JP6287772B2

JP6287772B2 - 液面検出装置

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Publication number: JP6287772B2
Application number: JP2014233777A
Authority: JP
Inventors: 謙二磯部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-11-18
Also published as: JP2016099133A

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

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。
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。
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。
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。
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。