JPH0566190A - 粒体分析方法およびその装置と該装置による粉砕機ロール間隙調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粉体の分析方法の簡素化により粉体の分析装
置を簡単、安価に構成して、粉体分析の自動化と、粉砕
設備の自動化を計る。 【構成】 コヒーレント光発生部とその受光部及び受光
部の出力信号処理部とからなる粉体分析装置１０を構成
し、該分析装置１０から得られる値を粉砕機の制御部２
１を介して粉砕ロール間隙調節装置２０に接続し、粉体
分析装置１０の出力値により粉砕を調節するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は簡単に構成される粉粒体
の粒径、粒度分析方法とその装置に係り、特に前記分析
装置による粉砕機ロール間隙調節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術における粉粒体の分析には、顕
微鏡で得られた粒子像を直接あるいは写真にとって寸法
を測定する観察計数法（顕微鏡法）、媒体中に粒子を分
散させる粒子の沈降速度から粒子径を知る沈降法、電解
質溶液を入れた容器を１個の細孔を有する隔壁で仕切
り、その仕切られた双方の液中に電極を入れ、電極間に
一定の電圧をかけ電流を隔壁の細孔を通じて流れるよう
構成し、ある体積をもつ粒子がこの細孔を通過すると粒
子の体積に比例して抵抗値が増大する現象を利用したエ
レクトロゾーン法、懸濁度の微小部分にレーザ光を照射
して多数の粒子によって散乱した光の強度の微小時間変
動を測定する。この変動を信号に変え、変動の自己相関
関数を計算し拡散の式から求める動的光散乱法、媒体中
に懸濁した粒子群にレーザー光を照射し回折した光をレ
ンズで集光して得られる回折像リングの直径とその回折
光の強度を測定する光回折法、また、比較的大きな粒子
を充填した固定相に液体の移動相を層流状態で流動させ
て、固定相の入口で移動相に懸濁液を注入すると、固定
相の出口からは最初大きな粒子、順に最後に最も小さい
粒子という順に出てくるという現象を利用したハイドロ
ダイナミッククロマトグラフィー法等が上げられる。

【０００３】以上の方法は試験、研究には使用可能であ
っても、粉体を扱う工場等では分析時間、サンプリン
グ、自動化、コスト面から粉体の自動分析装置として使
用することはできなかった。

【０００４】ところで麦等の製粉はブレーキング、リダ
クションと呼ばれる挽砕、粉砕工程と、ピュリファイ
ヤ、シーブなどの選別分級工程の複数の工程を複雑に組
み合わせて製品を作り出しているが、製粉は粒の粒度が
重要視されその良し悪しが決定される。したがって挽
砕、粉砕工程での粉砕状態、つまり粉砕機のロール間隙
の調節により何様にも変化する粉砕粒度の調節は重要で
ある。この粉砕粒度の調節は前述のように粉砕機のロー
ル間隙調節によって行われるが、その目安となっている
のは粉砕ロールを通った粉砕粒を何種かの篩（テストシ
ーブ）に通して、篩の上に残った網上残粒粉体を粒径に
対する累積網上残粒率（％）として求めたものであり、
この値が目標とする累積網上残粒率（％）になるよう粉
砕ロールの間隙調節を行うようにしている。したがっ
て、製粉の粉砕、挽砕工程のロール間隙調節は、その都
度テストシーブによる粉砕粒を分析して行う手間を考え
ると、オペレーターの勘（粉砕粒の手ざわり、外観）に
頼ることが多い。一方自動化に向けて、シーブの投入側
と排出側の２カ所に流量計を設けて、投入側と排出側と
の流量差により網上残粒率を求めたり、レーザ回折によ
り粉砕粒の粒度分布を求めたりすることも行われている
が、計測器を多く必要としたり計測装置が高価であった
りと、実用化は難しいのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、被粉砕物の
種類にかかわらず原料を粉砕する設備の系統を自動化す
るための、粉砕粒度の自動分析装置の開発を技術的課題
とし、構造も簡単で安価となる粉体分析方法とその装置
及びその装置による粉砕機ロール間隙調節装置の開発も
技術課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定者の粒
体をコヒーレント光発生部と、コヒーレント光を直接受
光する受光素子を備えた受光部との間を通過させ、被測
定物の粒体がコヒーレント光を遮断して通過する遮断時
間とその度数とを測定し、前記遮断時間と度数および任
意の係数との演算により被測定物の粒体を分析すること
により前記課題を解決するための手段とした。

【０００７】

【作用】本発明の粒体分析方法及びその装置は、コヒー
レント光発生部と、該コヒーレント光発生部に対向して
コヒーレント光を直接受光する受光素子を備えた受光部
との間でコヒーレント光を遮断するように被測定物を通
過させると、被測定物はコヒーレント光を遮断して、そ
の間受光素子にはコヒーレント光は受光されない。この
時の受光素子に接続したカウント部から得られる遮断時
間は、被測定物の大きさに比例し、その時間は被測定物
の移動速度に反比例する。

【０００８】ここで被測定物の移動速度が明らかになれ
ば遮断時間と移動速度とによりコヒーレント光を遮断し
た被測定物の長さを求めることができる。この長さは被
測定物を球形と仮定すれば被測定物の直径と見ることが
できる。

【０００９】このように受光部に接続したカウント部か
ら得られる遮断時間は、被測定物の粒径との相関を有す
るものである。したがって、既知の粒度分布の粒体を本
発明の粒体分析方法で分析し、そこで得られた遮断時間
とその度数と、前記既知の粒度分布との任意の係数を求
めて、これを相関係数とすると、被測定物がコヒーレン
ト光を遮断する時間とその度数を得ることにより被測定
物の粒度分布を容易に求めることが可能となる。

【００１０】また装置としても、被測定物が通過したと
きのコヒーレント光の遮断時間と度数を計測するだけで
よく、コヒーレント光発生部つまり一般的にレーザ光と
該レーザ光に対向してレーザ光を直接受光する受光素子
を備えた受光部つまり一般的にフォトトランジスタある
いはフォトダイオードとによりセンサー部分を簡単に構
成することができる。

【００１１】演算部はカウント部の出力と記憶部に記憶
する任意の係数とにより被測定物の粒度分布を演算する
と共に、麦等に使用される製粉機（ブレーキング等）の
ロール間隙調節の目安となる累積百分率の目標粒径を記
憶部に設定しておいて、目標粒径と前記粒度分布とから
目標粒径に対する累積百分率を演算して、出力部から被
測定物の粒度分布と累積百分率とを出力することができ
る。

【００１２】制御部においては出力部から出力する目標
粒径に対する累積百分率と、目安の累積網上残粒率との
差をロール間隙調節部に出力する。

【００１３】ロール間隙調節部においては、制御部の出
力値に応じてロール間隙調節が作動する。

【００１４】ところで前述の任意の係数とカウント部の
出力とから演算部で粒度分布を算出する旨を記載した
が、求めた粒度分布から更に目標粒径に対する累積百分
率を重量で求めるための別の任意の係数を設けること、
あるいはカウント部の出力から演算部で直接重量に換算
する別の係数を設けることなど、任意の係数は粒度分布
を求めるものに限定されない。

【００１５】また粒度分布を求める際の任意の係数は、
その例として、ＣＣＤカメラ等を利用した等価円直径法
により求められる等価円直径（面積）及びその度数と、
先のカウンタ部の出力と度数との相関によって求めるこ
とも可能である。

【００１６】

【実施例】まず図１により本発明の粒体分析方法の具体
的な実施例を粒体分析装置１０で示す。

【００１７】符号１はＨｅ−Ｎｅ Ｇａｓ Ｌａｓｅｒ
（以下ガスレーザ１と称する。）を主構成とするコヒー
レント光発生部であり、ガスレーザ１のレーザ光を直接
受光するようこのガスレーザ１に対向して受光面を向け
た光ファイバ２を設けてあり、該光ファイバ２は、フォ
トトランジスタを受光素子に形成した受光部（以下フォ
トトランジスタ部と称する）３に接続してガスレーザ１
のレーザ光を連絡してある。

【００１８】このガスレーザ１と光ファイバ２とは粉体
を発生する機器の内部に設けてもよいが、前記機器から
粉体のバイパス路を設け、このバイパス路の一部にレー
ザー光を透過する測定チャンネル部を設けると、この測
定チャンネル部４にガスレーザ１と光ファイバ２を設け
ることができる。

【００１９】一方フォトトランジスタ部３の電気出力は
そのままカウンタ部５に入力する。カウンタ部５では内
部に発振部分を有し、この発振周波数と、粒体の通過に
よるレーザ光の遮断で発生するフォトトランジスタ部３
の電気出力（方形波）の変化とにより、粒体の通過によ
ってレーザ光が遮断された時間を出力する。

【００２０】図２によりフォトトランジスタ部３とカウ
ンタ部５を更に説明する。光ファイバ２に接続するフォ
トトランジスタ３３は一方（コレクタ側）をプルアップ
電源３１に保護抵抗３２を介して接続し、他方（エミッ
タ側）をグランド接地してある。以上からフォトトラン
ジスタ部３を成す。また、ＡＮＤ回路５２と、ＡＮＤ回
路５２に基準パルスを入力する発振器５１と、ＡＮＤ回
路の信号を接続したカウンタＩＣ５３と、カウンタＩＣ
５３とデータバスＦを介して接続したフリップフロップ
５４と、フォトトランジスタ部３の信号に基づきカウン
タＩＣ５３とフリップフロップ５４とにそれぞれワンシ
ョット信号を出力する単安定マルチバイブレータ回路５
５，５６とによりカウンタ部５を成す。

【００２１】フォトトランジスタ３３は、光ファイバー
２を通したレーザ光によりＯＮ状態でありＡＮＤ回路５
２に対してポイントＡでＬｏｗ状態を示すが、粒体がレ
ーザ光を遮断するとフォトトランジスタ３３はＯＦＦと
なり、ポイントＡでＨｉｇｈ状態となって、ＡＮＤ回路
５２はカウンタＩＣ５３に信号を出力する。このポイン
トＣの信号は、発振器５１のパルスとポイントＡの信号
とのＡＮＤによって出力されるパルス信号である。ま
た、カウンタＩＣ５３はＡＮＤ回路５２のポイントＣの
信号をデジタル変換してポイントＦの信号をフリップフ
ロップ５４に出力する。

【００２２】粉体がレーザ光を通過するとフォトトラン
ジスタ３３は再びＯＮ状態となりポイントＡからＬｏｗ
状態でＡＮＤ回路５２は信号出力を停止する。一方、ポ
イントＡがＬｏｗに変化すると、単安定マルチバイブレ
ータ５５はポイントＡの信号の立ち下がりを見てフリッ
プフロップ５４と演算部６とにワンショット信号を出力
する。この信号でフリップフロップ５４は演算部６にデ
ジタル信号を出力する。更に単安定マルチバイブレータ
５６は単安定マルチバイブレータ５５の立ち上がりを見
てカウンタＩＣ５３にワンショット信号を出力しカウン
タＩＣ５３をリセットする。フリップフロップ５４は次
のワンショット信号が入力されるまで同じデジタル信号
を出力している。

【００２３】図３に各ポイントＡ〜Ｇにおける信号をも
とにしたタイミングチャートを示す。

【００２４】カウンタ部５からの出力は演算部６に入力
し記憶部７に記憶する。この演算部６はロジック回路で
構成するかあるいは実用上ＣＰＵボードで前記記憶部７
を含む、入力力ポートを備え、その制御は、ＲＯＭ上に
書き込まれたプログラムで行うなど、先のカウンタ部５
の出力の取り入れ制御ならびにその演算が可能な構成と
する。

【００２５】カウンタ回路５の出力を無限大に取入れて
記憶することはできないので、サンプリング個数を限定
し、たとえば２０００個のサンプルをカウンタ回路５か
ら入力すると、演算部６は２０００個のサンプルと前記
記憶部７にあらかじめ設定した任意の係数とにより２０
００個のサンプルによる粒度分布を演算して求める。つ
まり、演算においてたとえば粒体がレーザ光を遮断した
時間、あるいは前記遮断時間に移動速度を加味した長
さ、あるいは前記長さに任意の係数を加味した粒径、の
いずれかのスケールにおいて微少単位にスケールを分解
し微少単位ごとに前記２０００個のサンプルを度数とし
て振り分けて、微少単位ごとの重みづけをする。このこ
とにより粉体の長さあるいは粒径に対する粒度分布ある
いは累積により累積個数百分率、累積重量百分率等を演
算により求めることができる。ここで前述のようにサン
プルの移動速度が明らかであれば、移動速度と前記サン
プルのレーザ光の遮断時間とによりサンプル個々の長さ
が算出可能で、粉体の長さと既知の粒度分布との相関に
より得られる任意の係数により２０００個のサンプルの
粒度分布を求めることが可能である。またこの係数は、
粒径の大小に分けて適当な幅の数個のレンジにそれぞれ
係数を設けることもある。

【００２６】演算部６で得られた粒度分布は、必要に応
じてディスプレイ表示、プリンタ出力等にデータ出力ポ
ート８の出力部より出力される。

【００２７】サンプルの移動速度とくに落下運動の場合
は粒体の大きさなどの影響でばらついて変化するが、こ
の変化はレーザ光を遮断した時間に移動速度を加味して
長さを演算する際に誤差の原因となる。しかし初速が零
で落下する自由落下の物体の速度は落下直後にその差は
なく、レーザ光とフォトトランジスタの間を通過させる
粒体はたとえばサンプル供給装置などから送り出された
直後、つまりサンプル供給装置の直後にレーザ光とフォ
トトランジスタを設けることで移動速度の変化の影響を
無視することができる。

【００２８】本発明の受光部３の受光素子にフォトダイ
オード５９を組み込んだ場合の受光部８の実施例を図６
により示す。

【００２９】ここで組み込むフォトダイオード５９は、
その一方（カソード側）をオペアンプ５７の（−）入力
側に接続し、他方（アノード側）をグランド接地してあ
る。またオペアンプ５７（＋）入力側はグランド接地し
てある。このオペアンプ５７は、該オペアンプ５７の出
力を抵抗６４を介した仮想短絡で（−）入力側に接続
し、電流電圧変換回路５８を構成している。また、この
オペアンプ５７はフォトダイオード５９に光を当てるこ
とにより流れる、電流の変化に比例した電圧を出力する
ように作用する。

【００３０】電流電圧変換回路５８の出力電圧は次段の
コンパレータ６３の（−）入力側に接続してある。この
コンパレータ６３では、（＋）入力側に定電圧回路６１
を抵抗６６を介して接続し、コンパレータ６３の出力を
抵抗６５を介して（＋）入力側に接続して抵抗６５，６
６によるシュミット回路を形成すると共に、コンパレー
タ回路（二値化回路）６０を構成している。またこのコ
ンパレータ回路６０では定電圧回路６１から供給される
電圧と前記シュミット回路とによりコンパレータ回路６
０のしきい値を決定し、このしきい値を基準としたＨｉ
ｇｈとＬｏｗの二値信号を出力するよう作用する。

【００３１】コンパレータ回路６０の出力信号は次段の
インバータ回路（反転回路）６２に接続してある。この
インバータ回路６２ではコンパレータ回路６０の出力信
号を反転させるよう作用し、この場合、粉体が通過して
フォトダイオート５９への入射光を遮断した時、Ｈｉｇ
ｈの信号となるよう反転してある。

【００３２】以上のフォトダイオード５９と電圧電流変
換回路５８とコンパレータ回路６０と該コンパレータ回
路６０に接続した停電圧回路６１およびインバータ回路
６２とにより受光部８を構成している。またこの回路に
おけるタイミングチャート図の一例を図７により示す。

【００３３】受光部３では、光の強度が任意の値を超え
た時にフォトランジスタ３３がＯＮすることから、この
フォトトランジスタ３３のＯＮ、ＯＦＦにより二値信号
を出力するのに対し、受光部８ではフォトダイオード５
９が光の強度に比例した電流が流れコンパレータ回路６
０で二値信号を出力するようにしてあるので回路は複雑
となるが、コンパレータ回路６０のしきい値のとり方に
よっては、電流の小さな変化も二値信号として取り出す
ことが可能となる。

【００３４】ところで、図６に示す実施例の場合、フォ
トダイオード５９の接続をカソード側をオペアンプ５７
の（−）入力側としたが、フォトダイオード５９のアノ
ード側をオペアンプ５７の（−）入力側に接続すること
も可能である。ただしこの場合、電流電圧変換回路５８
の出力電圧が前記実施例とは逆となるので、電流電圧変
換回路５８とコンパレータ回路６０との間に反転回路を
設けることになる。

【００３５】次に前記粒体分析装置１０を麦等の粉砕に
使用される粉砕機のロール間隙調節部２０に制御部２１
を介して接続した実施例を図４により示す。

【００３６】図４に示すものは粉砕機の粉砕ロール２２
Ａとロール２２Ｂとによって粉砕された粒体を篩（シフ
ター）２４に送る途中に、サンプリング部２３を設け
て、粉砕された粒体の一部を粒体分析装置１０にサンプ
リングして測定後は再び篩２４に返すようバイパス路を
設けてある。一方、粉体分析装置１０は制御部２１を介
してロール間隙調節装置２０に連絡してある。制御部２
１は粒体分析装置１０から送られる信号を受けて、ロー
ル間隙調節装置２０を作動させる信号に変換して出力
し、ロール間隙調節装置２０によりロール２２Ｂをロー
ル２２Ａに対し遠近に間隙調節をするものである。

【００３７】このロール間隙調節は篩２４の累積網上残
留率を基準に行われるのが一般的である。これは、各工
程で決められた篩の上に、供給された粉粒体のうち目標
粒径以上のものが何％残留するかでロール間隙を調節す
るもので、各工程により前記目標粒径が異なるのは粉砕
する度に粒度分布が変化するからである。

【００３８】粒体分析装置１０を製粉工程のロール間隙
調節装置２０に使用する場合、粒体分析装置１０の演算
部６は記憶部７に前記目標粒径と目標粒径に対する目標
累計重量百分率または目標累積個数百分率を記憶して、
実測した粒体の目標粒径に対する累積重量百分率または
累積個数百分率を演算して該演算結果を前記目標累積重
量百分率または目標累積個数百分率と比較しその差を出
力部８から制御部２１に入力することにより粒体分析装
置１０の目的は達成できる。

【００３９】図５により具体的に説明する。これは縦軸
に累積個数百分率を横軸に粒径をとり、サンプリングし
た粉粒体を粒体分析装置１０を通して得られたデータ
（遮断時間）から任意の係数により粒度分布を求めると
共に、該粒度分布から粒径に対する累積個数百分率をプ
ロットしたものである。

【００４０】図において、目標粒径Ｓに対する目標累積
個数百分率をＹＡ＝５０％に設定してある。またその時
の理想的な曲線をＡとしてある。

【００４１】ここでサンプリング部２３によりサンプリ
ングした粉粒体を粒体分析装置１０を通して測定し得ら
れたデータをプロットした曲線をＢとすると、目標粒径
Ｓに対する累積個数百分率は ＹＢ＝55％となってい
る。これは曲線Ａの粉粒体よりも、目標粒径Ｓ以上の粒
径のものが多く含まれていることになる。したがって粒
体分析装置からは、 ＹＡ−ＹＢ＝−５％ −５％の値が出力される。この−５％の値を受けて制御
部２１は、−５％に見合う信号をロール間隙調節装置２
０に対して出力する。この場合目標粒径Ｓ以上の粒径の
粒体が多く含まれているのでロール間隙調節装置２０に
よりロール間隙を狭める方向に作用する。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明の粒体分析方法及び
その装置は、コヒーレント光とそれを受光する受光部と
により粉粒体が遮断する時間をカウントする構成から、
センサー部となるコヒーレント光とその受光部とを対向
させた部分を、測定分析すべき粉粒体の通路に設けた
り、その通路からバイパスを設けた場合でもコヒーレン
ト光とその受光部が対向したところに粉粒体を通過させ
るだけでよくカウント部のデータを必要な時、必要なだ
け取り込んで、必要な形に演算処理した値を出力するこ
とは現技術手段で容易に実現できることから特別の装置
を必要としない。

【００４３】演算部の処理速度とカウンターの分解能力
にもよるが、粒体分析装置の連続分析が可能となった。

【００４４】したがって、被粉砕物の種類にかかわらず
原料を粉砕する設備の系統を自動化するための、粉砕粒
度の自動分析装置が、非常に簡単な構成で安価に製造可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、粒体分析装置のブロック図である。

【図２】図２は受光部とカウンタ部のブロック図であ
る。

【図３】図３は受光部とカウンタ部のタイミングチャー
ト図である。

【図４】図４は粒体分析装置を利用した粉砕機ロール間
隙調節のブロック図である。

【図５】図５は目標粒径に対する累積百分率の一例を示
す図である。

【図６】図６は受光部をフォトダイオードで構成した場
合の一例を示す回路図である。

【図７】図７は図６で構成した受光部の各部における信
号のタイミングチャート図である。

【符号の説明】

１ レーザ光（コヒーレント光発生部） ２ 光ファイバ ３ フォトトランジスタ部（受光部） ４ 測定チャンネル部 ５ カウンタ部 ６ 演算部 ７ 出力部 ８ 受光部 １０ 粒体分析装置 ２０ ロール間隙調節装置 ２１ 制御部 ２２ 粉砕ロール ２３ サンプリング部 ２４ 篩 ３１ プルアップ電源 ３２ 保護抵抗 ３３ フォトトランジスタ ５１ 発信器 ５２ ＡＮＤ回路 ５３ カウンタＩＣ ５４ フリップフロップ ５５ 単安定マルチバイブレータ ５６ 単安定マルチバイブレータ ５７ オペアンプ ５８ 電流電圧変換回路 ５９ フォトダイオード ６０ コンパレータ回路 ６１ 定電圧電源 ６２ インバータ回路 ６３ コンパレータ ６４ 抵抗 ６５ 抵抗 ６６ 抵抗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の粒体を、コヒーレント光発生
   部とコヒーレント光を直接受光する受光素子を備えた受
   光部との間を通過させ、被測定物の粒体がコヒーレント
   光を遮断して通過する遮断時間とその度数とを測定し、
   前記遮断時間と度数及び任意の係数との演算により被測
   定物の粒体を分析することを特徴とする粒体分析方法。
2. 【請求項２】 コヒーレント光発生部と、該コヒーレン
   ト光発生部に対向してコヒーレント光を直接受光する受
   光素子を備えた受光部と、前記コヒーレント光発生部と
   受光部との間に被測定物の粒体がコヒーレント光を遮断
   して通過する通路を形成し、前記受光部に接続してその
   出力から前記粒体がコヒーレント光を遮断して通過する
   遮断時間をカウントするカウント部と、カウント部の出
   力と該出力値ごとの度数及び任意の係数とを記憶する記
   憶部と、前記カウント部の出力と該出力値ごとの度数及
   び前記記憶した任意の係数とから演算を行う演算部及び
   該演算部の結果を出力する出力部とから構成することを
   特徴とする粒体分析装置。
3. 【請求項３】 ロール間隙調節部により一方のロールを
   他方のロールに対して遠近可能に設けてなる製粉ロール
   機において、コヒーレント光発生部と該コヒーレント光
   発生部に対向してコヒーレント光を直接受光する受光素
   子を備えた受光部と、前記コヒーレント光発生部と受光
   部との間に前記ロール機によって粉砕された粒体がコヒ
   ーレント光を遮断して通過する通路を形成し前記受光部
   に接続してその出力から前記粒体がコヒーレント光を遮
   断して通過する遮断時間をカウントするカウント部と、
   該カウント部の出力と該出力値ごとの度数と任意の係数
   及び目標粒径とを記憶する記憶部と、前記カウント部の
   出力と該出力値ごとの度数と記憶した任意の係数及び目
   標粒径とから演算を行う演算部及び該演算部の結果を出
   力する出力部とからなる粒体分析装置とを設け、該粒体
   分析装置から出力される値とあらかじめ設定した基準値
   と比較して、前記出力部から出力される値と基準値とを
   一致させるよう粒体分析装置と前記ロール間隙調節部と
   を制御部を介して接続したことを特徴とする粒体分析装
   置による粉砕機ロール間隙調節装置。