JP3861193B2

JP3861193B2 - 電気伝導度センサ

Info

Publication number: JP3861193B2
Application number: JP2000016609A
Authority: JP
Inventors: 義道安田; 昭則古郡
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: JP2001208710A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に医療機器、例えば透析装置や粉体溶解装置の液体の濃度、すなわち、液体の電気伝導度を測定することによって、当該液体の純度を監視したり半導体製造装置における洗浄水としての純水の純度を監視したりするのに好適な電気伝導度センサに関する。このほか、上水道の消毒剤の濃度、下水道の汚れ具合等の監視にも使用できる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体製造装置においては、シリコンウエハの洗浄工程として、塩酸、硝酸などの強酸、沸酸等の薬液による処理槽で不純物を除去する工程を繰返し、最後にシリコンウエハに付着した薬液を純水で洗浄する工程を経て乾燥させている。また、透析装置や粉体溶解装置などでは、装置の洗浄に純水が使用されている。
【０００３】
このように、半導体製造装置においては、シリコンウエハの洗浄工程の最終工程でシリコンウエハに付着した薬液を純水で洗浄しており、また透析装置や粉体溶解装置などの医療機器においても純水で洗浄しているので、洗浄に使用した純水の純度が製品や医療機器の品質に大きく影響を及ぼすことになる。したがって純水の純度を測定することは、きわめて重要なことであり、そのために、洗浄に使用した後の純水の純度を、純水の電気伝導度、すなわち純水の電気抵抗率を測定して純水の純度を計測している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の医療機器における液体の純度（汚染度）や半導体製造装置における純水の純度（汚染度）を計測するのに、液体や純水の電気伝導度、すなわち液体や純水（以下「液体等」という）の電気抵抗率を測定しており、そのためのセンサはその電極が液体等中に投入される構成となるため、電極として、プラチナやチタンなどの金属を、樹脂製あるいはセラミック製の骨材に被覆した構造となっている。
【０００５】
このように、従来の液体等の電気抵抗率を測定するためのセンサは、電極が、プラチナやチタンなどの金属製となっているため、電極の機械加工が非常に困難であり、電極にタ−ミナルねじなどの加工をする際、手間がかかり、このことがコスト高の原因となっている。
【０００６】
図１３は、従来の電気伝導度センサの１例を示すもので、この電気伝導度センサ０１は、プラチナ製の３個のリング状の電極０２（電極０２については図１４（ａ），（ｂ）に示されている）と、各電極間に介在するリング状のスペーサ０５とを備え、各電極０２に、タ−ミナルねじ０６が螺合する雌ねじ加工が施されている。各電極０２にリ−ド線０４が、タ−ミナルねじ０６により接続されている。電極０２は両端部にＯリング０１２配設用の肩部０２ａを有し、中心部に流路０９を形成する円形穴０２ｂを有する円柱体で形成されている。
【０００７】
符号０７はケ−スを示しており、このケ−ス０７の両端部にフランジ０８が取り付けられ、各電極０２、各スペーサ０５および両フランジ０８を貫通して液体等の流路０９が形成されている。流路０９の出口側にチュ−ブ０１１を介してサ−ミスタ０１０が接続されている。
【０００８】
各電極０２は、後述の図７の回路図に示すように接続されて３電極サンサを構成していて、各電極０２間の電気抵抗の差をこの回路１２で検出できるようになっている。図７中の符号１２ａはアンプを、図１３中の符号１３はアンプ１２ａの出力信号を演算して、液体等の電気伝導度を表示するディスプレイを示している。
【０００９】
上記のように、従来の電気伝導度センサでは、リード線０４が電極０２にターミナルねじ０６を締めつけることによって接続される構成となっているため、電極に対する雌ねじ加工が必要となり、コスト高の原因となるほか、硬い電極にターミナルねじ０６を締めつける構成なため、ターミナルねじ０６が弛み接触不良を起こすおそれがあって、電気伝導度センサの信頼性を損なうという問題点がある。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決した電気伝導度センサの提供を第１の目的とし、さらには、組み付け作業の効率化を可能にした電気伝導度センサの提供を第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の電極が電極保持部材を介して流路を貫通し包囲するように配置し、前記電極と電極保持部材を直線的に収納した本体ケースを備え、該本体ケース端部に温度センサを設け、前記電極保持部材には、所定間隔を隔てて前記電極を保持するための電極保持穴が複数形成され、該電極保持穴に前記本体の流路に直角な方向から前記電極が挿入されて緊密に保持されるような形状に形成されてなる電気伝導度センサにおいて、前記電極は、円柱体からなる本体部と、該本体部の上部に形成された鍔部と、前記本体部の中心部に液体等の流路を形成する貫通式横穴と、前記本体部の下面に突設された位置決め突起部とからなり、前記本体部の前記流路に直交する側面には一対の切削面が形成されるとともに、前記電極保持穴には前記切削面に対応する平面が形成され該平面を貫通し前記横穴に段差なく前記流路が連通されてなる電気伝導度センサを構成して課題解決の手段としている。
【００１３】
電極組み付けは、電極を、電極保持部材に対してその流路と直交する方向から電極保持穴に挿入することにより行われるので、部品点数を減らしながら、寸法の安定性、すなわち特性のばらつきを抑制し、かつ組み付けの簡単化、自動化（機械化）が可能となる。
【００１４】
さらに、リード線の電極への取り付けは、電極の雄ねじにリード線の端子を取り付け、雄ねじに螺合するナットを締めつけることにより行うことができるので、リード線の電極への取り付けが容易となり、その結果、測りたい液体等の濃度に併せて電極の配線を簡単に変更することができ、シンプルな構造で部品の共通化をはかることが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。
図１、図２に示すように、電気伝導度センサ１０は、図１３に示した従来例と同様に、３個のリング状の電極２と、各電極２の間に介設されているリング状のスペーサ５とを備え、これらの各部材は、本体としてのケース７内に収納されている。各電極２および各スペーサ５の中心部である内径部２ａ，５ａを貫通して液体等の流路９が形成されるとともに、ケース７の左端部には流路９の入口側接続部９ａが突設されている。ここで、内径部２ａ，５ａおよび入口側接続部９ａの内径部９ｃならびに後述の出口部９ｂの内径部の各直径はいずれも同一寸法に設定されており、さらに、後述するように、液漏れ防止用のＯリング６も電極２の外周肩部に装着されていて、Ｏリングが液体等の流路９にはみださない構成となっていて、液体等の流路９には凹凸がなく、液体等のスム−ズな流通を可能にしている。
【００１６】
ケース７の右端部にフランジ８がねじ８ａで取り付けられ、このフランジ８に流路９の出口部９ｂが設けられている。出口９ｂに、その流路９の軸上に温度センサ１１ａが配置されたサ−ミスタ１１が設けられている。符号８ｂは流路９の出口側接続部を、１１Ａは温度表示器を示している。
【００１７】
電極２は、図２に示すように、中心部（内径部）２ａを貫通して液体等の流路９を形成するリング状の円筒体からなり、その外周部に、図３（ａ）に示す止め輪型端子板２１が２枚嵌着されいて、この２枚の端子板２１にリード線４が半田付けされている。符号４ａは半田付け部を示している。また、符号６は電極２の外周の両肩部とスペーサ５との間にそれぞれ介設されたＯリングを示している。
【００１８】
端子板２１の中心部には、円形の穴２１ａが形成されており、この穴２１ａに電極２の外周が嵌入されるのであるが、端子板２１を電極２に強固に固定するために、穴２１ａに、端子板２１を電極２に嵌入した際弾性変形可能な複数の突起２１ｂが設けられている。
【００１９】
図３（ｂ）は、ブッシュナット型端子板２２を示している。この端子板２２も端子板２１と同様に、その２枚が電極２の外周に嵌着され、これにリード線４が半田付けされる。この端子板２２は、その中心部に形成された円形の穴２２ａの全周に複数の弾性変形可能な突起２２ｂが連続して形成されていて、電極２の外周に嵌入された際、端子板２２を電極２に強固に固定するよう機能するようになっている。
【００２０】
図４、図５に示した例では、電極２に、端子板２３あるいは２４を嵌入する溝２ｂが形成されており、この溝２ｂに、図３（ｃ）に示すような、一側部に、中心部に形成された円形の穴２３ａに連通する切り欠き部２３ｂが形成されて全体形状が「Ｅ」字状の止め輪型端子板２３あるいは図３（ｄ）に示すような、一側部、中心部に形成された円形の穴２４ａに連通する切り欠き部２４ｂが形成されるとともに切り欠き部２４ｂの反対側にリード線接続部２４ｃを突設された止め輪型端子板２４が嵌入されるようになっている。端子板２３，２４はいずれも弾性体から形成されていて、電極２の１側方から溝２ｂに嵌入するとき、弾性変形し、嵌入後は電極２に強固に固着される。そして、端子板２３，２４にリード線４が半田付けされる点は、上記のものと同様である。なほ、端子板２３，２４の場合、その一枚が電極２に固着される。上記の各端子板には、半田付けのために予めメッキが施されている。
【００２１】
図６に示す例では、２個の電極２で二電極式電気伝導度センサが形成されている。この例では、電極２の各外端面がケース７あるいはフランジ８に当接支持される構成となっており、また、スペーサ５は、図１、２あるいは図４、５に示した電気伝導度センサのスペーサ５よりも長いロングスペーサ５ａが用いられている。この例でも、各電極２に、図３（ａ）の端子板２１が２枚固着されている。
【００２２】
上記のものでは、電極２の外周に端子板２１などが固着され、この端子板にリード線４が半田付けされる構成となっている。したがって、リード線４を電極２に取り付けるための加工を電極に施す必要がなくなり、その分、製造コストを低減できる。また、端子板は電極に強固に固着しており、その端子板にリード線４を半田付けする構成であるため、電極２とリード線４との接続は確実であって、妄りに接続不良をおこすおそれはない。
【００２３】
上記のように、電極２およびスペーサ５をリング形状の円筒体で形成するとともに、それらを直列配置して、電気伝導度センサの主要部を形成し、かつこれらの各内径部の各直径をいずれも同一寸法に設定し、さらに、液漏れ防止用のＯリング６も電極２の外周肩部に装着して、Ｏリングが液体等の流路９にはみださない構成としたため、液体等の流路９には凹凸がなく、液体等のスム−ズな流通が可能となる。また、流路９の出口部９ｂにおける流路９の軸上に温度センサ１１ａを配置したことにより、液体等の温度測定を従来のものよりも正確に行うことが可能となる。
【００２４】
さらに、流路９の出口部９ｂにおける流路９の軸上に温度センサ１１ａを配置したことにより、流路９内が汚れたとしても、温度センサ１１ａ（サーミスタ）を取り外せば直線状の流路９を目視できるので、流路９のクリーニングを簡単に行うことができる。
【００２５】
図７は、３電極のセンサの作動回路１２を示す図であり、図７において、符号１２ａはアンプを示している。このような回路を含む電気伝導度表示器１３が本体としてのケース７の外部に取り付けられている。
【００２６】
透析液の電気伝導度を計測する場合、リーク電流を減らすために、この分野では一般的な３電極タイプにて行っているが、さらに濃度の濃い液体を計測する場合は、図６に示す例のように２電極のものを使用するか、３電極型の電気伝導度センサで両外側の電極のみを使用するというように、作動回路１２の接続を変更することで、外観形状や流路径を変えることなく、計測が可能となる。なお、これは、後述の第二実施形態における図９、図１１（ａ），（ｂ）の説明を参照できる。
【００２７】
このように、この電気伝導度センサによれば、計測したい液体等の濃度（電気伝導度）にマッチングした電気伝導度センサを、低コストで得ることが可能となる。
【００２８】
上記の形態では、電極２とスペーサ５とを交互にガイド軸に串刺しにしたのを、パイプ型のケースに入れて、電気伝導度センサ１０を組み立てていた。この作業は慣れが必要であるばかりか自動化が困難である。また、それぞれの部品の公差が常により多くのばらつきをうみ、電気伝導度センサの特性に起因するセル定数のばらつきを大きくしてしまう傾向にあり、それによる受け側の回路の調節範囲も非常に大きくとることを余儀なくされていた。つぎに述べる本発明の実施形態は、この様な問題点を解決しようとするものである。
【００２９】
図１０に示すように、本発明の実施形態では、スペーサに相当する部材（電極保持部材）３５がフランジ３８と一体構造に形成されている。電極保持部材３５には、所定間隔をあけて、電極３２を保持するための電極保持穴３５ｂが複数個形成れている。電極３２は、図１２に示すような形状に形成されていて、このような形状の電極３２が液体等の流路３９に直角な方向から（図１０において左方向から）各電極保持穴３５ｂに嵌入された時、各電極保持穴３５ｂに電極３２を緊密に保持させるようにして電気伝導度センサ３０が形成されている。フランジ３８の流路３８ａにサーミスタ５０が配設されている。符号５１はサーミスタ５０の取り付け板を示している。
【００３０】
電極３２は、図１２に示すように、円柱体からなる本体部３２ａを備え、本体部３２ａの上部に鍔部３２ｂが形成されている。本体部３２ａと鍔部３２ｂとの間は小径部３２ｃとなっており、この小径部３２ｃと本体部３２ａとの連接部に形成された肩部（段部）にＯリング３６Ａが配設されるようになっている。本体部３２ａの中心部に、液体等の流路３９を形成する横穴３２ｄが貫通している。この横穴３２ｄは電極保持部材３５に形成した流路３５ａに段差なく連通しており、また流路３５ａは、フランジ３８にボルト３１Ａで固着されている端板３１に設けられた接続部３１ａの流路３１ｂにも段差なく連通している。
【００３１】
電極３２の鍔部３２ｂに雄ねじ３２ｅが突設され、この雄ねじ３２ｅにナット４２が螺合して、リード線４４が電極３２に取り付けられる構成となっている。
【００３２】
電極３２の本体部３２ａの下面に、位置決め突起部３２ｆが突設され、この突起部３２ｆを電極保持部材３５に形成した位置決め穴３５ｂに圧入して電極３２が電極保持部材３５に取り付けられるようになっている。また、電極３２の本体部３２ａの側面には、電極３２の回転止めのために、一対の切削面（平面）３２ｇが形成されている。電極保持部材３５の電極保持穴３５ｂに、切削面３２ｇに対応する平面が形成されている。
【００３３】
さらに、電極３２の本体部３２ａの下面の位置決め突起部３２ｆと本体部３２ａとの連接部に形成された肩部（段部）にＯリング３６Ｂが配設されるようになっており、したがって、電極保持穴３５ｂは、上記の形状の電極３２を緊密に保持することができるような、途中にＯリング３６Ａ，３６Ｂを収納可能な複数の段部を有する形状を備えた円柱形状に形成されている。
【００３４】
電極３２の組み付けは、電極３２を、電極保持部材３５に対してその流路３９と直交する方向から電極保持穴３５ｂに挿入することにより行われるので、またサーミスタ５０の取り付けも同じ方向から行い得るようになっているので、部品点数を減らしながら、寸法の安定性、即ち、特性のばらつきを抑制し、かつ組み付けの簡単化、自動化（機械化）が可能となる。そして、電極３２の挿入後、位置決め突起部３２ｆの電極保持部材３５から突出した箇所にＣ型やＥ型の止め輪４３を嵌着して、電極３２の固定の完全化を図る構成となっている。止め輪４３に代えプッシュナットや六角ナットによる固定でもよい。
【００３５】
リード線４４の電極３２への取り付けは、電極３２の雄ねじ３２ｅにリード線４４のめがね端子（あるいはフォーク端子）を取り付け、雄ねじ３２ｅに螺合するナット（図示せず）を締めつけることにより、行うことができる。これによりリード線４４の電極３２への取り付けが容易となる。図１０において符号４５はリード線４４（複数）のかしめ部を、４７はバネ座金を示している。また、符号４６は合成樹脂製のケースを、４８は電線組立を示している。
【００３６】
したがって、この電気伝導度センサ３０を図９に示す３電極式から、図１１に示す２電極式に変更したり、あるいは２電極式から３電極式に変更したりするときの回路変更を、簡単に行うことが可能となる。
【００３７】
このように、この電気伝導度センサ３０を透析液の検査用に使用する際、リ−ク電流を減らすために、この分野で一般的な３電極式が好ましいが、更に少し濃度の濃い液体を測る場合は、使用する電極の数を変えて、たとえば、図１１（ａ）に示すように、３電極の隣り同士の２電極を使用するようにすれば、約２倍から３倍の濃度の測定が可能となる。また、図１１（ｂ）に示すように、真ん中の電極を使わずに両側の電極のみで使用すると、約１０倍の濃度が測定可能となる。
【００３８】
上記の通り、この電気伝導度センサ３０によれば、電気伝導度センサ３０の外観形状や流路径、電極間距離を変更することなく、いくつかの濃度の測定が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）電気伝導度センサの電極組み付けは、電極を、電極保持部材に対してその流路と直交する方向から電極保持穴に挿入することにより行われるので、部品点数を減らしながら、寸法の安定性すなはち特性のばらつきを抑制し、かつ組み付けの簡単化、自動化、機械化が可能となる。
（２）リード線の電極への取り付けは、電極の雄ねじにリード線の端子を取り付け、雄ねじに螺合するナットを締めつけることにより行うことができるので、リード線の電極への取り付けが容易となり、その結果、測りたい液体等の濃度に併せて電極の配線を簡単に変更することができる。
（３）上記（２）により、シンプルな構造で部品の共通化をはかることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電気伝導度センサの断面図である。
【図２】図１のＡ矢部の拡大断面図である。
【図３】（ａ）は同端子板の第１例の平面図、（ｂ）は同端子板の第２例の平面図、（ｃ）は同端子板の第３例の平面図、（ｄ）は同端子板の第４例の平面図である。
【図４】図１の電気伝導度センサの変形例の断面図である。
【図５】図４のＣ矢部の拡大断面図である。
【図６】図１の電気伝導度センサの変形例（２電極の例）の断面図である。
【図７】図１の電気伝導度センサの作動回路図である。
【図８】（ａ）は本発明の実施形態に係る電気伝導度センサの正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同平面図である。
【図９】図８の電気伝導度センサの作動回路（３電極の場合）図である。
【図１０】図８の電気伝導度センサの断面図である。
【図１１】（ａ）は図８の電気伝導度センサの作動回路（２電極で２〜３倍の場合）図、（ｂ）は図８の電気伝導度センサの作動回路（２電極ので１０倍の場合）図である。
【図１２】（ａ）は図８の電気伝導度センサの電極の断面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同底面図、（ｄ）は同平面図である。
【図１３】従来の電気伝導度センサの断面図である。
【図１４】（ａ）は図１３の電気伝導度センサの電極の断面図、（ｂ）は同平面図図である。
【符号の説明】
２，３２電極
４リード線
４ａ半田付け
５スペーサ
６，３６Ａ，３６ＢＯリング
７本体としてのケース
８，３８フランジ
９，３９液体等の流路
１０，３０電気伝導度センサ
１１サーミスタ
２１端子板
２２端子板
２３端子板
２４端子板
３１端板
３２電極
３２ａ電極の本体部
３２ｂ電極の鍔部
３２ｃ小径部
３２ｄ流体通路としての横穴
３２ｅ雄ねじ
３２ｆ位置決め用突起部
３５電極保持部材
３５ｂ電極保持部材の穴
４２ナット
４５かしめ（部）
５０サーミスタ

Claims

複数の電極が電極保持部材を介して流路を貫通し包囲するように配置し、前記電極と電極保持部材を直線的に収納した本体ケースを備え、該本体ケース端部に温度センサを設け、前記電極保持部材には、所定間隔を隔てて前記電極を保持するための電極保持穴が複数形成され、該電極保持穴に前記本体の流路に直角な方向から前記電極が挿入されて緊密に保持されるような形状に形成されてなる電気伝導度センサにおいて、前記電極は、円柱体からなる本体部と、該本体部の上部に形成された鍔部と、前記本体部の中心部に液体等の流路を形成する貫通式横穴と、前記本体部の下面に突設された位置決め突起部とからなり、前記本体部の前記流路に直交する側面には一対の切削面が形成されるとともに、前記電極保持穴には前記切削面に対応する平面が形成され該平面を貫通し前記横穴に段差なく前記流路が連通されてなることを特徴とする電気伝導度センサ。