JP2016081715A - 流体検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化や取付状態に影響され難く、安定した流体検知を実現する流体検知装置を提供すること。
【解決手段】管内部に水８が充填されたチューブ１０に接続可能でチューブ１０内の水８が中空内部２ａに流通可能なケース２と、中空内部２ａを水８が充填された流体室１２と大気開放された空気室１４とに区画する変形可能な隔壁４と、流体室１２内に配置されたスライドチップ６と、ケース２の外側に配置されたチップセンサ７と、を有し、流体室１２内にはスライドチップ６を正逆スライド移動可能なスライド保持部２ｄが形成され、空気室１４には開口部２ｈが形成され、ケース２には磁石１６が配置され、スライドチップ６は磁石１６に対向する位置に磁石１６と反発する磁石１８を有し、チューブ１０の弾性変形に基づくスライドチップ６の移動を検知可能な流体センサ。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体検知装置に係り、特に流体内に配置されたスライドチップの移動を検知することにより流体の動作検知を行う流体検知装置に関する。

近年、流体を用いた検知装置として流体の圧力を検知する圧力検知装置が用いられている。例えば、特許文献１には、外部からの押圧により弾性変形するチューブと、該チューブ内の気体圧の変化を検出する感圧部とを備え、感圧部での検出結果に基づき、チューブへの異物の接触を検知する接触センサが開示されている。そして、感圧部は、流体圧の変化に応じて変位し、該変位に応じた電荷を発生させる圧電材料からなる圧電素子と、有限の入力インピーダンスを有し、圧電素子に生じる電荷に基づいて検出信号を発生させる出力回路とからなることを特徴としている。

特開２００１−５０８２４号公報

しかし、特許文献１に開示のものは、電気回路の工夫にて安定化を図っているが構造が複雑になる上、圧力の変化を検知する構成であるため、温度変化や取付状態などによる流体の体積変動により検知結果が不安定となりやすく、検知装置としての安定した動作が難しい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、温度変化や取付状態に影響され難く、安定した流体検知を実現する流体検知装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため以下の構成を有する。

（１）内部に流体が充填された弾性容器の一端に接続可能であり、内部が中空とされて前記弾性容器内の前記流体が自身の中空内部に流通可能なケースと、
前記中空内部に配置され、前記中空内部を前記流体が充填された流体室と大気開放された空気室とに区画する変形可能な隔壁と、
前記流体室内に配置されたスライドチップと、
前記ケースの外側に配置された検知手段と、を有する流体検知装置であって、
前記流体室内には、前記スライドチップを一方向に沿って正逆にスライド移動可能に保持するスライド保持部が形成され、
前記空気室には、前記隔壁の変形による前記空気室内の圧力変動を吸収するための開口部が形成され、
前記ケースには、前記スライドチップの移動方向に沿った位置に第１の磁石が配置され、
前記スライドチップは、前記第１の磁石に対向する位置に前記第１の磁石と反発する第２の磁石を有し、
前記検知手段は、前記スライドチップの移動を検知可能であり、
前記弾性容器の弾性変形に基づく前記スライドチップの移動を検知可能に構成された流体検知装置。

（２）前記スライド保持部の前記スライドチップの移動方向における両端近傍位置には、前記スライドチップの移動を規制するストッパーが設置されていてもよい。

（３）前記第１の磁石と前記第２の磁石との反発力は、前記スライドチップを前記隔壁から遠い側の前記ストッパーに当接し得る反発力であってもよい。

（４）前記スライドチップ及び前記スライド保持部の少なくともいずれか一方には、前記流体を前記弾性容器側と前記隔壁側とに流通可能とする流通部が形成されていてもよい。

（５）前記スライドチップが、実質的に円柱形状であり、
前記ケースが、実質的に円筒形状であり、かつ、
前記スライド保持部の直径よりも前記空気室の直径が大きくてもよい。

（６）前記第２の磁石を含んだ状態での前記スライドチップ全体としての密度が、前記流体の密度に対し、０．５倍以上かつ２．８倍以内であってもよい。

本発明によれば、温度変化や取付状態に影響され難く、安定した流体検知を実現する流体検知装置を提供することができる。

実施例１の流体センサの概略構造を示す断面図 実施例１の流体センサに用いられるスライドチップの部分断面図 流体センサの適用例を示す実施例２に係る図

本発明に係る流体検知装置の実施例を、図面を参照しながら以下に説明する。

図１（ａ）は、実施例１の流体センサ（流体検知装置）Ｓの概略構造を示す断面図である。図１は側方から見た模式的な断面図であり、流体センサＳは、正面視において略円形状である。すなわち、流体センサＳは、全体としてこの図１の断面図を軸Ｘを中心に回転させた形状を有する。

流体センサＳは、ケース２と隔壁４とスライドチップ６と、チップセンサ（検知手段）７とを有して大略構成される。ケース２は、管内に水（流体）８が充填されたチューブ（弾性容器）１０の一端に接続されている。なお、本実施例１では、弾性容器の一例としてチューブ１０を例として以下に説明する。チューブ１０は、例えば、シリコーン、ポリエチレン、ナイロン等の樹脂やゴム等を原料とする弾性材料で構成された管部材である。その管内部には流体としての水８が充填されている。流体としては、水の他にシリコーンオイル等のオイル、その他の液体、空気等の気体が考慮されるが、圧力に対する体積変動が少ない観点からは、液体の使用が好ましい。ここで、「充填」は、必ずしも他の物質の混入なく完全にその流体で満たされている場合に限られず、大部分がその流体で満たされている場合を含む。例えば、管内部が水８で満たされているが、部分的に気泡などの気体が混入している場合も「充填」ということとする。

ケース２は、全体として円筒形状を呈しており、その内部が中空（中空内部２ａ）とされている。ケース２は、例えば、樹脂、金属、ガラス等の材料により構成され、外形形状が段付き形状とされており、小径部２ｂとその小径部２ｂより径の大きい大径部２ｃとを有している。ケース２は、チューブ１０の一端に接続されており、チューブ１０内の水８が中空内部２ａに流通（流出入）可能である。

小径部２ｂに対応する部分の中空内部２ａにはスライド保持部２ｄが形成され、大径部２ｃに対応する部分の中空内部２ａにはリザーバタンクとしての緩衝部２ｅが形成されている。緩衝部２ｅの径ｄ２は、スライド保持部２ｄの径ｄ１よりも大きい。径ｄ２が径ｄ１よりも大きいので、流体室１２（後述）の容積変動に対して、隔壁４の変形（移動）を小さく抑えることができる。

スライド保持部２ｄは、スライドチップ６を一方向（軸Ｘ方向）に沿って正逆にスライド可能に保持する部分である。ここで、図１中右方向（スライドチップ６が隔壁４に向かう方向）を正方向とし、左方向（スライドチップ６がチューブ１０に向かう方向）を逆方向とする。なお、正方向を前方向、逆方向を後方向ということもある。「保持」とは、スライドチップ６を正逆方向に円滑にスライド移動可能となるように遊嵌状態に保持する意味を含む。したがって、スライドチップ６が略円柱形状である場合、スライド保持部２ｄは、そのスライドチップ６の直径よりも若干直径の大きな筒形状とされる。

スライド保持部２ｄの軸Ｘ方向両端近傍位置には、前ストッパー２ｆと後ストッパー２ｇとが配置される。前ストッパー２ｆ及び後ストッパー２ｇは、中空内部２ａの内壁からスライド保持部２ｄ内に突出し、スライドチップ６の前後移動を規制する機能を有している。すなわち、スライドチップ６は、この前後ストッパー２ｆ，２ｇの間において前後にスライド移動可能である。

緩衝部２ｅは、中空内部２ａの内面が略円筒形状とされた部分であり、水８の移動による流体室１２（後述）の容積変動を吸収する機能を有する。緩衝部２ｅ内には、隔壁４が配置されている。隔壁４は、中空内部２ａを水８が充填された流体室１２と大気開放された空気室１４とに区画するためのものである。したがって、隔壁４より後方側（チューブ１０に近い側）、すなわち緩衝部２ｅの一部とスライド保持部２ｄとが流体室１２に対応し、隔壁４より前方側（チューブ１０の反対側）、緩衝部２ｅの他の一部が空気室１４に対応する。

隔壁４は、水８が流体室１２から空気室１４へと漏出するのを防止する。隔壁４は、例えばシリコーンゴム、ウレタンゴム、樹脂フィルム等の薄膜材料等により構成され、大きな変形が抵抗なく行えることが望ましい。ここで、隔壁４の変形には、弾性変形と非弾性変形とを含む。非弾性変形とは、例えば、隔壁４が金属フィルム、樹脂フィルム等の非弾性材料により形成されている場合における形状変化による変形であり、弾性的でない変形をいう。チューブ１０が加圧等により弾性変形すると、水８が後方からスライドチップ６を前方に向けて付勢し、スライドチップ６がスライド保持部２ｄ内を前方へと移動する。その移動に伴い、流体室１２の容積が増加する。隔壁４は、図１（ｂ）に示すように前方（右方向）へと変形することで、流体室１２の容積変動を吸収するように構成されている。

流体室１２の容積増加に伴い、空気室１４の容積が減少する。その際の空気室１４内の圧力変動を吸収するための開口部２ｈが空気室１４に形成されている。開口部２ｈにより空気室１４内とケース２外部とが連通し、空気室１４内が大気開放されている。

ケース２のスライドチップ６から見て軸Ｘ方向に沿った前方位置に磁石（第１の磁石）１６が配置されている。この磁石１６は、後述する磁石（第２の磁石）１８とともに反発力を生じ、スライドチップ６を初期位置（後ストッパー２ｇに当接する位置）に付勢する機能を有する。

スライドチップ６は、流体室１２内に配置され、スライド保持部２ｄ内にスライド移動可能に保持された部材である。スライドチップ６は、略円柱形状の部材で樹脂、金属、ガラス等の材料により構成される。図２は、スライドチップ６を側方から見た部分断面図である。スライドチップ６の前面近傍位置、すなわち、スライド保持部２ｄ内に配置した際に隔壁４に近い側となる面に近い位置に、磁石１８が配置されている。

磁石１８は、隔壁４を介して磁石１６と対向している。磁石１８と磁石１６とは同極で対向されて互いに反発力を生じる。反発力により、スライドチップ６は、後ストッパー２ｇに当接するように付勢される。チューブ１０が加圧等により弾性変形し、水８が後方からスライドチップ６を前方に向けて付勢すると、磁石１６と磁石１８との反発力に抗してスライドチップ６が前方へと移動し、スライドチップ６は前ストッパー２ｆに当接する。すなわち、磁石１６と磁石１８との反発力は、チューブ１０が加圧等されていない状態ではスライドチップ６を後ストッパー２ｇへと当接可能な程度に強く、チューブ１０が加圧等された状態ではスライドチップ６が前ストッパー２ｆに当接するまで移動可能な程度に弱いことが好ましい。

スライドチップ６の周面には、スライドチップ６の後面から前面にかけて形成された溝（流通部）２０が形成されている。この溝２０は、水８がチューブ１０側と隔壁４側とに流通可能とするものである。チューブ１０が加圧等により弾性変形し、水８が後方からスライドチップ６を前方に向けて付勢する際に、水８の一部は、溝２０を通ってチューブ１０側から隔壁４側へと通過するようになっている。また、チューブ１０の弾性変形が解除され、スライドチップ６が後方へと移動する際には、水８が溝２０を通って隔壁４側からチューブ１０側へと通過するようになっている。

チップセンサ７は、スライド保持部２ｄの近傍であってケース２の外側に配置され、スライドチップ６の移動を検知するための検知手段である。移動を検知するとは、スライドチップ６の有無検知、移動方向検知、移動速度検知、位置検知を含む概念である。チップセンサ７としては、例えば光学センサや巻線コイル、磁気センサ等の公知の検知手段を用いることができる。チップセンサ７として光学センサを用いた場合は、その投受光領域へのスライドチップ６の進退を検知することで、スライドチップ６の有無や位置等を検知することができる。チップセンサ７として巻線コイルを用いた場合は、磁石１８の近接−離間による電磁誘導作用を利用してスライドチップ６の移動方向や移動速度等を検知することができる。

次に、この流体センサＳの動作について説明する。通常状態では、磁石１６と磁石１８との反発力によりスライドチップ６は、後ストッパー２ｇに付勢された初期位置に配置されている（図１（ａ）参照）。この状態で、チップセンサ７は、スライドチップ６の「無し」を検知している。また、隔壁４は、後方（図１中左方向）へ変形（移動）した状態である。

チューブ１０を加圧等により弾性変形させると、チューブ１０内の水８が前方に移動し、スライドチップ６を後方から前方へと押す。スライドチップ６は、磁石１６，１８の反発力に抗して前方へとスライド移動し、前ストッパー２ｆに当接して停止する（図１（ｂ）参照）。このとき、チップセンサ７はスライドチップ６の「有り」を検知する。スライドチップ６の前方移動に伴い、流体室１２内の水８が前方へと押されて流体室１２の容積が増加し、隔壁４を前方へと付勢する。隔壁４は、前方へと変形（移動）し流体室１２の容積増加と流体室１２内の圧変動を吸収する。隔壁４が前方へと変形（移動）し、空気室１４の容積が減少するが、開口部２ｈにより空気室１４が大気開放されているので、隔壁４の変形（移動）を阻害することは殆どない。

チューブ１０の加圧等を除去し、弾性変形を解除すると、チューブ１０内に負圧が作用し、スライドチップ６が後方へと移動する。磁石１６，１８による反発力も加わり、最終的にスライドチップ６は後ストッパー２ｇに当接する。それに伴い、隔壁４近傍の水８も後方へ移動し、隔壁４も後方へと変形（移動）する（図１（ａ）参照）。このとき、チップセンサ７はスライドチップ６の「無し」を検知する。

このように、この流体センサＳによれば、チップセンサ７の出力によりスライドチップ６の「有り」「無し」を検知することで、チューブ１０の弾性変形、すなわち加圧を検知することができる。なお、この実施例１の流体センサＳでは、スライドチップ６に溝２０が形成されているため、チューブ１０を弾性変形させた状態を維持していても、一定時間の経過とともに、水８が溝２０を通ってチューブ１０側から隔壁４側へと変形（移動）する。そうすると、スライドチップ６の前後両側での圧力差が徐々に減少し、結果として磁石１６，１８の反発力により、スライドチップ６が図１（ａ）のように初期位置に戻ることとなる。

チューブ１０を弾性変形させたままでも一定時間の経過とともにスライドチップ６が初期位置に戻るので、流体センサＳは、チューブ１０の更なる弾性変形（すなわち、複数回の加圧）によるスライドチップ６の前方移動を検知することが可能である。

なお、中空内部２ａは、実質的に円筒形状に限定される必要はなく、例えば、断面三角や四角形状の多角形筒形状であってもよい。スライド保持部２ｄが多角形筒形状である場合には、対応してスライドチップ６も多角形柱形状であってもよい。流通部２０はスライドチップ６の周面に形成された溝である必要はなく、スライドチップ６内部に前後に貫通した貫通孔や切欠形状であってもよく、実質的にチューブ１０側と隔壁４側との流体の流通を実現するものであればよい。また、流通部は必ずしもスライドチップ６側に形成される必要はなく、スライド保持部２ｄ側に形成されてもよい。

この流体センサＳによれば、センサの動作過程、すなわちチューブ１０が弾性変形する過程において、水８の圧力上昇が殆ど生じない。したがって、水８に気泡等の気体が混入していても、センサの検知動作への影響は殆どない。つまり、流体センサＳの生産工程や流体センサＳとチューブ１０との接続工程において、多少の気泡等が混入しても、流体センサＳとしての高い検知精度を実現することができる。また、チップセンサ７の配置位置を前後方向にずらすことで、流体センサＳの検知感度を容易に調整することもできる。

図３は、この流体センサＳの適用例を示す図である。図３（ａ）は、スライドドア２２を有する自動車Ｍの側面図である。自動車Ｍのスライドドア２２を開口した際のボディ側の周囲には、ドアシール２４が配置されている。図３（ｂ）に示すように、ドアシール２４に沿って延びるように、弾性容器としてのチューブ１０が配置されている。チューブ１０には実施例１の流体センサＳが接続されている。

このドアシール２４においては、手などの異物とチューブ１０とが接触しない通常状態でスライドドア２２を閉鎖した場合には、チューブ１０が加圧されないようになっている。しかしながら、スライドドア２２の閉鎖の際に手などの異物とチューブ１０とが接触した場合には、その異物によってチューブ１０が加圧されて弾性変形し、流体センサＳがその加圧を検知するようになっている。それにより、スライドドア２２の閉鎖時における異物のチューブ１０への接触を確実に検知することができる。

この流体センサＳに接続されたチューブ１０を駐車場の地面に敷設して使用することもできる。駐車場に自動車が入庫した際のタイヤの接地位置に対応する部分を通るようにチューブ１０を敷設する。このとき、複数台の駐車スペースを経由するようにチューブ１０を敷設する。

自動車のタイヤによりチューブ１０が加圧され弾性変形したことを流体センサＳにより検知すれば、駐車スペースへの自動車の入庫又は出庫を検知することができる。また、この流体センサＳによれば、１台の自動車が入庫したことが検知された後に一定時間が経過すれば、再び他の自動車の入庫が検知可能な状態となる。したがって、複数の検知手段を用いることなく、１つの流体検知センサＳによって複数台の自動車の入庫を検知することができる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。

本発明によれば、圧力センサを用いるのでなく、スライドチップの正逆方向のスライド移動を検知することにより流体の移動を検知しているので、温度変化や取付状態に影響され難く、安定した流体検知を実現することができる。隔壁の変形により流体の圧力変動を低減しているので、スライドチップの安定動作を実現し、流体内に気泡等が混入していても高検知精度を維持することができる。空気室が大気開放されているので、隔壁の変形を阻害することがない。スライドチップを初期位置に付勢する付勢手段として反発し合う磁石を用いれば、非接触で隔壁越しにスライドチップに確実に安定的な付勢力を与えることができる。

スライド保持部の両端近傍位置にストッパーが設置されていれば、スライドチップの移動範囲を正逆方向（前後方向）で規制することができる。スライドチップの繰り返しの有無検知において確実なスライドチップの移動動作を実現する。

２つの磁石による反発力が、スライドチップを後ストッパーに当接し得る反発力とされていれば、スライドチップを非接触な付勢力によって確実に初期位置にセットすることができる。流体センサのレイアウトや振動等による悪影響を排除することができる。

スライドチップ及び／又はスライド保持部に流通部が形成されていれば、流体がチューブ側と隔壁側とに流通可能となる。チューブの弾性変形によりスライドチップが移動した後であっても、所定時間経過後に再びスライドチップを初期位置に自動的に戻すことができる。１つの流体センサでチューブの弾性変形を複数回（複数箇所で）検知することができ、センサ個数の低減に寄与する。

スライド保持部の直径よりも空気室の直径を大きくすれば、緩衝部が流体室の容積変動を吸収する能力を向上させることができる。すなわち、チューブが弾性変形し、流体室の容積が増加しても、隔壁の変形を小さく抑えることができる。

なお、上記各実施例では、同極の第１の磁石１６と第２の磁石１８とを対向配置して相互の反発作用を付勢力として利用する（初期位置復元手段としての利用）ことによりスライドチップ６を初期位置（後ストッパー２ｇに当接する位置）に復元している。しかしながら、初期位置復元手段としては、磁石を利用すること以外にも、例えばバネ等の付勢力を利用すること、弾性材料の弾性力を利用すること、スライドチップ６への重力を利用すること、流体８の浮力を利用すること、等を考慮することができる。

例えば、スライドチップ６全体としての密度を流体８の密度よりも充分に低くすれば、流体８の浮力によってスライドチップ６を初期位置へと復元させることができる。この場合においては、スライド保持部２ｄに対して後ストッパー２ｇが上方位置となるように流体センサＳを配置する必要がある。また、スライドチップ６全体としての密度を流体８の密度よりも充分に高くすれば、スライドチップ６への重力によってスライドチップ６を初期位置へと復元させることができる。この場合においては、スライド保持部２ｄに対して後ストッパー２ｇが下方位置となるように流体センサＳを配置する必要がある。

磁石１８を含むスライドチップ６全体としての密度が流体８の密度と実質的に同じ密度となるように調整すれば、取付け方向によるスライドチップ６の重力または浮力による影響を排除することができる。ここで、磁石１８を含むスライドチップ６全体としての密度とは、スライド保持部２ｄ内をスライド移動するスライドチップ６全体としての密度を意味する。例えば、スライドチップ６内部に中空部を形成する等により、スライドチップ６全体としての密度を低くなるように調整することができる。もちろん、初期位置復元手段として磁石を用いない場合は、スライドチップ６の密度に磁石を考慮する必要はない。

これによりスライドチップの定位置保持機能の安定性が高められ、流体センサを適用対象物に取り付ける（組み込み）する際も過敏な取り扱いは不要となり作業が極めて容易となる。また、初期位置復元手段によるスライドチップ６の初期位置への付勢力をスライドチップ６に効果的に作用させることができる。

なお、スライドチップの初期位置への復元所要時間については、流体の選定（粘度）や流通部の設計、磁石の反発力の調整等によって適度に設定することができる。また、スライドチップ６全体としての密度は、流体８の密度に対して０．５倍〜２．８倍の範囲であることが、重力や浮力の影響の排除にとって好ましく、０．７倍〜１．４倍の範囲であることが、より好ましく、実質的に両者が同一であることがより一層好ましい。

ｄ１，ｄ２…径
Ｍ…自動車
Ｓ…流体センサ（流体検知装置）
Ｘ…軸
２…ケース
２ａ…中空内部
２ｂ…小径部
２ｃ…大径部
２ｄ…スライド保持部
２ｅ…緩衝部
２ｆ…前ストッパー
２ｇ…後ストッパー
２ｈ…開口部
４…隔壁
６…スライドチップ
７…チップセンサ（検知手段）
８…水（流体）
１０…チューブ（弾性容器）
１２…流体室
１４…空気室
１６…磁石（第１の磁石）
１８…磁石（第２の磁石）
２０…溝（流通部）
２２…スライドドア
２４…ドアシール

Claims (6)

1. 内部に流体が充填された弾性容器の一端に接続可能であり、内部が中空とされて前記弾性容器内の前記流体が自身の中空内部に流通可能なケースと、
   前記中空内部に配置され、前記中空内部を前記流体が充填された流体室と大気開放された空気室とに区画する変形可能な隔壁と、
   前記流体室内に配置されたスライドチップと、
   前記ケースの外側に配置された検知手段と、を有する流体検知装置であって、
   前記流体室内には、前記スライドチップを一方向に沿って正逆にスライド移動可能に保持するスライド保持部が形成され、
   前記空気室には、前記隔壁の変形による前記空気室内の圧力変動を吸収するための開口部が形成され、
   前記ケースには、前記スライドチップの移動方向に沿った位置に第１の磁石が配置され、
   前記スライドチップは、前記第１の磁石に対向する位置に前記第１の磁石と反発する第２の磁石を有し、
   前記検知手段は、前記スライドチップの移動を検知可能であり、
   前記弾性容器の弾性変形に基づく前記スライドチップの移動を検知可能に構成されたことを特徴とする流体検知装置。
2. 前記スライド保持部の前記スライドチップの移動方向における両端近傍位置には、前記スライドチップの移動を規制するストッパーが設置されていることを特徴とする請求項１記載の流体検知装置。
3. 前記第１の磁石と前記第２の磁石との反発力は、前記スライドチップを前記隔壁から遠い側の前記ストッパーに当接し得る反発力であることを特徴とする請求項２に記載の流体検知装置。
4. 前記スライドチップ及び前記スライド保持部の少なくともいずれか一方には、前記流体を前記弾性容器側と前記隔壁側とに流通可能とする流通部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体検知装置。
5. 前記スライドチップが、実質的に円柱形状であり、
   前記ケースが、実質的に円筒形状であり、かつ、
   前記スライド保持部の直径よりも前記空気室の直径が大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の流体検知装置。
6. 前記第２の磁石を含んだ状態での前記スライドチップ全体としての密度が、前記流体の密度に対し、０．５倍以上かつ２．８倍以内であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流体検知装置。

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