JP5230246B2 - 非接触式液面レベルセンサ - Google Patents

Description

本発明は、非接触式液面レベルセンサに関し、より詳細には、非接触式液面レベルセンサにおける摺動部の磨耗に起因する検出精度の低下を防止して、耐久性の向上を図った非接触式液面レベルセンサに関する。

従来の非接触式液面レベルセンサの一例（例えば、特許文献１。）を説明す。図５は従来の非接触式液面レベルセンサの縦断面図、図６は図５の非接触式液面レベルセンサから抜き出した、磁電変換素子、マグネットおよびステータの位置関係を示す斜視図、図７は従来の非接触式液面レベルセンサにおける、マグネット室カバーがマグネット室に装着された状態を示す要部拡大縦断面図である。

図５に示すように、従来の非接触式液面レベルセンサ１００は、合成樹脂製のセンサハウジング１１０が車両用燃料タンク１９０内に固定されるように、配設されている。センサハウジング１１０に形成されたマグネット室１１０Ａには回転軸１２０が回動自在に配置され、回転軸１２０の外周面には焼結マグネット１３０が嵌合し、該焼結マグネット１３０が接着または係合等の手段によって回転軸１２０に固定されている。

焼結マグネット１３０は、磁性粉を円環状に成形して焼成した後、径方向に２極着磁された、例えばフェライトマグネット等である。尚、焼結マグネット１３０は、硬くて脆く、後述するインサート成形を行なうとひび割れ等が発生するため、本体部分をインサート成形によって形成した後に、前述のように接着または係合等の手段によって回転軸１２０に固定している。

図７に示すように、マグネット室１１０Ａの開口部には、合成樹脂製のマグネット室カバー１１１が、センサハウジング１１０に形成された爪１１０Ｂと、マグネット室カバー１１１に設けられた係止孔１１１Ａとを係合させることによって、固定されている。さらに、このマグネット室カバー１１１には支持孔１１１Ｂが形成されており、この支持孔１１１Ｂに回転軸１２０の一端が挿入され且つ回動自在に支持されている。

図５に示すように、フロート１４０に一端が取付けられたフロートアーム１５０の他端は、回転軸１２０の孔に嵌合し、回転軸１２０に一体に固定されている。液面Ｌのレベル変位に伴ってフロート１４０が上下動すると、その上下動はフロートアーム１５０を介して回転軸１２０に伝達され、回転軸１２０を回動させる。

図６に示すように、ステータ１６０は、略半円形のものを一対組み合わせて構成されており、焼結マグネット１３０の外周面に対向して、略円を形成するように対向して配設されている。一対のステータ１６０の両端面の間には、１８０°の位相差を持つ２つのギャップＧが形成されており、一方のギャップＧには、例えば、ホール素子、ホールＩＣ、等の磁電変換素子１７０が一対のステータ１６０によって挟まれるように配置されている。磁電変換素子１７０の端子１７０Ａは、図５に示す配線板１８０に電気的に接続されているとともに、配線板１８０にはターミナル１８０Ａが電気的に接続されている。

液面Ｌのレベル変位に伴ってフロート１４０が上下動すると、回転軸１２０が焼結マグネット１３０と共に回動する。焼結マグネット１３０の回動に伴って、磁電変換素子１７０を通過する磁束密度が変化すると、磁電変換素子１７０がこれを検出して電気信号に変換し、ターミナル１８０Ａに出力する。
特開２００４−３７１９６号公報

近年、次に示す非接触式液面レベルセンサが開発されている。図８は先行発明に係る非接触式液面レベルセンサからフレームおよびマグネットホルダを抜き出して示す要部斜視図、図９はフレームの中心軸にマグネットホルダの嵌合穴が嵌合する状態を示す断面図、図１０は摺動部が磨耗した状態を示すフレームとマグネットホルダの断面図である。

図８および図９に示すように、フレーム２１０は、合成樹脂を射出成形して製作されており、マグネットホルダ２２０を回転可能な状態で保持するため、回転中心となる中心軸２１１と、起立した円形壁２１２と、が同心状に設けられている。中心軸２１１には、マグネットホルダ２２０に収容されたマグネット２２１の回転量を検出させるため、ＩＣホール素子などの磁電変換素子２１３を内部に設置しており、この磁電変換素子２１３を通過する磁束密度が変化すると、磁電変換素子２１３がこれを検出して電気信号に変換して外部へ出力するようになっている。

また、合成樹脂製のマグネットホルダ２２０には、一方の面において、中心部にフレーム２１０の中心軸２１１に回転自在に支持させる中心孔２２２が形成され、この中心孔２２２の周囲を取り囲むようにマグネット２２１が収容されている。このマグネットホルダ２２０には、一端がフロートに取り付けられたフロートアーム（図示せず）の他端を挿入する挿入孔２２３と、フロートアームの中間部を挟持するための挟持溝２２４を備え、フロートアームを介してフロートが取り付けられている。

このような非接触式液面レベルセンサは、液面のレベル変位に伴ってフロートが上下動すると、その上下動はフロートアームを介してマグネットホルダ２２０に伝達され、マグネットホルダ２２０が中心軸２１１を中心として回動する。これにより、磁電変換素子２１３を通過する磁束密度が変化すると、磁電変換素子２１３がこれを検出して電気信号に変換して外部へ出力する。

図９および図１０に示すように、液面のレベル変位に伴ってマグネットホルダ２２０が、中心軸２１１を中心として回動する。このとき、フレーム２１０およびマグネットホルダ２２０のいずれもが樹脂製であると、中心軸２１１の外周面と、中心孔２２２の内周面との樹脂同士の摺動により、長期間使用された場合に、中心軸２１１の外周面と、中心孔２２２の内周面との磨耗が次第に進行してフレーム２１０およびマグネットホルダ２２０の嵌合状態にガタが生じる可能性がある。フレーム２１０およびマグネットホルダ２２０の嵌合状態のガタが大きくなると、図１０に示すように、中心軸２１１に対してマグネットホルダ２２０が傾く虞があり、中心軸２１１に収容されている磁電変換素子２１３と、マグネットホルダ２２０に収容されているマグネット２２１との位置関係が不安定となって、出力電気信号が安定せず、検出精度が低下する虞があった。また、フレーム２１０およびマグネットホルダ２２０が同一樹脂から形成されていると、極端な場合には、摩擦熱によって樹脂が溶着する可能性があった。

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、長期間の使用に伴って発生する、マグネットホルダと該マグネットが嵌合されるフレームの中心軸の磨耗に起因する検出精度低下を防止することができる非接触式液面レベルセンサを提供することである。

前述した目的を達成するために、本発明に係る非接触式液面レベルセンサは、下記（１）を特徴としている。
（１） 嵌合穴が形成された樹脂材料製のホルダ本体と、前記嵌合穴を画成する前記ホルダ本体の内周面に沿って該ホルダ本体の内部に収容されたマグネットと、を有するマグネットホルダと、
フレーム本体と、前記フレーム本体から突出する中心軸と、を有する樹脂材料製のフレームと、
一端が前記マグネットホルダに固定され、且つ他端が液面のレベルに合わせて上下動するフロートに取り付けられたフロートアームと、
前記嵌合穴を画成する前記ホルダ本体の内周面と前記中心軸の外周面との間に配置される中空筒状部を含む金属製の回転支持体と、
を備え、
前記中心軸が中空部内に配置された前記中空筒状部により、前記マグネットホルダが前記フレームに回動可能に支持され、
前記回転支持体は、前記中空筒状部の一端部に一体形成された係止部を更に含み、
前記フレームは、その前記中心軸が前記中空筒状部に挿入された状態で、前記回転支持体が固定されるように前記係止部と係合する係合部を更に有し、
当該係合部によって前記中心軸に対する前記回転支持体の相対回転を規制すること。

上記（１）の構成の非接触式液面レベルセンサによれば、樹脂材料製のマグネットホルダの嵌合穴と、樹脂材料製のフレームの中心軸とが、金属製の回転支持体を介して嵌合している。嵌合穴と中心軸との樹脂同士の直接接触が回避され、且つ中心軸および嵌合穴が回転支持体を介して摺動回動とすることによって、金属と樹脂との接触による摺動となり、樹脂製の嵌合穴と中心軸とが直接摺動する場合と比較して、摩擦抵抗が大幅に低減する。このため、嵌合穴および中心軸の磨耗を抑制することができる。また、これによって、中心軸に対するマグネットホルダの相対位置が安定し、長期間使用しても検出精度を一定に維持することができる。
また、上記（１）の構成の非接触式液面レベルセンサによれば、回転支持体が一端部に係止部を有する形状であり、該係止部はフレームに設けられた係合部に係合して取り付けられることによって、回転支持体の中心軸に対する相対回転が規制されているので、非接触式液面レベルセンサの作動時における摺動部が、回転支持体と嵌合穴だけとなって、更に磨耗が抑制される。また、中心軸と回転支持体との隙間が、マグネットホルダの位置精度に与える影響がなくなり、検出精度が更に高められる。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る非接触式液面レベルセンサは、下記（２）を特徴としている。
（２） 上記（１）の構成の非接触式液面レベルセンサにおいて、
前記係止部は、前記中空筒状部の一端部から該中空筒状部の半径方向外方に向けて延設
された鍔部であること。

上記（２）の構成の非接触式液面レベルセンサによれば、成形金型の駒分割により、鍔部の形状を柔軟に変更することができ、中心軸に対する回転支持体の相対回転の規制角度を設定することができる。

本発明の非接触式液面レベルセンサによれば、マグネットホルダの嵌合穴が、中心軸によって回転支持体を介して挿通されるので、嵌合穴と中心軸との樹脂同士が直接接触せずに回転支持体を介して摺動回動するので、嵌合穴および中心軸の磨耗を抑制することができる。これによって、中心軸に対するマグネットホルダの傾き発生を防止して安定した位置関係を維持し、常に一定の検出精度を維持することが可能となる。

以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る非接触式液面レベルセンサの分解斜視図である。図２は図１に示す、フレームの中心軸、回転支持体、およびマグネットホルダの嵌合穴との装着状態を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態の非接触式液面レベルセンサ１０は、ガソリンなどの液体の液面レベルを検出するためのものであり、フレーム１１と、マグネットホルダ１２と、回転支持体１３と、フロート部１４と、カバー１５と、を備えている。

本実施形態のフレーム１１は、一般的な成形方法、例えばＰＯＭやＰＰＳなど適宜の樹脂材料を用いて射出成形などによって形成される。フレーム１１は、薄手の箱形状に形成されたフレーム本体１６を備え、フレーム本体１６の一面側（裏面Ｔ側）が開口して左右一対のリード室１７を形成しており、このリード室１７内に電子部品が接続されたリードフレームアッシーを収容させている。また、リードフレームアッシーに溶着させてある電子部品は、樹脂封止されている。これにより、例えば、カバー１５をフレーム１１に装着させる際に、カバー１５が上記電子部品に接触して電子部品が損傷するといったことが回避される。

また、本実施形態のフレーム１１には、反対面（以下、「表面Ｈ」とよぶ。）の中央部よりも下方において、回転中心となる中心軸１８と、起立した円形壁１９と、を同心状に設けている。これにより、回転支持体１３を介してマグネットホルダ１２を回転可能な状態で支持するようになっている。

図２に示すように、中心軸１８には、マグネットホルダ１２に収容されたマグネット３０の回転量を検出させるため、例えば、ＩＣセンサなどの磁電変換素子３１を内部に設置しており、この磁電変換素子３１を通過する磁束密度が変化すると、磁電変換素子３１がこれを検出して電気信号に変換して外部へ出力するようになっている。また、このフレーム１１には、段差２１が形成されている。一方、カバー１５の下端部には爪２５が設けられており、カバー１５をフレーム１１の長手方向から外挿したとき、カバー１５の爪２５が段差２１に係止して組み付けられる。

マグネットホルダ１２は、例えばＰＯＭやＰＰＳなど適宜の樹脂材料を用いてマグネット３０をインサート成形して形成されている。中心部（ホルダ本体）に回転支持体１３が配置される嵌合穴３２が設けられて、この嵌合穴３２の外周に円筒形状のマグネット３０が一体に収容されている。マグネットホルダ１２は、嵌合穴３２が回転支持体１３を介してフレーム１１の中心軸１８に挿通されることによって、回転可能な状態で支持されている。

本実施形態のマグネット３０は、適宜の磁性材料で円筒形状に形成されたフェライトマグネット等である。なお、マグネット３０は、上記したように、マグネットホルダ１２にインサート成形されてもよいが、マグネットホルダ１２にマグネット収容室を形成して圧入し、あるいは、該マグネット収容室に挿入した後、接着して固定するようにしてもよい。

さらに、このマグネットホルダ１２は、表面Ｈ側に、後述するフロートアーム４０の一端４０ａを挿入する挿入孔３３と、フロートアーム４０の中間部である被保持部４０ｃを挟持するための挟持溝３４を、マグネットホルダ１２中央の外周面に備えている。

挿入孔３３は、マグネットホルダ１２が中心軸１８に回動可能に支持された場合のマグネットホルダ１２からフレーム１１に向かう方向に穿たれた孔であり、マグネットホルダ１２を中心軸１８に装着する方向に平行に孔が穿たれている。また、挟持溝３４は、挿入孔３３に挿入されたフロートアーム４０の一端４０ａに直交して連結される被保持部４０ｃを狭持するために、マグネットホルダ１２に穿たれた挿入孔３３の方向と直交する方向に伸びる２つの突条３５によって形成される。

回転支持体１３は、例えばステンレス鋼や黄銅などの金属によってリング状に形成された中空筒状であり（図１では、回転支持体１３の中空筒状箇所を中空部１３ａと記載している。）、マグネットホルダ１２の嵌合穴３２を画成する内周面とフレーム１１の中心軸１８の外周面との間に回転支持体１３が配置される。即ち、マグネットホルダ１２の嵌合穴３２が回転支持体１３を介してフレーム１１の中心軸１８に挿通されることによって、中心軸１８がマグネットホルダ１２を回動可能に支持する。

一方、フロート部１４は、マグネットホルダ１２の挿入孔３３に一端４０ａが取り付けられたフロートアーム４０と、フロートアーム４０の他端４０ｂに回動可能な状態に取り付けたフロート４１と、を含んで構成される。

カバー１５は、マグネットホルダ１２が回動可能な状態を確保しつつ組付けられたフレーム１１の上方から、該フレーム１１に装着されて、リードフレームアッシーと共に一体に爪固定される。

カバー１５は、略中空箱状を有するものであって、平坦な基板部２３と、この基板部２３の一面側から外側方向へ突出する中空略箱状の包囲部２４と、フレーム１１両側面を表裏両面側から挟むように把持する把持部２２と、包囲部２４の下端部両側の内側に設けられた爪２５と、を備えており、爪２５でフレーム１１の段差２１に固定されている。このように、フレーム１１にカバー１５が外挿されて、フレーム１１に支持されているマグネットホルダ１２及びフロートアーム４０は、カバー１５で抜け止めされている。

そして、液面の水位に応じてフロート４１が上下動すると、これに応じてマグネットホルダ１２が、マグネット３０と共に、フレーム１１の中心軸１８を中心として回動する。マグネットホルダ１２に収容されたマグネット３０の回転によって、中心軸１８内に設置された磁電変換素子３１を通過する磁束密度が変化すると、磁電変換素子３１がこれを検出して電気信号に変換して外部へ出力する。従って、マグネット３０の回動量、すなわち液面の水位の変化が検出される。

上記したように、マグネットホルダ１２の嵌合穴３２は、摩擦抵抗の小さな潤滑な表面を有する金属製の回転支持体１３を介して挿通されるので、中心軸１８および嵌合穴３２の磨耗が抑制され、長期間に亘ってガタの少ない状態での支持状態が維持される。これにより、中心軸１８に設置された磁電変換素子３１と、マグネットホルダ１２に収容されたマグネット３０との相対位置は常に安定しており、磁電変換素子３１からの検出信号も安定して精度の高い検出が可能となる。

次に、図３および図４を参照して本実施形態の変形例について説明する。図３は変形例の回転支持体が、フレームの中心軸に装着された状態を示す要部斜視図である。図４は図３に示す、フレームの中心軸、回転支持体、およびマグネットホルダの嵌合穴との装着状態を示す断面図である。

変形例の非接触式液面レベルセンサは、主に回転支持体の形状が異なる以外は、本発明の実施形態の非接触式液面レベルセンサと同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

変形例の回転支持体５０は、図３および図４に示すように、ステンレス鋼や黄銅などで形成された有底の回転支持体本体５１と、該回転支持体本体５１の一端から半径方向外方に向けて形成された鍔部５２とを備える。鍔部５２の図中左右両端には、直線部５２ａが形成されている。

一方、フレーム１１には、内部に磁電変換素子３１を配置した中心軸１８が、フレーム本体１６から突出して形成されており、この中心軸１８の両側には、一対のリブ２６がフレーム本体１６から突出して形成されている。回転支持体５０は、回転支持体本体５１が中心軸１８に挿通されると共に、鍔部５２の直線部５２ａが一対のリブ２６に挟持されて取り付けられ、中心軸１８に対する回転が規制された状態でフレーム１１に装着されている。

このように、鍔部５２の直線部５２ａと一対のリブ２６によって中心軸１８に対する回転が規制されてフレーム１１に固定された回転支持体５０は、既に図１において説明済みの実施形態のマグネットホルダ１２を回動可能に支持する。

本変形例の非接触式液面レベルセンサにおいては、マグネットホルダ１２の回動による摺動部は、マグネットホルダ１２の嵌合穴３２と回転支持体５０の回転支持体本体５１の外周面だけであるので、樹脂同士の摺動がなく、磨耗が抑制される。また、中心軸１８と回転支持体本体５１との隙間は、マグネットホルダ１２の位置精度に影響することがないので、検出精度が更に高められる。また、成形金型の駒分割により、鍔部の形状を柔軟に変更することができ、中心軸に対する回転支持体の相対回転の規制角度を設定することができる。

以上説明したように、本発明の本実施形態に係る非接触式液面レベルセンサ１０によれば、回転支持体１３を介してマグネットホルダ１２の嵌合穴３２が中心軸１８によって回動可能に支持されているので、樹脂同士の摺動が回避されて、嵌合穴３２および中心軸１８の磨耗を抑制することができる。また、これによって、中心軸１８に対するマグネットホルダ１２の傾きを防止して安定した相対位置関係を維持することができ、常に一定の検出精度を維持することが可能となる。

また、回転支持体が摩擦の少ない潤滑な表面に形成された金属製であるので、摺動部が樹脂と金属の組み合わせとなり、樹脂同士が直接摺動する場合と比較して、摩擦抵抗が低減する。これにより、摺動部の磨耗が低減して、中心軸１８に対するマグネットホルダ１２の相対位置が安定し、長期間使用しても検出精度を一定に維持することができる。

更に、回転支持体５０が一端側に鍔部５２を有することによって、該鍔部５２がフレーム１１に設けられたリブ２６に係合して中心軸１８に対する相対回転が規制されているので、摺動部が、回転支持体本体５１の外周面とマグネットホルダ１２の嵌合穴３２の一箇所だけとなって、更に磨耗が抑制される。また、中心軸１８と回転支持体本体５１の内週面との嵌合隙間が、マグネットホルダ１２の位置精度に与える影響がなくなり、検出精度が更に高められる。

尚、本発明は、前述した実施形態及び変形例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、前述した実施形態及び変形例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。

また、上記実施形態においては、フレーム１１から突出して設けられた中心軸１８が、マグネットホルダ１２の嵌合穴３２を挿通するものとして説明したが、これに限定されることはなく、フレームとマグネットホルダの嵌合関係が逆の場合、即ち、フレームに形成された嵌合穴を、マグネットホルダの中心軸が挿通する形態の非接触式液面レベルセンサにも同様に適用することができる。この場合、上記実施形態で説明した回転支持体は、マグネットホルダの中心軸に挿通され、フレームに形成された嵌合穴を挿通する。また、変形例で説明した鍔付きの回転支持体５０は、鍔部がマグネットホルダに設けられたリブによって挟持されて回転が規制された状態でマグネットホルダの中心軸に挿通され、フレームに形成された嵌合穴を挿通する。

また、上記変形例においては、回転支持体の鍔部をリブで挟持して回転支持体の回転を規制するように説明したが、これに限定されることはなく、フレームに対して回転が規制可能な形状であれば、どのような形態のものであってもよい。例えば、円環状の回転支持体の端部に半径方向溝を設け、フレームに形成した凸部をこの半径方向溝に係合させて回転を規制するようにしたものであってもよい。

本発明の実施形態に係る非接触式液面レベルセンサの分解斜視図である。 図１に示す、フレームの中心軸、回転支持体、およびマグネットホルダの嵌合穴との装着状態を示す断面図である。 変形例の回転支持体がフレームの中心軸に装着された状態を示す要部斜視図である。 図３に示す、フレームの中心軸、回転支持体、およびマグネットホルダの嵌合穴との装着状態を示す断面図である。 従来の非接触式液面レベルセンサの縦断面図 図５の非接触式液面レベルセンサから抜き出した、磁電変換素子、マグネットおよびステータの位置関係を示す斜視図 従来の非接触式液面レベルセンサにおける、マグネット室カバーがマグネット室に装着された状態を示す要部拡大縦断面図 先行発明に係る非接触式液面レベルセンサからフレームおよびマグネットホルダを抜き出して示す要部斜視図である。 図８に示す従来の非接触式液面レベルセンサにおいて、フレームの中心軸にマグネットホルダの嵌合穴が嵌合する状態を示す断面図である。 図８に示す従来の非接触式液面レベルセンサの摺動部が磨耗してマグネットホルダが傾いて嵌合する状態を示すフレームとマグネットホルダの断面図である。

符号の説明

１０ 非接触式液面レベルセンサ
１１ フレーム
１２ マグネットホルダ
１３ 回転支持体
１６ フレーム本体
１８ 中心軸
２６ リブ
３０ マグネット
３２ 嵌合穴
４０ フロートアーム
４０ａ フロートアームの一端
４０ｂ フロートアームの他端
４１ フロート
５０ 回転支持体
５１ 回転支持体本体
５２ 鍔部

Claims (2)

1. 嵌合穴が形成された樹脂材料製のホルダ本体と、前記嵌合穴を画成する前記ホルダ本体の内周面に沿って該ホルダ本体の内部に収容されたマグネットと、を有するマグネットホルダと、
   フレーム本体と、前記フレーム本体から突出する中心軸と、を有する樹脂材料製のフレームと、
   一端が前記マグネットホルダに固定され、且つ他端が液面のレベルに合わせて上下動するフロートに取り付けられたフロートアームと、
   前記嵌合穴を画成する前記ホルダ本体の内周面と前記中心軸の外周面との間に配置される中空筒状部を含む金属製の回転支持体と、
   を備え、
   前記中心軸が中空部内に配置された前記中空筒状部により、前記マグネットホルダが前記フレームに回動可能に支持され、
   前記回転支持体は、前記中空筒状部の一端部に一体形成された係止部を更に含み、
   前記フレームは、その前記中心軸が前記中空筒状部に挿入された状態で、前記回転支持体が固定されるように前記係止部と係合する係合部を更に有し、
   当該係合部によって前記中心軸に対する前記回転支持体の相対回転を規制することを特徴とする非接触式液面レベルセンサ。
2. 前記係止部は、前記中空筒状部の一端部から該中空筒状部の半径方向外方に向けて延設
   された鍔部であることを特徴とする請求項１に記載の非接触式液面レベルセンサ。

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