(57)【要約】【課題】混合液中の磁性体粒子の濃度を簡易な方法で、正確に測定可能とする磁性体粒子の濃度測定装置および濃度測定方法を提供する。【解決手段】測定容器１１と、磁性体粒子を含有する混合液を測定容器１１内に流入させる混合液流入手段１２と、磁性体粒子を含有する混合液を測定容器１１外に排出させる混合液排出手段１３と、磁性体粒子を洗浄する洗浄液を測定容器１１内に流入させる洗浄液流入手段１４と、磁性体粒子を洗浄した洗浄液を測定容器１１外に排出させる洗浄液排出手段１５と、測定容器１１の外部に、測定容器１１内に収容された磁性体粒子を磁力により固定可能に設けられた磁石１６と、磁性体粒子の高さを測定する変位センサー１７と、測定された磁性体粒子の高さに基づいて、混合液中の磁性体粒子の濃度を算出する演算手段と、を有する磁性体粒子の濃度測定装置１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の測定容器と、
磁性体粒子を含有する混合液を、前記測定容器内に流入させる混合液流入手段と、
前記測定容器内に収容されている前記磁性体粒子を含有する混合液を、前記測定容器外に排出させる混合液排出手段と、
前記測定容器内に収容されている前記磁性体粒子を洗浄する洗浄液を、前記測定容器内に流入させる洗浄液流入手段と、
前記磁性体粒子を洗浄した洗浄液を、前記測定容器外に排出させる洗浄液排出手段と、
前記測定容器の外部に、前記測定容器内に収容された前記磁性体粒子を磁力により固定可能に設けられた磁石と、
前記測定容器内における前記磁性体粒子の高さを測定する変位センサーと、
前記変位センサーにより測定された前記磁性体粒子の高さに基づいて、前記混合液中の前記磁性体粒子の濃度を算出する演算手段と、
を有することを特徴とする磁性体粒子の濃度測定装置。
【請求項２】
前記混合液中の磁性体粒子の濃度は、次の式（２）
Ｃｍ  ＝  ｈｍ／ｈｌ・Ｄｍ      …（２）
（式中、Ｃｍは磁性体粒子の濃度（ｇ／ｃｍ３）、ｈｍは磁性体粒子の高さ（ｃｍ）、ｈｌは混合液の高さ（ｃｍ）、Ｄｍは磁性体粒子の密度（ｇ／ｃｍ３）、を表す。）で算出される請求項１記載の磁性体粒子の濃度測定装置。
【請求項３】
前記磁石が、前記測定容器の側面に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１または２記載の磁性体粒子の濃度測定装置。
【請求項４】
前記変位センサーが、前記測定容器の上部から前記磁石により前記測定容器の底部に固定された磁性体粒子の上面に向かって光を照射する発光部と、その照射された光の反射光を検知する受光部と、を一体的に有するセンサーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の磁性体粒子の濃度測定装置。
【請求項５】
前記変位センサーが、光を照射する発光部とその照射された光を検知する受光部とを、前記測定容器を挟んで対向して、かつ、前記測定容器の側面に沿って移動可能に設けられたセンサーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の磁性体粒子の濃度測定装置。
【請求項６】
磁性体粒子を含有する混合液を筒状の測定容器内に流入させる混合液流入工程と、
前記測定容器内の磁性体粒子を、前記測定容器の外部から磁力を作用させて固定する磁性体粒子固定工程と、
前記測定容器内の磁性体粒子を磁力により固定したまま、前記測定容器内の混合液を構成する液体成分を前記測定容器外に排出し、さらに前記測定容器内に洗浄液を流入および排出させて、前記磁性体粒子を洗浄する洗浄工程と、
前記測定容器内において、洗浄された前記磁性体粒子の高さを測定する高さ測定工程と、
前記高さ測定工程により測定された高さに基づいて、前記混合液中の磁性体粒子の濃度を算出する濃度算出工程と、
を有することを特徴とする磁性体粒子の濃度測定方法。
【請求項７】
前記混合液中の磁性体粒子の濃度は、次の式（２）
Ｃｍ  ＝  ｈｍ／ｈｌ・Ｄｍ      …（２）
（式中、Ｃｍは磁性体粒子の濃度（ｇ／ｃｍ３）、ｈｍは磁性体粒子の高さ（ｃｍ）、ｈｌは混合液の高さ（ｃｍ）、Ｄｍは磁性体粒子の密度（ｇ／ｃｍ３）、を表す。）で算出されることを特徴とする請求項６記載の磁性体粒子の濃度測定方法。
【請求項８】
前記磁性体粒子固定工程が、前記測定容器内に流入された混合液を静置して前記磁性体粒子を沈降させ、前記測定容器の底部側で前記磁石により固定することを特徴とする請求項６または７記載の磁性体粒子の濃度測定方法。
【請求項９】
前記磁性体粒子固定工程が、前記磁石を前記測定容器の側面に沿って移動させ、前記測定容器内の前記磁性体粒子を集めて固定することを特徴とする請求項６または７記載の磁性体粒子の濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁性体粒子の濃度測定装置および濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、工業の発達や人口の増加により水資源の有効利用が求められている。そのためには、工業排水などの廃水の再利用が非常に重要である。これらを達成するためには水の浄化、すなわち水中から他の物質を分離することが必要である。
【０００３】
液体からほかの物質を分離する方法としては、各種の方法が知られており、たとえば膜分離、遠心分離、活性炭吸着、オゾン処理、凝集、さらには所定の吸着材による浮遊物質の除去などが挙げられる。このような方法によって、水に含まれるリンや窒素などの環境に影響の大きい化学物質を除去したり、水中に分散した油類、クレイなどを除去したりすることができる。
【０００４】
これらのうち、膜分離はもっとも一般的に使用されている方法のひとつであるが、水中に分散した油類や微小な浮遊物（ＳＳ）を除去する場合には膜の細孔にこれらが詰まり易く、膜の寿命が短くなりやすいという問題がある。そのため、水中の油や微小浮遊物を除去するに際し、膜の保護の観点や、難脱水性の物質を含む水の通水速度を上げる観点から、粒子状の常磁性体（磁性体）をろ過助剤として膜分離する方法が提案されている。
【０００５】
このような磁性体粒子は、通常、磁性体粒子を分散して含有させる液体成分と混合した混合液としておき、この混合液を被処理水またはろ過膜上に供給して、被処理水のろ過処理を行う。磁性体粒子はろ過膜上に堆積しながらろ過操作が行われるが、ろ過処理後、この磁性体粒子は回収して再利用される。
【０００６】
すなわち、ここで使用される混合液は、混合液を貯留する専用の混合液タンク中に貯留されており、必要に応じて被処理水またはろ過膜上に供給され、回収時には、磁性体粒子を洗浄して再び混合液タンクに混合液として循環し、収容する。
【０００７】
この混合液は、一般に、ろ過性能を一定のものとするため、混合液中の磁性体粒子の濃度を所定の濃度とするように管理されており、混合液タンク中の混合液の磁性体粒子濃度を所定のタイミングで測定し、確認している。ところで、ここで磁性体粒子の濃度は、管理者が、混合液タンクから所定量の混合液を一部抜き取り、磁性体粒子を沈降させたときの堆積した高さから判断している。
【０００８】
しかしながら、このような混合液中の磁性体粒子においては、再利用を繰り返すうちにろ過された不純物や非磁性の金属粒子等の磁性体粒子以外の粒子が混入する場合がある。このように磁性体粒子以外の粒子が含まれていると、磁性体粒子の濃度を正確に測定できなくなる場合がある。
【０００９】
また、他に磁性体粒子の濃度を測定する方法としては、コイルを貫通するパイプ内の磁性体粒子を含有する液体の通過変化量に応じた透磁率の違いから、コイルに発生する差動出力により磁性体濃度を測定するものが知られている。ところが、透磁率を利用した測定方法によっても、磁性体粒子以外の非磁性体金属が混合液中に含まれる場合、渦電流が発生してしまい、やはり磁性体粒子の正確な濃度測定が困難となるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０９−３２７６１１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２２１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、混合液中の磁性体粒子の濃度を簡易な方法で、より正確に測定可能とする磁性体粒子の濃度測定装置および濃度測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態の磁性体粒子の濃度測定装置は、筒状の測定容器と、磁性体粒子を含有する混合液を、前記測定容器内に流入させる混合液流入手段と、前記測定容器内に収容されている前記磁性体粒子を含有する混合液を、前記測定容器外に排出させる混合液排出手段と、前記測定容器内に収容されている前記磁性体粒子を洗浄する洗浄液を、前記測定容器内に流入させる洗浄液流入手段と、前記磁性体粒子を洗浄した洗浄液を、前記測定容器外に排出させる洗浄液排出手段と、前記測定容器の外部に、前記測定容器内に収容された前記磁性体粒子を磁力により固定可能に設けられた磁石と、前記測定容器内における前記磁性体粒子の高さを測定する変位センサーと、前記変位センサーにより測定された前記磁性体粒子の高さに基づいて、前記混合液中の前記磁性体粒子の濃度を算出する演算手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
実施形態の磁性体粒子の濃度測定方法は、磁性体粒子を含有する混合液を筒状の測定容器内に流入させる混合液流入工程と、前記測定容器内の磁性体粒子を、前記測定容器の外部から磁力を作用させて固定する磁性体粒子固定工程と、前記測定容器内の磁性体粒子を磁力により固定したまま、前記測定容器内の混合液を構成する液体成分を前記測定容器外に排出し、さらに前記測定容器内に洗浄液を流入および排出させて、前記磁性体粒子を洗浄する洗浄工程と、前記測定容器内において、洗浄された前記磁性体粒子の高さを測定する高さ測定工程と、前記高さ測定工程により測定された高さに基づいて、前記混合液中の磁性体粒子の濃度を算出する濃度算出工程と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態における磁性体粒子の濃度測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す磁性体粒子の濃度測定装置において、濃度測定の関係式を説明するための図である。
【図３】実施形態における磁性体粒子の濃度測定方法のフローチャートである。
【図４Ａ】図１に示した磁性体粒子の濃度測定装置を使用した濃度測定方法を説明する図である。
【図４Ｂ】図１に示した磁性体粒子の濃度測定装置を使用した濃度測定方法を説明する図である。
【図４Ｃ】図１に示した磁性体粒子の濃度測定装置を使用した濃度測定方法を説明する図である。
【図４Ｄ】図１に示した磁性体粒子の濃度測定装置を使用した濃度測定方法を説明する図である。
【図４Ｅ】図１に示した磁性体粒子の濃度測定装置を使用した濃度測定方法を説明する図である。
【図４Ｆ】図１に示した磁性体粒子の濃度測定装置を使用した濃度測定方法を説明する図である。
【図５】第１の実施形態において、磁石を上下動可能とした磁性体粒子の濃度測定装置の概略構成図である。
【図６】他の実施形態に係る磁性体粒子の濃度測定装置の概略構成図である。
【図７】さらに他の実施形態に係る磁性体粒子の濃度測定装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本実施形態の磁性体粒子の濃度測定装置および濃度測定方法について説明する。
【００１６】
〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態における磁性体粒子の濃度測定装置の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示す磁性体粒子の濃度測定装置において、濃度測定に関する関係式を説明するための図である。また、図３は本実施形態における磁性体粒子の濃度測定方法に関するフローチャートを示し、図４Ａ〜図４Ｆは、図１に示す磁性体粒子の濃度測定装置を用いた濃度測定方法の操作を具体的に説明する図である。図５は、第１の実施形態における変形例を説明する図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の磁性体粒子の濃度測定装置１０は、筒状の測定容器１１と、該測定容器１１内に、磁性体粒子を含有する混合液を流入させる混合液流入手段１２と、磁性体粒子を含有する混合液を排出する混合液排出手段１３と、磁性体粒子を洗浄する洗浄液を流入させる洗浄液流入手段１４と、洗浄液を排出する洗浄液排出手段１５と、測定容器１１内の磁性体粒子を磁力により固定可能な磁石１６と、磁性体粒子の高さを測定する変位センサー１７と、を有する。なお、ここで、磁石１６のみ説明のため断面で表している。
【００１８】
まず、本実施形態における処理対象となる混合液について説明する。ここで用いる混合液は、磁性体粒子からなる固形成分と、この磁性体粒子を分散して含有する液体成分と、が混合してなるものである。ここで、液体成分としては、磁性体粒子と相互作用せずに安定して混合できるものであれば特に限定されずに用いることができる。この液体成分としては、例えば、工業用水、水道水、純水等の水や磁性体を含まず、無機物を主に含んでいる無機系排水等が挙げられる。後述するように磁性体粒子をろ過助剤として使用する場合には、そのろ過操作時に使用する液体であり、一般に工業用水、水道水である。
【００１９】
また、磁性体粒子としては、磁性を有する粒子であれば特に限定されずに用いることができる。この磁性体粒子の粒径は、その平均粒径が１〜１００μｍが好ましい。磁性体粒子の平均粒径がこの範囲であると、後述する計算式により容易に磁性体粒子の濃度が測定できる。なお、必要に応じて補正式を用いてもよい。また、この磁性体粒子は後述する磁性体粒子の集合体を形成する際、粒子を沈殿させる場合には、磁性体粒子の密度が液体よりも大きいことが求められる。磁性体粒子の密度を大きくすることで、沈殿磁性体粒子の集合体を形成する際に沈殿を進行させやすくなる。
【００２０】
この磁性体粒子の形状は、特に限定されるものではないが、上記のような磁性体粒子間の隙間が過度に大きくならない形状が好ましく、例えば、球形等が好ましい。
【００２１】
なお、本明細書において平均粒径とは、レーザー回折法により得られた体積基準の粒度分布から得られる５０％積算値（Ｄ５０）である。具体的には、株式会社島津製作所製のＳＡＬＤ−ＤＳ２１型測定装置（商品名）などにより測定することができる。
【００２２】
また、磁性体粒子は、強磁性物質を全般的に用いることができる。ここで用いられる強磁性物質としては、例えば、鉄、鉄を含む合金、磁鉄鉱、チタン鉄鉱、磁硫鉄鉱、マグネシアフェライト、コバルトフェライト、ニッケルフェライト、バリウムフェライトなどが挙げられる。なお、後述する磁性体粒子の固定を容易にするため、室温付近の温度において強磁性を示す物質であることが好ましい。
【００２３】
フェライト系化合物は、水中での安定性に優れているので、本実施形態のように、洗浄操作を行うような場合には好適に用いることができる。特に、磁鉄鉱であるマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は安価であるだけでなく、水中でも磁性体として安定し、元素としても安全であるため、水処理に使用しやすく好ましい。
【００２４】
なお、磁性体粒子がろ過助剤である場合、このろ過助剤は、複数の磁性体粒子をバインダーで凝集させた凝集体（複合体粒子）である。この凝集体は、細孔を有する多孔質体として形成することが好ましい。また、複数の磁性体粒子はその表面をカップリング剤で処理して被覆されていてもよい。カップリング剤の処理は乾式および湿式のいずれであってもよい。
【００２５】
ここで使用するバインダーとしては、スチレン樹脂、水添加スチレン樹脂、ブタジエン樹脂、イソプレン樹脂、アクリロニトリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、アルキルアクリレート樹脂、フェノール樹脂およびアルキルメタアクリレート樹脂等を用いることが好ましい。
【００２６】
また、カップリング剤としては、トリアルコキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ドデカトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン等のアルキルシラン、フェニルトリメトキシシラン、ナフタレントリメトキシシラン等の芳香族シラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシメトキシシラン等のビニルシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、およびγ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシランからなる群より選択される１種または２種以上のケイ素系化合物を原料とし、選択したケイ素系化合物を縮合反応させて得られた縮合物を上げることができる。その他、チタネート、アルミキレート、ジルコアルミネート等を出発原料とする化合物もカップリング剤として用いることができる。
【００２７】
また、複数の磁性体粒子の融解で得られる凝集体を用いることもできる。例えば、フェライトの原料を有機系のバインダーを用いて仮に凝集させた後、高温に熱してフェライトを合成する際に一部融解するのを利用して得ることができる。このようなフェライトとしては、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｌｉ−Ｍｇ−Ｃａ系、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｓｒ系などが挙げられる。
【００２８】
複数の磁性体粒子が凝集したポーラス体をろ過助剤として使用すると、ろ過助剤表面に凹凸ができるため、浮遊物（ＳＳ）を捕捉しやすくなる。また、ろ過助剤表面を親油性にすることにより、親油性の浮遊物との吸着を促進する。また、油分と浮遊物（ＳＳ）が共存する廃水の処理においては、油分がポーラス体の内部に浸透して、油分とＳＳを分離することも可能である。
【００２９】
次に、磁性体粒子の濃度測定装置１０の各構成要素について説明する。
測定容器１１は、磁性体粒子を含有する混合液を収容可能な筒状の容器である。この測定容器１１は、後述するように磁性体粒子の濃度を、この測定容器１１内において磁性体粒子の高さ（かさ）によって算出するものであるため、筒状で、かつ、その軸方向に垂直な断面における容器形状および大きさが同一となる形状の容器である。このときの容器形状は、例えば、円筒状や、角筒状等の形状が挙げられる。角筒状の容器としては、その軸方向に垂直な断面が三角形、四角形、やそれ以上の多角形状の容器が挙げられる。また、この測定容器は、後述するように磁力により磁性体粒子を固定するため、その断面形状の径又は一辺の長さが３〜１５ｃｍが好ましい。
【００３０】
この測定容器１１は、混合液を安定的に収容でき、後述する磁性体粒子の固定を妨げず、かつ、後述する磁性体粒子の高さ測定において光源からの光を透過可能な材質で形成されるものである。このような材質としては、透明な樹脂、ガラス等の公知のものが挙げられる。ここで、樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル（ポリメタクリル酸メチル；ＰＭＭＡ）等が好ましいものとして挙げられる。
【００３１】
混合液流入手段１２は、磁性体粒子を含有する混合液を測定容器１１内へ導いて流入させるものであり、具体的には、混合液を測定容器１１へ導く配管１２ａと、混合液の測定容器１１への流入を開閉により制御するバルブ１２ｂと、を有して構成される。混合液は、一般に混合液タンクに貯留されており、本実施形態の磁性体粒子の濃度測定装置１０は、その混合液タンクと接続され、混合液の磁性体粒子濃度を測定する際に、所望のタイミングで測定容器１１内に混合液を流入させる。
【００３２】
混合液排出手段１３は、磁性体粒子を含有する混合液を測定容器１１外へ排出させるものであり、具体的には、混合液を測定容器１１外へ導く配管１３ａと、混合液の測定容器１１外への排出を開閉により制御するバルブ１３ｂと、を有して構成される。磁性体粒子の濃度測定が終了した混合液は、この混合液排出手段１３により測定容器１１外へ排出されるが、その排出された混合液は、混合液タンクへ返送したり、そのまま廃棄したり、して処理される。
【００３３】
洗浄液流入手段１４は、洗浄液を測定容器１１内へ導いて流入させるものであり、具体的には、洗浄液を測定容易１１へ導く配管１４ａと、洗浄液の測定容器１１への流入を開閉により制御するバルブ１４ｂと、を有して構成される。洗浄液は、一般に洗浄液タンクに貯留されており、本実施形態の磁性体粒子の濃度測定装置１０は、洗浄液タンクと接続され、測定容器１１内に収容された磁性体粒子を洗浄する際に、所望のタイミングで測定容器１１内に洗浄液を流入させる。
【００３４】
洗浄液排出手段１５は、洗浄液を測定容器１１外へ排出させるものであり、具体的には、洗浄液を測定容器１１外へ導く配管１５ａと、洗浄液の測定容器１１外への排出を開閉により制御するバルブ１５ｂと、を有して構成される。測定容器１１内の磁性体粒子の洗浄が終了した洗浄液は、この洗浄液排出手段１５により測定容器１１外へ排出されるが、その排出された洗浄液は、通常、そのまま廃棄される。
【００３５】
なお、ここで使用される洗浄液としては、磁性体粒子を洗浄し、不純物質を洗い流せるものであれば特に限定されるものではない。例えば、工業用水、水道水、純水等の水や磁性体を含まず、無機物を主に含んでいる無機系排水等が挙げられる。この洗浄液は、混合液の液体成分と同じものとすることが好ましい。このように同じ液体を使用することで、洗浄し、磁性体粒子の濃度を測定した後に測定容器１１内に収容されている混合液を、そのまま混合液タンクに循環して再利用が可能となる。
【００３６】
磁石１６は、測定容器１１内に収容された混合液中の磁性体粒子を、測定容器１１の外部から磁力により固定できるものであればよい。ここで使用される磁石は、例えば、永久磁石や電磁石等の公知の磁石であればよいが、測定容器内の磁性体粒子を固定する際には、洗浄操作によっても全ての磁性体粒子を測定容器１１内に留まらせるようにする。そのため、この磁石はできるだけ使用する磁性体粒子に対して磁力の強いものが好ましい。ここで磁石１６に求められる磁力は、混合液中の磁性体粒子の種類や、測定容器１１の形状、大きさ等により変わるものであるが、磁性体粒子を安定して固定、保持できるように、磁場の強さ（残留磁束密度）は１テスラ以上が好ましく、１．１テスラ以上がより好ましく、１．２５テスラ以上がさらに好ましい。
【００３７】
また、磁石１６は、測定容器１１内の磁性体粒子を安定して確実に固定できるようにすることが好ましく、測定容器１１の外形に沿った形状で磁力を作用させ磁性体粒子を固定し、必要に応じて測定容器１１内に磁力が及ばないようにする。磁力が及ばないようにするには、永久磁石にあっては測定容器１１との距離を離すことができる構成とすることが好ましく、電磁石にあっては通電を停止すればよい。例えば、測定容器１１が円筒状である場合、その外形は断面が円形状であるため、永久磁石の場合、固定に際しては測定容器１１の外形（円形）に沿った扇形状の磁石を複数個用意し、これを測定容器１１の底部側面に近づけ、そして、磁性体粒子を磁力から解放する際には、その扇形状の磁石をそれぞれ測定容器１１から離して距離を置くことができるように形成しておけばよい。
【００３８】
変位センサー１７は、測定容器１１内に収容された磁性体粒子の高さを測定可能な変位センサー１７である。この変位センサー１７は、測定容器１１内に収容された磁性体粒子の高さを求めるものである。一般には、この変位センサー１７は、図１に示したように測定容器１１の上部から、測定容器１１の底部に固定または沈降した磁性体粒子にレーザーを照射して変位センサー１７から磁性体粒子までの距離を測定し、これにより測定容器１１の底部から磁性体粒子の上面の高さを算出するものである。なお、磁性体粒子の高さを測定することができるものであれば、上記の構成に関わらず使用できる。
【００３９】
なお、図示していないが、本実施形態の磁性体粒子の濃度測定装置１０には制御手段が設けられていることが好ましい。この制御手段は、バルブ１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂの開閉を制御して、測定容器１１に対して、混合液の流入および排出と洗浄液の流入および排出とをそれぞれ所定のタイミングで行うことができるように設ける。また、混合液および洗浄液の流入および排出にあたっては、ポンプ等により円滑にそれらの液体が移動できるようにすることが好ましく、その場合、ポンプの作動状態も該制御手段により管理する。さらに、磁石１６による磁性体粒子の固定、変位センサー１７による磁性体粒子の高さの測定、等の操作も制御することで、濃度測定を自動化することもできる。
【００４０】
そして、この磁性体粒子の濃度測定装置１０には、上記変位センサー１７で測定された磁性体粒子の高さに基づいて磁性体粒子の濃度を測定する濃度測定手段１８を有する。この濃度測定手段１８は、メモリ、ハードディスクドライブ等の記憶手段と、ＣＰＵ等の演算手段と、を有するものであり、変位センサー１７で測定した磁性体粒子の高さに基づいて、磁性体粒子の濃度を自動的に算出できるものである。
【００４１】
この磁性体粒子の濃度は、次のように算出される。まず、磁性体粒子の測定装置１０における濃度測定に関する関係式を、図２を参照しながら説明する。なお、図２において、測定容器１１内部に収容されている混合液と、測定容器１１底面に沈降、堆積した磁性体粒子の集合体１９と、を透視的に示している。
【００４２】
ここで、測定容器１１の高さをＨ（ｃｍ）、測定容器１１内に収容された混合液の高さをｈｌ（ｃｍ）、磁性体粒子の高さをｈｍ（ｃｍ）、変位センサー１７のセンサー先端部から測定容器１１の底部までの距離をＨＬ（ｃｍ）、変位センサー１７のセンサー先端部から磁性体粒子上面までの距離をｌｍ（ｃｍ）、とする。このとき、基本的にはＨＬ≧Ｈとする。
【００４３】
以上より、磁性体粒子の高さｈｍは、次の式（１）により導かれる。すなわち、変位センサー１７により、ｌｍを測定することで、ｈｍが算出される。
ｈｍ  ＝  ＨＬ−ｌｍ          …（１）
【００４４】
そして、このときの磁性体粒子の密度がＤｍ（ｇ／ｃｍ３）である場合、測定容器１１内の磁性体粒子の濃度Ｃｍ（ｇ／ｃｍ３）は、次の式（２）によって算出できる。ここで磁性体粒子の密度Ｄｍは、基準（比較対象）とする磁性体粒子の濃度の算出と比較可能であれば、真密度、見かけ密度、かさ密度のいずれでもよく、測定対象の磁性体粒子により適宜決定される。粒子間またポーラス状粒子の場合、粒子内空隙に液体が含まれる観点からかさ密度であることが好ましい。
Ｃｍ  ＝  ｈｍ／ｈｌ・Ｄｍ          …（２）
【００４５】
なお、測定にあたって測定容器１１内に混合液を満たすようにして測定を行うと、ｈｌ＝Ｈとなり、また、変位センサー１７のセンサー先端部を測定容器１１の上面と同じ高さに配置することで、ＨＬ＝Ｈとなり、関係式を簡略化でき、測定値の正確性も向上する。上記式に基づいて計算するには、バルブ１２ｂ〜１５ｂによって実際に開閉される位置は、測定容器１１の底部に沿った位置、および測定容器１１の上部に沿った位置である。図面においては、表記の都合上、バルブによる開閉位置を測定容器の上部、底部とはずらして記載しているが、実際の装置においては位置を合わせて形成される。また、磁性体粒子の特性に応じて、上記（２）式には補正式を導入することもできる。
【００４６】
次に、本実施形態における磁性体粒子の濃度測定方法について説明する。図３に示したように本実施形態の磁性体粒子の濃度測定方法は、まず、磁性体粒子を含有する混合液を筒状の測定容器内に流入させる工程（Ｓ１；混合液流入工程）と、該測定容器内の磁性体粒子を、測定容器の外部から磁力を作用させて固定する工程（Ｓ２；磁性体粒子固定工程）と、測定容器内の磁性体粒子を磁力により固定したまま、測定容器内の混合液を構成する液体成分を前記測定容器外に排出し、さらに測定容器内に洗浄液を流入および排出させて、磁性体粒子を洗浄する工程（Ｓ３；洗浄工程）と、測定容器内において、洗浄された磁性体粒子の高さを測定する工程（Ｓ４；高さ測定工程）と、高さ測定工程により測定された高さに基づいて、混合液中の磁性体粒子の濃度を算出する工程（Ｓ５；濃度算出工程）と、を有する。
【００４７】
本実施形態の磁性体粒子の濃度測定方法における各工程について、以下説明するが、この説明にあたっては、図１に示した磁性体粒子の濃度測定装置１０を用いた場合を例に図４Ａ〜図４Ｆを参照しながら具体的に説明する。なお、濃度測定手段１８は省略して記載した。
【００４８】
（混合液流入工程）
まず、磁性体粒子の濃度測定装置１０の、バルブ１２ｂを開け、バルブ１３ｂ、１４ｂ、１５ｂは閉める（以下、本実施形態の説明において、バルブの開状態を白抜き、閉状態を黒塗り、で図４Ａ〜図４Ｆ中に示す）。次いで、配管１２ａを通じて混合液を供給し、測定容器１１内に流入させる。混合液を所定量流入させたところで、バルブ１２ｂを閉めて混合液の供給を停止する（図４Ａ）。
【００４９】
（磁性体粒子固定工程）
測定容器１１内で混合液をしばらく静置し、混合液中の磁性体粒子を測定容器１１の底部に沈降させ、磁石１６を測定容器１１の底部側の側面に配置する。このように磁石１６を近づけることで、磁性体粒子の集合体１９は測定容器１１の底部に磁力により固定される（図４Ｂ）。
【００５０】
（洗浄工程）
磁性体粒子の集合体１９を固定したまま、バルブ１５ｂを開け、混合液中の液体成分を測定容器１１から排出する（図４Ｃ）。液体成分が排出できたところでバルブ１５ｂを閉め、バルブ１４ｂを開けて洗浄液を測定容器内に流入させる（図４Ｄ）。必要に応じて、この図４Ｃ〜図４Ｄで説明する液体成分（洗浄液）の排出と洗浄液の流入を繰り返して、磁性体粒子を洗浄する。この操作により、磁性体粒子以外の不純物粒子は測定容器１１外に排出され、固形成分として磁性体粒子が残る。
【００５１】
なお、ここで図４Ｃと図４Ｄとを繰り返して磁性体粒子を洗浄する方法を説明したが、バルブ１４ｂとバルブ１５ｂとを同時に開け、洗浄水の供給および排出を連続して行うことで磁性体粒子の集合体１９の洗浄を行ってもよい。
【００５２】
（高さ測定工程および濃度算出工程）
このように磁性体粒子が十分に洗浄されたところで、磁性体粒子と洗浄液との混合液に対して変位センサー１７から光を照射して、変位センサー１７から磁性体粒子の上面までの距離（ｌｍ）を測定する（図４Ｅ）。この距離の測定後、上記式（１）および式（２）により、混合液中の磁性体粒子の濃度を算出する。
【００５３】
磁性体粒子の濃度が算出されたら、磁石１６を測定容器１１から磁性体粒子の集合体１９に磁力が作用しなくなる距離まで移動させ、バルブ１３ｂを開けて、混合液を測定容器１１外に排出して、バルブ１３ｂを閉じて測定を終了する（図４Ｆ）。このとき排出される混合液は、最初に導入された混合液タンクに返送してもよいし、そのまま廃棄してもよい。
【００５４】
なお、上記説明した第１の実施形態において、磁石１６を測定容器１１の側面に沿って上下動可能に設けることもできる。この第１の実施形態における変形例を説明する図を図５に示した。このように磁石１６を上下動可能にすることで、測定容器１１内の磁性体粒子に対して強制的に磁力を作用させ、固定することができる。
【００５５】
すなわち、磁石１６を測定容器１１の上端から下端まで移動させることで、測定容器１１内の磁性体粒子を強制的に集めることができる。したがって、第１の実施形態で説明した磁性体粒子の固定（図４Ｂ）を、磁性体粒子の沈降を待つことなく磁石１６の移動によって行うことができる。この場合、磁性体粒子が沈降するまでの時間を省くことができ、測定時間の短縮が可能である。
【００５６】
このとき、使用する磁石１６の形状は、上記の複数個の扇形形状でもよいし、リング形状とすることもできる。リング形状とした場合、測定容器１１に対して水平方向への移動が制限されるため、磁性体粒子を磁力から開放するには、磁石１６を測定容器１１の上方または下方に十分に離れた距離にまで移動可能とすればよい。
【００５７】
また、上記した実施形態においては、混合液流入手段１２、混合液排出手段１３、洗浄液流入手段１４、洗浄液排出手段１５、を全て別のものとして記載しているが、混合液の流入と排出、洗浄液の流入と排出を、それぞれ同じ配管およびバルブにより行ってもよい。
【００５８】
さらに、上記した実施形態においては、測定容器１１が混合液タンクおよび洗浄液タンクと接続されているが、これはそれぞれ配管を介して接続する。このとき、測定容器１１を混合液タンクの側面に一体的に設けるようにしてもよい。このように側面に一体的に設けた場合、混合液タンク中の混合液の液面が測定容器１１よりも高い場合、測定容器１１内への混合液の流入を、ポンプ等を設けずに行うことができる。
【００５９】
以上に説明したように第１の実施形態に係る磁性体粒子の測定装置１０によれば、磁性体粒子を含有する混合液において、不純物を洗浄により除去することができ、磁性体粒子の濃度を、より正確に、かつ、簡便な操作により測定できる。これは後述する実施形態においても同様である。
【００６０】
〔その他の実施形態〕
図６は、第１の実施形態とは変位センサー１７の代わりに変位センサー２７を使用している点が異なる実施形態に係る磁性体粒子の測定装置２０を示した図である。この変位センサー２７は、発光部２７ａと受光部２７ｂとで構成されている。そして、この発光部２７ａと受光部２７ｂとを、測定容器１１の側面に該測定容器１１を挟んで対向するように配置し、それぞれ測定容器１１の側面に沿って上下動可能に設けたセンサーである。
【００６１】
この変位センサー２７を使用して磁性体粒子の集合体１９の高さを測定するには、変位センサー２７を測定容器１１の側面に沿って移動させながら測定を行い、受光部２７ｂにおいて光の検知状態が変化する位置（検知から非検知または非検知から検知）が磁性体粒子の集合体１９の上面と判断できる。そして、この場合、測定容器１１底部からその上面までの鉛直方向の距離が磁性体粒子の集合体１９の高さとなる。
【００６２】
図７は、第１の実施形態において、洗浄液流入手段１４を測定容器１１の下端に、洗浄液排出手段１５を測定容器１１の上端に設け、磁石１６を測定容器１１の上端側に、変位センサー１７を測定容器１１の底部側に配置した点が異なる実施形態に係る磁性体粒子の濃度測定装置３０の概略構成を示した図である。この実施形態では、図４Ｃおよび図４Ｄとは洗浄液流入手段１４と洗浄液排出手段１５の位置が入れ替わったものである。なお、洗浄液の流れ方向が変わっただけで、洗浄液の流入および排出部分の構成は図１の磁性体粒子の濃度測定装置と同一である。
【００６３】
また、この場合、測定容器１１の側面に磁石１６を上端部に予め配置し、測定容器１１内部に磁力を作用させておくと、測定容器１１内に混合液流入手段１２を通じて混合液が流入すると同時に磁性体粒子が磁石１６付近に集められ、固定されるようになる。この場合も、沈降操作等が必要なく、測定の迅速化が可能である。
【００６４】
なお、磁性体粒子の集合体１９を測定容器１１の上端部に固定する、この実施形態においては、変位センサー１７は下方から測定光を照射し、磁性体粒子の集合体１９の下面までの距離を測定し、その測定結果に基づいて、測定容器１１の上端部から磁性体粒子の集合体１９の下面までの距離（磁性体粒子の高さ）をｈｍとして、磁性体粒子の濃度を算出する。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態では、磁性体粒子を含有する混合液中の磁性体粒子の濃度を簡便な操作で、容易に、より正確に測定できる磁性体粒子の濃度測定装置および濃度測定方法を提供することができる。
【００６６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６７】
１０，２０，３０  磁性体粒子の濃度測定装置
１１  測定容器
１２  混合液流入手段
１３  混合液排出手段
１４  洗浄液流入手段
１５  洗浄液排出手段
１６  磁石
１７，２７  変位センサー
１８  濃度測定手段
１９  磁性体粒子の集合体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2016099238.tif 000009
【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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