JP3155236B2 - 粉粒体層傾斜角度測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉粒体層の計測装
置に関し、特に堆積状態にある粉粒体層における自由表
面の傾斜角度を測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、粉粒体処理プロセスの計画及び
設計や粉粒体の品質管理等に際しては、取り扱う粉粒体
の流動特性や噴流特性を充分に把握しておくことが重要
であり、これらの特性の評価は、堆積状態にある粉粒体
層の安息角やスパチュラ角等の各種物性値に基づいて行
われている。

【０００３】従来の安息角の測定方法を、図１を参照し
て説明する。同図において（ａ）は、安息角測定状態を
示す上面図であり、（ｂ）は、同側面図である。

【０００４】水平面１３ａを有したテーブル１３上に
は、粉粒体層Ｐが円錐状に堆積し、粉粒体層Ｐの側方か
ら水平にセンサ光を射出し、該センサ光の反射によって
粉粒体層Ｐ上の点までの距離を測定するセンサ１６が配
置され、センサ１６は、センサ１６の光軸Ａと直交した
水平方向（Ｘ方向とする）と垂直方向（Ｚ方向とする）
に図示しない移動手段によって移動可能になっている。
なお、センサ１６の光軸Ａの方向をＹ方向とする。

【０００５】まずセンサ１６は、第１の水平面Ｑ１上の
１点に光を照射する位置に配置され、Ｘ方向に所定間隔
ΔＸ走査される毎に第１の水平面Ｑ１上の各点の位置を
検出し、順次データが蓄えられる。次に、第１の水平面
Ｑ１内で最もセンサ１６に接近した点ｐ１のデータが取
り出され、他のデータは破棄される。次に、センサ１６
をＺ方向に所定間隔ΔＺ離れた第２の水平面Ｑ２上に移
動し、上記と同様の動作によって第２の水平面Ｑ２上の
各点の位置のデータから第２の水平面Ｑ２内で最もセン
サ１６に接近した点ｐ２のデータが取り出される。

【０００６】以下、順次同様の動作が所定回数（図１の
例では５回）繰り返され、各水平面Ｑ１乃至Ｑ５内で最
もセンサ１６に接近した点ｐ１乃至ｐ５の位置のデータ
から図２に示すように、最小自乗法によって点ｐ１乃至
ｐ５に近似する直線の関数を計算し、該直線と水平面と
の傾斜角（安息角）αが求められる。なお図２におい
て、横軸はＹ方向の位置、縦軸はＺ方向の位置を示して
いる。

【０００７】また、テーブル１３上方には、図３に示す
ように測定用ロート６が振動台５の貫通孔５ａに係止さ
れて配置され、図示しない篩を振動させて測定用ロート
６上に落下してきた粉粒体を、テーブル１３上の１点に
堆積させ、粉粒体層Ｐが形成されていた。

【０００８】また、図４に従来の崩潰角を測定する際に
使用される、粉粒体層Ｐに衝撃を与えるショッカー２０
を示す。図４において、台座２２は、図１におけるテー
ブル１３上に載置されており、台座２２上方に立設され
たポール２３と、ポール２３と嵌合する貫通孔２４ａを
有した錘２４により構成され、使用者が、手で錘２４を
ポール２３の上端まで持ち上げて手を離すと、錘２４が
落下して台座２２及びテーブル１３に衝撃を与えるよう
になっている。

【０００９】また、従来のスパチュラ角の測定方法を図
５を参照して説明する。同図において、（ａ）は、矩形
バット１２上に粉粒体層Ｐ１を堆積させた状態を示し、
（ｂ）は、（ａ）に示す状態から矩形バット１２を下降
させ、スパチュラ２６上に粉粒体層Ｐ２を形成した状態
を示す。（ｃ）は、（ｂ）に示すスパチュラ部分を側面
から見た図である。

【００１０】スパチュラ角測定ユニット２１は、上面形
状が長方形の粉粒体載置部２６ａを有したスパチュラ２
６が、一端をポール２５に固定部材２８によって固定さ
れ、スパチュラ２６の下方にリフトバー１５によって上
下動可能な矩形バット１２が配置される。固定部材２８
の上方には、ポール２５と嵌合する貫通孔２７ａを有し
た錘２７が設置され、図３と同様のショッカー２９を構
成している。スパチュラ２６の粉粒体載置部２６ａ上方
には粉粒体層Ｐ２に光を射出して照射された粉粒体層Ｐ
２の自由表面上の点との距離を検出するセンサ１６が配
置される。

【００１１】このような構成のスパチュラ角測定ユニッ
ト２１によって、スパチュラ角を測定する際には、まず
図５の（ａ）に示すように矩形バット１２をリフトバー
１５によってスパチュラ２６近傍まで上昇させ、粉粒体
層Ｐ１を堆積させる。次に、（ｂ）に示すように矩形バ
ット１２をリフトバー１５によって下降させ、粉体層載
置部２６ａ上にスパチュラ角測定用の粉粒体層Ｐ２を形
成し、センサ１６を測定位置に配置する。

【００１２】次に、センサ１６を図中Ｙ方向に所定間隔
づつ移動させる毎に、センサ１６の光が照射された粉粒
体層Ｐ２の自由表面上の点の位置を検出し、各点の位置
のデータにから近似される直線の水平面に対する傾斜角
（崩潰前のスパチュラ角）が求められる。また、測定精
度を向上させるために必要に応じて、同一位置あるいは
センサ１６を図中Ｘ方向に移動させ、同様の操作が複数
回行われ、平均値が求められる場合もある。

【００１３】次に、錘２７を手でポールの所定位置まで
持ち上げて、手を離すことによって錘２７が固定部材２
８上に落下し、粉粒体層Ｐ２に衝撃が与えられ、粉粒体
層Ｐ２が崩潰する。この状態で、再度、上記と同様に粉
粒体層Ｐ２の自由表面に近似される直線の水平面に対す
る傾斜角（崩潰後のスパチュラ角）が求められ、スパチ
ュラ角（崩潰前のスパチュラ角と崩潰後のスパチュラ角
との平均値）が求められる。

【００１４】また、従来の装置における操作部９１を図
６に示す。操作部９１は、図示しない制御部に電気的に
接続され、使用者は、ファンクションキー部９１Ａで測
定項目の選択などを行い、表示部９２を確認しながら測
定条件などをファンクションキー部９１Ａと数値キー部
９１Ｂで選択、入力した後測定が開始されるようになっ
ている。また、必要に応じて、データ印刷、タッピング
モータ駆動、粉粒体の堆積などを制御スイッチ部９１Ｃ
で行うようになっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の従来
の装置において、まず、図１に示す安息角の測定時にお
いて、測定精度を向上させるためにＺ方向への移動量Δ
Ｚを小さくして、センサ１６を走査させる水平面数を増
加させると、各水平面でＸ方向に走査して各点の位置の
データを取得するため、取得するデータ量が増大し、位
置検出時のセンサ１６の移動や、検出したデータの制御
部（図示せず）への転送などに多くの時間を要してい
た。

【００１６】また、検出される各点のデータを保管する
際に、最も測定範囲の広い最下の水平面Ｑ１（図１参
照）の各点のデータを保管できるように、大きなデータ
領域を必要としていた。

【００１７】また、粉粒体をテーブル１３上の１点に落
下させて粉粒体層Ｐを形成する際に、図７の（ａ）に示
すように、振動台５の貫通孔５ａによって係止された測
定用ロート６の係止部６ａは、ロート６の顎部分であ
り、貫通孔５ａに対して円錐状部の径が小さいために、
測定用ロート６の中心位置がずれて設置される場合があ
り、（ｂ）に示すように、粉粒体層Ｐが、等高線をＳと
する頂点の偏った円錐状に形成され、頂点の位置によっ
て点ｐａからなる最大傾斜と点ｐｂからなる最小傾斜と
の間の種々の傾斜角度が求められ、測定値のばらつきの
要因となっていた。

【００１８】また、崩潰角及び崩潰後のスパチュラ角の
測定時において、図３または、図４に示すような構造の
ショッカー２０、２９を使用すると、使用者が手で錘２
４を操作するため、ポール２３、２５と錘２４、２７の
貫通孔２４ａ，２７ａとの隙間によって、錘２４、２７
が傾く場合がある。また、静止状態で手を離したつもり
でも無意識に錘２４、２７を下方に押しやる場合があ
る。従って、錘２４、２７と台座２２または固定部材２
８とが衝突する状態が一定とならず、安定した衝撃を得
ることが困難で、測定結果のばらつきの要因となってい
た。

【００１９】また、図４に示すスパチュラ角の測定時に
おいて、矩形バット１２の下降および錘２７の落下は、
手動で操作されており、使用者が装置に占有されてい
た。

【００２０】また、図６に示す操作部は、対話式である
が、キャラクタ（文字）ベースのユーザインターフェー
スのため、使用者は、測定条件などの項目を読解して、
選択、入力する必要があり、操作時間が長くかかってい
た。特に初心者にとっては、表示部９２に表示される用
語の意味や設定したい項目の位置などをマニュアルで確
認しながら操作を進めるため、測定に多くの時間を費や
していた。

【００２１】本発明は、粉粒体層の安息角、崩潰角、ス
パチュラ角などの測定時において、測定時間の短縮およ
び測定の省力化が図られた測定装置を提供することを目
的とする。

【００２２】また本発明は、粉粒体層の安息角、崩潰
角、スパチュラ角などの測定において、測定値のばらつ
きを低減し、繰り返し精度の高い測定装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、水平面を有するテーブルと、前記テーブ
ルの水平面上に円錐状に堆積した粉粒体層に向けてセン
サ光を射出し該センサ光が照射された点からの反射光に
より前記粉粒体層との距離を検出するセンサとを有し、
前記センサ光が前記粉粒体層上の任意の位置を垂直以外
の第１の方向から照射する測定開始位置に前記センサを
配置させ、前記任意の位置と前記粉粒体層の頂点との間
の少なくとも１つの、前記第１の方向と前記第１の方向
と直交する水平な第２の方向とに平行な面内において前
記センサと前記粉粒体層との距離を測定しながら前記セ
ンサ光を前記第２の方向に移動させて前記距離が極小と
なる前記粉粒体層上の極小点を検出し、前記センサ光を
選択された１つの極小点を含む前記第１の方向に平行な
垂直面内を前記第１の方向と直交する方向に移動させて
複数の前記粉粒体層上の測定点を検出し、前記測定点の
各位置から近似される直線と水平面との角度を求める。

【００２４】この構成によると、テーブル上に堆積した
円錐状の粉粒体層に向けてセンサ光が射出され、照射さ
れた粉粒体層表面の点の位置が、センサからの距離情報
と、センサの移動手段からの位置情報とから検出される
検出手段によって、測定開始位置と粉粒体層の頂点との
間のセンサ光に平行で、センサ光を含む垂直面に直交す
る１つ以上の面において、各面内で最もセンサとの距離
の小さい各極小点が検出され、各極小点から選択された
１点を含む垂直面内において、粉粒体層の下方から上方
に渡り複数の測定点が検出され、各測定点の位置のデー
タから粉粒体層の傾斜角が求められる。

【００２５】また、本発明は、前記テーブルの略中心と
なる軸と交差し、前記粉粒体層より上方の線上に前記セ
ンサ光を位置させるとともに、その状態で前記センサ光
を下方に移動させることによって、前記粉粒体層を照射
する位置を検出し、その時の前記センサの位置を前記測
定開始位置としている。

【００２６】この構成によると、前記テーブルの略中心
から前記粉粒体層に対して上方に配置されたセンサ光が
射出しながら降下し、前記粉粒体層の表面上に光線が照
射された時点でセンサの移動を停止し、測定が開始され
る。

【００２７】また、本発明は、水平面を有するテーブル
と、前記テーブルの水平面上に円錐状に堆積する粉粒体
層の側方に配置され、前記粉粒体層に向けて略水平な第
１の方向にセンサ光を射出し該センサ光が照射された点
からの反射光により前記粉粒体層との距離を検出するセ
ンサと、前記センサを前記第１の方向と直交して水平な
第２の方向と前記センサ光と同一の垂直面内で前記第１
の方向と直交する第３の方向とに移動させる移動手段
と、前記センサによって取得されたデータを演算処理す
るとともに前記移動手段を制御する制御手段とを備え、
前記センサ光が前記粉粒体層上の１点を照射する測定開
始位置に前記センサが配置された後、略水平な面内を前
記センサが前記第２の方向に所定間隔で移動する毎に、
センサ光が照射された前記粉粒体層上の点の位置を検出
し、該面内で前記センサと前記粉粒体層との距離が極小
となる極小点を検出する第１の工程と、前記センサが前
記第３の方向へ所定間隔で所定回数移動する毎に、前記
第１の工程を繰り返す第２の工程と、前記第２の工程に
よって取得された、前記センサと前記粉粒体層との距離
が極小となる各略水平な面内での極小点の中から選択さ
れた１点の前記第２の方向の位置に前記センサを配置
し、前記センサが前記第３の方向へ所定間隔で複数回移
動する毎に、センサ光が照射された前記粉粒体層上の点
の位置を検出する第３の工程と、前記第３の工程で検出
された複数の測定点の位置のデータから近似される直線
を求め、前記直線の水平面に対する傾斜角度を演算する
第４の工程とが行われるようになっている。

【００２８】この構成によると、テーブル上に堆積した
円錐状の粉粒体層の側方から略水平にセンサの光線が射
出され、照射された粉粒体層表面の点の位置が、センサ
からの距離情報と、センサの移動手段からの位置情報と
から検出される検出手段によって、測定開始位置および
測定開始位置と所定間隔垂直方向に離れた数個の点を含
む各略水平な面内で、最もセンサとの距離の小さい各極
小点が検出され、各極小点から選択された１点を含む垂
直面内において、粉粒体層の下方から上方に渡り所定間
隔で各測定点が検出され、各測定点の位置のデータから
粉粒体層の傾斜角が求められる。

【００２９】このとき測定開始位置及び各極小点から選
択される１点は、できるだけ上方の点としており、デー
タ量の削減と測定精度の確保が図られている。

【００３０】また、本発明は、前記第２の方向の位置
を、前記テーブルの中心に対して所定の位置に、前記第
３の方向の位置を、前記粉粒体層に対して所望量上方に
配置された前記センサがセンサ光を射出しながら降下さ
れ、前記センサ光が前記粉粒体層上に照射されるときの
前記センサの位置を前記測定開始位置としている。

【００３１】この構成によると、前記テーブルの略中心
あるいは前記テーブルの略中心からセンサ光と直交する
水平な方向に所定寸法離れ、前記粉粒体層に対して所望
量上方に配置されたセンサ光が射出されながら降下し、
前記粉粒体層の表面上にセンサ光が照射された時点でセ
ンサの移動を停止し、測定が開始される。

【００３２】また、本発明は、前記テーブルに連結され
る台座と、前記台座の上方に前記台座と一体的に設置さ
れた電磁石と、前記台座と前記電磁石との間を垂直方向
に移動可能で、少なくとも一部が磁性材料からなる錘と
を有し、前記電磁石に通電される際に、前記錘が前記電
磁石に引き付けられ、前記電磁石への電流が遮断される
際に、前記錘が前記台座上に落下して、前記テーブルに
衝撃を与えるショッカーを備えている。

【００３３】この構成によると、電磁石に通電される際
には、錘が電磁石に引き付けられ、電磁石への電流が遮
断される際には、錘が台座上に落下し、台座と連結され
たテーブル上の粉粒体層に衝撃が与えられた後、崩潰角
の測定が行われる。

【００３４】また、本発明は、粉粒体を前記テーブル上
の略中心に落下させて粉粒体層を形成させるロートと、
前記ロートの最大径より小さい貫通孔を有し、前記貫通
孔により前記ロートを係止する台板と、前記ロートの最
大径部分と嵌合する穿孔を有し、前記台板上に位置決め
されるリング部材とを備え、前記ロートは、前記リング
部材の前記穿孔によって前記台板上に位置決めされてい
る。

【００３５】この構成によると、粉粒体をテーブル上に
堆積させる際に、ロートは、台板上に係止され、リング
部材によって台板との相対位置を精度良く位置決めされ
た後、ロートに供給された粉粒体は、１点に集合され、
粉粒体をテーブルの略中心に落下させ堆積させる。

【００３６】また、本発明は、上面形状が長方形の粉粒
体載置部分を有するスパチュラと、前記スパチュラ下方
に位置し、粉粒体を堆積させるバットと、前記バットを
上下方向に移動させる第１の移動手段と、前記スパチュ
ラの長辺方向に直交する第１の方向にセンサ光を射出
し、前記スパチュラの前記粉粒体載置部分上に堆積する
粉粒体層上の該センサ光が照射された点からの反射光に
よって前記粉粒体層との距離を検出するセンサと、前記
センサを前記スパチュラの長辺方向と、前記長辺方向と
前記第１の方向とに直交する第２の方向とに移動させる
第２の移動手段と、前記スパチュラに連結される台座
と、前記台座の上方に前記台座と一体的に設置された電
磁石と、前記台座と前記電磁石との間を垂直方向に移動
可能で、少なくとも一部が磁性材料からなる錘とを有
し、前記電磁石に通電される際に、前記錘が前記電磁石
に引き付けられ、前記電磁石への電流が遮断される際
に、前記錘が前記台座上に落下して、前記スパチュラに
衝撃を与えるショッカーと、前記第１，第２の移動手段
と前記ショッカーとの制御と、前記センサによって取得
されたデータの演算処理とを行う制御手段と、を備え、
前記スパチュラ近傍に配置され、粉粒体層を堆積された
前記バットを下降させる第１の工程と、前記センサを所
定の位置に移動させる毎に、前記センサ光が照射された
前記粉粒体層上の点の位置を検出する第２の工程と、前
記ショッカーによって前記スパチュラに衝撃を与える第
３の工程と、前記第２の工程で取得された複数の位置の
データによって、前記粉粒体層のスパチュラ角を求める
第４の工程とが、前記制御手段によって自動的に制御さ
れ、所定の順序および所定の回数で行われるようになっ
ている。

【００３７】この構成によると、粉粒体層を堆積された
矩形バットを下降させてスパチュラ上に粉粒体層を堆積
させ、スパチュラ上の粉粒体層に衝撃が与えられる前後
において、射出された光線が照射された粉粒体層の表面
上の点との距離を測定するセンサが、粉粒体層の長手方
向と垂直な面内を、所定間隔で所定回数移動する毎に各
測定点の位置を検出し、各測定点の位置のデータから粉
粒体層崩潰前後のスパチュラ角が求められる。

【００３８】衝撃を与えるショッカーは、電磁石に通電
される際には、錘が電磁石に引き付けられ、電磁石への
電流が遮断される際には、錘が台座上に落下するように
なっており、バットの下降から崩潰後のスパチュラ角の
測定までが制御手段によって自動的に行われる。

【００３９】また、本発明は、前記制御手段として、パ
ネルに対話形式の画像を表示し、ユーザ操作に応答して
処理を進めかつ表示画像を変えていくパネル型コンピュ
ータが用いられている。

【００４０】この構成によると、パネルには注意事項や
説明事項などが図などを用いてわかり易く表示され、使
用者によって、パネルを見ながら視覚的に判断して測定
項目や測定条件などの設定が行われた後測定が開始さ
れ、測定が終了すると安息角や崩潰角などの結果が表示
される。

【００４１】

【発明の実施の形態】図８に本発明にかかる粉粒体層傾
斜角度測定装置を示す。図８に示す装置は、粉粒体層の
安息角、崩潰角、スパチュラ角、差角（安息角と崩潰角
との差）以外に圧縮度、凝縮度、分散角、ゆるみ見掛け
比重、固め見掛け比重、均一度などの測定が可能になっ
ており、装置１の左下には電源をＯＮ／ＯＦＦするため
の電源スイッチ２が配置され、右側には測定部４０が設
けられ、測定部４０の前面には透明な合成樹脂製の扉３
が取り付けられている。

【００４２】測定部４０の下部には、昇降モータ３０に
連結されたカム３１によって昇降可能な矩形バット１２
が設置され、矩形バット１２上には、安息角などを測定
するための粉粒体層を堆積させるテーブル１３を保持す
るガイド部材１４、ショッカー４１が設置される。ガイ
ド部材１４は、ゆるみ、固め見掛比重測定時には、テー
ブル１３の代わりに、図示しない測定用カップが保持す
るようになっており、スパチュラ角測定時には、テーブ
ル１３、ガイド部材１４，ショッカー４１が取り外さ
れ、スパチュラ角測定ユニット２１が取り付けられるよ
うになっている。

【００４３】スパチュラ角測定ユニット２１は、スパチ
ュラ２６が、固定部材２８によってポール２５に固定さ
れ、スパチュラ２６の上部にショッカー５１が固定され
る。ショッカー５１は、ショッカー４１と同様の構成に
なっており、夫々を兼用させることも可能である。

【００４４】測定部４０の上部には振動ユニット４が配
置され、装置１後方から前方に伸びた振動台５が設置さ
れ、振動台５は、振動用電磁石（図示せず）の通電、遮
断に伴って振動台５の下面に取り付けられた吸着子（図
示せず）が、該振動用電磁石と吸着、解除を繰り返すこ
とによって振動を与えられる。振動台５には貫通孔５ａ
が設けられ、測定用ロート６が貫通孔５ａで係止され、
測定用ロート６と篩７とはスペースリング３３によって
振動台５上に位置決めされている。

【００４５】篩７の上方にはフルイオサエ８が備えら
れ、振動台５上に立設されたポール３６の上方に形成さ
れたねじ部（図示せず）をナット３５によって締め付け
ることにより、測定用ロート６、スペースリング３３、
篩７、フルイオサエ８が振動台５とフルイオサエバー３
４とに挟持されている。フルイオサエ８の上方には、装
置１の外部から粉粒体を供給可能な供給用ロート３７が
設置され、供給用ロート３７に供給された粉粒体は、振
動台５を振動させることで篩７上でほぐされて所定の大
きさの粒状となって通過し、測定用ロート６によって一
点に集められてテーブル１３上に堆積されるようになっ
ている。

【００４６】なお、前記振動用電磁石と電気的に接続さ
れ、振動台５の振幅を調節する振幅調整用摘子１０が装
置１右下に設けられている。

【００４７】測定部４０の左方には、上方にパネルコン
ピュータ１９が設置され、下方には移動ブロック１７に
センサ１６が取り付けられており、アクチュエータ１８
によって垂直方向と、紙面に垂直な水平方向とにセンサ
１６が移動可能となっている。

【００４８】センサ１６は、図９に示すように、発光素
子１６ａと光位置検出素子１６ｂとを組み合わせてなる
もので、発光素子１６ａには発光ダイオードや半導体レ
ーザが用いられる。発光素子１６ａの光は集光レンズ１
６ｃで集光されて射出口１６ｄから水平方向に光線とし
て射出され、被測定物Ｗ上にスポット状に照射され、被
測定物Ｗから拡散反射した光線の一部は受光口１６ｅを
介してセンサ１６内に入光し、受光レンズ１６ｆを通し
て光位置検出素子１６ｂ上にスポットを結ぶ。

【００４９】光位置検出素子１６ｂ上のスポットの位置
から、センサ１６は被測定物Ｗ上の光照射点までの距離
を測定することができ、アクチュエータ１８（図８参
照）によるセンサ１６の位置情報と、該距離の情報か
ら、被測定物Ｗ上の光照射点の位置を検出することがで
きる。

【００５０】また、センサ１６は、測定可能な距離の範
囲が決められており、粉粒体層Ｐを照射しない場合に他
の部材を照射して異常な測定を行わないように、センサ
１６の測定可能範囲外に他の部材が配置されている。

【００５１】このような構成の装置１による安息角の測
定方法について説明する。図８において、供給用ロート
３７から供給された粉粒体は、振動台５の振動により篩
７で所望の大きさの粒状となって通過し、測定用ロート
６からテーブル１３上の一点に落下して円錐状の粉粒体
層Ｐ（図１（ｂ）参照）を形成する。

【００５２】センサ１６は、紙面と垂直な方向（以下、
Ｘ方向という）をテーブル１３の略中心に、図中上下方
向（以下、Ｚ方向という）を粉粒体層Ｐの上方に、パネ
ルコンピュータ１９の操作によって配置される。尚、セ
ンサ１６の光軸方向を以下、Ｙ方向という。

【００５３】以下、センサの動作を図１０を参照して説
明する。図１０において（ａ）は、粉粒体層Ｐを上面か
ら見た図であり、（ｂ）は、側面から見た図である。
（ａ）において、二点鎖線は等高線を示す。また、粉粒
体層Ｐの頂点ｑ０のＸ方向の位置とテーブル１３の中心
とは、粉粒体層Ｐを形成する際のばらつきにより一致し
ていない場合を考慮して測定が行われるようになってお
り、一致している場合も同様の動作で測定が可能になっ
ている。

【００５４】センサ１６からのセンサ光Ａ１は、粉粒体
層Ｐを照射していない位置から下降して最初に粉粒体層
Ｐを照射した点ｐ１０で停止する（測定開始位置）。次
にＸ方向に所定間隔ΔＸづつセンサ１６を移動させ、粉
粒体層Ｐを照射する各点ｐ１１乃至ｐ１３の位置を検出
し、最もセンサ１６と接近した点（図１０ではｐ１２）
の位置情報が保管される。

【００５５】次に所定間隔ΔＺ上方にセンサ１６を移動
させた後、上記と同様に各点ｐ２０乃至ｐ２４の位置を
検出し、最もセンサ１６と接近した点ｐ２２の位置情報
が保管される。

【００５６】次に上記と同様に、所定間隔ΔＺ上方にセ
ンサ１６を移動させた後、各点ｐ３０乃至ｐ３２の位置
を検出し、最もセンサ１６と接近した点ｐ３１の位置情
報が保管される。

【００５７】次に上記と同様に所定間隔ΔＺ上方にセン
サ１６を移動させた後、上記と同様にＸ方向に所定間隔
ΔＸづつセンサ１６を移動させて粉粒体層Ｐを照射する
各点を検出するが、図１０においては粉粒体層Ｐの上方
にセンサ光が射出されるため、被測定物がないことを判
断し、次の動作に移る。センサ１６の上方への移動は、
このように、粉粒体層Ｐを照射しなくなるまで行っても
良いし、予め移動回数を指定しても良い。

【００５８】次に、所定間隔ΔＺづつ離れた各水平面内
で最もセンサ１６と接近した点（ｐ１２，ｐ２２，ｐ３
１）の中から１点（ｐ３１）を抽出し、その点のＸ方向
の位置および所定のＺ方向の位置へセンサ１６が移動さ
れる。

【００５９】前記１点を抽出する方法は、図１０のよう
に粉粒体層Ｐの円錐形の頂点が偏っている場合があり得
るため、できるだけ上方の点の方が頂点とのＸ方向の誤
差が少ないため、最上点が抽出されるが、最上点のデー
タが異常な値であった場合などには、上方から２番目の
点などとしても良いし、図１１に示すように粉粒体層Ｐ
の縦断面の稜線が曲線であり、傾斜角の定義範囲Ｆが決
められている場合などは、定義範囲Ｆに近い点（図１１
ではｐ４２）などとしても良い。これらの抽出方法は、
予め装置に内蔵あるいは、使用者の入力により設定され
ている。

【００６０】次に、所定間隔ΔＺ１づつセンサ１６を移
動させ、同一垂直面内で粉粒体層Ｐを照射する各点ｐａ
乃至ｐｄの位置を検出し、各点の位置のデータを元に近
似直線の関数を計算し、近似直線と水平面との角度（安
息角）が求められる。また必要に応じて点ｐａ乃至ｐｄ
の位置検出を数回行い得られた安息角の値を平均して測
定精度を向上させることができる。

【００６１】このように、測定開始位置ｐ１０が粉粒体
層Ｐの上方に検出されるため、センサ１６がＸ方向に所
定間隔ΔＸ移動する毎に検出される各点は、粉粒体層Ｐ
の上部のみに限られるので、測定点の数が少なく測定時
間の短縮が図られるとともにデータ保管領域を削減する
ことが可能である。

【００６２】近似直線の関数は、先に述べた図２と同様
に最小自乗法によって１次関数を計算しても良いし、図
１２の（ａ）に示すように、各点ｐａ乃至ｐｄから最小
自乗法によって近似される曲線ｎの関数を計算し、曲線
ｎと定義範囲上限ＵＤおよび下限ＬＤとの交点ｑａ、ｑ
ｂを通る直線ｍ１や、曲線ｎと定義範囲上限ＵＤおよび
下限ＬＤとで囲まれる面積Ｓ０が最小となる直線ｍ２
（（ｂ）参照）等としても良いし、他の方法によって計
算しても良い。また、定義範囲は測定範囲の最下点から
最上点とすることもできるし、粉粒体層の最下点から最
上点とすることもできる。

【００６３】また、図１２の（ｃ）に示すように測定さ
れたデータの有効範囲（ＬＺからＵＺ及びＬＹからＵ
Ｙ）を設定できるようにしておくことで、有効範囲外の
測定点ｐｅのデータを除外して近似直線ｍ３を求めるこ
とができるので、異常なデータや所望の範囲外のデータ
を含まずにより正確に計算することが可能である。ま
た、有効範囲を予め設定しておき、機械的にセンサ１６
が有効範囲外に移動しないようにしたり、有効範囲外の
データを保管しないようにしたりすることも可能であ
る。なお図１２において、横軸はＹ方向の位置を示し、
縦軸はＺ方向の位置を示している。

【００６４】前述の図１０において、求められた安息角
は、粉粒体層Ｐの頂点ｑ０から点ｑ２に渡る急斜面の傾
斜角と粉粒体層Ｐの頂点ｑ０から点ｑ１に渡る緩斜面の
傾斜角との間の値を取り、また、粉粒体層Ｐを形成する
毎に異なった値を取り得るため、正確に測定する必要が
ある場合は、複数回粉粒体層Ｐを形成して安息角を測定
し、平均する必要がある。

【００６５】ちなみに、従来の方法によると点ｐ１２，
ｐ２２，ｐ３１および点ｐｎ，ｐｍの位置のデータを元
に近似直線が求められ、急斜面の傾斜角と緩斜面の傾斜
角との間の値を取っている。

【００６６】また、センサ１６は、最初に配置された位
置から下降して測定開始位置ｐ１０を検出するが、点ｐ
１０からＸ方向の正の方向と負の方向とのどちらに移動
すればよいのか装置が判断できないため、一旦いづれか
の方向に移動し、粉粒体層Ｐが検知されなければ逆方向
に移動することになり、無駄な動作が行われる場合があ
る。

【００６７】これを防ぐためには、図１３に示すよう
に、センサ１６をＸ方向に、テーブル１３の中心から決
められた方向に所定寸法Ｘ０離れた位置に配置してセン
サ１６の下降を開始することによって、測定開始位置
（点ｐ１０）を検知した後、Ｘ方向の決められた方向に
移動して測定が行われるので、測定時間の短縮を図るこ
とが可能である。

【００６８】また、本実施形態においては、測定開始位
置（点ｐ１０）を自動的に検知しているが、手動によっ
て、粉粒体層Ｐ上の１点に照射する位置にセンサ１６を
配置し、この位置を測定開始位置としても良い。

【００６９】なお、本実施形態において、センサ１６の
センサ光は、水平方向に射出されているが、必ずしも水
平方向でなくても良く、アクチュエータ１８によってセ
ンサ１６の光軸と直交する水平方向と、垂直面内におけ
るセンサ１６の光軸と直交する方向とにセンサ１６が移
動すれば、センサ光が照射された粉粒体層Ｐ上の点の位
置を検出可能で、センサ１６の光軸が垂直方向以外の方
向であれば、本実施形態と同様に前記極小点および前記
測定点を検出することができる。

【００７０】次に、粉粒体を堆積させる振動ユニット４
（図８参照）において、測定用ロート６部分の断面図を
図１４に示す。振動台５の貫通孔５ａによって係止され
る測定用ロート６は、最大外形部分６ｂが、スペースリ
ング３３の穿孔３３ａと嵌合している。スペースリング
３３は貫通孔３３ｂによって振動台５に立設されたポー
ル３６と嵌合して水平方向に位置決めされており、篩７
ｂなどとともに上方から図示しない篩押さえバー３４と
ナット３５（図８参照）により締め付けられ、固定され
ている。

【００７１】この構成によると、測定用ロート６は、ス
ペースリング３３によって、垂直方向と水平方向との振
動台上の位置を精度良く位置決めされ、先に説明した図
７に示すような傾斜を防止するようになっている。これ
によって、粉粒体層Ｐの底面の中心と、粉粒体層Ｐの頂
点を底面に投影した位置との距離が小さく、偏りの少な
い円錐形を形成することができ、測定の繰り返し精度を
向上させている。

【００７２】次に、崩潰角の測定時における粉粒体層Ｐ
に衝撃を与えるショッカー４１について図１５を参照し
て説明する。ショッカー４１は、上カバー４２に固定さ
れた電磁石４５を有し、電磁石４５に形成された貫通孔
４５ａには上下に可動する可動軸４４が嵌入され、可動
軸４４の下端には錘４６が固着されている。また、上カ
バー４２の上方に形成された孔４２ａには、圧縮ばね４
７が挿入され、圧縮ばね４７は、可動軸４４が嵌入され
る押圧部材４８を下方に押圧するようになっており、可
動軸４４及び錘４６の可動範囲Ｄは、電磁石４５下面
と、ゴムなどの緩衝材４９が敷かれ、上カバー４２に固
着された下カバー４３とによって決められている。

【００７３】このような構成のショッカー４１は、矩形
バット１２上に設置され（図８参照）、電磁石４５に電
流が流されると、錘４６を上方に引き付け、電流が遮断
されると緩衝材４９上に落下することによって矩形バッ
ト１２と連結したテーブル１３に衝撃を与えて、粉粒体
層Ｐを崩潰させるようになっており、従来のように手で
錘を持ち上げた後、手を離して衝撃を与える方法と比較
して、電気的に動作を制御するので、装置１の外部から
操作可能で作業性に優れており、また、安定した衝撃を
与えることが可能となる。

【００７４】なお、圧縮ばね４７は、電磁石４５への電
流が遮断された際に、可動軸４４及び錘４６が、電磁石
４５に暫くの間吸着するのを解除するために設けられて
おり、緩衝材４９は、落下した錘がバウンドして粉粒体
層Ｐに不規則な衝撃を与えることを防止している。

【００７５】次に、スパチュラ角の測定時の動作につい
て、先に説明した図８及び図５を参照して説明する。図
８において、矩形バット１２上のガイド部材１４、テー
ブル１３、及びショッカー４１は取り外され、スパチュ
ラ角測定ユニット２１が設置される。次に、矩形バット
１２は、昇降モータ３０が回転し、カム３１によってス
パチュラ２６の近傍まで上昇して停止し、振動ユニット
４から粉粒体を矩形バット１２上に堆積され粉粒体層Ｐ
１が形成される（図５の（ａ）参照）。

【００７６】次に、昇降モータ３０が回転し、カム３１
によって矩形バット１２が下降し、スパチュラ２６上に
粉粒体層Ｐ２を形成する（図５の（ｂ），（ｃ）参
照）。センサ１６は、従来例とは異なり、図５の（ｃ）
における左方に配置され、Ｙ方向にセンサ光を射出して
おり、センサ１６が、上方から下降し、粉粒体層Ｐ２に
照射して、Ｚ方向に所定間隔で所定回数移動する毎に各
点の位置が検出され、各測定点の位置のデータから近似
直線が計算され、該近似直線と水平面との傾斜角（崩潰
前のスパチュラ角）が求められる。

【００７７】この際に測定精度を向上させるため、セン
サ１６をＸ方向に移動させて複数回傾斜角を測定し、平
均しても良い。また、近似直線は、前述の安息角測定時
と同様の方法で計算される。

【００７８】次に、図１５に示したショッカー４１と同
一構造のショッカー５１により、スパチュラ２６に衝撃
を与えて粉粒体層Ｐ２を崩潰させた後、上記と同様に崩
潰後のスパチュラ角を測定し、スパチュラ角（崩潰前と
崩潰後の平均値）を求めることができる。

【００７９】本発明における装置のスパチュラ角の測定
においては、矩形バット１２の昇降用モータ３０及びシ
ョッカー５１の駆動を電気的に制御できるので、矩形バ
ット１２の下降からスパチュラ角の測定終了までを全自
動で行うことができ、測定時における省力化を図ること
ができる。

【００８０】また、本発明においては、使用者が操作す
る操作部と、設定内容や作業内容を表示する表示部と、
ショッカー４１やアクチュエータ１８などの駆動を制御
し、測定データの演算処理などを行う制御部とが一体と
なったパネルコンピュータ１９を使用しているので、装
置１を大型化することなく、図１６乃至図１９に示すよ
うな、視覚的なユーザインターフェースを持った大画面
の操作，表示部を搭載可能となり、初心者にも簡単に操
作可能としている。

【００８１】なお、図１６は、各部材のセッティング方
法の説明画面、図１７は、条件設定画面、図１８は、測
定中の警告画面、図１９は測定結果表示画面をそれぞれ
示している。

【００８２】

【発明の効果】請求項１、３の発明によると、測定開始
位置を粉粒体層上部に配置することで、測定される点を
少なく安息角を求めることが可能であるので、測定時間
を短縮するとともにデータ領域を削減することができ
る。

【００８３】請求項２、４の発明によると、センサを自
動的に測定開始位置に配置することができ、操作の簡略
化を図ることが可能となる。

【００８４】請求項５の発明によると、一定の条件で粉
粒体層に衝撃を与えることができるため、崩潰角測定の
繰り返し精度を向上させることが可能となる。

【００８５】請求項６の発明によると、測定用ロートが
設置される位置が一定となるため、テーブル上に堆積さ
れる粉粒体層の形状が安定し、測定の繰り返し精度を向
上させることが可能となる。

【００８６】請求項７の発明によると、スパチュラ角の
測定が自動化されるので、測定時における省力化を図る
ことができるとともに、一定の条件でスパチュラ上の粉
粒体層に衝撃を与えることが可能となるため、崩潰後の
スパチュラ角測定の繰り返し精度を向上させることが可
能となる。

【００８７】請求項８の発明によると、視覚的なインタ
ーフェースを有した操作部分を省スペースで実現できる
ため、初心者が使用する際においても容易に操作が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の安息角の測定方法を説明する図であ
る。

【図２】 従来の安息角の測定結果を説明する図であ
る。

【図３】 従来の装置における測定用ロート部分を示
す平面図である。

【図４】 従来の装置におけるショッカーを示す平面
図である。

【図５】 従来のスパチュラ角の測定方法を示す平面
図である。

【図６】 従来の装置における操作部を示す平面図で
ある。

【図７】 従来の装置における測定用ロート部分の不
具合を説明する図である。

【図８】 本発明の粉粒体層傾斜角度測定装置を示す
平面図である。

【図９】 本発明に使用されるセンサの構造を説明す
る図である。

【図１０】 本発明の安息角の測定方法を説明する図
である。

【図１１】 本発明の安息角の測定方法を説明する図
である。

【図１２】 本発明における測定データから近似直線
を求める方法を説明する図である。

【図１３】 本発明の安息角の測定方法を説明する図
である。

【図１４】 本発明の装置における振動ユニット部分
を示す平面図である。

【図１５】 本発明の装置におけるショッカーを示す
平面図である。

【図１６】 本発明の装置における表示画面を示す図
である。

【図１７】 本発明の装置における表示画面を示す図
である。

【図１８】 本発明の装置における表示画面を示す図
である。

【図１９】 本発明の装置における表示画面を示す図
である。

【符号の説明】

１ 装置 ４ 振動ユニット ５ 振動台 ６ 測定用ロート ７ 篩 １２ 矩形バット １３ テーブル １６ センサ １９ パネルコンピュータ ２１ スパチュラ角測定ユニット ２６ スパチュラ ３３ スペースリング ４１，５１ ショッカー Ｐ、Ｐ１、Ｐ２ 粉粒体層

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−229901（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−107171（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−249021（ＪＰ，Ａ) 笹辺修司，“新型パウダテスタＰＴ− Ｒ型”，粉体と工業，粉体と工業社，平 成10年２月１日，第30巻，第２号，ｐ ｐ．56−57（97粉体工業展・大阪製品技 術説明会誌上展、平成９年11月14日) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 11/00 - 13/04 G01B 11/00 - 11/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平面を有するテーブルと、前記テーブ
   ルの水平面上に円錐状に堆積した粉粒体層に向けてセン
   サ光を射出し該センサ光が照射された点からの反射光に
   より前記粉粒体層との距離を検出するセンサとを有し、
   前記センサ光が前記粉粒体層上の任意の位置を垂直以外
   の第１の方向から照射する測定開始位置に前記センサを
   配置させ、前記任意の位置と前記粉粒体層の頂点との間
   の少なくとも１つの、前記第１の方向と前記第１の方向
   と直交する水平な第２の方向とに平行な面内において前
   記センサと前記粉粒体層との距離を測定しながら前記セ
   ンサ光を前記第２の方向に移動させて前記距離が極小と
   なる前記粉粒体層上の極小点を検出し、前記センサ光を
   選択された１つの極小点を含む前記第１の方向に平行な
   垂直面内を前記第１の方向と直交する方向に移動させて
   複数の前記粉粒体層上の測定点を検出し、前記測定点の
   各位置から近似される直線と水平面との角度を求めるこ
   とを特徴とする粉粒体層傾斜角度測定方法。
2. 【請求項２】 前記テーブルの略中心となる軸と交差
   し、前記粉粒体層より上方の線上に前記センサ光を位置
   させるとともに、その状態で前記センサ光を下方に移動
   させることによって、前記粉粒体層を照射する位置を検
   出し、その時の前記センサの位置を前記測定開始位置と
   することを特徴とする請求項１に記載の粉粒体層傾斜角
   度測定方法。
3. 【請求項３】 水平面を有するテーブルと、前記テーブ
   ルの水平面上に円錐状に堆積する粉粒体層の側方に配置
   され、前記粉粒体層に向けて略水平な第１の方向にセン
   サ光を射出し該センサ光が照射された点からの反射光に
   より前記粉粒体層との距離を検出するセンサと、前記セ
   ンサを前記第１の方向と直交して水平な第２の方向と前
   記センサ光と同一の垂直面内で前記第１の方向と直交す
   る第３の方向とに移動させる移動手段と、前記センサに
   よって取得されたデータを演算処理するとともに前記移
   動手段を制御する制御手段とを備え、前記センサ光が前
   記粉粒体層上の１点を照射する測定開始位置に前記セン
   サが配置された後、 略水平な面内を前記センサが前記第２の方向に所定間隔
   で移動する毎に、センサ光が照射された前記粉粒体層上
   の点の位置を検出し、該面内で前記センサと前記粉粒体
   層との距離が極小となる極小点を検出する第１の工程
   と、前記センサが前記第３の方向へ所定間隔で所定回数
   移動する毎に、前記第１の工程を繰り返す第２の工程
   と、前記第２の工程によって取得された、前記センサと
   前記粉粒体層との距離が極小となる各略水平な面内での
   極小点の中から選択された１点の前記第２の方向の位置
   に前記センサを配置し、前記センサが前記第３の方向へ
   所定間隔で複数回移動する毎に、センサ光が照射された
   前記粉粒体層上の点の位置を検出する第３の工程と、前
   記第３の工程で検出された複数の測定点の位置のデータ
   から近似される直線を求め、前記直線の水平面に対する
   傾斜角度を演算する第４の工程とが行われることを特徴
   とする粉粒体層傾斜角度測定装置。
4. 【請求項４】 前記第２の方向の位置を、前記テーブル
   の中心に対して所定の位置に、前記第３の方向の位置
   を、前記粉粒体層に対して所望量上方に配置された前記
   センサがセンサ光を射出しながら降下され、前記センサ
   光が前記粉粒体層上に照射されるときの前記センサの位
   置を前記測定開始位置とすることを特徴とする請求項３
   に記載の粉粒体層傾斜角度測定装置。
5. 【請求項５】 前記テーブルに連結される台座と、前記
   台座の上方に配置された電磁石と、前記台座と前記電磁
   石との間を垂直方向に移動可能で、少なくとも一部が磁
   性材料からなる錘とを有し、前記電磁石に通電される際
   に、前記錘が前記電磁石に引き付けられ、前記電磁石へ
   の電流が遮断される際に、前記錘が前記台座上に落下し
   て、前記テーブルに衝撃を与えるショッカーを備えたこ
   とを特徴とする請求項３乃至請求項４のいづれかに記載
   の粉粒体層傾斜角度測定装置。
6. 【請求項６】 粉粒体を前記テーブル上の略中心に落下
   させて粉粒体層を形成させるロートと、前記ロートの最
   大径より小さい貫通孔を有し、前記貫通孔により前記ロ
   ートを係止する台板と、前記ロートの最大径部分と嵌合
   する穿孔を有し、前記台板上に位置決めされるリング部
   材とを備え、前記ロートは、前記リング部材の前記穿孔
   によって前記台板上に位置決めされることを特徴とする
   請求項３乃至請求項５のいづれかに記載の粉粒体層傾斜
   角度測定装置。
7. 【請求項７】 上面形状が長方形の粉粒体載置部分を有
   するスパチュラと、 前記スパチュラ下方に位置し、粉粒体を堆積させるバッ
   トと、 前記バットを上下方向に移動させる第１の移動手段と、 前記スパチュラの長辺方向に直交する第１の方向にセン
   サ光を射出し、前記スパチュラの前記粉粒体載置部分上
   に堆積する粉粒体層上の該センサ光が照射された点から
   の反射光によって前記粉粒体層との距離を検出するセン
   サと、 前記センサを前記スパチュラの長辺方向と、前記長辺方
   向と前記第１の方向とに直交する第２の方向とに移動さ
   せる第２の移動手段と、 前記スパチュラに連結される台座と、前記台座の上方に
   前記台座と一体的に設置された電磁石と、前記台座と前
   記電磁石との間を垂直方向に移動可能で、少なくとも一
   部が磁性材料からなる錘とを有し、前記電磁石に通電さ
   れる際に、前記錘が前記電磁石に引き付けられ、前記電
   磁石への電流が遮断される際に、前記錘が前記台座上に
   落下して、前記スパチュラに衝撃を与えるショッカー
   と、 前記第１，第２の移動手段と前記ショッカーとの制御
   と、前記センサによって取得されたデータの演算処理と
   を行う制御手段と、 を備え、前記スパチュラ近傍に配置され、粉粒体層を堆
   積された前記バットを下降させる第１の工程と、前記セ
   ンサを所定の位置に移動させる毎に、前記センサ光が照
   射された前記粉粒体層上の点の位置を検出する第２の工
   程と、前記ショッカーによって前記スパチュラに衝撃を
   与える第３の工程と、前記第２の工程で取得された複数
   の位置のデータによって、前記粉粒体層のスパチュラ角
   を求める第４の工程とが、前記制御手段によって自動的
   に制御され、所定の順序および所定の回数で行われるこ
   とを特徴とする粉粒体層傾斜角度測定装置。
8. 【請求項８】 前記制御手段として、パネルに対話形式
   の画像を表示し、ユーザ操作に応答して処理を進めかつ
   表示画像を変えていくパネル型コンピュータが用いられ
   ることを特徴とする請求項３乃至請求項７のいづれかに
   記載の粉粒体層傾斜角度測定装置。