JP2010139490A - 液面レベルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 円筒部材とマグネットの組み立て工程を簡単化し、かつ、円筒部材とマグネットの回転角度の相対位置のずれを低減する。
【解決手段】 回転可能に支持された円筒部材４と、円筒部材４の外周に固定されるリング状のマグネット５と、マグネット５に対向して固定部に固定され、マグネット５の回転位相を磁束密度の変化により検出する磁気検出素子とを備え、液面に浮かぶフロートの上下動により円筒部材４を回転させるようにする。円筒部材４は、外周の軸方向に延在させて少なくとも１つの突起９が設けられてなる。マグネット５は、円筒部材４の外周に圧入して固定されてなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液面のレベルを検出する液面レベルセンサに関する。

液面レベルセンサとして、例えば、特許文献１に記載されているものが知られている。この液面レベルセンサは、フレームに回転可能に支持された円筒部材と、円筒部材の外周に固定されるリング状のマグネットと、マグネットの外周面に対向してフレームに埋設され、マグネットの回転位相を磁束密度の変化により検出するホール素子とを備え、液面に浮かぶフロートの上下動により円筒部材を回転させるように構成されている。

マグネットは、その周方向に２極に分けて着磁され、円筒部材の外周に接着剤によって固定されている。マグネットの外面に対向するフレームには、マグネットと同心の円弧状の２つの磁性体が埋設されている。２つの磁性体の互いに対向する端面の間に、２つの磁性体間を通る磁力線が通過するようにホール素子が配置されている。

特許文献１に記載されている液面レベルセンサによれば、液面が変化してフロートが上下動すると、円筒部材を介してマグネットが回転し、これにより、ホール素子を通過する磁力線の磁束密度が変化して、マグネットの回転位相、すなわち、フロートの位置である液面レベルが検出されるようになっている。

特開２００４−２７１４９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、接着剤で円筒部材とマグネットを固定するようにすると、接着剤の流動性のために円筒部材とマグネットの軸心ずれが生ずるという問題、あるいは、回転角度の相対位置ずれが生ずるという問題がある。特に、円筒部材とマグネットの回転角度の相対位置が所期の位置からずれると、フロートの上下動の位置を表す円筒部材の回転角度位置と、マグネットの回転角度位置が対応しない。そのため、本来、マグネットの回転角度位置に対応するホール素子の出力と液面レベルの関係は、一定の曲線になるが、この関係曲線がずれてしまうという問題がある。
このような問題に対応するため、特許文献１において、円筒部材とマグネットの軸心を合わせると共に、回転角度の相対位置を所期の位置に合わせて保持する治具を用いることが考えられる。しかし、接着剤が固化するまで治具で固定しておかなければならないから、組立工程が煩雑になり、作業時間がかかるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、円筒部材とマグネットの組み立て工程を簡単化し、かつ、円筒部材とマグネットの回転角度の相対位置のずれを低減することにある。

前記課題を解決するため、本発明は、回転可能に支持された円筒部材と、前記円筒部材の外周に固定されるリング状のマグネットと、前記マグネットに対向して固定部に固定され、前記マグネットの回転位相を磁束密度の変化により検出する磁気検出素子とを備え、液面に浮かぶフロートの上下動により前記円筒部材を回転させるように構成した液面レベルセンサにおいて、前記円筒部材は、外周の軸方向に延在させて少なくとも１つの突起が設けられてなり、前記マグネットは、前記円筒部材の外周に圧入して固定されてなることを特徴とする液面レベルセンサである。

本発明によれば、円筒部材の外周に少なくとも１つの突起が設けられていることから、マグネットの回転角度位置と円筒部材の回転角度位置とを所期の位置に合せてマグネットを圧入することにより、突起がマグネットの内面に押接されて円筒部材に固定される。これにより、円筒部材とマグネットの組み立て工程を簡単化でき、かつ、円筒部材とマグネットの回転角度の相対位置のずれを低減でき、磁気検出素子の出力と液面レベルの関係曲線のずれを低減できる。

なお、突起が２つ以下の場合、マグネットの軸心と円筒部材の軸心とがずれるが、円筒部材とマグネットの回転角度の相対位置のずれが小さければ、磁気検出素子の出力と液面レベルとの関係曲線は再現性があるので、軸心ずれは問題とならない。すなわち、再現性があれば、磁気検出素子の出力と液面レベルとの関係曲線に基づいて液面レベルの検出値を補正するなどの対策をすることができる。

また、マグネットを圧入したとき、突起が１つの場合、突起と突起の反対側の円筒部材の外周面でマグネットが固定され、突起が２つの場合、２つの突起又は２つの突起と円筒部材の外周面でマグネットが固定され、突起が３つ以上の場合、３つ以上の突起でマグネットが固定されることになる。

この場合において、突起を延在方向に直交する断面を三角形に形成し、円筒部材の外周に周方向に分散させて３つ設けることができる。これにより、マグネットの圧入時、各突起の先端がマグネットの内面に押接されてマグネットの位置をバランスよく規制できるので、マグネットの軸心と円筒部材の軸心とを合せることができる。また、マグネットと円筒部材に、互いに係合してマグネットの周方向の位置決めを行う係合部をそれぞれ設けることができる。また、円筒部材は、マグネットを包囲するカップ状のホルダの底面に固定して設けられ、ホルダにマグネットの軸方向の抜け止めを規制する抜け止用の爪を設けることができる。

本発明によれば、円筒部材とマグネットの組み立て工程を簡単化でき、かつ、円筒部材とマグネットの回転角度の相対位置のずれを低減できる。

以下、本発明に係る液面レベルセンサの一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサを示す分解斜視図である。図２は本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサを示す断面図である。図３は本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサの裏面からみた状態を示す分解斜視図である。図４は本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサに用いられるホルダ部分を示す平面図で、（ａ）はマグネット圧入前の図、（ｂ）はマグネット圧入後の図、（ｃ）は（ｂ）中のＡ−Ａ矢視断面図である。図５は本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサに用いられるフレームを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図である。図６は本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサに用いられるホルダを示す図で、（ａ）は左側面図、（ｂ）は右側面図である。

本実施形態の液面レベルセンサは、例えば、自動車の燃料タンク（図示せず）内の燃料の液面のレベルを検出するものであり、燃料タンク内の所定の位置に本実施形態の液面レベルセンサが装着される。
図に示すように、フレーム２は、固定部であり、ベースフレーム２１と支持フレーム２２から構成され、合成樹脂材料等で図示例では上下方向の長さが長い扁平な略直方体状に形成されている。支持フレーム２２は、ベースフレーム２１から浮いて空間２４をあけて設けられ、上端と下端をそれぞれベースフレーム２に固定して形成されている。支持フレーム２２の中央部には、ホルダ孔２５が設けられている。ホルダ孔２５には、周方向に例えば等間隔をおいて複数（図示例では３つ）の切込み２６が設けられている。支持フレーム２２のホルダ孔２５の周縁に沿う表面２２ａには、第１ストッパ４１と第２ストッパ４２とが間隔を空けて設けられている。第１ストッパ４１及び第２ストッパ４２は、ホルダ孔２５の接線方向の断面が三角形状に形成され、上端側は垂直面４１ａ、４２ａに形成され、下端側は傾斜面４１ｂ、４２ｂに形成されている。

一方、ホルダ孔２５と同軸に、ベースフレーム２１の中央部から突出する円柱状の支軸２３が設けられ、支軸２３の先端はホルダ孔２５よりも突出させて設けられている。支軸２３には、ホール素子６が埋設され、ホール素子６は、ベースフレーム２１に埋設されているリードフレーム１８に電気的に接続されている。また、ベースフレーム２１には、リードフレーム１８のターミナル（図示せず）が突出されたコネクタ部２８と保護壁２９が設けられている。

ホルダ３は、合成樹脂材料で円筒状に形成され、円筒状の一方の開口を閉塞したカップ状に形成されている。ホルダ３の内底面３ａに円筒部材４が同軸で一体的に設けられている。ホルダ３の外周には、ホルダ孔２５の切込み２６に対応させて、かつ、切込み２６に挿入可能な形状の複数（図示例では３つ）の突起３６が設けられている。ホルダ３の外周には規制突起４３と規制部材４４とが設けられている。規制部材４４は、ホルダ３の外周の接線方向に延びる弾性部材からなるアーム４５と、アーム４５の先端に設けられた突起４６とから構成されている。アーム４５の基端は、ホルダ３に固定されている。突起４６は、ホルダ３の開口面側に膨らませた突部を有し、その突部にアーム４５の基端に向けて傾斜面４６ｂが形成されている。

このように構成されたホルダ３は、円筒部材４をフレーム２の支軸２３に装着して、フレーム２に対して回転可能に支持されるようになっている。円筒部材４を支軸２３に装着するには、各突起３６を所定の切込み２６にそれぞれ対応させてホルダ３を保持し、ホルダ３をフレーム２のホルダ孔２５に挿入する。このとき、ホルダ３の規制部材４４の突起４６を第２ストッパ４２の位置よりも時計回りで進めた位置で挿入する。その状態から、ホルダ３を反時計回りに回転させ、規制アーム４５が弾性変形して突起４６が第２ストッパ４２を乗り越えるまで回す。このとき、各突起３６がホルダ孔２５の縁部に引っ掛かってホルダ３がフレーム２から抜け出るのを防止できる。これにより、ホルダ３は支軸２３回りに回動自由に支持される。この回動範囲は、規制突起４３が第２ストッパ４２の垂直面４２ａに当たる位置と、規制部材４４の突起４６が第１ストッパ４１の垂直面４１ａに当たる位置までの所定の範囲、すなわち、回動規制範囲に設定される。なお、ホルダ３の回動をスムーズに行うため、ホルダ３の開口端面３ｂがベースフレーム２１に接触しないように、円筒部材４の開口端面４ｂがホルダ３の開口端面３ｂより突出して形成されている。また、支軸２３の軸方向の長さは、円筒部材４の軸方向の長さより短く形成されている。

また、ホルダ３には、フロートアーム８の一端を固定する固定部５０が設けられている。固定部５０は、フロートアーム８の一端が挿入される図示例では２つの貫通孔５１、５２と、フロートアーム８をガイドするガイド溝５３と、フロートアーム８を係合して保持する係合部５４とから構成されている。フロートアーム８の他端には、抜止部材７ａによってフロート７が抜けることなく取り付けられている。

フロート７は、液体（例えば燃料）の液面に浮かぶように、例えば、合成樹脂製の略直方体状のもの等が用いられる。また、フロートアーム８は、例えば、非磁性体であるステンレス鋼等の金属製の丸棒で形成されている。フロートアーム８は、図示例では両端近傍と略中央の３箇所で所定の方向にそれぞれ直角に曲がった形状で、フロート７の上下動によりホルダ３を回転させるように形成されている。これにより、フロート７の上下動の規制範囲、すなわち、フレーム２に対するホルダ３の回動規制範囲は、燃料が満タン（FULL）の状態を示すＦ点と空（EMPTY）の状態を示すＥ点の間で行われるように設定されている。

次に、液面レベルセンサ１の本実施形態の特徴部を説明する。
円筒部材４の外周には、図３及び図４に示すように、複数（図示例では３つ）の突起９が設けられている。突起９は、円筒部材４の外周の周方向に等間隔（図示例では１２０°間隔）で設けられていることが好ましい。各突起９は、円筒部材４の外周に軸方向に延在して設けられている。一方、マグネット５は、図７に示すように、リング状に形成され、周方向に２極に分けて着磁されている

円筒部材４の各突起９は、延在方向に直交する方向の断面が三角形状であって、先端の外接円の径がマグネット５の内径よりも大きく形成されている。

マグネット５の外周には、外方に突出する突状部５ａが設けられ、ホルダ３の内周には、マグネット５の突状部５ａと係合する係合部である係合溝３１が設けられている。係合溝３１の両側の溝壁には、突部３１ａがそれぞれ設けられている。これらの係合溝３１とマグネット５の突状部５ａとで、ホルダ３に対するマグネット５の周方向の位置決めが確実に行われるようになっている。

また、ホルダ３には、アーム３３と爪３４とを有し、マグネット５の抜け止部材が設けられている。アーム３３は、基端がホルダ３の内底面３ａに固定されている。アーム３３は、ホルダ３の内周壁に設けられた窪み３５内をホルダ３の軸方向に延在する弾性部材からなる。爪３４は、アーム３３の先端のホルダ３の内方に突出して形成されている。爪３４の内底面側は垂直面３４ａに形成され、先端側は傾斜面３４ｂとして形成されている。

ここで、本実施形態の特徴部である円筒部材４にマグネット５を圧入して固定する際の作用について説明する。マグネット５の内周面を円筒部材４の外周面に位置合わせしてマグネット５を円筒部材４の軸心に沿って圧入する。このとき、円筒部材４の外周に設けられている断面三角形状の突起９の先端のマグネット５の内径より大きい部分が均等に潰れてマグネット５の内面に押接され、マグネット５の軸心が円筒部材４の軸心に合せられる。このとき、例えば、３つの突起９のうちの１つが潰れると、圧入力の分力により他の潰れてない突起９が順に潰れるので、結果的に、３つの突起９は同じに潰れ状態になってマグネット５の位置をバランスよく規制できるので、マグネット５の軸心が円筒部材４の軸心に合せられると共に、マグネット５の回転角度の相対位置が所期の位置に合わせられる。

また、マグネット５を圧入するとき、マグネット５の先端が爪３４の傾斜面３４ｂに接触してマグネット５の圧入力によってアーム３３を弾性変形させて爪３４をマグネット５の周面側に移動させ、マグネット５の先端がホルダ３の底面３ａに当接すると、アーム３３が元の状態に復帰して爪３４の垂直面３４ａがマグネット５の端面に係合する。これにより、マグネット５は、先端がホルダ３の底面３ａに当接した状態でホルダ３から軸方向に抜け出ることなくホルダ３に保持される。

本実施形態では、液面が変化してフロートが上下動すると、ホール素子６が埋設されている支軸２３を軸に円筒部材４を介してマグネット５が回動し、ホール素子６を通過する磁力線の磁束密度が変化する。すなわち、マグネット５の空心部には図７に示すように磁力線５ｂがＮ極からＳ極に向かって発生する。このマグネット５の中心にホール素子６を配置すると、磁力線５ｂとホール素子６の交差角度が０°のとき、ホール素子６からの出力すなわちホール電圧が０で、この状態からマグネット５を軸周りに９０°回転させて図示例のように交差角度を９０°にすると、ホール素子６を通過する磁力線５ｂの磁束密度が変化して、この変化に対応して出力電圧が正弦曲線を描きながら最大になる。したがって、例えば、交差角度が０〜９０°の範囲でマグネット５が回転するようにホルダ３に対するマグネット５の周方向の位置決めをすることにより、ホール素子６からの出力を検出することで、マグネット５の回転位相、すなわち、フロート７の位置である。液面レベルを検出できる。

また、本実施形態によれば、ホルダ３の円筒部材４の外周に断面三角形状の突起９を３つ設けたことから、円筒部材４とマグネット５の組み立て工程を簡単化し、かつ、円筒部材４に対するマグネット５の軸心ずれと回転角度の相対位置ずれが低減される。したがって、ホール素子６の検出出力と液面レベルの相対関係がずれないので、液面のレベルを正確に検出できる。

なお、本実施形態では、突起９の断面形状を三角形状に形成したが、これに限定されず他の形状に形成してもよい。また、円筒部材４の外周に３つの突起９を設ける例について示したが、本発明はこれに限定されず、突起の数は少なくとも１つでよい。これにより、マグネットの回転角度の位置と円筒部材の回転角度位置とを所期の位置に合せてマグネットを圧入することで、突起がマグネットの内面に押接されて円筒部材に固定されるので、円筒部材とマグネットの組み立て工程を簡単化でき、かつ、円筒部材とマグネットの回転角度の相対位置のずれを低減でき、磁気検出素子の出力と液面レベルの関係曲線のずれを低減できる。

一方、突起が２つ以下であると、マグネットの軸心と円筒部材の軸心とがずれるが、円筒部材とマグネットの回転角度の相対位置のずれが小さければ、磁気検出素子の出力と液面レベルとの関係曲線は再現性があるので、軸心ずれは問題とならない。すなわち、再現性があれば、磁気検出素子の出力と液面レベルとの関係曲線に基づいて液面レベルの検出値を補正するなどの対策をすることができる。

また、突起が１つの場合、突起と突起の反対側の円筒部材の外周面でマグネットが固定され、突起が２つの場合、２つの突起又は２つの突起と円筒部材の外周面でマグネットが固定され、突起が４つ以上の場合、４つ以上の突起でマグネットが固定されることになる。

また、ホール素子６を支軸２３内に埋設したが、これに限定されず、特許文献１に記載されているようにマグネットの外周に配置してもよいし、また、マグネットの一方の軸方向の端面に対向させて配置してもよい。
また、ホール素子は、磁気検出素子の一例として用いたが、これに限定されず、他の磁気検出素子、例えば、ホールＩＣ等を用いてもよい。

本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサを示す分解斜視図である。 本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサを示す断面図である。 本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサの裏面からみた状態を示す分解斜視図である。 本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサに用いられるホルダ部分を示す平面図で、（ａ）はマグネット圧入前の状態を示す図、（ｂ）はマグネット圧入後の状態を示す図、（ｃ）は（ｂ）中のＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサに用いられるフレームを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図である。 本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサに用いられるホルダを示す図で、（ａ）は左側面図、（ｂ）は右側面図である。 本発明に係る一実施形態の液面レベルセンサに用いられるマグネットとホール素子との関係を説明するための図である。

符号の説明

１ 液面レベルセンサ
２ フレーム
３ ホルダ
３ａ 底面
４ 円筒部材
５ マグネット
５ａ 突起
６ ホール素子
９ 突起
３１ 係合溝
３４ 爪

Claims (4)

1. 回転可能に支持された円筒部材と、前記円筒部材の外周に固定されるリング状のマグネットと、前記マグネットに対向して固定部に固定され、前記マグネットの回転位相を磁束密度の変化により検出する磁気検出素子とを備え、液面に浮かぶフロートの上下動により前記円筒部材を回転させるように構成した液面レベルセンサにおいて、
   前記円筒部材は、外周の軸方向に延在させて少なくとも１つの突起が設けられてなり、
   前記マグネットは、前記円筒部材の外周に圧入して固定されてなることを特徴とする液面レベルセンサ。
2. 前記突起は、延在方向に直交する断面が三角形に形成され、かつ、前記円筒部材の外周に周方向に分散させて３つ設けられてなることを特徴とする請求項１に記載の液面レベルセンサ。
3. 前記マグネットと前記円筒部材は、互いに係合して前記マグネットの周方向の位置決めを行う係合部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液面レベルセンサ。
4. 前記円筒部材は、前記マグネットを包囲するカップ状のホルダの底面に固定して設けられ、前記ホルダに前記マグネットの抜け止用の爪が設けられてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液面レベルセンサ。

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