JP6005460B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本明細書では、容器に貯留される液位を検出するために用いられるセンサ装置を開示する。

特許文献１に、液面レベルを測定する液面レベル検出装置が開示されている。液面レベル検出装置は、センサ部取付台とセンサ部とフラットワイヤとスプリングコイルとを備える。センサ部取付台は、燃料タンクの上端の開口部を閉塞する。センサ部は、電極対を備える。フラットワイヤは、センサ部取付台を貫通して、センサ部に接続される。スプリングコイルは、センサ部取付台とセンサ部との間に配置される。センサ部は、スプリングコイルによって、センサ部取付台に対して弾性的に保持される。これにより、燃料タンクの深さ寸法の変動によって、燃料タンクの底面に対するセンサ部の位置が変動することを美防止する。

特開平５−２２３６２４号公報

センサ装置に、容器の深さ寸法の変動に追従して電極部が移動するための構造を設けると、センサ装置の構造が複雑化する。本明細書では、センサ装置の構造を簡素化する技術を提供する。

本明細書で開示される一つ技術は、容器に貯留される液位を検出するために用いられるセンサ装置であって、電極対を備える電極部と、容器の開口を閉塞するための蓋部と、
蓋部を貫通して、電極部に信号を供給するための導電部材と、を備え、導電部材は、蓋部と電極部とに固定されており、蓋部と電極部との間に位置する導電部材は、蓋部が容器の開口を閉塞している状態で、弾性的に圧縮された状態で配置されて、その弾性力によって電極部を容器の底面に向けて押圧し、電極部が容器の深さ方向に移動するように、弾性変形可能である。
本明細書で開示される他の一つ技術は、容器に貯留される液位を検出するために用いられるセンサ装置である。センサ装置は、電極部と、蓋部と、導電部材とを備える。電極部は、電極対を備える。蓋部は、容器の開口を閉塞する。導電部材は、蓋部を貫通して、電極部に信号を供給する。導電部材は、蓋部と電極部とに固定される。蓋部と電極部との間に位置する導電部材は、蓋部が容器の開口を閉塞している状態で、電極部が容器の深さ方向に移動するように、弾性変形可能である。

この構成によれば、電極部は、容器の深さ寸法が変動する場合に、導電部材の弾性力によって、容器の底面に押圧された状態で容器の深さ寸法に追従して移動することができる。このため、容器の深さ寸法の変動に追従して電極部が移動するための構造を、導電部材と別に設けずに済む。この構成によれば、センサ装置の構造を簡素化することができる。

センサシステムの概略図を示す。 図１のII-II断面の端面図を示す。 ターミナルの概略断面図を示す。 制御回路の概略回路図を示す。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

（特徴１）電極部は、平板状の基部を備えていてもよい。電極対は、基部の表面に配置されていてもよい。センサ装置は、さらに、案内部を備えていてもよい。案内部は、少なくとも容器の深さ方向に伸びており、基部の容器の深さ方向への移動を案内してもよい。

この構成によれば、電極部は、容器の深さ方向に安定して移動することができる。

（特徴２）案内部と蓋部とは、一体で構成されていてもよい。

この構成によれば、センサ装置の構造を簡素化することができる。

（特徴３）蓋部は、導電部材に接続されており、液位を検出する処理回路を収容するケースを備えていてもよい。

この構成によれば、容器に蓋部を組み付けることによって、センサ装置と処理回路とをまとめて容器に組み付けることができると共に、容器から蓋部を取り外すことによって、センサ装置と処理回路とをまとめて容器から取り外すことができる。

（特徴４）導電部材は、シールド部材によって被覆されていてもよい。

この構成によれば、導電部材に発生する浮遊容量を抑制することができる。

図１に示すセンサシステム２は、自動車に搭載される。センサシステム２は、燃料タンク１００内の燃料の液位を検出するために用いられる。燃料タンク１００は、樹脂又は金属で作製されている。なお、燃料には、ガソリンとエタノールとが混合されている場合がある。センサシステム２は、センサ装置１０と、制御回路６と、外部端子４とを備える。

センサ装置１０は、蓋部１２と、センサ３０と、ターミナル２４と、スライドレール２２とを備える。蓋部１２は、燃料タンク１００の上壁に設けられている開口１００ａに取り付けられて、開口１００ａを閉塞する。蓋部１２は、蓋本体１８とケース１６とを備える。蓋本体１８は、開口１００ａの開口面積よりも広い面積を有する平板形状を有する。蓋本体１８の上面には、ケース１６が取り付けられている。ケース１６は、制御回路６（図２参照）を収容する。ケース１６の上端の開口は、上壁１４によって閉塞されている。上壁１４は、レーザ溶接等によって、ケース１６に溶着されている。

図２に示すように、ケース１６には、外部端子４が貫通している。外部端子４の一端は、バスバー８を介して、制御回路６に接続されている。外部端子４は、外部電源（例えばバッテリ）に接続される。これにより、制御回路６に電力が供給される。

蓋本体１８の外縁部は、樹脂製のシール部材２０を介して、燃料タンク１００に当接する。シール部材２０によって、開口１００ａから燃料が漏れることを防止される。

蓋本体１８の中央部には、１対のスライドレール２２が取り付けられている。１対のスライドレール２２は、蓋部１２から下方に垂直に突出する。また、１対のスライドレール２２は、蓋部１２から燃料タンク１００の下面に向かって突出していると共に、蓋部１２からセンサ３０に向かって突出している。１対のスライドレール２２は、互いに平行に配置されている。各スライドレール２２には、他のスライドレール２２に対向する面に、溝２２ａが形成されている。溝２２ａは、スライドレール２２の長手方向に伸びている。即ち、溝２２ａは、燃料タンク１００の深さ方向に伸びている。

１対のスライドレール２２の間には、センサ３０が配置されている。図１に示すように、センサ３０は、基板３２と４個の電極３４〜４０と当接部４２とを備える。なお、図２では、電極３４〜４０は図示省略されている。基板３２は、硬質の樹脂（例えばポリフェニレンスルファイド）で作製されている。基板３２は、矩形状の平板である。基板３２の上端部には、基板３２の側面から溝２２ａ内に伸びる１対のスライド部３２ａが取り付けられている。各スライド部３２ａは、溝２２ａ内で、溝２２ａに対して摺動可能に配置されている。基板３２は、スライドレール２２に案内されて、燃料タンク１００の深さ方向に移動可能である。基板３２の一方の面には、４個の電極３４〜４０が設けられている。

基準電極３４は、４個の電極３４〜４０のうち、基板３２上の最も左側に位置している。基準電極３４は、複数個（図１では３個）の横電極部分３４ａ（なお、図１では１個の横電極部分３４ａのみに符号を付している）と、縦電極部分３４ｂとを備える。縦電極部分３４ｂは、基板３２の長手方向（燃料タンク１００の深さ方向）に、直線状に伸びている。縦電極部分３４ｂの上端は、基板３２の上端部に位置する。縦電極部分３４ｂは、複数個の横電極部分３４ａの一方の端（図１の左側の端）に接続されている。これにより、複数個の横電極部分３４ａは、縦電極部分３４ｂに電気的に接続される。複数個の横電極部分３４ａは、縦電極部分３４ｂから、信号電極４０側に伸びている。複数個の横電極部分３４ａは、互いに平行に、かつ、縦電極部分３４ｂに対して垂直に配置されている。複数個の横電極部分３４ａは、基板３２の長手方向（即ち縦電極部分３４ｂの伸張方向）に等間隔に配置されている。

基準電極３４の右側には、基準電極３６が配置されている。複数個（図１では１７個）の横電極部分３６ａ（なお、図１では１個の横電極部分３６ａのみに符号を付している）と、縦電極部分３６ｂとを備える。縦電極部分３６ｂは、基板３２の長手方向に、直線状に伸びている。縦電極部分３６ｂの上端は、縦電極部分３４ｂと同様に、基板３２の上端部に位置する。縦電極部分３６ｂは、縦電極部分３４ｂよりも短い。従って、縦電極部分３６ｂの下端は、縦電極部分３４ｂの下端よりも上方に位置する。

縦電極部分３６ｂは、複数個の横電極部分３６ａの一方の端（図１の左側の端）に接続されている。これにより、複数個の横電極部分３６ａは、縦電極部分３６ｂに電気的に接続される。複数個の横電極部分３６ａは、縦電極部分３６ｂから、信号電極３８側に伸びている。複数個の横電極部分３６ａは、互いに平行に、かつ、縦電極部分３６ｂに対して垂直に配置されている。複数個の横電極部分３６ａのうち、最も下方に位置する横電極部分３６ａは、複数個の横電極部分３４ａのうちの最も上方に位置する横電極部分３４ａよりも上方に位置する。複数個の横電極部分３６ａは、基板３２の長手方向（即ち縦電極部分３６ｂの伸張方向）に等間隔に配置されている。

基準電極３６の右側には、信号電極３８が基準電極３６に対向して配置されている。信号電極３８は、複数個（図１では１７個）の横電極部分３８ａ（なお、図１では１個の横電極部分３８ａのみに符号を付している）と、縦電極部分３８ｂとを備える。縦電極部分３８ｂは、基板３２の長手方向に、直線状に伸びている。縦電極部分３８ｂの上端は、縦電極部分３４ｂ，３６ｂと同様に、基板３２の上端部に位置する。縦電極部分３８ｂは、縦電極部分３４ｂよりも短く、縦電極部分３６ｂと略同一の長さ（詳細には、縦電極部分３６ｂの方が若干長い）を有する。従って、縦電極部分３８ｂの下端は、縦電極部分３４ｂの下端よりも上方に位置し、縦電極部分３６ｂの下端と略同一の高さに位置する。

縦電極部分３８ｂは、複数個の横電極部分３８ａの一方の端（図１の右側の端）に接続されている。これにより、複数個の横電極部分３８ａは、縦電極部分３８ｂに電気的に接続される。複数個の横電極部分３８ａは、縦電極部分３８ｂから、基準電極３６側に伸びている。複数個の横電極部分３８ａは、互いに平行に、かつ、縦電極部分３８ｂに対して垂直に配置されている。複数個の横電極部分３８ａは、基板３２の長手方向（即ち縦電極部分３８ｂの伸張方向）に等間隔に配置されている。基板３２の上端から下方に見たときに、横電極部分３６ａと横電極部分３８ａとは、交互に配置されている。

信号電極３８の右側には、信号電極４０が配置されている。信号電極４０は、電極３６，３８の下方で、基準電極３４に対向している。信号電極４０は、複数個（図１では３個）の横電極部分４０ａ（なお、図１では１個の横電極部分４０ａのみに符号を付している）と、縦電極部分４０ｂとを備える。縦電極部分４０ｂは、基板３２の長手方向に、直線状に伸びている。各縦電極部分３４ｂ〜４０ｂは、互いに平行に配置されている。縦電極部分４０ｂの上端は、縦電極部分３４ｂ〜３８ｂと同様に、基板３２の上端部に位置する。縦電極部分３８ｂは、縦電極部分３６ｂ，３８ｂよりも長く、縦電極部分３４ｂと略同一の長さ（詳細には、縦電極部分４０ｂの方が若干長い）を有する。従って、縦電極部分４０ｂの下端は、縦電極部分３６ｂ，３８ｂの下端よりも下方に位置し、縦電極部分３４ｂの下端と略同一の高さに位置する。

縦電極部分４０ｂは、複数個の横電極部分４０ａの一方の端（図１の右側の端）に接続されている。これにより、複数個の横電極部分４０ａは、縦電極部分４０ｂに電気的に接続される。複数個の横電極部分４０ａは、縦電極部分４０ｂから、基準電極３４側に伸びている。複数個の横電極部分４０ａは、互いに平行に、かつ、縦電極部分４０ｂに対して垂直に配置されている。複数個の横電極部分４０ａは、基板３２の長手方向（即ち縦電極部分４０ｂの伸張方向）に等間隔に配置されている。基板３２の上端から下方に見たときに、横電極部分３４ａと横電極部分４０ａとは、交互に配置されている。

基板３２の下端には、当接部４２が取り付けられている。当接部４２は、燃料タンク１００の底面に当接する。

４個の電極３４〜４０のそれぞれの上端には、ターミナル２４が接続されている。ターミナル２４の下端は、基板３２に固定されている。ターミナル２４は、蓋部１２にも固定されている。ターミナル２４は、蓋部１２の蓋本体１８を貫通して、ケース１６内に伸びている。ターミナル２４は、ケース１６内で、バスバー８に接続されている。図２に示すように、ターミナル２４は、蓋部１２とセンサ３０との間で、屈曲している。ターミナル２４は、蓋部１２とセンサ３０との間で、弾性変形可能に設けられている。ターミナル２４は、弾性的に圧縮変形された状態で用いられる。基板３２は、ターミナル２４によって、蓋部１２側から燃料タンク１００の底面に向けて、燃料タンク１００の深さ方向に押圧されている。基板３２は、ターミナル２４の押圧力によって変形されない程度に硬質に作製されている。燃料タンク１００が深さ方向に変形する場合、ターミナル２４が弾性変形することによって、基板３２は、蓋部１２、即ち燃料タンク１００の上壁に対して移動する。この結果、基板３２は、燃料タンク１００の深さ寸法の変動に追従して移動することができる。また、基板３２は、スライドレール２２に案内されて、溝２２ａに沿って移動するため、基板３２が傾斜することなく、安定して移動することができる。

図３に示すように、ターミナル２４は、導電部２４ａと絶縁部２４ｂとシールド部２４ｃとを備える。導電部２４ａは、弾性変形可能で、かつ、導電性の材料（例えば銅合金）で作製されている。導電部２４ａは、バスバー８に接続されている。導電部２４ａは、絶縁部２４ｂによって、両端を除き全体的に覆われている。絶縁部２４ｂは、ポリエチレン等の絶縁材料で作製されている。シールド部２４ｃは、絶縁部２４ｂの周りを覆っている。シールド部２４ｃは、弾性変形可能な材料（例えば銅合金）で作製されている。シールド部２４ｃは、接地されている。なお、変形例では、ターミナル２４は、シールド部２４ｃを覆う保護部を備えていてもよい。保護部は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等で作製されており、ターミナル２４を保護してもよい。

図４に示すように、制御回路６は、発振部５０と演算部５２とを備える。発振部５０は、外部端子４を介して、外部電源から供給される電圧を利用して、予め決められた周期（例えば、１０Ｈｚ〜３ＭＨｚ）の信号（交流電圧）を発生する。変形例では、発振部５０は、パルス信号を発生してもよい。発振部５０は、バスバー８を介して、信号電極３８のターミナル２４に接続される。また、発振部５０は、バスバー８を介して、信号電極４０のターミナル２４に接続される。発振部５０は、信号電極３８と信号電極４０とに、選択的に信号を供給する。なお、基準電極３４，３６に接続されているターミナル２４は、バスバー８を介して、接地されている。

演算部５２は、発振部５０とターミナル２４との間に接続されている。演算部５２は、信号電極３８，４０に供給される信号を検出する。演算部５２は、検出された信号を整流し、増幅した後、増幅された信号を用いて燃料の液位を算出する。

具体的には、まず、演算部５２は、信号電極４０に供給される信号を検出して、燃料の比誘電率を特定する。信号電極４０に供給される信号は、基準電極３４と信号電極４０とで構成される電極対３４，４０の静電容量に相関する。電極対３４，４０の静電容量は、基準電極３４と信号電極４０とが対向する部分に蓄えられる電荷によって決定される。横電極部分３４ａと横電極部分４０ａとは、基板３２の下端付近に設けられている。即ち、横電極部分３４ａと横電極部分４０ａとは、燃料タンク１００の底部に位置する。

この結果、横電極部分３４ａと横電極部分４０ａとは、通常、常に燃料に浸かっている。このため、電極対３４，４０の静電容量は、燃料の比誘電率と、高い相関関係にある。燃料の比誘電率は、ガソリン（比誘電率≒２）中のエタノール（比誘電率≒２４．５）の濃度によって変化する。燃料中のエタノール濃度が高くなる程、燃料の比誘電率は高くなる。この関係から、演算部５２は、信号電極４０に供給される信号を検出することによって、燃料の比誘電率を特定することができる。例えば、演算部５２は、演算部５２に予め記憶されている信号電極４０に供給される信号と燃料の比誘電率との関係を示すデータベースを用いて、比誘電率を特定してもよい。あるいは、演算部５２は、信号電極４０に供給される信号と燃料の比誘電率との相関を示す数式を演算することによって、比誘電率を特定してもよい。なお、データベース又は数式は、実験又は解析によって予め特定されていてもよい。

次いで、演算部５２は、信号電極３８に供給される信号を検出すると共に、特定済みの燃料の比誘電率を用いて、燃料の液位を検知する。信号電極３８に供給される信号は、基準電極３６と信号電極３８とで構成される電極対３６，３８の静電容量に相関する。

燃料の液位が変動すると、燃料に浸かっている電極対３６，３８の長さが変化する。このため、電極対３６，３８の静電容量は、燃料の液位と高い相関関係にある。また、電極対３６，３８の静電容量は、燃料の比誘電率とも相関する。このため、演算部５２は、信号電極３８に供給される信号の検出と、燃料の比誘電率とによって、燃料タンク１００内の燃料の液位を検出することができる。例えば、演算部５２は、演算部５２に予め記憶されている信号電極３８に供給される信号と、燃料の比誘電率と、燃料の液位との関係を示すデータベースを用いて、液位を検出してもよい。あるいは、演算部５２は、信号電極３８に供給される信号と、燃料の比誘電率と、燃料の液位との相関を示す数式を演算することによって、液位を検出してもよい。データベース又は数式は、実験又は解析によって予め特定されていてもよい。

センサ装置１０では、センサ３０は、燃料タンク１００の深さ寸法が変動する場合に、ターミナル２４の弾性力によって、燃料タンク１００の底面に押圧された状態で、燃料タンク１００の深さ寸法に追従して移動することができる。この構成では、ターミナル２４は、信号電極３８，４０に信号を供給する導電機能を有すると共に、燃料タンク１００の深さ寸法の変動に追従してセンサ３０が移動するための追従機能とを有する。この構成によれば、燃料タンク１００の深さ寸法の変動に追従してセンサ３０が移動するための構造を、ターミナル２４と別に設けずに済む。これにより、センサ装置１０の構成を簡素化することができる。

また、センサ装置１０では、蓋本体１８とケース１６とスライドレール２２とは、一体で形成されている。この構成によれば、センサ装置１０の構成を簡素化することができる。また、燃料タンク１００から蓋部１２を取り外すことによって、ケース１６に収容される制御回路６と、スライドレール２２に取り付けられている基板３２とを、燃料タンク１００から取り外すことができる。同様に、蓋部１２に、制御回路６と基板３２とを取り付けた状態で、蓋部１２を制御回路６に取り付けることによって、センサ装置１０を、燃料タンク１００に容易に取り付けることができる。

ターミナル２４では、導電部２４ａは、絶縁部２４ｂを挟んで、シールド部２４ｃで覆われている。この結果、制御回路６から導電部２４ａに信号が供給される場合に、隣り合うターミナル２４に、電荷が蓄えられることを防止することができる。この構成によれば、センサ装置１０の浮遊容量を抑制することができる。なお、変形例では、シールド部２４ｃは、接地されていなくてもよい。例えば、シールド部２４ｃは、バスバー８に接続されていてもよい。また、例えば、シールド部２４ｃは、一定の電位に維持されていてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、本明細書に開示されるセンサ装置は、燃料の液位以外の液体の液位を検出するために用いられてもよい。例えば、センサ装置は、オイルパン内等の液体の液位を検出するために用いられてもよい。

上記の実施例では、センサ３０は、４個の電極３４〜４０を備える。しかしながら、センサ３０は、少なくとも液体の液位を検出するための２個の電極を備えていればよい。例えば、センサ３０は、２個の電極３６，３８を備えており、電極３４，４０を備えていてもよい。即ち、センサ３０は、１個の電極対３６，３８のみを備えていてもよい。この場合、制御回路６は、電極対３６，３８の静電容量を用いて、燃料の液位を検出してもよい。また、センサ３０は、燃料の温度を検出する温度検出部（例えばサーミスタ）を備えていてもよい。この場合、制御回路６は、電極対３６，３８の静電容量と、燃料の温度とを用いて、燃料の液位を検出してもよい。

あるいは、センサ３０は、２個の信号電極と、２個の信号電極のそれぞれに対向する１個の基準電極とを備えていてもよい。即ち、センサ３０は、共通する１個の基準電極を有する２個の電極対を備えていてもよい。

ターミナル２４の形状は、上記の実施例の形状に限られない。例えば、ターミナル２４は、螺旋状（コイルバネ状）に形成されていてもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：センサシステム、６：制御回路、１０：センサ装置、１２：蓋部、１６：ケース、１８：蓋本体、２２：スライドレール、２２ａ：溝、２４：ターミナル、２４ａ：導電部、２４ｃ：シールド部、３０：センサ、３２：基板、３４，３６：基準電極、３８，４０：信号電極、１００：燃料タンク

Claims (5)

1. 容器に貯留される液位を検出するために用いられるセンサ装置であって、
   電極対を備える電極部と、
   容器の開口を閉塞するための蓋部と、
   蓋部を貫通して、電極部に信号を供給するための導電部材と、を備え、
   導電部材は、蓋部と電極部とに固定されており、
   蓋部と電極部との間に位置する導電部材は、蓋部が容器の開口を閉塞している状態で、弾性的に圧縮された状態で配置されて、その弾性力によって電極部を容器の底面に向けて押圧し、電極部が容器の深さ方向に移動するように、弾性変形可能であるセンサ装置。
2. 電極部は、平板状の基部を備え、
   電極対は、基部の表面に配置されており、
   センサ装置は、さらに、少なくとも容器の深さ方向に伸びており、基部の容器の深さ方向への移動を案内する案内部を備える、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 案内部と蓋部とは、一体で構成されている、請求項２に記載のセンサ装置。
4. 蓋部は、導電部材に接続されており、液位を検出する処理回路を収容するケースを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
5. 導電部材は、シールド部材によって被覆されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ装置。

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