JP4618421B2 - 粒度分布測定装置 - Google Patents

Description

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、被測定粒子群を気体中に分散させた状態でレーザ光を照射する、いわゆる乾式測定用の粒度分布測定装置に関する。

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、被測定粒子群を媒体中に分散させた状態でレーザ光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、ミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論を用いて被測定粒子群の粒度分布を算出する。

この種の粒度分布測定装置においては、通常、被測定粒子群は液体中に分散させた状態でレーザ光を照射して回折・散乱光の空間分布を測定するのであるが、液体に溶解する物質や液中で状態が変化するような物質からなる被測定粒子群の測定に当たっては、被測定粒子群を気体中に分散させた状態、つまり分散媒として気体を用いて測定を行う、いわゆる乾式測定が選択される。

乾式測定を行うことのできる粒度分布測定装置においては、例えば試料保持部上に形成した溝内に被測定粒子群を保持するとともに、圧縮空気源からの高圧空気の供給により内部の吸い込み室が負圧化するエジェクタを用い、そのエジェクタの吸い込み室に通じる吸気ポートに吸込口の一端を連通させ、その吸込口の他端開口部を試料保持部上に保持された被測定粒子群に臨ませる。そして、エジェクタの排気ポートを、レーザ光が照射される測定空間に向けて開口する分散ノズルに対してチューブで接続した構成が採られ、エジェクタに高圧空気を供給することにより試料保持部上の被測定粒子群を吸引し、その被測定粒子群を分散ノズルから圧縮空気とともに測定空間に噴射するようにしたものが多用されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−２３２７１４号公報

ところで、前記した理由により乾式測定に供される被測定粒子群のうち、例えばポリスチレン粉末などのポリマー系の物質からなる粒子群においては、気体中に分散させて測定空間に導く際に静電気を帯びやすいものがある。このような静電気を帯びやすい被測定粒子群の乾式測定においては、測定空間に導かれるまでにチューブの壁体に付着するなどその取扱いが難しく、また、このような壁体への付着や粒子相互の吸引などに起因して、測定結果に誤差が含まれる可能性があるといった問題が生じる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、静電気を帯びやすい被測定粒子群を乾式測定したときの取扱いの困難性や測定誤差を解消することのできるレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置は、測定空間にレーザ光を照射する照射光学系と、測定空間内に導かれた被測定粒子群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、その測定された回折・散乱光の空間強度分布から被測定粒子群の粒度分布を算出する演算手段を備えるとともに、試料保持部に保持されている被測定粒子群を吸引して、分散媒となる気体と共に上記測定空間に噴射する試料噴射供給手段を備えたレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置において、上記試料保持部に保持されている被測定粒子群に対して当該被測定粒子群の帯電極性と逆極性のイオンを照射するイオン発生手段を備え、そのイオン発生手段から発生したイオンを被測定粒子群と共に吸引して上記測定空間に噴射するように構成されていることによって特徴づけられる。

本発明は、被測定粒子群の帯電極性と逆極性のイオンをイオン発生手段により発生して試料保持部に保持されている被測定粒子群に照射し、そのイオンと共に被測定粒子群を測定空間に導くことにより、被測定粒子群の帯電を中和し、被測定粒子群の帯電による前記した諸問題点を解決する。

本発明によれば、試料保持部に保持されている被測定粒子群に対してイオンを照射し、イオンと共に被測定粒子群を吸引して帯電を中和したうえで分散媒である気体と混合して測定空間に噴射供給するので、被測定粒子群がその通路中で壁体に付着したり、あるいは凝集することを防止することができ、乾式測定における被測定粒子群の帯電に起因する被測定粒子群の取扱いの困難性を解消し、また、測定結果に誤差が含まれることを防止して、測定の再現性並びに安定性を向上させることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図であり、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

照射光学系１と測定光学系２とが測定空間３を挟んで対向配置されており、これらの照射光学系１と測定光学系２は共通の筐体４内に収容され、測定空間３は、筐体４内で照射光学系１および測定光学系２に対して所要の大きさの孔４１ａ，４２ａを有する壁体４１，４２によって仕切られることによって形成されている。また、筐体４内には、測定光学系２からの出力をサンプリングするデータサンプリング部５１と、そのデータサンプリング部５１を含む装置各部を制御するとともに、サンプリングされたデータを外部に転送するための制御・通信部５２などを搭載した回路基板も収容されている。

照射光学系１は、レーザ光源１１、集光レンズ１２、空間フィルタ１３およびコリメータ１４からなり、レーザ光源１１からの出力光は集光レンズ１２で集光された後、空間フィルタ１３を経てコリメータ１４によって平行なレーザ光に成形される。

測定光学系２は、後述するようにして気体中に分散した状態で測定空間３に導かれた被測定粒子群Ｐにレーザ光を照射することによって得られる回折・散乱光を集光する集光レンズ２１と、その集光レンズ２１の焦点位置に置かれたデテクタ２２によって構成されている。デテクタ２２は、互いに半径の異なるリング状もしくは半リング状あるいは１／４リング状の受光面を有する複数の光センサを同心状に並べたものであり、このデテクタ２２に回折・散乱光を集光することによって、複数の回折・散乱角度ごとの光強度、つまり回折・散乱光の空間強度分布を測定することができる。

データサンプリング部５１は、デテクタ２２を構成する各光センサの出力を個別に増幅する複数のアンプおよび増幅後の各出力をデジタル化するＡ−Ｄ変換器を主体として構成されている。デテクタ２２の出力はこのデータサンプリング部５１を経ることによって、回折・散乱光の空間強度分布データとなり、制御・通信部５２を介して筐体４の外部に設けられているパーソナルコンピュータ５３に転送される。このパーソナルコンピュータ５３では、回折・散乱光の空間強度分布を、ミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論に則った公知のアルゴリズムを用いて、粒子群Ｐの粒度分布に換算する。

被測定粒子群Ｐは試料保持部６に保持された状態で、エジェクタ７１を含む試料分散・供給機構７により測定空間３に導かれる。試料保持部６は、図２に要部斜視図を示すように、回転が与えられる円盤６１の表面にその回転中心を中心とした円形の溝６２を形成したものであって、その溝６２内に被測定粒子群Ｐが保持される。

試料分散・供給機構７は、高圧空気の導入ポート７１ａと吸気ポート７１ｂおよび排気ポート７１ｃを備えたエジェクタ７１と、そのエジェクタ７１に対して高圧空気を供給する圧縮空気供給源７２、エジェクタ７１の吸気ポート７１ｂに接続され、試料保持部６の溝６２に向けて開口する吸引口７３、エジェクタ７１の排気ポート７１ｃに一端が接続され、他端が測定空間３に向けて開口する分散ノズル７４に接続されたチューブ７５によって構成されている。この構成において、円盤６１に回転を与えつつエジェクタ７１に高圧空気を供給することにより、吸引口７３から試料保持部６の溝６２内に保持されている被測定粒子群Ｐがエジェクタ７１内に順次吸引され、その吸引された被測定粒子群Ｐはエジェクタ７１内で高圧空気と共にチューブ７５内を通って分散ノズル７４からエアロゾルの状態、つまり空気中に被測定粒子群Ｐが分散された状態で測定空間３に噴射される。

測定空間３には、吸引装置８１に接続された吸引管８２が分散ノズル７４に対向するように開口しており、分散ノズル７４から供給された被測定粒子群Ｐは吸引管８２を介して吸引装置８１に回収される。なお、吸引管８２には圧力センサ８３が配置されており、この圧力センサ８３により吸引管８２内の流れの状態をモニタできるようになっている。

さて、試料保持部６に隣接してイオン発生源９１が配置されている。このイオン発生源９１は、例えば交流コロナ放電方式のイオン発生源であって、±両極のイオンをバランスよく発生することができ、その両極のイオンのうち、被測定粒子群Ｐの帯電極性と逆極性のイオンを溝６２内の被測定粒子群Ｐに対して照射する。この照射イオン濃度は吸引口７３の近傍において高くされ、これにより、そのイオンは被測定粒子群Ｐと共に吸引される。

また、圧縮空気供給源７２とエジェクタ７１の間にも同様にイオン発生源９２が配置されており、このイオン発生源９２は、上記したイオン発生源９１と同極性、つまり被測定粒子群Ｐの帯電極性と逆極性のイオンを圧縮空気供給源７２からの高圧空気に混合してエジェクタ７１に供給する。

更に、エジェクタ７１と、その吸気ポート７１ｂに接続された吸引口７３および分散ノズル７４はそれぞれ金属製であり、また、エジェクタ７１の排気ポート７１ｃと分散ノズル７４とを接続するチューブ７５は導電性の材料によって形成されている。そして、これらは接地電位９０に接続されている。

以上の実施の形態において、試料保持部６上の被測定粒子群Ｐに対してその帯電極性と逆極性のイオンを照射するので、吸引口７３に吸引される被測定粒子群Ｐをあらかじめ電気的に中和させることができ、イオンと共に吸引口７３内に吸引することによって、吸引中に発生する静電気も効果的に除去することができる。

また、圧縮空気にイオンを混合しているため、噴射中の被測定粒子群Ｐの帯電をも中和することができ、噴射中に粒子間の摩擦で発生する静電気を効果的に除去することができる。

更に、吸引口７３から分散ノズル７４に至る被測定粒子群Ｐの搬送路が全て導電性材料により形成されて接地電位９０に接続されているため、被測定粒子群Ｐの帯電による搬送路への付着を効果的に防ぐことができる。

これらのことから、静電気による粒子の凝集や装置への付着に起因する障害を抑制することができ、正確で安定して再現性のよい測定が可能となる同時に、装置各部に被測定粒子群Ｐの付着が抑制されるために、装置のメンテナンス頻度の低減を実現することができる。

ここで、以上の実施の形態においては、試料保持部６に保持されている被測定粒子群Ｐに対するイオンの照射と、分散媒となる高圧空気へのイオンの混入、および搬送路を導電性材料により形成して接地することの全てを採用したが、試料保持部６に保持されている被測定粒子群Ｐに対するイオンの照射のみを採用しても、従来のこの種の粒度分布測定装置に比して被測定粒子群の取扱いの困難性の解消およびメンテナンス頻度の低減、および測定の正確さ・再現性・安定性の向上を達成することができる。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 本発明の実施の形態における試料保持部６の近傍の要部斜視図である。

１ 照射光学系
２ 測定光学系
３ 測定空間
４ 筐体
５１ データサンプリング部
５２ 制御・通信部
５３ パーソナルコンピュータ
６ 試料保持部
６１ 円盤
６２ 溝
７ 分散・供給機構
７１ エジェクタ
７２ 圧縮空気供給源
７３ 吸引口
７４ 分散ノズル
７５ チューブ
９０ 接地電位
９１，９２ イオン発生源
Ｐ 被測定粒子群

Claims (1)

1. 測定空間にレーザ光を照射する照射光学系と、測定空間内に導かれた被測定粒子群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、その測定された回折・散乱光の空間強度分布から被測定粒子群の粒度分布を算出する演算手段を備えるとともに、試料保持部に保持されている被測定粒子群を吸引して、分散媒となる気体と共に上記測定空間に噴射する試料噴射供給手段を備えたレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置において、
   上記試料保持部に保持されている被測定粒子群に対して当該被測定粒子群の帯電極性と逆極性のイオンを照射するイオン発生手段を備え、そのイオン発生手段から発生したイオンを被測定粒子群と共に吸引して上記測定空間に噴射するように構成されていることを特徴とするレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置。

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