(57)【要約】【課題】外周に電極を配置し内側に粉粒体を通過させ、その粉粒体の通過量（流量）を測定する電極管からなる静電容量式の粉粒体流量測定装置において、測定する粉粒体が硬質の磨耗性粉粒体であっても前記電極管を摩耗させることがなく、その流量を長時間安定して高精度に測定を可能とした静電容量式の粉粒体流量測定装置を提供すること。【解決手段】電極管１は、外周に検出電極４と接地電極５を配置し、さらに絶縁層７を介してガード電極６を順次配置した筒状のものである。その電極管１の内側に、石英等の絶縁体からなる保護管２を、着脱可能かつ気密保持可能に装入する。そして、保護管２の内側に測定する粉粒体を通過させて測定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングにより気密性が保持され外周に一対の測定電極が配置された絶縁体からなる筒状の電極管の内側に測定する粉粒体を通過させ、その粉粒体の流量と比例する静電容量をパラメーターとして粉粒体の流量を測定するようにした粉粒体流量測定装置であって、
電極管の内側に、絶縁体からなる保護管が着脱可能かつ気密保持可能に装入され、該保護管の内側に測定する粉粒体を通過させて測定をするようにしたことを特徴とする粉粒体流量測定装置。
【請求項２】
前記電極管の内周壁面と保護管の外周壁面との間に、検出感度に悪影響を与えない範囲内の隙間を設けたことを特徴とする請求項１記載の粉粒体流量測定装置。
【請求項３】
前記電極管の内周壁面と保護管の外周壁面との隙間が、０〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の粉粒体流量測定装置。
【請求項４】
前記保護管の肉厚が、検出感度に悪影響を与えない範囲内のものであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の粉粒体流量測定装置。
【請求項５】
前記保護管の肉厚が、０．３〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の粉粒体流量測定装置。
【請求項６】
前記一対の電極が検出電極と接地電極とからなり、検出電極と接地電極を前記電極管の外周に交互かつ螺旋状に配置され、前記検出電極と接地電極の上面全周が絶縁層を介してガード電極で覆われていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の粉粒体流量測定装置。
【請求項７】
比誘電率（εr）が４以下であり、かつ熱膨張係数が６×１０-6以下である電極管と、比誘電率が４以下である保護管からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の粉粒体流量測定装置。
【請求項８】
前記電極管が石英ガラス製であるとともに、前記保護管が酸化物系セラミックス製であることを特徴とする請求項７記載の粉粒体流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉粒体流量測定装置に関する。より詳しくは、基本的に、輸送媒体を気体（空気）とする粉粒体輸送手段を備えた各種粉粒体装置において、各装置の機能を発揮させるためにその粉粒体の流量を測定しフィードバック制御するに際して、粉粒体の流量を測定しその結果を静電容量にて出力する機能を備えた、いわゆる静電容量式の粉粒体流量測定装置に関する。
【０００２】
上記粉粒体を取り扱う装置としては、１）配設された輸送管内に圧力気体を用いて粉粒体を輸送する空気輸送装置や、２）粉粒体からなる研磨材を圧縮空気、またはインペラーにより衝突させて表面加工を施すブラスト装置、３）粉体からなる粉体塗料をスプレーガン（エジェクター）により吹き付けて塗装を施す粉体塗装装置等を挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
上記のような静電容量式の粉粒体流量測定装置に係る公知関連技術としては、例えば、特許文献１・２等に記載されたものがある。
【０００４】
１）特許文献１には、粉体塗料の供給装置において粉体塗料の流量を測定管の外周に沿って螺旋状にした一対の測定電極とその間にガード電極を配置した静電容量式の測定技術（測定手段）が開示されている（請求項１等参照）。
【０００５】
しかし、本文献においては、測定対象が、軟質な樹脂系材料である粉体塗料であり、測定管内の耐摩耗性を考慮する必要がなく、また、電極は測定管に直接接合されている。
【０００６】
このような測定技術は、測定管を摩耗が促進するような高硬度の粉粒体の計測に使用することは、下記のような理由でできない。
【０００７】
測定管の穴あきにより電極に粉粒体が接触し測定値に大きな誤差が生ずるようになる。また、使用する材質によっては耐用時間（期間）が非常に短時間（期間）となり頻繁に交換しなければならなくまた構造上現場で簡単に交換ができない。
【０００８】
２）特許文献２には、静電容量式粉粒体の流量測定装置において粉粒体の通路を構成する部材がセラミックスからなる装置が開示されている（請求項４等参照）。
【０００９】
本文献においては、測定管にセラミックスを採用して、高硬度の粉粒体に移送（通過）に耐える耐摩耗性を有しているが、一般的に耐摩耗性を有するセラミックスは酸化物系であるが、これらは誘電率（比誘電率（εr））が高く、また温度変化に対する誘電率の変動（以下「温度ドリフト」という。）が大きくて、作業環境（雰囲気温度）の影響を受け易く、静電容量の測定精度の見地からは望ましくなかった。
【特許文献１】特許第３２８８２０１号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開平８−２７１３０１号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記にかんがみて、外周に電極を配置し内側に粉粒体を通過させ、その粉粒体の通過量（流量）を測定する電極管からなる静電容量式の粉粒体流量測定装置において、測定する粉粒体が硬質の摩耗性粉粒体であっても前記電極管を摩耗させることがなく、その流量を長時間安定して高精度に測定を可能とした静電容量式の粉粒体流量測定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】
【００１１】
本発明は、上記課題を下記構成により解決する。なお、理解容易のために図符号を付すが、それらは本発明の技術的範囲に何ら影響を与えるものではない。
【００１２】
本発明に係る粉粒体流量測定装置は、ケーシング３により気密性が保持され外周に一対の測定電極が配置された絶縁体からなる筒状の電極管１の内側に測定する粉粒体を通過させ、その粉粒体の流量と比例する静電容量をパラメーターとして粉粒体の流量を測定するようにした粉粒体流量測定装置であって、電極管１の内側に、絶縁体からなる保護管２を着脱可能かつ気密保持可能に装入して、その保護管２の内側に測定する粉粒体を通過させて測定する構成である（図１参照）。
【００１３】
保護管２は、耐摩耗性が高い酸化物系セラミックスとしたため、摩耗速度が遅くなり耐用期間が長くなるが、遅かれ早かれ交換は必要である。このため、本発明では、上記の如く、ケーシング３から保護管２だけを脱着可能な構造とした。また、粉粒体や空気流がケーシング３と電極管１との間や電極管１と保護管２との間に入らないようにしなければならない。したがって、上記の如く、電極管１と保護管２は、ケーシング３にそれぞれ気密独立保持する。
【００１４】
上記構成において、電極管１の形成材は、石英ガラスとすることができる。
【００１５】
石英ガラスの誘電率（εγ；１ＭＨｚ、常温）は約３．９であり粉粒体の流量を静電容量の変化として精度良く計測することができる。
【００１６】
また、石英ガラスの体膨張率は４．７×１０-7〜５×１０-7であり常温範囲での寸法変化は実質的に零（０）である。このため、本流量測定装置を使用する環境温度によって、電極管１の膨張、収縮が大きいことにより、検出電極４と接地電極管５の距離が変化して、測定値の誤差が大きくなるのを防止できる。
【００１７】
この比誘電率及び熱膨張率の双方が小さい石英ガラスは、測定精度の向上に寄与する。
【００１８】
さらに、電極管１内へ装入される保護管２との隙間は０．５mm以下、さらには、０．４
mm以下が望ましい。隙間が大きいと検出感度が低下する。当該隙間は、保護管２は電極管１に対して着脱可能に装入できれば、０mmでもよい。
【００１９】
上記各構成において、一対の電極が検出電極４と接地電極５とからなり、検出電極４と接地電極５とを電極管１の外周に交互かつ螺旋状に配置し、検出電極と接地電極の上面全周を、絶縁層７を介してガード電極６で覆う（包み囲う）する構成とすることが望ましい。
【００２０】
特許文献１と同様（段落００１１参照）、測定電極（検出電極４と接地電極５）が測定管（電極管１）の外周に沿って螺旋状に形成されていることにより、測定管内を搬送する位置による測定値の変動が極めて少ないものとなり、測定管（電極管１）を構成する部材の熱による変化を均一に受け、測定値の実際の誤差が小さい。
【００２１】
さらに、本発明では、検出電極４と接地電極５とガード電極７の間に検出電極４と接地電極５を全面的に覆う絶縁層（絶縁チューブ）７を介することにより、電極管１と保護管２とを収納しているケーシング３を通じての外部温度変化や粉粒体自身の温度変化、粉粒体の輸送媒体となる空気温度変化等による静電容量の温度変動も低減させることができる。
【００２２】
上記各構成において、電極管１の肉厚は約１．７ｍｍ以下、さらには約１．３ｍｍ以下とすることが望ましい。電極管１には、検出電極４と接地電極５を互いに対向するように電極管長さ分、接合している。
【００２３】
また、酸化物系セラミックスで形成した保護管２の肉厚は約０．６ｍｍ以下、さらには、約０．３〜０．５ｍｍとすることが望ましい。肉厚を大きくすると静電容量が大きくなって、検出感度が低下するので肉厚を薄くする必要がある。他方、肉厚が薄いと、保護管自体の耐久性（耐用期間）を充分に得難くなる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、以上の説明および後述の実施例から明らかなように、耐摩耗性が高い保護管２を電極管１の内筒に着脱自在に装入する二重構造としたので、下記のような効果を奏する。
【００２５】
(1)電極管の材質を耐摩耗性を必要としない比誘電率と熱膨張係数が低い検出精度が高い材質のものを選定することができ、例えば、保護管２が損耗した場合には、電極管１の検出力（電圧）が異常出力(レンジオーバー)となり警告を発して交換時期を早期に知ることができメンテナンスが容易である。
【００２６】
すなわち、測定検出精度と、耐摩耗対策としての損耗部分の交換に関するメンテナンス性、の両面を兼ね備えた有用性の高い粉粒体流量測定装置といえる。
【００２７】
(2)検出電極と接地電極の全面（表面）をガード電極６で覆う構造としたので、静電容量式の粉粒体流量測定装置として、雰囲気温度の変化の影響を受け難くすることができて検出精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の望ましい実施形態を、以下に、図面と実施例（試験例）により詳細に説明する。
【００２９】
本発明における測定部の構造を図１に示す。
【００３０】
電極管１は、その外周に沿って接合された検出電極４と接地電極５とを備えている。その接合形態は、図例では、両電極４、５を、一定の間隔（例えば２〜４ｍｍ）を有して相互に平行かつ螺旋状に、電極管１の長さ分、巻き回して形成したものである。ここで両電極４、５の形成は、フィルム電極を巻き回す、又は、印刷により形成する。
【００３１】
そして、これらの両電極４、５は、低誘電率の絶縁チューブ７で包み込むように覆われ、該絶縁チューブ７は、ガード電極（保護電極）６で全体を包み込むように覆われている。
【００３２】
なお、測定電極を備えた電極管の構成は、上記構成に限られるものではなく、特許文献１の図１や特許文献２の図１におけるおける電極管等にも本発明は適用できる。
【００３３】
ここで、電極管１の形成材は、線膨張係数（例えば、１０-6オーダ以下）が小さく、かつ、比誘電率が低ければ（例えば、４以下）であれば特に限定されない。特に、石英ガラスを好適に使用できる。なお、電極管は絶縁体である必要があるので、体積抵抗率（常温）１０10Ω・ｍ以上の強誘電体を通常使用する。
【００３４】
上記電極４、５の形成材は、電極材料として、通常、使用されている銅系や銀系などの導電率の良好な金属材料を使用できる。
【００３５】
また、上記絶縁チューブは、通常、電極管と同じく、体積抵抗率（常温）１０10Ω・ｍ以上の強誘電体であれば、特に限定されない。プラスチック、セラミックス等任意である。ここで、プラスチックとしては、アクリル系プラスチック等を好適に使用できる。
【００３６】
これまでの構成は、従来技術と共通する。
【００３７】
そして、本実施形態では、電極管１の内部へ粉粒体を通過させる保護管２が、接続管８を介して着脱自在にかつき気密保持可能に装入されている。
【００３８】
ここで、保護管２の形成材も、電極管１と同様のものを使用でき、電極管１と同様、石英ガラスでもよいが、通常、耐摩耗性の良好な酸化物系セラミックとする。酸化物系セラミックとしては、アルミナ、ジルコニア等を挙げることができる。
【００３９】
また、接続管８は、上記保護管２と同様の酸化物系セラミックス層（パイプ）を内面に備えた（接着された）ものである。
【００４０】
本実施形態の測定検出部をケーシング３に組み込んだ粉粒体流量測定装置を、図２に示す。該装置の組立て方法を次に説明をする。
【００４１】
ここで、電極管１と接続管８を締結するために、ケーシング３を端部内周面は雌ねじ３ａを備えたものとするとともに、接続管８を元部側中間外周にストッパ凸部８ａを備えたものとする。
【００４２】
そして、ケーシング３の雌ねじ３ａにねじ込む中間リング１２、及び、該中間リング１２にねじ込む締結リング（スリーブナット）１３を用意する。
【００４３】
上記中間リング１２は、外側に六角スパナ係合部１２ａを備えた径違いニップルとされ、また、内側には、下記内側に装着するシール材のシール座となる内フランジ部１２ｂを備えている。
【００４４】
上記締結リング１３は、スリーブナットとされ、同様に、六角スパナ係合部１３ａを備え、また、元端に止め内フランジ１３ｂを備えている。
【００４５】
また、電極管１及び保護管２をシール支持するために、中間リング１２の内側に装着する電極管支持シール（グランドパッキン）９及び保護管保持シール（グランドパッキン）１０及び両シール９、１０の間に介在させるパッキン押えリング１１を用意し、さらに、締結スリーブ１３の底部に装着する底部シール（Ｏリング）１５を用意する。なお、電極管１の両端外周部の検出・接地電極４、５、絶縁チューブ７、ガード電極６は、支持シール９の軸方向厚み長さ分を切り欠いておく。
【００４６】
まず、電極管１を、内側に電極管支持シール９を装着した中間リング１２をケーシング３にねじ込むことにより、電極管１の両端部を支持して電極管１をケーシング３に組み付ける。ここで、電極管１の両端と中間リング１２の内周との間は、電極管支持シール９でシールされる。
【００４７】
次に、中間リング１２の内側で電極管支持シール１２の手前側に、パッキン押えリング１１を介して、保護管支持シール１０を装着する。そして、該保護管支持シール１０に保護管２を嵌入して保護管２の両端部を支持して保護管２をセットする。さらに、接続管８の元部を中間リング１２の内側に嵌め込み、接続管８を中間リング１２にねじ込む。ここで、電極管支持シール９及び保護管支持シール１０は、直接的及び間接的に軸方向にも圧縮されて、シール性がより確実となるとともに電極管１及び保護管２に対する保持性も向上する。
【００４８】
こうして、組み付けが完了した状態で、該保護管２と電極管１との装入（嵌合）状態は、零当たり（隙間０ｍｍ）でもよい。通常、脱着自在性、保護管と電極管の熱膨張率に差がある場合等を考慮して、約０．１ｍｍ以上で、約０．６ｍｍ以下、望ましくは約０．５ｍｍ以下で、さらに望ましくは、０．３ｍｍ以下の隙間嵌めとする。
【００４９】
そして、この組付け完了後の、静電容量式の粉粒体流量測定装置は、粉粒体が保護管２を通過した時の静電容量変化は同軸コネクター１４に接続された同軸ケーブルにて変換器へ出力させるようにして、使用する。
【００５０】
すなわち、センサーで検知した粉粒体の静電容量の変化を、変換器で、電圧値又は電流値に変換して、それらの数値をさらに物理量（流量：例えばｇ/ｍｉｎ表示）としてディスプレイ装置に表示する。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００５２】
（１）実施例・比較例
図１・２に示す構成において（但し比較例３はガード電極６なし）、表１に示す材質・寸法仕様とした。
【００５３】
なお、材質はそれぞれ下記の如くである。
【００５４】
・合成石英ガラス・・・比誘電率（１ＭHz・25℃）：3.88、
線膨張率（２５℃）：4.7×10-7
・９２％アルミナ・・・比誘電率（１ＭHz・25℃）：８．９、
線膨張率（２５℃）：7.1×10-6
また、検出電極・絶縁チューブ・ガード電極の仕様は、下記の通りです。
【００５５】
検出電極４、５・・・材質：銅箔
絶縁チューブ７・・・材質：アクリル樹脂（比誘電率３．６）、肉厚：０．８ｍｍ
ガード電極６・・・材質：銅箔
（２）材料供給試験
下記１）サクション（吸引）式供給装置（図３、又は２）加圧式供給装置（図４）に、下記の如く、各粉粒体流量測定装置２１（又は３１）を組み込んで、下記条件で行った。
【００５６】
１）本サクション式供給装置は、粉粒体タンク２２内に貯留した粉粒体（ブラスト材料）をスクリューフィーダー２３により、定量的に切出し、耐摩耗ホース２６（外径：３０ｍｍφ、肉厚：５．５ｍｍ）を介してエジェクター２５で、粉粒体を吸引供給するものである。そして、粉粒体流量測定装置２１を、フィーダー２３の粉粒体吐出口（切り出し口）と耐圧ホース２６の元部との間に組み込む。
【００５７】
そして、負圧約−１８kPa、流速約２５ｍ/ｓ、にて粉粒体を吸引し該流量測定装置２１内を通過させ、そのときの静電容量を同軸ケーブル２７を通して変換器２４により電圧へ変換し出力として得た。さらに、流量（切出し量）を変化させて電圧変化を測定し、そのときの流量と出力電圧の関係を求めた。
【００５８】
２）本加圧式供給装置は、流量調整ゲート３３、３４を備えた粉粒体貯蔵加圧タンク３５に耐圧ホース３２（外径：３０ｍｍφ、肉厚：５．５ｍｍ）を接続して、粉粒体を加圧供給するものである。該耐圧ホース３２の途中に粉粒体流量測定装置３１を位置させて組み込む。
【００５９】
そして、粉粒体を０．３MPaの圧力にて圧送し、該流量測定装置３１内を通過させ、そのときの静電容量を同軸ケーブル３６を通して変換器３７にて電圧へ変換し電圧出力として得た。さらに、流量を変化させて電圧変化を測定し、そのときの流量と出力電圧の関係を求めた。
【００６０】
なお、上記で使用した各供給粉粒体の仕様を下記する。
【００６１】
・グリーンカーボランダムＧＣ♯６００・・・平均粒径：約３０μm、硬さ：Hｋ2400〜2500
・グリーンカーボランダムＧＣ♯４００・・・平均粒径：約５０μm、硬さ：Hｋ2400〜2500
・アランダム♯１００・・・平均粒径約：１５０μm、硬さ：Hｋ2100〜2300
・ガラスビーズ・・・平均粒径：１５０μm
・スチールショットＳ−４０・・・粒径：φ0.4ｍｍ
（３）試験結果
各実施例・比較例の試験結果を、表１及び各グラフ図に示す。
【００６２】
各実施例は、いずれも、上記粉粒体の流量と粉粒体流量測定装置の出力電圧の関係において、高い直線関係が得られた。
【００６３】
これに対して、各比較例は、出力電圧が低下して、かつ直線関係にならなかった。
【００６４】
その要因は、それぞれ、下記の如くであると考えられる。
【００６５】
比較例１・・・保護管の肉厚が厚すぎることによる、検出感度の低下。
【００６６】
比較例２・・・電極管／保護管隙間が大きすぎることによる、検出感度の低下。
【００６７】
比較例３・・・電極管が比誘電率の高いこと、及び、ガード電極を省いた点で受けた温度ドリフトの影響。
【００６８】
【表１】
2006329874.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る粉粒体流量測定装置の測定検出部を示す拡大図。
【図２】本発明に係る粉粒体流量測定装置の組立図。
【図３】本発明に係る粉粒体流量測定装置を吸引式の粉粒体供給装置に組み込んだ場合の構成図。
【図４】本発明に係る粉粒体流量測定装置を加圧式の粉粒体供給装置に組み込んだ場合の構成図。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は、実施例１の流量測定装置を、図３に示す吸引式の粉粒体供給装置に組み込んで、粒径の異なる粉粒体（グリーンカーボランダム♯６００・♯４００）を供給した場合の粉粒体流量／出力電圧の関係を示すグラフ図。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、実施例２の流量測定装置を、図３に示す吸引式の粉粒体供給装置に組み込んで、粒径・材質の異なる粉粒体（アランダム♯１００、平均粒径２００μｍのガラスビーズ）を供給した場合の粉粒体流量／出力電圧の関係を示すグラフ図。
【図７】実施例３の流量測定装置を図４に示す加圧式の粉粒体供給装置に組み込んで、スチールショットを供給した場合の粉粒体流量／出力電圧の関係を示すグラフ図。
【図８】比較例１の流量測定装置を、図３に示す吸引式の粉粒体供給装置に組み込んで、グリーンカーボランダム♯４００を供給した場合の粉粒体流量／出力電圧の関係を示すグラフ図。
【図９】比較例２の流量測定装置を、上記と同様の試験を行った結果を示す粉粒体流量／出力電圧の関係を示すグラフ図。
【図１０】比較例３の流量測定装置を、上記と同様の試験を行った結果を示す粉粒体流量／出力電圧の関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００７０】
１  電極管、
２  保護管、
３  ケーシング、
４  検出電極、
５  接地電極
６  ガード電極
７  絶縁チューブ、
８  接続管、
９  電極管支持シール（グランドパッキン）、
１０  保護管支持シール（グランドパッキン）、
１１  パッキン押えリング、
１２  中間リング（径違いニップル）、
１３  締結スリーブ（スリーブナット）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006329874.tif 000011
【図９】
2006329874.tif 000012
【図１０】
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