JP6392990B2 - 位置検出センサ - Google Patents

Description

本願は、磁気スイッチを有し、対象物の位置を検出する位置検出センサに関するものである。

例えば特許文献１に開示されているように、磁気スイッチを有し、対象物の位置を検出する位置検出センサ（位置検出スイッチ）が知られている。この特許文献１では、位置検出センサは液体圧送装置に設けられてフロートの位置を検出する。液体圧送装置では、液体の液位に応じてフロートが上昇下降し、フロートが所定の高さまで上昇すると貯留された液体が排出され、フロートが所定の高さまで下降すると新たに液体が流入して貯留される。

位置検出センサは、磁気スイッチと、永久磁石が内蔵された可動部材（可動軸）と、フロートに接する接触部材（コイルバネ）とを備えている。位置検出センサでは、接触部材がフロートに接して該フロートの上昇に伴って回動する。この接触部材の回動に伴い、可動部材が磁気スイッチへ向かって移動する。つまり、フロートの上昇に伴い、可動部材に内蔵された永久磁石が磁気スイッチに近づく。そして、フロートが所定高位まで上昇し、磁気スイッチと永久磁石との距離が所定値になると、磁気スイッチは永久磁石の磁気を検知してＯＮする。こうして、フロートが所定位置に到達したことが検出される。また、接触部材はフロートの下降に伴って上記と逆方向に回動し、その接触部材の回動に伴い可動部材は磁気スイッチから遠ざかる方向に移動する。そして、フロートが所定高位よりも下降すると、磁気スイッチと永久磁石との距離が所定値よりも大きくなり、磁気スイッチはＯＦＦする。つまり、フロートが所定高位よりも低い位置にあるときは、磁気スイッチはＯＦＦしている。

特開２０１３−２４０６１号公報

例えば、上述した液体圧送装置が蒸気の凝縮によって発生した高温のドレンが流入して貯留されるものである場合、位置検出センサは高温下に晒される。位置検出センサは、高温下で用いられると、永久磁石の磁力（磁気）が次第に低下していく。永久磁石の磁力が低下すると、永久磁石が磁気スイッチに予め設定された所定距離まで近づいても、磁気スイッチは永久磁石の磁気を検知しなくなり、その結果、位置検出の精度が損なわれるという問題があった。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気スイッチを用いた位置検出センサにおいて、高温下で用いられた場合でも位置検出の精度の低下を抑制することにある。

本願に開示の技術は、上記目的を達成するために、磁気スイッチが検知する永久磁石とは別に、その永久磁石と互いに磁力が作用し合う永久磁石を設けるようにした。

具体的に、本願の位置検出センサは、磁気スイッチと、可動部材とを備えている。上記可動部材は、第１永久磁石が取り付けられ且つ対象物に直接または間接的に接し、該対象物の変位に伴って上記磁気スイッチへ向かって移動するものである。本願の位置検出センサは、上記可動部材の移動によって上記第１永久磁石が上記磁気スイッチに予め設定された所定距離まで近づくと、上記磁気スイッチが上記第１永久磁石の磁気を検知して上記対象物の位置を検出する。さらに、本願の位置検出センサは、常に上記第１永久磁石と互いに引き合うまたは反発し合う領域に設けられた第２永久磁石を備えている。

以上のように、本願の位置検出センサによれば、磁気スイッチが検知する第１永久磁石とは別に、その第１永久磁石と常に引き合うまたは反発し合う第２永久磁石を備えるようにした。つまり、本願の位置検出センサでは、磁気スイッチが検知する永久磁石が常に他の磁石と磁力を及ぼし合う状態を形成するようにした。一般に、永久磁石は、他の磁石と磁力を及ぼし合う状態でいることにより、自己の磁力を維持することができる。したがって、本願の位置検出センサは、高温下で用いられた場合でも、第１永久磁石の磁力（磁気）が低下するのを抑制することができ、位置検出の精度の低下を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る液体圧送装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、給気弁および排気弁の概略構成を拡大して示す断面図である。 図３は、実施形態に係る位置検出センサの概略構成を示す断面図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態の液体圧送装置１は、例えば蒸気システムに設けられ、蒸気の凝縮によって発生した高温のドレン（復水）を回収してボイラーや廃熱利用装置に圧送するものである。図１に示すように、液体圧送装置１は、密閉容器であるケーシング１０と、給気弁２０および排気弁３０と、弁作動機構４０と、本願の請求項に係る位置検出センサ７０とを備えている。

ケーシング１０は、本体部１１と蓋部１２とがボルトによって結合され、ドレン（液体）が流入して貯留される貯留空間１３が内部に形成されている。蓋部１２には、ドレンが流入する液体流入口１４と、ドレンが排出される液体排出口１５と、蒸気（作動気体）が導入される気体導入口１６と、蒸気（作動気体）が排出される気体排出口１７とが設けられている。液体流入口１４は蓋部１２の上部寄りに設けられ、液体排出口１５は蓋部１２の下部に設けられている。気体導入口１６および気体排出口１７は、何れも蓋部１２の上部に設けられている。これら液体流入口１４等は、何れも貯留空間１３と連通している。

図２にも示すように、気体導入口１６には給気弁２０が設けられ、気体排出口１７には排気弁３０が設けられている。給気弁２０および排気弁３０は、それぞれ気体導入口１６および気体排出口１７を開閉するものである。給気弁２０は、蒸気を気体導入口１６から貯留空間１３に導入することによって貯留空間１３のドレンを液体排出口１５から排出させる。排気弁３０は、貯留空間１３に導入された蒸気を気体排出口１７から排出させる。

給気弁２０は、弁ケース２１、弁体２２および昇降棒２３を有する。弁ケース２１は軸方向に貫通孔を有し、該貫通孔の上側には弁座２４が形成されている。弁ケース２１の中間部には、貫通孔と外部とが連通する開口２５が形成されている。弁体２２は、球状に形成されており、昇降棒２３の上端に一体的に設けられている。昇降棒２３は、弁ケース２１の貫通孔に上下動可能に挿入されている。給気弁２０は、昇降棒２３が上昇すると弁体２２が弁座２４から離座して気体導入口１６が開放され、昇降棒２３が下降すると弁体２２が弁座２４に着座して気体導入口１６が閉じられる。

排気弁３０は、弁ケース３１、弁体３２および昇降棒３３を有する。弁ケース３１は軸方向に貫通孔を有し、貫通孔のやや上側には弁座３４が形成されている。弁ケース３１には、貫通孔と外部とが連通する開口３５が形成されている。弁体３２は、略半球状に形成されており、昇降棒３３の上端に一体的に設けられている。昇降棒３３は、弁ケース３１の貫通孔に上下動可能に挿入されている。排気弁３０は、昇降棒３３が上昇すると弁体３２が弁座３４に着座して気体排出口１７が閉じられ、昇降棒３３が下降すると弁体３２が弁座３４から離座して気体排出口１７が開放される。

排気弁３０の昇降棒３３の下端には、弁操作棒３６が連結されている。つまり、排気弁３０の昇降棒３３は弁操作棒３６の上下動に伴って上下動する。また、弁操作棒３６には、給気弁２０の昇降棒２３の下方領域まで延びる連設板３７が取り付けられている。給気弁２０の昇降棒２３は、弁操作棒３６が上昇すると連設板３７によって押し上げられて上昇し、弁操作棒３６が下降すると連設板３７も下降するので自重で下降する。つまり、弁操作棒３６が上昇すると、給気弁２０は開く（開弁する）一方、排気弁３０は閉じ（閉弁し）、弁操作棒３６が下降すると、給気弁２０は閉じる（閉弁する）一方、排気弁３０は開く（開弁する）。

弁作動機構４０は、ケーシング１０内に設けられ、弁操作棒３６を上下動させて給気弁２０および排気弁３０を開弁および閉弁させるものである。弁作動機構４０は、フロート４１およびスナップ機構５０を有する。

フロート４１は、球形に形成され、レバー４２が取り付けられている。レバー４２は、ブラケット４４に設けられた軸４３に回転可能に支持されている。レバー４２には、フロート４１側とは反対側の端部に軸４５が設けられている。スナップ機構５０は、フロートアーム５１、副アーム５２、コイルバネ５３、２つの受け部材５４，５５を有する。フロートアーム５１は、一端部がブラケット５９に設けられた軸５８に回転可能に支持されている。なお、両ブラケット４４，５９は互いにねじによって結合され蓋部１２に取り付けられている。フロートアーム５１の他端部は、溝５１ａが形成されており、その溝５１ａにレバー４２の軸４５が嵌っている。この構成により、フロートアーム５１はフロート４１の上昇下降に伴い軸５８を中心として揺動する。

また、フロートアーム５１には軸５６が設けられている。副アーム５２は、上端部が軸５８に回転可能に支持され、下端部に軸５７が設けられている。受け部材５４はフロートアーム５１の軸５６に回転可能に支持され、受け部材５５は副アーム５２の軸５７に回転可能に支持されている。両受け部材５４，５５の間には、圧縮状態のコイルバネ５３が取り付けられている。また、副アーム５２には軸６１が設けられ、その軸６１に弁操作棒３６の下端部が連結されている。

位置検出センサ７０は、ケーシング１０の本体部１１の上部に設けられて貯留空間１３に連通し、対象物であるフロート４１の位置を検出するものであり、磁気式のセンサを構成している。図３に示すように、位置検出センサ７０は、ケース７１と、磁気スイッチ７２と、可動部材７３と、接触部材７８と、２つの永久磁石７４，８０（第１永久磁石７４、第２永久磁石８０）とを備えている。

ケース７１は、前後方向に延びる略柱状に形成されており、前方側（柱軸方向一端側）がケーシング１０内の貯留空間１３に位置し、後方側（柱軸方向他端側）がケーシング１０の外部に位置している。ケース７１には、前方側に可動部材７３の挿入部７１ａが形成され、後方側に磁気スイッチ７２の収容部７１ｂが形成されている。つまり、挿入部７１ａおよび収容部７１ｂは互いに前後に形成されている。挿入部７１ａは、ケース７１の前方端から後方へ延びる挿入孔であり、ケース７１と同軸に形成されている。挿入部７１ａと収容部７１ｂとは、隔壁７１ｃによって区画されている。

磁気スイッチ７２は、ケース７１の収容部７１ｂにおいて固定されている。可動部材７３は、前後方向（ケース７１の柱軸方向）に延びる棒状に形成されている。可動部材７３は、ケース７１の挿入部７１ａにおいて前後方向に移動可能（変位可能）に挿入されている。可動部材７３には、内端側（後方端側）に第１永久磁石７４が内蔵されて取り付けられている。

ケース７１の前方端には、二又片７１ｄが形成されており、その二又片７１ｄに回転板７５が設けられている。回転板７５は、円形に形成され、二又片７１ｄの間に接続された中心軸７６に回転自在に取り付けられている。つまり、回転板７５は中心軸７６を介してケース７１に回転自在に支持されている。可動部材７３の外端（前方端）には、二又片７３ａが形成されており、その二又片７３ａの間に連結軸７７が接続されている。連結軸７７は、回転板７５の外縁部を貫通して設けられている。つまり、回転板７５は、ケース７１に回転自在に支持されると共に、外縁部が連結軸７７を介して可動部材７３に連結されている。

接触部材７８は、細長い棒状に形成され、フロート４１に接して変位する部材である。本実施形態では、接触部材７８はコイルバネが用いられている。接触部材７８は、一端が回転板７５に圧入により固定され、他端（先端）がフロート４１の上方に延びている。接触部材７８は、先端がフロート４１に接し、該フロート４１の上昇および下降に伴って回転板７５と共に回転（変位）するように構成されている。そして、回転板７５の回転に伴い、可動部材７３が前後方向に移動する。つまり、位置検出センサ７０では、可動部材７３が、フロート４１に間接的に接し、フロート４１の変位に伴って磁気スイッチ７２へ近づく方向に（向かって）移動しまたは磁気スイッチ７２から遠ざかる方向に移動するように構成されている。そして、位置検出センサ７０は、可動部材７３の移動によって第１永久磁石７４が磁気スイッチ７２に予め設定された所定距離まで近づくと、磁気スイッチ７２が第１永久磁石７４の磁気を検知してフロート４１の位置を検出するように構成されている。

さらに、位置検出センサ７０では、第１永久磁石７４とは別の第２永久磁石８０が設けられている。第２永久磁石８０は、常に第１永久磁石７４と互いに引き合うまたは反発し合う領域に設けられている。具体的に、第２永久磁石８０は、ケース７１の外周面における第１永久磁石７４の側方位置に取り付けられている。つまり、位置検出センサ７０では、磁気スイッチ７２が検知する第１永久磁石７４が常に第２永久磁石８０と磁力を及ぼし合う状態を形成するようにしている。また、第２永久磁石８０は、自己の磁気が磁気スイッチ７２に検知されない位置に設けられている。つまり、第２永久磁石８０は、磁気スイッチ７２および第１永久磁石７４のうち、第１永久磁石７４のみに磁力が作用する位置に設けられている。

〈位置検出センサの動作〉
弁作動機構４０は、フロート４１の上昇下降に伴って変位し、弁操作棒３６を上下動させて給気弁２０および排気弁３０を開閉させる。具体的に、液体圧送装置１では、ドレンが貯留空間１３に溜まっていない場合、フロート４１は貯留空間１３の底部に位置する（図１の状態）。この状態において、弁操作棒３６は下降しており、給気弁２０は閉じられ排気弁３０は開いている。そして、蒸気システムでドレンが発生すると、そのドレンは液体流入口１４から流入して貯留空間１３に溜まる。貯留空間１３にドレンが溜まっていくに従って、フロート４１は上昇する。なお、貯留空間１３ではドレンが溜まっていくにつれて蒸気が気体排出口１７から排出される。

フロート４１が上昇し接触部材７８の先端に接した後、位置検出センサ７０では、フロート４１の上昇に伴って接触部材７８が回転板７５と共に図３において反時計回りに回転する。この回転板７５の回転に伴い、可動部材７３が後方に移動して磁気スイッチ７２に近づく。そして、フロート４１が第２所定高位まで上昇すると、第１永久磁石７４が磁気スイッチ７２に所定距離まで近づき、磁気スイッチ７２が第１永久磁石７４の磁気を検知してＯＮする。これにより、フロート４１が第２所定高位まで上昇したことが検出される。フロート４１がさらに上昇して第１所定高位（通常反転高位）に達すると、スナップ機構５０によって弁操作棒３６が上昇する。これにより、給気弁２０が開くと共に排気弁３０が閉じる。

給気弁２０が開くと、蒸気システム内の蒸気（高圧蒸気）が気体導入口１６から流入して貯留空間１３の上部（ドレンの上方空間）に導入される。そうすると、貯留空間１３に溜まっているドレンは、導入された蒸気の圧力によって下方へ押されて液体排出口１５から排出される。つまり、貯留空間１３のドレンが圧送される。液体圧送装置１によって圧送されたドレンは、ボイラーや廃熱利用装置に供給される。ドレンの排出によって貯留空間１３のドレン液位が低下すると、フロート４１は下降する。位置検出センサ７０では、フロート４１の下降に伴い、接触部材７８および回転板７５が接触部材７８の自重により図３において時計回りに回転する。この回転板７５の回転に伴い、可動部材７３が前方に移動して磁気スイッチ７２から遠ざかる。そして、フロート４１が第２所定高位よりも下降すると、第１永久磁石７４と磁気スイッチ７２との距離が所定距離よりも遠くなり、磁気スイッチ７２がＯＦＦする。これにより、フロート４１が第２所定高位よりも下降したことが検出される。

そして、フロート４１が所定低位（通常反転低位）まで下降すると、スナップ機構５０によって弁操作棒３６が下降し、給気弁２０が閉じると共に排気弁３０が開く。これにより、ドレンが液体流入口１４から流入して貯留空間１３に溜まると共に、貯留空間１３の蒸気が気体排出口１７から排出される。以上のサイクルが繰り返される。そして、位置検出センサ７０のＯＮ・ＯＦＦの回数を計測することにより、液体圧送装置１の作動状況が把握される。また、以上のサイクルが繰り返される間、位置検出センサ７０では常に第１永久磁石７４と第２永久磁石８０とが互いに磁力を及ぼし合う状態になっている。

以上のように、上記実施形態の位置検出センサ７０では、磁気スイッチ７２が検知する第１永久磁石７４とは別に、その第１永久磁石７４と常に引き合うまたは反発し合う第２永久磁石８０を備えるようにした。つまり、上記実施形態の位置検出センサ７０では、磁気スイッチ７２が検知する永久磁石７４が常に他の磁石と磁力を及ぼし合う状態を形成するようにした。一般に、永久磁石は、他の磁石と磁力を及ぼし合う状態でいることにより、自己の磁力を維持することができる。したがって、上記実施形態の位置検出センサ７０は、高温のドレンが貯留されて高温となる液体圧送装置１に設けられた場合でも、第１永久磁石７４の磁力（磁気）が低下するのを抑制することができる。その結果、位置検出センサ７０による位置検出精度の低下を抑制することができる。

また、上記実施形態の位置検出センサ７０では、第２永久磁石８０をケース７１の外周面における第１永久磁石７４の側方位置に設けるようにした。これにより、第２永久磁石８０の磁力（磁気）を、磁気スイッチ７２には及ぼさずに第１永久磁石７４のみに及ぼす状態を容易に形成することができる。したがって、位置検出センサ７０の位置検出精度の低下を効果的に抑制することができる。

なお、上記実施形態の位置検出センサ７０において、第２永久磁石８０の取付位置は上述した位置以外の箇所に設けるようにしてもよい。つまり、第２永久磁石８０の取付位置は、第１永久磁石７４との間で互いの磁力が及ぼし合う位置であればよいし、磁気スイッチ７２および第１永久磁石７４のうち第１永久磁石７４との間だけで互いの磁力が及ぼし合う位置であればさらに好ましい。

また、上記実施形態の位置検出センサ７０では、可動部材７３が対象物（フロート４１）に間接的に接する構成としたが、本願の位置検出センサは、可動部材が対象物に直接に接し対象物の変位に伴って移動する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、位置検出センサ７０を液体圧送装置１に用いた形態について説明したが、本願の位置検出センサはこれに限らず、それ以外の装置や器具に用いてもよい。例えば、本願の位置検出センサは、ドレン水位に応じてフロートが上昇下降するドレンタンクに用いるようにしてもよい。

本願に開示の技術は、磁気スイッチを有し、対象物の位置を検出する位置検出センサについて有用である。

７０ 位置検出センサ
７１ ケース
７２ 磁気スイッチ
７３ 可動部材
７４ 第１永久磁石
８０ 第２永久磁石

Claims (2)

1. 磁気スイッチと、
   第１永久磁石が取り付けられ且つ対象物に直接または間接的に接し、該対象物の変位に伴って上記磁気スイッチへ向かって移動する可動部材とを備え、
   上記可動部材の移動によって上記第１永久磁石が上記磁気スイッチに予め設定された所定距離まで近づくと、上記磁気スイッチが上記第１永久磁石の磁気を検知して上記対象物の位置を検出する位置検出センサであって、
   常に上記第１永久磁石と互いに引き合うまたは反発し合う領域で、且つ、上記可動部材の移動方向における側方の位置に固定された第２永久磁石を備えている
   ことを特徴とする位置検出センサ。
2. 請求項１に記載の位置検出センサにおいて、
   略柱状に形成され、柱軸方向一端側に上記磁気スイッチが収容されると共に、柱軸方向他端側に上記可動部材が柱軸方向に移動可能に挿入されたケースを備え、
   上記可動部材は、上記ケースの柱軸方向に延びる棒状に形成され、内端側に上記第１永久磁石が内蔵されており、
   上記第２永久磁石は、上記ケースの外周面における上記第１永久磁石の側方位置に取り付けられている
   ことを特徴とする位置検出センサ。

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