JP2021056097A - 磁気式近接スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 対象物の通過を検出し、その検出状態を無電力で維持可能な磁気式近接スイッチを提供する。【解決手段】 液位検出装置１は、両端部にそれぞれ磁石１ａ、１ｂが内蔵され、中央を軸部１ｃに軸支された棒状体の傾動検知部１ｄと、傾動検知部１ｄのフロートＦ側の端部１ｅの上下方向にそれぞれ配置した磁性部材１ｆ、１ｇと、傾動検知部１ｄの磁気スイッチ部１ｉ側の端部１ｈの先端側に配置した磁気スイッチ部１ｉとを備える。磁石１ａがフロートＦの磁石Ｆ１に引き寄せられて、傾動検知部１ｄが軸部１ｃを中心に傾動し、更に磁性部材１ｆ又は１ｇに引き寄せられて、フロートＦ側の端部１ｅが移動する。同時に磁気スイッチ部１ｉ側の端部１ｈも移動して、磁石１ｂが磁気スイッチ部１ｉに近接又は離間することにより、磁気スイッチ部１ｉの接点部１ｏはオン／オフ信号を出力し、液位Ｗ１を検出する。【選択図】図２

Description

本発明は、磁石を内蔵した対象物が近傍を通過する方向を検出する磁気式近接スイッチに関するものである。

特許文献１には、液貯留タンクと連結したパイプ内に、磁石を備えた対象物としての液面上に浮遊するフロートを配置し、パイプ近傍の所定の高さ位置にリードスイッチを設けた液位検出器が開示されている。

パイプ内の液面に浮遊するフロートがリードスイッチに近接すると、フロートに備えた磁石の磁力によりリードスイッチが作動して、これにより出力されるオン又はオフ信号が液位検出器に入力され、液位検出器に接続される警報器、表示灯等により液位を確認することができる。

特公表２０１７−２０１２６９号公報

しかし、リードスイッチはフロートが近接した時に、液体の液位を検出して警報器等に出力することは可能であるが、フロートがリードスイッチの近傍を通過してしまった場合には、リードスイッチの作動が解除され、液位を継続して出力できない。

更に、フロートに内蔵する磁石の磁力が強いと、フロートが検出すべき液位から離れているにも拘らず、リードスイッチが作動することがあり、フロートとリードスイッチ間の距離を調整する必要が生ずる。従って、フロートの形状等に応じて、リードスイッチの配置可能な個所は所定範囲内になるという制約もある。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、対象物が通過する方向を検出し、通過した後もその検出状態を維持できる磁気式近接スイッチを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る磁気式近接スイッチは、内蔵磁石を内蔵する対象物の通過方向を検出する磁気式近接スイッチであって、傾動検知部と磁性部材と磁気スイッチ部とを備え、前記傾動検知部は、長手方向に沿って、前記対象物側の第１の端部及び反対側の第２の端部にそれぞれ第１及び第２の磁石を配置し、前記第１の端部と前記第２の端部の中間に軸部を配置して、該軸部を中心に傾動可能し、前記磁性部材は、２個の磁性体から成り、前記第１の端部の前記傾動検知部の前記長手方向と直交する方向にそれぞれ離間して配置し、前記第１の端部の前記第１の磁石との間に傾動維持用の副磁気吸引力を作用させ、磁気スイッチ部は、前記傾動検知部の前記第２の端部の前記第２の磁石による磁場の大きさに応じてオン／オフ信号を出力する接点部を有し、前記対象物に内蔵した前記内蔵磁石と前記傾動検知部の前記第１の磁石との間に作用する傾動用の主磁気吸引力に基づいて前記傾動検知部が前記軸部を中心に傾動し、前記磁気スイッチ部の前記接点部が前記第２の磁石による前記磁場の大きさに応じて出力する前記オン／オフ信号によって前記対象物の通過方向を検出することを特徴とする。

本発明に係る磁気式近接スイッチによれば、対象物の通過及びその方向を磁気スイッチ部によって検出した状態を、対象物が通過した後も維持することができる。対象物の通過方向を傾動検知部の動作を介して磁気スイッチ部で検出するため、対象物から磁気スイッチ部を離間して配置することが可能である。

磁気式近接スイッチを適用した液位検出装置の概略構成図である。 液位検出装置の要部構成図である。 液位検出装置とフロートの関係の説明図である。 液位検出装置とフロートの関係の説明図である。 副磁気吸引力の調整の説明図である。 接点信号を液位警報に用いた場合の説明図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る磁気式近接スイッチを、対象物である液面に浮遊するフロートに対して適用した液位検出装置の概略構成図である。例えば、液体Ｗが貯留されているタンクＴは、上下の連結管Ｔ１、Ｔ２を介してフロート収容管Ｐと連結されている。フロート収容管Ｐの液位Ｗ１とタンク内の液位Ｗ１は、液体Ｗが連結管Ｔ１、Ｔ２を介して流通可能であるので、同じ液位Ｗ１を示している。

フロート収容管Ｐ内の液体Ｗの液面にはフロートＦが浮上しており、フロートＦは液位Ｗ１に追従して、フロート収容管Ｐ内を上下に移動するようにされている。フロートＦには磁石Ｆ１が内蔵されている。

フロート収容管Ｐの近傍には、磁気式近接スイッチを適用した液位検出装置１が、上側液位検出装置１’、下側液位検出装置１”として、上下一対に配置されている。２個の液位検出装置１のそれぞれの出力は、出力線２を介して例えば警報装置等の報知部３に接続されている。

上方に配置した上側液位検出装置１’と、下方に配置した下側液位検出装置１”との２個の液位検出装置１に対して１個の報知部３が接続され、上側液位検出装置１’と下側液位検出装置１”とにより区分された３つの液位が検出できるように構成されている。

また、実施例のような２個の液位検出装置１に限定されることなく、更に多数の液位を検出するために３個以上の液位検出装置１をフロート収容管Ｐの近傍に配置し、報知部３に接続することも可能である。更に、それぞれの液位検出装置１に対して、別体の報知部３を接続することもできる。

図２は液位検出装置１の要部構成図である。液位検出装置１は、フロートＦに内蔵された磁石Ｆ１の上下方向の通過を検出する機能を有し、磁石Ｆ１の通過方向を検出して、液位Ｗ１がこの液位検出装置１よりも上位にあるか、下位にあるかの検出を継続して行うことができる。

フロートＦに内蔵された磁石Ｆ１は、フロートＦの回転を考慮して円環状とされ、上面、下面が水平方向に配置され、その高さ位置は液位Ｗ１と一致するようにされている。また、磁石Ｆ１は例えばＮ極が外側を向くようにされている。この磁石Ｆ１の詳細の構造は省略するが、例えば２枚の環状磁石を重ねて磁石Ｆ１の中心にＮ極が位置するようにされている。或いは、多数個の磁石を環状に並設して構成することもできる。

液位検出装置１は、長手方向の両端部にそれぞれ磁石１ａ、１ｂが配置され、中央を軸部１ｃに軸支された棒状体の傾動検知部１ｄと、この傾動検知部１ｄの磁石１ａのフロートＦ側の端部１ｅの上下方向、つまり傾動検知部１ｄの長手方向と直交する方向に、それぞれ離間して配置された磁性部材１ｆ、１ｇと、傾動検知部１ｄの磁石１ｂを配置した端部１ｈの先端側に配置された磁気スイッチ部１ｉとを備えている。

傾動検知部１ｄは軸部１ｃを中心にシーソー状に傾動して、フロートＦ側の端部１ｅ及び磁気スイッチ部１ｉ側の端部１ｈが、相互に対称的に上下方向に移動可能とされている。また、磁石１ａ、１ｂのＳ極、Ｎ極及び軸部１ｃは、傾動検知部１ｄの長手方向に沿った直線上に位置している。

また、フロートＦ内の磁石Ｆ１の液位検出装置１側に向けられたＮ極に対向して、傾動検知部１ｄのフロートＦ側の端部１ｅに配置された磁石１ａの先端側はＳ極とされ、磁石Ｆ１と磁石１ａとの間の異磁極同士には主磁気吸引力が作用するようにされている。

磁性部材１ｆ、１ｇは鉄等の磁性体から成るねじ体であり、端部１ｅの上下方向に水平に設置された板部１ｊ、１ｋのねじ孔に外側から回転自在にそれぞれ螺合され、磁石１ａに向けて任意の位置まで内方に突出できるようにされている。磁性部材１ｆ、１ｇを板部１ｊ、１ｋに対して回転させることで、磁性部材１ｆ、１ｇの先端の磁石１ａとの距離が調整可能である。

また、傾動検知部１ｄの磁気スイッチ部１ｉ側の端部１ｈの上下方向には、端部１ｈの傾動範囲を規制する板体状の傾動規制部１ｌ、１ｍがそれぞれ水平に設置されている。

磁気スイッチ部１ｉには例えばリードスイッチが用いられており、ガラス管１ｎ内にリードスイッチの接点部１ｏが封入されている。この接点部１ｏは並行した２本の磁性体から成る先端同士が接離するスイッチ接点とされている。接点部１ｏは水平状態の傾動検知部１ｄに対して、後述する接点状態を維持するために、若干下方側に配置されている。或いは、逆に若干上方側に配置していてもよい。

接点部１ｏは、傾動検知部１ｄの端部１ｈの磁石１ｂによる磁場つまり磁力の強弱に応じて、接離によるオン／オフ動作を行う。図３に示すように、接点部１ｏに磁石１ｂが離間した磁場が弱い状態では、接点部１ｏの先端同士は当接されていて、接点部１ｏはオン状態とされている。

また、磁石１ｂのＮ極が接点部１ｏに近接して所定強度の磁場が加えられると、当接していた接点部１ｏ同士が離間し、接点部１ｏがオフされた状態となる。接点部１ｏの一端側は出力線２であり、警報装置等である報知部３に対して、接点部１ｏによるオフ信号の接点信号が出力される。

このようにして、液位検出装置１はフロートＦの位置を基に、液位Ｗ１に対する接点信号を出力できる。このとき、フロートＦが上下軸を中心に回転しても、磁石Ｆ１は円環磁石であるので、常にＮ極が液位検出装置１に向けられるので、検出に支障はない。

報知部３は、磁気スイッチ部１ｉから出力される接点信号に基づいて起動するブザーや表示灯を備える警報装置等から成り、液位検出装置１と一体構造であってもよい。報知部３には中継装置を採用することも可能であり、無線又は有線の通信を介して、更に遠隔地に設置した監視装置等に液位検出装置１の接点信号を出力することもできる。また、報知部３は液位検出装置１からの接点信号を処理する処理部３ａを備えており、磁気スイッチ部１ｉの接点部１ｏによるオン／オフ信号を検出し、これらのオン／オフ信号を液位Ｗ１に対応付けて処理することができる。

図３に示すように、液位Ｗ１が上側液位検出装置１’の下方に変位する過程で、それまで傾動検知部１ｄの磁気スイッチ部１ｉ側の端部１ｈが上側に位置していた場合には、若干下側に配置されている接点部１ｏは磁石１ｂと離間しているため、磁石１ｂによる磁場に影響されずにオン状態となっている。更に、液位Ｗ１が下降しても、フロートＦ側の端部１ｅが磁性部材１ｇの間で作用する副磁気吸引力により引き寄せられて傾動された状態が維持されるので、傾動規制部１ｌにより端部１ｈが上側の所定位置にある状態が維持され、磁気スイッチ部１ｉの接点部１ｏのオン状態が維持される。

次いで、液位Ｗ１の上昇によりフロートＦが上昇して、フロートＦ側の端部１ｅの磁石１ａにフロートＦの磁石Ｆ１が近接すると、磁石１ａのＳ極と磁石Ｆ１のＮ極との間に強い主磁気吸引力作用することにより、磁石１ａと磁性部材１ｇとの間の弱い副磁気吸引力に抗して端部１ｅは上昇し、傾動検知部１ｄは軸部１ｃを中心として反時計回りに傾動する。

図４に示すように、フロートＦの上昇に伴い、傾動検知部１ｄの端部１ｅは主磁気吸引力により上方に移動し、移動後に磁石１ａは上方の磁性部材１ｆに副磁気吸引力よって引き寄せられた状態となる。同時に、磁気スイッチ部１ｉ側の端部１ｈは、下方に移動して傾動規制部１ｍに当接し、それ以上の傾動が規制される。

この過程において、近接した磁石１ｂによる強い磁場によって、磁気スイッチ部１ｉの接点部１ｏはオン状態からオフ状態となる。そして、更に液位Ｗ１が上昇しても、端部１ｅが磁性部材１ｆによって引き寄せられ、傾動された状態が維持されるので、端部１ｈの下側に位置する状態が維持され、接点部１ｏのオフ状態は維持される。

このように、フロートＦの昇降に伴う傾動検知部１ｄの作動によって、磁気スイッチ部１ｉの接点部１ｏのオン／オフ信号が切換えられる。そして、磁石１ａに対する磁性部材１ｆ、１ｇの間に作用する副磁気吸引力によって、フロートＦが上側液位検出装置１’の端部１ｅから上方又は下方に移動した場合であっても、傾動検知部１ｄの端部１ｅ、１ｈの傾動した状態は維持される。

上述の液位検出装置１の動作の説明では、液位Ｗ１の変動に対する上側液位検出装置１’の動作について述べたが、下側液位検出装置１”の動作もほぼ同様である。図１に示すように、上側液位検出装置１’、下側液位検出装置１”によれば、フロートＦによる液位Ｗ１は、上側液位検出装置１’の上方、上側液位検出装置１’と下側液位検出装置１”との中間、下側液位検出装置１”の下方の３個所に区分して検出される。

なお、磁石１ａと磁性部材１ｆ、１ｇとの間には、多少の機械的な振動や、地震等による振動が加わっても、磁石１ａを配置した端部１ｅが反対側に動き出すことのない程度の大きさの副磁気吸引力を作用させることが好ましい。

図５は端部１ｅの磁石１ａと磁性部材１ｆ、１ｇと間の副磁気吸引力の調整の説明図である。先ず、フロート収容管Ｐの形状や液体Ｗの温度等の条件に応じて、液位検出装置１を設置可能なフロートＦからの最小距離が決定される。次いで、傾動検知部１ｄが傾動するために必要な、液位検出装置１の磁石１ａのＳ極とフロートＦの磁石Ｆ１のＮ極との間の最小の主磁気吸引力に対応して、液位検出装置１を設置可能なフロートＦからの最大距離が決定される。この最小距離から最大距離の範囲内で、液位検出装置１はフロートＦの近傍に設置され、この設置された距離により、磁石１ａと磁石Ｆ１との間に作用する主磁気吸引力の大きさが決定される。

磁石１ａと磁石Ｆ１との間の主磁気吸引力が、磁石１ａと磁性部材１ｆ、１ｇとの間の副磁気吸引力に対して極度に大き過ぎる場合には、磁石１ａは磁石Ｆ１に強く引き寄せられて、ロックされてしまう状態となる。

一方、液位検出装置１の磁石１ａと磁石Ｆ１との間の主磁気吸引力が、磁石１ａと磁性部材１ｆ、１ｇとの間の副磁気吸引力に比較して小さ過ぎる場合には、磁石１ａが一旦、磁性部材１ｆ又は１ｇに引き寄せられると、液位Ｗ１の変動により、磁石Ｆ１が磁石１ａの最も近傍に至っても磁石１ａを吸引できなくなる。即ち、液位Ｗ１のその後の変動に対しても、磁石１ａは磁性部材１ｆ又は１ｇに強く引き寄せられたままで、傾動検知部１ｄが液位Ｗ１に追従しなくなる。

そこで、液位Ｗ１の変動により磁石Ｆ１が磁石１ａの近傍に至った場合に、磁石１ａと磁性部材１ｆ、１ｇとの間の副磁気吸引力が、磁石１ａと磁石Ｆ１との間の主磁気吸引力よりも小さく、適切な大きさとなるように調整を行う。

磁石１ａと磁性部材１ｆ、１ｇとの間の副磁気吸引力の調整は、磁性部材１ｆ、１ｇを回転させて、磁石１ａと磁性部材１ｆ、１ｇの先端の距離を変化させることにより行う。より強い副磁気吸引力を作用させる場合には、磁石１ａに磁性部材１ｆ、１ｇを近付ける調整を行い、より弱い副磁気吸引力を作用させる場合には、磁石１ａから磁性部材１ｆ、１ｇを遠去ける調整を行う。例えば図５では、磁性部材１ｆ、１ｇが磁石１ａから十分に離れた位置に設定されている。

このように、主磁気吸引力に対する副磁気吸引力の調整が適正になされていれば、液位Ｗ１が若干変動しても、磁石１ａが動いて磁性部材１ｆ又は１ｇに引き寄せられることはなく、傾動検知部１ｄが容易には傾動し難くなり、安定した液位検出が可能となる。

本実施例の液位検出装置１によれば、液位Ｗ１の変位に追従してフロートＦが液位検出装置１の近傍を通過した後も、無電力で磁気スイッチ部１ｉのオン／オフ信号の状態を維持することができる。また、液位Ｗ１の変位を傾動検知部１ｄの動作を介して磁気スイッチ部１ｉで検出するため、フロートＦから離れた位置に磁気スイッチ部１ｉを配置でき、高温の液体Ｗであっても、磁気スイッチ部１ｉはその影響を受け難くなる。

図６は上側液位検出装置１’、下側液位検出装置１”からの接点信号を液位警報に用いた場合の説明図である。フロート収容管Ｐの上下方向にそれぞれ配置されている上側液位検出装置１’、下側液位検出装置１”からの接点信号のオン／オフ信号の状態により、液位Ｗ１の正常状態／警告状態が出力される。

例えば、図１に示すように、上側液位検出装置１’は液位Ｗ１が予め定められた最高液位Ｗmax を超えているか否かを検出するために、フロート収容管Ｐの最高液位Ｗmax に相当する高さ位置に配置されている。また、下側液位検出装置１”は液位Ｗ１が予め定められた最低液位Ｗmin 未満になっている否かを検出するために、最低液位Ｗmin に相当する高さ位置に配置されている。

上側液位検出装置１’では、接点部１ｏの接点信号がオフ信号の場合に、液位Ｗ１が最高液位Ｗmax を超えているので、警告が必要な状態であると判定し、接点部１ｏの接点信号がオン信号の場合には、液位Ｗ１が最高液位Ｗmax 以下なので正常状態であると判定する。

一方、下側液位検出装置１”では、接点部１ｏの接点信号がオフ信号の場合に、液位Ｗ１が最低液位Ｗmin 以上なので正常状態であると判定し、接点部１ｏの接点信号がオン信号の場合には、液位Ｗ１が最低液位Ｗmin 未満なので警告状態であると判定する。警告状態と判定した場合には、報知部３はブザーを鳴動させたり、警告ランプを点灯させたりして、液位Ｗ１が異常値であることを監視員等に警報する。

なお実施例においては、専ら磁気式近接スイッチを適用した液位検出装置について説明したが、本発明に係る磁気式近接スイッチは液位検出装置に限定されることなく、磁石を内蔵した対象物を備える各種の検出機器に適用可能である。例えば、気体や液体の流量を測定する面積流量計などには好適に用いることができる。また、対象物の通過方向は上下方向だけではなく、水平方向、斜め方向であっても用いることができる。

１ 液位検出装置
１’ 上側液位検出装置
１” 下側液位検出装置
１ａ、１ｂ 磁石
１ｃ 軸部
１ｄ 傾動検知部
１ｅ、１ｈ 端部
１ｆ、１ｇ 磁性部材
１ｉ 磁気スイッチ部
１ｊ、１ｋ 板部
１ｌ、１ｍ 傾動規制部
１ｏ 接点部
２ 出力線
３ 報知部
３ａ 信号処理部
Ｆ フロート
Ｆ１ 磁石
Ｐ フロート収容管
Ｔ タンク
Ｔ１ 下部連結管
Ｔ２ 上部連結管
Ｗ 液体
Ｗ１ 液位

Claims (8)

1. 内蔵磁石を内蔵する対象物の通過方向を検出する磁気式近接スイッチであって、
   傾動検知部と磁性部材と磁気スイッチ部とを備え、
   前記傾動検知部は、長手方向に沿って、前記対象物側の第１の端部及び反対側の第２の端部にそれぞれ第１及び第２の磁石を配置し、前記第１の端部と前記第２の端部の中間に軸部を配置して、該軸部を中心に傾動可能とし、
   前記磁性部材は、２個の磁性体から成り、前記第１の端部の前記傾動検知部の前記長手方向と直交する方向にそれぞれ離間して配置し、前記第１の端部の前記第１の磁石との間に傾動維持用の副磁気吸引力を作用させ、
   磁気スイッチ部は、前記傾動検知部の前記第２の端部の前記第２の磁石による磁場の大きさに応じてオン／オフ信号を出力する接点部を有し、
   前記対象物に内蔵した前記内蔵磁石と前記傾動検知部の前記第１の磁石との間に作用する傾動用の主磁気吸引力に基づいて前記傾動検知部が前記軸部を中心に傾動し、前記磁気スイッチ部の前記接点部が前記第２の磁石による前記磁場の大きさに応じて出力する前記オン／オフ信号によって前記対象物の通過方向を検出することを特徴とする磁気式近接スイッチ。
2. 前記傾動検知部の前記対象物側の端部及び前記磁気スイッチ部側の端部に内蔵する前記磁石のＳ極、Ｎ極及び前記軸部は、前記傾動検知部の長手方向に沿って直線上に位置することを特徴とする請求項１に記載の磁気式近接スイッチ。
3. 前記磁気スイッチ部は、前記傾動検知部の前記磁気スイッチ部側の端部が上方にある場合にはオフ又はオン信号を出力し、前記傾動検知部の前記磁気スイッチ部側の端部が下方にある場合にはオン又はオフ信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気式近接スイッチ。
4. 前記磁性部材は、前記傾動検知部の前記対象物側の端部との距離を調整可能であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の磁気式近接スイッチ。
5. 前記磁性部材は、前記傾動検知部の前対象物側の端部の上下方向に離間して配置し、ねじ孔を有する板部に外側から螺合させた磁性体から成るねじ体であり、該ねじ体を回転させることで前記距離の調整を行うことを特徴とする請求項４に記載の磁気式近接スイッチ。
6. 前記磁気スイッチ部は、２個のリード片の先端同士が接離する接点部を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の磁気式近接スイッチ。
7. 前記傾動検知部の前記磁気スイッチ部側の端部の上下に、前記磁気スイッチ部側の端部の上下方向の移動を制限する傾動規制部を配置したことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の磁気式近接スイッチ。
8. 前記磁気スイッチ部は出力線を介して報知部に接続されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の磁気式近接スイッチ。

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