特開 2021-190276 位置検出装置およびそれを備える機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-190276(P2021-190276A)

(43)【公開日】2021年12月13日

(54)【発明の名称】位置検出装置およびそれを備える機器

(51)【国際特許分類】

   H01H 36/00 20060101AFI20211115BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20211115BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20211115BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20211115BHJP

【ＦＩ】

   H01H36/00 V

   G06F3/041 580

   G06F3/044 120

   G01B7/00 101C

   G06F3/041 520

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2020-93661(P2020-93661)

(22)【出願日】2020年5月28日

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】臼井 弘敏

【テーマコード（参考）】

2F063

5G046

【Ｆターム（参考）】

2F063AA22

2F063HA04

5G046AA11

5G046AB01

5G046AC24

5G046AD02

5G046AD03

5G046AE21

(57)【要約】

【課題】可動部材の位置を検出する位置検出装置を提供する。
【解決手段】位置検出装置４００は、対象物である可動部材３０２の位置を検出する。静電容量センサ４２０は、複数のノーマル電極４１２および補助電極４１４それぞれの静電容量の検出値を生成可能である。処理部４３０は、複数のノーマル電極４１２について得られた複数の検出値Ｄｓ１〜Ｄｓｎにもとづいて、可動部材３０２の正常範囲５００における位置を検出する。また処理部４３０は、補助電極４１４について得られた検出値にもとづいて、可動部材３０２が異常範囲５０２に位置するものと判定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の位置を検出する位置検出装置であって、
複数のノーマル電極と、
補助電極と、
前記複数のノーマル電極および前記補助電極それぞれの静電容量の検出値を生成可能な静電容量センサと、
前記複数のノーマル電極について得られた複数の検出値にもとづいて、前記対象物の正常範囲における位置を検出するとともに、前記補助電極について得られた検出値にもとづいて、前記対象物が異常範囲に位置するものと判定する処理部と、
を備えることを特徴とする位置検出装置。

【請求項2】

前記対象物は、開閉機構の可動部材であり、機械的機構によって可動域が制限されていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項3】

前記処理部は、前記複数のノーマル電極それぞれを判定対象とし、対応する検出値にもとづいて、判定対象のノーマル電極と前記対象物の距離が検出レンジに含まれる近接状態であるか否かを判定し、前記複数のノーマル電極について得られた複数の判定結果にもとづいて、前記正常範囲における前記対象物の位置を検出し、
前記処理部は、前記補助電極の検出値にもとづいて、前記補助電極と前記対象物の距離が検出レンジに含まれる近接状態であるか否かを判定し、前記補助電極において前記近接状態と判定されると、前記対象物が異常範囲に位置すると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載の位置検出装置を備えることを特徴とする機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可動機構の状態検出に関する。

【背景技術】

【0002】

冷蔵庫や洗濯機をはじめとする家電製品は、引き出しや開き戸などの開閉機構を備え、それとともに、開閉検出機能を有している。従来の開閉検出は、安価なプッシュ式スイッチが広く採用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−１０５９１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

プッシュ式スイッチは、閉状態か、そうではない開状態の二段階の検出が可能であり、開状態における中間的な開きの程度の検出ができない。また、プッシュ式スイッチは、機械的な遊びを有するため、半ドアなどの事象を検出することに不向きである。

【0005】

踏切や駐車場の遮断器、ＥＣＴ（Electronic Toll Collection System）のゲートなどの社会インフラや交通インフラにも可動部材を有するものがあり、それらの状態（位置）を正確に検知することが求められる。

【0006】

本発明は係る状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、可動部材の位置を検出する位置検出装置の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明に先立ち、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態または複数の実施形態を指すものとして用いる場合がある。

【0008】

一実施形態に係る位置検出装置は、対象物の位置を検出する。位置検出装置は、複数のノーマル電極と、補助電極と、複数のノーマル電極および補助電極それぞれの静電容量の検出値を生成可能な静電容量センサと、複数のノーマル電極について得られた複数の検出値にもとづいて、対象物の正常範囲における位置を検出するとともに、補助電極について得られた検出値にもとづいて、対象物が異常範囲に位置するものと判定する処理部と、を備える。

【0009】

補助電極は、対象物が正常範囲から外れたときに、対象物との間に有意な静電容量が形成される態様にて配置されている。これにより、補助電極の静電容量にもとづいて、対象物が正常範囲外（異常範囲）に位置することを検出できる。

【0010】

対象物は、開閉機構の可動部材であり、機械的機構によって可動域が制限されていてもよい。これにより処理部は、機械的機構の異常を検出できる。たとえば機械的機構はストッパーやパッキンであってもよい。

【0011】

処理部は、複数のノーマル電極それぞれを判定対象とし、対応する検出値にもとづいて、判定対象のノーマル電極と対象物の距離が検出レンジに含まれる近接状態であるか否かを判定し、複数のノーマル電極について得られた複数の判定結果にもとづいて、正常範囲における対象物の位置を検出してもよい。処理部は、補助電極の検出値にもとづいて、補助電極と対象物の距離が検出レンジに含まれる近接状態であるか否かを判定し、補助電極において近接状態と判定されると、対象物が異常範囲に位置すると判定してもよい。

【0012】

補助電極の検出レンジは、複数のノーマル電極の検出レンジより狭くてもよい。

【0013】

上述の位置検出装置は、さまざまな機器に設けることができる。本明細書において、「機器」とは、（i）冷蔵庫や洗濯機などの家電機器、（ii）プリンタやファクシミリ、複合機などの産業機器、（iii）コンピュータやスマートホン、タブレットコンピュータなどの情報機器、（iv）ディスプレイ装置などの映像機器、（v）その他、音響機器やゲーム機器などを含む。また、建物や設備の一部、交通インフラ、社会インフラ、什器なども「機器」に含まれる。

【0014】

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0015】

本発明のある態様によれば、対象物の異常状態を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態に係る位置検出装置を備える機器を示す図である。

【図2】実施例１に係る機器を示す図である。

【図3】実施例２に係る機器を示す図である。

【図4】複数のノーマル電極および補助電極の検出レンジを説明する図である。

【図5】図５（ａ）〜（ｃ）は、位置検出装置の動作を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0018】

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0019】

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0020】

図１は、実施形態に係る位置検出装置４００を備える機器３００を示す図である。機器３００は、可動部材３０２を備える。可動部材３０２は、固定部材３０４に対して相対的に変位する。図中、一点鎖線は可動部材３０２の移動方向を模式的に示す。「変位」は、直線運動のみでなく、回転運動など、任意の運動を含む。

【0021】

可動部材３０２の軌道は、ドアや引き出しのように、固定部材３０４に対して固定されていてもよい。あるいは可動部材３０２は、固定部材３０４に対して着脱自在であってもよく、その場合には、予め決められた軌道は存在しない。

【0022】

可動部材３０２は、正常範囲５００内で移動することが期待されている。正常範囲５００から逸脱した領域を異常範囲５０２という。位置検出装置４００は、正常範囲５００内における可動部材３０２の位置を検出するとともに、可動部材３０２が異常範囲５０２に侵入した異常状態を検出する。

【0023】

位置検出装置４００は、複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎ（ｎ≧２）、少なくともひとつの補助電極４１４、静電容量センサ４２０、処理部４３０を備える。図１では、複数のノーマル電極４１２および補助電極４１４は、固定部材３０４側に設けられている。

【0024】

静電容量センサ４２０は、複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎ、補助電極４１４それぞれの静電容量Ｃｓ１〜Ｃｓｎ，Ｃｓａの検出値Ｄｓ１〜Ｄｓｎ，Ｄｓａを生成する。

【0025】

処理部４３０は、複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎについて得られた複数の検出値Ｄｓ１〜Ｄｓｎにもとづいて、可動部材３０２の正常範囲５００における位置を検出する。

【0026】

補助電極４１４は、可動部材３０２が正常範囲５００から逸脱して異常範囲５０２に侵入したときに、補助電極４１４との間に有意な静電容量Ｃｓａが形成される態様にて配置されている。処理部４３０は、補助電極４１４について得られた検出値Ｄｓａにもとづいて、可動部材３０２が異常範囲５０２に位置するものと判定する。

【0027】

以上が機器３００の構成である。この位置検出装置４００によれば、補助電極４１４の静電容量Ｃｓａにもとづいて、可動部材３０２が正常範囲５００外の異常範囲５０２に位置することを検出できる。

【0028】

本発明は、図１のブロック図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

【0029】

（実施例１）
図２は、実施例１に係る機器３００Ａを示す図である。この実施例において、機器３００Ａの可動部材３０２Ａは、ゲートや開き戸であり、固定部材３０４に対して回動自在である。図２は、回動軸３０８と垂直な断面図を示している。図２において、静電容量センサ４２０および処理部４３０は図示を省略しているが、その処理は、図１のそれと同様である。

【0030】

ストッパー３０６は、可動部材３０２Ａの可動域を制限する機械的機構であり、ストッパー３０６の位置が、正常範囲５００と異常範囲５０２の境界である。

【0031】

可動部材３０２Ａには、電極４１６が設けられる。可動部材３０２Ａが正常範囲５００内で回動すると、電極４１６の位置が変化し、複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎそれぞれとの距離が変化する。したがって複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎの静電容量Ｃｓ１〜Ｃｓｎは電極４１６の位置、言い換えると可動部材３０２Ａの位置を示している。

【0032】

補助電極４１４は、可動部材３０２Ａが異常範囲５０２に入ったときに、電極４１６と近接する位置に配置されている。したがって、補助電極４１４の静電容量Ｃｓａは、可動部材３０２Ａが異常範囲５０２に含まれるときに大きくなる。

【0033】

たとえば処理部４３０（図２に不図示）は、複数の静電容量Ｃｓ１〜Ｃｓｎの検出値Ｄｓ１〜Ｄｓｎを、対応するしきい値ＴＨ１〜ＴＨｎと比較する。処理部４３０は、検出値Ｄｓｉ（１≦ｉ≦ｎ）ごとに、Ｃｓｉ＞ＴＨｉのとき真（ハイ、１）、Ｃｓｉ＜ＴＨｉのとき偽（ロー、０）となる判定信号を生成してもよい。ｉ番目の判定信号は、ｉ番目のノーマル電極４１２＿ｉと電極４１６との距離ｄｉが、検出レンジＲＮＧｉに含まれる（近接状態）か否かを示している。同様に、補助電極４１４の静電容量Ｃｓａの検出値Ｄｓｉをしきい値ＴＨａと比較し、Ｄｓａ＞ＴＨａのとき、つまり近接状態であるときに、可動部材３０２Ａが異常範囲５０２に侵入しているものと判定してもよい。

【0034】

この構成によれば、可動部材３０２Ａが、異常範囲に侵入していること、言い換えればストッパー３０６などの機械的機構が故障していることを検出できる。

【0035】

図３は、実施例２に係る機器３００Ｂを示す図である。この実施例において、機器３００Ｂは、本体３１０と、可動部材である引き出し３０２Ｂを備える。引き出し３０２Ｂは、本体３１０に対して出し入れ可能であり、位置検出装置４００は、引き出し３０２Ｂの位置、すなわち開閉の状態を検出する。

【0036】

引き出し３０２Ｂの前板もしくは先板を可動面Ｓｍｖと称する。本体３１０は、可動面Ｓｍｖと対向し、引き出し３０２Ｂの開閉状態に応じて可動面Ｓｍｖとの距離が変化する固定面Ｓｆｉｘを有する。引き出し３０２Ｂの開閉の程度は、可動面Ｓｍｖと固定面Ｓｆｉｘの距離Ｌと対応付けることができる。引き出し３０２Ｂの可動面Ｓｍｖには、密閉性を高めるため、あるいは衝撃を緩和するためのパッキン３０３が設けられる。パッキン３０３は、引き出し３０２Ｂの可動範囲を制約しているものと把握できる。

【0037】

位置検出装置４００は、複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎ、補助電極４１４、電極４１６、静電容量センサ４２０、処理部４３０を備える。

【0038】

複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎは、可動面Ｓｍｖおよび固定面Ｓｆｉｘの一方に設けられる。本実施形態では、複数のノーマル電極は、固定面Ｓｆｉｘに設けられる。

【0039】

電極４１６は、可動面Ｓｍｖおよび固定面Ｓｆｉｘの他方に設けられる。図３では、電極４１６を１枚の電極として示すが、複数の電極に分割されていてもよい。電極４１６は、図示しない配線によってグランドと接続される。

【0040】

静電容量センサ４２０は、複数のノーマル電極４１２それぞれの静電容量Ｃｓ１〜Ｃｓｎの検出値Ｄｓ１〜Ｄｓｎ、ならびに補助電極４１４の静電容量Ｃｓａの検出値Ｄｓａを含む検出データＤＡＴＡを生成する。

【0041】

処理部４３０は、複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎそれぞれを判定対象とし、検出データＤＡＴＡに含まれる対応する検出値Ｄｓｉ（１≦ｉ≦ｎ）にもとづいて、判定対象のノーマル電極４１２＿ｉと電極４１６の距離（電極間距離ｄｉという）が検出レンジＲＮＧｉに含まれるか否かを判定する。これを近接判定と称し、電極間距離ｄｉが検出レンジＲＮＧｉに含まれる状態を、近接状態と称する。そして、複数のノーマル電極４１２について得られた複数の近接判定の結果にもとづいて、引き出し３０２Ｂの開閉の程度を検出する。

【0042】

好ましくは、複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎそれぞれについて、異なる検出レンジＲＮＧ１〜ＲＮＧｎが定められる。図４は、複数のノーマル電極４１２および補助電極４１４の検出レンジを説明する図である。この例では、１番目のノーマル電極４１２＿１の検出レンジＲＮＧ１が最も短く、ｎ番目（ここではｎ＝６）のノーマル電極４１２＿ｎの検出レンジＲＮＧｎが最も長く定められる。補助電極４１４の検出レンジＲＮＧａは、１番目の検出レンジＲＮＧ１よりもさらに短い。

【0043】

以上が機器３００Ｂの構成である。続いてその動作を説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、位置検出装置４００の動作を説明する図である。図５（ａ）〜（ｃ）とでは、引き出し３０２Ｂの開閉の程度、言い換えると固定面Ｓｆｉｘと可動面Ｓｍｖの距離Ｌが異なっており、図５（ａ）、（ｂ）では、引き出し３０２Ｂは正常範囲に位置している。

【0044】

図５（ａ）の状態では、引き出し３０２Ｂの電極４１６は、本体３１０側の固定面Ｓｆｉｘ、すなわち複数のノーマル電極４１２から離れている。この状態では、ノーマル電極４１２＿１〜４１２＿３において、近接判定の結果は偽（Ｆａｌｓｅ）であり、ノーマル電極４１２＿４〜４１２＿６において、近接判定の結果は真（Ｔｒｕｅ）である。

【0045】

図５（ｂ）の状態は、引き出し３０２Ｂが完全に閉じた状態となっている。この状態では、すべてのノーマル電極４１２＿１〜４１２＿６において、近接判定の結果は真（Ｔｒｕｅ）であるが、補助電極４１４の近接判定の結果は偽（Ｆａｌｓｅ）である。

【0046】

つまり複数のノーマル電極４１２について得られる近接判定の結果の組み合わせが、引き出し３０２Ｂの開閉の程度を示している。たとえば処理部４３０は、真判定される電極の個数にもとづいて、開閉の程度を判定してもよい。

【0047】

図５（ｃ）は、パッキン３０３に異常が生じており、引き出し３０２Ｂが完全に閉じた状態となっている。パッキン３０３が経年劣化により潰れているため、可動面Ｓｍｖと固定面Ｓｆｉｘの距離が図５（ｂ）よりも近くなっている。図５（ｃ）において、引き出し３０２Ｂは、異常範囲５０２に含まれることとなる。この状態では、補助電極４１４における近接判定の結果が真（Ｔｒｕｅ）となるため、引き出し３０２Ｂが、異常範囲５０２に含まれることが検出される。

【0048】

以上が位置検出装置４００の動作である。このように実施形態に係る位置検出装置４００によれば、複数のノーマル電極４１２の近接判定の結果にもとづいて、引き出し３０２Ｂの開閉の程度を判定することができる。また補助電極４１４の近接判定の結果にもとづいて、引き出し３０２Ｂが異常範囲に位置すること、ひいてはパッキン３０３に異常が生じていることを検出することができる。

【0049】

ノーマル電極４１２＿ｉの静電容量Ｃｓｉは、ノーマル電極４１２＿ｉの面積Ｓｉに比例し、ノーマル電極４１２＿ｉと電極４１６の距離Ｄｓｉに反比例し、以下の式で表すことができる。ここでは寄生容量の影響は無視する。
Ｃｓｉ＝Ｓｉ／ｄｉ

【0050】

チャンネルごとの、静電容量センサ４２０の検出感度をＫｉとすると、検出データＤｓｉと、静電容量Ｃｓｉの間は、以下の式で表される。
Ｄｓｉ＝Ｋｉ×Ｃｓｉ＝Ｋ×Ｓｉ／ｄｉ

【0051】

電極間距離ｄｉは、
ｄｉ＝Ｋ×Ｓｉ／Ｄｓｉ
となる。Ｄｓｉ＝ＴＨｉが成り立つときの電極間距離ｄｉが、検出レンジＲＮＧｉの長さに対応するから、
ＲＮＧｉ＝Ｋｉ×Ｓｉ／ＴＨｉ
の関係が成り立つ。

【0052】

一実施例において、複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎそれぞれの検出レンジＲＮＧ１〜ＲＮＧｎを異ならしめるために、複数のノーマル電極４１２＿１〜４１２＿ｎの面積（サイズ）を異なるように設計してもよい。つまり、サイズＳｉが大きい電極ほど、検出レンジＲＮＧｉが長くなる。

【0053】

一実施例において、複数のチャンネルにおけるしきい値ＴＨ１〜ＴＨｎを異なるように設計してもよい。しきい値ＴＨｉが大きいチャンネルほど、検出レンジＲＮＧｉが短くなる。

【0054】

一実施例において、複数のチャンネルにおける検出感度Ｋｉを異なるように設計してもよい。検出感度Ｋｉが大きいチャンネルほど、検出レンジＲＮＧｉが長くなる。

【0055】

機器３００の種類や用途は特に限定されない。たとえば機器３００は、冷蔵庫や洗濯機などの家電機器であってもよい。あるいは、ラックマウント式の設備であってもよいし、引き出し型の分電盤であってもよい。

【0056】

実施形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0057】

３００ 機器
３０２ 可動部材
３０４ 固定部材
４００ 位置検出装置
４１２ ノーマル電極
４１４ 補助電極
４１６ 電極
４２０ 静電容量センサ
４３０ 処理部
５００ 正常範囲
５０２ 異常範囲

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】