JP4054245B2

JP4054245B2 - 二重ガラス管の製造方法およびイオン測定用複合電極

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Publication number: JP4054245B2
Application number: JP2002316611A
Authority: JP
Inventors: 利行馬場
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: US7314541B2; CN1499196A; JP2004150957A; US20040129563A1; CN1218173C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二重ガラス管の製造方法およびイオン測定用複合電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶液などの液体におけるｐＨなどのイオン濃度を測定する場合には、測定電極を構成するガラス管と比較電極を設けたガラス管とを一体的に設けたいわゆるイオン測定用複合電極が用いられている。そして、一般的にイオン測定用複合電極はその構造が複雑にならざるを得ないため、電極全体が大きくなり、小型化を達成しようとすると、その製造が極めて困難になることは避けられなかった。
【０００３】
図４は、本発明者らが、極少量の測定対象溶液のイオン濃度を測定可能とするために開発した、ｐＨなどのイオン濃度の感応部を細長く形成した二重管構造のｐＨ複合電極２０の構成を示す図である。また、図５はこの二重管構造の製造方法を説明する図である。
【０００４】
図４，５において、２は二重管構造の外管、３は内管である。外管２は、その先端部２ａが封止された直径数ｍｍ程度の極細になるように構成された管体であり、その基端部２ｂの径はｐＨ複合電極２０の本体２０ａ側に接続可能であるように大径に構成されている。また、外管２の先端部２ａにはｐＨなどのイオン応答ガラスからなる例えばｐＨ応答部４を設けている。
【０００５】
一方、内管３の先端部３ａはその外径が広げられて外管の内周面にガラス溶接されることで、内管３によってｐＨ応答部４に連通する内部の空間５と、外管２との間に形成された環状の空間６とを分離するように構成し、空間５内に測定電極内部液７，空間６内に比較電極内部液８を充填可能としている。
【０００６】
９は前記環状の空間６の下端部分の外管２に形成されて外部に連通する小穴に埋設させたセラミックからなる液絡部、１０は空間５内において測定電極内部液７に浸漬させた内部電極、１１は空間６内において比較電極内部液８に浸漬させた比較電極である。従って、このｐＨ複合電極２０を用いることで、液絡部９およびｐＨ応答部４を測定対象溶液に浸漬することさえできれば、極く微量の測定対象溶液であっても、そのｐＨを測定することができる。
【０００７】
前記外管２と内管３を用いて二重管構造を形成するときは、図５（Ａ）に示すように、まず、内管３の先端部３ａにおける開放端の外径を外管２の内周面に近接する程度に広げてフランジ部１２を形成し、内管３を、その先端部３ａから外管２内に挿入する。このとき、先端部３ａの中心を外管２ａの中心に合わせるように、注意深く内管３の基端部３ｂを図外のブッシュなどによって固定する。次いで、ガスバーナー１７などを用いて外管２の外周から熱を加えながら旋盤などによって外管２と内管３を回転させることにより、前記フランジ部１２を外管２の内周面に溶接していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記溶接の際に、外管２と内管３との中心がその先端部２ａ，３ａにおいて十分に一致していないと、内管３が外管２の内部でがたつくために、図５（Ｂ）に示すように、溶接不良が生じるという問題があった。
【０００９】
つまり、内管３と外管２が近い部分においては、ガスバーナー１７からの必要以上の熱がフランジ部１２に伝わって、広範囲にわたってこれを溶解させて溶接目的以外の場所１２ａなどで内管３と外管２がへばりついてしまうという問題が生じていた。逆に、内管３と外管２が近い部分においては、ガスバーナー１７からの熱がフランジ部１２まで伝わりにくいために、溶接が不十分であって空間５，６を連通させてしまう隙間１２ｂが生じることもあった。
【００１０】
そして、前記外管２と内管３は極細に形成されているので、その中心位置を正確に合わせることが困難であった。つまり、先端部２ａ，３ａにおける中心位置のずれは外部から確認しにくいだけでなく、フランジ部１２が外管２の内周面に当接している場合には、ここにかかっている力の大きさを目視で判断することは難しい。このため、細心の注意と時間をかけて作業を行ってもフランジ部１２の溶接時に溶接不良が生じてはじめて中心位置のずれに気づくこともあり、これが歩留りを悪くしていた。
【００１１】
さらに、形成された二重管構造の内管および外管の内部に内部液を充填する必要があるが、外管２および内管３の径が細くなればなるほど、外管２と内管３の隙間の空間６が非常に狭くなり、比較電極内部液８が空間６に行き渡りにくく、比較電極１１と液絡部９との間に気泡が発生して、電気的にオープン状態となり、測定ができなくなるという問題が生じることもあった。とりわけ比較電極内部液８が減少すると比較電極内部液を追加充填しても気泡が空間６内に入り込むこともあった。
【００１２】
本発明は、上述の事柄を考慮に入れてなされたもので、その目的は、イオン測定用複合電極を構成する二重構造のガラス管の製造を容易として、その歩留りを向上すると共に、形成された二重構造のガラス管の外管と内管の間の空間にたとえ気泡が存在してもこの空間内を電気的に連通させることができる二重ガラス管の製造方法およびイオン測定用複合電極を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の二重ガラス管の製造方法は、内管と下部の径を基端部の径よりも細く成形してある外管とからなる二重ガラス管の製造時に、内管の先端部の外径を外管の内周面に近接する程度に広げ、内管の周囲に糸状体を螺旋状に巻き付けて内管と外管との間の間隔を一定に保った状態で内管を外管内に挿入して、前記内管の先端部を外管の内周面に溶着することを特徴としている。（請求項１）。
【００１４】
したがって、前記内管の周囲に巻き付けられた糸状体が弾性変形しながら内管の外周面と外管の内周面に当接して、その間隔を広げようとする幾らかの力を全方向から均等にかけるので、糸状体によって内管と外管との間の間隔を一定に保った状態で内管と外管との間のがたつきを無くすことができる。つまり、内管の先端部分を外枠に溶接するときに内管と外管の先端部分における中心を精密に合わせることができる。また、作業者は内管と外管とのセンター出しを極めて容易かつ迅速に行って、溶接目的以外の場所でのへばりつきを効果的に防止して歩留りの良い二重構造のガラス管の形成を行なうことができる。
【００１５】
なお、前記糸状体としては、例えば綿糸などの糸が考えられるが、内管と外管とのセンター出しを行なうためには、幾らかの弾性変形が可能な糸であれば望ましく、一例として糸を挙げることができるが他の材料を用いてもよい。つまり、弾性を有する吸水性の高い材料で例えば、吸水性処理された連通気孔を有するゴムやスポンジのようなものを糸状に成形したもののほか網チューブや吸水体チューブであってもよい。
【００１６】
本発明のイオン測定用複合電極は、先端部が閉じられイオン応答部および液絡部を形成すると共に下部の径を基端部の径よりも細く成形してある外管と、この外管内に挿入された状態で先端部が外管の内周面に溶着されることで外管との間に環状の空間を形成する内管と、この内管に螺旋状に巻き付けられた状態で環状の空間内に介在する吸水性の糸状体とからなることを特徴としている（請求項２）
【００１７】
前記吸水性の糸状体は、内管と外管との間の環状の空間に位置することにより糸状体が内部液を吸収する。これによって、たとえ環状の空間に気泡などが混入することがあったとしても、糸状体を伝って電気的な繋がりが確保され、これが言わば塩橋となって測定を行うことができる。また、糸状体を伝って内部液が流通しやすい言わば内部液の充填流路を確保でき、内部液が狭い隙間に行き渡りやすくなる。
【００１８】
加えて、内管と外管との間の環状の空間に位置する糸状体は外管と内管との間にあってスペーサとしても機能するので、極く微量の測定対象溶液のイオン濃度を測定できるように、極細に形成した二重ガラス管構造であっても、その堅牢性の向上に貢献できる。つまり、小型であっても堅牢性に優れたイオン測定用複合電極を形成できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明にかかる極細タイプのイオン測定用複合電極（本例ではｐＨ複合電極）１の一例の構成を示す図であり、図２，３はこのｐＨ複合電極１の製造方法を説明する図である。図１〜３において、図４、５と同じ符号を付した部分は同一または同等の部分であるから、その詳細な説明を省略する。
【００２０】
本発明のｐＨ複合電極１では、内管３の外周に吸水性と弾性を有する糸状体１３を螺旋状に巻き付けてある。この吸水性と弾性を有する糸状体１３としては、例えば、親水性に富む材料で適度な弾力性を有し、かつ外管２と内管３との間隔よりも僅かに太い綿糸（蛸糸）を挙げることができる。
【００２１】
１４は綿糸１３の一端１３ａを内管３の先端部３ａ近傍に接着する接着剤であり、本例では比較電極内部液に対する干渉影響がないシリコン樹脂（例えば、ＫＥ−６６：信越化学工業株式会社の商品名）を用いている。
【００２２】
綿糸１３の巻き付けは、例えば内管３の先端部３ａの近傍に接着剤１４を用いて綿糸１３の一端１３ａを取付けた後に、図２の矢印Ａで示すように、幾らか内管３の基端部の方に適度な力で引っ張りながら内管３を矢印Ｂで示すように回転させることによって行える。また、内管３の径膨大部分を越えたあたりで綿糸１３を切断し、この他端１３ｂを内管３の側面に接着する。
【００２３】
なお、前記綿糸１３の一端１３ａは液絡部９にできるだけ近づけて配置することが望ましく、他端１３ｂは内管３を外管２内に挿入した状態で、綿糸１３が内管３と外管２との間に挟まれる部分を越えた位置に配置することが望ましい。
【００２４】
綿糸１３を巻き付けた内管３は、図２に示す組付キャップ１５，１６を用いて基端部において同芯円状になるように組み付けるとともに、図３（Ａ）に示すように、内管３を外管２内に挿入することにより、綿糸１３は内管３の外周において外管２の内周面に当接して幾らか弾性変形する。このとき、内管３は綿糸１３の弾性変形によって確実に外管２内の中心に合うように、センター出しをしながら導かれる。
【００２５】
次いで、内管３を外管２内に挿入した状態で、内管３の先端部３ａの外径を外管２の内周面に近接する程度に広げてなるフランジ部１２を形成した部分に合わせて外管２の外部からガスバーナー１７などによって加熱することで、フランジ部１２を外管２に溶接できる。
【００２６】
このとき、外管２と内管３の中心は綿糸１３の弾性変形によって確実に揃えられるので、フランジ部１２の溶接時に偏った熱の伝達が起きることがなく、フランジ部１２はその外周部において確実に外管２の内周面に溶接される。また、フランジ部１２の溶接によって内管３内の空間５と、内管３および外管２によって挟まれた環状の空間（隙間）６とを確実に分離することができる。
【００２７】
そして、このようにして形成されたｐＨ複合電極１に対して、例えば内管３内の空間にガラス電極内部液７を充填し、環状の空間６に比較電極内部液８を充填する。
【００２８】
このとき、前記比較電極内部液８は綿糸１３の内部に吸収されると共にその周囲に付着するので、その表面張力によって綿糸１３の周囲に、図３（Ｂ）に示すような、螺旋状の比較電極内部液８の充填流路１８（拡大図参照）が形成される。一方、各綿糸１３の間には螺旋状の気泡の排出路１９が形成される。すなわち、本発明のｐＨ複合電極１は綿糸１３を螺旋状に巻き付けることにより、比較電極内部液８を極細に形成された二重管内の環状の空間６内に導入しやすくなると共に、この空間６内に気泡が混入したとしてもこれを排出しやすくなる。
【００２９】
また、たとえ空間６内に気泡が混入したとしても、綿糸１３およびその周囲に形成される内部液の充填流路１８が塩橋として機能するので、気泡のために液絡部９と比較電極１１との間の電気的な繋がりが絶たれることがない。すなわち、比較電極内部液８が少ない状況でｐＨ複合電極１を傾けることで空間６内に気泡が混入しても、これによって測定不能になることがなくなる。
【００３０】
上述した各例では、二重管構造の一例として先端部にｐＨ応答部４を形成したｐＨ複合電極１の例を示しているが、本発明はｐＨの測定を行なうことに限定されるものではない。すなわち、種々のイオン濃度測定に適したイオン応答部を形成したイオン測定用複合電極についても全く同様である。また、上述の例では、外管２の先端部２ａに空間５に接するイオン応答部４を形成し、このイオン応答部４の近傍で環状の空間６に連通する部分に液絡部９を形成した例を示している。
【００３１】
何れにしても、本発明によってｐＨ複合電極１の製造が容易となり、歩留りが向上すると共に、綿糸１３による塩橋効果によって気泡の混入にも対応可能なより信頼性の高いｐＨ複合電極１を形成することができる。なお、この糸状体１３は太さがほゞ均一な糸状の形状を有するものであり、ある程度の弾性を有するものであれば外管２に対する内管３の中心位置合わせ（センター出し）に適しており、繊維であることに限定する必要はなく、糸状に成形したスポンジのようなものなど、種々の変形が考えられる。
【００３２】
さらに、外管２に対する内管３の位置決めを行って堅牢性を向上するためには、糸状体１３の弾性力が強いことが望ましいが、この糸状体１３はその材質が内部液８に干渉影響のないものであれば、種々のものを用いることができる。また、フランジ部１２を溶接するときのことを考慮に入れると幾らかの耐熱性を有することが望ましい。
【００３３】
同様に、前記糸状体１３は吸水性や親水性に富む材料であれば、塩橋としての十分の機能を得ることができるので、これを繊維であることに限定する必要はない。
【００３４】
また、外管２に対する内管３のセンター出しを十分に行うためには糸状体１３の螺旋を密に巻くことが望ましく、糸状体１３による内部液８の引き込みや気泡の除去を行なうためには、螺旋を粗に巻くことが望ましい。従って、図２において説明した糸状態１３の巻き付けにおいて、先端部３ａは密に巻き基端部に行くにしたがって粗に巻くなどの変形も容易に考えられる。
【００３５】
さらに、最初は糸状体１３を比較的密に巻いて、フランジ部１２の溶接が完了した時点で、糸状体１３を引っ張ることでその螺旋を粗にすることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、二重構造のガラス管を溶接するときの精密なセンター出しを行うことができ、外管内部での内管のがたつきがなくなり、溶接目的以外の場所でのへばり付きを防止することで、歩留りが良くなるので生産性が向上する。加えて、内管と外管との間に吸水性のある糸状体があるので、内部液が隙間に行き渡りやすくなり、内極と液絡部との間に気泡が発生した場合にも、電気的に繋がった状態となりイオン濃度の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン測定用複合電極の構成を示す図である。
【図２】前記イオン測定用複合電極の二重ガラス管構造の分解斜視図である。
【図３】二重ガラス管の製造方法および動作を説明する図である。
【図４】従来のイオン測定用複合電極の構成を示す図である。
【図５】従来のイオン測定用複合電極の二重ガラス管構造の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…イオン測定用複合電極、２…外管、２ａ…先端部、３…内管、３ａ…先端部、４…イオン応答部、６…環状の空間、９…液絡部、１３…糸状体。

Claims

内管と下部の径を基端部の径よりも細く成形してある外管とからなる二重ガラス管の製造時に、
内管の先端部の外径を外管の内周面に近接する程度に広げ、内管の周囲に糸状体を螺旋状に巻き付けて内管と外管との間の間隔を一定に保った状態で内管を外管内に挿入して、
前記内管の先端部を外管の内周面に溶着することを特徴とする二重ガラス管の製造方法。
先端部が閉じられイオン応答部および液絡部を形成すると共に下部の径を基端部の径よりも細く成形してある外管と、
この外管内に挿入された状態で先端部が外管の内周面に溶着されることで外管との間に環状の空間を形成する内管と、
この内管に螺旋状に巻き付けられた状態で環状の空間内に介在する吸水性の糸状体とからなることを特徴とするイオン測定用複合電極。