JPS61264238A - 光透過形潤滑油異常検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は機械設備に用いられている潤滑油の劣化、潤
滑油中の金属摩耗粉などの異物の量の増加などの潤滑油
の異常を、試料潤滑油に光を透過させ、その透過光から
検出する光透過形潤滑油異常検出器に関する。

「従来の技術」 潤滑油は機械設備の摺動部において二つの固体間の摩擦
をへらして摩耗１発熱などを少なくすることを目的とし
て広く使用されており、設備管理の上では、この潤滑管
理は非常に重要とされている。この潤滑油の劣化は、機
械設備の摺動部の潤滑不良をまねき、部品の異常摩耗へ
とつながり、設備故障の大きな原因となっており、また
機械設備の摺動部に異常摩耗が発生すると潤滑油中には
金属摩耗粉等が・分散されることになる。従って機械設
備に用いられている潤滑油の異常の程度を検出すること
は、機械設備の摺動′部の異常を、重大な設備故障に至
るまえに発見することが可能となり、機械設備の安定運
転をはかる上で非常に有効な方法となる。

しかしながら従来においては、゛この潤滑油の異常の程
度を検出する方法としては、例えば潤滑油を非常に微細
なフィルターに通過させ、油中の金属摩耗粉等の異物を
フィルター上に捕捉し、そのフィルターを観察したり、
粒子量を計測して、金属摩耗粉等の異物の量を測定して
いた。この方法は潤滑油の濾過に非常に手間がかかり、
定量性に欠けていた。

光の透過を利用して潤滑油の異常を検出することも行わ
れている。しかし実際に現場で使用されている潤滑油は
多種多様であり、潤滑油の透過度も油種により異なり、
機械設備の潤滑部の機械要素の種類、潤滑条件によって
最適な潤滑油が選択されている。潤滑油の新油の吸光度
は第８図に示すように潤滑油の種類により異る。第８図
は潤滑油Ａを吸光度Ｏとし、完全遮光状態、つまり透過
光量０（暗状態）を吸光度１００（χ）とした時の潤滑
油Ａ−Ｍの新油の吸光度を示す。

「発明が解決しようとする問題点」 このため従来においては測定する潤滑油ごとに基準とな
る新油により測定器を校正する必要があり、測定に手数
を要し、更に測定された値により、潤滑油の異常や機械
設備の摺動部の異常程度を即座に判定することはできな
かった。更に潤滑油には例えば第９図に示すように光の
吸収スペクトルに特徴を持っており、その特異なピーク
波長を避けて光源の波長を選定しないと、光源の波長の
変化による吸光度の変化を大きく受けてしまう。また、
光の吸収と潤滑油濃度との関係は、一般的にランバート
ベルの法則に基づいており、入射光の強さＩ１と潤滑油
から出てくる透過光の強さＩ２との関係は、試料容器の
長さくセル長）１．サンプル濃度ｄ、波長λで吸収する
潤滑油の種類による吸光係数ｅ（λ）とした時に、 ｉｔ　ｘ　１ｏ−”　’ハ””　ＩＩ　　　　　　−−
−−−−、−（１１で表される。この式の両辺の対数を
とり整理すると次式で表される。

Ｉ１ Ｌｏｇ　　−＝ａ（λ）　−１−ｄ　−−−−−−−−
−（２１■。

この式の左辺Ｌｏｇ□を吸光度と呼び、この吸ｔ 光度は潤滑油濃度ｄとセル長ｌとの積に比例することが
わかる。この関係を実際の潤滑油のデータで示したのが
第１０図である。光が吸収されるのは大部分が潤滑油内
であり、前記セル長ｌは潤滑油内での光の光路長（透過
距離）と対応し、この長さが長いと吸光度が高くなり、
汚れの程度が高い多くの摩耗粉を含む潤滑油では、曲線
６１に示すように透過光量がゼロに近づいてしまい、光
の強度を強くするには限度があり、測定が困難になる。

逆に光路長が短すぎると曲線６１．６２．６３．６４と
順次汚れの程度が小さくなるがその吸光度の差が小さく
、試料容器の製作精度や試料容器のセット誤差による影
響を受は易くなり、透明度の高い、寸法精度の高い角形
石英ガラスの専用容器を用い、しかも試料潤滑油を入れ
かえるごとに溶剤で洗浄し、汚れがないように清浄しな
ければならず、多数の試料を測定するには多くの時間を
必要とする。

このように従来の光透過形潤滑油異常検出器においては
光源、光路長の、影響を受は易い欠点があった。

「問題点を解決するための手段」 この発明によれば、試料潤滑油に投射する光の波長は４
５０ｎｍ〜９５０ｎｍに選定され、潤滑油内の光路長は
１０ｍ〜２５鰭に選定される。このような波長によれば
波長が僅か変動しても吸光度が大きく変化するおそれが
なく、かつ汚れ度の高い潤滑油や吸光度の高い（高濃度
）の潤滑油に対してもそれ程、強力な光源を用いること
なく透過光の強度を測定することができ、かつ光路長が
短か過ぎることなく、試料容器として高価、高精度のも
のを必要としない。

「実施例」 次にこの発明による光透過形潤滑油異常検出器の実施例
を図面を参照して説明する。第１図において、例えば機
械設備の潤滑部から採取された試料潤滑油１１は、例え
ば透明ガラス製の透明容器１２に入れられ、この透明容
器１２に入った試料潤滑油１１に対して発光素子１３か
ら光が入射される。この例では光ファイバ１４の一端が
ある微小な一定間隔をもって透明容器１２の側面に垂直
に配置され、光ファイバ１４の他端は発光素子１３に光
が洩れることなく取付けられている。試料潤滑油１１よ
り透過した光が受光素子１５で受光される。このため光
ファイバ１６の一端が光ファイバ１４と同一直線上で透
明容器１２を介して対向して設けられ、光ファイバ１４
と同様に透明容器１２に微小な一定間隔をもって垂直に
配置され、光ファイバ１６の他端は受光素＋１５に光が
洩れることなく取付けられている。発光素子１３は発光
素子駆動及び調光回路１７によって制御される。

この発光素子１３で発せられた光は、光ファイバ１４を
通って光が拡散することな４透明容器１２中の試料潤滑
油１１の吸光度に応じて透過し、光ファイバ１６を通っ
て受光素子１５に伝えられて電気信号に変換される。な
お必要に応じて透明容器１２が簡単に光ファイバ１４．
１６間の中央に装着固定できるように、例えば装着に許
容性の高いゴム等の弾性体でつくられた容器保持部１８
が光ファイバ１４．１６に対し相対的に固定されている
。さらには発光素子１３及び受光素子１５の温度変化に
よる変動を補正するため温度補償回路１９を設けること
ができる。

この発明によれば発光素子１３としてこれから放射され
る光の波長が４５０ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲の値のもの
が用いられ、また試料潤滑油Ｉｆ内での光路長、この例
では試料容器１２の光ファイバ１４．１６の対向間距離
ｌが１００〜２５ｍの試料容器１２が用いられる。

第２図は発光素子１３の波長をパラメータとした光路長
（セル長）ｌに対する吸光度を示し、曲＆Ｉ６５は波長
が４５０　ｒ＋ｓ＋に対するものであり、曲線６６は波
長が９５ｏｎ−に対するものである。この第２図におい
て斜線を施した領域が前記波長、及び光路長の選定範囲
を示し、この範囲では光路長が長い２５諺で、かつ吸光
度が高い短い波長（４５０ｎｍ）の場合でも吸光度は７
０％以下であり、比較的困難なく透過光の強さを測定す
ることができる。一方、光路長が短く１０ｆｌでかつ吸
光度が低い長い波長（９５０ｎｍ）の場合でも吸光度は
２５％以上であり、試料容器１２のセル長の寸法精度や
汚れの影響を比較的受けない。

発光素子１３の波長は前述したように４５Ｏｎ＋ｗ以上
とするが、第９図より明らかなように４５０ｎ−以上で
は波長が僅か変動しても吸光度の変化は僅かで　゛あり
、発光素子１３に対する条件を厳しくする必要がなく、
しかも比較的高い精度の測定が可能となる。なお、波長
を９５０　ｎ１１以下としたのは現在入手できる発光素
子として波長９５０　ｎａ＋以上のものがなく、測定に
より確認できなかったからである。

第３図は試料容器として特殊のものを用いず、安価な通
常のガラス容器を用い、試料潤滑油を代えても洗浄をす
ることなく用いた場合の容器の汚れや容器の設定ばらつ
きにもとづく、吸光度のばらつきをフルスケールに対す
る％として新油について、各種セル長について測定した
結果を示す。

この第３図からばらつきは±２％以下であり、試料容器
の設定誤差や汚れの程度に影響され難い。

前述した発光素子１３及び光路長ｌの条件下で検出され
た受光素子１５の出力は表示手段に供給されて試料潤滑
油の異常の程度が表示されるが、この例では調整回路２
２を通じて表示手段へ受光素子１５の出力を供給し、潤
滑油の種類にもとづく、吸光度差に拘わらず比較的容易
に測定するようにした場合である。すなわち受光素子１
５よりの電気信号は必要に応じて増幅器２１にて増幅さ
れて調整回路２２へ供給される。調整回路２２は試料潤
滑油１１の種類に応じて零点とレンジとを設定すること
ができ・るようにされている、この例では零点調整回路
２３とレンジ調整回路２４とが縦続接続されている。零
点調整回路２３において増幅器２１の出力が演算増幅器
２５の反転入力端子へ供給され、その非反転入力端子は
抵抗器２６を通して電源端子２７に接続されると共に、
可変抵抗器２８．２９．３０をそれぞれ通して切替スイ
ッチ３１の三つの固定接点に接続され、切替スイッチ３
１の可動接点は接地される。切替スイッチ３１を切替え
ることにより増幅器２１の出力に対し減算される値が切
替えられて零点が設定される。

零点調整回路２３の出力はレンジ調整回路２４における
演算増幅器３２の反転入力端子に抵抗器３３を通じて供
給される。演算増幅器３２の反転入力端子と出力端子と
の間に可変抵抗器３４．３５．３６が切替スイッチ３７
により切替え接続される。この切替スイッチ３７の切替
えによりレンジ調整回路２４の利得が切替えられてレン
ジが設定される。

この例ではこのように零点、レンジ共に三つの何れかに
切替え設定できるようにしたが、これは次のように決め
られる。第８図において各種潤滑油の吸光度を大別して
、比較的透明に近く色の淡い潤滑油Ａ−ＨのグループＬ
と、色のかなり濃い潤滑油Ｊ−ＭのグループＤと、グル
ープＬとグループＤとの中間程度の色の濃さを持つ潤滑
油Ｇ〜ＩのグループＭとの３グループに分け、これら各
グループごとに一つの特性で代表させる。

すなわちこれら３グループの代表について潤滑油中の摩
耗粉量と吸光度との関係を予め求めておく、この関係は
例えば第４図に示すようになる。

この図はグループＬの潤滑油Ａの新油を基準として、グ
ループＭ、グループＤの潤滑油の特性を示しである。こ
のように新油の吸光度が潤滑油により異るのみならず、
潤滑油中の摩耗粉量に対する吸光度特性も潤滑油の種類
が異るとそれぞれ異る。

いま潤滑油中の摩耗粉の量ｍにおけるグループＬＭ、Ｄ
の各吸光度をそれぞれｂｌ＋　ｂｔ−ｂｓとし、これら
グループＬ、Ｍ、Ｄの各新油の吸光度をａｌ＋ａ２＋　
８３とする。切替スイッチ３１を固定接点りに接続して
零点調整回路２３へ８１と対応した増幅器２１の出力を
供給した時にその出力が零になるように可変抵抗器２８
を調整し、同様に切替スイッチ３１を固定接点Ｍ、Ｄに
それぞれ接続し、零点調整回路２３へａ！＋　ａ３と対
応した増幅器２１の出力をそれぞれ供給した時に、可変
抵抗器２９．３０をそれぞれ調整して零点調整回路２３
の出力が零になるようにする。

またスパン調整回路２４において切替スイッチ３７を固
定接点りに接続し、ｂｌと対応した増幅器２１の出力を
供給した時に、可変抵抗器３４を調整してスパン調整回
路２４の出力が吸光度１００（χ）になるようにする、
同様に・切替スイッチ３７を固定接点Ｍ、　　Ｄにそれ
ぞれ接続し、ｂ！＋　ｂ３と対応した増幅器２１の出力
を供給した時、それぞれ可゛変抵抗器３５．３６を調整
してスパン調整回路２４の出力が吸光度１００　（Ｘ）
になるようにする。

調整回路２２の出力はＡＤ変換器３Ｂで０−１００のデ
ィジタル値に変換され、表示器３９ニ表示される。

またこの例ではＡ、［ｌ変換器３日の出力は比較器４１
．４２゜４３へ供給され、例えば吸光度５０％以下、　
５０％〜８０％、８０％以上がそれぞれ検出され、その
検出出力により、それぞれ正常表示素子４４．注意表示
素子４５、危険表示素子４６が表示される。

実際の機械設備における潤滑部の潤滑油の吸光度をプロ
ットしたものを第５図に示す。この図において・印のデ
ータは何らかの異常が発見されたものである。先にも述
べたように例えば吸光度８０％以上を危険、吸光度５０
％以上８０％未満を注意、吸光度５０％未満を正常と分
けることによって、つまり表示素子４４〜４６の何れか
が表示されるかによって潤滑油の異常及び機械設備の潤
滑部の異常が即座に判定できる。

また第６図に示すように潤滑油の使用時間によって潤滑
油の吸光度は変化し、その変化を見ることによって、つ
まり測定ごとに表示器３９の測定値を第６図に示すよう
にプロットすることにより、例えば図中のａ機はｂ機よ
りも負荷条件、潤滑条件が厳しいことや潤滑油の交換時
期の決定も簡単にできる。

この発明の潤滑油異常検出器、は例えば第７図に示すよ
うに、浅い箱状ケース４７の上面はその長手方向に沿っ
て三つの部分があり、その一つには透明容器１２が挿入
される開口４日が形成されている。

図には示されていないが開口４８と対向して、ケース４
７の内部に透明容器１２が装着される容器保持部１８（
第１図）が取付けられである。ケース上面の中央部に操
作部４９が設けられ、操作部４９には電源オン釦５１、
電源オン釦５２、Ｌ、Ｍ、Ｄのグループを設定する釦５
３．５４．５５、測定相５６が設けられている。紺５１
をオンにすると第１図中の切替スイッチ３１、３７は固
定接点りに接続され、同様に釦５２．５３がオンされる
と切替スイッチ３１．３７は固定接点Ｍ。

Ｄに接続される。このように潤滑油の種類に応じた設定
が行われる。測定相５６を押すと駆動及び調光回路１７
が制御され、その間発光素子１３から光が放射され測定
が行われる。

ケース上面の残りの部分は表示部であり、表示器３９の
表示部５７と、表示素子４４．４５．４６の各表示部と
が設けられ、更に文字り、Ｍ、Ｄが付けられ、設定６０
５３．５４．５５がそれぞれ押されると文字り。

Ｍ、Ｄの位置に矢印５８が指示される。この指示はこの
例では表示部５７と共に液晶表示とした場合である。

上述において表示器３９と表示素子４４〜４６との一方
を省略してもよい。また表示器３９の代りにメータ式の
表示器を用いてもよい。その場合はメータの回動指針の
範囲を正常、注意、危険の三つの領域に分け、その回動
指針の位置から直ちに三つの何れの状態であるかを判定
するようにすることもできる。また正常、注意、危険の
三つの表示の判定をアナログ回路で行ってもよい。

上述では潤滑油を三つのグループに分けたが四つ以上の
グループに分けてもよく、あるいは対象となる潤滑油が
限られている場合はその各潤滑油の特性に応じて零点及
びレンジ設定を行うようにしてもよい。また試料容器内
の試料潤滑油内に光ファイバ１４．１６を直接挿入し、
その端面を互いに対向させてもよい。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明の光透過形潤滑油異常検出器
によれば、前述したような波長範囲の発光素子を用い、
前述の範囲の光路長が設定されているため、各種測定条
件に対する要求が厳しくなく、比較的簡単に異常の程度
を検出することができ、また比較的短時間に検出するこ
とができる。

更に前述したような潤滑油の種類に応じてレンジ。

零点の設定を行う場合は吸光度が大幅に異る潤滑油を迅
速に異常検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による光透過形潤滑油異常検出器の一
例を示すブロック図、第２図はこの発明検出器における
光波長及び光路長の範囲を示す図、第３図は光路長と容
器設定バラツキ誤差との関係を示す図、第４図は潤滑油
中の摩耗粉量と吸光度との関係を示す図、第５図は異常
程度と吸光度との関係を示す図、第６図は使用時間と吸
光度との関係を示す図、第７図はこの発明の検出器の外
観例を示す斜視図、第８図は各種潤滑油と吸光度との関
係を示す図、第９図は波長と吸光度との関係を示す図、
第１０図は光路長と吸光度との関係を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器内に入れた試料潤滑油に発光素子から光を投
   射し、その試料潤滑油から透過した光を受光素子で受光
   して電気信号に変換し、その電気信号を表示手段へ供給
   して上記試料潤滑油の異常の程度を表示する光透過形潤
   滑油異常検出器において、 上記発光素子から上記試料潤滑油に投射する光の波長は
   ４５０ｎｍ〜９５０ｎｍに選定され、上記発光素子から
   上記受光素子への光の通路における上記試料潤滑油内の
   長さは１０ｍｍ〜２５ｍｍに選定されていることを特徴
   とする光透過形潤滑油異常検出器。