JP6957404B2 - 電線接続構造及び測定ユニット - Google Patents

Description

本発明は、たとえば測定ユニットに装着される測定電極に接続されている電極線と、該測定ユニットが測定に供される測定機器側の電力供給部との接続に関するものである。

従来、たとえば下記特許文献１に開示されているような分光分析装置においては、使用される測定電極には、ニクロム線のような１本の細い電極線のみが接続されていることがある。このような１本の細い電極線の他端は、機器側との接続に関与する電気接続部材（たとえば、プローブやプラグ）に接続させる必要がある。このとき、たとえば、この電気接続部材として圧着端子と呼ばれる金属製部品を使用し、当該電極線の他端をこの圧着端子の一部で挟み込むように塑性変形（いわゆる「カシめ」）することで両者を接続していた。

特開２０１６−１３０７３４号公報

上述したような細い電極線１本を圧着端子でカシめても、確実に圧着することが困難なため、電極線が抜けやすい。そこで、圧着端子に、電気回路としては不要なダミーの電線の束に電極線を挿入してこの束ごと圧着端子をカシめて固定する、ということも行われていた。

しかしながら、そもそもこのようなカシめによる電極線の接続にはカシめ用の工具や工程が必要なものである。また、ダミーの電線の束に電極線を挿入する際に電極線が折れたり、曲がったりすることもある。さらには、カシめが十分でない場合は電極線が抜けてしまうこともあった。

上記の他に、溶接や半田付けによって電極線を電気接続部材に接続することも確実な接続方法として考えられるが、上記のように電極線が細い場合、電極線の材質によっては熱により切断されることがあるため、このような方法は不可能である。ことに、測定電極が装着されている測定ユニットを小型化する場合には、溶接や半田付けという作業そのものが困難ないし不可能である。

本件発明の実施態様は、電極線と、電気接続部材としての導電部材との間で、上記したカシめや半田付けのような固定は行わずとも、両者が確実に接触を保てるようにすることを課題とする。

本開示における電線接続構造は、
測定電極に接続されている電極線と、
前記電極線と電力供給部とを電気的に連絡する導電部材と、
前記電極線が裸電線の状態で固定される固定部及び前記導電部材が装着される装着部を有する接続部材とを備え、
前記導電部材が前記装着部に装着されると、前記導電部材が前記固定部に固定されている前記電極線と弾性変形を伴って接触するように形成されている。

本開示における測定ユニットは、上記の電線接続構造を有するとともに、
測定に供される溶液が収容されるとともに前記測定電極が内部へ突設される溶液収容部を備え、
前記接続部材は前記溶液収容部の外壁に設置されている。

本実施態様の電線接続構造及びこれを有する測定ユニットでは、電極線と、電気接続部材としての導電部材との間で、上記したカシメや半田付けのような固定は行わずとも、両者が確実に接触を保てるようにすることができる。

本実施形態の測定ユニットの正面図である。 本実施形態の測定ユニットの背面図である。 図１の測定ユニットにおける溶液収容部の右正面上方斜視図である。 図３の溶液収容部の左背面下方斜視図である。 図３の溶液収容部における接続部材を示す左正面下方斜視図である。 図３の溶液収容部における導電部材と接続部材との装着前の状態を示す左正面上方斜視図である。 図３の溶液収容部における導電部材と接続部材との装着前の状態を、図６のVII−VII断面を用いて示す。 図３の溶液収容部における導電部材と接続部材との装着後の状態を示す左正面上方斜視図である。 図３の溶液収容部における導電部材と接続部材との装着後の状態を、図８のIX−IX断面を用いて示す。 図１の測定ユニットを装着した測定機器における通電前の状態を模式的に示す。 図１の測定ユニットを装着した測定機器における通電可能の状態を模式的に示す。

本開示における電線接続構造の第１の態様は、前述のように、測定電極に接続されている電極線と、前記電極線と電力供給部とを電気的に連絡する導電部材と、前記電極線が裸電線の状態で固定される固定部及び前記導電部材が装着される装着部を有する接続部材とを備え、前記導電部材が前記装着部に装着されると、前記導電部材が前記固定部に固定されている前記電極線と弾性変形を伴って接触するように形成されている。

電極線とは、たとえばニクロム線や銅線のような金属線をいう。

電力供給部とは、測定電極に電力を供給する側の構造であって、たとえば、プローブやソケットのようなものをいう。この電力供給部は、導電部材を介して電極線と電気的に接続される。

接続部材は、上述のように固定部と装着部とを備えている。接続部材においては、先に固定部に電極線が固定される。電極線のうち、少なくとも固定部に固定される部分は裸電線である。たとえば、被覆電線のうち、固定部に固定される部分のみや、導電部材が接触する部分だけ被覆を剥離して裸電線としてもよいし、電極線全体が裸電線であってもよい。導電部材は、装着部に装着された状態で、あらかじめ固定部に固定されている電極線の裸電線の部分に接触する。

固定部への電極線の固定は、電極線のみで、すなわち、電極線以外の特別の構造又は手段を用いずに、また、固定部自体の変形を伴わずに行われる。また、固定された電極線は、固定部からは自然に物理的に離れてしまうことはない。

固定部及び装着部が設置される箇所は特に限定はされない。たとえば、測定電極が設置される構造体に対し一体に設けたり、またこれに対し何らかの手段で固定したりすることで、これらの固定部及び装着部を設置することができる。接続部材は、複数の部品を組み合わせて構成されていてもよい。

導電部材は、導電性の材質、たとえば金属により形成される。この導電部材については、装着部に装着される構造と、電極線と弾性変形を伴って接触する構造とを備えていれば特に限定はない。

本開示における電線接続構造の第２の態様は、前記第１の態様の構成に加え、前記電極線は前記固定部の一部に巻き回されて固定されている。

このように、電極線が固定部の一部に巻き回されて固定されていることで、電極線のみで、固定部の変形を伴わずに固定することができ、固定された電極線は固定部から自然に物理的に離れてしまうことはない。このとき、電極線が巻き回されている部分のうち、少なくとも導電部材と接触する部分が裸電線である。

本開示における電線接続構造の第３の態様は、前記第２の態様の構成に加え、前記接続部材の前記固定部及び前記装着部は互いに間隙をもって離間し、前記導電部材は、前記装着部に設置される設置部と、前記設置部から前記間隙を超える長さに延設され前記電極線と接触する接触部と、を有し、前記導電部材を、前記間隙に挿入することにより、前記設置部が前記装着部に設置され、前記接触部が前記電極線と接触する。

すなわち、電極線は固定部に巻き回しておき、導電部材を固定部と装着部との間隙に挿入するようにすれば設置部が装着部に設置され、これにより延設される接触部が固定部に巻き回されている電極線と確実に接触する。

ここで、導電部材は前記のように弾性変形が可能なので、導電部材を、接続部材の固定部と装着部との間隙に挿入する際に、接触部が弾性により撓んで挿入が容易となる。さらに、間隙への挿入後は弾性による復元力で接触部が電極線を押圧することで、接触部と電極線との接触を保つことが可能となっている。

本開示における電線接続構造の第４の態様は、前記第３の態様の構成に加え、前記接続部材において、前記固定部及び前記装着部は板状構造を有し、前記固定部及び前記装着部を連結する板状の連結板と、前記固定部の一部であって前記電極線が巻き回される箇所に設けられた切欠部と、を有し、前記固定部、前記装着部及び前記連結板で囲まれた空間が前記間隙となる。

すなわち、固定部の一辺には切欠部が形成されており、この切欠部に電極線を巻き回すことにより、固定部への電極線の固定が容易になり、かつ確実に固定されることとなっている。

そして、固定部、連結板及び装着部で囲まれている間隙に、導電部材を挿入するようにすれば導電部材の設置部が接続部材の装着部に設置され、延設される接触部が固定部に巻き回されている電極線と確実に接触する。

また、本開示における第５の態様に係る測定ユニットは、前記第１から第４までのいずれか１つの態様の電線接続構造を有するとともに、測定に供される溶液が収容されるとともに前記測定電極が内部へ突設される溶液収容部を備え、前記接続部材は前記溶液収容部の外壁に設置されている。

すなわち、本態様に係る測定ユニットは、たとえば電気分解を利用した測定に供される溶液が収容される溶液収容部を備えていて、前記電線接続構造における測定電極がその溶液収容部の内部へ突設されている。また、固定部及び装着部を有する接続部材は、この溶液収容部を構成する外壁に設置されている。たとえば、溶液収容部を合成樹脂で射出成形する場合、固定部及び装着部をこの溶液収容部の外部の構造として一体に成形することができる。また、別体の固定部及び装着部を溶液収容部の外壁に接着するなどして固定することもできる。

以下、図面を参照しつつ、本開示における実施形態を説明する。

図１及び図２は、本実施形態の測定ユニット１０のそれぞれ正面図及び背面図である。測定ユニット１０は、後述の測定機器７０（図１０及び図１１参照）において水平にセットされる天板１１Ａと、この天板１１Ａの左右両端から下方へ延設される側板１１Ｂとから成る枠体１１を備える。これら天板１１Ａ及び側板１１Ｂにより、枠体１１は、正面視及び背面視で逆Ｕ字型を呈する。

天板１１Ａには、上方に開口したウェル１２が複数設けられている。各ウェル１２のうちには、その中に測定用の試薬を収容するものや、その中に測定に供される検体が注入されるものや、その中で検体と試薬とが混合されるものがある。また、各ウェル１２のうち、測定電極３０を用いた測定が行われるのが、測定ウェル１２Ａである。各ウェル１２の間では、測定機器７０が備えるノズル（図示せず）を用いて試薬や検体の分注や移動などが行われる。

測定ウェル１２Ａの下端には、測定電極３０が設置される溶液収容部２０が装着されている。溶液収容部２０の正面側からは、測定電極挿入口２１が視認される。また、溶液収容部２０の背面側からは、ファイバー挿入口２３が視認される。

図３及び図４は、図１の測定ユニットにおける溶液収容部２０のそれぞれ右正面上方斜視図及び左背面下方斜視図である。以下、これらの図３及び図４を参照しつつ溶液収容部２０の構造を説明する。

溶液収容部２０は、下方に突出した底部を有し、各側面間が曲面で連続した略四角筒状を呈している。溶液収容部２０の内部には、測定に供される溶液が収容される。ここで、前記したように各ウェル１２に収容された検体と試薬とが所定のプロトコルに従い前記ノズルを用いて混合され、そしてその一部が前記ノズルによってこの溶液収容部２０に分注され、測定に供される。

溶液収容部２０の右側面には、炭素電極挿入口２２が形成され、そこから円柱状の炭素電極３１が、挿入される。炭素電極３１はその側面の一部のみが、溶液収容部２０の内部に露出し、その露出した部分で溶液と接する。

溶液収容部２０の正面には、測定電極挿入口２１が形成され、そこから測定電極３０が挿入される。測定電極３０は絶縁体で被覆されたニクロム線又は導線のような金属線で形成され、溶液収容部２０の内部ではその金属線が裸電線の状態で露出している。また、測定電極の３０の後端からはその同じ金属線が裸電線の状態で電極線５０として延びている。この電極線５０については後述する。

溶液収容部２０の左側面からは、接続部材４０が突設されている。接続部材４０は、上側に位置する固定部４１及び下側に位置する装着部４２との２枚の平行な板状構造と、これら固定部４１及び装着部４２を連結する連結板４３とで構成されている。具体的には、図６に示すように、固定部４１において溶液収容部２０から最も離れた辺縁である固定部４１の遠位縁４１Ａと、装着部４２において溶液収容部２０から最も離れた辺縁である装着部４２の遠位縁４２Ａとが、連結板４３によって連結されている。この構成により、接続部材４０は、正面視にて横転したＵ字型を呈している。なお、固定部４１及び装着部４２の位置関係や形状には制限がなく、平行な板状構造を有していなくてもよい。

固定部４１と装着部４２との間の間隙４４からは導電部材６０の一部である接触部６２が挿入されつつ、装着部４２を同じく導電部材６０の一部である設置部６１で挟み込むことで、導電部材６０が接続部材４０に装着される。また、固定部４１の正面側には切欠部４１Ｂが形成されている。

溶液収容部２０の背面には、ファイバー挿入口２３が形成され、そこから発光測定用の光ファイバー（図示せず）が挿入されている。

図５は、図３の溶液収容部２０における接続部材４０の詳細を示す左正面下方斜視図である。溶液収容部２０の測定電極挿入口２１からは前述したように測定電極３０の一端が突出しており、その一端から電極線５０が延びており、左方にある固定部４１の切欠部４１Ｂの位置で一周巻き回されている。ここで、電極線５０のうち、固定部４１に至る部分が引出部５１であり、固定部４１に巻き回されている部分が巻回部５２であり、その先で断端を露出しているのが切放部５３である。

図６は、図３の溶液収容部における導電部材６０と接続部材４０との装着前の状態を示す左正面上方斜視図であり、図６中のVII−VII断面で接続部材４０と導電部材６０とを示したのが図７である。導電部材６０は、ステンレス板又は銅板のような金属板を折り曲げて形成されており、側面視でＵ字型を呈する設置部６１と、設置部６１の一端から弧状に延設される接触部６２とで構成される。接続部材４０においては、固定部４１に電極線５０の巻回部５２が巻き回されており、そこから切放部５３が間隙４４の背面側へ延びている。このように、電極線５０は、裸電線の状態で固定部４１に巻き回されているだけであり、特にその他の接続手段（たとえば、半田付けやダミー電線の束）を講じずとも、電極線５０が固定部４１から自然にほどけたり脱落したりすることなく、固定された状態を保っている。なお、巻き回し以外の方法、たとえば固定部４１に電極線５０を固定する溝を設ける等して、固定部４１に電極線５０を固定してもよい。なお、電極線５０の先で断端を露出している切放部５３は、固定部４１の上へ再度折り返され、そこで巻回部５２の下に挟み込まれて固定されることとしてもよい。

この間隙４４の開口側（すなわち、正面側）から、導電部材６０の弧状の接触部が挿入され、さらに設置部６１のＵ字型部分が装着部４２に正面側から装着される。この状態を示したのが図８の左正面上方斜視図であり、この図８中のIX−IX断面で接続部材４０と導電部材６０とを示したのが図９である。

図９に示すように、導電部材６０のＵ字型部分である設置部６１は、接続部材４０の装着部４２に嵌まり込むように装着されている。そして、弧状の接触部６２は、装着前の状態（図７参照）に比べ下方へ弾性変形により撓められた状態で間隙４４の背面側から突出している。この状態で接触部６２はそのばね弾性により固定部４１に対して圧接した状態を保っており、これによって、接触部６２は巻回部５２を弾性で上方へ押圧した状態で、電極線５０との接触を保っている。なお、接触部６２は塑性変形を被っていないため、装着部４２から容易に取り外し、再装着することが可能である。

このようにして導電部材６０が装着された測定ユニット１０は、図１０に示すように測定機器７０へ装着される。測定機器７０の下方からは、電力供給部７１としてのプローブが２本、上方へ突設されている。この電力供給部７１はそれぞれ、測定機器７０の電源（図示せず）に接続されている。この図１０に示す状態では、測定ユニット１０を装着した測定機器７０における通電前の状態を示しており、溶液収容部２０に装着されている導電部材６０及び炭素電極３１はいずれも、電力供給部７１からは離間している。

そして、測定ユニット１０を装着した測定機器７０における通電可能の状態を模式的に示す図１１においては、測定ユニット１０は、図１０の状態より全体に下方へ押し下げられる。それに伴い溶液収容部２０も下方へ移動し、導電部材６０及び炭素電極３１はそれぞれ電力供給部７１と接触する。この状態で、導電部材６０は、電極線５０と電力供給部７１とを電気的に連絡することが可能となっている。そして、溶液収容部２０に収容されている電解質を含有する溶液を介して電気回路が形成され、電源からの通電が可能となっている。

本実施形態に係る溶液収容部２０は、たとえば、プラズマ分光分析方法に使用可能である。このプラズマ分光分析方法は、たとえば以下のように実施される。まず、電解質を含有する溶液の存在下、前記測定電極３０及び炭素電極３１への電圧印加により、前記測定電極３０の近傍に前記溶液中の被検物質（たとえば、鉛や水銀のような重金属イオン）を濃縮する。これを濃縮工程と称する。次いで、前記測定電極３０及び炭素電極３１へ、前記濃縮工程の際よりも高電圧を印加することによりプラズマを発生させ、前記プラズマにより生じた前記被検物質の発光を検出する。これを検出工程と称する。この検出工程においては、この被検物質からの発光が、前記ファイバー挿入口２３（図４参照）より挿入される前記光ファイバーにより検出される。

以上、本実施形態においては、電極線５０を、固定部４１に巻き回す以外に、たとえばカシめや半田付けのような特段の加工は施す必要がなく、またダミー電線のような特段の手段も要さないため、電極線５０の固定作業は極めて容易で短時間に行うことができる。また、電極線５０と電力供給部７１とを中継する導電部材６０は、その接触部６２のばね弾性により、電極線５０との間で安定的な接触を実現している。さらに、導電部材６０の接触部６２は、接続部材４０の装着部４２を挟み込むようにして装着されているため、これ自体で接続部材４０に対する抜け止めとしても機能している。

本発明は、たとえば電気分解装置における電極線の接続に利用することができる。

１０ 測定ユニット
１１ 枠体
１１Ａ 天板
１１Ｂ 側板
１２ウェル
１２Ａ 測定ウェル
２０ 溶液収容部
２１ 測定電極挿入口
２２ 炭素電極挿入口
２３ ファイバー挿入口
３０ 測定電極
３１ 炭素電極
４０ 接続部材
４１ 固定部
４１Ａ 遠位縁
４１Ｂ 切欠部
４２ 装着部
４２Ａ 遠位縁
４３ 連結板
４４ 間隙
５０ 電極線
５１ 引出部
５２ 巻回部
５３ 切放部
６０ 導電部材
６１ 設置部
６２ 接触部
７０ 測定機器
７１ 電力供給部

Claims (2)

1. 測定電極に接続されている電極線と、
   前記電極線と電力供給部とを電気的に連絡する導電部材と、
   前記電極線が裸電線の状態で固定される板状構造の固定部、前記導電部材が装着される板状構造の装着部、前記固定部及び前記装着部を連結する板状の連結板及び前記固定部の一部であって前記電極線が巻き回される箇所に設けられた切欠部を有する接続部材とを備え、
   前記導電部材が前記装着部に装着されると、前記導電部材が前記固定部に固定されている前記電極線と弾性変形を伴って接触するように形成されており、
   前記電極線は前記固定部の一部に巻き回されて固定されており、
   前記接続部材の前記固定部及び前記装着部は互いに間隙をもって離間し、
   前記固定部、前記装着部及び前記連結板で囲まれた空間が前記間隙となり、
   前記導電部材は、前記装着部に設置される設置部と、前記設置部から前記間隙を超える長さに延設され前記電極線と接触する接触部と、を有し、
   前記導電部材を、前記間隙に挿入することにより、前記設置部が前記装着部に設置され、前記接触部が前記電極線と接触することを特徴とする電線接続構造。
2. 請求項１に記載の電線接続構造を有するとともに、
   測定に供される溶液が収容されるとともに前記測定電極が内部へ突設される溶液収容部を備え、
   前記接続部材は前記溶液収容部の外壁に設置されていることを特徴とする測定ユニット。

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