JP2008164440A - 液面検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒体に姿勢正しく装着することが可能な液面検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ヘッド部５０は、光の投受光動作を行わせる投受光面６６を有する投受光ユニット６０と、投受光ユニット６０を収容する本体ケース７０と、から構成される。本体ケース７０には位置決め壁８７、９７と、ガイド部と、ゴム体１１０と、取り付け孔９９Ａ、９９Ｂとが設けられている。筒体１０に対してヘッド部５０を取り付けると、位置決め壁８７、９７により本体ケース７０が筒体１０に対して位置決めされる。そして、このときにはゴム体１１０がガイド部によってガイドされた投受光ユニット６０を筒体１０に向けて付勢する。この結果、投受光ユニット先端の投受光面６６に形成される投受光軸６７が筒体１０の外周面１０Ａに線当たりする。
【選択図】図１０

Description

本発明は、液体の液位や有無を光学的に検出する液体検出装置に関する。

上記液体検出装置の筒体に対する取り付け構造が種々提案されている（下記特許文献１）。
下記特許文献では、センサヘッド部と管体との間にはバンドが巻回され、センサヘッド部には、ロック位置とロック解除位置との間を移動自在にロック部材が取り付けて構成される。そして、ロック部材をロック位置へ移動すると、ロック部材はセンサヘッド部と結束バンドとの間に嵌入して結束バンドをセンサヘッド部から離遠する方向へ押圧する。この結果、筒体にセンサヘッド部１が保持される。
特開２００４−３０１７０７公報

上記構造では、結束バンドの締め付け力を利用してセンサヘッド部を筒体に押圧保持させている。このような構成のものは、結束バンド５によって締め込み動作を行う過程で、センサヘッド部１が傾いでしまうことがあり、筒体１０にセンサヘッド部１が姿勢正しく装着出来ない恐れがあった（図２６参照）。特に、光学式のセンサは投受光面が筒体に正しい姿勢で当たっていないと、計測に無視できない誤差を生ずることがあり、対策の必要があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、筒体に姿勢正しく装着することが可能な液面検出装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、透光性であって、円筒形をなす筒体に取り付けられ、その筒体内の液体を検出するための液面検出装置であって、前記筒体に向けて光を出射する投光部と筒体からの光を受光する受光部とのうち少なくともいずれか一方を内部に収容し、かつ壁面の一部に光の投受光動作を行わせる投受光面を有する一又は複数の投受光ユニットと、前記受光部によって受光される光の受光量に基づいて液体の有無を検出する検出手段と、前記投受光ユニットを収容する本体ケースと、から構成されるとともに、前記本体ケースには、前記筒体の横断面方向において、前記筒体の中心からの垂線と前記投受光面とが直交し、かつ前記筒体の延設方向に前記筒体の中心線と前記投受光面とが平行になるように、少なくとも３点以上で前記筒体の外周面に当接する当接部と、前記投受光面が３点以上で形成される当接平面と直交する直交方向において、前記投受光ユニットを、前記投光部と前記受光部が投受光を行う投受光軸が垂線に一致するようにガイドするガイド部と、前記投受光ユニットを、前記投受光面が前記本体ケースの壁面から前記筒体に向けて突出するように付勢する付勢手段と、前記本体ケースを前記筒体に固定する固定具が取付けられる取付部と、が設けられているところに特徴を有する。

尚、線は点の集合と考えられるので、上記少なくとも３点以上で当接する当接部の中には、筒体の外周面に線当たりするもの（例えば、線状の片部や、壁部など）も当然に含まれる。

この発明の実施態様として、以下の構成が好ましい。
投受光ユニットの投受光面と反対側の面と、本体ケースの奥壁との間に位置して、投受光ユニットを筒体側に向けて付勢する付勢手段として機能する弾性部材を設ける。このような構成であれば、付勢手段を弾性部材のわずか一部品によって構成できるので、装置の構成が複雑化することがない。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記投受光ユニットの両外壁、及び前記本体ケースにおける両外壁に対応する両内壁のいずれか一方には、軸線が前記当接平面と直交する方向に延びるガイド溝が形成され、他方側には、前記ガイド溝と嵌合し前記ガイド溝と共にガイド部を構成する突状嵌合部が形成されているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載のものにおいて、前記付勢手段によって前記投受光ユニットを付勢する付勢軸が、両ガイド溝と両突状嵌合部との嵌めあいによって前記投受光ユニットの両側に形成される両ガイド部における摩擦力が釣り合う平衡軸と一致する構成であるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のものにおいて、前記投受光面には、複数本の投光用光ファイバ素線の先端と、同一の受光素子に連なる複数本の受光用光ファイバ素線の先端とが、前記投受光面の長手方向において交互、かつ一列状に配置され、前記受光素子によって複数本の受光用光ファイバ素線の全てから受光した受光量に基づいて、液体の有無を検出するところに特徴を有する。

尚、ここでいう投光用光ファイバ素線の先端が請求項１に記載の投光部であり、受光用光ファイバ素線の先端が請求項１に記載の受光部である。

請求項５の発明は、請求項４に記載のものにおいて、前記複数本の投光用光ファイバ素線によって形成される投光検出領域と、前記複数本の受光用光ファイバ素線によって形成される受光検出領域とが互いに重なる検出領域が、検出対象となる筒体のうち、筒体壁の厚みが最も薄い基準厚みにおいて、少なくとも長手方向に連続するように前記投光用光ファイバ素線の配置ピッチ及び前記受光用光ファイバ素線の配置ピッチが設定されているところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のものにおいて、前記取付部は、前記筒体の延設方向について前記投受光ユニットを両側から挟むように前記本体ケースに２箇所設けられているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
請求項１の発明の構成によると、液面検出装置を取り付けるべく筒体に本体ケースを宛がうと、まず、投受光面が筒体に先当たりする。続いて、付勢手段の付勢力に抗する力で本体ケースを筒体に向けて押し込んでやる。すると、投受光ユニットは、投受光面が筒体に当接した状態を維持しつつ、本体ケース内へと退避してゆく。やがて、当接部が筒体の外周面に当接するが、このときに、筒体に対する本体ケースの傾きが矯正され、本体ケースは筒体に正規姿勢を保って３点当たりした状態となる。

従って、後は、取付具を介して本体ケースを筒体に対して固定してやれば、投受光面の傾きなく（筒体の中心からの垂線と投受光面とが直交する状態）液面検出装置を筒体に装着できる。ここで仮に、投受光面が傾いで装着されてしまうと、受光部が筒体からの反射光（或いは透過光）をうまく受光できない等の事態が起き、これが検出精度の低下を招く恐れがある。この点、本発明であれば、係る不具合を未然に回避できるので、検出精度について信頼性の高い液面検出装置を提供することが出来る。

＜請求項２の発明＞
請求項２の構成では、ガイド溝と突状嵌合部の嵌めあいによりガイド部を構成させた。このようにガイド部を構成すれば、ガイド部として専用部品を設ける必要がなく、装置を安価に形成できる。

＜請求項３の発明＞
請求項３の構成であれば、付勢手段の付勢軸が、両ガイド部における摩擦力が釣り合う平衡軸と一致するように設定されているので、付勢手段の付勢力を投受光ユニットにロスなく伝達でき、また投受光ユニットの進退動作も安定する。

＜請求項４の発明＞
このものでは、投光用光ファイバ素線と、受光用光ファイバ素線を交互に配置している。このような構成であれば、投光用光ファイバ素線と、受光用光ファイバ素線を別の列に分けて配置する場合に比べて、投光用光ファイバ素線の配置ピッチ、受光用光ファイバ素線の配置ピッチがそれぞれ広くなる。そのため、筒体内の液体にある程度大きな気泡が含まれていたとしても、その影響を受ける光軸の数が少なくて済む。

＜請求項５の発明＞
一般に、光ファイバ素線の先端から出射された光は有る程度広がりつつ進む。そのため、一の光ファイバ素線で照射可能な投光検出領域（筒体の内周面に検出光を投光できる範囲）は筒体の厚みが薄いほど狭くなる。また、これと同様に筒体の厚みが薄いほど、一の光ファイバ素線に狭い範囲の光しか導入出来ず、受光可能な受光検出領域が狭くなる。

ここで、液面の検出（検出光を投受光させるには）を行うには、これら投光検出領域と受光検出領域の双方が重複する検出領域が筒体１０の長手方向に連続していることが必要である。

この点を考慮し、本実施形態のものは、各光ファイバ素線の配置ピッチを筒体の厚みが最も薄い基準厚みを基準に定めた。すなわち、筒体壁部の厚みが最も薄い場合であっても、投光側の投光検出領域が筒体の長手方向に連続するように光ファイバ素線の配置ピッチを定め、かつ受光側の受光検出領域についても、投光側と同じく筒体の長手方向に連続するように光ファイバ素線の配置ピッチを定めた。

このような構成であれば、投光検出領域と受光検出領域の双方が重複する検出領域が筒体の長手方向に連続させることができ、筒体の厚みが薄いものから広いもののまで精度に差異なく、液面のレベルを検出できる。

＜請求項６の発明＞
請求項６の発明の構成であれば、本体ケースを筒体にしっかりと固定できるから、投受光動作が安定し、より一層検出精度が高まる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図１８によって説明する。
図１は、本実施形態に適用された液面検出装置Ｚの全体構成を示す図ある。
本液面検出装置Ｚは、透明筒体（以下、単に筒体）１０の液量（液位）を検出するものである。同図に示す符号２０はセンサ本体、符号５０はヘッド部である。センサ本体２０は投光素子２１、投光回路３１、受光素子２５、受光回路３５、制御回路（本発明の「検出手段」の一例）４０、出力回路４１を備えている。投光素子２１並びに受光素子２５は、ヘッド部５０に連なる光ファイバＦ、Ｇに投光面、受光面を向けて配置されている。

ヘッド部５０は、投受光ユニット６０と、同ユニット６０を内部に収容するヘッドケース（本発明の「本体ケース」の一例）７０とから構成されている。図２に示すように、投受光ユニット６０内には、センサ本体２０から引き出された光ファイバＦ、Ｇが導入されている。

投受光ユニット６０の前面（図２における左側面）は投受光面６６とされる。投受光ユニット内に導入された光ファイバＦ、Ｇは、先端を投受光面６６に突き当てた姿勢に保持されている。尚、本実施形態のものは、投光用の光ファイバＦ、並びに受光用の光ファイバＧは、いずれも複数の光ファイバ素線（以下、単にファイバ素線とも言う）ｆ、ｇから形成されている。そして、本実施形態のものは、図７を参照して後に詳しく説明するが、これらファイバ素線ｆ、ｇが、投光用／受光用を交互に配置しつつ、全体としては一列状（上下方向）に配置されている。

次に、本液面検出装置Ｚの検出動作を簡単に説明する。
投光素子２１が駆動され、検出光が発せられると、その光は投光用の光ファイバＦを通ってヘッド部５０に導かれる。その後、検出光は投光用の光ファイバＦの先端、すなわち投受光面６６から筒体１０に向けて照射される。

照射された光は筒体１０の外周面１０Ａを通過し内周面１０Ｂに向かう。このとき、筒体１０の液面が、図３に示すように検出光の高さに達していないと、液面と筒体内周面１０Ｂの境界Ｌ１では、反射する光が直進する光より多い状態となる。

そして、境界Ｌ１で反射した検出光は受光用の光ファイバＧに導入され、その後、センサ本体２０内の受光素子２５により受光される。従って、液体Ｗの液面が検出光の高さ位置に達していない、すなわち筒体１０内の液量が少ない場合には、検出信号Ｓｒとしてレベルの高い信号が受光回路３５から出力される。

これに対して、筒体１０の液体Ｗの液面が、図４に示すように検出光の高さに達していると、液面と筒体内周面１０Ｂの境界Ｌ１では、直進する光の割合が反射する光の割合より多い状態となる。

従って、受光用の光ファイバＧに導入される光、ひいては受光素子２５により受光される光の光量が少なくなる。従って、液体Ｗの液面が検出光の高さ位置に達している、すなわち筒体１０内の液量が多い場合には、検出信号Ｓｒとしてレベルの低い信号が受光回路３５から出力される。

以上のことから、受光回路３５から出力される受光信号Ｓｒのレベルを、制御回路４０により所定の基準値と比較するなどの比較処理を実行してやることで、筒体の液量（液面の高さ）を検出来る。

ここで仮に、図５に示すように投受光面６６と筒体１０の外周面１０Ａとの境界に空隙が生じていたとすると、検出光が筒体１０の壁面内に到達する以前の段階（投受光面６６そのもの、並びに筒体１０の外周面１０Ａ）で反射を起こす。このような現象が起きると、例えば、図５中にあるように、液面の高さがある程度高い場合にも、受光量が高くなってしまい、検出誤差を生じさせる。すなわち、この種のセンサでは、筒体１０の外周面１０Ａに投受光面６６を密着させ、間に空隙を作らないことがセンサの検出精度を高く維持する上で必要な事項とされる。

次に、ヘッド部５０の構造、並びに筒体１０に対するヘッド部５０の取り付け構造について説明する。図６はヘッド部５０の分解斜視図、図７はヘッド部５０の斜視図である。投受光ユニット６０は、図６においてＡ方向（水平方向）に長い形状（長方体形状）をなす。投受光ユニット６０の前面壁６５には上下に長い開口が形成され、そこには、投受光面６６として機能する透明性のガラス板が嵌合されている。

この投受光面６６の幅方向の中央には、図７に示すように投受光軸６７が設けられている。投受光軸６７は上下に延びており、そこには、投光用の光ファイバＦのファイバ素線ｆの先端と、受光用の光ファイバＧのファイバ素線ｇの先端が等間隔で交互に配置されている。

尚、本明細書を通じて投受光軸とは投光側の軸と受光側の軸の総称である。本実施形態では、投光側と受光側で軸を共用させる構成を採用させており、投受光軸６７は１本である。これに対し、例えば、投光側と受光側で軸を別々にする構成のものでは、投受光軸が２本の構成（図２５に例示、投光軸４１５、受光軸４２５）となる。また、投光側と受光側で軸を別々にする構成には、図２１に示すように、投光側の投光軸Ｌ１０、受光側の受光軸Ｌ１１を単一のヘッドケース７０内に極接近させて配置することも可能であり、この場合には、両軸Ｌ１０、Ｌ１１の丁度中間位置が投受光軸となる。

さて、一般に、光ファイバ素線ｆの先端から出射された光は有る程度広がりつつ進む。そのため、一の光ファイバ素線ｆから照射可能な投光検出領域（筒体１０の内周面１０Ｂに検出光を投光できる範囲）は、筒体１０の厚みｄが薄いほど狭くなる。また、これと同様に筒体１０の厚みｄが薄いほど、一の光ファイバ素線ｇに狭い範囲の光しか導入出来ず、受光可能な受光検出領域が狭くなる（図１６、図１７参照）。

ここで、液面の検出（検出光を投受光させるには）を行うには、これら投光検出領域と受光検出領域の双方が重複する検出領域が筒体１０の長手方向（図１６、図１７の上下方向）に連続していることが必要である。

この点を考慮し、本実施形態のものは、各ファイバ素線ｆ、ｇの配置ピッチを筒体１０の厚みｄが最も薄い基準厚み（図１７のもの）を基準に定めた。すなわち、筒体壁部の厚みｄが最も薄い場合であっても、投光側の投光検出領域が筒体１０の長手方向に連続するようにファイバ素線ｆの配置ピッチを定め、かつ受光側の受光検出領域についても、投光側と同じく筒体１０の長手方向に連続するようにファイバ素線ｇの配置ピッチを定めた。

このような構成であれば、基準厚み、及びそれ以上の厚みの筒体において、投光検出領域と受光検出領域の双方が重複する検出領域を筒体１０の長手方向に連続させることができ、筒体１０の厚みが薄いものから広いもののまで精度に差異なく、液面のレベルを検出できる。

図６に戻って説明を続けると、投受光ユニット６０の後面壁６８であって、上下方向の中央となる位置は、前面壁６５側に向けて所定幅に渡って凹んでおり、そこは凹部６８Ａとされる。

また、投受光ユニット６０の左右の両側面壁６１であって上下方向の中央となる位置には、嵌合突部（本発明の「突状嵌合部」の一例）６２がそれぞれ形成されている。投受光ユニット６０の左右に形成される両嵌合突部６２は共に、軸線Ｌ３が水平方向に延びる横長な形状をなす。

また、投受光ユニット６０の下部にはファイバ導入部６９が形成されている。このファイバ導入部６９を通じて、センサ本体２０に連なる投光用の光ファイバＦ並びに、受光用の光ファイバＧが投受光ユニット６０内に導入されるようになっている。

次に、ヘッドケース７０について説明する。ヘッドケース７０は、本体７１と蓋部材９１から構成されている。本体７１は、図６において右手前側の側面が開口しており、そこから投受光ユニット６０を内部に収容させる構成となっている。そして、本体７１の外周部には、周壁８１〜８４が形成されており、この周壁８１〜８４の先端面に蓋部材９１をつき合わせることで、投受光ユニット６０の四方を覆うことが出来るようになっている。

また本体７１の周壁８１〜８４であって、投受光ユニット６０の投受光面６６に対応する前面中央部は切りかかれ、開口している。この開口８５は、ヘッドユニット前面の投受光面６６をケース７０の内外において出入りさせる連絡孔としての機能を担っている。すなわち、本実施形態のものは、ヘッドケース７０に対して投受光ユニット６０がやや隙間を持って嵌合されている。これにより、投受光ユニット６０が、次に述べるガイド溝７３、９３と嵌合突起６２の嵌合による案内作用を受けつつ、ヘッドケース７０内において水平方向に移動できる構成となっている。

具体的に説明すると、本体７１の側面壁７２と蓋部材９１であって投受光ユニット６０との合わせとなる内面側には、ガイド溝７３、９３が形成されている。ガイド溝７３、９３は投受光ユニット６０に形成される嵌合突起６２と対をなすものである。このガイド溝７３、９３は、軸線Ｌ２が水平方向に真っ直ぐに延びており、嵌合突起６２を内部に隙間なく収容させる構成となっている。

本実施形態では、ガイド溝７３、嵌合突起６２とから構成される図６において奥側のガイド部と、ガイド溝９３、嵌合突起６２とからなる図６において手前側のガイド性能は同等である。すなわち、投受光ユニット６０がガイド溝７３、９３に沿った進退動作を行うときに、ガイド部から受ける摩擦力（ガイド溝７３、９３内を嵌合突起６２が摺動する際の摺動抵抗）の大きさは均等であり、図１８に示すガイド平衡軸Ｌ８が投受光ユニット６０の幅方向（図１８では上下方向）の中心に一致する設定となっている。

補足すると、仮に、投受光ユニット６０が両ガイド部から受ける摩擦力の大きさが図１８に示す上下のガイド部で異なる設定であれば、当然に、ガイド平衡軸Ｌ８は中心から摩擦力のより大きなガイド部側に寄ることとなる。例えば、図１８に示す上側のガイド部の方が、下側のガイド部より摩擦力が大きい状態にあれば、そのときには、ガイド平衡軸Ｌ８の位置は図１８に示す位置から、所定距離上方に平行移動した位置になる。

これらガイド溝７３、９３と嵌合突起６２とからなる両ガイド部は、投受光軸６７が後述する垂線Ｌ６に一致するように投受光ユニット６０をガイドしつつ、該投光ユニット６０を水平に進退させるガイド機能を担っている。また、ガイド溝７３の溝端は、投受光ユニット６０の進退動作を所定の範囲に規制するストッパとしての機能を担っている。

また、本体７１の後部の周壁８４は他に比べてやや肉厚が薄く形成されるとともに、投受光ユニット６０に形成される凹部６８Ａの対応する位置に凹部８４Ａが形成されている。これら両凹部６８Ａ、８４Ａは収容部を形成しており、そこに、円筒形状をなすゴム体（本発明の「付勢手段」の一例）１１０が、軸線（本発明の「付勢軸」に相当）Ｌ４を、上記ガイド平衡軸Ｌ８に一致させて配置させている（図１８参照）。

このような構成とすることで、ガイド性能としてバランスのとれたポイントをゴム体１１０で押すことができ、ゴム体１１０の付勢力を効率よく投受光ユニット６０に伝えることが出来る。

尚、ゴム体１１０の軸線Ｌ４は投受光ユニット６０の幅方向においては、上記ガイド平行軸Ｌ８に一致しているが、更に上下方向ではガイド部の中心線Ｌ２、Ｌ３に一致している。このような構成とすることで、ゴム体１１０の付勢力をより効率的に投受光ユニット６０に伝えることが出来るようになっている。

そして、上述のゴム体１１０が投受光ユニット６０を装置前方へと押圧する結果、図９に示すように、投受光面６６がヘッドケース７０の前面壁８１、８２から装置前側に突出した状態となる。また、図９に示すように、ヘッドケース７０の前面壁８１、８２の左右両側には、位置決め壁（本発明の「当接部」の一例）８７、９７が形成されている。

この位置決め壁８７、９７は、ヘッドケース７０の全高に渡って等幅に形成されるとともに、前面壁８１、８２からの張り出し高さ（図１０中のＡ寸法）は、突出状態にある投受光面６６より、位置決め壁８７、９７の前端がやや後側（図１０中では右側）に後退した位置関係となるように設定されている。

かかる位置決め壁８７、９７は筒体１０に対して投受光ユニット６０を位置決めする機能を担っている。すなわわち、これら両位置決め壁８７、９７を筒体１０の外周面１０Ａに突き当てると、筒体１０の中心Ｏからの垂線Ｌ６にヘッドケース７０、ひいては投受光ユニット６０の中心線Ｌ９が一致した状態となる（図１０参照）。

これにより、投受光ユニット６０は、垂線Ｌ６に中心線Ｌ９を一致させた状態を保ちつつ、ガイド部のガイド作用を受けてヘッドケース７０内において水平に進退される。尚、図９に示す平面Ｒは当接平面である。当接平面Ｒは上記両位置決め壁８７、９７の先端面を含む平面である。

また、ヘッドケース７０の前部には、取り付け孔９９Ａ、９９Ｂが上下に２箇所形成されている。この取り付け孔９９Ａ、９９Ｂは、内部に収容される投受光ユニット６０を避けた位置にあって、ヘッドケース７０を左右に貫通している。尚、この取り付け孔９９Ａ、９９Ｂが本発明の「取付部」の一例である。

次に、上記の如く構成されたヘッド部５０の筒体１０に対する取り付け手順について、図１０を参照しつつ、説明を行う。
取り付けを行うには、まず、投受光面６６を筒体１０に向けた姿勢とし、その状態からヘッド部５０を筒体１０に対して押し当ててやる。これにより、図１０の上段に示すように、筒体１０の外周面１０Ａに対して投受光面６６が当接した状態となる。

その後、ヘッド部５０の全体を筒体１０に向けて、軽く押し込んでやる。すると、ヘッド内部のゴム体１１０が投受光ユニット６０を介して押され縮小変形する。これにより、投受光ユニット６０の全体がヘッドケース７０の内部へと後退してゆく。

そのため、ヘッドケース７０の前面壁８１、８２に形成される左右の位置決め壁８７、９７が筒体１０の外周面１０Ａに次第に接近してゆき、やがて当接する。このとき、図１１に示すように、左右の両位置決め壁８７、９７がその全高（図１１に示す寸法Ｂ）に渡って、筒体１０の外周面１０Ａに当接する。

これにより、例えば、図１０に示す上段の段階、すなわち、位置決め壁８７、９７が筒体１０の外周面１０Ａに突き当たる前の段階において、ヘッド部５０が、図１２において一点鎖線で示すように筒体１０に対して中心軸Ｌ５が傾いだ姿勢にあったとしても、左右の両位置決め壁８７、９７が筒体１０の外周面１０Ａに線当たりすることで、その傾きが矯正され、当接後は、図１２において実線で示す姿勢になる。

そして、このときにも、依然としてゴム体１１０が投受光ユニット６０を装置前側、すなわち筒体１０に向けて付勢した状態にあり、更には、ガイド溝７３、９３と嵌合突起６２とからなるガイド部が投受光ユニット６０をガイドしている。

従って、筒体１０の横断面方向（水平断面方向）において、筒体１０の中心Ｏからの垂線Ｌ６と投受光面６６とが直交した状態となり（図１０の中段参照）、かつ、筒体１０の延設方向に筒体１０の中心線Ｌ７と投受光面６６とが平行になる（図１１参照）。すなわち、投受光面６６において幅方向の中央に形成される投受光軸６７が筒体１０の外周面１０Ａに線当たりした状態となる。

あとは、図１０の中段に示す状態を維持しつつ、結束バンド（例えば、バンド外周に設けられる有段の爪１３１を、受け部１３５に選択係止させることで結束を図るもの）１２０Ａ、１２０Ｂをヘッドケース７０の上下に設けられる取り付け孔９９Ａ、９９Ｂにそれぞれ通して、取り付け作業を行ってやれば、図１０の下段、並びに図１３に示すように、筒体１０に対するヘッド部５０の取り付けが完了する。尚、結束バンドが本発明の「固定具」の一例である。

このように、図１０に示す過程（上段→中段→下段）を経て取り付けを行えば、取り付け完了時には、投受光軸６７が筒体１０の外周面１０Ａに線当たりした状態となる。従って、取り付け姿勢が不十分なことに起因する検出誤差の発生を未然に回避でき、検出精度が高く信頼性の高い液面検出装置Ｚを提供することが出来る。

また、本実施形態のものは、ヘッド部５０を筒体１０に固定するのに結束バンド１２０Ａ、１２０Ｂを用いている。ここで仮に、ゴム体１１０による投受光ユニット６０の付勢を廃止した場合には、ヘッド部５０を筒体１０に固定し続けるための保持力を、結束バンド１２０Ａ、１２０Ｂの締め付け力だけで発生させる必要がある。

従って、この場合には、取り付け作業時に結束バンド１２０Ａ、１２０Ｂを強い力で締め込む必要があり、作業性が悪く、また、ヘッド部５０が傾ぎ易くなる。この点、本実施形態のものは、筒体１０に投受光ユニット６０が弾性的に接している。従って、同じ保持力を達成するのに、少なくとも、結束バンド１２０Ａ、１２０Ｂの締め付け力を、弾性接触分（ゴム体の付勢力分）は弱く出来る。従って、取り付け作業性がよく、この点においても好適である。

また、本実施形態のものは、投受光面６６上に投光用の光ファイバＦのファイバ素線ｆと受光用の光ファイバＧのファイバ素線ｇの先端を等間隔で交互に配置している。このような構成とすることで、以下に説明するように液面の検出において、気泡Ｋの影響を受け難く出来るという効果が得られる。

図１４に示すように、液体Ｗ中に気泡Ｋがあって、それに検出光の光路が重なると、気泡Ｋの表面で検出光は反射される。反射光はその後、ヘッド部５０側に向かうので、受光用の光ファイバ（図１４中では、不図示）に導入され、センサ本体２０の受光素子２５により受光される。すなわち、本来的（気泡Ｋがなければ）には、受光されない筈の光が、気泡Ｋの影響を受けて受光されてしまう。

一般に、このような気泡Ｋの影響を受けた光軸が、全光軸中の一部であれば、他の光軸の検出結果を優先させ、一部の光軸についてはキャンセル（検出にその結果を反映させない）処置が行われる。従って、同じ大きさの気泡Ｋに対して影響を受ける光軸数の割合が少ないほど、気泡Ｋの影響を受け難いということが出来る。

ここで、図１４中の例では、投光用の光ファイバＦのファイバ素線ｆを単独で配置しており、ファイバ素線ｆ４〜ｆ６の３光軸がキャンセルされることとなる。これに対して、本実施形態のものは、図１５に示すように、投光用の光ファイバＦのファイバ素線ｆと、受光用の光ファイバＦのファイバ素線ｇとを交互で配置しており、光軸の配置ピッチが図１４の約２倍になっている。また、気泡Ｋの影響を受けてキャンセルされる光軸はｆ３の１光軸のみとなっている。

すなわち、本実施形態のものは、図１４の例に対して、光軸の配置ピッチが２倍になっているのに対して、キャンセルされる光軸の数は１／３になっているので、図１４に示す光軸の配置パターンに比べて、光軸全体から見たときに、影響を受ける光数の割合が少ないといえる。尚、補足しておくと、図１４において、仮に、キャンセルされる光軸が２光軸であれば、図１５のものと光軸全体から見たときに、影響を受ける光数の割合が同程度ということになる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図１９によって説明する。
実施形態１では、投受光ユニット６０をゴム体１１０によって付勢する構成を採用した。これに対して、実施形態２のものは、投受光ユニット６０をコイルスプリング２１０、２２０によって付勢する構成をとったものである。そして、本実施形態では、コイルスプリング２１０、２２０を投受光ユニット６０の上下に配置することで、力のバランスを取り、投受光ユニット６０が水平にまっすぐ付勢されるように配慮してある。他の構成は実施形態１と同一である。

＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３を、図２０によって説明する。
実施形態１のものは、姿勢を矯正つつつ筒体１０にヘッド部５０を位置決めする部材を、一対の位置決め壁８７、９７によって形成させた。これに対して実施形態３のものは、ヘッド部５０を位置決めする部材を、位置決め突起２３０〜２６０によって形成させた。位置決め突起２３０〜２６０の配置位置は図２０に示す通りであり、ヘッドケース７０の前面壁の４隅に設置されている。また、各位置決め突起２３０〜２６０の形状は、円錐状をなしている。

そして、上記位置決め突起２３０〜２６０を形成したヘッド部５０を筒体１０に対して取り付けると、位置決め突起２３０〜２６０の各先端が、筒体１０の外周面１０Ａにそれぞれ当接（不図示）したところで、姿勢が安定する。この結果、実施形態１と同様にヘッド部５０が筒体１０に対して傾いだ姿勢のまま取り付けがなされることがなく、実施形態１と同様の作用効果が得られる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）実施形態１では、投光用光ファイバＦの素線ｆと受光用光ファイバＧの素線ｇの先端を等間隔で交互に配置したが、例えば、図２１に示すように、投光用光ファイバＦの素線ｆの先端を一列状に並べて投光軸（投受光軸）Ｌ１０を形成させ、その横に受光用光ファイバＧの素線ｇの先端を一列状に並べて受光軸（投受光軸）Ｌ１１を形成するものであっもよい。

（２）実施形態１では、ヘッド部５０に取り付け孔９９Ａ、９９Ｂを２箇所設けて、２本の結束バンド１２０Ａ、１２０Ｂによりヘッド部５０を筒体１０に固定する構成をとった。しかし、筒体１０に対するヘッド部５０の固定は、１本の結束バンドによって行ってもよく、この場合にはヘッド部５０に形成される取り付け孔２７０を図２１に示すように、上下方向の中央付近に設けておくことが好ましい。

（３）実施形態１では、筒体１０に対するヘッド部５０の取り付けに拘束バンド１２０Ａ、１２０Ｂを用いたが、ヘッド部５０の取り付けは上記構成の他にも、図２２に示すように吸着体３２０を使用して取り付けを行う構成、或いは図２３に示すように、２つの挟持片３５０、３６０を使用して取り付けを行う構成など種々の変形が可能である。

尚、図２２に示す吸着体３２０を用いる場合には、吸着体３２０が設置されるバンド３１０を、フレキシブルな構成（図２２の例では、バンドを複数の小片から分割させている）とすることが好ましい。このような構成とすれば、筒体１０にバンド３１０ひいては吸着体３２０を密着させることが可能となり、筒体１０に対するヘッド部５０の装着が確実なものと出来る。

また、図２３に示す挟持片３５０、３６０を用いる場合には、ヘッド部５０の上壁にヒンジ３４０を設け、その後方に操作部３７０を設けることが好ましい。このような構成であれば、操作部３７０に対する押圧操作により挟持片３５０、３６０を簡単に拡開でき、ワンタッチで取り付け作業性を行うことが出来る。尚、図中には示してしないが、ヒンジ３４０には付勢手段が設けられており、両挟持片３５０、３６０を閉じ方向に付勢している。

（４）図２１の例のように、投光軸Ｌ１０と受光軸Ｌ１１を個別に形成される場合には、以下の技術が適用できる。実施形態１では、投光素子２１から出射された光を投光軸Ｌ１０に沿った線状光とするのに光ファイバ素線ｆを使用したが、光を線状にする構成には上記光ファイバ素線ｆを使用するものの他にも、図２４に示すように、光の反射を利用して線状光とすることも可能である。尚、図２４における符号３８０は、プリズム、ミラー等の反射体である。

（５）実施形態１では、一のヘッド部５０に投光用光ファイバ素線ｆと受光用光ファイバ素線ｇの双方を収容させたものを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、投光側のヘッド部と、受光側のヘッド部を独立させた構成のもの（図２５参照）への適用も可能である。すなわち各ヘッド部を構成するヘッドケースのそれぞれに、位置決め壁８７、９７、ガイド部、ゴム体などを設け、ヘッドケース内に収容される投光ヘッド、受光ヘッドをガイドしつつ付勢する構成とするのである。

尚、図２５において、符号４１０は投光ヘッド部（ヘッドケース）、４１１は投光面、４１５は投光軸である。また、符号４２０は受光ヘッド部（ヘッドケース）、４２１は受光面、４２５は受光軸である。また、Ｌ１５、Ｌ１６は筒体１０の中心Ｏからの垂線である。また、符号４６０はヒンジ、符号４５０は両ヘッド部４１０、４２０を連結しておくための連結片部である。

（６）実施形態１では、液体検出装置Ｚとしてヘッド分離型のもの、すなわちセンサ本体２０に対してヘッド部５０が分離したものを例示したが、本発明はヘッド分離型に限定されるものではなく、一体型（センサ本体にヘッド部が設けられたもの）に適用することも、無論可能である。

（７）実施形態１では、光センサとして、いわゆる反射型（反射光を受光して検出を行うもの）を例示したが、透過型（筒体を透過した光を受光して検出を行うもの）にも、適用可能である。尚、この場合には、投光側のヘッド部と、受光側のヘッド部とをそれぞれ独立させて設け、これら両ヘッド部を筒体１０に対して個別に装着する構成となる。

実施形態１に係る液面検出装置の全体構成を概念的に示す図 ヘッド部の断面図 検出動作を示す図 同じく検出動作を示す図 同じく検出動作を示す図 ヘッド部の分解斜視図 投受光面を正面から見た図（投受光軸を示す図） ヘッド部の断面図（ゴム体による投受光ヘッドの付勢構造を示す） ヘッド部の斜視図 ヘッド部を筒体に取り付ける作業手順を示す図 筒体に対しヘッド部の取り付け姿勢が平行となっていることを示す図 ヘッド部の姿勢が矯正されることを示す図 ヘッド部を筒体に装着した状態を示す斜視図 気泡により光軸の一部がキャンセルされることを説明した図 気泡により光軸の一部がキャンセルされることを説明した図 ファイバ素線の配置を示す図 同じくファイバ素線の配置を示す図 図９を水平方向に切断した投受光ユニットの断面図 実施形態２におけるヘッド部の断面図 実施消形態３におけるヘッド部の斜視図 他の実施形態を示す図 他の実施形態を示す図 他の実施形態を示す図 他の実施形態を示す図 他の実施形態を示す図 従来例を示す図

符号の説明

２０…センサ本体
５０…ヘッド部
６０…投受光ユニット
６２…嵌合突部（本発明の「ガイド部」の一例）
６６…投受光面
６７…投受光軸
７０…ヘッドケース（本発明の「本体ケース」の一例）
７３…ガイド溝（本発明の「ガイド部」の一例）
８７、９７…位置決め壁（本発明の「当接部」の一例）
９９Ａ、９９Ｂ…取り付け孔（本発明の「取付部」の一例）
１２０Ａ、１２０Ｂ…結束バンド（本発明の「固定具」の一例）
１１０…ゴム体（本発明の「付勢手段」の一例）
ｆ…光ファイバ素線（本発明の「投光部」の一例）
ｇ…光ファイバ素線（本発明の「受光部」の一例）
Ｆ…投光用の光ファイバ
Ｇ…受光用の光ファイバ
Ｚ…液面検出装置

Claims (6)

1. 透光性であって円筒形をなす筒体に取り付けられ、その筒体内の液体を検出するための液面検出装置であって、
   前記筒体に向けて光を出射する投光部と前記筒体からの光を受光する受光部のうち、少なくともいずれか一方を内部に収容し、かつ壁面の一部に光の投受光動作を行わせる投受光面を有する一又は複数の投受光ユニットと、
   前記受光部によって受光される光の受光量に基づいて液体の有無を検出する検出手段と、
   前記投受光ユニットを収容する本体ケースと、から構成されるとともに、
   前記本体ケースには、
   前記筒体の横断面方向において、前記筒体の中心からの垂線と前記投受光面とが直交し、かつ前記筒体の延設方向に前記筒体の中心線と前記投受光面とが平行になるように、少なくとも３点以上で前記筒体の外周面に当接する当接部と、
   前記投受光面が３点以上で形成される当接平面と直交する直交方向において、前記投受光ユニットを、前記投光部と前記受光部が投受光を行う投受光軸が前記垂線に一致するようにガイドするガイド部と、
   前記投受光ユニットを、前記投受光面が前記本体ケースの壁面から前記筒体に向けて突出するように付勢する付勢手段と、
   前記本体ケースを前記筒体に固定する固定具が取付けられる取付部と、が設けられていることを特徴とする液面検出装置。
2. 前記投受光ユニットの両外壁、及び前記本体ケースにおける両外壁に対応する両内壁のいずれか一方には、軸線が前記当接平面と直交する方向に延びるガイド溝が形成され、
   他方側には、前記ガイド溝と嵌合し前記ガイド溝と共にガイド部を構成する突状嵌合部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記付勢手段によって前記投受光ユニットを付勢する付勢軸が、両ガイド溝と両突状嵌合部との嵌めあいによって前記投受光ユニットの両側に形成される両ガイド部における摩擦力が釣り合う平衡軸と一致する構成であることを特徴とする請求項２に記載の液面検出装置。
4. 前記投受光面には、複数本の投光用光ファイバ素線の先端と、同一の受光素子に連なる複数本の受光用光ファイバ素線の先端とが、前記投受光面の長手方向において交互、かつ一列状に配置され、
   前記受光素子によって前記複数本の受光用光ファイバ素線の全てから受光した受光量に基づいて、前記液体の有無を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ一項に記載の液面検出装置。
5. 前記複数本の投光用光ファイバ素線によって形成される投光検出領域と、前記複数本の受光用光ファイバ素線によって形成される受光検出領域とが互いに重なる検出領域が、検出対象となる筒体のうち、筒体壁の厚みが最も薄い基準厚みにおいて、少なくとも長手方向に連続するように前記投光用光ファイバ素線の配置ピッチ及び前記受光用光ファイバ素線の配置ピッチが設定されていることを特徴とする請求項４に記載の液面検出装置。
6. 前記取付部は、前記筒体の延設方向について前記投受光ユニットを両側から挟むように前記本体ケースに２箇所設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の液面検出装置。

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