JP3493861B2 - 乾式レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置 - Google Patents

Description

【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、更に詳しくは、被測定粉粒
体を空気中に分散させた、いわゆる乾式での測定を行う
ためのレーザ回折／散乱式粒度分布測定装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】レーザ回折／散乱式の粒度分布測定装置
においては、一般に、被測定粉粒体を媒体中に分散さ
せ、その分散状態の粉粒体に対して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、その測定結果をフラウンホーファ回折理論または
ミー散乱理論等に基づく演算によって被測定粉粒体の粒
度分布に換算する。 【０００３】このようなレーザ回折／散乱式の粒度分布
測定装置を用いて、例えば薬品や食品分野等においてよ
く見られるように、液体に溶解するような粉粒体の粒度
分布を測定する場合、媒体として液体を使用できないこ
とから、通常は媒体として空気を用い、被測定粉粒体を
エアロゾルの状態にしてレーザ光を照射し、回折／散乱
光の空間強度分布を測定する。 【０００４】このような乾式の粒度分布測定において、
被測定粉粒体をエアロゾル化してレーザ光の照射位置に
供給する、いわゆるサンプル供給手段としては、従来、
上面に溝が形成されたターンテーブルを用いる方式のも
のが知られている。この方式では、鉛直軸を中心として
回転が与えられるターンテーブルの上面に、断面がＶ形
ないしは方形の一様な溝を回転軸を中心として円周状に
刻設し、その溝内にホッパ等によって被測定粉粒体を一
様に充填する一方、溝の上方で下向きに開口するパイプ
を介してその溝内の粉粒体を吸引して、レーザ光の照射
位置に移送したうえでエアロゾルの状態で噴出すること
によって、レーザ光の照射位置に定常的に被測定粉粒体
を分散質とするエアロゾルを供給する。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な溝を形成したターンテーブルを用いる従来のサンプル
供給手段においては、溝内に均一に被測定粉粒体を充填
しても、レーザ光の照射位置へのサンプルの供給が安定
せず、溝内に被測定粉粒体の一部が残存する場合があっ
た。 【０００６】ここで、レーザ回折／散乱式粒度分布測定
装置における回折／散乱光の空間強度分布のデータ採取
は、一般に、各回折／散乱角度ごとに配置された光セン
サ群の各出力を、マルチプレクサ等を介して順次Ａ−Ｄ
変換器に入力してデジタル化して取り込む関係上、サン
プルの供給が安定せずにエアロゾルの濃度が経時的に変
化した場合には、各回折／散乱角度の光強度データが互
いに異なるサンプル濃度でのデータとなってしまう。こ
のことは、回折／散乱光の空間強度分布データが正しく
被測定粉粒体による回折／散乱光の空間強度分布を表し
ていないことに繋がり、得られる粒度分布測定結果の再
現性が悪くなってしまう結果となる。 【０００７】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、その目的とすることろは、レーザ光の照射位置
に、被測定粉粒体からなるエアロゾルを安定して供給す
ることができ、もって再現性に優れた乾式レーザ回折／
散乱式粒度分布測定装置を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、その実施の形態を表す図１，図２を参照し
つつ説明すると、本発明の乾式レーザ回折散乱式粒度分
布測定装置は、空気中に被測定粉粒体を分散させてなる
エアロゾルＡに対してレーザ光Ｂを照射して得られる回
折／散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果から
被測定粉粒体の粒度分布を求める乾式レーザ回折／散乱
式粒度分布測定装置において、被測定粉粒体をレーザ光
の照射位置にエアロゾル化して供給するサンプル供給手
段８を、鉛直軸を中心として回転が与えられ、かつ、そ
の上面に回転軸を中心とした円周状の溝１０が形成され
てなるターンテーブル８１と、そのターンテーブル８１
の溝１０内に被測定粉粒体を充填する粉粒体充填手段
（ホッパ８２，充填器８３）と、その溝１０内の被測定
粉粒体を上方から吸引してレーザ光の照射位置に移送し
た後にエアロゾルの状態で噴射する粉粒体移送手段８４
によって構成するとともに、ターンテーブル８１の上面
の溝１０の両側面１０ａ，１０ｂを上に広がる向きに傾
斜させ、かつ、その溝の底面１０ｃには、両側面１０
ａ，１０ｂに対向して上に狭まる向きの斜面１１ａ，１
１ｂを備えた突条１１を設けたことによって特徴づけら
れる。 【０００９】 【作用】ターンテーブル上面に断面がＶ形ないしは方形
の溝を用いた従来装置においてサンプル供給が安定せ
ず、被測定粉粒体の一部が溝内に残ってしまう理由は、
溝内の被測定粉粒体を吸引したときに生じる空気の流線
が、溝の内壁面に沿わないためである。 【００１０】すなわち、図３（Ａ）および（Ｂ）に模式
的に示すように、溝Ｃの上方で下向きに開口する吸引パ
イプＳを用いて溝Ｃ内の粉粒体を吸引すれば、吸引パイ
プＳには図中矢印で示すような空気流を伴って溝Ｃ内の
被測定粉粒体が流入する。すなわち、吸引パイプＳの内
部では上向きの空気流が生じる一方、吸引パイプＳの周
囲ではパイプＳの開口端の下方、つまり溝Ｃ内に流れ込
むような空気流が形成される。図３（Ａ）に示すように
溝Ｃの断面形状を方形とした場合には、溝Ｃ内での空気
流は溝Ｃの両側面と底面とのコーナー部分と、底面の中
央部分で充分な空気流が形成されず、その部分に被測定
粉粒体Ｐが残留しがちであり、被測定粉粒体Ｐのレーザ
照射部への供給が不連続かつ不安定になる。また、図３
（Ｂ）に示すように溝Ｃの断面形状をＶ形とした場合に
は、Ｖ形の先端部分で充分な空気流が形成されず、その
部分に被測定粉粒体Ｐが残留し、同様にして被測定粉粒
体Ｐの供給が不連続かつ不安定になる。なお、溝Ｃの断
面形状をＵ形とした場合には、Ｖ形の場合に比して改善
はされるものの、その底面略中央部分に被測定粉粒体Ｐ
が残留する。 【００１１】本発明は、以上の事実に鑑み、吸引時に形
成される空気の流線と、溝の内壁面とを沿わせることに
よって、溝内全般に充分な空気流を形成し、所期の目的
を達成しようとするものである。 【００１２】すわなち、図２のように、溝１０の両側面
１０ａ，１０ｂを上に広がる向きに傾斜した面とすると
ともに、底面１０ｃにはこれら両側面１０ａ，１０ｂに
対向して上に狭まる向きに傾斜した斜面１１ａ，１１ｂ
を備えた突条１１を設け、全体として略Ｗ形の断面形状
を有する溝１０とすることにより、溝１０の上方からの
被測定粉粒体Ｐの吸引時に、外部空気が両側面１０ａ，
１０ｂに沿ってスムーズに溝１０内に流入し、また、そ
の空気は溝１０の底面１０ｃに形成された突条１１の両
側面、つまり上に狭まる斜面１１ａ，１１ｂに沿って被
測定粉粒体Ｐとともにスムーズに吸引パイプ８４ｂ内に
導かれる。 【００１３】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の全体
構成を示す平面図で、図２はそのターンテーブル８１の
上面に形成された溝１０の断面形状を示す要部縦断面図
である。 【００１４】半導体レーザ１からの出力光は、レンズ２
ａ，ピンホール２ｂおよびレンズ２ｃからなるビーム成
形光学系２によって平行ビームとされた後、測定ボック
ス３中において、被測定粉粒体Ｐを分散質とするエアロ
ゾルＡに対して照射される。この平行レーザビームＢ
は、エアロゾルＡ中の被測定粉粒体Ｐによって回折／散
乱され、その回折／散乱光の空間強度分布は測定光学系
４によって測定される。測定光学系４は、集光レンズ４
ａと、その焦点面上に置かれたリングデテクタ４ｂによ
って構成されており、リングデテクタ４ｂの受光面に回
折／散乱像が結ばれるようになっている。リングデテク
タ４ｂは、互いに異なる半径を持つリング状ないしは半
リング状の受光面を持つ複数の光センサを同心円状に配
置した公知のもので、その各光センサには、それぞれの
位置に応じた回折／散乱角度を持つ光が入射し、従って
その各センサ出力は、各回折／散乱角度ごとの光強度を
表すことになる。 【００１５】リングデテクタ４ｂの各センサ出力は、ア
ンプ、マルチプレクサおよびＡ−Ｄ変換器からなるデジ
タル化部５によって順次デジタル化され、通信制御部６
を介してコンピュータ７に取り込まれる。コンピュータ
７では、リングデテクタ４ｂの各センサからの光強度デ
ータ、つまり回折／散乱光の空間強度分布データを、フ
ラウンホーファ回折理論ないしはミーの散乱理論を用い
た公知のアルゴリズムによって被測定粉粒体の粒度分布
に換算する。 【００１６】さて、前記したエアロゾルＡは、サンプル
供給装置８によって測定ボックス３内に供給され、ま
た、平行レーザビームＢの照射後には、集塵パイプ９を
介して測定ボックス３外の集塵機（図示せず）に導かれ
る。 【００１７】サンプル供給装置８は、鉛直の回転軸８１
ａを中心として図中矢印で示す向きに回転が与えられ、
かつ、その上面には回転軸８１ａを中心とする円周状の
溝１０が形成されたターンテーブル８１と、そのターン
テーブル８１の上方に配置されて溝１０の内部に向けて
被測定粉粒体Ｐを落下供給するホッパ８２と、溝１０内
に供給された被測定粉粒体Ｐに対して振動等を与えるこ
とによって、その粉粒体を溝１０内に均一に充填する充
填器８３と、溝１０内に均一に充填された被測定粉粒体
Ｐを吸引して測定ボックス３内にまで移送するととも
に、エアロゾルＡの状態として噴出する移送機構８４に
よって構成されている。 【００１８】移送機構８４は、一端がターンテーブル８
１の溝１０の上方で下向きに開口し、他端が分散器８４
ａに接続された吸引パイプ８４ｂと、分散器８４ａに調
圧器８４ｃを介して所定圧力の空気を供給する空気供給
パイプ８４ｄと、一端が分散器８４ａに接続され、他端
に測定ボックス３中で開口する噴出ノズル８４ｅが装着
されたエアロゾル移送パイプ８４ｆ等によって構成さ
れ、空気供給パイプ８４ｄからの高圧空気は分散器８４
ａを介してエアロゾル移送パイプ８４ｆ側に流される。
吸引パイプ８４ｂは分散器８４ａ中でエアロゾル移送パ
イプ８４ｆに連通しており、エアロゾル移送パイプ８４
ｆ側に高圧空気が流されることによって吸引パイプ８４
ｂ内が負圧になり、大気圧との差圧によって、溝１０の
上方での開口する吸引パイプ８４ｂ内に溝１０内の被測
定粉粒体Ｐが周囲の空気とともに吸引される。吸引パイ
プ８４ｂにより吸引された被測定粉粒体Ｐは、分散器８
４ａ中で高圧空気中に混入され、エアロゾル移送パイプ
８４ｆ内を通って測定ボックス３内に移送された後、そ
の先端に装着された噴出ノズル８４ｅからエアロゾルＡ
となって噴出される。 【００１９】溝１０は、図２に示すように、その両側面
１０ａ，１０ｂが上に広がる向きに傾斜した斜面によっ
て形成されているとともに、その底面１０ｃには、両側
面１０ａ，１０ｂと対向して上に狭まる向きに傾斜する
斜面１１ａ，１１ｂによって形成された突条１１が形成
されており、全体としてＷ形の断面を有している。な
お、両側面１０ａ，１０ｂ並びに突条１１の両側の斜面
１１ａ，１１ｂの鉛直面に対する傾斜角度は、この例に
おいてそれぞれ約４５°程度である。 【００２０】以上の実施の形態において、空気供給パイ
プ８４ｄからエアロゾル移送パイプ８４ｆに向けて高圧
空気を供給すると、図２に矢印で示すように、吸引パイ
プ８４ｂ内に上向きの空気流が生じると同時に、吸引パ
イプ８４ｂの周囲の外部空気は吸引パイプ８４ｂの直下
の溝１０内に流入するが、このとき、外部空気は上に広
がる向きに傾斜した両側面１０ａ，１０ｂに沿ってスム
ーズに溝１０内に流入するとともに、その空気は突条１
１の両側で上に狭まる向きに傾斜した斜面１１ａ，１１
ｂに沿って、溝１０内の被測定粉粒体Ｐとともにスムー
ズに吸引パイプ８４ｂ内に流入する。すなわち、吸引に
よる空気流線は溝１０の内壁面に沿ったた一様なものと
なる結果、溝１０内の被測定粉粒体は残留することなく
安定して連続的に吸引され、エアロゾルＡとなってレー
ザ光の照射位置に導かれる。 【００２１】図４（Ａ）は、以上の本発明の実施の形態
を用いて、ステアリン酸マグネシウム粉を被測定粉粒体
としてその粒度分布を繰り返し６回にわたって測定した
結果を示すグラフであり、また同図（Ｂ）は、溝の断面
形状のみを方形に変更して同じ試料を同じく６回にわた
って繰り返し測定した結果を示すグラフである。 【００２２】この図４から明らかなように、溝の断面形
状を方形とした場合には、各回の測定結果が一致せずに
ばらついているのに対し、溝の断面形状を略Ｗ形とした
本発明の実施の形態では、６回の測定結果が極めてよく
一致しており、測定の再現性が大幅に改善されることが
確かめられた。 【００２３】なお、本発明における溝の断面形状は、両
側面が上に広がる向きに傾斜していること、および、底
面には上に狭まる向きに傾斜した斜面を備えた突条を有
していることを特徴とするものであり、このような条件
を満たしているものであれば、上記した実施の形態に限
定されず、任意のバリエーションを取り得ることは言う
までもない。例えば、図５（Ａ）に示すように、溝１０
の底面１０ｃに、突条１１の両側に平坦部１０ｄ，１０
ｅを設けてもよく、また、同図（Ｂ）に示すように、溝
１０の両側面１０ａ，１０ｂと底面１０ｃとの交差部に
丸みを持たせてもよく、このような断面形状としても、
先の実施の形態と同等の作用効果を奏することができ
る。 【００２４】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ターン
テーブルの上面に形成された溝内に被測定粉粒体を充填
し、その溝内の粉粒体を上方から吸引してレーザ光の照
射位置に移送してエアロゾル化して噴出し、そのエアロ
ゾルに対して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て、被測定粉粒体
の粒度分布を求める装置において、ターンテーブル上の
溝の両側面を上に広がる向きに傾斜させ、かつ、溝の底
面には上に狭まる向きの斜面を有する突条を形成してい
るから、溝内の被測定粒体の吸引時に形成される空気流
線は、溝の内壁面に沿った一様なものとなり、溝内の被
測定粉粒体は安定して連続的にエアロゾル化されてレー
ザ光の照射位置に導かれる。その結果、エアロゾル中の
被測定粉粒体の濃度が経時的に変化せずに安定したもの
となり、再現性に優れた粒度分布の測定結果を得ること
ができる。また、溝内に充填された粉粒体は残留するこ
となくエアロゾル化されるため、少量の試料を用いた短
時間の測定によって再現性の良好な粒度分布測定を行う
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示す平面図 【図２】そのターンテーブル８１の上面に形成された溝
１０の形状を示す要部縦断面図 【図３】従来装置においてサンプル供給が不安定となる
理由の説明図で、（Ａ）は方形断面の溝を用いた場合、
（Ｂ）はＶ形断面の溝を用いた場合の、被測定粉粒体の
吸引時に形成される空気流線を表す図 【図４】本発明の実施の形態を用いて同じ被測定粉粒体
の粒度分布を繰り返し測定した結果を示すグラフ（Ａ）
と、溝の断面形状を方形とした比較例を用いて同様の繰
り返し測定を行った結果を示すグラフ（Ｂ） 【図５】本発明の他の実施の形態（Ａ）および更に他の
実施の形態（Ｂ）における溝１０の断面形状を示す縦断
面図 【符号の説明】 １ 半導体レーザ ２ ビーム成形光学系 ３ 測定ボックス ４ 測定光学系 ５ デジタル化部 ７ コンピュータ ８ サンプル供給装置 ８１ ターンテーブル ８２ ホッパ ８３ 充填器 ８４ 移送機構 ８４ａ 分散器 ８４ｂ 吸引パイプ ８４ｄ 空気供給パイプ ８４ｅ 噴出ノズル ８４ｆ エアロゾル移送パイプ １０ 溝 １０ａ，１０ｂ 側面 １０ｃ 底面 １１ 突条 １１ａ，１１ｂ 斜面 Ａ エアロゾル Ｂ 平行レーザビーム Ｐ 被測定粉粒体

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 15/02

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 被測定粉粒体を空気中に分散させた状態
   でレーザ光の照射位置に供給するサンプル供給手段と、
   その分散状態の粉粒体によるレーザ光の回折／散乱光の
   空間強度分布を測定する測定光学系と、その強度分布の
   測定結果を被測定粉粒体の粒度分布に換算する演算手段
   を備えた粒度分布測定装置において、上記サンプル供給
   手段が、鉛直軸を中心として回転が与えられ、かつ、そ
   の上面に回転軸を中心とした円周状の溝が形成されてな
   るターンテーブルと、そのターンテーブルの溝内に被測
   定粉粒体を充填する粉粒体充填手段と、その溝内の被測
   定粉粒体を上方から吸引して上記レーザ光の照射位置に
   移送した後にエアロゾルの状態で噴射する粉粒体移送手
   段によって構成されているとともに、上記溝は、その両
   側面が上に広がる向きに傾斜し、かつ、その底面には、
   両側面に対向して上に狭まる向きに傾斜した斜面を備え
   た突条が設けられていることを特徴とする乾式レーザ回
   折／散乱式粒度分布測定装置。