，又可為其他態樣。輸出部35於記憶部34記憶檢測信號時，輸出該檢測信號，並產生故障預知之警報之觸發。

本發明之一實施形態之感測器5於附著超過臨限值之導體物質時與電源32之間通電(導通狀態)，檢測到該情況之檢測部33向記憶部34輸出檢測信號，該信號係記憶於記憶部34。然而，因導體物質通常有逐漸增加之傾向，故未必始終對感測器5施加電壓進行持續監視，即便間歇監視，亦可有效進行故障之預知。

於圖9所示之信號處理電路中，附加計時器電路36，且每隔特定時間或每特定時刻施加電壓。如此，因可防止電流始終流通於電路，故可減少能源消耗。

本發明之實施形態並未限定於上述說明者，於本發明之技術性思想之範圍內，亦可進行多種變化。例如，使說明書中例示性明示之實施形態等或不言而喻之實施形態等適宜組合的內容，亦包含於本申請案之實施形態中。

5:感測器

6:第1電極

7:第2電極

8:第3電極

9:第4電極

10:第5電極

11:第6電極