JP5500159B2 - 非接触液体検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、容器の内部に蓄えた水等の透明な液体を利用する電気機器に搭載する容器の内部の液体の有無を容器の外部から液体に非接触で検知する非接触液体検知装置に関する
。

従来、この種の容器の内部の透明な液体の有無を容器の外部から液体に非接触で検知する構成としては、超音波信号を液体の表面に向けて照射し、このとき液体の表面からの超音波信号の反射時間の変化から液体の有無を検知する方式が知られているが、この超音波信号の反射を活用した構成は超音波信号を送受信する超音波素子の価格が非常に高価であることから高価な計測機や液体検知に高い精度が要求される機器においてのみ活用され、広く一般的な電気機器において活用されてはいなかった。

比較的安価で広く一般的な電気機器において活用できる構成としては液体による光の屈折作用を応用した構成があり、一例としては、発光素子と受光素子とを光透過体で構成した容器の外部において対向配置し、発光素子から光を出力して、この出力した光が容器を透過して容器と液体との境界面にて屈折することで受光素子において受光される光量が変化する作用を活用して液体の有無を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その電気機器の電源構成について図１４を参照しながら説明する。

赤外線が透過するポリエチレン等で構成された液体を蓄える容器体１００の角部を外側に、容器体１００の内部の被検出液体１０１の容器側壁とこれに接した液体との境界面１０２に対して垂直以外の角度で赤外線を入射するように赤外発光素子１０３を配置し、また赤外受光素子１０４を前記赤外線の入射方向の延長線上の赤外発光素子１０３と対向させた位置に配置することで赤外発光素子１０３と赤外受光素子１０４で容器体１００の角部を外側にから挟む配置とし、この赤外受光素子１０４から出力される受光量に比例した電気出力信号の信号処理を行う制御回路部１０５を備えており、容器体１００の内部に被検出液体１０１が無い場合には赤外発光素子１０３から出力された赤外線は、容器体１００を透過して直接的に赤外受光素子１０４に入力されるために赤外受光素子１０４からは大きな電気出力信号が出力され、また容器体１００の内部に被検出液体１０１がある場合には赤外発光素子１０３から出力された赤外線は容器体１００と被検出液体１０１の境界面１０２にて屈折することで赤外受光素子１０４の設置されていない方向に曲げられことから赤外発光素子１０３からは容器体１００の内部に被検出液体１０１が無い場合に対して低下した電気出力信号が出力されるために、この赤外受光素子１０４から出力される電気出力信号の変化から制御回路部１０５において容器体１００の内部の被検出液体１０１の有無を判定するようにしている。

しかしながら、上記の非接触液体検知構成においては、検知構成となる赤外発光素子１０３と赤外受光素子１０４を対向させて容器体１００の角部を挟み込む位置関係で距離を開けて配置させる必要がある構成であるために、容器体１００に対する配置位置が限られ、検知部分に距離をあけて対向配置させるための空間が必要となることから、機器に搭載させる時の配置位置に制限があった。

このような、搭載時の配置位置に制限が有る構成に対して、検知部を容器の外部の一方向に一体の配置とすることで広い空間を要さずに液体の検知を可能とし、および、比較的安価に構成できる光の反射に基づいて検知する方式も知られている。

一例としては有色のインクの有無をインクタンクの外部から検知するインクジェットプリンタ用の方法として、インクタンクを光透過体で構成し、このインクタンクの内部に多孔質のインク吸蔵体を詰めてインクを含浸させた構成において、インクタンクに光を投光する発光部とインクタンクからの反射光を受けて反射光の強さに応じた出力信号を発生さ
せる受光部とをインクタンクの外部に配設することで、インク吸蔵体にインクが含浸されているときは含浸されていない状態に対してインク吸蔵体が反射してインクタンクから受光部に到る反射光が低下して、受光部から発生される出力信号が低下することからインクの有無を検出するものである（例えば、特許文献２参照）。

以下、その電気機器の電源構成について図１５を参照しながら説明する。

有色のインクを貯留するインクタンク２００は光の屈折率が５０％以上の材料で構成した容器本体２０１の内部に多孔質のポリウレタンフォーム材で構成したインク吸蔵体２０２を詰めて構成したものであり、インクはこのインク吸蔵体２０２に含浸させることでインクタンク２００の内部に蓄えるようにしている。

容器本体２０１の外部の側面にはインクを検出するための検出手段として容器本体２０１と非接触で反射型フォトセンサ２０３を配置している。

この反射型フォトセンサ２０３は容器本体２０１に投光するための発光部であるところの発光ダイオード２０４と容器本体２０１からの反射光の受光部であるところの受光トランジスター２０５を並べて構成したものである。

このような構成により、発光ダイオード２０４から投光された光は、一部は容器本体２０１の側壁２０１ｃの表面で直接に反射され、一部は側壁２０１ｃによって吸収され、側壁２０１ｃを透過した残りがインク吸蔵体２０２を照射することとなり、また、インク吸蔵体２０２を照射した光のうち、一部はインク吸蔵体２０２によって吸収され、残りはインク吸蔵体２０２によって反射され、さらには、インク吸蔵体２０２によって反射された光のうち、一部は容器本体２０１の側壁２０１ｃの表面で更に反射され、一部は側壁２０１ｃによって吸収され、側壁２０１ｃを透過した残りが受光トランジスター２０５を照射することとなる。

このとき、受光トランジスター２０５は照射され受光された容器本体２０１からの反射光を受光して、受光した光の強さに対応する出力信号としての出力電圧を発生するものであるが、インク吸蔵体２０２が光を受けたときの反射率は、含浸しているインクの量が多いほどインクの色素に光が吸収されることで反射率は低下するために受光トランジスター２０５の出力電圧も含浸インク量が少ないときに対して低下することとなる。

よって、この受光トランジスター２０５の出力電圧はインクの消費により増加することとなるために、この出力電圧変化からインクタンク２００の内部のインクの有無が判定できることとなる。

特開２０００−３２９６０９号公報 特開平９−３１４８５４号公報

このような従来の非接触液体検知構成においては、検知対象の液体がインクであるところの有色の液体であり、色素による光の吸収で光の反射率が低下することに基づいて反射光の強度の変化から液体の有無を検知する方式であるために、検知対象の液体が透明体であるときには光の吸収に差が生じ難いことから液体の有無を検知することができない課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、機器への搭載時の配置に広い空間を要さず、且つ検知対象の液体が透明体であっても検知を可能とする非接触液体検知装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、内部に液体を蓄えるための空間を設け、光の屈折率が空気よりも大きな光透過体において構成した容器体と、前記容器体に光を照射する発光素子と、容器体からの反射光の強度に合わせた電気信号を出力する受光素子を備え、前記発光素子、前記受光素子は、前記容器体の外部に一方向に並べて配置するとともに、前記容器体の外表面に対し、略垂直になるように筒体に収納され、前記発光素子から照射される光は、前記筒体に遮られて、前記容器体の外表面での反射光が前記受光素子に直接入射しないようにしたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

また本発明は、機器に容器体を搭載した状態で容器体の部分が機器の外部に露出する、あるいは機器から容器体を着脱できる機器の構成において、受光素子に対する機器の外部からの外来光の直接的な入射を防止する直接外来光入射防止手段を備える構成とした。

本発明によれば、内部に液体を蓄えるための空間を設け、光の屈折率が空気よりも大きな光透過体において構成した容器体と、前記容器体に光を照射する発光素子と、容器体からの反射光の強度に合わせた電気信号を出力する受光素子を備え、前記発光素子、前記受光素子は、前記容器体の外部に一方向に並べて配置するとともに、前記容器体の外表面に対し、略垂直になるように筒体に収納され、前記発光素子から照射される光は、前記筒体に遮られて、前記容器体の外表面での反射光が前記受光素子に直接入射しないようにしたことにより、発光素子と受光素子は容器体の外部に対して一方向に並べて配置する構成としていることから機器搭載時の配置に広い空間を要さず、且つ、直接反射光遮蔽手段により液体の有無で変化しない容器体の表面で反射されて受光素子へ直接入射する光を遮ることで液体の有無で変化する容器体の外表面の内部からの反射光のみを受光素子で受光できるようにして、容器体の屈折率を空気よりも大きくすることで内部に液体が有れば容器体と液体との界面において光の透過量が増加することに基づいて液体の有無を判定できることから検知対象の液体が透明体であっても検知が可能となるという効果を得ることができる。

また本発明によれば、機器に容器体を搭載した状態で容器体の部分が機器の外部に露出する、あるいは機器から容器体を着脱できる機器の構成において、受光素子に対する機器の外部からの外来光の直接的な入射を防止する直接外来光入射防止手段を備える構成にしたことにより、機器の外部から受光素子に入射する外来光は直接外来光入射防止手段により遮られることとなるので、機器から容器体の部分が露出した構成や、あるいは機器から容器体を取り外した状態においても、受光素子は液体の検知の主要因となる発光素子の照射光以外の外来光の影響を受け難いことから、液体の有無の検知がより安定するという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の非接触液体検知装置の主要部分を拡大して示した断面図 同装置の主要部分を拡大して原理を示した断面図 同装置の主要部分を拡大して原理の補足を示した図（（ａ）第一の光透過の状態図、（ｂ）第二の光透過の状態図） 同装置における反射光の強度変化を示したチャート図 同装置の回路構成の概略を示す回路図 本発明の実施の形態２の非接触液体検知装置の主要部分を破断させて示した正面図 同装置の主要部分を破断させて示した平面図 同装置の主要部分を拡大して破断させて示した正面図 同装置の別の構成における主要部分を拡大して破断させて示した左側面図 同装置の主要部分を拡大して破断させて示した平面図 同装置の主要部分を拡大して破断させて示した左側面図 同装置に遮光体を付加した構成における主要部分を拡大して破断させて示した正面図 同装置に付加した遮光体の構成を示した平面図 従来の液体検知構成の主要部分を拡大して示した断面構成図 従来の別の液体検知構成の主要部分を拡大して示した断面構成図

本発明の請求項１記載の非接触液体検知装置は、内部に液体を蓄えるための空間を設け、光の屈折率が空気よりも大きな光透過体において構成した容器体と、前記容器体に光を照射する発光素子と、容器体からの反射光の強度に合わせた電気信号を出力する受光素子を備え、前記発光素子、前記受光素子は、前記容器体の外部に一方向に並べて配置するとともに、前記容器体の外表面に対し、略垂直になるように筒体に収納され、前記発光素子から照射される光は、前記筒体に遮られて、前記容器体の外表面での反射光が前記受光素子に直接入射しないようにしたものである。これにより、発光素子と受光素子は容器体の外部に対して一方向に並べて配置する構成としていることから機器搭載時の配置に広い空間を要さず、且つ、直接反射光遮蔽手段により液体の有無で変化しない容器体の表面で反射されて受光素子へ直接入射する光を遮ることで液体の有無で変化する容器体の外表面の内部からの反射光のみを受光素子で受光できるようにして、容器体の屈折率を空気よりも大きくすることで内部に液体が有れば容器体と液体との界面において光の透過量が増加することに基づいて液体の有無を判定できることから検知対象の液体が透明体であっても検知が可能となるという効果を奏する。

また、機器に容器体を搭載した状態で容器体の部分が機器の外部に露出する、あるいは機器から容器体を着脱できる機器の構成において、受光素子に対する機器の外部からの外来光の直接的な入射を防止する直接外来光入射防止手段を備える構成にしたことにより、機器の外部から受光素子に入射する外来光は直接外来光入射防止手段により遮られることとなるので、機器から容器体の部分が露出した構成や、あるいは機器から容器体を取り外した状態においても、受光素子は液体の検知の主要因となる発光素子の照射光以外の外来光の影響を受け難いことから、液体の有無の検知が安定するという効果を奏する。

また、機器に容器体を搭載した状態で容器体の部分が機器の外部に露出する機器の構成において、容器体の内部に受光素子に対する機器の外部からの間接光も含む外来光の入射を遮る遮光体を備える構成にしたことにより、受光素子への間接光も含む外来光の直接的な入射を低減させることで機器から容器体の部分が露出した構成においても、受光素子は液体の検知の主要因となる発光素子の照射光以外の外来光の影響をさらに受け難くなるために、液体の有無の検知がより安定するという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１および図２は機器の搭載する液体を蓄えるための容器の側面の一部分を拡大して示
した断面図であるが、この容器は外郭を成す容器体１の内部に空間を備えて、この空間に機器で活用するための液体２を蓄えられるように構成しているものである。

この液体２は機器で活用することにより減少するものであり、図上において下方向となる下方に重力で引かれることで、上方には空気で満たされる空間部３が順次、広がって行くこととなる。

ここで、この液体２は対象としては透明体であり、例えば水である。

この液体２であるところの水を活用する機器としては、例えば加湿機が挙げられるが、機器がこの加湿機であるときには容器体１は加湿のための水を蓄えるタンクや加湿空気を生成するために水を蒸発させるためのトレーに当たり、機器の本体から取り外し可能とすることで、使用者においてタンクに水を給水し、またトレーの清掃が行えるように構成されていることが一般的である。

ここで、容器体１は光透過性で、且つ、屈折率が空気よりも大きな材料で構成するものである。

よって、液体２が水であるところの屈折率が約１．３３の液体であれば、例えばポリエチレン（屈折率：約１．５）やポリエチレンテレフタレート（屈折率：約１．６）や、またポリスチレン（屈折率：約１．６）等の水に犯されない樹脂材で約０．５ｍｍから約２ｍｍの厚さでブロー成形や金型成形により構成するものである。

なお、容器体１の内部に液体２が無いときの空間部３の屈折率は一般的な空気で満たされる機器においてはおおよそ１となる。

この容器体１の側面には液体２の減少を判定したい位置に容器体１に対して光を照射する発光素子４と、および容器体１からの反射光を受光して、この受光した光の強度に応じた電気信号を出力する受光素子５を近接させて容器体１の外表面１ａと平行に一方向に並べて配置している。

ここで、発光素子４が照射する光は、機器の状態の表示や報知を目的としたものではないので、使用者に煩わしさを与えない光（可視光外の光）が望ましく、また比較的に安価で入手性の高い素子が望ましく、例えば直流電流を流すことで９００ｎｍ前後の波長の赤外線光を発する赤外線ＬＥＤを用いるものである。

ここで、受光素子５は発光素子４の照射する赤外線光を受光して、この受光した光に応じた電気信号を出力するものであるが、比較的に安価で入手性の高い素子が望ましいことから、例えば発光素子４が照射する赤外線光以外の可視光線を減衰させる光学フィルター性能を持たせた樹脂で封入し、受光した光の量に合わせて導通電流を変化させるフォトトランジスターを用いるものである。

この発光素子４と受光素子５は容器体１に対する配置の位置を一定に保ちながら各素子を保護するために検知構成外郭６に容器体１の外表面１ａに対して略垂直となる筒状の光路筒７ａ，７ｂを設けて、この各筒に装着して固定する構成としている。

なお、図に置いては発光素子４と受光素子５は容器体１の中の液体２の位置を示しながら発光素子４と受光素子５の配置の位置関係を説明するために便宜的に縦方向に並べた表現としているが、実使用においては液体２の表面と平行となるように並べて配置することで液体２の有無の検知位置を液体２の表面位置として安定化させるものである。ここで、
検知構成外郭６は搭載する機器が一例として示した加湿機の容器体１が機器の本体から取り外されて使用される構成を考慮して機器の側に固設して配置する構成であり、よって、検知構成外郭６は機器の外郭の一部分として、絶縁体で成型品位に優れた、例えばアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂等で金型成形により構成するものである。

また、検知構成外郭６の容器体１に面した表面には光路筒７ａ，７ｂを覆った状態で光透過体により構成した保護シート８を接着材で貼着することで埃や液体の進入を防いでいる。

ここで、保護シート８は透明で受光素子５の照射する光の波長に対して透過性に優れ、薄板シート状においても強靱な材質が好ましい、例えばメタクリル系樹脂の０．３ｍｍから０．７ｍｍ厚さのシート材を金型でカットして構成するものであり、アクリル系の接着剤を用いて検知構成外郭６に接着して固定する。

発光素子４と受光素子５は検知構成外郭６に設けた光路筒７ａ，７ｂに装着することで容器体１に対する配置の位置を固定しているが、合わせてこの光路筒７ａ，７ｂに対する配置位置を調整することで発光素子４から照射した光や、容器体１の外表面１ａで直接的に反射された光の受光素子５への直接入射は遮蔽する、図上、波線で囲み示している直接反射光遮蔽手段９を構成することで容器体１の外表面１ａの位置にあっても内側からの反射光のみが受光素子５で受光できるようにしている。

まずは、直接反射光遮蔽手段９の構成と作用について図２を用いて説明する。

図２は発光素子４の受光素子５を並べた平面において容器体１と検知構成外郭６を切断することでそれぞれの位置関係と、および発光素子４から照射され受光素子５に反射光として入射する光の光路を矢印線で模式に示した構成図である。

発光素子４がＬＥＤであるとき照射された光は、一般的には発光素子４の発光部であるところの１点から光の放射方向に円錐状に照射されることとなるが、発光素子４を光路筒７ａの内部に配置した構成においては光路筒７ａの内面で遮光されることで光路筒７ａの開口部１０ａからのみ発光軸を中心として、図上、波線で示しているような円錐状に容器体１に照射されることになる。

円錐状に容器体１に照射された光は、先ず一部が、容器体１の外表面１ａにおいて外表面１ａに対する入射角度と同一角度の反射角度となる、いわゆる反射の法則に基づき鏡面反射的の作用に基づき反射されて受光素子５の方向に戻ってくることとなる。

ところで、この外表面１ａの表面で反射される光の強さは外表面１ａの表面の平滑性によりのみ左右され、基本的には容器体１の内部の液体２の有無には左右されず、また、光の外表面１ａへの入射角度に左右はされるが、外表面１ａの表面での減衰要素が少ない直接的な反射であるために容器体１から受光素子５に反射により戻ってくる反射光の多くの部分を占めている。

このことから、容器体１の内部の液体２の有無を反射光強度の変化に基づいて判断する構成においては、この外表面１ａの表面での直接反射光は、不要、且つ、容器体１の外表面１ａよりも内部からの反射光の受光素子５による検知を妨害する要因となる。

よって、この妨害要因を除くために直接反射光遮蔽手段９は設けている構成であり、図に示しているように発光素子４と、および受光素子５は容器体１に対する検知構成外郭６の配置の位置関係において発光素子４から照射され容器体１の外表面１ａで直接的に反射
された光が受光素子５に入射しないように、図上、矢印線１１ａで示しているように光路筒７ａの開口部１０ａの端で遮るような位置関係に配置することで構成しているものである。

このことから直接反射光遮蔽手段９における各構成の位置関係の詳細は、非接触液体検知の全体の構成に左右されることとなるが、例えば外径φ５ｍｍの砲弾型ＬＥＤであるところの発光素子４と、および同様形状の受光素子５を用いて５ｍｍの間隔で並べて配置する構成を一例とすると、容器体１と検知構成外郭６の間隔を４ｍｍ以下程度とする構成とすれば妨害要因となる直接反射光の受光素子５への入射を防ぐことができる。

次に、容器体１の内部の液体２の有無を反射光強度の変化に基づいて判断する方法の詳細を、図３および図４を用いて説明する。

図３は発光素子４の照射した光を受ける容器体１の一部を拡大して示した断面図において照射光の反射と透過の状態の液体２の有無による違いを矢印線の幅を光の強度として屈折角度の要素を除き模式的に示したものである。

図上、発光素子４は容器体１の右側から光を照射いる状態で、且つ、発光素子４から円錐状の広がり照射する光の内の容器体１に対して、おおよそ４５℃で入射する１つの光路における反射と透過の状態を表現している。

発光素子４から照射された光は先ず容器体１の外表面１ａに到達することとなるが、このときは外表面１ａにおける反射の法則に基づき到達した光の一部分が容器体１の外方向に直接反射され（図上、矢印線１１ａ）、残りが容器体１の内部に透過する。

前述の通り、このときの容器体１の外方向への直接反射光は液体２の有無されずに同一となり、よって、容器体１の内部へ透過する光も同一となる。

容器体１の内部へ透過した光は、次に、容器体１の内表面１ｂに容器体１の内部において到達することとなるが、容器体１の内部に液体２が無いときと有るときにおいて、容器体１と液体２、および容器体１の内部の空間部３を占めることとなる気体であるところの空気の各屈折率の違いに基づいて内表面１ｂでの反射と透過の状態に変化が生じることとなる。

ここで、屈折率の異なる物体の界面を通過する光は、入射角度により変化はするが屈折の法則に基づき、屈折率のより大きな物体の方向に進むときは、光の推進方向の屈折率のより大きな物体側に光路が曲げられることで、全体としてはより透過し易い状態が生じ、また、屈折率のより小さな物体の方向に進むときは、入射角度に対してより浅い角度に光路が曲げられることとなり、より透過し難い状態が生じることとなる。

よって、前述の通り、屈折率が１．５程度の容器体１の内部に水であるところの屈折率が１．３３の液体２が有るときは、内部に液体２が無いときの屈折率が１の空間部３に光が進行していくときに対して、全体としては、より液体２の方向への光の透過性が増すこととなる。

結果的に内表面１ｂにおいて容器体１の空間部３の側に透過する光は容器体１の内部に液体２が有れば、より多くなり（図上、矢印線１１ｂ２＞矢印線１１ｂ１）、逆に容器体１の内部の光の進入方向に反射される光の強度は低下することとなる（図上、矢印線１１ｃ１＞矢印線１１ｃ２）。

なお、容器体１の内部の光の進入方向に反射される光は、再度、容器体１の外表面１ａの界面において透過と反射を生じることとなり、このような容器体１の外表面１ａと内表面１ｂの間で反射を繰り返しながら外表面１ａと内表面１ｂの外部へ光が透過することで、当初、容器体１に光が入射した位置を中央として周囲に広がり、徐々に減衰していくこととなる。

よって、この光の減衰の状態を受光素子５の側から容器体１の外表面１ａの側に透過して受光素子５の側に戻る反射光のとして観測した場合においても、発光素子４の放射光の中心を中央軸として、この中央軸から周囲方向に離れるにつれ光強度は徐々に低下することとなる。

図４は、この光強度の減衰の状態を曲線で示したものであり、縦軸を反射光強度Ｌｖとして発光素子４の放射光の中心を中央軸としたとき、横軸をこの中央軸からの離れた位置を距離Ｄｉとして、中央軸から離れた位置における反射光強度Ｌｖの変化を液体２が有るときを実線，無いときは点線で表現することで、その違いを簡略化して示したものである。

よって、図上、矢印Ｐ１の位置が発光素子４の配置位置となり、反射光の強度は最大となるが、液体２が容器体１の内部に有るときは無いときに対して、前述した通り液体２が有るときには容器体１の内表面１ｂの側への光の透過性が増すために反射光の強度は低下することとなる。

ここで、図上、前記中央軸から離れた矢印Ｐ２の位置に受光素子５を配置しているものとしたとき、この位置においても液体２が容器体１の内部に有るときは無いときに対して反射光の強度は低下することとなり、液体２の有無に対して、図上、ΔＬｖで示しているような反射光の強度差が生じることとなる。

なお、この反射光の強度や差は、容器体１の構成材や液体２の性質、および発光素子４の容器体１に対する配置の位置に変化が無ければ、基本的には発光素子４から照射する光の強度に応じて、相対的に一定となる。

よって、受光素子５に入射する反射光の強度が液体２の有無で変化することとなり、受光素子５は受光した光の強度に応じた電気信号を出力する素子であることから、この受光素子５から出力される電気信号の液体２の有無による違いを予め把握しておけば、液体２の有無を判断することができることとなる。

なお、容器体１を光の透過性が非常に高い、光透過率が１００％に近い透明体にて構成した場合、入射する光は基本的に容器体１の内側へ、その大部分が透過することで、自ずと液体２の有無による容器体１の側からの反射光強度の変化は微少となるために、受光素子５の出力する電気信号の変化から液体２の有無を判定することが難しくなる。

よって、容器体１の構成材は発光素子４の照射する光の波長において、樹脂の備える自然色や、あるいは顔料着色により、前記の１００％に近い透明体に対しておおよそ４０〜９５％の光透過率であることが望ましい。

次に図５により発光素子４の発光と、および受光素子５の反射光受光により電気信号を出力させる回路構成について説明する。

図に示しているように発光素子４であるところの赤外線ＬＥＤにはアノード側に直流電源を間欠させて印加させるための直流電源１２ａとカソード側に電流制限用の抵抗１３ａ
を直列に接続している。

また、受光素子５であるところのフォトトランジスターにはコレクター側に電力の供給源となる直流電源１２ｂの正電位を接続し、エミッター側にフォトトランジスターが導通させた電流を電圧信号として取り出すための抵抗１３ｂを直列に接続している。

ここで、直流電源１２ａは安定化された直流電圧を出力する、あるいは間欠させて出力できるものであればその構成は特には問わないが、例えば商用電源から安定化した直流低電圧電源を得る降圧型安定化スイッチング電源装置や、１次電池や２次電池の電力を電圧安定化レギュレーターにより定電圧化させる一般的な安定化電源装置により安定化した電圧を出力できる構成や、また前記安定化電源の出力電力をトランジスターなどのスイッチング素子により一定間隔で間欠させて出力するように構成するものである。

なお、直流電源１２ａにより発光素子４に印加する電源の詳細は特に規定するものではないが、例えば５Ｖの電圧を周期５０ｍｓｅｃとして５ｍｓｅｃの間、発光素子４に電圧を印加させるように構成するものであり、発光素子４には電圧の印加により２０ｍＡから５０ｍＡ程度の電流が流れるように抵抗１３ａの抵抗値を選定するものである。

ここで、直流電源１２ｂは安定化された直流電圧を出力できるものであればその構成は問わないが、例えば商用電源から安定化した直流低電圧電源を得る降圧型安定化スイッチング電源装置や、１次や２次電池の電力を電圧安定化レギュレーターにより定電圧化させる一般的な安定化電源装置で構成するものである。

なお、直流電源１２ｂにより受光素子５に印加させる電圧は例えば５Ｖとするものであり、このとき発光素子４から照射し、反射して受光素子５に光が入射した際に、抵抗１３ｂの両端に２．５Ｖ程度の出力電圧が生じるように抵抗１３ｂの抵抗値を設定するものであり、例えば抵抗値を１０ｋΩから２００ｋΩの値として設定するものである。

以上のような回路構成により発光素子４が照射して容器体１の内部の液体２の表面方向から反射した赤外線光であるところの光が受光素子５に入射すると抵抗１３ｂには受光素子５に入射した強度に合わせた両端電圧が生じることとなるために、この抵抗１３ｂの両端に生じる電圧値の変化の状態を受光素子５から出力される受光した強度に応じた電気信号として扱うことができることとなる。

なお、受光素子５から出力される電気信号の変化を確認することで容器体１の内部に液体２が存在しているかを直接的に判断する手段に関しては、本考案の要旨では無いために、その詳細の説明は省くものとするが、電気的制御機能を備えた電気機器においては、機器を制御するためのするための制御手段として中央演算装置（ＣＰＵ）、入出力装置、アナログ・デジタル変換入力装置（Ａ／Ｄ）、リード・オンリーメモリー（ＲＯＭ）、リード・ライトメモリー（ＲＡＭ）を一体として内蔵したいわゆる１チップマイクロコンピューター等を搭載していることが一般的である。

このことから、この１チップマイクロコンピューターの機能を活用することで、受光素子５から出力される電気信号を電圧値としてアナログ・デジタル変換入力装置（Ａ／Ｄ）で１チップマイクロコンピューターの内部に取り込み、１チップマイクロコンピューターの内部において前記の電気信号の違いに基づく液体２の有無の判断を実施するようにアルゴリズムを規定して、この規定したプログラムをリードオンリーメモリー（ＲＯＭ）の上に保存することで液体２の判定手段を機器に新たな要素を付加することなく構成することができる。

このような構成によれば、検知の主体を成す、容器体１の外表面１ａに対して光を照射する発光素子４と、および容器体１からの反射光を受光して、この受光した光の強度に応じた電気信号を出力する受光素子５を容器体１に近接させて並べた配置で液体２の検知を可能としていることから、機器搭載時の配置に広い空間を要さない、非接触の液体検知構成を提供することができる。

また、直接反射光遮蔽手段９により、発光素子４の照射光で、容器体１の側から反射光として受光素子５の側に戻る光の内、容器体１の内部の液体２の有無では変化せず、且つ、容器体１からの反射光の多くを占める容器体１の外表面１ａで直接的に反射された光の受光素子５への入射を遮ることで、液体２の有無の検知の妨害要因を除きながら、屈折率を液体２に近接させた容器体１の内部に空気よりも屈折率が大きな液体２が有れば屈折の法則により発光素子４が照射した光の容器体１の内表面１ｂの側への透過性が増し、受光素子５の側への反射光強度は低下することとなり、この液体２の有無で変化する反射光強度の変化を受光素子５の出力する電気信号の変化として判定することで液体２の有無を検知できることから、検知対象の液体が透明体であっても検知を可能とする、非接触の液体検知構成を提供することができる。

（実施の形態２）
図６から図１１において、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態は、実施の形態１の構成に対して、機器に容器体１を装着した状態で容器体１の部分が機器の外部に露出する構成や、あるいは機器から容器体１を着脱できる構成において、受光素子に対して機器の外部からの外来光の直接的な入射を防止する直接外来光入射防止手段１４を合わせて備えて構成しているものである。

この直接外来光入射防止手段１４について、図６から図８を用いて、まずは容器体１を装着した状態で容器体１が機器の外部に露出する機器における構成の一例を、水を活用して加湿機能を提供する家庭などで使用する一般的な加湿装置に基づいて説明する。

ここで、この一般的な加湿装置の構成は本考案の主要な要素では無いため詳細の説明は省くこととするが、概略は次に示すような構成となる。

図に示しているように、加湿装置は本体の主構成を成す装置外郭１５の下側に使用者による手入が可能なように装置外郭１５に対して横方向から着脱自在とした加湿のための水を溜める皿形状の加湿水トレー１６を備えている。

また、加湿を行うための水は内部が中空の加湿水タンク１７に蓄えており、この加湿水タンク１７は加湿水トレー１６を装置外郭１５に装着した状態において、加湿水トレー１６の一端に対して着脱自在の構成とすることにより、加湿の実施により加湿水タンク１７に蓄えた水が空になったときに、使用者が加湿水タンク１７のみを装置外郭１５から取り外して水を補給でき構成としている。

装置外郭１５の内部には外気を取り込み、再度、外部に吹き出す風の流れを生じさす送風装置１８を内蔵している。

加湿水トレー１６の内部には溜めている水に一部を浸す配置として毛細管現象に基づいて吸水し、その表面において吸水した水を蒸発させることで空気を加湿するための多孔性の加湿フィルター１９を配している。

加湿水タンク１７には図上、指示はしていないが水を入れるための注水口を備えて、この注水口にはネジ構造により着脱自在としたタンク蓋２０を取り付けることで内部の水が外部に漏れないようにしている。

このタンク蓋２０には図上、指示はしていないがバネの抗力に常時閉状態とする導水弁を備えており、加湿水タンク１７を加湿水トレー１６に対して装着するときにはタンク蓋２０を下方向として、加湿水トレー１６の定位置にタンク蓋２０が接触した状態において、導水弁が開くことで加湿水トレー１６の中の水深を規定した状態に保つように重力の作用により加湿水タンク１７に蓄えた水を供給するように構成している。

ここで、加湿水トレー１６や加湿水タンク１７は前述の容器体１に対応するものであり、長期の使用において水に対して劣化や腐食が生じ難い樹脂材で構成しているものであり、さらには、加湿水タンク１７は水の有無が装置の使用者により判断できるように内部が目視できる光透過体で構成されていることが一般的である。

また、装置外郭１５や加湿水トレー１６の構成材は自在な色のバリエーションや室内に調和する意匠性を考慮して、一般的には光の透過光により内部が透けて見えるような光透過材は用いらない。

このような加湿装置の構成により、装置外郭１５に加湿水トレー１６と加湿水タンク１７を装着した状態において、加湿水トレー１６に溜めた水に一部が浸る加湿フィルター１９に対して送風装置１８による風の流れが当たると加湿フィルター１９の表面における水の蒸発により生じた加湿空気は、順次、装置外郭１５の外部に吹き出すことで周囲を加湿して、加湿装置の機能を果たすこととなる。

ここで、加湿が進行していくと加湿水トレー１６の中の水が消費され水位が下がり、順次、加湿水タンク１７から水が供給されることとなるが、加湿水タンク１７に蓄えた水の全てを供給し、さらに、加湿水トレー１６に溜まった水も全て消費された渇水の状態となると、加湿装置としての主機能は失われることとなる。

よって、この加湿装置においては、この渇水の状態を使用者に報知することで水の供給を促す機能が装置として不可欠であり、このことから渇水の状態を検知して判断するための構成が必要となり重要であることが解る。

このような、加湿装置の構成において、渇水の状態を光の反射に基づいて判断するためには、図に示しているように装置外郭１５に対する加湿水タンク１７の取り外しや取り付けに差し障りを与えることが無いように、装置外郭１５へ加湿水タンク１７を取り付けた状態で、容器体１であるところの加湿水タンク１７の最下部となるタンク蓋２０の上部において、横方向から液体２となる水の有無を検知する方式が考えられる。

この方式の液体２の有無を検知する構成においては、加湿水タンク１７に取り付けたタンク蓋２０の上方を横方向から発光素子４の照射光で照らして反射光を受光素子５で受光する配置を前提として、直接外来光入射防止手段１４は、発光素子４の光照射方向と受光素子５の受光方向が装置外郭１５の内側に向くように検知構成外郭６を装置外郭１５の内側に固設することで構成するものである。

同、直接外来光入射防止手段１４の構成においては、加湿水タンク１７の横方向から受光素子５の受光方向を装置外郭１５の内側に向けて配置していることで、受光素子５の受光方向は装置外郭１５の構成により機器の外部から遮蔽され、また加湿水タンク１７を装置外郭１５から取り外した状態においても、装置外郭１５に対する加湿水タンク１７の取
り外し方向と受光素子５の受光方向は直行することとなるために、外来光の受光素子５への直接的な入射を防ぐことができることなる。

また、前記の加湿装置の構成において、渇水の状態を光の反射に基づいて判断するためには、図９から図１１に示しているように装置外郭１５に対する加湿水トレー１６の取り外しや取り付けに差し障りを与えることが無いように、装置外郭１５へ加湿水トレー１６を装着した状態において、容器体１であるところの加湿水トレー１６の一部分において横方向から内部に溜めている液体２となる水の有無を検知する方式も考えられる。

この方式の液体２の有無を検知する構成においては、直接外来光入射防止手段１４は加湿水トレー１６の内部に液体２が溜まっている位置において、加湿水トレー１６の側面を横方向から発光素子４の照射光で照らして反射光を受光素子５で受光する配置として、発光素子４の光照射方向と受光素子５の受光の方向が装置外郭１５に対する加湿水トレー１６の取り外し方向と直行する向きになるように検知構成外郭６を装置外郭１５の内側に固設することで構成するものである。

このとき、加湿水トレー１６はその全体を光透過体で構成しても良いが、発光素子４と受光素子５との対向面のみを溶着や接着により水漏れを防止した状態で光透過体にて部分的に構成しても良い。

同、直接外来光入射防止手段１４の構成においては、受光素子５の受光方向は装置外郭１５に対する加湿水トレー１６の取り外し方向には向いていないことで、受光素子５の受光方向は装置外郭１５の構成により機器の外部から遮蔽され、また加湿水トレー１６を装置外郭１５から図１１にて矢印を付加して示しているように取り外した状態においても、装置外郭１５に対する加湿水トレー１６の取り外し方向と受光素子５の受光方向は直行させていることから、外来光の受光素子５への直接的な入射を防ぐことができることなる。

このような構成によれば、機器に容器体１を搭載した状態で容器体１の部分が機器の外部に露出する、あるいは機器から容器体１を着脱できる構成においても、直接反射光遮蔽手段９により外来光の受光素子５への直接的な入射を防ぐことができることなるために、受光素子５は液体の検知の主要因となる発光素子４の照射光以外の外来光の影響を受け難くなることから、液体の有無の検知を安定させることができることとなる。

また、容器体１であるところの加湿水タンク１７の最下部となるタンク蓋２０の上部において、横方向から液体２を検知する方式においては、図１２から図１３に示しているように液体２の検知位置となる容器体１であるところの加湿水タンク１７の空間部３に遮光体２１を配置することで、加湿水タンク１７の上方向や側面方向からの間接光も含む外来光の受光素子５への入射を遮る構成とすることもできる。

この、遮光体２１は装置外郭１５に対して加湿水タンク１７の取り付けた状態において加湿水タンク１７の下方となるタンク蓋２０の上部に配置するものであり、加湿水タンク１７からタンク蓋２０を外した状態において加湿水タンク１７の開口部から入れ込み加湿水タンク１７にタンク蓋２０を取り付けることで、同時に加湿水タンク１７の規定した位置に固定できるように加工しているものである。

また、発光素子４の光照射方向と受光素子５の受光の方向に対向させた位置には液体２の検知の妨げない大きさの光導通開口２２を設けており、この光導通開口２２の端部は加湿水タンク１７の内表面１ｂとほぼ接触させる構成とすることで光導通開口２２の端部からの外来光の入射もできるかぎり遮るようにしている。

さらには、遮光体２１の天面と側面の下部には光が直進しては入射しないように壁を設けた通水開口部２３を複数設けることで、加湿水タンク１７への使用者による給水や加湿実施時の加湿水トレー１６への水の供給を妨げないようにしている。

なお、遮光体２１は長期の使用において水に対して劣化や腐食が生じ難い材料で構成することが望ましく、例えばポリエチレンやポリエチレンテレフタレートなどの光非透過性の着色樹脂材を用いて金型成形により作成しるものである。

このような構成によれば、機器に容器体１を搭載した状態で容器体１の部分が機器の外部に露出する構成においても、容器体１の内部に配置する遮光体２１により装置外郭１５の表面において反射する間接光も含む外来光の受光素子５への直接的な入射を防ぐことができることなるために、受光素子５は液体の検知の主要因となる発光素子４の照射光以外の外来光の影響をさらに受け難くなることから、液体の有無の検知をより安定させることができることとなる。

本発明にかかる非接触液体検知構成は機器搭載時の配置に広い空間を要さず、且つ検知対象の液体が透明体であっても検知を可能とするものであるので、水機器である加湿機や除湿機の非接触液体検知構成等として有用である。

１ 容器体
２ 液体
４ 発光素子
５ 受光素子
９ 直接反射光遮蔽手段
１４ 直接外来光入射防止手段
２１ 遮光体

Claims (3)

1. 内部に液体を蓄えるための空間を設け、光の屈折率が空気よりも大きな光透過体において構成した容器体と、
   前記容器体に光を照射する発光素子と、
   容器体からの反射光の強度に合わせた電気信号を出力する受光素子を備え、
   前記発光素子、前記受光素子は、前記容器体の外部に一方向に並べて配置するとともに、前記容器体の外表面に対し、略垂直になるように筒体に収納され、
   前記発光素子から照射される光は、前記筒体に遮られて、前記容器体の外表面での反射光が前記受光素子に直接入射しないようにした非接触液体検知装置。
2. 機器に容器体を搭載した状態で容器体の部分が機器の外部に露出する、あるいは機器から容器体を着脱できる機器の構成において、受光素子に対する機器の外部からの外来光の直接的な入射を防止する直接外来光入射防止手段を備えてなる請求項１記載の非接触液体検知装置。
3. 機器に容器体を搭載した状態で容器体の部分が機器の外部に露出する機器の構成において、容器体の内部に受光素子に対する機器の外部からの間接光も含む外来光の入射を遮る遮光体を備えてなる請求項１または２に記載の非接触液体検知装置。
   

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