(57)【要約】【課題】検知するための複雑な処理ステップを必要とせず、接点の接続状態を稼働状態のままで、且つ負荷の変動やその他の素子の特性等による影響を受けずに接続異常を検知する。【解決手段】電気回路の接続部における接続異常を検知するために、電気回路への電源供給路に基準抵抗１１を設け、この基準抵抗１１による電圧降下と、コネクタ１５の接続部の接触抵抗による電圧降下とを同時に比較して接続異常を検知する検知回路５０を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路の接続部における接続異常を検知する接続異常検知装置であって、前記電気回路への電源供給路に基準抵抗を設け、前記基準抵抗による電圧降下と、前記接続部の接触抵抗による電圧降下とを比較して接続異常を検知する検知回路を備えたことを特徴とする接続異常検知装置。
【請求項２】
前記検知回路は、比較時の電圧降下の入力に対して検出閾値レベルにヒステリシスを設けたことを特徴とする請求項１記載の接続異常検知装置。
【請求項３】
前記検知回路は、前記接続部における正極側電流及び負極側電流によるそれぞれの電圧降下と前記基準抵抗による電圧降下とを比較して接続異常を検知することを特徴とする請求項１または２記載の接続異常検知装置。
【請求項４】
前記検知回路は、前記正極側電流と負極側電流による電圧降下を時分割で前記基準抵抗による電圧降下と比較することを特徴とする請求項３記載の接続異常検知装置。
【請求項５】
請求項４記載の接続異常検知装置において、正極側電流と負極側電流で発生する電圧降下を検知するための検知電圧の切換えを行う切換手段を負荷側に設けたことを特徴とする接続異常検知装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接続異常検知装置において、電圧降下による電位差を直流化する整流回路を設けたことを特徴とする接続異常検知装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の接続異常検知装置において、複数の負荷系統の各接続点に対し、比較対象の電圧降下入力を切換える制御手段を設けたことを特徴とする接続異常検知装置。
【請求項８】
電気回路の接続部における接続異常を検知する接続異常検知方法であって、前記電気回路への電源供給路に設けた基準抵抗による電圧降下と、前記接続部の接触抵抗による電圧降下とを比較して接続異常を検知する検知ステップを有することを特徴とする接続異常検知方法。
【請求項９】
前記検知ステップは、前記接続部における正極側電流及び負極側電流によるそれぞれの電圧降下と、前記基準抵抗による電圧降下とを比較して接続異常を検知することを特徴とする請求項８記載の接続異常検知方法。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の接続異常検知装置を備えたことを特徴とする電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路における接点の接続異常検知技術に関し、特に挿抜可能な接点を介して信号や電力を伝達する電気回路の接続部における接触抵抗の増加等の接続異常を検知する接続異常検知装置、接続異常検知方法及び前記接続異常検知装置を備えた電気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気をエネルギーとして稼働する各種電気装置では、電源部から離れた回路やユニット等へは電源コードの先にコネクタ等を設け、コネクタを介して電源が供給されている。コネクタ部の接触不良は、経年変化による部材の劣化や、埃、液体、薬物等による汚損、挿抜時の損傷などが原因で起ることが多い。コネクタによって接続されるのは、電源だけではなく各種信号線もあるが、特に一部の電源の異常は装置全体の誤動作を招くだけでなく、接触抵抗の増大による発熱等の危険もあり特に重要である。接続異常を検知する方法は、従来から種々提案されている。
例えば、特許文献１では、電流値を監視して予め設定してある正常時と比較し、その値がある範囲を超えた場合に異常状態と判定して電力供給を遮断するように制御している。
【０００３】
また、特許文献２では、センサーが接続されているコネクタの接触抵抗を検出するために、センサー素子と並列に整流素子を接続して、本体側から電圧の向きを変えて電圧を印加し、それぞれの向きで印加したときに得られた電位から接触抵抗を算出するようにしている。
また特許文献３では、負荷側の正常時の消費電流を記憶しておき、動作時の消費電流がある値を下回った場合、接続不良と判断して動作を停止するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−１８２１６３公報
【特許文献２】特開２０００−２１４２０８公報
【特許文献３】特開２００４−１０３３２７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献３では、稼働時の電流値を正常時の電流値と比較しているが、正常時の電流は負荷の状態によって変化するので、電流値が一定の値を示すのは稀である。また、ある程度の期間を平均した値から判断する場合は、タイムラグが生じて迅速な対応ができないという問題がある。
また特許文献２では、本体側から電圧の向きを変えて電圧を印加する必要があり、幾つかの手順を踏まないと結果が出ない、また、何よりも稼動状態では行えないという問題がある。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであって、検知のための複雑な処理ステップを必要とせず、接点の接続状態を稼働（通電）状態のままで、且つ負荷の変動やその他の素子の特性等による影響を受け難い接続異常検知技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電気回路の接続部における接続異常を検知する接続異常検知装置であって、前記電気回路への電源供給路に基準抵抗を設け、前記基準抵抗による電圧降下と、前記接続部の接触抵抗による電圧降下とを比較して接続異常を検知する検知回路を備えたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の接続異常検知装置において、前記検知回路は、比較時の電圧降下の入力に対して検出閾値レベルにヒステリシスを設けたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の接続異常検知装置において、前記検知回路は、前記接続部における正極側電流及び負極側電流によるそれぞれの電圧降下と前記基準抵抗による電圧降下とを比較して接続異常を検知することを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３記載の接続異常検知装置において、前記検知回路は、前記正極側電流と負極側電流による電圧降下を時分割で前記基準抵抗による電圧降下と比較することを特徴とする。
【０００６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４記載の接続異常検知装置において、正極側電流と負極側電流で発生する電圧降下を検知するための検知電圧の切換えを行う切換手段を負荷側に設けたことを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接続異常検知装置において、電圧降下による電位差を直流化する整流回路を設けたことを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の接続異常検知装置において、複数の負荷系統の各接続点に対し、比較対象の電圧降下入力を切換える制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項８に記載の発明は、電気回路の接続部における接続異常を検知する接続異常検知方法であって、前記電気回路への電源供給路に設けた基準抵抗による電圧降下と、前記接続部の接触抵抗による電圧降下とを比較して接続異常を検知する検知ステップを有することを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８記載の接続異常検知方法において、前記検知ステップは、前記接続部における正極側電流及び負極側電流によるそれぞれの電圧降下と、前記基準抵抗による電圧降下とを比較して接続異常を検知することを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の接続異常検知装置を備えた電気装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、検知のための複雑な処理ステップを必要とせず、接点の接続状態を稼働状態のままで、負荷の変動やその他の要因による影響を受けずに電源ライン等の接続異常を検知することができる。また、電気装置に接続異常を検知する機能を設けることにより、電気装置を安全に使用することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の接続異常検知装置にかかる基本構成を説明する図である。同図において、本体１０側から電源（＋２４Ｖ）を供給するラインがコネクタ１５で負荷ユニット２０に接続されている。ここで、本体１０は電気で稼働する電気装置で、例えばプリンタや複写機、パーソナルコンピュータ等のオフィス機器でも、電子レンジや冷蔵庫、テレビ等の家庭用電気製品でもよい。電源はコネクタ１５の１番ピンより供給されており、負荷電流の帰線は、図示しないＧＮＤ線で正極側と同様にコネクタ１５に接続されている。本体１０側に設けられている基準抵抗１１は、抵抗値が既知の抵抗であるので、抵抗両端の電圧とコネクタ１５の１番ピンの両側（Ａ点とＢ点）の電圧を比較すれば、通電電流の大きさにかかわらず１番ピンの接触抵抗の変化を検知できる。
検知回路５０は、基準抵抗１１の電圧降下を入力する基準入力端子と、１番ピンの接触抵抗による電圧降下を入力する被測入力端子とを備えている。この検知回路５０は、基準入力に対する被測入力の割合が設定された条件になると検知出力を反転するように作用する。
【００１０】
図２は本発明の一実施形態にかかる検知回路５０の回路図である。以下、同図を参照して、検知回路５０を図１に関連付けてその動作を説明する。
オペアンプ１は、基準抵抗による電圧降下をＡ点を基準にして出力する。オペアンプ２は、１番ピンの両側の電圧降下をＢ点を基準にして出力する。ここで、Ａ点、Ｂ点の電圧をＶA、ＶBとすると、次式が成り立つ。
オペアンプ１の出力＝ＶA−（２４−ＶA）＝２ＶA−２４  ・・・式１
オペアンプ２の出力＝ＶB−１０（ＶA−ＶB）＝１１ＶB−１０ＶA  ・・・式２
上の２式は、オペアンプの反転増幅回路の式で、式１では、入力抵抗とフィードバック抵抗がともに１０ＫΩなので、入力電圧の電位差の（−１）倍の電圧に基準電圧ＶAが上乗せされた出力電圧となる。また、式２では、フィードバック抵抗が１００ＫΩで入力抵抗の１０倍になっているので、入力電圧の電位差の（−１０）倍の電圧に基準電圧ＶBが上乗せされた出力電圧となる。
【００１１】
１番ピンの接触抵抗は通常、数十ミリΩであるが、仮に５０ｍΩとして計算すると、負荷電流が１Ａのとき、オームの法則により、ＶAは電圧降下が１Ａ×１Ωで１Ｖ、つまり２４−１＝２３Ｖとなり、同様にＶBは電圧降下が１Ａ×０．０５Ω＝０．０５Ｖで、ＶAより０．０５Ｖ低くなるから、２３−０．０５＝２２．９５Ｖとなる。この値を上記式１及び式２に代入すると、
オペアンプ１の出力＝２２．０Ｖ
オペアンプ２の出力＝２２．４５Ｖ
となり、オペアンプ１の出力＜オペアンプ２の出力となって、この実施形態のように接続されたコンパレータの出力はオープン状態で４．７ｋΩで＋３．３Ｖにプルアップされた状態となる。
【００１２】
他方、接触抵抗が増加して、オペアンプ２の出力が低下しコンパレータの出力が反転する（即ちオペアンプ１の出力  ≧  オペアンプ２の出力  となる）とき、次式３が成り立つ。即ち、式１、式２で両オペアンプの出力電圧が等しいと置き、
２ＶA−２４＝１１ＶB−１０ＶA  ・・・式３
負荷電流をＩとして、接触抵抗をＸとすると、
ＶA＝２４−Ｉ・１  ・・・式４
ＶA−ＶB＝Ｉ・Ｘ  ・・・式５
となる。
なお、式４における“Ｉ・１”は、本実施形態の基準抵抗の抵抗値１Ωによる電圧降下によるものを表す。上式３〜５より、変形していくと、ＶA−ＶB＝Ｉ／１１＝Ｉ・Ｘが得られ、
Ｘ＝１／１１＝０．０９０９Ω
が求まる。つまり、接触抵抗Ｘが、約９０ｍΩ以上に増加したとき、コンパレータ出力が反転する。この回路ではＬｏｗレベルを出力する。コンパレータ出力はオープン状態のとき＋３．３Ｖでプルアップされているので、ＴＴＬレベル等のロジック回路にインタフェースでき、図示しない制御回路に接続可能となる。これにより制御回路では警告表示や電源供給停止などの制御を行うことができる。
【００１３】
検知出力は、コンパレータのスレッショルドレベル（閾値）付近で不安定になることが知られている。不安定とは、コンパレータの出力が頻繁に反転する状態をいう。検知出力を安定化するために、図３に示すようにコンパレータ１に１００ＫΩの抵抗を介して正帰還回路を設ける。これにより、ヒステリシス特性が得られ、検知出力を安定化することができる。なお、この回路はシュミット回路としてよく知られたものである。コンパレータ２は、コンパレータ１の出力をＴＴＬレベル等のロジック回路にインタフェースする為に使われる。なお、本実施形態では電圧降下の比較にコンパレータを用いたが、他にＡ／Ｄコンバータとマイクロプロセッサを使用してソフトウェアで処理する方法でもよい。その場合は、ヒステリシス特性や閾値に関してもソフト的に適宜変更できる。
【００１４】
図４に示す他の実施形態による接続異常検知装置は、負荷に供給する電源の正極側と負極側の両方の接続異常を同時に検知するものである。この例では、検知回路を２つ備え、検知回路５０ａでは正極側（１番ピン及び２番ピン）の接触抵抗によるＡ点とＢ点の電位差を、検知回路５０ｂでは負極側（３番ピン及び４番ピン）の接触抵抗によるＡ点とＣ点の電位差をそれぞれ基準抵抗１１による電圧降下と比較して検知する。両検知回路５０ａ及び５０ｂは同じ物で、その動作は図２で説明したのと同様である。この実施形態では、正極側あるいは負極側のいずれかに異常が検知されたら図示しない制御回路へ異常信号が伝達される。
【００１５】
図５に示す他の実施形態による接続異常検知装置は、図４の構成において２つ用いていた検知回路５０を１つにして、被測入力に正極側と負極側の接触抵抗による電圧降下を切換えて入力する手段を設けた例である。この例では、検知対象の切換えには、図示しない制御回路によりリレーを用いて時分割で検知を行うようにしている。同図ではリレーによる検知対象の切換えの例を示しているが、この方法に限るものではない。図示しない制御回路は、正極側と負極側の各接点の接触抵抗による電圧降下を適宜切換えて接続状態を監視し、然るべき制御を実行する。なお、Ｂ点の電位とＣ点の電位を切換える手段を負荷ユニット側に設けてもよい（図６参照）。各電圧降下の電位を本体側に接続する回路に比べて、切換えのための制御信号線（４番ピン）は簡便な配線でよい。
図７は、供給する電源が交流電源の場合でも動作する接続異常検知装置の構成を示す図である。この例では図１で説明した検知回路５０の入力に整流素子を介して降下電圧を直流にして印加している。勿論直流の電源に対してもこのまま使えることは言うまでもない。
【００１６】
次に負荷が複数あるユニットで、それぞれ別々の接点で電源が供給される場合、各接点の電圧降下を検知するための接続異常検知装置の例を説明する。図８は、本発明の他の実施形態にかかる接続異常検知装置の構成を説明する図である。本実施形態では、切換器ＳＥＬ１を用いてＢ１点〜Ｂ４点の電位を選択出力させ、その電位を本体にフィードバックするものである。制御回路６０は、Ａ１点〜Ａ４点の電位も同様に切換器ＳＥＬ２を用いて選択し、検知回路５０に印加する。検知出力結果は制御回路６０によって、その時点で選択されている負荷の接点であると判断でき、必要な制御を実行することができる。基準抵抗の＋２４Ｖ側の電位が同一でない場合は、更にＳＥＬ３を設けて、検知回路５０の基準入力の＋側に接続する構成となる。この例では４回路分の信号を２ビットの選択信号で切換える構成になっているが、例えば負荷回路が８回路になった場合でも、選択信号を３ビットにするだけで同様のことが行える。
以上説明したように、本発明によれば、接点の接続状態を稼働状態のままで、負荷の変動や他の要因による影響を受けずに接続異常を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の接続異常検知装置にかかる基本構成を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる検知回路５０の回路図である。
【図３】本発明の他の実施形態にかかる検知回路５０の回路図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる接続異常検知装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる接続異常検知装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態にかかる接続異常検知装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態にかかる接続異常検知装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態にかかる接続異常検知装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０…本体、１１…基準抵抗、１５…コネクタ、２０…負荷ユニット、５０、５０ａ、５０ｂ…検知回路、６０…制御回路
【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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