JP2014085138A - 液面レベル検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低い液面レベルも検出することができる液面レベル検出装置を提供する。
【解決手段】フロート３が、タンク２に貯蔵された液体の液面に浮かべられ、液体の液面レベルの変化に応じて上下動する。マグネット４が、フロート３に取り付けられている。ロッド５とフロート３が上下動自在に嵌合され、フロート３の上下動をガイドする。磁気センサ６ａ、６ｂが、ロッド５に取り付けられ、マグネット４からの磁界を検出する。コイルバネ７が、液面レベルが下がったときにフロート３の底面と当接して縮む。
【選択図】図１

Description

本発明は、液面レベル検出装置に係り、特に、自動車のガソリンやエンジンオイルなどの液体を貯蔵するタンクに装着され、前記液体の液面レベルを、磁力を利用して検出する液面レベル検出装置に関するものである。

従来、この種の液面レベル検出装置の一例として、図７に示すような装置が知られている（特許文献１）。同図に示すように、液面レベル検出装置１００は、タンク２００に貯蔵された液体の液面に浮かべられ、液体の液面レベルの変化に応じて上下動するフロート１０１と、フロート１０１に取り付けられたマグネット１０２と、フロート１０１に設けられた貫通孔に挿入され、フロート１０１の上下動をガイドする案内部材としてのロッド１０３と、ロッド１０３の上下端に取り付けられた磁気センサ１０４ａ、１０４ｂと、を備えている。以上の構成によれば、液面レベルの変動に応じてフロート１０１が上下動し、これに応じて磁気センサ１０４ａ、１０４ｂの出力も変動するため、磁気センサ１０４ａ、１０４ｂの出力に基づいて液面レベルを検出することができる。

上述したフロート１０１やロッド１０３は、収容ケース１０５に収容されている。収容ケース１０５は、フロート１０１やロッド１０３が収容される筒状ハウジング１０５ａと、筒状ハウジング１０５ａの下側開口を塞ぐように取り付けられた下蓋１０５ｂと、筒状ハウジング１０５ａの上側開口を塞ぐように取り付けられた上蓋１０５ｃと、から構成されている。タンク２００の天井には液面レベル検出装置１００用の開口が設けられ、その開口から収容ケース１０５をタンク２００内に挿入し、上蓋１０５ｃをタンク２００の天井に重ねることにより上記収容ケース１０５は取り付けられている。

上述したように収容ケース１０５は、タンク２００の天井に取り付けられているため、下蓋１０５ｂはタンク２００の底面よりも少し上側に配置される。このため、図８に示すように、液面レベルが（タンク２００底面から下蓋１０５ｂまでの高さＨ１）＋（フロート１０１の喫水Ｈ２）よりも低くなるとフロート１０１の底面がストッパとして働く下蓋１０５ｂに当接してそれ以上降下することができなくなり、下蓋１０５ｂよりも低い液面レベルについては検出することができない、という問題があった。なお、喫水Ｈ２とは、フロート１０１が浮いているときの液面からフロート１０１の底面までの距離である。

そこで、下蓋１０５ｂをタンク２００底面と同じ高さになるようにロッド１０３や収容ケース１０５を設けることが考えられるが、タンク２００天井−底面間の距離のばらつきや液体重量によるタンク２００天井−底面間の距離変化の吸収を考慮すると、そのように精度良く設けることは難しいし、たとえ精度良く設けられたとしてもフロート１０１の喫水Ｈ２以下の液面レベルについては検出することができなかった。また、下蓋１０５ｂをタンク２００底面に一体に設けることも考えられるが、タンク２００と一体に設けるには構造が複雑となり、コスト的に問題があった。

実公昭６０−２００１９号公報

そこで、本発明は、低い液面レベルも検出することができる液面レベル検出装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、タンクに貯蔵された液体の液面に浮かべられ、前記液体の液面レベルの変化に応じて上下動するフロートと、前記フロートに取り付けられたマグネットと、前記フロートが上下動自在に嵌合され、前記フロートの上下動をガイドする案内部材と、前記マグネットからの磁界を検出する磁気センサと、を備え、前記磁気センサの出力に基づいて前記液体の液面レベルを検出する液面レベル検出装置において、前記液面レベルが下がったときに前記フロートの底面と当接して縮むバネをさらに備えたことを特徴とする液面レベル検出装置に存する。

請求項２記載の発明は、前記フロートの底面には、前記バネと当接する当接面よりも前記タンク底面側に突出する凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液面レベル検出装置に存する。

請求項３記載の発明は、前記フロートに前記案内部材が貫通される貫通孔が、設けられ、前記フロート底面において前記貫通孔の周縁部分を除いた全部に前記凸部が設けられ、前記フロートと前記バネとが当接した状態で前記バネが、前記凸部に囲まれた凹部内に収容されることを特徴とする請求項２に記載の液面レベル検出装置に存する。

請求項４記載の発明は、前記バネが、板バネ又はコイルバネであることを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載の液面レベル検出装置に存する。

請求項５記載の発明は、前記バネが、コイルバネであって、前記コイルバネの巻回径が上端から下端又は下端から上端に向かって漸増することを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載の液面レベル検出装置に存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、液面レベルが下がったときにバネが、フロートの底面と当接するので、バネにより上向きの力が加算されるため、その分、低い液面レベルでもフロートが浮き上がり、低い液面レベルも検出することができる。

請求項２記載の発明によれば、フロートの底面には、バネと当接する当接面よりもタンク底面側に突出する凸部が設けられているので、凸部が突出している分だけ低い液面レベルを検出できる。

請求項３記載の発明によれば、フロートに設けた貫通孔周縁を凹部にするだけの簡単な構成で凸部を設けることができ、しかも凹部にバネを収容することができる。また、凸部の体積を大きくすることができ、フロートの喫水を低くすることができる。

請求項４記載の発明によれば、バネが、板バネ又はコイルバネであるので、簡単にバネを設けることができる。

請求項５記載の発明によれば、コイルバネの巻回径が上端から下端又は下端から上端に向かって漸増するので、縮んだときのコイル長さを小さくすることができるため、さらに低い液面レベルも検出することができる。

（Ａ）は、本発明の液面レベル検出装置の一実施形態を示す縦断面図であり、（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すフロートを底面側から見た図である。 本発明品１、本発明品２及び比較品の液面レベルとフロートの浮き量との関係を示すグラフである。 本発明品１を説明するための部分縦断面図である。 本発明品２を説明するための部分縦断面図である。 他の実施形態における液面レベル検出装置の部分縦断面図である。 他の実施形態における液面レベル検出装置の部分縦断面図である。 従来の液面レベル検出装置の一例を示す縦断面図である。 従来の問題点を説明するための図７に示す部分断面図である。

以下、本発明の液面レベル検出装置の一実施形態を図１を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の液面レベル検出装置の一実施形態を示す縦断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すフロートを底面側から見た図である。図１に示すように、液面レベル検出装置１は、タンク２に貯蔵された液体の液面に浮かべられ、液体の液面レベルの変化に応じて上下動するフロート３と、フロート３に取り付けられたマグネット４と、フロート３が上下動自在に嵌合され、フロート３の上下動をガイドする案内部材としてのロッド５と、ロッド５に取り付けられた磁気センサ６ａ、６ｂと、液面レベルが下がったときにフロート３の底面と当接して縮むコイルバネ７と、を備えている。

上記ロッド５は、上下方向に延在する棒状に設けられていて、フロート３に設けた貫通孔３ａを通すことによりフロート３が上下自在に嵌合される。このロッド５の下端部には、後述するコイルバネ７を取り付けるためのフランジ５ａが設けられている。なお、フランジ５ａとしては、ロッド５と一体に形成しても良いし、ロッド５と別体に設け、ロッド５に取り付けるようにしても良い。

また、ロッド５の上端部には、液面レベル検出装置１をタンク２に取り付けるためのフランジ状の取付フランジ５ｂが設けられている。取付フランジ５ｂは、円盤状に設けられていて、その径はタンク２天井に設けられた液面レベル検出装置１をタンク２内に挿入するための開口２ａの径よりも大きく設けられている。フロート３は、取付フランジ５ｂ及びコイルバネ７の間をロッド５に沿って上下動する。

上記フロート３は、図１に示すように、円柱状に形成されていて、その中央にロッド５を貫通する貫通孔３ａが形成されている。また、フロート３の底面には、貫通孔３ａの周縁部分に凹部３ｂが設けられていて、この凹部３ｂの底面に後述するコイルバネ７が当接すると共に凹部３ｂ内にコイルバネ７が収容される。そして、フロート３底面において凹部３ｂを除いた全部に凸部３ｃが設けられ、この凸部３ｃが、コイルバネ７と当接する当接面よりもタンク２底面側に突出している。

マグネット４は、上述したフロート３内に内蔵されている。上述した磁気センサ６ａ、６ｂは、パイプ状に形成されたロッド５内に取り付けられている。詳しくは、上記磁気センサ６ａは、ロッド５下端部に取り付けられている。上記磁気センサ６ａ及び６ｂは、例えばホール素子、磁気抵抗素子などで構成され、上下動するマグネット４との距離に応じて変化する磁界の強さをそれぞれ検出する。

よって、液面レベルが例えば増加すると、増加する液面に追従してフロート３が上昇し、マグネット４と上側の磁気センサ６ｂとの距離が近づき、磁気センサ６ｂにより検出される磁界が強くなると共に、マグネット４と下側の磁気センサ６ａとの距離が離れて、磁気センサ６ａにより検出される磁界が弱くなる。これに対して、液面レベルが減少すると、減少する液面に追従してフロート３が下降し、マグネット４と上側の磁気センサ６ｂとの距離が離れ、磁気センサ６ｂにより検出される磁界が弱くなると共に、マグネット４と下側の磁気センサ６ａとの距離が近づき、磁気センサ６ａにより検出される磁界が強くなる。即ち、磁気センサ６ａと磁気センサ６ｂとにより検出された磁界の差に基づいて液面レベルを検出することができる。

上記コイルバネ７は、コイル状に形成されていて、その巻回径が上端から下端に向かうに従って漸増するように設けられ、中央にロッド５が貫通している。このコイルバネ７は、その下端がフランジ５ａに取り付けられていて、図３に示すように、液面レベルが下がったときにその上端がフロート３の底面に当接して縮む。

上述した構成の液面レベル検出装置１は、タンク２天井に設けた液面レベル検出装置１用の開口２ａからタンク２内に挿入され、取付フランジ５ｂをタンク２の天井に重ねることによりタンク２に取り付けられる。このとき、ロッド５の下端は、タンク２の底面よりも少し上側に位置する。

次に、上述した液面レベル検出装置１の効果について説明する前に、コイルバネ７がなく単に液面にフロート３を浮かべた比較品における液面レベルと、フロート３の位置と、の関係について説明する。比較品は、液面レベルが０のとき、フロート３の底面がタンク２底面に当接するものとする。液面レベルが上昇すると、フロート３の下側が液面に水没し、その水没体積に応じた浮力ＦＬが発生する。図２の点線で示すように、この水没体積が小さく浮力ＦＬ（図１参照）がフロート３及びマグネット４の自重ｍｇよりも小さいうちは、フロート３は浮かない。液面レベルが上昇して、水没体積が大きくなり、浮力ＦＬがフロート３の自重ｍｇと等しくなると、フロート３は液面レベルの上昇に追従して上昇するようになる。このときの液面からフロート３底面までの距離が喫水Ｈ２である。

次に、図１に示す本発明品１における液面レベルと、フロート３の位置と、の関係について説明する。なお、本発明品１は、図３に示すように、液面レベルが０のとき、フロート３とコイルバネ７とが当接して、コイルバネ７が縮み、フロート３及びマグネット４の自重ｍｇと、コイルバネ７の付勢力ＦＳと、が釣り合った状態で（即ちＦＳ＝ｍｇ）、凸部３ｃの底面がタンク２底面に当接しているものとする。

この状態で液面レベルが上がり、フロート３が液面に水没すると、水没体積に応じた浮力ＦＬが発生する。この浮力ＦＬ分だけ、コイルバネ７の付勢力ＦＳが小さくなり、コイルバネ７が伸びるため、図２の実線に示すように、すぐにフロート３が浮き上がる。その後、液面レベルが上昇するに従って、フロート３の水没体積が大きくなり、浮力ＦＬが大きくなるため、コイルバネ７がさらに伸びてフロート３が上昇する。そして、水没体積が大きくなった結果、浮力ＦＬとフロート３の自重ｍｇと等しくなると、コイルバネ７が自由長となり付勢力ＦＳが０となるため、以降、比較品と同様になる。

上述した実施形態によれば、液面レベルが下がったときにコイルバネ７が、フロート３の底面と当接するので、コイルバネ７により上向きの力が加算されるため、その分、低い液面レベルでもフロート３が浮き上がり、低い液面レベルも検出することができる。しかも、フロート３及びマグネット４の自重ｍｇと、コイルバネ７の付勢力ＦＳと、が釣り合った状態で、フロート３の底面がタンク２底面に当接しているので、図２からも明らかなように、液面レベルが少しでもあれば直ぐにフロート３が浮き上がり、より低い液面レベルも検出することができる。

また、上述した実施形態によれば、フロート３の底面には、コイルバネ７と当接する当接面よりもタンク２底面側に突出する凸部３ｃが設けられているので、凸部３ｃが突出している分だけ低い液面レベルを検出できる。

また、上述した実施形態によれば、フロート３に設けた貫通孔３ａ周縁を凹部３ｂにするだけの簡単な構成で凸部３ｃを設けることができ、しかも凹部３ｂにコイルバネ７を収容することができる。また、凸部３ｃの体積を大きくすることができ、フロート３の喫水Ｈ２を低くすることができる。

また、上述した実施形態によれば、コイルバネ７の巻回径が上端から下端に向かって漸増するので、縮んだときのコイル長さを小さくすることができるため、さらに低い液面レベルも検出することができる。

なお、上述した実施形態によれば、液面レベルが０のとき、フロート３及びマグネット４の自重ｍｇと、コイルバネ７の付勢力ＦＳと、が釣り合った状態で、フロート３の底面がタンク２底面に当接していたが、本発明はこれに限ったものではない。図４に示す本発明品２のように、液面レベルが０のとき、フロート３及びマグネット４の自重ｍｇよりもコイルバネ７の付勢力ＦＳが小さい状態で、フロート３の底面がタンク２底面に当接する場合も考えられる。このとき、下記の式（１）に示すように、フロート３及びマグネット４の自重ｍｇからコイルバネ７の付勢力ＦＳを差し引いた抗力Ｎが発生する。
Ｎ＝ｍｇ−ＦＳ …（１）

この場合、液面レベルが上がり、フロート３が液面に水没すると、水没体積に応じた浮力ＦＬが発生する。この浮力ＦＬ分だけ、抗力Ｎが小さくなる。抗力Ｎが０になるまでフロート３は浮き上がらない。さらに、水没体積が増えて浮力ＦＬが増加すると、本発明品１と同様に、増加分だけコイルバネ７が伸びるため、図２の一点鎖線に示すように、フロート３が浮き始める。その後、液面レベルが上昇して、水没体積が大きくなり、浮力ＦＬとフロート３の自重ｍｇと等しくなると、コイルバネ７が自由長となり付勢力ＦＳが０となるため、以降、比較品、本発明品２と同様になる。以上の説明からも明らかなように、フロート３及びマグネット４の自重ｍｇと、コイルバネ７の付勢力ＦＳと、が釣り合った状態で、フロート３の底面がタンク２底面に当接していなくても、コイルバネ７により上向きの付勢力ＦＳが加算されるため、その分、低い液面レベルでもフロート３が浮き上がり、低い液面レベルも検出することができる。

また、上述した実施形態によれば、液面レベルが０のとき、フロート３の底面がタンク２底面に当接していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図５に示すように、フロート３及びマグネット４の自重ｍｇと、コイルバネ７の付勢力ＦＳと、が釣り合った状態で、フロート３の底面がタンク２底面に届かないことも考えられる。この場合、液面レベルが距離Ｈ１以下の間は、フロート３に浮力ＦＬが発生しないため、フロート３は動かない。液面レベルが距離Ｈ１を超えてフロート３が液面に水没すると、水没体積に応じた浮力ＦＬが発生する。

この浮力ＦＬ分だけ、コイルバネ７の付勢力ＦＳが小さくなり、コイルバネ７が伸びるため、液面レベルが距離Ｈ１を超えるとすぐにフロート３が浮き上がる。その後、液面レベルが上昇して、水没体積が大きくなり、浮力ＦＬとフロート３の自重ｍｇと等しくなると、コイルバネ７が自由長となり付勢力ＦＳが０となるため、以降、液面レベルの上昇量と同じだけフロート３も浮き上がる。以上の説明からも明らかなように、液面レベルが０のとき、フロート３の底面がタンク２底面に当接していなくても、コイルバネ７により上向きの付勢力ＦＳが加算されるため、その分、低い液面レベルでもフロート３が浮き上がり、低い液面レベルも検出することができる。

また、上述した実施形態によれば、バネとしてコイルバネ７を用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図６に示すように、バネとして板バネ８を用いても同様の効果を得ることができる。また、板バネ８の方がコイルバネ７に比べて圧縮率が有利であり、より低い液面レベルも検出することができる。

なお、上述した液面レベル検出装置１によれば、フロート３の中央のみに凹部３ｂを設け、この凹部３ｂ外側全体を凸部３ｃにしていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、貫通孔３ａを囲むように複数の凸部３ｃを設けるようにしてもよい。ただし、図１に示すように、凹部３ｂ外側全体を凸部３ｃにした方が凸部３ｃの体積を大きくすることができ、喫水Ｈ２を低くすることができる。

また、上述した実施形態によれば、フロート３としては凸部３ｃを設けていたが、本発明はこれに限ったものではなく、凸部３ｃを設けずに底面をフラットに設けても良い。

また、上述した実施形態によれば、２つの磁気センサ６ａ、６ｂがロッド５の上下端に設けられていたが、本発明はこれに限ったものではない。ロッド５の上下方向に３つ以上磁気センサを並べて配置した液面レベル検出装置１に適用してもよい。

また、上述した実施形態によれば、ロッド５は、フロート３に設けた貫通孔３ａに貫通させていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、ロッド５をパイプ状に設け、その中にフロート３を収容する液面レベル検出装置１に適用するようにしてもよい。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 液面レベル検出装置
２ タンク
３ フロート
３ｂ 凹部
３ｃ 凸部
４ マグネット
５ ロッド
６ａ 磁気センサ
６ｂ 磁気センサ
７ コイルバネ

Claims (5)

1. タンクに貯蔵された液体の液面に浮かべられ、前記液体の液面レベルの変化に応じて上下動するフロートと、前記フロートに取り付けられたマグネットと、前記フロートが上下動自在に嵌合され、前記フロートの上下動をガイドする案内部材と、前記マグネットからの磁界を検出する磁気センサと、を備え、前記磁気センサの出力に基づいて前記液体の液面レベルを検出する液面レベル検出装置において、
   前記液面レベルが下がったときに前記フロートの底面と当接して縮むバネをさらに備えたことを特徴とする液面レベル検出装置。
2. 前記フロートの底面には、前記バネと当接する当接面よりも前記タンク底面側に突出する凸部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の液面レベル検出装置。
3. 前記フロートに前記案内部材が貫通される貫通孔が、設けられ、
   前記フロート底面において前記貫通孔の周縁部分を除いた全部に前記凸部が設けられ、
   前記フロートと前記バネとが当接した状態で前記バネが、前記凸部に囲まれた凹部内に収容される
   ことを特徴とする請求項２に記載の液面レベル検出装置。
4. 前記バネが、板バネ又はコイルバネであることを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載の液面レベル検出装置。
5. 前記バネが、コイルバネであって、
   前記コイルバネの巻回径が上端から下端又は下端から上端に向かって漸増する
   ことを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載の液面レベル検出装置。

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