JP7142389B1

JP7142389B1 - 静電容量式レベルスイッチ

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Publication number: JP7142389B1
Application number: JP2021164220A
Authority: JP
Inventors: 裕治幸重
Original assignee: メイク株式会社
Priority date: 2021-10-05
Filing date: 2021-10-05
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2041-10-05
Also published as: JP2023055096A

Abstract

【課題】野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる静電容量式レベルスイッチを提供する。【解決手段】軸線方向に開口する開口部２ａを両端に有する筒状の樹脂製の外筐体２と、外筐体２の開口部２ａのうち一方の開口部２ａを塞ぐ蓋部材７と、一端を軸線方向に開口する開口部３ｃと、他端を閉じる底部３ｂとを有する筒状の内筐体３と、内筐体３の内部に位置し、静電容量値を検出するスイッチ本体部６と、内筐体３の底部３ｂにおける外側面に絶縁体を介して固定された測定電極４と、を有する。外筐体２は、一端がタンクＴの壁面に固定され、他方の開口部２ａがタンクＴの壁面によって塞がれ、一方の開口部２ａが蓋部材７によって覆われる。内筐体３は、測定電極４をタンクＴの壁面に接触させた状態において外筐体２の内部に保持される。前記蓋部材７は、外筐体２の一方の開口部２ａ及び内筐体３の開口部３ｃを覆う。【選択図】図２

Description

本発明は、静電容量式レベルスイッチに関する。

従来、樹脂製容器の内容物の有無を検出する静電容量式レベルスイッチが知られている。前記静電容量式レベルスイッチは、絶縁された状態において離れて位置する測定電極と電気的に接地された接地電極との間の静電容量値を検出するセンサである。前記静電容量式レベルスイッチは、非導電性の樹脂製容器に貯留されている導電性の内容物を検出する場合、前記樹脂製容器に前記測定電極を接触させる。前記内容物は、配管等を通じて接地されている。つまり、前記内容物には、前記接地電極が電気的に接続された状態とみなすことができる。

前記静電容量式レベルスイッチは、前記測定電極の近傍に前記内容物が存在する場合、前記測定電極と前記接地電極との間に前記樹脂製容器の壁面と前記内容物とが介在しているとみなすことができる。前記静電容量式レベルスイッチは、前記内容物の誘電率、測定電極に対する前記内容物の位置、測定電極の形状等に応じた静電容量値を検出する。一方、前記静電容量式レベルスイッチは、前記測定電極の近傍に前記内容物が存在しない場合、前記測定電極と前記接地電極との間の抵抗値が無限大となる。つまり、前記測定電極と前記接地電極との間の静電容量は、固定の静電容量値になる。このように、前記静電容量式レベルスイッチは、検出した静電容量値によって、前記樹脂製容器内の内容物の有無を検出することができる。例えば特許文献１の如くである。

特許文献１に記載のレベルスイッチは、絶縁体である管状体内の誘電性流体の状態を検出する。前記レベルスイッチは、前記誘電性流体が腐食性の流体であっても検出可能とするため、測定電極及び接地電極が管状体の外部に位置している。また、管状体が野外に設置されていても検出可能とするため、前記測定電極と前記接地電極を覆う外管を有している。接続端子板、リレー、抵抗、コンデンサ、トランス、ＩＣ素子、電源等が収容された電極ケースは、外管の外部に設置されている。これにより、レベルスイッチは、前記測定電極及び接地電極を外管によって密閉することで電極の腐食を防止している。

実開平４－１１８６３０号公報

このように構成されるレベルスイッチは、管状体が野外に設置されている場合、当然ながら繊細な電子部品等が収容された電極ケースも野外に設置されている。電極ケースは、野外環境の影響によって内部温度が大きく変化する。レベルスイッチは、電極ケースの内部温度の変化によって、電子部品の定数が変動し、検出する静電容量値がドリフトする場合がある。電極ケースの温度変化の範囲、温度変化の時間は、季節、日中の時間帯、天候等にも左右される。このため、特許文献１に記載のレベルスイッチは、温度変化によるドリフトの抑制が難しい。

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる静電容量式レベルスイッチの提供を目的とする。

本発明者らは、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる静電容量式レベルスイッチについて検討した。鋭意検討の結果、本発明者らは、以下のような構成に想到した。

即ち、第一の発明は、樹脂製容器内の内容物の有無を検出する絶縁型の静電容量式レベルスイッチである。静電容量式レベルスイッチは、両端に開口部を有する筒状の樹脂製の外筐体と、前記両端の開口部のうち一方の開口部を塞ぐ蓋部材と、前記外筐体内に配置可能な外形形状であって、一端に開口部を有し、他端を閉じる底部を有する筒状の樹脂製の内筐体と、前記内筐体の内部に位置し、静電容量値を検出するスイッチ本体部と、前記内筐体の底部における外側面に絶縁体を介して固定された測定電極と、を有する。前記外筐体は、一端が前記樹脂製容器の壁面に固定され、前記両端の開口部のうち他方の開口部が前記樹脂製容器の壁面によって塞がれる。内部に前記内筐体が位置する状態において一方の前記開口部が前記蓋部材によって覆われる。前記内筐体は、前記測定電極を前記樹脂製容器の壁面に接触させた状態において前記外筐体に保持される。前記蓋部材は、前記外筐体の一方の開口部及び前記内筐体の開口部を覆う。

上述の構成では、前記静電容量式レベルスイッチは、前記樹脂製容器に固定される前記外筐体内に電子部品等が含まれる前記スイッチ本体部が位置する前記内筐体が保持されている。前記内筐体の底部における外表面には前記測定電極が固定されている。前記内筐体は、前記測定電極を前記樹脂製容器に接触した状態で前記蓋部材によって前記外筐体の内部に密閉される。前記測定電極は、前記外筐体によって雨等から保護される。また、前記内筐体は、前記外筐体によって太陽からの輻射熱が遮蔽される。このように、前記スイッチ本体部は、前記外筐体と前記内筐体とによって２重に密閉される。よって、前記内筐体内の前記スイッチ本体部は、温度変化が抑制される。これにより、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

他の観点によれば、本発明の静電容量式レベルスイッチは、以下の構成を含むことが好ましい。前記外筐体の内周面と前記内筐体の外周面との間の少なくとも一部には、空気を貯留する空間を有する。

上述の構成では、前記静電容量式レベルスイッチは、前記外筐体と前記内筐体との間の空間内の空気によって前記内筐体を外筐体から断熱している。従って、前記内筐体は、前記外筐体に比べて外部の温度変化の影響を受けにくい。前記静電容量式レベルスイッチは、外筐体と内筐体とによって前記スイッチ本体部が断熱されるので、前記スイッチ本体部の温度変化が抑制される。これにより、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

他の観点によれば、本発明の静電容量式レベルスイッチは、以下の構成を含むことが好ましい。前記外筐体は、他端の内周面にねじ溝を有し、前記内筐体は、前記ねじ溝に噛み合うボルトによって他端を前記樹脂製容器の壁面に向かって押圧される。

上述の構成では、前記静電容量式レベルスイッチは、前記内筐体が有する測定電極が前記外筐体のねじ溝に噛み合うボルトによって前記樹脂製容器に押し付けられる。前記測定電極は、一つのボルトによって均一に前記樹脂製容器の方向に押圧される。よって、前記測定電極は、前記外筐体内において前記樹脂製容器の壁面に対して均一に接触する。これにより、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

他の観点によれば、本発明の静電容量式レベルスイッチは、以下の構成を含むことが好ましい。前記内筐体は、電気的に接地され、且つ前記絶縁体を介して前記測定電極と対向して位置するシールド部材を有する。

上述の構成では、前記静電容量式レベルスイッチは、前記シールド部材と前記測定電極との間の静電容量値が一定になる。よって、前記静電容量スイッチは、前記シールド部材側から前記測定電極に近づく導体の前記測定電極に対する影響が抑制される。これにより、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

他の観点によれば、本発明の静電容量式レベルスイッチは、以下の構成を含むことが好ましい。前記外筐体は、電気的に接地され、且つ前記樹脂製容器に接触する接地電極を有する。

上述の構成では、前記静電容量式レベルスイッチは、前記測定電極と前記接地電極とによって前記樹脂製容器内の内容物の状態に基づいた静電容量値を検出する。前記静電容量式レベルスイッチは、前記接地電極を前記樹脂製容器に接触させることで前記樹脂製容器内の内容物の状態に基づいた静電容量値をより精度よく検出する。これにより、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

他の観点によれば、本発明の静電容量式レベルスイッチは、以下の構成を含むことが好ましい。前記外筐体は、前記樹脂製容器と同一の材料である。

上述の構成では、前記外筐体は、前樹脂製容器に接着、溶着、溶接可能である。従って、前記測定電極を有する前記内筐体は、前記外筐体、前記樹脂製容器及び前記蓋部材によって前記外筐体内に密閉される。よって、前記測定電極及び前記内筐体内の前記スイッチ本体部は、前記外筐体によって外部の影響が抑制される。これにより、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

他の観点によれば、本発明の静電容量式レベルスイッチは、以下の構成を含むことが好ましい。前記外筐体は、前記樹脂製容器に接着、溶着または溶接によって固定される。

上述の構成では、前記外筐体は、孔加工等を行うことなく前樹脂製容器に固定される。また、前記外筐体は、固定バンド等によって前記樹脂製容器に縛り付ける必要がない。これにより、前記内筐体は、既設の前記樹脂製容器に容易に安定して固定することができる。

他の観点によれば、本発明の静電容量式レベルスイッチは、以下の構成を含むことが好ましい。前記樹脂製容器の壁面に貫通孔をあけないで前記壁面の外表面に接触させた前記測定電極によって前樹脂製容器内の内容物の有無を検出する。

上述の構成では、前記静電容量式レベルスイッチは、前記樹脂製容器に電極挿入用の貫通孔をあけることなく前記樹脂製容器の内容物の有無を検出する。これにより、前記静電容量式レベルスイッチは、内部に内容物が貯留されている既設の樹脂製容器に設置することができる。

本発明の一実施形態によれば、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

図１は、本発明に係る実施形態１の静電容量式レベルスイッチがタンクに固定されている状態を示す部分断面図である。図２は、本発明に係る実施形態１の静電容量式レベルスイッチの断面図である。図３は、本発明に係る実施形態１の静電容量式レベルスイッチの断面分解図である。図４は、本発明に係る実施形態１の静電容量式レベルスイッチの制御構成を示すブロック図である。図５は、本発明に係る実施形態２の静電容量式レベルスイッチの断面図である。図６は、本発明に係る実施形態３の静電容量式レベルスイッチの断面図である。

（実施形態１）
初めに、図１から図４を用いて、本発明に係る静電容量式レベルスイッチの実施形態１である静電容量式レベルスイッチ１について説明する。図１は、本発明に係る実施形態１の静電容量式レベルスイッチ１がタンクＴに固定されている状態を示す部分断面図である。図２は、静電容量式レベルスイッチ１の断面図である。図３は、静電容量式レベルスイッチ１の断面分解図である。図４は、静電容量式レベルスイッチ１の制御構成を示すブロック図である。

図１に示すように、静電容量式レベルスイッチ１は、静電容量値を検出する絶縁型の静電容量センサである。静電容量式レベルスイッチ１は、樹脂製容器であるポリ塩化ビニル、ポリエチレン等の樹脂製容器からなるタンクＴの内容物Ｗの有無を検出する。なお、タンクＴは、絶縁体である。本実施形態において、タンクＴは、ポリエチレン製のタンクである。タンクＴ内には、導体である内容物Ｗが貯留されている。内容物Ｗは、配管等を通じて接地されている。つまり、内容物Ｗには、接地電極が電気的に接続された状態とみなすことができる。

図２と図３とに示すように、静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２、内筐体３、測定電極４、ボルト５、スイッチ本体部６、蓋部材７を有している。

外筐体２は、内筐体３を収容する筒状の筐体である。外筐体２は、タンクＴと同一の材質であるポリエチレンによって構成されている。外筐体２は、円筒状の部材である。外筐体２の両端は、軸線方向に開口する開口部２ａを有する（図３参照）。外筐体２の一端部は、内周面２ｂにねじ溝２ｃを有する。また、外筐体２の一方の開口部を有する一端部は、径方向外方に延びる円環状のフランジ２ｄを有する。フランジ２ｄは、複数のねじ孔を有している。外筐体２は、軸線をタンクＴの壁面に対して垂直にした状態において、両端のうちフランジ２ｄを有さない他方の開口部を有する他端をタンクＴの壁面に固定する。本実施形態において、外筐体２の他端は、タンクＴの壁面に接着される。外筐体２における他端の開口部２ａは、タンクＴの壁面によって塞がれる。

内筐体３は、スイッチ本体部６を収容する筒状の筐体である。内筐体３は、タンクＴと同一の材質であるポリエチレンによって構成されている。内筐体３は、円筒状の部材である。内筐体３は、円筒部３ａと底部３ｂとを有する。内筐体３の一端は、軸線方向に開口する開口部３ｃを有する（図３参照）。内筐体３の他端は、軸線方向に垂直な底部３ｂを有する。つまり、内筐体３は、他端を塞ぐ円板状の底部３ｂを有している。底部３ｂは、底面を外筐体２の軸線に対して垂直にして外筐体２の内部に位置する場合、底部３ｂの外周面３ｄと外筐体２の内周面２ｂとの間に隙間が視認できない程度の外径を有する。底部３ｂから軸線方向に伸びる円筒部３ａは、底部３ｂの外径よりも小さい外径の外周面３ｅを有する。

測定電極４は、タンクＴに貯留されている内容物Ｗの静電容量値を測定する電極である。測定電極４は、金属等の導電性材料から形成されている。測定電極４は、例えば円板状に形成されている。測定電極４は、内筐体３の底部３ｂにおける外側面である外側の底面に絶縁体を介して固定されている。本実施形態において、内筐体３は、絶縁体である樹脂製筐体であるので底部３ｂに測定電極４が固定されている。

ボルト５は、内筐体３を軸線方向に押圧する部材である。ボルト５は、円柱状に構成されている。ボルト５は、絶縁体であるエンジニアリングプラスティック等の樹脂製である。ボルト５は、中央部分に配線用の貫通孔５ａを有している。ボルト５の外周面は、外筐体２のねじ溝２ｃに噛み合うねじ溝５ｂを有している。ボルト５の一端部は、内筐体３の端面３ｆに接触する押圧面５ｃを有している。また、ボルト５は、押圧面５ｃから軸線方向に伸びる円筒状の位置決め部５ｄを有している。位置決め部５ｄは、内筐体３の内周面に嵌合可能に構成されている。

図３に示すように、測定電極４が固定されてる内筐体３は、底部３ｂの底面を外筐体２の軸線に対して垂直にして外筐体２の内部に収容されている。内筐体３は、底部３ｂの外周面３ｄが外筐体２の内周面２ｂに接触している。つまり、内筐体３の他端部は、外筐体２に保持されている。外筐体２の内部に位置する内筐体３の他端部は、外筐体２の内周面２ｂに接触する底部３ｂによって径方向に位置決めされている。

外筐体２の一端部には、ねじ溝２ｃにボルト５がねじ込まれる。この際、ボルト５の押圧面５ｃは、内筐体３の端面３ｆに接触する。内筐体３は、押圧面５ｃによってタンクＴの壁面に向かって押圧される。内筐体３は、押圧面５ｃによって底面に固定されている測定電極４がタンクＴの壁面に押し付けられる。つまり、内筐体３は、ボルト５の押圧面５ｃによって軸線方向に位置決めされている。また、内筐体３の一端部には、円筒部３ａにボルト５の位置決め部５ｄが嵌合する。内筐体３は、位置決め部５ｄによって一端部を径方向に保持される。これにより、内筐体３の一端部は、円筒部３ａに接触するボルト５の位置決め部５ｄによって径方向に位置決めされる。ボルト５の他端部は、外筐体２の一端部から軸線方向に突出している。

内筐体３の円筒部３ａの外径は、底部３ｂの外径よりも小さい。従って、一端部と他端部とが外筐体２及びボルト５によって径方向に位置決めされている内筐体３において、円筒部３ａの外周面３ｅと外筐体２の内周面２ｂとの間には、円筒状の空間Ｓが生じている。空間Ｓには、空気が充満している。つまり、内筐体３は、外筐体２によって位置決めされている両端部を除いて外筐体２に接触していない。外筐体２と内筐体３との間には、断熱効果が高い空気の層が介在している。

図４に示すように、スイッチ本体部６は、静電容量値を検出するための電圧出力部６ａ、静電容量変換部６ｂ、制御部６ｃ等を有する。スイッチ本体部６は、内筐体３の内部に位置している。つまり、スイッチ本体部６は、外筐体２及び内筐体３によって覆われている。スイッチ本体部６は、測定電極４に電気的に接続されている。また、スイッチ本体部６は、接地されている。

電圧出力部６ａは、測定電極４に電圧を印可する回路である。電圧出力部６ａは、実体的には、複数の電子回路及び電子部品等から構成されている。電圧出力部６ａは、図示しない回路基板に実装されている。電圧出力部６ａは、測定電極４に接続されている。電圧出力部６ａは、制御部６ｃからの制御信号に基づいて、所定の周波数の交流電圧である入力電圧を測定電極４に印可可能に構成されている。

静電容量変換部６ｂは、静電容量を電圧に変換する回路である。静電容量変換部６ｂは、実体的には、複数の電子回路及び電子部品等から構成されている。静電容量変換部６ｂは、図示しない回路基板に実装されている。静電容量変換部６ｂは、測定電極４に接続されている。静電容量変換部６ｂは、測定電極４に加わる交流電圧を出力電圧に変換する。

制御部６ｃは、静電容量式レベルスイッチ１を制御する回路である。制御部６ｃは、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御部６ｃは、電圧出力部６ａ、静電容量変換部６ｂ等の動作を制御するために種々のプログラム及びデータが格納されている。制御部６ｃは、図示しない回路基板に実装されている。

制御部６ｃは、電圧出力部６ａに接続され、測定電極４に印可する交流の入力電圧を供給することができる。

制御部６ｃは、静電容量変換部６ｂに接続され、静電容量変換部６ｂが変換した出力電圧を取得することができる。

制御部６ｃには、タンクＴ内の内容物Ｗの有無を判断する閾値を任意に設定する閾値調整部６ｄを有している。制御部６ｃでは、閾値調整部６ｄによって内容物Ｗの静電容量値に応じた閾値が設定されている。制御部６ｃは、出力電圧が設定された閾値を上回ると測定電極４の位置に内容物Ｗが存在している旨の検出信号を送信する。

制御部６ｃは、図示しない電源に接続され、電圧出力部６ａに供給する電流を取得することができる。

図２と図３とに示すように、蓋部材７は、外筐体２の一方の開口部２ａと内筐体３の開口部３ｃとを覆う。蓋部材７は、板状部材である。蓋部材７は、外筐体２と同一の材質で構成されている。蓋部材７は、ボルト５が収容される凹部７ａを有している。また、蓋部材７は、ケーブルクランプ７ｂを有している。蓋部材７は、外筐体２の内部に収容されている外筐体２のフランジ２ｄにパッキン８を介して固定ボルト７ｃによって固定される。蓋部材７は、外筐体２の開口部２ａの全面を覆う。合わせて、蓋部材７は、凹部７ａにボルト５を収容する。蓋部材７は、ボルト５の貫通孔５ａを覆う。このように、蓋部材７は、外筐体２の開口部２ａと内筐体３の開口部３ｃとを合わせて覆う。これにより、外筐体２及び内筐体３は、蓋部材７及びパッキン８によって密閉される。

静電容量式レベルスイッチ１は、蓋部材７を取り外した状態において、ボルト５の締め付けトルクを調整することで、測定電極４とタンクＴとの接触状態を調整可能である。また、外筐体２の内部に収容されている内筐体３は、蓋部材７及びボルト５を取り外すことにより外筐体２からスイッチ本体部６とともに取り外すことができる。更に、内筐体３は、蓋部材７及びボルト５を取り外すことにより開口部３ｃが開放されているので、スイッチ本体部６に対するメンテナンスが容易に行える。

静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２によって内筐体３及び測定電極４と、内筐体３の内部のスイッチ本体部６を密閉する。外筐体２は、外部から雨水、泥水等の内部への入り込みを防止する。これにより、静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２によって内筐体３及び測定電極４を防水する。よって、静電容量式レベルスイッチ１は、タンクＴと測定電極４との間に雨水等の水分が入り込まないので、屋外でも誤動作を抑制することができる。また、外筐体２は、太陽光を遮光する。これにより、静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２によって太陽光によって内筐体３及び測定電極４に生じる輻射熱を抑制する。

更に、静電容量式レベルスイッチ１は、内筐体３によってスイッチ本体部６を密閉する。内筐体３は、外部から雨水、泥水等の内部への入り込みを防止する。これにより、静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２及び内筐体３によってスイッチ本体部６を防水する。また、内筐体３は、外筐体２によって位置決めされている両端部を除いて外筐体２に接触していない。外筐体２と内筐体３との間には、断熱効果が高い空気が充満した空間Ｓが介在している。これにより、静電容量式レベルスイッチ１は、空間Ｓによって太陽光によって外筐体２に生じた輻射熱及び大気温度から外筐体２に伝達された熱が内筐体３に伝達されにくい。

このように構成される静電容量式レベルスイッチ１は、測定電極４をタンクＴの壁面に接触させた状態の内筐体３が蓋部材７によって外筐体２の内部に密閉される。測定電極４は、外筐体２によって雨水等から保護される。また、内筐体３は、外筐体２によって太陽からの輻射熱が遮蔽される。このように、スイッチ本体部６は、外筐体２と内筐体３とによって２重に密閉される。よって、内筐体３内の前記スイッチ本体部６は、浸水による動作不良及び温度変化によるドリフトが抑制される。また、静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２及び内筐体３を樹脂で構成することで従来のアルミニウム合金製の筐体に比べて耐酸性を向上させることができる。更に、静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２及び内筐体３を樹脂で構成することで従来のアルミニウム合金製の筐体に比べて軽量化することができる。これにより、静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２に加わる自重による負荷を低減することができる。

また、静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２と内筐体３との間の空間Ｓ内の空気によって内筐体３を外筐体２から断熱している。従って、内筐体３は、外筐体２に比べて外部の温度変化の影響を受けにくい。静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２と内筐体３との間に構成される空間Ｓによってスイッチ本体部６が断熱されるので、スイッチ本体部６の温度変化が抑制される。これにより、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

また、静電容量式レベルスイッチ１は、内筐体３が有する測定電極４が外筐体２のねじ溝２ｃに噛み合うボルト５の締結力によってタンクＴに押し付けられる。測定電極４は、一つのボルト５によって均一に前記樹脂製容器の方向に押圧される。よって、測定電極４は、外筐体２の内部においてタンクＴの壁面に対して均一に接触する。これにより、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

また、絶縁型の静電容量式レベルスイッチ１は、タンクＴの壁面に電極挿入用の貫通孔をあけないでタンクＴの壁面の外表面に接触させた測定電極４によってタンクＴ内の内容物Ｗの有無を検出する。つまり、静電容量式レベルスイッチ１は、タンクＴの内部に電極を挿入することなく、タンクＴの外部から内容物Ｗの静電容量値を測定することができる。また、静電容量式レベルスイッチ１は、外筐体２をタンクＴに接着、溶着または溶接によって固定しているので、タンクＴに固定用の孔加工等を行う必要がない。よって、静電容量式レベルスイッチ１は、既設のタンクＴに容易に設置することができる。

（実施形態２）
以下に、図５を用いて、本発明に係る静電容量式レベルスイッチの例示的な実施形態２である静電容量式レベルスイッチ１Ａについて説明する。図５は、本発明に係る実施形態２の静電容量式レベルスイッチ１Ａの断面図である。以下の説明において、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、静電容量式レベルスイッチ１Ａは、静電容量値を検出するセンサである。静電容量式レベルスイッチ１Ａは、タンクＴの内容物Ｗの有無を検出する。静電容量式レベルスイッチ１Ａは、外筐体２、内筐体３、測定電極４、ボルト５、スイッチ本体部６、蓋部材７、シールド部材９、を有している。

シールド部材９は、測定電極４に対する導体の影響を抑制する部材である。シールド部材９は、導電性の金属から構成される。シールド部材９は、スイッチ本体部６を介して接地されている。シールド部材９は、例えば、円筒状の部材である。シールド部材９は、円筒部９ａと底部９ｂとを有する。シールド部材９の一端は、軸線方向に開口している。シールド部材９の他端は、軸線方向に垂直な底部９ｂを有する。つまり、シールド部材９は、他端を塞ぐ円板状の底部９ｂを有している。

シールド部材９は、内筐体３の内部に位置している。シールド部材９の内部には、スイッチ本体部６が位置している。シールド部材９の底部９ｂは、内筐体３の底部３ｂにおける内側の底面に絶縁体を介して固定されている。シールド部材９の円筒部９ａは、内筐体３の内周面に絶縁体を介して接触している。本実施形態において、シールド部材９の底部９ｂは、絶縁体であるので内筐体３の底部３ｂに固定されている。シールド部材９の円筒部９ａは、絶縁体で構成される内筐体３の円筒部３ａに接触している。シールド部材９の底部９ｂは、内筐体３の底部３ｂを挟んで測定電極４と対向している。シールド部材９の底部９ｂと測定電極４との距離は、内筐体３の底部３ｂの厚みと等しい。

上述の構成では、静電容量式レベルスイッチ１Ａは、シールド部材９と測定電極４との間の静電容量値が一定になる。また、測定電極４が導体であるシールド部材９によって覆われているので、他の導体の影響を受けにくい。よって、静電容量スイッチは、シールド部材９側か測定電極４に近づく導体の測定電極４に対する影響を抑制しつつ、測定電極４によるタンクＴ内の内容物Ｗの静電容量値を測定する。これにより、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

（実施形態３）
以下に、図６を用いて、本発明に係る静電容量式レベルスイッチ１Ｂの例示的な実施形態３について説明する。図６は、本発明に係る実施形態３の静電容量式レベルスイッチ１Ｂの断面図である。

図６に示すように、静電容量式レベルスイッチ１Ｂは、静電容量値を検出するセンサである。静電容量式レベルスイッチ１Ｂは、樹脂製のポリ塩化ビニル、ポリエチレン等からなるパイプＰの内容物Ｗの有無を検出する。静電容量式レベルスイッチ１Ｂは、外筐体２、内筐体１０、測定電極１１、接地電極１２、シールド部材９、スイッチ本体部６、ボルト５、蓋部材７を有している。

外筐体２は、内筐体１０を収容する筐体である。外筐体２は、パイプＰと同一の材質で構成されている。外筐体２は、軸線をパイプＰの壁面に対して垂直にした状態において、両端のうちフランジ２ｄを有さない他端をパイプＰの壁面に固定する。本実施形態において、外筐体２の他端は、パイプＰの壁面に接着される。外筐体２は、他端の開口部２ａがパイプＰの壁面によって塞がれる。

内筐体１０は、スイッチ本体部６を収容する筐体である。内筐体１０は、パイプＰと同一の材質で構成されている。内筐体１０は、円筒状の部材である。内筐体１０は、円筒部１０ａと底部１０ｂとを有する。内筐体１０の一端は、軸線方向に開口する開口部１０ｃを有する。内筐体１０の他端は、底部１０ｂを有する。底部１０ｂは、軸線方向に垂直な内側の底面と、パイプＰの軸線方向に見てパイプＰの外周面に沿った円弧状の外側の底面とを有する。

測定電極１１は、パイプＰ内の内容物Ｗの静電容量値を測定する電極である。測定電極１１は、金属等の導電性材料から形成されている。測定電極１１は、内筐体１０の底部１０ｂにおける外側の底面に沿う形状を有している。測定電極１１は、内筐体１０の底部１０ｂにおける外側の底面に絶縁体を介して固定されている。本実施形態において、内筐体１０は、絶縁体である樹脂製筐体であるので絶縁体である底部１０ｂに測定電極１１が固定されている。外筐体２の一端部には、ねじ溝２ｃにボルト５がねじ込まれている。内筐体１０は、ボルト５によって底部１０ｂの外側の底面に固定されている測定電極１１がパイプＰの壁面に押し付けられる。

接地電極１２は、接地された電極である。接地電極１２は、金属等の導電性材料から形成されている。接地電極１２は、例えば帯状に形成されている。接地電極１２は、絶縁体である外筐体２に固定されている。よって、接地電極１２は、測定電極１１と絶縁されている。帯状の接地電極１２は、測定電極１１と対向する位置であってパイプＰの外周面に周方向に沿わせた状態において、両端部が外筐体２に固定されている。また、接地電極１２は、パイプＰ部材に圧接するように長手方向に張力が加わった状態で外筐体２に蓋部材７を固定する固定ボルト７ｃによって固定されている。これにより、外筐体２は、接地電極１２によってパイプＰに締結された状態となる。つまり、接地電極１２は、接地電極としての機能に加えて、外筐体２とパイプＰとを補助的に連結する連結部材としての機能を有している。

静電容量式レベルスイッチ１Ｂは、測定電極１１とパイプＰに接触している接地電極１２とによってパイプＰ内の内容物Ｗの状態に基づいた静電容量値を検出する。静電容量式レベルスイッチ１Ｂは、接地電極１２をパイプＰに接触させることでパイプＰ内の内容物Ｗの状態に基づいた静電容量値をより精度よく検出する。これにより、野外においても安定した動作状態で静電容量値を検出することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

上述の実施形態では、外筐体２は、タンクＴ、パイプＰに接着されている。しかしながら、外筐体２は、樹脂製容器の壁面と蓋部材によって密閉される構造であればよい。外筐体は、溶着、溶接、パッキンを介したボルト固定等でもよい。

上述の実施形態では、外筐体２は、タンクＴに接着により固定するため、タンクＴと同一の材料である。しかしながら、外筐体は、樹脂製容器の壁面に接着、溶着及び溶接以外の方法によって密閉状態で固定可能であれば、樹脂製容器と同一の材料でなくてもよい。

上述の実施形態では、内筐体１０は、樹脂製の筐体である。しかしながら、内筐体は、スイッチ本体部を密閉できる構造であれば、樹脂製でなくてもよい。例えば、内筐体は、絶縁体である無機材料、金属等でもよい。

上述の実施形態では、静電容量式レベルスイッチ１、１Ａ、１Ｂは、外筐体２と内筐体３、１０との間に空間Ｓを有している。空間Ｓ内には、空気が充填されている。しかしながら、外筐体と内筐体との間の空間は、空気以外の物質が充填されていてもよい。外筐体と内筐体との間の空間には、例えば、断熱材等を充填してもよい。

上述の実施形態では、静電容量式レベルスイッチ１Ａは、円筒状のシールド部材９を有している。シールド部材９は、内筐体３の内部に位置している。しかしながら、シールド部材は、少なくとも一部が導体で構成された内筐体の導体部分をシールド部材として、測定電極４を覆うように構成してもよい。また、シールド部材は、導電性のシート状の部材によって内筐体の内部において測定電極４を覆うように構成してもよい。

上述の実施形態では、静電容量式レベルスイッチ１、１Ａ、１Ｂは、ボルト５によって内筐体３が有する測定電極４をタンクＴに押し付けている。しかしながら、内筐体は、外筐体の開口部に円筒状のゴム部材等を圧入することで測定電極をタンクの壁面に押し付ける構成でもよい。

上述の実施形態では、静電容量式レベルスイッチ１、１Ａ、１Ｂは、ボルト５によって内筐体３が有する測定電極４をタンクＴに押し付けている。しかしながら、内筐体は、外筐体との間にくさび状部材を圧入することで測定電極をタンクの壁面に押し付ける構成でもよい。

上述の実施形態では、静電容量式レベルスイッチ１、１Ａ、１Ｂは、ボルト５によって内筐体３が有する測定電極４をタンクＴに押し付けている。しかしながら、内筐体は、底面に測定電極を押圧する押しボルトを有していてもよい。前記静電容量式レベルスイッチは、前記内筐体の底面から前記押しボルトによって測定電極を樹脂製容器に向かって押し付けるとともに、外筐体に固定される蓋部材によって前記内筐体を樹脂製容器に向かって押し付ける構成でもよい。

上述の実施形態では、静電容量式レベルスイッチ１、１Ａ、１Ｂは、測定電極４をタンクＴに押し付けている。しかしながら、静電容量式レベルスイッチ１、１Ａ、１Ｂは、導電性の弾性体を介してタンクＴの壁面に測定電極４を押し付ける構成でもよい。これにより、測定電極４とタンクＴの壁面との密着性が向上する。

上述の実施形態では、静電容量式レベルスイッチ１Ｂは、外筐体２とパイプＰとを連結する機能を備えた帯状の接地電極１２を有している。しかしながら、接地電極は、測定電極と樹脂製容器を挟んで対向する位置において、樹脂製容器に接触していればよい。

上述の実施形態では、外筐体２及び内筐体３、１０は、蓋部材７によって密閉されている。しかしながら、外筐体及び内筐体は、内筐体を押圧するボルトによって開口部を密閉してもよい。この場合、外筐体の開口部は、貫通孔を有していないボルトがねじ込まれることによって開口部がボルトによって覆われる。内筐体の開口部は、ボルトの押圧面が内筐体の端面を押圧することによって開口部がボルトによって覆われる。また、ボルトと内筐体との間、及びボルトと外筐体との間には、密閉するためのパッキンが挟まれる。

上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１、１Ａ、１Ｂ静電容量式レベルスイッチ
２外筐体
３、１０内筐体
４、１１測定電極
５ボルト
６スイッチ本体部
６ａ電力出力部
６ｂ静電容量変換部
６ｃ制御部
６ｅ閾値調整部
７蓋部材
８パッキン
９シールド部材
１２接地電極

Claims

樹脂製容器内の内容物の有無を検出する静電容量式レベルスイッチであって、
軸線方向に開口する開口部を両端に有する筒状の樹脂製の外筐体と、
前記外筐体の開口部のうち一方の開口部を塞ぐ蓋部材と、
一端を軸線方向に開口する開口部と、他端を閉じる底部とを有する筒状の内筐体と、
前記内筐体の内部に位置し、静電容量値を検出するスイッチ本体部と、
前記内筐体の底部における外側面に絶縁体を介して固定された測定電極と、
を有し、
前記外筐体は、
一端が前記樹脂製容器の壁面に固定され、前記外筐体の開口部のうち他方の開口部が前記樹脂製容器の壁面によって塞がれ、内部に前記内筐体が位置する状態において一方の前記開口部が前記蓋部材によって覆われ、
前記内筐体は、
前記測定電極を前記樹脂製容器の壁面に接触させた状態において前記外筐体の内部に保持され、
前記蓋部材は、
前記外筐体の一方の開口部及び前記内筐体の開口部を覆う、
静電容量式レベルスイッチ。
請求項１に記載の静電容量式レベルスイッチであって、
前記外筐体の内周面と前記内筐体の外周面との間の少なくとも一部には、空気を貯留する空間を有する、
静電容量式レベルスイッチ。
請求項１また２に記載の静電容量式レベルスイッチであって、
前記内筐体は、
電気的に接地され、且つ前記絶縁体を介して前記測定電極と対向して位置するシールド部材を有する、
静電容量式レベルスイッチ。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の静電容量式レベルスイッチであって、
前記外筐体は、
電気的に接地され、且つ前記樹脂製容器に接触する接地電極を有する、
静電容量式レベルスイッチ。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の静電容量式レベルスイッチであって、
前記外筐体は、
前記樹脂製容器と同一の材料である、
静電容量式レベルスイッチ。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の静電容量式レベルスイッチであって、
前記外筐体は、
前記樹脂製容器に接着、溶着または溶接によって固定される、
静電容量式レベルスイッチ。
請求項１から請求項６に記載の静電容量式レベルスイッチであって、
前記樹脂製容器の壁面に貫通孔をあけないで前記壁面の外表面に接触させた前記測定電極によって前樹脂製容器内の内容物の有無を検出する、
静電容量式レベルスイッチ。