(57)【要約】  本発明は、使用された油の劣化を判定する方法と装置を提供する。本発明の方法は、未使用油の赤、緑、青の透過スペクトル周波数帯成分IR0、IG0、IB0を計算し、同じ油の使用後における透過率を複数回計測し、使用された油の色指数と、基準色指数を、CI=1*IR+O.5*IG+O.5IB、CIREF=1*IR0+O.5*IG0+O.5IB0として計算し、全劣化値をOD(%)=100-100*LOG10 (CIREF/CI)として求めることに基づく。上記方法と、それに対応する装置により、油の劣化をリアルタイムで監視することが容易となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用された潤滑油の全劣化を計算するプロセスであって、
a. 未使用油の透過率のスペクトルの赤、緑、青の周波数帯における成分IR0, IG0, IB0を計算するステップと、
b. 既に使用された同じ油の、３つの周波数帯における透過率を複数回計測し、算術平均IR, IG, IBを得るステップと、
c. 使用された前記油の色指数と、基準色指数を、
（数５）
CI=1*IR+0.5*IG+0.5IB
CIREF=1*IR0+0.5*IG0+0.5IB0
として計算するステップと、
d. 全劣化値を、
（数６）
OD(%)=100-100*LOG10 (CIREF/CI)
として得るステップと、を有するプロセス。
【請求項２】
使用された潤滑油の劣化状態を判定する装置であって、
白色光線源（８）と、 
油が通り抜けられるように構成された流体セル（３）と、 
前記光線源から発せられ前記油に吸収された光の量を、可視における透過率の特徴を示す電気信号に変換する検出器（４）と、 
前記透過率計測により請求項１に記載のプロセスを実行するプログラム手段と、を備える装置。
【請求項３】
パーティキュレートフィルタと、油の中の気泡を除去する手段と、をさらに備える請求項２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑油や油圧油の劣化状態を判定する方法に関する。より詳しくは、本発明は、前記油の色スペクトルの可視領域における透過率を計測することにより、油の全使用期間を通じてその劣化の全体を正確に読み取ることを提供する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
適切なセンサーを用いて工業油の監視をすることは、運転エンジニア、機械製造業者、さらには、標準規制組織にさえ、非常に重要な領域であると認識されてきており、製造プロセスや製品の信頼性、効率性、安全性が非常に重要な役割を担っている近年においては、特にそうである。
工業機械、エネルギー発生モータあるいはコンプレッサ、万能工具（multipliers）等は、潤滑油や油圧油の劣化のために、頻回の停止や不具合を被る。このことは、これらの機械がより複雑なシステムの構成部品として用いられるときに危険な状況を生じさせる。このような場合の停止は、コスト及び機械の安全性の両方の観点から、より悪い影響を与える。
【０００３】
装置の使用可能寿命の短縮はしばしば、不必要なメンテナンスコストを生じさせ、現状の「オフライン」計測手法では、劣化プロセスを十分早い時期に検出することができない。さらに、多くの環境（運搬、工業、エネルギー等）において、この制御手法は、小さな環境に対する物流面での、および、経済的な大きな負担を暗示するものである。この問題に向き合うために、リアルタイムで機械の分析を実行することができる新世代センサーが開発されつつある。
【０００４】
上記したことの全てを考慮に入れれば、インテリジェントセンサーを用いることにより、中期的には使用可能寿命の最適化が可能となり、コストと機械における問題を低減できる。重要な機械は信頼性の向上による便益を得ることができ、運転スタッフは、不十分なメンテナンス作業により負荷低減の利益を得ることができる。
【０００５】
油の劣化プロセスは、良く知られた複数のステップをたどる。まず、添加剤の喪失が生じ、これは後に酸化合物を生じる。酸性成分（新しい潤滑油の場合は添加剤であり、使用中の潤滑油の場合は酸化化合物）の割合は、分析技術により判定される。複数存在するオンライン式計測装置のうちの一つである特開２０００−１４６６９６号公報に記載のものは、電磁スペクトルの可視領域中の吸光度を利用して、それをＡＮパラメータと関連付ける。ＡＮパラメータは潤滑油の状態を最もよく表現するパラメータの一つではあるが、これらの方法は、油の酸化劣化のみを考慮しているという点で限界がある。さらに、燃焼プロセス中に発生するカーボンのため、この装置は、原動機に用いることができない。カーボンは油を暗くするため、色の変化は、油の劣化状態の変化によるものではない。
【０００６】
米国特許第7,612,874は、リアルタイムで油の劣化を監視するための方法および装置を紹介している。この特許は、色比Cr=Ur/Ug （赤と緑の吸光度）により劣化を計算し、熱および酸化による油の劣化を判定することに基づいている。しかしながら、この方法では、油の残存寿命を知ることができない。
米国特許第6,061,139は、潤滑油の熱劣化を監視するための方法および装置を紹介している。この方法は、光スペクトルの８５０ナノメータ周波数帯を用いて油の状態を判定する。単一の周波数帯を用いているため感度が高くなく、結果は他の要因に影響される。
【０００７】
ロシア連邦特許第2329502も、可視光スペクトルの透過率を３つのスペクトル領域（赤、緑、青）で計測することを用いており、これが、「全不純物」、即ち、油が劣化する間に発生する粒子の内容ということになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１４６６９６号公報
【特許文献２】米国特許第7,612,874
【特許文献３】米国特許第6,061,139
【特許文献４】ロシア連邦特許第2329502
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、リアルタイムでの監視を容易にするとともに、油の劣化状態を判断するための迅速かつ信頼できる装置および方法であって上述した問題を解決する装置および方法を提供することにある。結果として、方法およびセンサーは油劣化指数(Oil Degradation, OD)を与え、これは、監視時あるいは計測時における全劣化割合を表す。プロセスは、次の各ステップを含む。
a. 未使用油透過率スペクトルの赤、緑、青の各周波数帯における成分IR0、IG0、IB0を算出する。
b. 既に使用された同じ油につき、３つの周波数帯において透過率を複数回計測し、算術平均IR、IG、IBを得る。
c. 使用した油の色指数、および、基準色指数を次のように算出する。
（数１）
CI=1*IR+0.5*IG+0.5IB
CIREF=1*IR0+0.5*IG0+0.5IB0
d. 全劣化値：OD(%)=100-100*LOG10 (CIREF/CI)を得る。対応する装置は、強い白色光源、油が流通できるように構成された流体セル、光源から発せられ油に吸収された光の量を、可視における透過率の電気信号に変換する検出器、および、上述したプロセスを実行するためのプログラム手段を有する。あるいは、さらに、パーティキュレートフィルタと、油の中の気泡を除去する手段を有していても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本説明のより良い理解のため、本発明の好ましい実施例に従って、一組の図面を説明の手段として添付するが、これらに限られるものではない。
【図１】図１は、計測原理を表す図であり、油を通過した後に送られ検出器により集められた光の強さを表す図である。
【図２】図２は、潤滑システムに実装した本発明のセンサーを示す図である。
【図３Ａ】図３Ａおよび図３Ｂは、本発明により計測された油劣化（ＯＤ）値を、２つの異なる油の劣化についての最も代表的なパラメータと比較して示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂは、本発明により計測された油劣化（ＯＤ）値を、２つの異なる油の劣化についての最も代表的なパラメータと比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１、２に示すように、本発明のセンサー（１）は、潤滑システム（２）の迂回路に搭載されるように工夫されている。システムは、油（５）がセンサーを通るのに必要な圧力の差をうまく利用する。迂回路の後、油はセンサー内の一連の油圧部品を通る。油圧部品とは、装置を通る油の流れを管理する電動バルブ、所定の大きさの粒子を除去するためのパーティキュレートフィルタ、および、油循環システム中に発生する気泡を除去するシステムを含む。全ての油圧部品を通った後、油は流体セル（３）に流れ、そこで計測が行われる。このセルは、定着された光通路を有する。セル中には油が既に存在し、ＬＥＤ型の発光器（８）によって白色光線がスペクトルの可視領域に設定され、油に吸収されない光が検出器（即ち、フォトダイオード）により集められる。検出器（４）は、可視スペクトルの複数の波長の光を集める。当該スペクトル領域は３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの波長にわたる。可視における計測のため、透過分光法が用いられる。可視光線は、ガラス製の流体セル中の油を通過する。透過する光の強さはランベルト・ベール法により与えられる。
（数２）
l(x)=l0e-Kx
K：吸光係数
【００１２】
使用された油の劣化を監視する最新式センサーに用いられる技術は可視スペクトル中の情報検索に基づくものであり、潤滑油の物理化学的変数（酸価：AN、粘度等）と、サンプルの色の変化とを関連付ける。既知の方法により計算された劣化指数は、油劣化状態の判定に関連する複数の検査値を混合したものである。これらのパラメータは、RUL（残存使用寿命）、酸化（Oxidation）（FTIR：フーリエ変換赤外光）、酸価（AN）および粘度である。各パラメータは、一定の劣化を示すものである。すなわち、RULは、添加剤が消費される際の、劣化プロセスの始まりを示す。ANとFTIRによる酸化（Oxidation）は、最初の酸性化合物が生成される、より遅い時期を示す。ある場合には、ANは添加剤が失われつつあることの良い指標でもある。というのは、その値は変化し（低下し）、後に上昇するからである。粘度は最後に変化するが、それは、油の使用寿命のほぼ最後においてである。しかしながら、油の暗色化あるいは色の変化は最初から最後まで見られ、添加剤が消費される瞬間から、それが完全に劣化するまで見られる。透過率は、油が劣化するに従い変化する。しかしながら、これらすべてのパラメータを関連付けて劣化状態を計算するのは、本発明の方法を適用するよりも時間がかかる。
【００１３】
潤滑油は最初に異なる色を有し得る。潤滑油の色に関与する要素は、基油と添加剤である。
・基油： 潤滑油の色は、精製の度合と精製油の起源によって異なる。
・添加剤：いくつかの添加剤は、最終的な油の色を決定する。特に、成分として硫黄を含む添加剤（例えば、いくつかの浄化剤又は酸化防止用添加剤）は、その最終的な色に対してより影響を与える。
潤滑油は使用に伴い色が暗くなる。潤滑油の色の変化は、ある種の汚染、過熱、過剰分解、または、不適切な潤滑油を示す。
【００１４】
本発明の残存使用寿命計算方法は、（基準の、あるいは新しい）未使用油の透過率の赤、緑、青の周波数帯における成分IRO, IGO, IBOを考慮に入れる。もしくは、信号中のノイズを減らすために、暗中（検出器上に光がない状態）で計測を行い、以降の計測から減算する。次に、透過率の計測を複数回（好ましくは５０回）行い、色ごとに透過率の算術計測値を得て、これにより、値IR、IG、IBを得る（使用した油の３つの主な周波数帯における透過率）。これらの値を通して、式により計測した油の色指数値と、基準油の値が求められる。
（数３）
CI=1*IR+0.5*IG+0.5IB
CIREF=1*IR0+0.5*IG0+0.5IB0
【００１５】
使用した油の色指数と標準油により、油劣化値（Oil Degradation, OD）が得られ、次式により計算される。
（数４）
OD(%)=100-100*LOG10 (CIREF/CI)
各ユーザは、好みに応じて劣化限界を定めるであろうが、油は、OD値がゼロに至った時に使い尽くされたと考えられる。また、１０％、２０％、あるいは３０％のレベルにアラームを適用することにより、油の進行を監視することができる。
【００１６】
図３Ａ、図３Ｂは、２種類の油（Fuch Renolyn 320（著作物）とShell Omala HD 320（著作物））について行ったテストを示すものである。テストは上記の方法により行われ、テストした油が完全に劣化するまでに、異なる度合いの劣化が得られた。本発明によるセンサーにより、劣化指数ODを得て、検査値を比較した。
図３は、Fuch Renolyn 320の油劣化プロセスの結果を表し、当該プロセスにおいて、OD (%)劣化指数の結果を、他の検査値（RUL, AN, FTIRによる酸化(Oxi)、および粘度）と比較した。RULグラフによれば、添加剤が使い尽くされつつある間に、RULの変化が劣化プロセスの最初の段階に生ずることがわかる。
【００１７】
酸化(Oxi)は、２番目に変化し始めるパラメータであり、その次がANである。粘度は、より進んだ劣化段階で変化を示す。
ODパラメータが、他のパラメータと異なり、油劣化プロセスの全体を通して、安定した挙動を示す。そのため、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、本発明のセンサーにより得られる値は、油劣化を最も適切に特定する。プロセスの最初の段階における、劣化指数ODとRULの間の直接的な関係が観測されている。他のパラメータとの反対の関係も特定されている。この場合、劣化の全体を通じて粘度が変化し、パラメータOxi (FTIR)とANとが、遅れて変化することが分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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