(57)【要約】【課題】光学的な観点から潤滑油の潤滑状態の評価を行う。【解決手段】潤滑状態を判定する潤滑状態判定装置であって、潤滑油が収容される潤滑油収容部と、上記潤滑油収容部に収容された上記潤滑油に検査光を照射する照射部と、潤滑油を通過した上記検査光を受光する受光部と、上記受光部が受光した上記検査光に含まれる、摩耗粉の材質に応じた二色の色差から、摩耗粉の発生により変化する潤滑状態を判定する演算部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油が収容される潤滑油収容部と、
前記潤滑油収容部に収容された前記潤滑油に検査光を照射する照射部と、
前記潤滑油を通過した前記検査光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記検査光に含まれる、摩耗粉の材質に応じた二色の色差から、摩耗粉の発生により変化する潤滑状態を判定する演算部と
を備えることを特徴とする潤滑状態判定装置。
【請求項２】
前記摩耗粉の材質に応じた二色を選択するための入力部を備えることを特徴とする請求項１記載の潤滑状態判定装置。
【請求項３】
前記摩耗粉は鉄を含み、
前記演算部は、前記検査光の赤色と緑色との色差から、前記潤滑状態を判定することを特徴とする請求項１または２記載の潤滑状態判定装置。
【請求項４】
潤滑油に検査光を照射する光照射工程と、
前記潤滑油を通過した検査光を受光する受光工程と、
受光した検査光に含まれる、摩耗粉の材質に応じた二色の色差から、摩耗粉の発生により変化する潤滑状態を判定する判定工程と
を有することを特徴とする潤滑状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑状態判定装置及び潤滑状態判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械要素部品に働く摩擦を軽減するために用いられる潤滑油は、酸化反応や添加剤の消耗等により内容成分が経年的に劣化し、潤滑性能が悪化することが知られている。潤滑油の潤滑性能の悪化は、機械要素部品の摩耗や過熱を引き起こす可能性があるため、潤滑油の状態を監視する必要がある。例えば、特許文献１には、光学的な手法で潤滑油の劣化状況を判定する潤滑油劣化判定装置が開示されている。特許文献１のように、光を用いて潤滑油の劣化状況を判定する手法は、インラインで計測可能であり、即時的に潤滑油の状態を把握することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−４９１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、潤滑油の化学的劣化に起因する潤滑性能の低下により機械要素部品の削片である摩耗粉が発生する異常摩耗発生と、経年的な摩耗である正常摩耗とによって、潤滑油の潤滑性能の悪化は引き起こされる。しかしながら、特許文献１に開示された発明は、潤滑油の化学的劣化状態のみを評価しており、潤滑油の潤滑状態の悪化もしくは経年的な摩耗粉の発生により変化する潤滑状態は考慮されていない。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、光学的な観点から潤滑油の潤滑状態の評価を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、潤滑状態判定装置に係る第１の解決手段として、潤滑油が収容される潤滑油収容部と、上記潤滑油収容部に収容された上記潤滑油に検査光を照射する照射部と、上記潤滑油を通過した上記検査光を受光する受光部と、上記受光部が受光した上記検査光に含まれる、摩耗粉の材質に応じた二色の色差から、摩耗粉の発生により変化する潤滑状態を判定する演算部とを備える、という手段を採用する。
【０００７】
潤滑状態判定装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、上記摩耗粉の材質に応じた二色を選択するための入力部を備える、という手段を採用してもよい。
【０００８】
潤滑状態判定装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、上記摩耗粉は鉄を含み、上記演算部は、上記検査光の赤色と緑色との色差から、上記潤滑状態を判定する、という手段を採用してもよい。
【０００９】
潤滑状態判定方法に係る第１の解決手段として、上記摩耗粉は鉄を含み、潤滑油に検査光を照射する光照射工程と、上記潤滑油を通過した検査光を受光する受光工程と、受光した検査光に含まれる、摩耗粉の材質に応じた二色の色差から、摩耗粉の発生により変化する潤滑状態を判定する判定工程とを有する、という手段を採用してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、潤滑油を通過した検査光の三原色成分のうち、摩耗粉の材質に応じた二色の色差から、摩耗粉の発生により変化する潤滑状態を判定している。これにより、光学的手法を用いて、潤滑油の潤滑状態を判定することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る潤滑状態判定装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る潤滑状態判定装置が備える計測部を含む概略断面図である。
【図３】潤滑油が供給された機械での所定時間運転後の潤滑油の各変化量Ｃの劣化もしくは摩耗粉の発生への影響度を示すグラフである。
【図４】機械Ｂを運転させ続けたときの摩耗粉の発生量と｜Ｒ−Ｇ｜との相関を表すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る潤滑状態判定装置の動作の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る潤滑状態判定装置１の機能ブロック図である。本実施形態に係る潤滑状態判定装置１は、潤滑油の潤滑状態が判定される機械（以下、対象機械２と称する）が有する潤滑油流路２０（図２参照）に流通されている潤滑油Ｘの潤滑状態を判定する装置である。本実施形態において対象機械２は、鉄を含む金属製の機械要素部品を備え、潤滑油Ｘに鉄を含む摩耗粉が混入するものとする。また、潤滑状態とは、摩耗粉の発生量により変化する潤滑油Ｘの潤滑性能の状態を示すものとする。つまり、例えば、摩耗粉の発生量が少ない場合には、潤滑状態は正常であり、摩耗粉の発生量が多い場合には、潤滑状態が悪いことを意味する。なお、本実施形態においては、摩耗粉は鉄を含むものとしているが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば、セラミック等の成分を含む摩耗粉が発生している潤滑油についても適用可能である。
【００１３】
潤滑状態判定装置１は、図１に示すように、計測部１０と、演算部１１と、報知部１２と、記憶部１３と、入力部１４とを備えている。図２は、計測部１０を含む概略断面図である。なお、計測部１０は、不図示のボルト、接着剤等により各部品が接続されている。計測部１０は、図２に示すように、基礎部１０ａと、取付基板１０ｂと、ライト１０ｃ（照射部）と、光センサ１０ｄ（受光部）と、第１プリズム１０ｅと、第２プリズム１０ｆと、カバー１０ｇとを備えている。なお、図２に示すように、対象機械２には、潤滑油流路２０に貫通する検査用開口２１が形成されている。計測部１０は、対象機械２に形成された検査用開口２１に取り付けられている。
【００１４】
基礎部１０ａは、潤滑油流路２０の検査用開口２１に挿入される中央部１０ａ１と、一部が検査用開口２１の淵に引っ掛けられるフランジ１０ａ２とを有している。また、中央部１０ａ１には、ライト１０ｃが照射した検査光Ｙを通すための孔１０ａ３と、検査光Ｙの戻り光を通すための孔１０ａ４とが設けられている。このような基礎部１０ａは、取付基板１０ｂと、ライト１０ｃと、光センサ１０ｄと、第１プリズム１０ｅと、第２プリズム１０ｆと、カバー１０ｇとを支持している部材である。取付基板１０ｂは、不図示の端子を有しており、ライト１０ｃ及び光センサ１０ｄが取り付けられた電子基板である。
【００１５】
ライト１０ｃは、例えば、白色ＬＥＤライトであり、後述する潤滑油収容部１０ｈに収容された潤滑油Ｘに白色光である検査光Ｙを照射する。光センサ１０ｄは、光の強度を計測する受光素子である。このような光センサ１０ｄは、潤滑油Ｘを通過した検査光Ｙを受光し、検査光ＹのＲ（赤）成分、Ｇ（緑）成分及びＢ（青）成分の強度を計測している。また、ライト１０ｃ及び光センサ１０ｄは、不図示の電源と取付基板１０ｂを介して接続されている。
【００１６】
第１プリズム１０ｅ及び第２プリズム１０ｆは、検査光Ｙの光路を直角に屈折させるための直角プリズムであり、中央部１０ａ１の底面に固定されている。第１プリズム１０ｅは、孔１０ａ３を覆うように配置され、ライト１０ｃから射出された検査光Ｙを、第２プリズム１０ｆの方向に反射しつつ分光する。第２プリズム１０ｆは、孔１０ａ４を覆うように配置され、第１プリズム１０ｅ側から入射された検査光Ｙを光センサ１０ｄの方向に反射しつつ分光する。これらの第１プリズム１０ｅと第２プリズム１０ｆとの間には一定の間隙が設けられており、この間隙が潤滑油Ｘの収容部（以下、潤滑油収容部１０ｈと称する）とされている。
【００１７】
この潤滑油収容部１０ｈは、潤滑油流路２０内に形成されているため、潤滑油Ｘが流入される。つまり、潤滑油収容部１０ｈは、潤滑油Ｘを収容している。また、カバー１０ｇは、外光によるノイズを防ぐために、ライト１０ｃ及び光センサ１０ｄを潤滑油流路２０の外側から覆うことで、遮光する部材である。
【００１８】
上記したような構成の計測部１０において、検査光Ｙは、ライト１０ｃから射出され、第１プリズム１０ｅによって９０度方向に反射される。さらに、検査光Ｙは、潤滑油Ｘが充満した潤滑油収容部１０ｈを通過し、第２プリズム１０ｆによってさらに９０度方向に反射され、光センサ１０ｄへと入射する。計測部１０は、潤滑油を通過した検査光Ｙの赤色成分の強度Ｒ、緑色成分の強度Ｇ及び青色成分の強度Ｂを演算部１１へと送信している。
【００１９】
図１に戻り、演算部１１は、計測部１０からの入力信号に基づいて検査光Ｙの赤色成分の強度Ｒ、緑色成分の強度Ｇ及び青色成分の強度Ｂを取得する。また、演算部１１は、入力部１４の入力に基づいて、検査光Ｙの三原色成分のうち、摩耗粉の材質に応じた二色を選択する。なお、二色選択についての考え方、詳細、具体例については、後述する。さらに、演算部１１は、選択した二色の色差を算出し、その色差の変化量を算出する。演算部１１は、色差の変化量を記憶部１３に記憶させており、記憶部１３に保存された数値から、色差の変化率を算出する。また、演算部１１は、選択した二色の色差の変化率の正負を判別し、これに基づいて摩耗粉の発生により変化する潤滑状態を判定し、この判定結果を報知部１２へと入力している。つまり、演算部１１は、選択した二色の色差から潤滑状態を判定する。
【００２０】
報知部１２は、液晶ディスプレイやスピーカ等を備え、対象機械２の操作者等が潤滑状態の判定結果を容易に認識可能に表示する。記憶部１３は、演算部１１により算出された色差等のデータを記憶し、演算部１１の要求に応じて、演算部１１に送信している。入力部１４は、キーボードやマウス等を備えており、入力情報を演算部１１に入力する。入力情報は、操作者が摩耗粉の材質に応じた二色を選択した情報や、潤滑状態判定装置１の動作を終了させるコマンド等である。
【００２１】
ここで、色差に基づいた潤滑状態の評価方法の考え方について説明する。
酸化鉄を含む摩耗粉が潤滑油Ｘに混入すると、潤滑油Ｘの色は褐色となる。つまり、摩耗粉の発生により、潤滑油Ｘの色は変化する。潤滑油の色の時間的変化を定量的に評価するため、下式（１）を用いて、二色ごとの色差について、初期値からの変化量Ｃを算出した。なお、Ｐ及びＱは、それぞれ強度Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかを表すものとし、Ｐ０及びＱ０は、その運転開始時の初期値とする。
Ｃ＝ｌｏｇ（｜Ｐ−Ｑ｜/｜Ｐ０−Ｑ０｜）＝ｌｏｇ（Δ｜Ｐ−Ｑ｜）      （１）
【００２２】
図３は、潤滑油が供給された機械での所定時間運転後の潤滑油の各変化量Ｃの劣化もしくは摩耗粉の発生への影響度を示すグラフである。（ａ）は、摩耗粉の発生がない条件で潤滑油ＸＡを供給した機械Ａの運転を行った場合の結果である。（ｂ）は、摩耗粉の発生がない条件で潤滑油ＸＡを劣化させた場合の結果である。（ｃ）は、鉄を含む摩耗粉の発生がある条件で潤滑油ＸＢを供給した機械Ｂの運転を行った場合の結果である。（ｄ）は、鉄を含む摩耗粉の発生がある条件で潤滑油ＸＡを劣化させた場合の結果である。（ｅ）は、フレッチング摩耗による摩耗粉の発生がある条件で潤滑油ＸＢを供給した機械Ｂの運転を行った場合の結果である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）については、各色差の変化量と、劣化の指標である動粘度変化率とで重回帰分析を行うことで、各色差の変化量の劣化に対する影響度を算出している。また、（ｄ）（ｅ）については各色差の変化量と、摩耗粉の発生の指標である潤滑油中の鉄濃度とで重回帰分析を行うことで、各色差の変化量の摩耗粉の発生に対する影響度を算出している。
【００２３】
図３に示すように、ｌｏｇ（Δ｜Ｇ−Ｂ｜）及びｌｏｇ（Δ｜Ｒ−Ｂ｜）については、条件、機械や潤滑油の種類によって、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の潤滑油の劣化の影響度および（ｄ）、（ｅ）の摩耗粉の発生の影響度の正負にバラツキがあることがわかる。これに対して、ｌｏｇ（Δ｜Ｒ−Ｇ｜）は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の潤滑油の劣化の影響度についてはどの機械においても正であり、（ｄ）、（ｅ）の摩耗粉の発生の影響度については、値が負となることがわかる。このことから、鉄を含む摩耗粉の場合、ｌｏｇ（Δ｜Ｒ−Ｇ｜）に着目することにより、潤滑油の潤滑状態の変化が、劣化由来であるか、摩耗由来であるかを判別することが可能である。
【００２４】
図４は、機械Ｂを運転させ続けたときの摩耗粉の発生量と｜Ｒ−Ｇ｜との相関を表すグラフである。なお、このグラフは、各列ともに右側を正、左側を負としている。この図４に示すように、ｌｏｇ（Δ｜Ｒ−Ｇ｜）は、初めは増加し、鉄の摩耗粉が発生し始めた時間から減少に転じていることがわかる。これは、下式（２）に基づいて算出される変化量の時間微分である変化率の結果を見ても明らかである。したがって、変化率の値が負となるときに摩耗粉が発生していると考えられる。さらに、変化率の値の変動は、鉄の摩耗粉の発生量に連動していることがわかる。したがって、変化率の値の正負から摩耗粉の発生有無、及び変化率の値の大きさから、摩耗粉の発生の度合いを想定可能である。
ｄＣ／ｄｔ＝ｄ｛ｌｏｇ（Δ｜Ｒ−Ｇ｜）｝／ｄｔ                （２）
【００２５】
続いて、上述の考え方に基づいて行われる本実施形態における潤滑状態判定装置１の潤滑状態の判定手法について説明する。図５は、潤滑状態判定装置１の動作の流れを示したフローチャートである。
【００２６】
最初に、操作者によって摩耗粉の材質に応じた二色が選択される。演算部１１は、入力部１４に入力された情報を基に、潤滑状態を判定するための二色（赤、緑）を設定する（ステップＳ１）。なお、本実施形態においては、摩耗粉は鉄を含んでいるため、赤色と緑色とが選択される。続いて、ライト１０ｃは、検査光Ｙの照射を行う（ステップＳ２）。光センサ１０ｄは、受光した検査光Ｙから、強度Ｒ、強度Ｇ及び強度Ｂを演算部１１へと入力する（ステップＳ３）。演算部１１は、取得したＲＧＢから、式（２）に基づいて、変化率を算出する（ステップＳ４）。なお、初回数値取得時には、演算部１１は、強度Ｒ，強度Ｇ及び強度Ｂの初期値Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０を記憶部１３に記憶させている。
【００２７】
演算部１１は、算出した変化率を記憶部１３に記憶させる（ステップＳ５）。次に、演算部１１は、算出した変化率が負であるか判断する（ステップＳ６）。演算部１１が「変化率が正である」と判断した場合、つまり、判断がＮｏである場合は、報知部１２は、正常報知を行い（ステップＳ７）、ステップＳ１１へと進む。また、演算部１１が「変化率が負である」と判断した場合、つまり、判断がＹｅｓである場合は、演算部１１は、さらに、閾値未満であるかを判断する（ステップＳ８）。なお、ここで採用される閾値は、例えば、複数回の実験に基づいて算出され、予め記憶部１３に記憶されている。
【００２８】
演算部１１が「変化率は閾値以上である」と判断した場合、つまり、判断がＮｏである場合は、報知部１２は、注意報報知を行い（ステップＳ９）、ステップＳ１１へと進む。また、演算部１１が「閾値未満である」と判断した場合、つまり、判断がＹｅｓである場合は、報知部１２は、警報を報知する（ステップＳ１０）。次に、演算部１１は、入力部１４に終了コマンドが入力されたかを判断する（ステップＳ１１）。終了コマンドが入力されていない場合、つまり、判断がＮｏである場合は、潤滑状態判定装置１は、ステップＳ２へと戻り、判定を続ける。終了コマンドが入力された場合、つまり、判断がＹｅｓである場合は、潤滑状態判定装置１は、判定を終了する。
【００２９】
このような本実施形態の潤滑状態判定装置１によれば、潤滑油収容部１０ｈと、ライト１０ｃと、光センサ１０ｄと、演算部１１とを備えている。これにより、潤滑油Ｘを通過した検査光の色情報から、摩耗粉の材質に応じて二色の色差を算出し、摩耗粉の発生を判定することができる。したがって、光学的な観点から潤滑油Ｘの潤滑状態の評価を行うことができ、リアルタイムでの潤滑状態の評価が可能である。
【００３０】
また、本実施形態の潤滑状態判定装置１によれば、入力部１４を備えている。これにより、摩耗粉の材質に応じて、色差を算出するための二色を選択することができる。したがって、使用する機械の材質に関らず、摩耗粉の発生により変化する潤滑状態を評価することが可能である。
【００３１】
また、本実施形態の潤滑状態判定装置１によれば、対象機械２から発生する摩耗粉は鉄を含んでおり、演算部１１は、強度Ｒと強度Ｇの色差を用いて、ｄ／ｄｔ｛ｌｏｇ（Δ｜Ｒ−Ｇ｜）｝から、潤滑状態を判定している。したがって、鉄を含む摩耗粉の発生により変化する潤滑状態を正確に評価することが可能である。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、摩耗粉の材質に応じた二色を選択するための入力部１４を備えるものとしたが、本発明はこれに限定されない。入力部１４を備えず、演算部１１は、常に固定の二色の色差を用いて潤滑状態を判定するものとしてもよい。
【００３３】
（２）上記実施形態では、対象機械２から発生する摩耗粉は鉄を含み、演算部１１は、赤成分の強度（Ｒ）と緑成分の強度（Ｇ）との色差から潤滑状態を判定するものとしたが、本発明はこれに限定されない。対象機械２から発生する摩耗粉が、例えば、アルミニウムを含む場合や、セラミックである場合は、摩耗粉の色が異なることから、異なる二色の色差から、潤滑状態を判定できると考えられる。また、摩耗粉が鉄を含む場合においても、フレッチング、疲労剥離等の摩耗形態に応じて、摩耗粉の色が異なることが考えられる。したがって、摩耗粉が鉄を含む場合においても、摩耗形態に応じた異なる二色を選択することが考えられる。
【００３４】
（３）上記実施形態では、潤滑状態判定装置１が、潤滑油収容部１０ｈ、ライト１０ｃ、光センサ１０ｄ及び演算部１１を備えるものとしたが、本発明はこれに限定されない。潤滑油収容部１０ｈ、ライト１０ｃ、光センサ１０ｄ及び演算部１１は、それぞれ別の装置としてもよい。
【００３５】
（４）上記実施形態では、摩耗粉の材質に応じた二色が、入力部１４において選択されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。入力部１４には、摩耗粉の材質を入力するものとし、演算部１１は、摩耗粉の材質と色差の相関性から、自動的に二色を選択するものとしてもよい。
【００３６】
（５）上記実施形態では、ライト１０ｃは、白色光を照射するものとしたが、本発明はこれに限定されない。ライト１０ｃは、摩耗粉の材質に応じて黄色、紫色等の色の光を照射するものとしてもよい。
【００３７】
（６）上記実施形態では、潤滑油の三原色成分のうち二色ごとの色差を用いて、より微小な変化を識別可能となるように、対数をとった変化量Ｃを算出している。さらに、判定処理の過程で変化量Ｃの時間微分である変化率を算出し、潤滑状態を判定している。しかしながら、本発明はこれに限定されない。色差の対数をとり、さらに微分を行う算出処理は一例であり、本発明は、潤滑油の三原色成分のうちのいずれか二色の色差を用いて、上記実施形態のような計算処理を行わずに、潤滑状態を判定する判定方法も含めるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１  潤滑状態判定装置
１０  計測部
１０ａ  基礎部
１０ｂ  取付基板
１０ｃ  ライト
１０ｄ  光センサ
１０ｅ  第１プリズム
１０ｆ  第２プリズム
１０ｇ  カバー
１０ｈ  潤滑油収容部
１１  演算部
１２  報知部
１３  記憶部
１４  入力部
２  対象機械
２０  潤滑油流路
２１  検査用開口
Ｘ  潤滑油
Ｙ  検査光
【図１】
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【図２】
2017102052.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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