JP2010014650A - 液体の検査装置および検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン用潤滑オイル等の液体の劣化度合いを、安定的に正確に測定する。
【解決手段】劣化診断装置は、棒状の導光部材５０と、導光部材５０の一端に配置され、検査光を発する発光素子４１と、導光部材５０の他端に配置され、導光部材５０の界面で全反射しながら当該導光部材５０中を伝搬した検査光を受光する受光素子４２とを備える。導光部材５０の一部は非測定部形成部材５１にて覆被されており、覆被されていない領域が測定部５０ａをなす。検査光が測定部５０ａを伝搬するとき、導光部材５０と被検査オイルとの界面で、被検査オイルの劣化の程度によって検査光のエネルギーが減少する。この検査光の強度変化を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種液体の物性を計測するための液体の検査装置および検査システムに関し、特に潤滑オイルの劣化度合い又は余寿命の判定に好適な液体の検査装置および検査システムに関する。

例えばコージェネレーション（ＣＧＳ）用のガスエンジン、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の機関においては、摩擦低減や冷却等のために潤滑オイルが使用される。この潤滑オイルは使用により劣化し、ピストンリングやカムの腐食及び摩耗、潤滑性能の低下、燃料消費率の増加、さらにはエンジントラブル等を招来することから、適時に交換する必要がある。潤滑オイルの劣化は、一般的に運転時間が長くなるほど進行するのであるが、エンジンの使用条件によって劣化進行度合いが異なる。例えば高負荷運転の頻度が高い場合や、粗悪燃料が使用された場合には、潤滑オイルは比較的早く劣化する。そこで、オイル劣化センサを用いて潤滑オイルの劣化の度合いを判定し、潤滑オイルの交換時期を見極めることが、従来から行われている。

ところで、ＣＧＳ用のガスエンジンのように、一定箇所に据え付けられる定置用エンジンにおいては、メンテナンス事業者が据え付け箇所に出向いてオイルサンプリングを行い、これを分析した上で必要に応じてオイル交換を行っている。或いは、劣化度合いに拘わらず、所定の運転時間や経日数に基づいてオイル交換が行われる場合もある。しかし、前者では、潤滑オイルの劣化度合いを判断するために現地でのオイルサンプリング作業が負担となり、また後者では、潤滑オイルが寿命期を迎えていないのにオイル交換を行う場合があると言った不具合が存在する。

そこで、潤滑オイルの劣化度合いを判定するセンサをガスエンジン等に取り付け、オイル交換時期を遠隔的に、的確に見極めることができる劣化診断装置が求められるところである。

従来のオイル劣化センサとしては、例えば特許文献１に開示されているように、一対のガラス棒を、間隙を置いて対向配置した状態で潤滑オイル中に浸漬し、ガラス棒を介して検査光を潤滑オイルに照射すると共にその透過光を検出し、吸光度又は透過光量に基づいて劣化判定を行うものが知られている。

また、従来の他のオイル劣化センサとしては、例えば特許文献２に開示されているように、全反射測定法（ＡＴＲ法）を用いるものも知られている。この特許文献２に記載のオイル劣化センサは、一本のガラス棒の一端に光ファイバが、その他端にミラーがそれぞれ設けられると共に、当該光ファイバが二分岐されて各分岐端に発光部と受光部とがそれぞれ設けられた構成である。そして、上記のガラス棒の一部を潤滑オイル中に浸漬した状態で、発光部にて発光された検査光を、光ファイバを介してガラス棒へ入射すれば、当該ガラス棒の中を反射しながら伝搬する光の電磁界（エバネッセント波）が、ガラス棒の周囲にあるオイルの汚れ具合に応じて吸収される。これにより、特許文献２のオイル劣化センサにおける受光部の出力値は潤滑オイルの汚れ具合に応じたものになり、潤滑オイルの劣化度合いの判定が可能となっている。
特開平６−２８１５７５号公報 特開平３−１１１７４１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のオイル劣化センサでは、長期間の使用により、間隙を置いて対向配置した一対のガラス棒の端面に、潤滑オイル中の汚染物質が付着し、正確な測定（オイル劣化度合いの判定）が出来なくなるといった問題を招来する。

すなわち、潤滑オイルの使用による劣化には、潤滑オイル自体の物性劣化（熱による酸化・ニトロ化・ 縮重合など）および潤滑オイルに汚染物質が混入する劣化が考えられ、潤滑オイルの使用が進むと、燃焼生成物（超微粒子カーボン等）や磨耗金属粒子などの様々な汚染物質が増加し、潤滑オイルが汚濁する。

上記特許文献１に記載のオイル劣化センサでは、対向配置した一対のガラス棒の間隙に潤滑オイルを通過させることとなるが、当該間隙が広すぎると、潤滑オイル中の汚染物質により検査光が遮られる現象（すなわち、検査光が汚染物質に当たることによる散乱現象）の発生が過大となり、受光素子に到達する光量が減少し過ぎて測定が困難となる。そこで、当該間隙は数ミリ以下に形成する必要があり、狭い間隙を通過するオイルの流れは決してよくない。よって、潤滑オイル中の汚染物質が増加すれば、間隙を形成するガラス棒の端面に汚染物質が付着し易くなる。ガラス棒の端面に汚染物質が付着してしまうと、最早、正確な測定は困難であり、間隙部の目詰まりにより測定不能状態にもなりかねない。

また、上記特許文献２に記載のオイル劣化センサでは、ガラス棒の一部を潤滑オイル中に浸漬した状態で測定が行われるが、エンジンの揺れや傾き等によりオイルレベル（潤滑オイルの上面位置）が変動すれば、測定面積（ガラス棒の浸漬面積）も変動してしまい、正確な測定が困難であるという問題を招来する。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであって、安定的に正確な測定が可能な液体の検査装置および検査システムを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る液体の検査装置は、棒状の導光部材と、前記導光部材の一端に配置され、検査光を発する発光素子と、前記導光部材の他端に配置され、当該導光部材の界面で反射しながら当該導光部材中を伝搬した前記検査光を受光する受光素子と、前記導光部材の一部を覆被して、当該導光部材に被検査液体が接触しない非測定部を形成する非測定部形成部材とを具備し、前記非測定部形成部材に覆被されていない前記導光部材の測定部が、被検査液体が充填される筐体内に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、棒状の導光部材の一部は、非測定部形成部材に覆被されており、覆被された部分は被検査液体が接触しない非測定部となり、覆被されていない部分（導光部材の表面が露出している部分）は測定部となる。そして、少なくとも導光部材の測定部は、被検査液体が充填される筐体内に配置されており、当該導光部材の測定部には被検査液体が直接接触する。また、前記導光部材の一端には発光素子、その他端には受光素子がそれぞれ配置されており、発光素子からの前記検査光は、導光部材の界面で反射しながら当該導光部材中を伝搬して受光素子に受光される。

ここで、導光部材の測定部においては、導光部材と被検査液体との界面で、検査光が被検査液体側に少しだけ浸透して反射される。この被検査液体側に浸透する電磁波が、いわゆるエバネッセント波である。当該エバネッセント波は、被検査液体の劣化の程度によって吸収される。よって、当該吸収の強さに応じて、結果的に検査光のエネルギーが減少する。この検査光を受光素子で受光して測定することにより、被検査液体の劣化度合い又は余寿命の判定が可能である。

そして、非測定部形成部材による導光部材の覆被領域を調整することにより、導光部材の測定部の面積を、自由に変更することができる。よって、被検査液体の種類や劣化時の汚濁度等に応じて、測定部の面積を最適化することにより、安定的に正確な測定が可能となる。

また、導光部材の測定部は、被検査液体が充填される筐体内にあり、導光部材の測定部と被検査液体との接触面積は、揺れや傾きが生じても一定している。よって、常時、安定的に正確な測定が可能である。

また、本発明の液体の検査装置は、上記特許文献１に記載のオイル劣化センサのように、数ミリ以下といったガラス棒の狭い間隙を被検査液体が通過するのではなく、導光部材の測定部の周囲にある被検査液体を測定する構成である。よって、長期間使用しても、被検査液体中の汚染物質が導光部材の測定部に付着し難く、常時、安定的に正確な測定が可能である。

上記構成において、前記導光部材の外周面と前記非測定部形成部材の内周面との間には空間が形成されていることが望ましい（請求項２）。この構成によれば、前記導光部材の外周面に非測定部形成部材が直接接触するのではなく、導光部材と非測定部形成部材との間に空間が形成されて非測定部となる。前記導光部材の外周面に非測定部形成部材（固体物質）を直接接触させる場合に比べ、当該空間に請求項３に記載の空気、またはその他の気体・液体を充填することにより、導光部材と非測定部との間の密着性を向上させることができる。よって、検査光が前記導光部材の非測定部を反射しながら伝搬するとき、安定した伝搬状態が担保できる。

上記構成において、前記空間には空気が充填されて空気層を形成していることが望ましい（請求項３）。空気層は非測定部として適しており、且つ、非測定部を空気層として構成すれば、製造を容易化することができる。

また、本発明の請求項４に係る液体の検査システムは、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の液体の検査装置と、液体が貯留された機器から当該液体の一部を前記被検査液体として抜き出し、所定の循環経路を経て当該被検査液体を前記機器に戻す液体循環系統とを備え、前記液体の検査装置が前記循環経路の途中に設けられたことを特徴とする。

このシステム構成によれば、前記液体の検査装置を適用して、稼働中の機器の運転を停止することなく、液体の劣化度合いを長期間安定的に、非破壊で監視することができる。従って、例えばＣＧＳ用ガスエンジンのような定置用エンジン等であっても、オイル交換時期を遠隔的に且つ的確に判定することも可能となり、結果としてメンテナンス負担の軽減、オイル交換頻度の最適化及びそれに伴う廃油量の低減を図ることができる。

本発明に係る液体の検査装置および検査システムによれば、非測定部形成部材による導光部材の覆被領域を調整することにより、被検査液体の種類や劣化時の汚濁度等に応じて、導光部材の測定部の面積を自由に設定することができ、高汚濁度の被検査液体の測定も可能である。また、導光部材の測定部には被検査液体中の汚染物質が付着し難い。従って、安定的に正確な測定が可能な液体の検査装置および検査システムを提供することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。

図２は、本発明に係る液体の検査装置の一実施形態である潤滑オイルの劣化診断装置Ｓ（液体の検査システム）の全体構成を概略的に示す構成図である。この劣化診断装置Ｓは、エンジン１０（「潤滑オイルを使用する機関」の一例）に使用されている潤滑オイル１１の劣化度合いを監視するためのものであって、オイル循環系統２０（液体循環系統）と、測定器３０（液体の検査装置）とを備えて構成されている。

エンジン１０は、クランクシャフト等に動力を与える内燃機関であり、例えばＣＧＳ用のガスエンジン、ガソリンエンジン或いはディーゼルエンジン等から成る。エンジン１０の内部には潤滑オイル１１が充填されており、内燃機関の円滑な動作を可能としている。このエンジン１０には、潤滑オイル１１の一部を被検査オイル（被検査液体）として抜き出すためのオイル取り出し孔１２と、検査後の前記被検査オイルをエンジン１０に戻すためのオイル戻し孔１３とが備えられている。

オイル循環系統２０は、エンジン１０のオイル取り出し孔１２から潤滑オイル１１の一部を被検査オイルとして抜き出し、測定器３０を経由する循環経路を経て前記被検査オイルをエンジン１０のオイル戻し孔１３に戻すものである。オイル循環系統２０は、被検査オイルを流通させる管路と、被検査オイルを強制循環させるためのポンプ２１と、被検査オイルの循環若しくは停止を行わせるため開閉弁２２とを含む。

前記管路は、オイル取り出し孔１２とポンプ２１との間を接続する第１管路２０１、ポンプ２１と開閉弁２２との間を接続する第２管路２０２、開閉弁２２と測定器３０との間を接続する第３管路２０３、測定器３０とオイル戻し孔１３との間を接続する第４管路２０４を含む。測定器３０を中間に介在させた第１〜第４管路２０１〜２０４からなる管路は、密閉配管系とされている。なお、第１〜第４管路２０１〜２０４は、例えば樹脂パイプで構成することができる。

このようなオイル循環系統２０がエンジン１０に付設されている結果、エンジン１０の運転中において、ポンプ２１の動作により潤滑オイル１１の一部がオイル取り出し孔１２から被検査オイルとして抜き出される。抜き出された被検査オイルは、測定器３０を経由して劣化度合いが光学的に計測された後、オイル戻し孔１３に戻される。

測定器３０は、後述するようにＡＴＲ（Attenuated Total Reflection）法の原理を利用して前記被検査オイルの劣化度合いを判定するものである。測定器３０は、被検査オイルを所定の流量で通過させるオイル通路３２（液体通路）を有するブロック部材３１（筐体）を含む。オイル通路３２は、ブロック部材３１を直線状に貫通する通路であり、ブロック部材３１はこのオイル通路３２が垂直方向に向くように設置される。

また、ブロック部材３１は、オイル通路３２の入口部３２ｉｎの高さ位置が下側で、オイル通路３２の出口部３２ｏｕｔの高さ位置が上側になるように設置されている。そして、第３管路２０３（管路の上流側）の終端が入口部３２ｉｎに接続され、第４管路２０４（管路の下流側）の始端が出口部３２ｏｕｔに接続されている。このような測定器３０には、当該測定器３０の測定結果に基づき劣化度合い判定のための演算を行う処理演算部７０が付設される。

図３は、測定器３０（ブロック部材３１）の詳細構造を示す分解斜視図、図４は組み付けられた状態の測定器３０の断面図である。測定器３０は、上述のブロック部材３１に、第１発光素子４１と第１受光素子４２とのペアからなる第１センサ対４０Ａが、導光部材５０を介して組み付けられた構造を有する。

ブロック部材３１は、機械構造用炭素鋼鋼材（例えばJIS G 4051に規定のＳ３０Ｃ〜Ｓ４５Ｃ相当品）等から形成され、上下方向に長い矩形形状をもつ。ブロック部材３１は、上述したオイル通路３２のほか、該オイル通路３２の途中に形成されたキャビティ３２４、シール溝３２６、導光部材挿通用の第１及び第２挿通孔３３１、３３２、並びに４つの締結孔３４を備えている。

キャビティ３２４は、被検査オイルを一時的に滞留させる液体溜まりを形成させるための空間部であり、ブロック部材３１の略中央部において、オイル通路３２の延在方向と直交する方向の円筒状貫通孔として形成されている。オイル通路３２は、入口部３２ｉｎとキャビティ３２４の下方を連通させる第１通路３２１と、キャビティ３２４の上方と出口部３２ｏｕｔとを連通させる第２通路３２２とからなる。これら第１通路３２１及び第２通路３２２に比べて、キャビティ３２４は、より大きな断面積を有する孔である。

図４に示すように、入口部３２ｉｎにはエルボ型の管継手２３２の一端が螺合されており、この管継手２３２の他端に第３管路２０３の終端継手金具２３１が螺合されている。同様に、出口部３２ｏｕｔには、エルボ型の管継手２４２の一端が螺合されており、この管継手２４２の他端に第４管路２０４の始端継手金具２４１が螺合されている。これにより、図中矢印で示すように、第３管路２０３から第１通路３２１に入り、キャビティ３２４、第２通路３２２を経て、第４管路２０４に至るオイル循環経路が形成されている。

図３に示すシール溝３２６は、キャビティ３２４の開口部の周辺に設けられる環状の溝である。キャビティ３２４の両側開口面には、図５で後述するように、密閉用のプレート部材３５、３６が取り付けられるが、このシール溝３２６は、その密閉性を担保するための環状シール部材（図示せず）を保持するための溝である。従って、図３の反対側の面（背面）にも、同様なシール溝が設けられている。

第１挿通孔３３１及び第２挿通孔３３２は、棒状の導光部材５０を、キャビティ３２４に挿通させるための貫通孔である。詳しくは、第１挿通孔３３１は、ブロック部材３１の一方の側面からキャビティ３２４に向けて水平方向に延びる孔であり、第２挿通孔３３２は、ブロック部材３１の他方の側面からキャビティ３２４に向けて水平方向に延びる孔である。第１挿通孔３３１と第２挿通孔３３２とは、同一軸線上に設けられている。

第１挿通孔３３１及び第２挿通孔３３２には、第１センサ対４０Ａ用の導光部材５０が挿通される。図１に示すように、導光部材５０の外周の一部は、非測定部形成部材５１により覆被されている。棒状の導光部材５０の略中央部分は、非測定部形成部材５１で覆被されておらず露出している。この非測定部形成部材５１で覆被されていない導光部材５０の領域（非測定部形成部材５１同士の間隙）が測定部５０ａとなる。導光部材５０の測定部５０ａは、キャビティ３２４内にあり、前記被検査オイルが直接的に測定部５０ａに接触するようになっている。

非測定部形成部材５１は、筒状の中空部材であり、円柱状の導光部材５０の外周径よりも大きな内周径を有する。よって、導光部材５０と非測定部形成部材５１とを同心状に配置すれば、両部材間に空間（空気層５３）が形成される。このように空気層５３が形成された状態で、非測定部形成部材５１の各端部について、エポキシ樹脂等のシール材５２により、導光部材５０と非測定部形成部材５１との間がシールされている。これにより、キャビティ３２４内の前記被検査オイルが、非測定部形成部材５１内の空気層５３へと浸入することを防止している。

例えば、円柱状の導光部材５０の外周径を４ｍｍとすれば、円筒状の非測定部形成部材５１の内周径は５ｍｍ〜６ｍｍとすることができる。なお、導光部材５０および非測定部形成部材５１の径寸法は上記寸法に限定されるものではなく、測定対象の液体に合わせて適宜変更することができる。また、導光部材５０形状も円柱状に限定されるものではなく、例えば角柱状であってもよい。導光部材５０の断面形状も、三角形、台形、平行四辺形または五角形以上の多角形であってもよい。非測定部形成部材５１の形状は、導光部材５０の形状に合わせて適切な形状とすることができる。また、棒状の導光部材５０の長さは、例えば４ｃｍ程度とすることができるが、当該長さも、測定部５０ａの面積やキャビティ３２４の大きさに応じて適宜変更することができる。

導光部材５０としては、例えば、石英ガラス、パイレックス（コーニング社登録商標）、ＢＫ７ガラスなどの各種ガラス材料等を用いることができる。ただし、導光部材５０の屈折率は、測定対象の液体（被検査オイル）の屈折率よりも大きいことを要する。なぜならば、本実施形態の測定器３０は、ＡＴＲ法の原理を応用するので、導光部材５０と測定対象の液体との界面（接触面）で全反射条件を満たすようにする必要があるからである。この全反射条件を満たすためには、導光部材５０の屈折率を測定対象の液体の屈折率よりも大きくし、且つ、検査光（赤外線）の界面への入射角を、臨界角（屈折率が相対的に大きい物質から相対的に小さい物質へ光が入り全反射が起きる最も小さな入射角）より大きくとる必要がある。

よって、測定対象の液体の屈折率が比較的大きい場合、石英ガラスなどの比較的屈折率が小さい材料は不向きとなる場合があるので、測定対象の液体に合った材料を導光部材５０として選択する。

非測定部形成部材５１としては、例えば真鍮製の金属ニップル等を用いることができるが、これに限定されない。非測定部形成部材５１としては、測定対象の液体（被検査オイル）に対する化学的耐性を有すると共に、空気層５３を形成できる物理的強度を有する種々の金属または合成樹脂等をその材質として使用することができる。

導光部材５０の一端には第１発光素子４１が取り付けられており、その他端には第１受光素子４２が取り付けられている。

第１発光素子４１は、検査光を発するＬＥＤ等の半導体発光素子チップを含み、例えばその発光波長領域は８７０ｎｍ〜１６００ｎｍである。また、第１受光素子４２は、かかる発光波長に感度を有するシリコンフォトダイオード等からなる。

図１に示すように、第１発光素子４１から発せられた検査光は、導光部材５０の端面に入射され、導光部材５０内を伝搬する。導光部材５０の周囲には非測定部形成部材５１により形成された空気層５３が存在している。導光部材５０の屈折率は被検査オイルよりも大きいので、当然に空気の屈折率よりも大きい。また、導光部材５０と空気層５３との界面において、検査光の入射角を臨界角より大きくとっているので、当該界面では全反射が生じる。このように、検査光は、導光部材５０と空気層５３との界面において全反射しながら導光部材５０内を伝搬する。このとき、空気層５３との界面における反射光のエネルギー損失は殆どない。

検査光が導光部材５０の測定部５０ａまで伝搬したら、当該測定部５０ａでは、キャビティ３２４内の測定対象（被検査オイル）と導光部材５０との界面での全反射に切り換わる。ここで、導光部材５０の屈折率は被検査オイルよりも大きい。さらに、導光部材５０と被検査オイルとの界面において、検査光の入射角を臨界角より大きくとっている。よって、被検査オイルとの界面でも全反射が生じる。この全反射が生じるとき、当該界面では、検査光が被検査オイル側に少しだけ浸透して反射される。このとき被検査オイル側に浸透する電磁波が、いわゆるエバネッセント波である。当該エバネッセント波は、被検査オイルの劣化の程度によって吸収され、当該吸収の強さに応じて、結果的に反射光（反射した検査光）のエネルギーが減少する。この反射光を測定することにより吸収スペクトルが得られるわけである。

測定部５０ａにおいて被検査オイルの劣化の程度に応じてエネルギーが減少した検査光は、非測定部形成部材５１により形成された空気層５３と導光部材５０との界面において全反射しながら導光部材５０内を伝搬して、第１受光素子４２に到達する。そして、検査光は、第１受光素子４２にて受光される。

図３および図４に示すように、非測定部形成部材５１が取り付けられた導光部材５０は、シール締結機構により保持されている。このシール締結機構は、本実施形態では、ホルダ部材６１、締結ネジ６２及びシールリング６３からなる。

前記ホルダ部材６１は、非測定部形成部材５１の外径よりも僅かに大きい貫通孔を有し、導光部材５０を覆被した状態の非測定部形成部材５１を保持する。また、ホルダ部材６１は、その一端側周壁に固定用のネジ山部をもち、該ネジ山部が各々第１挿通孔３３１及び第２挿通孔３３２の内周壁に刻設されたネジ切り部に螺合されることによって、ブロック部材３１に固定されている。

各ホルダ部材６１の他端側周壁には、調整用のネジ山部が形成されており、該ネジ山部には、締結ネジ６２が螺合される。この締結ネジ６２には、非測定部形成部材５１が取り付けられた導光部材５０を貫通させる貫通孔が形成されている。また、ホルダ部材６１と締結ネジ６２との間に位置するように、非測定部形成部材５１にはそれぞれ２個のシールリング６３が外嵌されている。シールリング６３は、弾性材料から形成され、非測定部形成部材５１の周壁に密に取り付けられており、オイル通路３２及びキャビティ３２４の密閉性を保つ役割を果たす。

ここで、被検査オイルの流れを説明しておく。ブロック部材３１は、オイル通路３２の入口部３２ｉｎ（入口側）の高さ位置が下側で、出口部３２ｏｕｔ（出口側）の高さ位置が上側となるように設置されている。エンジン１０から抜き出された被検査オイルは、第３管路２０３から入口部３２ｉｎを介して第１通路３２１に入り、キャビティ３２４に至る。そして、被検査オイルの順次の供給により、キャビティ３２４は徐々に下側から上側へ空間を埋められるように、被検査オイルで満たされて行く。

その後、被検査オイルは、キャビティ３２４から溢れ出すようにして第２通路３２２へ向かい、出口部３２ｏｕｔを経て、第４管路２０４に入り、エンジン１０に戻される。

以上のように、導光部材５０の測定部５０ａが存在するキャビティ３２４が、下側から上側へ油面レベルが上昇するように埋められて行くので、空気が抱き込まれてしまうようなことはない。従って、キャビティ３２４内は、気泡がない状態で確実に被検査オイルで充填される。これにより、導光部材５０の測定部５０ａに被検査オイルが確実に接触した状態となり、的確に被検査オイルの劣化状態を測定することができる。

図５は、測定器３０の実際の組み付け例を示す側面図である。ここでは、上記で説明したブロック部材３１に、校正用ブロック部材３１Ｒが付設されている例を示している。校正用ブロック部材３１Ｒは、オイル通路３２が存在しないことを除けば、ブロック部材３１と同じ部材であり、キャビティ３２４と実質的に同一のキャビティ３２４’を有している。

ブロック部材３１と校正用ブロック部材３１Ｒとは水平方向に並置され、これらをサンドイッチするように、プレート部材３５、３６、３７が、その両側と中間にそれぞれ配置されている。プレート部材３５、３６、３７は炭素鋼鋼材等から成る平板部材である。ブロック部材３１及び校正用ブロック部材３１Ｒが持つ４つの締結孔３４には、それぞれ締結ボルト３８が挿通され、締結ナット３９が締め付けられることによって両者が一体的に固定されている。なお、プレート部材３５、３６で両側面が塞がれることにより、ブロック部材３１のオイル通路３２並びにキャビティ３２４は密閉状態とされる。

校正用ブロック部材３１Ｒは、第１センサ対４０Ａと同様な構成の第２センサ対４００Ａを備える。第２センサ対４００Ａは、第１発光素子４１と同一の波長領域の参照光を発生する第２発光素子４３、この参照光を受光する第２受光素子４４、及びキャビティ３２４’内で前記測定部５０ａと同じ測定面積を有する導光部材（図略）を含む。

校正用ブロック部材３１Ｒには被検査オイルは流通されず、キャビティ３２４’内には空気が存在する状態で、第２発光素子４３及び第２受光素子４４による投受光が実行される。

このような校正用ブロック部材３１Ｒが付設されていることで、第２発光素子４３及び第２受光素子４４による投受光結果を、リファレンスデータとして用いることができる。特に、ブロック部材３１と校正用ブロック部材３１Ｒとが図５示すような態様で一体化されていることから、両者は熱的に結合され、ブロック部材３１において検出された透過光量等のデータを外気温の影響を受けないように温度補正して利用できるようになる。

本実施形態では、このような校正用ブロック部材３１Ｒを付設することに加えて、棒状の導光部材５０に検査光を伝搬させて測定するので、被検査オイルが高熱を持つ場合であっても、棒状の導光部材５０の両端に設けられた発光素子及び受光素子は、その熱の影響を受け難い構成となっている。つまり、被検査オイルと接触するのは導光部材５０の測定部５０ａ及び導光部材５０を覆被する非測定部形成部材５１であり、発光素子及び受光素子はそこから離間した位置に配置されているので、熱の影響をさほど受けない。

図６（ａ）は、一般的な受光素子の温度特性を示すグラフ、図６（ｂ）は、一般的な発光素子の温度特性を示すグラフである。これらグラフに示す通り、受光素子は環境温度が上昇すると出力電流が上昇する傾向があり、発光素子は環境温度が上昇すると発光出力が低下する傾向がある。従って、第１発光素子４１及び第１受光素子４２が高温に曝されると、その温度の影響を受けて真のＡＴＲ吸収スペクトルが測定できず、ひいては粘度、塩基価、酸価、不溶分などオイル劣化診断に必要なパラメータを算出できない懸念がある。しかし、本実施形態によれば、上記の対策によって温度の影響は可及的に抑制されることから、的確なオイル劣化診断を行うことができる。

続いて、処理演算部７０について説明する。図７は、処理演算部７０の構成を示すブロック図である。この処理演算部７０は、ドライバ７１１、７１２、Ｉ／Ｖ（電流／電圧）変換部７２１、７２２、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部７３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７４、通信部７５、表示部７６、ＲＯＭ（Read Only Memory）７７及びＲＡＭ（Random Access Memory）７８を備えて構成されている。

ドライバ７１１、７１２は、第１センサ対４０Ａ及び第２センサ４００Ａにそれぞれ備えられている第１発光素子４１及び第２発光素子４３を、後述するＣＰＵ７４の測定制御部７４３から所定のサンプリング周期で与えられる発光制御信号に基づき駆動（発光）させる。上述した通り、第１発光素子４１と第２発光素子４３とは同一の発光波長領域である。

Ｉ／Ｖ変換部７２１、７２２は、第１受光素子４２及び第２受光素子４４がそれぞれ検査光を光電変換して出力した電流信号を電圧信号に変換する。ここで、Ｉ／Ｖ変換部７２１から出力される電圧信号は、第１発光素子４１から発せられた検査光が被検査オイルの劣化程度に応じてエネルギー減衰した結果を表わす信号である。すなわち、被検査オイルの劣化の程度に応じた電圧信号が、Ｉ／Ｖ変換部７２１から出力される。一方、Ｉ／Ｖ変換部７２２から出力される電圧信号は、第２発光素子４３から発せられた参照光が、導光部材と空気との界面を全反射しただけの電圧信号となる。

Ａ／Ｄ変換部７３は、Ｉ／Ｖ変換部７２１、７２２からそれぞれ出力される電圧信号を取得し、これをデジタル信号に変換してＣＰＵ７４へ向けて出力する。

ＣＰＵ７４は、処理演算部７０各部の動作制御を行うもので、機能的に温度補正部７４１、劣化演算部７４２及び測定制御部７４３を備えて構成されている。温度補正部７４１は、校正用ブロック部材３１Ｒに対応するＩ／Ｖ変換部７２２からの出力信号を補正用電圧として利用し、被検査オイルの劣化の程度に応じたＩ／Ｖ変換部７２１からの出力信号を、検査光波長領域において温度補正する演算を行う。すなわち、Ｉ／Ｖ変換部７２１の出力信号は、同じ波長領域が用いられたＩ／Ｖ変換部７２２の出力信号で補正されるものである。

劣化演算部７４２は、Ｉ／Ｖ変換部７２１からの出力信号に基づいて、被検査オイルの劣化度合いを判定する。フーリエ変換型赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）の原理を用い、例えば、劣化演算部７４２は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Fast Fourier Transform）することによって、被検査オイルの吸収スペクトルを得て、オイル劣化時に生成ないしは混入する物質の増加、または被検査オイルの成分物質の減少を判定する。また、劣化演算部７４２は、被検査オイルの劣化度合いに関するパラメータを求める演算を行う。このパラメータとしては、粘度、塩基価、酸価、不溶分などを例示することができる。

測定制御部７４３は、所定の測定プログラムに則りドライバ７１１、７１２及びＩ／Ｖ変換部７２１、７２２による測定動作を制御する。具体的には、ドライバ７１１、７１２及びＩ／Ｖ変換部７２１、７２２にタイミングパルス等を与え、サンプリング周期毎に第１発光素子４１及び第２発光素子４３を発光させると共に、その発光タイミングに同期させて第１受光素子４２及び第２受光素子４４から光電変換信号（測定データ）を取得させる。

図８は、温度補正部７４１における温度補正処理を説明するためのグラフである。Ｉ／Ｖ変換部７２１からの出力電圧は、符号Ｃ１で示す特性のように、温度が高くなる程低くなる。一方、校正用ブロック部材３１Ｒに対応するＩ／Ｖ変換部７２２からの出力電圧も、ブロック同士が熱結合されていることから、符号Ｃ２で示す特性のように同じような勾配を示す。従って、符号Ｃ１の特性を符号Ｃ２の特性で補償することで、符号Ｃ３で示すように殆ど温度依存性のない特性を得ることができる。

図７に戻って、通信部７５は、外部の端末機等とデータ通信を行うものであり、例えば劣化演算部７４２による劣化診断結果を、インターネットを介して遠隔地に存在する管理センター等へ伝送する。表示部７６は、液晶ディスプレイ等からなり、例えば劣化演算部６４２による劣化診断結果を所定の形式で表示する。

ＲＯＭ７７は、当該劣化診断装置Ｓの動作プログラム等を記憶する。ＲＡＭ７８は、Ａ／Ｄ変換部７３から与えられるデータ信号、劣化演算部７４２による劣化診断結果等を一時的に格納する。

以上の通り構成された本実施形態に係る潤滑オイルの劣化診断装置Ｓの動作について説明する。エンジン１０の運転が開始されると、ポンプ２１の駆動も開始され、潤滑オイル１１の一部がオイル取り出し孔１２から被検査オイルとして抜き出される。抜き出された被検査オイルは、第１〜第３管路２０１〜２０３を経て、測定器３０のブロック部材３１へ導かれ、入口部３２ｉｎからオイル通路３２に入る（図２参照）。

その後、被検査オイルは、キャビティ３２４の空間を充填しつつ、オイル通路３２を通過する（図３参照）。この際、キャビティ３２４内では、第１発光素子４１が発する検査光が、測定部５０ａにおいて被検査オイルの劣化の程度に応じてエネルギー減衰し、第１受光素子４２にて受光される。

ここで、導光部材５０の測定部５０ａの面積は、被検査オイルの種類や劣化時の汚濁度等に応じて、自由に設計することができる。例えば、導光部材５０が直径４ｍｍの円柱状の場合、測定部５０ａの長さ（非測定部形成部材５１同士の間隙）は１ｃｍ〜２ｃｍ程度で調整することができる。通常、被検査オイルの劣化時の汚濁度が低いほど、オイル劣化による検査光のエネルギー減衰変化量が少ないので、非測定部形成部材５１同士の間隙を広くし（すなわち測定部５０ａの面積を広くし）、エネルギー減衰変化量を的確に捉えられるように調整することになる。

その後、第１受光素子４２の受光データに基づき、処理演算部７０（図７参照）により被検査オイルの劣化度合いに関するパラメータが算出される。その算出結果は、通信部７５を通して外部の端末機等に送信されたり、表示部７６で表示されたりする。一方、オイル通路３２の出口部３２ｏｕｔから排出された被検査オイルは、第４管路２０４を経て、オイル戻し孔１３を介してエンジン１０に戻される。以下、かかる動作が、エンジン１０の運転期間中継続されるものである。

以上説明した潤滑オイルの劣化診断装置Ｓによれば、非測定部形成部材５１による導光部材５０の覆被領域を調整することにより、導光部材５０の測定部５０ａの面積を、自由に変更することができる。よって、被検査オイルの種類や劣化時の汚濁度等に応じて、測定部５０ａの面積を予め最適化しておくことにより、安定的に正確な測定が可能となる。

また、導光部材５０の測定部５０ａは、ブロック部材３１のキャビティ内にあり、キャビティ内に充填された潤滑オイルと測定部５０ａとの接触面積は、エンジン１０の揺れや傾きが生じても一定している。よって、常時、安定的に正確な測定が可能となる。

また、本実施形態の劣化診断装置Ｓは、上記特許文献１に記載のオイル劣化センサのように、数ミリ以下といったガラス棒の狭い間隙を潤滑オイルが通過するのではなく、導光部材５０の測定部５０ａの周囲を被検査オイルが通過する構成である。すなわち、本実施形態の劣化診断装置Ｓでは、長期間使用しても、オイル中の汚染物質が導光部材５０の測定部５０ａに付着し難く、常時、安定的に正確な測定が可能である。

また、本実施形態の劣化診断装置Ｓの測定器３０は、発光素子と導光部材５０との接合部に光ファイバ等を用いる必要はない。よって、当該接合部において高額な部品や加工は不要であり、加工が容易で安価に製造可能である。

また、本実施形態の劣化診断装置Ｓによれば、稼働中のエンジン１０の運転を停止することなく、潤滑オイル１１の劣化度合いを長期間安定的に、非破壊で監視することができる。従って、ＣＧＳ用のガスエンジンのような定置用エンジン等であっても、通信部７５から劣化診断結果を送信させることで、オイル交換時期を遠隔的に且つ的確に判定することができ、結果としてメンテナンス負担の軽減、オイル交換頻度の最適化及びそれに伴う廃油量の低減を図ることができる。

また、ガラス棒のような断熱性の導光部材５０を介して被検査オイルの劣化測定をするので、被検査オイルが高熱を持つ場合であっても、発光素子及び受光素子がその熱の影響を受けることはない。さらに、ブロック部材３１は、オイル通路３２の入口部３２ｉｎが下側で出口部３２ｏｕｔが上側となるように設置されるので、被検査オイルは、オイル通路３２の空間を確実に埋めながら出口部３２ｏｕｔに向かう。このため、ブロック部材３１のキャビティ内に空気が抱き込まれてしまうようなことはなく、的確に被検査オイルの劣化状態を測定することができる。

以上、本発明の各種実施形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、下記［１］〜［５］のような変形実施形態を取ることができる。

［１］上記実施形態では、１組の発光素子及び受光素子のみを用いた例を示したが、波長領域がそれぞれ異なる２組以上の発光素子及び受光素子を用いるようにしても良い。

［２］上記実施形態では、機関の例としてエンジン１０を挙げたが、本発明はエンジン以外の潤滑オイルを用いる他の機関にも適用可能である。例えば、コンプレッサーやギア装置等に使用されている潤滑オイルの劣化診断にも適用することができる。

［３］上記実施形態では、潤滑オイルの劣化診断を例示したが、潤滑オイル以外の他の各種液体の物性を検査する検査装置にも適用可能である。例えば、冷却水、工業用水、温泉水、液体燃料、薬液類などの検査用途にも、本発明を適用することができる。

［４］上記実施形態では、図１に示すように、非測定部形成部材５１を２つ用い、非測定部形成部材５１同士の間隙に導光部材５０の測定部５０ａを一つだけ形成する例を挙げたがこれに限定されない。すなわち、非測定部形成部材５１を２つ以上用いて、これらの間隙を２つ以上とし、導光部材５０の測定部５０ａを２つ以上形成することも可能である。

［５］上記実施形態では、導光部材５０と非測定部形成部材５１との間に空気層５３を形成した例を挙げたが、導光部材５０と非測定部形成部材５１との空間に、空気以外の物質、例えば窒素などの気体または液体を充填して非測定部を形成してもよい。或いは、非測定部形成部材５１自体を導光部材５０に密着させて非測定部を形成してもよい（この場合、シール材５２は不要）。

なお、非測定部を成す物質は、導光部材５０との界面で全反射条件を満たすように導光部材５０の屈折率よりも充分に小さい屈折率を有することが望ましい。また、非測定部を成す物質は、導光部材５０との界面でのエバネッセント波の吸収が充分に小さい物質が望ましい。

ところで、導光部材５０の外周面に非測定部形成部材５１（固体物質）を直接接触させる場合に比べ、導光部材５０と非測定部形成部材５１との空間に、空気等の気体を充填して非測定部を構成する方が好ましい。なぜならば、導光部材５０と非測定部形成部材５１との空間に気体を充填すれば、導光部材５０と非測定部をなす物質との間の密着性を向上させることができ、検査光が導光部材５０の非測定部を全反射しながら伝搬するとき、安定した伝搬状態が担保できるからである。特に、空気層５３は非測定部として好適であり、且つ、非測定部を空気層として構成すれば、製造を容易化することができる。

本発明の実施形態に係る潤滑オイルの劣化診断装置Ｓにおける測定器の要部断面図である。 劣化診断装置Ｓの全体構成を概略的に示す構成図である。 測定器（ブロック部材）の詳細構造を示す分解斜視図である。 組み付けられた状態の測定器の断面図である。 測定器の実際の組み付け例を示す側面図である。 （ａ）は、一般的な受光素子の温度特性を示すグラフ、（ｂ）は、一般的な発光素子の温度特性を示すグラフである。 処理演算部の構成を示すブロック図である。 温度補正部における温度補正処理を説明するためのグラフである。

符号の説明

Ｓ 潤滑オイルの劣化診断装置（液体の検査システム）
１０ エンジン（機器；潤滑オイルを使用する機関）
１１ 潤滑オイル
２０ オイル循環系統（液体循環系統）
２０１〜２０４ 第１〜第４管路
３０ 測定器（液体の検査装置）
３１ ブロック部材（筐体）
３２ オイル通路
３２ｉｎ 入口部
３２ｏｕｔ 出口部
３２４ キャビティ
４１、４３ 第１及び第２発光素子
４２、４４ 第１及び第２受光素子
５０ 導光部材
５０ａ 測定部
５１ 非測定部形成部材
５２ シール材
５３ 空気層
７０ 処理演算部

Claims (4)

1. 棒状の導光部材と、
   前記導光部材の一端に配置され、検査光を発する発光素子と、
   前記導光部材の他端に配置され、当該導光部材の界面で反射しながら当該導光部材中を伝搬した前記検査光を受光する受光素子と、
   前記導光部材の一部を覆被して、当該導光部材に被検査液体が接触しない非測定部を形成する非測定部形成部材と、を具備し、
   前記非測定部形成部材に覆被されていない前記導光部材の測定部が、被検査液体が充填される筐体内に配置されていることを特徴とする液体の検査装置。
2. 前記導光部材の外周面と前記非測定部形成部材の内周面との間には空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体の検査装置。
3. 前記空間には空気が充填されて空気層を形成していることを特徴とする請求項２に記載の液体の検査装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の液体の検査装置と、
   液体が貯留された機器から当該液体の一部を前記被検査液体として抜き出し、所定の循環経路を経て当該被検査液体を前記機器に戻す液体循環系統とを備え、
   前記液体の検査装置が前記循環経路の途中に設けられたことを特徴とする液体の検査システム。

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