JP2012150010A - 水位センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ電極だけを取り外し、取替えが可能となる水位センサを提供する。
【解決手段】小内径部２１ｄ１と大内径部２１ｄ２が連続し、両内径部が傾斜面２１ｅでつながる貫通孔２１ｄを有する略柱状で、外周端部に雄ねじ２１ｂを刻設した取付基台２１と、貫通孔に挿入される棒状のセンサ電極２２と、センサ電極が挿通される絶縁チューブ２３と、貫通孔の大内径部に位置するＯリング２４と、筒部２５ｂがセンサ電極と絶縁チューブを挿通して前記大内径部に位置するＯリングを押圧する押圧部材２５と、押圧部材を押圧する固定ナットで構成する。押圧部材の筒部でＯリングを押圧すると、傾斜面に沿って絶縁チューブの外側面に押圧され、凹所２３ｂが形成されるように圧入されて電気的絶縁と封止状態を実現する。この状態で、センサ電極は取替えが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、容器内の水位（液面）の検知に用いる水位センサ、特に複数のセンサ電極を有する場合に好適な水位センサに関する。

例えば、理美容用蒸気供給装置のタンク（容器）は、タンク内の水がヒーターにより加熱されて生成される水蒸気を高圧状態でもって貯留する。貯留された水蒸気は適宜放出されることによりタンク内の水位が低下し、やがて下限水位に至るとヒーターへの通電を停止し、タンクに水を供給する。次に、タンク内への水の供給によりタンク内の水が上限水位に至ると、水の供給を停止する。このような上限水位や下限水位の検知のために水位センサが用いられる（例えば、特許文献１）。なお、理美容用蒸気供給装置では、タンク内の水位を上限水位と下限水位に加え中間的な水位も検知するので、センサ電極は４個程度有するものが一般的である。なお、水位の制御が上限水位又は下限水位のみでよい簡易なものであれば、センサ電極を１個のみとすることも可能である。

図４にセンサ電極が１個のものの従来の水位センサ１０Ｓを示す。長い丸棒状のセンサ電極１２２は、中間に突起部１２２ａを有し、合成樹脂製の取付基台１２１にインサート成形されている。取付基台１２１には、タンク壁部に螺着するための雄ねじ部１２１ａ、螺合のための六角形状のつまみ部１２１ｂを有する。センサ電極１２２が取付基台１２１にインサート成形されることにより、電極１２２は取付基台１２１に一体化され、これらがタンク壁部に螺着されることにより、取付基台１２１とセンサ電極１２２間は電気的絶縁とともに十分な耐圧性能が確保され、水漏れ等を防ぐことができる。なお、長さの異なる４個のセンサ電極１２２を用いる場合には、同様に、４個のセンサ電極１２２、１２２、…を合成樹脂製の取付基台１２１にインサート成形している。

特開２０１０−２９５０３号公報

ところで、従来の水位センサは１０Ｓは、１個のセンサ電極１２２、あるいは４個のセンサ電極１２２、１２２、…のいずれかが損傷あるいは劣化した場合には、これらがインサート成形により一体化されているために、水位センサ全体を取替えなければならなかった。このような状況は、資源を有効に活用するという観点からも好ましいものではない。

本発明は、係る事由に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、センサ電極が損傷あるいは劣化した場合、センサ電極だけを取り外し、取替えが可能となる水位センサを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の水位センサは、略柱状をなすものであって、外周端部に雄ねじを刻設し、大内径部と小内径部が連続し両内径部が傾斜面でつながる貫通孔を有する取付基台と、前記取付基台の貫通孔に挿入されて保持される棒状のセンサ電極と、前記センサ電極より長さが短いものであってセンサ電極が挿通される所定厚さでもってフッ素樹脂により形成された絶縁チューブと、前記センサ電極と前記絶縁チューブと前記取付基台の貫通孔の径方向の隙間を封止するためのＯリングと、略鍔付き筒状をなし、筒部が前記センサ電極と前記絶縁チューブを挿通させて前記取付基台の大内径部に位置して前記Ｏリングを押圧する押圧部材と、略有底円筒状をなし、円筒部内側面に前記取付基台の雄ねじに螺合する雌ねじを刻設するとともに、底部に電極センサ挿通孔を形成したものであって、前記螺合を進めることにより底部が前記押圧部材を押圧する固定ナットを有しており、前記固定ナットを前記取付基台に螺合させて軸方向に所定位置まで進めたとき、前記Ｏリングが前記押圧部材と前記傾斜面と前記絶縁チューブにより押圧されて前記絶縁チューブの外側面に圧入されて凹所が形成されるように食い込んで変形せしめられることを特徴とする。

請求項２に記載の水位センサは、前記取付基台の貫通孔を複数形成し、これら各貫通孔に、軸方向長さを異ならせた前記センサ電極及び前記絶縁チューブと前記Ｏリング及び前記押圧部材の筒部を挿入していることを特徴とする。

請求項３に記載の水位センサは、前記センサ電極の絶縁チューブと摺接する範囲の外側面に、小突起を形成することを特徴とする。

本発明に係る水位センサによれば、固定ナットを取付基台に螺合させて軸方向に所定位置まで進めたとき、Ｏリングが押圧部材と傾斜面と絶縁チューブにより押圧されて絶縁チューブの外側面に圧入されて凹所が形成されるように食い込んで変形せしめられるようにしたので、簡単な操作でセンサ電極部分の電気的絶縁と確実な封止機能を実現するとともに、センサ電極が損傷あるいは劣化した場合、センサ電極だけを取り外し、取替えが可能となる。

本発明の実施形態に係る水位センサを用いた理美容用蒸気供給装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る水位センサを示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 同上の要部を示す拡大断面図である。 従来の水位センサを示す断面図である。

以下、本発明を実施するための好ましい形態を図１〜図３に基づいて説明する。本発明の実施形態に係る水位センサＳを用いた理美容用蒸気供給装置Ａは、図１に示すように、水が加熱されて生成される水蒸気を高圧状態でもって貯留するタンク１１を収容した装置本体１と、タンク１１の高圧状態の水蒸気を通過させる開放弁部２及び導管３と、通過してきた高圧状態の水蒸気を噴出させる蒸気噴出部４と、を主要部材としている。タンク１１には、水を加熱するためのタンクヒータ１２や水量（水位）を検出するための水位センサＳの検知部分を内蔵している。また、タンク１１の上方壁部１１ａには、前述した開放弁部２や水位センサＳとともに、タンク１１への給水を行う給水栓本体１４が貫通固設されている。これら開放弁部２及び給水栓本体１４を操作する開放弁ツマミ２Ｔ及び給水栓本体１４を操作する給水栓ツマミ１６とは、装置本体１の外方に露出している。さらに、装置本体１の上方表面にはヒータスイッチなどを有する操作パネル５、装置本体１の内部には操作パネル５と電気的に接続され各部材の動作を制御する電気回路基板６や、電気回路基板６と電気的に接続されたタンク１１内の水蒸気の圧力を監視する圧力センサ７を配設している。

この理美容用蒸気供給装置Ａは、操作パネル５のヒータスイッチを押すと、電気回路基板６を介してタンクヒータ１２に通電され、タンク１１内の水が加熱される。加熱された水は水蒸気を生成し、この水蒸気が高圧状態でもってタンク１１内に貯留される。圧力センサ７の計測値が上限設定圧力（例えば、４気圧）に達すると、電気回路基板６を介してタンクヒータ１２への通電を停止し、タンク１１内の水の加熱が停止される。この間に水蒸気の噴出が行われ、時間経過とともに、圧力センサ７の計測値が低下して下限設定圧力（例えば、３．５気圧）に達すると、再びタンクヒータ１２に通電され、タンク１１内の水が加熱される。タンク１１内の水蒸気の圧力は、このような過程を繰り返して、所定の設定圧力範囲に維持される。

タンク１１内の水蒸気は、開放弁ツマミ２Ｔを手動又は自動で回動して開放弁部２を開放することにより、開放弁部２、導管３、蒸気噴出部４を通過して大気中に噴出される。逆に、開放弁部２を閉鎖することにより、水蒸気の大気中への噴出が停止される。

次に、本発明の実施形態に係る水位センサＳを、図２及び図３に基づいて詳述する。水位センサＳは、取付基台２１、センサ電極２２（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）、絶縁チューブ２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ）、Ｏリング２４、押圧部材２５、固定ナット２６、を主要構成部材とする。この実施形態では、センサ電極２２を４個有する例であり、各部材もそれに対応させている。ここで、センサ電極２２、絶縁チューブ２３との表記は、センサ電極、あるいは絶縁チューブの共通的な説明を行う場合のものである。

タンク１１は、例えば、ステンレス製であり、その上方壁部１１ａには、少なくとも水位センサＳを貫通固設するための貫通孔１１ｂを有する。

取付基台２１は、略柱状をなすものであって、中間部が大径部２１ａとなり、大径部２１ａの上下方向両側は雄ねじ２１ｂ、２１ｃが刻設されており、４個が同心状に配される貫通孔２１ｄ、２１ｄ、…を有する。ここで、上下方向とはタンク１１の上方壁部１１ａに貫通固設した状態における上下方向に対応させている。上方側の雄ねじ２１ｂは、後述する固定ナット２６が螺合するもので、例えば、呼び径を２２ｍｍとしてある。下方側の雄ねじ２１ｃは、タンク１１の上方壁部１１ａに貫通固設する取付ナットを螺合させるものであり、かしめ構造など他の固定構造に変えてもよい。各貫通孔２１ｄ、２１ｄ、…は、センサ電極２２と絶縁チューブ２３を挿入保持するもので、軸方向に長い小内径部２１ｄ１と軸方向に短い大内径部２１ｄ２を設けるとともに、両内径部２１ｄ１、２１ｄ２が、例えば、開き角９０度の傾斜面２１ｅでつながっている。この小内径部２１ｄ１は、センサ電極２２と絶縁チューブ２３が挿通し得るよう、例えば、内径を４．２ｍｍ、大内径部２１ｄ２は、押圧部材２５の筒部２５ｂが挿通し得るよう、例えば、内径を６ｍｍとしてある。

各センサ電極２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄは、ＳＵＳ製の、例えば、直径２ｍｍの丸棒状であり、長さのみ異なっている。すなわち、取付基台２１の下方端面からの突出量は、長い方からセンサ電極２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの順になっており、例えば、１５５ｍｍ、１２０ｍｍ、８５ｍｍ、５０ｍｍとしている。一方、取付基台２１の上方端面からの突出量は、いずれも同じで、例えば、１０ｍｍ程度とし略直角に折り曲げて接続端子部２２ａ、２２ａ、…としてある。この接続端子部２２ａ、２２ａ、…は、取付基台２１に保持された状態では、取付基台２１の中心から放射方向に位置させる。

各絶縁チューブ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄは、センサ電極２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの電気的絶縁とタンク１１内部と大気とを封止するためのものである。各絶縁チューブ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄは、フッ素樹脂製の、例えば、内径２ｍｍ、外径４ｍｍのチューブであり、長さのみ異なっている。すなわち、取付基台２１の下方端面からの突出量は、長い方からセンサ電極２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄの順になっており、例えば、１４５ｍｍ、１１０ｍｍ、７５ｍｍ、４０ｍｍとしている。一方、取付基台２１の上方端面からの突出量は、いずれも同じで接続端子部２２ａ、２２ａ、…の折り曲げ開始地点付近までとしてある。また、絶縁チューブ２３は、前述した径方向寸法により、１ｍｍの厚さとなる。２３ａはいずれのセンサ電極２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄであるのかを表示するマークバンドである。

Ｏリング２４、２４、…は、センサ電極２２、２２、…と絶縁チューブ２３、２３、…と、取付基台２１の貫通孔２１ｄ、２１ｄ、…の径方向の隙間を封止するためのものである。このＯリング２４、２４、…は、フッ素ゴム製であり、例えば、断面直径１．５ｍｍ、内径３ｍｍ、ゴム硬度７０としてある。

押圧部材２５は、略鍔付き筒状をなし、センサ電極２２、２２、…と絶縁チューブ２３、２３、…を挿通させて取付基台２１の大内径部２１ｄ２、２１ｄ２、…に位置してＯリング２４、２４、…を押圧する。つまり、基部となる鍔部２５ａに、取付基台２１の各貫通孔２１ｄ、２１ｄ、…に対応する筒部２５ｂ、２５ｂ、…を設けたものである。換言すれば、板状の鍔部の下方に筒部２５ｂを突出させ、筒孔を上下に貫通させたものである。筒部２５ｂ、２５ｂ、…は、絶縁チューブ２３、２３、…を挿通させるので、例えば、内径を４．１ｍｍ、取付基台２１の大内径部２１ｄ２、２１ｄ２、…に位置させるので、例えば、外径を５．９ｍｍとしてある。この押圧部材２５は、後述する固定ナット２６により下方に移動せしめられ、鍔部２５ａの下方側端面が取付基台２１の上方側端面に当接したとき、筒部２５ｂ、２５ｂ、…の下方側端面が大内径部２１ｄ２、２１ｄ２、…の下方側端部に位置する。なお、押圧部材２５は、鍔部２５ａと筒部２５ｂ、２５ｂ、…とを別体に形成しておき、後に圧入あるいはかしめにより一体化するようにしてもよい。

固定ナット２６は、略有底筒状をなし、底部２６ａには接続端子部２２ａ、２２ａ、…を除くセンサ電極２２、２２、…が挿通する電極センサ挿通孔２６ｂを形成している。また、筒部２６ｃは、螺合のための回動を容易にするため、底部２６ａを含めて全体の外郭を六角形状にしており、その内側面には取付基台２１の雄ねじ２１ｂに螺合する雌ねじ２６ｄを刻設している。雌ねじ２６ｄは、雄ねじ２１ｂと同じく呼び径が２２ｍｍである。固定ナット２６は、雄ねじ２１ｂに対し雌ねじ２６ｄの螺合を進めることにより底部２６ａが押圧部材２５を押圧するものである。

かかる水位センサＳは、以下のように組み立てる。まず、センサ電極２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄを絶縁チューブ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄに、その端部が接続端子部２２ａ、２２ａ、…の折り曲げ開始地点付近に至るよう挿通する。これと並行的に、Ｏリング２４、２４、…を、取付基台２１の貫通孔２１ｄ、２１ｄ、…の大内径部２１ｄ２、２１ｄ２、…に挿入し、次いで、押圧部材２５の筒部２５ｂ、２５ｂ、…も大内径部２１ｄ２、２１ｄ２、…に挿入する。次に、センサ電極２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄと絶縁チューブ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄを、固定ナット２６の電極センサ挿通孔２６ｂに通した状態で取付基台２１の貫通孔２１ｄ、２１ｄ、…に挿入する。次に、固定ナット２６を、取付基台２１の雄ねじ２１ｂに対し雌ねじ２６ｄの螺合を進める。これにより、押圧部材２５が下方に移動せしめられ、その鍔部２５ａの下方側端面が取付基台２１の上方側端面に当接したとき、固定ナット２６は軸方向に所定位置まで進んだこととなる。その状態では、図３に示すように、押圧部材２５の筒部２５ｂ、２５ｂ、…の下方側端面が大内径部２１ｄ２、２１ｄ２、…の下方側端部に位置するので、Ｏリング２４、２４、…が押圧部材２５の筒部２５ｂ、２５ｂ、…と傾斜面２１ｅ、２１ｅ、…と絶縁チューブ２３、２３、…により押圧され、その結果、絶縁チューブ２３、２３、…の外側面にＯリング２４が圧入されて凹所２３ｂ、２３ｂ、…が形成されるように食い込んで変形せしめられるのである。これにより、取付基台２１の貫通孔２１ｄ、２１ｄ、…の径方向の隙間が封止される。

この凹所２３ｂ、２３ｂ、…は、半径が０．４〜０．５ｍｍ程度で、塑性変形している。この状態で、タンク１１内の水蒸気の圧力を７気圧まで上昇させても水蒸気は漏れることはなく封止機能が発揮できていることを確認した。また、センサ電極２２を接続端子部２２ａ側に引き抜こうとした場合、２．５ｋｇｆで引き抜けることを確認した。従って、センサ電極２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄのいずれかが損傷あるいは劣化した場合、そのセンサ電極だけを取り外し、取替えが可能となるのである。

以上、センサ電極２２が４個のものについて説明したが、これに限るものでないことは勿論であり、増やすことも減らすことも可能である。特に、水位の制御が上限水位又は下限水位のみでよい簡易なものであれば、センサ電極２２を１個のみとすることも可能である。この場合、取付基台２１は貫通孔２１ｄ、押圧部材２５の筒部２５ｂは１個のみ形成すればよい。

また、センサ電極２２は、それを引き抜く場合の引き抜き力を大きくしたい場合、すなわちセンサ電極２２の抜け力を大きくしたい場合、絶縁チューブ２３と摺接する範囲の外側面に高さ０．１ｍｍ程度の小突起を形成してもよい。小突起は、目視できない程度の僅かな高さであって例えば環状突起として形成することができる。

２１ 取付基台
２１ｂ 取付基台の雄ねじ
２１ｄ 取付基台の貫通孔
２１ｄ１ 取付基台の貫通孔の小内径部
２１ｄ２ 取付基台の貫通孔の大内径部
２１ｅ 取付基台の貫通孔の傾斜面
２２（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ） センサ電極
２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ） 絶縁チューブ
２３ｂ 絶縁チューブに形成される凹所
２４ Ｏリング
２５ 押圧部材
２５ｂ 押圧部材の筒部
２６ 固定ナット
２６ａ 固定ナットの底部
２６ｂ 固定ナットの電極センサ挿通孔
２６ｄ 固定ナットの雌ねじ

Claims (3)

1. 外周端部に雄ねじを刻設し、大内径部と小内径部が連続し両内径部が傾斜面でつながる貫通孔を有する略柱状の取付基台と、
   前記取付基台の貫通孔に挿入されて保持される棒状のセンサ電極と、
   前記センサ電極より長さが短いものであって、センサ電極が挿通されるフッ素樹脂により形成された絶縁チューブと、
   前記取付基台の大内径部に位置し、前記センサ電極と前記絶縁チューブと前記取付基台の貫通孔の径方向の隙間を封止するためのＯリングと、
   大略鍔付き筒状をなし、筒部が前記センサ電極と前記絶縁チューブを挿通させて前記取付基台の大内径部に位置して前記Ｏリングを押圧する押圧部材と、
   大略有底円筒状をなし、円筒部内側面に前記取付基台の雄ねじに螺合する雌ねじを刻設するとともに、底部に電極センサ挿通孔を形成し、螺合を進めることにより底部が前記押圧部材を押圧する固定ナットを有しており、
   前記固定ナットを前記取付基台に螺合させて軸方向に所定位置まで進めたとき、前記Ｏリングが前記押圧部材の筒部と前記傾斜面と前記絶縁チューブにより押圧されて前記絶縁チューブの外側面に圧入されて凹所が形成されるように食い込んで変形せしめられることを特徴とする水位センサ。
2. 前記取付基台の貫通孔を複数形成し、これら各貫通孔に、軸方向長さを異ならせた前記センサ電極及び前記絶縁チューブと前記Ｏリング及び前記押圧部材の筒部を挿入していることを特徴とする請求項１に記載の水位センサ。
3. 前記センサ電極の、絶縁チューブと摺接する範囲の外側面に、小突起を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の水位センサ。

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