JP4414223B2 - プロセスラインの導管部分を通る物質のオンラインの光学的分析 - Google Patents

Description

本発明は、全体として、分光検査法、より具体的には、所定の加工装置のプロセスラインの導管部分を通じて物質をスペクトル分析することを許容する非侵入性装置に関する。

化学、製薬、石油、半導体及び食料製品の加工業にて使用される各種の溶液の化学的組成及び物理的性質を監視するため分光検査法を実施することが知られている。典型的に、かかるスペクトル分析は、分析すべき物質の試料を加工装置のプロセスラインから抜き取り、近から遠赤外線を通すことにより採取した試料の分光光度分析を実施することにより行なわれる。

上述した方法に代えて、プロセスラインの導管部分を通じて直接オンラインで試験を行い、また、プロセスラインが光透過性材料で出来た導管部分を含むならば、プロセスラインの改造を避けるため、この既存の導管部分を通じて直接、試験することが好ましいであろう。

発明の概要

このため、本発明の１つの目的は、導管部分を通って循環する物質のスペクトル分析を許容し得るように、その導管部分の外側でプロセスラインに取り付け得るようにされた光透過装置を提供することである。

本発明の１つの目的は、物質が循環するプロセスラインから物質の試料を抜き取ることを必要とせずに、物質をオンライン分析することを可能にすることである。
本発明の更なる目的は、プロセスラインが光透過性材料で出来た導管部分を含むとき、そのプロセスラインを改造することを必要とせずに、プロセスラインを通じて循環した物質をスペクトル分析することを許容する光透過装置を提供することである。

このため、本発明によれば、プロセスラインの光透過性の導管部分を通る閉込んだプロセス流れをスペクトル分析することを許容する非侵入性装置であって、光透過性の導管部分上に外側から取り付け得るようにされたクリップを備え、該クリップが、光透過性材料で少なくとも一部分、出来ており且つ、導管部分を通って横方向に光ビームを導くべく光源と接続可能であるようにした、非侵入性装置が提供される。

本明細書で使用するスペクトル分析という表現は、その電磁スペクトルによって物質又は物体を検査すること、特に、その化学的組成及び物理的性質を分析することを意味することを意図する。

本明細書における光という表現は、電磁スペクトルの紫外線、可視部分及び赤外線部分を含む、電磁スペクトル中に含まれる全ての波長を意味することを意図する。
本発明の更なる全体的な側面によれば、プロセスラインの導管部分を通じて物質を光学的に分析することを許容する導管取り付け式の光透過装置であって、該導管が光透過性材料で出来ており、また、導管部分の周りに取り外し可能に固着し得るようにされたクリップを備え、該クリップが、該クリップがその周りに固着されたとき、導管部分と交差する光路を画成するようにした、導管取り付け式の光透過装置が提供される。

このように、本発明の性質について全体として説明したが、単に一例として、その１つの好ましい実施の形態を示す添付図面に関して以下に説明する。

好ましい実施の形態の説明

本発明は、以下に説明するように、全体として、プロセスラインを通じて循環する物質の組成及び（又は）物理的性質を光学的に分析することを許容し得るように、所定の加工装置のプロセスラインの周りに取り外し可能に固着し得るようにされた光透過装置１０に関する。より具体的には、該光透過装置１０は、遠方の光源（図示せず）からの光ビーム（可視、近赤外線又は赤外線）を導管部分を通じて導き、次に、照射された物質から出る光を導管部分を通じて分光計のような受光センサ（図示せず）まで運ぶように、既存のプロセスラインの導管部分の外側に取り付け得るようにされている。プロセスラインの導管部分は、光が横方向に貫通して進むのを許容し得るように、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、その他のふっ化炭化水素ポリマー、及び任意のその他の光／赤外線透過性材料のような、光学的に透明又は半透明な材料で出来たものでなければならないことが理解される。例えば、導管部分は、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）、ガラス、ポリプロピレン、ポリスチレン又はその他のポリマーで出来たものでもよい。

以下の説明から理解し得るように、本発明は、プロセスラインから製品の試料を抜き取ることを必要とせずに、プロセス流れをオンライン制御し且つ、監視することを許容する点にて有益である。このように、プロセス流れを汚す虞は全くない。本発明は、その光透過性の導管部分の外側にてプロセスラインに光透過装置１０を取り付けるだけで、すなわち、プロセスラインの一部分を光透過性の導管部分にて置換せずに、プロセス流れの制御及び監視を行なうことができ、これにより工程を全く中断させずに実施可能である点にて、光透過性の導管部分を含むプロセスラインを備える工業分野にて更により有益である。すなわち、これらの用途において、プロセスラインの改造は全く不要である。光透過装置１０をプロセスラインの光透過性部分の外側に取り付けさえすればよい。

図１には、本発明の１つの可能な適用例が示されている。より具体的には、図１には、半導体業界に見られるもののような、ウェットステーション１２が示されている。該ウェットステーション１２は、基本的に、テフロン（登録商標）管２２を介して閉回路内で共に接続された浴１６と、フィルタ１８と、ポンプ２０とから成る再循環管１４を備えている。浴１６は、洗浄、排出又はエッチング溶液のような各種の溶液を保持することができる。

図１に示すように、光透過装置１０は、テフロン（登録商標）管２２の外側にて既存のプロセスライン１４の選んだ導管部分上に直接、取り付けられる。光透過装置１０は、全体として、異なる外径を有する多岐に亙る導管又は管に取り外し可能に固着し得るようにされたクリップ２４を備えている。

該クリップ２４は、その１つを図３に参照番号３０で示した、複数の互換可能な導管アダプタの１つを受け入れ得るようにされた端部開放の細長い周縁スロット２８を画成する中空体２６を有している。導管の各直径に対して異なる導管アダプタが使用され、これにより中空体２６を多岐に亙る導管に取り付けることを許容する。導管アダプタ３０は、把持アーム３２の間の間隔よりも僅かに大きい外径を有する導管又は管を緊密に把持すべく基部壁３３から垂直に伸びる１対の隔った導管把持アーム３２を有している。アダプタ３０の少なくとも基部壁３３は、非限定的に、ＰＴＦＥ又はその他のふっ化炭化水素ポリマーのような、光透過性材料で出来ている。適正なアダプタが選ばれ且つ、プロセスライン１４の選んだ導管部分上に装着されたならば、中空体２６をアダプタ３０の上方で動かし、該アダプタを中空体２６のスロット２８内に配置する。アダプタ３０は、カバー板３４によりスロット２８内で拘束状態に保持される。該カバー板３４は、ねじ３６により中空体２６に取り外し可能に固着される。カバー板３４は、その下面に細長い係止リブ３８が設けられ、該細長い係止リブ３８は、導管アダプタ３０の把持アーム３２の１つから側方向外方に伸びる、軸方向に隔てた１対の係止指状体４０の間に係合し、アダプタをスロット２８内で軸方向に摺動しないように係止する。

図４に示すように、中空体２６には、そのスロット２８の一側部に、第一の光ファイバケーブル４２の末端部分を受け入れる第一のコネクタ４１が設けられている。第一の光ファイバケーブル４２は、その他端である基端にて光源（図示せず）に接続され、非限定的に、赤外線ビーム（ＩＲビーム）、又は近赤外線ビーム（ＮＩＲビーム）のような光ビームをプロセスライン１４のテフロン（登録商標）管２２の導管部分を通じて横方向に導く。スロット２８の側壁は、光ビームが透過するのを許容し得るように、光透過性材料で出来たものとすることができ、又は、これと代替的に、該側壁に対向する１対の整合した光透過性窓部を形成してもよい。該窓部４４は、穴の形態にて提供してもよい。光ビームは、クリップ２４が取り付けられた導管部分の中心軸線と垂直に交差するように導かれる。

本発明の図示した実施の形態によれば、テフロン（登録商標）管２２、導管アダプタ３０の基部壁３３及びスロット２８の側壁の１つを通って照射したプロセス溶液から出る光は、第二のコネクタ５０によってクリップ２４の本体２６にその末端部分にて接続された第二の光ファイバケーブル４８を介して受光センサに伝送される前に、１対の平形ミラー４６（図４参照）により１８０°偏向される。本発明の１つの実施の形態によれば、平形ミラー４６は、アルミニウムフレーム（図示せず）によりクリップ２４の中空体２６内に取り付けられている。伝送された光を第二の光ファイバ４８内に、又は、これと代替的に、受光センサ内に直接、収束するためレンズを設けることが可能であることが分かる。更に、第一のコネクタと対向して且つ、該第一のコネクタと整合してスロット２８の一側部に、第二のコネクタ５０を設けることもできることが分かる。実際には、光が光源と受光センサとの間の各種の光路に従うようにするため、多岐に亙る光学要素をクリップ２４の中空体２６内で一体化することができる。

本発明の１つの実施の形態によれば、クリップ２４の中空体２６は、該中空体の内部に収容された光学要素を腐食性の周囲環境から保護するためテフロン（登録商標）で出来ている。しかし、クリップ２４は、多岐に亙る材料で製造することが可能であることが理解される。

光学的に不透明又は半透明な材料で出来た管２２の場合、かかる管の一部分は、適宜な導管部分にて置換し、次に、必要なとき、すなわち、プロセスラインの管を更に改変せずに、光透過装置１０を使用できる。

上記の説明から理解し得るように、本発明は、物質が循環する既存の導管を通じて物質の化学的組成及び（又は）性質を測定するため、オンラインのスペクトル測定を行なうことを許容する。

上述した本発明は、以下のようにまとめることのできる多数の有利な効果を有することが容易に分かる。すなわち、試料の作成が不要であること、工程を何ら中断せずに迅速に設置できること、汚染の可能性がないように、完全に非接触、非侵入型とすることができることである。

プロセスライン管を通るプロセス流れのスペクトル分析することを許容し得るように本発明による光透過装置が外側に取り付けられるプロセスラインの概略斜視図である。 プロセスラインの一部分に取り付けられた光透過装置の拡大図である。 装置をプロセスラインの一部分の周りに取り外し可能に固着する方法を示す光透過装置の拡大部分分解図である。 プロセスラインに取り付けられた光透過装置の断面図である。

Claims (13)

1. プロセスラインを通る閉じ込められた工程流れのスペクトル分析を可能にする非侵入型装置において、
   前記工程流れが通る閉じられた領域を形成する管状の壁を有する光透過性の導管部分と、
   前記光透過性の導管部分に取り付けられ得る、一部が光透過性部材から形成されたクリップと、
   光源からの光線を前記導管部分の管状の壁及び前記導管部分内の工程流れを横断する方向に向けるために前記クリップに接続され得る入力用光ファイバケーブルにして、光を送出する端部が前記導管部分の管状の壁によって前記工程流れから隔てられている入力用光ファイバケーブルと、
   前記クリップに接続され得る出力用光ファイバケーブルにして、前記導管部分の管状の壁から放出された光を受光センサに伝送するために前記導管部分の外側に設けられた受光用の端部を備えた出力用光ファイバケーブルと
   を備え、
   前記クリップは、少なくとも１つの光学要素を収容する中空体を備え、
   前記光学要素は、前記入力用光ファイバケーブルから放出され前記導管部分の管状の壁及び前記導管部分内の工程流れを横切って通過してきた前記光線を前記出力用光ファイバケーブル内に集束させ、
   前記光学要素は、前記光透過性の導管部分の外側に離れて配置され、
   前記導管部分の管状の壁が、前記工程流れが前記光学要素及び前記入力用及び出力用光ファイバケーブルと接触することを防止し、
   前記中空体は、周縁スロットを備え、前記周縁スロットは、光ビームを受け取り且つ、該光ビームをプロセスラインの光透過性導管部分を通じて伝送すべく貫通する光路を備え、前記少なくとも１つの光学要素は、導管部分を通じて透過した光を集め、
   導管アダプタは、前記周縁スロット内に取り外し可能に取り付けられ、その間に光透過性導管部分を受け入れ得るように隔てられた１対の導管把持アームが延び出す基部壁を有し、少なくとも一部が光透過性材料ならなる、非侵入型装置。
2. 前記クリップは、光透過性導管部分の周りに着脱可能に固定され得る、請求項１に記載の非侵入型装置。
3. 前記クリップは、異なる断面寸法を有する光透過性導管に固定され得るように調節可能である、請求項１に記載の非侵入型装置。
4. 前記中空体は、異なる外径の導管を把持し得るための交換可能な導管アダプタを受け入れる周縁スロットを有する、請求項１に記載の非侵入型装置。
5. 前記クリップは、前記交換可能な導管アダプタの１つを前記周縁スロット内に拘束された状態に保持する取り外し可能なカバーを更に有する、請求項４に記載の非侵入型装置。
6. 前記中空体は、光透過性材料で出来た壁を有する周縁スロットを備える、請求項１に記載の非侵入型装置。
7. 前記中空体は、前記光線が前記周縁スロットを通り且つ前記クリップが取り付けられる前記光透過性導管部分を通るように、前記入力用光ファイバケーブルに接続し得る第一のコネクタを有し、前記少なくとも一つの光学要素は、レンズを有する、請求項６に記載の非侵入型装置。
8. 前記中空体は、前記光透過性導管及び前記クリップの前記周縁スロットを通じて前記工程流れから出る光を受け取り得るように受光センサに接続し得るようにされた第二のコネクタを有する、請求項７に記載の非侵入型装置。
9. 前記第二のコネクタは、前記出力用光ファイバケーブルを介して前記受光センサに接続可能である、請求項８に記載の非侵入型装置。
10. 光透過性の導管部分と組み合わされ、プロセスライン中の物質を光学的に分析し得るように前記プロセスライン内に取り付けられる、導管取り付け型の光透過装置において、前記光透過性の導管部分は、前記物質を搬送する内側の流路を形成する管状の光透過性の壁を備え、前記導管取り付け型の光透過装置は、前記導管部分の回りに着脱自在に取り付けられるクリップを備え、前記クリップは、前記導管部分に取り付けられたときに前記管状の光透過性の壁及び前記内側の流路を貫通して延びる光路を備え、前記クリップは、前記光透過性の導管部分に着脱自在に取り付けられるための導管係合部分を有する中空の本体を備え、前記光路は、前記導管部分を通る光線を受け取り且つ伝送し得るように前記導管係合部分を貫通して延び、前記導管取り付け型の光透過装置は、前記本体に備えられたコネクタを介して前記クリップに着脱自在に接続された出力用光ファイバケーブル内へと前記導管部分の管状の光透過性の壁を通って伝送された光線を集束させるために前記本体内に収容された少なくとも１つの光学要素を備え、前記光学要素は、前記光透過性の導管部分の外側で、前記光透過性の導管部分の外側表面と前記出力用光ファイバケーブルとの間に配置され、前記導管係合部分は、前記本体の１つの面に画成された端部開放スロットと、前記端部開放スロット内に取り外し可能に取り付けられた導管アダプタとを有し、該導管アダプタは、その間に光透過性導管部分を受け入れ得るように隔てられた１対の導管把持アームが延び出す基部壁を有し、前記導管アダプタは、少なくとも一部が光透過性材料からなる、光透過装置。
11. 前記本体は、光ビームを前記導管係合部分を通じて且つ、前記クリップが取り付けられた前記光透過性の導管部分を通じて導き得るように、入力用光ファイバケーブルに接続し得るようにされた第一のコネクタを有する、請求項１０に記載の光透過装置。
12. 前記光透過性材料が、近赤外線透過性材料及び赤外線透過性材料から成る群から選ばれる、請求項１０に記載の光透過装置。
13. 前記導管係合部分は、光透過性材料からなる、請求項１１に記載の光透過装置。

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