JP6555092B2 - 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２０１０−１８１２４４号公報

前述の特許文献１に記載の技術では、回転体の回転範囲は、回転体から突出しているアームの先端が固定部に設けられる規制部に接触することによって規定されている。回転体および固定体と嵌合して回転可能に組み合わされているので、規制部とアームの先端との位置関係が寸法誤差などに起因して製品毎にばらつくおそれがある。規制部とアームの先端との位置関係がばらつくと、規制部にアームの先端が接触する位置がばらつくので、アームの先端が規制部に接触した状態でセンサの出力値には差異が生じることがある。センサの出力値に差異が生じると、液面検出装置の信頼性が低下するという問題がある。

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、回転範囲を規制する構成にばらつきがあっても信頼性を確保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の上下動に応じて回転する回転体（３０）と、回転体の回転角を検出する検出素子（１４）と、回転体とフロートとを接続するアーム（５０）と、を含み、回転体は、回転体から突出する突出部（５４ａ）を有し、固定体は、突出部が接触することによって、回転体の回転範囲を規制する一対の規制部（１８）を有し、少なくとも一方の規制部は、突出部を規制部における所定の接触位置に案内する案内面（１８ａ）が形成されている液面検出装置である。

このような本発明に従えば、回転体の回転範囲は、一対の規制部によって規制されている。規制部には、突出部を接触位置に案内する案内面が形成されている。これによって回転体が回転して規制部の案内面に接触し、さらに回転体が回転すると案内面によって突出部が接触位置に案内される。したがって突出部が回転範囲を規制されている状態にある場合には、突出部が接触位置に配置されることになる。これによって突出部と規制部との接触位置がばらつくことが抑制される。したがって突出部が規制されている場合、検出素子によって検出される回転角のばらつきが抑制されるので、検出素子による検出の信頼性を確保することができる。

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。 規制部１８と拡大して示す断面図である。 第２実施形態の規制部１８の一例を拡大して示す断面図である。 第２実施形態の規制部１８の他の例を拡大して示す断面図である。

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４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。回転体３０は、磁力を有するマグネット３２が部分的に設けられている。ホールＩＣ１４は、マグネット３２の位置を検出することによって回転体３０の回転角を検出する。具体的には、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、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、りん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、鋼線などの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。

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の一部は、挿入孔３５から突出している。挿入部５４の突出している部分は、固定体１０の一対の規制部１８へ接触することにより、回転体３０の回転角を規制する突出部５４ａとして機能する。突出部５４ａは、アーム５０の一部であるので、円柱状である。したがって規制部１８は、回転体３０の回転範囲を規制している。ここで、３つの挿入孔３５によって接触する一対の規制部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。

回転体３０の回転角は、一対の規制部１８によって、燃料タンク１内の燃料が満杯の位置と燃料が空の位置とを規定している。図１に実線を用いて示すフロート２０の位置は、燃料が空の位置であり、このとき突出部５４ａは一対の規制部１８のうち空側の規制部１８に接触している。また図１に仮想線を用いて示すフロート２０の位置は、燃料が満杯の位置であり、突出部５４ａは一対の規制部１８のうち満杯側の規制部１８に接触している。したがって空の燃料タンク１に燃料が充填されるにつれて、フロート２０が浮かび上がり、回転体３０は空側の位置から時計回りに回転する。また燃料の満杯とするフロート２０の位置、および燃料を空とするフロート２０の位置は、適宜設定される。換言すると、燃料タンク１にまだ燃料が充電できる余地があっても、満杯の位置と定義してもよく、同様に、燃料タンク１にまだ燃料が多少ある場合であっても、空の位置と定義してもよい。

このような一対の規制部１８の両方に、突出部５４ａを規制部１８における所定の接触位置に案内する案内面１８ａが形成されている。案内面１８ａは、突出部５４ａが規制部１８に接近する方向に進むにつれて、接触位置に向かうように傾斜している。換言すると、案内面１８ａは、凹面となるように形成されており、凹面の底の部分が接触位置となる。接触位置は、図４に示すように、回転体３０の回転方向に直交する径方向において中央となる位置である。

突出部５４ａは、規制部１８に規制されている状態では、案内面１８ａに挟まれている。突出部５４ａは案内面１８ａに挟まれているので、径方向の位置も規定されることになる。換言すると、図４にて仮想線を用いて示すように突出部５４ａの回転軌跡が理想の回転軌跡に対してずれていても、案内面１８ａに接触することによって、さらに回転方向に変位すると案内面１８ａによって接触位置に向かうように案内される。これによって規制部１８によって回転が規制されている状態では、図２にて仮想線を用いて示すように所定の接触位置に配置されることになる。

以上説明したように本実施形態の液面検出装置１００は、回転体３０の回転範囲は、一対の規制部１８によって規制されている。規制部１８には、突出部５４ａを接触位置に案内する案内面１８ａが形成されている。これによって回転体３０が回転して規制部１８の案内面１８ａに接触し、さらに回転体３０が回転すると案内面１８ａによって突出部５４ａが接触位置に案内される。したがって突出部５４ａが回転範囲を規制されている状態にある場合には、突出部５４ａが接触位置に配置されることになる。これによって突出部５４ａと規制部１８との接触位置がばらつくことが抑制される。したがって突出部５４ａが規制されている場合、ホールＩＣ１４によって検出される回転角のばらつきが抑制されるので、ホールＩＣ１４による検出の信頼性を確保することができる。

また本実施形態では、案内面１８ａは、突出部５４ａが規制部１８に接近する方向に進むにつれて、接触位置に向かうように傾斜している。これによって突出部５４ａが規制部１８に接近して接触し、さらに回転すると突出部５４ａを円滑に接触位置に案内することができる。これによってより確実に突出部５４ａを接触位置に案内することができる。

さらに本実施形態では、突出部５４ａは、円柱状である。これによって案内面１８ａと突出部５４ａとが線接触となるので、摩擦を低減することができる。したがって案内面１８ａとの摩擦によって引っかかることを抑制し、接触位置に突出部５４ａを滑らかに案内することができる。

また本実施形態では、回転体３０には、磁力を有する磁石であるマグネット３２が部分的に設けられ、ホールＩＣ１４は、マグネット３２の位置を検出することによって回転体の回転角を検出している。ホールＩＣ１４は、検出精度に優れる検出素子であるので、突出部５４ａの位置が所定の位置からずれているとそのずれが検出結果に影響する。しかし本実施形態では、空の状態および満杯の状態を示す接触位置は、いつも同じ位置となるように突出部５４ａが案内面１８ａによって接触位置に案内されている。したがって規制部１８に接触している状態における検出値を一定に保つことができる。これによって検出の信頼性を確保することができる。

さらに本実施形態では、規制部１８の両方に、案内面１８ａが形成されている。これによって空の位置および満杯の位置の両方で、検出の信頼性を確保することができる。

また本実施形態では、突出部５４ａは、図３の左右方向である突出方向に延びており、案内面１８ａも図４の紙面の法線方向である回転軸方向に延びる面である。したがって突出部５４ａが案内面１８ａに挟まれることによって、突出部５４ａを回転軸方向に延びるように配置することができる。これによって接触した状態でのがたつきを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図５および図６を用いて説明する。本実施形態では、案内面１８ａの形状が第１実施形態と異なり湾曲している点に特徴を有する。

図５に示す例では、案内面１８ａｂは、盛り上がるように湾曲している。また図６に示す例では、案内面１８ａｃは、凹となる曲線を形成するように湾曲している。そしていずれの例でも、仮想線で示すように突出部５４ａの回転軌跡が理想の回転軌跡に対してずれていても、まず案内面１８ａｂ，１８ａｃに接触する。そして、さらに回転方向に変位すると案内面１８ａｂ，１８ａｃによって接触位置に向かうように案内される。これによって規制部１８によって回転が規制されている状態では、実線を用いて示すように所定の接触位置に配置されることになる。

（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、本発明は前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。

前述の各実施形態の構造は、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、規制部１８の両方に案内面１８ａが形成されているが、両方に限るものではなく、少なくとも一方の規制部１８に案内面１８ａが形成されていればよい。これによって案内面１８ａが形成されている規制部１８では、前述の第１実施形態の案内面１８ａと同様の作用および効果を奏する。

前述の第１実施形態では、突出部５４ａは、アーム５０の一部によって構成されているがこのような構成に限るものではない。突出部５４ａは、回転体３０と一体に設けられ、回転体３０から突出するように構成してもよい。

前述の第１実施形態では、突出部５４ａは、円柱状であったが円柱状に限るものではなく、多角柱状であってもよく、楕円形状であってもよい。案内面１８ａによって案内されて、接触位置では嵌合するような突出部５４ａの形状および案内面１８ａの凹形状であってもよい。また突出部５４ａは、少なくとも案内面１８ａに接触する部分が所定の形状であればよく、突出部５４ａの突出方向の全域にわたって同じ断面形状でなくてもよい。

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。

１…燃料タンク（容器） ２…燃料ポンプモジュール １０…固定体 １２…本体部
１４…ホールＩＣ（検出素子） １６…ターミナル １８…規制部 １８ａ…案内面
２０…フロート ３０…回転体 ３２…マグネット（磁石） ３４…本体回転部
３５…挿入孔 ４１…係止構造 ５０…アーム ５２…係止部 ５４…挿入部
５４ａ…突出部 １００…液面検出装置

Claims (5)

1. 容器（１）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（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、
   前記回転体の回転角を検出する検出素子（１４）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、
   前記回転体は、前記回転体から突出する突出部（５４ａ）を有し、
   前記固定体は、前記突出部が接触することによって、前記回転体の回転範囲を規制する一対の規制部（１８）を有し、
   少なくとも一方の前記規制部は、前記突出部を前記規制部における所定の接触位置に案内する案内面（１８ａ）が形成されている液面検出装置。
2. 前記案内面は、前記突出部が前記規制部に接近する方向に進むにつれて、前記接触位置に向かうように傾斜している請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記突出部は、円柱状である請求項１または２に記載の液面検出装置。
4. 前記回転体には、磁石（３２）が部分的に設けられ、
   前記検出素子は、磁石の位置を検出することによって前記回転体の回転角を検出する請求項１〜３のいずれか１つに記載の液面検出装置。
5. 前記規制部の両方に、前記案内面が形成されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の液面検出装置。

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