JPH09318577A - 油圧機器の故障診断装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で信頼性が高い油圧機器の故障診断装置
及びその方法を提供する。 【解決手段】 作動油中に所定電圧が印加された電極対
を配設し、この電極間に流れる短絡電流をパルス信号に
変換し、このパルス信号のピーク電圧値及びカウント数
に基づいて作動油中の前記金属粒子の粒径及びその濃度
を算出し、この粒径及び濃度に基づいて油圧機器の故障
診断を行なう。金属粒子の濃度増加率、平均粒径増加
率、粒径毎の濃度、又は平均粒径等に基づいて油圧機器
の故障診断を行なう。濃度増加率又は平均粒径増加率に
基づくときは、測定単位時間Ｔ0 以内のカウント数が所
定値以上で、かつ、測定データのばらつきが所定値以下
の場合にのみ、算出した濃度増加率又は平均粒径増加率
に基づいて故障診断する。さらに、濃度は温度によって
補正して求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧機器の作動油
中に混在する金属粒子の粒径とその濃度に基づいて、油
圧機器の損傷及び故障を診断する油圧機器の故障診断装
置及び方その方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば建設機械、産業機械又は工作機械
等において、油圧機器等を長時間駆動していると、油圧
機器自身の摺動部や回転部等から発生する鉄粉等の金属
粒子が油圧回路の作動油中に混入するようになる。通
常、特定の油圧機器の長時間駆動に伴って増加する金属
粒子の粒径は、特徴的に所定の粒径範囲に偏って来る傾
向がある。また、ある油圧機器が損傷した場合には、こ
れによって所定粒径の粒子数が急激に増加することが良
く知られている。さらに、このような金属粒子が作動油
中に混入した状態で駆動し続けていると、これらの油圧
機器が損傷したり故障することが多くなる。したがっ
て、従来から、作動油中の金属粒子の粒径やその粒子数
（濃度）を測定することは、油圧機器の損傷や故障を診
断したり、重大故障を防止するために非常に重要な課題
となっている。このために、金属粒子の粒径やその粒子
数（濃度）の測定方法が多く提案されている。

【０００３】従来から提案されている油中の金属粒子の
粒径やその粒子数の測定方法としては、例えば、細く絞
った光束（レーザ光等）を作動油に対して照射したとき
の光の透過量を測定し、透過量の大きさや変化量で金属
粒子の粒径や粒子数を検出する光透過式方法等がある。
また、例えば特開昭５９−４２４４１号公報には、平行
する複数条の薄膜抵抗体からなる電極を油中に設けてこ
の電極に所定電圧を印加し、電極近傍に設けた磁石によ
って金属粒子を引きつけて蓄積させ、蓄積した金属粒子
が上記電極間を短絡させたときの抵抗値変化量に基づい
て金属粒子の有無及び粒子量（汚濁度）を検出する磁石
式センサが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光透過式方法によれば、金属粒子の粒径及び粒子数
を検出可能であるが、この測定結果から油圧機器の故障
診断を行うには作業者が判断しなければならない。すな
わち、作業者は、測定した粒径の程度やそれに対応する
粒子数に基づいて、油圧機器の損傷や故障の有無、ある
いは、油圧機器の磨耗の有無等を判断して、故障診断や
故障予測を行なう必要がある。また、測定装置は、装置
自体が大型なので例えば建設機械等に設置するには困難
であり、コスト的にも高価であるという問題もある。ま
た、上記の磁石式センサでは、油中の金属粒子の粒子量
によって汚濁度を推定できるが、その粒径がどの程度な
のか等の詳細なデータを測定できない。よって、作業者
は、改めて上記光透過式方法等の他の方法によって粒径
及びその濃度を測定しなければならず、故障診断のため
の作業が非常に煩雑となっている。

【０００５】このように、従来の故障診断方法は、作業
者が測定結果を元にして判断するものであり、作業者の
経験的なノウハウに基づいて行われていることが多い。
したがって、故障診断には非常に熟練を必要としていた
ので、初心者等には困難であり、またその診断結果は非
常に信頼性が低くなり易く、作業者毎に診断結果のばら
つきが大きくなる。このために、診断を誤った場合には
最悪で油圧機器の破損等の重大故障が発生する可能性も
有り、診断時の安全率を大きくとって早期に油圧機器を
交換しているので無駄が多いという問題が生じている。

【０００６】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、安価で信頼性が高い油圧機器の故障診断
装置及びその方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、油圧機
器の作動油中に配設され、かつ、電極間に所定電圧が印
加された電極対と、作動油中に混在する金属粒子がこの
電極間を短絡させたことを検出して作動油中の金属粒子
の有無を判定する判定手段とを備え、この判定手段の結
果に基づいて故障診断を行なう油圧機器の故障診断装置
において、前記作動油中の金属粒子によって前記電極間
に発生する短絡電流をパルス化するパルス化手段と、パ
ルス化手段からのパルス信号のピーク電圧値を検出する
信号処理部３０と、信号処理部３０からのピーク電圧値
を入力し、このピーク電圧値及び前記パルス信号のカウ
ント数に基づいて、作動油中の金属粒子の粒径及び濃度
を算出するデータ処理部４０と、データ処理部４０が算
出した金属粒子の粒径及び濃度に基づいて、油圧機器の
故障診断を行なう制御器５０とを備えた構成としてい
る。

【０００８】請求項１に記載の発明によると、所定電圧
が印加された電極対を作動油中に配設すると、電極間の
電界により吸着された作動油中の金属粒子によって電極
間に短絡電流が発生し、パルス化手段によりこの短絡電
流がパルス電圧信号に変換される。そして、信号処理部
３０でこのパルス電圧信号のピーク値が検出されると、
データ処理部４０はこのピーク値を入力すると共に、こ
のパルス信号のカウント数を計数する。この測定を所定
の測定単位時間行ない、収集した前記ピーク値及びカウ
ント数のデータに基づいて、作動油中の前記金属粒子の
粒径及び濃度、すなわち、粒径分布を算出する。上記の
ような測定単位時間の測定を連続的に実施し、上記粒径
分布を測定単位時間毎に算出する。そして、制御器５０
では、この算出された粒径分布の粒径及び濃度の平均の
大きさや増加率等に基づいて油圧機器の故障が診断及び
予測される。したがって、従来の光透過式方法での高価
な光学機器等を使用せずに済むので安価に構成でき、ま
た、信頼性の高い故障診断が可能となる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、油圧機器の作動
油中に配設され、かつ、電極間に所定電圧が印加された
電極対と、作動油中に混在する金属粒子がこの電極間を
短絡させたことを検出して作動油中の金属粒子の有無を
判定する判定手段とを備え、この判定手段の結果に基づ
いて故障診断を行なう油圧機器の故障診断装置におい
て、前記作動油中の金属粒子によって前記電極間に発生
する短絡電流をパルス化するパルス化手段と、パルス化
手段からのパルス信号のピーク電圧値を検出する信号処
理部３０と、信号処理部３０からのピーク電圧値を入力
し、このピーク電圧値及び前記パルス信号のカウント数
に基づいて、油圧機器の故障診断を行なう制御器５０と
を備えた構成としている。

【００１０】請求項２に記載の発明によると、所定電圧
が印加された電極対を作動油中に配設すると、電極間の
電界により吸着された作動油中の金属粒子によって電極
間に短絡電流が発生し、パルス化手段によりこの短絡電
流がパルス電圧信号に変換される。そして、信号処理部
３０でこのパルス電圧信号のピーク値が検出されると、
制御器５０はこのピーク値を入力すると共に、このパル
ス信号のカウント数を計数する。そして、ピーク値及び
カウント数を粒径及びその濃度に変換すること無しに、
直接ピーク値及びカウント数に基づいて故障診断を行な
うことができる。すなわち、上記測定を所定の測定単位
時間行ない、この間収集した前記ピーク値及びカウント
数のデータに基づいて、金属粒子の粒径分布に対応する
分布を作成する。上記のような測定単位時間の測定を連
続的に実施し、この分布を測定単位時間毎に作成する。
そして、この作成された分布のピーク値及びカウント数
の平均の大きさや増加率等に基づいて油圧機器の故障が
診断及び予測される。したがって、従来の光透過式方法
での高価な光学機器等を使用せずに済むので安価に構成
でき、また、信頼性の高い故障診断が可能となる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、油圧機器の作動
油中に混在する金属粒子の有無の測定結果に基づいて油
圧機器の故障診断を行なう油圧機器の故障診断方法にお
いて、作動油中に所定電圧が印加された電極対を配設
し、この電極間に流れる短絡電流をパルス信号に変換
し、このパルス信号のピーク電圧値及びカウント数に基
づいて作動油中の前記金属粒子の粒径及びその濃度を算
出し、この粒径及び濃度に基づいて油圧機器の故障診断
を行なう方法としている。

【００１２】請求項３に記載の発明によると、所定電圧
が印加された電極対が作動油中に配設され、この電極対
の電界により吸着された作動油中の金属粒子によって電
極間に短絡電流が発生すると、この短絡電流による抵抗
熱や放電等で上記の吸着された金属粒子が飛散して短絡
状態が解除される。このようにして、電極間に発生した
パルス電圧信号は、発生する度にそのピーク値が検出さ
れると共にこのパルス信号のカウント数が計数される。
この測定が所定の測定単位時間行われ、収集したこれら
のピーク値及びカウント数のデータに基づいて、作動油
中の前記金属粒子の粒径及び濃度、すなわち、粒径分布
が算出される。上記の測定単位時間の測定は連続的に実
施され、上記粒径分布が測定単位時間毎に算出される。
そして、この算出された粒径分布の粒径及び濃度の平均
の大きさや増加率等に基づいて油圧機器の故障が診断及
び予測される。したがって、従来の光透過式方法での高
価な光学機器等を使用せずに済むので安価に構成でき、
また、信頼性の高い故障診断が可能となる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の油圧機器の故障診断方法において、金属粒子の前記濃
度の増加率を求め、この濃度増加率に基づいて油圧機器
の故障診断を行なう方法としている。

【００１４】請求項４に記載の発明によると、各測定単
位時間毎に測定される金属粒子の濃度の増加率を監視
し、増加率が急に大きくなった場合などに故障と判断す
ることができる。これによって、故障診断の信頼性が向
上される。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項３に記載
の油圧機器の故障診断方法において、金属粒子の前記粒
径の平均値の増加率を求め、この平均粒径増加率に基づ
いて油圧機器の故障診断を行なう方法としている。

【００１６】請求項５に記載の発明によると、各測定単
位時間毎に金属粒子の平均粒径を算出してこの平均粒径
の増加率を監視し、増加率が急に大きくなった場合など
に故障と判断することができる。これによって、故障診
断の信頼性が向上される。

【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項３に記載
の油圧機器の故障診断方法において、金属粒子の前記粒
径毎の濃度を求め、この濃度に基づいて油圧機器の故障
診断を行なう方法としている。

【００１８】請求項６に記載の発明によると、各測定単
位時間毎に測定される金属粒子の粒径毎の濃度を監視
し、この濃度の大きさに基づいて、例えば特定の粒径の
濃度が所定値以上に大きくなったときに特定の油圧機器
の磨耗又は故障と診断することなどが可能である。よっ
て、故障診断の信頼性が向上される。

【００１９】請求項７に記載の発明は、請求項３に記載
の油圧機器の故障診断方法において、金属粒子の前記粒
径の平均値を求め、この平均粒径に基づいて油圧機器の
故障診断を行なう方法としている。

【００２０】請求項７に記載の発明によると、各測定単
位時間毎に測定される金属粒子の粒径とその粒径毎の濃
度の大きさに基づいて各測定単位時間毎の平均粒径を算
出し、この平均粒径を監視する。平均粒径が所定値以上
に大きくなったときは、例えば特定の油圧機器の磨耗又
は故障と診断することができる。よって、故障診断の信
頼性が向上される。

【００２１】請求項８に記載の発明は、請求項４又は５
記載の油圧機器の故障診断方法において、前記濃度増加
率又は平均粒径増加率に基づいて故障診断するときは、
測定単位時間Ｔ0 以内のパルスのカウント数が所定値以
上で、かつ、測定データのばらつきが所定値以下の場合
にのみ、算出した濃度増加率又は平均粒径増加率に基づ
いて油圧機器の故障診断を行なう方法としている。

【００２２】請求項８に記載の発明によると、濃度や平
均粒径の増加率に基づいて故障診断する場合において、
データ量すなわちパルスのカウント数が所定値以下のと
きは算出する増加率のばらつきが大きくなるので故障診
断の信頼性が低下する。したがって、所定値以上のカウ
ント数を得た場合にのみ、濃度増加率又は平均粒径増加
率に基づいて故障診断を行なう。また、ある測定単位時
間に求めた粒径分布から算出された濃度増加率又は平均
粒径増加率が前後の測定単位時間の粒径分布から算出し
た濃度増加率又は平均粒径増加率との相関が大きい（ば
らつきが小さい）場合のみ、算出した濃度増加率又は平
均粒径増加率の値を有効とみなす。これによって、増加
率による診断時の誤報を無くすことができ、故障診断の
信頼性が向上される。

【００２３】請求項９に記載の発明は、請求項３〜８の
いずれか一つに記載の油圧機器の故障診断方法におい
て、前記カウント数に基づいて金属粒子の濃度を演算す
るときは、温度によって補正された濃度を求め、この濃
度に基づいて油圧機器の故障診断を行なう方法としてい
る。

【００２４】請求項９に記載の発明によると、パルス信
号のカウント数から求めた濃度の温度によるばらつきを
無くすことができるので、故障診断の信頼性が向上され
る。すなわち、一般的に油温が上昇すると油の粘性率が
小さくなり、これにより油中の金属粒子の速度も上昇す
るので、電極間の電界に吸引される粒子速度が上昇す
る。この結果、単位時間当たりに電極間に捕獲される粒
子数も多くなるので、パルス信号の発生頻度が増加す
る。よって、このパルス信号のカウント数に基づいて金
属粒子の濃度を求めるときは、温度に対する補正を行な
う必要がある。本発明においては、温度補正を行った濃
度に基づいて故障診断をおこなうので、故障診断の信頼
性が向上される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら詳細
に説明する。まず、図１〜図３に基づいて、本発明に係
わる油圧機器の故障診断装置の金属粒子検出センサの構
造及び作用を説明する。

【００２６】図１は、金属粒子検出センサのセンサ本体
の一実施例を表す正面図である。センサ本体１０は上部
に六角の頭部１１を、下部にテーパ状の螺子部１３を有
するプラグで構成され、例えば油圧配管等のチューブの
側壁に設けられた螺子孔にねじ込み可能となっている。
螺子部１３の先端下部にはテーパカットされた液体接触
部表面１５が設けられており、また、センサ本体１０は
内部が頭部１１から液体接触部表面１５までくり抜かれ
た貫通孔（図示せず）を備えている。液体接触部表面１
５の内部に白金箔でなる電極対２を露出して備えてお
り、この電極対２とセンサ本体１０間、及び電極対２を
構成する電極２ａ、２ｂ間は絶縁体３によって絶縁され
ている。電極２ａ、２ｂのリード線１ａ、１ｂは上記貫
通孔を通って頭部１１から外部に導かれてコネクタ（図
示せず）等に接続されており、このコネクタは計測のた
めの電源部や信号処理部に接続されている。なお、上記
リード線１ａ、１ｂとセンサ本体１０とは同様に絶縁体
３によって絶縁されている。また、図１では電極として
櫛形電極を示しているが、本発明は櫛形電極に限定され
るものではなく、例えば平板な対向電極で構成してもよ
い。

【００２７】図２は、本発明に係わる故障診断装置の一
例を表す構成図である。電極対２は所定の幅Ｄ2 （例え
ば５０μｍ）及び長さＬを有する各電極２ａ、２ｂを所
定の電極対距離Ｄ1 （例えば２５μｍ）だけ離間して絶
縁体上に設けられて構成され、電極２ａ、２ｂにそれぞ
れリード線１ａ、１ｂが接続されている。リード線１ｂ
はアースに接続され、リード線１ａは抵抗５を介して直
流電源６に接続されている。また、抵抗５とリード線１
ａとの接続点はコンデンサ７を介して信号処理部３０に
接続され、さらに信号処理部３０の出力はデータ処理部
４０を介して制御器５０に取り込まれる。なお、上記の
抵抗５、直流電源６及びコンデンサ７によって、パルス
化手段を構成している。信号処理部３０は、例えば演算
増幅器等の電子回路やマイクロコンピュータ等で構成す
ることができる。また、データ処理部４０及び制御器５
０は例えばマイクロコンピュータを主体にしたコンピュ
ータシステムで構成され、それぞれ別個の、あるいは、
両者で一つのコンピュータシステムで構成してもよい。

【００２８】上記パルス化手段は、作動油中の金属粒子
が電極間に捕獲されたときに電極間に流れる短絡電流に
よってパルス信号を生成するものである。ここで、図３
を参照してパルス化手段の作用を説明する。同図は、電
極２ａ、２ｂでの金属粒子によるパルス電圧発生時の作
用説明図である。電極２ａ、２ｂ間に直流電源６によっ
て所定の直流電圧（例えば、ＤＣ５０Ｖ）を印加する
と、作動油中に浮遊している鉄粉等の金属粒子はイオン
化されて上記電極間の電界に引き寄せられ、陰極側の電
極２ｂに吸着される。このとき、吸着された金属粒子と
電極２ａ間の距離が近くなるので、この間の電界が大き
くなり、これによって、作動油中の他の金属粒子がさら
に上記金属粒子に吸着される。このようにして、図３
（１）に示すように次々に金属粒子が連鎖状に吸着され
る。そして、図３（２）に示すように、ついにこの連鎖
状の金属粒子によって電極２ａ、２ｂ間にブリッジが形
成されると、このブリッジを経由して短絡電流が流れ
る。この短絡電流の大きさは、金属粒子の粒径に相関が
ある。短絡電流によって抵抗５間に電圧降下が生じ、正
極側の電極２ａの電位が下がる。この後、図３（３）に
示すように、短絡電流の抵抗熱や放電等によって上記ブ
リッジを形成していた金属粒子が飛散し、電極状態が粒
子吸着以前の状態に戻る。この結果、上記の電極２ａの
電位が元に戻るので、これによりパルス電圧が発生した
ことになる。以上の過程が繰り返されることによって、
電極２ａの電位にはパルス電圧信号が現れる。

【００２９】本発明者らは、上記のパルス電圧信号のピ
ーク値が粒径に相関があり、また、そのパルス信号の発
生頻度が対応する粒径の金属粒子の濃度に相関があるこ
とを実験的に確認している。このことに基づいて、下記
のようにして金属粒子の粒径及び濃度が同定される。す
なわち、上記のパルス電圧信号は、コンデンサ７による
交流結合の働きで信号処理部３０に入力される。信号処
理部３０では、このパルス電圧信号の電圧を例えば分圧
等によってレベル変換し、この電圧のピークホールドを
行なってデータ処理部４０にピーク電圧信号を出力す
る。このピーク電圧信号は、所定時間後に次のピークホ
ールドのためにリセットされる。データ処理部４０で
は、入力したピーク電圧信号をＡ／Ｄ変換処理し、変換
されたピーク電圧値の大きさの記憶及びその大きさに対
応したピーク電圧領域のパルス数のカウントアップを行
なう。そして、以上の測定を所定の測定単位時間（例え
ば、１０分間）以内に行ない、この測定単位時間の終了
後に、上記の記憶した各ピーク電圧値の大きさに基づい
て粒径を同定し、また、この粒径に対応するパルスカウ
ント数から粒子濃度を同定する。このようにして、デー
タ処理部４０は作動油中に混在している金属粒子の粒径
分布（粒径と濃度）を作成する。制御器５０は、この粒
径分布に基づいて油圧機器の故障診断又は故障予測を行
ない、診断結果で異常ありと判断したときは、例えば図
示しない表示器や警告ランプやブザー等の警告手段によ
って警告を報知する。

【００３０】図４は、上記の測定単位時間以内に作成さ
れた粒径分布の一例を示している。同図において、横軸
は粒径、縦軸は粒子数（濃度）を表している。データ処
理部４０では、この粒径分布の作成を容易にするため
に、図５に示すように、所定の粒径幅で区分された粒径
範囲毎にパルス数をカウントアップしている。図５にお
いて、横軸は例えば０．５〜５、５〜１５、１５〜２
５、２５〜５０μｍの各粒径幅に対応する所定電圧幅で
区分され、縦軸は各電圧幅内に含まれるピーク値Ｖp の
カウント数を表している。ここで、横軸の各電圧区分を
Ｖi で表し、各電圧区分Ｖi （ｉ＝１〜４）に対応する
カウント数をＣi(Ｖ) で表している。なお、電圧区分Ｖ
i の区分数を多くすると、粒径分布の精度が良くなる代
わりにデータ処理部４０のコンピュータ処理時間が増大
するので、コンピュータの演算能力との関係で区分数を
設定する必要がある。

【００３１】次に、図６に基づいて、上記測定単位時間
での粒径分布作成方法を説明する。図６はデータ処理部
４０における粒径分布作成時の処理フローチャート例を
示しており、ここでＳは各ステップ番号を表している。
Ｓ１で、タイマー値Ｔ及びカウント数Ｃi(Ｖ) をリセッ
トする。ここで、タイマー値Ｔは、上記で説明したよう
な粒径分布を作成するためのデータ測定時間を計測する
ための変数であり、Ｃi(Ｖ) はこの粒径分布の各電圧区
分Ｖi に対応するカウント数である。そして、Ｓ２に進
む直前に、タイマー値Ｔの計数を開始する。次に、Ｓ２
では、信号処理部３０からパルス電圧信号のピーク値Ｖ
p を入力し、Ｓ３では、入力したピーク値Ｖp が含まれ
る電圧区分Ｖi に対応するカウント数Ｃi(Ｖ) を１だけ
増加する。そして、Ｓ４では、タイマー値Ｔを入力し、
タイマー値Ｔが測定単位時間Ｔ0 以上になったか否かを
判断する。この測定単位時間Ｔ0 は粒径分布を作成する
ためのデータを収集する単位時間であり、予め所定値、
例えば１０分に設定しておく。上記のＳ４で、タイマー
値Ｔが測定単位時間Ｔ0 以上でないときはＳ２に戻って
処理を繰り返し、タイマー値Ｔが測定単位時間Ｔ0 以上
のときは、Ｓ５で、測定単位時間Ｔ0 以内に収集した各
電圧区分Ｖi及びカウント数Ｃi(Ｖ) に基づいて粒径分
布を作成する。

【００３２】上記Ｓ５で求める粒径分布の濃度は、カウ
ント数Ｃi(Ｖ) に変換係数α（発生頻度関数）を掛ける
ことにより補正して求めている。この変換係数αは、通
常は、電極対２の電極対距離Ｄ1 、電極面積（電極対の
面積）、及び測定対象の金属粒子の速度の関数であり、
これらの大きさによってカウント数Ｃi(Ｖ) と粒子濃度
との比例係数が異なるのを補正するものである。ここ
で、電極対距離Ｄ1 及び電極面積を一定にすると、金属
粒子の速度のみの関数となる。特に、本発明者らは、こ
の金属粒子の速度が油温に大きく依存することに基づい
て、油温に対するパルスのカウント数の依存性が大きい
ことを実験により確認している。例えば、図７に示すよ
うな温度依存性を表す曲線が得られている。

【００３３】上記温度依存性は、次のように説明され
る。パルスのカウント数（すなわち、パルス発生頻度）
は、電極近傍に存在する金属粒子の濃度と、電極に吸引
される際の金属粒子の速度Ｕとに比例すると考えられ
る。ここで、金属粒子の速度Ｕは、粒径に依存しない電
界による引力と油の粘性率ηとによって決まるものと
し、測定される金属粒子は１００μｍ以下で、かつ、Ｓ
ｔｏｋｅｓの式に従うものとしている。このとき、金属
粒子の速度Ｕは、数式「速度Ｕ∝１／η」で表される。
一般的に油温が上昇すると油の粘性率ηは小さくなる
が、これにより電極に吸引される金属粒子の速度Ｕが上
記数式に従って上昇し、単位時間当たりに金属粒子が電
極間に捕獲される率が大きくなる。したがって、温度上
昇に伴って、パルス発生頻度が増加することになる。こ
のようなカウント数の温度依存性を考慮するために、実
際に濃度を算出するときは上記変換係数αによって補正
する。本実施例では、図７に示すように油温８０°Ｃに
おけるパルス頻度を基準値"1" とし、各油温に対するこ
の補正曲線上の値の逆数を変換係数αとする。そして、
各測定時に、作動油の温度センサ（図示せず）により油
温を測定し、油温に対する上記変換係数αを求め、各電
圧区分Ｖi に対応するカウント数Ｃi(Ｖ) に変換係数α
を掛けて実際の濃度Ｍi を求めている。

【００３４】以上の処理により、１回当たりの測定単位
時間Ｔ0 に対応する粒径分布が作成される。この測定を
連続して例えば８回行ない、各回に作成した粒径分布を
時系列的に並べることによって、図８に示すような粒径
分布の時間的な遷移図が得られる。制御器５０は、この
遷移図に基づいて各種の故障診断を行なうことが可能と
なる。図９はこの故障診断時の処理フローチャートを表
しており、以下、同図を参照して故障診断方法を詳細に
説明する。

【００３５】Ｓ１１では、各回の粒径分布に基づいて算
出した定常的粒子濃度が所定の濃度限界値ＭL 以上か否
かを判断し、濃度限界値ＭL 以上のときは異常有りとみ
なし、Ｓ１２で例えばメッセージ表示や警告ランプやブ
ザー等で異常報知する。また、Ｓ１１で濃度限界値ＭL
より小さいときは、Ｓ１３に進む。ここで、上記定常的
粒子濃度は、８回分の時系列データのカウント数の各粒
径幅毎の平均値より算出したものである。すなわち、各
粒径幅毎に８回分のカウント数の合計値Ａを求めて数式
「合計値Ａ／８」により平均値を算出し、この平均カウ
ント数に前述の変換係数αを掛けて平均濃度を求め、こ
れを現時点での各粒径幅毎の定常的粒子濃度とする。ま
た、濃度限界値ＭL は予め各粒径幅毎に設定されるが、
通常、産業上広く用いられている油の汚染度評価基準に
合わせて設定することができる。この汚染度評価基準と
しては例えばＮＡＳ等級等に規定されており、１００ml
中の５〜１５、１５〜２５、２５〜５０μｍの粒子数か
ら汚染度を決めている。このように、各粒径幅毎に濃度
限界値ＭL と算出した上記定常的粒子濃度とを比較す
る。

【００３６】Ｓ１３では、各回の粒径分布に基づいて算
出した各粒径幅毎の濃度増加率が所定の濃度増加率限界
値ＭZL以上か否かを判断し、濃度増加率限界値ＭZL以上
のときは異常有りとみなし、Ｓ１４で上記同様にして異
常報知する。濃度増加率限界値ＭZLより小さいときは、
Ｓ１５に進む。ここで、上記濃度増加率は、時間に対す
る各粒径幅毎の濃度変化率を表しており、簡易的に時間
に対する濃度変化を一次式で近似し、この一次式の傾き
を濃度増加率として使用している。具体的には、各粒径
幅毎にカウント数を時系列的に並べ、（ｎ−１）回目と
ｎ回目のカウント数の差値を測定単位時間Ｔ0 当たりの
濃度増加率とする。また、濃度増加率限界値ＭZLは各粒
径幅毎に予め設定され、例えば実験的に標準の濃度増加
率限界値ＭZLを決めることができる。

【００３７】このとき、カウント数が所定値以下の場合
には、このデータによって算出した上記濃度増加率のば
らつきが大きく信頼性が低いので、カウント数が所定値
以上であることを前提条件とすることが必要である。ま
た、時間変化に対する濃度変化の相関度合いに基づい
て、測定データの信頼性を向上させることもできる。こ
れは、例えば、８回分の求めた濃度増加率データから相
関係数や共分散等の相関度合いを示す値を得ることがで
き、この相関係数が一定値以上の場合にのみ、求めた濃
度増加率を有効とみなすようにできる。したがって、あ
る測定単位時間に算出された濃度増加率が所定値以上に
なったときは、この後の測定単位時間に算出した濃度増
加率を含めて相関係数を求め、この結果で以前の濃度増
加率の相関係数が大きい（ばらつきが小さい）場合の
み、先に算出した濃度増加率の値を有効とみなすように
する。これによって、増加率による診断時の誤報を無く
し、信頼性を高くすることが可能である。

【００３８】Ｓ１５では、各回の粒径分布に基づいて算
出した平均粒径が所定の平均粒径限界値ＲL 以上か否か
を判断し、平均粒径限界値ＲL 以上のときは異常有りと
みなし、Ｓ１６で上記同様にして異常報知する。平均粒
径限界値ＲL より小さいときは、Ｓ１７に進む。ここ
で、上記平均粒径は、各回（測定単位時間Ｔ0 ）毎の全
粒径の平均値であり、次のようにして算出される。ま
ず、各粒径幅に対する代表値を設定する。この代表値
は、例えば５〜１５μｍの範囲には「５」を、１５〜２
５μｍの範囲には「１５」を、２５〜５０μｍの範囲に
は「２５」を採用することができる。そして、各粒径幅
のカウント数と代表値との積を演算し、この積を同一測
定回での全粒径幅に対して合計し、この合計値を同一測
定回での全カウント数（粒子数に相当する）で割る。こ
の結果、その測定回での粒径分布の平均粒径を疑似的に
表すパラメータが得られる。なお、代表値としては上記
に限定されずに、例えば粒径幅の中央値等としてもよ
い。また、粒径幅の区分を、本実施形態のように４区分
ではなく、さらに細かく区分することによって、上記疑
似的パラメータを真の平均粒径に近づけることができ
る。さらに精度良く平均粒径を求めるならば、測定時
に、各ピーク値入力毎にこのピーク値に相当する粒径を
演算してこの値を積算して行き、測定単位時間Ｔ0 終了
後にこの積算値を全カウント数で割ることによって求め
ることも可能である。

【００３９】Ｓ１７では各回の粒径分布に基づいて算出
した平均粒径増加率が所定の平均粒径増加率限界値ＲZL
以上か否かを判断し、平均粒径増加率限界値ＲZL以上の
ときは異常有りとみなし、Ｓ１８で上記同様にして異常
報知する。平均粒径増加率限界値ＲZLより小さいとき
は、エンドで診断処理を終了し、前述の測定処理フロー
を実施する。ここで、上記平均粒径増加率は、前ステッ
プで求めた平均粒径の時間的な変化率を表しており、具
体的には以下のように算出される。すなわち、各回で求
めた平均粒径を時系列的に並べ、（ｎ−１）回目とｎ回
目の平均粒径の差値を測定単位時間Ｔ0 当たりの平均粒
径増加率とする。また、平均粒径増加率限界値ＲZLは予
め設定され、例えば実験的に標準の平均粒径増加率限界
値ＲZLを決めることができる。なお、前述の濃度増加率
の場合と同様に、診断結果の信頼性を向上させるため
に、測定データの相関係数や所定カウント数を診断時の
前提条件とすることが必要である。

【００４０】なお、これまでの説明では、測定されたピ
ーク値及びそのパルスカウント数はデータ処理部４０で
粒径及びその濃度に変換され、制御器５０ではこの粒径
及び濃度に基づいて故障診断を行なうようにしている
が、勿論これに限定されない。すなわち、ピーク値及び
そのパルスカウント数は金属粒子の粒径及びその濃度に
一義的に対応するものである。よって、直接ピーク値及
びそのパルスカウント数に基づいて、例えばピーク値と
カウント数とを掛け合わせてピーク値平均を求めて平均
粒径の代用としてもよい。これにより、同様の故障診断
が可能となり、演算時間等を短縮できる。また、測定時
間及び粒径幅等の設定は、前述の値に限らずに演算処理
能力や算出した各データの信頼性等との関係によって変
更可能である。

【００４１】以上のようにして、時系列的に測定された
粒径分布に基づいて、油中の金属粒子の粒径及びその濃
度の平均値や時間的な増加率が求められ、これらの結果
によって油圧機器の故障予測及び診断が行われる。した
がって、作業者の経験や勘に頼ること無く診断できるの
で診断結果のばらつきが無くなり、信頼性が向上され
る。また、高価な光学機器等を使用してないので、安価
な故障診断装置が構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる故障診断装置のセンサ本体例の
正面図である。

【図２】本発明に係わる故障診断装置の一例の構成図で
ある。

【図３】本発明に係わる故障診断装置のパルス電圧発生
時の作用説明図である。

【図４】本発明に係わる故障診断装置で作成した粒径分
布の例である。

【図５】本発明に係わる故障診断装置による粒径分布作
成の説明図である。

【図６】本発明に係わる粒径分布の作成フローチャート
例を示す。

【図７】本発明に係わる粒子濃度（パルスカウント数）
と油温との関係を示す。

【図８】本発明に係わる故障診断時の粒径分布遷移図を
示す。

【図９】本発明に係わる故障診断時の処理フローチャー
ト例を示す。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ リード線 ２ 電極対 ２ａ、２ｂ 電極 ３ 絶縁体 ５ 抵抗 ６ 直流電源 ７ コンデンサ １０ センサ本体 １１ 頭部 １３ 螺子部 １５ 液体接触部表面 ３０ 信号処理部 ４０ データ処理部 ５０ 制御器 Ｖp ピーク電圧値 Ｖi 電圧区分 Ｃi(Ｖ) カウント数

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧機器の作動油中に配設され、かつ、
   電極間に所定電圧が印加された電極対と、作動油中に混
   在する金属粒子がこの電極間を短絡させたことを検出し
   て作動油中の金属粒子の有無を判定する判定手段とを備
   え、この判定手段の結果に基づいて故障診断を行なう油
   圧機器の故障診断装置において、 前記作動油中の金属粒子によって前記電極間に発生する
   短絡電流をパルス化するパルス化手段と、 パルス化手段からのパルス信号のピーク電圧値を検出す
   る信号処理部(30)と、 信号処理部(30)からのピーク電圧値を入力し、このピー
   ク電圧値及び前記パルス信号のカウント数に基づいて、
   作動油中の金属粒子の粒径及び濃度を算出するデータ処
   理部(40)と、 データ処理部(40)が算出した金属粒子の粒径及び濃度に
   基づいて、油圧機器の故障診断を行なう制御器(50)とを
   備えたことを特徴とする油圧機器の故障診断装置。
2. 【請求項２】 油圧機器の作動油中に配設され、かつ、
   電極間に所定電圧が印加された電極対と、作動油中に混
   在する金属粒子がこの電極間を短絡させたことを検出し
   て作動油中の金属粒子の有無を判定する判定手段とを備
   え、この判定手段の結果に基づいて故障診断を行なう油
   圧機器の故障診断装置において、 前記作動油中の金属粒子によって前記電極間に発生する
   短絡電流をパルス化するパルス化手段と、 パルス化手段からのパルス信号のピーク電圧値を検出す
   る信号処理部(30)と、 信号処理部(30)からのピーク電圧値を入力し、このピー
   ク電圧値及び前記パルス信号のカウント数に基づいて、
   油圧機器の故障診断を行なう制御器(50)とを備えたこと
   を特徴とする油圧機器の故障診断装置。
3. 【請求項３】 油圧機器の作動油中に混在する金属粒子
   の有無の測定結果に基づいて油圧機器の故障診断を行な
   う油圧機器の故障診断方法において、 作動油中に所定電圧が印加された電極対を配設し、この
   電極間に流れる短絡電流をパルス信号に変換し、このパ
   ルス信号のピーク電圧値及びカウント数に基づいて作動
   油中の前記金属粒子の粒径及びその濃度を算出し、この
   粒径及び濃度に基づいて油圧機器の故障診断を行なうこ
   とを特徴とする油圧機器の故障診断方法。
4. 【請求項４】 金属粒子の前記濃度の増加率を求め、こ
   の濃度増加率に基づいて油圧機器の故障診断を行なうこ
   とを特徴とする請求項３に記載の油圧機器の故障診断方
   法。
5. 【請求項５】 金属粒子の前記粒径の平均値の増加率を
   求め、この平均粒径増加率に基づいて油圧機器の故障診
   断を行なうことを特徴とする請求項３に記載の油圧機器
   の故障診断方法。
6. 【請求項６】 金属粒子の前記粒径毎の濃度を求め、こ
   の濃度に基づいて油圧機器の故障診断を行なうことを特
   徴とする請求項３に記載の油圧機器の故障診断方法。
7. 【請求項７】 金属粒子の前記粒径の平均値を求め、こ
   の平均粒径に基づいて油圧機器の故障診断を行なうこと
   を特徴とする請求項３に記載の油圧機器の故障診断方
   法。
8. 【請求項８】 請求項４又は５記載の油圧機器の故障診
   断方法において、 前記濃度増加率又は平均粒径増加率に基づいて故障診断
   するときは、測定単位時間Ｔ0 以内のパルスのカウント
   数が所定値以上で、かつ、測定データのばらつきが所定
   値以下の場合にのみ、算出した濃度増加率又は平均粒径
   増加率に基づいて油圧機器の故障診断を行なうことを特
   徴とする油圧機器の故障診断方法。
9. 【請求項９】 請求項３〜８のいずれか一つに記載の油
   圧機器の故障診断方法において、 前記カウント数に基づいて金属粒子の濃度を演算すると
   きは、温度によって補正された濃度を求め、この濃度に
   基づいて油圧機器の故障診断を行なうことを特徴とする
   油圧機器の故障診断方法。