(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散飛翔状態の被測定粒子群にレーザ光を照射することによって得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果を用いて被測定粒子群の粒度分布を演算する粒度分布測定装置であって、
フローセルと、投入された被測定粒子群を媒液中に分散させるための分散槽と、その分散槽に対して連続的に媒液を供給する媒液供給ポンプと、上記分散槽内の液を上記フローセル内に連続的に送り込む送液ポンプおよび液供給用配管と、上記フローセル内を流れた液を外部に排出する液排出用配管と、上記フローセルに対してレーザ光を照射する照射光学系と、そのレーザ光の照射により生じる回折・散乱光の空間強度分布を測定する測定光学系と、その測定光学系の出力があらかじめ設定されたレベルに達しているか否かで被測定粒子群の存在を検知し、その存在検知状態における当該出力を有効データとして用いて被測定粒子群の粒度分布を演算する演算手段を備えていることを特徴とする粒度分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置に関し、特に短いインターバルで被測定粒子群をサンプリングして次々とその粒度分布を測定する必要のある分野に用いるのに適した粒度分布測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粒体の粒度分布を比較的短時間で正確に測定する装置として、レーザ回折・散乱法に基づく、いわゆるレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置が知られている。このレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置においては、分散飛翔状態の被測定粒子群にレーザ光を照射することによって生じる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その光強度分布がミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論に則ることを利用し、回折・散乱光の空間強度分布の測定結果からミーの散乱理論ないしはフラウンホーファ回折理論に基づく演算によって被測定粒子群の粒度分布を算出する。
【０００３】
従来のこの種の粒度分布測定装置においては、図２に例示するような装置構成が採用されている。すなわち、被測定粒子群Ｐは、媒液供給ポンプ２１１から供給される媒液Ｌとともに、攪拌機２１２および超音波振動子２１３を備えた分散槽２１０に投入され、ここで媒液Ｌ中に被測定粒子群Ｐが分散してなる懸濁液Ｓが生成される。分散槽２１０は、循環用配管２２１によりフローセル２３０と連通しており、循環／排出ポンプ２２２を駆動することによって懸濁液Ｓが分散槽２１０とフローセル２３０の間で循環する。
【０００４】
この懸濁液Ｓの循環状態、つまりフローセル２３０中を懸濁液Ｓが流れている状態で、レーザ光源２４１からのレーザ光を集光レンズ２４２，空間フィルタ２４３およびコリメータ２４４を介してフローセル２３０に照射することによって、フローセル２３０中の被測定粒子群Ｐによりそのレーザ光は回折・散乱を受ける。この回折・散乱光のうち、前方への回折・散乱光は集光レンズ２５１を介して前方散乱光センサ２５２の受光面上に集光されて測定され、側方への散乱光は側方散乱光センサ２５３に、また、後方への散乱光は後方散乱光センサ２５４によって測定される。
【０００５】
前方散乱光センサ２５２は、図３（Ａ）にその正面図を例示するように、互いに半径の異なるリングの一部をなす受光面を有する複数の光センサＰＳを同心状に並べたものであり、この前方散乱光センサ２５２によって前方所定角度範囲の回折・散乱光の空間強度分布を測定することができ、側方散乱光センサ２５３および後方散乱光センサ２５４による測定と併せて、図３（Ｂ）に測定結果を表す棒グラフを示すように、回折・散乱光の空間強度分布を広い角度範囲で測定することができる。
【０００６】
以上のようにして測定された光強度分布は、各光センサの出力を増幅するアンプおよびその増幅信号をデジタル化するＡ−Ｄ変換器を備えてなるデータサンプリング回路２６０を介してコンピュータ２７０に取り込まれる。コンピュータ２７０では、この回折・散乱光の空間強度分布の測定データと、被測定粒子群Ｐおよび媒液Ｌの屈折率を用いることにより、ミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論に基づいた公知の演算によって、被測定粒子群Ｐの粒度分布を算出することができる。
【０００７】
ここで、図２において２２３は循環／排出バルブであって、この循環／排出バルブ２２３を操作することにより、上記したように懸濁液Ｓをフローセル２３０との間で循環させるか、あるいは、分散槽２１０並びにフローセル２３０中の懸濁液Ｓを外部に排出できるようになっており、一つのサンプルの測定後に、懸濁液Ｓを外部に排出して分散槽２１０および循環用配管２２１並びにフローセル２３０内を洗浄することによって、先のサンプルの影響が後のサンプルの測定結果に及ばないようにすることができる。
【０００８】
以上のようなレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置においては、回折・散乱光の測定に要する時間が短く、従って他の測定方法を用いた粒度分布測定装置に比して、その測定に要する時間が短くてすむという大きなメリットがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年において普及してきている高速粉砕機においては、その粉砕過程を監視するために、短時間、例えば２０秒程度ごとに粉体の粒度分布の測定を繰り返し、その結果に基づいて粉砕機の運転の続行／停止を行う、という要求がある。
【００１０】
ここで、前述した従来のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置においては、回折・散乱光の空間強度分布の測定に要する時間は短時間ですむのであるが、被測定粒子群のサンプリングを含めた測定の１サイクルに要する時間は、上記した要求にはとても応えられない。
【００１１】
すなわち、従来のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置では、「分散槽内への媒液の供給→同じく分散槽内へのサンプル投入→分散→懸濁液の循環→回折・散乱光測定→懸濁液の排出→循環系の洗浄」が測定の１サイクルであり、しかも、洗浄工程自体が、「分散槽内への媒液の供給→一定時間の循環→排出」という工程が必要であり、測定全体としての１サイクルを数十秒とすることは実質的に不可能である。
【００１２】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、従来のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置に比して、測定の１サイクルを大幅に短縮化することができ、もって高速粉砕機における上記した要求等を十分に満たすことのできる粒度分布測定装置の提供を目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の粒度分布測定装置は、分散飛翔状態の被測定粒子群にレーザ光を照射することによって得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果を用いて被測定粒子群の粒度分布を演算する粒度分布測定装置であって、フローセルと、投入された被測定粒子群を媒液中に分散させるための分散槽と、その分散槽に対して連続的に媒液を供給する媒液供給ポンプと、上記分散槽内の液を上記フローセル内に連続的に送り込む送液ポンプおよび液供給用配管と、上記フローセル内を流れた液を外部に排出する液排出用配管と、上記フローセルに対してレーザ光を照射する照射光学系と、そのレーザ光の照射により生じる回折・散乱光の空間強度分布を測定する測定光学系と、その測定光学系の出力があらかじめ設定されたレベルに達しているか否かで被測定粒子群の存在を検知し、その存在検知状態における当該出力を有効データとして用いて被測定粒子群の粒度分布を演算する演算手段を備えていることによって特徴づけられる。
【００１４】
本発明は、従来のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置のように被測定粒子群を媒液中に分散させた懸濁液をフローセルと分散槽の間で循環させるのではなく、フローセルに対して清浄な媒液を常時供給して排出する媒液供給・排出系を設け、粒度分布の測定に際しては被測定粒子群をその系内に投入することによって懸濁液として、フローセルを経て外部に排出するようにすることで、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１５】
すなわち、本発明においては、フローセルに対して清浄な媒液を連続的に供給し、フローセルを出た媒液は外部に排出するとともに、そのフローセルの上流側で被測定粒子群を投入できるように構成すべく、分散槽に対して媒液を連続的に供給する媒液供給ポンプを設けるとともに、その分散槽内の液を送液ポンプによりフローセルに連続的に送液し、フローセルを流れた液は外部に排出する配管を設け、フローセルには照射光学系からのレーザ光を常時照射しておく。従って、フローセルに対して連続的に媒液が流されている状態で、分散槽に随時に被測定粒子群を投入することにより、媒液が懸濁化してフローセル内を流れた後、外部に排出される。この懸濁液がフローセル内を流れている間のみ、被測定粒子群による回折・散乱光の空間強度分布が測定光学系によって測定される。このとき、測定光学系による回折・散乱光の空間強度分布の測定値のレベルが上がるため、演算手段では、そのレベルがあらかじめ設定されているレベルを越えたときに、その測定結果を用いて被測定粒子群の粒子分布を演算する。
【００１６】
このようなサンプリング系を用いることによって、投入した被測定粒子群はフローセルを流れた後に直ちに外部に排出されるとともに、次の被測定粒子群が投入されるまでの間に清浄な媒液が常時系内を流れて実質的にサンプリング系が洗浄されているため、被測定粒子群の投入間隔、従って測定のインターバルを短くしても、先に投入した粒子群の影響を受けることなく、正確な粒度分布の測定が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図で、光学系の構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００１８】
分散槽１は、前記した従来のこの種の測定装置と同様に、攪拌機１１および超音波振動子１２を有しており、この分散槽１には媒液供給ポンプ１３から清浄な媒液が供給される。分散槽１の下端部は送液ポンプ２１の吸引口が連通しており、この送液ポンプ２１の吐出口は液供給用配管２２を介してフローセル３の下端開口部に連通している。また、フローセル３の上端開口部は液排出用配管２３に連通している。これらの送液ポンプ２１、液供給用配管２２および液排出用配管２３によって媒液供給・排出系２を構成しており、媒液はフローセル３を流れた後、外部に排出されるようになっている。また、分散槽１は上向きに開口しており、この開口部分から随時に被測定粒子群を投入することができるようになっている。
【００１９】
フローセル３には、照射光学系４からのレーザ光が照射される。照射光学系４は、従来と同様にレーザ光源４１、集光レンズ４２、空間フィルタ４３およびコリメータ４４からなり、フローセル３に対して平行なレーザ光を照射することができる。
【００２０】
フローセル３を挟んで照射光学系４と反対側には、集光レンズ５１およびその焦点位置に置かれた前方散乱光センサ５２が配置されており、また、フローセル３の側方には側方散乱光センサ５３が、更にフローセル３の後方、つまり照射光学系４側には後方散乱光センサ５４が配置されており、これらによって、従来と同様の測定光学系５を構成している。各光センサの出力はアンプおよびＡ−Ｄ変換器からなるデータサンプリング回路６を介して刻々とコンピュータ７に取り込まれる。
【００２１】
以上の本発明の実施の形態の使用に際しては、媒液供給ポンプ１３および送液ポンプ２１、更には攪拌機１１および超音波振動子１２が常時駆動状態に置かれ、フローセル２には清浄な媒液が常時流され、フローセル３内を流れた媒液は順次外部に排出される。換言すれば、フローセル３には媒液が連続的に流され、その媒液はフローセル３を経て連続的に排出されることになる。また、フローセル３には常時照射光学系４からのレーザ光が照射され、測定光学系５の各センサの出力がデータサンプリング回路６により所定の微小時間ごとにデジタル化されてコンピュータ７に刻々と取り込まれる。粒度分布の測定に際しては、適宜量の被測定粒子群を分散槽１内に投入する。これにより、その粒子群が媒液内に分散して懸濁液となってフローセル３内に導かれた後に系外に排出され、再び媒液のみがフローセル３内を流れる状態となる。フローセル３に照射されているレーザ光は、粒子群がフローセル３中を通過している間のみ、回折・散乱を受ける。
【００２２】
コンピュータ７では、その測定光学系５の各光センサの出力の大きさを監視し、その出力値があらかじめ設定されているレベルに達している間のみ、各光センサの出力を有効データとして刻々と蓄積する。より具体的には、例えば前方散乱光センサ５２内の特定の散乱角度に位置する一つの光センサの出力を監視し、その出力値とあらかじめ設定されているレベルとを比較して、出力値がそのレベルに達している間のみ、測定光学系５の全光センサの出力を各センサごとに順次蓄積していく。そして、監視している光センサの出力値が上記のレベル未満になった時点で、それまでに蓄積した各センサごとの出力を回折・散乱光の空間強度分布データとして、公知の演算によって粒度分布に換算して、付属の表示器７ａに表示する。
【００２３】
以上の本発明の実施の形態によると、分散槽１に被測定粒子群を投入した後の僅かな間のみ、フローセル３を含む媒液供給・排出系２内の媒液が粒子群によって懸濁化し、その状態での測定光学系５の出力が自動的に有効データとして蓄積されて粒度分布の算出に供されるものの、その懸濁液はフローセル３を通過した後に直ちに系外に排出され、後は清浄な媒液のみが系内を流れるため、被測定粒子群の投入後の僅かな時間を経過した後は、フローセル３を含む媒液供給・排出系２内は実質的に洗浄されて次の被測定粒子群を測定するための待機状態となり、従って、測定の１サイクルは図２に例示した従来のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置に比して大幅に短くなる。
【００２４】
なお、以上の実施の形態においては、被測定粒子群の分散槽１内への投入後、前方散乱光センサ５２内の一つの特定の光センサの出力が設定レベルを越えている間にのみ各光センサの出力を有効データとして蓄積して粒度分布の算出に供した例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば複数の光センサの出力を監視し、その平均値が設定レベルを越えている間にのみ各光センサの出力を有効データとしてもよく、また、大きさの異なる２つのレベルを設定しておき、特定の一つの光センサの出力、あるいは特定の複数の光センサの出力の平均値が、大きい側のレベルを越えた時点で各光センサの出力の蓄積を開始し、小さい側のレベル未満になったときにその蓄積を終了するように構成してもよく、要は、被測定粒子群がフローセル３内に所定の濃度以上で存在していることを測定光学系５のいずれか適当な光センサの出力に基づいて自動的に検知し、その被測定粒子群のフローセル３内の濃度が有効なデータを採取し得ない程度に低くなった時点で各光センサの出力の蓄積を自動的に終了できれば、任意の方法を採用することができる。
【００２５】
また、以上の実施の形態では、被測定粒子群を分散槽１内に投入する方法については特に言及しなかったが、例えば投入用の容器を用意し、その容器に被測定粒子群を満たして人手によって投入するほか、同様の容器に自動的に被測定粒子群を満たして分散槽１内に投入する投入機構を設け、スイッチ操作によってその投入機構を駆動して被測定粒子群を分散槽１内に投入し、あるいは一定のインターバルでその投入機構を駆動して自動的に被測定粒子群を分散槽１内に投入するように構成することもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、分散槽に対して連続的に媒液を供給する媒液供給ポンプを設けるとともに、送液ポンプによりその分散槽内の液をフローセルに対して連続的に送液した後に外部に排出するような配管を設けることで、フローセルには常時清浄な媒液が流れ、分散槽に随時に被測定粒子群を投入したときにのみ媒液が懸濁化し、その懸濁液はフローセルを流れた後、直ちに系外に排出されるように構成するとともに、その被測定粒子群の投入があったことを測定光学系の出力から自動的に検知して、有効データとして粒度分布の産出に供するように構成しているので、被測定粒子群を投入した後、僅かな時間の経過によってフローセルを含む媒液供給・排出系内が清浄な媒液の流れによって自動的に洗浄されることになり、従来のように洗浄工程を別途設ける必要がなくなり、測定の１サイクルを大幅に短縮化することができる。その結果、高速粉砕機や造粒プラントなどに適用して、粒度分布測定結果をフィードバックしてこられの装置やプラントなどを制御することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、光学系の構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図２】従来のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置の構成例を示す図で、光学系の構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図３】レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置に多用されている前方散乱光センサの説明図で、（Ａ）はその構成例を示す正面図であり、（Ｂ）はその各光センサＰＳの出力による回折・散乱光の空間強度分布の測定例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  分散槽
１１  攪拌機
１２  超音波振動子
１３  媒液供給ポンプ
２  媒液供給・排出系
２１  送液ポンプ
２２  液供給用配管
２３  液排出用配管
３  フローセル
４  照射光学系
４１  レーザ光源
４２  集光レンズ
４３  空間フィルタ
４４  コリメータ
５  測定光学系
５１  集光レンズ
５２  前方散乱光センサ
５３  側方散乱光センサ
５４  後方散乱光センサ
６  データサンプリング回路
７  コンピュータ
７ａ  表示器
【図１】
0003783574.tif 000002
【図２】
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【図３】
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