(57)【要約】【課題】ゲルを充填する際にダイアフラムを用いて閉じる必要がなく、かつ、キャビティ内に気泡が残りにくい液面計を提供する。【解決手段】内部空間に圧力センサを備えた本体部と、本体部から延びるノズル部とを有し、ノズル部の内部には、ノズル部の先端に向かうにしたがってテーパー状に直径が変化する孔部が設けられ、内部空間と孔部は互いに連通され、かつ、ゲルが充填され、孔部のテーパーは、孔部を構成する材料の接触角に応じて異なる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間に圧力センサを備えた本体部と、
前記本体部から延びるノズル部とを有し、
前記ノズル部の内部には、前記ノズル部の先端に向かうにしたがってテーパー状に直径が変化する孔部が設けられ、
前記内部空間と前記孔部は互いに連通され、かつ、ゲルが充填され、
前記孔部のテーパーは、前記孔部を構成する材料の接触角に応じて設定されていることを特徴とする液面計。
【請求項２】
前記孔部は、前記孔部を構成する材料の接触角が所定値より大きい場合は、前記先端に向かうにしたがって前記直径が小さくなるように形成され、前記孔部を構成する材料の接触角が所定値以下の場合は、前記先端に向かうにしたがって前記直径が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液面計。
【請求項３】
前記所定値は７０度であることを特徴とする請求項２に記載の液面計。
【請求項４】
接触角が前記所定値より大きな材料は、フッ素樹脂又はポリアセタールであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の液面計。
【請求項５】
接触角が前記所定値以下の材料は、ナイロンであることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の液面計。
【請求項６】
前記ゲルは、フッ素ゲル又はシリコーンゲルであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液面計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクその他の容器中の液体の液面の位置を測定する液面計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液面計としては、ステンレス製パイプなどの筒状の管（直管）のキャビティにフッ素オイルなどの液体と、圧力センサとを封入したものがある。圧力センサは、液面計を投入する流体による圧力に応じて変化するダイアフラムの変位を検知することによって流体圧を測定する。直管型の液面計においては、オイル等の液体に代えてゲルを用いたものもある。
【０００３】
ゲルを用いた液面計として、特許文献１に記載の流体圧測定器は、流路が形成されたハウジングと、ハウジングの流路に連通するキャビティを有するセンサユニットとからなる。キャビティ内には、ゲル状圧力伝達媒体と、ゲル状圧力伝達媒体を通じて流路中の流体圧を検知する圧力センサと、が配置されている。センサユニットのキャビティは、流路に対して略直交してまっすぐに延びるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２６４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の直管型の液面計では、キャビティ内に液体を充填する際に、液体の漏れ防止のためにキャビティに蓋をして閉じる必要がある。この蓋は、流体圧の変化に対応できるように、圧力センサとは別のダイアフラムで構成することが好ましい。しかし、流体圧の変化に応じて蓋の形状が変化すると、ダイアフラムで構成される圧力センサが流路中の流体圧を正確に測ることが難しくなり、圧力センサの検知感度の低下につながるおそれがある。
【０００６】
上述の直管型の液面計や特許文献１に記載の流体圧測定器においては、キャビティの少なくとも入口部分がまっすぐに延びる形状になっているため、ゲルやゲル状圧力伝達媒体を充填する際に、キャビティ内に気泡が残りやすいという問題がある。気泡が残るとキャビティ内で伝達される流体圧の大きさや速度が変化するため、圧力センサが本来の圧力を検知することが難しくなる。
【０００７】
本発明は、本発明者らが鋭意検討し、従来技術においてキャビティ内に気泡が残る原因をゲル充填時の空気の巻き込みにあると見いだし、さらに検討を進めたところ、充填するゲルとキャビティとの接触角によって空気の巻き込みやすさが異なることを見いだし、本発明に至ったものである。より具体的には、本発明者らは、接触角が小さいときはゲルがキャビティの内壁面を這い上がった後に落ちてくる際に空気を巻き込むこと、また、接触角が大きいときはゲルがキャビティの内壁面を伝ってキャビティ内へ入り込むように流動するため、流動の際に内壁面近傍の空気を巻き込むことをそれぞれ見いだした。
【０００８】
そこで本発明は、ゲルを充填する際にダイアフラムを用いて閉じる必要がなく、かつ、キャビティ内に気泡が残りにくい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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の液面計は、内部空間に圧力センサを備えた本体部と、本体部から延びるノズル部とを有し、ノズル部の内部には、ノズル部の先端に向かうにしたがってテーパー状に直径が変化する孔部が設けられ、内部空間と孔部は互いに連通され、かつ、ゲルが充填され、孔部のテーパーは、孔部を構成する材料の接触角に応じて設定されていることを特徴としている。
【００１０】
この構成により、孔部の構成材料の接触角によって変化する液面形状に合わせて、孔部内へ気泡が混入しづらいテーパー形状を選択することができる。このため、圧力センサの感度の低下を抑えることができ、高精度で液面を測定することできる。さらに、孔部の構成材料とテーパーを適切に組み合わせているため、充填した液体を封じ込めるためにダイアフラムを用いる必要がないため、圧力センサの感度を低下させることがなく、また、小型の液面計を提供できる。
【００１１】
本発明の液面計において、孔部は、孔部を構成する材料の接触角が所定値より大きい場合は、先端に向かうにしたがって直径が小さくなるように形成され、孔部を構成する材料の接触角が所定値以下の場合は、先端に向かうにしたがって直径が大きくなるように形成されていることが好ましい。
例えば、前記所定値は７０度であることが好ましい。
【００１２】
これにより、孔部の構成材料の接触角が所定値より大きい場合は、液面の表面曲率を小さくすることができ、また、孔部の構成材料の接触角が所定値以下の場合は、ゲルの原料液の液面と孔部を滑らかにつなぐことができるため、ゲルの原料液の充填時に空気を巻き込む可能性を低減でき、孔部内への気泡の混入を防ぐことができる。
【００１３】
本発明の液面計において、接触角が所定値より大きな材料は、フッ素樹脂又はポリアセタールであることが好ましい。
【００１４】
本発明の液面計において、接触角が所定値以下の材料は、ナイロンであることが好ましい。
【００１５】
本発明の液面計において、ゲルは、フッ素ゲル又はシリコーンゲルであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、ゲルを充填する際にダイアフラムを用いて閉じる必要がなく、かつ、キャビティ内に気泡が残りにくい液面計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る液面計の構成を示す斜視図であって、ノズル部の先端に向かうにしたがって孔部の直径が小さくなる場合を示す図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ’線における断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ部分を拡大した断面図である。
【図４】図２のＩＶ部分に対応する拡大断面図であって、ゲルを充填する過程を示す図である。
【図５】ノズル部の先端に向かうにしたがって孔部の直径が大きくなる場合の断面図である。
【図６】図５のＶＩ部分に対応する拡大断面図であって、ゲルを充填する過程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る液面計について図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本実施形態に係る液面計１０の構成を示す斜視図であって、ノズル部３０の先端に向かうにしたがって孔部３１（図２）の直径が小さくなる場合を示す図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ’線における断面図である。図３は、図２のＩＩＩ部分を拡大した断面図である。図４は、図２のＩＶ部分に対応する拡大断面図であって、ゲルを充填している過程を示す図である。
【００１９】
以下、各図に示すＺ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向として説明する。各図に示す、Ｘ１−Ｘ２方向とＹ１−Ｙ２方向は、互いに直交するとともに、Ｚ１−Ｚ２方向に直交する方向である。
【００２０】
図１に示すように、液面計１０は、本体部２０と、ノズル部３０とを備える。
図２に示すように、本体部２０は、筐体２１内にキャビティ２２（内部空間）が形成され、キャビティ２２の底面２３上には、圧力センサ２４と制御回路２５が非導電性部材２６を介して配置されている（図３）。圧力センサ２４は、例えばダイアフラムゲージであって、ダイアフラムに加わる圧力を静電容量の変化や歪みゲージを用いて検知する。制御回路２５は、圧力センサ２４の電圧や電流を検出する検出回路や、検知結果から液面の位置を算出する演算回路や、検知結果及び演算結果を保存する記憶回路や、演算結果を外部へ送信する通信部を備える。
【００２１】
図１に示すように、ノズル部３０は、本体部２０からＺ１方向へ延びるように形成されている。図２に示すように、ノズル部３０の内部には孔部３１が形成されている。この孔部３１は、図２に示す場合では、本体部２０のキャビティ２２に連通し、Ｚ１方向の最も上側の先端３２に向かうにしたがってテーパー状に直径が小さくなる形状を備えている。ここで、孔部３１のＺ１方向に直交する断面形状は、円又は楕円である。断面形状が楕円である場合、孔部３１は、Ｚ１方向において先端３２に向かうにしたがって、例えば長軸がテーパー状に小さくなるような形状である。
【００２２】
液面計１０の孔部３１及びキャビティ２２内にはゲルが充填される。ゲルの充填は、図４に示すように、ノズル部３０を上向きにした状態で、先端３２側に配置した充填器４０からノズル部３０の内部へゲル４１を注入することによって行う。
【００２３】
ゲルは、例えばフッ素ゲルやシリコーンゲルである。フッ素ゲルとしては、例えば信越化学工業株式会社製のＳＩＦＥＬ８０００シリーズ（商標）があり、２液を所定量ずつ混合して加熱することによりゲル状の硬化物が得られる２液加熱硬化タイプや、１液を加熱してゲル状の硬化物が得られる１液加熱硬化タイプがある。シリコーンゲルとしては、例えば東レ・ダウコーニング株式会社製の２液加熱硬化タイプや１液加熱硬化タイプのものがある。
【００２４】
液面計１０は、例えば、タンク内の液体の液面を測定するために、ノズル部３０の先端３２が下向きになるように、タンクの上壁に本体部２０の底面２７が固定される。ノズル部３０の先端３２には、中空のチューブの一端が連結され、チューブ内の孔部とノズル部３０の孔部３１が連通する。一方、チューブの他端は液体内に配置される。この構成により、タンク内の液体の液面が変動すると、チューブ内の液体圧が変化して液面計１０内のゲルの圧力が変化するため、圧力センサ２４のダイアフラムに加わる圧力が変化する。したがって、この圧力の変化を検知すると、検知結果から液面の位置を算出することができる。なお、ノズル部３０の外形形状は、前記チューブの取り付け性と所定の強度を確保できれば、孔部３１のテーパーに合わせた形状でなくてよい。
【００２５】
本実施形態の液面計１０においては、孔部３１を含むノズル部３０が成形等によって製造され、孔部３１を構成する材料の接触角によって、Ｚ１方向の先端３２に向かうにしたがって直径が変化するテーパー形状が異なる。より具体的には、孔部３１を構成する材料の接触角が所定値より大きい場合は、図２に示すように、先端３２に向かうにしたがって直径が小さくなるように形成され、孔部３１を構成する材料の接触角が所定値以下の場合は、図５に示すように、先端３２に向かうにしたがって直径が大きくなるように形成されている。別言すると、孔部３１を構成する材料の表面張力が所定値以下の場合は、先端３２に向かうにしたがって直径が小さくなるように形成され、孔部３１を構成する材料の表面張力が所定値より大きい場合は、先端３２に向かうにしたがって直径が大きくなるように形成されている。
【００２６】
ここで、テーパー形状を異ならせる所定値は、上に例示したゲル４１を用いる場合は、接触角の場合で７０度（測定温度２０°Ｃ）が好ましい。
【００２７】
このように、孔部３１を、構成材料の接触角又は表面張力に応じたテーパー形状とすることにより、ゲルの原料液を充填中に原料液の表面の曲率を低下させることができ、空気を巻き込む可能性を低減できる。孔部３１を構成する材料の接触角が所定値より大きい場合は、先端３２に向かうにしたがって直径が小さくなるように形成することにより、図４に示すように、ゲルの原料液を孔部３１内に充填する際に、上側に凸となる形状の液面と孔部３１のなす角を小さくすることができるため、孔部３１内への充填時にゲルへの気泡の混入を防ぐことができる。また、孔部３１を構成する材料の接触角が所定値以下の場合は、先端３２に向かうにしたがって直径が大きくなるように形成することにより、図６に示すように、ゲルの原料液を孔部３１内に充填する際に、上側に凹面を向けた形状の液面と孔部３１を滑らかにつなぐことができるため、孔部３１内への充填時にゲルへの気泡の混入を防ぐことができる。
【００２８】
接触角が上記所定値より大きな材料としては、例えば、（１）ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリ塩化３フッ化エチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリ３フッ化エチレン、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）その他のフッ素樹脂、（２）ＰＯＭ（ポリアセタール）、（３）ネオプレン、（４）シリコーンゴム、（５）ポリエチレン（密度０．９２、０．９５５）、（６）ポリプロピレン、（７）ポリスチレンが挙げられる。
【００２９】
接触角が上記所定値以下の材料としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ナイロン６（商標）、ナイロン６６（商標）、ｎ−メトキシメチルポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、ポリ酢酸ビニル、ビニロン、フェノール樹脂、塩化ゴム、パラフィンワックス、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、ポリフェニルサルファイドが挙げられる。
【００３０】
なお、本体部２０は、ノズル部３０と同じ材料で成形等によって形成することが好ましい。
【００３１】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）孔部３１のテーパーを孔部３１の構成材料の接触角に応じて異ならせているため、接触角によって変化する液面形状に合わせて、孔部３１内へ気泡が混入しづらいテーパー形状を選択することができる。このように、孔部３１中のゲルへの気泡の混入率が低いため、圧力センサの感度の低下を抑えることができ、高精度で液面を測定することできる。
【００３２】
（２）孔部３１を構成する材料の接触角が所定値より大きい場合、孔部３１は、先端３２に向かうにしたがって直径が小さくなるように形成され、孔部３１を構成する材料の接触角が所定値以下の場合は、先端３２に向かうにしたがって直径が大きくなるように形成されている。これにより、孔部３１の構成材料の接触角が所定値より大きい場合は、ゲルの原料液の液面が上側に凸となる形状を維持しつつ液面と孔部３１のなす角を小さくすることができ、また、孔部３１を構成する材料の接触角が所定値以下の場合は、ゲルの原料液の液面が上側に凹面を向けた形状を維持しつつ液面と孔部３１を滑らかにつなぐことができるため、ゲルの原料液の充填時に空気を巻き込む可能性を低減でき、孔部３１内への気泡の混入を防ぐことができる。
【００３３】
（３）孔部３１の構成材料とテーパーを適切に組み合わせているため、充填した液体を封じ込めるためにダイアフラムを用いる必要がないため、圧力センサの感度を低下させることがなく、また、小型の液面計を提供できる。
【００３４】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明に係る液面計は、充填したゲルを通じて圧力を検知して液面を測定する液面計において、精度良く圧力を測定することが求められる場合に有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    液面計
２０    本体部
２１    筐体
２２    キャビティ（内部空間）
２４    圧力センサ
２５    制御回路
３０    ノズル部
３１    孔部
３２    先端
４１    ゲル
【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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