JP2006078389A - 漏水検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で信頼性の高い漏水検知を行うことが出来る漏水検知装置を提供する。
【解決手段】水が浸水し得る容器に吸水膨張材を収容し、該吸水膨張材の吸水による体積膨張に伴う圧力で少なくとも一電極を移動させるか、電極とは別の短絡用導体を移動させることによって、ランプやスピーカーといった警報装置に接続した電極間の導通を開閉することで漏水を検知する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造ライン等の漏水を検知する装置（以下、漏水センサーという。）に関するものである。

近年、電子、化学、バイオ等の分野では装置の冷却水から純水に至るまでが多くの水が用いられている。従って、純水に至るまでさまざまな種類の水に対して検知能力のある漏水センサーの開発が望まれている。特に半導体製造ラインでは純水の使用個所が多く、漏水の発見が遅れるとその近隣の半導体製造設備等に多大の被害を及ぼす恐れがあるから、漏水検知器による純水の検知を省くことはできない。

従来の漏水センサーの最も基本的なアイデイアは、導線２本をそれぞれ紙などで包み、さらにその２本の導線を束ねて、漏水を感知する場所にセットするものである（実用新案登録文献１参照）。漏水が起きた場合には、紙に浸透した水分が2本の導線間の電気抵抗を低下させるので、これを電気的に感知し、警報を出すようになっている。

その他、いろいろの漏水センサーが提案されているが、原理的には上記実用新案登録文献１の提案の延長線上にあるアイデイアである。即ち、漏水感知部をテープにしてテープの両端に電極をつけてこの電気抵抗の変化を感知するもの、あるいは絶縁紙を挟んだコンデンサー形式をとり、絶縁紙に水がしみ込むと静電容量が変化するのでこれを感知するなどの提案が挙げられる。また、風呂の給水量が所定の量になったことを知らせたりする、水位を測る形式のフロート式のものも漏水センサーの一種であるが、水位を対象とすることからも容易に想像できるように、大量の水が主な対象であり、この点で少量の水を検知しなければならない半導体工場等で使用される漏水センサーとは一線を画するものである。
実用新案登録第３０９４００２号

先に述べたテープ式のものは、超純水等の絶縁抵抗の大きな漏水は感知できないが、静電容量変化をみるものでは感知可能であるといったように、それぞれ一長一短を有する。テープ式のものにおける超純水の感知の問題に対しては、テープに予め金属イオンを浸透させておくなどの提案もあるが、いずれにしても高感度の電気的検知器が必要である。容易そうにも思える電気的検知であるが、酸やアルカリを含んだ水から純水に至るさまざまな電気抵抗をもった水を対象とし、かつ絶縁テープ等の湿りの程度の判断が必要であり、どのような基準で漏水と判断するかということなど難しい点もあり、これらの点への配慮を欠くと誤報などの問題が多発する。更に、回りに鉄などの磁性体があると、その影響を受け誤作動を引き起こすという問題もある。

本発明は、従来の装置が複雑な電気的測定系などを必要としたために高価となり、そのため、多くの装置を配置し得ないので、きめの細かい漏水チェックが困難であったことに鑑みなされたものであり、安価で信頼性の高い漏水検知を行うことが出来る漏水検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明者は鋭意研究の結果、吸水性ポリマーのような吸水膨張材の体積膨張に伴う圧力によって電気的スイッチの開閉を行えば、安価で信頼性の高い漏水検知を行うことが出来ることを想到し、本発明に到達した。

即ち、本発明は、水が浸水し得る容器に吸水膨張材を収容し、該吸水膨張材の吸水に伴う体積膨張を検知することによって漏水を検知することを特徴とする。体積膨張の検知は、好ましくは電気的開閉若しくは電極間静電容量の変化によって行われる。

前記吸水膨張材の体積膨張に伴って移動する部材により、電気的開閉を行うのが好ましい（請求項２）。

電極若しくは短絡用の導電体を移動させることにより、電極間を短絡若しくは離間させて電気的開閉を行うのが好ましい（請求項３）。

電極若しくは短絡用の導電体の移動に伴う電極間静電容量の変化を検出することもできる（請求項４）。

前記吸水膨張材の体積膨張に伴って移動する部材が遮光板であり、該遮光板を発光素子と受光素子の対向部間に前進若しくは後進させることもできる（請求項５）。

前記吸水膨張材としては、吸水性ポリマーを使用するのが好ましい（請求項６）。

前記吸水膨張材の体積膨張によりミラーを駆動し、光源からの光を該ミラーにて反射せしめることにより、光検知器に光を入射せしめるか、あるいは予め入射させておいた光の角度を変えて非入射状態にすることで漏水を検知するようにすれば、あまり体積膨張しない吸水膨張材でも使用することが出来る（請求項７）。

本発明によれば、安価な吸水膨張材を使用し、膨張により電気的接続をなすものであり、漏水検出部自体がスイッチであるので、従来のように導電率変化を感知しその値によってスイッチを開閉させるといったような余分の電気回路が不要となる。その結果、安価に構成できると共に、機械的な移動を伴うものなので、動作が確実であるから、信頼性の高い漏水検知を行うことができる。

また、本発明の漏水センサーは、ラインセンサーとすることもできるので、半導体工場等にきめ細かく、漏水センサーを配置することができるため、半導体製造ラインの安全性や安定性が格段に向上するほか、極めて安価であるため、一般家庭を含めて漏水の危険のあるあらゆる場所に設置が可能となる。

本発明に使用する吸水膨張材は、水を吸収することにより、体積が１．５倍以上、好ましくは２倍以上に膨張するものであればいずれも使用することが出来る。

このようなものとして、特に好ましくは、一般にはたんぱく質やセルロースなどの天然素材（人工的合成されたものもある）で作られた吸水性ポリマーと呼ばれている素材が挙げられる。吸水性ポリマーには、乾燥時に対して、水を吸収するとその体積が１０倍以上になるものもあるが、これは本発明に特に好適に使用される。

吸水性ポリマーは、幼児用等のオムツや土嚢などに幅広く使用される素材である。土嚢を例にとると、水分を吸収していない時は体積も小さく軽いために運搬が容易であるが、一度水を吸うと体積は数十倍以上にも膨張し、体積相当の水の重さにまでなるため、水害等における土嚢として活躍している。

図１は本発明の原理を示すためのものであり、図１（ａ）は、円筒状容器１１に吸水性ポリマー１２を入れ、これに落し蓋１３を落とし込んだ状態を示した横断面図である。吸水性ポリマー１２１が水分を含んだ状態を図1（ｂ）に示したが、先に述べた土嚢の例から容易に想像できるように、吸水性ポリマー１２１は体積膨張し、落し蓋１３を持ち上げる。本発明の漏水センサーは、図１（ａ）から図１（ｂ）への吸水性ポリマーの体積膨張を検知するものである。

本発明の漏水センサーの最も原理的な実施例を図２の概略図で示すが、落し蓋１３を金属で形成し、容器１１の上部の落し蓋の対向位置に電極２１を固定し、落し蓋１３と電極２１との間に電池２３とランプ２４を直列に接続する。容器下端のメッシュ２２から水が浸入して、吸水性ポリマー１２が吸水、膨張すると、落し蓋１３と電極２１が電気的にショートし、ランプ２４が点灯するようになっている。この漏水センサーを常時オフ型（ノーマルオフ型）と呼んでいる。

本発明に好適に使用し得る吸水膨張材としては、最近、開発されたものとして架橋ポリグルタミン酸などが、また、特願平11-343101号明細書に開示されているような高吸水性ポリマーとゴムとの複合材として開発された水膨張性ゴム等が挙げられる。因みにこの水膨張性ゴムは、350ｇのシート状のゴムが水を吸収するとわずか数分で15ｋｇになるとされている。さらに特許公開２００４−２５６０４号、米国特許第４，５００，３１５号公報、特開平２−７４２５４号公報などに開示されているように、吸水性ポリマーが水を吸いやすいように種々の構造体としたものが挙げられる。本発明ではこれらも含めた総称として吸水性ポリマーと呼んでいるが、水を吸収することでその体積が１．５倍以上になり、かつ吸水した状態の吸水材に外圧１ｋｇ／cm^２をかけても水を吸収する前の体積の１．５倍以上を保つ、すべての吸水膨張材を使用することが出来る。なお、稼動部材を軽量化するならば、例えば食材としての高野豆腐でも１ｇ／cm^２程度の力で稼動部材を働かすことができることが判明した。すなわち、稼動部材を動かすに必要な力は、吸収材と稼動部材に応じて適宜、設計すれば良いわけである。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図３以外の実施例は全て常時オフ型の例を示したが、図３に示したように常時オン型に変更できることは勿論である。

図３は、本発明の実施例を示すものであり、底面をメッシュ２２に形成した円筒状容器１１に吸水性ポリマー１２を内装し、同吸水性ポリマー１２上の円板状落し蓋１３に円筒状絶縁体２５を載置し、同絶縁体２５上端に導体２６を固定し、同導体２６下面に固定した短絡用導体２７が電極２１に着脱し得るように嵌合している。水がメッシュ２２から容器１１内に侵入して、吸水性ポリマー１２が水を吸水して金属製落し蓋１３と絶縁体２５を持ち上げると、導体２６に固定された短絡用導体２７が一緒に上昇して抜けて、電極２１と落し蓋１３の導通が切断される。このときダイオードに電流が流れランプが点灯する。図２のタイプを常時オフ型、図３のタイプを常時オン型（ノーマリオン型）と呼ぶ。

図４及び図５は、本発明の他の実施例を示すものであり、落し蓋１３である第１電極上面に円柱状突起３２を設け、容器１１上部に前記第１電極１３と対向して第２電極２１を設け、同第１電極１３と第２電極２１との間にコイルスプリング３１を介装した例を示す。この状態では、コイルスプリング３１は落し蓋１３の重みで伸びた状態になっている。突起３２とコイルスプリング（プラスチックバネ）３１を設けたことによって、第１電極１３は上昇し易く且つ第２電極２１と突起３２を介して接しやすいようになっている。この実施例のように、突起３２に導電性ゴムのようなものを使用すれば、落し蓋１３が水平に上昇しなくても点接触とはならないので安定に動作する。メッシュ２２から水が浸入し、吸水性ポリマー１２１が膨張すると、図５に示すように、コイルスプリング３１の力によって突起３２は容易に上昇して、第２電極２１に接触する。尚、円筒容器１１下端の容器外側の外周部には、漏水センサーを固定するための両面粘着テープ３３が貼着されいる。

図６〜図８は、本発明の他の実施例を示すものであり、落し蓋（駆動部材）１３には電極を設けず、円筒状容器１１上部に固定した円板状絶縁体４４下面に、図８に示すように、第１電極４２と第２電極４３とを対向して設け、落し蓋１３上面に固定した導通電極４１は、吸水性ポリマー１２が吸水すると図７に示すように、導通電極４１が上昇して第１電極４２と第２電極４３をショートする。尚、導通電極４１は、導電材から形成され、電極とを接し易くするため、外周はリング状凸部に形成されている。

図９及び図１０は、上記実施例の導通電極４１と落し蓋１３との間にゴム等の弾性体５１を配置し、吸水時における電極との安定な接触を実現した例を示す。

図１１及び図１２は、上記実施例において、落し蓋１３を、外周を下方に屈曲させた逆皿形に形成し、吸水時に水平上昇可能にすると共に、横向きにしても安定して駆動するようにした例を示す。

上記実施例では底面にメッシュ２２を設けたが、これはスリットであっても良く、要は外部から水が通過できるものであればよく、その形状、材質等は特に限定されない。

図１３及び図１４は、上記実施例のメッシュ２２を設けず、底板７１とし、側面の所定の高さに吸水孔７２を設けることによって、水掃除程度の漏水には反応しないようにした例を示す。

図１５及び図１６は、上記実施例において、落し蓋１３と吸水性ポリマー１２との間を分離板５２で上下の２室に区切り、同分離板開口にジャバラ状の伸縮部材５３を連結し、同伸縮部材５３で落し蓋１３を持ち上げるようにした例を示す。吸水孔７２から水が浸入して、吸水性ポリマー１２が膨張すると、図１６に示すように膨張した吸水性ポリマー１２１がジャバラ状伸縮部材５３内に入り込んで、落し蓋１３を上昇させる。このように構成すると、上昇部の吸水性ポリマー１２１の体積が減少するので、同じ体積膨張でも落し蓋の可動範囲が拡大する。

図１７及び図１８は、吸水性ポリマーを伸縮可能な透水性の用紙等で封入９１した例を示すものであり、このように構成することによって、ごみ（粉塵）の発生等が防止される。

図１９及び図２０は、吸水性ポリマー（ペレット状に圧縮形成）９１が膨張する室５４が狭くなるように上端開口部に向けて先細の径に形成し、先端に上端が閉鎖した小円筒状部５５を連結した例を示す。このように構成すると、封し吸水性ポリマー９１が上昇するにつれて、吸水性ポリマー収納部が細くなっているので、吸水性ポリマー量を少なくしても、可動量を大きく取ることが出来る。

図２１及び図２２は、ラインセンサーとした本発明の実施例を示すものであり、下端がメッシュシート２２’、上端が絶縁材５６で形成され、長さ方向に壁体５７を等間隔で立設して多数のセンサー室５８を形成している。該多数のセンサー室５８の各々は吸水性ポリマー１２に接して上下の２室に分離する導電性ゴムシート５９両端を前記壁体５７に固定し、上端の絶縁材５６下面には、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、短手方向に分離電極ａと分離電極ｂとを間隔づけて固定した例を示している。

図２１（ｃ）に示すように、導電性ゴム５９を一電極とし、分離電極ａ，ｂを他方電極としている。漏水場所の特定が不要なら、壁体５７を設けず分離電極ａ，ｂを全て短絡するように構成すればよい。図２１は導電性ゴム５９が導通用導体としての役目を果たす場合の例を示すものであり、図２１（ａ）は電極部分だけの側面図、図２１（ｂ）はそれを下から見た図である。分離電極がａとｂに分かれており、吸水性ポリマー１２が吸水して膨張すると、導電性ゴムシート５９が上昇し、分離電極ａ，ｂと接して短絡する。漏水場所を特定したい場合は、図２１及び図２２のように構成し、電極を分離電極とするが、ａあるいはｂのどちらかは一体物あるいは短絡でよい。

図２２は、図２１（ｃ）の斜視図であり、図２２中、一点鎖線で囲われた面での断面図を図２１（ａ）に示している。この構造の漏水センサーは、ラインセンサーに限定するものではなく、単一の室に分離すれば、単体のセンサーとしても使用できることは勿論である。

吸水材の交換は、例えば多くの実施例で記載したメッシュ底２２，２２’に当たる部分を、外せるように（ペットボトルの蓋に多数の穴を開けたようなもの）構成すればよい。この場合、吸水材は吸水ポリマーを伸縮可能な（例えばジャバラ状）透水性の用紙等の袋中に封入したものを使用すれば、より交換が容易となる。また、図２１、図２２で示したラインセンサーは最も簡単な例を示したが、他の実施例で示した単体センサーをラインセンサーに拡張できることは言うまでもないことである。

図２３（ａ）はフォトカップラーそのものと検出回路の基本概念図であり、フォトカップラーそのものは発光素子０１４と受光素子０１３を対向させて対向部に隙間をあけてモールドすることで一体化したものである。対向部の隙間に遮光板０２１を出し入れすることによって、接続の開閉を行うものであることは広く知られた安価な技術である。本発明では吸水性ポリマー９１の吸水による膨張を利用して遮光板０２１を出し入れするわけである。尚、図２３は常時オン型であり、次の図２４は常時オフ型である。

図２４は、遮光板０２１はメッシュ２２に固定され、吸水性ポリマー９１が吸水していない状態では図２４に示したように、フォトカップラーは遮光状態にある。吸水した状態では図２５に示したように、吸水性ポリマー９１の体積膨張により相対的にフォトカップラーは持ち上げられる結果、遮光板０２１が下がり、フォトカップラーはオン状態になる。尚、図２４及び図２５において、フォトカップラー部をコイルとし、遮光板０２１を磁石にすれば、コイル中で磁石が移動するわけであるから、コイルには電流が誘起される。この電流或いは電荷を外部回路で検知して漏水センサーとすることもできる。これを磁気結合型センサーという。

図２６は、電気容量変化検知型センサーの例を示すものであり、水が浸入して吸水すると第１電極１４１が上昇し、絶縁板１４２と接する。従って、吸水時と非吸水時とで大きな電気容量変化が起こるので、これを検出すればよい。また、吸水により接触した時の容量値で外部回路が共振するようにしておけば、外部回路も極めて簡単で安価となる。

図２７は、本発明の他の実施例を示すものであり、上端が半円状に閉鎖した円筒状容器内に斜め固定板を設け、同固定板中央には貫通孔若しくは透明窓を形成し、前記斜め固定板下面にミラーの一端を前記貫通孔若しくは透明窓を開閉し得るように固定した例を示す。底板７１上の吸水ポリマーが吸水して膨張すると、落し蓋に立設した突起が上昇して、ミラーを斜め固定板に密着させて前記貫通孔若しくは透明窓を塞ぐようになっている。

半円状上端下面に設けたＬＥＤ（発光ダイオード）若しくはＬＤ（レーザダイオード）の光は、ミラーで反射されて光検出器１に入り漏水を検知する。以上はノーマリオフ型であるが、ＬＥＤ或いはＬＤ、光検出器の配置とミラー位置を適宜調整すれば、ノーマリオン型も容易に実現できる。

光検出器１を取り除き、ここを貫通孔若しくは透明窓にすれば、漏水センサーとは離れた位置に設けた光検出器２で漏水を検知することもできる。このように構成すれば、少なくとも光検出機用の配線をセンサーから独立させることができるし、光検出器が水に漏れる恐れもなくなる。

上記実施例の場合は、ミラーを上昇させるだけでよいので、吸水ポリマーのかわりに高野豆腐のように吸水で或る程度体積膨張するものなら使用することが出来る。

本発明の原理図を示すもので、吸水性ポリマーが図１（ａ）の状態から吸水して図１（ｂ）の状態になることを示す。 本発明の常時オフ（ノーマリオフ）型センサーの一実施例を示す断面図である。 本発明の常時オン（ノーマリオン）型センサーの一実施例を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図４の吸水性ポリマーが膨張した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図６の吸水性ポリマーが膨張した状態を示す断面図である。 図６及び図７の電極の（ａ）断面図（ｂ）下から見た平面図、である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図９の吸水性ポリマーが膨張した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図１１の吸水性ポリマーが膨張した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図１３の吸水性ポリマーが膨張した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図１５の吸水性ポリマーが膨張した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図１７の吸水性ポリマーが膨張した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図１９の吸水性ポリマーが膨張した状態を示す断面図である。 本発明のラインセンサーとした（ａ）分離電極の断面図（ｂ）分離電極を下から見た図（ｃ）ラインセンサーの断面図、である。 図２１の斜視図である。 （ａ）は光センサーの原理図であり、（ｂ）は本発明の光センサーとした常時オフ型実施例を示す断面図である。 本発明の常時オン型光センサーの一実施例を示す断面図である。 図２４の吸水性ポリマーが膨張した状態を示す断面図である。 本発明の電気容量変化検知型センサーの一実施例を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

１１ 容器
１２ 吸水性ポリマー
１２１ 吸水性ポリマー（水を吸った状態）
９１ 封し吸水性ポリマー
９１１ 封し吸水性ポリマー（水を吸った状態）
１３ 落し蓋（第１電極又は駆動部材）
２１ 電極
２２ メッシュ
２２’ メッシュシート
２３ 電池
２４ ランプ
２５ 絶縁体
２６ 導体
２７ 短絡用導体
２８ ダイオード
２９ 抵抗
３３ 両面粘着テープ
７１ 底板
７２ 吸水孔

Claims (7)

1. 水が侵入し得る容器に吸水膨張材を収容し、該吸水膨張材の吸水に伴う体積膨張を検知することによって、漏水を検知することを特徴とする漏水検知装置。
2. 前記吸水膨張材の体積膨張に伴って移動する部材により、電気的開閉を行う請求項１記載の漏水検知装置。
3. 電極若しくは短絡用の導電体を移動させることにより、電極間を短絡若しくは離間させて電気的開閉を行う請求項２に記載の漏水検知装置。
4. 電極若しくは短絡用の導電体の移動に伴う電極間静電容量の変化を検出する請求項１に記載の漏水検知装置。
5. 前記吸水膨張材の体積膨張に伴って移動する部材が遮光板であり、該遮光板を発光素子と受光素子の対向部の隙間に前進若しくは後進させる請求項１又は２のいずれかに記載の漏水検知装置。
6. 前記吸水膨張材が、吸水性ポリマーである請求項１〜５のいずれかに記載の漏水検知装置。
7. 前記吸水膨張材の体積膨張によりミラーを駆動し、光源からの光を該ミラーにて反射せしめることにより、光検知器に光を入射せしめるか、あるいは予め入射させておいた光の角度を変えて非入射状態にすることで漏水を検知することを特徴とする光源ならびに光検出器を付帯してなる請求項１記載の漏水検知装置。
   

Images