(57)【要約】【課題】電波式液面計において、シーリング材に使用可能な温度が極めて広い素材を用いたとしても、シーリング材とその他の構成素材との熱収縮率の違いから極低温環境においては、シーリング効果が有効に発揮できない。【解決手段】  電波発生器にて発生し同軸接栓から照射された電波をアンテナに案内し、アンテナと導波管とが一体構造となっていて導波管の内部空洞にシーリング材を有する電波式液面計であって、導波管の内壁面に雌ネジ構造の螺旋溝が形成され、シーリング材の外周壁面には、雄ネジ構造の螺旋溝が形成され、シーリング材が導波管に螺合されていることを特徴とする電波式液面計による。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を発する電波発生器と、上記電波発生器にて発生した電波を案内して照射する同軸接栓とを有し、上記同軸接栓から照射された電波を放射するアンテナとアンテナに電波を案内する導波管が一体構造となっていて、上記導波管の内部空洞にシーリング材を有する電波式液面計であって、
上記導波管の内壁面には雌ネジ構造の螺旋溝が形成され、
上記シーリング材の外周壁面には、雄ネジ構造の螺旋溝が形成され、
上記シーリング材が上記導波管に螺着されていることを特徴とする電波式液面計。
【請求項２】
電波を発する電波発生器と、上記電波発生器にて発生した電波を案内して照射する同軸接栓とを有し、上記同軸接栓から照射された電波を放射するアンテナとアンテナに電波を案内する導波管が一体構造となっていて、上記導波管の内部空洞にシーリング材を有する電波式液面計であって、
上記導波管の内壁面には雌ネジ構造の螺旋溝が形成され、
上記シーリング材の外周壁面には上部先細りのテーパー形状を有した雄ネジ構造の螺旋溝が形成され、
上記シーリング材が上記導波管に螺着されていることを特徴とする電波式液面計。
【請求項３】
上記雌ネジ構造のネジの谷の角度は、上記雄ネジ構造のネジ山の角度よりも大きい値であることを特徴とする請求項１または２記載の電波式液面計。
【請求項４】
上記シーリング材の雄ネジ構造部分の最大外径は、雄ネジ構造の上端部分では導波管の雌ネジ構造部分のネジの谷の最大内径よりもやや小さい寸法であって、
上記シーリング材の雄ネジ構造部分の最大外径は、雄ネジ構造の下端部分では導波管の雌ネジ構造部分のネジの谷の最大内径よりもやや大きい寸法であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電波式液面計。
【請求項５】
上記雄ネジ構造部分と雌ネジ構造部分のそれぞれのピッチは少なくとも１０から数１０ピッチを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電波式液面計。
【請求項６】
上記シーリング材の下端部分は、多角錘形状を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電波式液面計。
【請求項７】
電波を発する電波発生器と、上記電波発生器にて発生した電波を案内して照射する同軸接栓とを有し、上記同軸接栓から照射された電波を放射するアンテナとアンテナに電波を案内する導波管が一体構造となっていて、上記導波管の内部空洞にシーリング材を有する電波式液面計であって、
上記シーリング材の外周壁面に同心円状のヒダ構造を複数有することを特徴とする電波式液面計。
【請求項８】
上記ヒダ構造の最大外径は導波管内径よりも僅かに大きい数値としたことを特徴とする請求項７に記載の電波式液面計。
【請求項９】
上記ヒダ構造の先端部角度は１５°から２５°程度であることを特徴とする請求項７もしくは請求項８に記載の電波式液面計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯蔵タンク内に貯蔵される液体の上部端面（以下「液面」という）に電波を照射し、液体の残量を計測する電波式液面計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電波式液面計に用いる電波の照射方式には複数の種類がある。代表的なものは、ＦＭＣＷ方式とパルスレーダー方式である。
【０００３】
ＦＭＣＷ方式は、貯蔵タンクの頂部に設置した液面計から下方の液面に向けて垂直方向に電波を照射し、液面計から液面までの距離を計測する方式である。この方式は、上記照射する電波の発振周波数を時間とともに直線的に変化させつつ液面に向かって照射し、照射開始時の発振周波数と、液面によって反射し再び上記液面計で受信される発振周波数との差を計測することで電波の伝搬時間を等価的に割り出して、液面計から液面までの距離を求めるものである。
【０００４】
パルスレーダー方式も貯蔵タンク頂部に設置する液面計から下方の液面に向かって照射した電波によって、液面計から液面までの距離を計測する方式である。この方式は、前記ＦＭＣＷ方式とは異なり、発振周波数を一定値とし、決められた一定周期で電波を断続的に照射して、この断続波が液面で反射し再び液面計で受信されるまでの時間差を直接計時することで、等価的に電波の伝搬時間を割り出す。この割り出した伝搬時間を用いて液面計から液面までの距離を求めるものである。
【０００５】
上記の計時に利用する電波は、直進性に優れ液面での反射による減衰が少ない特性を重視して、マイクロ波帯と呼ばれる周波数がＧＨｚオーダー帯域の電波である。
【０００６】
また、上記帯域の電波を使用する場合に適するアンテナの代表例は、構造の簡単さと機械的強度に優れた「ホーン型アンテナ」である。ホーン型アンテナを用いた電波式液面計は、電波の照射口となるアンテナ開口部から電波の伝搬路である導波管の内部空洞部、および導波管の給電部の同軸接栓までが外部に直接露出する。このため、貯蔵タンク内部にホーン型アンテナを設置すると、同軸接栓部が貯蔵タンク内に貯蔵している液体に対して暴露されることになる。
【０００７】
貯蔵タンクにホーン型アンテナを用いた電波式液面計を設置した概略図を図６に示す。図６において、貯蔵タンク９０は、液体９１を貯蔵するための構造であって、貯蔵する液体９１を貯蔵タンク９０内に流入させる図示しない貯蔵液体流入部、電波式液面計１００を設置するための設置穴９２を有している。設置穴９２には電波式液面計１００を設置している。電波式液面計１００は、ホーンアンテナ９３、導波管９４、同軸接栓部９５、液面計装置９６、液面計装置本体外筺９７を一体としてなり、設置穴９２の上部に設けられた貯蔵タンク９０のフランジ部と液面計装置外筺９７のフランジ部とを図示しない固定ボルトで固定している。
【０００８】
電波式液面計１００を構成する液面計装置９６は電波を発する電波発生器を具備しており、発生した電波は同軸ケーブルを通じて導波管９４内の空洞に案内される。案内された電波は同軸ケーブルの先端に設置した同軸接栓部９５によって導波管９４の内部空洞に照射される。照射された電波はホーンアンテナ９３を通じて液体９１に衝突し反射する。反射した電波はホーンアンテナ９３、導波管９４を通じ同軸接栓部９５を介して同軸ケーブルを伝って液面計装置９６で受信され、液面計装置９６が具備する計測手段によって、液体９１の液面位置を計測する。あらかじめ貯蔵タンク９０の底面の位置もわかっているので、貯蔵タンク９０の底面から液体９１の液面までの高さを計測することができる。
【０００９】
上記液体９１は、あらゆる種類の油脂や薬品等である。従って、ホーンアンテナ９３の開口部（図６において下方向）から上記液体９１が同軸接栓部９５を伝い液面計装置９６の内部にまで侵入する怖れがある。このように薬品類が液面計装置９６を浸食すると、装置は重大な支障を受け故障する怖れがある。このような故障を防ぐために、ホーンアンテナ９３と導波管９４の間にシーリング材９８を設けなければならない。
【００１０】
シーリング材９８は、導波管９４とホーンアンテナ９３の間に挟み込んで、図示しない固定手段によって固定する。固定方法として接着剤を用いることも可能ではあるが、液体９１との化学反応によって劣化が生じ、シーリング効果が発揮できなくなる危険性が高い為に、固定ボルトなどの機械的な手段で固定することが一般的である。上記シーリング材９８は、シーリング効果が有効に持続し、また、使用可能な温度範囲の条件が極めて広い材料を用いる。
【００１１】
一般にシーリング材９８に用いる材質は、ホーンアンテナ９３、導波管９４に用いる材質と異なる。材質が異なると当然ながら熱収縮率は異なる。従って、シーリング材９８に使用可能温度範囲が広いものを用いたとしても、液体９１の種類によっては極低温状態にて貯蔵する必要があり、そのような極低温状態ではシーリング材９８とホーンアンテナ９３、導波管９４の間に間隙が生じ、シーリング効果を有効に発揮することはできず、液体９１が液面計装置９６を浸食し、同装置が動作不良を起こすことになる。このような課題を解決するために、導波管９４とホーンアンテナ９３に挟み込むシーリング材９８を十分に薄くし、熱収縮率の差異による間隙発生を極めて少なくする発明が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３２４３７４号公報
【００１２】
特許文献１記載の発明におけるシーリング材９８の例を図７に示す。図７は、ホーンアンテナ９３、導波管９４、同軸接栓部９５、シーリング材９８の構成のみを示し、他の構成要素は省略している。シーリング材９８に用いる材質は、貯蔵タンク内に貯蔵される薬品類から液面計装置を防護し、かつ、液面距離測定に用いる電波の伝搬を妨害せず電波伝搬に対する影響が極力小さいことが必須条件となる。従って、この条件に合致する樹脂（誘電体）を用いる。
【００１３】
上記条件を満たす材質として、貯蔵される薬品類の種類の如何に関わらず化学的に不活性であり、使用可能な温度範囲が極めて広い「ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙ−Ｔｅｔｒａ−Ｆｌｕｏｒｏ−Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）」樹脂が有名である。ここではシーリング材９８としてＰＴＦＥを図７の構成に用いた例を説明する。図７において、ホーンアンテナ９３と導波管９４は相互に接合するフランジを有する。シーリング材９８は導波管９４の内部に嵌る本体部分と、下側の円錐形の部分と、これら本体部分と円錐形の部分の境界部に形成された挟み込み部を有して成る。このシーリング材９８の挟み込み部を前記アンテナ９３のフランジと導波管９４のフランジの間に挟み込んで図示しないフランジ締結ボルトの締め付け圧力により固定する。このように固定したシーリング材９８によって、貯蔵タンクに貯蔵した薬品類が導波管９４を伝って液面計装置に浸入することを阻止している。
【００１４】
シーリング材９８は、その挟み込み部がシールとしての機能を果たすものであるが、電波の伝搬特性を安定にするために、上記挟み込み部とともに全体が同じ材質であるＰＴＦＥで一体成形されている。すなわち、導波管９４の内部に充填されるシーリング材９８の本体部分も、挟み込み部と同じＰＴＦＥ誘電体で一体成形されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記の構造を有するシーリング材９８とその固定方法を用いても、解決し得ない課題が存在する。第一の課題は、シーリング材９８に用いる材質が使用可能な温度範囲が極めて広いＰＴＦＥ樹脂であっても、極低温環境においては僅かながら収縮することで、シーリング材９８とホーンアンテナ９３、導波管９４との間に微小な間隙が生じることである。これはホーンアンテナ９３と導波管９４に用いる材質と、シーリング材９８に用いる材質の熱収縮率が異なるためである。
【００１６】
一般に、シーリング材９８に用いるＰＴＦＥの温度による線膨張率は、１２．３×１０−５／℃である。一方、ホーンアンテナ９３と導波管９４のフランジ部に用いる材質の代表例は、ステンレス鋼であり、ステンレス鋼の線膨張率は、１．７３×１０−５／℃であって、両者の線膨張率は１０倍近くの差を有する。従って、極低温環境下における、ＰＴＦＥ樹脂とステンレス鋼の収縮量の差異により生じる微小な間隙を伝って、貯蔵タンク内に貯蔵されている薬品類が、導波管９４に侵入する可能性がある。
【００１７】
第二の課題は、電波伝搬特性上の問題点である。上記のとおり同軸接栓部９５から照射された電波は、導波管９４内を伝搬しホーンアンテナ９３から液面に向かって放射されるが、導波管９４とホーンアンテナ９３の間に挟み込んだシーリング材９８の挟み込み部の厚み分だけ電波伝搬路としての導波管壁面が欠落していることになる。このような電波伝搬路の欠落は、電波伝搬特性の大きな乱れを引き起こし、ホーンアンテナの利得低下を誘発してしまう。
【００１８】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたもので、いかなる環境であっても（極低温環境下でも）シーリング能力の低下を防止し、かつ、電波伝搬特性の乱れの発生を防ぐことができる電波式液面計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】
【００１９】
本発明は、電波を発する電波発生器と、電波発生器にて発生した電波を案内して照射する同軸接栓とを有し、同軸接栓から照射された電波を放射するアンテナとアンテナに電波を案内する導波管とが一体構造となっていて導波管の内部空洞にシーリング材を有する電波式液面計であって、導波管の内壁面に雌ネジ構造の螺旋溝が形成され、シーリング材の外周壁面には、上部先細りのテーパー形状を有する雄ネジ構造の螺旋溝が形成され、シーリング材が導波管に螺合されていることを最も主要な特徴とする。
【００２０】
また、上記導波管の内壁面には螺旋溝を形成せずに、上記シーリング材の外周壁面に同心円状のヒダ構造を複数有する構造としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、導波管とアンテナを一体構造にしているので、シーリング材固定部位による電波伝搬路の欠落が無く、電波伝搬特性の乱れの無い電波式液面計を得ることができる。
【００２２】
また、雄ネジ構造部分は上部先細りのテーパー形状を有していて、雄ネジ構造部分の先端付近において雄ネジ構造部分の最大外径（雄ネジ構造部分のネジ山と反対側のネジ山の頂点間の寸法）を雌ネジ構造部分の最大内径（雌ネジ部構造部分のネジの谷の底部と反対側の谷の底部の間の寸法）よりもやや小さい寸法となるようにし、雄ネジ構造部分の根元付近において雄ネジ構造部分の最大外径を雌ネジ構造部分の最大内径よりもやや大きな寸法にすることで、両ネジ構造の螺着時に、雄ネジ構造のネジ山が潰れながら螺合する。この螺合によって生じるシーリング材の復元圧力によってシーリング効果を発揮することができ、使用環境温度が極低温になってシーリング材が若干収縮しても、復元力によって間隙が生じることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明にかかる電波式液面計の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明に係る電波式液面計のシーリング構造の例を示す概略図である。なお、図１において液面計装置本体、貯蔵タンクなどの、説明に不要な構成要素は図示を省略している。
【００２５】
図１において、導波管とホーンアンテナを一体構造とする構造体９９は有底円筒状の部材を伏せた形状を有する導波管部９９ａと、導波管部９９ａの下端部に連続して一体に形成されたホーンアンテナ部９９ｂを有している。また、導波管部９９ａの内部壁面の一部に雌ネジ構造の螺旋溝加工を施した雌ネジ部９９ｃを有している。導波管部９９ａの内部空洞にはシーリング材９８が嵌合されている。シーリング材９８は、その外周壁面の一部に雄ネジ構造の螺旋溝を加工した雄ネジ部９８ａを有しており、この雄ネジ部９８ａを境にして上側が円柱状の本体部分９８ｂ、下側がホーンアンテナ部９９ｂの軸線方向下方に突出した先端部９８ｃとなっている。シーリング材９８は樹脂による一体成形などで作成することができ、雄ネジ部９８ａが上記雌ネジ部９９ｃと完全に螺合することでシーリング材９８としての本来の機能を果たす。
【００２６】
上記雄ネジ部９８ａは、図１における上方向に向かうに従い外径が細くなるようなテーパー構造を有している。すなわち、雄ネジ部９８ａの先端付近（図１における雄ネジ部９８ａの上端付近）では、上記雌ネジ部９９ｃのネジの谷の最大内径よりもやや小さく、雄ネジ部９８ａの根元付近（図１における下端付近）では、上記雌ネジ部９９ｃのネジの谷の最大内径よりもやや大きくなるような寸法配分となっている。また、上記雌ネジ部９９ｃの最大内径は、全ての箇所に渡り均一になる構造とし、両ネジ部の螺旋構造は、すくなくとも１０から数１０ピッチを有するようにした。
【００２７】
従って、上記の形状を有するシーリング材９８は、雄ネジ部９８ａの先端付近では雌ネジ部９９ｃのネジの谷の最大内径よりも、やや小さく作られているため、導波管部９９に対して挿入し始める最初の部分では、両ネジ部のねじ込み抵抗がほとんど無くスムーズにねじ込むことができる。
【００２８】
また上記の形状を有するシーリング材９８は、雄ネジ部９８ａの根本付近では雌ネジ部９９ｃのネジの谷の最大内径よりも、やや大きくなるような寸法配分としたため、この部分の外径が雌ネジ部９９ｃの谷の最大内径と等しくなる部分までねじ込むと、ねじ込み抵抗が除々に大きくなってくる。
【００２９】
さらに雌ネジ部９９ｃの谷の最大内径を超える領域までねじ込むと、ねじ込み抵抗は一気に大きくなり、シーリング材９８の雄ネジ部９８ａのネジ山部分が潰れながら螺合され導波管部９９ａに挿入されて行く。この挿入圧力によって、貯蔵される薬品類から液面計装置がシーリングされる。
【００３０】
なお、挿入後、使用温度が極低温環境になりシーリング材９８が収縮しても、雄ネジ部９８ａのネジ山の潰れ分が弾性によって元に戻るため、導波管部９９ａとシーリング材９８との間に間隙が生じる様なことは無い。
【００３１】
また、雌ネジ部９９ｃのネジの谷を形成する斜面同士のなす角度は、シーリング材９８の雄ネジ部９８ａのネジ山を形成する斜面同士のなす角度よりも幾分大きい値とした。これによって、シーリング材９８の雄ネジ部９８ａのネジ山が潰れながら、挿入されている際の逃げ領域が生じるため、両ネジ部のネジ山（谷）が同じ角度でつくられた場合よりも挿入がたやすくなっている。
【００３２】
さらに、シーリング材９８の先端部９８ｃは、シーリング材９８を導波管部９９にねじ込む際に、レンチなどの治具が嵌合しやすいように四角錐構造を有している。この先端部９８ｃの形状は、円錐でなければ、その他の多角錐形状、例えば、六角錘でもよい。
【００３３】
以上説明したように、電波伝搬特性の乱れを防ぐためにフランジ構造を有さず、導波管とホーンアンテナとを一体構造としたので、従来のような導波管部とホーンアンテナ部のフランジにシーリング材を挟み込んだ際に、電波伝搬特性が乱れるという課題を解消した。また、導波管部９９ａの内周壁面に雌ネジ構造を有する螺旋溝加工を施して雌ネジ部９９ｃを設け、この雌ネジ部９９ｃと完全に嵌合する位置のシーリング材９８の外周壁面に、雄ネジ構造を有する螺旋溝加工を施して雄ネジ部９８ａを設け、更に、上記雄ネジ部９８ａは、図１において上部に向かうに従って外径が細くなるようなテーパー構造を持たせた。
【００３４】
又、導波管部９９ａの雌ネジ構造とシーリング材９８の雄ネジ構造とのねじ込み嵌合圧力によって、貯蔵薬品類をシーリングするようにしたので、使用温度変化によってシーリング材９８に収縮が生じても、上記両ネジ部の嵌合による弾性によって上記収縮分が充当され、導波管部９９ａとシーリング材９８との間に間隙が生じることは無くなった。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明に係る第二の実施例について図２から図５を用いて説明する。図２において、導波管とホーンアンテナとを一体構造として有する構造体９９の外形はネジ部が無い以外は前記の実施例と同じである。
【００３６】
この実施例では、シーリング材９８の外周面に、実施例１のような雄ネジ部９８ａを形成することなく、複数の同心円状のヒダ構造からなるヒダ部９８ｄが形成されており、このヒダ部９８ｄによってシーリング効果を発揮するように構成されている。そのため、導波管部９９ａの内周面には、ネジ部を設けるなどの特殊な加工は行わない。ヒダ部９８ｄの断面形状は、三角形の波形になっている。
【００３７】
第二の実施例におけるシーリング材９８の導波管部９９ａへ挿入する方法は、ねじ込みでは無く、直線的な圧入方法である。上記圧入方法とその効果について、図２において点線で囲ったヒダ部９８ｄを拡大した図３乃至図５を用いて説明する。
【００３８】
図３は、シーリング材９８を導波管部９９ａに圧入する前のヒダ部９８ｄの状態を示している。同心円状のヒダ構造であるヒダ部９８ｄの最大外径は、導波管部９９ａの内径よりもわずかに大きい数値を有している。この数値は、使用環境温度が極低温状態になった場合でも、ヒダ部９８ｄの最大外径が導波管部９９ａの内径を下回らない寸法とする。
【００３９】
ヒダ部９８ｄの先端部角度は、導波管部９９ａに圧入する際に、容易に変形する程度の角度を持たせる。具体的には１５°〜２５°程度であって比較的鋭角であるから、図４に示すようにシーリング材９８を導波管部９９ａに圧入する際の導波管部９９ａ内周壁面との摩擦によって、先端部が歪んで下方（圧入方向と反対の方向）に曲げられる。
【００４０】
シーリング材９８が完全に導波管部９９ａに挿入された状態では、下方に曲げられたヒダ部９８ｄが元に戻ろうとする反発力によって、導波管部９９ａの内壁面を強力に圧迫するようになる。この反発力によって導波管９８の内周壁面はシーリング材９８による圧力を、常時受ける状態となり、両者に間隙が生じることなく、貯蔵薬品類をシーリングすることができる。
【００４１】
また、使用温度変化によって極低温状態になるとシーリング材９８は全体的に収縮するが、歪んで下方に曲げられたヒダ部９８ｄが元に戻ろうとしても、前記の通り、使用環境温度が極低温になった場合であっても、同心円状のヒダ部９８ｄの最大外径が、導波管部９９ａの内径よりも下回らない寸法になっているため、図５に示すように、導波管部９９ａの内壁面とシーリング材９８との間に間隙が生じる事は無く、貯蔵薬品類をシーリングすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に用いるシーリング構造は、劇薬などを貯蔵するタンクに計測装置を設置する際に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る電波式液面計の実施例１におけるシーリング構造の例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る電波式液面計の実施例２におけるシーリング構造の例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る電波式液面計の実施例２におけるシーリング構造部分の拡大断面図である。
【図４】本発明に係る電波式液面計の実施例２におけるシーリング構造部分の拡大断面図である。
【図５】本発明に係る電波式液面計の実施例２におけるシーリング構造部分の拡大断面図である。
【図６】従来の電波式液面計の構造を示す概略断面図である。
【図７】従来の電波式液面計におけるシーリング構造の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
９０  貯蔵タンク
９１  貯蔵液体
９２  アンテナ設置穴
９３  ホーンアンテナ
９４  導波管
９５  同軸接栓部
９６  液面計装置
９７  液面計装置本体外筺
９８  シーリング材
９８ａ  シーリング材の雄ネジ部
９８ｂ  シーリング材本体部
９８ｃ  シーリング材円錐部
９８ｄ  シーリング材のヒダ部
９９  構造体
９９ａ  導波管部
９９ｂ  ホーンアンテナ部
９９ｃ  雌ネジ部
１００  電波式液面計
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006242782.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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