(57)【要約】【課題】光透過型フォトインタラプタ２を用いて安価に流路センサ１を構成し、チューブＴ内の液体の有無を簡単且つ確実に検知することである。【解決手段】コの字形状の光透過型フォトインタラプタ２と、フォトインタラプタ２のコの字両端部に面して設けられる固定板３と、フォトインタラプタ２及び固定板３間に介在して設けられ、固定板３との間で前記チューブＴの一部を変形させることなく保持し、間隙Ｇに嵌ることにより間隙Ｇ内にチューブＴを配置するチューブ保持体４と、を備え、チューブ保持体４が、間隙Ｇに嵌った状態において、チューブＴの中心からずれた位置に発光部２１の光を導く導光構造４Ａと、間隙Ｇに嵌った状態において、チューブＴ内に液体が有る場合に生じる屈折光又は前記チューブＴ内に液体が無い場合に生じる屈折光の一方のみを受光部２２に受光させる遮光構造４Ｂと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有するチューブ内の液体の有無を検知する流路センサであって、
間隙を挟んで対向する発光部及び受光部を有するコの字形状をなす光透過型のフォトインタラプタと、
前記フォトインタラプタのコの字両端部に面して設けられる固定板と、
前記フォトインタラプタ及び前記固定板間に介在して設けられ、前記固定板との間で前記チューブの一部を変形させることなく保持し、前記間隙に嵌ることにより前記間隙内に前記チューブを配置するチューブ保持体と、を備え、
前記チューブ保持体が、前記間隙に嵌った状態において、前記チューブの中心からずれた位置に前記発光部の光を導く導光構造と、
前記間隙に嵌った状態において、前記チューブ内に液体が有る場合に生じる屈折光、又は前記チューブ内に液体が無い場合に生じる屈折光の一方のみを前記受光部に受光させる遮光構造と、を有する流路センサ。
【請求項２】
前記チューブ保持体が、前記間隙におけるコの字底部側に嵌合する嵌合部と、当該嵌合部から前記間隙のコの字開口側に立設された突出部とからなる断面略Ｌ字形状をなす嵌合突起部を備え、
前記導光構造が、前記突出部に設けられた貫通孔である請求項１記載の流路センサ。
【請求項３】
前記遮光構造が、前記嵌合部により構成され、前記チューブ内に液体が無い場合に生じる屈折光のみを前記受光部に受光させるものであり、前記嵌合部の厚みにより、前記受光部の受光可能な位置が規定される請求項２記載の流路センサ。
【請求項４】
前記固定板が、前記チューブに沿って延びる長尺形状をなすものであり、
前記フォトインタラプタ及び前記チューブ保持体の前記固定板への取付位置が、前記チューブに沿って変更可能である請求項１、２又は３記載の流路センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気体と液体の屈折率の差を利用してチューブ内の液体の有無を検知することができる流路センサ及びそれに用いるチューブ保持体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、チューブ等の管内を流れる液体の有無の識別には、液体の流動を検知する方法、液体の色の変化を検知する方法、又は液体中に浸漬した電極間の伝導率を検知する方法等がある。
【０００３】
このうち、液体の流動による物理的エネルギーを検出してチューブ等の管内の液体の有無を識別する装置では、例えばプロペラを回転させる等の機構が必要なので装置が大掛かりになり少量の液体が流動する流路には向かない。また、液体の色の変化を検知してチューブ等の管内の液体の有無を識別する装置は透明な液体には使用できない上、検出結果はチューブ等の管内の汚れ等の影響も受ける。
【０００４】
一方、チューブ等の管内に電極を設けその電極間の伝導率を検知する方法では、液体に電流を流すため、流れる液体の性質が変化したり、化学反応が起こったりすることがある。また、チューブ等の管内へセンサを取り付けることも必要となる。
【０００５】
これに対して、光の屈折率を利用した液切れセンサはすでに考案されているが（特許文献１）、当該センサは複数の発光素子及び受光素子を必要とする上、ＣＣＤ等の高価なフォトセンサも必要とする。
【０００６】
また、透明性や屈折率の高いプラスチックセルを別途流路の途中に配管し、光学的な分析を行なう方法もあるが、当該方法では、セルの内部構造が複雑になり成型も難しくコスト面にも問題がある。加えてプラスチックセルが流路を構成するチューブ等から外れる可能性もある。
【０００７】
さらに、上述した各方式の流路センサを例えば直径３ｍｍ程度の細い管に用いた場合には、得られる信号が微弱であるため、安定した検出が難しいという問題もある。
【特許文献１】特開２００６−１０５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、光透過型フォトインタラプタを用いて安価に流路センサを構成し、チューブ内の液体の有無を簡単且つ確実に検知することをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る流路センサは、光透過性を有するチューブ内の液体の有無を検知する流路センサであって、間隙を挟んで対向する発光部及び受光部を有するコの字形状をなす光透過型のフォトインタラプタと、前記フォトインタラプタのコの字両端部に面して設けられる固定板と、前記フォトインタラプタ及び前記固定板間に介在して設けられ、前記チューブの一部を変形させることなく収容し、前記間隙に嵌ることにより前記間隙内に前記チューブを配置するチューブ保持体と、を備え、前記チューブ保持体が、前記間隙に嵌った状態において、前記チューブの中心からずれた位置に前記発光部の光を導く導光構造と、前記間隙に嵌った状態において、前記チューブ内に液体が有る場合に生じる屈折光、又は前記チューブ内に液体が無い場合に生じる屈折光の一方のみを前記受光部に受光させる遮光構造と、を有することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、光透過型フォトインタラプタを用いて安価に流路センサを構成することができ、また、チューブ内の液体の有無を簡単且つ確実に検知することができる。
【００１１】
チューブ保持体の構成を簡単にして、製造コストを安価にし、流路センサを一層安価にするためには、前記チューブ保持体が、前記間隙におけるコの字の底部側に嵌合する嵌合部と、当該嵌合部から前記間隙のコの字開口側に立設された突出部とからなる断面略Ｌ字形状をなす嵌合突起部を備え、前記導光構造が、前記突出部に設けられた貫通孔であることが望ましい。
【００１２】
また、この場合において、前記遮光構造が、前記遮光構造が、前記嵌合部により構成され、前記チューブ内に液体が無い場合に生じる屈折光のみを前記受光部に受光させるものであり、前記嵌合部の厚みにより、前記受光部の受光可能な位置が規定されることが望ましい。
【００１３】
流路センサの取付位置を容易に変更できるようにし、流路センサが用いられる装置の構造等に柔軟に対応可能にするためには、前記固定板が、前記チューブの流路方向に沿って延びる長尺形状をなすものであり、前記フォトインタラプタ及び前記チューブ保持体の前記固定板への取付位置が、流路方向に沿って調節可能であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明によれば、光透過型フォトインタラプタを用いて安価に流路センサを構成し、チューブ内の液体の有無を簡単且つ確実に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明に係る流路センサ１の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は、本実施形態に係る流路センサ１の構成を示す断面図であり、図２は、チューブ保持体４の下方から見た斜視図であり、図３は、流路センサ１の分解斜視図である。
【００１６】
＜装置構成＞
【００１７】
本実施形態に係る流路センサ１は、気体と液体との屈折率の差を利用して光透過性を有するチューブＴ内の液体の有無を検知するものである。なお、チューブは、内部を流通する液体（例えば水）の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する透明樹脂材料（例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ））である。
【００１８】
具体的にこのものは、図１、２、３に示すように、フォトインタラプタ２と、そのフォトインタラプタ２が固定される固定板３と、フォトインタラプタ２と固定板３との間にチューブＴを配置するチューブ保持体４とを備えている。
【００１９】
以下、各部２〜４について説明する。
【００２０】
フォトインタラプタ２は、図１及び図２に示すように、間隙Ｇを挟んで対向する発光部２１及び受光部２２を有する光透過型のものである。本実施形態の発光部２１は赤外発光ダイオードであり、受光部２２はフォトトランジスタである。なお、発光部２１及び受光部２２の構成は上記に限られない。
【００２１】
そして、このフォトインタラプタ２は、発光部２１を収容する発光部ケーシング２０１と、受光部２２を収容する受光部ケーシング２０２と、それらケーシング２０１、２０２の端部を連結する連結部２０３とからなる正面視においてコの字形状をなすものである。本実施形態のフォトインタラプタ２は市販のものを用いている。
【００２２】
発光部ケーシング２０１のコの字内壁には、発光部２１の光を射出するための発光部スリット２０１Ｓが形成されている。また、受光部ケーシング２０２のコの字内壁には、発光部２１からの光を受光するための受光部スリット２０２Ｓが形成されている。これらスリット２０１Ｓ、２０２Ｓは、コの字底部側からコの字開口側に直線状に設けられている。また、連結部２０３には発光部２１及び受光部２２の端子２０４が延出している。
【００２３】
また、フォトインタラプタ２は、そのコの字両端部が固定板３に面するように固定板３に取り付けられる。
【００２４】
固定板３は、図１及び図３に示すように、フォトインタラプタ２のコの字両端部に面して設けられるものであり、チューブＴに沿って延びる長尺形状をなすものである。そして、固定板３には、チューブ保持体４をネジ固定するための固定用孔３１が延伸方向に複数個設けられている。これにより、チューブ保持体４及びフォトインタラプタ２の取付位置をチューブＴに沿って変更可能にしている。また、１つの固定板３にフォトインタラプタ２及びチューブ保持体４からなる対を複数個を取り付けることもできる。
【００２５】
チューブ保持体４は、図１〜図３に示すように、フォトインタラプタ２及び固定板３間に介在して設けられ、固定板３に固定されて、その固定板３との間でチューブＴを変形させることなく保持するとともに、フォトインタラプタ２の間隙Ｇに嵌ることによりその間隙Ｇ内にチューブＴを配置するものである。
【００２６】
そして、チューブ保持体４は、間隙Ｇに嵌った状態において、チューブＴの中心からずれた位置に発光部２１の光を導く導光構造４Ａと、チューブＴ内に液体が無い場合に生じる屈折光の一方のみを受光部２２に受光させる遮光構造４Ｂと、を有する。
【００２７】
具体的には、本実施形態のチューブ保持体４は、フォトインタラプタ２と別体のものであり、特に図２に示すように、固定板３との間でチューブＴを変形させることなく保持するための凹溝４１１を有する保持本体部４１と、当該保持本体部４１の凹溝４１１の溝方向に突出して設けられ、フォトインタラプタ２の発光部２１及び受光部２２の間隙Ｇに嵌合する嵌合突起部４２と、を備えている。
【００２８】
保持本体部４１は、特に図２に示すように、概略直方体形状をなすものであり、固定板３との接触面（下面）４１ａには、チューブＴが変形することなく嵌り込む凹溝４１１が形成されている。凹溝４１１の幅及び深さは、チューブＴの外径とほぼ同一である。また、保持本体部の下面４１ａには、チューブ保持体４を固定板３にねじ固定するためのねじ孔４１ａ１が形成されている（図２参照）。保持本体部４１の上面４１ｂには、フォトインタラプタ２をねじ留めするためのねじ孔４１ｂ１が形成されている（図３参照）。
【００２９】
嵌合突起部４２は、特に図１及び図２に示すように、フォトインタラプタ２の間隙Ｇにおけるコの字底部側に嵌合する嵌合部４２１と、当該嵌合部４２１から間隙Ｇのコの字開口側において発光部２１に面して立設された突出部４２２と、からなる断面略Ｌ字形状をなすものである。
【００３０】
嵌合突起部４２のＬ字内面は、保持本体部４１の下面に形成された凹溝４１１の一方の側面及び凹溝４１１の底面と連続している。つまり、そのＬ字内面の幅及び深さは、チューブＴの外径とほぼ同一である。そして、チューブＴが固定板３と保持本体部４１の凹溝４１１との間に保持された状態において、そのチューブＴは、Ｌ字内側に配置される。
【００３１】
突出部４２２は、嵌合突起部４２がフォトインタラプタ２の間隙Ｇに嵌合した状態において、発光部側側面が発光部ケーシング２０１の発光部スリット２０１Ｓに接触する。また、突出部４２２の頂面（嵌合部と反対側の面）は、保持本体部の下面４１ａと面一である。
【００３２】
このように構成されたチューブ保持体４において、導光構造４Ａは、図１及び図２に示すように、突出部４２２に設けられた貫通孔４２２Ｈにより構成される。
【００３３】
本実施形態の貫通孔４２２Ｈは、チューブＴにおいて、その中心を通る水平線から鉛直方向上方にずれた位置に、発光部２１からの光の一部を導光するものである。それ以外の光は、嵌合部４２１及び突出部４２２の発光部側側面により遮られる。
【００３４】
また、遮光構造４Ｂは、図１及び図２に示すように、嵌合部４２１により構成される。つまり、嵌合部４２１がフォトインタラプタ２の間隙Ｇのコの字底部側に嵌合することにより、嵌合部４２１の受光部側側面が受光部スリット２０２Ｓに接触して、受光部スリット２０２Ｓの一部（スリットにおけるコの字底部側から所定位置までの部分）が閉塞され、受光可能なスリット２０２Ｓの範囲が規定される。このことから、嵌合部４２１の厚みにより、受光部２２の受光可能な位置が制限される。本実施形態では、チューブＴ内に液体が無い場合に生じる屈折光のみを受光部２２が受光するように、嵌合部４２１の厚みを設定している。言い換えれば、嵌合部４２１の厚みは、チューブＴ内に液体がある場合に生じる屈折光の光路上に受光部２２が無いように設定されている。
【００３５】
このように構成した流路センサ１のチューブＴ内の液体の有無の検出原理は以下である。
【００３６】
チューブＴ内に液体が無い場合には、突出部４２２の貫通孔４２２Ｈからの入射光は、図２の部分拡大図に示すように、チューブＴの側壁を屈折して通り、チューブＴ内を入射光とほぼ並行に進行する。そして、その光は、再びチューブＴの側壁を屈折して通り、受光部２２に入射光とほぼ平行に入る。
【００３７】
一方、チューブＴ内に液体がある場合には、突出部４２２の貫通孔４２２Ｈからの入射光は、チューブＴの材質と液体との屈折率がほぼ等しいために、チューブＴの側壁と液体との境界面では、屈折せずに直進する。そうすると、その光は再びチューブＴの側壁を屈折して通るが、この屈折光の光路上には受光部２２が設けられていないため、受光部２２には入らない。
【００３８】
以上から、チューブＴ内の液体の有無を受光部２２の光検出の有無によって検出することができる。つまり、受光部２２からの検出信号があるときは、チューブＴ内に液体が無いことが分かり、検出信号が無いときは、チューブＴ内に液体があることが分かる。
【００３９】
次にこのように構成した流路センサ１の組み立てについて図３を参照して説明する。
【００４０】
図３に示すように、まず固定板３上にチューブＴを配置し、そのチューブＴを固定板３と挟むようにしてチューブ保持体４をねじ５で固定する。このとき、チューブＴの一部は、嵌合突起部のＬ字内側に配置される。その後、フォトインタラプタ２を、その間隙Ｇがチューブ保持体４の嵌合突起部４２に嵌合するように嵌め込む。そして、ねじ６を、連結部２０３に設けた固定用孔２０３ａに通し、保持本体部４の上面４１ｂに設けたねじ孔４１ｂ１に螺合させて、フォトインタラプタ２をチューブ保持体４に固定する。
【００４１】
＜本実施形態の効果＞
【００４２】
このように構成した本実施形態の流路センサ１によれば、光透過型フォトインタラプタ２を用いて安価に流路センサ１を構成することができ、また、フォトインタラプタ２の受光部２２からの信号をそのまま使用することができるので、チューブＴ内の液体の有無を簡単且つ確実に検知することができる。
【００４３】
また、チューブ保持体４の形状を適宜設計することにより、種々の直径を有するチューブＴに対応した流路センサ１を構成することができ、細いチューブＴに対応した流路センサであっても、市販されている光透過型のフォトインタラプタ２を用いて安価に製作することができる。
【００４４】
＜その他の変形実施形態＞
【００４５】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００４６】
例えば、前記実施形態の嵌合突起部４２は、断面略Ｌ字形状をなすものであったが、例えば図４に示すように断面コの字形状をなすものであっても良い。この場合、受光側側壁４２４に貫通孔４２４Ｈを設け、その貫通孔４２４Ｈを遮光構造４Ｂとして機能させる。図４の貫通孔４２４Ｈは、チューブＴ内に液体が無い場合の屈折光のみを受光部２２に導くものである。なお、貫通孔４２４ＨをチューブＴ内に液体が有る場合の屈折光のみを受光部２２に導く位置に設けても良い。また、図４中、４２３は発光部側側壁であり、４２３Ｈは発光部側側壁に設けた導光構造として機能する貫通孔である。
【００４７】
さらに、前記実施形態の固定板３は、長尺形状をなし、固定用孔３１が複数個設けられたものであったが、チューブ保持体４との間でチューブＴの一部を保持することができる程度の大きさものでも良い。
【００４８】
その上、チューブ保持体４は、保持本体部４１と嵌合突起部４２とを備えるものである必要はなく、嵌合突起部４２のみ、つまり前記実施形態では断面Ｌ字形状のみの構造体であっても良い。
【００４９】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る流路センサの断面図。
【図２】同実施形態のチューブ保持体の下方斜視図。
【図３】同実施形態の流路センサの分解斜視図。
【図４】本発明の変形実施形態に係る流路センサの断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１      ・・・流路センサ
Ｔ      ・・・チューブ
Ｇ      ・・・間隙
２１    ・・・発光部
２２    ・・・受光部
３      ・・・固定板
４      ・・・チューブ保持体
４Ａ    ・・・導光構造
４Ｂ    ・・・遮光構造
４２    ・・・嵌合突起部
４２１  ・・・嵌合部
４２２  ・・・突出部
４２２Ｈ・・・貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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