特許 5911288 水位検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5911288

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】水位検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/18 20060101AFI20160414BHJP

【ＦＩ】

   G01F23/18

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-273946(P2011-273946)

(22)【出願日】2011年12月15日

(65)【公開番号】特開2013-124936(P2013-124936A)

(43)【公開日】2013年6月24日

【審査請求日】2014年10月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000211880

【氏名又は名称】中川電化産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】特許業務法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 梅志

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−５６０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−３３４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−２８０６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−３２３９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−４２７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４６６２２２６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ２３／１４−２３／２９６

Ｇ０１Ｌ ７／００−２３／３２

Ｇ０１Ｌ２７／００−２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下ケースと、
前記下ケース内に収容されるダイヤフラムと、
前記下ケースに設けられて前記下ケースと前記ダイヤフラムとの間に形成される空間に導通する導入口と、
前記ダイヤフラムの中央部と接続されるコアと、
前記下ケースに装着されて前記ダイヤフラムおよび前記コアを前記下ケースとで内包する上ケースと、
前記上ケースに形成される開口部と、
前記上ケース上に前記上ケースと一体形成される円筒状のコイル設置部と、
前記開口部と前記コイル設置部の円筒内部とで形成されて前記コアが内部を移動可能な円筒部と、
前記コイル設置部上に前記コイル設置部と一体形成される端子台と、
前記コイル設置部に導電線を捲いて形成されるコイルと、
前記端子台に装着される２端子の電子部品と、
前記端子台に設けられて前記コイルの一端および前記電子部品の一方の端子とそれぞれ電気的に接続される一対の外部端子と、
前記コイルを前記コイル設置部とで挟んで前記上ケース上に設けられて前記コイル設置部，前記電子部品および前記端子台のみを内包しながら前記外部端子の端部を露出するカバーと
を有することを特徴とする水位検出装置。

【請求項2】

前記上ケースの前記電子部品の装着位置と対向する領域に前記電子部品が貫通できる穴を設け、前記電子部品の一部が前記空間に突出することを特徴とする請求項１記載の水位検出装置。

【請求項3】

前記電子部品がコンデンサであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の水位検出装置。

【請求項4】

前記端子台に形成されて、前記端子台を挟んで反対方向に突出し、前記カバーの向かい合う２つの内面とそれぞれが当接する２つのカバーロック爪をさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の水位検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ダイヤフラムが圧力を受けることによりコアをコイル内で移動させ、ＬＣ発振の周波数の変化を読み取って水位を検出する水位検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液体の水位を検出する装置として、ダイヤフラムを備える圧力センサで所定の水位になったことを検出する水位検出装置が用いられている。例えば、装置内のタンクに注入される水が一定の水位に達したことを検出する際に、タンクの所定の位置に水位検出装置を設置し、その位置まで水位が達したことを水位検出装置で検出するものである。

【0003】

図５，図６を用いて、従来の水位検出装置の構成を説明する。
図５は従来の水位検出装置の構造を示す断面図、図６は従来の水位検出装置の構造を示す分解斜視図である。

【0004】

図５，図６に示すように、導入口１０を備える下ケース９内にダイヤフラム６が設置され、ダイヤフラム６は接続板７を介してフェライト等からなるコア１１に接続されている。上ケース３０は下ケース９に装着され、上ケース３０と下ケース９とでダイヤフラム６，接続板７，コア１１等を内包する。３１は台座であり、筒状のボビン３２が形成されている。ボビン３２には銅線が捲かれ、コイル８が形成されている。また、台座３１にはコンデンサ１２および２本の外部端子４が取り付けられており、それぞれの外部端子４が銅線の一端およびコンデンサ１２の一方の端子と接続されている。上ケース３０の内側には台座３１を収納する台座収納室３３が形成されており、台座収納室３３にコイル８が装着された台座３１が取り付けられる。この時、台座３１に取り付けられた外部端子４は上ケース３０の外部に突出する。外部端子４は、水位検出装置外に設けられた水位検出回路（図示せず）に接続される。

【0005】

このような構成の水位検出装置において、水位が所定の高さまで満たされることにより、エアトラップ（図示せず）を介して導入口１０から空気が導入される。そして、空気の圧力によりダイヤフラム６の中心部が押し上げられることにより、ボビン３２に形成されたコイル８内部にコア１１が挿入されてインダクタンスが変化し、コイル８とコンデンサ１２とで構成されたＬＣ回路の発振周波数が変化する。発振周波数の変位を水位検出回路で検出することにより、水位が所定の高さになった旨を知らせる信号が生成される。

【0006】

従来の水位検出装置においては、水位検出回路を装置外に構成することにより、水位検出装置の小型化を実現している。また、上ケース３０とボビン３２とを別体として構成することにより、容易にコイル８を形成しながら水位検出回路の小型化を実現している（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１１−５６０１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、コイル８を設けるボビン３２と上ケース３０とが別構成となっており、ボビン３２に銅線を捲きつけた後、上ケース３０にボビン３２が形成された台座３１を装着する構成であるため、台座３１ががたつき、コイル８とコア１１との相対位置の安定性に限界があり、コア１１が移動した時のインダクタンスが一定とならず、水位検出精度が低化するという問題点があった。

【0009】

上記問題点を解決するために、本発明の水位検出装置は、小型軽量化と安定した水位の検出を実現しながら、発振周波数の変化の検出精度を確保することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために本発明の水位検出装置は、下ケースと、前記下ケース内に収容されるダイヤフラムと、前記下ケースに設けられて前記下ケースと前記ダイヤフラムとの間に形成される空間に導通する導入口と、前記ダイヤフラムの中央部と接続されるコアと、前記下ケースに装着されて前記ダイヤフラムおよび前記コアを前記下ケースとで内包する上ケースと、前記上ケースに形成される開口部と、前記上ケース上に前記上ケースと一体形成される円筒状のコイル設置部と、前記開口部と前記コイル設置部の円筒内部とで形成されて前記コアが内部を移動可能な円筒部と、前記コイル設置部上に前記コイル設置部と一体形成される端子台と、前記コイル設置部に導電線を捲いて形成されるコイルと、前記端子台に装着される２端子の電子部品と、前記端子台に設けられて前記コイルの一端および前記電子部品の一方の端子とそれぞれ電気的に接続される一対の外部端子と、前記コイルを前記コイル設置部とで挟んで前記上ケース上に設けられて前記コイル設置部，前記電子部品および前記端子台のみを内包しながら前記外部端子の端部を露出するカバーとを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

以上により、本発明の水位検出装置は、小型軽量化と安定した水位の検出を実現しながら、発振周波数の変化の検出精度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】水位を検出する構成を示す概略図

【図2】実施の形態１における水位検出装置の構造を示す断面図

【図3】実施の形態１における水位検出装置の構造を示す分解斜視図

【図4】実施の形態２における水位検出装置の構造を示す図

【図5】従来の水位検出装置の構造を示す断面図

【図6】従来の水位検出装置の構造を示す分解斜視図

【発明を実施するための形態】

【0015】

まず、水位検出装置による水位の検出方法について、図１を用いて説明する。
図１は水位を検出する構成を示す概略図である。
図１に示すように、様々な機器における水等を貯水する槽３５の壁面の所定の位置にエアトラップ３９を介して水位検出装置３６が設置される。水位検出装置３６は、槽３５の外部の機器内に設置された水位検出回路３７と接続される。槽３５の水位が一定になるとエアトラップ３９内に水が浸入し、エアトラップ３９内の空気圧が上昇する。エアトラップ３９内の空気が水位検出装置３６に導入され、水位に対応して所定の圧力以上に空気圧が上昇すると、水位検出装置３６のＬＣ発振周波数が変化する。水位検出装置３６で所定の水位になることにより生じた発振周波数の変化を水位検出回路３７で信号に処理し、制御装置３８に入力する。例えば、機器が洗濯機である場合、水位検出装置３６で洗濯槽の水位を検出し、制御装置３８により、水位が所定の値になった場合に洗濯を開始したり、すすぎを開始したりする制御を行う。

【0016】

ここでは洗濯機を例に説明したが、本発明の水位検出装置は洗濯機の水位検出に限らず、あらゆる機器における水位の検出に用いることができる。さらに、水位の検出に限らず、油等の他の液体が所定の量まで溜まったことを検出することができ、液体以外の粒状物が所定の量まで溜まったことを検出することも可能である。

【0017】

以下、図面を用いて本発明の水位検出装置の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
まず、図１〜図３を用いて、実施の形態１における水位検出装置の構造について説明する。

【0018】

図２は実施の形態１における水位検出装置の構造を示す断面図、図３は実施の形態１における水位検出装置の構造を示す分解斜視図である。
図２，図３に示すように、導入口１０を備える下ケース９内にダイヤフラム６が設置され、ダイヤフラム６は接続板７を介してフェライト等からなるコア１１に接続されている。ダイヤフラム６の中央部は常圧下において周辺部に比べ窪んでおり、下ケース９とダイヤフラム６との間には所定の空間が形成されている。この空間は導入口１０と接続されている。上ケース１は下ケース９に装着され、上ケース１と下ケース９とでダイヤフラム６，接続板７，コア１１等を内包する。上ケース１外表面には円筒状のコイル設置部２および端子台３が上ケース１と一体形成されている。上ケース１外表面および端子台３には円形の開口部が形成され、上ケース１からコイル設置部２，端子台３にわたり連続的な円筒状の中空部が形成される。コイル設置部２の円筒外表部には銅線が捲かれ、コイル８が形成されている。また、端子台３にはコンデンサ１２および２本の外部端子４が取り付けられており、それぞれの外部端子４が銅線の一端およびコンデンサ１２の一方の端子と接続されている。そして、コイル８とコンデンサ１２とでＬＣ共振回路が形成され、一定の周波数でＬＣ発振している。さらに、好ましくは、上ケース１上には、コイル８を保護するためのカバーが設けられる。カバーに外部端子４が収められるが、外部端子４が外付けの水位検出回路と電気的に接続できるようにカバーは構成される。コア１１はコイル設置部２の中空部内部を上下に移動可能なように設置されている。また、中空部内部にはバネ１３が挿入され、コア１１およびダイヤフラム６の中央部を押圧している。端子台３の開口部にはネジ１４が設けられ、中空部にふたをすると共に、ネジ１４によりバネ１３を押圧し、コア１１のコイル８に対する位置関係、およびダイヤフラム６の窪みを調整している。外部端子４は、水位検出装置外に設けられた水位検出回路３７（図１参照）に接続され、水位検出回路３７（図１参照）で水位が所定の水位になった旨を知らせる水位検出信号を出力する。

【0019】

このような構成の水位検出装置を、図１に示すように、槽３５の所定の水位となる位置にエアトラップ３９（図１参照）を介して装着する。そして、槽３５内に水を注入し、所定の水位になるとエアトラップ３９（図１参照）に水が浸入してエアトラップ３９（図１参照）内の空気を圧迫し、圧迫された空気が導入口１０から水位検出装置３６内に浸入する。水位検出装置３６内に浸入した空気が水位の上昇に伴って所定の空気圧になることにより下ケース９とダイヤフラム６との間の空間の空気を圧縮し、ダイヤフラム６に一定以上の圧力がかかり、ダイヤフラム６の中央部の窪みが周辺部より突出して接続板７およびコア１１を押し上げる。コア１１が押し上げられてコイル８の内部に挿入されることによりコイル８のインダクタンスを変化させ、ＬＣ共振回路の発振周波数を変化させる。周波数の変化を検出することにより、水位検出装置３６の外部端子４と接続された水位検出回路３７で水位が所定の高さになった旨を知らせる水位検出信号が生成される。

【0020】

このように、水位検出信号を生成する水位検出回路３７を水位検出装置３６の外部に形成することにより、水位検出装置３６を小型，軽量化することができる。特に、水位検出回路３７は防湿対策が必要であるので、水位検出装置３６の外部に形成することによる、小型化への寄与は大きくなる。また、コイル８の形成部であるコイル設置部２と上ケース１とを一体に形成することにより、従来のように上ケース内にボビンを収納する領域を設ける必要がなくなり、容易にコイル８をコイル設置部２に形成できると共に、より小型，軽量化を実現することができる。

【0021】

さらに、上ケース１とコイル設置部２とが一体であるため、上ケース１に対するコイル８の位置ずれが生じることがなくなるため、小型，軽量化を実現しながら、水位を検出するまでのインダクタンスが一定となり、コア８の移動による発振周波数の変化を安定して発生することができる。

【0022】

また、カバーによってコイル８を含む端子台３およびコイル設置部２のみを保護する構成とする場合には、上ケース１および下ケース９にて収容される体積を最適化しつつ、上ケース１上に設けられる端子台３およびコイル設置部２を保護するカバー５を必要最小限の形状，大きさにできるため、コイル８等の保護をしながら、より容易に水位検出装置の小型化を図ることができる。

【0023】

以上の説明では、コイル８等を保護するためにカバー５（カバー５を付加した場合の構成については図４参照）を設ける構成について説明したが、水位検出装置の使用環境によっては、図１，図２に示すように、カバーを設けずに使用することもできる。
（実施の形態２）
次に、図４を用いて、実施の形態２における水位検出装置の構造について説明する。

【0024】

図４は実施の形態２における水位検出装置の構造を示す図であり、図４（ａ）は要部を示す分解斜視図、図４（ｂ）は断面図である。
実施の形態２の水位検出装置の特徴は、実施の形態１の水位検出装置の上ケースに穴を設けることである。

【0025】

図４に示すように、端子台３のコンデンサ１２を装着する位置に対向する上ケース１の領域に穴１５を形成する。穴１５の大きさはコンデンサ１２を導通できる大きさである。このような穴１５を設けることにより、端子台３と上ケース１の間隔となるコイル設置部２の高さをコイル８に必要な最低限の高さにした場合において、この高さより長いコンデンサ１２を使用したとしても、コンデンサ１２の一部を穴１５内、あるいは穴１５を貫通して上ケース１内部に配置することができ、コンデンサ１２の大きさに制限されることなく、端子台３と上ケース１との間隔を最適化することができるので、より水位検出装置の小型化を図ることができる。さらに、端子台３と上ケース１との間隔がコンデンサ１２の大きさと比較して小さいと端子台３にコンデンサ１２を装着する工程が困難となる。しかし、穴１５を形成することにより、穴１５を介して上ケース１の内側からコンデンサ１２を装着することができるため、上ケース１と端子台３との間にコイル８およびコンデンサ１２を形成する構成であっても、端子台３と上ケース１との間隔に係わらず容易にコンデンサ１２を装着することができる。

【0026】

ここでは、コンデンサ１２の収容および装着のために穴１５を用いる場合を例に説明したが、コンデンサ１２以外の部品のために穴１５を用いることもできる。例えば、水位検出回路に用いる部品の内、環境によって水位検出特性に影響を受けることの少ない部品等をコンデンサ１２と共に端子台３に設け、その収容および装着のために穴１５を用いることもできる。

【0027】

ここでも、カバー５の有無は任意であるが、上カバー１に穴１５が形成されているので、穴１５を包摂するようなカバー５を設けることにより、ケース内を保護することができ、有用である。

【符号の説明】

【0028】

１ 上ケース
２ コイル設置部
３ 端子台
４ 外部端子
５ カバー
６ ダイヤフラム
７ 接続板
８ コイル
９ 下ケース
１０ 導入口
１１ コア
１２ コンデンサ
１３ バネ
１４ ネジ
１５ 穴
３０ 上ケース
３１ 台座
３２ ボビン
３３ 台座収納室
３５ 槽
３６ 水位検出装置
３７ 水位検出回路
３８ 制御装置
３９ エアトラップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】