(57)【要約】【課題】冷熱サイクルが加わるような使用環境でも、樹脂材料で形成されたフロート21を使用することができる水位検知装置17を提供する。【解決手段】水槽蓋12の開口部15をダイヤフラム22で閉塞する。フロート21のフロート部27を水槽11内に配置し、フロート21の軸部28がダイヤフラム22を貫通して水槽蓋12の上方へ突出する。水槽11内の水位に応じて上下動するフロート21の軸部28の上端を水位検知センサ58，59で検知する。フロート21は、フロート部27および軸部28を樹脂材料によって中空状でかつ一体に形成するとともに、中空状の内部を軸部28の上端から大気開放する。フロート21の内部圧力を常に大気圧に保ち、内部圧力の変化によるフロート21の破損を防止する。【選択図】図１
2010169501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽の上面の水槽蓋に設けられた開口部を閉塞するダイヤフラムと、
前記水槽内に配置されるフロート部、および前記ダイヤフラムを貫通して前記水槽蓋の上方へ突出する軸部を有し、これらフロート部および軸部が樹脂材料によって中空状でかつ一体に形成されているとともに中空状の内部が軸部の上端から大気開放されているフロートと、
前記フロートの軸部の上端の位置に応じて前記水槽内の水位を検知する水位検知センサと
を具備していることを特徴とする水位検知装置。
【請求項２】
前記水位検知センサは、前記フロートの軸部と接触せずに検知する非接触型センサである
ことを特徴とする請求項１に記載の水位検知装置。
【請求項３】
前記フロートのフロート部の外形は、前記水槽蓋の開口部より小さい
ことを特徴とする請求項１または２に記載の水位検知装置。
【請求項４】
前記ダイヤフラムは、前記フロートの軸部の軸方向に沿って伸縮可能とする蛇腹状に形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の水位検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水槽内の水位を検知する水位検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水槽内の水位を検知する水位検知装置としては、水位検知装置本体の下面開口にダイヤフラムの周囲が固定され、このダイヤフラムの下面中央に水位に応じて上下動するフロートが連結されているとともにダイヤフラムの上面中央にシャフトが連結され、このシャフトの上端に水位検知部が連結された構造がある。そして、この水位検知装置では、変形するダイヤフラムを介してフロートが水位に応じて上下動し、シャフトの上下方向の位置に応じて水位検知部で水位を検知している（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８８０２１号公報（第１０−１１頁、図１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、フロートは水面に浮くために密閉された中空状に形成され、フロートの材料としては金属材料か樹脂材料が用いられている。金属材料で形成されたフロートは、丈夫であるものの、重く、高価で、腐食のおそれもあり、それに対して、樹脂材料で形成されたフロートは、軽く、安価で、腐食のおそれがない利点があり、樹脂材料で形成されたフロートが多く用いられている。
【０００５】
ところで、水位検知装置は、カップ式自動販売機や給茶機などの湯を貯湯する湯タンク内の水位検知にも用いられている。この湯タンク内では、ヒータによって沸き上げられた高温の湯が貯湯されるが、湯の使用によって湯タンク内の水位が低下すると、湯タンク内に給水するために湯の温度が低下し、湯タンク内の湯の温度が低下すればヒータによって高温の湯に沸き上げるというように、湯タンク内の湯の温度が変化するため、フロートに対して冷熱サイクルが加わる使用環境となる。
【０００６】
このような冷熱サイクルが加わる使用環境では、樹脂材料で形成されたフロートであると、冷熱サイクルが加わることでフロートの内部空気が膨張して圧力が高くなったり収縮して圧力が下がったりといった内部圧力変化を繰り返し、この内部圧力変化の繰り返しによってフロートにクラックなどの破損が生じる可能性がある。そのため、このような冷熱サイクルが加わる使用環境では、樹脂材料で形成されたフロートの使用は適さなかった。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、冷熱サイクルが加わるような使用環境でも、樹脂材料で形成されたフロートを使用することができる水位検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の水位検知装置は、水槽の上面の水槽蓋に設けられた開口部を閉塞するダイヤフラムと、前記水槽内に配置されるフロート部、および前記ダイヤフラムを貫通して前記水槽蓋の上方へ突出する軸部を有し、これらフロート部および軸部が樹脂材料によって中空状でかつ一体に形成されているとともに中空状の内部が軸部の上端から大気開放されているフロートと、前記フロートの軸部の上端の位置に応じて前記水槽内の水位を検知する水位検知センサとを具備しているものである。
【０００９】
請求項２に記載の水位検知装置は、請求項１に記載の水位検知装置において、前記水位検知センサは、前記フロートの軸部と接触せずに検知する非接触型センサであるものである。
【００１０】
請求項３に記載の水位検知装置は、請求項１または２に記載の水位検知装置において、前記フロートのフロート部の外形は、前記水槽蓋の開口部より小さいものである。
【００１１】
請求項４に記載の水位検知装置は、請求項１ないし３いずれかに記載の水位検知装置において、前記ダイヤフラムは、前記フロートの軸部の軸方向に沿って伸縮可能とする蛇腹状に形成されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の水位検知装置によれば、樹脂材料で形成されたフロートの内部を大気開放していることにより、フロートの内部圧力は常に大気圧に保たれ、内部圧力の変化によるフロートの破損を防止できるため、フロートに対して冷熱サイクルが加わるような使用環境でも、樹脂材料で形成されたフロートを使用することができる。
【００１３】
請求項２に記載の水位検知装置によれば、請求項１に記載の水位検知装置の効果に加えて、水位検知センサとして非接触型センサを用いるため、金属に比べて比較的軽い樹脂材料で形成されたフロートであっても、例えば接触型センサの場合のようにその接触型センサを作動させる押圧力が不足して検知できないようなことがなく、フロートの動きに応じて水槽内の水位を確実に検知することができる。
【００１４】
請求項３に記載の水位検知装置によれば、請求項１または２に記載の水位検知装置の効果に加えて、フロートのフロート部の外形が水槽蓋の開口部より小さく、フロートのフロート部が水槽蓋の開口部を挿通可能とするため、水位検知装置を先に組み立てた状態で水槽蓋に取り付けることができ、組立性がよく、また、水位検知装置を水槽蓋から容易に取り外すこともでき、メンテナンス性もよくできる。
【００１５】
請求項４に記載の水位検知装置によれば、請求項１ないし３いずれかに記載の水位検知装置の効果に加えて、ダイヤフラムが、フロートの軸部の軸方向に沿って伸縮可能とする蛇腹状に形成されているため、フロートの動きに応じてダイヤフラムが変形しやすく、金属に比べて比較的軽い樹脂材料で形成されたフロートであっても、水槽内の水位に応じたスムーズなフロートの動きを許容できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す水位検知装置の断面図である。
【図２】同上水位検知装置の平面図である。
【図３】同上水位検知装置のフロートを示し、(a)はフロートの縦断面図、(b)は(a)のＡ−Ａ視断面図、(c)は(a)のＢ−Ｂ視断面図、(d)は(a)のＣ−Ｃ視断面図、(e)は(a)のＤ−Ｄ視断面図、(f)は(a)のＥ−Ｅ視断面図である。
【図４】同上水位検知装置のカバーの平面図である。
【図５】同上水位検知装置の高水位時の断面図である。
【図６】同上水位検知装置の低水位時の断面図である。
【図７】同上水位検知装置の水位制御を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す水位検知装置の断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態を示す水位検知装置のフロートの軸部上端を示し、(a)はフロートの軸部の平面図、(b)はフロートの軸部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１ないし図７に第１の実施の形態を示す。
【００１９】
図１において、11は水槽で、この水槽11は、例えばカップ式飲料自動販売機や給茶機などにおいて湯を貯留して温飲料の提供時に湯を供給するための湯タンクである。
【００２０】
水槽11は、上面が開口する容器で、上面には水槽蓋12がパッキング13を介して水密に取り付けられている。水槽11内の底部には、水槽11内に貯留される水を所定温度であって例えば９５℃に沸き上げる発熱体14が配置されている。また、図示していないが、水槽11には、給水弁の開放により水槽11内に水を給水する給水管や、給湯弁の開放により水槽11内の湯を取り出す給湯管が接続されている。
【００２１】
水槽蓋12には、略中央に円形の開口部15が形成され、この開口部15を通じて水槽11内に貯留されている水（湯）の液面16の水位を検知する水位検知装置17が配設されている。
【００２２】
図１および図２に示すように、水位検知装置17は、液面16に浮くとともに液面16の水位に応じて上下動するフロート21、このフロート21が貫通するとともに水槽蓋12の開口部15を閉塞するダイヤフラム22、これらフロート21およびダイヤフラム22を水槽蓋12に取り付けるカバー23、およびフロート21の上下方向の位置に応じて水位を検知するためのセンサユニット24を備えている。
【００２３】
フロート21は、下端のフロート部27、およびこのフロート部27の上面中央から上方へ突出する軸部28を有し、これらフロート部27および軸部28が樹脂材料によって中空状でかつ一体に例えばブロー成形によって形成されている。軸部28の上端は開口されており、フロート部27および軸部28の中空状の内部が大気開放されている。
【００２４】
フロート部27は、図３に示すように、円筒状で、このフロート部27の内部が軸部28の内部に連通されている。このフロート部27の直径ａ（図１参照）は水槽蓋12の開口部15の直径ｂ（図１参照）よりも小さく、フロート部27が水槽蓋12の開口部15を挿通可能とする寸法関係にある。
【００２５】
軸部28は、それぞれ円筒状で、フロート部27側である下端側から上端側へ向けて順に小径となる第１の軸部29、第２の軸部30および第３の軸部31を有している。第１の軸部29と第２の軸部30との間に段部32が形成され、第２の軸部30と第３の軸部31との間に段部33が形成されている。
【００２６】
第１の軸部29の周面には、ダイヤフラム22が嵌り込む上下一対の環状の保持リブ34が突設されている。
【００２７】
第２の軸部30の周面における対称位置には、一対の回り止めリブ35が第２の軸部30の軸方向に沿って突設されている。第２の軸部30の上端で一対の回り止めリブ35と直交する側方へ向けて、センサユニット24を作動させるための作用片36が突設されている。
【００２８】
第３の軸部31の上端近傍には、ストッパピン37が径方向に貫通可能とする取付孔38が形成されている。
【００２９】
また、ダイヤフラム22は、例えば、軟質のゴム製で、フロート21の軸部28の軸方向に沿って伸縮可能とする円筒状の蛇腹部41を有している。この蛇腹部41の最小内径はフロート21の軸部28の外径よりも大きく、蛇腹部41の最大外径は水槽蓋12の開口部15の内径よりも小さい寸法に形成されている。
【００３０】
蛇腹部41の上端側の周辺部には、カバー23によって水槽蓋12の上面に取り付けられる環状の取付部42が形成されている。取付部42の下面には、水槽蓋12の開口部15の内周面に当接して位置決めする環状の位置決めリブ43が形成され、また、取付部42の上面には、カバー23を嵌合する環状の嵌合凹部44が形成されている。この嵌合凹部44の複数箇所には、挿通孔45が形成されている。
【００３１】
蛇腹部41の下端側の中央部には、フロート21の軸部28が挿通され、第１の軸部29の一対の保持リブ34間に嵌り込む孔部46が形成されている。孔部46の内径は第１の軸部29の直径よりも小さいため、一対の保持リブ34間に嵌り込んだ状態で、孔部46の内周面が第１の軸部29の周面に弾性的に密着され、水密状態が保たれている。
【００３２】
また、カバー23は、例えば、合成樹脂材料で形成され、円板部49を有し、この円板部49の周辺部にはダイヤフラム22の取付部42の嵌合凹部44に嵌合して水槽蓋12との間に挟み込む環状の押え部50が形成されている。
【００３３】
円板部49には、フロート21の軸部28の第２の軸部30が上下動可能に貫通配置される円形の貫通孔51が形成されている。この貫通孔51の内径は、軸部28の第２の軸部30の外径より大きく第１の軸部29の外径より小さい寸法に形成されている。貫通孔51の周辺部の対称位置には、第２の軸部30の周面から突出する一対の回り止めリブ35が上下動可能に貫通配置される一対の回り止め溝52が形成されている。貫通孔51の周辺部で一対のリブと直交する一側には、第２の軸部30の周面から突出する作用片36が挿通する挿通溝53が形成されている。
【００３４】
押え部50の複数箇所には、各ねじ54が水槽蓋12の下面からダイヤフラム22の各挿通孔45を通じて螺着されるボス55が形成されている。そして、ねじ54の締め付けによって、水槽蓋12とカバー23との間でダイヤフラム22の取付部42を挟み込んで密着固定され、水密状態が保持されている。
【００３５】
また、センサユニット24は、高水位検知用の水位検知センサ58と低水位検知用の水位検知センサ59とを有し、これら水位検知センサ58，59がセンサ固定板60に取り付けられている。
【００３６】
各水位検知センサ58，59は、非接触型センサであって、センサ光を投光する投光部61と、この投光部61から投光されたセンサ光を受光する受光部62とを有する光センサで構成されている。これら投光部61と受光部62とが、上下動するフロート21の作用片36でセンサ光を遮光可能なように、作用片36の上下動領域の両側に対向配置されている。センサ固定板60に対して、高水位検知用の水位検知センサ58が上部側に、低水位検知用の水位検知センサ59が下部側に配置されている。高水位検知用の水位検知センサ58のセンサ光が作用片36で遮光されることにより液面16の高水位が検知され、低水位検知用の水位検知センサ59のセンサ光が作用片36で遮光されることにより液面16の低水位が検知される。
【００３７】
センサ固定板60は、水位検知センサ58，59が取り付けられる側面部63、この側面部63の上下部から折曲された上面部64および下面部65を有する断面略コ字形に形成されている。  上面部64には、フロート21の第３の軸部31が貫通配置される円形の貫通孔66が形成されている。この貫通孔66の内径は、第３の軸部31の外径より大きく、第２の軸部30の外径より小さい寸法に形成されている。
【００３８】
下面部65は、カバー23の円板部49の上面に複数のねじ67によって固定されている。下面部65には、フロート21の軸部28と干渉しないように切欠部68が形成されているとともに、この切欠部68の縁部に第２の軸部30の周面から突出する作用片36が挿通する挿通溝69が形成されている。
【００３９】
次に、水位検知装置17の動作について説明する。
【００４０】
まず、水位検知装置17を組み立てるには、ダイヤフラム22の孔部46をフロート21の軸部28の先端側から通して第１の軸部29の一対の保持リブ34間に密着嵌合し、カバー23の貫通孔51をフロート21の軸部28の先端側から通して第２の軸部30に嵌合するとともに、カバー23に予め固定しておいたセンサユニット24のセンサ固定板60の貫通孔66をフロート21の軸部28の先端側から通して第３の軸部31に嵌合し、ストッパピン37をフロート21の軸部28の先端の取付孔38に差し込んで、フロート21の軸部28に対してダイヤフラム22、カバー23およびセンサユニット24を抜け止めする。これにより、水位検知装置17の単体での仮組立状態となる。
【００４１】
仮組立状態とした水位検知装置17のフロート21のフロート部27を水槽蓋12の開口部15に上面側から下面側に挿通させ、ダイヤフラム22の取付部42を水槽蓋12の開口部15の周辺部上面に係合させるとともに、カバー23の押え部50をダイヤフラム22の取付部42上に配置し、各ねじ54を水槽蓋12の下面からダイヤフラム22の各挿通孔45を通じてカバー23のボス55に螺着する。ねじ54の締め付けによって、水槽蓋12とカバー23との間でダイヤフラム22の取付部42を挟み込んで密着固定する。
【００４２】
そして、水位検知装置17の組立状態では、ダイヤフラム22の取付部42が水槽蓋12の上面に密着して水密状態を保持するとともに、ダイヤフラム22の孔部46がフロート21の第１の軸部29の周面に密着して水密状態を保持する。
【００４３】
カバー23の貫通孔51およびセンサ固定板60の貫通孔66によってフロート21が上下方向に移動可能とし、カバー23の回り止め溝52とフロート21の回り止めリブ35との係合によって周方向への回転が規制されている。これらによって、フロート21の作用片36が、水位検知センサ58，59によって検知可能に配置されている。
【００４４】
フロート21の上方への移動は軸部28の段部32がカバー23の下面に当接することで規制され、フロート21の下方への移動は軸部28の先端に取り付けられたストッパピン37がセンサ固定板60の上面に当接することによって規制される。
【００４５】
そして、図示しない制御装置による水位制御および湯温制御について図５ないし図７を参照して説明する。
【００４６】
水槽11内が空の状態にあると、フロート21が下降し、フロート21の作用片36で低水位検知用の水位検知センサ59を遮光し、この水位検知センサ59がオン（検知）している。
【００４７】
水槽11内が空の状態から、給水弁を開放して水槽11内への給水動作を開始することにより、液面16が上昇していく。液面16がフロート21のフロート部27の高さまで上昇すると、液面16にフロート部27が浮き、液面16の上昇に伴ってフロート21が上昇する。
【００４８】
液面16の上昇に伴ってフロート21が上昇していくと、フロート21の作用片36による低水位検知用の水位検知センサ59の遮光が解除され、この水位検知センサ59がオフ（非検知）する。その後も、給水動作は継続し、同時に発熱体14への通電が許容される。発熱体14への通電が許容されると、水槽11内の湯の温度が所定の沸上温度となるように、発熱体14への通電が制御される。
【００４９】
さらに、液面16の上昇に応じてフロート21が上昇していくと、フロート21の作用片36で高水位検知用の水位検知センサ58を遮光し、この水位検知センサ58がオン（検知）する（図５参照）。この水位検知センサ58がオンすることにより、給水弁を閉鎖し、給水動作を停止する。
【００５０】
また、飲料の注出動作に伴って水槽11内の湯が使用されると、液面16が低下していく。
【００５１】
液面16の下降に応じてフロート21が下降していくと、フロート21の作用片36による高水位検知用の水位検知センサ58の遮光が解除され、この水位検知センサ58がオフ（非検知）する。水位検知センサ58がオフ（非検知）すると、給水弁を開放して水槽11内への給水動作を開始する。
【００５２】
給水動作による液面16の上昇に応じてフロート21が上昇していくと、フロート21の作用片36で高水位検知用の水位検知センサ58を遮光し、この水位検知センサ58がオン（検知）する（図５参照）。この水位検知センサ58のオンにより、給水弁を閉鎖し、給水動作を停止する。
【００５３】
また、水源の断水状態にある場合、飲料の注出動作に伴って水槽11内の湯が使用され、液面16の下降に応じてフロート21が下降していくと、フロート21の作用片36による高水位検知用の水位検知センサ58の遮光が解除され、この水位検知センサ58がオフ（非検知）し、給水弁を開くが、水槽11には給水されない。
【００５４】
その後も、水槽11内の湯の使用が継続されることにより、下降するフロート21の作用片36で低水位検知用の水位検知センサ59を遮光し、この水位検知センサ59がオン（検知）する。この水位検知センサ59がオン（検知）すると、発熱体14への通電を禁止する。
【００５５】
そして、このように構成された水位検知装置17では、樹脂材料で形成されたフロート21の内部を大気開放していることにより、フロート21の内部圧力は常に大気圧に保たれ、内部圧力の変化によるフロート21の破損を防止できる。そのため、フロート21に対して、水槽11内での給水による温度低下と沸き上げによる温度上昇とが繰り返される冷熱サイクルが加わるような使用環境でも、樹脂材料で形成されたフロート21を使用することができる。
【００５６】
また、水位検知センサ58，59として非接触型センサを用いるため、金属に比べて比較的軽い樹脂材料で形成されたフロート21であっても、例えば接触型センサの場合のようにフロート上昇またはフロート下降によって接触型センサを作動させる押圧力が不足して検知できないようなことがなく、フロート21の動きに応じて水槽11内の水位を確実に検知することができる。また、例えば接触型センサの場合でもレバーなど（てこの原理）を利用して押圧力を増幅することで対応することも可能であるものの、構造が複雑化および大形化し、小形の水槽11には適用しにくくなるが、水位検知センサ58，59として非接触型センサを用いることにより、水位検知装置17を小形化でき、小形の水槽11にも適用できる。
【００５７】
また、フロート21のフロート部27の外径が水槽蓋12の開口部15の内径より小さく、フロート21のフロート部27が水槽蓋12の開口部15を挿通可能とするため、水位検知装置17を先に組み立てた状態で水槽蓋12に取り付けることができ、組立性がよく、また、水位検知装置17を水槽蓋12から容易に取り外すこともでき、メンテナンス性もよくできる。
【００５８】
また、ダイヤフラム22が、フロート21の軸部28の軸方向に沿って伸縮可能とする蛇腹状に形成されているため、フロート21の上下動の動きに応じてダイヤフラム22が変形しやすく、金属に比べて比較的軽い樹脂材料で形成されたフロート21であっても、水槽11内の水位に応じたスムーズなフロートの動きを許容できる。
【００５９】
なお、ダイヤフラム22の形状は、フロート21の軸部28の軸方向に沿って伸縮可能とする蛇腹状に限定されるものではなく、フロート21の動きを許容できればどのような構成でもよい。
【００６０】
次に、図８に第２の実施の形態を示す。
【００６１】
ダイヤフラム22の蛇腹部41が、円盤状で、蛇腹部41が径方向に沿って蛇腹状に形成されている。取付部42や孔部46などは第１の実施の形態と同じである。
【００６２】
このダイヤフラム22においても、フロート21の軸部28の軸方向に沿って伸縮可能とする蛇腹状に形成されている場合ほどではないものの、フロート21の上下動の動きに応じてダイヤフラム22が変形しやすく、また、フロート21の軸部28の軸方向に沿って伸縮可能とする蛇腹状に形成されている場合に比べて、ダイヤフラム22の製造が容易で、製造コストを低減できる。
【００６３】
次に、図９に第３の実施の形態を示す。
【００６４】
フロート21の軸部28の先端をセンサ固定板60から抜け止めするストッパ構造として、ストッパピン37を用いるのに代えて、フロート21の軸部28の先端にストッパ構造を一体に形成する。
【００６５】
フロート21の軸部28の先端に、スリット72によって一対のストッパ片73が分割形成されるとともに、これらストッパ片73の外面にストッパ部74が突設されている。ストッパ部74は、先端側が傾斜面で、フロート部27側である基端側が軸部28の外面に垂直なストッパ面としている。
【００６６】
そして、軸部28の先端をセンサ固定板60の貫通孔66に差し込むことにより、一対のストッパ片73が縮径するように変形しながら、一対のストッパ部74がセンサ固定板60の貫通孔66に差し込まれ、一対のストッパ部74がセンサ固定板60の貫通孔66を乗り越えると、一対のストッパ片73が反発力によって拡径し、一対のストッパ部74がセンサ固定板60の上面に係合可能となり、抜け止めする。
【００６７】
このように、フロート21の軸部28の先端にストッパ構造を一体に形成することにより、ストッパピン37などが必要なく、部品点数を削減し、組立性を向上できる。
【符号の説明】
【００６８】
11    水槽
12    水槽蓋
15    開口部
17    水位検知装置
21    フロート
22    ダイヤフラム
27    フロート部
28    軸部
58，59    水位検知センサ
【図１】
2010169501.tif 000003
【図２】
2010169501.tif 000004
【図３】
2010169501.tif 000005
【図４】
2010169501.tif 000006
【図５】
2010169501.tif 000007
【図６】
2010169501.tif 000008
【図７】
2010169501.tif 000009
【図８】
2010169501.tif 000010
【図９】
2010169501.tif 000011