JPH06281575A - オイル劣化度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車などのオイルの劣化度が確実に把握で
き、しかも耐熱性耐震性を有するオイル劣化度センサを
提供する。 【構成】 オイルに浸漬されるガラス等の光伝搬部材
と、この光伝搬部材の一端に取り付けた発光素子と、他
端に取り付けた受光素子と、この光伝搬部材の途中に設
けた空隙部とから構成され、この空隙部に入り込んだオ
イルによる光吸収量を測定してオイル劣化度を判定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車や航空機のエン
ジンなどに使用するオイルの劣化度を検出するセンサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等のエンジンには潤滑用のオイル
が使用される。このオイルが劣化すると焼き付きなどの
故障原因となるため、オイル劣化度を予め検知してオイ
ル交換する必要がある。

【０００３】従来より、オイル劣化度センサとして、例
えば（１）特開平１ー２１４７３７号公報において開示
されるように、４０〜１７０ミクロンの間隙を設けて発
光素子と受光素子と直接対向させ、この狭い間隙内に流
入したオイルによる光吸収量の測定から劣化度を判定す
るものが知られている。また、（２）特開平１ー２４５
１３５号公報において開示されるように、オイル中に浸
漬させた光伝搬部材の一端から光を入射して反射、屈折
を繰り返しながら光伝搬部材中を他端側にまで進行させ
たとき、光伝搬部材からオイル中への光の漏れ量がオイ
ル劣化程度により異なることを利用して他端側に到達す
る光量を測定することにより劣化度を判定するものが知
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）のものはオイルが入り込む間隙を設けるため、発
光素子の発光面と受光素子の受光面との間にスペーサを
狭み込み、これを圧接させていることから、振動により
またはオイルの温度が上昇してセンサが熱膨張すること
によりこのスペーサと接触する発光面または受光面のガ
ラスが破損するおそれがある。また、オイルが通過する
間隙はその間隔が広すぎると、オイルによる光吸収量が
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
が困難となる一方、間隙が小さ過ぎるとオイル中に含ま
れるカーボン粒子が通過できなくなりオイルの流れが悪
くなることから４０〜１７０ミクロン程度としているの
であるが、このような狭い間隙を挟んで発光面と受光面
とを直接対向させる場合、発光素子と受光素子の断面積
が大きいために間隙内へのオイルの流れ込みが非常に悪
く目詰まりが生じた。すなわち、オイルの流れをよくす
るために断面積を小さくしたいのであるが、そのような
断面積の小さい発光素子や受光素子がなかった。また、
このオイル劣化度センサは発光素子や受光素子をオイル
中に直接浸漬するため、オイルの温度上昇に伴い、発光
素子はその発光強度が落ち、受光素子は暗電流が増加し
てセンサ感度が悪くなる問題があった。

【０００５】一方、上記（２）のようなオイル中に浸漬
させた光伝搬部材の一端から光を入射して反射、屈折を
繰り返しながら光伝搬部材中を他端側にまで進行させ、
他端側に設けた受光素子に到達した光量から劣化度を判
定するものするものは、直接にオイル内に光を透過させ
オイルによる光吸収を測定するのではなく、屈折率、反
射率の変化による光量の変動を測定する。ところがこの
変動量はあまりにも小さく、これによる劣化度の判定は
困難であった。

【０００６】本発明は上記のような従来の問題を一挙に
解消し、耐熱性、耐震性を有し、しかも感度がよく、目
詰まりが起こりにくく信頼性の高いオイル劣化度センサ
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
になされた第１の発明にかかるオイル劣化度センサは、
少なくとも一部がオイル中に浸漬される光伝搬部材と、
この光伝搬部材の一端から光を導入する発光素子と、こ
の光伝搬部材の他端にて光を検出する受光素子と、前記
光伝搬部材のオイルに浸漬された部分に設けられ、オイ
ルが侵入する空隙部とを備え、この空隙部に入り込んだ
オイルの光吸収量を検出することを特徴とする。

【０００８】また、上記問題を解決するためになされた
第２の発明にかかるオイル劣化度センサは、第１の発明
のオイル劣化度センサにおいて、前記光伝搬部材がガラ
ス部材の内部に形成された光導波路であることを特徴と
する。

【０００９】以下、これらの発明にかかるオイル劣化度
センサがどのように作用するかを説明する。

【００１０】

【作用】第１の発明によれば、光伝搬部材の一端に設け
られた発光素子からの光は、光伝搬部材内を進行し、途
中に設けられた空隙部に至る。そして光は空隙部に存在
するオイルに向けて放射されることによりオイルによる
光吸収を受ける。その後空隙部のオイルを透過した光は
再びその先の光伝搬部材内を進行し、光伝搬部材の他の
一端に設けられた受光素子に届く。したがって受光素子
にはオイルの光吸収量（オイルの劣化度と相関関係があ
る）に応じた光が受光されるので、この受光強度の変化
によってオイル劣化度が判定できる。

【００１１】光伝搬部材の断面積は発光素子や受光素子
と違って十分細くすることができるので空隙部の間隔が
狭くてもオイルが空隙部へ入りにくくなることはない。

【００１２】またこの発明の変形例によれば、この光伝
搬部材をＵ字形状に曲げあるいは光ファイバなどの十分
長い光伝搬部材を用いることにより発光素子、受光素子
と空隙部との距離を延長することで、発光素子や受光素
子をオイルの熱変動の影響を受けにくい場所に取り付け
ることができ、各素子へのオイルの熱による悪影響がな
くなる。

【００１３】さらに、第２の発明によれば、光伝搬部材
としてたとえばＵ字形の光導波路をガラス部材の内部ま
たは表面に形成し、この光導波路の両端に発光素子、受
光素子を取り付けることにより、発光素子、受光素子と
空隙部との距離を遠ざけることができて熱の影響がなく
なることに加えて、光伝搬部材として光導波路がガラス
部材と一体となっていることで破損しにくく耐震性がさ
らに増す。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説
明する。

【００１５】図１（Ａ）は本発明による一実施例を示し
たオイル劣化度センサの正面断面図を示し、図１（Ｂ）
は側面図を示す。

【００１６】図において１は発光素子である赤外線ＬＥ
Ｄ、２は受光素子であるフォトダイオード、３は光伝搬
部材であるガラス棒、４はガラス棒３を固定するブロッ
ク、５は赤外線ＬＥＤ１とフォトダイオード２とをガラ
ス棒３に当接するとともに、ガラス棒３、ブロック４を
固定するためのホルダである。ガラス棒３はその一部が
切断され、空隙部６が設けられる。空隙部６の間隔はこ
の中にオイルが容易に入り込むことができ、かつオイル
の光吸収量の変化が検出しやすいように設定される。ま
た、ガラス棒３の径については、径が太すぎると空隙部
にオイルが入り込みにくくなること、逆に径が細すぎる
と光伝搬部材を進行する光量が減少して検出感度が悪く
なることとの双方を考慮して設定される。自動車オイル
での実験によれば、空隙部６の間隔としては４０〜１０
０ミクロンが最適であり、ガラス棒の径は１ミリ程度が
最適である。

【００１７】ガラス棒３の空隙部６は、ガラス棒３をブ
ロック４に接着剤などで固定した後、必要な空隙の間隔
と同じ幅の刃をもつカッタで切断することで容易に形成
される。ただし、切断は必ずしもガラス棒３の軸方向に
対して垂直にする必要はなく、斜めに切断して空隙部３
を横切るオイルの総量を増やしてもよい。

【００１８】このオイル劣化度センサは、図２に示すよ
うなケース７の中に組み込まれて自動車などのオイルタ
ンクの壁に螺着される（信号線はネジの六角部に設けら
れる図示しない貫通部より外部に取り出され、所定の回
路部に接続される）。

【００１９】このような構成のセンサにおいて、赤外線
ＬＥＤ１からの光は、ガラス棒３に導入され、空隙部６
に至る。空隙部６ではガラス棒３が切断されているので
光は空隙部６内に存在するオイル６に向けて放射され、
このオイルにて光吸収を受ける。そして空隙部６内のオ
イルを透過した光は再びフォトダイオード２側のガラス
棒３の中に入り、中を伝搬してフォトダイオード２に至
る。このフォトダイオード２にてオイルを透過した光の
強度が検出される。

【００２０】フォトダイオード２の受光強度は、オイル
の光吸収量に依存しており、オイルの光吸収量がオイル
劣化度と相関することから、受光強度の変化の測定によ
りオイル劣化度が判定できる。

【００２１】この受光強度の変化は理論的には以下のよ
うに示される。すなわち、図３に示すように２つの単位
平行平面を有する試料の一方の面に平行光が入射したと
し、その中の厚さｄｘの薄層への入射光束ｉが、ｘから
ｘ＋ｄｘへ進むことによってｉ＋ｄｉに減少したとする
と、−ｄｉなる減少量はｉならびに薄層中の光吸収物質
量に比例するものと考えられる。その物質の濃度をｃと
すると薄層の容積（１×１×ｄｘ）中の量はｃｄｘであ
るから、比例係数をｋ’として、次の微分方程式が成立
する。

【００２２】−ｄｉ＝ｋ’ｉｃｄｘ （１） 入射光束をＩ0 、厚さＬの層を透過したときの光束をＩ
t として定積分を行うと、次式が得られる。

【００２３】Ｉt ＝Ｉ0*EXP （−ｃＬｋ’） （２） これを常用対数で表せば、 Ｉt ＝Ｉ0*１０^(-cLk) （３） ただし、ｋ＝０．４３４ｋ’であり、このｋを分子吸光
係数と呼ぶ。

【００２４】この（３）式は図４に示すように入射光が
Ｌまたはｃに対し、指数関数的に減少することを示して
いる。

【００２５】本発明において、Ｉ0 、Ｉt 、ｃ、Ｌ、ｋ
はそれぞれ以下のものに対応する。 Ｉ0 ：間隙部で赤外線ＬＥＤ側光伝搬部材からオイルへ
放射される光束。

【００２６】Ｉt ：間隙部でオイルからフォトダイオー
ド側光伝搬部材へ入り込む光束 ｃ：オイル中の不溶解分濃度、すなわち劣化度 Ｌ：間隙部の間隔、 ｋ：オイル中の不溶解分に対する受光素子の感度 ここで、Ｌ、ｋは既知である。また、オイルが間隙内に
ない場合、すなわちｃ＝０のときのデータからＩ0 は簡
単に求められる。従ってＩt を測定することでイル中の
不溶解分濃度、すなわち、劣化度が測定できる。

【００２７】本発明のセンサを実際に使用するときは、
受光素子からの検出信号を所定の設定信号値と比較して
許容レベル以上になったか否かを判断し、許容レベル以
上のときに警告ランプを点灯するような通常の比較回路
および表示回路を設けるようにして劣化度を判定する。

【００２８】図５は本発明の第２の実施例を示す正面断
面図である。この実施例のオイル劣化度センサは、ブロ
ック４内にブロック４上面から下面に向けて２本の貫通
孔が設けられ、この孔にＵ字形のガラス棒３が、その両
端がブロック４の下面付近に届くまで挿入される。ガラ
ス棒３の両端面には、ブロック４の下面近傍にてそれぞ
れ赤外線ＬＥＤ１、フォトダイオード２が対向配置され
る。そして、ガラス棒３は、ブロック４の上面側であっ
てブロック４の外に露出している部分においてその一部
が切断され、オイルが入り込む間隙部６が設けられる。

【００２９】ブロック４の下部には赤外線ＬＥＤ１やフ
ォトダイオード２の駆動、増幅、温度補正などに必要な
回路を設けた回路部８を内蔵するホルダ５が取り付けら
れ、ブロック４とホルダ５とはケース７にてオイルタン
クに装着される。

【００３０】この構成によるオイル劣化度センサでは、
発光素子である赤外線ＬＥＤ１と受光素子であるフォト
ダイオード２とがオイルに浸漬される検出部分、すなわ
ち空隙部６から遠ざけることができるので熱による各素
子への悪影響を減らすことができる。

【００３１】本実施例ではガラス棒３の形状をＵ字形と
したがガラス棒の形状はこれに限るものではなく、Ｖ字
形、円弧形など種々の形状を取り得る。また、光伝搬部
材の材質としてガラス棒を用いたがこれに限らず、光を
伝搬できるものであればプラスチック体など他のもので
もよい。また、ガラス棒として可尭性のある光ファイバ
ーガラスを用いるとＵ字形状などの加工が容易になる利
点がある。

【００３２】さらに、発光素子や受光素子を適当に選ぶ
ことにより、紫外、可視、遠赤外のいずれの光にも適用
できる。

【００３３】図６は本発明の第３の実施例を示す正面断
面図である。本実施例では光伝搬部材として十分に長い
光ファイバー１３が用いられる。光ファイバー１３はＵ
字形状に屈曲され、この屈曲部分を含む光ファイバーの
一部を樹脂またはアルミ鋳物で固めることにより内部に
光ファイバーを有するブロック１４が形成される。そし
て光ファイバーを含めたブロック１４の一部を切断する
ことにより空隙部６が設けられる。光ファイバー１３を
十分に長くすると、光ファイバー１３の両端をブロック
１４から十分遠い位置に遠ざけることができ、したがっ
てこの両端に対向して設けられる赤外線ＬＥＤ１やフォ
トダイオード２、回路部８も遠くに設置されることにな
る。このような構成のオイル劣化度センサでは、第２の
実施例と同様に各素子をオイル中の検出部分、すなわち
空隙部６から遠ざけることができるので熱による各素子
への影響が全くなくなる。なお、本実施例で光ファイバ
ーを用いたのは光ファイバーが可尭性に富むことを利用
するため使用したのであり、加工の手間を考えなけれ
ば、また振動の影響を考えなければ長いガラス棒で同様
のものを製作してもよい。

【００３４】図７は第２の発明の一実施例を示す正面断
面図である。

【００３５】この実施例のオイル劣化センサでは、直方
体形状のガラス基板２４内にＵ字形の光導波路２３が形
成される。光導波路２３は、周知技術であるイオン交換
法によってＴａなどの金属イオンをガラス基板２４に埋
め込んで高屈折率部分を設けることによって形成され
る。光導波路２３の両端はガラス基板２４の一側面部分
にて露出しており、他の実施例と同様にこのうちの一端
には発光素子である赤外線ＬＥＤ１が、他端には受光素
子であるフォトダイオード２がホルダ５により取り付け
られる。光導波路を含むガラス基板２４の一部には、オ
イルが入り込む空隙部６が設けられる。

【００３６】この構成によるオイル劣化度センサでは、
第２の実施例と同様に発光素子である赤外線ＬＥＤ１と
受光素子であるフォトダイオード２とがオイルに浸漬さ
れる検出部分、すなわち空隙部６から遠ざけることがで
きるので熱による各素子への悪影響を減らすことができ
るとともに、光伝搬部材である光導波路２３が、ガラス
基板２４と一体となっているため、光導波路２３部分が
破損しにくくなり耐震性が増す。なお、ガラス基板の形
状や光導波路の形状はこれに限られるものではない。

【００３７】また、本実施例では光導波路は、ガラス基
板２４の内部に設けているが、オイルの屈折率と光導波
路２３の屈折率との関係が適当であれば、ガラス基板２
４表面に光導波路２３を設けた構造でもよい。すなわ
ち、ガラス基板表面に光導波路を設けた場合、光導波路
の一部はオイルに直接接することになる。このとき光導
波路の屈折率とオイルの屈折率の値が近いと光導波路内
に光が閉じ込こめられず、オイルと接する部分から外部
に光が発散することになるが、光導波路とオイルの屈折
率の値が十分異なる場合は光導波路内に光が閉じ込こめ
られるので光導波路を表面に設けても問題なく本発明を
実施できる。このガラス表面に光導波路を設ける構造
は、ガラス内部に光導波路を設けるものより製造工程が
容易である利点がある。

【００３８】さらに、ガラス表面に光導波路を設けたガ
ラス基板を２枚作成し、それぞれのガラス基板表面の光
導波路部分どうしが対向して接触するように張り合わせ
ることで実施例で示したようなガラス内部に光導波路が
形成された構造と同様の形状を容易に作成することがで
きる。ただし、この場合は２枚のガラスの接触面を密着
させる点に注意を要する。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明のオイル劣
化度センサは、検出部分の断面積が小さく検出部分にお
けるオイルの流れが良いセンサであるので目詰まりがな
くオイルの劣化度を正確に測定することができ、確実に
オイルの交換時期を把握できる。 しかも発光素子の発
光面と受光素子の受光面とをスペーサを挟んで圧接する
ことがないので破損のおそれもなく、耐震性に優れてい
る。

【００４０】また、発光素子と受光素子を空隙部から遠
ざけるようにしたものではオイルの熱により発光素子は
その発光強度が落ち、受光素子は暗電流が増加してセン
サ感度が悪くなるという熱に起因する諸問題がなくなる
ので測定精度が向上する。

【００４１】さらに、光伝搬部材としてガラス部材の内
部または表面に形成された光導波路を用いるものでは、
光導波路がガラス部材と一体であることからさらに耐震
性が増すとともに、製造工程が容易になる効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるオイル劣化度センサの
正面断面図（Ａ）と側面図（Ｂ）。

【図２】オイル劣化度センサをオイルタンクに取り付け
るためのケースの斜視図。

【図３】試料中の光の吸収を示す説明図。

【図４】試料における光吸収特性曲線を示す図。

【図５】本発明の他の実施例であるオイル劣化度センサ
の正面断面図。

【図６】本発明の他の実施例であるオイル劣化度センサ
の正面断面図。

【図７】本発明の他の実施例であるオイル劣化度センサ
の正面断面図。

【符号の説明】

１：赤外線ＬＥＤ ２：フォトダイオード ３：ガラス棒 ４、１４：ブロック ５：ホルダ ６：空隙部 １３：光ファイバー ２３：光導波路 ２４：ガラス基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 幹造 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所三条工場内 (72)発明者 西田 宏幸 京都市右京区西院追分町25番地 株式会社 島津製作所五条工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一部がオイル中に浸漬される
   光伝搬部材と、この光伝搬部材の一端から光を導入する
   発光素子と、この光伝搬部材の他端にて光を検出する受
   光素子と、前記光伝搬部材のオイルに浸漬される部分に
   設けられた空隙部とを備え、この空隙部に入り込んだオ
   イルの光吸収量を検出することを特徴とするオイル劣化
   度センサ。
2. 【請求項２】 前記光伝搬部材がガラス部材の内部また
   は表面に形成する光導波路であることを特徴とする第１
   項記載のオイル劣化度センサ。