月: 2023年2月

What Is Wood Sealer?

Wood sealer is a protective coating that shields wood from deterioration, composed of pigments, resins, and additives. It provides blocking, preventing, and repelling effects against various environmental factors.

Like makeup for bare surfaces, wood sealant enhances wood’s appearance while requiring maintenance to preserve its quality. Selection of the right sealer is crucial based on environmental conditions.

Uses of Wood Sealer

Wood sealers are applied in various settings, especially outdoors in harsh conditions, under damp eaves, and on interior walls frequented by children’s hands. The choice of sealer depends on the wood’s location and use.

Characteristics of Wood Sealer

Pros

Wood sealers offer protection against UV rays, abrasions, mold, pests, and stains, enhancing the wood’s longevity and appearance.

Cons

They require regular reapplication every 3 to 5 years and can obscure the wood’s natural texture and aroma, depending on the sealer type used.

How to Select Wood Sealer

Choosing the right wood sealer involves considering penetration versus film-forming types, oil-based versus water-based formulations, finish color, and specific effects like UV protection and water repellency.

1. Penetration and Film-Forming Types

Penetration types enhance wood’s natural texture, suitable for both indoor and outdoor use. Film-forming types offer surface protection against environmental elements, ideal for furniture and outdoor spaces.

2. Oil-Based and Water-Based Types

Water-based sealers are safer and easier to clean up but less durable than oil-based sealers, which offer a durable and long-lasting finish but come with a stronger odor and require solvents for cleanup.

3. Finish Color

Color choice affects the wood’s appearance, so select a color that complements the surrounding area and meets your aesthetic preferences.

4. Wood Paint Effects

Choose sealers with effects tailored to the wood’s exposure, such as UV-blocking for sun-exposed areas and water-repellent for rain-exposed surfaces, to slow deterioration.

エアラインフィルタとは

エアラインフィルタはコンプレッサーから送られてくる圧縮空気を受け入れ、高い空気圧を保ったまま、空気の中に含まれる粉塵や油、水などの不純物を取り除いて二次側に送り出す機器です。空気を清浄化することで、その先の空圧機器とエアツールを故障やトラブルから守ります。

エアラインフィルタの使用用途

圧縮された高圧の空気は、産業の様々な場面で使用されています。例えば、自動車整備工場ではホイールのボルトを締めたり緩めたりするインパクトレンチ、自動車の窓や前照灯のカバーを磨くディスクグラインダなどのエアツール類、タイヤに空気を入れるエアコンプレッサなどが圧縮空気を使用しています。

また、多くの塗装現場では、スプレーガンを使って塗料を空気と一緒に塗装面に吹き付けています。

これらの現場で使用される圧縮空気は、コンプレッサーを使って空気を圧縮し、空気タンクの中で高圧に貯えられてから、配管を通って作業現場へと運ばれてゆきます。この圧縮空気の中に埃や油、水などの不純物が混ざっていると、エアツールの内部が錆びたり故障したり、スプレーガンを使って塗装した表面に色むらができるなどの様々な問題が発生します。

また、化学薬品を扱う特殊な環境下での作業現場では、送られてきた圧縮空気を減圧して、呼吸に使用する場合もあります。その空気に不純物が混ざっていると、重大な健康被害をもたらす危険があります。

圧縮された空気に不純物が混ざる原因には、コンプレッサーが取り込んだ外部の空気に不純物が含まれていた可能性があります。さらに、コンプレッサーが空気を圧縮する過程や、空気の通路上にある配管を始めとした空圧機器の内部で発生する可能性もあります。

エアラインフィルタは、圧縮された空気の空気圧を保ったままで、空気中の不純物を取り除き、作業の安全と品質を守り、エアツールの故障を防ぐための重要な器具です。

エアラインフィルタの原理

エアラインフィルタは円筒形をした容器であって、上部に空気の取り入れ口と、フィルタリング後の空気の取り出し口があります。送られてきた空気は容器に入ると方向をかえられて、容器の中で回転しているデフレクターに入ります。デフレクターでは遠心力によって埃や水、油などの不純物を容器の内壁へとはじき出します。容器の内壁に叩きつけられた不純物は速度を失って容器の下にあるボールに溜まります。

空気は次にエレメントというフィルターを通ります。エレメントで、デフレクターで取り除けなかったさらに細かな不純物を取り除いた後、空気を出口から送り出します。従って、エアラインフィルタによって取り除ける不純物の大きさは、エレメントが除去できる粒子の大きさによって決まります。

一方、ボールに溜まった不純物は、最下部にあるドレインから排出されます。不純物の排出方法は手動と自動の二つのタイプがあります。手動タイプでは、容器にある窓から溜まった不純物の量を観察して、ある程度の量が溜まったら、手動でドレインバルブを開けて排出します。自動タイプでは内部にフロートがあって不純物の量が増えると、フロートが上がって排出を行います。

さらに、自動タイプにはノーマルオープンタイプとノーマルクローズタイプがあります。ノーマルオープンタイプは、エアフィルターに空気が供給されていないときにドレインが開いており、ノーマルクローズタイプはドレインが閉まっています。

ノーマルオープンタイプは、夜間など圧縮空気が供給されていない時間帯にドレインが開いているので、凍結が心配される寒い地域での使用に適しています。その一方で、供給される空気の圧力がある程度高くならなければ、ドレインから空気が漏れ続けるという短所があります。

一方、ノーマルクローズタイプは、空気圧が低い状態での空気漏れの心配はありませんが、寒冷地では使用していないときに、ボール内部が凍結する可能性があります。

容器内部にはエレメントを始めとした空気の流れに対する抵抗があるので、エアラインフィルタに入った圧縮空気は、多少降下して送り出されます。この圧力降下は、送られてくる空気の圧力と、流れる空気の量によって変化します。

送られてくる空気の圧力ごとに、空気の流量と圧力降下の大きさの関係を表したグラフを流量特性と言います。

エアラインフィルタの選び方

エアラインフィルタを選択する際には、使用用途を考えた上で、流量、接続口径、使用圧力、ろ過度、ドレイン排出方式、使用温度範囲などを確認して選択します。また、設置場所に応じた大きさと重さも併せて検討します。

圧縮空気の適用範囲は多岐にわたります。多くの場合、エアラインフィルタのカタログやWEB上の説明には、その器具がどのような用途に向いているかの概略が書かれています。まずはそれを参考にして、使用用途に合った器具をいくつか選択してから具体的な数値を検討するのが効率的と思われます。

スーパーコンティニューム光源とは

スーパーコンティニューム光源 (略称;SC光源) はスーパーコンティニューム・レーザー(英;Supercontinuum Laser) とも言われ、特殊なレーザーを発する光源です。レーザーは位相の揃った光、即ちコヒーレントな光のことを言います。通常のレーザーは単一の波長の光ですが、SC光源は非常に広い範囲の波長に渡って、位相の揃った光を何本も同時に発光する多波長レーザー光源です。光は波長の異なる光が重なると白色になると言われています。SC光源から出るレーザーは、コヒーレントな光であり、様々な波長の光が含まれているので白色レーザーと言われています。

SC光源は、強力で且つ、ナノ秒やピコ秒単位の極短時間周期のパルスレーザーを、光ファイバーケーブルの中に通すことで、この光を生み出します。

スーパーコンティニューム光源の使用用途

SC光源は広い波長領域にわたって、位相の揃った光を発光するので、光干渉断層撮影 (Optical Coherence Tomography;略称OCT) 、共焦点顕微鏡、蛍光イメージングなど、医療を始め半導体や材料科学などの分野において、精密観察用の光源としで使用されています。

OCTは、医療分野で体内の透過イメージを観察する際に使用します。OCTは光の干渉性を利用して身体の断面または内部の3次元画像を撮影します。

共焦点顕微鏡ではSC光源から出た光を、対物レンズを通して観察面の1点に集中して照射し、資料から出て来るルミネッセンス光を観察します。

蛍光イメージング (Fluorescence imaging) は、無色透明でそのままでは観察することのできない、特定のたんぱく質や細胞を観察する際に用いられる手法です。蛍光試薬や蛍光抗体を投入した後で、レーザーをあてて観察対象を励起させ、放出されるルミネッセンス光を観察します。

スーパーコンティニューム光源の原理

SC光源は大きく分けて二つのメインユニットがあり、2段階の発行でSC光を発行します。

第一段階ではフェムト秒レーザー、ピコ秒レーザー、ナノ秒レーザーという極めて短いパルス幅のレーザ光源から、一波長の高ピークパワーレーザーを発光します。

第二段階では、一段階目からのレーザーを高非線形な導波路に通します。ここで、高非線形な導波路とは、特殊な構造と材質を持った光ファイバーです。

通常の光ファイバには見られない、いくつもの極細いトンネル状の空洞が光ファイバのコアの周囲に空いています。その空洞はコアと同じように、光ファイバの先端から終端までつながっています。

この特殊な光ファイバーを通ることで、入力側では一波長であったレーザーが、広帯域に分布した多波長のレーザーとなって出てきます。その際には、コアの周辺の空洞の数と個数、配置状況によって多波長のレーザーのスペクトルが変わって来ます。

導波路から出て来る光の、波長に対する分布特性や発光効率は、この特殊な光ファイバーの特性に大きく依存しています。この特殊な光ファイバを高非線形フォトニック結晶ファイバと言います。

一方、広い帯域のSC光を生成するためには、前段の一波長のレーザー発振器にて、約50kWの非常に高いピークパワーのレーザーを発光する必要があります。このフェムト秒レーザー、ピコ秒レーザー、ナノ秒レーザーの3種類がありますが、フェムト秒レーザーは2022年時点では研究室向けに供給されており、市販向けのSC光源には、主にピコ秒レーザーやナノ秒レーザーが使われています。

スーパーコンティニューム光源の選び方

SC光源から出るレーザーは広い波長領域にわたる多光レーザーです。製品ごとに赤外線領域を中心に発光するもの、可視領域でなるべく均等に発光するもの、紫外線の領域を中心に発光するもの等、発光領域が異なる製品が市販されています。SC光源の選択の際には、用途を考えて、それに合った領域のレーザーを発光する製品を選択します。

そのためにSC光源のカタログには、出力されるレーザーの波長範囲が明記されています。さらに、横軸に波長を、縦軸に出力をとった出力特性のグラフを確認することも必要です。

そのほかに、スペクトルの繰り返し周波数、全出力範囲でのスペクトル平均出力も確認します。

現行のSC光源は、一波長のレーザーユニットから出たパルスレーザーを高非線形フォトニック結晶ファイバに通して多波長レーザー群に変更しています。従って、多波長レーザーもパルスレーザーです。精密観測用にはレーザーの出力が時間で変化せずに一定のままの連続タイプ (Continuous wave;略称CW) の方が望ましい場合があります。よりCWに近いレーザーを必要とする場合には、第一段階のレーザーがより短い周期のものを選ぶことになります。周期はフェムト秒レーザーが一番短く、次にピコ秒レーザー、そしてナノ秒レーザーとなります。しかし、価格帯もフェムト秒レーザーが一番高く、ピコ秒レーザー、ナノ秒レーザーと続きます。

また、SC光源やその周辺機器のカタログには、その製品がどのような用途に適しているのかを記載しているものが多くあります。その適用例を参考に選択するのも良いでしょう。

フォトンカウンターとは

フォトンカウンターは、フォトンカウンティングにおいて使用する電子計数装置です。

私たちが眼で捉えている光は、光子 (英: photon) の集まりとされています。光子は波と粒子の両方の性質を持っており、波長と発生源の違いを除けば、X線やY線も光子の集まりとされています。

私たちは物体に当たって反射してくる、あるいは透過してくる光を捉えて、物体の色や形を認識しています。通常、人間が観察できる光は、光の量が多く無数の光子の集まりです。

人間の目には何も見えない真暗な状態で、物体から来るわずかな数の光子を1個単位で捉えて、その個数を数えたり、光子のエネルギーを分析することで、その物体を観察することをフォトンカウンティングと言います。。

フォトンカウンティングでは、光子を検出する検出器、検出器から出力される電気シグナルを増幅するアンプ部、シグナルを処理してデジタル・データ化する計数処理部、即ちフォトンカウンターと、データを解析するPCなどから構成されています。

フォトンカウンターの使用用途

フォトンカウンターはフォトンカウンティングを実施する際に使用します。

エネルギーの一側面でもある光は、あらゆる物質や生体から放出されています。物質や生体から放出される極微小な量の光を捉えて、観察することで様々な分析が可能となります。フォトカウンティングの応用例としては、フォトルミネッセンス、エレクトロルミネッセンス、化学発光、生物発光などがあります。

フォトルミネッセンスでは物質の表面に光を照射し、物質の外郭電子を励起します。その電子が基底状態に戻る際に、エネルギーを光、即ち光子として放出します。この光子のことをルミネッセンス光と言います。この光子のエネルギーは物質固有の値を持ちますが、不純物が混じっていたり欠陥があると違ったエネルギーの光子が放出されます。一つ一つの光子のエネルギーを調べて物質の状態を知るためにフォトンカウンティングの技術が用いられます。

エレクトロルミネセンスでは、物質に電気エネルギーを与えて電子を励起状態にします。その後の原理は、フォトルミネッセンスと同じです。

化学反応によって励起された分子が基底状態に戻る際、エネルギーを光として放出する現象を化学発光または、ケミルミネセンスと言います。生物体内でも化学的エネルギーを光に変えて発光します。生物が発光する光のことを生物発光、またはバイオルミネッセンスと言います。バイオルミネセンスの原理はケミルミネセンスと同じです。

以上は、物質や生体から発光する極微量の光を観察して、その状態を知るフォトンカウンティングの例です。一方、医療現場で注目が高まっているのがフォトンカウンティングCTです。

CT (英: Computed Tomography) 検査は、身体の周囲からX線を照射し、体内を透過してくるX線の強弱を検出して、コンピューターを使って画像処理を行い、体内の立体的な画像を作り出す、画像診断法です。

CT検査の際にはX線を浴びます。このX線の被ばく線量は人体にとっては少なければ少ない方が良いと言われています。フォトンカウンティングの技術を応用して、従来よりも少ないX線の量でCT検査を行うのがフォトンカウンティングCTです。

フォトンカウンターの原理

フォトンカウンターは極微量の光を捉え、光子の数とエネルギーを分析します。

光は波としての性質と、粒子としての性質を併せ持っています。光の量が極微量な状態では、検出器を使って、光子を1個ずつ検出することが可能になります。光子を1個ずつ捉えることができる検出器を単一光子検出器と言います。フォトンカウンターはこの単一光子検出器から送られてくるシグナルを処理します。

単一光子検出器とフォトンカウンターの間には、シグナルを増幅するためのアンプが必要となります。アンプは独立したタイプのものもありますが、検出器に組み込まれているものや、フォトンカウンターに内蔵されているものもあります。

検出器に光子が入ると、検出器はパルス状の信号を出します。このパルス信号をアンプで増幅して得られたシグナルを使って、フォトンカウンターが光子を計測します。

単位時間あたりに数えられたシグナルの数が光子の数、即ち光の強さになります。また、シグナルの大きさが、光子の持つエネルギーの大きさを表しています。

フォトンカウンターの選び方

光子の量が多いと、短い時間で検出器に光子が次々と飛び込み、パルスが重なり合い、個々の光子を分離して計測できなくなります。光子を個々に分けて計測できる限界を時間分解能と言います。時間分解能は、フォトンカウンターの主要な性能ですが、単一光子検出器とアンプの時間分解能も同様に重要であり、最も低い時間分解能がこのシステムの律速になります。

フォトンカウンターは単一光子検出器から送られてくるアナログのシグナルを処理して、デジタルデータとして解析用のPCに伝送します。従って、単一光子検出器やアンプと性能、特性が一致していることが極めて重要です。

データコレクターとは

データコレクターとは、バーコードを読み取り、照合や保存を行う小型の電子機器です。

主に倉庫内での商品の在庫管理等に使われます。2000年代初頭に米国のKOAMTAC社が開発したKOAMTAC Data Collector (略称: KDC) が始まりと言われています。

データコレクターは、バーコードを読み取る点ではバーコードリーダーやバーコード読み取りができるハンディーターミナルと同じです。バーコードリーダーはパソコンやPOSシステムにつなげて利用する機器であり、ハンディーターミナルは様々なアプリケーションを内蔵した多機能端末です。

これに対して、データコレクターは小型・軽量で首からぶら下げたり、ポケットの中に収納できるほどの大きさであり、コードレスで使用できることと相まって、作業現場での持ち運びやすさとオペレーションの易しさを追求した電子機器です。

データコレクターと言われる機器には、その他に土木や建築現場において測量機器と連動して、測量データを保存し解析を行うハンディー・ターミナルもあります。こちらは倉庫内での商品の在庫管理用の機器とは、機能と使用目的が全く異なります。

当記事では、在庫管理等に使用するデータコレクターについて記述します。

データコレクターの使用用途

データコレクターの使用用途は、製品や部品が大量に保管された倉庫内において在庫管理をスムースに行う道具としての活用が挙げられます。倉庫内の製品や梱包材に張り付けられたバーコードをスキャンすることで、倉庫内の製品数と種類の情報を蓄えることができます。データコレクターに蓄えたデータをパソコン (PC) などに送り、解析することで在庫管理を行えます。

もう一つの使用用途は、部品や薬品の投入現場において、予め登録してあるバーコードのマスターコードと、当該部品・薬品のバーコードを照合させて、その部品・薬品が正しいものかを確認する照合作業があります。

製造現場でよく似た部品で間違った部品を投入したり、医療現場で間違った薬品を投入することは、重大な事故につながります。目視による確認では見落とす可能性のある照合作業を、データコレクターを使うことで確実かつ迅速に行えます。

データコレクターの原理

データコレクターにはバーコードを読み込むスキャナー部と、読み込んだデータを保存するためのメモリー、データ照合などを行う演算部、それにオペレーション用の小さな液晶ディスプレイといくつかの操作キーが付いています。さらに動作の進行を知らせるスピーカーがあります。製品によっては、エラーが発生した際にそれを本体を振動させて知らせる振動素子を組み込んだものもあります。

また、それらを駆動するためのバッテリーとパソコンなどの情報処理機器にデータを送信するインターフェースが加わります。データの送信は、USB接続で行うものと、Bluetoothのような通信を介するものがあります。

Bluetoothでデータを送信するタイプのデータコレクターは、通信範囲内にデータを受信するPCなどがある場合には、読み取ったバーコードの情報をリアルタイムにパソコンに送信することも可能です。

大きさは、小型のもので35mm x 62mm x 15mmで重さはバッテリーを含めて34g、大きいものでも125mm x 46mm x 31mmで重さ115gと、ハンディーターミナルと比較すると小型で軽量な製品が多く、現場への持ち込みやすさを優先し、機能を絞った機器です。

機能としては、読み込んだバーコードのデータを記憶しておくことと、バーコードどうしを照合することに特化しています。在庫管理や、データの見える化などのより複雑な作業は、データ送信先のパソコンに任せることにして、多機能化を目指していません。

データコレクターの選び方

データコレクターの主な機能は、バーコードを読み取り、保存して、そのデータをPCなどの情報機器に送ることと、バーコードどうしを比較して違いを見つけること (照合) の二つに集約されます。

その一方で、現場での使い勝手を考えて、様々な特徴を持ったデータコレクターが販売されています。

データの保存件数は、殆どの機器で数万件を確保しており、データ容量の不足の心配はあまりないと考えます。データの転送方法はUSB接続が一般的です。もし、リアルタイムにホストPCなどに読み取ったデータを転送するのであれば、Bluetoothなどの無線通信機能を持った機器も販売されています。

バッテリーの持ち時間は、数時間程度のものから、十二時間以上持つものもあり、作業状況に合わせた選択が必要になります。バーコードを読み込んだ際には、小さな液晶画面にメッセージを表示すると同時に、音で知らせるのが一般的ですが、本体を振動させて、知らせるタイプの機器もあります。

そのほかには、専用のグローブに装着してハンズフリーとし、両手で他の作業をしながらバーコードの読み取りができるように工夫されたものや、固定スタンドに据え付けて使用するものなどがあります。

これらの特徴を把握したうえで、使用環境の温度、耐衝撃性、読み取りできるバーコードの種類、バーコードの読み取り距離、読み取り速度などの仕様を確認して選択します。

単一光子検出器とは

単一光子検出器は光の最小単位と言われている光子を、1個単位で検出できる検出器です。

光は、波と粒子の両方の性質を合わせ持った光子の集まりとされています。多くの物質はそれに何らかの変化が起きたり、加えられたりしたときにエネルギーを吸収したり、放出します。エネルギーが放出される際には、光として放出される場合が多くあります。

光子を1個の単位で検出することは、物質の極微細な変化をとらえることや、特徴を知るうえで有効な手段と考えられてきました。これは人間が太陽光や電灯の光の下で、物体に当たって反射してくる光を眼で捉えて、その物体が何であるのかを知るのと同じです。これを突き詰めてゆくと、暗室の中で物体から放出されてくる極微量の光をとらえて、その物体の性質をより緻密に知ることができます。

単一光子検出器の使用用途

単一光子検出器は極微量の光を捉える検出器の中でも、究極の検出器です。従って、1分子蛍光分析や、散乱光による量子特性評価などの精密観察の分野で活用されてきました。国立研究開発法人産業技術総合研究所 (産総研) は2018年に光子一つが見える「光子顕微鏡」を開発しました。受光した光子一つ一つの持つエネルギーの違いに応じて、検出した光子をカラー化することで、生体細胞からの微弱な発行の観察や、半導体ナノ粒子からの蛍光観察に使用できるとしています。

また近年では、情報の盗まれにくい究極の暗号通信として。量子暗号通信 (量子情報通信) という光ファイバの中を光子一つ一つの単位で送る通信法の研究と開発が活発化しています。そして、この目的に使用するための単一光子検出器の開発に注目が集まっています。

単一光子検出器の原理

光子は、エネルギーを持って光速で空間や物質の中を飛び交う粒子です。

光のエネルギーはE=h(c/λ) の公式で表されます。ここでEはエネルギー、hはプランク定数と言われる定数で、cは光の速さ、λは波長です。

単一光子検出器では、この光子1個が検出器に侵入したことをトリガーにして、検出器内部で電気的な変化を起こし、その変化を信号として捉えます。

一番最初に登場した単一光子検出器は、光電子増倍管 (英: photomultiplier tube、PMT) という真空管に似た原理の検出器でした。光電子増倍管は、光が入る入光窓の後ろに真空管があり、真空管の中には1000Vの高圧で対峙した光電陰極と陽極があります。さらに。この二極の間には、段階的に電子の数を増やして行くダイノードが100Vの電位差を持って複数暖並んでいます。

入光窓から入射した1個の光子のエネルギーによって光電陰極から10個程度の電子が叩き出されます。これらの電子は1段目のダイノードに向かい、ダイノードから入射電子1個当たり、10個程度の電子が叩き出され、それが2段目のダイノードに向かいます。このように電子を加速してダイノードに衝突させて、入射電子の数倍から十数倍の二次電子を放出させることを繰り返して、最終的に数十万倍から一千万倍以上になった数の電子が陽極に到達し、それを信号電流として検出します。

1939年に米国のベル研究所において、光電子増倍管同様に、光子の入射エネルギーをトリガーにして、電流を発生させるフォトダイオードが発明されました。フォトダイオードにはシリコン (Si) やゲルマニウム (Ge) 等の半導体を使用しているので、これらの検出器は半導体検出器と言われています。

現在では、主に量子暗号通信での使用を目的として、超電導を利用した単一光子検出器の開発が進められています。超電導薄膜は、極低温下で超電導が保たれている状態では電気抵抗は0です。この薄膜に光子が飛び込むと、そのエネルギーによって薄膜の温度が上がり、超電導状態が破壊されます。この超電導状態の破壊によって、電気抵抗が発生することをシグナルとして捉えることで、光子を検出します。

単一光子検出器の選び方

単一光子検出器を選択する際には、検出対象の光子の波長、必要な時間分解能、作業環境などを考慮しながら目的に合った検出器を選択する必要があります。

光子は可視光を挟んで、波長の短い、エネルギーの高い紫外線、X線、Y線などと、反対に波長の長い、エネルギーの低い赤外線、遠赤外線などと、幅広い波長の分布があります。各センサーは光子の波長によって、検出できる感度が異なります。従って、検出する光子の波長領域に合ったセンサーを選ぶ必要があります。

一つの光子を検出した後で、次に入射してくる光子を検出できるまでの時間を時間分解能と言います。量子暗号通信のように、光子の検出に高い時間分解能が要求されるのであれば、超電導を用いた検出器が適していると言えます。

その一方で、超電導検出器やゲルマニウム半導体検出器は、極低温の中で使用する必要があります。

光電子増倍管は一番古いタイプの検出器ですが、光子1個単位の低レベルの検出に優れていて、装置の規模も比較的小さくなる利点があり、天文学、原子核物理学、生体計測などで活用されています。

色差計とは

色差計とは色を計測して数値化するための装置です。

色は色相、明度、彩度の3つの属性から成り立っています。これらの色を属性ごとに数値化して測定することでさまざまな製品の色合いを計測および色付けを行うことが可能です。

色相は赤、青、緑など人が日常の生活で区別している色合のことを示します。明度は色が持つ明るさの度合いのことを示す要素です。明度が高ければ薄い色合いに、低ければ濃い色合いになります。また、彩度は色の強さや鮮やかさを表す要素です。彩度が高ければより鮮明に、彩度が低ければくすんで見えます。これらの3要素を人が確認して数値化するために用いられています。

また、色の計測には勅激値直読方法、分光測色方法の2種類の方法が用いられています。勅激値直読方法は人が色を認知する方法と同様に赤、緑、青の3色を測定して計測する方法です。一方、分光測色方法は光が発する波長を計測し、色の計測を行います。そのため、勅激値直読方法よりも高度な色合いを計測するために利用されています。

色差計の使用用途

色差計は身近に使用される塗料やガラス、化学物質などさまざまな試料の色合いを計測するために用いられます。

勅激値直読方法を用いた計測器の場合、人と同様に光を赤、青、緑で認識し、識別することが可能です。光の識別方法は人と同じですが、色彩認知は人によって違い、色合いを正確に確認及び計測することが難しいため、試料の色合いをより正確に計測するために色差計が使用されています。

色差計の原理

色差計には勅激値直読方法、分光測色方法を用いた計測器があります。勅激値直読方法は人が光を認識するのと同様に、赤、青、緑の3色に分けて計測します。測定原理としては人間が光を検知するのと同様に、試料を照らす光源ランプ及び分析した光を数値として表す受光器から構成されています。

一方、分光測色方法は光を赤、青、緑の3色に分けて計測するのではなく、受光器が光の波長を計測します。光の波長を計測することで、色と色の微妙な違いをより正確に区別することができます。

色差計の選び方

色差計を選ぶ際には試料の種類を明確にします。色差計は建設現場などで使用される塗料から液体や粉体まで様々な試料を計測します。建設現場などで使用される塗料はハンディタイプの製品を用いると汎用性が高まり、液体や粉体を用いて化学製品の色合いを計測する際には高精度な据え置き型の色差計が推奨されます。

色差計を選ぶ際には使い勝手も確認することも必要です。様々な試料への対応だけでなく、PCと接続して計測データや各種グラフを確認できる製品は分析しやすいです。また、計測器専用の色彩管理ソフトが利用可能であれば測定したデータを即座に確認し、解析することが可能です。

色差計によっては自動で計測データを補正するデータ補正機能や、設定した色合いに合っているか判定する合否判定機能がついた製品も存在します。色合いの基準値を設定可能な製品は、基準色と測定色を比較して表示できます。そのため、基準色と測定色を比較して使用したい場合は利便性も高いハンディタイプの製品が推奨されます。

色差計を購入する際はアフターサポートがついている方が推奨されます。高精度で色合いを確認するためには計測器の定期的な校正が必要です。校正を行わない場合、測定器の測定精度が徐々に低下するため、測定精度を保ち続けるためにも、定期的な校正を実施するアフターフォローなどがあるかも確認することが大切です。

色度濁度計とは

色度濁度計は液体の濁り度合いを計測するために使用されています。河川や上下水道、プールなどさまざまな現場で用いられています。

水分の濁りは試薬を用いて計測することも可能ですが、色度濁度計を用いた場合は試薬を使用せずに計測可能な製品が一般的です。簡易的に水質を検査できるため、水質維持管理などに多く使用されています。製品によっては濁り度合いを計測するだけでなく、水分の色度や残留塩素の量も分析することも可能です。

色度濁度計の使用用途

色度濁度計は河川や上下水道、プールなどの水質検査に主に用いられています。身近に使用されている上水道の水質検査に用いる場合であれば残量塩素を計測できる機能も搭載されています。上下水道は水道水質基準で遊離残留塩素を0.1ml/L以上を保持することが義務付けられています。

また、河川であれば工業廃水からの化学物質が混入していないか確認することが必要です。そのため、上下水道に用いられる色度濁度計とは違い微粒粒子を計測するために用いられます。他にも、水中の寄生生物が混入していないか確認するためにも用いられています。色度濁度計は水分の色度や濁度だけでなく、特定の物質が混入していないか確認するために使用することも可能です。 

色度濁度計の原理

色度濁度計は試薬を用いて計測する色度濁度計と光の通過率や光の散乱の度合いを計測する光学式の色度濁度計の2種類が展開されています。試薬を用いる色度濁度計であれば学校のプールなどで使用されることが一般的です。その際には残留塩素測定試薬を用いてプール内の塩素量を計測しています。

一方で、光学式の色度濁度であれば試料の水分に光を入射することで濁度を計測することが可能です。水分に光を入射することで濁りの粒子に対して光が反射や散乱を行います。その光を計測することで水分の濁度を計測しています。

また、浄水施設などで使用される光学式の色度濁度計であれば水分の濁りだけでなく、対塩素性病原体のクリプトスポリジウムを確認するための機能が搭載されている場合もあります。その場合、水質だけでなく、水分内に含まれる微粒子数を計測できるカウンターを使用して計測を行います。 

色度濁度の選び方

1. 必要な機能から選択する

色度濁度は計測を河川、水道、プールなど、どの場所で行うかによって必要な機能が異なるため、製品ごとの機能を確認して購入することが必要です。据え置き型や持ち運びが可能なハンディタイプなど製品の種類も豊富に存在します。

例えば、河川や上水道の水質を検査することが目的の場合、ハンディタイプの製品を選択することがおすすめです。様々な場所で水質検査を行うことが想定されるため、ハンディタイプの製品を選ぶと汎用性が高まります。

また、工業廃水や生活排水を浄水施設などで計測する場合は据え置き型の色度濁度を選択します。据え置き型の場合、長時間の連続運転でも安定した計測を行える製品が展開されています。計測内容を各地域の自治体などの規制に合わせ、カスタマイズ可能な製品もあります。工業廃水や生活排水、浄水施設などで計測を行う場合には据え置き型の製品が適しています。

2. 求められている検査基準から選択する

計測器を選ぶ際は検査する水分の検査基準が法律で定められている場合もあります。例えば、上水道の検査に使用する場合は水道法・上水試験法に準拠した濁度・色度を同時に測定可能な製品を選択することが必要です。製品を選択する場合は定められている法律なども確認しましょう。

3. データ確認のしやすさから選択する

製品によってはリアルタイムで測定結果を確認することも可能です。その場合、サンプルの変化度合いも確認可能なため、より高精度な水質検査を行うことが可能です。また、PCやプリンターなどBluetooth接続ができる製品であれば、計測したデータを簡単に蓄積することが可能です。

4. メンテナンスのしやさから選択する

製品を選ぶ際にはメンテナンスのしやすさを確認することも必要です。色度濁度の計測精度を保つためには装置本体を清潔にすることが大切なため、日々のクリーニングが簡単なものの方が管理しやすいです。

APHA (ハーゼン単位色数) とは

APHA (ハーゼン単位色数) とは、ハーゼン単位色数とか白金－コバルトスケールとも呼ばれ、溶剤、石油類、可塑剤、化学品の原料など、常温で液体の化学製品、又は加熱して溶融状態になる化学製品の着色度合いのことです。

1リットル中にヘキサクロロ白金イオンの形態で1ミリグラムの白金と、塩化コバルト (Ⅱ) 六水和物2ミリグラムを含む溶液の色を1とする尺度です。

APHAという名称は、ワシントンD.C.に本拠を置く米国で最大の公衆衛生専門家の組織である米国公衆衛生協会APHA (英: American Public Health Association) にちなんで命名されています。

元々は廃水の色を表すことを目的としていましたが、その用途は他の産業用途にも拡大されています。 APHAカラーは、透明から黄色がかった色の液体の品質を評価するために使用される「黄色度指数」と呼ばれることもあるカラースケールです。

APHA (ハーゼン単位色数) の使用用途

APHA (ハーゼン単位色数) は、常温で液体の化学製品、又は加熱して溶融状態になる化学製品の着色度合いを調べるのに使用します。

APHA (ハーゼン単位色数) の原理

ハーゼン色数の異なる多数のハーゼン標準比色液を用意して、試料の色と標準比色液の色を目視で比較しながら試料のハーゼン単位色数を決定します。標準比色液は、標準原液 (ハーゼン色数500) から作ります。

標準原液とは、ヘキサクロロ白金 (Ⅳ) 酸カリウム1.245グラムと塩化コバルト (Ⅱ) 六水和物1.000グラムを塩酸100ミリリットルに溶かし、水で薄めて1000ミリリットルとしたものです。

標準原液からハーゼン標準比色液を作る方法は、標準原液を精製水で薄めながら各ハーゼン色数を示す標準比液を調製します。ハーゼン色数は、調製した液に含まれる標準原液の割合で決定されます。例えば、標準原液が0%の場合のハーゼン色数は0、標準原液が100%の場合は500、標準原液が50%の場合は250という具合です。

ハーゼン色数の求め方は、試料が液体試料の場合は試料と標準比色液をそれぞれ液体試料用比色管の標線まで入れ、白色板上に置き、白色光の下で比色管の上方から下方に透かして色を比較するか、又は両管を比色計の中に置き色を比較します。そして、試料に最も近似した標準比色液の番号を読み取って色数を求めます。

試料が固体の場合は，必要量を固体試料用比色管に入れふたをして，溶融装置で溶融させます。これを直ちに固体試料用比色管に入れた標準比色液と並べて直立させて、その背面に白色板を置き、白色光の下で比色管の側面から透かして色を比較します。試料に最も近似した標準比色液の番号を読み取って色数を求めます。

ハーゼン標準原液 (ハーゼン色数500) およびハーゼン色数500番未満の標準比色液の保存方法や使用期限は、原液は密栓して暗所保存の場合は1年間は安定しています。比色液は、暗所保管の場合は6か月間は安定的ですが、新しく調製したものを使用することが望ましいです。

APHA (ハーゼン単位色数) のその他情報

APHA (ハーゼン単位色数) の測定方法

ハーゼン色数の異なる多数のハーゼン標準比色液を用意して単位色数を決定する際は目視で行うため、人によって判定結果にばらつきが出てしまいます。そこで、分光測色計を使用すると正確に測定することができます。

分光測色計は、試料に光を照射し、波長の反射率などを分析することで色彩情報が得られる機器で、試料を装置に挟み込むだけで簡便に測色することが可能です。試料に照射した光源の光が試料を透過すると試料は光を吸収するため、検出器が試料によって吸収された光の量を検出し数値化します。

APHAを測定できる分光測色計には、あらかじめハーゼン色数の検量線 (吸光度と比色液濃度との関係を示す直線) が登録されており、標準比色液が無くても色数を測定することができます。

新たな分光測色計に元々登録されている検量線を使って測定すると、これまでの標準液による目視での測定との連続性が失われると懸念されますが、過去の標準液の検量線も登録できるため問題ありません。