(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物である粒子が浮遊する測定対象流体を一定流速で流す流路に光透過又は反射により被測定物を検出する測定部を設け、
前記測定部にはその流路中を流れる測定対象流体の流れに沿って上流側と下流側にそれぞれ流れを横切る方向に延びた形状の光透過用スリットを配置し、
一方のスリット位置では繊維状被測定物を分極させて測定対象流体の流通方向に向けさせる方向の直流電場を印加し、他方のスリット位置では繊維状被測定物を分極させて測定対象流体の流通方向と直交する方向に向けさせる方向の直流電場を印加し、
被測定物が上流側のスリット位置を通過するときのそのスリットを透過した光に基づく信号波形と、同じ被測定物が所定の時間遅れをもって下流側のスリット位置を通過するときのそのスリットを透過した光に基づく信号波形との比較に基づいて、その被測定物が繊維状粒子であるか否かを判定することを特徴とする繊維状粒子測定方法。
【請求項２】
前記信号波形は時間と信号強度を含み、前記判定は比較される前記２つの信号波形の時間比及び信号強度比に基づいて行なう請求項１に記載の繊維状粒子測定方法。
【請求項３】
前記判定の結果に基づいて測定対象流体の単位体積あたりの繊維状粒子の個数を計数する請求項１又は２に記載の繊維状粒子測定方法。
【請求項４】
前記測定部のそれぞれのスリットの位置で直線偏光された光を測定対象流体に照射し、測定対象流体を透過又は反射した光を入射光と９０°異なる偏光子を透過させて光センサに導くことにより偏光面を回転させる性質をもつ被測定物のみを測定対象とする請求項１から３のいずれかに記載の繊維状粒子測定方法。
【請求項５】
測定対象流体は空気であり、
測定対象流体を前記測定部に導入する前にアスベスト繊維が繊維形状を保つことができ、動物繊維及び植物繊維がガス化、ガラス化又は炭化して繊維形状を保つことができない温度で加熱することにより、アスベスト繊維のみを測定対象とする請求項４に記載の繊維状粒子測定方法。
【請求項６】
測定対象流体は空気であり、
測定対象流体を前記測定部に導入する前に所定の温度で加熱し、その温度で繊維形状を保つことができる被測定物のみを測定対象とする請求項１から４のいずれかに記載の繊維状粒子測定方法。
【請求項７】
被測定物である粒子が浮遊する測定対象流体を流路内に一定流速で流す流体流通機構、前記流路に配置され光透過により被測定物を検出する測定部、及び前記測定部が検出した信号に基づいてその被測定物が繊維状粒子であるか否かを判定するデータ処理部を備え、
前記測定部は、その中を流れる測定対象流体の流れに沿って上流側と下流側にそれぞれ配置され、流れを横切る方向に延びた形状の光透過用スリットと、一方のスリット位置では繊維状被測定物を分極させて測定対象流体の流通方向に向けさせる方向の直流電場を印加し、他方のスリット位置では繊維状被測定物を分極させて測定対象流体の流通方向と直交する方向に向けさせる方向の直流電場を印加する電極装置と、前記スリットのそれぞれの位置で入射光を測定対象流体に照射する光源部と、測定対象流体を透過又は反射し前記スリットを透過した出射光を検出する光検出部と、を備え、
前記データ処理部は、被測定物が上流側のスリットを通過するときのそのスリットを透過した光に基づく信号波形と、同じ被測定物が所定の時間遅れをもって下流側のスリットを通過するときのそのスリットを透過した光に基づく信号波形との比較に基づいて、その被測定物が繊維状粒子であるか否かを判定する判定部を備えている繊維状粒子測定装置。
【請求項８】
前記信号波形は時間と信号強度を含み、前記判定部は比較される前記２つの信号波形の時間比及び信号強度比に基づいてその被測定物が繊維状粒子であるか否かを判定する請求項７に記載の繊維状粒子測定装置。
【請求項９】
前記データ処理部は、前記流体流通機構による測定対象流体の流速と、判定部が被測定物を繊維状粒子であると判定した単位時間当たりの個数とから測定対象流体の単位体積あたりの繊維状粒子の個数を計数する計数部をさらに備えている請求項７又は８に記載の繊維状粒子測定装置。
【請求項１０】
前記電極装置は一方向の電場を発生させる１組の電極を備え、
前記流路は前記測定部において前記電場方向とそれに直交する方向の２方向をもつように折り曲げられており、
前記スリットはその折り曲げられたそれぞれの部分に配置されている請求項７から９のいずれかに記載の繊維状粒子測定装置。
【請求項１１】
前記流路は前記測定部において一直線状であり、
前記電極装置は前記測定部における前記流路の流通方向の電場を発生させる電極とそれに直交する方向の電場を発生させる電極からなる２組の電極と、それらの電極の作動を切り換える切換え装置を備えており、
前記切換え装置はまず一方の電極のみを作動させておき、被測定物が上流側のスリット位置を通過したことを前記光検出器が検出した後、同じ被測定物が下流側のスリット位置を通過するまでの間に前記一方の電極の作動を停止し、他方の電極を作動させるように電極の作動を切り換えるものである請求項７から９のいずれかに記載の繊維状粒子測定装置。
【請求項１２】
前記光源部は直線偏光された光を測定対象流体に照射する光学系を備え、
前記光検出部は前記光源部から照射される直線偏光の偏光方向に対して９０°をなす偏光方向をもつ偏光子を備えている請求項７から１１のいずれかに記載の繊維状粒子測定装置。
【請求項１３】
前記流体流通機構は測定対象流体として空気を流すものであり、
前記流路は前記測定部よりも上流側に測定対象流体を加熱するヒータを備え、そのヒータの温度をアスベスト繊維が繊維形状を保つことができ、動物繊維及び植物繊維がガス化、ガラス化又は炭化して繊維形状を保つことができない温度に設定されていることによりアスベスト繊維のみを測定対象とする請求項１２に記載の繊維状粒子測定装置。
【請求項１４】
前記流体流通機構は測定対象流体として空気を流すものであり、
前記流路は前記測定部よりも上流側に測定対象流体を所定の温度で加熱するヒータを備え、その温度で繊維形状を保つことができる被測定物のみを測定対象とする請求項７から１２に記載の繊維状粒子測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に浮遊するアスベスト繊維などの繊維状粒子や、半導体プロセスで使用される純水中に浮遊する塵などの繊維状粒子を測定する方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から提案されているアスベスト量を計測する１つの方法は、実時間で計測する方法ではなく、ろ紙で捕集して計数したり、又は薬品を使用した前処理により顕微鏡で観察できる状態まで加工し、それを目視により計数する方法である（特許文献１参照。）。
【０００３】
大気中に浮遊するアスベストなどの繊維状粒子を計測する方法としては、繊維状粒子の主軸を特定方向に揃えるための電界内に繊維状粒子を含む気体を導入し、粒子に円偏光した光を照射し、光源の主軸に対して特定角度における散乱光に含まれる垂直と水平の偏光成分を波長板、偏光プリズム等を通して測定することによりその粒子が繊維状であるか球状であるかを判定する装置が提案されている（特許文献２参照。）。
【０００４】
大気中に浮遊する繊維状粒子を計測する他の方法としては、散乱平面に垂直又は水平方向に偏光された単一波長偏光を、検出領域に浮遊状態で導入された微粒子に照射し、微粒子からの散乱光を垂直及び水平方向の偏光成分のみを通過させるそれぞれの偏光板を通して一対の散乱光検出素子により同時に検出し、両成分の強度の角度分布に基づいて微粒子の形状や大きさを推定する方法が提案されている（特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００５−３５１６４２号公報
【特許文献２】特開平４−２８３６４８号公報
【特許文献３】特開平９−２０３７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２の方法における偏光量の測定解析結果は、測定対象とする繊維状粒子の形状や使用測定波長のほんの少しの条件変化で大きく変わり、実際の計測において信頼性の高い情報取得は期待できない。
【０００６】
特許文献３の方法で信頼性の高い情報を得るためには、測定ポイントを取り囲むような検出素子又は導光ファイバを用いてひとつの微粒子に対して多種類のデータを取得して解析する必要がある。そのため、装置のコストは高くなり、複雑さの故に測定安定性が悪く、故障頻度が高いことに加えて、解析が複雑なことから測定時間がかかるという問題がある。
そこで本発明は、測定対象流体中に浮遊する繊維状粒子を実時間で簡便に測定できるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる繊維状粒子測定方法では、被測定物である粒子が浮遊する測定対象流体を一定流速で流す流路に光透過又は反射により被測定物を検出する測定部を設け、その測定部にはその流路中を流れる測定対象流体の流れに沿って上流側と下流側にそれぞれ流れを横切る方向に延びた形状の光透過用スリットを配置し、一方のスリット位置では繊維状被測定物を分極させて測定対象流体の流通方向に向けさせる方向の直流電場を印加し、他方のスリット位置では繊維状被測定物を分極させて測定対象流体の流通方向と直交する方向に向けさせる方向の直流電場を印加し、被測定物が上流側のスリット位置を通過するときのそのスリットを透過した光に基づく信号波形と、同じ被測定物が所定の時間遅れをもって下流側のスリット位置を通過するときのそのスリットを透過した光に基づく信号波形との比較に基づいて、その被測定物が繊維状粒子であるか否かを判定する。
測定対象流体は空気又は水である。
また、「繊維状粒子」の語は、狭義の繊維のみでなく、例えばラグビーボール状の粒子や、球体から外れた異形状の粒子など、太さよりも長さの方が大きい形状の粒子を含む広義の意味で使用している。
【０００８】
本発明の繊維状粒子測定装置は本発明の測定方法を実現する装置であり、被測定物である粒子が浮遊する測定対象流体を流路内に一定流速で流す流体流通機構、その流路に配置され光透過又は反射により被測定物を検出する測定部、及び測定部が検出した信号に基づいてその被測定物が繊維状粒子であるか否かを判定するデータ処理部を備えている。
そして、測定部は光透過用スリット、電極装置、光源部及び光検出部を備えている。
【０００９】
光透過用スリットはその中を流れる測定対象流体の流れに沿って上流側と下流側にそれぞれ配置されて、流れを横切る方向に延びた形状をもっている。
電極装置は一方のスリット位置では繊維状被測定物を分極させて測定対象流体の流通方向に向けさせる方向の直流電場を印加し、他方のスリット位置では繊維状被測定物を分極させて測定対象流体の流通方向と直交する方向に向けさせる方向の直流電場を印加するものである。
光源部はスリットのそれぞれの位置で入射光を測定対象流体に照射するものであり、光検出部は測定対象流体を透過又は反射しスリットを透過した出射光を検出するものである。
【００１０】
また、データ処理部は、被測定物が上流側のスリットを通過するときのそのスリットを透過した光に基づく信号波形と、同じ被測定物が所定の時間遅れをもって下流側のスリットを通過するときのそのスリットを透過した光に基づく信号波形との比較に基づいて、その被測定物が繊維状粒子であるか否かを判定する判定部を備えている。
【００１１】
２つのスリットを透過した信号波形を得るための好ましい一形態は、電極装置が一方向の電場を発生させる１組の電極を備え、測定対象流体を流す流路が測定部においてその電極装置による電場方向とそれに直交する方向の２方向をもつように折り曲げられており、スリットはその折り曲げられたそれぞれの部分に配置されているものである。
【００１２】
２つのスリットを透過した信号波形を得るための好ましい他の形態は、測定対象流体を流す流路が測定部において一直線状であり、電極装置が測定部における流路の流通方向の電場を発生させる電極とそれに直交する方向の電場を発生させる電極からなる２組の電極と、それらの電極の作動を切り換える切換え装置を備えており、切換え装置がまず一方の電極のみを作動させておき、被測定物が上流側のスリット位置を通過したことを光検出器が検出した後、同じ被測定物が下流側のスリット位置を通過するまでの間にその一方の電極の作動を停止し、他方の電極を作動させるように電極の作動を切り換えるものである。
【００１３】
信号波形が時間と信号強度を含んだものである場合、被測定物が繊維状粒子であるか否かの判定は、比較される２つの信号波形の時間比及び信号強度比に基づいて行なうことができる。そのためには、本発明の繊維状粒子測定装置は、判定部は比較される２つの信号波形の時間比及び信号強度比に基づいてその被測定物が繊維状粒子であるか否かを判定するものとなる。
【００１４】
本発明では、被測定物が繊維状粒子であるか否かの判定の結果に基づいて測定対象流体の単位体積あたりの繊維状粒子の個数を計数するようにすることができる。そのためには、本発明の繊維状粒子測定装置では、データ処理部は、流体流通機構による測定対象流体の流速と、判定部が被測定物を繊維状粒子であると判定した単位時間当たりの個数とから測定対象流体の単位体積あたりの繊維状粒子の個数を計数する計数部をさらに備えたものとなる。
【００１５】
天然鉱物であるアスベストは、その透過光の偏光面を回転させる性質をもっている。そのため、アスベストが測定部を通過した場合は、その透過光は、偏光の方向が変わり、出射側の偏光子から、アスベストを通過した光だけが通過され、光センサ側でそれを電気信号の強度値として捉えるように構成することができる。アスベストは所定速度で測定部を通過するため、光センサの信号は、時間とともに強度が変化するパルス信号として捉えることができる。結晶構造をもたないガラス粉末、ガラス繊維などは、偏光面を回転させないために捉えられないので、偏光面を回転させる天然鉱物微粒子などだけを捉えることができる。
【００１６】
そこで、本発明の測定方法で、天然鉱物繊維など、偏光面を回転させる性質をもつ被測定物のみを測定対象とするための好ましい形態では、測定部のそれぞれのスリットの位置で直線偏光された光を測定対象流体に照射し、測定対象流体を透過した光を入射光と９０°異なる偏光子を透過させて光センサに導く。そのための本発明の繊維状粒子測定装置では、光源部は直線偏光された光を測定対象流体に照射する光学系を備え、光検出部は光源部から照射される直線偏光の偏光方向に対して９０°をなす偏光方向をもつ偏光子を備えたものとなる。
【００１７】
しかし、綿ゴミや、花粉など生物から生み出される有機系微粒子にも偏光面を回転させる性質があるため、上の方法ではそれらも含めて計測される。そのため、測定部に測定対象流体を導入する前に、例えば高温に熱したガラス管チューブを通過させるなどして、有機系微粒子をガス化させたり炭化粉体にさせたりしてから測定部に導入させるようにすることができる。
【００１８】
そこで、本発明において、測定対象流体を空気にして、測定対象流体を測定部に導入する前にアスベスト繊維が繊維形状を保つことができ、動物繊維及び植物繊維がガス化、ガラス化又は炭化して繊維形状を保つことができない温度で加熱するようにすれば、アスベスト以外の繊維状粒子を検出することがなくなり、空気中に含まれるアスベストの測定を正確に行なうことができる。その場合、測定対象流体を空気とし、測定対象流体を測定部に導入する前にアスベスト繊維が繊維形状を保つことができ、動物繊維及び植物繊維がガス化、ガラス化又は炭化して繊維形状を保つことができない温度で加熱するようにする。そのための本発明の繊維状粒子測定装置では、流体流通機構は測定対象流体として空気を流すものであり、測定対象流体を流す流路は測定部よりも上流側に測定対象流体を加熱するヒータを備え、そのヒータの温度をアスベスト繊維が繊維形状を保つことができ、動物繊維及び植物繊維がガス化、ガラス化又は炭化して繊維形状を保つことができない温度に設定する。
【００１９】
また、本発明の測定方法をある温度で繊維形状を保つことができる被測定物のみを測定対象とすることもできる。その場合は、測定対象流体を空気とし、測定対象流体を測定部に導入する前に所定の温度で加熱し、その温度で繊維形状を保つことができる被測定物のみを測定するようにする。そのための本発明の繊維状粒子測定装置では、流体流通機構は測定対象流体として空気を流すものであり、測定対象流体を流す流路は測定部よりも上流側に測定対象流体をその温度で加熱するヒータを備えたものとする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の繊維状粒子測定方法及び装置は、流路中を流れる測定対象流体の流れに沿って上流側と下流側に光透過用スリットを配置し、一方のスリットでは繊維状被測定物がスリットの長手方向と直交するように移動させ、他方のスリット位置では繊維状被測定物がスリットの長手方向と平行になるように移動させることにより、同じ被測定物が両スリット位置を通過することにより異なる信号波形を生じるようにすることにより、その２つの信号波形を比較してその被測定物が繊維状粒子であるか否かを判定するようにしたので、簡単な構成でありながら、実時間で繊維状粒子の判定を行なうことができる。
【００２１】
被測定物が繊維状粒子であるか否かの判定を２つの信号波形の時間比及び信号強度比に基づいて行なうようにすれば、被測定物の形状を表わすアスペクト比を基に判定することになるので、繊維状粒子であるか否かの判定を精度よく行なうことができるようになる。
【００２２】
被測定物が繊維状粒子であると判定できれば、測定対象流体の単位体積あたり個数を計数することができる。
測定部で直線偏光された光を測定対象流体に照射し、測定対象流体を透過した光を入射光と９０°異なる偏光子を透過させて光センサに導くようにすれば、偏光面を回転させる性質をもつ被測定物のみを測定することができる。
【００２３】
測定対象流体を空気とし、偏光面を回転させる性質をもつ被測定物のみを測定することができるようにして、かつ測定部に導入する前にアスベスト繊維が繊維形状を保つことができ、動物繊維及び植物繊維がガス化、ガラス化又は炭化して繊維形状を保つことができない温度で加熱するようにすれば、アスベスト繊維のみを測定対象とすることができる。
そして、測定対象流体の単位体積あたりの繊維状粒子の個数を計数するようにすれば、空気中に浮遊するアスベスト繊維を計数することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施例１）
図１は空気中のアスベスト繊維を測定するように構成された第１の実施例の全体構成を示す図である。
測定対象流体として空気サンプルを流す流路としてガラスチューブ２が備えられており、そのガラスチューブ２の吸気口から空気サンプルが吸引される。吸引はポンプ４により行なわれ、常に一定流量で流れるようになっている。その流量はこの実施例では、１００ｍｍ／秒とする。ガラスチューブ２は、空気サンプルが吸引口から測定部６まで内径が１ｍｍで、層流状態で流れるように、内径は全体にわたって均一になっている。
【００２５】
測定部６の上流には、吸気されたサンプル空気を加熱するためのヒータ部１０が設けられている。アスベストの種類により異なるが、概して、溶融開始温度は、１２００℃以上であるので、ヒータ部１０はガラスチューブ２を約９００℃に熱している。ガラスチューブ２としてはそのような温度で使用できる耐熱性のあるものを使用し、例えばバイコール＃７９１３を使用する。ガラスチューブ２はヒータ部１０では蛇行する形状に折り曲げられており、一定流速で流れるサンプル空気はヒータ部１０のガラスチューブ２を通過する一定時間の間に所定の温度まで上昇する。そのため、花粉などの有機系微粒子は、空気中の酸素と反応して、炭酸ガスと水蒸気になるか、一部炭化する。
【００２６】
ヒータ部１０を通過したサンプル空気が測定部６で一様な電場中を通過するように、測定部６を挟んで電極８ａ，８ｂが設置されている。アスベスト測定の目的は、人への健康障害を引き起こすアスベスト繊維微粒子だけを計測することである。アスベストは構造上、繊維状であり、繊維状と非繊維状を区別する必要性がある。そのため、測定部６は、平坦な面が対向するように配置された電極８ａ，８ｂによる静電場中に保持されている。繊維微粒子はその長手方向を電場方向に揃える。これは、静電場に導かれた微粒子は、瞬時に分極現象を生じ、粒子の両端のうち、静電場の正極に近い一端は負極に、また静電場の負極に近い一端は正極になるからである。そのため、繊維状微粒子は、その長手方向を電場方向に揃えることになる。
【００２７】
図２は測定部６付近の拡大図である。測定部６には、ＡとＢで示されるスリット１２ａ，１２ｂの箇所にセンサＡ，Ｂが構成されている。スリット１２ａ，１２ｂは、マスク１４となる一枚の薄い金属箔にエッチングにより形成されている。
サンプル空気は、最初、電場方向に平行になるようにサンプル空気が導かれ、Ａ点で計測される。その後、９０度流路が折れ曲げられ、電場と垂直方向にサンプル空気が導かれ、Ｂ点で計測される。その後、サンプル空気は測定部６を出た後、ポンプ４を通過して排気される。
【００２８】
電極８ａ，８ｂによる電場は静電場であり、電極８ａ，８ｂの正極と負極の一定面により、できるかぎり一様な電場が生じるように設定されている。測定部６は電極８ａ，８ｂからは電気的に浮いている状態であり、かつ静電気を帯びないように、電気的グランドに接続されている。電極８ａ，８ｂの正極と負極の距離は、５０ｍｍで１０００Ｖの静電圧を加えられるようになっている。
【００２９】
図３が測定部６を図２の矢印Ｘの方向から見た側面図である。測定部６の一方の側にはＡ，Ｂの位置に光源１８ａ，１８ｂとしてレーザダイオード（発振波長：４０８ｎｍ）が配置されており、光源１８ａ，１８ｂからの光のビーム幅を広げるためにレンズ２０ａ，２０ｂが配置されている。レーザは光の指向性がよいので、光源１８ａ，１８ｂとして好ましい。レンズ２０ａ，２０ｂと流路２の間には偏光子１６ａが配置されており、偏光子１６ａを通過した光が流路２を流れるサンプル空気に照射される。
流路２を透過した光源１８ａ，１８ｂからの光を受光するためにそれぞれの光路上に光検出素子２２ａ，２２ｂとしてシリコンフォトダイオードが配置されており、流路２と光検出セル２２ａ，２２ｂの間には偏光子１６ｂが配置されている。
【００３０】
スリット１２ａ，１２ｂは流路２と偏光子１６ｂの間に配置されているが、流路２と偏光子１６ａの間に配置してもよい。
偏光子１６ａと偏光子１６ｂは、偏光方向が互いに９０°をなすように設置されている。
センサＡは光源１８ａ、レンズ２０ａ、偏光子１６ａ、スリット１２ａ、偏光子１６ｂ及び光検出素子２２ａにより構成され、センサＢは光源１８ｂ、レンズ２０ｂ、偏光子１６ａ、スリット１２ｂ、偏光子１６ｂ及び光検出素子２２ｂにより構成されている。
【００３１】
光源１８ａ，１８ｂからの光はレンズ２０ａ，２０ｂでビーム幅が広げられ、偏光子１６ａによって直線偏光となって流路２中を流れるサンプル空気に照射され、サンプル空気を透過した後、スリット１２ａ，１２ｂを通り、偏光子１６ｂを通過できる光があれば光検出素子２２ａ，２２ｂに入射し、光強度が電気変換される。このとき、測定部の流路２を流れるサンプル空気中に微粒子が存在しない場合は、サンプル空気を透過した光は偏光子１６ｂによりほぼ１００％減光される。ところが、アスベスト繊維は偏光面を回転させる性質をもっているため、測定部の流路２を流れる空気中にアスベスト繊維が存在すると、偏光子１６ｂを通過できる光が存在することになり、光検出素子２２ａ，２２ｂはその光強度を捉えることができる。また、偏光面を回転させない微粒子が通過した場合は、その透過光又は散乱光は偏光子１６ｂを通過できないために光検出素子２２ａ，２２ｂには捉えられない。
【００３２】
代表的なアスベスト繊維の一例は、長さが２５μｍ、径が１μｍ程度である。このような繊維を特定するのに、スリット１２ａ，１２ｂのスリット幅は、一例として１μｍに設定する。スリット１２ａ，１２ｂの設置の仕方は、図２に示しており、サンプル空気の流れる方向に対し、１２ａ，１２ｂの長手方向が直角になるように配置される。
【００３３】
サンプル空気中にアスベスト繊維が浮遊しているとすると、測定部６ではアスベスト繊維は電極８ａ，８ｂにより電場により分極して電場方向に配向する。測定部６のセンサＡの位置では、アスベスト繊維はサンプル空気の流れ方向に平行になるように流れてくるため、スリット１２ａの長手方向に対して直角の位置関係になって移動する。そして、センサＢの位置では、アスベスト繊維は電場方向に配向してサンプル空気の流れ方向に直角になるように流れてくるため、スリット１２ｂの長手方向に対して平行の位置関係になって移動する。
【００３４】
センサＡ，Ｂでは、光検出セル２２ａ，２２ｂの検出信号は、横軸を時間、縦軸を信号強度とすると、図４に示されるように、センサＡの検出信号Ａは時間幅が広くなり、センサＢの検出信号Ｂは時間幅が短くなる。繊維微粒子の場合は、このような結果になるが、球状の場合は、光検出セル２２ａ，２２ｂの検出信号に変わりはなく、逆に検出信号Ａの方が検出信号Ｂよりも時間幅が長くなる場合なども現われるので、流れてきた微粒子は繊維ではなく、異形であると判定することができる。このようにして、繊維状粒子だけを識別することができる。
繊維のアスペクト比（繊維の長さと幅の比で３：１以上の形状のものをＷＨＯの定義では繊維と呼ぶ）により、光検出セル２２ａ，２２ｂの出力の関係は様々に変化する。
【００３５】
繊維状粒子であるか否かを判定する方法の一例を示すと、図４の信号の時間幅ａ，ｃと信号強度ｂ，ｄを求めて、Ｐ＝ａ／ｃとＱ＝ｄ／ｂを算出する。その結果を、標準的なアスベストを多数流して予め求めたＰ＝ａ／ｃとＱ＝ｄ／ｂの結果と照らし合わせて、それがアスベスト繊維かどうかを決定する。
【００３６】
図５は、標準的なアスベストのＰとＱを横軸Ｐ、縦軸Ｑとして、多数点プロットしたものである。この図でＰ＝１，Ｑ＝１は、理論的に球状の微粒子であり、Ｐ値が１より大きい値をとるほど長い繊維になる。また、Ｑに関しては、長い繊維ほど、Ｑも高くなる相関がある。これは、センサＡでは光検出素子２２ａは、スリット１２ａとの位置関係から、アスベスト繊維の長手方向とスリット１２ａの長手方向が直角になるような配置で光を受光することになるが、センサＢでは光検出素子２２ｂはアスベスト繊維の長手方向とスリット１２ｂの長手方向が平行になるような配置で受光するため、強度が高くなるからである。この実施例の条件では、Ｐが３以上で、Ｑが０．５〜８０付近の値をとれば、それはアスベスト繊維と判断する。
【００３７】
長さが１０μｍで太さ０．１μｍのアスベスト繊維が、１００ｍｍ／秒の流速で流れてきた場合、センサＡ，Ｂともにスリット幅が１μｍでは、理論的にａ＝１００μ秒の信号が得られて、センサＡ、センサＢの流路距離が１ｍｍの場合は、１０，０００μ秒後にセンサＢでｃ＝１０μ秒の信号が得られる。この場合、この繊維は検出信号波形からアスペクト比１０以上と判断できる。
【００３８】
空気サンプルの流速は、ポンプの吸引力変動、環境温度の変動等で、多少の誤差が存在する。そのため、データ処理として、センサＡでパルス信号を捉えてから、正確に１０，０００μ秒後にセンサＢが測定を開始するのではなく、１０％早めの９，０００μ秒後から測定を開始し、１０％遅めの１１，０００μ秒後までデータをとり続けて、そのデータ列から、アスベスト繊維が通過したと思われるデータを抽出する。もし、その間に通過したと思われるデータがない場合は、センサＡのパルス信号はノイズと見なして捨て去り、次に行われるべき演算も止める。
【００３９】
使用している光源の波長は、この例では、４０８ｎｍ＝０．４０８μｍであるため、スリット幅としてその値付近まで狭めることはできる。波長以下にスリット幅を狭めると、著しく強度が低下するが、光検出素子２２ａ，２２ｂの感度を上げることにより対応可能であるので、０．１μｍのスリット幅も可能である。その場合は、長手方向の長さが１０μｍで太さ０．１μｍのアスベスト繊維は、検出信号波形からアスペクト比１００と判断できる。
【００４０】
０．１μｍのスリット幅のスリットでは、長さが１０μｍで太さ０．０１μｍのアスベスト繊維の場合も、アスペクト比１００となる。これをさらにアスペクト比１０００と捉えるためには、光源を紫外線、Ｘ線にして、波長を短くして、それに応じてスリット幅を短くすれば対応できる。
【００４１】
図６が、実際に測定したデータである。約１００ｍｍ／秒の流速で、センサＡ，Ｂともにスリット幅が１μｍで、センサＡ、センサＢの流路距離が１ｍｍの場合である。この場合ａ＝１００μ秒、ｂ＝０．５Ｖ、ｃ＝１０μ秒、ｄ＝２Ｖが得られ、Ｐ＝１０，Ｑ＝４が得られる。
【００４２】
（実施例２）
実施例１では、一定電場の中を、サンプル空気の流れる方向を、流路を曲げて電場に平行のときと、垂直のときを生み出した。ここでは流れる方向は一定で、電場方向を変化させることにより、アスベスト繊維の長手方向を変える場合の例である。
【００４３】
図７はその全体構成を示す図、図８は測定部２６の拡大図、図９は図８のＸ方向から見た測定部の側面図である。実施例１と同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。
測定部２６では、流路２は一直線状であり、電極装置は測定部２６における流路２の流通方向の電場を発生させる電極８ａ，８ｂとそれに直交する方向の電場を発生させる電極８ｃ，８ｄからなる２組の電極と、それらの電極の作動を切り換える切換え装置（図示略）を備えている。
【００４４】
センサＡとセンサＢは、直線流路２に間をおいて設置されている。電場は、まずサンプル空気が流れる方向に平行になるように電場をかけておき、センサＡ部でアスベスト繊維らしい信号を捉えたあと、すぐに電場をサンプル空気が流れる方向に対して垂直になるように切り換える。その後、センサＢ部にそのアスベスト繊維が通過するのを検出する。アスベスト繊維がセンサＢ部を通過するときは、電場はすでにサンプル空気が流れる方向に対して垂直になっているので、アスベスト繊維の長手方向はサンプル空気が流れる方向に対して垂直になりそこを通過する。その後、次の計測に備えて、電場はサンプル空気が流れる方向に平行になるように戻す。
センサＡとセンサＢで得られる検出信号は実施例１と同じである。
【００４５】
（繊維状粒子測定装置の実施例）
一実施例の繊維状粒子測定装置におけるデータ処理部の具体的な例を図１０に示す。
データ処理部は被測定物が上流側のスリットを通過するときのそのスリットを透過した光に基づく信号波形と、同じ被測定物が所定の時間遅れをもって下流側のスリットを通過するときのそのスリットを透過した光に基づく信号波形との比較に基づいて、その被測定物が繊維状粒子であるか否かを判定する判定部を備えている。
【００４６】
図１０により、センサＡ，Ｂの電気信号から、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，Ｐ，Ｑ値を算出する手順について、詳述する。
センサＡ，Ｂの電気信号をそれぞれＤＣ増幅するために、センサＡ，Ｂの光検出セルにオペアンプ３０ａ，３０ｂが接続されている。オペアンプ３０ａ，３０ｂの出力はそれぞれのアナログ−デジタル変換器３２ａ，３２ｂを経てそれぞれのマイクロコンピュータ３４ａ（以下マイコン１），マイクロコンピュータ３４ｂ（以下マイコン３）に接続されている。
【００４７】
マイコン１にはセンサでアスベスト繊維らしきものが検出されると、その時点をトリガ時点として、その前後のデータを記憶していくセンサＡ測定共有メモリ３６ａが接続されており、センサＡ測定共有メモリ３６ａにはそのトリガ時の時間データを記憶する時間共有メモリ３８が接続されている。
【００４８】
センサＡ測定共有メモリ３６ａには検出された信号波形からａ，ｂ値を算出するマイクロコンピュータ４０ａ（以下マイコン２）が接続されており、マイコン２には算出されたａ，ｂ値を格納する共有メモリ４２が接続されている。マイコン２はまた、そのアスベスト繊維らしきものがセンサＢの位置を通過する時間にマイコン３に対して信号を取り込んでセンサＢ測定共有メモリ３６ｂに格納するように指令を出す。
【００４９】
センサＢ測定共有メモリ３６ｂには検出された信号波形からｃ，ｄ値を算出するとともに、共有メモリ４２からａ，ｂ値を呼び出してＰ，Ｑ値を算出するマイクロコンピュータ４０ｂ（以下マイコン４）が接続されている。液晶表示部４４はマイコン４からのａ，ｂ，ｃ，ｄ，Ｐ，Ｑ値を表示する。
判定部はマイコン２とマイコン４により実現される。
【００５０】
このデータ処理装置の動作を説明する。センサＡ，Ｂの電気信号は、それぞれのオペアンプ３０ａ，３０ｂでＤＣ増幅させ、それぞれのアナログ−デジタル変換器３２ａ，３２ｂで、０．１２μ秒毎にデジタル値に変換する。センサＡのデジタル値は、マイクロコンピュータ３４ａ（以下マイコン１）に取り込む。
【００５１】
マイコン１は、逐次更新されるセンサＡ信号を、アドレスがサイクリックになっているメモリに逐次格納する。メモリのアドレス数は、１０２４個である。マイコン１は最新のデジタル値を予め設定している閾値と常に比較していて、それを超えた場合は、その時点をトリガとして、そのデータから１０２３個分過去にさかのぼるデータと、トリガ時点のデータと、トリガからその後のデータ１５３６０をセンサＡ測定共有メモリ３６ａのアドレスＩに格納する。そして、トリガ時の時間データを時間共有メモリ３８に格納する。
【００５２】
センサＡ測定共有メモリ３６ａに格納されるデータ数は、１０２３＋１＋１５３６０＝１６３８４個で、０．１２μ秒毎にデータ取得しているので、約１９６６μ秒のデータ列になる。サンプル空気が１００ｍｍ／秒の流速の場合、この時間長さは、アスベスト繊維の長手方向１９６．６μｍに相当する。
【００５３】
センサＡ測定共有メモリ３６ａのアドレスは８個あり、サイクリックに１６３８４個のデータ列を格納していく。アドレスＩに最新データが格納されれば、次にＩ＋１のアドレスに格納される。Ｉ＝８になれば、次はＩ＝１からである。もし、８個のアドレス全てが、次のマイコン２による演算が未終了の場合は、演算オバーフローのエラー表示を液晶表示部４４で行い、マイコン１はセンサＡ測定共有メモリ３６ａへのデータ格納は行わない。
【００５４】
マイコン２は、センサＡ測定共有メモリ３６ａのデータが更新されると、直ちにその１６３８４個のデータ列の解析を行う。まず、最初、移動平均処理を行い、単発的なノイズを除去する。その後、パルス波形が存在するかどうか検証する。その方法としてデータ列を微分処理する。パルスの上がりのエッジ部分をピーク波形に変換して、下がりのエッジ部分をボトムピーク波形に変換する。そのデータを、正負両方に設定している閾値と比較して、超えた場合は、パルス波形があると判断して、ａ，ｂ値を算出し所定の共有メモリ４２に格納し、アドレスＩに対応する時間共有メモリ３８のアドレスＩからトリガ時点の時刻を読み取り、その時点から、９０００μ秒後から、センサＢのデジタルデータをセンサＢ測定共有メモリ３６ｂのアドレスＩに格納するようにマイコン３に命令する。もしパルス波形が存在しない場合は、これを行わない。そして、マイコン２は、センサＡ測定共有メモリ３６ａのデータが更新されたかどうかを見に行き、あれば、同様の処理を行い、なければ更新されるまで待機する。
【００５５】
マイコン３は、マイコン２から命令を受けて、センサＢの０．１２μ秒毎のデジタルデータをセンサＢ測定共有メモリ３６ｂのアドレスＪに格納する。個数は、１６３８４個で、約１９６６μ秒のデータ列になるので、トリガ時点から、９０００μ秒後から、９０００＋１９６６μ秒までのデータをセンサＢ測定共有メモリ３６ｂに格納することになる。
【００５６】
そして、マイコン４は、センサＢ測定共有メモリ３６ｂのデータが更新されると、直ちにその１６３８４個のデータ列の解析を行う。その手順は、マイコン２と同じで、ｃ，ｄ値を算出し、マイコン２が求めたａ，ｂ値から、Ｐ＝ａ／ｃとＱ＝ｄ／ｂの結果を算出する。
【００５７】
そして、Ｐが３以上で、Ｑが０．５〜８０付近の値をとれば、それはアスベスト繊維と判断して、アスベスト数カウントのメモリ（測定開始からの積算カウント）を１プラスして、その時の時刻を所定のメモリに書き込む。１時間あたりの平均カウント数は、現時刻から１時間前までのデータを読み取り、１時間あたりの平均カウント数を求める。積算カウント数と、１時間あたりの平均カウント数は、液晶表示部４４の画面に表示される。
この実施例では、測定対象流体の単位体積あたりの繊維状粒子の個数を計数する計数部はマイコン４により実現される。
【００５８】
通常雰囲気のアスベスト繊維数は、１ｍ3に１本〜数本であるため、このセンサＡ，Ｂには連続してパルスが発生することはほとんどない。そのため、この状況では、センサＡとセンサＢで、光源１８ａと１８ｂを同一にし、光検出素子２２ａと２２ｂを同一にしても、さほど計測には問題がない。同一にすることにより、センサＡ部とセンサＢ部の距離、すなわちスリット１２ａ，１２ｂの設置位置間を短くすることができる。その場合、スリット１２ａ，１２ｂを形成したマスク１４で、スリット１２ａ，１２ｂ間の距離を１００μｍ程度に接近させて設置可能である。その条件では、長さが１０μｍで太さ０．１μｍのアスベスト繊維が、１００ｍｍ／秒の流速で流れてきた場合、センサＡ，Ｂ部ともにスリット幅が１μｍでは、理論的にａ＝１００μ秒の信号が得られて、センサＡ、センサＢの流路距離が１００μｍであるから、１，０００μ秒後にセンサＢでｃ＝１０μ秒の信号が得られる。このようにすることで、センサＡ部で信号が得られてから、短時間でセンサＢ部で信号が得られるので、センサに求められる長期安定性に対する性能が多少緩くなること、センサ、光源の部品数が半分になることのため、装置コストの低減と複雑さの低減により、より頑丈な装置となる。図１１はその条件で実際に測定したデータである。
【００５９】
上記の実施例では、センサＡ，Ｂ部に偏光子１６ａ，１６ｂを設置しているが、もしガラス繊維など偏光面を回転させない微粒子も含めて計数したい場合は、偏光子１６ａ，１６ｂを外した状態にして、繊維粒子による光の遮断量を測定することで対応できる。その場合は、何も微粒子のない状態のときは、センサには一定強度の光が入射しており、微粒子が通過したときに、その形状に応じて、光が遮断されるので、光の減光量を求める。その後のデータ処理は、信号の正負が変わるだけで本質的に実施例と同じである。
また、実施例では光源から出た光が、セル２を通過して繊維粒子等を透過した光を光検出素子２２a、２２ｂで受光しているが、繊維粒子等で反射した光を、光源側に光検出素子２２a、２２ｂを設置して受光してもよい。光源と光検出素子の設置上の問題だけで、近接に設置できれば、ほぼ１８０°反射した光を受光できる。後の信号解析は、まったく同じである。
【００６０】
また、実施例は測定対象流体を空気にしているが、半導体プロセスで使用される純水などを測定対象流体とすることができる。その場合はヒータ１０は設けないが、他の構成は空気を測定対象流体とする場合と同じである。そして、ここで記載したことは、繊維状粒子の測定方法に関することであるが、繊維という言葉の定義から外れた、例えばラグビーボール状の粒子判別とか、球体から外れた異形状の判別にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、大気中に浮遊するアスベスト繊維などの繊維状粒子や、半導体プロセスで使用される純水中に浮遊する塵などの繊維状粒子を測定するのに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】空気中のアスベスト繊維を測定するように構成された第１の実施例の全体構成を示す図である。
【図２】同実施例の測定部の拡大図である。
【図３】同実施例の測定部の側面図である。
【図４】同実施例で得られる信号波形を模式的に示す波形図である。
【図５】標準的なアスベストのＰとＱを横軸Ｐ、縦軸Ｑとしてプロットしたグラフである。
【図６】同実施例で得られた信号波形を示す波形図である。
【図７】第２の実施例の全体構成を示す図である。
【図８】同実施例の測定部の拡大図である。
【図９】同実施例の測定部の側面図である。
【図１０】繊維状粒子測定装置の一実施例におけるデータ処理部を示すブロック図である。
【図１１】センサＡとセンサＢで光源と光検出セルを共用した場合に得られた信号波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６３】
２      流路としてのガラスチューブ
４      ポンプ
６      測定部
８ａ，８ｂ      電極
１０      ヒータ部
１２ａ，１２ｂ      スリット
１８ａ，１８ｂ      光源
２０ａ，２０ｂ      レンズ
１６ａ，１６ｂ      偏光子
２２ａ，２２ｂ      光検出素子
【図１】
0004787645.tif 000002
【図２】
0004787645.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004787645.tif 000006
【図６】
0004787645.tif 000007
【図７】
0004787645.tif 000008
【図８】
0004787645.tif 000009
【図９】
0004787645.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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