JP6896243B2 - 液体検知センサ - Google Patents

Description

本発明は、透光性チューブ内における液体の有無を非接液にて検知する液体検知センサに関する。

例えば食品分野、医療分野、等においても、液体移送は日常的に行われている。これらの分野では、例えば液切れ等の液体移送状況を確認するために検知センサを接液状態で使用することは、保健衛生上、許されない。そのため液体移送状況等を確認するため、透明チューブが用いられるが、常時、目視で確認することは困難である。よって、チューブ内の液切れ等の液体移送状況を非接液にて検知する検知装置が提案されている。

液体移送状況の検知装置は、例えば、透明チューブの直径方向において透明チューブを間に挟んで発光素子と受光素子とを近接して配置し、発光素子が発する光に対して、液体移送状況に応じて変化する受光量の変化を受光素子で検知する構成を有する（例えば、特許文献１）。

特開２００８−１８０６４３号公報

従来、上述のように透明チューブの直径方向において発光素子及び受光素子を透光性チューブに近接して配置している。ここで発光素子及び受光素子はリード付きの素子であり、透明チューブと回路基板との距離に応じた発光素子及び受光素子の高さ調整、さらに、透明チューブ、発光素子、及び受光素子の３者間の人手による位置合わせ等が必要となる。

また、例えば透明チューブ内を流れる液体が雰囲気温度よりも低いときには、透明チューブに結露が発生する。従来、発光素子及び受光素子は、透明チューブに近接配置されていることから、透明チューブのみならず、発光素子及び受光素子周りにも結露が生じることがある。したがって結露対策が必要となる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、従来に比べて生産性の向上を図ることが可能な液体検知センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における液体検知センサは、透光性チューブ内における液体の有無を非接液にて検知する液体検知センサであって、
回路基板の実装面に共に表面実装した発光素子及び受光素子と、
上記発光素子及び上記受光素子に対向して位置し、上記発光素子から上記透光性チューブを横断して上記受光素子へ光を導く導光部材であって上記発光素子及び上記受光素子に対面する入出面を有する導光部材と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様における液体検知センサによれば、発光素子及び受光素子を回路基板に表面実装し、かつ入出面を有する導光部材を備えたことで、発光素子及び受光素子を表面実装した状態で入出面に対向させることができ、発光素子及び受光素子の高さ調整、さらに、透光性チューブ、発光素子、及び受光素子の３者間の位置合わせ等は、不要になる。したがって液体検知センサは、人手を介さず製造可能であり、従来に比べて生産性の向上を図ることができる。

また、発光素子及び受光素子を表面実装し、入出面を有する導光部材を用いたことで、発光素子及び受光素子を、測定箇所である透光性チューブから距離をあけて離して配置することが可能になる。したがって、たとえ透光性チューブに結露が発生した場合でも、発光素子及び受光素子周りには結露は生じず、結露対策を考慮する必要もない。この点からも従来に比べて生産性の向上を図ることができる。

本発明の実施形態１における液体検知センサの概略構成を示す正面図である。 図１に示す液体検知センサの概略構成を示す斜視図である。 図１に示す液体検知センサの変形例を示す図である。 図１に示す液体検知センサの導光部材の変形例を示す図である。 図１に示す液体検知センサの導光部材における別の変形例を示す図である。 図１に示す液体検知センサの導光部材におけるさらに別の変形例を示す図である。 図１に示す液体検知センサの別の変形例を示す図である。 本発明の実施形態２における液体検知センサの概略構成を示す正面図である。 本発明の実施形態１、２における液体検知センサを含む液体供給システムの一例における概略構成を示す図である。

本発明の実施形態である液体検知センサについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また各図は、概略構成を容易に認識可能なように示したものであり、各構成部材のサイズ及び縮尺関係は必ずしも実際に即したものではない。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

本実施形態の液体検知センサは、図８に一例を示す液体供給システムに備えることができる。この液体供給システムの一例としては、飲食店等におけるビール供給装置が相当する。該ビール供給装置は、ビールを充填した樽型のビール容器１０と、ジョッキにビールを注ぐビールディスペンサ３０と、これらの間に位置し互いに移送チューブ１５で接続された遮断装置２０と有する。本実施形態の液体検知センサは、遮断装置２０内に設置可能であり、ビール容器１０内のビール切れを検出する。
しかしながら、本実施形態における液体検知センサは、ビール等の飲料検出に限定されず、例えば医療分野、半導体製造分野等のような、非接液にてチューブ内の液体移送状況の確認を要するもの等に適用可能である。ここで上記「液体移送状況」には、チューブ内における液体の有無のみならず、移送液体に気泡あるいは異物存在の有無、さらには気泡あるいは異物の液体に対する含有割合の大小をも含まれる。但し、これらの検出構成、検出動作、機能及び方法については、上述の特許文献１に記載する内容を、本実施形態の液体検知センサでも採用可能であり、またこれら内容は本願発明の特徴をなすものではないことから、本明細書での記載は省略する。

実施形態１．
図１及び図２に示すように、本実施形態１の液体検知センサ１５０は、透光性チューブ９０内における液体移送状況等の確認を、つまり本実施形態では液体の有無の確認を、非接液にて検知するセンサであり、大きく分けて、導光部材１１０と、対となる発光素子１２１及び受光素子１２２とを有する。

発光素子１２１及び受光素子１２２は、液体検知センサ１５０用の回路基板８０における平坦な実装面８１に、間隔をあけて共に表面実装された素子であり、共に実装面８１に直角方向、つまり回路基板８０の板厚方向８２に沿った光の発光及び受光を行う。発光素子１２１は例えばＬＥＤであるがこれに限定されない。また、発光素子１２１は、投光波長が一例として８００〜１０００ｎｍの赤外光を発する。受光素子１２２は、例えばフォトダイオードであるが、これに限定されない。

このように、発光素子１２１及び受光素子１２２を回路基板８０に表面実装することで、従来の課題であった、透明チューブと回路基板との距離に応じた発光素子及び受光素子の高さ調整は、不要になる。よってこのような構成の液体検知センサは、本実施形態の液体検知センサ１５０も含めて、人手を介さず製造可能になり、生産性の向上を図ることができ、結果としてコスト低減を図ることも可能になる。

導光部材１１０は、図２に示すように、板状の部材であり、透光性の、例えば透明の、樹脂材で形成され、発光素子１２１及び受光素子１２２の真上に入出面１１１を対面させて板厚方向８２に延在するように実装面８１に立設される。また導光部材１１０は、透光性チューブ９０を保持すると共に測定箇所に相当する保持部１１５を有し、発光素子１２１から入出面１１１を通過した入射光１２３を、保持部１１５の透光性チューブ９０を横断させて受光素子１２２へ導く。さらに導光部材１１０は、入出面１１１及び保持部１１５に加えて、入射光１２３を透光性チューブ９０及び受光素子１２２へ配向する反射部１１３を有する。
尚、導光部材１１０のサイズは、一例として幅約２０ｍｍ、高さ約２０ｍｍ、厚み約７ｍｍである。

保持部１１５は、本実施形態では、導光部材１１０の幅方向８３における中央部に位置し導光部材１１０の上面１１４に形成した凹形状の溝であり、導光部材１１０の厚み方向８４に導光部材１１０を貫通している。保持部１１５は、透光性チューブ９０を嵌め込むことができ保持可能である。また保持部１１５は、導光部材１１０に対して、詳しくは導光部材１１０の主面１１６に対して、透光性チューブ９０を直角又はほぼ直角に保持し、保持した状態において透光性チューブ９０の円筒形を維持し、かつガタツキなしに保持する。よって、保持部１１５では、透光性チューブ９０は、実装面８１にほぼ平行に配置され厚み方向８４に沿って延在する。

反射部１１３は、本実施形態では、保持部１１５を間に挟み導光部材１１０の左右両肩部に傾斜面にて形成した、第１反射部１１３−１と第２反射部１１３−２とを有する。第１反射部１１３−１は、導光部材１１０の側面のうち、実装面８１に表面実装した発光素子１２１及び入出面１１１に対向した第１側面１１２−１に設けられ、入出面１１１及び導光部材１１０内を通過した入射光１２３を反射して、保持部１１５に保持された透光性チューブ９０へ配向する。第２反射部１１３−２は、導光部材１１０の側面のうち、実装面８１に表面実装した受光素子１２２及び入出面１１１に対向した第２側面１１２−２に設けられ、透光性チューブ９０を横断した横断光１２４を反射し出力光１２５として受光素子１２２へ配向する。

第１反射部１１３−１及び第２反射部１１３−２の傾斜角度は、横断光１２４が透光性チューブ９０の直径にわたり幅方向８３に沿って進行するように設計する。また反射部１１３における反射構造は、第１側面１１２−１及び第２側面１１２−２に対する物理的処理及び化学的処理の少なくとも一方を用いて形成する。物理的処理としては、例えば凹凸形状の形成、シボ加工、鏡面部材の貼付等がある。また化学的処理としては、例えばメッキ処置がある。

透光性チューブ９０は、本実施形態では一例として、外径１０ｍｍ、管厚２．５ｍｍの可撓性を有する透光性の樹脂製チューブである。尚、透光性チューブ９０は、下記の実施形態２の場合も含めて、外径で２ｍｍから４０ｍｍの範囲のものが適用可能であり、特には５ｍｍから２０ｍｍ、さらには８ｍｍから１０ｍｍの範囲のものがより多く適用されている。また、管厚についても２．５ｍｍに限定されず、例えば３ｍｍ、３．５ｍｍ等のものも適用可能である。

本実施形態では図示するように、導光部材１１０は、回路基板８０に立設した構成を採るが、これに限定されない。即ち、実装面８１に表面実装された発光素子１２１及び受光素子１２２に、導光部材１１０の入出面１１１を対面させた状態にて、例えば上述の遮断装置２０のケーシングに導光部材１１０を固定してもよい。
また、本実施形態では反射部１１３は、導光部材１１０における第１側面１１２−１及び第２側面１１２−２を利用して形成したが、これに限定されず、例えば反射部１１３を構成した部材を導光部材１１０に取り付ける形態でもよい。
また、本実施形態では保持部１１５は、導光部材１１０と一体的に成型したが、これに限定されず、例えば保持部１１５を構成した部材を導光部材１１０に取り付ける形態でもよい。

以上説明したように構成された液体検知センサ１５０は、以下のように動作する。
発光素子１２１から発せられた入射光１２３は、導光部材１１０の入出面１１１を通り導光部材１１０内を通過し、第１反射部１１３−１に到達し、第１反射部１１３−１にて透光性チューブ９０の方へ反射される。第１反射部１１３−１にて反射した横断光１２４は、保持部１１５に保持されている透光性チューブ９０を幅方向８３に沿って横断する。このとき透光性チューブ９０内における液体移送状況の情報が横断光１２４に含まれ、該横断光１２４は第２反射部１１３−２に到達し、受光素子１２２方向へ反射される。第２反射部１１３−２にて反射された、液体移送状況の情報を含む出力光１２５は、導光部材１１０内及び入出面１１１を通過し、受光素子１２２に到達し検知される。ここで上述の「液体移送状況の情報」とは、入射光１２３の光量あるいは輝度に対する、液体移送状況に対応した出力光１２５の光量あるいは輝度の変化分が相当する。

このように構成された液体検知センサ１５０によれば、以下の効果を得ることが可能になる。
即ち、発光素子１２１及び受光素子１２２を回路基板８０に表面実装したことに加えて、保持部１１５を有する導光部材１１０を用いたことで、透明チューブと回路基板との距離に応じた発光素子及び受光素子の高さ調整、さらに、透明チューブ、発光素子、及び受光素子の３者間の位置合わせ等は、不要になる。したがって、液体検知センサ１５０は、人手を介さず製造可能であり、生産性の向上を図ることができ、コスト低減を図ることが可能である。また、上述の３者間の位置合わせが不要なことから、液体検知センサ１５０の設計自由度も従来に比べて増すことができる。

さらに、透光性チューブ９０周りに結露が発生した場合でも、透光性チューブ９０を保持する保持部１１５と、発光素子１２１及び受光素子１２２とは離れて位置することから、発光素子１２１及び受光素子１２２周りにおいて水滴の影響は無い。よって液体検知センサ１５０では、結露対策を要しない。尚、万全を期すために、発光素子１２１及び受光素子１２２周りには、必要に応じて防水対策を施しても良い。

さらに次の効果も得られる。即ち、従来の検知センサでは、透明チューブに近接して発光素子及び受光素子を配置していた。よって、発光素子から発せられた光は、透明チューブ内の通路全体に照射されず、通路内の中心部分のみを通過して受光素子にて検知されていた。したがって、例えば通路内周面辺りに気泡等が存在した場合には、気泡通過を正確に検出することは困難であった。

これに対して本実施形態の液体検知センサ１５０によれば、透光性チューブ９０と、発光素子１２１及び受光素子１２２とは離れて位置することから、発光素子１２１から発せられた入射光１２３は、導光部材１１０を進行する間に広がり、横断光１２４は、透光性チューブ９０内の少なくとも直径に相当する通路全体１２４ａ（図１）を照射することが可能となる。したがって、通路内周面辺りに気泡等が存在する場合でも検知が可能であり、従来に比べてより高い精度にて、液切れ等を迅速に検出することが可能である。

上述した液体検知センサ１５０の変形例として、図６に示すような液体検知センサ１５２の構成を採ることもできる。液体検知センサ１５２では、回路基板８６及び導光部材１１９を用いる点で、液体検知センサ１５０の構成と相違する。具体的には、液体検知センサ１５０では平坦な回路基板８０であるのに対して、液体検知センサ１５２における回路基板８６は、例えばコ字形状に折り曲げた基板であり、導光部材取付部８６ａに対して板厚方向８２に沿って立ち上がる実装面８１を有し、この立ち上がった実装面８１に発光素子１２１及び受光素子１２２をそれぞれ表面実装している。また液体検知センサ１５０で用いた導光部材１１０は反射部１１３を有するのに対して、導光部材１１９は反射部１１３を有さず、板厚方向８２に延在し上述の立ち上がった実装面８１に並列な入出面１１１を導光部材１１９の両側に有している。液体検知センサ１５２におけるその他の構成は、液体検知センサ１５０の構成に同じである。

このような構成を有する液体検知センサ１５２においても、回路基板８６に表面実装された発光素子１２１及び受光素子１２２は、導光部材１１９における各入出面１１１に隣接して位置し対面するように配置する。よって発光素子１２１から発せられた光は、一方の入出面１１１を通り導光部材１１９に入り、透光性チューブ９０を横断し、他方の入出面１１１を通り受光素子１２２へ到達する。
このような構成を有する液体検知センサ１５２においても、液体検知センサ１５０が奏する上述の効果を奏することができる。
尚、以下では、実施形態２における説明も含めて、液体検知センサ１５０、１５２のうち、代表して液体検知センサ１５０を用いる。

以下では、上述した液体検知センサ１５０の構成に、さらに追加可能な構成について説明を行う。
上述したように、液体検知センサ１５０は、通常、例えば遮断装置２０（図８）内に設置されることから、外乱光の影響は受け難いが、さらに、図３に示すように、発光素子１２１、受光素子１２２、及び導光部材１１０を収容し、外光を遮断する遮光ケース１３０を備え、包囲されてもよい。遮光ケース１３０で導光部材１１０等を覆うことで、外乱光の影響を避けることができ、より検知精度の向上を図ることが可能となる。

あるいはまた、図４Ａに示すように、導光部材１１０における入出面１１１及び保持部１１５を除き、主面１１６も含めた導光部材１１０の表面に、遮光部材１３５を設けてもよい。遮光部材１３５は、例えば黒色塗料等である。
また、遮光部材１３５を設ける導光部材１１０における領域は、図４Ｂに示すように、入出面１１１、保持部１１５、及び反射部１１３を除いた表面としてもよい。
このように遮光部材１３５を設けることで、導光部材１１０に対する外乱光の影響を避けることができ、より検出精度の向上を図ることが可能になる。
遮光部材１３５は、遮光ケース１３０と併用してもよい。

さらにまた、保持部１１５において、保持された透光性チューブ９０を横断する横断光１２４の光軸に沿って位置する溝壁１１５ａに、漏光防止部分１４０を設けてもよい。漏光防止部分１４０は、第２反射部１１３−２への方向とは異なる方向に、横断光１２４が溝壁１１５ａから漏れてしまうのを防止するものであり、例えば、導光部材１１０とは別部材にてなる、黒色の樹脂テープあるいは遮光板等を貼付したものが相当する。もしくは漏光防止部分１４０は、導光部材１１０に対して、例えばシボ加工等の表面加工を行ったものでもよい。このような漏光防止部分１４０は、透光性チューブ９０に結露が発生し、この水滴が影響して横断光１２４の光路が第２反射部１１３−２以外の方向へ変化してしまう場合に、特に有効な手段となる。
漏光防止部分１４０を設けることで、横断光１２４の損失を抑制することができ、より検出精度の向上を図ることが可能となる。
漏光防止部分１４０は、遮光ケース１３０、さらには遮光部材１３５と併用することができる。

実施形態２．
次に、図７を参照して、液体検知センサ１５０の変形例に相当する、実施形態２における液体検知センサ１９０について説明を行う。
実施形態１における液体検知センサ１５０では、導光部材１１０は板材で構成し、反射部１１３を有する形態である。これに対して実施形態２の液体検知センサ１９０は、導光部材が相違し、板材ではなく例えば光ファイバのような導光部材１７０を使用する。よって光は導光部材１７０内を導光部材１７０に沿って進行することから、反射部１１３が不要になる。図７において、「１８０」は、透光性チューブ９０を保持する保持部を示す。保持部１８０は、上述した保持部１１５とは形態が相違するが、同じ機能を有する。実施形態２の液体検知センサ１９０におけるその他の構成は、実施形態１の液体検知センサ１５０の構成に同じであるので、ここでの説明は省略する。

導光部材１７０は、発光素子１２１側、及び受光素子１２２側にそれぞれ配置され、発光素子１２１から透光性チューブ９０へ光を発し、透光性チューブ９０を横断した光を、受光素子１２２へ導く部材である。このような各導光部材１７０は、発光素子１２１及び受光素子１２２に対面する入出面１７１と、保持部１８０に保持された透光性チューブ９０に隣接して位置し透光性チューブ９０に対して光の送受を行う送受面１７２とを有する。尚、図示を省略しているが、導光部材１７０は、適切な支持部材にて支持されている。また、図７は液体検知センサ１９０の概略構成を示したものであり、各構成部材のサイズ及び縮尺関係は実際に即したものではない。特に、発光素子１２１、受光素子１２２、及び透光性チューブ９０と、導光部材１７０との相対的大きさは、適宜変更可能である。

このような構成を有する液体検知センサ１９０は、上述した液体検知センサ１５０と同じ効果を奏することができるのに加えて、反射部１１３を有しないことから、液体検知センサ１５０に比べて簡便な構成を有することができるという利点がある。

上述の実施形態１、２では、液体検知センサ１５０、１９０は、それぞれ１セットを設けた構成を説明したが、液体検知センサ１５０、１９０をそれぞれ複数セット設けることもできる。複数セットの液体検知センサ１５０、１９０を設けることで、より高精度にて、液切れ等の液体移送状況を検出することができる。

また、上述した各実施の形態を組み合わせた構成を採ることも可能であり、また、異なる実施の形態に示される構成部分同士を組み合わせることも可能である。

本発明は、液体検知センサに適用可能である。

９０…透光性チューブ、１１０…導光部材、１１１…入出面、１１２−１…第１側面、
１１２−２…第２側面、１１３…反射部、１１３−１…第１反射部、
１１３−２…第２反射部、１１５…保持部、１１５ａ…溝壁、１１９…導光部材、
１２１…発光素子、１２２…受光素子、１３０…遮光ケース、１３５…遮光部材、
１４０…漏光防止部分、１５０、１５２…液体検知センサ、
１７０…導光部材、１７１…入出面、１７２…送受面、
１８０…保持部、１９０…液体検知センサ。

Claims (8)

1. 透光性チューブ内における液体の有無を非接液にて検知する液体検知センサであって、
   回路基板の実装面に共に表面実装した発光素子及び受光素子と、
   上記発光素子及び上記受光素子に対向して位置し、上記発光素子から上記透光性チューブを横断して上記受光素子へ光を導く導光部材であって上記発光素子及び上記受光素子に対面する入出面を有する導光部材と、
   を備え、
   上記回路基板の実装面は、上記導光部材の各入出面に沿って延在し、
   上記導光部材は、板状であり、上記透光性チューブと上記回路基板との距離を一定に保持する部材であり、上記透光性チューブを保持する保持部を有する、
   ことを特徴とする液体検知センサ。
2. 上記導光部材は、上記保持部に保持された透光性チューブの通路全体を通過する横断光を透光性チューブに照射する、
   請求項１に記載の液体検知センサ。
3. 上記発光素子及び上記受光素子は、平坦な回路基板の実装面に共に表面実装され、
   上記導光部材は、上記入出面を通過した光を上記保持部における透光性チューブ及び上記受光素子へ配向する反射部をさらに有する、請求項１又は２に記載の液体検知センサ。
4. 上記反射部は、第１反射部と第２反射部とを有し、第１反射部は、上記導光部材の側面のうち上記発光素子及び上記入出面に対向した第１側面に設けられ、上記入出面を通過した入射光を反射して上記透光性チューブへ配向し、第２反射部は、上記導光部材の側面のうち上記受光素子及び上記入出面に対向した第２側面に設けられ、上記透光性チューブを横断した横断光を反射し上記受光素子へ配向する、請求項３に記載の液体検知センサ。
5. 上記導光部材は、上記入出面及び上記保持部以外の上記導光部材の表面に遮光部材を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体検知センサ。
6. 上記保持部は、上記透光性チューブを嵌入する凹形状の溝を有し、上記透光性チューブを横断した横断光の光軸に沿って位置する溝壁に光漏れを防止する漏光防止部分を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体検知センサ。
7. 透光性チューブ内における液体の有無を非接液にて検知する液体検知センサであって、
   回路基板の実装面に共に表面実装した発光素子及び受光素子と、
   上記発光素子及び上記受光素子に対向して位置し、上記発光素子から上記透光性チューブを横断して上記受光素子へ光を導く導光部材であって上記発光素子及び上記受光素子に対面する入出面を有する導光部材と、
   を備え、
   上記導光部材に対して上記透光性チューブを位置決めし保持する保持部をさらに備え、
   上記導光部材は、上記入出面を一端に有する共に、上記保持部に保持された透光性チューブに隣接して位置し透光性チューブに対して光の送受を行う送受面を他端にさらに有し、
   上記導光部材は、上記保持部に保持された透光性チューブの通路全体を通過する横断光を透光性チューブに照射する、
   ことを特徴とする液体検知センサ。
8. 上記発光素子、上記受光素子、及び上記導光部材を収容し外光を遮断する遮光ケースをさらに備えた、請求項１から７のいずれか１項に記載の液体検知センサ。

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