JP4917498B2 - 元素分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、元素分析装置に関し、特に元素分析装置に用いられる電極に関するものである。

この種の元素分析装置において、例えば特許文献１に示すように、上部電極及び下部電極に狭持されたるつぼに測定試料を収容して、電圧を印加することにより、るつぼ内の測定試料を加熱溶解して、それによって生じたガスを分析して前記測定試料の元素を分析するものがある。

そして、上部電極は、装置本体に固定される本体部と、当該本体部に着脱可能に取り付けられ、るつぼと接触する電極面を有する分離部とからなる。そして、本体部の嵌合部（嵌合孔）に、分離部の被嵌合部を、Ｏリング等のシール部材を介して冷却水に対して液密（気密）に嵌め込むことにより取り付けられている。

ここで、るつぼには黒鉛製のものを用いるので測定後に電極面を含む分離部全体が汚れてしまったり、また、測定を繰り返すと電極面が損耗してしまったりすることから、上部電極を定期的に清掃や交換などのメンテナンスを行う必要がある。

しかしながら、本体部に対して分離部がＯリングを介して液密（気密）に嵌合されており、Ｏリング等のシール部材の軸方向（抜脱方向）の摩擦抵抗等から、本体部から分離部を抜き外しにくく、抜脱作業が手間であるという問題がある。
特公平０７−４００２７号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、元素分析装置における電極の清掃や交換などメンテナンスにおける作業性を向上させることをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る元素分析装置は、測定試料を収容するるつぼを一対の電極により狭持し、当該電極に電圧を印加することにより、前記るつぼを加熱して前記測定試料を溶解し、それによって生じるガスから前記測定試料の元素を分析する元素分析装置であって、前記少なくとも一方の電極が、装置本体に固定される本体部と、前記本体部にシール部材を介して回動可能に取り付けられ、前記るつぼに接触する分離部と、前記本体部及び前記分離部の間に介在して設けられ、回転方向の力を軸方向の力に変換して前記本体部から分離部の取り外しを補助する取り外し補助機構と、を備え、前記取り外し補助機構が、前記本体部又は前記分離部の一方に設けられ、軸方向に対して傾斜する案内面と、前記本体部又は前記分離部の他方に設けられ、前記本体部に対して前記分離部を回転させたときに前記案内面上をスライド移動する被案内部と、から構成されることを特徴とする。

このようなものであれば、分離部を本体部に対して回転させるという簡単な操作のみで、シール部材の摩擦抵抗に関わらず、本体部から分離部を取り外すことができ、電極の清掃及び交換などのメンテナンスの作業性を向上させることができる。

また、本体部及び分離部への複雑な加工を不要とするためには、前記案内面を有する案内部材が、前記本体部又は前記分離部の一方の外側周面に設けられ、前記被案内部を有する被案内部材が、前記本体部又は前記分離部の他方の外側周面に設けられていることが望ましい。

案内部材の具体的な実施の態様としては、前記案内部材が、略部分円環状をなし、その周方向における所定位置から軸方向に折れ曲がっている第１屈曲部を備え、当該第１屈曲部に前記案内面が形成されていることが挙げられる。

被案合部材の具体的な実施の態様としては、前記被案内部材が、略部分円環状をなし、その周方向における所定位置において、前記案内部材の第１屈曲部に対向するように、軸方向に折れ曲がっている第２屈曲部を備え、当該第２屈曲部に前記被案内部である被案内面が形成されていることが挙げられる。

このように構成した本発明によれば、元素分析装置における電極の清掃や交換などメンテナンスにおける作業性を向上させることができる。

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。なお、図１は元素分析装置のるつぼ２をセットした状態を示す電極部分を主として示す断面図であり、図２は上部電極３の分離斜視図であり、図３は上部電極３の側面図であり、図４は、上部電極３の平面図である。

＜装置構成＞
本実施形態に係る元素分析装置１は、金属中に含まれる元素を分析する金属中元素分析装置であって、図１に示すように、金属などの測定試料及び／又はフラックス（以下、特に区別しない場合は「試料」という。）を収容する黒鉛るつぼ２を上部電極３と下部電極４とで狭持して、上部電極３の上側に設けられた試料導入部１１１によって、前記るつぼ２に試料を投入し、電圧を印加する（るつぼ２に通電する）ことにより、るつぼ２内の試料を加熱溶解して、その時に発生する分析用ガスを図示しない分析部に送って分析し、測定試料に含まれる元素を分析するものである。

本実施形態の分析部としては、例えば一酸化炭素（ＣＯ）を測定する非分散赤外線検出器等の酸素成分検出部と、例えば窒素（Ｎ_２）を測定する熱伝導度検出器等の窒素成分検出部とが考えられる。その他、水素成分分析部や硫黄成分検出部などでも良い。

また、下部電極４は、電極面４１上に黒鉛るつぼ２が載置され、図示しない昇降機構により上部電極３に対して昇降移動するものである。また、下部電極４の内部には、冷却水を流通させる流通路Ｓ１が形成されている。図１中、４Ａは、流通路Ｓ１内に冷却水を導入するための冷却水導入口であり、４Ｂは、流通路Ｓ１から外部に冷却水を導出するための冷却水導出口である。なお、電極面４１上には、保護のためタングステンからなる円板が固定されている。

しかして、本実施形態の元素分析装置１の上部電極３は、図１〜図４に示すように、装置本体１１に固定される本体部３１と、その本体部３１にシール部材３３を介して回動可能に取り付けられ、るつぼ２に接触する電極面３２３を有する分離部３２と、本体部３１及び分離部３２の間に介在して設けられ、回転方向の力を軸方向の力に変換して前記本体部３１から分離部３２の取り外しを補助する取り外し補助機構５と、を備えている。

以下、本体部３１、分離部３２及び取り外し補助機構５について説明する。

本体部３１は、特に図１及び図２に示すように、概略回転体形状をなす筒状部材であり、装置本体１１の試料投入部１１１の下端部にねじ等により固定されている。

また、本体部３１の側壁には、冷却水を内部に導入するための冷却水導入口３１Ａ及び外部に導出するための冷却水導出口３１Ｂが設けられている。

分離部３２は、図１及び図２に示すように、概略回転体形状をなす筒状部材であり、本体部３１の下面とシール部材（Ｏリング）３３を介して気密に接触する大径部３２１と、当該大径部３２１の上面に同軸上に設けられ、本体部３１内に挿入されて、本体部３１の上端開口３１１とシール部材（Ｏリング）３３を介して気密に嵌合する小径部３２２とからなる。

また、分離部３２は、その下側に開口したるつぼ収容空間Ｓ２が形成され、その空間Ｓ２の上面には、るつぼ２の上端面と接触して電圧を印加するための電極面３２３が形成されている。電極面３２３には、保護のためタングステンからなる環状板が固定されている。この環状板には、内側周面から外側周面に向かって径方向に延びる凹溝が、円周方向に複数設けられており、これにより上部電極３及び下部電極４でるつぼ２を狭持しても、るつぼ内部の空間とるつぼ収容空間Ｓ１、さらには、るつぼ内部の空間と導入管６とが繋がり、分析用ガスを導入管６に導くことができる。

るつぼ収容空間Ｓ２を形成する大径部３２１の内周面には、測定時に下部電極４がシール部材（Ｏリング）を介して気密に嵌合される。また、大径部３２１の側壁（下部電極４が嵌合される部分より上）には、分析用ガスを図示しない分析部に導くための導入管６が接続されるガス取り出し孔３２１ａが設けられている。

そして、上記の本体部３１に分離部３２を装着することによって、本体部３１の内周面と分離部３２の外周面とにより、冷却水を流通させる流通路Ｓ３が形成される。また、本体部３１に分離部３２を装着した際には、本体部３１の下面と分離部３２の大径部３２１の上面とが、シール部材（Ｏリング）３３を介して、軸方向に対して垂直に接触する。なお、装着時には、ねじ７によって本体部３１に分離部３２を固定する。

取り外し補助機構５は、特に図３等に示すように、本体部３１に設けられ、軸方向に対して傾斜する案内面５０１と、分離部３２に設けられ、本体部３１に対して分離部３２を回転させたときに案内面５０１上をスライド移動する被案内部５０２と、から構成される。本実施形態の案内面５０１は案内部材５１に設けられ、被案内部５０２は被案内部材５２に設けられている。

案内部材５１は、本体部３１とは別体をなすものであり、本体部３１の外側周面から外側に突出してするように、本体部３１にねじ固定される（図２参照）。

具体的に案内部材５１は、図３及び図４に示すように、概略部分円環状（具体的には、概略１／４円環状）をなし、その周方向における所定位置から軸方向下側に折れ曲がっている第１屈曲部５１１を備え、当該第１屈曲部５１１の下面に前記案内面５０１が形成されている。

つまり案内面５０１は、本体部３１の外側周面から外側に延出し、平面視において本体部３１の外周面に沿って設けられ（図４参照）、側面視において、分離部３２の回転方向に対向するように、本体部３１の下面よりも下方に傾斜した面である（図３参照）。

また、案内部材５１において、第１屈曲部５１１以外の平面部５１２の内側面には、本体部３１の下面に設けられた固定凹部（図示しない）に嵌ってねじ留めされる突出固定部（図示しない）が２つ設けられている。

さらに案内部材５１は、本体部３１の下面に本体部３１の回転軸に対して軸対称となるように２つ設けられている（図４参照）。

被案内部材５２は、分離部３２とは別体をなすものであり、分離部３２の外側周面から外側に突出するように、分離部３２にねじ固定される。

具体的に被案内部材５２は、図３及び図４に示すように、前記案内部材５１とほぼ同一形状であり、略部分円環状（具体的には、概略１／４円環状）をなし、その周方向における所定位置において、前記案内部材５１の第１屈曲部５１１に対向するように、軸方向下側に折れ曲がっている第２屈曲部５２１を備え、当該第２屈曲部５２１に前記被案内部である被案内面５０２が形成されている。

つまり被案内面５０２は、分離部３２の外側周面から外側に延出し、平面視において分離部３２の外周面に沿って設けられ（図２参照）、側面視において、分離部３２の回転方向を向くように、分離部３２の大径部３２１の上面よりも下方に傾斜した面である（図３参照）。

また、被案内部材５２において、第２屈曲部５２１以外の平面部５２２の内側面には、前記案内部材５１と同様、図２に示すように、分離部３２の大径部３２１上面に設けられた固定凹部３２１１に嵌ってねじ留めされる突出固定部５２１１が２つ設けられている。

さらに被案内部材５２は、分離部３２の大径部３２１上面に、分離部３２の回転軸に対して軸対称となるように２つ設けられている。

このような分離部３２を本体部３１に取り付ける際には、被案内面５０２が前記案内面５０１に対向するように、本体部３１に装着し、ねじ７により固定する。一方、本体部３１から分離部３２を取り外す際には、ねじ７を取り外し、分離部３２を本体部３１に対して回転させることにより、被案内面５０２が案内面５０１に接触した後、案内面５０１上をスライド移動する。このとき、案内面５０１と被案内面５０２との接触面は、軸方向に対して傾斜する面である。これにより、分離部３２の回転方向の力が軸方向（抜脱方向）の力に変換されて、分離部３２を取り外すことができる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る元素分析装置１によれば、シール部材（Ｏリング）３３の軸方向（抜脱方向）の摩擦抵抗に関わらず、分離部３２を本体部３１に対して回転させるという簡単な操作のみで、本体部３１から分離部３２を取り外すことができ、電極３の清掃及び交換などのメンテナンスの作業性を向上させることができる。

また、案内部材５１及び被案内部材５２はそれぞれ、本体部３１及び分離部３２と別体であることから、従来の本体部３１及び分離部３２への加工を可及的に少なくすることができる。つまり、本体部３１と分離部３２の大径部３２１との接触面を従来同様、軸方向に対して垂直にすることができ、本体部３１及び分離部３２の内部構造を変更する必要がない。

さらに、被案内部を被案内面５０２とし、案内面５０１と面接触するようにしているので、スライド移動に際して面圧の低減及び高剛性化が可能となり、分離部３２の取り外しが確実になる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、前記実施形態では、案内面５０１を本体部３１に、被案内部５０２を分離部３２に設けたが、案内面５０１を分離部３２に設け、被案内部５０２を本体部３１に設けるようにしても良い。

また、前記実施形態では、被案内部５０２は第２屈曲部５２１により形成された面であったが、図５に示すように、被案内部５０２が、分離部３２の外側周面に設けられたピン等のスライド部材であっても良い。

さらに、取り外し補助機構５を、本体部３１と分離部３２との接触面のうち全部又は一部を軸方向に対して傾斜させて構成しても良い。この場合、取り外し補助機構５は、本体部３１の下面の全部又は一部に形成された軸方向に傾斜した第１傾斜面と、分離部３２（大径部３２１）の上面の全部又は一部に形成され、本体部３１に分離部３２を取り付けたときに前記第１傾斜面と接触する第２傾斜面と、から構成される。

その上、前記実施形態では、案内部材５１の第１屈曲部５１１は軸方向下方に折れ曲がり、その第１屈曲部５１１の下面に案合面５０１が形成されているが、図６に示すように、第１屈曲部５１１を軸方向上方に折れ曲げ、その第１屈曲部５１１の下面に案内面５０１を形成しても良い。このとき、被案内部材５２の第２屈曲部５２１は軸方向上方に折れ曲がり、その第２屈曲部５２１の上面に被案内面５０２が形成される。

加えて、前記実施形態では、取り外し補助機構を上部電極３に設けたものであったが、下部電極４に設けても良い。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、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ことは言うまでもない。

本実施形態に係る元素分析装置のるつぼをセットした状態を示す電極部分を主として示す断面図。 同実施形態における上部電極の分離斜視図。 同実施形態における上部電極の側面図。 同実施形態における上部電極の平面図。 その他の実施形態における上部電極の側面図。 その他の実施形態における上部電極の側面図。

符号の説明

１ ・・・元素分析装置
２ ・・・るつぼ
３ ・・・上部電極
３１ ・・・本体部
３２ ・・・分離部
３２３・・・電極面
３３ ・・・シール部材
４ ・・・下部電極
５ ・・・取り外し補助機構
５０１・・・案内面
５０２・・・被案内面（被案内部）
５１ ・・・案内部材
５１１・・・第１屈曲部
５２ ・・・被案内部材
５２１・・・第２屈曲部

Claims (2)

1. 測定試料を収容するるつぼを一対の電極により狭持し、当該電極に電圧を印加することにより、前記るつぼを加熱して、それによって生じるガスから前記測定試料の元素を分析する元素分析装置であって、
   前記少なくとも一方の電極が、
   装置本体に固定される本体部と、
   前記本体部にシール部材を介して回動可能に取り付けられ、前記るつぼに接触する分離部と、
   前記本体部及び前記分離部の間に介在して設けられ、回転方向の力を軸方向の力に変換して前記本体部から分離部の取り外しを補助する取り外し補助機構と、を備え、
   前記取り外し補助機構が、
   前記本体部又は前記分離部の一方に設けられ、軸方向に対して傾斜する案内面と、
   前記本体部又は前記分離部の他方に設けられ、前記本体部に対して前記分離部を回転させたときに前記案内面上をスライド移動する被案内部と、から構成され、
   前記案内面を有する案内部材が、前記本体部又は前記分離部の一方の外側周面に設けられ、
   前記被案内部を有する被案内部材が、前記本体部又は前記分離部の他方の外側周面に設けられており、
   前記案内部材が、略部分円環状をなし、その周方向における所定位置から軸方向に折れ曲がっている第１屈曲部を備え、当該第１屈曲部に前記案内面が形成されている元素分析装置。
2. 前記被案内部材が、略部分円環状をなし、その周方向における所定位置において、前記案内部材の第１屈曲部に対向するように、軸方向に折れ曲がっている第２屈曲部を備え、当該第２屈曲部に前記被案内部である被案内面が形成されている請求項１記載の元素分析装置。