JP5353944B2 - 液面検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、タンク内に貯留される液体の液面高さを検出する液面検出装置に関する。

従来、タンクに固定の固定体に軸受される回転体と、同タンク内の液体に浮かぶフローとの間をアームにより連結し、液面高さに応じたフロートの上下動を回転体の回転運動に変換することで、当該液面高さを検出する液面検出装置が、知られている。

こうした液面検出装置の一種として特許文献１に開示の装置では、回転体に保持されてフロートの上下動に従って回転するマグネットの発生磁界を、固定体に保持された磁電変換素子により感知して、液面高さを表す電気信号を出力している。即ち、特許文献１に開示の装置は、回転運動から電気信号への変換を、回転要素と電気変換要素との間で非接触に実現しているので、耐久性の高いものとなっている。また、特許文献１に開示の装置では、回転体への埋設によりマグネットの保持位置が安定するので、当該マグネットの発生磁界の感知結果に基づいた液面高さの検出精度も、高いものとなっている。

特開２００６−２８４４５９号公報

さて、特許文献１に開示の装置では、煩雑な成形操作を必要とするインサート成形により、マグネットが回転体に埋設されているので、生産性の低下が懸念される。そこで、図６に示すように本発明者らは、当接部１００１と弾性変形部１００２の対と爪部１００３とを回転体１０００に設けて、それら要素１００１〜１００３の共同によりマグネット１１００を保持する技術について、鋭意検討を行ってきた。

具体的に検討技術によると、回転体１０００の当接部１００１を、マグネット１１００のうち両側面１１０１間を接続する端面１１０２に、当接させる。それと共に、回転体１０００のうち当接部１００１から突出する各弾性変形部１００２を、マグネット１１００への押圧により弾性変形させた状態で、マグネット１１００の各側面１１０１に其々個別に係合させる。さらに、回転体１０００のうち各弾性変形部１００２から突出する各爪部１００３を、当接部１００１との間でマグネット１１００を挟むように配置する。

このような検討技術では、簡単なスナップフィット操作により、各弾性変形部１００２をマグネット１１００に係合させると同時に、同マグネット１１００を各爪部１００３及び当接部１００１の間に狭持させ得るので、生産性を高めることができる。また、スナップフィット操作後には、各弾性変形部１００２がマグネット１１００の各側面１１０１に弾性変形状態で係合するので、回転体１０００によるマグネット１１００の保持位置を各弾性変形部１００２間にて安定させて、検出精度を高めることが可能となる。

しかしながら、そうした保持形態を製品によらずに確実に実現するには、当接部１００１に当接させた状態のマグネット１１００と各爪部１００３との間に、製造公差を考慮したギャップｇが確保されるようにしておく必要がある。この場合、各爪部１００３及び当接部１００１の間では、マグネット１１００の保持位置がずれ易くなり、衝撃等の外力作用時には、磁電変換素子からの出力信号に変動を招いてしまう。

そこで、本発明者らがさらに検討を進めた結果、本発明を想到することとなったのである。したがって、本発明の目的は、耐久性、検出精度及び生産性の高い液面検出装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、タンク内に貯留される液体の液面高さを検出する液面検出装置であって、タンクに固定される固定体と、固定体により軸受される回転体と、タンク内の液体に浮かび、液面高さに応じて上下動するフロートと、フロート及び回転体の間を連結し、フロートの上下動を回転体の回転運動に変換するアームと、回転体に保持され、回転体と一体に回転するマグネットと、固定体に保持され、マグネットの発生する磁界を感知することにより、液面高さを表す電気信号を出力する磁電変換素子とを、備え、
回転体は、マグネットのうち両側面間を接続する一端面に、当接する当接部と、当接部から突出してマグネットを挟んで互いに対向し、マグネットへの押圧により弾性変形した状態で、各側面に其々個別に係合する弾性変形部の対と、各弾性変形部から其々個別に突出し、マグネットのうち一端面とは反対側の他端面に対してギャップをあけた状態で、当接部との間にマグネットを挟み込む爪部の対と、各弾性変形部において爪部の当接部側と当該爪部とに跨る箇所から其々個別に突出し、マグネットへの押圧により塑性変形した状態で、其々突出元の弾性変形部に対応する側面と係合する塑性変形部の対とを、有し、マグネットのうち当接部とは反対側の角部への押圧により各塑性変形部は、其々突出元の弾性変形部に対応する側面と、他端面とに沿って、圧潰されてなることを特徴とする。

このような請求項１に記載の発明において、回転体のうち当接部から突出する各弾性変形部については、スナップフィット操作によりマグネットに押圧して弾性変形させることで、マグネットの各側面に簡単に係合させ得る。それと同時にスナップフィット操作によれば、回転体のうちマグネット端面に当接する当接部と、各弾性変形部から其々個別に突出する各爪部との間に、マグネットを簡単に挟み込み得る。以上、簡単な係合並びに挟み込みによりマグネットが回転体に保持されるので、当該保持形態を要する液面検出装置の生産性を高めることができるのである。

さらにスナップフィット操作の後には、各弾性変形部がマグネットの各側面に弾性変形状態で係合することに加え、回転体のうち各弾性変形部から其々個別に突出する塑性変形部が、其々突出元の弾性変形部と対応するマグネット側面に塑性変形状態で係合する。こうした係合形態によれば、各弾性変形部の間においてのみならず、各爪部及び当接部の間においても、回転体によるマグネットの保持位置を安定させ得る。ここで請求項１に記載の発明は、回転体に保持されて液面高さに応じたフロートの上下動に従って回転するマグネットの発生磁界を、固定体に保持された磁電変換素子により感知することで、当該液面高さを表す電気信号を出力する非接触式の液面検出装置である。故に、上述の如くマグネット保持位置が安定することで、マグネットの発生磁界の感知結果に基づいた液面高さの検出精度が高められると共に、回転運動から電気信号への変換が回転要素と電気変換要素との間で非接触に実現されて、耐久性も高められる。しかも、検出精度を高める上で有効となる塑性変形部の塑性変形は、マグネットへの押圧により、簡単なスナップフィット操作を阻害することなく実現され得るので、高い検出精度及び耐久性を高い生産性と両立させることができるのである。

また、請求項１に記載の発明では、回転体のうち各弾性変形部から其々個別に突出する塑性変形部は、マグネットのうち其々個別の側面に押圧されることにより、塑性変形状態での係合を実現するので、それら塑性変形部によるマグネットの保持強度は、高いものとなる。これによれば、各塑性変形部の突出元である各弾性変形部の間と、各爪部及び当接部の間とにおいてマグネット保持位置を確実に安定させ得るので、検出精度の向上に貢献することができる。

さらに、請求項１に記載の発明において各塑性変形部の塑性変形は、マグネットへの押圧により圧潰されることで実現されるので、それら塑性変形部によるマグネットの保持強度は、高いものとなる。これによれば、塑性変形部が突出する各弾性変形部の間と、各爪部及び当接部の間とにおいてマグネット保持位置を確実に安定させ得るので、検出精度の向上に貢献することができる。

本発明の一実施形態による液面検出装置を示す正面図である。 図１のII−II線断面図である。 本発明の一実施形態による液面検出装置の回転体を拡大して示す断面図であって、図１のIII−III線断面図に相当する。 本発明の一実施形態による液面検出装置の回転体の要部を、マグネットの組付前の状態にて示す斜視図である。 図３の変形例を示す断面図である。 本発明により解決する課題を説明するための断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１，２は、本発明の一実施形態による液面検出装置１０を、車両の燃料タンク２内に設置した例を示している。液面検出装置１０は、燃料タンク２内に貯留されている液体としての燃料４の液面高さを検出し、当該検出の結果を表す電気信号を車両のコンビネーションメータ（図示しない）等に向けて出力する。

（基本構成）
まず、液面検出装置１０の基本構成を説明する。図１，２に示すように液面検出装置１０は、固定体２０、回転体３０、アーム４０、フロート５０、マグネット６０及びセンサ７０を備えている。

樹脂製の固定体２０は、燃料タンク２の内部から外部へ燃料を吐出するための燃料ポンプモジュール６を介して、燃料タンク２の内壁に固定されている。固定体２０は、水平面上の車両において略水平方向に突出する姿勢となる軸部２１を、円柱状に形成している。

樹脂製の回転体３０は、水平面上の車両において略水平方向に貫通する姿勢となるジャーナル孔３１を、円筒孔状に形成している。このジャーナル孔３１が固定体２０の軸部２１に同軸上に軸受されることにより、燃料タンク２の内部において回転体３０が回転軸線Ｏまわりに回転自在となっている。

金属製のアーム４０は、両端部４１，４２及び中間部４３，４４にて屈曲する丸棒状に形成されている。それら屈曲部分のうち端部４１が回転体３０に装着されることにより、燃料タンク２の内部においてアーム４０が回転軸線Ｏまわりに揺動自在となっている。

燃料４よりも比重の小さなゴム乃至は樹脂製のフロート５０は、水平面上の車両において略水平方向に貫通する姿勢となる連結孔５１を、円筒孔状に形成している。この連結孔５１がアーム４０の端部４２に外嵌されることにより、フロート５０が回転体３０との間を連結されて燃料タンク２内部の燃料４に浮かべられる。以上の構成から、燃料４の液面高さに応じてフロート５０が上下動すると、アーム４０を通じて当該上下動が回転体３０の回転運動へと変換されることになる。

強磁性材製のマグネット６０は、回転軸線Ｏを中心とした扇形断面を有する部分円環状に形成され、固定体２０の軸部２１を径方向に挟んだ両側に其々配置された状態で回転体３０に保持されている。各マグネット６０は、其々着磁されていることにより両者間に磁界を常時発生させながら、回転体３０と共に回転する。

センサ７０は、磁電変換素子７１及び複数のターミナル７２，７３，７４等から構成されている。例えばホール素子又は磁気抵抗素子等である磁電変換素子７１は、インサート成形により軸部２１に埋設されることで、各マグネット６０間に位置する状態で固定体２０に保持されている。磁電変換素子７１は、各マグネット６０間に発生する磁界を感知することにより、それらマグネット６０と一体回転する回転体３０の回転角度を表すように、電気信号を出力する。ここで回転体３０の回転角度は、燃料４の液面高さに応じたフロート５０の上下動に追従する物理量となることから、磁電変換素子７１の出力信号は、実質的に当該液面高さを表す電気信号となる。このように液面検出装置１０は、回転体３０に保持されて液面高さに応じて回転するマグネット６０の発生磁界を、固定体２０に保持された磁電変換素子７１により感知することで、当該液面高さを表す電気信号を出力する高耐久性の非接触式となっている。

金属製の各ターミナル７２〜７４は、磁電変換素子７１と電気接続された状態で固定体２０に埋設されている。ここでターミナル７４は、外部から磁電変換素子７１に稼動電圧を供給する端子として、機能する。ターミナル７３は、外部から磁電変換素子７１に接地電圧を供給する端子として、機能する。ターミナル７２は、磁電変換素子７１から出力される電気信号を外部へ送信する端子として、機能する。

（特徴的構成）
次に、液面検出装置１０の特徴的構成を説明する。図３に示すように回転体３０は、各マグネット６０を保持する保持構造３２として、当接部３３、弾性変形部３４、爪部３５及び塑性変形部３６を、樹脂成形により一体に形成している。ここで、各マグネット６０毎の保持構造３２は、実質的に互いに同一の構成となっているので、以下では、一方の保持構造３２についてのみ詳細に説明し、他方の保持構造３２については説明を省略する。

保持構造３２おいて当接部３３は、部分円環状のマグネット６０のうち軸方向（以下、単に「軸方向」という）の一端面６１に面接触状態にて当接する当接面３３ａを、軸方向に略垂直な平面状に形成している。即ち、当接部３３の当接面３３ａは、マグネット６０の端面６１と軸方向に当接している。

当接部３３から軸方向に突出する弾性変形部３４は、マグネット６０を周方向両側から挟む二箇所に其々配置されている（図１も参照）。即ち本実施形態では、一マグネット６０につき、互いに対向する弾性変形部３４の対が、一組設けられている。各弾性変形部３４は、マグネット６０のうち端面６１を介して相互接続される両側面６２に対して、其々個別に係合している。ここで、互いの対向方向（以下、単に「対向方向」ともいう）に弾性変形可能に形成される各弾性変形部３４は、其々対応する側面６２に対して自身の弾性復原力により押圧されることで、弾性変形状態にて当該対応側面６２と係合している。

各弾性変形部３４から対向方向へと鉤状に突出する爪部３５は、マグネット６０を軸方向に挟んで当接部３３とは反対側の二箇所に、其々配置されている。即ち本実施形態では、一マグネット６０につき、各弾性変形部３４の対向方向と同一方向にて互いに対向する爪部３５の対が、一組設けられている。各爪部３５は、マグネット６０のうち端面６１とは軸方向反対側の端面６３に対して、製造公差を考慮したギャップＧを軸方向にあけた状態で、当接部３３との間にマグネット６０を挟み込んでいる。

各弾性変形部３４から対向方向へと突出する塑性変形部３６は、当該突出元の弾性変形部３４から突出する爪部３５の当接部３３側にてマグネット６０を周方向両側から挟む二箇所に、其々二つずつ配置されている（図４も参照）。即ち本実施形態では、一マグネット６０につき、各弾性変形部３４の対向方向と同一方向にて互いに対向する塑性変形部３６の対が、複数組設けられている。各塑性変形部３６は、マグネット６０の両側面６２のうち突出元の弾性変形部３４と対応する側面６２に対し、其々個別に押圧されている。ここで図４に示すように、保持構造３２へのマグネット６０の組付前において各塑性変形部３６は、爪部３５よりも小さな突出高さを有する略山形の断面をもって軸方向に延伸する凸条を、呈している。このような本実施形態において各塑性変形部３６は、保持構造３２へのマグネット６０の組付時に、マグネット６０のうち其々対応する側面６２に図３の如く押圧されて圧潰されることにより、塑性変形状態で当該対応側面６２と係合している。

ここで、保持構造３２へのマグネット６０の組付は、スナップフィット操作により行われる。具体的には、まず、各弾性変形部３４を相反方向（即ち、対向方向とは反対方向）に弾性変形させつつ、それら弾性変形部３４間にマグネット６０を嵌入させる。かかる嵌入によりマグネット６０を当接部３３に当接させた後、各弾性変形部３４を対向方向に復原させると、それら弾性変形部３４は、マグネット６０に押圧されて対応側面６２と弾性変形状態にて係合する。このとき各塑性変形部３６は、各弾性変形部３４の弾性復原力に抗した嵌入力により、又は各弾性変形部３４を強制的に対向方向へと加圧することにより、マグネット６０に押圧されて対応側面６２と塑性変形状態にて係合する。また、このとき各爪部３５は、各弾性変形部３４の復原に伴ってマグネット６０の端面６３と軸方向に対向することで、当接部３３との間に当該マグネット６０を挟み込んだ状態となる。このように本実施形態では、保持構造３２にマグネット６０を保持させるための一連の係合乃至は挟み込みを、スナップフィット操作により簡単に実現し得るので、当該保持形態を要する液面検出装置１０の生産性を高めることができる。

さらに、スナップフィット操作による組付後には、マグネット６０の各側面６２に対して、各弾性変形部３４の弾性変形状態での係合形態に加え、各塑性変形部３６の塑性変形状態での係合形態が維持され得る。特に各塑性変形部３６は、マグネット６０への押圧により圧潰されることで、側面６２と圧接したままの係合形態をマグネット６０の周方向両側にて維持し得ることから、それら塑性変形部３６によるマグネット６０の保持強度は、ギャップＧの存在に拘らず高いものとなる。以上より、各塑性変形部３６の突出する各弾性変形部３４の間となる対向方向においても、各爪部３５及び当接部３３の間となる軸方向においても、回転体３０によるマグネット６０の保持位置を確実に安定させ得る。故に、衝撃等の外力作用に拘らず正規位置から位置ずれしないマグネット６０の発生磁界に基づくことで、液面高さを表す信号出力が磁電変換素子７１により実現されることによれば、当該液面高さの検出精度を高めることもできるのである。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的には、互いに対向する弾性変形部３４の対を二組以上設けてもよく、この場合、例えば少なくとも一組をマグネット６０の径方向に対向させてもよい。また、互いに対向する爪部３５の対を、弾性変形部３４の対の組数に対応させて乃至は対応させずに、二組以上設けてもよい。さらに、互いに対向する塑性変形部３６の対を、一組又は三組以上設けてもよい。あるいは図５に変形例を示すように、一つ乃至は複数の塑性変形部３６を、一方の弾性変形部３４のみから突出する形態に設けてもよい。

加えて、マグネット６０の組付前における塑性変形部３６の形状については、マグネット６０への押圧により塑性変形可能な形状であれば、山形断面の凸条以外であってもよい。また加えて、塑性変形部３６の塑性変形については、マグネット６０の保持強度を高め得るものであれば、圧潰以外の例えばカシメ変形等であってもよい。さらに加えて、本発明は、燃料タンク２に貯留される燃料の液面高さを検出する装置１０以外にも、中空のタンクに貯留される各種液体の液面高さを検出する装置に適用可能である。

２ 燃料タンク、４ 燃料、６ 燃料ポンプモジュール、１０ 液面検出装置、２０ 固定体、２１ 軸部、３０ 回転体、３１ ジャーナル孔、３２ 保持構造、３３ 当接部、３３ａ 当接面、３４ 弾性変形部、３５ 爪部、３６ 塑性変形部、４０ アーム、４１，４２ 端部、４３，４４ 中間部、５０ フロート、５１ 連結孔、６０ マグネット、６１，６３ 端面、６２ 側面、７０ センサ、７１ 磁電変換素子、７２，７３，７４ ターミナル、Ｇ ギャップ、Ｏ 回転軸線

Claims (1)

1. タンク内に貯留される液体の液面高さを検出する液面検出装置であって、
   前記タンクに固定される固定体と、
   前記固定体により軸受される回転体と、
   前記タンク内の前記液体に浮かび、前記液面高さに応じて上下動するフロートと、
   前記フロート及び前記回転体の間を連結し、前記フロートの上下動を前記回転体の回転運動に変換するアームと、
   前記回転体に保持され、前記回転体と一体に回転するマグネットと、
   前記固定体に保持され、前記マグネットの発生する磁界を感知することにより、前記液面高さを表す電気信号を出力する磁電変換素子とを、備え、
   前記回転体は、
   前記マグネットのうち両側面間を接続する一端面に、当接する当接部と、
   前記当接部から突出して前記マグネットを挟んで互いに対向し、前記マグネットへの押圧により弾性変形した状態で、各前記側面に其々個別に係合する弾性変形部の対と、
   各前記弾性変形部から其々個別に突出し、前記マグネットのうち前記一端面とは反対側の他端面に対してギャップをあけた状態で、前記当接部との間に前記マグネットを挟み込む爪部の対と、
   各前記弾性変形部において前記爪部の当接部側と当該爪部とに跨る箇所から其々個別に突出し、前記マグネットへの押圧により塑性変形した状態で、其々突出元の前記弾性変形部に対応する前記側面と係合する塑性変形部の対とを、有し、
   前記マグネットのうち前記当接部とは反対側の角部への押圧により各前記塑性変形部は、其々突出元の前記弾性変形部に対応する前記側面と、前記他端面とに沿って、圧潰されてなることを特徴とする液面検出装置。

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