JP4563223B2 - 液面検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、容器等に収容される液体の液面レベルを検出する液面検出装置に関するもので、特に、液体に浮かぶフロートを備えこのフロートの位置に基づいて液面レベルを検出する方式の液面検出装置に関するものである。
この種の液面検出装置は、たとえば、自動車の燃料タンクに収容される燃料量を監視するための液面検出装置として利用されている。
従来の液面検出装置としては、たとえば、液面上に浮かぶフロートを直線状に移動案内するガイドと、フロートに回転可能に結合されたフロート側アームと、指針軸と、指針軸に固定され且つフロート側に嵌め込まれその軸方向に相対的に移動する軸側アームとを備え、液面の変動に応じたフロートの直線運動により指針軸を回転させ、指針軸に固定された指針により液面位置を指示するものがある(たとえば、特許文献1参照)。
実開昭62−143219号公報
従来の液面検出装置では、指針軸を回動自在に保持し且つ指針により液面位置を指示する表示部、およびフロートを直線状に移動案内するガイドはそれぞれ独立して液体の容器に固定されている。
そのため、指針軸に対するガイドの位置精度向上が困難で、液面検出精度が低下するという問題がある。
また、液面検出装置が取り付けられる容器が変わる度に、ガイドおよび表示部を新設する必要がある。特に、液面検出装置の重要機能部品である表示部を新設することは、コストの増大を招くという問題がある。
本発明は上記のような問題点に鑑みなされたもので、その目的は、液面検出精度を向上させつつ、異なる形状の容器にコスト上昇を最小限度に抑えて対応可能な液面検出装置を提供することである。
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。
本発明の請求項1に記載の液面検出装置は、回転部材と、回転部材を回動自在に保持する本体部材と、回転部材に固定され回転部材と一体的に回転する変位部材と、本体部材に固定されて変位部材の回転角度位置を検出する検出手段と、液面上に浮かぶフロートと、フロートを直線状に移動案内するガイド部材と、一端側がフロートに回転可能に結合され且つ他端側が回転部材に摺動運動可能に結合され液面の上下動によるフロートの上下動を回転部材の回転運動に変換するアームと、を備え、検出手段により検出された変位部材の回転角度位置に基づき液面位置を検出する液面検出装置であって、本体部材は検出手段を外部の電気回路に接続するためターミナルを備え、変位部材は、回転部材としてのマグネットホルダに内蔵される永久磁石であり、検出手段は、本体部材においてマグネットホルダを回動自在に保持する軸部に内蔵される磁気抵抗素子であり、ガイド部材はベースおよびガイドレールから構成され、本体部材は、本体部材の軸部をベースの貫通孔に挿通し且つ本体部材において軸部の外周側固定爪をベースの係止孔に挿通係止させることによりガイド部材に保持固定され、液面検出装置はガイド部材を介して液面検出装置が取り付けられる対象部材に固定されることを特徴としている。
上述のように構成された液面検出装置においては、検出手段を内蔵する本体部材がガイド部材に保持固定されているので、ガイド部材と本体部材との位置精度を高めることができるので、液面検出精度の高い液面検出装置を提供できる。
また、従来の液面検出装置においては、液面検出装置が取り付けられる容器が変わる度に、ガイドおよび本体部材としての表示部を新設する必要があり、特に本体部材は、液面検出装置において検出精度を左右する重要機能部品でありそのコストも高く、液面検出装置のコスト増大を招くという問題があった。
これに対して、本発明の請求項1に係る液面検出装置の場合、異なる形状の容器に対応した液面検出装置を製作する場合、ガイド部材のみを新しい容器に対応させたものを新設し、検出精度を左右する重要機能部品である本体部材および回転部材は共通使用することができる。これにより、異なる形状の容器に対応した液面検出装置をコスト増大を抑制しつつ製作することができる。したがって、コスト上昇を最小限度に抑えて異なる形状の容器に対応可能な液面検出装置を提供することができる。
また、本発明の請求項1に記載の液面検出装置は、変位部材は永久磁石であり、検出手段は磁気抵抗素子であることを特徴としている。この場合、検出手段は非接触状態で変位部材の位置、つまり回転部材の回転角度を高精度で検出することができる。
本発明の請求項2に記載の液面検出装置は、ガイド部材にはガイド部材を対象部材に固定するための固定手段が設けられることを特徴としている。
これにより、液面検出装置を対象部材、たとえば容器等に確実に固定することができる。
以下、本発明の実施形態による液面検出装置を、自動車の燃料タンク内に装着されて燃料の液面位置を検出する燃料レベルゲージに適用した場合を例として、図に基づいて説明する。なお、各図において、同一構成部分には同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による液面検出装置としての燃料レベルゲージ1の正面図である。図1における燃料レベルゲージ1の各構成部品は、燃料10の液面11が最低位にある状態を示している。また、図1中において、燃料の液面11が最高位状態、つまり満タン時、および燃料10の液面が中間位置時におけるフロート8およびアーム7を破線で示している。
図2は、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1の断面図であり、図1中のII−II線断面図である。
なお、図1および図2において、図の上方が、燃料レベルゲージ1が当該自動車に取り付けられた状態における上方となっている。
図3は、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1の部分断面図であり、図1中のIII−III線断面図である。
図1〜図3に示される燃料レベルゲージ1は、燃料タンク12内における燃料10の液面11高さを測ることで燃料タンク12内の燃料残存量を検出するために用いられるものである。燃料レベルゲージ1は、燃料タンク12の底面における最も低い位置に配置されている。
燃料レベルゲージ1は、大きくは、フロートガイド2、センサホルダ3、マグネットホルダ4、マグネット5、磁気抵抗素子6、アーム7、フロート8およびターミナル9等から構成されている。燃料レベルゲージ1は、それが取り付けられる対象部材であるフューエルポンプモジュール(図示せず)に、フロートガイド2を介して固定されている。なお、フューエルポンプモジュール(図示せず)は、燃料タンク12内の燃料10をエンジンへ送出するためのフューエルポンプ、燃料フィルタ等を一体化したもので、燃料タンク12の底部に設置されている。
ガイド部材であるフロートガイド2は、ベース21およびガイドレール22から構成されている。フロートガイド2のベース21の高さ寸法H1は、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1を満タン時液面レベルの異なる多種類の燃料タンク12に適用可能とするために、燃料レベルゲージ1が適用され得る燃料タンク12のうち、満タン時液面レベルが最も低い燃料タンク12における燃料レベルゲージ1設置位置から燃料タンク12上面までの高さよりも低く設定されている。
ベース21は、たとえば樹脂材料から形成されている。ベース21は、図1に示すように、ガイドレール22を保持固定するための保持孔21a、21bを備えている。ベース21は、図2に示すように、後述するセンサホルダ3が密着されるとともに、燃料レベルゲージ1をそれが取り付けられる対象部材であるフューエルポンプモジュール(図示せず)への取付け面となる支持面21cが形成されている。また、ベース21には、図1に示すように、固定手段である取付け孔21hが2個設けられている。取付け孔21hは、それらを介してフロートガイド2、つまり燃料レベルゲージ1を対象部材であるフューエルポンプモジュール(図示せず)にねじ止めするためのものである。ベース21には、図2に示すように、後述するセンサホルダ3の軸部31を挿通させるための貫通孔21eが設けられている。ベース21は、図1に示すように、後述するフロート8を図1の上下方向に移動案内するためのレール部21fを備えている。ベース21は、図1に示すように、後述するフロート8の最低位置を規制するストッパ部21gを備えている。
ガイドレール22は、たとえば断面円形状のステンレス鋼の棒材を所定位置で折り曲げることにより、図1に示すような形状に形成されている。すなわち、ガイドレール22は、後述するフロート8の案内溝81に挿入される互いに平行な直線状部分であるレール部22a、22b、およびフロート8の最高位置を規制するストッパ部22cを備えている。ストッパ部22c位置Aは、この燃料レベルゲージ1が適用され燃料タンク12の液面レベルの最高位置、すなわち満タン時液面位置におけるフロート位置H2対応するように形成されている。レール部22bは、ガイドレール22がベース21に固定されると、べース21のレール部21fと滑らかにつながるように、つまりフロート8が滑らかに上下動できるような形状に作られている。ガイドレール22は、その両端部が、ベース21の保持孔21a、21bに圧入固定されている。
回転部材であるマグネットホルダ4は、たとえば樹脂材料等から円環状に形成されている。マグネットホルダ4は、図2に示すように、変位部材としての永久磁石であるマグネット5を内蔵保持している。マグネットホルダ4は、円環状の中心孔である孔部41を備え、この孔部41が後述する本体部材であるセンサホルダ3の軸部31に回動可能に嵌合している。すなわち、マグネットホルダ4の孔部41の内周には、図2に示すように、突起部42が設けられ、この突起部42が、センサホルダ3の軸部31に設けられた溝部32に嵌合することにより、マグネットホルダ4が軸部31の軸方向(図2の左右方向)に移動することが規制される。マグネットホルダ4がセンサホルダ3に対して回転運動すると、マグネット5も、マグネットホルダ4と一体的に回転する、すなわちセンサホルダ3に対して変位することになる。
マグネット5は、たとえば円環状のものが孔部41と同軸上に配置されて、あるいは扇形のものが2個孔部41に対して対称配置されている。いずれの場合も、マグネット5により形成される磁束が、センサホルダ3の軸部31の軸方向と直交し且つマグネットホルダ4の回転と連動して軸部31を中心として回転するように、その着磁状態が設定されている。
マグネットホルダ4は、たとえば、樹脂成型時にマグネット5をインサート成型することにより作られる。
マグネットホルダ4には、後述するアーム7が摺動可能に結合されている。すなわち、アーム7は、図1に示すように、マグネットホルダ4の孔部41の軸方向に直交する方向に摺動運動可能に結合されている。マグネットホルダ4には、アーム7がマグネットホルダ4に対して摺動運動するときのガイドとなる一対の案内突起43が、図4に示すように、孔部41を挟んで2対設けられている。一対の案内突起43の間隔は、アーム7の直径寸法よりわずかに大きく形成されている。つまり、両案内突起43間をアーム7が滑らかに且つ傾かずに摺動可能なように設定されている。これらの案内突起43には、図1に示すように、キャップ44が装着されて、アーム7が案内突起43から外れることを防止している。
本体部であるセンサホルダ3は、たとえば樹脂材料等から形成されている。センサホルダ3は、図2に示すように、軸部31を備え、この軸部31の外周にマグネットホルダ4の孔部41が嵌合することにより、マグネットホルダ4を回動自在に保持している。軸部31には、図2に示すように、マグネットホルダ4の孔部41に形成された突起部42と係合する溝部32が、軸部31と同軸上に設けられている
センサホルダ3の軸部31内には、図2に示すように、変位部材であるマグネット5の変位を検出する検出手段としての磁気抵抗素子6が内蔵されている。磁気抵抗素子6は、図2に示すように、軸部31の軸方向においてマグネット5との重なり長さをできるだけ長くして配置されている。これにより、磁気抵抗素子6と交差するマグネット5の磁束量を多くして、磁気抵抗素子6の出力電圧を高めて、燃料レベルゲージ1の液面11検出精度を高めるとともに、強い耐ノイズ性を備えることができる。
センサホルダ3は、磁気抵抗素子6を外部の電気回路と接続するためのターミナル9を備えている。本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1においては、磁気抵抗素子6の電極数は2個であり、それにともなって、ターミナル9は、図1に示すように、2個設けられている。ターミナル9には、図1に示すように、電線91が接続されている。磁気抵抗素子6は、各電線91を通じて外部の電気回路、たとえば、磁気抵抗素子6からの検出信号を受けて液面11位置を測定し燃料タンク12内の残存量を算出する制御回路等に接続されている。
センサホルダ3は、たとえば、磁気抵抗素子6のリード61にターミナル9をヒュージングあるいはかしめ等により接続し、それを樹脂成型時にインサート成型した後に、ターミナル9に電線91をヒュージングあるいはかしめ等により接続して作られる。
センサホルダ3は、センサホルダ3をフロートガイド2に固定するための固定爪33を備えている。固定爪33は、図1に示すように4個設けられている。固定爪33は、図3に示すように、フロートガイド2のベース21に設けられた係止孔21dに挿通、係止する。
センサホルダ3およびマグネットホルダ4は、センサホルダ3の軸部31にマグネットホルダ4の孔部41が回転可能に結合された状態において、いわゆる回転角度検出装置としての機能を発揮可能となる。
フロート8は、略直方体状に樹脂材料等から形成されている。フロート8は、燃料10の液面11に確実に浮かぶように、発泡成形あるいは空洞成型等により見掛けの比重を燃料よりも小さく設定されている。
フロート8の各面のうち、ガイドレール22のレール部22a、22bと対向する面には、図3に示すように、案内溝81、82がそれぞれ設けられている。フロート8は、案内溝81をガイドレール22のレール部22aと嵌合させ、且つ案内溝82をガイドレール22のレール部22aあるいはベース21のレール部21fと嵌合させてガイドレール22に装着されている。案内溝81、82の形状は、レール部22a、22b、レール部21fの形状よりも若干大きく形成されている。すなわち、フロート8が、ガイドレール22内をレール部22a、22b、レール部21fに沿って滑らかに直線移動可能なように設定されている。
フロート8には、図3に示すように、水平方向に貫通する貫通孔83が設けられている。貫通孔83には、図3に示すように、後述するアーム7の端部が挿入されている。貫通孔83の直径寸法は、アーム7の直径寸法より若干大きく設定されている。これにより、燃料タンク12内の液面11位置変動に応じてフロート8が上下方向に移動すると、アーム7は、フロート8に対して回転する。
アーム7は、たとえば断面円形状の金属製棒状部材から略L字状に形成されている。アーム7の一端は、図3に示すように、フロート8の貫通孔83に回転可能に係合している。一方、アーム7の他端は、図1に示すように、マグネットホルダ4の案内突起43およびキャップ44により形成される孔部に摺動可能に係合している。マグネットホルダ4およびフロート8をアーム7を介してこのように結合したことにより、液面の上下動に応じてフロート8が上下動すると、アーム7は、マグネットホルダ4に対して摺動運動すると同時に、マグネットホルダ4を回転させる。すなわち、アーム7は、フロート8の上下動をマグネットホルダ4の回転運動に変換する機能を果たしている。
燃料10の液面11変動にフロート8を確実に追従させて燃料レベルゲージ1の検出精度を高めるためには、フロート8に作用する浮力を大きくする必要があるが、構成上、アーム7は、その重量がフロート8の重量を増加させるように作用する。したがって、アーム7は、できるだけ軽量化することが望ましく、たとえばアルミニウム等の軽金属、あるいはそのパイプ材等から形成されている。
次に、本発明の第1実施形態による、燃料レベルゲージ1の組立方法について順を追って説明する。
なお、センサホルダ3およびマグネットホルダ4は、以下に説明する工程より前に既に完成している。
先ず、フロートガイド2を組立てる。すなわち、フロート8の案内溝81、82をガイドレール22のレール部22a、22bにそれぞれ嵌挿しつつ、ガイドレール22の両端をベース21の保持孔21a、21bに圧入固定する。
次に、センサホルダ3をフロートガイド2に固定する。すなわち、センサホルダ3の軸部31をベース21の貫通孔21eに挿通させつつ、センサホルダ3の4個の係止爪33をそれぞれに対応したベース21の係止孔21dに挿通係止させる。
次に、マグネットホルダ4をセンサホルダ3に装着する。すなわち、マグネットホルダ4の孔部41をベース21から突出しているセンサホルダ3の軸部31に嵌合させ、さらに図2において右方向に押し込んで、マグネットホルダ4の突起部42をセンサホルダ3の溝部32に係合させる。これにより、マグネットホルダ4が軸部31の軸方向(図2の左右方向)に移動することが規制され、且つマグネットホルダ4がセンサホルダ3に回転可能に保持される。
次に、アーム7を装着する。すなわち、アーム7の一端をフロート8の貫通孔83に挿入し、アーム7の他端をマグネットホルダ4の一対の案内突起間に嵌め、その上からキャップ44をかぶせるように取り付ける。これにより、アーム7はマグネットホルダ4に摺動可能に保持される。
以上で、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1の組付けが完了する。
完成した燃料レベルゲージ1は、フロートガイド2に設けられた取付け孔21hを介して、フューエルポンプモジュール(図示せず)にねじ止めにより固定される。そして、フューエルポンプモジュール(図示せず)が燃料タンク12内の底部に設置されることにより、燃料レベルゲージ1が燃料タンク12内に設置される。
次に、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1の液面検出作動について説明する。
燃料10の液面11高さの変動に応じてフロート8が図1の上下方向に移動すると、アーム7は、センサホルダ3の軸部31を中心として回転運動する。このとき、フロート8の貫通孔83から軸部31の中心までの距離は、フロート8の上下動にともなって変化する。しかし、アーム7がマグネットホルダ4に摺動可能に保持されているため、貫通孔83から軸部31の中心までの距離の変動分だけ、アーム7はマグネットホルダ4に対して直線運動する。これにより、上述の距離の変動分は吸収され、フロート8の上下動に連動してマグネットホルダ3は滑らかに回転運動することができる。
そして、アーム7の回動に連動してマグネット5が回転すると、磁気抵抗素子6を横切る磁束密度が変化して磁気抵抗素子6の出力電圧が変化する。この磁気抵抗素子6の出力電圧に基づいてフロート8の位置、すなわち燃料タンク12内の液面11位置Hが認識され、液面11位置Hに基づいて、燃料タンク12内の残存燃料量が算出される。
以上説明した、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1においては、マグネットホルダ4を回動自在に保持するセンサホルダ3を、フロートガイド2に保持固定するとともに、燃料レベルゲージ1は、フロートガイド2を介してが燃料レベルゲージ1が取り付けられる対象部材としてのフューエルポンプモジュール(図示せず)に固定される構成とした。
本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1においては、検出手段である磁気抵抗素子6を内蔵するセンサホルダ3がフロートガイド2に保持固定されているので、センサホルダ3とフロートガイド2との位置精度を高く維持できるので、液面検出精度の高い燃料レベルゲージ1を提供することができる。
ところで、従来の液面検出装置においては、液面検出装置が取り付けられる容器が変わる度に、フロートガイドおよびセンサホルダを新設する必要があり、特にセンサホルダはそのコストが高いため結果として液面検出装置のコスト増大を招くという問題があった。
これに対して、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1においては、異なる形状の燃料タンク12に対応した燃料レベルゲージ1を製作する場合、比較的安価なフロートガイド2のみを新しい燃料タンク12に対応させたものを新規に製作し、検出機能を果たす重要機能部品であり高価なセンサホルダ3およびマグネットホルダ4は共通に使用することができる。
これにより、異なる形状の燃料タンク12に対応した燃料レベルゲージ1をコスト増大を抑制しつつ製作することができる。したがって、コスト上昇を最小限度に抑えて異なる形状の燃料タンク12に対応可能な燃料レベルゲージ1を提供することができる。
なお、以上説明した、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1においては、検出手段として磁気抵抗素子6を用いているが、磁気抵抗素子6に限定する必要はなく、他の種類の磁気検出素子を用いてもよい。たとえば、ホール素子、あるいは磁気ダイオード等を用いてもよい。
また、以上説明した、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1においては、変位部材として永久磁石であるマグネット5を、検出手段として磁気抵抗素子6を用いているが、変位部材および検出手段を他の種類のものに置き換えてもよい。たとえば、変位部材を導電部材からなる摺動片、いわゆるブラシとし、且つ検出手段を抵抗素子としてもよい。この場合、ブラシが液面の変動に対応して回転すると、抵抗素子上におけるブラシとの接触点の位置が変わり、これにより、ブラシと抵抗素子の端部との間の抵抗値が変化する。この抵抗値に基づいて、液面を測定することができる。
また、以上説明した、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1においては、その取付け対象部材への固定をねじ締めで行っているが、ねじに限る必要は無く、他の手段による固定方法、たとえば、対象部材に設けた係止爪をフロートガイド2に設けた係止孔に係合させる構成としてもよい。
また、以上説明した、本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1においては、その取付け対象部材をフューエルポンプモジュール(図示せず)としているが、フューエルポンプモジュールに限定する必要は無く、燃料タンク12内に直接取り付けてもよい。
また、以上説明した、本発明の第1実施形態においては、液面検出装置を自動車用の燃料レベルゲージ1に適用した場合を例に説明したが、その用途は自動車用の燃料レベルゲージ1に限らず、民生用各種装置に組み込まれる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。
本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1の正面図である。 本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1の断面図であり、図1中のII−II線断面図である。 本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1の部分断面図であり、図1中のIII−III線断面図である。 本発明の第1実施形態による燃料レベルゲージ1のマグネットホルダ3の正面図である。
符号の説明
1 燃料レベルゲージ(液面検出装置)
2 フロートガイド(ガイド部材)
21 ベース
21a 保持孔
21b 保持孔
21c 支持面
21d 係止孔
21e 貫通孔
21f レール部
21g ストッパ部
21h 取付け孔(固定手段)
22 ガイドレール
22a レール部
22b レール部
22c ストッパ部
3 センサホルダ(本体部材)
31 軸部
32 溝部
33 係止爪
4 マグネットホルダ(回転部材)
41 孔部
42 突起部
43 案内突起
44 キャップ
5 マグネット(変位部材、永久磁石)
6 ホール素子(検出手段、磁気抵抗素子)
7 アーム
8 フロート
81 案内溝
82 案内溝
83 貫通孔
9 ターミナル
91 電線
10 燃料(液体)
11 液面
12 燃料タンク
A ストッパ位置
H 液面位置
H1 高さ寸法
H2 満タン時フロート位置

Claims (2)

  1. 回転部材と、
    前記回転部材を回動自在に保持する本体部材と、
    前記回転部材に固定され前記回転部材と一体的に回転する変位部材と、
    前記本体部材に固定されて前記変位部材の回転角度位置を検出する検出手段と、
    液面上に浮かぶフロートと、
    前記フロートを直線状に移動案内するガイド部材と、
    一端側が前記フロートに回転可能に結合され且つ他端側が前記回転部材に摺動運動可能に結合され前記液面の上下動による前記フロートの上下動を前記回転部材の回転運動に変換するアームと、を備え、
    前記検出手段により検出された前記変位部材の回転角度位置に基づき前記液面位置を検出する液面検出装置であって、
    前記本体部材は前記検出手段を外部の電気回路に接続するためターミナルを備え、
    前記変位部材は、前記回転部材としてのマグネットホルダに内蔵される永久磁石であり、
    前記検出手段は、前記本体部材において前記マグネットホルダを回動自在に保持する軸部に内蔵される磁気抵抗素子であり、
    前記ガイド部材はベースおよびガイドレールから構成され、
    前記本体部材は、前記本体部材の軸部を前記ベースの貫通孔に挿通し且つ前記本体部材において軸部の外周側固定爪を前記ベースの係止孔に挿通係止させることにより前記ガイド部材に保持固定され、
    液面検出装置は前記ガイド部材を介して液面検出装置が取り付けられる対象部材に固定されることを特徴とする液面検出装置。
  2. 前記ガイド部材には前記ガイド部材を前記対象部材に固定するための固定手段が設けられることを特徴とする請求項1に記載の液面検出装置。
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