破片検出センサ
【課題】 流体中に混入する破片の有無または大きさまたは蓄積量を、混入する破片の量に左右されずに安定良く検出できる破片検出センサを提供する。
【解決手段】 この破片検出センサは、流体中に混入する破片を検出する破片検出センサであって、３つの電極５Ａ，５Ｂ，７と、これら３つの電極のうち少なくとも１つの電極７を動かすことによっていずれか２つの電極間に前記破片を挟み込ませる電極移動機構９と、測定・判定手段１７とを備える。測定・判定手段１７は、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定することで、前記破片の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出する。
【解決手段】 この破片検出センサは、流体中に混入する破片を検出する破片検出センサであって、３つの電極５Ａ，５Ｂ，７と、これら３つの電極のうち少なくとも１つの電極７を動かすことによっていずれか２つの電極間に前記破片を挟み込ませる電極移動機構９と、測定・判定手段１７とを備える。測定・判定手段１７は、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定することで、前記破片の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、潤滑油などの流体中に混入した破片を検出する破片検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車や航空機、ヘリコプタ等の潤滑油中に、エンジンやトランスミッション、軸受等の摩耗や破損によって生じた金属破片あるいは金属粉が混入していることを検出する装置として、メタルチェックセンサあるいはオイルチェックセンサあるいはデブリスセンサなどと呼ばれる金属片検出装置が提案されている（特許文献１〜５）。
このような金属片検出装置は、エンジンやギアボックス、軸受等の各種装置の健全性を検査する手段として使用され、検査対象の装置の各部位における劣化の情報をこれらの部位に破壊的な故障が生じる前に得ることができる。
【特許文献１】特開昭５５−０５２９４３号公報
【特許文献２】特開昭６１−２５３４５５号公報
【特許文献３】特開２０００−３２１２４８号公報
【特許文献４】特許２７０３５０２号公報
【特許文献５】特許２８６５８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在、特に航空機用ジェットエンジンにおいて、その小型化と高速化が求められている。従来より、航空機用ジェットエンジンの主軸用軸受では、その転動体に金属材料が用いられてきたが、現状の転動体材料では更なる高速化が困難な状況にある。高速化に耐えうるためには、軸受の転動体を窒化珪素（Si3N4 ）等を原材料とするセラミック玉やセラミックころとする必要がある。また、ジェットエンジン用軸受にセラミック玉やセラミックころを適用した場合、大きく性能が向上し、ひいてはジェットエンジンの効率が向上し、環境負荷を軽減できる可能性がある。
一方、従来の金属片検出装置では、金属材料あるいは磁性材料あるいは導電性材料の破片のみ検出が可能であり、非金属、非磁性、非導電性を特徴とするセラミック材の検出は不可能であった。したがって、例えばセラミック製の転動体を使用した軸受の場合には、破壊的な故障が生じる前に、金属片検出装置を用いて劣化や損傷に関する情報を得ることができない。そのため、現状ではこの様な構成の軸受は、用途が限定された航空機にしか使用されていない。
【０００４】
そこで、このような課題を解決する破片検出センサとして、２つの対面する平板を設け、これら２つの平板のうち少なくとも１つの平板を平板移動機構で対面方向に動かすことで流体中に混入する破片を前記２つの平板間に挟み込むようにし、この状態での２つの平板間のギャップ変動を静電容量の変化やインダクタンス変化などとして検出するギャップセンサを設け、そのギャップセンサの測定値から前記破片の有無や大きさ、あるいは蓄積量を検出する構成のものが考えられる。
【０００５】
しかし、この構成では、検査対象の潤滑油などの流体を前記２つの平板間に流して流体中の破片を２つの平板で挟む場合に、流体中に検出対象の破片がごく僅かしか存在しないと、破片が挟み込まれる確率が低くなってしまうので、できるだけ検出領域を大きくして検出確率を高める必要がある。
【０００６】
この発明の目的は、流体中に混入する破片の有無または大きさまたは蓄積量を、混入する破片の量に左右されずに安定良く検出できる破片検出センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の破片検出センサは、流体中に混入する破片を検出する破片検出センサであって、３つの電極を備え、これら３つの電極のうち少なくとも１つの電極を動かすことによっていずれか２つの電極間に前記破片を挟み込ませる電極移動機構と、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定することで、前記破片の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出する測定・判定手段を設けたものである。
この構成によると、３つの電極のうち少なくとも１つの電極を電極移動機構で動かすことによって、いずれか２つの電極間に破片を挟み込み、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定・判定手段で測定することで、破片の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出するものとしているので、２つの電極間に破片が挟み込まれる確率が高くなり、流体中に混入する破片の有無または大きさまたは蓄積量を、混入する破片の量に左右されずに安定良く検出できる。
また、上記破片検出センサを自動車，航空機，ヘリコプタ等に組み込んだ場合、潤滑油中に混入した破片の状態をモニターすることができるため、故障の前兆あるいは故障の診断を行い、運転の停止や部品交換が必要なことを知らせることができ、安全性が向上する。また、機械部品の寿命や経年変化を予測できるため、部品の無駄な交換や遅れた交換がなくなり、経済性が向上する。
【０００８】
この発明において、３つの電極のうち、上側２つの電極の間、および下側２つの電極の間に、それぞれギャップを測定するギャップ測定手段を設け、前記電極移動機構は、上側２つの電極間および下側２つの電極間に破片を挟み込むように、中央の電極を上下動作させるものであっても良い。この構成の場合、中央の電極の１回のストロークの両端でそれぞれ検出動作を行えることになり、検出動作の効率も高めることができる。
【０００９】
この発明において、中央の電極を動作させる電極移動機構が、前記流体を流す流路の外部に設置され、この電極移動機構は、固定側の２つの電極のうちのいずれか一方の電極に設けた孔を貫通した貫通体を介して可動電極を動かすものであっても良い。この構成の場合、３つの電極をコンパクトに配置できる。
【００１０】
この発明において、前記測定・判定手段は、破片を挟み込んだ２つの電極間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、この静電容量測定手段の出力から前記２つの電極間のギャップの大きさを推定する判定手段とで構成されるものであっても良い。
【００１１】
この発明において、前記測定・判定手段は、前記破片を挟み込んだ２つの電極間のギャップを測定する変位センサを有し、前記静電容量測定手段の出力と前記変位センサの出力とから、前記２つの電極間に挟まれた破片の導電性と非導電性の判別をする導電性・非導電性判別部を有するものとしても良い。この構成の場合、検出した破片が金属材料等の導電性材料であるか、樹脂・セラミック材料のような非導電性材料であるかを識別することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の破片検出センサは、流体中に混入する破片を検出する破片検出センサであって、３つの電極を備え、これら３つの電極のうち少なくとも１つの電極を動かすことによっていずれか２つの電極間に前記破片を挟み込ませる電極移動機構と、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定することで、前記破片の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出する測定・判定手段を設けたため、流体中に混入する破片の有無または大きさまたは蓄積量を、混入する破片の量に左右されずに安定良く検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１は、この実施形態の破片検出センサの概略構成図を示す。この破片検出センサは、検査対象である流体中に混入する破片を検出するセンサであって、３つの電極５Ａ，５Ｂ，７と、これら３つの電極５Ａ，５Ｂ，７のうち少なくとも１つの電極を動かすことによっていずれか２つの電極間に破片１３（図４）を挟み込ませる電極移動機構９と、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定することで、前記破片１３の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出する測定・判定手段１７とを備える。この破片検出センサの場合、潤滑油が検査対象の流体とされる。
【００１４】
前記３つの電極５Ａ，５Ｂ，７と電極移動機構９はセンサユニット１に組み込まれる。このセンサユニット１はベース部材４を有し、そのベース部材４には検査対象である潤滑油を流す油路４ａが貫通して設けられている。油路４ａの一端には給油配管２が接続され、油路４ａの他端には排油配管３が接続されている。この場合、潤滑油は、給油配管２の油路２ａからベース部材４の油路４ａを経由し、排油配管３の油路３ａに流れる。例えば、給油配管２はエンジンやギアボックス、軸受等で使用された潤滑油が収集される配管に接続され、排油配管３はオイルタンクへの配管に接続される。
【００１５】
３つの電極５Ａ，５Ｂ，７はいずれも導電性材料からなり、前記ベース部材４の油路４ａの途中において、その油路４ａの貫通方向と直交する方向に互いに平行となるように並べて配置される。そのうち１つの電極５Ａは平板状とされた固定電極であって、絶縁材料からなる電極固定部材６Ａを介してベース部材４に電気的に絶縁された状態で固定されている。この固定電極５Ａは、その表面が油路４ａ内に臨む向きとなるようにベース部材４の下側に配置される。もう１つの電極５Ｂも平板状とされた固定電極であって、絶縁材料からなる別の電極固定部材６Ｂを介してベース部材４に電気的に絶縁された状態で固定されている。この固定電極５Ｂは、その表面が油路４ａ内に臨み前記下側の固定電極５Ａと対面する向きとなるようにベース部材４の上側に配置される。残る１つの電極７は、平板状の電極基体７ａと、この電極基体７ａの片面から垂直に延びて前記固定電極５Ｂおよび電極固定部材６Ｂに設けられた孔１９を貫通する貫通体７ｂとからなる断面Ｔ字状の可動電極であって、その貫通体７ｂの後端が電極移動機構９の可動軸９ａに連結され、可動軸９ａと一体に進退自在とされる。この可動電極７は、その電極基体７ａが前記油路４ａにおける前記両固定電極５Ａ，５Ｂ間の中央部に位置して電極基体７ａの各片面が両固定電極５Ａ，５Ｂにそれぞれ対面するように配置される。なお、上側の固定電極５Ｂを貫通する可動電極７の貫通体７ｂは、固定電極５Ｂに対して電気的に絶縁状態が保たれている。貫通体７ｂだけを絶縁材料とすることにより、固定電極５Ｂとの間が電気的絶縁状態となるようにしても良い。
【００１６】
電極移動機構９はプッシュプルソレノイド等からなる直動アクチュエータであって、その可動軸９ａが前記ベース部材４の油路４ａの貫通方向と直交する方向に進退自在となるように、アクチュエータ固定部材１０を介してベース部材４に固定されている。電極移動機構９の可動軸９ａの先端部には、絶縁材料からなる電極固定部材８を介して、前記可動電極７の貫通体７ｂが電気的に絶縁された状態で固定されている。ここでは電極移動機構９としてプッシュプルソレノイドからなる直動アクチュエータを使用した例を示しているが、直線動作を行えるものであれば、その種類は問わない。例えば、電動モータとボールネジを組み合わせたものでも良いし、空圧や油圧を使用したものでも良い。直動アクチュエータを用いた場合は、回転駆動源を用いる場合と異なり、回転を直線運動に変換する機構が不要で、破片検出センサを簡素でコンパクトな構成とできる。
電極移動機構９を動作させると、その可動軸９ａに電極固定部材８を介して連結された可動電極７が進退して、両固定電極５Ａ，５Ｂに近づいたり、離れたりする。
【００１７】
電極移動機構９の可動軸９ａは、その後端部に固定されたばね受け部材１１とアクチュエータ固定部材１０との間に介在させた圧縮ばね１２により、進出方向に付勢される。
図１は、電極移動機構９に電源を投入して可動軸９ａの進出を規制する第１のモードに設定した状態を示し、このとき可動軸９ａは圧縮ばね１２を圧縮させて若干後退しており、可動電極７は両固定電極５Ａ，５Ｂから共に離れた中央位置にある。一方、電極移動機構９に電源を投入していない状態では、圧縮ばね１２が復元する力によって、可動電極７は図２のように下側の固定電極５Ａに接触する位置まで進出する。可動電極７と固定電極５Ａとが接触した状態で、可動電極７には圧縮ばね１２による予圧が与えられているので、可動電極７と固定電極５とは一定の圧力で接触した状態となる。図３は、電極移動機構９に電源を投入して、可動軸９ａを図１の第１のモードの状態よりも上側に後退させる第２のモードに設定した状態を示し、このとき可動電極７は上側の固定電極５Ｂに接触する位置まで後退する。
【００１８】
測定・判定手段１７は、静電容量測定手段１４と変位センサ１６と判定手段１５とでなる。静電容量測定手段１４は、可動電極７と各固定電極５Ａ，５Ｂとの間の静電容量を測定する手段であり、静電容量測定手段１４の入力端子１４ａ，１４ｂがそれぞれ可動電極７と固定電極５Ａ，５Ｂに接続される。変位センサ１６は、可動電極７と各固定電極５Ａ，５Ｂとの間のギャップを測定するギャップセンサであり、例えば下側の固定電極５Ａに埋め込んだ状態で設けられる。この場合、変位センサ１６は、直接的には可動電極７と下側の固定電極５Ａの間のギャップを測定することになるが、両固定電極５Ａ，５Ｂ間の距離および可動電極７の電極基体７ａの厚みが一定であることより、可動電極７と下側の固定電極５Ａの間のギャップ測定値から可動電極７と上側の固定電極５Ｂの間のギャップも自動的に算出される。
【００１９】
ここでは、変位センサ１６として例えば渦電流式のものが用いられるが、磁気式，光学式等の他の方式のものを用いても良い。判定手段１５は、静電容量測定手段１４の測定値と変位センサ１６の測定値とから潤滑油中の破片１３の有無、破片１３の材質、大きさ、または蓄積量を推定する手段であり、例えば測定値と判定結果の関係を定めたテーブルまたは演算式の判定規則を有し、その判定規則と測定値とを比較して判定結果を出力する。判定手段１５は、その機能の一部として検出された破片１３が導電性材料であるか非導電性材料であるかを判別する導電性・非導電性判別部１８を有する。
【００２０】
次に、この破片検出センサを用いて、エンジン，ギアボックス，軸受等の装置の摩耗や破損によって生じた各種材料からなる破片が混入している潤滑油から、その破片を検出する動作を説明する。
上記したように、電極移動機構９に電源を投入して例えば第２のモードに設定すると、図３のように可動軸９ａが後退して、その可動軸９ａに電極固定部材８を介して設置された可動電極７が下側の固定電極５Ａから離れ、可動電極７は上側の固定電極５Ｂに接触する位置となる。
【００２１】
次に、検査対象の流体として、エンジン，ギアボックス，軸受等に使用されている潤滑油を給油配管２の油路２ａからベース部材４の油路４ａ内を経由して排油配管３の油路３ａに流す。このとき、ベース部材４の油路４ａを流れる潤滑油中に、エンジンやギアボックス、軸受等の摩耗や破損によって生じた破片１３が混入していると、その破片１３は可動電極７と下側の固定電極５Ａとの間を流れる。
この状態のもとに、電極移動機構９への電源の投入を停止すると、圧縮ばね１２の復元力により、可動軸９ａと一体に可動電極７が下側の固定電極５Ａに接近する方向に進出して、図４のように可動電極７と下側の固定電極５Ａとの間に破片１３が挟み込まれる。これにより、可動電極７と固定電極５Ａとの間には、破片１３の厚み分だけギャップｄが生じる。このギャップｄを変位センサ１６が測定する。同時に、このギャップｄにより、２つの電極５Ａ，７間には静電容量Ｃが形成される。
【００２２】
ところで、一般的に、平行平板間の静電容量Ｃは
Ｃ＝εｏεｒＳ／ｄ ……（１）
となることが知られている。すなわち、静電容量Ｃ［Ｆ］は、真空中の誘電率εｏ（8.854 ×10-12 ［Ｆ／ｍ］）と潤滑油の誘電率εr と平行平板の面積Ｓ［ｍ2 ］とを掛け合わせたものを、平行平板間のギャップｄ［ｍ］で割った値となる。潤滑油の誘電率εr は一定であり、平行平板の面積Ｓが一定であると、静電容量Ｃの値は平行平板間のギャップｄに依存する。
そこで、２つの電極５Ａ，７間の静電容量Ｃを前記静電容量測定手段１４で測定することにより、変位センサ１６による測定とは別の方法で電極５Ａ，７間のギャップｄの値を検出でき、その値によっても破片１３の大きさや蓄積量を推定することができる。
【００２３】
ここで、挟み込まれた破片１３が導電性材料であると２つの電極５Ａ，７間は短絡状態となるので、静電容量Ｃの測定から求められるギャップｄ２は、ゼロもしくは非常に小さな値となる。これに対して、変位センサ１６によって得られるギャップｄ１は、静電容量測定手段１４の測定値から推定されるギャップｄ２とは異なった値となる。このように、2 つの測定結果の違いを検出して、検出された破片１３が導電性であるか非導電性であるかを判別することが可能となる。すなわち、判定手段１５の導電性・非導電性判別部１８は検出された破片１３が導電性材料か非導電性材料かを判断する機能を有し、
ｄ１≫ｄ２ ……（２）
となる場合には、検出された破片１３が導電性のものであると判断する。また、2 つの値ｄ１，ｄ２が互いに近い値であって、かつゼロギャップでない場合、つまり
ｄ１≒ｄ２（≠０） ……（３）
となる場合には、検出された破片１３が非導電性のものであると判断する。また、判定手段１５は、破片１３の大きさを、変位センサ１６の検出値ｄ１で代表して出力する。
【００２４】
一方、２つの電極５Ａ，７間に破片１３がない場合にも、２つの電極５Ａ，７間は短絡状態となるので、静電容量Ｃの測定から求められるギャップｄ２は、ゼロもしくは非常に小さな値となる。この場合、変位センサ１６によって得られるギャップｄ１もゼロギャップとなるので、これらの結果から判定手段１５は破片１３が無いと判断する。
【００２５】
次に、図４の状態から、電極移動機構９に電源を投入して第２のモードに設定すると、図５のように可動軸９ａが第１のモードよりもさらに後退して、可動電極７と上側の固定電極５Ｂとの間に破片１３が挟み込まれる。これにより、可動電極７と上側の固定電極５Ｂとの間には、破片１３の厚み分だけギャップｄが生じる。このギャップｄを変位センサ１６が測定する。この場合、変位センサ１６は、下側の固定電極５Ａと可動電極７の間のギャップ測定値を基にして、可動電極７と上側の固定電極５Ｂの間のギャップを間接的に測定することになる。同時に、このギャップｄにより、２つの電極５Ｂ，７間には静電容量Ｃが形成される。ここでも、可動電極７と下側の固定電極５Ａとの間に破片１３が挟まれる場合と同様にして、破片１３の有無、大きさ、蓄積量が検出され、さらには検出された破片１３が導電性か非導電性かが判断される。
【００２６】
図６は、図１の破片検出センサにおける測定・判定手段１７の構成要素である静電容量測定手段１４の一構成例を示す。この静電容量測定手段１４は、直列接続した発振器２０と電流測定手段２１とでなり、発振器２０から可動電極７と固定電極５Ａ，５Ｂに交流電流を流し、電極５Ａ，７間および電極５Ｂ，７間の静電容量Ｃをインピーダンスに換算して電流測定手段２１で測定する。この場合、測定したインピーダンスから静電容量Ｃを求めることもできる。その他の構成は図１の場合と同様である。
【００２７】
図７は、図１の破片検出センサにおける測定・判定手段１７の構成要素である静電容量測定手段１４の他の構成例を示す。この静電容量測定手段１４は、ＯＰアンプ３２で構成した発振器３０と、この発振器３０の発振周波数から静電容量を推定する周波数対応容量推定手段３１とでなり、測定した発振器３０の周波数から電極５Ａ，７間および電極５Ｂ，７間の静電容量Ｃを推定する。この場合の発振器３０はリラクセーションオシレータ（relaxation oscillator ）と呼ばれ、ＯＰアンプ３２に抵抗３３Ｒa ，３３Ｒb ，３３Ｒt 、およびコンデンサ３３Ｃt を接続して構成される。抵抗３３Ｒa ，３３Ｒb ，３３Ｒt の抵抗値をＲa ，Ｒb ，Ｒt 、コンデンサ３３Ｃt の静電容量をＣt とすると、発振周波数ｆは、およそ、
ｆ＝１／（２Ｒt Ｃt ） ……（４）
となることが知られている。ここでは、前記発振器３０のコンデンサ３３Ｃt が前記電極５Ａ，７間および電極５Ｂ，７間の静電容量Ｃに置き換えられることで、その静電容量Ｃが推定される。
【００２８】
図８は、図１の破片検出センサにおける測定・判定手段１７の構成要素である静電容量測定手段１４のさらに他の構成例を示す。この静電容量測定手段１４は、充放電手段４０と、その充電および放電の繰り返しにおける過度現象によって生じる充放電時間より静電容量を推定する充放電時間対応静電容量推定手段４１とでなる。充放電手段４０は、充電抵抗４２と充電スイッチ４３の直列回路部を被測定静電容量Ｃt に直列接続すると共に、放電スイッチ４４と放電抵抗４５の直列回路部を被測定静電容量Ｃt に並列接続した回路である。充放電時間対応静電容量推定手段４１は、充放電手段４０での充放電電圧を監視する電圧測定手段４６と、この電圧測定手段４６が監視する電圧が規定電圧になるまでの時間を測定することにより、被測定静電容量Ｃt を推定する判断手段４７とでなる。
【００２９】
この場合、例えば、充電スイッチ４３をオンにして充電を開始し、被測定静電容量Ｃt の充電電圧を電圧測定手段４６で監視して、その充電電圧が規定電圧になるまでの充電時間を判断手段４７で測定することにより、被測定静電容量Ｃt を推定できる。または、予め所定電圧まで充電させた被測定静電容量Ｃt に対して、放電スイッチ４４をオンにして放電を開始し、被測定静電容量Ｃt の放電電圧を電圧測定手段４６で監視して、その放電電圧が規定電圧になるまでの放電時間を判断手段４７で測定することにより、被測定静電容量Ｃt を推定できる。ここでは、前記被測定静電容量Ｃt が電極５Ａ，７間および電極５Ｂ，７間の静電容量Ｃに置き換えられることで、その静電容量Ｃが推定される。
【００３０】
このように、この実施形態の破片検出センサでは、３つの電極５Ａ，５Ｂ，７のうち少なくとも１つの電極（可動電極）７を電極移動機構９で動かすことによって、いずれか２つの電極間（下側の固定電極５Ａと可動電極７との間、および上側の固定電極５Ｂと可動電極７との間）に破片１３を挟み込み、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定・判定手段１７で測定することで、破片１３の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出するものとしているので、２つの電極間に破片１３が挟み込まれる確率が高くなり、潤滑油中に混入する破片１３の有無または大きさまたは蓄積量を、混入する破片１３の量に左右されずに安定良く検出できる。
また、上記破片検出センサを自動車，航空機，ヘリコプタ等に組み込んだ場合、潤滑油中に混入した破片の状態をモニターすることができるため、故障の前兆あるいは故障の診断を行い、運転の停止や部品交換が必要なことを知らせることができ、安全性が向上する。また、機械部品の寿命や経年変化を予測できるため、部品の無駄な交換や遅れた交換がなくなり、経済性が向上する。
【００３１】
また、この実施形態では、３つの電極５Ａ，５Ｂ，７のうち、上側２つの電極（固定電極５Ｂと可動電極７）の間、および下側２つの電極（可動電極７と固定電極５Ａ）の間に、それぞれギャップを測定するギャップ測定手段（変位センサ１６と静電容量測定手段１４）を設け、電極移動機構（直動アクチュエータ）９は、上側２つの電極５Ｂ，７間および下側２つの電極７，５Ａ間に破片１３を挟み込むように、中央の電極（可動電極）７を上下動作させるものとしているので、中央の電極（可動電極）７の１回のストロークの両端でそれぞれ検出動作を行えることになり、検出動作の効率も高めることができる。
【００３２】
また、この実施形態では、中央の電極（可動電極）７を動作させる電極移動機構（直動アクチュエータ）９を、検査対象の流体（潤滑油）を流す流路（油路）４ａの外部に設置し、２つの固定電極５Ａ，５Ｂのうち一方の固定電極５Ｂに設けた孔１９を貫通する貫通体７ｂを介して可動電極７を動かすものとしているので、３つの電極５Ａ，５Ｂ，７をコンパクトに配置できる。
【００３３】
さらに、この実施形態では、固定電極５Ａと可動電極７の間、および固定電極５Ｂと可動電極７の間の静電容量を静電容量測定手段１４で測定すると共に、これら各２つの電極間のギャップを変位センサ１６で測定し、これら二種類のセンサ１４，１６の出力から破片１３の導電性と非導電性の判別をする導電性・非導電性判別部１８を有するものとしているので、検出した破片１３が金属材料等の導電性材料であるか、樹脂・セラミック材料のような非導電性材料であるかを識別することができる。
【００３４】
なお、前記２つの電極５，７の間のギャップを測定する手段としては、前記実施形態のように、静電容量測定手段１４と変位センサ１６を併用する場合に限らず、静電容量測定手段１４だけを用いても良いし、変位センサ１６だけを用いても良い。また、静電容量測定手段１４だけを用いる場合、各２つの電極における少なくともいずれか一方の電極対向面に絶縁材料のコーティング層を設けるものとすれば、２つの電極間に挟み込まれる破片１３が導電性材料からなる場合であっても２つの電極間が短絡しないので、破片１３が導電性材料であるか非導電性材料であるかを問わず２つの電極間の静電容量を正しく測定でき、破片１３の有無、大きさ、蓄積量を正確に検出できる。
【００３５】
図９は、この発明の破片検出センサの他の実施形態を示す。この実施形態では、図１に示す実施形態における変位センサ１６を、アクチュエータ固定部材１０における可動軸９ａの後端と対向する位置に設けたものである。
【００３６】
この実施形態の場合、変位センサ１６は、可動軸９ａの変位量を測定することになるが、可動電極７は電極固定部材８を介して可動軸９ａに連結されているため、可動軸９ａの変位量から、固定電極５Ａと可動電極７の間のギャップｄ、および固定電極５Ｂと可動電極７の間のギャップｄを検出することができる。
【００３７】
図１０は、この発明の破片検出センサのさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１に示す実施形態において、判定手段１５の次段に記録手段５０を追加して、潤滑油中に混入した破片１３の状態をリアルタイムでモニターできるようにしたものである。記録された数値の変化履歴により潤滑油の状態を推測し、ゴミや破片の増加傾向などの情報を出力することができる。静電容量測定手段１４は、図６〜図８に示したいずれの構成のものを使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る破片検出センサの電源投入時の第１モードでの状態を示す概略構成図である。
【図２】同破片検出センサの電源投入停止時の概略構成図である。
【図３】同破片検出センサの電源投入時の第２モードでの状態を示す概略構成図である。
【図４】同破片検出センサの検出動作の説明図である。
【図５】同破片検出センサの検出動作の他の説明図である。
【図６】同破片検出センサにおける静電容量測定手段として一構成例を用いた場合の検出動作の説明図である。
【図７】同破片検出センサにおける静電容量測定手段の他の構成例を示す回路図である。
【図８】同破片検出センサにおける静電容量測定手段のさらに他の構成例を示す回路図である。
【図９】この発明の他の実施形態に係る破片検出センサの検出動作の説明図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態に係る破片検出センサの検出動作の説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
４ａ…油路
５Ａ，５Ｂ…固定電極
７…可動電極
７ｂ…貫通体
９…電極移動機構
１３…破片
１４…静電容量測定手段
１５…判定手段
１６…変位センサ
１７…測定・判定手段
１８…導電性・非導電性判別部
１９…孔
【技術分野】
【０００１】
この発明は、潤滑油などの流体中に混入した破片を検出する破片検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車や航空機、ヘリコプタ等の潤滑油中に、エンジンやトランスミッション、軸受等の摩耗や破損によって生じた金属破片あるいは金属粉が混入していることを検出する装置として、メタルチェックセンサあるいはオイルチェックセンサあるいはデブリスセンサなどと呼ばれる金属片検出装置が提案されている（特許文献１〜５）。
このような金属片検出装置は、エンジンやギアボックス、軸受等の各種装置の健全性を検査する手段として使用され、検査対象の装置の各部位における劣化の情報をこれらの部位に破壊的な故障が生じる前に得ることができる。
【特許文献１】特開昭５５−０５２９４３号公報
【特許文献２】特開昭６１−２５３４５５号公報
【特許文献３】特開２０００−３２１２４８号公報
【特許文献４】特許２７０３５０２号公報
【特許文献５】特許２８６５８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在、特に航空機用ジェットエンジンにおいて、その小型化と高速化が求められている。従来より、航空機用ジェットエンジンの主軸用軸受では、その転動体に金属材料が用いられてきたが、現状の転動体材料では更なる高速化が困難な状況にある。高速化に耐えうるためには、軸受の転動体を窒化珪素（Si3N4 ）等を原材料とするセラミック玉やセラミックころとする必要がある。また、ジェットエンジン用軸受にセラミック玉やセラミックころを適用した場合、大きく性能が向上し、ひいてはジェットエンジンの効率が向上し、環境負荷を軽減できる可能性がある。
一方、従来の金属片検出装置では、金属材料あるいは磁性材料あるいは導電性材料の破片のみ検出が可能であり、非金属、非磁性、非導電性を特徴とするセラミック材の検出は不可能であった。したがって、例えばセラミック製の転動体を使用した軸受の場合には、破壊的な故障が生じる前に、金属片検出装置を用いて劣化や損傷に関する情報を得ることができない。そのため、現状ではこの様な構成の軸受は、用途が限定された航空機にしか使用されていない。
【０００４】
そこで、このような課題を解決する破片検出センサとして、２つの対面する平板を設け、これら２つの平板のうち少なくとも１つの平板を平板移動機構で対面方向に動かすことで流体中に混入する破片を前記２つの平板間に挟み込むようにし、この状態での２つの平板間のギャップ変動を静電容量の変化やインダクタンス変化などとして検出するギャップセンサを設け、そのギャップセンサの測定値から前記破片の有無や大きさ、あるいは蓄積量を検出する構成のものが考えられる。
【０００５】
しかし、この構成では、検査対象の潤滑油などの流体を前記２つの平板間に流して流体中の破片を２つの平板で挟む場合に、流体中に検出対象の破片がごく僅かしか存在しないと、破片が挟み込まれる確率が低くなってしまうので、できるだけ検出領域を大きくして検出確率を高める必要がある。
【０００６】
この発明の目的は、流体中に混入する破片の有無または大きさまたは蓄積量を、混入する破片の量に左右されずに安定良く検出できる破片検出センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の破片検出センサは、流体中に混入する破片を検出する破片検出センサであって、３つの電極を備え、これら３つの電極のうち少なくとも１つの電極を動かすことによっていずれか２つの電極間に前記破片を挟み込ませる電極移動機構と、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定することで、前記破片の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出する測定・判定手段を設けたものである。
この構成によると、３つの電極のうち少なくとも１つの電極を電極移動機構で動かすことによって、いずれか２つの電極間に破片を挟み込み、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定・判定手段で測定することで、破片の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出するものとしているので、２つの電極間に破片が挟み込まれる確率が高くなり、流体中に混入する破片の有無または大きさまたは蓄積量を、混入する破片の量に左右されずに安定良く検出できる。
また、上記破片検出センサを自動車，航空機，ヘリコプタ等に組み込んだ場合、潤滑油中に混入した破片の状態をモニターすることができるため、故障の前兆あるいは故障の診断を行い、運転の停止や部品交換が必要なことを知らせることができ、安全性が向上する。また、機械部品の寿命や経年変化を予測できるため、部品の無駄な交換や遅れた交換がなくなり、経済性が向上する。
【０００８】
この発明において、３つの電極のうち、上側２つの電極の間、および下側２つの電極の間に、それぞれギャップを測定するギャップ測定手段を設け、前記電極移動機構は、上側２つの電極間および下側２つの電極間に破片を挟み込むように、中央の電極を上下動作させるものであっても良い。この構成の場合、中央の電極の１回のストロークの両端でそれぞれ検出動作を行えることになり、検出動作の効率も高めることができる。
【０００９】
この発明において、中央の電極を動作させる電極移動機構が、前記流体を流す流路の外部に設置され、この電極移動機構は、固定側の２つの電極のうちのいずれか一方の電極に設けた孔を貫通した貫通体を介して可動電極を動かすものであっても良い。この構成の場合、３つの電極をコンパクトに配置できる。
【００１０】
この発明において、前記測定・判定手段は、破片を挟み込んだ２つの電極間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、この静電容量測定手段の出力から前記２つの電極間のギャップの大きさを推定する判定手段とで構成されるものであっても良い。
【００１１】
この発明において、前記測定・判定手段は、前記破片を挟み込んだ２つの電極間のギャップを測定する変位センサを有し、前記静電容量測定手段の出力と前記変位センサの出力とから、前記２つの電極間に挟まれた破片の導電性と非導電性の判別をする導電性・非導電性判別部を有するものとしても良い。この構成の場合、検出した破片が金属材料等の導電性材料であるか、樹脂・セラミック材料のような非導電性材料であるかを識別することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の破片検出センサは、流体中に混入する破片を検出する破片検出センサであって、３つの電極を備え、これら３つの電極のうち少なくとも１つの電極を動かすことによっていずれか２つの電極間に前記破片を挟み込ませる電極移動機構と、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定することで、前記破片の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出する測定・判定手段を設けたため、流体中に混入する破片の有無または大きさまたは蓄積量を、混入する破片の量に左右されずに安定良く検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１は、この実施形態の破片検出センサの概略構成図を示す。この破片検出センサは、検査対象である流体中に混入する破片を検出するセンサであって、３つの電極５Ａ，５Ｂ，７と、これら３つの電極５Ａ，５Ｂ，７のうち少なくとも１つの電極を動かすことによっていずれか２つの電極間に破片１３（図４）を挟み込ませる電極移動機構９と、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定することで、前記破片１３の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出する測定・判定手段１７とを備える。この破片検出センサの場合、潤滑油が検査対象の流体とされる。
【００１４】
前記３つの電極５Ａ，５Ｂ，７と電極移動機構９はセンサユニット１に組み込まれる。このセンサユニット１はベース部材４を有し、そのベース部材４には検査対象である潤滑油を流す油路４ａが貫通して設けられている。油路４ａの一端には給油配管２が接続され、油路４ａの他端には排油配管３が接続されている。この場合、潤滑油は、給油配管２の油路２ａからベース部材４の油路４ａを経由し、排油配管３の油路３ａに流れる。例えば、給油配管２はエンジンやギアボックス、軸受等で使用された潤滑油が収集される配管に接続され、排油配管３はオイルタンクへの配管に接続される。
【００１５】
３つの電極５Ａ，５Ｂ，７はいずれも導電性材料からなり、前記ベース部材４の油路４ａの途中において、その油路４ａの貫通方向と直交する方向に互いに平行となるように並べて配置される。そのうち１つの電極５Ａは平板状とされた固定電極であって、絶縁材料からなる電極固定部材６Ａを介してベース部材４に電気的に絶縁された状態で固定されている。この固定電極５Ａは、その表面が油路４ａ内に臨む向きとなるようにベース部材４の下側に配置される。もう１つの電極５Ｂも平板状とされた固定電極であって、絶縁材料からなる別の電極固定部材６Ｂを介してベース部材４に電気的に絶縁された状態で固定されている。この固定電極５Ｂは、その表面が油路４ａ内に臨み前記下側の固定電極５Ａと対面する向きとなるようにベース部材４の上側に配置される。残る１つの電極７は、平板状の電極基体７ａと、この電極基体７ａの片面から垂直に延びて前記固定電極５Ｂおよび電極固定部材６Ｂに設けられた孔１９を貫通する貫通体７ｂとからなる断面Ｔ字状の可動電極であって、その貫通体７ｂの後端が電極移動機構９の可動軸９ａに連結され、可動軸９ａと一体に進退自在とされる。この可動電極７は、その電極基体７ａが前記油路４ａにおける前記両固定電極５Ａ，５Ｂ間の中央部に位置して電極基体７ａの各片面が両固定電極５Ａ，５Ｂにそれぞれ対面するように配置される。なお、上側の固定電極５Ｂを貫通する可動電極７の貫通体７ｂは、固定電極５Ｂに対して電気的に絶縁状態が保たれている。貫通体７ｂだけを絶縁材料とすることにより、固定電極５Ｂとの間が電気的絶縁状態となるようにしても良い。
【００１６】
電極移動機構９はプッシュプルソレノイド等からなる直動アクチュエータであって、その可動軸９ａが前記ベース部材４の油路４ａの貫通方向と直交する方向に進退自在となるように、アクチュエータ固定部材１０を介してベース部材４に固定されている。電極移動機構９の可動軸９ａの先端部には、絶縁材料からなる電極固定部材８を介して、前記可動電極７の貫通体７ｂが電気的に絶縁された状態で固定されている。ここでは電極移動機構９としてプッシュプルソレノイドからなる直動アクチュエータを使用した例を示しているが、直線動作を行えるものであれば、その種類は問わない。例えば、電動モータとボールネジを組み合わせたものでも良いし、空圧や油圧を使用したものでも良い。直動アクチュエータを用いた場合は、回転駆動源を用いる場合と異なり、回転を直線運動に変換する機構が不要で、破片検出センサを簡素でコンパクトな構成とできる。
電極移動機構９を動作させると、その可動軸９ａに電極固定部材８を介して連結された可動電極７が進退して、両固定電極５Ａ，５Ｂに近づいたり、離れたりする。
【００１７】
電極移動機構９の可動軸９ａは、その後端部に固定されたばね受け部材１１とアクチュエータ固定部材１０との間に介在させた圧縮ばね１２により、進出方向に付勢される。
図１は、電極移動機構９に電源を投入して可動軸９ａの進出を規制する第１のモードに設定した状態を示し、このとき可動軸９ａは圧縮ばね１２を圧縮させて若干後退しており、可動電極７は両固定電極５Ａ，５Ｂから共に離れた中央位置にある。一方、電極移動機構９に電源を投入していない状態では、圧縮ばね１２が復元する力によって、可動電極７は図２のように下側の固定電極５Ａに接触する位置まで進出する。可動電極７と固定電極５Ａとが接触した状態で、可動電極７には圧縮ばね１２による予圧が与えられているので、可動電極７と固定電極５とは一定の圧力で接触した状態となる。図３は、電極移動機構９に電源を投入して、可動軸９ａを図１の第１のモードの状態よりも上側に後退させる第２のモードに設定した状態を示し、このとき可動電極７は上側の固定電極５Ｂに接触する位置まで後退する。
【００１８】
測定・判定手段１７は、静電容量測定手段１４と変位センサ１６と判定手段１５とでなる。静電容量測定手段１４は、可動電極７と各固定電極５Ａ，５Ｂとの間の静電容量を測定する手段であり、静電容量測定手段１４の入力端子１４ａ，１４ｂがそれぞれ可動電極７と固定電極５Ａ，５Ｂに接続される。変位センサ１６は、可動電極７と各固定電極５Ａ，５Ｂとの間のギャップを測定するギャップセンサであり、例えば下側の固定電極５Ａに埋め込んだ状態で設けられる。この場合、変位センサ１６は、直接的には可動電極７と下側の固定電極５Ａの間のギャップを測定することになるが、両固定電極５Ａ，５Ｂ間の距離および可動電極７の電極基体７ａの厚みが一定であることより、可動電極７と下側の固定電極５Ａの間のギャップ測定値から可動電極７と上側の固定電極５Ｂの間のギャップも自動的に算出される。
【００１９】
ここでは、変位センサ１６として例えば渦電流式のものが用いられるが、磁気式，光学式等の他の方式のものを用いても良い。判定手段１５は、静電容量測定手段１４の測定値と変位センサ１６の測定値とから潤滑油中の破片１３の有無、破片１３の材質、大きさ、または蓄積量を推定する手段であり、例えば測定値と判定結果の関係を定めたテーブルまたは演算式の判定規則を有し、その判定規則と測定値とを比較して判定結果を出力する。判定手段１５は、その機能の一部として検出された破片１３が導電性材料であるか非導電性材料であるかを判別する導電性・非導電性判別部１８を有する。
【００２０】
次に、この破片検出センサを用いて、エンジン，ギアボックス，軸受等の装置の摩耗や破損によって生じた各種材料からなる破片が混入している潤滑油から、その破片を検出する動作を説明する。
上記したように、電極移動機構９に電源を投入して例えば第２のモードに設定すると、図３のように可動軸９ａが後退して、その可動軸９ａに電極固定部材８を介して設置された可動電極７が下側の固定電極５Ａから離れ、可動電極７は上側の固定電極５Ｂに接触する位置となる。
【００２１】
次に、検査対象の流体として、エンジン，ギアボックス，軸受等に使用されている潤滑油を給油配管２の油路２ａからベース部材４の油路４ａ内を経由して排油配管３の油路３ａに流す。このとき、ベース部材４の油路４ａを流れる潤滑油中に、エンジンやギアボックス、軸受等の摩耗や破損によって生じた破片１３が混入していると、その破片１３は可動電極７と下側の固定電極５Ａとの間を流れる。
この状態のもとに、電極移動機構９への電源の投入を停止すると、圧縮ばね１２の復元力により、可動軸９ａと一体に可動電極７が下側の固定電極５Ａに接近する方向に進出して、図４のように可動電極７と下側の固定電極５Ａとの間に破片１３が挟み込まれる。これにより、可動電極７と固定電極５Ａとの間には、破片１３の厚み分だけギャップｄが生じる。このギャップｄを変位センサ１６が測定する。同時に、このギャップｄにより、２つの電極５Ａ，７間には静電容量Ｃが形成される。
【００２２】
ところで、一般的に、平行平板間の静電容量Ｃは
Ｃ＝εｏεｒＳ／ｄ ……（１）
となることが知られている。すなわち、静電容量Ｃ［Ｆ］は、真空中の誘電率εｏ（8.854 ×10-12 ［Ｆ／ｍ］）と潤滑油の誘電率εr と平行平板の面積Ｓ［ｍ2 ］とを掛け合わせたものを、平行平板間のギャップｄ［ｍ］で割った値となる。潤滑油の誘電率εr は一定であり、平行平板の面積Ｓが一定であると、静電容量Ｃの値は平行平板間のギャップｄに依存する。
そこで、２つの電極５Ａ，７間の静電容量Ｃを前記静電容量測定手段１４で測定することにより、変位センサ１６による測定とは別の方法で電極５Ａ，７間のギャップｄの値を検出でき、その値によっても破片１３の大きさや蓄積量を推定することができる。
【００２３】
ここで、挟み込まれた破片１３が導電性材料であると２つの電極５Ａ，７間は短絡状態となるので、静電容量Ｃの測定から求められるギャップｄ２は、ゼロもしくは非常に小さな値となる。これに対して、変位センサ１６によって得られるギャップｄ１は、静電容量測定手段１４の測定値から推定されるギャップｄ２とは異なった値となる。このように、2 つの測定結果の違いを検出して、検出された破片１３が導電性であるか非導電性であるかを判別することが可能となる。すなわち、判定手段１５の導電性・非導電性判別部１８は検出された破片１３が導電性材料か非導電性材料かを判断する機能を有し、
ｄ１≫ｄ２ ……（２）
となる場合には、検出された破片１３が導電性のものであると判断する。また、2 つの値ｄ１，ｄ２が互いに近い値であって、かつゼロギャップでない場合、つまり
ｄ１≒ｄ２（≠０） ……（３）
となる場合には、検出された破片１３が非導電性のものであると判断する。また、判定手段１５は、破片１３の大きさを、変位センサ１６の検出値ｄ１で代表して出力する。
【００２４】
一方、２つの電極５Ａ，７間に破片１３がない場合にも、２つの電極５Ａ，７間は短絡状態となるので、静電容量Ｃの測定から求められるギャップｄ２は、ゼロもしくは非常に小さな値となる。この場合、変位センサ１６によって得られるギャップｄ１もゼロギャップとなるので、これらの結果から判定手段１５は破片１３が無いと判断する。
【００２５】
次に、図４の状態から、電極移動機構９に電源を投入して第２のモードに設定すると、図５のように可動軸９ａが第１のモードよりもさらに後退して、可動電極７と上側の固定電極５Ｂとの間に破片１３が挟み込まれる。これにより、可動電極７と上側の固定電極５Ｂとの間には、破片１３の厚み分だけギャップｄが生じる。このギャップｄを変位センサ１６が測定する。この場合、変位センサ１６は、下側の固定電極５Ａと可動電極７の間のギャップ測定値を基にして、可動電極７と上側の固定電極５Ｂの間のギャップを間接的に測定することになる。同時に、このギャップｄにより、２つの電極５Ｂ，７間には静電容量Ｃが形成される。ここでも、可動電極７と下側の固定電極５Ａとの間に破片１３が挟まれる場合と同様にして、破片１３の有無、大きさ、蓄積量が検出され、さらには検出された破片１３が導電性か非導電性かが判断される。
【００２６】
図６は、図１の破片検出センサにおける測定・判定手段１７の構成要素である静電容量測定手段１４の一構成例を示す。この静電容量測定手段１４は、直列接続した発振器２０と電流測定手段２１とでなり、発振器２０から可動電極７と固定電極５Ａ，５Ｂに交流電流を流し、電極５Ａ，７間および電極５Ｂ，７間の静電容量Ｃをインピーダンスに換算して電流測定手段２１で測定する。この場合、測定したインピーダンスから静電容量Ｃを求めることもできる。その他の構成は図１の場合と同様である。
【００２７】
図７は、図１の破片検出センサにおける測定・判定手段１７の構成要素である静電容量測定手段１４の他の構成例を示す。この静電容量測定手段１４は、ＯＰアンプ３２で構成した発振器３０と、この発振器３０の発振周波数から静電容量を推定する周波数対応容量推定手段３１とでなり、測定した発振器３０の周波数から電極５Ａ，７間および電極５Ｂ，７間の静電容量Ｃを推定する。この場合の発振器３０はリラクセーションオシレータ（relaxation oscillator ）と呼ばれ、ＯＰアンプ３２に抵抗３３Ｒa ，３３Ｒb ，３３Ｒt 、およびコンデンサ３３Ｃt を接続して構成される。抵抗３３Ｒa ，３３Ｒb ，３３Ｒt の抵抗値をＲa ，Ｒb ，Ｒt 、コンデンサ３３Ｃt の静電容量をＣt とすると、発振周波数ｆは、およそ、
ｆ＝１／（２Ｒt Ｃt ） ……（４）
となることが知られている。ここでは、前記発振器３０のコンデンサ３３Ｃt が前記電極５Ａ，７間および電極５Ｂ，７間の静電容量Ｃに置き換えられることで、その静電容量Ｃが推定される。
【００２８】
図８は、図１の破片検出センサにおける測定・判定手段１７の構成要素である静電容量測定手段１４のさらに他の構成例を示す。この静電容量測定手段１４は、充放電手段４０と、その充電および放電の繰り返しにおける過度現象によって生じる充放電時間より静電容量を推定する充放電時間対応静電容量推定手段４１とでなる。充放電手段４０は、充電抵抗４２と充電スイッチ４３の直列回路部を被測定静電容量Ｃt に直列接続すると共に、放電スイッチ４４と放電抵抗４５の直列回路部を被測定静電容量Ｃt に並列接続した回路である。充放電時間対応静電容量推定手段４１は、充放電手段４０での充放電電圧を監視する電圧測定手段４６と、この電圧測定手段４６が監視する電圧が規定電圧になるまでの時間を測定することにより、被測定静電容量Ｃt を推定する判断手段４７とでなる。
【００２９】
この場合、例えば、充電スイッチ４３をオンにして充電を開始し、被測定静電容量Ｃt の充電電圧を電圧測定手段４６で監視して、その充電電圧が規定電圧になるまでの充電時間を判断手段４７で測定することにより、被測定静電容量Ｃt を推定できる。または、予め所定電圧まで充電させた被測定静電容量Ｃt に対して、放電スイッチ４４をオンにして放電を開始し、被測定静電容量Ｃt の放電電圧を電圧測定手段４６で監視して、その放電電圧が規定電圧になるまでの放電時間を判断手段４７で測定することにより、被測定静電容量Ｃt を推定できる。ここでは、前記被測定静電容量Ｃt が電極５Ａ，７間および電極５Ｂ，７間の静電容量Ｃに置き換えられることで、その静電容量Ｃが推定される。
【００３０】
このように、この実施形態の破片検出センサでは、３つの電極５Ａ，５Ｂ，７のうち少なくとも１つの電極（可動電極）７を電極移動機構９で動かすことによって、いずれか２つの電極間（下側の固定電極５Ａと可動電極７との間、および上側の固定電極５Ｂと可動電極７との間）に破片１３を挟み込み、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定・判定手段１７で測定することで、破片１３の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出するものとしているので、２つの電極間に破片１３が挟み込まれる確率が高くなり、潤滑油中に混入する破片１３の有無または大きさまたは蓄積量を、混入する破片１３の量に左右されずに安定良く検出できる。
また、上記破片検出センサを自動車，航空機，ヘリコプタ等に組み込んだ場合、潤滑油中に混入した破片の状態をモニターすることができるため、故障の前兆あるいは故障の診断を行い、運転の停止や部品交換が必要なことを知らせることができ、安全性が向上する。また、機械部品の寿命や経年変化を予測できるため、部品の無駄な交換や遅れた交換がなくなり、経済性が向上する。
【００３１】
また、この実施形態では、３つの電極５Ａ，５Ｂ，７のうち、上側２つの電極（固定電極５Ｂと可動電極７）の間、および下側２つの電極（可動電極７と固定電極５Ａ）の間に、それぞれギャップを測定するギャップ測定手段（変位センサ１６と静電容量測定手段１４）を設け、電極移動機構（直動アクチュエータ）９は、上側２つの電極５Ｂ，７間および下側２つの電極７，５Ａ間に破片１３を挟み込むように、中央の電極（可動電極）７を上下動作させるものとしているので、中央の電極（可動電極）７の１回のストロークの両端でそれぞれ検出動作を行えることになり、検出動作の効率も高めることができる。
【００３２】
また、この実施形態では、中央の電極（可動電極）７を動作させる電極移動機構（直動アクチュエータ）９を、検査対象の流体（潤滑油）を流す流路（油路）４ａの外部に設置し、２つの固定電極５Ａ，５Ｂのうち一方の固定電極５Ｂに設けた孔１９を貫通する貫通体７ｂを介して可動電極７を動かすものとしているので、３つの電極５Ａ，５Ｂ，７をコンパクトに配置できる。
【００３３】
さらに、この実施形態では、固定電極５Ａと可動電極７の間、および固定電極５Ｂと可動電極７の間の静電容量を静電容量測定手段１４で測定すると共に、これら各２つの電極間のギャップを変位センサ１６で測定し、これら二種類のセンサ１４，１６の出力から破片１３の導電性と非導電性の判別をする導電性・非導電性判別部１８を有するものとしているので、検出した破片１３が金属材料等の導電性材料であるか、樹脂・セラミック材料のような非導電性材料であるかを識別することができる。
【００３４】
なお、前記２つの電極５，７の間のギャップを測定する手段としては、前記実施形態のように、静電容量測定手段１４と変位センサ１６を併用する場合に限らず、静電容量測定手段１４だけを用いても良いし、変位センサ１６だけを用いても良い。また、静電容量測定手段１４だけを用いる場合、各２つの電極における少なくともいずれか一方の電極対向面に絶縁材料のコーティング層を設けるものとすれば、２つの電極間に挟み込まれる破片１３が導電性材料からなる場合であっても２つの電極間が短絡しないので、破片１３が導電性材料であるか非導電性材料であるかを問わず２つの電極間の静電容量を正しく測定でき、破片１３の有無、大きさ、蓄積量を正確に検出できる。
【００３５】
図９は、この発明の破片検出センサの他の実施形態を示す。この実施形態では、図１に示す実施形態における変位センサ１６を、アクチュエータ固定部材１０における可動軸９ａの後端と対向する位置に設けたものである。
【００３６】
この実施形態の場合、変位センサ１６は、可動軸９ａの変位量を測定することになるが、可動電極７は電極固定部材８を介して可動軸９ａに連結されているため、可動軸９ａの変位量から、固定電極５Ａと可動電極７の間のギャップｄ、および固定電極５Ｂと可動電極７の間のギャップｄを検出することができる。
【００３７】
図１０は、この発明の破片検出センサのさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１に示す実施形態において、判定手段１５の次段に記録手段５０を追加して、潤滑油中に混入した破片１３の状態をリアルタイムでモニターできるようにしたものである。記録された数値の変化履歴により潤滑油の状態を推測し、ゴミや破片の増加傾向などの情報を出力することができる。静電容量測定手段１４は、図６〜図８に示したいずれの構成のものを使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る破片検出センサの電源投入時の第１モードでの状態を示す概略構成図である。
【図２】同破片検出センサの電源投入停止時の概略構成図である。
【図３】同破片検出センサの電源投入時の第２モードでの状態を示す概略構成図である。
【図４】同破片検出センサの検出動作の説明図である。
【図５】同破片検出センサの検出動作の他の説明図である。
【図６】同破片検出センサにおける静電容量測定手段として一構成例を用いた場合の検出動作の説明図である。
【図７】同破片検出センサにおける静電容量測定手段の他の構成例を示す回路図である。
【図８】同破片検出センサにおける静電容量測定手段のさらに他の構成例を示す回路図である。
【図９】この発明の他の実施形態に係る破片検出センサの検出動作の説明図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態に係る破片検出センサの検出動作の説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
４ａ…油路
５Ａ，５Ｂ…固定電極
７…可動電極
７ｂ…貫通体
９…電極移動機構
１３…破片
１４…静電容量測定手段
１５…判定手段
１６…変位センサ
１７…測定・判定手段
１８…導電性・非導電性判別部
１９…孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中に混入する破片を検出する破片検出センサであって、３つの電極を備え、これら３つの電極のうち少なくとも１つの電極を動かすことによっていずれか２つの電極間に前記破片を挟み込ませる電極移動機構と、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定することで、前記破片の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出する測定・判定手段を設けた破片検出センサ。
【請求項２】
請求項１において、３つの電極のうち、上側２つの電極の間、および下側２つの電極の間に、それぞれギャップを測定するギャップ測定手段を設け、前記電極移動機構は、上側２つの電極間および下側２つの電極間に破片を挟み込むように、中央の電極を上下動作させるものである破片検出センサ。
【請求項３】
請求項２において、中央の電極を動作させる電極移動機構が、前記流体を流す流路の外部に設置され、この電極移動機構は、固定側の２つの電極のうちのいずれか一方の電極に設けた孔を貫通した貫通体を介して可動電極を動かすものである破片検出センサ。
【請求項４】
請求項１において、前記測定・判定手段は、破片を挟み込んだ２つの電極間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、この静電容量測定手段の出力から前記２つの電極間のギャップの大きさを推定する判定手段とで構成される破片検出センサ。
【請求項５】
請求項４において、前記測定・判定手段は、前記破片を挟み込んだ２つの電極間のギャップを測定する変位センサを有し、前記静電容量測定手段の出力と前記変位センサの出力とから、前記２つの電極間に挟まれた破片の導電性と非導電性の判別をする導電性・非導電性判別部を有するものとした破片検出センサ。
【請求項１】
流体中に混入する破片を検出する破片検出センサであって、３つの電極を備え、これら３つの電極のうち少なくとも１つの電極を動かすことによっていずれか２つの電極間に前記破片を挟み込ませる電極移動機構と、挟み込んだ２つの電極のギャップを測定することで、前記破片の有無、大きさ、および蓄積量のいずれかを検出する測定・判定手段を設けた破片検出センサ。
【請求項２】
請求項１において、３つの電極のうち、上側２つの電極の間、および下側２つの電極の間に、それぞれギャップを測定するギャップ測定手段を設け、前記電極移動機構は、上側２つの電極間および下側２つの電極間に破片を挟み込むように、中央の電極を上下動作させるものである破片検出センサ。
【請求項３】
請求項２において、中央の電極を動作させる電極移動機構が、前記流体を流す流路の外部に設置され、この電極移動機構は、固定側の２つの電極のうちのいずれか一方の電極に設けた孔を貫通した貫通体を介して可動電極を動かすものである破片検出センサ。
【請求項４】
請求項１において、前記測定・判定手段は、破片を挟み込んだ２つの電極間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、この静電容量測定手段の出力から前記２つの電極間のギャップの大きさを推定する判定手段とで構成される破片検出センサ。
【請求項５】
請求項４において、前記測定・判定手段は、前記破片を挟み込んだ２つの電極間のギャップを測定する変位センサを有し、前記静電容量測定手段の出力と前記変位センサの出力とから、前記２つの電極間に挟まれた破片の導電性と非導電性の判別をする導電性・非導電性判別部を有するものとした破片検出センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１０７１５１（Ｐ２００８−１０７１５１Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８８７５７（Ｐ２００６−２８８７５７）
【出願日】平成１８年１０月２４日（２００６．１０．２４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２４日（２００６．１０．２４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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