特開 2023-152397 異物認識システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023152397

(43)【公開日】2023-10-17

(54)【発明の名称】異物認識システム

(51)【国際特許分類】

   F15B 21/041 20190101AFI20231010BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20231010BHJP

【ＦＩ】

F15B21/041

G01N21/17 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022062383

(22)【出願日】2022-04-04

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】内藤 慎一

【テーマコード（参考）】

2G059

3H082

【Ｆターム（参考）】

2G059AA05

2G059BB04

2G059CC20

2G059FF01

2G059KK04

3H082AA11

3H082CC02

3H082DE10

3H082EE01

(57)【要約】

【課題】オイルに混入した粗大な異物を迅速かつ精度良く認識可能な異物認識システムを提供する。
【解決手段】トランスミッション１は、タンク１０を含むハウジング２と、ハウジング２に取り付けられるオイル供給路３と、可視化センサ４とを備える。タンク１０は、第１空間１１に繋がる第２空間１２内に配置されるストレーナ１３と、第１空間１１及び第２空間１２の間に配置され、上方から下方に向かって延びる仕切り壁１４とを有する。可視化センサ４は、仕切り壁１４の下方に位置するセグメントＳ１，Ｓ２を認識する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

オイルを貯留するタンクを含むハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられるオイル供給路と、
異物認識装置と、
を備え、
前記タンクは、
第１空間と、
前記第１空間に繋がる第２空間と、
前記第２空間から前記オイル供給路に流れる前記オイルに混入した異物を分離するストレーナと、
前記第１空間及び前記第２空間の間に配置され、上方から下方に向かって延びる仕切り壁と、
を有し、
前記異物認識装置は、前記仕切り壁の下方に位置する前記異物を認識する、
異物認識システム。

【請求項2】

前記タンクは、前記仕切り壁の下方に配置される網目部材をさらに有し、
前記異物認識装置は、前記網目部材の前記ストレーナ側を認識する、
請求項１に記載の異物認識システム。

【請求項3】

前記タンクは、底面から上方に向かって延びる沈殿壁をさらに有し、
前記異物認識装置は、前記沈殿壁の前記ストレーナ側に位置する異物を認識する、
請求項１に記載の異物認識システム。

【請求項4】

前記異物認識装置は、異物を認識するセンサである、
請求項１乃至３のいずれかに記載の異物認識システム。

【請求項5】

前記ハウジングは、前記オイルが供給されるクラッチディスクを収容する、
請求項１に記載の異物認識システム。

【請求項6】

前記クラッチディスクの摩擦材は、非磁性体によって構成されている、
請求項５に記載の異物認識システム。

【請求項7】

前記異物認識装置に接続される異常判定装置をさらに備え、
前記異常判定装置は、前記異物認識装置によって認識された異物のサイズに基づいて、前記オイルに異常量の水分が混入しているか否かを判定する、
請求項５に記載の異物認識システム。

【請求項8】

前記第２空間の容積は、前記第１空間の容積より小さい、
請求項１乃至３のいずれかに記載の異物認識システム。

【請求項9】

前記第２空間の上面は、前記オイルの液面より常に下に位置する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の異物認識システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、異物認識システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ブルドーザやホイールローダなどの作業車両には、所定の装置（例えば、トランスミッション、アクスル、ブレーキ装置など）にオイルを供給する油圧装置が設けられている。

【0003】

油圧装置には、オイルを貯留するタンクと、タンク内に配置されるストレーナと、ストレーナを通過したオイルを吐出する油圧ポンプとが設けられる。

【0004】

特許文献１では、油圧ポンプから吐出されるオイルに混入している異物を光学的に認識する手法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１５９４６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の手法は、ストレーナを通過したオイルに混入した微小な異物を認識するものであるため、ストレーナによって分離された粗大な異物を認識することができない。

【0007】

本開示は、オイルに混入した粗大な異物を迅速かつ精度良く認識可能な異物認識システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係る異物認識システムは、オイルを貯留するタンクを含むハウジングと、ハウジングに取り付けられるオイル供給路と、異物認識装置とを備える。タンクは、第１空間と、第１空間に繋がる第２空間と、第２空間からオイル供給路に流れるオイルに混入した異物を分離するストレーナと、第１空間及び第２空間の間に配置され、上方から下方に向かって延びる仕切り壁とを有する。異物認識装置は、仕切り壁の下方に位置する異物を認識する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、オイルに混入した粗大な異物を迅速かつ精度良く認識可能な異物認識システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係るトランスミッションの側面図

【図2】実施形態に係るタンクの断面図

【図3】実施形態に係るタンクの断面図

【図4】変形例１に係るタンクの断面図

【図5】変形例２に係るタンクの断面図

【発明を実施するための形態】

【0011】

（トランスミッション１）
図１は、実施形態に係るトランスミッション１の側面図である。本明細書において、「上」「下」とは、鉛直方向を基準とした「上」「下」を意味する。

【0012】

トランスミッション１は、ブルドーザやホイールローダなどの作業車両に搭載される。トランスミッション１は、ハウジング２、オイル供給路３、可視化センサ４、及び異常判定装置５を備える。ハウジング２、オイル供給路３、可視化センサ４、及び異常判定装置５は、本開示に係る「異物認識システム」を構成する。

【0013】

ハウジング２は、クラッチ（前後進用クラッチ、速度段クラッチなど）及び軸（入力軸、中間軸、出力軸など）を収容する。本実施形態では、クラッチとして、複数のクラッチディスクを有する湿式多板式クラッチが用いられる。クラッチディスクの芯板表面には、例えば非磁性体（ペーパ系材料など）によって構成される摩擦材が接着剤（例えば、フェノール樹脂）によって貼付されている。摩擦材は、マトリクス状に配置された複数のセグメントによって構成される。

【0014】

ハウジング２内には、クラッチ及び軸に供給されるオイルが循環している。ハウジング２の下端部には、タンク１０が設けられる。オイルは、タンク１０に貯留される。ハウジング２の上部には、油圧ポンプ２０が設けられる。トランスミッション１の稼働中、油圧ポンプ２０は、オイル供給路３を介して、タンク１０に貯留されたオイルを吸引し、トランスミッション１内の各部を潤滑する。トランスミッション１の稼働中、各部を潤滑したオイルは重力落下し、再びタンク１０に戻る。

【0015】

オイル供給路３は、ハウジング２に取り付けられる。オイル供給路３は、ハウジング２内にオイルを供給するための油路である。オイル供給路３の下端はタンク１０に接続され、オイル供給路３の上端は油圧ポンプ２０に接続される。トランスミッション１の稼働中には、オイルは油圧ポンプ２０によって吸引され、オイル供給路３内を下方から上方に向かって流れる。トランスミッション１の稼働が終了すると油圧ポンプ２０による吸引が停止し、オイル供給路３内に溜まったオイルはオイル供給路３内を上方から下方に向かって流れ落ちる。

【0016】

可視化センサ４は、タンク１０に取り付けられる。本実施形態において、可視化センサ４は、タンク１０の外壁に形成された挿入孔１０ａに挿入されている。

【0017】

可視化センサ４は、本開示に係る「異物認識装置」の一例である。可視化センサ４は、タンク１０に貯留されたオイルに混入している異物を認識する。具体的には、可視化センサ４は、オイルに混入している異物を撮像して撮像データを生成し、撮像データを異常判定装置５に送信する。可視化センサ４の構成については後述する。

【0018】

異常判定装置５は、可視化センサ４に接続される。異常判定装置５は、可視化センサ４から撮像データを取得する。異常判定装置５は、撮像データに基づいて、可視化センサ４によって認識された異物のサイズを推定する。異常判定装置５は、異物のサイズに基づいて、オイルに異常量の水分が混入しているか否かを判定する。異常判定装置５は、異物のサイズが閾値以上である場合、オイルに異常量の水分が混入していると判定する。

【0019】

ここで、オイルに多量の水分が混入している場合、クラッチディスクの芯板表面の接着剤が分解されて摩擦材がセグメントごとに剥離する。従って、閾値をセグメントのサイズに合わせて設定しておくことによって、オイルに異常量の水分が混入しているか否かを判定することができる。

【0020】

（タンク１０）
図２及び図３は、タンク１０を鉛直面で切断した断面図である。図２ではトランスミッション１の稼働中の様子が図示されており、図３ではトランスミッション１の稼働終了後の様子が図示されている。図２及び図３では、オイルの循環方向が破線で示されている。

【0021】

タンク１０は、第１空間１１、第２空間１２、ストレーナ１３、仕切り壁１４、及び網目部材１５を有する。

【0022】

図２に示すように、トランスミッション１の稼働中、第１空間１１にはオイルが上方から流入する。第１空間１１に流入したオイルは第２空間１２に流入する。第１空間１１にはオイルが貯留される。

【0023】

第２空間１２は、第１空間１１に繋がる。オイルの循環方向において、第２空間１２は、第１空間１１の下流に位置する。第２空間１２は、オイルのエアレーションを抑えるための空間である。第２空間１２の容積は、第１空間１１の容積より小さい。トランスミッション１が稼働中か非稼働中かに関わらず、第２空間１２にはオイルが常に充填される。従って、図２及び図３に示すように、第２空間１２の上面１２Ｔは、オイルの液面より常に下に位置する。

【0024】

図２に示すように、トランスミッション１の稼働中、各部を潤滑したオイルは重力落下して第１空間１１に流入する。第1空間１１から網目部材１５を通過して第２空間１２に流入したオイルはストレーナ１３に流入する。

【0025】

ストレーナ１３は、第２空間１２からオイル供給路３に流れるオイルに混入した異物を分離する。本実施形態において、ストレーナ１３は、第２空間１２に配置される。ストレーナ１３は、タンク１０の外壁に形成された挿入孔１０ｂに挿入されている。図２に示すように、トランスミッション１の稼働中、第２空間１２内のオイルはストレーナ１３を介してオイル供給路３へ流れる。ストレーナ１３は、オイルに混入した粗大な異物を濾し取るための濾材１６を有する。濾材１６は、濾紙（例えば、不織布）又は金属製メッシュによって構成することができる。濾材１６は、ひだ折りされていてよい。濾材１６は、オイルに混入した粗大な異物をオイルから分離する。ここで、図２では、クラッチディスクから剥離した２つのセグメントＳ１，Ｓ２がストレーナ１３によって分離された様子が図示されている。セグメントＳ１，Ｓ２は、本開示に係る「異物」の一例である。ストレーナ１３の表面積が大きいため、ストレーナ１３に付着した状態のセグメントＳ１，Ｓ２を認識することは難しい。そこで、本実施形態では、後述するように、ストレーナ１３から離れた状態でセグメントＳ１，Ｓ２の認識が行われる。

【0026】

仕切り壁１４は、タンク１０内に設けられる。仕切り壁１４は、第１空間１１及び第２空間１２の間に配置される。仕切り壁１４は、上方から下方に向かって延びる。仕切り壁１４の下端部は、タンク１０の底面１０Ｔから離れている。従って、仕切り壁１４は第１空間１１と第２空間１２を仕切る壁であるが、第１空間１１及び第２空間１２は仕切り壁１４の下方の空間を介して互いに繋がっている。第１空間１１と第２空間１２の境界は、仕切り壁１４の下端部から鉛直下方に延びる延長面によって規定することができる。

【0027】

網目部材１５は、仕切り壁１４の下方に配置される。本実施形態において、網目部材１５の上端部は仕切り壁１４の下端部に接続され、網目部材１５の下端部は底面１０Ｔに接続されている。

【0028】

網目部材１５は、網目（孔）を有する。網目部材１５としては、金属製メッシュやパンチングメタルなどを用いることができる。網目のサイズは、クラッチディスクから剥離したセグメントＳ１，Ｓ２がオイルの流れに乗って通過できる程度の大きさである。そのため、網目部材１５の網目にセグメントＳ１，Ｓ２が詰まって油圧ポンプ２０の吸い込み不良が起こることを抑制できる。

【0029】

図２に示すように、トランスミッション１の稼働中、セグメントＳ１，Ｓ２は、オイルの流れに乗って第１空間１１から第２空間１２へ網目部材１５を通過する。図３に示すように、トランスミッション１の稼働終了後、オイル供給路３内のオイルは第２空間１２から第１空間１１へ網目部材１５を介して戻るが、このときのオイルの流れ（流速）は稼働中のオイルの流れ（流速）よりも非常に緩やかである。そのため、セグメントＳ１，Ｓ２は、網目部材１５の網目に引っかかって底面１０Ｔに沈殿したり、網目部材１５の網目に引っかかったりする。その結果、セグメントＳ１，Ｓ２は、網目部材１５のストレーナ１３側の狭い範囲に位置する。セグメントＳ１，Ｓ２が位置する範囲はストレーナ１３の表面積よりも狭いため、後述する可視化センサ４によってセグメントＳ１，Ｓ２を認識しやすくなる。

【0030】

なお、セグメントＳ１，Ｓ２より小さい異物は網目部材１５を通過して第１空間１１に移動するため、網目部材１５のストレーナ１３側には、トランスミッション１の損傷の可能性を示すような粗大な異物だけが集まる。そのため、後述するように、トランスミッション１の損傷の可能性を示すような粗大な異物を精度良く認識することができる。

【0031】

ここで、可視化センサ４は、網目部材１５のストレーナ１３側を認識できる位置に配置されている。本実施形態において、可視化センサ４は、網目部材１５のストレーナ１３側に配置されているが、網目部材１５のストレーナ１３と反対側に配置されていてもよい。可視化センサ４が網目部材１５のストレーナ１３と反対側に配置されていても、可視化センサ４は、網目部材１５の網目に引っかかったセグメントＳ１を認識することができる。

【0032】

可視化センサ４は、撮像装置４１及び照明器具４２を有する。撮像装置４１は、網目部材１５のストレーナ１３側に位置するセグメントＳ１，Ｓ２を撮像する。撮像装置４１の撮像範囲は、網目部材１５のストレーナ１３側の表面と、底面１０Ｔのうち網目部材１５のストレーナ１３側の領域とを含むように設定される。照明器具４２は、撮像装置４１の撮像範囲を照らす。

【0033】

このように、可視化センサ４は、仕切り壁１４の下方に位置するセグメントＳ１，Ｓ２を認識する。具体的には、可視化センサ４は、網目部材１５のストレーナ１３側に位置するセグメントＳ１，Ｓ２を認識する。従って、ストレーナ１３によって分離された粗大な異物が少量でも発生したときに、可視化センサのような認識範囲が限定されたセンサを用いて早期に認識することができる。よって、トランスミッション１の損傷の可能性を示すような粗大な異物を迅速かつ精度良く認識することができる。その結果、上述のとおり異常判定装置５においてオイルに異常量の水分が混入しているか否かを迅速かつ精度良く判定することができる。

【0034】

（実施形態の変形例）
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

【0035】

［変形例１］
上記実施形態において、網目部材１５の上端部は仕切り壁１４の下端部に接続されることとしたが、図４に示すように仕切り壁１４の下端部から離れていてもよい。

【0036】

［変形例２］
上記実施形態において、タンク１０は、網目部材１５を有することとしたが、必ずしも網目部材１５を有していなくてよい。タンク１０が網目部材１５を有していなくても、可視化センサ４の撮像範囲を適切に設定しておくことによって異物を認識することができる。

【0037】

タンク１０が網目部材１５を有していない場合、図５に示すように、タンク１０は、底面１０Ｔから上方に向かって延びる沈殿壁１７をさらに有することが好ましい。トランスミッション１の稼働終了後、第２空間１２から第１空間１１へ戻るオイルに混入した異物Ｓを沈殿壁１７によって留めることができる。異物Ｓは、沈殿壁１７を超えることができず底面１０Ｔに沈殿するため、沈殿壁１７のストレーナ１３側に位置する異物Ｓを可視化センサ４によって認識することができる。

【0038】

［変形例３］
上記実施形態では、異物認識装置として可視化センサ４を用いることとしたが、これに限られない。異物認識装置としては、異物を認識可能な非接触式センサを用いることができる。非接触式センサとしては、異物を像として捉えることのできる可視化センサ４だけでなく、光の屈折率に基づいて異物を認識できるセンサ（例えば、ファイバセンサ、光電センサなど）を用いることができる。

【0039】

［変形例４］
上記実施形態において、ストレーナ１３は、タンク１０の第２空間１２に配置されることとしたが、オイル供給路３に内蔵されていてもよい。

【0040】

［変形例５］
上記実施形態では、本開示に係る異物認識システムをトランスミッションに適用した場合について説明したが、本開示に係る異物認識システムは、トランスミッションのほか、アクスル装置やブレーキ装置などにも適用可能である。なお、異物認識システムは、少なくともハウジング、オイル供給路及び異物認識装置を備えていればよい。

【0041】

（付記１）
オイルを貯留するタンクを含むハウジングと、前記ハウジングに取り付けられるオイル供給路と、異物認識装置と、を備え、前記タンクは、第１空間と、前記第１空間に繋がる第２空間と、前記第２空間から前記オイル供給路に流れる前記オイルに混入した異物を分離するストレーナと、前記第１空間及び前記第２空間の間に配置され、上方から下方に向かって延びる仕切り壁と、を有し、前記異物認識装置は、前記仕切り壁の下方に位置する前記異物を認識する、異物認識システム。

【0042】

（付記２）
前記タンクは、前記仕切り壁の下方に配置される網目部材をさらに有し、前記異物認識装置は、前記網目部材の前記ストレーナ側を認識する、付記１に記載の異物認識システム。

【0043】

（付記３）
前記タンクは、底面から上方に向かって延びる沈殿壁をさらに有し、前記異物認識装置は、前記沈殿壁の前記ストレーナ側に位置する異物を認識する、付記１に記載の異物認識システム。

【0044】

（付記４）
前記異物認識装置は、異物を認識するセンサである、付記１から付記３のいずれか一つに記載の異物認識システム。

【0045】

（付記５）
前記ハウジングは、前記オイルが供給されるクラッチディスクを収容する、付記１から付記４のいずれか一つに記載の異物認識システム。

【0046】

（付記６）
前記クラッチディスクの摩擦材は、非磁性体によって構成されている、付記５に記載の異物認識システム。

【0047】

（付記７）
前記異物認識装置に接続される異常判定装置をさらに備え、前記異常判定装置は、前記異物認識装置によって認識された異物のサイズに基づいて、前記オイルに異常量の水分が混入しているか否かを判定する、付記５又は付記６に記載の異物認識システム。

【0048】

（付記８）
前記第２空間の容積は、前記第１空間の容積より小さい、付記１から付記７のいずれか一つに記載の異物認識システム。

【0049】

（付記９）
前記第２空間の上面は、前記オイルの液面より常に下に位置する、付記１から付記８のいずれか一つに記載の異物認識システム。

【符号の説明】

【0050】

１ トランスミッション
２ ハウジング
３ オイル供給路
４ 可視化センサ
４ａ 撮像装置
４ｂ 照明器具
５ 異常判定装置
１０ タンク
１０Ｔ 底面
１１ 第１空間
１２ 第２空間
１３ ストレーナ
１４ 仕切り壁
１５ 網目部材
１６ 濾材
１７ 沈殿壁
２０ 油圧ポンプ
Ｓ１，Ｓ２ クラッチディスクのセグメント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】