JP2011099824A - 液面レベル検出装置のコンタクト及び液面レベル検出装置 - Google Patents

液面レベル検出装置のコンタクト及び液面レベル検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】液面レベル検出装置の小型化と耐久性の向上とを図ることができる液面レベル検出装置のコンタクトを提供すること。
【解決手段】液面レベル検出装置のコンタクト31であって、第1接点37を装備する第1位置41が一端側に設定されると共に第2接点38を装備する第2位置43が他端側に設定された接点支持部61と、ホルダ33に片持ち梁状に支持されると共に自由端が第1位置41と第2位置43の中間で接点支持部61に一体化された片持ちばねアーム部63と、を備え、片持ちばねアーム部63の自由端の撓み変位による押圧荷重が第1接点37及び第2接点38に均等配分されるように、自由端と接点支持部61との接合位置を設定した構成。
【選択図】図3

Description

本発明は、液面レベル検出装置のコンタクト及び液面レベル検出装置に関する。
図5〜図7は、液面レベル検出装置の従来例を示したものである。
図5〜図7に示した液面レベル検出装置1は、下記特許文献1に開示されたもので、液面レベルの検出対象となる液体を貯留した容器内に固定される装置フレーム3と、前記容器内の液面レベルの変化に応じて回動するように装置フレーム3に支持されるホルダ5と、該ホルダ5に固定されたコンタクト7と、装置フレーム3に固定装備された抵抗板9と、液面レベルを示す信号を出力する出力端子11a,11bとを備えている。
ホルダ5は、図5に示すように、装置フレーム3上の回動支点13に回動自在に取り付けられている。ホルダ5には、不図示のフロートが先端に装備されたフロートアーム15の基端が固定されている。ホルダ5は、フロートに作用する浮力によってフロートアーム15に作用する回転モーメントM1(図5参照)によって、回動支点13回りに回動する。
コンタクト7は、図6に示すように、ホルダ5と一体に回動するようにホルダ5に片持ち梁状に固定された導電材料製の接点支持ばね17と、この接点支持ばね17の自由端側に装備される導電材料製の第1接点18及び第2接点19と、を備えている。
接点支持ばね17は、図7に示すように、第1接点18が取り付けられる第1位置21aが自由端に設定された第1支持ばね21と、第2接点19が取り付けられる第2位置22aが自由端に設定された第2支持ばね22と、これらの第1支持ばね21及び第2支持ばね22の基端同士を連結した連結部23と、を備えた構成である。従って、第1支持ばね21と第2支持ばね22は、基端で一体化し、互いに導通している。
接点支持ばね17は、図6に示すように、連結部23がホルダ5に固定されることで、片持ち梁状にホルダ5に支持されている。
接点支持ばね17を構成する第1支持ばね21は、基端が連結部23に連結された左右一対の板ばね21b,21cから構成されている。左右一対の板ばね21b,21cは、それぞれの自由端が連結一体化していて、連結一体化した合流部21dに第1位置21aが設定されている。第1支持ばね21は、自由端の第1位置21aに作用する曲げ荷重に対して、単一の片持ち梁の如く機能する。
第1支持ばね21を構成している左右一対の板ばね21b,21cは、図7及び図8に示すように、いずれも、幅寸法がb、高さ寸法がhの矩形の一様断面で、長さがL2の片持ち梁として機能する。
第2支持ばね22も、第1支持ばね21と同様の構成である。即ち、第2支持ばね22は、基端が連結部23に連結された左右一対の板ばね22b,22cから構成されている。また、左右一対の板ばね22b,22cは、それぞれの自由端が連結一体化していて、連結一体化した合流部22dに第2位置22aが設定されている。第2支持ばね22は、自由端の第2位置22aに作用する曲げ荷重に対して、単一の片持ち梁の如く機能する。
第2支持ばね22を構成している左右一対の板ばね22b,22cは、図7及び図8に示すように、いずれも、幅寸法がb、高さ寸法がhの矩形の一様断面で、長さがL1の片持ち梁として機能する。
抵抗板9には、図6及び図7に示すように、第1摺動抵抗25と、第2摺動抵抗26とが固定装備されている。
第1摺動抵抗25は、図6に示すように接点支持ばね17の自由端が図中の矢印B方向に撓み変位(正確には、第1支持ばね21の自由端が図中の矢印B方向に撓み変位)した状態となって、第1接点18が押圧接触するように、抵抗板9上に装備されている。また、第1摺動抵抗25は、ホルダ5の回動時に第1接点18が当該抵抗上を摺動するように、円弧状に装備されている。
一方、第2摺動抵抗26は、図6に示すように接点支持ばね17の自由端が図中の矢印B方向に撓み変位(正確には、第2支持ばね22の自由端が図中の矢印B方向に)した状態となって、第2接点19が押圧接触するように、抵抗板9上に装備されている。また、第2摺動抵抗26は、ホルダ5の回動時に第2接点19が当該抵抗上を摺動するように、円弧状に装備されている。
第1摺動抵抗25の一端側は、出力端子11aに導通接続されている。また、第2摺動抵抗26の一端側は、出力端子11bに導通接続されている。
前述のコンタクト7は、第1接点18の接触箇所と第2接点19の接触箇所とを接点支持ばね17を介して導通接続される。従って、第1摺動抵抗25及び第2摺動抵抗26は、コンタクト7の接触箇所で互いに導通接続される。
換言すると、以上の液面レベル検出装置1は、液面レベルの変化に応じてホルダ5が回動すると、それによって第1摺動抵抗25と第2摺動抵抗26に対するコンタクト7の接触位置が変化することで、出力端子11a,11b間の抵抗値が変わるようにしたもので、出力端子11a,11b間の抵抗値が液面レベルを示す信号として利用される。
なお、図9には、コンタクト7の設計の基準モデルとなる長さLの片持ち梁28を示した。
この片持ち梁28は、幅寸法がb、高さ寸法がhの矩形の一様断面で、ヤング率はEとする。
この片持ち梁28の断面二次モーメントIは、次の(1)式で示される。
I=bh/12 ……(1)
この片持ち梁28の自由端に前述の摺動抵抗25,26が押圧接触するときの押圧荷重Wで自由端に撓み変位yが生じるときのyとWの関係は、次の(2)式で示される。
y=WL/(3EI) ……(2)
(2)式に(1)式を代入すると、自由端に作用する荷重Wは、次の(3)式で示される。
W=yEbh/(4L) ……(3)
上記の第1支持ばね21や第2支持ばね22は、左右一対の板ばね21b,21cのそれぞれが、幅寸法がb、高さ寸法がhの単純梁であるため、第1支持ばね21の第1位置21aに撓み変位yが生じるときの荷重W1は、上記(3)式で求める荷重の2倍になり、
W1=2{yEbh/[4(L2)]}
=yEbh/{2(L2)} ……(4)
となる。
同様にして、第2支持ばね22の第2位置22aに撓み変位yが生じるときの荷重W2は、
W2=yEbh/{2(L1)} ……(5)
となる。
特開2009−008535号公報
ところで、前述のコンタクト7を設計する場合、次の(a),(b)の条件が必要になる。
(a)各摺動抵抗25,26に対する接点支持ばね17との電気的な接続信頼性を確保するために、第1支持ばね21や第2支持ばね22は、自由端側が各摺動抵抗25,26に押圧接触する際の撓み変位yを、一定以上の大きさに設定する。
(b)(a)に設定した撓み変位yを生じさせる荷重W、及び、周囲から作用する振動等に耐える強度が第1支持ばね21や第2支持ばね22に確保されるように、第1支持ばね21及び第2支持ばね22における断面寸法(b及びh)や長さ寸法L1,L2を設定する。
しかし、前述した特許文献1のコンタクト7は、図7に示したように、第1接点18及び第2接点19を、それぞれ専用の支持ばね21,22により支持する構造である。そのため、例えば、内側に配置されている第2支持ばね22の断面寸法や長さL1を上記の設計条件(a),(b)を満たすように設計した場合、第2支持ばね22の外側を囲うように配置されている第1支持ばね21は、第2支持ばね22以上に大きな寸法に設計せざるを得ず、コンタクト7が大型化してしまうという問題が生じた。そして、コンタクト7の大型化が、液面レベル検出装置1の大型化を招くという問題があった。
更に、前述した特許文献1のコンタクト7は、第1接点18及び第2接点19が、それぞれ個別に専用の支持ばね21,22により支持された構成のため、支持ばね21,22の自由端に撓み変位yを生じさせた際の荷重W1,W2(上記式(4),(5)参照)が、そのまま各接点18,19の押圧荷重になってしまい、各接点18,19の押圧荷重が高くなり過ぎるために、摺動による接点の摩耗が早く、接点寿命が短いために耐久性の向上が難しいという問題も生じた。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消することに係り、液面レベル検出装置の小型化と耐久性の向上とを図ることができる液面レベル検出装置のコンタクト、及び該コンタクトを用いた液面レベル検出装置を提供することにある。
本発明の前述した目的は、下記の構成により達成される。
(1)液面レベルの変化に応じて回動するように装置フレームに支持されるホルダに片持ち梁状に固定されて前記ホルダと一体に前記装置フレーム上を回動する導電材料製の接点支持ばねと、前記接点支持ばねの自由端側に設定された第1位置に固定装備されて前記装置フレーム上の第1摺動抵抗に前記自由端の撓み変位により押圧接触させられる第1接点と、前記接点支持ばねの自由端側で前記第1位置よりも前記接点支持ばねの旋回中心側に寄った位置に設定された第2位置に固定装備されて前記装置フレーム上の第2摺動抵抗に前記自由端の撓み変位により押圧接触させられる第2接点と、を備える液面レベル検出装置のコンタクトであって、
前記接点支持ばねは、一端側に前記第1位置が設定されると共に他端側に前記第2位置が設定された接点支持部と、基端が前記ホルダに固定されると共に自由端が前記第1位置と第2位置の中間で前記接点支持部に一体化された片持ちばねアーム部と、を備え、且つ、前記自由端の撓み変位によって前記接点支持部における前記第1接点及び前記第2接点に作用する押圧荷重が所定の範囲に収まるように、前記自由端と前記接点支持部との接合位置が設定されたことを特徴とする液面レベル検出装置のコンタクト。
(2)前記接点支持ばねは、一端側に前記第1位置が設定されると共に他端側に前記第2位置が設定された接点支持部と、基端が前記ホルダに固定されると共に自由端が前記第1位置と第2位置の中間で前記接点支持部に一体化された片持ちばねアーム部と、を備え、且つ、前記自由端の撓み変位によって前記接点支持部に作用する押圧荷重が前記第1接点及び前記第2接点に均等配分されるように、前記自由端と前記接点支持部との接合位置が設定されたことを特徴とする上記(1)に記載の液面レベル検出装置のコンタクト。
(3)液面レベルの変化に応じて回動するように装置フレームに支持されるホルダと、前記ホルダと一体に回動するように前記ホルダに片持ち梁状に固定された接点支持ばねの自由端側に第1接点及び第2接点が装備されるコンタクトと、前記接点支持ばねの自由端の撓み変位により前記第1接点が押圧接触させられると共に前記ホルダの回動時に前記第1接点が摺動するように前記装置フレームに固定装備された第1摺動抵抗と、前記接点支持ばねの自由端の撓み変位により前記第2接点が押圧接触させられると共に前記ホルダの回動時に前記第2接点が摺動するように前記装置フレームに固定装備された第2摺動抵抗と、前記第1摺動抵抗上の前記第1接点の接触位置及び前記第2摺動抵抗上の前記第2接点の接触位置に基づいて液面レベルを示す信号を出力する出力端子と、を備える液面レベル検出装置であって、
前記コンタクトとして、上記(1)又は(2)に記載のコンタクトを使用したことを特徴とする液面レベル検出装置。
上記(1)の構成によれば、第1接点及び第2接点は一つの接点支持部上に装備されている。そして、これらの第1接点及び第2接点を対応する各摺動抵抗へ押圧させる荷重は、自由端が前記接点支持部に一体化された一つの片持ちばねアーム部により所定の範囲に収まるように付与される。
即ち、一つの片持ちばねアーム部で、第1接点及び第2接点を各摺動抵抗に押圧させる構成となっていて、各接点毎に専用の支持ばねを装備していた従来のコンタクトと比較すると、コンタクトをコンパクト化することができる。そして、コンタクトのコンパクト化によって、液面レベル検出装置を小型化することができる。
また、上記(2)の構成によれば、一つの片持ちばねアーム部の自由端の撓み変位により発生する押圧荷重が第1接点及び第2接点に均等配分されるため、専用の支持ばねの自由端の撓み変位により発生する押圧荷重がそのまま接点の接触荷重になっていた従来のコンタクトと比較すると、各接点と摺動抵抗との間に作用する接触荷重を略1/2に低減することができる。そのため、摺動による接点の摩耗が抑止され、接点寿命が向上するため、液面レベル検出装置の耐久性を向上させることもできる。
上記(3)の構成によれば、上述したコンタクトのコンパクト化により装置の小型化を図ることができ、また、上述したコンタクトの各接点の接触荷重の低減による接点寿命の向上によって、装置の耐久性が向上する。
本発明による液面レベル検出装置のコンタクト、及び該コンタクトを用いた液面レベル検出装置では、一つの片持ちばねアーム部によって、第1接点及び第2接点のそれぞれを各摺動抵抗に押圧接触させるため、各接点をそれぞれ専用の支持ばねにより各摺動抵抗に押圧接触させていた従来のコンタクトと比較して、コンタクトをコンパクト化することができ、コンタクトのコンパクト化によって装置の小型化を図ることができる。
また、一つの片持ちばねアーム部によって、第1接点及び第2接点のそれぞれを各摺動抵抗に押圧接触させていて、一つの片持ちばねアーム部の自由端の撓み変位により発生する押圧荷重が第1接点及び第2接点に均等配分される構成では、従来のコンタクトと比較すると、各接点と摺動抵抗との間に作用する接触荷重を略1/2に低減することができる。そのため、摺動による接点の摩耗が抑止され、接点寿命が向上するため、液面レベル検出装置の耐久性を向上させることもできる。
本発明に係る液面レベル検出装置のコンタクトの一実施形態の側面図である。 図1に示したコンタクトの自由端が撓み変位していない状態を示す側面図である。 図1に示したコンタクトの平面図である。 図3のC−C断面図である。 従来の液面レベル検出装置の概略構成を示す正面図である。 図5に示したコンタクトのホルダへの取り付け状態を示す側面図である。 図6に示したコンタクトの平面図である。 図7のA−A断面図である。 矩形の一様断面の片持ち梁の自由端の撓み変位yと、撓み変位yを生じさせる荷重Wの説明図である。
以下、本発明に係る液面レベル検出装置のコンタクトの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1〜図4は、本発明に係る液面レベル検出装置のコンタクトの一実施形態を示したものである。
この一実施形態のコンタクト31は、ホルダ33に片持ち梁状に固定されている。ホルダ33は、図5及び図6に示した従来のホルダ5と同様の構成で、液面レベルの変化に応じて回動するように装置フレームに支持される。
本実施形態のコンタクト31を用いる液面レベル検出装置は、以下に説明するコンタクト31以外は、従来の液面レベル検出装置1と同様の構成でよい。
本実施形態のコンタクト31は、図1及び図2に示すように、ホルダ33に片持ち梁状に固定されて前記ホルダ33と一体に不図示の装置フレーム上を回動する導電材料製の接点支持ばね35と、該接点支持ばね35の自由端側に固定装備される第1接点37及び第2接点38とを備えている。
第1接点37は、接点支持ばね35の自由端側に設定された第1位置41(図3参照)に、固定装備される。第1接点37は、接点支持ばね35の自由端の撓み変位によって、装置フレーム上の第1摺動抵抗25Aに押圧接触させられる。
第1摺動抵抗25Aは、装置フレーム上に固定装備されている抵抗板9A上に設けられている。第1摺動抵抗25Aは、ホルダ33が回動したときに、ホルダ33と一体に回動する接点支持ばね35上の第1接点37が摺動するように、円弧状に設けられている。抵抗板9A及び第1摺動抵抗25Aは、図5に示した抵抗板9及び第1摺動抵抗25に相当している。
第2接点38は、接点支持ばね35の自由端側で第1位置41よりも接点支持ばね35の旋回中心側に寄った位置に設定された第2位置43(図3参照)に固定装備される。第2接点38は、接点支持ばね35の自由端の撓み変位によって、装置フレーム上の第2摺動抵抗26Aに押圧接触させられる。
第2摺動抵抗26Aは、抵抗板9A上に設けられている。第2摺動抵抗26Aは、ホルダ33が回動したときに、ホルダ33と一体に回動する接点支持ばね35上の第2接点38が摺動するように、円弧状に設けられている。第2摺動抵抗26Aは、図5に示した抵抗板9上の第2摺動抵抗26に相当している。
本実施形態の接点支持ばね35は、図3に示すように、一つの接点支持部61と一つの片持ちばねアーム部63とを、導電材料である金属板のプレス成形により一体形成した構成である。
接点支持部61は、図3に示すように、接点支持ばね35の中心軸X1に沿って延在する帯状板で、一端側に第1位置41が設定されると共に、他端側に第2位置43が設定されている。
片持ちばねアーム部63は、中心軸X1に対して対称に配置された左右一対の板ばね63b,63cと、これらの左右一対の板ばね63b,63cの基端部を連結する連結部63dと、を備えている。
片持ちばねアーム部63の基端である連結部63dは、ホルダ33に固定支持される。
左右一対の板ばね63b,63cは、いずれも、図4に示すように、幅寸法がb、高さ寸法がhの矩形の一様断面になっている。また、図3に示すように、各板ばね63b,63cは、長さがLで、基端がホルダ33に固定された片持ち梁として機能する。これらの左右一対の板ばね63b,63cの自由端fb,fcは、図3に示すように、第1位置41と第2位置43の中間で、接点支持部61に一体化されている。
以上に説明した接点支持ばね35は、装置フレーム上のホルダ33に取り付けられた状態では、図1及び図2に示すように、自由端側に撓み変位yが生じた状態で、第1接点37及び第2接点38が抵抗板9A上の各摺動抵抗に押圧接触する。
さらに、本実施形態の場合、接点支持ばね35は、自由端の撓み変位yによって接点支持部61に作用する押圧荷重が第1接点37及び第2接点38に均等配分されるように、左右一対の板ばね63b,63cの自由端fb,fcと接点支持部61との接合位置が設定されている。
具体的には、左右一対の板ばね63b,63cから構成される片持ちばねアーム部63の自由端が撓み変位yを生じているときに、接点支持部61に作用する押圧荷重W3(図1参照)は、次の(6)式のようになる。
W3=yEbh/(2L) ……(6)
一方、各接点37,38に作用する接触荷重W4は、次の(7)式のようになる。
W4=(W3)/2=Ebh/(4L) ……(7)
以上に説明した一実施形態のコンタクト31では、第1接点37及び第2接点38は一つの接点支持部61上に装備されている。そして、これらの第1接点37及び第2接点38を対応する各摺動抵抗への押圧させる荷重は、自由端が前記接点支持部61に一体化された一つの片持ちばねアーム部63により付与する。
即ち、一つの片持ちばねアーム部63で、第1接点37及び第2接点38を各摺動抵抗に押圧させる構成となっていて、各接点毎に専用の支持ばねを装備していた従来のコンタクトと比較すると、コンタクト31を従来の第2支持ばね22(図7参照)の単体と同程度の大きさにコンパクト化することができる。そして、コンタクト31のコンパクト化によって、当該コンタクト31を用いた液面レベル検出装置では、装置を小型化することができる。
具体的には、図7に示した従来のコンタクト7ではL2が19.5mmであったが、図3に示したコンタクト31ではLを15.6mmにすることができ、大幅にコンパクト化できることが明らかになった。
また、一つの片持ちばねアーム部63の自由端の撓み変位により発生する押圧荷重W3(図1参照)が第1接点37及び第2接点38に均等配分されるため、専用の支持ばねの自由端の撓み変位により発生する押圧荷重がそのまま接点の接触荷重になっていた従来のコンタクトと比較すると、各接点37,38と摺動抵抗25A,26Aとの間に作用する接触荷重を略1/2に低減することができる。そのため、摺動による接点の摩耗が抑止され、接点寿命が向上する。そのため、当該コンタクト31を用いた液面レベル検出装置の耐久性を向上させることもできる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
例えば、上記実施形態では、接点支持部に作用する押圧荷重が第1接点及び第2接点に略均等配分で設定される形態について説明したが、摺動箇所の材質やコンタクトの材質等を考慮して、接点支持部に作用する押圧荷重を所定の範囲に収まるように設定してもよい。
9A 抵抗板
25A 第1摺動抵抗
26A 第2摺動抵抗
31 コンタクト
33 ホルダ
35 接点支持ばね
37 第1接点
38 第2接点
41 第1位置
43 第2位置
61 接点支持部
63 片持ちばねアーム部
63b,63c 板ばね
63d 連結部

Claims (3)

  1. 液面レベルの変化に応じて回動するように装置フレームに支持されるホルダに片持ち梁状に固定されて前記ホルダと一体に前記装置フレーム上を回動する導電材料製の接点支持ばねと、前記接点支持ばねの自由端側に設定された第1位置に固定装備されて前記装置フレーム上の第1摺動抵抗に前記自由端の撓み変位により押圧接触させられる第1接点と、前記接点支持ばねの自由端側で前記第1位置よりも前記接点支持ばねの旋回中心側に寄った位置に設定された第2位置に固定装備されて前記装置フレーム上の第2摺動抵抗に前記自由端の撓み変位により押圧接触させられる第2接点と、を備える液面レベル検出装置のコンタクトであって、
    前記接点支持ばねは、一端側に前記第1位置が設定されると共に他端側に前記第2位置が設定された接点支持部と、基端が前記ホルダに固定されると共に自由端が前記第1位置と第2位置の中間で前記接点支持部に一体化された片持ちばねアーム部と、を備え、且つ、前記自由端の撓み変位によって前記接点支持部における前記第1接点及び前記第2接点に作用する押圧荷重が所定の範囲に収まるように、前記自由端と前記接点支持部との接合位置が設定されたことを特徴とする液面レベル検出装置のコンタクト。
  2. 前記接点支持ばねは、一端側に前記第1位置が設定されると共に他端側に前記第2位置が設定された接点支持部と、基端が前記ホルダに固定されると共に自由端が前記第1位置と第2位置の中間で前記接点支持部に一体化された片持ちばねアーム部と、を備え、且つ、前記自由端の撓み変位によって前記接点支持部に作用する押圧荷重が前記第1接点及び前記第2接点に均等配分されるように、前記自由端と前記接点支持部との接合位置が設定されたことを特徴とする請求項1に記載の液面レベル検出装置のコンタクト。
  3. 液面レベルの変化に応じて回動するように装置フレームに支持されるホルダと、前記ホルダと一体に回動するように前記ホルダに片持ち梁状に固定された接点支持ばねの自由端側に第1接点及び第2接点が装備されるコンタクトと、前記接点支持ばねの自由端の撓み変位により前記第1接点が押圧接触させられると共に前記ホルダの回動時に前記第1接点が摺動するように前記装置フレームに固定装備された第1摺動抵抗と、前記接点支持ばねの自由端の撓み変位により前記第2接点が押圧接触させられると共に前記ホルダの回動時に前記第2接点が摺動するように前記装置フレームに固定装備された第2摺動抵抗と、前記第1摺動抵抗上の前記第1接点の接触位置及び前記第2摺動抵抗上の前記第2接点の接触位置に基づいて液面レベルを示す信号を出力する出力端子と、を備える液面レベル検出装置であって、
    前記コンタクトとして、請求項1又は2に記載のコンタクトを使用したことを特徴とする液面レベル検出装置。
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