JP6593744B2 - 粉塵検出装置および粉塵検出システム - Google Patents

Description

本発明は、一般に粉塵検出装置および粉塵検出システムに関し、より詳細には、試料空気に含まれる粉塵を検出する粉塵検出装置および粉塵検出システムに関する。

従来、粉塵を検出する粉塵検出装置として、例えば、特許文献１に記載された粉塵検出装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された粉塵検出装置は、導入口から導入された試料空気に含まれる粉塵を捕集体にて捕集し、捕集体で捕集された粉塵が粉塵センサのセンタ本体内を通過するように構成されている。そして、上記粉塵がセンサ本体内を通過する際に、粉塵センサは、発光部および受光部を用いて粉塵を検出するように構成されている。

特開２０１３−２５７２１８号公報

ところで、特許文献１に記載された従来の粉塵検出装置では、試料空気の流速が比較的小さくても試料空気中に浮遊する粉塵（質量が比較的小さい粉塵）を検出することができるものの、質量が比較的大きい粉塵（例えば樹脂や金属）を個別に短時間で検出するためには試料空気の流速を一定値以上にする必要がある。

しかしながら、試料空気の流速が一定値以上である状態で粉塵センサの検出周期が長くなると、検出漏れの粉塵が発生する恐れがあり、一定値以上の質量を有する粉塵を精度よく検出することができない可能性がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされた発明であり、本発明の目的は、一定値以上の質量を有する粉塵を精度よく検出することができる粉塵検出装置および粉塵検出システムを提供することにある。

本発明の粉塵検出装置は、試料空気が導入される導入口および前記試料空気が排出される排出口を有する筐体と、前記筐体内に収納され、前記導入口から導入される前記試料空気に含まれる粉塵を捕集する捕集体と、前記筐体内に収納され、前記捕集体で捕集される前記粉塵が通過する貫通路を有し、前記貫通路を通過する前記粉塵を検出する粉塵センサと、を備える。前記捕集体は、前記導入口と対向する第１の開口端の開口面積が前記導入口の開口面積以上であり、かつ、前記貫通路と対向する第２の開口端の開口面積より大きくなるように形成されている。前記貫通路の開口面積は、前記導入口の開口面積および前記排出口の開口面積よりも小さい。前記粉塵検出装置は、粘着面を有し前記貫通路を通過する前記粉塵を採取する粘着部材と、開口部を有するプレートと、をさらに備える。前記粉塵センサは、前記開口部が前記貫通路の開口面と対向する位置に前記プレートをガイドするガイド部材を含む。前記粘着部材は、前記貫通路と前記排出口との間において、前記粘着面が前記貫通路の開口面と対向する位置に設けられており、かつ、前記粘着面が前記貫通路と対向して前記開口部を覆うように前記プレートに取り付けられる。
この粉塵検出装置は、前記試料空気の流速を測定する流速センサをさらに備える。前記粉塵センサは、前記貫通路の長さを前記流速センサで測定された前記流速で除することによって得られる時間よりも短い検出周期で、前記貫通路を通過する前記粉塵を検出することが好ましい。

この粉塵検出装置において、前記流速センサは、前記筐体内において前記粉塵センサと前記排出口との間に設けられていることが好ましい。

この粉塵検出装置は、前記試料空気を前記筐体内から前記筐体外へ排出する排気ファンをさらに備えることが好ましい。

本発明の粉塵検出システムは、前記粉塵検出装置と、前記粉塵センサの検出結果に基づいて前記粉塵の量を求める処理装置とを備える。

本発明の粉塵検出システムは、前記粉塵検出装置と、前記粉塵センサの検出結果に基づいて前記粉塵の量を求める処理装置と、を備える。前記処理装置は、前記流速センサで測定された前記流速に関する流速情報を、前記試料空気を移動させる集塵機構に出力する。

この粉塵検出システムにおいて、前記処理装置は、前記流速センサで測定される前記流速が予め決められた範囲内になるように、前記試料空気を移動させる集塵機構を制御することが好ましい。

本発明では、一定値以上の流速を維持した状態であっても、検出漏れの粉塵の発生を低減させることができるので、一定値以上の質量を有する粉塵を精度よく検出することができる。

実施形態１に係る粉塵検出装置の模式的な断面図である。 実施形態１に係る粉塵検出装置の模式的な断面図である。 実施形態１に係る粉塵検出装置において、Ａ−Ａ線の断面図である。 実施形態１に係る粉塵検出装置の要部の斜視図である。 実施形態１に係る粉塵センサおよびエアブロー機構の要部の外観図である。 実施形態１に係る粘着部材およびプレートの外観図である。 図７Ａ，７Ｂは、実施形態１に係るエアブロー機構の動作の説明図である。 図８Ａ，８Ｂは、実施形態１に係るエアブロー機構の動作の説明図である。 図９Ａ，９Ｂは、実施形態１に係るエアブロー機構の動作の説明図である。 実施形態１に係る粉塵検出システムの構成図である。 実施形態１の変形例に係る粉塵検出装置の要部の外観図である。 実施形態１の他の変形例に係る粉塵検出装置の模式的な断面図である。 実施形態１のさらに他の変形例に係る粉塵検出装置の模式的な断面図である。 実施形態２に係る粉塵検出装置の外観図である。 実施形態２に係る粉塵検出装置の模式的な断面図である。 実施形態２の変形例に係る粉塵検出装置の模式的な断面図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態１，２に係る粉塵検出装置および粉塵検出システムの詳細について説明する。

（実施形態１）
実施形態１に係る粉塵検出装置１は、図１〜４に示すように、筐体２と、捕集体３と、粉塵センサ４と、エアブロー機構５と、流速センサ６と、粘着部材７とを備えている。ただし、以下の説明では、図１において上下左右前後の各方向を規定し、図１における左右方向を前後方向、図１の紙面に垂直な方向を左右方向と定義する。

筐体２は、試料空気９１が導入される導入口２８と、試料空気９１が排出される排出口２９とを有している。筐体２は、略矩形状であり、ボディ２１と、カバー２２とを備えている。ボディ２１は、金属または合成樹脂などで形成されている。カバー２２は、金属または合成樹脂などで形成されており、ボディ２１の開口部を覆う。

ボディ２１は、底部２３と、第１の壁部２４と、第２の壁部２５と、第１のホース２６と、第２のホース２７とを備えている。底部２３と第１の壁部２４と第２の壁部２５とは、いずれも板状であり、一体に設けられている。なお、底部２３と第１の壁部２４と第２の壁部２５との各々は、遮光性を有する合成樹脂製の板材などであってもよい。この場合、底部２３と第１の壁部２４と第２の壁部２５とは、接着剤などで接合されてボディ２１を構成する。

第１の壁部２４の中央には、円状の導入口２８が開口している。第２の壁部２５の中央には、円状の排出口２９が開口している。第１のホース２６は、金属または合成樹脂などで筒状に形成されており、導入口２８に挿通されている。第１のホース２６は、試料空気９１の流入路となる。第２のホース２７は、金属または合成樹脂などで筒状に形成されており、第２のホース２７の通路が排出口２９に連通するようにボディ２１の第２の壁部２５に取り付けられている。第２のホース２７は、試料空気９１の流出路となる。

捕集体３は、筐体２内に収納されており、導入口２８から導入される試料空気９１に含まれる粉塵を捕集するように構成されている。捕集体３は、金属または合成樹脂などでコーン状に形成されており、円状の第１の開口端３１と、円状の第２の開口端３２とを有している。すなわち、捕集体３は、第１の開口端３１から第２の開口端３２に近づくほど、第１の開口端３１の開口面に平行な断面の面積が小さくなるように形成されている。第１の開口端３１は、導入口２８（第１のホース２６の開口部）と対向している。第２の開口端３２は、粉塵センサ４の貫通路４４と対向している。より詳細には、捕集体３は、第１の開口端３１が導入口２８（第１のホース２６）と所定の距離を離して対向し、第２の開口端３２がセンサ本体４１の貫通路４４と対向するように、筐体２内に配置されている。筐体２と捕集体３との間には、試料空気９１を流すための流路となる隙間（空間）が形成されている。

捕集体３は、第１の開口端３１の開口面積（内径Ｒ１）が導入口２８（第１のホース２６）の開口面積（内径Ｒ２）以上である（Ｒ１≧Ｒ２）ように形成されている。また、捕集体３は、第１の開口端３１の開口面積が第２の開口端３２の開口面積（内径Ｒ３）よりも大きくなる（Ｒ１＞Ｒ３）ように形成されている。さらに、捕集体３は、第２の開口端３２の開口面積が粉塵センサ４の貫通路４４の開口面積（直径Ｒ４）以上である（Ｒ３≧Ｒ４）ように形成されている。なお、第１の開口端３１の開口面積と導入口２８の開口面積との比率は、図示例の比率には限定されない。第１の開口端３１の開口面積が導入口２８の開口面積以上であれば（Ｒ１≧Ｒ２）、第１の開口端３１の開口面積と導入口２８の開口面積との比率は、どのような比率であってもよい。第１の開口端３１の開口面積と第２の開口端３２の開口面積との比率は、図示例の比率には限定されない。第１の開口端３１の開口面積が第２の開口端３２の開口面積よりも大きければ（Ｒ１＞Ｒ３）、第１の開口端３１の開口面積と第２の開口端３２の開口面積との比率は、どのような比率であってもよい。第２の開口端３２の開口面積と貫通路４４の開口面積との比率は、図示例の比率には限定されない。第２の開口端３２の開口面積が貫通路４４の開口面積以上であれば（Ｒ３≧Ｒ４）、第２の開口端３２の開口面積と貫通路４４の開口面積との比率は、どのような比率であってもよい。

粉塵センサ４は、筐体２内に収納されており、捕集体３で捕集される粉塵を検出するように構成されている。すなわち、粉塵センサ４は、試料空気９１に含まれる粉塵を検出するように構成されている。粉塵センサ４は、例えば光電式のセンサである。粉塵センサ４は、図３に示すように、センサ本体４１と、発光部４２と、受光部４３とを備えている。

センサ本体４１は、遮光性を有する合成樹脂などで矩形箱状に形成されている。センサ本体４１は、流入側に設けられた表板４１１（図７Ｂ参照）と、流出側に設けられた裏板４１２（図７Ｂ参照）とを備えている。表板４１１は、試料空気９１が通過する第１の通過孔４４１（図７Ｂ参照）を有している。裏板４１２は、試料空気９１が通過する第２の通過孔４４２（図７Ｂ参照）を有している。

センサ本体４１は、第１の通過孔４４１と第２の通過孔４４２との間に形成された円筒状の貫通路４４を有している。貫通路４４は、センサ本体４１の略中央に形成されている。貫通路４４は、捕集体３および粘着部材７と対向している。試料空気９１は、第１の通過孔４４１からセンサ本体４１内に導入され、第２の通過孔４４２からセンサ本体４１の外へ排出される。すなわち、捕集体３で捕集される粉塵９２は、貫通路４４を通過する。

センサ本体４１は、図７Ａに示すように、接続口４５１と、接続口４５２とを有している。接続口４５１は、丸状であり、センサ本体４１において貫通路４４よりも下方に有している。接続口４５１には、後述の継手５４が接続されている。接続口４５２は、丸状であり、センサ本体４１において貫通路４４よりも下方に有している。接続口４５２には、後述の継手５７が接続されている。

貫通路４４の開口面積は、導入口２８の開口面積および排出口２９の開口面積よりも小さい。すなわち、第１の通過孔４４１および第２の通過孔４４２の開口面積は、導入口２８の開口面積および排出口２９の開口面積よりも小さい。

発光部４２は、センサ本体４１内に収納されており、貫通路４４に向けて光を発するように構成されている。発光部４２は、センサ本体４１内において、貫通路４４よりも上方に設けられている。発光部４２は、光を発する発光素子と、発光素子を駆動する駆動回路と、発光素子から発せられた光を平行光に変換するレンズとを備えている。発光素子は、例えば発光ダイオードである。発光部４２は、貫通路４４に平行光を照射する。すなわち、発光部４２は、第１の通過孔４４１から導入されてセンサ本体４１内を通過する試料空気に平行光を照射する。

受光部４３は、センサ本体４１内に収納されており、発光部４２から発せられて貫通路４４を通過する粉塵で反射した光を受けるように構成されている。より詳細には、受光部４３は、センサ本体４１内において、貫通路４４よりも上方に設けられている。受光部４３は、貫通路４４を通過する粉塵で反射した光を受光素子に集めるレンズと、光を受け取る受光素子と、受光素子の出力信号を増幅する増幅器とを備えている。受光素子は、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタなどである。受光部４３は、試料空気９１に含まれる粉塵に反射した光を受ける。なお、発光部４２から発せられた光のうち、粉塵９２で反射しなかった光は、貫通路４４を横切るため、受光部４３には受光されない。

粉塵検出装置１は、図１，４に示すように、捕集体３および粉塵センサ４を筐体２に支持するための支持具１１を備えている。支持具１１は、金属または合成樹脂などで形成されている。支持具１１は、筐体２のボディ２１に取り付けられている。支持具１１は、導入口２８および排出口２９の中心軸と、捕集体３の中心軸と、粉塵センサ４の貫通路４４の中心軸とが略直線（図１における一点鎖線）上に並ぶように、捕集体３および粉塵センサ４を筐体２内に支持している。なお、支持具１１は、ボディ２１に対する支持具１１の取付位置を前後方向（図１の左右方向）に調整可能とし、第１のホース２６と捕集体３の第１の開口端３１との間の距離を調整することができるようにすることが好ましい。

エアブロー機構５は、エア供給源８２（図１０参照）に接続されており、エア供給源８２から供給されるエア８３をセンサ本体４１内に噴射するように構成されている。エアブロー機構５は、図３〜５に示すように、第１のエアブロー機構５１と、第２のエアブロー機構５２とを備えている。エア８３は、粉塵などを含まない清浄なもの（少なくとも検出対象の粉塵を含まないもの）である。エア８３は、大気と同じ成分比率であることが好ましい。ただし、エア８３は、大気と同じ成分比率であることには限定されず、適宜のガス成分を含んでもよい。

第１のエアブロー機構５１は、図７Ａに示すように、センサ本体４１内において受光部４３と対向する位置から受光部４３に向けてエア８３を噴射するように構成されている。すなわち、第１のエアブロー機構５１は、受光部４３に向けて高圧のエア８３を放出するように構成されている。

第１のエアブロー機構５１は、ノズル５３と、継手５４とを備えている。ノズル５３は、センサ本体４１内に設けられている。より詳細には、ノズル５３は、センサ本体４１内において、受光部４３の受光面と対向する位置に設けられている。ノズル５３は、エア８３が噴射される噴射口５３１を有している。継手５４は、センサ本体４１外に設けられており、ノズル５３と通路管５５とを連通させる。すなわち、継手５４は、ノズル５３と通路管５５とを接続するために接続口４５１に取り付けられている。通路管５５は、例えばチューブであり、エア供給源８２からのエア８３が通る。すなわち、エア供給源８２からのエア８３は、通路管５５および継手５４を通ってノズル５３から受光部４３に向けて噴射される。

第２のエアブロー機構５２は、センサ本体４１内において発光部４２と対向する位置から発光部４２に向けてエア８３を噴射するように構成されている。すなわち、第２のエアブロー機構５２は、発光部４２に向けて高圧のエア８３を放出するように構成されている。

第２のエアブロー機構５２は、ノズル５６と、継手５７とを備えている。ノズル５６は、センサ本体４１内に設けられている。より詳細には、ノズル５６は、センサ本体４１内において、発光部４２の発光面と対向する位置に設けられている。ノズル５６は、エア８３が噴射される噴射口５６１を有している。継手５７は、センサ本体４１外に設けられており、ノズル５６と通路管５８とを連通させる。すなわち、継手５７は、ノズル５６と通路管５８とを接続するために接続口４５２に取り付けられている。通路管５８は、例えばチューブであり、エア供給源８２からのエア８３が通る。すなわち、エア供給源８２からのエア８３は、通路管５８および継手５７を通ってノズル５６から発光部４２に向けて噴射される。

図１〜４に示す流速センサ６は、試料空気９１の流速を測定するように構成されている。本実施形態の流速センサ６は、筐体２内において粉塵センサ４と排出口２９との間に設けられている。より詳細には、流速センサ６は、センサ本体４１の下流側であって排出口２９の入口付近に取り付けられている。

導入口２８付近では、試料空気９１の乱流が発生するため、試料空気９１の流速が大きく変動する。このため、試料空気９１の流速を精度よく測定することができない。そこで、流速センサ６は、試料空気９１が乱流ではなく層流である位置に配置されていることが好ましい。そこで、本実施形態の流速センサ６は、排出口２９の入口付近に取り付けられている。なお、流速センサ６は、排出口２９の入口付近に配置されていることに限定されず、試料空気９１が乱流ではなく層流である位置に配置されていればよい。例えば、流速センサ６は、第１のホース２６に取り付けられていてもよいし、第２のホース２７に取り付けられていてもよい。

ところで、流速センサ６の測定結果は、粉塵センサ４の検出周期を決める際に用いられる。粉塵センサ４は、貫通路４４の長さＬ１を流速センサ６で測定された流速Ｖ１で除することによって得られる時間Ｔ１（＝Ｌ１／Ｖ１）よりも短い検出周期Ｔ２で、貫通路４４を通過する粉塵を検出する。例えば、貫通路４４の長さＬ１が２０ｍｍ、流速センサ６で測定された流速Ｖ１が２０ｍ／ｓである場合、時間Ｔ１は１ｍｓである。したがって、検出周期Ｔ２は、例えば０．５ｍｓであればよい。

粘着部材７は、貫通路４４を通過する粉塵９２を採取するように構成されている。粘着部材７は、フィルム状であり、粘着面７０１（図６Ｂ参照）を有している。粘着部材７は、貫通路４４と排出口２９との間において、粘着面７０１が貫通路４４の開口面（第２の通過孔４４２）と対向する位置に設けられている。

本実施形態において、粘着部材７と粉塵センサ４との間の距離Ｄ１は、貫通路４４の直径Ｒ４の３倍以下である。すなわち、粘着部材７は、以下のプレート７１およびガイド部材４６によって、粘着部材７と粉塵センサ４との間の距離Ｄ１が貫通路４４の直径Ｒ４の３倍以下であるような位置に設けられている。

粉塵検出装置１は、図６Ａ，６Ｂに示すように、粘着部材７を支持する支持機構として、開口部７１３を有するプレート７１を備えている。プレート７１は、筐体２の取付孔２０１（図１，２参照）に挿入され、粉塵センサ４のガイド部材４６によってガイドされる。

プレート７１は、合成樹脂または金属などで板状に形成されている。プレート７１は、本体部７１１と、先端部７１２とを一体に備えている。本体部７１１は、丸孔の開口部７１３と、複数（図示例では４つ）の長孔の貫通孔７１４とを有している。開口部７１３は、粉塵採取用の開口部であり、粘着部材７によって覆われている。すなわち、粘着部材７は、粘着面７０１が貫通路４４と対向して開口部７１３を覆うようにプレート７１に取り付けられている。各貫通孔７１４は、試料空気用の貫通路であり、各貫通孔７１４を試料空気９１が通過する。

また、図１に示すように、粉塵センサ４は、プレート７１をガイドするガイド部材４６を備えている。ガイド部材４６は、金属または合成樹脂で形成されている。ガイド部材４６は、センサ本体４１に接するように取り付けられている。ガイド部材４６は、２つの溝４６１を有している。各溝４６１は、プレート７１の本体部７１１の長手方向の断面形状と略同じ形状である。各溝４６１には、プレート７１が差し込まれている。これにより、ガイド部材４６は、プレート７１の開口部７１３すなわち粘着部材７が貫通路４４の開口面と対向する位置にプレート７１をガイドする。

さらに、筐体２は、プレート７１を取り付けるための取付孔２０１を有している。より詳細には、取付孔２０１は、カバー２２のうちボディ２１の底部２３に対向する位置に形成されている。粘着部材７を用いて粉塵９２を採取する場合、取付孔２０１には、図１に示すように、プレート７１が差し込まれている。これにより、筐体２を分解せずにプレート７１に取り付けられた粘着部材７を筐体２内に配置することができる。一方、粉塵９２を採取しない場合、図２に示すように、ガイド部材４６をセンサ本体４１から外し、取付孔２０１を蓋部材２０２にて塞いでおけばよい。

次に、本実施形態に係る粉塵検出装置１の動作について図１を参照しながら説明する。導入口２８に挿入されている第１のホース２６を通して、試料空気９１が筐体２内に導入される。一方、開口部が排出口２９に連通する第２のホース２７には集塵機構（集塵機など）が接続されており、集塵機構が第２のホース２７を通して試料空気９１を吸引することにより、導入口２８から排出口２９に向かう試料空気９１の流れが生じる。

第１のホース２６内に流れてきた試料空気９１は、第１のホース２６から筐体２内に出た後に急激に流速が低下する。したがって、流速が低下した試料空気９１の一部は、捕集体３と筐体２との間の流路を通って排出口２９（第２のホース２７）から排出される。一方、試料空気９１に含まれる粉塵は、慣性の法則によって第１のホース２６を移動してきた速度を略維持した状態で捕集体３内に流入し、さらに、粉塵センサ４の貫通路４４を通過する。ただし、一部の粉塵は、捕集体３の第１の開口端３１から貫通路４４へ直接進行するのではなく、捕集体３の内周面に衝突した後に第２の開口端３２へ移動することになる。なお、捕集体３の内周面が貫通路４４に向かって傾斜する傾斜面となっているので、捕集体３の内周面に衝突した粉塵をスムーズに貫通路４４へ導くことができる。

その後、粉塵センサ４は、捕集体３で捕集された粉塵を検出する。そして、粉塵センサ４の貫通路４４を通過した粉塵は、貫通路４４から出て、粘着部材７に付着される。そして、流速センサ６は、試料空気９１の流速を測定する。その後、試料空気９１は、排出口２９から筐体２の外へ排出される。

上記のように本実施形態に係る粉塵検出装置１では、試料空気９１に含まれる粉塵を捕集体３で捕集し、かつ、粉塵センサ４で検出し、さらに、試料空気９１の一部を、捕集体３に流入させずに捕集体３の外側の流路を通して排出口２９から排出している。このため、粉塵センサ４の貫通路４４を単位時間当たりに通過する試料空気９１（粉塵９２を含む試料空気９１）の量を、導入口２８から単位時間当たりに導入される試料空気９１の量よりも減らすことができる。その結果、本実施形態に係る粉塵検出装置１では、単位時間当たりの試料空気９１の量が多い場合でも検出精度の低下を抑制し、試料空気９１の流速が速い場合にも短時間で粉塵９２を検出することができる。言い換えると、粉塵センサ４の貫通路４４の直径が小さく（例えば直径１０ｍｍ程度）、単位時間当たりの試料空気９１の量が多い（流速が速い）場合であっても、検出精度の低下を抑制し、短時間で粉塵９２を検出することができる。

次に、本実施形態に係るエアブロー機構５の動作について図７Ａ〜９Ｂを参照しながら説明する。

まず、第１のエアブロー機構５１の動作について説明する。図７Ａ，７Ｂに示すように、第１のエアブロー機構５１は、受光部４３と対向する位置に設けられたノズル５３からエア８３を噴射する。図８Ａ，８Ｂに示すように、受光部４３に付着などによって滞留している粉塵９２は、エア８３によって吹き飛ばされる。その後、図９Ａ，９Ｂに示すように、エア８３によって吹き飛ばされた粉塵９２は、貫通路４４を通って第２の通過孔４４２からセンサ本体４１の外に排出される。

続いて、第２のエアブロー機構５２の動作について説明する。第２のエアブロー機構５２についても第１のエアブロー機構５１と同様である。まず、第２のエアブロー機構５２は、発光部４２と対向する位置に設けられたノズル５６からエア８３を噴射する。発光部４２に付着などによって滞留している粉塵９２は、エア８３によって吹き飛ばされる。その後、エア８３によって吹き飛ばされた粉塵９２は、貫通路４４を通って第２の通過孔４４２からセンサ本体４１の外に排出される。

このように試料空気９１に含まれている粉塵９２が粉塵センサ４の発光部４２および受光部４３に付着した場合、エアブロー機構５によって、発光部４２にエア８３を噴射して発光部４２に付着されている粉塵９２を粉塵センサ４の外へ放出し、受光部４３にエア８３を噴射して受光部４３に付着されている粉塵９２を粉塵センサ４の外へ放出することができる。

次に、本実施形態に係る粉塵検出システム８について図１０を参照しながら説明する。

粉塵検出システム８は、粉塵検出装置１と、処理装置８１と、エア供給源８２とを備えている。

処理装置８１は、中央処理装置およびメモリが搭載されたコンピュータ（マイクロコンピュータ）を主構成要素とし、プログラムを実行することによって、制御部、演算部および流速制御部としての機能を実現するように構成されている。

処理装置８１は、制御部の機能として、粉塵センサ４の発光部４２の駆動回路を制御するように構成されている。処理装置８１は、発光部４２の駆動回路を周期的に駆動することによって、パルス状の光を発するように発光部４２を制御する。すなわち、処理装置８１は、検出周期Ｔ２で光を発するように発光部４２を制御する。

処理装置８１は、演算部の機能として、粉塵センサ４の検出結果（粉塵センサ４の受光部４３の受光量）に基づいて粉塵の量（個数および濃度の少なくとも一方）を求めるように構成されている。より詳細には、処理装置８１は、粉塵センサ４の検出結果から、受光部４３の受光量に対応した信号レベルを取得する。そして、処理装置８１は、上記信号レベルに基づいて粉塵の量を演算する。

ここで、処理装置８１は、粉塵センサ４の検出周期Ｔ２が時間Ｔ１（貫通路４４の長さＬ１／流速センサ６で測定された流速Ｖ１）よりも短くなるように、粉塵センサ４を制御する。そして、処理装置８１は、閾値レベル以上の信号レベルを計数することによって粉塵の量を検出する。例えば加工工程などにおいて広範囲の質量を有する粉塵が発生する場合、処理装置８１は、粉塵センサ４の検出結果から得られる信号レベルと不良との因果関係から不良原因となる大きさの質量に相当する値（閾値レベル）以上の信号レベルを計数すればよい。

処理装置８１は、流速制御部の機能として、集塵機構８５を制御するように構成されている。より詳細には、処理装置８１は、流速センサ６で測定される流速が予め決められた範囲内になるように、集塵機構８５を制御する。すなわち、処理装置８１は、流速センサ６の測定結果を用いて、一定値以上の流速が確保されるように集塵機構８５を制御するように構成されている。集塵機構８５は、例えば集塵機や集塵システムであり、試料空気９１を移動させるための機構である。

処理装置８１は、報知部の機能として、流速センサ６で測定された流速（試料空気９１の流速）を報知するように構成されている。処理装置８１は、例えばスピーカなどの音出力部を備えていてもよいし、例えばモニタなどの表示部を備えていてもよい。

処理装置８１は、流速センサ６で測定される流速が予め決められた範囲外である場合、警報を発するように構成されている。予め決められた範囲は、予め決められた値以上の範囲であってもよいし、予め決められた値であってもよい。これにより、流速センサ６の測定結果を監視することによって、流速が一定値未満にならないように集塵システムを制御することができる。例えば、処理装置８１は、流速センサ６で測定された流速が一定値未満である場合に警報を発するように構成されている。これにより、一定値以上の流速が確保されていることを監視することができる。また、上記警報によって、ユーザは、集塵機構８５を調整することができる。

次に、本実施形態に係る粉塵検出システム８の使用例について図１０を参照しながら説明する。具体的には、粉塵検出システム８を製品の製造ラインに用いた場合について説明する。粉塵検出システム８は、製造時において検査対象物に付着した粉塵を検出する。検査対象物は、完成品であってもよいし、製造途中段階である中間品であってもよい。

粉塵検出装置１において、導入口２８側には、製造ラインの一部である加工部８４が接続されており、排出口２９側に集塵機構８５が接続されている。加工部８４の所定位置に、検査対象物にエアを噴射する噴射機構と、噴射機構からのエアによって検査対象物から離れた粉塵を集めるための集塵システムとが配置されている。集塵システムは、試料空気９１を引き込むための集塵機構８５と、加工部８４から集塵機構８５までを試料空気９１が通過するホースとを備えている。そして、集塵システムにおけるホースの中間に本実施形態に係る粉塵検出装置１が接続されている。すなわち、粉塵検出装置１では、検査対象物から離れた粉塵を含む試料空気９１が導入口２８から導入され、排出口２９から集塵機構８５に向けて排出される。

まず、噴射機構が検査対象物に対してエアを噴射する。検査対象物に付着されていた粉塵は、上記エアによって検査対象物から離れる。検査対象物から離れた粉塵を含む試料空気９１は、ホースを通って、粉塵検出装置１に導入される。

粉塵検出装置１は、試料空気９１に含まれている粉塵を検出し、処理装置８１は、粉塵検出装置１で検出された粉塵の量を求める。粉塵の量が所定値未満である場合、処理装置８１は、製造ラインのベルトコンベアを移動させる。粉塵の量が所定値以上である場合、処理装置８１は、検査対象物に再度エアを噴射するように噴射機構を制御する。

上記のように粉塵の量に応じた制御を行うことによって、噴射機構が全ての検査対象物に対して一定時間だけエアを噴射する場合に比べて、検査対象物の歩留まりを高めることができる。例えば、粉塵が多い検査対象物に対しては、エアを噴射する回数を多くしてエアの噴射時間を長くし、粉塵が少ない検査対象物に対しては、エアを噴射する回数を少なくしてエアの噴射時間を短くすることができる。

また、処理装置８１は、流速センサ６の測定結果を流速センサ６から受け取る。そして、処理装置８１は、流速センサ６の測定結果に基づいて、試料空気９１の流速が一定値以上になるように集塵システムを制御する。

複数の検査対象物が連続して一定量以上の粉塵を有する場合、処理装置８１は、製造ラインに問題が生じていると判定し、警報を報知するように構成されていてもよい。

本実施形態に係る粉塵検出装置１および粉塵検出システム８の使用例は、上記に限らず、次に示す用途に適用してもよい。粉塵検出装置１および粉塵検出システム８は、自動車部品や電子機器、電池、精密部品の製造、食品加工、自然環境や生活環境での粉塵または発塵の検出、エア洗浄の除塵程度の確認に用いることができる。また、粉塵検出装置１および粉塵検出システム８は、自動車部品や電子機器、電池、精密部品の製造、食品加工において、製造工程現場へ入る前のエアシャワー室内の環境の検出に用いることができる。さらに、粉塵検出装置１および粉塵検出システム８は、自然環境や生活環境、製造環境などにおいて空気中に浮遊している粉塵の変化の確認に用いることができる。

以上説明した本実施形態に係る粉塵検出装置１は、粉塵センサ４のセンサ本体４１内にエア８３を噴射する。これにより、センサ本体４１内に粉塵９２が付着などによって滞留していても、粉塵９２をセンサ本体４１内から除去することができる。その結果、粉塵センサ４の検出精度の低下を抑制することができる。また、センサ本体４１内にエア８３を噴射して粉塵９２を除去するというセルフクリーニングを実現することによって、センサ本体４１を分解して清掃する必要がなくなり、保守時間の増加を抑制することができる。

本実施形態に係る粉塵検出装置１は、受光部４３と対向する位置から受光部４３に向けてエア８３を噴射する。これにより、粉塵検出装置１は、受光部４３に粉塵９２が付着などによって滞留していても、粉塵９２をエア８３によって吹き飛ばしてセンサ本体４１の外に排出することができるので、粉塵９２を除去することができる。その結果、受光部４３の受光量の低下に起因する粉塵センサ４の検出精度の低下を抑制することができる。

より詳細に説明すると、捕集体３で捕集された粉塵９２は、貫通路４４を通過する際に、発光部４２からの光を反射し、受光部４３が反射光を検出することによって、粉塵９２を検出するが、受光部４３に粉塵９２が付着などによって滞留していると、反射光を精度よく検出することができなくなるという問題がある。このような問題に対し、本実施形態に係る粉塵検出装置１は、受光部４３にエア８３を噴射することによって粉塵９２を除去することができるので、粉塵センサ４の検出精度の低下を抑制することができる。

本実施形態に係る粉塵検出装置１は、発光部４２と対向する位置から発光部４２に向けてエア８３を噴射する。これにより、粉塵検出装置１は、発光部４２に粉塵９２が付着などによって滞留していても、粉塵９２をエア８３によって吹き飛ばしてセンサ本体４１の外に排出することができるので、粉塵９２を除去することができる。その結果、発光部４２からの光の光量低下に起因する粉塵センサ４の検出精度の低下を抑制することができる。

より詳細に説明すると、捕集体３で捕集された粉塵９２は、貫通路４４を通過する際に、発光部４２からの光を反射し、受光部４３が反射光を検出することによって、粉塵９２を検出するが、発光部４２に粉塵９２が付着などによって滞留していると、発光部４２からの光の光量が低下するという問題がある。このような問題に対し、本実施形態に係る粉塵検出装置１は、発光部４２にエア８３を噴射することによって粉塵９２を除去することができるので、粉塵センサ４の検出精度の低下を抑制することができる。

以上説明した本実施形態に係る粉塵検出装置１では、貫通路４４の長さＬ１を流速センサ６で測定された流速Ｖ１で除することによって得られる時間Ｔ１（＝Ｌ１／Ｖ１）よりも短い検出周期Ｔ２で粉塵センサ４が粉塵を検出する。これにより、一定値以上の流速を維持した状態であっても、検出漏れの粉塵の発生を低減させることができるので、一定値以上の質量を有する粉塵を精度よく検出することができる。例えば、精密部品などの加工工程で発生する樹脂や金属の粉塵（一定値以上の質量を有する粉塵）を個別に検出することができる。

本実施形態に係る粉塵検出装置１では、筐体２内において粉塵センサ４と排出口２９との間に流速センサ６が設けられている。これにより、試料空気９１の乱流の影響を低減させた状態で試料空気９１の流速を測定することができる。

本実施形態に係る粉塵検出システム８では、貫通路４４の長さＬ１を流速センサ６で測定された流速Ｖ１で除することによって得られる時間Ｔ１（＝Ｌ１／Ｖ１）よりも短い検出周期Ｔ２で粉塵センサ４が粉塵を検出し、粉塵センサ４の検出結果に基づいて処理装置８１が粉塵の量を求める。これにより、一定値以上の質量を有する粉塵の量を短時間で精度よく検出することができる。その結果、例えば、精密部品などの加工工程で不良原因となる粉塵の発生に対して短時間で対応することができるので、不良品の発生を抑制することができる。

以上説明した本実施形態に係る粉塵検出装置１では、センサ本体４１の貫通路４４と筐体２の排出口２９との間において貫通路４４の開口面と対向する位置に粘着部材７が設けられている。これにより、貫通路４４を通過した直後の粉塵を採取することができるので、貫通路４４を通過した粉塵を精度よく採取することができる。また、粘着部材７と粉塵センサ４との間の距離Ｄ１は、貫通路４４の直径Ｒ４の３倍以下であることによって、粉塵の速度が高い状態で粉塵を検出することができるので、貫通路４４から出てきた粉塵が筐体２の下方に落ちて採取できないことを低減させることができる。

本実施形態に係る粉塵検出装置１では、試料空気９１が通過する貫通孔７１４をプレート７１が有する。これにより、試料空気９１の流速による粘着部材７の振動および試料空気９１の乱流を抑制しながら、粘着部材７を筐体２内に安定して配置することができる。

なお、本実施形態の変形例として、図１１に示すように、粉塵センサ４は、補強機構４７を備えていてもよい。補強機構４７は、継手５４，５７とセンサ本体４１との間に設けられている。言い換えると、補強機構４７は、センサ本体４１の一の外壁（図１１の例では表板４１１）に接するように設けられている。継手５４，５７は、補強機構４７に取り付けられている。補強機構４７は、３つの補強部材４８，４９１，４９２を備えている。

補強部材４８は、継手５４，５７とセンサ本体４１との間に設けられており、継手５４，５７の接続部分を補強する。補強部材４８は、金属または樹脂などで板状に形成されている。補強部材４８は、貫通路４４に連通する凹部４８１を有している。凹部４８１には、捕集体３が嵌め込まれる。

補強部材４９１は、金属または樹脂などでＬ字状に形成されており、継手５４と補強部材４８との間に設けられている。補強部材４９１は、継手５４が接続されている接続口を有している。補強部材４９１が継手５４と補強部材４８との間に設けられているときに、補強部材４９１の接続口は、センサ本体４１の接続口４５１に連通している。本変形例では、継手５４は、粉塵センサ４の捕集体３側において、補強部材４８，４９１を介してノズル５３と通路管５５とを接続している。

補強部材４９２は、金属または樹脂などでＬ字状に形成されており、継手５７と補強部材４８との間に設けられている。補強部材４９２は、継手５７が接続されている接続口を有している。補強部材４９２が継手５７と補強部材４８との間に設けられているときに、補強部材４９２の接続口は、センサ本体４１の接続口４５２に連通している。本変形例では、継手５７は、粉塵センサ４の捕集体３側において、補強部材４８，４９２を介してノズル５６と通路管５８とを接続している。

以上説明した本変形例に係る粉塵検出装置１では、継手５４，５７が補強機構４７に取り付けられている。これにより、センサ本体４１への機械的ストレスを低減させることができるので、センサ本体４１に対するクラックや変形の発生を抑制することができる。

また、本変形例に係る粉塵検出装置１では、センサ本体４１の貫通路４４に連通し捕集体３が嵌め込まれる凹部４８１を補強部材４８が有している。これにより、捕集体３を補強部材４８に確実に固定しながら、捕集体３で捕集された粉塵９２を確実にセンサ本体４１の貫通路４４に送ることができる。

補強機構４７は、粉塵センサ４の排出口２９側（捕集体３側とは反対側）に設けられていてもよい。この場合、継手５４は、粉塵センサ４の排出口２９側において、補強機構４７を介してノズル５３と通路管５５とを接続している。継手５７は、粉塵センサ４の排出口２９側において、補強機構４７を介してノズル５６と通路管５８とを接続している。

なお、本実施形態において、エアブロー機構５は、発光部４２および受光部４３の両方にエア８３を噴射するように構成されていることに限定されず、発光部４２または受光部４３のいずれかのみにエア８３を噴射するように構成されていてもよい。言い換えると、エアブロー機構５は、受光部４３のみにエア８３を噴射するように構成されていてもよい。すなわち、エアブロー機構５は、第１のエアブロー機構５１のみを備えていてもよい。また、エアブロー機構５は、発光部４２のみにエア８３を噴射するように構成されていてもよい。すなわち、エアブロー機構５は、第２のエアブロー機構のみを備えていてもよい。

本実施形態の変形例として、処理装置８１は、エア制御部としての機能を実現するように構成されていてもよい。処理装置８１は、エア制御部の機能として、エア供給源８２を制御する。より詳細には、処理装置８１は、試料空気９１が筐体２内に導入されていないときに、粉塵９２の量が閾値以上である場合に、粉塵センサ４のセンサ本体４１内にエア８３を噴射するようにエア供給源８２を制御するように構成されてもよい。

なお、本実施形態の変形例として、図１２に示すように、粉塵検出装置１は、粘着部材７を粉塵センサ４と対向する位置に移動させるための供給部７２および巻取部７３を備えていてもよい。図１２の粉塵検出装置１は、粘着部材７を支持する支持機構として、プレート７１に代えて、プレート７１ａを備えている。供給部７２および巻取部７３は、粘着部材７を一定速度で移動させるように構成されている。供給部７２は、粘着部材７を筐体２内へ供給するように構成されている。巻取部７３は、粘着部材７を筐体２内から巻き取るように構成されている。巻取部７３は、回転軸７４と、モータ７５とを備えている。回転軸７４には、粘着部材７が巻き取られる。モータ７５は、粘着部材７を巻き取るように回転軸７４を回転させる。

本変形例に係る粉塵検出装置１では、粉塵採取用の粘着部材７が筐体２内へ供給されて、試料空気９１に含まれる粉塵９２が採取され、その後、粉塵９２が付着した粘着部材７が巻取部７３に巻き取られていく。これにより、粘着部材７を交換する動作を行うことなく、試料空気９１に含まれている粉塵９２を時系列に採取することができる。その結果、粘着部材７に連続的に採取された粉塵９２を調べることによって、粉塵９２の時間経過による変化を容易に分析することができる。また、非連続な粘着部材を時系列に並べて別の台紙に貼りかえるなどの手間を省くことができる。

また、本実施形態の変形例として、図１３に示すように、粉塵検出装置１の巻取部７３は、モータ７５（図１２参照）に代えて、ファン７６と、回転伝達機構７７とを備えていてもよい。ファン７６は、試料空気の流れによって回転するように構成されている。より詳細には、ファン７６は、捕集体３および粉塵センサ４と筐体２との間の空間（流路）を通る試料空気、すなわち、捕集体３および粉塵センサ４を通らない試料空気の流れによって、回転するように構成されている。回転伝達機構７７は、例えばギアボックスなどであり、ファン７６の回転を回転軸７４に伝達するように構成されている。

本変形例に係る粉塵検出装置１では、試料空気９１の流れによって回転軸７４を回転させることができるので、粘着部材７を巻き取るためにモータを用いる必要がない。これにより、粘着部材７を巻き取るための電源および配線が不要であるので、モータを用いた場合に比べて少ない消費電力量で粘着部材７を巻き取ることができる。その結果、センサ本体４１を通過した粉塵９２を長時間採取することができる。例えば、試料空気９１の流速を一定に制御することによって、粘着部材７を一定速度で供給することができるので、長時間にわたって粉塵９２を安定に採取することができる。

なお、本実施形態の変形例として、粉塵検出システム８の処理装置８１は、流速センサ６で測定された流速に関する流速情報（流速信号）を、集塵機構８５に出力するように構成されていてもよい。これにより、集塵機構８５の排気流速を制御して、試料空気９１の流速を一定値以上に維持することができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る粉塵検出装置１は、図１４，１５に示すように複数（図示例では４つ）の排気ファン１２，１３を備えている点で、実施形態１に係る粉塵検出装置１（図１参照）と相違する。なお、実施形態１に係る粉塵検出装置１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の粉塵検出装置１は、複数の排気ファン１２，１３を備えている。複数の排気ファン１２，１３の各々は、筐体２に取り付けられている。本実施形態では、排気ファン１２，１３は、筐体２の６面のうち、導入口２８を有する面とインタフェースを有する面以外の４面に配置されている。

複数の排気ファン１２，１３の各々は、試料空気９１を筐体２内から筐体２外へ排出するように構成されている。特に、排気ファン１２は、筐体２内において粉塵センサ４の下流側すなわち排出口２９に設けられている。

排気ファン１２は、粉塵センサ４のセンサ本体４１の後方に配置されている。排気ファン１２は、箱形のハウジング内に収納された回転翼１２１を回転させることによって、センサ本体４１の貫通路４４を通過する試料空気９１に流動エネルギーを与えて流速の向上を図る。各排気ファン１３は、箱形のハウジング内に収納された回転翼１３１を回転させることによって、試料空気９１に流動エネルギーを与えて流速の向上を図る。

以上説明した本実施形態に係る粉塵検出装置１では、試料空気９１を筐体２内から筐体２外へ排出する排気ファン１２，１３が設けられている。これにより、集塵機構に粉塵検出装置１を接続することなく粉塵検出装置１を単独で用いることができる。また、集塵機構に粉塵検出装置１を接続できない製造ラインにおいても、粉塵９２を検出することができる。さらに、集塵機構が不要であるから、集塵機構を含めた機器全体を小型にすることができる。その結果、粉塵検出装置１の設置場所を変更する場合に、粉塵検出装置１を集塵機構と一緒に移動させる必要がないので、粉塵検出装置１を容易に移動させることができる。

なお、本実施形態の変形例として、図１６に示すように、粉塵検出装置１の筐体２は、中間壁２０３を備えていてもよい。中間壁２０３は、中間口２０４を有している。

本実施形態では、粉塵検出装置１は、４個の排気ファン１２，１３を備えているが、排気ファンの個数は、４個には限定されない。粉塵検出装置１は、１個の排気ファンのみを備えていてもよい。あるいは、粉塵検出装置１は、４個以外の複数の排気ファンを備えていてもよい。

なお、実施形態１，２では、処理装置８１は、粉塵検出装置１とは別体に設けられているが、これには限定されない。処理装置８１は、粉塵検出装置１と一体に設けられていてもよい。例えば、処理装置８１としてのマイクロコンピュータが筐体２内に設けられていてもよい。

また、実施形態１，２において、粉塵検出装置１は、例えば粉塵の量を表示する表示器を備えていてもよい。上記表示器は、例えば筐体２に設置される。

１ 粉塵検出装置
１２，１３ 排気ファン
２ 筐体
２８ 導入口
２９ 排出口
３ 捕集体
３１ 第１の開口端
３２ 第２の開口端
４ 粉塵センサ
４４ 貫通路
４６ ガイド部材
６ 流速センサ
７ 粘着部材
７０１ 粘着面
７１，７１ａ プレート
７１３ 開口部
７２ 供給部
７３ 巻取部
７４ 回転軸
７６ ファン
７７ 回転伝達機構
８ 粉塵検出システム
８１ 処理装置

Claims (7)

1. 試料空気が導入される導入口および前記試料空気が排出される排出口を有する筐体と、
   前記筐体内に収納され、前記導入口から導入される前記試料空気に含まれる粉塵を捕集する捕集体と、
   前記筐体内に収納され、前記捕集体で捕集される前記粉塵が通過する貫通路を有し、前記貫通路を通過する前記粉塵を検出する粉塵センサと、を備える粉塵検出装置であって、
   前記捕集体は、前記導入口と対向する第１の開口端の開口面積が前記導入口の開口面積以上であり、かつ、前記貫通路と対向する第２の開口端の開口面積より大きくなるように形成され、
   前記貫通路の開口面積は、前記導入口の開口面積および前記排出口の開口面積よりも小さく、
   前記粉塵検出装置は、
   粘着面を有し前記貫通路を通過する前記粉塵を採取する粘着部材と、
   開口部を有するプレートと、をさらに備え、
   前記粉塵センサは、
   前記開口部が前記貫通路の開口面と対向する位置に前記プレートをガイドするガイド部材を含み、
   前記粘着部材は、前記貫通路と前記排出口との間において、前記粘着面が前記貫通路の開口面と対向する位置に設けられており、かつ、前記粘着面が前記貫通路と対向して前記開口部を覆うように前記プレートに取り付けられる
   ことを特徴とする粉塵検出装置。
2. 前記試料空気の流速を測定する流速センサをさらに備え、
   前記粉塵センサは、前記貫通路の長さを前記流速センサで測定された前記流速で除することによって得られる時間よりも短い検出周期で、前記貫通路を通過する前記粉塵を検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の粉塵検出装置。
3. 前記流速センサは、前記筐体内において前記粉塵センサと前記排出口との間に設けられていることを特徴とする請求項２記載の粉塵検出装置。
4. 前記試料空気を前記筐体内から前記筐体外へ排出する排気ファンをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粉塵検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の粉塵検出装置と、
   前記粉塵センサの検出結果に基づいて前記粉塵の量を求める処理装置と
   を備えることを特徴とする粉塵検出システム。
6. 請求項２または３記載の粉塵検出装置と、
   前記粉塵センサの検出結果に基づいて前記粉塵の量を求める処理装置と、を備え、
   前記処理装置は、前記流速センサで測定された前記流速に関する流速情報を、前記試料空気を移動させる集塵機構に出力する
   ことを特徴とする粉塵検出システム。
7. 前記処理装置は、前記流速センサで測定される前記流速が予め決められた範囲内になるように、前記試料空気を移動させる集塵機構を制御することを特徴とする請求項６記載の粉塵検出システム。

Images