JP2011007610A - オイルチェックセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】オイルチェックセンサが、オイルに流れがある場合でも正確に測定できるようにする。また、その際、出力を段階出力とする。
【解決手段】オイル中に挿入される円筒形の磁石２に、前記磁石２に嵌合する一対のリング状の電極Ａ、Ｂを軸方向にギャップを介して配置する。そして、前記電極Ａ、Ｂ間に付着する金属粉による抵抗値の変化を複数の基準値Ｖｂ１〜ｎと比較し、比較結果を加算して、加算した結果を出力する。このように、抵抗値が設定値以下になると一定の電圧を出力する検出回路を複数個備えて、測定した抵抗値を段階的に出力することで、オイルの流れの上流側に金属粉が付着しても、センサ本体１１がオイルの劣化を正確に測定できるようにする。
【選択図】図２

Description

この発明は、ミッションオイルやエンジンオイルなどの劣化（汚れ具合）やオイルの劣化に基づくメカニズムの磨耗などを検出するオイルチェックセンサに関するものである。

ミッションオイルやエンジンオイルなどの汚れ具合を検出するセンサとして、例えば、（特許文献１）に記載されたオイルチェックセンサがある。

このオイルチェックセンサは、ハウジングの突出したセンサ部の先端にセンサ本体を収容したもので、センサ本体は、図６のように、複数の電極１を用いたものである。また、複数の電極１は、図７のような検出回路と接続する。
すなわち、センサ本体は、オイル中に挿入される円筒形の磁石２の外周にカップ状の電極を嵌合し、そのカップ状電極と対向する複数の電極１を磁石２の外周に等間隔で、かつ、軸方向にギャップを介して配置したものである。ちなみに、符号１７は絶縁カバーである。
一方、検出回路は、図７のように、カップ状電極と対向するそれぞれの電極１を、抵抗４を介して電源ＶＤと接続し、その抵抗４を介して電源ＶＤに接続した電極１を、前記電極１ごとに設けた比較回路３の反転入力に接続してある。また、前記比較回路３の非反転入力は、基準電源Ｖｒｅｆに接続して同じ基準電圧を入力し、前記比較回路３の出力を並列に接続して加算するようにしている。

このオイルチェックセンサでは、カップ状の電極と対向する複数の電極１の間に形成されたギャップに、磁石２よってオイルの汚れの成分である鉄などの金属粉が付着する。すると、付着した金属粉により前記カップ状の電極と前記電極に対向する複数の電極１が短絡して、比較回路３の出力が正に飽和する。そのため、飽和した出力を加算した出力は、図８のようになるので、その短絡本数からオイルの汚れ具合を検出するというものである。

したがって、このオイルチェックセンサでは、電極に抵抗体を用いないので、温度変化や物理的な圧力などで生じる抵抗体の内部応力による誤差を生じない。また、検出中の温度上昇によるオイルの粘度の変化により、電極間の金属粉同士の密度が低下し、電気抵抗が低下することに対しても、検出回路の比較回路にヒステリシスを持たせることで、対処できるというものである。

特開２００４−３４１１２８号公報

しかしながら、上記のオイルチェックセンサでは、磁石の外周に複数の電極を配しているので、オイルに流れがあると、流れの上流側の電極に金属粉（鉄粉）が集中して付着し易く、下流側の電極には付着しにくいという傾向がある。そのため、例えば、オイル中の金属粉の量が増加しても、上流側の電極が短絡したままで、下流側の電極はいつまで経っても開放状態で検出不能となる場合がある。その結果、金属粉の濃度を正確に測定できない問題がある。

また、上記のものでは、電極の数を増やせば、出力の段階を増やす（分解能を上げる）ことができるが、その際、増やした電極は、支持部材を貫通して検出手段に接続しなければならない。そのため、組み立て作業が複雑で難しくなり、油漏れの機会も増加する問題がある。さらに、磁石外周の空間（磁石の径）から許容できる電極の数に限界があるという問題もある。

そこで、この発明の課題は、オイルに流れがある場合でも正確に測定できるようにすることである。また、その際、電極の数を増やさずに出力の段階を増加（分解能を上げる）することができるようにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明では、ハウジングによって、オイル液中に挿入されるセンサ本体を、円筒あるいは円柱形の磁石に、前記磁石の外周に嵌合する一対のリング状の電極を軸方向にギャップを介して配置したものとし、検出回路を、前記電極間に付着する金属粉による抵抗値の変化を複数の基準値と比較して、その比較出力を加算し、加算した結果を出力する構成を採用したのである。

このような構成を採用することにより、オイル中の金属粉が磁石によって吸引され（このとき、磁石を円筒あるいは円柱とすることで、周囲に対して一様に磁界を作用させる）、一対のリング状の電極間（オイル流の上流に係わらず円筒あるいは円柱の磁石の外周面）に付着すると、両者の間の電気抵抗が金属粉の付着に伴い変化する。そのため、検出回路が、その抵抗値を基準値と比較して基準値を上回るあるいは下回ると、一定の電圧を出力する回路を複数個備え、その検出回路の設定値（基準値）を変えることにより、その電圧を加算すれば、一対の電極で段階的な信号を出力することができる。
このとき、複数個の検出回路に替えて、検出回路を１個とし、その１個の検出回路の設定（基準値）値を変え（ＳＷＥＥＰ）、その比較出力を記憶して加算するようにしても、一対の電極で段階的な信号を出力することができる。

このとき、上記検出回路が、電極間に付着する金属粉による抵抗値が小さくなるときに、抵抗値がそれぞれの基準値よりも小さくなる度に一定の電圧を出力するようにした構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、検出回路の出力が、オイルの劣化に伴って段階的に低下するようにできる。

このとき、上記電極間に付着する金属粉による抵抗値を電圧に変換し、上記複数の基準値を基準電圧として、上記検出回路が抵抗値を変換した電圧と複数の基準電圧とを比較するようにした構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、検出回路は、両電圧を比較し、その比較結果を加算することで、レベル信号による段階的な出力を出力できる。

このとき、上記センサ本体の電極を分圧回路の分圧抵抗を形成する一つの抵抗として、前記電極間の抵抗値の電圧への変換を行うようにした構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、電極間の抵抗値を分圧出力として電圧に変換することができる。

また、このとき、上記検出回路が複数のオペアンプを備え、各オペアンプの一方の入力に、それぞれ異なる基準電圧を入力し、他方の入力に分圧回路からの電圧を入力して、その比較出力を加算するようにした構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、オペアンプを用いて検出回路を構成できる。

また、このとき、上記オペアンプがヒステリシス回路を備えたコンパレータである構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、例えば、温度上昇によるオイルの粘度の変化で、電極間の金属粉の電気抵抗が低下しても、ヒステリシスの許容範囲内であれば、出力が変化しないようにできるので、温度変化によるノイズをキャンセルできる。

また、このとき、上記一対の電極の一方をカップ状とし、円筒磁石の先端に嵌合して封止するようにした構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、カップ状の電極で、円筒形の磁石の先端を封止すれば、円筒内部（磁石の環状内）を介してカップ状電極への配線がオイルを封止してできる。

また、このとき、上記磁石が導電性の場合は、前記磁石に絶縁カバーを介して電極を配置した構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、導電性の磁石でもセンサとして使用できる。

また、このとき、上記検出回路をハウジング内に収容した構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、検出回路をセンサ本体と同じハウジング内に設けることで、センサ本体の微小な検出信号を用いた処理をセンサ本体と同じハウジング内で行って出力として、出力レベルの大きな段階的な信号を出力することで、ノイズの影響などを受け難くできる。

このとき、上記オイルチェックセンサが、自動車のミッションオイルの汚れを検出するという構成を採用することができる。

この発明は、上記のように構成したことにより、オイルの流れがある箇所でも金属粉の付着量を段階的に最後の段階まで検出できる。そのため、複数の電極を採用したものに比べて一対の電極でセンサを構成できるので、組み立てが容易である。また、複数の電極を採用したものに比べて油漏れの要因も減少させることができる。さらに、設定値（基準電圧）を任意に調整することで、出力の感度、段階幅を容易に調整することができる。

実施形態の断面図 実施形態の回路図 （ａ）、（ｂ）実施形態の作用説明図 実施形態の作用説明図 実施形態の作用説明図 従来例の電極の断面図 従来例の回路図 従来例の作用説明図

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
この形態のオイルチェックセンサは、図１に示すように、ハウジング１０内にセンサ本体１１と検出回路１２を設けた構成となっている。ハウジング１０は、検出回路１２を収容する回路部１３と回路部から突出した筒状のセンサ部１４とからなり、筒状のセンサ部１４の先端にセンサ本体１１を配置した構造となっている。ここで、符合２５は、センサ本体１１を支持する支持部材である。
なお、ここでは、ハウジングの突出したセンサ部１４を筒状の外形としたが、これに限定されるものではない、例えば、四角形などの多角筒でも構わない。

センサ本体１１は、図１に示すように、ヘッドカバー１５で被われており、円筒形のヘッドカバー１５には、複数の流通孔１６が設けられている。この流通孔１６は、孔を介してヘッドカバー１５の周囲から内部のセンサ本体１１へオイルを流通させるためのもので、前記流通孔１６は、センサ感度の指向性を無くすため、例えば、ヘッドカバー１５の周囲に均等に設けるのが好ましい。

センサ本体１１は、環状の磁石２の外周に、非磁性で、かつ、絶縁体であるカバー１７を介してリング状の電極Ａ、Ｂを配置した構造となっている。このように、環状（円筒）の磁石２を採用することにより、周囲に対して一様に磁界を作用させるようにしてある。また、このとき、前記絶縁体のカバー１７は、例えば樹脂などで形成したものを使用することができる。なお、本形態では絶縁体のカバー１７を使用したが、磁石２の導電性が低いもの（例えば、フェライト系）の場合は省くことも考えられる。また、本形態では、磁石２に環状のものを使用したが、これに限定されるものではなく、一様な磁界を作用できればよいので、円柱などでも良い。

リング状の電極Ａ、Ｂは、リング状の第１と第２の一対の電極で構成し、この形態では、第１の電極Ａは、リングの開口の一方を閉じたカップ状となっている。また、このリング状の第１と第２の電極Ａ、Ｂは、軸方向に間隔（ギャップ）Ｇを介して配置しており、図１のものでは、第１のカップ状の電極Ａを磁石２の先端に設け、その上方に第２のリング状の電極Ｂを設けることで、第２の電極Ｂを第１のカップ状電極Ａと相対する位置に配する構造となっている。
すなわち、第１と第２の電極Ａ、Ｂは、リングの開口端がギャップＧを介して相対するように配置されており、このように配置された第１と第２の電極Ａ、Ｂは、線材２０で回路部１３の検出回路１２の基板と接続するようになっている。
ここで、第１のカップ状の電極Ａは、図１に示すように、止め輪２１で抜け止され、開口端を除いて非磁性体の遮蔽材２２で被うことで、オイルから封止した構造となっており、磁石２の環状内を介して先端の第１のカップ状電極Ａまで配線できるようにしてある。

一方、検出回路１２は、図２のように、比較回路Ｃと分圧回路Ｄおよび基準電源ＶＢで構成されている。
比較回路Ｃは、複数のオペアンプを並列に接続した回路で、各オペアンプは、反転入力を分圧回路Ｄと接続してセンサ本体１１からの出力を入力してある。一方、非反転入力はヒステリシス回路Ｈを設けて基準電源ＶＢと接続し、その出力は加算抵抗Ｒｄを介して接続し（サミング・ポイント）、加算出力として出力するようになっている。なお、ここでは、加算抵抗Ｒｄは同じ抵抗値にしてあるが、加算抵抗Ｒｄの抵抗値を変えて重み付けをしても良い。

分圧回路Ｄは、分圧抵抗Ｒａを電源Ｖａと接続した回路で、分圧抵抗Ｒａの一端を電源Ｖａと接続し、他端をセンサ本体１１の一方の電極Ｂと接続して（このとき、センサ本体の他方の電極Ａは接地してある）、その他端とセンサ本体の電極Ｂとの接続点をオペアンプの反転入力に接続してある。こうして、センサ本体１１が分圧回路Ｄを形成する分圧抵抗の一つとなるようにすることで、前記センサ本体１１の抵抗値に基づく分圧した電圧を入力できるようにしてある。

また、ヒステリシス回路Ｈは、フィードバック抵抗Ｒｃと入力抵抗Ｒｂとで構成したものである。
すなわち、各オペアンプの非反転入力は、フィードバック抵抗Ｒｃを介して出力Ｖｏと接続し、このフィードバック抵抗Ｒｃを接続した非反転入力は入力抵抗Ｒｂを介して基準電源ＶＢに接続してある。このようなヒステリシス回路Ｈを設けることにより、例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、各オペアンプは、フィードバック抵抗Ｒｃと入力抵抗Ｒｂとで設定するヒステリシス特性を有するようになっている。

基準電源ＶＢは、ここでは、ｎ個の異なる電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎをオペアンプへ供給するためのもので、後述するように、センサ本体１１の特性に基づいて異なる電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎをオペアンプの非反転入力に入力する。

このように構成される検出回路１２は、各オペアンプの非反転入力の入力電圧が反転入力の入力電圧より高いときは、出力電圧Ｖｏ（飽和出力）として５Ｖを出力し、逆に、非反転入力の入力電圧が反転入力の入力電圧より低いときには、０Ｖを出力するようにしてある。

この形態は、上記のように構成されており、例えば、このオイルチェックセンサをオイルパンの側壁下部に取り付け、自動車のミッションオイルの汚れ具合を検出する。

このとき、オイル中の金属粉（鉄粉）は、磁石２により吸着されてセンサ本体１１の第１のカップ状電極Ａと第２のリング状電極Ｂ間のギャップＧに付着する。その際、オイルに流れがあって、流れの上流側に金属粉が付着するが、オイルチェックセンサに電源を供給して作動させると、両電極間の電気的抵抗値は、無限大から金属粉の付着に伴い徐々に小さくなる。

いま、例えば、Ｖａ＝５Ｖ、Ｒａ＝１００ＫΩとすると、各オペアンプの反転入力に入力する分圧回路Ｄの電圧Ｖｘは、図４のようなグラフとなる。

また、検出回路１２のオペアンプの数をｎ＝８とし、図４の分圧電圧に対する電極間抵抗から各オペアンプの非反転入力に入力する基準電圧Ｖｂ１〜ｎを下記のように設定すると、
Ｖｂ１＝４．６Ｖ
Ｖｂ２＝４．２Ｖ
Ｖｂ３＝３．６Ｖ
Ｖｂ４＝３．０Ｖ
Ｖｂ５＝２．５Ｖ
Ｖｂ６＝１．９Ｖ
Ｖｂ７＝１．２Ｖ
Ｖｂ８＝０．６Ｖ
出力は図６のようになる。

すなわち、前記電極Ａ、Ｂ間に金属粉が付着しない場合は、前記電極Ａ、Ｂ間の抵抗値は∞になり、全てのオペアンプが０Ｖを出力する。そのため、検出回路１２の出力Ｖｏｕｔは０Ｖを出力する。一方、金属粉の付着に伴い前記電極Ａ、Ｂ間の抵抗が小さくなり、ｎ個のオペアンプが５Ｖを出力すると、Ｖｏｕｔは、５×ｎ／８Ｖの量子化した出力を出力する。そして、８個全てのオペアンプが５Ｖを出力するとＶｏｕｔ＝５Ｖを出力する。

このように、上流側に金属粉が付着しても、付着量に応じた値を出力することができる（従来のように、一つの電極が短絡して検出不能とならない。）。そのため、金属粉の濃度を正確に測定できる。また、電極Ａ、Ｂの数を増加せずに、一つの電極で出力の段階を増やす（分解能を上げる）ことができる。その結果、組み立てが容易であり、油漏れの要因も少なくできる。加えて、基準電圧を調整することで、出力の感度、段階幅を容易に調整することができる。さらに、検出回路１２をセンサ本体１１と同じハウジング内に設けたことで、センサ本体１１の微小な検出信号を用いた処理をセンサ本体と同じハウジング内で行って、出力レベルの大きな段階的な信号を出力するので、出力信号はノイズの影響などを受けにくい。

また、測定中の温度上昇によるオイルの粘度の変化により、電極Ａ、Ｂ間の金属粉同士の密度が低下し、抵抗が低下しても段階的な出力が上がるだけで、検出不能とはならない。また、このとき、ヒステリシス回路を設けたことで、ヒステリシスの分だけはレベルを保持できるので、このようなノイズによる誤差を縮小できる。

なお、この形態では、オペアンプの反転入力と分圧回路Ｄを接続し、非反転入力に基準電圧を接続したが、これに限定されるものではない。オペアンプの反転入力と基準電源を接続し、非反転入力に分圧回路Ｄを接続しても良い。この場合、非反転入力の入力電圧が反転入力の入力電圧よりも低いときに出力電圧Ｖｏとして５Ｖが出力される。
また、実施形態では、オイル中の金属粉の増加によるオイルの劣化を検出する場合について述べたが、これに限定されるものではない。このように金属粉の量を測定できるので、オイル中のメカニズムの磨耗度を検出する際にも使用できる。

２ 磁石
１１ センサ本体
１２ 検出回路
１３ 回路部
１４ センサ部
Ａ 第１のカップ状電極
Ｂ 第２のリング状電極
Ｃ 比較回路
Ｄ 分圧回路
Ｇ ギャップ
Ｈ ヒステリシス回路
ＶＢ 基準電源
Ｖｂ１〜ｎ 基準電圧
Ｒａ 分圧抵抗
Ｒｂ 入力抵抗
Ｒｃ フィードバック抵抗
Ｒｄ 加算抵抗

Claims (10)

1. ハウジングの突出したセンサ部の先端にセンサ本体を収容し、そのセンサ本体を収容したセンサ部をオイル中に挿入してオイルの劣化を検出するオイルチェックセンサにおいて、
   前記センサ本体が、円筒あるいは円柱形の磁石に、前記磁石の外周に嵌合する一対のリング状の電極を軸方向にギャップを介して配置したものとし、前記電極間に付着する金属粉による抵抗値の変化を、検出回路が複数の基準値と比較して、その比較出力を加算し、加算した結果を出力するようにしたオイルチェックセンサ。
2. 上記検出回路が、電極間に付着する金属粉による抵抗値が小さくなるときに、抵抗値がそれぞれの基準値よりも小さくなる度に一定の電圧を出力するようにした請求項１に記載のオイルチェックセンサ。
3. 上記電極間に付着する金属粉による抵抗値を電圧に変換し、上記複数の基準値を基準電圧として、上記検出回路が抵抗値を変換した電圧と複数の基準電圧とを比較するようにした請求項１又は２に記載のオイルチェックセンサ。
4. 上記センサ本体の電極を分圧回路の分圧抵抗を形成する一つの抵抗として、前記電極間の抵抗値の電圧への変換を行うようにした請求項３に記載のオイルチェックセンサ。
5. 上記検出回路が複数のオペアンプを備え、各オペアンプの一方の入力に、それぞれ異なる基準電圧を入力し、他方の入力に分圧回路からの電圧を入力して、その比較出力を加算するようにした請求項４に記載のオイルチェックセンサ。
6. 上記オペアンプがヒステリシス回路を備えたコンパレータである請求項５に記載のオイルチェックセンサ。
7. 上記一対の電極の一方をカップ状とし、円筒磁石の先端に嵌合して封止するようにした請求項１乃至６のいずれかに記載のオイルチェックセンサ。
8. 上記磁石が導電性の場合は、前記磁石に絶縁カバーを介して電極を配置した請求項１乃至７のいずれかに記載のオイルチェックセンサ。
9. 上記検出回路をハウジング内に収容した請求項１乃至８のいずれかに記載のオイルチェックセンサ。
10. 上記オイルチェックセンサが、自動車のミッションオイルの汚れを検出する請求項１乃至９のいずれかに記載のオイルチェックセンサ。

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