(57)【要約】      （修正有）【課題】機械装置に使用されるフィルタエレメントの状態をインラインで精度良く判定できるオイルフィルタ状態判定装置を提供する。【解決手段】オイルフィルタ状態判定装置１００は、機械装置内のオイル２００が循環する流路３１０上に設けられ、オイル中に混入又は発生する粒子状物質を濾別するフィルタエレメント３０６ｃに電磁波を照射する光源１０と、フィルタエレメントの表面から散乱されるラマン散乱光を分光することによりラマン散乱光のスペクトルを導出する分光器２０と、分光器により導出されたラマン散乱光のラマンスペクトルに基づいてフィルタエレメント上の粒子状物質の堆積状態を判定する判定部３０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械装置内のオイルが循環する流路上に設けられ、前記オイル中に混入又は発生する粒子状物質を濾別するフィルタエレメントに電磁波を照射する光源と、
前記フィルタエレメントの表面から散乱されるラマン散乱光を分光することにより前記ラマン散乱光のスペクトルを導出する分光器と、
前記分光器により導出された前記ラマン散乱光のラマンスペクトルに基づいて前記フィルタエレメント上の前記粒子状物質の堆積状態を判定する判定部と、
を備える、
オイルフィルタ状態判定装置。
【請求項２】
前記判定部は、３００ｃｍ−１から４０００ｃｍ−１までの波数範囲における前記ラマン散乱光のスペクトルに基づいて前記堆積状態を判定する、
請求項１に記載のオイルフィルタ状態判定装置。
【請求項３】
前記判定部は、３００ｃｍ−１から２２００ｃｍ−１までの波数範囲における前記ラマン散乱光のスペクトルに基づいて前記堆積状態を判定する、
請求項１に記載のオイルフィルタ状態判定装置。
【請求項４】
前記判定部は、３００ｃｍ−１から７００ｃｍ−１までの波数範囲における前記ラマン散乱光のスペクトルに基づいて前記堆積状態を判定する、
請求項１に記載のオイルフィルタ状態判定装置。
【請求項５】
前記判定部は、７００ｃｍ−１から１７００ｃｍ−１までの波数範囲における前記ラマン散乱光のスペクトルに基づいて前記堆積状態を判定する、
請求項１に記載のオイルフィルタ状態判定装置。
【請求項６】
前記光源は、前記オイルが前記流路を循環しているときに前記フィルタエレメントに前記電磁波を照射する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のオイルフィルタ状態判定装置。
【請求項７】
前記判定部は、記憶部を有し、前記機械装置内の前記フィルタエレメントが新しいフィルタエレメントに交換され、前記流路内に配置されてオイルが前記流路内に注入されたときの前記新しいフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルを前記フィルタエレメントの初期状態を示す情報として前記記憶部に格納し、前記フィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルと、前記新しいフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルとを比較することにより、前記堆積状態を判定する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のオイルフィルタ状態判定装置。
【請求項８】
オイルと、
前記オイルが注入される機械装置と、
前記機械装置内のオイルが循環する流路に設けられ、前記オイル中に混入又は発生する粒子状物質を濾別するフィルタエレメントと、
前記フィルタエレメントの表面から散乱されるラマン散乱光を分光することにより前記ラマン散乱光のスペクトルを導出する分光器と、
前記フィルタエレメント上の前記粒子状物質の堆積状態を判定する請求項１〜７のいずれか１項に記載のオイルフィルタ状態判定装置と、
を備える、
オイルフィルタ状態判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、機械装置に使用されるフィルタ（以下、フィルタエレメント）の状態をインラインで判定するオイルフィルタ状態判定装置及びオイルフィルタ状態判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械装置に使用されるオイルは、機械装置の使用環境（例えば、気温など）によっては、粉塵、土砂などの微粒子が混入し、それがフィルタエレメントに堆積して目詰まりを起こすことにより、又はオイルの粘度が変化することにより、フィルタエレメントにかかる圧力が異常に高くなることがある。機械装置では、オイル経路の破損などの防止のため、所定の圧力を超える圧力が検出された場合、稼働を停止させる。このとき、オイル経路の圧力を逃がす技術として、例えば、特許文献１では、バイパスバルブを設けてフィルタエレメントにオイルが流れ込まないようにする技術が開示されている。
【０００３】
また、フィルタエレメントの目詰まりを検知する技術としは、例えば、特許文献２では、フィルタの入り口側の圧力と出口側の圧力との差圧に基づいて判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６２８１４号公報
【特許文献２】特開２００４−３３７６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、オイルに含まれる異物が機械装置内の機器に流れ込み、摩擦などの不具合が生じる恐れがある。
【０００６】
また、特許文献２に記載の従来技術では、温度条件によりオイルの粘度が変化すると、フィルタエレメントが目詰まりしていなくても目詰まりしていると判定する場合がある。
【０００７】
そこで、本開示は、機械装置に使用されるフィルタエレメントの状態をインラインで精度良く判定できるオイルフィルタ状態判定装置及びオイルフィルタ状態判定システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置は、機械装置内のオイルが循環する流路上に設けられ、前記オイル中に混入又は発生する粒子状物質を濾別するフィルタエレメントに電磁波を照射する光源と、前記フィルタエレメントの表面から散乱されるラマン散乱光を分光することにより前記ラマン散乱光のスペクトルを出力する分光器と、前記分光器により出力された前記ラマン散乱光のラマンスペクトルに基づいて前記フィルタエレメント上の前記粒子状物質の堆積状態を判定する判定部と、を備える。
【０００９】
また、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定システムは、オイルと、前記オイルが注入される機械装置と、前記機械装置内の前記オイルが循環する流路上に設けられ、前記オイル中に混入又は発生する粒子状物質を濾別するフィルタエレメントと、前記フィルタエレメント上の前記粒子状物質の堆積状態を判定する上記のオイルフィルタ状態判定装置と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、機械装置に使用されるフィルタエレメントの状態をインラインで精度良く判定できるオイルフィルタ状態判定装置及びオイルフィルタ状態判定システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態に係るオイルフィルタ状態判定システムの一例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態に係るオイルフィルタ状態判定装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における概略断面図である。
【図４】図４は、実施の形態における分光器を受光側から見た一例を示す概略上面図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖ線における概略断面図である。
【図６】図６は、フィルタエレメントの表面の粒子状物質の堆積状態をラマン分光法により分析した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本開示に至った知見）
一般に、油圧ショベルなどの建設機械には、動作油を収容する作動油タンクと、該作動油タンク内の動作油を吸込み、高圧の圧油として吐出する油圧ポンプと、該油圧ポンプから圧油が給排されることにより動作する油圧シリンダ又は油圧モータ等の油圧アクチュエータと、を備えてなる油圧駆動回路が搭載されている。このような油圧駆動回路にあっては、作動油タンク内の作動油は、油圧ポンプにより高圧の圧油として油圧アクチュエータに供給された後に、低圧の戻り油となって順次作動油タンク内へと戻る。作動油は、油圧ポンプで発生する運動エネルギーを、油圧シリンダ及び油圧モータなどの油圧アクチュエータに伝達する機能だけでなく、建設機械の主要部分である油圧コンポーネントを摩耗及び腐食から保護し、さらに、断熱圧縮及び油圧機器内部の摩擦で発生する熱を、オイルクーラーを介して大気中に放出する機能を有している。作動油は、建設機械が稼働する間、高温高圧に晒されるため、酸化により劣化されやすい。このため、作動油を継続して使用すると、その品質が徐々に劣化することは知られている。
【００１３】
また、作動油には、各油圧コンポーネントの稼働による摩擦又は腐食、若しくは、油圧コンポーネントの破損などにより、金属の摩耗粉、砂、破損したコンポーネントの破片等の異物が混入することが多い。このため、油圧ショベルなどの建設機械の油圧経路には、通常、作動油に混入した異物を除去するためのオイルフィルタが設置されている。しかしながら、油圧ショベルなどの建設機械が使用される場所は、特に、砂、土、又は、埃などの異物が作動油に混入しやすい環境にあるため、フィルタの目詰まりが発生しやすい。フィルタが目詰まりすると、フィルタを通過する圧油の流量が低下するため、フィルタの上流側の油圧回路内の圧力が上昇する。フィルタの目詰まりが著しい場合には、油圧回路及びフィルタエレメントの破損が起こり得る。そこで、フィルタの目詰まりが生じた場合に油圧回路内の圧力が高くなるのを防ぐため、バイパスバルブを設けている。フィルタの上流側の圧力が所定の圧力を超えると、バイパスバルブが作動する。これにより、フィルタの上流の作動油は、バイパス配管を通過して、フィルタの下流側に到達する（例えば、特許文献１参照）。バイパスバルブが作動した場合には、作動油はフィルタを通過しないため、本来ならフィルタで捕集されるはずの異物が作動油とともにフィルタの下流へ流れて行く。
【００１４】
このように作動油がバイパスされる状態で建設機械を使用し続けると、目詰まりしたフィルタの下流にあるフィルタも目詰まりして、当該フィルタに対して設置されたバイパスバルブが作動して、作動油が当該フィルタの下流にバイパスされる。さらに下流のフィルタに対しても同様に、作動油のバイパスが繰り返されることにより、フィルタを通らずに油圧経路を流れる圧油の量が増える。つまり、異物を含んだ圧油が油圧経路を流れるため、異物によって油圧機器又はその関連機器に支障が生じる恐れがある。例えば、作動油に混入した異物により油圧機器に生じる支障は、例えば、バルブのスプールへの異物の噛み込みによるバルブの動作不良、異物によるポンプ又は摺動面の摩擦、ポンプロータなどの異物の噛み込みなどである。作動油に混入した異物により油圧機器の関連機器に生じる支障は、ギヤ、ローター、又は、オイルシールなどのパッキン類の摩耗などである。このような異物に起因するトラブルを低減するために、フィルタの目詰まりの状態をモニタリングする技術が求められている。
【００１５】
従来、作動油フィルタの目詰まりを検知するための方法として、フィルタの入り口側の圧力と出口側の圧力との差圧を検知する方法が知られている。差圧が基準値を超えると、スイッチが作動して警告を発することにより、使用者に作動油フィルタの目詰まりを知らせる（例えば、特許文献２参照）。なお、この場合の目詰まりとは、フィルタが完全に目詰まりした状態ではなく、フィルタを新品に交換するための好ましい時期に至った状態である。
【００１６】
しかしながら、差圧に基づいてフィルタの目詰まりを検知する方法は、油の粘度の影響を受けるため、フィルタの目詰まりを精度良く検知することは難しい。一般に、油は、温度が高くなるにつれて粘度が低下し、温度が低くなるにつれて粘度が上昇する。そのため、フィルタの表面の異物の堆積状態が同じであっても、温度条件によって油の粘度が異なるため、差圧も異なる。これは、作動油においても同様である。例えば、動作油は、温度が高くなると粘度が小さくなり、フィルタの入り口側の圧力と出口側の圧力との差圧は小さくなる。そのため、フィルタが目詰まりしている状態であっても、目詰まりしていないと判定される場合がある。また、動作油は、温度が低くなると粘度が高くなり、フィルタの入り口側の圧力と出口側の圧力との差圧は大きくなる。そのため、フィルタが目詰まりしていない状態であっても、目詰まりしていると判定される場合がある。上記のように、油の粘度に基づいてフィルタの目詰まりを検知する方法では、温度条件によって誤検知が生じるという課題がある。例えば、温度が低い場合に、フィルタが目詰まりしている状態であると誤検知されることを防ぐために、温度が所定の温度より低いときは、スイッチが作動しても警告を発しないように設定する方法が提案されている。当該方法では、作動油の温度が所定の温度よりも低いときに、異常な差圧を検知しても警告を発しないため、フィルタの目詰まりを検知する機能が実質的に失われている状態である。そのため、特に、作動油の温度が低い早朝、寒冷地、又は、冬場などの低温環境下では、当該方法は、フィルタの目詰まりを検知することができないという問題がある。
【００１７】
また、フィルタの目詰まりを引き起こす異物は、外部から侵入する土砂の他に、油圧回路の内部コンポーネントの摩擦などに起因する金属微粉末、及び、作動油の酸化によって生じる煤などの微粒子などがあり得る。そのため、実際にフィルタに捕集されている異物を判別できれば、例えば、シーリング不良、及び、油圧ポンプ等の油圧機構の破損等の不具合の診断が可能である。しかしながら、上記の差圧に基づいてフィルタの目詰まりをインラインで検知する技術では、異物の判別は不可能である。
【００１８】
本願発明者らは、上記課題を鑑みて鋭意検討した結果、フィルタに捕集された異物の堆積状態を、ラマン分光法を用いてインライン分析することにより、温度条件によるオイルの物理的特性の変化（例えば、粘度）による誤判定を低減することができることを見出した。
【００１９】
そこで、本開示は、オイルフィルタの状態をインラインで精度良く判定できるオイルフィルタ状態判定装置及びオイル状態判定方法を提供する。
【００２０】
本開示の一態様の概要は、以下の通りである。
【００２１】
本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置は、機械装置内のオイルが循環する流路上に設けられ、前記オイル中に混入又は発生する粒子状物質を濾別するフィルタエレメントに電磁波を照射する光源と、前記フィルタエレメントの表面から散乱されるラマン散乱光を分光することにより前記ラマン散乱光のスペクトルを導出する分光器と、前記分光器により導出された前記ラマン散乱光のラマンスペクトルに基づいて前記フィルタエレメント上の前記粒子状物質の堆積状態を判定する判定部と、を備える。
【００２２】
これにより、オイルの物理的特性の変化に関わらず、フィルタエレメント上に堆積した粒子状物質を同定することができる。また、ラマン分光法によれば、粒子状物質の量も検出することができる。したがって、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置によれば、フィルタエレメントの状態、つまり、フィルタエレメント上の粒子状物質の堆積状態をインラインで精度良く判定することができる。
【００２３】
例えば、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置では、前記判定部は、３００ｃｍ−１から４０００ｃｍ−１までの波数範囲における前記ラマン散乱光のスペクトルに基づいて前記堆積状態を判定してもよい。
【００２４】
これにより、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置によれば、フィルタエレメント上に堆積した粒子状物質の化学状態に関して、赤外吸収分光法と同等の情報を得ることができる。
【００２５】
例えば、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置では、前記判定部は、３００ｃｍ−１から２２００ｃｍ−１までの波数範囲における前記ラマン散乱光のスペクトルに基づいて前記堆積状態を判定してもよい。
【００２６】
これにより、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置によれば、ラマン散乱光のスペクトルにおいて強いシグナルを検出することができるため、高効率かつ高精度にフィルタエレメント上に堆積した粒子状物質の分析同定が可能である。
【００２７】
例えば、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置では、前記判定部は、３００ｃｍ−１から７００ｃｍ−１までの波数範囲における前記ラマン散乱光のスペクトルに基づいて前記堆積状態を判定してもよい。
【００２８】
これにより、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置によれば、例えば、油圧作動油において異物として問題になる土砂成分のスペクトルの特徴を検出することができる。
【００２９】
例えば、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置では、前記判定部は、７００ｃｍ−１から１７００ｃｍ−１までの波数範囲における前記ラマン散乱光のスペクトルに基づいて前記堆積状態を判定してもよい。
【００３０】
これにより、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置によれば、例えば、油圧作動油において異物として問題になる土砂成分のスペクトル及びオイル中に発生する粒子状物質のスペクトルの特徴を検出することができる。
【００３１】
例えば、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置では、前記光源は、前記オイルが前記流路を循環しているときに前記フィルタエレメントに前記電磁波を照射してもよい。
【００３２】
これにより、フィルタエレメントに電磁波を照射することによるバックグラウンド蛍光の時間変化を低減することができる。そのため、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置によれば、バックグラウンド補正の精度が向上される。
【００３３】
例えば、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置では、前記判定部は、記憶部を有し、前記機械装置内の前記フィルタエレメントが新しいフィルタエレメントに交換なされたときの前記新しいフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルを前記フィルタエレメントの初期状態を示す情報として前記記憶部に格納し、前記フィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルと、前記新しいフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルとを比較することにより、前記堆積状態を判定してもよい。
【００３４】
これにより、導出したフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルと、当該フィルタエレメントの初期の状態、つまり、新品の状態のフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルと比較することにより、フィルタエレメント上の堆積物の種類及び量を分析することができるだけでなく、堆積物の堆積速度の変化も導出することができる。したがって、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置によれば、フィルタエレメントの劣化状態の変化を予測することが可能となるため、機械装置の使用者は、例えば、フィルタエレメントの交換時期の目安を知ることができる。また、オイルフィルタ状態判定装置は、フィルタエレメントの劣化速度の変化から、機械装置で生じている、又は、生じ得るトラブルを予測することが可能となる。したがって、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定装置によれば、使用者は、フィルタエレメントの交換時期の管理及び機械装置の保守管理を、容易に、かつ、適切に行うことができる。
【００３５】
また、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定システムは、オイルと、前記オイルが注入される機械装置と、前記機械装置内の前記オイルが循環する流路上に設けられ、前記オイル中に混入または発生する粒子状物質を濾別するフィルタエレメントと、前記フィルタエレメント上の前記粒子状物質の堆積状態を判定する上記のいずれかのオイルフィルタ状態判定装置と、を備える。
【００３６】
これにより、オイルの物理的特性の変化に関わらず、フィルタエレメント上に堆積した粒子状物質を同定することができる。また、ラマン分光法によれば、粒子状物質の量も検出することができる。したがって、本開示の一態様に係るオイルフィルタ状態判定システムによれば、フィルタエレメントの状態、つまり、フィルタエレメント上の粒子状物質の堆積状態をインラインで精度良く判定することができる。
【００３７】
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は、コンピュータで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００３８】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３９】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。
【００４０】
（実施の形態）
［オイルフィルタ状態判定システム］
まず、実施の形態に係るオイルフィルタ状態判定システムの概要について説明する。図１は、実施の形態に係るオイルフィルタ状態判定システム４００の一例を示す図である。
【００４１】
図１に示すように、オイルフィルタ状態判定システム４００は、オイル２００と、オイル２００が注入される機械装置３００と、機械装置３００内のオイル２００が循環する流路３１０に設けられ、オイル２００中に混入又は発生する粒子状物質を濾別するフィルタエレメント３０６ａ、３０６ｂ、及び、３０６ｃ（以下、３０６ａ〜３０６ｃ）と、フィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態を判定するオイルフィルタ状態判定装置１００と、を備える。ここでは、機械装置３００が油圧ショベルである例について説明する。
【００４２】
図１では、油圧ショベルの油圧回路を模式的に示している。なお、本図において、見やすさの観点から、油圧回路を拡大して示している。油圧回路は、タンク３０２と、ストレーナー３０４と、フィルタエレメント３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃをそれぞれ有するフィルタ３０４ａ、３０４ｂ、及び、３０４ｃと、流路３１０と、ポンプ３０８と、を備える。オイル２００は、ポンプ３０８が駆動することにより、油圧回路の各構成を通過し、循環する。
【００４３】
機械装置３００は、機械装置３００内にオイル２００が循環する流路３１０に、オイル２００中に混入又は発生する粒子状物質（いわゆる、異物）を濾別するフィルタ３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃを備える。機械装置３００は、例えば、工場、事務所、公共施設及び住宅の内外に設置される大型又は小型の各種機械器具、屋外で稼働する建設機械、トラック、バス、乗用車、二輪車、船舶、航空機、列車、産業用車両、及び、建設用車両などの各種車両、又は、それらが備えるエンジン、変速機、及び、油圧作動装置などの機械類を含む。さらに、機械装置３００は、ポンプ、熱交換器、圧力計、及び、アクチュエータなどの機器類を含んでもよい。
【００４４】
オイル２００は、機械装置３００の潤滑媒体、冷却媒体、又は、動力伝達媒体として機能する油類である。オイル２００は、機械装置３００に注入され、往復又は循環等により、機械装置３００内で繰り返し使用される。そのため、オイル２００は、繰り返しの使用に伴う熱及び酸化のストレスにより、その主成分である有機化合物が酸化されて連鎖的に分解される、又は、化学反応により高分子化して不溶化する。この現象をオイル２００の劣化という。オイルフィルタ状態判定システム４００は、オイル２００の劣化の状態、つまり、オイル２００の劣化度合いを判定する。
【００４５】
オイルフィルタ状態判定装置１００は、機械装置３００の流路３１０に配置されたフィルタ３０４ａ〜３０４ｃのそれぞれに取り付けられている。流路３１０は、例えば、油圧ショベルなどの機械装置３００の油圧回路を構成する配管である。
【００４６】
図示していないが、オイルフィルタ状態判定装置１００は、提示部及び入力部を備えてもよい。提示部は、オイルの状態の判定結果を使用者に提示する。提示部は、例えば、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）又は液晶ディスプレイ、スピーカー、若しくは、ランプなどである。入力部は、使用者の操作信号の入力を受ける。入力部は、例えば、タッチパネル、操作ボタン、又は、マイクなどである。オイルフィルタ状態判定装置１００が上記構成を有することにより、使用者は、判定頻度などの設定変更、判定結果の確認、及び、必要な判定結果の抽出などを実施することができる。
【００４７】
なお、提示部及び入力部は、オイルフィルタ状態判定装置１００以外の装置に備えられてもよい。例えば、オイルフィルタ状態判定システム４００では、提示部及び入力部は、コンピュータ装置５００に備えられている。コンピュータ装置５００は、通信により、オイルフィルタ状態判定装置１００と接続されている。通信方式は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信であってもよく、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などの有線通信であってもよい。コンピュータ装置５００は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、パソコン、又は、機械装置３００を備える装置（図１では自動車）に組み込まれている端末である。このとき、入力部は、上記の構成の他に、例えば、キーボード、マウス、使用者の身体の一部分（例えば、目、頭、唇又は指など）の動きを検知するセンサなどであってもよい。これにより、使用者は、判定頻度などの設定変更、判定結果の確認、及び、必要な判定結果の抽出などを、所望のタイミングで簡便に実施することができる。
【００４８】
なお、コンピュータ装置５００は、インターネットなどのネットワークを介してデータベースに接続可能であってもよい。このとき、オイルフィルタ状態判定システム４００は、フィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃ上の異物の堆積状態を示す情報を、コンピュータ装置５００を介してデータベースに出力し、データベースで導出されたフィルタエレメントの交換時期、オイル２００の状態、及び、機械装置３００で発生し得るトラブルなどの情報を取得してもよい。これにより、オイルフィルタ状態判定システム４００によれば、使用者は、フィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃ及び機械装置３００の管理をより効率的に実施することができる。
【００４９】
以上により、オイルフィルタ状態判定システム４００によれば、フィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態をインラインで分析して、フィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃの劣化度合いを判定することができる。そのため、使用者は、機械装置３００の稼働を止めてフィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃを取り出してフィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃ上の異物の堆積状態、言い換えると、フィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃの劣化度合いを確認する必要がない。これにより、使用者は、フィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃの劣化度合いを簡便に、かつ、迅速に把握することができるため、適切な時期にフィルタエレメントの交換を実施することができる。したがって、オイルフィルタ状態判定システム４００によれば、コストの削減、及び、環境への負荷の低減が可能となる。
【００５０】
図１では、油圧ショベルの油圧回路に配置されているフィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃについて説明したが、油圧回路に限られず、オイル２００が循環する流路３１０にフィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃが配置されている構成であればよい。特に、油圧ショベルなどの建設機械は、地面を掘る作業を行う際に、埃及び土砂などの異物がオイル２００に混入しやすい。また、建設機械は、エンジンにかかる負荷も大きいため、オイル２００の酸化による劣化及び煤などの発生により、オイル２００の劣化速度も速い。そのため、フィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃの劣化速度が非常に速い。このような機械装置３００に対しても、オイルフィルタ状態判定装置１００をフィルタ３０４ａ〜３０４ｃに取り付けることにより、インラインでフィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態、言い換えると、フィルタエレメント３０６ａ〜３０６ｃの劣化状態を判定することができる。そのため、機械装置３００内のオイル２００の状態を適切に判定することができる。
【００５１】
［オイルフィルタ状態判定装置］
続いて、オイルフィルタ状態判定装置１００について図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、実施の形態に係るオイルフィルタ状態判定装置１００の機能構成の一例を示すブロック図である。図３は、図１のフィルタ３０４ｃのＩＩＩ−ＩＩＩ線における概略断面図である。
【００５２】
オイルフィルタ状態判定装置１００は、光源１０と、分光器２０と、判定部３０と、を備える。判定部３０は、記憶部４０を有する。以下、各構成について説明する。
【００５３】
光源１０は、機械装置３００内のオイル２００が循環する流路３１０上に設けられ、オイル２００中に混入又は発生する粒子状物質を濾別するフィルタエレメント３０６ｃに電磁波を照射する。例えば、図３に示すように、光源１０は、オイル２００が流路３１０を循環しているときにフィルタエレメント３０６ｃに電磁波を照射する。このとき、光源１０は、フィルタ３０４ｃ上に設けられた光学窓１１２を介してフィルタエレメント３０６ｃに電磁波を照射してもよい。なお、光源１０は、光ファイバ（不図示）を介してフィルタエレメント３０６ｃに電磁波を照射してもよい。電磁波は、紫外光であってもよく、可視光であってもよく、近赤外光であってもよい。中でも、光源１０は、可視光領域の波長の光であるとよい。これにより、光源１０として、安価な可視光レーザーを使用することができる。また、光学系も安価な可視光用の光学系を使用することができる。これにより、オイルフィルタ状態判定装置１００は安価に製造されるため、汎用性が向上される。
【００５４】
なお、フィルタエレメント３０６ｃに電磁波を照射すると、フィルタエレメント３０６ｃ周辺のオイル２００から蛍光が発せられる。これをバックグラウンド蛍光という。この蛍光は、例えばオイル２００中の成分の自家蛍光又は蛍光物質が発する蛍光である。バックグラウンド蛍光は、分析に影響を与えるため、一般に、バックグラウンド補正が行われる。しかしながら、蛍光を発する物質に励起光を照射し続けると、その蛍光強度は徐々に低下する。そのため、オイル２００が停滞している（つまり、動かない）ときに、オイル２００の所定の箇所に電磁波を照射すると、所定の物質に電磁波が照射され続けるため、バックグラウンド蛍光は徐々に低下する。そのため、バックグラウンド補正を精度良く行えない場合がある。一方、本実施の形態では、光源１０は、オイル２００が流路３１０を循環しているときに、フィルタエレメント３０６ｃに電磁波を照射するため、オイル２００中の所定の物質に電磁波が照射され続けることが低減される。したがって、オイル２００に電磁波を照射することによるバックグラウンド蛍光の時間変化を低減することができるため、バックグラウンド補正の精度が向上される。
【００５５】
分光器２０は、オイル２００から散乱されるラマン散乱光を分光することによりラマン散乱光のスペクトルを導出する。図３に示すように、ラマン散乱光は、光学窓１１２を介して、オイルフィルタ状態判定装置１００の筐体１１０内に入射し、分光器２０で受光される。受光されたラマン散乱光は、分光器２０の受光面に配置された複数の検出チャネル２２（図４参照）により波長帯域毎の光に分光される。以下、分光器２０の模式図を参照しながら、分光器２０の構成及び機能について説明する。
【００５６】
図４は、分光器２０を受光側から見た一例を示す概略上面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線における概略断面図である。なお、これらの図では、説明の容易のために、導波路入力結合回折格子、導波路出力結合回折格子、及び導波路で一般的に使用される他の要素を省略している。また、図４では、図５で説明する２つの検出チャネルの符号にのみ数字の後にアルファベットを付している。
【００５７】
図４に示すように、分光器２０は、撮像素子５０と、撮像素子５０上に、長さが異なる複数の検出チャネル２２と、を備える。撮像素子５０は、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ＭＯＳ）又はＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などのイメージセンサである。検出チャネル２２の長さは、検出可能な（つまり、分光可能な）光の波長に対応している。そのため、分光器２０は、分光する波長の数に対応した個数の検出チャネル２２を備えている。各検出チャネル２２で分光された各波長の光は、撮像素子５０により、検出チャネル２２毎に独立して電気信号に変換される。
【００５８】
続いて、検出チャネル２２の構成及び機能について、検出チャネル２２ａ及び検出チャネル２２ｂを例に挙げて説明する。なお、検出チャネル２２の構成については、検出チャネル２２ａを例に説明する。
【００５９】
図５に示すように、検出チャネル２２ａは、導波路入力結合回折格子２４ａと、光導波路２６ａと、導波路出力結合回折格子２８ａと、を備える。導波路入力結合回折格子２４ａは、分光器２０で受光されたラマン散乱光を検出チャネル２２ａ内に入力し、かつ、その光を所定の伝播方向（ここでは、光導波路２６ａの方向）に出力する。導波路出力結合回折格子２８ａは、光導波路２６ａ内を伝播した回折光を撮像素子５０に出力する。出力された回折光は、光導波路２６ａの長さに対応した波長の光である。同様に、検出チャネル２２ｂに入力されて出力された回折光は、光導波路２６ｂの長さに対応した波長の光である。撮像素子５０は、検出チャネル２２ａから撮像素子５０に出力された回折光と、検出チャネル２２ｂから撮像素子５０に出力された回折光とを、それぞれ独立して受光して電気信号に変換する。つまり、撮像素子５０は、各検出チャネル２２から出力された波長の異なる回折光を、各検出チャネル２２に対応した箇所で独立して受光し、各波長の回折光を電気信号に変換する。撮像素子５０は、変換した電気信号をデジタル値で演算部（不図示）に出力する。図示していないが、分光器２０は、演算部を有し、分光されたラマン散乱光からラマン散乱光のスペクトルを導出する。
【００６０】
なお、図５に示す回折格子は、プリズム又はミラーであってもよい。また、これらの回折格子の位置は、回折格子の相互関係が各検出チャネル２２内で満足されるように構成されていればよい。
【００６１】
判定部３０は、分光器２０により導出されたラマン散乱光のスペクトルに基づいてフィルタエレメント３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態を判定する。堆積状態の判定に使用するラマン散乱光のスペクトルは、例えば、３００ｃｍ−１以上４０００ｃｍ−１以下の波数範囲におけるスペクトルであってもよい。これにより、フィルタエレメント３０６ｃ上に堆積した粒子状物質の化学状態に関して、赤外吸収分光法と同等の情報を得ることができる。また、当該ラマン散乱光のスペクトルは、３００ｃｍ−１以上２２００ｃｍ−１以下の波数範囲におけるスペクトルであってもよい。これにより、ラマン散乱光のスペクトルにおいて強いシグナルを検出することができるため、高効率かつ高精度にフィルタエレメント３０６ｃ上に堆積した粒子状物質の分析同定が可能である。また、当該ラマン散乱光のスペクトルは、３００ｃｍ−１以上７００ｃｍ−１以下の波数範囲におけるスペクトルであってもよい。これにより、例えば、油圧作動油において異物として問題になる土砂成分のスペクトルの特徴を検出することができる。また、当該ラマン散乱光のスペクトルは、７００ｃｍ−１以上１７００ｃｍ−１以下の波数範囲におけるスペクトルであってもよい。これにより、例えば、油圧作動油において異物として問題になる土砂成分のスペクトル及びオイル中に発生する粒子状物質のスペクトルの特徴を検出することができる。
【００６２】
続いて、フィルタエレメント３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態の判定方法について一例を挙げて説明する。判定部３０は、分光器２０により導出されたフィルタエレメント３０６ｃのラマン散乱光のスペクトルを取得する。例えば、判定部３０は、分光器２０から、７００ｃｍ−１以上１７００ｃｍ−１以下の波数範囲のスペクトルを取得する。次いで、判定部３０は、当該スペクトルのうち特定の波数範囲（以下、特定領域）におけるスペクトルのピークの強度及び形状に基づいて、フィルタエレメント３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態を判定する。特定領域では、フィルタエレメント３０６ｃ上に堆積した粒子状物質の成分、量、及び、状態（結晶性の高さなど）により、スペクトルのシグナル強度が変化する。なお、特定領域については、図６のグラフを用いて後述する。判定部３０は、複数の特定領域のそれぞれにおけるスペクトルの変化を検出することにより、フィルタエレメント３０６ｃ上の粒子状物質を同定し、その堆積状態を判定する。
【００６３】
例えば、判定部３０は、各特定領域におけるラマン散乱光のスペクトルのシグナル強度と、閾値との差に基づいて、フィルタエレメント３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態、つまり、フィルタエレメント３０６ｃの劣化状態を判定してもよい。ラマン散乱光のスペクトル、及び、閾値などの情報は、記憶部４０に格納されている。判定部３０は、これらのデータを記憶部４０から読み出して、差分の算出などの演算処理を行う。
【００６４】
また、例えば、判定部３０は、得られたラマン散乱光のスペクトルを過去のデータと比較して、各特定領域におけるスペクトルの変化率を導出することにより、フィルタエレメント３０６ｃの劣化度合いを判定してもよい。ここで、データとは、フィルタエレメント３０６ｃのラマン散乱光のスペクトルのデータであり、過去とは、例えば、数日前から半年前までの期間である。これにより、判定部３０は、フィルタエレメント３０６ｃの劣化度合いを精度良く判定することができる。
【００６５】
なお、各特定領域における閾値は、濾過されるオイル２００の種類、機械装置３００の外部から混入又は機械装置３００の内部で発生する可能性のある粒子状物質の種類、フィルタエレメント３０６ｃの構造及び濾過性能などの違いにより決定されてもよい。
【００６６】
なお、判定部３０は、フィルタエレメント３０６ｃの劣化度合いの判定結果を示す情報を提示部に出力してもよい。判定結果を示す情報は、例えば、百分率又は５段階表示などの数値であってもよく、赤青黄色などの色であってもよく、メッセージであってもよい。これらの情報は、音声であってもよく、画像であってもよい。
【００６７】
続いて、フィルタエレメント３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態の判定方法について他の例を挙げて説明する。ここでは、上記の例と異なる点を中心に説明する。
【００６８】
例えば、判定部３０は、機械装置３００内のフィルタエレメント３０６ｃが新しいフィルタエレメントに交換され、流路３１０内に設置されてオイル２００が流路３１０内に注入されたときの新しいフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルをフィルタエレメント３０６ｃの初期状態を示す情報として記憶部４０に格納する。判定部３０は、フィルタエレメント３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態を判定する際に、記憶部４０からフィルタエレメント３０６ｃの初期状態を示す情報を読み出して使用する。フィルタエレメント３０６ｃの初期情報を示す情報は、例えば、新しいフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルである。判定部３０は、フィルタエレメント３０６ｃのラマン散乱光のスペクトルと、新しいフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルと、を比較することにより、フィルタエレメント３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態を判定する。このように、判定部３０は、導出したフィルタエレメント３０６ｃのラマン散乱光のスペクトルと、フィルタエレメント３０６ｃの初期の状態、つまり、新品の状態のフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルと比較することにより、フィルタエレメント３０６ｃ上の粒子状物質の堆積状態（つまり、フィルタエレメント３０６ｃの劣化度合い）だけでなく、フィルタエレメント３０６ｃ上の粒子状物質の堆積速度（つまり、フィルタエレメント３０６ｃの劣化速度）の変化も導出することができる。これにより、判定部３０は、フィルタエレメント３０６ｃの劣化度合いの変化を予測することが可能となるため、使用者は、例えば、フィルタエレメント３０６ｃの交換時期の目安を知ることができる。また、判定部３０は、フィルタエレメント３０６ｃの劣化速度の変化から、機械装置３００で生じている、又は、生じ得るトラブルを予測することが可能となる。したがって、使用者は、フィルタエレメント３０６ｃの交換時期の管理及び機械装置３００の保守管理を、容易に、かつ、適切に行うことができる。
【００６９】
なお、フィルタエレメント３０６ｃの初期状態を示す情報には、新しいフィルタエレメントのラマン散乱光のスペクトルだけでなく、例えば、フィルタエレメントに関する情報、測定に関する情報、機械装置３００に関する情報などが含まれてもよい。フィルタエレメントに関する情報は、フィルタエレメントの構成、交換日、製造メーカー、及び、ロット番号などである。測定に関する情報は、測定日時、測定回数、測定データ、励起光のスペクトル、及び、スペクトルの導出条件（例えば、使用する測定データの抽出条件）などである。機械装置３００に関する情報は、例えば、製造メーカー、シリアル番号、機械装置の種類、使用環境、使用頻度及び使用状況などである。判定部３０は、これらの情報のうち、フィルタエレメント３０６ｃの劣化状態のフェーズに合わせて必要な情報を選択して使用してもよい。また、判定部３０は、測定の都度、その時点での機械装置３００の使用環境（例えば気温、湿度など）又は機械装置３００の運転状態に関する情報（エンジンの回転数、油温、油圧、不可重量など）を得て、判定結果を補正してもよい。これにより、フィルタエレメント３０６ｃの劣化度合いに応じて、判定部３０は、使用者に必要な情報を提示することができる。提示部、入力部、及び、コンピュータ装置５００については、上述したため、ここでの説明を省略する。
【００７０】
図６は、フィルタエレメントの表面の粒子状物質の堆積状態をラマン分光法により分析した結果を示す図である。図６において、破線で示すスペクトルは、フィルタエレメント上にオイルのみ存在する、つまり、堆積物がない状態のフィルタエレメントのラマンスペクトルを示す。実線で示すスペクトルは、フィルタエレメント上に砂が堆積した状態のフィルタエレメントのラマンスペクトルを示す。
【００７１】
図６に示すように、７００ｃｍ−１以上１７００ｃｍ−１以下の波数領域におけるラマンスペクトルに砂が混入したことによるスペクトル特徴が見られた。特に、１０５０ｃｍ−１から１３００ｃｍ−１までの波数範囲と、１４００ｃｍ−１から１７００ｃｍ−１までの波数範囲において、オイルのみのスペクトルと比べて、特徴的なスペクトルの変化が見られた。なお、これらの特徴的な波数範囲が上述の特定領域である。
【００７２】
したがって、本実施の形態に係るオイルフィルタ状態判定装置１００によれば、ラマン分光法によりフィルタエレメント上の粒子状物質の堆積状態をインラインで精度良く判定することができることが確認できた。
【００７３】
［他の実施の形態］
以上、本開示の１つ又は複数の態様に係るオイルフィルタ状態判定装置及びオイルフィルタ状態判定システムについて、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構成される形態も、本開示の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【００７４】
例えば、上記実施の形態におけるオイルフィルタ状態判定装置が備える構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。例えば、オイルフィルタ状態判定装置は、光源と、分光器と、判定部と、を有するシステムＬＳＩから構成されてもよい。なお、システムＬＳＩは、光源を含んでいなくてもよい。
【００７５】
システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＯＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【００７６】
なお、ここでは、システムＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、あるいは、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【００７７】
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
【００７８】
また、本開示の一態様は、このようなオイルフィルタ状態判定装置だけではなく、当該装置に含まれる特徴的な構成部をステップとするオイル状態判定方法であってもよい。また、本開示の一態様は、オイル状態判定方法に含まれる特徴的な各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであってもよい。また、本開示の一態様は、そのようなコンピュータプログラムが記録された、コンピュータで読み取り可能な非一時的な記録媒体であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本開示に係るオイルフィルタ状態判定装置及びオイルフィルタ状態判定システムによれば、機械装置内のオイルの状態をインラインで判定することができる。本開示によれば、振動及び高温環境下においてもオイルの状態を判定することができるため、作動流体を使用するあらゆる機械装置、例えば建設機械、車両、発電装置、及び内燃機関などに適用可能であり、これらの機械装置が稼働している間もオイルの状態をモニタリングすることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０  光源
２０  分光器
２２、２２ａ、２２ｂ  検出チャネル
２４ａ、２４ｂ  導波路入力結合回折格子
２６ａ、２６ｂ  光導波路
２８ａ、２８ｂ  導波路出力結合回折格子
３０  判定部
４０  記憶部
５０  撮像素子
１００  オイルフィルタ状態判定装置
１１０  筐体
１１２  光学窓
２００  オイル
３００  機械装置
３０２  タンク
３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ  フィルタ
３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ  フィルタエレメント
３０８  ポンプ
３１０  流路
４００  オイルフィルタ状態判定システム
５００  コンピュータ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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