(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金属イオンを溶出する電極と制御回路を有し、その制御回路は定電流回路、導電率判定回路、極性切換え回路、タイマー回路とを有し、金属イオン濃度が最適であることを判断する基準値を基に、導電率判定回路により電極間の導電率を適時測定し、予め設定された基準値との比較を行ない、測定結果が基準値未満である場合とそれ以上である場合とを判別し、タイマー回路では一対の電極間に定電流回路から流す定電流の一定時間内の通電時間の長短の時間を作り、かつ極性を切り替える信号を出す機能を持ち、導電率判定回路の判定結果を基に導電率判定回路の判定結果が、設定した基準値未満である場合は一定時間内の通電時間を長時間とする信号を出し、測定値が設定した基準値を超えた場合は一定時間内の通電時間を短時間とする信号を出し、その信号により極性切換え回路から一対の電極へ供給する定電流の一定時間内の通電時間の長短と正逆の極性の切換えとを制御する事を特徴とする金属イオン溶出装置。
【請求項２】
密閉された本体ケースを有し、本体ケース下部に一対の電極を固設し、本体ケース内に制御回路を内蔵し、本体ケースの上下方向中間辺において喫水線位置を有することを特徴とする請求項１記載の金属イオン溶出装置。
【請求項３】
本体ケース内に電池を内蔵することを特徴とする請求項２記載の金属イオン溶出装置。
【請求項４】
本体ケース上部に外部電源の供給部を有することを特徴とする請求項２記載の金属イオン溶出装置。
【請求項５】
電極は本体ケース下部に制御回路から延設し、導電性の電極固定部に着脱自在に固定され、容易に交換可能とすることを特徴とする請求項２記載の金属イオン溶出装置。
【請求項６】
本体ケース下部には短絡防止具が施されていることを特徴とする請求項２記載の金属イオン溶出装置。
【請求項７】
金属イオン溶出装置は、切削液の貯留タンクに浮遊設置される事を特徴とする請求項１から６いずれかに記載の金属イオン溶出装置。
【請求項８】
金属イオン溶出装置は、浴槽内に浮遊設置される事を特徴とする請求項１から６いずれかに記載の金属イオン溶出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、水の腐敗や藻類、細菌、微生物の発生を防止する為に用いられる浄水装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】ある種の金属イオンが水中にある時、それが水の浄化に有効である事は広く知られている。
更に詳しくは特許文献１に示す公表特許公報中で、銅・銀又はその合金を電極に使う事が、電極間で安定した電流を維持する回路、一定の間隔で極性の切換えを行なう事などを含め記述されている。
【特許文献１】特願  昭５９−５０２５５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】近年、環境の悪化を防止する為に様々な取り組みが為されて来ており、家庭や工場から排出される排水にしても、自然にある水と同等なレベルの水質にまで浄化する事が求められて来ている。多くの企業においては、工場の加工機が使用する切削油は有機溶剤を含む油性のものから、水溶性のものへの切換えが進んでいる。【０００４】このような水溶性油剤を使う場合、従来は問題にならなかった長期使用する水溶液の腐敗への対策が必要となり、簡単で効果的な防腐装置が求められるようになってきている。
本発明はこの点に鑑み、必要最小限の対策により環境への負担を軽減しつつも、腐敗防止を行う事ができる金属イオン応用装置に関して、実用的な提案を行なうものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明は、機械加工に使用される水溶性切削液などへの応用を例に以下記述を行なうが、切削液に限らず温泉施設等の水を貯留する各種の施設への応用も視野に入れている。【０００６】  本発明の構造は電極と制御回路などから構成され、切削油を貯留するチャンバー内に浮かした状態で使用する事を念頭に置いている。【０００７】  制御回路は、金属イオンを溶出する為の定電流回路と、導電率の判定回路、電極の極性を切り替える回路、タイマー回路とから構成されている。【０００８】  以後、別途提示する図面を参照しながら詳細な説明を行なう。
［図１］は本発明の構成概要を示したもので、下部に電極２本を持った本体が水面に浮上し、係留索により固定された状態を示している。
［図２］は本体の電気的な制御回路構成を示したもので、導電率によるタイマー切換え機構を含んだ図である。
［図３］は、電極の極性切換えについての説明図である。
［図４］は、定電流電源回路の具体例を示すものである。
［図５］は、図４と併せ、電極間の導電率を判定し、信号を切り替える回路を説明する為の図である。
［図６］は、極性反転回路に加える信号について説明する為の図である。
［図７］は、タイマー信号と電極極性切換えの具体的なタイミングを示すものであり、図に於いて（ａ）は導電率が低い時、（ｂ）は導電率が高い時の状態を示す。【０００９】  ［図１］に於いて、本体１は下部に電極２を有し、内蔵する制御回路６に接続されている。また、制御回路には電源４からＤＣ電源がケーブルにより供給されており、更に本体１は係留索３によって、水面５の変化により上下動はするが、規定位置から排水出口に向かって流れて行かないように固定されている。【００１０】  この浮上する事、係留できる事は本発明の主要な案件の１つであり、水位の変化に対応し、かつ安定した金属イオンを溶出できる為、実用に於いて有効である。
従来のような電極を固定した提案では、加工液を貯めるチャンバーへの固定に手間が掛かる事、電極交換の為には装置を外す必要があり面倒な事、水位の変動により電極が一部露出する場合があり安定な動作を期待できないなどの不具合がある。【００１１】  ［図２］に於いて、商用電源から直流安定化電源４（ＡＣアダプター等）で安定化された直流電圧が制御回路６に供給されており、直流電圧は、定電流回路１１を経由して電極２に供給される。この時、電極の片減り防止の為の極性切換え回路１２を挟み、その極性切換えはタイマー回路１４により一定の時間間隔で行なわれる。
導電率判定回路１３は、電極２に掛かる電圧を参考にして導電率を推定し、タイマー回路を制御するものであり、これが本発明のもう１つの主要な提案である。【００１２】  定電流回路１１は水中に露出された電極から溶出する金属イオンが水中のイオン濃度に関係なく、また電極の表面積に関わらず、安定してイオンを溶出させる為に用いられ、水中の導電率が高ければ電極への印加電圧を低め、逆に導電率が低ければ電圧を高くするようにして常に一定の電流が流れるように動作する。【００１３】  この動作状況を図４を基に説明すると、同図に於いてＱ１，Ｑ２、Ｒ１、Ｒｄにより定電流回路が構成されている。電極２は、極性切換え回路１２に繋がっている。
電極２に流れる電流は全て図のＲｄに流れ、因って（Ｉｄ・Ｒｄ）の電圧を発生する。この電圧がトランジスタＱ２のＶｂ２を超えると、コレクター電流Ｉｃが流れ、トランジスタＱ１のベース電流を引き込む為、Ｑ１のベース電流が減少し電極電圧Ｖｏを高く保つ事ができず、電圧Ｖｏは低下する。この事により電極電流Ｉｄは減少し、（Ｉｄ・Ｒｄ）がＱ２のＶｂ２とバランスする所で安定する。
つまり、Ｉｄ・Ｒｄ＝Ｖｂ２（例えば０．６Ｖ）が成立し、この実施例ではＩｄ＝０．６Ｖ／Ｒｄ（一定）となる。【００１４】  電極２に掛かる電圧Ｖｐは、Ｖｏ＝Ｖｐ＋Ｉｄ・Ｒｄ  より、
Ｖｐ＝Ｖｏ−Ｉｄ・Ｒｄ  ここで、Ｖｂ２＝Ｉｄ・Ｒｄ  であるから、Ｖｐ＝Ｖｏ−Ｖｂ２  となる。
また、Ｑ２のコレクターに掛かる電圧Ｖｃは、  Ｖｃ＝Ｖｏ＋Ｖｂ１  となる。【００１５】Ｖｏ＝Ｖｐ＋Ｖｂ２  から、Ｖｃ＝Ｖｏ＋Ｖｂ１＝Ｖｐ＋Ｖｂ１＋Ｖｂ２  となるが、
（Ｖｂ１＋Ｖｂ２）はトランジスタＱ１、Ｑ２のベース・エミッター間電圧で一定（約１．２Ｖ）となる為、この実施例ではＶｃ≒ＶＰ＋１．２である。
因って、Ｖｃは電極電圧Ｖｐと相関があり、Ｖｃを測る事により電極電圧Ｖｐを推察できる。【００１６】  電極電圧Ｖｐは金属イオンの溶出濃度により変化し、濃度が高いほどＶｐは低下する。この働きから、電極電圧Ｖｐを適当な時間間隔で測る事により水中に溶出している金属イオン濃度を推察できる。この結果からタイマー回路を制御し、イオンの溶出濃度を調整する事が可能である。【００１７】  図５は、Ｖｃを利用してタイマー信号を選択し、イオン溶出濃度を調整する為の説明図である。図に於いて、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は論理回路で作成される信号で、コンパレーター１５の出力により、（Ａ１、Ａ２）又は（Ｂ１、Ｂ２）の信号を出力する。
図中の１７は発信器であり、１６はタイマー信号を生成する論理回路である。【００１８】  今、Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆに比べて高い（金属イオン濃度低い）場合は、コンパレーター出力は“Ｈ”レベルとなり、（Ａ１、Ａ２）の信号が選択され、図の右側にある正逆端子に出力される。逆にＶｃが基準電圧Ｖｒｅｆに比べて低い（金属イオン濃度高い）場合は、コンパレーター出力は“Ｌ”レベルとなり、（Ｂ１、Ｂ２）の信号が選択される。【００１９】  このように、金属イオン濃度が低い場合は信号（Ａ１、Ａ２）を選択して濃度を上げる方向の信号を選択し、逆に高い場合は信号（Ｂ１、Ｂ２）を選択して濃度を制限するように制御できる。【００２０】  基準電圧Ｖｒｅｆは、金属イオン濃度が最適である場合の電極間電圧に対応する電圧で、実験により定めた固定電圧である。また適宜、可変抵抗等で変更する事も可能である。【００２１】  図３は電極に印加する電圧の極性を切り替える回路１２を示しており、図の右の表
0005050736.tif 000002
する。【００２２】  タイマー回路１４にて発生する信号について図６を基に説明すると、
上側の信号（Ａ１、Ａ２）は図にあるように時間Ｔの間隔でどちらかの信号が常に“Ｈ“であり、下側の信号（Ｂ１、Ｂ２）は時間Ｔの間隔でどちらかの信号が“Ｈ“になるが、その“Ｈ“期間は時間Ｔ１の間だけとしてある。時間Ｔ１は、時間ＴのＡ１、Ａ２の立ち上りを基準として定時間（Ｔ１）だけ“Ｈ“となる論理回路で作成する。【００２３】  例えばＡ１が正端子にＡ２が逆端子に加えられた場合、電極はＴ時間毎に極性が切り替えられながら、常時金属イオンが発生する。一方、Ｂ１が正端子にＢ２が逆端子に加えられた場合は、電極はＴ時間毎に極性が切り替えられながらＴ１期間だけ電圧の印加が行なわれるから、金属イオンの発生は限定された短い期間だけ行なわれる事になる。【００２４】  金属イオン濃度の測定は、図６の各信号が“Ｈ“になってから一定時間以内に行なわれる。具体的には、信号（Ａ１、Ａ２）が選択された場合でも、（Ｂ１、Ｂ２）が選択された場合でもその信号が立ち上り、電極に電流が流れ、溶出イオンが安定したタイミング（＜Ｔ１）でＶｃを測定し、導電率を判定する。【００２５】  図７に於いて、（ａ）は金属イオン濃度が低く、電極の極性を変えながら常時通電を行なっている状況、（ｂ）は金属イオン濃度が高い為、電極の極性を変えながらかつ休止時間を入れながら、短時間通電を行なっている状況である。【００２６】  このように、電極に掛かる電圧から水中に溶出した金属イオン濃度を推定し、電極に流す電流を一定にしながらも流す時間を調整して、必要以上のイオン濃度にならないように制御するようにしており、このイオン濃度を水の腐敗防止に必要な最低の濃度として、それ以上のイオン溶出を抑制する事ができるので、廃液の漏出時や排水時の環境への影響も最小限に抑える事ができる。【００２７】  次に以上述べた制御回路を収納し、安定的にかつ安全に動作を保障する為の本件ケース等の構造について述べる。【００２８】  制御回路６は、表面実装技術により非常に小さく又、安価、軽量に製作する事ができ、水面上に浮上させるに余裕ある重量となるが、電極は水量に関わらず常に水中に没している事が望まれる。【００２９】  そこで、図１に示すように、制御回路６は本体１ケースに内蔵されており、回路基板は防水対策が行なわれ、又電極との接続は回路基板にネジにより直接接続されている。この本件ケースは水密に作られている。【００３０】  電極２は、例えば円筒状の銅パイプから成り、設置後に他の装置金属部との接触を避ける為に、中カバー７により周囲を保護されており、更に底部は切削粉などによるショート防止の為に下カバー８により保護されている。【００３１】  本装置がその喫水線位置を本体ケースの中位レベルで正立浮上するように、本件ケース１の容量や装置全体の重量が調整され、本実施例の場合では中カバー及び下カバー内には浮体９が内装されている。このように、この浮体による浮力で浮上水位の調節をする事もできる。又、中カバーには、溶出した金属イオンが水槽内に拡散できるよう、適切な大きさの穴を周囲に複数箇所設けている。【００３２】  電極は長時間使用する事で消耗し、徐々に初期の性能を維持できなくなる事から、適当な間隔で交換する必要があるが、本発明に於いては、中���バーと下カバーを接着する事で一体化し、この部分を本体から外す事で電極の交換が容易にできる構造としている。【００３３】  電極は下カバーの浮体と上部回路基板との間で挟まれて基板側導体と接触を得ている為、中下カバーを外すだけで電極固定ネジなどを必要とせずに、簡単に外し、かつ交換する事ができる。中下カバーは本体ケースにビスで止める。【００３４】  このように、本体ケースは電極の保護だけでなく、制御回路が常に所定の性能を発揮できるように浮上姿勢を安定にする目的から重要な要素であり、前述したように装置の容量と重量を本体ケースの厚さ方向中間辺に於いて喫水線位置を有するべく調整する。この場合、正立浮上姿勢を保てる復元力を生じるよう、重心と浮力中心点に配慮すべき事は言うまでも無い。【００３５】これにより、水槽での使用状態に於いて水位の変化や波立ちなどがある中でも、電極を露出する事無く常に同じ浸漬状態を保つ為、電極の表面状態も一様に磨耗するから、長寿命でまた長期間安定した動作が期待できる。
【発明の効果】
【００３６】  以上述べたように、水中の溶出イオンによる導電率の変化を基に電極への電流印加時間を調節する事によって、水中イオン濃度を必要以上に上げないように制御するから、溶出イオンによる腐敗防止効果を上げながら環境への負荷をも減らす効果が期待でき、実用上に於いてたいへん有効である。【００３７】また、電極を制御部と一体にして浮上させている為、設置においては投げ込むだけの容易さがあり、電極の交換も比較的簡単で、水面に浮く構造から電極が露出する事が無く常に安定した動作状態となり、長寿命で小型かつ安価な装置を提供する事が可能となる。【００３８】以上から、小規模の加工業者や一般用途においても気軽に設置使用する事が可能で、部材も少なく、かつ省電力であり、有用性は高い。
【産業上の利用可能性】
【００３９】本発明によれば、小型かつ安価な装置となる事から、水を貯留する様々な装置、施設に利用する事ができ、例えば工場での切削液用チャンバー以外にも、風呂、水洗トイレタンク、空調用クーリングタワー、防火用水、溜め池などへの使途が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明における装置の概観を示す図
【図２】制御回路の構成を示す図
【図３】電極の極性切換えの説明図
【図４】定電流回路の説明図
【図５】導電率の判定と信号切換えの説明図
【図６】電極の極性切換えタイミングを示すチャート
【図７】電極に印加される電流の極性切換えタイミングを示すチャート
【符号の説明】
１    本体ケース
２    電極
３    係留索
４    直流安定化電源
５    喫水線
６    制御回路
１１  定電流回路
１２  極性切換え回路
１３  導電率判定回路
１４  タイマー回路
１５  コンパレーター
１６  論理回路
１７  発信器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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