JP2002061612A

JP2002061612A - 作動油中の水分検出装置

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Publication number: JP2002061612A
Application number: JP2000246896A
Authority: JP
Inventors: Masatsugu Arai; 雅嗣荒井; Yuji Yoshitomi; 雄二吉富; Sotaro Tanaka; 壮太郎田中; Hajime Yasuda; 元安田; Genroku Sugiyama; 玄六杉山
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】油圧駆動回路の作動油中に混入した水分をイ
ンラインで簡単に検出でき、作動油の交換時期等を早期
に判別できるようにする。【解決手段】作動油タンク１１と油圧ポンプ１２との
間の吸込管路１３の途中から採取管２２の流入管部２２
Ｂを分岐させ、流入管部２２Ｂを共通管部２２Ａを介し
て密閉容器２１に接続すると共に、採取管２２の流出管
部２２Ｃを作動油タンク１１に接続する。共通管部２２
Ａの途中には正，逆転可能なミニポンプ２３を設け、流
入管部２２Ｂの途中には作動油の流入制御弁２５を設
け、流出管部２２Ｃの途中には流出制御弁２６を設け
る。密閉容器２１の底部側にヒータを設け、密閉容器２
１内の作動油をヒータによって加熱し、作動油中の水分
を密閉容器２１内の空気中に蒸発させて水分量を検出す
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
動油中に混入した水分量を検出するのに好適に用いられ
る作動油中の水分検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油圧ショベル等の建設機械に
は、作動油を収容するタンクと、該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、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、例え
ば作動油中に混入した水分の含有量を分析により測定す
る方法および装置も提案されている（例えば、特開平６
−６６７０５号公報等）。

【０００６】そして、この種の従来技術にあっては、作
動油中の水分量を分析して測定するため、例えば建設機
械の作動油タンク等から定期的にバッチ処理により作動
油を抽出し、この抽出した作動油を予め用意した密閉容
器内で加熱して蒸発させることにより、密閉容器内の水
蒸気圧等から作動油中に混入した水分量を推定して求め
るものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術によるものは、作動油中に混入した水分量を求め
るためにバッチ処理による測定方法を採用しているの
で、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。

【０００８】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。

【０００９】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
に混入した水分を簡単に検出でき、作動油の交換時期等
を早期に判別することができるようにした作動油中の水
分検出装置を提供することにある。

【００１０】

【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の発明が採用する構成は、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、該作動油タンクに油路を介して接続され、給排ポ
ンプにより前記作動油が流入出される密閉容器と、該密
閉容器内に流入した作動油を加熱し、該作動油中の水分
を密閉容器内の空気中に蒸発させる熱源と、前記密閉容
器に設けられ、前記密閉容器内の空気中に蒸発した水分
を検出する水分検出手段とにより構成している。

【００１１】このように構成することにより、例えば油
圧アクチュエータの作動が終了したとき等に、給排ポン
プを駆動して作動油タンクから密閉容器内に作動油を流
入させ、この状態で密閉容器内の作動油を熱源によって
加熱すれば、作動油中の水分を密閉容器内の空気中に蒸
発させることができる。そして、この段階で水分検出手
段を用いることにより、密閉容器内の水蒸気から作動油
中の水分含有量を検出することができる。

【００１２】また、請求項２の発明は、水分検出手段
を、密閉容器内に蒸発した水分量に応じて抵抗値が変化
する発熱抵抗体により構成している。これにより、密閉
容器内の水蒸気が増加して湿度が高くなると、密閉容器
内の空気は相対的に比熱が増大するので、発熱抵抗体は
外部からの給電量に比較して温度上昇速度が小さくな
り、相対的に抵抗値が下がることによって検出電圧は低
下する。

【００１３】一方、密閉容器内の水蒸気が減少して湿度
が低くなったときには、密閉容器内の空気は相対的に比
熱が低下するので、発熱抵抗体は外部からの給電量に比
較して温度上昇速度が大きくなり、相対的に抵抗値が上
がることによって検出電圧は上昇し、発熱抵抗体の検出
電圧に基づいて作動油中の水分含有量を検出することが
できる。

【００１４】また、請求項３の発明は、水分検出手段
を、密閉容器内に蒸発した水分量に応じて静電容量が変
化する静電容量式センサにより構成している。この場合
には、密閉容器内の水蒸気が増加して湿度が高くなる
と、静電容量が増大して湿度に見合った電荷が静電容量
式センサに蓄えられるので、該センサから高い値の検出
電圧を取り出すことができる。一方、密閉容器内の湿度
が低い状態では、静電容量式センサに蓄えられる電荷が
減少することにより、センサからの検出電圧を低い電圧
とすることができる。

【００１５】また、請求項４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油圧ポンプを設け、油路は、前
記管路の途中から分岐し前記油圧ポンプにより管路内を
流通する作動油の一部を密閉容器内に給排ポンプを介し
て流入させる流入路と、前記密閉容器内の作動油を前記
作動油タンク内に給排ポンプを介して流出させる流出路
とにより構成している。

【００１６】これにより、油圧アクチュエータの作動が
終了した段階で、油圧ポンプの作動を続けることによっ
て管路内に作動油を循環でき、この作動油の一部を流入
路から密閉容器内へと給排ポンプを用いて流入させるこ
とができる。そして、水分量の検出後は給排ポンプを逆
回転させることにより、密閉容器内の作動油を流出路を
通じて作動油タンク内へと戻すことができる。

【００１７】さらに、請求項５の発明は、流入路の途中
には作動油の流入を制御する流入制御弁を設け、流出路
の途中には作動油の流出を制御する流出制御弁を設け、
給排ポンプは、前記流入制御弁の開弁時に作動油を密閉
容器内に流入させるため一方向に回転し、前記流出制御
弁の開弁時には作動油を前記密閉容器から流出させるた
め他方向に回転する構成としている。

【００１８】これにより、流入制御弁を開弁して給排ポ
ンプを一方向に回転駆動したときには、流出制御弁を閉
弁状態に保つことによって管路内の作動油を密閉容器内
に流入させることができる。そして、水分量の検出後は
流入制御弁を閉弁し、流出制御弁を開弁した状態で給排
ポンプを他方向に回転駆動することにより、密閉容器内
の作動油をタンク側に向けて強制的に排出できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
作動油中の水分検出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。

【００２０】ここで、図１ないし図７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。

【００２１】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，下に俯仰動しつつ、バケット７Ｃを回動す
ることにより、土砂等の掘削作業を行うものである。

【００２２】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。

【００２３】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
構成するメインの油圧ポンプで、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、吐出側には管路１４Ａが接続されている。

【００２４】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管路１４Ａ側
に吐出し、この圧油を後述の油圧シリンダ１８等に供給
するものである。また、油圧シリンダ１８からの戻り油
は管路１４Ｂ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。

【００２５】１５は吐出側の管路１４Ａの途中に設けら
れた逆止弁、１６は逆止弁１５の下流側で管路１４Ａと
作動油タンク１１との間に設けられたリリーフ管路を示
している。１７はリリーフ管路１６の途中に設けられた
リリーフ弁で、該リリーフ弁１７は吐出側の管路１４Ａ
内の圧力がリリーフ設定圧を越えると開弁し、このとき
の過剰圧を作動油タンク１１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。

【００２６】１８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１８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１８
は管路１９Ａ，１９Ｂを介して圧油が給排されることに
より、ロッド１８Ａを伸縮動作させるものである。

【００２７】２０は油圧シリンダ１８を制御する方向制
御弁で、該方向制御弁２０は管路１４Ａ，１４Ｂと管路
１９Ａ，１９Ｂ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２０Ａ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。

【００２８】そして、方向制御弁２０が中立位置（イ）
にある間は、油圧シリンダ１８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１８のロッド１８Ａが伸長，縮小されるものであ
る。

【００２９】次に、２１は作動油中の水分量を検出する
ために用いる密閉容器で、該密閉容器２１は、図３に示
すように小型の筒形容器として形成され、例えば２００
〜３００ｍｍ³ 程度の容積を有している。このため、密
閉容器２１は内径が１０ｍｍ程度の油圧配管内にも収容
可能であり、油圧配管の端部等に取付スペースを容易に
確保できるものである。

【００３０】２２は密閉容器２１内に作動油を流出入さ
せる油路としての採取管で、該採取管２２は、図２、図
３に示すように密閉容器２１の底部２１Ａ側に接続され
た共通管部２２Ａと、吸込管路１３の途中部位から分岐
し該共通管部２２Ａに接続された流入路としての流入管
部２２Ｂと、該流入管部２２Ｂと並列になって共通管部
２２Ａと作動油タンク１１との間を接続した流出路とし
ての流出管部２２Ｃとにより構成されている。

【００３１】２３は採取管２２の共通管部２２Ａ途中に
設けられた給排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
型のギヤポンプ等により構成され、図３に示す如くモー
タ２４により正方向または逆方向に回転駆動される。そ
して、ミニポンプ２３の正転時には作動油が密閉容器２
１内に向けて流通し、逆転時には作動油タンク１１内に
向けて作動油が流通するものである。

【００３２】２５は採取管２２の流入管部２２Ｂ途中に
設けられた流入制御弁で、該流入制御弁２５は小形の電
磁弁等からなり、常時は閉弁状態に保持されることによ
り吸込管路１３内の作動油が採取管２２側に流入するの
を阻止する。そして、流入制御弁２５は後述するコント
ロ―ラ３３からの制御信号により開弁されたときに、吸
込管路１３内の作動油を採取管２２側に流入させるもの
である。

【００３３】２６は採取管２２の流出管部２２Ｃ途中に
設けられた流出制御弁で、該流出制御弁２６も小形の電
磁弁等からなり、常時は閉弁状態に保持されることによ
り作動油タンク１１と採取管２２との間を遮断する。そ
して、流出制御弁２６はコントロ―ラ３３からの制御信
号により開弁されたときに、共通管部２２Ａ側から作動
油タンク１１に向けて作動油が流通するのを許すもので
ある。

【００３４】２７は密閉容器２１の底部２１Ａ側に設け
られた熱源としてのヒータで、該ヒータ２７はコントロ
ーラ３３から給電されることにより、密閉容器２１内の
作動油Ｆを底部２１Ａ側から加熱し、作動油Ｆ中に混入
した水分を密閉容器２１の空気中に蒸発させるものであ
る。

【００３５】２８は密閉容器２１内の圧力を調整する圧
力調整弁で、該圧力調整弁２８は、図３に示す如く作動
油Ｆの液面よりも上側に位置して密閉容器２１の側壁側
に設けられ、常時は閉弁状態に保持される。

【００３６】そして、圧力調整弁２８は、密閉容器２１
内に作動油Ｆを流出入させるとき等に開弁され、作動油
Ｆの流出入を円滑化すると共に、密閉容器２１内の圧力
が過剰に高くなったり、負圧状態になったりするのを防
ぐものである。また、圧力調整弁２８は密閉容器２１内
の圧力を検出する機能等も有している。

【００３７】２９は密閉容器２１の上端側に設けられた
温度センサで、該温度センサ２９は密閉容器２１内の温
度を検出し、その検出信号をコントローラ３３に出力す
るものである。また、温度センサ２９は後述の抵抗式セ
ンサ３０と共通の基板を用いて形成してもよいものであ
る。

【００３８】３０は密閉容器２１の上端側に設けられた
水分検出手段としての抵抗式センサで、該抵抗式センサ
３０は、図４に示す如くシリコン材料等からなる小型の
基板３１と、該基板３１上にフォトエッチング等の処理
を施すことにより形成された白金等の発熱抵抗体３２と
から構成されている。そして、抵抗式センサ３０は、例
えば１ｍｍ角よりも小さいチップとして形成され、小形
の密閉容器２１内にコンパクトに収容されるものであ
る。

【００３９】ここで、抵抗式センサ３０の発熱抵抗体３
２は、例えば厚さが０．５〜１．０μｍ（マイクロメー
タ）程度の酸化シリコン、酸化タンタル、白金、酸化タ
ンタルを積層化した構造となっており、コントローラ３
３から直流電圧が印加されると発熱し、このときの抵抗
値変化から作動油中に混入した水分量を検出するもので
ある。

【００４０】即ち、密閉容器２１内の空気中では、水分
量（水蒸気）が増加して湿度が高くなると、密閉容器２
１内の空気は相対的に比熱が増大するので、発熱抵抗体
３２は外部からの給電量に比較して温度上昇速度が小さ
くなる。このため、発熱抵抗体３２は相対的に抵抗値が
下がり、その検出電圧Ｖ（出力電圧）は、図５に示す特
性線Ｌ1のように湿度の上昇に応じて漸次低下する。

【００４１】一方、密閉容器２１内の水蒸気が減少して
湿度が低くなったときには、密閉容器２１内の空気は相
対的に比熱が低下するので、発熱抵抗体３２は外部から
の給電量に比較して温度上昇速度が大きくなり、相対的
に抵抗値が上がることによって検出電圧Ｖは上昇する。
これにより、密閉容器２１内の湿度（作動油Ｆ中の水分
含有量）を、図５に示す特性線Ｌ1の如く発熱抵抗体３
２の検出電圧Ｖに基づいて検出できるものである。

【００４２】３３はマイクロコンピュータ等から構成さ
れたコントローラで、該コントローラ３３は、その入力
側に温度センサ２９、抵抗式センサ３０等が接続され、
出力側にはミニポンプ２３用のモータ２４、流入制御弁
２５、流出制御弁２６、ヒータ２７および表示器３４等
が接続されている。

【００４３】そして、コントローラ３３はＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ等の記憶部３３Ａを有し、該記憶部３３Ａにはタイマ
ｔ等を格納すると共に、図６に示す作動油中の水分量判
別処理、図７に示す水分検出処理等のプログラムが格納
されている。

【００４４】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中の水分検出装置は、上
述の如き構成を有するもので、次に図６、図７を参照し
てコントローラ３３による作動油中の水分量判別処理、
水分検出処理について説明する。

【００４５】まず、油圧ショベルによる掘削作業等が終
了し、図２に示す方向制御弁２０を中立位置（イ）に戻
して油圧シリンダ１８等の作動を停止させた段階で、図
６に示す水分量判別処理は開始される。この場合、当該
判別処理等が完了するまで図２に示す油圧ポンプ１２
は、原動機により例えば低い回転数で駆動し続けるのが
よい。

【００４６】そして、処理動作がスタートすると、ステ
ップ１で水分検出処理が図７に示すプログラムに従って
実行される。即ち、図７中のステップ１１では、図２に
示す流入制御弁２５を開弁し、ステップ１２ではミニポ
ンプ２３を正転させ、吸込管路１３内を流れる作動油の
一部を図２中の矢示Ａ方向へと密閉容器２１内に向けて
流入させる。

【００４７】次に、ステップ１３ではミニポンプ２３の
駆動を開始してから一定時間、例えばｔ1秒が経過した
か否かを判定し、ステップ１３で「ＮＯ」と判定する間
はミニポンプ２３の駆動を続ける。そして、ステップ１
３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１４に移
ってミニポンプ２３を停止し、ステップ１５では流入制
御弁２５を閉弁する。これにより、密閉容器２１内には
時間ｔ1秒に対応した所定量の作動油Ｆが図３に例示す
るように溜められる。

【００４８】次に、ステップ１６ではヒータ２７を作動
して密閉容器２１内の作動油Ｆを加熱し、ステップ１７
では温度センサ２９からの検出信号により密閉容器２１
内の温度が、例えば１２０度（水が気化するのに十分な
温度）程度の温度Ｔ1まで上昇したか否かを判定する。
そして、ステップ１７で「ＹＥＳ」と判定したときに
は、密閉容器２１内が温度Ｔ1まで加熱されているの
で、ステップ１８に移ってヒータ２７を停止する。

【００４９】これにより、密閉容器２１内の作動油Ｆ
は、混入した水分がヒータ２７で１２０度程度まで加熱
されて蒸発し、このときの水蒸気によって密閉容器２１
内の空気は、その湿度が作動油Ｆ中の水分含有量に応じ
て変化することになる。

【００５０】次に、ステップ１９では抵抗式センサ３０
に、例えば３〜１０ｍＡ（ミリアンペア）程度の電流を
約３０ｍｓ（ミリ秒）間だけ通電し、発熱抵抗体３２の
抵抗値変化による検出電圧Ｖaを読込む。これにより、
密閉容器２１内の湿度が温度Ｔ1のときに検出電圧Ｖaな
る検出値として出力されるものである。

【００５１】また、次なるステップ２０では、ヒータ２
７の停止から一定の時間ｔ2秒（例えば１００〜３００
秒程度）が経過したか否かを判定し、「ＮＯ」と判定す
る間は密閉容器２１内の温度が下がるのを待つ。なお、
この時間ｔ2は、密閉容器２１内の温度が、例えば６０
度程度まで低下するのに必要な時間として設定するのが
よい。

【００５２】そして、ステップ２０で「ＹＥＳ」と判定
したときには、密閉容器２１内の温度が時間ｔ2の経過
により、例えば６０度程度まで下がっているので、ステ
ップ２１に移って抵抗式センサ３０に、ステップ１９と
ほぼ同様に通電してその検出電圧Ｖbを検出する。この
場合、温度センサ２９で密閉容器２１内の温度を同時に
検出する。例えば、密閉容器２１内の温度が６０度程度
まで下がった状態での検出電圧Ｖbを、ステップ２１で
は読込むものである。

【００５３】次に、ステップ２２では密閉容器２１内の
作動油Ｆを排出するために流出制御弁２６を開弁し、ス
テップ２３ではミニポンプ２３を逆向きに回転させ、密
閉容器２１内の作動油Ｆを図２中の矢示Ｂ方向へと作動
油タンク１１に向け強制的に流出させる。

【００５４】そして、次なるステップ２４ではミニポン
プ２３の逆転を開始してから一定時間、例えばｔ3秒
（ｔ3＜ｔ1）が経過したか否かを判定し、ステップ２４
で「ＮＯ」と判定する間はミニポンプ２３の逆転を続け
る。そして、ステップ２４で「ＹＥＳ」と判定したとき
には、ステップ２５に移ってミニポンプ２３を停止し、
ステップ２６では流出制御弁２６を閉弁して、ステップ
２７でリターンする。

【００５５】これにより、密閉容器２１内の作動油Ｆは
作動油タンク１１内へと排出され、密閉容器２１は次な
る作動油Ｆの採取時まで実質的に空の状態におかれる。
この場合、図３に示す圧力調整弁２８は、作動油Ｆを密
閉容器２１に流入出する間は開弁され、図７中のステッ
プ１６〜２１に亘る処理の間は閉弁状態におかれるもの
である。

【００５６】このように、ステップ１１〜２７に亘る水
分検出処理を実行することにより、密閉容器２１内の作
動油Ｆに混入した水分を、温度Ｔ1での検出電圧Ｖaと、
これよりも低い温度（例えば、６０度程度）での検出電
圧Ｖbとを湿度検出値として採取する。

【００５７】そして、ステップ２７でリターンした段階
で、図６に示すステップ２に移り、前記検出電圧Ｖa，
Ｖbを減算または割算等を行うことにより、検出電圧Ｖ
を補正演算して外乱等によるノイズの影響を取除くと共
に、温度補正等も一緒に行うものである。なお、ステッ
プ１，２の処理を複数回繰り返して行うことにより、検
出電圧Ｖをより正確に求めることができる。

【００５８】次に、図６に示すステップ３では、補正演
算後の検出電圧Ｖと図５に示す湿度との関係から、この
ときの湿度に対応した水分量を、作動油Ｆ中の水分含有
量Ｍとして演算により求める。そして、次なるステップ
４では、演算した水分含有量Ｍが判定値Ｍ0以上となっ
たか否かを判定し、「ＮＯ」と判定する間は、作動油Ｆ
中の水分含有量Ｍは十分に少量と判定できるので、ステ
ップ５に移って「作動油は正常」である旨を表示器３４
により知らせる。

【００５９】次に、上述したステップ１〜５の処理を繰
り返すうちに、ステップ４で「ＹＥＳ」と判定したとき
には、作動油Ｆ中の水分含有量Ｍが判定値Ｍ0以上とな
り、作動油Ｆ中には基準以上の水分が混入していると判
定できるので、ステップ６に移って「作動油が劣化」し
て交換時期に達していることを、油圧ショベルのオペレ
ータ等に表示器３４により知らせる。

【００６０】かくして、本実施の形態によれば、作動油
タンク１１を油圧ポンプ１２の吸込側に接続する吸込管
路１３の途中から採取管２２の流入管部２２Ｂを分岐さ
せ、該流入管部２２Ｂを共通管部２２Ａを介して密閉容
器２１に接続すると共に、採取管２２の流出管部２２Ｃ
を作動油タンク１１に接続する構成としている。

【００６１】そして、共通管部２２Ａの途中にはギヤポ
ンプ等からなる正，逆転可能なミニポンプ２３を設け、
流入管部２２Ｂの途中には作動油の流入制御弁２５を設
けると共に、流出管部２２Ｃの途中には流出制御弁２６
を設け、これらのミニポンプ２３、流入制御弁２５およ
び流出制御弁２６をコントローラ３３で制御することに
より、密閉容器２１内に作動油を流入出させる構成とし
ている。

【００６２】また、密閉容器２１の底部２１Ａ側にはヒ
ータ２７を設け、例えば油圧シリンダ１８等の作動停止
時に、ミニポンプ２３を正転方向に駆動して吸込管路１
３内の作動油Ｆを密閉容器２１内に流入させた段階で、
密閉容器２１内の作動油Ｆをヒータ２７によって加熱
し、作動油Ｆ中の水分を密閉容器２１内の空気中に蒸発
させる構成としている。

【００６３】このため、密閉容器２１内に設けた抵抗式
センサ３０で密閉容器２１内の水蒸気から作動油Ｆ中の
水分含有量を検出することができる。そして、この抵抗
式センサ３０は、密閉容器２１内に蒸発した水分量に応
じて抵抗値が変化する発熱抵抗体３２により構成してい
るので、作動油Ｆ中の水分量を図５に示す特性線Ｌ1の
如く、密閉容器２１内の湿度と発熱抵抗体３２による検
出電圧Ｖとの関係から検出することができる。

【００６４】この場合、例えば０．１５％の水分を含む
１ｍｇの作動油Ｆを、２１６ｍｍ³程度の容積をもった
密閉容器２１内に流入させ、上述の如く水分量の検出を
行った。この結果、密閉容器２１内の相対湿度は、約２
０％程度上昇することが確認され、作動油中の水分含有
量は安定して検出できることが分かった。

【００６５】従って、本実施の形態によれば、油圧ショ
ベルの油圧駆動回路で使用している作動油中の水分を、
小形の密閉容器２１等を用いてインラインで簡単に検出
することができ、作動油中の水分含有量が基準となる判
定値を越えているか否かを安定して判別できると共に、
例えば表示器３４等により作動油の交換時期を早期に知
らせることができる。

【００６６】また、作動油タンク１１からの作動油を、
ミニポンプ２３を用いて小型の密閉容器２１に流入出さ
せる構成としているので、例えば数１０ｍｍ以下のレベ
ル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】また、例えば１ｍｇ程度の作動油を密閉容
器２１に流入出させるだけで、水分量の検出が可能であ
るため、油圧ショベルの稼働中でも掘削作業等に影響を
ほとんど与えることなく、作動油中に混入した水分の検
出作業を継続的に行うことができる。そして、この場合
には表示器３４を用いて水分の検出作業中であることを
オペレータに知らせれば、オペレータに余分な負担を与
えることなく、水分の検出作業を続行することが可能と
なる。

【００６８】さらに、抵抗式センサ３０は、例えば３〜
１０ｍＡ（ミリアンペア）程度の電流を約３０ｍｓ（ミ
リ秒）通電するだけで、水分量の検出を短時間が行うこ
とができ、測定レスポンスを向上できると共に、微弱な
電流を通電するだけで良く、水分量の検査時におけるエ
ネルギ効率も高めることができる。

【００６９】次に、図８および図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、水分検出手段として静電容量式センサ４１を用いる
構成としたことにある。

【００７０】ここで、静電容量式センサ４１は、絶縁性
の支持基板４２と、該支持基板４２上に設けた平板状の
電極４３，４４と、これらの電極４３，４４間に配置さ
れた感湿膜４５とにより構成され、全体として１ｍｍ角
よりも小さい寸法で形成されるものである。

【００７１】そして、静電容量式センサ４１は、第１の
実施の形態で述べた抵抗式センサ３０に替えて用いら
れ、密閉容器２１内の水蒸気等の水分が感湿膜４５内に
吸収または放出されることにより、図９に示す特性線Ｌ
2に沿って湿度にほぼ比例した検出電圧Ｖを出力するも
のである。

【００７２】この場合には、密閉容器２１内の水蒸気が
増加して湿度が高くなると、静電容量が増大して湿度に
見合った電荷が静電容量式センサ４１の感湿膜４５に蓄
えられるので、該センサ４１から高い値の検出電圧Ｖを
出力することができる。一方、密閉容器２１内の湿度が
低い状態では、静電容量式センサ４１の感湿膜４５に蓄
えられる電荷が減少することにより、検出電圧Ｖを低い
電圧値となって出力されるものである。

【００７３】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、静電容量式センサ４１を用いることにより、湿度に
ほぼ比例した検出電圧Ｖを出力でき、水分量の検出処理
等をより安定して行うことができる。

【００７４】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、水分検
出手段として静電容量式センサ５１を用いる構成とした
ことにある。

【００７５】ここで、静電容量式センサ５１は、絶縁性
の支持基板５２と、該支持基板５２上に一定間隔をもっ
て列設した櫛刃状の細長電極５３，５３，…と、これら
の各細長電極５３を上側から覆うように支持基板５２上
に設けた絶縁ポリマー等からなる感湿膜５４と、該感湿
膜５４上に設けた多孔質金属層５５と、該多孔質金属層
５５を上側から被覆した保護層５６とにより構成され、
全体として１ｍｍ角よりも小さい寸法で形成されるもの
である。

【００７６】そして、静電容量式センサ５１の各細長電
極５３は、例えば互い違いにプラス側とマイナス側とな
るように電気的に並列接続され、これらの各細長電極５
３間で感湿膜５４は水分量に対応した電荷を蓄えること
により、プラス側とマイナス側の細長電極５３の本数分
だけ増倍した検出電圧Ｖを出力できるものである。

【００７７】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２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、櫛歯状の細長電極５３，５３，…を有した静電容量
式センサ５１を用いることにより、作動油中の水分量に
対し検出電圧Ｖを高い感度をもって出力でき、水分量の
検出性能を確実に向上することができる。

【００７８】なお、前記各実施の形態では、図２に示す
油圧回路のうち吸込管路１３の途中に採取管２２を介し
て密閉容器２１を接続した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、例えば図２に示
すリリーフ管路１６の途中でリリーフ弁１７と作動油タ
ンク１１の間に採取管等を介して密閉容器を接続する構
成としてもよいものである。

【００７９】また、前記各実施の形態にあっては、採取
管２２を共通管部２２Ａ、流入管部２２Ｂおよび流出管
部２２Ｃにより構成するものとして述べたが、これに替
えて、例えば共通管部２２Ａに相当する部分を廃止し、
流入路（流入管部２２Ｂ）と流出路（流出管部２２Ｃ）
をそれぞれ密閉容器２１に個別に接続する構成としても
よく、この場合には、流入路と流出路の途中にそれぞれ
ミニポンプ２３等の給排ポンプを設ける構成とすればよ
いものである。

【００８０】また、前記各実施の形態にあっては、流入
制御弁２５、流出制御弁２６を電磁弁により構成するも
のとして述べたが、これに替えて、例えば図２中の矢示
Ａ，Ｂ方向にのみ作動油の流通を許すチェック弁等を流
入管部２２Ｂと流出管部２２Ｃの途中に設ける構成とす
ることも可能である。

【００８１】さらに、前記各実施の形態では、作動油中
の水分検出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・建設機械に適用して
もよく、作動油中に水分が浸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、作動油タンクと油路を介して接続された密
閉容器内に対して給排ポンプにより作動油を流入出させ
る構成とし、前記密閉容器には内部に流入した作動油を
加熱する熱源を設けると共に、密閉容器内の空気中に蒸
発した水分を検出する水分検出手段を設ける構成として
いるので、作動油中の水分を密閉容器内の空気中に蒸発
させ、その水蒸気から作動油中の水分含有量を検出する
ことができる。従って、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
水分をインラインで簡単に検出でき、作動油の交換時期
等を早期に判別することができる。

【００８３】また、請求項２に記載の発明は、水分検出
手段を、密閉容器内に蒸発した水分量に応じて抵抗値が
変化する発熱抵抗体により構成しているので、密閉容器
内の湿度変化を発熱抵抗体の抵抗値変化して検出でき、
測定レスポンスを高めることができると共に、通電する
電力を低減でき、エネルギ効率等を確実に向上すること
ができる。

【００８４】また、請求項３に記載の発明は、水分検出
手段を、密閉容器内に蒸発した水分量に応じて静電容量
が変化する静電容量式センサにより構成しているので、
密閉容器内の湿度変化にほぼ比例した検出電圧を出力す
ることができ、水分量の検出精度を高めることができ
る。

【００８５】また、請求項４に記載の発明によると、油
路は、管路の途中から分岐し油圧ポンプにより管路内を
流通する作動油の一部を密閉容器内に給排ポンプを介し
て流入させる流入路と、前記密閉容器内の作動油を作動
油タンク内に給排ポンプを介して流出させる流出路とに
より構成しているので、油圧回路を循環する作動油の一
部を流入路から密閉容器内へと給排ポンプを用いて流入
させ、インラインで水分量を容易に検査できると共に、
水分量の検出後は給排ポンプを逆回転させることによ
り、密閉容器内の作動油を流出路を通じて作動油タンク
内へと戻すことができる。

【００８６】さらに、請求項５記載の発明は、流入路の
途中に作動油の流入を制御する流入制御弁を設け、流出
路の途中には作動油の流出を制御する流出制御弁を設
け、給排ポンプは、前記流入制御弁の開弁時に作動油を
密閉容器内に流入させるため一方向に回転し、前記流出
制御弁の開弁時には作動油を前記密閉容器から流出させ
るため他方向に回転する構成としているので、流入制御
弁を開弁して給排ポンプを一方向に回転駆動したときに
は、流出制御弁を閉弁状態に保つことによって管路内の
作動油を密閉容器内に流入させ、水分量の検査を短時間
で行うことができる。そして、水分量の検出後は流入制
御弁を閉弁し、流出制御弁を開弁した状態で給排ポンプ
を他方向に回転駆動することにより、密閉容器内の作動
油をタンク側に向けて強制的に排出でき、次なる検査に
即座に対処することができる。

【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中の水
分検出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シリンダ駆
動用の油圧回路図である。

【図３】図２中の密閉容器をヒータおよびコントローラ
等と共に示す水分検出装置の制御ブロック図である。

【図４】図３中の抵抗式センサを単体で示す斜視図であ
る。

【図５】密閉容器内の水蒸気による湿度と抵抗式センサ
の検出電圧との関係を示す特性線図である。

【図６】コントローラによる作動油中の水分量判別処理
を示す流れ図である。

【図７】図６中の水分検出処理を具体化して示す流れ図
である。

【図８】第２の実施の形態による水分検出用の静電容量
式センサを示す斜視図である。

【図９】図８の静電容量式センサによる検出電圧と湿度
との関係を示す特性線図である。

【図１０】第３の実施の形態による水分検出用の静電容
量式センサを示す斜視図である。

【符号の説明】

１１作動油タンク１２油圧ポンプ１３吸込管路１６リリーフ管路１８油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）２０方向制御弁２１密閉容器２２採取管（油路）２２Ａ共通管部２２Ｂ流入管部（流入路）２２Ｃ流出管部（流出路）２３ミニポンプ（給排ポンプ）２５流入制御弁２６流出制御弁２７ヒータ（熱源）２９温度センサ３０抵抗式センサ（水分検出手段）３２発熱抵抗体３３コントローラ３４表示器４１，５１静電容量式センサ（水分検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (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Ｆターム(参考） 2G060 AA01 AB02 AE19 AF07 AF10 AG11 BB08 HC02 HC10 HC18 3H082 AA11 AA21 CC02 DA17 DA41 DB03 DB26 DB28 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、該作動油タンクに油路を介して接続され、給排ポンプに
より前記作動油が流入出される密閉容器と、該密閉容器内に流入した作動油を加熱し、該作動油中の
水分を密閉容器内の空気中に蒸発させる熱源と、前記密閉容器に設けられ、前記密閉容器内の空気中に蒸
発した水分を検出する水分検出手段とにより構成してな
る作動油中の水分検出装置。
【請求項２】前記水分検出手段は、前記密閉容器内に
蒸発した水分量に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体に
より構成してなる請求項１に記載の作動油中の水分検出
装置。
【請求項３】前記水分検出手段は、前記密閉容器内に
蒸発した水分量に応じて静電容量が変化する静電容量式
センサにより構成してなる請求項１に記載の作動油中の
水分検出装置。
【請求項４】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
めの油圧ポンプを設け、前記油路は、前記管路の途中か
ら分岐し前記油圧ポンプにより管路内を流通する作動油
の一部を前記密閉容器内に給排ポンプを介して流入させ
る流入路と、前記密閉容器内の作動油を前記作動油タン
ク内に給排ポンプを介して流出させる流出路とにより構
成してなる請求項１，２または３に記載の作動油中の水
分検出装置。
【請求項５】前記流入路の途中には作動油の流入を制
御する流入制御弁を設け、前記流出路の途中には作動油
の流出を制御する流出制御弁を設け、前記給排ポンプ
は、前記流入制御弁の開弁時に作動油を前記密閉容器内
に流入させるため一方向に回転し、前記流出制御弁の開
弁時には作動油を前記密閉容器から流出させるため他方
向に回転する構成としてなる請求項４に記載の作動油中
の水分検出装置。