説明

液面センサ

【課題】液面センサを提供する。
【解決手段】気柱圧力により駆動される液面センサシステム(50)は、センサヘッドユニットと液体用容器(10)内の開いた遠位端(62)を有する中空部材(60)とを備える。接続管システム(70)はこの中空部材とセンサヘッドユニットとの間を閉じて接続する。センサヘッドユニットは、接続管システムのためのベローズ部材(120)と、拡張可能な本体部(124)と、遠位のベローズ正面(126)とをさらに有し、ベローズの本体部は気柱圧力の変化の相違に応じて拡張及び収縮しベローズ正面は移動範囲に沿って並進する。センサヘッドユニットは、ベローズ正面の移動に応じて液面の表示を行う非電気駆動の機構(112)をさらに有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液面センサに関する。
【背景技術】
【0002】
容器内の液体の液位を決定又は測定することは困難であることがあり、誤差の影響を受けやすい。従来の装置では、液面に浮かぶフロート式装置を用いる燃料タンクセンサ、タンクに挿入しタンクの底に接触させてから取出し検尺棒の液位を観察する検尺棒、又はサイトグラスが知られている。
【図面の簡単な説明】
【0003】
【図1】液面センサシステムの実施形態の一例を示す部分的に破断された概略的な斜視図である。
【図2】図1のシステムのための指示器の表示面の実施形態の一例の前面図である。
【図3】図1の液面センサのためのセンサヘッド構成部の実施形態の一例の分解斜視図である。
【図4】液面センサのためのセンサヘッド組立体の実施形態の一例の分解側面図である。
【図5】図1の液面センサシステムのための扇形歯車機構の実施形態の一例の分解斜視図である。
【図6】図4のセンサヘッド組立体に含まれる作動ロッドの実施形態の一例の斜視図である。
【図7】扇形歯車機構の別の実施形態の平面図である。
【図8】図7の扇形歯車機構の側面図である。
【図9】センサヘッド組立体のためのベローズ組立体の別の実施形態の一例の分解側面図である。
【図10】図9のベローズ組立体のためのフローリストリクタの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0004】
本開示の態様と有利な点とは、図面と関連させて以下の詳細な説明を読めば、当業者には、直ちに明らかであろう。
【0005】
以下の詳細な説明と図面の複数の図において、同一の部材を同一の参照符号で示す。図は、原寸どおりではなく、図を明瞭にする目的で相対的な寸法を変えていることがある。
【0006】
図1乃至5に、電気駆動ではない液面センサシステム50の実施形態の一例を示す。システム50を容器又はタンク10内の液体12の液面14を検知し表示するために用いることができる。実施形態の一例では、液体12はクランクケース内の潤滑油であってよい。このシステムを、単に一例として、水、車両又は航空機の燃料タンク内のガソリン若しくは他の液体燃料、燃料補給所の地下貯蔵タンク内のガソリン等のタンク又は容器内の他の液体の液面を検知するために用いてよい。
【0007】
図1乃至5の実施形態の一例では、システム50は、容器10内に挿入される中空の検知管60を有する。この管は、システム50により容器内で検知される最低液面の深さに又はこの最低液面の下方の深さに位置する遠位の開口端62を有している。この管の開口端62により、液体は、容器10内の液体の量とシステム50の特性とにより決定される平衡液面16まで入りうる。液体が管の開口端62内に入ると管の内側のチャンバ66内に形成される気柱に圧力を発生させる。実施形態の一例ではこの気柱の圧力は、液体の液面14が変化するにつれて変化する。液面14が高ければ高いほど管内の液体の対応する液面は上昇し結果として気柱の圧力は高くなる。逆に、液面14が下がるにつれて、管内の液面16は低下し対応する気柱の圧力は減少する。実施形態の一例では、検知管60は、内径が5/8インチ(1.59cm)の円柱上のチャンバ形状を有しているが、代わりに他のサイズ及び形状を用いることもできる。
【0008】
システム50は、気柱の圧力変化に応じて、容器10内の液体12の液面14の表示を行う手段を有する。実施形態の一例では、この手段をヘッドユニット100に設けることができる。ヘッドユニットは、入力用ステム122、ベローズの延長本体部124、及び遠位側のベローズ正面126を備えたベローズ120を有する。この結果、ベローズは入力用ステム122に加えられた圧力で容積が変化するチャンバを形成する。ベローズのチャンバへの唯一の開口部は入力用ステムである。入力用ステムは接続管システム70により検知管60に結合される。この接続管システムは、検知管60のコネクタ端64からヘッドユニット100まで延びていてよい。この接続管システムの長さは、所与の用途の要件に応じて変化しうる。実施形態の一例では、接続管システムは空気が透過しないプラスチック素材から形成された柔軟な管部分を有する。実施形態の一例では、この管部分はWeatherheadMTP4mm16004NA−100として市販されている一本の管でよいが、代わりに異なる寸法の他の管部を用いることもできる。管システムは、押し嵌め式のプラスチック管用コネクタを有していてよい。このプラスチック管用コネクタでは、プラスチック管部分の一端がコネクタ内に挿入され、コネクタ内に設けられたOリング等で気密封止されてコネクタと係合する。
【0009】
実施形態の一例のベローズ120は、ブロンズ等の素材から形成され、ベローズ本体部内の相対的な、すなわち周囲の大気圧に対する、正圧又は負圧がない場合に正面126を戻そうという「復元能力」を持っている。ベローズの正面126の位置は検知管60内の気柱の圧力変化に応じて、軸128に沿って直線状に移動可能である。入力用ステム126は、外ねじがある外面を備えた硬い管状部分であってもよく、接続管システム70に気密的に結合することが容易となる。実施形態の一例では、ベローズ120を、容器が「空き」の状態に対応する気柱の圧力と容器が「満杯」の状態に対応する気柱の圧力との間の気柱の圧力範囲に渡って0.050インチ(0.127cm)の直線移動範囲を生み出すようにすることができる。この直線移動範囲は、液面センサシステムの他のパラメータに応じて変わってよい。
【0010】
実施形態の一例では、ヘッドユニット100は、さらにベローズの正面126の直線運動を回転運動に変換する機構をさらに備えている。これに、容器内の液面を表示する回転式目盛盤の表示機能を持たせることもできる。実施形態の一例では、直線から回転への運動の変換を、以下でより詳細に説明する扇形歯車機構140により行うことができる。実施形態の一例では、ヘッドユニット100は、目盛盤110と、例えば「E」すなわち空き状態から「F」すなわち満杯状態への範囲で液面の範囲を表示する印が記された数量板110Aとを有している。目盛表示針112(図2)が、扇形歯車機構に支持された回転可能なハブで回転する。
【0011】
ヘッドユニット100は、適当な位置に取付けることができその位置は容器10から離れていてよいことが理解されるだろう。取付け位置は、例えば、車両、ボート、船、又は航空機の計器用ダッシュボードでよい。もしくは、容器が燃料用容器である場合には、ヘッドは、給油所の都合のよい監視位置に取付けることができる。
【0012】
図3及び図4は、センサのヘッドユニット100の実施形態の一例の構成部品の分解図である。ヘッド組立体は、ほぼ円筒状の外形で、扇形歯車機構140を支持するハウジング150を有している。目盛盤110は、扇形歯車機構により支持され、数量板110Aは、この目盛盤に取付けられている。目盛針112は、ハブピン142に取付けられている。目盛を、覆い170、ガラスカバー172、ガスケット174、及びベゼル174により、複数の他の部材から保護することができる。ヘッドユニット100は、ねじの設けられた中央開口部156Aを有する基部構造体156をさらに備え、入力用ステム126をねじで係合させ受容する。基部構造体156は、実施形態の一例ではハウジング150の端部内に押し嵌めることができる。ナット158を止めワッシャ158Aと共に入力用ステムのねじに係合させベローズの軸方向の位置を所定位置に固定することができる。基部構造体156は、ねじの設けられたボルト154が通る複数の孔を有し、これらの孔は、ヘッドユニットをダッシュボード内に取付けることができる外側ハウジング162等の取付け位置、又は他の取付け位置に取付けるのに用いられる。実施形態の一例では、複数のボルト154を、外側ハウジングの複数の開口部に通し、蝶ねじで固定することもできる。接続具160は、ベローズ120の入力用ステム126の端部にねじ止めされると共に接続管システム70を取付けることができるアダプタを有している。
【0013】
実施形態の一例では、ヘッドユニット100は、場合に応じて目盛用照明を設けるための複数のLED組立体が取付けられるプリント基板152を有していてよい。コネクタを、156Bで取付けてよい(図4)。
【0014】
扇形歯車機構140の実施形態の一例を図1及び図4、及び図5の分解図に示す。扇形歯車機構140は、下部プレート部材144Aと、複数の離れて立つ柱144Cにより下部プレートに対して離間された関係で支持されている上部プレート部材144Bとを有している。下部プレート144Aをハウジング構造体の内壁14から突出した肩状のタブ152A、152Bに支持させて、扇形歯車機構140をハウジング150内に組込むことができる。覆い170及びベゼル174により、扇形歯車機構140を目盛盤110と一緒に、組立てた状態でヘッドユニット内の所定位置に挟むことができる。
【0015】
扇形歯車機構140は、下部プレート144Aの背面に取付けられたピボット144Eで回転運動をするロッド144Dを有する。図6に、ロッド144Dの実施形態の一例を示す。ロッド144Dは、第1のレバー144Fを有し、この第1のレバーは、ロッドのほぼ中央の位置に取付けられると共にくの字の先端部を形成し、ベローズの正面126に向かって曲がっている。レバー144Fのくの字の先端部は、動作中にベローズの正面126と接触するように作られているため、ベローズの正面の直線運動によりロッド144Dの回転運動が生じる。ロッド144Dは、第1のレバー144Fのほぼ中央の位置からずれた位置に取付けられた第2のレバー144Gも有している。第2のレバー144Gも、くの字の形状を有し、先端部が下部プレート144Aの開口部144Mを通って延びている。第2のレバー144Gの先端部は、扇形歯車144Hのウェブ部分144Nと接触するようにされ、その結果、ロッド144Dが回転されるにつれて扇形歯車は回動取付け部144Iを中心に回転する。
【0016】
扇形歯車機構140の実施形態の一例は、目盛用ピン軸と共に回転運動するために目盛用ピン軸142に取付けられたピニオンギア144Jを有する。ピニオンギアの歯は、扇形歯車144Hの歯144H−1と係合しているため、扇形歯車がその取付け部144Iを中心として回転する結果、ピニオンギア144J及び目盛用ピン軸142の回転が生じる。ピニオンギア144Jと扇形歯車144Hとの間のギア比を、扇形歯車の所定の回転運動に対して、目盛用ピン軸142の所望の動作範囲が生まれるように選択することができる。付勢用ばね144Kが、ピンを所定の定位置へと付勢するように、固定された柱144Cとピン142との間で接続されている。この定位置を、扇形歯車のウェブ144Nが反時計回りに動作するのを停止するピン144Pにより固定することができる。扇形歯車、ピニオンギア及びレバー144F、144Gの配置を、ベローズの正面126の比較的小さい距離の移動に対して相対的に大きく目盛が移動するように選択することができる。実施形態の一例では、この配置をベローズの面のおよそ.050インチ(0.127cm)の移動範囲に対して目盛用ピン軸142の270度の回転が生じるように選択することができるが、これは単に実施形態の一例である。ベローズの面の移動距離は、ベローズのばね定数にも依存しうる。
【0017】
液面検知システムの実施形態の一例を、正確なセンサ読出しを生ずるように校正又は調整することができる。図1乃至6に示された実施形態のための調整の1つは、ハウジング150内でのベローズ120の位置である。この位置を、ステムがねじが設けられた開口部156A内で前進し又は後退するようにベローズを回転することにより変えることができる。いったんベローズ正面126の所望の位置が得られたならば、ロック用ナット158を止めワッシャ及び基部構造体156に対して締結することによりベローズを所定位置にロックすることができる。他の調整として、ピン状レバー144Fを曲げてレバーのベローズの正面126に対する位置を変えることもできる。他の調整として、ピン状レバー144Gを曲げて扇形歯車のウェブに対するこのレバーの位置を変えることもできる。ピン状レバーを曲げることは、例えばペンチを用いることにより行うことができる。実施形態の一例では、ヘッドを、相対的な気柱圧力が周囲の圧力に等しい場合に目盛用針がゼロすなわち空き状態の位置をとるように調整することができる。
【0018】
扇形歯車機構140’の別の実施形態を図7乃至8に示す。この実施形態は、ロッド140D’が矢印148により示された軸方向に動かすために取付けられ調整又は校正の機能が生じることを除けば、例えば図4乃至6に示されている扇形歯車機構140と同一である。この実施形態の一例では、このロッドは、ねじが設けられたピン146A、146Bにより、ピボット144E’の間に取付けられ、これらのピンは、ロッド144D’の対向する端部に形成された孔又は開口部に受容される端にある先端部を有している。(このことは、ロッド140Dが一端ではねじが設けられたピンを用いて他端では固定されたピンを用いて取付けられる、図4乃至6に示された実施形態と異なる。)ねじが設けられたピン146A、146Bを直列に回転させることによりロッド144E1の位置を矢印148の方向に沿ってずらすことができる。このロッドを動かすことにより、レバー144Gの位置もずれ、ウェブ144Nがロッド144D’に対して傾いて配置されている場合には、レバー144Gは、扇形歯車のウェブ144Nと異なる位置で接触するようになり、この結果、扇形歯車と目盛位置とに影響を及ぼす。この調整は、センサを校正する際に用いることができる。軸方向の調整の移動の大きさは比較的小さく、実施形態の一例では+/−.050インチ(0.127cm)であるが、このことは扇形歯車機構の複数のパラメータに応じて変わるであろう。この調整を、レバー144Gを曲げることに代えて、又はレバー144Gを曲げることに加えて用いることができる。
【0019】
液面センサの別の実施形態の態様を、図9及び図10に示す。この実施形態は、リストリクタ125が気柱に入れられ振動及び他のセンサノイズによる気柱の圧力の瞬間的な変動を緩和することを除けば、図1乃至図8の実施形態と類似している。このことは、センサ指示器の目盛針がそのような瞬間的な変動により素早く動き又は振動することを低減するか又はなくしてしまい、安定した状態の気柱の圧力を正確にベローズ124に伝える。
【0020】
図9及び図10の実施形態の一例においては、フローリストリクタ125が、中空の入力用ステム122’の内側に位置し、実施形態の一例では入力用ステムは0.135インチ(0.343cm)の内径を有していてよい。入力用ステムの一端は、端部キャップ123に取付けられ、また、この端部キャップは、実施形態の一例ではベローズ124に、はんだのリング127により取付けられている。フローリストリクタ125は、ベローズからの遠位端で入力用ステム内に位置していてもよく、ベローズは、入力用ステムの端部領域では内径が大きくなっている。実施形態の一例では、端部領域は0.152インチ(0.386cm)の内径を有していてもよく、中空の入力用ステム内では段状の肩が規定されている。フローリストリクタ125をステムの端部内にこの段状の肩に達するまで押し嵌めることができる。
【0021】
目的にかなったフローリストリクタの例は、ブロンズ等の焼結金属のリストリクタ部材であり、外径が入力用ステム122’の内径に等しく、長さが約0.182インチ(0.462cm)である。リストリクタ部材の例は、非常に小さな焼結されたブロンズの球すなわち玉からなる硬い構造体である。実施形態の一例では、これらの球は、薬粒のサイズであってよい。これらの球のサイズ及びリストリクタの構造体の密度は、気柱圧力の突然の上昇又は減少に適切な緩和効果を生じ、安定状態の気柱の圧力をベローズにリストリクタを介して伝達することができるように選択することができる。
【0022】
他の実施形態では、フローリストリクタは、管システム70の柔軟な管部分又は管60の中等のセンサの気柱内の他の場所に位置させることができる(図1参照)。
【0023】
液面センサの実施形態の一例を、例えば、エンジンのクランクケース又は油だめ内の潤滑油の液面、車、トラック、航空機等の乗り物の燃料タンク内の燃料の液面、及び船、ボート等の海洋用途における燃料の液面をモニタするために用いることができる。実施形態の一例では、センサシステムは、管内の気柱圧力により駆動され、電気的には駆動されていない。実施形態の一例では、所定の用途のために用いられるベローズ及び扇形歯車機構の詳細を、液面が検知される液体のタイプ、液体容器の容積、容器内での空き状態の液面と満杯状態の液面との違いなどのような用途のパラメータに基づいて選択することができる。例として、トラックエンジンのエンジンクランクケースでの空き状態の液面と満杯状態の液面との相違は、あるタイプのエンジンでは約5乃至6インチ(12.7乃至15.2cm)となりうる。ベローズの硬さと扇形歯車のギア比とを、この5乃至6インチの容器内の液面の高さの違いに対応する、空き状態の表示と満杯状態の表示との間の目盛針の動作範囲を生じるように選択することができる。同じ扇形歯車機構を特定の用途の違いに順応するように異なるベローズを選択して、複数の異なる用途で用いることができる。車両の燃料タンクセンサ又は給油所のタンク等の他の用途では、空き状態の液面と満杯状態の液面との間により大きな又はより小さな液面の相違があり、液面センサの構成要素をそのような用途に対しても正確な液面表示を生じるように選択することができる。
【0024】
以上は、本発明の特定の実施形態の記述及び説明であったが、当業者は、本発明への様々な変更や変化を以下の請求項により規定される本発明の範囲及び精神から逸脱することなく行うことができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体用容器内の液面より低い深さに位置するようにされる開放した遠位端を有する中空部材と、
センサヘッドユニットと、
前記中空部材と前記センサヘッドユニットとの間を閉じて接続するようにされた結果、前記中空部材内の気柱圧力が前記センサヘッドユニットに伝達される接続管システムとを具備し、
前記センサヘッドユニットは、
前記接続管システムに接続するようにされた入力用ステム部と、拡張可能なベローズ本体部と、遠位のベローズ正面とを有し、前記ベローズ本体部は、気柱圧力の変化の相違に応じて拡張及び収縮をし、前記ベローズ正面が移動範囲に沿って並進するようにされたベローズ部材と、
前記ベローズ正面の移動に応じて前記液面の位置を表示する非電気駆動の機構とを有する、液面センサ。
【請求項2】
前記機構は、目盛用ピン軸と、この目盛用ピン軸に取付けられたピニオンギアと、前記ベローズ正面の移動に応答する扇形歯車とを有し、前記扇形歯車は前記ピニオンギアと係合し、前記ベローズ正面の移動に応じて前記ピニオンギアと前記目盛用ピン軸とを回転させる、請求項1に記載の液面センサ。
【請求項3】
前記機構は、前記ベローズ正面に隣接して回転するように取付けられた回転可能部材と、この回転可能部材から延びると共に前記ベローズ正面と接触して位置し前記ベローズ正面の移動により動き前記回転可能部材を回転させる第1のレバーと、前記回転可能部材から延び扇形歯車部材と接触するように位置し前記回転可能部材が回転されるにつれて前記扇形歯車を回転させる第2のレバーとをさらに有する請求項2に記載の液面センサ。
【請求項4】
前記回転可能部材を移動範囲で異なる軸方向位置に位置決めし該液面センサを校正するための調整機構をさらに具備する請求項3に記載の液面センサ。
【請求項5】
前記中空部材は硬い管であり、前記遠位端は前記容器内で低液面すなわち空き状態の液面より低い深さに位置するようにされる請求項1に記載の液面センサ。
【請求項6】
前記液体は、潤滑油であり、前記容器は、エンジンクランクケース又はエンジンの油だめである請求項1に記載の液面センサ。
【請求項7】
前記液体は、燃料であり、前記容器は、給油所、車両、航空機又はボートの燃料タンクである請求項1に記載の液面センサ。
【請求項8】
前記センサヘッドユニットは、
ねじ孔を備えるハウジング構造体を有し、
前記ベローズのステム部は、前記ハウジング構造体のねじ孔に係合するように円筒状でねじが設けられた表面を有し、
前記ベローズ正面の位置を、前記ベローズのステム部を前記ねじ孔内で回転させることにより調整することができる請求項1に記載の液面センサ。
【請求項9】
前記ベローズ部材に伝えられる気柱圧力の瞬間的な変化の相違を緩和し安定状態の気柱圧力を前記ベローズ部材に伝達することができるように位置するフローリストリクタをさらに具備する請求項1に記載の液面センサ。
【請求項10】
前記入力用ステム部は、中空であり、前記フローリストリクタは、前記入力用ステム部内に位置する請求項9に記載の液面センサ。
【請求項11】
前記フローリストリクタは、金属微粒子から形成された焼結金属の構造体である請求項9に記載の液面センサ。
【請求項12】
液体を入れるための容器と、
液体の前記容器内の液面より低い深さに位置するようにされる、開いた遠位端を有する中空部材と、
センサヘッドユニットと、
前記中空部材と前記センサヘッドユニットとの間を閉じて接続するようにした結果、前記中空部材内の気柱圧力が前記センサヘッドユニットに伝達される、接続管システムとを具備し、
前記センサヘッドユニットは、前記容器から離れた位置に取付けられ、
前記接続管システムに接続するようにされた入力用ステム部と、拡張可能なベローズ本体部と、遠位のベローズ正面とを有し、前記ベローズ本体部は、気柱圧力の変化の相違に応じて拡張及び収縮をし、前記ベローズ正面が移動範囲に沿って並進するようにされたベローズ部材と、
前記ベローズ正面の移動に応じて前記液面の位置を表示する非電気駆動の機構とを有する、液体用容器システム。
【請求項13】
前記機構は、目盛用ピン軸と、この目盛用ピン軸に取付けられたピニオンギアと、前記ベローズ正面の移動に応答する扇形歯車とを有し、前記扇形歯車は前記ピニオンギアと係合し、前記ベローズ正面の移動に応じて前記ピニオンギアと前記目盛用ピン軸とを回転させる、請求項12に記載の液体用容器システム。
【請求項14】
前記中空部材は硬い管であり、前記遠位端は前記容器内で低液面すなわち空き状態の液面より低い深さに位置するようにされた請求項12に記載の液体用容器システム。
【請求項15】
前記液体は、潤滑油であり、前記容器は、エンジンクランクケース又はエンジンの油だめである請求項12に記載の液体用容器システム。
【請求項16】
前記液体は、燃料であり、前記容器は、給油所、車両、航空機又はボートの燃料タンクである請求項12に記載の液体用容器システム。
【請求項17】
前記非電気駆動の機構を校正するための校正機構をさらに具備する請求項12の液体用容器システム。
【請求項18】
前記ベローズ部材に伝えられる気柱圧力の瞬間的な変化の相違を緩和し安定状態の気柱圧力を前記ベローズ部材に伝達することができるように位置するフローリストリクタをさらに具備する請求項12に記載の液体用容器システム。
【請求項19】
前記入力用ステム部は、中空であり、前記フローリストリクタは、前記入力用ステム部内に位置する請求項18に記載の液体用容器システム。
【請求項20】
前記フローリストリクタは、金属微粒子から形成された焼結金属の構造体である請求項18に記載の液体用容器システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公表番号】特表2010−526290(P2010−526290A)
【公表日】平成22年7月29日(2010.7.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−506186(P2010−506186)
【出願日】平成20年3月1日(2008.3.1)
【国際出願番号】PCT/US2008/002767
【国際公開番号】WO2008/133771
【国際公開日】平成20年11月6日(2008.11.6)
【出願人】(509301688)
【Fターム(参考)】