JP5868610B2 - フロート - Google Patents

Description

本発明は、フロートに関する。

従来、液位に応じて上下動するフロートの位置に応じてタンク内の液位を検出する液位検出装置が提案されている。このような液位検出装置に用いられるフロートとして、ＰＰＳ樹脂又はこれを主成分とする合成樹脂材料により形成されたものがある。このフロートは、見掛け比重が０．５以下であり且つ耐圧強度が１．８ＭＰａ以上であって、気密性空部を包有する中空体からなっている（特許文献１参照）。また、高圧タンク等に使用されるフロートとしては、金属材料製の耐圧構造を備えた中空形状のものがある（特許文献２参照）。

特開２００９−５６８９７号公報（例えば段落〔０００９〕） 特開２００２−７１４３２号公報（例えば段落〔０００８〕）

しかし、特許文献１に記載のフロートは中空形状となっているため、経時に伴い、フロート内部と外部との圧力差から、フロートに被測定液が浸透進入してしまい、浮力に影響を与えてしまう。特に、特許文献１に記載のフロートは樹脂材料により構成されているため、フロート内への被測定液の浸透進入を完全には防ぐことができない。

一方、特許文献２に記載のフロートは金属材料により構成されているため、被測定液の浸透進入を防ぐことができる。しかし、金属フロートであっても、形状によっては耐圧的に不利となり、耐圧を確保するために、肉厚を厚くするなど重量が大きくなってしまうことがある。

さらに、特許文献１及び特許文献２に記載のフロートでは、フロートの見掛け比重を変更する場合、形状、大きさ及び肉厚等を変更する必要がある。このため、被測定液の種類に応じて、構造そのものを変更する必要があり、汎用性に乏しい。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、被測定液の浸透進入を防止すると共に、重量の増大を抑制し、且つ、汎用性に優れたフロートを提供することにある。

本発明のフロートは、タンク内に収納された液体の液面に追従して浮かぶフロートであって、中空の金属球と、前記金属球を複数収容可能な樹脂ケースと、を備え、前記樹脂ケースは、当該樹脂ケースを平面視したときに略円形となる外形となっており、当該平面視したときに中心近傍に位置する中心部材と、前記金属球を固定して収容可能な固定部とを有し、前記固定部は、前記中心部材に対して、前記中心部材からその外側に広がる方向に開放されて前記金属球の形状に合致するように略半円状に切り欠かれた固定溝であることを特徴とする。

このフロートによれば、中空の金属球を備えるため、金属球については被測定液の浸透進入を防止することができる。また、中空の金属球であることから、耐圧に強い構造であり、最低限の肉厚で構成でき、重量の増大を抑制することができる。さらに、樹脂ケースは金属球を複数収容可能であるため、収容する金属球の数を調整することで、フロートの見掛け比重を変更することができ、汎用性に優れているといえる。従って、被測定液の浸透進入を防止すると共に、重量の増大を抑制し、且つ、汎用性に優れたフロートを提供することができる。

さらに、このフロートによれば、樹脂ケースは、金属球を固定して収容可能な固定部を有するため、振動等により金属球が動いてフロートの重心位置が変化し、液位が誤って検出される事態を防止することができる。

また、本発明のフロートにおいて、樹脂ケースは、金属球がむき出しとされた開放構造であることが好ましい。

このフロートによれば、樹脂ケースは金属球がむき出しとされた開放構造であるため、金属球を密閉するケースと比較して樹脂材料の使用量を少なくでき、被測定液の樹脂材料への浸透進入を最小限に抑えて、浮力が変化して出力特性が変化してしまう事態を抑制することができる。

本発明によれば、被測定液の浸透進入を防止すると共に、重量の増大を抑制し、且つ、汎用性に優れたフロートを提供することができる。

本発明の実施形態に係るフロートを有する液位検出装置の一例を示す一部断面図である。 本実施形態に係るフロートの正面図である。 本実施形態に係るフロートの側面図である。 本発明の第２実施形態に係るフロートを有する液位検出装置の一例を示す概略構成図である。 第２実施形態に係るフロートの正面図である。 第２実施形態に係るフロートの上面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るフロートを有する液位検出装置の一例を示す一部断面図である。図１に示すように、液位検出装置１は、液体（被測定液）Ｆを収納したタンクＲ内の液位を検出するものであって、タンクＲの内側領域に設けられた内側機能２と、タンクＲの外側領域に設けられた外側機能３とからなっている。

まず、内側機構２について説明する。内側機構２は、フロート２１と、遥動ロッド２２と、第１歯車２３と、第２歯車２４と、回転シャフト２５と、軸受筒２６と、回転軸２７と、容器内マグネット２８とを備えている。

フロート２１は、タンクＲ内に収納された液体Ｆの液面に追従して浮かぶ物体である。このフロート２１には遥動ロッド２２の一端が固定されている。また、遥動ロッド２１の他端には第１歯車２３が接続されている。第１歯車２３は、略半円形の歯車であって、円弧に該当する部位に歯が形成されている。この第１歯車２３は例えば鉛直方向に沿って回転可能に設けられている。第２歯車２４は、第１歯車２３と歯が噛み合って配置されたものであって、水平方向に沿って回転可能に設けられている。

回転シャフト２５は、第２歯車２４の中心軸として設けられたものであって、軸受筒２６に収納されている。軸受筒２６は、端部に回転軸２７が設けられ、この回転軸２７が第１歯車２３の中心軸として機能している。また、回転シャフト２５の第２歯車２４が接続される反対側の端部には、容器内マグネット２８が設けられている。

このような構成であるため、液位が変化すると、フロート２１が上下動し、遥動ロッド２２は回転軸２７を中心に回転動作する。これにより、第１歯車２３についても回転し、これと歯が噛み合う第２歯車２４についても回転する。そして、回転シャフト２５を介して第２歯車２４と接続される容器内マグネット２８が回転することとなる。すなわち、容器内マグネット２８は液位に応じて回転することとなる。

次に、外側機構３について説明する。外側機構３は、検出側マグネット３１と、電子回路基板３２と、信号出力部として機能するホールＩＣ（Integrated Circuit）３３と、収納ケース３４と、第１〜第３ビス３５ａ〜３５ｃと、蓋部材３６と、ベース部材３７と、ガスケット３８とを備えている。

検出側マグネット３１は、容器内マグネット２８と磁気的に結合されたものであって、容器内マグネット２８の回転にあわせて回転する。この検出側マグネット３１は、軸受が設けられた電子回路基板３２に接続されている。また、電子回路基板３２の検出側マグネット３１が設けられる反対面にはホールＩＣ３３が配置されている。ホールＩＣ３３は、検出側マグネット３１の回転に応じた信号を出力するものである。

また、電子回路基板３２は、収納ケース３４に第１ビス３５ａを介して固定されている。収納ケース３４は、内部が階段状に形成された筒状の部材であって、階段面３４ａに第１ビス３５ａを介して電子回路基板３２が固定されている。

また、収納ケース３４の上部には、第２ビス３５ｂを介して蓋部材３６が設けられている。このため、検出側マグネット３１及びホールＩＣ３３は収納ケース３４及び蓋部材３６によって封止された状態となる。

さらに、収納ケース３４の下部には、ベース部材３７が設けられている。このベース部材３７は容器内マグネット２８と検出側マグネット３１とを隔てると共に、タンクＲの開口部Ｒ’を塞ぐ役割を果たしている。このようなベース部材３７は第３ビス３５ｃを介してタンクＲに固定されている。ガスケット３８は、タンクＲ内の気密性を持たせるためのシール部材であって、タンクＲの開口部Ｒ’近傍に設けられた周状の窪み内に配置されている。このガスケット３８は例えば一般的なゴムや比較的柔らかい金属により構成されている。

このような構成であるため、液位に応じて容器内マグネット２８が回転すると、磁気的に結合される検出側マグネット３１についても回転する。これにより、ホールＩＣ３３から出力される信号に変化が生じ、この変化を捉えることにより、液位が検出されることとなる。

さらに、本実施形態に係るフロート２１は以下のように構成されている。図２は、本実施形態に係るフロート２１の正面図であり、図３は、本実施形態に係るフロート２１の側面図である。なお、図２及び図３では接続関係を明確とするために遥動ロッド２２についても図示している。

図２及び図３に示すように、フロート２１は、複数の金属球２１ａと、樹脂ケース２１ｂと、スナップリングやＥリングなどの留め具２１ｃとを備えている。金属球２１ａは、例えば鉄やアルミやステンレスにより構成された中空状の球体である。この金属球２１ａは、耐圧性において有利となるように完全球形状とされている。このため、金属球２１ａの肉厚は可能な限り薄くされている。

樹脂ケース２１ｂは、複数の金属球２１ａを収容可能な容器であって、本実施形態においては２０個の金属球２１ａを収容可能となっている。また、図３に示すように、遥動ロッド２２は、略Ｌ字形状となっており、Ｌ字の先端側２２ａは樹脂ケース２１ｂにおいて金属球２１ａを隔てる仕切りとしても機能している。さらに、この樹脂ケース２１ｂは、金属球２１ａの収納状態において金属球２１ａをむき出しとする開放構造となっている。具体的に図２に示すように、樹脂ケース２１ｂは、正面視した場合、略Ｌ字形状をなす遥動ロッド２２の先端側２２ａを中心として９０度間隔で略Ｙ字形状となる骨組みが形成されており、この骨組みによって金属球２１ａが保持された構造となっている。

留め具２１ｃは、遥動ロッド２２の先端側２２ａを固定する部材である。この留め具２１ｃにより遥動ロッド２２と樹脂ケース２１ｂが固定的に接続されることとなる。なお、この留め具２１ｃは、ワッシャを介して樹脂ケース２１ｂに固定されている。

次に、本実施形態に係る液位検出装置１の作用等について説明する。まず、タンクＲ内は液体Ｆで満たされている。このため、金属球２１ａが樹脂により構成されている場合、液体Ｆが浸透進入しようとするが、金属で構成されているため、浸透進入は防止される。

また、金属球２１ａは球形状であるため、耐圧性において有利であり、肉厚は可能な限り薄く、金属を用いたとしても重量の増大を抑えられる。特に、従来のフロートでは遥動ロッドと接続するために貫通孔などが設けられ、完全な球形状とできず、肉厚等を大きくしなければならない場合があるが、本実施形態では遥動ロッド２２が樹脂ケース２１ｂに接続されているため、金属球２１ａの形状に影響を与えることはない。

加えて、フロート２１は収容する金属球２１ａの数を自在に調整可能である。すなわち、製造時等に測定対象となる液体Ｆの種類に応じて樹脂ケース２１ｂに収容する金属球２１ａの個数を選択することにより、フロート２１の見掛け比重を変更でき、汎用性に優れている。

このようにして、本実施形態に係るフロート２１によれば、中空の金属球２１ａを備えるため、金属球２１ａについては液体Ｆの浸透進入を防止することができる。また、中空の金属球２１ａであることから、耐圧に強い構造であり、最低限の肉厚で構成でき、重量の増大を抑制することができる。さらに、樹脂ケース２１ｂは金属球２１ａを複数収容可能であるため、収容する金属球２１ａの数を調整することで、フロート２１の見掛け比重を変更することができ、汎用性に優れているといえる。従って、液体Ｆの浸透進入を防止すると共に、重量の増大を抑制し、且つ、汎用性に優れたフロート２１を提供することができる。

また、樹脂ケース２１ｂは金属球２１ａがむき出しとされた開放構造であるため、金属球２１ａを密閉するケースと比較して樹脂材料の使用量を少なくでき、液体Ｆの樹脂材料への浸透進入を最小限に抑えて、浮力が変化して出力特性が変化してしまう事態を抑制することができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係るフロートは第１実施形態のものと形状が異なっている。以下、第２実施形態に係るフロートを説明する。

図４は、本発明の第２実施形態に係るフロートを有する液位検出装置の一例を示す概略構成図である。図４に示すように、液位検出装置２は、概略的にタンクＲと、フロート４０と、ガイドレール５０と、磁気センサ６１，６２と、差動アンプ７０と、液位検出部８０とからなっている。

フロート４０は、タンクＲ内の液位に応じて上下動するものであって、本実施形態においてはタンクＲの一側端側（図中右側）に設けられている。ガイドレール５０は、フロート４０の横方向への移動を規制するための案内部材である。フロート４０はガイドレール５０に横方向の移動が規制されることでタンクＲの一側端側において上下動することとなる。さらに、フロート４０は、磁石４１を備えている。この磁石４１は、２つの磁極（Ｎ極及びＳ極）を結ぶ方向が垂直方向となっている。

磁気センサ６１，６２は、タンクＲ外に設けられ、磁束密度を磁電変換して出力するものである。具体的に磁気センサ６１，６２は、タンクＲ外においてフロート４０に近接するように設置され、ホールＩＣやＭＲセンサなどが用いられる。このような磁気センサ６１，６２は、垂直方向の磁束に応じた電気信号を出力するように配置されている。

また、磁気センサ６１，６２は、高さが異なる状態で２つ設けられており、それぞれが差動アンプ７０に信号出力する。差動アンプ７０は、２つの入力信号の差分を一定係数（差動利得）で増幅する増幅回路である。差動アンプ７０の非反転入力端子にはタンクＲ外の上部に設けられる第１磁気センサ６１からの出力信号が入力され、差動アンプ７０の反転入力端子にはタンクＲ外の下部に設けられる第２磁気センサ６２からの出力信号が入力される。

液位検出部８０は、磁気センサ６１，６２から得られる出力信号から液位を検出するものであって、本実施形態では２つの磁気センサ６１，６２から得られた出力信号の差分に基づいて液位を検出する。

図５は、第２実施形態に係るフロート４０の正面図であり、図６は、第２実施形態に係るフロート４０の上面図である。図５及び図６に示すように、フロート４０は、上記した磁石４１に加えて、複数の金属球４２と、樹脂ケース４３とを備えている。金属球４２は、第１実施形態のものと同様である。

樹脂ケース４３は、第１実施形態と同様に複数の金属球４２を収容可能な容器であって、第２実施形態においては８個の金属球４２を収容可能となっている。この樹脂ケース４３は、金属球４２の収容状態において金属球４２をむき出しとする開放構造となっている。具体的に図６に示すように、樹脂ケース４３は、上面視した場合、磁石４１の位置を中心として十字状に広がる骨組み４３ａと、この骨組み４３ａをつなぐ円形の骨組み４３ｂとにより構成されており、この骨組みによって金属球４２が保持された構造となっている。

また、樹脂ケース４３には、磁石４１の周囲に金属球４２を固定するための固定溝（固定部）４４が形成されている。固定溝４４は、金属球４２の形状に合致するように略半円状に切り欠かれた溝であり、金属球４２は固定溝４４に嵌ることによって磁石４１を中心とした周方向への移動が規制されている。

なお、第２実施形態に係るフロート４０において作用等は第１実施形態のものと同様である。

このようにして、第２実施形態に係るフロート４０によれば、第１実施形態と同様に、液体Ｆの浸透進入を防止すると共に、重量の増大を抑制し、且つ、汎用性に優れたフロート４０を提供することができる。また、浮力が変化して出力特性が変化してしまう事態を抑制することができる。

さらに、第２実施形態によれば樹脂ケース４３は、金属球４２を固定して収容可能な固定溝４４を有するため、振動等により金属球４２が動いて、振動毎に液位が変化して検出される事態を防止することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、フロート２１，４０は上記した形状に限らず、種々の変更が可能である。

さらに、本実施形態において液体Ｆが浸透進入しない環境等に用いられる液体検出装置１，２であれば、金属球２１ａ，４２に限らず樹脂球体などを用いるようにしてもよい。

１，２…液位検出装置
２…内側機構
３…外側機構
２１…フロート
２１ａ…金属球
２１ｂ…樹脂ケース
２１ｃ…ネジ
２１ｄ…中心軸
２１ｅ…固定溝（固定部）
２２…遥動ロッド
２３…第１歯車
２４…第２歯車
２５…回転シャフト
２６…軸受筒
２７…回転軸
２８…容器内マグネット
３１…検出側マグネット
３２…基盤
３３…ホールＩＣ
３４…収納ケース
３５ａ〜３５ｃ…第１〜第３ビス
３６…蓋部材
３７…ベース部材
３８…ガスケット
４０…フロート
４１…磁石
４２…金属球
４３…樹脂ケース
４３ａ，４３ｂ…骨組み
４４…固定溝（固定部）
５０…ガイドレール
６１，６２…磁気センサ
７０…差動アンプ
８０…液位検出部
Ｒ…タンク

Claims (2)

1. タンク内に収納された液体の液面に追従して浮かぶフロートであって、
   中空の金属球と、
   前記金属球を複数収容可能な樹脂ケースと、を備え、
   前記樹脂ケースは、当該樹脂ケースを平面視したときに略円形となる外形となっており、当該平面視したときに中心近傍に位置する中心部材と、前記金属球を固定して収容可能な固定部とを有し、
   前記固定部は、前記中心部材に対して、前記中心部材からその外側に広がる方向に開放されて前記金属球の形状に合致するように略半円状に切り欠かれた固定溝である
   ことを特徴とするフロート。
2. 前記樹脂ケースは、前記金属球がむき出しとされた開放構造である
   ことを特徴とする請求項１に記載のフロート。

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