JP3501178B2

JP3501178B2 - 液中粒子濃度検出装置

Info

Publication number: JP3501178B2
Application number: JP29204794A
Authority: JP
Inventors: 益資戸田; 雅幸後藤; 理江大崎; 賢治山本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-05-11
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 2004-03-02
Anticipated expiration: 2019-03-02
Also published as: JPH0829331A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，光の透過率が極めて小
さい液体に対しても精度良く，また安定して液中粒子濃
度を測定することのできる光学式の液中粒子濃度検出装
置に関する。

【０００２】

【従来技術】ディーゼルエンジンなどの潤滑油の劣化の
判定は，潤滑油中に含まれるカーボン粒子量が有力な判
定指標となっている。そのため，潤滑油に含まれる粒子
濃度を測定する光学式の液中粒子濃度検出装置が提案さ
れている。例えば，図２４に示すように，潤滑油などの
検査対象液体８１中に没入させた導光体９１の一端に光
ファイバ９３から検査光３１を入射させる。そして導光
体９１の他端に反射面９２を設け，該反射面９２で反射
された検査光３１１を図示しない光センサによって検知
する。

【０００３】検知される検査光３１１は，検査対象液体
８１と導光体９１との接液面９１１において全反射され
た光であり，その強度は検査対象液体８１中の粒子濃度
によって変化する。即ち，接液面９１１で全反射した，
いわゆるエバネッセント波は，検査対象液体８１中の粒
子により吸収，散乱されその強度が変化する（特開平３
−１１１７４号公報参照）。

【０００４】なお，入射する検査光３１の強度は，温度
その他の条件によって変動するから検知される検査光３
１１は，一般に入射光３１の強度と比較される。また，
上記において，導光体９１の他端部に反射面９２を設け
ないで，この他端部側から出射した検査光，即ち導光体
の透過光を光センサで検知する第２の方式も提案されて
いる（特開平１−２４５１３５号公報参照）。

【０００５】この第２方式では，導光体の一端から入射
させた検査光を他端から出射させるが，この入射光は，
導光体内で反射することなく他端に達する第１光と，前
記接液面で全反射して他端に達する第２光と，接液面か
ら検査対象液体中に屈折して失われてしまう第３光と，
３種類の光に分離される。そして，第１，第２光のみが
導光体の他端において検知される。しかしながら，検査
対象液体の屈折率が温度その他の要因で変化すると，上
記第２光と第３光の比率が変化し，このため透過光の強
度が変わり，検出精度が変動するという欠点がある。

【０００６】なお，上記第１，第２方式の液中粒子濃度
検出装置は，いずれも検査対象液体との接液面における
全反射を利用するものであり，検査対象液体中を透過し
た光を検知する方式（特開昭６１−１６４１４４号公報
など）ではないから，検査対象液体の光の透過率に左右
されないという利点がある。従って，光の透過率が極め
て小さい液体に対しても用いることができる。

【０００７】

【解決しようとする課題】しかしながら，従来の液中粒
子濃度検出装置には次のような問題点がある。それは，
検査精度がまだ充分でないということである。第１の問
題点は，検知される検査光３１１の減衰率が大きく，入
射する検査光３１に対して強度レベルが大きく異なるた
め，判定部における演算精度が低下することであり，ま
たＳＮ比が低下することである。

【０００８】例えば，入射光（検査光３１）と検知光
（検査光３１１）を光センサにより電気信号に変換し，
これを増幅する場合に，増幅器の信号レベルが異なるた
め増幅率に差が生じ，また除算回路や比較回路における
演算精度が低下し易い。なお，検査光３１１が減衰する
主な原因の１つは，光源から発せられる検査光が完全な
平行光ではなく発散光であることである。そのため，光
路が長くなるに従って検査光の単位面積当たりのパワー
（パワー密度）が低下し，その結果光センサの出力レベ
ルが低下する。その結果ＳＮ比が低下する。

【０００９】第２の問題点は，上記接液面に液中の粒子
や汚染物質が付着し，検出精度を低下させることであ
る。なお，接液面の異物を除去するため，ワイパー機構
を設けて異物を除去する方法が既に提案されている（特
開昭６１−１６４１４４号公報）。しかしながら，この
方法は機構が複雑で装置が大形化すると共に，故障する
恐れがあり信頼性が低いという問題がある。

【００１０】第３の問題点は，潤滑油等の検査対象液体
に含まれる気体が気泡となって接液面を被うことがあ
り，これによって検出精度を低下させることである。特
に，潤滑油等の検査対象液体が接液面の近くに滞溜する
ような場合には，発生した気泡によって接液面が覆われ
るという現象が発生し易い。本発明は，かかる従来の問
題点を解決し，精度の高い光学式の液中粒子濃度検出装
置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題の解決手段】本発明は，検査光を放射する発光体
と，検査対象液体との接液面に上記検査光を導く導光体
と，該導光体の接液面で全反射した検査光を検知するメ
イン光センサと，上記接液面を経由しない検査光を検知
する基準光センサと，上記両光センサに接続された判定
部とを有する液中粒子濃度検出装置であって，上記メイ
ン光センサと基準光センサとは，等しい光電変換特性を
有しており，上記メイン光センサに入射する第１検査光
の強度と上記基準光センサに入射する第２検査光の強度
の比率が，０．５から２．０の範囲となるよう，光路に
光学部材を配置してあり，また，上記発光体から放射さ
れた検査光が入射する上記導光体の入射面は，検査光を
透過させるアパーチャと，検査光を反射させる反射面と
からなり，該アパーチャから入射した検査光が第１検査
光を形成し，上記反射面で反射した検査光が第２検査光
を形成し，第２検査光の強度が第１検査光の強度に対し
て所望の強度レベルとなるよう上記反射面の反射率を設
定してあり，上記判定部は，メイン光センサと基準光セ
ンサの出力を比較して検査対象液体中の粒子濃度を算定
することを特徴とする液中粒子濃度検出装置にある。

【００１２】本発明において最も注目すべきことは，
等しい特性を有する基準光センサとメイン光センサとを
有すること，第１検査光と第２検査光の強度の比率が
０．５から２．０の範囲となるよう光学部材を配置した
こと，判定部は上記第１検査光と第２検査光とを比較し
て粒子濃度を算定することである。なお，上記比率が
０．５未満の場合及び上記比率が２．０を越えた場合に
は，回路の増幅率が異なり精度が悪くなるという問題が
生じてくる。

【００１３】上記第１検査光と第２検査光の比率は，よ
り好ましくは，０．９から１．１の範囲である。上記の
ように更に近接した大きさの信号レベルにすれば，増幅
器，変換器，演算器（例えば割算器，コンパレータな
ど）などの精度が更に良好となり，また温度変化等に対
して安定した精度が得られるからである。

【００１４】そして，第１，第２の検査光のレベルを
上記のようなレベルとするために，上記発光体から放射
された検査光が入射する上記導光体の入射面を，検査光
を透過させるアパーチャと，検査光を反射させる反射面
とにより構成し，該アパーチャから入射した検査光が第
１検査光を形成し，上記反射面で反射した検査光が第２
検査光を形成し，第２検査光の強度が第１検査光の強度
に対して所望の強度レベルとなるよう上記反射面の反射
率を設定する。

【００１５】所望の反射率を有する反射面を，導光体の
入射面に形成することは，極めて容易であるから，上記
のように構成することにより，第１検査光と第２検査光
のレベル合わせを簡単に行なうことができる。なお，第
２検査光を反射させる反射面は，必ずしも導光体に設け
る必要はなく，導光体の外側に設けてもよい（実施例
２，図１３参照）。

【００１６】なお，第１参考発明として，本願の第２
発明は，検査光を放射する発光体と，検査対象液体との
接液面に上記検査光を導く導光体と，該導光体の接液面
で全反射した検査光を検知するメイン光センサと，該光
センサに接続された判定部とを有する液中粒子濃度検出
装置であって，上記導光体の接液面は，カバー部材で被
われていると共に，該カバー部材の内側には検査対象液
体中を浮遊する洗浄部材が封入されており，上記カバー
部材は，検査対象液体が流入流出する開口部と，検査対
象液体の流通部とを有しており，該流通部内において検
査対象液体に渦巻きその他の循環流を発生させるよう，
流れの方向を変える変向部材を設けてあることを特徴と
する液中粒子濃度検出装置がある。

【００１７】第１参考発明において最も注目すべきこ
とは，接液面がカバー部材で被われており，カバー部材
の内側に洗浄部材が封入されていること，カバー部材に
は流れの方向を変える変向部材を設けたことである。こ
のような変向部材は，流れの方向を変えて検査対象液体
に渦巻き等の循環流を発生させるものであり，例えば，
流路を曲折させる部材，フィン形状の部材などがある。

【００１８】また，上記洗浄部材は，検査対象液体の流
れや対流等の液体運動に応動して運動し易い形状，比
重，材質のもので構成する。かかる洗浄部材の材質は，
検査対象液体に対して耐久性のある材質である必要があ
る。例えば，検査対象液体がエンジンオイルの場合に
は，ステンレスや鉄などの金属，あるいはポリイミド，
テフロン等のフッ素樹脂，フッ素ゴム等を用いる。

【００１９】また，洗浄部材の形状，比重，材質につい
ては，検査対象液体の流通部の形状，容積，流量等によ
って変わるが，それらに対応して運動し易いものにす
る。そして，洗浄部材の表面は，導光体の接液面の境界
面を傷つけることのない適度な硬度のもので形成する。

【００２０】更に，洗浄部材の表面における光の反射率
は，できるだけ小さいことが好ましい。洗浄部材が検出
面の極近傍（発光素子の波長オーダ）に近づく場合，洗
浄部材の表面で検査光が反射されると接液面の正規の反
射光と重畳して検出誤差を惹き起こすからである。

【００２１】なお，上記カバー部材には，更に，以下に
述べる構成の気泡口を設けることが好ましい。その理由
は，カバー部材を設けると，流体抵抗により検査対象液
体がカバー部材内に滞溜し易くなり，検査対象液体から
気泡が発生し易くなるが，気泡口を設けることにより，
カバー部材の外側に気泡を導くことができるからであ
る。特に潤滑油の場合には，カバー部材の内側に渦流等
を発生させると，潤滑油中の気泡がカバー部材の中心部
に集中し接液面を覆いやすいという問題がある。

【００２２】このために設ける気泡口は，気泡口の開口
縁部を結んで形成される開口平面を，カバー部材の外側
を流れる検査対象液体の流線の方向におよそ平行とす
る。そして，上記のように構成する気泡口によって，検
査対象液体中の気泡をカバー部材の外側に導くことがで
きる。

【００２３】なぜならば，検査対象液体の流れは，抵抗
の少ないカバー部材の外側においてカバー部材の内側よ
り高速であり，そのためカバー部材の外側の圧力はカバ
ー部材の内側より低くなり，上記のように気泡口を構成
することにより気泡は該気泡口からカバー部材の外側に
移動するからである。即ち，上記気泡口の開口平面は，
カバー部材の外側の検査対象液体の流れに平行するよう
に形成されているから，気泡は上記気泡口を通って圧力
の低い外側の検査対象液体の方向に押し出されることと
なる。

【００２４】次に，第２参考発明として，検査光を放
射する発光体と，検査対象液体との接液面に上記検査光
を導く導光体と，該導光体の接液面で全反射した検査光
を検知する光センサと，該光センサに接続された判定部
とを有する液中粒子濃度検出装置であって，上記導光体
の一部の接液面は全ての接液面に，反射光を発散させな
い方向に曲がった球面又は非球曲面を形成したことを特
徴とする液中粒子濃度検出装置がある。

【００２５】第２参考発明において最も注目すべきこ
とは，一部の接液面又は全ての接液面に反射光を発散さ
せない方向に曲がった球面又は非球面を形成したことで
ある。なお，上記において一部の接液面とは，接液面が
複数ある場合のことである。また，上記曲面は検査光が
当たる部分に設ければよい。

【００２６】そして，第３参考発明として，検査光を
放射する発光体と，検査対象液体との接液面に上記検査
光を導く導光体と，該導光体の接液面で全反射した検査
光を検知する光センサと，該光センサに接続された判定
部とを有する液中粒子濃度検出装置であって，上記導光
体における検査光の入射面，又は接液面で全反射した検
査光を出射させる導光体の出射面に，入射又は出射する
検査光を発散させない方向に曲がった球面又は非球曲面
を形成したことを特徴とする液中粒子濃度検出装置があ
る。

【００２７】第３参考発明は，接液面ではなく導光体
の入射面又は出射面に検査光を発散させない球面又は非
球面を形成したものである。なお，上記において，検査
光を平行光又は収束光（非発散光）とするための曲率半
径は，検査光の発光点と曲面を設ける接液面との間の光
学的な距離と，光源における検査光の放射角度によって
定めることができる。

【００２８】なお，上記種々の構成は，任意の組合せ
により互に併用して用いることができる。併用すること
によってそれぞれの効果が重畳して発揮され，いわゆる
相乗効果を発揮することができるからである。

【００２９】ところで，導光体は，一般にその接液面を
露出させて，ハウジング中に収容される。そして，導光
体とハウジングの熱膨張率の間には一般的に差がある。
従って，ハウジングと導光体との間には，両者の熱膨張
率の差を吸収する緩衝部材を介設させることが好まし
い。

【００３０】上記の緩衝部材を設けることにより，膨張
率の差によって生ずる熱応力による導光体の破損等を防
止することができるからである。上記緩衝部材には，例
えば，ゴムや軟性の合成樹脂を用いた，ワッシャ，スプ
リングワッシャ，ウェーブワッシャなどがある。

【００３１】

【作用及び効果】最初に，本発明の作用効果について述
べる。本発明の液中粒子濃度検出装置においては，第１
検査光と第２検査光の強度の比率は０．５から２．０の
間にあり，大体同じレベルであり，更にメイン光センサ
と基準光センサの光電変換特性は等しいから，両光セン
サの電気的な出力レベルも相対的に上記の範囲にある。

【００３２】従って，例えば，光センサの出力を増幅す
る場合には，同一又は同等の特性を有する増幅器を用い
ることができ，増幅に伴う偏差や誤差は互いに同等で相
殺する。光センサの出力をＡ／Ｄ変換を行う場合につい
ても同様である。また，両出力の比較演算（減算，除算
など）等を行なう場合にも精度良く行うことができる。
その結果，判定部における判定精度が向上し，良好な結
果を得ることができる。

【００３３】次に，第１参考発明の作用効果について
述べる。第１参考発明の液中粒子濃度検出装置において
は，接液面を被うカバー部材は，検査対象液体に対する
開口部と流通部とを有しており，また流通部内に循環流
を生じさせる変向部材を設けてある。流れを変向させる
ことにより，渦状の流れが形成され易いことはよく知ら
れている。従って，検査対象体は，流入口から流出口へ
向かう単純な流れを形成せず，流通部内を循環する流れ
を形成する。そのため，洗浄部材は流通部内の１カ所に
停止することなく浮遊する。

【００３４】それ故，洗浄部材は接液面に絶えず衝突
し，その結果，接液面に汚れが付着するのを防止し，ま
た付着した汚れを除去することができる。そして，接液
面を清浄に保持し，精度良く粒子濃度を検出することが
できる。

【００３５】この洗浄作用について補足説明する。発明
者等は，プリズムなどの導光体の接液面に付着する汚れ
が，物理的な外力を作用させることにより，効果的に除
去することができることを究明し，また実験等によって
もこの事実を確認することができた。

【００３６】それ故，洗浄部材を接液面に接触又は衝突
させることにより，接液面の汚れを効果的に除去するこ
とができるのである。そして，上記洗浄作用は，検査対
象液体の流れに基づいて行われる。従って，ワイパーな
どの専用部材を用いる従来の方法のように，別の動力源
が不要であり，また故障の恐れもなく信頼性が極めて高
い。

【００３７】次に，第２参考発明，第３参考発明の作
用効果について説明する。これらの液中粒子濃度検出装
置においては，導光体の接液面，又は入射面もしくは出
射面に形成した球面又は非球曲面において，検査光は収
束光又は平行光となり発散しない（レンズ効果）。その
ため，光センサに到達する検査光は，より狭いスポット
に集中しパワー密度が向上し，高い信号レベルの光セン
サ出力を得ることができる。その結果，ＳＮ比が向上
し，液中粒子濃度検出装置の検出精度を向上させること
ができる。

【００３８】上記のように，本発明によれば，それぞ
れ精度の高い光学式の液中粒子濃度検出装置を提供する
ことができる。

【００３９】

【実施例】

実施例１本発明の実施例にかかる液中粒子濃度検出装置につい
て，図１〜図１２を用いて説明する。本例は，図１〜図
２に示すように，検査光３１を放射する発光体１１と，
検査対象液体８１との接液面１５１に検査光３１を導く
導光体１５と，導光体１５の接液面１５１で全反射した
検査光３１１を検知するメイン光センサ１２（図１）
と，図２に示すように接液面１５１を経由しない検査光
３１２を検知する基準光センサ１３と，両光センサ１
２，１３に接続された判定部４０（図５）とを有する液
中粒子濃度検出装置１である。

【００４０】そして，メイン光センサ１２と基準光セン
サ１３とは，等しい光電変換特性を有しており，メイン
光センサ１２に入射する第１検査光３１１の強度に対す
る基準光センサ１３に入射する第２検査光３１２の強度
の比率は，０．５から２．０の範囲となるよう光路に光
学部材を配置してある。そして，図５に示すように，判
定部４０は，メイン光センサ１２と基準光センサ１３の
出力Ｉ₁ ，Ｉ₀ を比較して検査対象液体８１中の粒子濃
度を算定する。

【００４１】また，図３（ｂ）に示すように，発光体１
１から放射された検査光３１が入射する導光体１５の入
射面１６は，検査光３１を透過させるアパーチャ１６１
と，検査光３１を反射させる反射面１６２とからなる。
そして，アパーチャ１６１から入射した検査光３１が，
図１に示すように第１検査光３１１を形成し，図２に示
すように反射面１６２で反射した検査光３１が第２検査
光３１２を形成する。そして，第２検査光３１２の強度
が第１検査光３１１の強度に対して所望のレベルとなる
よう反射面１６２の反射率を設定してある。

【００４２】一方，接液面１５１は，図１，図２に示す
ように，カバー部材２１で被われてとり，カバー部材２
１の内側には検査対象液体８１中を浮遊する洗浄部材２
２が封入されている。カバー部材２１は，検査対象液体
８１が流入流出する開口部２１４と，検査対象液体８１
の流通部２１３とを有している。

【００４３】そして，カバー部材２１には，図７，図８
に示すように，流通部２１３内において，検査対象液体
８１に渦巻きその他の循環流を発生させるよう，流れの
方向を変える変向部材２３１，２３２を設けてある。ま
た，導光体１５は，図１，図２に示すように，検査対象
液体８１をシールするハウジング５１に収容されてお
り，両者１５，５１の間には両者１５，５１の熱膨張率
の差を吸収する緩衝部材２５が介設されている。

【００４４】以下それぞれについて詳説する。液中粒子
濃度検出装置１は，図４に示すように，検査対象液体８
１であるエンジンオイルの管路５０に装着され，エンジ
ンオイルの粒子濃度を検知し，これによってエンジンオ
イルの劣化の程度を判定する。

【００４５】ハウジング５１の下方には，ネジ部５１１
が形成されており，ネジ部５１１を管路５０に螺着す
る。ハウジング５１は，図１，図２に示すように，導光
体１５その他の部材を収容し，Ｏリング５４１，５４２
で検査対象液体８１に対してシールする。

【００４６】発光体１１は，ＬＥＤであり，光センサ１
２，１３はフォトダイオード，フォトトランジスタなど
の受光素子である。発光体１１，光センサ１２，１３及
び判定部４０は，プリント配線板５３に搭載されてお
り，コネクタ５５（図１）を介して外部と電気的に接続
されている。

【００４７】導光体１５は，接液面１５１を検査対象液
体８１中に露出してハウジング５１に装着されている。
導光体１５は，透光性の良好なプリズムであり，エンジ
ンオイル（２０℃で屈折率が約１．４８）に対して耐性
を有する部材である。

【００４８】また，導光体１５は，上記検査対象液体８
１に対して全反射する必要があり，入射角も勘案すると
発光体１１の放射光波長９４０ｎｍに対して屈折率が
１．７４以上であることが好ましい。上記諸条件を勘案
し，プリズムの材料として，例えば，ＨＯＹＡ株式会社
製ＮｂＦＤ１５，ＦＤ１１０，ＦＤ６０，ＦＤ１４０，
ＦＤＳ３０，ＦＦ９相当などを用いることができる。

【００４９】導光体１５は，図１１に示すように，端部
に径の大きな鍔部１５２を設けてあり，鍔部１５２は，
緩衝部材５２としてのバネ座金を介して，合成樹脂性の
ホルダ５５とハウジング５１との間に挟持されている。
緩衝部材５２は，図１２に示すように，バネ鋼（ＳＫ−
５Ｍ）からなるコーン形状の座金であり，導光体１５と
ハウジング５１との間に生ずる熱応力を吸収することが
できる。

【００５０】導光体１５は，図１１，図１２に示すよう
に，平坦な底面部１５６と径を拡大するテーパ部１５４
と胴部１５３と鍔部１５２とを有している。そして，図
１２に示すように，テーパ部１５４は，円錐面を形成す
る曲面部と平面部１５５とを有しており，平面部１５５
は上記底面部１５６と共に接液面１５１を構成する。

【００５１】そして，図１，図２に示すように，接液面
１５１を被うカバー部材２１がハウジング５１に取付け
られており，内部には複数の洗浄部材２２が封入されて
いる。洗浄部材２２は，導光体１５を傷つけず，かつ検
査対象液体８１中で耐久性を有するようにポリイミドに
よって形成されている。

【００５２】洗浄部材２２の形状としては，図６（ｂ）
に示す球形の他に，小球状の凹部や凸部を有する球体
（図６（ａ），（ｃ）），正四面体（図６（ｄ）），２
つの球の結合体（図６（ｅ））等がある。これらの洗浄
部材２２は，いずれもカバー部材２１内における検査対
象液体８１の流動に応動して運動し易い形状と比重を有
している。

【００５３】本例の液中粒子濃度検出装置１は，図４に
示すようにエンジンオイルの管路５０に装着されてお
り，エンジンオイルの流量は２０リットル／分以上なの
で，重力による影響よりもオイルの流れの影響が大き
い。そして，洗浄部材２２の比重に関しては，ナイロン
（比重１．１４）から，金属（比重７．８）まで変化さ
せても，オイルの流れによって効果的に動くことを確認
した。

【００５４】なお，洗浄部材２２の素材としては，ポリ
イミドの他にフッ素樹脂，フッ素ゴム，ガラス，セラミ
ック，金属等を用いることが出来る。また洗浄部材２２
は適切な平均比重を得るために中空にしてもよい。

【００５５】また洗浄部材２２の表面は光の反射率が小
さい物質であることが好ましい。これらの条件を満足さ
せるため，中心部の素材と表面部の素材を異なる物質に
してもよい。例えば，鉄芯にテフロンを被覆したテフロ
ン球，鉄芯にフッ素ゴムを被覆したフッ素ゴム球等にす
ることができる。

【００５６】一方，カバー部材２１は，図７，図８に示
すように，有底の円筒形状を有しており，側部と底部と
に検査対象液体の流入流出させる開口部２１４（検査対
象液体の流入口及び流出口）を設けてある。そして，開
口部２１４には，変向部材２３１，２３２としてのフィ
ンを設けてある。円筒側面のフィン２３１の数は，好ま
しくは８枚であるが，２枚以上であれば流通部２１３に
循環流を生じさせることができることを確認した。

【００５７】次に，判定部４０の構成とその作用につい
て説明する。図５に示すように，判定部４０は発光部１
１を作動するドライバ回路４１を有しており，発光部１
１はドライバ回路４１に駆動されて検査光３１を放射す
る。検査光３１の一部は，前記のように導光体１５の反
射面１６２（図３）で反射され基準光センサ１３に入射
する。

【００５８】また，検査光３１の他の一部は，導光体１
５接液面１５１で全反射されてメイン光センサ１２に入
射する。同図において，符号４２は温度センサであり，
ドライバ回路４１は，所定の温度範囲にある場合にの
み，発光部１１を駆動する。

【００５９】そして，基準光センサ１３とメイン光セン
サ１２の出力Ｉ₀ ，Ｉ₁ は，変換増幅器４３を介して電
圧信号Ｖ₀ ，Ｖ₁ に変換される。この電圧信号Ｖ₀ ，Ｖ
₁ は除算回路４４に入力され，ここで反射率σを算出す
る（σ∝Ｖ₁ ／Ｖ₀ ）。この反射率σは，次段の判定回
路４５において基準値σ_Sと比較され，粒子濃度αを算
出する。そして，粒子濃度αを基準値と比較し，基準値
以上すなわちエンジンオイルの更油時期になった場合に
は，警報回路４６から外部に警報を発する。

【００６０】上記のように，本例は温度センサ４２の出
力により，一定の温度範囲にある場合にのみ液中粒子濃
度検出装置１を作動させるから，検出精度が高く，また
ＬＥＤの寿命を長くすることができる。また，メイン光
センサ１２の出力は，基準光センサ１３と比較され，反
射率σに変換されるから，発光部１１の強度が変動して
も，殆ど検出エラーを生じない。

【００６１】そして，本例では，基準光センサ１３とメ
イン光センサ１２とは，同型の受光素子を用いており，
また両光センサ１２，１３に入力される第１，第２検査
光３１１，３１２は大体同じレベルであるから，変換増
幅器４３及び除算回路４４の精度を高く保持することが
できる。従って，本例の液中粒子濃度検出装置は精度の
高い粒子濃度の判定，即ちオイルの劣化判定をすること
ができる。

【００６２】次に，洗浄部材２２の接液面１５１での浄
化作用について説明する。図９（ａ）に示すように，導
光体１５と検査対象液体８１との接液面１５１に付着し
た汚れ８２に洗浄部材２２が接触すると，汚れ８２の間
に働いている吸引力に分離力が働く。その結果，図９
（ｂ）に示すように，汚れ８２が分解されると共に接液
面１５１から分離される。

【００６３】検査対象液体８１は，前記のように，カバ
ー部材２１の変向部材２３１，２３２の作用によって，
循環流を生じて流動する。その結果，洗浄部材２２は，
検査対象液体８１の力を受けてカバー部材２１内を浮動
する。そして，上記のように接液面１５１に衝突し，上
記の汚れ８２を解体すると共に，接液面１５１から遊離
させる。また汚れ８２の成長を未然に防ぐ効果もある。

【００６４】図１０は，本例の液中粒子濃度検出装置１
の第１検査光３１１の光量の経時変化を，洗浄部材２２
を設けない従来の液中粒子濃度検出装置と比較して図示
したものである（なお，エンジンオイルの粒子濃度は
２．９ｗｔ％に設定した）。同図の強度変化曲線６０１
〜６０３から知られるように，従来の液中粒子濃度検出
装置の第１検査光の変化曲線６０２，６０３は数分以内
で大幅に低下するのに対して，本例の液中粒子濃度検出
装置１の変化曲線６０１はほぼ一定である。

【００６５】それ故，本例の液中粒子濃度検出装置１
は，安定した検出精度を保持することができる。上記の
ように，本例によれば，安定して高精度を維持すること
のできる液中粒子濃度検出装置（エンジンオイル劣化判
定装置）を提供することができる。

【００６６】実施例２本例は，図１３に示すように，実施例１において，ホル
ダ５５の上面に反射面５５１を形成し，検査光３１を反
射面５５１で反射させ，これを第２検査光３１２として
基準光センサ１３に入射させるもう１つの実施例であ
る。

【００６７】即ち，検査光３１の一部を，ホルダ５５の
上面に設けた反射面５５１で反射させ，基準光センサ１
３に入射する。そして，第２検査光３１２の強度が，第
１検査光３１１（図１）と大体同レベルとなるよう，反
射面５５１の反射率を設定する。その他については，実
施例１と同様である。

【００６８】実施例３本例は，図１４，図１５に示すように，実施例１におい
てカバー部材２４の変向部材２５１，２５２の形状を変
更したもう１つの実施例である。即ち，図１５に示すよ
うに，変向部材２５１，２５２としてのフィンは，いず
れも外側に向けて折り曲げられており，検査対象液体８
１の流れを変向させる。その他については，実施例１と
同様である。

【００６９】実施例４本例は，図１６，図１７に示すように，実施例１〜実施
例３において導光体１５０の形状と緩衝部材５２０の形
状とを変更すると共に，緩衝部材５２０の配置を変更し
たもう１つの実施例である。即ち，本例の導光体１５０
には鍔部（図１１，符号１５２）を設けておらず，また
緩衝部材５２０は，導光体１５０のテーパ部１５４に配
設する。

【００７０】そして，緩衝部材５２０は，図１７に示す
ように，両端を連結しないコーン形のバネ座金である。
そして，導光体１５０とハウジング５１との間に熱膨張
による伸縮差が生ずると，図１８（ａ），（ｂ）に示す
ように，上記緩衝部材５２０（バネ座金）が変形し，上
記伸縮差を吸収する。その他については，実施例１〜実
施例３と同様である。

【００７１】なお，実施例１〜実施例４における，緩衝
部材としての座金は，これらの形状に限定されるもので
はなく，例えば図１９（ａ）〜（ｃ）に示すように，ウ
エーブワッシャ，バネ座金，通常の座金など各種の座金
を用いることができる。また，座金の素材としては，バ
ネ鋼材などの他に，ゴム，軟性の合成樹脂などがある。

【００７２】実施例５本例は，図２０に示すように，実施例１において導光体
１５の接液面１５７〜１５９の１つ（接液面１５８）を
球面とした実施例である。そして他の接液面１５７，１
５９は平面である。発光体１１から放射された検査光３
１は，導光体１５に入射するが，この検査光３１は発散
光である。そして，検査光３１は平面である第１接液面
１５７で全反射し，次いで第２接液面１５８で再び全反
射する。

【００７３】第２接液面１５８は外側に向かって凸の球
面であり，全反射する検査光３１に対して凹面鏡の作用
をする。そして，第２接液面１５８の曲率半径と，検査
光３１の発光点と第２接液面１５８との光学的距離との
関係に対応して，検査光３１は平行光もしくは収束光で
ある検査光３１１に変換される。

【００７４】次いで，平面である第３接液面１５９で全
反射し，上記平行光もしくは収束光のままメイン光セン
サ１２に入射する。それ故，発散光である実施例１〜実
施例４の検査光３１１に比べて光センサ１２における光
パワー密度は相対的に大きくなり，メインセンサ１２の
出力は増大する。

【００７５】同図において，発光体１１と光センサ１２
との配置間隔ｗ₁は６．４ｍｍ，発光体１１（光センサ
１２）の中心点と導光体１５の入射面との距離Ｌ₁は
５．７５ｍｍ，導光体１５の高さＬ₂は１２．５ｍｍ，
導光体１５の直径Ｄ₁は９ｍｍ，第２接液面１５８の幅
Ｄ₂は４．３ｍｍ，第２接液面１５８の曲率半径は５２
ｍｍ，第１，第３接液面１５７，１５９の傾斜角θは６
０°である。

【００７６】また，発光体１１には，ＮｂＦＤ１５（Ｈ
ＯＹＡ株式会社製）を用いている。そして，この発光体
１１と上記寸法諸元のとき検査光３１１は収束光であ
る。また曲率半径を５２ｍｍから増加させていくと，検
査光３１１はやがて平行光となり，次いで発散光へと変
化する。その他については，実施例１と同様である。

【００７７】実施例６本例は，図２１，図２２に示すように，実施例３におい
てカバー部材２６の底面に，外側の検査対象液体８１の
流れに平行な開口平面を有する気泡口２７を設けたもう
１つの実施例である。本例の液中粒子濃度検出装置１
は，図２３に示すように，検査対象液体８１である潤滑
油の流路の中にカバー部材２６を突出させて配設されて
いる。そして，検査対象液体８１は，カバー部材２６の
外側では矢印８１２のようにほぼ真直ぐに流れ，カバー
部材２６の内側では弱い渦流８１１を生じて流れるよう
になる。

【００７８】そして，一般に検査対象液体８１に含まれ
る気泡８３は，その軽さ故に遠心力が小さく，同図
（ａ）に示すように，渦流８１１の中心部に残留する傾
向がある。その結果，気泡８３が接液面１５１を被って
液中粒子濃度検出装置１に誤差を生じさせ易くなる。し
かしながら，本例の液中粒子濃度検出装置１では，カバ
ー部材２６の底面に検査対象液体８１の流れに沿って気
泡口２７を設けてあり，これによって同図（ｂ）に示す
ように気泡８３をカバー部材２６の外部に導くことがで
きる。

【００７９】即ち，カバー部材２６の下方の検査対象液
体８１の流れはカバー部材２６の内側より速いから，圧
力がカバー部材２６の内側より低くなり，気泡８３は気
泡口２７を通って外側に押し出される。それ故，本例の
液中粒子濃度検出装置１では，気泡８３の接液面１５１
への付着による検出精度の低下を抑制することができ
る。

【００８０】なお，言うまでもなく気泡口２７の大きさ
は，洗浄部材２２（径２〜３ｍｍ）より小さくする必要
があり，本例では洗浄部材２２よりも１ｍｍほど径を小
さくした円形の気泡口２７を設けた。その他について
は，実施例３と同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の液中粒子濃度検出装置の正面断面
図。

【図２】実施例１の液中粒子濃度検出装置の側面断面
図。

【図３】実施例１の液中粒子濃度検出装置の導光体の正
面図（ａ）と平面図（ｂ）。

【図４】実施例１の液中粒子濃度検出装置の管路へ装着
した外形図。

【図５】実施例１の液中粒子濃度検出装置のシステム構
成図。

【図６】洗浄部材の外形図。

【図７】実施例１の液中粒子濃度検出装置のカバー部材
の平面図（ａ）と正面図（ｂ）。

【図８】図７（ａ）のＡ−Ａ矢視線断面図。

【図９】実施例１の液中粒子濃度検出装置の洗浄部材の
動作模式図。

【図１０】実施例１の液中粒子濃度検出装置の受光量推
移グラフ。

【図１１】図１の導光体近傍の拡大図。

【図１２】実施例１の導光体と緩衝部材の斜視図。

【図１３】実施例２の液中粒子濃度検出装置の断面図。

【図１４】実施例３の液中粒子濃度検出装置の断面図。

【図１５】実施例３の液中粒子濃度検出装置のカバー部
材の平面図（ａ）と正面図（ｂ）。

【図１６】実施例４の導光体近傍の拡大断面図。

【図１７】実施例４の導光体と緩衝部材の斜視図。

【図１８】図１６の緩衝部材近傍の拡大断面図（緩衝部
材の変形前（ａ）と変形後（ｂ））。

【図１９】実施例１〜実施例４における他の緩衝部材の
斜視図。

【図２０】実施例５の液中粒子濃度検出装置の導光体の
周辺の要部断面図。

【図２１】実施例６の液中粒子濃度検出装置の断面図。

【図２２】図２１のカバー部材の底面図。

【図２３】実施例６の液中粒子濃度検出装置の流路への
配置図と検査対象液体及び気泡の移動図。

【図２４】従来の液中粒子濃度検出装置の検知部の原理
説明図。

【符号の説明】

１．．．液中粒子濃度検出装置，１１．．．発光体，１２．．．メイン光センサ，１５．．．導光体，１５１，１５７〜１５９．．．接液面，２１，２４，２６．．．カバー部材，２２．．．洗浄部材，２３１，２３２，２５１，２５２．．．変向部材，３１，３１１，３１２．．．検査光，８１．．．検査対象液体，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本賢治愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開平１−131435（ＪＰ，Ａ) 特開平２−19745（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−106143（ＪＰ，Ａ) 特開平４−262243（ＪＰ，Ａ) 特開平５−287050（ＪＰ，Ａ) 特開平６−109624（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/61 ＰＡＴＯＬＩＳ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】検査光を放射する発光体と，検査対象液
体との接液面に上記検査光を導く導光体と，該導光体の
接液面で全反射した検査光を検知するメイン光センサ
と，上記接液面を経由しない検査光を検知する基準光セ
ンサと，上記両光センサに接続された判定部とを有する
液中粒子濃度検出装置であって，上記メイン光センサと基準光センサとは，等しい光電変
換特性を有しており，上記メイン光センサに入射する第
１検査光の強度と上記基準光センサに入射する第２検査
光の強度の比率が，０．５から２．０の範囲となるよ
う，光路に光学部材を配置してあり，また，上記発光体から放射された検査光が入射する上記
導光体の入射面は，検査光を透過させるアパーチャと，
検査光を反射させる反射面とからなり，該アパーチャから入射した検査光が第１検査光を形成
し，上記反射面で反射した検査光が第２検査光を形成
し，第２検査光の強度が第１検査光の強度に対して所望
の強度レベルとなるよう上記反射面の反射率を設定して
あり，上記判定部は，メイン光センサと基準光センサの出力を
比較して検査対象液体中の粒子濃度を算定することを特
徴とする液中粒子濃度検出装置。
【請求項２】請求項１において，上記第１検査光の強
度と第２検査光の強度の比率は，０．９から１．１の範
囲にあることを特徴とする液中粒子濃度検出装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２において，上記導
光体の接液面は，カバー部材で被われていると共に，該
カバー部材の内側には検査対象液体中を浮遊する洗浄部
材が封入されており，上記カバー部材は，検査対象液体が流入流出する開口部
と，検査対象液体の流通部とを有しており，該流通部内
において検査対象液体が渦巻きその他の循環流を生ずる
よう，流れの方向を変える変向部材を設けてあることを
特徴とする液中粒子濃度検出装置。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれか１項にお
いて，上記導光体の一部の接液面又は全ての接液面に，
反射光を発散させない方向に曲がった球面又は非球曲面
を形成したことを特徴とする液中粒子濃度検出装置。
【請求項５】請求項１〜請求項３のいずれか１項にお
いて，上記導光体における検査光の入射面，又は接液面
で全反射した検査光を出射させる導光体の出射面に，入
射又は出射する検査光を発散させない方向に曲がった球
面又は非球曲面を形成したことを特徴とする液中粒子濃
度検出装置。
【請求項６】請求項３において，上記カバー部材に
は，検査対象液体中の気泡を該カバー部材の内側から外
側に導くための気泡口が設けられており，該気泡口の開口縁部を結んで形成される開口平面は，上
記カバー部材の外側を流れる検査対象液体の流線の方向
におよそ平行であることを特徴とする液中粒子濃度検出
装置。
【請求項７】請求項５において，上記導光体の接液面
は，カバー部材で被われていると共に，該カバー部材の
内側には検査対象液体中を浮遊する洗浄部材が封入され
ており，上記カバー部材は，検査対象液体が流入流出する開口部
と，検査対象液体中の気泡をカバー部材の内側から外側
に導くための気泡口と，検査対象液体を流通させる流通
部とを有しており，また上記カバー部材は，上記流通部内において検査対象
液体に渦巻きその他の循環流を発生させるよう，流れの
方向を変える変向部材を設けてあり，上記気泡口の開口縁部を結んで形成される開口平面は，
カバー部材の外側を流れる検査対象液体の流線の方向に
およそ平行であることを特徴とする液中粒子濃度検出装
置。
【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれか１項にお
いて，上記導光体は，検査対象液体をシールするハウジ
ングに収容されており，両者の間には両者の熱膨張率の
差を吸収する緩衝部材が介設されていることを特徴とす
る液中粒子濃度検出装置。