JP5288053B1 - 液位検出装置及び燃料タンク構造 - Google Patents

Abstract

独立した検出電極を複数設ける必要がない液位検出装置及び燃料タンク構造を得る。
液位検出装置４０は、一対の電極板（４２、４４）を備え、一対の電極板間における静電容量を検出する第１の検出電極（７０Ａ）と、一対の電極板（４２、４４）の重複部位の面積を可変とし、第１の検出電極（７０Ａ）に対して面積を所定量変更することで第２の検出電極（７０Ｂ）に切り替える可変構造（６０）と、を有する。

Description

本発明は、液位検出装置及び燃料タンク構造に関する。

例えば、特許文献１（特開２００９−２１０５０３号公報）には、抵抗体基体に第１の検出電極と第２の検出電極とが設けられた液位センサが開示されている。この液位センサでは、第１の検出電極で検出された静電容量と、第２の検出電極で検出された静電容量と、から液位を検出する。
特開２００９−２１０５０３号公報 特開２００７−２１８８６１号公報 特開２００８−５２４６１８号公報

しかしながら、特許文献１（特開２００９−２１０５０３号公報）では、第１の検出電極と第２の検出電極とが独立して設けられているため、液位を検出するために検出電極を複数設ける必要がある。

本発明は上記事実を考慮し、独立した検出電極を複数設ける必要がない液位検出装置及び燃料タンク構造を得ることが目的である。

本発明の第１の態様の液位検出装置は、対向して配置され、該対向部間における静電容量が検出される一対の電極板と、前記一対の電極板の重複部位の面積、又は前記一対の電極板の間の距離を可変とし、前記面積又は前記距離を所定量変更することで前記静電容量を検出するための電極パターンの異なる第１の検出電極と第２の検出電極とに切り替える可変構造と、を有する。

本発明の第２の態様の液位検出装置は、第１の態様の液位検出装置において、前記可変構造は、前記一対の電極板の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させて前記第１の検出電極と前記第２の検出電極とに切り替える駆動構造を備える。

本発明の第３の態様の液位検出装置は、第２の態様に記載の液位検出装置において、前記駆動構造は、前記一対の電極板を前記第１の検出電極を構成する位置に向けて付勢する付勢部材と、前記一対の電極板の一方に、前記付勢部材の付勢力に抗して移動させる液の流れを付与する液移送機構と、を有する。

本発明の第４の態様の液位検出装置は、第２の態様又は第３の態様に記載の液位検出装置において、前記可変構造は、前記一対の電極板の一方を他方に対して前記一対の電極板の面方向に沿ってスライドさせるスライド構造を備える。

本発明の第５の態様の液位検出装置は、第１の態様から第４の態様のいずれか１つの態様に記載の液位検出装置において、前記一対の電極板は、金属製の板である。

本発明の第６の態様の燃料タンク構造は、燃料を収容する燃料タンクと、前記燃料タンク内に設けられ、少なくとも前記第１の検出電極で検出された静電容量と前記第２の検出電極で検出された静電容量とに基づいて前記燃料の液位を検出する請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の液位検出装置と、を有する。

本発明の第１の態様の液位検出装置によれば、一対の電極板が設けられており、可変構造により一対の電極板の重複部位の面積、又は一対の電極板の間の距離を所定量変更することで、静電容量を検出するための電極パターンの異なる第１の検出電極と第２の検出電極とに切り替えられる。そして、第１の検出電極と第２の検出電極にてそれぞれ静電容量が検出され、それぞれの静電容量に基づいて液位が検出される。この液位検出装置では、第１の検出電極と第２の検出電極とが、共通の一対の電極板から構成されているため、独立した検出電極を複数設ける必要がない。

本発明の第２の態様の液位検出装置によれば、可変構造は、一対の電極板の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させる駆動構造を備えており、駆動構造により、一対の電極板の重複部位の面積、又は一対の電極板の間の距離を所定量変更することで、第１の検出電極と第２の検出電極とに切り替えることができる。

本発明の第３の態様の液位検出装置によれば、付勢部材により一対の電極板が第１の検出電極を構成する位置に向けて付勢されている。液移送機構により、一対の電極板の一方に付勢部材の付勢力に抗して移動させる液の流れを付与することで、一対の電極板の一方を他方に対して移動させて第２の検出電極に切り替えることができる。例えば、この液位検出装置を燃料タンク構造に用いることで、既存の液移送機構を利用でき、別途、駆動構造を設ける必要がない。

本発明の第４の態様の液位検出装置によれば、可変構造はスライド構造を備えており、一対の電極板の一方を他方に対して一対の電極板の面方向に沿ってスライドさせる。このスライド構造では、一対の電極板の可動範囲が小さいため、液位検出装置のコンパクト化が可能である。

本発明の第５の態様の液位検出装置によれば、一対の電極板は、金属製の板であり、電極線を形成する必要がないため、簡易な構成により、第１の検出電極と第２の検出電極とに切り替えることができる。

本発明の第６の態様の燃料タンク構造によれば、燃料を収容する燃料タンク内に、第１の態様から第５の態様のいずれか１つの態様に記載の液位検出装置が設けられており、少なくとも第１の検出電極で検出された静電容量と、第２の検出電極で検出された静電容量とに基づいて燃料の液位が検出される。その際、第１の検出電極と第２の検出電極とが、共通の一対の電極板から構成されているため、独立した検出電極を複数設ける必要がない。

本発明に係る液位検出装置及び燃料タンク構造によれば、独立した検出電極を複数設ける必要がない。

本発明の第１実施形態の液位検出装置が適用された燃料タンク構造を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態の液位検出装置に用いられる一対の電極板を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態の液位検出装置により第１の検出電極が構成された状態を示す斜視図である。 第１の検出電極における一対の電極板の重複部位の電極パターンを示す図である。 本発明の第１実施形態の液位検出装置により第２の検出電極が構成された状態を示す斜視図である。 第２の検出電極における一対の電極板の重複部位の電極パターンを示す図である。 本発明の第１実施形態の液位検出装置に用いられる駆動構造を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態の液位検出装置の変形例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の液位検出装置が適用された燃料タンク構造を示す概略構成図である。 第１の検出電極と第２の検出電極における一対の電極板の重複部位の電極パターンの一例を示す図である。 図７に示す第１の検出電極と第２の検出電極による静電容量及び静電容量比と液位との関係を示すグラフである。 第１の検出電極と第２の検出電極における一対の電極板の重複部位の電極パターンの他の例を示す図である。 図９に示す第１の検出電極と第２の検出電極による静電容量及び静電容量比と液位との関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態の液位検出装置に用いられる一対の電極板を示す分解斜視図である。 図１１に示す液位検出装置により第１の検出電極が構成された状態を示す斜視図である。 第１の検出電極における一対の電極板の重複部位の電極パターンを示す図である。 図１１に示す液位検出装置により第２の検出電極が構成された状態を示す斜視図である。 第２の検出電極における一対の電極板の重複部位の電極パターンを示す図である。 本発明の第４実施形態の液位検出装置により第１の検出電極が構成された状態を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態の液位検出装置により第２の検出電極が構成された状態を示す斜視図である。 本発明の第５実施形態の液位検出装置に用いられる一対の電極板を示す分解斜視図である。 本発明の第６実施形態の液位検出装置に用いられる一対の電極板を示す分解斜視図である。 本発明の第７実施形態の液位検出装置を示す斜視図である。 図１８に示す液位検出装置により第１の検出電極が構成された状態を示す図であって、上方側から下方側の一対の電極板の重複部位を示すそれぞれの平面図である。 第１の検出電極における一対の電極板の重複部位の電極パターンを示す図である。 図１８に示す液位検出装置により第２の検出電極が構成された状態を示す図であって、上方側から下方側の一対の電極板の重複部位を示すそれぞれの平面図である。 第２の検出電極における一対の電極板の重複部位の電極パターンを示す図である。 本発明の第８実施形態の液位検出装置を示す斜視図である。 本発明の第９実施形態の液位検出装置を示す分解斜視図である。 図２２に示す液位検出装置により第１の検出電極が構成された状態を示す側面図である。 第１の検出電極における一対の電極板の重複部位の電極パターンを示す図である。 図２２に示す液位検出装置により第２の検出電極が構成された状態を示す側面図である。 第２の検出電極における一対の電極板の重複部位の電極パターンを示す図である。 本発明の第１０実施形態の液位検出装置を示す分解斜視図である。 図２５に示す液位検出装置により第１の検出電極が構成された状態を示す側面図である。 図２５に示す液位検出装置により第１の検出電極が構成された状態を示す正面図である。 図２５に示す液位検出装置により第２の検出電極が構成された状態を示す側面図である。 比較例の液位検出装置を示す斜視図である。

以下、図１〜図５Ａを用いて、本発明に係る液位検出装置の第１実施形態について説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印ＵＰは装置上方側を示しており、矢印ＬＷは装置下方側を示している。

図１には、第１実施形態の液位検出装置４０が設けられた燃料タンク構造１２が示されている。この燃料タンク構造１２は、車両などのフロアパネル（図示省略）の下方に配置される燃料タンク１４を有している。燃料タンク１４は、一例として、上下に扁平な容器からなり、内部に燃料Ｌを収容することができる。燃料タンク１４内には燃料ポンプ１６が収容されており、燃料ポンプ１６が駆動されることで、燃料タンク１４内の燃料Ｌは燃料供給配管１８を通じてエンジン（図示省略）に供給される。燃料タンク１４内には、燃料Ｌの液位を検出する液位検出装置４０が設けられている。

燃料タンク１４内では、燃料供給配管１８の途中にプレッシャレギュレータ（圧力調整弁）２０が取り付けられており、燃料Ｌの噴射圧力が調整される。プレッシャレギュレータ２０には、プレッシャリターン用の配管２２が接続されており、配管２２を通じて燃料Ｌが燃料ポンプ１６内に送出される。配管２２の吐出方向下流側の先端２２Ａは、液位検出装置４０の下部側に向けて配置されている。配管２２の先端２２Ａと液位検出装置４０の位置関係については、後に説明する。

燃料タンク１４の上側面には、外面が凹んだ凹部２６が形成されており、凹部２６内には筒状に突出した取付口２８が設けられている。取付口２８は、外側から閉塞する蓋部３０で内部の燃料Ｌが外へ漏れ出さないように密閉されており、取付口２８の外周面に設けられた雄ネジと螺合する螺子蓋３２で蓋部３０が固定されている。

このとき、取付口２８が箱状の燃料タンク１４の上面から突出していると、車両などのフロアパネルの下方側に組み付ける際にスペース効率が低下する虞があるので、取付口２８を燃料タンク１４の内側に沈めるように設ける方が望ましい。蓋部３０及び螺子蓋３２には、燃料供給配管１８が貫通するように取り付けられている。

図２に示されるように、液位検出装置４０は、一対の電極板４２、４４を備えている（図３Ａ及び図４Ａ参照）。一方の電極板４２には、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などの樹脂からなる縦長の基板４６Ａに所定のパターンの＋極としての電極４８（＋電極）が形成されている。基板４６Ａの上端部と下端部には、他方の電極板４４を面方向に沿ってスライド可能に支持する略Ｕ字状のガイド４６Ｂ、４６Ｃが設けられている。ガイド４６Ｂ、４６Ｃは、他方の電極板４４の上部側と下部側を挟み込むように上下対称に形成されている。

電極４８は、基板４６Ａの面内の片側に略上下方向に沿って配置される直線部４８Ａと、直線部４８Ａに対し略垂直方向に配置された複数の枝部４８Ｂと、直線部４８Ａの上端に設けられた電極接続部４８Ｃと、を備えている。複数の枝部４８Ｂは、直線部４８Ａから櫛歯状に延びており、基板４６Ａの上下方向に所定の間隔で配置されている。複数の枝部４８Ｂの長さは、基板４６Ａの上下でほぼ同じに設定されている。

他方の電極板４４には、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などの樹脂からなる縦長の基板５２Ａに所定のパターンの−極としての電極５４（−電極）が形成されている。基板５２Ａの横方向（上下方向と直交する方向）の幅は、基板４６Ａの横方向（上下方向と直交する方向）の幅よりも大きい。

電極５４は、基板５２Ａの面内の片側（電極４８の直線部４８Ａと異なる側）に略上下方向に沿って配置される直線部５４Ａと、直線部５４Ａに対し略垂直方向に配置された複数の枝部５４Ｂと、直線部５４Ａの上端に設けられた電極接続部５４Ｃと、を備えている。複数の枝部５４Ｂは、直線部５４Ａから櫛歯状に延びており、基板５２Ａの上下方向に所定の間隔で配置されている。複数の枝部５４Ｂの長さは、上側から下側に向かって徐々に長さが短くなるように設定されている。基板５２Ａの上下方向中間部のやや下部側から上方側の複数の枝部５４Ｂは、一方の電極板４２の複数の枝部４８Ｂの長さよりも長く形成されている。電極４８における電極接続部４８Ｃと、電極５４における電極接続部５４Ｃは、例えば外部に設けられた電気回路（図示省略）に電気的に接続されている。電気回路では、静電容量の検出などが実施される。

図３Ａ及び図４Ａに示されるように、電極板４４は、電極板４２のガイド４６Ｂ、４６Ｃに支持された状態で面方向に沿ってスライド可能となっている。すなわち、電極板４４は、燃料タンク１４（図１参照）内に固定された電極板４２に対して水平方向にスライドする。

液位検出装置４０には、電極板４４を電極板４２のガイド４６Ｂ、４６Ｃに支持された状態で所定量スライドさせることで、電極板４４の電極５４と電極板４２の電極４８との重複部位（面積）を変更する可変構造の一例としての駆動構造６０が設けられている。駆動構造６０は、電極板４４の電極５４と電極板４２の電極４８との重複部位（面積）を、図３Ａに示す第１の検出電極７０Ａを構成する位置と、図４Ａに示す第２の検出電極７０Ｂを構成する位置とに変更する（切り替える）ものである。

より具体的には、駆動構造６０は、電極板４４の基板５２Ａの側部に電極板４４を第１の検出電極７０Ａを構成する位置（他方の電極板４４が閉じる側）に向けて付勢する付勢部材の一例としてのコイルバネ６２と、基板５２Ａの下部に基板５２Ａの面と垂直方向に配置された板片状の受け面６４と、を備えている。コイルバネ６２の先端６２Ａは、電極板４２の基板４６Ａの側部から一定の距離を保持した状態で図示しない支持部材により固定支持されている。電極板４２の基板４６Ａの側部（コイルバネ６２と反対側）には、コイルバネ６２の付勢力による電極板４４の移動を規制するストッパ６６が設けられている。

図５Ａに示されるように、電極板４４の受け面６４は、配管２２の吐出方向下流側の先端２２Ａと対向する位置に配置されている。配管２２の先端２２Ａから吐出されるリターン燃料Ｌを電極板４４の受け面６４が受けることで、電極板４４がコイルバネ６２の付勢力に抗して第２の検出電極７０Ｂ（図４Ａ参照）を構成する位置にスライドするようになっている。電極板４４の基板５２Ａの側部と対向する位置（コイルバネ６２側）には、電極板４４のスライド範囲を規制するストッパ６７が設けられている。燃料ポンプ１６（図１参照）は、電極板４４をコイルバネ６２の付勢力に抗して移動させる燃料（液）の流れを付与する液移送機構を構成している。

図３Ｂには、第１の検出電極７０Ａ（図３Ａ）における一対の電極板４２、４４の重複部位の電極パターンが示されている。図４Ｂには、第２の検出電極７０Ｂ（図４Ａ）における一対の電極板４２、４４の重複部位の電極パターンが示されている。駆動構造６０により他方の電極板４４を一方の電極板４２に対して水平方向に所定量スライドさせることで、第１の検出電極７０Ａと第２の検出電極７０Ｂによる２つのパターンに切り替えられる。液位検出装置４０では、一対の電極板４２、４４における電極４８、５４間の静電容量は、電極４８、５４の重複部位の面積や、上下方向の燃料Ｌと接触している部分の長さと空気の接している部分の長さ等によって変動する。その際、第１の検出電極７０Ａと第２の検出電極７０Ｂによる２つのパターンにより、それぞれの静電容量を検出することで、燃料Ｌの液位を検出することができる。燃料Ｌの液位の検出方法については、後に説明する。

本実施形態の駆動構造６０では、車両のアイドル時には、配管２２からのリターン燃料Ｌが多く、他方の電極板４４が一方の電極板４２に対して開く方向に移動し、第２の検出電極７０Ｂが構成される。エンジンの全開時、すなわちＷＯＴ（Wide Open Throttle）時には、リターン燃料Ｌが少なく、他方の電極板４４が一方の電極板４２に対して閉じる方向に移動し、第１の検出電極７０Ａが構成される。

また、図５Ｂに示されるように、液位検出装置４０の変形例として、電極板４２と電極板４４との間の距離を一定に保つために、電極板４２と電極板４４との間の上端部と下端部にスペーサ９０を設けてもよい。

図６には、第２実施形態の液位検出装置８０を備えた燃料タンク構造が示されている。図６に示されるように、液位検出装置８０では、配管２２の途中に切替弁８２が設けられており、切替弁８２に他の配管８４が接続されている。リターン燃料Ｌが配管８４から吐出される際には、液位検出装置８０の電極板４４は動作しない。なお、液位検出装置８０の他の構成は、第１実施形態の液位検出装置４０と同じである。

この液位検出装置８０では、切替弁８２の切り替えによりリターン燃料の吐出経路を制御することができる。すなわち、切替弁８２の切替えにより、配管２２の先端２２Ａからリターン燃料Ｌを吐出させることで、他方の電極板４４を一方の電極板４２に対して開く方向にスライドさせることができる（図３Ａ、図４Ａ参照）。

次に、第１の検出電極７０Ａと第２の検出電極７０Ｂにより、燃料タンク１４内の燃料Ｌの液位を検出する方法について説明する。

図７には、第１の検出電極７０Ａによる電極パターンの一例と、第２の検出電極７０Ｂによる電極パターンの一例が示されている。第１の検出電極７０Ａは、一対の電極板４２、４４の電極４８、５４（図３Ａ参照）の重複部位（面積）の幅が上下方向にほぼ等しく設定されている（長方形状）。また、第２の検出電極７０Ｂは、一対の電極板４２、４４の電極４８、５４（図４Ａ参照）の重複部位（面積）の幅が上側から下側に向かうにしたがって徐々に小さくなるように設定されている（逆三角形状）。この例では、第１の検出電極７０Ａの横方向の幅が、例えば５ｍｍであり、第１の検出電極７０Ａの上下方向の長さが、例えば１００ｍｍであり、第２の検出電極７０Ｂの横方向の最大幅（上辺の幅）が、例えば１０ｍｍに設定されている。

図８には、第１の検出電極７０Ａと第２の検出電極７０Ｂによる静電容量及び静電容量比（７０Ｂ／７０Ａ）と、液位（ｍｍ）との関係が示されている。図８に示されるように、第１の検出電極７０Ａで電極４８、５４間の静電容量を検出し、第２の検出電極７０Ｂで電極４８、５４間の静電容量を検出する。そして、第２の検出電極７０Ｂで検出された静電容量を第１の検出電極７０Ａで検出された静電容量で除して、静電容量比（７０Ｂ／７０Ａ）を求めることで、静電容量比（７０Ｂ／７０Ａ）のグラフ７２により燃料Ｌの液位（ｍｍ）が検出される。燃料Ｌの液位の検出は、車両などに設けられた図示しない電気回路を備えた制御部で行われる。

図８に示されるように、第１の検出電極７０Ａでは、静電容量と液位は比例しており、液位による感度の違いはないが、第２の検出電極７０Ｂでは、低液位のとき（燃料Ｌの残量が少なくなったとき）に感度がより低くなる。

また、燃料Ｌの性状が変っても、静電容量比（７０Ｂ／７０Ａ）はほぼ一定となる。本実施形態では、静電容量比（７０Ｂ／７０Ａ）を見ているので、正確な液位を検出することが可能である。

図９には、第１の検出電極７４Ａによる電極パターンの例と、第２の検出電極７４Ｂによる電極パターンの例が示されている。第１の検出電極７４Ａは、一対の電極板の電極の重複部位（面積）の幅が上下方向にほぼ等しく設定されている（長方形状）。また、第２の検出電極７４Ｂは、一対の電極板の電極の重複部位（面積）の幅が上側から下側に向かうにしたがって徐々に大きくなるように設定されている（三角形状）。この例では、第１の検出電極７４Ａの横方向の幅が、例えば５ｍｍであり、第１の検出電極７４Ａの上下方向の長さが、例えば１００ｍｍであり、第２の検出電極７４Ｂの横方向の最大幅（下辺の幅）が、例えば１０ｍｍに設定されている。

図１０には、第１の検出電極７４Ａと第２の検出電極７４Ｂによる静電容量及び静電容量比（７４Ｂ／７４Ａ）と、液位（ｍｍ）との関係が示されている。図１０に示されるように、第１の検出電極７４Ａで一対の電極間の静電容量を検出し、第２の検出電極７４Ｂで一対の電極間の静電容量を検出する。そして、静電容量比（７４Ｂ／７４Ａ）を求めることで、静電容量比（７４Ｂ／７４Ａ）のグラフ７６により燃料Ｌの液位（ｍｍ）が検出される。図１０に示されるように、第１の検出電極７４Ａでは、液位による感度の違いはないが、第２の検出電極７４Ｂでは、高液位のとき（燃料Ｌが多いとき）に感度がより低くなる。

図７又は図９のどちらの電極パターンを用いてもよいが、第１実施形態の液位検出装置４０では、低液位のとき（燃料Ｌの残量が少なくなったとき）に感度がより低くなる第２の検出電極７０Ｂを採用している。なお、電極パターンは、燃料Ｌの液位検出の感度要求により変更してもよい。

次に、第１実施形態の液位検出装置４０及び第２実施形態の液位検出装置８０の作用並びに効果について説明する。

第１実施形態の液位検出装置４０では、図３Ａに示されるように、コイルバネ６２の付勢力により他方の電極板４４が一方の電極板４２に対して閉じる方向に移動しており、第１の検出電極７０Ａが構成されている。また、図４Ａ及び図５Ａに示されるように、駆動構造６０により配管２２の先端２２Ａからリターン燃料Ｌを他方の電極板４４の受け面６４に向かって吐出させることで、他方の電極板４４がコイルバネ６２の付勢力に抗して一方の電極板４２に対して開く方向にスライドし、第２の検出電極７０Ｂに切り替えられる。すなわち、第１の検出電極７０Ａと第２の検出電極７０Ｂとが、共通の電極板４２、４４から構成されているため、独立した検出電極を複数設ける必要がない。

また、駆動構造６０として、配管２２の先端２２Ａから吐出されるリターン燃料Ｌにより、他方の電極板４４を一方の電極板４２に対してスライドさせるので、燃料ポンプ１６やプレッシャレギュレータ２０等の既存部品を利用でき、別途、駆動構造を設ける必要がない。

さらに、他方の電極板４４が一方の電極板４２に対して面方向に沿ってスライドするので、他方の電極板４４の可動範囲が小さく、コンパクト化が可能である。

第２実施形態の液位検出装置８０でも、同様の作用並びに効果が得られる。さらに、液位検出装置８０では、切替弁８２の切り替えによりリターン燃料の吐出経路を制御することで、配管２２の先端２２Ａからリターン燃料Ｌを吐出させて、他方の電極板４４を一方の電極板４２に対して開く方向にスライドさせることができる。

図２９には、比較例に係る液位検出装置５００が示されている。図２９に示されるように、液位検出装置５００では、略Ｌ字状の基板５０２を備えており、基板５０２は、上下方向に沿った縦板部５０２Ａと、縦板部５０２Ａの下端部から水平方向に折り曲げられた横板部５０２Ｂと、を備えている。横板部５０２Ｂには、櫛歯状の電極５０４Ａ、５０４Ｂを備えた燃料リファレンス部５０４が設けられており、電極５０４Ａ、５０４Ｂの複数の枝部は交互に配列されている。縦板部５０２Ａには、櫛歯状の電極５０６Ａ、５０６Ｂを備えた液位検出部５０６が設けられており、電極５０６Ａ、５０６Ｂの複数の枝部が交互に配列されている。電極５０４Ａと電極５０６Ａとは連続して形成されている。燃料リファレンス部５０４は、燃料タンクの下面に沿って配置されている。基板５０２の上部には、ケーブル５０８が接続されており、液位検出部５０６の電極５０６Ａ、５０６Ｂと燃料リファレンス部５０４の電極５０４Ｂは、ケーブル５０８の配線に電気的に接続されている。

この液位検出装置５００では、燃料リファレンス部５０４で検出された静電容量値で、燃料の性状（例えば、エタノール濃度）が判定される。また、燃料リファレンス部５０４で検出された静電容量値と、液位検出部５０６で検出された静電量値の比率により燃料の液位が判定される。

この液位検出装置５００では、燃料リファレンス部５０４が燃料タンクの下面に沿って配置されており、燃料タンクの下面に分離水や異物が溜まると、燃料リファレンス部５０４により燃料の正確な静電容量値を検出することが困難となる可能性がある。

これに対して、第１及び第２実施形態の液位検出装置４０、８０では、燃料リファレンス部５０４を設ける必要がないため、燃料Ｌのより正確な液位の検出が可能となる。

次に、図１１〜図１３Ｂを用いて、本発明に係る液位検出装置の第３実施形態について説明する。なお、前述した第１及び第２実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図１１、図１２Ａ及び図１３Ａに示されるように、液位検出装置１００は、一対の電極板１０２、１０４を備えている。一方の電極板１０２は、下側から上側に向かうにしたがって面積が広くなるように形成された扇状の樹脂製の基板１０６Ａを備えており、基板１０６Ａには所定のパターンの＋極としての電極１０８（＋電極）が形成されている。基板１０６Ａの下端部には、可変構造としての回転軸１２０が挿通される孔部１０６Ｂが形成されている。基板１０６Ａの上端部には、他方の電極板１０４を面方向に沿ってスライド可能（回動可能）に支持する略Ｕ字状のガイド１０６Ｃが設けられている。

電極１０８は、直線部４８Ａから略垂直方向に櫛歯状に延びた複数の枝部１０８Ａを備えている。複数の枝部１０８Ａは、上方側にやや凸状に湾曲しており、略上下方向にほぼ等間隔で配置されている。複数の枝部１０８Ａの長さは、上側から下側に向かって徐々に長さが短くなるように設定されている。複数の枝部１０８Ａの先端は、斜め方向に直線状に揃うように配置されている。

他方の電極板１０４は、下側から上側に向かうにしたがって面積が広くなるように形成された扇状の樹脂製の基板１１２Ａを備えており、基板１１２Ａには所定のパターンの−極としての電極１１４（−電極）が形成されている。基板１１２Ａの横方向（上下方向と直交する方向）の幅は、基板１０６Ａの横方向（上下方向と直交する方向）の幅よりも大きい。基板１１２Ａの下端部には、回転軸１２０が取り付けられる孔部１１２Ｂが形成されている。

電極１１４は、直線部５４Ａから略垂直方向に櫛歯状に伸びた複数の枝部１１４Ａを備えている。複数の枝部１１４Ａは、上方側にやや凸状に湾曲しており、略上下方向にほぼ等間隔で配置されている。複数の枝部１１４Ａの長さは、上側から下側に向かって徐々に長さが短くなるように設定されており、複数の枝部１１４Ａの先端は、上下方向の中間部が直線部５４Ａの側に窪み形状で湾曲するように配置されている。

電極板１０２の孔部１０６Ｂと電極板１０４の孔部１１２Ｂの間には、電極１０８、１１４間の距離を一定に保持するための絶縁性のスペーサ１１６が介在されている。回転軸１２０は電極板１０４の孔部１１２Ｂに接合されており、回転軸１２０は、電極板１０２の孔部１０６Ｂとスペーサ１１６に挿通された状態で回転が可能となっている。回転軸１２０には、可変構造としてのステッピングモータ１２２が接続されている。ステッピングモータ１２２により回転軸１２０を回転させることで、他方の電極板１０４が、一方の電極板１０２のガイド１０６Ｃに支持された状態で面方向に沿って回動可能となっている。すなわち、一方の電極板１０２は固定されており、他方の電極板１０４は、一方の電極板１０２に対して回転軸１２０を中心にスライドする。図示を省略するが、電極板１０４の幅方向両側の側方には、電極板１０４の回動範囲を規制するストッパが設けられている。

これにより、他方の電極板１０４の電極１１４と一方の電極板１０２の電極１０８との重複部位（面積）が、図１２Ａに示す第１の検出電極１２４Ａを構成する位置と、図１３Ａに示す第２の検出電極１２４Ｂを構成する位置とに変更される（切り替えられる）。図１２Ｂに示されるように、第１の検出電極１２４Ａでは、上側から下側に向かって電極１１４と電極１０８との重複部位（面積）が斜め方向に直線状に小さくなる電極パターンが形成される。第２の検出電極１２４Ｂでは、上側から下側に向かって重複部位（面積）が凹状に湾曲するように小さくなる電極パターンが形成される。なお、燃料Ｌの液位検出の感度要求により、第１の検出電極１２４Ａと第２の検出電極１２４Ｂの電極パターンを変更してもよい。

このような液位検出装置１００では、ステッピングモータ１２２により回転軸１２０を回転させ、他方の電極板１０４を一方の電極板１０２に対して所定量回動（スライド）させることで、第１の検出電極１２４Ａと第２の検出電極１２４Ｂによる２つのパターンに切り替えることができる。そして、第１の検出電極１２４Ａと第２の検出電極１２４Ｂによる２つのパターンにより、それぞれの静電容量を検出し、静電容量比を求めることで、第１実施形態と同様の方法により燃料Ｌの液位を検出することができる。なお、静電容量比と燃料Ｌの液位の関係のグラフは省略する。

このような液位検出装置１００では、第１の検出電極１２４Ａと第２の検出電極１２４Ｂとが、共通の電極板１０２、１０４から構成されているため、独立した検出電極を複数設ける必要がない。

また、他方の電極板１０４が一方の電極板１０２に対して面方向に沿って回動（スライド）するので、他方の電極板１０４の可動範囲が小さく、コンパクト化が可能である。

次に、図１４及び図１５を用いて、本発明に係る液位検出装置の第４実施形態について説明する。なお、前述した第１〜第３実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図１４及び図１５に示されるように、液位検出装置１３０は、一対の電極板１０２、１０４を備えている。液位検出装置１３０には、他方の電極板１０４の電極１０８と一方の電極板１０２の電極１１４との重複部位（面積）を変更する可変構造としての駆動構造１３２が設けられている。

駆動構造１３２は、電極板１０２の孔部１０６Ｂと電極板１０４の孔部１１２Ｂに挿通される回転軸（図示省略）に取り付けられる付勢部材の一例としてのねじりコイルバネ１３４と、基板１１２Ａの面と垂直方向に配置されて配管２２（図１参照）から吐出されるリターン燃料Ｌを受ける受け面６４と、を備えている。ねじりコイルバネ１３４は、図１４に示されるように、他方の電極板１０４を第１の検出電極１２４Ａを構成する位置（他方の電極板１０４が閉じる側）に向けて付勢している。図示を省略するが、電極板１０４の幅方向両側の側方には、電極板１０４の回動範囲を規制するストッパが設けられている。

このような液位検出装置１３０では、図１４に示されるように、ねじりコイルバネ１３４の付勢力により他方の電極板１０４が閉じる側に移動しており、第１の検出電極１２４Ａを構成している。図１５に示されるように、受け面６４が配管２２（図１参照）から吐出されるリターン燃料Ｌを受けることで、ねじりコイルバネ１３４の付勢力に抗して他方の電極板１０４が図示しない回転軸を中心として第２の検出電極１２４Ｂを構成する位置（矢印に示す他方の電極板１０４が開く側）に回動する。第１の検出電極１２４Ａと第２の検出電極１２４Ｂによる２つのパターンにより、それぞれの静電容量を検出し、静電容量比を求めることで、燃料Ｌの液位を検出することができる。

次に、図１６を用いて、本発明に係る液位検出装置の第５実施形態について説明する。なお、前述した第１〜第４実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図１６に示されるように、液位検出装置１５０は、金属製の板からなる一対の電極板１５２、１５４を備えている。電極板１５２は、＋電極であり、横方向の幅が上下方向に同じ長さに形成されている。電極板１５４は、−電極であり、横方向の幅が上側から下側に向かうにしたがって徐々に短くなるように形成されている。電極板１５２の上端部と下端部には、電極板１５４をスライド可能に支持する略Ｕ字状の絶縁性のガイド１５６、１５８が設けられている。電極板１５２と電極板１５４との間の上下には、電極板１５２、１５４間の距離を一定に保持するための絶縁性のスペーサ１６０が介在されている。

図示を省略するが、液位検出装置１５０には、他方の電極板１５４を一方の電極板１５２に対して水平方向にスライドさせる駆動構造６０（図３Ａ及び図４Ａ参照）が設けられている。これにより、第１の検出電極７０Ａ（図３Ｂ参照）を構成する位置と、第２の検出電極７０Ｂ（図４Ｂ参照）を構成する位置とに移動させ、電極板１５２と電極板１５４との重複部位（面積）が異なる２つのパターンに切り替えることができる。

このような液位検出装置１５０では、図１に示すような電極４８、５４を備えた電極板に変えて、金属製の板からなる一対の電極板１５２、１５４を設けることで、電極線を形成する必要がなく、構成をより簡易化することができる。

次に、図１７を用いて、本発明に係る液位検出装置の第６実施形態について説明する。なお、前述した第１〜第５実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図１７に示されるように、液位検出装置１７０は、金属製の板からなる一対の電極板１７２、１７４を備えている。電極板１７２は、＋電極であり、横方向の幅が上側から下側に向かうにしたがって徐々に小さくなるような扇状に形成されている。電極板１７２の幅方向両側の縁部１７２Ａは、斜め方向に傾斜するように直線状に形成されている。電極板１７４は、−電極であり、横方向の幅が上側から下側に向かうにしたがって電極板１７２よりも急激に小さくなるような扇状に形成されている。電極板１７４の幅方向の一方の縁部１７４Ａは、斜め方向に傾斜するように直線状に形成されており、電極板１７４の幅方向の他方の縁部１７４Ｂは、上下方向の中間部が窪み形状に湾曲するように形成されている。

電極板１７２の上端部には、下端部に設けられる回転軸（図示省略）を中心に電極板１７４を回動可能に支持する略Ｕ字状の絶縁性のガイド１７６が設けられている。

図示を省略するが、液位検出装置１７０には、他方の電極板１７４を一方の電極板１５２に対して下端部の回転軸（図示省略）を中心に回動させるステッピングモータ（図１１参照）、又はねじりコイルバネ（図１４参照）が設けられている。これにより、第１の検出電極７０Ａ（図１２Ｂ参照）を構成する位置と、第２の検出電極７０Ｂ（図１３Ｂ参照）を構成する位置とに移動させ、電極板１７２と電極板１７４との重複部位（面積）が異なる２つのパターンに切り替えることができる。

このような液位検出装置１７０では、図１１に示すような電極１０８、１１４を備えた電極板に変えて、金属製の板からなる一対の電極板１７２、１７４を設けることで、電極線を形成する必要がなく、構成をより簡易化することができる。

次に、図１８〜図２０Ｂを用いて、本発明に係る液位検出装置の第７実施形態について説明する。なお、前述した第１〜第６実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図１８に示されるように、液位検出装置２００には、上下方向に配置された軸部２０２に金属板からなる複数の扇状の電極板２０４（＋電極）が設けられている。また、液位検出装置２００には、軸部２０２の中心部を貫通するように配置された軸部２０６に金属板からなる複数の扇状の電極板２０８（−電極）が設けられている。電極板２０４と電極板２０８は上下方向に沿って交互に配置されている。軸部２０２と軸部２０６は金属製で、互いに絶縁された状態で配置されている。軸部２０２は固定されており、軸部２０６は軸部２０２に対して回転が可能となっている。軸部２０２の周面の一部には、周方向に沿って電極板２０８が回転可能な複数のスリット２１０が形成されている。軸部２０６の上端部には、可変構造としてのステッピングモータ１２２の回転軸２１２が接続されている。

電極板２０４は、軸部２０２の上下方向にほぼ等間隔で配置されており、上下の電極板２０４の形状（面積）がほぼ同じに設定されている。平面視にて複数の電極板２０４が重なるように、複数の電極板２０４は上下方向で軸部２０２の周面のほぼ同じ位置に設けられている。

電極板２０８は、軸部２０６の上下方向にほぼ等間隔で配置されており、下部側から上部側に向かうにしたがって電極板２０８の形状（面積）が大きくなるように設定されている。なお、図示を省略するが、軸部２０６の回転方向両側には、軸部２０６の回動範囲を規制するストッパが設けられている。

図１９Ａ及び図２０Ａには、軸部２０６の上下方向における各部位の電極板２０４と電極板２０８の重複部位の平面図が示されている。ステッピングモータ１２２により軸部２０６が軸部２０２に対して回転することで、図１９Ａに示す第１の検出電極２１４Ａを構成する位置と、図２０Ａに示す第２の検出電極２１４Ｂを構成する位置とに移動する。これにより、軸部２０６の上下方向における電極板１５２と電極板１５４との重複部位（ラップ面積）が変化し、図１９Ｂ及び図２０Ｂに示されるように、２つの電極パターンに切り替えることができる。

第１の検出電極２１４Ａと第２の検出電極２１４Ｂによる２つのパターンにより、それぞれの静電容量を検出し、静電容量比を求めることで、燃料Ｌの液位を検出することができる。なお、燃料Ｌの液位検出の感度要求により、第１の検出電極２１４Ａと第２の検出電極２１４Ｂの電極パターンを変更してもよい。

このような液位検出装置２００では、第１の検出電極２１４Ａと第２の検出電極２１４Ｂとが、共通の電極板２０４、２０８から構成されているため、独立した検出電極を複数設ける必要がない。

次に、図２１を用いて、本発明に係る液位検出装置の第８実施形態について説明する。なお、前述した第１〜第７実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図２１に示されるように、液位検出装置２３０には、軸部２０６を軸部２０２に対して回転させて電極板２０４と電極板２０８との重複部位（ランプ面積）を変更する駆動構造２３２が設けられている。駆動構造２３２は、軸部２０６を電極板２０８が電極板２０４側に閉じる方向（矢印Ａ方向）に付勢する付勢部材の一例としてのねじりコイルバネ２３４と、下端部の電極板２０８から回転方向と交差する方向に立設されて配管２２（図１参照）から吐出されるリターン燃料Ｌを受ける受け面６４と、を備えている。ねじりコイルバネ２３４は、電極板２０８を第１の検出電極２１４Ａを構成する位置（図１９Ａ参照）に向けて付勢している。

このような液位検出装置１３０では、ねじりコイルバネ２３４の付勢力により、電極板２０８が電極板２０４側に閉じる方向に移動しており、第１の検出電極２１４Ａが構成されている。そして、受け面６４が配管２２（図１参照）から吐出されるリターン燃料Ｌを受けることで、ねじりコイルバネ２３４の付勢力に抗して軸部２０６が軸部２０２に対して第２の検出電極２１４Ｂを構成する位置（図２０Ａ参照）に回転する。

次に、図２２〜図２４Ｂを用いて、本発明に係る液位検出装置の第９実施形態について説明する。なお、前述した第１〜第８実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図２２に示されるように、液位検出装置２５０は、一対の電極板２５２、２５４を備えている。一方の電極板２５２は、矩形状の樹脂製の基板２５２Ａを備えており、基板２５２Ａには所定のパターンの＋極としての電極４８（＋電極）が形成されている。基板２５２Ａの上端部の幅方向両側には、左右一対の支持部２５２Ｂが突設されており、支持部２５２Ｂには、可変構造としての回転軸２６０が挿通される孔部２５２Ｃが形成されている。基板２５２Ａの下端部には、他方の電極板２５４が挿入される開口部２５２Ｅを備えたガイド２５２Ｄが設けられている。

他方の電極板２５４は、矩形状の樹脂製の基板２５４Ａを備えており、基板２５４Ａには所定のパターンの−極としての電極２５６（−電極）が形成されている。基板２５４Ａの上端部には、基板２５４Ａより厚い円柱状の取付部２５４Ｂが形成されており、取付部２５４Ｂには、上下方向と直交する方向に回転軸２６０が取り付けられている。回転軸２６０は、電極板２５２の支持部２５２Ｂの孔部２５２Ｃに挿通された状態で回転が可能となっている。回転軸２６０には、可変構造としてのステッピングモータ１２２の回転軸２１２が接続されている。回転軸２６０の回転により、電極板２５４が電極板２５２に対して近接・離間する方向に移動する。

電極２５６は、直線部５４Ａから略垂直方向に櫛歯状に伸びた複数の枝部２５６Ａを備えている。複数の枝部２５６Ａは、略上下方向にほぼ等間隔で配置されており、複数の枝部２５６Ａの長さは、上下で略同じ長さに形成されている。

このような液位検出装置２５０では、ステッピングモータ１２２により回転軸２６０を回転させることで、他方の電極板２５４が、一方の電極板２５２のガイド２５２Ｄに沿って近接・離間する方向に移動する。これにより、他方の電極板２５４の電極２５６と一方の電極板２５２の電極４８との間の距離が、図２３Ａに示す第１の検出電極２６４Ａを構成する位置と、図２４Ａに示す第２の検出電極２６４Ｂを構成する位置とに変更される（切り替えられる）。ガイド２５４Ｄは、電極板２５４の移動範囲を規制するストッパとしての機能を備えている。

第１の検出電極２６４Ａでは、上下で電極４８と電極２５６との間の距離（面と垂直方向の距離）が等しいため、図２３Ｂに示されるように、横方向の幅が等しい電極パターンが構成される。第２の検出電極２６４Ｂでは、上側から下側に向かうにしたがって電極４８と電極２５６との間の距離が大きくなり、図２４Ｂに示されるように、上側から下側に向かって横方向の幅が小さくなる電極パターンが構成される。なお、燃料Ｌの液位検出の感度要求により、第１の検出電極２６４Ａと第２の検出電極２６４Ｂの電極パターンを変更してもよい。

このような液位検出装置２５０では、第１の検出電極２６４Ａと第２の検出電極２６４Ｂとが、共通の電極板２５２、２５４から構成されているため、独立した検出電極を複数設ける必要がない。

次に、図２５〜図２８を用いて、本発明に係る液位検出装置の第１０実施形態について説明する。なお、前述した第１〜第９実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図２５〜図２８に示されるように、液位検出装置２７０には、一方の電極板２５２の電極４８と他方の電極板２５４の電極２５６との面と垂直方向の距離を変更する可変構造としての駆動構造２７２が設けられている。駆動構造２７２は、回転軸２６０に取り付けられて他方の電極板２５４を第１の検出電極２６４Ａを構成する位置（他方の電極板２５４が閉じる側）に向けて付勢する付勢部材の一例としてのねじりコイルバネ２７４と、基板２５４Ａの下部に基板２５４Ａの面に沿って側方に突設され配管２２（図１参照）から吐出されるリターン燃料Ｌを受ける受け面６４と、を備えている。

電極板２５２の基板２５２Ａには、電極板２５４が挿入される開口部２５２Ｅを備えたガイド２７６が設けられている。ガイド２７６は、電極板２５４の回転範囲を規制するストッパとしての機能を備えている。

このような液位検出装置２７０では、図２６に示されるように、ねじりコイルバネ２７４の付勢力により、電極板２５４が閉じる側（電極板２５２に近づく側）に移動しており、第１の検出電極２６４Ａを構成している。図２８に示されるように、受け面６４が配管２２（図１参照）から吐出されるリターン燃料Ｌを受けることで、ねじりコイルバネ２７４の付勢力に抗して電極板２５４が回転軸２６０を中心として第２の検出電極２６４Ｂを構成する位置（他方の電極板２５４が開く側）に回転する。第１の検出電極２６４Ａと第２の検出電極２６４Ｂによる２つのパターンにより、それぞれの静電容量を検出し、静電容量比を求めることで、燃料Ｌの液位を検出することができる。

なお、第１〜第１０実施形態において、一方の電極板を他方の電極板に対して相対的に移動させる可変構造は、他の構成に変更が可能である。例えば、ソレノイドやアクチュエーターなどを用いて、一方の電極板を他方の電極板に対して相対的に移動させる構造でもよい。また、燃料タンク内に配置されるジェットポンプにより、燃料を吐出して一方の電極板を他方の電極板に対して相対的に移動させる構造でもよい。
また、第１〜第１０実施形態では、一方の電極板を他方の電極板に対して移動させる構成であるが、一対の電極板の両方を移動させて第１の検出電極と第２の検出電極に切り替える構成でもよい。

なお、燃料タンク１４内の構成部品は、図１等に示される構成部品に限定されず、変更が可能である。また、燃料タンク１４内における液位検出装置の位置も変更が可能である。

また、燃料Ｌに限らず、他の液の液位を検出する場合にも、本発明の液位検出装置を適用することができる。

Claims (6)

1. 対向して配置され、該対向部間における静電容量が検出される一対の電極板と、
   前記一対の電極板の重複部位の面積、又は前記一対の電極板の間の距離を可変とし、前記面積又は前記距離を所定量変更することで前記静電容量を検出するための電極パターンの異なる第１の検出電極と第２の検出電極とに切り替える可変構造と、
   を有する液位検出装置。
2. 前記可変構造は、前記一対の電極板の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させて前記第１の検出電極と前記第２の検出電極とに切り替える駆動構造を備える請求項１に記載の液位検出装置。
3. 前記駆動構造は、
   前記一対の電極板を前記第１の検出電極を構成する位置に向けて付勢する付勢部材と、
   前記一対の電極板の一方に、前記付勢部材の付勢力に抗して移動させる液の流れを付与する液移送機構と、
   を有する請求項２に記載の液位検出装置。
4. 前記可変構造は、前記一対の電極板の一方を他方に対して前記一対の電極板の面方向に沿ってスライドさせるスライド構造を備える請求項２又は請求項３に記載の液位検出装置。
5. 前記一対の電極板は、金属製の板である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の液位検出装置。
6. 燃料を収容する燃料タンクと、
   前記燃料タンク内に設けられ、少なくとも前記第１の検出電極で検出された静電容量と前記第２の検出電極で検出された静電容量とに基づいて前記燃料の液位を検出する請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の液位検出装置と、
   を有する燃料タンク構造。

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