(57)【要約】本発明のプローブアセンブリ１０は、インピーダンス分光法を利用するトランススデューサでリアルタイムに流体の状態をモニタリングするのに使用し、接近した隙間で同心の２つの管状電極１２、１４を有している。これらの電極１２、１４は、約０．１〜０．５５ｍｍの範囲の隙間をもった約８．１〜１０．８ｃｍ2の表面積を有している。一実施形態では、非金属製容器内の流体をモニタリングするために、同心の外側管状ファラデーシールド８０が使用されている。本発明のプローブアセンブリ１０は、特に、自動変速機作動流体並びにディーゼル及びガソリンエンジン用の鉱物ベースのエンジンオイルを含む油圧作動流体のモニタリングに適している。
2005516214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）薄壁の管状構造を有する外側電極と、
（ｂ）薄壁の管状構造を有し、前記外側電極内に同心に、該外側電極の内側表面から径方向内側に約０．１５〜０．５５ｍｍの範囲の隙間をもって配置され、該隙間に対して約８．１〜１０．８ｃｍ2の範囲の表面積を有する内側電極とを備えていることを特徴とするインピーダンス分光法によって流体の状態をモニタリングするためのプローブアセンブリ。
【請求項２】
前記内側電極及び外側電極は、それぞれ、これらに一体に形成されて、これらから軸方向に延びる電気接続端子を有していることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項３】
管状の前記内側電極及び外側電極の一方は、約１．５〜２．０ｍｍの範囲の壁厚を有していることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項４】
前記外側電極及び内側電極は、その一端部で共通のヘッダーに取付けられて、それぞれの前記電極から電気端子が前記ヘッダーを通して延びていることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項５】
前記内側電極及び外側電極は、これらの対応する端部で、共通のヘッダーに取付けられて、こられの外側に管状の外側シールドが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項６】
前記内側電極及び外側電極は、これらの両端部にそれぞれ取付けられた共通のヘッダによって所定位置に位置決め及び保持されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項７】
前記外側電極は、約９．５〜１３ｍｍの範囲の直径を有していることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項８】
前記内側電極は、前記外側電極の内側表面から径方向に約０．１５ｍｍの間隔を有しており、自動車の自動変速機の作動流体の状態を検出するのに使用されることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項９】
前記内側電極は、前記外側電極の内側表面から径方向内側に約０．５５ｍｍの間隔を有しており、ディーゼルエンジン潤滑剤の状態を検出するのに使用されることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項１０】
更に、前記外側電極の外側に配置された管状のシールドを有していることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項１１】
前記内側電極及び外側電極の先端部及び基端部にヘッダーが取付けられて、前記シールドが前記ヘッダーで支持されていることを特徴とする請求項１０に記載のプローブアセンブリ。
【請求項１２】
前記内側電極及び外側電極は、共通の非導電性のヘッダーに取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項１３】
前記内側電極は、前記外側電極の内側表面から径方向に約０．５５ｍｍの間隔を有しており、鉱物油ベースの内燃機関潤滑剤の状態を検出するのに使用されることを特徴とする請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項１４】
（ａ）管状の外側電極内に管状の内側電極を配置して、前記内側電極に前記外側電極から径方向に約０．１５〜０．５５ｍｍの範囲の隙間をもたせ、該隙間に対する前記内側電極の表面積を約８．１〜１０．８ｃｍ2の範囲とし、
（ｂ）前記内側電極及び外側電極の対応する端部に電気接続端子を形成するステップを有することを特徴とするインピーダンス分光法による流体のモニタリングに使用するためのプローブの製造方法。
【請求項１５】
前記管状の内側電極を配置するステップは、前記内側電極及び外側電極の対応する端部を共通のヘッダーに取付けることを含んでいることを特徴とする請求項１４に記載のプローブの製造方法。
【請求項１６】
前記内側電極及び外側電極を前記ヘッダに取付けるステップは、前記接続端子を前記共通のヘッダーに通すことを含んでいることを特徴とする請求項１５に記載のプローブの製造方法。
【請求項１７】
前記内側電極に隙間をもたせるステップは、該内側電極に前記外側電極から約０．１５ｍｍの隙間をもたせることを含んでおり、自動車の自動変速機の作動流体の状態を検出するための請求項１４に記載のプローブの製造方法。
【請求項１８】
前記内側電極に隙間をもたせるステップは、前記外側電極から約０．５５ｍｍの隙間をもたせることを含んでおり、ディーゼルエンジン潤滑剤の状態を検出するための請求項１４に記載のプローブの製造方法。
【請求項１９】
前記管状の内側電極を配置するステップは、前記内側電極に前記外側電極から約０．３８〜０．５５ｍｍの隙間をもたせることを含んでおり、鉱物油ベースのエンジン潤滑剤の状態を検出するための請求項１４に記載のプローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動中のシステムにおける瞬間的な流体の状態をリアルタイムに表す電気的な信号を供給するためのトランスデューサに関するものである。特に、本発明は、エンジンの潤滑及び自動車用自動変速機等のパワートランスミッション装置の油圧作動に使用される流体についての流体状態のモニタリングに関するものである。
【０００２】
特許文献１に記載されているように、使用期間及び運転状況について作動流体を交換する状態を決定するため、バルク流体インピーダンス及び電極の表面インピーダンスに関連して、異なる周波数におけるインピーダンス分光法（impedance spectroscopy）、すなわち、インピーダンス測定を利用することは公知であり、このＲ．Ａ．バウアー他の名義の特許は、本出願人に譲渡されている。上述の流体状態のモニタリングは、くし型要素、すなわち、モニタされる流体に浸すように配置された間隔を有する平行なプレートにほぼ平坦な配列で配置された一対の電極を利用している。上述のバウアー他に与えられた特許のプローブ構造の欠点は、プローブが、温度上昇する自動車の変速機の作動流体又はエンジン潤滑剤に浸されることから、また、振動又は跳ねかけ、圧力変動等の流体運動による機械的な干渉から、そのような構造を支持及び保護することが困難なことである。
【特許文献１】米国特許第６２７８２８１号明細書
【０００３】
更に、上述のプローブにおける電極要素の構造、特に、電極が基板上に付着された薄い材料で形成されている構造は、必要な表面積及び間隔を提供する配置が困難であり、充分な強度が得られず、製造コストが比較的高いことが分っている。
【０００４】
更に、インピーダンス測定タイプの流体モニタリングにおいて、上述のタイプのプローブについて充分に高い信号対ノイズ比を得る上で問題を生じている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、作動流体の汚染及び交換に関して、流体の状態をリアルタイムにモニタリングするためのインピーダンス分光技術に使用するトランスデューサ用の改良されたプローブを提供し、また厳しい使用環境において信頼性を有し、製造が容易で、かつ、自動車部品に要求される大量生産において比較的低コストな改良されたプローブを提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、インピーダンス分光法を利用して、自動変速機の作動流体及び鉱物ベースのエンジン潤滑油を含む油圧作動流体等の流体の状態をリアルタイムにモニタリングするトランスデューサに使用するものであり、モニタされる流体中に浸される一対の同心の管状の電極を使用するプローブアセンブリを提供する。
【０００７】
本発明のプローブアセンブリの電極は、ヘッダーに取付けられた対応する端部から電気的に接続することができる。必要ならば、それぞれの管状の電極には、そこから軸方向に延びるように形成された一体の接続端子を設けることができる。
【０００８】
管状の内側電極は、管状の外側電極の内周から所定の距離に配置されて最小の表面積を有している。一実施形態おいて、ファラデーシールドとして作用する容器内に入った液体に電極アセンブリが浸される場合、プローブアセンブリは、それ自体のシールドを必要としないが、他の実施形態において、ファラデーシールドとして作用しない容器、すなわち、ケーシング内の流体に電極が浸される場合、プローブは、それ自体の管状の外側ファラデーシールドを使用する。本発明は、流体の状態をリアルタイムにインピーダンス分光測定するのに適するように形成された同心で間隔を有する一対の電極を有するプローブアセンブリを提供し、電極の材料は、強靭な構造を提供し、最小の量を有し、エンジンクランクケース又は変速機ケーシング等の流体を収容する容器の壁部に形成された開口を通して装着するように容易に形成することができる。更に、本発明は、信号対ノイズ比を改善するように配置された電極を提供し、これにより、相手局信号処理に必要な信号の調整量を最小化する。ファラデーシールドハウジングは、流体の乱れを減少し、より良好な等温状態を維持することができ、加えて、ゼロＥ磁界エンクロージャ（zero E field enclosure）を提供して、漏れ電流の検出を防止し、更に、ＥＭＩ（電磁障害）を解消する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１及び図２を参照して、自動車用自動変速機において作動流体のモニタリングに使用するのに適した本発明の一実施形態のプローブアセンブリが全体として符号１０で示され、プローブアセンブリ１０は、参照符号Ｌによって表される長さの外側表面を有する管状の内側電極１２を含み、この内側電極１２の外側表面は、管状の外側電極１４の内周から所定距離だけ隙間を有しており、これにより、既知の隙間を有する電極の規定表面積が提供されている。
【００１０】
内側電極１２は、縮径部１６を有し、縮径部１６は、端部のヘッダー１８すなわちカラー１８にはめ込まれ、ヘッダー１８には通路２０が貫通されており、通路２０には、好ましくは内側電極１２の端部とワンピースとして一体に形成されて軸方向に延ばされた電気接続端子２２が挿通されている。
【００１１】
外側電極１４は、端部のヘッダー１８に形成された縮径部２４の外側にはめ込まれており、内側電極１２と外側電極１４とが所望の隙間を有する関係で保持されている。外側電極１４の端部から第２の端子２６が軸方向に延ばされおり、この端子２６は、好ましくは、ワンピースとして外側電極１４と一体に形成される。端子２６は、溝２８（図３及び図４参照）に挿通される。
【００１２】
図１乃至図４を参照して、内側及び外側電極１２、１４のヘッダー１８から離れた端部すなわち先端部には、先端のヘッダー３０が配置されている。ヘッダー３０には、内部にカウンタボア３２が形成され、このカウンタボア３２は、内側電極１２に形成された縮径部３４の外側に嵌合され、また、ヘッダー３０には、外側の縮径部３６を有しており、緊密な位置決めで外側電極１４の内周に嵌合されている。外側電極１４には、複数の穴３８が形成されて、内側電極１２と外側電極１４との間の空間への流体連通を許容している。
【００１３】
必要ならば、本実施形態のプローブアセンブリ１０は、ヘッダー３０の端部に形成された全体として符号４０で示されるスナップロック取付用の二股の端部を設けることができ、これにより、外部構造物（図示せず）によってプローブの先端を支持することができる。
【００１４】
好ましい実施形態では、参照符号Ｄによって示される隙間を有する電極の面積は、約８．１〜１０．８ｃｍ2の範囲であり、隙間は約０．１５〜０．５５ｍｍの範囲である。自動変速機の作動流体用の好ましい実施形態では、プローブアセンブリ１０の隙間Ｄは、好ましくは、公称約０．１３ｍｍであり、長さＬにわたる電極の面積は、８．１ｃｍ2である。好ましくは、内側及び外側電極１２、１４の少なくとも一方は、長さＬにおいて１．５〜２．０ｍｍの壁厚を有する。
【００１５】
自動変速機作動流体のモニタリング用の本発明の好ましい実施形態では、隙間Ｄ、Ｄ´（後述）は、０．１０〜０．１５ｍｍの範囲である。ディーゼルエンジン及びガソリンエンジン等に使用される鉱物ベースのエンジン潤滑剤をモニタリングするには、隙間Ｄ、Ｄ´は、０．３８〜０．５５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００１６】
プローブアセンブリ１０は、電極１４の外径に緊密に嵌合する隙間直径を有する燃料容器壁の穴を通して装着することができ、ヘッダー１８の下面が燃料容器壁の外側表面に対して位置決めされることがわかる。プローブアセンブリの先端部は、必要ならば、二股の端部４０を流体容器内の適当な支持構造物（図示せず）に結合することによって支持することができる。更に、プローブアセンブリ１０は、例えば、自動変速機、オイルサンプハウジング又はエンジンのクランクケース等の金属製ケーシングのようなプローブアセンブリ１０の管状の電極に対するファラデーシールドとして作用する充分な導電性の材料の壁部を有する流体容器の壁部を通して装着することを意図していることが分る。
【００１７】
図５乃至図７を参照すると、本発明の他の実施形態に係るプローブアセンブリが全体として符号５０で示されており、このプローブアセンブリ５０は、管状の内側電極５２を含んでおり、内側電極５２は、内側電極５２に同心に配置された管状の外側電極５４から参照符号Ｄ´によって示される隙間をもって、その中に配置され、プローブアセンブリ１０について示した上述の範囲内の表面積を形成する長さＬ´を有している。プローブアセンブリ５０の隙間Ｄ´は、プローブアセンブリ１０の隙間Ｄについて規定した上述の範囲内であることが分る。
【００１８】
内側電極５２は、その上端部に形成された縮径部５６を有しており、縮径部５６は、ヘッダー６０の下面に形成された環状溝５８に位置決めされている。
【００１９】
内側電極５２は、好ましくは、これと一体に形成される電気接続端子６２を有しており、電気端子６２は、図７に示されるように、ヘッダー６０に設けられた通路６４を通って軸方向にその外側へ延びている。
【００２０】
外側電極５４は、同様に、好ましくは、これと一体に形成される電気接続端子６６を有しており、電気接続端子６６は、ヘッダー６０に形成された通路６８を通って軸方向にその外側へ延びている。
【００２１】
内側電極５２の先端部すなわち下端部には、縮径部７０が形成され、縮径部７０は、下端部のヘッダー７４に形成された溝７２に嵌合されている。ヘッダー７４には、溝７２よりも大径の同様の溝７６が形成されており、溝７６には、外側電極５４の下端部が嵌合されている。ヘッダー７４は、縮径部７８を有しており、この縮径部７８は、外側電極５４の内周に締り嵌め構造で摺動可能に嵌合されている。
【００２２】
管状の外側ファラデーシールド８０は、ヘッダー６０、７４の外側に嵌合されて、上端部でヘッダー６０の縮径部８２の外側に締り嵌めされている。シールド８０の下端部は、下側のヘッダー７４に形成された縮径部８４の外側に締り嵌め構造で嵌合されている。このシールドは、上側のヘッダー６０及び下側のヘッダー７４に、例えばファスナ８６等の適当な手段によって固定されているが、例えば圧入、溶接又は接着等の他の技術を利用できることが分る。ファラデーシールド８０は、好ましくはこれと一体に形成される電気接続端子８８を有しており、この電気接続端子８８は、シールドから上側のヘッダー６０に形成された凹部すなわち溝９０を通って軸方向に延ばされている。
【００２３】
これにより、プローブアセンブリ５０は、内側及び外側電極用の内蔵シールドを有しており、電極の充分なシールドを設けていない流体容器にも取付けることができる。
【００２４】
ファラデーシールド８０には、複数の開口９２が形成されて、容器内の流体がシールド８０内に収容された電極へ流れるようになっている。同様に、外側電極５４には、複数の開口９４が形成されて、流体が内側及び外側電極の表面にアクセスするのを許容している。
【００２５】
このようにして、本発明は、自動変速機作動流体又はエンジン潤滑剤を含む油圧作動流体等の流体の状態をインピーダンス分光技術によってリアルタイムにモニタリングするのに使用する改良されたプローブアセンブリを提供し、また、改善された信号対ノイズ比、強固な構造及び比較的安価な製造コストを提供する。
【００２６】
以上に、図示の実施形態に関連して本発明を説明してきたが、本発明は、修正及び変更が可能であり、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが分る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ファラデーシールドとして作用する容器内の流体をモニタリングするのに適した本発明の一実施形態の側面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った縦断面図である。
【図３】図１のプローブアセンブリの分解斜視図である。
【図４】図１のプローブアセンブリの組立状態を示す斜視図である。
【図５】内蔵されたファラデーシールドを利用する本発明の一実施形態の側面図である。
【図６】図５のプローブアセンブリの上面図である
【図７】図５の７−７線に沿った縦断面図である。
【図１】
2005516214.tif 000003
【図２】
2005516214.tif 000004
【図３】
2005516214.tif 000005
【図４】
2005516214.tif 000006
【図５】
2005516214.tif 000007
【図６】
2005516214.tif 000008
【図７】
2005516214.tif 000009
【国際調査報告】
2005516214.tif 000010
2005516214.tif 000011
2005516214.tif 000012