JP6107462B2 - 液面検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、容器に貯留された液体の液面高さを検出する液面検出装置に関する。

従来、液体の液面に追従して回転する回転体の回転角度を計測することにより、液面の高さを検出する液面検出装置が知られている。こうした液面検出装置の一種として、例えば特許文献１に開示の構成は、一対のマグネットを保持するマグネットホルダと、ホールＩＣが埋設された支持軸によってマグネットホルダを回転自在に支持するハウジングとを備えている。

以上の構成では、ホールＩＣを貫通する磁束の密度は、一対のマグネットを保持するマグネットホルダの回転に伴って変化する。故に、ホールＩＣの出力に基づいてマグネットホルダの回転角度を計測することで、液面検出装置は、容器に貯留されている液面の高さを検出することができる。

特開２０１２−１８１１０６号公報

さて、特許文献１のマグネットホルダには、支持軸及び各マグネットに対して支持軸の突出方向に位置し、容器内に露出する露出面が形成されている。こうした形態の液面検出装置を長期に亘って使用した場合、液体中に混入した磁性の異物（以下、「磁性異物」という）が露出面に付着し、検出精度の低下が引き起こされるという問題を、本願発明者は想到した。

詳しく説明すると、マグネットホルダの平坦な露出面には、各磁石の磁力が及び易いため、磁性異物が徐々に付着していく。こうした磁性異物の付着の継続によれば、各磁石を露出面に投影した二つの投影領域の間には、これらの投影領域を繋げるような磁気回路が、磁性異物によって形成されてしまうのである。この磁気回路に磁束が漏れることにより、支持軸及びホールＩＣを貫通する磁束が弱められてしまい、ホールＩＣの検出結果の経年変化が引き起こされるのである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、長期の使用に亘り、高精度の検出結果を出力し続けることが可能な液面検出装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、容器（９０）に貯留された液体の液面（９１）高さを検出する液面検出装置であって、液面に追従して回転する回転体（５０）と、容器に対し固定される本体部（３３）、及び回転体の回転軸に沿った軸方向（ＡＤ）に本体部から突出し当該回転体を回転自在に支持する支持部（３２）を有する固定体（２０）と、回転軸を挟む配置にて回転体に互いに離れて保持され、支持部を貫通する磁束を発生させる一対の磁石部（５１）と、支持部の内部に配置される素子部（７１）を有し、素子部を貫通する磁束（ｍｆ）の密度に応じた検出結果を出力する検出手段（７０）と、を備え、回転体は、支持部及び各磁石部の軸方向外側に位置して容器内に露出する露出面（８２）を形成し、露出面において、各磁石部を軸方向外側に投影した二つの投影領域（５６，２５６，５７）の間には、当該露出面から軸方向外側に立設される立設壁（８３，２８３）が設けられ、露出面において二つの投影領域が並ぶ方向を対向方向（ＦＤ）とすると、立設壁は、互いに離れて位置する二つの投影領域の内側で露出面に沿って対向方向と交差する方向に延伸し、露出面に沿って対向方向と直交する幅方向（ＷＤ）において、立設壁の長さ（ｗ１）は、当該幅方向における各投影領域の最大長さ（ｗ２，ｗ３）以上であることを特徴としている。

この発明において、支持部及び一対の磁石の突出方向に位置する露出面には、当該露出面から突出方向に立設された立設壁が設けられている。この立設壁の表面は、部分的に各磁石から遠ざけられるため、磁力が及び難くなる。故に、液体中に含まれる磁性異物は、立設壁の表面に付着し難くなる。よって、各磁石を露出面に投影した二つの投影領域の間に磁性異物による磁気回路が形成されることに起因し、支持部を貫通する磁束が弱められる事態は、回避され得る。したがって、液面検出装置は、長期の使用に亘り、高精度の検出結果を出力し続けることができる。

尚、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本発明の範囲を制限することを意図したものではない。

本発明の第一実施形態による液面検出装置の正面図である。 図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線におけるハウジングの線断面図と、図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線におけるマグネットホルダの線断面図とを組み合わせた図である。 ホルダカバーの構成を説明するための斜視図である。 ホルダカバーの平面図である。 図４の変形例を示す図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態による液面検出装置１００は、図１に示すように、液体としての燃料を貯留する燃料タンク９０内に設置されている。液面検出装置１００は、燃料ポンプモジュール９３等に保持された状態にて、燃料タンク９０に貯留されている燃料の液面９１の高さを検出する。液面検出装置１００は、ハウジング２０、フロート６０、マグネットホルダ５０、及びホールＩＣ７０等によって構成されている。

図２に示すハウジング２０は、インナーケース２１、ターミナル３５ａ〜３５ｃ、及びアウターケース３１等によって構成されている。インナーケース２１は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等の樹脂材料によって形成されている。インナーケース２１には、ホールＩＣ７０を収容する素子収容室２４が設けられている。三つのターミナル３５ａ〜３５ｃ（図１も参照）は、りん青銅等の導電性材料によって、帯板状に形成されている。各ターミナル３５ａ〜３５ｃは、外部の機器（例えば、コンビネーションメータ）及びホールＩＣ７０間において、電圧等の検出信号の伝送に用いられる。アウターケース３１は、ＰＰＳ樹脂等の樹脂材料によって形成されている。アウターケース３１は、インナーケース２１の外側を覆うよう形成されることで、インナーケース２１を収容している。アウターケース３１には、軸部３２が形成されている。軸部３２は、燃料ポンプモジュール９３（図１参照）を介して燃料タンク９０（図１参照）に対し固定される本体部３３から、円筒状に突出している。軸部３２は、マグネットホルダ５０に内嵌されることで、当該ホルダ５０を回転自在に支持している。

図１に示すフロート６０は、例えば発泡させたエボナイト等の燃料よりも比重の小さい材料により形成されている。フロート６０は、燃料の液面９１に浮揚可能である。フロート６０は、フロートアーム６５を介してマグネットホルダ５０に支持されている。フロートアーム６５は、ステンレス鋼等の磁性材料によって丸棒状に形成されており、フロート６０に形成された貫通孔６１に挿通されている。

図１，２に示すマグネットホルダ５０は、樹脂材料等により円盤形状に形成されている。マグネットホルダ５０は、本体部５３及びホルダカバー８０等によって構成されている。マグネットホルダ５０は、フロートアーム６５を保持し、軸部３２に外嵌されることでハウジング２０対して回転自在に支持されている。以上の構成により、マグネットホルダ５０は、液面９１に追従するように、マグネット５１と一体でハウジング２０に対して相対回転する。このマグネットホルダ５０には、一対のマグネット５１が収容されている。一対のマグネット５１は、当該ホルダ５０の回転軸を挟む配置にて保持されることで、軸部３２を挟んで対向する。以上により、一対のマグネット５１は、素子収容室２４に収容されたホールＩＣ７０を通過する磁束ｍｆを発生させる。

図２に示すホールＩＣ７０は、ハウジング２０に対するマグネットホルダ５０の相対角度を検出する検出素子である。ホールＩＣ７０は、素子部７１及び三つのリード線７２等によって構成されている。素子部７１は、平板状に形成され、一対のマグネット５１に挟まれるように、軸部３２の内部に設けられた素子収容室２４に収容されている。各リード線７２は、素子部７１から延出されており、各ターミナル３５ａ〜３５ｃに接続されている。ホールＩＣ７０は、電圧を印加された状態でマグネット５１から磁界の作用を素子部７１に受けることにより、当該ホールＩＣ７０を通過する磁束ｍｆの密度に応じた（比例した）電圧を発生させる。ホールＩＣ７０に発生した電圧は、各リード線７２及び各ターミナル３５ａ〜３５ｃ等を介し、検出結果を示す信号として外部の機器に計測される。

以上、図１に示す液面検出装置１００では、燃料に追従して上下移動するフロート６０の往復動作は、マグネットホルダ５０に保持されたフロートアーム６５によって回転運動に変換され、これら一体要素５０，６５に伝達される。故に、マグネットホルダ５０は、燃料タンク９０に貯留される燃料の液面に追従し、ハウジング２０に対して相対回転する。このマグネットホルダ５０の相対回転により、ホールＩＣ７０に作用する磁界の磁束密度が変化することで、ホールＩＣ７０から出力される電圧は変化する。こうして液面検出装置１００は、マグネットホルダ５０の回転角度、ひいては燃料の液面の高さの検出を実現している。

次に、マグネットホルダ５０のホルダカバー８０の詳細を、図２〜４に基づいてさらに説明する。

図２，３に示すように、ホルダカバー８０は、本体板部８１、立設壁８３、及び補助壁８７を有している。本体板部８１は、板状に形成されており、軸部３２の突出方向である軸方向ＡＤの外側から、本体部５３の開口５２に嵌め込まれている。本体板部８１は、熱かしめ等により、本体部５３に固定されている。本体板部８１は、軸部３２及び各マグネット５１に対し軸方向ＡＤの外側に位置している。この本体板部８１において、燃料タンク９０（図１参照）内に露出する外表面が、露出面８２である。以下の説明では、軸方向ＡＤの外側に向けて各マグネット５１を露出面８２に投影した二つの領域を、図４に示す投影領域５６，５７とする。第一実施形態における一方の投影領域５６の中間部分は、補助壁８７によって露出面８２が分断されていることに伴い、間引かれている。また、図２，４に示すように、軸方向ＡＤの外側に向けて軸部３２を露出面８２に投影した領域を、中央領域５８とする。そして、二つのマグネット５１が対向する方向であって、中央領域５８を挟んで二つの投影領域５６，５７の並ぶ方向を、対向方向ＦＤとする。さらに、露出面８２に沿って対向方向ＦＤと実質的に直交する方向を幅方向ＷＤとする。

立設壁８３は、図２に示すように、露出面８２上を横断するように配置されたフロートアーム６５を超える高さまで、軸方向ＡＤの外側に向けて露出面８２から立設されている。そのため、露出面８２から立設壁８３の頂面８４までの軸方向ＡＤに沿った高さ寸法ｈ１は、フロートアーム６５の横断面の直径ｄ１よりも大きい。図３，４に示すように、立設壁８３は、露出面８２に沿って幅方向ＷＤに延伸している。立設壁８３の延伸方向における両端部は、露出面８２の幅方向ＷＤの両縁まで達している。これにより、幅方向ＷＤにおける立設壁８３の長さ（以下、「幅寸法ｗ１」という）は、幅方向ＷＤにおける各投影領域５６，５７の最大長さ（以下、「最大幅寸法ｗ２，ｗ３」という）と実質的に同一となっている。立設壁８３は、フロートアーム６５との干渉を避けるために、二つの投影領域５６，５７の中間位置から僅かに投影領域５６に近接する位置に設けられている。こうした配置により、立設壁８３の少なくとも一部は、中央領域５８に位置している。また、フロートアーム６５と隣り合う立設壁８３の側壁は、傾斜面８５とされている。図２〜４に示すように、傾斜面８５は、軸方向ＡＤに沿って露出面８２から離間するに従い、投影領域５７から離間する方向に傾斜している。

補助壁８７は、図３，４に示すように、立設壁８３を挟んで投影領域５７とは反対側に形成されている。補助壁８７は、露出面８２から軸方向ＡＤの外側に向けて、立設壁８３と実質的に同じ高さまで立設されている。補助壁８７は、立設壁８３の幅方向ＷＤの中央から、対向方向ＦＤに沿って露出面８２の外縁まで延伸している。補助壁８７は、立設壁８３と連続しつつ、当該立設壁８３と直交方向に延びる形状により、立設壁８３及び本体板部８１の強度を高めている。

以上説明したホルダカバー８０の機能を、以下説明する。

図１に示す燃料タンク９０内の燃料中には、例えば鉄粉等の磁性の異物が含まれ得る。こうした鉄粉等は、各マグネット５１の磁力によって、マグネットホルダ５０の外表面に付着し得る。図２に示す立設壁８３は、こうした鉄粉等の付着を防ぐ機能を発揮する。詳しく説明すると、露出面８２から立設された立設壁８３の外表面、特に頂面８４は、各マグネット５１から遠ざけられることとなる。故に、各マグネット５１の磁力は、頂面８４に及び難くなる。そのため、マグネットホルダ５０において鉄粉の付着し易い範囲は、立設壁８３を挟んだ両側の露出面８２に限られ、立設壁８３の外表面に鉄粉等は付着し難くなる。

ここまで説明した第一実施形態によれば、二つの投影領域５６，５７の間に鉄粉等によって磁気回路が形成されることに起因し、軸部３２を貫通する磁束ｍｆ（図２参照）が弱められる事態は、回避され得る。こうして、素子部７１を貫通する正規の磁束ｍｆの安定化が図られることで、液面検出装置１００は、長期の使用に亘り、高精度の検出結果をホールＩＣ７０から出力し続けることができる。

加えて第一実施形態の立設壁８３は、図４に示す二つの投影領域５６，５７を分断するように、幅方向ＷＤに延伸している。こうした形状により、二つの投影領域５６，５７の一方から他方まで連続して付着した鉄粉等が磁気回路を形成してしまう事態は、確実に阻止され得る。したがって、液面検出装置１００の検出精度は、高いまま維持し続けられる。

さらに、立設壁８３の幅寸法ｗ１が、各投影領域５６，５７の最大幅寸法ｗ２，ｗ３と同じだけ確保されているので、立設壁８３をまわり込むようにして鉄粉等が露出面８２に付着する事態は、回避され得る。こうして、各投影領域５６，５７間を繋ぐ磁気回路の形成がいっそう困難とされることで、液面検出装置１００の検出精度を維持する効果は、高い確実性をもって発揮されるようになる。

さらに第一実施形態の立設壁８３は、中央領域５８と部分的に重なるような配置により、二つの投影領域５６，５７の中間に位置している。このように、二つのマグネット５１から概ね等しい距離に位置する立設壁８３は、両方のマグネット５１から確実に遠ざけられることとなる。そのため、立設壁８３の外表面に鉄粉等が付き難くなる作用は、確実に発揮され得る。したがって、鉄粉等の形成する磁気回路によって検出精度の悪化が引き起こされる事態は、さらに確実に回避可能となる。

ここで、磁性材料によって形成されたフロートアーム６５が露出面８２上を横断する液面検出装置１００では、フロートアーム６５が、露出面８２に付着した鉄粉等とともに二つの投影領域５６，５７を繋ぐ磁気回路を形成し得る。そのため、第一実施形態の立設壁８３は、フロートアーム６５を超える高さまで、立設されている。以上によれば、フロートアーム６５及び鉄粉等の協働によって立設壁８３を乗り越えるように磁気回路が形成されてしまう事態は、回避される。したがって、フロートアーム６５を備える液面検出装置１００においても、高い検出精度の維持が可能となる。

尚、第一実施形態において、ハウジング２０が特許請求の範囲に記載の「固定体」に相当し、軸部３２が特許請求の範囲に記載の「支持部」に相当し、マグネットホルダ５０が特許請求の範囲に記載の「回転体」に相当する。また、マグネット５１が特許請求の範囲に記載の「磁石部」に相当し、ホールＩＣ７０が特許請求の範囲に記載の「検出手段」に相当し、燃料タンク９０が特許請求の範囲に記載の「容器」に相当する。

（第二実施形態）
図５に示す本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態のホルダカバー２８０では、第一実施形態の補助壁８７（図４参照）に相当する構成が省略されている。そのため、一方の投影領域２５６は、他方の投影領域５７と同様に、中間部分において途切れることなく連続している。また、立設壁２８３において、フロートアーム６５と隣り合う側壁は、露出面８２に対して実質的に垂直に設けられている。以上の第二実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏することで、各投影領域２５６，５７の間を繋ぐ磁気回路の形成は、防がれ得る。したがって、長期の使用に亘り高精度の検出結果を出力し続けることが可能となる。

（他の実施形態）
以上、本発明による複数の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記実施形態において、立設壁８３，２８３は、ホルダカバー８０，２８０と一体で形成されていた。こうした構成によれば、立設壁の強度は確保容易となる。しかし、立設壁は、ホルダカバーと別体で形成され、当該カバーに取り付けられる構成であってもよい。こうした構成であれば、上述の樹脂材料よりも磁束ｍｆを通し難い非磁性材料によって、立設壁を形成することが可能となる。さらに、露出面を形成するホルダカバーが、本体部と一体的に構成されていてもよい。

上記実施形態において、立設壁８３，２８３は、幅方向ＷＤに延伸する形状であった。しかし、立設壁の形状は、適宜変更されてよい。例えば、立設壁の延伸方向は、対向方向ＦＤに交差していれば、幅方向ＷＤからずれた方向であってもよい。また、立設壁の幅寸法ｗ１（図４参照）は、各投影領域の最大幅寸法ｗ２，ｗ３を大きく上回っていてもよく、又は、各投影領域の最大幅寸法ｗ２，ｗ３より小さくてもよい。さらに、複数の立設壁が、二つの投影領域の間に立設されていてもよい。そして、立設壁の位置は、二つの投影領域の中間に限定されず、中央領域から大きく外れて一方の投影領域の近傍であってもよい。

上記実施形態による液面検出装置は、鋼板製の燃料タンク内に設置されるのがよい。鋼板製の燃料タンクでは、長期の使用に伴い、鉄粉等が混入し易くなる。故に、マグネットホルダへの鉄粉等の付着を防ぐことで、検出精度の安定化が図られた液面検出装置は、鋼板製の燃料タンクに特に好適なのである。

上記実施形態では、露出面８２の中央領域５８をフロートアーム６５が横切っていた。しかし、露出面上を横切らないようにフロートアームの保持形態が変更されていてもよい。こうした形態であれば、磁気回路の形成を防ぐことは、いっそう容易となる。

上記実施形態では、二つのマグネット５１によって「一対の磁石部」が形成されていた。しかし、「一対の磁石部」は、ホールＩＣに磁束を作用させることができれば、上記の構成に限定されない。例えば、「一対の磁石部」のそれぞれが、複数のマグネットを組み合せることにより、形成されていてもよい。又は、一つのマグネットに着磁された極性の異なる二つの磁極が、「一対の磁石部」にそれぞれ相当していてもよい。同様に、「検出手段」及び「支持部」といった構成についても、具体的な構成は、適宜変更されてよい。

以上、燃料の残量を検出する車両用の液面検出装置１００に適用した例に基づいて本発明を説明した。しかし、本発明の適用対象は、こうした液面検出装置に限る必要はなく、車両に搭載される他の液体、例えばブレーキフルード、エンジン冷却水、エンジンオイル等の容器内の液面検出装置であってもよい。さらに、車両用に限らず、各種民生用機器、各種輸送機械が備える液体容器内に設けられる液面検出装置に、本発明は適用可能である。

ＡＤ 軸方向、ＦＤ 対向方向、ＷＤ 幅方向、ｍｆ 磁束、２０ ハウジング（固定体）、３２ 軸部（支持部）、３３ 本体部、５０ マグネットホルダ（回転体）、５１ マグネット（磁石部）、５６，５７，２５６ 投影領域、５８ 中央領域、６０ フロート、６５ フロートアーム、７０ ホールＩＣ（検出手段）、７１ 素子部、８２ 露出面、８３，２８３ 立設壁、８７ 補助壁、９０ 燃料タンク（容器）、９１ 液面、１００ 液面検出装置

Claims (3)

1. 容器（９０）に貯留された液体の液面（９１）高さを検出する液面検出装置であって、
   前記液面に追従して回転する回転体（５０）と、
   前記容器に対し固定される本体部（３３）、及び前記回転体の回転軸に沿った軸方向（ＡＤ）に前記本体部から突出し当該回転体を回転自在に支持する支持部（３２）を有する固定体（２０）と、
   前記回転軸を挟む配置にて前記回転体に互いに離れて保持され、前記支持部を貫通する磁束（ｍｆ）を発生させる一対の磁石部（５１）と、
   前記支持部の内部に配置される素子部（７１）を有し、前記素子部を貫通する磁束の密度に応じた検出結果を出力する検出手段（７０）と、を備え、
   前記回転体は、前記支持部及び前記各磁石部の前記軸方向外側に位置して前記容器内に露出する露出面（８２）を形成し、
   前記露出面において、前記各磁石部を前記軸方向外側に投影した二つの投影領域（５６，２５６，５７）の間には、当該露出面から前記軸方向外側に立設される立設壁（８３，２８３）が設けられ、
   前記露出面において前記二つの投影領域が並ぶ方向を対向方向（ＦＤ）とすると、前記立設壁は、互いに離れて位置する前記二つの投影領域の内側で前記露出面に沿って前記対向方向と交差する方向に延伸し、
   前記露出面に沿って前記対向方向と直交する幅方向（ＷＤ）において、前記立設壁の長さ（ｗ１）は、当該幅方向における各前記投影領域の最大長さ（ｗ２，ｗ３）以上であることを特徴とする液面検出装置。
2. 前記立設壁の少なくとも一部は、前記軸方向外側に向けて前記支持部を前記露出面に投影した中央領域（５８）に位置することを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記液面に浮かぶフロート（６０）と、
   棒状の磁性材料により形成され、前記回転体に保持されつつ前記露出面上を横断し、前記フロートを保持するフロートアーム（６５）と、をさらに備え、
   前記立設壁は、前記フロートアームを超える高さまで前記軸方向外側に向けて立設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液面検出装置。

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