JP2008145353A - 液中粒子濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子および受光素子の配置に工夫を凝らして、両素子間距離を短縮して検出精度の高い液中粒子濃度検出装置を提供することである。また、もう一つの目的は、透光性円管状体を廃止して小型化可能な液中粒子濃度検出装置を提供する。
【解決手段】ケーシング２に潤滑油の通路２１を直接設けるとともに、発光ダイオード３およびフォトダイオード４を通路２１を挟んで対向させて直接ケーシング２に固定している。これにより、発光ダイオード３およびフォトダイオード４間距離を短縮して検出精度を向上させると共に、体格を小型化し且つ製造コスト低減が可能な潤滑油中粒子濃度センサ１を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学式の液中粒子濃度検出装置に関するものであり、たとえば自動車のエンジンオイル中に含まれる炭素粒子等の粒子濃度検出に用いて好適である。

従来の液中粒子濃度検出装置として、発光素子と受光素子との間に、内部に被測定液体を満たした透光性円管状体を配し、発光素子からの光を円管状体に透過させるとともに屈折させて受光素子に入射させ、該入射光の屈折度合いによる受光素子の出力変化に基づき液体の性状を検出するものがある（特許文献１参照）。
特開平５−３４２８３号公報

従来の液中粒子濃度検出装置では、発光素子および受光素子は、透光性円管状体、たとえばガラス管等の外側に配置されている。このため、液中粒子濃度検出装置の体格が大きくなると言う問題がある。また、発光素子、受光素子間の距離が大きいことから両素子の取り付け位置ばらつきが検出精度におよぼす影響度合いが大きくなり、高精度な液体性状検出が困難であるという問題がある。さらに、発光素子および受光素子と透光性円管状体との間に空気が存在するため、環境条件によっては両素子の表面や透光性円管状体表面に結露が発生し、これによって受光素子の受光量が変化して検出精度が低下する可能性がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、発光素子および受光素子の配置に工夫を凝らして、両素子間距離を短縮して検出精度の高い液中粒子濃度検出装置を提供することである。また、もう一つの目的は、透光性円管状体を廃止して小型化可能な液中粒子濃度検出装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。

本発明の請求項１に記載の液中粒子濃度検出装置は、液体が流れる通路を備えるケーシングと、通路に臨み且つ該通路中に光を照射可能にケーシングに固定された発光素子と、通路に臨み且つ通路内を進行する発光素子からの光を受光可能にケーシングに固定され受光量に応じた出力信号を発生する受光素子とを備え、この出力信号に基づいて通路内を流れる液体中に含まれる粒子濃度を検出する液中粒子濃度検出装置であって、発光素子はその発光面の少なくとも一部を通路内に露出させて気密的にケーシングに固定され、受光素子はその受光面の少なくとも一部を通路内に露出させて気密的にケーシングに固定されることを特徴としている。

上述の構成によれば、通路内に液体が満たされているときには、発光素子の発光面の少なくとも一部および受光素子の受光面の少なくとも一部は、液体に直接接しており、発光素子から発せられた光はその発光面から直接液体中に放射され液体中を進行する。そして、この光は液体中から直接受光素子の受光面に入射する。すなわち、発光素子の発光面および受光素子の受光面は常時液体に触れているので、従来の液中粒子濃度検出装置のように各面に結露が生じることがない。また、発光素子と受光素子間の距離が短縮されたので、両素子の取り付け位置ばらつきが検出精度におよぼす影響度合いを小さくすることができる。以上により、検出精度の高い液中粒子濃度検出装置を提供することができる。

また、上述の構成によれば、通路内に液体が満たされているときには、発光素子から発せられた光はその発光面から直接液体中に放射されて液体中を進行し、この光は液体中から直接受光素子の受光面に入射する。これにより、発光素子と受光素子との距離を、従来の液中粒子濃度検出装置の場合に比べて短縮することができる。また、本発明の請求項１に記載の液中粒子濃度検出装置では、ケーシングに直接通路を形成しているため、従来の液中粒子濃度検出装置のように透光性円管状体を別に設ける必要がない。以上により、体格を小型化することが可能な液中粒子濃度検出装置を提供することができる。

本発明の請求項２に記載の液中粒子濃度検出装置は、発光素子と受光素子とは、発光素子における発光輝度が最大となる方向である第１光軸と受光素子の受光感度が最大となる方向である第２光軸とをほぼ一致させて配置されることを特徴としている。これにより、液中粒子濃度測定用検査光の輝度を高めると同時に受光素子を受光感度最大の状態として、液中粒子濃度検出感度、および検出精度を高めることができる。

本発明の請求項３に記載の液中粒子濃度検出装置は、発光素子は発光ダイオードであり且つ受光素子はフォトダイオードあるいはフォトトランジスタであることを特徴としている。発光ダイオード、フォトダイオードおよびフォトトランジスタは一般的な光電素子であり、特性・形状等の種類が豊富且つ安価であるので、検査対象の液体およびそれに含まれる粒子の種類の組合せにおいて精度良く粒子濃度を検出可能な特性を有する素子を容易且つ安価に選択することができる。

以下、本発明に係る液中粒子濃度検出装置の実施の形態について、自動車に搭載されたオイル劣化検出システムに用いられる潤滑油中粒子濃度センサ１に適用した場合を例に図１〜図５を参照して説明する。

自動車の使用過程において、エンジンの潤滑油中には、燃焼ガス中のカーボン粒子やエンジンの各運動部分１０４からの磨耗粉等の粒子が混入し潤滑油としての機能が徐々に劣化する。オイル劣化検出システムは、潤滑油中粒子濃度センサ１により潤滑油中の粒子濃度を検出し、それに基づいて潤滑油の劣化度合いを算出するものである。さらに、潤滑油の劣化度合いが所定値を超えたときには何らかの手段により警報を発し、それによって運転者に潤滑油の交換を促すものである。

先ず、自動車用エンジンの潤滑油回路について説明する。エンジンの潤滑油回路は、図５に示すように、オイルパン１０１、オイルポンプ１０２、オイルフィルタ１０３、エンジンの各運動部分１０４をパイプ部材あるいはエンジン中に形成された潤滑油通路等により接続して構成されている。オイルパン１０１内の潤滑油は、オイルポンプ１０２によりオイルフィルタ１０３へ圧送されオイルフィルタ１０３を通過することにより異物等が除去されて、エンジンの各運動部分１０４（たとえば、クランク軸やカム軸の軸受け、ピストン・シリンダ摺動部、歯車列の噛合い部等）へ供給される。各運動部分１０４から流出した潤滑油はオイルパン１０１に集められ、オイルポンプ１０２により再び圧送される。潤滑油中粒子濃度センサ１は、図５に示すように、オイルフィルタ１０３の下流側の潤滑油回路途中に装着されている。

次に、本発明に係る液中粒子濃度検出装置の実施の形態である潤滑油中粒子濃度センサ１の構成について説明する。

潤滑油中粒子濃度センサ１は、大きくは、液体である潤滑油の通路２１を備えるケーシング２、通路２１内に光を照射可能に当該ケーシングに固定された発光ダイオード３、通路２１を介して発光ダイオード３からの光を受光可能にケーシング２に固定されたフォトダイオード４から構成されている。

ケーシング２は、金属材料あるいは樹脂材料から形成されている。樹脂材料が用いられる場合は、潤滑油中粒子濃度センサ１の取り付け部位の環境温度および潤滑油の最高温度に耐えうる耐熱性および耐油性を備え且つ遮光性を有するものが用いられている。ケーシング２には、図１に示すように、液体である潤滑油が流れる通路２１が形成されている。通路２１の両端には、図２に示すように、エンジンの潤滑油回路を形成する潤滑油パイプ９が接続されている。エンジン作動中において潤滑油は、通路２１内を図２中の矢印で示す方向に流れている。なお、本発明の一実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ1は、通路２１内における潤滑油の流れる方向が図２中において左右どちら向きであっても、潤滑油中の粒子濃度を検出可能である。ケーシング２には、発光素子である発光ダイオード３および受光素子であるフォトダイオード４が、図１に示すように、通路２１を挟んで対向するように固定されている。

発光ダイオード３は、半導体からなる発光部（図示せず）を光が透過する樹脂等により成型加工して形成された樹脂モールド部３１を備えている。この樹脂モールド部３１は、図３に示すように、互いに同軸上に配置された小径軸部３２および大径軸部３３を備え、小径部３２の端部に発光部（図示せず）からの光を外部に出射させる発光面３４が形成されている。発光ダイオード３の発光面３４と反対側の端部には、電極であるリード３５が設けられている。発光ダイオード３の図示しない発光部は、リード３４を介して外部と電気的に接続される。また、樹脂モールド部３１の小径軸部３２と大径軸部３３との境界には、図３に示すように、環状面３６が形成されている。発光ダイオード３において、発光部が発する光は発光面３４から略放射状に外部へ発射される。この光の出射方向のうち発光輝度が最大であるような方向が第１光軸３７である。第１光軸３７は、樹脂モールド部３１の小径軸部３２および大径軸部３３と同軸上となっている。

一方、ケーシング２には、発光ダイオード３の小径軸部３２および大径軸部３３に対応して、図３に示すように、互いに同軸上の小径孔部２２および大径孔部２４が形成されている。また、小径孔部２２と大径孔部２４との境界には、図３に示すように、環状面２６が形成されている。発光ダイオード３は、その小径軸部３２をケーシング２の小径孔部２２に嵌合させ且つ大径軸部３３を大径孔部２４に嵌合させて、ケーシング２に装着されている。

ここで、発光ダイオード３のケーシング２への取り付け手順について簡単に説明する。

先ず、発光ダイオード３の小径軸部３２の外周にＯ−リング５を嵌める。

次に、Ｏ−リング５が装着された発光ダイオード３の小径軸部３２をケーシング２の小径孔部２２に嵌合させ且つ大径軸部３３を大径孔部２４に嵌合させて、ケーシング２に挿入する。挿入が完了した状態においては、Ｏ−リング５に発光ダイオード３の挿入方向、つまり、図３の右向き方向にはほとんど力が作用しておらず、発光ダイオード３の後端面３８は、ケーシング２の端面２８から突出している。すなわち、図３において、発光ダイオード３の後端面３８は、ケーシング２の端面２８よりも左側に突出している。

最後に、押さえ板６をボルト８を締め付けてケーシング２に固定する。これにより、発光ダイオード３は、発光ダイオード３の後端面３８がケーシング２の端面２８と同一面上となる。この発光ダイオード３の軸方向移動、つまり図３中の右方向への移動を受けてＯ−リング５は圧縮変形して、発光ダイオード３の小径軸部３２および環状面３６、ケーシング２の環状面２６および大径孔部２４に押圧接触する。

発光ダイオード３のケーシング２への取り付けが完了すると、発光ダイオード３の発光面３４は、図３に示すように、通路２１内にわずかに突出して露出している。通路２１内を潤滑油が流れると、発光面３４は直接潤滑油に触れる。これにより、発光ダイオード３の発光面３４から潤滑油内に直接光が出射される。また、Ｏ−リング５と、発光ダイオード３およびケーシング２の各面（小径軸部３２、環状面３６、環状面２６および大径孔部２４）との接触部に発生する面圧により、発光ダイオード３とケーシング２間の気密が維持される。Ｏ−リング５の仕様（材質、寸法等）と、発光ダイオード３およびケーシング２の各面（小径軸部３２、環状面３６、環状面２６および大径孔部２４）の寸法仕様は、発光ダイオード３取り付け状態において通路２１内の潤滑油圧力に対して十分な気密性が確保できるように設定されている。

フォトダイオード４は、半導体からなる受光部（図示せず）を光が透過する樹脂等により成型加工して形成された樹脂モールド部４１を備えている。この樹脂モールド部４１は、図４に示すように、互いに同軸上に配置された小径軸部４２および大径軸部４３を備え、小径部４２の端部に形成された入射面４４から入射した外部からの光が樹脂モールド部４１により受光部（図示せず）へ導かれる。フォトダイオード４の受光面４４と反対側の端部には、電極であるリード４５が設けられている。フォトダイオード４の図示しない受光部は、リード４５を介して外部と電気的に接続される。また、樹脂モールド部４１の小径軸部４２と大径軸部４３との境界には、図４に示すように、環状面４６が形成されている。フォトダイオード４において、受光面４４から入射した光が受光部に導かれるが、受光部の受光感度が最大であるような方向が第２光軸４７である。第２光軸４７は、樹脂モールド部４１の小径軸部４２および大径軸部４３と同軸上となっている。

一方、ケーシング２には、フォトダイオード４の小径軸部４２および大径軸部４３に対応して、図４に示すように、互いに同軸上の小径孔部２３および大径孔部２５が形成されている。また、小径孔部２３と大径孔部２５との境界には、図４に示すように、環状面２７が形成されている。フォトダイオード４は、その小径軸部４２をケーシング２の小径孔部２３に嵌合させ且つ大径軸部４３を大径孔部２５に嵌合させて、ケーシング２に装着されている。これら小径孔部２３および大径孔部２５は、ケーシング２において、発光ダイオード３固定用の小径孔部２２および大径孔部２４と同軸上且つ通路２１を挟んで対向する位置に設けられている。これにより、発光ダイオード３およびフォトダイオード４がケーシング２に取り付けられると、発光ダイオード３の第１光軸３７とフォトダイオード４の第２光軸４７とは同一直線上にある位置関係となる。

ここで、フォトダイオード４のケーシング２への取り付け手順について簡単に説明する。

先ず、フォトダイオード４の小径軸部４２の外周にＯ−リング５を嵌める。

次に、Ｏ−リング５が装着されたフォトダイオード４の小径軸部４２をケーシング２の小径孔部２３に嵌合させ且つ大径軸部４３を大径孔部２５に嵌合させて、ケーシング２に挿入する。挿入が完了した状態においては、Ｏ−リング５にフォトダイオード４の挿入方向、つまり、図４の左向き方向にはほとんど力が作用しておらず、フォトダイオード４の後端面４８は、ケーシング２の端面２８から突出している。すなわち、図４において、フォトダイオード４の後端面４８は、ケーシング２の端面２８よりも右側に突出している。

最後に、押さえ板７をボルト８を締め付けてケーシング２に固定する。これにより、フォトダイオード４は、フォトダイオード４の後端面４８がケーシング２の端面２８と同一面上となる。このフォトダイオード４の軸方向移動、つまり図４中の左方向への移動を受けてＯ−リング５は圧縮変形して、フォトダイオード４の小径軸部４２および環状面４６、ケーシング２の環状面２７および大径孔部２５に押圧接触する。

フォトダイオード４のケーシング２への取り付けが完了すると、フォトダイオード４の受光面４４は、図４に示すように、通路２１内にわずかに突出して露出している。通路２１内を潤滑油が流れると、受光面４４は直接潤滑油に触れる。したがって、発光ダイオード３の発光面３４から出射し潤滑油中を進行してきた光は、潤滑油中から直接受光面４４に入射する。また、Ｏ−リング５と、フォトダイオード４およびケーシング２の各面（小径軸部４２、環状面４６、環状面２７および大径孔部２５）との接触部に発生する面圧により、フォトダイオード４とケーシング２間の気密が維持される。Ｏ−リング５の仕様（材質、寸法等）と、フォトダイオード４およびケーシング２の各面（小径軸部４２、環状面４６、環状面２７および大径孔部２５）の寸法仕様は、フォトダイオード４取り付け状態において通路２１内の潤滑油圧力に対して十分な気密性が確保できるように設定されている。

次に、本発明に係る液中粒子濃度検出装置の実施の形態である潤滑油中粒子濃度センサ１の検出作動について説明する。

潤滑油中粒子濃度センサ１は、オイル劣化検出システムが備える図示しない制御回路、たとえばマイクロコンピュータ等に接続されている。図示しないマイクロコンピュータにより発光ダイオード３が点灯駆動されると、発光ダイオード３が発した光は潤滑油中を進行してフォトダイオード４に入射する。フォトダイダイオード４は、入射した発光ダイオード３からの光の光量に応じた検出信号を発生し、図示しないマイクロコンピュータに出力する。フォトダイダイオード４への入射光量が多いときは検出信号が大きく、入射光量が少ないときは検出信号が小さい。潤滑油が新しいときは、潤滑油中に混入している粒子であるカーボン粒子や摩耗粉等が少なく、フォトダイダイオード４への入射光量が多い。一方、エンジンの運転時間が経過し潤滑油中に含まれるカーボン粒子や摩耗粉等が増えると、潤滑油中を進行する発光ダイオード３からの光がそれら粒子に遮られフォトダイオード４に入射する光量が減少する。図示しないマイクロコンピュータは、このようなフォトダイオード４からの検出信号に基づいて潤滑油中の粒子濃度を算出し、それに基づいてオイル劣化度合いを判定している。

次に、上述したように構成された本発明に係る液中粒子濃度検出装置の実施の形態である潤滑油中粒子濃度センサ１の作用、効果について説明する。

本発明に係る液中粒子濃度検出装置の実施の形態である潤滑油中粒子濃度センサ１では、発光ダイオード３をその発光面３４を通路２１内に露出させてケーシング２に固定するとともに、フォトダイオード４をその受光面４４を通路２１内に露出させてケーシング２に固定している。このため、通路２１内を潤滑油が流れているときには、発光ダイオード３の発光面３４およびフォトダイオード４の受光面４４は潤滑油に直接接しており、発光ダイオード３から発せられた光はその発光面３４から直接潤滑油中に放射され潤滑油中を進行する。そして、この光は潤滑油中から直接フォトダイオード４の受光面４４に入射する。すなわち、発光ダイオード３の発光面３４およびフォトダイオード４の受光面４４は常時潤滑油に触れているので、従来の液中粒子濃度検出装置のように各面に結露が生じることがない。

また、発光ダイオード３とフォトダイオード４間の距離は、潤滑油の通路２１の幅あるいは直径寸法と同等であり、従来の液中粒子濃度検出装置の場合と比べると大幅に短縮されている。これにより、発光ダイオード３とフォトダイオード４のケーシング２への取り付け位置ばらつきが粒子濃度検出精度におよぼす影響度合いを小さくすることができる。

以上から、検出精度の高い潤滑油中粒子濃度センサ１を実現することができる。

また、本発明に係る液中粒子濃度検出装置の実施の形態である潤滑油中粒子濃度センサ１の構成によれば、ケーシング２に直接潤滑油の通路２１を形成しているため、従来の液中粒子濃度検出装置のように透光性円管状体を別に設ける必要がない。さらに、発光ダイオード３およびフォトダイオード４を通路２１を挟んで対向させて直接ケーシング２に固定している。これにより、体格を小型化し且つ製造コスト低減が可能な潤滑油中粒子濃度センサ１を実現することができる。

また、本発明に係る液中粒子濃度検出装置の実施の形態である潤滑油中粒子濃度センサ１では、発光ダイオード３の第１光軸３７とフォトダイオード４の第２光軸４７とを一致させている。これにより、潤滑油中粒子濃度測定用検査光の輝度を高めると同時にフォトダイオード４を受光感度最大の状態として、潤滑油中粒子濃度の検出感度、および検出精度を高めることができる。

なお、以上説明した、本発明に係る液中粒子濃度検出装置の実施の形態である潤滑油中粒子濃度センサ１では、発光素子として発光ダイオード３を用いているが、発光ダイオード３に限る必要は無く、他の種類の発光素子、たとえば有機ＥＬ等を用いてもよい。

また、以上説明した、本発明に係る液中粒子濃度検出装置の実施の形態である潤滑油中粒子濃度センサ１では、受光素子としてフォトダイオード４を用いているが、フォトダイオード４に限る必要は無く、他の種類の受光素子、たとえばフォトトランジスタ等を用いてもよい。

また、発光ダイオード３の小径軸部３２と大径軸部３３、およびフォトダイオード４の小径軸部４２と大径軸部４３を別体で構成し、各小径軸部３２、４２とケーシング２との間で気密を維持するようにしてもよい。

また、以上説明した、本発明に係る液中粒子濃度検出装置の実施の形態では、液中粒子濃度検出装置を自動車に搭載される潤滑油中粒子濃度センサ１に適用した場合を例に説明しているが、液中粒子濃度検出装置の用途を潤滑油中粒子濃度センサ１に限る必要は無く、潤滑油以外の他の液体、たとえば燃料あるいは自動変速機用作動液等に含まれる粒子濃度検出用途に適用してもよい。さらに、その用途を自動車用に限る必要は無く、他の用途、例えば各種民生用機器に適用してもよい。たとえば、燃焼式暖房装置の燃料中粒子濃度検出用に適用してもよい。

本発明の一実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１の断面図であり、図２中のＩ−Ｉ線断面図である。 図１中のＩＩ矢視図である。 図１中のＩＩＩ部拡大図である。 図１中のＩＶ部拡大図である。 本発明の一実施形態による潤滑油中粒子濃度センサ１が装着されたエンジンの潤滑油回路を説明する模式図である。

符号の説明

１ 液中粒子濃度検出装置
２ ケーシング
２１ 通路
２２、２３ 小径孔部
２４、２５ 大径孔部
２６、２７ 環状面
２８ 端面
３ 発光ダイオード（発光素子）
３１ 樹脂モールド部
３２ 小径軸部
３３ 大径軸部
３４ 発光面
３５ リード
３６ 環状面
３７ 第１光軸
３８ 後端面
４ フォトダイオード（光センサ）
４１ 樹脂モールド部
４２ 小径軸部
４３ 大径軸部
４４ 発光面
４５ リード
４６ 環状面
４７ 第２光軸
４８ 後端面
５ Ｏ−リング
６ 押さえ板
７ 押さえ板
８ ボルト
９ 潤滑油パイプ

Claims (3)

1. 液体が流れる通路を備えるケーシングと、
   前記通路に臨み且つ前記通路中に光を照射可能に前記ケーシングに固定された発光素子と、
   前記通路に臨み且つ前記通路内を進行する前記発光素子からの光を受光可能に前記ケーシングに固定され受光量に応じた出力信号を発生する受光素子とを備え、
   前記出力信号に基づいて前記通路内を流れる液体中に含まれる粒子濃度を検出する液中粒子濃度検出装置であって、
   前記発光素子はその発光面の少なくとも一部を前記通路内に露出させて気密的に前記ケーシングに固定され、
   前記受光素子はその受光面の少なくとも一部を前記通路内に露出させて気密的に前記ケーシングに固定されることを特徴とする液中粒子濃度検出装置。
2. 前記発光素子と前記受光素子とは、前記発光素子における発光輝度が最大となる方向である第１光軸と前記受光素子の受光感度が最大となる方向である第２光軸とをほぼ一致させて配置されることを特徴とする請求項１に記載の液中粒子濃度検出装置。
3. 前記発光素子は発光ダイオードであり且つ前記受光素子はフォトダイオードあるいはフォトトランジスタであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一つに記載の液中粒子濃度検出装置。

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