JP3577268B2 - 流体の成分、性状の変化検出方法および検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間の生活環境に存在する気体、油剤、水溶液など種々の流体の汚染、劣化あるいは漏洩状態などを検出する流体の成分、性状の変化の検出方法および検出器に係り、特に、任意の金属その他固体の導電性物質からなる電極対を用いて、流体の成分、性状の変化を検出するようにした流体の成分、性状の変化検出方法および検出器ならびにこれらに使用するのに好適な分離型補助電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現代の文明社会では、産業活動、生活活動に基づく環境汚染が重大問題となっているが、中でも空気、水、油などの流体からなる環境物質が我々人間社会の産業、生活に及ぼす影響はきわめて大きい。
【０００３】
ところが、これらの環境物質の汚染、劣化状態を把握するために、従来は、高度な機器分析か、専門知織の必要な化学分析によって行われ、一般的な現場レベルでは対応できなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した現場レベルでの対応として、従来から、誘電率による方法、電位差による方法、電気抵抗による方法、その他種々の方法が創案されているが、これらの方法は種々の問題点を抱えており、未だ充分に実用化されていない。
【０００５】
したがって、油剤などの劣化判定においては、例えば食用油では経験と勘に頼り、機械加工に使用する例えば切削油のような対金属油剤では、加工部品の仕上り不良が出始めた時点で新油と交換するとか、高精度を必要とする加工では切削油の劣化程度には関係なく、定期的に新油と交換するのが一般的であった。さらに、機械潤滑油や作動油に至ってはトラブルが発生して初めて油剤を調査するというのが現状であった。
【０００６】
そして、特に必要な場合には、高度な機器分析または専門技術の必要な化学分析によって添加剤成分の減少状態や酸価・塩基価を指標として劣化を判定していたが、油剤の劣化は決して酸価や塩基価のような単一要因のみの変化で表現できるような単純なものではない。
【０００７】
このように、一般的な生産水準が高いわりには、潤滑面管理や油剤についての関心はきわめて低く、その対応は適切さを欠いている。また、潤滑面管理に関わる油剤については、一般的には、その劣化の程度のみが問題にされるが、重要なのは、その劣化度より劣化の原因となる機械の稼動状態なのである。
【０００８】
すなわち、摩擦面の磨耗、凝着、発熱などが問題なのであり、油剤は機械が稼動することによって汚染、劣化するものであるから、油剤の変化の状態は．即機械の稼働状態を現すことになる。したがって、油剤の変化の推移を常時観察することは、機械の保全上きわめて重要である。ところが、現状ではこのような認識は全くない。
【０００９】
このことは、現場的に常時簡便に油剤の劣化状態を観察する機器がなかったことにより、このことに対する関心が疎かになったものと思われる。
【００１０】
本発明は、このような点に盤み、現場レベルで常時、簡便に取り扱うことができ、流体の変化状態を常時観察できる流体の成分、性状の変化検出方法と、構成が簡単で使い勝手がよく、環境における食用油管理、潤滑油管理、特に摩擦面管理に適切に対応できる検出器を提供することを目的としている。
【００１１】
また、本発明は、このような検出器に適用するのに好適で、しかも、検出用電極の感度を自由に設定することができる分離型補助電極構造を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
一般に、電界の領域にある誘電性の流体は電気分極を起こす。この電気分極した流体中に、相互に電気的に絶縁された金属、その他導電性の固体よりなる電極を浸漬すると、その電極間に、流体の分極状態に対応した電位差が観察される。誘電流体の分極状態は、電界の強さ、誘電流体の成分や性状によって変化することになる。そこで、この現象を利用すれば、各種油剤、その他誘電性の流体の汚染、劣化状態を検出することができる。
【００１３】
すなわち、誘電体においては、導電体のように電子やイオンが物質中を自由に移動することはできないが、外部から電界を作用させると、＋電荷（原子核・正イオン）、−電荷（電子・負イオン）は電気分極を起こす。
【００１４】
電界は外部直流電源に接続した電極対（一方を＋側、他方を−側）によって誘起することができ、電界の強さは外部電源電圧を変化させることによって自由に設定することができる。
【００１５】
本発明はこの原理を利用したものであり、請求項１に係る本発明の特徴は、同種金属の組み合わせを含む任意の金属または導電性固体により形成され、外部電源の＋側と−側にそれぞれ接続され相互に電気的に絶縁されており一方が温度検出用サーミスタとされ温度測定用と電界誘起用の電極を兼用している電界誘起用電極対と、前記電界誘起用電極対の間に、相互に電気的に絶縁状態を保持して設置した検出用電極対を用い、電界のエネルギにより電気分極した誘電性流体から電位差を検出するともに誘電性流体の温度を測定することにより、誘電性流体の成分・性状の変化を検出することを特徴としている。そして、このような構成を採用したことにより、誘電性流体の汚染、劣化を簡単に精度よく検出することができるとともに、被測定流体の劣化測定時における試料の温度を同時かつ正確に検出することができる。
【００１６】
請求項２に係る流体の成分、性状の変化検出器の特徴は、同種金属の組み合わせを含む任意の金属または導電性固体により形成され、外部電源の＋側と−側にそれぞれ接続され互いに電気的に絶縁されており一方が金属製パイプに挿入した温度検出用サーミスタとされ温度測定用と電界誘起用の電極を兼用している電界誘起用電極対と、前記電界誘起用電極対の間に、互いに電気的に絶縁状態を保持して設置した検出用電極対と、前記検出用電極対が捕捉した電位差を計測する測定部と、この測定部が計測した測定値を表示する表示部とを有する点にある。そして、このような構成を採用したことにより、誘電性流体の汚染、劣化を簡単に精度よく検出することができるとともに、被測定流体の劣化測定時における試料の温度を同時かつ正確に検出することができる。
【００１８】
請求項３に係る流体の成分、性状の変化検出器の特徴は、前記検出用電極対を異種金属により構成し、前記検出用電極対の一方の電極を金属製パイプに挿入した温度測定用サーミスタとし、他方の電極を前記サーミスタのパイプの金属と固有の電位の異なる金属により構成した構成した点にある。そして、このような構成を採用したことにより、検出用電極とサーミスタとの共用により、構造を簡単にするとともに、被測定流体の劣化測定時における試料の温度を同時かつ正確に測定することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る流体の成分・性状の変化検出方法を実施するための検出器の原理を示すものであり、容器１内には誘電性流体Ｌが貯留されている。また、前記誘電性流体Ｌには、電界を誘起させる電界誘起用電極対４ａ，４ｂが相互に電気的に絶縁状態とされたうえで浸漬設置されており、さらに、これらの電界誘起用電極対４ａ，４ｂの間には、電位差を捕捉する検出用電極対４ｃ、４ｄが設置されている。これらの両電極対４ａ〜４ｄは、全て互いに電気的に絶縁されている。
【００２１】
前記電界誘起用電極対４ａ，４ｂは、その一方の電極４ａまたは４ｂが外部直流電源２０の＋側に接続されるとともに、他方の電極４ｂまたは４ａが−側に接続され、両電界誘起用電極４ａ，４ｂの間に電位差が付加されている。この電位差により両電界誘起用電極４ａ，４ｂの間に電界が誘起され、その電界領域２１における誘電性流体Ｌを分極させるようになっている。
【００２２】
また、前記検出用電極４ｃ，４ｄは、外部に設置されている測定部としての計測器２２に接続されており、両電界誘起用電極４ａ，４ｂにより分極した誘電性流体Ｌから電位差を捕捉し、この計測器２２により計測されるようになっている。そこで、計測された電位差の変化によって、例えば油剤の汚染、劣化の程度を判定することができる。
【００２３】
ところで、油剤などの劣化に伴う計測値の変化は、誘電性流体Ｌの成分、性状によって異なる。例えば、油剤の場合、極性のある添加剤を含まないいわゆる無極性油、例えば植物油や鉱物油などにおいては、新油では低く、劣化が進むに従って高くなる。また、極圧剤、防錆剤、酸化防止剤などの添加剤を含む切削油やギヤオイルなどの極庄性潤滑油、エンジン油などにおいては、新油では高い数億という数値を示し、劣化が進むに従って低下する。そして、ある特定の領域に達すると、再び徐々に上昇することになる。
【００２４】
そこで、実用に当たっては、これらの特性に基づいて測定要領を定める必要がある。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１は、食用油についての測定値を示すものであり、未使用油については０であった測定値が、劣化による廃棄時においては１０となっている。また、未使用油に前記廃棄時の劣化油を混合すると、劣化油の混合率が上昇するにつれて測定値が上昇している。
【００２７】
【表２】

【００２８】
表２は、図５に示す要領で、極性タイプの機械潤滑油の磨耗粉による劣化のテストを実施した結果の測定値である。
【００２９】
図５において、試油容器３０内には、試油３１が充填されており、この試油容器３０の内底面３０ａ上には、テストピース支持体３２が載置されており、このテストピース支持体３２の中心から偏心した位置には、直径６ｍｍの軟鋼、黄銅、アルミニウムなどからなる金属円柱のテストピース３３がテストピース支持体３２の上面から鉛直方向に突出するように支持されている。
【００３０】
一方、前記試油容器３０の上部開口３０ｂを介して前記試油容器３０内には、鉛直方向に延在する回転部材３４が臨んでおり、この回転部材３４の下端には大径の固定具３５が一部前記試油３１に浸漬されるようにして取付けられている。また、この固定具３５の下端には、前記テストピース３３に接触可能とされたベアリング鋼からなる円盤状の摩擦部材３６が支持されている。そして、前記回転部材３４は、前記テストピース３３に適宜な荷重Ｗを付加したうえで、図示しないモータにより回転駆動されるようになっている。
【００３１】
表２のベアリング鋼−軟鋼の摩擦による劣化テストによれば、新油においては測定値が２５０であったのに対し、軟鋼からなるテストピース３３のベアリング鋼からなる摩擦部材３６との摩耗による摩耗粉の試油３１への混入率が増加するにつれて、測定値は次第に低下することになる。しかしながら、６０分経過後までは低下していた測定値が、１２０分経過後には開始から１０分経過後とほぼ変わらない数値である１９１まで逆に上昇することになる。
【００３２】
また、表２のベアリング鋼−黄銅の摩擦による劣化テストによれば、新油においては測定値が２５０であったのに対し、黄銅からなるテストピース３３のベアリング鋼からなる摩擦部材３６との摩耗による摩耗粉の試油３１への混入率が増加するにつれて、測定値は次第に低下することになる。
【００３３】
さらに、表２のベアリング鋼−アルミニウムの摩擦による劣化テストによれば、新油においては測定値が２５０であったのに対し、アルミニウムからなるテストピース３３のベアリング鋼からなる摩擦部材３６との摩耗による摩耗粉の試油３１への混入率が増加するにつれて、測定値は次第に低下することになる。
【００３４】
この表２によれば、軟鋼、黄銅、アルミニウムなど金属の摩耗粉が潤滑油の劣化に大きな影響を及ぼすことがわかる。
【００３５】
【表３】

【００３６】
表３は、３種類の自動変速機油Ａ，Ｂ，Ｃについて、図５の構成によりベアリング鋼−軟鋼の摩擦を行ったときの６０分摩擦後の劣化度の測定値である。
【００３７】
この表３によれば、新油のときの測定値がそれぞれ１２２，６６，８２であった自動変速機油Ａ，Ｂ，Ｃの６０分摩擦後の劣化度の測定値は、１２８，７０，８６とそれぞれ若干上昇した。
【００３８】
表３によれば、軟鋼の摩耗粉が自動変速機油の劣化に影響を及ぼすことがわかる。
【００３９】
【表４】

【００４０】
表４は、極性タイプ機械潤滑油の熱による劣化の測定値を示すものである。すなわち、極性タイプ機械潤滑油の新油を１５０℃、１８０℃、２００℃、２５０℃、３００℃までそれぞれ１回加熱した場合と、この新油を３５０〜１００℃まで３回加熱した場合の測定値の変化を示している。
【００４１】
この表４によれば、新油のときの測定値２５０がいずれの加熱を行った後にも低下している。
【００４２】
表４によれば、極性タイプ機械潤滑油を加熱すると、劣化に影響を及ぼすことがわかる。
【００４３】
【表５】

【００４４】
表５は、自動車部品の加工工場において、工作機械に使用した３種類の切削油についての劣化状態を測定したものである。
【００４５】
この表５によれば、活性タイプ切削油Ａの使用前の測定値が１３９０であったのに対し、３ヶ月使用後の測定値は７６０と低下した。また、活性タイプ切削油Ｂの使用前の測定値が５８であったのに対し、１ヶ月使用後の測定値は４９と低下した。さらに、不活性タイプ切削油の使用前の測定値が０であったのに対し、３ヶ月使用後の測定値は４と増加した。
【００４６】
表５によれば、切削油の使用による劣化が測定値より明らかである。
【００４７】
図２は、図１の原理を応用した携帯用の検出器の実施形態を示すものであり、指示器ケース２３内には前述した測定器２２と、電位差を捕捉する検出用電極対４ｃ、４ｄ用の電源２４と、測定結果を表示する表示部２５とが配設されている。一方、この指示器ケース２３の先端側に位置するセンサロッド２６内には、電界誘起用電極対４ａ，４ｂ用の電源２０が内蔵されており、このセンサロッド２６の先端には電界誘起用電極対４ａ，４ｂとセンサ用電極対４ｃ，４ｄが設置されている。
【００４８】
このような構成とすることにより、最適の感度で誘電性流体の成分、性状の変化を精度よく検出することができる。
【００４９】
図３は、電界誘起用電極対４ａ，４ｂの一方の電極４ａを温度測定用のサーミスタに置き換え、電位差測定と同時に被測定流体の温度を測定できるようにしたものである。
【００５０】
図３において、金属製パイプ５の先端からは、センサ用電極４ｃ，４ｄと、このセンサ用電極４ｃ，４ｄの外側に位置する温度測定用サーミスタ６および電界誘起用電極４ｂとが相互に絶縁状態を維持するようにして突出している。このうち、前記温度測定用サーミスタ６は電界誘起用電極を兼ねており、この温度測定用サーミスタ６と前記電界誘起用電極４ｂは電界誘起用電極対を構成している。このため、前記温度測定用サーミスタ６と前記電界誘起用電極４ｂとは、前記パイプ５内に位置する電界誘起用電源７と接続されている。
【００５１】
一方、前記両センサ用電極４ｃ，４ｄは、前記パイプ５内に位置し電位差を捕捉する測定部８と接続されており、この測定部８は、捕捉した電位差を表示する電位差表示部９および測定部用電源１０のそれぞれと接続されている。
【００５２】
さらに、電界誘起用電極を兼ねる温度測定用サーミスタ６は、前記パイプ５内に位置する温度計測部１１と接続されており、この温度計測部１１は、この計測した温度を表示する温度表示部１２と接続されている。
【００５３】
そして、このような構成としたことにより、温度測定を簡単に行えるため、捕捉した電位差の温度保証を行うことができ、測定値の解析を正確に行うことができる。
【００５４】
図４は、異種金属の組み合わせによる電極対を使用した公知の電位差式流体の劣化指示器の電極対１３ａ，１３ｂの一方の電極１３ａを温度測定用サーミスタと置き換えたものである。すなわち、これらの電極対１３ａ，１３ｂは、パイプ５内に位置し電位差を捕捉する測定部８と接続されており、この測定部８は、捕捉した電位差を表示する電位差表示部９および測定部用電源１０とそれぞれ接続されている。また、前記温度測定用サーミスタ１３ａは、前記パイプ６内に位置する温度計測部を兼ねる温度表示部１２と接続されている。
【００５５】
そして、このような構成とすることにより電位差測定と温度測定という機能を兼ね備える簡便でより正確な流体の成分、性状の変化指示器とすることができる。
【００５６】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。たとえば、電界誘起用電極の感度は、電界誘起用の電極に加える電圧を変化させることによって任意に設定することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る流体の成分、性状の変化検出方法および検出器によれば、構成が簡単で、使い勝手が良く、現場における食用油管理、摩擦面管理に適切に対応できるし、エンジオイルなどのモニターとして簡単に自動車に取り付けることができるなど従来になかった特徴を有している。
【００５８】
また、本発明に係る流体の成分、性状の変化検出方法および検出器は、被測定流体を外部電源によって分極させて分極状態に対応する電位差を捕捉輪捉する仕組みとなっているため、電極材質として、特定の金属を使用する必要はなく、また、電極対として、特定の組み合わせをする必要もない。もちろん、全部の電極が同種のものでもよく、また導電性の固体であれば金属でなくともよい。
【００５９】
さらに、本発明の分離型補助電極構造は、外部電源によって電位差を付加した電極対を、異種金属により構成された電極対を使用した電位差式油剤劣化検出器の検出用電極対の両側に、相互に絶縁状態を維持するようにして検出用電極対を挟み込むように着脱自在に装着するようにしたので、異種金属により構成された既存の検出器の検出用電極の感度を自由に設定設置することができ、高範囲の誘電流体の成分、性状の変化の測定を、最適の感度条件で精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検出器の原理を示す構成図
【図２】図１の原理を具体化した携帯用検出器の実施形態を示す構成図
【図３】請求項４に対応する検出器の実施形態を示す構成図
【図４】請求項５に対応する検出器の実施形態を示す構成図
【図５】金属摩耗による油剤の劣化テストの実施要領を示す構成図
【符号の説明】
１ 容器
４ａ，４ｂ 電界誘起用電極
４ｃ，４ｄ 検出用電極
５ 金属製パイプ
６ サーミスタ
７ 電界誘起用電源
８ 測定部
９ 電位差表示部
１０ 測定部用電源
１１ 温度計測部
１２ 温度表示部
２０ 外部直流電源
２１ 電界領域
２２ 計測器
３０ 試油容器
３１ 試油
３２ テストピース支持体
３３ テストピース
３４ 回転部材
３５ 固定具
３６ 摩擦部材

Claims (3)

1. 同種金属の組み合わせを含む任意の金属または導電性固体により形成され、外部電源の＋側と−側にそれぞれ接続され相互に電気的に絶縁されており一方が温度検出用サーミスタとされ温度測定用と電界誘起用の電極を兼用している電界誘起用電極対と、前記電界誘起用電極対の間に、相互に電気的に絶縁状態を保持して設置した検出用電極対を用い、電界のエネルギにより電気分極した誘電性流体から電位差を検出するともに誘電性流体の温度を測定することにより、誘電性流体の成分・性状の変化を検出することを特徴とする流体の成分、性状の変化検出方法。
2. 同種金属の組み合わせを含む任意の金属または導電性固体により形成され、外部電源の＋側と−側にそれぞれ接続され互いに電気的に絶縁されており一方が金属製パイプに挿入した温度検出用サーミスタとされ温度測定用と電界誘起用の電極を兼用している電界誘起用電極対と、
   前記電界誘起用電極対の間に、互いに電気的に絶縁状態を保持して設置した検出用電極対と、
   前記検出用電極対が捕捉した電位差を計測する測定部と、
   この測定部が計測した測定値を表示する表示部とからなる流体の成分、性状の変化検出器。
3. 前記検出用電極対を異種金属により構成し、前記検出用電極対の一方の電極を金属製パイプに挿入した温度測定用サーミスタとし、他方の電極を前記サーミスタのパイプの金属と固有の電位の異なる金属により構成したことを特徴とする請求項２に記載の流体の成分、性状の変化検出器。

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