JP3861193B2 - 電気伝導度センサ - Google Patents
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Description
【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,36B O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 (1)
- 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。
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