(57)【要約】【課題】検査光の光路となる面に液中の異物が付着することを抑制可能、且つ使用する光センサの個数を低減可能な液中粒子濃度検出装置を提供する。【解決手段】１個のフォトダイオード５を用いるとともに、発光ダイオード４から出射した光がフォトダイオード５へ入射するまでの光路を、潤滑油の流れを受けて回転するロータ３により導光部３１と潤滑油のみとを交互に切替えている。これにより、１個の光センサを用いて高精度で粒子濃度を検出可能な潤滑油中粒子濃度センサ１を実現することができる。また、ロータ３の導光部３１が窓部材６および窓部材７を通過する際に生じる圧力脈動により窓部材６および窓部材７の表面上に付着した異物を直ちに剥離させて除去することができる。【選択図】図２
2008145411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の通路を備えるケーシングと、
前記液体中に光を照射可能に前記ケーシングに固定された光源と、
前記液体中を進行する前記光源からの光を受光可能に前記ケーシングに固定された光センサと、
前記通路内に配置され前記液体が流れる時の流体力を受けて軸周りに回転可能に支持されるロータとを備え、
前記光源および前記光センサは前記ロータの軸方向において前記ロータを挟んで互いに対向するように配置され、
前記ロータは前記光源が発する光に対して前記液体よりも透過率が高い透光性材質から形成され、
前記ロータは前記光源および前記光センサに対向し且つ前記光源からの光を前記ロータ内を進行させて前記光センサへ導くように形成された導光部を備え、
前記通路を前記液体が流れると前記ロータが回転し前記光源と前記光センサとの間に前記導光部および前記液体が交互に出現することを特徴とする液中粒子濃度検出装置。
【請求項２】
前記ケーシングは少なくとも前記光源が前記通路に臨む部分および前記光センサが前記通路に臨む部分は透光性材質から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液中粒子濃度検出装置。
【請求項３】
前記ロータの軸方向における前記ロータおよび前記ケーシング間の隙間の大きさは前記ロータの滑らかな回転を維持できる範囲でできるだけ小さく設定されることを特徴とする請求項１または請求項２のどちらかに記載の液中粒子濃度検出装置。
【請求項４】
前記ロータはその軸方向における前記導光部の両端面の少なくとも一方に弾性部材からなり前記通路に接触する接触片を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項３のいずれか一つに記載の液中粒子濃度検出装置。
【請求項５】
前記光源は発光ダイオードであり且つ前記光センサはフォトダイオードあるいはフォトトランジスタであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の液中粒子濃度検出装置。
【請求項６】
液体の通路を備えるケーシングと、
前記液体中に光を照射可能に前記ケーシングに固定された光源と、
前記液体中を進行する前記光源からの光を受光可能に前記ケーシングに固定された光センサと、
前記通路内に配置され前記液体が流れる時の流体力を受けて軸周りに回転可能に支持されるロータとを備え、
前記光源および前記光センサは前記ロータの軸方向において前記ロータを挟んで互いに対向するように配置され、
前記ロータは前記光源が発する光に対して前記液体よりも透過率が高い透光性材質から形成され、
前記ロータは前記光源および前記光センサに対向し前記光源からの光を前記ロータ内を進行させて前記光センサへ導く２種類の導光部である第１導光部および第２導光部を備え、
前記第１導光部における前記光源から前記光センサに向かう光の進路長さである第１光路長と、前記第２導光部における前記光源から前記光センサに向かう光の進路長さである第２光路長とは異なるように形成され、
前記通路を前記液体が流れると前記ロータが回転し前記光源と前記光センサとの間に前記第１導光部および前記第２導光部が交互に出現することを特徴とする液中粒子濃度検出装置。
【請求項７】
前記ロータはその軸方向における前記導光部の両端面の少なくとも一方に弾性部材からなり前記通路に接触する接触片を備えることを特徴とする請求項６に記載の液中粒子濃度検出装置。
【請求項８】
前記光源は発光ダイオードであり且つ前記光センサはフォトダイオードあるいはフォトトランジスタであることを特徴とする請求項６または請求項７のどちらか一つに記載の液中粒子濃度検出装置。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれか一つに記載の液中粒子濃度検出装置を用いた液中粒子濃度検出方法であって、
前記光源から前記光センサに向かう光の光路中に前記第１導光部が出現したときにおいて前記光センサにより検出された受光量である第１受光量と前記光源から前記光センサに向かう光の光路中に前記第２導光部が出現したときにおいて前記光センサにより検出された受光量である第２受光量との比、および、前記光源から前記光センサに向かう光の光路中に前記第１導光部が出現したときの前記液体中の光路長さである第３光路長と前記光源から前記光センサに向かう光の光路中に前記第２導光部が出現したときの前記液体中の光路長さである第４光路長との比から求められる前記液体の透過率に基づいて前記液体の粒子濃度を検出することを特徴とする液中粒子濃度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式の液中粒子濃度検出装置に関するものであり、たとえば自動車のエンジンオイル中に含まれる炭素粒子等の粒子濃度検出に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来の液中粒子濃度検出装置として、たとえば、液体に接する導光体に光源からの光を照射し、導光体内をその接液面で全反射しながら進行する光をメイン光センサで受光すると共に導光体の反射面での反射光を基準光センサで受光し、両センサの出力に基づいて接液面での反射率を算出し、それにより液中粒子濃度を算出する構成のものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、別の従来の液中粒子濃度検出装置として、液体中を透過する光路長が異なる２種類の光路長の光についてそれぞれ測定された２つの透過光量比、および、上述の２種類の光路長比に基づいて液中粒子濃度を検出する構成のものがある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−２４７９３３号公報
【特許文献２】特開２００４−３４０８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載される液中粒子濃度検出装置において、使用時間の経過とともに導光体の接液面に液体中に含まれる異物が付着して、検出精度が低下する、という問題がある。
【０００５】
また、従来の液中粒子濃度検出装置では、メイン光センサおよび基準光センサの２つの光センサを用いているため、液中粒子濃度検出装置の部品点数増加、体格増大、コスト上昇を招く恐れがある。
【０００６】
一方、特許文献２に記載される液中粒子濃度検出装置においては、液体中を透過する光路長が異なる２種類の光路長の光についてそれぞれ測定された２つの透過光量比、および、上述の２種類の光路長比に基づいて液中粒子濃度を検出することから、導光体の接液面に付着した異物が液中粒子濃度検出精度におよぼす影響を排除できるものの、光源および光センサが複数対必要、且つ液体中を透過する光路長が異なる２種類の光路長となるような、複雑な形状の液体通路を備えた部品が必要となるため、液中粒子濃度検出装置の部品点数増加、体格増大、コスト上昇を招く恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、検査光の光路となる面に液中の異物が付着することを抑制可能、且つ使用する光センサの個数を低減可能な液中粒子濃度検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の液中粒子濃度検出装置は、液体の通路を備えるケーシングと、液体中に光を照射可能にケーシングに固定された光源と、液体中を進行する光源からの光を受光可能にケーシングに固定された光センサと、通路内に配置され液体が流れる時の流体力を受けて軸周りに回転可能に支持されるロータとを備え、光源および光センサはロータの軸方向においてロータを挟んで互いに対向するように配置され、ロータは光源が発する光に対して液体よりも透過率が高い透光性材質から形成され、ロータは光源および光センサに対向し且つ光源からの光をロータ内を進行させて光センサへ導くように形成された導光部を備え、通路を液体が流れるとロータが回転し光源と光センサとの間に導光部および液体が交互に出現することを特徴としている。
【００１０】
上述の構成において、通路を液体が流れ、その流体力を受けてロータが回転すると、光源から発する光が光センサへ到る光路は、導光部と液体の２種類となる。すなわち、光源と光センサとの間にロータの導光部が有るときは、光源からの光はロータ内を経由して光センサに入射する。一方、光源と光センサとの間にロータの導光部が存在せず替わりに液体が有るときは、光源からの光は液体内を経由して光センサに入射する。したがって、光センサからの出力信号も、これらに応じて２種類となる。ここで、ロータの光透過率は液体の透過率よりも高いので、光源と光センサとの間にロータの導光部が有るときの光センサの出力信号レベルは、光源と光センサとの間に液体のみが有るときの光センサの出力信号レベルよりも高くなる。また、液中粒子濃度検出装置の使用過程において、ロータの光透過率はほとんど変化しないが、液体の光透過率は液中粒子濃度変化に応じて変化する。すなわち、液中粒子濃度検出装置の使用過程において、光源と光センサとの間にロータの導光部が有るときの光センサの出力信号は常に一定レベルであるのに対して、光源と光センサとの間に液体のみが有り光源からの光が液体中を通って光センサに入射するときの光センサの出力信号レベルは、導光部があるときに比べて低く且つ液中粒子濃度の変化に連動して変化する。つまり、本発明の請求項１に記載の液中粒子濃度検出装置では、光センサを１個用いると共に、ロータの回転により基準光の光路と検査光の光路との切替えを行っている。
【００１１】
また、本発明の請求項１に記載の液中粒子濃度検出装置においては、ケーシングの通路を液体が流れる際に、ケーシングに設けられた光源からの光の出射窓および光センサへの入射窓の表面に沿って液体が流れるとともに、それらの近傍をロータの導光部が間歇的に通過する。このため、通路の出射窓および入射窓の各表面上の圧力がロータの導光部の通過時に変動する。つまり、出射窓および入射窓の各表面上に圧力脈動が生じている。この圧力脈動により、出射窓および入射窓の各表面上に異物が付着しても、直ちに剥離して液体により持ち去られることになる。これにより、出射窓および入射窓の各表面は、常に異物等が付着せずに清浄に維持される。
【００１２】
以上により、ケーシングにおける検査光の光路となる面に液中の異物が付着することを抑制でき、且つ使用する光センサを１個に低減できる液中粒子濃度検出装置を実現することができる。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の液中粒子濃度検出装置は、ケーシングは少なくとも光源が通路に臨む部分および光センサが通路に臨む部分は透光性材質から形成されていることを特徴としている。これにより、光源が発する光を確実に液体の通路中に照射し且つ光センサへ入射させることができる。また、ケーシング全体を透光性材質から形成すれば、光源からの光の出射窓および光センサへの入射窓を別部品とした場合と比べて、部品点数および組付け工数を低減することができる。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の液中粒子濃度検出装置は、ロータの軸方向におけるロータおよびケーシング間の隙間の大きさはロータの滑らかな回転を維持できる範囲でできるだけ小さく設定されることを特徴としている。このような構成によれば、光源と光センサとの間にロータの導光部が有るときに、光源と光センサ間の光路長さにおいて導光部が占める割合を最大とすることができる。言い換えると、光源と光センサ間の光路長さにおいて液体が占める割合を最小とすることができる。これにより、基準光受光時の光センサの出力信号レベルを高めるとともに、液中粒子濃度の変化が基準光受光時の出力信号レベルに及ぼす影響を最小限度とすることができる。したがって、液中粒子濃度検出装置の使用過程における基準光受光時の光センサ出力信号レベルを安定させて、液中粒子濃度検出精度を良好に維持することができる。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の液中粒子濃度検出装置は、ロータはその軸方向における導光部の両端面の少なくとも一方に弾性部材からなり通路に接触する接触片を備えることを特徴としている。このような構成においては、液体の流通によりロータが回転すると、接触片は通路表面を通路の出射窓および入射窓の各表面も含めて摺動する。これにより、通路の出射窓および入射窓の各表面上に異物が付着しても、直ちに摺動片により拭き取ることができるので、出射窓および入射窓の各表面を、常に清浄に維持することができる。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の液中粒子濃度検出装置は、光源は発光ダイオードであり且つ光センサはフォトダイオードあるいはフォトトランジスタであることを特徴としている。発光ダイオード、フォトダイオードおよびフォトトランジスタは一般的な素子であり、特性・形状等の種類が豊富且つ安価であるので、検査対象の液体および含まれる粒子の種類に応じて精度良く粒子濃度を検出可能な素子を容易且つ安価に設定することができる。
【００１７】
本発明の請求項６に記載の液中粒子濃度検出装置は、液体の通路を備えるケーシングと、液体中に光を照射可能にケーシングに固定された光源と、液体中を進行する光源からの光を受光可能にケーシングに固定された光センサと、通路内に配置され液体が流れる時の流体力を受けて軸周りに回転可能に支持されるロータとを備え、光源および光センサはロータの軸方向においてロータを挟んで互いに対向するように配置され、ロータは光源が発する光に対して液体よりも透過率が高い透光性材質から形成され、ロータは光源および光センサに対向し光源からの光をロータ内を進行させて光センサへ導く２種類の導光部である第１導光部および第２導光部を備え、第１導光部における光源から光センサに向かう光の進路長さである第１光路長と、第２導光部における光源から光センサに向かう光の進路長さである第２光路長とは異なるように形成され、通路を液体が流れるとロータが回転し光源と光センサとの間に第１導光部および第２導光部が交互に出現することを特徴としている。
【００１８】
上述の構成において、通路を流れる液体の流体力を受けてロータが回転すると、光源から発する光が光センサへ到る光路は、第１導光部およびそれに続く液体部からなる光路と、第２導光部およびそれに続く液体部からなる光路の２種類が交互に現れることになる。ここで、第１導光部に続く液体部における光源から光センサに向かう光の進路長さを第３光路長、第２導光部に続く液体部における光源から光センサに向かう光の進路長さを第４光路長と表すと、光源と光センサとの間に第１導光部が出現したときの光源から光センサまでの光路長さは、第１光路長＋第３光路長となり、光源と光センサとの間に第２導光部が出現したときの光源から光センサまでの光路長さは、第２光路長＋第４光路長となる。そして、「第１光路長＋第３光路長」と「第２光路長＋第４光路長」は等しく、且つ第１光路長と第２光路長とが異なることから、たとえば、第１光路長＞第２光路長とすれば、（第１光路長＋第３光路長）＝（第２光路長＋第４光路長）の関係から、第３光路長＜第４光路長となる。
【００１９】
ここで、光センサにおける受光量について考える。光源と光センサとの間に第１導光部が出現したときの受光量を第１受光量、光源と光センサとの間に第２導光部が出現したときの受光量を第２受光量と表す。光が液体中を透過する場合、液体中に粒子が含まれると粒子により光が吸収されたり拡散反射されたりして減衰するため透過光量が減少する。また、光が液体中を透過するときの光の減衰度合いは、粒子濃度が同一である場合は、液体中の光路長が長いほど透過光の減衰度合いは大きくなる。一方、ロータは光源が発する光に対して液体よりも透過率が高い透光性材質から形成されている。このため、第１導光部と第２導光部とで光路長が異なるものの、両光路長差が第１受光量および第２受光量におよぼす影響は非常に小さく無視できる。以上から、第１受光量および第２受光量は、第１液体部の光路長および第２液体部の光路長、すなわち第３光路長および第４光路長により定まることになる。
【００２０】
次に、本発明の請求項６に記載の液中粒子濃度検出装置を用いた液中粒子濃度検出方法について説明する。
【００２１】
第３光路長および第４光路長の比が１：ｎであるとすると、第３光路長における透過光量である第１受光量は、液体中の光の透過率を透過率α（０＜α＜１）とすると、次式（１）で表すことができる。
【００２２】
第１受光量＝発光部の発光量×透過率α・・・（１）
また、第４光路長における透過光量である第２受光量は、液体中の光の透過率を透過率α（０＜α＜１）とすると、次式（２）で表すことができる。
【００２３】
第２受光量＝発光部の発光量×（透過率α）ｎ・・・（２）
そして、上記式（１）および式（２）から次式（３）が得られる。
【００２４】
（透過率α）ｎ−１＝第２受光量／第１受光量・・・（３）
そして、式（３）から式（４）が得られる。
【００２５】
透過率α＝（第２受光量／第１受光量）１／ｎ−１・・・（４）
上記式（４）から分かるように、第３光路長および第４光路長の比が１：ｎである場合、各光路長の比、および各光路長で測定された各受光量の比を用いて液体の透過率αを求めることができる。そして、周知のように液体における光の透過率と液体中の粒子濃度とは相関関係にあるため、透過率を求めることで粒子濃度を求めることができる。
【００２６】
このように、各受光量に基づいて粒子濃度と相関関係にある値（透過率）を求めると、発光部や光センサの特性変化が粒子濃度の検出精度に与える影響を小さく抑えることができるので、粒子濃度を高精度で検出できる。
【００２７】
また、上述の方法によれば、発光部からの光が液中に発射される出射面および液中の透過光が光センサに入射する入射面が液体中の異物等の付着により汚れた場合においても、この汚れによる透過光量への影響を相殺できるので、粒子濃度を高精度で検出できる。
【００２８】
また、以上説明した、本発明の請求項６に記載の液中粒子濃度検出装置においては、ロータを回転させることにより、液体中における２種類の光路長さの切替えを行っている。これにより、発光部および光センサの個数を１組とすることができる。すなわち、１個の光源および１個の光センサを用いて、２種類の異なる信号を検出することができる。したがって、液中粒子濃度検出装置に用いられる発光部および光センサの個数を低減することができる。
【００２９】
また、以上説明した、本発明の請求項６に記載の液中粒子濃度検出装置においては、通路内を流れる液体の流体力によりロータが回転すると、ケーシングに設けられた光源からの光の出射窓および光センサへの入射窓の少なくとも一方の表面近傍をロータの導光部が間歇的に通過する。このため、ケーシングに設けられた出射窓および入射窓の各表面上の圧力が変動し、それにより、出射窓および入射窓の少なくとも一方の表面を清浄に維持することができる。
【００３０】
本発明の請求項７に記載の液中粒子濃度検出装置は、ロータはその軸方向における導光部の両端面の少なくとも一方に弾性部材からなり通路に接触する接触片を備えることを特徴としている。このような構成においては、液体の流通によりロータが回転すると、接触片は通路表面を通路の出射窓および入射窓の各表面も含めて摺動する。これにより、通路の出射窓および入射窓の各表面上に異物が付着しても、直ちに摺動片により拭き取ることができるので、出射窓および入射窓の各表面を、常に清浄に維持することができる。
【００３１】
本発明の請求項８に記載の液中粒子濃度検出装置は、光源は発光ダイオードであり且つ光センサはフォトダイオードあるいはフォトトランジスタであることを特徴としている。発光ダイオード、フォトダイオードおよびフォトトランジスタは一般的な素子であり、特性・形状等の種類が豊富且つ安価であるので、検査対象の液体および含まれる粒子の種類に応じて精度良く粒子濃度を検出可能な素子を容易且つ安価に設定することができる。
【００３２】
本発明の請求項９に記載の液中粒子濃度検出方法は、請求項６ないし請求項８のいずれか一つに記載の液中粒子濃度検出装置を用いた液中粒子濃度検出方法であって、光源から光センサに向かう光の光路中に第１導光部が出現したときにおいて光センサにより検出された受光量である第１受光量と光源から光センサに向かう光の光路中に第２導光部が出現したときにおいて光センサにより検出された受光量である第２受光量との比、および、光源から光センサに向かう光の光路中に第１導光部が出現したときの液体中の光路長さである第３光路長と光源から光センサに向かう光の光路中に第２導光部が出現したときの液体中の光路長さである第４光路長との比から求められる液体の透過率に基づいて液体の粒子濃度を検出することを特徴としている。
【００３３】
上述の液中粒子濃度検出方法によれば、先に述べた請求項６記載の液中粒子濃度検出装置の説明中における、式（４）に示すように、液体の透過率αは、液体中の光路長比および各光路長を経て計測された受光量比で表される。これにより、液中への光の発光面および液中を透過した光の受光面に異物等が付着して透過率が変動しても、その影響が排除されるので、液体の透過率αを精度良く検出できる。そして、周知のように液体における光の透過率と液体中の粒子濃度とは相関関係にあるため、透過率を求めることによって粒子濃度を高精度で求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明による液中粒子濃度検出装置を、自動車のエンジンの潤滑油の劣化度合いを判定するオイル劣化検出システムに用いられている潤滑油中粒子濃度センサ１に適用した場合を例に図面に基づいて説明する。
【００３５】
自動車の使用過程において、エンジンの潤滑油中には、燃焼ガス中のカーボン、各運動部分１０４からの磨耗粉等の粒子が混入し潤滑油としての機能が徐々に劣化する。オイル劣化検出システムは、潤滑油中粒子濃度センサ１により潤滑油中の粒子濃度を検出し、それに基づいて潤滑油の劣化度合いを算出するものである。さらに、潤滑油の劣化度合いが所定値を超えたときには何らかの手段により警報を発し、それによって運転者に潤滑油の交換を促すものである。
【００３６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１は、自動車のエンジンにおける潤滑油の循環経路途中に配置されている。エンジンの潤滑油の循環経路は、図３に示すように、オイルパン１０１、オイルポンプ１０２、オイルフィルタ１０３、エンジンの各運動部分１０４から構成されている。オイルパン１０１内の潤滑油は、オイルポンプ１０２によりオイルフィルタ１０３へ圧送されオイルフィルタ１０３を通過することにより異物等が除去されて、エンジンの各運動部分１０４（たとえば、クランク軸やカム軸の軸受け、ピストン・シリンダ摺動部、歯車列の噛合い部等）へ供給される。各運動部分１０４から流出した潤滑油はオイルパン１０１に集められ、再び圧送される。潤滑油中粒子濃度センサ１は、図１に示すように、オイルフィルタ１０３の下流側の潤滑油経路途中に装着されている。以下に、本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１の構成について説明する。
【００３７】
潤滑油中粒子濃度センサ１は、液体である潤滑油の通路２１を備えるケーシング２、ケーシング２の通路２１内に回転自在に収容支持されるロータ３、光源である発光ダイオード４および光センサであるフォトダイオード５から構成されている。
【００３８】
ケーシング２は、樹脂材質から形成されている。樹脂材質としては、耐熱性および耐油性に優れ通常の遮光性を有するものが用いられている。ケーシング２には、図１に示すように、液体である潤滑油が流れる通路２１が形成されている。通路２１の両端には、図１に示すように、入口部２１ａおよび出口部２１ｂが形成されている。入口部２１ａおよび出口部２１ｂには、図１に示すように、エンジンの潤滑油回路を形成する潤滑油パイプ１１が接続されている。オイルポンプ１０２により圧送された潤滑油は、入口部２１ａから潤滑油中粒子濃度センサ１の通路２１に流入し、通路２１内を図１中の矢印の方向に流れ、出口部２１ｂからエンジンの各運動部分１０４へ向かって流出する。ケーシング２を形成する樹脂材質としては、耐潤滑油性、耐熱性に優れる材質が用いられている。ケーシング２には、後述する光源である発光ダイオード４からの光を通路２１内へ出射させるための窓孔２２、光センサであるフォトダイオード５へ光を入射させるための窓孔２３、後述するロータ３を回転自在に支持するシャフト８を固定する軸孔２４がそれぞれ設けられている。窓孔２２および窓孔２３は、図１に示すように、互いに対向するように配置されている。言い換えると、窓孔２２および窓孔２３は互いに同軸上に配置され、両窓２２、２３の軸方向は、潤滑油の流れ方向に直交している。
【００３９】
ケーシング２の窓孔２２には、光源である発光ダイオード４が通路２１内の潤滑油を照射可能に配置されている。すなわち発光ダイオード４はその光軸（発光輝度が最大である方向）を窓孔２２と平行にして配置されている。一方、ケーシング２の窓孔２３には、光センサであるフォトダイオード５が発光ダイオード４からの光を受光可能に配置されている。すなわち、フォトダイオード５は、その光検出感度が最大である方向を発光ダイオード４の光軸と一致するようにして配置されている。また、窓孔２２には窓部材６が、窓孔２３には窓部材７が、それぞれ図１に示すように、嵌合固定されている。窓部材６および窓部材７は、両窓部材６、７における光損失ができるだけ小さくなるように、透過率の高い透光性材質、たとえば無色透明の樹脂あるいはガラス等から形成されている。窓部材６および窓部材７は、窓孔２２、２３に接着等により強固に気密的に固定され、窓孔２２、２３を介して潤滑油が発光ダイオード４およびフォトダイオード５周辺に漏れることを阻止している。発光ダイオード４の発光面と窓部材６、フォトダイオード５の受光面と窓部材７とは、図１に示すように、全面に亘って密着している。すなわち、両者間に空気層が無いようにして固定されている。これにより、両者間に空気層がある場合の伝達光量損失を無くしている。発光ダイオード４、フォトダイオード５は、それぞれ電極であるリード４１、５１を備え、各リードは、図１に示すように、それぞれターミナル９に接続され、各ターミナル９を介して、潤滑油中粒子濃度センサ１外部の電気回路に接続されている。各ターミナル９とケーシング２との間には、図１に示すように、封止部材１０が充填されている。封止部材１０としては、たとえばエポキシ樹脂等が用いられ、封止部材１０により、ケーシング２１内において発光ダイオード４およびフォトダイオード５が気密的に収納される。
【００４０】
ケーシング２内、すなわち通路２１内には、図１および図２に示すように、ロータ３が回転可能に支持されている。ロータ３は透光性材質、たとえば無色透明のポリカーボネート樹脂あるいはガラス等から形成されている。ロータ３の材質は、その透過率がエンジンの潤滑油の透過率よりも高い材質が用いられている。詳しくは、潤滑油中粒子濃度センサ１が装着されるエンジンにおいて通常使用される潤滑油の新品時における透過率よりも高い材質が用いられている。
【００４１】
ロータ３は、シャフト８により回転可能に支持されている。ロータ３には、シャフト８と係合する軸受け孔３２が設けられている。軸受け孔３２は、図１に示すように、円錐面状の凹部として形成されている。シャフト８は、樹脂材料あるいは金属材料等から形成されてケーシング２の軸孔２４に圧入固定されている。シャフト８のロータ３側端部は、図１に示すように、円錐状に形成されてロータ３の軸受け孔３２と係合している。シャフト８の円錐の中心角は、ロータ３の軸受け孔３２の中心角より小さく形成されるとともに、シャフト８の先端がロータ３の軸受け孔３２の底部に軽く接触している。これにより、ロータ３とシャフト８との接触面積を非常に小さくして、両者の間に生じる転がり抵抗を極めて小さくすることができる。ロータ３の回転軸であるシャフト８は、発光ダイオード４とフォトダイオード５の対向方向と平行に配置されている。言い換えると、ロータ３の回転軸であるシャフト８は、発光ダイオード４からフォトダイオード５へ向かう光の光軸と平行に配置されている。また、ロータ３の軸方向におけるロータ３とケーシング２との隙間は、ロータ３の滑らかな回転を維持できる範囲で最小限度に小さく設定されている。
【００４２】
ロータ３は、その径方向に放射状に伸びる導光部３１を備えている。本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１の場合、導光部３１は、図２に示すように、３個が１２０度間隔で設けられている。ロータ３の回転範囲Ａ、つまり導光部３１の径方向先端の軌跡の内側領域は、図２に示すように、窓孔２２、窓孔２３を包含している。このため、ロータ３が回転すると、導光部３１は、ロータ３の軸方向において、窓孔２２および窓孔２３と同時に対向するときがある。
【００４３】
ロータ３の回転軸Ｃは、図２に示すように、通路２１の流路中心Ｒとオフセットして配置されている。言い換えると、ロータ３は、径方向においてその一部が通路２１中に臨むように配置されている。このため、通路２１を潤滑油が流れ、その流体力がロータ３、つまり通路２１内にある導光部３１に作用すると、ロータ３に時計回りの回転モーメントが発生する。これにより、ロータ３は、潤滑油が流れることにより時計回りに回転する。
【００４４】
次に、以上説明したように構成された潤滑油中粒子濃度センサ１の作動、すなわち潤滑油中の粒子濃度検出動作について説明する。
【００４５】
自動車の作動中、つまりエンジン作動中においては、潤滑油中粒子濃度センサ１の通路２１内を潤滑油が流れており、これによりロータ３が回転している。ロータ３が回転しているときには、通路２１内の発光ダイオード４およびフォトダイオード５間の空間には、ロータ３の導光部３１が間歇的に出現する。導光部３１が通過すると、発光ダイオード４およびフォトダイオード５間の空間は潤滑油のみで満たされる。すなわち、発光ダイオード４およびフォトダイオード５間の空間には、導光部３１と潤滑油とが交互に出現している。言い換えると、発光ダイオード４から出射した光がフォトダイオード５へ入射するまでの光路が、導光部３１のときと潤滑油の時とが交互に切替えられている。
【００４６】
また、自動車の作動中においては、潤滑油中粒子濃度センサ１の発光ダイオード４は所定電流により点灯駆動され、且つフォトダイオード５も作動状態となっている。
【００４７】
発光ダイオード４から出射した光がフォトダイオード５へ入射するまでの光路が、潤滑油であるときは、フォトダイオード５の出力電圧が図４中導光部３１の透過率が、潤滑油の新品時における透過率よりも高いので潤滑油の新のときと潤滑油の時とが交互に切替えられている。
【００４８】
フォトダイダイオード５は、そこに入射した発光ダイオード４からの光の光量に応じた出力電圧を発生する。すなわち光量が多いときは出力電圧が高く、光量が少ないときは出力電圧が低い。本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１においては、ロータ３の透過率が潤滑油の新品時の透過率よりも高く設定されている。このため、フォトダイオード５へ入射する発光ダイオード４からの光の光量は、発光ダイオード４から出射した光がフォトダイオード５へ入射するまでの光路が、導光部３１であるときに多く、潤滑油であるときには少なくなる。すなわち、フォトダイオード５の出力電圧は、発光ダイオード４から出射した光がフォトダイオード５へ入射するまでの光路が、導光部３１であるときに高く、潤滑油であるときには低くなる。
【００４９】
ここで、フォトダイオード５の出力電圧について、図４に基づいて説明する。図４は、フォトダイオード５の出力電圧Ｅ（縦軸）と時間Ｔ（横軸）との関係を表すグラフである。発光ダイオード４から出射した光がフォトダイオード５へ入射するまでの光路が潤滑油であるときのフォトダイオード５の出力電圧Ｅ、すなわち検査電圧Ｅｄは、潤滑油が新品のとき、つまり潤滑油中の粒子濃度が最低のときに最も高くなる。このときの検査電圧Ｅｄが、図４中のＥｄ１である。エンジンの運転時間が経過して潤滑油中にカーボン粒子や摩耗粉等が混入し潤滑油中の粒子濃度が高まるに連れて、フォトダイオード５に入射する発光ダイオード４からの光の光量が減少し、検査電圧Ｅｄも、図４中に示すように、Ｅｄ１からＥｄ２へと低下する。一方、発光ダイオード４から出射した光がフォトダイオード５へ入射するまでの光路がロータ３の導光部３１であるときのフォトダイオード５の出力電圧Ｅ、すなわち基準電圧Ｅｃは、エンジンの運転時間が経過してもほとんど変化しない。したがって、自動車の作動中において、潤滑油中粒子濃度センサ１は２種類の出力電圧である基準電圧Ｅｃおよび検査電圧Ｅｄを出力する。これら２つの信号であると基準電圧Ｅｃおよび検査電圧Ｅｄを比較することにより、潤滑油中の粒子濃度を高精度で検出することができる。
【００５０】
なお、エンジンの運転時間がさらに経過し、潤滑油中の粒子濃度が潤滑油の使用限度に達する、すなわちフォトダイオード５の出力電圧Ｅが図４中の検査電圧Ｅｄ３まで低下すると、オイル劣化検出システムの制御回路（図示せず）はそれを検知し潤滑油の交換時期であると判定し、オイル劣化検出システムが備える警報動作（図示せず。警告灯点灯、警告音吹鳴等）を実行して、自動車の運転者に注意を促す。
【００５１】
本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１においては、１個のフォトダイオード５を用いるとともに、発光ダイオード４から出射した光がフォトダイオード５へ入射するまでの光路を、潤滑油の流れを受けて回転するロータ３により導光部３１と潤滑油のみとを交互に切替えている。これにより、従来の液中粒子濃度検出装置における基準光受光用および検査光受光用の２つの光センサを１個に減らしつつ、高精度で粒子濃度を検出可能な潤滑油中粒子濃度センサ１を実現することができる。
【００５２】
また、本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１においては、ケーシング２内においてロータ３が回転すると、ロータ３の導光部３１が発光ダイオード４からの光の出射部である窓部材６、およびフォトダイオード５への光の入射部である窓部材７それぞれの表面近傍を通過する。ロータ３の軸方向におけるロータ３とケーシング２との隙間は、ロータ３の滑らかな回転を維持できる範囲で最小限度に小さく設定されているので、導光部３１と窓部材６および窓部材７との隙間も小さくなっている。このため、窓部材６および窓部材７の表面上の圧力がロータ３の導光部３１の通過時に変動する。つまり、窓部材６および窓部材７の表面上に圧力脈動が生じている。この圧力脈動により、窓部材６および窓部材７の表面上に異物が付着しても、直ちに剥離して潤滑油により持ち去られることになる。これにより、窓部材６および窓部材７の表面は、異物等が付着滞留せずに常に清浄に維持される。したがって、潤滑油中粒子濃度センサ１の粒子濃度検出精度を良好に維持することができる。
【００５３】
（第２実施形態）
図５に、本発明の第２実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１の断面図を示す。
【００５４】
本発明の第２実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１は、本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１に対して、ロータ３の構成が異なっている。すなわち、ロータ３の導光部３１に、図５に示すように、接触片であるワイパ１２を取り付けている。ワイパ１２は、弾性部材である柔らかいゴム材料あるいは樹脂材料から形成されている。ワイパ１２は、図６に示すように、導光体３１のロータ３の回転方向後ろ側に、ケーシング２の窓部材６側および窓部材７側にそれぞれ突き出して取り付けられている。ワイパ１２の突き出し度合いは、ケーシング２の通路２１の壁面、窓部材６および窓部材７に常時軽く接触するように設定されている。ワイパ１２のロータ３の径方向長さは、ロータ３が回転中に、窓部材６および窓部材７の表面全域を確実に払拭可能な最短長さに設定されている。これにより、ロータ３の回転中において窓部材６および窓部材７の表面は、常にワイパ１２により払拭されて異物等が滞留しない清浄な状態に保たれる。したがって、潤滑油中粒子濃度センサ１の粒子濃度検出精度を良好に維持することができる。
【００５５】
ところで、ワイパ１２を通路２１の内壁面に常時接触させることで、ロータ３の回転に対する摩擦力が増加する。しかし、ワイパ１２の長さを窓部材６および窓部材７の表面全域を確実に払拭可能な最短長さに設定すること、および接触圧力をできるだけ小さくなるように材質・形状を選定することにより、回転に対する摩擦力の増加を最小限度に抑えることができる。
【００５６】
なお、本発明の第２実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１では、ロータ３が備える３個の導光部３１のうちの一つにのみワイパ１２を装着しているが、２個の導光部３１、あるいはすべての導光部３１にワイパ１２を取り付けてもよい。
【００５７】
（第３実施形態）
図７に、本発明の第３実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１の断面図を示す。
【００５８】
本発明の第３実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１は、本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１に対して、ロータ３の形状が異なっている。ロータ３の形状以外の構成は、本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１と同じである。以下に、本発明の第３実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１の構成、特にロータ３の構成と、その作動について説明する。
【００５９】
ロータ３は、透光性材質、たとえば無色透明のポリカーボネート樹脂あるいはガラス等から略長方形の板状形成されている。すなわち、ロータ３は、その回転軸を挟んで２枚のブレードを有するプロペラのような形状と成っている。そして、２枚のブレードの一方には、図７に示すように、第１導光部３３が設けられ、他方のブレードには第２導光部３４が設けられている。本発明の第３実施形態によるロータ３においては、図７に示すように、Ｌ１＞Ｌ２に設定されている。第１導光部３３における発光ダイオード４からフォトダイオード５へ向かう光の光路長は、図７に示すように、第１光路長Ｌ１、第２導光部３４における発光ダイオード４からフォトダイオード５へ向かう光の光路長は、図７に示すように、第２光路長Ｌ２となっている。したがって、第１導光部３３が発光ダイオード４からフォトダイオード５へ向かう光の光路中にあるときの潤滑油中の光路長は、図７に示すように、第３光路長Ｌ３、第２導光部３４が発光ダイオード４からフォトダイオード５へ向かう光の光路中にあるときの潤滑油中の光路長は、図７に示すように、第４光路長Ｌ４であり、Ｌ３＜Ｌ４となっている。
【００６０】
エンジンの作動中において、通路２１中を潤滑油が流れると、その流体力を受けて、ロータ３は、図８に示すように、時計回りに回転する。そうすると、発光ダイオード４からフォトダイオード５へ向かう光の光路は、ロータ３の第１導光部３３があるとき、すなわち発光ダイオード４からフォトダイオード５へ向かう光の光路中の潤滑油中部分長さが第３光路長Ｌ３である、言い換えると潤滑油中の光路長さが最も短いでときと、発光ダイオード４からフォトダイオード５へ向かう光の光路がすべて潤滑油中である、言い換えると潤滑油中の光路長さが最も長いときと、ロータ３の第２導光部３４があるとき、すなわち発光ダイオード４からフォトダイオード５へ向かう光の光路中の潤滑油中部分長さが第４光路長Ｌ４であるとき、言い換えると潤滑油中の光路長さが上記２つの中間の長さであるときの3種類の状態が、上述した順番で繰り返して現れる。この場合、フォトダイオード５の出力電圧Ｅは、図９に示すように変化する。すなわち、図９中の各出力電圧Ｅのうち出力電圧Ｅ１は、ロータ３の第１導光部３３を経た場合、出力電圧Ｅ２は、ロータ３の第２導光部３４を経た場合、出力電圧Ｅ３はロータ３が無い、つまり１００％潤滑油の場合である。したがって、ロータ３が回転すると、フォトダイオード５の出力電圧Ｅは、図９に示すように、Ｅ１、Ｅ３、Ｅ２、Ｅ３の順番で繰り返し変動する。
【００６１】
次に、本発明の第３実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１を用いた潤滑油中粒子濃度検出方法について説明する。
【００６２】
第３光路長Ｌ３および第４光路長Ｌ４の比、つまりＬ３：Ｌ４を１：ｎと表すと、第３光路長Ｌ３を経た透過光量である第１受光量は、潤滑油中の光の透過率を透過率α（０＜α＜１）とすると、次式（１）で表すことができる。
【００６３】
第１受光量＝発光部の発光量×透過率α・・・（１）
また、第４光路長における透過光量である第２受光量は、潤滑油中の光の透過率を透過率α（０＜α＜１）とすると、次式（２）で表すことができる。
【００６４】
第２受光量＝発光部の発光量×（透過率α）ｎ・・・（２）
そして、上記式（１）および式（２）から次式（３）が得られる。
【００６５】
（透過率α）ｎ−１＝第２受光量／第１受光量・・・（３）
そして、式（３）から式（４）が得られる。
【００６６】
透過率α＝（第２受光量／第１受光量）１／ｎ−１・・・（４）
ここで、第１受光量であるフォトダイオード５の出力電圧Ｅ１、および第２受光量であるフォトダイオード５の出力電圧Ｅ２を式（４）に代入して、次式（５）が得られる。
【００６７】
透過率α＝（Ｅ２／Ｅ１）１／ｎ−１・・・（５）
上記式（５）から分かるように、第３光路長および第４光路長の比を１：ｎに置き換えるとともに、フォトダイオード５により測定された各受光量としての出力電圧Ｅ１、Ｅ２の比を用いて潤滑油の透過率αを求めることができる。そして、この透過率αに基づいて透過率αと相関関係にある潤滑油中の粒子濃度を求めることができる。
【００６８】
このように、本発明の第３実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１を用いた潤滑油中粒子濃度検出方法によれば、第３光路長および第４光路長の比、およびフォトダイオード５の出力電圧Ｅ１、Ｅ２の比に基づいて潤滑油中の粒子濃度を求めることにより、出射面である窓部材６の表面および入射面である窓部材７の表面に潤滑油中の異物等が付着して窓部材６および窓部材７の透過率が変化しても、この汚れによる透過光量への影響を相殺できるので、精度良く粒子濃度を検出することができる。また、発光ダイオード４やフォトダイオード５の特性が変化しても、これらの特性変化による透過光量への影響を相殺できるので、精度良く粒子濃度を検出することができる。
【００６９】
また、本発明の第３実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１では、ロータ３を回転させることにより、潤滑油中における２種類の光路長さの切替えを行っている。これにより、発光ダイオード４およびフォトダイオード５を各１個用いることにより潤滑油中粒子濃度を検出することができる。したがって、液中粒子濃度検出装置に用いられる発光部および光センサの個数を低減することができる。
【００７０】
さらに、本発明の第３実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１においては、通路２１内を流れる潤滑油の流体力によりロータ３が回転すると、ケーシング２に設けられた窓部材７の表面近傍をロータ３が間歇的に通過する。このため、窓部材７表面上の圧力が変動し、それにより、窓部材７の表面を清浄に維持することができる。
【００７１】
なお、以上説明した、本発明の第１、第２実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１においては、ロータ３の導光部３１の個数を３個としているが、３個に限定する必要はなく、ロータ３が滑らかに回転可能であれば何個設けてもよい。
【００７２】
また、以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１においては、遮光性を有する樹脂材料によってケーシング２を形成するとともに、発光ダイオード４からの光の通路となる窓孔２２、２３に透光性を有する窓部材６、７をケーシング２に固定しているが、ケーシング２全体を、透光性を有する材質から形成してもよい。
【００７３】
また、発光ダイオード４としては、その出射光のピーク波長が、粒子濃度が高い潤滑油中においてもある程度透過可能な波長であるものを用いることが望ましい。ここで、「ある程度透過可能」とは、フォトダイオード５が、図４中における検査電圧Ｅｄ３を確実に出力できることを意味する。
【００７４】
なお、以上説明した、本発明による液中粒子濃度検出装置の各実施形態では、液中粒子濃度検出装置を自動車に搭載される潤滑油中粒子濃度センサ１に適用した場合を例に説明しているが、液中粒子濃度検出装置の用途を潤滑油中粒子濃度センサ１に限る必要は無く、潤滑油以外の他の液体、たとえば燃料あるいは自動変速機用作動液等に含まれる粒子濃度検出用途に適用してもよい。さらに、その用途を自動車用に限る必要は無く、他の用途、例えば各種民生用機器に適用してもよい。たとえば、燃焼式暖房装置の燃料中粒子濃度検出用に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１の断面図であり、図２中のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１が装着されたエンジンの潤滑油回路を説明する模式図である。
【図４】フォトダイオード５の出力電圧Ｅ（縦軸）と時間Ｔ（横軸）との関係を表すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１の断面図であり、図２に相当する。
【図６】図５のＶＩ矢視図である。
【図７】本発明の第３実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１の断面図であり、図８中のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】フォトダイオード５の出力電圧Ｅ（縦軸）と時間Ｔ（横軸）との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１    液中粒子濃度検出装置
２    ケーシング
２１    通路
２１ａ    入口部
２１ｂ    出口部
２２    窓孔
２３    窓孔
２４    軸孔
３    ロータ
３１    導光部
３２    軸受け孔
３３    第１導光部
３４    第２導光部
４    発光ダイオード（光源）
４１    リード
５    フォトダイオード（光センサ）
５１    リード
６    窓部材
７    窓部材
８    シャフト
９    ターミナル
１０    封止部材
１１    潤滑油パイプ
１２    ワイパ（接触片）
Ａ    回転範囲
Ｃ    回転軸
Ｅ    出力電圧
Ｅｃ    基準電圧
Ｅｄ、Ｅｄ１、Ｅｄ２、Ｅｄ３    検査電圧
Ｌ１    第１光路長
Ｌ２    第２光路長
Ｌ３    第３光路長
Ｌ４    第４光路長
Ｒ    流路中心
【図１】
2008145411.tif 000003
【図２】
2008145411.tif 000004
【図３】
2008145411.tif 000005
【図４】
2008145411.tif 000006
【図５】
2008145411.tif 000007
【図６】
2008145411.tif 000008
【図７】
2008145411.tif 000009
【図８】
2008145411.tif 000010
【図９】
2008145411.tif 000011