(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を屈折して反射する光学プリズムからなるセンサレンズと、該センサレンズに対向する位置に並設された発光素子と該発光素子からの光を受光する受光素子とからなり、該センサレンズを介して、該発光素子と該受光素子との間に光信号路を形成する液面レベル検出センサにおいて、該センサレンズの外側に、部材自体の弾性変形により液面を検出しようとする液体を収納した容器の開口部を通過可能とするとともに、該容器の内部において、その弾性復元力により、再び元の形状に戻り、該容器の壁面との間に間隔を形成するためのスペーサを設けたことを特徴とする液面レベルセンサ。
【請求項２】
前記センサレンズの頂部と前記スペーサとの最大間隔が５ｍｍ以上で、前記スペーサが前記センサレンズの外側に延在する２本の帯状部材からなり、前記容器内の液体を取り出すための細管と一体に構成されている請求項１に記載の液面レベルセンサ。
【請求項３】
光を屈折して反射する光学プリズムからなるセンサレンズと、該センサレンズに対向する位置に並設された発光素子と該発光素子からの光を受光する受光素子とからなり、該センサレンズを介して、該発光素子と該受光素子との間に光信号路を形成する液面レベル検出センサにおいて、該センサレンズの外側に、部材自体の弾性変形により液面を検出しようとする液体を収納した容器の開口部を通過可能とするとともに、該容器の内部において、その弾性復元力により、再び元の形状に戻り、該容器の壁面からの反射光を阻止するための反射防止板を該容器の壁面との間に間隔を設けて形成したことを特徴とする液面レベルセンサ。
【請求項４】
前記反射防止板が前記センサレンズの前面をカバーし、反射率が０．１以下となるように着色され、前記センサレンズの頂部と前記反射防止板との最大間隔が３ｍｍ以上で、前記容器内の液体を取り出すための細管と一体に構成されている請求項３に記載の液面レベルセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用、医療用等の液体用小型容器、特に、変形したり、あるいはもともと小型であるため、センサレンズと容器の壁面との間の距離が短くなるような小型容器内の液体の液面を検出するのに適した液面レベルセンサに関するものである。
【従来技術】
従来、図７に示すように、光を屈折して反射する光学プリズムからなるセンサレンズ２と、該センサレンズ２に対向する位置に並設された発光素子３と該発光素子３からの光を受光する受光素子４とからなり、該センサレンズ２を介して、該発光素子３と該受光素子４との間に光信号路Ｌを形成する液面レベル検出センサが多数提案されている（例えば、実開昭６４―８６３６号公報、特開平８―１４９８７号公報、特開平１０―２６７７３０公報、特開平１１―３０５４９号公報）。なお、図７において、８は発光素子３及び受光素子４を取り付けた回路基板である。
これらのセンサでは、センサの周囲に液体が存在しない場合には、図７に示すように、発光素子３から出た光はセンサレンズ２に入射した後、実線で示す光路Ｌに従い受光素子４に受光される。
これに対して、センサの周囲に液体が存在する場合には、発光素子３から出た光は、センサレンズ２に入射した後、センサレンズ２の外部（図７の点線Ｍで示す）方向に屈折してしまい受光素子４に受光されなくなる。
かかる現象を利用して、光スイッチをオンオフさせるなどの手段により、容器内の液体の有無、即ち液面を検出することができる。
このような従来の光学式液面レベルセンサを、液体用小型容器、特にプラスチック製、金属ホイル製などの軟らかくて変形し易い小型容器（例えば、輸液バッグ）に入れて使用すると、容器内の液量が減少するにつれて、実際には、センサの周囲に液体が存在しているのに、存在していないことを示す信号を出し、誤作動することが分かってきた。
本発明者らは、この原因について検討を重ねた結果、容器が変形してへこみ、容器の壁面Ｗとセンサレンズ２との間の距離が短くなるため、センサの周囲に液体が存在する場合でも、発光素子３を出てセンサレンズ２から外部に屈折した光Ｍが、ほとんど減衰することなく容器の壁面Ｗで反射し、いわゆる、反射光Ｒとなって再びセンサレンズ２経由で受光素子４に受光されてしまい、液体が存在しているにもかかわらず、存在していないかのごとき挙動を示して、誤作動を生ずることになることをつきとめた。
また、容器がもともと小型である場合、あるいは容器の形状が複雑で、その一部においてセンサレンズと容器の壁面との距離が短くなる場合にも、上記と同様の理由により、誤作動を生ずることがあった。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解消し、変形したり、あるいはもともと小型であるため、センサレンズと容器の壁面との間の距離が短くなるような小型容器内で使用しても、誤作動を起さない液面レベルセンサを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、センサの外側に弾性変形可能なスぺーサまたは反射防止板を設ければよいことを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明によれば、下記液面レベルセンサが提供される。
（１）
光を屈折して反射する光学プリズムからなるセンサレンズと、該センサレンズに対向する位
置に並設された発光素子と該発光素子からの光を受光する受光素子とからなり、該センサレンズを介して、該発光素子と該受光素子との間に光信号路を形成する液面レベル検出センサにおいて、該センサレンズの外側に、部材自体の弾性変形により液面を検出しようとする液体を収納した容器の開口部を通過可能とするとともに、該容器の内部において、その弾性復元力により、再び元の形状に戻り、該容器の壁面との間に間隔を形成するためのスペーサを設けたことを特徴とする液面レベルセンサ。
（２）
前記センサレンズの頂部と前記スペーサとの最大間隔が５ｍｍ以上で、前記スペーサが前記センサレンズの外側に延在する２本の帯状部材からなり、前記容器内の液体を取り出すための細管と一体に構成されていることを特徴とする上記（１）記載の液面レベルセンサ。
（３）光を屈折して反射する光学プリズムからなるセンサレンズと、該センサレンズに対向する位置に並設された発光素子と該発光素子からの光を受光する受光素子とからなり、該センサレンズを介して、該発光素子と該受光素子との間に光信号路を形成する液面レベル検出センサにおいて、該センサレンズの外側に、部材自体の弾性変形により液面を検出しようとする液体を収納した容器の開口部を通過可能とするとともに、該容器の内部において、その弾性復元力により、再び元の形状に戻り、該容器の壁面からの反射光を阻止するための反射防止板を該容器の壁面との間に間隔を設けて形成したことを特徴とする液面レベルセンサ。
（４）前記反射防止板が前記センサレンズの前面をカバーし、反射率が０．１以下となるように着色され、前記センサレンズの頂部と前記反射防止板との最大間隔が３ｍｍ以上で、前記容器内の液体を取り出すための細管と一体に構成されている上記（３）に記載の液面レベルセンサ。
【０００３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明を更に詳細に説明する。
図１は、本発明の液面レベルセンサの一例を示す斜視図、図２はその縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
図１〜図３において、液面レベルセンサ１は、光を屈折して反射する光学プリズムからなるセンサレンズ２と、該センサレンズ２に対向する位置に並設された発光素子３と該発光素子３からの光を受光する受光素子４とからなり、発光素子３からの光が、センサレンズ２を介して、受光素子４に受光され、両素子３、４間に光信号路が形成されるように構成されている。
センサレンズ２は、プラスチック、ガラスなどの透明な素材で形成され、任意の支持体により支持することができる。図１〜図３に示した例では、センサレンズ２と円筒状のケース５とを同一の素材で一体的に形成することにより、センサレンズ２をケース５で支持している。支持体は、上記円筒状のケース５に限定されるものではなく、任意の形状、材質のものを用いることができ、センサレンズ２とは別体に形成して、任意の手段によりセンサレンズ２をこれに固定するようにしてもよい。
本発明の液面レベルセンサ１は、更に、センサレンズ２の外側に、液面を検出しようとする液体を収納した容器（図示せず）の壁面との間に間隔を形成するための弾性変形可能な部材からなるスペーサ６、６’を設けている。なお、７、７’はスペーサ６、６’をケース５に取り付けるための取付具、８は発光素子３と受光素子４を設けた回路基板、９は受光信号を外部に取出すために回路基板８に設けたリード線である。
スペーサ６、６’は、センサレンズ２と容器の壁面との間に間隔を形成するためのものであり、このスペーサ６、６’により、センサレンズ２が容器の壁面に近接するのを防いでいる。これにより、センサの周囲に液体が存在する場合に、発光素子３を出てセンサレンズ２から外部に屈折した光が、容器壁面に到達するまでにかなり減衰してしまい、たとえ容器壁面で反射しても、再びセンサレンズ２経由で受光素子４に到達するまでに減衰してしまうので、液体が存在しているにもかかわらず、存在していないかのごとき挙動を示す誤作動を生ずることが無くなる。
このように、光を減衰させ、誤作動の発生を防止するうえで、センサレンズ２と容器の壁面との間隔が５ｍｍ以上有ることが望ましい。そのためには、センサレンズ２の頂部とスペーサとの最大間隔が５ｍｍ以上であることが要求される。ここで、センサレンズ２の頂部とスペーサとの最大間隔とは、図３に示すように、センサレンズ２及びスペーサ６、６’を上に向けて置いた場合、センサレンズ２の頂部と、センサレンズ２の頂部から最も遠く離れているスペーサ６、６’部分から水平に引いた線とセンサレンズ２の頂部から引いた垂線との交点との間隔（Ｓ１）を意味する。
スペーサ６、６’の材質としては、金属、樹脂、ゴムなどの任意の材質を選ぶことができる。金属としては、ステンレス、銅、リン青銅等が挙げられるが、耐薬品性に優れたステンレスが特に好ましい。また、樹脂としては、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、ＰＶＣ、フッ素樹脂等任意の合成樹脂を用いることができるが、耐薬品性の点で、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂やポリエステルが好ましく用いられる。
さらに、薬液容器のように開口部が小径（例えば、半径４ｍｍ程度）の場合でも、該開口部から容器内へセンサを挿入、取付けできるようにするために、本発明では、スペーサ６、６’自体が弾性変形可能としている。従って、開口部から挿入する際には、スペーサ６、６’は容易に変形して、容易に開口部を通過することができ、開口部を通過すると、容器の内部では、その弾性復元力により再び元の形状に戻り、レンズセンサ２と容器壁面との間に間隔を形成する。
このように、スペーサ６、６'を弾性変形可能とするため、弾性を有する材質を用いると共に、センサレンズ２の外側に延在する１本又は複数本の帯状部材で構成することが好ましい。スペーサ６、６’を構成する帯状部材の形状、枚数は、適宜選択されるが、その寸法は、幅が１ｍｍ〜５ｍｍ、長さが２０ｍｍ〜５０ｍｍ、厚さが０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とするのが適当である。また、１枚の幅広の板状体の長手方向に、１つ又は複数のスリットを設けて弾性変形可能にしたスペーサを用いることもできる。
なお、図１〜３に示した例では、スペーサ６、６’をケース５に取り付けるための取付具７、７’として収縮チューブを用い、スペーサ６、６’の両端部を、ケース５と収縮チューブ７、７’の間に挟み込んで固定しているが、この固定は任意の手段により行なうことができ、スペーサ６、６’と取付具７、７’とを一体に形成してもよい。
次に、本発明の液面レベルセンサと容器への液の供給・取り出しのための細管とを一体的に構成した例を、図４に基づき説明する。構造的には、図１〜３に示した液面レベルセンサ１に、容器への液の供給・取り出しのための細管１０を一体的に付加させたものである。即ち、図４において、液面レベルセンサ１のケース５内に、容器への液の供給・取り出しのための細管１０を挿通、固定し、センサ１と細管１０とを一体に構成したものである。このように、細管１０を液面センサ１と一体に構成したことにより、液面レベルの検知と液の供給・取出しという２つの機能を同時かつコンパクトな形状で実現できる。また、細管１０の位置と液面検知位置を同時に安定して固定できるので極めて便利である。
以上、センサレンズの外側にスペーサを設け、センサレンズと容器壁面との間に物理的にスペースを確保して誤動作を防止するようにした液面レベルセンサについて説明したが、本発明のもう一つの実施態様として、反射防止板を設けて光学的に誤作動を防止することもできる。
図５及び６は、図１〜３に示した液面レベルセンサのスペーサ６、６'に代えて、液面を検出しようとする液体を収納した容器の壁面からの反射光を阻止するための反射防止板１１を設けた例を示すものであり、図１〜３と同じ部分には同じ番号を付し、その説明を省略する。
この実施態様では、センサの周囲に液体が存在する場合に、発光素子３を出てセンサレンズ２から外部に屈折した光が、反射防止板１１により阻止されて、容器壁面に達することがなく、従って、容器壁面からの反射が防止されるので、液体が存在しているにもかかわらず、存在していないかのごとき挙動を示す誤作動を生ずることがない。
反射防止板１１の材質は特に限定されず、前述したスペーサ６、６’と同様の材料を用いることができるが、反射光を防止するために、反射防止板１１がセンサレンズ２の全面をカバーし、反射率が０．１以下となるように着色されていることが好ましい。反射防止板１１の形状、寸法も、反射光を防止することができれば、特に限定されない。
また、センサレンズ２の頂部と反射防止板１１との最大間隔が３ｍｍ以上であることが好ましい。この間隔が狭すぎると、センサレンズ２と反射防止板１１との間に液体が入りにくくなったり、液体が溜まり易くなったりして正確な液面検出ができなくなることがある。ここで、センサレンズ２の頂部と反射防止板１１との最大間隔とは、図６に示すように、センサレンズ２の頂部とセンサレンズ２の頂部から最も遠く離れている反射防止板１１部分との間隔Ｓ２を意味する。
さらに、上述のスペーサ６、６’の場合と同様に、開口部が狭い容器にも容易に挿入できるようにするため、本発明では、反射防止板１１自体が弾性変形可能としている。
また、この場合にも、前記した図４の例のように、容器への液の供給・取り出しのための細管１０を液面レベルセンサと一体的に構成すると、コンパクトになり好ましく、細管１０の位置と液面検知位置を同時に安定して固定できるので極めて便利である。
軟らかくて変形し易い小型容器で、容器の壁面とセンサレンズとの間隔を比較的大きく（例えば、５ｍｍ以上）とることができる場合は、前記のスペーサ６、６'を用いる態様のセンサを用いることができるが、容器が変形しない小型容器で、容器の壁面とセンサレンズとの間隔が小さくなる場合（例えば、５ｍｍ未満）、あるいは容器の形状が複雑で部分的にセンサと容器の壁面との間隔が小さくなる（例えば、５ｍｍ未満）部分が有る場合には、スペーサを用いても反射光を十分に減衰させるだけの間隔を確保するのが困難なことがある。その場合は、上記の反射防止板を使用する態様が有効である。勿論、この反射防止板を用いたセンサを、変形し易い小型容器で、容器の壁面とセンサレンズとの間隔を比較的大きく（例えば、５ｍｍ以上）とることができる場合にも使用できることは言うまでもない。
なお、上記の説明においては、ケース５の内部に、１対の発光素子３と受光素子４を設けた例について説明したが、検出したい液面レベルの数に応じて、長手方向に沿って複数対の発光素子３と受光素子４を設けることにより、複数の液面レベルを検出することも可能である。
また、容器が小型細径で変形し易い場合には、上記したスペーサ６、６’と反射防止板１１の両方を取付けることにより、高い誤動作防止効果を得ることもできる。
【０００４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これによって限定されるものではない。
〔実施例１〕
図１〜３に示す液面レベルセンサを作成した。スペーサ６、６’は、それぞれ、厚さ０．３ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ５０ｍｍの容易に弾性変形可能なステンレス製帯状部材、取付具７、７'は、ナイロン６６製収縮チューブであり、センサレンズ２とケース５（外径６ｍｍ）は、透明なテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）により一体に形成した。また、発光素子３はＬＥＤ、受光素子４はフォトトランジスタを用いた。なお、センサレンズ２の先端からスペーサ６、６’までの間隔Ｓ１は５ｍｍとした。
この液面レベルセンサを、内径が８ｍｍの開口部を有し、厚さ０．５ｍｍのＰＥ（ポリエチレン）フィルムからなる縦１０ｍｍ、横８０ｍｍ、高さ１００ｍｍの袋状薬液容器内に取付けた。この際、スペーサ６、６’が容易に弾性変形するので、狭い開口部から容器内へ難無く挿入することができ、その後、スペーサ６、６’は容器内で、その弾性復元力により元の形状に戻り、センサレンズ２の先端からスペーサ６、６’までの最大間隔が５ｍｍに確保されるので、薬液が減少し容器の厚さが縮小変形した場合でも、センサレンズ２の先端から５ｍｍ以内に容器の内壁が接近することが無く、容器の壁面からの反射光を遮断でき、誤作動の発生も無かった。
〔実施例２〕
実施例１で作成した液面レベルセンサにおいて、スペーサ６、６’の代りに、図５及び６に示すように、反射防止板１１を使用し、センサレンズ２とケース５は透明なポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で一体形成し、それ以外は実施例１と同様に液面レベルセンサを作成した。
反射防止板１１としては、厚さ１ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ５０ｍｍの容易に弾性変形可能なポリエステル製板状体を図６に示すように、センサレンズ２を取り囲むよう配置し、センサレンズ２の先端から反射防止板１１までの最大間隔Ｓ２を３ｍｍとした。また、ポリエステル板状体の表面を黒色に着色し、反射率を０．０５とした。
この液面レベルセンサを、実施例１で用いた袋状薬液容器内に取り付けた。この場合においても、実施例１の場合と同様、容易にセンサの取付けができ、誤動作の発生も無かった。
〔比較例〕
実施例１において、液面レベルセンサとして、スペーサ６、６'を設けないものを使用したところ、薬液が減少し容器の厚さが縮小変形した場合に、液体が未だ存在しているにもかかわらず、存在していないことを示す信号を発し、誤作動が発生した。
【０００５】
【発明の効果】
本発明によれば、変形したり、あるいはもともと小型であるため、センサレンズと容器の壁面との間の距離が短くなるような小型容器内で使用しても、誤作動を起さず、しかも、容器内へ容易に取付けることができる液面レベルセンサを、スペーサ又は反射防止板を設けるという簡単な改造で安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液面レベルセンサの一例を示す斜視図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】本発明の液面レベルセンサに細管を一体的に付加した例を示す斜視図である。
【図５】本発明の液面レベルセンサの他の例を示す斜視図である。
【図６】図５のＡ―Ａ線矢視断面図である。
【図７】従来の液面レベルセンサの一例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１    液面レベルセンサ
２    センサレンズ
３    発光素子
４    受光素子
５    ケース
６、６’    スペーサ
７、７’    取付具
８    回路基板
９    リード線
１０  液の供給・取り出し細管
１１  反射防止板
Ｌ，Ｍ    光路
Ｒ    反射光
Ｓ１    センサレンズの頂部からスペーサまでの最大間隔
Ｓ２    センサレンズの頂部から反射防止板までの最大間隔
Ｗ    容器の壁面
【図１】
0004330747.tif 000002
【図２】
0004330747.tif 000003
【図３】
0004330747.tif 000004
【図４】
0004330747.tif 000005
【図５】
0004330747.tif 000006
【図６】
0004330747.tif 000007
【図７】
0004330747.tif 000008