WO2015060457A1

WO2015060457A1 - 潤滑油劣化センサおよび光学センサ

Info

Publication number: WO2015060457A1
Application number: PCT/JP2014/078485
Authority: WO
Inventors: 卓也白田; 康仁井田
Original assignee: ナブテスコ株式会社
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2015-04-30
Also published as: JPWO2015060457A1; EP3062084A1; ES2855981T3; US20160252490A1; JP6194010B2; EP3062084A4; US9995726B2; EP3062084B1

Abstract

　透過率の低い潤滑油であっても、潤滑油の劣化状態の検出精度を維持することができる潤滑油劣化センサおよびこれに用いられる、受光量を検出する光学センサを提供する。潤滑油劣化センサは、潤滑油の劣化状態の検出に用いる。潤滑油劣化センサは、検出光を出射するＬＥＤと、検出対象の潤滑油に検出光を透過させる油浸入間隙と、潤滑油を透過した検出光の色情報を検出するカラーセンサと、カラーセンサが検出した検出値を対数関数的に増幅して出力する対数アンプと、を有する光学センサを備える。

Description

潤滑油劣化センサおよび光学センサ

　本発明は、潤滑油の劣化状態の検出に用いる潤滑油劣化センサ、およびこれに用いられる、受光量を検出する光学センサに関する。

　従来、潤滑油劣化センサは、潤滑油を透過した可視光について三原色の吸光度を検出して、三原色の吸光度に基づいて潤滑油の劣化を検出している（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献１に記載の潤滑油劣化センサは、潤滑油が入る空隙部と、この空隙部に可視光を出射するＬＥＤと、空隙部を透過したＬＥＤの光を受けるカラーセンサとを備えている。潤滑油劣化センサは、ＬＥＤが発光するとともに、カラーセンサが受光して、カラーセンサによる検出結果を外部に設けられた装置に出力している。

特開２０１２－１１７９５１号公報

　ところで、上記の潤滑油劣化センサでは、カラーセンサが出力する電圧値を増幅するためにオペアンプとして線形アンプが用いられている。図１０に示されるように、線形アンプは、対数軸である横軸を透過率、縦軸をカラーセンサ出力（検出値）とすると、新油の状態における透過率を１及びカラーセンサ出力を１として、透過率が低下すると、カラーセンサ出力が急激に低下する。図１０の透過率及びカラーセンサ出力とも任意単位の値である。そして、透過率が低い領域では、透過率の変化量に対してカラーセンサ出力の変化量が極端に少ないので、カラーセンサ出力の値から透過率を正確に把握することができないおそれがある。このため、汚れやすい潤滑油は透過率が低い領域において使用されることになるので、透過率が高い領域において使用される潤滑油と比較して、劣化状態の検出精度が低くなっている。そこで、透過率の低い潤滑油であっても、潤滑油の劣化状態の検出精度を維持することができる潤滑油劣化センサが求められている。

　本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、透過率の低い潤滑油、すなわち検出できる光量が低い場合であっても、潤滑油の劣化状態の検出精度を維持することができる潤滑油劣化センサを提供することにある。更にこれに用いられる、光量の差を検出できる光学センサを提供することにある。

　以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
　上記課題を解決する潤滑油劣化センサは、潤滑油の劣化状態の検出に用いる潤滑油劣化センサであって、検出対象の潤滑油が入る検査部と、前記検査部に対し検出光を出射する発光素子と、前記潤滑油を透過した前記検出光の色情報を表す検出値を取得する受光素子と、前記検出値を対数関数にて増幅して出力する対数アンプと、を備えることをその要旨としている。

　上記構成によれば、発光素子から出射された検出光が検査部において潤滑油中を透過し、潤滑油を透過した検出光の色情報を受光素子が検出する。そして、受光素子が検出した検出値を対数アンプが対数関数にて増幅して出力する。対数アンプによって増幅された検出値は、線形アンプによって増幅された検出値と比較して、透過率が低い領域においても透過率の変化量に対して変化量が大きい。このため、検出値から透過率を正確に把握することができる。よって、透過率の低い潤滑油であっても、潤滑油の劣化状態の検出精度を維持することができる。

　上記潤滑油劣化センサについて、前記発光素子と前記検査部との間に設置され、平行光を出射するコリメートレンズをさらに備えることが好ましい。
　上記構成によれば、平行光を出射するコリメートレンズを発光素子と検査部との間に設置した。このため、発光素子から出射された検出光がコリメートレンズによって平行光に変換されるので、検出光の拡散及び収束を抑えながら受光素子まで届かせることができる。よって、受光素子が受光する光量が増加して、検出精度を安定させることができる。

　上記潤滑油劣化センサについて、前記検出値から明度を算出し、前記明度の単位時間当たりの変化量の絶対値が前記所定値よりも大きいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する判定部をさらに備えることが好ましい。

　潤滑油劣化センサは対数アンプが増幅した検出値を得られるので、透過率の低い領域においても検出値の変化量を把握することができる。上記構成によれば、明度又は色成分最大差の単位時間当たりの変化量の絶対値が所定値よりも大きいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、単位時間毎に明度又は色成分最大差の変化量から確実に判定することができる。また、潤滑油の急激な劣化を把握することができ、ひいては機械の異常を容易に把握することができる。

　上記潤滑油劣化センサについて、色成分最大差を算出し、前記色成分最大差の単位時間当たりの変化量が負の値であることを条件に潤滑油が劣化していると判定する判定部をさらに備えることが好ましい。

　潤滑油劣化センサは対数アンプが増幅した検出値を得られるので、透過率の低い領域においても検出値の変化量を把握することができる。上記構成によれば、色成分最大差の単位時間当たりの変化量が負の値であることを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、単位時間毎に色成分最大差の変化量から確実に判定することができる。また、潤滑油の急激な劣化を把握することができ、ひいては機械の異常を容易に把握することができる。

　上記潤滑油劣化センサについて、前記検出値から明度及び色成分最大差を算出し、前記色成分最大差の単位明度当たりの変化量が負の値であることを条件に潤滑油が劣化していると判定する判定部をさらに備えることが好ましい。

　上記構成によれば、色成分最大差の単位明度当たりの変化量が負の値であることを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、明度及び色成分最大差の少なくとも１つによって潤滑油の劣化を判定するよりも確実に判定することができる。

　上記潤滑油劣化センサについて、前記判定部は、前記明度の変化量の絶対値が所定値よりも大きいことに加えて、前記明度が潤滑油の劣化を判定するための油劣化閾値よりも小さいことを条件に、潤滑油が劣化していると判定することが好ましい。

　上記構成によれば、明度の変化量の絶対値が所定値よりも大きいことに加えて、明度が油劣化閾値よりも小さいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、明度の変化量と明度そのものとによって潤滑油の劣化を確実に判定することができる。

　上記潤滑油劣化センサについて、前記判定部は、前記明度の変化量の絶対値が所定値よりも大きいことに加えて、前記明度が潤滑油劣化センサが設置された機械の破損を判定するための機械破損閾値よりも小さいことを条件に、機械が破損していると判定することが好ましい。

　上記構成によれば、明度の変化量の絶対値が所定値よりも大きいことに加えて、明度が機械破損閾値よりも小さいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、明度の変化量と明度そのものとによって機械の破損を確実に判定することができる。

　上記課題を解決する光学センサは、検査対象物を透過した光の光量を検出して対数アンプにより増幅する光学センサであって、前記対数アンプの出力電圧は前記対数アンプの入力電圧と対数関係にあることを要旨としている。

　上記構成によれば、冷却用油や潤滑油などの検査対象物の透過率が低くても、すなわち検出できる光量が低い場合であっても、その透過率の差によって生じる透過光の光量の差を検出することができる。

　上記光学センサについて、前記光学センサは光の三原色のうち、２つ以上の原色の光量を検出し、前記対数アンプは、前記２つ以上の原色のそれぞれに対し設けられていることが好ましい。

　上記構成によれば、各原色の光量を検出するセンサの特性が異なっていても、個別に対数アンプが設けられているので、その特性の違いを無くすように設計することができる。特にこの光学センサの出力を用いて潤滑油等の劣化状態の判断をする場合において、原色毎に判断アルゴリズムを変える必要がなくなる。

　上記光学センサについて、前記対数アンプは前記光量を検出するための受光素子の受光面に前記光が入射する方向において、前記受光面より後方に設けられていることが好ましい。尚、受光素子に直接前記対数アンプが設けられていてもよく、光学センサの回路基板等の介在物が前記対数アンプと受光素子の受光面との間に介在していてもよい。

　上記構成によれば、受光素子と対数アンプとの間の配線長さを最小限となり、全体としてコンパクト化が図れるとともに、外部からのノイズの影響を最小限とすることができる。

　本発明によれば、透過率の低い潤滑油、すなわち検出できる光量が少ない場合であっても、光量の差を検出でき、潤滑油の劣化状態の検出精度を維持することができる。

第１の実施形態の潤滑油劣化センサの概略構造を示す断面図。同実施形態の潤滑油劣化センサの透過率とカラーセンサの出力との関係を示す図。同実施形態の潤滑油劣化センサの透過率とカラーセンサの出力との関係を示す図。同実施形態の潤滑油の劣化判定に用いる稼働時間と明度との関係を示す図。同実施形態の潤滑油の劣化判定の処理を示すフローチャート。第２の実施形態の潤滑油の劣化判定に用いる稼働時間と最大色差との関係を示す図。同実施形態の潤滑油の劣化判定の処理を示すフローチャート。第３の実施形態の潤滑油の劣化判定に用いる明度と最大色差との関係を示す図。同実施形態の潤滑油の劣化判定の処理を示すフローチャート。従来の潤滑油劣化センサの透過率とカラーセンサの出力との関係を示す図。

　（第１の実施形態）
　以下、図１～図５を参照して、潤滑油劣化センサおよびこれに用いられる光学センサの第１の実施形態について説明する。潤滑油劣化センサは、検査対象物である潤滑油を使用する機械に設けられ、潤滑油の劣化や機械の破損を判定する。機械は、潤滑油を必要とする可動部品が破損していると、摩耗等によって潤滑油に不純物が混入するため、潤滑油の状態から機械の破損を判定できる。なお、本実施形態では、潤滑油に作動油も含む。

　図１を参照して、潤滑油劣化センサ１０の構造について、光学センサ２０の構造も含めて説明する。
　図１に示すように、潤滑油劣化センサ１０は、光学センサ２０とパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３０とを備えている。つまり、ＰＣ３０は光学センサ２０の構造には含まれない。光学センサ２０は、金属又は樹脂製の円柱状のハウジング１１を備えている。ハウジング１１の上部には、収容部１１ａが設けられている。収容部１１ａは、カバー１７によって覆われている。ハウジング１１の下部外周には、雄螺子が形成されている。潤滑油劣化センサ１０は、該雄螺子を用いて機械に装着される。

　収容部１１ａは、回路基板１６を収容している。回路基板１６は、ハウジング１１に固定されている。回路基板１６の下面には、発光素子としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）２１、受光素子としてのカラーセンサ２２が並んで配置されている。回路基板１６の上面には、対数アンプ２６、及びＬＥＤドライバ２８が配置されている。その他、図示しない各種電子部品も回路基板１６に設置されている。なお、対数アンプ２６は回路基板１６を挟んでカラーセンサ２２に対向する位置（背面）に配置されている。これによりカラーセンサ２２と対数アンプ２６との間の配線長さが最小限となり、全体としてコンパクト化が図れるとともに、外部からのノイズの影響を最小限とすることができる。

　ＬＥＤ２１は、検出光として利用される白色光を発する公知の素子である。カラーセンサ２２は、ＲＧＢセンサであって、検出光の赤色、緑色、青色の波長毎の光量に応じた色情報としてのＲ値（赤色に対応する値）、Ｇ値（緑色に対応する値）、Ｂ値（青色に対応する値）を出力する。対数アンプ２６は、出力電圧と入力電圧とが対数関係にある増幅器であり、色毎に設けられている。そして、カラーセンサ２２が出力したＲ値、Ｇ値、Ｂ値の検出値をそれぞれ入力電圧として、対数関数にて出力電圧が入力電圧に対して対数関係となるように増幅して、外部に設けられた判定部３１に出力する。ＬＥＤドライバ２８は、ＬＥＤ２１への電流を調整して駆動する。

　なお、本実施形態のカラーセンサ２２は、赤色、緑色、青色のそれぞれの光量を検出するようにしたが、いずれか一つまたは二つの色の光量をそれぞれ検出してもかまわない。この場合、ＬＥＤ２１やカラーセンサ２２は検知させたい色に合わせて個別に選定することができる。

　更に赤色、緑色、青色を独立して検出するようにしたが、三色又は任意の組み合わせの２色の光量の合計を検出してもかまわない。この場合、各色に対応して設けられる対数アンプの出力を、オペアンプ等で加算してもよく、また、カラーセンサ２２から出力される各色に対する値をオペアンプ等で加算したものを対数アンプ２６に入力するようにしてもかまわない。

　判定部３１は、検出値に基づいて潤滑油が劣化しているか否かと、機械が破損しているか否かとを判定する。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３０に潤滑油劣化センサ１０を接続することで、ＰＣ３０を判定部３１としてもよい。

　ハウジング１１は、検出光の光軸方向に延びる第１貫通孔１１ｃを有している。第１貫通孔１１ｃは、収容部１１ａの底面からハウジング１１の底面まで貫通している。ハウジング１１の底面であって、第１貫通孔１１ｃの出口には、第１プリズム２３が設けられている。第１プリズム２３は、石英又はガラス等の透光性材料からなる直角プリズムである。第１プリズム２３は、第１貫通孔１１ｃを通過した検出光が入射する入射面２３ａと、入射面２３ａから入射した検出光が反射する反射面２３ｂと、反射面２３ｂによって反射した検出光が出射する出射面２３ｃと、を有している。

　入射面２３ａ及び出射面２３ｃは、光学研磨されている。反射面２３ｂは、金属蒸着膜及び保護膜から構成される。金属蒸着膜は、例えばアルミニウム等の薄膜であって、透光性材料の外側に成膜されている。保護膜は、例えば二酸化ケイ素薄膜、フッ化マクグネシウム薄膜であって、金属蒸着膜の外側に成膜されて、金属蒸着膜を保護している。入射面２３ａに対する反射面２３ｂの角度は、反射面２３ｂに入射した光の経路を、入射方向に対して９０°の方向に反射するように調整されている。

　第１貫通孔１１ｃのＬＥＤ２１と第１プリズム２３との間には、平行光を出射するコリメートレンズ２９が設けられている。コリメートレンズ２９は、ＬＥＤ２１から出射された検出光の拡散及び収束を防ぎながら平行光として出射する。

　ハウジング１１の底面１１ｂには、第２プリズム２４が設けられている。第２プリズム２４は、第１プリズム２３に対して間隙を介して設けられている。第２プリズム２４は、第１プリズム２３と同様の構成であって、入射面２４ａと、反射面２４ｂと、出射面２４ｃとを有している。第１プリズム２３と第２プリズム２４との間に設けられた間隙は、潤滑油が入る油浸入間隙２５であって、検査部として機能する。

　ハウジング１１は、第１貫通孔１１ｃと平行に延びる第２貫通孔１１ｄを備えている。第２貫通孔１１ｄは、収容部１１ａの底面からハウジング１１の底面１１ｂまで延びており、第２プリズム２４とカラーセンサ２２との間に設けられている。

　従って、ＬＥＤ２１から出射された白色の検出光は、第１貫通孔１１ｃを直進して第１プリズム２３に入射する。その反射面２３ｂによって検出光の光路が９０°曲げられ、出射面２３ｃから油浸入間隙２５に入射する。さらに検出光は油浸入間隙２５に入った潤滑油を透過し、第２プリズム２４に入射する。第２プリズム２４に入射した検出光の光路は、その反射面２４ｂによって９０°曲げられ、検出光は第２貫通孔１１ｄを直進し、カラーセンサ２２によって受光される。すなわち、ＬＥＤ２１から出射された検出光の光路は、第１プリズム２３及び第２プリズム２４によって、１８０°反転される。潤滑油を透過した検出光は、潤滑油の色相に応じた波長域が吸収された光である。

　図２は、同じ種類の潤滑油に対する線形アンプのカラーセンサ出力と、対数アンプ２６のカラーセンサ出力とを示した図である。図２の横軸は、対数軸であって透過率（検出光の光量に対応するもの）を表している。縦軸は、カラーセンサ出力（検出値）を表している。図２の透過率及びカラーセンサ出力とも任意単位の値である。新油の状態における透過率を１及びカラーセンサ出力を１として、劣化に従う検出値を示している。対数アンプ２６によって検出された検出値を四角がプロットされた実線で示している。線形アンプによって検出された検出値を四角がプロットされた破線で示している。潤滑油の劣化に伴って透過率が低下すると、カラーセンサ２２が受光する検出光の光量が低下するため、カラーセンサ２２の特性に応じて対数アンプ２６のカラーセンサ出力も、低下する（本実施例で用いているカラーセンサ２２の場合は、ほぼ一定量毎に低下する）。一方、潤滑油の劣化に伴って透過率が低下すると、線形アンプのカラーセンサ出力は、透過率１から急激に低下し、１／１０付近から変化が小さくなる。このため、潤滑油の透過率が低い領域、すなわちカラーセンサ２２の受光量が少ない領域においても、対数アンプ２６を備えた潤滑油劣化センサ１０は、潤滑油の透過率の変化量に対してカラーセンサ出力の変化量が十分にあるので、カラーセンサ２２の受光量が少ない領域であっても、カラーセンサ出力の値から潤滑油の透過率または光量の差を明確に把握することができる。

　以上が光学センサ２０の構造である。
　また、図３は、汚れた潤滑油に対する線形アンプの出力結果と対数アンプの出力結果とを図２に加えた図である。汚れた潤滑油は、検出を開始する時点で、線形アンプのカラーセンサ出力が上述の新油に対して２０％減衰したものである。なお、新油に対する線形アンプによって検出された検出値を丸がプロットされた実線で示している。汚れた潤滑油に対する線形アンプによって検出された検出値を細い破線で示している。汚れた潤滑油に対する対数アンプによって検出された検出値を太い破線で示している。

　透過率１における汚れた潤滑油に対する線形アンプのカラーセンサ出力は、透過率１における新油に対する線形アンプのカラーセンサ出力よりも２０％少ない値となる。一方、透過率１における同じ汚れた潤滑油に対する対数アンプ２６のカラーセンサ出力は、透過率１における新油に対する対数アンプ２６のカラーセンサ出力よりも２％少ない値となる。このため、出射面２３ｃや入射面２４ａに汚れが付着していたとしても、対数アンプ２６によるカラーセンサ出力の変化量が大きいので、汚れによる影響を線形アンプよりも抑制することができる。

　また、潤滑油に気泡が含まれていると、潤滑油の気泡を含む部分を通過した検出光と潤滑油の気泡を含まない部分を通過した検出光とによって、本来の検出値に対して上下に振れた値となる。ところが、対数アンプ２６を備えた潤滑油劣化センサ１０は、対数アンプ２６によるカラーセンサ出力の変化量が大きいので、気泡による影響を線形アンプよりも抑制することができる。

　さらに、第１プリズム２３と第２プリズム２４との間に設けられた油浸入間隙２５を広げると、光路長が長くなるので、カラーセンサ出力の検出値が低下する。ところが、対数アンプ２６を備えた潤滑油劣化センサ１０は、対数アンプ２６によるカラーセンサ出力の変化量が大きいので、油浸入間隙２５を広げて検出することができる。これを利用すれば、粘度が高い、言い換えると流動性の悪い潤滑油であっても第１プリズム２３と第２プリズム２４との間に設けられた油浸入間隙２５を流れやすくすることができる。

　図４に示されるように、明度は、潤滑油を使用する機械の稼働時間の増加に伴って減少する。明度（ΔＥ）は、Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値から式（１）によって求められる。機械の可動部品に対する負荷が大きいときの稼働時間に対する明度の変化を一点鎖線で示す。機械の可動部品に対する負荷が小さいときの稼働時間に対する明度の変化を実線で示す。明度は劣化が激しくなると急激に低下するので、明度の単位時間あたりの変化量を見ることで、潤滑油の劣化を把握することができる。

　判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の明度に基づいて潤滑油の劣化状態を判定する。ここでは、明度が算出値に相当する。すなわち、判定部３１は、明度の単位時間あたりの変化量と所定値との比較に基づいて潤滑油の劣化が激しいか否かを判定する。そして、判定部３１は、潤滑油の劣化が激しい際に、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の明度と油劣化閾値との比較に基づいて潤滑油の状態を判定する。油劣化閾値は、潤滑油が劣化しているか否かを判定する閾値である。判定部３１は、明度が油劣化閾値以下である場合に、潤滑油が劣化していると判定する。

　また、判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の明度に基づいて機械の状態を判定する。すなわち、判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の明度と機械破損閾値との比較に基づいて機械の状態を判定する。機械破損閾値は、機械が破損しているか否かを判定する閾値であって、油劣化閾値よりも小さい値である。判定部３１は、明度が機械破損閾値以下である場合に、機械が破損していると判定する。

　次に、図５を参照して、前述のように構成された潤滑油劣化センサ１０を用いた劣化判定方法について説明する。判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０が装着された機械の稼働時間が一定時間経過する毎に劣化判定を行う。なお、状態判定を随時行ってもよく、ユーザの指示によって必要なときにのみ劣化判定を行ってもよい。

　図５に示されるように、判定部３１は、劣化判定の実施が指示されると劣化判定を開始する。判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から明度を算出して、明度の単位時間あたりの変化量を算出する（ステップＳ１１）。すなわち、判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０のカラーセンサ２２が検出した検出値から現在の明度を算出して、単位時間前の明度と現在の明度とから変化量を算出する。変化量は、現在の明度と単位時間前の明度との差から求める。

　判定部３１は、明度の単位時間あたりの変化量の絶対値が所定値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１２）。すなわち、判定部３１は、明度が急激に変化したか否かを判断するために、稼働時間が少ない間の変化量の絶対値よりも大きい値である所定値と比較する。なお、潤滑油が劣化した際には、稼働時間に対して明度が急激に低下する。そして、判定部３１は、明度の単位時間あたりの変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、明度の急激な変化がないと判断して判定処理を終了する。

　一方、判定部３１は、明度の単位時間あたりの変化量の絶対値が所定値よりも大きい場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、明度が油劣化判定閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。すなわち、判定部３１は、明度が油劣化判定閾値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）には、潤滑油が劣化していないと判断して判定処理を終了する。

　一方、判定部３１は、明度が油劣化判定閾値以下であると判断した場合には（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、明度が機械破損閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。すなわち、判定部３１は、明度が機械破損閾値よりも大きいと判断した場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、潤滑油が劣化していると判定して（ステップＳ１６）、判定処理を終了する。すなわち、判定部３１は、明度が機械破損閾値よりも大きく、油劣化閾値以下であるので、機械の破損ではなく、潤滑油が劣化していると判定する。

　一方、判定部３１は、明度が機械破損閾値以下であると判断した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）には、機械が破損していると判定して（ステップＳ１５）、判定処理を終了する。すなわち、判定部３１は、明度が機械破損閾値以下であるので、機械の破損によって潤滑油中に不純物が混入していると判断して、機械が破損していると判定する。

　さて、本実施形態では、潤滑油劣化センサ１０の検出値から明度を算出して、明度の単位時間あたりの変化量に加えて、油劣化閾値によって潤滑油の劣化を容易に判定でき、機械破損閾値によって機械の破損を容易に判定できる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
　（１）ＬＥＤ２１から出射された検出光が油浸入間隙２５において潤滑油中を透過し、潤滑油を透過した検出光の色情報をカラーセンサ２２が検出する。そして、カラーセンサ２２が検出した検出値を対数アンプ２６が対数関数にて増幅して出力する。対数アンプ２６によって増幅された検出値は、線形アンプによって増幅された検出値と比較して、透過率が低い領域においても透過率の変化量に対して変化量が大きい。このため、検出値から透過率を正確に把握することができる。よって、透過率の低い潤滑油であっても、潤滑油の劣化状態の検出精度を維持することができる。

　（２）平行光を出射するコリメートレンズ２９をＬＥＤ２１と油浸入間隙２５との間に設置した。このため、ＬＥＤ２１から出射された検出光がコリメートレンズ２９によって平行光に変換されるので、検出光の拡散及び収束を抑えながらカラーセンサ２２まで届かせることができる。よって、カラーセンサ２２が受光する光量が増加して、検出精度を安定させることができる。

　（３）明度の単位時間当たりの変化量の絶対値が所定値よりも大きいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、単位時間毎に明度の変化量から確実に判定することができる。また、潤滑油の急激な劣化を把握することができ、ひいては機械の異常を容易に把握することができる。

　（４）明度の変化量の絶対値が所定値よりも大きいことに加えて、明度が潤滑油劣化閾値よりも小さいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、明度の変化量と明度そのものとによって潤滑油の劣化を確実に判定することができる。

　（５）明度の変化量の絶対値が所定値よりも大きいことに加えて、明度が機械破損閾値よりも小さいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、明度の変化量と明度そのものとによって機械の破損を確実に判定することができる。

　（第２の実施形態）
　以下、図６及び図７を参照して、潤滑油劣化センサの第２の実施形態について説明する。この実施形態の潤滑油劣化センサ１０を用いた劣化判定は、算出値として明度に代えて最大色差を用いる点が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の潤滑油劣化センサ１０は、図１に示す第１の実施形態の潤滑油劣化センサ１０と同様の構成を備えている。

　図６に示されるように、最大色差は、潤滑油を使用する機械の稼働時間の増加に伴って増加して極値を境に減少する。機械の可動部品に対する負荷が大きいときの稼働時間に対する最大色差の変化を一点鎖線で示す。機械の可動部品に対する負荷が小さいときの稼働時間に対する最大色差の変化を実線で示す。

　ここで、状態判定に使用する色成分最大差（最大色差）について説明する。成分色差は、｜Ｒ－Ｇ｜、｜Ｇ－Ｂ｜、｜Ｒ－Ｂ｜で表される絶対値である。そして、最大色差は、これらの成分色差のうち最大となる値である。すなわち、最大色差は、色成分最大値と色成分最小値との差である。Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値のうち最小値はＢ値であることが多く、最大値はＲ値であることが多いため、最大色差として｜Ｒ－Ｂ｜のみを演算してもよい。

　判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の最大色差に基づいて潤滑油の劣化状態を判定する。ここでは、最大色差が算出値に相当する。すなわち、判定部３１は、最大色差の単位時間あたりの変化量と所定値との比較に基づいて潤滑油の劣化が激しいか否かを判定する。ここでは、所定値をゼロとして、変化量がマイナス、すなわち負の値であるときに潤滑油の劣化が激しいと判定する。そして、判定部３１は、潤滑油の劣化が激しい際に、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の最大色差に基づいて潤滑油の劣化状態を判定する。すなわち、判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の最大色差と油劣化閾値との比較に基づいて潤滑油の状態を判定する。油劣化閾値は、潤滑油が劣化しているか否かを判定する閾値である。判定部３１は、最大色差が油劣化判定閾値以下である場合に、潤滑油が劣化していると判定する。

　また、判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の最大色差に基づいて機械の状態を判定する。すなわち、判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の最大色差と機械破損閾値との比較に基づいて機械の状態を判定する。機械破損閾値は、機械が破損しているか否かを判定する閾値であって、油劣化閾値よりも小さい値である。判定部３１は、最大色差が機械破損閾値以下である場合に、機械が破損していると判定する。

　次に、図７を参照して、前述のように構成された潤滑油劣化センサ１０を用いた劣化判定方法について説明する。判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０が装着された機械の稼働時間が一定時間経過する毎に劣化判定を行う。なお、状態判定を随時行ってもよく、ユーザの指示によって必要なときにのみ劣化判定を行ってもよい。

　図７に示されるように、判定部３１は、劣化判定の実施が指示されると劣化判定を開始する。判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から明度を算出して、最大色差の単位時間あたりの変化量を算出する（ステップＳ２１）。すなわち、判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０のカラーセンサ２２が検出した検出値から現在の最大色差を算出して、単位時間前の最大色差と現在の最大色差とから変化量を算出する。変化量は、現在の最大色差と単位時間前の最大色差との差から求める。

　判定部３１は、最大色差の単位時間あたりの変化量がマイナスか否かを判断する（ステップＳ２２）。潤滑油が劣化した際には、稼働時間の増加に対して増加していた最大色差が極値を境に低下する。すなわち、最大色差の変化量は、プラスからマイナスに変わる。そして、判定部３１は、最大色差の単位時間あたりの変化量がプラスである場合には（ステップＳ２２：ＮＯ）、最大色差の急激な変化がないと判断して判定処理を終了する。

　一方、判定部３１は、最大色差の単位時間あたりの変化量がマイナスである場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、最大色差が油劣化閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ２３）。すなわち、判定部３１は、最大色差が油劣化閾値よりも大きいと判断した場合には（ステップＳ２３：ＮＯ）、潤滑油が劣化していないと判定して判定処理を終了する。

　一方、判定部３１は、最大色差が油劣化閾値以下であると判断した場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）には、最大色差が機械破損閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ２４）。すなわち、判定部３１は、最大色差が機械破損閾値より大きいと判断した場合には（ステップＳ２４：ＮＯ）、潤滑油が劣化していると判定して（ステップＳ２６）、判定処理を終了する。すなわち、判定部３１は、最大色差が機械破損閾値よりも大きく、油劣化閾値以下であるので、機械の破損ではなく、潤滑油が劣化していると判定する。

　一方、判定部３１は、最大色差が機械破損閾値以下であると判断した場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）には、機械が破損していると判定して（ステップＳ２５）、判定処理を終了する。すなわち、判定部３１は、最大色差が機械破損閾値以下であるので、機械の破損によって潤滑油中に不純物が混入していると判断して、機械が破損していると判定する。

　さて、本実施形態では、潤滑油劣化センサ１０の検出値から最大色差を算出して、最大色差の単位時間あたりの変化量に加えて、油劣化閾値によって潤滑油の劣化を容易に判定でき、機械の故障を故障判定閾値によって容易に判定できる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態の（１）、（２）に加え、以下の効果を奏することができる。
　（３）最大色差の単位時間当たりの変化量がマイナスであることを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、単位時間毎に最大色差の変化量から確実に判定することができる。

　（４）最大色差の変化量がマイナスであることに加えて、最大色差が潤滑油劣化閾値よりも小さいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、最大色差の変化量と最大色差そのものとによって潤滑油の劣化を確実に判定することができる。

　（５）最大色差の変化量がマイナスであることに加えて、最大色差が機械破損閾値よりも小さいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、最大色差の変化量と最大色差そのものとによって機械の破損を確実に判定することができる。

　（第３の実施形態）
　以下、図８及び図９を参照して、潤滑油劣化センサの第３の実施形態について説明する。この実施形態の潤滑油劣化センサ１０を用いた劣化判定は、算出値として明度と最大色差とを用いる点が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の潤滑油劣化センサ１０は、図１に示す第１の実施形態の潤滑油劣化センサ１０と同様の構成を備えている。

　図８に示されるように、横軸に明度とし、縦軸に最大色差とする図である。潤滑油を使用する機械の稼動時間が増加するに従い明度が減少する。最大色差は、潤滑油の明度の低下に伴って増加して極値を境に減少する。

　判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の明度と最大色差とに基づいて潤滑油の劣化状態を判定する。ここでは、明度と最大色差とが算出値に相当する。すなわち、判定部３１は、最大色差の単位明度あたりの変化量と所定値との比較に基づいて潤滑油の劣化が激しいか否かを判定する。ここでは、所定値をゼロとして、変化量がマイナスであるときに潤滑油の劣化が激しいと判定する。そして、判定部３１は、潤滑油の劣化が激しい際に、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の明度に対する最大色差に基づいて潤滑油の劣化状態を判定する。すなわち、判定部３１は、潤滑油の劣化が激しい際に、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の最大色差と油劣化閾値との比較に基づいて潤滑油の状態を判定する。油劣化閾値は、潤滑油が劣化しているか否かを判定する閾値である。判定部３１は、最大色差が油劣化閾値以下である場合に、潤滑油が劣化していると判定する。

　また、判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の明度に対する最大色差に基づいて機械の状態を判定する。すなわち、判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から演算される潤滑油の最大色差と機械破損閾値との比較に基づいて機械の状態を判定する。機械破損閾値は、機械が破損しているか否かを判定する閾値であって、油劣化閾値よりも小さい値である。判定部３１は、最大色差が機械破損閾値以下である場合に、機械が破損していると判定する。

　次に、図９を参照して、前述のように構成された潤滑油劣化センサ１０を用いた劣化判定方法について説明する。判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０が装着された機械の稼働時間が一定時間経過する毎に劣化判定を行う。なお、状態判定を随時行ってもよく、ユーザの指示によって必要なときにのみ劣化判定を行ってもよい。

　図９に示されるように、判定部３１は、劣化判定の実施が指示されると劣化判定を開始する。判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０の検出値から明度と最大色差とを算出して、最大色差の単位明度あたりの変化量を算出する（ステップＳ３１）。すなわち、判定部３１は、潤滑油劣化センサ１０のカラーセンサ２２が検出した検出値から現在の明度と最大色差とを算出して、単位明度前の最大色差と現在の最大色差とから変化量を算出する。変化量は、現在の最大色差と単位明度前の最大色差との差から求める。

　判定部３１は、最大色差の単位明度あたりの変化量がマイナスか否かを判断する（ステップＳ３２）。潤滑油が劣化した際には、明度の減少に対して増加していた最大色差が極値を境に低下する。すなわち、最大色差の変化量は、プラスからマイナスに変わる。そして、判定部３１は、最大色差の単位明度あたりの変化量がプラスである場合には（ステップＳ３２：ＮＯ）、最大色差の急激な変化がないと判断して判定処理を終了する。

　一方、判定部３１は、最大色差の単位時間あたりの変化量がマイナスである場合には（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、最大色差が油劣化閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ３３）。すなわち、判定部３１は、最大色差が油劣化閾値よりも大きいと判断した場合には（ステップＳ３３：ＮＯ）、潤滑油が劣化していないと判定して判定処理を終了する。

　一方、判定部３１は、最大色差が油劣化閾値以下であると判断した場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）には、最大色差が機械破損閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ３４）。すなわち、判定部３１は、最大色差が機械破損閾値より大きいと判断した場合には（ステップＳ３４：ＮＯ）、潤滑油が劣化していると判定して（ステップＳ３６）、判定処理を終了する。すなわち、判定部３１は、最大色差が機械破損閾値よりも大きく、油劣化閾値以下であるので、機械の破損ではなく、潤滑油が劣化していると判定する。

　一方、判定部３１は、最大色差が機械破損閾値以下であると判断した場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）には、機械が破損していると判定して（ステップＳ３５）、判定処理を終了する。すなわち、判定部３１は、最大色差が機械破損閾値以下であるので、機械の破損によって潤滑油中に不純物が混入していると判断して、機械が破損していると判定する。

　さて、本実施形態では、潤滑油劣化センサ１０の検出値から明度と最大色差とを算出して、最大色差の単位明度あたりの変化量に加えて、油劣化閾値によって潤滑油の劣化を容易に判定でき、機械の故障を故障判定閾値によって容易に判定できる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態の（１）、（２）に加え、以下の効果を奏することができる。
　（３）最大色差の単位明度当たりの変化量がマイナスであることを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、単位明度毎に最大色差の変化量から確実に判定することができる。

　（４）最大色差の単位明度当たりの変化量がマイナスであることに加えて、単位明度当たりの最大色差が潤滑油劣化閾値よりも小さいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、最大色差の単位明度当たりの変化量と単位明度当たりの最大色差そのものとによって潤滑油の劣化を確実に判定することができる。

　（５）最大色差の単位明度当たりの変化量がマイナスであることに加えて、単位明度当たりの最大色差が機械破損閾値よりも小さいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する。このため、最大色差の単位明度当たりの変化量と単位明度当たりの最大色差そのものとによって機械の破損を確実に判定することができる。

　なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
　・上記第１の実施形態では、明度の単位時間あたりの変化量を算出して、明度の変化量の絶対値が所定値より大きいことを条件に潤滑油が劣化していると判定した。しかしながら、算出した明度のみで潤滑油の劣化判定が十分可能であれば、明度の単位時間あたりの変化量に基づいて判定を行わなくてもよい。

　・上記第２の実施形態では、最大色差の単位時間あたりの変化量を算出して、最大色差の変化量がマイナスであることを条件に潤滑油が劣化していると判定した。しかしながら、算出した最大色差のみで潤滑油の劣化判定が十分可能であれば、最大色差の単位時間あたりの変化量に基づいて判定を行わなくてもよい。

　・上記第３の実施形態では、最大色差の単位明度あたりの変化量を算出して、最大色差の変化量がマイナスであることを条件に潤滑油が劣化していると判定した。しかしながら、算出した最大色差のみで潤滑油の劣化判定が十分可能であれば、最大色差の単位明度あたりの変化量に基づいて判定を行わなくてもよい。

　・上記実施形態では、潤滑油の劣化から機械の破損を判定したが、必要なければ、潤滑油の劣化のみを判定してもよい。
　・上記実施形態では、明度や色成分最大差に基づいて潤滑油の劣化度を判定した。しかしながら、明度や色成分最大差に限らず、他の算出値によって潤滑油の劣化度を判定してもよい。

　・上記実施形態では、光学センサ２０の外部にあるＰＣ３０等の外部装置を判定部３１として使用したが、判定部３１を光学センサ２０の内部に設けてもよい。
　・上記実施形態では、第１貫通孔１１ｃのＬＥＤ２１と第１プリズム２３との間に、コリメートレンズ２９を設けた。しかしながら、検出光の光量がカラーセンサ２２に十分届くのならば、コリメートレンズ２９の構成を省略してもよい。

　・上記実施形態では、光センサ部にプリズムによる反射タイプを採用したが、光センサ部に発光素子と受光素子とを対向配置したタイプ等を採用してもよい。
　・上記実施形態において、潤滑油を必要として可動する軸受やピストン等を備えた機械や、風力発電機、建設機械、航空機、鉄道車両、真空ポンプ等機械に適用してもよい。補足すると、風力発電機では、例えば風力発電機用増速器やその軸受、ピッチ駆動用油圧シリンダや減速機、ＹＡＷ駆動用油圧モータである。建設機械では、例えば油圧モータ、油圧シリンダ、油圧用バルブ（ロードセンシングバルブ等）や走行モータ、旋回モータ、ジョイント等である。航空機では、例えばスポイラー、エルロン、エレベーター、ラダー、フラップ、スラット、ブレーキ、ステアリング等を駆動するフライトコントロールアクチュエータ、油圧モータ等である。鉄道車両では、例えば鉄道車両用空気圧縮装置である。商用車、乗用車では、例えばブレーキアクチュエータ、エンジンオイルの循環ポンプ、燃料の供給ポンプ等である。船舶では、例えばエンジンオイルの循環ポンプ、燃料の供給ポンプ、油圧駆動装置・機器等である。

　・上記実施形態では、潤滑油を検査対象物としたが、潤滑油に限らず、冷却用油等を検査対象物としてもよい。

　１０…潤滑油劣化センサ、１１…ハウジング、１１ａ…収容部、１１ｂ…底面、１１ｃ…第１貫通孔、１１ｄ…第２貫通孔、１６…回路基板、１７…カバー、２０…光学センサ、２１…発光素子としてのＬＥＤ、２２…受光素子としてのカラーセンサ、２３…第１プリズム、２３ａ…入射面、２３ｂ…反射面、２３ｃ…出射面、２４…第２プリズム、２４ａ…入射面、２４ｂ…反射面、２４ｃ…出射面、２５…検査部としての油浸入間隙、２６…対数アンプ、２８…ＬＥＤドライバ、２９…コリメートレンズ、３０…ＰＣ、３１…判定部。

Claims

　潤滑油の劣化状態の検出に用いる潤滑油劣化センサにおいて、
　検出対象の潤滑油が入る検査部と、
　前記検査部に対し検出光を出射する発光素子と、
　前記潤滑油を透過した前記検出光の色情報を表す検出値を取得する受光素子と、
　前記検出値を対数関数にて増幅して出力する対数アンプと、を備える
　ことを特徴とする潤滑油劣化センサ。
　請求項１に記載の潤滑油劣化センサにおいて、
　前記発光素子と前記検査部との間に設置され、平行光を出射するコリメートレンズをさらに備える
　ことを特徴とする潤滑油劣化センサ。
　請求項１又は２に記載の潤滑油劣化センサにおいて、
　前記検出値から明度を算出し、前記明度の単位時間当たりの変化量の絶対値が所定値よりも大きいことを条件に潤滑油が劣化していると判定する判定部をさらに備える
　ことを特徴とする潤滑油劣化センサ。
　請求項１又は２に記載の潤滑油劣化センサにおいて、
　前記検出値から色成分最大差を算出し、前記色成分最大差の単位時間当たりの変化量が負の値であることを条件に潤滑油が劣化していると判定する判定部をさらに備える
　ことを特徴とする潤滑油劣化センサ。
　請求項１又は２に記載の潤滑油劣化センサにおいて、
　前記検出値から明度及び色成分最大差を算出し、前記色成分最大差の単位明度当たりの変化量が負の値であることを条件に潤滑油が劣化していると判定する判定部をさらに備える
　ことを特徴とする潤滑油劣化センサ。
　前記判定部は、前記明度の変化量の絶対値が所定値よりも大きいことに加えて、前記明度が潤滑油の劣化を判定するための油劣化閾値よりも小さいことを条件に、潤滑油が劣化していると判定する
　請求項３に記載の潤滑油劣化センサ。
　前記判定部は、前記明度の変化量の絶対値が所定値よりも大きいことに加えて、前記明度が潤滑油劣化センサが設置された機械の破損を判定するための機械破損閾値よりも小さいことを条件に、機械が破損していると判定する
　請求項３又は６に記載の潤滑油劣化センサ。
　検査対象物を透過した光の光量を検出して対数アンプにより増幅する光学センサであって、前記対数アンプの出力電圧は前記対数アンプの入力電圧と対数関係にある
　ことを特徴とする光学センサ。
　請求項８に記載の光学センサにおいて、
　前記光学センサは光の三原色のうち、２つ以上の原色の光量を検出し、
　前記対数アンプは、前記２つ以上の原色のそれぞれに対し設けられている
　ことを特徴とする光学センサ。
　請求項８又は９に記載の光学センサにおいて、
　前記対数アンプは前記光量を検出するための受光素子の受光面に前記光が入射する方向において、前記受光面より後方に設けられている
　ことを特徴とする光学センサ。