(57)【要約】【課題】簡易な構成で、潤滑油中に析出した、酸化防止剤の劣化生成物を含む不溶解物粒子を検出する。【解決手段】油中不溶解物検出装置１００は、基油と酸化防止剤とを含んで構成される潤滑油における、基油および酸化防止剤のいずれかまたは両方が劣化することによって生成される物質である劣化生成物を含む潤滑油中に不溶解な粒子である不溶解物粒子の数と、不溶解物粒子個々の粒径とを導出するパーティクルカウンタ１１０と、導出された不溶解物粒子の数および不溶解物粒子個々の粒径に基づいて、不溶解物粒子の体積を推定する体積推定部１５２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基油と酸化防止剤とを含んで構成される潤滑油における、該基油および該酸化防止剤のいずれかまたは両方が劣化することによって生成される物質である劣化生成物を含む該潤滑油中に不溶解な粒子である不溶解物粒子の数と、該不溶解物粒子個々の粒径とを導出するパーティクルカウンタと、
導出された前記不溶解物粒子の数および該不溶解物粒子個々の粒径に基づいて、該不溶解物粒子の総体積を推定する体積推定部と、
を備えたことを特徴とする油中不溶解物検出装置。
【請求項２】
前記体積推定部は、前記パーティクルカウンタが導出した粒径に基づいて不溶解物粒子の個々の体積を導出し、該パーティクルカウンタによって計数されたすべての不溶解物粒子の該体積の総和を、前記不溶解物粒子の総体積とみなすことを特徴とする請求項１に記載の油中不溶解物検出装置。
【請求項３】
推定された前記不溶解物粒子の総体積が予め定められた閾値を超えたか否かを判定する判定部と、
前記判定部が、前記閾値を超えたと判定した場合、前記潤滑油の交換を示唆する旨を報知する報知部と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の油中不溶解物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化防止剤を含む潤滑油中に生成される劣化生成物を含む潤滑油中の不溶解物粒子を検出する油中不溶解物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンや圧縮機等の軸受を備えた産業機械において、軸受には潤滑油が供給されている。潤滑油は、潤滑油として主な機能を有する基油と、基油の酸化を抑制するための酸化防止剤とを含んで構成される。潤滑油においては、基油の酸化に先んじて、まず酸化防止剤が酸化（劣化）される。このような潤滑油を検査することで、軸受や回転軸の摩耗状態や、潤滑油の劣化状態を把握することができる。
【０００３】
軸受や回転軸の摩耗状態を検知する技術として、粒径分布を検出するパーティクルカウンタを利用して、潤滑油中に含まれる摩耗粉（例えば、金属摩耗粉）の粒径と、粒径ごとの摩耗粉の数を検知する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
また、潤滑油における基油の劣化状態を検知する技術として、ＦＴＩＲ（Fourier Transform InfraRed）といった赤外分光法を用いて潤滑油の全酸価や動粘度を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
また、潤滑油における酸化防止剤の劣化状態を検知する技術として、潤滑油に４７０ｎｍ〜６２０ｎｍの波長の光を照射して、透過光の光強度を検出し、当該光強度を色相値に変換することで、酸化防止剤の残存量を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７６７９６号公報
【特許文献２】特開平５−２１５６７５号公報
【特許文献３】特開平７−２９４４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで近年、潤滑油における基油の酸化が促進される前に、酸化防止剤の酸化によって生成される劣化生成物が堆積し、軸受と回転軸とのクリアランスを詰めてしまうといった不具合を引き起こす要因となる場合があることが分かってきた。そこで、潤滑油における基油や酸化防止剤の劣化状態を検知する上記特許文献２、３の技術を利用して、基油の酸化が促進される前に、劣化生成物を検出することが考えられる。
【０００８】
しかし、基油と酸化防止剤とでは、酸化の反応機構が異なるため、特許文献２の基油の全酸価や動粘度を検知する技術では劣化生成物を検出できない。具体的に説明すると、酸化防止剤の含有量は、潤滑油における基油の含有量と比較して相対的に少ない。また、基油の酸化は連鎖反応であるため、基油の一部が酸化されると基油全体が加速度的に酸化される。一方、酸化防止剤の酸化は連鎖反応ではないため、基油の酸化物と比較して生成量が少ない。つまり、基油の酸化物と比較して、酸化防止剤の劣化生成物の生成量は極めて少ない。
【０００９】
特許文献２の技術では、相対的に生成量の多い基油の酸化物に由来する全酸価を測定することはできるものの、相対的に生成量の少ない劣化生成物に由来する全酸価を測定することはできない。すなわち、特許文献２の技術では、全酸価の検出限界が高すぎて、軸受と回転軸とのクリアランスを詰めてしまう不具合を引き起こすと考えられる閾値未満の劣化生成物を検出することができない。
【００１０】
また、軸受と回転軸との間に堆積する堆積物には、劣化生成物に加えて、潤滑油経路内で腐食によって発生した硫化物等が含まれる場合もあるが、全酸価を測定したとしても、硫化物等を検出することはできない。
【００１１】
また、動粘度の変化は、基油の酸化によって引き起こされるが、酸化防止剤の酸化によっては引き起こされない。その上、上述したように、潤滑油においては、まず酸化防止剤が酸化され、続いて基油が酸化される。つまり、特許文献２の技術で動粘度に変化が認められるときには、軸受と回転軸との間への、潤滑油中の不溶解物粒子（劣化生成物および硫化物等）の堆積による不具合を引き起こす量を遙かに上回る量の劣化生成物が既に生成されてしまっている。
【００１２】
また、特許文献３の技術では、酸化防止剤の残存量を検知することはできるものの、潤滑油の使用前の酸化防止剤の量が分からなければ、劣化生成物の量を推定することはできない。
【００１３】
仮に、使用前の酸化防止剤の量が分かったとしても、特許文献３の技術では、軸受と回転軸との間に生じる不具合の要因となる不溶解物粒子を検出することはできない。具体的に説明すると、劣化生成物は、基油に溶解していれば不具合の要因とはならないが、基油に溶解せずに析出している場合に不具合の要因となる。しかし、特許文献３の技術では、基油に溶解している劣化生成物と、析出している劣化生成物、つまり不溶解物粒子とを識別することができないため、軸受と回転軸との間に生じる不具合の要因となる不溶解物粒子のみを検出することができない。
【００１４】
本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で、潤滑油中に析出した、酸化防止剤の劣化生成物を含む不溶解物粒子を検出することが可能な油中不溶解物検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の油中不溶解物検出装置は、基油と酸化防止剤とを含んで構成される潤滑油における、基油および酸化防止剤のいずれかまたは両方が劣化することによって生成される物質である劣化生成物を含む潤滑油中に不溶解な粒子である不溶解物粒子の数と、不溶解物粒子個々の粒径とを導出するパーティクルカウンタと、導出された不溶解物粒子の数および不溶解物粒子個々の粒径に基づいて、不溶解物粒子の総体積を推定する体積推定部と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
上記体積推定部は、パーティクルカウンタが導出した粒径に基づいて不溶解物粒子の個々の体積を導出し、パーティクルカウンタによって計数されたすべての不溶解物粒子の体積の総和を、不溶解物粒子の総体積とみなすとしてもよい。
【００１７】
上記推定された不溶解物粒子の総体積が予め定められた閾値を超えたか否かを判定する判定部と、判定部が、閾値を超えたと判定した場合、潤滑油の交換を示唆する旨を報知する報知部と、を備えるとしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、簡易な構成で、潤滑油中に析出した、酸化防止剤の劣化生成物を含む不溶解物粒子を検出することが可能となる。また、不溶解物粒子の総体積とその閾値から、軸受と回転軸との間への不溶解物粒子の堆積の発生有無を検出することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】油中不溶解物検出装置を説明するための図である。
【図２】軸受に形成された堆積物のＳＥＭの観察結果を示す図である。
【図３】油中不溶解物検出装置によって導出された粒径分布と、不溶解物粒子の総体積の推定値を示すデータである。
【図４】酸化前の潤滑油と、酸化後の潤滑油における不溶解物粒子の粒径分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２１】
（油中不溶解物検出装置１００）
図１は、本実施形態にかかる油中不溶解物検出装置１００を説明するための図である。図１に示すように、油中不溶解物検出装置１００は、パーティクルカウンタ１１０と、中央制御部１５０と、報知部１７０とを含んで構成される。
【００２２】
パーティクルカウンタ１１０は、潤滑油中の不溶解物粒子の粒径分布を測定する。ここで、不溶解物粒子は、潤滑油中に不溶解な粒子であり、基油および該酸化防止剤のいずれかまたは両方が劣化することによって生成される物質である劣化生成物を含む。本実施形態において、パーティクルカウンタ１１０の測定対象となる潤滑油は、例えば、発電用ガスタービンや、圧縮機の軸受に使用される潤滑油であって、基油と酸化防止剤とを含んで構成される。酸化防止剤は、例えば、フェノール系の酸化防止剤や、アミン系の酸化防止剤が挙げられる。
【００２３】
具体的に説明すると、本実施形態においてパーティクルカウンタ１１０は、光遮断方式を採用しており、流体流通路１１２と、照射部１１４と、受光部１１６と、粒径分布導出部１１８とを含んで構成される。
【００２４】
流体流通路１１２は、導入口１１２ａと、排出口１１２ｂとが設けられた管であり、導入口１１２ａから潤滑油が導入され、排出口１１２ｂから排出される。本実施形態において、流体流通路１１２は、タービンや圧縮機等の軸受や回転軸を有する装置１０２にオンラインで接続されており、装置１０２が稼働中であっても潤滑油を流通させることができる。装置１０２の軸受と回転軸に存在する潤滑油は、図１中、白抜き矢印で示すように、導入口１１２ａから流体流通路１１２に導入され、排出口１１２ｂから排出された潤滑油は、再び装置１０２の軸受と回転軸に返送されることとなる。
【００２５】
また、流体流通路１１２における導入口１１２ａと排出口１１２ｂとの間には、後述する照射部１１４が照射する光を透過する材質で形成されたウインドウセル１１２ｃが設けられている。なお、流体流通路１１２において、少なくともウインドウセル１１２ｃが、照射部１１４が照射する光を透過する材質で形成されていればよいが、流体流通路１１２全体が光を透過する材質で形成されていてもよい。
【００２６】
照射部１１４は、例えば、レーザーダイオードを含んで構成され、ウインドウセル１１２ｃに光を照射する。受光部１１６は、例えば、フォトディテクタを含んで構成され、照射部１１４によって照射され、ウインドウセル１１２ｃおよび潤滑油を透過した光を受光して、光電変換を行う。
【００２７】
粒径分布導出部１１８は、潤滑油に含まれる粒子個々の粒径を導出し、粒径ごとに粒子を計数する。具体的に説明すると、ウインドウセル１１２ｃを通過する潤滑油に粒子が含まれる場合、粒子は照射部１１４が照射した光を遮断する。したがって、粒径分布導出部１１８は、受光部１１６において光を受光しない箇所を円形と仮定して直径を導出し、かかる直径を粒子の粒径とみなす。また、粒径分布導出部１１８は、粒径ごとに粒子の数を導出（カウント）する。
【００２８】
ここで、粒径分布導出部１１８は、粒径を、例えば、６つの範囲（２μｍ以上５μｍ未満、５μｍ以上１５μｍ未満、１５μｍ以上２５μｍ未満、２５μｍ以上５０μｍ未満、５０μｍ以上１００μｍ未満、１００μｍ以上）に分割し、ヒストグラムの如く、各粒径の区分ごとに粒子数をカウントする、つまり粒径分布を導出する。
【００２９】
本実施形態において、装置１０２は、発電用ガスタービンや圧縮機であり、潤滑油は、流体潤滑領域で使用される軸受に導入される。このため、回転軸と軸受は油膜で支えられ、直接接触することは無いので、潤滑油には、摩耗に伴って生成される摩耗粉はほとんど含まれない。したがって、潤滑油に含まれる粒子の大部分は、酸化防止剤の劣化生成物が占め、部分的に基油の酸化物や、潤滑油経路内で腐食によって発生した硫化物等も含まれる。以下、酸化防止剤の劣化生成物、基油の酸化物、および、腐食によって発生した硫化物等をあわせて単に不溶解物粒子と称する。
【００３０】
中央制御部１５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して油中不溶解物検出装置１００全体を管理および制御する。本実施形態において、中央制御部１５０は、体積推定部１５２、判定部１５４としても機能する。
【００３１】
体積推定部１５２は、パーティクルカウンタ１１０が導出した不溶解物粒子の数と、不溶解物粒子個々の粒径に基づいて、不溶解物粒子の総体積を推定する。具体的に説明すると、体積推定部１５２は、不溶解物粒子を球体とみなし、パーティクルカウンタ１１０が導出した粒径に基づいて不溶解物粒子単体の体積を導出する。本実施形態では、体積推定部１５２は、パーティクルカウンタ１１０が分割した区分ごとの粒径の範囲の中央値（３．５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３７．５μｍ、７５μｍ、１００μｍ（１００μｍのみ代表値））を、その区分にカウントされたすべての粒子の粒径とみなし、不溶解物粒子単体の体積を導出する。そして、体積推定部１５２は、区分ごとに、不溶解物粒子単体の体積と粒子数とを乗算して乗算値を導出し、全区分における乗算値の総和を総体積と推定する。
【００３２】
なお、体積推定部１５２による不溶解物粒子の総体積の推定方法は、これに限らず、例えば、体積推定部１５２は、パーティクルカウンタ１１０が１の不溶解物粒子を測定すると、不溶解物粒子を球体とみなして導出した粒径に基づいて不溶解物粒子単体の体積を導出し、測定の都度、導出した体積を加算（積算）することで、不溶解物粒子の総体積を導出してもよい。
【００３３】
判定部１５４は、体積推定部１５２によって推定された不溶解物粒子の総体積が予め定められた閾値を超えたか否かを判定する。ここで、閾値は、軸受と回転軸との間の不具合を引き起こす程度の不溶解物粒子の総体積未満に設定するとよい。
【００３４】
報知部１７０は、判定部１５４が、閾値を超えたと判定した場合、潤滑油の交換を示唆する旨を報知する。報知部１７０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等で構成され、潤滑油の交換を示唆する文字を表示してもよいし、スピーカで構成され、潤滑油の交換を示唆する音声を出力してもよい。また、報知部１７０をＬＥＤ（Light Emitting Diode）等で構成し、ＬＥＤを点灯したり、点滅したりすることで、潤滑油の交換を示唆してもよい。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態にかかる油中不溶解物検出装置１００によれば、従来のＦＴＩＲでは検出できなかった、潤滑油における基油の酸化が促進される前の、酸化防止剤の酸化によって生成される劣化生成物を測定することができる。また、報知部１７０を備える構成により、軸受と回転軸との間に不具合が引き起こされる前に潤滑油の交換を促すことができ、軸受と回転軸との間の不具合の発生を未然に防止することが可能となる。
【００３６】
また、油中不溶解物検出装置１００は、潤滑油の交換直後に生じるおそれがある劣化生成物の析出を検出することもできる。具体的に説明すると、装置１０２が大型である場合等、潤滑油をすべて交換することは困難である場合、古い潤滑油（使用済みの潤滑油）に加えて新しい潤滑油（使用前の潤滑油）を導入する。また、装置１０２が小型である場合等、潤滑油をすべて交換する場合であっても、装置１０２内の潤滑油が流通する配管の壁面には古い潤滑油が残存するため、完全にすべて新しい潤滑油に交換することは不可能である。このように新しい潤滑油を導入したとき、古い潤滑油に溶解していた劣化生成物が析出する事象が生じることがあり、かかる析出した劣化生成物が装置１０２の軸受と回転軸との間の不具合を引き起こす。本実施形態では、油中不溶解物検出装置１００が不溶解物粒子を検出することにより、潤滑油の交換後に劣化生成物の析出を知らずに装置１０２を運転してしまう事態を回避することが可能となる。
【００３７】
（実施例１）
圧縮機の軸受に不具合が認められたときの軸受をＳＥＭ（電子顕微鏡）で観察した。図２は、軸受に形成された堆積物のＳＥＭの観察結果を示す図であり、図２（ａ）は堆積物の縁部の比較的堆積層が薄い部分の観察結果を示す図であり、図２（ｂ）は堆積物中央部の比較的堆積層が厚い部分の観察結果を示す図である。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、堆積物縁部の比較的堆積層が薄い部分の堆積物は、粒径が５〜３０μｍ程度の比較的小さい粒子であった。一方、図２（ｂ）に示すように、堆積物中央部の比較的堆積層が厚い部分の堆積物は、粒径が１０〜６０μｍ程度の比較的大きい粒子であった。
【００３９】
軸受表面上において何らかの反応が生じて堆積物が生成されるとすれば、堆積物の厚みは実質的に均一になると考えられるが、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、かかる堆積物は厚みが不均一であるため、この堆積物は潤滑油中の不溶解物粒子に基づくものであると推測される。
【００４０】
（実施例２）
ＳＥＭの観察によって圧縮機の軸受に２０μｍ程度の堆積物が認められたときの潤滑油（使用済みの潤滑油Ａ）と、使用前の潤滑油Ａとの比較試験を、油中不溶解物検出装置１００を用いて行った。図３は、油中不溶解物検出装置１００によって導出された粒径分布と、不溶解物粒子の総体積の推定値を示すデータである。
【００４１】
使用前の潤滑油Ａと、使用済みの潤滑油Ａとを６０℃に維持して、パーティクルカウンタ１１０で粒径分布を導出した結果を図３（ａ）に示す。図３（ａ）に示すように、使用前の潤滑油Ａ（図３（ａ）中、白丸で示す）においても、使用済みの潤滑油Ａ（図３（ａ）中、黒四角で示す）においても、粒子の存在は認められたが、どの粒径においても使用済みの潤滑油Ａの方が、使用前の潤滑油Ａよりも粒子数が多いことが分かる。
【００４２】
そして、パーティクルカウンタ１１０が導出した粒径分布に基づいて、体積推定部１５２が導出した不溶解物粒子の総体積の推定値を図３（ｂ）、（ｃ）に示す。なお、図３（ｂ）は、使用前の潤滑油Ａと、使用済みの潤滑油Ａとを６０℃に維持して、パーティクルカウンタ１１０で粒径分布を導出した場合、図３（ｃ）は、使用前の潤滑油Ａと、使用済みの潤滑油Ａとを１５℃に維持して、パーティクルカウンタ１１０で粒径分布を導出した場合の総体積の推定値を示す。
【００４３】
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、使用済みの潤滑油Ａの方が、使用前の潤滑油Ａよりも不溶解物粒子の総体積の推定値が大きいことが分かる。これにより、油中不溶解物検出装置１００は、使用済みの潤滑油Ａ中の不溶解物粒子を検出できたことが分かった。
【００４４】
また、図３（ｂ）においても、図３（ｃ）においても、使用済みの潤滑油Ａの方が、使用前の潤滑油Ａよりも不溶解物粒子の総体積の推定値が大きくなることから、測定時の温度にかかわらず不溶解物粒子を検出できることが分かった。
【００４５】
（実施例３）
油中不溶解物検出装置１００が、上述した潤滑油Ａのみならず、他の潤滑油（潤滑油Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）においても不溶解物粒子を検出可能かどうかについて検討した。潤滑油Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの酸化は、パネルコーキング試験（FED No.791 Rev.B TestMethod 3462）に準拠し、パネル温度２８０℃、３時間加熱の条件で行った。
【００４６】
図４は、酸化前の潤滑油Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅと、酸化後の潤滑油Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおける不溶解物粒子の粒径分布を示す図である。図４において、横軸は粒径を、縦軸は、酸化前の潤滑油の粒子数を１としたときの酸化後の潤滑油の粒子数（粒子増加率）を示す。また、図４中、酸化前の潤滑油を白丸で示し、酸化後の潤滑油を黒四角で示す。
【００４７】
図４（ａ）〜（ｄ）いずれであっても、酸化前の潤滑油Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅよりも酸化後の潤滑油Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの粒子数（不溶解物粒子の数）が増加していることが分かった。つまり、油中不溶解物検出装置１００は、潤滑油の種類を問わず、不溶解物粒子を検出可能であることが分かった。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４９】
上述した実施形態において、パーティクルカウンタ１１０は、光遮断方式である場合を例に挙げて説明したが、潤滑油中の不溶解物粒子の粒径分布を測定できれば、散乱光方式であってもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態において、パーティクルカウンタ１１０が装置１０２にオンラインで接続されている構成について説明したが、オフラインであってもよい。すなわち、バッチ式に潤滑油を取り出して、パーティクルカウンタ１１０で測定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、酸化防止剤を含む潤滑油中に生成される劣化生成物含む潤滑油中の不溶解物粒子を検出する油中不溶解物検出装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１００  …油中不溶解物検出装置
１１０  …パーティクルカウンタ
１５２  …体積推定部
１５４  …判定部
１７０  …報知部
【図１】
2013234869.tif 000003
【図３】
2013234869.tif 000004
【図４】
2013234869.tif 000005
【図２】
2013234869.tif 000006