JP2900275B2 - 全自動計測用センサーシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、発酵工業、化学工業などの産業分野におい
て好適に使用される全自動計測用センサーシステムに関
するものである。

従来の技術 従来、発酵工業、化学工業などの産業分野において、
工程管理上の重要な管理指標として、pH、ORP（酸化還
元電位差）、DO（溶存酸素量）などが広く利用され、こ
れらは生産工程を通じて連続的に計測されている。

又、最近では生産効率や品質の向上を図るために、生
産工程を無人化し、コンピュータ制御などの方法で全自
動化することが試みられており、従って、上記pH、OR
P、DOなどの計測も全自動化することが望まれている。

現在、このような計測をなすために発酵工業、化学工
業などの産業分野に用いられている計測用センサー、所
謂工業計測用センサー100Aとしては、第４図に図示され
るように、例えば反応槽又は輸送管１の壁２に溶接など
により固着されたソケット４に、袋ナット６にて直接取
付けて固定する固定タイプのものが主流をなしている。

しかし、この固定タイプのものは反応中或は輸送中に
センサー100Aに異常が生じても取り外すことができない
という欠点がある。このため、異常時にも計測不能とな
らないように１つの測定物に対して複数のセンサーを設
置する場合が少なくない。

このような問題を有するにも拘らず、特に発酵工業分
野においては未だにその多くが固定タイプのセンサー10
0Aを採用している。これは、発酵という分野に存在する
独特の理由による。

つまり、発酵工程は目的とする微生物の大量培養であ
るため、そこに他の雑菌が混入するのを極度に嫌う。も
し雑菌が混入すると、雑菌も培養されてしまうために、
生産効率が低下するのみならず、場合によってはロット
そのものが不良品となる事態も起こり得るからである。

このため、培養に用いる設備の内、培養液に接液する
ものは培養に先立ち高温高圧蒸気による滅菌操作を受
け、培養液を計測するセンサー類も例外ではなく滅菌さ
れる。通常は、これらセンサー100Aは校正後にソケット
４に取り付けられ、この状態で、滅菌を受け、そのまま
計測に入り、培養終了まで反応槽、即ち、発酵槽などか
ら取り出されることはない。

従って、発酵途中でセンサー100Aが異常となった場合
においても、何の手段も講じ得ないのである。

このような固定タイプのセンサー100Aが持つ問題を解
決するべく、近年になって、第５図及び第６図に図示す
るような可動タイプの計測用センサーシステム100Bが提
案され、且つ使用されている。

つまり、可動タイプのセンサーシステム100Bは、ピス
トン部102と、シリンダ104とを有し、シリンダ104の前
部分104aがソケット４に袋ナット６にて取り付けられ
る。又、ピストン部102は、センサー部106と、該センサ
ー部106を囲包して設けられた中空のセンサーホルダ108
とを備え、センサーホルダ108がシリンダ104内を軸線方
向に摺動することにより、センサー部106は槽内或は管
内へと出し入れ自在とされる。

このとき、センサーホルダ108の先端には隔壁108aが
設けられ、発酵途中でもセンサーホルダーをシリンダ10
4内に密着させながら槽外へと引上げることにより、第
６図に図示されるように、該隔壁108aがシリンダ104を
閉鎖することとなり、発酵槽内容物が外部へと流出する
のが防止される。

第６図に示す状態にてセンサー部106のみを取り出
し、該センサー部106の点検或は交換が可能とされ、更
に、蒸気供給口110から高温高圧の蒸気を供給し、一旦
大気に触れたセンサー部106を再度滅菌し、再び発酵槽
中に挿入可能とされる。

発明が解決しようとする課題 上述のように、発酵工程を計測システムまで含めて全
自動化するには発酵終了後の槽内洗浄も自動化されなけ
ればならない。

通常、槽内洗浄のための洗浄液はタンパク質を分解洗
浄する目的で高温高アルカリ溶液が使用されるが、この
液は各種センサーを著しく劣化させるため、洗浄時には
センサーを取り外すことが多い。又、洗浄作業は、洗浄
液を槽上方から槽内へとシャワーリングすることによっ
て行われる。

上記可動タイプのセンサーシステム100Bにおいても、
槽内洗浄時には、第６図に図示するように、センサー類
は上方へと引上げられた状態にて行われる。そのため
に、槽内壁から外側上方に向けて突出しているシリンダ
104の内面には洗浄液が届かないため、作業員による手
洗い作業が必要となり、結局はセンサー部106及びシリ
ンダ104をソケット４から取り外して手洗いをしなけれ
ばならず、完全自動化対応とはなっていない。

従って、本発明の目的は、センサー部の点検、交換作
業、洗浄作業、校正作業、更には再滅菌作用などを、ソ
ケットからセンサー部などを取り外すことなく行うこと
ができ、それによって、完全自動化を可能とした、発酵
工業、化学工業などの産業分野において好適に使用され
る全自動計測用センサーシステムを提供することであ
る。

課題を解決するための手段 上記目的は本発明に係る全自動計測用センサーシステ
ムにて達成される。要約すれば本発明は、洗浄液、校正
用標準液、純水、滅菌用蒸気、高圧空気などの各種流体
のための供給口及び排出口を備え、反応槽或は輸送管な
どに取り付けられるソケットと、前記ソケット内部に前
記流体供給口及び排出口にのみ連通した閉鎖空間を画成
するために、外周面及び内周面にシール部材を担持し、
前記ソケット内部に取り付けられたアダプタと、前記ア
ダプタの内部に摺動自在に嵌合し、先端に前記アダプタ
と協働して前記閉鎖空間を形成するための隔壁を備えた
センサーホルダと、前記センサーホルダの内部に摺動自
在にシール部材を介して取り付けられたセンサー部材と
を備え、計測時は前記センサー部材が反応槽或は輸送管
内に位置し、洗浄、校正、滅菌時は前記センサーホルダ
を前記センサー部材と共に引き上げて前記隔壁により前
記閉鎖空間を形成して反応槽或は輸送管内と遮断し、こ
のとき前記隔壁の位置は一端が反応槽或は輸送管内近傍
に、他端が前記流体供給口近傍にあることを特徴とする
全自動計測用センサーシステムである。

実施例 次に、本発明に係る全自動計測用センサーシステムを
図面を則して更に詳しく説明する。

第１図及び第２図には、本発明に係る全自動計測用セ
ンサーシステム100が、発酵分野にて使用された場合の
一実施例が示される。

本実施例にて、本発明に係る全自動計測用センサーシ
ステム100は、ピストン部12と、シリンダ14とを有し、
ピストン部12は、センサー部16と、該センサー部16を囲
包して設けられた中空のセンサーホルダ18とを具備す
る。

本実施例では反応槽である発酵槽１の壁２にソケット
20が溶接などにて固着される。該ソケット20には、詳し
くは後で説明されるように、洗浄液などとされる流体の
供給口32及び排出口34が連結される。流体は、供給口32
からソケット20内へと供給された後、排出口34より流出
される。このとき、供給口32はソケット20の下方で且つ
より槽壁２に近接した位置とされ、排出口34はソケット
20の上方で且つ槽壁２より離れた位置に設けられるのが
好ましい。又、該ソケット20の内部にはアダプタ22が挿
入され、袋ナット24にて該ソケット20に取り付けられ
る。アダプタ22の内径は、センサーホルダ18が摺動自在
に嵌合し得る大きさとされる。

アダプタ22は、第３図をも参照すると理解されるよう
に、概略円筒形状とされ、実質的にソケット20の全長に
わたって延在し、一端は、槽壁２の内面に位置し、他端
は、ソケット20より僅かに外方へと突出しており、外周
囲に形成された肩部26を利用して、上述したように袋ナ
ット24にてソケット20に螺着される。更に、アダプタ22
には、肩部26より更に外方へと延在してねじ部28が一体
に形成され、該ねじ部28を利用して袋ナット30にてシリ
ンダ14がアダプタ22に固定される。

アダプタ22の中央部分には、細長の貫通孔36が複数、
本実施例では互に90゜間隔にて４つ形成され、又、該貫
通孔36の両側には、アダプタ22の内周面及び外周面にそ
れぞれＯリング溝38、40及び42、44が形成される。該各
Ｏリング溝38、40、42、44にはシール部材、本実施例で
はＯリング50が配設され、供給口32よりソケット20内部
へと貫通孔36部分に供給された洗浄液などが、ソケット
20とアダプタ22との間、及びアダプタ22とセンサーホル
ダ18との間を通って発酵槽内へと、或は外部へと漏出す
るのを防止する。

更に、上記説明にて理解されるように、センサー部16
を囲包して設けられたセンサーホルダ18は、ピストン部
12を軸線方向に移動させることにより、シリンダ14及び
アダプタ22に対して摺動し、センサー部16を発酵槽１内
へと出し入れすることができる。本発明に従えば、セン
サーホルダ18の先端には隔壁52が一体に形成され、発酵
途中であっても必要に応じて、ピストン部12を外方へと
移動させることができる。即ち、ピストン部12を外方へ
と移動させることにより、隔壁52はセンサーホルダ18と
共にアダプタ22の内面に密着しながら槽外へと引上げる
ことができ、第２図に図示されるように、該隔壁52がア
ダプタ22の先端内面に配設されたＯリング50に係合し、
アダプタ22を流体密に閉鎖する。これによって、発酵槽
１の内容物がこの部分を通って外部へと流出するのが防
止されると共に、供給口32からソケット20内へと供給さ
れた洗浄液などがこの隔壁52とアダプタ22との間から槽
内へと流入することもない。

次に、上述のように構成される本発明に係る全自動計
測用センサーシステムの作動について説明する。

上述したように、袋ナット24、30を利用して計測用セ
ンサー本体がソケット20に装着され、全自動計測用セン
サーシステム100が反応槽に組込まれる。

次いで、ピストン部12を、第１図で左側へと矢印方向
に押入することにより、センサー部16を発酵槽１内へと
位置せしめ、発酵槽内の測定物（内容物）の計測が可能
となる。発酵槽内の内容物は、センサーホルダ18の先端
に形成した複数の窓54からセンサー部16へと流動され、
内容物がセンサー部16に接触することにより適正な計測
が行われる。

このとき、本発明の構成によれば、発酵槽１の内側と
外側には、アダプタ22の内周面及び外周面に設けたＯリ
ング50、及びセンサーホルダ18の内周面に設けたＯリン
グ50によって完全にシールされ、発酵槽１内の内容物が
外部へと漏出することはない。つまり、第１図の状態が
「計測」の状態である。

本発明によれば、ピストン部12は、第２図で右側へと
矢印方向に引上げることができる。これにより、センサ
ーホルダ18の先端の隔壁52は、アダプタ22の先端内周面
に設けたＯリング50と係合し、発酵槽１内の内容物が隔
壁52とアダプタ22の先端内周面との間を通って発酵槽外
へと流出するのを阻止する。この状態で、アダプタ22の
貫通孔36とセンサーホルダ18の窓54とが一致し、流体供
給口32及び排出口34にのみ連通した閉鎖空間Ｓが画成さ
れる。又、該空間Ｓ内にセンサー部16が位置される。こ
の状態が「洗浄」状態であり、発酵槽１内は、発酵槽１
の上方より洗浄液をシャワリングすることによって洗浄
される。

この洗浄状態において、本発明によれば、隔壁52は、
発酵槽の内部、即ち壁面２に極めて近接した位置に配置
されるので、発酵槽内のシャワリングによって該隔壁52
の、発酵槽１に対面した側の端面及びその近傍が十分に
洗浄され得る。一方、センサー部16は、流体供給口32か
ら流入される洗浄液にて、槽内とは別系統にて洗浄され
る。又、該流体供給口32からの洗浄液にて隔壁52の内面
を効率よく洗浄するべく、流体供給口32は隔壁の端面に
隣接した位置に形成されるのが好適である。

又、センサー部16の校正を行うために、流体供給口32
から、洗浄液の代わりに、校正標準液を流入することが
できる。即ち、「校正」の状態が形成される。

更には、流体供給口32から、高温高圧蒸気を供給する
ことによりセンサー部16及びその近傍の各部材を「滅
菌」する状態が形成される。

洗浄、校正、滅菌の各工程を行う場合には、それぞれ
異なる流体を用いるため、他の工程に移る場合には、高
圧空気を、逆に流体排出口34よりソケット20内へと吹き
込み、流体供給口32より流出せしめることにより、空間
Ｓ内に残る前工程にて使用された液を除去し、次いで該
流体供給口32より純水を供給して空間内を洗浄した後、
再度該排出口34より高圧空気を供給して空間Ｓ内に残る
純水を除去し、次の工程に使用する流体が供給される。
このようなステップを踏むことにより、流体相互汚染が
防止でき、と同時に、発酵途中でセンサーを引き上げた
場合の再挿入時にも、発酵槽内の内容物中に何の汚染物
質をも混入させることがないという利点がある。

本発明によれば、第２図の状態にてセンサー部16のみ
を引き出し、点検及び交換を行うことも可能である。

以上のように、本発明によればセンサー部16の「洗
浄」、「校正」、「滅菌」、「計測」という工程を含む
発酵の全工程を自動化することが可能となる。更に、ソ
ケット20とセンサーホルダ18との間にアダプタ22を設け
ることにより、発酵槽１の内側と外側とを完全にシール
することができると共に、センサー部洗浄空間Ｓを大き
く画成することができ、極めて好便である。

発明の効果 以上の如くに構成される本発明に係る全自動計測用セ
ンサーシステムは、センサー部の点検、交換作業、洗浄
作業、校正作業、更には再滅菌作業などを、ソケットか
らセンサー部などを取り外すことなく行うことができ、
それによって、発酵工業、化学工業などの産業分野にお
いて完全自動化を達成し得るという特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る全自動計測用センサーシステム
の部分断面図であり、測定状態を示す。 第２図は、第１図と同様の断面図で、センサー部の洗浄
状態を示す。 第３図は、アダプタの斜視図である。 第４図は、従来の固定タイプのセンサーの部分断面図で
ある。 第５図は、従来の可動タイプのセンサーの部分断面図で
ある。 第６図は、第５図と同様の断面図で、センサー部の洗浄
状態を示す。 12:ピストン部 14:シリンダ 16:センサー部 18:センサーホルダ 20:ソケット 22:アダプタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】洗浄液、校正用標準液、純水、滅菌用蒸
   気、高圧空気などの各種流体のための供給口及び排出口
   を備え、反応槽或は輸送管などに取り付けられるソケッ
   トと、前記ソケット内部に前記流体供給口及び排出口に
   のみ連通した閉鎖空間を画成するために、外周面及び内
   周面にシール部材を担持し、前記ソケット内部に取り付
   けられたアダプタと、前記アダプタの内部に摺動自在に
   嵌合し、先端に前記アダプタと協働して前記閉鎖空間を
   形成するための隔壁を備えたセンサーホルダと、前記セ
   ンサーホルダの内部に摺動自在にシール部材を介して取
   り付けられたセンサー部材とを備え、計測時は前記セン
   サー部材が反応槽或は輸送管内に位置し、洗浄、校正、
   滅菌時は前記センサーホルダを前記センサー部材と共に
   引き上げて前記隔壁により前記閉鎖空間を形成して反応
   槽或は輸送管内と遮断し、このとき前記隔壁の位置は一
   端が反応槽或は輸送管内近傍に、他端が前記流体供給口
   近傍にあることを特徴とする全自動計測用センサーシス
   テム。