WO2012131935A1 - 噴霧検査装置 - Google Patents
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- G01N15/0227—Investigating particle size or size distribution by optical means using imaging; using holography
Definitions
- the present invention relates to a spray inspection apparatus.
- the shape of the spray injected from the injection valve, the particle size of the spray particles, etc. are important from the standpoint of unburned fuel and vaporization delay. For this reason, the spray inspection of the injection valve is performed in the mass production line.
- spray inspection methods such as optical diffraction, PDPA (phase Doppler method), patternator, laser holography, laser shadow, etc., which measure the particle size of spray particles by optically photographing the spray.
- PDPA phase Doppler method
- patternator laser holography
- laser shadow etc.
- Patent Document 1 discloses a method of measuring the number of fine particles using the intensity of scattered light.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a spray inspection apparatus capable of accurately performing spray analysis.
- the spray inspection apparatus includes spray freezing means for freezing spray particles injected from an injection valve, frozen spray holding means for holding frozen spray particles frozen by the spray freezing means, and the frozen spray holding means. And an analyzing means for analyzing the frozen spray particles held in (1).
- the spray shape can be maintained by freezing the spray particles into solidified freeze particles, and the analysis of the spray can be accurately performed by analyzing the freeze spray particles. Can be done well.
- the analyzing means may analyze the frozen spray particles by photographing the frozen spray particles held by the frozen spray holding means.
- the frozen spray particles held by the frozen spray holding means may be photographed at two or more different focal lengths. According to this, frozen spray particles having different particle diameters can be analyzed.
- the analyzing means may analyze the frozen spray particles by measuring a surface roughness of the frozen spray holding means on which the frozen spray particles are held. According to this, the surface of the freeze spray holding means becomes a measurement standard, and freeze spray particles can be analyzed with high accuracy and in a short time.
- a plurality of the freeze spray holding means having meshes with different roughnesses are provided, and the analyzing means measures the mass of the freeze spray particles held in each of the plurality of freeze spray holding means, thereby Freeze spray particles may be analyzed.
- the spray chamber that splits and diffuses the spray injected from the injection valve and the spray chamber that communicates with the spray chamber and is maintained at a low temperature that freezes the spray particles after the split and diffuse
- shutter control means for closing the shutter after spraying of the spray from the injection valve is completed.
- temperature measuring means for measuring the temperature in the freezer compartment
- cooling gas control for controlling the amount of cooling gas introduced into the freezer compartment so that the temperature measured by the temperature measuring means becomes a predetermined temperature.
- the freezing chamber has a cylindrical shape, and a cooling gas introduction pipe for flowing a cooling gas to be introduced into the freezing chamber is formed in the freezing chamber from an oblique direction with respect to a side wall of the cylindrical freezing chamber. It may be connected. According to this, since the cooling gas can be swirled in the freezer compartment, the temperature in the freezer compartment can be made uniform and the spray particles can be frozen evenly.
- the freezing chamber and the shutter may be configured by a member having a lower heat transfer coefficient than a member configuring the spray chamber. According to this, it can suppress that the temperature in a freezer compartment rises with external temperature or the temperature in a spraying chamber.
- stirring means may be provided in the freezer compartment. According to this, the temperature in the freezer compartment can be made uniform, and spray particles can be frozen evenly.
- a freeze spray collecting means for collecting the frozen spray particles from the frozen spray holding means. According to this, the frozen spray particles can be collected before vaporizing, and the fuel remaining in the freezer compartment can be reduced.
- the freeze spray collecting means collects the freeze spray particles by tilting the freeze spray holding means and dropping the freeze spray particles held by the freeze spray holding means from the freeze spray holding means. May be. According to this, frozen spray particles can be collected quickly.
- the frozen spray collecting means may collect the frozen spray particles by thawing the frozen spray particles held by the frozen spray holding means. According to this, frozen spray particles can be collected quickly.
- the frozen spray particles may be collected in a collection container via a discharge passage. According to this, the fuel can be reused.
- the freeze spray holding means may be provided with fine protrusions having an interval of 0.1 ⁇ m or less, and the spray frozen particles may be held on the fine protrusions. According to this, the contact area between the frozen spray particles and the frozen spray holding means can be reduced, and the heat insulating layer of air can suppress icing on the frozen spray holding means even if the frozen spray particles have a small heat capacity.
- photographing means for photographing a spray image of the spray sprayed from the spray valve. According to this, since a spray image can also be photographed, the spray shape can be made clearer.
- the spray shape can be maintained by freezing the spray particles into solidified freeze spray particles, and the spray particles can be analyzed accurately by analyzing the frozen spray particles. .
- FIG. 1 is an example of a side view illustrating an overall configuration of a spray inspection apparatus according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is an example of a plan view of a main body part of a spray inspection apparatus according to Example 1.
- FIG. It is an example of the flowchart explaining the analysis method of freeze spray particle
- It is an example of the side view of a saucer.
- It is an example of the side view which shows the whole structure of the spray test
- FIG. It is an example of the side view which shows the whole structure of the spray test
- FIG. It is an example of the side view which shows the whole structure of the spray test
- FIG. It is an example of the top view of the main-body part of the spray test
- FIG. It is an example of the top view of a saucer. It is an example of the flowchart explaining the analysis method of freeze spray particle
- FIG. 1 is an example of a side view showing the overall configuration of the spray inspection apparatus according to the first embodiment.
- FIG. 2 is an example of a plan view of a main body portion of the spray inspection apparatus according to the first embodiment.
- spray inspection apparatus 100 includes a normal temperature spray chamber 10, a freezing chamber 30 cooled to an extremely low temperature of ⁇ 100 ° C. or less, and a control unit 80.
- the spraying chamber 10 and the freezing chamber 30 have a cylindrical shape and communicate with each other.
- a shutter 60 that switches between communication and non-communication between the spray chamber 10 and the freezer compartment 30 is provided.
- the freezer compartment 30 and the shutter 60 are comprised by low heat transfer members, such as ceramics, for example.
- the shutter 60 has a disk shape and is provided with two windows 62 that are symmetrical with respect to the center point.
- the control unit 80 functions as a shutter control unit 82 that controls the rotation of the shutter 60.
- the shutter 60 When one of the two windows 62 is located between the spray chamber 10 and the freezer compartment 30 (the state shown in FIGS. 1 and 2), the shutter 60 becomes OPEN, and the spray chamber 10 and the freezer compartment 30 Communicate.
- the shutter 60 rotates 90 ° from this state, the shutter 60 is inserted between the spray chamber 10 and the freezing chamber 30, the shutter 60 becomes CLOSE, and the spray chamber 10 and the freezing chamber 30 are not in communication.
- the shutter 60 further rotates 90 °, the other of the two windows 62 is inserted between the spraying chamber 10 and the freezing chamber 30, and the shutter 60 becomes OPEN, and the spraying chamber 10 and the freezing chamber 30 communicate with each other. .
- An injection valve 12 is attached to the central part of the upper part of the spray chamber 10.
- the injection valve 12 injects fuel, for example, as a spray in accordance with an instruction from the control unit 80.
- the size of the spray particles injected from the injection valve 12 is, for example, 1 ⁇ m to 10 ⁇ m in diameter.
- the spray injected from the injection valve 12 is divided and diffused in the spray chamber 10.
- the side wall of the spray chamber 10 is made of glass, for example, and is transparent.
- a light source 72 is provided outside one side wall of the spray chamber 10.
- a high-speed camera 74 having, for example, 10,000 to 500,000 frame speed is provided outside the other side wall of the spray chamber 10 so as to face the light source 72.
- the high-speed camera 74 captures a spray image during spraying of spray sprayed from the injection valve 12.
- the lens 76 is used for focusing with a spray that is an object to be photographed by the high-speed camera 74.
- a first camera 14a and a second camera 14b are further mounted on both sides of the injection valve 12.
- the first camera 14a and the second camera 14b have different focal lengths.
- the focal length of the first camera 14a is longer than the focal length of the second camera 14b. The shooting by the first camera 14a and the second camera 14b will be described later.
- a cooling gas introduction pipe 32 is connected to the freezer compartment 30, and liquid nitrogen, for example, is introduced into the freezing compartment 30 as a cooling gas from the cooling gas introduction pipe 32. Thereby, the freezer compartment 30 is maintained at an extremely low temperature of ⁇ 100 ° C. or lower, for example.
- the cooling gas introduction pipe 32 is connected to the side wall 31 of the cylindrical freezing chamber 30 from an oblique direction.
- the cooling gas introduction pipe 32 is provided with a pressure gauge 34 and a flow rate adjustment valve 36. Opening and closing of the flow rate adjusting valve 36 is controlled by the control unit 80.
- a temperature center 38 is mounted on the side wall 31 of the freezer compartment 30, and the controller 80 controls the flow rate adjustment valve 36 according to the temperature in the freezer compartment 30 measured by the temperature sensor 38, and Adjust the amount of liquid nitrogen that flows in.
- control unit 80 functions as a cooling gas control unit 84 that controls the flow rate of the cooling gas flowing into the freezer compartment 30. For example, the control unit 80 adjusts the amount of cooling gas flowing into the freezer compartment 30 so that the temperature in the freezer compartment 30 is maintained at a predetermined temperature.
- a transparent saucer 40 is provided in the freezer compartment 30, a transparent saucer 40 is provided.
- the spray particles injected from the injection valve 12 are frozen when they reach the freezer compartment 30 to become frozen spray particles 42.
- the tray 40 holds the freeze spray particles 42.
- a light source 44 is attached to the lower part of the freezer compartment 30, and the light source 44 emits light under the control of the power source 68 by the control unit 80.
- the first camera 14 a and the second camera 14 b take images of the frozen spray particles 42 illuminated by the light source 44 according to instructions from the control unit 80.
- the control unit 80 analyzes the frozen spray particles 42 from the images of the frozen spray particles 42 photographed by the first camera 14a and the second camera 14b. For example, the average particle size, particle size distribution, and mass distribution of the freeze spray particles 42 are obtained.
- control unit 80 functions as an analysis unit 86 that analyzes the frozen spray particles 42.
- the freeze spray particles 42 held by the tray 40 include those having a large particle size and small particles.
- the frozen spray particles 42 having a small particle diameter are photographed more clearly by the first camera 14a (focal point 1) having a long focal length, and the frozen spray particles 42 having a large particle diameter are captured by the second camera 14b (focal point 2) having a short focal distance. ) For a clearer picture.
- An inverter 70 for inverting the tray 40 is provided, and the inverter 70 is controlled by the control unit 80.
- the control unit 80 captures the frozen spray particles 42 held by the receiving tray 40 with the first camera 14a and the second camera 14b, and then reverses the receiving tray 40 by the inverter 70 to thereby freeze the spray spray held by the receiving tray 40. Particles 42 are dropped onto the bottom of the freezer compartment 30. That is, the control unit 80 includes a reversal control unit 88 that reverses the tray 40 after the photographing of the frozen spray particles 42 is completed.
- a recess 46 is provided at the bottom of the freezer compartment 30.
- a discharge pipe 48 is connected to the bottom surface of the recess 46, and the frozen spray particles 42 dropped from the receiving tray 40 are guided to the discharge pipe 48.
- the discharge pipe 48 is provided with a valve 50 that is an electromagnetic valve controlled by the control unit 80. When the valve 50 becomes OPEN, the frozen spray particles 42 are collected in a collection container 52 connected to the discharge pipe 48. Is done.
- FIG. 3 is an example of a flowchart showing a method for analyzing the frozen spray particles 42.
- control unit 80 drives motor 64 to rotate shutter 60 by 90 °, and sets shutter 60 to OPEN (step S10).
- the spray chamber 10 and the freezing chamber 30 communicate with each other, and the spray particles injected from the injection valve 12 reach the freezer chamber 30 and are frozen in the freezer chamber 30 to become frozen spray particles 42.
- the freeze spray particles 42 are held by a tray 40 provided in the freezer compartment 30.
- control unit 80 drives the motor 64 to further rotate the shutter 60 by 90 ° after the first predetermined time has elapsed after the injection of the injection valve 12 is completed, and sets the shutter 60 to CLOSE (step S12).
- the first predetermined time can be determined in consideration of the splitting time of the spray injected from the injection valve 12.
- control unit 80 drives the motor 64 to rotate the shutter 60 by 90 ° after the second predetermined time has elapsed after the shutter 60 is closed, and sets the shutter 60 to OPEN (step S14).
- the second predetermined time can be determined in consideration of the freezing time of the spray particles and the time during which the frozen spray particles 42 are stably deposited on the tray 40.
- control unit 80 causes the light source 44 to emit light in a state where the shutter 60 is opened, and images the frozen spray particles 42 held in the tray 40 using the first camera 14a and the second camera 14b (step S40). S16). After the photographing is finished, the control unit 80 drives the motor 64 to rotate the shutter 60 by 90 °, and sets the shutter 60 to CLOSE (step S18). Next, the control unit 80 analyzes the frozen spray particles 42 from the captured images of the frozen spray particles 42 captured by the first camera 14a and the second camera 14b (step S20). For example, the average particle size, particle size distribution, mass distribution, etc. of the freeze spray particles 42 are obtained.
- the freezing chamber 30 for freezing the spray particles injected from the injection valve 12 and the tray 40 (freeze spray holding means) for holding the frozen spray particles 42 are used.
- analyzing means 86 for analyzing the frozen spray particles 42 by photographing the frozen spray particles 42 held by the tray 40 with the first camera 14a and the second camera 14b.
- the analysis unit 86 analyzes the frozen spray particles 42 from the photographed image, and obtains, for example, the average particle size, particle size distribution, and mass distribution of the frozen spray particles 42.
- the spray particles injected from the injection valve 12 are frozen and solidified into the frozen spray particles 42, whereby the shape of the spray can be maintained for a long time. Therefore, it is possible to accurately analyze the spray by capturing the frozen spray particles 42 and analyzing the frozen spray particles 42 from the captured image.
- the case where the frozen spray particles 42 are analyzed by photographing the frozen spray particles 42 with the first camera 14a and the second camera 14b having different focal lengths is shown as an example.
- the particle size of the freeze-sprayed particles 42 held by the receiving tray 40 varies, from ultrafine particles to coarse particles. Therefore, by photographing such frozen spray particles 42 with the first camera 14a and the second camera 14b having different focal lengths, it is possible to photograph all the particles from ultrafine particles to coarse particles. That is, it becomes possible to analyze the frozen spray particles 42 having different particle sizes.
- one camera that cannot change the focal length may be mounted and the frozen spray particles 42 held on the tray 40 may be photographed by this camera.
- the light source 44 is attached to the bottom of the freezing chamber 30 and the frozen spray particles 42 are photographed by illuminating the frozen spray particles 42 from the lower side of the receiving tray 40.
- the light source 44 may be mounted on the pan 40 to illuminate the frozen spray particles 42 from above. In this case, the tray 40 may not be transparent.
- a freezing chamber 30 provided with a receiving tray 40, and a shutter 60 for switching communication and non-communication between the spray chamber 10 and the freezing chamber 30.
- Control of the shutter 60 as shown in FIG. 3 is preferable from the viewpoint of maintaining the low temperature of the freezing chamber 30 and suppressing the temperature reduction of the spray chamber 10. That is, the shutter 60 is opened immediately before or after the start of spraying of the spray from the injection valve 12, the shutter 60 is closed after a lapse of the first predetermined time from the end of the injection, and then the shutter 60 is opened again after the lapse of the second predetermined time. It is preferable to close the shutter 60 after the photographing is finished. It is preferable that the first predetermined time and the second predetermined time can be arbitrarily changed by the user.
- a temperature sensor 38 for measuring the temperature in the freezer compartment 30 and to control the amount of cooling gas introduced into the freezer compartment 30 so that the temperature measured by the temperature sensor 38 becomes a predetermined temperature. Thereby, since the temperature in the freezer compartment 30 can be maintained at a predetermined temperature, the spray particles injected from the injection valve 12 can be more reliably frozen.
- the freezer compartment 30 has a cylindrical shape, and a cooling gas introduction pipe 32 for flowing a cooling gas introduced into the freezer compartment 30 is connected to the side wall 31 of the cylindrical freezer compartment 30 from an oblique direction.
- a cooling gas introduction pipe 32 for flowing a cooling gas introduced into the freezer compartment 30 is connected to the side wall 31 of the cylindrical freezer compartment 30 from an oblique direction.
- the cooling gas introduction pipe 32 is more preferably connected to the side wall 31 of the freezer compartment 30 from the tangential direction. This is because the cooling gas can be efficiently swirled in the freezer compartment 30.
- the freezer compartment 30 and the shutter 60 are preferably made up of members having a lower heat transfer coefficient than the members that make up the spray chamber 10. Thereby, it can suppress that the temperature in the freezer compartment 30 rises with external temperature or the temperature in the spray chamber 10.
- the frozen spray particles 42 After the analysis of the frozen spray particles 42 is completed, it is preferable to collect the frozen spray particles 42 from the tray 40 by inverting the tray 40 by the inverter 70 and dropping the frozen spray particles 42 from the tray 40. Thereby, since the freeze spray particles 42 can be quickly collected, the freeze spray particles 42 can be collected before vaporizing, and the fuel remaining in the freezer compartment 30 can be reduced.
- the method of collecting the frozen spray particles 42 from the receiving tray 40 is not limited to the case where the receiving tray 40 is inverted and dropped from the receiving tray 40. By tilting the receiving tray 40, the frozen spray particles 42 may be recovered by dropping the frozen spray particles 42 from the receiving tray 40. Further, the frozen spray particles 42 may be collected from the tray 40 after the analysis of the frozen spray particles 42 is finished by other methods.
- the freeze spray particles 42 When collecting the freeze spray particles 42, it is preferable to collect the freeze spray particles 42 in the collection container 52 through the discharge pipe 48. As a result, the fuel can be reused. Furthermore, by providing the valve 50 in the discharge pipe 48, the temperature rise of the freezer compartment 30 can be suppressed, and by using the valve 50 as an electromagnetic valve, the operator can be prevented from frostbite when the valve 50 is opened and closed.
- FIG. 4 is an example of a side view of the saucer 40.
- the surface of the saucer 40 is provided with fine protrusions 54 having an interval of 0.1 ⁇ m or less.
- maintained is preferable.
- the contact area between the frozen spray particles 42 and the tray 40 is reduced, and the heat insulating layer of air can prevent the frozen spray particles 42 having a small heat capacity, for example, about 1 ⁇ m from icing on the tray 40.
- the fine protrusions 54 may be formed by chemical processing using machining or chemicals, or animal or plant hair may be used.
- a light source 72 is arranged outside one side wall of the spray chamber 10, and a high-speed camera 74 is arranged outside the other side wall opposite to the one side wall, and the fuel is injected from the injection valve 12. It is preferable that a high-speed camera 74 captures a spray image during spraying. Thereby, since the spray image during spraying can also be imaged, the spray shape can be made clearer.
- FIG. 5 is an example of a side view showing an overall configuration of a spray inspection apparatus according to a modification of the first embodiment.
- the spray inspection apparatus 200 is provided with a stirring fan 56 that stirs the air in the freezer compartment 30 at the bottom of the freezer compartment 30.
- the stirring fan 56 is driven by a driving device 71 controlled by the control unit 80.
- the other configuration is the same as that of the first embodiment and is shown in FIGS. 1 and 2, and thus the description thereof is omitted here.
- the stirring fan 56 is provided in the freezer compartment 30.
- the temperature in the freezer compartment 30 can be made uniform by driving the stirring fan 56 with the shutter 60 in the CLOSE state. Therefore, the spray particles injected from the injection valve 12 can be frozen evenly.
- the stirring fan 56 is provided in the freezer compartment 30.
- FIG. 6 is an example of a side view illustrating the overall configuration of the spray inspection apparatus according to the second embodiment.
- surface roughness measuring instrument 16 is mounted on the upper part of spray chamber 10 instead of first camera 14 a and second camera 14 b.
- the light source 44 is not attached to the bottom of the freezer compartment 30.
- the other configuration is the same as that of the first embodiment and is shown in FIGS. 1 and 2, and thus the description thereof is omitted here.
- the surface roughness measuring device 16 is, for example, a light wave interference type surface roughness measuring device, and scans the entire surface of the tray 40 holding the frozen spray particles 42 in accordance with an instruction from the control unit 80 to thereby scan the entire surface of the tray 40. Measure the roughness. Then, the control unit 80 analyzes the frozen spray particles 42 from the surface roughness of the tray 40 measured by the surface roughness measuring device 16. For example, the particle size, the number of particles, and the like of the freeze spray particles 42 are calculated.
- the frozen spray particles 42 held on the tray 40 may be analyzed by measuring the roughness of the entire surface of the tray 40 on which the frozen spray particles 42 are held.
- the surface of the tray 40 becomes a measurement standard by the surface roughness measuring device 16, and the freeze spray particles 42 can be analyzed with high accuracy and in a short time.
- FIG. 7 is an example of a side view showing the overall configuration of the spray inspection apparatus according to the third embodiment.
- FIG. 8 is an example of a plan view of the main body of the spray inspection apparatus according to the third embodiment.
- the spray inspection apparatus 400 includes a spray chamber 10, a freezer chamber 30, a control unit 80, and a shutter 60.
- a hot air inflow pipe 20 for sending hot air is connected to the upper part of the spray chamber 10, and a valve 22 is provided in the hot air inflow pipe 20.
- the first camera 14a and the second camera 14b as in the first embodiment are not attached.
- each tray 40 In the freezer compartment 30, for example, eight trays 40 are sequentially provided so as to overlap each other at intervals.
- the tray 40 located at the lowermost stage has a flat bottom shape.
- the trays 40 other than the lowermost stage are mesh-shaped, and the mesh coarseness increases toward the upper stage. The mesh roughness of each tray 40 is examined in advance.
- the spray particles injected from the injection valve 12 are frozen in the freezer compartment 30 and become frozen spray particles 42 mixed with various particle sizes.
- the tray 40 has a function of holding the frozen spray particles 42. However, since the mesh is coarser in the upper stage, the frozen spray particles 42 having a larger particle size are held by the tray 40 on the upper stage side and are frozen with a smaller particle diameter.
- the spray particles 42 are held by a lower tray 40. Since the lowermost tray 40 has a flat bottom without a mesh, the ultrafine frozen spray particles 42 that pass through all the mesh-shaped tray 40 are held by the lowermost tray 40. That is, each of the trays 40 holds the freeze spray particles 42 for each particle size.
- FIG. 9 is an example of a plan view of the tray 40.
- the mesh-shaped receiving tray 40 is illustrated as an example.
- the tray 40 has a disk shape, and is provided with a recess 90 at every 120 ° on the outer peripheral portion.
- a through hole 92 is further provided in the outer peripheral portion of the tray 40 at a portion excluding the recess 90 every 15 °.
- each tray 40 is stably supported by support columns 94 by three concave portions 90 provided every 120 °.
- a through-hole 92 provided every 15 ° is penetrated by a support column 94 that supports the other tray 40, and the support column 94 and the through-hole 92 do not interfere with each other.
- a load sensor 96 is provided at the bottom of the freezer compartment 30. Three struts 94 that support each tray 40 are bonded to one and then bonded to a load sensor 96.
- a mass meter 98 is connected to each load sensor 96, whereby the mass of each tray 40 can be measured.
- the control unit 80 analyzes the frozen spray particles 42 by measuring the mass of each tray 40 with the mass meter 98 and obtaining the mass of the frozen spray particles 42 for each particle size held by each tray 40. For example, the number of particles is calculated from the mass of each particle size, and the particle size distribution and mass distribution are obtained.
- a spray guide 95 which is located above the through hole 92 provided in the tray 40 and is curved inward from the side wall of the freezer compartment 30 is provided. With the spray guide 95, it is possible to suppress the spray injected from the injection valve 12 from being removed from the through hole 92.
- the spray guide 95 is preferably removable.
- One end of a discharge pipe 48 provided with a valve 50 is connected to the bottom of the freezer compartment 30, and a recovery container 52 is connected to the other end of the discharge pipe 48.
- FIG. 10 is an example of a flowchart showing a method for analyzing the frozen spray particles 42.
- control unit 80 drives motor 64 to rotate shutter 60 by 90 °, and sets shutter 60 to OPEN (step S30).
- the spray chamber 10 and the freezing chamber 30 communicate with each other, and the spray particles injected from the injection valve 12 are frozen in the freezing chamber 30 to become frozen spray particles 42.
- the freeze spray particles 42 are held in each tray 40 for each particle size.
- the control unit 80 drives the motor 64 to further rotate the shutter 60 by 90 ° after the first predetermined time has elapsed from the end of injection, and sets the shutter 60 to CLOSE (step S32).
- the first predetermined time can be determined in consideration of the splitting time of the spray injected from the injection valve 12.
- control unit 80 measures the mass of each tray 40 after a lapse of a certain time after the shutter 60 is closed (step S34). And the control part 80 calculates
- the freeze spray particles 42 are collected by the following method. First, after the analysis of the frozen spray particles 42 is completed, the shutter 60 is rotated by 90 °, the shutter 60 is set to OPEN, and the spray chamber 10 and the freezing chamber 30 are communicated. Then, with the valve 22 of the hot air inflow pipe 20 connected to the upper part of the spray chamber 10 as OPEN, hot air is sent from the spray chamber 10 toward the freezing chamber 30, and the frozen spray particles 42 held in each tray 40 are thawed. Let The thawed frozen spray particles 42 are collected in the collection container 52 through the discharge pipe 48 with the valve 50 set to OPEN. And after collection
- the frozen spray particles 42 are analyzed by measuring the mass of the frozen spray particles 42 held in each of the plurality of trays 40 as in the third embodiment, provided with the plurality of trays 40 having meshes of different roughness. But you can. Since each freeze tray 40 holds the frozen spray particles 42 classified for each particle size, the mass of the frozen spray particles 42 for each particle size is obtained. The number of particles can be calculated from the mass of the frozen spray particles 42 for each particle size, and the particle size distribution and mass distribution are obtained.
- the frozen spray particles 42 After completion of the analysis of the frozen spray particles 42, it is preferable to recover the frozen spray particles 42 by thawing the frozen spray particles 42 held in the tray 40. Thereby, even when there are a plurality of trays 40 for holding the frozen spray particles 42, the frozen spray particles 42 can be quickly and easily collected.
- the case where the number of the trays 40 is eight has been described as an example.
- the embodiment is not limited thereto, and a plurality of trays 40 having meshes with different roughnesses may be provided.
- the bottom tray 40 is preferably a flat bottom, but may be a mesh having a very fine mesh.
- the spray sprayed from the injection valve 12 has been described as including many spray particles.
- several spray particles such as one or two spray particles are sprayed from the spray valve 12. It may be the case.
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Abstract
本発明は、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子を凍結させる冷凍室３０（噴霧凍結手段）と、冷凍室３０で凍結された凍結噴霧粒子４２を保持する受け皿４０（凍結噴霧保持手段）と、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を解析する解析手段８６と、を備える噴霧検査装置である。
Description
本発明は、噴霧検査装置に関する。
エンジンにおいて、噴射弁から噴射された噴霧の形状、噴霧粒子の粒径などは、未燃燃料や気化遅れなどの点から重要である。このため、量産ラインにおいて噴射弁の噴霧検査がなされている。噴霧検査方法には様々な方法があるが、例えば光回折、ＰＤＰＡ（位相ドップラ法）、パタネータ、レーザホログラフィ、レーザシャドウ等、光学的に噴霧を撮影して噴霧粒子の粒径などを計測するものがある。また、噴霧に光を照射しその散乱光を利用して噴霧検査をする方法もある。例えば特許文献１には、微小粒子の数を散乱光の強度を利用して測定する方法が開示されている。
しかしながら、上述した噴霧検査方法のように、噴霧を光学的に撮影して噴霧粒子の粒径などを計測する方法では、噴霧全体の計測が困難であると共に、超微細粒の噴霧粒子や撮影時に焦点の合わない噴霧粒子については計測精度が不十分である課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、噴霧の解析を精度良く行うことが可能な噴霧検査装置を提供することを目的とする。
本発明に係る噴霧検査装置は、噴射弁から噴射された噴霧粒子を凍結させる噴霧凍結手段と、前記噴霧凍結手段で凍結された凍結噴霧粒子を保持する凍結噴霧保持手段と、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を解析する解析手段と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る噴霧検査装置によれば、噴霧粒子を凍結させて固体化した凍結噴霧粒子とすることで、噴霧の形状を維持でき、この凍結噴霧粒子を解析することで、噴霧の解析を精度良く行うことができる。
上記構成において、前記解析手段は、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を撮影することによって、前記凍結噴霧粒子を解析してもよい。また、上記構成において、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を２以上の異なる焦点距離で撮影してもよい。これによれば、粒径の異なる凍結噴霧粒子を解析することができる。
上記構成において、前記解析手段は、前記凍結噴霧粒子が保持された前記凍結噴霧保持手段の表面粗さを測定することによって、前記凍結噴霧粒子を解析してもよい。これによれば、凍結噴霧保持手段の表面が測定基準となり、高精度且つ短時間で凍結噴霧粒子の解析ができる。
上記構成において、異なる粗さのメッシュを有する複数の前記凍結噴霧保持手段を備え、前記解析手段は、前記複数の凍結噴霧保持手段それぞれに保持された凍結噴霧粒子の質量を測定することによって、前記凍結噴霧粒子を解析してもよい。
上記構成において、前記噴射弁から噴射された噴霧の分裂および拡散を行う噴霧室と、前記噴霧室と連通し、前記分裂および拡散した後の噴霧粒子を凍結させる低温に維持され、前記凍結噴霧保持手段が設けられた冷凍室と、前記噴霧室と前記冷凍室との連通および非連通を切り換えるシャッターと、を備えてもよい。これによれば、噴霧粒子を凍結させる冷凍室の低温維持と、噴霧の分裂および拡散を行う噴霧室の低温化抑制と、を両立できる。
上記構成において前記噴射弁からの噴霧の噴射が終了してから前記シャッターを閉じるシャッター制御手段を備えてもよい。
上記構成において、前記冷凍室内の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段で測定された温度が所定の温度となるように前記冷凍室に導入する冷却ガスの量を制御する冷却ガス制御手段と、を備えてもよい。これによれば、冷凍室内の温度を所定の温度に維持できるため、噴霧粒子をより確実に凍結させることができる。
上記構成において、前記冷凍室は円筒形状をしており、円筒形状をした前記冷凍室の側壁に対して斜め方向から、前記冷凍室に導入する冷却ガスを流す冷却ガス導入管が前記冷凍室に接続されていてもよい。これによれば、冷却ガスを冷凍室内で旋回させることができるため、冷凍室内の温度を一様にでき、噴霧粒子をむらなく凍結させることができる。
上記構成において、前記冷凍室および前記シャッターは、前記噴霧室を構成する部材よりも熱伝達率の低い部材で構成されていてもよい。これによれば、外気温や噴霧室内の温度によって冷凍室内の温度が上昇することを抑制できる。
上記構成において、前記冷凍室内に攪拌手段が設けられていてもよい。これによれば、冷凍室内の温度を一様にでき、噴霧粒子をむらなく凍結させることができる。
上記構成において、前記解析手段による解析終了後、前記凍結噴霧保持手段から前記凍結噴霧粒子を回収する凍結噴霧回収手段を備えてもよい。これによれば、凍結噴霧粒子が気化する前に回収することができ、冷凍室内に残存する燃料を低減できる。
上記構成において、前記凍結噴霧回収手段は、前記凍結噴霧保持手段を傾斜させて、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を前記凍結噴霧保持手段から落とすことによって、前記凍結噴霧粒子を回収してもよい。これによれば、凍結噴霧粒子を速やかに回収することができる。
上記構成において、前記凍結噴霧回収手段は、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を解凍させることによって、前記凍結噴霧粒子を回収してもよい。これによれば、凍結噴霧粒子を速やかに回収することができる。
上記構成において、前記凍結噴霧粒子は、排出通路を介して回収容器に回収されてもよい。これによれば、燃料の再利用が可能となる。
上記構成において、前記凍結噴霧保持手段には０．１μｍ以下の間隔の微細突起が設けられていて、前記微細突起上で前記噴霧凍結粒子が保持されていてもよい。これによれば、凍結噴霧粒子と凍結噴霧保持手段との接触面積が小さくなると共に空気の断熱層によって、熱容量の小さい凍結噴霧粒子であっても凍結噴霧保持手段に氷着することを抑制できる。
上記構成において、前記噴射弁から噴射された噴霧の噴霧中の噴霧画像を撮影する撮影手段を備えてもよい。これによれば、噴霧画像も撮影できるため、噴霧形状をより明瞭にできる。
本発明によれば、噴霧粒子を凍結させて固体化した凍結噴霧粒子とすることで、噴霧の形状を維持でき、凍結噴霧粒子を解析することで、噴霧粒子の解析を精度良く行うことができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図１は、実施例１に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。図２は、実施例１に係る噴霧検査装置の本体部の平面図の例である。図１および図２を参照して、噴霧検査装置１００は、常温の噴霧室１０と、例えば－１００℃以下の極低温に冷却された冷凍室３０と、制御部８０と、を備える。噴霧室１０と冷凍室３０とはそれぞれ円筒形状をしており、互いに連通している。噴霧室１０と冷凍室３０との間には、噴霧室１０と冷凍室３０との連通および非連通を切り換えるシャッター６０が備わる。冷凍室３０およびシャッター６０は、例えばセラミクスなどの低熱伝達部材で構成されている。シャッター６０は円板状をしており、中心点に対して対称となる窓６２が２つ設けられている。モータ６４が駆動して歯車６６が回転することで、シャッター６０は回転する。シャッター６０を回転させるモータ６４の駆動は制御部８０によって制御される。即ち、制御部８０は、シャッター６０の回転を制御するシャッター制御手段８２として機能する。
２つの窓６２のうちの一方が、噴霧室１０と冷凍室３０との間に位置した状態（図１および図２の状態）になると、シャッター６０はＯＰＥＮとなり、噴霧室１０と冷凍室３０とは連通する。この状態からシャッター６０が９０°回転すると、噴霧室１０と冷凍室３０との間にシャッター６０が挿入されて、シャッター６０はＣＬＯＳＥとなり、噴霧室１０と冷凍室３０とは非連通となる。さらにシャッター６０が９０°回転すると、２つの窓６２のうちの他方が噴霧室１０と冷凍室３０との間に挿入されて、シャッター６０はＯＰＥＮとなり、噴霧室１０と冷凍室３０とは連通する。
噴霧室１０上部の中央部分には、噴射弁１２が装着されている。噴射弁１２は、制御部８０からの指示に従い、例えば燃料を噴霧にして噴射する。噴射弁１２から噴射される噴霧粒子の大きさは、例えば直径１μｍ～１０μｍである。噴射弁１２から噴射された噴霧は、噴霧室１０で分裂されて拡散される。噴霧室１０の側壁は、例えばガラスで構成されており透明である。噴霧室１０の一方の側壁の外側には、光源７２が設けられている。光源７２に相対するように、噴霧室１０の他方の側壁の外側には、例えば１万～５０万フレームスピードの高速度カメラ７４が設けられている。高速度カメラ７４は、噴射弁１２から噴射された噴霧の噴霧中の噴霧画像を撮影する。レンズ７６は、高速度カメラ７４の撮影対象である噴霧との焦点合わせに使用される。
噴霧室１０の上部には、噴射弁１２の両側に第１カメラ１４ａと第２カメラ１４ｂとが更に装着されている。第１カメラ１４ａと第２カメラ１４ｂとは、それぞれ焦点距離が異なる。例えば、第１カメラ１４ａの焦点距離は、第２カメラ１４ｂの焦点距離よりも長い。第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂによる撮影については後述する。
冷凍室３０には、冷却ガス導入管３２が接続されていて、冷却ガス導入管３２から冷却ガスとして例えば液体窒素が冷凍室３０に導入される。これにより、冷凍室３０は、例えば－１００℃以下の極低温に維持される。冷却ガス導入管３２は、円筒形状の冷凍室３０の側壁３１に対して斜め方向から接続している。冷却ガス導入管３２には圧力計３４および流量調整弁３６が設けられている。流量調整弁３６の開閉は、制御部８０によって制御される。冷凍室３０の側壁３１には温度センタ３８が装着されており、制御部８０は、温度センサ３８により測定された冷凍室３０内の温度に応じ流量調整弁３６を制御して、冷凍室３０に流入する液体窒素の量を調整する。即ち、制御部８０は、冷凍室３０に流入させる冷却ガスの流量を制御する冷却ガス制御手段８４として機能する。例えば、制御部８０は、冷凍室３０内の温度が所定の温度に維持されるように、冷凍室３０に流入する冷却ガスの量を調整する。
冷凍室３０内には、透明の受け皿４０が設けられている。噴射弁１２から噴射された噴霧粒子は、冷凍室３０に到達すると凍結されて凍結噴霧粒子４２となる。受け皿４０は、この凍結噴霧粒子４２を保持する。冷凍室３０の下部には光源４４が装着されていて、制御部８０による電源６８の制御によって、光源４４が発光する。第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂは、制御部８０からの指示に従い、光源４４が発光して照らされた凍結噴霧粒子４２を撮影する。制御部８０は、第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂで撮影した凍結噴霧粒子４２の画像から凍結噴霧粒子４２を解析する。例えば凍結噴霧粒子４２の平均粒子径、粒径分布、質量分布を求める。即ち、制御部８０は、凍結噴霧粒子４２を解析する解析手段８６として機能する。受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２には、粒径の大きいもの小さいものがある。粒径の小さい凍結噴霧粒子４２は、焦点距離の長い第１カメラ１４ａ（焦点１）によってより鮮明に撮影され、粒径の大きい凍結噴霧粒子４２は、焦点距離の短い第２カメラ１４ｂ（焦点２）によってより鮮明に撮影される。
受け皿４０を反転させる反転器７０が設けられ、反転器７０は制御部８０によって制御される。制御部８０は、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂで撮影した後、反転器７０により受け皿４０を反転させることで、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を、冷凍室３０の底部に落とす。即ち、制御部８０は、凍結噴霧粒子４２の撮影終了後に、受け皿４０を反転させる反転制御手段８８を有する。
冷凍室３０の底部には、凹部４６が設けられている。凹部４６の底面には、排出管４８が接続しており、受け皿４０から落とされた凍結噴霧粒子４２は、排出管４８に導かれる。排出管４８には、制御部８０によって制御される電磁弁である弁５０が設けられており、弁５０がＯＰＥＮになると、凍結噴霧粒子４２は、排出管４８に接続された回収容器５２に回収される。
ここで、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２の解析方法を詳しく説明する。図３は、凍結噴霧粒子４２の解析方法を示すフローチャートの例である。図３を参照して、噴射弁１２の噴射直前または直後に、制御部８０は、モータ６４を駆動させシャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＯＰＥＮとする（ステップＳ１０）。これにより、噴霧室１０と冷凍室３０とは連通し、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子は、冷凍室３０にまで到達し、冷凍室３０で凍結されて凍結噴霧粒子４２となる。凍結噴霧粒子４２は、冷凍室３０内に設けられた受け皿４０で保持される。
次いで、制御部８０は、噴射弁１２の噴射が終了してから第１所定時間経過後に、モータ６４を駆動させシャッター６０を更に９０°回転させて、シャッター６０をＣＬＯＳＥとする（ステップＳ１２）。第１所定時間は、噴射弁１２から噴射された噴霧の分裂時間を考慮して決定することができる。
次いで、制御部８０は、シャッター６０がＣＬＯＳＥしてから第２所定時間経過後に、モータ６４を駆動させシャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＯＰＥＮにする（ステップＳ１４）。第２所定時間は、噴霧粒子の凍結時間および受け皿４０に凍結噴霧粒子４２が安定して堆積する時間を考慮して決定することができる。
次いで、制御部８０は、シャッター６０をＯＰＥＮさせた状態で、光源４４を発光させ、第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂを用いて、受け皿４０に保持された凍結噴霧粒子４２を撮影する（ステップＳ１６）。撮影終了後、制御部８０は、モータ６４を駆動させシャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＣＬＯＳＥにする（ステップＳ１８）。次いで、制御部８０は、第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂにより撮影した凍結噴霧粒子４２の撮影画像から凍結噴霧粒子４２を解析する（ステップＳ２０）。例えば、凍結噴霧粒子４２の平均粒径、粒径分布、質量分布などを求める。
以上説明したように、実施例１によれば、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子を凍結させる冷凍室３０（噴霧凍結手段）と、凍結噴霧粒子４２を保持する受け皿４０（凍結噴霧保持手段）と、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂにより撮影することによって、凍結噴霧粒子４２を解析する解析手段８６と、を備える。解析手段８６は、撮影画像から凍結噴霧粒子４２を解析して、例えば凍結噴霧粒子４２の平均粒径、粒径分布、および質量分布などを求める。このように、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子を凍結させて固体化した凍結噴霧粒子４２とすることで、長時間噴霧の形状を維持することができる。したがって、凍結噴霧粒子４２を撮影して、撮影画像から凍結噴霧粒子４２を解析することで、噴霧の解析を精度良く行うことができる。
実施例１では、焦点距離の異なる第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂにより凍結噴霧粒子４２を撮影することによって、凍結噴霧粒子４２を解析する場合を例に示した。受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２の粒径は様々であり、超微細粒から粗大粒まである。したがって、このような凍結噴霧粒子４２を異なる焦点距離の第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂで撮影することで、超微細粒から粗大粒まで余すことなく撮影することができる。つまり、粒径の異なる凍結噴霧粒子４２を解析することが可能となる。このように、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を２以上の焦点距離で撮影する場合が好ましい。なお、実施例１のように焦点距離の異なるカメラを複数台装着する代わりに、焦点距離を複数切り換えることが可能なカメラを１台装着する場合でもよい。
また、焦点距離の切り換えのできないカメラを１台装着して、このカメラによって受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を撮影する場合でもよい。また、図１のように、光源４４を冷凍室３０の底部に装着し、受け皿４０の下側から凍結噴霧粒子４２を照らして凍結噴霧粒子４２を撮影する場合に限らず、噴霧室１０の上部に光源４４を装着して、受け皿４０の上側から凍結噴霧粒子４２を照らして撮影する場合でもよい。この場合、受け皿４０は透明でない場合でもよい。
図１のように、噴射弁１２から噴射された噴霧の分裂および拡散を行う噴霧室１０と、噴霧室１０と連通し、噴霧室１０で分裂および拡散した後の噴霧粒子を凍結させる低温に維持され、受け皿４０が設けられた冷凍室３０と、噴霧室１０と冷凍室３０との連通および非連通を切り換えるシャッター６０と、を備える。これにより、噴霧粒子を凍結させる冷凍室３０の低温維持と、噴霧の分裂および拡散を行う噴霧室１０の低温化抑制と、を両立できる。
冷凍室３０の低温維持と噴霧室１０の低温化抑制との観点からは、図３に示したようなシャッター６０の制御が好ましい。即ち、噴射弁１２からの噴霧の噴射開始直前または直後にシャッター６０を開き、噴射が終了してから第１所定時間経過後にシャッター６０を閉じた後、第２所定時間経過後に再度シャッター６０を開き、撮影終了後にシャッター６０を閉じることが好ましい。第１所定時間および第２所定時間は、ユーザにより任意に変更できる場合が好ましい。
冷凍室３０内の温度を測定する温度センサ３８を備え、温度センサ３８で測定される温度が所定の温度となるように冷凍室３０に導入する冷却ガスの量を制御することが好ましい。これにより、冷凍室３０内の温度を所定の温度に維持できるため、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子をより確実に凍結させることができる。
図２のように、冷凍室３０は円筒形状をし、円筒形状をした冷凍室３０の側壁３１に対して斜め方向から、冷凍室３０に導入する冷却ガスを流す冷却ガス導入管３２が接続されている場合が好ましい。これにより、冷却ガスを冷凍室３０内で旋回させることができるため、冷凍室３０内の温度を一様にでき、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子をむらなく凍結させることができる。なお、冷却ガス導入管３２は、冷凍室３０の側壁３１に対して接線方向から接続されていることがより好ましい。冷却ガスを冷凍室３０内で効率よく旋回させることができるためである。
冷凍室３０およびシャッター６０は、噴霧室１０を構成する部材よりも熱伝達率の低い部材で構成されていることが好ましい。これにより、外気温や噴霧室１０内の温度によって冷凍室３０内の温度が上昇することを抑制できる。
凍結噴霧粒子４２の解析終了後は、反転器７０によって受け皿４０を反転させ、凍結噴霧粒子４２を受け皿４０から落とすことによって、受け皿４０から凍結噴霧粒子４２を回収することが好ましい。これにより、凍結噴霧粒子４２を速やかに回収できるため、凍結噴霧粒子４２が気化する前に回収でき、冷凍室３０内に残存する燃料を低減できる。なお、受け皿４０から凍結噴霧粒子４２を回収する方法は、受け皿４０を反転させて凍結噴霧粒子４２を受け皿４０から落とす場合に限られない。受け皿４０を傾斜させることで、受け皿４０から凍結噴霧粒子４２を落として、凍結噴霧粒子４２を回収する場合でもよい。また、その他の方法により、凍結噴霧粒子４２の解析終了後に、受け皿４０から凍結噴霧粒子４２を回収する場合でもよい。
凍結噴霧粒子４２の回収に際しては、排出管４８を介して凍結噴霧粒子４２を回収容器５２に回収する場合が好ましい。これにより、燃料の再利用が可能となる。さらに、排出管４８に弁５０を設けることで、冷凍室３０の温度上昇を抑制できると共に、弁５０を電磁弁とすることで、弁５０の開閉に当たって作業者が凍傷することを防止できる。
図４は、受け皿４０の側面図の例であり、図４のように、受け皿４０の表面には０．１μｍ以下の間隔の微細突起５４が設けられ、凍結噴霧粒子４２は微細突起５４上で保持されている場合が好ましい。これにより、凍結噴霧粒子４２と受け皿４０との接触面積が小さくなると共に空気の断熱層によって、熱容量の小さい例えば１μｍ程度の凍結噴霧粒子４２であっても、受け皿４０に氷着することを抑制できる。微細突起５４は、機械加工や薬品等を用いた化学加工によって形成してもよいし、動植物の毛を用いてもよい。
図１のように、噴霧室１０の一方の側壁の外側に光源７２を配置し、一方の側壁と相対する他方の側壁の外側に高速度カメラ７４を配置して、噴射弁１２から噴射された噴霧の噴霧中の噴霧画像を高速度カメラ７４によって撮影することが好ましい。これにより、噴霧中の噴霧画像も撮影することができるため、噴霧形状をより明瞭にできる。
図５は、実施例１の変形例に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。図５を参照して、噴霧検査装置２００は、冷凍室３０の底部に、冷凍室３０内の空気を攪拌させる攪拌用ファン５６が設けられている。攪拌用ファン５６は、制御部８０により制御された駆動装置７１により駆動される。その他の構成については、実施例１と同じであり、図１および図２に示しているため、ここでは説明を省略する。
実施例１の変形例によれば、冷凍室３０内に攪拌用ファン５６が設けられている。これにより、シャッター６０がＣＬＯＳＥの状態で攪拌用ファン５６を駆動させることで、冷凍室３０内の温度を一様にすることができる。よって、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子をむらなく凍結させることができる。なお、冷凍室３０内の空気を攪拌させることができれば、攪拌用ファン５６に限らず、その他の物でもよい。
図６は、実施例２に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。図６を参照して、噴霧検査装置３００は、噴霧室１０の上部に、第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂの代わりに、表面粗さ測定器１６が装着されている。また、冷凍室３０の底部には光源４４は装着されていない。その他の構成については、実施例１と同じであり、図１および図２に示しているため、ここでは説明を省略する。
表面粗さ測定器１６は、例えば光波干渉式表面粗さ測定器であり、制御部８０の指示に従い、凍結噴霧粒子４２が保持された受け皿４０の表面全体をスキャンして、受け皿４０の表面全体の粗さを測定する。そして、制御部８０は、表面粗さ測定器１６で測定された受け皿４０の表面粗さから凍結噴霧粒子４２を解析する。例えば凍結噴霧粒子４２の粒径、粒数などを算出する。
実施例２のように、凍結噴霧粒子４２が保持された受け皿４０の表面全体の粗さを測定することによって、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を解析する場合でもよい。この場合、受け皿４０の表面が、表面粗さ測定器１６による測定基準となり、高精度且つ短時間で凍結噴霧粒子４２の解析ができる。
図７は、実施例３に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。図８は、実施例３に係る噴霧検査装置の本体部の平面図の例である。図７および図８を参照して、噴霧検査装置４００は、噴霧室１０、冷凍室３０、制御部８０、およびシャッター６０を備える。噴霧室１０の上部には温風を送るための温風流入管２０が接続されていて、温風流入管２０には弁２２が設けられている。実施例１のような第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂは装着されていない。
冷凍室３０内には、例えば８枚の受け皿４０が、間隔をおいて重なるように順々に設けられている。最下段に位置する受け皿４０は平底状になっている。最下段以外の受け皿４０はメッシュ状になっており、上段に向かうに従いメッシュの目の粗さが大きくなっている。各受け皿４０のメッシュの目の粗さは予め調べられている。
噴射弁１２から噴射された噴霧粒子は、冷凍室３０で凍結されて、様々な粒径が入り混じった凍結噴霧粒子４２となる。受け皿４０は、凍結噴霧粒子４２を保持する機能を有するが、上段ほどメッシュの目が粗いことから、粒径の大きな凍結噴霧粒子４２はより上段側の受け皿４０で保持され、粒径の小さな凍結噴霧粒子４２はより下段側の受け皿４０で保持される。最下段の受け皿４０はメッシュのない平底状であるため、メッシュ状の受け皿４０を全て通過するような超微細な凍結噴霧粒子４２は、最下段の受け皿４０で保持される。即ち、受け皿４０各々には、粒径の大きさ毎に凍結噴霧粒子４２が保持される。
図９は、受け皿４０の平面図の例である。図９では、メッシュ状の受け皿４０を例に図示している。図９を参照して、受け皿４０は円板状をしていて、外周部分に、１２０°毎に凹部９０が設けられている。受け皿４０の外周部分には更に、１５°毎で凹部９０を除いた部分に貫通孔９２が設けられている。
図７から図９を参照して、各受け皿４０は、１２０°毎に設けられた３つの凹部９０にて支柱９４で安定して支えられている。１５°毎に設けられた貫通孔９２には、他の受け皿４０を支える支柱９４が貫通していて、支柱９４と貫通孔９２とは干渉しないようになっている。冷凍室３０の底部には荷重センサ９６が設けられている。各受け皿４０を支える３つの支柱９４は、１つに連結した後、荷重センサ９６に接着されている。各荷重センサ９６には質量計９８が接続しており、これにより、各受け皿４０の質量を測定することができる。
制御部８０は、質量計９８により各受け皿４０の質量を測定し、各受け皿４０で保持された粒径毎の凍結噴霧粒子４２の質量を求めることによって、凍結噴霧粒子４２を解析する。例えば各粒径の質量から粒数を算出し、粒径分布および質量分布を求める。
受け皿４０に設けられた貫通孔９２の上方に位置して、冷凍室３０の側壁から内側に湾曲した噴霧ガイド９５が設けられている。噴霧ガイド９５により、噴射弁１２から噴射された噴霧が貫通孔９２から抜けることを抑制できる。噴霧ガイド９５は脱着できることが好ましい。冷凍室３０の底部には、弁５０が設けられた排出管４８の一端が接続しており、排出管４８の他端には回収容器５２が接続されている。
ここで、各受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２の解析方法について説明する。図１０は、凍結噴霧粒子４２の解析方法を示すフローチャートの例である。図１０を参照して、噴射弁１２の噴射直前または直後に、制御部８０は、モータ６４を駆動させシャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＯＰＥＮとする（ステップＳ３０）。これにより、噴霧室１０と冷凍室３０とは連通し、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子は、冷凍室３０で凍結されて凍結噴霧粒子４２となる。凍結噴霧粒子４２は、粒径の大きさ毎に各受け皿４０で保持される。
次いで、制御部８０は、噴射が終了してから第１所定時間経過後に、モータ６４を駆動させシャッター６０を更に９０°回転させて、シャッター６０をＣＬＯＳＥとする（ステップＳ３２）。第１所定時間は、実施例１と同様に、噴射弁１２から噴射された噴霧の分裂時間を考慮して決定することができる。
次いで、制御部８０は、シャッター６０がＣＬＯＳＥしてから一定時間経過後に各受け皿４０の質量を測定する（ステップＳ３４）。そして、制御部８０は、凍結噴霧粒子４２を保持した後における各受け皿４０の質量の増加分から粒径毎の凍結噴霧粒子４２の質量を求めて、凍結噴霧粒子４２を解析する（ステップＳ３６）。例えば各粒径の質量から粒数を算出し、粒径分布や質量分布を求める。
凍結噴霧粒子４２の解析終了後、次の方法により凍結噴霧粒子４２を回収する。まず、凍結噴霧粒子４２の解析終了後、シャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＯＰＥＮとし、噴霧室１０と冷凍室３０とを連通させる。そして、噴霧室１０の上部に接続された温風流入管２０の弁２２をＯＰＥＮとして、噴霧室１０から冷凍室３０に向かって温風を送り、各受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を解凍させる。解凍した凍結噴霧粒子４２を、弁５０をＯＰＥＮとした排出管４８を介して回収容器５２で回収する。そして、凍結噴霧粒子４２の回収が終了した後、シャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＣＬＯＳＥとする。
実施例３のように、異なる粗さのメッシュを有する複数の受け皿４０を備え、複数の受け皿４０それぞれに保持された凍結噴霧粒子４２の質量を測定することによって、凍結噴霧粒子４２を解析する場合でもよい。各受け皿４０には、粒径毎に分類された凍結噴霧粒子４２が保持されるため、粒径毎の凍結噴霧粒子４２の質量が求められる。この粒径毎の凍結噴霧粒子４２の質量から粒数を算出でき、粒径分布および質量分布が求められる。
凍結噴霧粒子４２の解析終了後は、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を解凍させることによって、凍結噴霧粒子４２を回収する場合が好ましい。これにより、凍結噴霧粒子４２を保持する受け皿４０が複数ある場合でも、凍結噴霧粒子４２速やかに且つ容易に回収することができる。
実施例３では、受け皿４０の枚数が８枚の場合を例に説明したが、これに限られず、異なる粗さのメッシュを有する複数の受け皿４０が設けられていればよい。また、最下段の受け皿４０は平底状である場合が好ましいが、目の粗さが非常に細かいメッシュ状である場合でもよい。
実施例１から３では、噴射弁１２から噴射される噴霧には多くの噴霧粒子が含まれるとして説明してきたが、例えば、噴射弁１２から１粒や２粒など数粒の噴霧粒子が噴射されるような場合であってもよい。
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 噴霧室
１２ 噴射弁
１４ａ 第１カメラ
１４ｂ 第２カメラ
１６ 表面粗さ測定器
２０ 温風流入管
３０ 冷凍室
３１ 冷凍室の側壁
３２ 冷却ガス導入管
３４ 圧力計
３６ 流量調整弁
３８ 温度センサ
４０ 受け皿
４２ 凍結噴霧粒子
４４ 光源
４６ 凹部
４８ 排出管
５２ 回収容器
５４ 微細突起
５６ 攪拌用ファン
６０ シャッター
６２ 窓
６４ モータ
６６ 歯車
６８ 電源
７０ 反転器
７１ 駆動装置
７２ 光源
７４ 高速度カメラ
７６ レンズ
８０ 制御部
８２ シャッター制御手段
８４ 冷却ガス制御手段
８６ 解析手段
８８ 反転制御手段
９０ 凹部
９２ 貫通孔
９４ 支柱
９５ 噴霧ガイド
９６ 荷重センサ
９８ 質量計
１００ 噴霧検査装置
２００ 噴霧検査装置
３００ 噴霧検査装置
４００ 噴霧検査装置
１２ 噴射弁
１４ａ 第１カメラ
１４ｂ 第２カメラ
１６ 表面粗さ測定器
２０ 温風流入管
３０ 冷凍室
３１ 冷凍室の側壁
３２ 冷却ガス導入管
３４ 圧力計
３６ 流量調整弁
３８ 温度センサ
４０ 受け皿
４２ 凍結噴霧粒子
４４ 光源
４６ 凹部
４８ 排出管
５２ 回収容器
５４ 微細突起
５６ 攪拌用ファン
６０ シャッター
６２ 窓
６４ モータ
６６ 歯車
６８ 電源
７０ 反転器
７１ 駆動装置
７２ 光源
７４ 高速度カメラ
７６ レンズ
８０ 制御部
８２ シャッター制御手段
８４ 冷却ガス制御手段
８６ 解析手段
８８ 反転制御手段
９０ 凹部
９２ 貫通孔
９４ 支柱
９５ 噴霧ガイド
９６ 荷重センサ
９８ 質量計
１００ 噴霧検査装置
２００ 噴霧検査装置
３００ 噴霧検査装置
４００ 噴霧検査装置
Claims (17)
- 噴射弁から噴射された噴霧粒子を凍結させる噴霧凍結手段と、
前記噴霧凍結手段で凍結された凍結噴霧粒子を保持する凍結噴霧保持手段と、
前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を解析する解析手段と、を備えることを特徴とする噴霧検査装置。 - 前記解析手段は、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を撮影することによって、前記凍結噴霧粒子を解析することを特徴とする請求項１記載の噴霧検査装置。
- 前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を２以上の異なる焦点距離で撮影することを特徴とする請求項２記載の噴霧検査装置。
- 前記解析手段は、前記凍結噴霧粒子を保持する前記凍結噴霧保持手段の表面粗さを測定することによって、前記凍結噴霧粒子を解析することを特徴とする請求項１記載の噴霧検査装置。
- 異なる粗さのメッシュを有する複数の前記凍結噴霧保持手段を備え、
前記解析手段は、前記複数の凍結噴霧保持手段それぞれに保持された凍結噴霧粒子の質量を測定することによって、前記凍結噴霧粒子を解析することを特徴とする請求項１記載の噴霧検査装置。 - 前記噴射弁から噴射された噴霧の分裂および拡散を行う噴霧室と、
前記噴霧室と連通し、前記分裂および拡散した後の噴霧粒子を凍結させる低温に維持され、前記凍結噴霧保持手段が設けられた冷凍室と、
前記噴霧室と前記冷凍室との連通および非連通を切り換えるシャッターと、を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の噴霧検査装置。 - 前記噴射弁からの噴霧の噴射が終了してから前記シャッターを閉じるシャッター制御手段を備えることを特徴とする請求項６記載の噴霧検査装置。
- 前記冷凍室内の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段で測定された温度が所定の温度となるように前記冷凍室に導入する冷却ガスの量を制御する冷却ガス制御手段と、を備えることを特徴とする請求項６または７記載の噴霧検査装置。 - 前記冷凍室は円筒形状をしており、
円筒形状をした前記冷凍室の側壁に対して斜め方向から、前記冷凍室に導入する冷却ガスを流す冷却ガス導入管が、前記冷凍室に接続されていることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項記載の噴霧検査装置。 - 前記冷凍室および前記シャッターは、前記噴霧室を構成する部材よりも熱伝達率の低い部材で構成されることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
- 前記冷凍室内に攪拌手段が設けられていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
- 前記解析手段による解析終了後、前記凍結噴霧保持手段から前記凍結噴霧粒子を回収する凍結噴霧回収手段を備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
- 前記凍結噴霧回収手段は、前記凍結噴霧保持手段を傾斜させて、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を前記凍結噴霧保持手段から落とすことによって、前記凍結噴霧粒子を回収することを特徴とする請求項１２記載の噴霧検査装置。
- 前記凍結噴霧回収手段は、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を解凍させることによって、前記凍結噴霧粒子を回収することを特徴とする請求項１２記載の噴霧検査装置。
- 前記凍結噴霧粒子は、排出通路を介して回収容器に回収されることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
- 前記凍結噴霧保持手段には０．１μｍ以下の間隔の微細突起が設けられていて、前記微細突起上で前記噴霧凍結粒子を保持することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
- 前記噴射弁から噴射された噴霧の噴霧中の噴霧画像を撮影する撮影手段を備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
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