JP2010014519A

JP2010014519A - 金属粒子検出装置

Info

Publication number: JP2010014519A
Application number: JP2008174286A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Yamamoto; 慎二郎山本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】金属粒子による電極間の短絡を正確に検出する。
【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第１の電極１１および第２の電極１２〜１６と、第１の電極１１および第２の電極１２〜１６にオイル中に混入した金属粒子を吸着させる吸着手段１８と、第１の電極１１に通電するように形成される第１の回路と、吸着された金属粒子を介して第１の電極１１と第２の電極１２〜１６とが短絡することにより第１の回路に並列接続される第２の回路と、第１の電極１１と第２の電極１２〜１６との短絡を検出する短絡検出手段２８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、磁力によって吸着した金属粒子により電極同士を短絡させ、電極に電気を流すようにしている。

特開２００５−２７４４８６号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、電極同士が短絡するまで電極に電気が流れないため、回路の途中に断線が生じた場合であってもそれに気付かず、金属粒子の吸着がないものとして誤って判断してしまうおそれがある。

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第１の電極および第２の電極と、第１の電極および第２の電極にオイル中に混入した金属粒子を吸着させる吸着手段と、第１の電極を通電する第１の回路と、吸着手段により吸着された金属粒子を介して第１の電極と第２の電極とが短絡することにより第１の回路に並列接続される第２の回路と、第１の電極と第２の電極との短絡を、第１の回路で電気的に検出する短絡検出手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１の電極に通電しつつ第１の電極と第２の電極の短絡を検出するので、電極間の短絡と回路内の断線を区別することができ、電極間の短絡を正確に検出できる。

−第１の実施の形態−
以下、図１〜図４を参照して本発明による金属粒子検出装置の第１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。センサボディ２にはコネクタ部６が設けられ、センサボディ２はコネクタ部６を介して測定装置３０（図２）に着脱可能に接続される。

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５個）の円筒形状のリング状電極１２〜１６が同心状に設けられている。

中心電極１１とリング状電極１２〜１６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１７に固定されている。各電極１１〜１６の先端部は、それぞれ絶縁体１７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１１〜１６と接触して磁石１８（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１７）の表面に吸着可能となっている。

図２に示すように各電極１１〜１６は、それぞれ抵抗器２１〜２６および導線３３を介して電源２７の負極側に接続されている。また、中心電極１１は、導線３１、抵抗器２０（分圧抵抗器）および導線３２を介して電源２７の正極側にも接続されている。導線３１と導線３３の間には電圧検出器２８が接続され、電圧検出器２８により導線３１，３３間の電圧Ｖが検出される。電圧検出値Ｖは記録装置２９に記録される。抵抗器２０〜２６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２８と記録装置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３２〜３４により接続されている。

ここで、電源２７の電圧をＶ０、抵抗器２０の抵抗値をＲ０、導線３１，３３間の抵抗をＲとすると、電圧検出器２８による検出値Ｖは、次式(I)のようになる。
Ｖ＝Ｖ０・Ｒ／（Ｒ０＋Ｒ） (I)
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１１〜１６同士は短絡されず、中心電極１１を介して分圧抵抗器２０と抵抗器２１のみに電流が流れる。このため、抵抗器２１〜２６の抵抗値をそれぞれＲ１〜Ｒ６とすると、電圧検出器２８による検出値Ｖは、次式(II)のようになる。
Ｖ＝Ｖ０・Ｒ１／（Ｒ０＋Ｒ１） (II)

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１１〜１６同士が短絡される。この電極１１〜１６同士の短絡によって中心電極１１だけでなくリング状電極１２〜１６にも電流が流れるため、導線３１，３３間の抵抗値Ｒが変化し、電圧検出器２８の検出値Ｖが変化する。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できる。

この場合、抵抗器２１〜２６の抵抗値Ｒ１〜Ｒ６をＲ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５＞Ｒ６となるように設定し、電極１１〜１６の中心部から径方向外側にかけて電極同士が順番に短絡したとすると、検出電圧Ｖは例えば図４に示すように変化する。このような電圧Ｖの変化に基づき、金属粒子の吸着の程度、すなわちセンサ部４にどの程度の金属粒子が吸着したかを判断することができる。

ところで、センサボディ２のコネクタ部６（図１）は繰り返し抜き差しするため、コネクタ部６に負荷がかかった場合に導線３２〜３４が断線するおそれがある。例えば導線３３が断線すると検出電圧はＶ０となり、上式(II)の検出電圧Ｖ＝Ｖ０・Ｒ１／（Ｒ０＋Ｒ１）とは異なった値となる。これにより断線の有無を検出することができ、金属粒子による短絡ありおよび短絡なしの状態と断線状態とを区別して判断できる。断線が検出された場合には、表示装置や音声装置によりその旨を報知するようにしてもよい。

第１の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）センサボディ２に互いに離間して電極１１〜１６を配置するとともに、電源２７と、導線３２と、抵抗器２０と、導線３１と、中心電極１１と、抵抗器２１と、導線３３を、順次直列に接続して回路を形成し、リング状電極１２〜１６をそれぞれ抵抗器２２〜２６を介して導線３３に接続するようにした。これにより電極１１〜１６同士の短絡を検出できるとともに、これと区別して断線の有無を検出することができ、金属粒子の吸着の有無を正確に判断できる。

（２）中心電極１１を挟んで抵抗器２０と抵抗器２１を直列に接続するとともに、抵抗器２１に対して並列に抵抗器２２〜２６をそれぞれ接続し、抵抗器２１〜２６に作用する電圧Ｖを電圧検出器２８で検出するようにした。これにより金属粒子の吸着の程度や断線の有無を電圧の変化に基づき簡単に検出することができる。
（３）センサボディ２の中央部に中心電極１１を設け、中心電極１１を中心にして同心状にリング状電極１２〜１６を設けたので、電極１１〜１６の配置が周方向に均一となり、オイル内の金属粒子を精度よく検出できる。

−第２の実施の形態−
図５を参照して本発明による金属粒子検出装置の第２の実施の形態について説明する。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、電気回路の構成である。すなわち第１の実施の形態では、抵抗器２１に対して抵抗器２２〜２６をそれぞれ並列に設けたが、第２の実施の形態では、抵抗器２１〜２５を直列に設ける。

図５は、第２の実施の形態に係る金属粒子検出装置のセンサ部４の構成を示す図である。なお、図２と同一の箇所には同一の符号を付している。第２の実施の形態では、電源２７と、導線３２と、抵抗器２０（分圧抵抗器）と、中心電極１１と、抵抗器２１〜２５と、導線３３を、順次直列に接続して回路を形成している。また、リング状電極１２は、導線３５を介して抵抗器２１と抵抗器２２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２２と抵抗器２３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２３と抵抗器２４の間に接続され、リング状電極１５は、導線３８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１６は、抵抗器２５と電源２７の間に接続されている。

第２の実施の形態では、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１１〜１６同士は短絡されず、分圧抵抗器２０と抵抗器２１〜２５にそれぞれ直列に電流が流れる。このため、抵抗器２１〜２５の抵抗値をＲ１〜Ｒ５とすると、抵抗値ＲはＲ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５となり、電圧検出器２８による検出値Ｖは、Ｖ＝Ｖ０・Ｒ／（Ｒ０＋Ｒ）となる。

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１１〜１６同士が短絡される。電極１１〜１６同士が短絡すると、電極１１〜１６間に電流が流れて導線３１，３３間の抵抗値Ｒが変化し、電圧検出器２８の検出値Ｖが変化する。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できる。

これに対し導線３３に断線が生じた場合は、電圧検出器２８の検出値はＶ０となり、上述した電極間の短絡なしのときおよび短絡ありのときの電圧値とは異なる。これにより断線の有無を検出することができ、金属粒子による短絡ありおよび短絡なしの状態と断線状態とを区別して判断できる。

このように第２の実施の形態では、抵抗器２０（分圧抵抗器）と、中心電極１１と、抵抗器２１〜２５を直列に接続して回路を形成するとともに、金属粒子の吸着によって電極１１〜１６間が各抵抗器２１〜２５に並列接続されるように電極１２〜１６をそれぞれ抵抗器２１〜２５に接続した。これにより電極１１〜１６同士の短絡を検出できるとともに、これと区別して断線の有無を検出することができ、金属粒子の吸着の有無を正確に判断できる。また、第２の実施の形態では、中心の電極１１，１２間が短絡されずに、外側の電極１２〜１６間が短絡された場合であっても抵抗値Ｒが変化するため、金属粒子の吸着パターンに拘わらず、金属粒子の吸着による短絡の有無を検出できる。

なお、上記実施の形態（図２）では、抵抗器２１（第１の抵抗器）と中心電極１１（第１の電極）と抵抗器２０（第２の抵抗器）を直列接続して第１の回路を形成するとともに、リング状電極１２〜１６（第２の電極）を抵抗値の異なる抵抗器２２〜２６（第３の抵抗器）にそれぞれ接続し、電極１１〜１６間に吸着した金属粒子により抵抗器２１に並列接続かつ抵抗器２０に直列接続するように第２の回路を形成した。また、上記実施の形態（図５）では、抵抗器２１〜２５（第１の抵抗器）と中心電極１１（第１の電極）と抵抗器２０（第２の抵抗器）を直列接続して第１の回路を形成するとともに、リング状電極１２〜１６（第２の電極）を金属粒子の吸着によって各抵抗器２１〜２５と並列となるように接続して第２の回路を形成するようにした。しかし、一の電極に通電するように第１の回路を形成するとともに、電極間の短絡によりこの回路に並列接続されるように第２の回路を形成するのであれば、電気回路の構成は上述したものに限らない。

例えば図６に示すように所定の内部抵抗を有する電極１１〜１６をそれぞれ導線３９を介して直列に接続し、電極１１〜１６の内部抵抗を抵抗器２１〜２６の代わりに用いるようにしてもよい。これにより外部抵抗２１〜２６を省略することができる。中心電極１１とリング状電極１２〜１６により第１の電極および第２の電極を構成したが、電極の形状および配置はこれに限らない。すなわち電極１２〜１６はリング以外の形状であってもよい。電極１２〜１６または電極１１〜１５を第２の電極としたが、第２の電極は１つでもよい。

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。電圧検出装置としての電圧検出器２８により導線３１，３３間の電圧Ｖを検出することで、電極１１〜１６間の短絡を検出するようにしたが、電圧以外を検出して短絡を検出するようにしてもよく、短絡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。第１の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。第２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２の変形例を示す図。

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
１８磁石
２０〜２６抵抗器
２７電源
２８電圧検出器
３１〜３３導線

Claims

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第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極および第２の電極にオイル中に混入した金属粒子を吸着させる吸着手段と、
前記第１の電極を通電する第１の回路と、
前記吸着手段により吸着された金属粒子を介して前記第１の電極と第２の電極とが短絡することにより前記第１の回路に並列接続される第２の回路と、
前記第１の電極と第２の電極との短絡を、前記第１の回路で電気的に検出する短絡検出手段とを備えることを特徴とする金属粒子検出装置。
請求項１に記載の金属粒子検出装置において、
前記第１の回路は、前記第１の電極に直列接続された第１の抵抗器および第２の抵抗器を含み、
前記第２の回路は、金属粒子を介して前記第１の抵抗器に並列接続かつ前記第２の抵抗器に直列接続され、
前記短絡検出手段は、前記第１の抵抗器と第２の抵抗器で分圧された電圧を検出する電圧検出装置であることを特徴とする金属粒子検出装置。
請求項２に記載の金属粒子検出装置において、
前記第２の電極は互いに離間して複数設けられ、これら第２の電極には、それぞれ抵抗値の異なる第３の抵抗器が接続されるとともに、これら第３の抵抗器は、前記吸着手段により吸着された金属粒子を介して前記第１の抵抗器に並列接続されることを特徴とする金属粒子検出装置。
請求項２に記載の金属粒子検出装置において、
前記第２の電極は互いに離間して複数設けられ、前記第１の回路は、直列接続された複数の前記第１の抵抗器を有し、前記各第２の電極は、前記吸着手段により吸着された金属粒子を介してそれぞれの前記第１の抵抗器に並列接続されることを特徴とする金属粒子検出装置。
請求項３または４に記載の金属粒子検出装置において、
前記第１の電極は、中央部に設けられた中心電極とこの中心電極を中心にして同心状に設けられた複数のリング状電極のうちのいずれか１つであり、前記第２の電極は、前記中心電極と前記複数のリング状電極のうちの残りであることを特徴とする金属粒子検出装置。