JP6559549B2 - 液面検出装置 - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、液体の液面を検出する液面検出装置（例えば、自動車等の燃料タンク内に貯留される燃料の液面を検出する装置）に関する。

特許文献１に、燃料に浮かぶフロートと、フロートの上下動を回転運動に変換するアームと、アームと一体的に回転する永久磁石と、永久磁石の回転を検出する磁気検出素子と、を備える液面検出装置が開示されている。永久磁石は、磁気検出素子に対向して配置されている。永久磁石の磁気検出素子と対向する面以外の面がアームの一端に覆われている。永久磁石は、アームの軸方向に磁極が並ぶ一対の磁極を有する。永久磁石の磁場は、アームの軸方向における永久磁石の一端から磁気検出素子を通過して、アームの軸方向における永久磁石の他方の端に向う磁気検出素子は、永久磁石の磁場を利用して永久磁石の回転を検出する。

特開２００３−１７２６５３号公報

上記の技術では、永久磁石の磁場は、アームの軸方向における永久磁石の一端から磁気検出素子を通過して、アームの軸方向における永久磁石の他方の端に向うとともに、アームの軸方向における永久磁石の一端から磁気検出素子の反対側の裏面上を通過して、アームの軸方向における永久磁石の他方の端に向う。このため、永久磁石の裏面側では、永久磁石の磁場が磁石を覆うアームの外側まで広がって、アームに金属粉等の異物が付着する場合がある。この結果、永久磁石の磁場が変化し、検出誤差が生じる場合がある。

本明細書では、磁気検出素子と反対側の面上の永久磁石の磁場によって液面検出装置に異物が付着することを抑制する技術を提供する。

本明細書で開示される液面検出装置は、フロートと、フロートが取り付けられており、フロートの上下方向の運動を回転運動に変換するアームと、アームを保持する回転部材と、回転部材に固定される永久磁石と、永久磁石に対向する磁気検出素子と、磁気検出素子に対して回転部材を回転可能に支持する支持部材と、を備える。永久磁石は、磁気検出素子に対向する対向面を有する。回転部材は、永久磁石の対向面の裏側に位置する裏面を覆っている。永久磁石の対向面は、少なくとも一対の磁極に磁化されている。永久磁石の裏面は、対向面の磁極のそれぞれの裏側において反対の磁極が位置するように少なくとも一対の磁極に磁化されている。対向面の少なくとも一対の磁極は、対向面の一方の極から対向面上を通過して他方の極に向かう素子側磁場を有している。裏面の少なくとも一対の磁極は、裏面の一方の極から裏面上を通過して他方の極に向かう反対側磁場を有している。磁気検出素子は、素子側磁場を利用して磁石の回転を検出する。反対側磁場の磁束密度は、素子側磁場の磁束密度よりも小さい。

対向面に配置される少なくとも一対の磁極のそれぞれの磁極について、対向面の裏側に位置する裏面に同じ磁極を配置する構成、即ち、永久磁石の対向面から裏面まで同じ磁極が配置されている構成では、永久磁石の対向面側と裏面側とで対称の磁場が発生する。このため、裏面側の永久磁石の磁束密度を小さくしようとすると、磁気検出素子側における永久磁石の磁束密度も小さくなる。この場合、磁気検出素子を通過する磁束密度も小さくなり、検出精度が低下する。

上記した構成によれば、永久磁石の対向面側と裏面側とで反対の磁極を配置することによって、素子側磁場の磁束密度を減少させることなく、反対側磁場の磁束密度を小さく抑えることができる。この構成によれば、反対側磁場が、永久磁石の裏面を覆う回転部材を越えて広がることを抑制することができる。この結果、反対側磁場によって液面検出装置、特に回転部材に異物が付着することを抑制することができる。

実施例の燃料ポンプモジュールの構成を示す。 実施例の磁気センサユニットの正面図を示す。 実施例の磁気センサユニットの分解斜視図を示す。 実施例の図２のIV-IV断面の断面図を示す。 実施例の永久磁石の磁極の配置を説明する三面図を示す。 実施例の永久磁石の着磁方法を説明するための図を示す。 実施例の永久磁石の磁束を模式的に表す断面図を示す。 比較例の永久磁石の磁束を模式的に表す断面図を示す。 変形例の永久磁石の縦断面図を示す。 他の変形例の永久磁石の磁極の配置を説明する斜視図を示す。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

（特徴１）実施例の液面検出装置では、永久磁石の対向面は、一対の磁極に磁化されていてもよい。永久磁石の裏面は、対向面のそれぞれの磁極の反対の磁極が位置するように一対の磁極に磁化されていてもよい。この構成によれば、磁気検出素子を用いて対向面における一対の磁極の一方の磁極から他方の磁極に向かう磁場を利用することによって、磁石の回転を検出することができる。これにより、液面検出装置の構造を簡素化することができる。

（特徴２）実施例の液面検出装置では、永久磁石は、対向面の磁気検出素子と対向する位置に、裏面側に凹む空洞部を有していてもよい。この構成によれば、対向面の磁気検出素子に対向する位置から磁気検出素子を通過する磁束を低減することができる。これにより、磁気検出素子に対して永久磁石の位置がずれることによって、磁気検出素子を通過する磁束が大きく変化することを抑制することができる。この結果、磁気検出素子に対して永久磁石の位置がずれることによる検出誤差を抑制することができる。

（特徴３）実施例の液面検出装置では、空洞部は、永久磁石を対向面から裏面まで貫通していてもよい。この構成によれば、対向面の磁気検出素子に対向する位置から磁気検出素子を通過する磁束を発生させずに済む。これにより、磁気検出素子に対して永久磁石の位置がずれることによる検出誤差を抑制することができる。

図１に示すように、燃料ポンプモジュール１０は、自動車等の車両に搭載される燃料タンク４内の燃料を、図示省略した内燃機関に供給するためのユニットである。燃料ポンプモジュール１０は、燃料タンク４に配置される。

燃料ポンプモジュール１０は、燃料ポンプユニット１２と、液面検出装置２０と、を備える。燃料ポンプユニット１２は、燃料タンク４に収容される。燃料ポンプユニット１２は、燃料タンク４の開口を閉塞するセットプレート６に取付けられている。燃料ポンプユニット１２は、燃料タンク４内の燃料を、燃料ポンプユニット１２内に吸入し昇圧して、燃料ポンプユニット１２外に吐出する。燃料ポンプユニット１２から吐出された燃料は、吐出ポート１４から、図示省略された内燃機関に供給される。

液面検出装置２０は、フロート２２と、フロート２２に取り付けられているアーム２４と、アーム２４の回転角を検出する磁気センサユニット３０と、を備える。フロート２２は、燃料タンク４内の燃料に浮かんでおり、燃料の液面に応じて上下方向に運動する。フロート２２は、アーム２４の先端に回転自在に取り付けられている。アーム２４の基端は、磁気センサユニット３０に回転可能に支持されている。燃料タンク４内の燃料の液面に応じてフロート２２が上下動すると、アーム２４が燃料ポンプユニット１２に対して揺動回転する。即ち、アーム２４は、フロート２２の上下動を回転運動に変換する。アーム２４は、例えばステンレス等の燃料に対する耐性を有する金属で円柱の棒状に作製されている。

図２、図３に示すように、磁気センサユニット３０は、燃料ポンプユニット１２に対して、アーム２４を回転自在に支持している。なお、図２以降の図面では、フロート２２及びアーム２４のフロート２２側の一部が省略されている。磁気センサユニット３０は、支持部材３４と、永久磁石４４と、カバー３６と、磁気センサ４８（図５参照）と、リード線３２と、を備える。

支持部材３４は、燃料ポンプユニット１２の外壁に固定されている。支持部材３４は、樹脂で作製されている。支持部材３４は、本体３５と、円筒部４２と、軸方向規制部４０と、回転規制部６０と、を備える。本体３５は、平板形状を有する。本体３５の裏面は、燃料ポンプユニット１２の外壁に取り付けられている。本体３５の表面側には、軸方向規制部４０と円筒部４２が配置されている。円筒部４２は、本体３５の表面から突出している。円筒部４２は、アーム２４の回転軸Ｘを中心軸とする円筒形状を有する。

円筒部４２の外周面には、アーム２４が取り付けられる。アーム２４は、フロート２２とは反対側の端部において、半円形状に湾曲されている湾曲部分２４ａを有する。アーム２４は、さらに互いに対向する一対の対向部分２４ｂを有する。アーム２４は、円筒部４２に対向部分２４ｂを挿入することによって、支持部材３４に取り付けられる。図４に示すように、アーム２４が支持部材３４に取り付けられた状態では、アーム２４は、円筒部４２の回転軸Ｘ方向の両端に配置される一対の軸方向規制部４０の間に配置される。これにより、アーム２４が回転軸Ｘ方向に位置ずれすることを防止することができる。

支持部材３４の図２における右側面には、一対の回転規制部６０が配置されている。一対の回転規制部６０は、アーム２４の回転方向に互いに離間して配置されている。

支持部材３４とアーム２４には、永久磁石４４が取り付けられたカバー３６が取り付けられている。カバー３６は、回転軸Ｘを中心にアーム２４の回転方向に摺動可能に支持部材３４に配置される。図４に示すように、カバー３６は、アーム２４の基端と軸方向規制部４０の外周縁を覆う円筒形状の外縁部３８と、軸方向規制部４０と円筒部４２を本体３５と反対側から覆う円板形状の円板部３９と、を有する。この構成によれば、カバー３６は、アーム２４が支持部材３４から脱落することを抑制することができる。アーム２４は、カバー３６の図２の左端において、カバー３６から延びるアーム２４を挟持する切欠きを有する。これにより、アーム２４がカバー３６に固定され、カバー３６は、アーム２４の回転に同期して回転する。

カバー３６は、図２の右端においてストッパ部材を有する。ストッパ部材は、ストッパ部材は、カバー３６の支持部材３４側の端から支持部材３４側に突出し、一対の回転規制部６０の間に配置される。ストッパ部材は、カバー３６がアーム２４の回転に同期して、回転軸Ｘ回りを回転すると、一対の回転規制部６０のいずれかに当接して、アーム２４の回転を規制する。

図４に示すように、カバー３６は、円筒部４２の内周側に円筒形状の磁石収容部３７を有する。磁石収容部３７は、回転軸Ｘを中心軸とする略円筒形状を有する。磁石収容部３７の内周側には永久磁石４４が嵌合している。カバー３６は、磁石収容部３７に収容される永久磁石４４を保持する。永久磁石４４の裏面４４ｂは、カバー３６によって覆われている。

支持部材３４は、磁気センサ４８を収容する。磁気センサ４８は、永久磁石４４の対向面４４ａ（燃料ポンプユニット１２側の面）に対向して配置されている。支持部材３４は、磁気センサ４８に固定されており、アーム２４とカバー３６は、支持部材３４に対して、回転可能である。このため、カバー３６に固定されている永久磁石４４は、磁気センサ４８に対して、回転可能である。

磁気センサ４８は、アーム２４の回転運動を検出し、その検出結果に基づいて燃料タンク４内に貯留される燃料量に応じたアナログ信号を、燃料メータ（図示省略）に出力する（図１参照）。磁気センサ４８は、永久磁石４４の回転角、即ちアーム２４の回転角を検出する磁気式のセンサであって、例えば、ＭＲＥ（Magnet Resistive Element（磁気抵抗素子）の略）やホールＩＣを利用した公知のセンサを用いることができる。磁気センサ４８は、永久磁石４４の磁束の向きあるいは磁束の強度を検出する磁気検出素子を有する。磁気センサ４８は、外部には露出しないように、支持部材３４によって覆われている。磁気センサ４８は、回転軸Ｘ上に検出中心が位置するように配置されている。

なお、支持部材３４とアーム２４とカバー３６との間には、寸法誤差や燃料による膨潤を考慮した小さいクリアランスが設定されている。このため、永久磁石４４の回転中心と磁気センサ４８の検出中心とが若干ずれる場合がある。なお、本実施例では、永久磁石４４の回転中心及び磁気センサ４８の検出中心が回転軸Ｘ上に配置される、即ち、設計上の正規の位置に配置されている状態で、各部材の位置関係等が説明されている。

図２に示すように、磁気センサ４８からは、３本のリード線３２が延びている。３本のリード線３２は、それぞれ、電源ライン５２、出力ライン５４及びグランドライン５６に接続されている。電源ライン５２、出力ライン５４及びグランドライン５６は、セットプレート６を貫通して燃料メータに接続されている。

次いで、永久磁石４４の構成について説明する。図５では、永久磁石４４の磁極が示されている。図５の上方の図は、磁気センサ４８側の対向面４４ａを見た図である。図５の中央の図は、永久磁石４４の側面図である。図５の下方の図は、磁気センサ４８と反対側の裏面４４ｂから見た図である。

永久磁石４４は、回転軸Ｘと同軸の円環形状を有する。詳細には、永久磁石４４は、円環形状のうちの直径方向の両端（図５の左右端）が切り落とされた形状を有している。永久磁石４４が後述する回転部材３４に対して回転することを防止するためである。なお、磁石収容部３７の内周面には、永久磁石４４の回り止めをする平坦面が配置されている。永久磁石４４は、回転軸Ｘを中心軸とする円柱形状の空洞部４４ｃを有する。空洞部４４ｃは、対向面４４ａから裏面４４ｂまで永久磁石４４を貫通している。

図５の上方の図に示されるように、対向面４４ａ側では、永久磁石４４は、Ｎ極とＳ極の一対の磁極に磁化されている。対向面４４ａのＮ極の領域Ｎ１とＳ極の領域Ｓ１とは、回転軸Ｘを挟んで配置されており、対向面４４ａの左半分がＮ極領域Ｎ１であり、右半分がＳ極領域Ｓ１である。

図５の中央の図に示されるように、Ｎ極領域Ｎ１は、永久磁石４４の厚み方向の中央部において、裏面４４ｂ側のＳ極領域Ｓ２に接触している。同様に、Ｓ極領域Ｓ１は、永久磁石４４の厚み方向の中央部において、裏面４４ｂ側のＮ極領域Ｎ２に接触している。

図５の下方の図に示されるように、永久磁石４４は、裏面４４ｂ側では、対向面４４ａ側の磁極のそれぞれについて、当該磁極と反対の磁極に磁化されている。裏面４４ｂのＮ極領域Ｎ２とＳ極の領域Ｓ２とは、回転軸Ｘを挟んで配置されており、裏面４４ｂの左半分がＳ極領域Ｓ２であり、右半分がＮ極領域Ｎ２である。即ち、永久磁石４４は、２個のＮ極領域Ｎ１，Ｎ２と２個のＳ極領域Ｓ１，Ｓ２の４個の磁化領域を有する。

次いで、図６を参照して、永久磁石４４の着磁方法を説明する。図６は、永久磁石４４の側面を示す。永久磁石４４は、着磁前にフェライト系の酸化鉄を成形型にて、略円環形状に成形する。次いで、成形された着磁前の中間部品（以下では中間部品も「永久磁石４４」と呼ぶ）の対向面４４ａに、着磁ヨークＹＫを当接する。着磁ヨークＹＫでは、鉄芯にコイルが配置されている。着磁ヨークＹＫは、対向面４４ａにおいて、着磁後にＮ極領域Ｎ１となる領域とＳ極領域Ｓ１となる領域とのそれぞれに当接される。そして、着磁ヨークＹＫのコイルに電流が流される。これにより、着磁ヨークＹＫから強力な磁場が発生し、永久磁石４４が着磁される。

次いで、図７を参照して、永久磁石４４によって発生する磁場を説明する。図７には、永久磁石４４の対向面４４ａ及び裏面４４ｂ付近の磁場を表す磁力線が模式的に示されている。永久磁石４４は、対向面４４ａ側に、Ｎ極領域Ｎ１から対向面４４ａ上を通過してＳ極領域Ｓ１に向かうセンサ側磁場を有する。また、永久磁石４４は、裏面４４ｂ側に、Ｎ極領域Ｎ２から裏面４４ｂ上を通過してＳ極領域Ｓ２に向かう反対側磁場を有する。永久磁石４４は、対向面４４ａ側に着磁ヨークＹＫを当接して着磁されている。このため、永久磁石４４では、対向面４４ａ側に発生するセンサ側磁場の磁束密度を、裏面４４ｂ側に発生する反対側磁場の磁束密度よりも大きくすることができる。

本実施例の液面検出装置２０によれば、永久磁石４４の磁気センサ４８側の磁束密度を減少させずに、カバー３６側の磁束密度を小さく抑えることができる。この構成によれば、永久磁石４４の磁場がカバー３６を超えて液面検出装置２０の外側に広がることを抑制することができる。この結果、燃料に含まれる金属粉等の磁性体の異物が、カバー３６に付着することを抑制することができる。これにより、磁性体の異物によって、永久磁石４４の磁場が乱れて、液面検出装置２０に検出誤差が生じる事態を抑制することができる。

また、図８に示すような一対の磁極であって、対向面から裏面まで同一の磁極を有する比較例の永久磁石１００では、磁力線が永久磁石のＮ極側の端部１０２からＳ極側の端部１０４に、磁気センサ４８側とカバー３６側とに対称に延びている。このため、カバー３６側の磁束密度を抑えようとすると、磁気センサ４８側の磁束密度も小さくなる。一方、本実施例の永久磁石４４では、このような事態を回避することができる。

また、永久磁石４４は、磁気センサ４８と対向する位置に空洞部４４ｃを有する。この構成によれば、磁気センサ４８と対向する位置から延びて磁気センサ４８を通過する磁束を発生させずに済む。この結果、磁気センサ４８を通過する磁束を、永久磁石４４の対向面４４ａに平行に近づけることができる。これにより、永久磁石４４が磁気センサ４８に対して位置がずれた場合に、磁気センサ４８を通過する磁束の向きが大きく変化することを抑制することができる。永久磁石４４を用いてシミュレーションを行った結果、液面検出装置２０に設定されるクリアランスによるがたつき程度であれば、永久磁石４４の厚みと直径にもよるが、角度の検出誤差が０．５°以下の小さい誤差に抑えられることが分かった。この結果は、図８に示すような従来の永久磁石１００を用いた場合と変わらず、本実施例の液面検出装置２０でも検出誤差を小さく抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、永久磁石４４の構成は、上記の実施例に限られない。図９は、変形例の永久磁石４４を、回転軸Ｘを通る断面で見た縦断面図である。例えば、図９に示すように、空洞部４４ｃの裏面４４ｂ側の端部が閉塞されていてもよい。あるいは、空洞部４４ｃは、樹脂等の非磁性体で充填されていてもよい。また、あるいは、永久磁石４４は、空洞部４４ｃを有していなくてもよい。

また、例えば、図１０に示すように、永久磁石４４の対向面４４ａ及び裏面４４ｂには、二対の磁極が配置されていてもよい。あるいは、永久磁石４４の対向面４４ａ及び裏面４４ｂには、三対以上の磁極が配置されていてもよい。この場合、磁気センサ４８は、複数配置されていてもよく、各対の磁束の向きあるいは強さを検出することによって、永久磁石４４の回転を検出してもよい。

また、本明細書の「液面検出装置」は、燃料タンク４内の燃料量を検出する液面検出装置２０以外に、例えば、貯水タンク内あるいは貯水池の液面（即ち、水位あるいは貯水量）等を検出する液面検出装置であってもよい。

また、永久磁石４４は、円環形状あるいは円板形状に限られず、矩形形状、多角形形状等であってもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ ：燃料ポンプモジュール
２０ ：液面検出装置
２２ ：フロート
２４ ：アーム
３０ ：磁気センサユニット
３４ ：支持部材
３５ ：本体
３６ ：カバー
３７ ：磁石収容部
４０ ：軸方向規制部
４４ ：永久磁石
４４ａ ：対向面
４４ｂ ：裏面
４４ｃ ：空洞部
４８ ：磁気センサ
Ｎ１ ：Ｎ極領域
Ｎ２ ：Ｎ極領域
Ｓ１ ：Ｓ極領域
Ｓ２ ：Ｓ極領域
Ｘ ：回転軸
ＹＫ ：着磁ヨーク

Claims (4)

1. フロートと、
   フロートが取り付けられており、フロートの上下方向の運動を回転運動に変換するアームと、
   アームを保持する回転部材と、
   回転部材に固定される永久磁石と、
   永久磁石に対向する磁気検出素子と、
   磁気検出素子に対して回転部材を回転可能に支持する支持部材と、を備え、
   永久磁石は、磁気検出素子に対向する対向面を有し、
   回転部材は、永久磁石の対向面の裏側に位置する裏面を覆っており、
   永久磁石の対向面は、少なくとも一対の磁極に磁化されており、
   永久磁石の裏面は、対向面の磁極のそれぞれの裏側において反対の磁極が位置するように少なくとも一対の磁極に磁化されており、
   対向面の少なくとも一対の磁極は、対向面の一方の極から対向面上を通過して他方の極に向かう素子側磁場を有し、
   裏面の少なくとも一対の磁極は、裏面の一方の極から裏面上を通過して他方の極に向かう反対側磁場を有し、
   磁気検出素子は、素子側磁場を利用して磁石の回転を検出し、
   素子側磁場の磁束密度は、反対側磁場の磁束密度よりも大きい、液面検出装置。
2. 永久磁石の対向面は、一対の磁極に磁化されており、
   永久磁石の裏面は、対向面のそれぞれの磁極の反対の磁極が位置するように一対の磁極に磁化されている、請求項１に記載の液面検出装置。
3. 永久磁石は、対向面の磁気検出素子と対向する位置に、裏面側に凹む空洞部を有する、請求項１又は２に記載の液面検出装置。
4. 空洞部は、永久磁石を対向面から裏面まで貫通している、請求項３に記載の液面検出装置。
   
   

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