JP6077079B2

JP6077079B2 - 光学センサ

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Publication number: JP6077079B2
Application number: JP2015195098A
Authority: JP
Inventors: 卓也白田
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: JP2015232582A

Description

本発明は、潤滑油の性状を検出することに用いられる光学センサに関する。

従来、潤滑油劣化センサとして、潤滑油が侵入するためのオイル侵入用空隙部を赤外ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）からフォトダイオードまでの光路上に形成し、赤外ＬＥＤの出射光に対するオイル侵入用空隙部内の潤滑油による光吸収量をフォトダイオードの受光量によって測定することによって、測定した光吸収量と相関する潤滑油の劣化度を判定するオイル劣化度センサが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

しかしながら、特許文献１、２に記載されたオイル劣化度センサは、潤滑油の劣化度として潤滑油中の不溶解分の濃度を測定することができるが、潤滑油中の汚染物質の種類を特定することができないという問題がある。

潤滑油中の汚染物質の種類を特定する技術としては、潤滑油の濾過後のメンブランフィルタにＬＥＤによって光を照射して、メンブランフィルタ上の汚染物質からの反射光を受光素子でＲＧＢのデジタル値に変換し、変換したＲＧＢのデジタル値に基づいて潤滑油中の汚染物質の種類を特定する技術が知られている（例えば、非特許文献１、２参照。）。

特開平７−１４６２３３号公報特開平１０−１０４１６０号公報

山口智彦、外４名、「潤滑油汚染物質の色相判別法」、福井大学工学部研究報告、２００３年３月、第５１巻、第１号、p.81-88 本田知己、「潤滑油の劣化診断・検査技術」、精密工学会誌、２００９年、第７５巻、第３号、p.359-362

しかしながら、非特許文献１、２に記載された技術は、機械から潤滑油を抜き取ってメンブランフィルタで濾過する必要があり、即時性に欠けるという問題がある。
そこで、本発明は、即時性が欠けることを抑える光学センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための光学センサは、光を発する発光素子と、前記光を検出する受光素子と、前記発光素子から光が入射する入射面と、前記入射面に入射した光を出射する出射面とを含み、前記入射面から前記出射面までの光路のなかに、潤滑油が入るための隙間を区画する透過部と、前記発光素子から前記入射面までの光路を絞る絞り部とを備える。

上記構成によれば、潤滑油が入るための隙間を光学センサが備え、発光素子から受光素子までの光路に隙間が位置するため、潤滑油中に含まれる物質の検出などに際し、即時性
が欠けることが抑えられる。

上記光学センサにおいて、前記絞り部は、前記発光素子が収納される第１の穴を区画する第１の区画部と、前記第１の穴と前記入射面とを連通する穴であって前記第１の穴における光路面積よりも小さい光路面積を有した部分を含む第２の穴を区画する第２の区画部とを備えてもよい。

上記光学センサにおいて、前記絞り部は、第１の絞り部であり、前記出射面から前記受光素子までの光路を絞る第２の絞り部をさらに備えてもよい。

上記光学センサにおいて、前記第２の絞り部は、前記受光素子が収納される第３の穴を区画する第３の区画部と、前記第３の穴と前記出射面とを連通する穴であって前記第３の穴における光路面積よりも小さい光路面積を有した部分を含む第４の穴を区画する第４の区画部とを備えてもよい。

上記光学センサにおいて、前記透過部は、第１の直角プリズムと第２の直角プリズムとを備え、前記第１の直角プリズムは、前記入射面である第１の入射面と、前記第１の入射面とのなす角度が直角である第１の出射面と、当該直角である頂角に対する斜面であって前記第１の入射面から入る光の光路を曲げる第１の反射面と、前記第１の入射面、前記第１の出射面、および、前記第１の反射面を挟む一対の第１の側面とを備え、前記第２の直角プリズムは、前記第１の出射面と対向する第２の入射面と、前記第２の入射面とのなす角度が直角であって前記出射面である第２の出射面と、当該直角である頂角に対する斜面であって前記第２の入射面から入る光の光路を曲げる第２の反射面と、前記第２の入射面、前記第２の出射面、および、前記第２の反射面を挟む一対の第２の側面とを備え、前記第１の直角プリズム、および、前記第２の直角プリズムの少なくとも一方が固定対象であり、前記光学センサは、前記固定対象において前記側面を含む面が固定される壁をさらに備えてもよい。

上記光学センサにおいて、前記発光素子、前記受光素子、および、前記透過部を支持する支持体をさらに備え、前記支持体が、前記絞り部を含んでもよい。

本発明の光学センサは、潤滑油中に含まれる物質の検出などに際し、即時性が欠けることが抑えられる。

本発明の一実施の形態に係る潤滑油劣化センサの正面図である。図１に示す潤滑油劣化センサの正面断面図である。（ａ）は、図１に示す支持部材の正面図である。（ｂ）は、図１に示す支持部材の正面断面図である。（ａ）は、図１に示す支持部材の側面図である。（ｂ）は、図１に示す支持部材の側面断面図である。（ａ）は、図１に示す支持部材の平面図である。（ｂ）は、図１に示す支持部材の底面図である。（ａ）は、図１に示すホルダの正面図である。（ｂ）は、図１に示すホルダの正面断面図である。（ａ）は、図１に示すホルダの側面図である。（ｂ）は、図１に示すホルダの側面断面図である。（ａ）は、図１に示すホルダの平面図である。（ｂ）は、図１に示すホルダの底面図である。図２に示す白色ＬＥＤからＲＧＢセンサまでの光路を示す図である。（ａ）は、図１に示すカバーの正面断面図である。（ｂ）は、図１に示すカバーの側面断面図である。（ａ）は、図１に示すカバーの平面図である。（ｂ）は、図１に示すカバーの底面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。
まず、本実施の形態に係る潤滑油劣化センサの構成について説明する。

図１は、本実施の形態に係る潤滑油劣化センサ１０の正面図である。図２は、機械９０に取り付けられた状態での潤滑油劣化センサ１０の正面断面図である。

図１および図２に示すように、潤滑油劣化センサ１０は、機械９０に設置されて機械９０の潤滑油９１の劣化を検出するための装置である。

潤滑油劣化センサ１０は、潤滑油劣化センサ１０の各部品を支持するアルミニウム合金製の支持部材２０と、支持部材２０にネジ１１によって固定されたアルミニウム合金製のホルダ３０と、ホルダ３０に保持された隙間形成部材４０と、支持部材２０にネジ１２によって固定された回路基板５１を備えている電子部品群５０と、支持部材２０にネジ１３によって固定されたアルミニウム合金製のカバー６０とを備えている。

隙間形成部材４０は、２つのガラス製の直角プリズム４１、４２によって構成されており、潤滑油９１が侵入するための隙間である油用隙間４０ａが２つの直角プリズム４１、４２の間に形成されている。

電子部品群５０は、回路基板５１に実装された白色ＬＥＤ５２と、回路基板５１に実装されたＲＧＢセンサ５３と、回路基板５１に対して白色ＬＥＤ５２およびＲＧＢセンサ５３側とは反対側に配置された回路基板５４と、回路基板５１および回路基板５４を固定する複数本の柱５５と、回路基板５４に対して回路基板５１側とは反対側に配置された回路基板５６と、回路基板５４および回路基板５６を固定する複数本の柱５７と、回路基板５４側とは反対側に回路基板５６に実装されたコネクタ５８とを備えている。回路基板５１、回路基板５４および回路基板５６は、複数の電子部品が実装されている。また、回路基板５１、回路基板５４および回路基板５６は、互いに電気的に接続されている。

潤滑油劣化センサ１０は、支持部材２０および機械９０の間からの潤滑油９１の漏れを防止するＯリング１４と、支持部材２０およびホルダ３０の間からの潤滑油９１の漏れを防止するＯリング１５とを備えている。

図３（ａ）は、支持部材２０の正面図である。図３（ｂ）は、支持部材２０の正面断面図である。図４（ａ）は、支持部材２０の側面図である。図４（ｂ）は、支持部材２０の側面断面図である。図５（ａ）は、支持部材２０の平面図である。図５（ｂ）は、支持部材２０の底面図である。

図１〜図５に示すように、支持部材２０は、機械９０のネジ穴９０ａに固定されるためのネジ部２１と、機械９０のネジ穴９０ａに対してネジ部２１が回転させられるときに工具によって掴まれるための八角形状の工具接触部２２と、ホルダ３０が収納されるホルダ収納部２３とを備えている。

また、支持部材２０は、白色ＬＥＤ５２が挿入される穴２４と、ＲＧＢセンサ５３が挿
入される穴２５と、ネジ１１が挿入されるための２つの穴２６と、ネジ１２がねじ込まれるための２つのネジ穴２７と、ネジ１３がねじ込まれるための２つのネジ穴２８とが形成されている。

なお、支持部材２０は、回路基板５１を介して白色ＬＥＤ５２およびＲＧＢセンサ５３を支持している。また、支持部材２０は、ホルダ３０を介して隙間形成部材４０を支持している。

図６（ａ）は、ホルダ３０の正面図である。図６（ｂ）は、ホルダ３０の正面断面図である。図７（ａ）は、ホルダ３０の側面図である。図７（ｂ）は、ホルダ３０の側面断面図である。図８（ａ）は、ホルダ３０の平面図である。図８（ｂ）は、ホルダ３０の底面図である。図９は、白色ＬＥＤ５２からＲＧＢセンサ５３までの光路１０ａを示す図である。

図１、図２および図６〜図９に示すように、ホルダ３０は、直角プリズム４１が収納されるプリズム収納部３１と、直角プリズム４２が収納されるプリズム収納部３２と、白色ＬＥＤ５２が収納されるＬＥＤ収納部３３とを備えている。

また、ホルダ３０は、ＲＧＢセンサ５３用の穴３４と、プリズム収納部３１およびＬＥＤ収納部３３を連通する穴３５と、プリズム収納部３２および穴３４を連通する穴３６と、ネジ１１がねじ込まれるための２つのネジ穴３７と、Ｏリング１５が嵌る溝３８と、プリズム収納部３１に直角プリズム４１を固定する接着剤が穴３５に浸入することを防止するための環状の溝３９ａと、プリズム収納部３２に直角プリズム４２を固定する接着剤が穴３６に浸入することを防止するための環状の溝３９ｂとが形成されている。

プリズム収納部３１は、直角プリズム４１を挟み込む２つの壁３１ａを備えており、壁３１ａにおいて接着剤によって直角プリズム４１を固定している。プリズム収納部３２は、直角プリズム４２を挟み込む２つの壁３２ａを備えており、壁３２ａにおいて接着剤によって直角プリズム４２を固定している。

ホルダ３０は、ＬＥＤ収納部３３、穴３５、プリズム収納部３１、プリズム収納部３２、穴３６および穴３４によって、白色ＬＥＤ５２からＲＧＢセンサ５３までの光路１０ａの少なくとも一部を囲んでおり、本発明の光路囲み部材を構成している。

ホルダ３０は、例えば艶消しの黒アルマイト処理のように、光の反射を防止する処理が表面に施されている。

図９に示すように、隙間形成部材４０の油用隙間４０ａは、白色ＬＥＤ５２からＲＧＢセンサ５３までの光路１０ａ上に配置されている。

直角プリズム４１、４２は、白色ＬＥＤ５２によって発せられる光を透過させる。直角プリズム４１は、白色ＬＥＤ５２によって発せられる光が入射する入射面４１ａと、入射面４１ａから入射した光を反射して光の進行方向を９０度曲げる反射面４１ｂと、反射面４１ｂで反射した光が出射する出射面４１ｃとが形成されている。

直角プリズム４２は、直角プリズム４１の出射面４１ｃから出射した光が入射する入射面４２ａと、入射面４２ａから入射した光を反射して光の進行方向を９０度曲げる反射面４２ｂと、反射面４２ｂで反射した光が出射する出射面４２ｃとが形成されている。

直角プリズム４１の入射面４１ａ、反射面４１ｂおよび出射面４１ｃと、直角プリズム
４２の入射面４２ａ、反射面４２ｂおよび出射面４２ｃとは、光学研磨されている。また、直角プリズム４１の反射面４１ｂと、直角プリズム４２の反射面４２ｂとは、アルミ蒸着膜が施されている。そして、硬度や密着力が弱いアルミ蒸着膜を保護するために、ＳｉＯ_２膜がアルミ蒸着膜上に更に施されている。

光路１０ａは、直角プリズム４１の反射面４１ｂで９０度曲げられていて、直角プリズム４２の反射面４２ｂでも９０度曲げられている。すなわち、光路１０ａは、隙間形成部材４０によって１８０度曲げられている。

直角プリズム４１の出射面４１ｃと、直角プリズム４２の入射面４２ａとの距離、すなわち、油用隙間４０ａの長さは、例えば１ｍｍである。油用隙間４０ａの長さが短過ぎる場合、潤滑油９１中の汚染物質が油用隙間４０ａを適切に流通し難いので、潤滑油９１中の汚染物質の色の検出精度が落ちる。

一方、油用隙間４０ａの長さが長過ぎる場合、白色ＬＥＤ５２から発せられた光が油用隙間４０ａ内の潤滑油９１中の汚染物質によって吸収され過ぎてＲＧＢセンサ５３まで届き難いので、やはり潤滑油９１中の汚染物質の色の検出精度が落ちる。したがって、油用隙間４０ａの長さは、潤滑油９１中の汚染物質の色の検出精度が高くなるように、適切に設定されることが好ましい。

白色ＬＥＤ５２は、白色の光を発する電子部品であり、本発明の白色発光素子を構成している。白色ＬＥＤ５２として、例えば、日亜化学工業株式会社製のNSPW500GS-K1が使用されても良い。

ＲＧＢセンサ５３は、受けた光の色を検出する電子部品であり、本発明のカラー受光素子を構成している。ＲＧＢセンサ５３として、例えば、浜松ホトニクス株式会社製のS9032-02が使用されても良い。

図２に示すように、コネクタ５８は、潤滑油劣化センサ１０の外部の装置のコネクタ９５が接続されて、外部の装置からコネクタ９５を介して電力が供給されるとともに、潤滑油劣化センサ１０の検出結果を電気信号としてコネクタ９５を介して外部の装置に出力するようになっている。

図１０（ａ）は、カバー６０の正面断面図である。図１０（ｂ）は、カバー６０の側面断面図である。図１１（ａ）は、カバー６０の平面図である。図１１（ｂ）は、カバー６０の底面図である。

図１、図２、図１０および図１１に示すように、カバー６０は、コネクタ５８が挿入される穴６１と、ネジ１３が挿入されるための２つの穴６２とが形成されている。

カバー６０は、例えば艶消しの黒アルマイト処理のように、光の反射を防止する処理が表面に施されている。

次に、潤滑油劣化センサ１０の組立方法について説明する。

まず、ホルダ３０のプリズム収納部３１うち直角プリズム４１の入射面４１ａと接触する面であって溝３９ａの外周側の面と、直角プリズム４１の面のうちプリズム収納部３１の２つの壁３１ａとそれぞれ接触する２つの面とに接着剤が塗られ、その接着剤によってプリズム収納部３１に直角プリズム４１が固定される。また、ホルダ３０のプリズム収納部３２うち直角プリズム４２の出射面４２ｃと接触する面であって溝３９ｂの外周側の面
と、直角プリズム４２の面のうちプリズム収納部３２の２つの壁３２ａとそれぞれ接触する２つの面とに接着剤が塗られ、その接着剤によってプリズム収納部３２に直角プリズム４２が固定される。また、ホルダ３０のＬＥＤ収納部３３に白色ＬＥＤ５２が接着剤によって固定される。

次いで、Ｏリング１５が取り付けられたホルダ３０が、Ｏリング１４が取り付けられた支持部材２０のホルダ収納部２３にネジ１１によって固定される。

次いで、回路基板５１、ＲＧＢセンサ５３、コネクタ５８など、白色ＬＥＤ５２を除く各種の電子部品が予め組み上げられた電子部品群５０が支持部材２０にネジ１２によって固定され、白色ＬＥＤ５２が回路基板５１にハンダによって固定される。

最後に、カバー６０が支持部材２０にネジ１３によって固定される。

次に、機械９０への潤滑油劣化センサ１０の設置方法について説明する。

まず、支持部材２０の工具接触部２２が工具によって掴まれて、機械９０のネジ穴９０ａに支持部材２０のネジ部２１がねじ込まれることによって、機械９０に潤滑油劣化センサ１０が固定される。

そして、潤滑油劣化センサ１０の外部の装置のコネクタ９５がコネクタ５８に接続される。

次に、潤滑油劣化センサ１０の動作について説明する。

潤滑油劣化センサ１０は、コネクタ５８を介して外部の装置から供給される電力によって白色ＬＥＤ５２から白色の光を発する。

そして、潤滑油劣化センサ１０は、ＲＧＢセンサ５３によって受けた光のＲＧＢの各色の光量を電気信号としてコネクタ５８を介して外部の装置に出力する。

なお、潤滑油劣化センサ１０は、ＲＧＢセンサ５３以外のセンサを別途搭載していても良い。例えば、潤滑油劣化センサ１０は、潤滑油９１の温度を検出する温度センサが電子部品群５０に含まれている場合には、温度センサによって検出された温度も電気信号としてコネクタ５８を介して外部の装置に出力することができる。

以上に説明したように、潤滑油劣化センサ１０は、白色ＬＥＤ５２によって発せられた白色の光のうち油用隙間４０ａにおいて潤滑油９１中の汚染物質によって吸収されなかった波長の光に対して、ＲＧＢセンサ５３によって色を検出するので、機械９０の潤滑油９１中の汚染物質の色を即時に検出することができる。つまり、潤滑油劣化センサ１０は、ＲＧＢセンサ５３によって検出した色に基づいて機械９０の潤滑油９１中の汚染物質の種類をコンピュータなどの外部の装置によって即時に特定可能にすることができる。なお、潤滑油劣化センサ１０は、ＲＧＢセンサ５３によって検出した色に基づいて機械９０の潤滑油９１中の汚染物質の種類を特定する電子部品が電子部品群５０に含まれていても良い。

また、潤滑油劣化センサ１０は、隙間形成部材４０に光路１０ａを曲げる反射面４１ｂ、４２ｂが形成されているので、白色ＬＥＤ５２からＲＧＢセンサ５３までの光路１０ａが一直線である構成と比較して、白色ＬＥＤ５２およびＲＧＢセンサ５３を近くに配置して全体を小型化することができる。また、潤滑油劣化センサ１０は、隙間形成部材４０が
油用隙間４０ａを形成する役割だけでなく、光路１０ａを曲げる役割も備えているので、隙間形成部材４０の代わりに光路１０ａを曲げる部材を別途備える構成と比較して、部品点数を減らすことができる。

特に、潤滑油劣化センサ１０は、光路１０ａを９０度曲げる反射面４１ｂ、４２ｂがそれぞれ形成されている２つの直角プリズム４１、４２によって隙間形成部材４０が構成されており、２つの直角プリズム４１、４２の反射面４１ｂ、４２ｂによって光路１０ａを１８０度曲げ、２つの直角プリズム４１、４２の間に油用隙間４０ａが形成されている構成であるので、部品点数の少ない簡単な構成で小型化することができる。

また、潤滑油劣化センサ１０は、光路１０ａの少なくとも一部を囲むホルダ３０を備えており、光の反射を防止する処理がホルダ３０の表面に施されている構成であるので、不要な反射光をＲＧＢセンサ５３が受けることを防止することができる。したがって、潤滑油劣化センサ１０は、不要な反射光をＲＧＢセンサ５３が受ける構成と比較して、潤滑油９１中の汚染物質の色の検出精度を向上することができる。

また、潤滑油劣化センサ１０は、隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する面、すなわち、直角プリズム４１の出射面４１ｃおよび直角プリズム４２の入射面４２ａに撥油処理が施されていても良い。潤滑油劣化センサ１０は、直角プリズム４１の出射面４１ｃおよび直角プリズム４２の入射面４２ａに撥油処理が施されている場合、潤滑油９１に油用隙間４０ａを容易に流通させるので、潤滑油９１が油用隙間４０ａに滞り易い構成と比較して、潤滑油９１中の汚染物質の色の検出精度を向上することができる。また、潤滑油劣化センサ１０は、直角プリズム４１の出射面４１ｃおよび直角プリズム４２の入射面４２ａに撥油処理が施されている場合、直角プリズム４１の出射面４１ｃおよび直角プリズム４２の入射面４２ａに汚れが付着し難いので、潤滑油９１中の汚染物質の色の検出精度が汚れの付着によって低下することを抑えることができる。

なお、潤滑油劣化センサ１０は、白色ＬＥＤ５２およびＲＧＢセンサ５３の配置が本実施の形態において説明した配置以外の配置であっても良い。例えば、潤滑油劣化センサ１０は、白色ＬＥＤ５２からＲＧＢセンサ５３までの光路１０ａが一直線であっても良い。

また、潤滑油劣化センサ１０は、直角プリズム以外の構成によって、光路１０ａを曲げるようになっていても良い。

１０…潤滑油劣化センサ、１０ａ…光路、２０…支持部材、３０…ホルダ（光路囲み部材）、４０…隙間形成部材、４０ａ…油用隙間、４１…直角プリズム、４１ｂ…反射面、４１ｃ…出射面（油用隙間を形成する面）、４２…直角プリズム、４２ａ…入射面（油用隙間を形成する面）、４２ｂ…反射面、５２…白色ＬＥＤ（白色発光素子）、５３…ＲＧＢセンサ（カラー受光素子）、９０…機械、９１…潤滑油。

Claims

光を発する発光素子と、
前記光を検出する受光素子と、
前記発光素子から光が入射する入射面と、前記入射面に入射した光を出射する出射面とを含み、前記入射面から前記出射面までの光路のなかに、潤滑油が入るための隙間を区画する透過部と、
前記発光素子から前記入射面までの光路を絞る絞り部とを備え、
前記絞り部は、
前記発光素子が収納される第１の穴を区画する第１の区画部と、
前記第１の穴と前記入射面とを連通する穴であって前記第１の穴における光路面積よりも小さい光路面積を有し、かつ、光路の延在方向において前記第１の穴の長さよりも短い第２の穴を区画する第２の区画部とから構成される
光学センサ。
前記発光素子から前記透過部までの光路、および、前記透過部から前記受光素子までの光路を囲む部材が、光の反射を抑える表面を備え、かつ、前記発光素子から前記透過部までの光路が、前記透過部から前記受光素子までの光路よりも短い
請求項１に記載の光学センサ。
前記絞り部は、第１の絞り部であり、
前記出射面から前記受光素子までの光路を絞る第２の絞り部をさらに備える
請求項１または２に記載の光学センサ。
前記第２の絞り部は、
前記受光素子が収納される第３の穴を区画する第３の区画部と、
前記第３の穴と前記出射面とを連通する穴であって前記第３の穴における光路面積よりも小さい光路面積を有した部分を含む第４の穴を区画する第４の区画部とを備える
請求項３に記載の光学センサ。
前記透過部は、第１の直角プリズムと第２の直角プリズムとを備え、
前記第１の直角プリズムは、前記入射面である第１の入射面と、前記第１の入射面とのなす角度が直角である第１の出射面と、当該直角である頂角に対する斜面であって前記第１の入射面から入る光の光路を曲げる第１の反射面と、前記第１の入射面、前記第１の出射面、および、前記第１の反射面を挟む一対の第１の側面とを備え、
前記第２の直角プリズムは、前記第１の出射面と対向する第２の入射面と、前記第２の入射面とのなす角度が直角であって前記出射面である第２の出射面と、当該直角である頂角に対する斜面であって前記第２の入射面から入る光の光路を曲げる第２の反射面と、前記第２の入射面、前記第２の出射面、および、前記第２の反射面を挟む一対の第２の側面とを備え、
前記第１の直角プリズム、および、前記第２の直角プリズムの少なくとも一方が固定対象であり、
前記光学センサは、前記固定対象において前記側面を含む面が固定される壁をさらに備えてもよい
請求項１から４のいずれか一項に記載の光学センサ。
前記発光素子、前記受光素子、および、前記透過部を支持する支持体をさらに備え、
前記支持体が、前記絞り部を含む
請求項１から５のいずれか一項に記載の光学センサ。