JP2009085837A - 液面検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗素子と接点間に作用する摩擦力を低減させて、小型化、コスト低減が可能な液面検出装置を提供する。
【解決手段】腕部材６を抵抗素子５の電極部５ｂと導通させるための接点部材７を、貫通孔７ａを有する円盤上に形成した。接点部材７を、貫通孔７ａを腕部材６に嵌合させて腕部材６を回転軸として回転できるように、腕部材６に保持させた。これにより、液面１７ａ位置の変動に応じて腕部材６が回転運動すると、接点部材７は、抵抗素子５の電極部５ｂと導通しつつ電極部５ｂ上を転がり移動する。これにより、接点部材７と抵抗素子５との接触部に作用する摩擦力を大幅に小さくすることが出来る。したがって、マグネット８の体格を小型化する、あるいは、マグネット８を、従来の液面検出装置の場合より磁束密度が小さい、つまり最大エネルギ積の小さい安価な磁石から形成することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、容器内に取り付けられて容器内の液体の液面レベルを検出する液面検出装置に関するものである。

従来のこの種の液面検出装置としては、たとえば、抵抗素子とワイパー形接点アセンブリをシールされたチャンバ内に収容し、一端がチャンバ外のハウジングに回転可能に支持され他端にフロートが装着されたレバーを備え、ワイパー形接点に固定された第２磁石およびレバーに固定された第１磁石により磁力継手を構成し、レバーの回転運動をワイパー形接点に伝達してワイパー形接点をレバーの動きに追従させて抵抗素子上において動かし、抵抗素子・ワイパー形接点間の抵抗値に基づいて液面レベルを検出する構成のものがある（特許文献１参照）。
特開２００４−３ａ３４８６号公報

上述した従来の液面検出装置において、ワイパー形接点と抵抗素子間の良好な電気的導通を得るために、ワイパー形接点と抵抗素子間に所定の接触圧力が発生するように形成されている。この接触圧力は抵抗素子表面に対して垂直方向に作用している。また、液面レベル変動によるレバーの回転に連動してワイパー形接点アセンブリが回転すると、ワイパー形接点は、抵抗素子上を滑りながら移動する、すなわち摺動する。上述した接触圧力が作用している状態で、抵抗素子上をワイパー形接点が摺動するときには、ワイパー形接点に対して抵抗素子の表面と平行な方向且つ摺動方向と反対向きの方向に力が作用する。すなわち、摩擦力が作用する。この摩擦力の大きさは、抵抗素子およびワイパー形接点間の滑り摩擦係数と上述した接触圧力との積となる。液面レベルの動きに対して高い応答性でワイパー形接点を動かすためには、ワイパー形接点アセンブリを回転させる力、すなわち、第１磁石および第２磁石より構成された磁気継ぎ手による伝達力を大きくする必要がある。この磁気継ぎ手による伝達力の大きさは、第１磁石および第２磁石間に作用する磁気力により、磁気力が大きいほど伝達力は大きくなる。第１磁石および第２磁石間に作用する磁気力を増大させる手段としては、第１磁石および第２磁石を大型化すること、あるいは第１磁石および第２磁石をより磁束密度が大きい磁石、つまり最大エネルギ積のより大きい磁石から形成することがある。前者は、液面検出装置の体格が大型化してしまい、それが搭載される容器の体格や形状が制限される可能性がある。後者は、このような材質は一般には希土類元素を含み高価であり、液面検出装置のコストが増大するという問題が生じる。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、抵抗素子と接点間に作用する摩擦力を低減させて、小型化、コスト低減が可能な液面検出装置を提供することである。

本発明は、上記目的を達成する為に以下の技術的手段を採用する。

本発明の請求項１に記載の液面検出装置は、気密的に密閉されたチャンバを有するハウジングと、ハウジング一端を支点として回転可能に保持されたアームと、アームの他端に固定された液体に浮かぶフロートと、を備え、チャンバ内には、アームの回転面と平行な平面内を回転可能にハウジングに支持された腕部材と、腕部材の回転面と平行に配置された抵抗素子と、抵抗素子に接触導通可能に腕部材に支持された接点部材と、腕部材に固定された第１磁石とが収容され、抵抗素子の一端に導通する第１導線および接点部材に導通する第２導線がチャンバ外に引き出され、腕部材が回転すると第１導線および前記第２導線間の抵抗値が変化し、アームは第１磁石と引き合う磁気力を生じさせる磁性部材を備え、液体の液面レベルの変動に応答したフロート位置の変動によりアームが回転すると、このアームの回転運動が磁気力の作用により腕部材に伝達されて腕部材がアームの回転に追随して回転し、抵抗値に基づき液面レベルを検出する液面検出装置であって、接点部材は、腕部材を回転軸として回転自在に腕部材に保持されて抵抗素子と転がり接触することを特徴としている。

上述の構成において、接点部材は抵抗素子と転がり接触している。物体が平面上を接触しつつ移動する場合、移動状態がすべり状態であるときと、移動状態が転がり状態であるときとでは、両者間に作用する摩擦係数が大きく異なり、転がり摩擦係数は、滑り摩擦係数に比べて格段に小さい。したがって、本発明の請求項１に記載の液面検出装置によれば、接点部材および抵抗素子間の接触圧力が従来の液面検出装置の場合と同一、つまり良好な電気伝導性が得られている状態において、接点部材が抵抗素子上を移動するときに接点部材に作用する摩擦力を、従来の液面検出装置の場合と比べて格段に小さくすることができる。すなわち、液面レベルの変動に対して高い応答性で腕部材を回転させるために要する力を、従来の液面検出装置の場合よりも小さくすることができる。すなわち、腕部材に固定された第１磁石とアームが備える磁性部材との間に作用する磁気力を、従来の液面検出装置の場合よりも小さくすることができる。たとえば、第１磁石の体格を小型化する、あるいは、第１磁石を、より磁束密度が小さい磁石、つまり最大エネルギ積の小さい安価な磁石から形成することができる。これにより、小型化、コスト低減が可能な液面検出装置を提供することができる。

本発明の請求項２に記載の液面検出装置は、磁性部材は第２磁石であることを特徴としている。

上述の構成によれば、腕部材とアーム間に作用する磁気力の大きさを同等としつつ、磁性部材を小型化することができる。

本発明の請求項３に記載の液面検出装置は、磁性部材は磁性金属から形成されたアームの一部であることを特徴としている。

上述の構成においては、磁性金属から形成されたアームの一部が、磁気力を発生させる構成要素の一方である磁性部材としての機能を果たしている。これにより、磁性部材を別部品として設けなくてもよいので、液面検出装置の構造を簡素化することができる。

本発明の請求項４に記載の液面検出装置は、抵抗素子は腕部材の回転軸の軸方向において第１磁石と磁性部材との間に配置されていることを特徴としている。

上述の構成においては、第１磁石とアーム間に働く磁気力の作用方向は、接点部材を抵抗素子に押し付ける方向と一致する。これにより、液面検出装置が振動した際において、接点部材に対して抵抗素子から離れる方向の力が作用しても、磁気力が接点部材を抵抗素子に押し付ける方向に作用しているため、接点部材と抵抗素子との間の電気的導通を良好に維持することができる。

以下、本発明の実施形態による液面検出装置を、自動車の燃料タンク内に装着されて燃料の液面位置を検出する燃料レベルゲージ１に適用した場合を例として、図に基づいて説明する。なお、各図において同一構成部分には同一符号を付してある。

燃料レベルゲージ１は、図１に示すように、燃料タンク１８内において、たとえば、同じく燃料タンク１８内に配置されて固定されて、燃料１７を燃料タンク１８外部、たとえばエンジン（図示せず）へ送出するための燃料ポンプモジュール１９に固定されている。図１は、燃料タンク１８内の液面１７ａが最低位置、つまりエンプティ位置にあるときを示している。また、燃料タンク１８内における液面１７ａの最高位置、つまり満タン位置を、図１中において二点差線で示している。

燃料レベルゲージ１は、図１に示すように、ハウジング２と、その一端がハウジング２に回転可能に支持され且つ他端に燃料１７に浮かぶフロート４が固定されたアーム３を備えている。さらに、図２に示すように、ハウジング２に気密的に形勢されたチャンバＣ内に、抵抗素子５と、ハウジング２に回転可能に支持された腕部材６と、抵抗素子５と導通接触するように腕部材６に保持された接点部材７とを備えている。そして、液面１７ａの変動と同期したフロート４上下動によるアーム３の回転運動を腕部材６の回転運動に伝達して抵抗素子５と接点部材７との接触位置が変化させ、抵抗素子５および接点部材７間の抵抗値を変化させ、液面１７ａレベルを、抵抗素子５および接点部材７間の抵抗値の変化として検出している。

以下に、燃料レベルゲージ１の構成について説明する。

ハウジング２は、たとえば樹脂材料から一端が開放された概略箱状に形成されている。ハウジング２の開放端には、図２に示すようにカバー１４が固定されている。カバー１４とハウジング２の内壁により囲まれた空間としてチャンバＣが形成されている。カバー１４がハウジング２に固定されると、チャンバＣは気密的に密閉される。すなわち、ハウジング２の外部からチャンバＣ内に燃料１７が流入することがない。

ハウジング２には、図２に示すように、ボス部２ａが形成されている。ボス部２ａは、箱状のハウジング２の底部に相当する底面２ｃに垂直に形成されている。ボス部２ａには、図２に示すように、ボス部２ａと同軸上に貫通孔２ｂが形成されている。貫通孔２ｂは、後述するアーム３の一端である軸部３ａが回転自在に嵌合されている。これにより、アーム３が、ハウジング２に回転自在に保持されている。アーム３の軸部３ａの先端には、図２に示すように、ストッパ１５が固定されて軸部３ａがボス部２ａから抜けることを阻止している。

アーム３は磁性材質、たとえば磁性金属である炭素鋼の線材から形成されている。アーム３の一端である軸部３ａと反対側の端部には、図２に示すように、フロート４が取り付けられている。アーム３の先端には、図２に示すように、ストッパ１６が固定されてフロート４がアーム３から外れることを阻止している。アーム３において、軸部３ａと、フロート４が取り付けられているフロート取り付け部３ｂとをつなぐ部分が連結部３ｃである。

フロート４は、たとえば樹脂材料等から形成され、アーム３に取り付けられた状態で燃料の液面１７ａに確実に浮かぶように見掛けの比重が設定されている。液面１７ａ位置の変動に応じてフロート４が上下動すると、この動きがアーム３に伝達され、アーム３は、その軸部３ａを回転軸として回転する。アーム３の回転中において、アーム３の連結部３ｃの回転面はハウジング２の底面２ｃと平行な平面であり、図２中において紙面直交方向である。

ハウジング２のチャンバＣ内、つまり、ハウジング２の底面２ｃには、図２に示すように、抵抗素子５が取り付けられている。抵抗素子５は、絶縁基板、たとえばセラミック基盤上に、たとえば、炭素皮膜、あるいはニクロム等の高抵抗金属皮膜からなる抵抗皮膜５ａを、図３に示すように、略扇形に形成したものである。抵抗皮膜５ａは、ハウジング２のボス部２ａを中心（要）とする扇形に形成されている。扇形状の抵抗皮膜５ａの先端側、つまり扇の要とは反対側には、複数の電極部５ｂが、図３に示すように、櫛の歯状に形成されている。電極部５ｂは、ハウジング２のボス部２ａを中心とする放射状に形成されている。

ハウジング２のチャンバＣ内には、腕部材６が、アーム３の連結部３ｃの回転面と平行な平面内を回転するように、言い換えると、ハウジング２の底面２ｃと平行な平面内を回転するように、ハウジング２に支持されている。すなわち、腕部材６にもうけられた貫通孔６ａが、図３に示すように、ボス部２ａに回転自在に嵌合している。腕部材６には、接点部材７が装着されている。接点部材７は、導電性材質、たとえば銅系金属から中心に貫通孔７ａを有する円盤上に形成されている。接点部材７は、図４に示すように、その貫通孔７ａを腕部材６に嵌合させ腕部材６を回転軸として回転できるように、腕部材６に保持されている。接点部材７は、図３に示すように、抵抗素子５の電極部５ｂと接触する位置に保持されている。腕部材６がハウジング２のボス部２ａを中心として回転すると、接点部材７は、腕部材６を回転軸として回転して電極部５ｂと接触しつつ電極部５ｂ上を転がり移動する。ボス部２ａには、腕部材６とカバー１４との間に、図２に示すように、コイルスプリング１３がボス部２ａと同軸上に配置されている。コイルスプリング１３は圧縮状態で装着され、その弾性変形力により、腕部材６は、図２中において左向きに押圧されている。このコイルスプリング１３の弾性変形力により、接点部材７が抵抗素子５の電極部５ｂに押し付けられ、接点部材７と抵抗素子５の電極部５ｂ間に接触圧力が発生している。この接触圧力により、接点部材７と抵抗素子５の電極部５ｂとの間の良好な電気的導通が得られる。チャンバＣ内は気密的に密閉され、外部と遮断されている。すなわち、ハウジング２の外部からチャンバＣ内に燃料１７が流入することがない。これにより、抵抗素子５や接点部材７が燃料１７により腐食される、あるいは燃料１７に混入した異物が抵抗素子５と接点部材７と接触部に介在することにより、接点部材７と抵抗素子５との間の電気的導通が不良に為る等のトラブル発生を阻止することが出来る。

ハウジング２には、図３に示すように、ターミナル９およびターミナル１０が固定されている。ハウジング２と、ターミナル９およびターミナル１０とは密着固定されており、ターミナル９およびターミナル１０の各外周面とハウジング２との間には隙間はない。ターミナル９およびターミナル１０は、導電性材質、たとえば銅系金属から棒状に形成されている。ターミナル９は、図３に示すように、抵抗皮膜５ａにリード線１１を介して接続され、ターミナル１０は、図３に示すように、腕部材６にリード線１２を介して接続されている。リード線１２は、柔軟な撚り線等から形成され、腕部材６の滑らかな回転を妨げることがない。燃料レベルゲージ１は、ターミナル９およびターミナル１０を介して外部の電気回路に接続されることになる。ターミナル９およびリード線１１が、抵抗素子５をハウジング２外部に接続する第１導線であり、ターミナル１０およびリード線１２が、腕部材６をハウジング２外部に接続する第２導線である。

腕部材６の貫通孔６ａと反対側の端部には、第１磁石であるマグネット８が固定されている。マグネット８は、ハウジング２の底面２ｃに接触しない範囲で接近させて配置されている。マグネット８からの磁束は、ハウジング２の底面２ｃを隔てて、磁性体であるアーム３の連結部３ｃ内を流れて、マグネット８とアーム３の連結部３ｃとにより磁気回路が形成される。これにより、マグネット８とアーム３の連結部３ｃとの間に、両者を引き付けようとする力が発生する。

次に、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１における、燃料１７の液面１７ａレベル検出動作について説明する。

液面１７ａ位置の変動に応じてフロート４が上下動すると、この動きがアーム３に伝達され、アーム３は、その軸部３ａを回転軸として回転する。このアーム３の回転運動は、マグネット８とアーム３の連結部３ｃとの間に発生している磁気力により腕部材６に伝達されて、腕部材６がアーム３の回転に同期して回転する。腕部材６が回転運動すると、接点部材７は、腕部材６を回転軸として回転して抵抗素子５の電極部５ｂ上を転がりながら移動する。このとき、接点部材７と抵抗素子５の電極部５ｂとの間の電気的導通は途切れることなく良好に維持されている。このように、液面１７ａ位置の変動に応じてフロート４が上下動すると、接点部材７と抵抗素子５の電極部５ｂとの接触位置が変化して、ターミナル９およびターミナル１０間の抵抗値が変化する。したがって、ターミナル９およびターミナル１０間の抵抗値に基づいて、燃料タンク１８内の燃料１７の液面レベル１４ａが検出される。

このように、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１においては、腕部材６を抵抗素子５の電極部５ｂと導通させるための接点部材７を、貫通孔７ａを有する円盤上に形成するとともに貫通孔７ａを腕部材６に嵌合させ腕部材６を回転軸として回転できるように、腕部材６に保持させている。これにより、液面１７ａ位置の変動に応じて腕部材６が回転運動する際に、接点部材７と抵抗素子５との接触部に作用する摩擦力、つまり腕部材６の回転運動を妨げようとする力を、従来の液面検出装置の場合に比べて格段に小さくすることが出来る。したがって、液面１７ａレベルの変動に対して高い応答性で腕部材６を回転させるために要する力を、従来の液面検出装置の場合よりも小さくすることができる。すなわち、腕部材６に固定されたマグネット８とアーム３の連結部３ｃとの間に作用する磁気力を、従来の液面検出装置の場合よりも小さくすることができる。たとえば、マグネット８の体格を小型化する、あるいは、マグネット８を、従来の液面検出装置の場合より磁束密度が小さい磁石、つまり最大エネルギ積の小さい安価な磁石から形成することができる。

また、従来の液面検出装置においては、アームおよびチャンバ内の腕部材の両方に磁石を取り付けていた。つまり、磁石を２個用いていたが、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１においては、チャンバＣ内の腕部材６にのみマグネット８を取り付け、つまり磁石は１個とし、アーム３の一部である連結部３ｃを、マグネット８と引き合う磁気力を生じさせる磁性部材としている。これにより、燃料レベルゲージ１を構成する部品点数を低減するとともにコストを低減することができる。

以上により、小型化、コスト低減が可能な燃料レベルゲージを実現することができる。

なお、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１では、アーム３に設けられて、マグネット８と引き合う磁気力を生じさせる磁性部材を、アーム３の一部である連結部３ｃとしているが、アーム３にも磁石を装着する、つまり第２磁石を設ける構成としてもよい。

また、以上説明した本発明の一実施形態においては、液面検出装置を自動車用の燃料レベルゲージ１に適用した場合を例に説明したが、その用途は自動車用の燃料レベルゲージ１に限る必要はない。自動車に搭載される他の液体、たとえばブレーキフルード、エンジン冷却水等の容器内の液面検出用に適用してもよい。さらに、自動車用に限らず、各種民生用機器が備える液体容器内の液面検出用に適用してもよい。

本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１の正面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１における、マグネット６の着磁状態、磁束分布を説明する模式図である。

符号の説明

１ 燃料レベルゲージ（液面検出装置）
２ ハウジング
２ａ ボス部
２ｂ 貫通孔
２ｃ 底面
３ アーム
３ａ 軸部
３ｂ フロート取り付け部
３ｃ 連結部（磁性部材、アームの一部）
４ フロート
５ 抵抗素子
５ａ 抵抗皮膜
５ｂ 電極部
６ 腕部材
７ 接点部材
７ａ 貫通孔
８ マグネット（第１磁石）
９ ターミナル（第１導線）
１０ ターミナル（第２導線）
１１ リード線（第１導線）
１２ リード線（第２導線）
１３ コイルスプリング
１４ カバー
１５ ストッパ
１６ ストッパ
１７ 燃料（液体）
１７ａ 液面
１８ 燃料タンク
１９ ポンプモジュール
Ｃ チャンバ

Claims (4)

1. 気密的に密閉されたチャンバを有するハウジングと、
   前記ハウジング一端を支点として回転可能に保持されたアームと、
   前記アームの他端に固定された液体に浮かぶフロートと、を備え、
   前記チャンバ内には、前記アームの回転面と平行な平面内を回転可能に前記ハウジングに支持された腕部材と、前記腕部材の回転面と平行に配置された抵抗素子と、前記抵抗素子に接触導通可能に前記腕部材に支持された接点部材と、前記腕部材に固定された第１磁石とが収容され、
   前記抵抗素子の一端に導通する第１導線および前記接点部材に導通する第２導線が前記チャンバ外に引き出され、前記腕部材が回転すると前記第１導線および前記第２導線間の抵抗値が変化し、
   前記アームは前記第１磁石と引き合う磁気力を生じさせる磁性部材を備え、
   前記液体の液面レベルの変動に応答した前記フロート位置の変動により前記アームが回転すると、この前記アームの回転運動が前記磁気力の作用により前記腕部材に伝達されて前記腕部材が前記アームの回転に追随して回転し、
   前記抵抗値に基づき前記液面レベルを検出する液面検出装置であって、
   前記接点部材は、前記腕部材を回転軸として回転自在に前記腕部材に保持されて前記抵抗素子と転がり接触することを特徴とする液面検出装置。
2. 前記磁性部材は第２磁石であることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記磁性部材は磁性金属から形成された前記アームの一部であることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
4. 前記抵抗素子は前記腕部材の回転軸の軸方向において前記第１磁石と前記磁性部材との間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の液面検出装置。

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