JP4317847B2

JP4317847B2 - オゾン水濃度検出センサ

Info

Publication number: JP4317847B2
Application number: JP2005372720A
Authority: JP
Inventors: 博一塩田; 喜之西村
Original assignee: Nikka Micron Co Ltd
Current assignee: Nikka Micron Co Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP2007171119A

Description

本発明は、オゾン水中のオゾン濃度を検出するオゾン水濃度検出センサに関する。

オゾン水は、その殺菌性や脱臭性、さらに細胞に与える活性などの多くの分野における寄与が認められ、さらに気体オゾンは呼吸器への影響がないことから、産業用を初め医療や介護などの分野で広く利用されている。しかしながら、オゾン水の濃度は短時間で減衰することから、使用する現場においての濃度の指示と確認が強く要求されている。従来、オゾン水の濃度検量法としては、ヨウ化カリウム等の検定薬の色変化を見る滴定法が主流であったが、薬品や精密なピペットを必要とし、実験室では利用することができるが、一般のオゾン水利用現場では煩雑で実用することができなかった。そのため、オゾン水の紫外線吸収率を調べるＵＶ法や、オゾン透過メンブレンを使用したポーラログラフ方式等も利用されているが、いずれも一長一短があり、簡単に瞬時にオゾン濃度を知ることは困難とされていた。
そこで、発明者等は簡単にオゾン水濃度を電気信号に変換する電極法を考案し、実用化されている。この電極法は、流動しているオゾン水流中に、第一電極と第二電極とを浸し、第一電極を金属銀又は塩化銀によって被覆された金属銀によって構成し、第二電極を、表面にオゾン酸化膜を形成したニッケル・クロム合金によって構成し、第一電極と第二電極との間に発生するオゾン水濃度変化に追従する電圧変化を検知している（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１３６５０１号公報

しかしながら、上記電極法では、流速をもつオゾン水中に電極を浸し、電極と流れるオゾン水流との相対速度が適当でないと、正確なオゾン水濃度を検出することは困難であり、静止した容器中のオゾン水のオゾン濃度の測定や、流速の変化するオゾン水のオゾン濃度を測定することができなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、静止したオゾン水中や流速の変化するオゾン水中でも、オゾン濃度の変化に迅速に追従して、信頼性の高いオゾン水濃度検出センサを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、例えば、図１に示すように、
片状体２と、
前記片状体の下部に設けられた検出電極３及び比較電極４と、
前記片状体の下部を可動自在となるように前記片状体の上部で支持する軸受け（例えば、ピボット５）と、
前記片状体に設けられて、片状体を振動させる振動子６とを備え、
前記片状体がセラミック製で、その厚さが０．５〜１．０ｍｍで、
前記振動子がコイン型の振動モータであり、
前記検出電極及び比較電極をオゾン水に浸し、前記振動子を加振し、前記軸受けを中心にして前記片状体の下端部を振り子のように往復振動させることによって発生する起電力からオゾン水のオゾン濃度に比例した電気信号を得ることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、振動子によって片状体を一定の振動数で振動させることにより、オゾン水中に浸した検出電極及び比較電極が定常的に変位振動し、オゾン水と電極間に連続した変位接触を起こすことができる。そのため、従来に比して安定した電気信号を取り出すことができ、静止したオゾン水中や流速の変化するオゾン水中でもオゾン濃度の変化に迅速に追従して、オゾン濃度を極めて正確に測定することができる。

また、片状体がセラミック製であるので、金属を使用する場合に比して耐オゾン性に優れ、オゾンによる酸化を防ぐことができる。また、弾性にも富み、振動子による振動が容易に伝達され、センサとしての性能向上を図ることができる。

また、片状体の厚さが０５〜１．０ｍｍと薄いので、弾性に富み、振動子による振動が容易に伝達され、センサとしての性能向上につながる。

請求項２の発明は、例えば、図３に示すように、請求項１に記載のオゾン水濃度検出センサ１００Ｂにおいて、
前記片状体に、オゾン水のオゾン濃度により発生した電気信号を補正する補正電極１３Ｂが設けられていることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、片状体に補正電極が設けられているので、補正電極によってオゾン濃度により発生した電気信号が補正されて、より高性能なオゾン水濃度検出センサとすることができる。

請求項３の発明は、例えば、図１に示すように、請求項１又は２に記載のオゾン水濃度検出センサにおいて、
前記検出電極が金又は白金を被覆した金属であり、
前記比較電極が銀の表面に塩化銀を被覆した金属であることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、検出電極が金又は白金を被覆した金属で、比較電極が銀の表面に塩化銀を被覆した金属であるので、オゾン水のオゾン濃度の変化に迅速に追従することができ、信頼性の高いオゾン水濃度検出センサとすることができる。

本発明によれば、片状体に振動子が設けられているので、振動子によって片状体を振動させることにより、オゾン水と電極間に連続した変位接触を起こすことができ、静止したオゾン水中や流速の変化するオゾン水中でも安定して電気信号を得ることができ、オゾン水濃度の変化に迅速に追従でき、極めて正確で信頼性の高いオゾン水濃度検出センサとすることができる。

以下、本発明の第一〜第三の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第一の実施の形態］
図１(a)は、本発明の第一の実施の形態におけるオゾン水濃度検出センサ１００を模式的に示した側面図、(b)は、(a)におけるオゾン水濃度検出センサ１００の要部を示した正面図である。
オゾン水濃度検出センサ１００は、水槽１内に満たされたオゾン水のオゾン濃度を検出するセンサであって、セラミック製の短冊状に形成された片状体２と、片状体２の下端部に互いに平行となるように設けられ、オゾン水に浸される検出電極３及び電位測定の基準となる比較電極４と、片状体２の上端部を支持し、片状体２の下端部を可動自在とする軸受けと、片状体２の上端部に設けられて片状体２を振動させる振動子６とを備えている。

片状体２の材質としては、アルミナセラミックが好ましく、厚みが０．５〜１．０ｍｍであることが好ましい。このように片状体２を薄く形成することにより、後述の振動子６による振動の伝達が良好となる。また、片状体２の上端部には、後述のピボット５の先端５１が挿入される挿入穴２１が厚み方向に貫通して形成されている。

検出電極３としては、例えば、オゾン濃度の変化に迅速に追従することのできる白金や金、表面にオゾン酸化膜を形成したニッケル・クロム合金、また、パラジウム（例えば０．５％以上５％以下）を含有して表面にオゾン酸化膜を形成したニッケル・クロム・パラジウム合金等からなる電極を使用することが好ましい。特に比較的低濃度の、例えば０〜５ｐｐｍの範囲においては上記ニッケル・クロム合金を好適に使用することができ、それ以上の高濃度の範囲においては上記ニッケル・クロム・パラジウム合金を使用することが好ましい。
比較電極４としては、銀の表面に塩化銀被覆した電極を使用することが好ましい。検出電極３及び比較電極４は、各種金属を直線状に形成したものを使用することができる。
また、検出電極３の一方の端部には、電流計７の正極に結線され、比較電極４の一方の端部には、電流計７の負極に結線されている。なお、電流計７としては、マイクロ・アンペア電流計を使用することができる。

振動子６には、携帯電話等の着信検知などに使用されている低電力消費のコイン型の振動モータ（不平衡回転モータ）を使用することができる。
軸受けとしては、ピボット５を使用することができ、例えば、先端５１の尖った側面視略山形状のピボットが挙げられる。このようなピボット５は、片状体２の上端部が挿入される凹部８１を有する側断面視略コ字型状の軸受け本体８に取り付けられており、詳細には、凹部８１を形成する互いに対向する壁面８１a，８１aにそれぞれ取り付けられている。そして、片状体２の挿入穴２１に片状体２の表裏面からそれぞれピボット５の先端５１が挿入され、これによって片状体２の上端部が挟持されるとともに片状体２の下端部が可動自在に支持されている。

以上の構成からなるオゾン水濃度検出センサ１００を、水槽１内のオゾン水に片状体２の下部を浸して検出電極３及び比較電極４をオゾン水に接触させる。次いで、振動子６を駆動させることにより片状体２が定常的に変位し、検出電極３及び比較電極４とオゾン水との間に連続した変位接触が与えられる。これによって起電力が発生し、オゾン水のオゾン濃度に比例した強さの安定した電気信号を得ることができる。

以上、本発明の実施の形態によれば、セラミック製の片状体２に振動子６が設けられているので、振動子６によって片状体２を一定の振動数で振動させることにより、オゾン水中に浸した検出電極３及び比較電極４が定常的に変位振動し、オゾン水と電極３，４間に連続した変位接触を起こすことができるので、静止したオゾン水中や流速の変化するオゾン水中でも安定して電気信号を得ることができ、オゾン水のオゾン濃度を極めて正確に測定することができる。
しかも、オゾン水濃度検出センサ１００は、片状体２の下端部に検出電極３及び比較電極４を設け、さらに片状体２の上端部をピボット５で吊り下げ、振動子６を設けた極めて簡易な構造であるため、製造が容易であるとともに、測定も自動的に行うことができ操作面でも優れる。
さらに、片状体２が薄いセラミック製であるので、金属を使用する場合に比して耐オゾン性に優れ、オゾンによる酸化を防ぐことができる。また、弾性にも富み、振動子６による振動が容易に伝達され、センサとしての性能向上を図ることができる。

次に、本発明のオゾン水濃度検出センサ１００による効果について実施例を挙げて説明する。
［実施例］
片状体２には、厚さ０．６ｍｍの９８％アルミナセラミック薄板を幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍにレーザーカットして使用し、片状体２の上端部にピボット用の挿入穴２１（直径３ｍｍ）をあけたものを使用し、挿入穴２１にピボット５を通して片状体２を吊り下げた。片状体２の下端部に設けた検出電極３としては、長さ１０ｍｍ、直径１ｍｍの金線を使用し、これと同じサイズの純銀線の表面を塩化銀被覆したものを比較電極４として使用した。そして、これら検出電極３と比較電極４とを絶縁線で系外に接続し、０〜１００アンペアの電流計７に接続した。
振動子６には、コイン型の振動モータから約１２０００ＲＰＭのものを選んで使用し、片状体２に約２００サイクル／秒の振動を与えた。ここで、通常の電磁式振動子を、筆の柄のような棒状の伝達子の先端に接続しても、その先端に均一した振動変位を与えることは困難であったが、本発明のような薄い耐オゾン製の弾性体であるセラミック薄板を使用し、一方向の振動変位を与えることにより、検出電極３及び比較電極４に約２ｍｍ幅の定常的変位を与えることができ、オゾン水と電極間に連続した変位接触を起こすことができた。その結果、各電極３，４間に１ｐｐｍ当たり約２０マイクロボルトの電気信号を得られ、安定した電気信号を取り出すことができた。

［第二の実施の形態］
図２は、第二の実施の形態におけるオゾン水濃度検出センサ１００Ａを模式的に示した側面図である。
第二の実施の形態のオゾン水濃度検出センサ１００Ａは、第一の実施の形態のオゾン水濃度検出センサ１００をさらに簡便で携帯可能とした応用例である。
具体的には、軸受けとして、ピボット５の代わりにシリコンゴムや樹脂等のパッキン材５Ａを使用している。このようにパッキン材５Ａを使用することにより、片状体２Ａを柔らかく保持することができ、また、片状体２Ａの上端部にピボット用の挿入穴を形成する必要もない。
パッキン材５Ａは、第一の実施の形態と同様に側断面視略コ字型状の軸受け本体８Ａに取り付けられており、片状体２Ａの表裏面がパッキン材５Ａ，５Ａ間に挿入されることにより片状体２Ａの上端部が挟持されている。
また、軸受け本体８Ａには、検出電極３Ａ及び比較電極４Ａの一端部にそれぞれ結線された電流計（図示しない）の測定値がオゾン水の濃度に合うように指示された濃度指示計９Ａが取り付けられている。この濃度指示計９Ａの下方には乾電池収納部１０Ａが形成され、乾電池収納部１０Ａに、振動子６の電源となる二つの乾電池１０１Ａ，１０１Ａが収納されている。また、乾電池収納部１０Ａの下方には振動子６Ａの起動又は停止を行う電源ボタン１１Ａが設けられている。さらに、軸受け本体８Ａの下端部には、振動子６Ａ及びパッキン材５Ａを覆うように遮蔽カバー１２Ａが設けられている。この遮蔽カバー１２Ａは提灯型をなしており、遮蔽カバー１２Ａによって、オゾン水に片状体２Ａの下端部を浸した場合に酸化性のあるオゾン水飛沫から精密な振動子６Ａを守ることができる。

なお、その他、片状体２Ａ、検出電極３Ａ、比較電極４Ａ、振動子６Ａ及び水槽１Ａは、第一の実施の形態の片状体２、検出電極３、比較電極４及び振動子６と同様のものを使用することができるので、その説明を省略する。

このように構成されたオゾン水濃度検出センサ１００Ａは、検出電極３Ａ及び比較電極４Ａを水槽１Ａ内のオゾン水に浸し、電源ボタン１１ＡをＯＮとすることで、振動子６Ａが振動し、電極３Ａ，４Ａ間で起電し、濃度指示計９Ａにより濃度が瞬時に表示される。
本実施の形態では、単三電池のような軽量の乾電池１０１Ａで十分に駆動させることができ、長期間にわたる繰り返し使用に耐えることができる。

［第三の実施の形態］
図３は、本発明の第三の実施の形態におけるオゾン水濃度検出センサ１００Ｂの要部を示した正面図である。
第三の実施の形態のオゾン水濃度検出センサ１００Ｂは、第一及び第二の実施の形態のオゾン水濃度検出センサ１００，１００Ａと異なり、検出電極３Ｂ及び比較電極４Ｂの他に、検出電極３Ｂと比較電極４Ｂとの間に発生する起電力変化特性を補正する補正電極１３Ｂが設けられているものである。補正電極１３Ｂは、検出電極３Ｂと平行となるように片状体２Ｂの下端部に設けられ、補正電極１３Ｂの一端部は検出電極３Ｂに高抵抗１４Ｂ（１０ｋΩ〜５０ｋΩ）で接続されている。補正電極１３Ｂとしては、例えば、金やパラジウムからなる電極を使用することができる。
なお、その他、片状体２Ｂ、検出電極３Ｂ、比較電極４Ｂ、振動子６Ｂ、電流計７Ｂ、ピボット５Ｂ及び軸受け本体８Ｂは、第一の実施の形態の片状体２、検出電極３、比較電極４、振動子６、電流計７、ピボット５及び軸受け本体８と同様のものを使用することができるので、その説明を省略する。
このように片状体２Ｂに補正電極１３Ｂを設けることにより、補正電極１３Ｂによってオゾン濃度により発生した電気信号が補正されて、より高性能なオゾン水濃度検出センサ１００Ｂとすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記第一の実施の形態における軸受けとして、先端５１が尖った形状のピボット５を使用するとしたが、その他の形状として図４に示すような棒状のピボット５Ｃを使用しても良い。この場合、棒状のピボット５Ｃを片状体２Ｃの挿入穴２１Ｃに挿入することにより片状体２Ｃが支持される。なお、図４において片状体２Ｃ、検出電極３Ｃ、比較電極４Ｃ、振動子６Ｃ及び水槽１Ｃは、第一の実施の形態の片状体２、検出電極３、比較電極４及び振動子６と同様のものを使用することができるので、その説明を省略する。

また、検出電極３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ及び比較電極４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、直線状の電極としたが、例えば各種金属線をコイル状に巻いたものを使用しても良い。この場合、各電極の表面積が大きくなるので、出力が大きく安定した起電力を得ることができ、アナログ又はデジタルの表示機器を駆動することができる。また、各電極３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃの金属材料の使用量を少なくすることができる。その他、板状の電極としても構わない。

(a)は、第一の実施の形態のオゾン水濃度検出センサ１００を模式的に示した側面図、(b)は、(a)におけるオゾン水濃度検出センサ１００の要部を示した正面図である。第二の実施の形態のオゾン水濃度検出センサ１００Ａを模式的に示した側面図である。第三の実施の形態のオゾン水濃度検出センサ１００Ｂの要部を示した正面図である。変形例を示したオゾン水濃度検出センサ１００Ｃを模式的に示した側面図である。

符号の説明

２片状体
３検出電極
４比較電極
５ピボット（軸受け）
６振動子
１３Ｂ補正電極
１００，１００Ｂオゾン水濃度検出センサ

Claims

片状体と、
前記片状体の下部に設けられた検出電極及び比較電極と、
前記片状体の下部を可動自在となるように前記片状体の上部で支持する軸受けと、
前記片状体に設けられて、片状体を振動させる振動子とを備え、
前記片状体がセラミック製で、その厚さが０．５〜１．０ｍｍで、
前記振動子がコイン型の振動モータであり、
前記検出電極及び比較電極をオゾン水に浸し、前記振動子を加振し、前記軸受けを中心にして前記片状体の下端部を振り子のように往復振動させることによって発生する起電力からオゾン水のオゾン濃度に比例した電気信号を得ることを特徴とするオゾン水濃度検出センサ。
前記片状体に、オゾン水のオゾン濃度により発生した電気信号を補正する補正電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水濃度検出センサ。
前記検出電極が金又は白金を被覆した金属であり、
前記比較電極が銀の表面に塩化銀を被覆した金属であることを特徴とする請求項１又は２に記載のオゾン水濃度検出センサ。