(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクの下壁から上壁に向かって立設された第１電極と、
前記第１電極に対して、前記第１電極の長手方向に対して直交する方向に対向するように、タンクの下壁から上壁に向かって立設されている第２電極と、
前記タンクの上壁から下壁に向かって延在するとともに、前記第２電極の少なくとも一部と重なり合った状態で前記第２電極と摺動して前記第２電極を前記タンクの深さ方向にガイドする電極ガイド部材と、
前記第２電極の下端から前記電極ガイド部材の上端までの抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、
を備え、
前記電極ガイド部材は導電性を有し、前記第２電極と電気的に接触した状態で前記第２電極をガイドする、液位検出装置。
【請求項２】
前記第２電極および前記電極ガイド部材は何れも円筒状であって、前記第２電極と前記電極ガイド部材とのいずれか一方が他方の内側に挿通されているとともに、前記第１電極は、前記第２電極の軸線に沿って配設された円筒状または円柱状の電極である請求項１に記載の液位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液位検出装置にかかり、特に、静電容量の変化からタンクの液位を検出する液位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のタンクの液位を検出する液位検出装置には種々の形態があり、そのうちの１つに静電容量の変化を利用して液面検出を行うものがある。
【０００３】
このような液位検出装置において、タンクの深さ方向の寸法に変動を生じた場合においても正確な液面レベルを測定できるようにしたものとして、静電容量によりタンク中の液体の液面レベルを検出するためのセンサ部と、該センサ部に発振器を介して接続した液面検出部とよりなる静電容量式液面レベル検出装置において、上記センサ部が、液面レベルを検出するための測定電極と、誘電率補正用の補正電極と、共通アース電極とを有するとともに、測定電極と補正電極とがその上端が同じ高さにあり、一方、補正電極の下端は測定電極の下端よりも高い位置にあり、かつ上記測定電極、補正電極、および共通アース電極の各電極面と上記発振器とがフラットワイヤのリード線により接続されているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２３６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記液面レベル検出装置においては、測定電極と補正電極と共通アース電極とをセンサ部取付台に取り付け、センサ取付台の下端に位置する下部保持台においてセンサ部取付台がタンクの底面に当接するようにするとともに、コイルばねの付勢力によって前記下部保持代をタンクの底面に押圧し、これによって測定電極と補正電極と共通アース電極とをタンクの深さ方向の変形に追従させている。
【０００６】
したがって、測定電極と補正電極と共通アース電極とがタンクの深さ方向の変形に追従させるための機構が複雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、複雑な機構を用いることなく、液面を検出するための電極をタンクの深さ方向の変形に追従させることができる液位検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、液位検出装置に関し、タンクの下壁から上壁に向かって立設された第１電極と、前記第１電極に対して、前記第１電極の長手方向に対して直交する方向に対向するように、タンクの下壁から上壁に向かって立設されている第２電極と、前記タンクの上壁から下壁に向かって延在するとともに、前記第２電極の少なくとも一部と重なり合った状態で前記第２電極と摺動して前記第２電極を前記タンクの深さ方向にガイドする電極ガイド部材と、前記第２電極の下端から前記電極ガイド部材の上端までの抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、を備え、前記電極ガイド部材は導電性を有し、前記第２電極と電気的に接触した状態で前記第２電極をガイドする、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の液位検出装置においては、タンクが深さ方向に変形すると、前記第２電極は、前記電極ガイド部に沿って摺動することにより、前記タンクの深さ方向に沿って案内される。
【００１１】
また、前記電極ガイド部材は導電性であって、前記第２電極を電気的に接触した状態でガイドするから、前記電極ガイド部材は前記第２電極と一体の電極としても機能する。したがって、前記タンク中の燃料が前記電極ガイド部材と前記第２電極とからなる電極に接触する面積である液体接触面積は、タンクが深さ方向に変形してもほとんど変化しない。さらに、前記抵抗値検出手段によって前記第２電極の下端から前記電極ガイド部材の上端までの抵抗値の変化を検出することによってタンクの深さ方向の変形量を測定できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液位検出装置において、前記第２電極および前記電極ガイド部材は何れも円筒状であって、前記第２電極と前記電極ガイド部材とのいずれか一方が他方の内側に挿通されているとともに、前記第１電極は、前記第２電極の軸線に沿って配設された円筒状または円柱状の電極であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の液位検出装置においては、第２電極は電極ガイド部材の内側に挿通され、または電極ガイド部材の外側に嵌装された状態で電極ガイド部材の長手方向に沿ってガイドされることにより、前記タンクの深さ方向に沿って案内される。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、タンクの上壁から下壁に向かって延在する電極ガイド部材によって、第２電極が前記タンクの深さ方向にガイドされるから、前記第２電極を前記タンクの深さ方向にガイドするための複雑な機構が不要な液位検出装置が提供される。また、タンクが深さ方向に変形しても液体接触面積がほとんど変化しないから、正確な液位を検出できる液位検出装置が提供される。さらに、前記抵抗値検出手段と前記第２電極と前記電極ガイド部材とがタンクの深さ方向の変形量を検出する変形量検出手段も兼ねているから、タンクが深さ方向に変形した場合においても、前記変形量検出手段によって検出された深さ方向の変形量を加味することによって、前記変形量検出手段を有しない液位検出装置と比較してより高い精度で燃料残量を求めることのできる液位検出装置が提供される。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、第２電極は電極ガイド部材の内側に挿通され、または電極ガイド部材の外側に嵌装された状態で電極ガイド部材の長手方向に沿ってガイドされるから、衝突時の衝撃で第２電極が折れたり変形したりすることの少ない、換言すれば第２電極の支柱強度が高い液位検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施形態１に係る燃料タンクの全体的な構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料タンクにおけるサブタンクおよびその近傍の構成を示す拡大図である。
【図３】図３は、図２に示すサブタンクにおける液位検出センサが固定されている部分を水平面に沿って切断した断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、図２に示すサブタンクにおける液位検出センサが固定されている部分の別の例について水平面に沿って切断した断面図であり、図４（Ｂ）は、前記部分を斜め上方から見た斜視図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る燃料タンクの別の例について全体的な構成を示す断面図である。
【図６】図６は、図１に示す燃料タンクの外部に設けられたコンピュータに記憶された液位とタンク変形量と燃料残量との関係に関するマップを示す説明図である。
【図７】図７（Ａ）は、変形前の燃料タンクを、図７（Ｂ）は、前記燃料タンクが深さ方向に変形したところを示す断面図である。
【図８】図８は、実施形態２に係る液位検出センサを備える燃料タンクの一例について全体的な構成を示す断面図である。
【図９】図９は、図８に示す燃料タンクにおけるサブタンクおよびその近傍の構成を示す拡大図である。
【図１０】図１０は、実施形態３に係る液位検出センサを備える燃料タンクの一例について全体的な構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す燃料タンクにおけるサブタンクおよびその近傍の構成を示す拡大図である。
【図１２】図１２は、図１１に示すサブタンクにおける液位検出センサが固定されている部分を水平面に沿って切断した断面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、図１１に示すサブタンクにおける液位検出センサが固定されている部分の別の例について水平面に沿って切断した断面図であり、図１３（Ｂ）は、前記部分を斜め上方から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
１．実施形態１
以下、本発明の液位測定装置を備えるタンクの一例について図面を用いて説明する。図１以下において矢印ＵＰは車体上方を示す。
【００２５】
燃料タンク１０は、図１に示すように略箱形形状とされた容器であり、設置される車体などの形状や部品配置によってその形状が決定される。また燃料タンク１０は燃料（ガソリンなど）による腐食への耐性、機械的強度、耐衝撃性や衝突の際の安全性などを考慮して素材が選定される。
【００２６】
燃料タンク１０の車体上方の面である天井面３０にはポンプモジュール等の取付口２２が設けられており、取付口２２を外側から閉塞する蓋部２８で、内部の燃料が外へ漏れ出さないように密閉される。車両上方に筒状に突出した取付口２２は蓋部２８で密閉される。なお、蓋部２８は、取付口２２を密閉した状態において、天井面３０とともに燃料タンク１０の上壁を構成する。
【００２７】
このとき、取付口２２が箱状の燃料タンク１０から突出していると、車体に組み付ける際にスペース効率が低下する虞があるので、取付口２２を燃料タンク１０の内側に沈めるように設ける方が望ましい。この場合、取付口２２および蓋部２８をクリアできる空間を燃料タンク１０の内部に設ける必要がある。
【００２８】
これにより燃料タンク１０の車体上方面は外面が凹んだ凹部２４が形成されており、天井面３０における凹部２４の内側の部分は燃料タンク１０内部の車体下側に向けて突出した凸部２６として形成されている。このため燃料タンク１０の内部に燃料を充填していくと液面Ｆは凸部２６の高さを超え、凸部２６は燃料に浸漬する。
【００２９】
燃料タンク１０は一般的に鋼板または樹脂で形成され、図１に示すように車体上方面に凹凸を設けるなどの方法でベーパー層を確保している。すなわち、揮発性を備えた燃料は外気温やエンジンなどの熱により蒸発し、燃料タンク１０内の空隙に揮発ガス（ベーパー）となって充満する。このとき燃料をタンク全体に満たしてしまった場合、発生した燃料の揮発ガスは逃げ場を失い、燃料タンク１０内が加圧される。これを防ぐため、ある程度の空隙（ベーパー層）を燃料タンク１０内の上部に設定することで、揮発ガスの圧力の逃げ場を確保している。
【００３０】
また、上記のようにベーパー層を確保している燃料タンク１０では、燃料温度の上下（気温、路面や排気管などからの熱の影響）と燃料消費により、加圧と減圧が絶えず繰り返され、機械的ストレスが印加され続ける。このため、燃料タンク１０の上面を複雑な凹凸形状にする事は燃料タンク１０自体の機械的強度を増し、内部圧力の変化に対する対策とする意味も備わっている。
【００３１】
燃料タンク１０の内部には、上面が開口した有底容器であるサブタンク３１が設けられ、サブタンク３１にはポンプユニット３２が収容されている。燃料タンク１０内部の燃料は、ポンプユニット３２でくみ出され、燃料ホース（図示せず。）で外部へ送り出す構成とされている。
【００３２】
図１および図２に示すように、蓋部２８の下面から燃料タンク１０の底面２０に向かってガイド柱３４が延在している。ガイド柱３４は、サブタンク３１に設けられた円筒状のガイド筒３６に挿通されている。サブタンク３１は、ガイド柱３４とガイド筒３６とによって燃料タンク１０の上下方向、言い換えれば車両上下方向に沿って案内される。なお、サブタンク３１は、ガイド柱３４に挿通されたコイルばね３８によって底面２０に向かう方向、言い換えれば車両下方に向かって付勢され、これにより、サブタンク３１の底面は燃料タンク１０の底面２０に向かって押圧されている。なお、燃料タンク１０の底面２０およびサブタンク３１の底面３３は燃料タンク１０の下壁を構成する。
【００３３】
以下、燃料タンク１０の備える液位検出装置１の構成について説明する。図１および図２に示すように、液位検出装置１は、蓋部２８の上面に固定されているとともに、燃料タンク１０外部のコンピュータ（図示せず。）に接続されたセンサ回路１１と、センサ回路１１に接続されているとともに、蓋部２８の下面からサブタンク３１の底面に向かって延在する液位検出センサ１２と、を備える。センサ回路１１には、高周波発振回路およびインピーダンス測定回路と、抵抗測定回路とが設けられている。
【００３４】
図１〜図３に示すように、液位検出センサ１２は、蓋部２８の下側の面から燃料タンク１０の下壁に向かって延在する、後述する外周電極１４を燃料タンク１０の深さ方向、言い換えれば車両上下方向に案内する電極ガイド部材の一例としての円筒状の外周電極１３と、外周電極１３に挿入され、外周電極１３の内面上を外周電極１３の長手方向に沿って摺動可能とされている円筒状の外周電極１４と、外周電極１４の軸線に沿って設けられた棒状の中心電極１５と、を備える。中心電極１５は本発明の第１電極の一例であり、外周電極１４は本発明の第２電極の一例である。なお、中心電極１５は本実施形態では棒状であるが円筒状であってもよい。
【００３５】
図１および図２に示すように、中心電極１５および外周電極１４は、サブタンク３１の底面３３に固定された基台１６から燃料タンク１０の上壁に向かって立設されている。そして、外周電極１３および１４は、図３に示すようにバンド１９によってサブタンク３１の側壁３５に固定されている。なお、サブタンク３１の内部に燃料汲み上げジェットポンプを設ける場合には、サブタンク３１内が前記燃料汲み上げジェットポンプによってくみ上げられた燃料によって満杯状態に保持されるために、サブタンク３１の内側の液位は、サブタンク３１の外側の液位とは等しくならない。したがって、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、外部電極１３および１４はサブタンク３１の外側に設けることが好ましい。この場合、サブタンク３１の側壁３５に外部電極１３および１４を収容するための凹陥部３５Ａを設けるとともに、凹陥部３５Ａの上方に外部電極１３および１４を固定するための外周電極固定部３５Ｂを設けることが好ましい。
【００３６】
外周電極１４は下端においてハーネス１７でセンサ回路１１の高周波発振回路、インピーダンス測定回路、および抵抗測定回路に接続され、中心電極１５はハーネス１８でセンサ回路１１の高周波発振回路およびインピーダンス測定回路に接続されている。一方、外周電極１３の上端は導体２１によってセンサ回路１１の抵抗測定回路に接続されている。なお、外周電極１４は外周電極１３と電気的に接触しているから、外周電極１３および１４の電気抵抗を測定しない場合には、図５に示すように、外周電極１４をセンサ回路１１に接続するハーネス１７を省略してもよい。
【００３７】
以下、液位検出装置１において燃料タンク１０の液位を求める手順について説明する。外周電極１４は、外周電極１３の内側に嵌装された状態で外周電極１３の内周面上を摺動するから、外周電極１４と電気的に導通した状態にある。
【００３８】
センサ回路１１の高周波発振回路で発生した高周波電流は、ハーネス１７を通して外周電極１３および１４に、ハーネス１８を通じて中心電極１５に入力され、センサ回路１１のインピーダンス測定回路において外周電極１３および１４と中心電極１５との間のインピーダンスが測定される。測定されたインピーダンスはセンサ回路１１から前記コンピュータに入力され、外周電極１３および１４と中心電極１５との間の静電容量が求められる。
【００３９】
ここで、燃料タンク１０の燃料が消費されると、外周電極１３および１４と中心電極１５との間の空間は、それまで燃料によって占められていたものが空気によって占められるようになるため、静電容量は減少する。従って、静電容量の減少を検出することにより、燃料の液位を検出できる。
【００４０】
一方、センサ回路１１の抵抗測定回路において外周電極１３の上端から外周電極１４の下端までの電気抵抗が測定される。
【００４１】
コンピュータは、外周電極１３および１４と中心電極１５との間の静電容量に基づいて燃料タンク１０の液位を計算するとともに、外周電極１３の上端から外周電極１４の下端までの電気抵抗から燃料タンク１０の深さ方向、換言すれば車両上下方向の変形量を求める。更に、前記コンピュータには、液位とタンク変形量と燃料残量との関係に関する図６に示すマップが記憶されており、コンピュータは前記液位のデータとこのマップとを用いて燃料タンク１０内の燃料残量を求める。
【００４２】
図６のマップは、種々の変形量ΔＬ（たとえばΔＬ＝−１０ｍｍ、−５ｍｍ、０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ）に対応する燃料の液位と燃料残量との関係に関するタンク容量特性を示すタンク容量特性曲線である。
【００４３】
コンピュータは、図６の関係曲線から、外周電極１３の上端から外周電極１４の下端までの電気抵抗から求められた燃料タンク１０の変形量ΔＬに対応するタンク容量特性曲線を読み出し、入力されたタンク容量特性曲線に、外周電極１３および１４と中心電極１５との間の静電容量に基づいて求められた液位Ａを当てはめて前記液位に対応する燃料残量を求める。たとえば、変形量ΔＬが５ｍｍであったときは、コンピュータは図６においてΔＬ＝５ｍｍに対応するタンク容量特性曲線を選択する。そして、選択されたタンク容量特性曲線上において液位Ａに対応する燃料残量を読み取り、この燃料残量を真の燃料残量として燃料計（図示せず。）に表示する。
【００４４】
実施形態１の液位検出装置１においては、外周電極１４が外周電極１３の外周にオーバーラップするように配設されている。したがって、外周電極１３と外周電極１４とは、燃料タンク１０の上壁と下壁とに亘って設けられた１本の円筒状電極として機能するから、車両衝突時の支柱強度が確保できる。
【００４５】
また、図７の（Ａ）に示す変形前の燃料タンク１０が、図７（Ｂ）に示すように深さ方向、即ち車両上下方向に変形した場合においても、燃料タンク１０の底面２０が一様に変形したときは外周電極１３および外周電極１４全体としては燃料に接触する面積にほとんど変化がないので、燃料タンク１０が深さ方向に変形した場合においても正確な液位検出が可能である。
【００４６】
更に、外周電極１３と外周電極１４とは電気的にも接触しているから、導体２１を介して外周電極１３に高周波電流を入力することにより、外周電極１４に高周波電流を印加するためのハーネス１７を省略することができる。
【００４７】
加えて、外周電極１３の上端と外周電極１４の下端との間の抵抗値を測定することにより、燃料タンク１０の変形量を求めることができる故に、燃料タンク１０が深さ方向に変形した場合において燃料タンク１０の底面２０および天井面３０が外側に向かって膨張する方向に変形したり、内側に向かって収縮する方向に変形したりしたときにおいても、液位とタンク変形量と燃料残量との関係に関する図６に示すマップを用いることにより、正確な燃料残量を求めることができる。
【００４８】
２．実施形態２
以下、実施形態１の燃料タンクが備える液位検出装置に使用される液位検出センサの別の例について図面を用いて説明する。図１〜図７と同一の符号は特に説明がない限り、これらの符号が図１〜図７において示すのと同一の構成要素を示す。
【００４９】
実施形態２に係る液位検出センサ１１２においては、図８および図９に示すように、蓋部２８の下面に燃料タンク１０の下壁に向かって立設された外周電極１３が、サブタンク３１の底面から燃料タンク１０の上壁に向かって立設された外周電極１４の内側に装入された状態で外周電極１４に対して摺動可能とされている。
【００５０】
実施形態２の液位検出センサ１１２は、前記の点を除いては実施形態１の液位検出センサ１２と同一の構成を有している。
【００５１】
実施形態２の液位検出センサ１１２は、実施形態１の液位検出センサ１２と同様の作用、効果を備える。
【００５２】
３．実施形態３
以下、実施形態１の燃料タンクが備える液位検出装置に使用される液位検出センサの更に別の例について図面を用いて説明する。なお、この実施形態３については、参考例とする。図１〜図７と同一の符号は特に説明がない限り、これらの符号が図１〜図７において示すのと同一の構成要素を示す。
【００５３】
実施形態３に係る液位検出センサ２１２は、図１０〜図１２に示すように、サブタンク３１の底面３３に固定された基台１６から燃料タンク１０の上壁に向かって立設されている中心電極１５および外周電極１４と、蓋部２８から燃料タンク１０の下壁に向かって立設された円筒状の電極ガイド筒２３と、を備える。電極ガイド筒２３は、本発明における電極ガイド部材の他の一例である。電極ガイド筒２３は、図１２に示すようにバンド１９によってサブタンク３１の側壁３５に固定されている。なお、サブタンク３１の内部に燃料汲み上げジェットポンプを設ける場合には、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）に示すように、電極ガイド筒２３はサブタンク３１の外側に設けることが好ましい。この場合、サブタンク３１の側壁３５に電極ガイド筒２３および外周電極１４を収容するための凹陥部３５Ａを設けるとともに、凹陥部３５Ａの上方に外部電極１３および１４を固定するための外周電極固定部３５Ｂを設けることが好ましい。
【００５４】
電極ガイド筒２３は、蓋部２８の下面に一体的に形成され、即ち樹脂製とされている。また、電極ガイド筒２３の内側に外周電極１４が挿通されている。
【００５５】
外周電極１４および中心電極１５については実施形態１のところで述べた通りである。
【００５６】
実施形態３に係る液位検出センサ２１２は、これらの点を除いて実施形態１の液位検出センサ１２と同様である。
【００５７】
実施形態３の液位検出センサ２１２においては、電極ガイド筒２３は蓋部２８と一体的に形成されているから、電極ガイド筒２３を蓋部２８に固定するための台座等は不要である。したがって、実施形態１および２の液位検出センサと比較して構成が簡略化できる。
【００５８】
また、外周電極１４をより確実にガイドできる。
【００５９】
以上、本発明の液位検出装置を車両用の燃料タンクに適用した例について説明したが、本発明の液位検出装置が適用されるタンクは車両用の燃料タンクには限定されず、例えば、水タンクや石油タンク、薬品タンクなどの各種タンクや、発酵槽や鍍金槽など液面を検出する必要のある各種槽類にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 液位検出装置
１０ 燃料タンク（タンク）
１１ センサ回路（抵抗値検出手段）
１２ 液位検出センサ
１３ 外周電極（電極ガイド部材）
１４ 外周電極（第２電極）
１５ 中心電極（第１電極）
２０ 底面（下壁）
２８ 蓋部（上壁）
３０ 天井面（上壁）
３３  底面（下壁）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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