JP5198947B2 - 元素分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば鉄鋼や非鉄金属、セラミックスなどの測定試料中に含まれる窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）等の元素を分析する元素分析装置に関し、特に元素分析装置に用いられる上部電極及び下部電極を清掃するための清掃ユニット及び下部電極上にるつぼを搬送する搬送ユニットに関するものである。

この種の元素分析装置は、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挟持されたるつぼに測定試料を収容して、該るつぼに直接電圧を印加することにより、該るつぼ及び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している。

このように、上部電極及び下部電極は黒鉛るつぼと接触しており、また、溶解した測定試料、フラックス等の一部が突沸、飛散して付着したり、るつぼの昇華等により、上部電極及び下部電極が汚れてしまう。そして、電極面が汚れると、その汚れにより接触抵抗が変化し、るつぼを挟持したときに、るつぼに電流が流れにくくなり、測定試料などの加熱が不十分になって、分析用ガスの抽出性能が変化したり、低下する等の問題がある。

したがって、分析用ガスの抽出が終わると上部電極及び下部電極の清掃を行うことが必要である。

そして従来、上部電極及び下部電極を清掃するものとして、特許文献２に示す自動清掃装置がある。

この自動清掃装置は、上部電極及び下部電極を清掃する回転ブラシを有するブラシ保持部と、当該回転ブラシによる清掃によって生じるダストを吸引する吸引手段とを備えている。この吸引手段は、真空掃除機などの吸引機構と、当該吸引機構及びブラシ保持部を接続するフレキシブルホースと、から構成される。

しかしながら、この自動清掃装置は、回転ブラシが、上部電極及び下部電極と対向する対向位置及び当該対向位置から離間した退避位置の間を水平移動するだけでなく、対向位置から回転ブラシが各電極に接触して清掃する清掃位置に垂直移動するものであり、ブラシ保持部と吸引機構との接続にフレキシブルホースを用いているとしても、長期の耐久性に劣るという問題がある。

また、フレキシブルホースがその他の部材に干渉してブラシ保持部の移動を制限してしまう等、設置スペースの問題もある。
特許２９４９５０１号公報 特公昭５８−２３８８６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、フレキシブルホースを不要にし、清掃機構の構成の簡略化及び長寿命化をその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に元素分析装置は、上部電極及び当該上部電極に対して昇降移動する下部電極を備え、それら電極により、試料を収容するるつぼを挟持し、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、前記試料によって生じるガスから前記試料の元素を分析する元素分析装置であって、前記上部電極を清掃する清掃機構を具備し、当該清掃機構が、装置本体側に固定され、吸引機器が接続される本体側吸引口と、前記上部電極を清掃する上部電極清掃体と、一端が上部電極側開口として上部電極清掃体の周囲に開口し、他端が前記上部電極側開口から空気を吸引するためのアーム部側吸引口として開口する吸気通路を有するアーム部と、前記上部電極清掃体が上部電極を清掃する清掃位置、及び当該清掃位置から離間した退避位置との間で前記アーム部を昇降移動させる昇降駆動部と、を備え、前記アーム部側吸引口が、前記清掃位置において、前記本体側吸引口と連通するものであることを特徴とする。

このようなものであれば、可動部であるアーム部に設けられたアーム部側吸引口と、装置本体側に設けられた本体側吸引口とが清掃位置で連通するようにしているので、吸引機器と可動部であるアーム部とを接続するフレキシブルホース等のホースを不要にすることができ、清掃機構の構成を簡略化することができるとともに、清掃機構を長寿命化することができる。

また、アーム部側吸引口と本体側吸引口とを確実に連通させるためには、前記アーム部側吸引口又は前記本体側吸引口の周囲に設けられ、前記清掃位置において前記アーム部側吸引口及び前記本体側吸引口を連通する、弾性材料からなる連結体を備えることが望ましい。このとき、アーム部が昇降移動するものであるので、本体側吸引口が鉛直下向きに開口するものであり、アーム部側吸引口が鉛直上向きに開口するものであることが望ましい。

アーム部が下部電極清掃体を有するものである場合において、アーム部を上部電極清掃体及び下部電極清掃体がそれぞれ上部電極及び下部電極に対向する対向位置に移動させた後、下部電極を下部電極清掃体に接触させながら、アーム部を上昇させて上部電極清掃体を上部電極に接触させるようにすることが考えられるが、このとき、上部電極清掃体が上部電極を清掃する清掃位置に上昇するまで、アーム部側吸引口と本体側吸引口とは連通しない。そうすると、下部電極清掃体は、下部電極への付着物をまき散らしながら上昇することになり、装置内部が汚れてしまうという問題がある。この問題を解決するためには、前記アーム部が、下部電極を清掃する下部電極清掃体を備え、前記上部電極清掃体を清掃位置に移動させて、前記アーム部側吸引口及び前記本体側吸引口が連通させた後に、前記下部電極を上昇させて、前記下部電極及び前記下部電極清掃体を当接させて、当該下部電極を清掃することが望ましい。

このように本発明によれば、フレキシブルホースを不要にし、清掃機構の構成の簡略化及び長寿命化を可能にするができる。

次に、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は本実施形態の元素分析装置１００の概略構成図、図２は清掃機構５の動作を示す模式図である。

＜装置構成＞

本実施形態に係る元素分析装置１００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、金属などの測定試料及び／又はフラックス（以下、特に区別しないときは「試料」という。）を収容する黒鉛るつぼを上部電極３と下部電極２とで挟持して、上部電極３の上側に設けられた試料導入部４から前記るつぼに試料を導入し、電圧を印加する（るつぼに通電する）ことにより、るつぼ及びるつぼ内の試料を加熱し、試料を溶解して、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。

上部電極３は、図１に示すように、試料導入部４の下部に固定され、その下側に開口したるつぼ収容空間Ｓ１を有している。その空間Ｓ１の上面には、るつぼの上端面と接触して電圧を印加するための電極面３１が形成されている。また、るつぼ収容空間Ｓ１の内周面は、測定時に下部電極２がシール部材（Ｏリング）を介して気密に嵌合される。また、上部電極３の側壁（下部電極２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（図示しない）が接続されるガス取り出し孔（図示しない）が設けられている。上部電極３の内部には、冷却水を流通させるための流通路Ｓ２が形成されている。なお、電極面３１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、径方向に延びる凹部が、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２でるつぼを挟持しても、るつぼ内部の空間とるつぼ収容空間Ｓ１、ひいては導入管と繋がり、分析用ガスを導入管に導くことができる。

また、図示しないが、測定に際しては、下部電極２の電極面２１上に黒鉛るつぼが載置され、例えば下部電極２が、図示しない電極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２の内部には、冷却水を流通させる流通路Ｓ３が形成されている。なお、電極面２１も、前記上部電極３の電極面３１同様、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１００は、図１に示すように、上部電極３及び下部電極２を清掃する清掃機構５を備えている。

清掃機構５は、清掃体５１１、５１２及び吸気通路５１３を有するアーム部５１と、回転軸５２２により支持し、当該回転軸５２２を回転させることにより、アーム部５１を回転軸５２２周りに回転させる回転駆動機構５２と、前記アーム部５１を回転軸５２２に沿って昇降移動させる昇降駆動機構５３と、装置本体側に固定され、吸引機器が接続される本体側吸引口１０２Ａと、を備えている。

以下、それぞれについて説明する。

アーム部５１は、図１に示すように、上部電極３を清掃する上部電極清掃体５１１（以下、「第１清掃体５１１」ともいう。）、下部電極２を清掃する第２清掃体５１２（以下、「第２清掃体５１２」ともいう。）、一端が上部電極側開口５１Ａとして上部電極清掃体５１１の周囲に開口し、他端が前記上部電極側開口５１Ａから空気を吸引するためのアーム部側吸引口５１Ｂとして開口する吸気通路５１３を有する。また、アーム部５１は、その基端部が後述する回転駆動機構５２の回転軸５２２に連結され、その先端部の上部電極３側に第１清掃体５１１を保持し、下部電極２側に第２清掃体５１２を保持する。なお、図１は、アーム部５１が清掃位置Ｑにある状態を示している。

第１清掃体５１１（上部電極清掃体）は、上部電極３を清掃するものであり、本実施形態では回転ブラシである。具体的には、第１清掃体５１１は、上部電極３の電極面３１を清掃するため第１電極面ブラシ５１１ａと、上部電極３の試料通過孔３ａを清掃するための通過孔ブラシ５１１ｂと、それらブラシ５１１ａ、５１１ｂを保持する第１基体５１１ｃとからなる。

第１電極面ブラシ５１１ａは、例えばステンレス製のブラシ毛からなり、通過孔ブラシ５１１ｂは、例えばナイロン製のブラシ毛からなる。また、通過孔ブラシ５１１ｂは、電極面ブラシ５１１ａよりも先端側に設けられている。第１基体５１１ｃは、後述する清掃体回転機構６の第１駆動軸６４に固定される。

第２清掃体５１２（下部電極清掃体）は、下部電極２を清掃するものであり、前記第１清掃体５１１と同様、回転ブラシである。具体的には、第２清掃体５１２は、下部電極２の電極面２１を清掃する第２電極面ブラシ５１２ａと、下部電極２の電極面２１の周辺部を清掃するための周辺部ブラシ５１２ｂと、それらブラシを保持する第２基体５１２ｃとからなる。

第２電極面ブラシ５１２ａは、例えばステンレス製のブラシ毛からなり、周辺部ブラシ５１２ｂは、例えばナイロン製のブラシ毛からなる。なお、第２電極面ブラシ５１２ａの外側に周辺部ブラシ５１２ｂが設けられている。第２基体５１２ｃは、後述する清掃体回転機構６の第２駆動軸６５に固定される。

吸気通路５１３は、アーム部５１の内部に形成されており、一端がアーム部５１先端側上面に形成された上部電極側開口５１Ａ及びアーム部５１先端側下面に設けられた下部電極側開口５１Ｃとして開口し、他端が、アーム部５１基端側上面に形成されたアーム部側吸引口５１Ｂとして開口するものである。

上部電極側開口５１Ａは、上部電極清掃体５１１の周囲に形成されており、本実施形態では、上部電極清掃体５１１の周囲を囲むように設けられ、第１駆動軸６４と同心円状となるように形成されている。また、上部電極側開口５１Ａの開口縁には、清掃位置Ｑにおいて上部電極３の下面と接触する弾性材料からなるシール部材５４が設けられている。

下部電極側開口５１Ｃは、第２清掃体５１２の周囲に立設された側壁５１４により形成されている。この側壁５１４は、アーム部５１が上部電極３及び下部電極２により挟持されたときの、下部電極２と第２清掃体５１２との距離、つまり下部電極２の電極面２１に対する第２清掃体５１２の高さを調節するものである。

アーム部側吸引口５１Ｂは、鉛直上向きに形成されており、上部電極側開口５１Ａ及び下部電極側開口５１Ｃから空気を吸引するためのものである。さらにアーム部側吸引口５１Ｂの周縁部には、当該アーム部側吸引口５１Ｂに連通する貫通孔を有する弾性材料からなる連結体５５が設けられている。この連結体５５の貫通孔は、アーム部側吸引口５１Ｂに連通して、鉛直上向きに設けられている。そして、対向位置Ｐにあるアーム部５１が上昇して、清掃位置Ｑに到達したときに、連結体５５が、基台（図示しない）に設けられた枠体１０２に固定された本体側吸引口１０２Ａと接続されるようにしている。これにより、アーム部側吸引口５１Ｂと本体側吸引口１０２Ａとが連結体５５を介して連通する。

また、アーム部５１には、第１清掃体５１１及び第２清掃体５１２を回転するための清掃体回転機構６が設けられている。この清掃体回転機構６は、図３に示すように、アーム部５１の基端側下面に固定されたモータ等のアクチュエータ６１と、アクチュエータ６１の駆動軸に固定された第１プーリ６２と、アーム部５１の先端側に設けられた第２プーリ６３と、当該第１プーリ６２の回転駆動を第２プーリ６３に伝達する伝達ベルト６３と、第２プーリ６３の上面に設けられ、第１清掃体５１１の第１基体５１１ｃに連結される第１駆動軸６４と、第２プーリ６３の下面に設けられ、第２清掃体５１２の第２基体５１２ｃに連結される第２駆動軸６５とからなる。なお、アクチュエータ６１は、図示しない制御機器により制御される。

回転駆動機構５２は、図１に示すように、回転軸５２２によりアーム部５１を昇降自在に支持して、アーム部５１を回転させるものであり、各清掃体５１１、５１２が各電極２、３に対向する対向位置Ｐ及びその対向位置Ｐから水平方向に離間した退避位置の間で、アーム部５１を回転移動させるものである。また、回転駆動機構５２は、図示しないが、対向位置Ｐ及び退避位置の間における複数の回転位置でアーム部５１を停止可能なものである

回転駆動機構５２の具体的な構成は、アーム部５１が固定される固定部５２１と、その固定部５２１に設けられた貫通孔に相対回転不能且つ軸方向にスライド可能に挿通された回転軸５２２と、当該回転軸５２２の下端部に連結され、当該回転軸５２２を回転させるアクチュエータ５２３とからなる。これらは、ブラケット５２４により装置本体（例えば、基台に設けられた枠体１０２）に固定される。アクチュエータ５２３は、ステッピングモータであり、図示しない制御機器からの駆動パルスにより制御される。

このような回転駆動機構５２により、アクチュエータ５２３により回転軸５２２を回転させると、回転軸５２２と相対回転不能なアーム部５１も回転する。これにより、アーム部５１は、回転軸５２２を回転中心として、対向位置Ｐと退避位置との間を回転移動する。

昇降駆動機構５３は、図１に示すように、アーム部５１に接触して昇降移動する駆動軸５３１を有するエアシリンダ５３２と、当該エアシリンダ５３２に圧縮空気を供給するための図示しない圧縮空気源と、前記エアシリンダ及び圧縮空気源を接続する図示しない接続管とから構成される。なお、接続管上には、電磁弁が設けられ、当該電磁弁は図示しない制御機器により制御される。

また、回転軸５２２と固定部５２１とは軸方向にスライド可能であり、アーム部５１が昇降駆動機構５３により押し上げられるに従って、アーム部５１は回転軸５２２をスライドして上昇する。

本体側吸引口１０２Ａは、基台に設けられた枠体１０２に固定されたブロック体７により形成されており、当該ブロック体７には、本体側吸引口１０２Ａと連通して吸引機器（図示しない）が接続されている。本体側吸引口１０２Ａは、鉛直下向きに形成されている。また、ブロック体７の本体側吸引口１０２Ａの開口縁は、アーム部５１が清掃位置Ｑにある状態において、アーム部５１に設けられた連結体５５の上部開口縁に接触する。さらに、本体側吸引口１０２Ａは、アーム部５１が清掃位置Ｑにある状態において、連結体５５の上部開口の位置又はその位置よりも若干低い位置に設けられている。

＜＜清掃機構５の動作＞＞

次に、このように構成した清掃機構５の動作について、図２を参照して説明する。

まず、清掃段階に入る前に、アーム部５１に設けられた把持爪（図示しない）により下部電極２上にあるるつぼを把持して、廃棄ボックス（図示しない）に搬送し廃棄する。その後、回転駆動機構５２により、退避位置にあるアーム部５１を対向位置Ｐに回転移動させる（図２（ａ））。

そして、アーム部５１が対向位置Ｐに移動されると、アーム部５１は、昇降駆動機構５３により、鉛直上方に移動して、アーム部５１は清掃位置Ｑに到達する（図２（ｂ））。このとき、アーム部５１の先端側上面に設けたシール部材５４又は上部電極側開口５１Ａの周縁が、上部電極３の下面に接触する。この清掃位置Ｑにおいて、アーム部５１に設けられた上部電極清掃体５１１は、上部電極３の電極面３１に接触した状態、つまり、第１清掃体５１１のブラシ５１１ａ、５１１ｂは、上部電極３の電極面３１及び試料通過孔３ａに押圧接触した状態である。また、この清掃位置Ｑにおいて、アーム部５１の上面に設けられたアーム部側吸引口５１Ｂが、装置本体側（具体的には基台に設けられた枠体１０２）に固定された本体側吸引口１０２Ａに連通する。具体的には、アーム部側吸引口５１Ｂの周縁部に設けられた連結体５５が本体側吸引口１０２Ａに接触することにより、アーム部側吸引口５１Ｂ及び本体側吸引口１０２Ａが連通する。このとき、上部電極３において上部電極清掃体５１１の回転により生じたダストは、上部電極側開口５１Ａから吸気通路５１３に吸い込まれ、アーム部側吸引口５１Ｂを介して本体側吸引口１０２Ａから装置外部に排出される。

そして、アーム部５１が清掃位置Ｑに到達して、本体側吸引口１０２Ａ及びアーム部側吸引口５１Ｂが連通した後、制御機器の制御信号を受け付けた電極昇降機構が下部電極２を上昇させる。このとき、下部電極２の電極面２１の周辺部は、下部電極清掃体５１２の周囲に設けられた側壁５１４に接触し、下部電極側開口５１Ｃの周縁に当接する（図２（ｃ））また、第２清掃体５１２のブラシ５１２ａ、５１２ｂは、下部電極２の電極面２１及びその周辺部に押圧接触した状態である。

このとき、下部電極２において下部電極清掃体５１２の回転により生じるダストは、側壁５１４に設けられた吸気路５１４Ａ及びアーム部５１の吸気通路５１３を通りアーム部側吸引口５１Ｂを介して本体側吸引口１０２Ａから装置外部に排出される。

清掃後、電極昇降機構により下部電極２を下降させた後、昇降移動機構５３によりアーム部５１を対向位置Ｐまで下降させ、さらに回転駆動機構５２により、アーム部５１を退避位置に回転移動する。

＜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１００によれば、可動部であるアーム部５１に設けられたアーム部側吸引口５１Ｂと、装置本体側に設けられた本体側吸引口１０２Ａとが清掃位置Ｑで連通するようにしているので、吸引機器と可動部であるアーム部５１とを接続するフレキシブルホース等のホースを不要にすることができ、清掃機構５の構成を簡略化することができるとともに、清掃機構５を長寿命化することができる。

また、本体側吸引口１０２Ａとアーム部側吸引口５１Ｂとの間に弾性材料からなる連結体５５を設けることにより、清掃位置Ｑにおけるそれら吸引口の連結がより一層確実になり、各清掃体５１１、５１２により生じるダストを確実に吸引することができる。

さらに本実施形態では、清掃機構５の動作として、アーム部５１を清掃位置Ｑに移動させた後、清掃位置Ｑにあるアーム部５１の第２清掃体に下部電極２を接触させるようにしているので、各電極２、３からのダストをまき散らすことなく吸引することができる。仮に、下部電極２の上昇動作によりアーム部５１を清掃位置Ｑに上昇させた場合、下部電極２とアーム部５１の下部電極清掃体５１２が接触したとたんに、当該清掃体５１２により下部電極２の付着物をまき散らしながら、アーム部５１が上昇して清掃位置Ｑに移動することになり、装置内部を汚してしまうという問題がある。本実施形態では、各清掃体が電極を清掃する段階において、必ず本体側吸引口１０２Ａ及びアーム部側吸引口５１Ｂが連通して、吸気通路５１３が吸引機器に接続された状態であるため、ダストをまき散らすことがない。

＜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、連結体を設けるようにしているが、連結体を設けることなく、アーム部側吸引口及び本体側吸引口を直接接触させるようにしても良い。また、本体側吸引口が形成されるブロック体を弾性部材により形成することも考えられる。

また、前記実施形態では、アーム部側吸引口が鉛直上向きに形成され、本体側吸引口が鉛直下向きに形成されているが、その他、アーム部が清掃位置Ｑに到達したときに、アーム部側吸引口及び本体側吸引口が連通するように形成されていれば良く、例えばアーム部側吸引口をアーム部の側面に水平方向を向くように形成し、本体側吸引口を当該アーム部側吸引口に対応する位置に水平方向を向くように形成しても良い。

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。

電極部分及び搬送・清掃ユニットを主として示す断面図。 清掃機構の動作を示す模式図。

符号の説明

１００ ・・・元素分析装置
Ｒ ・・・るつぼ
２ ・・・下部電極
３ ・・・上部電極
５ ・・・清掃機構
５１１ ・・・上部電極清掃体
５１Ａ ・・・上部電極側開口
５１Ｂ ・・・アーム部側吸引口
５１３ ・・・吸気通路
５１ ・・・アーム部
Ｐ ・・・離間位置（対向位置）
Ｑ ・・・清掃位置
５３ ・・・昇降駆動部
１０２Ａ・・・本体側吸引口
５５ ・・・連結体
５１２ ・・・下部電極清掃体

Claims (3)

1. 上部電極及び当該上部電極に対して昇降移動する下部電極を備え、それら電極により、試料を収容するるつぼを挟持し、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、前記試料によって生じるガスから前記試料の元素を分析する元素分析装置であって、
   前記上部電極を清掃する清掃機構を具備し、当該清掃機構が、
   前記上部電極を清掃する上部電極清掃体と、一端が上部電極側開口として上部電極清掃体の周囲に開口し、他端が前記上部電極側開口から空気を吸引するためのアーム部側吸引口として開口する吸気通路を有するアーム部と、
   前記上部電極清掃体が上部電極を清掃する清掃位置、及び当該清掃位置から離間した離間位置との間で前記アーム部を昇降移動させる昇降駆動部と、
   装置本体側に固定され、吸引機器が接続される本体側吸引口と、を備え、
   前記アーム部側吸引口が、前記清掃位置において、前記本体側吸引口と連通するものである元素分析装置。
2. 前記アーム部側吸引口又は前記本体側吸引口の周縁部に設けられ、前記清掃位置において前記アーム部側吸引口及び前記本体側吸引口を連通する、弾性材料からなる連結体を備える請求項１記載の元素分析装置。
3. 前記アーム部が、下部電極を清掃する下部電極清掃体を有し、
   前記上部電極清掃体を清掃位置に移動させて、前記アーム部側吸引口及び前記本体側吸引口が連通した後に、前記下部電極を上昇させて、前記下部電極及び前記下部電極清掃体を当接させて、当該下部電極を清掃する請求項１又は２記載の元素分析装置。