JP7097793B2 - 検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置に関する。

特許文献１には、機械の潤滑油の劣化を検出する検出装置が開示されている。この特許文献１に開示された検出装置は、ボルト形状を有した固定部材を備えている。この固定部材のネジ部には、先端面に潤滑油が侵入するための油侵入用空間を構成する溝が形成されている。この検出装置のネジ部は、潤滑油流路と外部とを連通する機械のネジ孔に取り付けられる。このネジ孔にネジ部が取り付けられることで、上述したネジ部の溝が機械の潤滑油流路内に配置され、溝に潤滑油が侵入する。検出装置は、この溝に侵入した潤滑油に含まれる不純物を、発光素子及び受光素子を用いて光学的に検出している。

特開２０１６－１９６０８７号公報

特許文献１の検出装置は、検出結果を無線により出力している。しかしながら、特許文献１の検出装置は、アンテナを内蔵しているため、機械の外面から突出する部分が大型化してしまい、検出装置の設置自由度が低下してしまう可能性がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、検出結果を無線で出力しつつ、設置自由度が低下することを抑制できる検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る検出装置は、貫通孔に取り付け可能な検出装置であって、前記貫通孔の内部に配置可能な挿入部と、前記挿入部が前記貫通孔の内部に配置されているときに前記貫通孔の外部に配置される頭部と、を有する本体部と、前記挿入部に配置されて流体の状態を検出する検出部と、前記頭部との間に隙間を形成するように配置された蓋部と、前記頭部と前記蓋部とに挟まれるように配置された絶縁部と、前記絶縁部の内側に収容されて、前記頭部、前記蓋部及び前記隙間をスロットアンテナとして前記検出部の検出結果を無線出力する発振部と、を備える。前記本体部と前記蓋部とに渡るように配置されて前記隙間を前記貫通孔の軸線を中心とした周方向に区切る導体部を備え、前記導体部は、前記頭部、前記蓋部及び前記隙間と共に前記スロットアンテナを構成し、前記導体部は、前記周方向に間隔をあけて複数設けられているとともに、前記周方向に均等な間隔で配置され、前記無線出力の波長λに対して、前記周方向で隣り合う導体部同士の間隔は、λ／４である。

本発明によれば、検出結果を無線で出力しつつ、設置自由度が低下することを抑制できる。

本発明の第一実施形態に係る検出装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る検出装置の断面図である。 本発明の第二実施形態に係る検出装置の概略構成を示す斜視図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の第二実施形態に係る検出装置の導体部の配置を示す平面図である。 本発明の第二実施形態の第一変形例に係る検出装置の導体部の配置を示す平面図である。 本発明の第一、第二実施形態の変形例に係る検出装置の図４に相当する断面図である。 本発明の第二実施形態の第二変形例に係る検出装置の図４に相当する断面図である。 本発明の第二実施形態の第二変形例に係る導体部及び絶縁部の軸線に直交する断面図である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態について図１から図２を参照して詳細に説明する。
＜検出装置＞
本実施形態に係る検出装置１Ａは、作業機械等の機械に取り付けられて、機械の潤滑油や作動流体等の各種流体の状態を検出する。
図１、図２に示すように、検出装置１Ａは、流体Ｆの流路と連通する貫通孔Ｈに取り付け可能とされている。貫通孔Ｈは、例えば、ギヤボックス、トランスアクスル、油圧系統の配管等の壁部Ｗに形成されている。本実施形態の貫通孔Ｈは、丸孔であり、その内周面に雌ネジ（図示せず）が形成されている。

検出装置１Ａは、本体部２と、検出部３と、蓋部４と、絶縁部５Ａと、発振部６と、を備えている。
本体部２は、挿入部１１と、頭部１２と、を備えている。本実施形態で例示する本体部２は、ボルトに類似した形状をなしている。

挿入部１１は、貫通孔Ｈの内部に配置可能に形成されている。本実施形態の挿入部１１は、円柱状に形成され、その外周面には、貫通孔Ｈの雌ネジにネジ作用により締結可能な雄ネジが形成されている。挿入部１１の端部には、流体Ｆを収容可能な溝状の凹部１３が形成されている。この凹部１３は、頭部１２とは反対側の端面１１ｔから頭部１２に近づく方向に凹んでいる。検出装置１Ａが貫通孔Ｈに取り付けられた状態のときに、この凹部１３に、検出対象となる流体Ｆが流入する。

頭部１２は、挿入部１１が貫通孔Ｈの内部に配置されているときに貫通孔Ｈの外部に配置される。本実施形態の頭部１２は、六角ボルトの頭部に相当する。つまり、頭部１２の軸線Ｏに垂直な断面輪郭は、六角形となっている。この頭部１２における六角形の内接円の直径は、上記挿入部１１の外径よりも大きい。この頭部１２をスパナ等の工具で回すことで、上述した挿入部１１を貫通孔Ｈにねじ込んだり、緩めたりできるようになっている。

検出部３は、挿入部１１に配置されて流体Ｆの状態を検出する。本実施形態で例示する検出部３は、発光素子１５と受光素子１６とから構成された、いわゆる光学センサからなる。発光素子１５と受光素子１６とは、凹部１３を間に挟んで挿入部１１の軸線と交差する方向で対向配置されている。発光素子１５から発せられた光のうち、受光素子１６に到達した光は、受光素子１６で電気信号に変換される。この変換された電気信号は、受光素子１６から発振部６に向けて出力される。ここで、上記光量に応じた電気信号は、例えば、流体Ｆに含まれる不純物の量と相関があるため、受光素子１６から出力された電気信号を解析すれば、流体Ｆの状態が分かるようになっている。なお、流体Ｆの状態は、シミュレーションや実験などによって予め求められた、電気信号のピーク値、積分値等と、流体Ｆに含まれる不純物の量とのマップ、テーブル、又は数式等を用いれば求めることができる。

蓋部４は、頭部１２との間に隙間Ｇを形成するように配置されている。本実施形態における蓋部４の軸線Ｏに垂直な断面輪郭は、頭部１２の断面輪郭と合同な六角形であり、軸線Ｏ方向から見て軸線Ｏを中心とした周方向における蓋部４と頭部１２との互いの頂部の位置が一致している。そのため、メガネレンチ等の工具を、蓋部４を通じて容易に頭部１２に嵌めることができる。この実施形態における蓋部４及び頭部１２は、金属材料により構成されている。本実施形態における蓋部４の軸線Ｏの厚さ寸法は、頭部１２の厚さ寸法よりも小さい。

絶縁部５Ａは、頭部１２と蓋部４とに挟まれるように配置されている。絶縁部５Ａは、筒状の側壁５ａを有している。本実施形態における絶縁部５Ａは、円筒状に形成されている。絶縁部５Ａは、絶縁性に優れた絶縁材料により形成されている。側壁５ａを構成する絶縁材料としては、セラミックや合成樹脂などを例示できる。合成樹脂としては、ポリフェニレンサルファイドなどを例示できる。ここで、本実施形態の頭部１２及び蓋部４は、互いに対向する対向面に、絶縁部５Ａの端部を収容する円形の収容凹部４ｄ，１２ｄを備えている。絶縁部５Ａは、軸線Ｏ方向の両端部が、それぞれ蓋部４の収容凹部４ｄと頭部１２の収容凹部１２ｄとに収容され固定されている。この絶縁部５Ａは、隙間Ｇを介して軸線Ｏを中心とした周方向の外側に向かって露出している。

発振部６は、絶縁部５Ａの内側に収容されている。この発振部６は、頭部１２、蓋部４及び隙間Ｇをスロットアンテナとして検出部３の検出結果を無線出力する。本実施形態における発振部６は、無線通信回路（図示せず）を備える基板部６Ａと、この基板部６Ａの無線通信回路に電気的に接続されたワイヤアンテナ部６Ｂとを備えている。基板部６Ａには、少なくとも検出部３の受光素子１６より電気信号が入力される。本実施形態における基板部６Ａには、例えば、無線通信による受信信号に基づいて、検出部３の発光素子１５を作動させる回路を有している。本実施形態では無線通信回路及び検出部３に電力供給する小型のバッテリ（図示せず）を備えている。なお、例えばループアンテナ等を設けて、ループアンテナ等に生じる起電力を、無線通信回路を駆動する電力として用いるようにしてもよい。

基板部６Ａは、軸線Ｏに延びる矩形の平板状に形成されている。ワイヤアンテナ部６Ｂは、基板部６Ａの蓋部４に近い側の二つの角部のうち、一方の角部の近傍に接続されている。ワイヤアンテナ部６Ｂは、第一部分６Ｂａと、第二部分６Ｂｂと、第三部分６Ｂｃと、を備えている。第一部分６Ｂａは、基板部６Ａから離間する方向に直線状に延びている。第二部分６Ｂｂは、第一部分６Ｂａの端部から、基板部６Ａの蓋部４に近い側の辺に沿って直線状に延びている。第三部分６Ｂｃは、第二部分６Ｂｂの端部から、頭部１２側に向かって直線状に延びている。言い換えれば、第一部分６Ｂａに対して、第二部分６Ｂｂと第三部分６Ｂｃとが垂直な方向に延び、第二部分６Ｂｂに対して第三部分６Ｂｃが垂直な方向に延びている。

発振部６は、上記ワイヤアンテナ部６Ｂから電波を発することで、頭部１２と蓋部４との間に電界を形成させることが可能になっている。つまり、ワイヤアンテナ部６Ｂから電波を発することで、ワイヤアンテナ部６Ｂから隙間Ｇを通じて外部に電波が伝搬されると共に、頭部１２と蓋部４と隙間Ｇとがスロットアンテナとして機能して、スロットアンテナから電波が発せられる。軸線Ｏ方向における隙間Ｇの寸法は、無線通信で用いられる送信周波数（例えば、２．４ＧＨｚ等）の波長λに対して十分小さい値に設定され、例えば、λ／２０程度とすることができる。

＜作用効果＞
上記の検出装置１Ａでは、頭部１２と蓋部４とが絶縁部５Ａによって電気的に絶縁されているので、頭部１２、蓋部４及び隙間Ｇをスロットアンテナとして機能させることができる。そのため、検出部３の検出結果を、頭部１２、蓋部４及び隙間Ｇにより構成されるスロットアンテナを用いて無線出力することができる。
よって、機械から検出装置１Ａの突出する部分が大型化することを抑制できる。そのため、検出結果を無線で出力しつつ、検出装置１Ａの設置自由度が低下することを抑制できる。

さらに、発振部６がワイヤアンテナ部６Ｂを備えていることで、上記スロットアンテナによる無線出力と共に、ワイヤアンテナ部６Ｂから隙間Ｇを通じて直接的に無線出力を行うこともできる。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について図３、図４を参照して説明する。図３、図４では、第一実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態の検出装置１Ｂは、本体部２と、検出部３（図２参照）と、蓋部４と、絶縁部５Ａと、発振部６（図２参照）と、導体部７と、を備えている。
本体部２は、挿入部１１と頭部１２とを備えている。この本体部２は、第一実施形態と同様の構成であり、ボルトに類似した形状をなしている。

頭部１２は、蓋部４を向く面にネジ穴１２ｈを有している。本実施形態におけるネジ穴１２ｈは、軸線Ｏ方向に延びている。ネジ穴１２ｈは、頭部１２の六角形の角部近傍に形成されている。本実施形態の頭部１２は、三つのネジ穴１２ｈを有している。これら三つのネジ穴１２ｈは、軸線Ｏを中心とした周方向で、隣り合うネジ穴１２ｈ同士の間隔が均等になるように形成されている。本実施形態では、軸線Ｏを中心とした角度で、１２０度毎にネジ穴１２ｈが形成されている場合を示している。

蓋部４は、頭部１２に形成されたネジ穴１２ｈと対向する位置に、遊挿孔４ｈを有している。遊挿孔４ｈは、ネジ穴１２ｈの内径よりも僅かに大径な内径を有している。本実施形態の遊挿孔４ｈは、三つ形成されている。すなわち、これら三つの遊挿孔４ｈも軸線Ｏを中心とした周方向で隣り合う遊挿孔４ｈ同士の間隔が均等となるように、軸線Ｏ周りの角度で１２０度毎に形成されている。

導体部７は、本体部２と蓋部４とに渡るように配置されている。具体的には、頭部１２と蓋部４とに渡るように配置されている。本実施形態では、複数の導体部７として三つの導体部７が設けられている。これら三つの導体部７は、絶縁部５Ａよりも軸線Ｏを中心とした径方向の外側に配置されている。これら三つの導体部７は、軸線Ｏを中心とした周方向に隙間Ｇを区切っている。これら導体部７のうち、隙間Ｇに配置されている部分は、円柱状に形成されている。

本実施形態の導体部７としては、ビスを用いることができる。ビスからなる導体部７がそれぞれ蓋部４の遊挿孔４ｈを通して頭部１２のネジ穴１２ｈにねじ込まれることで、蓋部４と本体部２とが軸線Ｏ方向で結合されている。そして、これらビスからなる導体部７は、金属で形成され、蓋部４と頭部１２とを電気的に接続している。図５に示すように、三つの導体部７は、軸線Ｏ周りの角度で１２０度毎に配置されている。つまり、軸線Ｏを中心とした周方向における導体部７同士の間隔は、均等とされている。

周方向で隣り合う導体部７同士の直線距離Ｌ１は、無線通信で用いられる送信周波数の波長λに対して、λ／４になっている。これら導体部７は、頭部１２、蓋部４及び隙間Ｇと共に、三つのスロットアンテナを構成している。これら三つのスロットアンテナの長手方向は、それぞれ軸線Ｏに垂直な方向になっている。なお、直線距離Ｌ１は、厳密に「λ／４」と等しい場合に限られない。公差や同じ機能を備えている差が存在していてもよく、例えば、（λ／４）±５％等としてもよい。

＜第二実施形態の作用効果＞
上記検出装置１Ｂでは、複数の導体部７を設けることで、軸線Ｏを中心とした周方向に、同一形状の複数のスロットアンテナを並べて形成することができる。そのため、軸線Ｏを中心とした周方向に、均等に無線出力を行うことができる。これにより、作業中に発振部と受信部の相対位置が変動する作業機械でも安定した出力の授受が可能である。また、検出装置１Ｂを周方向の特定の位置に合わせて取り付ける必要がない。
さらに、周方向で隣り合う導体部７同士の直線距離Ｌ１をλ／４としていることで、アンテナ利得を全周で向上することができる。

＜第二実施形態の第一変形例＞
第二実施形態では、三つの導体部７を設ける場合について説明した。しかし、導体部７の個数は、三つに限られない。
図６に示す検出装置１Ｃのように、例えば、軸線Ｏを中心とした周方向に二つの導体部７を設けてもよい。この検出装置１Ｃでは、蓋部４を軸線Ｏ方向から見て、六角形の対角線上にそれぞれ二つの導体部７が配置されている。この検出装置１Ｃの二つ導体部７は、軸線Ｏを中心とした周方向で均等に配置されている。また、これら二つの導体部７の直線距離Ｌ２は、λ／４となっており、アンテナ利得を全周で向上している。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上記の第二実施形態では、導体部７によって蓋部４と本体部２とを電気的に接続する場合について説明したが、導体部７とは別に、合成樹脂等の絶縁体からなるビスによって本体部２と蓋部４とを結合するようにしてもよい。さらに、このような合成樹脂等の絶縁体からなるビスを用いて、第一実施形態の本体部２と蓋部４とを結合するようにしてもよい。このようにすることで、本体部２と蓋部４との結合強度を高めることができる。

第二実施形態及び第二実施形態の第一変形例では、三つの導体部７を設けていたが、導体部７は二つ以上設ければよい。また、複数の導体部７を設けている場合に、軸線Ｏを中心とした周方向で隣り合う導体部７の間隔が均等に配置されていた。しかし、軸線Ｏ周りの全方向への均等なアンテナ利得が必要ない場合には、導体部７同士の間隔は均等でなくてもよい。

各実施形態では、本体部２がボルトに類似した形状であり、貫通孔Ｈにネジ作用により固定される場合について説明した。しかし、本体部２は、ボルトに類似した形状に限られず、例えば、本体部２を貫通孔Ｈに対して、溶接や接着等により固定してもよい。同様に蓋部４を平面視で六角形に形成されている場合について説明したが、本体部２を貫通孔Ｈに固定することを妨げない形状であれば、六角形以外の形状であってもよい。

各実施形態では、発振部６がワイヤアンテナ部６Ｂを介してスロットアンテナを機能させる場合について説明した。しかし、ワイヤアンテナ部６Ｂを省略して、例えば基板部６Ａから蓋部４と頭部１２との間に有線で直接的に電圧印加してスロットアンテナから無線出力させるようにしてもよい。

第一、第二実施形態及び第二実施形態の第一変形例では、本体部２と蓋部４との隙間Ｇが空所とされていたが、上述した絶縁体のビスと同様に、スロットアンテナの動作を阻害しない材料であれば、隙間Ｇに配置されていてもよい。例えば、図７に示すように、隙間Ｇを、スロットアンテナの動作を阻害しない樹脂モールド５Ｂで埋めるようにしてもよい。図７では、第二実施形態の隙間Ｇを埋める場合を例示しているが、第一実施形態や第二実施形態の第一変形例における隙間Ｇも同様に樹脂モールド５Ｂで埋めることができる。このようなスロットアンテナの動作を阻害しない材料で隙間Ｇを埋めることで、塵埃や水分等が絶縁部５Ａの内部に入り込むことを抑制できる。したがって、検出装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの信頼性を向上できる。

第二実施形態及び第二実施形態の第一変形例では、導体部７が柱状のビスからなる場合について説明した。しかし、導体部７は、ビスに限られず、他の形状の導体であってもよい。例えば、図８、図９に示すように、絶縁部５Ａの側壁５ａの外周面上に形成されて、頭部１２と蓋部４とを電気的に接続する金属箔等からなる導体部７Ｈを用いてもよい。また、頭部１２と蓋部４とを電気的に接続する金属箔等からなる導体部７Ｈは、絶縁部５Ａの側壁５ａの内周面上に形成してもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…検出装置 ２…本体部 ３…検出部 ４…蓋部 ４ｄ…収容凹部 ４ｈ…遊挿孔 ５Ａ…絶縁部 ５Ｂ…樹脂モールド ５ａ…側壁 ６…発振部 ６Ａ…基板部 ６Ｂ…ワイヤアンテナ部 ７，７Ｈ…導体部 １１…挿入部 １１ｔ…端面 １２…頭部 １２ｄ…収容凹部 １２ｔ…端面 １３…凹部 １５…発光素子 １６…受光素子 Ｇ…隙間 Ｈ…貫通孔 Ｏ…軸線

Claims (2)

1. 貫通孔に取り付け可能な検出装置であって、
   前記貫通孔の内部に配置可能な挿入部と、前記挿入部が前記貫通孔の内部に配置されているときに前記貫通孔の外部に配置される頭部と、を有する本体部と、
   前記挿入部に配置されて流体の状態を検出する検出部と、
   前記頭部との間に隙間を形成するように配置された蓋部と、
   前記頭部と前記蓋部とに挟まれるように配置された筒状の側壁を有する絶縁部と、
   前記絶縁部の内側に収容されて、前記頭部、前記蓋部及び前記隙間をスロットアンテナとして前記検出部の検出結果を無線出力する発振部と、を備え、
   前記本体部と前記蓋部とに渡るように配置されて前記隙間を前記貫通孔の軸線を中心とした周方向に区切る導体部を備え、
   前記導体部は、前記頭部、前記蓋部及び前記隙間と共に前記スロットアンテナを構成し、
   前記導体部は、前記周方向に間隔をあけて複数設けられているとともに、前記周方向に均等な間隔で配置され、
   前記無線出力の波長λに対して、前記周方向で隣り合う導体部同士の間隔は、λ／４である検出装置。
2. 前記導体部は、前記本体部と前記蓋部とを結合するネジ部材である請求項１に記載の検出装置。

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