JP2005321262A - 非接触式液面レベルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁電変換素子に対する外部磁場の影響を回避することにより、磁電変換素子出力の安定化と、液面レベルの測定結果の高信頼化が図れる非接触式液面レベルセンサを提供する。
【解決手段】本発明の非接触式液面レベルセンサ２０は、ハウジング２１に、磁電変換素子２５に対する外部磁場の影響を遮断する電磁遮へい板３７を取り付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触式液面レベルセンサに関し、より詳細にはフロートの動きを磁束の変化に変えて高精度に検出することができる、車輛用燃料タンク等に用いるのに好適な非接触式液面レベルセンサに関する。

従来、自動車の車輛用燃料タンクに搭載されて燃料の液体の貯溜量を検出する、例えば非接触式の液面レベルセンサは、フロートの移動に応じて回動する円環状のマグネットがフレーム内に配設されている。磁電変換素子であるホール素子は、円環上のマグネットと同一平面且つ該マグネットの中心部に配置されており、該ホール素子は、回動するマグネットによる磁束密度の変化を検出して電気信号に変換する。これによって、液面レベルを検出するようにしたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、フレーム表面上に形成された保持手段によってマグネットが固定されたマグネットホルダが回動自在に保持されており、該マグネットに対向して一対のコアと、該コアのギャップ部に設けられたホール素子とがフレーム内に配置されて、マグネットの回動による磁束密度の変化を検出するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。

前記特許文献１及び２に開示されている非接触式液面レベルセンサは、ホール素子をマグネットと同一平面内に配置し（特許文献１）、或いはマグネットホルダをフレーム表面上に形成された保持手段によって回動自在に保持するようにして（特許文献２）、非接触式液面レベルセンサの薄型化及びコストダウンを図ったものである。

また、前記特許文献１及び２に開示されている非接触式液面レベルセンサは、いずれもホール素子がフロートの移動に応じて回動するマグネットの磁場の変化を検知し、その変化に応じた磁電変換信号（電気信号）を出力する。このため、非接触式液面レベルセンサ及びその内部のホール素子は、図６及び図７に示すように、周辺からの外部磁界（外部磁場）に直接晒されて、その影響を受け易い。この外部磁場は、燃料タンク内に設置された燃料ポンプを含む燃料ポンプモジュールＰのほか、燃料タンクの設置部付近の電気設備や配置系統から発生している。そして、この外部磁場は、非接触式液面レベルセンサ２０内のホール素子に直接影響することとなる。
特開２００２−２０６９５９号公報（第４−５頁、第１図） 特開２００２−２０６９４５号公報（第３−４頁、第１図）

しかしながら、このような外部磁場はホール素子自体が持つ出力特性を変化させ、液面レベルの検出精度を劣化させてしまう。従って、外部磁場がない状態のときに得られるような正規の出力特性を得ることができない。図８は、外部磁場の有無に応じたホール素子の出力特性を示す。これによれば、燃料タンク設置部付近に外部磁場がないときには、例えば実線Ｘで示すようにマグネットの回動角度に対して所定感度の出力が得られるのに対し、外部磁場があるときには、この外部磁場がホール素子に作用し、点線Ｙで示すように出力が変化する。 この結果、マグネットの回動角度に対する出力変化が小さく、検出感度が劣化し、液面レベルの測定結果が信頼性を欠いてしまうという問題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁電変換素子に対する外部磁場の影響を回避することにより、磁電変換素子出力の安定化と、これによる液面レベルの測定結果の高信頼性を実現することにある。また、このような磁電変換素子出力の安定化を、マグネット自身が磁電変換素子に与える電磁作用を妨げることなく実現することにある。

１）本発明に係る非接触式液面レベルセンサは、ハウジングと、該ハウジング内に回動自在に設けられた回転軸と、該回転軸の外周面に固定され、前記回転軸と共に回動するマグネットと、該マグネットの外周面に対向するように前記ハウジングに配置された一対のステータと、前記マグネットの回動に伴って生じる前記ステータ内の磁束密度の変化を検出し、電気信号に変換して出力する磁電変換素子と、を備えた非接触式液面レベルセンサであって、前記ハウジングには磁電変換素子に対し外部磁場が影響を与えない電磁遮へい板が取り付けられていることを特徴としている。

２）本発明に係る非接触式液面レベルセンサは、前記１）記載の非接触式液面レベルセンサであって、前記電磁遮へい板が、前記ステータ及び磁電変換素子を含む領域を被うように配置されていることを特徴としている。
３）本発明に係る非接触式液面レベルセンサは、前記２）記載の非接触式液面レベルセンサであって、前記電磁遮へい板の一部は、磁電変換素子の検査面と水平で、且つ前記ステータを被う位置に設けられていることを特徴としている。

前記構成の非接触式液面レベルセンサによれば、電磁遮へい板がステータ及び磁電変換素子に外部磁場が直接影響するのを阻止するため、マグネットが発生する磁場のみをステータを介して磁電変換素子に作用させることができる。従って、この磁電変換素子の出力変化も安定し、フロートの移動に伴う液面レベルの測定結果を信頼性の高いものとすることができる。

４）本発明に係る非接触式液面レベルセンサは、上記１）記載の非接触式液面レベルセンサであって、前記電磁遮へい板が、前記マグネットの磁場に影響しない形状を持つことを特徴としている。

５）本発明に係る非接触式液面レベルセンサは、上記１）記載の非接触式液面レベルセンサであって、前記電磁遮へい板が、前記マグネットの磁場に影響しない位置に配置されていることを特徴としている。

前記構成の非接触式液面レベルセンサによれば、マグネットの磁場が電磁遮へい板を通り、これを磁路として拡散されてしまうのを防止し、ステータ及び磁電変換素子に集中させる。従って、磁電変換素子の出力の低下を防止できる。

６）本発明に係る非接触式液面レベルセンサは、上記１）記載の非接触式液面レベルセンサであって、前記磁電変換素子が、ホールＩＣであることを特徴としている。

前記構成の非接触式液面レベルセンサによれば、磁電変換出力を内部の信号処理回路で処理することができるため、液面レベルに対応した値に補正した信号として液面レベル測定値信号を計測器へ入力することができる。これにより、外部磁場の一部が磁電変換素子に僅かに漏れるようなことがあっても、これを補償した正確な液面レベルの表示を行うことができる。

７）本発明に係る非接触式液面レベルセンサは、前記６）記載の非接触式液面レベルセンサであって、前記ホールＩＣが、磁電変換特性補正のための情報書き込みが可能なメモリを持つことを特徴とする。

前記構成の非接触式液面レベルセンサによれば、電磁遮へい板が取り付けられルことによる出力特性の劣化を補償する信号処理を行って、外部磁場がない場合と同様の計測器対応の磁束検出信号を出力することができる。これにより、外部磁場の一部が磁電変換素子に僅かに漏れるようなことがあっても、これを補償した正確な液面レベルの表示を行うことができる。

本発明の非接触式液面レベルセンサは、磁場発生部品などからの外部磁場を、電磁遮へい板によって磁電変換素子に直接作用することを阻止でき、磁電変換素子からはフロートの移動に応じて回動するマグネットからの磁場を、高感度及び高精度に検出することができる。

以下、本発明に係る非接触式液面レベルセンサの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態である非接触式液面レベルセンサの平面図であり、理解を容易にするためハウジングの表面側を削除し、インサートされたターミナルアッシーを露出させて示す平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視縦断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態である非接触式液面レベルセンサ２０は、ターミナルアッシー３０がハウジング２１にインサート成形されており、外部接続部２６ｇを除いてターミナルアッシー３０の殆どの部分がハウジング２１の合成樹脂内に埋設されている。

ターミナルアッシー３０は、ターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ、磁電変換素子２５、抵抗２８、コンデンサ２９及び一対のステータ２４が一体に組み付けられて構成されている。ターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃは、電気回路の一部を構成し、磁電変換素子２５によって検出された電気信号を外部に伝達するためのものであって、導電性金属板をプレス加工して形成された形状の異なる３個のターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが１組とされている。

夫々のターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの上端は、帯状キャリヤ２６ｄに連結されて形成されている。帯状キャリヤ２６ｄは、ターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃがハウジング２１にインサート成形された後、切断線ＣＬで切断される。
これによってターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃは、夫々分離され、独立したターミナルとして機能するようになっている。帯状キャリヤ２６ｄが切断された後の夫々のターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの上端は、外部接続部２６ｇとなる。

ターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの外部接続部２６ｇの近傍且つハウジング２１にインサート成形されたときハウジング２１に埋設されるシール部位２６ｅには、複数本のＶ溝２６ｆがターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの長手方向と直角方向に形成されている。 そして、ターミナルアッシー３０（ターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ）のインサート成形は、Ｖ溝２６ｆを含むシール部位２６ｅにシールコート剤１８を塗布してから行われる。これによって、ターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃとハウジング２１との間は確実にシールされる。

磁性体により略四分円形の板状に形成された一対のステータ２４は、ターミナル２６Ｂの一端部分に略半円を形成するように配置され、４本の加締めピン３１によって加締められてターミナル２６Ｂに固定されている。これによって一対のステータ２４は、非接触式液面レベルセンサ２０が組み付けられたとき、マグネット２３の外周面に対向し、その外周面を略１８０°に亘って囲むように配置される。

各ステータ２４を構成する磁性体としては、ケイ素鋼板、鉄、マルテンサイト系ステンレス、等が例として挙げられる。なお、一対のステータ２４のターミナル２６Ｂへの固定は、溶接等、強固に固定できるものであればよく、限定されない。

一対のステータ２４の端面間に形成されたギャップＧには、例えばホール素子、ホールＩＣ等の磁電変換素子２５が一対のステータ２４によって挟まれるように配置されている。磁電変換素子２５のリード線２５ａは、ターミナル２６Ｂ及び２６Ｃにスポット溶接されて電気的に接続されている。

また、抵抗２８及びコンデンサ２９のリード線２８ａ，２９ａは、夫々ターミナル２６Ａ，２６Ｂ及びターミナル２６Ｂ，２６Ｃにスポット溶接されて電気的に接続されている。即ち、ターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ、磁電変換素子２５、抵抗２８及びコンデンサ２９によって電気回路が形成されている。

図１及び図２に示すように、上述したように組み付けられたターミナルアッシー３０は、ターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６ＣのＶ溝２６ｆを含むシール部位２６ｅにシールコート剤１８が塗布された後、例えばポリアセタール等の合成樹脂でインサート成形されハウジング２１が形成される。これによってターミナルアッシー３０は、外部接続部２６ｇを除く殆どの部分がハウジング２１内に埋設される。

インサート成形することにより、ターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ、磁電変換素子２５、抵抗２８、コンデンサ２９及び一対のステータ２４は、ハウジング２１を構成する合成樹脂によって更に確実に固定され、夫々の相対的な位置関係は変化することはない。

ターミナルアッシー３０は、外部接続部２６ｇを除いて合成樹脂内に埋設され、また唯一外部に繋がる外部接続部２６ｇの近傍のシール部位２６ｅにはシールコート剤１８が塗布されてハウジング２１との間がシールされているので、ターミナルアッシー３０は外部と確実に遮断されて液漏れ等が防止され、電気回路は燃料等から保護されている。

図１に示すように、ハウジング２１には、側方に開放口が設けられた略半円形のマグネット収容部２１ａが一対のステータ２４の内周面に対向するように形成されている。マグネット収容部２１ａの両側壁２１ｃには、同一軸芯上に貫通孔２１ｄ，２１ｅが形成されている。

マグネット収容部２１ａ内には、フロートアーム２２に支持された回転軸３６が回動自在に配設され、該回転軸３６の外周面にはリング状のマグネット２３が嵌合されている。マグネット２３は、磁性粉を円環状に成形して焼成した後、径方向に２極着磁された、例えばフェライトマグネット等であり、圧入、接着、等によって回転軸３６に固定されている。

マグネット収容部２１ａの開放口は、合成樹脂製のマグネット収容部カバー３４が装着されて覆われる。即ち、ハウジング２１に形成された係止孔にマグネット収容部カバー３４に形成された爪３４ａを係合させることによって、マグネット収容部カバー３４がハウジング２１に組み付けられ、マグネット収容部２１ａ内への異物の侵入が防止される。

また、図２及び図３に示すように、ハウジング２１の一側、すなわちフロートアーム２２が外部へ突出される側とは反対側のハウジングの外側面に、電磁遮へい板３７が取り付けられている。この電磁遮へい板３７は鉄板などの強磁性金属からなり、前記ステータ２４及び磁電変換素子２５を被うように、例えばねじ３８などを用いてハウジングに取り付けられる。なお、電磁遮へい板３７の一部は、磁電変換素子２５の検査面と水平で、且つステータ２４を被う位置に設けられている。

電磁遮へい板３７は、図３に示すように、ハウジング２１におけるマグネット２３及び回転軸３６に対向する部位に、略半円状の切欠部３９を有する。この切欠部３９は、マグネット２３及び回転軸３６付近の所定の領域を含むように形成されている。
従って、これらのマグネット２３及び回転軸３６を外部磁場から遮へいすると共に、マグネット２３の磁場を電磁遮へい板３７自体が妨げたり、偏向したりするのを回避する。 このため、電磁遮へい板３７をハウジング２１の外側面に取り付け、マグネット２３との距離が著しく近接しないように位置を保つとともに、磁電変換素子２５の検査面と水平に配置してステータ２４を被うことで、より効果的に磁場の妨害や偏向を回避することができる。

本実施形態の作用を説明する。
図１に示すように、非接触式液面レベルセンサ２０は、自動車の燃料タンク等の貯溜タンク内に配設されており、該貯溜タンクに貯溜されたガソリン等の液面レベルが変位すると、フロート（図示せず）が上下移動して回転軸３６をマグネット２３と共に回動させる。マグネット２３の回動に伴って、磁電変換素子２５を通過する磁束密度が変化すると、磁電変換素子２５がこれを検出して電気信号に変換し、ターミナル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを介して外部に出力する。

一方、前記構成の非接触式液面レベルセンサ２０は、燃料タンク内のガソリン等の液体を外部に送り出す燃料ポンプなどと共に、その液体中に曝されている。従って、非接触式液面レベルセンサ２０におけるステータ２４や磁電変換素子２５が、磁場発生源である燃料ポンプからの外部磁場の影響を受け、ポンプ不作動時に比べてポンプ作動時に磁電変換素子２５の出力特性が、図８について説明したように変化しまたは不安定となる。

本発明では、前記電磁遮へい板３７の設置によって、燃料ポンプからの外部磁場を電磁シールドすることで、燃料ポンプの作動、不作動に関係なく、外部磁場の影響を受けない場合と同様の磁電変換出力を得ることができる。図４及び図５はポンプモジュールＰからの磁場が電磁遮へい板３７により電磁シールドされる様子を示す。ここでは、電磁遮へい板３７により、磁力線が非接触式液面レベルセンサ２０の内部を通らないように偏向される。
従って、この磁電変換素子２５の出力に基づいて計測される液体の残量を計測器に正確に表示することができる。また、外部磁場は、燃料ポンプに限らず、周辺の電気系統や磁性体から発生する。このような外部磁場も、電磁遮へい板３７により磁電変換素子２５に侵入するのを防止することができる。
この結果、液面レベルの変化に伴う磁電変換素子の出力電圧、つまり液面レベルの計測値が信頼性の高いものとなる。

また、電磁遮へい板３７は、マグネット２３及び軸受３６の対向部位付近に切欠部３９を持つため、電磁遮へい板３７自体がマグネットのＮ極から出てＳ極へ戻る磁場の流れ（磁力線）を偏向するのを回避できる。この結果、マグネットの磁場をステータ２４や磁電変換素子２５に対して有効に及ばしめることができる。

このような効果は、電磁遮へい板３７の全体を、マグネット２３及び軸受３６から更に離した位置に設けることによっても得られる。従って、電磁遮へい板３７をマグネット２３から十分に離して設けることができる場合には、この電磁遮へい板３７がマグネット２３及び軸受３６の全体を被う構成としてもよい。この場合には、外部磁場の影響を確実に阻止できる。

前記実施の形態では、電磁遮へい板３７をハウジング２１の片側にのみ設けた場合を示したが、マグネット２３自体の磁場に影響しない範囲で、ハウジングの両側、或いは略全体を包むように設ければ、外部磁場に対するシールド効果をより高めることができる。なお、電磁遮へい板３７をハウジング２１内にモールドした構成とすることも可能であり、前記同様の電磁シールド作用が得られる。

前記実施の形態によれば、前記ハウジング２１には、磁電変換素子２５に対し外部磁場が影響を与えない電磁遮へい板３７を取り付けたことで、電磁遮へい板３７によりステータ及び磁電変換素子に外部磁場が直接影響するのを阻止できる。
このため、マグネット２３が発生する磁場のみをステータ２４を介して磁電変換素子２５に作用させることができる。従って、この磁電変換素子２５の出力特性も安定化し、フロートの移動に伴う液面レベルの測定精度を上げることができる。

また、前記電磁遮へい板３７が、前記マグネット２３の磁場に影響しない形状を持つようにしたり、前記マグネット２３の磁場に影響しない位置に配置されるようにしたりすることで、マグネット２３の磁場が電磁遮へい板３７を磁路として偏向されるのを防止でき、ステータ及び磁電変換素子２５のみに集中させることができる。従って、磁電変換素子２５の出力感度の低下を防止できる。

また、磁電変換素子２５をホールＩＣとすると、磁電変換出力を内部ＩＣで処理できるため、液面レベル値に補正した信号として計測器へ出力できる。

更に、ホールＩＣに、磁電変換特性補正のための情報書き込み可能なメモリを持たせることで、電磁遮へい板が取り付けられた状態で、マグネット２３のみからの計測器対応の磁束検出信号を出力することができる。このため、電磁遮へい板３７がない状態と同様に、正確な液面レベルの表示を行うことができる。

本発明の一実施形態である非接触式液面レベルセンサを表面側を削除して示す正面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視縦断面図である。 図１に示す非接触式液面レベルセンサの正面図である。 本発明の非接触式液面レベルセンサに対する磁場の影響を示す側面図である。 本発明の非接触式液面レベルセンサに対する磁場の影響を示す平面図である。 従来の非接触式液面レベルセンサに対する磁場の影響を示す側面図である。 従来の非接触式液面レベルセンサに対する磁場の影響を示す平面図である。 外部磁場の有無に応じた非接触式液面レベルセンサの出力特性を示す特性図である。

符号の説明

２０…非接触式液面レベルセンサ
２１…ハウジング
２３…マグネット
２４…ステータ
２５…ホールＩＣ（磁電変換素子）
３７…電磁遮へい板
３９…切欠部

Claims (7)

1. ハウジングと、該ハウジング内に回動自在に設けられた回転軸と、該回転軸の外周面に固定され、前記回転軸と共に回動するマグネットと、該マグネットの外周面に対向するように前記ハウジングに配置された一対のステータと、前記マグネットの回動に伴って生じる前記ステータ内の磁束密度の変化を検出し、電気信号に変換して出力する磁電変換素子と、を備えた非接触式液面レベルセンサであって、
   前記ハウジングには、磁電変換素子に対し外部磁場が影響を与えない電磁遮へい板が取り付けられていることを特徴とする非接触式液面レベルセンサ。
2. 前記電磁遮へい板は、前記ステータ及び磁電変換素子を含む領域を被うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触式液面レベルセンサ。
3. 前記電磁遮へい板の一部は、磁電変換素子の検査面と水平で、且つ前記ステータを被う位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の非接触式液面レベルセンサ。
4. 前記電磁遮へい板は、前記マグネットの磁場に影響しない形状を持つことを特徴とする請求項１に記載の非接触式液面レベルセンサ。
5. 前記電磁遮へい板は、前記マグネットの磁場に影響しない位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触式液面レベルセンサ。
6. 前記磁電変換素子は、ホールＩＣであることを特徴とする請求項１に記載の非接触式液面レベルセンサ。
7. 前記ホールＩＣは、磁電変換特性補正のための情報書き込みが可能なメモリを持つことを特徴とする請求項６に記載の非接触式液面レベルセンサ。

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