(57)【要約】      （修正有）【課題】導波管とアンテナの間に挟み込んだシーリング材によって、電波伝搬路の電波伝搬特性が乱れる現象を最小限に抑えることができる電波式液面計を提供する。【解決手段】電波発生器にて発生し同軸接栓から照射する電波をアンテナに案内し、アンテナと固定するフランジ部を有する導波管と、導波管に固定するフランジ部を有するアンテナと、導波管のフランジ部とアンテナのフランジ部間に挟み込んで固定するシーリング材を有する電波式液面計であって、導波管のフランジ部、アンテナのフランジ部の双方に、シーリング材が周方向に対して開放しないように半径方向外側に向かう切り込み部を形成され、この形成された切り込み部の垂直面によってシーリング材の挟み込み部外周が開放しないように覆われている。【選択図】図２
2006234394.tif 000002
【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、
上記同軸接栓から照射された電波をアンテナに案内し、上記アンテナと固定するフランジ部を有する導波管と、
上記導波管に固定するフランジ部を有し送信アンテナ及び受信アンテナとして作用するアンテナと、
上記導波管のフランジ部とアンテナのフランジ部間に挟み込まれて固定されるシーリング材を有する電波式液面計であって、
上記導波管のフランジ部とアンテナのフランジ部の双方には、上記シーリング材が周方向に対して開放しないように半径方向外側に向かう切り込み部を有す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、
上記同軸接栓から照射された電波をアンテナに案内し、上記アンテナと固定するフランジ部を有する導波管と、
上記導波管に固定するフランジ部を有し送信アンテナ及び受信アンテナとして作用するアンテナと、
上記導波管のフランジ部とアンテナのフランジ部間に挟み込まれて固定されるシーリング材を有する電波式液面計であって、
上記導波管のフランジ部とアンテナのフランジ部のいずれか一方に、上記シーリング材が周方向に対して開放しないように半径方向外側に向かう切り込み部を有することを特徴とする電波式液面計。
【請求項３】
上記シーリング材はＰＴＦＥを材料とすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電波式液面計
【請求項４】
上記フランジ切り込み部の周方向寸法（深さ）は、導波管内波長に対して四分の一の整数倍であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに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て決められた一定周期で電波を断続的に照射し、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し、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】
ここで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、上記帯域の電波を用いる場合に適した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る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、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とになる。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を設置する為の設置穴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型アンテナ９３を通じて液面９１に当たって反射され、反射された電波はホーン型アンテナ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、貯蔵している液体９１の貯蔵タンク９０の底からの高さを計測する。
【０００９】
貯蔵タンク９０に貯蔵する液体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）から上記薬品等が同軸接栓部９５を伝って液面計装置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。また、上記シーリング材９８には、シーリング効果が有効に持続し、かつ、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に用いる材質とは異なる。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場合があり、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の間に間隙が生じる。このような間隙が生じるとシーリング効果を有効に発揮することはできずに、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、ホーン型アンテナ９３と導波管９４は相互に接合するフランジを有していて、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。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。このように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。
【００１６】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたもので、シーリング材を導波管とアンテナのフランジに挟み込んだ際に電波伝搬特性が乱れる現象を最小限に抑える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】
【００１７】
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、同軸接栓から照射された電波をアンテナに案内し、アンテナと固定するフランジ部を有する導波管と、導波管に固定するフランジ部を有し送信アンテナ及び受信アンテナとして作用するアンテナと、上記導波管のフランジ部とアンテナのフランジ部間に挟み込んで固定するシーリング材を有する電波式液面計であって、上記導波管のフランジ部、上記アンテナのフランジ部の双方には、上記シーリング材が周方向に対して開放しないように半径方向外側に向かう切り込み部が形成され、この形成された切り込み部の垂直面によってシーリング材の挟み込み部外周が開放しないように覆われていることを主な特徴とする。上記切り込み部は導波管のフランジ部、アンテナのフランジ部のいずれか一方に形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、導波管側のフランジ部とアンテナ側のフランジ部のいずれか一方またはその両者に形成した切り込み部の垂直面によって、シーリング材の挟み込み部分を覆う構造となっているので、シーリング材の挟み込み部分の外周が閉鎖した構造すなわち外周側が露出しない構造となる。これにより、シーリング材の挟み込み部の厚み分だけ電波伝搬路が欠落することで生じる電波伝搬特性の乱れを防ぐことができ、その結果ホーン型アンテナの利得低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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例について説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るホーン型アンテナを用いた電波式液面計の例を示す概略図である。なお、図１では、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。
【００２１】
図１において、ホーンアンテナ９３は上端部に水平方向に広がるフランジ部９３ａを有し、このフランジ部９３ａに導波管９４の下端部に形成されたフランジ部９４ａが重ねられ、これらのフランジ部９３ａ，９４ａがボルトとナットなどの適宜の締結手段によって結合されている。上記二つのフランジ部９３ａ，９４ａ間にはシーリング材９８の挟み込み部９８ａが挟み込まれ、上記締結手段の締結力で上記シーリング材９８の挟み込み部９８ａが上記二つのフランジ部９３ａ，９４ａによって上下方向に圧力が加えられた状態で固定されている。上記導波管９４は有底円筒状の部材を伏せた形をしており下端部に上記フランジ９４ａを有している。上記シーリング材９８は、挟み込み部９８ａを境にして上側が円柱状の本体部９８ｂ、下側がホーンアンテナ９３の軸線方向下方に円錐形状に突出した円錐部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、挟み込み部９８ａがシーリング材９８としての本来の機能を果たす。シーリング材９８の本体部分９８ｂは導波管９４内に挿入され、導波管９４内に充填されたのと実質的に同一の構成になっている。上記挟み込み部９８ａはフランジ部９３ａ、９４ａに形成した切り込み部にて挟み込まれている。詳しくは図１の点線で囲った格納部９９を拡大した図２を用いて説明する。
【００２２】
図２において、導波管９４のフランジ部９４ａには、内面側から半径方向外側に向かう切り込み部が形成されて、導波管９４の下端内周部が段状になっており、アンテナ９３のフランジ部９３ａにも、内面側から半径方向外側に向かう切り込み部が形成されて、アンテナ９３の上端内周部が段状になっている。上記の各切り込み部は、導波管９４およびアンテナ９３の内周に全周にわたり、導波管９４と同心の円に沿って形成されている。上記各切り込み部は、上下で相対向することにより、シーリング材９８の挟み込み部９８ａを囲み、切り込み部垂直面９３ｂ及び９４ｂによって挟み込み部９８ａの外周部が開放されるのを防いでいる。
【００２３】
図２に示す実施例では、アンテナのフランジ部９３ａと導波管のフランジ部９４ａを締結したとき、これらフランジ部の接合面８０が、シーリング材９８の挟み込み部９８ａの厚さ方向の中間点に位置するように、アンテナ９３の切り込み部と、導波管９４の切り込み部の縦方向寸法が設定されている。上記接合面８０は、図４及び図５に示すように、導波管のフランジ部９４ａまたはアンテナのフランジ部９３ａに偏った位置であっても良い。図４に示す実施例は、アンテナのフランジ部９３ａの内周側にのみ切り込み部を形成して導波管のフランジ部９４ａ側には切り込み部を設けることなくフランジ部９４ａの下面を平坦な面としたものである。図５に示す実施例は、逆に、導波管９４のフランジ部９４ａの内周側にのみ切り込み部を形成してアンテナのフランジ部９３ａ側には切り込み部を設けることなくフランジ部９３ａの上面を平坦な面としたものである。
【００２４】
上記構造における電波特性の乱れ防止について図３を用いて詳細に説明する。
【００２５】
電波式液面計の計測に用いる電波の自由空間における波長をλ０（ｍ）とすると、導波管９４内を伝搬することで変化する波長λｇは、以下の式の通りである。
【数１】
2006234394.tif 000003
【００２６】
ここで、λＣは導波管９４の遮断波長である。さらに導波管９４内部をシーリング材９８にて充填することにより、シーリング材９８内を伝搬する波長λｇ’は以下の式の通りとなる。
【数２】
2006234394.tif 000004
【００２７】
上記εｒはシーリング材９８に用いるシーリング用樹脂材の比誘電率であり、ＰＴＦＥにおける値はおよそ２．１である。図３に示すとおり、シーリング材９８の挟み込み部９８ａの挟み込み深さをｄ２（ｃｍ）とすると、シーリング材９８の挟み込み部９８ａにおいて、導波管９４とアンテナ９３のフランジ部９４ａ，９３ａに形成した切り込み部垂直面９３ｂ、９４ｂで反射される電波Ｒの伝搬経路長と、導波管の壁面で反射する電波の伝搬経路長は、２×ｄ２（ｃｍ）の差を有することになる。この２×ｄ２が波長λｇ’に対して二分の一の整数倍関係にあればシーリング材９８の挟み込み部分への入射電波と両フランジ部の切り込み部垂直面（９３ｂ及び９４ｂ）による反射電波は位相が等しく、互いに打ち消し合う。このように、伝搬経路長が異なる要因が存在しても一定条件の下では、位相の乱れ等による伝搬損失を無くすことができる。換言すれば、上記ｄ２がλｇ’に対して四分の一の整数倍の関係にあれば、上記の伝搬損失は無くすことが可能である。また、上記のように伝搬損失とシーリング材９８を挟み込み部分９８ａの厚さＤは無関係である。
【００２８】
上記作用は、シーリング材９８が周方向に開放されない（露出していない）ことによって導波管の壁面がとぎれることなく電波を反射する構造において得ることができる。そこで、本発明では図２に示すとおり、アンテナのフランジ部９３ａと導波管のフランジ部９４ａに切り込み部を設けることで形成する垂直面９３ｂ、９４ｂによって上記構造を実現している。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に用いる構造は、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】
【００３０】
【図１】本発明に係る電波式液面計のシーリング構造の例を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る電波式液面計のシーリング構造部分を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明に係る電波式液面計の伝搬損失防止原理の概略を示す断面図である。
【図４】本発明に係る電波式液面計のシーリング構造の別の例を示す拡大断面図である。
【図５】本発明に係る電波式液面計のシーリング構造のさらに別の例を示す拡大断面図である。
【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】
【００３１】
８０  フランジ接合面
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
９３ａ  アンテナのフランジ部
９３ｂ  アンテナのフランジ部の切り込み部垂直面
９４  導波管
９４ａ  導波管のフランジ部
９４ｂ  導波管の切り込み部垂直面
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  シーリング材の挟み込み部
９８ｂ  シーリング材本体部
９８ｃ  シーリング材円錐部
１００  電波式液面計
【図１】
2006234394.tif 000005
【図２】
2006234394.tif 000006
【図３】
2006234394.tif 000007
【図４】
2006234394.tif 000008
【図５】
2006234394.tif 000009
【図６】
2006234394.tif 000010
【図７】
2006234394.tif 000011