WO2016084455A1

WO2016084455A1 - 液体センサの組立方法及び液体センサ

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Publication number: WO2016084455A1
Application number: PCT/JP2015/075422
Authority: WO
Inventors: 功寺澤
Original assignee: パナソニックデバイスＳｕｎｘ株式会社
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2016-06-02
Also published as: CN206974508U; DE112015005333T5; JP2016102701A; DE112015005333B4; JP6673636B2

Abstract

　透光性を有するチューブ内に液体が存在するかどうかを検知する液体センサは、検出光を照射する投光部（３７）と、投光部（３７）と対向し、検出光を受光する受光部（３８）と、投光部（３７）と受光部（３８）との間に設けられた第１のカバー部材（２０Ａ）および第２のカバー部材（２０Ｂ）のうちのいずれか一方と、第１のカバー部材（２０Ａ）および第２のカバー部材（２０Ｂ）を選択的に装着可能に構成された本体ケース（１０）とを備える。第１のカバー部材（２０Ａ）は、第１の径のチューブを保持するように構成された第１の保持部（５１Ａ，５１Ｂ）を含む。第１の保持部（５１Ａ，５１Ｂ）は、第１の径のチューブを保持する際に弾性変形する。第２のカバー部材（２０Ｂ）は、第１の径よりも大きい第２の径のチューブを保持するように構成された第２の保持部（６０）を含む。第２の保持部（６０）は、第２の径のチューブを保持する際に弾性変形しない。

Description

液体センサの組立方法及び液体センサ

　本発明は、透光性を有するチューブ内の液体の有無を光学的に検出する液体センサ及び該液体センサの組立方法に関する。

　従来から、この種の液体センサとしては、特許文献１に記載の液体センサが知られている。この液体センサでは、大弧状の本体部の内側において透光性のチューブが挟持された状態で、発光素子からチューブに向けて光が照射され、チューブを通じた光が受光素子によって受光される。チューブにおける光の屈折態様がチューブ内の液体の有無に応じて異なるため、チューブ内の液体の有無を受光素子の受光量に基づいて光学的に検出することが可能である。

特開平８－２９３２３４号公報

　ところで、上記文献に記載の液体センサでは、対象とするチューブの径によっては、チューブに対する保持力を十分に発揮させることができないという問題があった。
　本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、様々な径のチューブに対する保持力を担保することのできる液体センサの組立方法及び液体センサを提供することにある。

　本発明の一側面は、透光性を有するチューブ内に液体が存在するかどうかを検知する液体センサであって、検出光を照射する投光部と、前記投光部と対向し、前記検出光を受光する受光部と、前記投光部と前記受光部との間に設けられた第１のカバー部材および第２のカバー部材のうちのいずれか一方であって、前記第１のカバー部材は、第１の径のチューブを保持するように構成された第１の保持部を含み、前記第１の保持部は、前記第１の径のチューブを保持する際に弾性変形し、前記第２のカバー部材は、前記第１の径よりも大きい第２の径のチューブを保持するように構成された第２の保持部を含み、前記第２の保持部は、前記第２の径のチューブを保持する際に弾性変形しない、前記第１のカバー部材および第２のカバー部材のうちのいずれか一方と、前記第１のカバー部材および前記第２のカバー部材を選択的に装着可能に構成された本体ケースとを備える前記液体センサの組立方法において、前記本体ケースを提供すること、前記本体ケースに対して、前記チューブの径に応じて選択された前記第１のカバー部材及び前記第２のカバー部材のいずれか一方を装着すること、を備える。

　本発明の他の一側面は、透光性を有するチューブ内に液体が存在するかどうかを検知する液体センサであって、検出光を照射する投光部と、前記投光部と対向し、前記検出光を受光する受光部と、前記投光部と前記受光部との間に設けられた第１のカバー部材および第２のカバー部材のうちのいずれか一方であって、前記第１のカバー部材は、第１の径のチューブを保持するように構成された第１の保持部を含み、前記第１の保持部は、前記第１の径のチューブを保持する際に弾性変形し、前記第２のカバー部材は、前記第１の径よりも大きい第２の径のチューブを保持するように構成された第２の保持部を含み、前記第２の保持部は、前記第２の径のチューブを保持する際に弾性変形しない、前記第１のカバー部材および第２のカバー部材のうちのいずれか一方と、前記第１のカバー部材および前記第２のカバー部材を選択的に装着可能に構成された本体ケースとを備える。

　上記液体センサにおいて、前記第１のカバー部材の第１の保持部は、前記第１の径のチューブを保持するための一対の弾性片を含み、前記第２のカバー部材の第２の保持部は、前記第２の径のチューブを保持するための凹部を含むことが好ましい。

　上記液体センサにおいて、前記第１のカバー部材には、前記第１の保持部が一体形成され、前記第２のカバー部材には、前記第２の保持部が一体形成されていることが好ましい。

　上記液体センサにおいて、前記第２のカバー部材は、硬質樹脂で形成されていることが好ましい。

　本発明によれば、様々な径のチューブに対する保持力を担保することができる。

一実施の形態の液体センサの斜視図。一実施の形態の液体センサの分解斜視図。第１のカバー部材の斜視図。図３の４－４線矢視断面図。第１のカバー部材の平面図。第１のカバー部材が装着された液体センサの断面図。第１のカバー部材が装着された液体センサの要部拡大断面図であって、（ａ）は、チューブ内が液体で満たされているときの検出光の屈折態様を示し、（ｂ）は、チューブ内が空気で満たされているときの検出光の屈折態様を示す。第２のカバー部材の斜視図。図８の９－９線矢視断面図。第２のカバー部材の平面図。第２のカバー部材が装着された液体センサの断面図。第２のカバー部材が装着された液体センサの要部拡大断面図であって、（ａ）は、チューブ内が液体で満たされているときの検出光の屈折態様を示し、（ｂ）は、チューブ内が空気で満たされているときの検出光の屈折態様を示す。

　以下、一実施の形態の液体センサについて図面を参照して説明する。
　図１に示すように、本実施の形態の液体センサの外装は、本体ケース１０とカバー部材２０とにより構成されている。

　本体ケース１０は、例えば硬質樹脂等からなる。本体ケース１０は、平板部１１と、平板部１１から突出した筒部１２とを有している。平板部１１には、その厚み方向に貫通する２つのボルト孔１３が形成されている。そして、これらボルト孔１３に図示しない固定ボルト等がそれぞれ挿入されることにより、例えば壁面等の対象物Ｓに対して本体ケース１０が固定される。

　カバー部材２０は、本体ケース１０の筒部１２の開口端に取り付けられている。また、カバー部材２０において液体センサの外側に露出する部分によって、液体センサの測定対象となる透光性のチューブＴが保持されている。なお、カバー部材２０がチューブＴを保持する状態において、チューブＴの長手方向がチューブＴの保持方向であり、また、対象物Ｓにおいて本体ケース１０の取付られる面の延びる方向が取付方向であり、これら保持方向と取付方向とは同一方向である。

　図２に示すように、本体ケース１０の筒部１２には、チューブＴ内の液体の有無を検知するセンサユニット３０が収容されている。センサユニット３０は、基板フレーム３１と、投光フレーム３２と、受光フレーム３３とを有している。基板フレーム３１は、一方向に細長く延びている。基板フレーム３１の長手方向の一端及び他端には、投光フレーム３２及び受光フレーム３３がそれぞれ同一方向に垂直に立設される。このような構成により、センサユニット３０は、全体として略Ｕ字状を有する。

　基板フレーム３１は、液体センサにおける各種の動作を制御する回路基板３４が実装されたボトムフレーム部３１Ａと、四角枠状を有する回路基板３４を囲むようにボトムフレーム部３１Ａに取り付けられるサイドフレーム部３１Ｂと、ボトムフレーム部３１Ａとサイドフレーム部３１Ｂとにより囲まれた回路基板３４の実装空間を閉塞するカバーフレーム部３１Ｃとを含む。なお、カバーフレーム部３１Ｃは、一方向に細長く延びている。カバーフレーム部３１Ｃの長手方向の一端及び他端には、第１の嵌合部３５及び第２の嵌合部３６がそれぞれ設けられている。そして、カバーフレーム部３１Ｃの第１および第２の嵌合部３５，３６は、投光フレーム３２及び受光フレーム３３に対してそれぞれ嵌合される。これにより、カバーフレーム部３１Ｃは、投光フレーム３２及び受光フレーム３３を基板フレーム３１に対して位置決め固定する役割も果たす。

　また、本体ケース１０の筒部１２にセンサユニット３０が収容された状態で、カバー部材２０は、本体ケース１０の筒部１２の開口を閉塞するように本体ケース１０に嵌合されている。このとき、カバー部材２０に形成された挿通孔４０と本体ケース１０に形成された挿通孔４１とが重なる。これら重なり合った挿通孔４０，４１に対して、本体ケース１０の外側から位置決めピン４３が挿入されている。この位置決めピン４３は、センサユニット３０における基板フレーム３１のカバーフレーム部３１Ｃに対して上方から接触することで、本体ケース１０の筒部１２内でのセンサユニット３０の収容位置を位置決めする役割を果たす。

　次に、カバー部材２０の構成について詳細に説明する。なお、本実施の形態では、異なる径を有する複数種類のチューブを保持対象とする複数のカバー部材２０が、本体ケース１０に対して着脱可能に装着される。そして、以下の説明では、第１の径のチューブを保持対象とするカバー部材２０を第１のカバー部材２０Ａとし、第１の径よりも大きい第２の径のチューブを保持対象とするカバー部材２０を第２のカバー部材２０Ｂとするものとし、これらカバー部材２０Ａ，２０Ｂの何れか一方が選択されて本体ケース１０に対して装着されることにより液体センサが組み立てられる。すなわち、チューブＴが第１の径を有する場合、本体ケース１０に対して、第１のカバー部材２０Ａを装着し、チューブＴが第２の径を有する場合、本体ケース１０に対して、第２のカバー部材２０Ａを装着する。

　図３に示すように、第１のカバー部材２０Ａは、例えば黒色の軟質樹脂等により一体成形されている。第１のカバー部材２０Ａは、略矩形状をなす天面Ｐを含む。天面Ｐの長手方向の中央位置には、天面Ｐの短手方向の一端から他端に亘って直線状に延びる凹溝５０が形成されている。凹溝５０の底面には、円弧状に湾曲して凹溝５０の長手方向の全域に亘って延びる一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂが形成されている。この一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂは、チューブＴを挟持して保持する役割を果たす。

　図４に示すように、一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂの先端縁は、チューブＴが挿抜される開口端を有する。これら先端縁には、弾性片５１Ａ，５１Ｂの先端から基端に向かう方向であるチューブＴの挿入方向において、次第に幅狭となる第１のテーパ面Ｐ１が形成されている。

　図５に示すように、一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂの先端縁における凹溝５０の長手方向の両端には、凹溝５０の長手方向の両端から中央に向けて次第に幅狭となる第２のテーパ面Ｐ２が形成されている。また、一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂにおける長手方向の中央位置には、一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂの基端から先端までの全域に亘って延在するスリット５２が形成されている。スリット５２は、凹溝５０の底面と直交する方向に沿って、一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂを貫通し、さらに、凹溝５０の底面に形成された凹部５４に連通している。

　図６に示すように、第１のカバー部材２０Ａが本体ケース１０に嵌合された状態では、投光素子３７と受光素子３８とが、スリット５２を介して互いに対向するように配置される。そして、投光素子３７からスリット５２の延在方向と交差する方向に照射される検出光は、第１のカバー部材２０Ａに形成された通過孔５５Ａから凹溝５０内に入射される。凹溝５０内に入射される検出光は、一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂの各々に形成されたスリット５２を介して一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂの間の空間を通過する。弾性片５１Ｂを通過した検出光は、第１のカバー部材２０Ａに形成された通過孔５５Ｂを介して受光素子３８に受光される。すなわち、スリット５２は、投光素子３７と受光素子３８との間に形成される検出光の光軸ＡＸ上に配置されている。

　そのため、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂに透光性のチューブＴが保持された状態で投光素子３７から検出光が照射されると、その照射された検出光が、スリット５２を介してチューブＴの外表面に到達し、更にはチューブＴの内部を横切るようにチューブＴを透過した後に受光素子３８に受光される。

　ここで、図７（ａ）に示すように、チューブＴの内部が液体Ｌで満たされているときには、チューブＴと液体Ｌとの屈折率の差が比較的小さくなる。そのため、投光素子３７から照射された検出光ＳＬのうち、チューブＴと液体Ｌとの界面で屈折したことにより受光素子３８に到達しない検出光ＳＬの比率が比較的少なくなる。

　その一方で、図７（ｂ）に示すように、チューブＴの内部が気泡等により空気Ａで満たされているときには、チューブＴと空気Ａとの屈折率が比較的大きくなる。そのため、投光素子３７から照射された検出光ＳＬのうち、チューブＴと空気Ａとの界面で屈折したことにより受光素子３８に到達しない検出光の比率が比較的多くなる。

　そこで、本実施の形態では、受光素子３８における受光量を所定の閾値と比較し、その受光量が所定の閾値未満であるときに、チューブＴの内部が空気Ａで満たされていると判定するようにしている。

　一方、図８～図１０に示すように、第２のカバー部材２０Ｂの全体構成は、第１のカバー部材２０Ａの全体構成とほぼ共通している。第２のカバー部材２０Ｂは、硬質樹脂により一体成形され、第１の保持部としての一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂを有さず、凹溝５０に代えて半円状に湾曲した凹部６０が第２の保持部として一体形成されており、この凹部６０によりチューブＴを保持する点で第１のカバー部材２０Ａとは異なる。すなわち、第１のカバー部材２０Ａは、投光部３７から受光部３８への検出光の光軸と交差し、底面を含む凹溝５０を含む。一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂは、凹溝５０の底面から延出する。一方、第２のカバー部材２０Ｂは、半円状を有し且つ投光部３７から受光部３８への検出光の光軸と交差する収容凹溝６０を含む。

　そのため、図１１に示すように、第２のカバー部材２０Ｂが本体ケース１０に嵌合された状態では、第１のカバー部材２０Ａと同様にして、受光素子３８は、投光素子３７と対向するように配置される。

　そして、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、第２のカバー部材２０Ｂに透光性のチューブＴが保持された状態で投光素子３７から検出光ＳＬが照射されると、照射された検出光ＳＬが、チューブＴの外表面に到達し、チューブＴの内部を横切るようにチューブＴを透過する。チューブＴを透過した検出光ＳＬは、受光素子３８により受光される。このとき、第１のカバー部材２０Ａと同様にして、受光素子３８の受光量を所定の閾値と比較することにより、チューブＴ内の液体の有無が判定されることとなる。

　次に、本実施の形態の液体センサの作用について説明する。
　一般に、径の小さいチューブは硬く、径の大きいチューブは柔らかくなる傾向にある。そのため、本実施の形態では、径の小さいチューブＴを保持するときには、第１のカバー部材２０Ａを本体ケース１０に装着する。そして、第１のカバー部材２０Ａは、一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂを弾性変形させつつチューブＴを保持する。

　ここで、保持対象を径の大きいチューブＴに変更するときには、第１のカバー部材２０Ａを本体ケース１０から取り外した後に、第２のカバー部材２０Ｂを本体ケース１０に新たに装着する。そして、チューブＴを弾性変形させつつ第２のカバー部材２０Ｂの凹部６０に押し込むことにより、第２のカバー部材２０ＢはチューブＴを保持する。

　すなわち、径の小さいチューブＴを保持する際にはチューブＴの弾性変形を伴うことなくチューブＴを保持する一方で、径の大きいチューブＴを保持する際にはチューブＴを弾性変形させつつチューブＴを保持する。そのため、径の大きいチューブＴを保持する際にも、第２のカバー部材２０Ｂを大型化する必要がないため、互いに異なる径を有する複数のチューブＴに対応するカバー部材２０Ａ，２０Ｂを共通の本体ケース１０に装着することが可能となる。

　したがって、上記実施の形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
　（１）径の大きいチューブＴに対応する第２のカバー部材２０Ｂが、凹部６０を弾性変形させることなくチューブＴを保持するため、こうした径の大きいチューブＴ側を変形させてチューブＴを保持することができる。そのため、径の大きいチューブＴに対応する第２のカバー部材２０Ｂの全体形状が大型化することがないため、径の異なる複数のカバー部材２０Ａ，２０Ｂを共通の本体ケース１０に装着することができる。したがって、本体ケース１０に対してカバー部材２０Ａ，２０Ｂを交換するだけで、互いに異なる径を有する複数のチューブＴに対応することができる。

　（２）第１のカバー部材２０Ａは、チューブＴを保持する一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂを有する一方で、第２のカバー部材２０Ｂは、チューブＴを保持する凹部６０を有する。そのため、径の大きいチューブＴに対応する第２のカバー部材２０Ｂが、径の小さいチューブＴに対応する第１のカバー部材２０ＡよりもチューブＴを保持する部分の変形量を抑えつつチューブＴを保持する構成を実現することができる。

　（３）カバー部材２０には、チューブＴを保持する部分が一体形成されている。そのため、チューブＴを保持する部分を別部品構成とする場合と比較して、カバー部材２０の生産性を高めることができる。

　（４）第２のカバー部材２０Ｂは硬質樹脂で形成されている。そのため、カバー部材としての設計の自由度を担保しつつ、径の大きいチューブＴに対応する第２のカバー部材２０ＢとしてチューブＴを保持する部分の変形量を抑えつつチューブＴを保持する構成を実現することができる。

　なお、上記実施の形態は、以下のような形態にて実施することもできる。
　・上記実施の形態において、第２のカバー部材２０Ｂは、第１のカバー部材２０Ａと同一材料によって構成してもよい。

　・上記実施の形態において、第１のカバー部材２０Ａは、一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂを別部品構成で構成してもよい。
　・上記実施の形態において、投光素子３７と受光素子３８とは必ずしも互いに対向して配置される必要はなく、投光素子３７からの検出光の照射方向と受光素子３８への検出光の入射方向とが斜めに交差するように構成してもよい。

Claims

　透光性を有するチューブ内に液体が存在するかどうかを検知する液体センサであって、
　検出光を照射する投光部と、
　前記投光部と対向し、前記検出光を受光する受光部と、
　前記投光部と前記受光部との間に設けられた第１のカバー部材および第２のカバー部材のうちのいずれか一方であって、前記第１のカバー部材は、第１の径のチューブを保持するように構成された第１の保持部を含み、前記第１の保持部は、前記第１の径のチューブを保持する際に弾性変形し、前記第２のカバー部材は、前記第１の径よりも大きい第２の径のチューブを保持するように構成された第２の保持部を含み、前記第２の保持部は、前記第２の径のチューブを保持する際に弾性変形しない、前記第１のカバー部材および第２のカバー部材のうちのいずれか一方と、
　前記第１のカバー部材および前記第２のカバー部材を選択的に装着可能に構成された本体ケースとを備える前記液体センサの組立方法において、
　前記本体ケースを提供すること、
　前記本体ケースに対して、前記チューブの径に応じて選択された前記第１のカバー部材及び前記第２のカバー部材のいずれか一方を装着すること、を備える液体センサの組立方法。
　透光性を有するチューブ内に液体が存在するかどうかを検知する液体センサであって、
　検出光を照射する投光部と、
　前記投光部と対向し、前記検出光を受光する受光部と、
　前記投光部と前記受光部との間に設けられた第１のカバー部材および第２のカバー部材のうちのいずれか一方であって、前記第１のカバー部材は、第１の径のチューブを保持するように構成された第１の保持部を含み、前記第１の保持部は、前記第１の径のチューブを保持する際に弾性変形し、前記第２のカバー部材は、前記第１の径よりも大きい第２の径のチューブを保持するように構成された第２の保持部を含み、前記第２の保持部は、前記第２の径のチューブを保持する際に弾性変形しない、前記第１のカバー部材および第２のカバー部材のうちのいずれか一方と、
　前記第１のカバー部材および前記第２のカバー部材を選択的に装着可能に構成された本体ケースと
　を備える、液体センサ。
　前記第１のカバー部材の第１の保持部は、
　前記第１の径のチューブを保持するための一対の弾性片を含み、
　前記第２のカバー部材の第２の保持部は、
　前記第２の径のチューブを保持するための凹部を含む、請求項２に記載の液体センサ。
　前記第１のカバー部材には、前記第１の保持部が一体形成され、
　前記第２のカバー部材には、前記第２の保持部が一体形成されている、請求項２又は請求項３に記載の液体センサ。
　前記第２のカバー部材は、硬質樹脂で形成されている、請求項２～４の何れか一項に記載の液体センサ。