(57)【要約】【課題】本発明は、液位検出抵抗層の抵抗値による出力信号を、気体温度検出抵抗層および液体温度検出抵抗層の抵抗値による出力信号よりも大きく増幅する必要はなく、液位検出抵抗層に発生する出力信号が安定した状態で得られる液面検出センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の液面検出センサは、液位検出抵抗層２４を一対の液位検出電極２３に対して電気的に並列に接続される複数の並列抵抗層２４ａで構成するとともに、これらの並列抵抗層２４ａを鉛直に対して同一の角度に傾けて設置したものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立設された絶縁基板と、この絶縁基板の一面に上方から下方にわたって設けられた一対の液位検出電極と、この液位検出電極に両端が電気的に接続された液位検出抵抗層と、前記絶縁基板の一面の上方に位置して設けられた一対の気体温度検出電極と、この気体温度検出電極に両端が電気的に接続された気体温度検出抵抗層と、前記絶縁基板の一面の下方に位置して設けられた一対の液体温度検出電極と、この液体温度検出電極に両端が電気的に接続された液体温度検出抵抗層とを備え、前記液位検出抵抗層を一対の液位検出電極に対して電気的に並列に接続される複数の並列抵抗層で構成するとともに、これらの並列抵抗層を鉛直に対して同一の角度に傾けて設置した液面検出センサ。
【請求項２】
液位検出抵抗層における隣り合う並列抵抗層の端部が、水平方向に対して互いに重なり合うようにすることにより、液位検出抵抗層を水平方向で切断したときの断面積が、上方から下方にわたって略同一になるように構成した請求項１記載の液面検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、水タンクの液面を検出する液面検出センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の液面検出センサは、図７、図８に示すような構成を有していた。
【０００３】
図７は従来の液面検出センサの正面図、図８は同液面検出センサの側断面図である。
【０００４】
図７、図８において、１はフィルム状に構成されたポリエチレンテレフタレートからなる直方体形状の絶縁基板で、この絶縁基板１は長手方向に略垂直に立設されるとともに、一側面にエポキシ系樹脂からなる絶縁層２を設けており、さらに、前記絶縁基板１と絶縁層２との間にはＡｇ系樹脂とエポキシ系樹脂との混合物からなるヒーター層３を設けている。また、前記絶縁基板１における絶縁層２の側面には上方から下方にわたってＡｇ系樹脂とエポキシ系樹脂との混合物からなる樹脂材料をバインダーとするサーミスタで構成した約５ｋΩの抵抗値である液位検出抵抗層４を設けており、そしてこの液位検出抵抗層４の長手方向と垂直の方向の両端には一対の液位検出電極５を設けるとともに、この液位検出電極５は配線パターン６を介して外部電極７と電気的に接続している。そしてまた、前記絶縁基板１における絶縁層２の側面には上方に位置してＡｇ系樹脂とエポキシ系樹脂との混合物からなる樹脂材料をバインダーとするサーミスタで構成した４０ｋΩの抵抗値である気体温度検出抵抗層８を設けており、そしてこの気体温度検出抵抗層８の両端には一対のＡｇからなる気体温度検出電極９を設けるとともに、この気体温度検出電極９は配線パターン６を介して外部電極７と電気的に接続している。さらに、前記絶縁基板１における絶縁層２の側面には下方に位置してＡｇ系樹脂とエポキシ系樹脂との混合物からなる樹脂材料をバインダーとするサーミスタで構成した４０ｋΩの抵抗値である液体温度検出抵抗層１０を設けており、そしてこの液体温度検出抵抗層１０の両端には一対のＡｇからなる液体温度検出電極１１を設けるとともに、この液体温度検出電極１１は配線パターン６を介して外部電極７と電気的に接続している。そして、前記一対の気体温度検出電極９間の長さと、一対の液体温度検出電極１１間の長さは略同一とし、この長さを単位長さと定義する。１２はＳｉ系またはアクリル系からなる接着層で、この接着層１２は前記絶縁基板１、液位検出抵抗層４、液位検出電極５、気体温度検出抵抗層８、気体温度検出電極９、液体温度検出抵抗層１０および液体温度検出電極１１の側面に設けている。
【０００５】
以上のように構成された従来の液面検出センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【０００６】
図９に示すように、まず、液面検出センサを点滴溶液１４を満たした点滴容器１３の外側面に貼り付ける。この場合、気体温度検出抵抗層８は点滴容器１３内における気体と対向し、かつ液体温度検出抵抗層１０は点滴容器１３内における液体と対向し、さらに液位検出抵抗層４は点滴容器１３の外側面に貼り付ける。そしてこの状態において、絶縁基板１に埋設されたヒーター層３に電圧が印加されると、ヒーター層３に流れる電流によりヒーター層３からジュール熱が発生する。このジュール熱は絶縁層２を介して液位検出抵抗層４、気体温度検出抵抗層８および液体温度検出抵抗層１０に到達する。このとき、液位検出抵抗層４のうちの液体に対向する部分と気体に対向する部分とでは、熱放散定数の差により単位長さあたりの自己発熱量に差が生じるため、液位検出抵抗層４のうちの気体に対向する部分と液体に対向する部分とでは温度差が生じ、これにより、サーミスタの抵抗−温度特性により単位長さあたりの抵抗値に差が生じる。この抵抗値の差を一対の気体温度検出電極９間に位置する気体温度検出抵抗層８の抵抗値および一対の液体温度検出電極１１間に位置する液体温度検出抵抗層１０の抵抗値と比較して演算することにより、点滴容器１３内の点滴溶液１４の液面を検出するものである。
【０００７】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００６−９０７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来の構成においては、液位検出抵抗層４が絶縁基板１の上方から下方にわたって設けられているため、その断面積は絶縁基板１における上方あるいは下方のみに位置して設けられている気体温度検出抵抗層８および液体温度検出抵抗層１０の断面積に比較して大きく、そのため、抵抗値も高くなるもので、この場合、この液位検出抵抗層４の抵抗値を、気体温度検出抵抗層８および液体温度検出抵抗層１０の抵抗値と比較して演算する際には、液位検出抵抗層４の抵抗値による出力信号を、気体温度検出抵抗層８および液体温度検出抵抗層１０の抵抗値による出力信号よりも大きく増幅しなければならないため、液位検出抵抗層４に発生する出力信号が不安定になってしまうという課題を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、液位検出抵抗層の抵抗値による出力信号を、気体温度検出抵抗層および液体温度検出抵抗層の抵抗値による出力信号よりも大きく増幅する必要はなく、液位検出抵抗層に発生する出力信号が安定した状態で得られる液面検出センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、立設された絶縁基板と、この絶縁基板の一面に上方から下方にわたって設けられた一対の液位検出電極と、この液位検出電極に両端が電気的に接続された液位検出抵抗層と、前記絶縁基板の一面の上方に位置して設けられた一対の気体温度検出電極と、この気体温度検出電極に両端が電気的に接続された気体温度検出抵抗層と、前記絶縁基板の一面の下方に位置して設けられた一対の液体温度検出電極と、この液体温度検出電極に両端が電気的に接続された液体温度検出抵抗層とを備え、前記液位検出抵抗層を一対の液位検出電極に対して電気的に並列に接続される複数の並列抵抗層で構成するとともに、これらの並列抵抗層を鉛直に対して同一の角度に傾けて設置したもので、この構成によれば、液位検出抵抗層を一対の液位検出電極に対して電気的に並列に接続される複数の並列抵抗層で構成しているため、液位検出抵抗層を絶縁基板の上方から下方にわたって設けても、液位検出抵抗層全体としての断面積は小となり、これにより、液位検出抵抗層の抵抗値は気体温度検出抵抗層および液体温度検出抵抗層の抵抗値と略同一となるため、液位検出抵抗層の抵抗値による出力信号の増幅率を気体温度検出抵抗層および液体温度検出抵抗層の抵抗値による出力信号の増幅率よりも大きくする必要はなくなり、その結果、液位検出抵抗層に発生する出力信号が安定した状態で得られるという作用効果を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、液位検出抵抗層における隣り合う並列抵抗層の端部が、水平方向に対して互いに重なり合うようにすることにより、液位検出抵抗層を水平方向で切断したときの断面積が、上方から下方にわたって略同一になるように構成したもので、この構成によれば、液位検出抵抗層における隣り合う並列抵抗層の端部が、水平方向に対して互いに重なり合うようにすることにより、液位検出抵抗層を水平方向で切断したときの断面積が、上方から下方にわたって略同一になるように構成しているため、被測定溶液の液面の変化量に比例して液位検出抵抗層の抵抗値は変化することになり、これにより、液位検出抵抗層に発生する出力信号の直線性も向上するという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明の液面検出センサは、立設された絶縁基板と、この絶縁基板の一面に上方から下方にわたって設けられた一対の液位検出電極と、この液位検出電極に両端が電気的に接続された液位検出抵抗層と、前記絶縁基板の一面の上方に位置して設けられた一対の気体温度検出電極と、この気体温度検出電極に両端が電気的に接続された気体温度検出抵抗層と、前記絶縁基板の一面の下方に位置して設けられた一対の液体温度検出電極と、この液体温度検出電極に両端が電気的に接続された液体温度検出抵抗層とを備え、前記液位検出抵抗層を一対の液位検出電極に対して電気的に並列に接続される複数の並列抵抗層で構成するとともに、これらの並列抵抗層を鉛直に対して同一の角度に傾けて設置したもので、液位検出抵抗層を一対の液位検出電極に対して電気的に並列に接続される複数の並列抵抗層で構成しているため、液位検出抵抗層を絶縁基板の上方から下方にわたって設けても、液位検出抵抗層全体としての断面積は小となり、これにより、液位検出抵抗層の抵抗値は気体温度検出抵抗層および液体温度検出抵抗層の抵抗値と略同一となるため、液位検出抵抗層の抵抗値による出力信号の増幅率を気体温度検出抵抗層および液体温度検出抵抗層の抵抗値による出力信号の増幅率よりも大きくする必要はなくなり、その結果、液位検出抵抗層に発生する出力信号が安定した状態で得られる液面検出センサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態における液面検出センサの側断面図、図２は同液面検出センサにおける絶縁基板の正面図、図３は同液面検出センサにおける絶縁基板の側断面図、図４は同液面検出センサの絶縁基板から保護層およびヒーター層を取り外した状態を示す正面図である。
【００１６】
図１〜図４において、２１はフィルム状に構成されたポリエチレンテレフタレートからなる直方体形状の絶縁基板で、この絶縁基板２１は長手方向に略垂直に立設させるとともに、下端に略直角に折り曲げられた屈曲部２２を設けている。また、前記絶縁基板２１には、一側面の上部から下部にわたって一対のＡｇからなる液位検出電極２３を設けるとともに、この液位検出電極２３には、両端が液位検出電極２３と電気的に接続されるように液位検出抵抗層２４を設けている。そして、この液位検出抵抗層２４は、Ａｇ系樹脂とエポキシ系樹脂との混合物からなる樹脂材料をバインダーとするサーミスタで構成されている。また、この液位検出抵抗層２４は複数の並列抵抗層２４ａで構成されており、そしてこの並列抵抗層２４ａは前記一対の液位検出電極２３に対して電気的に並列に接続されている。
【００１７】
また、前記液位検出抵抗層２４の常温時での抵抗値は約４０ｋΩであり、そして、この液位検出抵抗層２４における複数の並列抵抗層２４ａは、鉛直に対して同一の角度である約４５度の角度に傾けて設置され、隣り合う並列抵抗層２４ａの端部２４ｂが水平方向に対して互いに重なり合うようにすることにより、液位検出抵抗層２４を水平方向で切断したときの断面積が、上方から下方にわたって略同一になるように構成されている。そしてまた、前記絶縁基板２１の一側面には、前記一対の液位検出電極２３の上方に位置して一対のＡｇからなる気体温度検出電極２５を設けるとともに、この気体温度検出電極２５に両端が電気的に接続されるように気体温度検出抵抗層２６を設けている。そして、この気体温度検出抵抗層２６は、Ａｇ系樹脂とエポキシ系樹脂との混合物からなる樹脂材料をバインダーとするサーミスタで構成されており、この気体温度検出抵抗層２６の抵抗値は４０ｋΩである。
【００１８】
さらに、前記絶縁基板２１における屈曲部２２には一対のＡｇからなる液体温度検出電極２７を設けるとともに、この液体温度検出電極２７に両端が電気的に接続されるようにＡｇ系樹脂とエポキシ系樹脂との混合物からなる樹脂材料をバインダーとするサーミスタからなる液体温度検出抵抗層２８を設けている。そしてこの液体温度検出抵抗層２８の抵抗値は約４０ｋΩである。また、前記一対の気体温度検出電極２５間の長さと、一対の液体温度検出電極２７間の長さは略同一とし、この長さを単位長さと定義する。そしてまた、前記絶縁基板２１における液体温度検出電極２７と液体温度検出抵抗層２８は、絶縁基板２１の下端に設けた屈曲部２２に設けることにより、略同一高さになるように構成されている。さらに、前記液位検出電極２３、気体温度検出電極２５および液体温度検出電極２７は、前記絶縁基板２１の一側面に設けられた配線パターン２９を介して外部電極３０と電気的に接続されている。
【００１９】
３１は絶縁層で、この絶縁層３１は前記絶縁基板２１の上面に設けた液位検出電極２３、液位検出抵抗層２４、気体温度検出電極２５、気体温度検出抵抗層２６、液体温度検出電極２７および液体温度検出抵抗層２８を覆うように設けられている。３２はヒーター層で、このヒーター層３２は前記絶縁層３１の上面を蛇行するように設けられるとともに、回路パターン３３を介してヒーター電極３４と電気的に接続されている。３５は保護層で、この保護層３５は前記ヒーター層３２の上面を覆うように設けられている。３６は金属製のケースで、このケース３６は前記絶縁基板２１を内側に収納するとともに、底面に当接部材３７を取り付けることにより、絶縁基板２１に設けた屈曲部２２をケース３６の底面にこの当接部材３７で保持している。
【００２０】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における液面検出センサについて、次に、その製造方法を説明する。
【００２１】
まず、ポリイミド製の絶縁基板２１の一側面において、液位検出電極２３、気体温度検出電極２５、液体温度検出電極２７、配線パターン２９、外部電極３０およびヒーター電極３４を設ける位置に、厚膜印刷工法によりＡｇペーストを印刷した後、約２５０℃で約３０分間焼成することにより、液位検出電極２３、気体温度検出電極２５、液体温度検出電極２７、配線パターン２９、外部電極３０およびヒーター電極３４を形成する。
【００２２】
次に、絶縁基板２１の上面において、液位検出抵抗層２４、気体温度検出抵抗層２６および液体温度検出抵抗層２８を設ける位置にサーミスタペーストを印刷した後、約２７０℃で約２時間焼成することにより、絶縁基板２１の上面に液位検出抵抗層２４、気体温度検出抵抗層２６および液体温度検出抵抗層２８を形成する。
【００２３】
次に、前記絶縁基板２１の一側面における配線パターン２９、液位検出抵抗層２４、気体温度検出抵抗層２６、液体温度検出抵抗層２８、気体温度検出電極２５、液体温度検出電極２７および液位検出電極２３の上面に絶縁層ペーストを印刷した後、紫外線を照射して硬化させることにより、絶縁層３１を形成する。
【００２４】
次に、前記絶縁層３１の上面において、ヒーター層３２を設ける位置にヒーターペーストを印刷した後、約１５０℃で約３０分間焼成することにより、絶縁層３１の上面にヒーター層３２を形成する。
【００２５】
次に、前記絶縁基板２１およびヒーター層３２の上面に保護層ペーストを印刷した後、紫外線を照射して硬化させることにより、絶縁基板２１およびヒーター層３２の上面に保護層３５を形成する。
【００２６】
最後に、絶縁基板２１をケース３６の内側に収納した後、ケース３６の下端部に当接部材３７を取り付ける。この当接部材３７の取り付けにより、ケース３６の内側に収納された絶縁基板２１の下端に設けられている屈曲部２２を当接部材３７で保持しているため、液体温度検出抵抗層２８と液体温度検出電極２７を略同一高さになるように容易に形成できるものである。
【００２７】
以上のように構成され、かつ製造された本発明の一実施の形態における液面検出センサについて、次に、その動作を図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図５に示すように、予めスチーム型電子レンジ（図示せず）等に使用される熱伝導性のプラスチック容器３８に水３９を満たした後、液面検出センサをプラスチック容器３８に取り付ける。
【００２９】
そして、この状態において、絶縁基板２１におけるヒーター層３２に電圧が印加されると、ヒーター層３２に流れる電流によりヒーター層３２からジュール熱が発生する。このジュール熱は絶縁層３１を介して液位検出抵抗層２４、気体温度検出抵抗層２６および液体温度検出抵抗層２８に到達する。このとき、液位検出抵抗層２４のうちの液体に対向する部分と気体に対向する部分とでは、熱放散定数の差により単位長さあたりの自己発熱量に差が生じるため、液位検出抵抗層２４のうちの気体に対向する部分と液体に対向する部分とでは温度差が生じ、これにより、サーミスタの抵抗−温度特性により単位長さあたりの抵抗値に差が生じる。そして、図６に示すように、液位検出抵抗層２４、気体温度検出抵抗層２６および液体温度検出抵抗層２８に対して、３つの定電流源４０により、一定の電流を供給する。この状態において、液位検出抵抗層２４、気体温度検出抵抗層２６および液体温度検出抵抗層２８に発生する出力信号は増幅器４１により増幅された後、ＡＤ変換器４２により、デジタル信号からなる出力信号に変換される。その後、マイコン４３により、液位検出抵抗層２４、気体温度検出抵抗層２６および液体温度検出抵抗層２８からの各々のデジタル信号を比較して演算することにより、プラスチック容器３８内の水３９の液面を検出するものである。
【００３０】
上記したように本発明の一実施の形態における液面検出センサにおいては、液位検出抵抗層２４を一対の液位検出電極２３に対して電気的に並列に接続される複数の並列抵抗層２４ａで構成しているため、液位検出抵抗層２４を絶縁基板２１の上方から下方にわたって設けても、液位検出抵抗層２４全体としての断面積は小となり、これにより、液位検出抵抗層２４の抵抗値は気体温度検出抵抗層２６および液体温度検出抵抗層２８の抵抗値と略同一となるため、液位検出抵抗層２４の抵抗値による出力信号の増幅率を気体温度検出抵抗層２６および液体温度検出抵抗層２８の抵抗値による出力信号の増幅率よりも大きくする必要はなくなる。すなわち、液位検出抵抗層２４、気体温度検出抵抗層２６および液体温度検出抵抗層２８の増幅器４１の増幅率を略同一とすることができる。この結果、液位検出抵抗層２４に発生する出力信号が安定した状態で得られるものである。また、前記複数の並列抵抗層２４ａは鉛直に対して同一の角度に傾けて設置しているため、被測定溶液である水３９の液面の変化に対して、液位検出抵抗層２４に発生する出力信号をアナログ信号として連続的に出力できるという効果が得られるものである。
【００３１】
また、本発明の一実施の形態における液面検出センサにおいては、液位検出抵抗層２４における隣り合う並列抵抗層２４ａの端部２４ｂが、水平方向に対して互いに重なり合うようにすることにより、液位検出抵抗層２４を水平方向で切断したときの断面積が、上方から下方にわたって略同一になるように構成しているため、被測定溶液である水３９の液面の変化量に比例して液位検出抵抗層２４の抵抗値は変化することになり、これにより、液位検出抵抗層２４に発生する出力信号の直線性も向上するという効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る液面検出センサは、液位検出抵抗層の抵抗値による出力信号の増幅率を気体温度検出抵抗層および液体温度検出抵抗層の抵抗値による出力信号の増幅率よりも大きくする必要はなく、これにより、液位検出抵抗層に発生する出力信号も安定した状態で得られるという効果を有するものであり、特にスチーム型電子レンジに使用される水タンクの液面を検出する液面検出センサにおいて有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態における液面検出センサの側断面図
【図２】同液面検出センサにおける絶縁基板の正面図
【図３】同液面検出センサにおける絶縁基板の側断面図
【図４】同液面検出センサの絶縁基板からなる保護層およびヒーター層を取り外した状態を示す正面図
【図５】同液面検出センサが動作する状態を示す側断面図
【図６】同液面検出センサの回路図
【図７】従来の液面検出センサの正面図
【図８】同液面検出センサの側断面図
【図９】同液面検出センサが動作する状態を示す側断面図
【符号の説明】
【００３４】
２１  絶縁基板
２３  液位検出電極
２４  液位検出抵抗層
２４ａ  並列抵抗層
２４ｂ  並列抵抗層の端部
２５  気体温度検出電極
２６  気体温度検出抵抗層
２７  液体温度検出電極
２８  液体温度検出抵抗層
【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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