WO2016163171A1

WO2016163171A1 - 液面検出装置

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Publication number: WO2016163171A1
Application number: PCT/JP2016/055582
Authority: WO
Inventors: 英楠張
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2016-10-13
Also published as: EP3282232A1; EP3282232B1; EP3282232A4; TWI676005B; TW201706575A; US20180058905A1; US10634546B2; CN107209042A; JPWO2016163171A1; JP6508332B2

Abstract

　液面検出装置は、液面に追従して昇降するフロートと、フロートに取り付けられた磁石と、フロートの昇降を案内する案内部材と、案内部材に取り付けられ、磁石の昇降位置に応じて変化する磁束密度を検知して、その磁束密度に対応する電気信号を出力する複数の磁気センサと、複数の磁気センサからそれぞれ出力される電気信号に基づいてフロートの位置を検出する検出回路とを備える。検出回路は、複数の磁気センサのうち隣接する２つの磁気センサから出力される電気信号に基づいてフロートの位置を検出する。

Description

液面検出装置

　本発明は、液面検出装置に関し、具体的には、自動車等のガソリンやエンジンオイルや尿素水などの液体を貯蔵するタンクに搭載され、磁石を利用して液面の位置を検出する液面検出装置に関する。

　従来より、磁石と磁気センサとを備える液面検出装置が知られている。例えば、液面の位置の変化に対応して昇降し、磁石を有する浮きと、磁石の磁束密度を検知する磁気センサとを備え、磁気センサの出力信号から液面の位置を検出する液面検出装置が知られている。

　この点で、特許文献１には、浮き子１と、浮き子１が内部に配置されている円筒パイプ２と、浮き子１の一つの端部に固定されている着磁体３と、着磁体３の近傍に配置されている磁気抵抗素子４とを備え、浮き子１に対応する着磁体３の位置により液面の位置を検出する、液面検出装置が開示されている（第１図及び第２図参照）。

　また、着磁体３は、浮き子１の移動方向に沿って、所定の着磁パターンに従って（Ｓ－Ｎ、Ｎ－Ｓ、Ｓ－Ｎ、・・・）…となるように着磁されている。また、着磁体３は、円筒パイプ２の天面に設けられた貫通孔から円筒パイプ２の外部に突出している。磁気抵抗素子４は、円筒パイプ２の外側であって、着磁体３の近傍に配置されている。また、磁気抵抗素子４は、２つのブリッジ回路を構成する８つの抵抗要素を含む。

　特許文献２には、液面感得体２１と、液面感得体２１が内部に配置されている液タンク１８と、検出ロッド２３の上端に設けられた変位磁石２４と、複検出部ハウジング２０に取り付けられており、複数のホール素子５、５を含む検出器本体２５とを備える、液面検出装置が開示されている（図１～図４，図１２～図１３参照）。

　検出器本体２５は、変位磁石２４の移動方向と平行となるように複数のホール素子５を同一直線上に所要の配設間隔でプリント基板６上に設けた構造を有する。各ホール素子は感磁面５ａが変位磁石２４の着磁方向と平行になるよう設けられている。液面感得体２１は、検出部ハウジング２０の下面に上端を取り付けた引張ばね２２により検出ロッド２３を介してタンク内に吊り下げられていて、検出ロッド２３の上端は検出部ハウジング２０内に臨んでいる。液面検出装置は、検出部ハウジング２０内における検出ロッド２３の上端部の変位を変位磁石２４の変位として検出器本体２５にて検出して液位を測定する。検出器本体２５は制御回路７を介して、各ホール素子の出力電圧から磁石の位置を演算してさらに液位値に換算する演算回路８と、同演算回路からの液位値を画面等に出力する出力装置９に接続されている。

　特許文献１に記載の液面検出装置では、着磁体３は、円筒パイプ２の天面に設けられた貫通孔から円筒パイプ２の外部に突出している。このため、小型化が困難であるとともに、機器によっては搭載が困難となる可能性がある。

　特許文献２に記載の液面検出装置では、検出ロッド２３及び変位磁石２４は、液タンク１８の天面に設けられた貫通孔から液タンク１８の外部に突出している。このため、特許文献１に記載の液面検出装置と同様に、小型化が困難であるとともに、機器によっては搭載が困難となる可能性がある。

　一方で、タンク内に磁石を配置してなる液面検出装置も考案されている。
　特許文献３には、フロート２３と、フロート２３が内部に配置されているガラス管２１と、フロート２３の対向する２つの端部に固定されている磁石２２Ａ，２２Ｂと、ガラス管２１に隣接して配置されているセンサケース３２に搭載されているセンサ部３１Ａ～３１Ｅとを備え、フロート２３に対応する磁石２２Ａ，２２Ｂの位置により液面の位置を検出する、液面検出装置が開示されている（図２～図４参照）。

　磁石２２Ａ，２２Ｂは、フロート２３の移動方向の両端に、フロート２３の移動方向に沿ってＮＳ、ＳＮとなるように配置されている。センサ部３１Ａ～３１Ｅはフロート２３の移動方向に沿って配置されている。センサ部３１Ａ～３１Ｅは、フロート２３の変位に応じた、第１の磁石２２Ａ及び第２の磁石２２Ｂによる磁気を検知する角度センサ３４Ａ～３４Ｅと、磁気により近傍にフロート２３が到達したことを検知する磁気強度センサ３５Ａ～３５Ｅとをそれぞれ備える。

　特許文献４には、マグネット３と、マグネット３が内部に配置されているタンク２と、ロッド４と、複数の磁気強度センサＳ［１］～Ｓ［４］と、制御部１０とを備え、マグネット３の位置により液面の位置を検出する、液面検出装置が開示されている（図１、図４、図５参照）。

　ロッド４は、長尺の円柱状であり、軸方向が上下方向（鉛直方向）と平行になるようにタンク２内に配置されている。マグネット３は、円環状であり、タンク２内に貯蔵された液体の液面に浮かぶように構成されている。ロッド４はマグネット３に挿通されており、マグネット３はタンク２に貯蔵された液体の液面に浮かべられた状態において、ロッド４によって移動がガイドされて上下方向に移動する。複数の磁気強度センサＳ［１］～Ｓ［４］は、それぞれがロッド４に埋め込まれており、上方から下方に向けて互いに間隔をあけて順次並ぶように配置されている。

　制御部１０は、切替スイッチ１２及び減算器１３を有する差分値算出部１１と、マイクロコンピュータ２０とを有する。切替スイッチ１２は、入力端子Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３、Ｉ２１、Ｉ２２、Ｉ２３、出力端子Ｏ１、Ｏ２を有する。マイクロコンピュータ２０からの制御信号によるスイッチ切替により入力端子Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３のいずれかが出力端子Ｏ１に接続される。入力端子Ｉ２１、Ｉ２２、Ｉ２３のいずれかがスイッチ切替により出力端子Ｏ２に接続される。入力端子Ｉ１１は磁気強度センサＳ［１］と接続されている。入力端子Ｉ１２は磁気強度センサＳ［２］と接続されている。入力端子Ｉ１３は磁気強度センサＳ［３］と接続されている。入力端子Ｉ２１は磁気強度センサＳ［２］と接続されている。入力端子Ｉ２２は磁気強度センサＳ［３］と接続されている。入力端子Ｉ２３は磁気強度センサＳ［４］と接続されている。これにより、切替スイッチ１２は、（１）出力端子Ｏ１から磁気強度センサＳ［１］の電圧信号が出力されているとき、出力端子Ｏ２から磁気強度センサＳ［２］の電圧信号が出力され、（２）出力端子Ｏ１から磁気強度センサＳ［２］の電圧信号が出力されているとき、出力端子Ｏ２から磁気強度センサＳ［３］の電圧信号が出力され、（３）出力端子Ｏ１から磁気強度センサＳ［３］の電圧信号が出力されているとき、出力端子Ｏ２から磁気強度センサＳ［４］の電圧信号が出力される。減算器１３は、出力端子Ｏ１が接続される一方の入力端子と、出力端子Ｏ２が接続される他方の入力端子と、差分電圧信号を出力する出力端子とを備える。

　マイクロコンピュータ２０は、切替スイッチ１２及び減算器１３と接続されている。マイクロコンピュータ２０は、隣接して配置された磁気強度センサの電圧信号（出力値）の差分値とマグネット３の位置（即ち、タンク２に貯蔵された液体の液面レベル）との関係を示す高精度液面レベル検出基準情報Ｇ［１］～Ｇ［３］と、標準精度液面レベル検出基準情報Ｈ［１］～Ｈ［３］、液面レベルの検出において高精度液面レベル検出基準情報Ｇ［１］～Ｇ［３］及び標準精度液面レベル検出基準情報Ｈ［１］～Ｈ［３］のいずれを用いるかを判定するための高精度検出条件が予め記憶されているＲＯＭを備えている。

　マイクロコンピュータ２０はＣＰＵをさらに備え、ＣＰＵは、減算器１３の差分電圧信号と、高精度液面レベル検出基準情報Ｇ［１］～Ｇ［３］と、標準精度液面レベル検出基準情報Ｈ［１］～Ｈ［３］と、高精度検出条件を用いた信号処理を行い、マグネット３の位置、即ち、タンク２に貯蔵された液体の液面レベルを検出する。

　特許文献５には、フロート３と、フロート３が内部に配置されているタンクと、フロート３の凹溝３ｈ内に固着されている略リング状の永久磁石５と、フロート３の孔に遊挿された略円筒状のステム部１３を有し、フロート３の昇降を案内する案内部材１１と、ステム部１３内に配置されている磁気センサである２つのホール素子（第１ホール素子２１及び第２ホール素子２３）と、液面レベルの検知出力を外部へ導くための駆動制御回路３１とを備え、フロート３（＝永久磁石５）の位置により液面の位置を検出する、液面検出装置が開示されている（図１、図２参照）。

　永久磁石５は、内周面５ｎ側がＮ極、外周面５ｇ側がＳ極に一様に着磁されている。第１ホール素子２１及び第２ホール素子２３は鉛直方向にそれぞれ離間して固着されている。第１，第２ホール素子２１，２３に駆動電圧を印加すると、液面に追従するフロート３に配置された永久磁石５の昇降位置に応じて変化する磁束密度を検知して、その磁束密度に対応する電気信号、より具体的には、その磁束密度にほぼ直線的に対応する電圧を出力する。駆動制御回路３１は、第１ホール素子２１からの出力電圧を増幅する第１増幅回路３３と、第２ホール素子２３からの出力電圧を増幅する第２増幅回路３５を有する。第１増幅回路３３と第２増幅回路３５は同様の増幅率を示す。

　第１ホール素子２１の出力電圧は、第１増幅回路３３により所定の割合で増幅される。増幅された出力電圧は出力調整回路３７と反転増幅回路４１に入力され、出力調整回路３７から液面レベルに対応した電圧が外部へ出力される。また、第２ホール素子２３の出力電圧は、第２増幅回路３５により所定の割合で増幅される。増幅された出力電圧は、反転増幅回路４１に入力される。反転増幅回路４１には第１ホール素子２１の出力を増幅させた出力電圧と、第２ホール素子２３の出力を増幅させた出力電圧とを合わせた出力電圧が入力され、第１，第２ホール素子２１，２３の駆動のフィードバック制御に用いられる。これにより、液温の変動や永久磁石５の特性のバラツキの影響に拘わらず、正確に磁束密度、即ち液面レベルを計測することができる。

特開平１－２２１６２０号公報特開２００２－２２４０３号公報特開２００９－２３６６１５号公報特開２０１４－１４５７１４号公報特開２００２－２７７３０８号公報

　しかしながら、特許文献３に記載の液面検出装置では、センサ部３１Ａ～３１Ｅは角度センサ３４Ａ～３４Ｅと磁気強度センサ３５Ａ～３５Ｅとをそれぞれ備え、角度センサ３４Ａ～３４Ｅが接続される出力モニタ回路と磁気強度センサ３５Ａ～３５Ｅが接続される切替回路１２とをさらに備えるため、回路構成の小型化が困難である。また、角度センサ３４Ａ～３４Ｅと磁気強度センサ３５Ａ～３５ＥがＧＭＲ素子である場合、３０～２００Ｇまでの磁界強度に対応することが出来るが、２００Ｇよりも大きな磁界が印加されると磁気飽和してしまい検出できない。このため、磁石２２Ａ，２２Ｂの種類や位置に対する自由度が低い。特に、磁石２２Ａ，２２Ｂによっては角度センサ３４Ａ～３４Ｅ及び磁気強度センサ３５Ａ～３５Ｅと磁石２２Ａ，２２Ｂとの距離を短くすることが出来ず、回路構成の小型化が困難である。

　特許文献４に記載の液面検出装置では、切替スイッチ１２、減算器１３、マイクロコンピュータ２０のＲＯＭが必要であるため、回路構成が複雑化するとともに小型化が困難である。

　特許文献５に記載の液面検出装置では、第１ホール素子２１のみで液面を検知しており、液温の変動や永久磁石５の特性のバラツキの影響を補正するために、第２ホール素子２３と反転増幅回路４１を含むフィードバック制御回路が必要であるため、回路構成が複雑化するとともに小型化が困難である。

　したがって、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、回路構成を簡易かつ小型化が可能な液面検出装置を提供することを目的とする。

　本発明のある局面に従う液面検出装置は、液面に追従して昇降するフロートと、フロートに取り付けられた磁石と、フロートの昇降を案内する案内部材と、案内部材に取り付けられ、磁石の昇降位置に応じて変化する磁束密度を検知して、その磁束密度に対応する電気信号を出力する複数の磁気センサと、複数の磁気センサからそれぞれ出力される電気信号に基づいてフロートの位置を検出する検出回路とを備える。検出回路は、複数の磁気センサのうち隣接する２つの磁気センサから出力される電気信号に基づいてフロートの位置を検出する。

　好ましくは、各磁気センサは、バイアス磁石を有する。
　好ましくは、各磁気センサは、磁石により生じる磁力線の磁気ベクトルに基づく電気信号を出力する。

　好ましくは、検出回路は、複数の磁気センサからそれぞれ出力される電気信号のうち中間電圧との比較に基づいて隣接する２つの磁気センサから出力される電気信号を抽出する。

　好ましくは、検出回路は、抽出した２つの電気信号の一方を正弦波、他方を余弦波とした場合の角度情報を算出し、算出した角度情報に基づいてフロートの位置を検出する。

　好ましくは、磁石は、案内部材を介してそれぞれ同極性の磁極が対向するように配置される、少なくとも一組以上の磁石ユニットで構成される。

　好ましくは、磁石は、複数組の磁石ユニットを有する。各磁石ユニットは、昇降方向に沿ってそれぞれ配置され、隣接する磁石ユニットの対向する磁極の極性は異なる。

　好ましくは、複数の磁気センサは、昇降方向に沿って順番に配置された第１～第３の磁気センサを有する。検出回路は、第１～第３の磁気センサからそれぞれ出力される第１～第３の電気信号に関して、第１～第３の電気信号の大小関係の組み合わせに従って、第１および第２の電気信号の一方を正弦波、他方を余弦波とした場合の角度情報を算出し、算出した角度情報に基づいてフロートの位置を検出する。

　好ましくは、検出回路は、第１～第３の磁気センサからそれぞれ出力される第１～第３の電気信号に関して、複数の所定の閾値との関係に従って、第１および第２の電気信号を抽出する。

　好ましくは、検出回路は、第１～第３の磁気センサからそれぞれ出力される第１～第３の電気信号に関して、複数の所定の閾値との関係に従って、複数の領域に分割して、分割された領域における第１および第２の電気信号を抽出する。

　好ましくは、互いに隣接する各磁気センサのバイアス磁界ベクトルの向きは、フロートの昇降方向に対して垂直な水平方向に対して対称に設定される。

　好ましくは、各磁気センサは、バイアス磁石により生じるバイアス磁界ベクトルが印加される第１～第４の磁気抵抗素子と、バイアス磁界ベクトルの変化に基づく第１～第４の磁気抵抗素子の抵抗値の変化に応じた電気信号を出力する出力回路とを含む。

　好ましくは、第１および第２の磁気抵抗素子には、バイアス磁石により生じる第１のバイアス磁界ベクトルが印加される。第３および第４の磁気抵抗素子には、バイアス磁石により生じる第１のバイアス磁界ベクトルと反対方向の第２のバイアス磁界ベクトルが印加される。第１および第２の磁気抵抗素子と、第３および第４の磁気抵抗素子とは、第１～第４の磁気抵抗素子が形成される昇降方向を基準に線対称となるようにそれぞれ配置される。

　好ましくは、バイアス磁石は、第１～第４の磁気抵抗素子に印加されるバイアス磁界ベクトルの向きがフロートの昇降方向に対して垂直な水平方向となるように配置される。

　本発明の液面検出装置は、回路構成を簡易かつ小型化が可能である。

実施形態１に基づく液面検出装置の外観構成を説明する図である。実施形態１に基づくガイド１０に取り付けられた複数の磁気センサ５を説明する図である。実施形態１に基づく液面検出装置１の回路構成図である。実施形態１に基づく磁気センサ５の磁気抵抗素子のパターンを説明する図である。実施形態１に基づく磁気センサ５の検出原理を説明する図である。実施形態１に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２の配置を説明する図である。実施形態１に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ａ～２Ｄと、磁気センサ５Ａ～５Ｃとのレイアウトを説明する図である。実施形態１に基づくフロート２０が昇降動作によりその位置が変化した場合の磁気センサとの関係を説明する図である。実施形態１に基づくフロート２０の昇降動作に従う複数の磁気センサの出力信号波形を説明する図である。図９の所定領域を拡大したイメージ図である。実施形態１に基づく磁気センサ５と磁気ベクトルＰとの関係を模式的に説明する図である。実施形態１に基づく角度情報θの精度を説明する図である。実施形態１に基づく液面検出装置１の検出方式を説明するフロー図である。実施形態１に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｅ，２Ｆと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。実施形態２に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｇ，２Ｈと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。実施形態２に基づくフロート２０の昇降動作に従う複数の磁気センサの出力信号波形を説明する図である。図１６の所定領域を拡大したイメージ図である。実施形態２に基づく磁気センサ５と磁気ベクトルＰとの関係を模式的に説明する図である。実施形態２に基づく角度情報θの精度を説明する図である。実施形態３に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｉ～２Ｔと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。実施形態３に基づくフロート２０の昇降動作に従う磁気センサ５からの出力信号波形を説明する図である。図２１の所定領域を拡大したイメージ図である。実施形態３に基づく磁気センサ５と磁気ベクトルＰとの関係を模式的に説明する図である。実施形態３に基づく複数の磁気センサ５Ａ～５Ｃの出力信号波形の中からそれぞれの領域Ｔ１～Ｔ３における２本の出力信号波形を抽出する方式を説明する図である。実施形態３に基づく角度情報θの精度を説明する図である。実施形態３に基づく液面検出装置１の検出方式を説明するフロー図である。実施形態３の変形例１に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｕ，２Ｖと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。実施形態３に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｉ～２Ｐと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。実施形態３の変形例２に基づくフロート２０の昇降動作に従う磁気センサ５からの出力信号波形を説明する図である。図２９の所定領域を拡大したイメージ図である。実施形態３の変形例２に基づく磁気センサ５が受ける磁気ベクトルの角度を説明する図である。実施形態３の変形例２に基づく複数の磁気センサ５Ａ～５Ｃの出力信号波形の中からそれぞれの領域Ｔ１～Ｔ３における２本の出力信号波形を抽出する方式を説明する図である。実施形態３の変形例２に基づく角度情報θの精度を説明する図である。実施形態３の変形例３に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｗ，２Ｘと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。実施形態４に基づく磁気センサ５＃の磁気抵抗素子のパターンを説明する図である。実施形態５に基づくガイド１０に対してフロート２０の位置がずれた場合を説明する図である。実施形態５に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｇ，２Ｈと、磁気センサとのレイアウトを説明する図である。実施形態５に基づくバイアス磁界ベクトルの変化を説明する図である。実施形態５に基づく角度情報θの精度を説明する図である。実施形態５の変形例に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｇ，２Ｈと、複数の磁気センサ５Ｑとのレイアウトを説明する図である。別の実施形態に基づく磁気センサ５Ｒを説明する図である。磁気センサ５Ｐにおけるバイアス磁界ベクトルについて説明する図である。磁気センサ５Ｒの回路構成を説明する図である。

　この実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

　（実施形態１）
　図１は、実施形態１に基づく液面検出装置の外観構成を説明する図である。

　図１を参照して、液面検出装置１は、液面に追従して昇降するフロート２０と、ガイド（案内部材）１０と、検出回路５０とを含む。

　検出回路５０は、案内部材１０に取り付けられた複数の磁気センサ（ＡＭＲ（Anisotropic　Magneto　Resistance）素子）から検出される出力信号に基づいてフロート２０の位置を検出する。

　図２は、実施形態１に基づくガイド１０に取り付けられた複数の磁気センサ５を説明する図である。

　図２を参照して、複数の磁気センサ５は、昇降方向に沿って所定間隔に配置されている。

　フロート２０には、磁石２が設けられている。具体的には、２組の磁石ユニットとして磁石２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが取り付けられている。磁石２Ａ，２Ｂで磁石ユニットを構成する。磁石２Ｃ，２Ｄで磁石ユニットを構成する。

　複数の磁気センサ５は、フロート２０に取り付けられた磁石２の昇降動作に従う磁束密度を検知して、その磁束密度に対応する電気信号を出力する。なお、本例においては、４ピンの磁気センサ５の構成について一例として説明するが、特にピン数はこれに限られず当業者であるならば適宜設計変更することが可能である。

　図３は、実施形態１に基づく液面検出装置１の回路構成図である。
　図３を参照して、実施形態１に基づく液面検出装置１は、複数の磁気センサ（ＡＭＲ素子）５と、検出回路５０とを含む。本例においては、ｎ個の磁気センサが設けられている場合が示されている。

　検出回路５０は、アナログ／デジタル変換回路であるＡ／Ｄ回路６０と、パラレル／シリアル変換回路であるＰ／Ｓ変換回路３０と、演算処理を実行するＭＰＵ（Micro-processing　unit）４０とを含む。

　Ａ／Ｄ回路６０は、複数（ｎ個）の磁気センサ５と接続されて、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。

　Ｐ／Ｓ変換回路３０は、ＭＰＵ４０から入力されるクロックＣＬＫに同期して並列的に入力されるＡ／Ｄ回路６０から入力されたデジタル信号を直列的に信号変換してＭＰＵ４０に出力する。

　ＭＰＵ４０は、Ｐ／Ｓ変換回路３０から入力される複数（ｎ個）の磁気センサ５からの信号を演算処理してフロート２０の位置を検出する。

　なお、本例におけるＭＰＵ４０は、Ａ／Ｄ回路６０からの信号に関して、クロックＣＬＫに同期したＰ／Ｓ変換回路３０の出力を受ける構成について説明するが、特に当該構成に限られずマルチプレクサを介してＡ／Ｄ回路６０からデジタル信号の入力を受ける構成に変更することも可能である。

　図４は、実施形態１に基づく磁気センサ５の磁気抵抗素子のパターンを説明する図である。

　図４を参照して、ここでは、磁気センサ５は、４つの磁気抵抗素子ＭＲ１～ＭＲ４（総称して磁気抵抗素子ＭＲとも称する）からなるブリッジ構造からなる。

　磁気センサ５は、磁界が印加されると、磁気抵抗素子ＭＲ１～ＭＲ４の抵抗値変化により抵抗値変化に応じた信号Ｖ＋，Ｖ－を出力する。磁気センサ５は、信号Ｖ＋，Ｖ－の差分ΔＶを出力する。

　磁気センサ５の磁気抵抗素子ＭＲは異方性磁気抵抗素子であり、折り返し形状のパターン構造である。

　磁気抵抗素子ＭＲの磁界印加時の抵抗値は、素子の長さ方向（電流方向）に対して垂直の磁界（９０°）が印加された時に最小となり、平行な磁界（０°）が印加されたときに最大となる特性を有する。

　また、磁気センサ５には、バイアス磁石３Ａ，３Ｂが設けられている。バイアス磁石３Ａ，３Ｂは、磁気抵抗素子ＭＲ１～ＭＲ４に対して左上から右下の方向にバイアス磁界がかかるように配置されている。

　なお、本例の磁気センサ５の磁気抵抗素子ＭＲは、一例として折り返し形状のパターン構造として説明するが、特に折り返し形状に限られずそのパターン構造は、磁気センサ５の検出特性を高めるように当業者であるならば適宜設計変更することが可能である。また、バイアス磁石３Ａ，３Ｂの配置（向き）に関しても本例においては一例として左上から右下の方向に４５°の角度のバイアス磁界ベクトルがかかるように配置した構成が示されているが、当該配置あるいは角度も磁気センサ５の検出特性を高めるように当業者であるならば適宜設計変更することが可能である。

　また、本例においては、２つのバイアス磁石３Ａ，３Ｂに基づいてバイアス磁界ベクトルをかける構成について説明するが、２つのバイアス磁石ではなく１つのバイアス磁石３Ａを４５°の傾きで磁気抵抗素子ＭＲ１～ＭＲ４の中央部に配置することにより同様のバイアス磁界ベクトルをかけることが可能である。当該構成によりバイアス磁石の個数を減らし、磁気センサ５のコストを低減することが可能である。あるいは、磁気抵抗素子ＭＲ１～ＭＲ４が設けられている基板上にバイアス磁石を配置しても良いし、基盤の裏面にバイアス磁石を配置する構成とするようにしても良い。

　図５は、実施形態１に基づく磁気センサ５の検出原理を説明する図である。
　図５（Ａ）は、外部磁界に従って変化するバイアス磁界ベクトルを説明する図である。

　図５（Ａ）に示されるように、磁気センサ５のバイアス磁界ベクトルは、昇降方向に対する外部磁界に従ってそのベクトル方向を変化させる。本例においては、外部磁界が無い状態のバイアス磁界ベクトルＶ０が実線で示されている。なお、バイアス磁石は、磁気センサ５が飽和感度領域に達する磁界強度となるように設定する。

　バイアス磁界ベクトルＶ０は、外部磁界（右から左方向）に従ってバイアス磁界ベクトルＶ１に変化する。

　一方で、バイアス磁界ベクトルＶ０は、外部磁界（左から右方向）に従ってバイアス磁界ベクトルＶ２に変化する。

　外部磁界の磁束密度の変化に従いバイアス磁界ベクトルが変化する。磁気センサ５は、バイアス磁界ベクトルの変化を検出して、当該検出結果に応じた出力信号（電位差ΔＶ）を出力する。

　図５（Ｂ）には、外部磁界の磁束密度の変化に従う磁気センサ５の出力信号の変化特性が示されている。

　図５（Ｂ）に示されるように、バイアス磁石３Ａ，３Ｂに従うバイアス磁界に基づいて所定の磁束密度ＳＴがかかっている。この場合の出力は中間値に設定されており、磁気センサ５に印加される磁界の方向の変化に従い電位差ΔＶが変化する。

　外部磁界として、右から左方向の外部磁界の磁束密度の変化に従い電位差ΔＶは、ΔＶ１側にシフトする。

　一方、外部磁界として、左から右方向の外部磁界の磁束密度の変化に従い電位差ΔＶは、ΔＶ２側にシフトする。

　中間値からの電位差ΔＶの増減に従って磁気センサ５に印加される磁界の極性（どの向きからの磁界か）を検知することが可能である。また、バイアス磁石３Ａ，３Ｂの磁力強度を変更することにより飽和磁界強度も高めることが可能である。

　後述するが外部磁界の磁束密度の変化に応じた信号波形（電位差ΔＶ）に基づいてフロート２０の位置を検出することが可能である。

　図６は、実施形態１に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２の配置を説明する図である。

　図６を参照して、ここでは、フロート２０を上視した場合の図が示されている。また、磁石２Ａ，２Ｂで形成される磁石ユニットは、ガイド部材を介して互いに向き合うように対向して設けられている。本例においては、磁石２Ａ，２ＢのＮ極が互いに向き合うように対向して設けられている。なお、磁石２Ａ，２ＢのＳ極を互いに向き合うように対向して配置することも可能である。

　当該配置により、磁力方向は、ガイド部材に沿う方向となり、ガイド部材に沿う方向と垂直な方向の磁力成分は打ち消される。また、フロート２０が回転した場合であっても磁力方向や磁束密度にほとんど変化はなく、磁気センサ５は磁束密度の変位量を精度よく測定することが可能である。

　図７は、実施形態１に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ａ～２Ｄと、磁気センサ５Ａ～５Ｃとのレイアウトを説明する図である。

　図７に示されるように、磁石２Ａ，２Ｂは、１組の磁石ユニットを形成する。また、磁石２Ｃ，２Ｄは、１組の磁石ユニットを形成する。

　磁石２Ａ，２Ｂで形成される磁石ユニットは、互いにＮ極が向き合うように配置されている。また、磁石２Ｃ，２Ｄで形成される磁石ユニットは、互いにＳ極が向き合うように配置されている。隣接する磁石ユニットは、磁石の磁極が異なるように配置されている。

　本例においては、磁石２Ａと磁石２Ｂとの距離は、距離ａの２倍の間隔に設定され、また、その中心を磁気センサ５が通過するように配置されている。隣接する磁石ユニットの間隔（中心間距離）も距離ａの２倍に設定されている。磁気センサ５の互いの間隔も距離ａで配置されている。磁気センサ５は、昇降方向に沿ってガイド部材に取り付けられる。

　なお、本例においては、３つの磁気センサ５Ａ～５Ｃが配置されて、フロート２０の位置を検出する場合について説明するが、さらに複数の磁気センサが配置された場合についても同様である。

　なお、本例において、例えば、フロート２０の位置として、一例として磁石２Ａと磁石２Ｃ（あるいは磁石２Ｂと磁石２Ｄ）の昇降方向における中心を基準位置（中心点）とする。この場合、基準位置（中心点）の位置に磁気センサ５Ｂが位置している場合が示されている。

　図８は、実施形態１に基づくフロート２０が昇降動作によりその位置が変化した場合の磁気センサとの関係を説明する図である。

　本例においては、フロート２０が右から左方向（一例として昇方向）に変化した場合について説明する。

　図８（Ａ）においては、フロート２０が上昇して磁気センサ５Ａに近づいてきた場合（状態Ｓ０）が示されている。

　磁気センサ５Ａは、フロート２０の磁石２Ａ，２Ｂにより生じる磁界（磁力線）の影響を受ける。具体的には、磁気センサ５Ａは、磁石２Ａ，２Ｂの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルの変化に従い電位差ΔＶは減少する。他の磁気センサ５Ｂ，５Ｃについても、磁石２Ａ，２Ｂの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　図８（Ｂ）においては、図８（Ａ）からフロート２０がさらに距離ａ上昇した場合（状態Ｓ１）が示されている。

　磁気センサ５Ａは、磁石２Ａ，２Ｂとの間の中心線上に位置する状態である。本例においては、当該状態を初期状態とする。

　磁気センサ５Ｂは、磁石２Ａ，２Ｂの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ｂのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルの変化に従い電位差ΔＶは減少する。他の磁気センサ５Ｃについても、磁石２Ａ，２Ｂの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　図８（Ｃ）においては、図８（Ｂ）からフロート２０がさらに距離ａ上昇した場合（状態Ｓ２）が示されている。

　磁気センサ５Ａは、磁石２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄにより生じる磁界により最大限昇降方向に磁界がかかる場合が示されている。具体的には、磁気センサ５Ａは、磁石２Ａから磁石２Ｃへの磁力線（あるいは磁石２Ｂから磁石２Ｄの磁力線）として左から右への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ２側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ２側への変化に従い電位差Ｖは増加する（最大となる）。

　磁気センサ５Ｂは、磁石２Ａ，２Ｂとの間の中心線上に位置する状態である。したがって、初期状態である。

　磁気センサ５Ｃは、磁石２Ａ，２Ｂにより生じる磁界の影響を受ける。具体的には、磁気センサ５Ｃは、磁石２Ａ，２Ｂの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　図８（Ｄ）においては、図８（Ｃ）からフロート２０がさらに距離ａ上昇した場合（状態Ｓ３）が示されている。

　磁気センサ５Ａは、磁石２Ｃ，２Ｄとの間の中心線上に位置する状態である。したがって、初期状態である。

　磁気センサ５Ｂは、磁石２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄにより生じる磁界により最大限昇降方向に磁界がかかる場合が示されている。具体的には、磁気センサ５Ｂは、磁石２Ａから磁石２Ｃへの磁力線（あるいは磁石２Ｂから磁石２Ｄの磁力線）として左から右への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ｂのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ２側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ２側への変化に従い電位差ΔＶは増加する（最大となる）。

　磁気センサ５Ｃは、磁石２Ａ，２Ｂとの間の中心線上に位置する状態である。したがって、初期状態である。

　図８（Ｅ）においては、図８（Ｄ）からフロート２０がさらに距離ａ上昇した場合（状態Ｓ４）が示されている。

　磁気センサ５Ａは、磁石２Ｃ，２Ｄにより生じる磁界により昇降方向に磁界がかかる場合が示されている。具体的には、磁石２Ｃ，２Ｄの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　磁気センサ５Ｂは、磁石２Ｃ，２Ｄとの間の中心線上に位置する状態である。したがって、初期状態である。

　磁気センサ５Ｃは、磁石２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄにより生じる磁界により最大限昇降方向に磁界がかかる場合が示されている。具体的には、磁気センサ５Ｃは、磁石２Ａから磁石２Ｃへの磁力線（あるいは磁石２Ｂから磁石２Ｄの磁力線）として左から右への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ｃのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ２側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ２側への変化に従い電位差ΔＶは増加する（最大となる）。

　図８（Ｆ）においては、図８（Ｅ）からフロート２０がさらに距離ａ上昇した場合（状態Ｓ５）が示されている。

　磁気センサ５Ａは、磁石２Ｃ，２Ｄにより生じる磁界の影響を受ける。具体的には、磁石２Ｃ，２Ｄの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側にやや変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　磁気センサ５Ｂは、磁石２Ｃ，２Ｄにより生じる磁界により昇降方向に磁界がかかる場合が示されている。具体的には、磁石２Ｃ，２Ｄの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ｂのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　磁気センサ５Ｃは、磁石２Ｃ，２Ｄとの間の中心線上に位置する状態である。したがって、初期状態である。

　図８（Ｇ）においては、図８（Ｆ）からフロート２０がさらに距離ａ上昇した場合（状態Ｓ６）が示されている。

　磁気センサ５Ａ，５Ｂは、磁石２Ｃ，２Ｄにより生じる磁界の影響をやや受ける。具体的には、磁石２Ｃ，２Ｄの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａ，５Ｂのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側にやや変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　磁気センサ５Ｃは、磁石２Ｃ，２Ｄにより生じる磁界により昇降方向に磁界がかかる場合が示されている。具体的には、磁石２Ｃ，２Ｄの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ｃのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　図９は、実施形態１に基づくフロート２０の昇降動作に従う複数の磁気センサの出力信号波形を説明する図である。

　図９に示されるように、状態Ｓ０～Ｓ６の位置関係と出力信号関係とが示されている。
　例えば、磁気センサ５Ａに着目すると、磁気センサ５Ａで受けた外部磁界の磁束密度に応じた信号が出力されている。

　状態Ｓ０においては、磁気センサ５Ａで受けた外部磁界に従ってバイアス磁界ベクトルが変化して出力信号（電位差ΔＶ）として低下している場合が示されている。

　状態Ｓ１においては、磁気センサ５Ａは、磁石２Ａ，２Ｂとの間の中心線上に位置する初期状態であり、本例においては、初期状態である場合の出力信号（電位差ΔＶ）の電圧を中間値（中間電圧）とする。

　状態Ｓ２においては、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルがバイアス磁界ベクトルＶ２側に変化した場合に出力信号が最大となった場合が示されている。

　状態Ｓ３においては、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｃ，２Ｄとの間の中心線上に位置する初期状態であり、出力電圧は、中間電圧となった場合が示されている。

　状態Ｓ４においては、磁気センサ５Ａで受けた外部磁界に従ってバイアス磁界ベクトルが変化して出力信号（電位差ΔＶ）が低下した場合が示されている。

　状態Ｓ４以降においては、距離に応じて変化する外部磁界に基づいて磁気センサ５Ａの出力信号が変化する場合が示されている。

　また、磁気センサ５Ｂに着目すると、磁気センサ５Ａの出力信号を距離ａ（位相として９０°）ずらした波形が示されている。磁気センサ５Ｃに着目すると、磁気センサ５Ｂの出力信号を距離ａ（位相として９０°）ずらした波形が示されている。

　図１０は、図９の所定領域を拡大したイメージ図である。
　図１０を参照して、ここでは、所定領域として図９のハッチング領域の複数の磁気センサ５Ａ～５Ｃの出力信号波形が示されている。

　磁気センサ５Ａ，５Ｂの出力信号波形は、中間電圧を基準とした場合、後述する円状に沿って変化する外部磁界の磁気ベクトルＰの水平成分（昇降方向）に模式化（近似）することが可能である。

　具体的には、隣接する２つの磁気センサから出力される電気信号として位相が９０°ずれた信号波形を検出することが可能である。

　本例においては、位相が９０°ずれているため一方の出力信号（電気信号）を正弦波（sinθ）、他方の出力信号（電気信号）を余弦波（cosθ）で表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて外部磁界の磁気ベクトルＰの角度θを算出する。

　本実施形態においては、複数の磁気センサの出力信号のうち隣接する２つの磁気センサから出力される電気信号を検出して外部磁界の磁気ベクトルの角度を算出し、当該算出された磁気ベクトルの角度に基づいてフロートの位置を検出する。

　図１１は、実施形態１に基づく磁気センサ５と磁気ベクトルＰとの関係を模式的に説明する図である。

　図１１には、状態Ｓ２から状態Ｓ３に移行する場合において磁気センサ５Ａ，５Ｂに対するフロート２０の昇降方向に対する磁気ベクトルが示されている。ここでは、昇降方向はＸ軸に沿う方向である。磁気ベクトルＰは、一例として磁石２ＡのＮ極および磁石２ＣのＳ極により生じる磁界の磁力線の方向を指す。

　なお、説明を簡易にするために磁石２ＢのＮ極および磁石２ＤのＳ極により生じる磁界の磁力線については省略しているが、磁気ベクトルＰの昇降方向と垂直な成分については、当該磁石２ＢのＮ極および磁石２ＤのＳ極により生じる磁界の磁力線の磁気ベクトルにより打ち消される。したがって、磁気センサ５Ａ，５Ｂに対する外部磁界としては、昇降方向成分のみとなる。上記したように当該外部磁界に従って各磁気センサ５におけるバイアス磁界ベクトルが変化する。

　一例として、外部磁界である磁気ベクトルの大きさと磁束密度（ＡＭＲ出力）とは相関関係にあるため、昇降方向に対する磁気センサ５Ａで検出される出力信号はＰcosθ、磁気センサ５Ｂで検出される出力信号はＰsinθで表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルＰの角度θとして算出する。

　具体的には、２つの出力信号（電気信号）に基づいてtanθ（Ｐsinθ／Ｐcosθ）を算出し、arctanθを計算することにより角度情報θを算出する。

　なお、正弦波Ｐsinθ、余弦波Ｐcosθの振幅値Ｐはtanθを算出することにより打ち消される。

　上記処理は、検出回路５０で実行される処理である。具体的には、ＭＰＵ４０において上記算出処理が実行される。

　磁気ベクトルの角度情報θとして０°～９０°の変化に対応してフロート２０の位置は距離ａ変化する。

　例えば、フロート２０の位置として、一例として磁石２Ａ～２Ｃの昇降方向における中心を基準位置（中心点）とする。この場合、図８（Ｃ）の状態Ｓ２に示されるフロート２０の基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ａの位置と同じ位置である。

　本例においては、磁気センサ５Ａと、磁気センサ５Ｂとの電気信号を利用して、磁気ベクトルの角度情報θを算出して、その位置関係を決定する。例えば、角度情報θが４５°として算出された場合には、フロートの基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ａの位置から磁気センサ５Ｂの側にａ／２の距離移動した位置にあると検出することが可能である。

　なお、本例においては、磁気センサ５Ａ，５Ｂの電気信号を利用して、磁気ベクトルの角度情報θを算出して、磁気センサ５Ａからの位置関係を決定する場合について説明したが、磁気センサ５Ｂからの位置関係を決定することも可能である。また、同様の方式に従って、磁気センサ５Ｂ、５Ｃの電気信号を利用して、磁気ベクトルの角度情報θを算出して、磁気センサ５Ｂからの位置関係を決定することも当然に可能である。他の方式についても同様である。

　図１２は、実施形態１に基づく角度情報θの精度を説明する図である。
　図１２（Ａ）には、角度θを０°～９０°まで変化させた場合における、一方の出力信号（電気信号）をＰcosθ、他方の出力信号（電気信号）をＰsinθに設定した場合におけるarctanθと基準値との比較が示されている。

　シミューレーション結果として、基準値とはほとんど相違しない。
　また、角度の精度としても図１２（Ｂ）に示されるように基準値に対して±２°のずれしかない場合が示されており、精度の高いフロート２０の位置検出が可能である。

　図１３は、実施形態１に基づく液面検出装置１の検出方式を説明するフロー図である。
　図１３に示されるように、中間電圧をともに超える隣接する２本の信号を抽出する（ステップＳＰ２）。なお、中間電圧は、本例においては、一例として初期状態である場合の出力信号の電圧に設定する。具体的には、図８で説明したように例えば、磁気センサ５Ａが磁石２Ａ，２Ｂとの間の中心線上に位置する状態であり、予め電圧を測定することにより中間電圧を設定することが可能である。なお、当該中間電圧の設定の方式としては種々の方式があり、当該方式に限られず、例えば、ピーク値の最大値と最小値との間の中間値に設定するようにしても良い。

　そして、図９で説明した点線で囲まれた領域における２本の電気信号を抽出する。
　次に、抽出した２本の信号に基づいて磁気ベクトルの角度θを計算する（ステップＳＰ４）。具体的には、２本の電気信号のうちの一方の出力信号（電気信号）をＰcosθ、他方の出力信号（電気信号）をＰsinθに設定し、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいてtanθを算出し、arctanθを計算することにより角度情報θを算出する。

　次に、磁気ベクトルの角度θに基づいてフロート２０の位置を算出する（ステップＳＰ６）。算出された角度情報θに基づいてフロート２０の基準位置（中心点）を磁気センサの位置から算出する。例えば、上記で説明したように角度情報θが４５°として算出された場合には、フロートの基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ａの位置よりもａ／２の距離、磁気センサ５Ｂ側に移動した位置にあると検出することが可能である。

　そして、処理を終了する（エンド）。
　実施形態１に基づく液面検出装置１により、２つの電気信号に基づいてフロート２０の精度の高い位置検出が可能である。当該方式により、信号を切り替える切替回路等を設ける必要がなく、回路構成を簡易にすることが可能であるとともに、小型化を図ることが可能である。

　また、環境温度の変化に追従して、磁石や磁気センサの特性が変化して出力信号が変化する可能性があるが、角度計算において２つの出力信号のtanθ（Ｐsinθ／Ｐcosθ）を算出しているため環境温度に従う変動量が相殺されるため環境温度の影響による誤差を縮小し、精度の高い位置検出が可能である。

　なお、本例においては、磁石２Ａと磁石２Ｃとの距離について、距離ａの２倍の間隔に設定する場合について説明したが、磁石２Ａ等の厚さ方向（Ｎ極およびＳ極の幅）を調整して、磁気センサ５の検出特性を高めるように当業者であるならば適宜設計変更することが可能である。

　（実施形態１の変形例）
　図１４は、実施形態１に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｅ，２Ｆと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。

　図１４に示されるように、磁石２Ｅ，２Ｆは、１組の磁石ユニットを形成する。
　磁石２Ｅ，２Ｆで形成される磁石ユニットは２つの領域に分割され、それぞれの領域で互いにＳ極あるいはＮ極が向き合うように配置されている。分割された隣接する領域は、磁石の磁極が異なるように配置されている。

　また、本例においては、磁石２Ｅおよび２Ｆの距離は、距離ａの２倍の間隔に設定される。また、その中心を磁気センサ５が通過するように配置されている。また、Ｎ極およびＳ極の２つの分割された領域の距離は、距離ａの２倍の間隔に設定され、磁気センサ５の互いの間隔も距離ａで配置されている。磁気センサ５は、昇降方向に沿ってガイド部材に取り付けられる。

　当該磁石２Ｅ，２Ｆにより生じる磁界（磁力線）は、図７のレイアウトにより生じる磁界（磁力線）と基本的に同様であり、その出力信号波形は、図９で説明したのと同様である。したがって、上記で説明したのと同様の方式に従ってフロート２０の位置について精度の高い検出が可能である。

　なお、当該構成により配置する磁石の個数を削減することができるとともに、磁石のレイアウトも容易に行なうことが可能である。

　なお、本例においては、フロート２０が回転可能な構成としてフロート２０が回転した場合であっても磁気センサ５が磁界を精度よく測定可能なように磁石を対向配置する構成について説明したが、フロート２０が回転せずフロート２０がガイド部材に沿って昇降方向に沿ってのみ移動する場合には、対向する磁石を設けない構成（片側磁石のみ）とすることも可能である。以下の構成においても同様である。その場合、磁気センサ内に設けられるバイアス磁石を設けない構成とすることも可能である。

　（実施形態２）
　実施形態１においては、複数組の磁石ユニットを利用してフロート２０の位置を検出する液面検出装置１の構成について説明したが、１組の磁石ユニットを利用してフロート２０の位置を検出する液面検出装置について説明する。

　図１５は、実施形態２に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｇ，２Ｈと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。

　図１５に示されるように、磁石２Ｇ，２Ｈは、１組の磁石ユニットを形成する。
　磁石２Ｇ，２Ｈで形成される磁石ユニットは互いにＮ極が向き合うように配置されている。なお、本例においては、Ｎ極が向き合うように配置した例について説明するがＳ極が向き合う構成とすることも可能である。

　また、本例においては、磁石２Ｇと磁石２Ｈとの距離は、距離ａの２倍の間隔に設定され、また、その中心を磁気センサ５が通過するように配置されている。磁気センサ５の互いの間隔も距離ａで配置されている。磁気センサ５は、昇降方向に沿ってガイド部材に取り付けられる。

　なお、本例において、例えば、フロート２０の位置として、一例として磁石２Ｇ（あるいは磁石２Ｈ）の昇降方向における中心を基準位置（中心点）とする。この場合、基準位置（中心点）の位置に磁気センサ５Ｂが位置している場合が示されている。

　図１６は、実施形態２に基づくフロート２０の昇降動作に従う複数の磁気センサの出力信号波形を説明する図である。

　図１６に示されるように、図９に示されている出力信号波形と同様に、フロート２０が磁気センサ５Ａに近づくに従って磁気センサ５Ａは、磁石２Ｇ，２Ｈの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。他の磁気センサ５Ｂ，５Ｃについても、磁石２Ａ，２Ｂの磁力線として右から左への磁界の影響を受けるためバイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　そして、さらにフロート２０が上昇して、磁気センサ５Ａが磁石２Ｇ，２Ｈとの間の中心線上に位置する状態（状態Ｓ７）となる。本例においては、当該状態を初期状態とする。そして、当該状態における出力信号の電圧を中間電圧に設定する。

　磁気センサ５Ｂは、磁石２Ｇ，２Ｈの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ｂのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。他の磁気センサ５Ｃについても、磁石２Ｇ，２Ｈの磁力線として右から左への磁界の影響をやや受ける。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｇ，２Ｈの磁力線として左から右への磁界の影響を受ける（状態Ｓ８）。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ２側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ２側への変化に従い電位差ΔＶは増加する。

　磁気センサ５Ｂは、磁石２Ｇ，２Ｈとの間の中心線上に位置する状態である。したがって、初期状態である。

　磁気センサ５Ｃは、磁石２Ｇ，２Ｈの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ｃのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　上記により、磁気センサ５Ｂ，５Ｃの出力信号波形は、磁気センサ５Ａの出力信号波形から距離ａ（位相として９０°）ずつずらした波形となる。

　図１７は、図１６の所定領域を拡大したイメージ図である。
　図１７を参照して、ここでは、所定領域として図１６のハッチング領域の複数の磁気センサ５Ａ～５Ｂの出力信号波形が示されている。

　本例においては、位相が９０°ずれているため一方の出力信号（電気信号）を正弦波（sinθ）、他方の出力信号（電気信号）を余弦波（cosθ）で表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。

　図１８は、実施形態２に基づく磁気センサ５と磁気ベクトルＰとの関係を模式的に説明する図である。

　図１８には、状態Ｓ７から状態Ｓ８に移行する場合において磁気センサ５Ａ，５Ｂに対するフロート２０の昇降方向に対する磁気ベクトルが示されている。ここでは、昇降方向はＸ軸に沿う方向である。磁気ベクトルＰは、一例として磁石２ＧのＮ極およびＳ極により生じる磁界の磁力線の方向を指す。

　なお、説明を簡易にするために磁石２ＨのＮ極およびＳ極により生じる磁界の磁力線については省略しているが、磁気ベクトルＰの昇降方向と垂直な成分については、当該磁石２ＨのＮ極およびＳ極により生じる磁界の磁力線の磁気ベクトルにより打ち消される。したがって、磁気センサ５Ａ，５Ｂに対する外部磁界としては、昇降方向成分のみとなる。上記したように当該外部磁界に従って各磁気センサ５におけるバイアス磁界ベクトルが変化する。

　一例として、外部磁界である磁気ベクトルの大きさと磁束密度（ＡＭＲ出力）とは相関関係にあるため、昇降方向に対する磁気センサ５Ａで検出される出力信号はＰsinθ、磁気センサ５Ｂで検出される出力信号は－Ｐcosθで表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルＰの角度θとして算出する。

　具体的には、２つの出力信号（電気信号）に基づいてtanθを算出し、arctanθを計算することにより角度情報θを算出する。

　例えば、フロート２０の位置として、一例として磁石２Ｇあるいは２Ｈの昇降方向における中心を基準位置（中心点）とする。この場合、図１５に示されるフロート２０の基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ｂの位置である。また、磁気センサ５Ａの出力信号が中間電圧となる位置（図１６の状態Ｓ７）は、フロート２０の基準位置（中心点）が磁気センサ５Ａの位置にある場合である。また、磁気センサ５Ａの出力信号が最大となる位置（図１６の状態Ｓ８）は、フロート２０の基準位置（中心点）が磁気センサ５Ｂの位置にある場合である。

　本例においては、磁気センサ５Ａと、磁気センサ５Ｂとの電気信号を利用して、磁気ベクトルの角度情報θを算出して、その位置関係を決定する。例えば、角度情報θが４５°として算出された場合には、フロートの基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ａの位置よりもａ／２の距離、磁気センサ５Ｂ側に移動した位置にあると検出することが可能である。

　なお、本例においては、磁気センサ５Ａ，５Ｂの電気信号を利用して、磁気ベクトルの角度情報θを算出して、磁気センサ５Ａからの位置関係を決定する場合について説明したが、磁気センサ５Ｂからの位置関係を決定することも可能である。また、同様の方式に従って、磁気センサ５Ｂ、５Ｃの電気信号を利用して、磁気ベクトルの角度情報θを算出して、磁気センサ５Ｃからの位置関係を決定することも当然に可能である。他の方式についても同様である。

　図１９は、実施形態２に基づく角度情報θの精度を説明する図である。
　図１９（Ａ）には、角度θを０°～９０°まで変化させた場合における、一方の出力信号（電気信号）をＰcosθ、他方の出力信号（電気信号）をＰsinθに設定した場合におけるarctanθと基準値との比較が示されている。

　シミューレーション結果として、基準値とはほとんど相違しない。
　また、角度の精度としても図１９（Ｂ）に示されるように基準値に対して±２°程度のずれしかない場合が示されており、精度の高いフロート２０の位置検出が可能である。

　実施形態２に基づく液面検出装置１により、１つの磁石ユニットを利用してフロート２０の位置を検出することが可能であり、回路構成を簡易にすることが可能であるとともに、小型化を図ることが可能である。

　（実施形態３）
　実施形態１においては、磁気センサ５の間隔を磁石ユニットの間隔の半分の距離である距離ａに設定した場合について説明したが、当該距離を変更することも可能である。

　具体的には、磁石ユニットの間隔を距離２ａに設定するとともに、磁気センサ５の間隔を距離３ａに設定する場合について説明する。

　図２０は、実施形態３に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｉ～２Ｔと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。

　図２０に示されるように、磁石２Ｉ，２Ｊは、１組の磁石ユニットを形成する。また、磁石２Ｋ，２Ｌは、１組の磁石ユニットを形成する。磁石２Ｍ，２Ｎは、１組の磁石ユニットを形成する。磁石２Ｏ，２Ｐは、１組の磁石ユニットを形成する。磁石２Ｑ，２Ｒは、１組の磁石ユニットを形成する。磁石２Ｓ，２Ｔは、１組の磁石ユニットを形成する。

　磁石２Ｉ，２Ｊで形成される磁石ユニットは互いにＮ極が向き合うように配置されている。磁石２Ｋ，２Ｌで形成される磁石ユニットは互いにＳ極が向き合うように配置されている。磁石２Ｍ，２Ｎで形成される磁石ユニットは互いにＮ極が向き合うように配置されている。磁石２Ｏ，２Ｐで形成される磁石ユニットは互いにＳ極が向き合うように配置されている。磁石２Ｑ，２Ｒで形成される磁石ユニットは互いにＮ極が向き合うように配置されている。磁石２Ｓ，２Ｔで形成される磁石ユニットは互いにＳ極が向き合うように配置されている。隣接する磁石ユニットは、磁石の磁極が異なるように配置されている。

　また、本例においては、磁石２Ｉと磁石２Ｊとの距離は、距離ａの２倍の間隔に設定され、また、その中心を磁気センサ５が通過するように配置されている。また、隣接する磁石ユニットの間隔（中心間距離）も距離ａの２倍に設定されている。磁気センサ５の互いの間隔は距離３ａで配置されている。磁気センサ５は、昇降方向に沿ってガイド部材に取り付けられる。

　なお、本例において、例えば、フロート２０の位置として、一例として磁石２Ｉから２Ｓ（あるいは磁石２Ｊから２Ｔ）の昇降方向における中心を基準位置（中心点）とする。この場合、基準位置（中心点）の位置に磁気センサ５Ｂが位置している場合が示されている。

　図２１は、実施形態３に基づくフロート２０の昇降動作に従う磁気センサ５からの出力信号波形を説明する図である。

　図２１に示されるように、図９に示されている出力信号波形と同様に、フロート２０が磁気センサ５に近づくに従って磁気センサ５Ａは、磁石２Ｉ，２Ｊの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　そして、さらにフロート２０が上昇して、磁気センサ５Ａが磁石２Ｉ，２Ｊとの間の中心線上に位置する状態となる。本例においては、当該状態を初期状態とする。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｉ，２Ｋの磁力線として左から右への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ２側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ２側への変化に従い電位差ΔＶは増加する。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｋ，２Ｌとの間の中心線上に位置する状態となる。したがって、初期状態となる。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｋ，２Ｍの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｍ，２Ｎとの間の中心線上に位置する状態となる。したがって、初期状態となる。本例においては、一例として当該状態における出力信号の電圧を中間電圧に設定する。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｍ，２Ｏの磁力線として左から右への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ２側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ２側への変化に従い電位差ΔＶは増加する。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｏ，２Ｐとの間の中心線上に位置する状態となる。したがって、初期状態となる。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｏ，２Ｑの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｑ，２Ｒとの間の中心線上に位置する状態となる。したがって、初期状態となる。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｑ，２Ｓの磁力線として左から右への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ２側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ２側への変化に従い電位差ΔＶは増加する。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｓ，２Ｔとの間の中心線上に位置する状態となる。したがって、初期状態となる。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｓ，２Ｔの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　磁気センサ５Ｂ，５Ｃの出力信号波形についても磁気センサ５Ａの出力信号波形と同様であり、磁気センサ５Ａの出力信号波形から距離３ａ（位相として２７０°）ずつずらした波形となっている。

　図２２は、図２１の所定領域を拡大したイメージ図である。
　図２２を参照して、ここでは、所定領域として図２１のハッチング領域の複数の磁気センサ５Ａ，５Ｂの出力信号波形が示されている。

　具体的には、隣接する２つの磁気センサから出力される電気信号として位相が２７０°ずれた信号波形を検出することが可能である。

　本例においては、２７０°を９０°ずつ３分割して、分割された領域Ｔ１～Ｔ３における２本のうち一方の出力信号（電気信号）を正弦波（sinθ）、他方の出力信号（電気信号）を余弦波（cosθ）で表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。

　図２３は、実施形態３に基づく磁気センサ５と磁気ベクトルＰとの関係を模式的に説明する図である。

　状態Ｓ９から状態Ｓ１０に移行する場合において、磁気センサ５Ａ，５Ｂに対するフロートの昇降方向に対する磁気ベクトルが示されている。ここでは、昇降方向はＸ軸に沿う方向である。磁気ベクトルＰは、一例として磁石２ＭのＮ極および磁石２ＫのＳ極、磁石２ＭのＮ極および磁石２ＯのＳ極、磁石２ＱのＮ極および磁石２ＯのＳ極により生じる磁界により磁気センサ５Ａ，５Ｂが受ける磁力線の方向を指す。

　なお、説明を簡易にするために対向する磁石２Ｌ，２Ｎ，２Ｐ，２Ｒにより生じる磁界の磁力線については省略しているが、磁気ベクトルＰの昇降方向と垂直な成分については、当該磁石２Ｌ，２Ｎ，２Ｐ，２ＲのＮ極およびＳ極により生じる磁界の磁力線の磁気ベクトルにより打ち消される。したがって、磁気センサ５Ａ，５Ｂに対する外部磁界としては、昇降方向成分のみとなる。上記したように当該外部磁界に従って各磁気センサ５におけるバイアス磁界ベクトルが変化する。

　図２３（Ａ）には、状態Ｓ９から状態Ｓ１０を３分割した領域Ｔ１における磁気センサ５Ａ，５Ｂにそれぞれ入力されるフロート２０の昇降方向に対する磁気ベクトルが示されている。ここでは、昇降方向はＸ軸に沿う方向である。

　磁気センサ５Ａに影響を与える磁気ベクトルＰは、一例として磁石２ＭのＮ極および磁石２ＯのＳ極により生じる磁界の磁力線の方向を指す。

　磁気センサ５Ｂに影響を与える磁気ベクトルＰは、一例として磁石２ＭのＮ極および磁石２ＫのＳ極により生じる磁界の磁力線の方向を指す。

　一例として、外部磁界である磁気ベクトルの大きさと磁束密度（ＡＭＲ出力）とは相関関係にあるため、昇降方向に対する磁気センサ５Ａで検出される出力信号はＰcosθ、磁気センサ５Ｂで検出される出力信号は－Ｐsinθで表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。

　例えば、フロート２０の位置として、一例として磁石２Ｉ～２Ｓの昇降方向における中心を基準位置（中心点）とする。この場合、図２０に示されるフロート２０の基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ｂの位置である。また、磁気センサ５Ａの出力信号が最大となる位置（図２１の状態Ｓ９）は、フロート２０の基準位置（中心点）が磁気センサ５Ａの位置にある場合である。また、磁気センサ５Ａの出力信号が中間電圧となる位置（図２１の状態Ｓ１０）は、フロート２０の基準位置（中心点）が磁気センサ５Ｂの位置にある場合である。

　本例の領域Ｔ１の検出領域においては、磁気センサ５Ａと、磁気センサ５Ｂとの電気信号を利用して、磁気ベクトルの角度情報θを算出して、その位置関係を決定する。例えば、角度情報θが４５°として算出された場合には、フロートの基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ａの位置よりもａ／２の距離、磁気センサ５Ｂ側に移動した位置にあると検出することが可能である。

　図２３（Ｂ）には、状態Ｓ９から状態Ｓ１０を３分割した領域Ｔ２における磁気センサ５Ａ，５Ｂにそれぞれ入力されるフロート２０の昇降方向に対する磁気ベクトルが示されている。ここでは、昇降方向はＸ軸に沿う方向である。

　磁気センサ５Ａに影響を与える磁気ベクトルＰは、一例として磁石２ＱのＮ極および磁石２ＯのＳ極により生じる磁界の磁力線の方向を指す。

　一例として、外部磁界である磁気ベクトルの大きさと磁束密度（ＡＭＲ出力）とは相関関係にあるため、昇降方向に対する磁気センサ５Ａで検出される出力信号は－Ｐsinθで表わすことが可能である。また、磁気センサ５Ｂで検出される出力信号は－Ｐcosθで表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。

　磁気ベクトルの角度情報θとして０°～９０°の変化に対応してフロート２０の位置も距離ａ変化する。

　例えば、フロート２０の位置として、一例として磁石２Ｉ～２Ｓの昇降方向における中心を基準位置（中心点）とする。この場合、図２０に示されるフロート２０の基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ｂの位置である。

　本例の領域Ｔ２の検出領域においては、磁気センサ５Ａと、磁気センサ５Ｂとの電気信号を利用して、磁気ベクトルの角度情報θを算出して、その位置関係を決定する。例えば、角度情報θが４５°として算出された場合には、フロートの基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ａの位置よりもａ＋ａ／２の距離、磁気センサ５Ｂ側に移動した位置にあると検出することが可能である。

　図２３（Ｃ）には、状態Ｓ９から状態Ｓ１０を３分割した領域Ｔ３における磁気センサ５Ａ，５Ｂにそれぞれ入力されるフロート２０の昇降方向に対する磁気ベクトルが示されている。ここでは、昇降方向はＸ軸に沿う方向である。

　磁気センサ５Ｂに影響を与える磁気ベクトルＰは、一例として磁石２ＭのＮ極および磁石２ＯのＳ極により生じる磁界の磁力線の方向を指す。

　一例として、外部磁界である磁気ベクトルの大きさと磁束密度（ＡＭＲ出力）とは相関関係にあるため、昇降方向に対する磁気センサ５Ａで検出される出力信号は－Ｐcosθで表わすことが可能である。また、磁気センサ５Ｂで検出される出力信号はＰsinθで表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。

　本例の領域Ｔ３の検出領域においては、磁気センサ５Ａと、磁気センサ５Ｂとの電気信号を利用して、磁気ベクトルの角度情報θを算出して、その位置関係を決定する。例えば、角度情報θが４５°として算出された場合には、フロートの基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ａの位置よりも２ａ＋ａ／２の距離、磁気センサ５Ｂ側に移動した位置にあると検出することが可能である。

　図２４は、実施形態３に基づく複数の磁気センサ５Ａ～５Ｃの出力信号波形の中からそれぞれの領域Ｔ１～Ｔ３における２本の出力信号波形を抽出する方式を説明する図である。

　図２４を参照して、ここでは、複数の閾値ＴＨ０～ＴＨ２が設定されている。閾値ＴＨ０は、一例として中間電圧に設定する。閾値ＴＨ２は、一例として出力信号波形が下がった最小値との間の中間的なピーク値に設定する。閾値ＴＨ１は、一例として閾値ＴＨ０と閾値ＴＨ２との間の中間値に設定する。なお、当該閾値ＴＨ０～ＴＨ２の設定については、一例であり他の方式に従って閾値の設定をするようにしても良い。

　本実施形態３においては、閾値ＴＨ０～ＴＨ２と出力信号波形との関係とに基づいて領域Ｔ１～Ｔ３を分割して、２本の出力信号波形を抽出する。

　（１）領域Ｔ１については、磁気センサ５Ｃの出力信号波形（磁気センサ５Ａの２つ隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ１を下回り、かつ磁気センサ５Ｂの出力信号波形（磁気センサ５Ａの隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ０を下回る場合、あるいは磁気センサ５Ｂの出力信号波形（磁気センサ５Ａの隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ２を下回り、かつ磁気センサ５Ａの出力信号波形の値が閾値ＴＨ０を上回る場合に、磁気センサ５Ａの出力をＰcosθとし、磁気センサ５Ｂの出力を－Ｐsinθに設定する。

　（２）領域Ｔ２については、磁気センサ５Ａの出力信号波形および磁気センサ５Ｂの出力信号波形（磁気センサ５Ａの隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ０を下回り、かつ磁気センサ５Ｃの出力信号波形（磁気センサ５Ａの２つ隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ０を上回る場合に、磁気センサ５Ａの出力を－Ｐsinθとし、磁気センサ５Ｂの出力を－Ｐcosθに設定する。

　（３）領域Ｔ３については、磁気センサ５Ｂの出力信号波形（磁気センサ５Ａの隣の磁気センサから出力される出力信号波形）および磁気センサ５Ｃの出力信号波形（磁気センサ５Ａの２つ隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ０を上回り、かつ磁気センサ５Ａの出力信号波形の値が閾値ＴＨ０を下回る場合に、磁気センサ５Ａの出力を－Ｐcosθとし、磁気センサ５Ｂの出力をＰsinθに設定する。

　そして、上記方式に従って、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。

　なお、本例においては、閾値ＴＨ０～ＴＨ２と出力信号波形との関係とに基づいて領域Ｔ１～Ｔ３を分割して、２本の出力信号波形を抽出する方式について説明したが、特に当該方式に限られず、他の方式に従って２本の出力信号波形を抽出することも可能である。

　図２５は、実施形態３に基づく角度情報θの精度を説明する図である。
　図２５（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）に示されるように、角度θを０°～９０°まで変化させた場合における、一方の出力信号（電気信号）をＰcosθ、他方の出力信号（電気信号）をＰsinθに設定した場合におけるarctanθと基準値との比較が示されている。

　シミューレーション結果として、基準値とはほとんど相違しない。
　また、角度の精度としても図２５（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）に示されるように各領域において±２°程度のずれしかない場合が示されており、精度の高いフロート２０の位置検出が可能である。

　図２６は、実施形態３に基づく液面検出装置１の検出方式を説明するフロー図である。
　図２６に示されるように、所定の信号関係の組み合わせに基づく２本の信号を抽出する（ステップＳＰ２＃）。具体的には、図２３で説明した方式に従って、閾値ＴＨ０～ＴＨ２と各出力信号波形との組み合わせに基づいて領域Ｔ１～Ｔ３に分割し、それぞれの領域における２本の出力信号波形を抽出する。

　中間電圧である閾値ＴＨ０は、一例として磁気センサ５Ａが磁石２Ｍ，２Ｎとの間の中心線上に位置する状態における出力信号の電圧を中間電圧に設定する。閾値ＴＨ２は、一例として出力信号波形が下がった最小値との間の中間的なピーク値に設定することが可能である。閾値ＴＨ１は、一例として閾値ＴＨ０と閾値ＴＨ２との間の中間値に設定することが可能である。

　次に、抽出した２本の信号に基づいて磁気ベクトルの角度θを計算する（ステップＳＰ４）。具体的には、２本の電気信号のうちの一方の出力信号（電気信号）を正弦波（sinθ）、他方の出力信号（電気信号）を余弦波（cosθ）に設定し、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。具体的には、２つの出力信号（電気信号）に基づいてtanθを算出し、arctanθを計算することにより角度情報θを算出する。

　次に、磁気ベクトルの角度θに基づいてフロート２０の位置を算出する（ステップＳＰ６）。算出された角度情報θに基づいてフロート２０の基準位置（中心点）を磁気センサの位置から算出する。

　そして、処理を終了する（エンド）。
　実施形態３に基づく液面検出装置１により、２つの電気信号に基づいてフロート２０の位置について精度の高い検出が可能である。また、２つの磁気センサを利用して２７０°分の情報（距離３ａ）を検出することが可能であるため、磁気センサの個数をさらに削減して小型化を図ることが可能である。また、対向している磁石間の距離も短くすることが可能であり、小型化をさらに図ることが可能である。

　また、環境温度の変化に追従して、磁石や磁気センサの特性が変化して出力信号が変化する可能性があるが、角度計算において２つの出力信号のtanθ（Ｐsinθ／Ｐcosθ）を算出しているため変動量が打ち消されて環境温度の影響による誤差を縮小し、精度の高い検出が可能である。

　（実施形態３の変形例１）
　図２７は、実施形態３の変形例１に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｕ，２Ｖと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。

　図２７に示されるように、磁石２Ｕ，２Ｖは、１組の磁石ユニットを形成する。
　磁石２Ｕ，２Ｖで形成される磁石ユニットは６つの領域に分割され、それぞれの領域で互いにＳ極あるいはＮ極が向き合うように配置されている。分割された隣接する領域は、磁石の磁極が異なるように配置されている。

　また、本例においては、磁石２Ｕおよび２Ｖの距離は、距離ａの２倍の間隔に設定される。また、その中心を磁気センサ５が通過するように配置されている。また、Ｎ極およびＳ極の２つの分割された領域の距離は、距離ａの２倍の間隔に設定され、磁気センサ５の互いの間隔は距離３ａで配置されている。磁気センサ５は、昇降方向に沿ってガイド部材に取り付けられる。

　当該磁石２Ｕ，２Ｖにより生じる磁界（磁力線）は、図２０のレイアウトにより生じる磁界（磁力線）と基本的に同様であり、その出力信号波形は、図２１で説明したのと同様である。したがって、上記で説明したのと同様の方式に従ってフロート２０の位置について精度の高い検出が可能である。

　なお、当該構成により磁石の個数を削減することができるとともに、磁石のレイアウトも容易に行なうことが可能である。

　（実施形態３の変形例２）
　実施形態３においては、６組の磁石ユニットで構成されるフロートについて説明したが、磁石ユニットの数を削減することも可能である。

　図２８は、実施形態３に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｉ～２Ｐと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。

　図２８に示されるように、磁石２Ｉ，２Ｊは、１組の磁石ユニットを形成する。磁石２Ｋ，２Ｌは、１組の磁石ユニットを形成する。磁石２Ｍ，２Ｎは、１組の磁石ユニットを形成する。磁石２Ｏ，２Ｐは、１組の磁石ユニットを形成する。

　磁石２Ｉ，２Ｊで形成される磁石ユニットは互いにＮ極が向き合うように配置されている。磁石２Ｋ，２Ｌで形成される磁石ユニットは互いにＳ極が向き合うように配置されている。磁石２Ｍ，２Ｎで形成される磁石ユニットは互いにＮ極が向き合うように配置されている。磁石２Ｏ，２Ｐで形成される磁石ユニットは互いにＳ極が向き合うように配置されている。隣接する磁石ユニットは、磁石の磁極が異なるように配置されている。

　なお、本例において、例えば、フロート２０の位置として、一例として磁石２Ｉから２Ｏ（あるいは磁石２Ｊから２Ｐ）の昇降方向における中心を基準位置（中心点）とする。この場合、基準位置（中心点）の位置に磁気センサ５Ｂが位置している場合が示されている。

　図２９は、実施形態３の変形例２に基づくフロート２０の昇降動作に従う磁気センサ５からの出力信号波形を説明する図である。

　図２９に示されるように、図９に示されている出力信号波形と同様に、フロート２０が磁気センサ５に近づくに従って磁気センサ５Ａは、磁石２Ｉ，２Ｊの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｍ，２Ｎとの間の中心線上に位置する状態となる。したがって、初期状態となる。本例においては、当該状態における出力信号の電圧を中間電圧に設定する。

　そして、フロート２０がさらに上昇して、磁気センサ５Ａは、磁石２Ｏ，２Ｐの磁力線として右から左への磁界の影響を受ける。したがって、磁気センサ５Ａのバイアス磁界ベクトルＶ０は、バイアス磁界ベクトルＶ１側に変化する。当該バイアス磁界ベクトルＶ１側への変化に従い電位差ΔＶは減少する。

　図３０は、図２９の所定領域を拡大したイメージ図である。
　図３０を参照して、ここでは、所定領域として図２９のハッチング領域の複数の磁気センサ５Ａ，５Ｂの出力信号波形が示されている。

　本例においては、２７０°を９０°ずつ３分割して、分割された領域Ｔ１～Ｔ３における２本のうち一方の出力信号（電気信号）を正弦波（sinθ）、他方の出力信号（電気信号）を余弦波（cosθ）に設定し、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。

　図３１は、実施形態３の変形例２に基づく磁気センサ５が受ける磁気ベクトルの角度を説明する図である。

　状態Ｓ１１から状態Ｓ１２に移行する場合において、磁気センサ５Ａ，５Ｂに対するフロートの昇降方向に対する磁気ベクトルが示されている。ここでは、昇降方向はＸ軸に沿う方向である。磁気ベクトルＰは、一例として磁石２ＩのＮ極および磁石２ＫのＳ極、磁石２ＭのＮ極および磁石２ＫのＳ極、磁石２ＭのＮ極および磁石２ＯのＳ極により生じる磁界の磁力線の方向を指す。

　なお、説明を簡易にするために対向する磁石２Ｊ，２Ｌ，２Ｎ，２Ｐにより生じる磁界の磁力線については省略しているが、磁気ベクトルＰの昇降方向と垂直な成分については、当該磁石２Ｊ，２Ｌ，２Ｎ，２ＰにのＮ極およびＳ極により生じる磁界の磁力線の磁気ベクトルにより打ち消される。したがって、磁気センサ５Ａ，５Ｂに対する外部磁界としては、昇降方向成分のみとなる。上記したように当該外部磁界に従って各磁気センサ５におけるバイアス磁界ベクトルが変化する。

　図３１（Ａ）には、状態Ｓ１１から状態Ｓ１２を３分割した領域Ｔ１における磁気センサ５Ａ，５Ｂにそれぞれ入力されるフロート２０の昇降方向に対する磁気ベクトルが示されている。ここでは、昇降方向はＸ軸に沿う方向である。

　磁気センサ５Ａに影響を与える磁気ベクトルＰは、一例として磁石２ＭのＮ極および磁石２ＫのＳ極により生じる磁界の磁力線の方向を指す。

　磁気センサ５Ｂに影響を与える磁気ベクトルＰは、一例として磁石２ＩのＮ極および磁石２ＫのＳ極により生じる磁界の磁力線の方向を指す。

　一例として、磁気ベクトルの大きさと磁束密度（ＡＭＲ出力）とは相関関係にあるため角度θに従って昇降方向に対する磁気センサ５Ａで検出される出力信号は－Ｐcosθで表わすことが可能である。また、磁気センサ５Ｂで検出される出力信号はＰsinθで表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。

　例えば、フロート２０の位置として、一例として磁石２Ｉ～２Ｏの昇降方向における中心を基準位置（中心点）とする。この場合、図２８に示されるフロート２０の基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ｂの位置である。また、磁気センサ５Ａの出力信号が最小値となる位置（図２９の状態Ｓ１１）は、フロート２０の基準位置（中心点）が磁気センサ５Ａの位置にある場合である。また、磁気センサ５Ａの出力信号が中間電圧となる位置（図２９の状態Ｓ１２）は、フロート２０の基準位置（中心点）が磁気センサ５Ｂの位置にある場合である。

　図３１（Ｂ）には、状態Ｓ１１から状態Ｓ１２を３分割した領域Ｔ２における磁気センサ５Ａ，５Ｂにそれぞれ入力されるフロート２０の昇降方向に対する磁気ベクトルが示されている。ここでは、昇降方向はＸ軸に沿う方向である。

　一例として、磁気ベクトルの大きさと磁束密度（ＡＭＲ出力）とは相関関係にあるため角度θに従って昇降方向に対する磁気センサ５Ａで検出される出力信号はＰsinθで表わすことが可能である。また、磁気センサ５Ｂで検出される出力信号はＰcosθで表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。

　例えば、フロート２０の位置として、一例として磁石２Ｉ～２Ｏの昇降方向における中心を基準位置（中心点）とする。この場合、図２８に示されるフロート２０の基準位置（中心点）は、磁気センサ５Ｂの位置である。

　図３１（Ｃ）には、状態Ｓ１１から状態Ｓ１２を３分割した領域Ｔ３における磁気センサ５Ａ，５Ｂにそれぞれ入力されるフロート２０の昇降方向に対する磁気ベクトルが示されている。ここでは、昇降方向はＸ軸に沿う方向である。

　一例として、磁気ベクトルの大きさと磁束密度（ＡＭＲ出力）とは相関関係にあるため角度θに従って昇降方向に対する磁気センサ５Ａで検出される出力信号はＰcosθで表わすことが可能である。また、磁気センサ５Ｂで検出される出力信号は－Ｐsinθで表わすことが可能である。そして、２つの出力信号（電気信号）に基づいて磁気ベクトルの角度θを算出する。

　図３２は、実施形態３の変形例２に基づく複数の磁気センサ５Ａ～５Ｃの出力信号波形の中からそれぞれの領域Ｔ１～Ｔ３における２本の出力信号波形を抽出する方式を説明する図である。

　図３２を参照して、ここでは、複数の閾値ＴＨ０～ＴＨ２が設定されている。閾値ＴＨ０は、一例として中間電圧に設定する。閾値ＴＨ２は、一例として出力信号波形が下がった最小値との間の中間的なピーク値に設定する。閾値ＴＨ１は、一例として閾値ＴＨ０と閾値ＴＨ２との間の中間値に設定される。なお、当該閾値ＴＨ０～ＴＨ２の設定については、一例であり他の方式に従って閾値の設定をするようにしても良い。

　本実施形態３の変形例２においては、閾値ＴＨ０～ＴＨ２と出力信号波形との関係とに基づいて領域Ｔ１～Ｔ３を分割して、２本の出力信号波形を抽出する。

　（１）領域Ｔ１については、磁気センサ５Ｂの出力信号波形（磁気センサ５Ａの隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ０を上回り、かつ磁気センサ５Ａの出力信号波形および磁気センサ５Ｃの出力信号波形（磁気センサ５Ａの２つ隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ０を下回る場合に、磁気センサ５Ａの出力を－Ｐcosθとし、磁気センサ５Ｂの出力をＰsinθに設定する。

　（２）領域Ｔ２については、磁気センサ５Ａの出力信号波形および磁気センサ５Ｂの出力信号波形（磁気センサ５Ａの隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ０を上回り、かつ磁気センサ５Ｃの出力信号波形（磁気センサ５Ａの２つ隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ０を下回る場合に、磁気センサ５Ａの出力をＰsinθとし、磁気センサ５Ｂの出力をＰcosθに設定する。

　（３）領域Ｔ３については、磁気センサ５Ｃの出力信号波形（磁気センサ５Ａの２つ隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ１を下回り、かつ、磁気センサ５Ｂの出力信号波形（磁気センサ５Ａの隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ０を下回る場合、あるいは、磁気センサ５Ｂの出力信号波形（磁気センサ５Ａの隣の磁気センサから出力される出力信号波形）の値が閾値ＴＨ２を下回り、かつ、磁気センサ５Ａの出力信号波形の値が閾値ＴＨ０を上回る場合に、磁気センサ５Ａの出力をＰcosθとし、磁気センサ５Ｂの出力を－Ｐsinθに設定する。

　図３３は、実施形態３の変形例２に基づく角度情報θの精度を説明する図である。
　図３３（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）に示されるように、角度θを０°～９０°まで変化させた場合における、一方の出力信号（電気信号）をcosθ、他方の出力信号（電気信号）をsinθに設定した場合におけるarctanθと基準値との比較が示されている。

　また、角度の精度としても図３３（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）に示されるようにある程度のずれしかない場合が示されており、精度の高い検出が可能である。

　実施形態３の変形例２に基づく液面検出装置１により、２つの電気信号に基づいてフロート２０の位置について精度の高い検出が可能である。また、２つの磁気センサを利用して２７０°分の情報（距離３ａ）を検出することが可能であるため、磁気センサの個数をさらに削減して小型化を図ることが可能である。

　（実施形態３の変形例３）
　図３４は、実施形態３の変形例３に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｗ，２Ｘと、磁気センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとのレイアウトを説明する図である。

　図３４に示されるように、磁石２Ｗ，２Ｘは、１組の磁石ユニットを形成する。
　磁石２Ｗ，２Ｘで形成される磁石ユニットは４つの領域に分割され、それぞれの領域で互いにＳ極あるいはＮ極が向き合うように配置されている。分割された隣接する領域は、磁石の磁極が異なるように配置されている。

　また、本例においては、磁石２Ｗおよび２Ｘの距離は、距離ａの２倍の間隔に設定される。また、その中心を磁気センサ５が通過するように配置されている。また、Ｎ極およびＳ極の２つの分割された領域の距離は、距離ａの２倍の間隔に設定され、磁気センサ５の互いの間隔は距離３ａで配置されている。磁気センサ５は、昇降方向に沿ってガイド部材に取り付けられる。

　当該磁石２Ｗ，２Ｘにより生じる磁界（磁力線）は、図２８のレイアウトにより生じる磁界（磁力線）と基本的に同様であり、その出力信号波形は、図２８で説明したのと同様であり、同様の方式に従ってフロート２０の位置を検出することが可能である。

　（実施形態４）
　図３５は、実施形態４に基づく磁気センサ５＃の磁気抵抗素子のパターンを説明する図である。

　図３５を参照して、本例においては、磁気センサ５は、４つの磁気抵抗素子ＭＲ１＃～ＭＲ４＃からなるブリッジ構造からなる。

　４つの磁気抵抗素子ＭＲ１＃～ＭＲ４＃は、中心線に対して対称に配置される。磁気抵抗素子１＃，ＭＲ３＃は、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗素子２＃，４＃は、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有するように、バーバーポール電極構造が形成されている。当該構成により、図５で説明した磁束密度の変化に伴う出力特性を有する。したがって、上記の磁気センサ５の代わりに当該構成の磁気センサ５＃を利用した液面検出装置についても上記で説明したのと同様の方式により、フロート２０の位置を検出することが可能である。

　（実施形態５）
　実施形態５においては、ガイド１０に対してフロート２０の位置がずれた場合であっても精度の高い液面検出が可能な構成について説明する。

　図３６は、ガイド１０に対してフロート２０の位置がずれた場合を説明する図である。
　図３６（Ａ）には、フロート２０を上視した場合の図が示されている。また、磁石２Ｇ，２Ｈで形成される磁石ユニットは、ガイド部材を介して互いに向き合うように対向して設けられている。

　本例においては、ガイド部材１０の中心軸とフロート２０の中心とが一致している場合が示されているが、フロート２０の位置がずれて、磁気センサ５とフロート２０との相対的な位置関係が変化する場合について説明する。フロート２０の磁石２Ｈが磁石２Ｇよりも磁気センサ５に近づく場合について説明する。

　図３６（Ｂ）には、フロート２０に取り付けられた磁石２Ｇ，２Ｈと、磁気センサ５Ａ～５Ｃとのレイアウトが示されている。

　図３６（Ｂ）に示されるように、磁気センサ５Ａ～５Ｃが磁石２Ｈに近づいた場合には、水平成分の外部磁界（磁力線）のみならず垂直成分の外部磁界（磁力線）の影響を受ける。これにより、バイアス磁界ベクトルの回転角が変化し、それに応じた出力信号が変化する。この出力信号の変化により液面検出の精度が低下する可能性がある。

　図３７は、実施形態５に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｇ，２Ｈと、磁気センサとのレイアウトを説明する図である。

　図３７を参照して、磁石２Ｇ，２Ｈは、１組の磁石ユニットを形成する。
　磁石２Ｇ，２Ｈで形成される磁石ユニットは、互いにＮ極が向き合うように配置されている。フロート２０の構成については、図１５で説明したの同様である。

　図１５で説明したように、磁石２Ｇと磁石２Ｈとの距離は、距離ａの２倍の間隔に設定され、また、その中心を磁気センサ５が通過するように配置されている。磁気センサ５の互いの間隔も距離ａで配置されている。磁気センサ５は、昇降方向に沿ってガイド部材に取り付けられる。

　ここで、磁気センサ５のバイアス磁界ベクトルの向きは、隣接する磁気センサを比較すると水平方向を基準として対称に設けられる。本例においては、一例として、磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣが設けられる。磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣのバイアス磁界ベクトルの向きは、フロート２０の昇降方向に対して垂直な水平方向となるように配置される。

　磁気抵抗素子ＭＲ１～ＭＲ４に印加されるバイアス磁界ベクトルの向きがフロート２０の昇降方向に対して垂直な水平方向となるように配置される。この点で、磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣの磁気抵抗素子ＭＲは、図４の構成と同様の構成とすることが可能であり、当該配置あるいは角度は磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣの検出特性を高めるように当業者であるならば適宜設計変更することが可能である。

　昇降方向に沿ってガイド部材に取り付けられる他の磁気センサについても同様の方式で配置される。

　図３８は、磁気センサのバイアス磁界ベクトルの変化を説明する図である。
　図３８（Ａ）には、磁気センサ５Ａ～５Ｃのバイアス磁界ベクトルの変化が示されている。

　図５で説明したように磁気センサ５Ａ～５Ｃに対して昇降方向の外部磁界が印加される場合にはバイアス磁界ベクトルＶ０は、外部磁界（右から左方向）に従ってバイアス磁界ベクトルＶ１に変化する。一方で、バイアス磁界ベクトルＶ０は、外部磁界（左から右方向）に従ってバイアス磁界ベクトルＶ２に変化する。

　一方、フロート２０の磁石２Ｈが磁気センサ５Ａ～５Ｃに近づいた場合には水平成分（昇降方向）の外部磁界とともに、垂直成分（水平方向）の外部磁界（磁力線）の影響を受ける。

　具体的には、磁気センサ５Ａ～５Ｃがずれて無い場合には、磁石２Ｇ，２Ｈからの垂直成分（水平方向）の外部磁界は互いに打ち消されて外部磁界（磁力線）の影響を受けないが、ずれた場合には磁石２Ｇ，２Ｈからの垂直成分（水平方向）の外部磁界は互いに打ち消されずその影響を受けることになる。例えば、図３６の磁気センサ５Ａ～５Ｃには、磁石２Ｈから磁石２Ｇへの垂直成分（水平方向）の外部磁界がかかる。

　具体的には、図３６の状態において、磁気センサ５Ａは、バイアス磁界ベクトルＶ２＃に変化する。また、磁気センサ５Ｂは、バイアス磁界ベクトルＶ０＃に変化する。また、磁気センサ５Ｃは、バイアス磁界ベクトルＶ１＃に変化する。

　ここで、図３６の磁気センサ５Ｂのバイアス磁界ベクトルＶ０＃を基準とした場合、磁気センサ５Ｃのバイアス磁界ベクトルＶ１＃は、バイアス磁界ベクトルＶ０＃の状態から角度α時計廻りに回転する。また、磁気センサ５Ｂのバイアス磁界ベクトルＶ０＃を基準とした場合、磁気センサ５Ｃのバイアス磁界ベクトルＶ２＃は、バイアス磁界ベクトルＶ０＃の状態から角度β反時計廻りに回転する。

　基準となるバイアス磁界ベクトルＶ０＃がバイアス磁界ベクトルＶ０からずれるとともに、回転角も異なるため磁気センサ５Ａ～５Ｃのそれぞれから出力される信号の振幅値が異なり、それゆえに角度検出の誤差となる可能性がある。

　図３８（Ｂ）には、磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣのバイアス磁界ベクトルの変化が示されている。

　磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣのバイアス磁界ベクトルの向きは、フロート２０の昇降方向に対して垂直な水平方向となるように配置される。

　磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣに対して昇降方向の外部磁界が印加される場合にはバイアス磁界ベクトルＶ３は、外部磁界（右から左方向）に従ってバイアス磁界ベクトルＶ４に変化する。一方で、バイアス磁界ベクトルＶ３は、外部磁界（左から右方向）に従ってバイアス磁界ベクトルＶ５に変化する。

　一方、フロート２０の磁石２Ｈが磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣに近づいた場合には水平成分（昇降方向）の外部磁界とともに、垂直成分（水平方向）の外部磁界（磁力線）の影響を受ける。

　具体的には、磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣがずれて無い場合には、磁石２Ｇ，２Ｈからの垂直成分（水平方向）の外部磁界は互いに打ち消されて外部磁界（磁力線）の影響を受けないが、ずれた場合には磁石２Ｇ，２Ｈからの垂直成分（水平方向）の外部磁界は互いに打ち消されずその影響を受けることになる。例えば、図３７の磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣには、磁石２Ｈから磁石２Ｇへの垂直成分（水平方向）の外部磁界がかかる。

　具体的には、図３７の状態において、磁気センサ５ＰＡは、バイアス磁界ベクトルＶ５＃に変化する。

　また、バイアス磁界ベクトルＶ３の向きと、垂直成分（水平方向）の外部磁界（磁力線）の方向は同じであるため磁気センサ５ＰＢのバイアス磁界ベクトルＶ３は、昇降方向に対して垂直な水平方向の状態を維持する。また、磁気センサ５ＰＣは、バイアス磁界ベクトルＶ４＃に変化する。

　ここで、図３７の磁気センサ５ＰＢのバイアス磁界ベクトルＶ３を基準とした場合、磁気センサ５ＰＣのバイアス磁界ベクトルＶ４＃は、バイアス磁界ベクトルＶ３の状態から角度γ時計廻りに回転する。また、磁気センサ５ＰＢのバイアス磁界ベクトルＶ３を基準とした場合、磁気センサ５ＰＡのバイアス磁界ベクトルＶ５＃は、バイアス磁界ベクトルＶ３の状態から角度γ反時計廻りに回転する。

　基準となるバイアス磁界ベクトルＶ３が固定されており、回転角も同じであるため磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣのそれぞれから出力される信号の振幅値が同じであり、それゆえに角度検出の誤差を抑制することが可能である。

　具体的には、上記で説明したように本例においても図１５で説明したように２本の電気信号のうちの一方の出力信号（電気信号）をＰcosθ、他方の出力信号（電気信号）をＰsinθに設定し、２つの出力信号（電気信号）に基づいてtanθ（Ｐsinθ/Ｐcosθ）を算出し、arctanθを計算することにより擬似的な角度情報θを算出する。

　当該角度情報θの算出において、フロート２０の磁石２Ｈが磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣに近づいた場合には、図３７の例においては、振幅値がＰからバイアス磁界ベクトルの回転する角度γに基づく振幅値Ｐ３に変化することになるが２つの出力信号（電気信号）が同じだけ振幅値が変化するため角度情報θの算出の際に打ち消されることになる。したがって、フロート２０の磁石２Ｈが磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣに近づいた場合であっても精度の高いフロート２０の位置検出が可能である。

　一方で、図３６（Ｂ）の例においては、２つの出力信号（電気信号）の振幅値がＰからバイアス磁界ベクトルの回転する角度αおよびβに基づく振幅値Ｐ１およびＰ２にそれぞれ変化することになり打ち消し合うことができないため比率が変化して角度検出の誤差となる可能性が生じることになる。

　図３９は、実施形態５に基づく角度情報θの精度を説明する図である。
　図３９（Ａ）には、角度θを０°～９０°まで変化させた場合における、一方の出力信号（電気信号）をＰcosθ、他方の出力信号（電気信号）をＰsinθに設定した場合におけるarctanθと基準値との比較が示されている。

　実施形態１の構成において図３６（Ｂ）で説明したようにフロート２０のずれが生じた場合には精度が低下する場合が示されているが、本実施形態５に従う図３７の構成によれば、精度は低下せずに、精度の高いフロート２０の位置検出が可能である。

　また、角度の精度としても図３９（Ｂ）に示されるように基準値に対して±５°のずれしかない場合が示されており、精度の高いフロート２０の位置検出が可能である。

　フロート２０の位置にずれが生じた場合には、隣接する磁気センサのそれぞれには、水平成分（昇降方向）の外部磁界とともに、垂直成分（水平方向）の外部磁界（磁力線）の影響を受ける。

　例えば、フロート２０の位置にずれが生じた場合には、図３６（Ｂ）で示される磁気センサ５Ｃには、水平成分（昇降方向）の外部磁界と垂直成分（水平方向）の外部磁界（磁力線）とを合成した第１の外部磁界が印加される。一方で、磁気センサ５Ａには、水平成分（昇降方向）の外部磁界と垂直成分（水平方向）の外部磁界（磁力線）とを合成した第２の外部磁界が印加される。第１の外部磁界と第２の外部磁界とは、水平方向を軸とした場合に対称の状態である。

　フロート２０の位置にずれが生じた場合には、磁気センサ５Ａ～５Ｃの如く、バイアス磁界ベクトルが傾斜した状態で一定方向で配置されている場合には、バイアス磁界ベクトルに第１および第２の外部磁界がそれぞれ印加される入射角度が異なる。それゆえに基準となるバイアス磁界ベクトルからの上述した回転角α，βも異なる。

　本実施形態５に基づく構成は、隣接する磁気センサのバイアス磁界ベクトルをフロート２０の昇降方向に対して垂直な水平方向となるように設定する。これによりフロート２０の位置にずれが生じた場合であっても、バイアス磁界ベクトルに対して第１および第２の外部磁界がそれぞれ印加される場合の入射角度は同じ角度となる。それゆえに基準となるバイアス磁界ベクトルからの上述した回転角γは同じになる。基準となるバイアス磁界ベクトルからの回転角が同じになるため磁気センサ５ＰＡ～５ＰＣのそれぞれから出力される信号の振幅値が同じであり、それゆえに角度検出の誤差を抑制し、精度の高い位置検出が可能である。

　図４０は、実施形態５の変形例に基づくフロート２０に取り付けられた磁石２Ｇ，２Ｈと、複数の磁気センサ５ＱＡ～５ＱＣとのレイアウトを説明する図である。

　図４０に示されるように、磁石２Ｇ，２Ｈは、１組の磁石ユニットを形成する。
　磁石２Ｇ，２Ｈで形成される磁石ユニットは互いにＮ極が向き合うように配置されている。なお、本例においては、Ｎ極が向き合うように配置した例について説明するがＳ極が向き合う構成とすることも可能である。

　また、本例においては、磁石２Ｇと磁石２Ｈとの距離は、距離ａの２倍の間隔に設定され、また、その中心を磁気センサ５ＱＡ～５ＱＣが通過するように配置されている。磁気センサ５ＱＡ～５ＱＣの互いの間隔も距離ａで配置されている。磁気センサ５ＱＡ～５ＱＣは、昇降方向に沿ってガイド部材に取り付けられる。

　本例においては、中央に磁気センサ５ＱＢが設けられており、磁気センサ５ＱＡと磁気センサ５ＱＢのバイアス磁界ベクトルの向きは水平方向を基準として対称に設けられる。また、磁気センサ５ＱＣと磁気センサ５ＱＢのバイアス磁界ベクトルの向きは、水平方向を基準として対称に設けられる。

　当該配置により、バイアス磁界ベクトルに対して第１および第２の外部磁界がそれぞれ印加される場合の入射角度を同じ角度に設定することが可能となる。それゆえに基準となるバイアス磁界ベクトルからの回転角は同じに設定することが可能であり、磁気センサ５ＱＡ～５ＱＣのそれぞれから出力される信号の振幅値が同じであり、出力信号に対して所定値の補正演算を実行することにより角度検出の誤差を抑制し、精度の高い位置検出が可能である。所定値としては振幅変動の最大値／２に設定することも可能であり、当業者であるならば適宜設計変更することが可能である。

　（その他の形態）
　図４１は、別の実施形態に基づく磁気センサ５Ｒを説明する図である。

　図４１を参照して、磁気センサ５Ｒは、磁気抵抗素子が形成される基盤６と、バイアス磁石４とが示されている。バイアス磁石４のＳ極が磁気抵抗素子が形成される基盤６に対向しているものとする。なお、本例においては、バイアス磁石４のＳ極が磁気抵抗素子が形成される基盤６に対向している場合について説明するがＮ極が磁気抵抗素子が形成される基盤６に対向している場合についても同様である。

　図４２は、磁気センサ５Ｐにおけるバイアス磁界ベクトルについて説明する図である。
　図４２に示されるように、基盤６に設けられた４つの磁気抵抗素子ＭＲ１～ＭＲ４が基盤６の昇降方向を基準に線対称に設けられる。４つの磁気抵抗素子ＭＲ１～ＭＲ４の上には、バイアス磁石４が設けられる。一例として、当該バイアス磁石４の形状として円柱型の形状が配置される場合が示されている。なお、当該形状に限られず、正方形状のバイアス磁石を配置するようにしても良い。また、磁気抵抗素子ＭＲ１～ＭＲ４の上にバイアス磁石４を設ける構成について説明するが、基盤６を介して反対側にバイアス磁石４を設ける構成としても良い。

　本例においては、バイアス磁石４の端部近傍に磁気抵抗素子が配置される場合が示されている。当該配置にすることによりバイアス磁界の強度が高い位置で磁気抵抗素子に対してバイアス磁界を印加することが可能である。

　一例として、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２に対してバイアス磁界としてバイアス磁石４の中心から内側に向かう一方の方向にバイアス磁界ベクトルＶＢ０が印加される場合が示されている。

　また、磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４に対してバイアス磁界としてバイアス磁石４の中心から内側に向かう他方の方向にバイアス磁界ベクトルＶＡ０が印加される場合が示されている。バイアス磁石４の中心線を基準に印加されるバイアス磁界の方向は異なるため、バイアス磁界ベクトルＶＡ０と、バイアス磁界ベクトルＶＢ０とは、それぞれ反対方向である。

　なお、本例の磁気センサ５Ｒの磁気抵抗素子ＭＲは、一例として折り返し形状のパターン構造として説明するが、特に折り返し形状に限られずそのパターン構造は、磁気センサ５Ｐの検出特性を高めるように当業者であるならば適宜設計変更することが可能である。また、磁気抵抗素子ＭＲに対するバイアス磁界ベクトルの向きとして４５°の角度のバイアス磁界ベクトルがかかるように配置した構成が示されているが、当該配置あるいは角度も磁気センサ５Ｐの検出特性を高めるように当業者であるならば適宜設計変更することが可能である。たとえば、磁気抵抗素子ＭＲに対して３０°の角度のバイアス磁界ベクトルが印加されるように設計することも可能である。

　図４３は、磁気センサ５Ｒの回路構成を説明する図である。
　図４３に示されるように、磁気センサ５Ｒは、４つの磁気抵抗素子ＭＲ１～ＭＲ４からなるブリッジ構造からなる。

　電源電圧Ｖｃｃと接地電圧ＧＮＤとの間に磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２が直列に接続される。また、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２と並列に電源電圧Ｖｃｃと接地電圧ＧＮＤとの間に磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４が直列に接続される。

　磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４の接続ノードから信号Ｖ－、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の接続ノードから信号Ｖ＋を出力し、信号Ｖ＋、Ｖ－の差分ΔＶを出力する。

　本例に示されるように、磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４には、バイアス磁界ベクトルＶＡ０が印加される。磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２には、バイアス磁界ベクトルＶＢ０が印加される。

　フロート２０の昇降方向に対する外部磁界に従ってそのベクトル方向が変化する。
　磁気センサ５Ｒは、バイアス磁界ベクトルの変化を検出して、当該検出結果に応じた出力信号（電位差ΔＶ）を出力する。

　例えば、バイアス磁界ベクトルＶＡ０，ＶＢ０は、外部磁界（右から左方向）に従って信号Ｖ＋が小さくなり、信号Ｖ－が大きくなる。したがって、差分ΔＶは小さくなる。

　一方、バイアス磁界ベクトルＶＡ０，ＶＢ０は、外部磁界（左から右方向）に従って信号Ｖ＋が大きくなり、信号Ｖ－が小さくなる。したがって、差分ΔＶは大きくなる。

　当該磁気センサ５Ｒを用いた場合であっても上記の方式によりフロート２０の位置を検出することが可能である。

　また、２つのバイアス磁界ベクトルの向きは、昇降方向に対して垂直な水平方向に沿って設定されているため、フロート２０がずれた場合でも、上記したようにバイアス磁界ベクトルの回転角は同じとなるため、角度検出の誤差を抑制し、精度の高い位置検出が可能である。

　なお、上記の例において説明した磁気抵抗素子は、反強磁性体層と強磁性体層とが交換結合した交換結合膜を有する磁気抵抗素子を用いることも可能である。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　液面検出装置、２　磁石、５　磁気センサ、１０　ガイド、２０　フロート、３０　Ｐ／Ｓ変換回路、４０　ＭＰＵ、５０　検出回路、６０　Ａ／Ｄ回路。

Claims

　液面に追従して昇降するフロートと、
　前記フロートに取り付けられた磁石と、
　前記フロートの昇降を案内する案内部材と、
　前記案内部材に取り付けられ、前記磁石の昇降位置に応じて変化する磁束密度を検知して、その磁束密度に対応する電気信号を出力する複数の磁気センサと、
　前記複数の磁気センサからそれぞれ出力される電気信号に基づいて前記フロートの位置を検出する検出回路とを備え、
　前記検出回路は、前記複数の磁気センサのうち隣接する２つの磁気センサから出力される電気信号に基づいて前記フロートの位置を検出する、液面検出装置。
　各磁気センサは、バイアス磁石を有する、請求項１記載の液面検出装置。
　各前記磁気センサは、前記磁石により生じる磁力線の磁気ベクトルに基づく電気信号を出力する、請求項１記載の液面検出装置。
　前記検出回路は、前記複数の磁気センサからそれぞれ出力される電気信号のうち中間電圧との比較に基づいて隣接する２つの磁気センサから出力される電気信号を抽出する、請求項１記載の液面検出装置。
　前記検出回路は、
　前記抽出した２つの電気信号の一方を正弦波、他方を余弦波とした場合の角度情報を算出し、
　算出した角度情報に基づいて前記フロートの位置を検出する、請求項４記載の液面検出装置。
　前記磁石は、前記案内部材を介してそれぞれ同極性の磁極が対向するように配置される、少なくとも一組以上の磁石ユニットで構成される、請求項１記載の液面検出装置。
　前記磁石は、複数組の磁石ユニットを有し、
　各前記磁石ユニットは、昇降方向に沿ってそれぞれ配置され、
　隣接する磁石ユニットの対向する磁極の極性は異なる、請求項１記載の液面検出装置。
　前記複数の磁気センサは、昇降方向に沿って順番に配置された第１～第３の磁気センサを有し、
　前記検出回路は、前記第１～第３の磁気センサからそれぞれ出力される第１～第３の電気信号に関して、
　前記第１～第３の電気信号の大小関係の組み合わせに従って、前記第１および第２の電気信号の一方を正弦波、他方を余弦波とした場合の角度情報を算出し、
　算出した角度情報に基づいて前記フロートの位置を検出する、請求項１記載の液面検出装置。
　前記検出回路は、前記第１～第３の磁気センサからそれぞれ出力される前記第１～第３の電気信号に関して、複数の所定の閾値との関係に従って、前記第１および第２の電気信号を抽出する、請求項８記載の液面検出装置。
　前記検出回路は、前記第１～第３の磁気センサからそれぞれ出力される第１～第３の電気信号に関して、複数の所定の閾値との関係に従って、複数の領域に分割して、分割された領域における前記第１および第２の電気信号を抽出する、請求項９記載の液面検出装置。
　互いに隣接する各磁気センサのバイアス磁界ベクトルの向きは、前記フロートの昇降方向に対して垂直な水平方向に対して対称に設定される、請求項２記載の液面検出装置。
　各磁気センサは、
　前記バイアス磁石により生じるバイアス磁界ベクトルが印加される第１～第４の磁気抵抗素子と、
　前記バイアス磁界ベクトルの変化に基づく前記第１～第４の磁気抵抗素子の抵抗値の変化に応じた電気信号を出力する出力回路とを含む、請求項２記載の液面検出装置。
　前記第１および第２の磁気抵抗素子には、前記バイアス磁石により生じる第１のバイアス磁界ベクトルが印加され、
　前記第３および第４の磁気抵抗素子には、前記バイアス磁石により生じる前記第１のバイアス磁界ベクトルと反対方向の第２のバイアス磁界ベクトルが印加され、
　前記第１および第２の磁気抵抗素子と、前記第３および第４の磁気抵抗素子とは、前記第１～第４の磁気抵抗素子が形成される昇降方向を基準に線対称となるようにそれぞれ配置される、請求項１２記載の液面検出装置。
　前記バイアス磁石は、前記第１～第４の磁気抵抗素子に印加される前記バイアス磁界ベクトルの向きが前記フロートの昇降方向に対して垂直な水平方向となるように配置される、請求項１２記載の液面検出装置。