(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線式ガス検知装置に備えられて回転駆動される、検知対象ガスと同種のガスが封入された測定ガス室および比較ガスが封入された比較ガス室を有するガス検知用相関セルであって、
測定ガス室および比較ガス室の各々に連通するガス封入用流路内に、閉塞部材を収容状態に装着することによりこれらのガス封入用流路を封止した後、閉塞部材にガス注入用管部材を穿刺し、先端部をガス封入用流路内またはガス室内に突出させ、ガス室内を真空引きした後、測定ガス室および比較ガス室の各々に所定のガスを注入し、その後、ガス封入用流路内に固定用ネジを装着して測定ガス室および比較ガス室を気密に封止することにより得られたものであることを特徴とするガス検知用相関セル。
【請求項２】
赤外線式ガス検知装置に備えられて回転駆動される、検知対象ガスと同種のガスが封入された測定ガス室および比較ガスが封入された比較ガス室を有するガス検知用相関セルを作製する方法であって、
測定ガス室形成用空間および比較ガス室形成用空間、並びに当該空間の各々に連通するガス封入用流路が形成されたセル本体を作製し、当該セル本体におけるガス封入用流路内に閉塞部材を収容状態に装着してこれらのガス封入用流路を封止して測定ガス室および比較ガス室を形成した後、閉塞部材にガス注入用管部材を穿刺し、先端部をガス封入用流路内またはガス室内に突出させ、各々のガス室内を真空引きした後、測定ガス室および比較ガス室の各々に所定のガスを注入し、その後、ガス封入用流路内に固定用ネジを装着して測定ガス室および比較ガス室を気密に封止することにより、測定ガス室および比較ガス室の各々に所定のガスを封入することを特徴とするガス検知用相関セルの作製方法。
【請求項３】
前記閉塞部材が樹脂製のものであることを特徴とする請求項２に記載のガス検知用相関セルの作製方法。
【請求項４】
回転駆動されることにより測定ガス室および比較ガス室が赤外線光源から被検ガスが導入されるサンプルセルに至る光路を交互に通過するよう配設されたガス検知用相関セルを備えてなり、当該ガス検知用相関セルを介して赤外光がサンプルセルに供給され、前記測定ガス室を透過した赤外光に係るセンサ信号および前記比較ガス室を透過した赤外光に係るセンサ信号に基づいて、検知対象ガスの濃度を検出する赤外線式ガス検知装置において、
ガス検知用相関セルが請求項１に記載のものよりなることを特徴とする赤外線式ガス検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガスフィルタ相関法方式を利用したガス検知装置において用いられるガス検知用相関セルおよびその作製方法、並びにこのガス検知用相関セルを備えた赤外線式ガス検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えばＣＯやＮ2 Ｏなどのガス検知を行う方法として、赤外線が検知対象ガスによって吸収されることによる赤外線光量の減衰の程度に応じてガス濃度を検出する非分散型赤外線吸収法が知られているが、高い精度でかつ安定的にガス検知を行うことができることから、赤外線光源から放射される赤外光をガス検知用相関セル（ガス相関フィルタ）を介して導入する、ガスフィルタ相関法が利用されている。
ガス検知用相関セルは、適宜の駆動源によって回転駆動されて用いられ、一定濃度の検知対象ガスと同種のガス、赤外線に対して不活性なガスとがそれぞれ封入された２つのガス室が回転軸を中心に対称的に形成されてなるものである。
【０００３】
ガスフィルタ相関法においては、ガス検知用相関セルが回転駆動されることにより２つのガス室が赤外線光源からサンプルセルに至る光路上を交互に通過し、検知対象ガスと同種のガスが封入されたガス室を透過した赤外光に係るセンサ信号と、不活性ガスが封入されたガス室を透過した赤外光に係るセンサ信号との差信号または信号比に基づいて、サンプルセル内に導入される被検ガス中に含まれる検知対象ガスの濃度が検出される。
【０００４】
このようなガス検知用相関セルは、例えばセル本体に形成された２つのガス室内に所定のガスを注入した後、当該ガス室内にガスを封入するためのガス封入用流路を気密に封止することにより作製することができるが、ガス封入作業は、例えばセル本体にパイプ材等を接続してガス室内を真空引きした後、所定のガスを注入し、当該パイプ材を例えばかしめ加工により気密に封止することにより行われている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第２８６２０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ガスをガス室に注入した後にガス封入用流路を気密に封止する方法では、ガス封入作業を行うに際してセル本体にパイプ材等を接続することが必要となるので、高い生産性でガス検知用相関セルを作製することができないばかりか、ガス封入用流路を気密に封止するまでに不可避的に生ずるガス漏れの程度が大きく、所期の性能を有するものとして構成することが困難である、という問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、ガス封入作業時におけるガス漏れの程度が小さく、所期の機能を有するものとして確実に構成することができると共に、高い気密性を有するガス検知用相関セルを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、ガス封入作業時におけるガス漏れの程度を小さく抑制しながら、ガス封入作業を容易に行うことができると共に、気密性の高いシール構造を容易に形成することができ、従って、所期の機能を有するものを高い作業性で確実に作製することのできるガス検知用相関セルの作製方法を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、所期のガス検知を高い信頼性をもって確実に行うことのできる赤外線式ガス検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のガス検知用相関セルは、赤外線式ガス検知装置に備えられて回転駆動される、検知対象ガスと同種のガスが封入された測定ガス室および比較ガスが封入された比較ガス室を有するガス検知用相関セルであって、
測定ガス室および比較ガス室の各々に連通するガス封入用流路内に、閉塞部材を収容状態に装着することによりこれらのガス封入用流路を封止した後、閉塞部材にガス注入用管部材を穿刺し、先端部をガス封入用流路内またはガス室内に突出させ、ガス室内を真空引きした後、測定ガス室および比較ガス室の各々に所定のガスを注入し、その後、ガス封入用流路内に固定用ネジを装着して測定ガス室および比較ガス室を気密に封止することにより得られたものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明のガス検知用相関セルの作製方法は、赤外線式ガス検知装置に備えられて回転駆動される、検知対象ガスと同種のガスが封入された測定ガス室および比較ガスが封入された比較ガス室を有するガス検知用相関セルを作製する方法であって、
測定ガス室形成用空間および比較ガス室形成用空間、並びに当該空間の各々に連通するガス封入用流路が形成されたセル本体を作製し、当該セル本体におけるガス封入用流路内に閉塞部材を収容状態に装着してこれらのガス封入用流路を封止して測定ガス室および比較ガス室を形成した後、閉塞部材にガス注入用管部材を穿刺し、先端部をガス封入用流路内またはガス室内に突出させ、各々のガス室内を真空引きした後、測定ガス室および比較ガス室の各々に所定のガスを注入し、その後、ガス封入用流路内に固定用ネジを装着して測定ガス室および比較ガス室を気密に封止することにより、測定ガス室および比較ガス室の各々に所定のガスを封入することを特徴とする。
【００１１】
本発明のガス検知用相関セルの作製方法においては、前記閉塞部材が樹脂製のものであることが好ましい。
【００１２】
本発明の赤外線式ガス検知装置は、回転駆動されることにより測定ガス室および比較ガス室が赤外線光源から被検ガスが導入されるサンプルセルに至る光路を交互に通過するよう配設されたガス検知用相関セルを備えてなり、当該ガス検知用相関セルを介して赤外光がサンプルセルに供給され、前記測定ガス室を透過した赤外光に係るセンサ信号および前記比較ガス室を透過した赤外光に係るセンサ信号に基づいて、検知対象ガスの濃度を検出する赤外線式ガス検知装置において、
ガス検知用相関セルとして、上記のものが用いられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガス検知用相関セルによれば、ガス封入用流路を封止した状態において所定のガスをガス室に封入して得られたものであることにより、ガス封入作業時において、ガス封入用流路を気密に封止するまで（最終的なシール構造を形成するまで）の間に不可避的に生ずるガス漏れの程度を可及的に小さく抑制することができるので、確実に所期の機能を有するものとなる。
また、閉塞部材がガス封入用流路内に装着された状態において、さらに、当該ガス封入用流路内に固定用ネジが装着された構造であることにより、気密性の高いシール構造を確実に形成することができる。
【００１４】
本発明のガス検知用相関セルの作製方法によれば、ガス封入用流路を予め封止した後にガスが注入されることにより、ガス封入流路を気密に封止するまで（最終的なシール構造を形成するまで）の間に不可避的に生ずるガス漏れの程度を小さく抑制することができるので、所期の機能を有するガス検知用相関セルを確実に得ることができる。
また、ガス注入用管部材を閉塞部材に穿刺してガスの注入を行うことにより、従来におけるガス封入作業において必要とされるパイプの接続等を行うことが不要であるので、ガス封入作業を容易に行うことができ、しかも、ガス封入用流路内に固定用ネジを装着することによりシール構造が形成されるので、ガス漏れを閉塞部材に形成されるガス注入用管部材の小さい孔から生ずる量の極めて小さい程度に抑制しながら、気密性の高いシール構造を容易に形成することができ、高い作業性を得ることができる。
【００１５】
本発明の赤外線式ガス検知装置によれば、上記ガス検知用相関セルを具備しているので、所期のガス検知を高い信頼性をもって確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の赤外線式ガス検知装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
この赤外線式ガス検知装置は、被検ガスが導入されるサンプルセル本体１１内において、例えば凹面状の反射面１６Ａを有する第１の反射鏡１６と、各々第１の反射鏡１６における反射面１６Ａと同等の大きさの曲率半径を有する２つの凹面状の反射面１７Ａ，１７Ｂを有する第２の反射鏡１７とが、第２の反射鏡１７における反射面１７Ａ，１７Ｂの曲率中心位置の各々が第１の反射鏡１６の反射面１６Ａ上に位置されるよう、互いに対向して配置されてなる、いわゆる『ホワイトセル型』のサンプルセル１０を備えている。図１において、１４はガス導入口、１５はガス排出口である。
【００１７】
サンプルセル本体１１には、赤外線光源２０からの赤外光をサンプルセル１０内に入射させる光入射部と、第１の反射鏡１６および第２の反射鏡１７により多重反射された赤外光をサンプルセル１０の外部に出射させる光出射部とが形成されている。
サンプルセル１０内には、サンプルセル１０内に導入される赤外光を反射して第２の反射鏡１７に入射させる光入射側ミラー１８が光入射部を臨む位置に配設されていると共に、第１の反射鏡１６および第２の反射鏡１７により多重反射された赤外光を反射して赤外センサ２５に入射させる光出射側ミラー１９が光出射部を臨む位置に配設されている。
【００１８】
サンプルセル１０と赤外センサ２５の間には、検知対象ガスのガス分子固有の吸収波長域の赤外線に対してのみ高い透過率を有する光学フィルタ２６が配設されている。
【００１９】
赤外線光源２０とサンプルセル１０との間には、各々、例えばモータなどの駆動源２１によって回転駆動されるガス検知用相関セル３０およびチョッパ２２が光照射方向に対してこの順で配設されている。
【００２０】
チョッパ２２は、例えば赤外線光源２０からの赤外光の通過を許容する切り欠き部が形成された２枚羽根の回転円板を備えてなり、例えば回転駆動されることにより赤外線光源２０からの赤外光を断続的にサンプルセル１０に供給する。
【００２１】
ガス検知用相関セル３０は、図２および図３に示すように、一定濃度の検知対象ガスと同種のガスが封入された一方のガス室（以下、「測定ガス室３２」という。）および赤外線に不活性なガスが封入された他方のガス室（以下、「比較ガス室３３」という。）が回転中心軸Ｃを中心に対称的に形成されてなり、回転駆動されることによって測定ガス室３２および比較ガス室３３が赤外線光源２０からサンプルセル１０に至る光路上を交互に通過し、測定ガス室３２または比較ガス室３３を介して赤外光をサンプルセル１０内に導入させる。
【００２２】
ガス検知用相関セル３０は、例えばアルミニウムよりなる円板状のセル本体３１を具えてなり、このセル本体３１には、図４に示すように、各々厚み方向に貫通する２つのガス室形成用空間３２Ａ，３３Ａが、回転中心軸Ｃと同心円上の径方向位置であって、回転中心軸Ｃを挟んで互いに対向した位置に、形成されている。この実施例におけるガス室形成用空間３２Ａ，３３Ａは、各々例えば半円弧状であって、周方向に沿って伸びるよう形成されているが、ガス室形成用空間３２Ａ，３３Ａの形状は、特に制限されるものではない。
セル本体３１の両面には、ガス室形成用空間３２Ａ，３３Ａを含む回転中心軸Ｃを中心とした円領域に窓部材装着用凹所３８が形成されており、この窓部材装着用凹所３８の各々に、例えばサファイアよりなる窓部材４０が装着されて２つのガス室形成用空間３２Ａ，３３Ａが塞がれている。窓部材４０は、例えば接着剤によりセル本体３１に接着されて固定されている。
【００２３】
セル本体３１には、ガス室形成用空間３２Ａ，３３Ａと連通するガス封入用流路３４がセル本体３１の肉厚中を径方向に伸び、セル本体３１の外周面位置に開口するよう形成されており、各々のガス封入用流路３４の外端部には、閉塞部材装着部３５が形成されている。
ガス封入用流路３４における閉塞部材装着部３５には、閉塞部材である例えばシリコーンゴムなどの樹脂よりなる止め栓４５が全体が収容された状態で例えば圧入されて装着され、さらに、例えば真鍮やステンレス鋼などの金属よりなる固定用ネジ５０が装着されており、これにより、ガス封入用流路３４が閉塞されて各々のガス室形成用空間３２Ａ，３３Ａが気密に封止され、測定ガス室３２および比較ガス室３３が形成されている。
以上において、図２乃至図４中の符号３９は、ガス検知用相関セル３０を回転駆動させるための回転軸２１Ａを支持する回転軸支持部である。
【００２４】
以下、上記構成のガス検知用相関セル３０の作製方法について説明する。
先ず、円板状のセル本体基材の所定の位置に、２つのガス室形成用空間３２Ａ，３３Ａ、閉塞部材装着部３５を含むガス封入用流路３４、回転軸支持部３９および窓部材装着用凹所３８を切削加工によって形成することによりセル本体３１を作製し、このセル本体３１における窓部材装着用凹所３８に、窓部材４０を例えばエポキシ系接着剤により接着して固定すると共に、ガス封入用流路３４内の閉塞部材装着部３５に止め栓４５を圧入し、さらに、このガス封入用流路３４内の閉塞部材装着部３５に固定用ネジを装着することにより、ガス室形成用空間３２Ａ，３３Ａを封止し、測定ガス室３２および比較ガス室３３を形成する。このとき、固定用ネジとしては、中央部に貫通孔５１が形成されてなり、ガス封入用治具としての機能を有する仮止め用のもの５０Ａが用いられる（図４参照）。
また、止め栓４５は、接着剤によってセル本体３１に接着、固定されることによって装着されてもよい。
【００２５】
次いで、例えばシリンジ針などの管径の大きさが小さい（細い）ガス注入用管部材を固定用ネジ５０Ａの貫通孔５１を介して止め栓４５に穿刺し、先端部をガス封入用流路３４内またはガス室内に突出させ、例えば真空ポンプによってガス室内を真空引きした後、所定のガス、具体的には測定ガス室３２に対しては所定濃度の検知対象ガスと同種のガス、比較ガス室３３に対しては赤外光に対して不活性なガス例えばＮ2 ガスを注入する。ここに、ガス注入用管部材の外径の大きさは特に制限されるものではないが、シール構造を形成するまでの間に不可避的に生ずるガス漏れの程度を可及的に小さくすることおよび作業効率を高くすることの観点から、例えばφ０．５〜２ｍｍ程度であることが好ましい。また、測定ガス室３２および比較ガス室３３内のガス封入圧力は例えば常圧である。
その後、例えば仮止め用の固定用ネジ５０Ａを貫通孔を有さないシール構造形成用の固定用ネジ５０（図２乃至図４参照）に付け替えることにより測定ガス室３２および比較ガス室３３を気密に封止し、これにより、上記構成のガス検知用相関セル３０を得ることができる。ここに、ガス注入後にガス室を気密に封止する方法としては、例えば仮止め用の固定用ネジ５０Ａをそのまま使用し、固定用ネジ５０Ａの貫通孔５１内に例えば樹脂材料等を充填する方法が用いられてもよい。
【００２６】
上記のガス検知用相関セルの作製方法によれば、ガス封入用流路３４を予め封止した後にガスが注入されることにより、ガス封入用流路３４を気密に封止するまで（最終的なシール構造を形成するまで）の間に不可避的に生ずるガス漏れの程度を小さく抑制することができるので、所期の機能を有するガス検知用相関セル３０を確実に得ることができる。
また、ガス注入用管部材を止め栓４５に穿刺してガスの注入を行うことにより、従来におけるガス封入作業において必要とされるパイプの接続等を行うことが不要であるので、ガスの注入を容易に行うことができ、しかも、ガス封入用流路３４内に固定用ネジ５０を装着することによりシール構造が形成されるので、ガス漏れを止め栓４５に形成されるガス注入用管部材の極めて小さい孔から生ずる量の極めて小さい程度に抑制しながら、気密性の高いシール構造を容易に形成することができ、高い作業性を得ることができる。
【００２７】
以上のようなガス検知用相関セル３０を備えてなる赤外線ガス検知装置においては、次のようにしてガス検知が行われる。
すなわち、赤外線光源２０が常時点灯状態となるよう駆動されると共に、ガス検知用相関セル３０およびチョッパ２２が駆動源２１によって一定の周期で回転駆動されることにより、赤外線光源２０からの赤外光がサンプルセル１０に対して断続的に供給され、被検ガスが導入されたサンプルセル１０内において、第１の反射鏡１６および第２の反射鏡１７によって多重反射された後、光学フィルタ２６を介して赤外センサ２５に入射される（図１参照）。
そして、ガス検知用相関セル３０における測定ガス室３２を透過した赤外光に係るセンサ信号と、ガス検知用相関セル３０における比較ガス室３３を透過した赤外光に係るセンサ信号との差信号または信号比に基づいて、被検ガスに含まれる検知対象ガスの濃度が検出される。
【００２８】
而して、上記構成のガス検知用相関セル３０によれば、ガス封入用流路３４を予め止め栓４５によって封止し、ガス注入用管部材を止め栓４５に穿刺してガスを封入することによって得られるものであることにより、シール構造を形成するまでの間に不可避的に生ずるガス漏れを止め栓４５に形成されるガス注入用管部材の小さい孔から生ずる量の極めて小さい程度に抑制することができるので、確実に所期の機能を有するものとして構成することができ、しかも、ガスを注入した後、ガス封入用流路３４内に固定用ネジ５０が装着されることによりシール構造が形成されていることにより、当該固定用ネジ５０とセル本体３１との接合が螺合によって達成されるという構造上、高い気密性を有するものとなる。
従って、上記ガス検知用相関セル３０を備えてなる赤外線式ガス検知装置によれば、所期のガス検知を高い信頼性をもって確実に行うことができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、ガス室の形状、大きさ（容積）およびその他の具体的な構成は、目的に応じて適宜に変更することができる。
また、ガス封入方法は上記方法に限定されるものではなく、図５および図６に示すように、止め栓４５がガス封入用流路３４内の所定の位置に装着状態とされたときに、当該止め栓４５の周面を臨む位置に開口するガス注入用管部材挿入用孔３６をセル本体３１に形成し、ガス封入用流路３４内に止め栓４５およびシール構造形成用の固定用ネジ５０を装着して当該ガス封入用流路３４を気密に封止した状態において、ガス注入用管部材挿入用孔３６を介してガス注入用管部材を止め栓４５に穿刺してその先端部をガス封入用流路３４内またはガス室内に突出させ、所定のガスをガス室に注入した後、ガス注入用管部材挿入用孔３６を気密に封止する方法であってもよい。
ここに、ガス注入用管部材挿入用孔の径は、ガス注入用管部材である例えばシリンジ針が挿入可能な大きさであれば特に制限されない。
【００３０】
また、本発明の赤外線式ガス検知装置においては、ガス検知用相関セルとして、例えば図７および図８に示すように、窓部材４０が装着されたセル本体３１における入光側の面に、マスク材６０がセル本体３１に一体に固定されて装着されてなるものを用いることができる。
マスク材６０は、各々のガス室に対向する領域内において、複数の透光用開口６１が赤外線光源からの赤外光が当該開口６１を介してガス室に入射されるよう、ガス室の形態に沿って互いに離間して並んだ位置に形成されたものであって、この実施例においては、測定ガス室３２および比較ガス室３３に対向する領域の各々について、３つの透光用開口６１が互いに周方向（回転方向）に等間隔毎に離間して並んで形成された構成とされている。
このようなガス検知用相関セル３０Ａを備えた赤外線式ガス検知装置においては、測定ガス室３２についての透光用開口６１の各々を透過した赤外光に係るセンサ検知信号の複数の平均値と、比較ガス室３３についての透光用開口６１の各々を透過した赤外光に係るセンサ検知信号の複数の平均値との差信号または信号比に基づいて検知対象ガスの濃度が検出される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の赤外線式ガス検知装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
【図２】本発明のガス検知用相関セルの一構成例における回転中心軸に直交する断面を示す横断面図である。
【図３】図２に示すガス検知用相関セルにおける回転中心軸に平行な断面の一部を示す拡大縦断面図である。
【図４】図２に示すガス検知用相関セルの分解図である。
【図５】本発明のガス検知用相関セルの他の構成例における回転中心軸と直交する断面を示す横断面図である。
【図６】図５に示すガス検知用相関セルにおける回転中心軸に平行な断面の一部を示す拡大縦断面図である。
【図７】本発明のガス検知用相関セルのさらに他の構成例を示す平面図である。
【図８】図７に示すガス検知用相関セルにおける回転中心軸に平行な断面の一部を示す拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  サンプルセル
１１  サンプルセル本体
１４  ガス導入口
１５  ガス排出口
１６  第１の反射鏡
１６Ａ  反射面
１７  第２の反射鏡
１７Ａ，１７Ｂ  反射面
１８  光入射側ミラー
１９  光出射側ミラー
２０  赤外線光源
２１  駆動源
２１Ａ  回転軸
２２  チョッパ
２５  赤外センサ
２６  光学フィルタ
３０，３０Ａ  ガス検知用相関セル
３１  セル本体
３２Ａ，３３Ａ  ガス室形成用空間
３２  測定ガス室
３３  比較ガス室
Ｃ  回転中心軸
３４  ガス封入用流路
３５  閉塞部材装着部
３６  ガス注入用管部材挿入用孔
３８  窓部材装着用凹所
３９  回転軸支持部
４０  窓部材
４５  止め栓
５０  固定用ネジ
５０Ａ  仮止め用の固定用ネジ
５１  貫通孔
６０  マスク材
６１  透光用開口
【図１】
0004700506.tif 000002
【図２】
0004700506.tif 000003
【図３】
0004700506.tif 000004
【図４】
0004700506.tif 000005
【図５】
0004700506.tif 000006
【図６】
0004700506.tif 000007
【図７】
0004700506.tif 000008
【図８】
0004700506.tif 000009