JP2002513933A - 交換可能な測定電極システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転可能なシャフト（２１）に交換可能に設けられた測定体（２２）を有する測定電極システム。この回転シャフトは、スプリング負荷がかけられた接触ピン（２５、２６）を備えている。この測定体がシャフトに取り付けられると、測定体を貫通して延びる電極（１６、１８）は接触ピンと電気的接続状態になるであろう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、溶液内の一種類または数種類の化学物質の内容の電気化学的決定の
ための測定装置で使用するための測定電極システムに関し、特にこれに適応した
回転可能なシャフト上の交換可能な測定体に関する。

【０００２】 （背景技術） 溶液内の化学成分（以下、「検体」と称する）の従来の電流測定による決定は
、多数の、典型的には３個の電極を検体溶液内に浸漬することによって行われる
。電気化学的測定時には、溶解すると溶液の伝導率を増加させるイオン形成塩、
その他イオン形成化合物といった電解質が通常、検体溶液に加えられる。これら
３個の電極は、作用電極（ＷＥ）、参照電極（ＲＥ）および対向電極（ＣＥ）と
呼ばれる。少なくとも１個の作用電極は必要であるが、特定の所望のタイプの測
定に有利であれば、何個でも追加の作用電極を使用することに制限はない。

【０００３】 参照電極は、一定の明確に決められた電位を維持するように設計される。この
電位に関しては外部の電子装置、ポテンショスタットを用いて、プラスまたはマ
イナスの一定の電位が作用電極に印加される。この電位に曝される電解液内の検
体が作用電極で反応を受けると、作用電極と対向電極との間に電流が流れるであ
ろう。この電流は測定することができ、また溶液内の検体の濃度を反映している
が、測定された電流の方向は、作用電極で酸化プロセス、還元プロセスのいずれ
が起こっているかによって決まる。

【０００４】 理想的には、上記のような３電極システムの参照電極には電流は流れない。最
も単純な場合には、作用電極と対向電極との間で測定される電流は、検体濃度に
正比例する。対向電極に発生する化学反応は通常、測定の観点からは興味ないも
のである。したがって対向電極は、検体溶液から分離されることが多く、多孔質
の焼結ガラスフィルタを介して電気的に検体溶液と接続された液体内の別のレセ
プタクル（コンセント）に配置される。

【０００５】 同様にしてポテンショメータの代わりに、一定の電流を送り出す制御装置を使
うことができ、それによって得られる作用電極にかかる電位が測定される。

【０００６】 ある一定の条件下で、参照電極と対向電極は合体させることができる。これは
、この合体した電極における電気化学的プロセスの速度が作用電極における検体
測定に関して電流制限にならないように、対向電極で起こっているプロセスが電
解質の成分に関して可逆であるときに可能である。

【０００７】 電流測定による測定中に経験する困難は、作用電極に隣接する境界層において
溶液内の明確に決められた条件を達成することである。このような明確に決めら
れた条件は、濃度の決定といった有効な判定を引き出せる信頼度の高い測定結果
を得るために重要である。作用電極でプロセスが起こる速度は、溶液内の検体と
この電極との間の境界層を横切る電子の転送速度によって、および／または溶液
を通ってこの境界層に行く検体の移送速度によって規定される。

【０００８】 電極への検体の明確に決められた移送を達成するために、作用電極は回転させ
られる。したがってこれは通常、１個または数個の電極、通常は作用電極を備え
た円筒体として形成される。典型的な実施形態では、中央の円板型ディスク電極
とその外側の環状リング電極とが、平らな端面上に配置され、それによってこれ
ら両電極は作用電極になる。

【０００９】 このような構成は、回転リング・ディスク電極と呼ばれる。作用電極に加えて
参照電極と対向電極も同様に、回転可能な構成体に統合できるであろう。

【００１０】 Ｇ．Ｅｉｃｋｍａｎｎの米国特許第４，８８９，６０８号には、１個の電極を
含む電極システムが記述されており、この電極は交換可能な電極取付け具に配置
されており、この電極取付け具はアダプタを介して長い中実の金属シャフトに装
着され、このシャフトは電気導体としても機能している。電極を変えるとき、こ
の電極取付け具は電極の交換ができるように取り外される。

【００１１】 米国特許第４，８８９，６０８号による電極の交換は、特殊の工具を必要とす
る。その代替として電極取付け具全体が取り替えられる。しかしながら、この電
極取付け具は、これを比較的高価にする数個の部品を含んでいる。更に、この電
極システムは、単一電極の場合にだけ適応している。

【００１２】 したがって任意の数の電極に関して単純化された交換可能な電極システムの必
要性が存在する。

【００１３】 （発明の要約） 本発明の目的は、請求項１に記載のように、容易に交換可能な測定体を有し、
任意の数の電極の使用を可能にする測定電極システムを提供することである。

【００１４】 本発明によればこの目的は、回転可能なシャフトはスプリング押圧された接触
ピンを備えており、各接触ピンは測定体取付け時に電極の一方の端部に接触させ
られ、この電極は測定体の外側に第２の端部を備えていることを特徴とする測定
システムの回転可能なシャフトに浸透しないように接続可能な、一般に円筒形の
測定体によって達成される。

【００１５】 本発明によれば、この測定体は、可動部品なしで非常に単純に製造できる。更
に、これは、対応する数の電極を備えることによって任意の数の接触ピンに適応
できる。

【００１６】 本発明の例示的実施形態は、下記の付属図面に示した実施形態により、以下に
更に詳細に説明される。

【００１７】 （実施形態の詳細な説明） 先ず、図１の概略図を参照しながら背景として一般的用語で、典型的な従来型
測定システムを説明する。典型的な従来型測定システムは、シャフト１に取り付
けられた測定体２を含んでいる。このシャフトは今度は、測定体とシャフトとを
回転可能にするために、連結装置４を介して電動機５に接続されている。この電
動機は、スタンド７に取り付けられている。

【００１８】 測定体２の底面には、少なくとも１個の作用電極６が配置されている。この作
用電極は、シャフト１を通って走るリード（図示せず）と従来型集電接続部８と
ケーブル９とを介してポテンショスタット１０に電気的に接続されている。参照
電極１１と対向電極１２は、それぞれケーブル１３、１４を介してポテンショス
タットに接続されている。

【００１９】 使用時に、これらの電極６、１１、１２（作用電極６は回転する）は、容器２
０内の電解質・検体溶液１９に浸漬される。この作用電極に電圧を印加すること
によって作用電極に電流が発生し、集電接続部８を介してポテンショスタットに
伝達される。このポテンショスタットは、受信した電流信号に基づいて測定信号
１５を記録手段１７に出力する。電力供給ケーブルは、分かり易くするために図
１では省略している。

【００２０】 本発明は、回転可能なシャフトと測定体との改良された設計に関している。本
発明の第１の実施形態は、図２に示されており、この図は、交換可能な測定体２
２を有する回転可能なシャフト２１の下部セクションの横断面図を示している。

【００２１】 測定装置が動作する環境に耐える適当な材料で作られた回転可能なシャフト２
１は、環境との通信のための集電接続部（図２には図示せず）への電子的リード
２３、２４を中に収容するために中空になっている。

【００２２】 この回転可能なシャフト２１の下部セクションには、固い接触ピン２５、２６
が配置され、これらのピンは例えば、はんだ付けによって電気リード２３、２４
に接続される。接触ピンの数は、測定装置が適応する電極１６、１８の数に対応
しており、図２では２個である。

【００２３】 各々の接触ピン２５、２６は、シャフトの中心軸２１に対して基本的に平行に
、長い内腔３０を通って延びている。

【００２４】 上部３２と下部３３とに分割された収縮管は、接続ピン上で収縮し、シャフト
の底部セクションに関して絶縁手段として役立つが、硬化手段としても機能する
。上端部では、こうして硬くされたリードは、回転可能なシャフトの中空内部の
底の中心に配置された凹み３５の溝３９に設けられた座金３４の孔を通って隙間
を保ちながら延びる。この座金は、ポリアミドＰＡといった固い、好ましくは電
気的に絶縁性の材料で作られる。座金は、従来の固定リング３６によってこの溝
に固定される。

【００２５】 座金３４の下ではあるが、凹み３５の底よりは上に、スリーブ３７によって下
部収縮管３３から分離された上部収縮管３２がある。このスリーブは、各接触ピ
ン毎に、圧縮スプリング３８の一端がスリーブの上端に接し、圧縮スプリングの
他端が座金３４に接しているように、収縮管より大きな直径を持っている。この
ようにして圧縮スプリングは、ピンが常に下方に押圧しているように、各接触ピ
ンにそれぞれバイアスをかけるであろう。同時に各スリーブ３７はそれぞれ、各
内腔３４より広くなっていて、それによって測定体が取り出されるときに接触ピ
ンがシャフトから押し出されるのを防止している。

【００２６】 回転可能なシャフト２１に適応した交換可能な測定体２２は、ポリイミドＰＡ
といった適当な機械的および化学的性質を有する材料から形成される。

【００２７】 図２に示され、図４、５に更に詳細に示されている測定体２２の実施形態は、
Ｏリング２９の締付け力によって回転可能なシャフト２１上の適所に保持された
、底部を有する中空円筒として形成されている。このＯリングは、回転可能なシ
ャフトと測定体の内側それぞれの溝４１、４２に配置され、それによって溝の形
状と寸法とは、測定体が手で取り付け取外しできるように、またこのＯリングが
密封手段として働くように選択される。

【００２８】 ２個の電極１６、１８は、測定体２２の底を貫通して導入される。電極１８の
一つは、輪の形をしており、こうして測定体はリング・ディスク電極に対応する
であろう。これらの電極は、各電極の一方側が測定体の外側底面に露出して分析
すべき溶液に接触するように、またこれに対して各接触ピンの他方側がシャフト
内のそれぞれの接触ピン２５、２６に接触することに適応するように、測定体の
底部の両側に露出している。

【００２９】 接触ピン２５の一つを回転可能なシャフトの中心に配置し、第２の接触ピン２
６をシャフト中心からリング電極１８の半径に対応する距離だけ離して配置する
ことによって、測定体の角度位置には関係なく適当な接続状態で測定体がシャフ
トに取り付けられるという効果が得られる。

【００３０】 測定体をシャフトに固定するとき、接触ピンは測定体の内側電極面によってシ
ャフトに押しつけられ、それによって各圧縮スプリングからの反作用により良好
な電気接触が与えられている。

【００３１】 ねじでシャフト２１に取り付ける測定体２２の第２の実施形態は、図３に示さ
れている。この実施形態ではＯリング４３は、密封のためにだけ使われている。
ねじ４４は、測定体と、シャフトの下部セクションの凹み４５の内側とに設けら
れており、これによって測定体がシャフトにねじ込み固定されることを可能にし
ている。前述の実施形態と同様に、接触ピンを対応した位置に配置しているリン
グ・ディスク構成は、常に適切な電気的接続状態を与えるが、測定電極が他の位
置であると、測定体がシャフトにねじ込まれるときに電極が常にそれぞれの接触
ピンの直下の位置で終わるような精度で測定体とシャフトとの間のねじ結合を形
成することが必要となり得る。

【００３２】 この第２の実施形態による測定体は、小形で簡単な設計という利点を有するが
、電極交換時のねじ込み作業は不便であると感じられるかもしれない。

【００３３】 測定体をシャフトに取り付けるためには、いわゆるバヨネットマウントも有用
である。本技術に精通する人であれば誰もが知っている適当な仕方で設計できる
バヨネットマウントは、シャフトに関して測定体を高精度で位置決めできる利点
を持っているが一般に、やや高価である。

【００３４】 すべての部品を完全に利用する可能性は失われるが、シャフトが多数の接触ピ
ンを備えている場合でもそれより少数の電極を有する測定体が同様に使用でき、
またその逆も可能であるということに留意すべきである。

【００３５】 こうようにして本発明は、単純な電極交換手順を可能にするための、任意の数
の電極を有する低価格の測定体とそれに適応したシャフトとを提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来型測定システムの概略立面図である。

【図２】 本発明による回転可能なシャフトと交換可能な測定体との第１の実施形態の横
断面図である。

【図３】 本発明による回転可能なシャフトと交換可能な測定体との第２の実施形態の横
断面図である。

【図４】 図２に示す測定体の分離した横断面図である。

【図５】 図４の測定体の上面図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１１月７日（２０００．１１．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定電極システムにおける回転可能なシャフト（２１）であ
   って、 前記シャフトはシャフト端部で終わる内腔（３０）内に可動的に設けられた少
   なくとも一つの接触ピン（２５、２６）を含む一端部を備えており、前記接触ピ
   ンは更に、接触ピンが前記内腔を完全に貫通することを防止する閉鎖手段（３７
   ）を備えており、また前記シャフトは、前記接触ピンをシャフトの外方向に押圧
   する反発手段（３８）を含み、前記シャフトは更に、交換可能な測定体（２２）
   を保持する手段（４３、４４）を含んでいることを特徴とする前記回転可能なシ
   ャフト。
2. 【請求項２】 少なくとも一つの電極（１６、１８）は前記測定体を貫通し
   て固定的に設けられており、前記電極は前記シャフト内の接触ピン（２５、２６
   ）と接触するように構成されて、前記シャフトに取り付けるための手段（４２、
   ４４）を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の回転可能なシャフト（
   ２１）に取り付けるための測定体（２２）。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の回転可能なシャフト（１）と請求項２に記
   載の測定体とを含むことを特徴とする電気化学的測定のための測定装置。