JP4795029B2 - 液面レベルセンサ - Google Patents

Description

本発明は、液体に浸漬されて該液体の液面のレベルを測定する液面レベルセンサに関する。

液面レベルを測定する装置としては、液体にフロートを浮かせ、液面の変位に伴うフロートの変位に基づいて液面レベルを測定するフロート式の液面レベルセンサがある。しかしながら、このようなフロート式の液面レベルセンサは、フロートに連動する機構の精度などで液面レベルの測定精度に限界がある。

そこで従来、一対の電極を用い、液体に浸漬された際の該一対の電極の静電容量の変化に基づいて液面レベルを測定する静電容量式の液面レベルセンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された液面レベルセンサは、一対の電極が絶縁基板上に形成されているものである。液面の変位に伴い、一対の電極において液体に浸漬されて電極間に液体が介在している部分の長さが変化し、それにより、一対の電極の静電容量が変化する。そして、一対の電極は、その静電容量の変化量を高めるべく、櫛歯状に複数の電極指がそれぞれ形成され、これらの電極指が互い違いに配置された、いわゆる交差指電極とされている。

このような静電容量式の液面レベルセンサにあって、自動車等の燃料タンクに用いられるものは、一対の電極が燃料により硫化又は酸化することがないよう、一般に、電極の表面に絶縁性の防食層が設けられている。

特許第３０２９４８２号明細書

ところで、静電容量式の液面レベルセンサにあって、一対の電極の静電容量は、電極間及びその近傍に介在する物質（誘電体）の比誘電率に影響される。従って、上記特許文献１に開示された液面レベルセンサのように、一対の電極が絶縁基板上に形成されているもの、換言すれば、一対の電極がその表面及び／又は裏面を絶縁基板により全面的に保持されているものは、一対の電極の静電容量における絶縁基板の比誘電率の影響が顕著であり、例えば絶縁基板の厚みの不均一などで液面レベルの測定精度が低下する虞がある。

さらに、上記特許文献１に開示された液面レベルセンサのように、一対の電極がその表面及び／又は裏面を絶縁基板により全面的に保持されているものは、電極間の近傍を絶縁基板が占め、その領域には液体が存在することができないから、液面の変位に対する静電容量の変化量が低下し、よって、液面レベルの測定感度が低下する虞がある。

また、電極の表面に絶縁性の防食層が設けられているものについても、一対の電極の静電容量に防食層の比誘電率が影響し、例えば防食層の厚みの不均一などで液面レベルの測定精度が低下する虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液面レベルの測定精度及び測定感度に優れる液面レベルセンサを提供することにある。

上記目的は、本発明に係る下記（１）〜（２）の液面レベルセンサにより達成される。

（１） 棒状の基部及び該基部より放射状に伸びる絶縁性の複数のリブを含む保持部材と、前記複数のリブの外縁に互いに平行に且つ螺旋状に巻きつけられた一対の電極と、を備え、液体に浸漬された際の前記一対の電極間の静電容量の変化に基づいて該液体の液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、前記複数のリブの外縁には、該外縁に沿って断面略三角形の突起が設けられ、前記突起は、前記基部及び前記複数のリブを形成する合成樹脂よりも塑性変形を起こしやすい合成樹脂から成り、前記保持部材が、前記基部及び前記複数のリブを形成する合成樹脂と、前記突起を形成する合成樹脂との２色成形で形成され、前記複数のリブの外縁に巻きつけられた前記電極により、前記突起が押し潰されることを特徴とする液面レベルセンサ。

上記（１）の構成の液面レベルセンサによれば、電極が巻きつけられた状態で電極は突起に食い込んでおり、よって電極の位置ずれを防止することができ、液面レベルの測定精度を確保することができる。さらに、電極の巻きつけの仕様を変更する場合にも保持部材を共用することができ、汎用性に優れる。

また、保持部材を、基部及び複数のリブを形成する合成樹脂と、塑性変形を起こしやすい突起を形成する合成樹脂との２色成形で形成しているため、突起への電極の食い込みを容易としつつ、中心の基部及びリブについては強度を確保してその変形等を防止することができ、それにより、液面レベルの測定精度等の特性変化を防止することができる。

（２） 棒状の基部及び該基部より放射状に伸びる絶縁性の複数のリブを含む保持部材と、前記複数のリブの外縁に互いに平行に且つ螺旋状に巻きつけられた一対の電極と、を備え、液体に浸漬された際の前記一対の電極間の静電容量の変化に基づいて該液体の液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、前記複数のリブの外縁には、該外縁に沿って断面略三角形の突起が設けられ、前記突起は、前記基部及び前記複数のリブを形成する合成樹脂よりも融点の低い合成樹脂から成り、前記保持部材が、前記基部及び前記複数のリブを形成する合成樹脂と、前記突起を形成する合成樹脂との２色成形で形成され、前記複数のリブの外縁に巻きつけられた前記電極の通電による発熱で溶融した前記突起が該電極に融着することを特徴とする液面レベルセンサ。

上記（２）の構成の液面レベルセンサによれば、電極が巻きつけられた状態で突起が電極に融着しており、よって電極の位置ずれを防止することができ、液面レベルの測定精度を確保することができる。さらに、電極の巻きつけの仕様を変更する場合にも保持部材を共用することができ、汎用性に優れる。

また、保持部材を、基部及び複数のリブを形成する合成樹脂と、融点の低い突起を形成する合成樹脂との２色成形で形成しているため、電極の発熱による突起の溶融を容易としつつ、中心の基部及びリブについては耐熱性を確保してその変形等を防止することができ、それにより、液面レベルの測定精度等の特性変化を防止することができる。

本発明によれば、液面レベルの測定精度及び測定感度に優れる液面レベルセンサを提供することができる。

以下、本発明に係る液面レベルセンサの好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明に係る液面レベルセンサの第１実施形態の正面図、図２は図１の液面レベルセンサの拡大正面図、図３は図１の液面レベルセンサの底面図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態の液面レベルセンサ１０は、容器１内の液体Ｌに浸漬されて液体Ｌの液面Ｓのレベルを測定する。液面レベルセンサ１０は、液面Ｓの変位方向、即ち上下方向に延在する保持部材１１と、この保持部材１１に保持された一対の電極１２，１３とを備えている。

保持部材１１は、棒状の基部２１と、基部２１の略全長にわたって該基部２１から放射状に伸びる４つのリブ２２とを含み、長手方向に垂直な断面において略十字状に形成されている。基部２１の材料は特に限定されず、強度や液体に対する耐性などを考慮して、合成樹脂や金属などの種々の材料が用いられ得る。リブ２２の材料には、絶縁性を有する材料が用いられ、強度や液体（例えば車両燃料）に対する耐性などを考慮して、例えばポリアセタール樹脂等の合成樹脂を用いることが好ましい。

一対の電極１２，１３は、保持部材１１の４つのリブ２２の外縁に互いに平行に且つ等ピッチで螺旋状に巻きつけられている。各リブ２２の外縁には、電極１２，１３の螺旋ピッチに対応して複数のガイド溝２３がそれぞれ刻設されており、電極１２，１３は、ガイド溝２３に差し込まれながら４つのリブ２２の外縁に巻きつけられている。尚、電極１２，１３の材料には、液体（例えば車両燃料）に対する耐性を考慮して、ＳＵＳや洋白などを用いることが好ましい。

液面Ｓの変位に伴い、一対の電極１２，１３において、両者の間に液体が介在している部分の長さが変化する。それにより、一対の電極１２，１３間の静電容量が変化する。そして、液面Ｓの変位に応じて変化する一対の電極１２，１３間の静電容量は、各電極１２，１３の上端の端子１４，１５に接続している駆動回路１６にて測定される。

そして、駆動回路１６において、測定された一対の電極１２，１３間の静電容量と、予め測定されている液体Ｌの比誘電率及び気中における一対の電極１２，１３間の静電容量とに基づいて液面Ｓのレベルが算出される。

本実施形態の液面レベルセンサ１０によれば、一対の電極１２，１３は、保持部材１１の複数のリブ２２の外縁に巻きつけられており、リブ２２の両側面との間に隙間をおいて配置されている。よって、一対の電極１２，１３間において誘電体が介在する部分を極力抑えることができ、液面Ｓのレベルの測定精度及び測定感度を向上させることができる。

また、本実施形態の液面レベルセンサ１０によれば、一対の電極１２，１３は、電極１２，１３の螺旋ピッチに対応して保持部材１１の複数のリブ２２の外縁に設けられたガイド溝２３に収容されているので、一対の電極の１２，１３の位置ずれを防止することができ、液面Ｓのレベルの測定精度を確保することができる。

また、本実施形態の液面レベルセンサ１０によれば、保持部材１１が、４つのリブ２２を含み、長手方向に垂直な断面において略十字状に形成されており、その設計及び製造が容易である。

（第２実施形態）
次に、図４及び図５を参照して、本発明に係る液面レベルセンサの第２実施形態を説明する。
図４は本発明に係る液面レベルセンサの第２実施形態の保持部材の要部斜視図、図５は図４の保持部材に一対の電極が保持された状態を示す要部斜視図である。

本実施形態の液面レベルセンサ３０は、上述した第１実施形態の液面レベルセンサ１０と同様、容器１内の液体Ｌに浸漬されて液体Ｌの液面Ｓのレベルを測定する。液面レベルセンサ３０は、液面Ｓの変位方向に延在する保持部材３１と、この保持部材３１に保持された一対の電極１２，１３とを備えている。

保持部材３１は、棒状の基部４１と、基部４１の略全長にわたって該基部４１から放射状に伸びる４つのリブ４２とを含み、各リブ４２の外縁には、その全長にわたって、断面略三角形の突起４３が設けられており、長手方向に垂直な断面において略十字状に形成されている。

本実施形態の保持部材３１は、基部４１と４つのリブ４２とが例えば上記したポリアセタール樹脂により一体に成形されており、さらに、各リブ４２に設けられた突起４３を形成する材料を基部４１及び４つのリブ４２を形成する合成樹脂よりも塑性変形を起こしやすい例えばポリエチレン樹脂などの合成樹脂とした２色成形により形成されている。

一対の電極１２，１３は、保持部材３１の４つのリブ４２の外縁に互いに平行に且つ等ピッチで螺旋状に巻きつけられている。ここで、電極１２，１３は、各リブ４２の外縁に突設された突起４３の頂角部分を押し潰すようにして、該突起４３に食い込みながら４つのリブ４２の外縁に巻きつけられている。

このように構成された液面レベルセンサ３０による液面Ｓのレベルの測定は、上述した第１実施形態の液面レベルセンサ１０と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態の液面レベルセンサ３０によれば、保持部材３１の複数のリブ４２の外縁に、電極１２，１３が巻きつけられることで該電極１２，１３により押し潰される突起４３が設けられおり、電極１２，１３が巻きつけられた状態で電極１２，１３は突起４３に食い込んでおり、よって、電極１２，１３の位置ずれを防止して液面Ｓのレベルの測定精度を確保することができるる。さらに、電極１２，１３の巻きつけの仕様（例えば螺旋ピッチ）を変更する場合にも保持部材３１を共用することができ、汎用性に優れる。

また、本実施形態の液面レベルセンサ３０によれば、保持部材３１が、複数の突起４３を形成する材料を基部４１及び複数のリブ４２を形成する合成樹脂よりも塑性変形を起こしやすい合成樹脂とした２色成形により形成されており、突起４３への電極１２，１３の食い込みを容易としつつ、中心の基部４１及びリブ４２については強度を確保してその変形等を防止することができ、それにより、液面Ｓのレベルの測定精度等の特性変化を防止することができる。

その他の作用効果は、上述した第１実施形態の液面レベルセンサ１０が奏する作用効果と同様であるので、説明を省略する。

（第３実施形態）
次に、図６を参照して、本発明に係る液面レベルセンサの第３実施形態を説明する。
図６は本発明に係る液面レベルセンサの第３実施形態の要部斜視図である。

本実施形態の液面レベルセンサ５０は、上述した第１実施形態の液面レベルセンサ１０と同様、容器１内の液体Ｌに浸漬されて液体Ｌの液面Ｓのレベルを測定する。液面レベルセンサ５０は、液面Ｓの変位方向に延在する保持部材５１と、この保持部材５１に保持された一対の電極１２，１３とを備えている。

保持部材５１は、棒状の基部６１と、基部６１の略全長にわたって該基部６１から放射状に伸びる４つのリブ６２とを含み、各リブ６２の外縁には、その全長にわたって、断面略三角形の突起６３が設けられており、長手方向に垂直な断面において略十字状に形成されている。

本実施形態の保持部材５１は、基部６１と４つのリブ６２とが例えば上記したポリアセタール樹脂により一体に成形されており、さらに、各リブ６２に設けられた突起６３を形成する材料を基部６１及び４つのリブ６２を形成する合成樹脂よりも融点の低い例えばポリエチレン樹脂などの合成樹脂とした２色成形により形成されている。

一対の電極１２，１３は、保持部材５１の４つのリブ６２の外縁に互いに平行に且つ等ピッチで螺旋状に巻きつけられている。そして、電極１２，１３の末端部１２ａ，１３ａが電気的に接続され、電極１２，１３の上端の端子１４，１５間に所定の直流電圧が印加されることにより、各リブ６２の外縁に設けられた突起６３は、通電による電極１２，１３の発熱によって溶融し、該電極１２，１３に融着している。

このように構成された液面レベルセンサ５０による液面Ｓのレベルの測定は、上述した第１実施形態の液面レベルセンサ１０と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態の液面レベルセンサ５０によれば、保持部材５１の複数のリブ６２の外縁に、電極１２，１３の通電による発熱で溶融し該電極１２，１３に融着する突起６３が設けられており、電極１２，１３の位置ずれを防止して液面Ｓのレベルの測定精度を確保することができる。さらに、電極１２，１３の巻きつけの仕様（例えば螺旋ピッチ）を変更する場合にも保持部材５１を共用することができ、汎用性に優れる。

また、本実施形態の液面レベルセンサ５０によれば、保持部材５１が、複数の突起６３を形成する材料を基部６１及び複数のリブ６２を形成する合成樹脂よりも融点の低い合成樹脂とした２色成形により形成されており、電極１２，１３の発熱による突起６３の溶融を容易としつつ、中心の基部６１及びリブ６２については耐熱性を確保してその変形等を防止することができ、それにより、液面Ｓのレベルの測定精度等の特性変化を防止することができる。

その他の作用効果は、上述した第１実施形態の液面レベルセンサ１０が奏する作用効果と同様であるので、説明を省略する。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、図７に示すように、上述した第３実施形態の液面レベルセンサ５０の保持部材５１において、一体に形成されている基部６１及び４つのリブ６２に、その長手方向に適宜な間隔をおいて複数の肉抜き部６４を形成するようにしてもよい。これによれば、一対の電極１２，１３の近傍に配置される誘電体を一層削減し、液面Ｓのレベルの測定感度をさらに向上させることができる。尚、上述した第１及び第２実施形態の液面レベルセンサ１０，３０についても、その保持部材１１，３１に同様に肉抜き部を設けることができるのは言うまでもない。

また、上述した第１実施形態の液面レベルセンサ１０において、一対の電極１２，１３は保持部材１１の４つのリブ２２の外縁に螺旋状に巻きつけられているが、その螺旋ピッチは等ピッチに限らず、図８に示すように上端から下端に向かうに従って徐々に密となる徐変ピッチとしてもよい。この場合、液面レベルセンサ１０の下端部における測定感度が高くなり、容器１内の液体Ｌが残量が僅かとなって液面Ｓが容器１の底面に近づいた際に、その液面Ｓのレベルを高精度に測定することができる。尚、上述した第２及び第３実施形態の液面レベルセンサ３０，５０についても同様に一対の電極１２，１３の螺旋ピッチを徐変ピッチとすることができるのは言うまでもない。

本発明に係る液面レベルセンサの第１実施形態の正面図である。 図１の液面レベルセンサの拡大正面図である。 図１の液面レベルセンサの底面図である。 本発明に係る液面レベルセンサの第２実施形態の保持部材の要部斜視図である。 図４の保持部材に一対の電極が保持された状態を示す要部斜視図である。 本発明に係る液面レベルセンサの第３実施形態の要部斜視図である。 図６に示す液面レベルセンサの変形例の要部斜視図である。 図１に示す液面レベルセンサの変形例の正面図である。

符号の説明

１０ 液面レベルセンサ
１１ 保持部材
１２ 電極
１３ 電極
２１ 基部
２２ リブ
２３ ガイド溝
Ｓ 液面

Claims (2)

1. 棒状の基部及び該基部より放射状に伸びる絶縁性の複数のリブを含む保持部材と、
   前記複数のリブの外縁に互いに平行に且つ螺旋状に巻きつけられた一対の電極と、
   を備え、
   液体に浸漬された際の前記一対の電極間の静電容量の変化に基づいて該液体の液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、
   前記複数のリブの外縁には、該外縁に沿って断面略三角形の突起が設けられ、
   前記突起は、前記基部及び前記複数のリブを形成する合成樹脂よりも塑性変形を起こしやすい合成樹脂から成り、
   前記保持部材が、前記基部及び前記複数のリブを形成する合成樹脂と、前記突起を形成する合成樹脂との２色成形で形成され、
   前記複数のリブの外縁に巻きつけられた前記電極により、前記突起が押し潰されることを特徴とする液面レベルセンサ。
2. 棒状の基部及び該基部より放射状に伸びる絶縁性の複数のリブを含む保持部材と、
   前記複数のリブの外縁に互いに平行に且つ螺旋状に巻きつけられた一対の電極と、
   を備え、
   液体に浸漬された際の前記一対の電極間の静電容量の変化に基づいて該液体の液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、
   前記複数のリブの外縁には、該外縁に沿って断面略三角形の突起が設けられ、
   前記突起は、前記基部及び前記複数のリブを形成する合成樹脂よりも融点の低い合成樹脂から成り、
   前記保持部材が、前記基部及び前記複数のリブを形成する合成樹脂と、前記突起を形成する合成樹脂との２色成形で形成され、
   前記複数のリブの外縁に巻きつけられた前記電極の通電による発熱で溶融した前記突起が該電極に融着することを特徴とする液面レベルセンサ。

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