JP2001221793A

JP2001221793A - 作動油の汚れ状態診断装置

Info

Publication number: JP2001221793A
Application number: JP2000030871A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yoshitomi; 雄二吉富; Akiomi Kono; 顕臣河野; Genroku Sugiyama; 玄六杉山; Sotaro Tanaka; 壮太郎田中; Hajime Yasuda; 元安田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2001-08-17
Also published as: WO2001059433A1

Abstract

(57)【要約】【課題】油圧駆動回路の作動油中に混入した金属摩耗
粉および砂等の固形物を不純物として連続的に検出し、
作動油の汚れ状態を診断できるようにする。【解決手段】透明のガラス材料からなるマイクロセル
２５に流路２６を形成すると共に、流路２６を左，右両
側から挟む位置には素子取付穴２７，２８を形成する。
素子取付穴２７内には発光素子３３を設け、素子取付穴
２８内には受光素子３４を設ける。ミニポンプ２３を用
いてマイクロセル２５の流路２６内に作動油をほぼ一定
の速度で流通させるときに、発光素子３３から照射した
レーザ光を流路２６内の作動油を透過させて受光素子３
４により受光する。そして、受光素子３４からは受光量
に対応した検出信号をコントローラ３５に向け出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば油圧駆動回
路を搭載した油圧ショベル等の建設機械に設けられ、作
動油中に混入した金属粉および砂等の固形物からなる不
純物を検出するのに好適に用いられる作動油の汚れ状態
診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油圧ショベル等の建設機械に
は、作動油を収容する作動油タンクと、該作動油タンク
内の作動油を吸込み高圧の圧油として吐出する油圧ポン
プと、該油圧ポンプからの圧油が給排されることにより
作動する油圧シリンダ、油圧モータ等の油圧アクチュエ
ータとを備えてなる油圧駆動回路が搭載されている。

【０００３】そして、このような油圧駆動回路にあって
は、作動油タンク内の作動油を油圧ポンプにより高圧の
圧油として油圧アクチュエータに供給した後に、この圧
油は低圧の戻り油となって順次作動油タンク内へと戻さ
れる。このため、作動油を継続して使用すると、その品
質が徐々に劣化することは知られている。

【０００４】また、このような作動油中には、水分が浸
入したり、金属の摩耗粉や砂等の固形物が不純物となっ
て混入したりすることが多く、これらの不純物により作
動油は徐々に汚染されてしまうので、一定の期間毎に作
動油を交換する必要が生じるものである。

【０００５】このため、油圧駆動回路内を流れる作動油
の劣化・汚染状態を把握することが望まれており、下記
のような種々の提案がなされている。

【０００６】例えば、作動油の劣化状態を評価する指標
として全酸価や粘度等があり、これらは定期的に作動油
タンクから作動油を抽出して、バッチ処理等の検査方法
によって評価しているのが一般的である。

【０００７】また、インラインで作動油の全酸価を測定
する方法としては、特開平５−２８１１８８号公報（以
下、第１の従来技術という）に記載のように、作動油内
に挿入した電極と基準電極との電位差によって行うもの
がある。

【０００８】一方、作動油の汚染状態を評価する指標と
しては、作動油中の水分量を測定する方法と、作動油中
に混入した金属の摩耗粉や砂等の固形物量を測定する方
法がある。そして、特開平６−６６７０５号公報（以
下、第２の従来技術という）記載の方法は、バッチ処理
により作動油を抽出して加熱し、蒸発させることにより
油中の水分量を測定するものである。

【０００９】また、作動油中の金属粉をインラインで検
出する方法として、特開平９−３１８５７４号公報（以
下、第３の従来技術という）には、所定電圧を印加した
電極対を作動油中に浸積し、摩耗粉等の金属粉によって
前記電極が短絡した際のピーク電圧を検知して金属粉を
検出することが記載されている。

【００１０】さらに、作動油の劣化・汚染状態を常時監
視し、その寿命を検出する装置として、特開平１０−２
９９７２１号公報（以下、第４の従来技術という）に
は、作動油の寿命に関する情報を検出するセンサ群と作
動油寿命検出手段により作動油の寿命を評価することが
記載されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術のうち、例えば第２の従来技術等によるものは、
作動油の劣化、汚染状態を評価するためにバッチ処理に
よる測定方法を採用しているため、定期的に作動油を抽
出する必要があり、操作が煩雑になるという問題があ
る。

【００１２】また、この場合には、作動油の抽出時と測
定結果の判別時との間にタイムラグが生じることにな
り、作動油の交換タイミングに遅れが生じ易く、油圧機
器に損傷を与える虞れがある。

【００１３】また、前記第１，第３の従来技術にあって
は、電極を用いた測定方法および装置であるために、導
電性の金属粉は検出可能であるが、非導電性の砂等は検
出することができず、作動油の汚染状態を必ずしも有効
に判別することができないという問題がある。

【００１４】さらに、第４の従来技術にあっても、金属
粉や水分等の不溶解異物をセンサで検出し、作動油の寿
命を判定することは記載されているが、センサ構造およ
び検出原理を具体的に記載しておらず、例えば作動油の
汚染に大きな影響を与える非導電性の砂等を検出するす
るのは難しいものである。

【００１５】本発明は、上述した従来技術の問題に鑑み
なされたもので、本発明の目的は、例えば油圧ショベル
等の建設機械に用いられている油圧駆動回路の作動油中
に混入した金属の摩耗粉および砂等の固形物を不純物と
して連続的に検出でき、作動油の汚染状態を安定して診
断できるようにした作動油の汚れ状態診断装置を提供す
ることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明は、油圧アクチュエータを駆動
するための作動油を収容する作動油タンクと、該作動油
タンク内に貯えられる作動油を採取する採取管と、該採
取管の途中に設けられ、該採取管と連通した流路を有し
ている光透過性材料からなる流路形成部材と、該流路形
成部材に設けられた発光部および受光部からなり、前記
発光部から流路を横切る方向に照射した光を前記受光部
で受光することにより前記作動油中に混入した不純物を
検出する光学式の検出手段と、該検出手段の受光部から
出力される検出信号に従って前記不純物による作動油の
汚れ状態を判別する状態判別手段とにより構成してい
る。

【００１７】このように構成することにより、作動油タ
ンク内の作動油を採取管を通じて流路形成部材の流路内
に流通させると共に、該流路形成部材に設けた検出手段
の発光部から流路内の作動油に向けて照射した光を受光
部で受光し、作動油中に混入した金属の摩耗粉や砂等の
固形物を不純物として検出することができる。そして、
状態判別手段は受光部から出力される検出信号により作
動油の汚れ状態を判別でき、例えば表示器等を用いて作
動油の汚れ状態を目視可能に表示することができる。

【００１８】また、請求項２の発明によると、採取管と
流路形成部材のうちいずれか一方には、作動油タンク内
の作動油を前記流路形成部材の流路内に向けて吸引する
ポンプを設けてなる構成としている。

【００１９】これにより、ポンプを例えば小型の低圧ポ
ンプ等で構成できる。そして、このポンプを駆動するこ
とにより、タンク内の作動油を採取管を介して流路形成
部材の流路内に所定速度で導入でき、このときに検出手
段の発光部から流路内の作動油に向けて光を定期的に照
射することにより、受光部側で照射された光を受光で
き、その光量によって作動油の汚れ状態を検出すること
ができる。

【００２０】即ち、作動油中に混入している金属の摩耗
粉および砂等の固形物が流路形成部材の流路を通過する
ときには、発光部からの光が遮られ、受光部側での受光
量が固形物の粒径等に比例して降下する。そして、この
ときの光量変化を検出信号の電圧変化等として取出すこ
とにより、作動油がどの程度汚れているかを判別するこ
とができる。

【００２１】一方、請求項３の発明は、作動油タンクと
油圧アクチュエータとの間の管路途中には、前記作動油
タンク内の作動油を高圧の圧油として前記油圧アクチュ
エータに給排するための主油圧ポンプを設け、採取管は
該主油圧ポンプによって前記管路内を流れる作動油の一
部を流路形成部材の流路内に流通させる構成としてい
る。

【００２２】これにより、主油圧ポンプを用いて採取管
および流路形成部材の流路内に作動油を流通させ、該流
路形成部材の流路内を流通する作動油の汚れ具合を、光
学式の検出手段によって検出でき、流路形成部材や検出
手段等に高圧が作用するのを防止することができる。

【００２３】また、請求項４の発明によると、流路形成
部材は主油圧ポンプの吸込側と作動油タンクとの間を接
続した管路の途中に採取管を介して設ける構成としてい
る。これにより、主油圧ポンプ等からなる油圧駆動回路
のうち、主油圧ポンプの吸込側と作動油タンクとの間に
位置する低圧側部分に流路形成部材を設置でき、作動油
の汚れをインラインで検出することができる。

【００２４】また、請求項５の発明は、流路形成部材
を、ガラス材料からなる素材に流路および検出手段の発
光部、受光部の取付部を加工して形成したマイクロセル
により構成している。これにより、流路形成部材を小型
のマイクロセルとして形成することができ、装置の小
型、軽量化を図ることができる。

【００２５】一方、請求項６の発明によると、流路形成
部材は、上，下または左，右に２分割した石英ガラス材
料からなる２つの素材にドライエッチング手段を用いて
流路および検出手段の発光部、受光部の取付部をそれぞ
れ形成し、前記２つの素材を互いに接着することによっ
て製作したマイクロセルにより構成している。

【００２６】この場合には、流路形成部材となるマイク
ロセルを、上，下または左，右に２分割した石英ガラス
材料からなる素材にドライエッチングを施して流路およ
び検出手段の発光部、受光部の取付部をそれぞれ形成し
た後に、これらの素材を上，下で重合わせて互いに接着
することにより製作でき、簡単なプロセスでマイクロセ
ルを多量に生産することができる。

【００２７】さらに、請求項７の発明によると、状態判
別手段は、検出手段の受光部から出力される検出信号の
電圧変化に従って作動油中に混入した固形不純物の体積
比率を求め、この体積比率から作動油の汚れ状態を判別
する構成としている。

【００２８】これにより、状態判別手段は受光部からの
検出信号に従って、その降下電圧と降下頻度から予め作
成したマップ等の算出アルゴリズムに基づき作動油中に
混入している金属摩耗粉や砂等の固形物の体積比率を算
出でき、算出値が規定の体積比率を越えたときには、作
動油の交換等を促すメッセージを表示器等により報知す
ることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
作動油の汚れ状態診断装置を油圧ショベルに適用した場
合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

【００３０】ここで、図１ないし図８は本発明の第１の
実施の形態を示している。図中、１は油圧ショベルの下
部走行体、２は該下部走行体１上に旋回可能に搭載され
た上部旋回体で、該上部旋回体２は旋回フレーム３を有
し、この旋回フレーム３上には、運転室を画成するキャ
ブ４と、該キャブ４の後側に位置して原動機（図示せ
ず）および後述の油圧ポンプ１２等を収容した建屋カバ
ー５と、該建屋カバー５の後側に位置するカウンタウェ
イト６等とが設けられている。

【００３１】また、旋回フレーム３の前部中央にはブー
ム７Ａ、アーム７Ｂおよびバケット７Ｃ等からなる作業
装置７が設けられ、この作業装置７はブーム７Ａ、アー
ム７Ｂを上，下に俯仰動させつつ、バケット７Ｃを回動
させることにより、土砂等の掘削作業を行うものであ
る。

【００３２】次に、図２を参照して油圧ショベルの上部
旋回体２等に搭載された油圧駆動回路について説明す
る。

【００３３】１１は上部旋回体２の旋回フレーム３上に
設けられる作動油タンクで、該作動油タンク１１は内部
に作動油を収容し、比較的大型のタンクとして構成され
るものである。１２は作動油タンク１１と共に油圧源を
構成する主油圧ポンプ（以下、油圧ポンプ１２という）
で、該油圧ポンプ１２は吸込側が吸込管路１３を介して
作動油タンク１１と接続され、吐出側には吐出管路１４
が接続されている。

【００３４】そして、油圧ポンプ１２は作動油タンク１
１から吸込んだ作動油を高圧の圧油として吐出管路１４
側に吐出し、この圧油を後述の油圧シリンダ１６等に供
給するものである。また、油圧シリンダ１６からの戻り
油は戻し管路１５を介して作動油タンク１１内ヘと順次
還流されるものである。

【００３５】１６は油圧アクチュエータとしての油圧シ
リンダで、該油圧シリンダ１６は、例えば作業装置７の
ブームシリンダ、アームシリンダまたはバケットシリン
ダ等を構成するものである。そして、油圧シリンダ１６
は管路１７Ａ，１７Ｂを介して圧油が給排されることに
より、ロッド１６Ａを伸縮動作させるものである。

【００３６】１８は油圧シリンダ１６を制御する方向制
御弁で、該方向制御弁１８は吐出管路１４、戻し管路１
５と管路１７Ａ，１７Ｂとの間に設けられ、キャブ４内
のオペレータが操作レバー１８Ａを傾転操作することに
より、中立位置（イ）から切換位置（ロ），（ハ）に切
換えられる。そして、方向制御弁１８が中立位置（イ）
にある間は、油圧シリンダ１６の作動が停止され、切換
位置（ロ），（ハ）に切換えられたときには、油圧シリ
ンダ１６のロッド１６Ａが伸長，縮小されるものであ
る。

【００３７】１９は油圧ポンプ１２の吐出側に設けられ
たリリーフ弁で、該リリーフ弁１９は吐出管路１４と作
動油タンク１１との間にリリーフ管路２０等を介して設
けられている。そして、リリーフ弁１９は吐出管路１４
内の圧力がリリーフ設定圧を越えると開弁し、このとき
の過剰圧をリリーフ管路２０を介して作動油タンク１１
側にリリーフさせ、これによって油圧ポンプ１２等の油
圧機器を過剰圧から保護するものである。

【００３８】次に、２１は作動油の汚れ診断を行うため
に作動油を採取する採取管で、該採取管２１は吸込管部
２１Ａと戻し管部２１Ｂとからなり、吸込管部２１Ａの
端部は作動油タンク１１の底部側に接続されている。そ
して、採取管２１は後述のミニポンプ２３により吸引し
た作動油タンク１１内の作動油を、後述のマイクロセル
２５内に流通させるものである。

【００３９】また、採取管２１の戻し管部２１Ｂは、図
３に示すように後述するマイクロセル２５の流路２６下
流側にコネクタ２２を介して接続され、マイクロセル２
５の流路２６内を流通した作動油を作動油タンク１１へ
と還流させるものである。

【００４０】２３は採取管２１の吸込管部２１Ａを介し
て作動油タンク１１に接続されたポンプとしてのミニポ
ンプで、該ミニポンプ２３は油圧ポンプ１２に比較して
も非常に小さい小型の低圧ポンプにより構成され、図３
に示す如くコネクタ２４を介してマイクロセル２５の流
路２６に接続されている。そして、ミニポンプ２３は作
動油タンク１１内の作動油を比較的小さい流量で吸引し
つつ、この作動油を流路２６内にほぼ一定の流量で流通
させるものである。

【００４１】２５は採取管２１の吸込管部２１Ａと戻し
管部２１Ｂとの間にミニポンプ２３等を介して設けられ
た流路形成部材としてのマイクロセルで、該マイクロセ
ル２５は図３に拡大して示すように、例えば石英ガラス
等の光透過性材料により長さが数１０ミリ（ｍｍ）程度
の板状ブロックとして形成され、その中央部には長手方
向に貫通した角穴状通路からなる流路２６が穿設されて
いる。そして、流路２６は長手方向中間部が最小の流路
面積となり、この中間部から上流端、下流端側に向けて
それぞれテーパ状に拡開する流路形状となっている。

【００４２】また、マイクロセル２５には、流路２６の
中間部を左，右両側から挟む位置に取付部となる素子取
付穴２７，２８が有底の角穴として形成され、これらの
素子取付穴２７，２８は流路２６を挟んで互いに対向配
設されている。そして、図５に示すように素子取付穴２
７の底部側は流路２６との間が後述の発光素子３３によ
る投光窓部２７Ａとなり、素子取付穴２８の底部側は流
路２６との間が後述の受光素子３４による受光窓部２８
Ａとなっている。

【００４３】ここで、マイクロセル２５の製作方法につ
いて図４を参照して述べると、マイクロセル２５は、石
英ガラス等の透明性ガラス材料を用いて成形された素材
としてのセンタセル部材２９および左，右のサイドセル
部材３０，３１からなり、センタセル部材２９には予め
前記流路２６が長手方向に形成されている。また、サイ
ドセル部材３０，３１には、素子取付穴２７，２８が予
め形成されている。

【００４４】そして、これらの３個のセル部材２９〜３
１は、図４中に矢印で示す方向で互いに衝合され、透明
性の接着剤等を用いて一体に固定されることにより、マ
イクロセル２５が図３に示す如く製作されるものであ
る。

【００４５】３２は光学式の検出手段を構成する光セン
サで、該光センサ３２は、図３に示す如くマイクロセル
２５の素子取付穴２７内に嵌挿して取付けられたレーザ
ダイオード等からなる発光部としての発光素子３３と、
素子取付穴２８内に嵌挿して取付けられたフォトトラン
ジスタ等からなる受光部としての受光素子３４とにより
構成されている。

【００４６】即ち、発光素子３３は、例えば０．４〜
０．８μｍ程度の波長をもったレーザ光を受光素子３４
側に向け、流路２６内へと図５中の矢示Ａ方向に照射す
る。そして、受光素子３４はこのときレーザ光を受光す
ることにより、後述のコントローラ３５に図６に例示す
るような検出信号を出力する。

【００４７】この場合、流路２６内を流れる作動油中に
金属粉、砂等の固形物Ｓ（以下、不純物Ｓという）が混
入していない状態では、発光素子３３からのレーザ光が
ほぼ１００％受光されるので、受光素子３４からの検出
信号は、その電圧Ｖが正規の電圧Ｖ1 となって出力され
る。

【００４８】一方、作動油中に不純物Ｓが混入される
と、発光素子３３からのレーザ光が不純物Ｓにより遮ら
れ、受光素子３４の受光量が不純物Ｓの粒径に比例して
低下するので、検出信号の電圧Ｖは受光量に対応して電
圧降下し、例えば判定電圧Ｖ0よりも低い電圧値まで瞬
間的に低下するものである。

【００４９】３５は作動油の汚れ状態を判別する状態判
別手段としてのコントローラで、該コントローラ３５は
マイクロコンピュータ等から構成され、動作スイッチ３
６および表示器３７等が設けられている。そして、コン
トローラ３５の入力側は光センサ３２の受光素子３４、
動作スイッチ３６等に接続され、出力側はミニポンプ２
３、発光素子３３および表示器３７等に接続されてい
る。

【００５０】また、コントローラ３５はＲＯＭ、ＲＡＭ
等の記憶部３５Ａを有し、該記憶部３５Ａにはタイマ
Ｔ、カウンタＣおよび判定電圧Ｖ0 等を格納すると共
に、図７に示す汚れ状態診断用の処理プログラムおよび
図８に示す判定マップ等が格納されている。

【００５１】そして、この判定マップは実験データ等に
基づいて予め作成した算出アルゴリズム等からなり、作
動油中に混入した不純物Ｓの体積比率Ｒを、カウンタＣ
の計数値に対応した比率（％）として算出するものであ
る。

【００５２】本実施の形態による油圧ショベルに搭載し
た油圧駆動回路に用いる作動油の汚れ状態診断装置は、
上述の如き構成を有するもので、次に図７、図８を参照
してコントローラ３５による汚れ状態診断処理について
説明する。

【００５３】まず、動作スイッチ３６を投入して汚れ診
断を開始させ、ミニポンプ２３を始動すると、ステップ
１でタイマＴを、Ｔ＝０に零リセットすると共に、カウ
ンタＣを、Ｃ＝０に零リセットする。

【００５４】この場合、ミニポンプ２３を駆動すると、
作動油タンク１１内の作動油が採取管２１を介してマイ
クロセル２５の流路２６内に導入され、この作動油は流
路２６内をほぼ一定の流速で戻し管部２１Ｂ側へと流通
する。そして、マイクロセル２５に設けた光センサ３２
は、発光素子３３から受光素子３４に向け流路２６を横
切る方向にレーザ光を後述の一定時間Ｔ0 だけ照射す
る。

【００５５】発光素子３３から照射されたレーザ光は、
マイクルセル２５の流路２６内を流れる作動油を透過し
て受光素子３４に達し、該受光素子３４は受光量に対応
した検出信号をコントローラ３５に向けて出力する。な
お、マイクロセル２５の流路２６内を流れる作動油の流
速は、ミニポンプ２３の吐出量を流路２６の有効断面積
に応じて予め調整することによりほぼ一定の流速に設定
されるものである。

【００５６】次に、ステップ２では光センサ３２の受光
素子３４から読込んだ検出信号の電圧Ｖが、図６に示す
判定電圧Ｖ0 以下まで低下したか否かを判定する。そし
て、ステップ２で「ＹＥＳ」と判定したときには、作動
油中に金属粉、砂等の不純物Ｓが混入されていると判定
できるから、ステップ３に移ってカウンタＣの計数値
を、Ｃ＝Ｃ＋１として「１」だけ歩進させる。

【００５７】また、ステップ２で「ＮＯ」と判定したと
きには、カウンタＣの計数値を前回の計数値に保ち、次
なるステップ４でタイマＴが、汚れ判定を行うのに十分
な一定時間Ｔ0 に達した否かを判定する。

【００５８】ここで、ステップ４で「ＮＯ」と判定する
間は、汚れ判定に十分な時間が経過していないので、次
なるステップ５に移ってタイマＴを、Ｔ＝Ｔ＋１として
「１」だけ歩進させ、ステップ２以降の処理を続行す
る。そして、ステップ４で「ＹＥＳ」と判定したときに
は、タイマＴが一定時間Ｔ0 に達しているから、ステッ
プ６に移って図８に示す判定マップによる汚れ判定の演
算処理を行う。

【００５９】即ち、カウンタＣの計数値が、図８に示す
計数値Ｃ1 に達するまでは、作動油中に混入した不純物
Ｓの体積比率Ｒは、交換が必要とされる限界の体積比率
Ｒ1（％）には達していないと判別することができる。
そこで、この場合にはステップ７に移って表示器３７に
より「作動油を継続して使用可能」として作動油の汚染
状態を表示し、今回の診断処理を終了させる。

【００６０】しかし、油圧ショベルによる油圧駆動回路
の作動中において、上述の如き汚れ状態の診断処理を一
定の時間毎に繰返して行い、ステップ１〜７に亘る処理
を間欠的に実行している途中で、例えばカウンタＣの計
数値が図８に示す計数値Ｃ1を越えたときには、ステッ
プ６の演算処理により、作動油中に混入した不純物Ｓの
体積比率Ｒは、交換が必要とされる限界の体積比率Ｒ1
（％）に達したと判別することができる。

【００６１】そこで、この場合にはステップ７に移って
表示器３７により「作動油の交換」を促すように作動油
の汚染状態を表示し、作動油が交換時期に達しているこ
とを油圧ショベルのオペレータ等に報知する。

【００６２】かくして、本実施の形態によれば、ミニポ
ンプ２３等を用いてマイクロセル２５の流路２６内に作
動油をほぼ一定の速度で流通させると共に、マイクロセ
ル２５には流路２６の長手方向中間部を左，右両側から
挟むように光センサ３２の発光素子３３、受光素子３４
を取付け、発光素子３３から照射されるレーザ光を、マ
イクルセル２５の流路２６内を流れる作動油を透過させ
て受光素子３４により受光する構成としている。

【００６３】これにより、受光素子３４は受光量に対応
した検出信号をコントローラ３５に向けて出力し、検出
信号の電圧Ｖが、図６に示す判定電圧Ｖ0 以下まで低下
したか否かによって、作動油中に金属粉、砂等の不純物
Ｓが混入しているか否かを判定できる。

【００６４】そして、ステップ３によるカウンタＣの計
数値に従って検出信号（電圧Ｖ）の降下電圧とその頻度
を算定でき、その後はステップ６による判定マップの算
出アルゴリズムに従って作動油中に混入した不純物Ｓの
体積比率Ｒを算出できると共に、この体積比率Ｒにより
油圧駆動回路内を流れる作動油の交換時期をインライン
で判別処理することができる。

【００６５】従って、本実施の形態によれば、油圧ショ
ベル等に用いられる油圧駆動回路の作動油中に混入した
金属の摩耗粉および砂等の固形物からなる不純物Ｓを、
インラインで連続的に検出でき、作動油の汚染状態を安
定して診断できる。そして、作動油の汚染に大きな影響
を与える非導電性の砂等も光センサ３２を用いて確実に
検出でき、作動油の汚れ診断を高精度に安定して行うこ
とができる。

【００６６】また、作動油タンク１１からの作動油を、
ミニポンプ２３を用いて小型のマイクロセル２５の流路
２６内に流通させる構成としているので、例えば数１０
ｍｍ程度まで装置全体をコンパクトに形成でき、小型、
軽量化を図り、小型の油圧ショベル等にも容易に適用す
ることが可能となる。

【００６７】次に、図９は本発明の第２の実施の形態を
示し、本実施の形態では前述した第１の実施の形態と同
一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する
ものとする。しかし、本実施の形態の特徴は、流路形成
部材としてのマイクロセル４１を上，下に２分割したセ
ル部材４２Ａ，４２Ｂにより構成したことにある。

【００６８】ここで、上，下に２分割したセル部材４２
Ａ，４２Ｂは石英ガラス材料からなる平板状の素材から
なり、両者の衝合面側にはドライエッチング手段を用い
て、それぞれ流路溝４３Ａ，４３Ｂ、左，右の取付溝４
４Ａ，４５Ａおよび４４Ｂ，４５Ｂが形成されている。

【００６９】そして、セル部材４２Ａ，４２Ｂを図９中
に示す矢印の如く上，下方向で互いに衝合し、その衝合
面を透明性の接着剤等を用いて接合することにより、マ
イクロセル４１は製作される。このときにマイクロセル
４１には、流路溝４３Ａ，４３Ｂ間で第１の実施の形態
と同様の流路２６が形成され、左側の取付溝４４Ａ，４
４Ｂ間で素子取付穴２７が形成されると共に、右側の取
付溝４５Ａ，４５Ｂ間で素子取付穴２８が形成されるも
のである。

【００７０】また、この場合には、素子取付穴２７の投
光窓部２７Ａに相当する部位と素子取付穴２８の受光窓
部２８Ａに相当する部位とに接合面が存在するが、この
接合面によるノイズの影響（例えば検出信号の電圧低
下）等を予め見込んでおくことにより、ノイズの影響等
は容易に除去できるものである。

【００７１】かくして、このように構成される本実施の
形態にあっても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様
の作用効果を得ることができるが、特に本実施の形態で
は、マイクロセル４１を上，下に２分割した同一形状の
セル部材４２Ａ，４２Ｂを用いて形成することができ
る。

【００７２】また、半導体製造技術等で用いられている
ドライエッチング手段により、セル部材４２Ａ，４２Ｂ
の衝合面側には流路溝４３Ａ，４３Ｂ、左，右の取付溝
４４Ａ，４５Ａおよび４４Ｂ，４５Ｂを微細な形状に容
易に形成でき、マイクロセル４１をより小型、軽量化し
て製造できる。そして、エッチング手段による製作法に
よれば、マイクロセル４１を簡単なプロセスで多量に製
作することができ、材料費や製造コスト等も確実に低減
できる。

【００７３】次に、図１０は本発明の第３の実施の形態
を示し、本実施の形態では前述した第１の実施の形態と
同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略す
るものとする。しかし、本実施の形態の特徴は、作動油
タンク１１と油圧ポンプ１２との間を接続する吸込管路
１３の途中に採取管５１を介して流路形成部材としての
マイクロセル５２を設ける構成としたことにある。

【００７４】ここで、マイクロセル５２は、作動油タン
ク１１および油圧ポンプ１２等からなる油圧駆動回路の
うち、低圧側となる吸込管路１３の途中部位から採取管
５１の吸込管部５１Ａを分岐させ、該吸込管部５１Ａの
先端側にマイクロセル５２の流路（図示せず）を接続す
ると共に、この流路の下流側には戻し管部５１Ｂの基端
側を接続し、戻し管部５１Ｂの先端側を吸込管路１３に
接続することにより、吸込管路１３に並列接続される構
成としている。

【００７５】これにより、マイクロセル５２の流路内に
は油圧ポンプ１２の吸引力を利用して吸込管路１３内を
流れる低圧の作動油の一部を導入でき、採取管５１内を
流れる作動油の流量は、吸込管路１３内を流れる作動油
の流量に比較して十分に小さい流量に設定されるもので
ある。

【００７６】また、マイクロセル５２は第１の実施の形
態で述べたマイクロセル２５とほぼ同様に構成され、そ
の流路を挟む位置には光センサ３２の発光素子３３、受
光素子３４等が取付けられている。しかし、この場合に
はマイクロセル５２の上流側に採取管５１の吸込管部５
１Ａが直接接続され、第１の実施の形態で述べたミニポ
ンプ２３等は省略されている。

【００７７】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得
ることができるが、特に本実施の形態では、油圧ポンプ
１２を用いてマイクロセル５２内に作動油を吸引でき、
汚れ診断を行うために特別にポンプを用いる必要がなく
なり、構造の簡素化を図ることができる。そして、マイ
クロセル５２を流通する作動油の吸引圧力等は、例えば
マイクロセル５２の流路面積を変えることにより調整で
きる。また、採取管５１の吸込管部５１Ａ途中に絞り弁
等を設ける構成とした場合でも、マイクロセル５２内の
圧力を簡単に調整できるものである。

【００７８】なお、前記第３の実施の形態では、油圧駆
動回路のうち吸込管路１３の途中にマイクロセル５２を
設けた場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例
えば図１０中に二点鎖線で示すように、リリーフ管路２
０の途中に採取管５１′を介してマイクロセル５２′を
設ける構成としてもよい。また、戻し管路１５の途中に
採取管を介して流路形成部材（マイクロセル）を設ける
構成としてもよいものである。

【００７９】また、前記第２の実施の形態では、マイク
ロセル４１を上，下に２分割したセル部材４２Ａ，４２
Ｂにより構成するものとして述べたが、これに替えて、
例えば左，右に２分割した素材としてのセル部材を用い
てマイクロセルを構成してもよい。

【００８０】また、前記各実施の形態にあっては、マイ
クロセル２５（４１，５２）に光センサ３２の発光素子
３３と受光素子３４とを直接組込んだ場合を例に挙げて
説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば
マイクロセル等の流路形成部材の外部に設置した発光部
（光源）からの光を、光ファイバを用いて流路形成部材
の流路側に導く構成としてもよい。そして、流路形成部
材の流路を横切った光を、他の光ファイバにより流路形
成部材の外部に設置した受光部側に導く構成とすること
も可能である。

【００８１】さらに、前記各実施の形態では、作動油の
汚れ状態診断装置を油圧ショベルに適用した場合を例に
挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば油圧
クレーン、ホイールローダ等の土木・建設機械によう
に、作動油中に非導電性の砂等が侵入する可能性のある
種々の油圧駆動回路を採用した産業機械等にも広く適用
できるものである。

【００８２】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に記載の発
明によれば、作動油タンク内の作動油を採取管で採取し
つつ、流路形成部材に設けた検出手段の発光部から流路
内の作動油に向け照射した光を受光部で受光し、該受光
部からの検出信号に従って作動油の汚れ状態を判別する
構成としたので、例えば油圧ショベル等の油圧駆動回路
内を流れる作動油中に混入した金属の摩耗粉や砂等の固
形物を不純物として検出でき、作動油の汚れ状態をイン
ラインで判別することができる。従って、作動油に混入
され易い金属粉および砂等の固形物の体積比等を簡単
に、しかもインラインで測定することができ、その結果
を予め設定した限界の体積比と比較することにより、作
動油の寿命（交換時期）を容易に判定できる。

【００８３】また、請求項２に記載の発明は、採取管と
流路形成部材のうちいずれか一方には、作動油タンク内
の作動油を前記流路形成部材の流路内に向けて吸引する
ポンプを設ける構成としているため、例えばポンプを小
型の低圧ポンプ等により構成でき、このポンプを駆動す
ることにより、作動油タンク内の作動油を採取管を介し
て流路形成部材の流路に所定の速度で導入できると共
に、流路形成部材内に高圧が作用することはなく、全体
を小型、軽量化することができる。

【００８４】一方、請求項３に記載の発明は、作動油タ
ンクと油圧アクチュエータとの間の管路途中に、作動油
を高圧の圧油として油圧アクチュエータに給排するため
の主油圧ポンプを設け、採取管は該主油圧ポンプによっ
て前記管路内を流れる作動油の一部を流路形成部材の流
路内に流通させる構成としているので、主油圧ポンプを
用いて採取管内に作動油を流通させ、このときに流路形
成部材の流路内を流通する作動油の汚れ具合を、光学式
の検出手段によって検出できると共に、流路形成部材や
検出手段等に高圧が作用するのを防止でき、この場合に
も装置の小型、軽量化を図ることができる。

【００８５】また、請求項４に記載の発明は、流路形成
部材を主油圧ポンプの吸込側と作動油タンクとの間に採
取管を介して設ける構成としているので、主油圧ポンプ
等からなる油圧駆動回路のうち、主油圧ポンプの吸込側
と作動油タンクとの間に位置する低圧側部分に流路形成
部材を設置でき、作動油の汚れをインラインで検出する
ことができる。

【００８６】また、請求項５に記載の発明は、流路形成
部材を、ガラス材料からなる素材に流路および検出手段
の発光部、受光部の取付部を加工して形成したマイクロ
セルにより構成しているので、流路形成部材を小型のマ
イクロセルとして形成することができ、装置の小型、軽
量化を図ることができる。

【００８７】一方、請求項６に記載の発明は、流路形成
部材となるマイクロセルを、上，下または左，右に２分
割した石英ガラス材料からなる素材にドライエッチング
を施して流路および検出手段の発光部、受光部の取付部
をそれぞれ形成した後に、これらの素材を重合わせて互
いに接着することにより製作でき、簡単なプロセスでマ
イクロセルを多量に生産することができる。

【００８８】さらに、請求項７に記載の発明によると、
状態判別手段は、検出手段の受光部から出力される検出
信号の電圧変化に従って作動油中に混入した固形不純物
の体積比率を求め、この体積比率から作動油の汚れ状態
を判別する構成としているため、受光部からの検出信号
による降下電圧と降下頻度とに基づいて作動油中に混入
した金属摩耗粉や砂等の固形物の体積比率を算出でき、
算出値が規定の体積比率を越えたときには、作動油の交
換等を促すメッセージを表示器等により報知することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による作動油の汚れ
状態診断装置を備えた油圧ショベルを示す正面図であ
る。

【図２】図１の油圧ショベルに搭載した油圧駆動回路等
を示す制御回路図である。

【図３】図２中のマイクロセル、ミニポンプ等を拡大し
て示す斜視図である。

【図４】図３中のマイクロセルを複数のセル部材から組
立てる前の状態を示す分解斜視図である。

【図５】マイクロセルに設けた光センサの発光素子、受
光素子等を図３中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた拡大断面図
である。

【図６】受光素子による検出信号の特性線図である。

【図７】図３中のコントローラによる作動油の汚れ状態
診断処理を示す流れ図である。

【図８】カウンタの計数値と不純物の体積比率との関係
を示す特性線図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態による作動油の汚れ
状態診断装置に用いるマイクロセルの各セル部材を示す
分解斜視図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態による作動油の汚
れ状態診断装置に用いる油圧駆動回路図である。

【符号の説明】

１１作動油タンク１２主油圧ポンプ１３吸込管路１４吐出管路１５戻し管路１６油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）１８方向制御弁２０リリーフ管路２１，５１，５１′ 採取管２３ミニポンプ（ポンプ）２５，４１，５２，５２′ マイクロセル（流路形成部
材）２６流路２７，２８素子取付穴（取付部）２９センタセル部材（素材）３０，３１サイドセル部材（素材）３２光センサ（検出手段）３３発光素子（発光部）３４受光素子（受光部）３５コントローラ（状態判別手段）３７表示器４２Ａ，４２Ｂセル部材（素材）４３Ａ，４３Ｂ流路溝４４Ａ，４４Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ取付溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山玄六茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者田中壮太郎茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者安田元茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内Ｆターム(参考） 3H082 AA12 AA15 CC02 DB11 DB21 DB26 DB28 DB32 DE05 EE02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油圧アクチュエータを駆動するための作
動油を収容する作動油タンクと、該作動油タンク内に貯えられる作動油を採取する採取管
と、該採取管の途中に設けられ、該採取管と連通した流路を
有している光透過性材料からなる流路形成部材と、該流路形成部材に設けられた発光部および受光部からな
り、前記発光部から流路を横切る方向に照射した光を前
記受光部で受光することにより前記作動油中に混入した
不純物を検出する光学式の検出手段と、該検出手段の受光部から出力される検出信号に従って前
記不純物による作動油の汚れ状態を判別する状態判別手
段とにより構成してなる作動油の汚れ状態診断装置。
【請求項２】前記採取管と流路形成部材のうちいずれ
か一方には、前記作動油タンク内の作動油を前記流路形
成部材の流路内に向けて吸引するポンプを設けてなる請
求項１に記載の作動油の汚れ状態診断装置。
【請求項３】前記作動油タンクと油圧アクチュエータ
との間の管路途中には、前記作動油タンク内の作動油を
高圧の圧油として前記油圧アクチュエータに給排するた
めの主油圧ポンプを設け、前記採取管は該主油圧ポンプ
によって前記管路内を流れる作動油の一部を前記流路形
成部材の流路内に流通させる構成としてなる請求項１に
記載の作動油の汚れ状態診断装置。
【請求項４】前記流路形成部材は前記主油圧ポンプの
吸込側と作動油タンクとの間を接続した管路の途中に前
記採取管を介して設ける構成としてなる請求項３に記載
の作動油の汚れ状態診断装置。
【請求項５】前記流路形成部材は、ガラス材料からな
る素材に前記流路および検出手段の発光部、受光部の取
付部を加工して形成したマイクロセルにより構成してな
る請求項１，２，３または４に記載の作動油の汚れ状態
診断装置。
【請求項６】前記流路形成部材は、上，下または左，
右に２分割した石英ガラス材料からなる２つの素材にド
ライエッチング手段を用いて前記流路および検出手段の
発光部、受光部の取付部をそれぞれ形成し、前記２つの
素材を互いに接着することによって製作したマイクロセ
ルにより構成してなる請求項１，２，３または４に記載
の作動油の汚れ状態診断装置。
【請求項７】前記状態判別手段は、前記検出手段の受
光部から出力される検出信号の電圧変化に従って前記作
動油中に混入した固形不純物の体積比率を求め、この体
積比率から作動油の汚れ状態を判別する構成としてなる
請求項１，２，３，４，５または６に記載の作動油の汚
れ状態診断装置。