(57)【要約】【課題】  粉体層の付着力を精度よく求める。【解決手段】  粉体層の付着力測定装置における制御装置１４は、粉体層に通す流体の流速を増加するようにポンプ１２を制御するポンプ制御部３８と、圧力計１３が測定した圧力損失の最大値を取得する最大圧力損失取得部３５と、圧力損失の最大値に基づいて粉体層の付着力を算出する付着力算出部３６とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体層に通す流体の流速を増加するとともに、上記粉体層を通る前後での流体の圧力損失を測定し、上記圧力損失の最大値に基づいて粉体層の付着力を求めることを特徴とする粉体層の付着力測定方法。
【請求項２】
上記流体は、上記粉体層の重量に抗して通されており、
上記粉体層の付着力は、上記圧力損失の最大値と上記粉体層の重量とに基づいて求めることを特徴とする請求項１に記載の粉体層の付着力測定方法。
【請求項３】
上記圧力損失の最大値から、上記粉体層の単位面積当りの重量を減算することにより、上記粉体層の単位面積当りの付着力を求めることを特徴とする請求項２に記載の粉体層の付着力測定方法。
【請求項４】
粉体層の付着力を測定する付着力測定装置であって、
上記粉体層を流体が通るように該粉体層を収容する収容手段と、
該収容手段に上記流体を供給する流体供給手段と、
粉体層を通る前後での上記流体の圧力損失を測定する圧力損失測定手段と、
上記流体供給手段および上記圧力損失測定手段を制御する制御手段とを備えており、
該制御手段は、
上記流体の流速を増加するように上記流体供給手段を制御する流速制御手段と、
上記圧力損失測定手段が測定した圧力損失の最大値を取得する最大圧力損失取得手段と、
該最大圧力損失取得手段が取得した圧力損失の最大値に基づいて、粉体層の付着力を算出する付着力算出手段とを備えることを特徴とする粉体層の付着力測定装置。
【請求項５】
上記収容手段は、上記流体が上記粉体層の重量に抗して通るようにしており、
上記制御手段は、上記粉体層の重量を取得する粉体層重量取得手段をさらに備えており、
上記制御手段における上記付着力算出手段は、上記最大圧力損失取得手段が取得した圧力損失の最大値と、上記粉体層重量取得手段が取得した上記粉体層の重量とに基づいて、粉体層の付着力を算出するものであることを特徴とする請求項４に記載の粉体層の付着力測定装置。
【請求項６】
上記付着力算出手段は、上記圧力損失の最大値から、上記粉体層の単位面積当りの重量を減算することにより、上記粉体層の単位面積当りの付着力を求めるものであることを特徴とする請求項５に記載の粉体層の付着力測定装置。
【請求項７】
上記制御手段は、
上記粉体層の体積を取得する粉体層体積取得手段と、
上記粉体層重量取得手段が取得した上記粉体層の重量と、上記粉体層体積取得手段が取得した上記粉体層の体積とに基づいて、上記粉体層の空隙率を算出する空隙率算出手段とを備えることを特徴とする請求項５に記載の粉体層の付着力測定装置。
【請求項８】
粉体層の付着力を測定する付着力測定装置を制御する制御方法であって、
上記付着力測定装置は、上記粉体層を流体が通るように該粉体層を収容する収容手段と、該収容手段に上記流体を供給する流体供給手段と、粉体層を通る前後での上記流体の圧力損失を測定する圧力損失測定手段とを備えており、
上記流体の流速を増加するように上記流体供給手段を制御し、
上記圧力損失測定手段が測定した圧力損失の最大値を取得し、
取得した圧力損失の最大値に基づいて、粉体層の付着力を算出することを特徴とする粉体層の付着力測定装置の制御方法。
【請求項９】
請求項４ないし７の何れか１項に記載の粉体層の付着力測定装置を動作させるための制御プログラムであって、コンピュータを上記制御手段として機能させるための制御プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の制御プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体層の付着力を測定する付着力測定方法、付着力測定装置、該装置の制御方法、制御プログラム、および該プログラムが記録された記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉体を取り扱う設備の設計を行うには、粉体層の密度、粒径分布、含液率などの基礎的物性のみならず、粉体の付着特性、剪断特性などの力学特性を把握する必要がある。例えば、ホッパーやサイロといった粉体貯槽設備においては、粉体同士が接近し、これに外力が加わる場合には、排出口付近において閉塞が発生し、粉体を排出できないといった問題が生じる場合がある。この問題は、粉体の付着特性に起因するものであるため、粉体の付着特性を把握することは、粉体を取り扱う設備を設計する上でも重要である。
【０００３】
粉体層の付着力を測定する従来の方法としては、引張破断法、剪断法、および圧裂破断法が挙げられる（例えば非特許文献１を参照）。このうち、粉体貯槽設備の設計に関しては、主に引張破断法が用いられている。
【０００４】
引張破断法は、上下方向または左右方向に二分割される二分割セル内に粉体を入れて圧密することにより粉体層を形成した後、二分割セルの一方または両方のセルを引っ張って粉体層を破断し、破断に必要な力を測定することにより粉体層の付着力を測定するものである。引張破断法を用いた市販の測定装置としては、三協パイオテック社製のPOWDER BED TESTER PTHN-13BAや、ホソカワミクロン株式会社製のアグロボット（登録商標）が挙げられる。
【非特許文献１】粉体工学会編、「粉体工学便覧」、第２版、日刊工業新聞社、１９９８年３月３０日、ｐ．２２５−２３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の測定方法では、セル内に粉体を圧密し、セルを引張って粉体層を破断するため、セルと粉体層との接触面における摩擦などによる測定誤差が生じることが不可避である。このため、同じ測定を繰り返し行う必要があり、測定に時間と手間がかかる結果となっていた。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、粉体層の付着力を精度よく求めることができる新たな測定方法などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る粉体層の付着力測定方法は、上記課題を解決するために、粉体層に通す流体の流速を増加するとともに、上記粉体層を通る前後での流体の圧力損失を測定し、上記圧力損失の最大値に基づいて粉体層の付着力を求めることを特徴としている。
【０００８】
粉体層に鉛直方向上向きに流体を通す場合、流体から粉体層に力が働く一方で、粉体層から流体に抵抗力が働く。流体から粉体層に働く力が粉体層の付着力よりも大きい場合には、粉体間の付着が維持されるので、粉体層は固定状態を維持する。一方、粉体層から流体に働く抵抗力のため、粉体層を通る前後で流体に圧力損失が生じることになる。すなわち、粉体層に供給される流体の圧力よりも、粉体層から排出される流体の圧力が低下することになる。
【０００９】
次に、粉体層を通る流体の流速を増加すると、流体から粉体層に働く力が増加する一方で、粉体層から流体に働く抵抗力も増加するので、粉体層を通る前後での流体の圧力損失も増加する。
【００１０】
そして、粉体層を通る流体の流速をさらに増加して、流体から粉体層に働く力が粉体層の付着力を上回ると、粉体層は、粉体同士が引き離されて流動する流動状態となり、膨張する。これにより、粉体層から流体に働く抵抗力が減少するので、粉体層を通る前後での流体の圧力損失が減少する。
【００１１】
このことから、粉体層を通る前後での流体の圧力損失が最大となるときに、流体から粉体層に働く力が、粉体層の自重および付着力の和と釣り合うことになる。すなわち、粉体層を通る前後での流体の圧力損失の最大値から粉体層の自重を減算した値が粉体層の付着力と対応することになる。したがって、上記本発明の測定方法により、粉体層の付着力を求めることができる。
【００１２】
従来の引張破断法では、セルに対して引張力が直接働き、セルと粉体層との摩擦により粉体層に対して引張力が間接的に働いている。このため、セルと粉体層との摩擦による測定誤差が生じることになる。
【００１３】
これに対し、上記本発明の測定方法では、流体が粉体層に対し力を直接及ぼしているため、粉体層を収容する容器と粉体層との摩擦による影響が少ない。これにより、測定誤差が少なくなり、粉体層の付着力を精度良く測定できるという効果を奏する。
【００１４】
具体的には、上記圧力損失の最大値から、上記粉体層の単位面積当りの重量を減算することにより、上記粉体層の単位面積当りの付着力を求めることができる。
【００１５】
また、本発明に係る粉体層の付着力測定装置は、粉体層の付着力を測定するものであって、上記粉体層を流体が通るように該粉体層を収容する収容手段と、該収容手段に上記流体を供給する流体供給手段と、粉体層を通る前後での上記流体の圧力損失を測定する圧力損失測定手段と、上記流体供給手段および上記圧力損失測定手段を制御する制御手段とを備えており、該制御手段は、上記流体の流速を増加するように上記流体供給手段を制御する流速制御手段と、上記圧力損失測定手段が測定した圧力損失の最大値を取得する最大圧力損失取得手段と、該最大圧力損失取得手段が取得した圧力損失の最大値に基づいて、粉体層の付着力を算出する付着力算出手段とを備えることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によると、流体供給手段が収容手段に流体を供給することにより、収容手段が収容した粉体層を流体が通ることになる。そして、流速制御手段が流体供給手段を制御して、流体の流速を増加し、粉体層を通る前後での上記流体の圧力損失を圧力損失測定手段が測定し、その最大値を最大圧力損失取得手段が取得する。取得した上記圧力損失の最大値に基づいて付着力算出手段が粉体層の付着力を算出する。
【００１７】
これにより、本発明の粉体層の付着力測定装置は、従来の装置に比べて、流体が粉体層に対し力を直接及ぼしているため、収容手段と粉体層との摩擦による影響が少ない。したがって、測定誤差が少なくなり、粉体層の付着力を精度良く測定できるという効果を奏する。
【００１８】
なお、収容手段が、流体が粉体層の重量に抗して通るようにしている場合には、粉体層の重力が作用するので、制御手段は、粉体層の重量を取得する粉体層重量取得手段をさらに備えており、制御手段における付着力算出手段は、最大圧力損失取得手段が取得した圧力損失の最大値と、粉体層重量取得手段が取得した粉体層の重量とに基づいて、粉体層の付着力を算出することができる。
【００１９】
具体的には、付着力算出手段は、上記圧力損失の最大値から、粉体層の単位面積当りの重量を減算することにより、粉体層の単位面積当りの付着力を求めることができる。
【００２０】
ところで、粉体層の付着力は、空隙率と密接な関係を有する。したがって、粉体の付着特性を知る上でも、粉体層の付着力と空隙率との対応関係を知ることが重要である。空隙率は、粉体層の質量および体積と粉体の粒子密度とから求めることができ、粉体の粒子密度は粉体の種類によって一定である。また、粉体層の質量は、粉体層の重量から重力加速度で除算することにより求まる。
【００２１】
したがって、本発明に係る粉体層の付着力測定装置は、上記の構成において、制御手段は、粉体層の体積を取得する粉体層体積取得手段と、粉体層重量取得手段が取得した粉体層の重量と、粉体層体積取得手段が取得した粉体層の体積とに基づいて、粉体層の空隙率を算出する空隙率算出手段とを備えることが望ましい。
【００２２】
また、本発明に係る粉体層の付着力測定装置の制御方法は、上記付着力測定装置を制御する制御方法であって、上記流体の流速を増加するように上記流体供給手段を制御し、上記圧力損失測定手段が測定した圧力損失の最大値を取得し、取得した圧力損失の最大値に基づいて、粉体層の付着力を算出することを特徴としている。
【００２３】
上記の制御方法によると、流体供給手段を制御して、流体の流速を増加し、粉体層を通る前後での流体の圧力損失の最大値を取得し、取得した上記圧力損失の最大値に基づいて粉体層の付着力を算出する。
【００２４】
これにより、従来の場合に比べて、流体が粉体層に対し力を直接及ぼしているため、収容手段と粉体層との摩擦による影響が少ない。したがって、測定誤差が少なくなり、粉体層の付着力を精度良く測定できるという効果を奏する。
【００２５】
なお、上記粉体層の付着力測定装置における制御手段を、制御プログラムによりコンピュータ上で実行させることができる。さらに、上記制御プログラムをコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶させることにより、任意のコンピュータ上で上記制御プログラムを実行させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る粉体層の付着力測定方法は、以上のように、粉体層を通る前後での流体の圧力損失の最大値から粉体層の付着力を求めているので、粉体層の付着力を精度良く測定できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の一実施形態について説明する前に、本発明の測定原理について図４および図５に基づいて説明する。
【００２８】
円筒容器内に、流体は通るが粉は落ちないような分散板(例えば網)を張り、該分散板に粉体層を配置して下から上に流体を送る場合を考える。図４は、粉体層に通す流体の流速Ｕに対して、粉体層を通る前後での流体の圧力損失ΔＰの変化を実線で示している。粉体層の粒子間を流れる流体の流速を増していき、或る速度以上になると粒子は自由に浮遊、流動するようになる。この状態を流動状態と呼び、流動状態の粉体層を流動層と呼ぶ。また、流動状態となる前の粒子が固定された状態を固定状態と呼び、固定状態の粉体層を固定層と呼ぶ。また、流動し始めたときの流速を最小流動化速度と呼ぶ。最小流動化速度以上に流速を増すとまず粉体層は膨張して層内の空隙率を増大させることで圧力損失を維持しようとする。
【００２９】
流動化状態には、圧力損失が粉体の自重と等しくなるはずであるが、図４に示されるように若干小さくなる。これは現実には粉体層が円筒容器内壁や分散板上でわずかに支えられているためである。もし，自重より圧力損失が高くなることがあれば，粉体層全体が流動しているのではなくて，ラットホールのように一部だけが吹き抜けているなど均一な流動状態ではなく実際上好ましくない。
【００３０】
また、図４は、粉体層に通す流体の流速Ｕに対して、粉体層の高さＬの変化を破線で示している。なお、図示では、粉体層の高さＬを固定状態の粉体層の高さＬ0で正規化している。図示のように、粉体層は、流動化するまでは高さＬが一定の固定層であるが、流動開始と同時に粉体層が膨張しはじめる。このことから流動化開始時に粒子間の引力を引き離す力が加えられたことがわかる。
【００３１】
ところで、粉体層の付着力は、粉体層における粒子の充填状態に密接に関わりがある。この粒子の充填状態を示すものとして粉体層の空隙率εがある。空隙率εは、粉体層において空間部分の占める割合をいう。いま、粉体層全体の体積をＶ，そのうち粉体の実体積をＶs，空間部分（粉体間の空間だけでなく、粉体内の空隙を含む）をＶ1とする。また、粒子密度をρpとし、嵩密度をρbとすると、粉体層の質量が一定であるのでρp・Ｖs＝ρb・Ｖとなる。このことから、空隙率εは次式で表すことができる。
【００３２】
ε＝Ｖ1／Ｖ＝１−（Ｖs／Ｖ）＝１−（ρb／ρp）……（１）、
ここで、嵩密度ρbは、粉体層の質量Ｗｐを粉体層全体の体積Ｖで除算したものである。また、粒子密度ρpは、粉体の種類ごとに一定である。
【００３３】
図５は粉体層が固定状態であるときの力の釣り合いを示している。同図では、高さ方向にｘ軸をとっており、粉体層の上面をｘ＝０とし、分散板の位置をｘ＝Ｌとしている。
【００３４】
粉体層における粒子の充填状態は均一とし、粉体層に働く応力と、流体の流れおよびその圧力損失とは水平方向に一様であると仮定する。また、側壁面近傍では、ニュートン流体のように壁面摩擦によって流体の流れが非常に小さいと仮定し、これにより、流体の圧力Ｐが側壁面の摩擦に及ぼす影響を無視できると仮定する。このとき、微小厚さｄｘの固体層のｘ方向（鉛直方向）に働く力の釣り合いは次式のようになる。
【００３５】
Ａ・ｄＰ＋Ａ・ｄＰv＝Ａ・ρp・（１−ε）・ｇ・ｄｘ−π・Ｄ・μw・Ｐh・ｄｘ＋Ａ・σ・ｄｘ……（２）、
ここで、Ａ（＝π・Ｄ２／４）は塔内断面積であり、Ｐvは粉体層の鉛直方向の応力であり、Ｐhは粉体層の径方向の応力であり、μwは側壁面の摩擦係数であり、σは粉体層の単位体積当りの付着力である。
【００３６】
粉体層では、Ｐh＝ｋ・Ｐvの関係式が成り立つ。ここで、ｋはランキン係数であり、粉体層の内部摩擦角をφiとすると、ｋ＝（１−sinφi）／（１＋sinφi）となる。このことから、式（２）は次式のように変形できる。
【００３７】
ｄＰ／ｄｘ＋ｄＰv／ｄｘ＝ρp・（１−ε）・ｇ−４・μw・ｋ・Ｐv／Ｄ＋σ……（３）、
ところで、流体の圧力勾配（ｄＰ／ｄｘ）は一定であるから、式（３）はＰvの微分方程式となり、境界条件（ｘ＝０，Ｐv＝０）から次式のように解析的に解くことができる。
【００３８】
Ｐv＝｛ρp・（１−ε）・ｇ−ΔＰ／Δｘ＋σ｝・｛１−exp（−４・μw・ｋ・ｘ／Ｄ）｝／（４・μw・ｋ／Ｄ）……（４）、
粉体層が流動化し始めるときには、任意のｘにおいてＰv＝０となるから、式（４）から次式が成り立つ。
【００３９】
σ＝（ΔＰ／Δｘ）−ρp・（１−ε）・ｇ……（５）、
式（５）を粉体層２１全体について考えると、次式のようになる。
【００４０】
σ・Ｌ＝ΔＰmax−ρp・（１−ε）・Ｌ・ｇ……（６）、
σ・Ｌは、単位面積当りの付着力σtであり、粉体層の質量Ｗpは、Ｗp＝ρp・Ｌ・Ａで表すことができるので、式（６）は次式のようになる。
【００４１】
σｔ＝σ・Ｌ＝ΔＰmax−Ｗp・ｇ／Ａ……（７）
したがって、粉体層の単位面積当りの付着力σtは、粉体層を通る前後での流体の圧力損失の最大値ΔＰmax、粉体層の重量Ｗp・ｇ、および塔内断面積Ａから求まることが分かる。
【００４２】
以下、本発明の一実施形態について図１ないし図３に基づいて説明する。図２は、本実施形態である粉体層の付着力測定装置の概略構成を示している。図示のように、粉体層の付着力測定装置１０は、充填塔１１、ポンプ１２、圧力計１３、制御装置１４、流量計１５、およびバグフィルタ１６を備える構成である。
【００４３】
充填塔１１は、中空円筒形状であり、略鉛直方向に立設している。充填塔１１内の中央から稍下方には分散板２０が設けられ、分散板２０の上には粉体層２１が配置される。分散板２０は、粉体が下方へ落下することを防止する一方で、圧縮乾燥空気を上方に通過させるものである。分散板２０には、例えば、多孔板や網が利用される。
【００４４】
また、充填塔１１内における分散板２０の下方と粉体層２１の上方とには、空気圧を検知して電気信号に変換する感圧素子２２・２３がそれぞれ設けられている。感圧素子２２・２３は、変換した電気信号を外部の圧力計１３に出力する。
【００４５】
なお、充填塔１１としては、乾燥空気を粉体に通して粉体を乾燥させる乾燥装置や気相で粉体を触媒と反応させる反応装置などを流用することができる。
【００４６】
ポンプ１２は、充填塔１１に乾燥した圧縮空気（以下、「乾燥圧縮空気」と略称する。）を供給するものである。ポンプからの乾燥圧縮空気は、流量計１５を介して、充填塔１１の下端から内部に供給される。流量計１５は、ポンプからの乾燥空気の流量を測定するものである。
【００４７】
圧力計１３は、充填塔１１内に設けられた感圧素子２２・２３からの電気信号に基づいて、粉体層２１の上方の空気圧に対する分散板２０の下方の空気圧の差圧を求めるものである。すなわち、この差圧は、粉体層２１を通過する前の空気と、粉体層２１を通過した後の空気との圧力損失ΔＰ（以下、単に「圧力損失ΔＰ」と称する。）となる。
【００４８】
制御装置１４は、粉体層の付着力測定装置１０内の各種構成を統括的に制御するものである。なお、制御装置１４の詳細な構成については後述する。
【００４９】
バグフィルタ１６は、充填塔１１から排出される空気の流路に設けられており、充填塔１１から排出される空気に含まれる粉体を、フィルタバッグを用いて濾過収集するものであり、粉体が外部に漏れることを防止するものである。
【００５０】
次に、制御装置１４の詳細について、図１に基づいて説明する。図１は、制御装置１４の概略構成を示している。図示のように、制御装置１４は、入力部３０、出力部３１、記憶部３２、粉体層重量取得部３３、粉体層体積取得部３４、最大圧力損失取得部３５、付着力算出部３６、空隙率算出部３７、およびポンプ制御部３８を備える構成である。
【００５１】
入力部３０は、入力手段を用いて、ユーザの入力に基づいて入力データを作成するものである。入力手段の例としては、キーボード、テンキー、カーソルキー、マウスなどのポインティングデバイスやタッチパネルが挙げられる。本実施形態では、入力部３０は、ユーザの入力に基づいて、粉体層２１の重量データおよび体積データを作成し、それぞれのデータを粉体層重量取得部３３および粉体層体積取得部３４に送信している。
【００５２】
出力部３１は、出力手段を用いてユーザに情報を出力するものである。出力手段の例としては、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）など表示デバイスや、プリンタなどの印刷デバイスが挙げられる。なお、本実施形態では、粉体層２１の単位面積当りの付着力σtを測定するとともに空隙率εを測定しているため、同じ粉体に対し種々の空隙率εにおける単位面積当りの付着力σtを測定し、縦軸を単位面積当りの付着力σtとし、横軸を空隙率εとして粉体の付着特性を示すグラフを出力する事が望ましい。
【００５３】
記憶部３２は、各種情報を記憶する機能を有し、例えば半導体メモリやハードディスクによって構成される。本実施形態では、単位面積当りの付着力σtおよび空隙率εを算出するための定数、具体的には、充填塔１１内の断面積Ａ、粉体の粒子密度ρp、および重力加速度ｇが記憶部３２に記憶されている。
【００５４】
粉体層重量取得部３３は、粉体層２１の重量を取得するものである。本実施形態では、粉体層２１の重量をユーザから入力部３０を介して取得している。なお、粉体層２１の重量を自動的に測定するロードセルが充填塔１１内に配備されている場合には、粉体層重量取得部３３は、ロードセルから粉体層の重量を取得しても良い。また、粉体層重量取得部３３は、粉体層２１の質量Ｗpをユーザから取得し、取得した質量Ｗpに、記憶部３２から読み出した重力加速度ｇを乗算することにより粉体層の重量を取得しても良い。
【００５５】
粉体層体積取得部３４は、粉体層２１の体積Ｖを取得するものである。本実施形態では、粉体層２１の体積Ｖをユーザから入力部３０を介して取得している。なお、充填塔１１内の断面積Ａが記憶部３２に記憶されているので、粉体層体積取得部３４は、粉体層２１の高さＬをユーザから入力部３０を介して取得し、記憶部３２から充填塔１１内の断面積Ａを読み出して、粉体層２１の高さＬと充填塔１１内の断面積Ａとの積を粉体層２１の体積Ｖとして取得しても良い。また、粉体層２１を所定の容器に収容して充填塔１１内に配置する場合には、該容器内の体積を記憶部３２に予め記憶させておき、粉体層体積取得部３４が記憶部３２から容器内の体積を読み出して粉体層の体積として取得しても良い。
【００５６】
最大圧力損失取得部３５は、圧力計１３から空気圧の圧力損失ΔＰを継続して取得することにより、圧力損失の最大値ΔＰmaxを取得するものである。なお、圧力計１３が圧力損失の最大値ΔＰmaxを保持する場合には、ポンプ１２から充填塔１１への乾燥圧縮空気の供給を停止した後に、最大圧力損失取得部３５が圧力計１３に要求して圧力損失の最大値ΔＰmaxを取得しても良い。
【００５７】
付着力算出部３６は、粉体層重量取得部３３から粉体層の重量Ｗp・ｇを受け取り、最大圧力損失取得部３５から圧力損失の最大値ΔＰmaxを受け取り、かつ、記憶部３２から充填塔１１内の断面積Ａを受け取って、粉体層２１の単位面積当りの付着力σtを上記の式（７）から求めるものである。付着力算出部３６は、算出した単位面積当りの付着力σtを出力部３１に送り出す。
【００５８】
空隙率算出部３７は、粉体層重量取得部３３から粉体層の重量Ｗp・ｇを受け取り、粉体層体積取得部３４から粉体層２１の体積Ｖを受け取り、かつ、記憶部３２から粉体の粒子密度ρpおよび重力加速度ｇを受け取って、粉体層２１の空隙率εを上記の式（１）から求めるものである。空隙率算出部３７は、算出した空隙率εを出力部３１に送り出す。
【００５９】
ポンプ制御部３８は、乾燥圧縮空気の充填塔１１への供給または供給停止をポンプ１２に指示するものである。また、ポンプ制御部３８は、流量計１５から乾燥圧縮空気の流量を受け取って、ポンプ１２から充填塔１１に供給される乾燥圧縮空気の単位時間当りの流量、すなわち流速を制御するものである。
【００６０】
次に、上記構成の粉体層の付着力測定装置１０における処理動作について、図３に基づいて説明する。図３は、粉体層の付着力測定装置１０において付着特性を測定する処理動作を示している。まず、充填塔１１内に粉体層２１を配置する（ステップＳ１０（以下「Ｓ１０」と略称することがある。他のステップについても同様である。））。このステップＳ１０は、充填塔１１内に粉体を投入して圧密することにより粉体層２１を形成するものであっても良いし、別の装置で粉体を圧密することにより形成した粉体層２１を充填塔１１内に配置しても良い。
【００６１】
次に、粉体層重量取得部３３は、ユーザから入力部３０を介して粉体層２１の重量Ｗｐ・ｇを取得するとともに、粉体層体積取得部３４は、ユーザから入力部３０を介して粉体層２１の体積Ｖを取得する（Ｓ１１）。次に、ポンプ制御部３８は、充填塔１１への乾燥圧縮空気の供給を開始するようにポンプ１２に指示する（Ｓ１２）。これにより粉体層２１に空気が通り始め、粉体層２１を通る前後での空気圧の圧力損失ΔＰが発生し始める。そこで、最大圧力損失取得部３５が、粉体層２１を通る前後での空気圧の圧力損失ΔＰを圧力計１３から取得する（Ｓ１３）。
【００６２】
次に、粉体層２１が流動状態となったか否かを判断する（Ｓ１４）。粉体層２１が流動状態となったか否かは、上述のように、圧力損失ΔＰの低下を検知したり、粉体層２１の高さの上昇を検知したり、バグフィルタ１６に所定量の粉体を検知したりすることにより判断することができる。
【００６３】
粉体層２１が流動状態となっていないと判断した場合には（Ｓ１４でＮＯ）、ポンプ制御部３８は、充填塔１１に供給する空気の流量（流速）を増加するようにポンプ１２に指示し（Ｓ１５）、その後、ステップＳ１３に戻る。
【００６４】
一方、粉体層２１が流動状態となったと判断した場合には（Ｓ１４でＹＥＳ）、ポンプ制御部３８は、充填塔１１への空気の供給を停止するようにポンプ１２に指示し（Ｓ１６）、最大圧力損失取得部３５が圧力損失の最大値ΔＰmaxを取得する（Ｓ１７）。
【００６５】
そして、付着力算出部３６は、粉体層２１の単位面積当りの付着力σtを算出するとともに、粉体層２１の空隙率εを算出し、算出した単位面積当りの付着力σtと空隙率εとを出力部３１が出力する（Ｓ１８）。上述のように、粉体層２１の単位面積当りの付着力σtは、ステップＳ１１にて取得した粉体層２１の重量Ｗp・ｇと、ステップＳ１７にて取得した圧力損失の最大値ΔＰmaxとを用いて算出することができる。また、空隙率は、ステップＳ１１にて取得した粉体層２１の重量Ｗp・ｇおよび体積Ｖを用いて算出することができる。その後、粉体層２１の付着特性を測定する処理を終了する。
【００６６】
したがって、本実施形態の粉体層の付着力測定装置１０は、空気が粉体層２１に対し力を直接及ぼすことにより、粉体層２１の単位面積当りの付着力σtを測定している。このため、粉体層２１と充填塔１１の側壁面との摩擦による影響が少ない。したがって、測定誤差が少なくなり、粉体層２１の単位面積当りの付着力σtを精度良く測定することができる。
【００６７】
また、従来の引張破断法を用いた粉体層の付着力測定装置では、粉体層を引張り破断できる程度まで圧密を行う必要があるため、粒子の充填状態、すなわち空隙率εの範囲が制約されることになる。これに対し、本実施形態の粉体層の付着力測定装置１０は、空隙率εが大きい場合には、粉体層２１を通る空気の流速を低くし、空隙率εが大きい場合には、上記流速を高くすることにより、粉体層２１の付着力を測定することができるので、従来よりも広範囲の空隙率εで粉体層２１の付着力を測定することができる。
【００６８】
したがって、本実施形態の粉体層の付着力測定装置１０は、例えば、フライアッシュ、カーボンブラック、タルク、炭酸カルシウムなどの微粒子からなる粉体などのような、空隙率εの変化が大きい粉体の付着特性を調べる場合に好適である。また、一般に粒子サイズが小さいと空隙率の変化が大きい傾向があるので、粒子サイズが小さい粉体の付着特性を調べる場合に好適である。
【００６９】
また、上述のように、粉体層２１の付着力は、粉体層２１を通る前後での空気の圧力損失の最大値ΔＰmaxに依存するから、圧力損失の測定精度が高い圧力計１３を用いることにより、付着力の小さい粉体層も測定することができる。
【００７０】
また、従来の引張破断法を用いた粉体層の付着力測定装置では、粉体層を引張り破断できる程度の粉体量が必要である。これに対し、本実施形態の粉体層の付着力測定装置１０では、粉体層２１に空気を通して粉体層２１を固定状態から流動状態にすることができれば粉体層２１の付着力を測定できるので、測定に必要な粉体量を従来よりも少なくすることができる。したがって、本実施形態の粉体層の付着力測定装置１０は、高価な粉体の付着特性や、毒性または腐食性のために大量に取り扱うことが困難である粉体の付着特性を調べる場合に好適である。
【００７１】
さらに、本実施形態の粉体層の付着力測定装置１０は、空隙率εを算出しているため、粉体の付着特性の１つである粉体層２１の単位面積当りの付着力σtと空隙率εとの対応関係を知ることができる。
【００７２】
以下、上記実施形態の粉体層の付着力測定装置１０を用いて、粉体層の単位面積当りの付着力σtを測定し、例えば圧密などにより同じ質量で空隙率εを変えて測定した測定結果を図６および図７に基づいて説明する。なお、粉体層の付着力測定装置１０における充填塔１１は、内径が３０．７ｍｍであり、高さが９００ｍｍであった。また、充填塔に入れる粉体層の高さは約１００ｍｍであった。
【実施例１】
【００７３】
本実施例では、平均粒径が２２０μｍ、粒子密度が２６８０ｋｇ／ｍ３、緩め嵩密度が１３００ｋｇ／ｍ３、固め嵩密度が１５００ｋｇ／ｍ３である砂を使用した。図６（ａ）は上記実施形態の粉体層の付着力測定装置１０を用いた測定結果を示している。また、同図（ｂ）は、比較例として、従来の粉体層の付着力測定装置用いた測定結果を示している。なお、従来の粉体層の付着力測定装置としては、三協パイオテック社製のPOWDER BED TESTER PTHN-13BAを使用した。また、同図（ｃ）は、縦軸を粉体層の単位面積当りの付着力とし、横軸を空隙率として、同図（ａ）・（ｂ）に示される測定結果をグラフで示したものである。
【００７４】
図６（ａ）〜（ｃ）を参照すると、実施例の方が比較例に比べて測定誤差が非常に少なく、かつ空隙率εの範囲が広いことが理解できる。
【実施例２】
【００７５】
本実施例では、平均粒径が１７６μｍ、粒子密度が９００ｋｇ／ｍ３、緩め嵩密度が４１０ｋｇ／ｍ３、固め嵩密度が４９０ｋｇ／ｍ３であるポリプロピレンを使用した。図７（ａ）は上記実施形態の粉体層の付着力測定装置１０を用いた測定結果を示している。また、同図（ｂ）は、比較例として、従来の粉体層の付着力測定装置用いた測定結果を示している。なお、従来の粉体層の付着力測定装置としては、三協パイオテック社製のPOWDER BED TESTER PTHN-13BAを使用した。また、同図（ｃ）は、縦軸を粉体層の単位面積当りの付着力とし、横軸を空隙率として、同図（ａ）・（ｂ）に示される測定結果をグラフで示したものである。
【００７６】
図７（ａ）〜（ｃ）を参照すると、実施例の方が比較例に比べて測定誤差が非常に少なく、かつ空隙率εの範囲が広いことが理解できる。
【００７７】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７８】
例えば、上記実施形態では粉体層に通す流体として乾燥圧縮空気を利用しているが、他の気体を利用してもよいし、液体を利用してもよい。なお、上記流体として液体を利用する場合には、粉体の粒子同士の付着力は、液体に溶存している電解質などのイオンの影響を受けるため、この影響を考慮する必要がある。
【００７９】
また、粉体としては、気相中に堆積した粒子群である通常の粉体の他、液体中のコロイド粒子などからなる粉体を利用してもよい。なお、上記実施形態に適用可能な粉体は、沈降することが要求され、具体的には、粉体の最小粒径が約０．１μｍ以上であることが要求される。また、測定中に反応したり融着したりして、状態が変化する粉体は、上記実施形態への適用が困難である。
【００８０】
また、制御装置１４の各構成は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【００８１】
すなわち、制御装置１４は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるマルチメディア翻訳機４の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記携帯電話機２に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【００８２】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フレキシブルディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【００８３】
また、制御装置１４を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された搬送波あるいはデータ信号列の形態でも実現され得る。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、粉体層に流体を通し、粉体層が流動状態となるときの圧力損失から粉体層の付着力を求めているので、多数の粒子の付着により形成された粒子層に対し流体を通すことにより流動状態となる種々の粒子層の付着力を測定する用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施形態である粉体層の付着力測定装置における制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】上記測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】上記測定装置において付着特性を測定する処理動作を示すブロック図である。
【図４】粉体層に通す空気の流速に対して、粉体層を通る前後の空気の圧力損失の変化と、粉体層の高さの比の変化とを示すグラフである。
【図５】固定状態にある粉体層において、高さ方向に対する微少領域に作用する力を示す概要図である。
【図６】同図（ａ）は上記測定装置を用いた測定結果の一例を表形式で示す図であり、同図（ｂ）は従来の測定装置を用いた測定結果を表形式で示す図であり、同図（ｃ）は縦軸を粉体層の付着力とし、横軸を空隙率として、同図（ａ）・（ｂ）に示される測定結果を記したグラフである。
【図７】同図（ａ）は上記測定装置を用いた測定結果の他の例を表形式で示す図であり、同図（ｂ）は従来の測定装置を用いた測定結果を表形式で示す図であり、同図（ｃ）は縦軸を粉体層の付着力とし、横軸を空隙率として、同図（ａ）・（ｂ）に示される測定結果を記したグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１０    粉体層の付着力測定装置
１１    充填塔（収容手段）
１２    ポンプ（流体供給手段）
１３    圧力計（圧力損失測定手段）
１４    制御装置（制御手段）
２１    粉体層
３３    粉体層重量取得手段（粉体層重量取得部）
３４    粉体層体積取得手段（粉体層体積取得部）
３５    最大圧力損失取得手段（最大圧力損失取得部）
３６    付着力算出手段（付着力算出部）
３７    空隙率算出手段（空隙率算出部）
３８    ポンプ制御部（流速制御手段）
【図１】
2005189035.tif 000003
【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】
2005189035.tif 000008
【図７】
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