JP6540447B2 - 液面検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、容器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に開示されている液面検出装置では、容器に対して固定される固定体と、液面に浮かぶフロートと、固定体に対して回転するように保持されるホルダと、ホルダとフロートとを繋ぐアームとを備えている。ホルダには、液面に浮かぶフロートによって液面の上下動がアームによって伝達される。したがって液面の上下動に連動して、ホルダが回転するので、ホルダの角変位を検出することによって、液面レベルを検出している。

特開２００５−１００９３号公報

前述の特許文献１に記載の液面検出装置では、フロートの上下運動をホルダの回転運動に変換するためにフロートとホルダとはアームで固定されている。アームが何らかの理由で変形するとフロートの高さが変わってしまい液面検出精度が悪化するので、アームは容易に変形しない強度を持つ金属、たとえば鋼線が用いられる。

このような液面検出装置を容器の内部に組み付ける場合、アームを容器の開口部から挿入する必要がある。組み付け時にアームおよびフロートが容器の開口部付近と干渉したとき、アームに過大な力が加わりアームが変形する可能性がある。これに対し、アームの強度を向上するという対策が考えられるが、アームを変形しないと組み付けできない組み付けルートの場合には、強度が高くてもアームを変形させる必要がある。換言すると、アームに加わる力が荷重ではなく変位、すなわち干渉量の場合、アームの強度を向上しても問題を解決することができない。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、容器の内部に組み付ける際に容器にアームが干渉しても検出精度の低下を抑制することができる液面検出装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、容器（１）に固定される固定体（１０）と、液体に浮かぶフロート（２０）と、固定体に支持され、フロートによって液面レベル（ＬＬ）の上下動に応じて回転する回転体（３０）と、回転体とフロートとを接続するアーム（５０）と、を含み、アームは、液面レベルが上下動する上下方向への弾性変形を許容する弾性部を複数有する液面検出装置である。

このような本発明に従えば、アームは液面レベルが上下動する上下方向への弾性変形を許容する弾性部を複数有する。これによって液面検出装置を容器の内部に取り付ける際に、容器にアームが干渉しても、アームが弾性部で弾性変形するので干渉を許容することができる。液面検出装置を取り付ける際に、容器の内部は視認が困難である。そこでアームに複数の弾性部を設けることによって、アームと容器とが接触しても、弾性部が弾性変形した後、再び元の形状に復元するので、アームが干渉によって変形したままになることを防止することができる。これによって容器の接触によって、アームが変形して、検出精度が低下することを抑制することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態の液面検出装置１００の燃料タンク１への設置状態を示す正面図である。 回転体３０およびアーム５０を示す正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 弾性部５５を示す斜視図である。 液面検出装置１００を組み付け状態を示す正面図である。 第２実施形態のアーム５０を示す側面図である。 他の例のアーム５０を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図５を用いて説明する。第１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。

燃料ポンプモジュール２は、エンジンに燃料を供給する装置であり、例えば、燃料濾過用のフィルタ、燃料吐出用のポンプ、および燃料圧力保持用のプレッシャレギュレータ等が、円筒状のカップ部内に収容されて形成されている。液面検出装置１００によって検出された検出結果は、例えば、コンビネーションメータのＥＣＵに出力され、燃料残量情報としてコンビネーションメータによって運転者に表示されるようになっている。液面検出装置１００は、固定体１０、フロート２０、回転体３０、およびアーム５０を備えている。

固定体１０は、本体部１２、ホールＩＣ１４、ターミナル１６等を有している。固定体１０の本体部１２は、例えばポリフェニレンサルファイド（略称ＰＰＳ）樹脂等の樹脂材料によって形成されている。本体部１２は、燃料ポンプモジュール２に固定されている。本体部１２には、図示しないが、ホールＩＣ１４を収容する素子収容室、回転体３０を回転自在に支持する軸部等が設けられている。

ホールＩＣ１４は、固定体１０に対する回転体３０の回転角を検出する検出素子である。ホールＩＣ１４は、回転体３０のマグネット３２から磁界の作用を受けることにより、当該ホールＩＣ１４を所定の検出方向に通過する磁束の密度に比例した電圧を発生させる。３つのターミナル１６は、リン青銅等の導電性材料によって、帯板状に形成されている。各ターミナル１６は、図示しない外部の機器、たとえばコンビネーションメータおよびホールＩＣ１４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ＩＣ１４に発生した電圧は、各ターミナル１６等を介し、検出結果を示す信号として外部の機器に出力される。

フロート２０は、例えば発泡させ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。フロート２０は、アーム５０を介して回転体３０に保持されている。

回転体３０は、本体回転部３４、および一対のマグネット３２等を有するマグネット３２ホルダである。本体回転部３４は、ＰＰＳ樹脂等の樹脂材料によって円盤状に形成されている。本体回転部３４は、軸部に外嵌されることで固定体１０に対して回転自在に支持されている。本体回転部３４は、アーム５０が挿入される挿入孔３５およびアーム５０を係止する係止構造４１を有している。

一対のマグネット３２は、ホールＩＣ１４が収容されている軸部を挟んで対向する２箇所に配置されている。一対のマグネット３２は、ホールＩＣ１４を通過する磁束を発生させる。回転体３０は、フロート２０の上下動によって回転する。フロート２０が液面レベルＬＬの上下動に応じて変位すると、フロート２０の変位によって回転体３０が回転する。

アーム５０は、金属材料によって棒状に形成されており、回転体３０とフロート２０とを接続している。具体的に、アーム５０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５０の他方の端部は、回転体３０に装着されている。アーム５０は、回転体３０の係止構造４１により係止される係止部５２、および係止部５２に対して曲げられて挿入孔３５に挿入される挿入部５４を有している。

アーム５０は、液面レベルＬＬが上下動する上下方向Ｚに弾性変形可能に構成されている。アーム５０は、少なくともフロート２０に挿通されている部分と係止部５２との間の部分が弾性変形可能な弾性部５５に構成されている。弾性部５５は、たとえば図４に示すように、断面形状が上下方向Ｚに厚みを有する板状に形成されている。弾性部５５は、板状に形成されることによって、板バネのように機能して上下方向Ｚにたわみやすく、弾性変形が容易となる。

次に、回転体３０と、回転体３０に装着されているアーム５０との関係について、図２および図３を用いて詳細に説明する。アーム５０の係止部５２は、所定の延伸方向ＤＥに沿って延伸している。挿入孔３５は、延伸方向ＤＥと実質垂直な孔軸に沿って貫通して開けられている。本実施形態では、挿入孔３５は、延伸方向ＤＥに沿って３つ並んで設けられている。３つの挿入孔３５のうちいずれか１つにアーム５０の挿入部５４が挿入されるようになっている。なお、図中では回転体３０における外周側から２番目の挿入孔３５に挿入部５４が挿入されている。

本体回転部３４と一体的に形成される係止構造４１は、２つの同径クランプ４１ａ，４１ｂ、１つの小径クランプ４１ｃおよび係止ストッパ４１ｄにより構成され、これらは延伸方向ＤＥに並んで配置されている。図２および図３に示すように、最も挿入孔３５側に配置される２つの同径クランプ４１ａ，４１ｂは、それぞれその直径をアーム５０の係止部５２の直径と同程度に形成され、曲げ側とは反対側および受入側とは反対側から当該係止部５２を係止している。

小径クランプ４１ｃは、その直径をアーム５０の係止部５２の直径よりも僅かに小さく形成され、弾性変形状態で、曲げ側とは反対側および受入側とは反対側から当該係止部５２を係止する。ここで、受入側とは、係止構造４１において、同径クランプ４１ａ，４１ｂおよび小径クランプ４１ｃが解放されている側である。

係止ストッパ４１ｄは、図２および図３に示すように、係止部５２が回転して各クランプ４１ａ〜４１ｃから外れるのを受入側から係止している。これらクランプ４１ａ〜４１ｃが複数設けられているため、液面検出装置１００の使用中に本体回転部３４に歪み等が生じたとしても、確実に装着状態が維持される。

アーム５０の係止部５２は、係止構造４１に係止されることにより、本体回転部３４の表面に沿って延伸して配置されている。アーム５０の挿入部５４は、係止部５２に対して曲げられ、挿入孔３５に挿入されている。より詳細には、係止部５２と挿入部５４との間の折り曲げ部５６は、曲げ型による加工により形成されるため、湾曲している。挿入部５４は、係止部５２に対して直角に曲げられている。

また、挿入部５４の先端は、挿入孔３５から突出して、固定体１０の規制部１８へ当接することにより、回転体３０の回転角を規制する。ここで、３つの挿入孔３５によって当接する規制部１８が互いに異なるように形成されており、挿入部５４の先端は、回転体３０における外周側の挿入孔３５に挿入されるほど、回転体３０の振れ角は小さくなっている。ここで、振れ角とは、挿入部５４の先端に応じた両側の規制部１８間に対応する角度である。すなわち、設置される燃料タンク１の形状に合わせて、アーム５０を挿入する挿入孔３５が選択される。

次に、前述のような液面検出装置１００の燃料タンク１内への取付けについて、図５を用いて説明する。燃料タンク１には、燃料ポンプモジュール２を内部に組み付けるための開口部２ａが形成されている。燃料タンク１の開口部２ａは、図５で仮想線で示す燃料ポンプモジュール２の外形を通過し、燃料ポンプモジュール２の上部の蓋部分２ｂによって閉塞することができる大きさである。しかしフロート２０およびアーム５０は、燃料ポンプモジュール２の外形から外方に飛び出ているので、組み付けるときは燃料ポンプモジュール２を傾けてフロート２０をまず開口部２ａから挿入する。そして図５に示すように燃料ポンプモジュール２の上方を図５で矢印で示す方向に回転させながら、燃料タンク１内に進入させる。

このように燃料ポンプモジュール２を回転させると、図５で破線にて示すように、燃料タンク１の形状によってフロート２０が燃料タンク１に接触する場合がある。フロート２０が燃料タンク１に接触して、フロート２０を押し下げる矢印方向に力が作用すると、アーム５０にもフロート２０から力が作用する。アーム５０は弾性部５５を有するので、アーム５０に上下方向Ｚの力が作用すると弾性部５５が弾性変形する。したがってアーム５０が損傷することなく、組み付け作業を引き続き実施して、燃料ポンプモジュール２を燃料タンク１の内部に配置することができる。

以上説明したように本実施形態の液面検出装置１００は、アーム５０が上下方向Ｚに弾性変形可能に構成されている。これによって液面検出装置１００を燃料タンク１の内部に取り付ける際に、燃料タンク１にフロート２０およびアーム５０が干渉しても、アーム５０が弾性変形するので干渉を許容することができる。液面検出装置１００を取り付ける際に、燃料タンク１の内部は視認が困難であるが、アーム５０を弾性変形可能に構成することによって、アーム５０と燃料タンク１とが接触しても、アーム５０が弾性変形した後、再び元の形状に復元する。これによってアーム５０が干渉によって変形したままになることを防止することができる。これによって燃料タンク１の接触によって、アーム５０が変形して、液面レベルＬＬの検出精度が低下することを抑制することができる。

このように本実施形態では、アーム５０の強度を上げるのではなく、逆にアーム５０に弾性変形する弱い部分を設けることで、取り付ける際に発生した変位、すなわちアーム５０の干渉量を吸収している。具体的には、アーム５０の弾性部５５は板バネ形状とし、上下方向Ｚの変位を吸収する。フロート２０が液面に浮いているので、弾性部５５を設けることによってアーム５０の上下方向Ｚの強度は小さくなっても問題ない。しかし左右方向の強度を弱くすると振動でフロート２０が左右にずれるおそれがある。フロート２０が左右にずれると、燃料タンク１の内壁と接触するおそれがあるので、アーム５０は左右方向に弾性変形はせずに上下方向Ｚに弾性変形する構造が好ましい。

また本実施形態では、弾性部５５は、断面形状が上下方向Ｚに厚みを有する板状に形成されている。このように単純な形状によって弾性部５５を実現することができる。また弾性部５５の長さを調整することによって、許容できる干渉量を調整することができる。したがって発生する干渉量に応じて、弾性部５５の長さを決定することができる。また板状であるので、上下方向Ｚに弾性変形し、左右方向には弾性変形しない構成を実現することができる。

さらに本実施形態では、アーム５０は、弾性部５５と弾性変形を許容しない塑性部として、係止部５２および挿入部５４を有する。係止部５２および挿入部５４は弾性変形を許容しない部分であるので、回転体３０に取り付けた後に、弾性変形して外れることを抑制することができる。またアーム５０のうちフロート２０に挿入されている部分も塑性部であることが好ましい。これによってフロート２０に力が作用したときに、アーム５０に対するフロート２０の位置が変位することを防ぎつつ、弾性部５５によって取り付ける際の干渉を吸収することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図６および図７を用いて説明する。本実施形態では、アーム５０が複数の弾性部５５を有する点に特徴を有する。また弾性部５５は、アーム５０の上下方向Ｚを凹状に滑らかに窪ませて、他の部分よりも上下方向Ｚの寸法を小さくしている。このようにアーム５０の厚みを部分的に小さくして上下方向Ｚに弾性変形しやすくして、弾性部５５を実現している。

さらに弾性部５５を図６に示すように、複数箇所に設けている。これによって１つの弾性部５５では許容できない干渉量であっても、複数の設けることによって多段的に弾性部５５を変形させて、干渉量を許容することができる。換言すると、弾性部５５の数を調節することによって、干渉量に対応することができる。また図７に示すように、部分的に厚みを小さくした板バネ形状にしてもよい。このような弾性部５５を複数設けても同様の作用および効果を奏することができる。また弾性部５５の間隔を調整することによって、干渉量を調整することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、弾性変形する形状をアーム５０に設けているが、このような形状を設けることなくアーム５０の材質を弾性材料にすることによって、アーム５０を弾性変形可能に構成してもよい。弾性材料は、たとえばリン青銅である。したがってアーム５０をリン青銅で構成することによって、取り付ける際の変形をアーム５０全体の弾性変形で許容することができる。

前述の第１実施形態では、アーム５０の一部を弾性部５５を設けているが、アーム５０の全体を板状、すなわち板バネ形状に構成してもよい。これによってアーム５０全体が弾性変形するので、組み付け時の変形を許容することができる。

前述の第１実施形態では、燃料の液面レベルＬＬを検出する液面検出装置１００であるが、燃料に限るものではない。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液面レベルＬＬを検出する液面検出装置１００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。

前述の第１実施形態では、磁束密度の変化に基づいて液面高さを検出する非接触式の液面検出装置１００であったが、このような構成に限るものではない。たとえば可変抵抗器を用いた可変抵抗式の液面検出装置であってもよく、その他の回転体３０の角変位を検出する構成であってもよい。

ＬＬ…液面レベル １…燃料タンク（容器） ２…燃料ポンプモジュール
２ａ…開口部 ２ｂ…蓋部分 １０…固定体 １２…本体部 ２０…フロート
３０…回転体 ３２…マグネット ３４…本体回転部 ３５…挿入孔
４１…係止構造 ５０…アーム ５２…係止部（塑性部） ５４…挿入部（塑性部）
５５…弾性部 ５６…曲げ部 １００…液面検出装置

Claims (4)

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（１００）であって、
   前記容器に固定される固定体（１０）と、
   前記液体に浮かぶフロート（２０）と、
   前記固定体に支持され、前記フロートによって前記液面レベルの上下動に応じて回転する回転体（３０）と、
   前記回転体と前記フロートとを接続するアーム（５０）と、を含み、
   前記アームは、前記液面レベルが上下動する上下方向への弾性変形を許容する弾性部を複数有する液面検出装置。
2. 前記弾性部は、断面形状が上下方向に厚みを有する板状に形成されている請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記弾性部は、他の部分よりも上下方向の寸法が小さく形成されている請求項１または２に記載の液面検出装置。
4. 前記アームは、前記弾性部と、弾性変形を許容しない塑性部（５２，５４）とを有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の液面検出装置。

Images