(57)【要約】【課題】材料コストを増加させることなく、高精度にｐＨ調節された薬液を製造することのできる、薬液製造方法及び薬液製造システムを提供する。【解決手段】酸性溶液であるＡ液が投入されている混合槽に対して、アルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより、薬液注入工法に適用される薬液を製造する、薬液製造方法であって、薬液の目標ｐＨを設定する目標ｐＨ設定工程と、Ｂ液の投入停止後の薬液ｐＨの変化傾向を特定するｐＨ変化傾向特定工程と、薬液の製造の過程で該薬液の薬液ｐＨを随時計測する作液計測工程と、薬液ｐＨが停止目安ｐＨとなった段階でＢ液の投入を停止するＢ液投入停止工程と、を有し、停止目安ｐＨは薬液ｐＨの変化傾向に基づいて目標ｐＨから逆算することにより設定される。【選択図】図１
2022001701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性溶液であるＡ液が投入されている混合槽に対して、アルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより、薬液注入工法に適用される薬液を製造する、薬液製造方法であって、
前記薬液の目標ｐＨを設定する、目標ｐＨ設定工程と、
前記Ｂ液の投入停止後の前記薬液ｐＨの変化傾向を特定する、ｐＨ変化傾向特定工程と、
前記薬液の製造の過程で該薬液の前記薬液ｐＨを随時計測する、作液計測工程と、
前記薬液ｐＨが停止目安ｐＨとなった段階で、前記Ｂ液の投入を停止する、Ｂ液投入停止工程と、を有し、
前記停止目安ｐＨは、前記薬液ｐＨの変化傾向に基づいて前記目標ｐＨから逆算することにより設定されることを特徴とする、薬液製造方法。
【請求項２】
前記ｐＨ変化傾向特定工程では、製造条件に固有の以下の式（Ｘ）に基づいて前記薬液ｐＨの変化傾向を特定することを特徴とする、請求項１に記載の薬液製造方法。
【数１】
2022001701.tif 000007
【請求項３】
酸性溶液であるＡ液が投入されている混合槽に対して、アルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより、薬液注入工法に適用される薬液を製造する、薬液製造方法であって、
前記薬液の目標ｐＨを設定する、目標ｐＨ設定工程と、
前記Ｂ液の投入速度を段階的に低減しながら該Ｂ液を投入する際に、投入速度の低減後の前記薬液ｐＨの変化傾向を特定する、ｐＨ変化傾向特定工程と、
前記薬液ｐＨが速度切替目安ｐＨとなった段階で、前記Ｂ液の投入速度を低減することにより前記薬液を製造し、該製造の過程で該薬液の前記薬液ｐＨを随時計測する、作液計測工程と、を有し、
前記速度切替目安ｐＨは、前記薬液ｐＨの変化傾向に基づいて前記目標ｐＨから逆算することにより設定されることを特徴とする、薬液製造方法。
【請求項４】
前記ｐＨ変化傾向特定工程では、製造条件に固有の以下の式（Ｙ）に基づいて前記薬液ｐＨの変化傾向を特定することを特徴とする、請求項３に記載の薬液製造方法。
【数２】
2022001701.tif 000008
【請求項５】
前記作液計測工程では、前記薬液ｐＨが１上昇した際に前記Ｂ液の投入速度を１／１０に低減することを特徴とする、請求項３又は４に記載の薬液製造方法。
【請求項６】
酸性溶液であるＡ液が投入されている混合槽に対して、アルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより、薬液注入工法に適用される薬液を製造する、薬液製造システムであって、
前記Ａ液を作液するＡ液作液装置と、
前記Ｂ液を作液するＢ液作液装置と、
投入された前記Ａ液と前記Ｂ液を混合して前記薬液を製造する混合槽、及び、該薬液の製造の過程で該薬液の薬液ｐＨを計測するｐＨ計を備えている、混合装置と、
前記混合槽に対して、前記Ａ液作液装置と前記Ｂ液作液装置からそれぞれ前記Ａ液と前記Ｂ液を送液するポンプと、
制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記薬液の目標ｐＨと、随時計測される前記薬液ｐＨとが少なくとも格納される、格納部と、
前記Ｂ液の投入停止後の前記薬液ｐＨの変化傾向を特定する、ｐＨ変化傾向特定部と、
前記Ｂ液の投入を停止する際の目安となる停止目安ｐＨを設定する、停止目安ｐＨ設定部と、
前記薬液ｐＨが前記停止目安ｐＨとなった段階で、前記Ｂ液の投入を停止する、Ｂ液投入停止部と、を有し、
前記停止目安ｐＨ設定部では、前記ｐＨ変化傾向特定部において特定された前記薬液ｐＨの変化傾向に基づいて、前記目標ｐＨから逆算することにより前記停止目安ｐＨを設定することを特徴とする、薬液製造システム。
【請求項７】
酸性溶液であるＡ液が投入されている混合槽に対して、アルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより、薬液注入工法に適用される薬液を製造する、薬液製造システムであって、
前記Ａ液を作液するＡ液作液装置と、
前記Ｂ液を作液するＢ液作液装置と、
投入された前記Ａ液と前記Ｂ液を混合して前記薬液を製造する混合槽、及び、該薬液の製造の過程で該薬液の薬液ｐＨを計測するｐＨ計を備えている、混合装置と、
前記混合槽に対して、前記Ａ液作液装置と前記Ｂ液作液装置からそれぞれ前記Ａ液と前記Ｂ液を送液するポンプと、
制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記薬液の目標ｐＨと、随時計測される前記薬液ｐＨとが少なくとも格納される、格納部と、
前記Ｂ液の投入速度を段階的に低減しながら該Ｂ液を投入する際に、投入速度の低減後の前記薬液ｐＨの変化傾向を特定する、ｐＨ変化傾向特定部と、
前記Ｂ液の投入速度を低減する際の目安となる速度切替目安ｐＨを設定する、速度切替目安ｐＨ設定部と、
前記薬液ｐＨが前記速度切替目安ｐＨとなった段階で、前記Ｂ液の投入速度を低減する、Ｂ液投入速度切替部と、を有し、
前記速度切替目安ｐＨ設定部では、前記ｐＨ変化傾向特定部において特定された前記薬液ｐＨの変化傾向に基づいて、前記目標ｐＨから逆算することにより前記速度切替目安ｐＨを設定することを特徴とする、薬液製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液製造方法及び薬液製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良工法の一つである薬液注入工法においては、酸性溶液とアルカリ性溶液を混合することにより溶液型の注入薬液が製造され、この薬液製造は例えば現場において行われる。
薬液注入工法では、注入管等を通して流動性を有する薬液を地盤内に注入・浸透させることにより、薬液と地盤の間隙内にある地下水とを置換する。その後、間隙内にとどまった薬液が流動性を失ってゲル化することにより、地盤の止水性を向上させることができ、あるいは地震力に対する地盤の抵抗性を高めることができる。
ところで、地盤内に注入された薬液が当該地盤内でゲル化するまでに長時間を要する場合、薬液が地下水によって移動されたり希釈されることにより、地盤改良効果が低下することが知られている。そのため、薬液の品質確保に際しては、注入施工の条件に応じて適切なタイミングにて薬液をゲル化させる必要がある。
注入に用いられる薬液には様々な種類が存在するが、希釈水ガラスを含有する溶液型の薬液は、その高い浸透性等を理由に広く用いられている。この希釈水ガラスはアルカリ性の溶液であり、単体では半永久的に安定した溶液状態を保つ一方で、酸性の溶液に投入・混合して溶液全体を酸性乃至中性にした場合には、一定時間流動性を保った後にゲル化する性質を有している。尚、混合からゲル化に至るまでの時間（ゲルタイム）は、溶液のｐＨが中性に近いほど短くなることが知られている。
上記特性を利用する代表的な水ガラス系溶液型の薬液においては、構成材料に含まれる酸性反応材の量を変化させて薬液ｐＨを調節することにより、ゲルタイムを任意に設定することが可能になる。
【０００３】
ここで、特許文献１には、水ガラス水溶液、コロイダルシリカ水溶液、及び酸の水溶液といった各種配合液を混合槽に送液する過程において、送液ポンプ停止後に惰性的に超過供給される各種配合液の量を予め把握し、この超過供給量を制御装置に入力しておき、超過供給量を見越したポンプ制御を行うことにより、所定量の送液による混合液の製造を行う、地盤改良薬液の混合システムが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、薬液の全体が特定のｐＨ範囲となるように水素イオン量を増減させる機能を備えた緩衝剤を利用することにより、構成材料の計量誤差や品質のばらつきに左右されずにｐＨ調節がなされている地盤注入薬液と、この地盤注入薬液を用いる薬液注入工法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−７０１９号公報
【特許文献２】特開昭６２−１８１３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の地盤改良薬液の混合システムは、薬液の材料となる各種配合液の量を管理することにより、所望性能の薬液を製造するものである。ところで、薬液を構成する各種配合液の品質は製造ロットごとにある程度のばらつきを有していることが一般的でであり、また、混合に使用される水にも一般に品質のばらつきがある。そのため、特許文献１に記載されるように規定量の混合を前提とした製造管理（量に基づく製造管理）を厳格に実施したとしても、所望するｐＨを備えた薬液が必ずしも製造される保証はない。
一方、特許文献２に記載の地盤注入薬液は、他の薬液材料に比べて高価な緩衝剤が適用されることから、薬液単価増が避けられず、地盤改良範囲が広域に及ぶに従い材料コスト増の影響が顕著になるといった課題を内包する。
【０００７】
本発明は、材料コストを増加させることなく、高精度にｐＨ調節された薬液を製造することのできる、薬液製造方法及び薬液製造システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明による薬液製造方法の一態様は、
酸性溶液であるＡ液が投入されている混合槽に対して、アルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより、薬液注入工法に適用される薬液を製造する、薬液製造方法であって、
前記薬液の目標ｐＨを設定する、目標ｐＨ設定工程と、
前記Ｂ液の投入停止後の前記薬液ｐＨの変化傾向を特定する、ｐＨ変化傾向特定工程と、
前記薬液の製造の過程で該薬液の前記薬液ｐＨを随時計測する、作液計測工程と、
前記薬液ｐＨが停止目安ｐＨとなった段階で、前記Ｂ液の投入を停止する、Ｂ液投入停止工程と、を有し、
前記停止目安ｐＨは、前記薬液ｐＨの変化傾向に基づいて前記目標ｐＨから逆算することにより設定されることを特徴とする。
【０００９】
本態様によれば、混合槽に投入されている酸性溶液であるＡ液に対してアルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより薬液を製造する製造方法において、ｐＨ変化傾向特定工程にてＢ液の投入停止後の薬液ｐＨの変化傾向を特定しておき、薬液ｐＨが、薬液ｐＨの変化傾向に基づいて目標ｐＨから逆算された停止目安ｐＨとなった段階でＢ液の投入を停止することにより、Ｂ液投入に用いられているポンプ停止後に時間差をもって薬液ｐＨが変化した場合でも、高精度に目標ｐＨの薬液を製造することが可能になる。また、薬液の製造に際して高価な緩衝剤を使用しないことから、薬液製造において材料コストが増加する恐れはない。
薬液注入工法に適用される薬液の製造に限られるものではないが、ポンプを用いて送液を行う際の当該ポンプの停止制御においては、使用するポンプが機械的に停止した後にも当該ポンプに連通する配管内の残存液が送り出されることが往々にしてあり、従って送液が完全に停止するまでに時間差が生じることになる。この現象は落差とも称され、この落差により、ポンプ停止時の薬液ｐＨが変化することはｐＨ落差と称することができる。
【００１０】
例えば、特許文献１に示すように各種配合液の量（液量）にて薬液ｐＨを管理する上記落差への対応方法では、実際の薬液製造（運用）前に行うキャリブレーションを通してポンプに連通する配管内の残存液量を把握し、この残存液量に応じてＢ液投入量（もしくは、ポンプ停止タイミング）を補正することになる。ここで、残存液量は、ポンプの仕様や配管のレイアウト、ポンプ停止時の流量が固定されることにより一義的に定まることから、Ｂ液投入量（液量）の補正量も一定となる。
一方、残存液によるｐＨ増加の程度は混合液のｐＨ水準に依存して変化することから、仮に残存液量が一義的に定まったとしても、薬液ｐＨの補正量は一定とはならない。さらに、液量に起因する上記落差が完了した後は、時間差をもって混合液の撹拌による均一化が生じ、この均一化に伴い薬液ｐＨが増加し得る。
本態様の薬液製造方法によれば、ｐＨ変化傾向特定工程にて特定されているＢ液の投入停止後の薬液ｐＨの変化傾向に基づいて停止目安ｐＨを目標ｐＨから逆算し、Ｂ液投入停止工程においてこの停止目安ｐＨとなった段階でＢ液の投入を停止することにより、上記するｐＨ落差を解消して目標ｐＨの薬液を製造することが可能になる。
【００１１】
また、本発明による薬液製造方法の他の態様において、前記ｐＨ変化傾向特定工程では、製造条件に固有の以下の式（Ｘ）に基づいて前記薬液ｐＨの変化傾向を特定することを特徴とする。
【００１２】
【数１】
2022001701.tif 000003
【００１３】
本態様によれば、Ｂ液投入停止時の薬液ｐＨと、Ｂ液投入停止時の薬液ｐＨやＢ液投入速度に依存する係数を備える上記式（Ｘ）を適用することにより、高精度にＢ液投入を停止する目安となる停止目安ｐＨを特定することができ、このことにより、高精度に目標ｐＨの薬液を製造できることが本発明者等により特定されている。
【００１４】
また、本発明による薬液製造方法の他の態様は、
酸性溶液であるＡ液が投入されている混合槽に対して、アルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより、薬液注入工法に適用される薬液を製造する、薬液製造方法であって、
前記薬液の目標ｐＨを設定する、目標ｐＨ設定工程と、
前記Ｂ液の投入速度を段階的に低減しながら該Ｂ液を投入する際に、投入速度の低減後の前記薬液ｐＨの変化傾向を特定する、ｐＨ変化傾向特定工程と、
前記薬液ｐＨが速度切替目安ｐＨとなった段階で、前記Ｂ液の投入速度を低減することにより前記薬液を製造し、該製造の過程で該薬液の前記薬液ｐＨを随時計測する、作液計測工程と、を有し、
前記速度切替目安ｐＨは、前記薬液ｐＨの変化傾向に基づいて前記目標ｐＨから逆算することにより設定されることを特徴とする。
【００１５】
本態様によれば、混合槽に投入されている酸性溶液であるＡ液に対してアルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより薬液を製造する製造方法において、ｐＨ変化傾向特定工程にてＢ液の投入速度を段階的に低減しながら該Ｂ液を投入する際の投入速度の低減後の薬液ｐＨの変化傾向を特定しておき、薬液ｐＨが、薬液ｐＨの変化傾向に基づいて目標ｐＨから逆算された速度切替目安ｐＨとなった段階でＢ液の投入速度を低減することにより、Ｂ液投入に用いられているポンプによる投入速度低減後に時間差をもって薬液ｐＨが変化した場合でも、高精度に目標ｐＨの薬液を製造することが可能になる。
ここで、「投入速度を段階的に低減」するとは、Ｂ液の投入速度を一回低減する（切替える）こと、二回、三回といった複数回に亘り順次低減する（切替える）ことを含んでいる。
本発明者等によれば、混合槽に投入されているＡ液に対して投入されるＢ液の投入速度の低減（切替え）を実施した際に、投入速度切替えに時間を要すること、投入速度が完全に切替えられた直後に薬液ｐＨが顕著に増加し、その後暫くして一定の増加傾向に漸近することが確認されている。これは、投入速度切替え前のＢ液投入の際の上記ｐＨ落差により、投入速度切替え後の初期段階でＢ液量増分に対するｐＨ増分が一時的に上昇し、その後に上記ｐＨ落差の影響が収束することにより、投入速度切替え後の投入速度に応じた薬液ｐＨの増加傾向に移行したものと推察される。そこで、Ｂ液投入速度を段階的に低減する本態様の製造方法においては、Ｂ液の投入速度低減後のｐＨ落差の影響の程度（投入速度の低減後の薬液ｐＨの変化傾向）を予め特定しておき、薬液ｐＨの変化傾向に基づいて目標ｐＨから逆算された速度切替目安ｐＨとなった段階で、Ｂ液の投入速度を低減することにより、上記するｐＨ落差を解消して目標ｐＨの薬液を製造することが可能になる。
【００１６】
また、本発明による薬液製造方法の他の態様において、前記ｐＨ変化傾向特定工程では、製造条件に固有の以下の式（Ｙ）に基づいて前記薬液ｐＨの変化傾向を特定することを特徴とする。
【００１７】
【数２】
2022001701.tif 000004
【００１８】
本態様によれば、Ｂ液投入速度切替時の薬液ｐＨと、Ｂ液投入速度低減前のＢ液投入速度や薬液ｐＨに依存する係数を備える上記式（Ｙ）を適用することにより、高精度にＢ液の投入速度を低減する（切替える）目安となる速度切替目安ｐＨを特定することができ、このことにより、高精度に目標ｐＨの薬液を製造できることが本発明者等により特定されている。
【００１９】
また、本発明による薬液製造方法の他の態様において、前記作液計測工程では、前記薬液ｐＨが１上昇した際に前記Ｂ液の投入速度を１／１０に低減することを特徴とする。
【００２０】
本態様によれば、Ｂ液の投入速度を段階的に低減しながら薬液を製造する方法において、薬液ｐＨの上昇に応じたＢ液の投入速度が具体的に規定されることにより、投入速度の低減管理が容易となり、投入速度が過大に設定されることにより薬液ｐＨの調節精度が低下するといった課題や、逆に投入速度が過小に設定されることにより製造システムにおける製造能力が低下するといった課題が解消される。尚、薬液ｐＨが１上昇した際にＢ液の投入速度を１／１０に低減することは、本発明者等による実験結果に依拠している。尚、ここでの「１／１０」は、１／１０の近傍を含むものであり、１／９乃至１／１１程度の範囲が「１／１０」に含まれる。
【００２１】
また、本発明による薬液製造システムの一態様は、
酸性溶液であるＡ液が投入されている混合槽に対して、アルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより、薬液注入工法に適用される薬液を製造する、薬液製造システムであって、
前記Ａ液を作液するＡ液作液装置と、
前記Ｂ液を作液するＢ液作液装置と、
投入された前記Ａ液と前記Ｂ液を混合して前記薬液を製造する混合槽、及び、該薬液の製造の過程で該薬液の薬液ｐＨを計測するｐＨ計を備えている、混合装置と、
前記混合槽に対して、前記Ａ液作液装置と前記Ｂ液作液装置からそれぞれ前記Ａ液と前記Ｂ液を送液するポンプと、
制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記薬液の目標ｐＨと、随時計測される前記薬液ｐＨとが少なくとも格納される、格納部と、
前記Ｂ液の投入停止後の前記薬液ｐＨの変化傾向を特定する、ｐＨ変化傾向特定部と、
前記Ｂ液の投入を停止する際の目安となる停止目安ｐＨを設定する、停止目安ｐＨ設定部と、
前記薬液ｐＨが前記停止目安ｐＨとなった段階で、前記Ｂ液の投入を停止する、Ｂ液投入停止部と、を有し、
前記停止目安ｐＨ設定部では、前記ｐＨ変化傾向特定部において特定された前記薬液ｐＨの変化傾向に基づいて、前記目標ｐＨから逆算することにより前記停止目安ｐＨを設定することを特徴とする。
【００２２】
本態様によれば、混合槽に投入されている酸性溶液であるＡ液に対してアルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより薬液を製造する製造システムにおいて、制御装置のｐＨ変化傾向特定部にてＢ液の投入停止後の薬液ｐＨの変化傾向が特定され、停止目安ｐＨ設定部にて薬液ｐＨの変化傾向に基づいて目標ｐＨから逆算して停止目安ｐＨが設定され、薬液ｐＨが停止目安ｐＨとなった段階でＢ液投入停止部にてＢ液の投入を停止することにより、Ｂ液投入に用いられているポンプ停止後に時間差をもって薬液ｐＨが変化した場合でも、高精度に目標ｐＨの薬液を製造することが可能になる。
【００２３】
また、本発明による薬液製造システムの他の態様は、
酸性溶液であるＡ液が投入されている混合槽に対して、アルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより、薬液注入工法に適用される薬液を製造する、薬液製造システムであって、
前記Ａ液を作液するＡ液作液装置と、
前記Ｂ液を作液するＢ液作液装置と、
投入された前記Ａ液と前記Ｂ液を混合して前記薬液を製造する混合槽、及び、該薬液の製造の過程で該薬液の薬液ｐＨを計測するｐＨ計を備えている、混合装置と、
前記混合槽に対して、前記Ａ液作液装置と前記Ｂ液作液装置からそれぞれ前記Ａ液と前記Ｂ液を送液するポンプと、
制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記薬液の目標ｐＨと、随時計測される前記薬液ｐＨとが少なくとも格納される、格納部と、
前記Ｂ液の投入速度を段階的に低減しながら該Ｂ液を投入する際に、投入速度の低減後の前記薬液ｐＨの変化傾向を特定する、ｐＨ変化傾向特定部と、
前記Ｂ液の投入速度を低減する際の目安となる速度切替目安ｐＨを設定する、速度切替目安ｐＨ設定部と、
前記薬液ｐＨが前記速度切替目安ｐＨとなった段階で、前記Ｂ液の投入速度を低減する、Ｂ液投入速度切替部と、を有し、
前記速度切替目安ｐＨ設定部では、前記ｐＨ変化傾向特定部において特定された前記薬液ｐＨの変化傾向に基づいて、前記目標ｐＨから逆算することにより前記速度切替目安ｐＨを設定することを特徴とする。
【００２４】
本態様によれば、混合槽に投入されている酸性溶液であるＡ液に対してアルカリ性溶液であるＢ液を投入して混合することにより薬液を製造する製造システムにおいて、制御装置のｐＨ変化傾向特定部にてＢ液の投入速度低減後の薬液ｐＨの変化傾向が特定され、速度切替目安ｐＨ設定部にて薬液ｐＨの変化傾向に基づいて目標ｐＨから逆算して速度切替目安ｐＨが設定され、Ｂ液投入速度切替部にて薬液ｐＨが速度切替目安ｐＨとなった段階でＢ液の投入速度を低減することにより、Ｂ液投入に用いられているポンプによる投入速度低減後に時間差をもって薬液ｐＨが変化した場合でも、高精度に目標ｐＨの薬液を製造することが可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の薬液製造方法及び薬液製造システムによれば、材料コストを増加させることなく、高精度にｐＨ調節された薬液を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る薬液製造システムの一例の全体構成を示す図である。
【図２】薬液製造システムを構成する制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る薬液製造システムを構成する制御装置の機能構成の一例を示す図である。
【図４】Ｂ液投入停止後のＢ液流入と薬液ｐＨの変化に関する実験結果を示す図である。
【図５】停止目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図である。
【図６】第１実施形態に係る薬液製造方法の一例のフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る薬液製造システムを構成する制御装置の機能構成の一例を示す図である。
【図８】Ｂ液の投入速度を低減した際の薬液ｐＨの変化に関する実験結果を示す図である。
【図９】一次投入から三次投入まで三段階に投入速度を切替える制御において、速度切替目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図であって、（ａ）は、三次投入の際（二次投入完了時）の速度切替目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図であり、（ｂ）は、二次投入の際（一次投入完了時）の速度切替目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図である。
【図１０】滴定曲線を説明する図である。
【図１１】薬液ｐＨの上昇とＢ液の投入速度の低減割合との関係を示すグラフである。
【図１２】第２実施形態に係る薬液製造方法の一例のフローチャートである。
【図１３】Ｂ液の投入速度を切替えて薬液を製造する実験における、実験条件を示すグラフである。
【図１４】Ｂ液の投入速度を切替えて薬液を製造する実験における、実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、各実施形態に係る薬液製造システムと薬液製造方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
【００２８】
［実施形態］
＜薬液製造システムの全体構成＞
まず、図１及び図２を参照して、実施形態に係る薬液製造システムの一例の全体構成について説明する。ここで、図１は、実施形態に係る薬液製造システムの一例の全体構成を示す図であり、図２は、薬液製造システムを構成する制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【００２９】
薬液製造システム６０（６０Ａ）は、酸性溶液であるＡ液を作液するＡ液作液装置１０と、アルカリ性溶液であるＢ液を作液するＢ液作液装置２０と、Ａ液とＢ液を混合して薬液を製造する混合装置３０と、制御装置５０（５０Ａ）とを有する。薬液製造システム６０（６０Ａ）は、例えば薬液注入工法が適用される現場において構築され、薬液製造システム６０（６０Ａ）にて製造された薬液は、図示例のように薬液貯留槽へ送液されて貯留されたり、薬液貯留槽へ送液されることなく、地盤へ直接注入される。尚、第１実施形態に係る薬液製造システム６０の備える制御装置５０と、第２実施形態に係る薬液製造システム６０Ａの備える制御装置５０Ａのそれぞれの機能構成に関しては、以下で詳説する。
【００３０】
Ａ液は、造粒シリカ材料（シリカコロイド）と、酸性反応材と、水とを含み、酸性反応材として例えば硫酸が適用される。一方、Ｂ液は、水ガラス系材料（水ガラスを主材とした材料）と水とを含み、水ガラス系材料には無機系材料と有機系材料が含まれる。例えば、強酸のＡ液に対して弱アルカリ性のＢ液を投入することにより弱酸の遊離が生じ、珪酸の沈殿により混合液をゲル化することができる。また、Ａ液が造粒シリカ材料を含むことから、ゲルにより土粒子を固結させた後、ゲルからシリカが溶脱することを抑制できる。
【００３１】
Ａ液作液装置１０は、Ａ液撹拌槽１４とＡ液貯留槽１５とを備え、Ａ液撹拌槽１４には、構成材料槽１１，１２，１３からそれぞれ、不図示の送液ポンプを介して造粒シリカ材料と酸性反応材と水が供給される。そして、造粒シリカ材料と酸性反応材と水がＡ液撹拌槽１４にて撹拌されることによりＡ液が作液され、作液されたＡ液がＡ液貯留槽１５に貯留される。
【００３２】
Ａ液撹拌槽１４は、モータ１７ａと、モータ１７ａの駆動により回転する撹拌翼１７ｂとにより構成される撹拌機１７を備えており、撹拌翼１７ｂの回転にてＡ液の構成材料を撹拌することによりＡ液を作液する。また、Ａ液貯留槽１５には、モータ１８ａと、モータ１８ａの駆動により回転する撹拌翼１８ｂとにより構成される撹拌機１８と、貯留するＡ液のｐＨ（ｐＨ値）を計測するｐＨ計１９とが設けられており、撹拌機１８にて再度撹拌されたＡ液のｐＨがｐＨ計１９にて計測され、計測データは制御装置５０（５０Ａ）に随時送信されるようになっている。尚、少なくとも混合槽３１にｐＨ計３３が設けられていればよいことから、ｐＨ計１９が取り付けられていない形態であってもよい。
【００３３】
一方、Ｂ液作液装置２０は、Ｂ液撹拌槽２３とＢ液貯留槽２４とを備え、Ｂ液撹拌槽２３には、構成材料槽２１，２２からそれぞれ、不図示の送液ポンプを介して水ガラス系材料と水が供給される。そして、水ガラス系材料と水がＢ液撹拌槽２３にて撹拌されることによりＢ液が作液され、作液されたＢ液がＢ液貯留槽２４に貯留される。
【００３４】
Ｂ液撹拌槽２３は、モータ２６ａと、モータ２６ａの駆動により回転する撹拌翼２６ｂとにより構成される撹拌機２６とを備えており、撹拌翼２６ｂの回転にてＢ液の構成材料を撹拌することによりＢ液を作液する。また、Ｂ液貯留槽２４には、モータ２７ａと、モータ２７ａの駆動により回転する撹拌翼２７ｂとにより構成される撹拌機２７と、貯留するＢ液のｐＨ（ｐＨ値）を計測するｐＨ計２８とが設けられており、撹拌機２７にて再度撹拌されたＢ液のｐＨがｐＨ計２８にて計測され、計測データは制御装置５０（５０Ａ）に随時送信されるようになっている。尚、少なくとも混合槽３１にｐＨ計３３が設けられていればよいことから、ｐＨ計２８が取り付けられていない形態であってもよい。
【００３５】
Ａ液作液装置１０は、Ａ液送液管４１を介して混合装置３０を構成する混合槽３１に通じており、Ａ液貯留槽１５に貯留されているＡ液は、Ａ液送液管４１を介して混合槽３１に供給（投入）される。ここで、Ａ液送液管４１には、送液ポンプ４２（ポンプの一例）と流量計４３が介在しており、制御装置５０（５０Ａ）により送液ポンプ４２の駆動制御や駆動停止制御が実行され、流量計４３にて計測されたＡ液送液量に関する計測データが制御装置５０（５０Ａ）に送信されるようになっている。尚、混合槽３１に対して最初に所定量のＡ液が投入されることから、例えば制御装置５０（５０Ａ）に対してＡ液の投入量が現場管理者等により入力されており、現場管理者が例えば制御装置５０（５０Ａ）に備えてある送液ポンプ４２の駆動スイッチをＯＮ制御することにより、送液ポンプ４２にて混合槽３１へＡ液が送液される。このＡ液の送液の過程で流量計４３にて計測される計測データに基づき、制御装置５０（５０Ａ）は所定量のＡ液が混合槽３１へ送液された段階（もしくは所定量の送液を見越した前段階）で送液ポンプ４２の駆動を停止する制御を実行する。
【００３６】
Ｂ液作液装置２０は、二系統のＢ液送液管４４，４７を介して混合槽３１に通じており、Ｂ液貯留槽２４に貯留されているＢ液は、Ｂ液送液管４４，４７を介して混合槽３１に供給（投入）される。ここで、Ｂ液送液管４４，４７にはそれぞれ、送液ポンプ４５，４８（ポンプの一例）と流量計４６，４９が介在しており、制御装置５０（５０Ａ）により送液ポンプ４５，４８の駆動制御や駆動停止制御が実行され、流量計４６，４９にて計測された計測データが制御装置５０（５０Ａ）に送信されるようになっている。
【００３７】
例えば、一方のＢ液送液管４４が相対的に大容量のＢ液を送液し、他方のＢ液送液管４７が相対的に小容量のＢ液を送液するように設定されており、Ｂ液の送液量の微調整の際には送液ポンプ４８を制御することにより、Ｂ液送液管４７を介して送液されるＢ液の送液量を調整する制御が実行できる。また、例えば、Ｂ液送液管４４、４７の双方からＢ液を送液し、あるタイミングで一方の送液管からのＢ液の送液を停止することにより、混合槽３１へのＢ液投入量を低減することができる。尚、図示例では、二系統のＢ液送液管４４，４７が設けられているが、三系統以上のＢ液送液管を備えたシステムであってもよい。
【００３８】
混合装置３０は、混合槽３１と、三基の撹拌機３２とを有し、それぞれの撹拌機３２は、モータ３２ａと、モータ３２ａの駆動により回転する撹拌翼３２ｂとにより構成される。混合装置３０は、混合槽３１において、Ａ液作液装置１０から投入されているＡ液に対して、Ｂ液作液装置２０から随時Ｂ液が投入され、各撹拌機３２によりＡ液とＢ液を撹拌することにより、混合液である薬液を製造する。尚、Ａ液撹拌槽１４やＢ液撹拌槽２３に比べて混合槽３１は大容量であることから、三基の撹拌機３２が設けられているが、撹拌機３２は二基、四基以上等、混合槽３１の大きさに応じた好適な数が設定されるのがよい。
【００３９】
また、混合槽３１にはｐＨ計３３が設けられており、Ｂ液の投入により随時製造される薬液のｐＨを都度測定し、測定データが制御装置５０（５０Ａ）に送信されるようになっている。尚、図示例では、一台のｐＨ計３３が設けられているが、複数台（例えば四台等）のｐＨ計３３が設けられてもよい。
【００４０】
混合槽３１に所定量のＡ液が投入された後、Ｂ液が複数種の投入制御方法により投入されるようになっており、このＢ液の投入制御形態に応じて、送液ポンプ４５，４８の制御方法が相違する。以下、相違する二種類の制御を実行する二種類の制御装置５０，５０Ａを有する薬液製造システム６０，６０Ａとして説明するが、一つの薬液製造システムの制御装置において、複数種のＢ液投入制御方法を切換え制御可能なシステムであってもよい。
【００４１】
次に、図２を参照して、制御装置５０（５０Ａ）のハードウェア構成の一例について説明する。図２に示すように、制御装置５０（５０Ａ）は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）等の情報処理装置（コンピュータ）により構成される。
【００４２】
制御装置５０（５０Ａ）を構成するコンピュータは、接続バス５６により相互に接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、主記憶装置５２、補助記憶装置５３、入出力ＩＦ（interface）５４、及び通信ＩＦ５５を備えている。主記憶装置５２と補助記憶装置５３は、コンピュータが読み取り可能な記録媒体である。尚、上記の構成要素はそれぞれ個別に設けられてもよいし、一部の構成要素を設けないようにしてもよい。
【００４３】
ＣＰＵ５１は、ＭＰＵ（Microprocessor）やプロセッサとも呼ばれ、ＣＰＵ５１は、単一のプロセッサであってもよいし、マルチプロセッサであってもよい。ＣＰＵ５１は、コンピュータからなる制御装置５０（５０Ａ）の全体の制御を行う中央演算処理装置である。ＣＰＵ５１は、例えば、補助記憶装置５３に記憶されたプログラムを主記憶装置５２の作業領域にて実行可能に展開し、プログラムの実行を通じて周辺機器の制御を行うことにより、所定の目的に合致した機能を提供する。
【００４４】
主記憶装置５２は、ＣＰＵ５１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ５１が処理するデータ等を記憶する。主記憶装置５２は、例えば、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。補助記憶装置５３は、各種のプログラム及び各種のデータを読み書き自在に記録媒体に格納し、外部記憶装置とも呼ばれる。補助記憶装置５３には、例えば、ＯＳ（Operating System）、各種プログラム、各種テーブル等が格納される。ＯＳは、例えば、通信ＩＦ５５を介して接続される外部装置等とのデータの受け渡しを行う通信インターフェースプログラムを含む。外部装置等には、例えば、ネットワークに接続する作業所（管理棟）にあるパーソナルコンピュータ（図示せず）等が含まれる。すなわち、現場にて製造された薬液に関する種々のデータは、ネットワークを介して作業所等に搭載されているパーソナルコンピュータに無線通信等により送信され、作業所のコンピュータに薬液製造に関する種々のデータが保存される。
【００４５】
補助記憶装置５３は、例えば、主記憶装置５２を補助する記憶領域として使用され、ＣＰＵ５１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ５１が処理するデータ等を記憶する。補助記憶装置５３は、不揮発性半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM））を含むシリコンディスク、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）装置、ソリッドステートドライブ装置等である。また、補助記憶装置５３として、ＣＤドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置、ＢＤドライブ装置といった着脱可能な記録媒体の駆動装置が例示され、着脱可能な記録媒体として、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）メモリカード等が例示される。
【００４６】
入出力ＩＦ５４は、制御装置５０（５０Ａ）に接続する機器との間でデータの入出力を行うインターフェイスである。入出力ＩＦ５４には、例えば、キーボード、タッチパネルやマウス等のポインティングデバイス、マイクロフォン等の入力デバイス等が接続する。制御装置５０（５０Ａ）は、入出力ＩＦ５４を介して、入力デバイスを操作する操作者からの操作指示等を受け付ける。
【００４７】
また、入出力ＩＦ５４には、例えば、液晶パネル（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や有機ＥＬパネル（ＥＬ：Electroluminescence）等の表示デバイス、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスが接続される。例えば、制御装置５０（５０Ａ）において、設定されている目標ｐＨと、ｐＨ計３３により計測された計測データ（薬液ｐＨ）とが入出力ＩＦ５４を構成する表示デバイスに同時に表示されることにより、工事管理者等は、混合装置３０にて製造されている薬液の薬液ｐＨと目標ｐＨとを同時に視認し、双方を比較することができる。
【００４８】
通信ＩＦ５５は、制御装置５０（５０Ａ）が接続するネットワークとのインターフェイスである。通信ＩＦ５５は、インターネット等の公衆ネットワーク、携帯電話網等の無線ネットワーク、ＶＰＮ（Virtual Private Network）等の専用ネットワーク、ＬＡＮ（Local Area Network）等、様々なネットワークを介して、作業所にあるパーソナルコンピュータ等に薬液を製造する過程で得られる様々なデータを送信する。
【００４９】
＜第１実施形態に係る薬液製造システムと薬液製造方法＞
次に、図３乃至図６を参照して、第１実施形態に係る薬液製造システムと薬液製造方法の一例について説明する。ここで、図３は、第１実施形態に係る薬液製造システムを構成する制御装置の機能構成の一例を示す図である。また、図４は、Ｂ液投入停止後のＢ液流入と薬液ｐＨの変化に関する実験結果を示す図であり、図５は、停止目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図である。さらに、図６は、第１実施形態に係る薬液製造方法の一例のフローチャートである。
【００５０】
図３に示すように、薬液製造システム６０を構成する制御装置５０は、ＣＰＵ５１によるプログラムの実行により、少なくとも、計測データ取得部５０２、ｐＨ変化傾向特定部５０４、停止目安ｐＨ設定部５０６、Ｂ液投入停止部５０８，及び格納部５１０の各種機能を提供する。尚、上記処理機能の少なくとも一部が、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって提供されてもよく、同様に、上記処理機能の少なくとも一部が、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、数値演算プロセッサ、画像処理プロセッサ等の専用ＬＳＩ（large scale integration）やその他のデジタル回路等であってもよい。
【００５１】
計測データ取得部５０２は、ｐＨ計１９，２８，３３により計測されたＡ液、Ｂ液、及び混合液（薬液）のｐＨに関する計測データを受信し、格納部５１０に格納する。尚、ｐＨ計１９，２８を備えていない場合は、ｐＨ計３３により計測された混合液のｐＨに関する計測データのみが受信される。
【００５２】
ｐＨ変化傾向特定部５０４は、Ａ液が所定量投入されている混合装置３０に対してＢ液を随時投入し、Ｂ液投入停止後の薬液ｐＨの変化傾向を特定する。
【００５３】
ここで、図４は、本発明者等により行われた実験の中で、Ｂ液の投入を停止した後の、混合槽内の薬液ｐＨの変化傾向（ｐＨ落差）を検証した実験結果を示すグラフである。本実験では、Ｂ液の投入停止ｐＨを３．２に設定し、混合槽内のｐＨ計が３．２となった段階（Ｂ液投入量が３９５．７Ｌとなった段階）でＢ液の投入を停止した。この結果、混合槽内の薬液ｐＨは僅かな時間後に目標ｐＨから大きく変化することが実証されている。
【００５４】
Ｂ液送液管内の残存液によるｐＨ増加程度は、混合液（薬液）のｐＨ水準に依存して変化することから、仮に残存液量が一律に定まったとしてもｐＨの補正量は一定にはならない。さらに、液量に起因するｐＨ落差が完了した後は、時間差で混合液の撹拌による均一化が生じ、それによるｐＨ増加が生じる。薬液ｐＨの目標ｐＨ超過を防ぐには、Ｂ液投入停止後のｐＨ変化を把握し、定式化して、特定された関係式に基づいてＢ液の投入停止の目安となる薬液ｐＨ（送液ポンプの停止タイミング）を決定することが有効となる。
【００５５】
そこで、ｐＨ変化傾向特定部５０４では、製造条件に固有の以下の式（Ｑ１）に基づいて、もしくは、式（Ｑ１）を示す図５に基づいて、薬液ｐＨの変化傾向を特定する。尚、以下の式（Ｑ１）は、ｐＨ落差補正チャートと称することもできる。
【００５６】
【数３】
2022001701.tif 000005
【００５７】
図５に示すように、式（Ｑ１）の導出は、運用前のキャリブレーションで確認されたＢ液投入停止時の薬液ｐＨと実績ｐＨとの関係（三点の黒丸）に基づいて行っており、実際の作液におけるＢ液投入停止時の薬液ｐＨと実績ｐＨの関係（一点の白丸）を式（Ｑ１）のグラフ上にプロットし、式（Ｑ１）の妥当性を確認している。
【００５８】
図５に示すように、Ｂ液投入停止時の薬液ｐＨが２．９４未満の範囲では、Ｂ液投入停止時の薬液ｐＨは目標ｐＨと同じになる（ｙ＝ｘ）ことが分かり、Ｂ液投入停止時の薬液ｐＨが２．９４以上の範囲において、目標ｐＨを達成するためのＢ液投入停止時の薬液ｐＨを関係式（式（Ｑ１））に基づいて特定する必要があることが分かる。
【００５９】
停止目安ｐＨ設定部５０６は、Ｂ液の投入を停止する際の目安となる停止目安ｐＨを設定する。ここで、停止目安ｐＨ設定部５０６では、ｐＨ変化傾向特定部５０４において特定された薬液ｐＨの変化傾向に基づいて、目標ｐＨから逆算することにより停止目安ｐＨを設定する。例えば、ｐＨ変化傾向特定部５０４において作成されている図５に示すグラフを参照して、製造される薬液の目標ｐＨが３．５の際には、縦軸の作液実績ｐＨ３．５を関係式のｙに代入し、このｙ値に対応するＢ液停止時の薬液ｐＨを示すｘ値を特定することにより、この例ではＢ液投入停止時の薬液ｐＨを３．３と特定することができる。
【００６０】
格納部５１０には目標ｐＨが格納されており、この目標ｐＨの薬液を製造するべく、停止目安ｐＨ設定部５０６にて設定されたＢ液投入停止時の薬液ｐＨも格納部５１０に格納される。また、格納部５１０には、混合槽３１に対してＢ液が随時投入される過程において、計測される薬液ｐＨの計測データが計測データ取得部５０２にて取得され、格納部５１０に随時格納される。
【００６１】
Ｂ液投入停止部５０８は、格納部５１０に格納されている目標ｐＨと、随時ｐＨが上昇する薬液ｐＨ（計測データ）とを比較し、薬液ｐＨが投入停止目安ｐＨとなった際に、現在駆動している送液ポンプ４５，４８の駆動を停止する停止信号を双方のポンプに送信し、ポンプの駆動を停止させる。
【００６２】
送液ポンプ４５，４８の駆動停止後、一定時間の間はＢ液送液管４４，４７から残存液が混合槽３１に送液されることから、ｐＨ計３３による計測と計測データの制御装置５０への送信が継続され、計測された薬液ｐＨが一定値に収斂した際に制御装置５０による制御を終了する。
【００６３】
制御装置５０を備えた薬液製造システム６０によれば、制御装置５０のｐＨ変化傾向特定部５０４にてＢ液の投入停止後の薬液ｐＨの変化傾向が特定され、停止目安ｐＨ設定部５０６にて薬液ｐＨの変化傾向に基づいて目標ｐＨから逆算して停止目安ｐＨが設定され、Ｂ液投入停止部５０８にて薬液ｐＨが停止目安ｐＨとなった段階でＢ液の投入を停止することにより、Ｂ液投入に用いられているポンプ停止後に時間差をもって薬液ｐＨが変化した場合でも、高精度に目標ｐＨの薬液を製造することが可能になる。
【００６４】
次に、図６を参照して、第１実施形態に係る薬液製造方法の一例について説明する。薬液製造方法では、まず、製造される薬液の目標ｐＨの設定を行う。この目標ｐＨは、薬液製造からゲル化に至るまでの時間（ゲルタイム）に基づいて設定する（以上、目標ｐＨ設定工程（ステップＳ１０２））。
【００６５】
次に、Ｂ液の投入停止後の薬液ｐＨの変化傾向を特定する。既に説明したように、運用前のキャリブレーションで確認されたＢ液投入停止時の薬液ｐＨと実績ｐＨとの関係や、実際の作液により特定されたＢ液投入停止時の薬液ｐＨと実績ｐＨの関係に基づき、製造条件に固有の式（Ｑ１）や式（Ｑ１）を示す図５等を特定する。
【００６６】
特定された図５等に示される式（Ｑ１）を参照して、目標ｐＨに対応する薬液ｐＨを特定し、ここで特定された薬液ｐＨを、Ｂ液の投入を停止する際の目安となる停止目安ｐＨとして設定する（以上、ｐＨ変化傾向特定工程（ステップＳ１０４））。
【００６７】
次に、混合装置３０を形成する混合槽３１に所定量のＡ液を投入し、混合槽３１にＢ液を随時投入し、混合槽３１内を撹拌機３２にて撹拌することにより、薬液を製造する。この薬液製造過程では、混合槽３１内に設けられているｐＨ計３３により、薬液ｐＨを随時計測する（以上、作液計測工程（ステップＳ１０６））。
【００６８】
次に、随時計測される薬液ｐＨが、既に設定されている停止目安ｐＨとなった段階で、混合槽３１へのＢ液の投入を停止する（Ｂ液投入停止工程（ステップＳ１０８））。Ｂ液投入停止後も、混合槽３１内の撹拌と薬液ｐＨの計測を継続し、一定時間が経過して薬液ｐＨが一定値に収斂した段階で薬液の製造を終了する。一定値に収斂した薬液ｐＨは目標ｐＨとなっており、所定量の目標ｐＨの薬液が製造される。
【００６９】
以上で説明する薬液製造方法によれば、ｐＨ変化傾向特定工程にてＢ液の投入停止後の薬液ｐＨの変化傾向を特定しておき、薬液ｐＨが、薬液ｐＨの変化傾向に基づいて目標ｐＨから逆算された停止目安ｐＨとなった段階でＢ液の投入を停止することにより、Ｂ液投入に用いられているポンプ停止後に時間差をもって薬液ｐＨが変化した場合でも、高精度に目標ｐＨの薬液を製造することが可能になる。
【００７０】
＜第２実施形態に係る薬液製造システムと薬液製造方法＞
次に、図７乃至図１２を参照して、第２実施形態に係る薬液製造システムと薬液製造方法の一例について説明する。ここで、図７は、第２実施形態に係る薬液製造システムを構成する制御装置の機能構成の一例を示す図である。また、図８は、Ｂ液の投入速度を低減した際の薬液ｐＨの変化に関する実験結果を示す図であり、図９は、一次投入から三次投入まで三段階に投入速度を切替える制御において、速度切替目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図であって、図９（ａ）は、三次投入の際（二次投入完了時）の速度切替目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図であり、図９（ｂ）は、二次投入の際（一次投入完了時）の速度切替目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図である。さらに、図１２は、第２実施形態に係る薬液製造方法の一例のフローチャートである。
【００７１】
図７に示すように、薬液製造システム６０Ａを構成する制御装置５０Ａは、ＣＰＵ５１によるプログラムの実行により、少なくとも、計測データ取得部５０２、ｐＨ変化傾向特定部５０４Ａ、速度切替目安ｐＨ設定部５１２、Ｂ液投入速度切替部５１４，及び格納部５１０の各種機能を提供する。
【００７２】
計測データ取得部５０２は、ｐＨ計１９，２８，３３により計測されたＡ液、Ｂ液、及び混合液（薬液）のｐＨに関する計測データを受信し、格納部５１０に格納する。尚、ｐＨ計１９，２８を備えていない場合は、ｐＨ計３３により計測された混合液のｐＨに関する計測データのみが受信される。
【００７３】
ｐＨ変化傾向特定部５０４Ａは、Ａ液が所定量投入されている混合装置３０に対してＢ液を随時投入し、Ｂ液の段階的な投入速度の低減後の薬液ｐＨの変化傾向を特定する。
【００７４】
ここで、図８は、本発明者等により行われた実験の中で、Ｂ液の投入速度を低減した（切替えた）後の、混合槽内の薬液ｐＨの変化傾向（ｐＨ落差）を検証した実験結果を示すグラフである。本実験では、混合槽へのＢ液の投入量が３８０Ｌとなった段階でそれまでのＢ液の投入速度２４Ｌ／ｍｉｎの低減を開始し、３８１．５Ｌ付近となった段階で２Ｌ／ｍｉｎに低減させている。この結果、Ｂ液の投入速度が２Ｌ／ｍｉｎに到達した直後に薬液ｐＨは顕著に増加し、その後暫くして一定の増加傾向に漸近する傾向が見られた。これは、先行の投入速度２４Ｌ／ｍｉｎ（先行工程）のｐＨ落差によって次の投入速度２Ｌ／ｍｉｎ（次工程）のＢ液量増分に対するｐＨ増分が一時的に上昇し、その後にｐＨ落差の影響が収束することにより、投入速度２Ｌ／ｍｉｎに応じたｐＨ増加傾向に移行したものと推察される。
【００７５】
そこで、ｐＨ変化傾向特定部５０４Ａでは、製造条件に固有の以下の式（Ｑ２）、もしくは式（Ｑ２）を示す図９に基づいて、薬液ｐＨの変化傾向を特定する。尚、以下の式（Ｑ２）も式（Ｑ１）と同様、ｐＨ落差補正チャートと称することもできる。
【００７６】
【数４】
2022001701.tif 000006
【００７７】
図示例では、Ｂ液の投入速度を、一次投入、二次投入、及び三次投入の三段階で低減（切替え）する例を示しており、運用前のキャリブレーションで確認されたＢ液投入速度切替時の薬液ｐＨと、その後の薬液ｐＨの落差影響が安定した時点での薬液ｐＨの関係を導出している。ここで、図９は、一次投入から三次投入まで三段階に投入速度を切替える制御において、速度切替目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図であって、図９（ａ）は、三次投入の際（二次投入完了時）の速度切替目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図であり、図９（ｂ）は、二次投入の際（一次投入完了時）の速度切替目安ｐＨの設定の際に適用されるグラフを示す図である。
【００７８】
速度切替目安ｐＨ設定部５１２は、Ｂ液の投入速度を段階的に低減する（切替える）際の目安となる速度切替目安ｐＨを設定する。ここで、速度切替目安ｐＨ設定部５１２では、ｐＨ変化傾向特定部５０４Ａにおいて特定された薬液ｐＨの変化傾向に基づいて、目標ｐＨから逆算することにより速度切替目安ｐＨを設定する。例えば、ｐＨ変化傾向特定部５０４Ａにおいて作成されている図９に示すグラフを参照して、各切替段階におけるＢ液投入切替時の薬液ｐＨを特定する。Ｂ液投入停止時の目標ｐＨ（図示例の三段階の投入速度減速において、最後の三次投入停止の目安となる停止目安ｐＨ）を３．３２に設定した場合、図９（ａ）に示すように、二次投入が完了する際の薬液ｐＨが２．５６と特定される。そして、図９（ｂ）に示すように、二次投入が完了する際の薬液ｐＨが２．５６と特定されている場合において、一次投入が完了する際の薬液ｐＨが２．２３と特定される。
【００７９】
格納部５１０には目標ｐＨが格納されており、この目標ｐＨの薬液を製造するべく、速度切替目安ｐＨ設定部５１２にて特定されたＢ液投入速度切替時の薬液ｐＨも格納部５１０に格納される。尚、図示例では、Ｂ液の投入速度の切替えを三段階に亘り実行することから、一次投入完了時と二次投入完了時の二つの速度切替目安ｐＨが格納部５１０に格納される。また、格納部５１０には、混合槽３１に対してＢ液が随時投入される過程において、計測される薬液ｐＨの計測データが計測データ取得部５０２にて取得され、格納部５１０に随時格納される。
【００８０】
Ｂ液投入速度切替部５１４は、格納部５１０に格納されている目標ｐＨと、随時ｐＨが上昇する薬液ｐＨ（計測データ）とを比較し、薬液ｐＨが速度切替目標ｐＨとなった際に、現在駆動している送液ポンプ４５，４８のいずれか一方の駆動を停止する信号を該当するポンプに送信し、該当するポンプの駆動を停止することにより、混合槽３１へ投入されるＢ液の投入速度を低減する。尚、Ｂ液の投入速度の他の低減方法として、送液ポンプ４５，４８のいずれか一方の送液量を低減する制御が実行されてもよい。この制御においては、例えばポンプ内にある流量弁（図示せず）の開度を調整して開度を小さくすること等により、送液量の低減制御を実行できる。
【００８１】
図示例では、三次投入の終了目安となる薬液ｐＨ３．３２となった段階でＢ液の投入を停止する制御を実行し、撹拌機３２による撹拌とｐＨ計３３による計測と計測データの制御装置５０Ａへの送信を継続する。そして、計測された薬液ｐＨが一定値に収斂した際に制御装置５０Ａによる制御を終了する。
【００８２】
制御装置５０Ａを備えた薬液製造システム６０Ａによれば、ｐＨ変化傾向特定部５０４ＡにてＢ液の投入速度を段階的に低減しながら該Ｂ液を投入する際の投入速度の低減後の薬液ｐＨの変化傾向を特定しておき、薬液ｐＨが、薬液ｐＨの変化傾向に基づいて目標ｐＨから逆算された速度切替目安ｐＨとなった段階で、Ｂ液投入速度切替部５１４がＢ液の投入速度を低減することにより、Ｂ液投入に用いられているポンプによる投入速度低減後に時間差をもって薬液ｐＨが変化した場合でも、高精度に目標ｐＨの薬液を製造することが可能になる。
【００８３】
ここで、Ｂ液の投入速度低減制御に関し、薬液ｐＨの上昇に応じたＢ液の投入速度が本発明者等による検証により具体的に規定されている。このことを、図１０及び図１１を参照して説明する。ここで、図１０は、滴定曲線を説明する図であり、図１１は、薬液ｐＨの上昇とＢ液の投入速度の低減割合との関係を示すグラフである。
【００８４】
作液過程の薬液ｐＨは，図１０の概念図に示すように、酸性領域から中性領域にかけての中和滴定曲線に類する傾向を示し、Ｂ液の投入が進行して薬液ｐＨが上昇するに従い、Ｂ液の投入量に対する薬液ｐＨの増加量は指数関数的に大きくなる。ｐＨの定義と本発明者等による実験結果を示す図１１に示す観察事実に基づけば、Ｂ液投入速度を一定とした場合、混合液のｐＨ水準が１増加するごとに単位時間当たりのｐＨ増加量は概ね１０倍になる。このことから、作液過程の全般に亘り単位時間当たりのｐＨ増加量を安定させながらｐＨ調節の際の精度を確保するには、混合液のｐＨ水準が１増加するごとにＢ液の投入速度を１／１０程度に順次低減することが有効であることが分かった。尚、ここでの「１／１０」は、１／１０の近傍を含むものであり、１／９乃至１／１１程度の範囲が「１／１０」に含まれるものとする。
【００８５】
次に、図１２を参照して、第２実施形態に係る薬液製造方法の一例について説明する。薬液製造方法では、まず、製造される薬液の目標ｐＨの設定を行う。この目標ｐＨは、薬液製造からゲル化に至るまでの時間（ゲルタイム）に基づいて設定する（以上、目標ｐＨ設定工程（ステップＳ１０２））。
【００８６】
次に、Ｂ液の投入速度を段階的に低減するに当たり、各投入速度軽減後の薬液ｐＨの変化傾向を特定する。既に説明したように、運用前のキャリブレーションで確認されたＢ液投入速度低減時の薬液ｐＨと実績ｐＨとの関係等に基づき、製造条件に固有の式（Ｑ２）や式（Ｑ２）を示す図９等を特定する。
【００８７】
特定された図９等に示される式（Ｑ２）を参照して、目標ｐＨの薬液を製造するための、各減速段階におけるＢ液投入速度低減時の薬液ｐＨを特定し、ここで特定された薬液ｐＨを、Ｂ液の投入速度を低減する際の目安となる速度切替目安ｐＨとして設定する（以上、ｐＨ変化傾向特定工程（ステップＳ１１０））。
【００８８】
次に、混合装置３０を形成する混合槽３１に所定量のＡ液を投入し、混合槽３１にＢ液を随時投入し、混合槽３１内を撹拌機３２にて撹拌することにより、薬液を製造する。この薬液製造過程では、混合槽３１内に設けられているｐＨ計３３により、薬液ｐＨを随時計測する。
【００８９】
投入速度が最も早い（単位時間当たりのＢ液投入量が最も多い）一次投入の過程で、随時計測される薬液ｐＨが、一次投入完了の目安となる速度切替目安ｐＨとなった段階で、混合槽３１へのＢ液の投入速度を減速し、二次投入に移行する。
【００９０】
次に、二次投入の過程で、二次投入完了の目安となる速度切替目安ｐＨとなった段階で、混合槽３１へのＢ液の投入速度をさらに減速し、三次投入に移行する。
【００９１】
次に、三次投入の過程で、三次投入完了の目安となる速度切替目安ｐＨ（ここでは、Ｂ液の投入を終了するので、投入停止目安ｐＨとも言う）となった段階で、混合槽３１へのＢ液の投入を停止する（以上、作液計測工程（ステップＳ１１２））。
【００９２】
Ｂ液投入停止後も、混合槽３１内の撹拌と薬液ｐＨの計測を継続し、一定時間が経過して薬液ｐＨが一定値に収斂した段階で薬液の製造を終了する。一定値に収斂した薬液ｐＨは目標ｐＨとなっており、所定量の目標ｐＨの薬液が製造される。
【００９３】
以上で説明する薬液製造方法によれば、ｐＨ変化傾向特定工程にてＢ液の投入速度を段階的に低減しながら該Ｂ液を投入する際の投入速度の低減後の薬液ｐＨの変化傾向を特定しておき、薬液ｐＨが、薬液ｐＨの変化傾向に基づいて目標ｐＨから逆算された速度切替目安ｐＨとなった段階でＢ液の投入速度を低減することにより、Ｂ液投入に用いられているポンプによる投入速度低減後に時間差をもって薬液ｐＨが変化した場合でも、高精度に目標ｐＨの薬液を製造することが可能になる。
【００９４】
［Ｂ液の投入速度を切替えて薬液を製造する実験］
本発明者等は、Ｂ液の投入速度を切替えて薬液を製造する実験を行った。ここで、薬液の製造において、作液過程の薬液ｐＨの水準は、酸性のＡ液が先行投入された状態のｐＨ＝１程度から、アルカリ性のＢ液を投入し適度なゲルタイムが得られるｐＨ＝３〜４程度までが一般的である。本実験は、先行投入されるＡ液量を４００Ｌとした。
【００９５】
ｐＨ＝３〜４付近のＢ液投入速度を数Ｌ／ｍｉｎとすることにより、ｐＨ調節精度が確保できること、既述するようにｐＨが１増加するごとのＢ液の投入速度低減割合が１／１０程度であることから、ｐＨ＝２〜３付近のＢ液投入速度は数十Ｌ／ｍｉｎであり、さらにその前段のｐＨ＝１〜２付近のＢ液投入速度は数百Ｌ／ｍｉｎが適切であることが特定できる。そこで、目標ｐＨが３〜４程度の条件の下で薬液を製造する実験を行った。この実験では、汎用的なポンプ能力等を考慮した上で、選定した具体的なＢ液の投入速度として、一次投入１２０Ｌ／ｍｉｎ、二次投入２４Ｌ／ｍｉｎ、三次投入２Ｌ／ｍｉｎの三段階の投入速度切替を設定した。この試験条件を図１３に示し、試験結果である、経過時間ごとに計測された混合槽内の薬液ｐＨを図１４に示す。尚、図１４において、二系統の送液管のうち、大容量の送液管のＢ液第１速度を１００Ｌ／ｍｉｎとし、小容量の送液管のＢ液第２速度を２４Ｌ／ｍｉｎとし、二次投入に切換える際にはＢ液第１速度の送液を停止し、三次投入に切換える際にはＢ液第２速度を減速した。
【００９６】
図１４に示すように、本実験では、製造過程の全般に亘って薬液ｐＨが急増することがなく、目標ｐＨ３の薬液が製造されていることが分かる。この実験結果より、実施形態に係る薬液製造システムと薬液製造方法を適用することにより、目標ｐＨの薬液を高精度に製造できることが実証されている。
【００９７】
尚、既述の内容によれば、Ｂ液投入速度の低減段階数は、作液過程の薬液ｐＨ水準の変化程度に依拠することから、例えばＡ液投入時点のｐＨ＝１程度で目標ｐＨ＝２〜３程度の条件の場合に、ｐＨ＝１〜２程度において一次投入を完了させ、ｐＨ＝２〜３程度において二次投入を完了させる、二段階の投入速度切替方法を適用することもできる。
【００９８】
また、本実験において適用した三段階のＢ液投入速度は、先行投入されるＡ液量に依拠して変化するものであり、例えばＡ液量が４００Ｌから２００Ｌに半減した場合のＢ液投入速度は、それぞれ半減された値である、一次投入６０Ｌ／ｍｉｎ、二次投入１２Ｌ／ｍｉｎ、三次投入１Ｌ／ｍｉｎ程度が適切になるものと推察される。このことに加えて、Ｂ液投入速度に関しては、作液過程の全般に亘ってｐＨ調節精度が確保できることを前提として、適宜選択することが可能である。
【００９９】
尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１０：Ａ液作液装置
１１，１２，１３：構成材料槽
１４：Ａ液撹拌槽
１５：Ａ液貯留槽
１７，１８：撹拌機
１７ａ，１８ａ：モータ
１７ｂ、１８ｂ：撹拌翼
１９：ｐＨ計
２０：Ｂ液作液装置
２１，２２：構成材料槽
２３：Ｂ液撹拌槽
２４：Ｂ液貯留槽
２６，２７：撹拌機
２６ａ，２７ａ：モータ
２６ｂ、２７ｂ：撹拌翼
２８：ｐＨ計
３０：混合装置
３１：混合槽
３２：撹拌機
３２ａ：モータ
３２ｂ：撹拌翼
３３：ｐＨ計
４１：Ａ液送液管
４２：送液ポンプ（ポンプ）
４３：流量計
４４，４７：Ｂ液送液管
４５，４８：送液ポンプ（ポンプ）
４６，４９：流量計
５０，５０Ａ：制御装置
６０，６０Ａ：薬液製造システム
５０２：計測データ取得部
５０４，５０４Ａ：ｐＨ変化傾向特定部
５０６：停止目安ｐＨ設定部
５０８：Ｂ液投入停止部
５１０：格納部
５１２：速度切替目安ｐＨ設定部
５１４：Ｂ液投入速度切替部
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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