JP7015094B2 - 液位検出装置 - Google Patents

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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)~()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。
) 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。
記()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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