JP6310659B2

JP6310659B2 - 潤滑油劣化判定装置、潤滑油劣化判定方法、および、プログラム

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Publication number: JP6310659B2
Application number: JP2013181756A
Authority: JP
Inventors: 文彦横山; 高橋　勉; 勉高橋; 恵則大沼; 卓也白田
Original assignee: IHI Corp; Nabtesco Corp
Current assignee: IHI Corp; Nabtesco Corp
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: JP2015049166A

Description

本発明は、潤滑油中の不溶解物粒子を検出する潤滑油劣化判定装置、潤滑油劣化判定方法、および、プログラムに関する。

タービンや圧縮機等を構成する軸受等の摺動部材を備えた産業機械においては、摺動部材に潤滑油が供給される。潤滑油は、潤滑油として主な機能を有する基油と、基油の酸化を抑制するための酸化防止剤とを含んで構成される。潤滑油においては、基油が酸化し、酸化防止剤が酸化、分解（劣化）、消耗される。このような潤滑油を監視、検査することで、潤滑油の劣化状態を把握することができる。

潤滑油における基油の劣化状態を検知する技術として、ＦＴＩＲ（Fourier Transform InfraRed）赤外分光法を用いて潤滑油の全酸価や動粘度を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

また、潤滑油に白色の光を照射して、透過光のＲ成分の光量、Ｇ成分の光量、Ｂ成分の光量のいずれか１の成分の光量に基づいて、潤滑油の劣化状態を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。

また、潤滑油に白色の光を照射して、透過光のＲ成分の光量、Ｇ成分の光量、Ｂ成分の光量を導出する技術も開示されている（例えば、特許文献３〜５）。

特開平５−２１５６７５号公報特開平６−３４５４１号公報国際公開第２０１２／０７４１０９号公報国際公開第２０１２／０７４１１２号公報特開２０１２−１１７９５１号公報

ところで近年、酸化劣化の指標である全酸価、動粘度が新油のレベルにも関わらず、潤滑油中に極わずかに酸化劣化物（劣化生成物）が生成すると、当該劣化生成物が摺動部材に堆積し、摺動部材間のクリアランスを詰めてしまうといった不具合を引き起こす要因となる場合があることが分かってきた。そこで、潤滑油の劣化状態を検知する上記特許文献１、２の技術を利用して、劣化生成物を検出することが考えられる。しかし、酸化劣化の指標である全酸価、動粘度が新油のレベルであるため、特許文献１、２の技術では摺動部材への堆積の原因となる劣化生成物を検出できない。

本発明は、このような課題に鑑み、光を用いて潤滑油の劣化状態を判定する技術において、潤滑油中に析出した、劣化生成物を含む不溶解物粒子を検出することが可能な潤滑油劣化判定装置、潤滑油劣化判定方法、および、プログラムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の潤滑油劣化判定装置は、潤滑油を収容する収容部と、収容部に収容された潤滑油に白色の光を照射する発光部と、発光部が照射した光であって、潤滑油を通過した光を受光して、当該受光した光のＲ成分、Ｇ成分、および、Ｂ成分それぞれの光量を導出する受光部と、受光部が導出した光量に基づいて、潤滑油が劣化しているか否かを判定する制御部と、を備え、制御部は、受光部が導出したＲ成分の光量をＲ、Ｇ成分の光量をＧ、Ｂ成分の光量をＢとしたときに、ＲとＧとの差分、ＧとＢとの差分、および、ＢとＲとの差分のうち最も大きい差分である最大色差を導出し、使用前の潤滑油の最大色差をＸ_０、判定対象の潤滑油の最大色差をＸ_Ｔとしたときに、最大色差の変化率Ｃ＝（Ｘ_Ｔ−Ｘ_０）／Ｘ_０を導出し、導出した最大色差の変化率Ｃが予め定められた閾値以上であるか否かで、判定対象の潤滑油が劣化しているか否かを判定することを特徴とする。

また、閾値は、潤滑油が供給される摺動部材が、予め定められた時間稼動を維持した場合に不具合を起こすと推測される、潤滑油から析出した不溶解物粒子の量に基づいて決定されるとしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の潤滑油劣化判定方法は、潤滑油に白色の光を照射する工程と、照射した白色の光であって、潤滑油を通過した光を受光して、当該受光した光のＲ成分、Ｇ成分、および、Ｂ成分それぞれの光量を導出する工程と、導出したＲ成分の光量をＲ、Ｇ成分の光量をＧ、Ｂ成分の光量をＢとしたときに、ＲとＧとの差分、ＧとＢとの差分、および、ＢとＲとの差分のうち最も大きい差分である最大色差を導出する工程と、使用前の潤滑油の最大色差をＸ_０、判定対象の潤滑油の最大色差をＸ_Ｔとしたときに、最大色差の変化率Ｃ＝（Ｘ_Ｔ−Ｘ_０）／Ｘ_０を導出する工程と、導出した最大色差の変化率Ｃが予め定められた閾値以上であるか否かで、判定対象の潤滑油が劣化しているか否かを判定する工程と、を含むことを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明のプログラムは、潤滑油を収容する収容部と、収容部に収容された潤滑油に白色の光を照射する発光部と、発光部が照射した光であって、潤滑油を通過した光を受光して、当該受光した光のＲ成分、Ｇ成分、および、Ｂ成分それぞれの光量を導出する受光部とを備えたコンピュータを、受光部が導出したＲ成分の光量をＲ、Ｇ成分の光量をＧ、Ｂ成分の光量をＢとしたときに、ＲとＧとの差分、ＧとＢとの差分、および、ＢとＲとの差分のうち最も大きい差分である最大色差を導出し、使用前の潤滑油の最大色差をＸ_０、判定対象の潤滑油の最大色差をＸ_Ｔとしたときに、最大色差の変化率Ｃ＝（Ｘ_Ｔ−Ｘ_０）／Ｘ_０を導出し、導出した最大色差の変化率Ｃが予め定められた閾値以上であるか否かで、判定対象の潤滑油が劣化しているか否かを判定する制御部として機能させる。

本発明によれば、光を用いて潤滑油の劣化状態を判定する技術において、潤滑油中に析出した、劣化生成物を含む不溶解物粒子を検出することが可能となる。

潤滑油劣化判定装置を説明するための図である。光センサの構成例を説明するための図である。初期値導出処理の流れを説明するためのフローチャートである。判定処理の流れを説明するためのフローチャートである。実施例にかかる潤滑油の測定結果を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（潤滑油劣化判定装置１００）
図１は、本実施形態にかかる潤滑油劣化判定装置１００を説明するための図である。図１に示すように、潤滑油劣化判定装置１００は、光センサ１１０と、メモリ１２０と、制御部１３０と、報知部１４０とを含んで構成される。

図２は、光センサ１１０の構成例を説明するための図である。なお、図２中、光路を実線の矢印で示す。

図２に示すように、光センサ１１０は、判定対象の機械１５０に設置され、機械１５０に供給される潤滑油Ｌに光を照射するとともに、当該照射した光であって潤滑油Ｌを通過した光を受光して、当該受光した光のＲ（赤）成分、Ｇ（緑）成分、および、Ｂ（青）成分それぞれの光量を導出する。したがって、光センサ１１０は、機械１５０の稼働中であっても潤滑油Ｌに関するＲ成分、Ｇ成分、および、Ｂ成分それぞれの光量をモニタリングすることができる。

具体的に説明すると、光センサ１１０は、収容部２１０と、発光部２２０と、受光部２３０とを含んで構成される。収容部２１０は、後述する発光部２２０と、受光部２３０との光路上に配される。収容部２１０は、互いに離隔して配された直角プリズム２１２ａ、２１２ｂで構成され、直角プリズム２１２ａと、直角プリズム２１２ｂとの間に形成された空隙（収容空間）に潤滑油Ｌを収容する。

発光部２２０は、例えば、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成され、収容部２１０に収容された潤滑油Ｌに白色の光を照射する。

受光部２３０は、例えば、受光素子で構成され、発光部２２０が照射した光であって、潤滑油Ｌを通過した光を受光して、受光した光のＲ成分、Ｇ成分、および、Ｂ成分それぞれの光量を導出する。そして、受光部２３０によって導出された、Ｒ成分の光量、Ｇ成分の光量、および、Ｂ成分の光量を示す情報は、制御部１３０に出力されることとなる。

図１に戻って説明すると、メモリ１２０は、ＲＡＭ等で構成され、後述する制御部１３０が生成した、使用前の潤滑油Ｌ_０の最大色差Ｘ_０を示す情報および閾値Ｖを示す情報を保持する。

制御部１３０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、メモリ１２０やワークエリアとしてのＲＡＭ、他の電子回路と協働して潤滑油劣化判定装置１００全体を管理および制御する。

本実施形態において、制御部１３０は、受光部２３０が導出した、Ｒ成分の光量（以下、「Ｒ」と称する）、Ｇ成分の光量（以下、「Ｇ」と称する）、Ｂ成分の光量（以下、「Ｂ」と称する）に基づいて、潤滑油Ｌが劣化しているか否かを判定する。

本願発明者は、ＲとＧとの差分（｜Ｒ−Ｇ｜）、ＧとＢとの差分（｜Ｇ−Ｂ｜）、および、ＢとＲとの差分（｜Ｂ−Ｒ｜）のうち、最も大きい差分である最大色差の変化率と、潤滑油Ｌ中の不溶解物粒子の量に相関があることを見出し、最大色差の変化率を利用して、潤滑油Ｌの劣化状態を判定できることに想到した。ここで、不溶解物粒子は、酸化防止剤の劣化生成物、基油の酸化物、および、腐食によって発生した硫化物等、潤滑油Ｌから析出した粒子を示す。

具体的に説明すると、光センサ１１０は、使用中または使用後の潤滑油Ｌ_Ｔが劣化しているか否かを判定する前に、予め、使用前の潤滑油Ｌ_０のＲＧＢを導出しておき、制御部１３０は、使用前の潤滑油Ｌ_０のＲＧＢに基づいて、｜Ｒ−Ｇ｜、｜Ｇ−Ｂ｜、および、｜Ｂ−Ｒ｜を導出し、これらの差分のうち最も大きい差分である最大色差Ｘ_０を導出しておく。こうして導出した使用前の潤滑油Ｌ_０の最大色差Ｘ_０を上記メモリ１２０に記憶させておく。また、制御部１３０は、使用中または使用後の潤滑油Ｌ_Ｔが劣化しているか否かを判定する前に、後述する閾値Ｖを予めメモリ１２０に記憶させておく。

そして、使用中または使用後の潤滑油Ｌ_Ｔが劣化しているか否かを判定する場合、潤滑油劣化判定装置１００の光センサ１１０は、判定対象の潤滑油Ｌ_ＴのＲＧＢを導出する。そして、制御部１３０は、潤滑油Ｌ_ＴのＲＧＢに基づいて、｜Ｒ−Ｇ｜、｜Ｇ−Ｂ｜、および、｜Ｂ−Ｒ｜を導出し、これらの差分のうち最も大きい差分である最大色差Ｘ_Ｔを導出する。

続いて、制御部１３０は、下記数式１を用いて変化率Ｃ（％）を導出する。
変化率Ｃ＝（Ｘ_Ｔ−Ｘ_０）／Ｘ_０…数式１

そして、制御部１３０は、変化率Ｃが予め定められた閾値Ｖ以上であるか否かで、判定対象の潤滑油Ｌ_Ｔが劣化しているか否かを判定する。

続いて、閾値Ｖの設定について説明する。まず、潤滑油Ｌが供給される摺動部材が、今後予め定められた時間（例えば、１時間）稼動を維持した場合に不具合を起こすと推測される、不溶解物粒子の量（以下、「限界粒子量」と称する）を決定する。これは、実際に不具合を起こした摺動部材の潤滑油Ｌに含まれる不溶解物粒子の量を測定することによって決定することができる。例えば、限界粒子量を、実際に不具合を起こした摺動部材の潤滑油Ｌに含まれる不溶解物粒子の量の９０％と決定する。なお、潤滑油Ｌに含まれる不溶解物粒子の量の測定は、例えば、特願２０１２−１０５８９３号に記載された技術等の既存の技術を利用することができる。

そして、複数種類の潤滑油Ｌに対して、限界粒子量の不溶解物粒子が含まれる際の変化率Ｃを導出し、これらの平均値または中央値を閾値Ｖとする。限界粒子量の不溶解物粒子が含まれる際の変化率Ｃは、限界粒子量の不溶解物粒子を使用前の潤滑油Ｌ_０に含有させて、当該限界粒子量の不溶解物粒子を含有した潤滑油Ｌを測定することで導出することができる。

また、摺動部材の稼動時間を利用して、限界粒子量の不溶解物粒子が含まれる際の変化率Ｃを導出することもできる。例えば、使用前の潤滑油Ｌ_０を供給して摺動部材を稼動させ、限界粒子量の不溶解物粒子が析出するまでの稼動時間（以下、「限界稼動時間」と称する）を計測する。また、潤滑油劣化判定装置１００を用いて、限界稼動時間における変化率Ｃを導出する。このようにして、複数種類の潤滑油Ｌの限界稼動時間における変化率Ｃを導出し、これらの平均値または中央値を閾値Ｖとする。

このようにして決定した閾値Ｖを、作業者による操作入力に応じて、制御部１３０は、メモリ１２０に記憶しておく。

このように、閾値Ｖを設定することにより、摺動部材が不具合を起こす前に、潤滑油Ｌの劣化を判定することができ、作業者に潤滑油Ｌの交換を促すことが可能となる。

図１に戻って、報知部１４０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＬＥＤ等の表示装置やスピーカ等の音声出力装置で構成され、制御部１３０が判定した結果を作業者に報知する。報知部１４０を備える構成により、作業者に判定結果を容易に把握させることが可能となる。

（潤滑油劣化判定方法）
続いて、上述した潤滑油劣化判定装置１００を用いた潤滑油劣化判定方法について説明する。ここでは、まず、潤滑油劣化判定装置１００が、使用前の潤滑油Ｌ_０の最大色差Ｘ_０を導出する初期値導出処理について説明し、その後、潤滑油劣化判定装置１００が、最大色差Ｘ_０を用いて、使用中または使用後の潤滑油Ｌ_Ｔが劣化しているか否かを判定する判定処理について説明する。

図３は、初期値導出処理の流れを説明するためのフローチャートである。図３に示すように、まず、収容部２１０に使用前の潤滑油Ｌ_０を収容して、発光部２２０は潤滑油Ｌ_０に白色の光を照射し（照射工程：Ｓ３１０）、受光部２３０は、照射された白色の光であって、潤滑油Ｌ_０を通過した光を受光して、当該受光した光のＲ成分、Ｇ成分、および、Ｂ成分それぞれの光量を導出する（受光工程：Ｓ３１２）。

そして、制御部１３０は、使用前の潤滑油Ｌ_０のＲＧＢに基づいて、｜Ｒ−Ｇ｜、｜Ｇ−Ｂ｜、および、｜Ｂ−Ｒ｜を導出し、これらの差分のうち最も大きい差分である最大色差Ｘ_０を導出する（最大色差導出工程：Ｓ３１４）。最後に制御部１３０は、導出した使用前の潤滑油Ｌ_０の最大色差Ｘ_０をメモリ１２０に記憶させておく（記憶工程：Ｓ３１６）。また、制御部１３０は、使用中または使用後の潤滑油Ｌ_Ｔが劣化しているか否かを判定する前に、予め閾値Ｖをメモリ１２０に記憶させておく。

図４は、判定処理の流れを説明するためのフローチャートである。使用中または使用後の潤滑油Ｌ_Ｔが劣化しているか否かを判定する場合、図４に示すように、収容部２１０に使用中または使用後の潤滑油Ｌ_Ｔを収容して、発光部２２０は潤滑油Ｌ_Ｔに白色の光を照射し（照射工程：Ｓ３２０）、受光部２３０は、照射された白色の光であって、潤滑油Ｌ_Ｔを通過した光を受光して、当該受光した光のＲ成分、Ｇ成分、および、Ｂ成分それぞれの光量を導出する（受光工程：Ｓ３２２）。

そして、制御部１３０は、使用中または使用後の潤滑油Ｌ_ＴのＲＧＢに基づいて、｜Ｒ−Ｇ｜、｜Ｇ−Ｂ｜、および、｜Ｂ−Ｒ｜を導出し、これらの差分のうち最も大きい差分である最大色差Ｘ_Ｔを導出する（最大色差導出工程：Ｓ３２４）。続いて、制御部１３０は、メモリ１２０に保持された最大色差Ｘ_０と、導出した最大色差Ｘ_Ｔを上記数式１に代入して変化率Ｃを導出し（変化率導出工程：Ｓ３２６）、変化率Ｃがメモリ１２０に保持された閾値Ｖ以上であるか否かを判定する（判定工程：Ｓ３２８）。

変化率Ｃが閾値Ｖ以上であると判定された場合（Ｓ３２８におけるＹＥＳ）、報知部１４０は、潤滑油Ｌ_Ｔが劣化している旨を作業者に報知する（異常報知工程：Ｓ３３０）。変化率Ｃが閾値Ｖ以上ではない（変化率Ｃが閾値Ｖ未満である）と判定された場合（Ｓ３２８におけるＮＯ）、報知部１４０は、潤滑油Ｌ_Ｔが劣化していない旨を作業者に報知する（正常報知工程：Ｓ３３２）。

以上説明したように、本実施形態にかかる潤滑油劣化判定装置１００およびこれを用いた潤滑油劣化判定方法によれば、光を用いて潤滑油Ｌの劣化状態を判定する技術において、潤滑油Ｌ中に析出した、劣化生成物を含む不溶解物粒子を検出することが可能となる。

また、コンピュータを、潤滑油劣化判定装置１００として機能させるプログラムや、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。

（実施例）
上記潤滑油劣化判定装置１００を用いて、５種類の潤滑油ａ〜ｅの変化率Ｃ（％）を導出した。図５は、実施例にかかる潤滑油の測定結果を説明するための図である。なお、図５中、潤滑油ａの変化率Ｃを破線で、潤滑油ｂの変化率Ｃを一点鎖線で、潤滑油ｃの変化率Ｃを二点鎖線で、潤滑油ｄの変化率Ｃを細線で、潤滑油ｅの変化率Ｃを太線で示す。

図５に示すように、潤滑油ａ〜ｅのいずれの潤滑油においても稼動時間が経過するにつれて、変化率Ｃが上昇する。これにより、不溶解物粒子の量の増加量と、変化率Ｃとの相関性が分かり、変化率Ｃによって、不溶解物粒子の量を間接的に測定できることが確認された。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上述した実施形態において、光センサ１１０が直角プリズム２１２ａ、２１２ｂを備え、光路が屈曲する場合を例に挙げて説明した。しかし、直角プリズム２１２ａ、２１２ｂは必須の構成ではなく、発光部２２０と受光部２３０との光路は直線であってもよい。

本発明は、潤滑油中の不溶解物粒子を検出する潤滑油劣化判定装置、潤滑油劣化判定方法、および、プログラムに利用することができる。

１００潤滑油劣化判定装置
１３０制御部
２１０収容部
２２０発光部
２３０受光部

Claims

潤滑油を収容する収容部と、
前記収容部に収容された潤滑油に白色の光を照射する発光部と、
前記発光部が照射した光であって、前記潤滑油を通過した光を受光して、当該受光した光のＲ成分、Ｇ成分、および、Ｂ成分それぞれの光量を導出する受光部と、
前記受光部が導出した前記光量に基づいて、前記潤滑油が劣化しているか否かを判定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記受光部が導出した前記Ｒ成分の光量をＲ、前記Ｇ成分の光量をＧ、前記Ｂ成分の光量をＢとしたときに、前記Ｒと前記Ｇとの差分、前記Ｇと前記Ｂとの差分、および、前記Ｂと前記Ｒとの差分のうち最も大きい差分である最大色差を導出し、
使用前の潤滑油の前記最大色差をＸ_０、判定対象の潤滑油の前記最大色差をＸ_Ｔとしたときに、最大色差の変化率Ｃ＝（Ｘ_Ｔ−Ｘ_０）／Ｘ_０を導出し、
導出した前記最大色差の変化率Ｃが予め定められた閾値以上であるか否かで、前記判定対象の潤滑油が劣化しているか否かを判定することを特徴とする潤滑油劣化判定装置。
前記閾値は、前記潤滑油が供給される摺動部材が、予め定められた時間稼動を維持した場合に不具合を起こすと推測される、該潤滑油から析出した不溶解物粒子の量に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の潤滑油劣化判定装置。
潤滑油に白色の光を照射する工程と、
照射した前記白色の光であって、前記潤滑油を通過した光を受光して、当該受光した光のＲ成分、Ｇ成分、および、Ｂ成分それぞれの光量を導出する工程と、
導出した前記Ｒ成分の光量をＲ、前記Ｇ成分の光量をＧ、前記Ｂ成分の光量をＢとしたときに、前記Ｒと前記Ｇとの差分、前記Ｇと前記Ｂとの差分、および、前記Ｂと前記Ｒとの差分のうち最も大きい差分である最大色差を導出する工程と、
使用前の潤滑油の前記最大色差をＸ_０、判定対象の潤滑油の前記最大色差をＸ_Ｔとしたときに、最大色差の変化率Ｃ＝（Ｘ_Ｔ−Ｘ_０）／Ｘ_０を導出する工程と、
導出した前記最大色差の変化率Ｃが予め定められた閾値以上であるか否かで、前記判定対象の潤滑油が劣化しているか否かを判定する工程と、
を含むことを特徴とする潤滑油劣化判定方法。
潤滑油を収容する収容部と、該収容部に収容された潤滑油に白色の光を照射する発光部と、該発光部が照射した光であって、前記潤滑油を通過した光を受光して、当該受光した光のＲ成分、Ｇ成分、および、Ｂ成分それぞれの光量を導出する受光部とを備えたコンピュータを、
前記受光部が導出した前記Ｒ成分の光量をＲ、前記Ｇ成分の光量をＧ、前記Ｂ成分の光量をＢとしたときに、前記Ｒと前記Ｇとの差分、前記Ｇと前記Ｂとの差分、および、前記Ｂと前記Ｒとの差分のうち最も大きい差分である最大色差を導出し、
使用前の潤滑油の前記最大色差をＸ_０、判定対象の潤滑油の前記最大色差をＸ_Ｔとしたときに、最大色差の変化率Ｃ＝（Ｘ_Ｔ−Ｘ_０）／Ｘ_０を導出し、
導出した前記最大色差の変化率Ｃが予め定められた閾値以上であるか否かで、前記判定対象の潤滑油が劣化しているか否かを判定する制御部として機能させるためのプログラム。