JP2010014520A - 金属粒子検出装置 - Google Patents

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

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。

特開２００５−２７４４８６号公報

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。

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。

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。

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。

本発明の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。 第１の実施の形態に係る金属粒子検出装置の要部構成を示す図。 図１の矢視III図。 本実施の形態に係る金属粒子検出装置の検出電圧の一例を示す図。 図２の判定装置における処理の一例を示すフローチャート。

符号の説明

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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