液体センサ
【課題】耐水性に優れた液体センサを提供する。
【解決手段】
透光性チューブ内の液体を光学的に検出するための液体センサが提供される。本発明の実施形態に係る液体センサは、光源及び受光素子が実装された回路基板と、光源及び受光素子を覆って外光から遮蔽する遮光部材と、少なくとも一部が透光性を有し、回路基板が収容される内部空間を水密に覆う本体ケースとを備えた本体を有している。遮光部材において、光源の発光面及び受光素子の受光面と対向する位置には、光源が放射する光束を通過させるための第１の開口が形成されている。
【解決手段】
透光性チューブ内の液体を光学的に検出するための液体センサが提供される。本発明の実施形態に係る液体センサは、光源及び受光素子が実装された回路基板と、光源及び受光素子を覆って外光から遮蔽する遮光部材と、少なくとも一部が透光性を有し、回路基板が収容される内部空間を水密に覆う本体ケースとを備えた本体を有している。遮光部材において、光源の発光面及び受光素子の受光面と対向する位置には、光源が放射する光束を通過させるための第１の開口が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性チューブＴ内の液体の有無を光学的に検出する液体センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
透光性を有する輸液透光性チューブＴの側面からモニタ光を入射し、透光性チューブＴを透過する光又は透光性チューブＴ内壁面で屈折（若しくは反射）する光を検出することにより、透光性チューブＴ内の液体を検出する液体センサが広く使用されている。このような液体センサとして、例えば特許文献１に記載されているような、透光性チューブＴを透過する光の強度に応じて、透光性チューブＴ内に液体が存在するか否かを検出するものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の液体検出装置においては、透光性チューブＴの中心軸に対して略垂直にモニタ光が入射され、透光性チューブＴを直進的に透過した光が受光部により検出される。円筒形の透光性チューブＴ内に充填された透明な液体は、透光性チューブＴに垂直に入射するモニタ光に対して一種のレンズとして作用し、モニタ光を収束させる。また、透光性チューブＴを形成する樹脂は液体と屈折率が近いため、透光性チューブＴ内が液体で満たされているときには、透光性チューブＴの内壁面で光が反射することがない。そのため、透光性チューブＴ内に液体が有るときは、モニタ光は透光性チューブＴを直進的に透過し、強いモニタ光が受光部によって検出される。一方、透光性チューブＴ内に液体が無いときには、モニタ光はレンズ作用を受けないため発散し、かつ内壁面での反射も生じるため、受光部により検出されるモニタ光は極めて弱いものとなる。そのため、受光部が検出するモニタ光の強度に基づいて、透光性チューブＴ内の液体の有無を判定することができる。
【０００４】
ところで、液体センサは、水溶液等の導電性を有する液体の検出にも使用されるため、輸液透光性チューブＴからの液漏れ等により電気回路が水濡れして、正常に動作しなくなる場合がある。特許文献１に記載の液体検出装置においては、光ファイバを使用して輸液透光性チューブＴと接触する検出部と電気回路を収容する本体とを分離及び絶縁することで、水濡れによる誤動作が防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３６９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光ファイバに光束を高効率で結合させるには、コリメータ等の光学素子や、精密な調心工程が必要となり、高いコストが必要となる。そのため、特許文献１に記載の構成を採用できる用途は限られ、より低コストで実現できる防水構造が求められている。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の実施形態によれば、光ファイバを使用せずに優れた防水性能を実現する液体センサが提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、透光性チューブ内の液体を光学的に検出するための液体センサが提供される。本発明の実施形態に係る液体センサは、光源及び受光素子が実装された回路基板と、光源及び受光素子をそれぞれ覆って外光から遮蔽する複数の遮光部材と、少なくとも一部が透光性を有し、回路基板が収容される内部空間を水密に覆う本体ケースとを備えた本体を有している。遮光部材には、光源の発光面及び受光素子の受光面と対向する位置に、光源が放射する光束を通過させるための第１の開口が形成されている。
【０００９】
上記構成により、水濡れに弱い回路基板が本体ケースにより外部から水密に保護されるため、耐水性に優れた液体センサが提供される。特に、内部の液体の漏出等により表面に水滴が付着する可能性が高い透光性チューブが本体ケースの外部に配置され、本体ケースにより回路基板から隔離されるため、理想的な耐水性が実現される。また、本体ケースの少なくとも一部に透光性を与えることにより、水密な本体ケースにより透光性チューブと回路基板（光学素子）とを水密に隔離しつつも、光学計測が可能となった。
【００１０】
上記の液体センサは、透光性チューブの一部を覆って外光から遮蔽すると共に、本体に対して透光性チューブの一部を位置決めして取り付けるアタッチメントを更に備えていることが望ましい。
【００１１】
上記構成のアタッチメントを採用すると、液体センサの着脱や透光性チューブの交換が容易になる。このようなアタッチメントに、誤検出の原因となる外光から透光性チューブの検出箇所を遮蔽する機能や、本体（具体的には、本体に収容される光学素子）に対して透光性チューブを正確に位置決めする機能を与えることで、着脱容易性と優れた検出精度の両立が可能になる。また、遮光性を維持しつつ、本体の光学素子と透光性チューブを結ぶ光路を確保するために、光路上の遮蔽物に開口を設ける構成が有効である。
【００１２】
光束は透光性チューブの中心軸と垂直に該透光性チューブに側面から入射し、光束が透光性チューブに入射した箇所において、透光性チューブ内に液体が有るときは、光束は該透光性チューブを直進的に透過して、受光素子により検出され、透光性チューブ内に液体が無いときは、光束は該透光性チューブの内壁で屈折又は反射して、受光素子により検出さないように構成されることが望ましい。
【００１３】
このような構成においては、受光素子が検出信号を出力しないときが異常（液切れ）状態に対応する。従って、光学素子の故障等により検出信号が出力されなくなった場合も異常状態と判断されるため、装置の故障や動作不良による誤判定が防止される。
【００１４】
典型的には、本体ケースは、遮光性を有する筐体と、透光性を有し、筐体を水密に塞ぐカバーとを有している。また、カバーの外側には透光性チューブを収容する第１の溝が形成されている。この場合、光束は、第１の溝の一方の側壁を介して、透光性チューブに入射する。そして、透光性チューブを直進的に透過した光束は、第１の溝の他方の側壁を介して受光素子に検出される。
【００１５】
上記の構成により、優れてシンプルな光学系が実現される。すなわち、ミラー等の偏向手段を使用せず、透明なカバーに形成された第１の溝及びアタッチメントに形成された第２の開口を直線で貫く光学系が実現される。この構成では、光路長も最小化されており、精度の高い検出が可能になる。
【００１６】
光源と受光素子は、発光面と受光面が対向するように配置されてもよい。また、遮光部材は、光源を覆う第１の遮光部材と、受光素子を覆う第２の遮光部材を含んでいてもよい。また、カバーの内側には、第１の遮光部材を収容する第１の凹部と、第２の遮光部材を収容する第２の凹部が形成されていることが望ましい。第１の開口が、光源の発光面と受光素子の受光面の間に配置されていることが望ましい。
【００１７】
上記構成において、第１の遮光部材は光源を収容する第３の凹部を有し、第２の遮光部材は受光素子を収容する第４の凹部を有し、第１及び第２の遮光部材は、それぞれ光源及び受光素子を、第３及び第４の凹部における所定の位置に案内する第１のガイド構造を有していることが望ましい。
【００１８】
このような第１のガイド構造を遮光部材（具体的には第１及び第２の遮光部材）に設けることにより、遮光部材を光源及び受光素子に被せるだけで、遮光部材に対する光源及び受光素子の正確な位置決めが実現される。
【００１９】
カバー及びは、第１及び第２の遮光部材は、該第１及び第２の遮光部材を、それぞれ第１及び第２の凹部における所定の位置に案内する第２のガイド構造を有していることが望ましい。
【００２０】
このような第２のガイド構造を設けることにより、カバーを遮光部材に被せるだけで、カバーに対する遮光部材の正確な位置決めが実現される。
【００２１】
第２のガイド構造は、第１及び第２の遮光部材の外側面の構造と、第１及び第２の遮光部材の外側面の構造にそれぞれ対応した第１及び第２の凹部の内側面の構造とを含むことが望ましい。
【００２２】
このように、カバーの凹部（第１及び第２の凹部）の内側面を、遮光部材（第１及び第２の遮光部材）の外側面に対応する構造とする（典型的には同一形状とする）構成により、第２のガイド構造の位置決め機能を実現することができる。
【００２３】
第２のガイド構造は、第１及び第２の凹部における、発光面又は受光面に面する第５の内側面と、第５の内側面と対向し、該凹部の奥側ほど該第５の内側面に近接するように傾斜した第６の内側面とを含むことが望ましい。
【００２４】
このように、カバー凹部の内側面と遮光部材の外側面に対応する傾斜を与える構成により、平易な作業により正確な位置決めが達成される。
【００２５】
アタッチメントは、カバーとの間で透光性チューブを挟持する複数の第１の挟持部と、カバーと係合する第１の係合部とを有することが望ましい。この場合において、カバーは、アタッチメントとの間で透光性チューブを挟持する複数の第２の挟持部と、アタッチメントと係合する第２の係合部とを有することが望ましい。
【００２６】
アタッチメントとカバーとを係合させる係合部を設けることにより、結束バンドを使用せずに透光性チューブに液体センサを取り付けることができる。また、複数の挟持部を設けることにより、透光性チューブが確実に挟持される。更に、挟持部を複数に分割することにより、挟持部の間にモニタ光の光路を配置するスペースを設けることができる。
【００２７】
典型的には、第１の係合部は、弾性変形可能な脚部と、脚部の先端に設けられた係合突起を有している。また、第２の係合部は、係合突起を受ける受け部を有している。
【００２８】
アタッチメントは、第１の溝を上方から覆う天井部と、透光性チューブの軸方向における天井部の両端に設けられた一対の第１の遮光壁を有していることが望ましい。この場合、第１の遮光壁は、第１の挟持部の一つと、第１の挟持部の両側に配置された一対の第１の係合部を有することが望ましい。
【００２９】
挟持部をアタッチメントの両端に設けることにより、アタッチメントをコンパクトに構成することができる。また、第１の挟持部の両側に係合部を設けることにより、第１の挟持部により透光性チューブを十分に大きな力で挟持することができる。
【００３０】
カバーは、第１の溝によって隔てられた、透光性チューブの軸方向に延びる一対の突出部と、透光性チューブの軸方向におけるカバーの両端に設けられ、透光性チューブを収容する第２の溝を有する一対の第２の遮光壁と、第２の遮光壁の両端と一対の突出部の一端とをそれぞれ連結する一対の連結壁とを有していてもよい。この場合、複数の第２の挟持部の一つが、第１の溝の底部と第２の溝の底部とを連絡することが望ましい。また、アタッチメントをカバーに取り付けたときに、第１の遮光壁は、第２の遮光壁と、一対の突出部の一端と、一対の連結壁とで囲まれる空間に収容され、係合突起は連結壁と係合する構成が望ましい。
【００３１】
第１及び第２の挟持部は透光性チューブを収容するチューブ収容溝を有し、チューブ収容溝の底部は収容可能な透光性チューブの外周面と同じ曲率の円柱面状に形成されていることが望ましい。
【００３２】
この構成により、透光性チューブを把持したときに、透光性チューブに大きな歪が生じず、透光性チューブの破損や劣化が防止される。また、透光性チューブとチューブ収容溝との接触面積が大きくなり、透光性チューブがしっかり把持される。
【００３３】
チューブ収容溝よりも細径のチューブを挟持するためのチューブアジャスタを更に備えていることが望ましい。このチューブアジャスタは、それぞれ隣接するチューブ収容溝に収容される、縦割り円筒形状を有する一対のチューブ保持部と、一対のチューブ保持部を連結する連結部と、一対のチューブ保持部の下部にそれぞれ配置された一対の脚部と
を有していてもよい。
【００３４】
このような構成のチューブアジャスタを使用すると、広いサイズ範囲の透光性チューブを使用することが可能になる。また、チューブアジャスタが安定してカバー上に設置されるため、チューブも正確な位置に安定して保持される。
【００３５】
また、アタッチメントは結束バンドのロック機構を収容する第５の凹部を有することが望ましい。ロック機構を第５の凹部に収容することで、液体センサから突出したロック機構にユーザが接触して擦り傷を負うことを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の実施形態によれば、光ファイバを使用せずに優れた防水性能を実現する液体センサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の例示的な実施形態に係る液体センサの外観を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態に係る液体センサの内部構造を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態に係る液体センサの外観を概略的に示す三面図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に係る液体センサの内部構造を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態に係る液体センサの回路ユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図６】結束バンドを使用してチューブを固定した状態を示す外観図である。
【図７】本発明の実施形態に係るチューブアジャスタの装着方法を説明する分解図である。
【図８】本発明の実施形態に係るチューブアジャスタの外観を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態に係る液体センサ１について詳細に説明する。液体センサ１は、透光性チューブＴ内の液体の有無を光学的に検出するセンサである。液体センサ１は、例えば、洗浄装置への洗浄液の供給等に使用される液体供給装置において、輸液管の中途に取り付けられ、供給する液体が貯蔵される貯液タンクの液切れ検出等に使用される。また、貯液タンクの底部と上部とを連絡する配管の所定の高さにこの液体センサを取り付けると、タンク内の液面レベル（液体センサの取り付け高さよりも液面レベルが高いか／低いか）を検出することもできる。
【００３９】
図１は本発明の実施形態に係る液体センサ１の外観を概略的に示した斜視図であり、図２は液体センサ１の内部構造を概略的に示した分解斜視図である。また、液体センサ１の外観を概略的に示した三面図を図３に示す。また、液体センサ１の内部構造を概略的に示した断面図を図４に示す。なお、図３（ａ）はＺ軸方向（図１参照）から見た平面図であり、図３（ｂ）はＹ軸方向（図１参照）から見た正面図であり、図３（ｃ）は透光性チューブＴの長さ方向であるＸ軸方向（図１参照）から見た側面図である。また、図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）におけるＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ断面図である。
【００４０】
液体センサ１は、本体１００とアタッチメント２００を備えている。本体１００には、液体を検出するための光学素子（光源３４、受光素子３５）が実装された回路ユニット３０が収容されている。アタッチメント２００は、透光性チューブＴの液体検出箇所を外光から遮蔽するとともに、本体１００の光学系に対して透光性チューブＴを正確に位置決めして保持するための部材である。透光性チューブＴの取替えを容易にするために、アタッチメント２００は本体１００に対して容易に着脱できるように構成されており、またアタッチメントも透光性チューブＴを着脱自在に構成されている。
【００４１】
なお、以下の説明においては、図１に示す座標軸に従い、透光性チューブＴの長さ方向をＸ軸方向、本体１００の底面（取付面）と垂直な方向をＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の双方と垂直な方向をＹ軸方向と呼ぶ。また、Ｚ軸正方向（図中の矢印方向）を「上」、Ｚ軸負方向（矢印の逆方向）を「下」と呼ぶ。この「上」や「下」という表現は、各要素の配置関係を分かり易く特定するために説明の便宜上使用するものであり、液体センサ１が実際に使用される状況においては、これらの方向が必ずしも鉛直方向に一致するとは限らない。すなわち、液体センサ１は、図に示されるＺ軸方向を任意の方向（例えば水平方向）に向けて配置することができる。
【００４２】
図２の分解斜視図に示されるように、液体センサ１の本体１００は、筐体１０、パッキン２０、回路ユニット３０、遮光ガイド４０、及びカバー５０を備えている。
【００４３】
なお、本実施形態の回路ユニット３０は、互いに所定の間隔を離して平行に配置された２枚の回路基板３０ａ及び３０ｂを備えており、回路基板３０ａ及び３０ｂは図示されない連結部により一体に連結されている。
【００４４】
筐体１０は、上方に開口を有する、外形が略直方体の箱である。筐体１０の内部に収容される光学素子を外光から遮蔽するために、筐体１０は後述する受光素子３５が感度を有する波長域の光に対して実質的に不透明な材料から形成される。本実施形態の筐体１０は着色樹脂から形成されているが、筐体を形成する材料はこれに限定されない。例えば、筐体１０を透明な樹脂から形成して、内側を遮光塗料で塗布する構成や、あるいは遮光フィルムで筐体１０の内部を覆う構成としてもよい。
【００４５】
パッキン２０を介して筐体１０の上部開口をカバー５０で覆い、長ねじ２４により筐体１０とカバー５０を固定すると、筐体１０とカバー５０により囲まれた本体１００の内部空間は水密となり、本体１００の内部に配置される回路ユニット３０の防水が確保される。
【００４６】
なお、図４（ｃ）に示されるように、筐体１０の内側底面には上方に突出する円柱状の固定柱１２が形成されており、この固定柱１２の上面中央には下方に延びる雌ねじ１２ｈが形成されている。また、カバー５０の中央には、上下に貫通する貫通穴５０ｈが形成されている。また、回路ユニット３０を構成する一方の回路基板３０ａの中央にも貫通穴３０ａｈが形成されている。長ねじ２４は、カバー５０の貫通穴５０ｈ及び回路基板３０ａの貫通穴３０ａｈに通され、筐体１０に形成された雌ねじ１２ｈにねじ込まれることで、カバー５０、回路ユニット３０及び筐体１０を一体に固定して、カバー５０を筐体１０に密着させる。
【００４７】
ところで、本実施形態においては、筐体１０が遮光性を有するのとは対照的に、カバー５０は、光源の波長に対して高い透過率を有する透明樹脂から形成されている。本実施形態では、光学素子を含む回路ユニット３０を確実に防水するために、回路ユニット３０を水密な本体１００の内部に配置すると共に、漏水する可能性のある透光性チューブＴを本体１００の外部に配置する構成が採用されている。そのため、カバー５０を介して透光性チューブＴ内の液体が検出できるように、カバー５０はモニタ光５０に対して透光性を有する材料から形成されている。カバー５０を形成する透明樹脂材料としては、従来一般に使用されているポリカーボネート（ＰＣ）樹脂やＰＭＭＡ（polymethylmethacrylate）等のアクリル樹脂等を使用することもできるが、十分な光学的特性及び機械的特性に加えて耐薬品性や耐熱性に優れたポリスルホン（ＰＳＵ）樹脂が最も適している。
【００４８】
また、本実施形態においては、筐体１０もＰＳＵ樹脂から形成されている。但し、筐体１０に使用されるＰＳＵ樹脂には、受光素子３５が感度を有する波長域に高い吸収を有する着色剤が添加されており、光学素子が外光から遮蔽されるようになっている。このように、本体１００の密閉容器を構成するカバー５０及び筐体１０を耐熱性に優れたＰＳＵ樹脂から形成することにより、本体１００のオートクレーブが可能になり、衛生管理が必要な医療や食品製造の現場において安全に使用できるようになっている。また、内部構造が見えないように、可視域に吸収を有する着色剤を添加した樹脂を使用して筐体１０及び／又はカバー５０を形成してもよい。
【００４９】
筐体１０の側面には、後述する設定部３２にアクセスするための操作部１７が形成されている。図３（ｄ）に操作部１７の拡大図を示す。操作部１７は、筐体１０内に配置された設定部３２のスイッチ等が操作できるように筐体１０の肉厚が薄く形成された凹部であり、後述する感度レンジ切り替えスイッチ３２ａや感度微調整つまみ３２ｂが通る貫通穴１７ａ、１７ｂが形成されている。また、操作部１７には防水キャップ２１が差し込まれ、使用時に防水が確保されるようになっている。
【００５０】
また、筐体１０の側面には、後述するケーブル６０を通すためのケーブル引き出し口１８が設けられている。ケーブル引き出し口１８にケーブル６０を通して、防水キャップ２２を取り付けることにより、ケーブル引き出し口１８を介した外部から本体１００内への液体の浸入が防止される。
【００５１】
本体１００の内部空間には、回路ユニット３０、４つの遮光ガイド４０、及びケーブル６０の一端が収容される。なお、ケーブル６０は、回路ユニット３０に接続され、回路ユニットに給電するとともに、回路ユニットが出力する警報信号を外部機器へ伝送する。
【００５２】
回路ユニット３０は、連結した２枚のプリント配線基板３０ａ及び３０ｂ上に実装された電気回路である。図５は、回路ユニット３０の概略構成を示すブロック図である。図５に示されるように、回路ユニット３０は、制御部３１、設定部３２、光源駆動回路３３、光源３４、受光素子３５、信号処理回路３６、警報出力部３７、ＬＥＤインジケータ３８、及び外部出力端子３９を備えている。
【００５３】
制御部３１は、設定部３２、光源駆動回路３３、信号処理回路３６、及び警報出力部３７と接続され、回路ユニット３０全体の動作を制御する。また、制御部３１は、信号処理回路３６の出力（すなわち受光素子３５が検出した光量を示す信号）に基づいて透光性チューブＴ内の液体の有無を判定する液切れ判定回路３１ａを備えている。制御部３１は、液切れ判定回路３１ａが液切れ（透光性チューブＴ内に液体が無い状態）であると判定すると、警報出力部３７を制御して、ＬＥＤインジケータ３８を点滅させ、及び／又は外部出力端子に警報信号を出力させる。
【００５４】
設定部３２は、受光感度及び後述する動作モード（「判定モード」とも言う）を設定するためのユニットであり、図２に示されるように、感度レンジ切り替えスイッチ３２ａ、感度微調整つまみ３２ｂ、及び図示されない動作モード切替スイッチを有している。感度レンジ切り替えスイッチ３２ａは、検出する液体の特性に応じて受光感度を大きく２つの設定レンジ（高感度レンジと低感度レンジ）に切り替えるための切り替えスイッチである。低感度レンジは透明度の高い液体を検出する際に使用され、高感度レンジは懸濁液や光源の波長域に強い吸収を有する液体等の透明度の低い（すなわち、チューブ内に液体が存在しているときの透過光量が少ない）液体を検出する際に使用される。感度微調整つまみ３２ｂは、各感度設定レンジにおいて感度の微調整を行うための可変抵抗器である。動作モード切替スイッチは、液体センサ１が動作可能な複数の動作モードの設定を切り替えるためのディップスイッチである。各動作モードの詳細は後述する。
【００５５】
光源駆動回路３３には光源３４が接続されており、光源３４に駆動電流を供給する。光源３４は、光源駆動回路３３から供給された駆動電流によりモニタ光を発生する。受光素子３５は、透光性チューブＴを略直進的に透過したモニタ光を受光して、受光量に応じた電流信号を信号処理回路３６に出力する。信号処理回路３６は、受光素子３５が出力する電流信号を電圧信号に変換して増幅し、制御部３１に出力する。
【００５６】
なお、本実施形態では光源３４としてピーク発光波長が９４０ｎｍの近赤外ＬＥＤ光源が使用されるが、他の種類や発光波長の光源を使用してもよい。例えば可視光源や、高出力のＬＤ光源等を使用することができる。光源３４の発光波長や出力は、使用する透光性チューブＴや検出する液体の光学特性等に応じて適宜選択することができる。また、本実施形態では受光素子３５としてシリコンフォトダイオードが使用されるが、他の種類の受光素子を使用してもよい。受光素子３５には、光源３４が発生するモニタ光の波長に対して十分な感度を有するものが選択される。
【００５７】
図４（ａ）に示されるように、各光学系の光源３４の発光面と受光素子３５の受光面の中間に透光性チューブＴが配置される。そして、光源３４から放射されたモニタ光の光束は、透光性チューブＴの中心軸を通り、かつ中心軸と直交するように、透光性チューブＴに側面から入射する。
【００５８】
図２〜５に示されるように、回路ユニット３０は、一対の光源３４と受光素子３５を含む光学系を２系統備えている。また、図４（ａ）に示されるように、各系統の光源３４と受光素子３５の対は、発光面と受光面が一定の間隔ｄ１（例えば１５ｍｍ）だけ離れて対向するように配置されている。一対の光学素子の間隔ｄ１は、素子間に配置される透光性チューブＴの外径に応じて適宜設定される。また、各系統の光源３４と受光素子３５の対は、互いの光軸が正確に一致するように位置決めされる。この正確な位置決めは、後述するようにスペーサ３０ｃ、遮光ガイド４０及びカバー５０により実現される。
【００５９】
また、図３（ａ）に示されるように、２つの光学系（互いに対向して配置された光源３４と受光素子３５の対）の光軸は、透光性チューブＴの長さ方向に所定の間隔ｄ２（例えば２０ｍｍ）だけ離れて配置されている。すなわち、本実施形態の液体センサ１は、透光性チューブＴの長さ方向に所定距離ｄ２離れた２点において、透光性チューブＴを略直進的に透過するモニタ光の強度を検出する。
【００６０】
また、図２に示されるように、２系統の光学系は、モニタ光の照射方向（言い換えれば、光源３４の発光面及び受光素子３５の受光面の向き）が互いに逆向きになるように配置されている。このように、隣接する２系統の光学系の照射方向を互いに逆向きにすることにより、受光素子が他の系統のモニタ光を受光することが無く、液体の検出をより正確に行うことが可能になる。
【００６１】
また、図２に示されるように、各受光素子（光源３４及び受光素子３５）のパッケージ部の下には、ピンを囲むようにスペーサ３０ｃが配置されている。このスペーサ３０ｃは、全て同一の高さを有しており、各受光素子を基板に実装する際に基板からの光軸の高さを正確に位置決めするために使用される。
【００６２】
遮光ガイド４０は、光学系を外光から遮蔽すると共に、各光学素子をカバー５０に対して正確に位置決めするための部材であり、各光学素子に１つ設けられている。遮光ガイド４０は、筐体１０と同様に、受光素子３５が感度を有する波長域の光に対して不透明な材料から形成される。本実施形態の遮光ガイド４０は着色樹脂から形成されている。
【００６３】
遮光ガイド４０は、略直方体の外形を有し、また下面に開口する内部空間４４（図４）を有するキャップ状の部材である。遮光ガイド４０の内部空間４４は、各光学素子のパッケージ部及びスペーサ３０ｃの上部を、少なくとも光学素子のパッケージ部については遊び無く収容するように形成されており、各遮光ガイド４０は、回路基板３０ａの上面に実装された各光源３４及び受光素子３５に被せられる。また、遮光ガイド４０の下端には基板に固定するための２本の固定ピンが形成されている。これらの固定ピンを回路基板３０ａに設けられた対応するスルーホールに差し込むことにより、遮光ガイド４０内に収容された光学素子について回路基板３０ａ（ＸＹ平面）上の正確な位置決めが行われる。
【００６４】
遮光ガイド４０の、発光面又は受光面に面する側壁には、光軸が通る位置にモニタ光のビーム径と略同径の丸孔４０ｈが開けられている。光源３４に被せられた遮光ガイド４０の丸孔４０ｈは、光源３４から放射されたモニタ光のビームプロファイルのうち液体検出に有効な中央部分のみを通過させ、液体検出に寄与しない周辺部分（裾の部分）をカットする。このようなモニタ光の周辺領域の成分は、液体の検出に寄与しないだけでなく、ノイズ光となって誤検出の原因となる。そのため、モニタ光の周辺領域の成分を丸孔４０ｈに通過させずに遮光ガイド４０内に閉じ込めることにより、光学的ノイズが減少して、誤検出の発生が抑制される。また、受光素子３５に被せられた遮光ガイド４０は、受光素子３５によって検出される光を、遮光ガイド４０の丸孔４０ｈを通過し、かつ受光素子３５の光軸と略平行に進む光線のみに制限する。これにより、受光素子３５により受光される光は、実質的に同一光学系の光源３４から受光素子３５に直接入射する光のみとなり、外光や散乱光等の光学的ノイズが除去される。
【００６５】
また、遮光ガイド４０の正面（丸孔４０ｈが形成された面）を除く３面の側壁は、内側に倒れるように緩やかに傾斜している。これらの傾斜面は、カバー５０を筐体１０に取り付ける際に、カバー５０の内側に形成された空間（凹部５４）に遮光ガイド４０が正しく収容されるためのガイドとして機能する。
【００６６】
カバー５０は、モニタ光を透過可能にしつつ本体１００を密封する透明な蓋としての役割に加えて、透光性チューブＴ（直接的には透光性チューブＴに装着されたアタッチメント２００）を光学素子（直接的には遮光ガイド４０）に対して位置決めする役割を有している。カバー５０には、上方に突出してＸ軸方向に延びる２つの突出部５１と、この２つの突出部５１に挟まれた凹部５２が形成されている。凹部５２には透光性チューブＴが収容される。また、カバー５０には、透光性チューブＴを所定位置に支持するための、ＹＺ面と平行な４つの支持壁５３が、２つの突出部５１を連絡するように形成されている。支持壁５３には、透光性チューブＴが収容されるＵ字溝５３ａが形成されている。Ｕ字溝５３ａの下部曲面の径は、液体センサ１に適合する透光性チューブＴの最大径と同径に形成されている。また、Ｕ字溝５３ａの上部壁面は、透光性チューブＴをＵ字溝５３ａに落とし入れ易くするために、上側ほど溝幅が広がるようなテーパ面となっている。
【００６７】
突出部５１の内側には、遮光ガイド４０を遊び無く収容する凹部５４が形成されている。上述のように、遮光ガイド４０は、丸孔４０ｈが形成されたＸＹ平面と垂直な１つの側壁と、内側に倒れるように緩やかに傾斜した３つの側壁を有している。各凹部５４には、遮光ガイド４０のこれらの側壁に対応して、１つの垂直な内壁面と３つの傾斜した内壁面が形成されており、本体１００を組み立てる際に傾斜した内壁面が遮光ガイド４０をカバー５０（延いては透光性チューブＴ）に対して正確な位置に案内するようになっている。
【００６８】
また、カバー５０の側面下部には、外側に突出する鍔部５５が形成されている。また、カバー５０のＸ軸方向両端には、鍔部５５から垂直上方に延びる支持壁５６が形成されている。支持壁５６にも、支持壁５３のＵ字溝５３ａと同様のＵ字溝５６ａが形成されている。また、支持壁５６上部のＹ軸方向両端からＸ軸方向に伸び、支持壁５６と各突出部５１とを連結する連結壁５７が設けられている。更に、Ｕ字溝５６ａの底部と、支持壁５６に最も近い支持壁５３のＵ字溝５３ａの底部とを連絡する下側把持部５８が形成されている。下側把持部５８の上面は、Ｕ字溝５３ａ及びＵ字溝５６ａの各底面と連続した一つの曲面を形成する。
【００６９】
また、図３に示されるように、ＬＥＤインジケータ３８の真上に位置する、一方の突出部５１の上面には、レンズ状の曲面に形成されたレンズ部５９が設けられている。ＥＤインジケータ３８から放射された表示光は、レンズ部５９により拡散されて、視野角が広げられる。レンズ部５９によりＬＥＤインジケータの視認性が向上する。
【００７０】
次にアタッチメント２００の構造及び機能について説明する。上述のように、アタッチメント２００は、透光性チューブＴの液体検出箇所を外光から遮蔽するとともに、本体１００の光学系に対して透光性チューブＴを正確に位置決めして保持するものである。そのためアタッチメントは、遮光性を有し、比較的に成形精度及び形状安定性に優れた樹脂から成形された一体部品となっている。図２〜４に示されるように、アタッチメント２００は、透光性チューブＴを上方から覆う半円柱状のカバー部２１０と、カバー部２１０のＸ軸方向両端においてカバー部２１０と透光性チューブＴとの隙間を覆うように形成されたＹＺ平面と平行な側壁部２２０を有している。図５（ｂ）に示されるように、側壁部２２０の下端中央はＵ字状に切り取られて上側把持部２２２が形成されている。上側把持部２２２の底部は透光性チューブＴと同径の円柱面状に形成されており、カバー５０の下側把持部５８との間で透光性チューブＴを挟み込んで把持できるようになっている。また、上側把持部２２２のＹ軸方向両側には、側壁部２２０の下端から上方に深く延びるスリット２２４が形成されている。スリット２２４によって隔てられた側壁部２２０のＹ軸方向外側の細長い部分は、Ｚ軸方向に延びる弾性変形可能な脚部２２６として形成されている。また、脚部２２６の下端には、Ｙ軸方向外側に突出する係合爪２２８が形成されている。
【００７１】
図２及び図４（ｃ）に示されるように、アタッチメント２００のＸ軸方向中央には、カバー部２１０の下面から下方に突出した突出部２３０が形成されている。図４（ｃ）に示されるように、突出部２３０の下端には、透光性チューブＴを収容するＵ字状の溝２３２が形成されている。溝２３２の底部は透光性チューブＴと同径の円柱面状に形成されており、透光性チューブＴを伸展した状態で所定位置に保持する。
【００７２】
また、アタッチメント２００のＸ軸方向中央には、カバー部２１０の上面に結束バンドＢのロック機構ＢＬが収容される凹部２５０が形成されている。凹部２５０のＹ軸方向両端からは、カバー部２１０及び突出部２３０を上下に貫通する通し穴２５２が下方に向かって延びている。
【００７３】
カバー部２１０の下面には、カバー５０に設けられた４つの支持壁５３のそれぞれと対向する位置に、支持壁５３との間で透光性チューブＴを挟持する４つの突出部２４０が形成されている。図４（ａ）に示されるように、突出部２４０の下端には、透光性チューブＴと同径の円柱面状に形成された溝２４２が形成されており、透光性チューブＴに大きな歪を与えずに、透光性チューブＴを広い接触面積で挟持できるようになっている。
【００７４】
また、図４（ａ）に示されるように、透光性チューブＴを装着したアタッチメント２００を液体センサ本体１００に取り付けると、対向して配置された一組の光源３４及び受光素子３５の共通する光軸が透光性チューブＴの中心軸を通るように、透光性チューブＴが液体センサ本体１００（具体的には各光学系の光軸）に対して正確に位置決めされる。
【００７５】
次に、アタッチメント２００を使用して透光性チューブＴを液体センサ１に装着する手順と機構を説明する。最初に透光性チューブＴにアタッチメント２００を取り付ける。具体的には、アタッチメント２００のＸ軸方向両端に設けられた側壁部２２０の下面に形成されたＵ字溝状の上側把持部２２２と、アタッチメント２００のＸ軸方向中央に設けられた突出部２３０の下面に形成されたＵ字状の溝２３２に透光性チューブＴを収容する。
【００７６】
なお、アタッチメント２００は透光性チューブＴの標準的なサイズ（例えば３ｍｍ径、６ｍｍ径等）毎に用意され、使用する透光性チューブＴの外径に適合したものが選択される。アタッチメント２００（具体的には上側把持部２２２及び溝２３２）の設計寸法に完全に適合した透光性チューブＴを通常の条件で使用する場合には、アタッチメント２００の各Ｕ字溝に透光性チューブＴを差し込むだけで、アタッチメント２００は十分な把持力で透光性チューブＴに取り付けられる。しかしながら、メーカーや種類（材質等）によって透光性チューブＴの外径の仕様値（標準値及び公差）は様々であり、例えば呼び径３ｍｍのチューブでも標準値が２．８ｍｍ程度と呼び径よりも１０％程度細いものもある。このような細いチューブを使用する場合には、十分な把持力が得られないことがある。また、標準温度においてはアタッチメント２００の設計寸法に完全に適合する透光性チューブＴであっても、例えば使用温度が低い場合には透光性チューブＴが収縮するため、アタッチメント２００の寸法に適合しなくなることもある。また、例えば液体センサ１をチューブにぶら下げて使用する場合など、大きな引抜力が加えられる場合にも把持力が不足する。このように細いチューブを使用する場合や、大きな引抜力が掛かる等して透光性チューブＴを把持する力が不足する場合には、結束バンドＢを使用して透光性チューブＴをアタッチメント２００に縛り付けて強く固定する。
【００７７】
結束バンドＢにより透光性チューブＴをアタッチメント２００に固定する場合には、アタッチメント２００の上側把持部２２２と溝２３２に透光性チューブＴを差し込んだ状態で、結束バンドＢの帯Ｂａを通し穴２５２の一方に上から下へ通し、次いで他方の通し穴２５２に下から上へ帯Ｂａを通した後、ロック機構ＢＬに帯Ｂａを差し込んで結束し、余った帯Ｂａを切断する。図６は、結束バンドＢを使用して透光性チューブＴが装着された状態を示す液体センサ１の外観図である。図６（ａ）は上面図であり、そのＤ−Ｄ断面図が図６（ｂ）である。図６に示されるように、結束バンドＢのロック機構ＢＬの大部分がアタッチメント２００の凹部２５０内に収容され、アタッチメント２００の外部にロック機構ＢＬが大きく突出しないようになっている。液体センサは、しばしば厨房等のスタッフが動き回る狭い空間内に剥き出しの状態で設置される。そのため、液体センサの筐体から突出した結束バンドのロック機構ＢＬに露出したスタッフの腕等が接触して、擦り傷が生じることがある。本実施形態の液体センサ１は、通常は結束バンドＢを使用せずに透光性チューブＴに装着することができ、また結束バンドＢを使用する場合もロック機構ＢＬがアタッチメント２００の凹部２５０内に収容されるため、ユーザが結束バンドＢのロック機構ＢＬに接触して傷を負うことが防止される。
【００７８】
次に、アタッチメント２００を液体センサ本体１００（具体的にはカバー５０）に取り付ける手順と機構を説明する。透光性チューブＴに装着されたアタッチメント２００は、透光性チューブＴをカバー５０の凹部５２に収容させ、凹部５２をアタッチメント２００により覆うようにカバー５０に取り付けられる。具体的には、透光性チューブＴをカバー５０側に向けて、アタッチメント２００のＸ軸方向両端に形成された側壁部２２０を、ケース５０のＸ軸方向両端に形成された支持壁５６、支持壁５３及び一対の連結壁５７により囲まれた空間に差し込むことで、ケース５０にアタッチメント２００が固定される。このとき、図４（ｂ）に示されるように、アタッチメント２００の四隅に配置された脚部２２６の係合爪２２８が、連結壁５７の下端と係合し、ケース５０からアタッチメントが外れないようになる。なお、スリット２２４が形成されているため、脚部２２６はＹ軸方向に弾性変形可能になっている。また、一対の係合爪２２８の間隔は、連結壁５７の内側面の間隔よりも広いため、アタッチメント２００を装着する際に、各係合爪２２８は対応する連結壁５７によりＹ軸方向内側へ押される。このとき、脚部２２６が弾性変形してＹ軸方向内側へ曲がることで、一対の係合爪２２８の間隔が一対の連結壁５７の内側面の間隔まで狭められる。一対の連結壁５７の間を通過すると、弾性力により一対の係合爪２２８の間隔は元に戻り、係合爪２２８が連結壁５７と係合してアタッチメント２００が外れなくなる。なお、係合爪２２８をＹ軸方向内側に押し込むことで、係合爪２２８と連結壁５７との係合が解除され、アタッチメント２００の取り外しが可能になる。
【００７９】
上述のように、本実施形態においては、アタッチメント２００は一般的な透光性チューブＴのサイズに対応した複数のサイズが用意されており、使用する透光性チューブＴに適合したサイズのアタッチメント２００が選択される。また、透光性チューブＴの位置決めは、アタッチメント２００と透光性チューブＴとのマッチングだけでなく、液体センサ本体１００（具体的にはカバー５０）側の寸法とのマッチングにも関係する。しかしながら、液体センサ本体１００の内部には光学素子を含む電気回路が配置されており、また防水構造も有しているため、ユーザが液体センサ本体１００のカバー５０を外すことは安全上及び品質保証上好ましくない。そのため、細い透光性チューブＴを使用する場合には、透光性チューブＴの中心軸が光軸上に正確に配置されるように、チューブアジャスタ３００が使用される。
【００８０】
図７はチューブアジャスタ３００を使用して液体センサ１に透光性チューブＴを装着する状態を説明する分解図であり、図８はチューブアジャスタ３００の外観を示す斜視図である。なお、本実施形態におけるチューブアジャスタ３００は、樹脂により一体成形された部材である。
【００８１】
図８に示されるように、チューブアジャスタ３００は、円筒を縦割りにしたような形状を有する、軸方向に並べて配置された２つのチューブ保持部３１０と、この２つのチューブ保持部３１０の底部を連結する連結部３２０と、各チューブ保持部３１０の下部に互いに平行に配置された２つの脚部３３０を有している。
【００８２】
チューブ保持部３１０の円柱面状の外周面は、カバー５０の支持壁５３に形成されたＵ字溝５３ａに対応する形状に形成されている。また、２つのチューブ保持部３１０の配置間隔は、各光学系の光軸を挟んで隣接する２つの支持壁５３と同じ配置間隔になっている。そして、２つのチューブ保持部３１０は、一方の光学系の光軸を挟んで隣接する２つの支持壁５３のＵ字溝５３ａ上に配置される。また、平行に配列した２つの脚部３３０の外側間隔（Ｘ軸方向外側の面同士の間隔）は、各光学系の光軸を挟んで隣接する２つの支持壁５３の内側間隔（Ｘ軸方向内側の面同士の間隔）と一致するようになっている。そのため、チューブアジャスタ３００の２つの脚部３３０は上記の隣接する２つの支持壁５３の間に差し込まれ、チューブアジャスタ３００はＸ軸方向に移動できなくなる。また、脚部３３０はＹ軸方向に長く形成されているため、チューブ保持部３１０が支持壁５３のＵ字溝５３ａに沿って回転する移動も制限される。すなわち、脚部３３０によりチューブアジャスタ３００の位置が固定される。このようにしてカバー５０にチューブアジャスタ３００を装着した後に、上述した方法で透光性チューブＴに取り付けたアタッチメント２００をカバー５０に装着することで、液体センサを透光性チューブＴに取り付けることができる。
【００８３】
以上のように、本発明の実施形態に係る液体センサ１では、遮光ガイド４０、カバー５０、及びアタッチメント２００により、光学素子の光軸に対して透光性チューブＴが正確に位置決めされる。すなわち、遮光ガイド４０がカバー５０に対して光源３４及び受光素子３５を正確に位置決めし、アタッチメント２００がカバー５０に対して透光性チューブＴを正確に位置決めすることにより、透光性チューブＴが光源３４及び受光素子３５の光軸に対して正確に位置決めされる。そのため、透光性チューブＴ内の液体の検出を精度良く行うことが可能になっている。
【００８４】
また、遮光ガイド４０、カバー５０、及びアタッチメント２００に組み込まれたガイド構造により、特に位置決め調整作業を行うことなく、各部材を組み立てるだけで自動的に位置決めが行われるようになっている。そのため、高精度の組み立てを極めて効率的に行うことを可能にしている。
【００８５】
次に、回路ユニット３０による液体検出処理について説明する。光源３４から放射されるモニタ光の光束は、透光性チューブＴの長さ方向と直交し、かつ透光性チューブＴの中心軸を通るように、透光性チューブＴの側面から照射される。透光性チューブＴ内に液体が存在するときは、液体と透光性チューブＴとの屈折率差が小さいさめ、透光性チューブＴの内壁（透光性チューブＴと液体との界面）においてモニタ光の光束はほとんど屈折せずに直進する。従って、モニタ光の光束は、透光性チューブＴを直進的に透過し、透光性チューブＴを挟んで光源３４と対向して配置された受光素子３５に入射し、検出される。
【００８６】
一方、透光性チューブＴ内が空の場合（気体で充填されている場合）は、気体と透光性チューブＴとの屈折率差が大きい為、透光性チューブＴの内壁においてモニタ光の光束は大きく屈折し、又は反射される。そのため、モニタ光の光束は透光性チューブＴを直進的に透過することができず、従って受光素子３５によって検出されない。
【００８７】
従って、液切れ判定回路３１ａは、原則的には、受光素子３５がモニタ光を検出したときに透光性チューブＴ内に液体が有ると判定し、モニタ光を検出しないときに透光性チューブＴ内に液体が無いと判定する。
【００８８】
しかしながら、透光性チューブＴ内には、しばしば気泡が存在するが、気泡はモニタ光の屈折や反射を起こすため、誤検出の原因となる。また、透光性チューブＴが空の場合でも、しばしば透光性チューブＴ内に液滴が存在する。液滴はモニタ光を直進的に透過させるため、やはり誤検出の原因となる。気泡や液滴による誤検出を防止するために、本発明の実施形態に係る液体センサには、複数（本実施形態では２つ）の光学系が設けられている。
【００８９】
また、複数の光学系による検出結果に基づいて、液切れか否かを判定するアルゴリズムにも複数のものが考えられる。使用する液体の種類や用途に応じて好適なアルゴリズムは変わり得る。そのため、本実施形態の液体センサ１は複数の動作モード（判定アルゴリズム）をユーザが選択できるように構成されている。動作モードの切り替えは、設定部３２の動作モード切り替えスイッチを操作して行われる。
【００９０】
以下に、液体センサ１に実装された３つの動作モードについて、説明する。表１は、液体センサ１が２つの光学系による液体検出結果に基づいて液切れを判定する３種類の動作モード（モード１〜モード３）を説明する表である。表１には、１０例の典型的な事例（ケース１〜１０）について、各光学系の検出結果と、各モードの判定結果が対比されている。表中の○印は、対応する光学系が液体を検出したこと、又は液切れ判定回路３１ａがチューブ内に液体有り（液切れしていない）と判定したことを示す。また、表中の×印は、対応する光学系が液体を検出しないこと、又は液切れ判定回路３１ａがチューブ内に液体無し（液切れ）と判定したことを示す。また、以下の説明においては、液体センサ１が備える２つの光学系を光学系Ａ及び光学系Ｂと呼ぶ。また、表１における光源３４Ａ及び受光素子３５Ａは光学系Ａを構成する光学素子であり、光源３４Ｂ及び受光素子３５Ｂは光学系Ｂを構成する光学素子である。
【００９１】
【表１】
【００９２】
＜モード１＞
モード１は、は、少なくとも一つの光学系がモニタ光を検出（すなわち液体を検出）した場合に、透光性チューブＴ内に液体が有ると判定し、全ての光学系がモニタ光を検出しない場合に、透光性チューブＴ内に液体が無い（液切れ）と判定する、言わばＯＲ型の動作モードである。以下に説明するように、モード１は小さな気泡による誤検出を抑制するために有効な動作モードである。
【００９３】
透光性チューブＴ内に生じる気泡の大きさは、通常は０．１ｍｍ程度から数ｍｍ程度である。従って、２つの光学系の光束の間隔をこれより狭く設定すると、一つの気泡により２つの光学系が同時に誤検出する可能性がある。従って、大きな気泡による誤検出を防止するためには、２つの光学系の光束の間隔を１０ｍｍ以上にする必要がある。また、貯液タンクが空に近づくと、貯液タンクの液面が輸液管の採取口まで下がり、貯液タンク内の空気と一緒に液体が輸液管に取り込まれる。このため、貯液タンクに十分な残量がある場合にはほとんど発生しない１５ｍｍ以上（より典型的には２０ｍｍ以上）の長さの気泡が頻繁に発生する。従って、一般的な用途においては、１５ｍｍ以上（望ましくは２０ｍｍ以上）の気泡が検出された場合には、液切れと判定した方が望ましい。そこで、本発明の実施形態においては、複数の光学系（モニタ光の光束）の配置間隔が１５ｍｍ以上（望ましくは２０ｍｍ以上）に設定される。本実施形態では、２つの光学系の光束の間隔は２０ｍｍに設定されている。この配置間隔の最適な寸法は、使用する液体の粘土や透光性チューブＴの内径等によって異なる場合がある。
【００９４】
次に、表１を参照してモード１における具体的な判定例を説明する。表１におけるケース１〜５は透光性チューブＴに液体が充填されている場合の事例であり、ケース６〜１０は透光性チューブＴに液体が空の場合の事例である。各事例は、気泡又は液滴の、有無、位置、個数又は大きさが異なる。
【００９５】
ケース１は気泡が無い事例であり、当然ながら全ての光学系が液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは透光性チューブＴ内に液体があると判定する。ケース２〜５はチューブ内に気泡が存在する場合の事例である。ケース２は、２つの光学系の中途に気泡が存在する事例であり、いずれの光学系の光路上にも気泡が位置していないため、全ての光学系が液体を検出し、液切れ判定回路３１ａは液体有りと判定する。ケース３は、一方の光学系（この場合は光学系Ｂ）の光路上に気泡が位置する事例である。この場合、光学系Ｂは液体を検出しないが、光学系Ａは液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは液体有りと判定する。ケース４も、ケース３と同様に一方の光学系（この場合は光学系Ａ）の光路上に気泡が位置する事例である。この場合も、光学系Ａは液体を検出しないが、光学系Ｂは液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは液体有りと判定する。ケース３やケース４のように、比較的に小さな気泡がいずれか一方の光学系の光路上に位置する状況は、一般的な液体センサの用途において頻繁に生じるものであり、従来の単一の光学系を有する液体センサにおいて課題となっていた誤動作に基づく液切れ警報頻発の主要因である。モード１では、このような状況に起因する誤動作が防止されるため、不要な警報の発生を大幅に低減させることができる。また、ケース５は大きな気泡が発生した事例である。この場合、全ての光学系が液体を検出せず、液切れ判定回路３１ａは液切れ（液体無し）と判定する。上述のように、液体の供給源の残量が少なくなると、このような大きな気泡が生じる場合が多いため、ケース５において液切れを判定することは望ましい構成といえる。従って、気泡に関するケース１〜５のいずれの事例においても、モード１では適切な液切れ判定がなされる。
【００９６】
ケース６は、透光性チューブＴ内に液体が無く、液滴も無い事例である。当然ながら全ての光学系が液体を検出しないため、液切れ判定回路３１ａは液切れと判定する。ケース７は、２つの光学系の中途に液滴が存在する事例であり、いずれの光学系の光路上にも液滴が位置していないため、全ての光学系が液体を検出せず、液切れ判定回路３１ａは液切れと判定する。ケース８は、一方の光学系（この場合は光学系Ｂ）の光路上に液滴が位置する事例である。この場合、光学系Ａは液体を検出しないが、光学系Ｂが液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは液体有りと誤判定する。ケース４も、ケース３と同様に一方の光学系（この場合は光学系Ａ）の光路上に液滴が位置する事例である。この場合も、光学系Ａは液体を検出しないが、光学系Ｂが液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは液体有りと誤判定する。また、ケース１０は各光学系の光路上に液滴が位置する事例である。この場合、全ての光学系が液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは液体有りと誤判定する。このように、モード１は、液滴に関する誤判定が多い傾向にある。しかしながら、ケース８〜９の状態に至る過程で必ず液切れ判定がなされ、警報が出されるため、一般的な用途においては、液滴に関する誤判定が実用上大きな支障となることは稀である。
【００９７】
＜モード２＞
モード２は、全ての光学系が液体を検出した場合に透光性チューブＴ内に液体が有ると判定し、一つでも液体を検出しない光学系がある場合に透光性チューブＴ内に液体が無いと判定する、言わばＡＮＤ型の動作モードである。表１に示されるように、モード２では気泡に関する誤動作の頻度が高い傾向がある（例えばケース３、ケース４）。言い換えれば、モード２は、気泡に対する感度が高く、精密化学分野や医療分野等の気泡の排除が必要な用途においては、気泡センサとして使用することができる。また、モード２は液滴に関する判定精度が高いという特徴もある（例えばケース８、ケース９）。そのため、モード２は、チューブが空であることを正確に判定する必要がある用途にも適している。
＜モード３＞
モード３は、１系統の光学系の検出結果に基づいて液体の有無を判定する動作モードであり、光学系を１系統のみ備えた従来の液体センサをエミュレートするものである。なお、本実施形態のモード３では、光学系Ａの検出結果に基づいて液体の有無が判定される。表１に示されるように、モード３の判定結果は、モード１とモード２の中間的なものとなっている。気泡に対しても液滴に対しても同程度の判定精度が望まれる用途に対して有効なモードである。また、光学系を１系統のみ備えた従来の液体センサを、動作条件を変更せずに新しいセンサに置き換える必要がある場合にも適している。
【００９８】
以上のように、本実施形態の液体センサ１は、用途に適した動作モードを選択して使用することができる。
【００９９】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１ …液体センサ
１００ …本体
１０ …筐体
１８ …ケーブル引き出し口
２０ …パッキン
２２ …防水キャップ
２４ …長ねじ
３０ …回路ユニット
３０ａ，３０ｂ …回路基板
３０ｃ …スペーサ
３４ …光源（ＬＥＤ光源）
３６ …受光素子（フォトダイオード）
３８ …ＬＥＤインジケータ
４０ …遮光ガイド
４０ｈ …丸孔
５０ …カバー
５１ …突出部
５２ …凹部
５３ …支持壁
５３ａ …Ｕ字溝
５４ …凹部５
５５ …鍔部
５６ …支持壁
５７ …連結壁
５８ …下側把持部
５９ …レンズ部
６０ …ケーブル
２００ …アタッチメント
２１０ …カバー部
２２０ …側壁部
２３０ …突出部
２４０ …突出部
２５０ …凹部
２５２ …通し穴
３００ …チューブアジャスタ
３１０ …チューブ保持部
３２０ …連結部
３３０ …脚部
Ｂ …結束バンド
Ｔ …透光性チューブＴ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性チューブＴ内の液体の有無を光学的に検出する液体センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
透光性を有する輸液透光性チューブＴの側面からモニタ光を入射し、透光性チューブＴを透過する光又は透光性チューブＴ内壁面で屈折（若しくは反射）する光を検出することにより、透光性チューブＴ内の液体を検出する液体センサが広く使用されている。このような液体センサとして、例えば特許文献１に記載されているような、透光性チューブＴを透過する光の強度に応じて、透光性チューブＴ内に液体が存在するか否かを検出するものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の液体検出装置においては、透光性チューブＴの中心軸に対して略垂直にモニタ光が入射され、透光性チューブＴを直進的に透過した光が受光部により検出される。円筒形の透光性チューブＴ内に充填された透明な液体は、透光性チューブＴに垂直に入射するモニタ光に対して一種のレンズとして作用し、モニタ光を収束させる。また、透光性チューブＴを形成する樹脂は液体と屈折率が近いため、透光性チューブＴ内が液体で満たされているときには、透光性チューブＴの内壁面で光が反射することがない。そのため、透光性チューブＴ内に液体が有るときは、モニタ光は透光性チューブＴを直進的に透過し、強いモニタ光が受光部によって検出される。一方、透光性チューブＴ内に液体が無いときには、モニタ光はレンズ作用を受けないため発散し、かつ内壁面での反射も生じるため、受光部により検出されるモニタ光は極めて弱いものとなる。そのため、受光部が検出するモニタ光の強度に基づいて、透光性チューブＴ内の液体の有無を判定することができる。
【０００４】
ところで、液体センサは、水溶液等の導電性を有する液体の検出にも使用されるため、輸液透光性チューブＴからの液漏れ等により電気回路が水濡れして、正常に動作しなくなる場合がある。特許文献１に記載の液体検出装置においては、光ファイバを使用して輸液透光性チューブＴと接触する検出部と電気回路を収容する本体とを分離及び絶縁することで、水濡れによる誤動作が防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３６９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光ファイバに光束を高効率で結合させるには、コリメータ等の光学素子や、精密な調心工程が必要となり、高いコストが必要となる。そのため、特許文献１に記載の構成を採用できる用途は限られ、より低コストで実現できる防水構造が求められている。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の実施形態によれば、光ファイバを使用せずに優れた防水性能を実現する液体センサが提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、透光性チューブ内の液体を光学的に検出するための液体センサが提供される。本発明の実施形態に係る液体センサは、光源及び受光素子が実装された回路基板と、光源及び受光素子をそれぞれ覆って外光から遮蔽する複数の遮光部材と、少なくとも一部が透光性を有し、回路基板が収容される内部空間を水密に覆う本体ケースとを備えた本体を有している。遮光部材には、光源の発光面及び受光素子の受光面と対向する位置に、光源が放射する光束を通過させるための第１の開口が形成されている。
【０００９】
上記構成により、水濡れに弱い回路基板が本体ケースにより外部から水密に保護されるため、耐水性に優れた液体センサが提供される。特に、内部の液体の漏出等により表面に水滴が付着する可能性が高い透光性チューブが本体ケースの外部に配置され、本体ケースにより回路基板から隔離されるため、理想的な耐水性が実現される。また、本体ケースの少なくとも一部に透光性を与えることにより、水密な本体ケースにより透光性チューブと回路基板（光学素子）とを水密に隔離しつつも、光学計測が可能となった。
【００１０】
上記の液体センサは、透光性チューブの一部を覆って外光から遮蔽すると共に、本体に対して透光性チューブの一部を位置決めして取り付けるアタッチメントを更に備えていることが望ましい。
【００１１】
上記構成のアタッチメントを採用すると、液体センサの着脱や透光性チューブの交換が容易になる。このようなアタッチメントに、誤検出の原因となる外光から透光性チューブの検出箇所を遮蔽する機能や、本体（具体的には、本体に収容される光学素子）に対して透光性チューブを正確に位置決めする機能を与えることで、着脱容易性と優れた検出精度の両立が可能になる。また、遮光性を維持しつつ、本体の光学素子と透光性チューブを結ぶ光路を確保するために、光路上の遮蔽物に開口を設ける構成が有効である。
【００１２】
光束は透光性チューブの中心軸と垂直に該透光性チューブに側面から入射し、光束が透光性チューブに入射した箇所において、透光性チューブ内に液体が有るときは、光束は該透光性チューブを直進的に透過して、受光素子により検出され、透光性チューブ内に液体が無いときは、光束は該透光性チューブの内壁で屈折又は反射して、受光素子により検出さないように構成されることが望ましい。
【００１３】
このような構成においては、受光素子が検出信号を出力しないときが異常（液切れ）状態に対応する。従って、光学素子の故障等により検出信号が出力されなくなった場合も異常状態と判断されるため、装置の故障や動作不良による誤判定が防止される。
【００１４】
典型的には、本体ケースは、遮光性を有する筐体と、透光性を有し、筐体を水密に塞ぐカバーとを有している。また、カバーの外側には透光性チューブを収容する第１の溝が形成されている。この場合、光束は、第１の溝の一方の側壁を介して、透光性チューブに入射する。そして、透光性チューブを直進的に透過した光束は、第１の溝の他方の側壁を介して受光素子に検出される。
【００１５】
上記の構成により、優れてシンプルな光学系が実現される。すなわち、ミラー等の偏向手段を使用せず、透明なカバーに形成された第１の溝及びアタッチメントに形成された第２の開口を直線で貫く光学系が実現される。この構成では、光路長も最小化されており、精度の高い検出が可能になる。
【００１６】
光源と受光素子は、発光面と受光面が対向するように配置されてもよい。また、遮光部材は、光源を覆う第１の遮光部材と、受光素子を覆う第２の遮光部材を含んでいてもよい。また、カバーの内側には、第１の遮光部材を収容する第１の凹部と、第２の遮光部材を収容する第２の凹部が形成されていることが望ましい。第１の開口が、光源の発光面と受光素子の受光面の間に配置されていることが望ましい。
【００１７】
上記構成において、第１の遮光部材は光源を収容する第３の凹部を有し、第２の遮光部材は受光素子を収容する第４の凹部を有し、第１及び第２の遮光部材は、それぞれ光源及び受光素子を、第３及び第４の凹部における所定の位置に案内する第１のガイド構造を有していることが望ましい。
【００１８】
このような第１のガイド構造を遮光部材（具体的には第１及び第２の遮光部材）に設けることにより、遮光部材を光源及び受光素子に被せるだけで、遮光部材に対する光源及び受光素子の正確な位置決めが実現される。
【００１９】
カバー及びは、第１及び第２の遮光部材は、該第１及び第２の遮光部材を、それぞれ第１及び第２の凹部における所定の位置に案内する第２のガイド構造を有していることが望ましい。
【００２０】
このような第２のガイド構造を設けることにより、カバーを遮光部材に被せるだけで、カバーに対する遮光部材の正確な位置決めが実現される。
【００２１】
第２のガイド構造は、第１及び第２の遮光部材の外側面の構造と、第１及び第２の遮光部材の外側面の構造にそれぞれ対応した第１及び第２の凹部の内側面の構造とを含むことが望ましい。
【００２２】
このように、カバーの凹部（第１及び第２の凹部）の内側面を、遮光部材（第１及び第２の遮光部材）の外側面に対応する構造とする（典型的には同一形状とする）構成により、第２のガイド構造の位置決め機能を実現することができる。
【００２３】
第２のガイド構造は、第１及び第２の凹部における、発光面又は受光面に面する第５の内側面と、第５の内側面と対向し、該凹部の奥側ほど該第５の内側面に近接するように傾斜した第６の内側面とを含むことが望ましい。
【００２４】
このように、カバー凹部の内側面と遮光部材の外側面に対応する傾斜を与える構成により、平易な作業により正確な位置決めが達成される。
【００２５】
アタッチメントは、カバーとの間で透光性チューブを挟持する複数の第１の挟持部と、カバーと係合する第１の係合部とを有することが望ましい。この場合において、カバーは、アタッチメントとの間で透光性チューブを挟持する複数の第２の挟持部と、アタッチメントと係合する第２の係合部とを有することが望ましい。
【００２６】
アタッチメントとカバーとを係合させる係合部を設けることにより、結束バンドを使用せずに透光性チューブに液体センサを取り付けることができる。また、複数の挟持部を設けることにより、透光性チューブが確実に挟持される。更に、挟持部を複数に分割することにより、挟持部の間にモニタ光の光路を配置するスペースを設けることができる。
【００２７】
典型的には、第１の係合部は、弾性変形可能な脚部と、脚部の先端に設けられた係合突起を有している。また、第２の係合部は、係合突起を受ける受け部を有している。
【００２８】
アタッチメントは、第１の溝を上方から覆う天井部と、透光性チューブの軸方向における天井部の両端に設けられた一対の第１の遮光壁を有していることが望ましい。この場合、第１の遮光壁は、第１の挟持部の一つと、第１の挟持部の両側に配置された一対の第１の係合部を有することが望ましい。
【００２９】
挟持部をアタッチメントの両端に設けることにより、アタッチメントをコンパクトに構成することができる。また、第１の挟持部の両側に係合部を設けることにより、第１の挟持部により透光性チューブを十分に大きな力で挟持することができる。
【００３０】
カバーは、第１の溝によって隔てられた、透光性チューブの軸方向に延びる一対の突出部と、透光性チューブの軸方向におけるカバーの両端に設けられ、透光性チューブを収容する第２の溝を有する一対の第２の遮光壁と、第２の遮光壁の両端と一対の突出部の一端とをそれぞれ連結する一対の連結壁とを有していてもよい。この場合、複数の第２の挟持部の一つが、第１の溝の底部と第２の溝の底部とを連絡することが望ましい。また、アタッチメントをカバーに取り付けたときに、第１の遮光壁は、第２の遮光壁と、一対の突出部の一端と、一対の連結壁とで囲まれる空間に収容され、係合突起は連結壁と係合する構成が望ましい。
【００３１】
第１及び第２の挟持部は透光性チューブを収容するチューブ収容溝を有し、チューブ収容溝の底部は収容可能な透光性チューブの外周面と同じ曲率の円柱面状に形成されていることが望ましい。
【００３２】
この構成により、透光性チューブを把持したときに、透光性チューブに大きな歪が生じず、透光性チューブの破損や劣化が防止される。また、透光性チューブとチューブ収容溝との接触面積が大きくなり、透光性チューブがしっかり把持される。
【００３３】
チューブ収容溝よりも細径のチューブを挟持するためのチューブアジャスタを更に備えていることが望ましい。このチューブアジャスタは、それぞれ隣接するチューブ収容溝に収容される、縦割り円筒形状を有する一対のチューブ保持部と、一対のチューブ保持部を連結する連結部と、一対のチューブ保持部の下部にそれぞれ配置された一対の脚部と
を有していてもよい。
【００３４】
このような構成のチューブアジャスタを使用すると、広いサイズ範囲の透光性チューブを使用することが可能になる。また、チューブアジャスタが安定してカバー上に設置されるため、チューブも正確な位置に安定して保持される。
【００３５】
また、アタッチメントは結束バンドのロック機構を収容する第５の凹部を有することが望ましい。ロック機構を第５の凹部に収容することで、液体センサから突出したロック機構にユーザが接触して擦り傷を負うことを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の実施形態によれば、光ファイバを使用せずに優れた防水性能を実現する液体センサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の例示的な実施形態に係る液体センサの外観を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態に係る液体センサの内部構造を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態に係る液体センサの外観を概略的に示す三面図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に係る液体センサの内部構造を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態に係る液体センサの回路ユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図６】結束バンドを使用してチューブを固定した状態を示す外観図である。
【図７】本発明の実施形態に係るチューブアジャスタの装着方法を説明する分解図である。
【図８】本発明の実施形態に係るチューブアジャスタの外観を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態に係る液体センサ１について詳細に説明する。液体センサ１は、透光性チューブＴ内の液体の有無を光学的に検出するセンサである。液体センサ１は、例えば、洗浄装置への洗浄液の供給等に使用される液体供給装置において、輸液管の中途に取り付けられ、供給する液体が貯蔵される貯液タンクの液切れ検出等に使用される。また、貯液タンクの底部と上部とを連絡する配管の所定の高さにこの液体センサを取り付けると、タンク内の液面レベル（液体センサの取り付け高さよりも液面レベルが高いか／低いか）を検出することもできる。
【００３９】
図１は本発明の実施形態に係る液体センサ１の外観を概略的に示した斜視図であり、図２は液体センサ１の内部構造を概略的に示した分解斜視図である。また、液体センサ１の外観を概略的に示した三面図を図３に示す。また、液体センサ１の内部構造を概略的に示した断面図を図４に示す。なお、図３（ａ）はＺ軸方向（図１参照）から見た平面図であり、図３（ｂ）はＹ軸方向（図１参照）から見た正面図であり、図３（ｃ）は透光性チューブＴの長さ方向であるＸ軸方向（図１参照）から見た側面図である。また、図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）におけるＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ断面図である。
【００４０】
液体センサ１は、本体１００とアタッチメント２００を備えている。本体１００には、液体を検出するための光学素子（光源３４、受光素子３５）が実装された回路ユニット３０が収容されている。アタッチメント２００は、透光性チューブＴの液体検出箇所を外光から遮蔽するとともに、本体１００の光学系に対して透光性チューブＴを正確に位置決めして保持するための部材である。透光性チューブＴの取替えを容易にするために、アタッチメント２００は本体１００に対して容易に着脱できるように構成されており、またアタッチメントも透光性チューブＴを着脱自在に構成されている。
【００４１】
なお、以下の説明においては、図１に示す座標軸に従い、透光性チューブＴの長さ方向をＸ軸方向、本体１００の底面（取付面）と垂直な方向をＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の双方と垂直な方向をＹ軸方向と呼ぶ。また、Ｚ軸正方向（図中の矢印方向）を「上」、Ｚ軸負方向（矢印の逆方向）を「下」と呼ぶ。この「上」や「下」という表現は、各要素の配置関係を分かり易く特定するために説明の便宜上使用するものであり、液体センサ１が実際に使用される状況においては、これらの方向が必ずしも鉛直方向に一致するとは限らない。すなわち、液体センサ１は、図に示されるＺ軸方向を任意の方向（例えば水平方向）に向けて配置することができる。
【００４２】
図２の分解斜視図に示されるように、液体センサ１の本体１００は、筐体１０、パッキン２０、回路ユニット３０、遮光ガイド４０、及びカバー５０を備えている。
【００４３】
なお、本実施形態の回路ユニット３０は、互いに所定の間隔を離して平行に配置された２枚の回路基板３０ａ及び３０ｂを備えており、回路基板３０ａ及び３０ｂは図示されない連結部により一体に連結されている。
【００４４】
筐体１０は、上方に開口を有する、外形が略直方体の箱である。筐体１０の内部に収容される光学素子を外光から遮蔽するために、筐体１０は後述する受光素子３５が感度を有する波長域の光に対して実質的に不透明な材料から形成される。本実施形態の筐体１０は着色樹脂から形成されているが、筐体を形成する材料はこれに限定されない。例えば、筐体１０を透明な樹脂から形成して、内側を遮光塗料で塗布する構成や、あるいは遮光フィルムで筐体１０の内部を覆う構成としてもよい。
【００４５】
パッキン２０を介して筐体１０の上部開口をカバー５０で覆い、長ねじ２４により筐体１０とカバー５０を固定すると、筐体１０とカバー５０により囲まれた本体１００の内部空間は水密となり、本体１００の内部に配置される回路ユニット３０の防水が確保される。
【００４６】
なお、図４（ｃ）に示されるように、筐体１０の内側底面には上方に突出する円柱状の固定柱１２が形成されており、この固定柱１２の上面中央には下方に延びる雌ねじ１２ｈが形成されている。また、カバー５０の中央には、上下に貫通する貫通穴５０ｈが形成されている。また、回路ユニット３０を構成する一方の回路基板３０ａの中央にも貫通穴３０ａｈが形成されている。長ねじ２４は、カバー５０の貫通穴５０ｈ及び回路基板３０ａの貫通穴３０ａｈに通され、筐体１０に形成された雌ねじ１２ｈにねじ込まれることで、カバー５０、回路ユニット３０及び筐体１０を一体に固定して、カバー５０を筐体１０に密着させる。
【００４７】
ところで、本実施形態においては、筐体１０が遮光性を有するのとは対照的に、カバー５０は、光源の波長に対して高い透過率を有する透明樹脂から形成されている。本実施形態では、光学素子を含む回路ユニット３０を確実に防水するために、回路ユニット３０を水密な本体１００の内部に配置すると共に、漏水する可能性のある透光性チューブＴを本体１００の外部に配置する構成が採用されている。そのため、カバー５０を介して透光性チューブＴ内の液体が検出できるように、カバー５０はモニタ光５０に対して透光性を有する材料から形成されている。カバー５０を形成する透明樹脂材料としては、従来一般に使用されているポリカーボネート（ＰＣ）樹脂やＰＭＭＡ（polymethylmethacrylate）等のアクリル樹脂等を使用することもできるが、十分な光学的特性及び機械的特性に加えて耐薬品性や耐熱性に優れたポリスルホン（ＰＳＵ）樹脂が最も適している。
【００４８】
また、本実施形態においては、筐体１０もＰＳＵ樹脂から形成されている。但し、筐体１０に使用されるＰＳＵ樹脂には、受光素子３５が感度を有する波長域に高い吸収を有する着色剤が添加されており、光学素子が外光から遮蔽されるようになっている。このように、本体１００の密閉容器を構成するカバー５０及び筐体１０を耐熱性に優れたＰＳＵ樹脂から形成することにより、本体１００のオートクレーブが可能になり、衛生管理が必要な医療や食品製造の現場において安全に使用できるようになっている。また、内部構造が見えないように、可視域に吸収を有する着色剤を添加した樹脂を使用して筐体１０及び／又はカバー５０を形成してもよい。
【００４９】
筐体１０の側面には、後述する設定部３２にアクセスするための操作部１７が形成されている。図３（ｄ）に操作部１７の拡大図を示す。操作部１７は、筐体１０内に配置された設定部３２のスイッチ等が操作できるように筐体１０の肉厚が薄く形成された凹部であり、後述する感度レンジ切り替えスイッチ３２ａや感度微調整つまみ３２ｂが通る貫通穴１７ａ、１７ｂが形成されている。また、操作部１７には防水キャップ２１が差し込まれ、使用時に防水が確保されるようになっている。
【００５０】
また、筐体１０の側面には、後述するケーブル６０を通すためのケーブル引き出し口１８が設けられている。ケーブル引き出し口１８にケーブル６０を通して、防水キャップ２２を取り付けることにより、ケーブル引き出し口１８を介した外部から本体１００内への液体の浸入が防止される。
【００５１】
本体１００の内部空間には、回路ユニット３０、４つの遮光ガイド４０、及びケーブル６０の一端が収容される。なお、ケーブル６０は、回路ユニット３０に接続され、回路ユニットに給電するとともに、回路ユニットが出力する警報信号を外部機器へ伝送する。
【００５２】
回路ユニット３０は、連結した２枚のプリント配線基板３０ａ及び３０ｂ上に実装された電気回路である。図５は、回路ユニット３０の概略構成を示すブロック図である。図５に示されるように、回路ユニット３０は、制御部３１、設定部３２、光源駆動回路３３、光源３４、受光素子３５、信号処理回路３６、警報出力部３７、ＬＥＤインジケータ３８、及び外部出力端子３９を備えている。
【００５３】
制御部３１は、設定部３２、光源駆動回路３３、信号処理回路３６、及び警報出力部３７と接続され、回路ユニット３０全体の動作を制御する。また、制御部３１は、信号処理回路３６の出力（すなわち受光素子３５が検出した光量を示す信号）に基づいて透光性チューブＴ内の液体の有無を判定する液切れ判定回路３１ａを備えている。制御部３１は、液切れ判定回路３１ａが液切れ（透光性チューブＴ内に液体が無い状態）であると判定すると、警報出力部３７を制御して、ＬＥＤインジケータ３８を点滅させ、及び／又は外部出力端子に警報信号を出力させる。
【００５４】
設定部３２は、受光感度及び後述する動作モード（「判定モード」とも言う）を設定するためのユニットであり、図２に示されるように、感度レンジ切り替えスイッチ３２ａ、感度微調整つまみ３２ｂ、及び図示されない動作モード切替スイッチを有している。感度レンジ切り替えスイッチ３２ａは、検出する液体の特性に応じて受光感度を大きく２つの設定レンジ（高感度レンジと低感度レンジ）に切り替えるための切り替えスイッチである。低感度レンジは透明度の高い液体を検出する際に使用され、高感度レンジは懸濁液や光源の波長域に強い吸収を有する液体等の透明度の低い（すなわち、チューブ内に液体が存在しているときの透過光量が少ない）液体を検出する際に使用される。感度微調整つまみ３２ｂは、各感度設定レンジにおいて感度の微調整を行うための可変抵抗器である。動作モード切替スイッチは、液体センサ１が動作可能な複数の動作モードの設定を切り替えるためのディップスイッチである。各動作モードの詳細は後述する。
【００５５】
光源駆動回路３３には光源３４が接続されており、光源３４に駆動電流を供給する。光源３４は、光源駆動回路３３から供給された駆動電流によりモニタ光を発生する。受光素子３５は、透光性チューブＴを略直進的に透過したモニタ光を受光して、受光量に応じた電流信号を信号処理回路３６に出力する。信号処理回路３６は、受光素子３５が出力する電流信号を電圧信号に変換して増幅し、制御部３１に出力する。
【００５６】
なお、本実施形態では光源３４としてピーク発光波長が９４０ｎｍの近赤外ＬＥＤ光源が使用されるが、他の種類や発光波長の光源を使用してもよい。例えば可視光源や、高出力のＬＤ光源等を使用することができる。光源３４の発光波長や出力は、使用する透光性チューブＴや検出する液体の光学特性等に応じて適宜選択することができる。また、本実施形態では受光素子３５としてシリコンフォトダイオードが使用されるが、他の種類の受光素子を使用してもよい。受光素子３５には、光源３４が発生するモニタ光の波長に対して十分な感度を有するものが選択される。
【００５７】
図４（ａ）に示されるように、各光学系の光源３４の発光面と受光素子３５の受光面の中間に透光性チューブＴが配置される。そして、光源３４から放射されたモニタ光の光束は、透光性チューブＴの中心軸を通り、かつ中心軸と直交するように、透光性チューブＴに側面から入射する。
【００５８】
図２〜５に示されるように、回路ユニット３０は、一対の光源３４と受光素子３５を含む光学系を２系統備えている。また、図４（ａ）に示されるように、各系統の光源３４と受光素子３５の対は、発光面と受光面が一定の間隔ｄ１（例えば１５ｍｍ）だけ離れて対向するように配置されている。一対の光学素子の間隔ｄ１は、素子間に配置される透光性チューブＴの外径に応じて適宜設定される。また、各系統の光源３４と受光素子３５の対は、互いの光軸が正確に一致するように位置決めされる。この正確な位置決めは、後述するようにスペーサ３０ｃ、遮光ガイド４０及びカバー５０により実現される。
【００５９】
また、図３（ａ）に示されるように、２つの光学系（互いに対向して配置された光源３４と受光素子３５の対）の光軸は、透光性チューブＴの長さ方向に所定の間隔ｄ２（例えば２０ｍｍ）だけ離れて配置されている。すなわち、本実施形態の液体センサ１は、透光性チューブＴの長さ方向に所定距離ｄ２離れた２点において、透光性チューブＴを略直進的に透過するモニタ光の強度を検出する。
【００６０】
また、図２に示されるように、２系統の光学系は、モニタ光の照射方向（言い換えれば、光源３４の発光面及び受光素子３５の受光面の向き）が互いに逆向きになるように配置されている。このように、隣接する２系統の光学系の照射方向を互いに逆向きにすることにより、受光素子が他の系統のモニタ光を受光することが無く、液体の検出をより正確に行うことが可能になる。
【００６１】
また、図２に示されるように、各受光素子（光源３４及び受光素子３５）のパッケージ部の下には、ピンを囲むようにスペーサ３０ｃが配置されている。このスペーサ３０ｃは、全て同一の高さを有しており、各受光素子を基板に実装する際に基板からの光軸の高さを正確に位置決めするために使用される。
【００６２】
遮光ガイド４０は、光学系を外光から遮蔽すると共に、各光学素子をカバー５０に対して正確に位置決めするための部材であり、各光学素子に１つ設けられている。遮光ガイド４０は、筐体１０と同様に、受光素子３５が感度を有する波長域の光に対して不透明な材料から形成される。本実施形態の遮光ガイド４０は着色樹脂から形成されている。
【００６３】
遮光ガイド４０は、略直方体の外形を有し、また下面に開口する内部空間４４（図４）を有するキャップ状の部材である。遮光ガイド４０の内部空間４４は、各光学素子のパッケージ部及びスペーサ３０ｃの上部を、少なくとも光学素子のパッケージ部については遊び無く収容するように形成されており、各遮光ガイド４０は、回路基板３０ａの上面に実装された各光源３４及び受光素子３５に被せられる。また、遮光ガイド４０の下端には基板に固定するための２本の固定ピンが形成されている。これらの固定ピンを回路基板３０ａに設けられた対応するスルーホールに差し込むことにより、遮光ガイド４０内に収容された光学素子について回路基板３０ａ（ＸＹ平面）上の正確な位置決めが行われる。
【００６４】
遮光ガイド４０の、発光面又は受光面に面する側壁には、光軸が通る位置にモニタ光のビーム径と略同径の丸孔４０ｈが開けられている。光源３４に被せられた遮光ガイド４０の丸孔４０ｈは、光源３４から放射されたモニタ光のビームプロファイルのうち液体検出に有効な中央部分のみを通過させ、液体検出に寄与しない周辺部分（裾の部分）をカットする。このようなモニタ光の周辺領域の成分は、液体の検出に寄与しないだけでなく、ノイズ光となって誤検出の原因となる。そのため、モニタ光の周辺領域の成分を丸孔４０ｈに通過させずに遮光ガイド４０内に閉じ込めることにより、光学的ノイズが減少して、誤検出の発生が抑制される。また、受光素子３５に被せられた遮光ガイド４０は、受光素子３５によって検出される光を、遮光ガイド４０の丸孔４０ｈを通過し、かつ受光素子３５の光軸と略平行に進む光線のみに制限する。これにより、受光素子３５により受光される光は、実質的に同一光学系の光源３４から受光素子３５に直接入射する光のみとなり、外光や散乱光等の光学的ノイズが除去される。
【００６５】
また、遮光ガイド４０の正面（丸孔４０ｈが形成された面）を除く３面の側壁は、内側に倒れるように緩やかに傾斜している。これらの傾斜面は、カバー５０を筐体１０に取り付ける際に、カバー５０の内側に形成された空間（凹部５４）に遮光ガイド４０が正しく収容されるためのガイドとして機能する。
【００６６】
カバー５０は、モニタ光を透過可能にしつつ本体１００を密封する透明な蓋としての役割に加えて、透光性チューブＴ（直接的には透光性チューブＴに装着されたアタッチメント２００）を光学素子（直接的には遮光ガイド４０）に対して位置決めする役割を有している。カバー５０には、上方に突出してＸ軸方向に延びる２つの突出部５１と、この２つの突出部５１に挟まれた凹部５２が形成されている。凹部５２には透光性チューブＴが収容される。また、カバー５０には、透光性チューブＴを所定位置に支持するための、ＹＺ面と平行な４つの支持壁５３が、２つの突出部５１を連絡するように形成されている。支持壁５３には、透光性チューブＴが収容されるＵ字溝５３ａが形成されている。Ｕ字溝５３ａの下部曲面の径は、液体センサ１に適合する透光性チューブＴの最大径と同径に形成されている。また、Ｕ字溝５３ａの上部壁面は、透光性チューブＴをＵ字溝５３ａに落とし入れ易くするために、上側ほど溝幅が広がるようなテーパ面となっている。
【００６７】
突出部５１の内側には、遮光ガイド４０を遊び無く収容する凹部５４が形成されている。上述のように、遮光ガイド４０は、丸孔４０ｈが形成されたＸＹ平面と垂直な１つの側壁と、内側に倒れるように緩やかに傾斜した３つの側壁を有している。各凹部５４には、遮光ガイド４０のこれらの側壁に対応して、１つの垂直な内壁面と３つの傾斜した内壁面が形成されており、本体１００を組み立てる際に傾斜した内壁面が遮光ガイド４０をカバー５０（延いては透光性チューブＴ）に対して正確な位置に案内するようになっている。
【００６８】
また、カバー５０の側面下部には、外側に突出する鍔部５５が形成されている。また、カバー５０のＸ軸方向両端には、鍔部５５から垂直上方に延びる支持壁５６が形成されている。支持壁５６にも、支持壁５３のＵ字溝５３ａと同様のＵ字溝５６ａが形成されている。また、支持壁５６上部のＹ軸方向両端からＸ軸方向に伸び、支持壁５６と各突出部５１とを連結する連結壁５７が設けられている。更に、Ｕ字溝５６ａの底部と、支持壁５６に最も近い支持壁５３のＵ字溝５３ａの底部とを連絡する下側把持部５８が形成されている。下側把持部５８の上面は、Ｕ字溝５３ａ及びＵ字溝５６ａの各底面と連続した一つの曲面を形成する。
【００６９】
また、図３に示されるように、ＬＥＤインジケータ３８の真上に位置する、一方の突出部５１の上面には、レンズ状の曲面に形成されたレンズ部５９が設けられている。ＥＤインジケータ３８から放射された表示光は、レンズ部５９により拡散されて、視野角が広げられる。レンズ部５９によりＬＥＤインジケータの視認性が向上する。
【００７０】
次にアタッチメント２００の構造及び機能について説明する。上述のように、アタッチメント２００は、透光性チューブＴの液体検出箇所を外光から遮蔽するとともに、本体１００の光学系に対して透光性チューブＴを正確に位置決めして保持するものである。そのためアタッチメントは、遮光性を有し、比較的に成形精度及び形状安定性に優れた樹脂から成形された一体部品となっている。図２〜４に示されるように、アタッチメント２００は、透光性チューブＴを上方から覆う半円柱状のカバー部２１０と、カバー部２１０のＸ軸方向両端においてカバー部２１０と透光性チューブＴとの隙間を覆うように形成されたＹＺ平面と平行な側壁部２２０を有している。図５（ｂ）に示されるように、側壁部２２０の下端中央はＵ字状に切り取られて上側把持部２２２が形成されている。上側把持部２２２の底部は透光性チューブＴと同径の円柱面状に形成されており、カバー５０の下側把持部５８との間で透光性チューブＴを挟み込んで把持できるようになっている。また、上側把持部２２２のＹ軸方向両側には、側壁部２２０の下端から上方に深く延びるスリット２２４が形成されている。スリット２２４によって隔てられた側壁部２２０のＹ軸方向外側の細長い部分は、Ｚ軸方向に延びる弾性変形可能な脚部２２６として形成されている。また、脚部２２６の下端には、Ｙ軸方向外側に突出する係合爪２２８が形成されている。
【００７１】
図２及び図４（ｃ）に示されるように、アタッチメント２００のＸ軸方向中央には、カバー部２１０の下面から下方に突出した突出部２３０が形成されている。図４（ｃ）に示されるように、突出部２３０の下端には、透光性チューブＴを収容するＵ字状の溝２３２が形成されている。溝２３２の底部は透光性チューブＴと同径の円柱面状に形成されており、透光性チューブＴを伸展した状態で所定位置に保持する。
【００７２】
また、アタッチメント２００のＸ軸方向中央には、カバー部２１０の上面に結束バンドＢのロック機構ＢＬが収容される凹部２５０が形成されている。凹部２５０のＹ軸方向両端からは、カバー部２１０及び突出部２３０を上下に貫通する通し穴２５２が下方に向かって延びている。
【００７３】
カバー部２１０の下面には、カバー５０に設けられた４つの支持壁５３のそれぞれと対向する位置に、支持壁５３との間で透光性チューブＴを挟持する４つの突出部２４０が形成されている。図４（ａ）に示されるように、突出部２４０の下端には、透光性チューブＴと同径の円柱面状に形成された溝２４２が形成されており、透光性チューブＴに大きな歪を与えずに、透光性チューブＴを広い接触面積で挟持できるようになっている。
【００７４】
また、図４（ａ）に示されるように、透光性チューブＴを装着したアタッチメント２００を液体センサ本体１００に取り付けると、対向して配置された一組の光源３４及び受光素子３５の共通する光軸が透光性チューブＴの中心軸を通るように、透光性チューブＴが液体センサ本体１００（具体的には各光学系の光軸）に対して正確に位置決めされる。
【００７５】
次に、アタッチメント２００を使用して透光性チューブＴを液体センサ１に装着する手順と機構を説明する。最初に透光性チューブＴにアタッチメント２００を取り付ける。具体的には、アタッチメント２００のＸ軸方向両端に設けられた側壁部２２０の下面に形成されたＵ字溝状の上側把持部２２２と、アタッチメント２００のＸ軸方向中央に設けられた突出部２３０の下面に形成されたＵ字状の溝２３２に透光性チューブＴを収容する。
【００７６】
なお、アタッチメント２００は透光性チューブＴの標準的なサイズ（例えば３ｍｍ径、６ｍｍ径等）毎に用意され、使用する透光性チューブＴの外径に適合したものが選択される。アタッチメント２００（具体的には上側把持部２２２及び溝２３２）の設計寸法に完全に適合した透光性チューブＴを通常の条件で使用する場合には、アタッチメント２００の各Ｕ字溝に透光性チューブＴを差し込むだけで、アタッチメント２００は十分な把持力で透光性チューブＴに取り付けられる。しかしながら、メーカーや種類（材質等）によって透光性チューブＴの外径の仕様値（標準値及び公差）は様々であり、例えば呼び径３ｍｍのチューブでも標準値が２．８ｍｍ程度と呼び径よりも１０％程度細いものもある。このような細いチューブを使用する場合には、十分な把持力が得られないことがある。また、標準温度においてはアタッチメント２００の設計寸法に完全に適合する透光性チューブＴであっても、例えば使用温度が低い場合には透光性チューブＴが収縮するため、アタッチメント２００の寸法に適合しなくなることもある。また、例えば液体センサ１をチューブにぶら下げて使用する場合など、大きな引抜力が加えられる場合にも把持力が不足する。このように細いチューブを使用する場合や、大きな引抜力が掛かる等して透光性チューブＴを把持する力が不足する場合には、結束バンドＢを使用して透光性チューブＴをアタッチメント２００に縛り付けて強く固定する。
【００７７】
結束バンドＢにより透光性チューブＴをアタッチメント２００に固定する場合には、アタッチメント２００の上側把持部２２２と溝２３２に透光性チューブＴを差し込んだ状態で、結束バンドＢの帯Ｂａを通し穴２５２の一方に上から下へ通し、次いで他方の通し穴２５２に下から上へ帯Ｂａを通した後、ロック機構ＢＬに帯Ｂａを差し込んで結束し、余った帯Ｂａを切断する。図６は、結束バンドＢを使用して透光性チューブＴが装着された状態を示す液体センサ１の外観図である。図６（ａ）は上面図であり、そのＤ−Ｄ断面図が図６（ｂ）である。図６に示されるように、結束バンドＢのロック機構ＢＬの大部分がアタッチメント２００の凹部２５０内に収容され、アタッチメント２００の外部にロック機構ＢＬが大きく突出しないようになっている。液体センサは、しばしば厨房等のスタッフが動き回る狭い空間内に剥き出しの状態で設置される。そのため、液体センサの筐体から突出した結束バンドのロック機構ＢＬに露出したスタッフの腕等が接触して、擦り傷が生じることがある。本実施形態の液体センサ１は、通常は結束バンドＢを使用せずに透光性チューブＴに装着することができ、また結束バンドＢを使用する場合もロック機構ＢＬがアタッチメント２００の凹部２５０内に収容されるため、ユーザが結束バンドＢのロック機構ＢＬに接触して傷を負うことが防止される。
【００７８】
次に、アタッチメント２００を液体センサ本体１００（具体的にはカバー５０）に取り付ける手順と機構を説明する。透光性チューブＴに装着されたアタッチメント２００は、透光性チューブＴをカバー５０の凹部５２に収容させ、凹部５２をアタッチメント２００により覆うようにカバー５０に取り付けられる。具体的には、透光性チューブＴをカバー５０側に向けて、アタッチメント２００のＸ軸方向両端に形成された側壁部２２０を、ケース５０のＸ軸方向両端に形成された支持壁５６、支持壁５３及び一対の連結壁５７により囲まれた空間に差し込むことで、ケース５０にアタッチメント２００が固定される。このとき、図４（ｂ）に示されるように、アタッチメント２００の四隅に配置された脚部２２６の係合爪２２８が、連結壁５７の下端と係合し、ケース５０からアタッチメントが外れないようになる。なお、スリット２２４が形成されているため、脚部２２６はＹ軸方向に弾性変形可能になっている。また、一対の係合爪２２８の間隔は、連結壁５７の内側面の間隔よりも広いため、アタッチメント２００を装着する際に、各係合爪２２８は対応する連結壁５７によりＹ軸方向内側へ押される。このとき、脚部２２６が弾性変形してＹ軸方向内側へ曲がることで、一対の係合爪２２８の間隔が一対の連結壁５７の内側面の間隔まで狭められる。一対の連結壁５７の間を通過すると、弾性力により一対の係合爪２２８の間隔は元に戻り、係合爪２２８が連結壁５７と係合してアタッチメント２００が外れなくなる。なお、係合爪２２８をＹ軸方向内側に押し込むことで、係合爪２２８と連結壁５７との係合が解除され、アタッチメント２００の取り外しが可能になる。
【００７９】
上述のように、本実施形態においては、アタッチメント２００は一般的な透光性チューブＴのサイズに対応した複数のサイズが用意されており、使用する透光性チューブＴに適合したサイズのアタッチメント２００が選択される。また、透光性チューブＴの位置決めは、アタッチメント２００と透光性チューブＴとのマッチングだけでなく、液体センサ本体１００（具体的にはカバー５０）側の寸法とのマッチングにも関係する。しかしながら、液体センサ本体１００の内部には光学素子を含む電気回路が配置されており、また防水構造も有しているため、ユーザが液体センサ本体１００のカバー５０を外すことは安全上及び品質保証上好ましくない。そのため、細い透光性チューブＴを使用する場合には、透光性チューブＴの中心軸が光軸上に正確に配置されるように、チューブアジャスタ３００が使用される。
【００８０】
図７はチューブアジャスタ３００を使用して液体センサ１に透光性チューブＴを装着する状態を説明する分解図であり、図８はチューブアジャスタ３００の外観を示す斜視図である。なお、本実施形態におけるチューブアジャスタ３００は、樹脂により一体成形された部材である。
【００８１】
図８に示されるように、チューブアジャスタ３００は、円筒を縦割りにしたような形状を有する、軸方向に並べて配置された２つのチューブ保持部３１０と、この２つのチューブ保持部３１０の底部を連結する連結部３２０と、各チューブ保持部３１０の下部に互いに平行に配置された２つの脚部３３０を有している。
【００８２】
チューブ保持部３１０の円柱面状の外周面は、カバー５０の支持壁５３に形成されたＵ字溝５３ａに対応する形状に形成されている。また、２つのチューブ保持部３１０の配置間隔は、各光学系の光軸を挟んで隣接する２つの支持壁５３と同じ配置間隔になっている。そして、２つのチューブ保持部３１０は、一方の光学系の光軸を挟んで隣接する２つの支持壁５３のＵ字溝５３ａ上に配置される。また、平行に配列した２つの脚部３３０の外側間隔（Ｘ軸方向外側の面同士の間隔）は、各光学系の光軸を挟んで隣接する２つの支持壁５３の内側間隔（Ｘ軸方向内側の面同士の間隔）と一致するようになっている。そのため、チューブアジャスタ３００の２つの脚部３３０は上記の隣接する２つの支持壁５３の間に差し込まれ、チューブアジャスタ３００はＸ軸方向に移動できなくなる。また、脚部３３０はＹ軸方向に長く形成されているため、チューブ保持部３１０が支持壁５３のＵ字溝５３ａに沿って回転する移動も制限される。すなわち、脚部３３０によりチューブアジャスタ３００の位置が固定される。このようにしてカバー５０にチューブアジャスタ３００を装着した後に、上述した方法で透光性チューブＴに取り付けたアタッチメント２００をカバー５０に装着することで、液体センサを透光性チューブＴに取り付けることができる。
【００８３】
以上のように、本発明の実施形態に係る液体センサ１では、遮光ガイド４０、カバー５０、及びアタッチメント２００により、光学素子の光軸に対して透光性チューブＴが正確に位置決めされる。すなわち、遮光ガイド４０がカバー５０に対して光源３４及び受光素子３５を正確に位置決めし、アタッチメント２００がカバー５０に対して透光性チューブＴを正確に位置決めすることにより、透光性チューブＴが光源３４及び受光素子３５の光軸に対して正確に位置決めされる。そのため、透光性チューブＴ内の液体の検出を精度良く行うことが可能になっている。
【００８４】
また、遮光ガイド４０、カバー５０、及びアタッチメント２００に組み込まれたガイド構造により、特に位置決め調整作業を行うことなく、各部材を組み立てるだけで自動的に位置決めが行われるようになっている。そのため、高精度の組み立てを極めて効率的に行うことを可能にしている。
【００８５】
次に、回路ユニット３０による液体検出処理について説明する。光源３４から放射されるモニタ光の光束は、透光性チューブＴの長さ方向と直交し、かつ透光性チューブＴの中心軸を通るように、透光性チューブＴの側面から照射される。透光性チューブＴ内に液体が存在するときは、液体と透光性チューブＴとの屈折率差が小さいさめ、透光性チューブＴの内壁（透光性チューブＴと液体との界面）においてモニタ光の光束はほとんど屈折せずに直進する。従って、モニタ光の光束は、透光性チューブＴを直進的に透過し、透光性チューブＴを挟んで光源３４と対向して配置された受光素子３５に入射し、検出される。
【００８６】
一方、透光性チューブＴ内が空の場合（気体で充填されている場合）は、気体と透光性チューブＴとの屈折率差が大きい為、透光性チューブＴの内壁においてモニタ光の光束は大きく屈折し、又は反射される。そのため、モニタ光の光束は透光性チューブＴを直進的に透過することができず、従って受光素子３５によって検出されない。
【００８７】
従って、液切れ判定回路３１ａは、原則的には、受光素子３５がモニタ光を検出したときに透光性チューブＴ内に液体が有ると判定し、モニタ光を検出しないときに透光性チューブＴ内に液体が無いと判定する。
【００８８】
しかしながら、透光性チューブＴ内には、しばしば気泡が存在するが、気泡はモニタ光の屈折や反射を起こすため、誤検出の原因となる。また、透光性チューブＴが空の場合でも、しばしば透光性チューブＴ内に液滴が存在する。液滴はモニタ光を直進的に透過させるため、やはり誤検出の原因となる。気泡や液滴による誤検出を防止するために、本発明の実施形態に係る液体センサには、複数（本実施形態では２つ）の光学系が設けられている。
【００８９】
また、複数の光学系による検出結果に基づいて、液切れか否かを判定するアルゴリズムにも複数のものが考えられる。使用する液体の種類や用途に応じて好適なアルゴリズムは変わり得る。そのため、本実施形態の液体センサ１は複数の動作モード（判定アルゴリズム）をユーザが選択できるように構成されている。動作モードの切り替えは、設定部３２の動作モード切り替えスイッチを操作して行われる。
【００９０】
以下に、液体センサ１に実装された３つの動作モードについて、説明する。表１は、液体センサ１が２つの光学系による液体検出結果に基づいて液切れを判定する３種類の動作モード（モード１〜モード３）を説明する表である。表１には、１０例の典型的な事例（ケース１〜１０）について、各光学系の検出結果と、各モードの判定結果が対比されている。表中の○印は、対応する光学系が液体を検出したこと、又は液切れ判定回路３１ａがチューブ内に液体有り（液切れしていない）と判定したことを示す。また、表中の×印は、対応する光学系が液体を検出しないこと、又は液切れ判定回路３１ａがチューブ内に液体無し（液切れ）と判定したことを示す。また、以下の説明においては、液体センサ１が備える２つの光学系を光学系Ａ及び光学系Ｂと呼ぶ。また、表１における光源３４Ａ及び受光素子３５Ａは光学系Ａを構成する光学素子であり、光源３４Ｂ及び受光素子３５Ｂは光学系Ｂを構成する光学素子である。
【００９１】
【表１】
【００９２】
＜モード１＞
モード１は、は、少なくとも一つの光学系がモニタ光を検出（すなわち液体を検出）した場合に、透光性チューブＴ内に液体が有ると判定し、全ての光学系がモニタ光を検出しない場合に、透光性チューブＴ内に液体が無い（液切れ）と判定する、言わばＯＲ型の動作モードである。以下に説明するように、モード１は小さな気泡による誤検出を抑制するために有効な動作モードである。
【００９３】
透光性チューブＴ内に生じる気泡の大きさは、通常は０．１ｍｍ程度から数ｍｍ程度である。従って、２つの光学系の光束の間隔をこれより狭く設定すると、一つの気泡により２つの光学系が同時に誤検出する可能性がある。従って、大きな気泡による誤検出を防止するためには、２つの光学系の光束の間隔を１０ｍｍ以上にする必要がある。また、貯液タンクが空に近づくと、貯液タンクの液面が輸液管の採取口まで下がり、貯液タンク内の空気と一緒に液体が輸液管に取り込まれる。このため、貯液タンクに十分な残量がある場合にはほとんど発生しない１５ｍｍ以上（より典型的には２０ｍｍ以上）の長さの気泡が頻繁に発生する。従って、一般的な用途においては、１５ｍｍ以上（望ましくは２０ｍｍ以上）の気泡が検出された場合には、液切れと判定した方が望ましい。そこで、本発明の実施形態においては、複数の光学系（モニタ光の光束）の配置間隔が１５ｍｍ以上（望ましくは２０ｍｍ以上）に設定される。本実施形態では、２つの光学系の光束の間隔は２０ｍｍに設定されている。この配置間隔の最適な寸法は、使用する液体の粘土や透光性チューブＴの内径等によって異なる場合がある。
【００９４】
次に、表１を参照してモード１における具体的な判定例を説明する。表１におけるケース１〜５は透光性チューブＴに液体が充填されている場合の事例であり、ケース６〜１０は透光性チューブＴに液体が空の場合の事例である。各事例は、気泡又は液滴の、有無、位置、個数又は大きさが異なる。
【００９５】
ケース１は気泡が無い事例であり、当然ながら全ての光学系が液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは透光性チューブＴ内に液体があると判定する。ケース２〜５はチューブ内に気泡が存在する場合の事例である。ケース２は、２つの光学系の中途に気泡が存在する事例であり、いずれの光学系の光路上にも気泡が位置していないため、全ての光学系が液体を検出し、液切れ判定回路３１ａは液体有りと判定する。ケース３は、一方の光学系（この場合は光学系Ｂ）の光路上に気泡が位置する事例である。この場合、光学系Ｂは液体を検出しないが、光学系Ａは液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは液体有りと判定する。ケース４も、ケース３と同様に一方の光学系（この場合は光学系Ａ）の光路上に気泡が位置する事例である。この場合も、光学系Ａは液体を検出しないが、光学系Ｂは液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは液体有りと判定する。ケース３やケース４のように、比較的に小さな気泡がいずれか一方の光学系の光路上に位置する状況は、一般的な液体センサの用途において頻繁に生じるものであり、従来の単一の光学系を有する液体センサにおいて課題となっていた誤動作に基づく液切れ警報頻発の主要因である。モード１では、このような状況に起因する誤動作が防止されるため、不要な警報の発生を大幅に低減させることができる。また、ケース５は大きな気泡が発生した事例である。この場合、全ての光学系が液体を検出せず、液切れ判定回路３１ａは液切れ（液体無し）と判定する。上述のように、液体の供給源の残量が少なくなると、このような大きな気泡が生じる場合が多いため、ケース５において液切れを判定することは望ましい構成といえる。従って、気泡に関するケース１〜５のいずれの事例においても、モード１では適切な液切れ判定がなされる。
【００９６】
ケース６は、透光性チューブＴ内に液体が無く、液滴も無い事例である。当然ながら全ての光学系が液体を検出しないため、液切れ判定回路３１ａは液切れと判定する。ケース７は、２つの光学系の中途に液滴が存在する事例であり、いずれの光学系の光路上にも液滴が位置していないため、全ての光学系が液体を検出せず、液切れ判定回路３１ａは液切れと判定する。ケース８は、一方の光学系（この場合は光学系Ｂ）の光路上に液滴が位置する事例である。この場合、光学系Ａは液体を検出しないが、光学系Ｂが液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは液体有りと誤判定する。ケース４も、ケース３と同様に一方の光学系（この場合は光学系Ａ）の光路上に液滴が位置する事例である。この場合も、光学系Ａは液体を検出しないが、光学系Ｂが液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは液体有りと誤判定する。また、ケース１０は各光学系の光路上に液滴が位置する事例である。この場合、全ての光学系が液体を検出するため、液切れ判定回路３１ａは液体有りと誤判定する。このように、モード１は、液滴に関する誤判定が多い傾向にある。しかしながら、ケース８〜９の状態に至る過程で必ず液切れ判定がなされ、警報が出されるため、一般的な用途においては、液滴に関する誤判定が実用上大きな支障となることは稀である。
【００９７】
＜モード２＞
モード２は、全ての光学系が液体を検出した場合に透光性チューブＴ内に液体が有ると判定し、一つでも液体を検出しない光学系がある場合に透光性チューブＴ内に液体が無いと判定する、言わばＡＮＤ型の動作モードである。表１に示されるように、モード２では気泡に関する誤動作の頻度が高い傾向がある（例えばケース３、ケース４）。言い換えれば、モード２は、気泡に対する感度が高く、精密化学分野や医療分野等の気泡の排除が必要な用途においては、気泡センサとして使用することができる。また、モード２は液滴に関する判定精度が高いという特徴もある（例えばケース８、ケース９）。そのため、モード２は、チューブが空であることを正確に判定する必要がある用途にも適している。
＜モード３＞
モード３は、１系統の光学系の検出結果に基づいて液体の有無を判定する動作モードであり、光学系を１系統のみ備えた従来の液体センサをエミュレートするものである。なお、本実施形態のモード３では、光学系Ａの検出結果に基づいて液体の有無が判定される。表１に示されるように、モード３の判定結果は、モード１とモード２の中間的なものとなっている。気泡に対しても液滴に対しても同程度の判定精度が望まれる用途に対して有効なモードである。また、光学系を１系統のみ備えた従来の液体センサを、動作条件を変更せずに新しいセンサに置き換える必要がある場合にも適している。
【００９８】
以上のように、本実施形態の液体センサ１は、用途に適した動作モードを選択して使用することができる。
【００９９】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１ …液体センサ
１００ …本体
１０ …筐体
１８ …ケーブル引き出し口
２０ …パッキン
２２ …防水キャップ
２４ …長ねじ
３０ …回路ユニット
３０ａ，３０ｂ …回路基板
３０ｃ …スペーサ
３４ …光源（ＬＥＤ光源）
３６ …受光素子（フォトダイオード）
３８ …ＬＥＤインジケータ
４０ …遮光ガイド
４０ｈ …丸孔
５０ …カバー
５１ …突出部
５２ …凹部
５３ …支持壁
５３ａ …Ｕ字溝
５４ …凹部５
５５ …鍔部
５６ …支持壁
５７ …連結壁
５８ …下側把持部
５９ …レンズ部
６０ …ケーブル
２００ …アタッチメント
２１０ …カバー部
２２０ …側壁部
２３０ …突出部
２４０ …突出部
２５０ …凹部
２５２ …通し穴
３００ …チューブアジャスタ
３１０ …チューブ保持部
３２０ …連結部
３３０ …脚部
Ｂ …結束バンド
Ｔ …透光性チューブＴ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性チューブ内の液体を光学的に検出するための液体センサであって、
光源及び受光素子が実装された回路基板と、
前記光源及び前記受光素子をそれぞれ覆って外光から遮蔽する複数の遮光部材と、
少なくとも一部が透光性を有し、前記回路基板が収容される内部空間を水密に覆う本体ケースと
を備えた本体を有し、
前記遮光部材には、前記光源の発光面及び前記受光素子の受光面と対向する位置に、前記光源が放射する光束を通過させるための第１の開口が形成されている、
ことを特徴とする液体センサ。
【請求項２】
前記透光性チューブの一部を覆って外光から遮蔽すると共に、前記本体に対して該透光性チューブの一部を位置決めして取り付けるアタッチメントを更に備える、
ことを特徴とする、請求項１に記載の液体センサ。
【請求項３】
前記光束は前記透光性チューブの中心軸と垂直に該透光性チューブに側面から入射し、
前記光束が前記透光性チューブに入射した箇所において、
前記透光性チューブ内に液体が有るときは、前記光束は該透光性チューブを直進的に透過して、前記受光素子により検出され、
前記透光性チューブ内に液体が無いときは、前記光束は該透光性チューブの内壁で屈折又は反射して、前記受光素子により検出さない
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項４】
前記本体ケースは、
遮光性を有する筐体と、
透光性を有し、前記筐体を水密に塞ぐカバーと
を有し、
前記カバーの外側には前記透光性チューブを収容する第１の溝が形成されており、
前記光束は、前記第１の溝の一方の側壁を介して、前記透光性チューブに入射し、
前記透光性チューブを直進的に透過した前記光束は、前記第１の溝の他方の側壁を介して前記受光素子に検出される
ことを特徴とする、請求項３に記載の液体センサ。
【請求項５】
前記光源と前記受光素子は、前記発光面と前記受光面が対向するように配置され、
前記遮光部材は、前記光源を覆う第１の遮光部材と、前記受光素子を覆う第２の遮光部材を含み
前記カバーの内側には、前記第１の遮光部材を収容する第１の凹部と、前記第２の遮光部材を収容する第２の凹部が形成され、
前記第１の開口が、前記光源の発光面と前記受光素子の受光面の間に配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の液体センサ
【請求項６】
前記第１の遮光部材は前記光源を収容する第３の凹部を有し、
前記第２の遮光部材は前記受光素子を収容する第４の凹部を有し、
前記第１及び第２の遮光部材は、それぞれ前記光源及び受光素子を、前記第３及び第４の凹部における所定の位置に案内する第１のガイド構造を有している
ことを特徴とする、請求項５に記載の液体センサ。
【請求項７】
前記カバー及び前記第１及び第２の遮光部材は、該第１及び第２の遮光部材を、それぞれ前記第１及び第２の凹部における所定の位置に案内する第２のガイド構造を有している
ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項８】
前記第２のガイド構造は、
前記第１及び第２の遮光部材の外側面の構造と、
前記第１及び第２の遮光部材の外側面の構造にそれぞれ対応した前記第１及び第２の凹部の内側面の構造と
を含むことを特徴とする請求項７に記載の液体センサ。
【請求項９】
前記第２のガイド構造は、前記第１及び第２の凹部における、
前記発光面又は前記受光面に面する第５の内側面と、
前記第５の内側面と対向し、該凹部の奥側ほど該第５の内側面に近接するように傾斜した第６の内側面と
を含むことを特徴とする、請求項８に記載の液体センサ。
【請求項１０】
前記アタッチメントは、
前記カバーとの間で前記透光性チューブを挟持する複数の第１の挟持部と、
前記カバーと係合する第１の係合部と
を有し、
前記カバーは、
前記アタッチメントとの間で前記透光性チューブを挟持する複数の第２の挟持部と、
前記アタッチメントと係合する第２の係合部と
を有することを特徴とする、請求項４から請求項９のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項１１】
前記第１の係合部は、弾性変形可能な脚部と、該脚部の先端に設けられた係合突起を有し、
前記第２の係合部は、前記係合突起を受ける受け部を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載の液体センサ。
【請求項１２】
前記アタッチメントは、
前記第１の溝を上方から覆う天井部と、
前記透光性チューブの軸方向における前記天井部の両端に設けられた一対の第１の遮光壁
を有し、
前記第１の遮光壁は、前記第１の挟持部の一つと、該第１の挟持部の両側に配置された一対の前記第１の係合部を有する
ことを特徴とする請求項１０又は１１のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項１３】
前記カバーは、
前記第１の溝によって隔てられた、前記透光性チューブの軸方向に延びる一対の突出部と、
前記透光性チューブの軸方向における前記カバーの両端に設けられ、該透光性チューブを収容する第２の溝を有する、一対の第２の遮光壁と、
前記第２の遮光壁の両端と前記一対の突出部の一端とをそれぞれ連結する一対の連結壁と
を有し、
前記複数の第２の挟持部の一つが、前記第１の溝の底部と前記第２の溝の底部とを連絡し、
前記アタッチメントを前記カバーに取り付けたときに、前記第１の遮光壁は、前記第２の遮光壁と、前記一対の突出部の一端と、前記一対の連結壁とで囲まれる空間に収容され、前記係合突起は前記連結壁と係合する
ことを特徴とする請求項１２に記載の液体センサ。
【請求項１４】
前記第１及び第２の挟持部は前記透光性チューブを収容するチューブ収容溝を有し、該チューブ収容溝の底部は収容可能な前記透光性チューブの外周面と同じ曲率の円柱面状に形成されている
ことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項１５】
前記チューブ収容溝よりも細径のチューブを挟持するためのチューブアジャスタを更に備え、
前記チューブアジャスタは、
それぞれ隣接する前記チューブ収容溝に収容される、縦割り円筒形状を有する一対のチューブ保持部と、
前記一対のチューブ保持部を連結する連結部と、
前記一対のチューブ保持部の下部にそれぞれ配置された一対の脚部と
を有する
ことを特徴とする請求項１４に記載の液体センサ。
【請求項１６】
前記アタッチメントは、結束バンド結束バンドのロック機構を収容する第５の凹部を有する
ことを特徴とする請求項２から請求項１４のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項１】
透光性チューブ内の液体を光学的に検出するための液体センサであって、
光源及び受光素子が実装された回路基板と、
前記光源及び前記受光素子をそれぞれ覆って外光から遮蔽する複数の遮光部材と、
少なくとも一部が透光性を有し、前記回路基板が収容される内部空間を水密に覆う本体ケースと
を備えた本体を有し、
前記遮光部材には、前記光源の発光面及び前記受光素子の受光面と対向する位置に、前記光源が放射する光束を通過させるための第１の開口が形成されている、
ことを特徴とする液体センサ。
【請求項２】
前記透光性チューブの一部を覆って外光から遮蔽すると共に、前記本体に対して該透光性チューブの一部を位置決めして取り付けるアタッチメントを更に備える、
ことを特徴とする、請求項１に記載の液体センサ。
【請求項３】
前記光束は前記透光性チューブの中心軸と垂直に該透光性チューブに側面から入射し、
前記光束が前記透光性チューブに入射した箇所において、
前記透光性チューブ内に液体が有るときは、前記光束は該透光性チューブを直進的に透過して、前記受光素子により検出され、
前記透光性チューブ内に液体が無いときは、前記光束は該透光性チューブの内壁で屈折又は反射して、前記受光素子により検出さない
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項４】
前記本体ケースは、
遮光性を有する筐体と、
透光性を有し、前記筐体を水密に塞ぐカバーと
を有し、
前記カバーの外側には前記透光性チューブを収容する第１の溝が形成されており、
前記光束は、前記第１の溝の一方の側壁を介して、前記透光性チューブに入射し、
前記透光性チューブを直進的に透過した前記光束は、前記第１の溝の他方の側壁を介して前記受光素子に検出される
ことを特徴とする、請求項３に記載の液体センサ。
【請求項５】
前記光源と前記受光素子は、前記発光面と前記受光面が対向するように配置され、
前記遮光部材は、前記光源を覆う第１の遮光部材と、前記受光素子を覆う第２の遮光部材を含み
前記カバーの内側には、前記第１の遮光部材を収容する第１の凹部と、前記第２の遮光部材を収容する第２の凹部が形成され、
前記第１の開口が、前記光源の発光面と前記受光素子の受光面の間に配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の液体センサ
【請求項６】
前記第１の遮光部材は前記光源を収容する第３の凹部を有し、
前記第２の遮光部材は前記受光素子を収容する第４の凹部を有し、
前記第１及び第２の遮光部材は、それぞれ前記光源及び受光素子を、前記第３及び第４の凹部における所定の位置に案内する第１のガイド構造を有している
ことを特徴とする、請求項５に記載の液体センサ。
【請求項７】
前記カバー及び前記第１及び第２の遮光部材は、該第１及び第２の遮光部材を、それぞれ前記第１及び第２の凹部における所定の位置に案内する第２のガイド構造を有している
ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項８】
前記第２のガイド構造は、
前記第１及び第２の遮光部材の外側面の構造と、
前記第１及び第２の遮光部材の外側面の構造にそれぞれ対応した前記第１及び第２の凹部の内側面の構造と
を含むことを特徴とする請求項７に記載の液体センサ。
【請求項９】
前記第２のガイド構造は、前記第１及び第２の凹部における、
前記発光面又は前記受光面に面する第５の内側面と、
前記第５の内側面と対向し、該凹部の奥側ほど該第５の内側面に近接するように傾斜した第６の内側面と
を含むことを特徴とする、請求項８に記載の液体センサ。
【請求項１０】
前記アタッチメントは、
前記カバーとの間で前記透光性チューブを挟持する複数の第１の挟持部と、
前記カバーと係合する第１の係合部と
を有し、
前記カバーは、
前記アタッチメントとの間で前記透光性チューブを挟持する複数の第２の挟持部と、
前記アタッチメントと係合する第２の係合部と
を有することを特徴とする、請求項４から請求項９のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項１１】
前記第１の係合部は、弾性変形可能な脚部と、該脚部の先端に設けられた係合突起を有し、
前記第２の係合部は、前記係合突起を受ける受け部を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載の液体センサ。
【請求項１２】
前記アタッチメントは、
前記第１の溝を上方から覆う天井部と、
前記透光性チューブの軸方向における前記天井部の両端に設けられた一対の第１の遮光壁
を有し、
前記第１の遮光壁は、前記第１の挟持部の一つと、該第１の挟持部の両側に配置された一対の前記第１の係合部を有する
ことを特徴とする請求項１０又は１１のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項１３】
前記カバーは、
前記第１の溝によって隔てられた、前記透光性チューブの軸方向に延びる一対の突出部と、
前記透光性チューブの軸方向における前記カバーの両端に設けられ、該透光性チューブを収容する第２の溝を有する、一対の第２の遮光壁と、
前記第２の遮光壁の両端と前記一対の突出部の一端とをそれぞれ連結する一対の連結壁と
を有し、
前記複数の第２の挟持部の一つが、前記第１の溝の底部と前記第２の溝の底部とを連絡し、
前記アタッチメントを前記カバーに取り付けたときに、前記第１の遮光壁は、前記第２の遮光壁と、前記一対の突出部の一端と、前記一対の連結壁とで囲まれる空間に収容され、前記係合突起は前記連結壁と係合する
ことを特徴とする請求項１２に記載の液体センサ。
【請求項１４】
前記第１及び第２の挟持部は前記透光性チューブを収容するチューブ収容溝を有し、該チューブ収容溝の底部は収容可能な前記透光性チューブの外周面と同じ曲率の円柱面状に形成されている
ことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の液体センサ。
【請求項１５】
前記チューブ収容溝よりも細径のチューブを挟持するためのチューブアジャスタを更に備え、
前記チューブアジャスタは、
それぞれ隣接する前記チューブ収容溝に収容される、縦割り円筒形状を有する一対のチューブ保持部と、
前記一対のチューブ保持部を連結する連結部と、
前記一対のチューブ保持部の下部にそれぞれ配置された一対の脚部と
を有する
ことを特徴とする請求項１４に記載の液体センサ。
【請求項１６】
前記アタッチメントは、結束バンド結束バンドのロック機構を収容する第５の凹部を有する
ことを特徴とする請求項２から請求項１４のいずれか一項に記載の液体センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−６３３２９（Ｐ２０１２−６３３２９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１０１１１（Ｐ２０１０−２１０１１１）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（５９２０７７９９２）株式会社ウエルコ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（５９２０７７９９２）株式会社ウエルコ (9)
【Ｆターム（参考）】
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