JP5172854B2 - オイルの全酸価測定および寿命算出装置と、これを用いたオイルの全酸価およびオイルセンサーの測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、全酸価の測定に係り、特に、オイルの全酸価測定装置、オイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置、およびオイルの全酸価測定方法に関する。
一般に、オイルは、その機能を発揮するにおいて、一定の時間が経過するとその特性が低下するという現象が発生する。このような現象を劣化現象といい、劣化の最も大きい原因は酸化である。このような酸化により、潤滑油の場合は機械の腐食および摩擦の増加などといった潤滑機能の低下が発生し、絶縁油の場合は電気的絶縁の破壊および発生熱の分散阻害などといった絶縁機能の顕著な低下が発生する。このような酸化の度合いを示す基準値を「全酸価」という。よって、 全酸価(Total acid number)は、当該オイルの機能状態を把握することが可能な根拠となる。オイルの酸化は一定の時間にわたって徐々に発生して急速に増加し、特に光および熱によって反応が促進される。
オイルの主成分は、殆どが鉱油から抽出された炭化水素からなっている。よって、オイルが熱と光により化学的反応を開始し、一般に同一の酸化反応を起こす。
論文「Stefan Korcek et al., Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., Vol.25, No.4, 1986」では、内燃機関エンジンオイルの酸化メカニズムについて詳細に開示しており、この反応で結合する酸素により過酸化物を生成し続けるものと説明している。また、論文「S.S.Wang, Sensors and Actuators B, I7, pp.179-185, 1994」では、エンジンオイルとＴＡＮとの相関関係および寿命適用性について開示している。
また、炭素ナノチューブに関連し、論文「Philip G., SCIENCE, VOL 287 10, 2000」では、炭素ナノチューブを酸素ガスセンサー物質として使用可能であると報告しており、論文「J. Wang, Journal of the American Chemical Society. 125. pp. 2408, 2003」では、過酸化水素を測定するために炭素ナノチューブ電極を使用したと報告している。これは炭素ナノチューブが酸素との反応性に優れるためである。炭素ナノチューブは、グラファイト(graphite)がｓｐ２結合の管状をしており、単位面積当たりの表面積が非常に広くてガス分子またはイオンに対して優れた吸着能力を持つ。また、炭素ナノチューブは、電気的に金属または半導体の特性を有し、ガス分子またはイオンの吸着に応じてコンダクタンスが変わる特性を持っている。
また、炭素ナノチューブに関連し、論文「Philip G., SCIENCE, VOL 287 10, 2000」では、炭素ナノチューブを酸素ガスセンサー物質として使用可能であると報告しており、論文「J. Wang, Journal of the American Chemical Society. 125. pp. 2408, 2003」では、過酸化水素を測定するために炭素ナノチューブ電極を使用したと報告している。これは炭素ナノチューブが酸素との反応性に優れるためである。炭素ナノチューブは、グラファイト(graphite)がｓｐ２結合の管状をしており、単位面積当たりの表面積が非常に広くてガス分子またはイオンに対して優れた吸着能力を持つ。また、炭素ナノチューブは、電気的に金属または半導体の特性を有し、ガス分子またはイオンの吸着に応じてコンダクタンスが変わる特性を持っている。
また、炭素ナノチューブは、サイズが小さいけれどもイオン吸着および蓄積能力があり、単位面積当たりの表面積が広いので感度が高く、応答速度が速いうえ、物理化学的耐久性にも優れるという利点がある。
図１および図２は炭素ナノチューブを用いた従来のコンダクタンス測定センサー部を示す構造図である。図示したように、測定センサー部は、電源が印加される電極３２と、電極３２および基板３３の上部に塗布され、オイルの電気化学的変化を感知する、炭素ナノチューブからなるコンダクタンス感知膜３１と、コンダクタンス感知膜３１および電極３２を搭載する基板３３とを含む。このような下部電極３２の構造では、不透明なシルクスクリーン過程で不透明性のせいでアライン(align)の難しさがあり、これにより厚さ制御および平坦度に関する問題点があった。
上述した構成を有するコンダクタンス測定センサー部の製造方法は、次のとおりである。
まず、バインダーとα−テルピネオールとを混ぜて加熱して溶かす段階、すなわちエチルセルロースとα−テルピネオールを一定の比率で混ぜて加熱して溶かす段階を行う。
その後、炭素ナノチューブを、ガラスフリットとα−テルピネオールとを混ぜて加熱して溶かした物質に混合し、一定の粘度を維持させる段階を行う。
次いで、前記基板にＥ−ビームエバポレーター(E-beam evaporator)またはスパッタリング法(Sputtering method)などの真空蒸着方法、またはスクリーンプリンター法を用いて下部電極をパターニングする段階を行う。
最後に、下部電極のパターニングされた前記基板上に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させる段階を行う。
図３は従来の技術によって製作されたセンサーで測定したオイルの劣化特性図であり、図４および図５は従来のオイルセンサーの測定方法における温度の影響による変化値とオイルの取替によるセンサー出力値のパターン変化を示すグラフである。
図３に示すように、従来の下部電極構造における測定値は、運行距離による抵抗測定値のパターンが確然に異なることを見せる。
前述したような製造段階を経た炭素ナノチューブを用いたコンダクタンス測定センサー部の場合には、オイルの劣化を測定したとき、初期製作されたセンサーの初期測定値が異なるので、それぞれ作られたセンサーの初期値に対する最終測定値の比率値が異なる。したがって、この場合、オイルの種類および製作されたセンサーの種類によって劣化の度合いを判断するデータ値が正確に測定されるためには、非常に広範囲な測定データを必要とした。
一般に、ＣＮＴ感知膜を用いたセンサーは、通常、約０．５〜２０ｋΩの初期値を持つように製作される。実際、オイルで測定されるコンダクタンスまたは電気抵抗はオイルの状態に応じて変わるが、初期値の小さいセンサーは小さい変化値を有し、初期値の比較的大きいセンサーは多少大きい変化値を有する。
特に従来の技術では、通常の感知方法はオイル状態に対する変化値を分析（測定される絶対値を使用）し、これを基準データと比較する方式を取る。この場合、もし製作される製品別センサーの初期値が異なると、基準データベースは製作されるセンサーに応じて最も膨大なデータを必要とし、これによりデータベースを作るために最も多くの時間と努力が必要となる。
従来の技術では、上述した問題により、ＣＮＴ感知膜を使用するオイルセンサーを用いてガスセンサーで感知する方法を用い、オイル状態の変化をセンサーの測定値の勾配パターンを認識することにより感知する方法を採用している。ところが、この場合、ＣＮＴ感知膜を有するオイルセンサーは、温度によって非常に大きく影響されるので、勾配パターンを認知することは相当な誤差を内包している。また、ＣＮＴ感知膜を有するオイルセンサーは、１回使用の後に新しいオイルで取り替えたときにオイルの初期値状態にさらに戻ることができないため、１次測定によるデータと２次測定によるデータが互いに異なり、この場合、測定値の勾配パターンが異なるので、相当な誤差を誘発するおそれがある。
一方、従来の全酸価測定方法は、測定装備が複雑に構成され、装備の大きさが大きくて容易には製作され難く、雑音に敏感な反応をして出力の誤りをもたらすおそれがあるという問題点があった。
また、従来では、全酸価およびその他のオイル測定の際に動作が止まった状態で、すなわち、運転停止または変圧器作動停止状況で測定センサーを用いて測定するので、実時間測定が難しいという問題点があった。
本発明の第１目的は、高感度のコンダクタンス測定センサーを用いて正確性を高め、潤滑油および絶縁油への適用が可能であり、全酸価測定装備の大きさを減らし、構造を単純化させることができる、オイルの全酸価測定装置を提供することにある。
本発明の第２目的は、前記オイルの全酸価測定装置を適用してオイルの寿命を正確に判断することができ、オイルを使用する装備を最適の状態に管理および維持することができる便宜性を提供する、オイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置を提供することにある。
本発明の第３目的は、動作停止状況ではない車両運転または機器作動中の実時間状況でオイルのコンダクタンスを測定することができるように全酸価測定装置を構成することにある。
本発明の第４目的は、基板の上面に感知膜を形成した後、上部電極を積層する構造で、アラインおよび厚さ調節が容易であるようにコンダクタンス測定センサー部を構成することにある。
本発明の第５目的は、測定しようとするオイルの状態を初期値（Ｓｏｕｔ／Ｓｉｎt）に対する比率で測定して比較的誤差のない正確な測定を行うことができる、ＣＮＴ感知膜を含むオイルセンサーの測定方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、コンダクタンス変化量と該当するオイルの全酸価および物性測定値をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する全酸価テーブル格納部と、潤滑油および絶縁油を含む前記オイルのコンダクタンスを測定するコンダクタンス測定センサー部と、前記測定されたコンダクタンスによる全酸価および物性測定値を前記全酸価テーブルから検索して前記オイルの全酸価または物性測定値、または前記全酸価または物性測定値に関する情報を出力する全酸価算出部とを含み、前記コンダクタンス測定センサー部は、所定の面積で形成された基板と、前記オイルのコンダクタンスを測定するために前記基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状のコンダクタンス感知膜と、前記感知膜の上面に、または前記感知膜の上面から基板の上面へ延設して外部電源に連結されるように真空蒸着方法を用いてパターニングした上部電極とを含むことを特徴とする、オイルの全酸価測定装置を提供する。
ここで、前記オイルの温度を測定し、４０℃〜１２０℃でオイルセンサーが動作するように温度の範囲を設定した温度センサーをさらに備えることを特徴とする。
また、前記オイルのコンダクタンスを測定するために前記基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状のコンダクタンス感知膜の内部に多数のホールを形成することを特徴とする。
また、前記基板はガラス基板、シリコン基板およびアルミナ焼結基板の中から選ばれたいずれか一つを使用し、前記電源は直流電源であることを特徴とする。
また、前記物性は、潤滑油の場合には粘度および全塩価であり、絶縁油の場合には絶縁耐力、水分含有率および体積抵抗率であることを特徴とする。
また、前記炭素ナノチューブをスクリーンプリントする場合、前記コンダクタンス感知膜は１μｍ〜９９０μｍの厚さを持つことを特徴とする。
本発明の他の観点によれば、コンダクタンス変化量、オイルの使用期間、および当該するオイルの全酸価および物性測定値をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する全酸価テーブル格納部と、潤滑油および絶縁油を含むオイルのコンダクタンスを測定するコンダクタンス測定センサー部と、前記測定されたコンダクタンスによる全酸価および物性測定値を前記全酸価テーブルから検索して前記オイルの全酸価または物性測定値、または前記全酸価または物性測定値に関する情報を出力する全酸価算出部と、前記全酸価テーブルから前記全酸価情報に該当するオイルの使用期間を検索し、前記検索された使用期間を用いて前記オイルの予想寿命情報を生成する予想寿命算出部とを含み、前記コンダクタンス測定センサー部は、所定の面積で形成された基板と、前記オイルのコンダクタンスを測定するために前記基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状のコンダクタンス感知膜と、前記感知膜の上面に、または前記感知膜の上面から基板の上面へ延設して外部電源に連結されるように真空蒸着方法を用いてパターニングした上部電極とを含むことを特徴とする、実時間測定が可能なオイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置を提供する。
ここで、前記コンダクタンス感知膜は内部に多数のホールを設けたことを特徴とする。
また、文字およびイメージの少なくとも一つを用いて前記予想寿命情報を視覚的に表示する視覚情報表示部をさらに含むことを特徴とする。
また、前記予想寿命情報が予め格納されたオイルの寿命しきい値未満であれば、取替要請情報を生成するしきい値判断部と、前記取替要請情報が生成されると、オイル取替警告メッセージを音声として出力する警告音声出力部とをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の別の観点によれば、コンダクタンス変化量と該当するオイルの全酸価および物性測定値をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する全酸価テーブル格納部を構成する段階と、基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状のコンダクタンス感知膜、および前記感知膜の上面に、または前記感知膜の上面から基板の上面へ延設して外部電源へ連結されるように真空蒸着方法によってパターニングした上部電極を用いて、オイルのコンダクタンスを測定する段階と、前記測定されたコンダクタンスによる全酸価および物性測定値を前記全酸価テーブルから検索して前記オイルの全酸価または物性測定値、または前記全酸価または物性測定値に関する情報を出力する段階とを含む、オイルの全酸価測定方法を提供する。
ここで、前記コンダクタンス感知膜は内部に多数のホールを設けたことを特徴とする。
また、前記真空蒸着法はＥ−ビームエバポレーターまたはスパッタリング法であることを特徴とする。
本発明の別の観点によれば、ＣＮＴ（炭素ナノチューブ）感知膜を含むオイルセンサーの測定方法において、オイル状態を測定するために空気中でセンサーの初期値（Ｓｉｎｔ）を格納する段階と、全酸価を前記センサーのセンシング値（Ｓｏｕｔ／Ｓｉｎｔ）に基づいてマッチングさせたデータベースを全酸価テーブルに構成する段階と、オイルの状態変化に対する測定値（Ｓｏｕｔ）をセンシング値（Ｓｏｕｔ／Ｓｉｎｔ）に変換する段階と、前記センシング値（Ｓｏｕｔ／Ｓｉｎｔ）を前記データベースの情報と比較する段階とを含む、ＣＮＴ（炭素ナノチューブ）感知膜を含むオイルセンサーの測定方法を提供する。
上述したように、本発明によれば、高感度のコンダクタンス測定センサーを用いて正確性を高め、潤滑油および絶縁油への適用が可能であり、全酸価測定装備の大きさを減らし、構造を単純化させることができ、全酸価の測定によってオイルの寿命を正確に判断することができるため、オイルを用いる装備を最適の状態に管理および維持することが可能な便宜性を提供するという効果がある。
また、本発明によれば、ＣＮＴ感知膜を含むオイルセンサーの測定方法において、測定しようとするオイルの状態を初期値（Ｓｏｕｔ／Ｓｉｎｔ）に対する比率で測定することにより、比較的誤差のない正確な測定が行われるという効果がある。
また、本発明によれば、基板の上面に感知膜を形成した後、上部電極を積層する構造で、アラインおよび厚さ調節が容易であるようにコンダクタンス測定センサー部を構成することができるという効果がある。
本発明は、炭素ナノチューブを用いて高感度のセンサー素子を製作し、製作された素子を用いてオイルの状態を電気的なコンダクタンス信号として検出し、予め測定された全酸価（ＴＡＮ）との相関関係に基づいてオイルの全酸価を算出する全酸価変化測定装置、およびその測定方法を提供する。
本発明は、炭素ナノチューブを用いたオイル（潤滑油および絶縁油）の全酸価変化およびオイルの物性を測定する方法、およびその装置に関するもので、潤滑油および絶縁油の酸化の度合いを炭素ナノチューブのコンダクタンス変化量を介して出力し、最初測定されたコンダクタンスと比較してコンダクタンス変化量を全酸価で換算してオイルの酸化度合いを測定する方法および装置に関するものである。本発明は、オイルの全酸価を測定するためのアルゴリズム、オイルのコンダクタンスを測定するための炭素ナノチューブセンサーおよびその製作過程、比較されたコンダクタンスを出力する制御および出力回路を提供する。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
図６および図７は、コンダクタンス測定センサー部の第１実施例を示す。図示したように、コンダクタンス測定センサー部は、電源が印加される電極３２０と、電極３２０および基板３３０の上部に連続的に塗布され、オイルの電気化学的変化を感知する、炭素ナノチューブからなるコンダクタンス感知膜３１０と、コンダクタンス感知膜３１０および電極３２０を搭載する基板３３０とを含む。
図６および図７は、コンダクタンス測定センサー部の第１実施例を示す。図示したように、コンダクタンス測定センサー部は、電源が印加される電極３２０と、電極３２０および基板３３０の上部に連続的に塗布され、オイルの電気化学的変化を感知する、炭素ナノチューブからなるコンダクタンス感知膜３１０と、コンダクタンス感知膜３１０および電極３２０を搭載する基板３３０とを含む。
前記コンダクタンス感知膜３１０は、オイルのコンダクタンスを測定するために搭載され、センサー感知膜とオイルとの接触面積を高めるために、感知膜の空き空間がない連続的な板状構造を持つ。すなわち、コンダクタンス感知膜３１０は、電極３２０の上部だけでなく、電極３２０の間および基板３３０の上部に空き空間なしで形成される。これは感度(sensitivity)を増加させるためである。
図６および図７によるコンダクタンス測定センサー部の測定原理および方法は、次のとおりである。炭素ナノチューブは、酸化還元性物質に対して非常に敏感な反応を示し、酸化性物質に対してコンダクタンスが増加する現象を示す。したがって、オイルの劣化現象に関連して酸化が非常に大きい役割を果たすため、オイルが劣化するほど炭素ナノチューブ感知薄膜に酸素の量が増加し、これによりコンダクタンスが増加する。ここで、炭素ナノチューブは、オイル中の酸素の量に応じて一定のコンダクタンス値が存在するため、これを予め測定して基準データとして設定し、センサーから出力されるコンダクタンスと比較した変化量を、全酸価を算出するための情報として使用する。
前述した炭素ナノチューブセンサーの製造方法は、基板３３０にシャドーマスクを用いて電極３２０を蒸着し、あるいは金属ペーストをプリントして電極３２０を製作する段階と、炭素ナノチューブペーストをスクリーンプリントしてコンダクタンス感知膜３１０を製作する段階と、製作された素子を焼結する段階とを含む。好ましくは、オイルのコンダクタンス測定の際に一定の温度範囲でコンダクタンスを測定するようにする温度センサーの制御を受けるようにすることができる。ここで、素子の基板はガラス基板、シリコン基板およびアルミナ焼結基板などを使用する。
電極３２０は、シャドーマスクを介してＥ−ビームまたはスパッターなどの蒸着装備を用いて製作することができるうえ、Ａｇまたはその他の金属ペーストを用いてスクリーンプリントによって製作することができる。コンダクタンス感知膜３１０は、炭素ナノチューブ粉末とバインダーとを混合したペーストを用いてスクリーンプリント方法によって形成される。基板３３０上にスクリーンプリント方法で形成された炭素ナノチューブは、コンダクタンス感知膜３１０を介して電極３２０の間にわたって連結される。こうして製作された素子は、ＤＣ電源を電極に連結してコンダクタンス感知膜３１０を通じて電流を流し、コンダクタンス感知膜３１０をオイルに接触させる。
このようなコンダクタンス感知膜３１０は、オイルの電気化学的変化を素子のコンダクタンス変化に変更させて出力する。スクリーンプリント技術を用いた炭素ナノチューブペーストを製造する過程は、（１）バインダーとα−テルピネオールとを混ぜて加熱して溶かす段階と、（２）炭素ナノチューブを、ガラスフリットとα−テルピネオールとを混ぜて加熱して溶かす物質に混ぜる段階と、（３）前記基板に電極をパターニングする段階を経た後、前記基板上に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させる段階とを含む。
図８および図９は本発明の第２実施例として、基板３３０の上面にコンダクタンス感知膜３１０をまず設置した後、前記コンダクタンス感知膜３１０および基板３３０の上面に上部電極３２０を形成している構造を示す。
前述した構造ではセンサー部の製造方法が従来の技術とは異なるように製造されるが、その方法は次のとおりである。
まず、バインダーとα−テルピネオールとを混ぜて加熱して溶かす段階を行う。すなわち、エチルセルロース(Ethyl Cellulose)とα−テルピネオールを一定の比率で混ぜて加熱して溶かす段階を行う。
次いで、炭素ナノチューブを、ガラスフリットとα−テルピネオールとを混ぜて加熱して溶かした物質に混ぜ、一定の粘度を維持させる段階を行う。
その後、前記基板３３０上に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させる段階を行う。
最後に、前記基板３３０上にＥ−ビームエバポレーターまたはスパッタリング法などの真空蒸着方法を用いて上部電極３２０をパターニングする段階を行う。
前記スクリーンプリンティング技術は、シルクスクリーンというパターニングされた膜を用いてプリントする技術である。従来の技術は、製造された炭素ナノチューブペーストをプリントする場合、炭素ナノチューブ粉末が黒色を帯びているため、シルクスクリーンのパターニングされた部分が黒色に変色してしまう。したがって、下部電極上にスクリーンプリンティングを行う場合、第１工程は容易に行うことができるが、それ以後のスクリーンプリンティングは下部電極との整列が難しいという問題点があった。
ところが、第２実施例の工程のように炭素ナノチューブを前記基板３３０上にスクリーンプリントし、上部電極３２０を蒸着する段階を行う場合には、全ての素子が整列可能であり、感知膜３１０のサイズ調節も容易に行うことができるという利点がある。特に、このような２つの技術によって製作されたセンサーは、４インチウエハーを基準として１５０個の素子の収率側面においても（誤差５％基準）、下部電極は約１５％、上部電極３２０は８０％以上の収率を獲得することができるため、センサーの製作において信頼性のあるセンサーを多量製造することができる。
特に、本発明の第２実施例によって製作されたセンサー部でオイルの劣化の度合いを測定すると、図１０のような特性を示す。図１０の特性グラフは、従来の技術によって製作されたセンサー部で測定した図３の値より均一な特性を示すことを確認することができる。したがって、本発明に係る第２実施例によって製作されたセンサーがより安定的で信頼度の高い特性を持つことが分かる。
従来の技術により製作されたセンサー部でオイルの劣化を測定した場合、初期製作されたセンサーの初期測定値が異なるので、それぞれ作られたセンサーの初期値に対する最終測定値の比率値が異なる。よって、この場合、オイルの種類および製作されたセンサーの種類に応じて劣化の度合いを判断するデータ値が正確に測定されるためには、最も広範囲な測定データを必要とする。
ところが、本発明の第２実施例によって製作されたセンサー部でオイルの劣化の度合いを測定する場合、本発明は、誤差が殆どなく製作され、センサー初期値が一定なので、測定されるセンサーの初期値に対する最終測定値の比率が一定であって従来の技術より正確に測定可能であり、センシング誤差を最小化して測定信頼度を高めることができる。
本発明の第３実施例は、本発明に係るコンダクタンス測定センサー部の別の例を示す。これは図１１および図１２に示されている。図示したように、第３実施例のセンサー部は、第２実施例の工程方法と同様に製作され、前記センサー感知膜３１０の構成段階のうちスクリーンプリンティングのパターニング段階で感知膜３１０の内部に多数のホール３５０を入れる段階によって製作される。
ここで、ホール３５０は、その形状が四角形、円形、菱形などの特定の形状に限定されず、センサー、基板および感知膜の大きさに応じて様々な形状に形成できる。
本発明の第３実施例によって製作されたセンサー部は、従来のセンサー部に取り付けられるセンサー感知膜３１０の表面積を著しく向上させて感知膜のセンシング効率を向上させることができる。
第３実施例で製作された感知膜３１０は、スクリーンプリンティング方法を用いると、数十〜数百μｍの厚さに製作され、前記感知膜３１０の内部のホール３５０は５０〜数百μｍの幅を持つ四角形を多数制作して表面積を増加させることができる。
別の実施例として、図１３に示すように、第３実施例に係る感知膜３１０の内部のホール３５０を円形に製作した様子を開示しているが、このような多数の円形ホール３６０を交差して配置することにより、内部の面積を増加させて感知膜３１０内の密度をさらに向上させることにより、感知膜のセンシング効率を一層向上させることができる。
以下、前述した構成および特徴を持つ本発明に係るコンダクタンス測定センサー部を用いたオイルの全酸価測定および寿命算出装置、オイルの全酸価およびオイルセンサー測定方法について詳細に説明する。
図１４は本発明の一実施例に係るオイルの全酸価測定装置のブロック図である。
図１４に示すように、コンダクタンス測定センサー部１１０はオイルのコンダクタンスを測定する。この際、コンダクタンス測定センサー部１１０は、所定の面積で形成された基板と、前記オイルのコンダクタンスを測定するために、前記基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状のコンダクタンス感知膜と、前記感知膜の上面にまたは感知膜の上面から基板の上面へ延設して外部の電源に連結されるように真空蒸着方法によってパターニングした上部電極とを含む。この際、使用されるオイルは潤滑油および絶縁油を含むことができる。
全酸価テーブル格納部１２０は、コンダクタンス変化量と当該全酸価をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する。全酸価テーブル格納部１２０は、揮発性メモリ素子および不揮発性メモリ素子のいずれか一つを含んで全酸価テーブルをデータベース形式で格納する。
全酸価算出部１３０は、測定されたコンダクタンスによる全酸価を全酸価テーブルから検索してオイルの全酸価情報を出力する。全酸価算出部１３０は、全酸価テーブル格納部１２０のメモリを検索するための手段、および検索された情報をコンダクタンス測定値と比較してオイルの全酸価を予測するための手段を含む。このような手段は、メモリアクセス用インタフェース、少なくとも一つのマイクロプロセッサ、および駆動用プログラムを格納したファームウェア(firmware)で実現できる。
図１５および図１６は全酸価テーブル生成過程の一例として、運行距離によるコンダクタンスおよび全酸価の変化グラフである。
図１５において、横軸は運行距離であり、縦軸はコンダクタンス値である。図１６において、横軸は運行距離であり、縦軸は全酸価である。
例えば、５．０×Ｅ−５のオイル注入時のコンダクタンスおよび２．６の全酸価を有するオイルのコンダクタンスが８．０×Ｅ−５に変化すると、全酸価は３．５５程度になるだろうと予測することができる。このようなコンダクタンスと全酸価のマッチング関係を全酸価テーブルに格納することができる。全酸価テーブル生成過程は、様々な実験条件で反復実験が要求される。また、全酸価テーブルは、このような反復実験の結果としてデータベース化されるものであって、１回格納されると、全酸価測定装置の動作中には変更されないことが好ましい。
表１は潤滑油および絶縁油の全酸価テーブルの一例を示す
表１に示すように、コンダクタンスと全酸価の変化推移は、線形的ではない場合が存在する。好ましくは、全酸価テーブル検索の際には過去コンダクタンスの変化推移を記録するようにし、現在コンダクタンスの変化推移と過去コンダクタンスの変化推移を全て参照して現在の全酸価を予測するようにすることができる。
また、オイルの機能低下の変化は、オイルの種類によって、物性を構成する主要パラメータが異なる。潤滑油の潤滑機能が低下する劣化現象を確認する要素としては、例えば粘度、全酸価、全塩価などがある。これらの中でも、潤滑機能と最も密接な関係がある要素としては粘度を挙げることができる。潤滑油の状態を確認するためのコンダクタンス、全酸価、粘度との関係は表２のとおりである。
一方、絶縁油の場合、絶縁機能を確認する要素としては絶縁耐力、水分含有率、体積抵抗率、全酸価などがある。これらの中でも、絶縁機能状態を確認する最も代表的な要素は絶縁耐力である。全酸価、絶縁耐力、コンダクタンスとの関係は表３のとおりである。
すなわち、全酸価のみを測定してオイルの特性低下状態を判断することは無理なので、全酸価のみではなく、潤滑油の粘度または絶縁油の絶縁耐力などの主要物性測定値をさらにマッチングさせて全酸価テーブル格納部を構成し、オイルの状態をより精密に測定するようにすることが好ましい。
図１７は本発明の別の実施例に係るオイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置のブロック図である。コンダクタンス測定センサー部２１０はオイルのコンダクタンスを測定する。この際、コンダクタンス測定センサー部２１０は、所定の面積で形成された基板と、基板上にパターニングされ、電源に連結された電極と、電極の上部および電極間の基板の上部に連続的にスクリーンプリントされて焼結された板状をし、オイルのコンダクタンスを測定するコンダクタンス感知膜とを含むことができる。
前記基板は、ガラス基板、シリコン基板およびアルミナ焼結基板の中から選ばれたいずれか一つを用いることができる。前記電源は直流電源とすることが好ましい。ガラス基板は、低価であるという利点はあるが、性能の側面で問題がある。シリコン基板は、切断装置を利用しなければならず、価格の負担もある。アルミナ焼結基板は、価格があまり高くないうえ、パターンの形成後にユーザの手で直接切断することができるという利点がある。よって、アルミナ焼結基板を使用することが好ましい。
この際、使用されるオイルは潤滑油および絶縁油を含むことができる。
温度センサー２１５は、使用されるオイルの温度を測定する。好ましくは、コンダクタンス測定センサー部２１０は、温度センサー２１５で測定された温度が一定の温度領域の値を持つときにのみ作動するように設計できる。変圧器絶縁油の場合には劣化センサーの動作温度範囲を、夏季には平均気温２５℃以上、最高巻線温度１０５℃以下に設定し、冬季には平均気温５℃以上最高巻線温度９５℃以下とする。この範囲内で測定された値を用いて劣化の度合いを確認する。自動車潤滑油の場合には劣化センサーの動作温度範囲を自動車エンジンが空回転（ウォーミングアップ）した後、温度４０℃からエンジンオイルの最高温度１２０℃以下に設定することが好ましい。この範囲内で測定された値を用いて劣化の度合いを確認する。
全酸価テーブル格納部２２０は、コンダクタンス変化量と当該全酸価をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する。この場合、オイルの全酸価だけでなく、物性測定値をさらにマッチングさせてテーブルを格納することが好ましい。これにより、全酸価算出部２３０は、測定されたコンダクタンスによる全酸価および物性測定値を全酸価テーブルから検索してオイルの全酸価情報を出力する。
本発明の一実施例に係るオイルの全酸価測定装置が図１７に示すように温度センサー２１５を含む場合、温度センサー２１５で測定されたコンダクタンスおよびオイルの温度による全酸価および物性測定値を全酸価テーブルから検索し、オイルの全酸価および物性測定値に関する情報を出力するように構成できる。このために、全酸価テーブル格納部２２０は、コンダクタンス変化量と当該全酸価および物性測定値をオイルの温度別にマッチングさせた全酸価テーブルを格納するように設計できる。
予想寿命算出部２４０は、全酸価テーブルから全酸価情報に該当するオイルの使用期間を検索し、検索された使用期間を用いてオイルの予想寿命情報を生成する。このために、全酸価テーブル格納部２２０は、オイルの全酸価および物性測定値に関する情報をオイルの使用期間、またはオイルが注入された車両の走行距離によって分類してテーブルとして格納するように設計できる。これにより、予想寿命算出部２４０は、全酸価算出部２３０で算出された全酸価がどれほど使用期間が経過したオイルの全酸価なのかを逆に検索し、現在使用されているオイルの使用期間を予測することができる。
視覚情報表示部２５０は、文字およびイメージの少なくとも一つを用いて予想寿命算出部２４０の予想寿命情報を視覚的に表示する。
しきい値判断部２６０は、予想寿命情報が予め格納されたオイルの寿命しきい値未満であれば、取替要請情報を生成する。この際、オイルの寿命しきい値は当該オイルの勧奨使用期間を意味する。よって、注入されるオイルの種類によってしきい値が異なるので、本発明の別の実施例に係るオイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置がどんな種類のオイルを主に注入する装置なのかによってしきい値を予め設定する。警告音声出力部２７０は、取替要請情報が生成されると、オイル取替警告メッセージを音声として出力する。
図１８は本発明の別の実施例に係るオイルの全酸価測定方法の流れ図である。
まず、全酸価測定のための事前段階として、オイルのコンダクタンス変化量と当該全酸価および物性測定値をマッチングさせた全酸価テーブルを含むデータベースを構成する。次に、全酸価および主要物性を測定しようとするオイルを注入する（４１０過程）。オイルが注入されると、電極上部、および電極間の基板上部に連続的にスクリーンプリントされて焼結された連続的な形態のコンダクタンス感知膜に注入されたオイルが接触する。オイル注入過程（４１０過程）は、オイル取替時期まで反復されない。
次いで、コンダクタンス感知膜を用いてオイルのコンダクタンスを測定する（４２０過程）。最後に、測定されたコンダクタンスによる全酸価を全酸価テーブルから検索してオイルの全酸価および／または物性測定値に関する情報を出力する（４３０過程）。この場合、コンダクタンス感知膜の内部に多数のホールを形成して測定する場合には感知密度を向上させることができる。
図１９は本発明の別の実施例に係るオイルの全酸価測定方法の流れ図である。
まず、コンダクタンス感知膜を用いてオイルのコンダクタンスを測定する（５２０過程）。
この過程（５２０過程）は、オイルの温度が一定の温度、例えば８０℃以上となる場合にのみ、オイルのコンダクタンスを測定する過程を含むことができる。
その後、オイルの現在温度を測定する（５２５過程）。
次いで、測定されたオイルの現在温度および測定されたコンダクタンスによる 全酸価および物性測定値に関する情報を全酸価テーブルから検索し、オイルの 全酸価および物性測定値情報を出力する（５３０過程）。このために、前述した測定過程（５２０〜５３０過程）の前に、コンダクタンス変化量と当該全酸価および／または物性測定値結果をオイルの温度別にマッチングさせた全酸価テーブルを格納する過程を行う。
図２０は本発明の別の実施例に係るオイルの全酸価測定を用いた寿命算出方法の流れ図である。
まず、コンダクタンス感知膜を用いてオイルのコンダクタンスを測定する（６２０過程）。
この過程（６２０過程）はオイルの温度が一定の温度、例えば８０℃以上となる場合にのみオイルのコンダクタンスを測定する過程を含むことができる。
次に、測定されたコンダクタンスによるオイルの全酸価および／または物性測定値に関する情報を全酸価テーブルから検索してオイルの全酸価情報を算出する（６３０過程）。
最後に、全酸価テーブルから算出された全酸価および物性測定値に関する情報に基づいて当該オイルの使用期間を検索し、検索された使用期間を用いてオイルの予想寿命情報を生成する（６４０過程）。このために、前述した過程（６２０〜６４０過程）の前に、コンダクタンス変化量、オイルの使用期間、および当該の全酸価および物性測定値結果をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する過程を行う。
本発明はソフトウェアによって実行できる。ソフトウェアで実行されるとき、本発明の構成手段は必要な作業を行うコードセグメントである。プログラムまたはコードセグメントは、プログラム読み取り可能媒体に格納されるか、または伝送媒体または通信網で搬送波と結合したコンピュータデータ信号によって伝送され得る。
コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読められるデータが格納される全種類の記録装置を含む。コンピュータ読み取り可能な記録装置の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ±ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光データ格納装置などがある。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、ネットワークにより連結されたコンピュータ装置に分散し、分散方式でコンピュータにより読み取り可能なコードが格納および実行できる。
図２１は本発明に係るＣＮＴ（炭素ナノチューブ）感知膜を含むオイルセンサーの測定方法による場合のセンシング値を比較したグラフである。従来では、ＣＮＴ感知膜が多孔性物質なので、新しいオイルで取り替えるときにその特性反復再現が難しく、温度によってパターンが異なるという問題点があった。ここで、オイルセンサーは本発明の構成におけるコンダクタンス測定センサー部を意味する。
ＣＮＴ感知膜は、常温に置かれている状態と、液体に置かれている状態に応じてそれぞれ抵抗値が変化する。通常、ＣＮＴ感知膜は、気体などの空気中に置かれているとき、センサーの初期値が液体内に置かれると、その伝導度は約０．５倍±αだけ変化し（α＜０．１）、電気抵抗は約２倍±βだけ変化する（β＜０．２）。したがって、オイルの状態を測定するために、空気中でセンサーの初期値（Ｓｉｎｔ）を格納し、オイルの状態変化に対する測定値（Ｓｏｕｔ）をセンシング値（Ｓｏｕｔ／Ｓｉｎｔ）に変換し、センシング値（Ｓｏｕｔ／Ｓｉｎｔ）を既存のデータベースと比較する。比較のために前記センシング値（Ｓｏｕｔ／Ｓｉｎｔ）を測定する前に、全酸価を前記センサーのセンシング値（Ｓｏｕｔ／Ｓｉｎｔ）に応じてマッチングさせたデータベースを全酸価テーブルに構成する段階を経ることが好ましい。
この際、ＣＮＴセンサーは初期抵抗値の異なるセンサーを使用しても、オイルの状態に対するセンサー値の変化率は同様の特性を示すので、測定しようとするオイルの状態を初期値に対する比率で測定（Ｓｏｕｔ／Ｓｉｎｔ）すると、比較的誤差のない正確な測定を行うことができる。
本発明について好適な実施例および図面によって説明したが、当業者は、本発明がこれらの実施例に限定されないこと、および添付した請求の範囲に開示された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な変更、追加および置換が可能であることを理解するであろう。
１１０：コンダクタンス測定センサー部
１２０：全酸価テーブル格納部
１３０：全酸価算出部
２１０：コンダクタンス測定センサー部
２１５：温度センサー
２２０：全酸価テーブル格納部
２３０：全酸価算出部
２４０：予想寿命算出部
２５０：視覚情報表示部
２６０：しきい値判断部
２７０：警告音声出力部
３１０：コンダクタンス感知膜
３２０：電極 ３３０：基板
３５０：ホール ３６０：円形ホール
１２０：全酸価テーブル格納部
１３０：全酸価算出部
２１０：コンダクタンス測定センサー部
２１５：温度センサー
２２０：全酸価テーブル格納部
２３０：全酸価算出部
２４０：予想寿命算出部
２５０：視覚情報表示部
２６０：しきい値判断部
２７０：警告音声出力部
３１０：コンダクタンス感知膜
３２０：電極 ３３０：基板
３５０：ホール ３６０：円形ホール
Claims (22)
- コンダクタンス変化量と当該するオイルの全酸価および物性測定値をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する全酸価テーブル格納部と、
潤滑油および絶縁油を含む前記オイルのコンダクタンスを測定するコンダクタンス測定センサー部と、
前記測定されたコンダクタンスによる全酸価および物性測定値を前記全酸価テーブルから検索して前記オイルの全酸価および物性測定値を出力する全酸価算出部とを含み、
前記コンダクタンス測定センサー部は、
所定の面積で形成された基板と、
前記オイルのコンダクタンスを測定するために前記基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状のコンダクタンス感知膜と、
前記感知膜の上面に、または前記感知膜の上面から基板の上面へ延設して外部電源に連結されるように真空蒸着方法を用いてパターニングした上部電極と
を含み、
前記物性は、潤滑油の場合には粘度および全塩価であり、絶縁油の場合には絶縁耐力、水分含有率および体積抵抗率であることを特徴とする、オイルの全酸価測定装置。 - コンダクタンス変化量と当該するオイルの全酸価および物性測定値をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する全酸価テーブル格納部と、
潤滑油および絶縁油を含む前記オイルのコンダクタンスを測定するコンダクタンス測定センサー部と、
前記オイルの温度を測定し、４０℃〜１２０℃の範囲でオイルセンサーが動作するように温度の範囲を設定した温度センサーと、
前記測定されたコンダクタンスによる全酸価および物性測定値を前記全酸価テーブルから検索して前記オイルの全酸価および物性測定値を出力する全酸価算出部とを含み、
前記コンダクタンス測定センサー部は、
所定の面積で形成された基板と、
前記オイルのコンダクタンスを測定するために前記基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状のコンダクタンス感知膜と、
前記感知膜の上面に、または前記感知膜の上面から基板の上面へ延設して外部電源に連結されるように真空蒸着方法を用いてパターニングした上部電極と
を含み、
前記物性は、潤滑油の場合には粘度および全塩価であり、絶縁油の場合には絶縁耐力、水分含有率および体積抵抗率であることを特徴とする、オイルの全酸価測定装置。 - コンダクタンス変化量と該当するオイルの全酸価および物性測定値をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する全酸価テーブル格納部と、
潤滑油および絶縁油を含む前記オイルのコンダクタンスを測定するコンダクタンス測定センサー部と、
前記測定されたコンダクタンスによる全酸価および物性測定値を前記全酸価テーブルから検索して前記オイルの全酸価および物性測定値を出力する全酸価算出部とを含み、
前記コンダクタンス測定センサー部は、
所定の面積で形成された基板と、
前記オイルのコンダクタンスを測定するために前記基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状をし、内部に多数のホールを形成したコンダクタンス感知膜と、
前記感知膜の上面に、または前記感知膜の上面から基板の上面へ延設して外部電源に連結されるように真空蒸着方法を用いてパターニングした上部電極と
を含み、
前記物性は、潤滑油の場合には粘度および全塩価であり、絶縁油の場合には絶縁耐力、水分含有率および体積抵抗率であることを特徴とする、オイルの全酸価測定装置。 - コンダクタンス変化量と該当するオイルの全酸価および物性測定値をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する全酸価テーブル格納部と、
潤滑油および絶縁油を含む前記オイルのコンダクタンスを測定するコンダクタンス測定センサー部と、
前記オイルの温度を測定し、４０℃〜１２０℃の範囲でオイルセンサーが動作するように温度の範囲を設定した温度センサーと、
前記測定されたコンダクタンスによる全酸価および物性測定値を前記全酸価テーブルから検索して前記オイルの全酸価および物性測定値を出力する全酸価算出部とを含み、
前記コンダクタンス測定センサー部は、
所定の面積で形成された基板と、
前記オイルのコンダクタンスを測定するために前記基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状をし、内部に多数のホールを形成したコンダクタンス感知膜と、
前記感知膜の上面に、または前記感知膜の上面から基板の上面へ延設して外部電源に連結されるように真空蒸着方法を用いてパターニングした上部電極と
を含み、
前記物性は、潤滑油の場合には粘度および全塩価であり、絶縁油の場合には絶縁耐力、水分含有率および体積抵抗率であることを特徴とする、オイルの全酸価測定装置。 - 前記基板は、ガラス基板、シリコン基板およびアルミナ焼結基板の中から選ばれたいずれか一つを用いたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオイルの全酸価測定装置。
- 前記電源が直流電源であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオイルの全酸価測定装置。
- 前記炭素ナノチューブをスクリーンプリントする場合、前記コンダクタンス感知膜は１μｍ〜９９０μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオイルの全酸価測定装置。
- 前記真空蒸着方法はＥ−ビームエバポレーターまたはスパッタリング法であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオイルの全酸価測定装置。
- コンダクタンス変化量、オイルの使用期間、および当該するオイルの全酸価および物性測定値をマッチングさせた全酸価テーブル格納部と、
潤滑油および絶縁油を含む前記オイルのコンダクタンスを測定するコンダクタンス測定センサー部と、
前記測定されたコンダクタンスによる全酸価および物性測定値を前記全酸価テーブルから検索して前記オイルの全酸価および物性測定値を出力する全酸価算出部と、
前記全酸価テーブルから前記全酸価情報に該当するオイルの使用期間を検索し、前記検索された使用期間を用いて前記オイルの予想寿命情報を生成する予想寿命算出部とを含み、
前記コンダクタンス測定センサー部は、
所定の面積で形成された基板と、
前記オイルのコンダクタンスを測定するために前記基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状のコンダクタンス感知膜と、
前記感知膜の上面に、または前記感知膜の上面から基板の上面へ延設して外部電源に連結されるように真空蒸着方法を用いてパターニングした上部電極と
を含み、
前記物性は、潤滑油の場合には粘度および全塩価であり、絶縁油の場合には絶縁耐力、水分含有率および体積抵抗率であることを特徴とする、オイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置。 - 前記コンダクタンス感知膜は、内部に多数のホールを設けたことを特徴とする、請求項９に記載のオイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置。
- 前記基板は、ガラス基板、シリコン基板およびアルミナ焼結基板の中から選ばれたいずれか一つを用いたことを特徴とする、請求項９または１０に記載のオイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置。
- 前記電源が直流電源であることを特徴とする、請求項９または１０に記載のオイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置。
- 前記炭素ナノチューブをスクリーンプリントする場合、前記コンダクタンス感知膜は１μｍ〜９９０μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項９または１０に記載のオイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置。
- 文字またはイメージの少なくとも一つを用いて前記予想寿命情報を視覚的に表示する視覚情報表示部をさらに含むことを特徴とする、請求項９または１０に記載のオイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置。
- 前記予想寿命情報が予め格納されたオイル寿命しきい値未満であれば、取替要請情報を生成するしきい値判断部と、
前記取替要請情報が生成されると、オイル取替警告メッセージを音声として出力する警告音声出力部と
をさらに含むことを特徴とする、請求項９または１０に記載のオイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置。 - 前記真空蒸着法はＥ−ビームエバポレーターまたはスパッタリング法であることを特徴とする、請求項９または１０に記載のオイルの全酸価測定を用いた寿命算出装置。
- コンダクタンス変化量と該当するオイルの全酸価および物性測定値をマッチングさせた全酸価テーブルを格納する全酸価テーブル格納部を構成する段階と、
基板の上面に炭素ナノチューブをスクリーンプリントして焼結させた板状のコンダクタンス感知膜、および前記感知膜の上面にまたは前記感知膜の上面から基板の上面へ延設して外部電源に連結されるように真空蒸着法によってパターニングした上部電極を用いて、オイルのコンダクタンスを測定する段階と、
前記測定されたコンダクタンスによる全酸価および物性測定値を前記全酸価テーブルから検索し、前記オイルの全酸価および物性測定値を出力する段階と
を含み、
前記物性は、潤滑油の場合には粘度および全塩価であり、絶縁油の場合には絶縁耐力、水分含有率および体積抵抗率であることを特徴とする、オイルの全酸価測定方法。 - 前記コンダクタンス感知膜は、内部に多数のホールを設けたことを特徴とする、請求項１７に記載のオイルの全酸価測定方法。
- 前記真空蒸着法はＥ−ビームエバポレーターまたはスパッタリング法であることを特徴とする、請求項１７または１８に記載のオイルの全酸価測定方法。
- 前記基板は、ガラス基板、シリコン基板およびアルミナ焼結基板の中から選ばれたいずれか一つを用いたことを特徴とする、請求項１７または１８に記載のオイルの全酸価測定方法。
- 前記電源が直流電源であることを特徴とする、請求項１７または１８に記載のオイルの全酸価測定方法。
- 前記炭素ナノチューブをスクリーンプリントする場合、前記コンダクタンス感知膜は１μｍ〜９９０μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１７または１８に記載のオイルの全酸価測定方法。
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