JP4328015B2 - 液面計 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
この発明は、液面計に関し、更に詳しくは、稼動部分を利用しない電子式の液面計に関する。
【０００２】
（背景技術）
より詳しくは、本発明は、本出願と共通の所有に係わる、名称「液面測定装置」及び日付１９８９年６月２０日のアメリカ合衆国特許第４８４０１３７号に開示された液面計の改良に関するものである。
【０００３】
アメリカ合衆国特許第４８４０１３７号の全ての開示事項は、特にこれを参照することによって、本出願に取込まれる。
【０００４】
上述のアメリカ合衆国特許第４８４０１３７号は、半透明のカップ状ハウジングを有する液面計を図解し記述するが、該ハウジングには、光屈折性のプリズムを形成する構造を持った閉鎖端部が備えられている。ハウジング内には、光源と光センサーが設けられている。その開示された実施例では、この光源と光センサーの両者は、担持ブロック（７２）によって作動位置に取り付けられている。この後者の担持ブロックは、光源と光センサーとが互いに僅かに収斂するような配置となるように、それらに対する受座を備えている。本来、この液面計は、レンズが液中に沈められたときに内側で反射されるレンズの光における変量を検出する。センサーに到達した光における変化は、レンズ外側の液面の測定に変換される。
【０００５】
この開示の装置で、比較的高分解能の計測が可能である。スペース上の要求と自動車製造業者の制約のために、この特許へと成長したその特許出願が提出された後、そこで開示された設計は、細長い内部用プリント回路基板を取り込むように修正を加えられたが、この回路基板には、光センサーからの出力を処理する場合と同様、光源にエネルギーを供給するために必要な種々の電気回路を含むものであった。
【０００６】
こうした修正の結果、一つの提案事項は、光源と光センサーとを、それ自身が主プリント回路基板に垂直に配置された小型プリント回路基板上に搭載することであった。
【０００７】
しかしながら、明瞭な欠点が、その小型プリント回路基板の組立と、該小型基板と細長い主プリント回路基板との電気的接続の形成とに存在していた。
【０００８】
更に加えて、液面計が、自動車での使用の如く振動を受ける場合、信頼性ある動作が可能であって長期の使用ができなければならなかった。
【０００９】
本発明が関係するタイプの液面計の動作に関する理論については、そのかなり簡明な説明が、名称「ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルコキシ材料を用いた光学的液面センサー」、１９９１年３月５日発行のアメリカ合衆国特許第４９９８０２２号であって、ニューヨーク州、バファロー(Buffalo)のコナックス・バファロー・コーポレション(Conax Buffalo Corporation)に譲渡されたものにおいてなされている。特に参照するところは、この特許の最初のシートに記載の図面と、その６欄１０行から始まる記述である。アメリカ合衆国特許第４９９８０２２号の全ての開示事項は、特にこれを参照することによって、本出願に取込まれる。
【００１０】
（発明の開示）
本発明は、該特許に係わる液面計と他の一般にある屈折タイプ液面計との上記の欠点を、十分克服し、その一つの目的のため、作成が容易で動作に信頼性がある、新規でかつ改良された液面計を提供するものである。
【００１１】
本発明の他の目的は、それ自身が大量生産技術に適合するために、組立がより容易で製造がより廉価である、上述の如き改良された液面計を提供することである。
【００１２】
本発明の関連する目的は、上記したところによる改良された液面計であって、種々の構成要素の計測される液体との不用意な接触が防止され、かつ、振動に対する耐性を有し、長い寿命を持つに至るものを提供することである。
【００１３】
本発明の他の更なる目的は、上記の如く特徴付けられ改良された液面計であって、特に多用な用途があって、かつ、最初の組立後に調整を要しないものを提供することである。
【００１４】
本発明のまた更なる目的は、上述した如き改良された液面計であって、光センサーと光源が、それに付帯する電気回路と同様、シールされたハウジングに全く安全に収容されているものを提供することである。
【００１５】
本発明のその上の更なる目的は、指摘した種類の改良された液面計であって、タンク又は容器への取付けが単純化され、特別な道具類即ち取付具類を必要としないものを提供することである。
【００１６】
上記の目的を達成するにあたって、本発明は、容器中の液体が所定の高さに達したときこれに感応する装置を提供するものであり、該装置は、電気回路を有した細長いプリント回路基板と、該プリント回路基板の一端に搭載されその光を横方向に向かわせる光源であって、その光源は前記基板の前記電気回路に接続されており、前記プリント回路基板の前記一端に搭載され、前記基板に向け横方向に指向された光を受光する光感応手段とを、組み合わせて含んでいる。該光感応手段は、また、前記基板の電気回路に接続されている。前記プリント回路基板を封入する細長い液密の包囲体と、前記光源で発出され前記光感応手段で受光される光のためのほとんど中実の反射経路を提供する、前記包囲体によって担持されたレンズ手段とが、更に設けられている。該レンズ手段は、前記包囲体の外側が前記レンズ手段の屈折率と異なる屈折率を有する液体で囲まれたとき、前記包囲体の外側において中実の反射経路から逸脱する経路を形成することに寄与することができる。
【００１７】
光源と光感応手段とは、両要素共に、他の要素と一緒に、前記プリント回路基板上に直接に横方向に搭載することができ、かつ、どちらの要素も前記レンズ手段に対し「向かわせる(pointing)」必要がない。かくて、非常により容易化された組立と向上した信頼性が実現される。
【００１８】
他の特徴と効果は、下文に現れてくるであろう。
【００１９】
（本発明を実施するための最良の形態及び産業上の利用可能性）
図１及び図２は、タンク又は容器の所定の高さに液面が存在するか否かを検出するための液面計を図解したものである。液面計は、全体を数字１０で示してある。本液面計構造体の取付構造は、幾つかの点で、出願人の上記したアメリカ合衆国特許第４８４０１３７号に示されたものと類似している。
【００２０】
特に、ボディ、６角形の頭部１６及びネジ１８を有した管状金属性取付部材１２が、液面計が取付けられる容器に設けられたネジ穴（不図示）に挿入できるように備えられている。ネジ穴の壁とのシールを行うにあたって、方形断面の弾性シールリング２０と弾性Ｏ−リング２２とが設けられているが、これらは従来構造とすることができる。
【００２１】
取付部材１２は、３個の孔を有した横断壁２６を備えた成形プラスチック電気コネクタ即ち端子ブロック２４を保持しており、これら孔は、以下に述べる回路基板との接続のための３個のオス電気端子即ちプロング２８、３０及び３２を収容する。コネクタブロック２４は、電気コネクタコンセントと自動車（不図示）の該当するワイヤハーネスとに接続するため、プロング２８−３２を内蔵するコップ形状の凹部３４（図３）と楕円状のスカート３６を有している。
【００２２】
取付部材１２は、コネクタブロック２４の肩４０上に図示の如く取り付けられる外部フランジ３８を有し、コネクタブロック２４を常時保持する。取付部材１２とコネクタブロック２４との間のシールは、更に別のＯ−リング４２によってなされる。
【００２３】
本発明によれば、細長い液密の管状包囲体又は中空管４４の形態をした新規かつ改良されたプラスチックハウジングと、一体形成された複合切子面を有するレンズ手段４５とが提供されるが、それは、包囲体内部で発生した光のためのほとんど中実の反射経路を形成し、かつ、包囲体４４が液体で囲まれたときのみ、内部反射光の所定経路から逸脱した光経路を包囲体４４の外側で形成せしめるためである。典型的な事例では、液体の屈折率は、包囲体４４を構成するプラスチックの屈折率と異なる。レンズ手段４５は、示された如く円錐形プリズム４６の形態をしている。細長い包囲体と細長いプリント回路基板は、互いに略共通の軸を有している。
【００２４】
図１及び図２を参照するに、管状包囲体４４の中に、それと一致する軸を有し、かつ、図１の点線略図で概要が示された電気回路５０を有する細長いプリント回路基板４８が設けられている。電気回路５０の一部は、光源と光センサーとを有している。好ましい実施例において、また、図示されているように、光源は発光ダイオード５２の形をとっており、光センサーはフォトトランジスタ５４を、好ましくは、感度向上のためダーリントンタイプのそれを備えている。プリント回路基板は中線を有しているが、発光ダイオード５２及びフォトトランジスタ５４の両者はこの中線上に位置し、発光ダイオード５２は、フォトトランジスタ５４とプリント回路基板４８の端部即ち先端との間に配置されている。
【００２５】
更に、本発明によれば、発光ダイオード５２及びフォトトランジスタ５４は、互いに並んで配置されるように直接プリント回路基板に搭載されているが、発光ダイオード５２は基板４８のある横方向に、好ましくは基板４８に垂直に向かい、一方、フォトトランジスタ５４は基板４８の横反対方向に、好ましくはやはり基板４８に垂直に向かうよう搭載されている。レンズ手段４５は、５６，５８，６０，６２、６４及び６６で総体的に表されている複数のプリズム面を含んでいる。プリント回路基板４８が、図１及び図２のように、包囲体４４内部の位置に固定されたとき、一つの面５６は、発光ダイオード５２の直前に配置され、他の一つの面６６は、フォトトランジスタ５４の直前に配置される。その配列では、発光ダイオード５２から発出し図５の矢印で示される光ビームは、隣接する受光面５６に入り、面５８で内部に反射され、面６０に到達するようにされている。そこでは、包囲体４４が液に沈められているか否かにより、ビームが面６２に向かって更なる反射をすることになるか、それとも、レンズ手段４５即ちプリズム４６を通って脇に逸らされ、面６０から外へ出て液中に入り込むことになる。後者の条件下では、光ビームの経路は、後者の条件でないときの反射経路即ちレンズ手段内に全てが位置する中実の反射経路から脇へ逸れる。
【００２６】
他方、面６０に液が存在しない場合、反射ビームは、その後プリズム面６２へ向かうもう一回の反射を行う。この反射によって、ビームは、プラスチック包囲体の内部で、垂直方向から面６４に向かって光伝送面６６の方に送られることになり、そして、面６６を通過しフォトトランジスタ５４によって受光される。この状態では、光ビームの経路は、本質的に包囲体４４及びレンズ手段４５の中実プラスチック材の中を通っている。フォトトランジスタ５４の電気伝導状態は、包囲体４４は液中に沈められていないという指示を出すに至る。
【００２７】
発光ダイオード５２及びフォトトランジスタ５４の両者に関し使用される電子部品は、非常に多くの形態を採ることができる。３個の接触プロング、２８、３０及び３２は、自動車のワイヤハーネス(不図示)からプリント回路基板４８への電気的接続を提供する。プリント回路基板４８もまた、発光ダイオード５２を励起し、フォトトランジスタ５４からの出力を処理するために使われる多くの電気的能動素子及び受動素子（不図示）を含んでいるが、これらの素子は、簡明性を目的として図１から図３において省略されている。
【００２８】
加えて、本発明によって、プリント回路基板４８の遠隔端部と包囲体４４との間には、Ｏ―リング６８を有した緩衝搭載手段が設けられる。好ましい実施例では、プリント回路基板４８の端部は、頭部即ち拡張部を備えた先端部７０を有して首部７２を形成し、また、Ｏ−リング６８は拡張部上に嵌り込み、首部７２をふさぐ。包囲体４４の端部の内部は、７４で円筒状の井戸状窪みを有し、本発明によって、Ｏ−リング６８との滑り嵌めを形成している。この配置では、プリント回路基板が、固定的な方法で支持され衝撃や振動に対抗するようにされている。プリント回路基板４８を中央に位置付けすることは望ましいが、これは、Ｏ−リング６８を包囲体４４端部の円筒形内面７４に弾性的に係合させることで自動的に行われる。かくて、Ｏ−リングは、プリント回路基板のための緩衝搭載手段を提供するだけではなく、プリント回路基板の先端部７０と包囲体の内側円筒面との間の滑り嵌めに対する寄与も果たしている。
【００２９】
包囲体４４は、入れ子式に取付部材１２に収納され、前述のＯ−リング４２も、また、包囲体４４とのシールを形成している。図１は、プロング２８−３２が挿通された孔をシールするために、該プロングに近接する横断壁２６に対して塗布されたエポキシ密封剤の層を示している。発光ダイオード５２及びフォトトランジスタ５４の配置を含む、ここで開示された配列は、従来の液面計に対して明瞭な利点を有しているが、この従来の液面計の大部分は、共に離れて配置された光源及び光センサーを利用するものであった。発光ダイオード５２及びフォトトランジスタ５４を横方向に配列する本配列によれば、これら素子が、その他の能動及び受動電気素子と共にプリント回路基板に対して平坦であるので、これら素子の搭載に関連した前記の問題は、完全に排除される。かくして、そこに電気的接続を形成することにおいて問題に遭遇することはないが、これは、前記したアメリカ合衆国特許第４８４０１３７号の装置で利用された配列と異なったもので、該特許では、その図１に示されているように、素子５６及び６２の導線を通すために別個の支持ブロックが利用されているのである。
【００３０】
実際面では、プリント回路基板４８は、包囲体４４に対して、両者が図示したような相対的位置をとるように調節されるが、これは、プリント回路基板４８のプロング２８−３２に対する位置合わせと同様、プリズム表面５６−６６の発光ダイオード５２及びフォトトランジスタ５４に対する位置合わせのために必要である。
【００３１】
上記のことから知れることは、私は、簡単な構造と使用上の信頼性を有した新規なかつ改良された液面計を提供した、ということである。発光ダイオード５２とフォトトランジスタ５４をプリント回路基板４８上の同一平面に搭載したことが、組立を簡単化している。Ｏ−リング６８によるプリント回路基板４８の端部の支持も同時に組立を容易化させており、加えて、この端部が移動も振動もしないことが重要であり、Ｏ−リング６８がこれら可能性を効果的に最小限に抑えている。
【００３２】
かくて、ここで開示された液面計は、この分野で目覚ましい進歩と改良をもたらすことがわかる。
【００３３】
この発明の精神から逸脱することなく、変形と修正が可能である。
【００３４】
ここに書き添えた請求項の一つ一つは、他の全ての発明から区別され識別される本発明のある面を定義しており、従って、新規性又は有効性のいかなる決定において従来の装置の観点から審査されるとき、各請求項はこうしたことから処理されるべきことが意図されたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の液面計の軸方向断面であり、該液面計は、包囲体と内部用プリント回路基板とを有し、例えば、自動車のガソリンタンク、オイルパン、他の液体含有容器のような容器に収納される液体のレベルをモニタリングするために適合したものである。
【図２】 図１の液面計の軸方向断面であり、図１の断面に関して直角に取ったものである。
【図３】 図１及び図２の液面計で使用されたプリント回路基板の平面図である。
【図４】 図１及び図２の液面計の左端面図である。
【図５】 液面計の包囲体のレンズ手段を図解により表示したものであり、該レンズ手段それ自身の内部でほとんど内側に反射する光のビーム経路を表している。

Claims (29)

1. 容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置であって、
   その上に電気回路を有する細長いプリント回路基板と、
   前記プリント回路基板の一端に搭載され、光をその横方向に向かわせる光源であって、前記プリント回路基板の回路に接続された光源と、
   前記プリント回路基板の前記一端に搭載され、前記プリント回路基板に対してその横方向に指向される光を受光する光感応手段であって、前記プリント回路基板の回路に接続された光感応手段と、
   前記プリント回路基板を囲い込む、細長い液密の包囲体と、 前記光源から射出され前記光感応手段で受光される光のためのほとんど中実の反射経路を形成する、前記包囲体に担持されたレンズ手段と、
   を組合せとして含む前記装置において、
   前記包囲体の外側が前記レンズ手段の屈折率と異なる屈折率を有する液体で囲まれたとき、前記レンズ手段は、前記包囲体の前記外側において前記中実の反射経路から逸脱する経路形成に寄与することが可能である、前記装置。
2. 前記プリント回路基板の一端と前記包囲体の一端との間に滑り嵌めを形成する手段が存在する、請求項１に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
3. 前記プリント回路基板の他の一端と前記包囲体の間に、それぞれが取付具を提供する共同操作可能な複数手段が存在する、請求項１に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
4. 前記滑り嵌めの部分で、前記プリント回路基板と包囲体との間に緩衝手段が存在する、請求項２に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
5. 前記緩衝手段が弾性のあるＯ−リングを有した、請求項４に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
6. 前記Ｏ−リングは前記プリント回路基板の前記一端によって担持されている、請求項５に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
7. 前記レンズ手段は、複合切子面を有した一体の光伝送構造を備え、該光伝送構造は、軸と、該軸に位置し、かつ、前記プリント回路基板の前記一端を収納する井戸状窪みとを有した、請求項２に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
8. 前記光源及び光感応手段は、前記細長いプリント回路基板の両端に延びる中線上に配置される、請求項１に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
9. 前記プリント回路基板はその前記一端に先端部を有し、かつ、前記光源は該先端部と前記光感応手段との間に配置される、請求項１に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
10. 前記包囲体は、前記滑り嵌めを備えた閉封端部を有したプラスチック管を含む、請求項２に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
11. 前記包囲体は、前記レンズ手段を備えた閉封端部を有した光伝送プラスチック管を含む、請求項２に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
12. 前記レンズ手段は、前記プラスチック管端部上の円錐形外面を有した、請求項１１に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
13. 前記レンズ手段は、前記包囲体の内側にあってその対抗する内面に配置された数対のプリズム面を含む、請求項１２に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
14. 一対のプリズム面のうちのある面は前記光源に面し、かつ、他の一対のプリズム面のうちのある面は前記光感応手段に面する、請求項１３に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
15. 前記数対のプリズム面のうちの他の面は、それぞれ、前記数対のプリズム面のうち最初に挙げた面に関して角度を以って配置されている、請求項１４に記載の容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置。
16. 液中への沈み込み用の一つの閉封端部を有する中空管と、 該中空管内部に配置された総じて平坦な回路基板であって、該回路基板の一側から離れる方向に向かう光源を担持し、かつ、該回路基板の他の一側から離れる方向に向かう光センサーを担持する前記回路基板と、 前記光源からの光を受光するための前記閉封端部に位置するプリズム手段であって、前記中空管の前記閉封端部が液中に沈み込んでいないときは、それを前記光センサーに向かって内部で反射させ、一方、前記中空管の前記閉封端部が液中に沈み込んで行くに従い、前記光センサーで受光した光を減衰させる前記プリズム手段と、 を組合せとして有する、液面計。
17. 前記プリズムは、前記光源に隣接して配置された受光面と、前記光センサーに隣接して配置された光伝送面とを有した、請求項１６に記載の液面計。
18. 前記受光面及び光伝送面は、実質的に互いに平行であり、かつ、前記回路基板の反対側に配置された、請求項１７に記載の液面計。
19. 前記受光面は、実質的に、前記光源によって発出された光の経路内に配置されている、請求項１７に記載の液面計。
20. 前記光伝送面は、前記光センサーに直接隣接して配置されている、請求項１７に記載の液面計。
21. 前記受光面は、実質的に、前記回路基板の面に関し同一平面になっている、請求項１６に記載の液面計。
22. 前記光伝送面は、実質的に、前記回路基板の面に関し同一平面になっている、請求項１６に記載の液面計。
23. 前記光源及び光センサーは、前記回路基板上で互いに軸方向に離間している、請求項１６に記載の液面計。
24. 前記光源及び光センサーは、前記中空管の前記閉封端部から軸方向に離間し、かつ、前記回路基板上で互いに軸方向に離間している、請求項１６に記載の液面計。
25. 前記中空管の前記端部は、概ね円錐形の外部表面形状を有している、請求項１６に記載の液面計。
26. 前記円錐形の外部表面形状は軸を有し、一方、前記受光面及び光伝送面は、共に該軸に対して実質的に平行になっている、請求項２５に記載の液面計。
27. 更に、前記回路基板を前記中空管内の中央に位置させるための緩衝手段を含み、該緩衝手段は、前記中空管のその閉封端部に配置され、かつ、前記回路基板に係合している、請求項１６に記載の液面計。
28. 容器中の液体が所定の高さに達したことに感応する装置であって、
    その上に電気回路を有する細長いプリント回路基板と、
    前記プリント回路基板の一端に搭載され、光をその横方向に向かわせる光源であって、前記プリント回路基板の回路に接続された光源と、
    前記プリント回路基板の前記一端に搭載され、前記プリント回路基板に対してその横方向からの光を受光する光感応手段であって、前記プリント回路基板の回路に接続された光感応手段と、
    前記プリント回路基板を囲い込む、細長い液密の包囲体と、
    前記包囲体の先端部に設けられ、複数のプリズム面を有し、前記光源から射出され前記光感応手段で受光される光のためのほとんど中実の反射経路を形成する、レンズ手段と、
    前記包囲体の内側に設けられ、前記プリント回路基板を支持する緩衝手段と、
    を組合せとして含む前記装置において、
    前記緩衝手段が前記プリント回路基板を支持したときに、前記複数のプリズム面の１つのプリズム面が前記光源の直前に配置され、前記複数のプリズム面の他の１つのプリズム面が前記光感応手段の直前に配置され、かつ
    前記包囲体の外側が前記レンズ手段の屈折率と異なる屈折率を有する液体で囲まれたとき、前記レンズ手段は、前記包囲体の前記外側において前記中実の反射経路から逸脱する経路形成に寄与することが可能である、前記装置。
29. 液中への沈み込み用の一つの閉封端部を有する中空管と、
    該中空管内部に配置された総じて平坦な回路基板であって、該回路基板の一側から離れる方向に向かう光源を担持し、かつ、該回路基板の他の一側から離れる方向に向かう光センサーを担持する前記回路基板と、
    前記包囲体の先端部に設けられ、前記光源からの光を受光するための前記閉封端部に位置する複数のプリズム面を有するプリズム手段であって、前記中空管の前記閉封端部が液中に沈み込んでいないときは、それを前記光センサーに向かって内部で反射させ、一方、前記中空管の前記閉封端部が液中に沈み込んで行くに従い、前記光センサーで受光した光を減衰させる前記プリズム手段と、
    前記中空管の内側に設けられ、前記回路基板を支持する緩衝手段と、
    を組合せとして有し、
    前記緩衝手段が前記回路基板を支持したときに、前記複数のプリズム面の１つのプリズム面が前記光源の直前に配置され、前記複数のプリズム面の他の１つのプリズム面が前記光センサーの直前に配置された、液面計。

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