(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁の少なくとも一部を透光部材で構成した管状ケースと、  前記管状ケースに収容された投光部と、
前記管状ケースに収容され、前記投光部が出射した光を受けて、前記透光部材の外面に備えた液体検出面に向けて反射する反射部と、
前記管状ケースに収容されて、前記液体検出面からの反射光を受光する受光部とを備え、前記受光部に受光される受光量に基づいて前記液体検出面に接触する液体の有無を検出する液体センサにおいて、
前記反射部は、前記管状ケースの軸方向に沿った面で見て湾曲し、前記管状ケースの軸方向に直交する面で見て平坦な形状をなし、前記投光部から受けた放射光を、前記管状ケースの軸方向に沿った面で見て集束光に変えて前記液体検出面に向けて反射する曲面反射鏡で構成されると共に、前記液体検出面に対して前記受光部と線対称になる位置に前記曲面反射鏡の焦点を設定して、前記液体検出面上に前記集束光に係る所定の照射範囲を確保したことを特徴とする液体センサ。
【請求項２】
前記管状ケースはポリテトラフルオルエチレンにて形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光部材に備えた液体検出面に照射した光が、その液体検出面で反射したか透過したかの相違に基づき、液体を検出する液体センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９には、この種の従来の液体センサの一例が示されており、このものは、上下方向に延びた透明のケース１の内部に、投光部２Ａと受光部２Ｂとを収容して備える。そして、投光部２Ａからケース１に向けて光を投光し、ケース１の周囲に液体がないときには、投光部２Ａからの光がケース１の外面１Ａで反射して受光部２Ｂに受光される一方、液体があるときには、光がケース１の外方に放出されるようにして、これら受光量の相違に基づき、液体の有無を検出する。
なお、このような液体センサは、特開平１０−３００５５７号、特開平４−６６８２０号に掲載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の液体センサでは、図１０に概念的に示すように、投光部２Ａから出射された光は、投光部２Ａとケース１との間の距離Ｌ１を進んだ分だけ放射状に広がり、ケース１の外面１Ａにおける所定の照射範囲Ｓ１（図１参照）に光が照射される。ところが、この照射範囲Ｓ１で反射した光は、受光部２Ｂに向かってさらに放射されるから、照射範囲Ｓ１のうち実質的に液体検出面として機能する部分は僅かな範囲に限られる。このため、その僅かな範囲に、水滴５（図１０参照）が付着すると、その水滴５によって光がケース１の外面１Ａを透過し、受光部２Ｂには受光されなくなり、液体がないのに液体ありと誤検出されてしまう。また、外面１Ａ全体が液体に浸された状態で、上記した僅かな範囲に、気泡が付着すると、逆に、液体があるのに液体なしと誤検出されてしまう。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、気泡や水滴による誤検出を防止することが可能な液体センサの提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１の発明に係る液体センサは、側壁の少なくとも一部を透光部材で構成した管状ケースと、管状ケースに収容された投光部と、管状ケースに収容され、投光部が出射した光を受けて、透光部材の外面に備えた液体検出面に向けて反射する反射部と、管状ケースに収容されて、液体検出面からの反射光を受光する受光部とを備え、受光部に受光される受光量に基づいて液体を検出する液体センサにおいて、反射部は、管状ケースの軸方向に沿った面で見て湾曲し、管状ケースの軸方向に直交する面で見て平坦な形状をなし、投光部から受けた放射光を、管状ケースの軸方向に沿った面で見て集束光に変えて液体検出面に向けて反射する曲面反射鏡で構成されると共に、液体検出面に対して受光部と線対称になる位置に曲面反射鏡の焦点を設定して、液体検出面上に集束光に係る所定の照射範囲を確保したところに特徴を有する。
【０００６】
請求項１の構成によれば、投光部から出射された放射光は、反射部を構成する曲面反射鏡にて集束光に変えられた後、液体検出面で反射して受光部に集光される。ここで、反射部からの集束光は、途中で液体検出面に照射されて、液体検出面上に所定の照射範囲が確保されるが、その照射範囲全体の光が、最終的には、受光用光ファイバーに集束して受光される。これにより、水滴や気泡が、液体検出面上に照射範囲の一部に付着しても、照射範囲のうち水滴等の付着部分以外の光が受光用光ファイバーに受光され、水滴等の影響を抑えて、誤検出を防止することができる。
【０００７】
＜請求項２の発明＞
請求項２の発明は、請求項１記載の液体センサにおいて、前記管状ケースはポリテトラフルオルエチレンにて形成されている。なお、液体や気泡が大きくなった場合には、自重や浮力によって、液体検出面に付着できなくなり、このような大きな液体や気泡による誤検出は生じない。なお、センサーの温度特性やヒステリシスなどを考慮すると、液体検出面上の所定の照射範囲は、気泡や水滴の最大径よりも１５％以上は大きくするのが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を液位検知センサとしての液体センサに適用した一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１には、本実施形態の液体センサに備えたセンサヘッド１０が示されており、このセンサヘッド１０には、下端有底の管状ケース１１を上下方向に延ばして備え、その上端開口から例えば３対の投光用光ファイバー１２及び受光用光ファイバー１３が挿入されている。
【０００９】
管状ケース１１は、円筒状の外側ケース１４の内側に、円筒状の内側ケース１５を挿入してなる。外側ケース１４は、耐薬品性を有する透明な合成樹脂（例えば、ポリテトラフルオルエチレン。ディポン社の商品名で「テフロン」）にて形成せれた円筒状の樹脂パイプの下端部を、同材料の詰栓１４Ｂにて閉塞してなる。詳細には、樹脂パイプの下端部内面に雌ねじが形成される一方、詰栓１４Ｂの外周に雄ねじが形成され、これら雌雄のねじを螺合して、詰栓１４Ｂと樹脂パイプの下端面同士を面一に溶着にて密閉してある。なお、本実施形態では、外側ケース１４の周壁が、全体的に透明であって、本発明の「透光部材」に相当し、この周壁を以下「透光部材１４Ａ」という。
【００１０】
内側ケース１５は、例えば、金属パイプを所定の長さに切断してなり、長手方向に沿った３つの所定位置に、側方に開放した窓部１６を備える。窓部１６の１つは、図２に拡大して示されており、縦長の長円形状をなし、ここから鏡面体１７が内側ケース１５内に収容されている。
【００１１】
鏡面体１７は、合成樹脂の表面に光沢を有するメッキを施してなり、窓部１６への挿入方向の前側に、突起１８を備え、この突起１８を、内側ケース１５のうち窓部１６との対向位置に貫通形成した係合孔１９に貫通させることで、内側ケース１５の軸方向に移動不能に組み付けられる。なお、この突起１８は、鏡面体１７が内側ケース１５の奥まで組み付けられた状態で、内側ケース１５から外側に突出した部分がカットされる。
【００１２】
また、鏡面体１７は、内側ケース１５内に収容されて、図３に示すように、鏡面体１７のうち窓部１６の奥側に位置した奥側曲面２０が、内側ケース１５の内周面１５Ａに密着すると共に、窓部１６側に位置した窓側曲面２１が、外側ケース１４の透光部材１４Ａの内面に密着して、がたつきなく保持されている。
【００１３】
図２に示すように、鏡面体１７のうち窓側曲面２１の長手方向の途中部分には、凹所２２が陥没形成されている。この凹所２２は、同図における上側の第１凹部２２Ａと、下側の第２凹部２２Ｂとからなる。
【００１４】
第１凹部２２Ａは、鏡面体１７の幅方向の中心より一方側（図４の左側）のみを陥没させて形成され、その陥没部分のうち図２の下方を向いた下向内面２３Ａが、窓部１６側に若干傾斜している（図５参照）。また、鏡面体１７の幅方向の中心より他方側（図４の右側）では、第２凹部２２Ｂに臨んだ下向内面２３Ｂが、真っ直ぐ下方を向いている。そして、これら下向内面２３Ａ，２３Ｂに開放するように、第１及び第２の保持孔２５，２６が鏡面体１７に貫通形成されている。
【００１５】
より詳細には、第１保持孔２５は、鏡面体１７の上端面１７Ｕから真っ直ぐ下方に向けて貫通形成されている。そして、内部には、投光用光ファイバー１２が上方から挿入されて接着剤で固定され、その投光用光ファイバー１２の端面が、下向内面２３Ｂと面一になって、本発明の投光部１２Ａを構成している。
【００１６】
一方、第２保持孔２６は、鏡面体１７の上端部のうち奥側曲面２０寄りに形成した斜面１７Ｔから斜め下方に向けて貫通形成されている。そして、内部には、受光用光ファイバー１３が上方から挿入されてやはり接着剤で固定され、その受光用光ファイバー１３の端面が下向内面２３Ａと面一になって、本発明の受光部１３Ａを構成している。
【００１７】
第２凹部２２Ｂは、上記第１凹部２２Ａの底面（即ち、前記投光部１２を配した下向内面２３Ｂの下縁部）から、図５の下方に向かうに従って、徐々に深さを増すように陥没している。そして、第２凹部２２Ｂのうち図５における最下端には、投光部１２Ａと対向するように湾曲反射鏡５０が形成されている。
【００１８】
さて、この湾曲反射鏡５０は、図５に示すように、全体が僅かに窓部１６側に傾いている。これにより、投光部１２Ａからの光は、図７に示すように、湾曲反射鏡５０にて、斜め上方に向けられて、透光部材１４Ａの外面である液体検出面５１に斜めに照射される。そして、液体がないときには、図６に示すように、液体検出面５１に照射された光がその液体検出面５１で反射して、受光部１３Ａに向かう。また、この湾曲反射鏡５０は、図４に示すように、鏡面体１７の幅方向でも、僅かに傾斜しており、これにより、湾曲反射鏡５０は、投光部１２Ａから受けた光を、鏡面体１７の幅方向においても、斜め上方に向けて、受光部１３Ａ側に光を案内する。
【００１９】
また、湾曲反射鏡５０は、一方向に湾曲し、かつ、それと直交する他方向には平坦になっている。より詳細には、図７において、液体検出面５１に向かう方向でのみ湾曲し、それと直交する方向（図４の左右方向）には平坦になっている。これにより、図７に示すように、投光部１２Ａから投光された放射光は、湾曲反射鏡５０で反射したときに集束光に変えられて、液体検出面５１に照射される。また、液体検出面５１における集束光の照射範囲Ｓ２は、本液体センサの温度特性やヒステリシスなどを考慮して、液体検出面５１に付着し得る気泡又は水滴の最大径よりも１５％以上は大きくなるように設定してある。さらに、湾曲反射鏡５０の湾曲中心（即ち、焦点）は、液体検出面５１の外側で、かつ、液体検出面５１に対して受光部１３Ａと線対称になる位置（図７のＰ１参照）に配置されている。これにより、湾曲反射鏡５０からの反射光が、液体検出面５１で内側に反射したときには、その反射光が、図６に示すように、丁度、受光部１３Ａ上で集光する。
【００２０】
次に、上記構成からなる本実施形態に係る液体センサの作用効果を説明する。
液体センサを起動すると、投光用光ファイバー１２の先端の投光部１２Ａから光が出射される。この光は、図６に示すように、第２凹部２２Ｂを進むに従って広がる放射光となって、湾曲反射鏡５０に照射される。すると、湾曲反射鏡５０で、集束光に変えられて、液体検出面５１に向けて反射される。ここで、湾曲反射鏡５０の湾曲中心は、液体検出面５１の外側に配置されているから、湾曲反射鏡５０からの反射光は、液体検出面５１において、有る程度広い照射範囲Ｓ２に亘って照射される。そして、液体が無いときには、図６に示すように、照射範囲Ｓ２全体の光が液体検出面５１から内側に反射して受光部１３Ａに集束し、受光部１３Ａに所定の受光量の光が受光される。一方、液体があるときには、図７に示すように、照射範囲Ｓ２全体の光が、液体検出面５１を透過し、受光部１３Ａの受光量が液体が無い場合に比べて激減する。そして、受光部１３Ａにおけるこれら受光量の相違に基づいて、液体の有無が検出される。
【００２１】
さて、図８に示すように、液体がない状態で液体検出面５１に水滴５３が付着する場合がある。しかしながら、本実施形態の液体センサでは、照射範囲Ｓ２全体の光が、最終的には受光部１３Ａに集光されるから、水滴５３が、液体検出面５１上の照射範囲Ｓ２の一部に付着しても、照射範囲Ｓ２のうち水滴５３の付着部分以外の部分に照射された光が、受光部１３Ａに集光されて、受光部１３Ａの受光量における水滴５３の影響を抑えることができ、水滴による誤検出を防止することができる。気泡に関しても同様である。
【００２２】
なお、水滴は、大きくなると重量が増し、液体検出面５１に付着できなくなって落下し、気泡も大きくなると浮力が増して、液体検出面５１に付着できずに剥離する。従って、大きな水滴又は気泡によって、誤検出を行うことはない。
【００２３】
このように、本実施形態の液体センサによれば、気泡や水滴による誤検出を防止して、正確な液位の検出を行うことができる。
【００２４】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００２５】
（１）前記実施形態において、投光用光ファイバー１２と受光用光ファイバー１３を、鏡面体１７の各保持孔２５，２６に逆の配置に取り付けてもよい。すると、前記実施形態とは、光の進む方向が逆になるが、このようにしても、前記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る液体センサを示す側面図
【図２】  センサヘッドの一部を示す斜視図
【図３】  センサヘッドの平断面図
【図４】  センサヘッドの側断面図
【図５】  センサヘッドの側断面図
【図６】  透光部材の外側に液体がない状態のセンサヘッドの側断面図
【図７】  透光部材の外側に液体がある状態のセンサヘッドの側断面図
【図８】  液体検出面に水滴が付着した状態のセンサヘッドの側断面図
【図９】  従来の液体センサの断面図
【図１０】  従来の液体センサの問題点を説明するための概念図
【符号の説明】
１１…管状ケース
１２…投光部
１２…投光用光ファイバー
１２Ａ…投光部
１３…受光用光ファイバー
１３Ａ…受光部
１４Ａ…透光部材
１７…鏡面体
５０…湾曲反射鏡
５１…液体検出面
５３…水滴
Ｓ２…照射範囲
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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