JP6026936B2 - 異物検出装置 - Google Patents
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Description
また、試料について元素分析を行う方法として蛍光X線分析が知られている。この蛍光X線分析は、X線源から出射されたX線を試料に照射し、試料から放出される特性X線である蛍光X線をX線検出器で検出することで、そのエネルギーからスペクトルを取得し、試料の定性分析又は定量分析を行うものである。この蛍光X線分析は、試料を非破壊で迅速に分析可能なため、工程・品質管理などで広く用いられている。
すなわち、従来の異物検出方法は、いずれも粉体等の試料が静止した状態でX線を照射することで異物を検出しているが、炭素や金属の粉体が空気と一緒に一定スピードで流れている状態から、特定の金属異物だけを検出することが困難であった。例えば、リチウムイオン電池用のカーボンブラックや正極活物質等の材料や薬剤の粉末などが一定の速度で流れている工程中で、流れを止めずに含まれる異物を検出することができなかった。すなわち、測定対象である粉体等の試料が固定されておらず、一次X線の照射領域を僅かな時間で流れて移動してしまうため、異物から得られる二次X線の検出量が小さいと共に異物以外の元素からの二次X線の影響が大きく、異物からの蛍光X線の情報に対して感度が悪いという問題があった。
すなわち、この異物検出装置では、試料が、一定方向に流れる流体試料又は一定方向に移動する薄板若しくは箔状試料であるので、TDIセンサの電荷転送の方向及び速度を流体試料又は薄板若しくは箔状試料の移動する方向及び速度に合わせることで、流れる流体試料中又は移動中の薄板若しくは箔状試料中の異物を高感度で検出することができる。
すなわち、この異物検出装置では、制御部が、速度センサで測定した試料の速度に基づいてTDIセンサを制御するので、正確な試料の速度に基づいてTDIセンサを制御することができ、より高い感度を得ることができる。
すなわち、この異物検出装置では、平行な二次X線の入射角が互いに異なる複数の分光素子が設置され、複数の分光素子に対応して複数のTDIセンサが設置されているので、複数の分光素子及びTDIセンサを互いに異なる複数の元素の異物に対応させることで、流れる試料中から複数の元素の異物を同時に検出することが可能になる。
すなわち、本発明に係る異物検出装置によれば、制御部が、TDIセンサの電荷転送の方向及び速度を試料の移動方向及び速度に合わせ、TDIセンサが受光した蛍光X線の輝度値を積算するので、異物以外の元素からの二次X線(蛍光X線や散乱X線)の影響を極小化した状態で、異物からの蛍光X線を良好なS/Nで検出することが可能になる。したがって、本発明の異物検出装置を用いれば、リチウムイオン電池用のカーボンブラック、正極活物質等の材料や薬剤の粉末などが一定の速度で流れている工程中で、あるいはリチウムイオン電池の正極に用いられるCo酸リチウム電極板などが一定の速度で移動する工程中で、それらの工程を中断せずに含まれる異物を高感度で検出することができる。
また、本実施形態の異物検出装置1は、試料Sの速度を測定する速度センサ6を備えている。この速度センサ6は、例えば流速センサである電磁流量計などが採用される。なお、試料Sの速度が一定で正確に把握できている場合は、速度センサ6を削除しても構わない。
そして、上記制御部Cは、速度センサ6で測定した試料Sの速度に基づいてTDIセンサ5を制御する。
上記X線源2は、一次X線を照射可能なX線管球であって、管球内のフィラメント(陰極)から発生した熱電子がフィラメント(陰極)とターゲット(陽極)との間に印加された電圧により加速されターゲットのW(タングステン)、Mo(モリブデン)、Cr(クロム)などに衝突して発生したX線を1次X線X1としてベリリウム箔などの窓から出射するものである。
ブラッグの法則式:2d・sinθ=nλ
(d:分光素子4の結晶間隔、n:回折次数、λ:蛍光X線の波長)
このTDIセンサ5は、上記ブラッグの法則式により成り立つ分光角に対応する位置に、入射される蛍光X線X3に対して受光面が直交するように設置されている。すなわち、TDIセンサ5は、分光素子4の単結晶に入射角θで入射した二次X線X2のうち、特定の元素に起因する蛍光X線X3がこの単結晶で干渉(回折)して特定の分光角2θで出射される位置に配置されている。このようにTDIセンサ5は、検出したい異物S1の元素からの蛍光X線X3が分光素子4で回折されて出射される方向に配されている。
この制御部Cは、試料Sの速度Vsに対してTDIセンサ5の電荷転送の速度(送りスピード)VTDIを同じに設定し、試料Sの流れとTDIセンサ5の積算処理とを同期させて制御している。
まず、平面流路を流れる試料Sの一部にX線源2が一次X線X1を照射する。このとき、流れる試料S中の主成分の粉体及び金属異物S1からは蛍光X線と散乱X線等の二次X線が放射状に発生する。
さらに、平面流路の平行面に対して直交して配された平行ポリキャピラリ3が、発生した二次X線の一部の平行成分だけを取り出し、平行になった二次X線X2を分光素子4に入射させる。
また、制御部Cが、速度センサ6で測定した試料Sの速度に基づいてTDIセンサ5を制御するので、正確な試料Sの速度に基づいてTDIセンサ5を制御することができ、より高い感度を得ることができる。
本実施形態では、平面流路に流れる試料Sに照射された一次X線X1によって試料Sから発生した二次X線は平面流路の両側に放射状に放出される。
例えば、上記実施形態では、測定試料について流れる粉体や液体等の流体試料としたが、一定方向に移動する薄板若しくは箔状試料を異物検査対象の試料としても構わない。例えば、リチウムイオン電池の正極に用いられるCo酸リチウム電極板などが一定の速度で移動する工程中で、Co酸リチウム電極板に含まれる異物を検出する際に本発明の異物検出装置を用いても構わない。
Claims (5)
- 一定方向に移動する試料に対して一次X線を照射するX線源と、
少なくとも前記試料の移動方向に複数のスリットが並んで構成され前記一次X線を照射された前記試料から発生する二次X線の一部の平行成分を取りだして平行な二次X線を出射する平行二次元スリットと、
前記平行な二次X線から特定の蛍光X線を分光する分光素子と、
前記蛍光X線を受光するTDIセンサと、
前記TDIセンサを制御し前記蛍光X線に対応した異物を検出する制御部とを備え、
前記制御部が、前記TDIセンサの電荷転送の方向及び速度を前記試料の移動方向及び速度に合わせ、前記TDIセンサが受光した前記蛍光X線の輝度値を積算することを特徴とする異物検出装置。 - 請求項1に記載の異物検出装置において、
前記試料が、一定方向に流れる流体試料又は一定方向に移動する薄板若しくは箔状試料であることを特徴とする異物検出装置。 - 請求項1又は2に記載の異物検出装置において、
前記平行二次元スリットが、ポリキャピラリであることを特徴とする異物検出装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の異物検出装置において、
前記試料の速度を測定する速度センサを備え、
前記制御部が、前記速度センサで測定した前記試料の速度に基づいて前記TDIセンサを制御することを特徴とする異物検出装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の異物検出装置において、
前記平行な二次X線の入射角が互いに異なる複数の前記分光素子が設置され、
前記複数の分光素子に対応して複数の前記TDIセンサが設置されていることを特徴とする異物検出装置。
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