(57)【要約】【課題】目視等を必要とすることなく液体タンク内の液体の密度を検出する液体密度検出装置、及び液体密度検出装置を適用した液位検出装置を提供する。【解決手段】燃料残量計１は、燃料タンク２に設けられ、液体密度検出装置３と、液位検出装置４とを備える。液体密度検出装置３は、ロッド５と、変形部３ｂを備えたセンサ本体３ａと、変形部３ｂに設けられた歪み検知素子８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）と、演算部６の一部の構成である密度演算部６ａと、駆動装置７とを有する。駆動装置７でセンサ本体３ａ及びロッド５をΔＬだけ移動させ、ロッド５の体積とセンサ本体３ａで検出される浮力からガソリンＧの密度を求め、検出された液位を密度で補正して、正確な液位Ｌの値を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体タンク内の液体の密度を検出する液体密度検出装置であって、
液体内に挿入されて液体から浮力を受ける可動部材と、
前記可動部材の動作に基づいて歪みを発生する変形部と、
前記変形部の歪みを検知する歪み検知素子と、
前記歪み検知素子の出力値を用いて演算を行う演算部と、
前記可動部材を少なくとも上下方向のいずれか一方に移動させる駆動装置とを備え、
前記可動部材は、少なくとも前記液体内に浸漬される部分が前記駆動装置による移動方向に対して移動距離当たりの体積が一定となる形状を有し、
前記演算手段は、前記可動部材が前記駆動装置により駆動された際に、移動距離分の可動部材の体積と、前記歪み検知素子の出力から導かれる浮力とを用いて前記液体タンク内の液体の密度を演算することを特徴とする液体密度検出装置。
【請求項２】
前記可動部材が前記変形部に接続され、前記駆動装置が前記変形部に接続されており、
前記駆動装置は、前記変形部を移動させることにより前記可動部材を移動させることを特徴とする請求項１に記載の液体密度検出装置。
【請求項３】
前記可動部材が前記駆動装置に接続され、前記変形部が前記駆動装置に接続されており、
前記変形部は、前記駆動装置を介して前記可動部材の浮力を受けて歪みを発生することを特徴とする請求項１に記載の液体密度検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の液体密度検出装置を備え、
前記液体密度検出装置によって演算された液体の密度と、前記可動部材の位置と、前記歪み検知素子の出力から導かれる浮力とを用いて前記液体タンク内の液位を演算することを特徴とする液位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内の液体の密度を検出する装置、及びタンク内の液体の液位を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液体タンク内の液体の量を検出するために、タンク内の液位を検出する液位検出装置（燃料残量計）が用いられている。例えば、特許文献１に記載の燃料残量計は、燃料タンク内に棒状のフロートを上下動自在となるように設置し、フロートの上端部に当接する圧力センサで、フロートに生じる浮力を圧力として検出し、燃料の残量を計測するものとなっている。
【０００３】
ところで、自動二輪車に用いられる燃料タンクの場合、燃料タンク自体が外部に露出しているため、外気温や天候の変動に対して影響を受けやすい。例えば、燃料タンクに直射日光が長時間当たっている場合は、内部の燃料が高温になり、密度が低下する。また、燃料がエタノール混合ガソリンの場合、国や地域によって混合率が異なるものとなる。
【０００４】
特許文献１に記載の燃料残量計のように、フロートに生じる浮力の絶対値により燃料の残量を計測する場合、燃料の密度が変化するとフロートに生じる浮力にも変化が生じるため、燃料の正確な計量を行うことができない。
【０００５】
一方、特許文献２には、液体の密度を検出する密度検出装置が開示されている。特許文献２に記載の密度検出装置は、液体の内部に挿入されるフロートと、このフロートに当接してフロートの浮力を検出する歪みゲージを有し、フロートに基準線を設けて、この基準線までフロートを液体内に挿入し、フロートが液体内に挿入される長さを一定にすることで、液体内に浸漬されているフロートの体積と、歪みゲージで検出される浮力から液体の密度を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６２−０４６３３７号公報
【特許文献２】特開平１０−２８１９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の液位センサにおいて、特許文献２の技術を用いて液体の密度を検出することにより、温度変化による影響を勘案して正しい残量を検出することが考えられる。ところが、特許文献２における密度検出装置は、密度を検出するために、測定する液体の液面がフロートの基準線と合致するように装置を位置させる必要がある。
【０００８】
このような装置では、液体の液面とフロートの基準線を合致させるために、液体の液面とフロートの基準線を合致させるための機構が必要となる。また、フロートの基準線近傍を目視できる構成が必要となる。
【０００９】
特許文献２に記載の密度検出装置では、上記のような構造上の制約から、燃料タンク等の閉鎖された空間で用いることは困難であるため、特許文献１に記載の液位センサに適用することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、目視等を必要とすることなく液体タンク内の液体の密度を検出する液体密度検出装置、及びこの液体密度検出装置を適用した液位検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の液体密度検出装置は、液体タンク内の液体の密度を検出する液体密度検出装置であって、液体内に挿入されて液体から浮力を受ける可動部材と、前記可動部材の動作に基づいて歪みを発生する変形部と、前記変形部の歪みを検知する歪み検知素子と、前記歪み検知素子の出力値を用いて演算を行う演算部と、前記可動部材を少なくとも上下方向のいずれか一方に移動させる駆動装置とを備え、前記可動部材は、少なくとも前記液体内に浸漬される部分が前記駆動装置による移動方向に対して移動距離当たりの体積が一定となる形状を有し、前記演算手段は、前記可動部材が前記駆動装置により駆動された際に、移動距離分の可動部材の体積と、前記歪み検知素子の出力から導かれる浮力とを用いて前記液体タンク内の液体の密度を演算することを特徴とする。
【００１２】
本発明の液体密度検出装置は、駆動装置により可動部材を上下方向のいずれか一方に移動させ、演算手段により、駆動装置で移動させた際の浮力の変化量と、液体内に挿入され、或いは液体内から出された可動部材の体積とをもとにして液体の密度を算出する。
【００１３】
また、本発明の液体密度検出装置においては、前記可動部材が前記変形部に接続され、前記駆動装置が前記変形部に接続されており、前記駆動装置は、前記変形部を移動させることにより前記可動部材を移動させるようにすることができる。
【００１４】
或いは、本発明の液体密度検出装置において、前記可動部材が前記駆動装置に接続され、前記変形部が前記駆動装置に接続されており、前記変形部は、前記駆動装置を介して前記可動部材の浮力を受けて歪みを発生するものであってもよい。
【００１５】
また、本発明の液位検出装置は、上記各液体密度検出装置を備え、前記液体密度検出装置によって演算された液体の密度と、前記可動部材の位置と、前記歪み検知素子の出力から導かれる浮力とを用いて前記液体タンク内の液位を演算することを特徴とする。当該構成によれば、歪み検知素子の出力を用いて、液体の密度と液位を検出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な構成で液体タンク内の液体の密度を検出することができると共に、液位を検出する際に、演算された密度を用いて正確な液位を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態である液体密度検出機能を備えた燃料残量計を示す説明図。
【図２】第１の実施形態の燃料残量計の説明的断面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図。
【図４】センサ本体が変形した状態を示す説明的断面図。
【図５】第２の実施形態である燃料残量計を示す説明的断面図。
【図６】駆動装置に用いられるボイスコイルの概念を示す説明的斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態について、図１〜図５を参照して、液体密度検出機能を備えた燃料残量計を例にして説明する。本実施形態の燃料残量計１及び１’は、図示しない車両の燃料タンク２に用いられている。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態である燃料残量計１が装着されている燃料タンク２の断面図である。燃料タンク２内には、液体燃料であるガソリンＧが注入されており、液位Ｌはタンク内の約６割のレベルにある状態を示している。
【００２０】
本実施形態の燃料残量計１は、図１及び図２に示すように、液体密度検出装置３と、液位検出装置４とを備えている。液体密度検出装置３は、ロッド（可動部材）５と、変形部３ｂを備えたセンサ本体（歪み検知部）３ａと、変形部３ｂに設けられた歪み検知素子８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）と、演算部６の一部の構成である密度演算部６ａと、駆動装置７とを有している。
【００２１】
液位検出装置４は、その大部分の構成が液体密度検出装置３と共用されており、本実施形態では、ロッド５と、変形部３ｂを備えたセンサ本体３ａと、変形部３ｂに設けられた歪み検知素子８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）が共用となっている。また、液位検出装置４は、演算部６の一部の構成として液位演算部６ｂを備えている。
【００２２】
液体密度検出装置３の駆動装置７は、センサ本体３ａ及びロッド５を一体として上下動させる装置であり、燃料タンク２の天板２ａに固定される環状の固定部材７ａと、この固定部材７ａの内部に配置され、固定部材７ａに沿って上下動される移動部材７ｂとを備えている。移動部材７ｂの上下動は、いわゆるボイスコイルの原理（図６参照）を利用して行うことが好ましい。
【００２３】
ボイスコイルは、図６に示すように、ループコイルＣと、ループコイルＣへ電源を供給するバッテリＢと、ループコイルＣに通電された際にループコイルＣ内を移動するマグネットＭとからなる。図６に示すように、このボイスコイルにロッド５を接続した場合は、バッテリＢの電源をオンオフすることにより、ループコイルＣ内のマグネットＭが上下動し、これに伴いロッド５が上下動する。
【００２４】
第１の実施形態では、例えば固定部材７ａ内にループコイル（図６における記号Ｃ）を設置し、移動部材７ｂを上下動させる。この場合、移動部材７ｂの外周面に磁石（図６における記号Ｍ）を設ける。当該構成により、移動部材７ｂの上下動に伴ってロッド５が上下動するようになる。また、この駆動装置７では、移動部材７ｂの移動距離が密度演算部６ａに送信されるようになっている。
【００２５】
ロッド５は、上端部から下端部まで同一の内径を有する円柱状の部材であり、液体密度検出装置３の駆動装置７によって移動される方向において、断面積に変化がない構造となっている。また、ロッド５は、センサ本体３ａの下端部に固定されており、車両が鉛直状態で起立しているときに、長手方向が鉛直方向を向くように設置されている。
【００２６】
ロッド５は、合成樹脂製や軽金属を用いることができるが、通常のフロートに用いられる素材のように、ガソリンＧに対する耐性のある素材であればその材質は特に限定されない。
【００２７】
センサ本体３ａはステンレススチール製であり、図２に示すように、肉厚が薄くなっている変形部３ｂと、肉厚の厚い支持部３ｃ及び中央肉厚部３ｄを備えている。また、図３に示すように、変形部３ｂの内部側の面には歪み検知素子８が設けられている。
【００２８】
この歪み検知素子８は、印刷型の歪みゲージであり、樹脂皮膜及び抵抗パターン等を変形部３ｂに印刷して焼成することにより形成している。あるいは、歪み検知素子８はフィルム基板の表面に抵抗体が印刷された歪みゲージである。また、歪み検知素子８にはリード線９が接続され、演算部６に接続されている。
【００２９】
歪み検知素子８は、図３に示すように、Ｙ方向（車両の前後方向）に配置された前後用歪み検知素子８ａ，８ｂと、Ｘ方向（車両の左右方向）に配置された左右用歪み検知素子８ｃ，８ｄとから構成されている。これらの歪み検知素子８は、それぞれロッド５が固定されている中央肉厚部３ｄを中央に挟んでそれぞれ一対設けられている。
【００３０】
演算部６は、図示しないＣＰＵ及びメモリその他の電子デバイスからなるマイクロコンピュータで構成されている。密度演算部６ａは、駆動装置７を駆動させて移動部材７ｂを下方に移動させ、ロッド５をガソリンＧに対して所定の移動距離ΔＬだけ移動させ、ロッド５に生じる浮力の変化を検出する。また、密度演算部６ａは、ロッド５の軸方向視の断面積Ａと、移動部材７ｂの移動距離ΔＬから、ロッド５がガソリンＧ内に進入した分の体積を求め、ロッド５に生じる浮力の変化と体積からガソリンＧの密度を算出する。
【００３１】
液位演算部６ｂは、歪み検知素子８の出力信号からガソリンＧの液位Ｌを算出する。例えば、歪み検知素子８の出力値とガソリンＧの液位Ｌとの対応表を用いて、歪み検知素子８によって検知された歪み量からガソリンＧの液位Ｌを求めることができる。また、本実施形態では、液体密度検出装置３によって求められたガソリンの密度によってガソリンＧの液位Ｌの値を補正して、外気温等の影響を考慮した液位を算出している。
【００３２】
次に、図１〜図４を参照して、本実施形態の燃料残量計１によって、燃料タンク２内のガソリンＧの液位Ｌを検出する際の作動について説明する。
【００３３】
本実施形態の燃料残量計１では、液体密度検出装置３によって、所定のタイミングでガソリンＧの密度を検出する。例えば、車両のイグニッションキーがオンになった際と、その後の１０秒間隔でガソリンＧの密度を検出する。
【００３４】
また、本実施形態の燃料残量計１では、所定の間隔で（例えば６０秒毎）に、燃料タンク２内のガソリンＧの液位Ｌを検出しており、液体密度検出装置３によって検出されたガソリンＧの密度の最新データによって液位データの補正を行っている。
【００３５】
ガソリンＧの密度を検出する際は、まず、ロッド５の上端部がセンサ本体３ａの下面に当接している状態で、ロッド５に作用する浮力をセンサ本体３ａ及び歪み検知素子８で検出する。次に、密度演算部６ａは、駆動装置７を作動させて移動部材７ｂを図１において下方に向けて距離ΔＬだけ移動させ、歪み検知素子８で検出される移動後の浮力を検出する。その後、駆動装置７によって、移動部材７ｂの位置を初期位置に戻す。
【００３６】
図４は、ロッド５がガソリンＧからの浮力によって上方に押されている状態を示している。なお、ロッド５がガソリンＧから受ける浮力は、ロッド５がガソリンＧに浸漬している体積が大きいほど大きくなる。すなわち、ガソリンＧの量が多いほどロッド５が浸漬する体積が大きくなると共に受ける浮力も大きくなる。また、ガソリンＧの体積が同じであれば、ガソリンＧの密度が大きいほど浮力が大きくなる。
【００３７】
センサ本体３ａがロッド５によって上方に押されることにより、変形部３ｂに変形が生じる。このときの変形は、図４に示すように変形部３ｂの内側（上側）の表面が引っ張られ、外側（下側）の表面が縮む変形となる。
【００３８】
ここで、密度演算部６ａは、ロッド５を距離ΔＬだけ移動させた後のロッド５にかかる浮力と移動前の浮力との差を算出し、ロッド５が距離ΔＬだけ移動した際に生じる浮力の差からガソリンＧの質量ΔＦを算出する。このΔＦは、ロッド５の移動した分の体積の変化（Ａ・ΔＬ）により生じており、この体積の変化分と質量からガソリンＧの密度ｄを算出する。具体的には、ガソリンＧの密度ｄは次の式により求められる「ｄ＝ΔＦ／（Ａ・ΔＬ）」。
【００３９】
次に、燃料残量計１では、液位検出装置４によって燃料タンク２内のガソリンＧの液位Ｌを検出する。燃料タンク２内のガソリンＧの量が少ないときは液位Ｌが低くなり、ロッド５に生じる浮力が小さいため、変形部３ｂに生じる変形も小さくなり、歪み検知素子８によって検知される歪みの量は小さくなる。逆に、ガソリンＧの量が多くなれば液位Ｌが高くなり、ロッド５に生じる浮力が大きいため、変形部３ｂに生じる変形も大きくなり、歪み検知素子８によって検知される歪みの量も大きくなる。
【００４０】
液位演算部６ｂは、上記歪み検知素子８の出力信号に加え、密度演算部６ａによって算出されたガソリンＧの密度のデータからガソリンＧの正確な液位Ｌを算出する。正確な液位Ｌの算出は、密度演算部６ａによって算出されたガソリンＧの密度と燃料タンク２の標準状態におけるガソリンＧの密度との比を求め、その比の値によって検出されたガソリンＧの液位Ｌのデータを修正することにより行う。
【００４１】
当該処理により、外気温度の変化等の外乱要因があり、ガソリンＧの密度が異なっている場合であっても、本実施形態の燃料残量計１によって検出される燃料タンク２内のガソリンＧの液位Ｌは常に正確な値となる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施形態について、図５を参照して説明する。第２の実施形態の液体密度検出機能を備えた燃料残量計１’は、第１の実施形態とは駆動装置７が設けられている位置が異なっている。
【００４３】
第２の実施形態の燃料残量計１’は、図５に示すように、センサ本体３ａが燃料タンク２の天板２ａに固定されており、センサ本体３ａの下面の中心位置に駆動装置７の固定部材７ａが固定されている。また、第２の実施形態においては、ロッド５が駆動装置７の移動部材７ｂを兼ねている。
【００４４】
この第２の実施形態においては、固定部材７ａの内部にループコイル（図６における記号Ｃ）を内蔵し、ロッド５の上端部近傍をマグネット（図６における記号Ｍ）とすることにより、いわゆるボイスコイルを形成する。その他の構成は、上記第１の実施形態と同様であるので、同様の構成には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
第２の実施形態の燃料残量計１’においてガソリンＧの密度を検出する際は、図５においてロッド５の上端部がセンサ本体３ａの下面に当接している状態から、駆動装置７を作動させてロッド５をΔＬだけ下方に移動させる。当該操作により、ロッド５に作用するガソリンＧからの浮力が変化する。
【００４６】
このロッド５に生じた浮力の変化は、駆動装置７の固定部材７ａを介して、センサ本体３ａの変形部３ｂに伝達される。変形部３ｂでは、この浮力の変化によって歪み量が変化し、歪み検知素子８の出力が変化する。その出力の変化を元にして、密度演算部６ａによってガソリンＧの密度が演算される。その後、駆動装置７によって、ロッド５の位置が初期位置に戻される。
【００４７】
次に、燃料残量計１’では、液位検出装置４によって燃料タンク２内のガソリンＧの液位Ｌを検出する。ロッド５は、初期位置ではその上端部がセンサ本体３ａの下面に当接しているので、ロッド５に生じるガソリンＧの浮力はセンサ本体３ａの下面に作用する。これにより、変形部３ｂに歪みが生じるので、その歪みを歪み検知素子８で検知して、液位演算部６ｂでガソリンＧの液位を演算する。
【００４８】
液位演算部６ｂでは、上記歪み検知素子８の出力信号に加え、密度演算部６ａによって算出されたガソリンＧの密度のデータからガソリンＧの正確な液位Ｌを算出する。このように、第２の実施形態の燃料残量計１’においても、ガソリンＧの密度の変化にかかわらず、正確な液位を検出することができる。
【００４９】
なお、上記各実施形態では、液体密度検出装置３の駆動装置７によって移動部材７ｂ（ロッド５）を下方に向けて移動させているが、これに限らず、予め移動部材７ｂを下方に位置させておいて、密度を検出する際に移動部材７ｂを上昇させるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記各実施形態では、ロッド５の形状を中実の棒状にしているが、これに限らず、液体燃料から浮力を受けるものであれば、中空形状とすることもでき、外形形状も適宜変更が可能である。また、上記各実施形態では移動体として自動二輪車の燃料タンクに入っているガソリンを例にして説明したが、四輪車や船舶、或いは汎用機等、液体燃料の燃料タンクを有する移動体に広く用いることができる。また、液体燃料はガソリンに限定するものではなく、さらに液体燃料以外の液体にも適用してもよい。
【００５１】
また、上記各実施形態においては、歪み検知素子８として、前後用歪み検知素子８ａ，８ｂ及び左右用歪み検知素子８ｃ，８ｄの２つの方向に、ロッド５が固定されている中央肉厚部３ｄを挟んでそれぞれ一対の歪み検知素子を配置しているが、これに限らず、いずれかの方向のみとしてもよい。また、歪み検知素子は、斜め方向に配置してもよく、少なくとも上下方向のいずれか一方に歪み検知素子を配置してもよい。また、中央肉厚部３ｄを挟まずに特定方向に少なくとも２箇所、歪み検知素子を設けてもよい。
【００５２】
また、歪み検知素子として、印刷型の歪みゲージを用いたが、これに限らず、汎用的な歪みゲージを接着して使用してもよい。また、歪み検知素子として、例えば電歪素子（圧電素子）や、歪みによって抵抗が変化する導電樹脂のような他の手段を用いてもよい。
【００５３】
また、センサ本体３ａの形状も、上記形状に限らず、ロッド５の位置の変化を検出できる形状であればどのような形状であってもよい。また、その材質もステンレススチールに限らず、他の金属や合成樹脂等を用いることが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１，１’…燃料残量計
２…燃料タンク
３…液体密度検出装置
３ａ…センサ本体
３ｂ…変形部（歪み検知部）
４…液位検出装置
５…ロッド
６…演算部
６ａ…密度演算部
６ｂ…液位演算部
７…駆動装置
７ａ…固定部材
７ｂ…移動部材
８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）…歪み検知素子
Ｇ…ガソリン
Ｌ…液位
【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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