特開 2024-168638 オイルの診断方法およびオイルの診断システム

(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】P2024168638

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】オイルの診断方法およびオイルの診断システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/59 20060101AFI20241128BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

G01N21/59 Z

G01N21/27 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085480

(22)【出願日】2023-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】小島 恭子

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA05

2G059BB04

2G059CC14

2G059DD13

2G059EE01

2G059EE11

2G059HH02

2G059JJ02

2G059JJ13

2G059LL01

2G059MM05

(57)【要約】

【課題】
本発明の課題は，光センサによって，オイル（計測対象）の色変化を測定してオイルの性質変化を検出する際に，非常に薄い色のオイル，あるいは，非常に濃い色のオイルであっても，オイルの状態を正確に判定することである。
【解決手段】
本発明の一側面は，白色光源とＲＧＢセンサが配置された光学式センサを用い，前記白色光源から出た光を被測定油に透過させた後，反射板で反射し，前記反射板で反射した反射光を再度前記被測定油に透過させた後，前記反射光を前記ＲＧＢセンサで検出し，前記ＲＧＢセンサの検出信号に基づいて，前記被測定油の特性評価を行う際に，前記白色光源から出た光が前記ＲＧＢセンサに戻るまでの光路長を，波長Ｂおよび波長Ｇのうち少なくとも一つの吸光度が０．０５以上１．５以下になるように設定する，オイルの診断方法である。
【選択図】 図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

白色光源とＲＧＢセンサが配置された光学式センサを用い，
前記白色光源から出た光を被測定油に透過させた後，反射板で反射し，
前記反射板で反射した反射光を再度前記被測定油に透過させた後，前記反射光を前記ＲＧＢセンサで検出し，
前記ＲＧＢセンサの検出信号に基づいて，前記被測定油の特性評価を行う際に，
前記白色光源から出た光が前記ＲＧＢセンサに戻るまでの光路長を，波長Ｂおよび波長Ｇのうち少なくとも一つの吸光度が０．０５以上１．５以下になるように設定する，
オイルの診断方法。

【請求項2】

前記被測定油の特性評価を行うために用いる波長を，波長Ｂおよび波長Ｇのうち吸光度が０．０５以上１．５以下になるものから選択する，
請求項１記載のオイルの診断方法。

【請求項3】

前記光学式センサは，前記白色光源と前記ＲＧＢセンサが同一平面上に配置され，前記白色光源と前記ＲＧＢセンサの間隔が固定されている，
請求項１記載のオイルの診断方法。

【請求項4】

前記光学式センサは，前記白色光源と前記ＲＧＢセンサが透明壁に対向するように配置されて，前記被測定油から隔離され，
前記白色光源から出た光は，前記透明壁を介して前記被測定油に入射し，
前記反射光は，前記透明壁を介して前記ＲＧＢセンサに入射する，
請求項３記載のオイルの診断方法。

【請求項5】

前記被測定油の流路または容器を構成する壁のうち、前記光学式センサに対向する少なくとも一部が前記透明壁であり，前記透明壁に対向する前記壁の少なくとも一部が前記反射板であり，
前記白色光源から出た光が前記ＲＧＢセンサに戻るまでの光路長が，波長Ｂおよび波長Ｇのうち少なくとも一つの吸光度が０．０５以上１．５以下になるように，前記流路または容器の寸法を設定する，
請求項４記載のオイルの診断方法。

【請求項6】

波長Ｂにおける吸光度が０．０５以上１．５以下のときは，波長Ｂと波長Ｒの，前記ＲＧＢセンサの出力値の比率に基づいて前記被測定油の特性評価を行い，
波長Ｂにおける吸光度が１．５以下のときは，波長Ｇと波長Ｒの，前記ＲＧＢセンサの出力値の比率に基づいて前記被測定油の特性評価を行う，
請求項１記載のオイルの診断方法。

【請求項7】

前記白色光源から出た光が前記ＲＧＢセンサに戻るまでの光路長を２ｍｍ以上とする，
請求項１記載のオイルの診断方法。

【請求項8】

入力装置と出力装置と処理装置と記憶装置を備える情報処理装置を用い，
予め測定した前記被測定油の粘度，全酸価，水分，添加剤濃度の少なくとも一つの変化と，前記ＲＧＢセンサの出力値との相関により、検量線および閾値を求めて前記記憶装置に格納し，
前記入力装置から入力した前記ＲＧＢセンサの出力値と前記検量線に基づいて前記被測定油の特性評価を行い，前記閾値に基づいて前記被測定油を診断する，
請求項１に記載のオイルの診断方法。

【請求項9】

前記被測定油は，波長４００ｎｍから８００ｎｍの範囲の光に吸収を示す，
請求項１に記載のオイルの診断方法。

【請求項10】

前記ＲＧＢセンサの検出信号に基づいて，前記被測定油の特性評価を行う際に，
評価対象とする前記被測定油の全てに対して，吸光度が０．０５以上１．５以下になる波長を用いる，
請求項１に記載のオイルの診断方法。

【請求項11】

白色光源とＲＧＢセンサが同一平面上に配置され，前記白色光源と前記ＲＧＢセンサの間隔が固定されている，光学式センサと，
被測定油を前記光学式センサと隔離して保持する保持部と，
前記保持部の少なくとも一部を構成し，前記被測定油と前記光学式センサを隔離する壁と，
前記白色光源から出た光を，前記被測定油に透過させるため前記壁に設けられた第１の透明部分と，
前記被測定油に透過させた光を反射させるため前記壁に設けられた反射部と，
前記反射部で反射された光を，前記ＲＧＢセンサで受光させるため前記壁に設けられた第２の透明部分と，
を備え，
前記白色光源から出た光が，前記第１の透明部分，前記被測定油、前記反射部，前記被測定油，前記第２の透明部分を，この順番で経由して前記ＲＧＢセンサに至るまでの光路長を，波長Ｂおよび波長Ｇのうち少なくとも一つの吸光度が０．０５以上１．５以下になるように設定した，
オイルの診断システム。

【請求項12】

前記保持部が前記被測定油を流す流路である，
請求項１１記載のオイルの診断システム。

【請求項13】

入力装置と出力装置と処理装置と記憶装置を備える情報処理装置を備え，
前記記憶装置に，前記被測定油の特性と色情報の関係を示す検量線を格納し，
前記入力装置で，前記ＲＧＢセンサで得た前記被測定油の色情報を受信し，
前記処理装置で，前記色情報と検量線を用いて前記被測定油の特性を推定する際に，前記色情報として，前記波長Ｂおよび波長Ｇのうち吸光度が０．０５以上１．５以下であるものを選択する，
請求項１１記載のオイルの診断システム。

【請求項14】

前記処理装置は，
波長Ｂにおける吸光度が０．０５以上１．５以下のときは，波長Ｂと波長Ｒの，前記ＲＧＢセンサの出力値の比率に基づいて前記被測定油の特性評価を行い，
波長Ｂにおける吸光度が１．５を超えたときは，波長Ｇと波長Ｒの，前記ＲＧＢセンサの出力値の比率に基づいて前記被測定油の特性評価を行う，
請求項１３記載のオイルの診断システム。

【請求項15】

前記白色光源から出た光が前記ＲＧＢセンサに戻るまでの光路長を２ｍｍ以上とする，
請求項１１記載のオイルの診断システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は，オイルの診断技術に係る。特に，潤滑油，絶縁油，加工油などの産業用油を使用する大型機械の保守に関し，潤滑油などのオイル中の使用に伴う色変化を計測することにより，オイルの余寿命診断を行うことにより，機械の監視を行う技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

大型回転機械の保全・保守を行う上で，軸受，歯車などの回転部品で使用される潤滑油の性状診断は重要な技術である。大型回転機械の例として，例えば，風力発電機の増速機，空気圧縮機，船舶，発電タービン，建設機械，農業機械，切削機，ポンプ，鉄道車両の減速機などがある。

【0003】

潤滑油以外では，変圧器などでは電気絶縁のための絶縁油が使用されており，絶縁油の性状診断も重要である。また，機械加工の際に加工油等も用いられる。加工油として切削加工油，プレス加工油，熱処理油，防錆油，洗浄油など，様々な用途に合わせた加工油がある。本明細書等では，潤滑油，絶縁油，加工油などの産業用油を総称してオイルということがある。

【0004】

潤滑油には，使用目的によりいろいろな種類がある。各種潤滑油が要求性能を満たすよう，基油（基材となる油）にいろいろな添加剤が配合される。他のオイルでもそれぞれに要求される性質を得るために，添加剤が配合されることがある。

【0005】

近年の機械の状態監視は，機械のライフサイクルコストが最小になるような戦略を取ることが多い。発電タービンなどの大型機械は潤滑油を大量に使用し，潤滑油交換は，機械を停止して行うために，発電ロス，製造停止などの負の側面がある上に，新油購入・配送費用，オイル交換作業費用，廃油処理費用などが必要となるため，潤滑油をできるだけ長く使用することが望まれる。電気自動車やデータセンタの冷媒液なども，オイル診断を実施し，交換やハードの修理を実施している。変圧器の絶縁油も同様に，色などを監視している。

【0006】

また，最近では，カーボンニュートラルの観点から，石油由来の燃料を大量に使用する，自動車などが電動化され，今後，燃料需要は減っていくが，産業用油は代替法が無い場合が多く，オイル交換周期を長くするなどにより，使用量を最小にすることが要求される。これは，オイル消費量を減らすことで，二酸化炭素排出量が減るからである。しかし，オイルの劣化と汚染を見逃すと，機械の故障につながる。

【0007】

潤滑油の性状診断について，「劣化」と「汚染」をそれぞれ定義し，区別する。大別すると，（１）潤滑油の経時的な酸化劣化と，（２）水，塵埃や摩耗粉などの外部混入物による汚染の２種類を診断する必要がある。

【0008】

（１）の潤滑油の酸化劣化としては，基油の酸化による劣化，添加剤の消耗による劣化などがある。潤滑油の酸化劣化により，耐摩耗性の低下，粘度および粘度指数の変化，防錆性の低下，防食性の低下などが起こる。結果として，増速機の摩耗や材料疲労が促進されることがある。オイルをできるだけ長く使用したい一方で，異常な劣化や汚染がある場合には速やかにオイル交換と機器の点検を行う必要がある。

【0009】

可視光のうち，ＲＧＢ（赤緑青）の３波長における透過率変化について，特許文献１に記載のように，新油の透過率からの相対変化から，潤滑油の交換時期や機械異常の予兆を診断する方法がある。ＲＧＢ値のうち，オイルの劣化による透過率変化が最も大きい，Ｂ値の変化に基づき，診断を行うことが記載されている。

【0010】

特許文献２に記載のような光学式センサを用いてオイルの劣化を診断する方法がある。このセンサでは，透過光計測の光路長が固定されていた。。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開2019－078718号公報

【特許文献2】WO2012/074109 A1

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

透過光計測の場合，オイルの劣化が進むと，ＲＧＢのうち，主にＧ値およびＢ値の顕著な減少として観測される。オイルの汚染の場合は，水が入って濁ったり，煤や微粒子が大量にオイルに入ったりすることにより，光源の光が波長に依存せずに散乱されるので，ＲＧＢ値すべてが低下する。

【0013】

透過光を計測するセンサでは，光源の光がオイルを通過し，対向位置にあるＲＧＢセンサに届いた光の強度を計測し，電圧，電流などで出力する。ＲＧＢセンサの信号出力を評価することにより，間接的にオイルの性質を測定することができる。

【0014】

しかし，被測定油の色が薄い場合，すなわち被測定油による吸光の度合いが小さい場合には，被測定油による光吸収以外の影響が相対的に大きくなり，測定精度が低下する。光吸収以外の影響とは，具体的には，電気的なノイズ，光源強度の変動，窓材料（ガラスなど）の汚れ付着，などである。

【0015】

被測定油の色が濃い場合，すなわち被測定油による吸光の度合いが大きい場合には，被測定油で，ほぼ全ての光が吸収され，センサ信号強度が低下して測定精度が低下する。

【0016】

従来の技術でオイルの性質を測定しようとした場合には，色が非常に薄いオイルや，色が非常に濃いオイルでは，特性を正確に計測できないという課題があった。

【0017】

本発明の課題は，光センサによって，オイル（計測対象）の色変化を測定してオイルの性質変化を検出する際に，非常に薄い色のオイル，あるいは，非常に濃い色のオイルであっても，オイルの状態を正確に判定することである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明の一側面は，白色光源とＲＧＢセンサが配置された光学式センサを用い，前記白色光源から出た光を被測定油に透過させた後，反射板で反射し，前記反射板で反射した反射光を再度前記被測定油に透過させた後，前記反射光を前記ＲＧＢセンサで検出し，前記ＲＧＢセンサの検出信号に基づいて，前記被測定油の特性評価を行う際に，前記白色光源から出た光が前記ＲＧＢセンサに戻るまでの光路長を，波長Ｂおよび波長Ｇのうち少なくとも一つの吸光度が０．０５以上１．５以下になるように設定する，オイルの診断方法である。

【0019】

本発明の他の一側面は，白色光源とＲＧＢセンサが同一平面上に配置され，前記白色光源と前記ＲＧＢセンサの間隔が固定されている，光学式センサと，被測定油を前記光学式センサと隔離して保持する保持部と，前記保持部の少なくとも一部を構成し，前記被測定油と前記光学式センサを隔離する壁と，前記白色光源から出た光を，前記被測定油に透過させるため前記壁に設けられた第１の透明部分と，前記被測定油に透過させた光を反射させるため前記壁に設けられた反射部と，前記反射部で反射された光を，前記ＲＧＢセンサで受光させるため前記壁に設けられた第２の透明部分と，を備え，前記白色光源から出た光が，前記第１の透明部分，前記被測定油、前記反射部，前記被測定油，前記第２の透明部分を，この順番で経由して前記ＲＧＢセンサに至るまでの光路長を，波長Ｂおよび波長Ｇのうち少なくとも一つの吸光度が０．０５以上１．５以下になるように設定した，オイルの診断システムである。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば，光センサによって，オイル（計測対象）の色変化を測定してオイルの性質変化を検出する際に，非常に薄い色のオイル，あるいは，非常に濃い色のオイルであっても，オイルの状態を正確に判定することができる。

【0021】

上記以外の課題，構成，効果などについては，以下の実施形態の説明により明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】透過率と吸光度の関係を示すグラフ図である。

【図2】エンジン油の使用に伴う色変化を示すグラフ図である。

【図3】ＲＧＢカラーセンサの分光感度特性を示すグラフ図である。

【図4】エンジン油の使用に伴う色変化を示すグラフ図である。

【図5】エンジン油の使用に伴う色変化を示すグラフ図である。

【図6】エンジン油の使用に伴う色変化を示すグラフ図である。

【図7】エンジン油の使用に伴う色変化を示すグラフ図である。

【図8】オイルの診断システムの構成を示す概念図である。

【図9】光路長とオイルの吸光度の関係を示す表図である。

【図10】オイルの吸光度と粘度の関係を示すグラフ図である。

【図11】オイルの吸光度と粘度の関係を示すグラフ図である。

【図12】オイルの劣化に伴う各種の指標の変化を示すグラフ図である。

【図13】オイルの劣化に伴う各種の指標の変化を示すグラフ図である。

【図14】風力発電機の潤滑油の監視システムの概略図である。

【図15】潤滑油用光学式センサを備えた回転部品の概念図である。

【図16】潤滑油診断処理を示すフロー図である。

【図17】時系列的に保存された潤滑油の色度データ（Ｂ／Ｒ値）取得結果の概念を示すグラフ図である。

【図18】粘度と経過時間の関係を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

実施の形態について，図面を用いて詳細に説明する。ただし，本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で，その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

【0024】

以下に説明する実施例の構成において，同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い，重複する説明は省略することがある。

【0025】

同一あるいは同様な機能を有する要素が複数ある場合には，同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし，複数の要素を区別する必要がない場合には，添字を省略して説明する場合がある。

【0026】

本明細書等における「第１」，「第２」，「第３」などの表記は，構成要素を識別するために付するものであり，必ずしも，数，順序，もしくはその内容を限定するものではない。また，構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ，一つの文脈で用いた番号が，他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また，ある番号で識別された構成要素が，他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。

【0027】

図面等において示す各構成の位置，大きさ，形状，範囲などは，発明の理解を容易にするため，実際の位置，大きさ，形状，範囲などを表していない場合がある。このため，本発明は，必ずしも，図面等に開示された位置，大きさ，形状，範囲などに限定されない。

【0028】

本明細書で引用した刊行物，特許および特許出願は，そのまま本明細書の説明の一部を構成する。

【0029】

本明細書において単数形で表される構成要素は，特段文脈で明らかに示されない限り，複数形を含むものとする。

【0030】

光路長が固定されたセンサまたは装置の場合，色が非常に薄いオイルの色，色が非常に濃いオイルの色を正確に計測できない。以下で説明する実施例では，光センサによって，オイル（計測対象）の色変化を測定してオイルの性質変化を検出する際に，最適な光路長を選択し，あるいは，ＲＧＢ値のうち，色の濃さに応じて，Ｇ値またはＢ値を選択し，Ｒ値と組み合わせることで，オイルの状態を正確に判定する。これにより，色が非常に薄いオイル，色が非常に濃いオイルであっても，非接触の光学的センサを用いた特性評価を正確に行うことができる。

【0031】

＜オイルの色変化を用いた監視＞
実施例に係る，潤滑油などのオイルの色変化を用いた機械の監視方法は，可視域の光学式センサによるオイルの劣化および汚染の診断において，任意の異なる２波長における透過率を示す値の比を指標とすることにより，正しいオイル劣化の観測を実現することを特徴とする。なお原理的に（透過率＝１－吸収率）であるとすれば，実施例では透過率と吸収率は同じ意義を持つ。

【0032】

潤滑油には，エンジン油，タービン油，油圧作動油，軸受油，摺動面油，ギヤ油，圧縮機油，切削油などの種類がある。潤滑油は，基油と添加剤から構成される。添加剤には，酸化防止剤，錆止め剤，消泡剤，粘度指数向上剤，油性向上剤，極圧添加剤，清浄分散剤，流動点降下剤，乳化剤などがある。潤滑以外の目的で使われるオイルとして，変圧器油，洗浄油，切削油などがある。多くのオイルは，使用による色変化が，交換時期の判定や機械の異常の指標となる。

【0033】

潤滑油は，基油と添加剤から構成され，基油には，石油から作られる鉱油，高性能な合成油，植物から作られるバイオ油などがある。合成油は，高純度で，化学的に非常に安定であり，劣化しにくい。したがって，合成油を使用した潤滑油の色変化は，添加剤の消耗によって起こることが多い。一方で，鉱油やバイオ油は，純度が低かったり，化学的にやや不安定なエステル構造を有したりするため，使用によって基油が着色することがある。添加剤の消耗によっても着色が起こる。

【0034】

オイルの色変化は，具体例として，新油は無色あるいは淡い黄色であり，使用日数経過により，黄色，オレンジ，赤褐色を経て黒褐色になる。オイルの種類によっては，新油が濃い色に着色している場合があり，使用により，さらに濃い色に変化する。また，新油が無色あるいは淡い黄色であり，長期間使用しても，色の変化が僅かである場合がある。

【0035】

＜吸光度の条件＞
透過光計測で被測定油の色座標を求める際には，被測定油の吸光度に応じた光路長の選択が必要となる。なお、本明細書等において、光路長とは物理的な光路の長さ（物理的な寸法）をいうものとする。

【0036】

ランベールの法則によれば，吸光度は光路長に比例し，ベールの法則によれば，吸光度は濃度に比例する。潤滑油などの被測定物の吸光度をＡ，透過光計測光源の光の被測定物への入射強度をＩ_０，光が被測定物を透過して出射し，ＲＧＢセンサが検出するときの強度をＩ_ｘとすると，吸光度Ａは，ランベール＝ベールの法則により，以下の式で表される。

【0037】

A = -log₁₀(I_x/I₀) …（１）
A = k*c*L …（２）
ここで，ｋは比例定数，ｃは濃度，Ｌは光路長である。

【0038】

被測定油の色が薄い場合(例えば吸光度０.０５未満)は，被測定油による光吸収以外の影響が相対的に大きくなり，測定精度が低下する。光吸収以外の影響とは，具体的には，電気的なノイズ，光源強度の変動，窓材料（ガラスなど）の汚れ付着，などがある。例えば、被測定油の吸光度Ａが０．０２２（透過率９５％）の時，透過率が１％減少するような汚れが流路壁に付くと，吸光度が０．０２７となり，２３％変化する。被測定油による吸収に対して，汚れによる吸収が大きく影響し色測定の精度が低下する。

【0039】

被測定油の色が濃い場合(例えば吸光度１.５超)は，被測定油で，ほぼ全ての光が吸収され，測定精度が低下する。また、汚れ付着による影響が大きくなる。例えば、被測定油の吸光度が１．５００（透過率３．１６％）の時，透過率が１％減少するような汚れが流路壁に付くと，吸光度が１．６６６となり，吸光度が１２％変化し，汚れによる吸収が大きく影響し、色測定の精度が低下する。よって、例えば吸光度１.５を許容限度とする。

【0040】

測定精度を考慮すると、吸光度Ａが０．０２以上２．００以下の範囲で被測定油を光学測定することが望ましい。さらに好ましくは、吸光度Ａが０．０５以上１．５０以下の範囲で被測定油を光学測定することが望ましい。

【0041】

＜吸光度と透過率＞
図１は吸光度と透過率の関係を示すグラフである。上記ランベール＝ベールの法則の式（１）により，吸光度と透過率は相互に変換可能で，図１のような関係にある。光学式センサの出力は，透過率と比例している。

【0042】

＜ＲＧＢ色診断＞
ＲＧＢ３波長，たとえば，４６０ｎｍ，５４０ｎｍ，６２０ｎｍにおける吸光度または透過率を光学式センサで計測し，潤滑油の劣化度を診断する。被測定油の多くは，波長４００ｎｍから８００ｎｍの範囲の光に吸収を示す。計測されるＲＧＢの波長はセンサの特性によっても異なるが、おおむねプラスマイナス１０％程度の誤差を許容する。ＲＧＢセンサは，潤滑油を通過した光源の光を計測し，電圧値や電流値として出力する。この出力値は，各波長に対する光の透過率に対応した値である。

【0043】

＜比率とΔＥ＞
ＲＧＢ値による潤滑油の劣化診断は，新油を測定した時のＲＧＢ値を，（２５５，２５５，２５５）または（１００，１００，１００）と規格化して，
ΔＥ＝√（Ｒ^２＋Ｇ^２＋Ｂ^２）
ＭＣＤ＝（ＲＧＢのうち最大値と最小値の差）
の２つの指標による診断法がある。

【0044】

また，ＲＧＢ値の変化による診断法がある。また、たとえば、Ｂ／Ｒ，Ｇ／Ｒのような，ＲＧＢから選んだ２値の比率による診断法がある。

【0045】

これらは被測定油の色変化に基づいて被測定油の特性変化を推定する。典型的な診断法によれば、予め被測定油と等価なサンプルについて，経時的に色変化を反映したデータと特性変化のデータを取得し、色変化と特性変化の相関から検量線を得，好ましい特性の境界を示す閾値を設定することで，被測定油の診断を可能とする。

【0046】

＜ＢとＧの切り替え＞
良好な定量性を得るための吸光度の好ましい条件は，例えば０．０５以上１．５以下である。潤滑油の劣化診断用の検量線をあらかじめ作成するとよい。例えば，粘度について閾値を設定して監視する場合は，粘度が閾値に到達するときのＲＧＢ値を，劣化油を用いて，あらかじめ計測しておく。新油から閾値に到達するまでの，潤滑油の吸光度推移から，光路長と，ＢとＧのどちらの値を用いて監視するかを決めることができる。

【0047】

多くの場合，ＲＧＢのうち，Ｒの変化は最も小さく，Ｂの変化が最も大きく，ＧはＲとＢの間の値を示すことが多い。ＲＧＢから選んだ２値の比率による診断を行う場合，Ｒはベースラインのような位置づけであるため，Ｒの吸光度は０．０５未満でもよく，ＧとＢについて，０．０５以上１．５以下であることが望ましい。

【0048】

＜劣化による色変化＞
図２は，エンジン油の使用に伴う色変化（吸光度）を示した図である。横軸に示す波長に対するオイルの吸光度を縦軸に示す。Ａは新油，Ｂは２か月使用，Ｃは６か月使用，Ｄは１年使用したオイルの可視域の吸光度である。

【0049】

新油Ａの見た目の色は淡い褐色，Ｂは褐色，Ｃはやや濃い褐色，Ｄは濃い褐色であった。ギヤ油，タービン油，油圧作動油，軸受油，摺動面油，圧縮機油，切削油，圧延油，絶縁油でも同様の色変化が起こる。ＲＧＢの各波長において、油の使用に伴う吸光度の変化の度合いが異なることがわかる。

【0050】

図３は，Ｓｉフォトダイオードアレイから構成されたＲＧＢカラーセンサの分光感度特性である。Ｂｌｕｅ(波長４６０ｎｍ)，Ｇｒｅｅｎ(波長５４０ｎｍ)，Ｒｅｄ(波長６２０ｎｍ)にそれぞれ感度をもつ３ｃｈ(ＲＧＢ)フォトダイオードを使用している。このカラーセンサは，視感度に近い分光感度特性を持ち，このカラーセンサを用いてオイルの色を，色座標として表現することができる。

【0051】

吸光度と透過率は，以下のように定義される。一定の光路長のサンプルを光が透過する時に，
吸光度= -log(I_i/I₀)
透過率（％）= (I₀/I_i)×100
ここで，I_iは入射光強度，I₀は透過光強度である。式から明らかなように，吸光度と透過率は相互に変換可能である。

【0052】

図２は、図３の特性を持つＲＧＢカラーセンサで計測したエンジン油の色変化（吸光度）である。Ｒ（Ｒｅｄ）値は変化量が小さく，Ｂ（Ｂｌｕｅ）値はＲ，Ｇよりも変化量が大きく，Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）値の変化量はＲとＢの中間となる。

【0053】

ここで，エンジン油の新油の色をＲＧＢカラーセンサで計測し，新油の色座標を（２５５，２５５，２５５）とする。この新油の色座標については，例えば，（１００，１００，１００）とすることでも可能で，あるいは，（１００，９７，８０）のような値としてもよい。使用油，劣化油の色は，新油と同じ計測方法で計測すればよい。また，ＲＧＢの３つの値の中から２値を選び，例えば，Ｂ／Ｒ，Ｇ／Ｒ，Ｒ／Ｂ，Ｒ／Ｇのように，２値の比率で評価する方法がある。この場合，新油の色座標を（２５５，２５５，２５５）または（１００，１００，１００）のように規格化した上で比率を求めても良いし，センサの電圧出力値や電流出力値を用いてもよい。たとえば，ＲＧＢセンサの電圧出力値で，最大のものを１００とし，他の２値は，最大値を１００としたときの相対値としてもよい。

【0054】

＜光路長＞
図２に示した結果は，光路長（ここでは２ｄ）が１０ｍｍの時の結果である。光源から射出した光が距離ｄ（ここでは５ｍｍ）の位置にある反射面で反射し、往復で１０ｍｍの光路を経て戻ってきた光を検出する場合を想定する。波長Ｂ（４６０ｎｍ）における吸光度は０．０５より大きく１．５を超えていないので，ＢとＲ（６２０ｎｍ）の吸光度をエンジン油の劣化診断に用いることができる。波長Ｇ（５４０ｎｍ）の吸光度も０．０５より大きく１．５より小さいので，エンジン油の劣化診断に波長Ｇの値を用いることができる。波長Ｂのほうが波長Ｇより被測定油に対する吸収変化が大きいので、経年変化に対する感度はよいといえる。

【0055】

図４は、光路長を４０ｍｍとして、図３の特性を持つＲＧＢカラーセンサで計測したエンジン油の色変化（吸光度）を示すグラフである。

【0056】

図５は、光路長を２０ｍｍとして、図３の特性を持つＲＧＢカラーセンサで計測したエンジン油の色変化（吸光度）を示すグラフである。

【0057】

図６は、光路長を２.０ｍｍとして、図３の特性を持つＲＧＢカラーセンサで計測したエンジン油の色変化（吸光度）を示すグラフである。

【0058】

図７は、光路長を１.０ｍｍとして、図３の特性を持つＲＧＢカラーセンサで計測したエンジン油の色変化（吸光度）を示すグラフである。

【0059】

吸光度は，光路長に比例することから，例えば，光路長が４０ｍｍの時は，図４のようになる。ここで，波長Ｂ（４６０ｎｍ）と波長Ｒ（６２０ｎｍ）における吸光度を用いてエンジン油の劣化診断を行うと，新油Ａは波長Ｂにおける吸光度が１．５以下であるが，サンプルＢ，Ｃ，Ｄは，吸光度が１．５を大きく超えたので，波長Ｂを用いるのは適していない。一方で，波長Ｇ（５４０ｎｍ）における吸光度は，いすれのサンプルでも吸光度が１．５を超えていないので，ＧとＲの値を用いるのがよい。

【0060】

光路長が２０ｍｍの時のエンジン油Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの吸光度は，図５のようになった。この場合は，波長Ｂをエンジン油劣化診断に用いるには，サンプルＤの吸光度が大きすぎるため，波長Ｇを用いる方が良い。

【0061】

このように，オイルの劣化診断には，波長Ｂと波長Ｇのうち，吸光度が０．０５から１．５の間になる波長を選択するのがよい。

【0062】

図６は，光路長が２ｍｍの時の吸光度である。このオイルの劣化度を正確に診断するには，光路長が不足していることを示している。同様に，図７は，光路長が１ｍｍの時の吸光度であるが，このオイルの劣化診断には，光路長が不足している。

【0063】

このように，オイルの色の濃さによって，光路長を変えることで，正確な劣化診断を行うことが可能である。

【0064】

＜診断システムの形態＞
図８は、オイルの色測定を行うシステム構成の一例を示す断面図である。オイルの診断システム８００は，オイルの流路８１０と光学式センサ８２０と情報処理装置８３０を備える。流路８１０を例えば図中左から右へ流れる被測定油８１２の特性を，光学式センサ８２０によって測定し、情報処理装置８３０で測定したデータを処理する。このシステムでは，オイルの劣化診断に用いる波長（ＢとＧ）の選定、および光路長の設定の少なくとも一つを可能とするものとする。

【0065】

情報処理装置８３０は、入力装置８３１、出力装置８３２、処理装置８３３、記憶装置８３４を備える。情報処理装置８３０は、例えば一般的なサーバやパーソナルコンピュータを想定すればよい。記憶装置８３４には、後に説明する検量線データ８３４１が格納される。また、診断用ソフトウェア８３４２が格納される。光学式センサ８２０からの測定データは、入力装置８３１に入力され、処理装置８３３で処理される。処理結果は、出力装置８３２で出力される。診断のための処理は、処理装置８３３が診断用ソフトウェア８３４２を読み出して、実行するものとする。

【0066】

光学式センサ８２０は，白色光源８２１とＲＧＢセンサ８２２が筐体８２３に実装されている。白色光源８２１とＲＧＢセンサ８２２は筐体８２３に固定され，間隔（２×ｄ２）は固定されている。白色光源８２１とＲＧＢセンサ８２２を一体構成にすることで，オイルの診断システム８００への実装が容易となる。

【0067】

流路８１０を構成する壁面のうち、光学式センサ８２０に近い壁面は透明流路壁８１１であり，白色光源８２１からの光およびＲＧＢセンサ８２２への入射光に対して，例えば９０％以上の十分な透過率を持つ。流路８１０を構成する壁面のうち、光学式センサ８２０に遠い壁面は可視光反射板８１３であり，白色光源８２１からの光に対して例えば９０％以上の十分な反射率を持つ。流路８１０の断面形状は円形で四角形でもよく任意である。

【0068】

同一平面上に配置された白色光源８２１とＲＧＢセンサ８２２は，透明流路壁８１１と接している。白色光源８２１から出た光は，透明流路壁８１１と被測定油８１２を透過した後，入射角θで可視光反射板８１３に入射する。可視光反射板８１３を反射角θで反射した反射光を，ＲＧＢセンサ８２２で検出する。このように、透明流路壁８１１を介して白色光源８２１とＲＧＢセンサ８２２を配置することで、被測定油８１２と白色光源８２１とＲＧＢセンサ８２２を隔離することができ、システムの保守管理が容易になる。なお、透明流路壁８１１全体を透明にする代わりに、白色光源８２１とＲＧＢセンサ８２２に接する部分を透明窓にしてもよい。

【0069】

被測定油８１２で満たされた流路８１０の流路幅をｄ１とし，被測定油８１２を透過する光路長を２Ｌとし，白色光源８２１とＲＧＢセンサ８２２との距離をｄ２の２倍とするとき，以下のような関係がある。
L=d1/cosθ
L = √((d1)² + (d2)²)

【0070】

この時，被測定油の色座標を正確に測定するには，光路長２Ｌが，波長ＧまたはＢの吸光度が０.０５以上１.５以下であるように調整されていることが望ましい。上に述べたような，白色光源８２１とＲＧＢセンサ８２２の位置関係が固定されているＲＧＢセンサ８２２を用いるシステム（すなわちｄ２が不変なシステム）においては，好ましい光路長２Ｌを得るために以下のように流路幅を調整したり，これに代えまたはこれに加えて、診断用ソフトウェア８３４２が好ましい吸光度となる波長を選択したりすることが好ましい。

【0071】

図８に示すシステムにおいてｄ２が不変とすると、光路長２Ｌを調整するためには、白色光源８２１と可視光反射板８１３の間の光路長、および、ＲＧＢセンサ８２２と可視光反射板８１３の間の光路長の少なくとも一つを調整する必要がある。典型的な例では、流路幅ｄ１を適切に調整することで，光路長２Ｌを調整して吸光度を適切に調整することができる。流路幅ｄ１の具体例は，オイルの流路８１０を構成するパイプの直径である。

【0072】

図８では，白色光源８２１とＲＧＢセンサ８２２は透明流路壁８１１と接触しているが，たとえば，白色光源８２１の光をミラーで反射させてから被測定油８１２に入射させたり，ＲＧＢセンサ８２２の直前で，ミラーで光を反射させたりしてからＲＧＢセンサ８２２で受光する構造を用いることもできる。さらには，プリズムやレンズを介在させた構造を用いることもできる。これらの構成を採用することで，白色光源８２１からＲＧＢセンサ８２２への光路長を調整することができる。

【0073】

＜センサの設置＞
光学式センサ８２０は，被測定油８１２に直接接触させずにオイルの色を計測することが可能である。設置場所としては，油面位置を確認するための，レベルゲージのような場所に設置できる。その他，オイルタンク，バイパスラインなどに，光学式センサ８２０，オイルの流路８１０，可視光反射板８１３を設置するとよい。もっとも、被測定油は流れている必要はなく、タンクのように滞留している部分で測定してもよい。

【0074】

＜適用範囲＞
光学式センサ８２０を用いた色計測によって診断を行うオイルの種類は，エンジン油，タービン油，油圧作動油，軸受油，摺動面油，ギヤ油，圧縮機油，切削油，絶縁油，切削加工油，プレス加工油，熱処理油，防錆油，洗浄油などがある。オイルを使用する装置も特に制限はない。

【実施例0075】

ギヤ油の診断例を示す。新油（サンプル１）と，劣化度が異なる，１か月使用したギヤ油（サンプル２），３か月使用したギヤ油（サンプル３），６か月使用したギヤ油（サンプル４）を採取した。このオイルは，粘度の閾値（２００ｃＰ）を用いて交換の判断を行っており，新油の粘度が１６０ｃＰであり，使用に伴い粘度が上昇し，サンプル４の粘度は２００ｃＰであったため，交換することになった。

【0076】

図９は，これら４個のサンプル（ASTM1～ASTM4）を，図８のオイルの診断システム８００で測定した結果を示す表図である。図８のシステムでは，白色光源８２１の光は，θ＝６０°で入射する。ＲＧＢ３波長における吸光度を４種の異なる光路長（ｄ１＝２ｍｍ，５ｍｍ，６．８ｍｍ，１０ｍｍ）に設定した流路にギヤ油サンプルを満たして測定した。光学式センサ８２０の出力値は，吸光度に変換した。

【0077】

図９の表図には、各光路長において、波長Ｂ（４６０ｎｍ）、波長Ｇ（５４０ｎｍ）、波長Ｒ（６２０ｎｍ）における吸光度を示している。このギヤ油は，劣化に伴い，ＲＧＢのうち，波長Ｂの吸光度が最も上昇し，波長Ｒにおける吸光度は最も変化が小さかったので，ＢとＲの比率をもちいて診断することが望ましい。

【0078】

図１０は，図８の流路幅ｄ１＝２ｍｍの時のＢの吸光度と粘度の関係である。本実施例では，このように光学センサで得た色情報と被測定油の特性の関係を示す検量線を用いることで，非接触で被測定油の特性を推定することが可能となる。図１０のような検量線のデータは，図８に示した記憶装置８３４に検量線データ８３４１として格納しておき、入力装置８３１から光学式センサ８２０で得た色情報を入力し、処理装置８３３で診断用ソフトウェア８３４２を用いて検量線と色情報の比較および必要な計算を行って、出力装置８３２から推定した被測定油の特性を出力することが可能である。このとき、診断用ソフトウェア８３４２は、例えば以下のように、予め図９に示したデータに基づいて、診断に使用する波長を定めておくものとする。

【0079】

図１１は，図８の流路幅ｄ１＝２ｍｍの時のＢ／Ｒと粘度の関係である。ここで，Ｂ／Ｒを求める際には，透過率に対応する，センサの出力値を用いた。

【0080】

吸光度が，０．０５以上１．５以下であるか，という条件に基づき，各サンプルに適した光路長を求めた。

【0081】

図９を参照し、流路幅ｄ１＝２ｍｍの時，波長Ｂ（４６０ｎｍ）の吸光度は０.０６～１.５０でありおおよそ条件を満たしたため，ＢとＲの比率を用いて診断を行うことができた。

【0082】

図９を参照し、流路幅ｄ１＝５ｍｍの時，波長Ｂの吸光度は，サンプル３とサンプル４では１．５を超えた。一方，新油の波長Ｇ（５４０ｎｍ）の吸光度は０．０４１であり０．０５を下回ったが，使用開始後間もなく０．０５を超えたため，波長Ｇの値を用いて診断を行った。

【0083】

図９を参照し、流路幅ｄ１＝６．８ｍｍの時は，波長Ｇの吸光度は，０．０５から１．５の間であったため，波長Ｇの値を用いて診断を行った。

【0084】

図９を参照し、流路幅ｄ１＝１０ｍｍの時は，波長Ｂ，Ｇともに，粘度の閾値に到達する前に，吸光度が１．５を超えた。

【0085】

流路幅ｄ１を，１ｍｍに設定したところ，流路幅が狭すぎて，オイルが流れず，測定を行わなかった。

【0086】

これらの結果，流路幅ｄ１は，２ｍｍから６．８ｍｍの間に設定すればよいことが明らかになった。

【実施例0087】

大型船の油圧作動油（以下，作動油と記載する）の診断例を示す。図８のオイルの診断システム８００で測定した。ｄ２＝６ｍｍ，θ＝７２°であった。この作動油は全酸価が２となったら交換することになっていた。

【0088】

光路長は，ｄ１＝３ｍｍとした。理由は，この作動油では，新油から全酸価の閾値に到達するまで，波長Ｂの吸光度が０.０５～１．５の範囲に収まるようにするためである。

【0089】

図１２は，作動油の使用に伴う，粘度，全酸価，酸化防止剤濃度，汚染度，光学式センサで測定したＢ／Ｒ値，の変化を示したものである。色座標は，光学式センサの出力を用いて，新油の色(Ｒ,Ｇ,Ｂ)を，（２５５,２５５,２５５）と設定した。

【0090】

ここで，汚染度は，規格ＪＩＳ Ｂ ９９３１に定められた，質量法で求めた値である。汚染度の増加は，作動油の酸化により有機性の不溶物が増加することを意味する。汚染度と，Ｂ／Ｒ値は相関があり，予め検量線を作成しておくことにより，Ｂ／Ｒ値の測定により，汚染度の増加を監視することができる。図１２の例では，汚染度５のタイミングをＢ／Ｒ値が約１.２以下になるタイミングで検知することができる。

【0091】

この質量法に基づく汚染度は，潤滑油のスラッジ，バーニッシュの生成と強い相関があり，汚染度の監視より，スラッジ，バーニッシュの生成を予測することができる。

【0092】

上記では汚染度の監視を例にしたが、同様に粘度，全酸価，酸化防止剤濃度あるいは水混入についても，Ｂ／Ｒ値を用いて監視することができる。