JP4551192B2 - 振子式レベル検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として、タンクやホッパーなどの容器内に投入されるセメントや小麦粉のような粉体または樹脂ペレットのような粒体が所定の検出レベルに達したのを検出する用途に好適に用いることができる振子式レベル検出装置に関するものである。

従来、前記粉体または粒体の容器内でレベルを検出するレベル検出装置として、羽根を容器内で一方向に低速回転させる回転式のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この回転式レベル検出装置は、容器内に投入される粉体または粒体などの被測定物が所定の検出レベルに達したときに、その被測定物が、回転軸（スピンドル）に固定された羽根の回転の障害物となってモータの回転に対して大きな負荷となり、その負荷が所定値を越えたときに、回転軸の回転停止を検知することにより、被測定物が所定の検出レベルにまで到達したことを検出するようになっている。
特願２０００−１３１９４０号

しかしながら、前記回転式レベル検出装置には、以下のような改善すべき種々の課題がある。すなわち、羽根は、毎分１〜４回転程度の低速回転数で常時回転駆動されるので、１回転当たり２回の割合で水平となる過度状態が生じるが、この水平状態となったときに、容器内に投入される被測定物が大量に衝突したり、山形に積み上がったりした場合には、回転軸が大きな曲げ荷重を受けて損傷したり、モータの回転を回転軸に伝達する減速機構のギヤが破損したり、前記減速機構を介してモータに過負荷がかかってモータの駆動コイルが損傷を受けたり、あるいは一時的に羽根が回転停止して検出レベルの検出信号が誤出力されたりする場合がある。また、投入された被測定物の衝突によって羽根に衝撃的な負荷がかかったときに、機械式クラッチと回転軸との間に滑りが生じ、これに起因してチャタリングが発生してクラッチを傷めることがある。

さらに、前記回転式レベル検出装置は、羽根を毎分１〜４回転程度の低速回転数で回転駆動するために、比較的多くのギヤを噛み合わせた減速機構を設ける必要があるので、モータと減速機構の存在によって構造が複雑化および大型化するとともに、構成の複雑化に伴って故障が発生し易い。また、前記回転式レベル検出装置は、回転軸を容器の壁に貫通させて、回転軸の先端に取り付けた羽根を容器内に突出させる形態で設けられるが、回転軸と容器の壁の貫通孔との間に設けた軸シール部材のシール力を高めると、モータとして一般に小型のものが用いられることから、軸シール部材の摩擦力により回転軸がスムーズに回転しなくなるので、前記シール力を高めるのに限度がある。そのため、容器内部が加圧されたときには、容器内の粉塵やガスなどが軸シール部材を通過してレベル検出装置のケース内部に侵入し、減速機構や回路基板などを傷めることもある。

本発明は前記従来の課題に鑑みてなされたもので、回転式ではなく振子式として、簡素化した構成により故障発生の低減を図りながらも、被測定物の羽根への衝突による損傷が抑制され、誤作動の少ない振子式レベル検出装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係る粉粒体の濃度計測装置は、揺動中心の回りに揺動する羽根と、前記羽根を１８０°未満の揺動角度で揺動させる駆動機と、前記羽根の揺動角度が所定値以下となったことを検知して羽根に接触する被測定物のレベルを検出するレベル検出回路とを備え、前記駆動機は、磁極体と、前記磁極体との間で磁気力による相対的な揺動運動を発生させる電磁コイルとを有し、前記磁極体と前記電磁コイルとが電気的に絶縁されて機械的に非連結である。

この振子式レベル検出装置では、揺動中心回りに揺動する羽根を、被測定物の容器などへの投入方向の下流側を向く配置、例えば被測定物を容器内に落下するように投入する場合に揺動中心を水平方向に向けて羽根を下向きとする配置で取り付けることにより、つまり、鉛直下向きを中心位置として左右に各９０°未満の角度範囲で羽根を揺動させることにより、羽根が水平位置となるのを避けられるので、容器に投入される被測定物が羽根に当たっても、この被測定物が羽根に沿って滑り落ちる。特に、羽根は、水平位置、つまり被測定物の投入方向に対し直交する状態となることがないことから、投入された被測定物が羽根に対し大きな衝撃力を与えないので、羽根が大きな負荷を受けて損傷したり、羽根の揺動動作が一時的に停止して検出レベルの検出信号が誤出力されるのを防止できる。
しかも、前記駆動機が、磁極体と、前記磁極体との間で磁気力による相対的な揺動運動を発生させる電磁コイルとを有し、前記磁極体と前記電磁コイルとが電気的に絶縁されて機械的に非連結である。この構成によれば、駆動機は、電磁コイルに通電することにより発生する磁界と磁極体との間の磁気的な吸引力および反発力による相対的な揺動運動により羽根を揺動させるので、従来のレベル検出装置が有しているモータおよび比較的多数のギヤを噛み合わせてなる減速機構などを設ける場合に比較して、構造が格段に簡素化され、それに伴って故障の確率が低くなる。

本発明の好ましい実施形態では、前記羽根が、その一端部に前記揺動中心を有している。この構成によれば、羽根は、例えば下向き配置で取り付ける場合に上端を揺動中心とする吊り下げ状態で設けられるので、中間部に揺動中心を有する場合のように揺動中心の両側に被測定物が衝突して互いに逆方向への回動力を受けるといったことが生じない。そのため、羽根の振動が生じない。

上記実施形態において、前記揺動中心に位置して回動する回転軸を有し、前記回転軸はケースに回動自在に支持され、前記回転軸における前記ケースから外方に突出した外方部に前記羽根が固定され、前記回転軸における前記ケースの内方に位置する内端部に前記磁極体が固定されている構成とすることが好ましい。この構成によれば、回転軸の外方部に羽根を、かつ回転軸の内端部に磁極体をそれぞれ固定して揺動部が構成され、この揺動部の磁極体と電磁コイルとは、電気的に絶縁（アイソレーション）され、かつ、機械的に非連結状態であるから、仮に被測定物の衝突によって羽根に大きな負荷がかかった場合であっても、電磁コイルが損傷を受けることがない。しかも、モータの回転を減速機構を介して回転軸に伝達する従来のレベル検出装置が有している機械的クラッチが不要となるから、クラッチでの滑りに起因するチャタリング音が生じることもない。

上記実施形態において、前記ケース内に前記電磁コイルが配置され、前記磁極体と前記電磁コイルとの間に、前記ケース内の空間を仕切る隔壁が設けられている構成とすることができる。この構成によれば、駆動機が、電気的に絶縁され、かつ機械的に非連結の磁極体と電磁コイルとにより構成されているから、この磁極体と電磁コイルとの間に非磁性体の隔壁を設けることが可能であり、ケースの内部における磁極体や回転軸などの揺動部の収納空間を、電磁コイルの収納空間に対し前記隔壁で遮断することにより、揺動部の収納空間は、容器内の圧力の影響を受け難くなる。そのため、被測定物を充填する容器内部が加圧された状態となっても、その容器内の粉塵やガスなどがケースにおける電磁コイルの収納空間に侵入することが殆どなくなる。

本発明の他の好ましい実施形態では、揺動動作の累積時間もしくは累積回数または前記レベルの検出回数を記憶するメモリと、これらを表示する表示器とを備えている。この構成によれば、メモリに記憶したデータを表示器に表示させることにより、レベル検出装置のそれまでの駆動履歴を詳細に知ることができるから、例えば、メンテナンスなどに際して、メモリに記憶したデータを参照することにより、保守や点検を的確に行うことができる。

本発明の振子式レベル検出装置によれば、被測定物のレベル検出用の羽根を、揺動中心回りに揺動する状態に設けて、１８０°未満の揺動角度で揺動させるので、容器内に投入される被測定物の衝突によって羽根が損傷することが少なく、また、羽根や回転軸を含む揺動部の駆動源として、電気的に絶縁され、かつ機械的に非連結の磁極体と電磁コイルとからなる駆動機を用いたことにより、構成が大幅に簡素化されて故障発生の頻度が低くなる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る振子式レベル検出装置を示し、（ａ）は切断右側面図、（ｂ）は正面図である。この振子式レベル検出装置１は、タンク（容器）２の壁、この例では側壁２ａの外面に取り付けられて、タンク２内に投入して貯留される粉体または粒体の被測定物３の所定の検出レベルを検出するものである。装置１の外装体であるケース４は、円筒状のケース本体７の後部開口がケース蓋８により閉塞されており、ケース本体７の前面から円筒状に突出した取付部７ａの外面に径方向外方へ突出する環状の取付フランジ部７ｂが一体形成により設けられているとともに、この取付フランジ部７ｂから先端部までの外面に、雄ねじ７ｃが形成されている。前記ケース４は、取付部７ａをタンク２の側壁２ａの取付孔２ｂに外側から挿入して取付フランジ部７ｂを側壁２ａの外面に当接した状態で、固定ナット部材１２をタンク２の内部から雄ねじ７ｃに螺合して締結することにより、側壁２ａに取り付けられる。なお、前記振子式レベル検出装置１は同じ要領でタンク２の上壁に取り付けることもできる。

前記ケース本体７の取付部７ａの内周面には、これの内部を同心状の配置で貫通した回転軸９が、軸受１０を介して回転自在に支持されており、この回転軸９における取付部７ａから前側（図の左側）外方に突出した外方部には、矩形の平板状の羽根１１が、その一端部を固定されてタンク２内部で吊り下げ状態に支持されている。この羽根１１は、揺動中心となる回転軸９の軸心９０の回りに所定の揺動角度θで揺動するようになっている。前記揺動角度θは、この実施形態において、鉛直下方向の位置から左右にそれぞれ３０°の合計６０°に設定されている。前記回転軸９と取付部７ａの内周面との間は、オイルシール部材１３でシールされている。

前記回転軸９におけるケース４の内方に位置する内端部には磁性体である鉄製の回転円板１７が固着され、回転軸心９０の回りに回転自在に設けられた回転円板１７の後面（図の右面）には、永久磁石からなる磁極体群１８が固着されている。図２に示すように、前記磁極体群１８はこの実施形態において８つの磁極体１８Ａ〜１８Ｈからなる。これら８つの第１ないし第８磁極体１８Ａ〜１８Ｈは、軸方向端面のＮ極とＳ極とが交互となる配置で、回転円板１７の周縁に沿った回転軸９と同心の同一円上に等間隔に並べて固定されている。これら磁極体１８Ａ〜１８Ｈおよび回転円板１７は、後述する駆動機１４における回転子２５を構成している。この回転子２５の回転は、回転円板１７の鉛直下方位置に設けられた第１位置検出センサ２３Ａおよび鉛直下方位置に対し左側に３０°の間隔で設けられた第２位置検出センサ２３Ｂにより検出される。この両位置検出センサ２３Ａ，２３Ｂは、各磁極体１８Ａ〜１８ＨのうちのＳの磁極の近接を検出してオンする近接スイッチ（磁気感応スイッチ）からなり、図１に示すように、ケース本体７の内周面に固定されている。なお、図２の矢印Ｆは、羽根１１の向きを示している。

図１の磁極体群１８の後方側（図１の右方側）には、ベークライトのような絶縁板１９を介して鉄製の固定円板２０の前面（図１の左面）に固着された電磁コイル群２１が、磁性体群１８との間に軸方向の間隔を存して相対向する配置で固定的に設けられている。図３に示すように、前記電磁コイル群２１はこの実施形態において６つの第１ないし第６の電磁コイル２１Ａ〜２１Ｆからなる。これら６つの第１ないし第６の電磁コイル２１Ａ〜２１Ｆは、各磁極体１８Ａ〜１８Ｈの配設円と同心の同一円上に等間隔に並べて固定されているとともに、３つの給電用接続端子２２Ａ〜２２Ｃに後述する接続状態に接続されている。この各電磁コイル２１Ａ〜２１Ｆは、鉄製の固定円板２０をヨークとして磁気回路を構成しており、各接続端子２２Ａ〜２２Ｃを介し選択的に所定方向に通電されることにより磁界を発生して、各磁極体１８Ａ〜１８Ｈとの間に吸引力および反発力による駆動力を生じさせることにより、回転円板１７および回転軸９を介して羽根１１を所定の揺動角度θの範囲内で揺動させる。したがって、羽根１１を揺動させる駆動機１４は、各磁極体１８Ａ〜１８Ｈおよび回転円板１７からなる回転子２５と、電磁コイル群２１および固定円板２０からなる固定子２６とにより構成されている。

ケース本体７の後端開口部の近傍箇所には、前記駆動機１４における各電磁コイル２１Ａ〜２１Ｆの駆動制御回路が構成された回路基板２４が取付ねじ２７により着脱自在に取り付けられており、この回路基板２４は、ケース本体７の巻線通過孔７ａに貫通されたリード線（図示せず）により外部回路に接続されている。前記固定子２６の固定円板２０は、回路基板２４に植設された複数本の取付柱２８によって回路基板２４に所定の間隔を存して平行に相対向する配置で取り付けられている。駆動機１４の磁極体群１８と電磁コイル群２１との間には、ケース４内部を二つの空間に気密に仕切る隔壁２９がケース本体７に固定して設けられている。この隔壁２９はステンレスのような非磁性体の平板からなる。

前記電磁コイル群２１は、図４に示す駆動制御回路により通電制御される。駆動制御回路は図１の回路基板２４に設けられたものである。図４の各電磁コイル２１Ａ〜２１Ｆは、各２つを一組として接続した３つの直列回路をＹ状の組み合わせ配置で接続されており、前記３つの直列回路の各一端が図３で示した３つの接続端子２２Ａ〜２２Ｃにそれぞれ接続されている。各電磁コイル２１Ａ〜２１Ｆは、３つの直列回路の各他端の接続点Ｃに向かう正方向Ｐに電流が流れるように通電されたときに、磁極体１８Ａ〜１８Ｈに対向するコイル前面が、Ｎ極に励磁され、接続点Ｃから遠ざかる負方向Ｎに電流が流れるように通電されたときにＳ極に励磁される。

制御部３０は、１チップマイクロコンピュータを有して、前記駆動制御回路の全体を制御するものであり、前記２つの位置検出センサ２３Ａ，２３Ｂからの入力信号と内蔵のタイマ回路部からの計時信号とに基づき、ドライブ回路３１に対し制御信号を出力する。ドライブ回路３１は、制御信号を受けたときに、６つのスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６のうちの２つを選択的にオンさせるパルス信号を出力する。すなわち、各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６は、３つの接続端子２２Ａ〜２２Ｃのうちから選択された２つの間に所定方向に向け直流電源＋Ｂから直流電流を流すように選択的にオンされる。これについての詳細は後述する。

また、制御部３０は、２つの位置検出センサ２３Ａ，２３Ｂからの入力信号と内蔵のタイマ回路部からの計時信号とに基づいて羽根１１が所定の揺動角度θで揺動しているか否かを判別して、その判別結果に基づき、リレーからなるレベル検出回路３２をオン駆動またはオフ駆動のいずれかに切換制御する。すなわち、レベル検出回路３２は、制御部３０からの制御信号を受けて、羽根１１が所定の揺動を行っているときにオフ駆動してローレベル信号Ｌを出力し、かつ、羽根１１の揺動角度θが所定値以下となったときにハイ駆動してハイレベル信号Ｈを出力するように切換制御される。

さらに、制御部３０は、羽根１１の揺動動作の累積時間もしくは累積回数または被測定物３の検出レベルの検出により前記レベル検出回路３２からハイレベル信号Ｈを出力させた検出回数などのデータをメモリ３３に記憶させ、かつ、表示器３４に一時的に表示させるとともに、作業員などの外部操作によって表示指令信号が入力したときに、メモリ３２からデータを読み出して表示器３４に表示させる。表示器３４は図１（ａ）の回路基板２４に取り付けられており、ケース蓋８をケース本体７から取り外して目視する。ケース８の表示器３４に対向する部分に窓を設けて、ケース蓋８をケース本体７に取り付けたまま、外部から表示器３４を目視できるようにしてもよい。

つぎに、前記振子式レベル検出装置の動作について、図５のフローチャートおよび電磁コイル群２１の正面図である図６を参照しながら説明する。先ず、図４の制御部３０は、第２接続端子２２Ｂから第３接続端子２２Ｃに向け電流を流す制御信号をドライブ回路３１に対し出力し、この制御信号を受けたドライブ回路３１が第２および第６スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ６を共にオンさせる駆動信号（パルス信号）を出力し、第２接続端子２２Ｂから第３接続端子２２Ｃに向け電流を流す（ステップＳ１）。これにより、第３および第６電磁コイル２１Ｃ，２１Ｆは、正方向Ｐの電流が流れてＮ極に励磁され、かつ、第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅは、逆方向Ｎの電流が流れてＳ極に励磁される。

図６において、各電磁コイル２１Ａ〜２１Ｆのうちの正方向Ｐに電流が流れたものは、横平行線によってＮ極に励磁されたことを図示し、かつ、逆方向Ｎに電流が流れたものは、縦平行線によってＳ極に励磁されたことを図示しており、また、各磁極体１８Ａ〜１８Ｈの磁極Ｓ，Ｎは、電磁コイル２１Ａ〜２１Ｆの磁極と明確に区別するために、丸内に図示してある。上述のように第２接続端子２２Ｂから第３接続端子２２Ｃに向け電流が流れることにより、回転円板１７は、左右いずれかの方向から図６（ａ）の図示位置に向け回転される。すなわち、磁極体群１８を支持する回転円板１７は、Ｓ極の第４および第８磁極体１８Ｄ，１８ＨがＮ極に励磁された第３および第６電磁コイル２１Ｃ，２１Ｆに吸引されて近接し、かつ、Ｎ極の第３および第７磁極体１８Ｃ，１８ＧがＳ極に励磁された第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅに吸引されて近接する向きに回転される。

ここで、制御部３０は、ドライブ回路３１に対し制御信号を出力した時点から所定時間の計時を内蔵のタイマ回路部で開始したのち、第１および第２位置検出センサ２３Ａ，２３Ｂが共にオフ状態になったか否かの判別（ステップＳ２）を、所定時間が経過したと判別（ステップＳ３）するまで行う。回転円板１７が図６（ａ）の図示位置まで回転したときには、第１および第２位置検出センサ２３Ａ，２３ＢにＮ極の第７および第１磁極体１８Ｇ，１８Ａが対向するので、Ｓ極を検知する両センサ２３Ａ，２３Ｂが共にオフし、このとき、羽根１１は鉛直下方向の向きＦとなる。制御部３０は、両センサ２３Ａ，２３Ｂが共にオフしたと判別したときに、ドライブ回路３１に対しスイッチングトランジスタＱ２，Ｑ６への駆動信号の出力を停止させる制御信号を出力して、各電磁コイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｅ，２１Ｆへの通電を停止させる（ステップＳ４）。これにより、各電磁コイル２１Ｃ，２１Ｂ，２１Ｆ，２１Ｅへの通電時間は、極めて短時間、例えば２００ｍｓｅｃ程度に制限されて、節電が図られる。この通電の停止時間は、例えば０．５〜１ｓｅｃ程度に設定されている。

つぎに、前記通電の停止時間が経過したときに、制御部３０は、第１接続端子２２Ａから第２接続端子２２Ｂに向け電流を流す制御信号をドライブ回路３１に対し出力し、この制御信号を受けたドライブ回路３１が第１および第５スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ５を共にオンさせる駆動信号を出力し、第１接続端子２２Ａから第２接続端子２２Ｂに向け電流を流す（ステップＳ５）。これにより、図６（ｂ）に示すように、第１および第４電磁コイル２１Ａ，２１Ｄは、正方向Ｐの電流が流れてＮ極に励磁され、かつ、第３および第６電磁コイル２１Ｃ，２１Ｆは、逆方向Ｎの電流が流れてＳ極に励磁される。

そのため、Ｓ極の第４および第８磁極体１８Ｄ，１８Ｈには、それぞれ対向する第３および第６電磁コイル２１Ｃ，２１Ｆが同極のＳ極に励磁されたことによって反発力が発生するとともに、Ｎ極の第１および第５磁極体１８Ａ，１８Ｅは、近接する第１および第４電磁コイル２１Ａ，２１ＤがＮ極に励磁されたことによって回転円板１７を右回りに回転させる方向に反発力を受ける。これにより、羽根１１は、右回りに回転する回転円板１７を介して右方に向け揺動される。

制御部３０は、ドライブ回路３１に対し制御信号を出力した時点から所定時間の計時をタイマ回路部で開始したのち、第１位置検出センサ２３Ａがオンしたか否かの判別（ステップＳ６）を、所定時間が経過したと判別（ステップＳ７）するまで行う。回転円板１７が図６（ｃ）の図示位置まで回転したときには、第１位置検出センサ２３Ａが、Ｓ極の第８磁極体１８Ｈが対向したのを検出してオンする。このとき、羽根１１は、鉛直下方向に対し右側に所定角度θ１だけ揺動した向きＦとなり、前記所定角度θ１は、この実施形態において、両センサ２３Ａ，２３Ｂの配設位置によって３０°に設定されている。制御部３０は、第１位置検出センサ２３Ａがオンしたと判別したときに、ドライブ回路３１に対しスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ５への駆動信号の出力を停止させる制御信号を出力して、各電磁コイル２１Ａ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｆへの通電を停止させる（ステップＳ８）。

前記通電停止の設定時間が経過したときに、制御部３０は、第２接続端子２２Ｂから第３接続端子２２Ｃに向け電流を流す制御信号をドライブ回路３１に対し出力して、第２および第６スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ６を共にオンさせることにより、第２接続端子２２Ｂから第３接続端子２２Ｃに向け電流を流す（ステップＳ９）。したがって、図６（ｄ）に示すように、第３および第６電磁コイル２１Ｃ，２１Ｆは、正方向に電流が流れてＮ極に励磁され、かつ、第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅは、逆方向に電流が流れてＳ極に励磁されるため、Ｎ極の第１および第５磁極体１８Ａ，１８Ｅには、それぞれ対向する同極の第６および第３電磁コイル２１Ｆ，２１Ｃに対し反発力が発生するとともに、Ｓ極の第４および第８磁極体１８Ｄ，１８Ｈは、近接する同極の第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅにより回転円板１７を左回りに回転させる方向に反発力を受ける。これにより、羽根１１は、左回りに回転する回転円板１７を介して左方に揺動される。

制御部３０は、前記制御信号を出力したのち、第１および第２位置検出センサ２３Ａ，２３Ｂが共にオフしたか否かの判別（ステップＳ１０）を、所定時間が経過したと判別（ステップＳ１１）するまで行う。回転円板１７が左回りに回転して羽根１１の向きＦが鉛直下方向となる位置まで達したときには、図６（ａ）の図示状態と同一となり、Ｓ極の第４および第８磁極体１８Ｄ，１８ＨがＮ極に励磁された第３および第６電磁コイル２１Ｃ，２１Ｆに吸引されて対向し、かつ、Ｎ極の第３および第７磁極体１８Ｃ，１８ＧがＳ極に励磁された第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅに吸引されて対向する。

このとき、制御部３０は、第１および第２位置検出センサ２３Ａ，２３Ｂが共にＮ極の第７および第１磁極体１８Ｇ，１８Ａが対向することによって共にオフしたのを判別し、ドライブ回路３１に対しスイッチングトランジスタＱ２，Ｑ６への駆動信号の出力を停止させる制御信号を出力して、各電磁コイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｇ，２１Ｆへの通電を停止する（ステップＳ１２）。

続いて、制御部３０は、第３接続端子２２Ｃから第１接続端子２２Ａに向け電流を流す制御信号をドライブ回路３１に対し出力して、第３および第４スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４を共にオンさせることにより、第３接続端子２２Ｃから第１接続端子２２Ａに向け電流を流す（ステップＳ１３）。これにより、図６（ｅ）に示すように、第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅは、正方向に電流が流れることによりＮ極に励磁され、かつ、第１および第４電磁コイル２１Ａ，２１Ｄは、逆方向に電流が流れることによりＳ極に励磁されるため、Ｎ極の第３および第７磁極体１８Ｃ，１８Ｇには、対向する同極の第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅに対し反発力が発生するとともに、Ｓ極の第２および第６磁極体１８Ｂ，１８Ｆは、近接する同極の第１および第４電磁コイル２１Ａ，２１Ｄにより回転円板１７を左回りに回転させる方向に反発力を受ける。これにより、羽根１１は、左回りに回転する回転円板１７を介して左方に向け揺動される。

制御部３０は、前記制御信号を出力したのち、第２位置検出センサ２３Ｂがオンしたか否かの判別（ステップＳ１４）を、所定時間が経過したと判別する（ステップＳ１５）まで行う。回転円板１７が図６（ｅ）の位置から左回りに３０°回転して図６（ｆ）に示す羽根１１の向きＦが左下方となる位置まで達したときには、Ｓ極の第２および第６磁極体１８Ｂ，１８ＦがＮ極に励磁されている第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅに吸引されて近接対向し、かつ、Ｎ極の第１および第５磁極体１８Ａ，１８ＥがＳ極に励磁されている第１および第４電磁コイル２１Ａ，２１Ｄに吸引されて近接対向する。このとき、第２位置検出センサ２３Ｂは、対向したＳ極の第８磁極体１８Ｈを検出してオンする。

制御部３０は、第２位置検出センサ２３Ｂがオンしたことにより回転円板１７が鉛直下方位置から左方に向け所定角度θ２＝３０°だけ揺動したと判別（ステップＳ１４）したときに、ドライブ回路３１に対し各スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４への駆動信号の出力を停止させる制御信号を出力して、各電磁コイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｄ，２１Ｅへの通電を所定時間の間停止させる（ステップＳ１６）。

そののち、制御部３０は、回転円板１７が図６（ｆ）の位置に達した状態において、第２接続端子２２Ｂから第３接続端子２２Ｃに向け電流を流す制御信号をドライブ回路３１に対し出力して、第２および第６スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ６をオンさせることにより、第２接続端子２２Ｂから第３接続端子２２Ｃに向け電流を流す（ステップＳ１７）。これにより、回転円板１７が図６（ｆ）の位置において、第３および第６電磁コイル２１Ｃ，２１Ｆは、正方向に電流が流れてＮ極に励磁され、かつ、第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅは、逆方向に電流が流れてＳ極に励磁されるため、Ｓ極の第２および第６磁極体１８Ｂ，１８Ｆには、対向する同極の第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅに対し反発力が発生するとともに、Ｎ極の第３および第７磁極体１８Ｃ，１８Ｇは、近接する同極の第３および第６電磁コイル２１Ｃ，２１Ｆにより回転円板１７を右回りに回転させる方向に反発力を受ける。これにより、羽根１１は、右回りへ回転する回転円板１７により右方へ向け揺動される。

制御部３０は、前記制御信号を出力したのち、第１および第２位置検出センサ２３Ａ，２３Ｂが共にオフ状態になったか否かの判別（ステップＳ１８）を、所定時間が経過したと判別する（ステップＳ１９）するまで行う。回転円板１７が図６（ｆ）の位置から右回りに３０°回転したときには、図６（ａ）と同一状態、つまり羽根１１の向きＦが鉛直下方向となる状態となり、Ｎ極の第３および第７磁極体１８Ｃ，１８ＧがＳ極の第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１Ｅに近接対向し、かつ、Ｓ極の第４および第８磁極体１８Ｄ，１８ＨがＮ極の第３および第６電磁コイル２１Ｃ，２１Ｆに近接対向し、第１および第２位置検出センサ２３Ａ，２３Ｂは共にＮ極の第７および第１磁極体１８Ｇ，１８Ａが対向することにより同時にオフ状態となる。

制御部３０は、両位置検出センサ２３Ａ，２３Ｂが同時にオフ状態になったことにより羽根１１が鉛直下方を向く位置に回転円板１７が達したと判別し（ステップＳ１８）、ドライブ回路３１に対し各スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４への駆動信号の出力を停止させる制御信号を出力して、各電磁コイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｅ，２１Ｆへの通電を停止させる（ステップＳ２０）。ここで、制御部３０は、図１の羽根１１が所定の６０°の揺動角度θで１往復する揺動動作の一工程が終了したと判別して、レベル検出回路３２をオフ駆動してローレベル信号を出力させ（ステップＳ２１）、前記通電を停止させた時点から所定時間、例えば１０秒〜１分が経過するまでの間、羽根１１を鉛直下方の向きＦでその揺動動作を一時休止させ（ステップＳ２２）、そののち、ステップＳ１にリターンして、上述したと同様の制御処理を繰り返す。

以上は、被測定物３が羽根１１に接触する検知レベルまで達していない状態での図４の制御部３０による制御処理の説明である。制御部３０は、図６（Ｃ）に示した第１位置検出センサ２３Ａのみがオンしたことに基づき、羽根１１が鉛直下方の向きＦに対し右方に３０°の所定角度θ１だけ揺動して右限位置に達したと判別し、かつ、図６（ｆ）に示した第２位置検出センサ２３Ｂのみがオンしたことに基づき、羽根１１が鉛直下方の向きＦに対し左方に３０°の所定角度θ２だけ揺動して左限位置に達したと判別する。これにより、タンク２内に投入されている被測定物３が羽根１１に接触する検知レベルまで達していないと判断して、右限位置および左限位置に達した羽根１１の回動方向が反転するように各電磁コイル２１Ａ〜２１Ｈを選択的に所要の磁極に励磁させるように制御するとともに、レベル検出回路３２をオフ駆動してローレベル信号Ｌを出力させ、羽根１１を６０°の揺動角度θの範囲で揺動動作を継続するように制御処理する。

一方、被測定物３が羽根１１に接触する検出レベルにまで到達した場合には、被測定物３が羽根１１の揺動動作の障害物となるので、羽根１１は、第１または第２位置検出センサ２３Ａ，２３Ｂの配設位置によって設定された右限位置または左限位置まで所定時間内に到達できなくなったり、揺動動作を停止する状態となる。このとき、制御部３０は、所定時間が経過するまでの間に両センサ２３Ａ，２３Ｂが共にオフ状態にならなかったと判別（ステップＳ２，Ｓ１０，Ｓ１８）するか、あるいは第１位置検出センサ２３Ａのオン状態または第２位置検出センサ２３Ｂがオン状態にならなったと判別（ステップＳ６，Ｓ１４）したときに、被測定物３が所定の検出レベルに達したと判断して、レベル検出回路３２をオン駆動してハイレベル信号Ｈを出力させる（ステップＳ２３）。

これにより、タンク２に被測定物３を投入する搬送駆動機構（図示せず）は、レベル検出回路３２から前記ハイレベル信号Ｈの供給を受けて駆動停止し、ブザーまたは警告灯などの報知手段（図示せず）が、前記ハイレベル信号Ｈの供給を受けて作動することにより、音や光により被測定物３が所定の検出レベルまで充填されたことを報知する。続いて、制御部３０は、図４のメモリ３３に記憶されている検出レベルの検出回数（レベル検出回路３２のオン駆動の回数）を、これに「１」を加算した検出回数に更新して記憶させる（ステップＳ２４）とともに、その検出回数を図４の表示器３４に表示させる（ステップＳ２５）。

前記メモリ３３には、前記検出回数に加えて、必要に応じて羽根１１の揺動動作の累積回数や累積時間などが記憶される。また、前記メモリ３３としては、不揮発性のものが用いられおり、これにより、停電などにより電源供給が遮断した場合にもメモリ３３の記憶データを保持することができる。メンテナンス時などには、外部操作によってメモリ３３に記憶しているデータを表示器３４に表示して、この表示データを参照しながら保守や点検を的確に行うことができる。

この振子式レベル検出装置１では、図１の被測定物３の検出体である羽根１１が、これの揺動中心となる水平配置の回転軸９に対し下向きの配置で上端を固定されて吊り下げ状態に取り付けられているとともに、この羽根１１が、６０°の比較的小さな揺動角度θの範囲内で揺動されて、水平に近い状態となることがないので、タンク２内に上方から投入される被測定物３が羽根１１に直角に当たって大きな衝撃を与えることがなく、図１（ｂ）に矢印Ｘで示すように、被測定物３が羽根１１に沿って滑りながら落下するだけである。したがって、羽根１１は、被測定物３の衝突によって大きな曲げ荷重が生じることがないので、被測定物３によって損傷を受け難い。また、羽根１１は、上端を揺動中心とする吊り下げ状態で設けられているので、中間部に揺動中心を有する場合のように揺動中心の両側に被測定物３が衝突して互いに逆方向への回動力を受けるといったことが生じないため、羽根１１の振動が生じない。

また、羽根１１を揺動させる駆動源の駆動機１４は、磁極体群１８と、この磁極体群１８との間で相対的な揺動運動を発生させる電磁コイル群２１とを相対向させた配置として、電磁コイル群２１に選択的に所定方向へ電流を流すように通電制御することにより、発生する磁界と磁極体群１８との間の吸引力および反発力によって羽根１１を揺動させる駆動力を発生する構成になっているので、モータや比較的多数のギヤを噛み合わせてなる減速機構などを用いる従来の回転式レベル検出装置と比較して、構成が格段に簡素化され、それに伴って故障が発生する確率が低くなる。しかも、従来のレベル検出装置のように機械式クラッチを設ける必要ないので、この機械式クラッチの滑りに起因するチャタリング音の発生が解消される。

さらに、前記振子式レベル検出装置１では、駆動機１４の磁極体群１８と電磁コイル群２１とが電気的に絶縁され、かつ機械的に非連結であるので、双方の間に非磁性体の隔壁２９を配置することが可能であるから、この隔壁２０によりケース４の内部を相互間に高い気密性を有する二つの空間に仕切っている。そのため、ケース４の内部における磁極体群１８や回転軸９などの揺動部の収納空間は、電磁コイル群２１および駆動機１４の収納空間に対し気密に遮断されるから、タンク２内の圧力が高くなった場合であっても、その圧力の影響を受け難いので、タンク２内の粉塵やガスなどがケース４における前記電磁コイル群２１などの収納空間内に侵入することが殆どない。この効果は、隔壁２９として、ダイヤフラムを用いてタンク２内の圧力を吸収するようにすれば、一層高まる。

また、この振子式レベル検出装置１では、磁極体群１８と電磁コイル群２１とを組合せてなる駆動機１４を用いているので、大きな回転駆動力が得られるから、駆動源として小型のモータを用いる従来の回転式レベル検出装置とは異なり、回転軸９とタンク２の取付孔２ｂとの間に設けたオイルシール部材１３のシール力を或る程度大きくしても、回転軸９を支障なく回転させることができるから、オイルシール部材１３により十分に高いシール性を得ることが可能であり、この点からもタンク２内の異物のケース４内部への侵入を一層確実に防止できる。

なお、前記実施形態では、図１の羽根１１の鉛直下方向の向きＦを中心として左右に３０°の角度でステップ動作をさせるように電磁コイル群２１のうちの所要のものを選択して所要の磁極に励磁させるようにしたが、羽根１１を鉛直下方向の向きＦから右方向に３０°揺動させる際に、図４の第１接続端子２２Ａから第３接続端子２２Ｃに向け電流が流れるように通電して、第１および第４電磁コイル２１Ａ，２１ＤをＮ極に、かつ、第２および第５電磁コイル２１Ｂ，２１ＥをＳ極にそれぞれ励磁させることより、羽根１１を、３０°までの中間の１５°の位置まで揺動した時点で一旦停止させ、一方、羽根１１を鉛直下方向の向きＦから左方向に３０°揺動させる際に、第１接続端子２２Ａから第２接続端子２２Ｂに向け電流が流れるように通電して、第３および第６電磁コイル２１Ｃ，２１ＦをＮ極に、かつ、第１および第４電磁コイル２１Ａ，２１ＤをＳ極にそれぞれ励磁させることより、羽根１１を、３０°までの中間の１５°の位置まで揺動した時点で一時停止させるようにすることもできる。この場合には、羽根１１を一層ゆっくりと揺動角度θ＝６０°の範囲内で揺動動作させることができ、タンク２に投入される被測定物３が羽根１１に当たったときの衝撃力をさらに低減できる。

また、前記実施形態では、羽根１１の揺動角度θを６０°に設定したが、この揺動角度θは、１８０°未満に設定すればよく、それにより、羽根１１が水平位置となるのを避けることができる。但し、前記揺動角度θは６０°〜９０°の範囲に設定するのが好ましい。このような比較的小さい揺動角度θに設定する場合は、磁極体１８として、実施形態で用いた永久磁石に代えて、電磁石を用いることもできる。

本発明の一実施形態に係る振子式レベル検出装置を示し、（ａ）は切断右側面図、（ｂ）は正面図である。 同上の振子式レベル検出装置における複数の磁極体の配置を示す背面図である。 同上の振子式レベル検出装置における複数の電磁コイルの配置を示す正面図である。 同上の電磁コイルの制御回路を示すブロック図である。 同上の制御回路による制御処理を示すフローチャートである。 同上の振子式レベル検出装置における電磁コイル群の正面図である。

符号の説明

１ 振子式レベル検出装置
３ 被測定物
４ ケース
９ 回転軸
１１ 羽根
１４ 駆動機
１８Ａ〜１８Ｈ 磁極体
２１Ａ〜２１Ｆ 電磁コイル
２９ 隔壁
３２ レベル検出回路
３３ メモリ
３４ 表示器
θ 揺動角度

Claims (6)

1. 揺動中心の回りに揺動する羽根と、
   前記羽根を１８０°未満の揺動角度で揺動させる駆動機と、
   前記羽根の揺動角度が所定値以下となったことを検知して羽根に接触する被測定物のレベルを検出するレベル検出回路とを備え、
   前記駆動機は、磁極体と、前記磁極体との間で磁気力による相対的な揺動運動を発生させる電磁コイルとを有し、前記磁極体と前記電磁コイルとが電気的に絶縁されて機械的に非連結である、振子式レベル検出装置。
2. 請求項１において、前記羽根は、その一端部に前記揺動中心を有している振子式レベル検出装置。
3. 請求項１または２において、前記揺動中心に位置して回動する回転軸を有し、
   前記回転軸はケースに回動自在に支持され、
   前記回転軸における前記ケースから外方に突出した外方部に前記羽根が固定され、
   前記回転軸における前記ケースの内方に位置する内端部に前記磁極体が固定されている振子式レベル検出装置。
4. 請求項３において、前記ケース内に、前記電磁コイルが配置され、前記磁極体と前記電磁コイルとの間に、前記ケース内の空間を仕切る隔壁が設けられている振子式レベル検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項において、揺動動作の累積時間もしくは累積回数、または前記レベルの検出回数を記憶するメモリと、これらを表示する表示器とを備えた振子式レベル検出装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項において、前記駆動機の電磁コイルは、パルス信号による制御に基づいて励磁される振子式レベル検出装置。

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