JP2021148575A - Moisture content measuring device and moisture content measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粉体に含まれる水分を非破壊、非接触で測定する水分含有量測定装置、及び水分含有量測定方法に関する。 The present invention relates to a water content measuring device for measuring water contained in a powder in a non-destructive and non-contact manner, and a water content measuring method.
医薬品である錠剤の製造分野で、連続生産が注目されている。連続生産は、錠剤を製造する過程である秤量・混合・造粒・乾燥・整粒の過程を連続した装置で行う生産法であり、従来の工程ごとに作業を行う生産方式に比べ、設備の省スペース化、作業の人的エラーの減少などのメリットがある。 Continuous production is attracting attention in the field of manufacturing tablets, which are pharmaceutical products. Continuous production is a production method in which the processes of weighing, mixing, granulation, drying, and sizing, which are the processes of manufacturing tablets, are performed with a continuous device. There are merits such as space saving and reduction of human error in work.
また、それぞれの工程において各種センサーによる測定を行い、工程を管理することで信頼性の高い錠剤を製造することが可能となる。その一つの測定項目として乾燥などの工程で行われる水分含有量測定がある。これは、粉体である錠剤の水分含有量をリアルタイムに測定し、所定の乾燥状態になるよう乾燥時間を調整する目的で使用される。 In addition, it is possible to produce highly reliable tablets by measuring with various sensors in each process and controlling the process. One of the measurement items is the water content measurement performed in a process such as drying. This is used for the purpose of measuring the water content of a tablet as a powder in real time and adjusting the drying time so as to achieve a predetermined drying state.
従来、この用途では、近赤外線を用いたセンサーを使用する技術(例えば、特許文献1等)が知られている。
Conventionally, in this application, a technique using a sensor using near infrared rays (for example,
特許文献1に記載の従来装置のように、近赤外線を用いたセンサーで水分含有量を測定する場合、乾燥用の装置に近赤外線を透過させる窓を設け、その窓にセンサーを設置し乾燥器内を測定する構成が一般的である。
When measuring the water content with a sensor using near infrared rays as in the conventional device described in
しかしながら、水分を含んだ粉体は乾燥用装置の窓に付着する場合があり、その場合、粉体に含まれる水分量によっては近赤外線が内部まで透過できず、センサーでの測定が困難になる課題がある。このため、センサーでの測定を維持するためには窓に付着した粉体を透過できるセンサーが必要となっている。 However, the powder containing water may adhere to the window of the drying device, and in that case, near infrared rays cannot be transmitted to the inside depending on the amount of water contained in the powder, which makes measurement with a sensor difficult. There are challenges. Therefore, in order to maintain the measurement with the sensor, a sensor capable of transmitting the powder adhering to the window is required.
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、粉体が乾燥用装置の窓に付着した場合も、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態となったことを精度よく測定可能な水分含有量測定装置、及び水分含有量測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and even when the powder adheres to the window of the drying device, the powder is in a dry state having a target water content. It is an object of the present invention to provide a water content measuring device capable of accurately measuring the fact that the result has occurred, and a water content measuring method.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る水分含有量測定装置は、金属壁面を有し、中空で前記金属壁面に非金属製の窓部(11e、11f)が設けられた処理容器(11、11A)と、前記処理容器内に粉体と気体が誘電体として一様に充填された状態で、前記粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態のときの前記処理容器の共振特性を設定する設定手段(61、61A)と、前記処理容器内に充填された前記誘電体を加熱する加熱手段(12b)と、マイクロ波又はミリ波帯の測定用の信号を前記窓部から前記処理容器に送出し、該処理容器内を通って前記窓部より放出される信号成分を受信して前記誘電体が充填されている前記処理容器の共振特性を測定する共振特性測定手段(30、30A、30B)と、前記誘電体の加熱中、前記測定用の信号の周波数をスライドさせつつ前記共振特性測定手段により測定した前記処理容器の共振特性と、前記設定手段により設定された共振特性に基づいて、前記粉体が前記乾燥状態となったことを特定する水分含有量測定制御手段(62、62A)と、を有する構成である。
In order to solve the above problems, the water content measuring device according to
この構成により、本発明の請求項1に係る水分含有量測定装置は、マイクロ波又はミリ波帯の信号(電磁波)を使用することで、窓部に粉体が付着した場合でも、その粉体に含まれる水分量に拘わらず信号の透過を良好に保ち、共振特性の測定を経て粉体の水分含有量を非破壊、非接触で精度よく測定することが可能となる。
With this configuration, the water content measuring device according to
また、本発明の請求項2に係る水分含有量測定装置は、前記共振特性測定手段が、前記測定用の信号の送信部(121)及び受信部(122)を有し、前記送信部より送出される前記信号と、前記送信部より前記窓部を通して前記処理容器内に送出され、前記処理容器内に充填されている前記誘電体により反射されて前記窓部を通して前記受信部により受信される信号成分に基づいて前記処理容器の反射特性を測定する構成であり、前記水分含有量測定制御手段が、前記共振特性測定手段により測定された前記反射特性が、前記粉体の目標とする水分含有量を有する乾燥状態に対応して前記設定手段により設定された反射特性に一致したときに、前記粉体が前記乾燥状態となったと判定する構成としてもよい。
Further, in the water content measuring device according to
この構成により、本発明の請求項2に係る水分含有量測定装置は、一つの共振特性測定手段を用いて反射特性による共振特性の測定、及び粉体の水分含有量の測定を実現でき、装置の低コスト化を図ることができる。
With this configuration, the water content measuring device according to
また、本発明の請求項3に係る水分含有量測定装置は、前記処理容器が、前記金属壁面の互いに対向する位置にそれぞれ第1窓部(11e)及び第2窓部(11f)を有し、前記共振特性測定手段が、前記第1窓部及び前記第2窓部にそれぞれ対応して設けられ、互いに前記測定用の信号の送信部及び受信部を有する第1の共振特性測定手段(30A)、及び第2の共振特性測定手段(30B)を有し、前記第1の共振特性測定手段の前記送信部より送出される前記信号と、前記第1の共振特性測定手段の前記送信部より前記第1の窓部を通して前記処理容器内に送出され、前記処理容器内に充填されている前記誘電体を透過して前記第2の窓部を通して第2の共振特性測定手段の前記受信部により受信される信号成分に基づいて前記処理容器の透過特性を測定する構成であり、前記水分含有量測定制御手段が、第1の共振特性測定手段及び前記第2の共振特性測定手段により測定された前記透過特性が、前記粉体の目標とする水分含有量を有する乾燥状態に対応して前記設定手段により設定された透過特性に一致したときに、前記粉体が前記乾燥状態となったと判定する構成であってもよい。 Further, in the water content measuring device according to claim 3 of the present invention, the processing container has a first window portion (11e) and a second window portion (11f) at positions facing each other on the metal wall surface, respectively. The first resonance characteristic measuring means (30A), wherein the resonance characteristic measuring means is provided corresponding to the first window portion and the second window portion, respectively, and has a signal transmitting unit and a receiving unit for the measurement. ), And the signal transmitted from the transmitting unit of the first resonance characteristic measuring means and the transmitting unit of the first resonance characteristic measuring means having the second resonance characteristic measuring means (30B). It is delivered into the processing container through the first window portion, passes through the dielectric material filled in the processing container, passes through the second window portion, and is transmitted by the receiving unit of the second resonance characteristic measuring means. The structure is such that the transmission characteristic of the processing container is measured based on the received signal component, and the water content measurement control means is measured by the first resonance characteristic measuring means and the second resonance characteristic measuring means. When the permeation characteristic matches the permeation characteristic set by the setting means corresponding to the dry state having the target water content of the powder, it is determined that the powder is in the dry state. It may be a configuration.
この構成により、本発明の請求項3に係る水分含有量測定装置は、二つの共振特性測定手段を用いて透過特性により共振特性を測定することができ、共振特性を測定するためのバリエーションを増やすことができる。 With this configuration, the water content measuring device according to claim 3 of the present invention can measure the resonance characteristic by the transmission characteristic using two resonance characteristic measuring means, and increases the variation for measuring the resonance characteristic. be able to.
また、本発明の請求項4に係る水分含有量測定装置は、前記設定手段が、目標とする水分含有量を有する乾燥状態の共振特性の縦軸を構成するSパラメータの値を設定値として設定し、前記水分含有量測定制御手段は、前記共振特性測定手段により測定された前記処理容器の共振特性におけるSパラメータの値が、前記設定値に一致したときに前記粉体が前記乾燥状態になったと判定する構成としてもよい。 Further, in the water content measuring device according to claim 4 of the present invention, the setting means sets the value of the S parameter constituting the vertical axis of the resonance characteristic in the dry state having the target water content as a set value. Then, in the water content measuring control means, when the value of the S parameter in the resonance characteristic of the processing container measured by the resonance characteristic measuring means matches the set value, the powder becomes the dry state. It may be configured to determine that the product has been used.
この構成により、本発明の請求項4に係る水分含有量測定装置は、共振特性測定手段により測定された処理容器の共振特性におけるSパラメータの値から、粉体が目標とする乾燥状態になったことを特定することができ、処理負荷も軽減することができる。 With this configuration, the water content measuring apparatus according to claim 4 of the present invention has reached the target dry state of the powder from the value of the S parameter in the resonance characteristic of the processing container measured by the resonance characteristic measuring means. This can be specified and the processing load can be reduced.
上記課題を解決するために、本発明の請求項5に係る水分含有量測定方法は、金属壁面を有し、内部が中空で前記金属壁面に非金属製の窓部(11e、11f)が設けられた処理容器(11、11A)内に粉体を投入し、前記粉体と気体を誘電体として一様に充填させた状態で前記粉体の水分含有量を測定する水分含有量測定方法であって、前記粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態となったときの前記処理容器の共振特性を設定する設定ステップ(S1、S1A)と、前記処理容器内に充填された前記誘電体を加熱する加熱制御ステップ(S3)と、前記加熱制御中、マイクロ波又はミリ波帯の測定用の信号を、周波数可変範囲内で周波数をスライドさせつつ前記窓部から前記処理容器に送出し、該処理容器内を通って前記窓部より放出される信号成分を受信して前記誘電体が充填されている前記処理容器の共振特性を測定する共振特性測定ステップ(S4、S5、S4A、S5A)と、前記共振特性測定ステップで測定された前記処理容器の共振特性と、前記設定ステップで設定された共振特性に基づいて、前記粉体が前記乾燥状態となったことを特性する水分含有量測定制御ステップ(S6、S6A、S7)と、前記粉体が前記乾燥状態となったことが特定されることにより、前記誘電体の加熱を停止する加熱停止制御ステップ(S8)と、を含む構成を有している。
In order to solve the above problem, the water content measuring method according to
この構成により、本発明の請求項5に係る水分含有量測定方法は、本方法を適用することで、窓部に粉体が付着した場合でも、粉体に含まれる水分量に拘わらずマイクロ波又はミリ波帯の信号(電磁波)を良好に透過させることができ、共振特性の測定を経て粉体の水分含有量を非破壊、非接触で精度よく測定することが可能となる。
With this configuration, the water content measuring method according to
本発明は、粉体が乾燥用装置の窓に付着した場合も、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態となったことを精度よく測定可能な水分含有量測定装置、及び水分含有量測定方法を提供することができる。 The present invention provides a water content measuring device capable of accurately measuring that the powder is in a dry state having a target water content even when the powder adheres to the window of the drying device, and a water content. A quantity measuring method can be provided.
以下、本発明に係る水分含有量測定装置、及び方法の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the water content measuring device and the method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に係る水分含有量測定装置は、例えば、錠剤の原料となる粉体等、乾燥器内に投入され、その器内で水分を含ませ、気体等と混合して一様に充填したうえで乾燥する粉体に含まれる水分量(水分含有量)を測定するものである。上述した従来の課題に鑑み、本件発明者は、乾燥器内に充填される粉体(誘電体)を通過させ得る信号であるマイクロ波、ミリ波の高周波信号を用いた粉体の水分含有量測定方法を検討した。まず、その測定原理について説明する。 In the water content measuring device according to the present invention, for example, a powder or the like which is a raw material for tablets is put into a dryer, moistened in the container, mixed with a gas or the like, and uniformly filled. It measures the amount of water (moisture content) contained in the powder dried in. In view of the above-mentioned conventional problems, the present inventor has determined the water content of the powder using high-frequency signals of microwaves and millimeter waves, which are signals that can pass the powder (didens) filled in the dryer. The measurement method was examined. First, the measurement principle will be described.
(第1の測定原理)
第1の測定原理を検討するうえで、乾燥器については、その内部空間(中空の部分:器内)に気体(空気)と粉体が一様に分布しているものと仮定する。この時、乾燥器の器内の粉体の比誘電率をε1、器内の気体の比誘電率をε0とし、器内に占める粉体の割合(充填率)をN(0<N<1)としたとき、リヒトネッカー(Lichtenecker)の対数混合則を用いると乾燥器の器内全体の比誘電率ε2は、
logε2 = N logε1 + (1−N)logε0 ・・・ (1)
と表すことができる。
(First measurement principle)
In examining the first measurement principle, it is assumed that the gas (air) and powder are uniformly distributed in the internal space (hollow part: inside the dryer) of the dryer. At this time, the relative permittivity of the powder in the container of the dryer is ε 1 , the relative permittivity of the gas in the container is ε 0, and the ratio (filling rate) of the powder in the container is N (0 <N). Assuming <1), using Lichtenecker's logarithmic mixing law, the relative permittivity ε2 of the entire inside of the dryer is
logε 2 = N logε 1 + (1−N) logε 0・ ・ ・ (1)
It can be expressed as.
ここでε0を1とすると、
logε2 = N logε1
logε2 = N logε1 N
ε2 = ε1 N ・・・ (2)
となり、乾燥器が金属構造体であると仮定すると、当該乾燥器は比誘電率ε2の誘電体が充填された空洞共振器(以下、共振器)とみなすことができる。
Here, if ε 0 is 1,
logε 2 = N logε 1
logε 2 = N logε 1 N
ε 2 = ε 1 N・ ・ ・ (2)
Therefore, assuming that the dryer is a metal structure, the dryer can be regarded as a cavity resonator (hereinafter referred to as a resonator) filled with a dielectric having a relative permittivity of ε 2.
また、粉体は錠剤材料と水分の合わさった物質であるが、それぞれの誘電率は錠剤材料が10以下、水分が80程度であり、上式から粉体の比誘電率ε1は水分含有量に応じて大きく変化すると想定される。 Further, the powder is a substance in which the tablet material and the water content are combined, and the dielectric constant of each is 10 or less for the tablet material and about 80 for the water content. From the above formula, the relative permittivity ε 1 of the powder is the water content. It is expected that it will change significantly depending on the situation.
さらに、誘電体が充填された共振器の共振特性は、その共振器の形状と誘電体の誘電率によって決定されるため、乾燥器を共振器とみなした場合の共振特性の変化は、粉体の水分含有量の変化を表すことになる。 Furthermore, since the resonance characteristics of a resonator filled with a dielectric are determined by the shape of the resonator and the dielectric constant of the dielectric, the change in the resonance characteristics when the dryer is regarded as a resonator is powder. It will represent the change in the water content of.
共振特性は、乾燥器に接続したベクトルネットワークアナライザ(VNA)を用いることで測定が可能である。VNAは、被測定物を通過、反射する高周波信号の周波数特性を測定するデバイスであり、1ポートのものや2つ以上のポートを有するものがある。本発明に係る粉体の水分含有量の測定に関しては、VNAのポートを2つ以上用い透過特性を測定することで共振特性を求めることが可能であるが、より安価な方法として、ポートを1つのみ使用し、反射特性を測定することで共振特性を求めることが考えられる。 Resonance characteristics can be measured using a vector network analyzer (VNA) connected to a dryer. A VNA is a device that measures the frequency characteristics of a high-frequency signal that passes through and is reflected by an object to be measured, and includes one having one port and one having two or more ports. Regarding the measurement of the water content of the powder according to the present invention, it is possible to obtain the resonance characteristic by measuring the transmission characteristic using two or more VNA ports, but as a cheaper method, one port is used. It is conceivable to use only one and measure the reflection characteristics to obtain the resonance characteristics.
本件発明者は、共振器とみなされる乾燥器の反射特性を1ポートのVNAを用いて測定可能であること(第1の測定原理)について、シミュレーションモデル100を用いて確認(検証)を行った。シミュレーションモデル100は、図1に示すように、乾燥器110、1ポートのVNA120、制御PC130を有して構成される。
The present inventor has confirmed (verified) using a
乾燥器110は、例えば、図2に示すように、半径(R)100mm、高さ200mmの中空の円柱体形状の金属製部材で構成され、中空部(器内111)には、粉体を、気体(空気)とともに一様に充填できるようになっている。乾燥器110には、側面所定位置に例えば非金属製の窓部112が形成され、該窓部112の周囲を囲むように、励振用の導波管113が側面外方に直角に延びて取り付けられている。導波管113は、その中空部を通して窓部112を挟んで器内111との間で測定用の高周波信号を送受信し得る構成となっている。
As shown in FIG. 2, for example, the
VNA120は、信号源121、受信部122、ポート123を有し、ポート123には起振部124が取り付けられている。信号源121は、ポート123及び受信部122に送出する測定用の信号を発生して送信する部分である。信号源121は、例えば、マイクロ波、ミリ波の周波数帯の信号を発生する。信号源121は、本発明の送信部を構成している。
The
受信部122は、信号源121から出力される信号、並びに信号源121からポート123に出力され、起振部124、導波管113、窓部112を介して乾燥器110の器内111に放射され、その後、窓部112、導波管113、起振部124を介してポート123に入力する信号を受信する部分である。起振部124は、VNA120のポート123から乾燥器110の器内111に放射する信号の起振源となるものであり、アンテナや伝送路等により構成されている。
The receiving
制御PC130は、パーソナル・コンピュータ(PC)で構成され、USBケーブルで接続されたVNA120の受信部122で受信した信号に基づいて乾燥器110の反射特性を算出する演算機能部を有する。この演算機能部により、制御PC130は、信号源121から送出されて受信部122に受信された信号と、信号源121からポート123を介して乾燥器110の器内111に放射され、その後、ポート123に入力する信号の比(電力の比)であるS11パラメータを求める演算処理を行う。
The
上記構成を有するシミュレーションモデル100における反射特性を求めるための制御条件については、乾燥器110内の比誘電率を2.2(粉体の比誘電率24程度、充填率0.25を想定)、2.0(粉体の比誘電率16程度、充填率0.25を想定)、1.8(粉体の比誘電率10程度、充填率0.25を想定)の3段階に可変するような設定とした。また、VNA120が出力する測定用の信号の周波数可変範囲は、例えば、1.1GHz〜1.4GHzの周波数幅に設定されている。
Regarding the control conditions for obtaining the reflection characteristics in the
シミュレーションモデル100による反射特性測定シミュレーションでは、制御PC130によりVNA120を駆動制御して、信号源121で発生させた信号を受信部122に送出するとともに、その信号をポート123、起振部124、導波管113、窓部112を通して乾燥器110の器内111に一様に充填されている粉体と気体(充填物:誘電体)に放射する一方で、乾燥器110の器内111の充填物によって反射された信号成分を逆の経路で取り込んで受信部122に受信させ、その受信結果を制御PC130で解析処理した。
In the reflection characteristic measurement simulation by the
その際、上述した制御条件にしたがい、乾燥器110の器内111における比誘電率を2.2、2.0、1.8と順に変化させ、その都度、VNA120から出力される測定用の信号の周波数を上記周波数可変範囲内で変化させるように制御し、受信部122での受信信号に基づいて反射特性の測定を行った。
At that time, according to the control conditions described above, the relative permittivity in the internal 111 of the
シミュレーションモデル100による反射特性の測定の結果、図3に示すような反射特性(S11の周波数特性)を得た。図3に示す反射特性は、横軸を周波数、縦軸をS11パラメータ(電力値)として両者の関係を示したものであり、一例として、乾燥器110の器内111の比誘電率を2.2に設定したときは、上記周波数可変範囲(この例では、1.1〜1.4GHzの範囲)内で周波数を変化させると、例えば、周波数が1.21GHzを超えたあたりでS11パラメータが下降傾向から上昇傾向へと反転する。同様に、乾燥器110の器内111の比誘電率を2.0、1.8に設定し、上記周波数可変範囲内で周波数を変化させたときには、それぞれ、例えば、周波数が1.27GHz、1.34GHzあたりでS11パラメータが下降傾向から上昇傾向へと反転する。
As a result of measuring the reflection characteristics by the
図3に示す反射特性によれば、共振器たる乾燥器110での粉体を含む充填物(誘電体)を充填させた状態での共振によってS11パラメータの値が低下する周波数が存在し、その周波数が乾燥器110の器内111の誘電体全体の比誘電率に応じて変化していることがわかる。この測定結果より、1ポートのVNA120によって乾燥器110の反射特性を取得し、粉体の水分含有量を測定できることが確認された。
According to the reflection characteristics shown in FIG. 3, there is a frequency at which the value of the S11 parameter decreases due to resonance in a state in which a filler (dielectric) containing powder is filled in the
(第2の測定原理)
第1の測定原理は、1ポートを有する一つのVNA120を用いて共振器とみなす乾燥器110の反射特性を測定するものであるが、コスト的に許容され得る場合には、2つの1ポートVNAを用いて共振器の透過特性を測定する方法も考えられる。
(Second measurement principle)
The first measurement principle is to measure the reflection characteristics of the
乾燥器110Aの透過特性を2つの1ポートVNAを用いて測定可能であること(第2の測定原理)を検証するためのシミュレーションモデル100Aの構成を図4に示している。
FIG. 4 shows a configuration of a
シミュレーションモデル100Aにおいて、シミュレーションモデル100(図1参照)と同一の機能部分については同一の符号を付している。図4に示すように、シミュレーションモデル100Aにおいて、乾燥器110Aは、側面所定位置とその反対側の側面位置にそれぞれ窓部112a、112bを有し、かつそれぞれの窓部112a、112bに対応して導波管113a、113bが設けられている。その以外の構成は、シミュレーションモデル100の乾燥器110と同等である。
In the
シミュレーションモデル100Aにおいて、VNA120a、120bは、それぞれ、導波管113a、113bの他端開口に対向して配置される。VNA120a、120bは、基本的な構造は、図1に示したVNA120と同様である。
In the
制御PC130Aは、制御PC130と同等のものであり、1つのVNAを用いて乾燥器110の共振器の反射特性を算出する演算機能部に代えて、VNA120a、120bのそれぞれの測定出力に基づいて乾燥器110Aの透過特性を算出する演算機能部を有している。この演算機能部により、制御PC130Aは、VNA120aの信号源121から出力されて受信部122に受信された信号と、VNA120aの信号源121から出力されてポート123aから送出され、起振源124a、導波管113a経由で窓部112aから乾燥器110Aの器内111の充填物に対して放射され、その後、窓部112bから器外に放出され、導波管113b、起振部124bを経てポート123b経由でVNA120bの受信部122に受信される信号の比(電力の比)である透過特性を求める演算処理を実行する。制御PC130Aは、透過特性に関する演算機能部を有する以外は、制御PC130(図1参照)と同等のものである。
The
シミュレーションモデル100Aによる透過特性測定シミュレーションでは、制御PC130AによりVNA120aを駆動制御し、信号源121から出力される測定用の信号を受信部122に送出する一方で、信号源121から出力される測定用の信号をポート123aから導波管113a、窓部112a経由で乾燥器110Aの器内111に放射させるとともに、VNA120bを駆動し、乾燥器110Aの器内111から窓部112b、導波管113b経由でポート123aに入力される信号を受信部122に受信させ、その受信結果(透過特性の測定結果)を制御PC130Aで解析処理した。
In the transmission characteristic measurement simulation by the
その際、例えば、第1の測定原理のときと同様、乾燥器110Aの器内111における比誘電率を(2.2)、(2.0)、(1.8)と順に変化させ、その都度、VNA120aから出力される信号の周波数を上記周波数可変範囲内で変化させように制御しつつ、VNA120bの受信部122での受信出力に基づき、横軸を周波数、縦軸を電力として両者の関係を表した乾燥器110Aの透過特性の測定を行った。
At that time, for example, as in the case of the first measurement principle, the relative permittivity in the internal 111 of the
シミュレーションモデル100Aによる透過特性の測定の結果、共振器たる乾燥器110Aでの共振によって縦軸の値が低下する周波数が存在し、その周波数が乾燥器110Aの器内111の誘電体全体の比誘電率に応じて変化していることをとらえることできた。この測定結果より、1ポートを有する二つのVNA120a、120bを用いて乾燥器110Aの透過特性を取得し、器内111における粉体の水分含有量を測定可能であることを確認することができた。
As a result of measuring the transmission characteristics by the
次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る水分含有量測定装置1の構成について、図5ないし図7を参照して説明する。
(First Embodiment)
First, the configuration of the water
本実施形態に係る水分含有量測定装置1は、例えば、錠剤の製造ラインにおいて、錠剤の原料である粉体の混合・造粒・乾燥の工程を行う造粒乾燥装置に付随して設けられ、該造粒乾燥装置の処理容器内で空気等と一様に充填される粉体の含有水分量を測定するものである。
The water
本実施形態に係る水分含有量測定装置1は、第1の測定原理に基づいて粉体の水分含有量を測定するものであり、図5に示すように、造粒乾燥装置10、共振特性測定センサー30、制御装置50を有して構成されている。
The water
造粒乾燥装置10は、例えば図6に示すように、本体部11aとその下方に連結された底部11bとを有し、本体部11a及び底部11bが中空の円柱体形状の金属製部材から構成されており、中空の部分(器内:図1、図4の器内111に相当)に粉体を投入して気体(空気)との混合を行い、造粒しながら乾燥の処理を行うための処理容器11と、処理容器11の底部11bに接続され、処理容器11内に熱風を送り込む通風装置12と、処理容器11の底部11bに配置された攪拌装置13と、処理容器11内に供給された熱風を廃棄するフィルタ装置14を備えて構成されている。
As shown in FIG. 6, for example, the
処理容器11の本体部11a上部の側壁には、混合・造粒・乾燥工程の前工程の要素である搬送パイプを接続するための筒形の投入部11cが形成され、投入部11cには投入口11dが設けられている。処理容器11の本体部11aの周面所定位置には、例えば透明ない非金属性部材で構成される窓部11eを有している。処理容器11の底部11bの側方側には、所定の水分含有量となるように乾燥された粉体を処理容器11内から取り出す取出し口11gが設けられる。
On the side wall of the upper part of the
通風装置12は、送風器12aと加熱ヒータ12b(図5参照)を有し、送風器12aと加熱ヒータ12bを介して送られてくる例えば60〜100℃程度の熱風を処理容器11内に吹き込み、処理容器11の本体部11a上部に接続された排気ダクト15から廃棄できるように処理容器11の底部11bに接続されている。通風装置12の上部は原料となる粉体を支持するためのメッシュなどのフィルタ層16を介して処理容器11の筒型の底部11bに接続されている。
The
攪拌装置13は、処理容器11の底部11bの内側に設けられている。攪拌装置13は、フィルタ層16の上方位置に、水平に回転自在に設けられる攪拌翼(アジテーター)13a、フィルタ層16の周囲に水平に回転自在に設けられるローターディスク13bを有している。
The stirring
フィルタ装置14は、処理容器11の内部に供給された熱風に含まれる原料となる粉体の微粉末成分を除去して清浄化した後に熱風を外に排出するための装置である。
The
さらに、処理容器11の本体部11a上部側と底部11b下方側には、水分を含む液体バインダーの噴射ノズル17a、17bが個々に設けられている。
Further,
上記構成を有する造粒乾燥装置10は、処理容器11内に投入された粒体に対し、噴射ノズル17a、17bから液状バインダーを噴霧し、粒体の水分含有量を調整できるように構成されている。また、造粒乾燥装置10は、攪拌装置13でのローターディスク13bの回転と攪拌翼13aを回転させて内部に収容している粒体の遠心転動を行うことができる。また、造粒乾燥装置10は、処理容器11の底部11b側からフィルタ層16を介して熱風を吹き出すことができ、下から吹き出る熱風の浮遊流動攪拌作用により流動層造粒が実施できるようになっている。
The
さらに造粒乾燥装置10は、ローターディスク13bの回転と攪拌翼13aを回転させるとともに、処理容器11の底部11b側からフィルタ層16を介して熱風を吹き出すことで、熱風の攪拌作用とローターディスク13bと攪拌翼13aの攪拌作用を統括的に作用させて粒体を流動層転動造粒することができるようになっている。
Further, the
共振特性測定センサー30は、1ポートのVNAにより構成されている。ここで採用される1ポートVNAは、第1の測定原理の説明で挙げたVNA120(図1参照)と同等の構成を有するものであり、処理容器11の窓部11eを挟んで処理容器11内の充填物(水分を含む粉体と気体を混合して一様に充填させたもの:誘電体)との間で信号を送受信できる位置に配置されている。
The resonance
共振特性測定センサー30としての1ポートVNAは、例えば、40MHz〜4GHzの周波数レンジを有している。また、この1ポートVNAはUSBケーブル5を有し、該USBケーブル5により制御装置50に接続して駆動制御できるようになっている。また、この1ポートVNAは、例えば120μ秒/点までの測定速度に対応可能であり、測定精度としては、±0.5dB(−6dB 代表値)を確保できるようになっている。共振特性測定センサー30は、本発明の共振特性測定手段を構成している。
The 1-port VNA as the resonance
なお、図1においては、乾燥器110の窓部112に対応して導波管113を設け、かつ、VNA120には起振部124が設けられる構成を示したが、図5では、当該各部に対応する部分、すなわち、処理容器11の窓部11eに対応して設けられる導波管、VNA120に設けられる起振部については図示を省略している。
Note that FIG. 1 shows a configuration in which a
制御装置50は、第1の測定原理の説明で挙げた制御PC130(図1参照)に相当するものであり、共振特性の設定、共振特性測定センサー30の駆動制御、共振特性測定センサー30の出力に基づく処理容器11内の粉体の含有水分量の測定処理等、水分含有量測定装置1の統括的な制御を行うものである。
The
制御装置50は、例えば、図7に示すように、制御部51、操作部52、表示部53を有している。制御部51は、CPU51a、記憶部51b、外部インタフェース(I/F)部51c、USBポート51dを有する。CPU51aは、例えば、記憶部51bに記憶されているプログラムを実行することで設定制御部61、水分含有量測定制御部62、表示制御部63を実現する。
As shown in FIG. 7, the
操作部52は、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力機器で構成され、操作入力された情報などを制御部51に出力する。表示部53は、液晶ディスプレイ等の画像表示機器で構成され、粉体の水分含有量の測定に必要な情報を入力させる画像や試験中の状態を示す画像などを表示する。外部I/F部51cは、制御装置50と、造粒乾燥装置10に設けられる送風器12a、加熱ヒータ12bを、ネットワーク6を介して接続するためのインタフェース機能を果たす。USBポート51dは、共振特性測定センサー30のUSBケーブル5のUSBコネクタを接続する部分である。
The
制御装置50において、CPU51aは、設定制御部61、水分含有量測定制御部62、表示制御部63を有する。
In the
設定制御部61は、処理容器11内に充填物として充填される粉体の水分含有量を測定するための制御データや測定条件の設定等、各種の設定処理を行うものである。例えば、設定制御部61は、処理容器11内の充填物(水分を含む粉体と気体:誘電体)の全体の量、粉体と気体の混合比率などで決定される比誘電率に対応して、その粉体が目標とする水分含有量を有する状態(乾燥状態)となったときの当該粉体の反射特性を設定する機能を有する。この反射特性は、例えば、事前に測定しておき(図3参照)、測定を行う前に、例えば、記憶部51bに予め用意した制御テーブル60に上記制御データとして格納するようにしてもよい。
The setting
水分含有量測定制御部62は、設定された制御データや測定条件に基づいて処理容器11内の粉体の含有水分量の測定に係る各部の制御を行うものである。具体的に、水分含有量測定制御部62は、予め設定された周波数範囲内で周波数を一方向に変化させつつ共振特性測定センサー30から測定用の信号を発生させてポートから放射させるとともに、該ポートから入力する信号を受信させながらリアルタイムに反射特性を測定し、その測定結果を保持するように制御する。この間、水分含有量測定制御部62は、送風器12aを駆動して熱風を送り、加熱ヒータ12bを加熱駆動する加熱駆動制御を行う。さらに水分含有量測定制御部62は、測定結果と予め設定し反射特性(制御データ)を比較し、両者が一致した場合、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態となったことを特定して加熱駆動制御を停止させるように制御する。
The water content
表示制御部63は、設定制御部61での測定に係る制御データの設定画面や、水分含有量測定制御部62での反射特性の測定結果等、種々の情報を表示部53に表示させるための表示制御を行う。表示制御部63は、反射特性の測定結果から粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態となったことが特定された際に、その旨を報知するメッセージを表示部53に表示させる制御を行うようにしてもよい。
The
次に、水分含有量測定装置1の水分含有量測定処理動作について図8に示すフローチャートを参照して説明する。
Next, the water content measurement processing operation of the water
この水分含有量測定処理を開始するためには、まず、操作部52での所定の設定操作に基づいて、設定制御部61が、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態となったときの当該粉体の反射特性を、水分含有量測定のための制御データとして、制御テーブル60に格納する反射特性設定処理を行う(ステップS1)。制御データとして設定する反射特性は、事前に測定されたものであり、例えば、図3に示すように、処理容器11に充填される誘電体の比誘電率に対応して周波数と電力(S11パラメータ)との対応関係を表したものである。
In order to start this water content measurement process, first, the setting
ステップS1での反射特性の設定後、水分含有量測定制御部62は、操作部52での所定の測定開始操作に基づき、送風器12a、攪拌装置13を駆動制御し、処理容器11内に投入されかつ水分量が調整された粉体と気体との混合、攪拌を実施して粉体及び気体を一様に充填する充填処理を行う(ステップS2)。
After setting the reflection characteristics in step S1, the water content
ステップS2での充填処理の実行中、水分含有量測定制御部62は、加熱ヒータ12bを加熱駆動し、充填物を加熱する制御を実施する(ステップS3)。
During the execution of the filling process in step S2, the water content
ステップS3での加熱制御を実行しながら、水分含有量測定制御部62は、共振特性測定センサー30を駆動し、予め規定した周波数範囲内で発振周波数を順次変動設定しつつポートから測定用の信号を放射させるとともに、処理容器11内を通ってポートに入力してくる信号を受信させ(ステップS4)、当該送受信される信号に基づいて粉体の反射特性を測定する処理を実施する(ステップS5)。
While executing the heating control in step S3, the water content
ここで共振特性測定センサー30が図1に示すVNA120と同様の構成であることを前提に説明すると、水分含有量測定制御部62は、信号源121で発生させた信号を受信部122に送出するとともに、その信号をポート123、起振部124、導波管113、窓部112を通して処理容器11内(充填物)に放射する一方で、処理容器11内(充填物)で反射された信号を逆の経路で取り込んで受信部122に受信させるように共振特性測定センサー30を駆動する。
Here, assuming that the resonance
次いで、水分含有量測定制御部62は、信号源121から送出されて受信部122に受信された信号と、信号源121から送出されて処理容器11内の充填物に対して放射された後、その逆経路で受信部122により受信された信号との比である反射特性を求め(ステップS5)、さらに、求めた反射特性の値(測定値)と、制御データとして設定されている反射特性(設定値)とが一致するか否かを判定する(ステップS6)。
Next, the water content
ここで測定値が設定値と一致していないと判定された場合(ステップS6でNO)、水分含有量測定制御部62は、発振周波数をさらに変動設定しながら(ステップS4)、反射特性を測定する処理を実施する(ステップS5)。
If it is determined that the measured value does not match the set value (NO in step S6), the water content
この間、測定値が設定値と一致していると判定された場合(ステップS6でYES)、水分含有量測定制御部62は、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態になったと判定し(ステップS7)、加熱ヒータ12bの駆動(加熱制御)を停止し(ステップS8)、一連の水分含有量測定処理を終了する。
During this period, if it is determined that the measured value matches the set value (YES in step S6), the water content
なお、第1の実施形態は、粉体の目標とする水分含有量を含む乾燥状態に対応する処理容器11の反射特性を事前に測定し、これらの測定結果における所望の周波数領域における周波数(横軸)対S11パラメータ(縦軸)の対応関係を反射特性(設定値)として制御テーブル60に設定しておき、反射特性の測定モードで測定した反射特性における横軸のパラメータ(周波数)の変動に着目して粉体が目標の乾燥状態になったと判定する(水分含有量測定制御を行う)制御動作を例示している。
In the first embodiment, the reflection characteristics of the
しかしながら、本発明は、これに限らず、例えば、事前に測定した反射特性における縦軸のパラメータ(S11パラメータ)の変動に着目して、粉体が目標の乾燥状態になったと判定する構成としてもよい。この場合、設定制御部61により、目標とする水分含有量を有する乾燥状態の共振特性の縦軸を構成するS11パラメータの値を設定値として制御テーブル60に設定しておき、水分含有量測定制御部62が、共振特性測定センサー30により測定された処理容器11の共振特性における電力の値が上記設定値に一致したときに粉体が目標とする乾燥状態になったと判定する水分含有量測定制御動作を実行する構成とすればよい。この構成によれば、水分含有量測定制御の処理負荷軽減が期待でき、処理容器11内の誘電体電体の比誘電率(含有水分量)が微小な変化しかしないことが分かっているときなどに特に有用である。
However, the present invention is not limited to this, and for example, it may be configured to determine that the powder has reached the target dry state by paying attention to the fluctuation of the vertical axis parameter (S11 parameter) in the reflection characteristics measured in advance. good. In this case, the setting
上述したように、本実施形態に係る水分含有量測定装置1は、金属壁面を有し、中空で金属壁面に非金属製の窓部11eが設けられた処理容器11と、処理容器11内に粉体と気体が誘電体として一様に充填された状態で、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態のときの処理容器11の共振特性を設定する設定制御部61と、処理容器11内に充填された誘電体を加熱する加熱ヒータ12bと、マイクロ波又はミリ波帯の測定用の信号を窓部11eから処理容器11に送出し、該処理容器11内を通って窓部11eより放出される信号成分を受信して誘電体が充填されている処理容器11の共振特性を測定する共振特性測定センサー30と、誘電体の加熱中、測定用の信号の周波数をスライドさせつつ共振特性測定センサー30により測定した処理容器11の共振特性と、設定制御部61により設定された共振特性に基づいて、粉体が乾燥状態となったことを特定する水分含有量測定制御部62と、を有する構成である。
As described above, the water
この構成により、本実施形態に係る水分含有量測定装置1は、マイクロ波又はミリ波帯の信号(電磁波)を使用することで、窓部11eに粉体が付着した場合でも、その粉体に含まれる水分量に拘わらず信号の透過を良好に保ち、共振特性の測定を経て粉体の水分含有量を非破壊、非接触で精度よく測定することが可能となる。
With this configuration, the water
特に、本実施形態に係る水分含有量測定装置1は、共振特性測定センサー30が、測定用の信号の信号源121及び受信部122を有し、信号源121より送出される信号と、信号源121より窓部11eを通して処理容器11内に送出され、処理容器11内に充填されている誘電体により反射されて窓部11eを通して受信部122により受信される信号成分に基づいて処理容器11の反射特性を測定する構成であり、水分含有量測定制御部62が、共振特性測定センサー30により測定された反射特性が、粉体の目標とする水分含有量を有する乾燥状態に対応して設定制御部61により設定された反射特性に一致したときに、粉体が乾燥状態となったと判定する構成である。
In particular, in the water
この構成により、本実施形態に係る水分含有量測定装置1は、一つの共振特性測定センサー30を用いて反射特性による共振特性の測定、及び粉体の水分含有量の測定を実現でき、装置の低コスト化を図ることができる。
With this configuration, the water
また、本実施形態に係る水分含有量測定装置1において、設定制御部61は、目標とする水分含有量を有する乾燥状態の反射特性の縦軸を構成するS11パラメータの値を設定値として設定し、水分含有量測定制御部62は、共振特性測定センサー30により測定された処理容器11の反射特性におけるS11パラメータの値が、設定値に一致したときに粉体が乾燥状態になったと判定する構成である。
Further, in the water
この構成により、本実施形態に係る水分含有量測定装置1は、共振特性測定センサー30により測定された処理容器11の共振特性におけるS11パラメータの値から、粉体が目標とする乾燥状態になったことを特定することができ、処理負荷も軽減することができる。
With this configuration, the water
また、本実施形態に係る水分含有量測定方法は、金属壁面を有し、内部が中空で前記金属壁面に非金属製の窓部11eが設けられた処理容器11内に粉体を投入し、粉体と気体を誘電体として一様に充填させた状態で粉体の水分含有量を測定する水分含有量測定方法であって、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態となったときの処理容器11の共振特性を設定する設定ステップS1と、処理容器11内に充填された誘電体を加熱する加熱制御ステップS3と、加熱制御中、マイクロ波又はミリ波帯の測定用の信号を、周波数可変範囲内で周波数をスライドさせつつ窓部11eから処理容器11に送出し、該処理容器11内を通って窓部11eより放出される信号成分を受信して誘電体が充填されている処理容器11の共振特性を測定する共振特性測定ステップ(S4、S5)と、共振特性測定ステップで測定された処理容器11の共振特性と、設定ステップで設定された共振特性に基づいて、粉体が乾燥状態となったことを特性する水分含有量測定制御ステップ(S6、S7)と、粉体が前記乾燥状態となったことが特定されることにより、誘電体の加熱を停止する加熱停止制御ステップS8と、を含む構成である。
Further, in the method for measuring the water content according to the present embodiment, the powder is put into a
この構成により、本実施形態に係る水分含有量測定方法は、本方法を適用することで、窓部11eに粉体が付着した場合でも、粉体に含まれる水分量に拘わらずマイクロ波又はミリ波帯の信号(電磁波)を良好に透過させることができ、共振特性の測定を経て粉体の水分含有量を非破壊、非接触で精度よく測定することが可能となる。
With this configuration, the water content measuring method according to the present embodiment can be applied to the microwave or millimeter even when the powder adheres to the
(第2の実施形態)
本実施形態に係る水分含有量測定装置1Aは、第2の測定原理に基づいて粉体の水分含有量を測定するものであり、図9に示すように、造粒乾燥装置10A、共振特性測定センサー30A、30B、制御装置50Aを有して構成されている。水分含有量測定装置1Aにおいて、第1の実施形態に係る水分含有量測定装置1(図5参照)と同様の機能部には同一の符号を付している。
(Second Embodiment)
The water
水分含有量測定装置1Aは、それぞれ1ポートのVNAからなる2つの共振特性測定センサー30A、30Bを用いて、共振器とみなす処理容器11Aに充填された充填物の透過特性を測定するものであり、第1の実施形態に係る水分含有量測定装置1に係る反射特性の測定機能に代えて、透過特性の測定機能を備えた構成を有している。反射特性の測定機能に係る部分以外の構成は、第1の実施形態に係る水分含有量測定装置1と同等のものである。
The water
共振特性測定センサー30A、30Bとして採用される2つの1ポートVNAは、それぞれ、第2の測定原理の説明で挙げたVNA120a、120b(図4参照)と同等の構成を有するものであり、処理容器11Aの互いに反対側の周面外壁にそれぞれ設けられた窓部11e、11fを挟んで処理容器11A内の充填物との間で信号を送受信するようになっている。共振特性測定センサー30A、30Bは、それぞれ、本発明の第1の共振特性測定手段、第2の共振特性測定手段を構成し、処理容器11Aにおける窓部11e、11fは、本発明の第1の窓部、第2の窓部にそれぞれ相当する。図9においても、処理容器11Aの窓部11e、11fにそれぞれ対応して設けられる導波管、共振特性測定センサー30A、30Bに各々対応して設けられる起振部については図示を省略している。
The two 1-port VNAs used as the resonance
制御装置50Aは、第2の測定原理の説明で述べた制御PC130A(図4参照)に相当するものであり、例えば、図10に示す機能構成を有している。図10において、制御装置50Aは、制御部51A、操作部52、表示部53を有している。
The control device 50A corresponds to the
制御部51Aは、CPU51a、記憶部51b、外部インタフェース(I/F)部51c、USBポート51dを有する。CPU51aは、例えば、記憶部51bに記憶されているプログラムを実行することで設定制御部61A、水分含有量測定制御部62A、表示制御部63を実現する。
The
設定制御部61Aは、処理容器11A内に充填物として充填される粉体の水分含有量を測定するための制御データや測定条件の設定等、各種の設定処理を行うものである。例えば、設定制御部61Aは、処理容器11A内の充填物の全体の量、粉体と気体の混合比率などで決定される比誘電率に対応して、目標とする水分含有量を有する状態(乾燥状態)となったときの当該粉体の透過特性を設定する機能を有する。この透過特性についても、事前に測定しておき、測定を行う前に、例えば、記憶部51bに予め用意した制御テーブル60Aに制御データとして格納するようにしてもよい。
The setting
透過特性は、例えば、図3に示す反射特性において、縦軸がS11パラメータに代えて透過特性のパラメータを指すものとしてとらえることができる。このため、透過特性(制御データ)の具体例に関しては、事前に測定した透過特性に基づき、処理容器11Aの内部の充填物の比誘電率に応じて、周波数と透過特性のパラメータ(電力)との対応関係を示す透過特性データを設定するようにすればよい。
The transmission characteristic can be regarded as, for example, in the reflection characteristic shown in FIG. 3, the vertical axis indicates the parameter of the transmission characteristic instead of the S11 parameter. Therefore, regarding the specific example of the transmission characteristic (control data), the frequency and the transmission characteristic parameter (electric power) are set according to the relative permittivity of the filling material inside the
水分含有量測定制御部62Aは、処理容器11A内の粉体の含有水分量の測定(観測)に係る各部の制御を行うものである。具体的に水分含有量測定制御部62Aは、予め設定された周波数範囲内で周波数を一方向に変化させつつ共振特性測定センサー30Aから測定用の信号を発生させてそのポートから窓部11eを経て処理容器11A内の充填物に対して放射させる一方で、処理容器11A内の充填物を通過して窓部11fより放出される信号を共振特性測定センサー30Bで受信させながらリアルタイムに透過特性を測定し、その測定結果を保持するように制御する。この間、水分含有量測定制御部62Aは、送風器12aを駆動して熱風を送り、加熱ヒータ12bを加熱駆動する加熱駆動制御を行う。さらに水分含有量測定制御部62Aは、測定結果と予め設定した透過特性を比較し、両者が一致した場合、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態になったことを特定して加熱駆動制御を停止させるように制御する。
The water content
制御部51Aにおいて、USBポート51dは2ポート形成され、各ポートに対して、共振特性測定センサー30AのUSBケーブル5のUSBコネクタ、及び共振特性測定センサー30BのUSBケーブル5のUSBコネクタがそれぞれ接続される。
In the
制御装置50Aの前述した構成要素以外の構成は、第1の実施形態に係る水分含有量測定装置1における制御装置50の構成と同様である。
The configuration of the control device 50A other than the above-described components is the same as the configuration of the
次に、水分含有量測定装置1Aの水分含有量測定処理動作について図11に示すフローチャートを参照して説明する。図11において、第1の実施形態に係る水分含有量測定装置1の水分含有量測定処理動作(図8参照)と同様の処理ステップには同一の符号を付している。
Next, the water content measurement processing operation of the water
この水分含有量測定処理を開始するためには、まず、操作部52での所定の設定操作に基づいて、設定制御部61Aが、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態となったときの当該粉体の透過特性を、水分含有量測定のための制御データとして、制御テーブル60Aに格納する透過特性設定処理を行う(ステップS1A)。制御データとして設定する反射特性は、事前の測定されたものであり、例えば、処理容器11Aに充填される誘電体の比誘電率に対応して周波数と電力(透過特性のパラメータ)との対応関係を表したものである。
In order to start this water content measurement process, first, the setting
ステップS1Aでの透過特性の設定後、水分含有量測定制御部62Aは、操作部52での所定の測定開始操作に基づき、送風器12a、攪拌装置13を駆動制御し、処理容器11A内に投入されかつ水分量が調整された粉体と気体との混合、攪拌を実施して粉体及び気体を一様に充填する充填処理を行う(ステップS2)。
After setting the permeation characteristics in step S1A, the water content
ステップS2での充填処理の実行中、水分含有量測定制御部62Aは、加熱ヒータ12bを加熱駆動し、充填物を加熱する制御を実施する(ステップS3)。
During the execution of the filling process in step S2, the water content
ステップS3での加熱制御を実行しながら、水分含有量測定制御部62Aは、共振特性測定センサー30Aを駆動し、予め規定した周波数範囲内で発振周波数を順次変動設定しつつそのポートから測定用の信号を放射させる一方で、共振特性測定センサー30Aを駆動し、処理容器11A内を通ってそのポートに入力してくる信号を受信させ(ステップS4A)、当該送受信された信号に基づいて粉体の透過特性を測定する処理を実施する(ステップS5A)。
While executing the heating control in step S3, the water content
ここで共振特性測定センサー30A、30Bが図4に示すVNA120a、120bと同様の構成であるものとして説明すると、水分含有量測定制御部62Aは、共振特性測定センサー30Aの信号源121で発生させた信号を受信部122に送出するとともに、その信号をポート123a、起振部124a、導波管113a、窓部112aを通して処理容器11A内(充填物)に放射し、さらに処理容器11A内(充填物)を通過して窓部112bから送出された信号を導波管113b、起振部124b、ポート123bを経て共振特性測定センサー30Bの受信部122で受信させるように共振特性測定センサー30A、30Bを駆動制御する。
Here, assuming that the resonance
次いで、水分含有量測定制御部62Aは、共振特性測定センサー30Aの信号源121から送出されて受信部122に受信された信号と、信号源121から送出されて処理容器11A内の充填物を通過した後、共振特性測定センサー30Bの受信部122で受信された信号との比である透過特性を求め(ステップS5A)、さらに、求めた透過特性値(測定値)と、制御データとして設定されている透過特性(設定値)とが一致するか否かを判定する(ステップS6A)。
Next, the water content
ここで測定値が設定値と一致していないと判定された場合(ステップS6AでNO)、水分含有量測定制御部62Aは、発振周波数をさらに変動設定しながら(ステップS4A)、透過特性を測定する処理を実施する(ステップS5A)。
If it is determined that the measured value does not match the set value (NO in step S6A), the water content
この間、測定値が設定値と一致していると判定した場合(ステップS6AでYES)、水分含有量測定制御部62は、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態になったと判定し(ステップS7)、加熱ヒータ12bの駆動(加熱制御)を停止し(ステップS8)、一連の水分含有量測定処理を終了する。
During this period, if it is determined that the measured value matches the set value (YES in step S6A), the water content
なお、本実施形態においても、周波数(横軸)対Sパラメータ(縦軸)の対応関係を透過特性(設定値)として制御テーブル60Aに設定しておき、透過特性の測定モードで測定した透過特性における横軸のパラメータの変動に着目して粉体が目標の乾燥状態になったと判定することに限らず、事前に測定した透過特性における縦軸のパラメータ(電力値)の変動に着目して、粉体が目標の乾燥状態になったと判定する構成としてもよい。 Also in this embodiment, the correspondence between the frequency (horizontal axis) and the S parameter (vertical axis) is set in the control table 60A as the transmission characteristic (set value), and the transmission characteristic is measured in the transmission characteristic measurement mode. Not only determining that the powder has reached the target dry state by focusing on the fluctuation of the parameter on the horizontal axis in, but also focusing on the fluctuation of the parameter (power value) on the vertical axis in the permeation characteristics measured in advance. It may be configured to determine that the powder has reached the target dry state.
上述したように、本実施形態に係る水分含有量測定装置1Aは、金属壁面を有し、中空で金属壁面に非金属製の窓部11e、11fが設けられた処理容器11Aと、処理容器11A内に粉体と気体が誘電体として一様に充填された状態で、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態のときの処理容器11Aの共振特性を設定する設定制御部61Aと、処理容器11A内に充填された誘電体を加熱する加熱ヒータ12bと、マイクロ波又はミリ波帯の測定用の信号を窓部11eから処理容器11Aに送出し、該処理容器11A内を通って窓部11fより放出される信号成分を受信して誘電体が充填されている処理容器11Aの共振特性を測定する共振特性測定センサー30A、30Bと、誘電体の加熱中、測定用の信号の周波数をスライドさせつつ共振特性測定センサー30A、30Bにより測定した処理容器11Aの共振特性と、設定制御部61Aにより設定された共振特性に基づいて、粉体が乾燥状態となったことを特定する水分含有量測定制御部62Aと、を有する構成である。
As described above, the water
特に、本実施形態に係る水分含有量測定装置1Aは、処理容器11Aが、金属壁面の互いに対向する位置にそれぞれ窓部11e及び11fを有し、共振特性測定機能が、窓部11e及び11fにそれぞれ対応して設けられ、互いに測定用の信号の信号源121及び受信部122を有する共振特性測定センサー30A、及び30Bを有し、共振特性測定センサー30Aの信号源121より送出される信号と、共振特性測定センサー30Aの信号源121より窓部11eを通して処理容器11A内に送出され、処理容器11A内に充填されている誘電体を透過して窓部11fを通して共振特性測定センサー30Bの受信部122により受信される信号成分に基づいて処理容器11Aの透過特性を測定する構成であり、水分含有量測定制御部62Aは、共振特性測定センサー30A及び30Bにより測定された透過特性が、粉体の目標とする水分含有量を有する乾燥状態に対応して設定制御部61Aにより設定された透過特性に一致したときに、粉体が乾燥状態となったと判定する構成である。
In particular, in the water
この構成により、本実施形態に係る水分含有量測定装置1Aは、二つの共振特性測定センサー30A、30Bを用いて透過特性により共振特性を測定することができ、共振特性を測定するためのバリエーションを増やすことができる。
With this configuration, the water
また、本実施形態に係る水分含有量測定装置1Aは、設定制御部61Aが、目標とする水分含有量を有する乾燥状態の透過特性の縦軸を構成するSパラメータ(電力値)の値を設定値として設定し、水分含有量測定制御部62Aが、共振特性測定センサー30A、30Bにより測定された処理容器11Aの透過特性におけるSパラメータ(電力)の値が、設定値に一致したときに粉体が乾燥状態になったと判定する構成である。
Further, in the water
この構成により、本実施形態に係る水分含有量測定装置1Aは、共振特性測定センサー30A、30Bにより測定された処理容器11Aの透過特性におけるSパラメータ(電力)の値から、粉体が目標とする乾燥状態になったことを特定することができ、処理負荷も軽減することができる。
With this configuration, the water
以上のように、本発明に係る水分含有量測定装置、及び水分含有量測定方法は、粉体が乾燥用装置の窓に付着した場合も、粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態となったことを精度よく測定可能であるという効果を奏し、処理容器内で空気と一様に充填された状態で扱われる錠剤原料粉体等の粉体の水分含有量測定装置、及び水分含有量測定方法全般に有用である。 As described above, the water content measuring device and the water content measuring method according to the present invention are in a dry state in which the powder has a target water content even when the powder adheres to the window of the drying device. It has the effect of being able to accurately measure the fact that the product has become It is useful for all methods of measuring quantity.
1、 1A 水分含有量測定装置
10、10A 造粒乾燥装置
11、11A 処理容器
11e、11f 窓部
12b 加熱ヒータ(加熱手段)
30 共振特性測定センサー(共振特性測定手段)
30A 共振特性測定センサー(第1の共振特性測定手段)
30B 共振特性測定センサー(第2の共振特性測定手段)
50、50A 制御装置
61、61A 設定制御部(設定手段)
62、62A 水分含有量測定制御部(水分含有量測定制御手段)
110、110A 乾燥器
112、112a、112b 窓部
120、120a、120b ベクトルネットワークアナライザ(VNA)
121 信号源(送信部)
122 受信部
130、130A 制御PC
1, 1A Moisture
30 Resonance characteristic measurement sensor (resonance characteristic measurement means)
30A resonance characteristic measurement sensor (first resonance characteristic measurement means)
30B resonance characteristic measurement sensor (second resonance characteristic measurement means)
50,
62, 62A Moisture content measurement control unit (moisture content measurement control means)
110,
121 Signal source (transmitter)
Claims (5)
前記処理容器内に粉体と気体が誘電体として一様に充填された状態で、前記粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態のときの前記処理容器の共振特性を設定する設定手段(61、61A)と、
前記処理容器内に充填された前記誘電体を加熱する加熱手段(12b)と、
マイクロ波又はミリ波帯の測定用の信号を前記窓部から前記処理容器に送出し、該処理容器内を通って前記窓部より放出される信号成分を受信して前記誘電体が充填されている前記処理容器の共振特性を測定する共振特性測定手段(30、30A、30B)と、
前記誘電体の加熱中、前記測定用の信号の周波数をスライドさせつつ前記共振特性測定手段により測定した前記処理容器の共振特性と、前記設定手段により設定された共振特性に基づいて、前記粉体が前記乾燥状態となったことを特定する水分含有量測定制御手段(62、62A)と、
を有することを特徴とする水分含有量測定装置。 A processing container (11, 11A) having a metal wall surface and having a hollow metal wall surface provided with non-metal windows (11e, 11f).
Setting means for setting the resonance characteristics of the processing container when the powder and the gas are uniformly filled as a dielectric in the processing container and the powder is in a dry state having a target water content. (61, 61A) and
A heating means (12b) for heating the dielectric filled in the processing container, and
A signal for measuring a microwave or millimeter wave band is sent from the window portion to the processing container, and a signal component emitted from the window portion through the processing container is received and the dielectric is filled. Resonance characteristic measuring means (30, 30A, 30B) for measuring the resonance characteristic of the processing container
While heating the dielectric, the powder is based on the resonance characteristics of the processing container measured by the resonance characteristic measuring means and the resonance characteristics set by the setting means while sliding the frequency of the signal for measurement. With the water content measurement control means (62, 62A) for identifying that the dry state has been reached.
A water content measuring device characterized by having.
前記水分含有量測定制御手段は、前記共振特性測定手段により測定された前記反射特性が、前記粉体の目標とする水分含有量を有する乾燥状態に対応して前記設定手段により設定された反射特性に一致したときに、前記粉体が前記乾燥状態となったと判定することを特徴とする請求項1に記載の水分含有量測定装置。 The resonance characteristic measuring means has a signal transmitting unit (121) and a receiving unit (122) for the measurement, and the signal transmitted from the transmitting unit and the processing container from the transmitting unit through the window unit. It is configured to measure the reflection characteristics of the processing container based on the signal component sent out to the inside, reflected by the dielectric filled in the processing container, and received by the receiving unit through the window portion.
In the water content measuring control means, the reflection characteristic measured by the resonance characteristic measuring means is set by the setting means in accordance with the dry state having the target water content of the powder. The water content measuring apparatus according to claim 1, wherein it is determined that the powder is in the dry state when the above conditions are met.
前記共振特性測定手段は、前記第1窓部及び前記第2窓部にそれぞれ対応して設けられ、互いに前記測定用の信号の送信部及び受信部を有する第1の共振特性測定手段(30A)、及び第2の共振特性測定手段(30B)を有し、前記第1の共振特性測定手段の前記送信部より送出される前記信号と、前記第1の共振特性測定手段の前記送信部より前記第1の窓部を通して前記処理容器内に送出され、前記処理容器内に充填されている前記誘電体を透過して前記第2の窓部を通して第2の共振特性測定手段の前記受信部により受信される信号成分に基づいて前記処理容器の透過特性を測定する構成であり、
前記水分含有量測定制御手段は、第1の共振特性測定手段及び前記第2の共振特性測定手段により測定された前記透過特性が、前記粉体の目標とする水分含有量を有する乾燥状態に対応して前記設定手段により設定された透過特性に一致したときに、前記粉体が前記乾燥状態となったと判定することを特徴とする請求項1に記載の水分含有量測定装置。 The processing container has a first window portion (11e) and a second window portion (11f) at positions facing each other on the metal wall surface, respectively.
The first resonance characteristic measuring means (30A), which is provided corresponding to the first window portion and the second window portion, and has a transmitting unit and a receiving unit of signals for measurement, respectively. The signal transmitted from the transmitting unit of the first resonance characteristic measuring means and the transmitting unit of the first resonance characteristic measuring means having the second resonance characteristic measuring means (30B). It is delivered into the processing container through the first window portion, passes through the dielectric material filled in the processing container, and is received by the receiving unit of the second resonance characteristic measuring means through the second window portion. It is configured to measure the transmission characteristics of the processing container based on the signal component to be measured.
The water content measuring control means corresponds to a dry state in which the permeation characteristics measured by the first resonance characteristic measuring means and the second resonance characteristic measuring means have the target water content of the powder. The water content measuring device according to claim 1, wherein the powder is determined to be in the dry state when the permeation characteristics set by the setting means are matched.
前記水分含有量測定制御手段は、前記共振特性測定手段により測定された前記処理容器の共振特性におけるSパラメータの値が、前記設定値に一致したときに前記粉体が前記乾燥状態になったと判定することを特徴とする請求項1に記載の水分含有量測定装置。 The setting means sets the value of the S parameter constituting the vertical axis of the resonance characteristic in the dry state having the target water content as the set value.
The water content measuring control means determines that the powder is in the dry state when the value of the S parameter in the resonance characteristic of the processing container measured by the resonance characteristic measuring means matches the set value. The water content measuring device according to claim 1, wherein the water content measuring device is characterized by the above.
前記粉体が目標とする水分含有量を有する乾燥状態となったときの前記処理容器の共振特性を設定する設定ステップ(S1、S1A)と、
前記処理容器内に充填された前記誘電体を加熱する加熱制御ステップ(S3)と、
前記加熱制御中、マイクロ波又はミリ波帯の測定用の信号を、周波数可変範囲内で周波数をスライドさせつつ前記窓部から前記処理容器に送出し、該処理容器内を通って前記窓部より放出される信号成分を受信して前記誘電体が充填されている前記処理容器の共振特性を測定する共振特性測定ステップ(S4、S5、S4A、S5A)と、
前記共振特性測定ステップで測定された前記処理容器の共振特性と、前記設定ステップで設定された共振特性に基づいて、前記粉体が前記乾燥状態となったことを特性する水分含有量測定制御ステップ(S6、S6A、S7)と、
前記粉体が前記乾燥状態となったことが特定されることにより、前記誘電体の加熱を停止する加熱停止制御ステップ(S8)と、
を含むことを特徴とする水分含有量測定方法。 The powder is put into a processing container (11, 11A) having a metal wall surface, the inside is hollow, and a non-metal window portion (11e, 11f) is provided on the metal wall surface, and the powder and gas are mixed. It is a water content measuring method for measuring the water content of the powder in a state of being uniformly filled as a dielectric.
Setting steps (S1, S1A) for setting the resonance characteristics of the processing container when the powder is in a dry state having a target water content, and
A heating control step (S3) for heating the dielectric filled in the processing container, and
During the heating control, a signal for measuring a microwave or millimeter wave band is sent from the window to the processing container while sliding the frequency within the variable frequency range, and passes through the processing container from the window. Resonance characteristic measurement steps (S4, S5, S4A, S5A) for receiving the emitted signal component and measuring the resonance characteristics of the processing container filled with the dielectric.
A water content measurement control step characterized by the fact that the powder is in the dry state based on the resonance characteristics of the processing container measured in the resonance characteristic measurement step and the resonance characteristics set in the setting step. (S6, S6A, S7) and
A heating stop control step (S8) for stopping the heating of the dielectric material when the powder is specified to be in the dried state,
A method for measuring a water content, which comprises.
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