JP6287772B2 - 液面検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、容器内に貯留された液体の液面レベルを検出する液面検出装置に関する。
従来、容器内に貯留された液体の液面レベルを検出する液面検出装置が知られている。特許文献1に開示の液面検出装置は、容器に対して固定される固定体と、固定体に軸受され、液面レベルの上下動に応じて回転中心周りに回動する回転体と、回転体の収容空間に収容され、回転体と共に回転するマグネットと、固定体に保持され、マグネットの発生磁界を検出することにより、液面レベルを表す信号を出力する検出素子とを備えている。また、回転体は、収容空間を径方向に区切る区切壁と、マグネットの一対の側面に弾性変形状態で押し当たる一対の押当部とを有している。ここで、一対の側面及び押当部は、互いに実質平行に対向している。
特開2012−237593号公報
ここで、実際に上記構成の液面検出装置を製造するにあたり、寸法のばらつき等により回転体の回転方向において収容空間とマグネットの寸法を完璧に一致させることは困難である。そして回転方向において、互いに実質平行に対向している一対の押当部では、当該押当部の弾性反力によって径方向に生じる摩擦力を用いて保持されている。しかしながら、摩擦力による保持では不十分なため、振動や温度変化等の影響により、マグネットが径方向に移動する可能性がある。マグネットが径方向に移動すると、検出素子が検出する磁界が変化し、検出素子の出力の精度が安定しなくなってしまう。
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、検出素子の出力の精度を安定させる液面検出装置を提供することにある。
本発明は、容器(1)に貯留された液体の液面レベル(LL)を検出する液面検出装置であって、
容器に対して固定される固定体(10)と、
固定体に軸受され、液面レベルの上下動に応じて回転中心(RC)周りに回動する回転体(40)と、
回転体の収容空間(54)に収容され、回転体と共に回転するマグネット(60a,60b)と、
固定体に保持され、マグネットの発生磁界を検出することにより、液面レベルを表す信号を出力する検出素子(70)とを備え、
回転体は、収容空間を回転体の径方向(DD)に区切る区切壁(50)と、回転体の回転方向(RD)の両側におけるマグネットの一対の側面(68a,68b)に弾性変形状態でそれぞれ押し当たることで、マグネットを区切壁に押し当てる一対の押当部(52a,52b)とを有する。
このような発明によると、回転体が有する一対の押当部は、回転方向の両側におけるマグネットの一対の側面に弾性変形状態でそれぞれ押し当たる。これにより、マグネットは、収容空間を回転体の径方向に区切る区切壁に押し当てられる。これによれば、回転方向では、一対の押当部によりマグネットの移動が抑制される。また、径方向では、一対の押当部と区切壁とによりマグネットの移動が抑制される。したがって、同じ液面レベルに対する検出素子が検出する磁界の変化が抑制される。以上により、検出素子の出力の精度を安定させる液面検出装置を提供することができる。
なお、括弧内の符号は、記載内容の理解を容易にすべく、後述する実施形態において対応する構成を例示するものに留まり、発明の内容を限定することを意図したものではない。
本実施形態における液面検出装置の正面図である。 図1のII−II線断面図である。 図2のIII方向にマグネットホルダを見た図であって、収容空間及びマグネットを説明するための模式背面図である。 本実施形態における押当部を部分的に示す斜視図であって、マグネットの組み付け前の状態を示す図である。 図4のV−V線断面図であって、マグネットの組み付け後の押当部を説明するための図である。 変形例1における図3に対応する図である。 変形例2における図3に対応する図である。 変形例3の一例における図3に対応する図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による液面検出装置100は、図1に示すように、液体としての燃料を貯留する容器としての燃料タンク1内に設置されている。液面検出装置100は、燃料ポンプモジュール2等に保持された状態にて、燃料の液面レベルLLを検出する。図2にも示すように、液面検出装置100は、固定体としてのボデー10、フロート20、アーム30、回転体としてのマグネットホルダ40、マグネット60a,60b、検出素子としてのホールIC70、及びターミナル72を備えている。
ボデー10は、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂等の合成樹脂によって形成されており、燃料ポンプモジュール2を介して燃料タンク1に対して固定されている。ボデー10は、本体部12、及び本体部12から突出する軸部14を有している。
軸部14は、本体部12から燃料ポンプモジュール2との接続側とは反対側に突出する円柱状に形成されている。また、軸部14の内部には、ホールIC70を収容する素子収容室14aが設けられている。
フロート20は、例えば発泡されたエボナイト等の燃料よりも比重の小さい材料により形成され、燃料の液面に浮かぶようになっている。すなわち、液面レベルLLが変化すると、これに応じてフロート20が上下動するようになっている。フロート20は、アーム30を介してマグネットホルダに保持されている。
アーム30は、例えばステンレス鋼等の金属によって丸棒状に形成されており、フロート20とマグネットホルダ40とを繋いでいる。アーム30の一方の端部は、フロート20に形成された貫通孔22に挿通されている。アーム30の他方の端部は、マグネットホルダ40の保持機構42を用いてマグネットホルダ40に保持されている。
マグネットホルダ40は、例えばポリアセタール(POM)樹脂等の合成樹脂を主体として、円筒穴41を有する有底筒状に形成されている。マグネットホルダ40は、円筒穴41と軸部14との嵌合によりボデー10に軸受され、フロート20の上下動、すなわち液面レベルLLの上下動に応じて軸部14の突出方向に沿った回転中心RC周りに回動するようになっている。
マグネット60a〜bは、マグネットホルダ40の収容空間54に合わせた形状にカットされ、当該収容空間54に合わせた方向に磁化されて形成された永久磁石である。マグネット60a〜bは、マグネットホルダ40の収容空間54に収容され、マグネットホルダ40と共に回転するようになっており、磁界を発生させる。本実施形態では、マグネット60a〜bは一対設けられている。
ホールIC70は、ボデー10に保持され、マグネット60a〜bの発生磁界を検出することにより、液面レベルLLを表す信号を出力する磁電変換素子である。具体的に、ホールIC70は、マグネット60a〜bから磁界の作用を受けることにより、当該ホールIC70を所定の検出方向に通過する磁束mfの密度に応じた(例えば比例した)電圧を発生させる。
ターミナル72は、例えばりん青銅等の導電性材料によって、帯板状に3つ形成されている。各ターミナル72は、本体部12を通じて配置され、ホールIC70と外部の制御機器(例えば、コンビネーションメータ)との間において、検出信号の伝送に用いられる。このようにして、ホールIC70が出力する信号は、各ターミナル72を介し、外部の制御機器に計測される。
ここで、マグネットホルダ40におけるマグネット60a〜bの配置について、図3〜5も用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において径方向DDとは、回転中心RC周りに回動するマグネットホルダ40の径方向を示し、回転方向RDとは、マグネットホルダ40が回転し得る方向を示す。また、内周側とは、径方向DDにおいて回転中心RCにより近い側を示し、外周側は内周側の反対側を示す。また、軸方向ADとは、径方向DD及び回転方向RDと実質垂直であり、軸部14に沿った方向を示す。
一対のマグネット60a〜bは、図1〜3に示すように、ホールIC70が埋設された軸部14を挟んで対向する2箇所に配置されている。換言すると、ホールIC70は、マグネット60a〜bよりも内周側に配置されている。
一対のマグネット60a〜bは、互いに異なる極が対向するようになっており、例えば一方のマグネット60aは、外周側がS極、内周側がN極となっており、他方のマグネット60bは、内周側がS極、外周側がN極となっている。かかる磁極の配置により、磁束mfは、マグネット60aの内周側から軸部14を経由してマグネット60bの内周側に至るように発生する。そして、マグネットホルダ40がマグネット60a〜bと共に回動すると、その相対角度に応じて軸部14を通る磁束mfの方向が変化する。すなわちホールIC70を通過する磁束mfの密度の検出方向成分が余弦関数に基づいて変化するため、当該磁束mfの密度に応じてホールIC70に発生する電圧も変化する。
一対のマグネット60a〜bは、それぞれ扇形断面を呈する部分円環状に形成されている。より詳細に各マグネット60a〜bは、それぞれ、外周側を向く円弧面状の外周面62、内周側を向く円弧面状の内周面64、軸方向ADの両側における平面状かつ互いに実質平行な一対の底面66a,66b、及び回転方向RDの両側における平面状の一対の側面68a,68bを有している。
ここで、一方のマグネット60aに着目すると、図3に示すように、一対の側面68a〜bは、回転中心RCとマグネット60aの重心とを結び、径方向DDに沿う仮想中心線CLに対して、それぞれ傾斜している。具体的に、各側面68a〜bは、内周側から外周側へ向かう程、仮想中心線CLとは離れるように傾斜している。特に本実施形態では、一対の側面68a〜bは、仮想中心線CLを挟んで対称となる傾斜角度θに設けられている。なお、一対のマグネット60a〜bのうち他方のマグネット60bについても同様となっている。
このようなマグネット60a〜bを収容するマグネットホルダ40は、図1〜3に示すように、軸受壁44、円盤底壁46、周壁48、ヨーク部材50、及び押当部52a,52bを有し、これらにより収容空間54を形成している。
軸受壁44は、円筒穴41と軸部14との嵌合箇所を囲んで、回転方向RDに沿った円筒状に形成されている。軸受壁44は、一対のマグネット60a〜bよりも内周側に配置され、収容空間54を径方向DDに内周側から区切る。
円盤底壁46は、軸受壁44と接続し、径方向DDに沿って軸受壁44よりも外径側に拡がる略円盤状に形成されている。円盤底壁46は、一対のマグネット60a〜bよりも軸方向ADのアーム30側に配置され、収容空間54を軸方向ADにアーム30側から区切る。
周壁48は、円盤底壁46の外周側と接続し、回転方向RDに沿った円筒状に形成されている。周壁48は、一対のマグネット60a〜bよりも外周側に配置され、マグネットホルダ40において外周側に露出する壁となっている。
ヨーク部材50は、軸受壁44、円盤底壁46、及び周壁48等のマグネットホルダ40の他の要素とは別体となっており、例えば鉄等の空気よりも透磁率が高い軟磁性材等により形成されている。ヨーク部材50は、円盤底壁46と周壁48から突出する係止爪48aとの間に挟まれて係止されることで、外周側を周壁48に当接した形態にて、回転方向RDに沿った円筒状に形成されている。このヨーク部材50は、一対のマグネット60a〜bよりも外周側に配置され、一対のマグネット60a〜bと共に磁気回路を構成している。また、ヨーク部材50は、収容空間54を径方向DDの外周側から区切る区切壁としても機能している。
本実施形態の収容空間54においてヨーク部材50と軸受壁44との距離DSは、各マグネット60a〜bの径方向DDの寸法LMより僅かに大きく設定される。また、ヨーク部材50の内周側の曲率半径RS2と各マグネット60a〜bの外周面62の曲率半径RM2とには差が設定されている。具体的に、外周面62の曲率半径RM2は、ヨーク部材50の曲率半径RS2よりも僅かに小さく設定される。また、軸受壁44の外周側の曲率半径RS1と各マグネット60a〜bの内周面64の曲率半径RM1とにも差が設定されている。具体的に、内周面64の曲率半径RM1は、軸受壁44の曲率半径RS1よりも僅かに大きく設定される。かかる曲率半径RM1,RM2の設定により、収容空間54と各マグネット60a〜bとの寸法が一致しなくなり、収容空間54より小さい各マグネット60a〜bによる隙間が生じ得る。しかし、各マグネット60a〜bの組付工程において、ヨーク部材50及び軸受壁44に圧力をかけずに各マグネット60a〜bを収容空間54に収容することができ、軸部14と嵌合することとなる円筒穴41の形状に歪みが生じ難い。
押当部52a〜bは、図3,5に示すように、各マグネット60a〜bに対応して、それぞれ一対ずつ(すなわち合計4つ)設けられている。マグネット60aに対応する一対の押当部52a〜bに着目すると、当該各押当部52a〜bは、マグネットホルダ40の各壁44,46,48と一体的に、例えばポリアセタール(POM)樹脂等の合成樹脂により形成されている。各押当部52a〜bは、円盤底壁46において対応する各側面68a〜bに隣接した箇所から軸方向ADの本体部12側に向かって棒状に突出している。このような形状により、各押当部52a〜bは、径方向DD及び回転方向RDに弾性変形可能となっており、対応する各側面68a〜bに弾性変形状態で押し当たっている。
押当部52a〜bのうち側面68a〜bに押し当たる箇所には、図4に示す塑性変形部53aが設けられており、当該塑性変形部53aがスナップフィットによるマグネット60aの組付け時に図5に示すように塑性変形する。そして塑性変形部53aが対応する側面68a〜bにフィットして、各押当部52a〜bの弾性反力FA,FBが各側面68a〜bに伝わり易くなると共に、押当部52a〜bと側面68a〜bとがずれ難くなる。
また、押当部52a〜bのうちアーム30側先端には、爪部53bが設けられており、爪部53bが本体部12側の底面66bに回り込むことで、一対の底面66a〜bが円盤底壁46と爪部53bとの間に挟まれて係止される。これによりマグネット60aの軸方向ADの移動が規制される。なお、本実施形態の塑性変形部53aは、爪部53bにも亘って設けられているため、本体部12側の底面66bにもフィットしている。
上述の傾斜角度θに設けられた一対の側面68a〜bが、一対の押当部52a〜bにそれぞれ押し当てられることで、マグネット60aは、一対の押当部52a〜bから仮想中心線CLに沿った径方向DDの外周側に弾性反力FA,FBを受け、ヨーク部材50に押し当てられる。より詳細には、一対の押当部52a〜bがマグネット60aに及ぼす弾性反力FA,FBのうち、仮想中心線CLに沿った成分FA1,FB1により、マグネット60aがヨーク部材50に押し当てられる。また、同時にマグネット60aは、一対の押当部52a〜bからそれぞれ回転方向RDのうち仮想中心線CLに向かう方向に弾性反力FA,FBを受ける。より詳細には、弾性反力FA,FBのうち仮想中心線CLと垂直な成分FA2,FB2により、マグネット60aが挟まれて保持される。
このようにしてマグネット60aは、軸方向ADに垂直な断面上においては、一対の押当部52a〜b及びヨーク部材50の3箇所で保持されることとなる。なお、マグネット60bに対応する一対の押当部52a〜bについても、マグネット60aに対応する一対の押当部52a〜bと同様となっている。ただし、図3においてマグネット60bに対応する仮想中心線CL、傾斜角度θ、及び寸法等の図示は省略されている。また、図5は、マグネット60bについての断面図であるが、マグネット60aについても同様のため、上記説明で用いた。
このような液面検出装置100では、例えば、車両の振動等により、マグネット60a〜bがヨーク部材50から離れる方向に移動しようとすると、一対の押当部52a〜bはより弾性変形した状態となって弾性反力FA,FBを増す。
(作用効果)
以上説明した本実施形態の作用効果を以下に説明する。
本実施形態によると、回転体としてのマグネットホルダ40が有する一対の押当部52a〜bは、回転方向RDの両側におけるマグネット60a〜bの一対の側面68a〜bに弾性変形状態でそれぞれ押し当たる。これにより、マグネット60a〜bは、収容空間54をマグネットホルダ40の径方向DDに区切る区切壁としてのヨーク部材50に押し当てられる。これによれば、回転方向RDでは、一対の押当部52a〜bによりマグネット60a〜bの移動が抑制される。また、径方向DDでは、一対の押当部52a〜bとヨーク部材50とによりマグネット60a〜bの移動が抑制される。したがって、同じ液面レベルLLに対する検出素子としてのホールIC70が検出する磁界の変化が抑制される。以上により、ホールIC70の出力の精度を安定させる液面検出装置100を提供することができる。
また、本実施形態によると、ヨーク部材50は、収容空間54を外周側から区切る。これによれば、振動や温度変化等の影響により、押当部52a〜bの弾性反力が少し緩んだとしても、マグネット60a〜bはホールIC70が配置されている内周側に近づくこととなるので、ホールIC70の出力が低下し難くなる。
また、本実施形態によると、ヨーク部材50は、空気よりも透磁率が高く、筒状に形成されている。これによれば、ヨーク部材50に一対のマグネット60a〜bの各々が押し当てられることとなる。したがって、マグネット60a〜bとヨーク部材50との間に空気からなる隙間が生じることが抑制され、磁束が効率よくヨーク部材50に誘導されるので、一対のマグネット60a〜bに挟まれたホールIC70に効率よく磁束を通すことができる。
また、本実施形態によると、一対の側面68a〜bは、回転中心RCとマグネット60a又は60bとの重心とを結ぶ仮想中心線CLに対してそれぞれ傾斜している。ここで、一対の押当部52a〜bがこの一対の側面68a〜bに弾性変形状態で押し当たると、各押当部52a〜bは、弾性反力FA,FBについて仮想中心線CLに沿った成分FA1,FB1及びこれと垂直な成分FA2,FB2の両方を有した状態で、マグネット60a〜bをヨーク部材50に押し当てることとなる。したがって、マグネット60a〜bの回転方向RD及び径方向DDの両方の移動が確実に抑制される。
また、本実施形態によると、一対の側面68a〜bは、仮想中心線CLを挟んで対称となる傾斜角度θに設けられる。これによれば、一対の押当部52a〜bがマグネット60a〜bに及ぼす弾性反力の仮想中心線CLと垂直な成分FA2,FB2が、互いに相殺されることとなるので、マグネット60a〜bの回転方向RDのバランスを安定させることができる。
(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、一対の押当部52a〜bが弾性変形状態で一対の側面68a〜bに押し当たることで、マグネット60a〜bを区切壁に押し当てるものであれば、種々の形態を採用可能である。
変形例1としては、図6に示すように、各マグネット60a〜bにおける一対の側面68a〜bは、仮想中心線CLを挟んで互いに異なる傾斜角度α,βに設けられてもよい。
変形例2としては、図7に示すように、各マグネット60a〜bにおける一対の側面68a〜bは、仮想中心線に対して実質垂直に設けられてもよい。
変形例3としては、区切壁はヨーク部材50以外であってもよい。この例として、マグネットホルダ40にヨーク部材50を設けずに、一対の押当部52a〜bは、マグネット60a〜bを区切壁としての周壁48に押し当てるようにしてもよい。またこの他の例として、図8に示すように、区切壁は、収容空間54を径方向DDの内周側から区切るものであってもよく、一対の押当部52a〜bは、マグネット60a〜bを区切壁としての軸受壁44に押し当てるようにしてもよい。
変形例4としては、マグネット60a〜bは、一対の側面68a〜bを有していれば、外周面62及び内周面64が平面状に形成されていてもよい。
変形例5としては、マグネット60a〜bは、一対ではなく、1つ設けられていてもよい。
変形例6としては、本発明は、車両に搭載される他の液体、例えばブレーキフルード、エンジン冷却水、エンジンオイル等の容器内の液面検出装置に適用されてもよい。さらに、車両用に限らず、各種民生用機器、各種輸送機器が備える液体容器内に設けられる液面検出装置に、本発明は適用可能である。
100 液面検出装置、1 燃料タンク(容器)、10 ボデー(固定体)、40 マグネットホルダ(回転体)、50 ヨーク部材(区切壁)、52a,52b 押当部、54 収容空間、60a,60b マグネット、70 ホールIC、DD 径方向、RD 回転方向、RC 回転中心、CL 仮想中心線、LL 液面レベル、θ 傾斜角度

Claims (5)

  1. 容器(1)に貯留された液体の液面レベル(LL)を検出する液面検出装置であって、
    前記容器に対して固定される固定体(10)と、
    前記固定体に軸受され、前記液面レベルの上下動に応じて回転中心(RC)周りに回動する回転体(40)と、
    前記回転体の収容空間(54)に収容され、前記回転体と共に回転するマグネット(60a,60b)と、
    前記固定体に保持され、前記マグネットの発生磁界を検出することにより、前記液面レベルを表す信号を出力する検出素子(70)とを備え、
    前記回転体は、前記収容空間を前記回転体の径方向(DD)に区切る区切壁(50)と、前記回転体の回転方向(RD)の両側における前記マグネットの一対の側面(68a,68b)に弾性変形状態でそれぞれ押し当たることで、前記マグネットを前記区切壁に押し当てる一対の押当部(52a,52b)とを有することを特徴とする液面検出装置。
  2. 前記検出素子は、前記マグネットよりも内周側に配置され、
    前記区切壁は、前記収容空間を外周側から区切ることを特徴とする請求項1に記載の液面検出装置。
  3. 前記マグネットは、前記検出素子を挟んで対向する箇所に一対設けられ、
    前記区切壁は、空気よりも透磁率が高いヨーク部材として筒状に形成され、各前記マグネットが押し当てられることを特徴とする請求項2に記載の液面検出装置。
  4. 前記一対の側面は、前記回転中心と前記マグネットの重心とを結ぶ仮想中心線(CL)に対して、それぞれ傾斜していることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の液面検出装置。
  5. 前記一対の側面は、前記仮想中心線を挟んで対称となる傾斜角度(θ)に設けられることを特徴とする請求項4に記載の液面検出装置。
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