JP5935574B2 - 液面検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液面検出装置に関する。

従来、車両のタンクに貯蔵される燃料等の液面の高さを検出するために、液面検出装置が利用されている。

液面検出装置の一種として特許文献１に開示の装置は、タンク内に固定されるボディと、ボディに対して回転中心線周りに回転可能なロータと、液面の高さに応じてタンク内で上下運動するフロートと、フロートとロータとを連結する線状のアームとを備えている。こうした液面検出装置では、アームを介してフロートの上下運動をロータの回転運動に変換することで、液面高さに応じたロータの回転角度を回転センサにより検出している。

特開２００５−１００９３号公報

しかし、特許文献１に開示の装置では、アームは、ロータの回転中心線とは垂直な面であってアームが接触する接触面（図７（ａ）の３３に示す）に沿って直線状に延伸し、フロートとの連結側が屈曲部（図７（ａ）の５２に示す）により屈曲している。また、アームは、ロータとの連結側端部をロータに設けられた挿通穴（図７（ａ）の３４に示す）に挿通されると共に、接触面へ挟持部により挟持されることによりロータに対して固定されている。そのため、接触面に沿って屈曲部から延伸するアーム上に想定された仮想直線を仮想延伸線Ｌとすると、アームに連結されるフロートに浮力等の力が加わった場合、仮想延伸線Ｌからフロートまでの長さ（図７（ａ）のＤに示す）分のモーメント力が発生する。このモーメント力が大きくなると、アームは、挿通穴に挿通されているにも関わらず、仮想延伸線Ｌ周り（図７（ａ）の矢印で示す）に回転してしまう可能性がある。

ここで、仮想延伸線Ｌが液面に対して垂直であるならば（図７（ａ）の一点鎖線参照）、フロートは、アームが仮想延伸線Ｌ周りへ回転しても液面に対して水平に移動する（図７（ｂ）参照）ため、フロートの液面に対する高さは一定となる。しかし、仮想延伸線Ｌが液面に対して斜めになっている状態（図７（ａ）の実線参照）においてフロートへ浮力等の力が加わると、フロートは、液面の高さ方向へも移動してしまう（図７（ｃ）参照）恐れがある。その結果、液面検出装置では、回転センサの検出するロータの回転角度と対応させたフロートの液面の高さを、タンク内の液面の高さとして正確に検出できなくなる恐れがある。

さらに、アームのうちロータとの連結側端部は、アームが仮想延伸線Ｌ周りへ回転することにより、挿通穴に挿通された状態で動いてしまう。その結果、挿通穴は、連結側端部からの力が加わることにより削れてしまい、ガタが生じる。これによれば、フロートに浮力等の力が加わらなくても、タンク内の液面の高さを正確に検出できなくなる恐れがある。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、液面の高さの検出精度を向上させた液面検出装置を提供することにある。

本発明は、タンク内の液面の高さに応じてタンク内で上下運動するフロートと、タンクに固定されるボディと、ボディに対して回転中心線周りに回転可能なロータと、フロートとロータとを連結してフロートの上下運動をロータの回転運動に変換するアームと、液面の高さに応じたロータの回転角度を検出する回転センサと、を備え、アームは、挟持部によりロータへ挟持されると共に、フロートとの連結側を屈曲部により屈曲して形成され、ロータのうちロータの回転中心線に垂直な面であってアームが接触する面を接触面とし、接触面に沿って屈曲部から延伸するアーム上に想定された仮想直線を仮想延伸線とすると、アームの一部には、アームが仮想延伸線周りに回転しようとする力を接触面に接触して支持するアーム支え部が形成されており、アーム支え部は、仮想延伸線の両側の少なくとも一方の側に蛇行する蛇行部である。

本発明によると、ロータのうちロータの回転中心線に垂直な面であってアームが接触する面を接触面とし、屈曲部から延伸するアーム上に想定された仮想直線を仮想延伸線とすると、アームの一部に形成されているアーム支え部は、接触面に接触することにより、アームが仮想延伸線周りに回転しようとする力を支持する。そのため、アームのうち屈曲して形成された連結側に連結されるフロートに対する浮力等の力によりアームに仮想延伸線周りのモーメント力が加わっても、アーム支え部が接触面へ接触して、アームが仮想延伸線周りへ回転してしまうことを抑制する。これによれば、タンク内の液面の高さに応じてタンク内で上下運動するフロートの高さの変化を抑えることができる。その結果、回転センサの検出するロータの回転角度と対応させたフロートの液面の高さを、タンク内の液面の高さとして正確に検出することが可能となる。

本発明の第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の側面図である。 図１の部分拡大図において、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１の部分拡大図において、第二実施形態による液面検出装置を示す。 （ａ）、（ｂ）図１の部分拡大図において、第三実施形態による液面検出装置を示す。（ｃ）（ａ）、（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。 図１の部分拡大図において、第四実施形態による液面検出装置を示す。 （ａ）特許文献１に記載の液面検出装置を示す正面図である。（ｂ）（ａ）に記載の矢印ｂから見たフロートを示す。（ｃ）（ａ）に記載の矢印ｃから見たフロートを示す。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第一実施形態）
図１、２に示すように本発明の第一実施形態による燃料レベルゲージとしての液面検出装置１は、車両の燃料タンク２に取付けられ、燃料タンク２内に貯留される燃料３の液面３ａの高さを検出し、車両のコンビネーションメータ（図示しない）等に向けて検出結果を出力する。

（基本構成）
以下、第一実施形態の液面検出装置１の基本構成を説明する。液面検出装置１は、ボディ２０、ロータ３０、フロート４０、アーム５０、回転センサ６０及び配線７０等を備えている。

ボディ２０は、樹脂により略矩形板状に形成され、本体部２１及び支持軸２２を有している。本体部２１は、燃料タンク２の内部に固定されている。支持軸２２は、ロータ３０に同軸上に嵌合することにより、ロータ３０を回転中心線Ｏまわりに回転可能に軸受している。

ロータ３０は、樹脂により略円盤状に形成され、マグネット３１及び挟持部３２を有している。マグネット３１は、ボディ２０の支持軸２２を径方向に挟んだ両側に、それぞれ配置されている。各マグネット３１は、それぞれ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ロータ３０と共に回転する。

ロータ３０の回転中心線Ｏに垂直な面であってアーム５０の接触する面を接触面３３とすると、挟持部３２は、樹脂により接触面３３から突出して形成されている。挟持部３２は、図３に示すように、アーム５０を保持する保持部３２ａと、保持部３２ａへ固定するアーム５０を挿入するための開口部３２ｂを有している。保持部３２ａは、断面を円形に形成されるとともに、その直径寸法Ｄ２は、アーム５０の直径寸法Ｄ１より小さく形成されている。これによれば、保持部３２ａによりアーム５０を保持固定する際に、保持部３２ａは、弾性力によりアーム５０を径方向に締め付けることになる。

また、開口部３２ｂは、接触面３３からの幅寸法Ｗを、保持部３２ａの直径寸法Ｄ２より小さく形成されている。これによれば、保持部３２ａのうち、直径寸法Ｄ２と幅寸法Ｗの長さの差の部分により、アーム５０が開口部３２ｂから飛び出してしまうことを抑えている。アーム５０を開口部３２ｂから押し込むと、挟持部３２が弾性変形して、保持部３２ａによりアーム５０は保持固定される。以上により、挟持部３２は、アーム５０を接触面３３に対して垂直方向（図３のＶに示す）及び平行方向（図３のＨに示す）に固定している。

フロート４０は、燃料３よりも比重が小さなゴム乃至は樹脂によりブロック状に形成されることにより、燃料タンク２内において燃料３の液面３ａに浮遊可能となっている。フロート４０には、その略重心を通るように貫通孔４１が円筒孔状に形成されている。フロート４０は、燃料タンク２内の液面３ａの高さに応じて上下運動する。

アーム５０は、ステンレス鋼等の金属により、横断面が円形の長手線状であり、屈曲部５２により屈曲して形成されている。アーム５０の中間部は、挟持部３２によりロータ３０へ挟持されることで、当該ロータ３０と一体に回転する。アーム５０の中間部からは、ロータ３０の回転中心線Ｏとは平行にロータ３０を貫通するストッパ部５３が延伸し、ストッパ部５３は、ボディ２０の有するストッパ面２３に当接することにより、フロート４０の可動範囲を規制する。アーム５０においてストッパ部５３とは反対の端部は、フロート４０の貫通孔４１を任意の上下位置で水平方向に沿って貫通することで、当該フロート４０を保持している。また、屈曲部５２は、ロータ３０との接触面３３とは異なる箇所に設けられ、約９０度の角度を有している。

以上の構成により、フロート４０とロータ３０とを連結するアーム５０は、燃料３の液面３ａに追従するフロート４０の上下運動を、ロータ３０の回転運動に変換する。

回転センサ６０は、磁電変換素子６２及び三つのターミナル６１を有している。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６２は、支持軸２２内に封止保持されている。磁電変換素子６２は、各マグネット３１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３１と一体回転するロータ３０の回転運動に応じた電気信号を出力する。ここでロータ３０の回転角度は、液面３ａの高さに対応したフロート４０の上下運動に追従する物理量となることから、磁電変換素子６２の出力信号は、実質的に当該液面３ａの高さを表す電気信号となる。

三つのターミナル６１は、磁電変換素子６２へ稼動電圧を供給する入力端子、磁電変換素子６２へ接地電圧を供給する接地端子、並びに磁電変換素子６２から出力される電気信号を外部へ送信する出力端子のうちいずれかとして、機能する。
（特徴）
以下、第一実施形態による液面検出装置１の特徴的構成につき、詳細に説明する。

図１に示すように、アーム５０の一部には、アーム支え部５１が形成されている。ここで、ロータ３０の接触面３３に沿って屈曲部５２から延伸するアーム５０上に想定された仮想直線を仮想延伸線Ｌとする。仮想延伸線Ｌは、アーム５０におけるストッパ部５３及び屈曲部５２を結んだ直線である。また、ロータ３０には、挟持部３２の他に、接触面３３から突出するＬ字状の二つの留め具３５が形成され、アーム支え部５１は、二つの留め具３５の内側に接触している。これによれば、二つの留め具３５は、アーム支え部５１を有するアーム５０を仮想延伸線Ｌ方向に固定している。アーム支え部５１は、仮想延伸線Ｌ周りの時計周りと反時計周りの両側においてロータ３０の接触面３３に沿って設けられている。

アーム支え部５１は、アーム５０を仮想延伸線Ｌに対して垂直及び平行に向かって交互に延伸させることにより、仮想延伸線Ｌに沿って蛇行する蛇行部５１である。ここで、蛇行部５１は、ロータ３０の回転中心線Ｏを仮想延伸線Ｌ方向に跨ぐように配置され、回転中心線Ｏに対して点対称に連続して形成される二つのコの字状となっており、二つのコの字は、全域において接触面３３に接触している。以上の構成によれば、アーム支え部５１は、アーム５０が仮想延伸線Ｌ周りに回転しようとする力を接触面３３に接触して支持する。

ここまで説明した第一実施形態によると、ロータ３０のうちロータ３０の回転中心線Ｏに垂直な面であってアーム５０が接触する面を接触面３３とし、屈曲部５２から延伸するアーム５０上に想定された仮想直線を仮想延伸線Ｌとすると、アーム５０の一部に形成されているアーム支え部５１は、接触面３３に接触することにより、アーム５０が仮想延伸線Ｌ周りに回転しようとする力を支持する。そのため、フロート４０に対する浮力等の力によりアーム５０に仮想延伸線Ｌ周りのモーメント力が加わっても、アーム支え部５１が接触面３３へ接触して、アーム５０が仮想延伸線Ｌ周りへ回転してしまうことを抑制する。これによれば、タンク２内の液面３ａの高さに応じてタンク２内で上下運動するフロート４０の高さの変化を抑えることができる。その結果、回転センサ６０の検出するロータ３０の回転角度と対応させたフロート４０の液面３ａの高さを、タンク２内の液面３ａの高さとして正確に検出することが可能となる。

さらに、第一実施形態によると、屈曲部５２から延伸するアーム５０上にある仮想延伸線Ｌの両側に形成されているアーム支え部５１が、仮想延伸線Ｌの両側の接触面３３へそれぞれ接触することで、アーム５０が仮想延伸線Ｌの時計周り又は反時計周りに回転しようとする力をそれぞれ支えることができる。これによれば、アーム５０が仮想延伸線Ｌの時計回り又は反時計周りへ回転してしまうことを抑制して、タンク２内の液面３ａの高さに応じてタンク２内で上下運動するフロート４０の高さの変化を確実に抑えることができる。

加えて、第一実施形態によると、アーム支え部５１である蛇行部５１は、仮想延伸線Ｌの両側の少なくとも一方の側に蛇行するため、アーム支え部５１は、アーム５０を曲げ加工により形成することができる。そのため、アーム支え部５１を容易に加工して、アーム５０の仮想延伸線Ｌ周りへ回転しようとする力を支えることができる。これによれば、アーム５０の仮想延伸線Ｌ周りへの回転を抑制して、タンク２内の液面３ａの高さに応じてタンク２内で上下運動するフロート４０の高さの変化を容易に抑えることができる。

さらに加えて、第一実施形態によると、フロート４０の上下運動の可動範囲は、アーム５０から延伸するストッパ部５３がボディ２０の有するストッパ面２３に当接することにより規制される。ストッパ部５３がストッパ面２３に当接する位置は、フロート４０の上下限においてそれぞれキャリブレーションされている。ここで、アーム５０のアーム軸周りへの回転を抑制すると、ストッパ部５３の位置の変化を抑えることができる。そのため、フロート４０の上下限においてストッパ部５３は、キャリブレーションされた位置でストッパ面２３と当接して、フロート４０の上下限におけるタンク２内の液面３ａの高さの検出精度を高めることができる。また、可動範囲の上下限において、フロート４０への浮力等によりアーム５０が仮想延伸線Ｌ周りに回転すると、ストッパ面２３が削れてしまう。これに対して、本実施形態では、アーム支え部５１が接触面３３に接触することでアーム５０の仮想延伸線Ｌ周りへの回転を抑制する。そのため、ストッパ面２３にストッパ部５３からの荷重が加わりにくくなり、ストッパ面２３が削れてしまうことを抑制できる。これによれば、ストッパ面２３によりフロート４０の可動範囲の上下限をキャリブレーションされた液面３ａの高さとして検出することが可能となる。

（第二実施形態）
図４に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態のアーム支え部２５１は、接触面３３に沿って設けられると共に、アーム５０を仮想延伸線Ｌに対して斜めの両側に向かって交互に延伸させることにより、仮想延伸線Ｌに沿って蛇行する蛇行部２５１である。ここで、蛇行部２５１は、回転中心線Ｏを仮想延伸線Ｌ方向に跨ぐように配置され、回転中心線Ｏに対して点対称に連続して形成される二つのＶ字状となっている。以上の構成によれば、アーム支え部２５１は、アーム５０が仮想延伸線Ｌ周りに回転しようとする力を接触面３３に接触して支持する。

以上説明した第二実施形態では、アーム支え部２５１は、仮想延伸線Ｌに対して斜めに延伸して形成される蛇行部２５１である。ここで、図１に示すように蛇行部５１を仮想延伸線Ｌに対して直角に延伸させて（５１ａから５１ｂ）形成する場合、さらに仮想延伸線Ｌに沿って延伸させる（５１ｂから５１ｃ）必要があり、曲げ回数が多くなってしまう。しかし、本実施形態では、アーム５０を仮想延伸線Ｌに対して斜めに延伸させて少ない曲げ回数で蛇行部２５１を形成することができる。これによれば、さらに容易にアーム支え部２５１として蛇行部２５１を形成して、アーム５０の仮想延伸線Ｌ周りへ回転しようとする力を支えることができる。その結果、アーム５０の仮想延伸線Ｌ周りへの回転を抑制して、タンク２内の液面３ａの高さに応じてタンク２内で上下運動するフロート４０の高さの変化をさらに容易に抑えることができる。

（第三実施形態）
図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の第三実施形態は、第一・第二実施形態の変形例である（図５（ａ）〜（ｃ）は、第一実施形態の変形例を示す）。図５（ａ）に示すように、第三実施形態のアーム支え部３５１は、接触面３３に沿って設けられると共に、アーム５０を仮想延伸線Ｌを挟んで一方の側に、回転中心線Ｏを仮想延伸線Ｌ方向に跨いでコの字状に形成することにより、仮想延伸線Ｌに沿って蛇行する蛇行部３５１である。ここで、蛇行部３５１は、アーム５０を図５（ｂ）に示す仮想延伸線Ｌを挟み、図５（ａ）に対して他方の側に、回転中心線Ｏを仮想延伸線Ｌ方向に跨いでコの字状に形成することにより設けるとしてもよい。

ロータ３０の接触面３３からは、図５（ｃ）にＣ−Ｃ線断面図を示す係止部３３４がＬ字状に突出して形成され、アーム支え部３５１は、係止部３３４によりロータ３０の接触面３３へ係止されている。

以上説明した第三実施形態によると、アーム支え部３５１をロータ３０の接触面３３へ係止する係止部３３４は、アーム５０の仮想延伸線Ｌ周りへ回転しようとする力により、アーム支え部３５１がロータ３０の接触面３３から浮いてしまうことを抑制する。仮に仮想延伸線Ｌを挟んで一方の側にアーム支え部３５１を形成すれば、係止部３３４により係止して、アーム５０の仮想延伸線Ｌの時計周り又は反時計周りに回転しようとする力をそれぞれ支えることができる。これによれば、アーム支え部３５１を小さく形成することにより、ロータ３０の接触面３３が小さい場合においてもアーム５０の仮想延伸線Ｌ周りの回転を抑制できる。その結果、ロータ３０の接触面３３の面積に拘らずタンク２内の液面３ａの高さに応じてタンク２内で上下運動するフロート４０の高さの変化を確実に抑えることができる。

また、この特徴によると、アーム支え部３５１の蛇行部３５１は、一つのコの字状に形成されるため、アーム５０の仮想延伸線Ｌに沿った方向の距離を短くして、仮にロータ３０の接触面３３の面積がわずかであっても、アーム５０の仮想延伸線Ｌ周りの回転を抑制することができる。

（第四実施形態）
図６に示すように、本発明の第四実施形態は、第一〜第三実施形態の変形例である。第四実施形態のアーム支え部４５１は、ロータ３０の接触面３３に設けられた二つの留め具３５の間に、接触面３３に沿う平板４５１として形成されている。平板４５１は、ステンレス鋼等の金属により形成され、アーム５０の仮想延伸線Ｌを挟んだ両側に溶接されている。平板４５１は、全域において接触面３３に接触している。ここで、第四実施形態の平板４５１は、請求項における平面部に相当する。以上の構成によれば、アーム支え部４５１は、アーム５０が仮想延伸線Ｌ周りに回転しようとする力を接触面３３に接触して支持する。

以上説明した第四実施形態によると、アーム支え部４５１である平面部４５１は、ロータ３０の接触面３３に沿っているため、アーム５０の仮想延伸線Ｌ周りへ回転しようとする力を平面部４５１により支えることができる。これによれば、アーム支え部４５１として平面部４５１を形成するだけで、アーム５０の仮想延伸線Ｌ周りへの回転を抑制できる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの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及び組み合わせに適用することができる。

具体的には、第一実施形態〜第四実施形態において、ロータ３０の接触面３３には、二つの留め具３５が形成されているとしたが、二つの留め具３５は、設けなくてもよい。また、第一実施形態〜第四実施形態において、アーム５０は、横断面を円形であるとしたが、横断面を四角形であるとしてもよい。

さらに第一〜第四実施形態において、アーム５０の一端部には、ストッパ部５３が設けられているとしたが、ストッパ部をロータ３０から突出して形成するとしてもよい。加えて、第一実施形態及び第二実施形態において蛇行部５１、２５１は、回転中心線Ｏに対して点対称に連続して形成される二つのコの字状又はＶ字状となっているとしたが、二つに限定せず三つ以上のコの字状又はＶ字状あるいは円弧などその他の形状としてもよい。

さらに加えて、第一〜第三実施形態において蛇行部５１、２５１、３５１は、ロータ３０の回転中心線Ｏを仮想延伸線Ｌ方向に跨ぐように配置されているとしたが、回転中心線Ｏを跨がずに配置されているとしてもよい。また、第三実施形態において、蛇行部３５１は、仮想延伸線Ｌ周りの一方に設けられているとしたが、仮想延伸線Ｌ周りの両側に設けられているとしてもよい。

さらに、第三実施形態において、蛇行部３５１は、コの字状としたが、Ｖ字状又は円弧など他の形状であってもよいし、複数のコの字又はＶ字、または他の形状を設けるとしてもよい。加えて、第四実施形態において、アーム支え部４５１は、接触面３３に沿う平板４５１としたが、アーム５０の一部をつぶし加工しアーム支え部４５１を形成してもよい。第四実施形態において、係止部３３４によりアーム支え部４５１を係止してもよい。

１ 液面検出装置、２０ ボディ、３０ ロータ、３２ 挟持部、３３ 接触面、４０ フロート、５０ アーム、５１、２５１、３５１ アーム支え部（蛇行部）、４５１ アーム支え部（平板）、５２ 屈曲部、５３ ストッパ部、６０ 回転センサ

Claims (5)

1. タンク（２）内の液面（３ａ）の高さに応じて前記タンク内で上下運動するフロート（４０）と、
   前記タンクに固定されるボディ（２０）と、
   前記ボディに対して回転中心線（Ｏ）周りに回転可能なロータ（３０）と、
   前記フロートと前記ロータとを連結して前記フロートの上下運動を前記ロータの回転運動に変換するアーム（５０）と、
   前記液面の高さに応じた前記ロータの回転角度を検出する回転センサ（６０）と、を備え、
   前記アームは、挟持部（３２）により前記ロータへ挟持されると共に、前記フロートとの連結側を屈曲部（５２）により屈曲して形成され、
   前記ロータのうち前記ロータの回転中心線に垂直な面であって前記アームが接触する面を接触面（３３）とし、
   前記接触面に沿って前記屈曲部から延伸する前記アーム上に想定された仮想直線を仮想延伸線（Ｌ）とすると、
   前記アームの一部には、前記アームが前記仮想延伸線周りに回転しようとする力を前記接触面に接触して支持するアーム支え部（５１、２５１、３５１）が形成されており、
   前記アーム支え部は、前記仮想延伸線の両側の少なくとも一方の側に蛇行する蛇行部であることを特徴とする液面検出装置。
2. 前記アーム支え部は、前記仮想延伸線の両側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記アーム支え部は、係止部（３３４）により前記ロータの前記接触面へ係止されることを特徴とする請求項１または２に記載の液面検出装置。
4. 前記蛇行部は、前記仮想延伸線に対して斜めに延伸して形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液面検出装置。
5. 前記アームから延伸するストッパ部（５３）は、前記ボディの有するストッパ面（２３）に当接することにより前記フロートの可動範囲を規制することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液面検出装置。

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