JP2003534528A - 機械用流体分析装置 - Google Patents

機械用流体分析装置

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JP2003534528A JP2001538803A JP2001538803A JP2003534528A JP 2003534528 A JP2003534528 A JP 2003534528A JP 2001538803 A JP2001538803 A JP 2001538803A JP 2001538803 A JP2001538803 A JP 2001538803A JP 2003534528 A JP2003534528 A JP 2003534528A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、機械内で使用される機械用流体を分析するための装置を提供する。この装置は、機械用流体に関係する少なくとも１つのパラメータを測定するために、機械に近接し、機械用流体と接触して配置されている少なくとも１つのメーターを有している。この少なくとも１つのパラメータは、標準的な試験室での分析パラメータである。この少なくとも１つのメーターには、限定するわけではないが、粘度計、元素メーター、光学メーター、粒子メーター、及びその組合せが含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械用流体分析のための装置に、厳密には、大きなエンジンの正常
な運転に必要な作動流体の各種属性をオンボード分析するための装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
機械用流体を化学的及び物理的に分析すれば、流体の状態に関する情報ばかり
でなく、流体が使われている機械の摩耗状態に関する情報も入手できることは、
よく知られている。機械用流体の分析は、艦船や工場で稼働しているエンジン、
駆動部品、油圧システムの、潤滑状態、潤滑剤の汚れ、摩耗状態を調べるのに広
く使われている。例えば、潤滑油分析は、鉄道用エンジンに広く使われ、航空機
及び海軍のエンジン及び駆動系を始め、最も動力化されている機器に関し軍で行
われている。企業では、商業ベースの流体分析プロバイダーが、エンジン及び駆
動系潤滑剤並びに油圧流体に対し流体分析サービスを提供している。
【０００３】 ゼネラルエレクトリック（ＧＥ）及びゼネラルモータース・エレクトロモーテ
ィブ・ディビジョン（ＥＭＤ）のような機関車用エンジンの製造業者は、潤滑油
サンプルを分光分析して求める摩耗要素に対する推奨限界を公表している。製造
業者及び鉄道運行者も、潤滑油の水又は燃料油による希釈、煤、ペンタン不溶性
物質（ペンタンに溶解しないオイル内の化合物）のようなパラメータに関し、限
界を設定している。これらの限界は、深刻且つ費用の掛かるエンジン損傷を引き
起こす恐れのある切迫した部品の故障を防ぐのに、何時保守が必要かを示してい
る。的確にデータを分析すれば、エンジンに施す必要のある特定の保守作業につ
いても読み取ることができる。
【０００４】 従来より、分析対象エンジンの潤滑剤リザーバからオイルサンプルを採取し、
これらの各パラメータを、異なる目的には異なる計器を使って試験室で測定して
きた。粘度は粘度計で測定し、考えられる燃料又は水によるオイルの希釈の表示
を行う。粘度は、熱又は酸化によるオイルの劣化も表示することができる。オイ
ルの化学的劣化（酸化、硝化など）は、普通、赤外線（ＩＲ）分光分析で判定す
るが、これを使って、オイルの全酸価（ＴＡＮ）及び全アルカリ価（ＴＢＮ）を
推定することもできる。オイル内の水分も、ＩＲ分析で検知できる。潤滑油シス
テム内への冷却剤の緩慢な漏れは、ボロン、クロム、又は塩のような冷却水内に
あるその他の元素等の定量分析により検知することができる。元素分析は、通常
原子放射分光分析（ＡＥＳ）又はスパーク光源（spark source）質量分析によっ
て行われるが、Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）によって行うこともできる。このような分析
は、サンプル内の金属の種類と量によって、構成部品の摩耗を表示することにな
る。
【０００５】 機械用流体をモニタリングして上記のパラメータを具体的に判定するには、現
在のところ、機械用流体のサンプルを採取して化学的及び物理的分析のために試
験室に送る必要がある。しかしながら、試験室での分析が最も価値ある機械は可
動物である場合が多く、何時でも遠隔地にあって、しばしば或いは定期的にサン
プリングして試験室で分析するのは現実的でないことも多い。更に、分析用に少
量のサンプリングをしても、オイル全体を代表していないかもしれず、試験室で
の分析には１日又は数日を要する。試験室での分析に関する調達搬送が非現実的
であるという問題は、現実には、車両の機械に対する計画的な保守とサービスに
よって克服されている。このようなルーチンの保守計画は、エンジンに損傷が発
生する可能性のある前に潤滑剤を交換するように定められており、問題の発生が
予測される前に十分な余裕を持って行えるように計画されている。保守とサービ
スの頻度は、より頻度が高く定期的なオイル分析を行えば、削減できるものと考
えられる。
【０００６】 加えて、エンジンの正常度に関する即時表示器が重要な環境がある。例を挙げ
ると、ヘリコプターや飛行機のエンジンが故障すれば、乗員には悲惨な結果が待
っている。実際にエンジンが故障する前に、エンジンが故障しつつあるというこ
とをパイロットに表示をすれば、エンジンが壊れるのを防ぐに十分な時間が得ら
れるかもしれないし、或いはパイロットが自力で安全に地上に帰るのに十分な時
間が得られるかもしれない。
【０００７】 オンボード又は原位置機械用流体分析は、幾つかのアプローチが提案され、研
究されてきた。例えば、ヴォエルカ他（５，７８９，６６５）は、重合体マトリ
クスの電気的特性を測定し、又はビーズ状の重合体マトリクスの体積変化挙動を
利用して潤滑油の劣化を判定する方法と装置を記述している。このアプローチの
欠点には、これが１つのパラメータ（遊離水）だけに対応し、遊離水を定量化し
ていないということが含まれており、使用された重合体ビーズを置き換える必要
がある。
【０００８】 フリーズ他（５，６０４，４４１）は、変化する磁界中での潤滑剤（油）の誘
電特性変化の測定を利用している。誘電特性の変化はオイル状態の変化を表す。
誘電率の変化は、非特異的で、せいぜいオイル劣化の間接的表示になる程度であ
る。磁界は、強磁性粒子を吸引し定量化するのにも使用される。
【０００９】 最後に、ボイル他（５，９６４，３１８）は、エンジン潤滑剤リザーバ内の潤
滑剤のレベルと量を測定するシステムを設計している。オンボード原位置センサ
ーが、システム内の潤滑剤の量と質（温度、圧力、誘電性及び／又は粘度）を測
定するために設けられている。この質が所定のレベル以下に低下すれば、システ
ムは、潤滑剤の一部を保管用のリザーバに向けるか、又は燃料添加物として再導
入し、同時に新しい潤滑剤をシステムに追加して所望の潤滑剤のレベルを維持す
る。しかし、この’３１８の装置／プロセスは、全体としては自給式のシステム
であり、エンジン内の現状の潤滑剤のエンジン正常度を遠隔モニタリングしてい
る人に表示するものではなく、内部的にモニターする潤滑剤品質表示器に過ぎな
い。
【００１０】 上記引用特許は、遠隔の観察者に、被測定流体が含まれている機械の摩耗状態
を判定するに十分な情報を提供しない測定について記述しており、従って、標準
的な試験室オイル分析の代わりに使用することはできない。特に、上記引用特許
は、データを提供し、リアルタイム且つ遠隔で機械状態を評価できるように使う
ことのできるシステムを記述してはいない。
【００１１】 操作パラメータのオンボード測定及び分析は、ガスタービンエンジンに関する
流体レベル、及び流体及びガスの温度及び圧力の判定を含め、グライツァ他の１
９９４年の資料に記載されている。この著者は、エンジン作動状況及び状態を分
析するためにセンサーと人工神経網ソフトウェアを使うことを説明している。こ
のアプローチは機械正常度モニタリングと呼ばれている。しかし、この著者は、
あらゆるエンジン流体に対して標準的試験室分析パラメータを測定しようとして
いるわけではない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、特性と有用性において、標準的な試験室での機械用流体の分析から得
られるのと同じ情報を提供する、機械用流体の原位置、即ちオンボード分析の必
要性が存在している。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機械で使用される機械用流体の分析を行うための装置を提供する。
本装置は、機械に近接し、且つ機械用流体に関係する少なくとも１つのパラメー
タを測定するための機械用流体と接触して配置された、少なくとも１つのメータ
ー（センサー）を有している。この少なくとも１つのパラメータは、標準的な試
験室での分析パラメータである。この少なくとも１つのメーターには、限定する
わけではないが、粘度計、元素メーター、光学メーター、粒子メーター及びその
組み合わせが含まれる。更に、この分析の結果は、エンジンの潤滑剤、油圧流体
、冷却流体等何であれ、エンジン関係システムの正常度の遠隔観察者が即時利用
できるようにされている。
【００１４】 ここで使用する「近接」という用語は、上又は近くを意味する。 ここで使用する「機械用流体と接触する・・・メーター」という表現は、機械
用流体が機械の圧力下でメーター又はセンサーを通ることを意味している。これ
は、別々のコンテナにサンプルを集め、サンプルを、機械及び機械の圧力とは独
立して、又は分離及び区別してメーターに導入することと、対照的である。
【００１５】 ここで使用する「標準的な試験室での分析パラメータ」という句は、流体又は
機械の状態を直接判定するために指定されたパラメータのことである。具体的に
は、標準的な試験室での分析パラメータには、限定するわけではないが、粘度、
低粘度及び高粘度、ペンタン不溶性、水分の存在、ボロン濃度、及び、鉄、鉛、
銅、シリコン、クロム、アルミニウム、銀、亜鉛の内１つ又はそれ以上の元素分
析濃度が含まれる。逆に、非標準パラメータは、限定するわけではないが、誘電
率、重合体膨潤及びその組み合わせを始めとする間接尺度であり、特に「標準的
な試験室での分析パラメータ」以外のものである。
【００１６】 ここで使用する「エンジン正常度の遠隔観察者」という句は、個人又は、機械
用流体と接触しているメータから送信される非定常的測定値を認識するように訓
練又はプログラムされている、エンジン自体の外にある機械を意味する。この遠
隔観察者は、機械のオペレータのような人でもよく、非定常性の高い測定値が送
信された場合には警告信号を発するようにプログラムされている機械でもよい。
【００１７】 本発明の利点は、標準的な試験室での分析パラメータを使用していることによ
り、エンジン正常度の遠隔観察者に、機械用流体及び／又は機械の状態に関する
正確なオンボード判定を提供することのできる装置及びシステムを提供すること
である。更なる利点としては、リアルタイムなデータ捕捉、及び機械の遠隔地の
ためのオイルデータ捕捉が挙げられる。
【００１８】 本発明のある好適な実施形態では、複数の標準的な試験室での分析パラメータ
が測定又は入手され、機械をサービス状態のまま若しくはサービスに供すること
のできる状態に保ったまま、機械及び／又はオイル状態のリアルタイム及び／又
は遠隔の評価ができるようにしている。この好適な実施形態の利点は、機械の状
態とは関わりない等時間間隔の計画的保守及びサービスではなく、タイムリーで
コスト効率の良い機械の状態に依存したサービス及び保守にある。
【００１９】 本発明の目的は、機械上に、機械用流体と接触させて、少なくとも１つの標準
的な試験室での分析パラメータを測定することにより機械用流体の分析を行うた
めの装置を提供することである。
【００２０】 本発明の又別の目的は、複数の標準的な試験室での分析手順をエンジンのオン
ボードで判定できるように複数のセンサーをエンジンに近接して配置し、その特
性をエンジン正常度の遠隔観察者に送信する、エンジンの正常度に関係する流体
システムのパラメータをオンボード・リアルタイムで判定するためのシステムを
提供することである。
【００２１】 以下本発明を、エンジンの潤滑システムを引用して開示するが、エンジン正常
度を判定する数多くの他のシステムにも等しく適用できる。同様に、本発明はこ
こに開示する特定の装置に限定されるのではなく、利用されている特定の装置に
関わらず全てのシステムを包含するに十分なほどに広いものである。
【００２２】 本発明の要旨は、本明細書の結びの部分に、具体的に指摘し明確に請求してい
る。しかしながら、その作用の構成及び方法は、更なる利点及び目的と共に、以
下の説明を、添付図面を参照しながら読んでいただければよく理解頂けるであろ
う。なお、図中、類似の要素には類似の参照番号を付している。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明は、機械に使用されるか又は機械に付帯する、機械用流体を分析するた
めの装置に対する改良であり、ここでいう機械とは一般的にはエンジンを指すが
これに限定されるものではない。図１において、装置１００は、機械用流体１０
６に関係する標準的な試験室での分析パラメータの内少なくとも１つのパラメー
タを測定するための、機械１０４に近接し、機械用流体１０６に接して配置され
ている、少なくとも１つのメーター１０２を有している。少なくとも１つのメー
ターには、限定するわけではないが、粘度計、元素メーター、光学メーター、粒
子メーター、及びその組合せが含まれる。
【００２４】 ここで言う「近接」とは、メーターが、機械から別に又は離れて試験室にとい
うのではなく、作動中の機械に直接取り付けられているか又は機械近くに取り付
けられている状態を規定している。
【００２５】 機械用流体１０６には、限定するわけではないが、オイル、エンジンオイル、
ディファレンシャルオイル及びその組合せと、燃料と、水も含めた冷却液と、ト
ランスミッション液と、また限定するわけではないがパワーステアリング液、ブ
レーキ液、油圧シリンダー液、及びその組合せを含む油圧液と、また限定するわ
けではないがバッテリー液、ＰＣＢ等のコンデンサー液、電気化学電解液を含む
電気流体と、冷媒と、切削液と、その組合せが含まれる。
【００２６】 機械１０４は機械的要素の集合体と定義づけられ、機械的要素の少なくとも１
つは、限定するわけではないが、潤滑、熱伝達、電荷絶縁、電荷移送、他の機械
要素の運動、及びその組合せ、を始めとする少なくとも１つの目的のために、機
械用流体１０６に接している。以下のリストにより限定しようという意図はない
が「機械」１０４としては、エンジン、タービン、トランスミッション、ディフ
ァレンシャル、ブレーキ、パワーステアリング、ポンプ、エアコンプレッサ、ヒ
ートポンプ、冷蔵庫、或いは旋盤、フライス盤、のこ等の機械用具、及び限定す
るわけではないがバッテリーやコンデンサーを含む電気要素などが挙げられる。
【００２７】 車両は機械の集合体として定義づけられ、限定するわけではないが、鉄道機関
車、鉄道貨物車（特に鉄道冷蔵車）や、自動車、トラック、オートバイ及びレク
レエーショナル・ビークル（ＲＶ）車を始めとする路面車両や、限定するわけで
はないが、トラクター、アースムーバー（例えば、ブルドーザ、地ならし機、パ
ワーショベル、バックボー）及びクレーンを始めとするオフロード車両や、限定
するわけではないが、船舶、ボート、潜水艇及び水中翼船を始めとする水路車両
や、固定翼プロペラ、ジェット、ターボプロップ及び回転翼（ヘリコプター）を
始めとする航空機が挙げられる。
【００２８】 オイルについての標準的な試験室での分析パラメータを表１に示す。
【００２９】
【表１】 表１．オイルについての標準的な試験室での分析パラメータ
【００３０】 A非分散 B赤外線 測定及び導出の双方について、これらの標準試験室分析パラメータを求めるた
めに使用されるメーター類も併せて示している。オイルについての標準試験室分
析パラメータには、粘度と、濁度と、粒子のサイズ及び量と、全酸価（ＴＡＮ）
と、全アルカリ価と、含水量（遊離水及び溶解水を含む）と、限定するわけでは
ないが、ボロン、マグネシウム、ヨウ素及びその組合せを始めとする冷却水元素
の濃度と、限定するわけではないが、鉄、鉛、銅、シリコン、クロム、アルミニ
ウム、銀、マグネシウム、スズ、亜鉛及びその組合せを始めとする磨耗金属など
が含まれるが、これらに限定されるわけではない。
【００３１】 冷却水についての標準試験室分析パラメータには、炭素濃度、オイルの有無、
燃料の有無、限定するわけではないがクロム塩酸やボロンなどの抑制剤の濃度、
限定するわけではないが鉄及、酸化鉄、及びその組合せなどのさび金属及びさび
酸化物が含まれるが、これらに限定されるわけではない。
【００３２】 これら標準試験室分析パラメータを提供するメーター１０２には、粘度計（粘
度用）と、蛍光Ｘ線分光計及び／又はレントゲンＸ線管（元素分析用）と、非分
散赤外線／可視光計（酸化、硝化、濁度用）と、電気又は電磁デブリ(debris)検
知器（粒子用）が含まれるが、これらに限定されるわけではない。
【００３３】 標準試験室分析パラメータの組合せを得るためにメーター１０２を組み合わせ
て使用する場合、機械用流体１０６と機械１０４の状況又は状態は、容認された
基準に従って決められる。より具体的に述べると、粘度は、オイルが燃料又は水
で希釈された可能性があることを示すものである。粘度は又、熱及び酸化による
オイルの劣化も示す。オイルの化学的劣化（酸化、硝化など）は、普通は赤外線
（ＩＲ）分光分析により求められるが、これはまたオイルの全酸価（ＴＡＮ）及
び全アルカリ価（ＴＢＮ）を推定するためにも使用される。オイル中の水分もＩ
Ｒ分析により求められる。潤滑油システムへの緩慢な冷却水の漏れは、ボロン、
クロム、又は冷却水に塩として加えられたヨウ素やストロンチウムなど他の元素
の定量分析により検知できる。
【００３４】 更なる利点は、メーター１０２を制御し、メーターからのデータを収集するた
めの制御装置１０８を使用することにより実現される。オンボード原位置情報を
エンジン正常度の遠隔観察者が入手できるようにするために、双方向連絡機構(t
wo way comunicator)１１０を使用することもできる。
【００３５】 本発明のある好適な実施形態では、機械用流体１０６、具体的にはクランクケ
ースオイルの状態、及び鉄道機関車のディーゼルエンジンの機械１０４（エンジ
ン）消耗は、メーター１０２の組合せにより監視される。粘度計 粘度計は、制御された流体温度における粘度、具体的には動粘度（粘度と、動
粘度という用語はここでは置き換え可能である）の測定を、ａ）正確な長さと内
径の管に亘る圧力低下と、ｂ）ポンプにより維持される流量から提供する。流量
をレイノルズ数１０００未満に維持し、これにより管内を流体が確実に層流とな
って流れるようにする。粘度は層状流体流の伝統的な数式から求められる。
【００３６】 図２では、粘度計２００は、幾つかの構成要素からなっており、これには、限
定するわけではないが、１）流体温度が（ヒーターにより）測定に適した温度、
オイルについては望ましくは約１００℃、に調整される、ヒーター２０４（電気
抵抗ヒーターが望ましい）付き初期リザーバ２０２と、２）流れる流体１０６の
圧力の差を測定する差圧トランスデューサ２０６と、３）管２０８の入口２１０
から出口２１２までの長さが正確な管２０８と、４）管２０８内の流体流量を一
定に保つための管２０８の下流にある流体流量計２１４と、５）粘度計中の流体
温度を測定するための１つ又は複数のサーモカプル２１６が含まれる。管２０８
は、長さが約４０ｃｍ、内側半径が約０．７３５ｍｍ、外径が約０．３ｃｍ（１
／８インチ）であることが望ましい。流量計２１４は、どのような流量計でもよ
いが、アリゾナ州フェニックスのフロー・テクノロジー社から市販されているモ
デルＬＮ−５−ＣＭＡＡ−７（シグナルコンディショナ）付きのモデルＦＴ０−
１ＮＹＢＢＬＨＣ−１（タービン）が望ましい。
【００３７】 粘度は著しく温度の影響を受けるので、信頼できる粘度測定値を得るためには
機械用流体の温度を正確に知る必要がある。熱を拒絶する機械の場合は、望まし
くは通常の流体温度より僅かに高い温度に保たれた、安定した温度で粘度を測定
するのがよい。流体サンプルを機械運転温度より少し高い温度に加熱するのは、
低い温度を維持するために冷却することに比べれば、制御がより単純且つ容易で
ある。粘度計は、温度の安定性及び制御を改善するために隔離されるのが望まし
く、温度はヒーターにより制御されるのが望ましい。安定した温度とは、約１０
℃以内の温度であり、望ましくは約５℃以内の温度である。少し高めの温度とは
、約０℃から約１００℃の温度差であり、約５℃から約２５℃までの温度差が望
ましい。
【００３８】 標準的な粘度計は、約１ｃＳＴから１０5ｃＳＴの広範囲に亘って絶対精度又
は不確実度±３％で粘度測定ができるようになっている。機械用流体の粘度変動
は、標準的な粘度計の範囲よりも小さいので、標準的な粘度計の不確実度は、流
体粘度の変化を隠してしまうほど大きい。本発明による範囲限定粘度計を用いれ
ば、絶対精度又は不確実度プラスマイナス０．５％で、約１０ｃＳＴから約２０
ｃＳＴまでに、望ましくは約１２ｃＳＴから約１４ｃＳＴまでに、範囲を小さく
することができ、これにより機械用流体の粘度の変化をより正確に測定すること
ができるようになる。相対不確実度は、標準的な粘度計でも、範囲限定粘度計で
も同じであり、絶対不確実度は範囲限定粘度計のほうが低くなる。元素メーター 元素メーターは、化学元素、望ましくは機械用流体中の金属を識別する場合に
は、レントゲンＸ線管又は蛍光Ｘ線分光計（ＸＲＦ）であってもよい。図３に示
すように、好適なＸＲＦ分光計３００は、小型リザーバ３０２内で温度が４０℃
未満に冷却された流体を受け取る。Ｘ線源３０４は、適したエネルギー範囲（凡
そ１０−３０Ｋｅｖ）のＸ線を流体に供給する。Ｘ線源３０４として有用な、Ｘ
線を放射する放射性核種には、カドミウム１０６、アイアン５１、アメリシウム
２４１、及びその組合せが含まれるが、これらに限定されるわけではない。
【００３９】 流体中に金属があればＸ線が遮られ、蛍光Ｘ線信号が生成される。生成された
蛍光Ｘ線信号は、Ｘ線検知器３０６により検知されるが、検知器はシリコンベー
スの検知器が望ましい。Ｘ線源３０４に曝される管３０８は、ポリアミド材であ
るのが望ましい。管３０８は、Ｘ線の減衰を低減するため薄くなければならず、
且つ機械の振動に耐えることができなければならない。
【００４０】 Ｘ線が検知器に吸収されると、吸収されたＸ線のエネルギーに比例した振幅の
電子出力パルスが発生する。検知器からの信号は、増幅され整形された後、各Ｘ
線からの各パルスが振幅に従って分類され、多重チャネル分析器で記録される。
Ｘ線蛍光分光計モデルＣＴ５０００が、ワシントン州ケネウィクのＣスルーテク
ノロジー社から入手できる。
【００４１】 商業的に使用するためには、ＸＲＦは、Ｘ線ソース３０４である放射性核種の
シールディングと封じ込めを施す必要がある。シールディングと封じ込めは、Ｘ
線源容器に対して衝突又は他の高エネルギー衝撃があった場合にも、放射線又は
放射性核種が不用意に脱出することがないようなものでなくてはならない。同時
に、シールドと封じ込めは、機械用流体がシールドされていないＸ線源３０４の
前方を直接通過できるようにするものでなくてはならない。本発明では、シール
ディングと封じ込めは、Ｘ線源３０４を、機械加工され組立てられたブロック内
に配置して、Ｘ線がブロックを脱出する経路がないようにすることにより実現さ
れる。Ｘ線は、直線状に進むよう制約されており、厚さ数ｍｍのブロック材料に
よってシールドされ又は減衰する。Ｘ線源３０４をブロックから解放するには、
ブロックを意図的に切断するが分解することが必要になる。
【００４２】 ブロック材料は、高Ｚ材料(high Z material)であれば何でもよいが、同等の
シールディングと封じ込めを実現する他の高Ｚ材料に比べると軽量であることか
ら、タングステンが望ましい。非分散光学計 図４ａに示す非分散（ＮＤ）光学メーターは、測定対象のオイル劣化の種類に
より、可視（Ｖ）及び／又は赤外線（ＩＲ）波長のエネルギーを放射する光学エ
ネルギー源４００から構成される。光学エネルギー源４００は、どのような非コ
ヒーレントラジエータ４０１光学エネルギー源であってもよく、限定するわけで
はないが、フィラメント光源（フィラメントがガラス外囲器を加熱し、これが可
視及び赤外線放射を発する）や、金属上に黒色塗装を施したものなど黒色材料が
加熱され、機械用流体が中に入ったセル４０４を通るように非コヒーレント光学
エネルギー源を案内するコレクタ４０２との組み合わせで赤外線放射を発する黒
体エミッタが挙げられる。代わりに、光学エネルギー源４００は、コヒーレント
ラジエータであってもよく、例えば、特定の可視又は赤外線波長で作動するレー
ザーダイオードでもよく、この場合、コレクタ４０２を設けるかどうかはレーザ
ーの発散及びセル４０４からのコヒーレントラジエータ４０１の距離により決ま
る。非コヒーレント光学エネルギー源の場合、コレクタ４０２は反射鏡及び／又
はレンズでもよい。伝達されたエネルギーは、結像レンズ４０６により集められ
る。コヒーレント光学エネルギーの場合、結像レンズ４０６が必要となる場合も
不要な場合も考えられる。
【００４３】 コヒーレント光学エネルギーは、光周波数の点から見ると狭帯域であり、従っ
て帯域通過フィルター４０８無しで検出器４１０が使用できる。コヒーレント光
学エネルギーの異なる光周波数の多重光信号は、異なる光学波長で放射する２つ
又はそれ以上のコヒーレントラジエータ４０１を使用することにより得られる。
【００４４】 非コヒーレント光学エネルギーは、光周波数が広帯域である。従って、機械用
流体を通って伝達される非コヒーレント光学エネルギーは、ある特定の波長しか
光学検知器４１０に送らない帯域通過フィルター４０８を通される。セル４０４
は、可視並びに赤外線放射を透過させることができなければならず、対象となる
可視及び赤外線波長双方の領域を透過させるポリエチレン、セレン化亜鉛、又は
フッ化カルシウムの薄膜などの材料が市販されている。非コヒーレント光学エネ
ルギーの異なる光周波数の多重光信号は、特定の波長帯域を透過させる帯域通過
フィルター４０８を２つ又はそれ以上保持するフィルタホイール４１２を使うこ
とにより得られる。
【００４５】 オイルが入っていないセル４０４の透過率をオイルが入っているセルのと比較
すると、その違いがオイルの劣化を表す。ある種の劣化を呈する波長帯域は、検
査対象の流体の種類により変化する。すす及び微粒子は、選択された波長領域に
おける流体の透過率の低下により検知される。
【００４６】 光学メーターにおいて、セル４０４は図４ｂに示すようにミラーシステムでも
よい。光学エネルギーが機械用流体内を２度通過すること以外、原理的には同じ
であり、この場合セルは反射鏡４１２を含んでおり、この反射鏡４１２は、前面
ガラスミラー又は金属ミラーの何れでもよい。反射鏡４１２により反射された光
学エネルギーは、流体中を再伝達され、結像レンズ４０６（非コヒーレント光学
エネルギー時）、帯域通過フィルター４０8、そして光学検知器４１０に至る。
【００４７】 本発明によれば、この赤外線メーターは、標準的な赤外線メーターに比べ分散
要素が欠けている。分散要素を使用するには、分散要素と標準的赤外線メーター
の他の要素との間の全ての相対運動を排除する必要があり、振動を受ける機械で
の使用には不適格である。本発明によって分散要素を省略することにより、機械
の振動に鈍感な非分散性赤外線メーターが提供できる。粒子メーター 本発明に使用する粒子メーターは、市販されている数種類の型式の内のどれか
でよく、例えば、Vickers Tedeco Smart ZapperTM又はVicker Tedeco IQTMシス
テムが挙げられる。粒子メーター又はデブリモニターは、米国ペンシルベニア州
１９０３６、グレノイデン、イースト・グレノイデン・アベニュー、２４区画の
テデコ社から入手できる。
【００４８】 粒子メーター又はデブリモニターは、導電性リングと同心に且つこれと近接し
て取り付けられた磁石で、強磁性粒子を引きつけて保持する。集められた強磁性
粒子の量又は質量は、磁石と導電性リングとの間のギャップを横切る導電率に比
例する。好適な実施形態では、Tedeco Smart Zapperの制御装置は、例えSmart Z
apperが高圧電流放電によりギャップから集められた物質を時々取り除いても、
集められた強磁性物質の総量を提供するように修正されている。集められた強磁
性物質の累積質量は制御装置により測定され記録される。制御装置 図５では、制御装置１０８は、標準パラーメータを人間の介在無しに求めて記
録できるように自動制御及び自動データ捕捉を実行する。制御装置１０８により
連続的にデータをログすることにより、傾向を求め保守計画を予測するために使
用できる記録が作成される。制御装置１０８は、例えば、カリフォルニア州デイ
ビスのＺワールド社のＰＫ２５００などの、ｃ−プログラム可能な１つ又は複数
の埋設型制御装置５０２及び５０４を保有しているのが望ましい。各埋設型制御
装置５０２は、メーターを制御し、標準分析パラメータを記録し、双方向連絡機
構１１０の任意オペレーションのため、マイクロプロセッサ、メモリ、デジタル
入力／出力、アナログ入力、及び大容量記憶装置（任意）を有しているのが更に
望ましい。例えば、アリゾナ州メサのサーキットスペシャリスト社のＮＤ−６０
１８などの、８チャネル・アナログ対デジタル変換器５０６、５１０は、アナロ
グ信号を変換するが、この信号としては、限定するわけではないが、４−２０ｍ
Ａ圧力トランスデューサ信号５０８、サーモカプル信号５１２、メーター信号、
及びその組合せが挙げられる。
【００４９】 埋設型制御装置５０４は、スペクトルデータ５１６を生成するＸＲＦ分光計、
非分散光学メーター、粘度計、固体冷却器、抵抗ヒーター、粒子メーター及びそ
の組合せのようなメーターを制御し、そこからデータを捕捉するのが望ましい。
埋設型制御装置５０４は、十分なメモリを有しており、随意的に、拡張した時間
に亘ってデータを記録するために大容量記憶装置を有していてもよい。別の埋設
型制御装置５０２は、双方向連絡機構１１０又は随意的にはラップトップコンピ
ュータとシリアルＩ／Ｏ５１８上で通信し、デジタルＩ／Ｏ５２０を通して、追
加された随意のメーターの制御とデータ捕捉を行う。埋設型制御装置５０２はま
た、メーターにより作成されたデータの縮小を行い、出来上がった標準分析パラ
メータは、メモリ又は随意的には大容量記憶装置に記憶される。埋設された制御
装置５０２はまた、十分な記憶装置を有しているが、拡張した時間に亘って標準
分析パラメータを記録するために随意的な大容量記憶装置を有していてもよい。
標準分析パラメータが事前に設定された限度を超えると、埋設型制御装置５０２
は、双方向連絡機構１１０を介して非常事態呼び出しを始動することができる。
【００５０】 制御装置１０８は、図６のフローチャートに従ってプログラムされている。リ
セットは、プログラムが最初にロードされる場合のようなユーザー始動のリセッ
トか、又は電力の故障或いはソフトウェア又はハードウェアの故障に起因するリ
カバリーモードのリセットの何れかである。リセットされると、ユーザー始動の
リセットの場合には初期値に変数をセットすることにより、リカバリーモードの
リセットの場合には以前の値に復元することにより、インターフェースは初期化
される６００。次に、捕捉サイクルが開始される６０２。これにより、システム
内の各メーター毎に、別々のプロセスが起動される。主プロセスは、ここで、ダ
ウンロードリクエストを待つ６０４。ダウンロードリクエストを受信すると、主
プロセスは、ログされたデータ６０６を双方向連絡機構１１０又は随意的なラッ
プトップに送る。全メータープロセスは、メーターからの連絡によるか又はタイ
マーによるかの何れかでトリガされるのを待つ６０８。データは、メーターから
取り出され、処理の上、必要に応じログされる６１０。データを調べてフラグ限
界を超えていれば６１２、フラグ限界を超えているメーターデータについて非常
事態呼び出しが発動される６１４。連絡機構 別の改良点は、問合せ信号を受信し、データを送信し、これによって原位置即
ちオンボードでの機械用流体分析を実現するために、制御装置１０８に接続され
た双方向連絡機構１１０である。双方向通信により、機械及び機械用流体の状態
を遠隔モニタリングすることができるようになる。連絡機構１１０は、双方向セ
ルフォンをベースにした連絡機構として実現することができ、ハイウェィ・マス
ター・システムズ社（米国、７４９４８オクラホマ、マルドロー）から入手でき
る。システム オイル用のシステムを図７に示す。サンプルライン７００は、オイルクーラー
（図示せず）とオイルフィルタ（図示せず）の間の加圧されたオイル系から引か
れている。第1の分岐サンプルライン７０２は、粘度計２００に至り、第２の分
岐サンプルライン７０４はスロットル７０６を介してＸＲＦ分光計３００のサン
プルボリューム３０２につながっている。ＸＲＦ３００を通過後、オイルは接続
管７０８を流れ光学メーター４００に至るが、この光学メーター４００はオイル
の場合は赤外線メーターであるのが望ましい。こうして、この好適な実施形態で
は、オイルサンプルは、一方が粘度計２００を通り、他方がＸＲＦメーター３０
０とＮＤＩＲメーター４００の両方を通るように分離される。メーターからの信
号は、システム制御装置１０８により集められ、連絡機構１１０によって送信さ
れる。
【００５１】 限定するわけではないが、車両、工場、野外、空中、宇宙空間、及びその組合
せを含む機械環境に機械を配備する場合、本システムは、振動を緩和する緩衝型
であり電源装置を中に入れるか又は電源に接続されたハウジング（図示せず）内
に密閉されるのが望ましい。Ｘ線及び赤外線検知器を冷却するためのクーラーが
エンクロージャ内に置かれる。ある好適な実施形態では、クーラーは、ペルチェ
バッフルデバイスとして知られている半導体電気冷却アッセンブリである。結び 以上、本発明の好適な実施形態を示し説明してきたが、当業者には、本発明の
広汎な態様の中で、その範囲を逸脱することなく多くの変更及び修正を加え得る
ことが自明であろう。従って、特許請求の範囲に述べる事柄は、これらの変更及
び修正の全てが本発明の精神と範囲の中に含まれるものとして網羅しようとする
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による１つのメーターの実施形態を示す概略図である。
【図２】 本発明による、粘度計の概略断面図である。
【図３】 本発明によるＸ線蛍光（ＸＲＦ）分光分析器の概略図である。
【図４】 図４ａは、管状サンプルセルを有する光学メーターの概略図であり、図４ｂは
平板状サンプルセルを有する光学メーターの概略図である。
【図５】 本発明の通信系連絡機構の概略表示である。
【図６】 制御装置内のソフトウェアのフローチャートである。
【図７】 本発明による、複数のメータの実施形態の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 21/35 Ｇ０１Ｎ 21/35 Ｚ 23/223 23/223 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2G001 AA01 BA04 CA01 DA01 KA01 LA20 MA02 NA17 2G052 AA08 AB01 AC19 AD06 AD26 AD46 CA04 CA35 EB11 EB13 GA12 GA19 GA21 HA17 HB07 HB09 HB10 JA30 2G059 AA01 BB04 GG01 HH01 HH02

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機械に用いられている機械用流体を分析するための装置であ
    って、前記装置は、前記機械用流体に関係する少なくとも１つのパラメータを測
    定するために、前記機械に近接し、前記機械用流体と接触して配置されている少
    なくとも１つのメーターを有しており、前記少なくとも１つのパラメータは、標
    準的な試験室での分析パラメータである、装置。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１つのメーターを制御し、前記少なくとも１
    つのメーターからデータを収集するためのマイクロプロセッサを更に備えている
    請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 問合せ信号を受信し、データを送信し、それによって原位置
    機械用流体分析を実現するための、前記マイクロプロセッサに接続されている双
    方向連絡機構を更に備えている、請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも１つのメーターは、粘度計である、請求項１
    に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記粘度計が、１０００以下の機械用流体レイノルズ数を提
    供する寸法の管と、前記管の長手方向に沿う差圧低下を測定するための、前記管
    の互いに反対側の端部に取り付けられている少なくとも２つの圧力トランスデュ
    ーサと、前記管と一列に配置されている流量計とを有している、請求項４に記載
    の装置。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも１つのメーターがＸ線蛍光メーターである、
    請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記Ｘ線蛍光メーターが、 （ａ）約１０ＫｅＶから約３０ＫｅＶまでのエネルギー範囲内のＸ線を提供する
    Ｘ線源と、 （ｂ）前記機械用流体を流して前記Ｘ線を遮断し、Ｘ線蛍光信号を生成するため
    の、前記Ｘ線源を通過する流路と、 （ｃ）前記Ｘ線蛍光信号を受信するためのＸ線検知器とを備えている、請求項１
    に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記少なくとも１つのメーターが光学メーターである、請求
    項１に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記光学メーターが、 （ａ）光学エネルギーを、前記機械用流体を通して送るための光学エネルギー源
    と、 （ｂ）前記機械用流体からの前記光学エネルギーにフィルターを掛けるための帯
    域通過フィルターと、 （ｃ）前記フィルターが掛けられた光学エネルギーを受信するための光学検知器
    と、を備えており、 （ｄ）前記光学メーターは、前記光学エネルギー源と前記光学検知器との間に光
    学的分散要素を有していない、請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記機械用流体が管状セルを通して送られる、請求項９に
    記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記機械用流体が平板状のセル上を送られる、請求項９に
    記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記光学エネルギー源が、コレクタと組み合わせて非干渉
    性ラジエータを含んでいる、請求項９に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記光学エネルギー源が可干渉性ラジエータである、請求
    項９に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記少なくとも１つのメーターが粒子メーターである、請
    求項１に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 機械に用いられている機械用流体を分析するための装置で
    あって、前記装置は、前記機械用流体に関係する少なくとも１つのパラメータを
    測定するために、前記機械に近接し、前記機械用流体に接触して配置されている
    少なくとも１つのメーターを有しており、前記少なくとも１つのメーターは、粘
    度計、元素メーター、光学メーター、粒子メーター及びそれらの組み合わせから
    成るグループから選択されている、装置。
  16. 【請求項１６】 前記少なくとも１つのメーターを制御し、前記少なくとも
    １つのメーターからデータを収集するためのマイクロプロセッサを更に備えてい
    る、請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 問合せ信号を受信し、データを送信し、それによって原位
    置機械用流体分析を実現するための、前記マイクロプロセッサに接続されている
    双方向連絡機構を更に備えている、請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記粘度計が、１０００以下の機械用流体レイノルズ数を
    提供する寸法の管と、前記管の長手方向に沿う差圧低下を測定するための、前記
    管の互いに反対側の端部に取り付けられている少なくとも２つの圧力トランスデ
    ューサと、前記管と一列に配置されている流量計を有している、請求項１５に記
    載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記元素メーターが、 （ａ）約１０ＫｅＶから約３０ＫｅＶまでのエネルギー範囲内のＸ線を提供する
    Ｘ線源と、 （ｂ）前記機械用流体を流して前記Ｘ線を遮断し、Ｘ線蛍光信号を生成するため
    の、前記Ｘ線源を通過する流路と、 （ｃ）前記Ｘ線蛍光信号を受信するためのＸ線検知器と、を備えているＸ線蛍光
    メーターである、請求項１５に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記光学メーターが、 （ａ）光学エネルギーを、前記機械用流体を通して送るための光学エネルギー源
    と、 （ｂ）前記機械用流体からの前記光学エネルギーにフィルターを掛けるための帯
    域通過フィルターと、 （ｃ）前記フィルターが掛けられた光学エネルギーを受信するための光学検知器
    と、を備えており、 （ｄ）前記光学メーターは、前記光学エネルギー源と前記光学検知器との間に光
    学的分散要素を有していない、請求項１５に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記機械用流体が管状セルを通して送られる、請求項２０
    に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記機械用流体が平板状のセル上を送られる、請求項２０
    に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記光学エネルギー源が、コレクタと組み合わせて非干渉
    性ラジエータを含んでいる、請求項２０に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記光学エネルギー源が可干渉性ラジエータである、請求
    項２０に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 機械用流体の粘度を測定するための粘度計において、 （ａ）１０００以下の機械用流体レイノルズ数を提供する寸法の管と、 （ｂ）前記管の長手方向に沿う差圧低下を測定するための、前記管の互いに反対
    側の端部に取り付けられている少なくとも２つの圧力トランスデューサと、 （ｃ）前記管と一列に配置されている流量計と、を備えている粘度計。
  26. 【請求項２６】 機械用流体の光学的特性を測定するための光学メーターに
    おいて、 （ａ）光学エネルギーを、前記機械用流体を通して送るための光学エネルギー源
    と、 （ｂ）前記機械用流体からの前記光学エネルギーにフィルターを掛けるための帯
    域通過フィルターと、 （ｃ）前記フィルターが掛けられた光学エネルギーを受信するための光学検知器
    と、を備えており、 （ｄ）前記光学エネルギー源と前記光学検知器との間に光学的分散要素を有して
    いない、光学メーター。
  27. 【請求項２７】 前記機械用流体が管状セルを通して送られる、請求項２６
    に記載の光学エネルギーメーター。
  28. 【請求項２８】 前記機械用流体が平板状のセル上を送られる、請求項２６
    に記載の光学エネルギーメーター。
  29. 【請求項２９】 前記光学エネルギー源が、コレクタと組み合わせて非干渉
    性ラジエータを含んでいる、請求項２６に記載の光学エネルギーメーター。
  30. 【請求項３０】 前記光学エネルギー源は、可干渉性ラジエータである、請
    求項２６に記載の光学エネルギーメーター。
  31. 【請求項３１】 複数の標準的な試験室での分析手順をエンジンのオンボー
    ドで判定できるように複数のセンサーをエンジンに近接して配置し、その特性を
    エンジン正常度の遠隔観察者に送信する、エンジンの正常度に関係する流体シス
    テムのパラメータをオンボード・リアルタイムで判定するためのシステム。
  32. 【請求項３２】 前記複数のセンサーは、粘度計、元素メーター、光学メー
    ター、粒子メーター及びそれらの組み合わせから成るグループから選択されてい
    る、請求項３１に記載のシステム。
  33. 【請求項３３】 前記複数のセンサーを制御し、前記複数のセンサーからデ
    ータを収集するためのマイクロプロセッサを更に備えている、請求項３１に記載
    のシステム。
  34. 【請求項３４】 前記粘度計が、１０００以下の機械用流体レイノルズ数を
    提供する寸法の管と、前記管の長手方向に沿う差圧低下を測定するための、前記
    管の互いに反対側の端部に取り付けられている少なくとも２つの圧力トランスデ
    ューサと、前記管と一列に配置されている流量計とを有している、請求項３２に
    記載のシステム。
  35. 【請求項３５】 前記元素メーターが、 （ａ）約１０ＫｅＶから約３０ＫｅＶまでのエネルギー範囲内のＸ線を提供する
    Ｘ線源と、 （ｂ）前記機械用流体を流して前記Ｘ線を遮断し、Ｘ線蛍光信号を生成するため
    の、前記Ｘ線源を通過する流路と、 （ｃ）前記Ｘ線蛍光信号を受信するためのＸ線検知器と、を備えているＸ線蛍光
    メーターである、請求項３２に記載のシステム。
  36. 【請求項３６】 前記光学メーターが、 （ａ）光学エネルギーを、前記機械用流体を通して送るための光学エネルギー源
    と、 （ｂ）前記機械用流体からの前記光学エネルギーにフィルターを掛けるための帯
    域通過フィルターと、 （ｃ）前記フィルターが掛けられた光学エネルギーを受信するための光学検知器
    と、を備えており、 （ｄ）前記光学メーターは、前記光学エネルギー源と前記光学検知器との間に光
    学的分散要素を有していない、請求項３２に記載のシステム。
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