JP3327393B2 - 低圧力損失の空気流系を有する粒子センサー - Google Patents
低圧力損失の空気流系を有する粒子センサーInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に空気品質に
関し、さらに詳しくは空気により運ばれる微粒子検定用
機器に関する。
関し、さらに詳しくは空気により運ばれる微粒子検定用
機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】粒子計数器およびセンサーは、流体流、
例えば空気流中に混入した粒子により散乱された光を検
出するために使用される。このような計数器およびセン
サーは、例えば部屋から空気（混入粒子と共に）を抜き
取り、このような空気を管に沿ってかつ照射されたセン
サー「視界容積（view volume）」を通して流し、この
ような粒子の数とサイズに関する情報を得る。このよう
な情報は、粒子が視界容積を通し動くとき、粒子により
反射「散乱」された光のごく小量の分析により得られ
る。
例えば空気流中に混入した粒子により散乱された光を検
出するために使用される。このような計数器およびセン
サーは、例えば部屋から空気（混入粒子と共に）を抜き
取り、このような空気を管に沿ってかつ照射されたセン
サー「視界容積（view volume）」を通して流し、この
ような粒子の数とサイズに関する情報を得る。このよう
な情報は、粒子が視界容積を通し動くとき、粒子により
反射「散乱」された光のごく小量の分析により得られ
る。
【０００３】ある種の型のセンサーは、上記の空気が封
入された透明管に沿って流し、他の型のセンサーは、一
つの管から開いた空間を横切って他の管へ特定の流量
（しばしば、立方フィート／分で測定される）で、空気
およびそれに伴う粒子を「見積（project）」する。後
者の型のセンサーでは、光の散乱と収集を減じる管壁は
存在しない（しかし、透明な上記壁は存在できる）。言
い換えると、粒子が開いた空間を通し「飛ぶ」とき、粒
子はごく小さい直径の光ビームにより短時間に照射され
る。
入された透明管に沿って流し、他の型のセンサーは、一
つの管から開いた空間を横切って他の管へ特定の流量
（しばしば、立方フィート／分で測定される）で、空気
およびそれに伴う粒子を「見積（project）」する。後
者の型のセンサーでは、光の散乱と収集を減じる管壁は
存在しない（しかし、透明な上記壁は存在できる）。言
い換えると、粒子が開いた空間を通し「飛ぶ」とき、粒
子はごく小さい直径の光ビームにより短時間に照射され
る。
【０００４】他の使用としては、粒子センサーを組み込
んだ粒子計数器は、ある特定容積の空気、例えば１立方
メートルの空気中に存在する粒子の数とサイズに関する
情報を与えることによって、空気品質の尺度を得るため
に使用される。ヒトの観察ではきれいに見える作業環境
でさえ−事務所、製造設備など−微視的には空気に運ば
れるかなりの数の粒子を有しがちである。上記粒子は居
住者にとってはふつう迷惑ではないが、ある種の型の製
造操作においては実質的問題を造り出すことができる。
んだ粒子計数器は、ある特定容積の空気、例えば１立方
メートルの空気中に存在する粒子の数とサイズに関する
情報を与えることによって、空気品質の尺度を得るため
に使用される。ヒトの観察ではきれいに見える作業環境
でさえ−事務所、製造設備など−微視的には空気に運ば
れるかなりの数の粒子を有しがちである。上記粒子は居
住者にとってはふつう迷惑ではないが、ある種の型の製
造操作においては実質的問題を造り出すことができる。
【０００５】例えば、半導体および集積チップは、空気
が非常によく濾過された「クリーンルーム」として知ら
れたところで製造される。事実、周囲環境から粒子を含
む空気がしみ込まないように、クリーンルームは極度に
清浄な空気を使用してふつうごくわずかに加圧される。
そして、半導体および集積チップ製造工業における傾向
は、ますます一層小さな製品の方向に進んでいる。
が非常によく濾過された「クリーンルーム」として知ら
れたところで製造される。事実、周囲環境から粒子を含
む空気がしみ込まないように、クリーンルームは極度に
清浄な空気を使用してふつうごくわずかに加圧される。
そして、半導体および集積チップ製造工業における傾向
は、ますます一層小さな製品の方向に進んでいる。
【０００６】製造中の上記製品に移行する小さな異物粒
子は、製品を買い手に輸送する前でさえも、早期の破損
または完全な製品の排除を招き得る。この続く「ミニチ
ュア化」は、空気により運ばれる粒子の数とサイズを従
来許容されていた水準以下に減らすことを確保するため
に、クリーンルーム環境（および関連する測定機器）に
おける対応する改良を要求する。既知の粒子計数器およ
びセンサーは、一般にはその意図する目的に対し受け入
れられてきたが、ある種の欠点が存在する。
子は、製品を買い手に輸送する前でさえも、早期の破損
または完全な製品の排除を招き得る。この続く「ミニチ
ュア化」は、空気により運ばれる粒子の数とサイズを従
来許容されていた水準以下に減らすことを確保するため
に、クリーンルーム環境（および関連する測定機器）に
おける対応する改良を要求する。既知の粒子計数器およ
びセンサーは、一般にはその意図する目的に対し受け入
れられてきたが、ある種の欠点が存在する。
【０００７】既知の粒子センサーの欠点は、空気および
混入粒子が流れる、通常、環状の空気通路を含むことで
ある。特に、上記通路はごく小さい断面積を有する。そ
の結果、通路の両端間の圧力差（ときに通路を横切る
「圧力損失」と呼ばれる）は著しく高い。約１立方フィ
ート／分（ＣＦＭ）の流量で、水２５〜７０インチ範囲
の圧力損失に遭遇することは、異常ではない。粒子セン
サーの分野では、その空気流量で水２５〜７０インチの
圧力損失が一般的である。（注釈的には、水のインチで
圧力を測定するのが普通である。目盛りのついたガラス
管に含まれそれを通し見られる水銀カラムを含む古い型
の血圧測定装置に、類似のものが見出される。血圧は
「水銀ミリメートル」で測定され、そのような古い型の
装置では、血圧はカラムの高さに等しかった。血圧は水
銀ミリメートルで測定されるが、異なる型のゲージを測
定に使用できる。）
混入粒子が流れる、通常、環状の空気通路を含むことで
ある。特に、上記通路はごく小さい断面積を有する。そ
の結果、通路の両端間の圧力差（ときに通路を横切る
「圧力損失」と呼ばれる）は著しく高い。約１立方フィ
ート／分（ＣＦＭ）の流量で、水２５〜７０インチ範囲
の圧力損失に遭遇することは、異常ではない。粒子セン
サーの分野では、その空気流量で水２５〜７０インチの
圧力損失が一般的である。（注釈的には、水のインチで
圧力を測定するのが普通である。目盛りのついたガラス
管に含まれそれを通し見られる水銀カラムを含む古い型
の血圧測定装置に、類似のものが見出される。血圧は
「水銀ミリメートル」で測定され、そのような古い型の
装置では、血圧はカラムの高さに等しかった。血圧は水
銀ミリメートルで測定されるが、異なる型のゲージを測
定に使用できる。）
【０００８】ごく小さい面積の空気流路に沿った一般的
圧力損失のために、既知のセンサーは、上記圧力損失を
克服するための十分な真空をつくり出すために、通常、
隔膜または羽根型のモーター駆動の容積式真空ポンプを
必要とする。必要な電気駆動電動機および真空ポンプ
は、比較的過重になりがちである。また、電動機はアウ
トレット源の電力を必要とし、蓄電池圧力は、比較的多
量の電力を消費するため実用的ではない。また、そのよ
うなセンサーは、電気コードとプラグを必要とするか
ら、地点から地点へ、特に遠隔地点で、容易に動かせな
い。
圧力損失のために、既知のセンサーは、上記圧力損失を
克服するための十分な真空をつくり出すために、通常、
隔膜または羽根型のモーター駆動の容積式真空ポンプを
必要とする。必要な電気駆動電動機および真空ポンプ
は、比較的過重になりがちである。また、電動機はアウ
トレット源の電力を必要とし、蓄電池圧力は、比較的多
量の電力を消費するため実用的ではない。また、そのよ
うなセンサーは、電気コードとプラグを必要とするか
ら、地点から地点へ、特に遠隔地点で、容易に動かせな
い。
【０００９】空気流路に沿う圧力損失は、通路断面積を
増すことにより減少できるが、そのような解決法に対し
影響を与える別の設計上の束縛がある。粒子の検知と計
測における精度を確実にするためには、通路に沿って流
れる全ての（または実質上全ての）空気に混入した粒子
が光ビームを通過する必要がある。通常、粒子の「飛行
通路」は上記ビームに対し直角である。しかし、光ビー
ムは。好ましくは鋭く焦点を合わせられ、その直径はご
く小さく、例えば約０．１インチ未満である。従って、
空気流路の直径は、光ビームの直径よりかなり大きくな
ることはできず、また、大部分のまたは全ての粒子が光
ビームを通過し検出されることが保証される必要があ
る。
増すことにより減少できるが、そのような解決法に対し
影響を与える別の設計上の束縛がある。粒子の検知と計
測における精度を確実にするためには、通路に沿って流
れる全ての（または実質上全ての）空気に混入した粒子
が光ビームを通過する必要がある。通常、粒子の「飛行
通路」は上記ビームに対し直角である。しかし、光ビー
ムは。好ましくは鋭く焦点を合わせられ、その直径はご
く小さく、例えば約０．１インチ未満である。従って、
空気流路の直径は、光ビームの直径よりかなり大きくな
ることはできず、また、大部分のまたは全ての粒子が光
ビームを通過し検出されることが保証される必要があ
る。
【００１０】本発明は、独特の機転の利く方法におい
て、これらの外見上扱いにくい困難性と矛盾する設計パ
ラメータとを取り組む。
て、これらの外見上扱いにくい困難性と矛盾する設計パ
ラメータとを取り組む。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の問題と欠点を克服する改良された粒子センサーを
提供することである。
技術の問題と欠点を克服する改良された粒子センサーを
提供することである。
【００１２】本発明の他の一つの目的は、空気流路が約
１ＣＦＭの流量で非常に低い圧力損失を示す改良された
粒子センサーを提供することである。
１ＣＦＭの流量で非常に低い圧力損失を示す改良された
粒子センサーを提供することである。
【００１３】本発明の他の一つの目的は、実質上全ての
粒子が光ビームに向けられる改良された粒子センサーを
提供することである。
粒子が光ビームに向けられる改良された粒子センサーを
提供することである。
【００１４】本発明のなお他の一つの目的は、匹敵する
従来のセンサーよりも重量が軽い改良された粒子センサ
ーを提供することである。
従来のセンサーよりも重量が軽い改良された粒子センサ
ーを提供することである。
【００１５】本発明のさらに他の一つの目的は、遠隔地
点に対してさえも、蓄電池で作動され、著しく運搬可能
な改良された粒子センサーを提供することである。これ
らのおよび他の目的がどうして遂行されるかは、次の説
明と図面から一層明らかとなる。
点に対してさえも、蓄電池で作動され、著しく運搬可能
な改良された粒子センサーを提供することである。これ
らのおよび他の目的がどうして遂行されるかは、次の説
明と図面から一層明らかとなる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ビーム長軸を
有する光ビーム、および（ａ）入口端と（ｂ）粒子出口
を有する空気流管を有する型の粒子センサーにおける改
良である。この改良においては、該入口端における該流
路の断面積は、全く大きく、該出口の断面積よりも大き
い。また、該出口は、ビーム長軸に対し実質上平行な方
向に細長くなっており、好ましくは「競馬場（race-tra
ck）」形であり、一般に互いに平行な第１および第２の
側へりを有する。
有する光ビーム、および（ａ）入口端と（ｂ）粒子出口
を有する空気流管を有する型の粒子センサーにおける改
良である。この改良においては、該入口端における該流
路の断面積は、全く大きく、該出口の断面積よりも大き
い。また、該出口は、ビーム長軸に対し実質上平行な方
向に細長くなっており、好ましくは「競馬場（race-tra
ck）」形であり、一般に互いに平行な第１および第２の
側へりを有する。
【００１７】流路（比較的大きな面積）は、管に沿った
圧力損失を劇的に減らす。また、長く比較的狭い出口
（光ビームの幅にほぼ等しい幅）は、該口を通し流れる
粒子がビームを通過することを確実に助ける。
圧力損失を劇的に減らす。また、長く比較的狭い出口
（光ビームの幅にほぼ等しい幅）は、該口を通し流れる
粒子がビームを通過することを確実に助ける。
【００１８】さらに詳しくは、空気流管は入口部分とノ
ズル部分を有する。後者は、最小の断面積、すなわち入
口部分の長さに沿ったどの断面よりも小さい面積を有す
る第１入口断面を有する。さらに、ノズル部分は最大断
面積、すなわちノズル部分に沿ったどの断面よりも大き
い面積を有する第１ノズル断面を有する。
ズル部分を有する。後者は、最小の断面積、すなわち入
口部分の長さに沿ったどの断面よりも小さい面積を有す
る第１入口断面を有する。さらに、ノズル部分は最大断
面積、すなわちノズル部分に沿ったどの断面よりも大き
い面積を有する第１ノズル断面を有する。
【００１９】高度に好ましい実施態様においては、第１
入口断面の断面積は、第１ノズル断面の断面積に小さく
ない。さらに、入口部分は、第１入口断面の断面積より
大きい断面積を有する増大した第２入口断面を有する。
第１入口断面および第１ノズル断面は、実質上同じ形
状、例えば円形を有する。
入口断面の断面積は、第１ノズル断面の断面積に小さく
ない。さらに、入口部分は、第１入口断面の断面積より
大きい断面積を有する増大した第２入口断面を有する。
第１入口断面および第１ノズル断面は、実質上同じ形
状、例えば円形を有する。
【００２０】本発明の別の面においては、センサーの空
気流管は、流れ軸に沿って伸びており、センサーは従来
の容積式真空ポンプではなくて、空気送風機（好ましく
は遠心送風機）を有する。送風機は、実質上円形で流れ
軸と同軸の位置合わせである入口開口を有する。事実、
この新規センサーは、入口部分から送風機への粒子流が
直線になるように、流れ軸に沿って「重ねられた」幾つ
かの成分部品を有する。
気流管は、流れ軸に沿って伸びており、センサーは従来
の容積式真空ポンプではなくて、空気送風機（好ましく
は遠心送風機）を有する。送風機は、実質上円形で流れ
軸と同軸の位置合わせである入口開口を有する。事実、
この新規センサーは、入口部分から送風機への粒子流が
直線になるように、流れ軸に沿って「重ねられた」幾つ
かの成分部品を有する。
【００２１】別の面においては、新規センサーは、小さ
な遠心送風機を独特に使用する。このような送風機は、
粒子センサー以外の用途に使用され、「真空を引く」と
いうその能力よりむしろ、その出力流のために使用され
る。本発明においては、関心のあるのは、流れを生じる
排気口ではなくて、送風機の空気入口である。
な遠心送風機を独特に使用する。このような送風機は、
粒子センサー以外の用途に使用され、「真空を引く」と
いうその能力よりむしろ、その出力流のために使用され
る。本発明においては、関心のあるのは、流れを生じる
排気口ではなくて、送風機の空気入口である。
【００２２】さらに詳しくは、送風機は空気入口と排気
口を有し、空気入口付近の圧力は、排気口における圧力
より低い。空気入口は、出口と流連絡関係にあり、それ
により送風機は空気流管の入口端と出口との間に圧力差
を与える。
口を有し、空気入口付近の圧力は、排気口における圧力
より低い。空気入口は、出口と流連絡関係にあり、それ
により送風機は空気流管の入口端と出口との間に圧力差
を与える。
【００２３】事実、送風機（好ましくは遠心送風機）を
通過する実質上全ての空気は、空気流管からまずそれを
通して流される。こうして、センサーは、送風機が発生
する汚染物により事実上影響を受けない。
通過する実質上全ての空気は、空気流管からまずそれを
通して流される。こうして、センサーは、送風機が発生
する汚染物により事実上影響を受けない。
【００２４】センサーは、検知空洞および壁により検知
空洞から隔離された送風機空洞を有する。壁はそれを通
る穴を有し、送風機は開口を有する環状板に固定され
る。上記穴と開口も、流れ軸と位置合わせされている。
空洞から隔離された送風機空洞を有する。壁はそれを通
る穴を有し、送風機は開口を有する環状板に固定され
る。上記穴と開口も、流れ軸と位置合わせされている。
【００２５】本発明のなお他の面においては、空気送風
機は蓄電池で作動される。蓄電池作動の空気送風機自体
は既知であるが、粒子センサーの分野の初期の設計者
は、ごく低い電力の送風機を使用できなお著しく良好な
空気流量を与える、空気流路の長さに沿って十分に低い
圧力損失を有する空気流路をいかに構成するかを決して
理解していなかった。好ましい送風機は、空気流量を選
択するために、速度調節可能な型のものである。速度の
調節は、流量計と接続した閉じたループ制御を含むこと
ができる。本発明の他の詳細は、次の詳細な説明と図面
において記載される。
機は蓄電池で作動される。蓄電池作動の空気送風機自体
は既知であるが、粒子センサーの分野の初期の設計者
は、ごく低い電力の送風機を使用できなお著しく良好な
空気流量を与える、空気流路の長さに沿って十分に低い
圧力損失を有する空気流路をいかに構成するかを決して
理解していなかった。好ましい送風機は、空気流量を選
択するために、速度調節可能な型のものである。速度の
調節は、流量計と接続した閉じたループ制御を含むこと
ができる。本発明の他の詳細は、次の詳細な説明と図面
において記載される。
【００２６】
【発明の実施の形態】まず、図１〜５を参照すると、改
良されたセンサー１０は、センサーブロック１３および
光散乱検知空洞１５を有する検知部分１１を含んでい
る。該空洞１５は、反射鏡１７、例えば楕円形鏡、およ
び粒子２３により散乱されおよび鏡１７により反射され
た散乱光２４を受けるために配置された検出器１９を有
している。図６〜１１を参照すると、空気流管２５は、
ブロック１３に配置され、流れ軸２７に沿って伸びてお
り、ホース３１の長さの一端に取り付けするためにわず
かに先細りの入口２９を含んでいる。プローブ（図示し
ていない）はホース３１の他端に取り付けており、混入
粒子を有する空気はホース３１および該流管２５を通っ
て流れ、出口３３で放出される。
良されたセンサー１０は、センサーブロック１３および
光散乱検知空洞１５を有する検知部分１１を含んでい
る。該空洞１５は、反射鏡１７、例えば楕円形鏡、およ
び粒子２３により散乱されおよび鏡１７により反射され
た散乱光２４を受けるために配置された検出器１９を有
している。図６〜１１を参照すると、空気流管２５は、
ブロック１３に配置され、流れ軸２７に沿って伸びてお
り、ホース３１の長さの一端に取り付けするためにわず
かに先細りの入口２９を含んでいる。プローブ（図示し
ていない）はホース３１の他端に取り付けており、混入
粒子を有する空気はホース３１および該流管２５を通っ
て流れ、出口３３で放出される。
【００２７】検知部分１１は、また、ビーム軸３７に沿
って光のごく細い実質上円筒形ビーム２１を与えるレー
ザーダイオード組立品３５を含んでいる。鏡軸３９、ビ
ーム長軸３７および流れ軸２７は好ましくは直交してお
り、すなわちそれらは相互に直角である
って光のごく細い実質上円筒形ビーム２１を与えるレー
ザーダイオード組立品３５を含んでいる。鏡軸３９、ビ
ーム長軸３７および流れ軸２７は好ましくは直交してお
り、すなわちそれらは相互に直角である
【００２８】図２および３から最もよくわかるように、
センサー１０は、また、送風機空洞４３を含む送風機部
分４１を有するハウジング２２を有し、その中には取り
付けした電気駆動電動機４７を有する空気送風機４５が
配置されている。上記電動機はＡＣまたはＤＣであるこ
とができるが、一層容易な蓄電池作動携帯性のためには
後者がよい。蓄電池電力は、リード４９を通し電動機４
７に供給される。印刷回路板５１は、流れセンサー５３
を使用し選ばれたセット点で速度制御のため、閉じたル
ープフィードバック制御を与える。速度制御は、パルス
幅変調による。
センサー１０は、また、送風機空洞４３を含む送風機部
分４１を有するハウジング２２を有し、その中には取り
付けした電気駆動電動機４７を有する空気送風機４５が
配置されている。上記電動機はＡＣまたはＤＣであるこ
とができるが、一層容易な蓄電池作動携帯性のためには
後者がよい。蓄電池電力は、リード４９を通し電動機４
７に供給される。印刷回路板５１は、流れセンサー５３
を使用し選ばれたセット点で速度制御のため、閉じたル
ープフィードバック制御を与える。速度制御は、パルス
幅変調による。
【００２９】該空洞４３の底部カバー５５は、センサー
１０を通って流れる全空気が通過しなければならない排
気フィルター５７を有している。フィルター５７は、送
風機４５自体から徐々に失われるおよび／または空気流
管２５を通し引き込まれる微粒子による環境（「クリー
ンルーム」であることのできる）の汚染を避けるのを助
ける。
１０を通って流れる全空気が通過しなければならない排
気フィルター５７を有している。フィルター５７は、送
風機４５自体から徐々に失われるおよび／または空気流
管２５を通し引き込まれる微粒子による環境（「クリー
ンルーム」であることのできる）の汚染を避けるのを助
ける。
【００３０】好ましい空気流管２５の特定の詳細を説明
する前に、あらましの解説が助けとなろう。一般に、空
気流管２５は、その入口端２９で比較的大きい断面積５
８を有する。図１１で左から右へ眺めると、上記断面積
５８は、該管２５の第１のセグメント５９に沿って実質
上一定で留まり、ついで第２セグメント６１で徐々に減
少する。その最小の断面積は、出口３３においてであ
る。次の一層詳細な説明は、その一般形態に基づくもの
である。
する前に、あらましの解説が助けとなろう。一般に、空
気流管２５は、その入口端２９で比較的大きい断面積５
８を有する。図１１で左から右へ眺めると、上記断面積
５８は、該管２５の第１のセグメント５９に沿って実質
上一定で留まり、ついで第２セグメント６１で徐々に減
少する。その最小の断面積は、出口３３においてであ
る。次の一層詳細な説明は、その一般形態に基づくもの
である。
【００３１】特に図６〜１１を参照すると、空気流管２
５は、入口部分６３（一般に断面がＴ形である）とノズ
ル部分６５を含んでおり、ノズル部分の上流端６７は該
部分６３の下流端７１内に形成されたポケット６９にき
ちんとはめ込まれる。特に、上流端６７は環状肩７３に
接しており、肩の内部へり７５は上流端６７の内面７７
により規定される面積７６と実質上同じ大きさと形状を
有する面積７６を規定している。好ましくは、これらの
面積７６は円形で実質上同一の直径を有する。
５は、入口部分６３（一般に断面がＴ形である）とノズ
ル部分６５を含んでおり、ノズル部分の上流端６７は該
部分６３の下流端７１内に形成されたポケット６９にき
ちんとはめ込まれる。特に、上流端６７は環状肩７３に
接しており、肩の内部へり７５は上流端６７の内面７７
により規定される面積７６と実質上同じ大きさと形状を
有する面積７６を規定している。好ましくは、これらの
面積７６は円形で実質上同一の直径を有する。
【００３２】入口部分６３における通路７９の面積は、
図１１に見られるように、肩７３から左方向に徐々に増
加している。通路７９は、入口端２９とセグメント６１
の間の位置８１で最大面積をとる。高度に好ましい配置
では、セグメント６１は切頭円錐に似ている。
図１１に見られるように、肩７３から左方向に徐々に増
加している。通路７９は、入口端２９とセグメント６１
の間の位置８１で最大面積をとる。高度に好ましい配置
では、セグメント６１は切頭円錐に似ている。
【００３３】好ましい空気流管２５のある種の特徴を、
少しの「断面」を使用して説明しよう。すなわち管２５
の様相として断面図のようなプロフィールが、切断する
ときの交差する面により表れる。さて、図１１〜１４を
参照すると、入口部分６３は、最小断面積７６の第１入
口断面８３を有する。すなわち、入口断面８３の断面積
７６は、入口部分６３の長さに沿った他のどの断面にお
ける比較される面積より小さい。そして、入口部分６３
は、第１の入口断面８３の断面積より大きい断面積５８
を有する第２入口断面８５を有する。この関係は、図１
２と１３を比較すると明らかである。
少しの「断面」を使用して説明しよう。すなわち管２５
の様相として断面図のようなプロフィールが、切断する
ときの交差する面により表れる。さて、図１１〜１４を
参照すると、入口部分６３は、最小断面積７６の第１入
口断面８３を有する。すなわち、入口断面８３の断面積
７６は、入口部分６３の長さに沿った他のどの断面にお
ける比較される面積より小さい。そして、入口部分６３
は、第１の入口断面８３の断面積より大きい断面積５８
を有する第２入口断面８５を有する。この関係は、図１
２と１３を比較すると明らかである。
【００３４】ノズル部分６５は、最大断面積の第１ノズ
ル断面８７を有する。断面８７の面積は、ノズル部分６
５の長さに沿った他のどの断面の比較される面積と同じ
かまたはそれより大きい。そして、図１３と１４を目で
比較すると、第１入口断面８３の断面積は、第１ノズル
断面８７の断面積に小さくない（好ましくはほぼ等し
い）ことが示されている。
ル断面８７を有する。断面８７の面積は、ノズル部分６
５の長さに沿った他のどの断面の比較される面積と同じ
かまたはそれより大きい。そして、図１３と１４を目で
比較すると、第１入口断面８３の断面積は、第１ノズル
断面８７の断面積に小さくない（好ましくはほぼ等し
い）ことが示されている。
【００３５】一つの高度に好ましい実施態様において
は、空気流管２５の内部通路７９は、その大部分の長さ
に沿って、すなわちノズル部分６５のその部分まで、断
面が円形であり、その部分でノズル部分６５は狭くなり
扇形に開いて出口３３を規定する。図９から最もよくわ
かるように、好ましい出口３３は、面積６２を有し、互
いに一般に平行である夫々第１および第２の側へり８９
ａおよび８９ｂを有する。出口３３は、丸い末端へり９
１を有し、得られる口の形状は競馬場の形状に似てい
る。
は、空気流管２５の内部通路７９は、その大部分の長さ
に沿って、すなわちノズル部分６５のその部分まで、断
面が円形であり、その部分でノズル部分６５は狭くなり
扇形に開いて出口３３を規定する。図９から最もよくわ
かるように、好ましい出口３３は、面積６２を有し、互
いに一般に平行である夫々第１および第２の側へり８９
ａおよび８９ｂを有する。出口３３は、丸い末端へり９
１を有し、得られる口の形状は競馬場の形状に似てい
る。
【００３６】図９に示した出口３３が好ましいが、他の
可能性もある。例えば、図１５は卵形口３３を示し、図
１６は幾分蝶結び形口３３を示す。しかし、どの口３３
の最大幅「Ｗ」は、光２１のビームの直径にほぼ等しい
か、またはそれより少なくともかなり大きくないことが
好ましい。上記幅関係の維持は、出口から流れでる空気
に取り込まれた粒子２３の全てまたは実質上全てが、光
２１のビームを通過することを確実に助ける。他方、細
長い出口３３は、光２１のビームの直径にほぼ等しい直
径を有する円形出口に比較して、減少した圧力損失を確
実に助ける。
可能性もある。例えば、図１５は卵形口３３を示し、図
１６は幾分蝶結び形口３３を示す。しかし、どの口３３
の最大幅「Ｗ」は、光２１のビームの直径にほぼ等しい
か、またはそれより少なくともかなり大きくないことが
好ましい。上記幅関係の維持は、出口から流れでる空気
に取り込まれた粒子２３の全てまたは実質上全てが、光
２１のビームを通過することを確実に助ける。他方、細
長い出口３３は、光２１のビームの直径にほぼ等しい直
径を有する円形出口に比較して、減少した圧力損失を確
実に助ける。
【００３７】また、好ましい実施態様を特徴付ける他の
関係も存在する。図５と９を参照すると、出口３３は、
一般に互いに垂直な長軸９３と短軸９５を有する。長軸
９３がビーム長軸３７に一般的に平行で、わずかに間隔
をおかれるように、出口３３は配向している。別の方法
を考えると、出口３３はビーム長軸３７に実質上平行な
方向に細長くなっている。
関係も存在する。図５と９を参照すると、出口３３は、
一般に互いに垂直な長軸９３と短軸９５を有する。長軸
９３がビーム長軸３７に一般的に平行で、わずかに間隔
をおかれるように、出口３３は配向している。別の方法
を考えると、出口３３はビーム長軸３７に実質上平行な
方向に細長くなっている。
【００３８】再び、図１、２および３を参照すると、空
洞１５および４３は、壁穴９９を有する壁９７により分
離されている。送風機４５は開口１０２を有する環状板
１０１に配置され、送風機４５自体は、側面空気入口１
０３を有し、排気口１０５を通して排出するために、こ
の入口を通して送風機４５は空気を引く。好ましい配置
では、壁穴９９、板開口１０２および空気入口１０３
は、流れ軸２７と位置合わせされており、最も好ましく
は上記軸２７と一般に同軸である。
洞１５および４３は、壁穴９９を有する壁９７により分
離されている。送風機４５は開口１０２を有する環状板
１０１に配置され、送風機４５自体は、側面空気入口１
０３を有し、排気口１０５を通して排出するために、こ
の入口を通して送風機４５は空気を引く。好ましい配置
では、壁穴９９、板開口１０２および空気入口１０３
は、流れ軸２７と位置合わせされており、最も好ましく
は上記軸２７と一般に同軸である。
【００３９】上記から、送風機４５を通過する全ての空
気は、空気流管２５からまずそれを通って引かれる。送
風機が発生する汚染物、例えばペイント片、金属「微
粉」などは、空気流を汚染せず、センサー１０の精度を
損ない得る検知空洞１５には入らない。言い換えると、
送風機４５は、その通常の仕様方式に関しては、「イン
サイドアウト」で使用される。
気は、空気流管２５からまずそれを通って引かれる。送
風機が発生する汚染物、例えばペイント片、金属「微
粉」などは、空気流を汚染せず、センサー１０の精度を
損ない得る検知空洞１５には入らない。言い換えると、
送風機４５は、その通常の仕様方式に関しては、「イン
サイドアウト」で使用される。
【００４０】送風機空気入口１０３付近、すなわちケー
ジ状ロータの取り入れ側の圧力。空気入口１０３は、出
口３３と流連絡している。それにより、送風機４５は、
空気流管２５の入口端２９と出口端３３の間の圧力差の
形で、管２５を通る空気を動かす「原動力」を与える。
ジ状ロータの取り入れ側の圧力。空気入口１０３は、出
口３３と流連絡している。それにより、送風機４５は、
空気流管２５の入口端２９と出口端３３の間の圧力差の
形で、管２５を通る空気を動かす「原動力」を与える。
【００４１】再び図を参照すると、操作においては、送
風機４５を活動させ、空気（普通空気中に取り込まれた
少なくとも若干の粒子２３と共に）を空気流管２５の入
口端２９に引き込む。空気に推進された粒子２３は、出
口３３から放出され、光２１のレーザービームを通って
「飛ぶ」。上記粒子２３により反射された光２１のビー
ムは、鏡１７により受けとめられ、電子分析のため検出
器１９へ反射される。
風機４５を活動させ、空気（普通空気中に取り込まれた
少なくとも若干の粒子２３と共に）を空気流管２５の入
口端２９に引き込む。空気に推進された粒子２３は、出
口３３から放出され、光２１のレーザービームを通って
「飛ぶ」。上記粒子２３により反射された光２１のビー
ムは、鏡１７により受けとめられ、電子分析のため検出
器１９へ反射される。
【００４２】空気および混入粒子２３は、穴９９、開口
１０２、送風機４５の口１０３を通して流れ続け、送風
機４５によりその排気口１０５を通して排出される。乱
流から層流へと「滑らかな」空気流になるのを助ける粗
いフィルターディスク１０７を通して、上記空気は、お
し進められる。次に、空気の大部分は、単に開口を通し
て排気され、送風機空洞４３および上記空洞の底の排気
フィルター５７を通って「自由に流れる」。
１０２、送風機４５の口１０３を通して流れ続け、送風
機４５によりその排気口１０５を通して排出される。乱
流から層流へと「滑らかな」空気流になるのを助ける粗
いフィルターディスク１０７を通して、上記空気は、お
し進められる。次に、空気の大部分は、単に開口を通し
て排気され、送風機空洞４３および上記空洞の底の排気
フィルター５７を通って「自由に流れる」。
【００４３】送風機排気口１０５から空気の比較的小さ
いパーセントは、あごのあるはめ込み１０９には入り、
配管１１１に沿って、流れセンサー５３を通って流れ
る。センサー５３から、上記空気は配管１１３に沿って
流れ、送風機空洞４３に戻り、そこからまた排気フィル
ター５７の外へ自由に流れ出る。
いパーセントは、あごのあるはめ込み１０９には入り、
配管１１１に沿って、流れセンサー５３を通って流れ
る。センサー５３から、上記空気は配管１１３に沿って
流れ、送風機空洞４３に戻り、そこからまた排気フィル
ター５７の外へ自由に流れ出る。
【００４４】新規なセンサー１０は、空気流管に沿って
水１７．７８ｃｍ（７インチ）〜２５．４０ｃｍ（１０
インチ）より大きくない圧力損失を示し、さらに詳しく
は、上記圧力損失はほぼ水７．６４ｃｍ（３インチ）で
あることが見出された。これは、従来技術のセンサーが
示す水６３．５ｃｍ（２５インチ）〜１７７．８ｃｍ
（７０インチ）の圧力損失と驚くほど対照的である。
水１７．７８ｃｍ（７インチ）〜２５．４０ｃｍ（１０
インチ）より大きくない圧力損失を示し、さらに詳しく
は、上記圧力損失はほぼ水７．６４ｃｍ（３インチ）で
あることが見出された。これは、従来技術のセンサーが
示す水６３．５ｃｍ（２５インチ）〜１７７．８ｃｍ
（７０インチ）の圧力損失と驚くほど対照的である。
【００４５】本発明の原理を、少しの好ましい実施態様
に関連し説明してきたが、上記実施態様は例であって限
定するものではないことを理解すべきである。
に関連し説明してきたが、上記実施態様は例であって限
定するものではないことを理解すべきである。
【図１】新規センサーの側面図である。一部分ははがし
てあり、他の部分は断面で示す。
てあり、他の部分は断面で示す。
【図２】図１の観察面２−２で切った新規センサーの正
面図である。上下部分とセンサーのカバーとは、互いに
わずかに間隔をあけてあり、一部分ははがしてある。
面図である。上下部分とセンサーのカバーとは、互いに
わずかに間隔をあけてあり、一部分ははがしてある。
【図３】図２の観察面３−３で切ったセンサーの底面図
である。一部分ははがしてあり、他の部分は断面で示
し、また、他の部分は省いてある。
である。一部分ははがしてあり、他の部分は断面で示
し、また、他の部分は省いてある。
【図４】図２の観察面４−４で切ったセンサーの正面図
である。図２でわずかに間隔をあけて示した部分は図４
では完全に組立てられている。
である。図２でわずかに間隔をあけて示した部分は図４
では完全に組立てられている。
【図５】図１〜４に示したセンサーの様相の空間的透視
図である。
図である。
【図６】センサー空気流管の入口部分の断面の側正面図
である。
である。
【図７】観察面７−７で切った図６に示した入口部分の
末端正面図である。た
末端正面図である。た
【図８】センサーの空気流管のノズル部分の側正面図で
ある。
ある。
【図９】観察面９−９で切った図８に示したノズル部分
の末端正面図である。
の末端正面図である。
【図１０】図８の観察面１０−１０で切った図８および
９に示したノズル部分の頂部平面図である。
９に示したノズル部分の頂部平面図である。
【図１１】互いに組立てられた図６および７の入口部分
と図８〜１０のノズル部分の断面での側正面図である。
と図８〜１０のノズル部分の断面での側正面図である。
【図１２】図１１の観察面１２−１２で切った空気流管
の入口部分の断面図である。
の入口部分の断面図である。
【図１３】図１１の観察面１３−１３で切った空気流管
の入口部分の断面図である。
の入口部分の断面図である。
【図１４】図１１の観察面１４−１４で切った空気流管
のノズル部分の断面図である。
のノズル部分の断面図である。
【図１５】センサーの空気流管の出口の別の実施態様で
ある。
ある。
【図１６】センサーの空気流の出口のさらに別の実施態
様である。
様である。
１０ センサー １１ 検知部分 １３ センサーブロック １５ 光散乱検知空洞 １７ 反射鏡 １９ 検出器 ２１ 光のビーム ２２ ハウジング ２３ 粒子 ２４ 散乱光 ２５ 空気流管 ２７ 流れ軸 ２９ 入口端 ３１ ホース ３３ 出口 ３５ レーザーダイオード組立品 ３７ ビーム長軸 ３９ 鏡軸 ４１ 送風機部分 ４３ 送風機空洞 ４５ 空気送風機 ４７ 電気駆動電動機 ４９ リード ５１ 印刷回路板 ５３ 流れセンサー ５５ 底部カバー ５７ 排気フィルター ５８ 入口端での断面積 ５９ 第１セグメント ６１ 第２セグメント ６２ 出口の面積 ６３ 入口部分 ６５ ノズル部分 ６７ ノズル部分の上流端 ６９ ポケット ７１ 入口部分の下流端 ７３ 肩 ７５ 肩の内部へり ７６ ノズル部分の上流端 ７７ 上流端の内面 ７９ 通路 ８１ 入口端と第２セグメントの間の位置 ８３ 第１入口断面 ８５ 第２入口断面 ８７ 第１ノズル断面 ８９ａ 第１の側へり ８９ｂ 第２の側へり ９１ 丸い末端へり ９３ 長軸 ９５ 短軸 ９７ 壁 ９９ 壁穴 １０１ 環状板 １０２ 板開口 １０３ 送風機の空気入口 １０５ 送風機排気口 １０７ フィルターディスク １０９ あごのあるはめ込 １１１、１１３ 配管
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−198738（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−245131（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−42038（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−66193（ＪＰ，Ａ) 特表 昭64−500060（ＪＰ，Ａ) 米国特許4984889（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 15/14 G01N 1/00 101 G01N 1/02
Claims (7)
- 【請求項１】 環境から粒子センサー内へ引かれる空気
中に含まれる空中浮遊粒子を分析するための、散乱光を
使用する粒子センサーであって、 ハウジング、電動機および排気口を有する速度可変遠心
送風機； 該送風機ハウジングの開口； 光散乱検知空洞を有する検知部分、光源、該空洞に入る
粒子により散乱された光を指向させる装置および該装置
により指向させられた該光を受けるための検出器を含む
粒子検出システム； 該検知空洞および該送風機ハウジングの該開口と空気流
連絡している空気流管および低圧力損失ノズル； 該電動機に接続した、該電動機に速度制御可変電圧を供
給するための回路； 該回路に速度影響信号を供給するための流れセンサー；
および該排気口と該環境との間に介在する排気フィルタ
ーを含み、 該空気流管を通して該検知空洞に流れる空気が、該遠心
送風機により該検知空洞を通して引かれ、該送風機用電
動機の速度に依存する流量で流れ、該排気フィルターを
通して該粒子センサーから排出されることを特徴とする
センサー。 - 【請求項２】 該空気流管が流路に沿って延びており、
かつ、該送風機ハウジングの該開口が空気取入口である
請求項１のセンサー。 - 【請求項３】 該回路が閉じたループフィードバック型
のものであり、該流路が該送風機ハウジングの該開口お
よび該送風機排気口を有し、かつ、検知装置が、該回路
にフィードバック信号を供給するために、該流路と連絡
している請求項２のセンサー。 - 【請求項４】 環境から粒子センサー内へ引かれる空気
中に含まれる空中浮遊粒子を分析するための、散乱光を
使用する粒子センサーであって、 該センサー中の粒子を照射する光ビームを供給する光
源； 検知空洞と、該光ビームを貫いて空気を流す出口を有す
る単一の空気流管とを有する粒子検出システム； 該空洞に入った粒子により散乱された光を指向させ、該
光ビームを通過させる光指向装置； 該粒子により散乱され、該光指向装置により指向させら
れた光を受けるための検出器；および速度可変の送風機
用電動機により駆動され、該環境へ該空気の全てを排気
するための排気口を有する遠心送風機を含み、 該空気流管が、該環境、該検知空洞および該送風機と空
気流連絡しており、 該送風機が、空気とその中に含まれる粒子とを、該出口
および該検知空洞を通して、該空気流管および該出口を
通って流れる空気が該遠心送風機のみによって移動する
ように流し、 速度制御装置が、該粒子検知システムとは独立して、該
電動機の速度と、該出口を通り、該光ビームを貫いて流
れる空気の速度とを制御するために、該電動機に接続さ
れており、 該空気流管が該環境と空気流連絡している入口を有し、
かつ、該入口が該光ビームを貫いて流れる空気の唯一の
入口であり、 空気が、該送風機用電動機の速度に依存する流量で、該
検知空洞を通して流れ、 該空気流管、該検知空洞および該遠心送風機が直列関係
にあることを特徴とするセンサー。 - 【請求項５】 環境から粒子センサー内へ引かれる空気
中に含まれる空中浮遊粒子を分析するための、散乱光を
使用する粒子センサーであって、 電動機により駆動され、排気口を備えたハウジングを有
する速度可変遠心送風機； 光散乱検知空洞を有する検知部分と、該空洞に入る粒子
により散乱され光を指向させ、光ビームを通過させる装
置と、該装置により指向させられた光を受ける検出器と
を含む粒子検出システム； ビーム軸に沿って延びるレーザー光ビーム； 該ビーム軸とある角度をなし、該検知空洞および該送風
機と空気流連絡している出口を有する空気流管であっ
て、該出口が該光ビームを貫いて指向させられた空中浮
遊粒子の唯一の源である空気流管； 該電動機に接続した、該電動機に速度制御可変電圧を供
給することで該出口を通り該光ビームを貫く空気の速度
を制御するための、閉じたループフィードバック型の電
気回路；および該回路に接続した、該回路に速度影響信
号を供給するための流れセンサーを含み、 空気が、該空気流管および該排気口を含む空気流路に沿
って流れ、 検知装置が、該回路にフィードバック信号を供給するた
めに該空気流路と連絡しており、 該遠心送風機が、該空気流管を通して空気を、該送風機
用電動機の速度に依存する流量で流し、かつ該光ビーム
中を通過する空気の全てが該排気口を通して排気される
ことを特徴とするセンサー。 - 【請求項６】 該出口が空気を該光ビームに向かって流
し、該送風機が空気入口を含むハウジングを有ており、
かつ該空気流管に沿って該空気入口に流れる空気の速度
が該送風機用電動機の速度に依存する請求項５のセンサ
ー。 - 【請求項７】 環境から粒子センサー内へ引かれる空気
中に含まれる空中浮遊粒子を分析するための、散乱光を
使用する粒子センサーであって、 該センサー中の粒子を照射するための光ビームを発する
光源； 該粒子により散乱された光を受けるための検出器を備え
た検知空洞を有する粒子検出システム； 速度可変電動機により動力を供給され、該検知空洞を通
して空気を流す遠心送風機； 該粒子検出システムとは独立して、該電動機に接続し
た、該電動機の速度を制御するための装置；および該環
境、該検知空洞および該送風機と空気流連絡する単一の
空気流管であって、該空気流管が出口と入口とを有して
おり、該出口が該光ビームを貫いて空気を排気するため
のものであり、該空気がその中に含まれる空中浮遊固体
粒子を有しており、該入口が該環境と空気流連絡してお
り、該入口が、分析すべき粒子を含む該空気を、該光ブ
ームを貫いて流すための唯一の入口である空気流管を含
み、 該検知空洞を通して流れる空気が、該送風機用電動機の
速度に依存する流量で流れ、かつ、 該空気流管、該検知空洞および該遠心送風機が直列関係
にあることを特徴とするセンサー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10900793A | 1993-08-19 | 1993-08-19 | |
| US08/109007 | 1993-08-19 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7507026A Division JPH09500968A (ja) | 1993-08-19 | 1994-08-08 | 低圧力損失の空気流系を有する粒子センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000111470A JP2000111470A (ja) | 2000-04-21 |
| JP3327393B2 true JP3327393B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=22325309
Family Applications (2)
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