JPWO2017183302A1 - 測定セル構造及び光学分析装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、測定セルの取り付け、取り外し作業を容易にしてユーザビリティを向上させるとともに、測定セルの取り付け位置の精度を向上するものであり、試料が導入される測定セル２と、測定セル２を挿抜可能に保持するセル保持体７と、測定セル２及びセル保持体７の間に介在して設けられ、測定セル２をセル保持体７に対して挿抜方向にスライド移動させるスライド機構８とを備えている。スライド機構８は、測定セル２又はセル保持体７の一方に形成された凹部８１と、他方に形成された凸部８２とを有している。

Description

本発明は、着脱可能に設けられた測定セルを有する測定セル構造及びこの測定セル構造を用いた光学分析装置に関するものである。

従来、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造プロセスや半導体の製造プロセス等に用いられる薬液の成分濃度などの管理をする場合には、当該薬液の吸光度からその成分濃度を測定している。

これに用いられる分析装置は、特許文献１に示すように、製造プロセスにおける薬液ライン又は当該薬液ラインに接続されたサンプルラインに設けられた測定セルと、当該測定セルに光を照射する光源と、測定セル中の薬液を通過した光を検出する光検出器とを備えている。

特開２０１０−６０３６４号公報

この分析装置において、本願発明者は、測定セルを着脱可能にするとともに、その測定セルの取り付け及び取り外し作業を容易にしてユーザビリティを向上させることを考えている。

具体的に本願発明者は、測定セルを挿抜可能に保持するセル保持体を有する測定セル構造を考えている。このセル保持体は、測定セルを収容する収容部を有している。そして、本願発明者は、この収容部に測定セルを挿し込んで取り付け、収容部から測定セルを引き抜いて取り外す構成とすることを考えている。

しかしながら、測定セルの寸法公差及びセル保持体の収容部の寸法公差の観点から、セル保持体の収容部に測定セルを収容した状態で、収容部と測定セルとの間には、ガタつき（変位）が生じることになる。このガタつきが大きいと、光源及び光検出器と測定セルとの位置関係が定まらずに変位してしまい測定結果に悪影響を与えてしまう。一方、収容部と測定セルとのガタつきを、収容部及び測定セルの寸法公差で厳しく設定すると、それらの寸法公差によって挿抜時に収容部と測定セルとの接触面積が大きくなってしまい、結果として、摩擦抵抗が大きくなり、挿抜し難くなって作業性が悪くなってしまう。

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、測定セルの取り付け、取り外し作業を容易にしてユーザビリティを向上させるとともに、測定セルの取り付け位置の精度を向上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測定セル構造は、試料が導入される測定セルと、前記測定セルを挿抜可能に保持するセル保持体と、前記測定セル及び前記セル保持体の間に介在して設けられ、前記測定セルを前記セル保持体に対して挿抜方向にスライド移動させるスライド機構とを備え、前記スライド機構は、前記測定セル又は前記セル保持体の一方に形成された凹部と、前記測定セル又は前記セル保持体の他方に形成され、前記凹部に対応した凸部とを有することを特徴とする。

このようなものであれば、測定セルをセル保持体に対して挿抜方向にスライド移動させるスライド機構を有しているので、測定セルの取り付け、取り外し作業を容易にしてユーザビリティを向上することができる。また、凹部及び凸部の隙間を調整することによって、測定セルの取り付け位置の精度を向上させることができる。

特に、前記測定セルが前記セル保持体に挿し込まれた状態において、前記凹部及び前記凸部との間に形成される隙間により前記セル保持体に対する前記測定セルの変位（ガタつき）が設定されているので、凹部及び凸部が互いに接触してセル保持体に対する測定セルのガタつきが規制される。これにより、測定セル及びセル保持体の接触面積を小さくしつつ、測定セルの取り付け位置の精度を向上させることができる。ここで、測定セル及びセル保持体の接触面積が小さいので、測定セルの挿抜時における測定セルとセル保持体との摩擦抵抗が小さくなり、挿抜作業の作業性を悪くすることは無い。

セル保持体の具体的な構成としては、少なくとも一面に開口して前記測定セルを収容する収容部を有していることが考えられる。そして、前記測定セルは、前記開口を通じて前記収容部に挿抜可能に収容されて保持されるものとされる。
この構成において、前記測定セルの相対向する２つの外側面それぞれに前記凹部又は前記凸部が形成されていることが望ましい。これならば、測定セルの互いに対向する外側面それぞれにスライド機構が設けられることになり、セル保持体に対する測定セルの接触面積を小さくしつつ、セル保持体に対する取り付け位置の精度を向上させることができる。

測定セルは、その製造を容易にするために、内部にセル空間を有するものとすることが考えられる。そして、測定セルの構成を簡単にするためには、測定セルにおける相対向する２つの外側面の一方に光導入部が形成され、その他方に光導出部が形成されており、他の相対向する２つの外側面の一方に試料導入部が形成され、その他方に試料導出部が形成されていることが望ましい。
ここで、光導入部及び光導出部が形成された外側面に凹部又は凸部を設ける構成では、セルの光路長や測定セル外部の光源又は光検出器との距離が大きくなってしまう等の測定光学系に影響を及ぼし得る。
この問題を好適に解決するためには、前記凹部又は前記凸部は、前記試料導入部又は前記試料導出部が形成された外側面に形成されていることが望ましい。

具体的には、前記試料導入部が形成された外側面において、前記試料導入部よりも前記光導入部側又は前記光導出部側の一方に、前記凹部又は前記凸部が形成されており、前記試料導出部が形成された外側面において、前記試料導出部よりも前記光導入部側又は前記光導出部側の他方に、前記凹部又は前記凸部が形成されていることが望ましい。
この構成であれば、測定セルはセル保持体に対してその対角上で保持される構成となり、測定セルを安定して保持することができる。

セル保持体に保持された測定セルを挿抜方向に固定するためには、前記セル保持体を覆うように設けられるカバー体をさらに備え、前記カバー体は、挿抜方向において前記測定セルを前記セル保持体に向かって押圧する押圧部を有していることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、測定セルをセル保持体に対して挿抜方向にスライド移動させるスライド機構を有しているので、測定セルの取り付け、取り外し作業を容易にしてユーザビリティを向上することができる。また、凹部及び凸部の隙間を調整することによって、測定セルの取り付け位置の精度を向上させることができる。

本実施形態の分析装置の構成を示す模式図である。 同実施形態の測定セルの断面図である。 同実施形態のセル保持体の正面図である。 同実施形態の分析装置の構成を示すカバー体を取り外した状態の正面図である。 同実施形態の分析装置の構成を模式的に示す縦断面図である。 同実施形態のスライド機構の詳細を示す模式図である。 同実施形態のフィルタ部材の挿入前及び挿入途中の状態を示す模式図である。

１００・・・光学分析装置
２・・・測定セル
２ａ〜２ｄ・・・測定セルの外側面
２１・・・光導入部
２２・・・光導出部
２３・・・試料導入部
２４・・・試料導出部
３・・・光源
４・・・光検出器
７・・・セル保持体
７１・・・収容部
７１ａ〜７１ｄ・・・収容部の各側壁部
８・・・スライド機構
８１・・・凹部
８２・・・凸部
１０・・・カバー体
１１・・・押圧部

以下に本発明に係る測定セル構造を用いた分析装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る分析装置１００は、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造プロセスや半導体の製造プロセス等に用いられる薬液の成分濃度を測定する吸光分析装置である。

具体的にこの分析装置１００は、図１に示すように、試料である薬液が導入される測定セル２と、測定セル２に単波長の光を照射する光源３と、測定セル２を通過した光を検出する光検出器４とを備えている。なお、本実施形態では、リファレンス光を検出するためのハーフミラー等の光学部材５及びリファレンス用の光検出器６も備えている。

測定セル２は、製造プロセスにおける薬液ライン又は当該薬液ラインに接続されたサンプルラインに設けられたインライン型のものである。

具体的に測定セル２は、内部にセル空間２Ｓを有する直方体形状をなすものである。そして、測定セル２における相対向する２つの外側面２ａ、２ｂの一方に光導入部２１が形成され、その他方に光導出部２２が形成されている。本実施形態では、右側面２ａに光源３からの光を導入する光導入部２１が形成されており、左側面２ｂに測定セル２からの光を光検出器４に導出する光導出部２２が形成されている。

光導入部２１及び光導出部２２は、例えば円板状をなす光学窓部材２０１と、当該光学窓部材２０１を測定セル２に固定するための例えば円環状をなす固定部材２０２とから構成されている。なお、この光学窓部材２０１の内面はセル空間２Ｓを区画する面となる。また、前記光学窓部材２０１及び固定部材２０２が取り付けられる測定セル２の本体部分は、加工精度の観点から、例えばステンレス鋼等の金属製であることが望ましい。なお、加工コスト削減の観点から、樹脂製のものとしても良い。

また、測定セル２における他の相対向する２つの外側面２ｃ、２ｄの一方に試料導入部２３が形成され、その他方に試料導出部２４が形成されている。本実施形態では、下側面２ｃに試料をセル空間２Ｓに導入する試料導入部２３が形成されており、上側面２ｄに試料をセル空間２Ｓから導出する試料導出部２４が形成されている。

試料導入部２３及び試料導出部２４には、前記薬液ラインの一部又はサンプルラインの一部を構成する配管Ｈが接続されている。

そして、この分析装置１００は、図３及び図４に示すように、測定セル２を挿抜可能に保持するセル保持体７と、測定セル２及びセル保持体７の間に介在して設けられ、測定セル２をセル保持体７に対して挿抜方向にスライド移動させるスライド機構８とを備えている。

セル保持体７は、一面（前面）に開口して測定セル２を収容する収容部７１を有している。この収容部７１は、測定セル２の正面視における外形形状と略相似形でこれより若干大きい開口形状を有するものである。つまり、この収容部７１は、測定セル２の左右側面２ａ、２ｂ及び上下側面２ｃ、２ｄに対向する左右側壁部７１ａ、７１ｂ及び上下側壁部７１ｃ、７１ｄから形成されている。なお、セル保持体７は、加工精度の観点から、例えばアルミニウム等の金属製であることが望ましい。なお、加工コスト削減の観点から、樹脂製のものとしても良い。

ここで、右側壁部７１ａには、光源３からの光を測定セル２に導くための入射側通過窓が７１ａ１形成されており、左側壁部７１ｂには、測定セル２を通過した光を光検出器４に導くための透過側通過窓７１ｂ１が形成されている。また、下側壁部７１ｃには、測定セル２の試料導入部２３及びそれに接続された配管Ｈを通すための切り欠き部７１ｃ１が形成されており、上側壁部７１ｄには、測定セル２の試料導出部２４及びそれに接続された配管Ｈを通すための切り欠き部７１ｄ１が形成されている。このように構成された収容部７１に、前面の開口を通じて測定セル２が挿抜可能に収容されて保持される。

また、セル保持体７の内部には、光源３、光検出器４、光学部材５及びリファレンス用光検出器６が収容されている。具体的には、セル保持体７の右側壁部７１ａ側に光源３、光学部材５及びリファレンス用光検出器６を収容する光源収容空間７Ｓ１が形成されている。また、セル保持体７の左側壁部７１ｂ側に光検出器４を収容する検出器収容空間７Ｓ２が形成されている。

さらに、セル保持体７の収容部７１は、光源３の光軸に対して、測定セル２の光導入部２１及び光導出部２２が若干傾いて収容されるように、傾斜して形成されている。つまり、収容部７１の右側壁部７１ａの内面及び左側壁部７１ｂの内面が傾斜するとともに、収容部７１の底面７１ｅが傾斜している。

このように構成されたセル保持体７は、筐体９に収容される。この筐体９は、一面（前面）に開口を有するとともに、外部の構造物に取り付けるための取り付け部９１を有している。この筐体９の開口は、カバー体１０により閉塞される。

また、スライド機構８は、収容部７１の内側周面（各側壁部７１ａ〜７１ｄの内面）又は当該内側周面に対向する測定セル２の外側面２ａ〜２ｄの一方に、挿抜方向に沿って形成された凹部８１と、収容部７１の内側周面又は当該内側周面に対向する測定セル２の外側面２ａ〜２ｄの他方に、挿抜方向に沿って形成された凸部８２とから構成されている。

本実施形態では、凹部８１は、測定セル２の外側面２ａ〜２ｄに形成されている。具体的に凹部８１は、測定セル２の下側面２ｃ及び上側面２ｄにおいて前面２ｅから後面２ｆに亘って形成されている。

ここで、測定セル２に２つの凹部８１が形成されており、一方の凹部８１は、試料導入部２３が形成された外側面（下側面２ｃ）において、光導入部２１側に形成されており、他方の凹部８１は、試料導出部２４が形成された外側面（上側面２ｄ）において、光導出部２２側に形成されている。つまり、２つの凹部８１は、測定セル２の対角上に設けられている。

また、凸部８２は、収容部７１の内側周面において、測定セル２の外側面２ａ〜２ｄに形成された凹部８１に対応する位置に形成されている。具体的に凸部８２は、測定セル２の下側面２ｃに対向する下側壁部７１ｃの内面と、測定セルの上側面２ｄに対向する上側壁部７１ｄの内面とに形成されている。

凸部８２及び凹部８１の具体的形状としては、図６に示すように、凸部８２の先端部８２１が断面矩形状をなすものであり、凹部８１の底部分８１１は凸部８２に先端部８２１に対応した断面矩形状をなすものである。本実施形態では、機械加工や強度の観点から凸部８２の基端部８２２は、末広がり形状となっているため、凹部８１の開口部分８１２も凸部８２の基端部８２２と干渉しないように面取りされている。

このように構成されたスライド機構８において、セル保持体７に測定セル２を取り付けた状態において、凹部８１と凸部８２との間に形成される隙間は、凹部８１以外の測定セル２の外側面２ａ〜２ｄと凹部８１以外の収容部７１の内側周面との間に形成される隙間よりも小さくなるように構成されている。つまり、測定セル２がセル保持体７の収容部７１に挿し込まれた状態において、凹部８１と凸部８２との間に形成される隙間によりセル保持体７に対する測定セル２の変位（ガタつき量）が設定される。これにより、収容部７１内で測定セル２ががたついた場合に、凹部８１及び凸部８２同士が接触して、測定セルの外側面２ａ〜２ｄ及び収容部７１の内側周面においてそれ以外が接触しないことになる。したがって、凹部８１及び凸部８２が互いに接触してセル保持体７に対する測定セル２のガタつきが規制されることになる。ここで、測定セル２の本体部分及びセル保持体７を金属製とすることにより、その加工精度が良いことから、凹部８１と凸部８２との間の隙間を精度良く調整することができる。

詳述すると、下側壁部７１ｃの内面に設けられた凸部７２の先端面と測定セル２の下側面２ｃに設けられた凹部８１の底面とが対向し、上側壁部７１ｄの内面に設けられた凸部７２の先端面と測定セル２の上側面２ｄに設けられた凹部８１の底面とが対向することによって、セル保持体７に対する測定セル２の上下方向のガタつきが規制される。

また、凸部８２の先端部８２１の左右外側面と凹部８１の底部分８１１の左右内面とが対向することによって、セル保持体７に対する測定セル２の左右方向のガタつきが規制される。

また、セル保持体７を収容する筐体９の開口を覆うカバー体１０の内面には、図５に示すように、筐体９に固定された状態において、測定セル２の前面２ｅに接触して、測定セル２の後面２ｆをセル保持体７の収容部７１の底面７１ｅに押圧する押圧部１１が設けられている。この押圧部１１は、例えばシリコンなどの弾性材料から形成されている。この押圧部１１が測定セル２を収容部７１の底面７１ｅに押圧することによって、セル保持体７に対する測定セル２の前後方向のガタつきが規制される。

さらにカバー体１０には、図７に示すように、校正用のフィルタ部材１４を挿し込むための挿し込み孔１０ａが形成されている。この挿し込み孔１０ａは、セル保持体７の左側壁部７１ｂに形成されたフィルタ部材挿入部７１ｂ２（図３、４参照）に対応する位置に形成されている。このフィルタ部材挿入部７１ｂ２は、左側壁部７１ｂにおいて、検出器４と透過側通過窓７１ｂ１との間に形成されている。また、挿し込み孔１０ａは、シャッタ部材１２により閉塞されている（図７の（ア）参照）。シャッタ部材１２は、カバー体１０の内面に設けられており、ばね等の弾性体１３により閉塞位置に付勢されている。カバー体１０の外側からフィルタ部材１４を挿し込み孔１０ａに挿し込むと、当該フィルタ部材１４がシャッタ部材１２を開放方向に押し退けながら（図７の（イ）参照）、フィルタ部材１４はセル保持体７のフィルタ部材挿入部７１ｂ２に挿入される。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態の分析装置１００によれば、測定セル２をセル保持体７に対して挿抜方向にスライド移動させるスライド機構８を有しているので、測定セル２の取り付け、取り外し作業を容易にしてユーザビリティを向上することができる。
特に凹部８１及び凸部８２が互いに接触してセル保持体７に対する測定セル２のガタつきを規制しているので、測定セル２及びセル保持体７の接触面積を小さくしつつ、測定セル２の取り付け位置の精度を向上させることができる。ここで、測定セル２及びセル保持体７の接触面積が小さいので、測定セル２の挿抜時における測定セル２とセル保持体７との摩擦抵抗が小さくなり、挿抜作業の作業性を悪くすることは無い。

＜その他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、測定セルに凹部を形成し、セル保持体に凸部を形成しているが、測定セルに凸部を形成し、セル保持体に凹部を形成しても良いし、測定セル及びセル保持体それぞれに凹部及び凸部の両方を形成しても良い。

また、前記実施形態では、セル保持体は一体品であったが、複数の部品から構成されるものであっても良い。この場合、セル保持体の収容部の幅を拡縮可能に構成することが考えられる。これならば、光路長の異なる種々の測定セルに対応したセル保持体を構成することができる。具体的には、セル保持体は、収容部を２分割して構成された第１及び第２の分割要素を有しており、第１分割要素及び第２分割要素の間隔を調整することによって、光路長の異なる種々の測定セルに対応可能となる。この場合、測定セルの対角上に２つの凹部又は凸部を形成しておき、それに対応して、第１分割要素に凹部又は凸部を形成し、第２分割要素に凹部又は凸部を形成することが望ましい。このように各分割要素に凹部又は凸部を形成しておくことで、種々の測定セルを保持した場合であっても、そのガタつきを規制することができる。

さらに、前記実施形態の分析装置は、単波長吸光分析装置の適用例について説明したが、その他の吸光分析装置にも適用することができる。

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。

本発明によれば、測定セルの取り付け、取り外し作業を容易にしてユーザビリティを向上させるとともに、測定セルの取り付け位置の精度を向上することができる。

Claims (7)

1. 試料が導入される測定セルと、
   前記測定セルを挿抜可能に保持するセル保持体と、
   前記測定セルを前記セル保持体に対して挿抜方向にスライド移動させるスライド機構とを備え、
   前記スライド機構は、前記測定セル又は前記セル保持体の一方に形成された凹部と、前記測定セル又は前記セル保持体の他方に形成され、前記凹部に対応した凸部とを有する測定セル構造。
2. 前記測定セルが前記セル保持体に挿し込まれた状態において、前記凹部及び前記凸部との間に形成される隙間により前記セル保持体に対する前記測定セルの変位が設定されている請求項１記載の測定セル構造。
3. 前記測定セルの相対向する２つの外側面それぞれに前記凹部又は前記凸部が形成されている請求項１記載の測定セル構造。
4. 前記測定セルの相対向する２つの外側面の一方に光導入部が形成され、その他方に光導出部が形成されており、
   前記測定セルの他の相対向する２つの外側面の一方に試料導入部が形成され、その他方に試料導出部が形成されており、
   前記凹部又は前記凸部は、前記試料導入部又は前記試料導出部が形成された外側面に形成されている請求項１記載の測定セル構造。
5. 前記試料導入部が形成された外側面において、前記試料導入部よりも前記光導入部側又は前記光導出部側の一方に、前記凹部又は前記凸部が形成されており、
   前記試料導出部が形成された外側面において、前記試料導出部よりも前記光導入部側又は前記光導出部側の他方に、前記凹部又は前記凸部が形成されている請求項４記載の測定セル構造。
6. 前記セル保持体を覆うように設けられるカバー体をさらに備え、
   前記カバー体は、前記測定セルを前記セル保持体に向かって押圧する押圧部を有している請求項１記載の測定セル構造。
7. 請求項１記載の測定セル構造を有する光学分析装置。

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