(57)【要約】【課題】ソレノイドを備えた装置における故障診断において、ソレノイドに関わる故障をより確実に検知することができるようにする。【解決手段】ソレノイド２２と直列に電流検出抵抗４２を設ける。駆動回路２４の出力には、電流分岐用抵抗７６をソレノイド２２と並列接続する。ソレノイド２２本体の近傍の漏洩磁界を検出するためのサーチコイル７２を設ける。電流検出部４４は、電流検出抵抗４２に生じた電圧信号に基づきソレノイド電流を検出する。漏洩磁界検出部７４は、サーチコイル信号に基づきソレノイド電流を検出する。特徴量抽出部４６は、電流検出部４４および漏洩磁界検出部７４により検出された信号からソレノイド電流の特徴量を抽出する。比較判定部５４は、実働時の特徴量と予め記憶部５２に記憶しておいた正常時の特徴量とを比較して故障状態を判定する。また、駆動回路２４の出力状態に基づきソレノイド異常か駆動回路異常かを峻別する。【選択図】        図８
2004198308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁弁を備えた装置における前記電磁弁に関わる故障の有無を診断する故障診断方法であって、
実働状態において前記電磁弁の動作状態の特徴量を抽出し、予め抽出しておいた正常動作時における前記特徴量と比較することで、前記電磁弁に関わる故障の有無を判定することを特徴とする故障診断方法。
【請求項２】
電磁弁を備えた装置における前記電磁弁に関わる故障の有無を診断する故障診断システムであって、
前記電磁弁の動作状態を示す動作信号を検出する動作信号検出部と、
前記動作信号検出部により検出された動作信号に基づいて、前記電磁弁の動作状態の特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
正常動作時における前記特徴量抽出部により抽出された特徴量を記憶する記憶部と、
前記特徴量抽出部により抽出された実働状態の前記電磁弁の特徴量と、前記記憶部に記憶した正常動作時における特徴量とを比較することで、前記電磁弁に関わる故障の有無を判定する比較判定部と
を備えたことを特徴とする故障診断システム。
【請求項３】
前記動作信号検出部は、前記電磁弁が正常に動作している状態にて前記動作信号を複数回検出し、
前記特徴量抽出部は、前記動作信号検出部により検出された前記複数回分の動作信号に基づいて、前記正常動作時における前記特徴量を抽出する
ことを特徴とする請求項２に記載の故障診断システム。
【請求項４】
前記特徴量抽出部は、前記動作信号検出部により検出された前記動作信号における立ち上がり部分に基づいて、前記特徴量を抽出することを特徴とする請求項２または３に記載の故障診断システム。
【請求項５】
前記特徴量抽出部は、前記動作信号検出部が検出した前記動作信号の前記電磁弁の所定の動作時間内の積分値または平均値を、前記特徴量として抽出することを特徴とする請求項２から４のうちの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項６】
前記特徴量抽出部は、前記動作信号検出部が検出した前記動作信号の周波数スペクトル成分のうちの少なくとも１つ以上の周波数成分を、前記特徴量として抽出することを特徴とする請求項２から５のうちの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項７】
前記特徴量抽出部は、前記動作信号検出部により検出された前記動作信号を所定サイクルで所定期間だけサンプリングして得たサンプリング値を、前記特徴量として抽出することを特徴とする請求項２から７のうちの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項８】
前記動作信号検出部は、前記電磁弁を構成するコイルと直列接続された前記コイルに流れる電流を検出するための電流検出素子を具備し、当該電流検出素子により検出した電流に対応する信号を前記動作信号とすることを特徴とする請求項２から７のうちの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項９】
前記動作信号検出部は、前記電磁弁の近傍に設置されたサーチコイルを具備し、当該サーチコイルに誘起される電圧を検出して得た電圧信号を前記動作信号とすることを特徴とする請求項２から８のうちの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項１０】
前記電磁弁を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の出力電流を前記電磁弁に供給する成分と前記電磁弁に供給しない成分とに分岐する分流部とを備え、
前記比較判定部は、実働状態における前記駆動回路の出力端子における信号の状態に基づいて、前記電磁弁の異常か前記駆動回路の異常かを峻別する
ことを特徴とする請求項２から９のうちの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項１１】
電磁弁を備えた装置における前記電磁弁に関わる故障の有無を診断する故障診断方法であって、
前記電磁弁を駆動する駆動回路の出力電流を前記電磁弁に供給する成分と、前記電磁弁に供給しない成分とに分岐し、
前記電磁弁に関わる故障の有無を診断するに際には、実働状態における前記駆動回路の出力端子における信号の状態に基づいて、前記電磁弁の異常か前記駆動回路の異常かを峻別することを特徴とする故障診断方法。
【請求項１２】
電磁弁と当該電磁弁を駆動する駆動回路とを備えた装置における前記電磁弁に関わる故障の有無を診断する故障診断システムであって、
前記電磁弁を駆動する前記駆動回路の出力電流を前記電磁弁に供給する成分と前記電磁弁に供給しない成分とに分岐する分流部と、
実働状態における前記駆動回路の出力端子における信号の状態に基づいて、前記電磁弁の異常か前記駆動回路の異常かを峻別する判定部と
を備えたことを特徴とする故障診断システム。
【請求項１３】
前記分流部は、前記電磁弁を構成するコイルと並列に接続された電流分岐用抵抗素子を含むことを特徴とする請求項１２に記載の故障診断システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路部材を搭載した回路基板を備えた装置、たとえばプリンタ装置、ファクシミリ装置、あるいはそれらの機能を有する複合機などの装置における、回路部材の動作、性能の異常、あるいは故障を予測したり検出したり（以下纏めて故障診断という）する方法、および、この故障診断方法を実施する故障診断システムに関する。
【０００２】
より詳細には、回路部材として、ソレノイドや比例電磁弁などを備えた装置における故障診断に関する。
【０００３】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平２−１１６５５６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６７９８３号公報
【０００４】
パーソナルコンピュータや複写機などの電子機器は、近年、性能、機能の向上に伴い、益々、それらを実現するための様々な用途のアナログおよびデジタルの電子回路がプリント基板の形で格納されてきている。
【０００５】
また、自動車や航空、ロボットや半導体設計装置など、他の産業機器においても動作制御などの手段として、信頼性が高く、高速・高精度での動作が可能な電子回路基板が数多く搭載されている。これらの電子回路基板は一連の機能を実現するために、様々な形でケーブルを介して接続されることにより、所望のスペックが実現されている。
【０００６】
このような基板が搭載される機器が使用される環境は、通常はオフィス内であったり、家屋内であったりするが、それ以外の過酷な環境下で使用される場合もあり、非常に多岐にわたっている。特に使用環境が劣悪である場合には、通常の方法で使用していたとしても、検出が困難な様々な異常や故障が発生し、その修復には多大な労力を要することになる。
【０００７】
また、通常の使用環境下で使用している場合でも、電子回路の異常や故障が発生し、その頻度は必ずしも低いとは言えず、検出箇所を特定できないこともしばしば生じていた。さらに、電子回路基板に異常が発生した場合には、安全性やコストなどの面から早急な対応が必要でもあった。
【０００８】
故障診断の一般的手法としては、テスターなどの測定装置を用いて主要な個所の電圧や信号波形を監視（モニタ）しながら故障個所の特定する。しかし、このような診断方法では様々な個所の測定を行なわなければならず、故障診断に手間がかかってしまい、作業効率が悪いという問題があった。
【０００９】
そこで、効率のよい診断手法として、装置の起動時などに装置自身が各基板や電子回路の故障の診断を行なうようにした自己診断システム（Diagnostics system）がある。この自己診断システムでは、予め電子回路の設計時に回路動作をモニタするための故障診断回路を設けて、たとえば、装置が動作しているときの信号パターン（期待値）を回路モジュールごとあるいは基板ごとさらには回路部位ごとにモニタして予め記憶しておき、実動作時の診断回路の出力と期待値とを比較し、故障発生の有無を診断し、故障箇所を特定するようにしている。
【００１０】
たとえば、複写機やプリンタなどの異常や故障情報の連絡がサービスセンタに入った場合、修理担当者が現地に駆けつけて機器に記録されている故障個所情報や故障履歴の情報などをもとに故障部位の特定を行ない、交換する、あるいは修復作業を行なう、などの措置手段を講ずることがある。あるいは、これらの機器がネットワークに接続されており、自動的にこれらの情報を管理する部署へ、状態の管理や故障情報などを伝送する場合には、これらの情報をあらかじめ解析した上で、修理担当者により、同様の措置が取られることもある。
【００１１】
しかし、上述のような異常や故障が発生した場合には、通常、機器は使用不可能となり、ダウンタイムが生じてしまう、というユーザ側にとってのデメリットが発生する。また、メーカ側にとっても、故障部位の特定に手間取ったり、故障部位が必ずしも正確に特定できるとは限らず、故障と考えられる部分を全て交換するなどの措置により、多大なコストが発生したり、あるいは修理そのものに時間がかかってしまう、マンパワー的な対応が追いつかない、といったような状況が発生している。したがって、ユーザ側およびメーカ側双方にとって、多大な損失を被る状況が多発しているという事実がある。
【００１２】
一方、近年の性能および機能の向上に伴って電子回路の動作はますます複雑化しているために、故障を検出するためにモニタする箇所や信号のデータ幅が増大し、故障診断回路の規模が大きくなるため設計工数が増え、電子回路のコストが高くなるという問題があった。
【００１３】
そこで、故障部位を特定したり発生自体を予測したりする場合、特定する精度を上げたり、特定するまでの時間的なロスを削減したりするなど、様々な異常状態や故障状態を漏れなく把握する、これらの構成を簡単かつ低コストで実現する、といった方法について様々な試みがなされている。
【００１４】
たとえば、特許文献１には、回路部材として、ソレノイドなどの電磁弁を利用した駆動装置における故障検知に関する技術が開示されている。この特許文献１に記載の手法では、ソレノイドへの通電を制御トランジスタをスイッチング制御することによって制御するソレノイド駆動装置において、制御トランジスタのオフ時にソレノイドに発生する逆起電力を検出する検出回路と、この検出回路からの逆起電力検出出力の有無によってソレノイドへの通電回路の正常、異常の有無を判断する判断手段を設け、この判断手段の異常判断によってソレノイドへの通電を禁止するようにしている。
【００１５】
また特許文献２には、種々の電磁弁に対して、断線や短絡などの異常判定を精度よく行なう仕組みが開示されている。この特許文献２に開示されている技術について図を用いて説明する。
【００１６】
図９は、特許文献２に開示されている技術を示すブロック図である。回路部材としてソレノイド１２２を備えた装置に故障診断部１４０が設けられている。ソレノイド１２２の一方の端子は、制御スイッチ１２４を介して電源Ｖｃｃに接続されている。
【００１７】
故障診断部１４０は、ソレノイド１２２の動作を制御スイッチ１２４で制御するマイコン１４３、比較器１４４、ソレノイド１２２の電流を検出する電流検出抵抗１４５、およびＤ／Ａ（Digital to Analog ）変換器１４６を備える。Ｄ／Ａ変換器１４６からは、比較器１４４の反転入力端子（−）に閾値電圧が入力されており、電流検出抵抗１４５により検出されたソレノイド１２２に流れる電流に対応する検出電圧は、比較器１４４の非反転入力端子（＋）に入力され、Ｄ／Ａ変換器１４６からの閾値電圧と比較されるようになっている。比較器１４４の比較出力は、マイコン１４３の所定の入力ポートに入力されている。なお、比較器１４４の比較出力にはプルアップ抵抗１４６が設けられている。
【００１８】
Ｄ／Ａ変換器１４６は、マイコン１４３からのデジタル入力値に応じたアナログ電圧を出力し、このアナログ電圧が比較器１４４の閾値電圧として付与されるようになっている。この閾値電圧は、たとえばソレノイド１２２が正常のときに流れる最小電流を電流検出抵抗１４５が検出したときの電圧よりも低い適切な値に設定される。したがって、このような構成によると、ソレノイド１２２に流れる電流が電流検出抵抗１４５によって検出され、この検出電圧が比較器１４４においてＤ／Ａ変換器１４６から供給される閾値電圧と比較される。
【００１９】
そして、この比較結果が、マイコン１４３の入力ポートに入力されると、マイコン１４３は、ソレノイド１２２に対する指令入力との関係に基づいてソレノイド１２２の断線や短絡などの異常を判定する。たとえば、ソレノイド１２２が正常であって、指令入力に応じて電流が流れると、電流検出抵抗１４５による検出電圧はＤ／Ａ変換器１４６から出力される閾値電圧よりも高くなり、比較器１４４は“Ｈ（ハイ）”を出力する。
【００２０】
したがって、このときにはソレノイド１２２に断線や短絡がなく、正常であると判断できる。しかし、ソレノイド１２２に断線を生じたときには、ソレノイド１２２に対する指令入力があるにもかかわらず、電流検出抵抗１４５の検出電圧はゼロもしくは正常時よりも低い値となり、この場合には比較器１４４の閾値よりも小さく、比較器１４４は“Ｌ（ロー）”を出力する。これにより、マイコン１４３は、ソレノイド１２２の断線などの異常を判定することができる。
【００２１】
そして、このように比較器１４４の閾値がＤ／Ａ変換器１４６により出力される結果、電源電圧Ｖｃｃが変動したりしても出力値は変動せず、バラツキの無い閾値を維持でき、このため比較器１４４による判定の信頼性が高まる。また、Ｄ／Ａ変換器１４６の出力は自由に変更できるで、ソレノイド１２２の種類や励磁電流の範囲が異なっても、常に正確かつ簡単に対応することができる。
【００２２】
次に、Ｄ／Ａ変換器１４６の出力をマイコン１４３のソフトウェアの設定により、ソレノイド１２２の指令入力と所定の関係をもって比例的に制御すると、ソレノイド１２２に出力される電流の全域において、駆動電流の誤差が所定範囲を越えたときなども異常と判定することができる。
【００２３】
Ｄ／Ａ変換器１４６の入力値を、マイコン１４３からの指令により、ソレノイド１２２に対する指令入力に応じて変化させるようにすると、Ｄ／Ａ変換器１４６の出力はソレノイド１２２の駆動電流（検出電圧）に対応して変化する。このため、比較器１４４の閾値は、ソレノイド１２２の駆動電流との関係で、所定の幅だけずれた値、たとえば、駆動電流よりも０．１アンペア大きいときの上限値、または０．１アンペアだけ小さいときの下限値などに設定することができる。
【００２４】
したがって、もしＤ／Ａ変換器１４６の出力を上限値の特性に合わせて設定したときは、これよりもソレノイド１２２の電流検出抵抗１４５の検出電圧が大きいときは短絡であると判断できる。ソレノイド１２２の短絡時には電圧降下が小さくなる分だけ、電流検出抵抗１４５による電圧が大きくなるため、これが上限値を越えたときには、短絡と判定することができる。また、Ｄ／Ａ変換器１４６の出力を下限値の特性に設定すれば、ソレノイド１２２の検出電圧がこれよりも小さいときは、断線であると判定することができる。
【００２５】
なお、これらの判断は、ソレノイド１２２に通電しながら、マイコン１４３からの指令により、Ｄ／Ａ変換器１４６の出力を上限値と下限値とに切り換えて行なえばよい。このようにすることで、ソレノイド１２２に電流のリーク時など、微小電圧の変動があっても、精度よく誤差が検出でき、完全に短絡あるいは断線しなくても、異常の判定が行なえるので、幅広い異常判定が可能となる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の手法では、逆起電力を利用して異常を検知することで、ソレノイドの短絡による発火防止を目的としているが、前述のように、ソレノイドが何らかの原因で動きが悪い場合などは、異常を全く検出することができない。
【００２７】
また、特許文献２に記載の手法のように、比較器の閾値をマイコンなどの制御手段からの指令によりソレノイドに対する指令入力に応じて変化させる方法では、複写機やプリンタなどで使われているオン／オフ動作のような一定入力時には、ソレノイドの異常動作を検出することができない。なぜなら、電流の立ち上がり部分は、入力信号に比例しないのでマイコンからの指令による設定は不可能だからである。
【００２８】
また、何らかの原因でソレノイドの動きが悪くなった場合には、ソレノイドを流れる電流は、最初の立ち上がりの部分のみに変化が現れ、電流値自体は正常の場合と変わらない値を示すので、異常を検出することが難しくなる。
【００２９】
さらに、特許文献１，２の何れにおいても、ソレノイドを駆動する駆動回路が故障した場合には、故障の原因がソレノイドなのか駆動回路なのかを判別することができない重大な欠点がある。
【００３０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ソレノイドなどの電磁弁を利用した駆動回路を備えた装置において、より確実に故障を検知することのできる故障診断方法および故障診断方法を実施する故障診断システムを提供することを目的とする。
【００３１】
より具体的には、複写機やプリンタなどで使われているオン／オフ動作のような一定入力時のソレノイドの動作や正常な動きでない場合においても、異常な状態を確実に検出することのできる手法を提供することを第１の目的とする。
【００３２】
また、本発明は、故障の原因が、ソレノイドそのものにあるのか、ソレノイドを駆動する回路にあるのかを切り分けることのできる手法を提供することを第２の目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る第１の故障診断方法は、電磁弁を備えた装置における電磁弁に関わる故障の有無を診断する故障診断方法であって、実働状態において電磁弁の動作状態の特徴量を抽出し、予め抽出しておいた正常動作時における特徴量と比較することで、電磁弁に関わる故障の有無を判定することとした。
【００３４】
ここで、電磁弁に関わる故障の有無を判定するとは、電磁弁やこの電磁弁を駆動する駆動回路などに故障が生じているか否かの判定だけに限らない。たとえば、故障が生じていると判定した際には、その故障の状態を特定することも含む。もちろん、故障が生じているか否かの判定に留めてもかまわない。
【００３５】
本発明に係る第１の故障診断装置は、前記本発明に係る第１の故障診断方法を実施するのに好適なシステム（装置）であって、電磁弁の動作状態を示す動作信号を検出する動作信号検出部と、動作信号検出部により検出された動作信号に基づいて電磁弁の動作状態の特徴量を抽出する特徴量抽出部と、正常動作時における特徴量抽出部により抽出された特徴量を記憶する記憶部と、特徴量抽出部により抽出された実働状態の電磁弁の特徴量と記憶部に記憶した正常動作時における特徴量とを比較することで電磁弁に関わる故障の有無を判定する比較判定部とを備えるものとした。
【００３６】
また、本発明に係る第２の故障診断方法は、電磁弁を備えた装置における電磁弁に関わる故障の有無を診断する故障診断方法であって、電磁弁を駆動する駆動回路の出力電流を電磁弁に供給する成分と電磁弁に供給しない成分とに分岐し、電磁弁に関わる故障の有無を診断するに際には、実働状態における駆動回路の出力端子における信号の状態に基づいて電磁弁の異常か駆動回路の異常かを峻別することとした。
【００３７】
本発明に係る第２の故障診断装置は、本発明に係る第２の故障診断方法を実施するのに好適なシステム（装置）であって、電磁弁を駆動する駆動回路の出力電流を電磁弁に供給する成分と電磁弁に供給しない成分とに分岐する分流部と、実働状態における駆動回路の出力端子における信号の状態に基づいて、電磁弁の異常か駆動回路の異常かを峻別する判定部とを備えるものとした。
【００３８】
また従属項に記載された発明は、本発明に係る故障診断システムのさらなる有利な具体例を規定する。
【００３９】
なお、本発明に係る第１および第２の故障診断装置を組み合わせたシステムも、本発明に係る故障診断システムとして成立する。この場合、それぞれの従属項に記載された発明を任意に組み合わせたものであってもかまわない。
【００４０】
【作用】
上記第１の故障診断方法およびシステムにおいては、電磁弁や駆動回路が正常に動作しているときの特徴量を抽出し、これを所定の記憶部に記憶しておく。そして、実働状態においては、特徴量を抽出しながら事前に抽出し記憶部に記憶しておいた特徴量と比較することで故障の有無を判定する。
【００４１】
また第２の故障診断方法およびシステムにおいては、電磁弁を駆動する駆動回路の出力電流を電磁弁用とそれ以外用とに分ける。そして、実働状態においては、駆動回路の出力端子の状態を参照することで、電磁弁および駆動回路の何れに故障が生じているのかを特定する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４３】
図１は、本発明に係る故障診断システムの第１実施形態を示すブロック図である。第１実施形態の故障診断システム１は、回路部材として、電磁弁を利用したソレノイド２２と、このソレノイド２２を駆動する駆動回路２４と、これら回路部材の故障の有無を診断する機能部分としての故障診断部４０とを備えている。
【００４４】
ソレノイド２２は、図示しないプランジャ（後述する第２実施形態と図５を参照）を移動させるように構成されており、ソレノイド２２を構成するコイルに電流を流すことによって発生する電磁力を利用してプランジャを移動させ、それに伴いプランジャと機械的に連結した物体を移動させるようになっている。
【００４５】
故障診断部４０は、ソレノイド２２（詳しくはソレノイド２２のコイル）に流れる電流を検知するための電流検出素子の一例である電流検出抵抗４２と、電流検出抵抗４２の両端電圧に基づいてソレノイド２２に流れる電流を検出する電流検出部４４と、電流検出部４４により検出された電流成分の特徴を抽出する特徴量抽出部４６とを備える。電流検出抵抗４２と電流検出部４４とにより、ソレノイド２２の動作状態を示す動作信号を検出する動作信号検出部４１の一例が構成される。
【００４６】
ソレノイド２２（詳しくはソレノイド２２を構成するコイル）の一方の端子は電源Ｖｃｃに接続されており、その他方の端子に電流検出抵抗４２の一方の端子が接続され、電流検出抵抗４２の他方の端子が駆動回路２４の出力に接続されている。つまり、ソレノイド２２を構成するコイル、電流検出抵抗４２、および駆動回路２４が、電源Ｖｃｃとグランドとの間に、直列に接続されている。
【００４７】
電流検出抵抗４２の抵抗値は、電力を有効に利用するために、ソレノイド２２の直流抵抗に比較してかなり小さく設定することが好ましい。たとえば１／１００程度にするとよい。
【００４８】
ソレノイド２２には、このソレノイド２２の逆起電力を吸収するためのダイオード４８が並列に接続されている。なお、ダイオード４８を並列接続する代わりに、あるいはダイオード４８を並列接続するとともに、ソレノイド２２に直列に過剰電流保護のためのサーマルフューズを入れるようにしてもよい。
【００４９】
駆動回路２４としては、図に示すように、ＮＰＮ型のトランジスタが使用されており、そのコレクタ端子が駆動回路２４の出力とされ、エミッタ端子がグランドに接続されている。駆動回路２４の入力であるベース端子には、後述する制御部５８からコントロール信号が入力されるようになっており、ベース端子に“Ｈ”に入力されることで、駆動回路２４のトランジスタがオンし、ソレノイド２２には、電流検出抵抗４２および駆動回路２４のトランジスタを介して駆動電流が流れるようになっている。
【００５０】
ソレノイド２２を流れる電流により、電流検出抵抗４２の両端には電圧信号が発生し、電流検出部４４により、ソレノイド電流に比例した電圧の検出が行なわれる。これにより、電流検出部４４は、電流検出抵抗４２の両端に生じた電圧信号に基づいてソレノイド２２に流れる電流信号を検出することができる。電流検出部４４としては、具体的な例の１つとして、一般に広く使われている差動型演算増幅器が使用される。
【００５１】
なお、図示しないが、特徴量抽出部４６内には、電流検出部４４から出力されたアナログ電圧をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ（Analog to Digital ）変換部が設けられている。
【００５２】
電流検出部４４を出た信号は、特徴量抽出部４６に入り、特徴量の抽出が行なわれる。特徴量抽出部４６には、ソレノイド動作をオン／オフするコントロール信号が入力されており、特徴量抽出部４６は、このコントロール信号を特徴量の抽出に利用する。
【００５３】
また、故障診断システム１は、特徴量抽出部４６の後段に、切替スイッチ５０と、正常時に特徴量抽出部４６により抽出された特徴量を期待値として記憶する半導体メモリなどの記憶部５２と、記憶部５２に記憶された期待値と実働状態にて特徴量抽出部４６により抽出された特徴量とを比較して故障の有無を判定する比較判定部５４と、故障が検知されたときに警報を発する警報表示部５６と、故障診断システム１の全体を制御する制御部５８とを備えている。
【００５４】
コントロール信号を特徴量の抽出に利用することで、コントロール信号に基づいてソレノイド２２の動作タイミングに連動されたデータを収集することができ、データ数低減を図ることと、その後の比較判定部５４での処理を簡単にすることができる。
【００５５】
上記構成の故障診断システム１においては、最初に、正常動作時にソレノイド２２に流れる電流の特徴量を特徴量抽出部４６にて抽出し、切替スイッチ５０をＡ側にして記憶部５２に格納させる。この第１実施形態の構成では、特徴量抽出部４６は、正常動作時における特徴量抽出のため、正常に動作している際のソレノイド２２に流れる電流信号をソレノイド動作信号として用いる。
【００５６】
具体的には、電流検出抵抗４２および駆動回路２４を介してソレノイド２２に電流が流れることで、電流検出抵抗４２の両端に電圧が発生する。電流検出部４４は、図示しない増幅器で、この電圧信号を所定レベルに増幅した後、特徴量抽出部４６に入力する。この電圧信号は、図示しないＡ／Ｄ変換部によってデジタルデータに変換される。
【００５７】
次に、故障診断部４０の動作の詳細について説明する。最初に、ソレノイド２２の駆動と動作信号の検出について説明する。第１実施形態では、ソレノイド２２の動作信号として、ソレノイド２２を流れる電流を用いる。たとえば、制御部５８は、正常動作時に、ソレノイド２２に流れる電流成分を示す電圧信号を電流検出部４４にて取り込み、特徴量抽出部４６にてその特徴を抽出した後、記憶部５２に記憶させておく。
【００５８】
このため、ソレノイド２２を動作させるためのコントロール信号が制御部５８から駆動回路２４に印加される。この信号は、通常、デジタル信号が使われる。本例では、矩形状の電圧である。この電圧が印加されると、電流検出部４４のトランジスタが導通し、ソレノイド２２に電流が流れる。このとき、電流値は、ソレノイド２２にかかる電圧Ｖｃｃとソレノイド２２の直流抵抗、電流検出抵抗４２、駆動回路２４の飽和電圧などによって決まる。
【００５９】
なお、１回の測定で得られた電流成分をもとに特徴抽出を行なって期待値としてもよいが、精度の観点からは望ましくない。精度向上のためには、複数回（たとえば１００回程度）検知した平均的なデータを正常動作信号として、その複数の正常動作信号に基づいて特徴量を抽出するのがよい。なお、特徴量抽出についての詳細は後述する。
【００６０】
次に、比較判定部５４は、実際に回路を動作させて、ソレノイド２２に流れる電流成分を示す特徴量を常時取り込みながら、制御部９９の指示に従い、記憶部５２に記憶しておいた正常時の特徴量と常時取り込んでいる実働時の特徴量とを常に比較し、特徴量に差が生じたときに、ソレノイド２２や駆動回路２４に故障が生じていると判定する。そして、故障を検知した際には、警報表示部５６で警報（アラーム）を発するか故障内容を通知するようにする。警報表示部５６は、故障診断部４０を有する装置の内部に設けてもよいし、故障診断部４０が診断対象装置から遠くに離れた場所にある場合などは、電話回線やインターネットを介して装置の状態を集中管理する場所に設置して、そこで警報を発するようにしてもよい。
【００６１】
図２は、電流検出部４４の出力波形の一例を示す。この出力波形は、ソレノイド２２の電流波形に相当する。ここで、図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、ソレノイド２２や駆動回路２４が正常状態における一例を示す。また、図２（Ｃ）〜図２（Ｆ）は、ソレノイド２２や駆動回路２４が異常状態における一例を示す。なお、図２（Ｂ）〜図２（Ｆ）は、図２（Ａ）における立ち上がり部分を拡大した図である。図２の例は、吸引型のソレノイドの例であるが、他のタイプのソレノイドも基本的動作はほとんど同じである。
【００６２】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、立ち上がり部分のコブ状の突起部分は、吸引型のソレノイド２２を使用した場合において、正常なプランジャの動きによるもので、プランジャによる運動エネルギの消費を表している。すなわち、出力波形の立ち上がり部分に小さなコブ状の突起が見られるが、これは、ソレノイド２２の機械的動作と密接に関係しており、プランジャの動きを表している。
【００６３】
ソレノイド２２に通電され電流が流れると、ソレノイド２２で磁界が発生される。この磁界によって、プランジャを磁化し吸引力を発生する。この吸引力は、プランジャを移動させる。つまり、ソレノイド２２に流れる電流は、磁界エネルギと運動エネルギの生成に使われている。
【００６４】
したがって、何らかの原因で、プランジャが大きく移動した場合は、図２（Ｃ）のように、電流波形の突起部分は大きくなり、プランジャの移動が小さい場合は、図２（Ｄ）に示すように、突起部分も小さくなる。また、プランジャが全く移動しない場合は、図２（Ｅ）に示すように、電流波形の突起部分はなくなる。
【００６５】
また、プランジャが抜け落ちて、ソレノイド２２の中に何もない場合は、プランジャを磁化する必要がないので急速に電流波形が立ち上がる。ただし、コイルのインピーダンス成分で多少波形が鈍る。
【００６６】
また、図示しないが、ソレノイド２２が断線している場合は、全く電流自体が検出できない。短絡している場合も、電流が急速に流れる（プランジャが抜け落ちた場合の電流波形より急速に立ち上がる）。
【００６７】
また、何らかの原因で、プランジャが引っかかって滑らかに動かない場合には、図２（Ｆ）に示すような電流波形になる。電流波形の立ち上がり部分の突起は大きく変化しており、図２（Ｂ）に示したような正常なプランジャの動きによる電流波形とかなり異なる。
【００６８】
以上のように、動作信号検出部４１にて検出したソレノイド２２の動作状態を示す電流波形は、ソレノイド２２の動作状態によって異なる。すなわち、ソレノイド２２や駆動回路２４あるいはソレノイド２２により移動されるプランジャが正常に動作している場合の波形図と、動きが正常でない状態の波形とは異なることが分かる。したがって、このような波形の違いの特徴を比較することで、故障の有無や故障状態を判定することができる。
【００６９】
図３は、特徴量抽出部４６の構成例を示すブロック図である。先ず、図３（Ａ）に示す第１例においては、特徴量抽出部４６は、電流検出部４４からのアナログの電圧信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部６２と、動作信号波形の積分値を特徴量として抽出する積分処理部６４とを備えている。この第１例の積分処理部６４に代えて、動作信号波形の平均値を特徴量とする平均値処理部を設けてもよい。
【００７０】
ソレノイド２２が異常な動作をしている場合、既に述べたように、プランジャの移動状態が異なるため、動作信号の面積が異なる。したがって、動作信号の波形を積分処理部６４にて積分し、その積分値を特徴量として取り扱い、正常な動作信号時の積分値と比較することで、正常か否かを判定することができる。また、積分値の代わりに平均値を用いても同じ結果が得られる。
【００７１】
積分する期間は、駆動回路２４に入力されるコントロール信号を利用するとよい。コントロール信号が出力されている時間の間、積分を実行してもよいが、異常を示す特徴的な波形は、動作信号の立ち上がり部分にあるので、コントロール信号で積分開始を決め、立ち上がりを示すある一定の時間、たとえば約４０〜５０ｍｓ程度積分すると、処理時間の短縮につながる。
【００７２】
この第１例の特徴量抽出部４６を使用した場合における比較判定部５４においては、以下のようにして、故障の有無や故障の状態を判定する。記憶部５２には、予めソレノイド２２の正常動作時の特徴量（本例では、積分値若しくは平均値）を格納する。たとえば、図１の切替スイッチ５０をＡ側に接続して、コントロール信号を起点に、正常動作時の信号を特徴量抽出部４６にてある一定の時間積分し、その値を特徴量として記憶部５２に記憶する。測定は、前述したように、複数回（たとえば１００回）行ない、その平均値を積分値として記憶する。
【００７３】
また、正常動作の範囲を示す値として、正常動作許容範囲を閾値±３σ（σは標準偏差）とする。正常動作許容範囲は、たとえば平均値の±１０％のように決定してもよい。これは、ソレノイド２２自体の信頼性に従って決定すればよい。正常動作許容範囲の値も、記憶部５２に格納する。
【００７４】
次に、異常検査時には、図１の切替スイッチ５０をＢ側に接続して、コントロール信号を起点に、検査対象となるソレノイド２２の動作信号をある一定の時間特徴量抽出部４６にて積分して、その値を特徴量とする。
【００７５】
比較判定部５４は、異常検査時の特徴量が、記憶部５２に格納されている正常動作許容範囲（閾値±３σ）内に入っているかどうかを比較し、その範囲に入っていれば、正常動作、許容範囲外であれば、異常動作と判定する。
【００７６】
また、図２（Ｂ）〜図２（Ｆ）に示したように、異常状態の違いによって波形が異なるので、積分値や平均値も異なる。よって、予め実際に異常なソレノイド２２からの積分値や平均値を求め、正常動作許容範囲との差を調べておき、実働状態の積分値や平均値と比較することで、異常であっても、どのような状態なのかを判定することができる。
【００７７】
たとえば、積分値が正常時よりかなり大きい場合は、ソレノイド電流が極めて大きくソレノイド２２が短絡していると判定することができる。逆に、積分値が正常時より小さい場合は、ソレノイド電流が極めて小さくソレノイド２２が断線していると判定することができる。また、積分値が、正常時に近いものの正常動作許容範囲外となる場合には、プランジャの動きが悪いなど異常の状態にあると判定することができる。
【００７８】
なお、上記説明は、動作信号をアナログ的に処理する場合についてのものであるが、動作信号波形をサンプリングして、そのサンプリング値を積算あるいは平均しても、上述と同様の効果が得られる。
【００７９】
また、図３（Ｂ）に示す第２例においては、特徴量抽出部４６は、電流検出部４４からのアナログの電圧信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部６２と、取得された動作信号波形をデジタル的にフーリエ変換することで、信号成分に含まれる周波数成分を解析する周波数解析部６６とを備えている。
【００８０】
この第３例の構成では、特徴量抽出部４６の周波数解析部６６は、ソレノイド２２の動作信号波形の周波数スペクトラム（周波数）を特徴量として抽出する。たとえば、周波数解析部６６は、動作信号波形に含まれる基本周波数成分や、その高調波成分とを抽出する。なお、周波数解析部６６が抽出する周波数は１つでもよい。また複数であってもよい。
【００８１】
この第２例の特徴量抽出部４６を使用した場合における比較判定部５４においては、以下のようにして、故障の有無や故障の状態を判定する。図２（Ｂ）〜図２（Ｆ）に示したように、異常状態の違いによって波形が異なるので、その周波数成分も異なる。よって、正常動作時の周波数スペクトルを取得しておき、実働状態の周波数スペクトルと比較することで、異常の有無や異常の状態を判定することができる。
【００８２】
たとえば、特徴量抽出部４６が抽出する周波数スペクトルが１つの場合は、比較判定部５４は、正常動作している動作信号で決まる基本周波数と実働状態の基本周波数の比較から、正常か否かや異常状態を判定する。また、複数の周波数を特徴量とする場合も、正常動作している動作信号で決まる複数の周波数と、実働状態の複数の周波数スペクトルの比較から、正常か否かや異常状態を判定する。周波数スペクトルが複数の方が、きめ細かに比較することができるので、異常状態の判定に有利である。
【００８３】
また、図３（Ｃ）に示す第３例においては、特徴量抽出部４６は、電流検出部４４からのアナログの電圧信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部６２と、動作信号波形のサンプリング値を特徴量として抽出するサンプリング部６８とを備えている。この第３例の構成では、サンプリング値は、動作信号波形全体であってもよいし、波形の立ち上がり部分であってもよい。望ましくは、立ち上がりの部分のサンプリング値を利用する方が、記憶部５２の容量を有効に利用することができる。
【００８４】
サンプリングの開始タイミングは、積分値を特徴量とする場合と同様に、コントロール信号を利用するとよい。サンプリング値は、１つの値であっても原理的にはよいが、複数（たとえば２０〜５０個程度）のほうが、異常動作の検出精度が向上する。
【００８５】
この第３例の特徴量抽出部４６を使用した場合における比較判定部５４においては、以下のようにして、故障の有無や故障の状態を判定する。第３例のサンプリング部６８により、複数の特徴量を抽出することができる。そこで、比較判定部５４は、抽出された複数の特徴量をベクトルとして扱う。
【００８６】
特徴量抽出部４６は、予めソレノイド２２の正常動作時の基準となる特徴量ベクトルを記憶部５２に格納する。具体的には、図１の切替スイッチ５０をＡ側に接続して、コントロール信号を起点に、正常動作時の信号をある一定の時間サンプリングし、その複数の値を要素に持つベクトルを特徴量ベクトルとする。
【００８７】
基準となる特徴量ベクトルは、複数回の測定得られる特徴量ベクトルの平均ベクトルである。基準となる特徴量ベクトルと複数回の測定で得られた各特徴量ベクトルとのユークリッド距離（またはその２乗）の標準偏差σを３倍を正常動作許容値とする。基準となる特徴量ベクトル同様に記憶部５２に格納する。
【００８８】
正常動作許容値は、任意に設定してもよいし、実際に異常なソレノイド２２を使って、基準となる特徴量ベクトルとの距離を計算してその結果に基づいて正常動作許容値を決定してもよい。
【００８９】
次に、異常検査時には、図１の切替スイッチ５０をＢ側に接続して、コントロール信号を起点に、特徴量抽出部４６にて、検査対象となるソレノイド２２の動作信号をある一定の時間サンプリングし、その複数の値を要素に持つ特徴量ベクトルとする。
【００９０】
比較判定部５４は、異常検査時に測定した特徴量ベクトルと記憶部５２に格納してある基準となる特徴量ベクトルとのユークリッド距離（またはその２乗）が、正常動作許容値（３σ）より小さい場合、正常動作とし、大きい場合は、異常動作と判定する。
【００９１】
また、基準となる特徴量ベクトルに加えて、複数回の測定から得られる特徴量ベクトルから共分散行列を算出し、その値を記憶部５２に格納してもよい。この場合、ユークリッド距離の代わりに、異常検査時の特徴量ベクトルとのマハラノビス距離（またはその２乗）を求める。比較判定部５４は、その距離（またはその２乗）が正常動作許容値より小さい場合、正常動作とし、大きい場合は、異常動作と判定する。
【００９２】
正常動作許容値は、同様にマハラノビス距離（またはその２乗）の標準偏差σを３倍を正常動作許容値とする。基準となる特徴量ベクトル同様に記憶部５２に格納する。正常動作許容値は、任意に設定してもよいし、実際に異常なソレノイド２２を使って、基準となる特徴量ベクトルとの距離を計算してその結果に基づいて正常動作許容値を決定してもよい。
【００９３】
なお、第３例のように、複数の特徴量に基づいて故障の有無や故障の状態を判定する仕組みは、第２例の構成と組み合わせてもよい。この場合、周波数解析部６６にて周波数解析することで得た複数の周波数スペクトラム値を要素に持つベクトルを特徴量ベクトルとする。
【００９４】
図４は、本発明に係る故障診断システムの第２実施形態を示すブロック図である。第２実施形態の故障診断システム１における故障診断部４０は、第１実施形態の電流検出抵抗４２および電流検出部４４に代えて、ソレノイド２２本体の近傍の漏洩磁界を検出するためのサーチコイル７２と、サーチコイル７２により検知された信号に基づいてソレノイド２２に流れる電流レベルを検出する漏洩磁界検出部７４とを備える。すなわち、この第２実施形態の構成では、サーチコイル７２と漏洩磁界検出部７４とにより、ソレノイド２２の動作信号を検出する動作信号検出部４１の一例が構成される。
【００９５】
漏洩磁界検出部７４は、具体的には、入力インピーダンスが大きいボルテージホロアを使用するのがよい。なお、信号レベルが小さい場合は、非反転の演算増幅器を使ってもよい。漏洩磁界検出部７４の出力信号は、特徴量抽出部４６に入力され、第１実施形態と同様に、特徴量の抽出が行なわれ、その後、比較判定部５４にて、異常の有無や異常状態が判定される。
【００９６】
図５は、サーチコイル７２の配置方法を説明する図である。サーチコイル７２を用いる場合、ソレノイド２２に接続された線路の近傍に設置して、ソレノイド２２の電流を検出する方法も考えられるが、検出感度が悪く得策ではない。この第２実施形態では、サーチコイル７２を、ソレノイド２２の電流を直接検出するのではなく、それに起因する漏洩磁界の検出器として使う。
【００９７】
図５に、ソレノイド２２本体の近傍の漏洩磁界を検出するためのサーチコイル７２の設置位置を示す。ソレノイド２２を流れる電流に比例した信号を得るには、サーチコイル７２の出力信号を積分する必要があるが、本実施形態の目的であるソレノイド２２の動作状態の異常検出という観点から、電流に比例した信号は必ずしも必要ない。
【００９８】
サーチコイル７２の配置は、いろいろな配置が考えられるが、検出感度が大きいのは、図５に示すように、プランジャ２３に垂直方向に巻いた場合である。この場合は、発生する漏洩磁界がサーチコイル７２の中を効率よく鎖交するからである。ただし、図５に示さない配置であっても、信号レベルが異なるだけで、本質的な差はない。また、検出される信号波形は、サーチコイル７２の配置によって異なり、電流波形ほどその解釈が明確ではないが、第１実施形態で説明したのと同様の処理によって、正常動作や異常動作の検出が可能である。
【００９９】
図６は、サーチコイル７２の出力波形の一例を示す。この出力波形は、ソレノイド２２の電流に対応したものである。ここで、図６（Ａ）は、ソレノイド２２や駆動回路２４が正常状態における一例を示す。また、図６（Ｂ）〜図６（Ｄ）は、ソレノイド２２や駆動回路２４が異常状態における一例を示す。図６の例は、吸引型のソレノイドの例であるが、他のタイプのソレノイドも基本的動作は、ほとんど同じである。
【０１００】
図示する波形信号は、サーチコイル７２による検出方式の特質上、ソレノイド２２に流れる電流波形を微分した信号に比例している。ただし、前述の理由により、本例では、この信号を積分していないが、電流波形に比例した信号波形として得るために積分して扱っても問題ない。図６（Ａ）では、最初に急峻に立ち上がった後、一旦レベルが下がって（図６（Ａ）のδの部分）の、再度コブ状の信号が現れる。
【０１０１】
図６（Ｂ）は、ソレノイド２２のプランジャ２３が大きく移動した場合、図６（Ｃ）は、プランジャ２３があまり移動しない場合の、サーチコイル７２の出力波形を示している。図６（Ｂ）では、δの部分は、図６（Ａ）に比べて広がっている。逆に、図６（Ｃ）に示すように、プランジャ２３があまり移動しない場合では、δの部分は図６（Ａ）に比べて狭くなっている。
【０１０２】
図６（Ｄ）は、図２（Ｆ）の電流波形と同じく、何らかの原因で、プランジャ２３が引っかかって滑らかに動かない場合の出力波形を示している。この場合、明らかに、正常に動作しているソレノイド２２のサーチコイル７２の出力波形を示す図６（Ａ）とは、全く異なる状態を示している。
【０１０３】
以上のように、動作信号検出部４１にて検出したソレノイド２２の動作状態を示すサーチコイル７２の出力信号波形は、ソレノイド２２の動作状態によって異なる。よって、ソレノイド２２の近傍の配置したサーチコイル７２の出力信号波形からソレノイド２２の正常動作であるか異常動作であるかを判断することができる。
【０１０４】
すなわち、特徴抽出の対象となる動作信号は、ソレノイド２２を流れる電流波形であっても、ソレノイド２２の漏洩磁界を検出するサーチコイル７２の出力波形であっても、ソレノイド２２のプランジャ２３の運動状態によって波形が正常な動作と異なることは同じであり、第１実施形態と全く同じ処理により、特徴量を抽出することができる。よって、第２実施形態の構成でも、故障の有無や故障状態を判定することができる。
【０１０５】
たとえば、特徴量抽出部４６は、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示したと同様のものを使用することができる。図３（Ａ）に示した構成とする場合、第１実施形態と同様に、積分処理部６４における積分する期間は、駆動回路２４に入力されるコントロール信号を利用する。なお、異常を示す特徴的な波形は、動作信号の立ち上がり部分にあるので、コントロール信号で積分開始を決め、立ち上がりを示すある一定の時間、たとえば５０〜６０ｍｓ程度積分すると、処理時間の短縮につながる。
【０１０６】
図７は、本発明に係る故障診断システムの第３実施形態を示すブロック図である。第３実施形態の故障診断システム１における故障診断部４０は、第１実施形態の電流検出抵抗４２に代えて、ソレノイド２２と並列に分流部を構成する電流分岐用抵抗７６を備えている。すなわち、この第３実施形態の構成では、電流分岐用抵抗７６と電流検出部４４とにより、ソレノイド２２の動作信号を検出する動作信号検出部４１の一例が構成される。なお、本実施形態では、電流分岐用抵抗７６の一方の端子を電源Ｖｃｃに接続し、その他方の端子を駆動回路２４の出力である電圧監視点ＰＳに接続している。
【０１０７】
従来の構成では、ソレノイド２２が断線した場合、電源供給されている駆動回路２４が動作しなくなり、ソレノイド２２の断線であるのか駆動回路２４の故障であるのかを切り分ける（峻別する）ことができなかった。
【０１０８】
一方、第３実施形態の構成では、駆動回路２４に接続されているソレノイド２２と並列に、ソレノイド２２を駆動する駆動回路２４の出力電流Ｉｏをソレノイド２２に供給する成分Ｉｐと、ソレノイド２２に供給しない成分Ｉｎとに分岐するための電流分岐用抵抗７６を接続している。
【０１０９】
この構成によれば、ソレノイド２２が断線しても、駆動回路２４には電流分岐用抵抗７６を介して電流Ｉｎが流れるようになる。その電流値Ｉoff は、電源電圧Ｖｃｃと駆動回路２４の飽和抵抗Ｒ２４および電流分岐用抵抗７６の抵抗値Ｒ７６とにより、式（１）のように決定される。
【数１】
2004198308.tif 000003
【０１１０】
また、ソレノイド２２が正常である場合、駆動回路２４には、電流分岐用抵抗７６およびソレノイド２２を介して電流が流れる。その電流値Ｉonは、電源電圧Ｖｃｃと、ソレノイド２２の直流抵抗Ｒ２２、駆動回路２４の飽和抵抗Ｒ２４、および電流分岐用抵抗７６の抵抗値Ｒ７６による合成抵抗値とにより、式（２）のように決定される。
【数２】
2004198308.tif 000004
【０１１１】
電流分岐用抵抗７６の抵抗値は、電力を有効に利用するために、ソレノイド２２の直流抵抗Ｒ２２に比較して小さくかつ飽和抵抗Ｒ２４に比較して大きく設定することが好ましい。たとえば電流分岐用抵抗７６の抵抗値の１／１０程度にするとよい。
【０１１２】
上記式（１），（２）より、ソレノイド２２の故障時と駆動回路２４の故障時とでは、駆動回路２４の出力端子における信号（本例では電圧信号）の状態が異なることが分かる。よって、電圧監視点ＰＳでの電圧値を電流検出部４４が監視することで、ソレノイド２２の断線であるのか駆動回路２４の故障であるのかを峻別することができる。
【０１１３】
たとえば、ソレノイド２２および駆動回路２４が正常であれば、ソレノイド２２に流れる電流に加えて、電流分岐用抵抗７６に流れる電流が駆動回路２４に流れるので、電圧監視点ＰＳでの電圧値は中程度になる。これに対して、ソレノイド２２がショートしていれば、極めて大きな電流が駆動回路２４に流れるので、電圧監視点ＰＳでの電圧値は正常時よりも上昇する。また、ソレノイド２２が断線していれば、電流分岐用抵抗７６を介してのみ電流が駆動回路２４に流れるので、電圧監視点ＰＳでの電圧値は比較的低くなる。
【０１１４】
また、駆動回路２４がショート故障の場合には、電圧監視点ＰＳでの電圧値は非常に小さくなる。また、駆動回路２４がオープン故障の場合には、電流が流れないので、電圧監視点ＰＳでの電圧値は、故障の発生箇所と状態によって、異なる。
【０１１５】
よって、駆動回路２４の出力である電圧監視点ＰＳの電圧値の違いを参照することで、ソレノイド２２の故障と駆動回路２４の故障とを切り分けることができる。これらの結果を複写機やプリンタメンテナンスに活用することができ、サービスコストの低減を図ることができる。
【０１１６】
なお、上記第３実施形態では、ソレノイド２２を駆動する駆動回路２４の出力電流をソレノイド２２に供給する成分Ｉｐと電磁弁に供給しない成分Ｉｎとに分岐する分流部の構成要素として電流分岐用抵抗７６を使用したが、分流部を構成する部材は、抵抗素子に限らない。たとえば、半導体素子を利用してもかまわない。たとえば、トランジスタを電流分岐用抵抗７６に代えて使用する構成が考えられる。この場合、トランジスタのエミッタ−コレクタ間を電流分岐用抵抗７６に置き換えた接続構成とするとともに、トランジスタの制御入力端子であるベースに制御信号を入力する構成とすれば、制御信号の状態に応じて、トランジスタのエミッタ−コレクタ間の動作抵抗値をダイナミックに制御することができるようになる。
【０１１７】
電流分岐用抵抗７６を使用する場合、構成が簡易であるが、その抵抗値を制御することはできないので、ソレノイド２２の故障と駆動回路２４の故障とを切り分けるのに都合のよい抵抗値を事前に設定する必要がある。複数の抵抗素子をスイッチで切り換えることで、抵抗値を実質的に制御する態様も考えられるが、回路が複雑になる。これに対して、トランジスタを使用しつつその動作抵抗値を制御するようにすれば、比較的簡易な構成で抵抗値を自由に設定することが可能となる。よって、動作抵抗値を制御しつつ駆動回路２４の出力を判断することで、ソレノイド２２の故障と駆動回路２４の故障とを、より精度よく切り分けることができる。
【０１１８】
図８は、本発明に係る故障診断システムの第４実施形態を示すブロック図である。この第４実施形態の故障診断システム１は、第１〜第３実施形態の構成を組み合わせたものである。なお、本実施形態では、電流分岐用抵抗７６の一方の端子を電源Ｖｃｃに接続し、その他方の端子を駆動回路２４の出力である電圧監視点ＰＳに接続しているが、電流分岐用抵抗７６の他方の端子を電流検出抵抗４２とソレノイド２２との接続点Ｐｂに接続してもかまわない。
【０１１９】
この第４実施形態の構成では、たとえばソレノイド２２が断線した場合、先述したような一連の動作信号の特徴量抽出および比較判定から、ソレノイド２２の異常を判定することができる。ここで、電圧監視点ＰＳの電圧値が“Ｈ”ならば、駆動回路２４が故障していると判定することができる。この場合、駆動回路２４を修理したのち、再度、ソレノイド２２に対して異常検査を実施することになる。修理の後、電圧監視点ＰＳの電圧値が“Ｌ”になったならば、駆動回路２４は正常動作しており、ソレノイド２２が断線していると判断することができる。
【０１２０】
また、電流検出抵抗４２を利用した方式とサーチコイル７２を利用した方式といった異なる２つの方式を使用して、ソレノイド２２の動作状態を示す電流信号を検出している。このように、ソレノイド２２の動作状態に応じた信号を異なる観点から取得し、それぞれの信号を総合的に判断することで、故障の有無や故障状態をより精度よく判定することができる。
【０１２１】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１２２】
また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１２３】
たとえば、上記実施形態では、正常動作時の特徴量抽出に、実装状態のソレノイド２２の正常時における特徴量を測定することで得るようにしていたが、たとえば、評価機にて取得した正常時の特徴量を、他の装置の基準特徴量として使用するようにしてもよい。ただし、正常動作時の特徴量抽出に用いたソレノイド２２と、検査対象のソレノイド２２とが同じものである方が、より精度が高まる。
【０１２４】
また、第１実施形態では、電流検出素子として、電流検出抵抗４２をソレノイド２２と直列に接続していたが、この電流検出抵抗４２に代えて、ホール素子や電流検出コイルを使ってもよい。
【０１２５】
また、特徴量抽出部４６は、上述した図３（Ａ）〜図３（Ｃ）の各構成を任意に組み合わせてもかまわない。この場合、特徴量については、特徴量が１つの場合、特徴量が複数の場合の何れでもよいし、両者を併用してもよい。すなわち、図３（Ａ）あるいは図３（Ｂ）の構成と、図３（Ｃ）に示した構成とを組み合わせたものであってもよい。両者を併用する場合は、比較判定部５４は、それぞれの判定結果の論理和に基づいて故障の有無や故障の状態を判定してもよいし、論理積に基づいて故障の有無や故障の状態を判定してもよい。
【０１２６】
このように、ソレノイド２２の動作状態を峻別するための特徴量を異なる観点から取得し、それぞれの特徴量を総合的に判断することで、故障の有無や故障状態をより精度よく判定することができるようになる。
【０１２７】
また、図３（Ｂ）に示した周波数解析部６６では、Ａ／Ｄ変換部６２からのデジタルデータに基づいてデジタル的に周波数解析を行なっていたが、Ａ／Ｄ変換部６２を備えない構成では、電流検出部４４や漏洩磁界検出部７４からのアナログの検知信号に基づいて、アナログ的に周波数解析を行なってもよい。
【０１２８】
また、図３（Ｃ）に示したサンプリング部６８では、Ａ／Ｄ変換部６２からのデジタルデータをサンプリングすることとしていたが、Ａ／Ｄ変換部６２を備えない構成では、アナログ値をサンプルして保持・記憶するサンプルホールド回路を複数時点のそれぞれについて設けてもよい。
【０１２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、正常動作時の電磁弁の動作信号の特徴量を予め取得しておき、実働状態における電磁弁の動作信号の特徴量と比較することで、電磁弁が正常動作しているか否かや異常状態を判定するようにした。
【０１３０】
これにより、複写機やプリンタなどで使われているオン／オフ動作のような一定入力時でも、電磁弁の動作異常の判定が可能になる。また、短絡や断線だけでなく、プランジャの動きが悪いなど、故障の予兆も含む微妙な不具合についても判定することができるようになる。
【０１３１】
また、駆動回路の駆動電流を電磁弁用とそれ以外用とに分流し、実働状態においては、駆動回路の出力端子の状態を参照して、電磁弁に関わる故障の有無を判定するようにした。電磁弁の故障時と駆動回路の故障時とでは、駆動回路の出力端子の状態が異なる。これにより、電磁弁および駆動回路の何れに故障が生じているのかを特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る故障診断システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】電流検出部の出力波形の一例を示す図である。
【図３】特徴量抽出部の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る故障診断システムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態の構成における、サーチコイルの配置方法を説明する図である。
【図６】サーチコイルの出力波形の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る故障診断システムの第３実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る故障診断システムの第４実施形態を示すブロック図である。
【図９】特許文献２に開示されている技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…故障診断システム１、２２，１２２…ソレノイド、２３…プランジャ、２４，１２４…駆動回路、４０，１４０…故障診断部、４１…動作信号検出部、４２，１４５…電流検出抵抗、４４…電流検出部、４６…特徴量抽出部、５０…切替スイッチ、５２…記憶部、５４…比較判定部、５６…警報表示部、５８…制御部、６２…Ａ／Ｄ変換部、６４…積分処理部、６６…周波数解析部、６８…サンプリング部、７２…サーチコイル、７４…漏洩磁界検出部、７６…電流分岐用抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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