JP4061323B2 - フロート式液面計 - Google Patents

Description

本発明は、タンク内の液量や、液位を計測するフロート式液面計に関するものである。

従来から、用途に応じて様々な形式の液面計が使用されている。例えば、複数の燃料タンクを備える船舶では、燃料タンク毎に液面計を設置する必要がある。燃料タンク毎に異なる液面計を設置すると、取り扱い方法が異なるため、ユーザの負担が重くなる。よって、このような場合には、安価な同じ液面計を採用するのが好ましい。
安価なフロート式液面計としては、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。
特開２００２−３９８４２号公報

特許文献１に開示されているフロート式液面計は、構成が比較的簡素であり、フロートの上下移動に対応して移動するバランスウェイト（カウンタウェイト）を備えている。このようなフロート式液面計は、バランスウェイトを使用する分だけ設置するのに手間が掛かる。また、フロートのメンテナンス時には、バランスウェイトにも気を配る必要があり、作業が煩雑である。
そこで本発明は、構造が簡素で、設置するのに手間が掛からないフロート式液面計を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明では、液にフロートを浮かべ、前記フロートの高さにより液位を検出するフロート式液面計であって、一端が前記フロートに固定された第１ワイヤを設け、前記第１ワイヤの他端は滑車に巻き付けられており、前記滑車と同軸で一体に回転可能な主ホイールを設け、前記主ホイールには定トルクばねが設けてあり、前記定トルクばねは、フロートが液面と共に移動可能に主ホイールを付勢しており、さらに前記主ホイールには、第２ワイヤの一端が固定されており、前記第２ワイヤにはインジケータが設置されており、前記インジケータは、液位を示す表示板に刻んだ目盛に沿って往復移動が可能であり、前記表示板に沿って磁性体を配置し、前記インジケータに磁石を設置し、インジケータを前記磁性体に引き付けることにより、第２ワイヤの振動を抑制した。

請求項２の発明では、請求項１に記載のフロート式液面計の発明において、前記磁性体とインジケータの磁石の間に、磁力線を通す非磁性材料からなる部材を配置した。

請求項３の発明では、請求項１又は請求項２の発明において、第２ワイヤの他端側を副ホイールに巻き付けて固定し、前記副ホイールに主ホイールに設けた定トルクばねより弾性力が弱い定トルクばねを設けることにより、第２ワイヤに弛みが生じないようにした。

請求項４の発明では、請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載のフロート式液面計の発明において、表示板には上限指標と下限指標とが設けてあり、前記インジケータは、前記上限指標と下限指標の間の部分の任意の位置に配置可能とした。
フロート式液面計の設置環境（計測対象の液体が収容されたタンクの容量、液面の移動範囲等）に応じて、ゲージ合わせ（初期設定）を容易にするものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載のフロート式液面計の発明において、前記上限指標と下限指標にリードスイッチを設けた。

請求項１の発明では、一端が前記フロートに固定された第１ワイヤを設け、前記第１ワイヤの他端は滑車に巻き付けられており、前記滑車と同軸で一体に回転可能な主ホイールを設け、前記主ホイールには定トルクばねが設けてあり、前記定トルクばねは、フロートが液面と共に移動可能に主ホイールを付勢しており、さらに前記主ホイールには、第２ワイヤの一端が固定されており、前記第２ワイヤにはインジケータが設置されており、前記インジケータは、液位を示す表示板に刻んだ目盛に沿って往復移動が可能であるので、液面位置を容易に把握することができる。

また、インジケータとフロートとを別々のワイヤに備えるようにしたので、フロートとインジケータを、互いに無関係にメンテナンスすることができる。よって、フロートを交換する際には、適正に設定されたインジケータを取り外す必要がなく、インジケータを再設置する手間が掛からない。
請求項１の発明ではさらに、表示板に沿って磁性体を配置し、前記インジケータに磁石を設置し、インジケータを前記磁性体に引き付けることにより、第２ワイヤの振動を抑制したので、液位を正確に読み取り易くなる。また、第２ワイヤの振動を抑制するので、第２ワイヤの耐久性を向上させることができるようになる。

請求項２の発明では、磁性体とインジケータの磁石の間に、磁力線を通す非磁性材料からなる部材を配置したので、インジケータは表示板上を円滑に摺動することができる。

請求項３の発明では、第２ワイヤの他端側を副ホイールに巻き付けて固定し、前記副ホイールに主ホイールに設けた定トルクばねより弾性力が弱い定トルクばねを設けることにより、第２ワイヤに弛みが生じないようにしたので、フロートの移動が、インジケータにレスポンスよく伝達され、液位を良好に検出することができる。

請求項４の発明では、インジケータを、表示板に設けた上限指標と下限指標の間の部分の任意の位置に配置可能にしたので、フロート式液面計の設置環境に応じて、表示板に対するインジケータの設置位置を容易に調整することができる。

請求項５の発明では、上限指標と下限指標にリードスイッチを設けたので、インジケータが上限指標又は下限指標の位置に達すると、信号を出力することができるようになる。

図１は、本発明を実施したフロート式液面計１の斜視図である。フロート式液面計１は、例えば、船舶の燃料タンク内の燃料の量を計る場合に使用することができる。フロート式液面計１は、液３０（ここでは燃料）内に配置したフロート２と、フロート２を吊す後述する第１ワイヤ３と、第１ワイヤ３の向きを変更する案内滑車４及び５と、液位（燃料の液面位置）を表示する液面表示器６とを備えている。

フロート２や、案内滑車４及び５は、従来のフロート式液面計で使用されているものをそのまま採用する。また、フロート式液面計１は、液面表示器６の内部に特徴的な構成を備えており、以下では、主に液面表示器６について詳述する。

図２は、液面表示器６の分解斜視図である。
図２に示すように液面表示器６には仕切８が設けてある。仕切８には貫通孔９が設けてあり、支軸１０がこの貫通孔９を貫通している。支軸１０は、仕切８の表側（紙面の手前側）では主ホイール１４を支持しており、仕切８の裏側（紙面の向こう側）では、滑車１１を支持している。主ホイール１４と滑車１１は、支軸１０と共に、一体に回転することができるようになっている。

滑車１１には、溝状のワイヤ係合部１１ａが設けてある。ワイヤ係合部１１ａには、第１ワイヤ３の一端が固定されており、第１ワイヤ３の他端は、フロート２（図１）の上端に固定されている。図１に示すように、第１ワイヤ３の、滑車１１からフロート２に至る途中には、案内滑車４及び５が配置されている。これら案内滑車４及び５を設けることによって、燃料タンク（図１には燃料タンク頂部に設けたワイヤ設置フランジ２９のみを示す）の位置に関係なく、液面表示器６をユーザが目視し易い位置に設置することができるようになる。第１ワイヤ３の長さは、燃料がなくなった際に、フロート２が燃料タンクの底に届く程度以上の長さであればよい。

図２に示すように、仕切８の表側に配置された主ホイール１４には、第２ワイヤ２０を巻き取る溝状のワイヤ巻取部１４ａと、ばね係合部１４ｂとを備えている。主ホイール１４は、支軸１８ａで回転不能に支持された定トルクばね１８のばね１８ｂ（後述する図３に示す）の弾性力によって回転力が付与されている。

仮に、フロート２の比重が液（燃料）の比重よりも大きく、この回転力（第１ワイヤ３を介してフロート２を上方へ引っ張る力）が、フロート２の重量と、フロート２が燃料から受ける浮力の差と等しければ、フロート２は燃料中で停止する。

実際には、フロート２の比重は液（燃料）の比重よりも小さく、フロート２は、単体で、全長（全高）に対して、例えば６０〜７０％の長さ分が液没し、残りの４０〜３０％の長さ分が液面より上に突出する状態で浮遊するところ、第１ワイヤ３（定トルクばね１８）によって、全長の７〜１５％の長さ分がさらに液面より上に突出する（すなわち、液没部分の長さが短くなる）ように上方へ牽引されている。言い換えると、定トルクばね１８（ばね１８ａ）の弾性力で第１ワイヤ３を介してフロート２を牽引する力と、フロート２が液（燃料）から受ける浮力の和が、フロート２の重量と等しくなるように、フロート２の体積と重量（比重）とが設定される。よって、万が一、フロート２から第１ワイヤ３が外れても、フロート２がタンクの底へ沈没することはない。このように第１ワイヤ３によって上方へ牽引されるフロート２が、燃料の表面（液面）に配置されると、このフロート２は、上昇又は下降する液面に追従する。

フロート２は、燃料タンク内に直に配置するのではなく、燃料タンク内に鉛直方向に延びる案内筒２７を配置し、この案内筒２７の中にフロート２を配置する。案内筒２７内をフロート２が円滑に上下移動できるように、案内筒２７の内部形状とフロート２の外形とを設定する。例えば、フロート２に、複数の羽根を設け、これらの羽根を案内筒２７の内面に接触させると、フロート２を案内筒２７内で振動させることなく上下方向に移動させることができるようになる。

仕切８の表側には、支軸１５ａが設けてある。この支軸１５ａは、副ホイール１５を回転可能に支持している。副ホイール１５には、主ホイール１４と同様に、溝状のワイヤ巻取部１５ｂとばね係合部１５ｃとが設けてある。主ホイール１４のワイヤ巻取部１４ａには、第２ワイヤ２０の一端が固定されており、第２ワイヤ２０の他端は、副ホイール１５のワイヤ巻取部１５ｂに固定されている。

液面表示器６の構造を、図３及び図４を参照して、より具体的に説明する。図３は、液面表示器６の概略正面図である。また、図４は、図３のIV−IV矢視図である。

図１、図３及び図４に示すように第２ワイヤ２０は、仕切８の表側に設置された支柱１６ａ及び１７ａでそれぞれ回転可能に支持された滑車１６及び１７を経由しており、第２ワイヤ２０の一端は、主ホイール１４に複数周回巻き付けられている。第２ワイヤ２０の長さと、主ホイール１４の直径（第２ワイヤ２０を巻き付ける直径）は、フロート２（図１）の上下の最大移動距離に対応して設定する。そして、第２ワイヤ２０は、主ホイール１４から繰り出された長さ分だけ副ホイール１５に巻き取られ、逆に、主ホイール１４が巻き取る長さ分だけ副ホイール１５から繰り出されるようになっている。

副ホイール１５には、第２ワイヤ２０が撓まない程度に、仕切８に支柱１９ａで回転不能に支持された定トルクばね１９のばね１９ｂ（図３）の付勢（弾性）によって回転力が付与されている。すなわち、定トルクばね１８（ばね１８ｂ）で付勢された主ホイール１４の回転力よりも定トルクばね１９（ばね１９ｂ）で付勢された副ホイール１５の回転力の方が小さく、主ホイール１４から第２ワイヤ２０が繰り出された際に、第２ワイヤ２０が弛まないように第２ワイヤ２０を副ホイール１５に巻き取らせるために定トルクばね１９が設けられている。

定トルクばね１９（ばね１９ｂ）の弾性力は、主ホイール１４の回転に影響を及ぼさない程度の大きさに設定されている。よって、主ホイール１４に第２ワイヤ２０を巻き取る際（液面及びフロート２が下降する際）には、定トルクばね１８（ばね１８ｂ）の弾性力によって主ホイール１４と滑車１１は円滑に回転して、それぞれ第２ワイヤ２０と第１ワイヤ３を巻き取ることができるようになっている。

仕切８の表側には、燃料の液面である液位（又は、燃料タンク内の燃料の残量）を示す目盛を刻んだ表示板７を支持する支柱１３と、後述するレール１２を支持する支柱２２とが設けてある。表示板７には、後述するインジケータ２１を貫通させるスリット７ｂが設けてある。また、表示板７には、上限指標４０と下限指標４１とが設けてある。上限指標４０は、液位の最高警戒値（燃料タンク内の燃料が、最大充填量に達する直前の予め設定された液位）に対応する目盛位置に設置され、下限指標４１は、液位の最低警戒値（燃料タンク内の燃料が、完全に消費される直前の予め設定された液位）に対応する目盛位置に設置される。上限指標４０と下限指標４１に、図示しないリードスイッチを設け、インジケータ２１が上限指標４０又は下限指標４１の位置に達すると、図１に示す出力端子４５を介して信号を出力し、例えば、警報ブザーを鳴音させたり、警報ランプを点滅させることもできる。

表示板７の四隅には、貫通孔７ａが設けてある。支柱１３にはねじ穴１３ａが設けてあり、ビス２４が、貫通孔７ａを貫通して支柱１３のねじ穴１３ａと螺合することにより、表示板７が仕切８（支柱１３）に固定されるようになっている。

滑車１６と滑車１７の間には、レール１２が支柱２２によって支持されて設置されている。すなわち、レール１２には貫通孔１２ａが設けてあり、支柱２２の先端には、雌ねじ２２ａ（図４）が切ってあり、この雌ねじ２２ａに螺合するビス２６が貫通孔１２ａを貫通し、ビス２６と支柱２２とでレール１２を挟持することにより、レール１２は仕切８（支柱２２）に固定されている。

レール１２は、鉄等の磁性材料で構成される裏側部材２８と、銅、アルミニウム等の金属や樹脂等の磁力線を通す非磁性材料で構成される表側部材３９とが一体固着されて構成されている。表側部材３９には、インジケータ２１を摺動させる摺動面３９ａが設けてある。

主ホイール１４と副ホイール１５が回転すると、第２ワイヤ２０の、滑車１６と滑車１７の間の部分が、レール１２に沿って移動する。この第２ワイヤ２０の、滑車１６と滑車１７の間の部分には、インジケータ（指標）２１が設けてある。

図５は、インジケータ２１の分解断面図である。また、図６（ａ）は、インジケータ２１を組み立てた状態の断面図であり、図６（ｂ）は、組み立てた状態のインジケータ２１の正面図である。

図５に示すようにインジケータ２１は、袋ナット３１、指針３２、ストッパ３３（スペーサ）、平ワッシャ３４及び３５、及び磁石３６を備えた本体３７とで構成されている。磁石３６は、本体３７の基部３７ａ（レール１２と接触する部分）に開口した穴に内挿され、基部３７ａの開口に備えたかしめ片３７ｄをかしめることによって、本体３７に固定されている。磁石３６は、接着剤やその他の固定手段で本体３７に固定してもよい。また、本体３７には、基部３７ａと連続し、且つ、ねじ部を備えた支柱部３７ｂが設けてある。支柱部３７ｂの基部３７ａ側の端部には、第２ワイヤ２０を通す貫通孔３７ｃが設けてある。

支柱部３７ｂには、平ワッシャ３５、３４、ストッパ３３、及び孔３２ａを備えた指標３２が装着され、装着後、袋ナット３１が支柱部３７ｂのねじ部に螺合され、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す状態となる。すなわち、第２ワイヤ２０は、貫通孔３７ｃを貫通し、平ワッシャ３４と３５とで挟持される。平ワッシャ３５は本体３７の基部３７ａに当接しており、平ワッシャ３４は、筒状のストッパ３３と指標３２を介して袋ナット３１の締め付けにより、第２ワイヤ２０を押圧している。この構成によって、インジケータ２１は第２ワイヤ２０に固定される。

一方、表示板７に刻んだ目盛を指し示す指標３２は、ストッパ３３と袋ナット３１に挟持され、袋ナット３１を支柱部３７ｂのねじ部に締め付けることにより、インジケータ２１に固定される。

このような構成を備えたインジケータ２１は、袋ナット３１を緩めることによって、第２ワイヤ２０の任意の位置まで移動させることができ、さらに、その位置で袋ナット３１を締め付けるだけで第２ワイヤ２０に対して固定することができる。

図７は、インジケータ３８（図６のインジケータ２１の変形例）の断面図である。インジケータ３８は、ボルト３９、指標４０、スペーサ４１、平ワッシャ４２及び４３、ナット４４、及び磁石４５とで構成されている。

図７に示すように、指標４０は、ボルト３９の頭部３９ａとスペーサ４１との間に配置され、第２ワイヤ２０は、平ワッシャ４２と４３の間に配置される。そして、ナット４４をボルト３９に螺合させると、指標４０はボルト３９の頭部３９ａとスペーサ４１とで挟持され、第２ワイヤ２０は、平ワッシャ４２と４３とで挟持される。この構成により、インジケータ３８は、第２ワイヤ２０に固定することができる。ナット４４を緩めることによって、インジケータ３８は、第２ワイヤ２０の任意の位置まで移動させることができ、さらに、ナット４４を締め付けることによって第２ワイヤ２０に固定することができる。

また、ナット４４のねじ孔４４ａには、ねじ部４５ａを備えた磁石４５を螺合させている。この磁石４５は、図１に示すレール１２の表側部材３９に付着するので、インジケータ３８は、たとえ頻繁に揺れる船舶の燃料タンクに設置されていても、振れることなく表示板７のスリット７ａとレール１２に沿って上下方向に移動することができる。また、磁石４５は、非磁性材料で形成された表側部材３９を介して、磁性材料で形成された裏側部材２８と引き合うが、表側部材３９が両者間に作用する磁力を適度に弱め、インジケータ２１は表側部材３９上を円滑に摺動することができる。

ここで、話を液面表示器６に戻す。
以上のように構成されたフロート式液面計１では、燃料が消費され、滑車１１から第１ワイヤ３が繰り出されて、フロート２が下降すると、同時に、第２ワイヤ２０が主ホイール１４に巻き取られるので、インジケータ２１は、表示板７（レール１２）に沿って下降する。

滑車１１の直径（第１ワイヤ３の巻き取り直径）と主ホイール１４の直径（第２ワイヤ２０の巻き取り直径）とを相対的に調整することにより、インジケータ２１が指し示す表示板７に刻んだ目盛を、燃料タンク内の燃料の残量に対応させることができる。

以上、液面表示器６の構成について説明したが、仮に、フロート２が上下移動しても、支軸１０が円滑に回転しない場合には、貫通孔９にベアリングを設け、ベアリングで支軸１０を支持してもよい。また、上述の例において、貫通孔９にＯリングを設けて、測定対象の燃料が仕切８の表側に侵入しないようにするのが好ましい。

また、上述の例では、定トルクばね１９で副ホイール１５に回転力を付与する例を示したが、定トルクばね１９は、フロート２の位置（高さ）によらず、常に同じ弾性力で第２ワイヤ２０が撓まないように作用し、フロート２による滑車１１の回転力と、定トルクばね１８による主ホイール１４の回転力とは釣り合っている。主ホイール１４側の定トルクばね１８の付勢力に対して、副ホイール１５側のばねの付勢力が、無視できる程度の大きさであれば、副ホイール１５側には定トルクばね１９以外のばねを採用しても差し支えない。

以上のように、本実施の形態のフロート式液面計１では、電気機器を一切使用しておらず、漏電による火災等の事故の発生を回避することができ、極めて安全である。

本発明を実施したフロート式液面計の斜視図である。 液面表示器の分解斜視図である。 液面表示器の部分正面図である。 図３のIV−IV矢視図である。 インジケータの分解断面図である。 （ａ）は、組み立てた状態のインジケータの断面図であり、（ｂ）は、組み立てた状態のインジケータの正面図である。 図５とは別のインジケータの断面図である。

符号の説明

１ フロート式液面計
２ フロート
３ 第１ワイヤ
６ 液面表示器
７ 表示板
８ 仕切
９ 貫通孔
１０ 支軸
１１ 滑車
１２ レール
１４ 主ホイール
１５ 副ホイール
１６、１７ 滑車
１８、１９ 定トルクばね
２０ 第２ワイヤ
２１、３８ インジケータ
２５、４５ 磁石
２８ 裏側部材（磁性体）

Claims (5)

1. 液にフロートを浮かべ、前記フロートにより液位を検出するフロート式液面計であって、
   一端が前記フロートに固定された第１ワイヤを設け、前記第１ワイヤの他端は滑車に巻き付けられており、前記滑車と同軸で一体に回転可能な主ホイールを設け、前記主ホイールには定トルクばねが設けてあり、前記定トルクばねは、フロートが液面と共に移動可能に主ホイールを付勢しており、さらに前記主ホイールには、第２ワイヤの一端が固定されており、前記第２ワイヤにはインジケータが設置されており、前記インジケータは、液位を示す表示板に刻んだ目盛に沿って往復移動が可能であり、前記表示板に沿って磁性体を配置し、前記インジケータに磁石を設置し、インジケータを前記磁性体に引き付けることにより、第２ワイヤの振動を抑制したことを特徴とするフロート式液面計。
2. 前記磁性体とインジケータの磁石の間に、磁力線を通す非磁性材料からなる部材を配置したことを特徴とする請求項１に記載のフロート式液面計。
3. 第２ワイヤの他端側を副ホイールに巻き付けて固定し、前記副ホイールに主ホイールに設けた定トルクばねより弾性力が弱い定トルクばねを設けることにより、第２ワイヤに弛みが生じないようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフロート式液面計。
4. 表示板には上限指標と下限指標とが設けてあり、前記インジケータは、前記上限指標と下限指標の間の部分の任意の位置に配置可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載のフロート式液面計。
5. 前記上限指標と下限指標にはリードスイッチが設けてあることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載のフロート式液面計。

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