JPS6246256A

JPS6246256A - 油中に存在する金属粉の濃度測定装置

Info

Publication number: JPS6246256A
Application number: JP18569485A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nakayama; 中山　高之
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1985-08-26
Filing date: 1985-08-26
Publication date: 1987-02-28

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】〔発明の技術分野〕この発明は、潤滑油等の油中に存在する微粒子の金属粉
の濃度を測定するための装置に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

一般に機械設備は、互いに相対的に往復動しまたは回転
する運動部分を有しておシ、このような運動部分の相互
間の摩擦および摩耗を出来るだけ少なくするために、運
動部分に潤滑油が供給されている。しかしながら、潤滑
油の供給によっても運動部分の摩耗を完全に防止するこ
とはできず、運動部分を構成する金属が摩剥される。

摩剥された金属は、１００分の数ミクロンから数１００
ミクロン程度の微粒子であって、このような微粒子の金
属粉は、潤滑油中に懸濁され、前記運動部分から運び去
られる。

従って、潤滑油中に存在する金属粉の濃度を検査するこ
とにより、機械設備の運動部分の摩耗状態がわかり、こ
れによって、機械設備の異常を早期に検知することがで
きる。このように、早期に異常が検知できれば、運動部
分を構成する部材が破壊し、機械設備の運転が停止する
重大事故や、これに伴なう人身事故の発生等を未然に防
止することができる。

上述のような油中に存在する金属粉の濃度を化学的方法
またはス被りトロメータを使用する方法によって測定す
ることが知られている。しかしながら上述の方法は、実
験室的な方法であって実用的ではなく、高価で且つ複雑
な設備を必要とする問題がある。

また、上記金属粉の濃度の測定方法として、特公昭５３
−２５５１４号公報によって開示されている、一般にフ
ェログラフィ技法と呼ばれている方法が知られている。

この方法は、磁力が加えられた、僅かに傾斜する基盤上
に測定すべき油を流し、油中に含有されている金属粉を
その粒子の大きさに従って前記基盤上に順次捕捉する手
段と、捕捉された粒子を顕微鏡等を用いて観察する手段
とからなっている。しかしながら、上述の方法も実験室
的な方法であって、数ＰＰＭ以下の低濃度の金属粉が含
有されている油中の前記金属粉の濃度を、オンラインで
連続的且つ適確に測定するには適していない。

〔発明の目的〕

従って、この発明の目的は、潤滑油等の油中に存在する
微粒子の金属粉の濃度を、前記濃度が低くても連続的且
つ適確に測定することができる、油中に存在する金属粉
の濃度測定装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

この発明は、上端に測定すべき油の入口を有し、下部に
前記下部を閉塞するための弁棒が挿入されている非磁性
体の測定管と、前記測定管の中間部に設けられた、前記
測定管内を流れる油を排出するための第１排出管と、前
記測定管の上部外面に設けられた、前記測定管内を流れ
る油中に存在する金属粉を電磁力の作用によって前記測
定管の上部内面に付着させ、そして、付着した金属粉を
電磁力の解放によって前記測定管下部の前記弁棒上の油
中に落下させるための電磁機構と、前記測定管の下部外
面に・設けられた、前記弁棒上の油中に落下しそして沈
積した金属粉の濃度を測定するための金属粉濃度測定機
構と、前記測定管下部の前記弁棒が挿入されている位置
に設けられた、前記測定管の下部内に溜った測定済みの
油を排出するための第２排出管と、前記測定管下部の前
記第２排出管の開口端を開閉するように前記弁棒を上下
動させるための弁棒駆動機構とからなることに特徴を有
するものである。

〔発明の構成〕

次に、この発明の装置を図面を参照しながら説明する。

第１図はこの発明の装置の第１実施態様を示す概略縦断
面図である。図面に示すように、上端に測定すべき油の
入口１ａを有する、ガラスや合成樹脂等からなる内面が
滑らかな非磁性体の測定管１の下部には、前記下部を閉
塞するための弁棒３が上下動自在に挿入されている。

測定管１の中間部には、入口１ａを通って測定管１に供
給され、測定管１内に充満した油を排出するための第１
排出管２が設けられている。測定管１の、第１排出管２
が設けられている位置よりも上流側である上部外面には
、測定管１内を流れる油中に存在する金属粉を電砒力の
作用によって測定管１の上部内面に付着させるだめの電
磁機構４が設けられている。

電磁機構４は、第３図に概略横断面図で示すように、測
定管１の上部外面を囲むように設けられた電磁石鉄環５
と、電磁石鉄環５に設けられた電磁コイル６とからなシ
、第１図に示す電源７から供給される電力によって励磁
される。このような電磁機構４の励磁によって、測定管
１内を流れる油に磁力が作用し、油中に存在する金属粉
は捕捉されて、測定管１の電磁機構４が設けられている
部分の内面に付着する。そして、電磁機構４の消磁によ
って、上記により測定管１の上部内面に付着した金属粉
は、測定管１の下部に挿入された弁棒３上に落下しそし
て沈積する。

第１排出管２が設けられている位置よυも下流側であっ
て、測定管ｌの下部に挿入された弁棒３の上端付近の、
測定管１の下部外面には、弁棒３上の油中に沈積した金
属粉の濃度を測定するための金属粉濃度測定機構８が設
けられている。

金属粉濃度測定機構８は、油中の金属粉の濃度をインダ
クタンスやキヤ・ぞシティ等の変化によシ測定するもの
であって、第４図には、インダクタンスの変化による差
動型渦流センサを利用した測定機構が示されている。

第４図に示すように、金属粉濃度測定機構８は、濃度検
出器９と増幅器１０とからなっている◇濃度検出器９は
、中央の渦電流励磁コイル１１をはさんで、その上部の
第１渦電流検出コイル１２と。

その下部の第２渦電流検出コイル１３とからなシ、渦電
流励磁コイル１１の中央部に測定管１の下部に挿入され
た弁棒３の上端が位置し、そして、渦電流励磁コイル１
１の中央部と第１渦電流検出コイル１２との間の測定管
１内の油中に金属粉が沈積するようになっている。増幅
器１０は、高周波発振器１４と渦電流検出回路１５と直
流化検波器１６とからなっている。

励磁コイル１１に、高周波発信器１４からの高周波電流
が流される。この結果、第１渦電流検出コイル１２およ
び第２渦電流検出コイル１３の各々に、高周波電流が発
生する。励磁コイル１１と第２渦電流検出コイル１３と
の間には弁棒３が挿入され、金属粉が存在しないので、
第２渦電流検出コイル１３に発生する高周波電流は小さ
い。一方、励磁コイル１１と第１渦電流検出コイル１２
との間には金属粉が存在するので、この金属粉によって
誘導インダクタンスが変化する結果、第１渦電流検出コ
イル１２に発生する高周波電流は大きい。

このような第１渦電流検出コイル１２と第２渦電流検出
コイル１３との発生電流の差は、油中に含有されている
金属粉の濃度によって定まる。従って、第１渦電流検出
コイル１２および第２渦電流検出コイル１３の各々に発
生する電流量を測定すれば、油中の金属粉の濃度を検知
することができる。

上述した第１渦電流検出コイル１２と第２渦電流検出コ
イル１３との発生電流の差は、増幅器１０の渦電流検出
回路１５によって増幅され、直流化検波器１６によって
高周波が除去され、直流信号として取り出される。我々
の実験によれば、渦電流励磁コイル１１と第１渦電流検
出コイル１２との間の測定管１中に約１　ｃｃ　の油が
存在する場合に、油中に存在する金属粉の濃度が０．５
１以上であれば、極めて正確に金属粉の濃度を測定し得
ることが判明している。従って、金属粉濃度測定機構８
が設けられた測定管１の下部に、上記のようなある程度
以上の濃度の金属粉が沈積するまで、電磁機構４による
金属粉の落下沈積を行なう。１７は電磁機構４に上記の
ような作動を行なわせるだめの、電磁機構４の電源７に
接続された制御器である。このようにして測定された油
中の金属粉の濃度と、測定管１内を流れる油の流量とか
ら、測定管１内を流れる油中に存在する金属粉の濃度を
求めることができる。

測定管１の下部の弁棒３が挿入されている位置には、上
記により金属粉の濃１度の測定が終シ、測定管１の下部
内に溜った油を排出するための第２排出管１８が設けら
れている。第２排出管１８の途中には、〜フィルタ機構
１９が設けられている。

フィルタ機構１９は、第２排出管１８の横断面積よシも
広い横断面積を有するフィルタ室２０とフィルタ室２０
内に水平に着脱自在に張設されたフィルタ２１とからな
っている。フィルタ室２０は、フィルタ２１を保持する
下部筒２２と、下部筒２２の外面に螺合する上部筒２３
とによって構成されている。２４はＯリングである。

２５は弁棒駆動機構であって、弁棒３は弁棒駆動機構２
５によって、測定管１の下部の第２排出管１８の開口端
を開閉し、且つ、弁棒３の上端が、濃度検出器９の渦電
流励磁コイル１１の中央に位置されるように上下動する
。

弁棒駆動機構２５は、弁棒３の下端に垂直に設けられた
その外周にねじを有する駆動軸２６と。

その中心に設けられたねじ孔が駆動軸２６に螺合する遊
動歯車２７と、遊動歯車２７に歯合する駆動歯車２８と
、駆動歯車２８を回転させるためのモータ２９と、遊動
歯車２７の上下方向の移動をおさえるためのおさえ金具
３０とからなっている。

制御器１７からの信号によシモータ２９を駆動させるこ
とによって、駆動歯車２８、遊動歯車２７および駆動軸
２６を介し、弁棒３は、測定管１の下部内を上下動する
。図示しない位置検出器によって、駆動軸２６の移動位
置を検出するか、まだは、モータ２９の駆動時間を一定
に制御することによって、弁棒３を所定位置に上下動さ
せることができる。なお、上記は弁棒駆動機構り５の一
例であって、これに限定されるものではない。

次に、上述した第１実施態様の装置の作動について説明
する。第２図（イ）に示すように、予め弁棒３を上昇さ
せ、弁棒３によって第２排出管１８の開口端を閉塞し、
弁棒３の上端を検出器９の渦電流励磁コイル１１の中央
部に位置させておく。測定すべき油を、入口１ａを通し
て測定管１内に一定流量で供給する。このようにして供
給された油は測定管ｌ内に充満しそして測定管１の上部
に設けられた電磁機構４を通υ１．第１排出管２から外
部へ排出される。

測定管１の上部外面に設けられた電磁機構４を励磁させ
ることによって、測定管１内を流れる油に磁力が作用し
、油中に存在する数ミクロンの微粒子状の金属粉４６は
捕捉されて、測定管１の内面に付着する。このようにし
て付着した金属粉４６は、電磁石からの強い磁力によっ
である程度磁性を帯びる。従って、測定管１の電磁機構
４を通る油中の金属粉は、電磁機構４の磁力および付着
した金属粉の磁性によシ、測定管１の内面に塊状に付着
する。次いで、電磁機構４を消磁すると、測定管１の内
面に付着されている塊状の金属粉４６は、第２図（ロ）
に示すように、油の流れに押されて落下し、測定管１の
下部を閉塞する弁棒３上の油中に沈積する。沈積した金
属粉４６は、上述したようにある程度磁性を帯びておシ
且つ金属粉相互が絡み合うことによって、１００ミクロ
ン以上の大きさになっている。

上述のようにして、測定管１の電磁機構４部分の内面に
付着した金属粉が落下するのに十分な時間が経過した後
、ｘｉ機構４を励出し、再び油中の金属粉を測定管１の
内面に付着させる。以下上記と同じ作動をくり返すこと
により、弁棒３上の油中に沈積する金属粉４６の濃度は
次第に高くなシ、金属粉は濃縮される。

そこで、測定管１の下部の、弁棒３の上端付近に設けら
れた金属粉濃度測定機構８によυ、油中の金属粉の濃度
を測定する。

このようにして、金属粉の濃度が測定された後、弁棒駆
動機構２５を作動させ、第２排出管１８の開口端を閉塞
していた弁棒３を、第２図（ハ）に示すように、その上
端が第２排出管１８の開口下端に位置するように下降さ
せる。かくして、弁棒３の上端上に滞留していた濃縮爆
れた金属粉が存在する油は、第２排出管１８を通って外
部に排出される。

第２排出管１８を通って排出される油中の金属粉は、第
２排出管１８の途中に設けられたフィル夕機構１９のフ
ィルタ２１によって捕集される。

従って、捕集された金属粉の、大きさ、形状、色、材質
等を顕微鏡により調べることによって、金属粉が発生し
た機械の運動部分の潤滑状況、摩耗状況、異常の有無、
異常の程度等を知ることができる。なお、このような金
属粉の顕微鏡による調査は、金属粉濃度測定機構８によ
る測定値が、通常値に比べて有意差のある場合にのみ行
なえばよい。

上述のようにして、弁棒３の上端上に滞留していた濃縮
された金属粉が存在する油が排出された後、再び第２図
（イ）に示すように弁棒３を上昇させ、弁棒３によって
第２排出管１８の開口端を閉塞し、弁棒３の上端を濃度
検出器９の渦電流励磁コイル１１の中央部に位置させる
。以下上述と同じような作動を繰９返す。

電磁機構４、金属粉濃度測定機構８および弁棒駆動機構
２５の作動は、制御器１７によって自動的に°行なわれ
る。

第５図は、この発明の装置の第２実施態様を示す概略縦
断面図である。第２実施態様の装置においては、第１図
に示した第１実施態様の装置が２基連設されている。即
ち、第１濃度測定装置Ａの第１排出管２は、第２濃度測
定装置Ｂの測定管１′の入口１　ａ　／に接続されてい
る。そして、第１濃度測定装置Ａの電磁機構４における
電磁石の磁力は。

第２濃度測定装置Ｂの電磁機構４′における電磁石の磁
力よりも小さく設定されている。

従って、測定すべき油中の比較的大粒子の金属粉は、第
１濃度測定装置Ａの電磁機構４によって捕捉され、金属
粉濃度測定機構８によってその濃度が測定される。一方
、測定すべき油中の比較的小粒子の金属粉は、第１濃度
測定装置Ａの電磁機構４においてはその磁力が弱いため
捕捉されず、油とともに第１排出管２を通って、第２濃
度測定装置Ｂの測定管１′に送シこまれ、第２濃度測定
装置Ｂの電磁機構４′によって捕捉され、金属粉濃度測
定機構８′によってその濃度が測定される。

このように、第２実施態様の装置によれば、測定すべき
油中に存在する大粒子の金属粉の濃度と小粒子の金属粉
の濃度とを、それぞれ別個に測定することができる。な
お、濃度測定装置は、上述のように２基に限らず２基以
上複数基設けることにより、金属粉の濃度を複数の粒子
径毎に測定することができる。

第６図は、この発明の装置の第３実施態様を示す概略縦
断面図でちる。第３実施態様の装置は、測定管１の入口
１ａに、導管３５を介して測定すべき油を収容し、測定
管１に供給するための供給容器３１が設けられ、導管３
５の途中には、流量を正確に制御できる定容量型のポン
ｆ３２が設けられ、そして、第１排出管２の下流端には
、第１排出管２から排出された油を収容するための受は
容器３４が設けられている点を除いて、前述した第１実
施態様の装置と同じである。第６図において、３３はポ
ンプ３２の駆動用モータである。

第３実施態様の装置は、測定すべき油を機械類から直接
この装置に導くことができない場合に適している。即ち
、供給容器３１内に収容されている、機械類から採取さ
れた潤滑油等の測定すべき油は、ポンプ３２によシ測定
管１内を一定の流量で流れ、第１排出管２を通って受は
容器３４に排出される。そして、この間に油中に存在す
る金属粉の濃度が、第１実施態様の装置について述べた
と同じように・測定される。

なお、測定すべき油を機械類から直接この装置に導くこ
とができても、油が加圧されていす測定管１内を流れる
ことができない場合は、供給容器３１および受は容器３
４を設けず、機械類に付設されている油溜めとポンプ３
２、および、第１排出管２と前記油溜めとを導管によっ
て連結すればよい。

第７図は、この発明の装置の第４実施態様を示す概略縦
断面図である。第４実施態様の装置は、測定管１内に測
定すべき油を導くだめの導管３５の途中に、流量制御機
構３６が設けられている点を除いて、前述した第１実施
態様の装置と同じである。

第４実施態様の装置は、導管３５を流れる測定すべき油
の圧力が変動する場合に適している。第７図に示すよう
に、その一端が導管３５に接続されている入側水平通路
３７の閉塞された他端部下面に、円状の排出口３８と１
．排出口３８に設けられた出側垂直通路３９とが設けら
れている。排出口３８には、その開度を調整するための
、上端にメンバランス４０を有する垂直な針弁４１が挿
入されておシ、排出口３８は針弁４１の弁座を形成して
いる。

４２はメンバランス４０を収容する圧力調整室であって
、メンバランス４０の周縁は圧力調整室４２の壁に摺接
しておシ、その下面と圧力調整室４２の底面との間には
、バネ４３が取り付けられている。入側水平通路３７と
圧力調整室４２との間には、入側水平通路３７を流れる
油の一部を、圧力調整室４２のメンバランス４０よシ上
部に供給するための枝管４４が設けられている。入側水
平通路３７には、通路を流れる油の温度を測定するため
の温度計４５が設けられている。

導管３５を通る測定すべき油は、流量制御機構３６の入
側水平通路３７、排出口３８および出側垂直通路３９を
通り、測定管１に導かれる。このとき、入側水平通路３
７を通る油の一部は、枝管４４を経て圧力調整室４２の
メンバランス４０上に導かれる。この油の圧力によって
、下面に針弁４１を有するメンバランス４０はバネ４３
の弾力に抗して移動する。この結果、針弁４１と排出口
３８との相対位置で定オる排出口３８の開口面積に応じ
て、油の流量が変化する。

従って、予め測定すべき油の粘度等の特性に応じて、排
出口３８が望ましい開口面積になるようにバネ４３の弾
力を設定しておけば、導管３５を流れる油の圧力が変動
しても、出側垂直通路３９即ち測定管１を流れる油の流
量を常に一定に制御することができる。更に、温度計４
５により油の温度を測定すれば、温度によって変化する
油の粘性の影響も制御することができる。なお、上記は
流量制御機構３６の一例でろって、これに限定されるも
のではない。

〔発明の効果〕以上述べたように、この発明の装置によれば、下記のよ
うな優れた効果がもたらされる。

（１）油中に存在する金属粉が少量且つ微粒子であって
も、オンラインにおいて連続的且つ適確にその濃度を測
定することができる。

（２）機械設備の運動部分の摩耗状態がわかり、その異
常が早期に検知され、従って重大事故の発生を未然に防
止することができる。

（３）測定の終った油中の金属粉は、フィルタで捕集さ
れるから、必要によシ捕集された金属粉の更に精密な調
査を行なうことができる。

（４）　　この装置によシ連続的に測定された結果がほ
ぼ一定であれば、機械設備は正常に運転されていること
になるが、万一、電磁機構や金属粉濃度測定機構等に故
障が生じていると、測定結果は一定になってしまう。こ
のような場合でも、フィルタによシ捕集された金属粉の
量を調べるだけで、装置が正常に作動しているか否かを
知ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の第１実施態様を示す概略縦断
面図、第２図（イ）（ロ）Ｈはその作動を示す概略縦断
面図、第３図は電磁機構を示す概略横断面図、第４図は
金属粉濃度測定機構を示す説明図、第５図はこの売切の
装置の第２実施態様を示す概略縦断面図、第６図はこの
発明の装置の第３実施態様を示す概略縦断面図、第７図
はこの発明の装置の第４実施態様を示す概略縦断面図で
ある。図面において。１・・・測定管、　　　　　２・・・第１排出管、３・
・・弁棒、　　　　　４・・・電磁機構、５・・・電磁
石鉄環、　　６・・・電磁コイル、７・・・電源、　　
　　　８・・・金属粉濃度測定機構、９・・・濃度検出
器、　１０・・・増幅器、１１・・・渦電流励磁コイル
、１２・・・第１渦電流検出コイル、１３・・・第２渦
電流検出コイル。１４・・・高周波発信器、　１５・・・渦電流検出回路
、１６・・・直流化検波器、　１７・・・制御器、１８
・・・第２排出管、　１９・・・フィルタ機構。２０・・・フィルタ室、　　２１　・・・フィルタ。２２・・・下部筒、　　　　　２３−８．上部筒、２４
・・・ＯＩＪング、　　２５・・・弁棒駆動機構、２６
・・・駆動軸、　　　２７・・・、遊動歯車、２８・・
・駆動歯車、　　２９・・・モータ、３０・・・おさえ
金具、　３１・・・供給容器。３２・・・ポンプ、　　　　３３・・・モータ、３４・
・・受は容器、　　３５・・・導管、３６・・・流量制
御機構、　３７・・・入側水平通路、３８・・・排出口
、　　　３９・・・出側垂直通路、４０・・・メンバラ
ンス、　４１・・・針弁、４２・・・圧力調整室、　４
３・・・バネ、４４・・・枝管、　　　　４５・・・温
度計、４・６・・・金属粉。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）上端に測定すべき油の入口を有し、下部に前記下
部を閉塞するための弁棒が挿入されている非磁性体の測
定管と、前記測定管の中間部に設けられた、前記測定管
内を流れる油を排出するための第１排出管と、前記測定
管の上部外面に設けられた、前記測定管内を流れる油中
に存在する金属粉を電磁力の作用によって前記測定管の
上部内面に付着させ、そして、付着した金属粉を電磁力
の解放によって前記測定管下部の前記弁棒上の油中に落
下させるための電磁機構と、前記測定管の下部外面に設
けられた、前記弁棒上の油中に落下しそして沈積した金
属粉の濃度を測定するための金属粉濃度測定機構と、前
記測定管下部の前記弁棒が挿入されている位置に設けら
れた、前記測定管の下部内に溜った測定済みの油を排出
するための第２排出管と、前記測定管下部の前記第２排
出管の開口端を開閉するように前記弁棒を上下動させる
ための弁棒駆動機構とからなることを特徴とする、油中
に存在する金属粉の濃度測定装置。
（２）前記第２排出管は、その途中に、前記第２排出管
を流れる油中の金属粉を捕集するためのフィルタ機構を
有していることを特徴とする、特許請求の範囲第（１）
項に記載の油中に存在する金属粉の濃度測定装置。
（３）前記測定管の入側に、測定すべき油を前記測定管
内に一定の流量で流すためのポンプが設けられているこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第（１）項または第（
２）項に記載の油中に存在する金属粉の濃度測定装置。
（４）前記測定管の入側に、前記測定管内を流れる油の
流量が一定になるように制御するための流量制御機構が
設けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第（
１）項または第（２）項に記載の油中に存在する金属粉
の濃度測定装置。