液量表示装置、電気湯沸かし器、液体保存容器、油量計
【課題】 周囲が暗い状況下においても、液量（液面の位置）の認識をより一層容易に行うことの可能な液量表示装置を提供する。
【解決手段】 液体を収容する容器１と、容器１内の液量を確認するための液量表示管２と、液量表示管２の一方の側に設けられ、紫外光から緑色可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を励起光として発光する固体光源４と、導光レンズとを有し、液量表示管２には、液面に浮かび、固体光源４からの励起光により蛍光を発光する蛍光体フロート５が配設され、導光レンズは、励起光の一部ＢＭ１が蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側から照射し、励起光の他の一部ＢＭ２が蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側とは反対の側から照射するように、固体光源４からの励起光を分岐導光する。
【解決手段】 液体を収容する容器１と、容器１内の液量を確認するための液量表示管２と、液量表示管２の一方の側に設けられ、紫外光から緑色可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を励起光として発光する固体光源４と、導光レンズとを有し、液量表示管２には、液面に浮かび、固体光源４からの励起光により蛍光を発光する蛍光体フロート５が配設され、導光レンズは、励起光の一部ＢＭ１が蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側から照射し、励起光の他の一部ＢＭ２が蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側とは反対の側から照射するように、固体光源４からの励起光を分岐導光する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液量表示装置、電気湯沸かし器、液体保存容器、油量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、特許文献２には、導水パイプの内部に、蛍光塗料を含んだ蛍光体フロート（浮き子）を設け、容器内の湯量は水位表示窓を通して、暗い場所でも蛍光体フロートの位置によって見分けることができる電気湯沸かし器が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−５９６６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２０９７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、周囲光による蛍光体の発光は、差程明るいものではなく、特許文献１、特許文献２の電気湯沸かし器では、暗い場所で（周囲が暗い状況下において）蛍光体フロートの位置を明確には視認することができないという問題があった。例えば、高齢者や視力の低下した人にとっては、液量（液面の位置）の認識を容易に行うことができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、周囲が暗い状況下においても、液量（液面の位置）の認識をより一層容易に行うことの可能な液量表示装置、電気湯沸かし器、液体保存容器、油量計を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、液体を収容する容器と、該容器内の液量を確認するための液量表示管と、液量表示管の一方の側に設けられ、紫外光から緑色可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光を分岐導光する導光レンズとを有し、前記液量表示管には、液体の表面（液面）に浮かび、前記固体光源からの励起光により励起され前記固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体フロートが配設されており、前記導光レンズは、前記固体光源からの励起光の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側から照射し、前記固体光源からの励起光の他の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように、前記固体光源からの励起光を分岐導光することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の液量表示装置において、前記導光レンズは、前記固体光源からの励起光の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側から照射し、前記固体光源からの励起光の他の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように、前記固体光源からの励起光を分岐し、励起光の一部を、蛍光体フロートに向けて蛍光体フロートを液量表示管の一方の側から照射する励起光分岐部と、該励起光分岐部によって分岐された前記固体光源からの励起光の他の一部を前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側に導光する励起光導光部と、該励起光導光部によって前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側に導光された励起光の他の一部を、前記蛍光体フロートに向けて前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように折り返す励起光折返し部とを有していることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする電気湯沸かし器である。
【０００９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする液体保存容器である。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする油量計である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１、請求項２記載の発明によれば、液体を収容する容器と、該容器内の液量を確認するための液量表示管と、液量表示管の一方の側に設けられ、紫外光から緑色可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光を分岐導光する導光レンズとを有し、前記液量表示管には、液体の表面（液面）に浮かび、前記固体光源からの励起光により励起され前記固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体フロートが配設されており、前記導光レンズは、前記固体光源からの励起光の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側から照射し、前記固体光源からの励起光の他の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように、前記固体光源からの励起光を分岐導光するので、液量表示管の一方の側にのみ固体光源が設けられている場合であっても、前記蛍光体フロートを液量表示管の一方の側からと液量表示管の一方の側とは反対の側からとの両方の側から照射して、前記蛍光体フロートの全面を発光させることができ、これにより、周囲が暗い状況下においても、液量（液面の位置）の認識をより一層容易に行うことができる。
【００１２】
また、請求項３、４、５記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられているので、周囲が暗い状況下においても、液量（液面の位置）の認識を従来に比べて容易に行うことことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の液量表示装置の一構成例を示す図である。
【図２】本発明の液量表示装置の一構成例を示す図である。
【図３】本発明の液量表示装置の光学系の構成例を示す図である。
【図４】本発明の液量表示装置の光学系の構成例を示す図である。
【図５】本発明の液量表示装置の光学系の構成例を示す図である。
【図６】図３において連通管を含む液量表示管を取り除いた状態を示す図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図８】導光レンズの励起光分岐部を示す図である。
【図９】導光レンズの励起光折返し部の断面図である。
【図１０】本発明の液量表示装置の光学系における固体光源からの励起光の概略光路を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の液量表示装置の一構成例を示す図である。図１を参照すると、本発明の液量表示装置は、液体（例えば水）３を収容する容器１と、該容器１と連通管９により連通し前記容器１内の液量（例えば水位）を確認するための液量表示管２と、紫外光から緑色可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を励起光として発光する固体光源４とを有し、前記液量表示管２には、液体３の液面に浮かび、前記固体光源４からの励起光ＢＭ１により励起され、前記固体光源４の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体フロート（浮き子）５が配設されている。
【００１６】
ここで、液量表示管２は、透明な材料で構成されているのが好ましい。また、図１の例では、液量表示管２には、液量表示管２と容器１との間で液体３の連通を妨げずに蛍光体フロート５を液量表示管２内に保持するためのストッパー８が設けられている。具体的に、このストッパー８は、例えばメッシュ状のもので構成されており、この場合、メッシュの目の粗さは、蛍光体フロート５の径よりも細かいが、固体光源４からの励起光の蛍光体フロート５への光路をできる限り妨げない粗さであるのが好ましい。また、このストッパー８は、例えば、固体光源４からの励起光を透過させる材料（透明材料）で形成されていても良い。
【００１７】
また、固体光源４には、紫外光から緑色可視光領域に発光波長をもつ発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などが使用可能である。
【００１８】
より具体的に、固体光源４には、例えば、ＩｎＧａＮ系の材料を用いた発光波長が３８０ｎｍ〜４０５ｎｍの近紫外光を発光するＬＥＤやＬＤを用いることができる。この場合、蛍光体フロート５に含まれる蛍光体としては、波長が約３８０ｎｍ乃至約４０５ｎｍの紫外光により励起されるものとして、赤色蛍光体としては、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等が用いられ、黄色蛍光体には、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋等が用いられ、緑色蛍光体には、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋等が用いられ、青色蛍光体には、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋等を用いることができる。
【００１９】
また、固体光源４には、ＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約４６０ｎｍ程度の青色光を発光するＬＥＤやＬＤを用いることができる。この場合、蛍光体フロート５に含まれる蛍光体としては、波長が約４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体としては、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等が用いられ、黄色蛍光体には、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋等が用いられ、緑色蛍光体には、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｌｕ，Ｙ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋等を用いることができる。
【００２０】
また、蛍光体フロート５は、液量表示管２において液体３の液面に浮かぶように重さが調整されている。蛍光体フロート５に使用される材料としては、液体３の比重よりも小さい比重の材質を選択しても良いし、蛍光体フロート５の内部に適当な容積の空洞を設け、液体３の液面に浮かぶように設計しても良い。蛍光体フロート５は、必ずしも球状である必要はなく、円錐状、円柱状、多角形などの形状をとっても良い。
【００２１】
また、液量表示管２内での液面の上下変動に伴う蛍光体フロート５の上下変異を妨げないように、また、液量表示管２が、容器１から外部への液体３の吐出経路を兼ねている場合は、液体３の吐出の妨げにならないように、蛍光体フロート５の外径は、液量表示管２の内径に対して小さいものである必要がある。
【００２２】
また、本発明の液量表示装置が電気湯沸かし器や保温容器などに用いられる場合、蛍光体フロート５は、例えば熱湯中で劣化しないことが求められるため、蛍光体が分散される蛍光体フロート５の材料には耐熱性の高い材質が適しており、好ましくは、耐熱性が１５０℃以上の材料が用いられるのが良い。具体的には、蛍光体が分散される蛍光体フロート５の材料としては、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの材料が好ましい。また、蛍光体フロート５の材料としては、上述した組成の蛍光体粉末をＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３などの成分を含むガラス中に分散したものも使用することができる。ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体としては、Ｃｅ３＋やＥｕ２＋を付活剤として添加したＣａ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系やＹ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系などの酸窒化物系ガラス蛍光体を用いても良い。蛍光体フロート５には蛍光体セラミックスを用いることもできる。
【００２３】
このような構成の液量表示装置では、液量表示管２において液体３の表面（液面）に浮かんでいる蛍光体フロート５に、空間的に離れて配置されている固体光源４からの励起光を照射すると、蛍光体フロート５に含まれている蛍光体が固体光源４からの励起光により励起されて発光し（蛍光発光し）、この蛍光体フロート５の発光により、周囲が暗い状況下においても、液量表示管２において液体３の表面（液面）の位置を容易に視認することができ（視認性を高めることができ）、液量（液面の位置）の認識を従来に比べてより一層容易に行うことができる（例えば視力の低下した人でも液量（液面の位置）の認識を容易に行うことができる）。
【００２４】
しかし、図１のように液量表示管２の一方の側に（図１の例では、液量表示管２の下側に）固体光源４を配置して蛍光体フロート５を照明する場合、図１の例では、固体光源４からの励起光ＢＭ１は蛍光体フロートの外面の下側しか照射しないため、蛍光体フロート５の下半分しか蛍光発光せず、周囲が暗い状況下での視認性向上は不十分である。
【００２５】
蛍光体フロート５の全面からの蛍光の発光を得るためには、図２に示すように蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）からの励起光ＢＭ１のみならず、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）からの励起光ＢＭ２によっても照明することが望ましい。
【００２６】
単純には、液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）に固体光源４を配置するだけでなく、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）にも同様の固体光源を配置し、蛍光体フロート５を上下双方の固体光源からの励起光ＢＭ１、ＢＭ２によって照明すればよい。但し、この場合には、固体光源およびその駆動回路が少なくとも２組必要となり、コスト面、消費電力面で課題が残る。また、通常、電気湯沸かし器では、液量表示管２は液体３の吐出口に接続されており、操作パネルその他の構成物も取り付けられるため、液量表示管２の上方に固体光源を格納する空間を確保することは難しい。
【００２７】
そこで、本願の発明者は、液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）の固体光源４だけで（すなわち、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）には固体光源を設けずに）、図２に示すように蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）からの励起光ＢＭ１のみならず、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）からの励起光ＢＭ２によっても照明する光学系を案出した。
【００２８】
図３、図４、図５は、液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）の固体光源４だけで、蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）からの励起光ＢＭ１のみならず、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）からの励起光ＢＭ２によっても照明する光学系の構成例を示す図であり、図３は斜視図、図４は図３のＡ方向から見た図（正面図）、図５は側面図である。すなわち、図３には、連通管９を含む液量表示管２と、液量表示管２内に配置された蛍光体フロート（図示せず）を液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）からの励起光ＢＭ１のみならず、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）からの励起光ＢＭ２によっても照明するための導光レンズ１０からなる光学系が示されている。また、一般的に液量表示管２は連通管９が接続された側とは反対側の面から観察される。図４は、その観察面側から見た正面図であり、図４において、破線で示された矩形領域１１が筐体（図示せず）に設けられた液量観察窓を示している。
【００２９】
また、図６には、図３において連通管９を含む液量表示管２を取り除いた状態、すなわち導光レンズ１０からなる光学系だけが示されている。また、図７は図５のＢ−Ｂ線における断面図である。また、図８（ａ）、（ｂ）は導光レンズ１０の励起光分岐部２３を示す図であり、図８（ａ）は平面図（上面図）、図８（ｂ）は断面図である。また、図９は導光レンズ１０の励起光折返し部２５の断面図である。なお、図８（ｂ）、図９の断面図では、図７の断面図において斜線で示した断面のみが拡大されて示されている。
【００３０】
図３乃至図９を参照すると、導光レンズ１０は、固体光源４からの励起光を分岐導光するものであって、液量表示管２を囲むように配置されている。但し、導光レンズ１０には、容器３と液量表示管２とを連通する連通管９を妨げない範囲と、外部筐体（図示せず）に設けられる液量観察窓１１からの液量観察を妨げない範囲で、開口部１３、１４が設けられている。
【００３１】
より詳細に、導光レンズ１０は、固体光源４からの励起光の一部ＢＭ１が蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側から照射し、固体光源４からの励起光の他の一部ＢＭ２が蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側とは反対の側から照射するように、固体光源４からの励起光を分岐導光するようになっており、このため、導光レンズ１０は、固体光源からの励起光をＢＭ１とＢＭ２とに分岐し、励起光の一部ＢＭ１を、蛍光体フロート５に向けて蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側から照射する励起光分岐部２３と、該励起光分岐部２３によって分岐された固体光源４からの励起光の他の一部ＢＭ２を液量表示管２の一方の側とは反対の側に導光する励起光導光部２４と、該励起光導光部２４によって液量表示管２の一方の側とは反対の側に導光された励起光の他の一部ＢＭ２を、蛍光体フロート５に向けて蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側とは反対の側から照射するように折り返す励起光折返し部２５とを有している。
【００３２】
導光レンズ１０は、励起光に対し十分な透過率を持つ材質ならば任意の材質のものを用いることができる。例えば、ポリメチルメタクレート（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）やシクロオレフィン（ＣＯＰ）などの、一般的に光学用途で用いられる透明な熱可塑性樹脂（射出成形などで製造可能）を用いることができる。ただし、固体光源４として近紫外光を発光するものを用いる場合は、耐ＵＶ特性に優れたグレードを選択する必要がある。
【００３３】
また、上述したように、励起光分岐部２３は、固体光源４からの励起光の一部ＢＭ１を、蛍光体フロート５を図２において下側から照射するために液量表示管２内の蛍光体フロート５に直接向かわせ、固体光源４からの励起光の他の一部ＢＭ２を、蛍光体フロート５を図２において上側から照射するために励起光導光部２４に導く機能を有している。このため、励起光分岐部２３は、固体光源４を格納する固体光源格納部２６と、固体光源４からの励起光の一部ＢＭ１を液量表示管２内の蛍光体フロート５に直接導くように出射するための励起光第一出射面２８と、固体光源４からの励起光の他の一部ＢＭ２を励起光導光部２４に導くための（励起光導光部２４に向けて反射するための）略円錐状の励起光第一反射面２７、及び、略円錐台状の励起光第二外反射面２９、励起光第二内反射面３０とにより構成されている。
【００３４】
また、励起光導光部２４は、液量表示管２と容器１とを連通する連通管９を通すための開口部１３と、液量観察窓１１からの液量観察を妨げないための開口部１４とが設けられている略円筒状の形状を有しており（すなわち、液量表示管２への連通管９と液量表示窓１１の為の開口部１３、１４を除いて、液量表示管２を囲む部分的な略円筒形状となっており）、励起光分岐部２３から導かれた光ＢＭ２を液量表示管２の上方に導光し励起光折返し部２５に到達させる機能を有している。このため、励起光導光部２４は、励起光導光外面３１と、励起光導光内面３２とを有している。
【００３５】
また、励起光折返し部２５は、励起光導光部２４から導かれた光ＢＭ２を下方向へ折り返して、液量表示管２内の蛍光体フロート５を上側から照射する機能を有している。このため、励起光折返し部２５は、励起光折返し第一反射面３３と、励起光折返し第二反射面３４と、励起光第二出射面３５とを有している。
【００３６】
図１０はこのような構成の光学系における固体光源４からの励起光ＢＭ１、ＢＭ２の概略光路を示す図である。なお、図１０では、説明を簡単にするために、断面の部分のみが示されている。
【００３７】
次に、このような構成の光学系を、図３乃至図１０に基づいて、より詳細に説明する。
【００３８】
励起光分岐部２３において、固体光源格納部２６に格納された固体光源４から出射した励起光の他の一部ＢＭ２は、入射面４１に対向する面に形成された略円錐状の励起光第一反射面２７で励起光第二外反射面２９の方向に反射される。ここで、励起光第一反射面２７は、金属薄膜などを成膜して鏡面反射面を形成しても良いが、励起光第一反射面２７の稜線と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ１を４５度乃至６０度に設定すれば、導光レンズ１０による全反射で効率良く光ＢＭ２を励起光第二外反射面２９に導くことができる。導光レンズ１０には、連通管９及び液量観察窓１１の為の開口部１３、１４があり、従って、励起光第二外反射面２９のない角度範囲があり、励起光第一反射面２７は部分的な円錐形状をなす。励起光第一反射面２７が形成されていない入射面に対向する面は、励起光第一出射面２８となる。励起光第一出射面２８は、液量表示管２の中心軸Ｚを面法線とする平面でも良いし、液量表示管２の中心軸Ｚ方向に励起光が集光するようなレンズ形状にしても良い。励起光第一出射面２８から出射された励起光ＢＭ１は、液量表示管２に入射し、液量表示管２内を導光しながら上方に向かい、蛍光体フロート５を下側から照射する（図１０を参照）。なお、導光レンズ１０の導光効率を考えなければ、蛍光体フロート５を上側から照射する光量（ＢＭ２の光量）と、下側から照射する光量（ＢＭ１の光量）は、励起光第一反射面２７が形成された角度範囲（２×φ１）と、励起光第一出射面２８が形成された角度範囲（φ２＋φ２’）との比率で略定まる。
【００３９】
励起光第二外反射面２９に導かれた励起光ＢＭ２は、励起光第二外反射面２９と励起光第二内反射面３０との間で反射により導光されて励起光導光部２４に導かれる。励起光第二外反射面２９と励起光第二内反射面３０は、液量表示管２の中心軸Ｚを中心とする略部分円錐形状をなす。励起光第二外反射面２９と励起光第二内反射面３０は、互いに平行であるか、あるいは、励起光第二外反射面２９の稜線と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ２を励起光第二内反射面３０の稜線と液量表示管２の中心軸Ｚのなす角θ３よりも大きくとることが望ましい。励起光第二外反射面２９及び励起光第二内反射面３０は、金属薄膜などを成膜して鏡面反射面を形成しても良いが、励起光第二外反射面２９の稜線と液量表示管２の中心軸Ｚのなす角θ２を略４５度に設定すれば、全反射によって励起光ＢＭ２を励起光導光部２４に導くことができる。
【００４０】
また、励起光導光部２４を構成する励起光導光外面３１と励起光導光内面３２は、金属薄膜などを成膜して鏡面反射面を形成しても良いが、互いに平行であるか、あるいは、両面３１、３２の間隔が励起光折返し部２５に向けて広がるように設定されることが望ましい。励起光導光部２４に導かれた励起光ＢＭ２は、励起光導光外面３１と励起光導光内面３２との間で反射されて励起光折返し部２５に導かれる。
【００４１】
励起光折返し部２５に導かれた励起光ＢＭ２は、励起光折返し第一反射面３３と励起光折返し第二反射面３４とからなる略山形形状で、折り返され、励起光第二出射面３５から略下方に向けて出射されて、蛍光体フロート５を上側から照射する（図１０を参照）。
【００４２】
励起光折返し第一反射面３３と励起光折返し第二反射面３４は、金属薄膜などを成膜して鏡面反射面を形成しても良いが、励起光折返し第一反射面３３と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ４を略４０〜４５度に設定し、励起光折返し第二反射面３４と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ５を略４５〜６０度に設定すれば、励起光ＢＭ２の多くを全反射によって折り返すことができる。また、励起光第二出射面３５は、液量表示管２の中心軸Ｚを面法線とする平面でも良いし、液量表示管２を広く照明するように励起光ＢＭ２が拡散するようなレンズ形状にしても良い。
【００４３】
上述したように、導光レンズ１０の各反射面等は、金属薄膜や反射フィルムを塗布したものにすることもできるし、あるいは、全反射の条件を満たす角度にして光を全反射させることもできるが、光の導光効率を上げるには、全反射による方が好ましい。
【００４４】
次に、本発明の液量表示装置の具体例、比較例を説明する。比較例では、導光レンズ１０を設けないものにし、本発明の液量表示装置の具体例では、導光レンズ１０を設けた。なお、比較例と具体例とでは、同じ液量表示管２、連通管９、固体光源４を用いた。
【００４５】
すなわち、液量表示管２を外径１２ｍｍ（内径１０ｍｍ）、長さ１３０ｍｍのガラス管とし、連通管９を外径１２ｍｍ（内径１０ｍｍ）のガラス管とした。そして、液体３の液面が、液量表示管２の底部から８０ｍｍの高さにあるとした。
【００４６】
比較例では、液量表示管２の底部の下方０．５ｍｍのところに、固体光源４として、幅１．６ｍｍ、奥行き１．２ｍｍ、高さ１．０ｍｍの面実装ＬＥＤを配置した。シミュレーションによれば、面実装ＬＥＤからの出射光束を１０ルーメンとしたとき、比較例では、液体３の液面に下方から入射する光束は５．４ルーメンであり、液体３の液面に上方から入射する光束は０ルーメンであった。液体３の液面に浮かぶ蛍光体フロート５は、下方からのみ照射され、従って、比較例では、蛍光体フロート５の下半分のみ発光する。実際には、液量表示管２の格納部分壁面からの迷光による上面からの入射もゼロではないが、蛍光体フロート５はほぼ下側からのみ照明されると考えてよい。
【００４７】
本発明の液量表示装置の具体例では、比較例に用いられたのと同じ液量表示管２、連通管９、固体光源４に、以下のような導光レンズ１０を組み合わせた。
【００４８】
すなわち、励起光分岐部２３の励起光第一出射面２８の外径は、液量表示管２の外径と同じく１２ｍｍとした。また、励起光分岐部２３の底面から励起光第一出射面２８までの厚み（高さ）を５ｍｍとし、励起光分岐部２３の底面に内径７ｍｍ、深さ１．５ｍｍの円筒状の固体光源格納部２６を設けた。また、励起光第一反射面２７の稜線が液面表示管２の中心軸Ｚとなす角θ１を６０度とし、液量観察窓１１の方向に角度φ２が３０度、連通管９の方向に角度φ２’が４５度の範囲に半径３．６ｍｍで第一出射面２８を形成した。また、励起光第二外反射面２９が液面表示管２の中心軸Ｚとなす角θ２は４５度であり、励起光第二内反射面３０は励起光第二外反射面２９と平行にした。励起光第二外反射面２９、励起光第二内反射面３０のそれぞれは、励起光第一反射面２７から連続して形成される。励起光分岐部２３の底面から励起光第二外反射面２９と励起光導光外面３１との接続部までの高さは１０ｍｍである。
【００４９】
また、励起光導光部２４は、励起光第二外反射面２９、励起光第二内反射面３０から連続して形成され、その長さは１０５ｍｍ、その略円筒形上の外径は２８ｍｍ、内径は２２ｍｍである。励起光導光外面３１と励起光導光内面３２は、互いに平行にした。
【００５０】
また、励起光折返し部２５は、外径２８ｍｍ、内径１４ｍｍ、最大高さ６ｍｍの略円筒状である。励起光折返し第一反射面３３と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ４は４０度、励起光折返し第二反射面３４と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ５は５５度とした。励起光第二出射面３５は、液量表示管２の中心軸Ｚを面法線とする平面であるが、励起光第二出射面３５と励起光折返し部２５の内壁との稜線には、所定半径のフィレットがつけてある。
【００５１】
また、本発明の液量表示装置の具体例では、励起光分岐部２３の固体光源格納部２６の入射面４１よりも０．５ｍｍ下方のところに、固体光源４として、幅１．６ｍｍ、奥行き１．２ｍｍ、高さ１．０ｍｍの面実装ＬＥＤを配置した。なお、液体３の液面が、液量表示管２の底部から８０ｍｍの高さにあるとした。
【００５２】
シミュレーションによれば、面実装ＬＥＤからの出射光束を１０ルーメンとしたとき、液体３の液面に下方から入射する光束は３．３ルーメン、液体３の液面に上方から入射する光束は０．３ルーメンであった。液体３の液面に浮かぶ蛍光体フロート５には、下方および上方から励起光ＢＭ１、ＢＭ２が照射され、従って、蛍光体フロート５の上半分も発光し、暗所での液量表示管２の視認性を十分高めることができる。
【００５３】
以上のように、導光レンズ１０を用いて、液量表示管２の一方の側（この例では、下側）に設けられた固体光源４からの励起光をＢＭ１とＢＭ２とに分岐し、蛍光体フロート５を下方および上方の両方向から照射することによって、蛍光体フロート５は全面的に発光し、暗所での液量表示管の視認性を十分高めることができる。
【００５４】
なお、図１、図２の例では、液量表示管２と容器１との間に連通管９が設けられているが、液量表示管２と容器１との間が連通していれば良く、連通管９は必ずしも設けられていなくともよい（すなわち、液量表示管２と容器１とが直接連通していてもよい）。
【００５５】
また、上述の例では、本発明の液量表示装置を電気湯沸かし器（コーヒーメーカー等も含む）に用いる場合について説明したが、本発明の液量表示装置を液体保存容器（例えばテルモスなどの水筒、魔法瓶、電気ケトル等）や油量計（燃料タンクやファンヒーター、石油ストーブなどの油量計）などに用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、電気湯沸かし器、魔法瓶、電気ケトルなどの湯量計として、また、水筒、その他液体保存容器の水量計として、また、ファンヒータ、石油ストーブの灯油タンクの油量計として、また、ガスのフローメーターなどに利用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 容器
２ 液量表示管
３ 液体
４ 固体光源
５ 蛍光体フロート
８ ストッパー
９ 連通管
１０ 導光レンズ
１１ 液量観察窓
１３、１４ 開口部
２３ 励起光分岐部
２４ 励起光導光部
２５ 励起光折返し部
２６ 固体光源格納部
２７ 励起光第一反射面
２８ 励起光第一出射面
２９ 励起光第二外反射面
３０ 励起光第二内反射面
３１ 励起光導光外面
３２ 励起光導光内面
３３ 励起光折返し第一反射面
３４ 励起光折返し第二反射面
３５ 励起光第二出射面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液量表示装置、電気湯沸かし器、液体保存容器、油量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、特許文献２には、導水パイプの内部に、蛍光塗料を含んだ蛍光体フロート（浮き子）を設け、容器内の湯量は水位表示窓を通して、暗い場所でも蛍光体フロートの位置によって見分けることができる電気湯沸かし器が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−５９６６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２０９７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、周囲光による蛍光体の発光は、差程明るいものではなく、特許文献１、特許文献２の電気湯沸かし器では、暗い場所で（周囲が暗い状況下において）蛍光体フロートの位置を明確には視認することができないという問題があった。例えば、高齢者や視力の低下した人にとっては、液量（液面の位置）の認識を容易に行うことができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、周囲が暗い状況下においても、液量（液面の位置）の認識をより一層容易に行うことの可能な液量表示装置、電気湯沸かし器、液体保存容器、油量計を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、液体を収容する容器と、該容器内の液量を確認するための液量表示管と、液量表示管の一方の側に設けられ、紫外光から緑色可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光を分岐導光する導光レンズとを有し、前記液量表示管には、液体の表面（液面）に浮かび、前記固体光源からの励起光により励起され前記固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体フロートが配設されており、前記導光レンズは、前記固体光源からの励起光の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側から照射し、前記固体光源からの励起光の他の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように、前記固体光源からの励起光を分岐導光することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の液量表示装置において、前記導光レンズは、前記固体光源からの励起光の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側から照射し、前記固体光源からの励起光の他の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように、前記固体光源からの励起光を分岐し、励起光の一部を、蛍光体フロートに向けて蛍光体フロートを液量表示管の一方の側から照射する励起光分岐部と、該励起光分岐部によって分岐された前記固体光源からの励起光の他の一部を前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側に導光する励起光導光部と、該励起光導光部によって前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側に導光された励起光の他の一部を、前記蛍光体フロートに向けて前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように折り返す励起光折返し部とを有していることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする電気湯沸かし器である。
【０００９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする液体保存容器である。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする油量計である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１、請求項２記載の発明によれば、液体を収容する容器と、該容器内の液量を確認するための液量表示管と、液量表示管の一方の側に設けられ、紫外光から緑色可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光を分岐導光する導光レンズとを有し、前記液量表示管には、液体の表面（液面）に浮かび、前記固体光源からの励起光により励起され前記固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体フロートが配設されており、前記導光レンズは、前記固体光源からの励起光の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側から照射し、前記固体光源からの励起光の他の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように、前記固体光源からの励起光を分岐導光するので、液量表示管の一方の側にのみ固体光源が設けられている場合であっても、前記蛍光体フロートを液量表示管の一方の側からと液量表示管の一方の側とは反対の側からとの両方の側から照射して、前記蛍光体フロートの全面を発光させることができ、これにより、周囲が暗い状況下においても、液量（液面の位置）の認識をより一層容易に行うことができる。
【００１２】
また、請求項３、４、５記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられているので、周囲が暗い状況下においても、液量（液面の位置）の認識を従来に比べて容易に行うことことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の液量表示装置の一構成例を示す図である。
【図２】本発明の液量表示装置の一構成例を示す図である。
【図３】本発明の液量表示装置の光学系の構成例を示す図である。
【図４】本発明の液量表示装置の光学系の構成例を示す図である。
【図５】本発明の液量表示装置の光学系の構成例を示す図である。
【図６】図３において連通管を含む液量表示管を取り除いた状態を示す図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図８】導光レンズの励起光分岐部を示す図である。
【図９】導光レンズの励起光折返し部の断面図である。
【図１０】本発明の液量表示装置の光学系における固体光源からの励起光の概略光路を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の液量表示装置の一構成例を示す図である。図１を参照すると、本発明の液量表示装置は、液体（例えば水）３を収容する容器１と、該容器１と連通管９により連通し前記容器１内の液量（例えば水位）を確認するための液量表示管２と、紫外光から緑色可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を励起光として発光する固体光源４とを有し、前記液量表示管２には、液体３の液面に浮かび、前記固体光源４からの励起光ＢＭ１により励起され、前記固体光源４の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体フロート（浮き子）５が配設されている。
【００１６】
ここで、液量表示管２は、透明な材料で構成されているのが好ましい。また、図１の例では、液量表示管２には、液量表示管２と容器１との間で液体３の連通を妨げずに蛍光体フロート５を液量表示管２内に保持するためのストッパー８が設けられている。具体的に、このストッパー８は、例えばメッシュ状のもので構成されており、この場合、メッシュの目の粗さは、蛍光体フロート５の径よりも細かいが、固体光源４からの励起光の蛍光体フロート５への光路をできる限り妨げない粗さであるのが好ましい。また、このストッパー８は、例えば、固体光源４からの励起光を透過させる材料（透明材料）で形成されていても良い。
【００１７】
また、固体光源４には、紫外光から緑色可視光領域に発光波長をもつ発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などが使用可能である。
【００１８】
より具体的に、固体光源４には、例えば、ＩｎＧａＮ系の材料を用いた発光波長が３８０ｎｍ〜４０５ｎｍの近紫外光を発光するＬＥＤやＬＤを用いることができる。この場合、蛍光体フロート５に含まれる蛍光体としては、波長が約３８０ｎｍ乃至約４０５ｎｍの紫外光により励起されるものとして、赤色蛍光体としては、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等が用いられ、黄色蛍光体には、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋等が用いられ、緑色蛍光体には、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋等が用いられ、青色蛍光体には、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋等を用いることができる。
【００１９】
また、固体光源４には、ＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約４６０ｎｍ程度の青色光を発光するＬＥＤやＬＤを用いることができる。この場合、蛍光体フロート５に含まれる蛍光体としては、波長が約４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体としては、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等が用いられ、黄色蛍光体には、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋等が用いられ、緑色蛍光体には、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｌｕ，Ｙ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋等を用いることができる。
【００２０】
また、蛍光体フロート５は、液量表示管２において液体３の液面に浮かぶように重さが調整されている。蛍光体フロート５に使用される材料としては、液体３の比重よりも小さい比重の材質を選択しても良いし、蛍光体フロート５の内部に適当な容積の空洞を設け、液体３の液面に浮かぶように設計しても良い。蛍光体フロート５は、必ずしも球状である必要はなく、円錐状、円柱状、多角形などの形状をとっても良い。
【００２１】
また、液量表示管２内での液面の上下変動に伴う蛍光体フロート５の上下変異を妨げないように、また、液量表示管２が、容器１から外部への液体３の吐出経路を兼ねている場合は、液体３の吐出の妨げにならないように、蛍光体フロート５の外径は、液量表示管２の内径に対して小さいものである必要がある。
【００２２】
また、本発明の液量表示装置が電気湯沸かし器や保温容器などに用いられる場合、蛍光体フロート５は、例えば熱湯中で劣化しないことが求められるため、蛍光体が分散される蛍光体フロート５の材料には耐熱性の高い材質が適しており、好ましくは、耐熱性が１５０℃以上の材料が用いられるのが良い。具体的には、蛍光体が分散される蛍光体フロート５の材料としては、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの材料が好ましい。また、蛍光体フロート５の材料としては、上述した組成の蛍光体粉末をＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３などの成分を含むガラス中に分散したものも使用することができる。ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体としては、Ｃｅ３＋やＥｕ２＋を付活剤として添加したＣａ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系やＹ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系などの酸窒化物系ガラス蛍光体を用いても良い。蛍光体フロート５には蛍光体セラミックスを用いることもできる。
【００２３】
このような構成の液量表示装置では、液量表示管２において液体３の表面（液面）に浮かんでいる蛍光体フロート５に、空間的に離れて配置されている固体光源４からの励起光を照射すると、蛍光体フロート５に含まれている蛍光体が固体光源４からの励起光により励起されて発光し（蛍光発光し）、この蛍光体フロート５の発光により、周囲が暗い状況下においても、液量表示管２において液体３の表面（液面）の位置を容易に視認することができ（視認性を高めることができ）、液量（液面の位置）の認識を従来に比べてより一層容易に行うことができる（例えば視力の低下した人でも液量（液面の位置）の認識を容易に行うことができる）。
【００２４】
しかし、図１のように液量表示管２の一方の側に（図１の例では、液量表示管２の下側に）固体光源４を配置して蛍光体フロート５を照明する場合、図１の例では、固体光源４からの励起光ＢＭ１は蛍光体フロートの外面の下側しか照射しないため、蛍光体フロート５の下半分しか蛍光発光せず、周囲が暗い状況下での視認性向上は不十分である。
【００２５】
蛍光体フロート５の全面からの蛍光の発光を得るためには、図２に示すように蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）からの励起光ＢＭ１のみならず、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）からの励起光ＢＭ２によっても照明することが望ましい。
【００２６】
単純には、液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）に固体光源４を配置するだけでなく、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）にも同様の固体光源を配置し、蛍光体フロート５を上下双方の固体光源からの励起光ＢＭ１、ＢＭ２によって照明すればよい。但し、この場合には、固体光源およびその駆動回路が少なくとも２組必要となり、コスト面、消費電力面で課題が残る。また、通常、電気湯沸かし器では、液量表示管２は液体３の吐出口に接続されており、操作パネルその他の構成物も取り付けられるため、液量表示管２の上方に固体光源を格納する空間を確保することは難しい。
【００２７】
そこで、本願の発明者は、液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）の固体光源４だけで（すなわち、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）には固体光源を設けずに）、図２に示すように蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）からの励起光ＢＭ１のみならず、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）からの励起光ＢＭ２によっても照明する光学系を案出した。
【００２８】
図３、図４、図５は、液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）の固体光源４だけで、蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）からの励起光ＢＭ１のみならず、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）からの励起光ＢＭ２によっても照明する光学系の構成例を示す図であり、図３は斜視図、図４は図３のＡ方向から見た図（正面図）、図５は側面図である。すなわち、図３には、連通管９を含む液量表示管２と、液量表示管２内に配置された蛍光体フロート（図示せず）を液量表示管２の一方の側（例えば、液量表示管２の下側）からの励起光ＢＭ１のみならず、液量表示管２の一方の側とは反対の側（例えば、液量表示管２の上側）からの励起光ＢＭ２によっても照明するための導光レンズ１０からなる光学系が示されている。また、一般的に液量表示管２は連通管９が接続された側とは反対側の面から観察される。図４は、その観察面側から見た正面図であり、図４において、破線で示された矩形領域１１が筐体（図示せず）に設けられた液量観察窓を示している。
【００２９】
また、図６には、図３において連通管９を含む液量表示管２を取り除いた状態、すなわち導光レンズ１０からなる光学系だけが示されている。また、図７は図５のＢ−Ｂ線における断面図である。また、図８（ａ）、（ｂ）は導光レンズ１０の励起光分岐部２３を示す図であり、図８（ａ）は平面図（上面図）、図８（ｂ）は断面図である。また、図９は導光レンズ１０の励起光折返し部２５の断面図である。なお、図８（ｂ）、図９の断面図では、図７の断面図において斜線で示した断面のみが拡大されて示されている。
【００３０】
図３乃至図９を参照すると、導光レンズ１０は、固体光源４からの励起光を分岐導光するものであって、液量表示管２を囲むように配置されている。但し、導光レンズ１０には、容器３と液量表示管２とを連通する連通管９を妨げない範囲と、外部筐体（図示せず）に設けられる液量観察窓１１からの液量観察を妨げない範囲で、開口部１３、１４が設けられている。
【００３１】
より詳細に、導光レンズ１０は、固体光源４からの励起光の一部ＢＭ１が蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側から照射し、固体光源４からの励起光の他の一部ＢＭ２が蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側とは反対の側から照射するように、固体光源４からの励起光を分岐導光するようになっており、このため、導光レンズ１０は、固体光源からの励起光をＢＭ１とＢＭ２とに分岐し、励起光の一部ＢＭ１を、蛍光体フロート５に向けて蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側から照射する励起光分岐部２３と、該励起光分岐部２３によって分岐された固体光源４からの励起光の他の一部ＢＭ２を液量表示管２の一方の側とは反対の側に導光する励起光導光部２４と、該励起光導光部２４によって液量表示管２の一方の側とは反対の側に導光された励起光の他の一部ＢＭ２を、蛍光体フロート５に向けて蛍光体フロート５を液量表示管２の一方の側とは反対の側から照射するように折り返す励起光折返し部２５とを有している。
【００３２】
導光レンズ１０は、励起光に対し十分な透過率を持つ材質ならば任意の材質のものを用いることができる。例えば、ポリメチルメタクレート（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）やシクロオレフィン（ＣＯＰ）などの、一般的に光学用途で用いられる透明な熱可塑性樹脂（射出成形などで製造可能）を用いることができる。ただし、固体光源４として近紫外光を発光するものを用いる場合は、耐ＵＶ特性に優れたグレードを選択する必要がある。
【００３３】
また、上述したように、励起光分岐部２３は、固体光源４からの励起光の一部ＢＭ１を、蛍光体フロート５を図２において下側から照射するために液量表示管２内の蛍光体フロート５に直接向かわせ、固体光源４からの励起光の他の一部ＢＭ２を、蛍光体フロート５を図２において上側から照射するために励起光導光部２４に導く機能を有している。このため、励起光分岐部２３は、固体光源４を格納する固体光源格納部２６と、固体光源４からの励起光の一部ＢＭ１を液量表示管２内の蛍光体フロート５に直接導くように出射するための励起光第一出射面２８と、固体光源４からの励起光の他の一部ＢＭ２を励起光導光部２４に導くための（励起光導光部２４に向けて反射するための）略円錐状の励起光第一反射面２７、及び、略円錐台状の励起光第二外反射面２９、励起光第二内反射面３０とにより構成されている。
【００３４】
また、励起光導光部２４は、液量表示管２と容器１とを連通する連通管９を通すための開口部１３と、液量観察窓１１からの液量観察を妨げないための開口部１４とが設けられている略円筒状の形状を有しており（すなわち、液量表示管２への連通管９と液量表示窓１１の為の開口部１３、１４を除いて、液量表示管２を囲む部分的な略円筒形状となっており）、励起光分岐部２３から導かれた光ＢＭ２を液量表示管２の上方に導光し励起光折返し部２５に到達させる機能を有している。このため、励起光導光部２４は、励起光導光外面３１と、励起光導光内面３２とを有している。
【００３５】
また、励起光折返し部２５は、励起光導光部２４から導かれた光ＢＭ２を下方向へ折り返して、液量表示管２内の蛍光体フロート５を上側から照射する機能を有している。このため、励起光折返し部２５は、励起光折返し第一反射面３３と、励起光折返し第二反射面３４と、励起光第二出射面３５とを有している。
【００３６】
図１０はこのような構成の光学系における固体光源４からの励起光ＢＭ１、ＢＭ２の概略光路を示す図である。なお、図１０では、説明を簡単にするために、断面の部分のみが示されている。
【００３７】
次に、このような構成の光学系を、図３乃至図１０に基づいて、より詳細に説明する。
【００３８】
励起光分岐部２３において、固体光源格納部２６に格納された固体光源４から出射した励起光の他の一部ＢＭ２は、入射面４１に対向する面に形成された略円錐状の励起光第一反射面２７で励起光第二外反射面２９の方向に反射される。ここで、励起光第一反射面２７は、金属薄膜などを成膜して鏡面反射面を形成しても良いが、励起光第一反射面２７の稜線と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ１を４５度乃至６０度に設定すれば、導光レンズ１０による全反射で効率良く光ＢＭ２を励起光第二外反射面２９に導くことができる。導光レンズ１０には、連通管９及び液量観察窓１１の為の開口部１３、１４があり、従って、励起光第二外反射面２９のない角度範囲があり、励起光第一反射面２７は部分的な円錐形状をなす。励起光第一反射面２７が形成されていない入射面に対向する面は、励起光第一出射面２８となる。励起光第一出射面２８は、液量表示管２の中心軸Ｚを面法線とする平面でも良いし、液量表示管２の中心軸Ｚ方向に励起光が集光するようなレンズ形状にしても良い。励起光第一出射面２８から出射された励起光ＢＭ１は、液量表示管２に入射し、液量表示管２内を導光しながら上方に向かい、蛍光体フロート５を下側から照射する（図１０を参照）。なお、導光レンズ１０の導光効率を考えなければ、蛍光体フロート５を上側から照射する光量（ＢＭ２の光量）と、下側から照射する光量（ＢＭ１の光量）は、励起光第一反射面２７が形成された角度範囲（２×φ１）と、励起光第一出射面２８が形成された角度範囲（φ２＋φ２’）との比率で略定まる。
【００３９】
励起光第二外反射面２９に導かれた励起光ＢＭ２は、励起光第二外反射面２９と励起光第二内反射面３０との間で反射により導光されて励起光導光部２４に導かれる。励起光第二外反射面２９と励起光第二内反射面３０は、液量表示管２の中心軸Ｚを中心とする略部分円錐形状をなす。励起光第二外反射面２９と励起光第二内反射面３０は、互いに平行であるか、あるいは、励起光第二外反射面２９の稜線と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ２を励起光第二内反射面３０の稜線と液量表示管２の中心軸Ｚのなす角θ３よりも大きくとることが望ましい。励起光第二外反射面２９及び励起光第二内反射面３０は、金属薄膜などを成膜して鏡面反射面を形成しても良いが、励起光第二外反射面２９の稜線と液量表示管２の中心軸Ｚのなす角θ２を略４５度に設定すれば、全反射によって励起光ＢＭ２を励起光導光部２４に導くことができる。
【００４０】
また、励起光導光部２４を構成する励起光導光外面３１と励起光導光内面３２は、金属薄膜などを成膜して鏡面反射面を形成しても良いが、互いに平行であるか、あるいは、両面３１、３２の間隔が励起光折返し部２５に向けて広がるように設定されることが望ましい。励起光導光部２４に導かれた励起光ＢＭ２は、励起光導光外面３１と励起光導光内面３２との間で反射されて励起光折返し部２５に導かれる。
【００４１】
励起光折返し部２５に導かれた励起光ＢＭ２は、励起光折返し第一反射面３３と励起光折返し第二反射面３４とからなる略山形形状で、折り返され、励起光第二出射面３５から略下方に向けて出射されて、蛍光体フロート５を上側から照射する（図１０を参照）。
【００４２】
励起光折返し第一反射面３３と励起光折返し第二反射面３４は、金属薄膜などを成膜して鏡面反射面を形成しても良いが、励起光折返し第一反射面３３と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ４を略４０〜４５度に設定し、励起光折返し第二反射面３４と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ５を略４５〜６０度に設定すれば、励起光ＢＭ２の多くを全反射によって折り返すことができる。また、励起光第二出射面３５は、液量表示管２の中心軸Ｚを面法線とする平面でも良いし、液量表示管２を広く照明するように励起光ＢＭ２が拡散するようなレンズ形状にしても良い。
【００４３】
上述したように、導光レンズ１０の各反射面等は、金属薄膜や反射フィルムを塗布したものにすることもできるし、あるいは、全反射の条件を満たす角度にして光を全反射させることもできるが、光の導光効率を上げるには、全反射による方が好ましい。
【００４４】
次に、本発明の液量表示装置の具体例、比較例を説明する。比較例では、導光レンズ１０を設けないものにし、本発明の液量表示装置の具体例では、導光レンズ１０を設けた。なお、比較例と具体例とでは、同じ液量表示管２、連通管９、固体光源４を用いた。
【００４５】
すなわち、液量表示管２を外径１２ｍｍ（内径１０ｍｍ）、長さ１３０ｍｍのガラス管とし、連通管９を外径１２ｍｍ（内径１０ｍｍ）のガラス管とした。そして、液体３の液面が、液量表示管２の底部から８０ｍｍの高さにあるとした。
【００４６】
比較例では、液量表示管２の底部の下方０．５ｍｍのところに、固体光源４として、幅１．６ｍｍ、奥行き１．２ｍｍ、高さ１．０ｍｍの面実装ＬＥＤを配置した。シミュレーションによれば、面実装ＬＥＤからの出射光束を１０ルーメンとしたとき、比較例では、液体３の液面に下方から入射する光束は５．４ルーメンであり、液体３の液面に上方から入射する光束は０ルーメンであった。液体３の液面に浮かぶ蛍光体フロート５は、下方からのみ照射され、従って、比較例では、蛍光体フロート５の下半分のみ発光する。実際には、液量表示管２の格納部分壁面からの迷光による上面からの入射もゼロではないが、蛍光体フロート５はほぼ下側からのみ照明されると考えてよい。
【００４７】
本発明の液量表示装置の具体例では、比較例に用いられたのと同じ液量表示管２、連通管９、固体光源４に、以下のような導光レンズ１０を組み合わせた。
【００４８】
すなわち、励起光分岐部２３の励起光第一出射面２８の外径は、液量表示管２の外径と同じく１２ｍｍとした。また、励起光分岐部２３の底面から励起光第一出射面２８までの厚み（高さ）を５ｍｍとし、励起光分岐部２３の底面に内径７ｍｍ、深さ１．５ｍｍの円筒状の固体光源格納部２６を設けた。また、励起光第一反射面２７の稜線が液面表示管２の中心軸Ｚとなす角θ１を６０度とし、液量観察窓１１の方向に角度φ２が３０度、連通管９の方向に角度φ２’が４５度の範囲に半径３．６ｍｍで第一出射面２８を形成した。また、励起光第二外反射面２９が液面表示管２の中心軸Ｚとなす角θ２は４５度であり、励起光第二内反射面３０は励起光第二外反射面２９と平行にした。励起光第二外反射面２９、励起光第二内反射面３０のそれぞれは、励起光第一反射面２７から連続して形成される。励起光分岐部２３の底面から励起光第二外反射面２９と励起光導光外面３１との接続部までの高さは１０ｍｍである。
【００４９】
また、励起光導光部２４は、励起光第二外反射面２９、励起光第二内反射面３０から連続して形成され、その長さは１０５ｍｍ、その略円筒形上の外径は２８ｍｍ、内径は２２ｍｍである。励起光導光外面３１と励起光導光内面３２は、互いに平行にした。
【００５０】
また、励起光折返し部２５は、外径２８ｍｍ、内径１４ｍｍ、最大高さ６ｍｍの略円筒状である。励起光折返し第一反射面３３と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ４は４０度、励起光折返し第二反射面３４と液量表示管２の中心軸Ｚとのなす角θ５は５５度とした。励起光第二出射面３５は、液量表示管２の中心軸Ｚを面法線とする平面であるが、励起光第二出射面３５と励起光折返し部２５の内壁との稜線には、所定半径のフィレットがつけてある。
【００５１】
また、本発明の液量表示装置の具体例では、励起光分岐部２３の固体光源格納部２６の入射面４１よりも０．５ｍｍ下方のところに、固体光源４として、幅１．６ｍｍ、奥行き１．２ｍｍ、高さ１．０ｍｍの面実装ＬＥＤを配置した。なお、液体３の液面が、液量表示管２の底部から８０ｍｍの高さにあるとした。
【００５２】
シミュレーションによれば、面実装ＬＥＤからの出射光束を１０ルーメンとしたとき、液体３の液面に下方から入射する光束は３．３ルーメン、液体３の液面に上方から入射する光束は０．３ルーメンであった。液体３の液面に浮かぶ蛍光体フロート５には、下方および上方から励起光ＢＭ１、ＢＭ２が照射され、従って、蛍光体フロート５の上半分も発光し、暗所での液量表示管２の視認性を十分高めることができる。
【００５３】
以上のように、導光レンズ１０を用いて、液量表示管２の一方の側（この例では、下側）に設けられた固体光源４からの励起光をＢＭ１とＢＭ２とに分岐し、蛍光体フロート５を下方および上方の両方向から照射することによって、蛍光体フロート５は全面的に発光し、暗所での液量表示管の視認性を十分高めることができる。
【００５４】
なお、図１、図２の例では、液量表示管２と容器１との間に連通管９が設けられているが、液量表示管２と容器１との間が連通していれば良く、連通管９は必ずしも設けられていなくともよい（すなわち、液量表示管２と容器１とが直接連通していてもよい）。
【００５５】
また、上述の例では、本発明の液量表示装置を電気湯沸かし器（コーヒーメーカー等も含む）に用いる場合について説明したが、本発明の液量表示装置を液体保存容器（例えばテルモスなどの水筒、魔法瓶、電気ケトル等）や油量計（燃料タンクやファンヒーター、石油ストーブなどの油量計）などに用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、電気湯沸かし器、魔法瓶、電気ケトルなどの湯量計として、また、水筒、その他液体保存容器の水量計として、また、ファンヒータ、石油ストーブの灯油タンクの油量計として、また、ガスのフローメーターなどに利用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 容器
２ 液量表示管
３ 液体
４ 固体光源
５ 蛍光体フロート
８ ストッパー
９ 連通管
１０ 導光レンズ
１１ 液量観察窓
１３、１４ 開口部
２３ 励起光分岐部
２４ 励起光導光部
２５ 励起光折返し部
２６ 固体光源格納部
２７ 励起光第一反射面
２８ 励起光第一出射面
２９ 励起光第二外反射面
３０ 励起光第二内反射面
３１ 励起光導光外面
３２ 励起光導光内面
３３ 励起光折返し第一反射面
３４ 励起光折返し第二反射面
３５ 励起光第二出射面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する容器と、該容器内の液量を確認するための液量表示管と、液量表示管の一方の側に設けられ、紫外光から緑色可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光を分岐導光する導光レンズとを有し、前記液量表示管には、液体の表面（液面）に浮かび、前記固体光源からの励起光により励起され前記固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体フロートが配設されており、前記導光レンズは、前記固体光源からの励起光の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側から照射し、前記固体光源からの励起光の他の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように、前記固体光源からの励起光を分岐導光することを特徴とする液量表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液量表示装置において、前記導光レンズは、前記固体光源からの励起光の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側から照射し、前記固体光源からの励起光の他の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように、前記固体光源からの励起光を分岐し、励起光の一部を、蛍光体フロートに向けて蛍光体フロートを液量表示管の一方の側から照射する励起光分岐部と、該励起光分岐部によって分岐された前記固体光源からの励起光の他の一部を前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側に導光する励起光導光部と、該励起光導光部によって前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側に導光された励起光の他の一部を、前記蛍光体フロートに向けて前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように折り返す励起光折返し部とを有していることを特徴とする液量表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする電気湯沸かし器。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする液体保存容器。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする油量計。
【請求項１】
液体を収容する容器と、該容器内の液量を確認するための液量表示管と、液量表示管の一方の側に設けられ、紫外光から緑色可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光を分岐導光する導光レンズとを有し、前記液量表示管には、液体の表面（液面）に浮かび、前記固体光源からの励起光により励起され前記固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体フロートが配設されており、前記導光レンズは、前記固体光源からの励起光の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側から照射し、前記固体光源からの励起光の他の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように、前記固体光源からの励起光を分岐導光することを特徴とする液量表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液量表示装置において、前記導光レンズは、前記固体光源からの励起光の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側から照射し、前記固体光源からの励起光の他の一部が前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように、前記固体光源からの励起光を分岐し、励起光の一部を、蛍光体フロートに向けて蛍光体フロートを液量表示管の一方の側から照射する励起光分岐部と、該励起光分岐部によって分岐された前記固体光源からの励起光の他の一部を前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側に導光する励起光導光部と、該励起光導光部によって前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側に導光された励起光の他の一部を、前記蛍光体フロートに向けて前記蛍光体フロートを前記液量表示管の前記一方の側とは反対の側から照射するように折り返す励起光折返し部とを有していることを特徴とする液量表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする電気湯沸かし器。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする液体保存容器。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の液量表示装置が用いられていることを特徴とする油量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１０８８８８（Ｐ２０１３−１０８８８８Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５０７７（Ｐ２０１１−２５５０７７）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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