JP4222322B2 - 液面検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液面に浮くフロートを備えた液面検出装置に関するものである。

液面検出装置は、自動車の燃料タンクに貯蔵される燃料等の液面レベルを監視するために利用される。

例えば、フロートと、フロートに取り付けられたアームと、アームの回転角度を検出する回転角度検出器とを備える液面検出装置が開示されている（特許文献１を参照）。

具体的には、フロートは、測定対象である液体に浮かぶものであり、アームは、フロートの上下動を回転軸を中心に回転運動に変換するものである。この液面検出装置は、回転角度検出器によりアームの回転角度すなわち液面レベルを検出することができる。

また、フロートの可動範囲を大きくするため、フロートの外周に弾性部材を装着して、フロートがタンク内面に衝突する影響を軽減する（タンク内面との衝突による衝撃を和らげる）ようにしている。
実開昭５５−１０９８２６号公報

特許文献１では、弾性部材をフロートの外周にバンドのように装着する為、燃料により弾性部材が膨潤し、フロートから脱落する恐れがある。

このことは、特許文献１で開示されている液面検出装置に限らず、フロートを備えた液面検出装置に共通する問題である。

本発明は上記点に鑑みてなされたもので、フロートまたはフロート近傍の設置部位から脱落しない緩衝部材を備えた液面検出装置を提供することを目的とする。

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。

請求項１，２に記載の液面検出装置は、液面に浮くフロートと、フロートに取り付けられフロートの上下運動を回転軸を中心に回転運動に変換するアームと、アームの回転角度を検出する回転角度検出器と、フロートの上下運動方向においてフロートの上限面より上方とフロートの下限面より下方の少なくとも一方に部分的に配設され且つその配設部位から脱落しないように構成された緩衝部材とを備える構成とする。

この構成では、緩衝部材を、フロートの上下運動方向においてフロートの上限面より上方とフロートの下限面より下方の少なくとも一方に部分的に配設し且つその配設部位から脱落しないように構成する。これにより、フロートの上下運動による外部との衝突による衝撃を和らげる緩衝部材の機能を確保しつつ、緩衝部材がその配設部位から脱落することを防止できる。

請求項１に記載の液面検出装置は、緩衝部材がフロートの貫通孔に挿入され、貫通孔から引っ張り出された抜け留め部と、貫通孔を挟んで抜け留め部とは反対側においてフロートの凹部に配設される緩衝部とを有する構成とする。

この構成では、緩衝部材がフロートの穴に配設されるため、簡易な構成で上述の効果を得ることができる。

請求項２に記載の液面検出装置は、円形断面のフロートよりも大径の円盤状の緩衝部材が上下運動方向に垂直な方向にあるフロートの側面側に配設され、当該緩衝部材の孔に挿入されたアームの先端に抜け留めが形成される構成とする。

この構成では、緩衝部材がフロートの側面側に配設されるため、簡易な構成で上述の効果を得ることができる。

請求項３に記載の液面検出装置は、緩衝部材がゴム材料から形成される構成とする。

この構成では、緩衝部材がゴム材料から形成されるため、低コストで上述の効果を得ることができる。

請求項４に記載の液面検出装置は、回転角度検出器が、アームの回転運動に連動して回転運動するマグネットと、マグネットの磁束と交差するように且つ回転運動しないように固定された磁電変換素子とを備え、アームの回転角度が、磁電変換素子により磁電変換素子と交差するマグネットの磁束密度を測定することにより検出される構成とする。

この構成では、回転角度検出器がマグネットと磁電変換素子とを備えるもので、この構成においても、上述の効果を得ることができる。

請求項５に記載の液面検出装置は、回転角度検出器が、回転運動しないように固定され且つその端部を介して外部に電気的に接続される電気抵抗体とアームの回転運動に連動して回転運動し且つ外部に電気的に接続される摺動接点とを備え、摺動接点が、電気抵抗体に押圧接触し且つホルダの回動により電気抵抗体上を円弧状に摺動し、アームの回転角度が、摺動接点と電気抵抗体の端部間の電気抵抗を測定することにより検出される構成とする。

この構成では、回転角度検出器が電気抵抗体と摺動接点とを備えるもので、この構成においても、上述の効果を得ることができる。

以下、本発明による液面検出装置を、自動車に搭載される燃料レベルゲージ１に適用した場合を例に図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態による液面検出装置である燃料レベルゲージ１の燃料タンク１０内に設置された状態を示す正面図である。図１において、分かり易さのために、アーム３の一部を破断省略して示している。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

図４は、図１に示す燃料レベルゲージ１が備えるフロート２の可動範囲の説明図である。図４においても、分かり易さのために、アーム３の一部を破断省略して示している。

図５は、図４中のＶ−Ｖ線断面図である。

図６は、図１に示す燃料レベルゲージ１における、回転角度検出器の一部を構成するマグネット６の磁束分布を説明する模式図である。

図７（ａ）は、図２に示す燃料レベルゲージ１が備えるフロート２近傍の正面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）中のＶＩＩＢ矢指図である。

図８（ａ）は、図７に示す燃料レベルゲージ１が備える緩衝部材２１の正面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）中のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線断面図である。

図１、図２、及び図４において、各図中の矢印が示す上方は、燃料レベルゲージ１が自動車に取り付けられた状態の上方を示す。

図１および図２において、燃料レベルゲージ１は、燃料９０の液面９１のレベルを検出するものであり、模式的に示す燃料タンク１０内に固定される。また、燃料９０の液面９１は、低位側の状態を示す。

フロート２は、樹脂等からなり、燃料９の液面９１に確実に浮かぶように見掛けの比重が設定され、略長方形の断面形状を有する。

アーム３は、たとえば金属棒から形成され、フロート２とマグネットホルダ４とを連結する。アーム３の一方の端部には、図１に示すように、フロート２が固定され、アーム３の他方の端部は、マグネットホルダ４に固定される。液面９１のレベルの変動にともないフロート２が上下方向（図中の矢印が示す上下方向）へ動くと、この動きは、アーム３によりマグネットホルダ４に伝達されて、マグネットホルダ４の回転運動に変換される。

マグネットホルダ４は、樹脂等からなり、図２に示すように、回転角度検出器の一部を構成するマグネット６を内蔵するとともに、後述するボディ５に回動可能に係合する。マグネットホルダ４は、図１と図２に示すように、ボディ５に設けられた軸部５１に回動可能に嵌合する孔部４１と、アーム３を保持固定するための係止部４２と、貫通孔４３とを有する。

係止部４２は、マグネットホルダ４のボディ５と反対側の端面上に２個配置され、図３に示すように、アーム３を保持固定するための溝４２ａを有する。溝４２ａは、図３に示すように、開口部４２ｂと保持部４２ｃからなる。なお、図３は、アーム３が未装着な状態を示すとともに、アーム３を一点鎖線により示す。

保持部４２ｃは、その軸方向、すなわち図３の紙面垂直方向に直交する断面形状が円形に形成されるとともに、その直径寸法Ｄ１がアーム３の直径寸法Ｄ２より小さく形成される。開口部４２ｂは、その軸方向、すなわち図３の紙面垂直方向に直交する幅寸法Wが保持部４２ｃの直径寸法Ｄ２より小さく形成される。２個の係止部４２は、それぞれの保持部４２ｃの中心軸を一致させて配置される。

貫通孔４３は、図１および図２に示すように、マグネットホルダ４の孔部４１と平行に形成される。貫通孔４３の直径寸法は、アーム３の直径寸法Ｄ１と同等かわずかに小さく形成される。貫通孔４３は、図１に示すように、その中心軸が、両係止部４２の保持部４２ｃの中心軸と交差するように配置される。

マグネットホルダ４に内蔵されるマグネット６は、たとえばフェライト磁石等からなり、筒型のものが用いられ、孔部４１と同心上に配置される。さらに、マグネット６は、図６に示すように、その径方向へ着磁される。したがって、マグネット６の磁束は、孔部４１の径方向に発生する。マグネット６は、マグネットホルダ４の樹脂成形時に一体的にインサート成形される。

ボディ５は、マグネットホルダ４の回転範囲を規制するためのストッパ５３，５４を備える。また、マグネットホルダ４の回転角度を検出する磁電変換素子であるホール素子７を内蔵するとともに、ホール素子７を外部と電気的に接続するためのターミナル８を備える。

ホール素子７は回転角度検出器の一部を構成し、図２に示すように、軸部５１内に配置され、軸部５１の外周側に、マグネットホルダ４に固定されるマグネット６が軸部５１と同心上に配置される。このため、ホール素子７は、図６に示すように、常にマグネット６の磁束Ｍを受ける。

ホール素子７は、半導体からなり、ホール素子７に電圧が印加された状態で外部から磁界が加えられると、ホール素子７を通過するその磁界の磁束密度に比例したホール電圧を発生する。ホール素子７通過する磁界の磁束密度は、液面９１の変動によりマグネットホルダ４が回転すると変化するため、ホール素子７の出力電圧であるホール電圧が変化する。このホール電圧を検出することにより、マグネットホルダ４の回転角度、すなわち液面９１のレベルを測定することができる。

このホール素子７とマグネット６とから回転角度検出器が構成される。

ターミナル８は、導電性金属から形成され、図２に示すように、その一端が、ホール素子７のリード７１に電気的に接続される。この接続は、たとえば、かしめ、あるいはヒュージング等による。一方、ターミナル８の他端は、ボディ５の端部から外方へ突出して、外部のワイヤーハーネス（図示せず）のコネクタ（図示せず）に接続される。

ホール素子７およびターミナル８は、互いに電気的に接続後、ボディ５の樹脂成形時に一体的にインサート成形される。

ボディ５は、図２に示すように、軸部５１を備え、この軸部５１によりマグネットホルダ４を回動自在に保持する。軸部５１の先端近傍には、リング状の溝５２が軸部５１と同心上に設けられる。軸部５１を、マグネットホルダ４の孔部４１に嵌合させた後、この溝５２に止め輪５５を装着する。これにより、マグネットホルダ４のボディ５から離れる方向（図２の矢印が示す左方向）への移動が規制される。

すなわち、マグネットホルダ４の孔部４１にボディ５の軸部５１を挿入して、マグネットホルダ４をボディ５に当接させ、続いて、止め輪５５を軸部５１の溝５２に装着する。これにより、マグネットホルダ４は、ボディ５に対して回動自在に保持される。

アーム３を貫通孔４３に挿入後、貫通孔４３を中心としてアーム３を回転させ、アーム３を係止部４２の溝４２ａに図３の矢印が示す左側から押込む。これにより、係止部４２が弾性変形して、保持部４２ｃにアーム３が保持固定され、アーム３がマグネットホルダ４に対して固定される。

ボディ５に形成されたストッパ５３、５４は、図４に示すように、フロート２の位置が最低位側（図中の実線で示すフロート２とアーム３）および最高位側（図中の一点差線で示すフロート２Ａとアーム３Ａ）のそれぞれに対応して設けられる。各ストッパ５３，５４は、ボディ５と一体成形により形成され、アーム３のフロート２と反対側の端部、つまり、図５に示すように、アーム３の貫通孔４３から突き出す部分が当接するように設けられる。

これにより、フロート２が、図４に示すように、上下動すると、マグネットホルダ４は角度θだけ回転する。すなわち、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ホルダ４の回転範囲は角度θである。角度θは、フロート２が最大限で上下動できるように、１８０度に設定されるが、それ以下であってもよい。

図４と図５において、マグネットホルダ４の回転軸Ｚとフロート２の最低位の距離をＬ１とし、マグネットホルダ４の回転軸Ｚとフロート２の最高位の距離をＬ２とする。

このフロート２の外周には、図１と図２に示すように、フロ−ト２が燃料タンク１０の内面１０１に衝突することによる異音の発生等を防止するため、本発明の特徴である緩衝部材２１を装着する。緩衝部材２１は、円管状（ホース状）の弾性部材であり、ゴム材料やスポンジ状に形成された樹脂材料等の軽くて柔らかい材料からなる。

なお、図２に示すアーム３の抜け留め３１は、フロ−ト２がアーム３から抜けないようにするためのものであり、アーム３をフロ−ト２の穴（図示しない）に挿入後、その先端をつぶしたり、その先端に別部材を溶接等で固定等したものである。

また、燃料レベルゲージ１は、ボディ５を介して燃料タンク１０に固定される。図１と図２において、マグネットホルダ４の回転軸Ｚと燃料タンク１０の内面１０１の最低位の距離をＬ３とし、マグネットホルダ４の回転軸Ｚと燃料タンク１０の内面１０１の最高位の距離をＬ４とする。

次に、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１の特徴である、フロート２に装着された緩衝部材２１について説明する。

燃料タンク１０の寸法ばらつき及び、その内圧や温度の変動により、図１に示す燃料タンク１０の内寸法Ｌ３、Ｌ４のばらつきや変動が生ずる。このため、図４に示すフロート２の可動範囲寸法Ｌ１、Ｌ２が、図１に示す燃料タンク１０の内寸法Ｌ３、Ｌ４より大きい場合、フロート２が燃料タンク１０の内面１０１に衝突する恐れが生ずる。

ここで、フロート２の可動範囲寸法Ｌ１、Ｌ２を、燃料タンク１０の内寸法Ｌ３、Ｌ４より大きくすれば、燃料タンク１０の内寸法Ｌ３、Ｌ４を、燃料レベルゲージ１の測定範囲として最大限利用するという効果を得ることができる。

フロート２に装着された緩衝部材２１は、この衝突による異音の発生やフロート２の摩耗等の不具合を防止するためのものである。
即ち、フロート２に装着された緩衝部材２１は、フロート２の衝突による衝撃を和らげ、この衝突による異音の発生やフロート２の摩耗等の不具合を発生させないようにするためのものである。

緩衝部材２１は、図７に示すように、フロート２の底面（図中の矢印が示す下側の面）の穴である凹部２２に４個の緩衝部材２１を埋め込んで設ける。４個の緩衝部材２１は、それぞれ、図８に示すように、導入部２１ａと、抜け留め部２１ｂと緩衝部２１ｃとからなり、導入部２１ａをフロート２の貫通孔２３にその底面側から挿入する。導入部２１ａの先端部を、その貫通孔２３の上面側から引っ張り、抜け留め部２１ｂをその貫通孔２３の上面側から引っ張り出すと共に、緩衝部２１ｃを凹部２２に埋め込むようにする。

緩衝部材２１は、貫通孔２３の上面側から引っ張り出された抜け留め部２１ｂによって、フロート２から抜け落ちることはないように構成される。なお、フロート２の貫通孔２３から上側へ飛び出した導入部２１ａは、カットされる。

次に、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１のフロート２に装着された緩衝部材２１の作用と効果について説明する。

図７において、緩衝部２１ｃは、フロート２の底面側の緩衝部材２１として機能し、導入部２１ａと抜け留め部２１ｂとは、フロート２の上面側の緩衝部材２１として機能する。また、上述したように、緩衝部材２１を、フロート２の穴である凹部２２に埋め込む（凹部２２に配設する）構成とする。このため、フロート２の上下運動による燃料タンク１０の内面１０１との衝突による衝撃を和らげる緩衝部材２１の機能を確保しつつ、緩衝部材２１が設置部位から脱落することを簡易な構成で防止することができる。

即ち、緩衝部２１は、燃料９により膨潤して変形する恐れがあるが、この場合でも、フロート２から脱落することを防止しつつ、緩衝部材２１の機能を確保することができる。

（変形例）
図９（ａ）は、本発明の変形例による燃料レベルゲージ１が備えるフロート２近傍の正面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）中のＩＸＢ矢指図である。

変形例による液面検出装置である燃料レベルゲージ１では、上述の実施形態と異なり、図９に示すように、フロート２の左側面（図９（ａ）中の矢印が示す左側の側面）に円盤状の緩衝部材２１を設ける。なお、フロート２は、図９（ｂ）に示すように、円形の断面形状を有する。

即ち、アーム３をフロ−ト２の穴（図示しない）に挿入後、フロ−ト２の径より大きい径を有する円盤状の緩衝部材２１の穴に挿入し、さら緩衝部材２１の径より小さい径を有する座金の穴に挿入する。その後、アーム３の先端をつぶしたり、その先端に別部材を溶接等で固定等して、抜け留め３１を形成する。

これにより、この変形例でも、上述の効果を得ることができる。

なお、緩衝部材２１をフロート２の底面側と上面側の一方にのみ設けるようにしてもよい。この場合は、フロート２の可動範囲寸法Ｌ１、Ｌ２の内、緩衝部材２１を設けない側を、フロート２が燃料タンク１０の内面１０１に衝突しないように設計検討等をする。

また、本発明による燃料レベルゲージ１は、緩衝部材２１をフロート２の上下運動方向においてフロート２の上限面より上方とフロートの下限面より下方の少なくとも一方に部分的に配設することを特徴とするもので、上述の構成に限るものではない。

これにより、緩衝部材２１が、例えば、燃料９により膨潤して変形しても、その緩衝機能を確保しつつ、緩衝部材２１がその設置部位から脱落することを防止できる構成を容易にとることができる。

また、係止部４２の個数を２個に限る必要はなく、１個あるいは３個以上としてもよい。

また、マグネット６の材質をフェライト磁石の代わりに、他の材質、たとえば希土類磁石としてもよい。

また、磁気検出素子としてホール素子７の代わりに、これ以外の磁気検出素子、たとえば磁気抵抗素子等を用いてもよい。

また、本発明による液面検出装置は、マグネットホルダ４に固定されたマグネット６と、そのマグネット６の磁束と交差するようにボディ５に固定された磁電変換素子（ホール素子）７とを備えるものに限る必要はない。例えば、ボディ５に固定され且つその端部を介して外部に電気的に接続される電気抵抗体と、ホルダに固定され且つ外部に電気的に接続される摺動接点とを備えるものであってもよい。

具体的には、この摺動接点は、電気抵抗体に押圧接触し且つホルダの回動により電気抵抗体上を円弧状に摺動し、ホルダの回転角度を、摺動接点と電気抵抗体の端部間の電気抵抗を測定することにより検出するものである。すなわち、測定対象である液体の液面に浮くフロートを備える液面検出装置であれば、ホルダの回転角度を検出する方法は何であっても、本発明を適用することができる。

また、本発明による液面検出装置は、自動車用の燃料レベルゲージ１に限らず、それ以外の液面検出装置に適用してもよい。また、液面検出対象としての液体も、燃料に限る必要はなく、水、潤滑油、各種薬品等であってもよい。

図１は、本発明の一実施形態による液面検出装置である燃料レベルゲージ１の燃料タンク１０内に設置された状態を示す正面図である。 図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、図１に示す燃料レベルゲージ１が備えるフロート２の可動範囲の説明図である。 図５は、図４中のＶ−Ｖ線断面図である。 図６は、図１に示す燃料レベルゲージ１における、マグネット６の磁束分布を説明する模式図である。 図７（ａ）は、図２に示す燃料レベルゲージ１が備えるフロート２近傍の正面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）中のＶＩＩＢ矢指図である。 図８（ａ）は、図７に示す燃料レベルゲージ１が備える緩衝部材２１の正面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）中のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線断面図である。 図９（ａ）は、本発明の変形例による燃料レベルゲージ１が備えるフロート２近傍の正面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）中のＩＸＢ矢指図である。

符号の説明

１ 燃料レベルゲージ（液面検出装置）
２ フロート
２１ 緩衝部材
２１ａ 導入部
２１ｂ 抜け留め部
２１ｃ 緩衝部
２２ 凹部（穴）
２３ 貫通孔
３ アーム
３１ 抜け留め
３２ 座金
４ マグネットホルダ
４１ 孔部
４２ 係止部
４２ａ 溝
４２ｂ 開口部
４２ｃ 保持部
４３ 貫通孔
５ ボディ
５１ 軸部
５２ 溝
５３ ストッパ
５４ ストッパ
５５ 止め輪
６ マグネット（回転角度検出器）
７ ホール素子（回転角度検出器、磁電変換素子）
７１ リード
８ ターミナル
９ 燃料（液体）
９１ 液面
１０ 燃料タンク
１０１ 内面
Ｚ 回転軸
Ｄ１ 直径寸法
Ｄ２ 直径寸法
Ｗ 幅寸法
θ 回転角度

Claims (5)

1. 液面に浮くフロートと、
   前記フロートに取り付けられ、該フロートの上下運動を回転軸を中心に回転運動に変換するアームと、
   前記アームの回転角度を検出する回転角度検出器と、
   前記フロートの上下運動方向において前記フロートの上限面より上方と該フロートの下限面より下方の少なくとも一方に部分的に配設され且つその配設部位から脱落しないように構成された緩衝部材とを備え、
   前記緩衝部材は、前記フロートの貫通孔に挿入され、前記貫通孔から引っ張り出された抜け留め部と、前記貫通孔を挟んで前記抜け留め部とは反対側において前記フロートの凹部に配設される緩衝部とを有することを特徴とする液面検出装置。
2. 液面に浮くフロートと、
   前記フロートに取り付けられ、該フロートの上下運動を回転軸を中心に回転運動に変換するアームと、
   前記アームの回転角度を検出する回転角度検出器と、
   前記フロートの上下運動方向において前記フロートの上限面より上方と該フロートの下限面より下方の少なくとも一方に部分的に配設され且つその配設部位から脱落しないように構成された緩衝部材とを備え、
   円形断面の前記フロートよりも大径の円盤状の前記緩衝部材は、前記上下運動方向に垂直な方向にある前記フロートの側面側に配設され、当該緩衝部材の孔に挿入された前記アームの先端に抜け留めが形成されることを特徴とする液面検出装置。
3. 前記緩衝部材は、ゴム材料から形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の液面検出装置。
4. 前記回転角度検出器は、前記アームの回転運動に連動して回転運動するマグネットと、該マグネットの磁束と交差するように且つ回転運動しないように固定された磁電変換素子とを備え、
   前記アームの前記回転角度は、前記磁電変換素子により前記磁電変換素子と交差する前記マグネットの磁束密度を測定することにより検出されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の液面検出装置。
5. 前記回転角度検出器は、回転運動しないように固定され且つその端部を介して外部に電気的に接続される電気抵抗体と、前記アームの回転運動に連動して回転運動し且つ外部に電気的に接続される摺動接点とを備え、
   前記摺動接点は、前記電気抵抗体に押圧接触し且つ前記アームの回動により前記電気抵抗体上を円弧状に摺動し、
   前記アームの前記回転角度は、前記摺動接点と前記電気抵抗体の前記端部間の電気抵抗を測定することにより検出されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の液面検出装置。

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