特開 2024-107633 オイル状態検出装置

(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】P2024107633

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】オイル状態検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/00 20060101AFI20240802BHJP

   G01N 27/22 20060101ALI20240802BHJP

   G01N 27/72 20060101ALI20240802BHJP

   G01V 3/10 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

G01N27/00 L

G01N27/22 B

G01N27/72

G01V3/10 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011659

(22)【出願日】2023-01-30

(71)【出願人】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】株式会社ＰＩＬＬＡＲ

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中津 彰

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】夏原 悠佑

【テーマコード（参考）】

2G053

2G060

2G105

【Ｆターム（参考）】

2G053AA13

2G053BA04

2G053BA05

2G053CA03

2G053CA19

2G060AA05

2G060AE30

2G060AF03

2G060AF10

2G060EA08

2G060HA02

2G060KA05

2G105AA01

2G105BB03

2G105DD02

2G105EE01

2G105HH05

(57)【要約】

【課題】オイル状態検出装置の構成を簡易にする。
【解決手段】オイル状態検出装置１００は、コイル１およびコンデンサ２によって構成される発振回路と、発振回路の発振周波数を検出する発振器３およびＰＬＬ回路４で構成される検出装置を備える。コイル１およびコンデンサ２のいずれか一方は、オイルＯＬに浸漬されている。発振回路および検出装置は、同一の回路基板２０上に配置されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１コイルおよび第１コンデンサによって構成される第１発振回路と、
前記第１発振回路の発振周波数を検出する第１検出装置とを備え、
前記第１コイルおよび前記第１コンデンサのいずれか一方は、オイルに浸漬されており、
前記第１発振回路および前記第１検出装置は、同一の回路基板に配置されている、オイル状態検出装置。

【請求項2】

前記回路基板を覆う第１筐体および第２筐体とをさらに備え、
前記第１筐体は、前記オイルが充填されたケースに先端部が挿入されており、
前記第２筐体は、前記第１筐体の基端部において、前記ケースと離間するように配置されており、
前記第１検出装置のうち、所定温度以下の耐熱性能である電気回路素子が、前記第２筐体内に配置されている、請求項１に記載のオイル状態検出装置。

【請求項3】

前記回路基板を覆う第１筐体と、
前記回路基板を前記第１筐体に固定する固定部とをさらに備える、請求項１に記載のオイル状態検出装置。

【請求項4】

前記回路基板には、前記第１コイルの中心部に対応する位置に貫通孔が形成されている、請求項１に記載のオイル状態検出装置。

【請求項5】

前記第１コイルと面積の異なる第２コイルおよび第２コンデンサによって構成される第２発振回路と、
前記第２発振回路の発振周波数を検出する第２検出装置とを備え、
前記第２コイルおよび前記第２コンデンサのいずれか一方は、前記オイルに浸漬されており、
前記第１発振回路、前記第１検出装置、前記第２発振回路および前記第２検出装置は、同一の前記回路基板上に配置されており、
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、互いに面積が異なる、請求項１に記載のオイル状態検出装置。

【請求項6】

前記オイルに浸漬された第３コンデンサをさらに備え、
前記第１発振回路、前記第１検出装置および前記第３コンデンサは、同一の前記回路基板上に配置されている、請求項１に記載のオイル状態検出装置。

【請求項7】

前記オイルに浸漬された温度センサをさらに備え、
前記第１検出装置は、前記温度センサの検出温度に応じて、動作温度保証範囲内では動作し、動作保証範囲外では停止する、請求項１に記載のオイル状態検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、オイルに含まれる劣化物質の物質量を検出するオイル状態検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、車両や建設機械などに潤滑油として用いられるオイルの劣化を判断する方法が存在する。

【0003】

特許文献１のオイルチェックセンサは、検出用コイルヘッドと発振同調回路とを備える。検出用コイルヘッドは、エンジンオイル中の金属粉を吸着する。発振同調回路は、吸着された金属粉の量に応じて変化する検出用コイルヘッドのインダクタンス値に応じて振幅が変化する検出信号を発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－３２１２４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１では、検出用コイルヘッドと発振同調回路とが別体で設けられているため、検出用コイルヘッドと発振同調回路とを別で製作し、電気的に接続する必要がある。このため、センサの構成が複雑となるとともに、組立工数の増加によるコストの増加が生じる。

【0006】

そこで、本開示は、構成を簡易にしたオイル状態検出装置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】

【0007】

上記の目的を達成するために、本開示の一実施形態に係るオイル状態検出装置は、第１コイルおよび第１コンデンサによって構成される第１発振回路と、前記第１発振回路の発振周波数を検出する第１検出装置とを備え、前記第１コイルおよび前記第１コンデンサのいずれか一方は、オイルに浸漬されており、前記第１発振回路および前記第１検出装置は、同一の回路基板に配置されている。

【0008】

この構成によれば、第１発振回路および第１検出装置が同一の回路基板に配置されるため、発振回路および検出装置を別体で構成する必要がなくなり、オイル状態検出装置の構成を簡易にすることができる。

【発明の効果】

【0009】

本開示によると、オイル状態検出装置の構成を簡易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係るオイル状態検出装置を示すブロック図。

【図2】第１実施形態に係る、チューニング電圧と、オイルに含まれる磁性体の量との関係を示すグラフ。

【図3】第１実施形態に係るオイル状態検出装置の構成を示す断面図。

【図4】第２実施形態に係るオイル状態検出装置の構成を示す側面断面図。

【図5】第２実施形態に係る検出装置の動作温度を示すグラフ。

【図6】第２実施形態の変形例に係るオイル状態検出装置の構成を示す断面図。

【図7】第３実施形態に係る回路基板の構成を示す図。

【図8】第３実施形態の変形例１に係る回路基板の構成を示す図。

【図9】第３実施形態の変形例２に係る回路基板の構成を示す図。

【図10】第３実施形態の変形例３に係る回路基板の構成を示す図。

【図11】第１実施形態の他の例に係るオイル状態検出装置の先端部付近の構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

【0012】

（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係るオイル状態検出装置を示すブロック図である。図１に示すように、本オイル状態検出装置は、コイル１（第１コイル）と、コンデンサ２（第１コンデンサ）と、発振器（例えば、ＶＣＯ;Voltage Controlled Oscillator）３と、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路４とを備える。なお、発振器３およびＰＬＬ回路４が第１検出装置に相当する。

【0013】

図１に示すように、コイル１は、オイルＯＬ（潤滑油）が充填されたケース１０内に配置される。ケース１０は、例えば、オイルパンやオイルタンクなどであり、車両や建設機械内においてオイルＯＬが循環するものである。また、ギアボックスやトランスミッションケースなどであり、車両や建設機械内においてオイルＯＬが滞留するものである。コイル１は、ケース１０内において、オイルＯＬに浸漬されている。このため、オイルＯＬに含まれる磁性体の量に応じて、コイル１のインダクタンスが変化する。

【0014】

ここで、コイル１のインダクタンスをＬ、コンデンサ２の容量をＣとしたとき、コイル１およびコンデンサ２で構成された発振回路（第１発振回路に相当する。以下、コイル１およびコンデンサ２で構成された発振回路を、単に「発振回路」ということがある。）の発振周波数Ｆは、

【0015】

【数1】

【0016】

と表される。

【0017】

ＰＬＬ回路４は、発振器３が出力する出力周波数が式（１）を満たすように、発振器３にチューニング電圧Ｖを入力する。

【0018】

図２はチューニング電圧Ｖと、オイルに含まれる磁性体の量との関係を示すグラフである。図２では、縦軸がチューニング電圧Ｖであり、横軸が磁性体の量を示している。

【0019】

図２に示すように、磁性体の量が増加するに従って、チューニング電圧Ｖの電圧値が高くなっている。これは、オイルＯＬに含まれる磁性体の量が増加すると、コイル１のインダクタンスＬが変化（増加または減少）するためである。このため、ＰＬＬ回路４は、発振回路の発振周波数に発振器３の出力周波数を追従させるため、発振器３の出力周波数を下げようとして、チューニング電圧Ｖを上昇させる（式（１）参照）。したがって、チューニング電圧Ｖの電圧値、すなわち、発振器３の出力周波数を検出することにより、オイルＯＬに含まれる磁性体の量（劣化物質の量）を検出することができる。

【0020】

また、図２に示すように、本オイル状態検出装置は、コイル１と、コンデンサ２と、発振器３と、ＰＬＬ回路４とで構成されている。このため、例えば、発振回路（コイル１およびコンデンサ２）の発振周波数を上昇させることで、コイル１のインダクタンス値を低下させることができる。これにより、オイル状態検出装置の小型化を図ることができる。なお、発振器３は、通常、半導体素子で構成されるため、出力周波数の変動により、サイズが変動しない。

【0021】

図３は第１実施形態に係るオイル状態検出装置の構成を示す断面図である。具体的には、図３（ａ）はオイル状態検出装置１００の側面断面図であり、図３（ｂ）はオイル状態検出装置１００の正面断面図である。なお、図３（ａ）では、ケース１０の図面右側がケース１０内部であり、ケース１０の図面左側がケース１０外部である。

【0022】

図３（ａ）に示すように、本オイル状態検出装置は、筐体１１と、回路基板２０とを備える。

【0023】

筐体１１は、回路基板２０等を覆うケースである。筐体１１は、例えば、金属や樹脂等で構成されたケースである。筐体１１は、コイル１と離間して配置されるため、コイル１の対向電極として機能する。筐体１１は、内部に回路基板２０が配置されている。また、筐体１１は、ケース１０に形成された貫通孔１０ａに挿入されており、先端部（図面右端部）がオイルＯＬに浸漬されている。

【0024】

回路基板２０は、例えば、フッ素化合樹脂等で形成された回路基板である。回路基板２０には、コイル１と、電子回路素子２１とが配置されている。電子回路素子２１は、コンデンサ２、発振器３およびＰＬＬ回路４などを含む。具体的には、回路基板２０の先端部側（図面右側）に、コイル１が配置され、オイルＯＬに浸漬されている。また、回路基板２０には、コイル１よりも基端側（図面左側）に電子回路素子２１が形成されている。電子回路素子２１は、エポキシ、ウレタン等で構成された封止樹脂２２で覆われている。電子回路素子２１は、ケーブル２３を介して外部装置（図示省略）と接続されている。

【0025】

また、コイル１および回路基板２０は、筐体１１の長手方向に沿って平行に配置されている。すなわち、コイル１は、筐体１１の長手方向に沿って配置される。このため、コイル１を筐体１１の長手方向と垂直となるように配置した場合と比較すると、コイル１の面積を大きくすることができ、オイル状態検出装置の分解能を向上させることができる。

【0026】

図３（ｂ）に示すように、筐体１１は、略円筒状に形成されている。また、筐体１１の先端部には、開口１１ａが形成されている。また、筐体１１の先端部の左右両面には、切り欠き１１ｂが形成されている。この開口１１ａおよび切り欠き１１ｂから、筐体１１の先端部に、オイルＯＬが流入することで、コイル１がオイルＯＬに浸漬される。なお、切り欠き１１ｂは、筐体１１の先端部の上下両面に形成されていてもよい。

【0027】

以上の構成により、本実施形態に係るオイル状態検出装置は、コイル１（第１コイル）およびコンデンサ２（第１コンデンサ）によって構成される発振回路（第１発振回路）と、発振回路の発振周波数を検出する発振器３およびＰＬＬ回路４で構成される検出装置（第１検出装置）とを備える。コイル１は、オイルＯＬに浸漬されている。発振回路および検出装置は、同一の回路基板２０に配置されている。これにより、発振回路および検出装置が同一の回路基板２０に配置されるため、発振回路および検出装置を別体で構成する必要がなくなり、オイル状態検出装置の構成を簡易にすることができる。

【0028】

（第２実施形態）
図４は第２実施形態に係るオイル状態検出装置の構成を示す側面断面図である。第２実施形態では、第１実施形態と比較すると、電子回路素子２１の配置が異なる。

【0029】

具体的には、第１実施形態では、筐体１１の内部に電子回路素子２１が配置されていたが、第２実施形態では、筐体１１の基端部（図面左端部）に、筐体１２が設けられている。この筐体１２内に電子回路素子２１が配置されている。

【0030】

筐体１２（第２筐体）は、例えば、金属や樹脂等で構成されたケースである。筐体１２は、ケース１０の外部において、ケース１０と離間するように配置されている。

【0031】

また、回路基板２０の先端部側（図面右側）には、温度センサ２４が配置されている。温度センサ２４は、オイルＯＬに浸漬されており、オイルＯＬの温度を検出する。

【0032】

図５は第２実施形態に係る検出装置の動作温度を示すグラフである。図５に示すように、検出装置は、動作温度保証範囲内である－４０℃～８５℃で動作し、動作保証範囲外では停止する。なお、温度センサ２４の検出温度に応じて、検出装置は動作／停止する。

【0033】

ここで、オイルＯＬは車両等の内部を循環する潤滑油であるため、車両等が駆動している際には、高温になりやすい。このため、検出装置を筐体１１内に配置すると、ケース１０内のオイルＯＬと検出装置との距離が近くなるため、検出装置がオイルＯＬの温度変化の影響を受けてしまい、動作温度保証範囲内で動作させることができなくなるおそれがある。

【0034】

そこで、本実施形態では、検出装置（電子回路素子２１）をケース１０の外部において、ケース１０と離間するように配置された筐体１２内に配置している。これにより、検出装置に対するオイルＯＬの温度変化の影響を抑えることができるため、検出装置を動作温度保証範囲内で動作させることができる。

【0035】

なお、電子回路素子２１のうち、筐体１１内に配置しても、動作温度保証範囲内で動作させることができる場合、当該電子回路素子を筐体１１内に配置してもよい。すなわち、検出装置のうち、所定温度以下の耐熱性能である電気回路素子が、筐体１２内に配置されていればよい。

【0036】

（変形例）
図６は第２実施形態の変形例に係るオイル状態検出装置の構成を示す断面図である。具体的には、具体的には、図６（ａ）はオイル状態検出装置１００の側面断面図であり、図６（ｂ）はオイル状態検出装置１００の正面断面図である。

【0037】

図６（ａ），（ｂ）に示すように、回路基板２０は、筐体１１の下部に載置されている。そして、回路基板２０は、固定部２５により、筐体１１に固定される。固定部２５は、例えば、ネジやビス、ボルトなどである。

【0038】

図６の構成により、回路基板２０は、固定部２５によって、筐体１１に固定されるため、オイル状態検出装置１００の機械的強度を向上させることができる。特に、オイル状態検出装置１００に対して振動や衝撃が加わりやすい場合、図６の構成が有用である。

【0039】

（第３実施形態）
図７は第３実施形態に係る回路基板の構成を示す図である。具体的には、図７（ａ）は回路基板２０においてコイル１が配置されている部分の拡大平面図であり、図７（ｂ）は回路基板２０においてコイル１が配置されている部分の断面図である。

【0040】

図７（ａ），（ｂ）に示すように、回路基板２０には、コイル１の中心部に対応する位置に貫通孔２６が形成されている。このため、貫通孔２６の内部にオイルＯＬが流れ込むこととなる。これにより、コイル１の中心部において磁界が強くなるため、貫通孔２６の内部に流れ込むオイルＯＬ内に含まれる微小金属の検出が可能となる。

【0041】

（変形例１）
図８は第３実施形態の変形例１に係る回路基板の構成を示す図である。具体的には、図８は回路基板２０においてコイル１が配置されている部分の拡大平面図である。図８に示すように、コイル１の図面左右方向の幅を広げてもよい。

【0042】

（変形例２）
図９は第３実施形態の変形例２に係る回路基板の構成を示す図である。具体的には、図９は回路基板２０においてコイル１，１ａが配置されている部分の拡大平面図である。図９に示すように、コイル１は回路基板２０の上面に配置されており、コイル１ａは回路基板２０の裏面に配置されている。なお、回路基板２０には、コイル１ａの中心部に対応する位置に貫通孔２６ａが形成されている。

【0043】

図９では、コイル１，１ａは、オイルＯＬに浸漬されていることとなる。図示は省略するが、図９では、コイル１ａ（第２コイル）に対応するコンデンサ（第２コンデンサ）、発振器およびＰＬＬ回路（第２検出装置）が回路基板２０に配置されている。また、コイル１ａおよびコイル１ａに対応するコンデンサが、第２発振回路に相当する。

【0044】

図９に示すように、コイル１の面積は、コイル１ａの面積よりも狭い。すなわち、コイル１，１ａは、互いに面積が異なる。これにより、オイル状態検出装置によって、周波数特性の異なる物質を検出することができる。

【0045】

（変形例３）
図１０は第３実施形態の変形例３に係る回路基板の構成を示す図である。具体的には、図１０（ａ），（ｂ）は回路基板２０においてコイル１およびコンデンサ２ａ（第３コンデンサ）が配置されている部分の拡大図であり、図１０（ａ）は回路基板２０の上面図であり、図１０（ｂ）は回路基板２０の下面図である。図１０（ａ），（ｂ）に示すように、コイル１は回路基板２０の上面に配置されており、コンデンサ２ａは回路基板２０の下面に配置されている。図１０では、コイル１およびコンデンサ２ａは、オイルＯＬに浸漬されていることとなる。

【0046】

図１０に示すように、コンデンサ２ａは２つの櫛形電極で形成されている。コンデンサ２ａにより、オイルＯＬの抵抗、容量および共振周波数を検出することで、コイル１を含む発振回路の検出値を補正することができるため、より正確に、磁性体の量（劣化物質の量）を検出することができる。

【0047】

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態および変形例では、各発振回路の発振周波数を、発振器およびＰＬＬ回路により構成される検出装置（オイル状態検出装置）で検出していたが、検出装置の構成は、発振器およびＰＬＬ回路以外の構成でもよい。検出装置は、発振回路の発振周波数を検出できればどのような構成であってもよい。

【0048】

また、上記各実施形態および変形例では、検出装置がＰＬＬ回路を備える構成であったが、これに限られない。例えば、検出装置は、ＰＬＬ回路４に代えて、入力された周波数を解析する演算回路や、入力された周波数を下げて周波数を解析する解析回路などを備えてもよい。

【0049】

また、上記各実施形態および変形例において、コイル１に代えて、コンデンサ２がオイルＯＬに浸漬されていてもよい。これにより、第１実施形態の各変形例において、対応する変形例の効果を得つつ、オイルＯＬに含まれる誘電体の量（劣化物質の量）を検出することができる。

【0050】

また、上記各実施形態および変形例において、図１１に示すように、筐体１１の開口１１ａを覆う蓋部１１ｃを設け、この蓋部１１ｃにスリット１１ｄを形成し、スリット１１ｄに回路基板２０の先端を挿入してもよい。これにより、オイル状態検出装置の機械的強度を向上させることができる。なお、図１１において、蓋部１１ｃに貫通孔１１ｅを設け、貫通孔１１ｅを介して、オイルＯＬが筐体１１内に流入する構成としてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本開示のオイル状態検出装置は、構成が簡易であるため、有用である。

【符号の説明】

【0052】

１ コイル（第１コイル、第１発振回路）
１ａ コイル（第２コイル、第２発振回路）
２ コンデンサ（第１コンデンサ、第１発振回路）
２ａ コンデンサ（第３コンデンサ）
３ 発振器（第１検出装置）
４ ＰＬＬ回路（第１検出装置）
１０ ケース
１１ 筐体（第１筐体）
１２ 筐体（第２筐体）
２０ 回路基板
２１ 電子回路素子
２４ 温度センサ
２５ 固定部
２６，２６ａ 貫通孔
ＯＬ オイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】