JPS61268366A - 粒子分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光−明ｐ予Ｙ顆 この発明は、流体中の超微粒子を検出かつかかる超微粒
子の種類や粒径分布を光学的に測定することのできる装
置に関する。この装置は例えばエンジンの軸受けのよう
な可動部品の摩耗の分析や各種潤滑剤の性能試験等に用
いることができる。

従来の技術− バンクグラウンド物質から強磁性体の物質を磁力を用い
で分離する技術は良く知られている。近年、この種の技
術は発展改良され、摩耗によって生じた強磁性体の超微
粒子を例えばディーゼルエンジンの如き機械から抽出し
た潤滑油から分離沈澱せしめ、かかる超微粒子を光学的
に分析することによって機械の摩耗状態を測定すること
ができるようになった。

このような沈澱分析を行うための装置ならびに手順の詳
細は、ウェストコツト（Ｗｅｓｔｃｏｔｔ）に賦与され
た“粒子を分離するための方法ならびに装置”と題する
米国特許第４．０４７，８１４号明細書に詳しく述べら
れている。

この既に開示された先行技術によれば、粒子を含んだ潤
滑油のサンプルが装置から抜き取られ、磁石の上にほぼ
水平に設置されたガラス基板中に設けられた浅い溝を通
って流される。磁石のエアギャップは基板の長手軸線に
整合せしめられている。磁石は、基板上の潤滑油流路に
沿って、基板表面に垂直な大変大きな勾配の磁場を形成
する。

摩耗によって生じた強磁性体の粒子は潤滑液を通して磁
力によって吸引され基板表面上に沈積する。

このような方法を強磁性体の摩耗粒子を含む材料に適用
した場合には、先ず粒径の大きな粒子が先に沈澱し、次
いで粒径の小さな粒子が流路に沿って沈澱する。粒径の
大きな粒子と小さな粒子との相対比率を測定することに
よって、潤滑油サンプルを抜きとった機械の摩耗の状態
を知るための重要な情報が得られる。同様な手法を、鋼
のような鉄系物質に対して摩耗する非磁性体粒子の沈澱
にも用いることが出来る。何故ならば鉄系物質が非磁性
体物質の表面に付着したり、その内に埋め込まれたりす
る結果非磁性体粒子が実質的に磁性体となるからである
。

ウェストコント等の、“非磁性材料を磁力により分離す
るための方法”と題する米国特許第４．１８７，１７０
号明細書は、混合物を、磁気元素の塩を含む磁化溶液と
結合させて、混合物から非磁性物質を磁気的に分離する
方法を開示している。

磁性原子は、非磁性物質の分子の表面上に付着して非磁
性物質に磁化性を賦与せしめる。このよろなやり方で、
−ヒ記米国特許第４，０４７，８１４号明細書に記載さ
れた方法を非磁性体物質にも適用し、従って非磁性物質
をも検査することができる。

溌−肝が解法しようζｔ々肌朋嘉 ウェストコントによって提案された上述の装置は人手に
よって操作されるもので、分析の全期間を通してオペレ
ーターが注意を払うことが必要であった。また、潤滑油
は、ポンプ中のｉｍ路を含む比較的長い、曲りくねった
通路を通らねばならず、その結果潤滑油中の金属粒子が
変化して粒径分析の精度を損ない誤差を生じる可能性が
ある。

粒子を分離するための装置にとって必要なものは、オペ
レーターの常時立ち会いを必要とせず、且つ流体中に懸
濁した粒子を変質させるような条件下に被検流体を置く
ことがないような装置である。

発胛□□□月−吟 以上に鑑み、本発明の目的は粒子を分離するための改良
された装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、流体を分析して流体中の超微粒子
の濃度を測定し得る半自動的な改良された装置を提供す
ることにある。

本発明の更に別の目的は、分離過程において、分離され
るべき粒子の変化を生じることのないような粒子の分離
装置を提供することにある。

以上の目的および他の目的は以下の説明および特許請求
の範囲の記載から当業者にとって明らかとなるであろう
。

朋朋博」」靭丸を擾フ８ヶへ抹 本発明は、粒子径に応じて流体媒体から粒子を分離する
ための装置であって非均質な磁場を提供する磁石を用い
る装置に係る。本発明の装置は磁場の中に位置決めされ
た基板であってその表面において粒子含有流体の流れを
支持するようになった基板と、前記基板上に前記流体を
導入するようになった管装置とを備えた粒子を分離する
ための装置において、前記管装置の前方に設けられたリ
ザーバであって所定量の粒子含有流体を収容し且つ前記
粒子含有流体を前記管装置内に積極的に移送するように
なった移送手段を備えたリザーバを有することを特徴と
する。

視覚的な粒子の検査を可能とするようなやり方で潤滑剤
中の粒子の分析を行なう公知の方法が機械的部品の摩耗
の検査にとって重要な情報をもたらすものであることは
知られている。今日に至るまでは、そのような方法は多
大な労力を要するものであり、分析の行われる期間中ず
っとオペレーターが立ち会うことが必要であった。また
、オペレーターは一度にひとつの分析にしか注意を払う
ことはできなかった。

本発明によれば、流体が流れ且つその流体中の粒子が付
着する基板上に終端を有する管装置の前方にリザーバシ
ステムが設けられている。リザーバは所定量の流体を保
持している。この装置は、一旦スタートされればその後
は放置しておいても作動し続ける。また同時に複数個の
リザーバを用意しておいてこれを迅速に装置に設置し、
そのリザーバを用いて装置を作動させることが可能であ
る。

基板の流体受け入れ側端部において終る管装置の少しの
長さにわたってその管装置の前方にリザーバを設けるこ
とにより、粒子含有流体中の粒子は、サンプル採取され
た時の状態と同じ状態に保持される。例えばポンプのよ
うな機器の中を経由する長い通路を用いておらず、従っ
てそのような長い通路をｉｌｌ遇する際に生じた粒子の
形状や寸法の変化を防ぐことが出来、その結果分析の誤
差が生じるのを防止することができる。

本発明による改良装置は、超微粒子を収集し、それを粒
子形状に応じて分類することにより、流体中の超微粒子
の分析に用いるような公知のプロセスに用いられる。粒
子は、ｉｍ常顕微鏡を用いた視覚的な方法によって検査
される。粒子寸法、粒径分布、粒子形状、そして個々の
粒子のある程度の化学組成といったような性状は、重産
業機械の可動部品の摩耗状態を分析するための重要な情
報を与える。粒子含有流体は、強度の勾配を有する磁界
あるいは電界の存在下において収集基板−Ｌを流動せし
められる。

磁界あるいは電界は、帯磁性あるいは電気的に分極可能
な粒子に作用して、流体中の粒子濃度に比例し巨つ流体
の基板上における流量に比例した割合で粒子を基板−Ｆ
に沈積せしめる。このようにして流体中の粒子濃度を測
定することができる。

粒子の基板上への沈積は粒子の」法によっても変る。即
わち寸法の大きい粒子が先に沈積し、寸法の小さな粒子
が後に沈積する。

例えばエンジンオイルのような粘度の高い流体を検査す
る際には、そのような流体に溶媒を添加することによっ
て電界あるいは磁界の存在下における粒子の基板上への
沈積を促進することができる。溶媒は粒子とオイルある
いとオイル添加剤との結合力を弱め、それによって粒子
の沈降を早めることができる。適当量の流体が基板上を
通過したならば、基板は好ましくは洗浄溶媒を用いて洗
浄される。その結果基板表面上に残存する液体が取り除
かれ、基板表面に付着した粒子が残される。

スライド上から液体と溶媒とを蒸発させた後、高い開口
数、例えば０．６５あるいはそれ以上の開口数を有する
顕微鏡によって粒子の検査が行なわれる。色付きの照明
を行うことによって、このような色付きの照明を行わな
い場合には監察し得ないような粒子の性状を知ることが
できるということがわかった。例えば、赤および緑のフ
ィルターを用いることによって、例え粒子寸法がミクロ
ン以下であっても金属粒子をその金属の酸化物あるいは
硫化物から見わけることができる。

以上に述べたような手法を用いることにより、種々の潤
滑油の性能をチェックしたり、保守計画立案の目的で機
器の状態をモニターすることができるが、保守の必要が
無いような機器や既に故障してしまっている機器につい
ては本発明の装置は適用されない。

本明細書に開示される改良された装置は、分析されるべ
き流体と洗浄溶媒との処方のために別個のリザーバと管
装置とを用いることができる。

また、この装置は次のような態様で自動化して設けるこ
とができる。即わち粒子含有流体を収容した第１のリザ
ーバと、洗浄用の溶媒を収容した第２のリザーバとを装
置中に挿入した後、オペレーターが装置を始動すると、
装置は自動的に粒子含有流体を第１のリザーバから基板
上に流出せしめ次いで第２のリザーバから洗浄溶媒を基
板」二に流出せしめる。これは各リザーバを加圧してリ
ザーバに連る管装置に流体を強制的に流入せしめ、基板
上に流出させることによって行ない得る。そのような加
圧圧力はガス圧でも良いし、あるいはリザーバ中にピス
トンを押し込んで機械的に圧力を加え流体を強制的に管
装置中に流入せしめるものであっても良い。

本発明の一実施例においては、強制排出型の速度可変ポ
ンプを用いて第１のピストンを第１のリザーバ中に押し
込んでこれから粒子含有流体を基板上に流出せしめ、次
いで第２のピストンを第２のリザーバ中に押し込んで洗
浄溶剤を基板上に流出せしめるようになっている。

以上に述べた目的ならびに特徴および他の目的および特
徴は添付図に言及しつつ行なう以下の説明により明らか
となろう。

」１厩 第１図において、一対の磁石１０，１２がマグネチック
リターン１４上に位置決めされておりかつそれぞれ関連
する磁極片１６．１８を備えている。両磁極片１６．１
８は先端縁１６ａ、１８ａを有し、その間、に狭いエア
ギャップが画定されそのエアギャップの中に非常に大き
な勾配を有する強い磁界が形成される。磁界の勾配は磁
極片の縁に対して横断方向の平面中にあり、且つ下向き
の成分を有しており、これによって磁石上に置かれた基
板２０の上に粒子が磁気的に収集される。

分離されるべき粒子を含有する流体２２がリザ−バ２６
に収容されており、一定の流量で基板２０上に流出せし
められるようになっている。流体は、チューブ２４を介
して基板の流体受け入れ端２０ａに供給され、基板の流
体排出端２０ｂから別のチューブ（図示せず）を介して
、あるいは流体受け容器（図示ゼず）中に排出される。

チューブ２４は、その前方端部２４ａが本発明によるリ
ザーバ２６に接続されている。リザーバ２６は好ましく
は装置の他の部分から取り外し可能であり、従って装置
から離れた場所においてリザーバを所定量の流体で満た
すことができるようになっている。幾つかのリザーバを
流体で満たし、これらリザーバをそばに置き、粒子の分
離を連続して行なうようにすることもできる。これはリ
ザーバを稼動中の機械のところにもっていって流体サン
プルを機械から採取し、次いでリザーバを分離装置のと
ころに持ち帰って処理することが出来るような場合に便
利である。

後に詳述するように、リザーバには所定量の洗浄溶媒を
収容することができ、これをチューブを介して基板上に
供給することによって基板上に固定された粒子を洗い落
すことができる。

リザーバ２６は、その中の流体に圧力が積極的に加えら
れてこの粒子含有流体２２がチューブ２４を通って基板
２０上に差し向けるように位置決めされる。第１図に示
す如く、この圧力は加圧源（図示せず）から導入されか
つ出口２８を介して、例えば蓋３０によって密閉された
リザーバ２６内に差し向けられるガスから得るのが良い
。リザーバ２６中に加えられる圧力は一定であってもよ
いし、変化してもよい。圧力を一定にするか変化させる
かは、分析されるべき種々のサンプルについて信頼でき
る結果を得るための必要性による。

本発明の装Ｊ！、評価されるべき粒子含有流体の移動量
およびかかる流体に加えられる応力の量を減じることが
できる。粒子含有流体２２は、その使用環境から直接、
リザーバ２６内に採集され、次にこのリザーバ２６を本
発明の装置に戻してこの装置にはめ込み、そして短いチ
ューブ２４を介して検査用基板２０上に導く。本装置に
よって流体やこの流体中の粒子が変化する傾向がなくな
る。

もし、変化すると、誤った及び／又は誤解をまねく摩耗
指示が生じる。

基板は典型的には薄い半透明の例えばガラスのような材
料でできたベースから形成され、約０．００７６２ｃｍ
　（０，００３インチ）の厚さを有する。非潤滑性の物
質例えばテフロンのストリップをベースの縁部に固着し
、それによってベースの表面上に流れ規制チャンネルを
形成するのが良い。

基板はエアギャップ上で両磁極片１６．１８の間に心出
しされており、そして、例えば基板の流体層は入れ端２
０ａを排出端２０ｂの上方に持ち上げるくさび２８によ
って両磁極片の縁部１６ａ、１８ａの平面に対して約１
°程度わずかな角度傾斜している。これによって、磁界
は基板に沿って長さ方向に強くなる。というのは流体層
は入れ端部２０ａが流体排出端部２０ｂよりも磁極片か
ら速くなるからである。従って流体２２が基板上を流下
するにつれて、流体中の磁化可能な粒子が次第に大きな
磁界勾配を受けるようになる。これは粒子寸法に応じた
粒子の分離を助ける。

基板に沿って流下する流体は、次第に大きくなる磁界を
受ける。大きな粒子は小さな粒子に較べて大きな容積対
表面積比を有している。従って、表面積に比例するとこ
ろの粘性抵抗は単位体積あたりについて言えば大きな粒
子については小さく、寸法の小さな粒子に対しては大き
くなる。

また、粒子の磁化は粒子寸法に概ね比例するから、大き
な粒子は磁界の強度が小さくまた磁界の勾配が小さくて
も早期に沈降する。その結果粒子は基板の長手方向に沿
って、粒子寸法に応じて分布される。即ち大きな粒子は
主に基板の流体層は入れ端２０ａ近くに、また小さな粒
子は主に基板の流体排出端２．Ｏｂ近くに分布するよう
になる。

中間の寸法のものは両端の中間の領域に沈降する。

かくして本発明の装置は粒子の付着割合のみならず流体
中の粒子の粒径分布をも測定し得る簡易な手段を提供す
ることとなる。

基板上を流れる際、流体は流速が基板表面のところでの
零から流体の最上面での最大まで変化する。粒子は基板
に向って引きつけられるので、厚さ方向に次第に減少す
る流速分布をもつ流体層を貫通して移動し、その結果基
板の長手方向に沿った粒子の速度は次第に減じることと
なる。また同時に、これ等粒子は磁力によって垂直方向
に引き続き加速される。したがって粒子の軸跡は次第に
垂直となり、ついにはほぼ垂直な角度で基板表面に衝突
する。寸法の大きな粒子は、その容積対表面積比が大き
いために最初に基板に引きつけられ、基板の流体層は入
れ端近くに沈積し、容積対表面積比の小さな小寸法の粒
子はその下流側に沈積する。

基板を、検査に適する状態に準備するのに要する時間は
とりわけ、分析されるべき流体の粘度、流体中の粒子濃
度、磁界の強度および勾配、視覚検査装置の感度等の要
因で変わる。更にまたエンジンオイルのような流体にお
いては、種々の添加剤が混合されてこれが金属に付着す
るので粒子近傍の部分のオイルをゲル状にし、その結果
粒子がこのような添加剤が混合されていない場合に比較
してより長時間オイル中に保持される結果となる。

従って、適当なサンプルを調整するのに要する時間を短
縮するために、溶媒を粒子含有流体に添加することが時
として有効である。このような溶媒の添加によって粒子
がオイル粒子から解き放たれ、粒子に対する拘束力や粘
性抵抗が減じ、その結果基板上への粒子の沈降が促進さ
れる。被検流体がエンジンオイルである場合には、パー
クロロエチレンが好ましい溶媒である。

スライド上のオイルの如何なる痕跡も、基板を洗浄溶媒
によって洗浄することによって除去される。これは粒子
が流体から基板上に沈降し終った後に行なわれる。次い
で基板は完全に乾燥され、その後粒子が基板に強固に付
着していることが認められるだろう。

洗浄用の溶媒は第１図には図示されない第２のリザーバ
に充填されこの第２のリザーバを、粒子含有流体を保持
する第１のリザーバと入れ替えることにより洗浄用の溶
媒は基板表面に付着した粒子の上を流下する。即ち、粒
子含有流体がチューブを通って基板上に流動せしめられ
たのと同じ態様で洗浄用の溶媒がチューブ２４を通って
基板２０上に供給されるのである。

粒子含有流体や洗浄用溶媒を入れるのに用いたリザーバ
や、これ等リザーバから基板−Ｌに流体が溶媒を供給す
るのに用いたチューブは使い捨てとすることができる。

このようにしてサンプルとサンプルの混合による汚損が
回避される。

第１図に示す実施例においては、粒子含有流体を保持す
るリザーバを洗浄用の溶媒を保持するリザーバにとりか
える際にオペレータが注意を払うことが必要である。

第２図は、本発明の他の実施例を示す。この実施例は、
第１図に示す実施例と同様の対の磁石と基板とを備える
。一対の磁石４０．４２がマグネチックリターン４４上
に配設され、それぞれ関連せる磁極片４６．４８を有し
ている。両磁極片４６．４８は先端縁４６ａ、４８ａを
備えその間に狭いエアギャップが画定され、そのエアギ
ャップの中に非常に大きな勾配を持つ強い磁界が形成さ
れる。

磁界の勾配は磁極片の縁に対して横断方向の平面中にあ
り、巨つ下向きの成分を有しており、これによって磁石
上に置かれた基板５０の上に粒子が磁力により収集され
る。

第２図に示される装置は２個のリザーバ５６．５７と２
個のチューブ５４．５５を有しており、これ等によって
粒子含有流体を基板上に流下せしめるための独立したリ
ザーバおよび供給手段と、洗浄用の溶媒を基板上に流下
せしめるための独立したリザーバおよび供給手段とが構
成される。

第１のリザーバ５６は、その底部から基板の流体受け入
れ端部５０ａに至るチューブ５４を有し、第１のリザー
バ中の粒子含有流体がピストン６０から及ぼされる・積
極的な排出によりチューブ５４を通って基板５０上に流
れ、ピストン６０はモータまたは容積形ポンプ（いずれ
も図示せず）によって作動されるようになっている。

ピストン６０は、リザーバ中に突入する第１部分と、こ
の第１部分が切り離され得る第２の部分とを有する構成
のものであっても良く、その場合第２の部分は恒久的に
使用されるピストン６２であり第１の部分は第２の部分
から切り離して使い捨てとすることができる。従って、
粒子含有流体の各サンプルごとに新しいピストン第１部
分にとり替えることが可能であり、その結果、前回検査
されたサンプルによって今回検査されるサンプルが汚損
されるのを防ぐことが可能となる。同様に、リザーバ５
６もチューブ５４とともに使い捨てとすることができ、
それにより異種サンプルの混合によるサンプルの汚損が
回避される。

本発明の一実施例においては、ピストン６１の取り外し
可能な部分とリザーバ５６とは使い捨て可能なシリンジ
を有し、このシリンジは粒子含有流体により充填された
後装置に挿入され、恒久的に装置されたピストン部分６
２によって流体が排出され、その後廃棄される。

ピストン６０がリザーバ５６内まで下方に向って十分に
伸長され、リザーバ中の流体を強制的に押し出してチュ
ーブ５４を通して基板５０上に供給すると、第２のピス
トン６４が洗浄用の溶媒を保有する第２のリザーバ中に
突入せしめられる。

第２のピストン６４もまた恒久使用部分６５とこれから
切り離し得る部分６６とを有する形式のものであって良
い。

流体は基板の底部において収集チューブ（図示せず）を
介して回収され、更に収集容器（図示せず）に集められ
るか、あるいは直接収集容器に回収される。

以上に説明した二重供給装置を使用することにより、オ
ペレータが粒子含有流体を保持するリザーバ５６と洗浄
用溶媒を保持するリザーバ５７とを装置に装着し、装置
をスタートしたならば以後の操作や監視を要することな
く装置は作動を完遂する。

以上の説明から理解されるように、本発明によれば種々
の粒径を有する粒子の相対濃度を測定するための有用か
つ信頼度の高い装置が提供される。

この装置は磁化可能な粒子を分極化可能な粒子とのいず
れについても使用可能であり、特にエンジンオイルのよ
うな流体中における粒子の相対濃度を測定するのに好適
に用いられる。

以上にエンジンオイル中の粒子の測定に言及しつつ本発
明を説明したが、このような適用は単なる例示的なもの
であり、本発明は他の種々の用途、例えば流体媒体中の
磁化可能あるいは分極化可能な粒子の濃度、濃度の変化
速度、濃度比等を測定するのに用いることができる。

また以上説明した方法および装置においては発明の精神
の範囲内で種々の変形が可能であり、そのような変形も
特許請求の範囲内にあることが当業者には理解されよう
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略図、 第２図は本発明の別の実施例の概略図である。 １０．１２．４０．４２・・・磁石、１６．１８．４６
．４８・・・磁極片、２０．５０・・・基板、２４．５
４．５５・・・チューブ、２６．５６．５７・・・リザ
ーバ。 手続補正書（方式） 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 圓 ■、事件の表示　　　昭和６１年特許願第６９６９４号
２）発明の名称　　粒子分離装置 ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 名　称　　ザスタンダード　オイル　カンパニー４、代
理人

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）非均質な磁界を生じる磁石を用いて流体媒体から
   粒子を粒子寸法に従って分離するための装置であって、
   磁界中に位置決めされ且つ表面上において粒子含有流体
   の流れを支持するとともに前記流体からの粒子を受け取
   る基板と、前記流体を前記基板上に導くようになったチ
   ューブとを備えた装置において、 前記チューブの前方に配置され、且つ所定量の前記粒子
   含有流体を収容する密閉されたリザーバと、前記粒子含
   有流体を積極的に前記チューブ巾に移送せしめ更に前記
   基板上に供給し得るようになったピストンとを有するこ
   とを特徴とする粒子を分離するための装置。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項記載の粒子を分離する
   ための装置において、前記ピストンが、取り外し可能な
   部分と恒久的に取付けられた部分とを有していることを
   特徴とする装置。
3. （３）特許請求の範囲第（１）項記載の粒子を分離する
   ための装置において、前記リザーバと前記ピストンの前
   記取り外し可能な部分とがシリンジを有していることを
   特徴とする装置。
4. （４）特許請求の範囲第（１）項記載の粒子を分離する
   ための装置において、更に、洗浄用の溶媒を所定量保有
   する第２リザーバと、前記洗浄用の溶媒を積極的に前記
   チューブ中に移送せしめ更に基板上に供給し得るように
   なった第２のピストンとを有することを特徴とする装置
   。
5. （５）特許請求の範囲第（４）項記載の粒子を分離する
   ための装置において、前記ピストンが取り外し可能な部
   分と恒久的に取付けられた部分とを有していることを特
   徴とする装置。
6. （６）特許請求の範囲第（５）項記載の粒子を分離する
   ための装置において、前記第２のリザーバと前記第２の
   ピストンの前記取り外し可能な部分とがシリンジを有し
   ていることを特徴とする装置。
7. （７）特許請求の範囲第（４）項記載の粒子を分離する
   ための装置において、更に、前記粒子含有流体を収容す
   る前記リザーバにピストンを自動的に押し込み、次いで
   前記所定量の洗浄用溶剤を収容している前記リザーバに
   ピストンを自動的に押し込むようになった容積形ポンプ
   を有することを特徴とする装置。