JP6336925B2 - 液面検出装置 - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、液面を検出する液面検出装置（例えば、自動車等の燃料タンク内に貯留される燃料量を検出する装置）に関する。

特許文献１に、燃料レベルゲージが開示されている。燃料レベルゲージは、中心軸回りに回転する回転部材と、回転部材を回転可能に保持する固定部材と、燃料に浮かぶフロートと、フロートの上下動を回転部材の回転運動に変換するアームと、を備える。回転部材には、回転部材の中心軸回りを回転する２個のマグネットが固定されている。各マグネットは、回転部材の中心軸から離間して配置されている。固定部材には、ホール素子が収容されている。

回転部材には、回転部材の中心軸と同軸上の軸孔が形成されている。軸孔は、回転部材の中心軸とマグネットとの距離よりも小さい孔径を有する。固定部材は、軸孔と同軸上に軸部を有する。固定部材は、軸部が軸孔に嵌合することによって、回転部材を回転可能に保持する。

特開２０１４−１３７２９８号公報

回転部材が固定部材に対してスムーズに回転するために、回転部材と固定部材との係合部分（上記の技術では軸部と軸孔）に隙間が設けられている。回転部材と固定部材との係合部分が中心軸に近い場合、係合部分の隙間により、回転部材が固定部材に対して大きくがたつく。

本明細書では、回転部材の固定部材に対するがたつきを抑制する技術を提供する。

本明細書で開示される液面検出装置は、フロートと、フロートが取り付けられており、フロートの上下方向の運動を回転運動に変換するアームと、アームの回転中心でアームに固定される回転部材と、回転部材に固定されている磁石と、回転部材を回転可能に支持する支持部材と、支持部材に覆われている磁気センサと、を備える。磁気センサは、支持部材を介して対向する磁石の回転に応じた信号を出力する。支持部材は、磁気センサを収容し、磁石と隙間を開けて対向する本体と、磁石の外周側でアームの回転方向に沿って配置されており、本体から回転部材側に突出する支持部と、本体とアームの回転軸方向に離間する位置において、支持部から外周方向に突出する鍔部と、を備える。回転部材は、鍔部に対してアームの回転方向に摺動可能に配置されており、鍔部に係合してアームの回転軸方向の移動を規制する係合部と、を備える。

上記の液面検出装置では、互いに係合する鍔部と係合部とが磁石の外周側に配置されている。この構成によれば、回転部材は、比較的に回転中心から遠い位置で支持部材と係合しながら回転することができる。このため、鍔部と係合部との隙間によって、回転部材が固定部材に対してがたつくことを抑制することができる。

燃料供給システムの構成を示す。 磁気センサユニットの正面図を示す。 支持部材の平面図を示す。 回転部材の支持部材側の面を示す。 図２のV-V断面を示す断面図を示す。 第２実施例の支持部材の平面図を示す。

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）液面検出装置では、支持部は、円筒形状を有していてもよい。支持部は、鍔部よりも本体側に支持部の内周側と外周側を連通する連通孔を有していてもよい。この構成によれば、磁石と本体との隙間は、貫通孔を介して支持部の外側に連通する。この結果、燃料に混入した異物が、磁石と本体との隙間に滞留することを防止することができる。

（特徴２）液面検出装置では、鍔部は、支持部の本体と反対側の端に配置されていてもよい。支持部材は、支持部と鍔部に跨って配置される切欠きを有していてもよい。切欠きは、連通孔から鍔部の本体と反対側の端まで伸びていてもよい。アームの回転方向において、係合部の長さは、切欠きの長さよりも短くてもよい。この構成によれば、支持部材に回転部材を組み付ける場合に、鍔部を切欠きに挿入し、回転部材を支持部材に対して回転させることによって、容易に組み付けることができる。

図１に示すように、燃料供給システム１は、自動車に搭載される燃料タンク４内の燃料を、図示省略した内燃機関に供給するためのシステムである。本実施例では、燃料はガソリンとアルコール（例えばエタノール）を含有している。燃料供給システム１は、燃料メータ６０と、燃料ポンプモジュール１０と、を備える。燃料メータ６０は、図示省略された自動車の表示装置に用いられる。燃料ポンプモジュール１０は、燃料タンク４に配置される。燃料メータ６０と、燃料ポンプモジュール１０とは、複数のライン５２、５４、５６によって電気的に接続されている。

燃料ポンプモジュール１０は、燃料ポンプユニット１２と、燃料液面検出装置２０と、を備える。燃料ポンプユニット１２は、燃料タンク４に収容される。燃料ポンプユニット１２は、燃料タンク４の開口を閉塞するセットプレート６に取付けられている。燃料ポンプユニット１２は、燃料タンク４内の燃料を、燃料ポンプユニット１２内に吸入し昇圧して、燃料ポンプユニット１２外に吐出する。燃料ポンプユニット１２から吐出された燃料は、吐出ポート１４から、図示省略された内燃機関に供給される。

燃料液面検出装置２０は、フロート２２と、フロート２２が固定されたアーム２３と、アーム２３の回転角を検出する磁気センサユニット３０と、を備える。フロート２２は、燃料タンク４内の燃料に浮かんでおり、燃料の液位に応じて上下方向に運動する。フロート２２は、アーム２３の先端に回転自在に取り付けられている。アーム２３の基端は、磁気センサユニット３０に対して、回転可能に支持されている。このため、燃料タンク４内の燃料の液位に応じてフロート２２が上下動すると、それによってアーム２３が燃料ポンプユニット１２に対して揺動回転する。

アーム２３は、例えばステンレス等の燃料に対する耐性を有する金属で作製されている。アーム２３の先端には、フロート２２が取付けられている。アーム２３の基端には、回転部材２５が取り付けられている。

磁気センサユニット３０は、アーム２３を回動自在に支持している。磁気センサユニット３０は、回転部材２５と、支持部材２４と、磁気センサ４０と、リード線３２と、を備える。

図２及び図５に示すように、回転部材２５は、ＰＯＭ等の樹脂で作製されている。なお、図５では、アーム２３は図示省略されている。回転部材２５は、平板部２５ｄと、２個のアーム保持部２５ａと、外周壁２５ｂと、係合部２５ｃと、磁石保持部２５ｆと、を備える。平板部２５ｄは、円板形状を有する。平板部２５ｄの表面には、２個のアーム保持部２５ａが取り付けられている。２個のアーム保持部２５ａは、平板部２５ｄの直径の両端に配置されている。即ち、アーム２３の回転中心Ｘを挟んで、平板部２５ｄの外周端に配置されている。

２個のアーム保持部２５ａは、それぞれアーム２３の基端部を平板部２５ｄと挟持することによって、アーム２３を保持する。なお、アーム２３の基端部は、２個のアーム保持部２５ａの間で屈曲されている。これにより、アーム保持部２５ａに対してアーム２３がアーム２３の軸方向にずれることを防止することができる。

図４に示すように、平板部２５ｄの裏面には、平板部２５ｄの外周縁を一巡する外周壁２５ｂが配置されている。外周壁２５ｂは、平板部２５ｄの裏面から垂直に伸びる円筒形状を有する。なお、図４の破線は、外周壁２５ｂの内周面を表す。外周壁２５ｂの平板部２５ｄと反対側の端には、２個の係合部２５ｃが配置されている。２個の係合部２５ｃは、外周壁２５ｂの端から内周側に向かって突出している。係合部２５ｃの内周端は、アーム２３の回転方向に沿った円弧形状を有する。

平板部２５ｄの裏面には、さらに、係合部２５ｃよりも内周側に磁石保持部２５ｆが配置されている。磁石保持部２５ｆは、平板部２５ｄに垂直に回転中心Ｘを通過する中心軸の円筒形状を有する。磁石保持部２５ｆは、係合部２５ｃの内周端と隙間を開けて配置されている。

磁石保持部２５ｆの内周側には、磁石２６が配置されている。磁石２６は、磁石保持部２５ｆの内周側に嵌合することによって保持されている。磁石２６は、永久磁石である。磁石２６は、円板形状を有する。磁気センサユニット３０を正面から見ると、磁石２６の中心は、回転中心Ｘと一致する。磁石２６は、一方の半円部分にＮ極を有し、他方の半円部分にＳ極を有する。磁石２６は、アーム２３の揺動回転に従って回転する。この結果、磁石２６によって発生される磁界の向きは、アーム２３の揺動回転に従って変動する。

回転部材２５は、支持部材２４に回転可能に支持されている。図３及び図５に示すように、支持部材２４は、ＰＰＳ等の樹脂で作製されている。支持部材２４は、本体２４ｃと、支持部２４ａと、鍔部２４ｂと、を備える。本体２４ｃは、平板形状を有する。本体２４ｃの裏面は、燃料ポンプユニット１２に接触している。本体２４ｃの表面には、支持部２４ａが配置されている。

支持部２４ａは、アーム２３の回転方向に沿って配置されている。なお、図３の一点鎖線は、支持部２４ａの外周面を表す。支持部２４ａは、本体２４ｃの表面から垂直に突出する円筒形状を有する。支持部２４ａの中心軸は、回転中心Ｘを通過する。支持部２４ａは、磁石保持部２５ｆの外周側に配置されており、磁石保持部２５ｆの外周面と僅かな間隔を有して対向している。また、支持部２４ａは、係合部２５ｃの内周側に配置されており、係合部２５ｃの内周端と僅かな間隔を有して対向している。支持部２４ａの本体２４ｃ側の端部には、支持部２４ａの外周と内周とを連通する２個の連通孔２４ｄが配置されている。２個の連通孔２４ｄは、支持部２４ａの上下端に配置されている。

支持部２４ａの本体２４ｃと反対側の端には、２個の鍔部２４ｂが配置されている。２個の鍔部２４ｂは、回転中心Ｘを挟んで、両側に配置されている。２個の鍔部２４ｂは、互いに同一の形状を有しており、回転中心Ｘに対して回転対称に配置されている。鍔部２４ｂは、アーム２３の回転方向に沿って、部分的な円環形状を有している。アーム２３の回転方向に沿った一方の鍔部２４ｂの一端と他方の鍔部２４ｂの一端との間隔の長さは、係合部２５ｃのアーム２３の回転方向に沿った長さよりも若干大きい。この構成によれば、図３及び図４に示されるように、回転部材２５を支持部材２４に取り付ける場合に、２個の係合部２５ｃのそれぞれを、２個の鍔部２４ｂの隙間のそれぞれに位置合わせをし、係合部２５ｃを２個の鍔部２４ｂの間に通過させる。そして、回転部材２５を回転することによって、回転部材２５を支持部材２４に容易に取り付けることができる。

鍔部２４ｂの内周面は、支持部２４ａの内周面と同一面上に位置しており、鍔部２４ｂの外周面は、支持部２４ａの外周面よりも外周側に伸びている。鍔部２４ｂの外周面は、外周壁２５ｂの内周面から僅かな隙間を有して配置されている。鍔部２４ｂは、平板部２５ｄと係合部２５ｃとの間に配置されている。鍔部２４ｂは、平板部２５ｄと係合部２５ｃのそれぞれに対して、僅かな隙間を有して対向している。

本体２４ｃは、磁気センサ４０を収容している。磁気センサ４０は、本体２４ｃを挟んで、磁石２６に対向する位置に配置されている。磁気センサ４０は、アーム２３の回転運動を検出し、その検出結果に基づいて燃料タンク４内に貯留される燃料液面高さに応じたアナログ量を表す信号を、燃料メータ（図示省略）に出力する（図１参照）。アナログ量を表す信号は、例えば、アナログ電圧信号、ＰＷＭ（Pulse width modulationの略）による信号、ＣＡＮ（Controller Area Networkの略）やＬＡＮ（Local Area Networkの略）等のデジタル通信を用いて送信される信号等である。磁気センサ４０は、アーム２３の回転角を検出する磁気式のセンサであって、例えば、ホールＩＣを利用した公知のセンサを用いることができる。磁気センサ４０からは、３本のリード線３２が延びている。３本のリード線３２は、それぞれ電源ライン５２、出力ライン５４及びグランドライン５６に接続されている。電源ライン５２、出力ライン５４及びグランドライン５６は、セットプレート６を貫通して燃料メータ６０に接続されている。

図１に示すように、燃料メータ６０は、ＣＰＵ６４と、表示器６２と、を有している。ＣＰＵ６４は、電源ライン５２を介して、燃料液面検出装置２０、詳細には磁気センサ４０に電源を供給する。ＣＰＵ６４には、出力ライン５４を介して、磁気センサ４０から出力される信号が入力される。ＣＰＵ６４は、磁気センサ４０から入力される信号を用いて、燃料タンク４内に貯留される燃料量を特定し、その特定した燃料量を表示器６２に表示する。ＣＰＵ６４と表示器６２とは、従来公知の燃料メータにおけるそれぞれと同様に構成することができる。なお、ＣＰＵ６４では、グランドライン５６は接地されている。

（液量検出方法）
次いで、液量検出方法について説明する。ＣＰＵ６４は、自動車の運転中（即ち、エンジンの駆動中）、磁気センサ４０に電力を供給している。磁気センサ４０は、磁石２６の磁界の向きに応じた信号を出力する。燃料タンク４内の燃料の液面の高さが変化すると、フロート２２が上下方向に移動し、フロート２２の上下方向の移動に従ってアーム２３が回転する。磁石２６は、アーム２３の回転に伴って自転する。この結果、磁石２６の磁界の向きは、アーム２３の回転、即ち、燃料タンク４内の燃料の液面の高さに応じて変動する。このため、磁気センサ４０から出力される信号は、燃料タンク４内の燃料の液面の高さに相関する。

ＣＰＵ６４は、磁気センサ４０から出力される信号が入力されると、燃料タンク４内に貯留される燃料量を特定し、その特定した燃料量を表示器６２に表示する。具体的には、ＣＰＵ６４は、ＣＰＵ６４に格納されている磁気センサ４０から出力される信号と燃料量との関係を示すデータベース又は関数を用いて、燃料量を特定する。データベース又は関数は、実験又はシミュレーションを実行することによって、予め特定され、ＣＰＵ６４に格納されている。

上記の燃料液面検出装置２０では、係合部２５ｃが鍔部２４ｂと係合して、鍔部２４ｂが係合部２５ｃと平板部２５ｄに挟持される。これにより、回転部材２５が支持部材２４に対して回転軸方向に移動することが規制される。また、回転部材２５は、磁石保持部２５ｆの外周面と支持部２４ａの内周面、係合部２５ｃの内周面と支持部２４ａの外周面、あるいは、外周壁２５ｂの内周面と鍔部２４ｂの外周面が摺動することによって、支持部材２４に対して回転する。磁石保持部２５ｆの外周面と支持部２４ａの内周面との間、係合部２５ｃの内周面と支持部２４ａの外周面との間、及び、外周壁２５ｂの内周面と鍔部２４ｂの外周面との間には、それぞれ隙間が設けられている。また、係合部２５ｃと鍔部２４ｂとの間、平板部２５ｄと鍔部２４ｂとの間にも、それぞれ隙間が設けられている。このため、回転部材２５は、支持部材２４に対してスムーズに回転することができる。

一方、支持部材２４と回転部材２５との間の上記の隙間は、回転部材２５が支持部材２４に対してがたつく要因となる。上記の燃料液面検出装置２０では、磁石保持部２５ｆ、係合部２５ｃ、支持部２４ａ及び鍔部２４ｂは、磁石２６よりも外周側であって、回転部材２５の外周端近傍に位置する。このため、支持部材２４と回転部材２５との間の隙間によるがたつき（即ち支持部材２４に対する回転部材２５の角度変化）を、支持部材２４と回転部材２５との隙間が回転中心Ｘ近傍に位置する場合と比較して小さく抑えることができる。

また、支持部材２４の２個の連通孔２４ｄは、支持部２４ａの上下端に配置されている。この構成によれば、磁石２６と本体２４ｃとの隙間に燃料を円滑に流すことができる。この結果、磁石２６と本体２４ｃとの隙間に燃料に混入した異物が滞留することを防止することができる。この構成によれば、磁石２６と本体２４ｃとの隙間の異物によって、燃料液面検出装置２０の検出精度が低下することを抑制することができる。この構成は、比較的に燃料内に異物が少ない場合に、磁石２６と本体２４ｃとの隙間と外部との経路を狭くすることによって異物が侵入することを防止する構成と比較して、磁石２６と本体２４ｃとの隙間に異物が滞留することを防止することができる。

また、支持部材２４と回転部材２５との摺動部分に気泡が滞留することを防止することができる。また、一方の連通孔２４ｄが上方向に配置されているため、気泡が磁石２６と本体２４ｃとの隙間から排出されやすい。さらに、他方の連通孔２４ｄが下方向に配置されているため、異物が重力によって落下しやすい。

（第２実施例）
図６を参照して、第１実施例との相違点を説明する。第２実施例の燃料液面検出装置２０は、支持部１２４ａの形状が、支持部２４ａの形状と異なる。なお、図６の一点鎖線は、支持部１２４ａの外周面を表す。支持部１２４ａは、連通孔２４ｄの本体２４ｃと反対側の端から支持部１２４ａの本体２４ｃと反対側の端に到達する切欠き１２４ｃを有する。言い換えると、支持部１２４ａは、回転中心Ｘを通過する中心軸を有する２個の部分的な円筒形状を有する。なお、支持部１２４ａは、３個以上の部分的な円筒形状を有していてもよい。あるいは、支持部１２４ａは、アーム２３の回転方向に沿って互いに離間して配置される複数の突起部であってもよい。突起部は、本体２４ｃから突出していてもよい。

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。

（１）上記の各実施例では、鍔部２４ｂは２個の円環形状を有する。しかしながら、鍔部２４ｂは、アーム２３の回転方向に一巡していてもよい。あるいは、鍔部２４ｂは、支持部２４ａから外周方向に突出する複数の突起部であってもよい。複数の突起部は、互いに離間して配置されていてもよい。

（２）上記の各実施例では、磁石２６は、回転部材２５から露出している。しかしながら、磁石２６は、回転部材２５に収容されていてもよい。この構成によれば、磁石２６を燃料に対して耐性が低い材料で作製することができる。

（３）支持部２４ａ，１２４ａの連通孔２４ｄは、支持部２４ａ，１２４ａの上下に配置されている。しかしながら、連通孔の形状、個数、位置は制限されない。例えば、連通孔２４ｄは、支持部２４ａの横方向に配置されていてもよい。

（４）本明細書の「液面検出装置」は、燃料タンク４内の燃料量を検出する燃料液面検出装置２０以外に、液体、例えば、貯水タンク内の貯水量等を検出する装置であってもよい。

（５）上記の実施例では、磁気センサ４０は、燃料タンク４内に貯留される燃料液面高さに応じたアナログ量に関する信号を、燃料メータ６０に出力する。そして、燃料メータ６０のＣＰＵ６４は、磁気センサ４０から出力されるアナログ量を表す信号を用いて、燃料量を特定する。しかしながら、磁気センサ４０は、燃料タンク４内に貯留される燃料液面高さに応じたアナログ量を燃料量に変換し、燃料量に応じた信号を、ＣＰＵ６４に出力してもよい。磁気センサ４０は、上記の実施例のＣＰＵ６４と同様の手法で、アナログ量を燃料量に変換してもよい。ＣＰＵ６４は、磁気センサ４０から入力された燃料量に応じた信号から燃料量を特定し、その特定した燃料量を表示器６２に表示してもよい。

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。

１：燃料供給システム、４：燃料タンク、６：セットプレート、１０：燃料ポンプモジュール、１２：燃料ポンプユニット、２０：燃料液面検出装置、２２：フロート、２３：アーム、２４：支持部材、２４ａ，１２４ａ：支持部、２４ｂ：鍔部、２４ｃ：本体、２４ｄ：連通孔、２５：回転部材、２５ａ：アーム保持部、２５ｂ：外周壁、２５ｃ：係合部、２５ｄ：平板部、２５ｆ：磁石保持部、２６：磁石、３０：磁気センサユニット、４０：磁気センサ

Claims (3)

1. フロートと、
   前記フロートが取り付けられており、前記フロートの上下方向の運動を回転運動に変換するアームと、
   前記アームの回転中心で前記アームに固定される回転部材と、
   前記回転部材に固定されている磁石と、
   前記回転部材を回転可能に支持する支持部材と、
   前記支持部材に覆われており、前記支持部材を介して対向する前記磁石の回転に応じた信号を出力する磁気センサと、を備え、
   前記支持部材は、
   前記磁気センサを収容し、前記磁石と隙間を開けて対向する本体と、
   前記磁石の外周側で前記アームの回転方向に沿って配置されており、前記本体から前記回転部材側に突出する支持部と、
   前記本体と前記アームの回転軸方向に離間する位置において、前記支持部から外周方向に突出する鍔部と、を備え、
   前記回転部材は、
   前記鍔部に対して前記アームの回転方向に摺動可能に配置されており、前記鍔部に係合して前記アームの回転軸方向の移動を規制する係合部と、を備える、液面検出装置。
2. 前記支持部は、円筒形状を有しており、前記鍔部よりも前記本体側に前記支持部の内周側と外周側を連通する連通孔を有する、請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記鍔部は、前記支持部の前記本体と反対側の端に配置されており、
   前記支持部材は、前記支持部と前記鍔部に跨って配置されており、前記連通孔から前記鍔部の前記本体と反対側の端まで伸びる切欠きを有しており、
   前記アームの回転方向において、前記係合部の長さは、前記切欠きの長さよりも短い、請求項２に記載の液面検出装置。

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