(57)【要約】【課題】処理物の品質および処理効率に悪影響を与えずに、正確、かつ安定して処理の進行状況を把握できる工程観測方法および擂潰処理方法を提供する。【解決手段】実施形態の工程観測方法は、処理対象物を収容する容器１と、処理対象物を容器１の内面に押し付けて擂り潰す擂潰子２と、擂潰子２および容器１の少なくともいずれか一方を回転駆動する駆動部３とを備えた擂潰機１０を用いる。実施形態の工程観測方法では、擂潰子２により処理対象物を擂潰処理する工程で発生する処理音の音響データを取得する。音響データについて単位時間の周波数スペクトラムからパワースペクトル密度を求める。単位時間より長いデータ取得時間における前記パワースペクトル密度の平均である平均パワースペクトル密度を算出する。処理対象物を擂潰処理する工程における、平均パワースペクトル密度の経時的な変化を観測する。【選択図】図１
2019126808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物を収容する容器と、前記処理対象物を前記容器の内面に押し付けて擂り潰す擂潰子と、前記擂潰子および前記容器の少なくともいずれか一方を回転駆動する駆動部とを備えた擂潰機を用い、前記擂潰子により前記処理対象物を擂潰処理する工程で発生する処理音の音響データを取得し、
前記音響データについて単位時間の周波数スペクトラムからパワースペクトル密度を求め、
前記単位時間より長いデータ取得時間における前記パワースペクトル密度の平均である平均パワースペクトル密度を算出し、
前記処理対象物を擂潰処理する工程における、前記平均パワースペクトル密度の経時的な変化を観測する、工程観測方法。
【請求項２】
前記処理音を検出する位置に比べて、前記容器からの距離が大である位置においてバックグラウンド音の音響データを取得し、
前記パワースペクトル密度を求めるにあたって、前記処理音の音響データから、前記バックグラウンド音の音響データを除去する、請求項１記載の工程観測方法。
【請求項３】
前記音響データは、超音波帯域のデータを含み、
前記処理対象物を擂潰処理する工程における、前記超音波帯域のデータのパワースペクトル密度の経時的な変化を観測する、請求項１または２に記載の工程観測方法。
【請求項４】
前記超音波帯域のデータを取得するにあたり、共振周波数が異なる複数の超音波センサを用いる、請求項３に記載の工程観測方法。
【請求項５】
前記擂潰機は、石川式撹拌擂潰機である、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の工程観測方法。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の工程観測方法によって得られた前記平均パワースペクトル密度の経時的な変化に基づいて、前記擂潰処理の処理条件を制御する、擂潰処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工程観測方法および擂潰処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック、砥石素材、食品等は、撹拌しつつ混錬・混合し、擂り潰す処理（擂潰処理）が行われることがある。擂潰処理には、例えば、乳鉢と、対象物を擂り潰す乳棒とを備える擂潰機が用いられることがある。擂潰機を用いて対象物を処理するには、モータ等によって乳棒（または乳棒と乳鉢の両方）を回転駆動して、乳棒によって乳鉢内の対象物を擂り潰す（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５３３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
対象物を擂潰する処理の進行状況の確認には、例えば、次に示す（１）、（２）が採用されている。（１）熟練した作業員が五感および勘に基づいて確認を行う。（２）処理物をサンプリングして顕微鏡、粒径測定機、粒度分布測定機、粘度測定機などで検査し、検査結果に基づいて確認を行う。
【０００５】
しかしながら、（１）では、人為的な要素が含まれるため、正確かつ安定した状況確認が難しい場合がある。（２）では、サンプリング等のために一旦、処理を停止する必要が生じることがある。処理の状況によっては、検査を複数回行う場合もあるため、処理時間が長引いて処理効率に影響が及ぶことがある。また、処理対象物によっては、処理の停止が好ましくない場合があり、その場合には、工程の再現性確保、製品の品質管理の高度化、などの要求に充分に応えることが難しい。また、供給される処理対象物にはロット間で性状のばらつきが生じることがあるため、タイマーなどでの処理時間管理を導入してもその製品の品質管理に対応できないことがある。
これらの理由により、処理物の品質および処理効率に悪影響を与えずに、正確、かつ安定して処理の進行状況を把握できる手法が求められていた。
【０００６】
本発明の一態様は、処理物の品質および処理効率に悪影響を与えずに、正確、かつ安定して処理の進行状況を把握できる工程観測方法および擂潰処理方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、処理対象物を収容する容器と、前記処理対象物を前記容器の内面に押し付けて擂り潰す擂潰子と、前記擂潰子および前記容器の少なくともいずれか一方を回転駆動する駆動部とを備えた擂潰機を用い、前記擂潰子により前記処理対象物を擂潰処理する工程で発生する処理音の音響データを取得し、前記音響データについて単位時間の周波数スペクトラムからパワースペクトル密度を求め、前記単位時間より長いデータ取得時間における前記パワースペクトル密度の平均である平均パワースペクトル密度を算出し、前記処理対象物を擂潰処理する工程における、前記平均パワースペクトル密度の経時的な変化を観測する工程観測方法を提供する。
【０００８】
前記工程観測方法は、前記処理音を検出する位置に比べて、前記容器からの距離が大である位置において暗騒音（バックグランドノイズ（バックグラウンド音）。以下、ＢＧＮと略称する）の音響データを取得し、前記パワースペクトル密度を求めるにあたって、前記処理音の音響データから、前記ＢＧＮの音響データを除去することが好ましい。
【０００９】
前記工程観測方法では、前記音響データが、超音波帯域のデータを含み、前記処理対象物を擂潰処理する工程における、前記超音波帯域のデータのパワースペクトル密度の経時的な変化を観測することができる。
【００１０】
前記工程観測方法では、前記超音波帯域のデータを取得するにあたり、共振周波数が異なる複数の超音波センサを用いることができる。
【００１１】
前記擂潰機は、石川式撹拌擂潰機であることが好ましい。
【００１２】
本発明の一態様は、前記工程観測方法によって得られた前記平均パワースペクトル密度の経時的な変化に基づいて、前記擂潰処理の処理条件を制御する擂潰処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、処理物の品質および処理効率に悪影響を与えずに、正確、かつ安定して処理の進行状況を把握できる工程観測方法および擂潰処理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の工程観測方法を実施可能な擂潰機の構成を模式的に示す図である。
【図２】周波数スペクトラムの一例を示す図である。
【図３】パワースペクトル密度の算出方法を示す図である。
【図４】図１の擂潰機の変形例の構成を模式的に示す図である。
【図５】実施例１における平均パワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。
【図６】実施例２における平均パワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。
【図７】実施例３における平均パワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。
【図８】比較例１におけるパワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。
【図９】比較例２におけるパワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。
【図１０】第２実施形態の工程観測方法を実施可能な擂潰機に用いられる音響センサを示す構成図である。
【図１１】超音波センサの周波数特性を示す図である。
【図１２】実施例４における可聴域の音響データのパワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。
【図１３】実施例４における超音波帯域の音響データのパワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。
【図１４】前図のパワースペクトル密度の経時的な変化を拡大して示す図である。
【図１５】実施例５における超音波帯域の音響データのパワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［擂潰機］
図１は、第１実施形態の工程観測方法を実施可能な擂潰機１０（撹拌擂潰機）の構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、擂潰機１０は、容器１と、擂潰子２（撹拌子）と、駆動部３と、掻落し具４と、音響センサ５と、アンプ６と、演算部７と、カバー８とを備える。
【００１６】
容器１（鉢部材）は、処理対象物を収容できる。容器１の内面は、曲面をなすように形成されている。容器１は、例えば平面視において円形状とされる。容器１は、例えば、セラミックス類（陶磁器、アルミナなど）、鉱物類（花崗岩、メノウなど）、金属（砲金、鋳鉄など）、金属炭化物（炭化タングステンなど）等で構成される。容器１としては、乳鉢を用いることができる。
容器１は、擂潰工程中に回転運動しない構造であってもよいし、中心軸Ｃの周りに回転運動可能であってもよい。なお、平面視とは、中心軸Ｃと平行な方向から見ることをいう。
【００１７】
擂潰子２（杵部材）は、棒状に形成されている。擂潰子２は、セラミックス類（陶磁器、アルミナなど）等により一体に形成された構造であってもよいし、棒状の本体部と先端部とが別体であるツーピース構造であってもよい。ツーピース構造の場合、本体部は、例えば金属（砲金、ステンレス鋼など）等で構成される。先端部は、例えば樹脂、木材等で構成される。擂潰子２の先端部の外面は、曲面（例えば球面）をなすように形成されている。擂潰子２としては、乳棒を用いることができる。
【００１８】
擂潰子２は、先端部において処理対象物を容器１の内面に押し付けて擂り潰す機能を有する。擂潰子２の数は、１または複数である。図１に示す擂潰機１０は２つの擂潰子２を備える。２つの擂潰子２の基端は共通のベース部１１に固定されている。なお、２つの擂潰子２の基端は共通のベース部１１に着脱可能な構造を備えていてもよい。
【００１９】
駆動部３は、駆動源１２と、軸部１３とを備える。
駆動源１２は、例えばモータである。軸部１３は、駆動源１２に連結されており、駆動源１２によって回転運動する。軸部１３の先端（下端）はベース部１１に固定されている。
【００２０】
駆動部３は、駆動源１２によって軸部１３を回転駆動させることによって、擂潰子２を回転運動させることができる。擂潰子２は、例えば軸部１３の周りに回転（公転）しつつ、自身の中心軸周りに回転（自転）することができる。また、駆動部３は、擂潰子２を回転運動させるだけでなく、必要に応じて容器１を回転運動させる構造を備えることができる。
なお、駆動部３は、擂潰子２を容器１の内周に満遍なく回転させることができれば、擂潰子２の軌道は限定されない。擂潰子２は、例えばエピサイコロイド曲線の軌道を描くことが好ましい。
【００２１】
掻落し具４は、容器１の内面に接触可能に配置される。掻落し具４は、樹脂、ゴム等からなる。掻落し具４は、容器１の内面に付着した処理対象物を掻き落して容器１の中央部に案内することができる。掻落し具４は、駆動部３によって容器１の周方向（軸周り方向）に移動可能であってよい。
【００２２】
音響センサ５（第１音響センサ）は、処理対象物を擂潰処理する工程で発生する処理音の音響データを取得し、検出信号（音響信号）を出力する。音響センサ５は、例えば、サンプリング周波数１００ｋＨｚ以上のＡ／Ｄ変換器（図示略）を通してディジタル化されたデータ（音響データ）を実時間で取り込み可能である。
【００２３】
音響センサ５は、例えば、容器１に取り付けられたカバー８に設けられている。なお、音響センサ５は、容器１に取りつけられていてもよい。
アンプ６は、音響センサ５からの信号を増幅する。アンプ６は、利得可変であることが好ましい。アンプ６は、音響データを観察するためのオシロスコープ（図示略）を備えていてもよい。
【００２４】
演算部７は、音響センサ５からの信号に基づいて、例えば高速フーリエ変換により、前記音響データの周波数スペクトラムを得る。演算部７は、後述のように、周波数スペクトラムに基づいて平均パワースペクトル密度を算出できる。
【００２５】
カバー８は、例えば、容器１の上部に取り付けられている。カバー８は、例えば、容器１の中心軸Ｃと一致する中心軸を有する円筒状とされている。カバー８は、容器１内への異物の混入を防ぐことができる。この他、処理対象物の飛散を防止するという役割もはたす。
【００２６】
擂潰機としては、石川式撹拌擂潰機（株式会社石川工場製）を使用するのが好ましい。石川式撹拌擂潰機は、例えば、容器（鉢）と、駆動部によって容器内面の形状に応じて回転駆動する擂潰子（杵）とを備える。擂潰子（杵）は、１または複数本が用いられ、処理対象物を容器内面に押し付けて擂潰処理する。擂潰子（杵）は、駆動部によって、容器（鉢）の周方向に沿って回転（公転ともいう）する。例えば、図１に示す擂潰機１０において、擂潰子２は、駆動部３によって、軸部１３の周りに容器１の周方向に沿ってエピサイコロイド曲線を描きながら、内周を満遍なく回転する。
擂潰子（杵）は、自身の中心軸周りに回転（自転ともいう）自在であってもよい。その場合、擂潰子（杵）は、容器（鉢）に接触する際の摩擦力によって自転する。擂潰子（杵）は、モータ等の駆動力により強制的に自転させてもよい。
【００２７】
石川式撹拌擂潰機では、擂潰子（杵）は、公転によって、処理対象物の撹拌・混合・練り合わせを行う。擂潰子（杵）は、自転によって、処理対象物の混合・練り合わせ・擂り潰しを行う。処理対象物が凝集粉体である場合には、フレーキング効果も得られる。
【００２８】
石川式撹拌擂潰機（株式会社石川工場製）としては、ＡＧＢ型、ＡＧＡ型、１８Ｄ／２０Ｄ型などがある。石川式撹拌擂潰機としては、タイマーによるＯＮ／ＯＦＦ制御、インバータによる擂潰子の回転数制御などが可能となる機種を使用してもよい。
【００２９】
［工程観測方法および擂潰処理方法］
次に、擂潰機１０を用いる場合を例として、第１実施形態の工程観測方法および擂潰処理方法を説明する。
駆動源１２によって擂潰子２を回転運動させることによって、容器１内の処理対象物を容器１の内面に押し付けて擂り潰す処理（擂潰処理）を行う。この際、擂潰子２は、容器１内の処理対象物を撹拌することができる。
【００３０】
処理対象物は特に限定されず、例えば、工業用材料、農産物、バイオマスなどであってよい。工業用材料は、例えば、砥石素材、鋳物粉、ガラス、セラミックス、セメントなどである。農作物は、例えば、コーヒー豆、ゴマ、ピーナッツ、ココナッツ、そば、茶葉、大豆、アーモンド、米、小麦、コーン、キビ、蓮の実、唐辛子などである。バイオマスは、例えば、稲わら、もみ殻、木材片などである。処理対象物は、このほか、医薬原料、化粧品材料、電子部品材料、鉱物などであってもよい。
【００３１】
掻落し具４は容器１の周方向に運動する。掻落し具４は、容器１の内面に付着した処理対象物を掻き落して容器１の中央部に案内するため、擂潰処理の効率を高めることができる。
【００３２】
音響センサ５は、擂潰処理により容器１内から発せられる処理音のデータ（音響データ）を取得する。音響センサ５は、例えば、サンプリング周波数１００ｋＨｚ以上のＡ／Ｄ変換器（図示略）を通してディジタル化されたデータ（音響データ）を実時間で取り込み、音響信号を出力する。音響センサ５は、予め定められたデータ取得時間に擂潰機１０から発生する処理音の音響データを取得する。
【００３３】
データ取得時間は、単位時間（後述）より長い。データ取得時間は、例えば、２以上のフレームのデータ（後述）を取得し得る時間であり、例えば単位時間（後述）の２倍以上の時間である。データ取得時間としては１秒間〜５秒間を例示できる。
【００３４】
演算部７は、音響センサ５からの音響信号に基づいて、前記音響データについて、予め定められた単位時間（例えば５〜５００ｍｓ）ごとに短時間高速フーリエ変換（ＳＴＦＴ）を行う。これにより、前記音響データ（音圧データ）の周波数スペクトラムを取得する。前記単位時間は、前記データ取得時間より短い時間である。
【００３５】
図２は、周波数スペクトラムの一例を示す図である。図２に示す例では、データ取得時間は５秒間であり、単位時間は１００ｍｓである。図２には、一定時間ごとに取得された複数の周波数スペクトラムが示されている。
【００３６】
図１に示すように、演算部７は、次いで、得られた周波数スペクトラムから、必要な周波数領域（例えば、１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の範囲でパワースペクトル密度（「ＰＳＤ」ともいう）を求める。パワースペクトル密度とは、必要な帯域での周波数スペクトラムの２乗平均である。第１実施形態の工程観測方法では、複数の周波数スペクトラムについて、それぞれパワースペクトル密度が求められる。
【００３７】
演算部７は、次いで、データ取得時間（例えば１秒間〜５秒間）におけるパワースペクトル密度の平均（「平均パワースペクトル密度」という）を求める。例えば、図２に示すように、データ取得時間は５秒間であり、単位時間は１００ｍｓである場合には、５０またはそれ以上の数のパワースペクトル密度が算出される。平均パワースペクトル密度は、これらを平均して得られる。
【００３８】
演算部７は、平均パワースペクトル密度を、別途用意する確認用端末（例えばパソコン、タブレットなど。図示略）に転送する。転送するデータは１回のデータ取得時間について１プロットの数字データであるため、データ量は小さい（例えば数Ｂｙｔｅ程度）。そのため、通信環境が良好とはいえない場合でもデータ送信が容易となる。
【００３９】
図３は、平均パワースペクトル密度の算出方法の一例を示す図である。図３に示すように、前記音響データについて、予め定められた長さ（前記単位時間。例えば５ｍｓ）のフレームごとに、それぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行う。隣り合うフレームの時間的なずれをシフト長という。シフト長はフレーム長と同じでもよいが、フレーム長より短くてもよい。図３に示す例では、シフト長がフレーム長より短いため、隣り合うフレームは、一部がオーバーラップしている。オーバーラップ長は、例えばフレーム長の３０％〜７０％としてよい。なお、シフト長がフレーム長と同じ場合にはオーバーラップはない。複数のフレームの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で得られた値に基づいて、短時間高速フーリエ変換（ＳＴＦＴ）を行うことにより、平均パワースペクトル密度が得られる。
【００４０】
演算部７は、処理対象物を擂潰処理する工程における平均パワースペクトル密度を、所定時間（例えば３０秒間〜５分間）ごとに算出し、確認用端末に送る。これにより、確認用端末を用いて、処理対象物を擂潰処理する工程における平均パワースペクトル密度の経時的な変化を観測することができる。例えば、平均パワースペクトル密度を一定時間間隔（例えば２分間）ごとに時系列にプロットすることで、処理対象物の擂潰状態を確認することができる。
【００４１】
この工程観測方法によれば、音響データについて単位時間の周波数スペクトラムからパワースペクトル密度を求め、データ取得時間におけるパワースペクトル密度の平均である平均パワースペクトル密度を算出し、擂潰処理工程における平均パワースペクトル密度の経時的な変化を観測する。そのため、正確、かつ安定して擂潰処理の進行状況を把握できる。
【００４２】
前記工程観測方法によって、正確、かつ安定した処理の進行状況の把握が可能となる理由については、次の推測が可能である。
擂潰処理工程における処理音には、擂潰子によって処理対象物の粒子が潰れる際に発せられる音だけでなく、擂潰子が粒子を乗り越えて容器内面に当たったときの衝突音などが含まれている。粒子の径が一定ではないなどの理由により、処理音の大きさ（音圧）は変動しやすい。
【００４３】
これに対し、前記工程観測方法では、音響データの周波数スペクトラムからパワースペクトル密度（周波数スペクトラムの２乗平均）を求め、さらに、データ取得時間全体におけるパワースペクトル密度の平均値である平均パワースペクトル密度を算出する。このように、２度にわたり、平均化処理を含むデータ処理を行うことで、処理音の変動が大きい場合でも不安定要素の影響を小さくできる。よって、正確性および安定性の点で優れた状況把握が可能となる。
【００４４】
前記工程観測方法では、サンプリング等のために処理を停止する必要がないため、処理効率が低下することはない。また、供給される処理対象物に性状（例えば粒径）のばらつきがある場合でも、処理の進行状況の把握に支障は生じない。そのため、処理物の品質に悪影響は及ばない。
【００４５】
前記工程観測方法における作用効果を明確にするため、以下の３つの工程観測方法について考察する。（１）熟練した作業員が五感および勘に基づいて処理の進行状況の確認を行う工程観測方法、（２）処理物をサンプリングして検査することにより処理の進行状況の確認を行う工程観測方法、（３）処理物の撮像により処理の進行状況の確認を行う工程観測方法。
【００４６】
（１）の場合、人為的な要素が含まれるため、正確かつ安定した状況確認が難しい場合がある。
（２）の場合、サンプリングのために処理を停止する必要があるため、処理効率が低下する。また、処理の停止により処理時間が長引き、処理物の品質に影響が及ぶ可能性がある。
（３）の場合、処理物の画像に基づいて処理の進行状況を正確に把握するのは容易でない。また、撮像のための機器（撮像素子など）の設置、保守および管理に手間がかかる。
【００４７】
第１実施形態の工程観測方法では、前述のように、（１）〜（３）の方法とは異なり、正確、かつ安定した処理の進行状況の把握が可能となる。また、音響センサ５は、多少の汚れがあっても機能するため、撮像素子に比べて保守・管理が容易である。
【００４８】
第１実施形態の工程観測方法によれば、処理対象物ごとの擂潰処理における基準となる音響データに関するデータベースの構築が可能である。データベースを充実させることにより、様々な処理対象物への擂潰機の適用を容易に行うことができる。さらには、処理ごとの音響データを保存することが可能である。これによりトレーサビリティを確保することができる。以上のように機能を付加することによって、擂潰機（例えば、石川式撹拌擂潰機）を適用可能な技術分野の拡大を図ることができる。
【００４９】
第１実施形態の工程観測方法によれば、処理状況を、ディジタル化されたデータに基づいて把握できる。そのため、インターネット等のコンピューターネットワークを利用した他の機器（遠隔地にあるパソコン、タブレットなど）とのデータのやり取りにも対応でき、擂潰機のＩｏＴ（Internet of Things）化が可能となる。ＩｏＴ化により、擂潰機の利便性を高めることができる。
【００５０】
［擂潰処理方法］
前記工程観測方法によれば、擂潰処理の進行状況を把握できるため、得られた情報に基づいて擂潰処理の処理条件の制御を行う擂潰処理方法が可能となる。
例えば、平均パワースペクトル密度は、擂潰処理の進行につれて低下する傾向があるため、平均パワースペクトル密度が所定の値まで低下した時点で、擂潰処理が十分に進行したと推定して、擂潰機１０の擂潰子２の駆動を停止することができる。また、平均パワースペクトル密度に応じて、駆動部３による擂潰子２の回転数を制御してもよい。制御される処理条件は、擂潰子２の自転速度、容器１への擂潰子２の押圧力などでもよい。
このように、前記工程観測方法で得られた情報に基づいて処理条件を制御することによって、処理が不十分となるのを防ぐことができる。また、処理が過剰となるのを回避できる。よって、過不足がなく効率的な処理が可能となる。
【００５１】
図４は、図１の擂潰機１０の変形例の構成を模式的に示す図である。なお、図１の擂潰機１０と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図４に示す擂潰機１０Ａは、ＢＧＮ（バックグラウンド音）を測定するための第２音響センサ９を備えている。第２音響センサ９は、音響センサ５に比べて、容器１からの距離が大きい位置に設置されている。すなわち、容器１から第２音響センサ９までの距離Ｌ２は、容器１から音響センサ５までの距離Ｌ１より大である。第２音響センサ９は、アンプ６を介して演算部７に接続されている。第２音響センサ９は、音響データを取得し、検出信号（音響信号）を出力する。
【００５２】
擂潰機１０Ａでは、図１の擂潰機１０と同様に、正確、かつ安定して擂潰処理の進行状況を把握できる。また、処理物の品質および処理効率に悪影響は及ばない。
【００５３】
擂潰機１０Ａでは、演算部７において、音響センサ５で取得された処理音の音響データから、第２音響センサ９で得られたＢＧＮの音響データを除去することによって、精度の高いデータ取得が可能となる。よって、ＢＧＮが大きい環境においても、正確に処理の進行状況を把握できる。
【００５４】
図１０は、第２実施形態の工程観測方法を実施可能な擂潰機に用いられる音響センサを示す構成図である。図１１は、超音波センサの周波数特性を示す図である。図１１において、横軸は周波数を示し、縦軸は出力電圧（Vout）を示す。
【００５５】
図１０に示すように、この擂潰機は、音響センサ５（図１参照）に代えて音響センサ１５を備えること以外は、図１に示す擂潰機１０と同様の構成である。音響センサ１５は、主センサ１５Ａ（第１センサ）と、複数の超音波センサ１５Ｂ（第２センサ）と、回路１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とを備える。
【００５６】
主センサ１５Ａは、例えば、処理音における可聴域（例えば、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）を含む音響データを取得する。超音波センサ１５Ｂは、処理音における超音波帯域（例えば、２０ｋＨｚ以上）を含む音響データを取得する。図１１に示すように、超音波センサ１５Ｂは、例えば、狭帯域の周波数特性を有する。図１１に示す出力電圧のピークについてのＱ値は、例えば１０以上である。出力電圧がピークを示す周波数を「ピーク周波数」という。
【００５７】
複数の超音波センサ１５Ｂのうち少なくとも２つは、共振周波数が互いに異なる。複数の超音波センサ１５Ｂは、すべて共振周波数が互いに異なることが好ましい。音響センサ１５は、超音波センサ１５Ｂが狭帯域である場合でも、共振周波数が異なる複数の超音波センサ１５Ｂを用いることによって、幅広い周波数帯域にわたるデータ取得が可能である。音響センサ１５では、狭帯域の超音波センサ１５Ｂを使用することにより、費用抑制を図ることができる。
【００５８】
回路１６は、複数のセンサ１５Ａ，１５Ｂから１つを選ぶことができる選択回路であってもよい。Ａ／Ｄ変換器１７は、少なくとも一つのＡ／Ｄチャンネルを備えていてもよい。その場合、複数のセンサ１５Ａ，１５Ｂからの音響データを同時取得できる。Ａ／Ｄ変換器１７としては、オーディオ周波数帯域のＡ／Ｄ変換器が使用できる。これにより、音響センサ１５は、主センサ１５Ａおよび超音波センサ１５Ｂによって可聴域から超音波帯域までの幅広い帯域の音響データを取得可能である。
【００５９】
処理対象物の硬度が高い場合には、擂潰処理の処理音に含まれる超音波の比率が高くなりやすい。超音波センサ１５Ｂが取得する音響データに基づいて得られた平均パワースペクトル密度の経時的な変化を観測すると、平均パワースペクトル密度は、擂潰処理の進行に伴って徐々に低下し、処理対象物が所定の粒径に達したときに、急激に低下することがある。そのため、この平均パワースペクトル密度の急激な低下を把握することで、処理の進行状況を確認することができる。平均パワースペクトル密度の急激な低下とは、例えば、１分間の平均パワースペクトル密度の低下幅が０．２０ｄＢ／Ｈｚ／分以上であることをいう。
【００６０】
後述する実施例４（図１４参照）では、２９４分から２９８分までの４分間に、平均パワースペクトル密度は、約１．１ｄＢ／Ｈｚ／分、低下した。当該時間範囲における平均パワースペクトル密度低下速度は、約０．２７ｄＢ／Ｈｚ／分である。
【００６１】
平均パワースペクトル密度の急激な低下を確認する手法によれば、硬度が高い処理対象物（砥石素材、鋳物粉、ガラス、セラミックス、セメントなど）の処理を行う場合に、処理の状況確認が容易となる。また、前記平均パワースペクトル密度の急激な低下が起きたときに、擂潰処理が十分に進んでいる加工進行状況を変化の傾きから知ることができ、擾乱に強い情報を得ることができる。
【実施例】
【００６２】
（実施例１）
図４に示す擂潰機１０Ａを用いて、粒状に砕いたピーナッツ１３５ｇを擂潰処理した。ピーナッツは擂潰処理すると液状化（粘体化）するため、この実施例の処理は湿式処理である。
音響センサ５は、容器１に近接した位置に設置した。第２音響センサ９は、容器１から５０ｃｍ離れた位置に設置した。データ取得時間は５秒間とした。全体の試験時間は６時間とした。音響センサ５および第２音響センサ９が音響データを取得する際のサンプリング周波数は１００ｋＨｚとした。音響センサ５で取得された処理音の音響データから、第２音響センサ９で得られたＢＧＮの音響データを除去した。音響データをオシロスコープ（図示略）で観察した。
【００６３】
演算部７において、単位時間５ｍｓごとにＳＴＦＴにより周波数スペクトラムを取得した。得られた周波数スペクトラムから、１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲でパワースペクトル密度を求めた。演算部７において、データ取得時間（５秒間）におけるパワースペクトル密度の平均である平均パワースペクトル密度を２分間ごとに算出した。図５は、平均パワースペクトル密度の経時的な変化の一例を示す図である。
【００６４】
図５に示すように、擂潰処理する工程において、平均パワースペクトル密度は徐々に低下し、次いで上昇して極大値をとった後、再び低下している。第１期Ｐ１は、平均パワースペクトル密度が徐々に低下している期間である。第２期Ｐ２は、平均パワースペクトル密度が上昇している期間である。第３期Ｐ３は、平均パワースペクトル密度が再び低下している期間である。「Ｍ１」は第２期Ｐ２と第３期Ｐ３との境界にある極大値である。  図５における破線および実線は、平均パワースペクトル密度の傾向を示す線（例えば回帰曲線）である。
【００６５】
平均パワースペクトル密度が極大値Ｍ１から約４ｄＢ低くなった時点（第３期Ｐ３）で処理物をサンプリングしたところ、処理物は小粒径化されてクリーム状となり、十分な擂潰処理がなされていたことが確認できた。
このことから、擂潰処理の進行とともに、平均パワースペクトル密度は経時的に変化するため、平均パワースペクトル密度に基づいて擂潰処理工程の進行状況を観測することができることが確認された。
【００６６】
（実施例２）
処理対象物が米粒であること以外は実施例１と同様にして擂潰処理を行った。米粒は擂潰処理しても液状化しないため、この処理は乾式処理である。雑音を取り除くために特定の周波数（２ｋＨｚ付近）に限定した場合の平均パワースペクトル密度の経時的な変化を図６に示す。
【００６７】
（実施例３）
処理対象物として、米粒（実施例２で用いたものとは異なる）を用いて、実施例１と同様にして擂潰処理を行った。この処理は乾式処理である。雑音を取り除くために特定の周波数（２ｋＨｚ付近）に限定した場合の平均パワースペクトル密度の経時的な変化を図７に示す。
【００６８】
（比較例１）
実施例２において、特定の周波数（２ｋＨｚ付近）におけるパワースペクトル密度の経時的な変化を調べた。結果を図８に示す。
図８に示すように、パワースペクトル密度のプロットは大きく上下するため、数値の増減について、図６に示す平均パワースペクトル密度のような明確な傾向を把握することはできなかった。そのため、パワースペクトル密度に基づいて擂潰処理の進行状況を把握するのは難しいと判断した。
【００６９】
（比較例２）
実施例３において、特定の周波数（２ｋＨｚ付近）におけるパワースペクトル密度の経時的な変化を調べた。結果を図９に示す。
図９に示すように、パワースペクトル密度のプロットは大きく上下するため、数値の増減について、図７に示す平均パワースペクトル密度のような明確な傾向を把握することはできなかった。そのため、パワースペクトル密度に基づいて擂潰処理の進行状況を把握するのは難しいと判断した。
【００７０】
（実施例４）
音響センサ５（図１参照）に代えて、図１０に示す音響センサ１５を用いたこと以外は図１に示す擂潰機１０と同様の擂潰機を用いて、砥粒１００ｇを擂潰処理した。図１２は、主センサ１５Ａによって得られた可聴域の音響データのパワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。図１３は、超音波センサ１５Ｂによって得られた超音波帯域の音響データのパワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。図１４は、図１３のパワースペクトル密度の経時的な変化を拡大して示す図である。
図１２に示すように、可聴域では、パワースペクトル密度の急激な低下は少なかったが、図１３および図１４に矢印で示すように、超音波帯域では、パワースペクトル密度の急激な低下が確認された。
【００７１】
（実施例５）
再現性の確認のため、実施例４で用いた擂潰機と同様の擂潰機を用いて、砥粒１００ｇを擂潰処理した。図１５は、超音波センサ１５Ｂによって得られた超音波帯域の音響データのパワースペクトル密度の経時的な変化を示す図である。
図１５に矢印で示すように、超音波帯域では、パワースペクトル密度の急激な低下が確認された。図１５より、超音波帯域のパワースペクトル密度の急激な低下の再現性が確認された。
【００７２】
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、擂潰機は、駆動部が擂潰子および容器の少なくともいずれか一方を回転駆動することによって、処理対象物の擂潰処理を行うことができる。すなわち、上述のように、擂潰子と容器のうち擂潰子のみを回転運動させてもよいし、擂潰子と容器のうち容器のみを回転運動させてもよいし、擂潰子と容器の両方を回転運動させてもよい。なかでも、擂潰子と容器のうち擂潰子のみを回転運動させるか、または、擂潰子と容器の両方を回転運動させるのが好ましい。
【００７３】
実施形態の工程観測方法では、音響データに基づいて擂潰処理の進行状況を確認するが、音響データに加えて、駆動部（例えば、駆動源としてのモータ）の電流値を、処理の進行状況を観測するための補助的な、あるいは相関性を観察するデータとして参照してもよい。また、擂潰機（例えば容器）に生じた振動を、処理の進行状況を観測するための補助的なデータとして参照してもよい。
図１０に示す音響センサ１５は複数の超音波センサ１５Ｂを備えるが、超音波センサの数は特に限定されない。超音波センサの数は１でもよいし、２以上の任意の数でもよい。音響センサ（図１および図１０参照）は「音響センサ部」ともいう。
【符号の説明】
【００７４】
１…容器
２…擂潰子
３…駆動部
５，１５…音響センサ
１５Ａ…主センサ
１５Ｂ…超音波センサ
７…演算部
９…第２音響センサ
【図１】
2019126808.tif 000003
【図２】
2019126808.tif 000004
【図３】
2019126808.tif 000005
【図４】
2019126808.tif 000006
【図５】
2019126808.tif 000007
【図６】
2019126808.tif 000008
【図７】
2019126808.tif 000009
【図８】
2019126808.tif 000010
【図９】
2019126808.tif 000011
【図１０】
2019126808.tif 000012
【図１１】
2019126808.tif 000013
【図１２】
2019126808.tif 000014
【図１３】
2019126808.tif 000015
【図１４】
2019126808.tif 000016
【図１５】
2019126808.tif 000017