JP2000180345A

JP2000180345A - 粒度センサー

Info

Publication number: JP2000180345A
Application number: JP10354985A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Shimada; 光功島田; Manabu Ohata; 学大畑
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2000-06-30
Anticipated expiration: 2018-12-14
Also published as: JP3831133B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プロセス管内の粉体の状態状態を迅速かつ精度
良く検出し、粒度状態に応じた信号を出力することがで
きる粒度センサーを提供する。【解決手段】筐体内に、採取した試料を分散させる試料
分散部と、該試料分散部で分散された試料にレーザ光を
照射するレーザ光源及び試料分散部で分散された試料に
よって回折・散乱されたレーザ光の強度分布を測定する
光検出部並びに光検出部に散乱光をフォーカシングする
ための光学系を有する散乱光測定部と、光検出部で検出
した散乱光強度分布を処理して粒度分布に関連付けられ
た信号に変換処理するデータ処理部とを備え、前記筐体
をプロセス管の外周面に設置し、プロセス管内から採取
した試料を筐体内に供給することによって試料の粒度を
検出し、該検出した粒度に応じた信号を出力することを
特徴とする。データ処理部から出力される信号は、例え
ば粒度状態に応じて粉体を製造する製造設備を制御した
り所定の報知を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉体製造プロセス
において粒度状態を検出することで、製造プロセスの運
転状態や機器（製造設備）の状態を監視し、製造プロセ
スや機器の異常を迅速に検出し得る粒度センサーに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、粉体製品の品質を示す特性と
しては、比表面積、かさ密度等の種々の特性があるが、
最も広く用いられている特性は粒度（粒度分布）であ
る。そして、粉体製品の製造プロセスにおいても、製造
の各段階で粒度を測定することによって、粉体製品の品
質維持や運転状態の監視を行っている。

【０００３】従来、このような粉体製造プロセス中の粒
度を測定する場合、粒度測定装置として種々のものが使
用されているが、基本的な形態としては、図６に示す如
くオフラインで測定するのが普通である。このオフライ
ン測定システムは、プロセス管Ｐ内を流れる粉体を一日
に一回または数回手動にて試料Ｓとしてサンプリング
し、試料循環器５２、粒度分析計５３、コンピュータ５
４、カラーモニタ５５及びプリンタ５６からなるバッチ
式の粒度分布測定装置５１によって粒度分布を測定する
もので、試料Ｓの採取や測定を手動で行うのがほとんど
である。

【０００４】従って、仮に粉体製造プロセスにおいて何
らかの機器の異常（例えば、ふるいＦの目の破れや粉砕
器の異常等）があった場合、粉体の粒度に変化が生じる
が、前述したオフライン測定システムでは、測定のタイ
ミングによっては数時間から１日位の時間遅れが発生す
ることが考えられる。そのため、機器の異常が発生して
から粉体の異常を検出して対処するまでの間、粉体製造
ラインは不良製品を生産し続けることになり、このこと
は粉体の生産の歩留まりに影響を与えることになる。

【０００５】そこで、このような不都合を解消するため
に、粒度分布測定装置を使用してオンラインで粒度を測
定し、粉体の異常発生をより早く検出しようとする試み
がなされており、このようなオンライン測定システム
は、例えば図７に示す如く構成されている。すなわち、
先ずプロセス管Ｐ内から自動サンプリング機構６２によ
り製造途中の粉体を自動的に試料Ｓとして採取し、この
試料Ｓをエジェクタ６３により移送配管６４内に導く。
そして、移送配管６４内に入った試料Ｓは、空気流によ
りレーザ散乱式の粒度分析計（光学部）５３まで移送さ
れて散乱光分布が測定される。この測定された散乱光分
布は、粒度分析計の一部として機能するコンピュータ５
４で粒度分布に変換され、このデータが必要に応じてカ
ラーモニタ５５で表示されたりプリンタ５６で印刷され
る。

【０００６】ところで、このオンライン測定システムに
使用される粒度分析計５３は、本来は実験室等で使用さ
れるスタンドアロンタイプのものが一般的であり、ま
た、試料Ｓの採取場所は粉体の製造現場であって、振動
が生じていたり塵埃等が存在する。そのため、粒度分析
計５３やコンピュータ５４を使用環境上、製造現場に設
置することが好ましくなく、採取場所とは別の場所に設
置することになり、結果として、採取場所と粒度分析計
５３を接続する移送配管６４の長さが長くなることにな
る。

【０００７】この移送配管６４が長くなることによっ
て、配管途中で試料Ｓの詰まりや、途中で付着、堆積し
ていた試料Ｓがはがれて出てくる（コンタミネーショ
ン）等、試料Ｓの移送上のトラブルが発生し易い。ま
た、粒度分析計５３への試料Ｓの供給量が時間と共に変
動してしまい、粒度分布が正確に測定できない等の測定
上のトラブルも発生し易い。そこで、これらのトラブル
発生を避けるために、種々の工夫がなされるものの、シ
ステム自体がコスト高になり易いという不都合があり、
このようなオンライン測定システムは普及に至ったいな
いのが実状である。

【０００８】そこでさらに、これらの不都合を解消する
ものとして、インライン式の測定システムが、例えば特
開平６−２４１９７４号公報及び特開平１０−１２３０
５８号公報に提案されている。これらの測定システム
は、レーザ光源と測定光学系を供えた筐体を、その測定
部がプロセス管内に位置する如く配置し、測定部の試料
通過部にレーザ光源からレーザ光を照射して、プロセス
管内で流動している粉体の粒度をリアルタイムに測定す
るようにしたものである。

【０００９】しかしながら、このインライン測定システ
ムにあっては、プロセス管内を流れる粉体を直接測定す
る構造であるため、粉体試料の濃度がプロセス管内の粉
体の流動速度等に依存し、この流動速度を精度良く制御
することが現実的に困難であることから、粉体試料の濃
度を例えば粉体の種類や粒径等に応じて最適濃度に設定
（調整）することができないという問題点があった。

【００１０】また、プロセス管内に測定部を位置させる
構造であるため、プロセス管内を流れる粉体の流れを一
部妨げることになり、測定部の試料が通過する光学部分
が粉体等によって汚れたり、試料通過部に流動中の粉体
が堆積し易く、特に、測定部において堆積した粉体が予
想できないタイミングで崩れて、測定部に流れ込む場合
もあり、粉体の粒度を常に正確に測定することが困難で
あると共に、光学部分の清掃作業や堆積した粉体の除去
作業等のメンテナンス作業も面倒になり易いという問題
点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みてなされたもので、請求項１記載の発明の目的
は、プロセス管内の粉体の粒度状態を迅速かつ精度良く
検出し、粒度に応じた信号を出力することができる粒度
センサーを提供することにある。また、請求項２記載の
発明の目的は、請求項１記載の発明の目的に加え、粉体
が製造される製造設備を最適状態に容易に維持し得る粒
度センサーを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明のうち請求項１記載の発明は、筐体内に、採
取した試料を分散させる試料分散部と、該試料分散部で
分散された試料にレーザ光を照射するレーザ光源及び試
料分散部で分散された試料によって回折・散乱されたレ
ーザ光の強度分布を測定する光検出部並びに光検出部に
散乱光をフォーカシングするための光学系を有する散乱
光測定部と、光検出部で検出した散乱光強度分布を処理
して粒度分布に関連付けられた信号に変換処理するデー
タ処理部とを備え、筐体をプロセス管の外周面に設置
し、プロセス管内から採取した試料を筐体内に供給する
ことによって試料の粒度を検出し、該検出した粒度に応
じた信号を出力することを特徴とする。

【００１３】このように構成することにより、先ず試料
採取手段でプロセス管内から採取された試料は、試料分
散部に供給されて分散され、この試料にレーザ光源から
レーザ光が照射される。レーザ光は、集光レンズ等の光
学系でフォーカシングされて回折・散乱され、その強度
分布が光検出部で検出される。そして、この光検出部で
検出された散乱光強度分布がデータ処理部で処理され
て、粒度分布に関連付けられた信号が出力される。この
信号としては、例えば試料の粒度が急激に変化した場合
にプロセス管内の粉体が異常であるとする異常信号であ
り、この異常信号によってプロセス管内の粉体の異常が
迅速かつ精度良く検出され、例えば製造プロセスに所定
の処理が施される。

【００１４】また、請求項２記載の発明は、データ処理
部から出力される信号が、その状態に応じて粉体を製造
する製造設備を制御したり所定の報知を行い得ることを
特徴とする。このように構成することにより、検出され
た粒度状態が異常である場合に、そのデータ処理部から
出力される信号で例えば所定の製造設備の作動を停止さ
せたり、ふるいが交換時期であることを報知することが
できることから、製造設備を常に最適状態に容易に維持
することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図５は、本発
明に係わる粒度センサーの一実施例を示し、図１がその
基本構成図、図２が設置状態の基本構造図、図３がプロ
セス管の断面を示す概念図、図４が動作説明図、図５が
散乱光パターンを模式的に示した図である。

【００１６】図１において、粒度センサー１は、筐体２
内に配置された散乱光測定部３とデータ処理部４及び試
料分散部５とを有し、散乱光測定部３は、レーザ光源６
と、粉体試料Ｓによる散乱光を集光する集光レンズ７
と、散乱光強度分布を検出する検出器８とで構成されて
いる。なお、検出器８は、レーザ光の散乱角方向に配置
された少なくとも３個（例えば９個）の検出素子（図示
せず）を有している。

【００１７】前記データ処理部４は、信号処理器９と、
ＣＰＵ１０と、Ｄ／Ａ変換器１１及びＤＩＯ（デジタル
ＩＯ）１２等を有し、信号処理器９は図示しないマルチ
プレクサ、増幅器、Ａ／Ｄ変換器等で構成され、検出器
８で検出された散乱光強度分布を所定のデジタル信号に
変換してＣＰＵ１０に出力する。ＣＰＵ１０には、Ｄ／
Ａ変換器１１及びＤＩＯ１２が接続されると共に、ＲＳ
−２３２Ｃ（もしくはＲＳ−４２２）の通信用出力端子
１３が接続されている。この出力端子１３が、ケーブル
１４を介してパソコン等の外部機器１５に接続されてい
る。また、Ｄ／Ａ変換器１１の出力にはアナログ出力端
子１６が接続され、ＤＩＯ１２の出力には接点出力（Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ）端子１７が接続されている。

【００１８】前記試料分散部５は、筐体２に設けられた
試料供給口２０を有している。また、試料分散器５は、
Ａから圧縮空気が供給されているためエジェクタとして
機能し、試料供給口２０が外部に対して負圧となり、プ
ロセス管２１（図２及び図３参照）内の粉体（試料Ｓ）
が試料供給口２０を介して試料分散部５内に吸引供給さ
れてＢから圧縮空気と共に噴出し、その間で分散された
試料Ｓが散乱光測定部３に供給される。

【００１９】そして、この粒度センサー１は、図２及び
図３に示す如くプロセス管２１に設置される。すなわ
ち、粒度センサー１は、その筐体２がプロセス管２１の
所定位置の外周面に取付部材２２（図４参照）等で取り
付けられると共に、筐体２の試料供給口２０とプロセス
管２１の試料採取口２１ａとが適宜の配管２３で接続さ
れている。プロセス管２１の試料採取口２１ａは略水平
方向に設けられるが、この試料採取口２１ａは、１個所
に限らず複数個所に設置することもできる。

【００２０】次に、この粒度センサー１の動作の一例を
図４及び図５等に基づいて説明する。先ず、ふるいＦを
介してプロセス管２１内を流動する粉体は、粒度センサ
ー１が設置されている部分において、粒度センサー１の
試料分散部５等が作動することによって粒度センサー１
内に試料Ｓとして採取される。この試料Ｓの採取は、図
示しない吸引機構の作動で試料供給口２０、配管２３を
介して、プロセス管２１の試料採取口２１ａが負圧にな
ることによって行われる。

【００２１】そして、筐体２の試料供給口２０から粒度
センサー１内に供給された試料Ｓは、レーザ光源６と集
光レンズ７間を通過することにより、レーザ光が回折・
散乱し、その散乱光強度分布が検出器８で検出される。
この検出された散乱光強度分布データが信号処理器９に
入力されることにより、試料Ｓの粒度状態が次のように
して検出される。

【００２２】すなわち、粒子の大きさと散乱光パターン
との間には、一般的に図５（ａ）〜（ｃ）に示す関係が
あり、粒度に変化が生じるとこの変化に応じて散乱光パ
ターンも必ず変化する。この変化は、例えば検出器８の
９個の検出素子の各素子面積を同一に設定（散乱角θ方
向に同一ピッチに）して散乱角θ方向に配置すると、図
５（ｂ）に示すように、大きな粒子による散乱光パター
ンはシャープな散乱光強度分布となり、小さな粒子によ
る散乱光パターンはブロードな散乱光強度分布となる。
この分布の形状を検出器８の各検出素子区分での受光量
の比をとることによって粒度状態を検出することができ
る。

【００２３】また、検出器８の検出素子の各素子面積を
散乱角θが大きくなるにつれて大きくなるように配置す
ると、図５（ｃ）に示すように、大きな粒子を測定した
場合は、散乱角度の小さい位置で最大頻度をもつ散乱光
強度分布となり、小さい粒子を測定した場合は、散乱角
度の大きな位置で最大頻度を持つ散乱光強度分布とな
る。これにより、最大頻度の位置（分布の形状）によっ
ても、粒径の違いを判断することができる。つまり、検
出器８の設計（検出素子の配置、検出素子間の面積比
等）によって散乱光強度分布の形状は異なるものの、粒
子の大きさによって散乱光パターンが異なるため、最大
頻度の位置（散乱角度）と各素子間での受光量のバラン
スを捉えることで、粒度を検出することができることに
なる。

【００２４】このようにして検出器８で測定された散乱
光強度分布データは、信号処理器９でＡ／Ｄ変換され
て、デジタルデータとしてＣＰＵ１０に入力される。Ｃ
ＰＵ１０では、このデジタルデータをもとに演算を行
い、粒度分布に関連する「或る数値」を算出する。この
数値としては、例えば特開平１−２８４７３８号公報等
に開示されている、散乱光強度とその散乱角の積のピー
ク位置の散乱角が使用される。

【００２５】そして、算出された数値を、ＲＳ−２３２
Ｃ等の通信手段でデジタル信号として出力するか、ある
いはＤ／Ａ変換器（図示せず）を介してアナログ信号と
して出力する。また、この数値を、予め設定されている
設定値と比較し、その大小によりＯＮ／ＯＦＦ信号とし
て出力すれば接点信号出力となる。なお、各出力は一つ
に限らず、アナログ信号が２、デジタル信号が１という
ように複数であっても良く、製造プロセス側では、これ
らの信号によって、警報表示を行ったり、粉砕器等の運
転制御を行ったりすることができる。なお、粒度センサ
ー１で測定された試料Ｓは、図４の矢印イに示すよう
に、廃棄または回収するか、必要に応じて矢印ロに示す
ようにプロセスラインに戻すようにする。

【００２６】この粒度センサー１によれば、例えば粉体
製造中の異物検出や製造設備の状態確認を行うことがで
きる。すなわち、仮に、製品より粒径の大きい異物が、
粉体の製造プロセス中に混入したとすると、この異物が
あることにより、散乱光強度分布には何らかの違いが発
生することになる。従って、粒度センサー１で、この散
乱光強度分布を測定して演算で求めた数値は、正常な場
合の数値と比べて異なることになり、この数値が設定値
を超えた時に、ＯＮ／ＯＦＦの接点信号を接点出力端子
１７から出力すれば、これにより異物が混入したことが
検出される。

【００２７】また、粉体の製造プロセス中では、分級や
粒度確認のために、現在でも多くのふるいＦが使用され
ているが、現状では、このふるいＦ自体の破損を機械的
に検出することはできない。しかし、この粒度センサー
１によれば、次のようにしてふるいＦの目の破れ等を検
出できる。

【００２８】すなわち、例えば分級に使用しているふる
いＦで目の破損が生じたとすると、本来はふるいＦ上に
あるはずの大粒径の粒子が、ふるいＦを通過してしまう
ことになる。従って、粉体の製造プロセス中に粒度セン
サー１を取り付け、ふるいＦ通過後の粉体を粒度センサ
ー１で監視すれば、ふるいＦの目の破れる前と後の散乱
光強度分布には違いが生じ、それは散乱光強度分布から
演算される数値に違いを生じさせる。この数値の違いに
よって、ふるいＦの目の破損が検出されることになる。

【００２９】また、粉体の製造プロセス中では、粉砕器
（図示せず）も多数使用されているが、この粉砕器は使
用しているうちに、破砕する粉体により内部のロール等
の部品が摩耗しその隙間が大きくなるため、粉砕後の粉
体粒子の径が徐々に大きくなってしまう。そこで、粒度
センサー１を破砕器の後段に取り付ければ、粉体の散乱
光強度分布が測定されて、これから数値が演算されるこ
とになり、粉砕後の粒子径が徐々に大きくなるとこの数
値も徐々に変化していく。従って、この数値をアナログ
出力端子１６から出力してレコーダ等で記録することに
より、粉砕器の状態を監視し、保守を行う時期の判断材
料とすることができる。さらに、この信号を粉砕器の隙
間制御機構にフィードバックしてやることにより、隙間
を自動的に制御し、結果として粒度を制御することもで
きる。

【００３０】このように上記実施例の粒度センサー１に
よれば、筐体２内に散乱光測定部３、データ処理部４及
び試料分散部５を内蔵しており、この筐体２をプロセス
管２１の所定位置の外周に取り付け、この筐体２の試料
供給口２０と試料供給口２０近傍のプロセス管２１に設
けた試料採取口２１ａとを短い配管２３で接続している
ため、測定の時間遅れが少なく、ほとんどリアルタイム
で製造プロセス中の粒度の状態を検出することができ
る。その結果、製造プロセス中の機器の運転状況をリア
ルタイムで監視できることになって、オフライン測定に
おける検出の時間遅れの問題が解決され、粉体製造の歩
留まりの悪化を防ぐことができるようになる。

【００３１】そして、この粒度センサーでは、粒度分布
ではなく、粒度に関する数値を演算で求めて出力してお
り、粒度分布を人間が見て判断する必要がないため、前
述したようにこの数値を使って、自動的に製造プロセス
中の異物を検出したり、機器の監視や設備のフィードバ
ック制御等を行うことが可能になる。勿論、散乱光強度
分布が測定されており、演算機能も備えているので、こ
のデータから粒度分布を計算することも可能であり、場
合によっては、ＲＳ−２３３Ｃ等の通信手段を経由して
コンピュータ等の外部機器１５へ粒度分布を出力するこ
ともできる。但し、この場合は、粒度に関連する数値を
出力する場合に比べて時間がかかり、一つの粒度分布デ
ータを出力するのに、少なくとも１秒前後から数秒を要
することになるため、それが許容される場合に限られ
る。

【００３２】また、粒度センサー１の筐体２をプロセス
管２１の所定位置の外周面に取り付け、筐体２の試料供
給口２０と試料供給口２０近傍のプロセス管２１に設け
た試料採取口２１ａとを短い配管２３で接続しており、
配管２３が極めて短くできるため、試料Ｓの移送距離が
例えば実質的にほとんどない程短くてすみ、試料Ｓを良
好な状態で試料分散部５に供給することができると共
に、オンライン測定システムで発生するような、配管途
中の試料の詰まりやコンタミネーション等の試料Ｓの移
送上の問題をなくすことができる。

【００３３】さらに、粒度センサー１自体の散乱光測定
部３がプロセス管２１内に位置しないため、散乱光測定
部３が従来のように流動する粉体中に置かれることがな
く、散乱光測定部３が粉体で汚れたり粉体が堆積するこ
とがなくなり、メンテナンス作業がほとんど不要になる
と共に、従来のような測定部への粉体の堆積等による測
定精度の低下が確実に防止される。また、粒度センサー
１の検出状態によって、例えば試料分散部５に供給され
る試料Ｓのサンプリング量（すなわち試料Ｓの濃度）を
調整することができるため、粉体の種類や粒径等に応じ
て試料Ｓを最適濃度にして測定することができ、粒度を
より一層高精度に検出することが可能になる。

【００３４】なお、上記実施例においては、データ処理
部４の通信用出力端子１３に外部機器１５としてコンピ
ュータを接続した例について説明したが、本発明はこれ
に何等限定されるものでもなく、例えば粒度センサー１
を単体で使用し、接点出力端子１７から得られるＯＮ／
ＯＦＦ信号によって、例えば警報報知で粉体の状態を確
認したり、製造プロセスを制御（ＯＮ／ＯＦＦ信号によ
る自動制御あるいは警報報知による手動制御）するよう
に構成することもできる。

【００３５】また、上記実施例における、データ処理部
４の構成、サンプリング機構等は一例であって、本発明
に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることはいうまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の発
明によれば、プロセス管内から採取した試料が粒度セン
サーの試料分散部で分散されると共に、散乱光測定部で
レーザ光回折・散乱方式により、この試料によるレーザ
散乱光強度分布が測定され、この測定データがデータ処
理部で処理されて所定の信号を出力することができるた
め、例えば試料の粒度が異常である場合に異常信号を直
ちに出力することができて、プロセス管内の粉体の粒度
状態を迅速かつ精度良く検出することができる。

【００３７】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の発明の効果に加え、粒度センサーで検出した
粒度状態が異常である場合に、データ処理部からの出力
信号で例えば粉体の所定の製造設備の作動を停止させた
り、ふるいが交換時期であることを報知することができ
るため、製造設備を常に粉体の製造に最適な状態に容易
に維持することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる粒度センサーの一実施例を示す
基本構成図

【図２】同プロセス管への設置状態を示す基本構造図

【図３】同プロセス管の断面を示す概念図

【図４】同動作説明図

【図５】同散乱光パターンを模式的に示した図

【図６】従来のオフライン測定システムの構成図

【図７】従来のオンライン測定システムの構成図

【符号の説明】

１粒度センサー２筐体３散乱光測定部４データ処理部５試料分散部６レーザ光源７集光レンズ８検出器９信号処理器１０ＣＰＵ１１Ｄ／Ａ変換器１２ＤＩＯ１３通信用出力端子１６アナログ信号出力端子１７接点信号出力端子Ｓ試料ＦふるいＡ圧縮空気

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筐体内に、採取した試料を分散させる試料
分散部と、該試料分散部で分散された試料にレーザ光を
照射するレーザ光源及び試料分散部で分散された試料に
よって回折・散乱されたレーザ光の強度分布を測定する
光検出部並びに光検出部に散乱光をフォーカシングする
ための光学系を有する散乱光測定部と、前記光検出部で
検出した散乱光強度分布を処理して粒度分布に関連付け
られた信号に変換処理するデータ処理部とを備え、前記
筐体をプロセス管の外周面に設置し、プロセス管内から
採取した試料を筐体内に供給することによって試料の粒
度を検出し、該検出した粒度に応じた信号を出力するこ
とを特徴とする粒度センサー。
【請求項２】前記データ処理部から出力される信号が、
その状態に応じて粉体を製造する製造設備を制御したり
所定の報知を行い得ることを特徴とする請求項１記載の
粒度センサー。