(57)【要約】【課題】  測定精度を向上させることが可能な液面検出装置を提供することである。【解決手段】  液面検出装置１は、軸線を有する筒体１３と、筒体１３の軸線方向に沿って間隔をあけて筒体１３の内部に配置された複数のホールＩＣ部材１１と、筒体１３を挿通可能な貫通穴を有する環状のフロート１５と、フロート１５に保持されたリング状永久磁石１６と、複数のホールＩＣ部材１１を筒体１３の軸心よりも一方の内周面側に偏った位置に配置するための偏心部材１８とを備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を有する筒体と、
前記筒体の軸線方向に沿って間隔をあけて前記筒体の内部に配置された複数のホールＩＣ部材と、
前記筒体を挿通可能な貫通穴を有する環状のフロートと、
前記フロートに保持された環状の永久磁石と、
複数の前記ホールＩＣ部材を前記筒体の軸心よりも一方の内周面側に偏った位置に配置するための偏心部材と
を備える、液面検出装置。
【請求項２】
複数の前記ホールＩＣ部材の各々は、前記永久磁石のＮ極が接近するときに作動するＮ側磁界動作ホールＩＣと、前記永久磁石のＳ極が接近するときに作動するＳ側磁界動作ホールＩＣとを含む、請求項１に記載の液面検出装置。
【請求項３】
前記筒体の軸線方向に沿って延びて前記筒体の内部に配置された基材をさらに備え、
前記基材の一方面側には複数の前記ホールＩＣ部材が配置され、前記基材の他方面側には前記偏心部材が配置されている、請求項１または請求項２に記載の液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液面検出装置に関し、特定的には各種液体の貯蔵タンク等の液体容器内にて、液体の液面変化に応じて上下移動するフロートを用いて液面を検出する液面検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の液面検出装置は、たとえば、特開平７−２６０５５２号公報（特許文献１）、特許第３０２８１７６号公報（特許文献２）、特開２００２−７１４３１号公報（特許文献３）には、フロートの内部に永久磁石（マグネット）を設け、フロートの上下移動に伴ってホール素子、磁気抵抗素子等の磁気感応スイッチの出力が変化することによって液面を検出する液面検出装置が提案されている。
【０００３】
また、特開２００３−５０１５１号公報（特許文献４）では、フロートの所定位置に固定配置された永久磁石と、基板上に上下方向に沿って固定配置された多数のホールＩＣを備えた液面検出装置が提案されている。
【特許文献１】特開平７−２６０５５２号公報
【特許文献２】特許第３０２８１７６号公報
【特許文献３】特開２００２−７１４３１号公報
【特許文献４】特開２００３−５０１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の液面検出装置は、ホール素子、磁気抵抗素子等の磁気感応スイッチ、またはホールＩＣを通過する磁界の磁束（磁束密度）が小さいために磁気感応スイッチまたはホールＩＣの分解能が悪く、測定精度に劣るという問題があった。
【０００５】
このため、従来の液面検出装置では、フロートの内部に設けられる永久磁石の数を増やす等の対策が採られていた。しかし、永久磁石の数を増やすとフロートが重くなるので、フロートを確実に液面に浮上させるために合成樹脂製の永久磁石を用いる必要があった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、測定精度を向上させることが可能な液面検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従った液面検出装置は、軸線を有する筒体と、この筒体の軸線方向に沿って間隔をあけて筒体の内部に配置された複数のホールＩＣ部材と、筒体を挿通可能な貫通穴を有する環状のフロートと、このフロートに保持された環状の永久磁石と、複数のホールＩＣ部材を筒体の軸心よりも一方の内周面側に偏った位置に配置するための偏心部材と
を備える。
【０００８】
この発明においては、偏心部材によって複数のホールＩＣ部材が筒体の軸心よりも一方の内周面側に偏った位置に配置されている。このため、筒体を挿通するように環状のフロートを配置すると、フロートに保持された環状の永久磁石の一方の内周面側に偏った位置に複数のホールＩＣ部材が位置づけられることになる。これにより、フロートが筒体の軸線に沿って移動して各ホールＩＣ部材に接近するときに、環状の永久磁石からの磁界の磁力線のうち、環状の永久磁石の内周面側により近い磁力線が各ホールＩＣ部材を通過することになる。言い換えれば、各ホールＩＣ部材は環状の永久磁石の内周面側により近い磁力線の磁束を検出して作動することになる。環状の永久磁石からの磁界の磁力線のうち、環状の永久磁石の内周面側に近い位置にあるほど磁力線の磁束が相対的に大きくなる。したがって、各ホールＩＣ部材は環状の永久磁石からの磁界において相対的に大きな磁束を検出して作動することになる。その結果、各ホールＩＣ部材の分解能を高めることができ、液面検出装置の測定精度を向上させることができる。
【０００９】
この発明の液面検出装置において、複数のホールＩＣ部材の各々は、永久磁石のＮ極が接近するときに作動するＮ側磁界動作ホールＩＣと、永久磁石のＳ極が接近するときに作動するＳ側磁界動作ホールＩＣとを含むのが好ましい。この場合、筒体の軸線方向の同じ位置に配置されるＮ側磁界動作ホールＩＣまたはＳ側磁界動作ホールＩＣの一方が液面の上昇に伴って移動するフロート位置を検出して作動し、他方が液面の下降に伴って移動するフロート位置を検出して作動するように構成することができる。これにより、より精度の高い液面検出を行うことができる。
【００１０】
また、この発明の液面検出装置は、筒体の軸線方向に沿って延びて筒体の内部に配置された基材をさらに備え、この基材の一方面側には複数のホールＩＣ部材が配置され、基材の他方面側には偏心部材が配置されているのが好ましい。この場合、偏心部材の配置に影響されずに複数のホールＩＣ部材を筒体の軸線方向に沿って所定の間隔で配置することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のようにこの発明によれば、各ホールＩＣ部材の分解能を高めることができ、液面検出装置の測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１はこの発明の一つの実施の形態に従った液面検出装置の主要部の概略的な構成を示す概略縦断面図である。
【００１３】
図１に示すように、液面検出装置（液面センサ）１は、各種液体の貯蔵タンク等の液体容器（タンク）２の内部に配置されて、液体容器２の内部の液体の液面３を検出する。液面検出装置１の筒体１３は液体容器２の天板部２１に形成された取付け穴に挿入され、この取付け穴の周縁部から液体容器２の内部の液体が漏れないように蓋体１４は天板部２１の取り付け穴を塞いでシール性を確保することができるように筒体１３の一方端部に取り付けられている。
【００１４】
フロート１５は、リング型異方性フェライト等のリング状永久磁石１６と、リング状永久磁石１６を保持するホルダ１７とから構成されている。また、フロート１５は、筒体１３を挿通可能な貫通穴を有する環状の部材であり、筒体１３の軸線方向に沿って筒体１３の外周面上をスライド移動することができ、液面３の上に浮上するように構成されている。これにより、フロート１５は液面３の上昇下降に伴って筒体１３の軸線方向に沿って上下移動することができる。
【００１５】
筒体１３の内部には筒体１３の軸線方向に沿って間隔をあけて複数のホールＩＣ部材１１が所定の間隔をあけて配置されている。また、筒体１３の内部には案内（ガイド）基板１２が筒体１３の軸線方向に沿って延びるように配置されている。複数のホールＩＣ部材１１は案内基板１２の一方表面側に配置され、各ホールＩＣ部材１１は回路基板（図示せず）の上に搭載されて筒体１３の軸線方向に隣接する他のホールＩＣ部材１１に配線によって接続されている。各ホールＩＣ部材１１は、たとえば、巻き線材、粘着テープ等の拘束部材によって案内基板１２の上に固定されている。
【００１６】
図２は、図１の断面に直交する断面で液面検出装置の主要部の概略的な構成を示す概略縦断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た液面検出装置の概略横断面図である。
【００１７】
図２に示すように、３個の偏心部材１８が案内基板１２の他方表面側に配置され、たとえば、ビス等の固着部材によって案内基板１２の他方表面上に固着されている。１個の偏心部材１８が筒体１３の軸線方向に沿って案内基板１２の一方端部に配置され、１個の偏心部材１８が筒体１３の軸線方向に沿って案内基板１２の中央部に配置され、１個の偏心部材１８が筒体１３の軸線方向に沿って案内基板１２の他方端部に配置されている。このようにして、偏心部材１８を案内基板１２の他方表面側に配置することにより、図３に示すように案内基板１２の一方表面側に配置された複数のホールＩＣ部材１１を筒体１３の軸心よりも一方の内周面側に偏った位置に配置することができる。これにより、フロート１５が筒体１３の軸線に沿って移動して各ホールＩＣ部材１１に接近するときに、各ホールＩＣ部材１１はフロート１５に内蔵されたリング状永久磁石１６の中心位置よりも内周面側に偏った位置に位置づけられることになる。
【００１８】
図２に示すように、案内基板１２の一方表面側に配置された３個のホールＩＣ部材１１の軸線方向の位置にほぼ一致するように、３個の偏心部材１８は案内基板１２の反対側の表面上に配置されている。たとえば、図３に示すように、筒体１３の軸線方向に沿って案内基板１２の中央部に配置された偏心部材１８は、ホールＩＣ部材１１に対して案内基板１２のほぼ反対側の表面上に配置されている。
【００１９】
すべてのホールＩＣ部材１１の各々の位置に対応させて、図２に示す例では９個の偏心部材１８を案内基板１２の反対側の表面上に配置してもよい。案内基板１２の変形等によって各ホールＩＣ部材１１の偏心位置がずれないようにするためには、案内基板１２の一方端部、中央部および他方端部の少なくとも３箇所に配置するのが好ましい。
【００２０】
なお、案内基板１２の一方面側には複数のホールＩＣ部材１１が配置され、案内基板１２の他方面側には偏心部材１８が配置されているので、偏心部材１８の配置に影響されずに複数のホールＩＣ部材１１を筒体１３の軸線方向に沿って所定の間隔で配置することができる。
【００２１】
また、図３において、ホールＩＣ部材１１は案内基板１２の一方表面側から筒体１３の内周面側に向かって突出し、偏心部材１８は案内基板１２の他方表面側から筒体１３の内周面側に向かって突出するように筒体１３の内部に配置されているが、ホールＩＣ部材１１と偏心部材１８のそれぞれの突出した部分が筒体１３の内周面に接触する程度に筒体１３は配置されてもよく、あるいは、ホールＩＣ部材１１と偏心部材１８のそれぞれの突出した部分と筒体１３の内周面との間にわずかな隙間が存在するように筒体１３は配置されてもよい。
【００２２】
図４は、従来の液面検出装置における永久磁石からの磁束分布を示す図（Ａ）、この発明の一つの実施の形態に従った液面検出装置における永久磁石からの磁束分布を示す図（Ｂ）である。図４において、リング状永久磁石１６は上下方向にＮ極とＳ極を有する。矢印の付いた曲線はリング状永久磁石１６からの磁力線を示す。太線で描かれた曲線は相対的に磁束の大きい磁力線を示し、細線で描かれた曲線は相対的に磁束の小さい磁力線を示す。
【００２３】
図４（Ａ）に示すように、従来の液面検出装置では、フロートが各ホールＩＣ部材１１に接近するときには、ホールＩＣ部材１１がリング状永久磁石１６の中心位置に位置づけられることになる。このため、相対的に磁束の小さい磁力線がホールＩＣ部材１１を通過することになる。その結果、ホールＩＣ部材１１を通過する磁界の磁束（磁束密度）が小さいためにホールＩＣ部材１１の分解能が悪く、あるいはホールＩＣ部材１１が作動しない場合もあり、結果として測定精度に劣るという問題があった。
【００２４】
これに対して、図４（Ｂ）に示すように、本発明の液面検出装置では、フロート１５が筒体１３の軸線に沿って移動して各ホールＩＣ部材１１に接近するときには、各ホールＩＣ部材１１はフロート１５に内蔵されたリング状永久磁石１６の中心位置よりも内周面側に偏った位置に位置づけられることになる。このため、相対的に磁束の大きい磁力線がホールＩＣ部材１１を通過することになる。
【００２５】
すなわち、フロート１５が筒体１３の軸線に沿って移動して各ホールＩＣ部材１１に接近するときに、リング状永久磁石１６からの磁界の磁力線のうち、リング状永久磁石１６の内周面側により近い磁力線が各ホールＩＣ部材１１を通過することになる。言い換えれば、各ホールＩＣ部材１１はリング状永久磁石１６の内周面側により近い磁力線の磁束を検出して作動することになる。図４に示すように、リング状永久磁石１６からの磁界の磁力線のうち、リング状永久磁石１６の内周面側に近い位置にあるほど磁力線の磁束が相対的に大きくなる。したがって、各ホールＩＣ部材１１はリング状永久磁石１６からの磁界において相対的に大きな磁束を検出して作動することになる。その結果、各ホールＩＣ部材１１の分解能を高めることができ、液面検出装置の測定精度を向上させることができる。
【００２６】
この発明の一つの実施の形態の液面検出装置においては、複数のホールＩＣ部材１１の各々は、永久磁石のＮ極が接近するときに作動するＮ側磁界動作ホールＩＣと、永久磁石のＳ極が接近するときに作動するＳ側磁界動作ホールＩＣとを含む。
【００２７】
図５は、この発明の一つの実施の形態に従った液面検出装置の回路動作を説明するために簡略化した回路図である。図５においては、液面検出装置の構成を簡略化するために３個のホールＩＣ部材が示されている。
【００２８】
図５に示すように、各ホールＩＣ部材は、Ｎ側磁界ホールＩＣ１１ｎとＳ側磁界ホールＩＣ１１ｓとから構成されている。Ｎ側磁界ホールＩＣ１１ｎは、リング状永久磁石１６のＮ極が接近するときに作動する片側磁界動作ホールＩＣである。Ｓ側磁界ホールＩＣ１１ｓは、リング状永久磁石１６のＳ極が接近するときに作動する片側磁界動作ホールＩＣである。Ｎ側磁界ホールＩＣ１１ｎとＳ側磁界ホールＩＣ１１ｓとの出力は、各リレー回路１９を介して演算回路２０で処理されて液面の検出出力として出力される。図示されていないが、筒体１３の軸線方向に沿って配置される複数個のＮ側磁界ホールＩＣ１１ｎとＳ側磁界ホールＩＣ１１ｓの各々には、共通の直流電圧が印加されている。
【００２９】
図１に示すようにフロート１５に内蔵されたリング状永久磁石１６が液面３の上昇に伴って、図４の下部に示すように上下方向にＮ極とＳ極を有するリング状永久磁石１６が矢印で示す方向に上昇移動すると、各Ｎ側磁界ホールＩＣ１１ｎに接近するごとに順に各Ｎ側磁界ホールＩＣ１１ｎが作動し、導通（出力）信号が各リレー回路１９に送られ、各リレー回路１９はＯＮ信号を出力する。このＯＮ信号が演算回路２０に送られ、処理されて液面の検出出力として出力される。
【００３０】
また、図１に示すようにフロート１５に内蔵されたリング状永久磁石１６が液面３の下降に伴って、図４の上部に示すように上下方向にＮ極とＳ極を有するリング状永久磁石１６が矢印で示す方向に下降移動すると、各Ｓ側磁界ホールＩＣ１１ｓに接近するごとに順に各Ｓ側磁界ホールＩＣ１１ｓが作動し、開放（非出力）信号が各リレー回路１９に送られ、各リレー回路１９はＯＦＦ信号を出力する。このＯＦＦ信号が演算回路２０に送られ、処理されて液面の検出出力として出力される。
【００３１】
このようにしてＮ側磁界ホールＩＣ１１ｎとＳ側磁界ホールＩＣ１１ｓとが作動し、各リレー回路１９がＯＮ信号またはＯＦＦ信号を出力して演算回路２０に送られるので、いずれかのリレー回路１９からの出力信号がＯＮ信号であれば、演算回路２０は、ＯＮ信号を出力しているリレー回路１９に相当するホールＩＣ部材の位置付近には液面または液体が存在すると判定する。これにより、液体容器２内の液体が残っていることを検出することができる。
【００３２】
一方、すべてのリレー回路１９からの出力信号がＯＦＦ信号であれば、演算回路２０は、ＯＦＦ信号を出力しているリレー回路１９に相当するホールＩＣ部材の位置付近には液面または液体が存在しないと判定する。これにより、液体容器２内には液体が残っていないことを検出することができる。
【００３３】
また、どのリレー回路１９からの出力信号がＯＮ信号であり、どのリレー回路１９からの出力信号がＯＦＦ信号であるかを演算回路２０が判断することにより、液体容器２内の残量または水位を検出することができる。
【００３４】
したがって、筒体１３の軸線方向の同じ位置に配置されるＮ側磁界動作ホールＩＣ１１ｎが液面の上昇に伴って移動するフロート１５の位置を検出して作動し、Ｓ側磁界動作ホールＩＣ１１ｓが液面の下降に伴って移動するフロート１５の位置を検出して作動するように構成することができる。これにより、より精度の高い液面検出を行うことができる。
【００３５】
なお、上記の実施の形態では、フロート１５に内蔵されるリング状永久磁石１６としてリング型異方性フェライトを用いた例について説明したが、リング型で合成樹脂製の永久磁石を用いても本発明の作用効果を達成することができる。また、上記の実施の形態では、筒体１３の軸線方向に沿って延びて筒体１３の内部に配置される基材として、板状の案内基板１２を用いたが、針金等の金属製の棒状部材、または合成樹脂製の棒状部材などの長尺部材を用いてもよい。この場合、偏心部材はビス等の固着部材によって長尺部材の表面上に固着される。
【００３６】
以上に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慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の一つの実施の形態に従った液面検出装置の主要部の概略的な構成を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の断面に直交する断面で液面検出装置の主要部の概略的な構成を示す概略縦断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た液面検出装置の概略横断面図である。
【図４】従来の液面検出装置における永久磁石からの磁束分布を示す図（Ａ）、この発明の一つの実施の形態に従った液面検出装置における永久磁石からの磁束分布を示す図（Ｂ）である。
【図５】この発明の一つの実施の形態に従った液面検出装置の回路動作を説明するために簡略化した回路図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：液面検出装置、１１：ホールＩＣ部材、１１ｎ：Ｎ側磁界ホールＩＣ、１１ｓ：Ｓ側磁界ホールＩＣ、１２：案内基板、１３：筒体、１５：フロート、１６：リング状永久磁石、１７：ホルダ、１８：偏心部材。
【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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