(57)【要約】【課題】測定値の不安定な変動を防止して、試料水中の残留塩素を高感度に精度よく測定することができる酸化還元電流測定装置を提供することを目的としている。【解決手段】作用極８と、対極１１と、作用極８を一端部に支持する棒状の作用極支持体９と、該作用極支持体９を回転または振動させる駆動部１０と、作用極８を研磨するビーズ７と、該ビーズ７を収容するホルダ部１２とを備え、作用極支持体９の一端部をホルダ部１２の中で回転または振動させて、ビーズ７による研磨を行いつつ作用極８と対極１１との間に流れる酸化還元電流を測定する酸化還元電流測定装置において、作用極８および作用極支持体９の一端部の縦断面形状の輪郭が連続する曲線からなるものである酸化還元電流測定装置を提供する。【選択図】図２
2015117939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用極と、対極と、前記作用極を一端部に支持する棒状の作用極支持体と、該作用極支持体を回転または振動させる駆動部と、前記作用極を研磨するビーズと、該ビーズを収容するホルダ部とを備え、前記作用極支持体の前記一端部を前記ホルダ部の中で回転または振動させて、前記ビーズによる研磨を行いつつ前記作用極と前記対極との間に流れる酸化還元電流を測定する酸化還元電流測定装置において、
前記作用極および前記作用極支持体の前記一端部の縦断面形状の輪郭が、連続する曲線からなるものである酸化還元電流測定装置。
【請求項２】
作用極と、対極と、前記作用極を一端部の中央に支持する棒状の作用極支持体と、該作用極支持体を回転または振動させる駆動部と、前記作用極を研磨するビーズと、該ビーズを収容するホルダ部とを備え、前記作用極支持体の前記一端部を前記ホルダ部の中で回転または振動させて、前記ビーズによる研磨を行いつつ前記作用極と前記対極との間に流れる酸化還元電流を測定する酸化還元電流測定装置において、
前記作用極の表面の中心から前記作用極支持体の外周面までの表面がドーム状に形成されている酸化還元電流測定装置。
【請求項３】
前記作用極の表面および前記作用極支持体の前記一端部の表面が、同一の曲率半径を有する球面からなる請求項１または請求項２に記載の酸化還元電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化還元電流測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水道水、下水、プール水等の試料水中の残留塩素、塩素要求量、二酸化塩素、亜塩素酸、溶存オゾン、過酸化水素等の測定を目的とした酸化還元電流測定装置が知られている。
例えば、ポーラログラフ式の酸化還元電流測定装置では、白金や金等からなる作用極と、銀や塩化銀等からなる対極とを試料水に浸漬し、両極間に所定の電圧を印加したときに流れる電流を測定することにより測定対象成分の濃度を求めることができる。
【０００３】
このような酸化還元電流測定装置において測定される酸化還元電流は、拡散電流と呼ばれ、電解過程で、電極と接し、拡散による物質移動のために溶液本体と濃度勾配を生じている溶液の薄い層（拡散層）の中において、作用極表面に運ばれた測定対象成分が酸化還元されるときに流れる電流である。したがって、測定対象成分の濃度に応じた拡散電流（酸化還元電流）を得るためには、拡散層が常に新しく入れ替わるようにすることが必要である。このため、試料水を作用極表面に対して相対的に流動させることが行われている。試料水を作用極表面に対して相対的に流動させるには、作用極を具備した作用極支持体をモータで回転または振動（歳差運動）させる方式がある。
【０００４】
このような方式では、試料水の通常の流速よりもはるかに大きい線速度で作用極支持体が回転または振動（歳差運動）する。このため、安定な拡散層を得ることができ、試料水の流速の変動による測定値への影響が生じにくい。
しかし、作用極表面には、対極で生成される電解物質や試料水中の夾雑物等の汚れが付着しやすく、これらの汚れが付着すると、作用極と対極の間に流れる電流値が減少し、測定対象成分の濃度指示値の低下を招く。
【０００５】
そこで、従来、多数の研磨用ビーズを収容したホルダ内に、作用極を下端部に支持した作用極支持体を挿入して回転または振動（歳差運動）させて、ビーズによる研磨を行いつつ測定する装置が実用化されている。これにより、一定の線速度を得るとともに、ビーズによって作用極を研磨して作用極の汚れを防止しながら電流の測定を行うことができ、測定対象成分の濃度に応じた電流を連続的に精度よく測定することができる（例えば、特許文献１，２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１８５６７８号公報
【特許文献２】特開２００９−２３６７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような酸化還元電流測定装置の感度を上げる方法としては、作用極の表面積を大きくしたり、試料水の流量を増加させたり、作用極支持体の回転または振動（歳差運動）の速度を上昇させたりすること等が考えられる。
しかし、作用極の表面積を大きくすることや試料水の流量を増加させることは、装置の大型化、試料水の消費量の増加あるいはコストアップにつながるため、採用しにくい。一方、作用極支持体の回転または振動（歳差運動）の速度を上昇させると、動いている作用極支持体の角部（エッジ）によってビーズが弾かれてしまい、研磨が安定せず、測定値が不安定に変動するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、測定値の不安定な変動を防止して、酸化還元電流を高感度に精度よく測定することができる酸化還元電流測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、作用極と、対極と、前記作用極を一端部に支持する棒状の作用極支持体と、該作用極支持体を回転または振動させる駆動部と、前記作用極を研磨するビーズと、該ビーズを収容するホルダ部とを備え、前記作用極支持体の前記一端部を前記ホルダ部の中で回転または振動させて、前記ビーズによる研磨を行いつつ前記作用極と前記対極との間に流れる酸化還元電流を測定する酸化還元電流測定装置において、前記作用極および前記作用極支持体の前記一端部の縦断面形状の輪郭が、連続する曲線からなるものである酸化還元電流測定装置を提供する。
【００１０】
本態様によれば、作用極支持体の一端部を、ビーズを収容するホルダ部の中で回転または振動させて、作用極の表面をビーズによって研磨しながら、両極間に電圧を印加することにより、両極間に流れる酸化還元電流が測定される。作用極をビーズで研磨することにより、作用極の表面に付着した電解物質や液中の挟雑物等による汚れが除去され、測定精度が向上される。
【００１１】
この場合において、縦断面形状の輪郭が連続する曲線によって構成された、作用極の表面および作用極支持体の一端部の表面は、エッジを有しない滑らかな表面形状となっている。したがって、これらの表面にビーズが接触している状態で、作用極支持体を高速に回転または振動させても、ビーズが滑らかな表面形状に沿って移動するので、弾き飛ばされることが防止される。その結果、作用極支持体の回転または振動を高速化しても、作用極を安定して研磨することができ、両極間に流れる酸化還元電流を高感度に精度よく測定することができる。
【００１２】
また、本発明の他の態様は、作用極と、対極と、前記作用極を一端部の中央に支持する棒状の作用極支持体と、該作用極支持体を回転または振動させる駆動部と、前記作用極を研磨するビーズと、該ビーズを収容するホルダ部とを備え、前記作用極支持体の前記一端部を前記ホルダ部の中で回転または振動させて、前記ビーズによる研磨を行いつつ前記作用極と前記対極との間に流れる酸化還元電流を測定する酸化還元電流測定装置において、前記作用極の表面の中心から前記作用極支持体の外周面までの表面がドーム状に形成されている酸化還元電流測定装置を提供する。
【００１３】
本態様においては、ドーム状に形成された作用極の中心から作用極支持体の外周面までの表面が、ビーズに接触している状態で、作用極支持体を高速に回転または振動させても、ビーズがドーム状の滑らかな表面形状に沿って移動するので、弾き飛ばされることが防止される。その結果、作用極が安定して研磨され、両極間に流れる酸化還元電流を高感度に精度よく測定することができる。
【００１４】
また、上記態様においては、前記作用極の表面および前記作用極支持体の前記一端部の表面が、同一の曲率半径を有する球面からなっていてもよい。
このようにすることで、一連の球面により構成された作用極の表面および該作用極を支持する作用極支持体の一端部の表面が、ビーズに対して高速で移動させられたとしても、それらの表面に沿って滑らかに移動させられ、弾き飛ばされることが防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、測定値の不安定な変動を防止して、酸化還元電流を高感度に精度よく測定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸化還元電流測定装置を示すブロック図である。
【図２】図１の酸化還元電流測定装置の検出部を示す縦断面図である。
【図３】図２の検出部の作用極および作用極支持体の一端部を示す一部を破断した縦断面図である。
【図４】図１の酸化還元電流測定装置により測定された酸化還元電流の一例を従来の酸化還元電流測定装置による測定値と比較して示すグラフである。
【図５】従来の酸化還元電流測定装置の作用極および作用極支持体の一端部を示す一部を破断した縦断面図である。
【図６】図５の酸化還元電流測定装置により測定された酸化還元電流の一例を示すグラフである。
【図７】図２の検出部の第１の変形例に係る作用極および作用極支持体の一端部を示す一部を破断した縦断面図である。
【図８】図２の検出部の第２の変形例に係る作用極および作用極支持体の一端部を示す一部を破断した縦断面図である。
【図９】図２の検出部の第３の変形例に係る作用極および作用極支持体の一端部を示す一部を破断した縦断面図である。
【図１０】図２の検出部の第４の変形例を示す全体構成図である。
【図１１】図２の検出部の第５の変形例に係る作用極および作用極支持体の一端部を示す一部を破断した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る酸化還元電流測定装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１は、試料水（測定対象）の残留塩素濃度（測定対象成分）を測定する装置であって、図１に示されるように、酸化還元電流を検出する検出部２と、該検出部２により検出された酸化還元電流に基づいて残留塩素の濃度を算出する演算制御部３と、該演算制御部３により演算された濃度値を表示する表示部４と、演算制御部３により演算された濃度値を図示しない外部機器に対して出力する出力部５とを備えている。
【００１８】
検出部２は、図２に示されるように、円筒状の検出器本体６と、該検出器本体６内に収容された多数のビーズ７と、検出器本体６の内部に配置された作用極８と、該作用極８を一端部の中央に支持する作用極支持体９と、該作用極支持体９を駆動する駆動部１０と、検出器本体６に固定された対極１１とを備えている。
【００１９】
検出器本体６は、相互に嵌合される円筒状のホルダ部１２とケース部１３とを備えている。
ホルダ部１２は、下側に配置される一端にキャップ１４が嵌合されている。キャップ１４の側面および底面には窓１４ａが設けられ、該窓１４ａはメッシュ１４ｂにより覆われている。メッシュ１４ｂは試料水を通過可能な多数の透孔を有し、該透孔の口径はビーズ７の外径寸法より小さく構成されている。これにより、窓１４ａを通してキャップ１４の外側から内側に試料水を流通させるとともに、ホルダ部１２内に多数のビーズ７を収容状態に維持することができるようになっている。
【００２０】
ホルダ部１２の側壁には半径方向に貫通する貫通孔１５が設けられている。貫通孔１５もメッシュ１５ａによって覆われており、キャップ１４の窓１４ａから流入した試料水を貫通孔１５を介してホルダ部１２の外部に排出することができるとともに、ホルダ部１２内のビーズ７が外部に漏れ出ないように保持するようになっている。ビーズ７はセラミック，ガラス等によって構成されている。
【００２１】
ホルダ部１２には、上部開口を閉塞する円板状のフランジ部１６が設けられている。フランジ部１６は、弾性を有する材質（例えば、シリコーン樹脂、軟性フッ素系樹脂、ゴム等）によって構成されている。また、フランジ部１６にはその中央に貫通孔１７が設けられ、後述する連結軸１８の長さ方向の途中位置を貫通させた状態に支持している。
作用極８は、一定の曲率半径を有する球面からなる表面８ａを有し、導電性材料（例えば、白金等）によって構成されている。
【００２２】
作用極支持体９は、図３に示されるように、一端部の中央に作用極８の表面８ａを露出させて支持する円柱状部材である。作用極支持体９の一端部の表面９ａも作用極８の表面８ａと同一の曲率中心および曲率半径を有する球面からなっている。そして、作用極支持体９の一端部の表面９ａの曲率半径は、作用極支持体９の外周面９ｂの半径と同一寸法に設定されている。作用極支持体９および作用極８は、作用極支持体９を構成する部材の端面中央に設けた凹部９ｃに作用極８となる部材を埋め込み状態に接着してから一体的に研磨加工をすることによって、それらの表面８ａ，９ａが球面に仕上げられている。
【００２３】
これにより、作用極８の表面８ａおよび作用極支持体９の表面９ａは、縦断面形状の輪郭が連続する曲線（円弧）によって構成されたものとなっている。
すなわち、作用極支持体９の一端部の表面９ａと作用極８の表面８ａとの境界位置および外周面９ｂとの境界位置においては、いずれもエッジが形成されず、曲面が滑らかに連続する形状となっている。
【００２４】
作用極支持体９の一端部は、ホルダ部１２内に収容された多数のビーズ７に作用極８の表面８ａを接触させる位置に配置されている。作用極支持体９の他端部には、その長手方向に沿って延びる円柱状の連結軸１８が取り付けられている。
【００２５】
対極１１は、導電性材料（例えば、塩化銀等）によって構成され、ホルダ部１２の側壁の下部近くに周方向に形成された周溝１９内に全周にわたって取り付けられている。これにより対極１１は作用極８に対して半径方向に間隔をあけた位置に配置されている。
【００２６】
ケース部１３内には、ホルダ部１２の上部に固定された支持部２０により支持される駆動部１０が収容されている。
駆動部１０は、回転軸２１を下向きに支持されるモータ２２と、該モータ２２の回転軸２１に固定された偏心カム２３とを備えている。
【００２７】
偏心カム２３にはモータ２２の回転軸２１に対して偏心した位置に凹部２４が設けられ、該凹部２４には連結軸１８の一端が嵌合されている。
モータ２２を作動させると、偏心カム２３が、モータ２２の回転軸２１回りに回転させられる結果、回転軸２１に対して偏心している凹部２４に嵌合している連結軸１８の一端が、回転軸２１回りに円運動させられる。連結軸１８はフランジ部１６によってその長さ方向の途中位置を支持されているので、偏心カム２３によって連結軸１８の一端が円運動させられると、フランジ部１６により支持された部分を支点として、連結軸１８に連結されている作用極支持体９を歳差運動させるようになっている。
【００２８】
演算制御部３は、コネクタ２５を介して作用極８、対極１１およびモータ２２と接続されている。演算制御部３はモータ２２を駆動するとともに、作用極８と対極１１との間に電圧を印加し、両極８，１１間に流れる電流を受け取って、例えば、残留塩素濃度を算出するようになっている。
【００２９】
このように構成された本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１を用いて、試料水の残留塩素濃度を測定するには、試料水中に検出部２の作用極８と対極１１とを浸漬させた状態で、モータ２２を駆動し、作用極支持体９を歳差運動させる。この状態で、作用極８と対極１１との間に電圧を印加することにより、両極８，１１間に流れる酸化還元電流を検出し、検出された酸化還元電流に基づいて演算制御部３により残留塩素濃度を算出する。
【００３０】
作用極８を支持する作用極支持体９の一端部は、ホルダ部１２内に収容されているビーズ７内に配置されているので、作用極支持体９が歳差運動させられると、作用極８がビーズ７内において円運動させられる。これにより、作用極８の表面８ａはビーズ７によって研磨されることになり、作用極８の表面８ａに付着した電解物質や液中の挟雑物等による汚れが除去される。
【００３１】
この場合において、本実施形態によれば、作用極支持体９の一端部の表面９ａから作用極８の表面８ａにわたって、縦断面形状の輪郭が連続する曲線によって構成されているので、作用極支持体９の一端部の表面９ａに接触したビーズ７は、エッジのない滑らかな表面９ａに沿って移動する。特に、モータ２２の回転数を上げて、作用極支持体９を高速に歳差運動させても、ビーズ７が弾き飛ばされることが防止される。その結果、ビーズ７による作用極８の表面８ａの研磨を安定的に行って測定値の変動を防止しつつ、感度の高い測定を行うことができるという利点がある。
【００３２】
図４に、本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１による酸化還元電流の測定結果を示す。
また、比較のために、図５に従来の作用極２６および作用極支持体２７の一端部の形状、図６に図５の作用極２６により検出した電流の測定結果をそれぞれ示す。
【００３３】
図４および図６において、横軸は測定時間、縦軸は電流値である。図４中の符号Ａは、図５のような形状の作用極２６および作用極支持体２７（従来の酸化還元電流測定装置）により、モータの回転速度を、例えば、１６００ｒｐｍに設定した場合の比較例としての電流の測定結果である。一方、図４中の符号Ｂが、本実施形態の酸化還元電流測定装置１において、モータ２２の回転速度を、例えば、２８００ｒｐｍに設定して高感度化した場合の電流の測定結果である。
【００３４】
また、比較のために示された図６の符号Ｃは、図４の符号Ａと同じ条件で測定した場合の測定結果であり、符号Ｄは、従来の酸化還元電流測定装置においてモータの回転速度を例えば、２８００ｒｐｍに設定した高感度化した場合の電流の測定結果である。
【００３５】
図４と図６とを比較すると、符号Ｂ，Ｄで示される高回転速度での測定結果においては、符号Ｄで示される従来の測定結果が非常に不安定であるのに対し、符号Ｂで示される本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１による測定結果は測定値の変動が小さく、極めて安定していることが分かる。
【００３６】
これは、図５に示される従来の作用極２６および作用極支持体２７の一端部の形状では、作用極２６の表面２６ａから作用極支持体２７の一端部の表面２７ａにかけて平面によって構成されているため、モータの回転数を上昇させて作用極２６の線速度を向上させると、作用極支持体２７の一端部の表面２７ａと作用極支持体２７の外周面２７ｂとの間のエッジによってビーズ７が弾き飛ばされるためであると考えられる。これに対し、本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１によれば、そのような不都合がなく、試料水中の残留塩素濃度を高感度に安定して測定することができる。
【００３７】
また、作用極支持体９の歳差運動に伴い、作用極８が回転軸２１上に中心点を有する円運動を行うことにより、作用極９の移動距離が大きくなるため、作用極９の線速度が向上し、測定をより高感度に行うことができるという利点がある。
【００３８】
なお、本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１においては、作用極支持体９の一端部の表面９ａおよび作用極８の表面８ａを同一の曲率中心および曲率半径を有する球面としたが、これに代えて、ドーム状に構成してもよい。ドーム状とは頂の丸い隆起形状であることを意味し、その表面は球面以外の曲面形状であってもよい。ドーム状の例を図７に示す。
【００３９】
図７に示す例は、作用極８の表面８ａと作用極支持体９の一端部の表面９ａとの曲率半径を異ならせたものである。すなわち、図７に示す例では、作用極支持体９の中央に配置された作用極８の表面８ａをその周囲の作用極支持体９の表面９ａよりも大きな曲率半径を有する曲面によって構成している。この場合、作用極支持体９の表面９ａは作用極８の表面８ａおよび作用極支持体９の外周面９ｂに滑らかに接続するトーラス面により構成されている。この場合にも、作用極８および作用極支持体９は、その縦断面形状の輪郭が連続する曲線によって構成されており、エッジを有しない滑らかな曲面によって構成されている。
【００４０】
また、図８に示す例では、作用極支持体９の一端部の表面９ａを作用極８の表面８ａと滑らかに接続するテーパ面により構成し、この表面９ａと外周面９ｂとの接続部にＲ加工を施している。この場合には、作用極８および作用極支持体９は、その縦断面形状の輪郭が連続する曲線と直線とによって構成されている。これによっても、エッジを有しない滑らかな曲面が構成されている。
【００４１】
また、本実施形態においては作用極支持体９の一端部の表面９ａと外周面９ｂとが滑らかに接続している場合を例示したが、図９に示されるように、作用極支持体９の一端部の表面９ａと外周面９ｂとが、連続しない曲面によって構成されていてもよい。ここで、連続しない曲面とは、それらの境界位置において各曲面の接平面が異なることを意味している。このように構成しても、作用極８の表面８ａからその周囲の作用極支持体９の表面９ａにかけて滑らかに連続する曲面によって構成されることにより、作用極８付近にエッジが存在しないため、その部分におけるビーズ７の弾き飛ばしが防止され、酸化還元電流を安定して検出することができる。
【００４２】
また、本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１においては、作用極支持体９を歳差運動させる場合を例示したが、これに代えて、図１０に示されるように、作用極支持体９をモータ２２の回転軸２１に平行に配置して、回転軸２１回りに並進するように回転運動させることにしてもよい。この場合には、フランジ部１６および連結軸１８は不要であり、作用極支持体９の他端部が偏心カム２３の凹部２４に嵌合されていればよい。
【００４３】
また、本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１においては、作用極８および作用極支持体９の一端部の表面８ａ，９ａを滑らかに連続する曲面により構成したが、これに限られるものではない。例えば、図１１に示されるように、半球状またはドーム状の作用極８が作用極支持体９の一端部全体を構成していてもよい。
【００４４】
また、本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１においては、作用極支持体９が円柱状に形成された場合を例示したが、これに代えて、作用極支持体９が多角柱状に形成されていてもよい。また、作用極支持体９は、柱状に限定されるものではなく、長手方向に横断面積が変化したり、湾曲したりする棒状に構成されていてもよい。
また、本実施形態に係る酸化還元電流測定装置１においては、作用極８を作用極支持体９に接着した後に研磨加工する場合を例示したが、これに代えて、作用極８の表面８ａおよび作用極支持体９の表面９ａをそれぞれ所望の曲面形状に別個に加工した後に接着することにしてもよい。
【００４５】
１  酸化還元電流測定装置
７  ビーズ
８  作用極
９  作用極支持体
１０  駆動部
１１  対極
１２  ホルダ部
【図１】
2015117939.tif 000003
【図２】
2015117939.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015117939.tif 000008
【図７】
2015117939.tif 000009
【図８】
2015117939.tif 000010
【図９】
2015117939.tif 000011
【図１０】
2015117939.tif 000012
【図１１】
2015117939.tif 000013