JP2020144086A - 流体残量検出装置及び流体容器 - Google Patents

Abstract

【課題】センサー部が停止した状態から再起動した場合であっても、表示子の位置を確認することができ、電力消費を光学センサーよりも低減できる、小型化が可能な流体残量検出装置の提供。【解決手段】残量検出器１０を備えた流体容器１に取り付けられる流体残量検出装置２０であって、前記残量検出器１０の残量表示部材１３の変位範囲内に設置され、前記残量表示部材１３の位置を磁気的に検出するセンサー部２１と、前記センサー部２１に接続され、前記センサー部２１からの出力信号を前記流体容器１内の流体残量に対応する電気信号に変換して外部出力する信号処理部３０と、を備え、前記センサー部２１は、互いに直交する三軸方向の磁界を検出する三軸磁気センサー２２を有することにより解決される。【選択図】図４

Description

本発明は、流体残量検出装置及び流体容器に関し、特に、磁気センサーを備えた流体残量検出装置及び流体容器に関する。

暖房のため灯油を多量に消費する豪雪地域では、容量が１００リットルから２００リットル以上の大容量の灯油タンク（流体容器）が普及している。図１に示すように、灯油タンク１は、家屋Ｈの外に設置される金属製のタンク本体２を有しており、タンク内の灯油の残油量を外部から目視することはできないため、タンク内の灯油の残量は、灯油タンク１の上部に備えられたコップ型油量計１０で確認される。

コップ型油量計１０は、図２に示すように、灯油の上面に浮くフロート１１と、該フロート１１の位置に応じて上下動する作動ロッド１２と、該作動ロッド１２の上部先端部に形成される円盤状の表示子１３と、を備えて構成されている。表示子１３は、灯油タンク１の内部の灯油の液面位置に応じて上下動するため、灯油タンク１の灯油が消費されて減少すると、表示子１３の位置が下降する。

表示子１３は、透明なコップ型のケース１４で被われており、該ケース１４には所定の目盛りが表示されている。ユーザーは、表示子１３の位置に対応するケースの目盛りを目視することで、灯油タンク１の内部の残油量を確認する。しかし、大容量の灯油タンク１は、屋外に設置されるものであるため、残油量を確認するためには、屋外の灯油タンク１が設置されている場所まで行って目視で確認しなければならなかった。また、豪雪地域では、降雪によって灯油タンク１が雪に埋もれてしまうと、表示子１３の位置を容易には確認できないという課題があった。

特許文献１には、灯油タンクのコップ型油量計の表示子の位置を検知する光検知型のセンサー部と、センサー部の出力に応じて残油量を表示する残油量表示部とを有する灯油タンクの残油量表示装置が記載されている。

より詳細には、特許文献１には、センサー部が、油量計のケースに被せられる光を通さない被覆カバーと、被覆カバーの内側に設けられた投光用ＬＥＤと、投光用ＬＥＤの光を受光するための複数の硫化カドニウムセルと、を有している。特許文献１の灯油タンクの残油量表示装置によると、センサー部が表示子の位置を検知し、その位置を残油量表示部の表示用ランプにて屋内で確認することができる。

特開２００８−２６０５４５号公報

特許文献１に記載の技術では、光学的に表示子を検知するため、投光用ＬＥＤ及び硫化カドニウムセルから構成される光学センサーを複数設けないと表示子の位置を読みとることができなかった。また、センサー部が停止した状態から再起動した際に、表示子の位置によっては対応する光学センサーが存在せず、表示子の位置がわからないという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、センサー部の作動が停止した状態から再起動した場合であっても、表示子の位置を確認することができ、電力消費を光学センサーよりも低減できる、小型化が可能な流体残量検出装置を提供することにある。

前記課題は、本発明の流体残量検出装置によれば、残量検出器を備えた流体容器に取り付けられる流体残量検出装置であって、前記残量検出器の残量表示部材の変位範囲内に設置され、前記残量表示部材の位置を磁気的に検出するセンサー部と、前記センサー部に接続され、前記センサー部からの出力信号を前記流体容器内の流体残量に対応する電気信号に変換して外部出力する信号処理部と、を備え、前記センサー部は、互いに直交する三軸方向の磁界を検出する三軸磁気センサーを有すること、により解決される。

上記構成によれば、センサー部が三軸磁気センサーを有するため、表示子などの残量表示部材の変位方向とは異なる方向の磁気ベクトルを検出することで、残量表示部材の位置を磁気的に検出できる。したがって、センサー部の作動が停止した状態から再起動した場合であっても、表示子の位置、つまり、流体容器内の流体残量を確認することができ、電力消費を光学センサーよりも低減でき、装置の小型化も可能となる。

このとき、前記残量検出器の頂部に載置される載置部を備えると好適である。
上記構成によれば、残量検出器に対する流体残量検出装置の鉛直方向の取り付け位置が正確なものとなる。

このとき、前記残量検出器の側部に係合する係合部を備えると好適である。
上記構成によれば、残量検出器に対する流体残量検出装置の水平方向の取り付け位置が正確なものとなる。

このとき、前記残量検出器に取り付けるための固定部材を備えると好適である。
上記構成によれば、残量検出器に対する流体残量検出装置の取り付けが確実なものとなる。

このとき、前記センサー部は、前記三軸磁気センサーを、鉛直方向において離間した位置に少なくとも２つ備えると好適である。
上記構成によれば、事前にキャリブレーションを行うことなく、残量表示部材の位置を磁気的に検出できる。

このとき、前記流体容器が燃料タンクであり、前記残量検出器が、前記燃料タンクの上部に設けられたコップ型油量計であると好適である。
上記構成によれば、流体残量検出装置を、コップ型油量計を備えた燃料タンクに適用することで、燃料タンク内の燃料残量を確認することができる。

前記課題は、本発明の流体容器によれば、流体容器であって、該流体容器の上部に供えられた残量検出器と、該残量検出器に取り付けられる流体残量検出装置と、を備え、前記残量検出器は、前記流体容器内の流体の上面に浮かぶフロートと、該フロートに接続されて設けられ、前記フロートの位置に応じて上下方向に移動する作動部材と、該作動部材の上端に設けられた残量表示部材と、を備え、前記流体残量検出装置は、前記残量検出器の前記残量表示部材の変位範囲内に設置され、前記残量表示部材の位置を検出するセンサー部と、前記センサー部に接続され、前記センサー部からの出力信号を前記流体容器内の流体残量に対応する電気信号に変換して外部出力する信号処理部と、を備え、前記センサー部は、互いに直交する三軸方向の磁界を検出する三軸磁気センサーを有すること、により解決される。

本発明の流体残量検出装置によれば、センサー部の作動が停止した状態から再起動した場合であっても、表示子の位置、つまり、流体容器内の流体残量を確認することができる。

灯油タンクの構成を説明するための外観図である。 灯油タンクが備えるコップ型油量計の構成を説明するための外観図である。 本発明の一実施形態に係る流体残量検出装置の構成を示す概略模式図である。 コップ型油量計に対して、本発明の一実施形態に係る流体残量検出装置を取り付けた状態を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るセンサー部の電気的構造を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る流体残量検出装置が備える三軸磁気センサーによる表示子の位置検出方法を説明する模式的説明図である。 本発明の一実施形態に係る流体残量検出装置が測定した流体残量を携帯端末に表示した状態を示す図である。 変形例に係る流体残量検出装置による表示子の位置検出方法を説明する模式図である。 変形例に係る流体残量検出装置による表示子の位置検出方法を説明する概念図である。

以下、本発明の一実施形態（以下、本実施形態）に係る流体残量検出装置及び流体容器について図１乃至９を参照して説明する。

＜灯油タンク１＞
まず、本実施形態の流体残量検出装置２０を適用する流体容器の一例である灯油タンク１について図１乃至図４を参照して説明をする。

灯油タンク１は、一般に家屋Ｈの外に設置されており、金属製のタンク本体２を有している。タンク本体２の内部の灯油の残量は、タンク本体２の上部２ａに備えられた残量検出器としてのコップ型油量計１０で目視にて確認することが出来る。

（コップ型油量計１０）
コップ型油量計１０は、図２に示すように、灯油（流体）の上面に浮かぶフロート１１と、フロート１１に接続され、フロート１１の位置に応じて鉛直方向（上下方向）に移動する作動部材としての作動ロッド１２と、作動ロッド１２の上端に設けられた残量表示部材としての円盤状の表示子１３と、を備えている。

表示子１３は通常、樹脂材料で形成されており、図４に示されるように、側面視台形形状に形成されている。表示子１３は、灯油タンク１の内部の灯油の液面位置に応じて上下動（換言すると、鉛直方向に移動）するため、灯油タンク１の灯油が消費されて減少すると、表示子１３の位置が下降する。

本実施形態に係るコップ型油量計１０では、図４に示されるように、表示子１３の上面に、磁石１３ａが取り付けられている。磁石１３ａは、Ｓ極とＮ極が、それぞれ上下方向となるように、表示子１３に取り付けられている。

図４に示すように、表示子１３は、透明なコップ型のケース１４で被われており、ケース１４には、後述するように、所定の目盛りが表示されている。ユーザーは、表示子１３の位置に対応するケース１４の目盛り１５を目視することで、灯油タンク１の内部の残油量を確認する。

＜流体残量検出装置２０＞
本実施形態に係る流体残量検出装置２０はコップ型油量計１０の表示子１３の変位範囲内に設置され、表示子１３の位置を磁気的に検出する機能を有している。本実施形態に係る流体残量検出装置２０は、図３乃至図５に示すように、表示子１３の位置を磁気的に検出するセンサー部２１と、センサー部２１に接続され、センサー部２１からの出力信号を灯油タンク１内の灯油の残量に対応する電気信号に変換して外部出力する信号処理部３０と、を備えている。なお、図３では、ケース１４の目盛り１５の図示を省略している。

センサー部２１は、互いに直交する三軸方向の磁界を検出する三軸磁気センサー２２を有している。三軸磁気センサー２２は、互いに直行する三軸方向の磁界の大きさ（絶対値）と磁界の方向（符号）とを検出することができる。三軸磁気センサー２２が検出する検出結果は、電気的な信号（電圧信号又は電流信号）であり、信号の絶対値が磁界の大きさ（絶対値）を示し、信号の符号が磁界の方向を示す。三軸磁気センサー２２は、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向についてそれぞれ磁界の大きさ（絶対値）及び磁界の方向（符号）を検出することができるよう、Ｘ軸方向検出部、Ｙ軸方向検出部、Ｚ軸方向検出部を備えている。

図３に示すように、センサー部２１は直方体形状を有しており、センサー部２１の厚み方向、換言すると、センサー部２１に内蔵されている基板（不図示）に直交する方向がＺ軸方向として定義されている。また、図３に示すように、表示子１３の移動方向である鉛直方向（上下方向）がＹ軸方向と定義され、Ｙ軸及びＺ軸と直交する方向がＸ軸方向と定義されている。

本実施形態に係る流体残量検出装置２０は、三軸磁気センサー２２により、表示子１３の移動方向に平行な方向の磁界、つまり、Ｚ軸方向の磁界の大きさ（絶対値）及び磁界の方向（符号）について検出を行う。

図３及び図４に示すように、流体残量検出装置２０は、コップ型油量計１０のケース１４の頂部１４ａに載置される載置部２３を備えている。載置部２３によれば、コップ型油量計１０に対する流体残量検出装置２０の鉛直方向の取り付け位置が正確なものとなる。

また、流体残量検出装置２０は、コップ型油量計１０の側部１４ｂに係合する、互いに離間した３つの係合部２４を備えている。係合部２４によれば、コップ型油量計１０に対する流体残量検出装置２０の水平方向の取り付け位置が正確なものとなる。

また、流体残量検出装置２０は、流体残量検出装置２０をコップ型油量計１０に取り付けるための固定部材２５を備えていてもよい。固定部材２５としては、結束バンドを用いることができる。固定部材２５によれば、コップ型油量計１０に対する流体残量検出装置２０の取り付けが確実なものとなる。また、固定部材２５として結束バンドを用いた場合、サイズの異なるコップ型油量計１０に対しても流体残量検出装置２０を取り付けることが可能となる。

ケース１４には、目盛り１５が印字されている。具体的には、図４に示すように、残油量に応じて、下から順に「空」、「１／４」、「１／２」、「３／４」、「満」の文字が目盛り線と共に印字されている。

表示子１３は、側面視台形形状を有しているが、台形の下端が目盛り１５の１／４の表示となるときに、磁石１３ａの真横に三軸磁気センサー２２が位置するようにセッティングされている。後述するように、表示子１３が、目盛り１５の「１／４」の表示に対応する位置にある時に、Ｚ軸方向の磁気ベクトルがゼロとなるように設定されている。

図５に示すように、信号処理部３０は、センサー部２１からの出力信号（より詳細には三軸磁気センサー２２からの出力信号）、つまり、直行する三軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の磁界の大きさ（絶対値）及び磁界の方向（符号）を、灯油タンク１内の灯油の残量に対応する電気信号に変換して無線通信にて外部出力する。なお、センサー部２１及び信号処理部３０は、不図示のバッテリーにより駆動される。

（表示子の位置検出方法について）
図６は、本実施形態に係る流体残量検出装置２０が備える三軸磁気センサー２２による表示子１３の位置検出方法を説明する模式的説明図である。図６では、磁石１３ａの位置を固定して、三軸磁気センサー２２との相対位置が異なる３つの場合を示している。三軸磁気センサー２２は、ベクトル量である磁界Ｍの大きさ（絶対値）と磁界Ｍの方向（符号）を、三軸方向それぞれにおいて検出可能となっている。

三軸磁気センサー２２が、磁石１３ａに対して上方にある場合、磁界ＭのＺ軸成分Ｍ_Ｚは正の値、磁界ＭのＹ軸成分Ｍ_Ｙは負の値となる。また、三軸磁気センサー２２が、磁石１３ａに対して同レベルの高さにある場合、磁界ＭのＺ軸成分Ｍ_Ｚは、ゼロとなり、磁界ＭのＹ軸成分Ｍ_Ｙは負の値となる。そして、三軸磁気センサー２２が、磁石１３ａに対して下方にある場合、磁界ＭのＺ軸成分Ｍ_Ｚは負の値、磁界ＭのＹ軸成分Ｍ_Ｙも負の値となる。

つまり、鉛直方向（上下方向）における、三軸磁気センサー２２と磁石１３ａの相対位置、具体的には、磁界ＭのＺ軸成分Ｍ_Ｚの大きさ（絶対値）と磁界Ｍの方向（符号）を監視することで、磁石１３ａの位置、すなわち表示子１３の位置を検出することが可能である。

より詳細には、表示子１３が、ケース１４の目盛り１５の「１／４」の表示に対応する位置にある時に、磁石１３ａによる磁界ＭのＺ軸成分Ｍ_Ｚの大きさ（絶対値）がゼロとなるように設定されている。灯油タンク１内の灯油の残量が「１／４」となるのを境に、磁石１３ａによる磁界ＭのＺ軸成分Ｍ_Ｚの方向（符号）が反転することとなる。磁界Ｍの方向（符号）の反転は、感度良く検出可能であるため、間もなく灯油の補給が必要となる、灯油の残量「１／４」が基準となるように設定することが好ましい。

なお、磁界Ｍのベクトルは磁石１３ａのＮ極とＳ極を反転させると、磁界ＭのＹ軸成分Ｍ_ＹとＺ軸成分Ｍ_Ｚが反転するため、磁界ＭのＺ軸方向ベクトルの方向（符号）が変わってもＹ軸方向ベクトルの方向（符号）を確認することが可能である。したがって、センサー部２１において、磁界Ｍの向きは、自動的に変更できるため、磁石１３ａのＮ極とＳ極の向きは問題とならない。

以上、本実施形態に係る流体残量検出装置２０は、センサー部２１が三軸磁気センサー２２を有するため、表示子１３（残量表示部材）の変位方向とは異なる方向の磁気ベクトル（例えば、図４及び図６における磁界ＭのＺ軸成分Ｍ_Ｚ）を検出することで、表示子１３の位置を磁気的に検出できる。したがって、センサー部２１の作動が停止した状態から再起動した場合や、センサー部２１の真横に表示子１３が位置する場合であっても、表示子１３の位置、つまり、灯油タンク１（流体容器）内部の灯油残量（流体残量）を確認することができる。また、磁気センサーによれば、電力消費を光学センサーよりも低減でき、装置のサイズの小型化も可能となる。

また、本実施形態に係る流体残量検出装置２０は、表示子１３のケース１４の外側に配置されており、ケース１４内部の磁石１３ａの磁力線を読みとるため、光学方式など、他の方式と比べて、ケース１４の劣化による変色や、ケース１４内外の汚れ、灯油タンク１が置かれる周囲の環境の影響を受けにくいという利点を有している。

図７は、本実施形態に係る流体残量検出装置２０が測定した流体残量を携帯端末４０の画面に表示した状態を示す図である。信号処理部３０において、センサー部２１からの出力信号が、灯油タンク１内の灯油の残量に対応する電気信号に変換して無線通信にて外部出力される。このとき、無線通信はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）を使用すると好適であるが、Ｗｉ−Ｆｉまたは３Ｇ回線等の長距離無線を使用してもよい。

信号処理部３０から無線出力された灯油タンク１内の灯油の残量に対応する電気信号は、携帯端末４０にダウンロードされたアプリケーションソフト、又はＰＣ等の専用端末のソフトウェアにて、灯油タンク１内の灯油の残量の情報に変換される。したがって、家屋Ｈの内部にいるユーザーが家屋Ｈの外へと出ることなく、灯油の残量を知ることができる。

また、無線出力された電気信号を、家屋Ｈの内部又は外部に設けられた無線ルーターを介して、灯油供給業者の専用端末に送信することも可能である。このような構成によれば、灯油の残量が少なくなった場合に、家屋Ｈの住人が連絡をすることなく、灯油供給業者が灯油を自発的に補充するサービスを提供できる。

また、磁界ＭのＺ軸成分Ｍ_Ｚの大きさを、特定の時間間隔で監視することで、灯油タンク１内部の灯油量の急激な減少があった場合に、携帯端末４０又は灯油供給業者の専用端末にアラーム信号を送信するようにすることも可能である。このような構成によれば、灯油量の異常な減少を迅速に検知することができる。

また、暖房等の稼働により灯油量が減少するはずの冬季において、所定の期間に渡って灯油量が変化せず停滞した場合に、灯油供給業者の専用端末にアラームを送信するようにすることも可能である。このような構成によれば、冬季に灯油量が変化しない場合に、灯油タンク１が配置された家屋Ｈの住人に何らかの異常があったことを、遠隔にて検知することができる。

＜変形例＞
上述の実施形態では、流体残量検出装置２０のセンサー部２１が１つの三軸磁気センサー２２を備えている例を示したが、センサー部２１が２つ以上の三軸磁気センサー２２を備えていてもよい。

以下、図８及び図９を参照して、センサー部が２つの三軸磁気センサー２２Ａ（第１の三軸磁気センサー）及び三軸磁気センサー２２Ｂ（第２の三軸磁気センサー）を備えている例を説明する。

２つの三軸磁気センサー２２Ａ及び２２Ｂを用いる変形例に係るセンサー部２１Ｘでは、磁石１３Ａが図８の上方位置にある場合（例えば、「３／４」の灯油残量に対応する位置）、上方の三軸磁気センサー２２Ａで検出される磁界Ｍ_ＡのＺ軸成分がゼロとなり、磁石１３Ａが図８の下方位置にある場合（例えば、「１／４」の灯油残量に対応する位置）、下方の三軸磁気センサー２２Ｂで検出される磁界Ｍ_ＢのＺ軸成分がゼロとなるように設定されている。したがって、事前に表示子１３の位置と磁界の関係を初期設定する作業（キャリブレーション）を行わない場合であっても、磁石１３Ａの位置を特定することが可能となる。

各センサーの中央位置に磁石１３Ａがある場合、各センサーで検出される磁界Ｍ_Ａと磁界Ｍ_Ｂの大きさ（絶対値）が同じで、方向（符号）が反対となる。磁石１３Ａの位置が変わり、各センサーで検出される磁界Ｍ_Ａと磁界Ｍ_Ｂの大きさ（絶対値）が変化した場合であっても、磁界Ｍ_Ａと磁界Ｍ_Ｂの大きさ（絶対値）の割合と方向（符号）から、磁石１３Ａの位置を判断することができる。

上記の実施形態のように、１つの三軸磁気センサー２２で磁石１３Ａの磁界Ｍの大きさ（絶対値）、換言すると、磁石１３Ａとの間の距離を検知する場合、事前にキャリブレーションをしないと、磁石１３Ａの絶対的な位置を特定することができない。変形例に係るセンサー部２１Ｘによれば、事前にキャリブレーションを行うことなく、磁石１３Ａ、つまり残量表示部材たる表示子１３の絶対的な位置を磁気的に検出することが可能となる。

上記実施形態では、樹脂製（非磁性）の表示子１３の上面に磁石１３Ａが取り付けられていたが、表示子それ自体を帯磁可能な材料で形成することで、追加の磁石１３Ａを用いない構成とすることも可能である。

１ 灯油タンク（流体容器）
２ タンク本体
２ａ 上部
Ｔ 灯油（流体）
Ｈ 家屋
１０ コップ型油量計（残量検出器）
１１ フロート
１２ 作動ロッド（作動部材）
１３ 表示子（残量表示部材）
１３ａ，１３Ａ 磁石
１４ ケース
１４ａ 頂部
１４ｂ 側部
１５ 目盛り
２０ 流体残量検出装置
２１，２１Ｘ センサー部
２２，２２Ａ，２２Ｂ 三軸磁気センサー
２３ 載置部
２４ 係合部
２５ 固定部材
３０ 信号処理部
４０ 携帯端末

Claims (7)

1. 残量検出器を備えた流体容器に取り付けられる流体残量検出装置であって、
   前記残量検出器の残量表示部材の変位範囲内に設置され、前記残量表示部材の位置を磁気的に検出するセンサー部と、
   前記センサー部に接続され、前記センサー部からの出力信号を前記流体容器内の流体残量に対応する電気信号に変換して外部出力する信号処理部と、を備え、
   前記センサー部は、互いに直交する三軸方向の磁界を検出する三軸磁気センサーを有することを特徴とする流体残量検出装置。
2. 前記残量検出器の頂部に載置される載置部を備えることを特徴とする請求項１に記載の流体残量検出装置。
3. 前記残量検出器の側部に係合する係合部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体残量検出装置。
4. 前記残量検出器に取り付けるための固定部材を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体残量検出装置。
5. 前記センサー部は、前記三軸磁気センサーを、鉛直方向において離間した位置に少なくとも２つ備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の流体残量検出装置。
6. 前記流体容器が燃料タンクであり、
   前記残量検出器が、前記燃料タンクの上部に設けられたコップ型油量計であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の流体残量検出装置。
7. 流体容器であって、
   該流体容器の上部に供えられた残量検出器と、
   該残量検出器に取り付けられる流体残量検出装置と、を備え、
   前記残量検出器は、
   前記流体容器内の流体の上面に浮かぶフロートと、
   該フロートに接続されて設けられ、前記フロートの位置に応じて上下方向に移動する作動部材と、
   該作動部材の上端に設けられた残量表示部材と、を備え、
   前記流体残量検出装置は、
   前記残量検出器の前記残量表示部材の変位範囲内に設置され、前記残量表示部材の位置を磁気的に検出するセンサー部と、
   前記センサー部に接続され、前記センサー部からの出力信号を前記流体容器内の流体残量に対応する電気信号に変換して外部出力する信号処理部と、を備え、
   前記センサー部は、互いに直交する三軸方向の磁界を検出する三軸磁気センサーを有することを特徴とする流体容器。

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