JP2010014520A - 金属粒子検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属粒子の吸着により油圧機器の異常を判定する。
【解決手段】センサボディ2に互いに離間して配置され、オイルに浸して設けられる複数の電極11〜15と、オイル中に混入した金属粒子を電極11〜15に吸着させる吸着手段17と、吸着手段17により吸着された金属粒子により電極11〜15同士が短絡するように構成された電気回路と、電極11〜15間の短絡によって変化する電圧値Vを検出する検出手段26と、検出手段26により検出された電圧値vと時間Δti,Tiとの関係に基づき、金属粒子の増加の程度が異常であるか否かを判定する判定手段29とを備える。
【選択図】図2
【解決手段】センサボディ2に互いに離間して配置され、オイルに浸して設けられる複数の電極11〜15と、オイル中に混入した金属粒子を電極11〜15に吸着させる吸着手段17と、吸着手段17により吸着された金属粒子により電極11〜15同士が短絡するように構成された電気回路と、電極11〜15間の短絡によって変化する電圧値Vを検出する検出手段26と、検出手段26により検出された電圧値vと時間Δti,Tiとの関係に基づき、金属粒子の増加の程度が異常であるか否かを判定する判定手段29とを備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、作動油や潤滑油などのオイル中に存在する金属粒子を検出する金属粒子検出装置に関する。
従来より、センサの先端部に設けた複数の電極に磁力によってオイル中の金属粒子を吸着させ、電極間の抵抗変化を利用してオイル中の金属粒子を検出するようにした装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この特許文献1記載の装置は、センサの端部に磁石を設け、この磁石の周囲に絶縁体を介して複数の棒状電極を配設する。そして、磁力によって吸着した金属粒子により電極間を短絡させ、この短絡回数からオイルの汚れ度合いを検出するようにしている。
しかし、例えば油圧機器が正常状態で稼働していても、正常磨耗によってオイル中に金属粒子が混入することがある。このため、上記特許文献1記載の装置のように短絡回数を検出するだけでは、油圧機器に異常が生じたか否かを判断することが困難である。
本発明による金属粒子検出装置は、センサボディに互いに離間して配置され、オイルに浸して設けられる複数の電極と、オイル中に混入した金属粒子を前記電極に吸着させる吸着手段と、吸着手段により吸着された金属粒子により電極同士が短絡するように構成された電気回路と、電極間の短絡によって変化する電圧値を検出する検出手段と、検出手段により検出された電圧値と時間との関係を記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明による金属粒子検出装置は、センサボディに互いに離間して配置され、オイルに浸して設けられる複数の電極と、オイル中に混入した金属粒子を電極に吸着させる吸着手段と、吸着手段により吸着された金属粒子により電極同士が短絡するように構成された電気回路と、電極間の短絡によって変化する電圧値を検出する検出手段と、検出手段により検出された電圧値と時間との関係に基づき、金属粒子の増加の程度が異常であるか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明による金属粒子検出装置は、センサボディに互いに離間して配置され、オイルに浸して設けられる複数の電極と、オイル中に混入した金属粒子を電極に吸着させる吸着手段と、吸着手段により吸着された金属粒子により電極同士が短絡するように構成された電気回路と、電極間の短絡によって変化する電圧値を検出する検出手段と、検出手段により検出された電圧値と時間との関係に基づき、金属粒子の増加の程度が異常であるか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、電極間の短絡によって変化する電圧の検出値と時間との関係に基づき、金属粒子の増加の程度が異常であるか否かを判定するようにしたので、油圧機器の異常発生を正確に判断できる。
以下、図1〜図5を参照して本発明による金属粒子検出装置の実施の形態について説明する。
図1は、本実施の形態に係る金属粒子検出装置の取付状態を示す図である。金属粒子検出装置は、例えば作動油や潤滑油等の通過するオイル配管1に取り付けられ、配管内の金属粒子を検出する。図1の例では、センサボディ2の先端部外周面にねじ部3が設けられ、ねじ部3を介してセンサボディ2が配管1に装着されている。センサボディ2の先端部(センサ部4)は、配管1の内壁面よりも内側に突出し、配管内のオイルに浸されている。なお、5はシール用のOリングである。配管1には油圧ポンプや油圧モータなどの油圧機器が接続される。
図1は、本実施の形態に係る金属粒子検出装置の取付状態を示す図である。金属粒子検出装置は、例えば作動油や潤滑油等の通過するオイル配管1に取り付けられ、配管内の金属粒子を検出する。図1の例では、センサボディ2の先端部外周面にねじ部3が設けられ、ねじ部3を介してセンサボディ2が配管1に装着されている。センサボディ2の先端部(センサ部4)は、配管1の内壁面よりも内側に突出し、配管内のオイルに浸されている。なお、5はシール用のOリングである。配管1には油圧ポンプや油圧モータなどの油圧機器が接続される。
図2は、第1の実施の形態に係る金属粒子検出装置のセンサ部4の構成を示す断面図(図3のII-II線断面図)であり、図3はセンサ部4の構成を示す平面図(図1の矢視III図)である。なお、図2には、金属粒子検出装置の電気回路も示している。センサボディ2の中央部(ねじ部の中心3)には、丸棒形状の中心電極11が設けられ、中心電極11の周囲には、中心電極11を中心として複数(図では4個)の円筒形状のリング状電極12〜15が同心状に設けられている。隣り合う各電極11〜15間の隙間w1〜w4は、径方向外側に向かうにつれて徐々に大きくなっている(w1<w2<w3<w4)。
中心電極11とリング状電極12〜15はそれぞれ導電体により構成され、これらは互いに離間した状態で絶縁体16に固定されている。各電極11〜15の先端部は、それぞれ絶縁体16の表面よりも所定量だけ突出し、先端部の位置がオイルの流れに対して平行になっている。センサボディ2の内部には電極11〜15と接触して磁石17(例えば永久磁石)が設けられ、磁力により配管1内の金属粒子をセンサ部4(絶縁体16)の表面に吸着可能となっている。
図2に示すように電源27には、導線31と、抵抗器21と、導線33と、中心電極11と、抵抗器22〜25と、導線32が直列に接続されている。また、リング状電極12は、導線35を介して抵抗器22と抵抗器23の間に接続され、リング状電極13は、導線36を介して抵抗器23と抵抗器24の間に接続され、リング状電極14は、導線37を介して抵抗器24と抵抗器25の間に接続され、リング状電極15は、抵抗器25と電源27の間に接続されている。金属粒子の吸着により電極11〜15間が短絡すると、抵抗器22〜25に対して並列な回路が形成される。
導線34と導線32の間には電圧検出器26が接続され、電圧検出器26により抵抗器21で分圧された抵抗器22〜25の電圧Vが検出される。電圧検出器26には記録装置28が接続され、記録装置28には判定装置29が接続されている。記録装置28には電圧検出器26で検出された電圧Vと時間との関係が記録される。判定装置29では、この電圧検出値に基づき、後述するように金属粒子の吸着の程度が異常であるか否かを判定する。
抵抗器21〜25はそれぞれセンサボディ2内に設けられ、電源27と電圧検出器26と記録装置28と判定装置29は測定装置30内に設けられている。センサボディ2と測定装置30とは、導線31,32,34により接続されている。なお、測定装置30には表示装置(不図示)も設けられ、電圧Vの変化が表示される。
ここで、電源27の電圧をV0、抵抗器21の抵抗値をR0、導線32,33間の抵抗をRとすると、電圧検出器26による検出値Vは、以下のようになる。
V=V0・R/(R0+R)
このとき、センサ部4の表面に金属粒子が吸着していなければ、電極11〜15同士は短絡されず、抵抗器21〜25にそれぞれ直列に電流が流れる。このため、抵抗器22〜25の抵抗値をそれぞれR1〜R4とすると、R=R1+R2+R3+R4となり、V=V0・(R1+R2+R3+R4)/(R0+R1+R2+R3+R4)となる。なお、ここでは、抵抗器22〜25の抵抗値R1〜R4をR1>R2>R3>R4に設定する。
V=V0・R/(R0+R)
このとき、センサ部4の表面に金属粒子が吸着していなければ、電極11〜15同士は短絡されず、抵抗器21〜25にそれぞれ直列に電流が流れる。このため、抵抗器22〜25の抵抗値をそれぞれR1〜R4とすると、R=R1+R2+R3+R4となり、V=V0・(R1+R2+R3+R4)/(R0+R1+R2+R3+R4)となる。なお、ここでは、抵抗器22〜25の抵抗値R1〜R4をR1>R2>R3>R4に設定する。
一方、磁力によってセンサ部4に金属粒子が吸着すると、金属粒子を介して電極11〜15同士が短絡される。電極11〜15間が短絡すると、電極11〜15間を電流が流れるため、全体の抵抗値Rが変化し、電圧検出器26の検出値Vも変化する。これによりセンサ部4に金属粒子が吸着したことを検出することができる。
この場合、電極11〜15間の隙間w1〜w4は中心部の隙間w1が最も小さいため、電極11〜15は中心部から径方向外側にかけて順番に短絡し、抵抗値Rが徐々に変化する。抵抗値Rの変化により検出電圧Vは例えば図4に示すように変化する。すなわち時点t1で電極11,12間が短絡すると電圧はV0からV1(<V0)となり、さらに時点t2で電極12,13間が短絡すると電圧はV2(<V1)となり、さらに時点t3で電極13,14間が短絡すると電圧はV3(<V2)となり、さらに時点t4で電極14,15間が短絡すると電圧はV4(<V3)となる。ここで、電極間が短絡してから次の電極間が短絡するまでに要した時間、すなわちt1−t0,t2−t1,t3−t2,t4−t3をそれぞれΔt1〜Δt4とする。
ところで、配管1に接続される油圧機器の使用によって配管1内に含まれる金属粒子量は増加する。この場合、油圧機器が正常状態であっても、正常磨耗によって金属粒子量は増加するため、電極11〜15間の短絡は生じる。油圧機器の正常磨耗によって電極11〜15間が短絡するのに要する標準的な時間(以下、標準経過時間)をT1〜T4とすると、Δt1〜Δt4が標準経過時間T1〜T4以上であれば、油圧機器の正常磨耗による金属粒子の増加と推定される。
一方、Δt1〜Δt4が基準時間T1〜T4よりも短ければ、油圧機器の何らかの異常によって金属粒子量が急激に増加したと推定される。この点を考慮し、本実施の形態では判定装置29において以下のように油圧機器の異常判定を行う。なお、標準経過時間T1〜T4は、センサ部4の形状やオイルの使用条件(オイル流量等)によって定まる値であり、実験や解析によって求められ、予めメモリ等に記憶されている。
図5は、CPU等によって構成される判定装置29における処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、センサ部4に金属粒子が全く付着していない状態、例えばセンサを新品に交換後に、リセットスイッチを操作することで開始される。ステップS1では、初期条件として変数nを1、sを0に設定する。なお、nは電極間の短絡が検出される度に1づつ増加し、sは異常が検出される度に1づつ増加する。ステップS2では、予め定めた標準経過時間T1〜T4が読み出される。
ステップS3では、電圧の検出値Vと計算値(R・V0/(R0+R))との大小を判定する。なお、RはΣRi(i=n〜4)で表される。この場合、電極11〜15間の短絡がないときにnが1、電極11,12間が短絡しているときにnが2、電極間11〜13が短絡しているときにnが3、電極11〜14間が短絡しているときにnが4に設定されていれば、電圧の検出値Vと計算値は等しくなり、ステップS3が肯定される。ステップS3が否定されるまで、電圧の検出値Vと計算値の比較が行われる。
一方、nが1に設定されているときに電極11,12間が短絡したとき、nが2に設定されているときに電極11〜13間が短絡したとき、nが3に設定されているときに電極11〜14間が短絡したとき、nが4に設定されているときに電極11〜14間が短絡したときは検出値Vの方が計算値よりも小さくなる。この場合はステップS3が否定され、ステップS4に進む。
ステップS4では、ステップS3の処理が否定されるまでに要した時間、すなわち図4のΔt1〜Δt4を記憶する。ステップS5では、この経過時間Δtnとこれに対応する標準経過時間Tnとの比が1以上であるか否か、すなわちΔtnがTn以上か否かを判定する。ステップS5が否定されるとステップS6に進み、電極11〜15間の短絡が正常磨耗時よりも早く発生したとして、つまり異常発生としてsに1が加算される。一方、ステップS5が肯定されると、正常磨耗による短絡と判定され、ステップS6をパスしてステップS7に進む。
ステップS7では、異常発生の回数sが2回以下であるか否かを判定する。ステップS7が否定されると、つまりs=3と判定されるとステップS8に進む。ステップS8では、異常が3回もカウントされたことから明らかな異常であると判定し、例えば表示装置に制御信号を出力して、金属粒子の吸着状態が異常である旨を表示装置を介してユーザに報知する。一方、ステップS7が肯定されるとステップS8をパスしてステップS9に進む。ステップS9では、nが3以下か否かを判定する。ステップS9が肯定されると、ステップS10に進み、nに1を加算し、ステップS3に戻る。ステップS9が否定されると処理を終了する。なお、処理が終了した旨を表示装置等を介してユーザに報知するようにしてもよい。
本実施の形態の動作をより具体的に説明する。図5の処理を開始した直後はn=1である。この場合、電極11,12間の短絡がなければ、電圧の検出値Vと計算値(R1+R2+R3+R4)・V0/(R0+R1+R2+R3+R4)は等しい。時間Δt1後に電極11,12間が短絡すると、電圧検出値Vは計算値よりも小さくなる。このとき、図4に示すようにΔt1がT1以上であれば正常磨耗であり、sに1は加算されず(ステップS5→ステップS7)、nに1が加算されて、n=2となる(ステップS10)。
n=2において、電極12,13間の短絡がなければ、電圧の検出値Vと計算値(R2+R3+R4)・V0/(R0+R2+R3+R4)は等しい。時間Δt2後に電極12,13間が短絡すると、電圧検出値Vは計算値よりも小さくなる。このとき、図4に示すようにΔt2がT2以上であれば正常磨耗であり、sに1は加算されず、nに1が加算されて、n=3となる。
n=3において、電極13,14間の短絡がなければ、電圧の検出値Vと計算値(R3+R4)・V0/(R0+R3+R4)は等しい。時間Δt3後に電極13,14間が短絡すると、電圧検出値Vは計算値よりも小さくなる。このとき、図4に示すようにΔt3がT3より小さければ異常であり、sに1が加算されてs=1となる(ステップS6)。また、nに1が加算されて、n=4となる。
n=4において、電極14,15間の短絡がなければ、電圧の検出値Vと計算値(R4)・V0/(R0+R4)は等しい。時間Δt4後に電極14,15間が短絡すると、電圧検出値Vは計算値よりも小さくなる。このとき、図4に示すようにΔt4がT4より小さければ異常であり、sに1が加算されてs=2となる(ステップS6)。以上により判定装置30における処理が終了する。なお、処理の終了時にはn=4であるため、センサ部4のほぼ全面に金属粒子が吸着されており、センサの交換または清掃が必要となるが、これは表示装置に表示される電圧Vの変化に基づきユーザが把握できる。
一方、図4において、仮にΔt2がT2より小さいとすると、s=3となる。この場合は、管路1内の金属粒子が異常に増加した旨が報知される(ステップS8)。これにより油圧機器の正常磨耗による金属粒子の吸着と異常発生による金属粒子の吸着とを区別することができ、ユーザは油圧機器等に異常が生じたことを早期に認識することができる。
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)電極11〜15間の短絡によって変化する電圧値Vを電圧検出器26により検出するとともに、この検出された電圧値Vが変化するのに要した時間Δt1〜Δt4と標準経過時間T1〜T4との関係に基づき、金属粒子の増加の程度が異常であるか否かを判定するようにした。これにより油圧機器に異常が生じたか否かを正常磨耗と区別して正確に判断できる。
(2)電圧の変化に要した時間Δt1〜Δt4が標準経過時間T1〜T4よりも短くなった回数をカウントし、そのカウント値sが所定回数(2回)を超えると、明らかな異常であると判定し、表示装置を介してユーザに異常を報知するようにした。これによりΔti<Tiが検出されても、その回数が所定回数未満であれば異常が報知されないため、誤った異常の報知を行うことを防止できる。
(3)検出電圧Vの変化を表示装置に表示するようにしたので、ユーザは金属粒子の吸着の程度を認識することができ、センサの交換または清掃の要否を判断できる。
(4)センサボディ2の中央部に中心電極11を設けるとともに、この中心電極11を中心として同心状に複数のリング状電極12〜15を設け、隣り合う各電極11〜15間の距離w1〜w4を互いに異なるようにしたので、電極11〜15同士が順番に短絡し、金属粒子の吸着量の変化を容易に把握できる。
(1)電極11〜15間の短絡によって変化する電圧値Vを電圧検出器26により検出するとともに、この検出された電圧値Vが変化するのに要した時間Δt1〜Δt4と標準経過時間T1〜T4との関係に基づき、金属粒子の増加の程度が異常であるか否かを判定するようにした。これにより油圧機器に異常が生じたか否かを正常磨耗と区別して正確に判断できる。
(2)電圧の変化に要した時間Δt1〜Δt4が標準経過時間T1〜T4よりも短くなった回数をカウントし、そのカウント値sが所定回数(2回)を超えると、明らかな異常であると判定し、表示装置を介してユーザに異常を報知するようにした。これによりΔti<Tiが検出されても、その回数が所定回数未満であれば異常が報知されないため、誤った異常の報知を行うことを防止できる。
(3)検出電圧Vの変化を表示装置に表示するようにしたので、ユーザは金属粒子の吸着の程度を認識することができ、センサの交換または清掃の要否を判断できる。
(4)センサボディ2の中央部に中心電極11を設けるとともに、この中心電極11を中心として同心状に複数のリング状電極12〜15を設け、隣り合う各電極11〜15間の距離w1〜w4を互いに異なるようにしたので、電極11〜15同士が順番に短絡し、金属粒子の吸着量の変化を容易に把握できる。
なお、上記実施の形態では、判定装置29により、電圧の検出値Vの時間変化に基づき、金属粒子の増加の程度が異常であるか否かを判定するようにしたが、電圧の検出値Vと時間との関係を記憶手段としての記録装置28に記憶し、この記憶結果を用いてユーザ自身が異常判定するようにしてもよく、必ずしも判定装置は必要でない。また、電圧検出器26からの信号を判定装置29に直接入力して異常判定するようにしてもよく、必ずしも記録装置28は必要でない。
上記実施の形態では、電極間の短絡による電圧変化に要した時間Δt1〜Δt4と標準経過時間T1〜T4(基準時間)とに基づき異常を判定するとともに、電圧変化に要した時間Δt1〜Δt4が標準経過時間T1〜T4よりも短くなった回数をカウントし、そのカウント値sが所定回数を超えると異常と判定するようにしたが、電圧の検出値Vと時間との関係に基づき異常判定するのであれば、判定手段としての判定装置29における処理は上述したものに限らない。
上記実施の形態では、中心電極11と複数のリング状電極12〜15をセンサボディ2に設けたが、電極の数や電極の形状はこれに限らない。オイル中に混入した金属粒子を電極11〜16に吸着する吸着手段として永久磁石18を用いたが、電磁石でもよい。吸着された金属粒子により電極間が短絡するように構成されるのであれば、電気回路の構成も図2に示したものに限らない。電圧検出器28により電極間の短絡によって変化する電圧値Vを検出するようにしたが、検出手段はこれに限らない。
上記実施の形態では、オイル配管1にセンサボディ2を取り付けるようにしたが、オイルタンク等に取り付けてもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の金属粒子検出装置に限定されない。
2 センサボディ
11 中心電極
12〜16 リング状電極
17 磁石
20〜25 抵抗器
26 電圧検出器
27 電源
28 記録装置
29 判定装置
11 中心電極
12〜16 リング状電極
17 磁石
20〜25 抵抗器
26 電圧検出器
27 電源
28 記録装置
29 判定装置
Claims (5)
- センサボディに互いに離間して配置され、オイルに浸して設けられる複数の電極と、
オイル中に混入した金属粒子を前記電極に吸着させる吸着手段と、
前記吸着手段により吸着された金属粒子により前記電極同士が短絡するように構成された電気回路と、
前記電極間の短絡によって変化する電圧値を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された電圧値と時間との関係を記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする金属粒子検出装置。 - センサボディに互いに離間して配置され、オイルに浸して設けられる複数の電極と、
オイル中に混入した金属粒子を前記電極に吸着させる吸着手段と、
前記吸着手段により吸着された金属粒子により前記電極同士が短絡するように構成された電気回路と、
前記電極間の短絡によって変化する電圧値を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された電圧値と時間との関係に基づき、金属粒子の増加の程度が異常であるか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする金属粒子検出装置。 - 請求項2に記載の金属粒子検出装置において、
前記判定手段は、前記電極間の短絡によって電圧が変化するのに要した時間とこれに対応して予め定められた基準時間とに基づき、金属粒子の増加の程度が異常であるか否かを判定することを特徴とする金属粒子検出装置。 - 請求項3に記載の金属粒子検出装置において、
前記判定手段は、前記電圧の変化に要した時間が前記基準時間よりも短くなった回数をカウントし、そのカウント値が所定回数を超えると異常と判定することを特徴とする金属粒子検出装置。 - 請求項1〜4に記載の金属粒子検出装置において、
前記複数の電極は、前記センサボディの中央部に設けられた中心電極と、前記中心電極を中心として同心状に形成された複数のリング状電極とからなり、隣り合う各電極間の距離は互いに異なる値に設定されていることを特徴とする金属粒子検出装置。
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---|---|---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10705039B2 (en) * | 2017-03-27 | 2020-07-07 | Nabtesco Corporation | Sensor for detecting magnetic powders in a lubricant |
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2008
- 2008-07-03 JP JP2008174287A patent/JP2010014520A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10705039B2 (en) * | 2017-03-27 | 2020-07-07 | Nabtesco Corporation | Sensor for detecting magnetic powders in a lubricant |
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