JP2010133883A - 液量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、小型化且つ簡単な構成で、液体の絶対量の検出精度を向上させることが可能な液量検出装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 磁石３は、磁気センサ２が間隔を空けた状態にて移動する移動面３ａと、磁気センサ２の移動方向に直交する前記移動面２ａの両側に設けられ、夫々異なる磁極に着磁された第１の着磁面４及び第２の着磁面５と、を有する。磁気センサ２が、容器内に貯留された液体３１の液面３１ａの上下移動に連動して移動可能に支持されている。前記磁気センサ２の移動に伴ってＧＭＲ素子２０，２１と移動面３ａとの重なり面積が変化するように、前記移動面３ａの幅寸法が前記移動方向に向けて変化している。前記移動方向への前記移動面３ａの幅寸法変化に容器形状依存性を付与して、前記ＧＭＲ素子の電気特性変化に基づき前記液体３１の絶対量を検知可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁界発生部と磁気センサとを備え、容器に貯留された液体の絶対量を検知可能な液量検出装置に関する。

例えば、下記の特許文献１には磁気検出素子を用いた磁気式位置検出装置が開示されている。また特許文献１では、前記磁気式位置検出装置を、異形状タンク内の液体残量を計測する計測システムに適用した例が開示されている。

ところで、特許文献１に記載された発明の磁気式位置検出装置は、前記磁気検出素子の他に磁石円盤や集磁器を備える。

しかしながら特許文献１に記載された発明では、集磁器を備えるために、磁気式位置検出装置の小型化を促進できない。また部品点数が多くなることから製造コストも高くなる。

また特許文献１には集磁器を用いることを必須としない例も開示されているが、その場合には検出精度が低下してしまう（特許文献１の［００４４］欄）。
特開２００４−１８４３１９号公報

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、小型化且つ簡単な構成で、液体の絶対量の検出精度を向上させることが可能な液量検出装置を提供することを目的としている。

本発明は、磁界発生部と、前記磁界発生部からの外部磁界を受けて電気特性が変動する磁気検出素子を備えた磁気センサとを有する液量検出装置において、
前記磁界発生部は、前記磁気センサが間隔を空けた状態にて相対移動する移動面と、前記磁気センサの相対移動方向に直交する前記移動面の両側に設けられ、夫々異なる磁極に着磁された第１の着磁面及び第２の着磁面と、を有し、
前記磁気センサ及び前記磁界発生部のどちらか一方が、容器内に貯留された液体の液面の上下移動に連動して移動可能に支持されており、
前記磁気センサの相対移動に伴って前記磁気検出素子と前記移動面との重なり面積が変化するように、前記移動面の幅寸法が前記相対移動方向に向けて変化しており、
前記相対移動方向への前記移動面の幅寸法変化に対して容器形状依存性を付与して、前記相対移動に伴う前記磁気検出素子の電気特性変化に基づき前記液体の絶対量を検知可能としたことを特徴とするものである。

これにより、小型化且つ簡単な構成で、液体の絶対量の検出精度を向上させることが可能である。

本発明では、前記移動面の幅寸法は、一方の端部から途中位置まで、徐々に拡大し、前記途中位置から他方の端部まで、徐々に縮小するか、あるいは、前記一方の端部から前記途中位置まで、徐々に縮小し、前記途中位置から前記他方の端部まで、徐々に拡大しており、
前記第１の着磁面の前記一方の端部から前記途中位置までの第１領域と、前記途中位置から前記他方の端部までの第２領域とでは、異なる磁極に着磁されており、前記第２の着磁面の前記第１領域は、前記第１の着磁面の前記第１領域と異なる磁極に着磁されているとともに、前記第２の着磁面の前記第２領域が、前記第１の着磁面の前記第２領域と異なる磁極に着磁されており、
前記途中位置は、液体の残量が５０％となったときに、前記磁気センサが対向する位置であることが好ましい。

これにより出力をより効果的に大きくでき、液体の絶対量の検出精度をより向上させることが可能である。

また本発明では、前記移動面の幅寸法は、一方の端部から他方の端部に至る全域にて、徐々に拡大するか、あるいは縮小しており、前記第１の着磁面の全域がＮ極あるいはＳ極に着磁され、前記第２の着磁面の全域が前記一方の着磁面と異なる磁極に着磁されている構成にもできる。

上記により、１極着磁で磁界発生部を形成でき、また液体の絶対量に対するリニア出力を安定して得やすい。

また本発明では、前記磁気センサにフロートが接続されている構成とすることが好適である。

また本発明では、前記磁気検出素子は少なくとも２個設けられ、これら前記磁気検出素子は、前記磁気センサの相対移動に伴って、各磁気検出素子と前記移動面との重なり面積が同じように増大あるいは減少するように、前記移動面の幅方向に間隔を空けて配列されていることが好ましい。

上記により、磁気センサの相対移動に伴って電気特性が変動する複数の磁気検出素子を組み合わせて回路を形成することにより、出力を大きくできる。

また本発明では、前記２個の磁気検出素子が直列接続されており、各磁気検出素子は磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子であり、前記磁気検出素子はミアンダ形状で形成されており、一方の前記磁気検出素子を構成する固定磁性層の固定磁化方向と、他方の前記磁気検出素子を構成する固定磁性層の固定磁化方向は、前記移動面の幅方向であって且つ互いに逆方向に向けられており、また、一方の前記磁気検出素子を構成するフリー磁性層と他方の前記磁気検出素子を構成するフリー磁性層が、共に無磁場状態にて前記相対移動方向と平行な方向に向けられていることが好ましい。上記の構成により、大きな差動出力を得ることが出来る。

本発明の液量検出装置によれば、小型化且つ簡単な構成で、高精度なリニア出力を得ることが出来る。

図１（ａ）は、第１の実施形態における液量検出装置の正面図、（ｂ）は出力変化を示す図、（ｃ）は容器内の液体の変化を示す模式図、である。図２は、図１（ａ）の一部を拡大して示した部分拡大正面図と磁気センサの回路図である。また図３は図２に示すＧＭＲ素子を拡大して示した部分拡大正面図、図４は、図３に示すＧＭＲ素子をＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た部分拡大断面図である。図５は、図２と異なる磁気センサの回路図である。図６、図７は、本実施形態における液量検出装置を具体的に容器内に設置したときの模式図である。

図１に示す液量検出装置１は、磁気センサ２と、磁石３とを有して構成される。なお図１には磁気センサ２が３個図示されているが、実際は１個であり、点線で示した磁気センサ２は、図示上側（Ｚ１側）にある実線で示した磁気センサ２が下方向に移動した状態を示すものである。

この実施形態では、磁気センサ２が上下方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に平行に移動可能に支持されている。

磁石３には、前記磁気センサ２と対向する移動面３ａが設けられる。前記移動面３ａは平面で形成される。前記磁気センサ２は前記移動面３ａから所定距離離れた状態で対向している。

図１（ａ）に示すように移動面３ａの紙面左右方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の両側は着磁面４，５である。

図１（ａ）に示すように移動面３ａの幅寸法は、上端６から下方向（Ｚ２方向）への途中位置８まで徐々に減少し、前記途中位置８から下端７まで徐々に拡大している。上端６及び下端７での幅寸法は同じ大きさである。

また、第１の着磁面４のＺ１−Ｚ２方向（磁気センサ２の移動方向）に対する傾き角度θ１と、第２の着磁面５のＺ１−Ｚ２方向（磁気センサの移動方向）に対する傾き角度θ２とがほぼ同じになっている（図２参照）。

図１（ａ）に示すように、第１の着磁面４では、上端６から途中位置８までの第１領域４ａがＮ極に着磁され、途中位置８からから下端７までの第２領域４ｂがＳ極に着磁されている。

一方、第２の着磁部５では、上端６から下方向（Ｚ２方向）への途中位置８までの第１領域５ａがＳ極に着磁され、途中位置８から下端７までの第２領域５ｂがＮ極に着磁されている。

したがって、図１の実施形態の磁石３は、２極着磁で形成される。なお、図１（ａ）の形態と異なって、前記移動面３ａの幅寸法が、上端６から途中位置８にかけて徐々に増大し、前記途中位置８から下端７にかけて徐々に減少していく形態であってもよい。係る場合の着磁は図１（ａ）と同様である。

図１（ａ）に示す矢印方向は外部磁界Ｈの方向を示している。外部磁界Ｈは、上端６から途中位置８まではＸ２方向を向いているが、途中位置８から下端７まではＸ１方向を向いている。すなわち外部磁界Ｈの方向は、上端６から下端７に至る途中位置８を境にして反転する。

図１（ａ）、図２に示すように、磁気センサ２は第１のＧＭＲ素子２０及び第２のＧＭＲ素子２１を備える。第１のＧＭＲ素子２０及び第２のＧＭＲ素子２１は共に図２に示すようにミアンダ形状で形成される。さらに拡大して示した図３（図２のミアンダ形状を９０°反転させている）に示すようにＧＭＲ素子２０，２１は、複数の素子部１５と各素子部１５間に介在するハードバイアス層９とでミアンダ形状に形成されている。なお図３では一部の素子部１５及びハードバイアス層９にのみ符号を付した。

図４は各ＧＭＲ素子２０，２１の断面形状を示す。素子部１５は、下から反強磁性層１０、固定磁性層１１、非磁性材料層１２、フリー磁性層１３及び保護層１４の順で積層された積層体で形成される。反強磁性層１０と固定磁性層１１との間には交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じて前記固定磁性層１１の磁化は一方向に固定されている。図２に示すように、第１のＧＭＲ素子２０を構成する固定磁性層１１の固定磁化方向（ＰＩＮ１）、及び第２のＧＭＲ素子２１を構成する固定磁性層１１の固定磁化方向（ＰＩＮ２）は、共に移動方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に対して直交する方向（Ｘ１−Ｘ２方向）であって且つ互いに逆方向を向いている。この実施形態では、第１のＧＭＲ素子２０を構成する固定磁性層１１の固定磁化方向（ＰＩＮ１）は、Ｘ２方向を、第２のＧＭＲ素子２１を構成する固定磁性層１１の固定磁化方向（ＰＩＮ２）は、Ｘ１方向である。

固定磁性層１１は図４に示す単層構造よりも第１固定磁性層と第２固定磁性層が非磁性中間層を介して積層された積層フェリ構造であることが好ましい。またフリー磁性層１３は、図４に示す単層構造よりも磁性層の積層構造としたほうが好適である。例えば前記反強磁性層１０はＩｒＭｎで形成され、前記第１固定磁性層および第２固定磁性層はＣｏＦｅで、非磁性中間層はＲｕで形成され、前記非磁性材料層１２はＣｕで形成され、前記フリー磁性層１３はＣｏＦｅとＮｉＦｅの積層で形成され、前記保護層１４はＴａで形成される。

図４に示すように各素子部１５の間に介在するハードバイアス層９は、フリー磁性層１３に対してバイアス磁界を供給する。例えば、ハードバイアス層９はＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔで形成される。前記バイアス磁界の供給により無磁場状態（外部磁界が作用していない状態）では、フリー磁性層１３の磁化方向は図２のＺ方向に揃えられる。すなわち無磁場状態では、固定磁性層１１の固定磁化方向とフリー磁性層１３の磁化方向とが直交関係にある。

図４の点線で示す位置がハードバイアス層９の底面となるように形成してもよい。かかる場合、前記ハードバイアス層９の下側には固定磁性層１１や反強磁性層１０が存在することになる。

図１（ａ）に示す実施形態では、ＧＭＲ素子２０，２１と移動面３ａとの平面視での重なり面積は、磁気センサ２が上端６及び下端７と対向した位置関係にあるときに最も大きく（ほぼ重なっており）、磁気センサ２が途中位置８と対向した位置関係にあるとき最も小さくなっている（ほぼゼロになっている）。なお、「上端６と対向した位置関係」とは、例えば、図１（ａ）に示すように、磁気センサ２と磁石３とが重なる方向からの矢視にて、各ＧＭＲ素子２０，２１の上側端部と、上端６とが一直線上となる位置にあるときを指し、「下端７と対向した位置関係」とは、ＧＭＲ素子２０，２１の下側端部と、下端７とが一直線上となる位置にあるときを指す。また、「途中位置８と対向した位置関係」とは、ＧＭＲ素子２０，２１の中心と、途中位置８とが一直線上となる位置にあるときを指す。

図２を用いてＧＭＲ素子２０，２１の電気抵抗値を説明する。
図２の状態では、各ＧＭＲ素子２０，２１の一部の素子領域に、Ｘ２方向に向けて外部磁界Ｈが流入する。そして外部磁界Ｈが作用する前記素子領域でのフリー磁性層１３が外部磁界Ｈの方向を向くと、第１のＧＭＲ素子２０では、固定磁性層１１の固定磁化方向（ＰＩＮ１）とフリー磁性層１３の磁化方向とが同じになるので前記素子領域での電気抵抗値は低くなる。したがって図２に示す第１のＧＭＲ素子２０は全体として電気抵抗値が中間値（固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交したときの電気抵抗値）より低い状態にある。一方、第２のＧＭＲ素子２１では、固定磁性層１１の固定磁化方向（ＰＩＮ２）とフリー磁性層１３の磁化方向とが反対方向になるので前記素子領域での電気抵抗値は高くなる。したがって図２に示す第２のＧＭＲ素子２１は全体として電気抵抗値が中間値より高い状態にある。

磁気センサ２が図１（ａ）に示す上端６と対向した位置にあると、第１のＧＭＲ素子２０の電気抵抗値は最も低い状態にあり、第２のＧＭＲ素子２１の電気抵抗値は最も高い状態にある。磁気センサ２が上端６から下方向に移動すると、その移動に伴い移動面３ａの幅寸法が小さくなっていくから、各ＧＭＲ素子２０，２１と移動面３ａとの重なり面積も徐々に小さくなっていく。図１（ａ）に示すように、この実施形態では、途中位置８の位置で、各ＧＭＲ素子２０，２１と移動面３ａとの重なり面積がほぼ０となっている。上記のように重なり面積が減少すれば、各ＧＭＲ素子２０，２１に対する外部磁界Ｈが作用する素子領域が減るので、ＧＭＲ素子２０，２１の固定磁性層１１の固定磁化方向（ＰＩＮ２）とフリー磁性層１３の磁化方向とが直交した状態である無磁場状態と同様の素子領域が増えていく。その結果、第１のＧＭＲ素子２０の電気抵抗値は、上端６から途中位置８に向けて徐々に大きくなって中間値に近づき、一方、第２のＧＭＲ素子２１の電気抵抗値は、上端６から途中位置８に向けて徐々に小さくなって中間値に近づく。

さらに、磁気センサ２が途中位置８から下方向に移動すると、その移動に伴い移動面３ａの幅寸法が大きくなっていくから、各ＧＭＲ素子２０，２１と移動面３ａとの重なり面積も徐々に大きくなっていく。しかも、上端６から途中位置８までの第１領域に対して、途中位置８から下端７までの第２領域に作用する外部磁界Ｈは反転する（Ｘ１方向に作用する）。上記のように重なり面積が増加し、しかも外部磁界ＨがＸ１方向に作用することで、第１のＧＭＲ素子２０では、フリー磁性層１３の磁化方向が固定磁性層１１の固定磁化方向（ＰＩＮ１）と反対方向となる素子領域が増えて、電気抵抗値は中間値よりも徐々に大きくなっていく。一方、第２のＧＭＲ素子２１では、フリー磁性層１３の磁化方向が固定磁性層１１の固定磁化方向（ＰＩＮ１）と同方向となる素子領域が増えて、電気抵抗値は中間値よりも徐々に小さくなっていく。

そして、図２に示すように第１のＧＭＲ素子２０と第２のＧＭＲ素子２１とを出力端子を介して直列に接続することで、大きな差動出力を得ることが出来る。なお、例えば、さらに２個のＧＭＲ素子を絶縁層を介して積層して、図５（ａ）に示すブリッジ回路を構成することも可能である。また図２に示す実施形態では、第１のＧＭＲ素子２０及び第２のＧＭＲ素子２１の固定磁性層１１の固定磁化方向（ＰＩＮ）は反対方向であったが、同じ方向にして、図５（ｂ）に示すように２個のＧＭＲ素子２０（あるいはＧＭＲ素子２１）と２個の固定抵抗５０と組み合わせたブリッジ回路を構成することも出来る。

外部磁界Ｈが流入するＧＭＲ素子２０，２１の素子領域は、前記ＧＭＲ素子２０，２１と移動面３ａ間の距離にも関係する。例えば、ＧＭＲ素子２０，２１があまり移動面３ａに近づきすぎると、途中位置８での対向状態のように、ＧＭＲ素子２０，２１と移動面３ａとの重なり面積が小さくあるいはゼロであっても、移動面３ａの幅よりも外側に広がる外部磁界が入り込みやすいため、電気抵抗値のリニアな変動を得にくいか、あるいは上端６から途中位置８、さらに途中位置８から下端７に至る電気抵抗変化が非常に小さくなってしまう。したがって、ＧＭＲ素子２０，２１と移動面３ａ間の距離を適正化して、移動面３ａの外側へ作用する外部磁界Ｈをあまり拾わないように調整することが好適である。

本実施形態における液量検出装置１は、図１（ｃ）に示すように容器３０に貯留された液体３１の絶対量を検出するためのものである。

この実施形態では、図１（ａ）に示す磁気センサ２が前記液体３１の液面３１ａの上下移動に連動して移動可能に支持されている。そして、図１（ｃ）に示すように、液体３１が容器３０内に満タンに貯留されていると、図１（ａ）に示す磁気センサ２は上端６と対向した位置関係にあり、図１（ｂ）に示すように最も出力が大きい状態にある。

図１（ｃ）に示すように、容器３０に貯留された液体３１の液量が減少し、液面３１ａが低下すると、それに伴って磁気センサ２も下方向に移動し、また図１（ｂ）に示すように出力も低下していく。図１（ｃ）の真ん中の図は、ちょうど、液体３１の残量が５０％の状態を示している。このとき図１（ａ）に示すように磁気センサ２は磁石３の途中位置８に対向する。

また、図１（ｂ）の真ん中の図に示すように、磁気センサ２が途中位置８に到達すると出力はちょうど半分となる。

さらに、容器３０に貯留された液体３１の液量が減少して、液面３１ａが低下すると、それに伴って磁気センサ２も下方向に移動し、また図１（ｂ）に示すように出力も低下していく。

図１（ｃ）の下図は、容器３０から液体３１が無くなった（空となった）図であり、このとき、磁気センサ２は、磁石３の下端７と対向する位置まで下がる。そして図１（ｂ）の下図に示すように出力が最も小さくなる。

本実施形態では、前記磁気センサ２の移動に伴うＧＭＲ素子２０，２１の電気抵抗変化に基づいて液体３１の絶対量を検知可能とすべく、磁気センサ２の移動方向（Ｚ１−Ｚ２方向）における移動面３ａの幅寸法変化に対して容器形状依存性を付与している。

具体的には、液面３１ａの単位移動量に対する液体３１の変化量（微分値）を解析し、前記移動面３ａの幅寸法変化を算出している。

例えば、図１（ｃ）での容器３０は上部３０ａと下部３０ｂとが異形となっている。そして、容器３０の上部３０ａでは容器３０の幅寸法（面積）が一定であるため、液面３１ａが上部３０ａ内に位置しているとき、液面３１ａの単位移動量に対する液体３１の変化量はほぼ一定である。一方、液面３１ａが容器３０の下部３０ｂに達すると、前記下部３０ｂの幅寸法（面積）が下方に向けて徐々に小さくなるため、液面３１ａの単位移動量に対する液体３１の変化量は変動する。

よって、液面３１ａが容器３０の上部３０ａに位置しているときは、移動面３ａの幅寸法の変化率（磁気センサ２の単位移動量に対する幅寸法の変化量）をほぼ一定にし、液面３１ｂが容器３０の下部３０ｂに位置しているときは、移動面３ａの幅寸法の変化率を変動させる。具体的には、液面３１ｂが容器３０の下部３０ｂに位置し下方に移動するほど、移動面３ａの幅寸法の変化率を徐々に小さくしていく。

本実施形態では、上記したように、磁気センサ２の移動方向への移動面３ａの幅寸法を容器形状を考慮して変化させた（容器形状依存性を付与した）ことで、図１（ｂ）に示すように、液体３１の残量に対してリニア出力を得ることが出来る。したがって、液体３１の絶対量を検知することが出来る。

液量の検出精度を向上させるには、液体３１の残量に対するリニア出力とともに出力自体を大きくすることが好適である。

その点、図１の実施形態は、後述の図８の形態に比べて出力を大きくすることが可能である。具体的には図８の形態に対して約倍の出力を得ることが出来る。

図１の実施形態では２極着磁の構成とし、外部磁界Ｈの方向が切り替わる途中位置８を、液体３１の残量が５０％となったときに、ちょうど磁気センサ２が対向する位置としている。

さらに図１の実施形態では、２個のＧＭＲ素子２０，２１を用意し、第１のＧＭＲ素子２０を一方の着磁面５に近い側を移動させ、第２のＧＭＲ素子２１を他方の着磁面４に近い側を移動させている。

上記のような構成とすることで、磁気センサ２が移動面３ａの上端６から下端７へ移動したときに、ＧＭＲ素子２０，２１の電気抵抗は、最小値（固定磁性層とフリー磁性層の磁化方向が同じ状態での電気抵抗値）と最大置（固定磁性層とフリー磁性層の磁化方向が反対方向での電気抵抗値）の間の広いレンジで変化するため、大きな差動出力を得ることができる。よって図１の実施形態では、より効果的に、液体３１の絶対量の検知精度を向上させることが可能である。

図６、図７は、本実施形態の液量検出装置１の設置状態を示す一例である。図６では、磁気センサ２にフロート４０を連結部４１を介して連結させている。この実施形態では、液量検出装置１の大きさは容器４２内部の高さ寸法Ｈ１より十分に小さい。フロート４０は液体４３の液面４３ａに浮かんでいる。フロート４０は液体４３を容器４２内に満タンに貯留した状態から液体４３が空の状態まで随時、液面４３ａに浮かんだ状態を維持するように連結部４１の長さ等が規制されている。

一方、フロート４０に連結された磁気センサ２は、フロート４０の上下方向への移動量に対して、相似縮小した移動量で移動する。なお、図６の実施形態では、磁石３側をフロート４０と連結し、磁気センサ２を固定してもよい。ただし、磁気センサ２を移動させたほうが液量検出装置１の小型化を実現でき好適である。

図７の形態では、液量検出装置１は、容器４２の天井面から底面まで形成されている。図７での磁気センサ２はフロート付き磁気センサである。よって液面４３ａと同位置に常に磁気センサ２が存在している。なお図７の形態では、磁気センサ２を移動側とし磁石３を固定側にすることが必要である。

図６、図７に示す実施形態では、図１で説明した容器３０と同様に上部と下部とが異形となっている。そのため、液量検出装置１を構成する磁石３の移動面３ａの幅寸法変化に容器形状依存性を付与し、ＧＭＲ素子の電気抵抗変化に基づいて液体４３の絶対量を検知可能としている。

図８（ａ）（ｂ）に示す形態は図１と異なる磁石形状を示している。図８（ａ）では、移動面３ａの幅寸法は、上端６から下端７に向かう全域にて、徐々に縮小している。そして着磁面４の全域がＮ極に、着磁面５の全域がＳ極に着磁されている。よって磁石３の形成を１極着磁で対応でき、簡単な構成にできる。

図８（ｂ）の構成では、一方の着磁面４が磁気センサ３６の移動方向である上下方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に向けて平行に形成されている。もう一方の着磁面５は、前記移動方向に対して斜めに傾いており、前記移動面３ａの幅寸法が、上端６から下端７に向けて徐々に縮小している。

この実施形態では、磁気センサ３６には１個のＧＭＲ素子３７が設けられている。このＧＭＲ素子３７は、図２に示すＧＭＲ素子２０，２１に比べて大きく形成されているが、平面構造や積層構造は図３，図４と同じである。

図６の実施形態では、一方の着磁面４が移動方向（Ｚ方向）に平行なため、着磁面４側を移動するＧＭＲ素子の移動面３ａとの重なり面積は、漸次的に変化しない。

したがって、例えば図２のように２個のＧＭＲ素子２０，２１を用いても、第２のＧＭＲ素子２１の電気抵抗値はほとんど変化しない。よって、図６の実施形態では、１個のミアンダ形状のＧＭＲ素子３７を用い、このＧＭＲ素子３７のＸ１−Ｘ２方向への長さを、移動面３ａの最大幅寸法とほぼ同等に形成した。

例えば、図６に示すＧＭＲ素子３７の固定磁化方向（ＰＩＮ）が、Ｘ２方向である場合、磁気センサ３６が上端６から下端７まで移動すると、外部磁界Ｈの変化により、ＧＭＲ素子３７の電気抵抗値が徐々に大きくなり中間値（固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交したときの電気抵抗値）に近づく。

また、図６の実施形態では、１個のＧＭＲ素子３７を用いていたが、さらに１個のＧＭＲ素子を絶縁層を介して積層して、図２の回路（係る場合、２個のＧＭＲ素子の固定磁性層の固定磁化方向を反平行に調整する）や図５（ｂ）の回路構成を形成してもよい。

図８に示した形態は、図１（ａ）に示した実施形態より出力が小さくなるものの、図１と同様に移動面の幅寸法変化に容器形状依存性を付与することで、液体の残量に対してリニア特性を安定して得ることができ、液体の絶対量を検出することが可能である。

本実施形態の液量検出装置を用いることで、自動車の燃料タンクに代表される不均一な外形をした容器に貯留された液体の絶対量を管理できる。よって、本実施形態の液量検出装置を用いることで、例えば、図９に示すように、燃料の表示部に、目盛り式表示部６０とともに残燃料の数値表示部６１の追加を、複雑なシステムを必要とせず、簡単に行うことが可能である。

上記した磁気センサを構成する磁気検出素子はいずれもＧＭＲ素子であったが、ＧＭＲ素子に限定されるものではない。例えばＴＭＲ素子、ＡＭＲ素子、ホール素子を提示できる。ただしミアンダ形状で形成し且つ大きな出力を得るにはＧＭＲ素子を用いることが好適である。

（ａ）は第１の実施形態における液量検出装置の正面図、（ｂ）は、出力変化を示す図、（ｃ）は、液体が貯留された容器の模式図、 図１（ａ）の一部を拡大して示した部分拡大平面図と磁気センサの回路図、 図２に示すＧＭＲ素子を拡大して示した部分拡大平面図、 図３に示すＧＭＲ素子をＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、 図２と異なる磁気センサの回路図、 本実施形態の液量検出装置を容器内に組み込んだ状態を示す模式図、 本実施形態の液量検出装置を容器内に組み込んだ状態を示す模式図、 図１（ａ）と異なる構成の液量検出装置の正面図、 燃料の表示部を示す図、

符号の説明

１ 液量検出装置
２、３６ 磁気センサ
３ 磁石
３ａ 移動面
４、５ 着磁面
６ 上端
７ 下端
８ 途中位置
９ ハードバイアス層
１０ 反強磁性層
１１ 固定磁性層
１２ 非磁性材料層
１３ フリー磁性層
２０、２１、３７ ＧＭＲ素子
３０、４２ 容器
３１、４３ 液体
３１ａ、４３ａ 液面
４０ フロート
６０ 目盛り式表示部
６１ 数値表示部

Claims (6)

1. 磁界発生部と、前記磁界発生部からの外部磁界を受けて電気特性が変動する磁気検出素子を備えた磁気センサとを有する液量検出装置において、
   前記磁界発生部は、前記磁気センサが間隔を空けた状態にて相対移動する移動面と、前記磁気センサの相対移動方向に直交する前記移動面の両側に設けられ、夫々異なる磁極に着磁された第１の着磁面及び第２の着磁面と、を有し、
   前記磁気センサ及び前記磁界発生部のどちらか一方が、容器内に貯留された液体の液面の上下移動に連動して移動可能に支持されており、
   前記磁気センサの相対移動に伴って前記磁気検出素子と前記移動面との重なり面積が変化するように、前記移動面の幅寸法が前記相対移動方向に向けて変化しており、
   前記相対移動方向への前記移動面の幅寸法変化に対して容器形状依存性を付与して、前記相対移動に伴う前記磁気検出素子の電気特性変化に基づき前記液体の絶対量を検知可能としたことを特徴とする液量検出装置。
2. 前記移動面の幅寸法は、一方の端部から途中位置まで、徐々に拡大し、前記途中位置から他方の端部まで、徐々に縮小するか、あるいは、前記一方の端部から前記途中位置まで、徐々に縮小し、前記途中位置から前記他方の端部まで、徐々に拡大しており、
   前記第１の着磁面の前記一方の端部から前記途中位置までの第１領域と、前記途中位置から前記他方の端部までの第２領域とでは、異なる磁極に着磁されており、前記第２の着磁面の前記第１領域は、前記第１の着磁面の前記第１領域と異なる磁極に着磁されているとともに、前記第２の着磁面の前記第２領域が、前記第１の着磁面の前記第２領域と異なる磁極に着磁されており、
   前記途中位置は、液体の残量が５０％となったときに、前記磁気センサが対向する位置である請求項１記載の液量検出装置。
3. 前記移動面の幅寸法は、一方の端部から他方の端部に至る全域にて、徐々に拡大するか、あるいは縮小しており、前記第１の着磁面の全域がＮ極あるいはＳ極に着磁され、前記第２の着磁面の全域が前記一方の着磁面と異なる磁極に着磁されている請求項１記載の液量検出装置。
4. 前記磁気センサにフロートが接続されている請求項１ないし３のいずれかに記載の液量検出装置。
5. 前記磁気検出素子は少なくとも２個設けられ、これら前記磁気検出素子は、前記磁気センサの相対移動に伴って、各磁気検出素子と前記移動面との重なり面積が同じように増大あるいは減少するように、前記移動面の幅方向に間隔を空けて配列されている請求項１ないし４のいずれかに記載の液量検出装置。
6. 前記２個の磁気検出素子が直列接続されており、各磁気検出素子は磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子であり、前記磁気検出素子はミアンダ形状で形成されており、一方の前記磁気検出素子を構成する固定磁性層の固定磁化方向と、他方の前記磁気検出素子を構成する固定磁性層の固定磁化方向は、前記移動面の幅方向であって且つ互いに逆方向に向けられており、また、一方の前記磁気検出素子を構成するフリー磁性層と他方の前記磁気検出素子を構成するフリー磁性層が、共に無磁場状態にて前記相対移動方向と平行な方向に向けられている請求項５記載の液量検出装置。

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