特許 5766634 無電圧接点読み取り装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5766634

(24)【登録日】2015年6月26日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】無電圧接点読み取り装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/00 20060101AFI20150730BHJP

   H01H 47/00 20060101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   H03K17/00 J

   H01H47/00

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-45432(P2012-45432)

(22)【出願日】2012年3月1日

(65)【公開番号】特開2013-183265(P2013-183265A)

(43)【公開日】2013年9月12日

【審査請求日】2014年6月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】岩城 隆志

(72)【発明者】

【氏名】木原 一

(72)【発明者】

【氏名】柳原 徳久

【審査官】 栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１８１８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２０２６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６９４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２０４２０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｋ １７／００

Ｈ０１Ｈ ４７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部の無電圧接点に電流制限抵抗を介して給電する電圧出力部と、この電圧出力部からの給電による前記電流制限抵抗の電圧を測定する電圧監視部を備え、測定された電圧により外部の無電圧接点の開閉状態を検出する無電圧接点読み取り装置において、
前記電圧出力部は任意の電圧を出力するように構成され、前記電圧監視部で測定された電圧に基いて、無電圧接点の通電状態を判別して前記電圧出力部の給電電圧を決定する制御部を備え、この決定された電圧で前記電圧出力部から無電圧接点に給電することを特徴とする無電圧接点読み取り装置。

【請求項2】

請求項１に記載の無電圧接点読み取り装置において、前記制御部は無電圧接点の通電状態から無電圧接点の種類を判別して種類に応じて給電電圧を決定することを特徴とする無電圧接点読み取り装置。

【請求項3】

請求項２に記載の無電圧接点読み取り装置において、前記制御部は無電圧接点の通電状態から無電圧接点が機械式か半導体式かを判別することを特徴とする無電圧接点読み取り装置。

【請求項4】

請求項３に記載の無電圧接点読み取り装置において、外部の無電圧接点が機械式接点のとき、前記制御部は前記電圧出力部からの高電圧を給電するように制御することを特徴とする無電圧接点読み取り装置。

【請求項5】

請求項３に記載の無電圧接点読み取り装置において、外部の無電圧接点が半導体式接点
のとき、前記制御部は前記電圧出力部からの低電圧を給電するように制御することを特徴
とする無電圧接点読み取り装置。

【請求項6】

外部の無電圧接点に電流制限抵抗を介して給電する電圧出力部と、この電圧出力部からの給電による前記電流制限抵抗の電圧を測定する電圧監視部を備え、測定された電圧により外部の無電圧接点の開閉状態を検出する無電圧接点読み取り装置において、
外部の無電圧接点がＣ接点であり、無電圧接点のＡ接点とＢ接点にそれぞれ給電する電流制限抵抗と電圧出力部と、前記電圧監視部で測定された電圧に基く通電状態からＡ接点とＢ接点の開閉に矛盾を検知したとき、前記無電圧接点への給電を停止するように前記電圧出力部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする無電圧接点読み取り装置。

【請求項7】

外部の無電圧接点に電流制限抵抗を介して給電する電圧出力部と、この電圧出力部からの給電による前記電流制限抵抗の電圧を測定する電圧監視部を備え、測定された電圧により外部の無電圧接点の開閉状態を検出する無電圧接点読み取り装置において、
外部の無電圧接点がＣ接点であり、無電圧接点のＡ接点とＢ接点にそれぞれ給電する電流制限抵抗と電圧出力部と、前記電圧監視部で測定された電圧に基く通電状態からＡ接点とＢ接点のうち開いている接点に給電するように前記電圧出力部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする無電圧接点読み取り装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無電圧接点出力部の無電圧接点の開・閉を読み取ることができる無電圧接点読み取り装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から無電圧接点出力を備えた産業用装置（機器）が多数ある。無電圧接点は、電圧、電流が外部から給電され、接点の開・閉を外部で知ることができる。産業用のため、無電圧接点に給電する電気仕様は産業用でよく使われている５〜２４Vものがほとんどである。無電圧接点出力には、装置の運転状況や装置が測定した情報などが出力される。他方で、既設の産業用装置の無電圧接点の情報を通信装置に接続したいという要求が増えてきている。

【0003】

既設の産業用装置を通信化する方法はいくつかの方法が考えられるが、導入が簡単なのは無電圧接点読み取り装置に無線機能を備えたものを使う方法である。無線化により通信線が必要なくなり、設置工事が簡便になるからである。ただし、この場合であっても、無電圧接点読み取り装置自体の電源が必要になるが、産業用装置の設置場所によっては十分な電源の確保ができない場合がある。もし無電圧接点読み取り装置が電池駆動できればあらゆる場所に設置された産業用装置の通信化、無線化が可能になり、設置工事も簡単になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１−２０２６７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、産業用装置の無電圧接点出力は、前記のとおり産業用に用意しやすい電圧を給電する必要があるが、電池で給電することは考慮されておらず、電池で給電し続けるには消費電力が大きすぎるという問題がある。また、一般に電池電圧と比べるとさらに高い電圧を給電する必要がある。従来の方法では、無電圧接点出力が閉じている場合であっても外部給電からの電流を流し続けているために多大な電流を消費してしまう。

【0006】

この問題を解決するものとして特許文献１を挙げることができる。特許文献１は、無電圧接点が開から閉と成り、更に開と成るまでの間の流出電流を、間欠的にしか流れないようにして、電源の消耗が少なく、装置の小型化および低コスト化を図ったものである。

【0007】

しかしながら、無電圧接点には、ある一定以上の電圧を掛けて接点表面の酸化膜を破壊しないと接点が閉じているかどうかわからない機械式接点や、小電圧で開閉が分かるもの等がある。したがって、接点の種類に応じた条件で通電しないと電力消耗を抑えることが困難であり、十分な電池駆動時間を確保することができない。

【0008】

本発明は、上記従来技術の欠点にかんがみ、接点の種類に応じて電力消耗の少ない最適の条件で通電する接点読取装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するために、本発明は、外部の無電圧接点に電流制限抵抗を介して給電する電圧出力部と、この電圧出力部からの給電による前記電流制限抵抗の電圧を測定する電圧監視部を備え、測定された電圧により外部の無電圧接点の開閉状態を検出する無電圧接点読み取り装置において、
前記電圧出力部は任意の電圧を出力するように構成され、前記電圧監視部で測定された電圧に基いて、無電圧接点の通電状態を判別して前記電圧出力部の給電電圧を決定する制御部を備え、この決定された電圧で前記電圧出力部から無電圧接点に給電することを特徴とする。

【0010】

また、上記に記載の無電圧接点読み取り装置において、前記制御部は無電圧接点の通電状態から無電圧接点の種類を判別して種類に応じて給電電圧を決定することを特徴とする。

【0011】

また、上記に記載の無電圧接点読み取り装置において、前記制御部は無電圧接点の通電状態から無電圧接点が機械式か半導体式かを判別することを特徴とする。

【0012】

また、上記に記載の無電圧接点読み取り装置において、外部の無電圧接点が機械式接点のとき、前記制御部は前記電圧出力部からの高電圧を給電するように制御することを特徴とする。

【0013】

また、上記に記載の無電圧接点読み取り装置において、外部の無電圧接点が半導体式接点のとき、前記制御部は前記電圧出力部からの低電圧を給電するように制御することを特徴とする。

【0014】

また、上記に記載の無電圧接点読み取り装置において、外部の無電圧接点がＣ接点のとき、無電圧接点のＡ接点とＢ接点にそれぞれ給電する電流制限抵抗と電圧出力部を備え、前記制御部は前記電圧監視部で測定された電圧に基く通電状態からＡ接点とＢ接点の開閉に矛盾を検知したとき、無電圧接点への給電を停止するように前記電圧出力部を制御することを特徴とする。

【0015】

また、上記に記載の無電圧接点読み取り装置において、外部の無電圧接点がＣ接点のとき、無電圧接点のＡ接点とＢ接点にそれぞれ給電する電流制限抵抗と電圧出力部を備え、前記制御部は前記電圧監視部で測定された電圧に基く通電状態からＡ接点とＢ接点のうち開いている接点に給電するように前記電圧出力部を制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、無電圧接点読み取り装置の消費電力を最小化し、電池駆動が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明実施例１の無電圧接点読み取り装置の構成図である。

【図2】本発明実施例２の無電圧接点読み取り装置の構成図である。

【図3】本発明実施例１の動作フローチャートである。

【図4】本発明実施例２の動作フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、本発明実施例１の無電圧接点読み取り装置の構成図である。１は、産業装置８内に備えた無電圧接点出力部で、内蔵する無電圧接点１ａが産業装置８の動作に伴って開閉操作される。

【0019】

２は無電圧接点読み取り装置で、外部の前記無電圧接点１ａに電流制限抵抗４を介して給電する電圧出力部３と、この電圧出力部３からの給電による前記電流制限抵抗４の電圧を測定する電圧監視部５と、前記各部を制御する制御部６を備え、外部の無電圧接点の開閉が検出される。

【0020】

前記電圧出力部３は電池と、制御部６の指令により電圧を上昇・下降するように任意の電圧を出力する電子回路によって構成される。電圧出力部３から無電圧接点１ａへの給電に基いて、前記電圧監視部５で電流制限抵抗４の電圧が測定され、この測定された電圧に基いて制御部６が無電圧接点１ａの通電状態を判別する。さらに、制御部６は通電状態に基いて電圧出力部３の供給電圧を決定し、この決定された電圧で電圧出力部３から無電圧接点に給電する。

【0021】

無電圧接点１ａが閉のとき、電圧出力部３から出力される電圧がいかなる場合であっても通電電流がアース７に流れ込むため、電流制限抵抗４の電圧はアース７電位と同じとなり、電圧監視部５は電圧０Ｖを測定する。他方、無電圧接点１ａが開のとき、通電電流が流れないため、電流制限抵抗４の電圧は電圧出力部３の出力電圧と同じとなり、電圧監視部５はこの出力電圧を測定する。このように通電状態に基いて測定された電圧により、無電圧接点の開・閉を検出することができる。検出された開・閉の検出結果は、制御部６の指令により無線により外部の受信器へ出力される。

【0022】

本実施例１では、電圧出力部３の出力電圧を徐々に上げていく。給電電圧監視機能５は、無電圧接点出力部１の接点１ａが閉であれば、常に０Ｖを測定する。この場合、電圧出力部３は、電力効率が一番いい電圧出力を行う。なお、電力効率が一番いい電圧は、電圧出力部３の回路設計時に決まる値である。無電圧接点出力部１の接点情報によっては、閉の時間が長い場合など、常に接点を監視し続ける必要がないものもあり、この場合、電圧出力部３の電圧出力自体を停止してしまう方法もある。この場合は、電圧出力部３の出力電圧をある一定時間停止した後に、また出力電圧を徐々に上げていき、電圧監視部５で電圧を測定することを繰り返す。

【0023】

電圧出力部３の電圧を徐々にあげていったとき、電圧監視部５がこれに比例して徐々に上がっていく電圧を監視した場合、無電圧接点出力部１の接点１ａは開だと判断できる。このとき電圧出力部３の出力電流は、電圧監視部５に流れる電流と、無電圧接点出力部１の接点１ａの漏れ電流の合計である。無電圧接点出力部１の接点１ａが機械式接点の場合は、漏れ電流はほとんど０に等しいが、半導体式接点の場合は、無視できない電流量となる。漏れ電流が小さい場合と比べて、漏れ電流が大きい場合は、電流制限抵抗４を流れる電流も大きくなることにより、電圧監視部５が測定する電流制限抵抗４の電圧が低くなる。このように、無電圧接点出力部１の接点１ａが機械式であるか半導体式であるかの接点の種別を、無電圧接点の通電状態から制御部６で判別することができる。

【0024】

無電圧接点出力部１の接点１ａの種別は、以上のように無電圧接点読み取り装置２が自動的に判別する場合と、その他に無電圧接点読み取り装置２にあらかじめ設定しておく場合が考えられる。どちらであっても、無電圧接点出力部１の接点１ａの種別に応じて電圧出力部３の出力電圧を変更する必要がある。すなわち、半導体式接点の場合は、比較的低い電圧でも接点の閉・開を読み取れるため、電圧出力部３の出力電圧を低くして消費電力の低減を図る。機械式接点の場合は、接点の劣化（経年変化により接点表面に酸化膜が形成されて接触抵抗が増加する）を高電圧をかけて解消（酸化膜を除去する）を行う場合があるため、高い電圧を出力する。高い電圧をかけたとしても、機械式接点の場合は接点開時の漏れ電流は０に等しいため消費電力が増加せず、高い電圧効率が実現できる。以上のようにして、無電圧接点読み取り装置の消費電力を最小化することができる。

【0025】

次に上記動作を図３のフローチャートで説明する。ステップ（Ｓ）１００、１０１で、電圧出力部３から無電圧接点１ａに電圧を出力し、その電圧を徐々に上昇させる。制御部６は、Ｓ１０２で電圧監視部５で測定された電流制限抵抗４の電圧の変化から通電状態を判別する。すなわち、Ｓ１０２で測定電圧が出力電圧に比例して上昇するか否かみて、比例して上昇している（Ｙ）とき接点開と判定し、比例して上昇してない（Ｎ）とき接点閉と判定する。

【0026】

Ｓ１０２で接点開（Ｙ）のとき、次のＳ１０３で漏れ電流の有無をみる。漏れ電流有（Ｙ）のとき、Ｓ１０４で接点１ａが半導体式接点と判定し、無し（Ｎ）のときＳ１０７で接点１ａが機械式接点と判定する。次いで制御部６は、半導体式接点のときＳ１０５で給電電圧を低い値（例えば、シリコンのＯＮ電圧である０．７Ｖ）に決定し、この低電圧を出力するように電圧出力部３を制御する。また、制御部６は、機械式接点のときＳ１０８で給電電圧を高い値（酸化膜を破壊できる電圧）に決定し、この高電圧を出力するように電圧出力部３を制御する。なお、漏れ電流の有無は前述したように、漏れ電流がある場合は、電流制限抵抗４を流れる電流も大きくなって、電圧監視部５の測定電圧が低くなることにより判定する。

【0027】

一方、Ｓ１０２で、測定電圧が出力電圧に比例して上昇してない（Ｎ）として接点閉と判定された後は、Ｓ１０６で測定電圧が僅かに上昇しているか否かが判定される。測定電圧が僅かに上昇している（Ｙ）とき、Ｓ１０４で接点１ａが半導体式接点と判定する。僅かに上昇していることとは、半導体式接点が閉じた（導通）ときのＯＮ電圧（シリコンの場合０．７Ｖ）だけ上昇していることを意味する。Ｓ１０６で測定電圧が僅かに上昇してない（Ｎ）とき、Ｓ１０７で接点１ａが機械式接点と判定する。その後のＳ１０５、Ｓ１０８で、接点の種別に応じた給電電圧が決定され、各電圧が出力するように電圧出力部３が制御される。

【0028】

次に、無電圧接点がＣ接点の場合の実施例２について説明する。図２に示すように、無電圧接点出力部２１は、Ａ接点、Ｂ接点を備えた無電圧のＣ接点からなる。無電圧接点出力部２１は産業装置８内に備えられ、内蔵する無電圧接点２１ａが産業装置８の動作に伴ってＡ接点とＢ接点に選択的の切換え操作される。

【0029】

２２は無電圧接点読み取り装置で、前記Ａ接点に電流制限抵抗Ａ２４を介して給電する電圧出力部Ａ２３と、この電圧出力部２３からの給電による前記電流制限抵抗Ａ２４の電圧を測定する電圧監視部Ａ２５と、前記各部を制御する制御部２９を備え、外部の無電圧接点のＡ接点の開閉が検出される。

【0030】

さらに、無電圧接点読み取り装置２２には、前記Ｂ接点に電流制限抵抗Ｂ２７を介して給電する電圧出力部Ｂ２６と、この電圧出力部Ｂ２６からの給電による前記電流制限抵抗Ｂ２７の電圧を測定する電圧監視部Ｂ２８を備え、前記制御部２９により外部の無電圧接点のＢ接点の開閉が検出される。

【0031】

前記電圧出力部２３と２６は、電池と、制御部２９の指令により電圧が制御されて任意の電圧を出力する電子回路によって構成される。

【0032】

無電圧接点出力部２１の接点の通電電流の状態の判定は、Ａ接点が閉のときＢ接点は開となり、Ａ接点が開のときＢ接点は閉となることを利用して行うと、消費電力の低減と、接点自体の故障診断が可能になる。

【0033】

この場合、接点が開の側に電圧出力部から電圧を出力し、閉の接点には電圧を出力しない。電圧監視部が接点の閉を捉えると、制御部２９が電圧出力をする接点を閉の接点から開の接点に入れ換える。接点が閉のとき電圧出力部の消費電力が大きくなるため、消費電力がより少なくなる接点だけを監視し続ければ、接点の閉・開が判断できるので、消費電力の低減に役立つ。また、監視する接点が閉になったとき、他方の開の接点を監視する動作となるが、他方の接点を監視したにもかかわらず他方の閉となっていれば、接点の故障だと判断できる。あるいは、監視する接点が開の場合であっても、適切な間隔で閉であるはずの接点を監視する。このとき、閉であるはずの接点が開であれば、やはり接点の故障と判断できる。このように実施例２では、消費電力を低減しつつ、接点の故障診断も同時に行えるため、接点出力の信頼性をも高めることが可能になる。

【0034】

次に上記動作を図４のフローチャートで説明する。先ず、Ｓ２００でＡ接点に電力出力部Ａ２３から電圧を出力し、Ｓ２０１でＡ接点が閉じているか否かを判定する。この判定は、実施例１における図３のＳ１０１、Ｓ１０２と同じステップで行う。

【0035】

Ｓ２０１でＡ接点が閉のとき（Ｙ）、Ｂ接点に電力出力部Ｂ２６から電圧を出力する。次いで、Ｓ２０３でＢ接点が開いているか否かを判定する。Ｂ接点が閉じていれば（Ｎ）、Ａ接点とＢ接点の開閉に矛盾があり接点の故障として、両接点への電圧の供給を停止する。Ｓ２０３の判定は、Ｂ接点について実施例１における図３のＳ１０１、Ｓ１０２と同じステップで行う。

【0036】

Ｓ２０３でＢ接点が開いていれば（Ｙ）、Ｓ２０５でＡ接点に電圧出力を停止し、Ｂ接点への電圧出力を継続する。次いで、Ｓ２０６でＢ接点の電圧を電圧監視部Ｂ２８で監視する。

【0037】

一方、前記Ｓ２０１でＡ接点が開いていれば（Ｎ）、Ｓ２０７でＢ接点が閉じているか否かを判定する。Ｂ接点が閉じていれば（Ｙ）、Ａ接点に電圧を出力し、次のＳ２０９でＡ接点が開いているか否かを判定する。ここで、Ａ接点が閉じていれば（Ｎ）Ａ接点とＢ接点の開閉に矛盾があり接点の故障として、両接点への電圧の供給を停止する。

【0038】

Ｓ２０９でＡ接点が開いていれば（Ｙ）、次のＳ２１１でＢ接点に電圧出力を停止し、Ａ接点への電圧出力を継続する。次いで、Ｓ２１２でＡ接点の電圧を電圧監視部Ａ２５で監視する。この監視に引き続きＳ２０１につながる。

【0039】

なお、Ｓ２０６でのＢ接点の電圧監視の後はＳ２０７へつながり、Ｓ２０７でＢ接点が開いていれば（Ｎ）、次にＳ２０６につながる。

【0040】

このように、実施例２によれば、接点の通電電流の状態の判定を、Ａ接点が閉のときＢ接点は開となり、Ａ接点が開のときＢ接点は閉となることを利用して行い、接点が開の側に電圧出力部から電圧を出力し、閉の接点には電圧を出力しないようにすることにより、消費電力を低減することができる。また、電圧監視部で測定された電圧に基く通電状態からＡ接点とＢ接点の開閉に矛盾を検知したとき、、接点自体の故障として無電圧接点への給電を停止することにより、消費電力の低減と診断が可能になる。

【符号の説明】

【0041】

１、２１…無電圧接点出力部、１ａ、２１ａ…無電圧接点、２、２２…無電圧接点読み取り装置、３、２３、２６…電圧出力部、４、２４、２７…電流制限抵抗、５、２５、２８…電圧監視部、６、２９…制御部、７…アース、８…産業装置、２３…電圧出力部Ａ、２６…電圧出力部Ｂ、２４…電流制限抵抗Ａ、２７…電流制限抵抗Ｂ、２５…電圧監視部Ａ、２８…電圧監視部Ｂ、Ａ…Ａ接点、Ｂ…Ｂ接点。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】