JPS63281021A - 光の屈折を用いる液面検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、容器内に一定量以上の液体が存在するか否か
を光の屈折現象を利用して光電的に検知する装置に関し
、特に超音波式ピペット洗浄器などのように、純水等の
電気伝導性の極めて悪い液体を、比較的小さな容器内に
収容して取り扱う必要のある装置に最適な液面検知装置
に関するものである。

〈従来の技術〉 例えば、前述のような超音波式ピペット洗浄器において
は、円筒状の透明容器からなるピペット洗浄槽の底部に
設けた超音波発信機を作動させながら、当該槽内に入れ
た使用済ピペットを先ず洗剤溶液で洗浄する。次いで同
じく超音波発信機を作動させながら水道水等のすすぎ水
を洗浄槽内に連続して供給し、残留する洗剤分や汚れを
除去する。このようなピペット洗浄器においては、上記
すすぎ工程において、すすぎ水を洗浄槽の底部より連続
的に供給するが、槽内の水位が一定の高さに達した場合
には、当該洗浄槽に付設したサイホン式排水管のサイホ
ンが働いて、槽内水のほとんどすべてが当該排水管を介
して一旦排出され、その後再びすすぎ水が洗浄槽内に徐
々に満たされて行くように構成されている。この際、超
音波発信機を保護するために、洗浄槽内のすすぎ水の水
位が所定高さ以上に達した場合にのみ超音波発信機が作
動し、サイホン式排水管を介して洗浄槽内のすすぎ水が
排出されて槽内の水位が所定高さ以下になった場合には
、自動的に超音波発信機の作動を停止するような回路が
組み込まれている。そして、このような目的を達成させ
るために、上述のような超音波式ピペット洗浄器には電
極式の液面検知装置が採用されている。すなわち、洗浄
槽内底部と、洗浄槽内側壁の規定の高さ位置とにそれぞ
れ電極を設けておき、当該電極間に微小電流が流れるか
（水位が規定高さに達・した場合）、流れないかく規定
高さに達していない場合）を電気的に検出することによ
って前記超音波発信機をＯＮ、ＯＦＦさせている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述のような超音波式ピペット洗浄器におけるすすぎ工
程において、すすぎ水として例えば水道水、工業用水等
の比較的溶存イオン量の多い水を使用する場合には、当
該液体を介して電極間に微小電流が流れるので超音波発
信機を支障なくＯＮ、ＯＦＦさせることが出来る。しか
しながら、すすぎ水として上記液体よりも精製度の高い
純水や蒸留水を使用しようとする場合には、当該液体中
の溶存イオン量が極めて少ないために、当該液体を介し
て電極間に流れる電流も極めて微小となり、検出器の感
度以下となって検出不能となるので、例え槽内水位が所
定の高さに達していても超音波発信機が作動せず、従っ
て十分な洗浄効果が得られないこととなる。

また、このような不具合を解消しようとして、液面検知
手段を従来の他の手段に変更するにしても、例えば従来
から広く用いられているフロート式の液面検知装置にあ
っては、ピペット洗浄器のような小さな洗浄槽にはフロ
ートを浮かべるだけの余裕はなく適用出来ない。また、
容器を挟んで投光器と受光器とを正対させて設け、投光
器から投射された光が液体によって遮られるのを検出し
て液体の有無を検知する、従来の光電式液面検知装置も
、前記純水等の液体が透明であるので適用出来ない。

本発明は、上述のような従来装置の問題点を解決し、純
水のような電気伝導性の極めて悪い、かつ透明な液体の
液面を検知することが出来、しかも従来のフロート式液
面検知装置を適用することが困難な小型容器にも適用出
来る液面検知装置を提供することを目的とするものであ
る。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明の液面検知装置は、液
体を収容する容器の両側に投光器と受光器とを配置して
、容器の透明な側壁および液体中に光を通過させること
により容器内の液面を検知する装置であって、当該投光
器を配置する位置を、当該投光器から投射した光が投光
器側の容器側壁に対して斜めに通過するか、あるいは当
該投射した光が受光器側の容器側壁に対して斜めに通過
するかのいずれか一方またはその両方の条件を満たすよ
うな位置とすることを特徴とする、光の屈折を用いる液
面検知装置である。

〈作用〉 以下に本発明装置の原理を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本発明の実施態様の一例を示す説
明図で、第１図は例えば前述の超音波式ピペット洗浄器
における洗浄槽に相当する、側壁が透明な円筒状の容器
１の両側に投光器２と受光器３とを互いに投受光可能に
配設したところを示す平面図であり、第２図は第１図の
断面図である。

当該投光器２および当該受光器３は、透明な容器１の両
側の同じ高さの位置に正対させて配設してあり、投光器
２から投射された光が直進した場合に受光器３に到達す
るようにしである。また、第１図においては、投光器２
から投射された光が、容器１の投光器２側の側壁に対し
て斜めに通過するように、すなわち、投光器２と受光器
３を結ぶ実線で示した直線（イ）が円の中心を通過しな
いような位置に投光器２と受光器３を配設しである。

上述のような構成において、容器１内に所定量の液体が
存在しない場合、すなわち、第２図において、投光器２
と受光器３とを結ぶ線（ホ）よりも液面の方が低い場合
（第２図の（ハ）の場合）には、投光器２から受光器３
に至る光路内に層変化がない（すなわち、この場合は光
が空気中のみを通過する）ので屈折現象を起こさず、投
光器２から投射した光は直進して受光器３に達する。一
方、液面が投光器２と受光器３とを結ぶ線（ホ）より高
い場合（第２図の（ニ）の場合）には、投光器２から投
射した光が容器１外の空気中から容器１内の液体中に入
射する際（第１図のＡ点）に、空気と液体との屈折率の
相違によって点線で示したように屈折して液体中を進行
し、更に液体中から容器１の側壁を介して空気中に出射
する際（第１図のＢ点）にも屈折率の相違によって点線
で示した如く屈折する。よって、この場合は光が第１図
の点線で示した折れ線（ロ）の如く進行し、受光器３に
到達しなくなる。従って、受光器３に達する光量の変化
を電気的に検出することによって、容器１内に所定量の
液体が存在するか否かを検知することが出来、これによ
って、例えば前述の超音波式ピペット洗浄器における超
音波発信機のＯＮ、ＯＦＦを支障なく行うことが出来る
。なお、上述の実施態様では、容器１内に所定量の液体
が存在しない場合に、投光器２から投射された光が直進
して受光器３に到達するように受光器３を配設したが、
容器１内に所定量の液体が存在する場合に、第１図の折
れ線（ロ）で示した如く屈折してＢ点より出射する光が
受光器３ａに到達するように受光器３を配設してもよい
。この場合、言うまでもなく、容器１内に所定量の液体
が存在しない場合には、光が直線（イ）の如く直進して
受光器３ａに到達しなくなる。

本発明は、前述の如く、光が容器１外の空気中から容器
１内の液体中へ、あるいは容器１内の液体中から容器１
外の空気中へ斜めに進入する際の光の屈折現象を利用し
て液面検知を行うものであるから、光が容器１０入射側
（投光器２側）の側壁に対して斜めに通過するか、ある
いは液体中から容器ｌの側壁を介して空気中に出射する
際に、光が容器１の出射側（受光器３側）の側壁に対し
て斜めに通過するかのいずれか一方またはその両方の条
件を満たすような位置に投光器２を配置すればよ（、従
っていかなる形の容器にも本発明を適用することが可能
である。

例えば、第３図の平面図および第４図の断面図で示した
ような四角形の透明な容器１に本発明を適用する場合に
は、図面に示した如く投光器２および受光器３を、互い
に平行な異なる側壁の両側に、同じ高さの位置に配設す
るとともに、投光器２から投射した光が容器１の入射側
の側壁に対して斜めに通過するように投光器２を配設す
ればよい。

第３図において、実線で示した直線（イ）は容器１内に
所定量の液体が存在しない場合（例えば、第４図におい
て液面の位置が（ハ）の場合）の光の進路を示し、点線
で示した折れ線（ロ）は容器１内に所定量の液体が存在
する場合（例えば、第４図において液面の位置が（ニ）
の場合）の進路を示す。他の記号は第１図および第２図
の場合と同様であるので説明を省略する。なお、第３図
の点線で示した如く、投光器２ａおよび受光器３ａを隣
接する二つの側壁の両側に配設してもよいことは明らか
である。

更に、第５図の平面図および第６図の断面図に示した如
く、投光器２および受光器３を容器１の両側であって、
容器１の上部付近と底部付近との上下に配設した構成と
しても液面を検知することが可能である。すなわち、第
６図において、容器１内の液面が（ハ）の位置以下であ
る場合には、投光器２から投射された光が、実線で示し
た直線（イ）の如く容器１の側壁に対して斜めに入射し
、そのまま直進して受光器３に到達するように投光器２
および受光器３を配置する。この場合、液面が（ハ）の
位置より上にある場合、（例えば液面が（ニ）の位置）
には投光器２から投射された光が容器１内の液面（ニ）
に達するまでは実線で示した如（直進するが、液面（ニ
）から液体中に入射する際に屈折し、更に液体中から容
器１外へ出射する際にも屈折して点線で示した折れ線（
ロ）の如く進行する。従って、このような構成とした液
面検知装置においては、液面が（ハ）の位置に近い場合
には屈折の度合が少ないので出射した光の一部が受光器
３に達し、液面が（ハ）の位置より上に行くに従って受
光器３に達する光量が少なくなり、液面がある位置に達
した所で受光器３に達する光量がゼロとなる。従って、
この場合には、投光器２と受光器３の設置位置、そ９間
の距離等を適宜選択することによって、液面の検知位置
を任意に設定すればよい。

第７図および第８図は本発明の更に他の実施態様の例を
示す説明図で、第７図の平面図および第８図の断面図に
示す如く、四角形の透明な容器１の互いに平行な側壁の
一側に、当該側壁に平行でない面４を有する凸部５を設
け、当該面４の外側に投光器２を、また平行な側壁の他
側に、投光器２と正対させて受光器３を配置した構成と
したものである。このような構成において、容器１内の
液面が、投光器２および受光器３を結ぶ線よりも下にあ
る場合（例えば液面が第８図の（ハ）の位置）には投光
器２から投射した光が第８図の実線で示した直線（イ）
の如く直進して受光器３に達し、液面がそれ以上の場合
（例えば液面が（ニ）の位置）には点線で示した折れ線
（ロ）の如く進行して、受光器３に達しなくなり、従っ
て、容器１内に所定量の液体が存在するか否かを検知す
ることが出来る。

なお、以上の実施態様においては、説明を簡単にするた
めに容器１をすべて透明容器としたが、本発明はこのよ
うな容器に限定するものではなく、少なくとも光が入射
する部分および光が出射する部分が透明な材質で形成さ
れていれば、他の部分は不透明であってもよいことは言
うまでもないことである。

また、以上の実施態様においては、光が容器１の入射側
の側壁および出射側の側壁の両方に対して斜めに通過す
る場合（第１図〜第６図）と、入射側の側壁に対しての
み、斜めに通過する場合（第７図および第８図）につい
て説明したが、本発明はこれに限らず光が入射側の側壁
に対しては直角に当たり、一方、容器１内を進行した光
が出射側の側壁に対して斜めに通過するような構成とし
てもよく、例えば第７図および第８図において投光器２
と受光器３の配置位置をそれぞれ反対にした場合がこれ
に相当する。この場合、投光器２から投射された光は、
容器ｌ内に所定量の液体が存在する場合であっても容器
１内を直進して容器１の側壁の一側に設けた凸部５の当
該側壁と平行でない面４に達し、当該面４から気体中に
出射する際に屈折して受光器３に光が到達しなくなるの
であって、液面検知の原理は容易に理解されるであろう
からこれ以上の説明は省略する。

なお本発明に用いる投光器は、可視光線を発する電球あ
るいは発光ダイオード等の公知の投光器を用いることが
出来、また受光器も光を感知してこれを電流に変換する
公知の光電スイッチを用いることができる。

く効果〉 以上説明した如く、本発明は光が空気中から容器の側壁
を介して液体中へ斜めに入射する際の光の屈折現象を、
あるいは液体中から容器の側壁を介して空気中へ斜めに
出射する際の光の屈折現象を利用して容器内液面の検知
を行う装置であるから、透明な液体であればいかなる液
体にも適用出来、例えば、超音波式ピペット洗浄器の如
く、従来の電極式液面検知方法では液面検知を行うこと
が出来ないような電気伝導性の極めて悪い純水等を取り
扱う装置における液面検知方法として最適である。すな
わち、本発明装置によって、前記超音波式ピペット洗浄
器の超音波発信機のＯＮ、ＯＦＦを、洗浄槽内の液面レ
ベルによって支障なく行うことが出来る。

また、本発明装置は、従来の電極式あるいはフロート式
のものの如く、容器内の液体中に検知部を直接浸漬させ
ることがないので場所を取らず、従って小さな容器にも
適用することが出来、更に、検知部からの不純物等の溶
出もないので、不純物の溶出を極度に嫌う超純水の液面
検知装置として最適であり、更に、水溶液のみならず有
機溶媒等にも適用することが出来る極めて有用な液面検
知装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図はいずれも本発明の実施態様の例を示す
説明図で、第１図および第２図は実施態様の一例のそれ
ぞれ平面図および断面図、第３図および第４図は他の例
のそれぞれ平面図および断面図、第５図および第６図は
更に他の例のそれぞれ平面図および断面図、第７図およ
び第８図は更に他の例のそれぞれ平面図および断面図で
ある。 １・・・容器　　　　　　　２・・・投光器３・・・受
光器　　　　　　４・・・面５・・・凸部 第１図 第２図 第３図 Ｉｎ 第４図 第５図 第６図 ｆハノ　　　　　　Ｃロノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体を収容する容器の両側に投光器と受光器とを配置し
   て、容器の透明な側壁および液体中に光を通過させるこ
   とにより容器内の液面を検知する装置であって、当該投
   光器を配置する位置を、当該投光器から投射した光が投
   光器側の容器側壁に対して斜めに通過するか、あるいは
   当該投射した光が受光器側の容器側壁に対して斜めに通
   過するかのいずれか一方またはその両方の条件を満たす
   ような位置とすることを特徴とする光の屈折を用いる液
   面検知装置。