JP2009025036A - 粒径分布測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の粒径分布測定装置１を用いつつ、ノズルから噴射されるスプレー粒子を安全に測定することである。
【解決手段】粒子群の粒径分布を測定するものであって、前記粒子群に光を照射する光源２１と、その光の照射によって発生する回折又は／及び散乱光の強度を検出する光検出器２２とを備えた装置本体２に対して、ノズルから噴射された粒子群であるスプレー粒子群を前記光源２１及び前記検出器の間に導くスプレー測定系３と、前記スプレー粒子群以外の粒子群である通常粒子群を収容する測定セル４１を前記光源２１及び前記光検出器２２の間に配置する通常測定系４と、を交換可能に構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒子群に光を照射して生じる回折又は／及び散乱光の強度に基づいて粒径分布を測定する粒径分布測定装置に関し、特に粒径分布測定装置のアプリケーションに関するものである。

特許文献１に示されるようなこの種の粒径分布測定装置は、透明なセルに収容した粒子群にレーザ等の光源から光を照射し、その際生じる回折散乱光の強度角度分布を、セルの周囲に離散配置した多数の光検出器により検出し、その検出結果に基づいて粒子群の粒径分布を測定するようにしている。

しかしながら、このような粒径分布測定装置では、セルに収容した粒子群を測定するものであり、スプレーのノズルから噴射される粒子群の粒径分布などを測定することができないという問題がある。

そして、スプレーのノズルから噴射される粒子群を測定するためには、例えば特許文献２に示す、それ専用の測定装置が必要であるという問題がある。
特開２０００−１４６８１４号公報 特公平０５−０８３１３８号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、従来の粒径分布測定装置を用いて、ノズルから噴射されるスプレー粒子を測定することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る粒径分布測定装置は、粒子群の粒径分布を測定するものであって、前記粒子群に光を照射する光源と、その光の照射によって発生する回折又は／及び散乱光の強度を検出する光検出器とを備えた装置本体に対して、ノズルから噴射された粒子群であるスプレー粒子群を前記光源及び前記検出器の間に導くスプレー測定系と、前記スプレー粒子群以外の粒子群である通常粒子群を収容する測定セルを前記光源及び前記光検出器の間に配置する通常測定系と、を交換可能に構成していることを特徴とする。

このようなものであれば、１台の粒径分布測定装置によって、ノズルから噴射されるスプレー粒子群を測定すること、及びスプレー粒子群以外の従来の通常粒子群を測定することができる。よって、粒径分布測定装置のアプリケーションを充実することができる。

前記スプレー測定系の具体的な実施の態様及び変更可能とするための具体的な実施の態様としては、前記スプレー測定系が、前記装置本体に取り付けられ、内部にスプレー粒子群を測定するための測定領域を有するケーシングと、前記ケーシングに設けられ、前記スプレー粒子群を内部に導く導入口と、前記ケーシングにおいて、前記測定領域と前記光源及び前記光検出器との間に設けられた光学窓と、を具備し、前記通常測定系を前記装置本体から取り外した状態において、前記ケーシングを前記装置本体に取り付けることにより、前記スプレー測定系が前記装置本体に装備されることが挙げられる。

これならば、ケーシングを装置本体に取り付けるだけで、スプレー測定系を装置本体に装備することができるので、簡単にスプレー測定系を装置本体に装備することができる。また、測定領域がケーシングによって覆われているので、装置本体を汚すことなく、外部からの風又は光等の外乱影響を受けずに安定したスプレー粒子群の測定を行うことができる。また、スプレー粒子群が、溶剤、農薬又は殺虫剤等の人体や環境に有害な測定試料であっても安心して測定することができる。

ノズルから噴射されたスプレー粒子群が測定領域に到達するまで必要以上に広がってしまい充分な測定結果を得ることができない等の問題を好適に防止するためには、前記導入口に連続して設けられ、前記測定領域に向かって開口する導入管をさらに備えていることが望ましい。このとき、導入管の長さを変更可能に構成していることが望ましい。

種々のスプレー粒子群や測定目的に好適に対応するため、具体的には噴射位置を調節可能にするためには、前記測定領域と前記導入口との距離を変更可能に構成していることが望ましい。

特に、前記ケーシングが、前記光学窓を有し、前記測定領域を覆うケーシング本体と、前記導入口を有する前面板と、を備え、前記前面板と前記ケーシング本体との間に介在して設けられ、前記測定領域と前記導入口との距離を変更する距離変更筒体をさらに備えていることが挙げられる。

前記ケーシングに設けられ、前記スプレー粒子群を外部に排出する排出口と、当該排出口から前記スプレー粒子群を吸引する吸引機構と、をさらに備えていることが望ましい。これにより、ケーシング内部の汚れ及びスプレー粒子群のケーシング内での滞留を防ぐことができ測定を安定して行うことができる。

ケーシング内部の汚れをさらに防止するとともに、スプレー測定系の洗浄やメンテナンスを容易にするためには、前記ケーシングの下面に設けられ、前記スプレー粒子群が液状化して生じた液体を収容するトレイを備えていることが望ましい。

装置本体の汚れを防止するとともに、スプレー測定系の洗浄及びメンテナンスを一層容易にするためには、前記光学窓に使い捨ての光学フィルムを設けていることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、粒径分布測定装置を用いてノズルから噴射されるスプレー粒子を測定することができる。

以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

なお、図１は粒径分布測定装置１の模式的斜視図である。図２は、装置本体２の模式的断面図である。図３は、通常測定系を主として示す平面図である。図４は、スプレー測定系３の斜視図であり、図５は、スプレー測定系３の模式的横断面図であり、図６は、スプレー測定系３を主として示す装置１の縦断面図である。また、図７は、スプレー測定系３の部分拡大断面図である。

＜装置構成＞

本実施形態に係る粒径分布測定装置１は、測定対象となる粒子群に光を照射した際に生じる回折散乱光の回折散乱パターン（回折散乱光強度の角度分布）を検出し、その回折散乱パターンからＭＩＥ散乱理論に基づいて逆フーリエ変換演算を施し、粒径分布を測定するようにしたものであり、大きく分けると、装置本体２、スプレーのノズルから噴射された粒子群であるスプレー粒子群を測定するためのスプレー測定系３、及びスプレー粒子群以外の粒子群である通常粒子群を測定するための通常測定系４を備えている。

＜装置本体２＞

装置本体２は、図１及び図２に示すように、粒子群に光を照射する光源２１と、その光の照射によって発生する回折散乱光の強度を検出する光検出器２２と、それらを内部に収容する筐体２３と、を備えている。

光源２１は、例えば半導体レーザであり、例えば波長約６５０ｎｍの赤色のレーザ光を発する。ここでレーザ光の光軸を水平に設定している。なお、光源２１に、例えば波長約４００ｎｍの青色の光を発するＬＥＤを用いることもできる。大粒径の粒子を測定する場合には波長の長い光が有利になり、小粒径の粒子を測定する場合には波長の短い光が有利になるため、波長の異なる光を発する光源２１を複数設けて、粒径の測定可能レンジを精度を落とすことなく広げることができる。

光検出器２２は、フォトダイオード等を利用したもので、受光した光の強度に応じた強さの電気信号（光強度信号）を出力する。これら光検出器２２の総数は、例えば９０〜１００個であり、通常測定系４のセル４１又はスプレー測定系３の測定領域Ｐの周囲であって当該セル４１又は測定領域Ｐを含む鉛直面上に離散配置してある。

特にこの実施形態では、図２に示すように、これら光検出器２２を、一定角度以下の小さい角度で回折散乱した光を角度について精度よく検出するための狭角散乱光検出器２２（Ａ）と、それよりも広い角度で、前方から側方、後方にかけて回折散乱した光を検出するための広角散乱光検出器２２（Ｂ）に分類している。狭角散乱光検出器２２（Ａ）は、多数を基板上に非常に細い幅で同心円状に密に配列してリングディテクタアレイにしており、広角散乱光検出器２２（Ｂ）は、複数個ずつブロック化して、あるいは単独で離散配置している。

筐体２３は、図２に示すように、後述するスプレー測定系３、又は後述する通常測定系４を収容する測定系収容空間Ｓ１を内部に有し、その測定系収容空間Ｓ１を挟み込むように前記光源２１及び光検出器２２を収容する機器収容空間Ｓ２を形成するものである。

そして、筐体２３は、前記測定系収容空間Ｓ１の下部に、スプレー測定系３及び通常測定系４が載置されるレール部材２３１を備えている。

本実施形態の粒径分布測定装置１は、このレール部材２３１によって、装置本体２に対して通常測定系４及びスプレー測定系３を交換可能に構成している。

＜通常測定系４＞

通常測定系４は、通常粒子群を収容する測定セルを前記光源及び前記光検出器の間に配置するものである。ここで、通常粒子群とは、スプレー粒子群以外の粒子群であり、分散媒中に分散されて測定セル４１内に収容されるものである。

具体的にこのものは、図３に示すように、１又は複数のセル４１と当該セル４１を保持するセル保持部材４２とを有し、当該セル保持部材４２が測定系収容空間Ｓ１に設けられたレール部材２３１上に載置され、複数のセル４１を選択的に光源２１からの光が照射される光照射位置に位置付けるものである。

セル４１は、タイプの異なる複数のセル（例えば湿式フローセル、湿式バッチセルである。）である。

セル保持部材４２は、装置本体２に設けられたレール部材２３１上を前記セル４１をスライド移動させるためのものである。セル保持部材４２の端部に設けられた取っ手４２１を用いて前記複数のセル４１を選択的に光源２１からの光が照射される光照射位置に位置づける。

＜スプレー測定系３＞

スプレー測定系３は、通常測定系４が取り外された装置本体２に取り付けられて、ノズルから噴射される粒子群であるスプレー粒子群を光源２１及び光検出器２２の間に導く一体型のものである。

具体的にこのものは、図４〜図６に示すように、前記装置本体２に取り付けられ、スプレー粒子群を測定するための測定領域Ｐを内部に有するケーシング３１と、前記ケーシング３１に設けられ、前記スプレー粒子群を内部に導く導入口３２と、前記ケーシング３１において、前記測定領域Ｐと前記光源２１及び前記光検出器２２との間に設けられた光学窓３３と、を具備している。

ケーシング３１は、スプレー粒子群の噴射範囲（吹き付け範囲）を規定するものである。

具体的にケーシング３１は、図４〜図６に示すように、基板３１１と、当該基板３１１上に設けられる内部に測定領域Ｐを有するケーシング本体３１２と、このケーシング本体３１２に着脱可能に固定される前面板３１３と、を備えた中空の直方体状をなすものである。

基板３１１は、前記通常測定系４のセル保持部材４２と同じ形状をなすものであり、前記筐体２３のレール部材２３１上に載置されるものである。

ケーシング本体３１２は、基板３１１上に設けられて測定領域Ｐを形成するものである。ケーシング本体３１２の上壁３１２２は、外部からの光の入射を防ぐために、スプレー測定系３を装置本体２に取り付けた状態において、装置本体２の上面とほぼ密着して遮光を行う機能を果たしている。また、ケーシング本体３１２の左右側壁３１２１には、それぞれ光学窓３３が設けられている。

それら光学窓３３は、測定領域Ｐと光源２１及び光検出器２２との間に設けられ、光学窓側面視において縦長の概略矩形状をなすものであり、測定領域Ｐから光検出器２２を臨むことができる角度を含む高さまで上部に開口している。

そして、光学窓３３には、使い捨ての光透過性を有する樹脂製の光学フィルム５が取り付けられる。光学窓３３に取り付けられた光学フィルム５は、クリップ等の固定具によって固定される。

本実施形態では、光学窓３３に光学フィルム５を取り付けるための取り付け構造Ｍが設けられている。この取り付け構造Ｍは、光学窓３３を形成する側壁３１２１の近傍に対向して設けられた案内板６と側壁３１２１との間に形成された溝から形成されている。この溝の間に光学フィルム５を挿入することにより光学窓３３に光学フィルム５が取り付けられる。本実施形態では、前記溝に光学フィルム５を挿入し易くするため、光学窓３３の上部には、側方に広がるコの字状の切り欠きが形成されている（図４参照）。

本実施形態の粒径分布測定装置１は逆フーリエ光学系を用いており、光入射側の光学窓３３の前方には、コンパレートガラス（図示しない）を設けている。

ケーシング本体３１２内部の後端部（導入口３２の反対側）には、スプレー粒子群をケーシング３１外部に排出するための排出口３５が設けられている。

この排出口３５には、漏斗状の通路を形成する連結部材３６が設けられており、その連結部材３６の下流端には、スプレー粒子群を外部に排出するための排出構造３７が接続されている。

この排出構造３７は、前記連結部材３６に連結されて、測定領域Ｐ内に噴射されたスプレー粒子を外部に排出するものであり、例えば排出管により構成されている。なお、排出管は複数の構成部品から構成するようにしても良い。そして、排出管３７は、基板３１１に設けられた貫通孔３１１ａを介して、基板３１１の下面に設けられた収容体３８を通り、ケーシング３１外部に設けられた吸引装置（図示しない）に連結されている。これにより、測定中において、吸引装置によりスプレー粒子群を吸引する。なお、排出構造３７である排出管をケーシング本体３１２の後壁３１２３から外部に延出するようにしても良い。

前面板３１３は、ケーシング本体３１２にねじ固定されるものであり、概略円形状の導入口３２が設けられている。本実施形態では、ケーシング本体３１２に対して前面板３１３を容易に着脱可能とするため、例えば４箇所ねじで固定している。

導入口３２は、ノズルが近接又は挿入されて、ノズルから噴射されたスプレー粒子群をケーシング３１内部に導入するものである。

導入口３２の外側には、ノズルを導入口３２に近接又は挿入し易くするための案内部８が設けられている。案内部８は、導入口３２に沿って開口したドーナツ形状をなすものである。

また、前面板３１３は、前記導入口３２に連続して設けられた導入管９をさらに備えている。この導入管９は、その開口が測定領域Ｐを向くように設けられた円筒状の管である。導入管９と案内部８とは、一体の部材から構成しても良いし、別々の部材から構成するものであっても良い。

この導入管９により、ノズルから噴射されたスプレー粒子群の広がりを防ぐとともに、ケーシング３１内部が必要以上に汚れないようにしている。また、導入管９のメンテナンスを容易にするため及び種類（例えば長さや径等）の異なる導入管９に取り替えることができるように、取り外し可能としている。

さらに、前面板３１３の外面下部には、取っ手３１３１が設けられて移動の便を図っている。なお、図４〜図６中、３１２４は、後壁３１２３に設けられ、前面板３１３に設けられた取っ手３１３１との関係で、装置本体２に対するスプレー測定系３の着脱を容易にするための取っ手である。

このように構成したケーシング３１において、その下部、つまり基板３１１上面にトレイ１０を設けるようにしている。

トレイ１０は、スプレー粒子群が液状化して生成された液体を収容するものであり、ケーシング３１内の下部をほぼ覆う矩形状を成すものである。また、トレイ１０は、メンテナンスを簡単にするため取り外し可能に基板３１１の上面に設けられている。

本実施形態では、図６、特に図７に示すように、前記液体のほぼ全てがトレイ１０に流れ込むように、つまり、ケーシング３１の側壁３１２１とトレイ１０との間に形成される間隙に液体が流れ込まないように、ケーシング３１の側壁３１２１に内方に突出した突出壁３１２３を設けている。突出壁３１２３の設けられている高さは、基板３１１の下面と当該突出壁２１２３との間にトレイ１０が入る程度の高さである。

次に、このように構成した粒径分布測定装置１の通常測定系４とスプレー測定系３の交換動作について説明する。

まず、装置本体２に通常測定系４が取り付けられている状態において、通常測定系４のセル４１に接続されているチューブ等を外す。そして、通常測定系４のセル保持部材４２に設けられた取っ手４２１を持ち、通常測定系４を装置本体２から取り外す。その後、スプレー測定系３を装置本体２の測定系収容空間Ｓ１内に取り付ける。具体的には、ケーシング３１を測定系収容空間Ｓ１に設けられたレール部材２３１上に載置して取り付ける。

このように構成した粒径分布測定装置１におけるスプレー粒子群の測定は、予め、測定前にブランク測定をしておく。そして、ノズルからスプレー粒子群が噴射されると、装置内部の光量をモニタしているセンサが噴射を検知し、その検知信号をトリガーとしての測定を開始する。このとき、センサを光源２１及び光検出器２２を用いて構成しても良い。

＜本実施形態の効果＞

このように構成した本実施形態に係る粒径分布測定装置１によれば、１台の粒径分布測定装置１によって、ノズルから噴射されるスプレー粒子群を測定すること、及びスプレー粒子群以外の従来の通常粒子群を測定することができる。よって、粒径分布測定装置１のアプリケーションを充実することができる。

また、スプレー測定系３を一体的に構成しており、ケーシング３１を装置本体２に取り付けるだけで、スプレー測定系３を装置本体２に装備することができるので、簡単にスプレー測定系３を装置本体２に装備することができる。また、測定領域Ｐがケーシング３１によって覆われているので、装置本体２を汚すことなく、外部からの風又は光等の外乱影響を受けずに安定したスプレー粒子群の測定を行うことができる。また、スプレー粒子群が、溶剤、農薬又は殺虫剤等の人体や環境に有害な測定試料であっても安心して測定することができる。

また、光学フィルム５を光学窓３３に取り付けているため、汚れた場合等安価で交換することができる。

さらに、ケーシング本体３１２に対して前面板３１３が取り外し可能であるため、前面板３１３を取り外した場合には、任意の噴射位置から噴射することができる。

そして、噴射位置と測定領域Ｐとの距離の調節が可能であり、噴射位置からの距離と粒子との関係の定量的な測定を可能とすることができる。

＜その他の変形実施形態＞

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、前記実施形態では、ケーシング本体３１２と前面板３１３とを着脱可能に構成しているが、このとき、図８に示すように、それらの間に測定領域Ｐと導入口３２との距離を変更する距離変更筒体１１を設けるようにしても良い。距離変更筒体１１は、一端開口がケーシング本体３１２に接続され、他端開口が前面板３１３により閉塞される、直方体形状をなす筒である。

また、導入管９は、長さが変更可能なものであっても良い。具体的に例えば入れ子式の構造として構成しても良い。これによれば、噴射位置を調節することができ、種々の測定用途に用いることができるようになる。

さらに、測定領域Ｐと排出口３５との間にミストキャッチャを設けても良い。これにより、スプレー粒子群が吸引装置内に吸い込まれないようにしている。これにより、吸引装置内部を濡らさずに済み、吸引装置から排出される排気中のスプレー粒子群を少なくすることができる。

また、ミストキャッチャにより捕集した液体がトレイ１０に流れ込む構造にしても良い。

前記実施形態では、逆フーリエ変換演算を施し、粒径分布を測定するものであったが、その他、フーリエ変換演算を施し、粒径分布を測定するものであっても良い。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

本実施形態に係る粒径分布測定装置の斜視図。 同実施形態における粒径分布測定装置の模式的断面図。 同実施形態における通常測定系の模式的正面図。 同実施形態におけるスプレー測定系の斜視図。 同実施形態におけるスプレー測定系の横断面図。 同実施形態におけるスプレー測定系の縦断面図。 同実施形態におけるスプレー測定系の部分拡大断面図。 変形実施形態におけるスプレー測定系の縦断面図。

符号の説明

１ ・・・粒径分布測定装置
２ ・・・装置本体
２１ ・・・光源
２２ ・・・光検出器
２３ ・・・筐体
３ ・・・スプレー測定系
３１ ・・・ケーシング
３１２・・・ケーシング本体
３１３・・・前面板
３２ ・・・導入口
３３ ・・・光学窓
９ ・・・導入管
Ｐ ・・・測定領域
３５ ・・・排出口
４ ・・・通常測定系
４１ ・・・測定セル
１０ ・・・トレイ
１１ ・・・距離変更筒体

Claims (8)

1. 粒子群の粒径分布を測定するものであって、
   前記粒子群に光を照射する光源と、その光の照射によって発生する回折又は／及び散乱光の強度を検出する光検出器とを備えた装置本体に対して、
   ノズルから噴射された粒子群であるスプレー粒子群を前記光源及び前記検出器の間に導くスプレー測定系と、前記スプレー粒子群以外の粒子群である通常粒子群を収容する測定セルを前記光源及び前記光検出器の間に配置する通常測定系と、を交換可能に構成している粒径分布測定装置。
2. 前記スプレー測定系が、
   前記装置本体に取り付けられ、内部にスプレー粒子群を測定するための測定領域を有するケーシングと、
   前記ケーシングに設けられ、前記スプレー粒子群を内部に導く導入口と、
   前記ケーシングにおいて、前記測定領域と前記光源及び前記光検出器との間に設けられた光学窓と、を具備し、
   前記通常測定系を前記装置本体から取り外した状態において、前記ケーシングを前記装置本体に取り付けることにより、前記スプレー測定系が前記装置本体に装備される請求項１記載の粒径分布測定装置。
3. 前記導入口に連続して設けられ、前記測定領域に向かって開口する導入管をさらに備えている請求項２記載の粒径分布測定装置。
4. 前記測定領域と前記導入口との距離を変更可能に構成している請求項２又は３記載の粒径分布測定装置。
5. 前記ケーシングが、前記光学窓を有し、前記測定領域を覆うケーシング本体と、前記導入口を有する前面板と、を備え、
   前記前面板と前記ケーシング本体との間に介在して設けられ、前記測定領域と前記導入口との距離を変更する距離変更筒体をさらに備えている請求項４記載の粒径分布測定装置。
6. 前記ケーシングに設けられ、前記スプレー粒子群を外部に排出する排出口と、当該排出口から前記スプレー粒子群を吸引する吸引機構と、をさらに備えている請求項２、３、４又は５記載の粒径分布測定装置。
7. 前記ケーシングの下面に設けられ、前記スプレー粒子群が液状化して生じた液体を収容するトレイを備えている請求項２、３、４、５又は６記載の粒径分布測定装置。
8. 前記光学窓に使い捨ての光学フィルムを設けている請求項２、３、４、５、６又は７記載の粒径分布測定装置。