JP5923382B2 - 残留塩素測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、回転式センサを有する残留塩素測定装置に関するものである。
例えば水道水（上水）等の試料液中の遊離残留塩素（例えば次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）等）を測定するものとして、回転電極式ポーラログラフ法を用いた残留塩素測定装置が考えられており、この残留塩素測定装置は、少なくとも作用電極及び対電極の２電極を有している。そして、この残留塩素測定装置は、作用電極を回転させて、当該作用電極表面で濃度分極を生じさせ、その際に流れる電流（拡散電流）を測定することにより、試料液中の残留塩素濃度を求めるものである。
ところで、この残留塩素測定装置は、作用電極が回転するため、当該作用電極の検出信号を静止側に伝達するための信号伝達機構が必要となる。この信号伝達機構としては、特許文献１の図７に示すように、作用電極に連結されて当該作用電極を回転させるための回転駆動軸に固定接触子を接触させることによって、作用電極の検出信号を静止側に伝達するように構成したものがある。
ここで、前記拡散電流を精度良く測定するためには、回転駆動軸及び固定接触子の接点での電気抵抗を小さくすることが望ましい。このため、回転駆動軸及び固定接触子の接点における電気抵抗を小さくすべく、回転駆動軸及び固定接触子の接触圧力を大きくすることが考えられる。
しかしながら、回転駆動軸及び固定接触子の接触圧力を大きくすると、回転駆動軸及び固定接触子の摩耗が発生し易く、回転駆動軸及び固定接触子の接触を長期間に亘って確保することが難しいという問題がある。また、その摩耗によって回転駆動軸及び固定接触子が短寿命となってしまい、回転駆動軸及び固定接触子の交換を頻繁に行う必要があるという問題がある。
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、回転式センサの回転駆動軸に固定接触子を接触させて、回転式センサの検出信号を取り出すものにおいて、回転駆動軸及び固定接触子の接触を長期間に亘って確保するとともに回転駆動軸及び固定接触子の長寿命化を可能にす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残留塩素測定装置は、試料液に含まれる残留塩素を測定する回転式センサと、前記回転式センサを回転させる回転駆動軸と、前記回転駆動軸に接触して、前記回転式センサの検出信号を前記回転駆動軸を介して取得する固定接触子とを備え、前記回転駆動軸における前記固定接触子と接触する被接触軸部が、銀から形成された中空部材又は中実部材により構成されていることを特徴とする。
このようなものであれば、回転駆動軸における固定接触子と接触する被接触軸部が、銀から形成された中空部材又は中軸部材から構成されているので、固定接触子及び被接触軸部を長時間使用しても、軟らかい金属である銀が削れずに延びることで摩耗しにくい。したがって、回転駆動軸及び固定接触子の安定的な接触を長期間に亘って確保するとともに回転駆動軸及び固定接触子の長寿命化を可能にする。また、固定接触子及び被接触軸部の削れによる接触抵抗の増大及び摩耗粉の発生を防ぐことができる。
前記被接触軸部が、円筒状をなす中空部材から構成されており、前記回転駆動軸が、一端部に前記被接触軸部が挿入して取り付けられる取付軸部を有し、他端部に前記回転式センサが接続される軸本体を有しており、前記軸本体に前記被接触軸部が着脱可能に構成されていることが望ましい。これならば、被接触軸部を交換可能にすることができる。また、被接触軸部と軸本体とを別部材により構成することで、軸本体により回転駆動軸の機械的強度を確保しつつ、被接触軸部を軟らかい金属により構成して固定接触子との間の摩耗等の問題を解決することができる。
前記取付軸部の外周面に雄ねじ部が形成されており、前記被接触軸部の内周面に前記雄ねじ部に着脱可能に螺合する雌ねじ部が形成されていることが望ましい。これならば、軸本体に被接触軸部を着脱可能にする構成として、軸本体及び被接触軸部以外の別部材が不要となり、構成を簡略化することができる。また、取付軸部に被接触軸部を螺合させることによって、軸本体及び被接触軸部の電気的な接触を確実にすることができる。
前記固定接触子及び前記被接触軸部の間に導電性を有する潤滑剤が介在して設けられていることが望ましい。これならば、固定接触子と被接触軸部との接触抵抗を低減して摩耗を一層防止するとともに、固定接触子及び被接触軸部の間の電気抵抗を低減することができる。
このように構成した本発明によれば、回転式センサの回転駆動軸に固定接触子を接触させて、回転式センサの検出信号を取り出すものにおいて、回転駆動軸及び固定接触子の接触を長期間に亘って確保するとともに回転駆動軸及び固定接触子の長寿命化を可能にすることができる。
以下に本発明に係る残留塩素測定装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る残留塩素測定装置１００は、図１に示すように、少なくとも作用電極２及び対電極３を有しており、前記作用電極２を回転させながら作用電極２及び対電極３の間に電圧を印加してそれら電極に流れる酸化還元電流（拡散電流）を測定する回転電極式ポーラログラフ法を用いたものである。
具体的に残留塩素測定装置１００は、前記作用電極２を回転させる電極回転機構４と、回転する作用電極２の電気信号を静止側に伝達するための信号伝達機構５と、前記電極回転機構４により回転された作用電極２の回転数を検知するための回転数検知機構６と、前記信号伝達機構５及び前記回転数検知機構６から出力される信号に基づいて前記電極回転機構４等を制御する制御機構７とを備えている。
電極回転機構４は、前記作用電極２を回転させるステッピングモータ４１と、前記ステッピングモータ４１及び前記作用電極２を連結する回転駆動軸４２とを有する。
前記ステッピングモータ４１は、支持枠体１７により基台１０に固定されており、後述する回転数制御部７１により入力パルス信号が入力されることによって回転数が制御される。なお、支持枠体１７は、基台１０に対して複数本（本実施形態では４本）の脚部材１７１と、当該脚部材１７１の上端部に設けられ、ステッピングモータ４１が取り付けられる固定板１７２とを有する。このように複数の脚部材１７１により固定板１７２を支持する構造とすることで、基台１０に対してステッピングモータ４１が振動しにくく、回転駆動軸４２に余計な応力が掛からないようにするとともに、後述する回転駆動軸４２のカップリング構造４２３等の着脱作業、又は後述する被接触軸部５２の交換作業の作業性を向上させることができる。
前記回転駆動軸４２は、一端がステッピングモータ４１のロータに連結されており、他端が作用電極２に連結されている。具体的に回転駆動軸４２は、ステッピングモータ４１のロータに連結された第１の回転駆動軸４２１及び当該第１の回転駆動軸４２１にカップリング構造４２３を介して接続されており、作用電極２に連結された第２の回転駆動軸４２２を有している。第２の回転駆動軸４２２は、作用電極２からの電気信号を伝達する伝達部材として機能する。また、第２の回転駆動軸４２２は、上下２箇所に設けられた軸受１１を介して基台１０に回転自在に支持されている。なお、第１の回転駆動軸４２１は、ステッピングモータ４１の出力軸（シャフト）により一部が構成されるものであっても良いし、ステッピングモータ４１の出力軸に連結される当該出力軸とは別体のものであっても良い。
基台１０の下側の構造について説明しておくと、前記基台１０の下面に作用電極２及び対電極３が延出して設けられている。また、基台１０の下面には、試料液を測定するためのセル空間Ｓが形成されている。このセル空間Ｓは、前記基台１０の下面に設けられたセル空間形成部材１２により形成されている。このセル空間形成部材１２は、有底筒形状をなすものであり、その下壁には、試料液を前記セル空間Ｓに導入するための導入ポート１３が形成されている。また、セル空間形成部材１２の側壁上部には、セル空間Ｓから試料液を外部に導出するための導出ポート１４が設けられている。さらにセル空間Ｓ内部において、前記作用電極２の配置空間の周囲には、当該作用電極２を洗浄するためのビーズ１５を収容するための収容部１６が設けられている。なお、試料液は、この収容部１６の底部からセル空間Ｓ内に導入されるように構成されている。
また、第２の回転駆動軸４２２には、回転する作用電極２の電気信号を、静止側に設けられた制御機構７に伝達するための信号伝達機構５が設けられている。ここで作用電極２の電気信号とは、作用電極２及び対電極３の間に流れる拡散電流である。
この信号伝達機構５は、図１〜図３に示すように、前記第２の回転駆動軸４２２に接触して設けられた固定接触子５１と、前記第２の回転駆動軸４２２に設けられ、当該固定接触子５１が接触する被接触軸部５２とを有する。
固定接触子５１は、固定側である基台１０又は支持枠体１７に設けられており、図２及び図３に示すように、導電性を有する例えば板状の弾性部材５１１と、当該弾性部材５１１の表面に設けられて被接触軸部５２に接触する１又は複数の線状部材５１２とを有する。
弾性部材５１１には、制御機構７に電気信号を伝達するための配線が接続されている。この弾性部材５１１は、線状部材５１２による被接触軸部５２への押し付け力が、０．３Ｎ〜０．５Ｎとなるように調整されており、例えば板ばねから構成することができる。また、線状部材５１２は、金合金からなるものであり、被接触軸部５２の軸方向に沿って上下に２つ設けられている。なお、線状部材５１２の材質としては、例えばＰｔ１０ｗｔ％、Ａｕ１０ｗｔ％、Ａｇ３０ｗｔ％、Ｐｄ３５ｗｔ％の他、Ｃｕ、Ｚｎを含む金合金である。また、線状部材５１２の向きは、被接触軸部５２の回転方向に沿った方向（水平方向）を向いている。
被接触軸部５２は、銀から形成された所定（例えば１ｍｍ以上）の肉厚を有するものであり、本実施形態では中空円管形状をなす中空部材から構成されている。なお、銀としては、銀そのものであっても良いし、銀が均一に分散された銀合金であっても良い。このように被接触軸部５２を銀からなる中空部材としているので、接点における電気抵抗を低減すべく接触圧力を強くした場合であっても、軟らかい金属である銀が削れずに延びることで摩耗しにくいため、固定接触子５１の線状部材５１２及び被接触軸部５２の削れによる接触抵抗の増大及び摩耗粉の発生を防ぐことができる。なお、被接触軸部５２を第２の回転駆動軸４２２の外周面に銀メッキや金メッキ等を施すことによって形成することが考えられるが、そうすると、メッキが削れてしまい、更には、例えばステンレス等により形成された第２の回転駆動軸も削れてしまうという問題がある。また、銀メッキ等を施した部材は高価であるが、銀製の中空部材は安価であるという効果もある。
そして、第２の回転駆動軸４２２が、一端部に前記被接触軸部５２が挿入して取り付けられる取付軸部４２２ｘを有しており、他端部に前記作用電極２が接続される例えばステンレス等の金属製の軸本体４２２ｚを有しており、当該軸本体の取付軸部４２２ｘに中空円管形状をなす被接触軸部５２が取り付けられる。なお、取付軸部４２２ｘの外周面に雄ねじ部５Ｍを形成し、被接触軸部５２の内周面に前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部５Ｎを形成して、取付軸部４２２ｘに被接触軸部５２をねじ込むことにより着脱可能に固定することが考えられる。なお、被接触軸部５２の上部には、外周面の対向部位を一部切り欠いて平面部５２ｚを形成して、取付軸部４２２ｘに対する被接触部５２の取り付け、取り外しを容易にしている。これにより、被接触軸部５２を第２の回転駆動軸４２２の取付軸部４２２ｘから交換可能にすることができる。また、被接触軸部５２と軸本体４２２ｚとを別部材により構成することで、軸本体４２２ｚにより第２の回転駆動軸４２２により機械的強度を確保しつつ、被接触軸部５２を軟らかい金属により構成して固定接触子５１との間の摩耗等の問題を解決することができる。そして、取付軸部４２２ｘに被接触軸部５２を取り付けられた状態において、前記被接触軸部５２の上端から取付軸部４２２ｘが外部に延出するように構成されている。そして、当該延出した取付軸部４２２ｘが前記カップリング構造４２３により第１の回転駆動軸４２１に連結される。
また、固定接触子５１と被接触軸部５２との間には、導電性を有する潤滑剤５Ｇが介在して設けられている（図３参照）。これにより、固定接触子５１と被接触軸部５２との接触抵抗を低減するとともに、固定接触子５１及び被接触軸部５２の間の電気抵抗を低減している。
回転数検知機構６は、図１及び図４に示すように、前記回転駆動軸４２と同期して回転する回転体６１と、当該回転体６１に検査光Ｌ１を照射する発光部６２１及び前記回転体６１からの反射光Ｌ２を受光する受光部６２２を有する光学センサ６２とを有する。なお、受光部６２２により得られる光情報である光強度信号は、後述する回転数制御部７１に出力されて、この回転数制御部７１によって前記作用電極２の回転数が演算される。
回転体６１は、前記回転駆動軸４２に設けられたものであり、詳細には、前記第１の回転駆動軸４２１に設けられており、第１の回転駆動軸４２１と一体となって回転する。この回転体６１は、図４に示すように、概略矩形平板状をなす例えばシリコン等の樹脂製であり、回転駆動軸４２の軸方向と平行に２枚の羽根を形成するものである。また、回転体６１の中央部に、長手方向に略平行に２つの切れ込みＫ１、Ｋ２が形成されている。この２つの切れ込みＫ１、Ｋ２に前記回転駆動軸４２が挿入され、切れ込みＫ１、Ｋ２により挟まれる内側部分と、それら切れ込みＫ１、Ｋ２の外側部分とにより回転駆動軸４２が挟まれる。これにより、回転駆動軸４２に回転体６１が固定される。このように回転体６１を構成することによって、回転体６１の構成を簡略化するとともに軽量化を図っている。
光学センサ６２は、反射型フォトインタラプタを用いて構成されており、当該反射型フォトインタラプタは、前記ステッピングモータ４１と作用電極２との間における前記回転駆動軸４２の側方に設けられている。つまり、発光部６２１が回転駆動軸４２の側方に設けられて回転体６１に検査光Ｌ１を照射し、受光部６２２が回転駆動軸４２の側方に設けられて回転体６１からの反射光Ｌ２を受光する。本実施形態の光学センサ６２は、前記支持枠体１７の固定板１７２に固定されている。
しかして本実施形態では、発光部６２１の発光軸Ｌｘ１及び受光部６２２の受光軸Ｌｘ２の交点Ｘを通り発光軸Ｌｘ１及び受光軸Ｌｘ２の交差角を二等分する中心線Ｃが回転駆動軸４２と交わらないように、発光部６２１及び受光部６２２が設けられている。つまり、光学センサである反射型フォトインタラプタ６２の検出領域が、前記回転駆動軸４２の側方であって、前記回転体６１が回転する際に通過する領域となるように設定されている。本実施形態の回転体６１は、回転駆動軸４２の外側周面において対向する位置に２つの羽根を形成しているため、前記光学センサ６２は、回転駆動軸４２が一回転する間に、回転体６１を２回検知することになる。このように反射型フォトインタラプタ６２を配置することにより、周囲温度の変化に伴う検出距離の変動によって、回転体６１の有無に関わらず回転駆動軸４２を検出してしまうという問題を回避することができる。
制御機構７は、前記支持枠体１７に固定された制御基板により構成されており、残留塩素測定装置１００全体の動作を制御して、作用電極２及び対電極３に流れる酸化還元電流（拡散電流）を測定し、当該測定値から残留塩素濃度を演算するものである。なお、制御基板は、ステッピングモータ４１の側方に位置するように固定されている。このようにステッピングモータ４１の側方に設けることによって、装置の高さ寸法を小型化している。
また、制御機構７は、作用電極２の回転数を制御する回転数制御部７１を備えている。この回転数制御部７１は、前記光学センサ６２の受光部６２２から得られる光強度信号（光情報）を取得して、当該光強度信号に基づいて、回転体６１（つまりステッピングモータ４１）の回転数を検知するとともに、当該回転体６１の回転数から前記作用電極２の回転数を検知する。そして、作用電極２を所定の回転数（例えば一定の回転数）とするために、前記ステッピングモータ４１に一定周波数のパルス信号を入力する。
そして、本実施形態の回転数制御部７１は、前記光学センサ６２からの光情報により得られた前記ステッピングモータ４１の検知回転数が所定の異常回転数以下となった場合に、前記ステッピングモータ４１を停止させ、所定時間経過後に前記ステッピングモータ４１を再起動する。
具体的には、図５に示すように、以下の手順により、ステッピングモータ４１の脱調を解消するとともに、当該ステッピングモータ４１の故障を検出する。
まず回転数制御部７１は、ステッピングモータ４１の検知回転数の移動平均（以下、平均回転数という。）が所定の異常回転数（例えば４００ｒｐｍ）であるかを判断する（ステップＳ１）。なお、ここで正常な回転数は、６００ｒｐｍである。平均回転数が異常回転数以下と判断した場合には、その異常回数をカウントする（ステップＳ２）。そして、その異常回数の累積カウント数がｎ（例えば５回）異常であるか否かを判断する（ステップＳ３）。そして、その累積カウント数がｎ未満であれば、前記ステッピングモータ４１を一旦停止させる（ステップＳ４）。この停止後から所定時間（例えば５秒間）経過後に、所定の設定回転数とするための入力パルス信号（駆動信号）を出力することで前記ステッピングモータ４１を再起動する（ステップＳ５）。平均回転数が異常回転数未満となる原因がステッピングモータ４１の脱調であれば、これらステップＳ３、Ｓ４によりステッピングモータ４１の脱調を解消することができる。一方で、異常回数の累積カウント数がｎ以上の場合には、ステッピングモータ４１が故障していると判断して、ステッピングモータ４１を停止させるとともに、エラー信号を出力して、ユーザにエラー報知する（ステップＳ６）。
このように構成した残留塩素測定装置１００によれば、回転駆動軸４２における固定接触子５１と接触する被接触軸部５２が、銀から形成された中空部材から構成されているので、固定接触子５１及び被接触軸部５２を長時間使用しても、軟らかい金属である銀が削れずに延びることで摩耗しにくい。したがって、回転駆動軸４２及び固定接触子５１の安定的な接触を長期間に亘って確保するとともに回転駆動軸４２及び固定接触子５１の長寿命化を可能にする。また、固定接触子５１及び被接触軸部５２の削れによる接触抵抗の増大及び摩耗粉の発生を防ぐことができる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、前記実施形態では、モータとしてステッピングモータを用いたものであったが、ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、交流モータ等を用いても良い。
また、前記実施形態では、２極式ポーラログラフ法を用いたものであったが、３極式又は４極式ポーラログラフ法を用いたものであっても良い。
さらに、前記実施形態の被接触軸部は銀製の中空管からなる中空部材であったが、被接触軸部を銀製の中実棒からなる中実部材から構成しても良い。この場合、前記第２の回転駆動軸全体を銀製の中実部材とすることによって構成しても良いし、前記第２の回転駆動軸の一部を銀製の中実部材とすることによって構成しても良い。
その上、前記実施形態では、光学センサが、発光部及び受光部を一体に有する反射型フォトインタラプタ（フォトリフレクタ）を用いたものであったが、発光部及び受光部が別体の光学センサを用いても良い。
加えて、前記実施形態の回転体は、概略矩形平板状をなすものを回転駆動軸に面方向が回転方向を向くように構成されているが、その他、概略半円状をなす半円板を回転駆動軸に当該面方向が回転駆動軸方向を向くように構成したものであっても良い。また、回転体は、回転駆動軸に対して対称に設ける他、当該回転駆動軸の一方側に片持ち状に設けても良い。
その他、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のは言うまでもない。
１００ ・・・残留塩素測定装置
２ ・・・作用電極（回転式センサ）
３ ・・・対電極
４ ・・・電極回転機構
４１ ・・・モータ
４２ ・・・回転駆動軸
４２２ｘ・・・取付軸部
４２２ｚ・・・軸本体部
５ ・・・信号伝達機構
５１ ・・・固定接触子
５２ ・・・被接触軸部
２ ・・・作用電極（回転式センサ）
３ ・・・対電極
４ ・・・電極回転機構
４１ ・・・モータ
４２ ・・・回転駆動軸
４２２ｘ・・・取付軸部
４２２ｚ・・・軸本体部
５ ・・・信号伝達機構
５１ ・・・固定接触子
５２ ・・・被接触軸部
Claims (5)
- 試料液に含まれる残留塩素を測定する回転式センサと、
前記回転式センサを回転させる回転駆動軸と、
前記回転駆動軸に接触して、前記回転式センサの検出信号を前記回転駆動軸を介して取得する固定接触子とを備え、
前記回転駆動軸における前記固定接触子と接触する被接触軸部が、銀から形成された中空部材又は中実部材により構成されており、
前記固定接触子が、板状の弾性部材と、当該弾性部材の表面において前記回転駆動軸の回転方向に沿った方向に延び設けられ、前記回転駆動軸に接触する線状部材とを有することを特徴とする残留塩素測定装置。 - 前記固定接触子が、前記線状部材を複数有する請求項１記載の残留塩素測定装置。
- 前記被接触軸部が、円筒状をなす中空部材から構成されており、
前記回転駆動軸が、一端部に前記被接触軸部が挿入して取り付けられる取付軸部を有し、他端部に前記回転式センサが接続される軸本体を有しており、
前記軸本体に前記被接触軸部が着脱可能に構成されている請求項１又は２記載の残留塩素測定装置。 - 前記取付軸部の外周面に雄ねじ部が形成されており、
前記被接触軸部の内周面に前記雄ねじ部に着脱可能に螺合する雌ねじ部が形成されている請求項３記載の残留塩素測定装置。 - 前記固定接触子及び前記被接触軸部の間に導電性を有する潤滑剤が介在して設けられている請求項１乃至４の何れかに記載の残留塩素測定装置。
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