JP7015094B2 - 液位検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液位検出装置に関する。

容器内に充填された液体の液面位置に応じて回動する環状の磁石と、この磁石の内周側に配置されたホールＩＣとを備え、回動する磁石の磁束の変化によってホールＩＣに発生する起電力の変化を検知することにより液面位置を検出する液位検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－２０１３８９号公報

ところで、上記の液位検出装置は、ホールＩＣの外側を囲うように配置された環状の磁石を目盛板でシャフトに支持させ、シャフトの回動に伴ってホールＩＣの外周側で磁石を回動させる構造である。このため、磁石の荷重によってシャフトへ大きな負荷が付与され、検出精度が低下するおそれがあり、また、特に径方向の大型化が避けられなかった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い検出精度を維持することができ、しかも、小型化が可能な液位検出装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る液位検出装置は、下記（１）～（３）を特徴としている。
（１） 容器内に貯留された液体の液位を検出する液位検出装置であって、
前記液体を貯留する容器の内部に設けられる可動部と、前記容器の外部に設けられる検出部とを備え、
前記可動部は、前記液体の液面位置に応じて回動する可動側磁石を有し、
前記検出部は、
前記液体の液面位置に応じて回動される検出用磁石と、
前記検出用磁石の磁束を検出するホール素子と、
を備え、
前記ホール素子は、前記検出用磁石の表面に配置され、
前記検出用磁石は、円板状に形成されて表面側へ飛び出して前記ホール素子を通る磁束を有し、
前記検出部は、更に、
前記検出用磁石の上側に配置され且つ前記ホール素子の下側に間隔を空けて配置された指針板と、
前記検出用磁石の下側に配置されたホルダと、
前記ホルダの下側に配置され、前記可動側磁石と磁力で引き合うことで、前記可動側磁石の回動に伴って回動する回動伝達磁石と、
上下方向に延び、且つ、前記回動伝達磁石、前記ホルダ、前記検出用磁石、及び前記指針板の各々が有する挿通孔に挿通された指針軸と、を備え、
前記回動伝達磁石、前記ホルダ、前記検出用磁石、及び前記指針板は、下から上に向けてこの順で重なるように積層配置され、且つ、互いに一体で回動するように、前記指針軸に組み付けられており、
前記ホルダの上下面の各々には、保持凹部が形成されており、
前記回動伝達磁石の上部が前記ホルダの下面側の前記保持凹部に嵌合され、且つ、前記検出用磁石の下部が前記ホルダの上面側の前記保持凹部に嵌合されている
ことを特徴とする液位検出装置。
（２） 前記ホール素子は、前記検出用磁石の上面に配置されている
ことを特徴とする（１）に記載の液位検出装置。
（３） 前記検出用磁石は、磁石用原料粉末と樹脂からなるバインダーとを混ぜて成形して着磁したプラスチックマグネットであり、中心から偏心した位置には、前記検出用磁石を覆うケースに係止して回動範囲を規制する係止ピンが一体に成形されている
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載の液位検出装置。

上記（１）の構成の液位検出装置によれば、検出用磁石の表面にホール素子を配置させとともに、磁束が表面側へ飛び出してホール素子を通る円板状の検出用磁石を用いているので、環状に形成された検出用磁石の内周側にホール素子を備えた構造と比べて、特に、径方向の大きさを抑えて小型化を図ることができる。
上記（２）の構成の液位検出装置によれば、ホール素子を検出用磁石の上面に配置することで、検出用磁石を下方に配置して重心を下げることができる。これにより、検出用磁石の支持を安定化させてガタツキをなくし、液位を安定して高精度に検出することができる。
上記（３）の構成の液位検出装置によれば、回動範囲を規制するための別個の係止ピンを不要にでき、部品点数の削減による低コスト化を図ることができる。また、別個の係止ピンを備えた場合では、検出用磁石と係止ピンとの位置にバラツキが生じることがあるが、検出用磁石に係止ピンを一体に成形することで位置のバラツキをなくして検出精度を高めることができる。

本発明によれば、高い検出精度を維持することができ、しかも、小型化が可能な液位検出装置を提供できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、第１実施形態に係る液位検出装置の全体構成を説明する側面図である。 図２は、第１実施形態に係る液位検出装置の検出部の分解斜視図である。 図３は、第１実施形態に係る液位検出装置の検出部の断面図である。 図４は、図３におけるＡ－Ａ断面図である。 図５は、検出用磁石における磁束を示す概略斜視図である。 図６は、検出用磁石への着磁の仕方を説明する図であって、図６（ａ）は環状の磁石の概略側面図、図６（ｂ）は円板状の磁石の概略側面図である。 図７は、第２実施形態に係る液位検出装置の検出部の分解斜視図である。

以下、本発明に係る実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る液位検出装置の全体構成を説明する側面図である。

図１に示すように、第１実施形態に係る液位検出装置１０は、可動部２０と、検出部４０とを備えている。液位検出装置１０は、例えば、耐圧性を有する燃料タンクからなる容器１１に設けられ、この容器１１内の燃料の液位を検出する。この容器１１は、例えば、ＬＰＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ。液化石油ガス）タンクなどの燃料を貯留する燃料タンクであり、自動車等の車両に搭載される。液位検出装置１０は、可動部２０が容器１１内に配置され、検出部４０が容器１１の上部外側に配置される。

可動部２０は、容器１１内に貯留された燃料の液面に追従して浮かぶ中空球体からなるフロート２１と、このフロート２１が自由端に固定された揺動ロッド２３と、揺動ロッド２３の基端側に固定された第１歯車２２と、容器１１の内面側に固定されて下端部に第１歯車２２を軸支する軸受け筒２４と、軸受け筒２４に回動可能に収容された回動シャフト２７と、回動シャフト２７の下端部に設けられて第１歯車２２に噛み合わされた第２歯車２５と、回動シャフト２７の上端部に固定されて容器１１の内面近傍に配置された可動側磁石２６と、を備えて構成されている。

可動部２０では、液面を追従するフロート２１の移動に伴って揺動ロッド２３が上下動すると、第１歯車２２の回動が第２歯車２５の回動に変換され、第２歯車２５の回動に伴って回動シャフト２７が回動される。これに伴って、回動シャフト２７の上端に固定された可動側磁石２６が回動される。

図２は、第１実施形態に係る液位検出装置の検出部の分解斜視図である。図３は、第１実施形態に係る液位検出装置の検出部の断面図である。図４は、図３におけるＡ－Ａ断面図である。

図２から図４に示すように、検出部４０は、ベース４１と、検出機構４２と、ケース４３とを備えている。ベース４１は、容器１１に形成された凹部（図示略）に嵌め込まれる。ベース４１には、その縁部にＯリング４４を介してケース４３が載置される。ケース４３は、環状の固定リング４５によってベース４１に固定される。これにより、ベース４１とケース４３とがＯリング４４でシールされた状態で組付けられる。組付けられたベース４１とケース４３との間には、収容空間Ｓが形成され、この収容空間Ｓ内に検出機構４２が収容される。

ケース４３は、樹脂から成形されたもので、その上部には、接合凹部４６ａを有するコネクタ部４６が形成されている。このコネクタ部４６には、複数の端子４７がインサート成形等によって一体に設けられている。これらの端子４７は、ケース４３の表裏に貫通するように設けられ、途中で屈曲されて接合凹部４６ａ内に配置されている。

このケース４３には、コネクタ部４６の接合凹部４６ａに、検出線である電線の端部に設けられた検出側コネクタ（図示略）が嵌合される。これにより、コネクタ部４６の各端子４７に対して検出側コネクタの端子（図示略）が接続され、各検出線が端子４７に電気的に接続される。検出線は、液位を測定する測定部（図示略）に繋がれている。

ケース４３は、コネクタ部４６の隣接位置に、透明な樹脂板を嵌め込んだ目視用窓部４８を有している。これにより、この目視用窓部４８からケース４３の内部が目視可能とされている。

検出機構４２は、支承ピン５１と、指針軸５２と、回動伝達磁石５３と、ホルダ５４と、検出用磁石５５と、指針板５６と、固定部材５７と、ホール素子５８と、回路基板５９とを有している。

支承ピン５１は、その下端部に固定部５１ａを有しており、この固定部５１ａがベース４１の中心に固定されている。これにより、支承ピン５１がベース４１の中心に立設されている。

指針軸５２は、下端にフランジ５２ａを有し、上端側が塞がれた有底筒状に形成されており、支承ピン５１に被せられて装着される。これにより、指針軸５２は、支承ピン５１に対して回動可能に支持される。

回動伝達磁石５３は、円形状に形成されており、その中心に、嵌合孔５３ａを有している。また、回動伝達磁石５３は、下面側における中心に係合凹部５３ｂを有している。また、回動伝達磁石５３は、周縁の所定位置に、厚さ方向に沿う係止溝５３ｃを有している。

回動伝達磁石５３には、嵌合孔５３ａに指針軸５２が挿し込まれて嵌合される。また、嵌合孔５３ａに指針軸５２を嵌合させることで、指針軸５２のフランジ５２ａが係合凹部５３ｂ内に入り込み、係合凹部５３ｂの底部に当接されて回動伝達磁石５３の下方への移動が規制される。これにより、回動伝達磁石５３は、指針軸５２の所定高さ位置に固定され、指針軸５２とともに支承ピン５１に対して回動可能に支持される。

ホルダ５４は、樹脂から成形されたもので、円板状に形成されている。このホルダ５４は、その中心に、嵌合孔５４ａを有しており、表裏には保持凹部５４ｂ，５４ｃが形成されている。また、ホルダ５４は、上面側における縁部近傍に、上方へ突出する係止ピン５４ｄを有している。この係止ピン５４ｄは、ケース４３の内面に形成された溝部（図示略）内に挿し込まれて配置され、この溝部の範囲で移動する。これにより、ホルダ５４は、その回動範囲が所定の範囲に規制される。なお、この係止ピン５４ｄは、下方にも僅かに突出されている。

ホルダ５４は、嵌合孔５４ａに指針軸５２を嵌合させることで、指針軸５２に組付けられる。これにより、回動伝達磁石５３の上部がホルダ５４の下面側の保持凹部５４ｂに嵌合される。このとき、回動伝達磁石５３の係止溝５３ｃにホルダ５４の係止ピン５４ｄが係止され、回動伝達磁石５３が、ホルダ５４に対して回動方向の所定位置に位置決めされる。

検出用磁石５５は、円板状に形成されており、その中心に、嵌合孔５５ａが形成されている。また、検出用磁石５５は、その周縁の所定位置に、厚さ方向に沿う係止溝５５ｂを有している。この検出用磁石５５としては、例えば、磁石用原料粉末と樹脂からなるバインダーとを混ぜて成形して着磁させた、いわゆるプラスチックマグネットが用いられる。

図５は、検出用磁石における磁束を示す概略斜視図である。図６は、検出用磁石への着磁の仕方を説明する図であって、図６（ａ）は環状の磁石の概略側面図、図６（ｂ）は円板状の磁石の概略側面図である。

図５に示すように、検出用磁石５５は、中心を通る直線で分割された二つの領域で磁極が逆にされている。具体的には、分割された一方の領域は、上面側がＮ極とされ、分割された他方の領域は、上面側がＳ極とされている。これにより、この検出用磁石５５には、その上面側に飛び出すように磁束Ｂが形成される。なお、磁束Ｂは、検出用磁石５５の下面側にも形成される。

ここで、図６（ａ）に示すように、中心にホール素子を配置させる環状の磁石の場合では、磁束Ｂが径方向に通過するように着磁する。これに対して、本実施形態の円板状の検出用磁石５５では、図６（ｂ）に示すように、磁束Ｂが厚み方向に通過するように着磁する。これにより、この検出用磁石５５には、表裏面側に飛び出すように磁束Ｂが形成されることとなる。

検出用磁石５５は、嵌合孔５５ａに指針軸５２を嵌合させることで、指針軸５２に組付けられる。検出用磁石５５は、指針軸５２に組付けられることで、ホルダ５４の上面側の保持凹部５４ｃに嵌合される。このとき、検出用磁石５５の係止溝５５ｂにホルダ５４の係止ピン５４ｄを係止させる。これにより、検出用磁石５５が、ホルダ５４に対して回動方向の所定位置に位置決めされる。

指針板５６は、薄い円板状に形成されており、その中心に、挿通孔５６ａを有している。この指針板５６は、例えば、樹脂や紙などから形成されたもので、その上面には、液位を示す目盛り５６ｂが付されている。また、指針板５６には、縁部近傍に係止孔５６ｃが形成されている。指針板５６は、その挿通孔５６ａに指針軸５２を挿し込むことで、指針軸５２に組付けられる。指針板５６は、指針軸５２に組付けられることで、検出用磁石５５の上面に重なるように配置される。このとき、指針板５６の係止孔５６ｃにホルダ５４の係止ピン５４ｄを挿し込む。これにより、指針板５６が、ホルダ５４に対して回動方向の所定位置に位置決めされる。

固定部材５７は、リング状に形成されたもので、指針軸５２の上端部に嵌め込まれて組付けられる。この固定部材５７が指針軸５２に組付けられることで、指針板５６は、指針軸５２から抜け止めされる。

ホール素子５８は、内部を通過する磁束の変化によって電磁誘導による電圧を生じさせるホールＩＣ等の素子である。測定部では、ホール素子５８からの電圧から検出用磁石５５の回動角度を検出して液位を求める。ホール素子５８は、回路基板５９に実装され、リード（図示略）が回路基板５９の導体パターンにはんだ付けされて接続されている。

回路基板５９は、ホール素子５８が実装された実装面を下方である検出用磁石５５側へ向けてケース４３のコネクタ部４６における内面側に固定される。これにより、回路基板５９に実装されたホール素子５８が、指針板５６を介して検出用磁石５５の上面に配置される。また、回路基板５９には、コネクタ部４６に設けられた端子４７が接続される。端子４７は、ホール素子５８に繋がる回路基板５９の導体パターン（図示略）のランド５９ａにはんだ付けされて導通される。これにより、ホール素子５８が端子４７と電気的に接続される。したがって、ケース４３のコネクタ部４６の接合凹部４６ａに、検出側コネクタを接合させることで、測定部から延びる各検出線が端子４７を介してホール素子５８に電気的に接続される。

上記構造の液位検出装置１０において、可動部２０では、液面を追従するフロート２１が移動すると、回動シャフト２７が回動して可動側磁石２６が回動される。すると、検出部４０では、可動側磁石２６と磁力で引き合う回動伝達磁石５３が可動側磁石２６の回動に伴って回動する。これにより、回動伝達磁石５３とともに指針軸５２に組付けられたホルダ５４、検出用磁石５５及び指針板５６が回動する。したがって、検出用磁石５５の回動角が、回路基板５９に実装されたホール素子５８が、検出用磁石５５の上面側に形成されている磁束Ｂの変化から検出用磁石５５の回動角度を検出する。これにより、コネクタ部４６にコネクタが接合された検出線を介して、ホール素子５８の検出結果が測定部に送信される。測定部では、ホール素子５８からの検出結果に基づいて、液位の測定を行い、必要に応じて警告を行う。例えば、測定部は、容器１１内の燃料切れなどの警告を行う。

以上、説明したように、本実施形態に係る液位検出装置１０によれば、検出用磁石５５の表面にホール素子５８を配置させるとともに、磁束Ｂが表面側へ飛び出してホール素子５８を通る円板状の検出用磁石５５を用いているので、環状に形成された検出用磁石の内周側にホール素子を備えた構造と比べて、特に、径方向の大きさを抑えて小型化を図ることができる。

しかも、ホール素子５８を検出用磁石５５の上面に配置することで、検出用磁石５５を下方に配置して重心を下げることができる。これにより、検出用磁石５５の支持を安定化させてガタツキをなくし、液位を安定して高精度に検出することができる。

また、この液位検出装置１０では、液体を貯留する容器１１の内部に設けられる可動部２０と、容器１１の外部に設けられる検出部４０とを備えた分離構造であるので、検出部４０に不具合が生じた際に、可動部２０を備える容器１１を交換することなく、検出部４０だけを交換することができ、経済的にメンテナンスを行うことができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る液位検出装置について説明する。
なお、第１実施形態と同一構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
図７は、第２実施形態に係る液位検出装置の検出部の分解斜視図である。

図７に示すように、第２実施形態では、回動伝達磁石５３及びホルダ５４を備えず、検出用磁石６１を備えた検出部４０Ａを有している。この検出用磁石６１は、例えば、磁石用原料粉末と樹脂からなるバインダーとを混ぜて成形して着磁させた、いわゆるプラスチックマグネットである。検出用磁石６１は、その中心に、嵌合孔６１ａを有している。つまり、この検出用磁石６１は、可動部２０の可動側磁石２６と磁力で引き合う回動伝達磁石５３を兼用しており、可動側磁石２６の回動に伴って回動する。

この検出用磁石６１には、その周縁部の一か所に係止ピン６１ｂが設けられている。この係止ピン６１ｂは、上方へ突出するように、検出用磁石６１に一体に成形されている。この係止ピン６１ｂは、ケース４３の内面の溝部内に挿し込まれて配置されて溝部の範囲で移動することで検出用磁石６１の回動範囲を所定の範囲に規制する。この係止ピン６１ｂは、指針板５６の縁部に形成された切欠き部５６ｄに入り込む。これにより、指針板５６が、検出用磁石６１に対して回動方向の所定位置に位置決めされる。

この第２実施形態に係る液位検出装置１０によれば、検出用磁石６１が、可動部２０の可動側磁石２６とともに回動される回動伝達磁石を兼ねている。これにより、部品の共通化による部品点数の削減によって低コスト化を図ることができる。また、回動伝達磁石と検出用磁石とを備えた場合では、各磁石の位置にバラツキが生じることがあるが、検出用磁石６１が回動伝達磁石を兼ねることで位置のバラツキをなくして検出精度を高めることができ、しかも、小型化を図ることができる。

しかも、プラスチックマグネットからなる検出用磁石６１に、ケース４３に係止して回動範囲を規制する係止ピン６１ｂが一体に成形されているので、回動範囲を規制するための別個の係止ピンを不要にでき、部品点数の削減による低コスト化を図ることができる。また、別個の係止ピンを備えた場合では、検出用磁石６１と係止ピンとの位置にバラツキが生じることがあるが、検出用磁石６１に係止ピン６１ｂを一体に成形することで位置のバラツキをなくして検出精度を高めることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

ここで、上述した本発明に係る液位検出装置の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 容器（１１）内に貯留された液体の液位を検出する液位検出装置（１０）であって、
前記液体の液面位置に応じて回動される検出用磁石（５５）と、
前記検出用磁石（５５）の磁束（Ｂ）を検出するホール素子（５８）と、
を備え、
前記ホール素子（５８）は、前記検出用磁石（５５）の表面に配置され、
前記検出用磁石（５５）は、円板状に形成されて表面側へ飛び出して前記ホール素子（５８）を通る磁束（Ｂ）を有する
ことを特徴とする液位検出装置。
［２］ 前記ホール素子（５８）は、前記検出用磁石（５５）の上面に配置されている
ことを特徴とする［１］に記載の液位検出装置。
［３］ 前記液体を貯留する容器（１１）の内部に設けられる可動部（２０）と、前記容器（１１）の外部に設けられる検出部（４０）とを備え、
前記可動部（２０）は、前記液体の液面位置に応じて回動する可動側磁石（２６）を有し、
前記検出部（４０）は、前記可動側磁石（２６）と磁力で引き合うことで、前記可動側磁石（２６）の回動に伴って回動する回動伝達磁石を有し、
前記検出用磁石（６１）は、前記回動伝達磁石を兼ねている
ことを特徴とする［１］または［２］に記載の液位検出装置。
［４］ 前記検出用磁石（６１）は、磁石用原料粉末と樹脂からなるバインダーとを混ぜて成形して着磁したプラスチックマグネットであり、中心から偏心した位置には、前記検出用磁石を覆うケース（４３）に係止して回動範囲を規制する係止ピン（６１ｂ）が一体に成形されている
ことを特徴とする［１］から［３］のいずれかに記載の液位検出装置。

１０：液位検出装置
１１：容器
２０：可動部
２６：可動側磁石
４０：検出部
５３：回動伝達磁石
５５，６１：検出用磁石
５８：ホール素子
６１ｂ：係止ピン
Ｂ：磁束

Claims (3)

1. 容器内に貯留された液体の液位を検出する液位検出装置であって、
   前記液体を貯留する容器の内部に設けられる可動部と、前記容器の外部に設けられる検出部とを備え、
   前記可動部は、前記液体の液面位置に応じて回動する可動側磁石を有し、
   前記検出部は、
   前記液体の液面位置に応じて回動される検出用磁石と、
   前記検出用磁石の磁束を検出するホール素子と、
   を備え、
   前記ホール素子は、前記検出用磁石の表面に配置され、
   前記検出用磁石は、円板状に形成されて表面側へ飛び出して前記ホール素子を通る磁束を有し、
   前記検出部は、更に、
   前記検出用磁石の上側に配置され且つ前記ホール素子の下側に間隔を空けて配置された指針板と、
   前記検出用磁石の下側に配置されたホルダと、
   前記ホルダの下側に配置され、前記可動側磁石と磁力で引き合うことで、前記可動側磁石の回動に伴って回動する回動伝達磁石と、
   上下方向に延び、且つ、前記回動伝達磁石、前記ホルダ、前記検出用磁石、及び前記指針板の各々が有する挿通孔に挿通された指針軸と、を備え、
   前記回動伝達磁石、前記ホルダ、前記検出用磁石、及び前記指針板は、下から上に向けてこの順で重なるように積層配置され、且つ、互いに一体で回動するように、前記指針軸に組み付けられており、
   前記ホルダの上下面の各々には、保持凹部が形成されており、
   前記回動伝達磁石の上部が前記ホルダの下面側の前記保持凹部に嵌合され、且つ、前記検出用磁石の下部が前記ホルダの上面側の前記保持凹部に嵌合されている
   ことを特徴とする液位検出装置。
2. 前記ホール素子は、前記検出用磁石の上面に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の液位検出装置。
3. 前記検出用磁石は、磁石用原料粉末と樹脂からなるバインダーとを混ぜて成形して着磁したプラスチックマグネットであり、中心から偏心した位置には、前記検出用磁石を覆うケースに係止して回動範囲を規制する係止ピンが一体に成形されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液位検出装置。

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