JP2015158402A - 導電率計、その製造方法およびコアの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コア単体の特性を、本体部材に組み付けた後でも維持できるコア取付構造により導電率計の測定精度を担保できるようにする。【解決手段】トロイダルコア２１および該トロイダルコア２１に巻き付けられたコイル２２からなる一対のインダクタ２と、これら各インダクタ２を貫通する配管体１とを具備し、一方のインダクタ２のコイル２２に電流を流すことによって他方のインダクタ２のコイル２２に誘起される電流の値に基づいて、前記配管体中の流体の導電率を測定するものにおいて、固化することによって前記トロイダルコア２１と前記配管体１とを接合する樹脂製の接合体５１と、前記トロイダルコア２１および接合体５１の間に介在させた前記接合体５１よりも軟らかい緩衝材５２とを固化することによってコア２１と配管体（本体部材）１とを接合する。【選択図】図４

Description

本発明は、電磁誘導法を利用した導電率計等に関するものである。

流体の導電率を測定するためのこの種の導電率計は、特許文献１に示すように、前記流体が導入される環状の配管体に一対のインダクタを取り付けた構造をなすものであり、一方のインダクタに電流を流したときに流体を介して生じる他方のインダクタの電流を測定することによって、該流体の導電率を算出できるようにしてある。
このインダクタは、トロイダルコアにコイルを巻きつけたものであり、従来、配管体に熱可塑性樹脂を用いて接着固定してある。

より具体的には、該インダクタの中心孔に配管体を貫通させた後、インダクタのまわりを熱可塑性樹脂で覆って固化させることによって該インダクタを配管体に接合してある。
ところで、かかる導電率計においては、製品性能を担保するために、ヒステリシス特性や透磁率特性が所定の基準を満たしたトロイダルコアを採用している。

しかしながら、組み立て後の導電率計において、トロイダルコアのヒステリシス特性や透滋率特性が、単体でのそれから変化していることに本願発明者は気づいた。そして、その変化の度合いによっては、当初予定していた測定精度を発揮できなくなるおそれがあるので、その原因を突き止めるべく本願発明者が鋭意検討した結果、熱可塑性樹脂が硬化するときのわずかな体積変化や形状変化が、その原因であることがわかった。

すなわち、熱可塑性樹脂が硬化するときの体積変化や形状変化によってトロイダルコアに残留応力が生じ、この残留応力がトロイダルコアの透滋率特性やヒステリシス特性を変化させることを本願発明者は突き止めた。
かかる問題は、コアを樹脂によって前記配管体のような本体部材に接合する場合に共通して生じ得る。

特開平４−３６１１６８号公報

そこで本発明は、コア単体での特性を、本体部材に組み付けた後でも維持できるようなコア取付構造を提供し、例えば導電率計に適用したときに、予定通りの測定精度を担保できるようにすることをその所期課題としたものである。

すなわち、本発明に係る導電率計は、トロイダルコアおよび該トロイダルコアに巻き付けられたコイルからなる一対のインダクタと、これら各インダクタを貫通する配管体とを具備し、一方のインダクタのコイルに電流を流すことによって他方のインダクタのコイルに誘起される電流の値に基づいて、前記配管体中の流体の導電率を測定するものにおいて、固化することによって前記トロイダルコアと前記配管体とを接合する樹脂製の接合体と、前記トロイダルコアおよび接合体の間に介在させた、前記接合体よりも軟らかい緩衝材とを具備することを特徴とする。

このようなものであれば、接合体が固化するときに、該接合体に生じる体積変化や変形の影響が緩衝材によって緩和され、トロイダルコアにはほとんど伝わらないので、該トロイダルコアに不測の応力が発生することを防止できる。

そして、このことにより、配管体に取り付け終わった状態でのトロイダルコアの特性を、トロイダルコア単体での特性とほぼ同様に維持できるので、導電率計として設計時に予定していた測定精度等を発揮させることができるようになる。

前記接合体がトロイダルコアを覆うように配設してあるものであれば、接合体に、耐食性や機械的強度、保持力を備えさせることによって、緩衝材に、柔らかさのみを求めれば良くなり、緩衝材の素材選択肢が大幅に広がり、コスト削減にも寄与できる。

具体的な実施態様としては、前記トロイダルコアを収容する、一部に隙間を有した環状筐体をさらに具備し、この環状筐体が前記配管体に外嵌して取り付けられるものであって、前記緩衝材が、前記環状筐体の内部に充填されてトロイダルコアをガタなく保持しており、前記接合体が、前記環状筐体を覆うようにして該環状筐体を配管体に接合しているものを挙げることができる。

本発明に係る導電率計の製造方法としては、前記環状筐体にトロイダルコアを収容し、該環状筐体の隙間から液状又はゲル状の前記緩衝材を注入して固化させ、前記環状筐体を配管体に外嵌させ、前記環状筐体を液状又はゲル状の前記接合体で覆った後、固化させることによって該環状筐体を前記配管体に接合するものを挙げることができる。

本発明は導電率計のみならず、広く適用できる。すなわち、磁束を通過させるコアを所定の本体部材に取り付けるためのコアの取付構造であって、固化することによって前記コアを前記本体部材に接合する樹脂製の接合体を具備し、前記コアと接合体との間に前記接合体よりも軟らかい緩衝材を介在させているものであればよい。

このように構成した本発明によれば、接合体が固化するときに、該接合体に生じる体積変化や変形の影響が緩衝材によって緩和され、該トロイダルコアに不測の応力が発生することを防止できるので、配管体に取り付け終わった状態でのトロイダルコアの特性を、トロイダルコア単体での特性とほぼ同様に維持でき、設計時に予定していた性能を発揮させることができるようになる。

本発明の第１実施形態における導電率計の全体概略図。 同実施形態における金属筐体及びインダクタを示す分解斜視図。 同実施形態における金属筐体及びインダクタを示す斜視図。 同実施形態における導電率計の接合体及び緩衝材を示す部分断面図。 同実施形態における導電率計の製造過程を示す過程図。 同実施形態における導電率計の製造過程を示す過程図。 同実施形態における導電率計の製造過程を示す過程図。 同実施形態における導電率計の製造過程を示す過程図。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る導電率計１００は、例えば半導体プロセスで用いられる材料液や洗浄液などの流体の導電率を測定するための電磁誘導方式のものであり、図２に示すように、前記流体が導入される配管体１と、該配管体１に取り付けられた一対のインダクタ２（なお、本明細書や図面等で、区別が必要なときは（１）などを付す。）と、一方のインダクタ２（１）に電流を流すとともに、そのことによって他方のインダクタ２（２）に生じる電流を測定し、その測定値から前記流体の導電率を算出する処理部４とを具備している。

前記配管体１は、図１に示すように、流体が導入される導入管１１と、導入管１１の終端から２分岐して延伸する一対の分岐管１２と、これら分岐管１２の終端が共通に接続された導出管１３とからなる、例えば合成樹脂製のものであり、前記一対の分岐管１２によって閉ループが形成されるように構成してある。

インダクタ２は、図１〜図３に示すように、円環状のトロイダルコア２１と、このトロイダルコア２１に巻きつけたコイル２２とからなるものである。この実施形態では、このインダクタ２を円環状の金属筐体３に収容し、この金属筐体３の中心孔に前記分岐管１２を貫通させた後、該金属筐体３（およびインダクタ２）を分岐管１２に接着固定している。

金属筐体３は、図１〜図３等に示すように、前記インダクタ２を収容する円環溝３１ｃを有した筐体本体３１と、この筐体本体３１の開口を閉塞する蓋体３２とを具備するものである。

ここでは、図２に示すように、筐体本体３１の内周壁３１ａの高さを外周壁３１ｂの高さよりも低くするとともに、蓋体３２を外周壁３１ｂの先端面に接合するようにして、蓋体３２と内周壁３１ａの先端面との間に隙間Ｓが生じるように構成してある。この隙間Ｓは、インダクタ２で発生する磁束を中心側に漏洩させるためのものである。

なお、前記インダクタ２を前記分岐管１２に外嵌させるために、この実施形態では、図１に示すように、前記配管体１を各分岐管１２の中間で分離可能にしている。具体的には、前記配管体１を、前記導入管１１および上流側の一対の分岐管１２からなる上流側配管要素１Ａと、導出管１３および下流側の一対の分岐管１２からなる下流側配管要素１Ｂとから構成している。そして、配管要素１Ａ、１Ｂを分離させた状態で一方の配管要素（ここでは上流側配管要素１Ａ）の各分岐管１２にそれぞれ、前記インダクタ２を収容した金属筐体３を外嵌させ、その後、配管要素１Ａ、１Ｂ同士を接続するようにしている。

処理部４は、ＣＰＵなどを含むデジタル電気回路および増幅器などのアナログ電気回路から構成されたものであり、図１に示すように、電気回路が動作することによって、電源部４１、電流測定部４２、導電率算出部４３等としての機能を発揮する。
電源部４１は、一方のインダクタ２（１）のコイル（以下、一次コイル２２（１）と言う。）に所定の交流電流を流すものである。

電流測定部４２は、前記一次コイル２２（１）に電流が流れることによって他方のインダクタ２（２）のコイル（以下、二次コイル２２（２）と言う。）に流れる電流を測定するものである。
導電率算出部４３は、前記電流測定部４２で測定された電流（以下、検出電流とも言う。）に基づいて流体の導電率を算出するものである。

次に、この導電率計の動作について簡単に説明しておく。
電源部４１によって、一次コイル２２（１）に交流電流が流されると、一次交流磁束が発生し、この一次交流磁束によって流体の閉ループに電流が流れる。そして、この電流によって生じる二次交流磁束によって二次コイル２２（２）に検出電流が流れる。

この検出電流の値を前記電流測定部４２が測定する。この前記検出電流は、流体の電気抵抗値に応じて（比例して）変化することから、前記導電率算出部４３は、検出電流の値に基づいて流体の電気抵抗値を求め、最終的に流体の導電率を算出する。

このような導電率計１００において、この実施形態では、前記インダクタ２を配管体１に対して、以下のような取付構造によって固定していることに特徴がある。

すなわち、この取付構造は、図４に示すように、基本的には、インダクタ２を収容しかつ配管体１に外嵌させた状態にある金属筐体３の全体を配管体１ごと、液状又はゲル状の接合体５１によって覆い、これを固化させることによって、金属筐体３及びインダクタ２を配管体１に接着し、かつ、保護するようにしたものである。

接合体５１は、熱可塑性の第１樹脂を素材とするものであり、前述したように、金属筐体３の外表面を全て覆うが、該金属筐体３の内周面と配管体１の外周面との間の間隙Ｐにも隙間なく充填されている。

ところで、前記金属筐体３には、内周面に前述した隙間Ｓが空いているために、前記接合体５１を塗布・充填する際に、この隙間Ｓから接合体５１が金属筐体３内に浸入し、内部のインダクタ２を包覆してしまう。

そこで、この実施形態では、図５、図６に示すように、金属筐体３に予め、固化したときの硬さが前記接合体５１よりも柔らかい緩衝材を注入して固化させ、この緩衝材５２がインダクタ２を包覆し金属筐体３内でガタなく保持するようにしている。次に、この金属筐体を、図７に示すように配管体１に外嵌させ、その後、図８に示すように、金属筐体３の全体を配管体１ごと、液状又はゲル状の接合体５１によって覆い、これを固化させている。

このことによってインダクタ２と接合体５１との間に緩衝材５２が介在することになる。この緩衝材５２としては、その周囲にある接合体５１の固化時における体積変化や変形を、自身の弾性変形によって受け止め、内部のトロイダルコア２１には、その特性が変わるほどの応力を作用させない程度の硬度のものを選択しておくことが好ましい。

しかして、このように構成した導電率計によれば、接合体５１が固化するときに、該接合体５１に生じる体積変化や変形の影響が緩衝材５２によって緩和され、トロイダルコア２１にはほとんど伝わらないので、トロイダルコア２１に不測の応力が発生することを防止できる。

そして、このことにより、配管体１に取り付け終わった状態でのトロイダルコア２１の特性（ヒステリシス特性や透滋特性）を、トロイダルコア２１単体での特性や仕様とほぼ同様に維持できる。
したがって、導電率計として設計時に予定していた測定精度等を発揮させることができるようになる。

ただし、緩衝材５２自身が固化するときにトロイダルコア２１に大きな応力が作用してはならないので、緩衝材５２として固化時の体積変化や変形がなるべく小さくものを選ぶ必要がある。

また、接合体５１と緩衝材５２との２重構造にしているので、接合体５１には、耐食性、機械的強度および保持力のみを求め、緩衝材５２には、柔らかさのみを求めることができるようになり、それらの機能を全て兼ね備えた単一の樹脂を選択するよりも、樹脂の選択肢が大幅に広がり、コスト削減にも寄与できる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではない。
金属筐体は必ずしも必要ない。
緩衝材は、前記実施形態のように、トロイダルコアの表面全てを覆う必要はなく、一部に覆われていない部分があってよい。要は、接合体の固化時の体積変化影響をトロイダルコアに伝達しないように構成されていればよい。

接合体は、前記実施形態のように、トロイダルコア及び緩衝材を完全に密閉するように覆うものでなくともよく、一部に覆われていない部分があってよい。
本発明は、導電率計に限られず、コアを所定の本体部材に取り付ける取付構造に適用しても構わない。
緩衝材は、固体に限られず、液体でもよいし気体でも良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・導電率計
１・・・配管体（本体部材）
２・・・インダクタ
２１・・・トロイダルコア
２２・・・コイル
５１・・・接合体
５２・・・緩衝材

Claims (5)

1. トロイダルコアおよび該トロイダルコアに巻き付けられたコイルからなる一対のインダクタと、これら各インダクタを貫通する配管体とを具備し、一方のインダクタのコイルに電流を流すことによって他方のインダクタのコイルに誘起される電流の値に基づいて、前記配管体中の流体の導電率を測定する導電率計において、
   固化することによって前記トロイダルコアと前記配管体とを接合する樹脂製の接合体と、
   前記トロイダルコアおよび接合体の間に介在する、前記接合体よりも軟らかい緩衝材とを具備することを特徴とする導電率計。
2. 前記接合体がトロイダルコアを覆うように配設してある請求項１記載の導電率計。
3. 前記トロイダルコアを収容する、一部に隙間を有した環状筐体をさらに具備し、この環状筐体が前記配管体に外嵌して取り付けられるものであって、
   前記緩衝材が、前記環状筐体の内部に充填されてトロイダルコアをガタなく保持しており、
   前記接合体が、前記環状筐体を覆うようにして該環状筐体を配管体に接合していることを特徴とする請求項１記載の導電率計。
4. 請求項３記載の導電率計の製造方法であって、
   前記環状筐体にトロイダルコアを収容し、
   該環状筐体の隙間から液状又はゲル状の前記緩衝材を注入して固化させ、
   前記環状筐体を配管体に外嵌させ、
   前記環状筐体を液状又はゲル状の前記接合体で覆った後、固化させることによって該環状筐体を前記配管体に接合することを特徴とする導電率計の製造方法。
5. 磁束を通過させるコアを所定の本体部材に取り付けるためのコアの取付構造であって、
   固化することによって前記コアを前記本体部材に接合する樹脂製の接合体を具備し、前記コアと接合体との間に前記接合体よりも軟らかい緩衝材を介在させていることを特徴とするコアの取付構造。