JP2000028049A

JP2000028049A - 合成樹脂製流路部材

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Publication number: JP2000028049A
Application number: JP10200072A
Authority: JP
Inventors: Tamio Ishihara; 民雄石原; Masao Fukunaga; 正雄福永; Yasuyoshi Toyoda; 康良豊田; Katsutoshi Yamada; 勝利山田; Ryosaku Chikaoka; 良作近岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のオンライン水質計に用いられる流路は、
大型で高価であった。そのため、水質計としては、設置
場所の制約や工事費の面から、監視箇所の数が制約さ
れ、事業者が供給する水道水の需要家に近い場所での水
質監視が困難であった。【解決手段】一体成形されて等質的に連続した合成樹脂
塊の内部に流路を形成し、少なくとも試薬の開口を内部
で接続する試薬流路と、試料水の開口を内部で接続する
試料水流路を設け、これらを互いに内部で連通せず、且
つ、互いに交差するように構成した。【効果】本発明によれば、高集積化と高信頼性化が可能
となる。特に、水質計として利用した場合には、従来に
比較して、体積で１０００分の１、価格１０分の１程度
で、測定項目の自由度が高いモジュール構造の超小型の
多項目分析計を実現できる。また、省電力と小流量を実
現し、無配線，無排水システムを可能にし、工事費を大
幅に縮減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部に流路を形成
した合成樹脂製流路部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、従来の流路について、上水道の配
水水質を監視するシステムで用いられる流路を例として
説明する。この監視システムは例えば東京都の自動水質
計測システムがあり、「計測と制御」Ｖｏｌ．３３（１
９９４年発行）６４９ページにシステムとその時用いら
れる水質計に仕様が紹介されている。この配水水質監視
システムにおいては、水質計が事業者側配管網の系統毎
に設置され、系統毎の配水水質を連続的に測定して定期
的にテレメータでセンタに信号伝送する構成をとってい
る。また、配水管末端部分又は需要家側の配水の水質測
定手段としては、手分析による水質計測または可搬式の
水質計でのオフライン計測が行われていた。

【０００３】このようなシステムでは水質計は事業者側
の配水系統毎に配置するので設置台数が少なくて済み、
系統毎の供給水の平均的な水質が把握できる利点がある
反面、最終的に需要家が飲用する水質が把握できない欠
点がある。

【０００４】配水の水質は配水供給点で計測管理されて
いるが、配水管路網を通過する間に水質が低下する。具
体的には殺菌力を保つための残留塩素濃度が配水設備内
や含有物との化学反応によって低下し、管路内の錆によ
る着色のため色度が上昇し、管壁の付着物の剥離等によ
り濁度が上昇する等の例があげられる。これらは系統の
本管でも起こりうるが、むしろ配水管末端部や需要家の
配管内でより顕著にみられる。なぜなら残留塩素濃度は
滞留時間に比例して濃度が低下することが知られてお
り、常時通水のある系統本管に比べて末端配管では滞留
時間が長くなる結果残留塩素濃度は低下し、極端な場合
には濃度がゼロになり殺菌力の失われた水を飲用する需
要家の場合も起こり得る。残留塩素能度が低下すると、
水の殺菌力が低下し、微生物特に病原性微生物（例えば
Ｏ−１５７など）が繁殖する可能性があり、安全・健康
面で社会的な問題をひきおこす。また、安全をみて過度
の塩素注入を行うと残留塩素濃度は確保されるものの塩
素濃度が高くなる結果、いわゆる「カルキ」臭が問題に
なったり、塩素の副生成物であるトリハロメタンなどの
有害物質が生成されて安全面で課題を残す。

【０００５】色度，濁度等についても滞留時間が長くな
る結果、同様のことが言える。特に集合住宅や事業所等
では受水槽があり、その管理が適切でない場合にはこの
問題が顕著に表れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように最終的に需
要家が飲用する配水管末端水の水質を測定してその値が
適切であるかどうかを監視し、適切になるように管理す
るのが理想的な水質管理である。従来これを実現できな
かったのには、まず、水質計が大形（例：１.２ｍ×１.
８ｍ×０.６ｍ）のため需要家である家庭や集合住宅に
は設置できない。また、水質計の単価及び工事費用が高
価なため予算の制約から配備台数には限界がある。ま
た、メンテナンスに専門技術を要し、安全性にも配慮す
る必要から一般家庭への導入は困難であった。一方、手
分析や、可搬式の水質計による配水末端の水質計測では
末端の水質が測定できるものの、結果がでるまでに時間
がかかったり、連続的な水質データが得られないために
一日の変化範囲や非定常時の挙動がつかめない欠点があ
る。

【０００７】この種のデータは非定常時の最大値や最小
値が重要な意味を持ち、それを最小にするためのシステ
ムの運転・制御方法の確立が重要である。この意味から
上記手分析や可搬式の水質計では監視システムの水質計
としては利用できない欠点があった。

【０００８】また、希には配水管末端部分に於いても測
定項目及び設置場所を限定（例えば残留塩素計のみを１
万〜数万世帯当たり１台程度設置）してオンライン計測
が行われていた例はあった。しかしながら、従来システ
ムに使用していたオンライン水質計は、単項目の測定で
あっても浄水場で使用している様な分析計であり、大型
且つ高価であるだけでなく設置場所の確保も困難であ
り、充分な測定項目・測定個所を確保した木目細かな水
質計測が困難であった。

【０００９】特に、装置が大型になるのは、装置内部の
配管が最大の阻害要因であり、そのメンテナンス空間も
考慮するとその比率は更に高くなる。すなわち、配管の
ため流路が大型になってしまうのである。

【００１０】本発明の目的は、配管系の高集積化と高信
頼性化が可能な合成樹脂性流路部材を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、一体成形されて等質的に連続した合
成樹脂塊の内部に流路を形成し、さらに、少なくとも４
つの開口を有し、２つの開口を内部で接続する第１の流
路と、残りの２つの開口を内部で接続する第２の流路を
有し、第１の流路と第２の流路は互いに内部で連通せ
ず、且つ、互いに交差するように構成した。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を用いて説
明する。図２は、立体流路が組み込まれた水質計を使用
した末端配水監視システムの基本的な構成を示す図であ
る。河川，湖沼，井戸等の原水は浄水施設１により飲用
に適した水質に浄化され、配水施設２に送られる。配水
施設２から送出された飲料水は配水本管４，配水系統本
管５から水質計８に入るか、更に水道事業所側配水管
６，需要家側配水管７を通り、水質計８に入る場合があ
る。飲料水の水質をオンラインで測定した水質計８の出
力は無線，有線，衛星等のメディアを通じて管理センタ
３に送られ、そこで必要なデータ処理を行って、水質が
適正な値になるように浄水施設，配水施設の運転条件を
制御する。

【００１３】図３はこのような配水末端監視システムの
需要家における水質計の設置形態例を示す。水道事業者
側の配水系統本管５，水道事業者側配水管６または需要
家側配水管７から分岐した飲料水は、閉止弁１０，水道
メータ９を経て配水設備１１に入るが、同時に水質計８
で複数項目の水質測定が行われる。配水設備１１は配管
網より構成されその内の一箇所から蛇口などの給水栓１
２を経て飲料水が需要家に供給される。水質計８は、水
道メータ９前後に取付け、水道メータ収納箱内に設置で
きる他、マンホール，消火栓，需要家施設内，水道蛇口
付近などの設置にも、容易に設置できる大きさとしてい
る。

【００１４】図４は水質計の内部構成を示すブロック図
で配水管５１，５９，７１から試料導入部１３を介して
導入された試料水は混合分析部１１０により項目毎に所
定のシーケンスで測定されて電気信号に変換され、その
後、信号処理・制御部１８に伝送される。混合分析部１
１０は、試料導入部１３からの試料水を混合する複数個
の測定成分毎の試薬混合部１４ａ〜１４ｃ及び複数個の
計測分析部１５〜１７より構成されている。信号処理・
制御部１８は電源部２０より電源の供給を受けて動作
し、出力／伝送部１９で伝送用の伝送信号に変換された
後無線２５による伝送またはテレメータにより専用線、
または公衆回線を通じて管理センタに伝送される。

【００１５】試料混合部１１０はマイクロファブリケー
ションの採用により超小型の実現されるととともに、消
費電力の低減と試料水及び試薬類の使用量の縮減によ
り、電源の電池化と排水の回収又は蒸発方式の採用が可
能となり、加えてデータ伝送に無線回線を使用し、水質
計設置時の配線及び排水工事を不要にでき、水質計の設
置自由度を飛躍的に向上させる。

【００１６】次に、図１において水質計の具体的構成に
ついて説明する水質計は、図５に示されるように、マザ
ーボード１０１に定量ポンプ（７４，８４）、ポンプ
（８７，９０）、電磁弁（９３，６９，７３，８３，７
５ａ〜７５ｃ，８５ａ〜８５ｃ，８８ａ〜８８ｃ，９１
ａ〜９１ｃ）及び分析部（７６，７７，７８）を取付け
ることにより構成される。なお、８７，８９は具体的に
は実際はダイアフラムポンプである。図１において、マ
ザーボード１０１は点線内部で示される流路を備えてい
る。水道事業者側または需要家側の配水管５１内を流れ
る飲料水(試料水）５２は、配管５３を介してサンプリ
ングされ、手動弁５４，配管５５，減圧弁５６を経て、
更に配管５７，手動弁５８，排水管５９より排水溝６０
に排水する。配管５７より、一定圧に保たれた試料水５
２の一部は配管６１により分岐され手動弁６２を経て試
料水中の大きな異物を除去するフィルタ６３を介して、
さらに、分析計本体６４中の流路６５を介して脱泡槽６
６に導かれる。脱泡槽６６の内部で前記試料水５２中に
含まれる気泡６７は脱泡槽６６の上部に溜まり、随時流
路６８，電磁弁６９，流路７０を介して分析計本体６４
から排水溝６０に廃棄される。

【００１７】一方、脱泡槽６６中の気泡を取除いた試料
水（配水管）７１は、流路７２，電磁弁７３を介して定
量ポンプ７４に導かれる。更に試料水（配水管）７１は
複数個の電磁弁７５ａ，７５ｂ，７５ｃ及び導入孔７１
ａ〜７１ｃを介してそれぞれが独立した項目を分析する
複数個の分析部７６，７７，７８に選択的に送出され
る。該分析部は取付け形状及び配管取合いが共通化さ
れ、他の分析部と全く同一かあるいは互換性を有するよ
うに、前記分析計本体６４に着脱可能に保持されてい
る。また、該分析計本体の外側には液体を内蔵した複数
個カートリッジ７９，８０，８１が着脱可能に保持され
ており、該カートリッジ内部の液体を分析計本体６４に
供給している。カートリッジ７９からの流体（液体，試
薬）８２は、電磁弁８３及び定量ポンプ８４に導かれ、
複数個の電磁弁８５ａ，８５ｂ，８５ｃ及び導入孔８２
ａ〜８２ｃを介して、前記分析部７６，７７，７８に選
択的に送出される。同様に、カートリッジ８０内の液体
（洗浄水）８６はポンプ８７を経た後、複数個の電磁弁
８８ａ，８８ｂ，８８ｃ及び導入孔８６ａ〜８６ｃを介
して前記分析部へ、またカートリッジ８１内の液体（ゼ
ロ水）８９はポンプ９０を経て電磁弁９１ａ，９１ｂ，
９１ｃ及び導入孔８９ａ〜８９ｃを介して前記分析部７
６，７７，７８に選択的に送出される。

【００１８】この時、各分析部の詳細構造は後述する
が、マイクロファブリケーション技術を用いて前記各流
体を混合又は選択し反応させる試薬混合部と計測分析部
とから成っており、非常に小型化された分析計１台分の
機能を有している。各分析を終了した廃液９２は前記流
路７０を経て機外に排出される。廃液９２が有害な場合
や排水設備が無い場合には、電磁弁９３，流路９４を介
して回収容器９５に排出される。

【００１９】さらに、混合分析部１１０の詳細を図５を
用いて説明する。マザーボード１０１は直方体の形状を
なし、その右側側面には試料水の排出側及び導入側のそ
れぞれの電磁弁９３及び６３が対応する導入孔に装着さ
れる。さらに、ゼロ水８９及び試薬８２の導入のための
導入孔８９ａ〜８９ｃ及び８２ａ〜８２ｃが縦方向に並
ぶように形成され、それに合わせるように、電磁弁８８
ａ〜８８ｃ及び電磁弁９１ａ〜９１ｃが装着される。な
お、縦方向に並んだ導入孔の両脇には取付ネジ孔が切ら
れており、このネジ孔にネジを合わせることにより、各
電磁弁（９３，６３，８８ａ〜８８ｃ，９１ａ〜９１
ｃ）がマザーボード１０１に固定される。同様に、左側
側面には、試料水の導入側の電磁弁８３及び７３が対応
する導入孔に装着される。さらに、試料水の導入のため
の導入孔７１ａ〜７１ｃ及び洗浄液８６の導入のための
導入孔８６ａ〜８６ｃが縦方向に並ぶように形成され、
それに合わせるように、電磁弁７５ａ〜７５ｃ及び電磁
弁８８ａ〜８８ｃが装着される。縦方向に並んだ導入孔
の両脇には取付ネジ孔が切られており、このネジ孔にネ
ジを合わせることにより、各電磁弁（８３，７３，８５
ａ〜８５ｃ，７５ａ〜７５ｃ）がマザーボード１０１に
固定される。

【００２０】一方、マザーボード１０１の上面には、開
孔を形成し、定量ポンプ７４，８４，８７を連通させ
て、マザーボード内を流れる流体に送液のための圧力を
与えている。また、上面には、分析部７６〜７８が固定
される。分析部７６〜７８とマザーボード１０１は導入
孔８２ａ〜８２ｃ，７１ａ〜７１ｃ，８９ａ〜８９ｃ，
８６ａ〜８６ｃ，３０９ａ〜３０９ｃを介して接続され
る。

【００２１】次に、マザーボード内に形成される流路を
図６を用いて説明する。マザーボード１０１の裏側の下
端には、図に示すように、試料水５２，流体（試薬８
２），液体（洗浄液８６）及びゼロ水８９を導入するた
めの導入孔が形成されている。マザーボード内部には、
３次元的な流路が形成され、各導入孔と電磁弁及びポン
プが接続される。

【００２２】上記構成において、飲料水用配水管５１か
らサンプリングした試料水５２を、複数個のポンプと電
磁弁をシーケンス制御し、複数個のカートリッジ内の液
体と前記分析部内の試薬混合部に導き反応させ、計測分
析部でその結果を計測するものである。この時分析項目
によっては試薬反応を必要としない場合もあり、その場
合には試薬を選択しないようにしてある。

【００２３】代表的応用例として、試料水５２を水道水
とし、カートリッジ７９内の流体（液体８２）に残留塩
素に反応して発色する試薬（例えばＤＰＤ又はオルトト
リジン）を用い、カートリッジ８０内の液体８６には洗
浄液（例えば、希塩酸又は中性洗剤）、カートリッジ８
１内の液体８９には基準液(例えば純水又は校正液)を選
択しておく。これらを所定のタイミングでシーケンス制
御し、各分析部に導く。例えば分析部７６を残留塩素
計，分析部７７を色度計，分析部７８を濁度計として使
用する。試薬を入れた流体（液体８２）は残留塩素計に
割り当てた分析部７６にのみ使用する。試薬の種類を変
えれば、測定項目を変えることができ、またどの分析部
にどの測定項目を割当てるかの選択も自由である。

【００２４】残留塩素計の場合は試薬反応により試料水
の発色の程度を吸光度法で測定し、色度計の場合は試薬
を使用せず試料水そのものの吸光度を測定するが吸光度
が低いため基準液（純水）との比較測定方式とし、所定
の周期で基準液を測定しゼロ点のベースラインの補正を
行う。一方濁度計は、試薬も基準液も使用せず試料水中
の濁質粒子の数を計数し濁度換算を行う方式とした。

【００２５】このほか、分析部に電極を内蔵したものを
装着すれば、分析部の構造を変更すること無く導電率計
やＰＨ計の機能を加えることができる。

【００２６】また、洗浄液（液体８６）は所定の間隔で
各分析部に導かれ、分析部内の流路やセル，電極などを
洗浄する。洗浄によって生じた異物は、試料水７１(配
水管)又は基準液８９で流し去る。

【００２７】さらに、図６を説明する。内部にある全流
路(流路６５，６８，７０，７２，９２，９４他）は３
次元マザーボード１０１の内部に立体的に形成されてい
る。該３次元マザーボード１０１の外観は直方体を形成
しており、上述の通り、その外周面には、複数個のバル
ブ，ポンプ，分析計などを配管を用いずに直接又はシー
ル部剤を介して保持可能なように複数個の導入孔やネジ
穴が形成されている。この３次元マザーボード１０１の
内部流路は、樹脂の部分を除去し流路部分のみを立体的
に表記すると図６の様になる。従来この様な３次元の立
体流路は実現が困難であり、強いて製作しようとすれば
２次元流路を機械加工した複数枚の板を重ねて接合する
ことにより形成していた。本実施例では、紫外線硬化形
プラスチックを使用し、液体の樹脂に紫外線レーザ光を
選択的に照射し、光の当たった部分のみを硬化させて形
状を形成せしめる光造形法を採用した。この光造形法で
流路に当たる部分には光を当てず未硬化の液体のまま残
し、成形後未硬化樹脂を洗い流すことによって任意の立
体流路を形成可能にしている。使用した樹脂は紫外線硬
化形で透明のエポキシ系樹脂を使用し、流路内部の状態
が外部より観察できる様にした。また光造形法は、特別
の成形型を必要とせずＣＡＤ(computeraideddesign）の
３次元の設計データのみで安価で迅速に実現でき、配管
系接続部の信頼性を向上できる長所がある。

【００２８】図６に示したように流路は、自由な太さや
経路が選択でき、立体的な最短距離で結ぶことや急激な
折り曲げをせずに滑らかな曲線で結び、流体中のゴミや
気泡が溜まりにくくすることができる。

【００２９】またマザーボード内では、流路は立体的に
自由な位置で継ぎ手無しに結合や分岐が可能な為、流体
の混合や分離ができる。図５で説明した脱泡槽６６も具
体的には図６に示す脱泡槽１０４の構造として容易に構
成できる。

【００３０】次に図７に於いて、図４で示した分析部
（７６，７７，７８）の詳細について説明する。なお、
図８に分析部の具体例として分析部７６を示すが、分析
部７７及び分析部７８も同様であるので説明を省略す
る。分析部７７は、混合分析基盤２３０及びフローセル
基盤３２５よりなっており、ネジ孔２２０及び２２１に
ネジ２２４及び２２５をそれぞれ挿入固定することによ
り、フローセル基盤３２５を混合分析基盤２３０の凹部
と３次元マザーボード１０１の間に押圧挟み込む。３次
元マザーボード１０１とフローセル基盤３２５の間はＯ
リング３１０〜317によりシールされる。

【００３１】各分析部は、測定目的により測定原理は異
なるが（残留塩素計及び色度計は所定波長光に対する吸
光度測定、濁度計は散乱光の変化回数を測定する微粒子
数係数法式を採用している。またこのほか導電率やｐＨ
の測定用に電極を内蔵した分析部を取付けることも可能
である）、取付け寸法及び流路の取合いは共通であり、
モジュール化されている。前記３次元マザーボード１０
１の上には３個の分析部がシール部材を介して着脱可能
に構成されており、図５で説明したどの項目の分析部を
どこに配置するかは自由である。測定目的に合わせた分
析部選択と液体供給及び計測のシーケンスを選択するこ
とにより、所定の用途の分析機能を持たせることを可能
にしている。これらの組み合わせの他の応用例として、
同一種類の分析部を３個配置することも可能である。例
えば同一種類の超小型分析部を３個配置し、同時測定し
測定値の信頼性を向上させるとか、故障したら次の分析
部を使用して装置全体の長寿命化を図るなどの応用も期
待できる。

【００３２】分析部７６を残留塩素計として使用する場
合について説明する。分析部７６は試薬混合部２０１
（混合分析基盤２３０）と計測分析部２０２（フローセ
ル基盤３２５）とからなっている。試薬混合部２０１の
詳細構造を図８に於いて説明する。試薬混合部２０１は
シリコンの基板３０１，パイレックスガラスのカバー３
０２の２層構造になっており、マイクロファブリケーシ
ョン技術で製作してある。基板３０１は高純度のシリコ
ンウエハを異方性エッチングにより逆Ｓ字形をし、所定
の角度を有する斜面３０３と平らな底面３０４を有する
流路３０５を形成してある。さらに裏面からも異方性エ
ッチングし、角型をした複数個の貫通穴３０６，３０
７，３０８，３０９と、数十μｍの微細な穴が１００か
ら２００μｍピッチでメッシュ状に並んでいるメッシュ
穴３１０が形成してある。これら複数個の穴は、表面で
前記流路によって連結されている。また該基板３０１の
表面には前記カバー３０２が陽極接合（アノーディック
ボンディング）により接合されている。両者の接合は
ウエハサイズのまま高温真空中で所定電圧を印加するこ
とにより行い、接合後使用サイズに切断して使用する。

【００３３】前記３次元マザーボード１０１から該マザ
ーボード側面に取付けられ電磁弁やポンプの選択的駆動
によって、複数種類の液体（試料水(配水管)７１，流体
／試薬８２，液体／洗浄液８６，基準液８９）の選択的
な供給を受け、貫通穴３０６には基準水８６，貫通穴３
０７には洗浄液８９，貫通穴３０８には試料水（配水
管）７１，メッシュ穴３１０には流体／試薬８２が供給
される。供給された液体は流路３０５内を流れ流路内の
直線部であるセル部３１１に導かれ、貫通穴309を経て
前記３次元マザーボード１０１に排出される。

【００３４】残留塩素測定の場合、液体／洗浄液８６，
基準水８９を停止した状態で試料水（配水管）７１と流
体／試薬８２を所定の流量比で供給し、流路３０５内で
混合する。この時流体／試薬８２は試料水（配水管）７
１の中にメッシュ穴３１０を介して注入される。この為
流体／試薬８２は試料水中に細かく均一に注入されるの
で短時間で拡散し、残留塩素濃度に対応した発色反応を
する。発色した反応液３１２は前記セル部３１１に導か
れその発色度を光学的に計測される。計測時は計測値を
安定させるため一時的に流体を停止する。計測後反応液
３１２は貫通穴３０９より排出される。感度又はゼロ点
の校正をする場合は試料水(配水管)７１の代わりに予め
塩素濃度を測定してある基準液８９を供給し同様の手順
で計測しその測定値を基準値として以後の測定値を補正
する。液体／洗浄液８６は試薬混合部２０１（特にセル
部３１１）の鉱物性あるいは植物性の汚れを除去するた
めに、所定の周期又は汚れの程度に応じて供給され、洗
浄される。

【００３５】図７，図８に戻って、計測分析部２０２に
ついて説明する。計測分析部２０２にはＬＥＤまたはレ
ーザダイオードから成る発光素子２０３と、該発光素子
203の光を集光して前記セル部３１１の斜面３０３に光
を集めるレンズ系２０４，光量変化をモニタする受光素
子２０５が配置されている。また前記セル部３１１内を
透過した光２０６は前記斜面３０３の対向せる斜面３０
３′に反射し、前記計測分析部２０２のほうに戻ってく
る。この光２０７の光量を測定する受光素子２０８を前
記計測分析部２０２の一部に配置した。これら発光素子
２０３，受光素子２０５，２０８，レンズ系２０４と前
記セル部３１１は、互いの相対位置を固定するために分
析部ベース２０９に保持され、更に該分析部ベース２０
９は前記３次元マザーボード１０１に着脱可能に保持さ
れている。

【００３６】他の分析部（色度，濁度）については、分
析部の詳細についての説明は割愛するが、取付け寸法及
び流路の取合いについてはモジュール化し共通である。

【００３７】また、本実施例ではバルブやポンプなどを
３次元マザーボード上に配置したが、これらはマイクロ
ファブリケーションの更なる進歩により試薬混合部とと
もに同一のシリコンウエハ上に形成することが可能であ
り、本分析計の更なる小型化の手段となる。この場合で
も各分析部をモジュール化しておくことは第２の実施例
を図９に示す。なお、第１の実施例と異なる部分のみ説
明し、他の部分の説明は省略する。水道メータ９と水質
計８を一体にした実施例で水質計がマイクロファブリケ
ーションにより小型化されると一体構成も可能となり、
需要家への供給水は水道事業者側配水管６と閉止弁１０
を介して水道メータを流れて流量が計測されるととも
に、その一部は試料導入管２４を介して水質計８に供給
される。全体の標準化と機能の拡張性に大いに効果があ
る。このような構成をとれば、水道メータと水質計を一
体として配管に取付け、水道メータボックスに収納する
ことも可能になる結果、特別な設置場所や設置工事がな
くなり、水道メータをとりつけるのと同じ簡便さで取付
けが可能である。

【００３８】第１の実施例及び第２の実施例を要約する
と以下の通りである。

【００３９】（１）水質計を飲用する末端水に近い配水
管末端付近に設置し、それらの情報を管理センタで統合
管理して最適な水質管理を行う。（２）水質計を配水管
の末端付近のマンホール，消火栓，水道メータ収納箱，
需要家内などにも設置できるように小形化する。（３）
その手段として装置が大型化する原因である試料導入
部，試薬混合部，分析・測定部にマイクロファブリケー
ション技術を導入して小形化する。現状の技術でも体積
にして約１／１０００の小形化は可能である。(４)分析
計内部の配管系を紫外線硬化形プラスティックなどによ
る３次元立体流路を採用し配管（チューブ）の無い構成
とし、省スペースと信頼性向上を図る。(５)装置を小形
化すれば本体コスト，工事費も安くなり、かつマイクロ
ファブリケーション技術はシリコン半導体プロセス技術
の応用なので量産化によって大幅なコストダウンが可能
である。（６）小形化して水道メータ収納箱や流し台の
下部に収納できれば人に触れることもなく、安全性が確
保できる。装置の保守は部品を小型でカートリッジ式に
しておけば一般家庭の人でも出来、危険もない。（７）
連続のオンライン測定に耐えるよう自動サンプリング，
自動試薬混合・反応機構，自動校正，自動洗浄，自動デ
ータ伝送等の機能を必要に応じて備え、それらに消費す
る液量もマイクロファブリケーションによる試料導入
部，試薬混合部，分析・測定部の微細化によりマイクロ
リットルのレベルに抑えられるため連続測定の場合でも
薬液交換の周期を１カ月以上にまでひきのばすことが可
能となる。（８）小型化により省電力化が可能となり、
電源として電池を、信号伝送手段に無線回線使用して外
部配線を不要とし、更に小型化により試料水・試薬の使
用量が減るのでこれらを回収するか蒸発方式を採用し、
排水工事も不要にできる。

【００４０】さらに、効果を纏めると、以下の効果が期
待できる。

【００４１】（１）３次元の立体流路を実現し、超小形
で高信頼，安価な流体系を実現できる。（２）上記によ
り、超小型，低価格の多項目水質計を実現できる。
（３）従来に比べて約１０００分の１程度の体積の分析
計が提供でき、設置の自由度が向上する。（４）マイク
ロファブリケーションの採用で、小形で消費電力の少な
い分析計が実現でき、電池駆動と無線通信を採用するこ
とによって、配線の不要なオンライン多項目水質計測シ
ステムが実現できる。（５）分析部がモジュール化して
あり、測定シーケンスの変更により測定項目の選択，組
み合せ，変更などが容易である。（６）前記３次元の立
体流路を紫外線硬化形の合成樹脂を用いた光造形法を採
用したことにより、ＣＡＤデータを使用しモールド型が
不要で、安価かつ迅速な製造を可能にした。（７）超小
型のサンプリング系が実現できたことにより使用液量が
低減され、液補充に伴うメンテナンス周期を大幅に延長
せしめた。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、高
集積化と高信頼性化が可能となる。特に、水質計として
利用した場合には、従来に比較して、体積で１０００分
の１，価格１０分の１程度で、測定項目の自由度が高い
モジュール構造の超小型の多項目分析計を実現できる。
また、省電力と小流量を実現し、無配線，無排水システ
ムを可能にし、工事費を大幅に縮減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】分析計の内部詳細構成図である。

【図２】システムの構成図である。

【図３】システムの分析計の設置例を示す図である。

【図４】分析計の内部構成図である。

【図５】マザーボードの詳細を示すである。

【図６】マザーボードの内部流路の立体図である。

【図７】分析部の詳細を示す図である。

【図８】フローセルの詳細を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１，２１…浄水施設、２，２２…配水施設、３…水質管
理センタ、４…配水本管、５…配水系統本管、６…水道
事業者側配水管、７…需要家側配水管、８…水質計、９
…水道メータ、１０…閉止弁、１１…排水設備、１２…
給水栓、１３…試料導入部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，
２０１…試薬混合部、１５，１６，１７，７６，７７，
７８…分析部、１８…信号処理・制御部、１９…出力／
伝送部、２０…電源部、５１，５９，７１…配水管、５
２，７２…飲料水、５３，５５，５７，６１…配管、５
４，５８，６２…手動弁、５６…減圧弁、６０…排水
溝、６３…フィルタ、６４…分析計本体、６５，６８，
７０，９４，３０５…流路、６６，１０４…脱泡槽、６
７…気泡、６９，７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，８３，８５
ａ，８５ｂ，８５ｃ，８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，９１
ａ，９１ｂ，９１ｃ，９３…電磁弁、７４，８４…定量
ポンプ、７９，８０，８１…カートリッジ、８２…流
体、８６…液体、８７，９０…ポンプ、９２…廃液、９
５…回収容器、１０１…３次元マザーボード、１０２…
流路開口部、１０３…ネジ穴、２０２…計測分析部、２
０３…発光素子，２０４…レンズ系、２０５，２０８…
受光素子、２０６，２０７…光、２０９…分析部ベー
ス、３０１…基板、３０２…カバー、３０３…斜面、３
０４…底面、３０６，３０７，３０８，３０９…貫通
穴、３１０…メッシュ穴、３１１…セル部、３１２…反
応液。

フロントページの続き (72)発明者豊田康良茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者山田勝利茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者近岡良作茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内Ｆターム(参考） 3H111 AA04 BA15 CA23 DA23 DB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一体成形されて等質的に連続した合成樹脂
塊の内部に流路を形成した合成樹脂性流路部材におい
て、少なくとも４つの開口を有し、前記少なくとも４つ
の開口のうち少なくとも２つの開口を内部で接続する第
１の流路と、前記少なくとも４つの開口のうち少なくと
も残りの２つの開口を内部で接続する第２の流路を有
し、前記第１の流路と前記第２の流路は互いに内部で連
通せず、且つ、互いに交差するように構成されることを
特徴とする合成樹脂性流路部材。
【請求項２】請求項１において、さらに、他の流路を内
部で立体的に形成せしめたことを特徴とする合成樹脂性
流路部材。
【請求項３】請求項１において、外周面に１個または複
数個の流体制御手段を取付け可能とし、前記流路を流れ
る流体は前記流体制御手段で制御可能なことを特徴とす
る合成樹脂性流路部材。
【請求項４】請求項３において、さらに、前記流路を流
れる流体を分析する分析手段を有し、前記分析手段を直
接またはシール部材を介して取付け可能としたことを特
徴とする合成樹脂性流路部材。
【請求項５】請求項３に於いて、前記制御手段と前記分
析手段を連結する流路を備えたことを特徴とする合成樹
脂性流路部材。
【請求項６】請求項１において、１種または複数種の水
または大気などの流体を取り込み分析するように構成さ
れ、該流体、これを分析するための試薬，基準液、また
は前記流路を洗浄するための洗浄液を選択的にサンプリ
ングするバルブ手段及びポンプ手段と、前記サンプリン
グされた流体を分析する分析手段とを有し、これらを接
続する複数個の流路を別体で形成せしめ、且つ、上方に
保持せしめたことを特徴とする合成樹脂性流路部材。
【請求項７】請求項１において、合成樹脂は紫外線硬化
樹脂であることを特徴とする合成樹脂性流路部材。
【請求項８】請求項７において、前記合成樹脂は紫外線
硬化の性質を有し、光造形法を用いて前記合成樹脂の流
路を形成し、前記流路は紫外線を照射されずに未硬化状
態の樹脂を除去洗浄することにより形成したことを特徴
とする合成樹脂性流路部材。
【請求項９】請求項８において、前記合成樹脂は紫外線
硬化形のエポキシまたはウレタン樹脂であることを特徴
とする合成樹脂性流路部材。
【請求項１０】請求項６において、バルブ手段，ポンプ
手段及び分析手段は、それぞれ複数個のモジュール化さ
れたユニットからなり、前記ユニットが上方に保持され
てなることを特徴とする合成樹脂性流路部材。
【請求項１１】請求項６において、内部の流路の一部
に、流体の混合または分離機能を持たせたことを特徴と
する合成樹脂性流路部材。
【請求項１２】請求項１に於いて、前記流路は３次元的
に滑らかに形成されて成ることを特徴とする合成樹脂性
流路部材。
【請求項１３】請求項１において、合成樹脂は透明又は
半透明の樹脂であることを特徴とする合成樹脂性流路部
材。
【請求項１４】請求項１において、別体に保持されたモ
ジュール化された制御手段及び分析手段を有し、前記制
御手段及び分析手段の一部または全部は、着脱可能であ
ることを特徴とする合成樹脂性流路部材。
【請求項１５】請求項１において、前記４の開口を含ん
で６の開口を有し、前記６の開口のうち３を第１の開
口、第２の開口及び第３の開口としたときに、前記第１
の開口の他方端の開口は試料が導入可能であり、前記第
２の開口は他方端の開口から試薬が導入可能であり、前
記第１の開口と前記第２の開口が別体構成の流路と接続
して前記試料と前記試薬が混合され、さらに、前記別体
構成の流路は前記第３の開口と連通し、前記第３の開口
の他方端の開口を介して外部に排出可能に構成されるこ
とを特徴とする合成樹脂性流路部材。
【請求項１６】請求項１５において、流体に含まれる気
泡を排出する気泡抜きを内部に形成したことを特徴とす
る合成樹脂性流路部材。
【請求項１７】請求項１６において、前記第１の開口と
前記第２の開口の少なくとも一方と前記第３の開口はほ
ぼ垂直の位置関係であることを特徴とする合成樹脂性流
路部材。
【請求項１８】請求項１７において、前記第１の開口と
前記第２の開口はほぼ同一面に形成されることを特徴と
する合成樹脂性流路部材。
【請求項１９】請求項１８において、前記第１の開口か
らの流路は少なくとも２つの流路に分岐し、前記第１の
開口と共に第４の開口に接続することを特徴とする合成
樹脂性流路部材。
【請求項２０】請求項１９において、前記流路の内少な
くとも３つの流路は一部で互いに平行の位置関係である
ことを特徴とする合成樹脂性流路部材。