JP5555149B2

JP5555149B2 - オゾン水センサー

Info

Publication number: JP5555149B2
Application number: JP2010281246A
Authority: JP
Inventors: 喜之西村
Original assignee: 水青工業株式会社
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: JP2012127889A

Description

本発明は、オゾン水センサーに関する。

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、さらに水に溶解した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正規の測定法であったが、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紫外線吸収法や、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。しかし、紫外線吸収法は極めて高価であり、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、簡単にオゾン水濃度を電気信号に変換し、より簡便な電極法が注目されるようになっている。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）。このような電極法のうち、裸電極式は特に構造がシンプルで応答が速いという優れた特徴を持つ。

特開平８−１３６５０１号公報

しかしながら、上記電極法の裸電極式では、電極部が直接オゾン水に晒されるため、使用条件によっては他の方式に比べて早く劣化を起こすことがあるという問題がある。例えば、オゾン水が蒸留水や精製水を原料水とする場合は、検出部が直接オゾン水に晒されていても検出部の汚染の心配は無いと考えても良いが、蒸留水や精製水は水の電気伝導度が極めて低く、従来から使用されているコイル型（図４参照）などの裸電極式では検出できる電圧や電流値が小さすぎて有為に測定を行うことができない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、電気伝導度の極小さいオゾン水であっても、オゾン濃度を正確に測定することができる裸電極式のオゾン水センサー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、イオン化傾向が互いに異なる検出電極及び比較電極と、
前記検出電極と前記比較電極との間に挟んで設けられ、通水性及び耐オゾン性を有するマイクロメッシュ状あるいは布状の絶縁体と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のオゾン水センサーにおいて、
前記検出電極及び前記比較電極が平面状の金属製マイクロメッシュであり、
前記検出電極と前記比較電極との間に前記絶縁体を挟み、前記検出電極及び前記比較電極間を均一な間隔に保持したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載のオゾン水センサーにおいて、
前記検出電極及び前記比較電極は、前記金属製マイクロメッシュを多層に積層した多層構造であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載のオゾン水センサーにおいて、
前記検出電極と前記比較電極との間の間隔が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載のオゾン水センサーにおいて、
前記検出電極を内側に配置し、前記検出電極の外側を覆うように前記比較電極を配置し
たことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項２〜５のいずれか一項に記載のオゾン水センサーにおいて、
前記検出電極が金又は金メッキ、もしくは白金又は白金メッキであり、
前記比較電極が銀の表面に塩化銀又は酸化銀を被覆したものであることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載のオゾン水センサーにおいて、
前記比較電極を導電性の被膜で被膜保護したことを特徴とする。

本発明によれば、検出電極及び比較電極と、これら両電極間に挟んで設けられ、通水性及び耐オゾン性を有するマイクロメッシュ状あるいは布状の絶縁体と、を備えるので、絶縁体の厚さを薄くすることによって、両電極間の間隔を簡単に狭くすることができる。そして、両電極の間隔を狭くすることで、オゾン濃度差に対するセンサー出力差を大きく現すことができ、センサー性能の非常に高い、裸電極式のオゾン水センサーとすることができる。したがって、電気伝導度の極小さいオゾン水であっても、オゾン濃度を正確に測定することができる。

(a)は、第１実施形態におけるオゾン水センサーの外観斜視図、(b)は、オゾンセンサーの使用状態を示した側断面図である。第２実施形態におけるオゾン水センサーの外観斜視図である。図２のオゾン水センサーにおける検出電極及び比較電極の一部を示した外観斜視図である。比較例のコイル型オゾン水センサーの外観斜視図である。オゾン水濃度に対するセンサー出力の計測結果を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１(a)は、本発明のオゾン水センサーの外観斜視図、図１(b)は、オゾン水センサーの使用状態を示した側断面図である。
オゾン水センサー１００は、例えば通水路や水槽内を流動するオゾン水のオゾン濃度を検出するセンサーである。オゾン水センサー１００は、検出電極１及び比較電極２としてイオン化傾向が互いに異なる平面状の金属製マイクロメッシュ１a，２aを互いに対向させ、検出電極１と比較電極２との間に通水性及び耐オゾン性を有するマイクロメッシュ状あるいは布状の絶縁体３を挟み、検出電極１及び比較電極２間を狭い均一な間隔に保持したものである。

検出電極１は、複数の金属製マイクロメッシュ１aが積層されてなる多層構造をなしている。図１(a)中では、検出電極１はマイクロメッシュ１aを２重積層しているが、十分な出力を得るためにも１ｃｍ^２程度の面積のマイクロメッシュ１aを３〜５重程度、積層することが好ましい。
検出電極１に使用する金属製マイクロメッシュ１aとしては、金又は金メッキ、もしくは白金又は白金メッキからなるものが挙げられる。
検出電極１を構成する金属製マイクロメッシュ１aの１枚の厚さは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍが好ましく、検出電極１全体としての厚さは、０．３ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。

比較電極２は、複数の金属製マイクロメッシュ２aが積層されてなる多層構造をなしている。比較電極２も、図１(a)中では、マイクロメッシュ２aを２重積層しているが、十分な出力を得るためにも１ｃｍ^２程度の面積のマイクロメッシュ２aを３〜５重程度、積層することが好ましい。
比較電極２に使用する金属製マイクロメッシュ２aとしては、銀マイクロメッシュに塩化銀又は酸化銀の被膜を形成したものが挙げられる。
比較電極２を構成する金属製マイクロメッシュ２aの１枚の厚さは、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍが好ましく、比較電極２全体としての厚さは、１ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。
また、比較電極２の表面は、導電性の被膜（図示しない）で被膜保護されている。導電性の被膜は、例えば、ナフイオン膜（陽イオン交換膜）の液体を比較電極２の表面に塗布して乾燥したものである。

これら検出電極１及び比較電極２は、内側に板状に形成された検出電極１が配置され、検出電極１の外面（互いに対向する両側面及び上面）を覆うようにして比較電極２が折り畳んで設けられている。つまり、折り畳まれた比較電極２の内部に検出電極１が配置されている。

検出電極１と比較電極２との間には、マイクロメッシュ状あるいは布状（クロス状）の絶縁材３が挟み込まれている。つまり、比較電極２の内面に接するとともに検出電極１の外面に接して絶縁材３が折り畳まれた状態で挟み込まれている。
絶縁材３としては、例えば、テフロン（登録商標）、ＰＦＡ、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン等を使用することができる。特に、耐オゾン性の点でテフロン、ＰＦＡが好ましい。
絶縁材３の厚さは、０．０５〜１ｍｍが好ましく、より好ましくは０．３ｍｍ以下である。なお、絶縁材の厚さの下限は、市販のもので５０μｍ程度である。絶縁材３の上限を１ｍｍとしたのは、１ｍｍを超えると、出力される絶対値が低いばかりでなく、異なった濃度のオゾン水に対しても一定の出力しか得られないためである。

検出電極１は、その下端部の一部が下方に延出しており、この延出部１bにリード線４が接続され、リード線４は電流計（図示しない）の正極に結線されている。
比較電極２は、その下端部の一部が下方に延出しており、この延出部２bにリード線５が接続され、リード線５は電流計の負極に結線されている。なお、電流計としては、マイクロ・アンペア電流計を使用することができる。
また、検出電極１の延出部１b及び比較電極２の延出部２bは、基台６内に埋設されるとともに基台６の下面を貫通している。つまり、基台６の上面から検出電極１、比較電極２及び絶縁体３が突出するような構成となっている。
また、基台６の外周面の一部には、当該外周面に沿ってシール部材７が設けられている。シール部材７としては、例えば、Ｏリング、ゴムパッキン、リップシール、シーラント等が挙げられる。シール部材７は、例えば、図１(b)に示すように、オゾン水の通路となる通水路を形成する壁面２００に貫通穴２０１を形成し、貫通穴２０１に基台６を嵌めこむことによってオゾン水センサー１００を取り付けた場合に、貫通穴２０１と基台６との間の水密性を確保するためのものである。

以上の構成からなるオゾン水センサー１００を、例えば通水路内を流れるオゾン水や、水槽内のオゾン水を流動させながら浸して検出電極１及び比較電極２をオゾン水に接触させる。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て、オゾン水の濃度を測定する。

以上、本発明の実施形態によれば、検出電極１及び比較電極２と、これら両電極間に挟んで設けられ、通水性及び耐オゾン性を有するマイクロメッシュ状あるいは布状の絶縁体３と、を備えるので、絶縁体３の厚さを薄くすることによって、両電極間の間隔を簡単に狭くすることができる。そして、両電極の間隔を狭くすることで、オゾン濃度差に対するセンサー出力差を大きく現すことができ、センサー性能の非常に高い、裸電極式のオゾン水センサー１００とすることができる。したがって、電気伝導度の極小さいオゾン水であっても、オゾン濃度を正確に測定することができる。
また、検出電極１及び比較電極２が平面状の金属製マイクロメッシュ１a，２aであり、両電極間に絶縁体３を挟み、両電極間を均一な間隔に保持したので、構造が単純で、両電極間に絶縁体を挟むだけで容易に製造することができる。また、特に、後述する第２実施形態のオゾン水センサー１００Ａに比べて構造が単純となるため、コンパクト化でき、製造が容易である。
また、検出電極１及び比較電極２は、金属製マイクロメッシュ１a，２aを積層した多層構造であるので、検出電極１及び比較電極２の表面積が増し、センサー出力を大幅に上げることができる。さらに、検出電極と比較電極との間の間隔が０．３ｍｍ以下の狭間隔とすることによって、オゾン水濃度差に対するセンサー出力差を大きく変えることができ、センサー性能をより向上させることができる。
また、検出電極１を内側に配置し、検出電極１の外側を覆うように比較電極２を配置したので、この点においても構造が単純で製造が容易となる。
また、比較電極２の表面は、導電性の被膜で被膜保護されているので、比較電極に被覆された塩化銀や酸化銀といった強度の低い材料を導電性の被膜により保護することができる。これによって極端にセンサー出力が落ちることもなく、裸電極式のオゾン水センサー１００として使用することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態のオゾン水センサーについて説明する。
図２は、オゾン水センサーの外観斜視図、図３は、図２のオゾン水センサーにおける検出電極及び比較電極の一部を示した外観斜視図である。
第２実施形態のオゾン水センサー１００Ａは、第１実施形態のオゾン水センサー１００とは異なり、図３に示すように、連続した線状の検出電極１Ａ及び比較電極２Ａを１本にまとめた電極部１０Ａを使用しており、このような電極部１０Ａを図２に示すようにタワシ状に加工している。
詳細には、検出電極１Ａは、金線又は白金線であり、比較電極２Ａは、銀線に塩化銀又は酸化銀を被覆したものである。
検出電極１Ａの金線又は白金線の線径は、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍが好ましく、比較電極２Ａの銀線の線径は、０．１ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。

検出電極１Ａと比較電極２Ａとの間には、通水性及び耐オゾン性のあるマイクロメッシュ状あるいは布状（クロル状）の絶縁材３Ａが挟み込まれている。つまり、検出電極１Ａの外周に絶縁材３Ａが被覆されており、この絶縁材３Ａに接するように比較電極２Ａが検出電極１Ａに平行となるように配置されている。
また、比較電極２Ａ及び絶縁材３Ａの外周には、さらに通水性及び耐オゾン性のあるマイクロメッシュ状あるいは布状の絶縁材８Ａが被覆されて、検出電極１Ａと比較電極２Ａが１本にまとめられている。
絶縁材３Ａ，８Ａとしては、上記第１実施形態の絶縁材３と同様のものを使用することができる。

このようにして、図３に示すように１本にまとめられた検出電極１Ａ及び比較電極２Ａからなる電極部１０Ａは、図２に示すように、両端部を除いた部分がタワシ状に加工されている。なお、図２では、電極部１０Ａが複数本あるように見えるが、実際には電極部１０Ａは連続した１本の連続体であり、両端部を除いた部分が様々な方向に曲げられてタワシ状に加工されている。このとき、絶縁材３Ａ，８Ａによって絶縁が保たれているので、タワシ状に加工しても問題が生じないようになっている。
そして、電極部１０Ａの一端部における検出電極１Ａの先端に、電流計の正極が結線されるリード線４Ａが接続され、電極部１０Ｂの他端部における比較電極１Ｂの先端に、電流系の負極が結線されるリード線５Ａが接続されている。なお、図示しないが、このオゾン水センサー１００Ａにおいても、第１実施形態と同様に検出電極及び比較電極からなる電極部１０Ａが基台（図示しない）に取り付けられることが好ましい。

以上、本発明の実施形態によれば、電極部１０Ａの一部をタワシ状に加工しているので、検出電極１Ａ及び比較電極２Ａの表面積をより増やすことができ、また、検出電極１Ａと比較電極２Ａとの間をより近接することができる。その結果、オゾン濃度に対するセンサー出力差を大きく現すことができ、センサー性能の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記実施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２実施形態では、タワシ状に加工するとしたが、絶縁が保たれているので、タワシ状以外にもコイル状、綿のように鞠状等、適宜形状を変更して加工しても良い。
また、上記第２実施形態では、１本にまとめられた検出電極１Ａ及び比較電極２Ａからなる電極部１０Ａが一本の連続体であるとしたが、電極部１０Ａが１本の連続体でなくとも、検出電極１Ａ及び比較電極２Ａを一本にまとめた電極部１０Ａを複数本パラレルに繋げて、これをタワシ状等に加工しても構わない。

次に、本発明のマイクロメッシュ型オゾン水センサーによる効果について実施例を挙げて説明する。
［実施例１］
図１(a)に示すオゾン水センサー１００を以下に示す通りにして製造した。
検出電極として、白金メッキマイクログレイチングを使用した。この白金マイクログレイチングは、厚さ０．１ｍｍのチタンの箔を、菱形格子状（１ｍｍ×０．６６ｍｍ）にグレイチング加工したもので、さらに表面に２μｍの白金メッキを施したものである。全体としての厚さも０．１ｍｍである。このようなマイクログレイチングを４枚重ねて検出電極とした。
比較電極として、塩化銀マイクログレイチングを使用した。この塩化銀マイクログレイチングは、厚さ０．３ｍｍの銀の薄板を、菱形格子状（３ｍｍ×２ｍｍ）にグレイチング加工したもので、さらに表面に塩化銀メッキを１０〜２０μｍ施した。このようなマイクログレイチングを３枚重ねて逆Ｕ字型に折り畳んだものを比較電極とした。
絶縁材としては、厚さ０．１ｍｍのポリエステルクロスを使用した。そして、検出電極の両面を覆うように絶縁材を折り重ね、さらに、絶縁材の両面を覆うように比較電極を３重に折り重ねて、これをオゾン水センサーとした。

［実施例２］
図１(a)に示すオゾン水センサー１００を以下に示す通りにして製造した。
上記実施例１において、絶縁材として、厚さ０．５ｍｍのＡＢＳ製マイクロメッシュを使用し、これ以外は同様にしてオゾン水センサーを製造した。

［比較例］
図４に示すコイル型オゾン水センサー１００Ｂを以下に示す通りにして製造した。このコイル型オゾン水センサー１００Ｂでは、検出電極１Ｂの外側で検出電極１Ｂに接触しないようにコイル状に比較電極２Ｂが設けられている。その他の構成は、図１(a)のオゾン水センサー１００と同様の構成であるので、図４中、同様の数字に英字Ｂを付した。
検出電極として、線径０．６ｍｍの無垢の金線を使用した。
比較電極として、線径０．８ｍｍの銀線をコイル状に加工し、さらに表面に塩化銀のメッキを施したものを使用した。そして、検出電極と比較電極との間隔を、１．２ｍｍとしたコイル型オゾン水センサーを製造した。なお、銀線のコイル内径は３ｍｍとした。

上記実施例１、２及び比較例のオゾン水センサーをオゾン水が流れる通水路に配置し、１ｐｐｍ〜５ｐｐｍの範囲でオゾン水濃度を変化させて、センサー出力を計測した。また、オゾン水の濃度は１０℃、２５℃の場合でそれぞれ計測した。その結果を図５に示した。

図５に示す結果より、実施例１、２のように検出電極と比較電極との間に絶縁体を挟んだマイクロメッシュ型の場合、比較例のコイル型に比べて、オゾン水の濃度差に対するセンサー出力に差異が現れることが認められる。したがって、センサー性能に優れることがわかる。
特に実施例１のように、検出電極と比較電極との間を狭間隔（０．１ｍｍ）にした場合、実施例２のように検出電極と比較電極との間を広間隔（０．５ｍｍ）にした場合に比べて、オゾン水の濃度差に対するセンサー出力差（勾配）が大きく現れることが認められる。したがって、検出電極と比較電極との間を０．３ｍｍ以下と狭間隔にするほど、センサー性能を向上させることがわかる。

１、１Ａ検出電極
１a マイクロメッシュ
２、２Ａ比較電極
２a マイクロメッシュ
３、３Ａ絶縁体
１００、１００Ａオゾン水センサー

Claims

イオン化傾向が互いに異なる検出電極及び比較電極と、
前記検出電極と前記比較電極との間に挟んで設けられ、通水性及び耐オゾン性を有するマイクロメッシュ状あるいは布状の絶縁体と、を備えることを特徴とするオゾン水センサー。
前記検出電極及び前記比較電極が平面状の金属製マイクロメッシュであり、
前記検出電極と前記比較電極との間に前記絶縁体を挟み、前記検出電極及び前記比較電極間を均一な間隔に保持したことを特徴とする請求項１に記載のオゾン水センサー。
前記検出電極及び前記比較電極は、前記金属製マイクロメッシュを多層に積層した多層構造であることを特徴とする請求項２に記載のオゾン水センサー。
前記検出電極と前記比較電極との間の間隔が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載のオゾン水センサー。
前記検出電極を内側に配置し、前記検出電極の外側を覆うように前記比較電極を配置したことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のオゾン水センサー。
前記検出電極が金又は金メッキ、もしくは白金又は白金メッキであり、
前記比較電極が銀の表面に塩化銀又は酸化銀を被覆したものであることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のオゾン水センサー。
前記比較電極を導電性の被膜で被膜保護したことを特徴とする請求項６に記載のオゾン水センサー。