JP4504557B2 - 液面レベルセンサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器内の液体の液面レベル（又は液位）を検出する液面レベルセンサに関し、特に、磁石付フロートを利用して液位を検出する液面レベルセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の液面レベルセンサは、例えば、自動車のガソリンやオイルの液量を監視するためのレベルセンサとして利用されている。この種の液面レベルセンサでは、磁石付フロートが液面レベルに応じて複数個配列されたリードスイッチに沿って上下方向に摺動し、これらのリードスイッチの一部を開閉させることによって、液位を検出するようになっている。
しかしながら、従来の液面レベルセンサには複数個のリードスイッチが必要でありコスト高になる、段階的出力を得るために多点検出をすることが多いがこれに伴い半田接合部が増え信頼性が低下する、等の問題があった。
【０００３】
以下図９及び図１０を用いてこの問題を説明する。
図９は、従来の液面レベルセンサを示す概要図である。図９は従来の液面レベルセンサの側断面図に近い概要図である。図１０は、図９の従来例による液面レベルと電気出力信号の関係を示すグラフである。
【０００４】
図９の概要図に示す従来の液面レベルセンサは、例えば、車載ガソリンタンク等の容器ＴＮＫ１に装着されて、この容器ＴＮＫ１内のガソリン等の液体ＬＱの液位ＬＶを検出する。この液面レベルセンサのレベルセンサ筐体９０１は、円筒状の検出部及び箱形状の電気回路部から構成され、円筒状の検出部が容器ＴＮＫ１内に浸されるように装着される。この円筒状検出部の内部には、複数のリードスイッチ９０５Ａ〜９０５Ｄが液面レベルに応じて、図に示すように縦列接続されている。これら各リードスイッチ９０５Ａ〜９０５Ｄの一端は共通に電気信号出力端子９０４の一方に接続され、各リードスイッチ９０５Ａ〜９０５Ｄの他端はそれぞれ、検出抵抗９０６Ａ〜９０６Ｄを介して電気信号出力端子９０４の他方に接続されている。また、上記レベルセンサ筐体９０１の円筒状検出部にガイドされて、リング状のフロート９０７が液面レベルに応じて摺動する。このフロート９０７には同じくリング状の磁石９０２が内蔵されている。
【０００５】
このフロート９０７が液位に応じて摺動する際に、内蔵された磁石９０２の磁力線（点線で示す）が複数のリードスイッチ９０５Ａ〜９０５Ｄのうちのひとつ或いは複数をオン制御し、これに伴って変化する電気信号出力端子９０４の端子間の抵抗値に基づいて、図１０に示すような液面レベルに応じた電気出力信号値が取得される。なお、この電気信号出力端子９０４の両端には所定の基準電圧が印加される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の液面レベルセンサによると、設定する液位検出点（この例では４つ）の数に応じた複数のリードスイッチが必要となる。リードスイッチは高価であるので、検出点が増加するに伴って部品点数が増加し非常にコスト高となる。また、図１０に示すような段階状出力を得ようとすると、隣接するリードスイッチが必ず２個同時にオンするような近接配置が必要となり、液位の変化量が大きくなるに伴い、更に部品点数が増加しますますコスト高となる。このような２個或いはそれ以上のリードスイッチを同時にオンするような多点検出が増加すると、リードスイッチの半田接合部も増加し、このため信頼性も低下することになる。
【０００７】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、液位検出点が増加してもリードスイッチ等の磁気検出素子の増加を伴わず、コストアップを抑えかつ信頼性を高めた液面レベルセンサを提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の液面レベルセンサは、図１に示すように、液体ＬＱを貯蔵する容器ＴＮＫに装着され、この液体ＬＱの液位を磁力を利用して測定する液面レベルセンサであって、放射状にＮ極及びＳ極が交互に多極着磁されたリング状の磁石３１と、前記磁石３１を収容し、前記液体ＬＱに対して浮力を有するリング状のフロート３０と、前記フロート３０を貫通して前記フロート３０が摺動する際のガイドとなるフロート軸の一部を構成し、摺動する前記フロート３０に収容される前記磁石３１の一方の極の着磁位置に対向するように放射状に、かつ軸方向に連続的に延びた複数の縦長リブ１２を有する、磁性体で形成された軸ヨーク１０と、前記軸ヨーク１０を外側から覆うような形状をしており、前記軸ヨーク１０と一体化されて、前記フロート軸を構成し、摺動する前記フロート３０に収容される前記磁石３１の他方の極の着磁位置に対向するように、予め段階的に設定された複数の液位検出点にそれぞれ応じた長さの複数の足部Ｙを有する、磁性体で形成された外側ヨーク２０と、前記磁石３１の一方の極、前記軸ヨーク１０、前記外側ヨーク２０、及び前記磁石３１の他方の極からなる磁気結合ループに介在し、この磁気結合ループによる磁力を検出する磁気検出素子４０Ａとを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、軸ヨーク１０と外側ヨーク２０とによって構成されるフロート軸にガイドされて、リング状のフロート３０が液位に応じて摺動する。フロート３０には放射状にＮ極及びＳ極が交互に多極着磁されたリング状の磁石３１が収容されており、この磁石３１の他方の極が、液位検出点にそれぞれ応じた長さの外側ヨーク２０の足部Ｙのいずれか或いはいくつかと磁気結合する。また、軸ヨーク１０は、磁石３１の一方の極の着磁位置に対向するように放射状に、かつ軸方向に連続的に延びた複数の縦長リブ１２を有するので、縦長リブ１２を介して磁石３１の一方の極は軸ヨーク１０と常に磁気結合している。これにより、上記磁石３１の他方の極、軸ヨーク１０、外側ヨーク２０、及び磁石３１の一方の極からなる磁気結合ループが形成されるが、液位に応じて上記磁気結合する外側ヨーク２０の足部Ｙが変動するので、これに伴い変動する磁力が磁気検出素子４０Ａにより検出される。そして、この磁力を利用して容器ＴＮＫ内にある液体ＬＱの液面レベルが測定される。
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の液面レベルセンサは、図１に示すように、請求項１記載の液面レベルセンサにおいて、前記磁気検出素子４０Ａは、前記複数の足部Ｙが集結する前記外側ヨーク２０の平面部と前記軸ヨーク１０の上端部との間に挟着されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、外側ヨーク２０の各足部Ｙが集結する平面部と軸ヨーク１０の上端部との間に検出素子４０Ａを挟着するようにしているので、本液面レベルセンサの組立作業が容易になる。すなわち、組立時には軸ヨーク１０の上端部に検出素子４０Ａを搭載し、その上から、検出素子４０Ａを挟むように外側ヨーク２０を装着するようにして組み立てることができる。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の液面レベルセンサは、図１及び図４に示すように、請求項２記載の液面レベルセンサにおいて、外側ヨーク２０の足部Ｙの長さは、液位検出点に応じて螺旋状に段階的に均等に変化していくように形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、外側ヨーク２０の足部Ｙの長さは液位検出点に応じて螺旋状に段階的に均等に変化していくように形成されているので、この外側ヨーク２０が成形しやすくなる。すなわち、足部Ｙの長さが、螺旋状に回転する方向に順次均等な長さだけ変化するように外側ヨーク２０を成形するようにすればよい。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の液面レベルセンサは、図１に示すように、請求項３記載の液面レベルセンサにおいて、前記磁気検出素子４０Ａからの検出された磁力を電気信号に変換する磁電気変換回路と、前記容器ＴＮＫの形状に応じた形状データを書き換え可能に格納し、前記電気信号を前記形状データに基づき前記形状に応じて補正した補正電気信号を生成する補正回路とを更に有することを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、あらゆる形状の容器ＴＮＫ内の液体ＬＱの液位をより正確に測定できるようになる。すなわち、請求項３記載のように、外側ヨーク２０を螺旋状に段階的に均等に変化するようにすると、成形容易さ等の効果を得られるが、液面レベルの検出は均等間隔で出力されるので、様々な形状の容器にも対応できるように上記補正回路を付加している。このように、補正回路により容器の形状を考慮して補正電気信号を生成することにより、より正確に液位を測定できるようになる。また、補正回路は形状データを書き換え可能に格納するので、形状データ書き換えによりあらゆる形状の容器内の液体の液位を測定できるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
まず、図１及び図２を用いて本液面レベルセンサの概要を説明する。
図１は、本発明の液面レベルセンサの一実施形態を示す概要図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１の液面レベルセンサのＡＡ線断面図及び下面図である。なお、この図２（Ａ）及び（Ｂ）では、図１のタンクＴＮＫは省略している。
【００１８】
図１の概要図に示すように本液面レベルセンサは、例えば、車載ガソリンタンク等の容器ＴＮＫに装着されて、この容器ＴＮＫ内のガソリン等の液体ＬＱの液位ＬＶを検出する。この液面レベルセンサはほぼ円筒状の外形を有し、上記容器ＴＮＫにある液体ＬＱの液位ＬＶの上限から下限に渡って測定可能なように上記容器ＴＮＫ内に装着されている。
【００１９】
本液面レベルセンサは、フロート軸を構成する軸ヨーク１０、外側ヨーク２０、及びこれにガイドされて摺動するリング状の磁石３１を収容するリング状のフロート３０により基本外形が構成されている。この軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０で構成されるフロート軸は実際には、磁力結合を妨げない材質で形成された円筒状のフロート軸筐体（不図示）で外周が覆われている。
【００２０】
軸ヨーク１０は、フロート３０を貫通してフロート３０が摺動する際のガイドとなるフロート軸の一部を構成するもので、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、摺動するフロート３０に収容される磁石３１の一方の極（例えばＳ極）の着磁位置に対向するように放射状に、かつ軸方向に連続的に延びた複数の縦長リブ１２を有する。このリブ１２の数は、８磁極対の磁石３１に対応して、この例では８つである。更に軸ヨーク１０の先端には、後述の磁気検出素子と磁気結合しやすいように先端凸部１１が形成されている。そして、この軸ヨーク１０は、後述の磁気ループを形成するため、磁性体で形成されている。
【００２１】
外側ヨーク２０は、軸ヨーク１０を外側から覆うような形状をしており、上記軸ヨーク１０と一体化されて前述したフロート軸を構成する。そして、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、摺動するフロート３０に収容される磁石３１の他方の極（例えばＮ極）の着磁位置に対向するように、予め段階的に設定された複数の液位検出点にそれぞれ応じた長さの複数の足部Ｙ（Ｙ１〜Ｙ８）を有する。この足部Ｙ１〜Ｙ８は、この例では検出する液位が８段階であることに基づく。そして、この外側ヨーク２０は、後述の磁気ループを形成するため、磁性体で形成されている。
なお、上記軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０は、後述の図３及び図４を用いた説明により、全体形状がより明確になる。
【００２２】
フロート３０は図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、リング状をしており、磁石３１を収容する。そして、フロート３０は容器ＴＮＫ内の液体ＬＱに対して浮力を有する材質で形成されている。このフロート３０には、上記軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０により構成されるフロート軸が貫通され、これにガイドされてフロート３０は摺動する
【００２３】
このフロート３０に収容される磁石３１も図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、リング状をしており、放射状にＮ極及びＳ極が交互に多極着磁された永久磁石である。この例では、８つの液位を測定可能にするため、８磁極対になっている。このようにリング型にすることにより、重量バランスがよく、フロート摺動が安定的になる。
【００２４】
また上記磁気検出素子４０Ａを含む検出回路４０、特にその検出素子４０Ａが磁力を検出しやすいように外側ヨーク２０の平面部と軸ヨーク１０の先端に形成された先端凸部１１の間に挟まれるようにして固定されている。
【００２５】
このように外側ヨーク２０の各足部Ｙ１〜Ｙ８が集結する平面部と軸ヨーク１０の上端部との間に検出素子４０Ａを含む検出回路４０を挟着するようにしているので、本液面レベルセンサの組立作業が容易になる。すなわち、組立時には軸ヨーク１０の上端部に検出回路４０を搭載し、その上から、検出回路４０を挟むように外側ヨーク２０を装着するようにして組み立てることができる。また、このような挟着構造にすることにより、軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０の形状も必要以上に複雑化することもない。
【００２６】
この検出回路４０は磁気検出素子４０Ａの他に、図示しないが磁電気変換回路及び補正回路を有している。この磁電気変換回路は、磁気検出素子４０Ａによって検出された磁力を電気信号に変換する。検出素子４０Ａ及び磁電気変換回路としては、例えば公知のホール素子等が用いられる。また、補正回路は基本的にＥＥＰＲＯＭとマイコンもしくはＡＳＩＣとから構成され、この補正回路のＥＥＰＲＯＭは容器ＴＮＫの形状に応じた形状データを書き換え可能に格納し、そのマイコンは磁電気変換回路からの電気信号を形状データに基づいて補正した補正電気信号を生成し、電気信号出力端子５０から出力する。なお、上記補正電気信号に関しては、図８を用いて再度説明する。
【００２７】
検出回路４０に含まれる上記素子及び回路を、磁電変換及びプログラマブル補正機能を備えた集積回路構成とすれば、各検出液位の出力レベルを任意に補正できるようになり、容器ＴＮＫ形状の違いから生じる被検出液体ＬＱの残量の補正も容易に可能となる。また、上記の集積回路を用いることにより形状が異なる容器ＴＮＫに対しても本液面レベルセンサが共用化できるようになる。
【００２８】
上述のような構成の本液面レベルセンサにおいて、各液位検出点Ｌｎはこの例では８段階に設定されており、フロート３０は液位に応じてフロート軸にガイドされて、図１の矢印で示すように上下に摺動する。この例では、液位は８段階中、４段階にあるとしている。
【００２９】
そうすると、フロート３０に内蔵されている磁石３１の４つの各Ｓ極は、この４段階の位置に対応する外側ヨークの足部Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４とそれぞれ磁気結合する。これにより、図１の点線で示すように、磁石３１の４つの各Ｓ極、（４つの各縦長リブ１２を介して）軸ヨーク１０、（足部Ｙ１〜Ｙ４を介して）外側ヨーク２０、及び磁石３１の４つの各Ｎ極からなる４系統の磁気結合ループが形成されることになる。なお、この磁気結合に関しては、図５〜図７で後述する。
【００３０】
上述のように、軸ヨーク１０の先端凸部１１及び外側ヨーク２０の間には、検出回路４０が介在するので、そこに含まれる磁気検出素子４０Ａにより上記各磁気結合ループの合成された磁力（又は磁束密度）が検出される。そして、液位に応じて形成される磁気結合ループは異なるので、すなわち磁力が異なるので、この磁力を検出することによって容器ＴＮＫに貯蔵される液体ＬＱの液位ＬＶが測定できるようになる。
【００３１】
このように本実施形態によれば、液位検出点Ｌｎに応じたフロート３０に内蔵される磁石３１、軸ヨーク１０、外側ヨーク２０の磁力結合による磁力を利用して、液位ＬＶを測定するようにしているので、検出液位検出点の数が増えても、従来のように高価なリードスイッチ及びそれに伴う半田接合作業の増加が伴うことはない。すなわち、液位検出点Ｌｎが増えても、磁石付きフロート３０と各ヨークの形状変化のみで対応できるようになるので、高価な部品点数の増加防止、組立工数増加防止等コストアップを抑えることができるようになる。更に、従来のリードスイッチ方式とは異なり無接点で液位検出できるようになるうえ、半田接合作業の増加もないので信頼性も高まる。
【００３２】
次に図３及び図４を用いて、上記軸ヨーク及び外側ヨークによって構成されるフロート軸について説明を加える。
図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、本液面レベルセンサの軸ヨーク及び外側ヨークから構成されるフロート軸を示す正面図、平面図及び下面図である。図４は、図３で示すフロート軸を構成する軸ヨーク及び外側ヨークの分解斜視図である。
【００３３】
図３（Ａ）及び図４に示すように、外側ヨーク２０が軸ヨーク１０を外側から覆うようして、これらが一体化されフロート軸を構成している。そして、図３（Ｃ）に示すように、外側ヨーク２０と軸ヨーク１０とは、外側ヨーク２０の８本の足部Ｙ１〜Ｙ８と軸ヨーク１０の８本の縦長リブ１２とが互い違いになるようにして、一体化されている。なお、このフロート軸は実際には、磁力結合を妨げない材質で形成された円筒状のフロート軸筐体（不図示）で外周が覆われている。
【００３４】
図３（Ｂ）及び（Ｃ）、並びに図４に示すように、軸ヨーク１０は、前述したリング状の磁石３１のそれぞれのＳ極の着磁位置に対向するように放射状に、かつ軸方向に連続的に延びた８本の縦長リブ１２を有する円柱状に形成される。このリブ１２の数は、８磁極対の磁石３１に対応して、この例では８つである。更に軸ヨーク１０の先端には、後述の磁気検出素子と磁気結合しやすいように先端凸部１１が形成されている。そして、軸ヨーク１０は、後述の磁気ループを形成するため、磁性体で形成されている。
【００３５】
図３及び図４に示すように、外側ヨーク２０は、軸ヨーク１０を外側から覆うように上記軸ヨーク１０と一体化されて前述したフロート軸を構成する。そして、フロート３０が摺動する際に、ここに収容される磁石３１のＮ極の着磁位置に対向するように、かつ予め段階的に設定された複数の液位検出点にそれぞれ応じた長さの８本の足部Ｙ（Ｙ１〜Ｙ８）を有する。この足部Ｙ１〜Ｙ８が８本であるのは、この例では液位検出点Ｌｎが８段階であることに基づく。
【００３６】
また、図４に示すように上記足部Ｙ１〜Ｙ８は、所定位置で折り曲げられて、共通の上底平面部に集結している。上から見ると、図３（Ｂ）の平面図に示すように８本の足部Ｙ１〜Ｙ８が中心から均等に放射線状に延びて所定の箇所で共に略直角に下側に折れ曲がっている。これら足部Ｙ１〜Ｙ８は、螺旋状の細長い短冊状であり、それらの長さは段階的に均等に順次変化していくように形成されている。すなわち、最長の足部Ｙ１より所定長だけ短い足部Ｙ２が隣設され、このように右回り螺旋状にＹ３、Ｙ４、…、Ｙ８が形成される。足部Ｙ１の長さは１番に低位の検出点Ｌ１に対応し、足部Ｙ２の長さは２番に低位の検出点Ｌ２に対応するという具合に、順次、足部Ｙ３、Ｙ４、Ｙ５、Ｙ６、Ｙ７、及びＹ８の長さはそれぞれ、検出点Ｌ３、 Ｌ４、 Ｌ５、 Ｌ６、 Ｌ７、及びＬ８に対応している。
【００３７】
なお、これら足部Ｙ１〜Ｙ８は、必ずしも上記のように左回りに螺旋状に均等に変化するように形成する必要はないが、螺旋状に均等に順次変化するように形成すると、この外側ヨーク２０が全体的に成形しやすくなる。すなわち、足部Ｙの長さが、螺旋状に回転する方向に順次均等な長さだけ変化するように外側ヨーク２０を成形するようにすればよい。
【００３８】
更に、図５〜図７を用いて、フロート位置と磁束量の関係を説明する。
図５（Ａ）、図６（Ａ）及び図７（Ａ）はそれぞれ、液位が最低点時、中位点時及び最高点時の磁気結合の説明図である。図５（Ｂ）、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）はそれぞれ、図５（Ａ）、図６（Ａ）及び図７（Ａ）の状態における磁束量を示すグラフである。なお、磁気結合の状態は、上記各図と共に図１を再び参照すると理解がしやすくなる。
【００３９】
液位が最低点時（Ｌ１）には、図５（Ａ）に示すように、外側ヨーク２０の足部Ｙ１だけが磁石３１のＮ極と対峙するので、その際の結合磁束は、図５（Ａ）及び図１の点線で示すように、磁石３１のＳ極、軸ヨーク１０の縦長リブ１２及び先端凸部１１、外側ヨーク２０の平面部及び足部Ｙ１を介して、上記磁石３１のＮ極及びＳ極に至り、これにより検出点Ｌ１の液位に応じた磁気結合ループが形成される。
このように、磁気結合ループは足部Ｙ１に基づく１系統だけなので、この時の全磁束量は図５（Ｂ）のＧ１で示すように最低となる。
【００４０】
また、液位が中位時（Ｌ４）には、図６（Ａ）に示すように、外側ヨーク２０の足部Ｙ１〜Ｙ４が磁石３１の４つのＮ極と対峙するので、その際の結合磁束は、図６（Ａ）及び図１の点線で示すように、磁石３１のＳ極、軸ヨーク１０の縦長リブ１２及び先端凸部１１、外側ヨーク２０の平面部及び足部Ｙ１〜Ｙ４を介して、上記磁石３１のＮ極及びＳ極に至り、これにより検出点Ｌ４の液位に応じた磁気結合ループが形成される。
このように、磁気結合ループは足部Ｙ１〜Ｙ４に基づく４系統あるので、この時の全磁束量は図６（Ｂ）のＧ４で示すように最高位の約半分となる。
【００４１】
更に、液位が最高位時（Ｌ８）には、図７（Ａ）に示すように、外側ヨーク２０の全足部Ｙ１〜Ｙ８がそれぞれ、磁石３１の全ての各Ｎ極と対峙するので、その際の結合磁束は、図７（Ａ）及び図１の点線で示すように、磁石３１のＳ極、軸ヨーク１０の縦長リブ１２及び先端凸部１１、外側ヨーク２０の平面部及び足部Ｙ１〜Ｙ８を介して、上記磁石３１のＮ極及びＳ極に至り、これにより検出点Ｌ８の液位に応じた磁気結合ループが形成される。
このように、磁気結合ループは足部Ｙ１〜Ｙ８に基づく８系統あるので、この時の全磁束量は図７（Ｂ）のＧ４で示すように最大となる。
【００４２】
なお、他の検出点Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ６及びＬ７の時にも上記と同様に考えることができ、各液位に応じた磁束量が生成される。
【００４３】
最後に図８を用いて、上述した集積回路化された検出回路に含まれる補正回路による電気出力信号の補正について説明する。
図８（Ａ）は補正前のフロート磁石位置と電気出力信号との関係を示すグラフである。図８（Ｂ）は補正後のフロート磁石位置と電気出力信号との関係を示すグラフである。
【００４４】
補正回路による補正前には、磁気検出素子４０Ａによって検出された磁力は磁電気変換回路によって図８（Ａ）に示すような波形の電気信号に変換される。ここに示すような階段状に出力される電気出力信号の電位変化部を上記各検出液位とみなすことができる。例えば、液位がＬ４からＬ５に変化すると、電気出力信号も４０Ｘ（Ｖ）から５０Ｘ（Ｖ）に変化するので、この電気出力信号の各変化点を検出するとによって液位が検出点Ｌ５にあることを算出することができる。上記は液位の増加時であるが、減少時には電気出力信号が６０Ｘ（Ｖ）から５０Ｘ（Ｖ）への変化部でも、液位がＬ５に到達したとすることができる。他の例についても同様である。
【００４５】
これに対して、図８（Ｂ）に示すように補正回路による補正後では、事前に補正回路のＥＥＰＲＯＭに格納される容器ＴＮＫの形状に応じた形状データに基づいて、図８（Ａ）のような電気出力信号が補正されて、図８（Ｂ）に示すような電気出力信号になる。すなわち、図８（Ｂ）に示すように、液位がＬ５からＬ６、又はＬ６からＬ５へと変化する際、その電気出力信号は２０Ｘ（Ｖ）増減する。一方、Ｌ６からＬ７（又はＬ７からＬ６）等の変化の際には、それらの電気出力信号は１０Ｘ（Ｖ）しか増減しない。
【００４６】
すなわち、形状データが示す容器ＴＮＫの形状によると、上記液位がＬ５からＬ６、又はＬ６からＬ５へと変化する箇所の近辺の容器断面は他の箇所より広くなっていることになる。容器断面が広いと、液位が１段階だけ変動しても実際の液量の変動は他よりも大きくなるはずなので、この点を考慮して補正回路は電気出力信号を補正して出力する。逆に、液位がＬ２からＬ３、又はＬ３からＬ２へと変化する際等は、その電気出力信号は５Ｘ（Ｖ）だけしか変化しない。すなわち、この液位の近辺の容器断面は他の箇所より狭くなっていることになる。容器断面が狭いと、液位が１段階だけ変動しても実際の液量の変動は他よりも小さくなるはずなので、この点を考慮して補正回路は電気出力信号を補正して出力する。
【００４７】
図３及び図４で説明したように、外側ヨーク２０を螺旋状に段階的に均等に変化するようにすると、成形容易さ等の効果を得られるが、これによって液面レベルの検出は均等間隔で出力されるので、様々な形状の容器ＴＮＫにも対応できるように上記補正回路を付加している。このように、補正回路により容器ＴＮＫの形状を考慮して補正した電気出力信号を生成することにより、より正確に液位を測定できるようになる。また、補正回路は形状データを書き換え可能に格納するので、形状データ書き換えによりあらゆる形状の容器ＴＮＫ内の液体ＬＱの液位ＬＶを測定できるようになる。
【００４８】
なお、上記実施形態で説明した、磁石３１、軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０で説明した極性は、全く反対にしてもよい。また、液位検出点の変更に伴って、磁極対の数や足部の本数も適宜変更可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、液位検出点に応じて変動するフロート３０に内蔵される磁石３１、軸ヨーク１０、外側ヨーク２０の磁力結合による磁力により、液位を測定するようにしているので、液位検出点の数が増えても、従来のように高価なリードスイッチの及びそれに伴う半田接合作業の増加が伴うことはない。すなわち、液位検出点が増えても、磁石３１の多極化と各ヨークの形状変化のみで対応できるようになるので、高価な部品点数の増加防止、組立工数増加防止等コストアップを抑えることができるようになる。更に、従来のリードスイッチ方式とは異なり無接点で液位検出できるようになるうえ、半田接合作業の増加もないので信頼性も高まる。
【００５０】
請求項２記載の発明によれば、外側ヨーク２０の各足部Ｙが集結する平面部と軸ヨーク１０の上端部との間に検出素子４０Ａを挟着するようにしているので、本液面レベルセンサの組立作業が容易になる。すなわち、組立時には軸ヨーク１０の上端部に検出素子４０Ａを搭載し、その上から、検出素子４０Ａを挟むように外側ヨーク２０を装着するようにして組み立てることができる。また、このような挟着構造にすることにより、軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０の形状も複雑化することもない。
【００５１】
請求項３記載の発明によれば、外側ヨーク２０の足部Ｙの長さは液位検出点に応じて螺旋状に段階的に均等に変化していくように形成されているので、この外側ヨーク２０が成形しやすくなる。すなわち、足部Ｙの長さが、螺旋状に回転する方向に順次均等な長さだけ変化するように外側ヨーク２０を成形するようにすればよい。
【００５２】
請求項４記載の発明によれば、あらゆる形状の容器ＴＮＫ内の液体ＬＱの液位をより正確に測定できるようになる。すなわち、請求項３記載のように、外側ヨーク２０を螺旋状に段階的に均等に変化するようにすると、成形容易さ等の効果を得られるが、液面レベルの検出は均等間隔で出力されるので、様々な形状の容器ＴＮＫにも対応できるように上記補正回路を付加している。このように、補正回路により容器ＴＮＫの形状を考慮して補正電気信号を生成することにより、より正確に液位を測定できるようになる。また、補正回路は形状データを書き換え可能に格納するので、形状データ書き換えによりあらゆる形状の容器ＴＮＫ内の液体ＬＱの液位を測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液面レベルセンサの一実施形態を示す概要図である。
【図２】図２（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１の液面レベルセンサのＡＡ線断面図及び下面図である。
【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、本液面レベルセンサの軸ヨーク及び外側ヨークから構成されるフロート軸を示す正面図、平面図及び下面図である。
【図４】図３で示すフロート軸を構成する軸ヨーク及び外側ヨークの分解斜視図である。
【図５】図５（Ａ）は、液位が最低点時の磁気結合の説明図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態における磁束量を示すグラフである。
【図６】図６（Ａ）は、液位が中位点時の磁気結合の説明図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の状態における磁束量を示すグラフである。
【図７】図７（Ａ）は、液位が最高点時の磁気結合の説明図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の状態における磁束量を示すグラフである。
【図８】図８（Ａ）は補正前のフロート磁石位置と電気出力信号との関係を示すグラフである。図８（Ｂ）は補正後のフロート磁石位置と電気出力信号との関係を示すグラフである。
【図９】従来の液面レベルセンサを示す概要図である。
【図１０】図９の従来例による液面レベルと電気出力信号の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 軸ヨーク
１１ 先端凸部
１２ 縦長リブ
２０ 外側ヨーク
３０ フロート
３１ 磁石
４０ 検出回路
４０Ａ 磁気検出素子
５０ 電気信号出力端子
ＴＮＫ 容器
Ｌｎ 液位検出点
ＬＱ 液体
ＬＶ 液位
Ｙ１〜Ｙ８ 足部
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器内の液体の液面レベル（又は液位）を検出する液面レベルセンサに関し、特に、磁石付フロートを利用して液位を検出する液面レベルセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の液面レベルセンサは、例えば、自動車のガソリンやオイルの液量を監視するためのレベルセンサとして利用されている。この種の液面レベルセンサでは、磁石付フロートが液面レベルに応じて複数個配列されたリードスイッチに沿って上下方向に摺動し、これらのリードスイッチの一部を開閉させることによって、液位を検出するようになっている。
しかしながら、従来の液面レベルセンサには複数個のリードスイッチが必要でありコスト高になる、段階的出力を得るために多点検出をすることが多いがこれに伴い半田接合部が増え信頼性が低下する、等の問題があった。
【０００３】
以下図９及び図１０を用いてこの問題を説明する。
図９は、従来の液面レベルセンサを示す概要図である。図９は従来の液面レベルセンサの側断面図に近い概要図である。図１０は、図９の従来例による液面レベルと電気出力信号の関係を示すグラフである。
【０００４】
図９の概要図に示す従来の液面レベルセンサは、例えば、車載ガソリンタンク等の容器ＴＮＫ１に装着されて、この容器ＴＮＫ１内のガソリン等の液体ＬＱの液位ＬＶを検出する。この液面レベルセンサのレベルセンサ筐体９０１は、円筒状の検出部及び箱形状の電気回路部から構成され、円筒状の検出部が容器ＴＮＫ１内に浸されるように装着される。この円筒状検出部の内部には、複数のリードスイッチ９０５Ａ〜９０５Ｄが液面レベルに応じて、図に示すように縦列接続されている。これら各リードスイッチ９０５Ａ〜９０５Ｄの一端は共通に電気信号出力端子９０４の一方に接続され、各リードスイッチ９０５Ａ〜９０５Ｄの他端はそれぞれ、検出抵抗９０６Ａ〜９０６Ｄを介して電気信号出力端子９０４の他方に接続されている。また、上記レベルセンサ筐体９０１の円筒状検出部にガイドされて、リング状のフロート９０７が液面レベルに応じて摺動する。このフロート９０７には同じくリング状の磁石９０２が内蔵されている。
【０００５】
このフロート９０７が液位に応じて摺動する際に、内蔵された磁石９０２の磁力線（点線で示す）が複数のリードスイッチ９０５Ａ〜９０５Ｄのうちのひとつ或いは複数をオン制御し、これに伴って変化する電気信号出力端子９０４の端子間の抵抗値に基づいて、図１０に示すような液面レベルに応じた電気出力信号値が取得される。なお、この電気信号出力端子９０４の両端には所定の基準電圧が印加される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の液面レベルセンサによると、設定する液位検出点（この例では４つ）の数に応じた複数のリードスイッチが必要となる。リードスイッチは高価であるので、検出点が増加するに伴って部品点数が増加し非常にコスト高となる。また、図１０に示すような段階状出力を得ようとすると、隣接するリードスイッチが必ず２個同時にオンするような近接配置が必要となり、液位の変化量が大きくなるに伴い、更に部品点数が増加しますますコスト高となる。このような２個或いはそれ以上のリードスイッチを同時にオンするような多点検出が増加すると、リードスイッチの半田接合部も増加し、このため信頼性も低下することになる。
【０００７】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、液位検出点が増加してもリードスイッチ等の磁気検出素子の増加を伴わず、コストアップを抑えかつ信頼性を高めた液面レベルセンサを提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の液面レベルセンサは、図１に示すように、液体ＬＱを貯蔵する容器ＴＮＫに装着され、この液体ＬＱの液位を磁力を利用して測定する液面レベルセンサであって、放射状にＮ極及びＳ極が交互に多極着磁されたリング状の磁石３１と、前記磁石３１を収容し、前記液体ＬＱに対して浮力を有するリング状のフロート３０と、前記フロート３０を貫通して前記フロート３０が摺動する際のガイドとなるフロート軸の一部を構成し、摺動する前記フロート３０に収容される前記磁石３１の一方の極の着磁位置に対向するように放射状に、かつ軸方向に連続的に延びた複数の縦長リブ１２を有する、磁性体で形成された軸ヨーク１０と、前記軸ヨーク１０を外側から覆うような形状をしており、前記軸ヨーク１０と一体化されて、前記フロート軸を構成し、摺動する前記フロート３０に収容される前記磁石３１の他方の極の着磁位置に対向するように、予め段階的に設定された複数の液位検出点にそれぞれ応じた長さの複数の足部Ｙを有する、磁性体で形成された外側ヨーク２０と、前記磁石３１の一方の極、前記軸ヨーク１０、前記外側ヨーク２０、及び前記磁石３１の他方の極からなる磁気結合ループに介在し、この磁気結合ループによる磁力を検出する磁気検出素子４０Ａとを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、軸ヨーク１０と外側ヨーク２０とによって構成されるフロート軸にガイドされて、リング状のフロート３０が液位に応じて摺動する。フロート３０には放射状にＮ極及びＳ極が交互に多極着磁されたリング状の磁石３１が収容されており、この磁石３１の他方の極が、液位検出点にそれぞれ応じた長さの外側ヨーク２０の足部Ｙのいずれか或いはいくつかと磁気結合する。また、軸ヨーク１０は、磁石３１の一方の極の着磁位置に対向するように放射状に、かつ軸方向に連続的に延びた複数の縦長リブ１２を有するので、縦長リブ１２を介して磁石３１の一方の極は軸ヨーク１０と常に磁気結合している。これにより、上記磁石３１の他方の極、軸ヨーク１０、外側ヨーク２０、及び磁石３１の一方の極からなる磁気結合ループが形成されるが、液位に応じて上記磁気結合する外側ヨーク２０の足部Ｙが変動するので、これに伴い変動する磁力が磁気検出素子４０Ａにより検出される。そして、この磁力を利用して容器ＴＮＫ内にある液体ＬＱの液面レベルが測定される。
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の液面レベルセンサは、図１に示すように、請求項１記載の液面レベルセンサにおいて、前記磁気検出素子４０Ａは、前記複数の足部Ｙが集結する前記外側ヨーク２０の平面部と前記軸ヨーク１０の上端部との間に挟着されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、外側ヨーク２０の各足部Ｙが集結する平面部と軸ヨーク１０の上端部との間に検出素子４０Ａを挟着するようにしているので、本液面レベルセンサの組立作業が容易になる。すなわち、組立時には軸ヨーク１０の上端部に検出素子４０Ａを搭載し、その上から、検出素子４０Ａを挟むように外側ヨーク２０を装着するようにして組み立てることができる。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の液面レベルセンサは、図１及び図４に示すように、請求項２記載の液面レベルセンサにおいて、外側ヨーク２０の足部Ｙの長さは、液位検出点に応じて螺旋状に段階的に均等に変化していくように形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、外側ヨーク２０の足部Ｙの長さは液位検出点に応じて螺旋状に段階的に均等に変化していくように形成されているので、この外側ヨーク２０が成形しやすくなる。すなわち、足部Ｙの長さが、螺旋状に回転する方向に順次均等な長さだけ変化するように外側ヨーク２０を成形するようにすればよい。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の液面レベルセンサは、図１に示すように、請求項３記載の液面レベルセンサにおいて、前記磁気検出素子４０Ａからの検出された磁力を電気信号に変換する磁電気変換回路と、前記容器ＴＮＫの形状に応じた形状データを書き換え可能に格納し、前記電気信号を前記形状データに基づき前記形状に応じて補正した補正電気信号を生成する補正回路とを更に有することを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、あらゆる形状の容器ＴＮＫ内の液体ＬＱの液位をより正確に測定できるようになる。すなわち、請求項３記載のように、外側ヨーク２０を螺旋状に段階的に均等に変化するようにすると、成形容易さ等の効果を得られるが、液面レベルの検出は均等間隔で出力されるので、様々な形状の容器にも対応できるように上記補正回路を付加している。このように、補正回路により容器の形状を考慮して補正電気信号を生成することにより、より正確に液位を測定できるようになる。また、補正回路は形状データを書き換え可能に格納するので、形状データ書き換えによりあらゆる形状の容器内の液体の液位を測定できるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
まず、図１及び図２を用いて本液面レベルセンサの概要を説明する。
図１は、本発明の液面レベルセンサの一実施形態を示す概要図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１の液面レベルセンサのＡＡ線断面図及び下面図である。なお、この図２（Ａ）及び（Ｂ）では、図１のタンクＴＮＫは省略している。
【００１８】
図１の概要図に示すように本液面レベルセンサは、例えば、車載ガソリンタンク等の容器ＴＮＫに装着されて、この容器ＴＮＫ内のガソリン等の液体ＬＱの液位ＬＶを検出する。この液面レベルセンサはほぼ円筒状の外形を有し、上記容器ＴＮＫにある液体ＬＱの液位ＬＶの上限から下限に渡って測定可能なように上記容器ＴＮＫ内に装着されている。
【００１９】
本液面レベルセンサは、フロート軸を構成する軸ヨーク１０、外側ヨーク２０、及びこれにガイドされて摺動するリング状の磁石３１を収容するリング状のフロート３０により基本外形が構成されている。この軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０で構成されるフロート軸は実際には、磁力結合を妨げない材質で形成された円筒状のフロート軸筐体（不図示）で外周が覆われている。
【００２０】
軸ヨーク１０は、フロート３０を貫通してフロート３０が摺動する際のガイドとなるフロート軸の一部を構成するもので、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、摺動するフロート３０に収容される磁石３１の一方の極（例えばＳ極）の着磁位置に対向するように放射状に、かつ軸方向に連続的に延びた複数の縦長リブ１２を有する。このリブ１２の数は、８磁極対の磁石３１に対応して、この例では８つである。更に軸ヨーク１０の先端には、後述の磁気検出素子と磁気結合しやすいように先端凸部１１が形成されている。そして、この軸ヨーク１０は、後述の磁気ループを形成するため、磁性体で形成されている。
【００２１】
外側ヨーク２０は、軸ヨーク１０を外側から覆うような形状をしており、上記軸ヨーク１０と一体化されて前述したフロート軸を構成する。そして、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、摺動するフロート３０に収容される磁石３１の他方の極（例えばＮ極）の着磁位置に対向するように、予め段階的に設定された複数の液位検出点にそれぞれ応じた長さの複数の足部Ｙ（Ｙ１〜Ｙ８）を有する。この足部Ｙ１〜Ｙ８は、この例では検出する液位が８段階であることに基づく。そして、この外側ヨーク２０は、後述の磁気ループを形成するため、磁性体で形成されている。
なお、上記軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０は、後述の図３及び図４を用いた説明により、全体形状がより明確になる。
【００２２】
フロート３０は図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、リング状をしており、磁石３１を収容する。そして、フロート３０は容器ＴＮＫ内の液体ＬＱに対して浮力を有する材質で形成されている。このフロート３０には、上記軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０により構成されるフロート軸が貫通され、これにガイドされてフロート３０は摺動する
【００２３】
このフロート３０に収容される磁石３１も図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、リング状をしており、放射状にＮ極及びＳ極が交互に多極着磁された永久磁石である。この例では、８つの液位を測定可能にするため、８磁極対になっている。このようにリング型にすることにより、重量バランスがよく、フロート摺動が安定的になる。
【００２４】
また上記磁気検出素子４０Ａを含む検出回路４０、特にその検出素子４０Ａが磁力を検出しやすいように外側ヨーク２０の平面部と軸ヨーク１０の先端に形成された先端凸部１１の間に挟まれるようにして固定されている。
【００２５】
このように外側ヨーク２０の各足部Ｙ１〜Ｙ８が集結する平面部と軸ヨーク１０の上端部との間に検出素子４０Ａを含む検出回路４０を挟着するようにしているので、本液面レベルセンサの組立作業が容易になる。すなわち、組立時には軸ヨーク１０の上端部に検出回路４０を搭載し、その上から、検出回路４０を挟むように外側ヨーク２０を装着するようにして組み立てることができる。また、このような挟着構造にすることにより、軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０の形状も必要以上に複雑化することもない。
【００２６】
この検出回路４０は磁気検出素子４０Ａの他に、図示しないが磁電気変換回路及び補正回路を有している。この磁電気変換回路は、磁気検出素子４０Ａによって検出された磁力を電気信号に変換する。検出素子４０Ａ及び磁電気変換回路としては、例えば公知のホール素子等が用いられる。また、補正回路は基本的にＥＥＰＲＯＭとマイコンもしくはＡＳＩＣとから構成され、この補正回路のＥＥＰＲＯＭは容器ＴＮＫの形状に応じた形状データを書き換え可能に格納し、そのマイコンは磁電気変換回路からの電気信号を形状データに基づいて補正した補正電気信号を生成し、電気信号出力端子５０から出力する。なお、上記補正電気信号に関しては、図８を用いて再度説明する。
【００２７】
検出回路４０に含まれる上記素子及び回路を、磁電変換及びプログラマブル補正機能を備えた集積回路構成とすれば、各検出液位の出力レベルを任意に補正できるようになり、容器ＴＮＫ形状の違いから生じる被検出液体ＬＱの残量の補正も容易に可能となる。また、上記の集積回路を用いることにより形状が異なる容器ＴＮＫに対しても本液面レベルセンサが共用化できるようになる。
【００２８】
上述のような構成の本液面レベルセンサにおいて、各液位検出点Ｌｎはこの例では８段階に設定されており、フロート３０は液位に応じてフロート軸にガイドされて、図１の矢印で示すように上下に摺動する。この例では、液位は８段階中、４段階にあるとしている。
【００２９】
そうすると、フロート３０に内蔵されている磁石３１の４つの各Ｓ極は、この４段階の位置に対応する外側ヨークの足部Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４とそれぞれ磁気結合する。これにより、図１の点線で示すように、磁石３１の４つの各Ｓ極、（４つの各縦長リブ１２を介して）軸ヨーク１０、（足部Ｙ１〜Ｙ４を介して）外側ヨーク２０、及び磁石３１の４つの各Ｎ極からなる４系統の磁気結合ループが形成されることになる。なお、この磁気結合に関しては、図５〜図７で後述する。
【００３０】
上述のように、軸ヨーク１０の先端凸部１１及び外側ヨーク２０の間には、検出回路４０が介在するので、そこに含まれる磁気検出素子４０Ａにより上記各磁気結合ループの合成された磁力（又は磁束密度）が検出される。そして、液位に応じて形成される磁気結合ループは異なるので、すなわち磁力が異なるので、この磁力を検出することによって容器ＴＮＫに貯蔵される液体ＬＱの液位ＬＶが測定できるようになる。
【００３１】
このように本実施形態によれば、液位検出点Ｌｎに応じたフロート３０に内蔵される磁石３１、軸ヨーク１０、外側ヨーク２０の磁力結合による磁力を利用して、液位ＬＶを測定するようにしているので、検出液位検出点の数が増えても、従来のように高価なリードスイッチ及びそれに伴う半田接合作業の増加が伴うことはない。すなわち、液位検出点Ｌｎが増えても、磁石付きフロート３０と各ヨークの形状変化のみで対応できるようになるので、高価な部品点数の増加防止、組立工数増加防止等コストアップを抑えることができるようになる。更に、従来のリードスイッチ方式とは異なり無接点で液位検出できるようになるうえ、半田接合作業の増加もないので信頼性も高まる。
【００３２】
次に図３及び図４を用いて、上記軸ヨーク及び外側ヨークによって構成されるフロート軸について説明を加える。
図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、本液面レベルセンサの軸ヨーク及び外側ヨークから構成されるフロート軸を示す正面図、平面図及び下面図である。図４は、図３で示すフロート軸を構成する軸ヨーク及び外側ヨークの分解斜視図である。
【００３３】
図３（Ａ）及び図４に示すように、外側ヨーク２０が軸ヨーク１０を外側から覆うようして、これらが一体化されフロート軸を構成している。そして、図３（Ｃ）に示すように、外側ヨーク２０と軸ヨーク１０とは、外側ヨーク２０の８本の足部Ｙ１〜Ｙ８と軸ヨーク１０の８本の縦長リブ１２とが互い違いになるようにして、一体化されている。なお、このフロート軸は実際には、磁力結合を妨げない材質で形成された円筒状のフロート軸筐体（不図示）で外周が覆われている。
【００３４】
図３（Ｂ）及び（Ｃ）、並びに図４に示すように、軸ヨーク１０は、前述したリング状の磁石３１のそれぞれのＳ極の着磁位置に対向するように放射状に、かつ軸方向に連続的に延びた８本の縦長リブ１２を有する円柱状に形成される。このリブ１２の数は、８磁極対の磁石３１に対応して、この例では８つである。更に軸ヨーク１０の先端には、後述の磁気検出素子と磁気結合しやすいように先端凸部１１が形成されている。そして、軸ヨーク１０は、後述の磁気ループを形成するため、磁性体で形成されている。
【００３５】
図３及び図４に示すように、外側ヨーク２０は、軸ヨーク１０を外側から覆うように上記軸ヨーク１０と一体化されて前述したフロート軸を構成する。そして、フロート３０が摺動する際に、ここに収容される磁石３１のＮ極の着磁位置に対向するように、かつ予め段階的に設定された複数の液位検出点にそれぞれ応じた長さの８本の足部Ｙ（Ｙ１〜Ｙ８）を有する。この足部Ｙ１〜Ｙ８が８本であるのは、この例では液位検出点Ｌｎが８段階であることに基づく。
【００３６】
また、図４に示すように上記足部Ｙ１〜Ｙ８は、所定位置で折り曲げられて、共通の上底平面部に集結している。上から見ると、図３（Ｂ）の平面図に示すように８本の足部Ｙ１〜Ｙ８が中心から均等に放射線状に延びて所定の箇所で共に略直角に下側に折れ曲がっている。これら足部Ｙ１〜Ｙ８は、螺旋状の細長い短冊状であり、それらの長さは段階的に均等に順次変化していくように形成されている。すなわち、最長の足部Ｙ１より所定長だけ短い足部Ｙ２が隣設され、このように右回り螺旋状にＹ３、Ｙ４、…、Ｙ８が形成される。足部Ｙ１の長さは１番に低位の検出点Ｌ１に対応し、足部Ｙ２の長さは２番に低位の検出点Ｌ２に対応するという具合に、順次、足部Ｙ３、Ｙ４、Ｙ５、Ｙ６、Ｙ７、及びＹ８の長さはそれぞれ、検出点Ｌ３、 Ｌ４、 Ｌ５、 Ｌ６、 Ｌ７、及びＬ８に対応している。
【００３７】
なお、これら足部Ｙ１〜Ｙ８は、必ずしも上記のように左回りに螺旋状に均等に変化するように形成する必要はないが、螺旋状に均等に順次変化するように形成すると、この外側ヨーク２０が全体的に成形しやすくなる。すなわち、足部Ｙの長さが、螺旋状に回転する方向に順次均等な長さだけ変化するように外側ヨーク２０を成形するようにすればよい。
【００３８】
更に、図５〜図７を用いて、フロート位置と磁束量の関係を説明する。
図５（Ａ）、図６（Ａ）及び図７（Ａ）はそれぞれ、液位が最低点時、中位点時及び最高点時の磁気結合の説明図である。図５（Ｂ）、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）はそれぞれ、図５（Ａ）、図６（Ａ）及び図７（Ａ）の状態における磁束量を示すグラフである。なお、磁気結合の状態は、上記各図と共に図１を再び参照すると理解がしやすくなる。
【００３９】
液位が最低点時（Ｌ１）には、図５（Ａ）に示すように、外側ヨーク２０の足部Ｙ１だけが磁石３１のＮ極と対峙するので、その際の結合磁束は、図５（Ａ）及び図１の点線で示すように、磁石３１のＳ極、軸ヨーク１０の縦長リブ１２及び先端凸部１１、外側ヨーク２０の平面部及び足部Ｙ１を介して、上記磁石３１のＮ極及びＳ極に至り、これにより検出点Ｌ１の液位に応じた磁気結合ループが形成される。
このように、磁気結合ループは足部Ｙ１に基づく１系統だけなので、この時の全磁束量は図５（Ｂ）のＧ１で示すように最低となる。
【００４０】
また、液位が中位時（Ｌ４）には、図６（Ａ）に示すように、外側ヨーク２０の足部Ｙ１〜Ｙ４が磁石３１の４つのＮ極と対峙するので、その際の結合磁束は、図６（Ａ）及び図１の点線で示すように、磁石３１のＳ極、軸ヨーク１０の縦長リブ１２及び先端凸部１１、外側ヨーク２０の平面部及び足部Ｙ１〜Ｙ４を介して、上記磁石３１のＮ極及びＳ極に至り、これにより検出点Ｌ４の液位に応じた磁気結合ループが形成される。
このように、磁気結合ループは足部Ｙ１〜Ｙ４に基づく４系統あるので、この時の全磁束量は図６（Ｂ）のＧ４で示すように最高位の約半分となる。
【００４１】
更に、液位が最高位時（Ｌ８）には、図７（Ａ）に示すように、外側ヨーク２０の全足部Ｙ１〜Ｙ８がそれぞれ、磁石３１の全ての各Ｎ極と対峙するので、その際の結合磁束は、図７（Ａ）及び図１の点線で示すように、磁石３１のＳ極、軸ヨーク１０の縦長リブ１２及び先端凸部１１、外側ヨーク２０の平面部及び足部Ｙ１〜Ｙ８を介して、上記磁石３１のＮ極及びＳ極に至り、これにより検出点Ｌ８の液位に応じた磁気結合ループが形成される。
このように、磁気結合ループは足部Ｙ１〜Ｙ８に基づく８系統あるので、この時の全磁束量は図７（Ｂ）のＧ４で示すように最大となる。
【００４２】
なお、他の検出点Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ６及びＬ７の時にも上記と同様に考えることができ、各液位に応じた磁束量が生成される。
【００４３】
最後に図８を用いて、上述した集積回路化された検出回路に含まれる補正回路による電気出力信号の補正について説明する。
図８（Ａ）は補正前のフロート磁石位置と電気出力信号との関係を示すグラフである。図８（Ｂ）は補正後のフロート磁石位置と電気出力信号との関係を示すグラフである。
【００４４】
補正回路による補正前には、磁気検出素子４０Ａによって検出された磁力は磁電気変換回路によって図８（Ａ）に示すような波形の電気信号に変換される。ここに示すような階段状に出力される電気出力信号の電位変化部を上記各検出液位とみなすことができる。例えば、液位がＬ４からＬ５に変化すると、電気出力信号も４０Ｘ（Ｖ）から５０Ｘ（Ｖ）に変化するので、この電気出力信号の各変化点を検出するとによって液位が検出点Ｌ５にあることを算出することができる。上記は液位の増加時であるが、減少時には電気出力信号が６０Ｘ（Ｖ）から５０Ｘ（Ｖ）への変化部でも、液位がＬ５に到達したとすることができる。他の例についても同様である。
【００４５】
これに対して、図８（Ｂ）に示すように補正回路による補正後では、事前に補正回路のＥＥＰＲＯＭに格納される容器ＴＮＫの形状に応じた形状データに基づいて、図８（Ａ）のような電気出力信号が補正されて、図８（Ｂ）に示すような電気出力信号になる。すなわち、図８（Ｂ）に示すように、液位がＬ５からＬ６、又はＬ６からＬ５へと変化する際、その電気出力信号は２０Ｘ（Ｖ）増減する。一方、Ｌ６からＬ７（又はＬ７からＬ６）等の変化の際には、それらの電気出力信号は１０Ｘ（Ｖ）しか増減しない。
【００４６】
すなわち、形状データが示す容器ＴＮＫの形状によると、上記液位がＬ５からＬ６、又はＬ６からＬ５へと変化する箇所の近辺の容器断面は他の箇所より広くなっていることになる。容器断面が広いと、液位が１段階だけ変動しても実際の液量の変動は他よりも大きくなるはずなので、この点を考慮して補正回路は電気出力信号を補正して出力する。逆に、液位がＬ２からＬ３、又はＬ３からＬ２へと変化する際等は、その電気出力信号は５Ｘ（Ｖ）だけしか変化しない。すなわち、この液位の近辺の容器断面は他の箇所より狭くなっていることになる。容器断面が狭いと、液位が１段階だけ変動しても実際の液量の変動は他よりも小さくなるはずなので、この点を考慮して補正回路は電気出力信号を補正して出力する。
【００４７】
図３及び図４で説明したように、外側ヨーク２０を螺旋状に段階的に均等に変化するようにすると、成形容易さ等の効果を得られるが、これによって液面レベルの検出は均等間隔で出力されるので、様々な形状の容器ＴＮＫにも対応できるように上記補正回路を付加している。このように、補正回路により容器ＴＮＫの形状を考慮して補正した電気出力信号を生成することにより、より正確に液位を測定できるようになる。また、補正回路は形状データを書き換え可能に格納するので、形状データ書き換えによりあらゆる形状の容器ＴＮＫ内の液体ＬＱの液位ＬＶを測定できるようになる。
【００４８】
なお、上記実施形態で説明した、磁石３１、軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０で説明した極性は、全く反対にしてもよい。また、液位検出点の変更に伴って、磁極対の数や足部の本数も適宜変更可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、液位検出点に応じて変動するフロート３０に内蔵される磁石３１、軸ヨーク１０、外側ヨーク２０の磁力結合による磁力により、液位を測定するようにしているので、液位検出点の数が増えても、従来のように高価なリードスイッチの及びそれに伴う半田接合作業の増加が伴うことはない。すなわち、液位検出点が増えても、磁石３１の多極化と各ヨークの形状変化のみで対応できるようになるので、高価な部品点数の増加防止、組立工数増加防止等コストアップを抑えることができるようになる。更に、従来のリードスイッチ方式とは異なり無接点で液位検出できるようになるうえ、半田接合作業の増加もないので信頼性も高まる。
【００５０】
請求項２記載の発明によれば、外側ヨーク２０の各足部Ｙが集結する平面部と軸ヨーク１０の上端部との間に検出素子４０Ａを挟着するようにしているので、本液面レベルセンサの組立作業が容易になる。すなわち、組立時には軸ヨーク１０の上端部に検出素子４０Ａを搭載し、その上から、検出素子４０Ａを挟むように外側ヨーク２０を装着するようにして組み立てることができる。また、このような挟着構造にすることにより、軸ヨーク１０及び外側ヨーク２０の形状も複雑化することもない。
【００５１】
請求項３記載の発明によれば、外側ヨーク２０の足部Ｙの長さは液位検出点に応じて螺旋状に段階的に均等に変化していくように形成されているので、この外側ヨーク２０が成形しやすくなる。すなわち、足部Ｙの長さが、螺旋状に回転する方向に順次均等な長さだけ変化するように外側ヨーク２０を成形するようにすればよい。
【００５２】
請求項４記載の発明によれば、あらゆる形状の容器ＴＮＫ内の液体ＬＱの液位をより正確に測定できるようになる。すなわち、請求項３記載のように、外側ヨーク２０を螺旋状に段階的に均等に変化するようにすると、成形容易さ等の効果を得られるが、液面レベルの検出は均等間隔で出力されるので、様々な形状の容器ＴＮＫにも対応できるように上記補正回路を付加している。このように、補正回路により容器ＴＮＫの形状を考慮して補正電気信号を生成することにより、より正確に液位を測定できるようになる。また、補正回路は形状データを書き換え可能に格納するので、形状データ書き換えによりあらゆる形状の容器ＴＮＫ内の液体ＬＱの液位を測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液面レベルセンサの一実施形態を示す概要図である。
【図２】図２（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１の液面レベルセンサのＡＡ線断面図及び下面図である。
【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、本液面レベルセンサの軸ヨーク及び外側ヨークから構成されるフロート軸を示す正面図、平面図及び下面図である。
【図４】図３で示すフロート軸を構成する軸ヨーク及び外側ヨークの分解斜視図である。
【図５】図５（Ａ）は、液位が最低点時の磁気結合の説明図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態における磁束量を示すグラフである。
【図６】図６（Ａ）は、液位が中位点時の磁気結合の説明図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の状態における磁束量を示すグラフである。
【図７】図７（Ａ）は、液位が最高点時の磁気結合の説明図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の状態における磁束量を示すグラフである。
【図８】図８（Ａ）は補正前のフロート磁石位置と電気出力信号との関係を示すグラフである。図８（Ｂ）は補正後のフロート磁石位置と電気出力信号との関係を示すグラフである。
【図９】従来の液面レベルセンサを示す概要図である。
【図１０】図９の従来例による液面レベルと電気出力信号の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 軸ヨーク
１１ 先端凸部
１２ 縦長リブ
２０ 外側ヨーク
３０ フロート
３１ 磁石
４０ 検出回路
４０Ａ 磁気検出素子
５０ 電気信号出力端子
ＴＮＫ 容器
Ｌｎ 液位検出点
ＬＱ 液体
ＬＶ 液位
Ｙ１〜Ｙ８ 足部
Claims (4)
- 液体を貯蔵する容器に装着され、この液体の液位を磁力を利用して測定する液面レベルセンサであって、
放射状にＮ極及びＳ極が交互に多極着磁されたリング状の磁石と、
前記磁石を収容し、前記液体に対して浮力を有するリング状のフロートと、
前記フロートを貫通して前記フロートが摺動する際のガイドとなるフロート軸の一部を構成し、摺動する前記フロートに収容される前記磁石の一方の極の着磁位置に対向するように放射状に、かつ軸方向に連続的に延びた複数の縦長リブを有する、磁性体で形成された軸ヨークと、
前記軸ヨークを外側から覆うような形状をしており、前記軸ヨークと一体化されて、前記フロート軸を構成し、摺動する前記フロートに収容される前記磁石の他方の極の着磁位置に対向するように、予め段階的に設定された複数の液位検出点にそれぞれ応じた長さの複数の足部を有する、磁性体で形成された外側ヨークと、
前記磁石の一方の極、前記軸ヨーク、前記外側ヨーク、及び前記磁石の他方の極からなる磁気結合ループに介在し、この磁気結合ループによる磁力を検出する磁気検出素子と、
を有することを特徴とする液面レベルセンサ。 - 請求項１記載の液面レベルセンサにおいて、
前記磁気検出素子は、前記複数の足部が集結する前記外側ヨークの平面部と前記軸ヨークの上端部との間に挟着される、
ことを特徴とする液面レベルセンサ。 - 請求項２記載の液面レベルセンサにおいて、
外側ヨークの足部の長さは、液位検出点に応じて螺旋状に段階的に均等に変化していくように形成されている、
ことを特徴とする液面レベルセンサ。 - 請求項３記載の液面レベルセンサにおいて、
前記磁気検出素子からの検出された磁力を電気信号に変換する磁電気変換回路と、
前記容器の形状に応じた形状データを書き換え可能に格納し、前記電気信号を前記形状データに基づき前記形状に応じて補正した補正電気信号を生成する補正回路と、
を更に有することを特徴とする液面レベルセンサ。
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