(57)【要約】【課題】温度センサを用いなくても、液面の高さに加えて液体の温度の検出を可能とする液面検出装置を提供する。【解決手段】液面検出装置１００は、フロート１３０、移動磁性部１３１、第一梁１４０ａ、第二梁１４０ｂ、第一ひずみゲージ１５０ａ、および第二ひずみゲージ１５０ｂを備える。フロート１３０は、液面を追従して移動する。移動磁性部１３１は、フロート１３０と共に液面を追従して移動する。第一梁１４０ａは、移動磁性部１３１から磁力を受ける第一梁磁性部１４１ａを備える。第二梁１４０ｂは、移動磁性部１３１から磁力を受ける第二梁磁性部１４１ｂを備える。第一ひずみゲージ１５０ａは、第一梁１４０ａに生じるひずみを検出する。第二ひずみゲージ１５０ｂは、第二梁１４０ｂに生じるひずみを検出する。【選択図】図１
2019095307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器（１０）内に貯留された液体の液面の高さを検出する液面検出装置（１００、２００、３００、４００、５００）であって、
前記液面を追従して移動するフロート（１３０）と、
前記フロートと共に前記液面を追従して移動する移動磁性部（１３１）と、
前記移動磁性部から磁力を受ける第一梁磁性部（１４１ａ）を有する第一梁（１４０ａ）と、
前記移動磁性部から磁力を受ける第二梁磁性部（１４１ｂ、３４１ｂ）を有し、前記第一梁と異なる材料により形成された第二梁（１４０ｂ、２４０ｂ、３４０ｂ、４４０ｂ）と、
前記第一梁に生じるひずみを検出する第一ひずみセンサ（１５０ａ）と、
前記第二梁に生じるひずみを検出する第二ひずみセンサ（１５０ｂ、３５０ｂ）と、を備える液面検出装置。
【請求項２】
前記移動磁性部から前記第一梁磁性部までの距離は、前記移動磁性部から前記第二梁磁性部までの距離と一致し、
前記移動磁性部から前記第一梁磁性部に向かう方向に対する前記第一梁の延伸方向の角度は、前記第一梁磁性部から前記移動磁性部に向かう方向に対する前記第二梁の延伸方向の角度と一致している請求項１に記載の液面検出装置。
【請求項３】
前記移動磁性部の磁性により磁力を受ける第三梁磁性部（１４１ｃ）を有する第三梁（１４０ｃ）と、
前記移動磁性部の磁性により磁力を受ける第四梁磁性部（１４１ｄ）を有し、前記第三梁と異なる材料により形成された第四梁（１４０ｄ）と、
前記第三梁に生じるひずみを検出する第三ひずみセンサ（１５０ｃ）と、
前記第四梁に生じるひずみを検出する第四ひずみセンサ（１５０ｄ）と、をさらに備え、
前記移動磁性部を挟んで前記第一梁と前記第二梁とが並ぶ第一対向方向（Ａｘ）は、前記移動磁性部を挟んで前記第三梁と前記第四梁とが並ぶ第二対向方向（Ａｙ）と交差している請求項１に記載の液面検出装置。
【請求項４】
容器内に貯留された液体の液面の高さを検出する液面検出装置（１００、２００、３００、４００、５００）であって、
前記液面を追従して移動するフロート（１３０）と、
前記フロートと共に前記液面を追従して移動し磁性を有する移動磁性部（１３１）と、
前記移動磁性部から磁力を受ける第一梁磁性部（１４１ａ）を有する第一梁（１４０ａ）と、
前記移動磁性部から磁力を受ける第二梁磁性部（１４１ｂ、３４１ｂ）を有する第二梁と、
前記第一梁に生じるひずみを検出する第一ひずみセンサ（１５０ａ）と、
前記第二梁に生じるひずみを検出する第二ひずみセンサ（１５０ｂ、３５０ｂ）と、を備え、
前記第一梁磁性部に作用する磁力による前記第一梁を曲げ変形させる力の大きさと、前記第二梁磁性部に作用する磁力による前記第二梁を曲げ変形させる力の大きさとの比が、前記移動磁性部の移動に伴って変化する液面検出装置。
【請求項５】
前記移動磁性部から前記第一梁磁性部までの距離と、前記移動磁性部から前記第二梁磁性部までの距離との比が、前記移動磁性部の移動に伴って変化する請求項４に記載の液面検出装置。
【請求項６】
前記第一梁の延伸方向に対する前記第一梁磁性部から前記移動磁性部に向かう方向の角度と、前記第二梁の延伸方向に対する前記第二梁磁性部から前記移動磁性部に向かう方向の角度との比が、前記移動磁性部の移動に伴って変化する請求項４に記載の液面検出装置。
【請求項７】
前記第一梁の両端のうち第一梁支持端（１４２ａ）と、前記第二梁の両端のうち第二梁支持端（１４２ｂ）と、を支持する支持部（１１１）をさらに備え、
前記第一梁磁性部は、前記第一梁支持端よりも第一梁自由端（１４３ａ）に近い位置に設けられ、
前記第二梁磁性部は、前記第二梁支持端よりも第二梁自由端（１４３ｂ）に近い位置に設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の液面検出装置。
【請求項８】
前記第一ひずみセンサは、前記第一梁のうち前記第一梁磁性部よりも前記第一梁支持端に近い位置におけるひずみを検出し、
前記第二ひずみセンサは、前記第二梁のうち前記第二梁磁性部よりも前記第二梁支持端に近い位置におけるひずみを検出する請求項７に記載の液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、容器内に貯留された液体の液面の高さに加えて温度を検出する液面装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、超音波により容器内に貯留された液体の液面レベルを検出する液面検出装置が開示されている。特許文献１の液面検出装置は、液面センサに加えて温度センサを備えている。液面センサは、液面への超音波の発射、および液面で反射した超音波の受信を行う。超音波の発射から受信までの時間に基づいて液面の高さが検出される。温度センサは、液体の温度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３９２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、容器内に貯留された液体について、液面の高さの検出に加えて、液体の温度の検出を要する場合がある。特許文献１に記載の液面検出装置においては、液面センサは液面の高さのみ検出可能であり、液体の温度を検出できない。故に液面検出装置は、追加で設けた温度センサを用いて温度を検出している。
【０００５】
本開示は、温度センサを用いなくても、液面の高さに加えて液体の温度の検出を可能とする液面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】
【０００６】
上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、本開示の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
上記目的を達成するための本開示の一つの液面検出装置は、容器（１０）内に貯留された液体の液面の高さを検出する液面検出装置（１００、２００、３００、４００、５００）であって、液面を追従して移動するフロート（１３０）と、フロートと共に液面を追従して移動する移動磁性部（１３１）と、移動磁性部から磁力を受ける第一梁磁性部（１４１ａ）を有する第一梁（１４０ａ）と、移動磁性部から磁力を受ける第二梁磁性部（１４１ｂ、３４１ｂ）を有し、第一梁と異なる材料により形成された第二梁（１４０ｂ、２４０ｂ、３４０ｂ、４４０ｂ）と、第一梁に生じるひずみを検出する第一ひずみセンサ（１５０ａ）と、第二梁に生じるひずみを検出する第二ひずみセンサ（１５０ｂ、３５０ｂ）と、を備える。
【０００８】
本開示の他の一つの液面検出装置は、容器内に貯留された液体の液面の高さを検出する液面検出装置（１００、２００、３００、４００、５００）であって、液面を追従して移動するフロート（１３０）と、フロートと共に液面を追従して移動し磁性を有する移動磁性部（１３１）と、移動磁性部から磁力を受ける第一梁磁性部（１４１ａ）を有する第一梁（１４０ａ）と、移動磁性部から磁力を受ける第二梁磁性部（１４１ｂ、３４１ｂ）を有する第二梁と、第一梁に生じるひずみを検出する第一ひずみセンサ（１５０ａ）と、第二梁に生じるひずみを検出する第二ひずみセンサ（１５０ｂ、３５０ｂ）と、を備え、第一梁磁性部に作用する磁力による第一梁を曲げ変形させる力の大きさと、第二梁磁性部に作用する磁力による第二梁を曲げ変形させる力の大きさとの比が、移動磁性部の移動に伴って変化する。
【０００９】
以上の構成によれば、各梁に生じるひずみは、各梁磁性部に作用する磁力による各梁を曲げ変形させる力、および各梁のヤング率を用いた関係式で表される。磁力による曲げ変形させる力は、移動磁性部の上下方向に沿った位置、すなわち液面の高さを用いた関係式で表される。ヤング率は、各梁の温度、すなわち液体の温度を用いた関係式で表される。すなわち、各梁に生じるひずみは、それぞれ液面の高さ、および液体の温度を用いた関係式で表される。
【００１０】
ここで、各梁の材料により定まるヤング率が異なる場合、または各梁を曲げ変形させる力の比が移動磁性部の移動に伴って変化する場合、共通する値をとって変化する液面の高さおよび液体の温度に対して、各梁に生じるひずみの大きさの比が変化する。この結果、各梁についてひずみを検出することにより、液面の高さ、および液体の温度を共通の変数とする二つの異なる関係式が定まる。二つの異なる関係式は、それらの関係式を共に満たす液面の高さ、および液体の温度を一義的に算出可能とする。従って液面検出装置は、温度センサを用いなくても、液面の高さに加えて液体の温度の検出を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一実施形態の液面検出装置を用いる液面検出システムを示す図である。
【図２】各梁の配置を示す図である。
【図３】移動磁性部および各梁磁性部の位置関係を示す図である。
【図４】第二実施形態における移動磁性部および各梁磁性部の位置関係を示す図である。
【図５】第三実施形態における移動磁性部および各梁磁性部の位置関係を示す図である。
【図６】第四実施形態における移動磁性部および各梁磁性部の位置関係を示す図である。
【図７】第五実施形態における各梁の配置を示す図である。
【図８】第五実施形態における上方向から見た各梁の配置を示す図である。
【図９】変形例３における移動磁性部および各梁磁性部の位置関係を示す図である。
【図１０】変形例４における移動磁性部および各梁磁性部の位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において、対応する構成要素には同一番号の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりでなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても部分的に構成を組み合わせることも可能である。
【００１３】
＜第一実施形態＞
本開示の第一実施形態による液面検出装置１００は、図１に示すように液面検出システム１に用いられている。液面検出システム１は、容器１０内に貯留された液体の液面の高さを検出する。容器１０は、例えば液体として内燃機関の潤滑油を貯留するオイルパンである。容器１０は、内燃機関のシリンダブロックの底部に取り付けられている。容器１０に貯留された液体は、容器１０から内燃機関の各部に供給されたのち、容器１０に流れ落ちて再び貯留される。液面検出システム１は、容器１０内に貯留された液体の液面の高さに加えて、液体の温度を検出する。液面検出システム１は、検出した液体の液面の高さ、および液体の温度に基づいて、液体の貯留状態を示す貯留信号を出力する。出力された貯留信号は、例えば車室内に設けられた表示装置に送信される。表示装置は、貯留信号に基づいて潤滑油の不足を警告表示する。液面検出システム１は、液面検出装置１００に加えて制御装置３０を備えている。
【００１４】
液面検出装置１００は、容器１０内で用いられている。液面検出装置１００は、リード線２０を介して制御装置３０と電気的に接続されている。液面検出装置１００は、容器１０内における液面の高さおよび液体の温度に従って変化する第一ひずみ信号および第二ひずみ信号を、リード線２０を介して制御装置３０に出力する。液面検出装置１００は、図１および図２に示すように、筐体１１０、フロートガイド１２０、フロート１３０、移動磁性部１３１、第一梁１４０ａ、第二梁１４０ｂ、第一ひずみゲージ１５０ａ、および第二ひずみゲージ１５０ｂを備えている。
【００１５】
筐体１１０は、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの液体により変性しにくい樹脂材料により、略円筒状に形成されている。筐体１１０は、容器１０の底板から、上方向に延伸する姿勢で配置されている。筐体１１０は、ボデー１１１、カバー１１３、およびターミナル１１５を有している。
【００１６】
ボデー１１１は、略円板状に形成されている。ボデー１１１は、両面のうち一面を容器１０の底板に沿わせた姿勢で配置されている。ボデー１１１には、コネクタ１１２が形成されている。
【００１７】
コネクタ１１２は、ボデー１１１の一面の中央付近に形成されている略円筒状の突起である。コネクタ１１２は、容器１０に配置された状態において、ボデー１１１から重力方向に突出する配置である。従って以下の説明では、ボデー１１１の厚さ方向に沿った方向であって、コネクタ１１２の突出する一面側から他面側に向かう方向を上方向とし、他面側から一面側に向かう方向を下方向として説明する。コネクタ１１２の外径は、下方向に向かうに従って小さくなっている。コネクタ１１２の外周面には、ねじ溝が形成されている。コネクタ１１２の外周面は、テーパねじ状を呈している。コネクタ１１２は、容器１０の底板に形成された開口の内側に、底板を貫通する配置で固定されている。コネクタ１１２の下端の開口は、容器１０の外側に露出している。
【００１８】
カバー１１３は、一端を開口した有底円筒状に形成されている。カバー１１３は、開口を下方向に向けた姿勢で上下方向に沿って延伸している。カバー１１３の中心軸線は、ボデー１１１の中心軸線と実質的に一致している。カバー１１３は、ボデー１１１と結合されている。カバー１１３には、連通孔１１４が形成されている。
【００１９】
連通孔１１４は、カバー１１３の側壁のうち、上端および下端に形成された孔である。連通孔１１４は、カバー１１３の内側と外側とを連通している。連通孔１１４を通じた液体および空気の流通により、筐体１１０の内側における液面の高さは筐体１１０の外側における液面の高さと実質的に一致している。
【００２０】
ターミナル１１５は、導電性を有する金属材料により帯板状に形成されている。ターミナル１１５は、インサート成型などによりボデー１１１に保持されている。ターミナル１１５は、ボデー１１１の上面およびコネクタ１１２の開口から部分的に露出している。ターミナル１１５は、第一ひずみゲージ１５０ａおよび第二ひずみゲージ１５０ｂをリード線２０と電気的に接続している。
【００２１】
フロートガイド１２０は、アルミニウムや銅などの実質的に磁性を無視できる非磁性金属材料により、円柱状に形成されている。フロートガイド１２０は、上下方向に沿って延伸する姿勢で配置されている。フロートガイド１２０の中心軸線Ａｚは、ボデー１１１の中心軸線と実質的に一致している。フロートガイド１２０の下端は、圧入などによりボデー１１１に固定されている。
【００２２】
フロート１３０は、発泡させたフェノール樹脂などの液体よりも比重の小さい材料により、略円筒形状に形成されている。フロート１３０は、フロートガイド１２０に摺動可能に外嵌されている。フロート１３０は、液体の液面に浮かぶことにより、液面を追従して上下方向に移動可能である。フロート１３０の内周面には、周方向に沿って延伸する溝が全周にわたって形成されている。
【００２３】
移動磁性部１３１は、フェライト磁石などの永久磁石により円筒形状に形成されている。移動磁性部１３１は上下方向に延伸する姿勢である。移動磁性部１３１の上下方向の両端面には、それぞれ磁極が形成されている。例えば、移動磁性部１３１の上端面にはＳ極が形成されている。移動磁性部１３１は、フロート１３０の内周面に形成された溝に内嵌された状態でフロート１３０に保持されている。移動磁性部１３１の中心軸線は、中心軸線Ａｚと実質的に一致している。移動磁性部１３１は、フロートガイド１２０に摺動可能に外嵌されている。移動磁性部１３１は、フロート１３０と共に液面を追従して中心軸線Ａｚに沿って上下方向に移動する。例えば移動磁性部１３１は、上端面の高さと液面の高さとを一致させるように液面を追従して移動する。
【００２４】
第一梁１４０ａは、非磁性金属材料のうち、例えばアルミニウムにより断面矩形の角柱状に形成されている。第一梁１４０ａは、上下方向に沿って延伸している。第一梁１４０ａの上下方向に沿った長さ寸法は、例えば５０ｍｍである。第一梁１４０ａの下端１４２ａは、ボデー１１１により支持されている。具体的には、下端１４２ａは、ボデー１１１の上面のうち、中心から離間した位置に圧入などにより固定されている。第一梁１４０ａの上端１４３ａは、筐体１１０から離間している。第一梁１４０ａは、容器１０内への配置により液体に浸かった状態となっている。第一梁１４０ａは、断面の短手方向を径方向に沿わせ、長手方向を周方向に沿わせた姿勢で設けられている。第一梁１４０ａの径方向に沿った厚さ寸法ｘは、例えば３ｍｍである。第一梁１４０ａの周方向に沿った幅寸法ｙは、例えば５ｍｍである。径方向に関する第一梁１４０ａの断面係数Ｚは、Ｚ＝ｙｘ＾２／６で表される。径方向に関する第一梁１４０ａの断面二次モーメントＩは、Ｉ＝ｙｘ＾３／１２で表される。径方向内側を向く第一梁１４０ａの側面は、フロート１３０と離間している。径方向内側を向いた第一梁１４０ａの側面から中心軸線Ａｚまでの距離Ｄは、例えば２０ｍｍである。第一梁１４０ａは、第一梁磁性部１４１ａを有している。
【００２５】
第一梁磁性部１４１ａは、永久磁石により直方体状に形成されている。第一梁磁性部１４１ａは、各面を上下方向、径方向、および周方向にそれぞれ向ける姿勢で第一梁１４０ａに埋設されている。第一梁磁性部１４１ａの上下方向に沿った長さ寸法は、例えば４ｍｍである。第一梁磁性部１４１ａの上端は、例えば第一梁１４０ａの上端から３ｍｍ下に位置している。第一梁磁性部１４１ａは、第一梁１４０ａのうち、下端１４２ａよりも上端１４３ａに近い位置に設けられている。
【００２６】
第一梁磁性部１４１ａは、径方向内側を向いた第一梁１４０ａの側面から、径方向内側を向く一面を露出している。径方向内側を向いた第一梁磁性部１４１ａの面から中心軸線Ａｚまでの距離は、距離Ｄと実質的に一致している。第一梁磁性部１４１ａの径方向内側を向いた面には、移動磁性部１３１の上端に形成された磁極と異なる磁性の磁極（すなわちＮ極）が形成されている。第一梁磁性部１４１ａには、移動磁性部１３１から磁力が作用する。具体的には、径方向内側を向いた第一梁磁性部１４１ａの面に形成されたＮ極は、移動磁性部１３１の上端に形成されたＳ極から磁力として引力を受ける。すなわち、第一梁磁性部１４１ａは、径方向内側に向かう磁力を移動磁性部１３１から受ける。このような磁力により、第一梁１４０ａには、上下方向における一部を径方向外側に変位させる曲げ変形がひずみとして生じる。曲げ変形は、径方向外側を向く第一梁１４０ａの側面において上下方向に沿った延び、すなわち面に沿った長さ寸法の増加として表れる。
【００２７】
第二梁１４０ｂは、非磁性金属材料のうち、第一梁１４０ａの材料と異なる材料、例えば銅により断面矩形の角柱状に形成されている。第二梁１４０ｂと第一梁１４０ａとの材料の差により、第二梁１４０ｂのヤング率は、第一梁１４０ａのヤング率と異なっている。第二梁１４０ｂの断面形状は、第一梁１４０ａの断面形状と実質的に一致している。第二梁１４０ｂは、上下方向に沿って延伸している。第二梁１４０ｂの上下方向に沿った長さ寸法は、第一梁１４０ａの上下方向に沿った長さ寸法と実質的に一致している。第二梁１４０ｂの下端１４２ｂは、ボデー１１１により支持されている。具体的には、下端１４２ｂは、ボデー１１１の上面のうち、中心から離間した位置に圧入などにより固定されている。第二梁の上端１４３ｂは、筐体１１０から離間している。第二梁１４０ｂは、容器１０内への配置により液体に浸かった状態となっている。
【００２８】
第二梁１４０ｂは、移動磁性部１３１および中心軸線Ａｚを挟んで第一梁１４０ａと対向している。第二梁１４０ｂは、断面の短手方向を径方向に沿わせ、長手方向を周方向に沿わせた姿勢で設けられている。径方向に関する第二梁１４０ｂの断面係数は、径方向に関する第一梁１４０ａの断面係数Ｚと実質的に一致している。径方向に関する第二梁１４０ｂの断面二次モーメントは、径方向に関する第一梁１４０ａの断面二次モーメントＩと実質的に一致している。径方向内側を向く第二梁１４０ｂの側面は、フロート１３０と離間している。径方向内側を向いた第二梁１４０ｂの側面から中心軸線Ａｚまでの距離は、距離Ｄと実質的に一致している。第二梁１４０ｂは、中心軸線Ａｚを対称軸として第一梁１４０ａと実質的に線対称な関係となる配置である。第二梁１４０ｂは、第二梁磁性部１４１ｂを有している。
【００２９】
第二梁磁性部１４１ｂは、永久磁石により直方体状に形成されている。第二梁磁性部１４１ｂは、各面を上下方向、径方向、および周方向にそれぞれ向ける姿勢で第二梁１４０ｂに埋設されている。第二梁磁性部１４１ｂの上下方向に沿った長さ寸法は、第一梁磁性部１４１ａの上下方向に沿った長さ寸法と実質的に一致している。第二梁磁性部１４１ｂの中心の高さは、第一梁磁性部１４１ａの中心の高さと実質的に一致している。
【００３０】
第二梁磁性部１４１ｂは、径方向内側を向いた第二梁１４０ｂの側面から、径方向内側を向く一面を露出している。径方向内側を向いた第二梁磁性部１４１ｂの面から中心軸線Ａｚまでの距離は、距離Ｄと実質的に一致している。すなわち、第二梁磁性部１４１ｂから中心軸線Ａｚまでの距離は、第一梁磁性部１４１ａから中心軸線Ａｚまでの距離Ｄと実質的に一致している。第二梁磁性部１４１ｂは、中心軸線Ａｚを対称軸として第一梁磁性部１４１ａと実質的に線対称な関係となる配置である。第二梁磁性部１４１ｂの径方向内側を向いた面には、移動磁性部１３１の上端に形成された磁極と異なる磁性の磁極（すなわちＮ極）が形成されている。第二梁磁性部１４１ｂには、移動磁性部１３１から磁力が作用する。具体的には、第二梁磁性部１４１ｂは、磁力として移動磁性部１３１から引力を受ける。すなわち、第二梁磁性部１４１ｂは、径方向内側に向かう磁力を移動磁性部１３１から受ける。このような磁力により、第二梁１４０ｂには、上下方向における一部を径方向内側に変位させた曲げ変形がひずみとして生じる。曲げ変形は、径方向外側を向く側面において上下方向に沿った延び、すなわち面に沿った長さ寸法の増加として現れる。
【００３１】
第一ひずみゲージ１５０ａは、板状の樹脂ベースに、樹脂ベースの一面に沿って延伸する帯状の金属箔を設けた板状のひずみ検出素子である。金属箔の両端には、端子が設けられている。検出対象物の表面に貼り付けられた第一ひずみゲージ１５０ａにおいては、表面の貼り付けられた部分における長さ寸法の変化に従って、樹脂ベースおよび金属箔に長さ寸法の変化が生じる。金属箔の寸法変化に伴い、端子間の電気抵抗が変化する。具体的には、貼り付けられた部分において、長さ寸法にＬからＬ＋ΔＬへの変化が生じた場合、端子間の電気抵抗にＲからＲ＋ΔＲへの変化が生じる。Ｌ、およびＲは、それぞれ寸法変化が生じていない場合における長さ寸法および電気抵抗、すなわち基準となる長さ寸法および電気抵抗を示している。基準となる電気抵抗に対する電気抵抗の変化率ΔＲ／Ｒは、基準となる長さ寸法に対する長さ寸法の変化率ΔＬ／Ｌと比例関係にある。第一ひずみゲージ１５０ａの端子間の電気抵抗により、検出対象物の表面のうち第一ひずみゲージ１５０ａの貼り付けられた部分に長さ寸法の変化として表れるひずみが検出可能となる。
【００３２】
第一ひずみゲージ１５０ａは、径方向外側を向いた第一梁１４０ａの側面に貼り付けられている。第一ひずみゲージ１５０ａの中心は、例えば第一梁１４０ａの下端から５ｍｍ上方向に位置している。第一ひずみゲージ１５０ａの中心から第一梁磁性部１４１ａの中心までの上下方向に沿った距離ｌは、例えば４０ｍｍである。第一ひずみゲージ１５０ａは、第一梁磁性部１４１ａよりも第一梁１４０ａの下端に近い位置に設けられている。第一ひずみゲージ１５０ａは、側面の上下方向に沿った長さ寸法の変化率ΔＬ／Ｌをひずみεａとして検出する。第一ひずみゲージ１５０ａは、端子間の電気抵抗をひずみεａを示す第一ひずみ信号として出力する。第一ひずみ信号は、ターミナル１１５、およびリード線２０を介して制御装置３０に出力される。
【００３３】
第二ひずみゲージ１５０ｂは、第一ひずみゲージ１５０ａと同様に、板状の樹脂ベースに、樹脂ベースの一面に沿って延伸する帯状の金属箔を設けた板状のひずみ検出素子である。第二ひずみゲージ１５０ｂは、第一ひずみゲージ１５０ａと同様に、端子間の電気抵抗により、検出対象物の表面のうち貼り付けられた部分に長さ寸法の変化として表れるひずみを検出可能とする。第二ひずみゲージ１５０ｂは、径方向外側を向いた第二梁１４０ｂの側面に貼り付けられている。第二ひずみゲージ１５０ｂの中心は、例えば第二梁１４０ｂの下端から５ｍｍ上方向に位置している。第二ひずみゲージ１５０ｂの中心から第二梁磁性部１４１ｂの中心までの上下方向に沿った距離は、距離ｌと実質的に一致している。第二ひずみゲージ１５０ｂは、第二梁磁性部１４１ｂよりも第二梁１４０ｂの下端に近い位置に設けられている。第二ひずみゲージ１５０ｂは、側面の上下方向に沿った長さ寸法の変化率ΔＬ／Ｌをひずみεｂとして検出可能とする。第二ひずみゲージ１５０ｂは、端子間の電気抵抗をひずみεｂを示す第二ひずみ信号として出力する。第二ひずみ信号は、ターミナル１１５およびリード線２０を介して制御装置３０に出力される。
【００３４】
制御装置３０は、例えばブリッジ回路などを有する検出回路と、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有するコンピュータとを含んで構成されている電子制御装置である。制御装置３０は、図１に示すように、ひずみ検出部３１、算出部３２、および貯留判断部３３としての機能を有している。
【００３５】
ひずみ検出部３１は、各ひずみ信号により示される電気抵抗を基準となる電気抵抗Ｒと比較して、各ひずみ信号について電気抵抗の変化率ΔＲ／Ｒを算出する。ひずみ検出部３１は、算出した電気抵抗の変化率ΔＲ／Ｒと、長さ寸法の変化率ΔＬ／Ｌである各ひずみεａ、εｂとの比例関係に従って、各ひずみεａ、εｂを算出する。
【００３６】
算出部３２は、ひずみ検出部３１により検出された各梁のひずみεａ、εｂの大きさに基づいて、液面の高さと、液体の温度とを算出する。算出部３２は、図３に示す移動磁性部１３１の上端の位置を表す高さｈを算出することにより、液面の高さを求める。高さｈは、第一ひずみゲージ１５０ａおよび第二ひずみゲージ１５０ｂの中心から移動磁性部１３１の上端までの上下方向に沿った距離として定義されている。故に、高さｈに、容器１０（図１参照）の底板上面から第一ひずみゲージ１５０ａおよび第二ひずみゲージ１５０ｂの中心までの高さを加算することにより、液面の高さが求まる。算出部３２は、各梁１４０ａ、１４０ｂの温度ｔを求めることにより、液体の温度を算出する。液体に浸かった状態である各梁１４０ａ、１４０ｂの温度ｔは、液体の温度と実質的に一致している。
【００３７】
高さｈおよび温度ｔの算出に用いられる関係式であって、各ひずみεａ、εｂを、高さｈおよび温度ｔで表す関係式について説明する。ひずみεａは、第一梁１４０ａを曲げ変形させる力Ｆａｘ（ｈ）、および第一梁１４０ａのヤング率Ｅａ（ｔ）を用いた下記の式１で表される。
【数１】
2019095307.tif 000003
【００３８】
力Ｆａｘ（ｈ）は、第一梁１４０ａに作用する力のうち、径方向の成分を示す。力Ｆａｘ（ｈ）は、移動磁性部１３１から第一梁磁性部１４１ａに向かう方向の上下方向に対する角度θａ、および第一梁磁性部１４１ａに作用する磁力Ｆａ（ｈ）を用いてＦａｘ（ｈ）＝ｓｉｎθａ×Ｆａ（ｈ）で表される。故に力Ｆａｘ（ｈ）は、下記の式２で表される。
【数２】
2019095307.tif 000004
【００３９】
磁力Ｆａ（ｈ）は、移動磁性部１３１から第一梁磁性部１４１ａまでの距離の二乗、すなわち距離Ｄの二乗と（ｌ−ｈ）の二乗との和に従って変化する。具体的には、磁力Ｆａ（ｈ）は高さｈを変数とする下記の式３で近似して表される。Ｍｆ、およびＭａは、それぞれ移動磁性部１３１の上端面、および径方向内側を向いた第一梁磁性部１４１ａの面に形成されている磁極の磁気量を示す定数である。
【数３】
2019095307.tif 000005
【００４０】
ヤング率Ｅａ（ｔ）は、第一梁１４０ａを形成する非磁性金属材料を含む金属材料において、温度ｔを変数とする下記の式４で近似して表される。Ｅａ０は、第一梁１４０ａを形成する材料のｔ＝０［Ｋ］におけるヤング率である。Ｂａ、およびＴａは、ヤング率の近似のために第一梁１４０ａの材料に応じて定められた定数である。
【数４】
2019095307.tif 000006
【００４１】
以上の式１〜式４により、第一梁１４０ａのひずみεａは、高さｈおよび温度ｔを変数とする下記の式５で表される。
【数５】
2019095307.tif 000007
【００４２】
ひずみεｂは、ひずみεａと同様に、第二梁１４０ｂを曲げ変形させる力Ｆｂｘ（ｈ）、および第二梁１４０ｂのヤング率Ｅｂ（ｔ）を用いて表される。ここで、各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂは、中心軸線Ａｚを対称軸として線対称な配置である。この結果、各梁について共通する値をとって変化する高さｈに対して、移動磁性部１３１から第二梁磁性部１４１ｂまでの距離は、移動磁性部１３１から第一梁磁性部１４１ａまでの距離と一致した値をとって変化する。また、各梁１４０ａ、１４０ｂは、中心軸線Ａｚを対称軸として線対称な配置である。この結果、各梁について共通する値をとって変化する高さｈに対して、移動磁性部１３１から第二梁磁性部１４１ｂに向かう方向の上下方向に対する角度θｂは、角度θａと一致した値をとって変化する。距離、および角度の一致した変化により、力Ｆｂｘ（ｈ）は、力Ｆａｘ（ｈ）と同一の関係式で表される。
【００４３】
一方、ヤング率Ｅｂ（ｔ）は、各梁１４０ａ、１４０ｂを形成する材料の差により、各梁１４０ａ、１４０ｂについて共通した値をとって変化する温度ｔに対して、異なる値をとって変化する。具体的には、ヤング率Ｅｂ（ｈ）は、下記の式６で表される。Ｅｂ０は、第二梁１４０ｂを形成する材料のｔ＝０［Ｋ］におけるヤング率である。Ｂｂ、およびＴｂは、ヤング率の近似のために第二梁１４０ｂの材料に応じて定められた定数である。
【数６】
2019095307.tif 000008
【００４４】
式１〜式３、および式６により、ひずみεｂは、高さｈおよび温度ｔを変数とする下記の式７で表される。Ｍｂは、径方向内側を向いた第二梁磁性部１４１ｂの面に形成されている磁極の磁気量を示す定数である。
【数７】
2019095307.tif 000009
【００４５】
ここで、式４および式６により、各梁１４０ａ、１４０ｂのヤング率の比Ｅａ（ｈ）／Ｅｂ（ｈ）は、下記の式８で表される。
【数８】
2019095307.tif 000010
【００４６】
式８に示されるように、各梁１４０ａ、１４０ｂのヤング率の比は、温度ｔの変化に伴って変化する。ヤング率の比の変化により、各梁１４０ａ、１４０ｂについて共通する値をとって変化する高さｈおよび温度ｔに対して、各梁１４０ａ、１４０ｂに生じるひずみの大きさの比が変化する。具体的には、各梁１４０ａ、１４０ｂのひずみの大きさの比εａ／εｂは、式５および式７により下記の式９で表される。
【数９】
2019095307.tif 000011
【００４７】
式９に示されるひずみの比の変化は、各ひずみεａ、εｂの互いに異なった変化を表している。すなわち、式５および式７に示した各ひずみεａ、εｂの関係式は、高さｈおよび温度ｔを共通の変数とする二つの異なる関係式である。二つの異なる関係式により、図１に示した算出部３２は二つの関係式を共に満たす高さｈ、および温度ｔを一義的に算出可能となる。例えば、検出された各ひずみεａ、εｂを代入された式９では、温度ｔのみが変数となる。故に式９により、算出部３２は各ひずみεａ、εｂから温度ｔを一義的に算出可能となる。算出された温度ｔの式５または式７への代入により、算出部３２は高さｈを一義的に算出可能となる。
【００４８】
貯留判断部３３は、算出部３２により算出された高さｈ、および温度ｔに従って、貯留信号を出力する。貯留判断部３３は、高さ閾値および温度閾値を用いて出力する貯留信号を決定する。高さ閾値は、例えば３０ｍｍである。温度閾値は、例えば６０℃である。貯留判断部３３は、高さｈが高さ閾値以上の場合、容器１０内の貯留量が十分である旨を示す貯留信号を出力する。貯留判断部３３は、高さｈが高さ閾値未満かつ温度ｔが温度閾値以上の場合、内燃機関全体の液体の量が不足している旨を示す貯留信号を出力する。
【００４９】
貯留判断部３３は、高さｈが閾値未満かつ温度ｔが閾値未満の場合、低温により、内燃機関全体のうち、容器１０内の貯留量のみ一時的に低下している旨を示す貯留信号を出力する。すなわち貯留判断部３３は、低温における液体の粘度の上昇によって、内燃機関の各部から容器１０に流れ落ちにくくなり貯留量のみ低下した状態であると判断する。
【００５０】
［第一実施形態のまとめ］
以上、説明した第一実施形態によれば、各梁１４０ａ、１４０ｂに生じるひずみは、各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂに作用する磁力による各梁１４０ａ、１４０ｂを曲げ変形させる力、および各梁１４０ａ、１４０ｂのヤング率を用いた関係式で表される。曲げ変形させる力は、移動磁性部１３１の上下方向に沿った位置を示す高さｈ、すなわち液面の高さを用いた関係式で表される。ヤング率は、各梁の温度ｔ、すなわち液体の温度を用いた関係式で表される。すなわち、各梁１４０ａ、１４０ｂに生じるひずみは、それぞれ高さｈ、および温度ｔを用いた関係式で表される。
【００５１】
ここで、第一実施形態では、各梁１４０ａ、１４０ｂを形成する材料が異なることにより、各梁１４０ａ、１４０ｂについて共通の値をとって変化する温度ｔに対して、各梁１４０ａ、１４０ｂのヤング率の比が変化する。この結果、各梁１４０ａ、１４０ｂについて共通の値をとって変化する高さｈおよび温度ｔに対して、各梁１４０ａ、１４０ｂに生じるひずみの比が変化する。故に、各ひずみゲージ１５０ａ、１５０ｂでの各梁１４０ａ、１４０ｂのひずみの検出により、高さｈ、および温度ｔを共通の変数とする二つの異なる関係式が定まる。二つの異なる関係式は、それらの関係式を共に満たす高さｈ、および液体の温度ｔを一義的に算出可能とする。従って液面検出装置１００は、温度センサを用いなくても、液面の高さに加えて液体の温度の検出を可能とする。
【００５２】
加えて第一実施形態では、移動磁性部１３１から各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂまでの距離が一致している。また、移動磁性部１３１から各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂに向かう方向に対する各梁１４０ａ、１４０ｂの延伸方向の角度が一致している。この結果、各梁について共通する値をとって変化する高さｈに対して、各梁１４０ａ、１４０ｂに曲げ変形を生じる力の大きさが同じ値をとって変化する。この結果、式９に示したように、各梁１４０ａ、１４０ｂに生じるひずみの比から、温度ｔのみを変数とする関係式が定まる。従って液面検出装置１００は、液体の温度の算出を容易とする。
【００５３】
また第一実施形態では、各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂが下端１４２ａ、１４２ｂよりも上端１４３ａ、１４３ｂに近い位置に設けられている。ここで、各梁１４０ａ、１４０ｂの下端１４２ａ、１４２ｂは、ボデー１１１により支持されている。故に、同じ大きさの磁力による各梁１４０ａ、１４０ｂのひずみは、磁力の加わる位置、すなわち各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂの位置の、下端１４２ａ、１４２ｂからの距離に従って大きくなる。従って液面検出装置１００は、各ひずみゲージ１５０ａ、１５０ｂにおけるひずみの検出を容易とする。
【００５４】
第一実施形態では、各ひずみゲージ１５０ａ、１５０ｂが各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂよりも下端１４２ａ、１４２ｂに近い位置に設けられている。ここで、各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂに加わる磁力による曲げモーメントは、各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂから遠い位置ほど大きくなる。この結果、各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂに加わる磁力に伴う各梁１４０ａ、１４０ｂのひずみは、各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂから遠い位置ほど大きくなる。従って、液面検出装置１００は、各ひずみゲージ１５０ａ、１５０ｂにおけるひずみの検出を容易とする。
【００５５】
第一実施形態では、貯留判断部３３は、算出部３２により算出された高さｈおよび温度ｔを用いて、容器１０内における一時的な貯留量の低下を判断可能である。従って、液面検出装置１００を用いる液面検出システム１は、温度センサを用いなくても、低温による容器１０内における一時的な貯留量の低下を、内燃機関全体の液体の不足として誤検出しにくくなる。
【００５６】
第一実施形態においては、第一ひずみゲージ１５０ａが「第一ひずみセンサ」に相当し、第二ひずみゲージ１５０ｂが「第二ひずみセンサ」に相当している。ボデー１１１が「支持部」に相当している。下端１４２ａが「第一梁支持端」に、下端１４２ｂが「第二梁支持端」に相当している。上端１４３ａが「第一梁自由端」に、上端１４３ｂが「第二梁自由端」に相当している。
【００５７】
＜第二実施形態＞
図４に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態における液面検出装置２００では、第二梁２４０ｂの構成が第一実施形態における構成と異なっている。また、第二実施形態において算出部３２（図１参照）で用いられるひずみεｂを高さｈおよび温度ｔで表す関係式は、第一実施形態において用いられた関係式と異なっている。
【００５８】
第二梁２４０ｂは、非磁性金属材料のうち、第一梁１４０ａと同一の材料により断面矩形の角柱状に形成されている。例えば第一梁１４０ａがアルミニウムにより形成されている場合、第二梁２４０ｂはアルミニウムにより形成されている。第二梁２４０ｂのヤング率は、第一梁１４０ａのヤング率と実質的に一致している。径方向内側を向いた第二梁２４０ｂの側面から中心軸線Ａｚまでの距離Ｄｂは、距離Ｄと異なっている。距離Ｄｂは、例えば３０ｍｍである。この結果、径方向内側を向いた第二梁磁性部１４１ｂの面から中心軸線Ａｚまでの距離は、距離Ｄと異なる距離Ｄｂとなっている。
【００５９】
第二実施形態におけるひずみεｂを表す関係式について説明する。第一梁１４０ａと第二梁２４０ｂとを形成する材料の一致により、第二梁２４０ｂのヤング率Ｅｂ（ｔ）は、共通の温度ｔに対して第一梁１４０ａのヤング率Ｅａ（ｔ）と同一の値をとって変化する。
【００６０】
一方、距離Ｄと距離Ｄｂとの差により、各梁１４０ａ、２４０ｂについて共通の値をとって変化する高さｈに対して、第二梁２４０ｂを曲げ変形させる力Ｆｂｘ（ｈ）は、力Ｆａｘ（ｈ）と異なった値をとって変化する。具体的には、力Ｆｂｘ（ｈ）は、高さｈを変数とする下記の式１０で表される。
【数１０】
2019095307.tif 000012
【００６１】
式１、式４、および式１０により、第二梁２４０ｂのひずみεｂは、高さｈおよび温度ｔを変数とする下記の式１１で表される。
【数１１】
2019095307.tif 000013
【００６２】
ここで、式２、式３、および式１０により、各梁１４０ａ、２４０ｂを曲げ変形させる力の比Ｆａｘ（ｈ）／Ｆｂｘ（ｈ）は、高さｈを変数とする下記の式１２で表される。
【数１２】
2019095307.tif 000014
【００６３】
式１２に示されるように、各梁１４０ａ、２４０ｂを曲げ変形させる力の比は、高さｈの変化、すなわち移動磁性部１３１の移動に伴って変化する。曲げ変形させる力の比の変化により、各梁１４０ａ、２４０ｂについて共通する値をとって変化する高さｈおよび温度ｔに対して、各梁１４０ａ、２４０ｂに生じるひずみの大きさの比が変化する。具体的には、各梁１４０ａ、２４０ｂのひずみの大きさの比εａ／εｂは、式５および式１１により下記の式１３で表される。
【数１３】
2019095307.tif 000015
【００６４】
式１３に示されるひずみの比の変化は、各ひずみεａ、εｂの互いに異なった変化を表している。すなわち、式５および式１１に示した各ひずみεａ、εｂの関係式は、高さｈおよび温度ｔを共通の変数とする二つの異なる関係式である。二つの異なる関係式により、図１に示した算出部３２は、第一実施形態と同様に二つの関係式を共に満たす高さｈ、および温度ｔを一義的に算出可能となる。例えば、検出された各ひずみεａ、εｂを代入した式１３では、高さｈのみが変数となる。故に式１３により、算出部３２は各ひずみεａ、εｂから高さｈを一義的に算出可能となる。算出された高さｈの式５または式１１への代入により、算出部３２は温度ｔを一義的に算出可能となる。
【００６５】
［第二実施形態のまとめ］
以上、説明した第二実施形態によれば、各梁１４０ａ、２４０ｂに生じるひずみは、第一実施形態と同様にそれぞれ高さｈ、および温度ｔを用いた関係式で表される。ここで、第二実施形態では、距離Ｄと距離Ｄｂとの差により、移動磁性部１３１から各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂまでの距離の比が、移動磁性部１３１の移動に伴って変化する。距離の比の変化に伴い、各梁１４０ａ、２４０ｂを曲げ変形させる力の比が変化する。この結果、各梁について共通する値をとって変化する高さｈおよび温度ｔに対して、各梁１４０ａ、１４０ｂに生じるひずみの比が変化する。故に、各ひずみゲージ１５０ａ、１５０ｂでの各梁１４０ａ、２４０ｂのひずみの検出により、高さｈ、および温度ｔを共通の変数とする二つの異なる関係式が定まる。二つの異なる関係式は、それらの関係式を共に満たす高さｈ、および温度ｔを一義的に算出可能とする。従って液面検出装置２００は、温度センサを用いなくても、液面の高さに加えて液体の温度の検出を可能とする。
【００６６】
＜第三実施形態＞
図５に示す第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態における液面検出装置３００では、第二梁３４０ｂ、第二梁磁性部３４１ｂ、および第二ひずみゲージ３５０ｂの構成が第一実施形態における構成と異なっている。また、第三実施形態において算出部３２（図１参照）で用いられるひずみεｂを高さｈおよび温度で表す関係式は、第一実施形態において用いられた関係式と異なっている。
【００６７】
第二梁３４０ｂは、非磁性金属材料のうち、第一梁１４０ａと同一の材料により断面矩形の角柱状に形成されている。第二梁３４０ｂは、径方向に沿って延伸する姿勢である。すなわち、第二梁２４０ｂは、容器１０（図１参照）内において水平方向に沿って延伸する配置である。第二梁３４０ｂの径方向に沿った長さ寸法は、例えば３０ｍｍである。第二梁３４０ｂの径方向外側の一端は、カバー１１３の内周面に圧入などにより固定されている。第二梁３４０ｂの下方向を向いた側面の高さは、第一梁磁性部１４１ａの中心の高さと実質的に一致している。第二梁３４０ｂは、断面の短手方向を上下方向に沿わせ、長手方向を周方向に沿わせた姿勢で設けられている。上下方向に関する第二梁２４０ｂの断面係数は、径方向に関する第一梁１４０ａの断面係数と実質的に一致している。上下方向に関する第二梁３４０ｂの断面二次モーメントは、径方向に関する第一梁１４０ａの断面二次モーメントと実質的に一致している。
【００６８】
第二梁磁性部３４１ｂは、永久磁石により直方体状に形成されている。第二梁磁性部３４１ｂは、各面を上下方向、径方向、および周方向に向ける姿勢で第二梁３４０ｂに埋設されている。第二梁磁性部３４１ｂは、下方向を向いた面を第二梁３４０ｂの下方向を向いた側面から露出している。第二梁磁性部の中心から中心軸線Ａｚまでの距離Ｄｂは、例えば２０ｍｍである。第二梁磁性部１４１ｂの下方向を向いた面には、移動磁性部１３１の上端に形成された磁極と異なる磁性の磁極（すなわちＮ極）が形成されている。第二梁磁性部３４１ｂは、移動磁性部１３１から磁力を受ける。具体的には、第二梁磁性部１４１ｂは、磁力として移動磁性部１３１から下方向に向かう引力を受ける。このような磁力により、第二梁３４０ｂには、径方向における一部を下方向に変位させた曲げ変形がひずみとして生じる。曲げ変形は、上方向を向く側面において径方向に沿った延び、すなわち面に沿った長さ寸法の増加として表れる。
【００６９】
第二ひずみゲージ３５０ｂは、上方向を向いた第二梁３４０ｂの側面に貼り付けられている。第二ひずみゲージ３５０ｂの中心から第二梁磁性部３４１ｂの中心までの径方向に沿った距離ｌｂは、例えば２０ｍｍである。第二ひずみゲージ３５０ｂは、上方向を向いた側面の径方向に沿った長さ寸法の変化率ΔＬ／Ｌをひずみεｂとして検出する。
【００７０】
第三実施形態の算出部３２において用いられるひずみεｂを表す関係式について説明する。第二実施形態と同様に、材料の一致により、第二梁２４０ｂのヤング率Ｅｂ（ｔ）は、共通の温度ｔに対して第一梁１４０ａのヤング率Ｅａ（ｔ）と同一の値をとって変化する。
【００７１】
一方、角度θａと角度θｂとの差により、各梁１４０ａ、３４０ｂについて共通の値をとって変化するｈに対して、第二梁３４０ｂを曲げ変形させる力Ｆｂｘ（ｈ）は、力Ｆａｘ（ｈ）と異なった値をとって変化する。具体的には、力Ｆｂｘ（ｈ）は、高さｈを変数とする下記の式１４で表される。
【数１４】
2019095307.tif 000016
【００７２】
式１、式４、および式１４により、第二梁３４０ｂのひずみεｂは、高さｈおよび温度ｔを変数とする下記の式１５で表される。
【数１５】
2019095307.tif 000017
【００７３】
ここで、式２、式３、および式１４により、各梁１４０ａ、３４０ｂを曲げ変形させる力の比Ｆａｘ（ｈ）／Ｆｂｘ（ｈ）は、高さｈを変数とする下記の式１６で表される。
【数１６】
2019095307.tif 000018
【００７４】
式１６に示されるように、各梁１４０ａ、３４０ｂを曲げ変形させる力の比は、高さｈの変化、すなわち移動磁性部１３１の移動に伴って変化する。曲げ変形させる力の比の変化により、第二実施形態と同様に、式５および式１５に示した各ひずみεａ、εｂの関係式は、高さｈおよび温度ｔを共通の変数とする二つの異なる関係式となる。
【００７５】
［第三実施形態のまとめ］
以上、説明した第三実施形態によれば、各梁１４０ａ、３４０ｂに生じるひずみは、第一実施形態と同様にそれぞれ高さｈ、および温度ｔを用いた関係式で表される。ここで、第三実施形態では、各梁１４０ａ、３４０ｂの延伸方向の差により、角度θａと角度θｂとの比が、移動磁性部１３１の移動に伴って変化する。この結果、各梁について共通する値をとって変化する高さｈおよび温度ｔに対して、各梁１４０ａ、３４０ｂに生じるひずみの比が変化する。故に、各ひずみゲージ１５０ａ、１５０ｂでの各梁１４０ａ、３４０ｂのひずみの検出により、高さｈ、および温度ｔを変数とする二つの異なる関係式が定まる。二つの異なる関係式は、それらの関係式を共に満たす高さｈ、および温度ｔを一義的に算出可能とする。従って液面検出装置３００は、温度センサを用いなくても、液面の高さに加えて液体の温度の検出を可能とする。
【００７６】
＜第四実施形態＞
図６に示す第四実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第四実施形態における液面検出装置４００では、第二梁４４０ｂの構成が第一実施形態における構成と異なっている。また、第四実施形態において算出部３２（図１参照）で用いられるひずみεｂを高さｈおよび温度ｔで表す関係式は、第一実施形態において用いられた関係式と異なっている。
【００７７】
第二梁４４０ｂは、非磁性金属材料のうち、第一梁１４０ａと同一の材料により断面矩形の角柱状に形成されている。第二梁４４０ｂは、上下方向に沿って延伸する姿勢である。第二梁３４０ｂの上下方向に沿った長さ寸法は、第一梁１４０ａの上下方向に沿った長さ寸法よりも例えば２０ｍｍ長い。この結果、第二梁磁性部１４１ｂの高さは、第一梁磁性部１４１ａの高さと異なっている。第二梁磁性部１４１ｂの中心から第二ひずみゲージ１５０ｂの中心までの距離ｌｂは、第一梁磁性部１４１ａの中心から第一ひずみゲージ１５０ａまでの距離ｌより長い６０ｍｍとなっている。
【００７８】
第四実施形態におけるひずみεｂを表す関係式について説明する。第二実施形態と同様に、材料の一致により、第二梁３４０ｂのヤング率Ｅｂ（ｔ）は第一梁１４０ａのヤング率Ｅａ（ｔ）と同一の値をとって変化する。
【００７９】
一方、各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂの高さの差により、各梁１４０ａ、４４０ｂについて共通する値をとって変化する高さｈに対して、力Ｆｂｘ（ｈ）は力Ｆａｘと異なった値をとって変化する。具体的には、力Ｆｂｘ（ｈ）は、高さｈを変数とする下記の式１７で表される。
【数１７】
2019095307.tif 000019
【００８０】
式１、式４、および式１７により、ひずみεｂは、高さｈおよび温度ｔを変数とする下記の式１８で表される。
【数１８】
2019095307.tif 000020
【００８１】
ここで、式２、式３および式１７により、各梁１４０ａ、４４０ｂを曲げ変形させる力の比Ｆａｘ（ｈ）／Ｆｂｘ（ｈ）は、高さｈを変数とする下記の式１９で表される。
【数１９】
2019095307.tif 000021
【００８２】
式１９に示されるように、各梁１４０ａ、４４０ｂを曲げ変形させる力の比は、高さｈの変化に伴って変化する。曲げ変形させる力の比の変化により、第二実施形態と同様に、式５および式１８に示した各ひずみεａ、εｂの関係式は、高さｈおよび温度ｔを共通の変数とする二つの異なる関係式となる。
【００８３】
［第四実施形態のまとめ］
以上、説明した第四実施形態によれば、各梁１４０ａ、４４０ｂに生じるひずみは、第一実施形態と同様にそれぞれ高さｈ、および温度ｔを用いた関係式で表される。ここで、第四実施形態では、距離ｌと距離ｌｂとの差により、各梁について共通する値をとって変化する高さｈおよび温度ｔに対して、各梁１４０ａ、４４０ｂに生じるひずみの比が変化する。故に、各ひずみゲージ１５０ａ、１５０ｂでの各梁１４０ａ、３４０ｂのひずみの検出により、高さｈ、および温度ｔを変数とする二つの異なる関係式が定まる。二つの異なる関係式は、それらの関係式を共に満たす高さｈ、および温度ｔを一義的に算出可能とする。従って液面検出装置４００は、温度センサを用いなくても、液面の高さに加えて液体の温度の検出を可能とする。
【００８４】
＜第五実施形態＞
図７、および図８に示す第五実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第五実施形態における液面検出装置５００は、第三梁１４０ｃ、第四梁１４０ｄ、第三ひずみゲージ１５０ｃ、および第四ひずみゲージ１５０ｄをさらに備えている。
【００８５】
第三梁１４０ｃは、非磁性金属材料のうち、例えばアルミニウムにより断面矩形の角柱状に形成されている。第三梁１４０ｃの断面形状は、第一梁１４０ａの断面形状と実質的に一致している。第三梁１４０ｃは、上下方向に沿って延伸している。第三梁１４０ｃの上下方向に沿った長さ寸法は、第一梁１４０ａの上下方向に沿った長さ寸法と実質的に一致している。第三梁１４０ｃの下端は、ボデー１１１の上面のうち、中心から離間した位置に圧入などにより固定されている。第三梁１４０ｃは、第三梁磁性部１４１ｃを有している。
【００８６】
第三梁磁性部１４１ｃは、永久磁石により直方体状に形成されている。第三梁磁性部１４１ｃは、各面を上下方向、径方向、および周方向にそれぞれ向ける姿勢で第三梁１４０ｃに埋設されている。第三梁磁性部１４１ｃの径方向内側を向いた面には、移動磁性部１３１の上端に形成された磁極と異なる磁性の磁極（すなわちＮ極）が形成されている。第三梁磁性部１４１ｃには、移動磁性部１３１から磁力が作用する。移動磁性部１３１からの磁力により、第三梁１４０ｃには、上下方向における一部を径方向外側に変位させる曲げ変形がひずみとして生じる。曲げ変形は、径方向内側を向く第三梁１４０ｃの側面において上下方向に沿った延び、すなわち面に沿った長さ寸法の増加として表れる。
【００８７】
第四梁１４０ｄは、非磁性金属材料のうち、第三梁１４０ｃと異なる材料、例えば銅により断面矩形の角柱状に形成されている。第四梁１４０ｄと第三梁１４０ｃとの材料の差により、第四梁１４０ｄのヤング率は第三梁１４０ｃのヤング率と異なっている。第四梁１４０ｄの断面形状は、第一梁１４０ａと実質的に一致している。第四梁１４０ｄは、上下方向に沿って延伸している。第四梁１４０ｄの上下方向に沿った長さ寸法は、第一梁１４０ａの上下方向に沿った長さ寸法と実質的に一致している。第四梁１４０ｄの下端は、ボデー１１１の上面のうち、中心から離間した位置に圧入などにより固定されている。第四梁１４０ｄは、移動磁性部１３１を挟んで第三梁１４０ｃと対向している。
【００８８】
第一対向方向Ａｘは、第二対向方向Ａｙと交差している。第一対向方向Ａｘは、ボデー１１１の上面に沿った方向であって、第一梁１４０ａと第二梁１４０ｂが移動磁性部１３１を挟んで並ぶ方向である。第二対向方向Ａｙは、ボデー１１１の上面に沿った方向であって、第三梁１４０ｃと第四梁１４０ｄとが移動磁性部１３１を挟んで並ぶ方向である。具体的には、第一対向方向Ａｘは、第二対向方向Ａｙと実質的に垂直である。すなわち、各梁１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄは、移動磁性部１３１およびフロートガイド１２０のまわりにおいて径方向に実質的に等間隔に配置されている。第四梁１４０ｄは、第四梁磁性部１４１ｄを有している。
【００８９】
第四梁磁性部１４１ｄは、永久磁石により直方体状に形成されている。第四梁磁性部１４１ｄは、各面を上下方向、径方向、および周方向にそれぞれ向ける姿勢で第四梁１４０ｄに埋設されている。第四梁磁性部１４１ｄの径方向内側を向いた面には、移動磁性部１３１の上端に形成された磁極と異なる磁性の磁極（すなわちＮ極）が形成されている。第四梁磁性部１４１ｄには、移動磁性部１３１から磁力が作用する。移動磁性部１３１からの磁力により、第四梁１４０ｄには、上下方向における一部を径方向外側に変位させる曲げ変形がひずみとして生じる。曲げ変形は、径方向内側を向く第四梁１４０ｄの側面において上下方向に沿った延び、すなわち面に沿った長さ寸法の増加として表れる。
【００９０】
第三ひずみゲージ１５０ｃは、第一ひずみゲージ１５０ａと同様に、端子間の電気抵抗により、検出対象物の表面に長さ寸法の変化として表れるひずみを検出可能とするひずみ検出素子である。第三ひずみゲージ１５０ｃは、径方向外側を向いた第三梁１４０ｃの側面に貼り付けられている。第三ひずみゲージ１５０ｃは、側面の上下方向に沿った長さ寸法の変化率ΔＬ／Ｌをひずみεｃとして検出する。
【００９１】
第四ひずみゲージ１５０ｄは、第一ひずみゲージ１５０ａと同様に、端子間の電気抵抗により、検出対象物の表面に長さ寸法の変化として表れるひずみを検出可能とするひずみ検出素子である。第四ひずみゲージ１５０ｄは、径方向外側を向いた第四梁１４０ｄの側面に貼り付けられている。第四ひずみゲージ１５０ｄは、側面の上下方向に沿った長さ寸法の変化率ΔＬ／Ｌをひずみεｄとして検出する。
【００９２】
［第五実施形態のまとめ］
以上、説明した第五実施形態によれば、第三梁１４０ｃと第四梁１４０ｄの材料の差により、第三梁１４０ｃと第四梁１４０ｄについて共通の値をとって変化する高さｈおよび温度ｔに対して、ひずみεｃおよびひずみεｂの比が変化する。故に、第三ひずみゲージ１５０ｃおよび第四ひずみゲージ１５０ｄでのひずみの検出によっても、高さｈおよび温度ｔを共通の変数とする二つの異なるとなる関係式が定まる。
【００９３】
ここで、第一梁１４０ａおよび第二梁１４０ｂを曲げ変形させる力の方向は、第一対向方向Ａｘに沿った方向となる。第三梁１４０ｃおよび第四梁１４０ｄを曲げ変形させる力の方向は、第二対向方向Ａｙに沿った方向となる。故に、第三梁１４０ｃおよび第四梁１４０ｄを曲げ変形させる力の方向は、第一梁１４０ａおよび第二梁１４０ｂを曲げ変形させる力の方向と交差した方向となる。この結果、液面検出装置５００の外部から加わる振動などによりひずみεａ、εｂに一時的な変動が生じる場合においても、ひずみεｃ、εｄに変動が生じにくい。従って液面検出装置５００は、より正確に液面の高さおよび液体の温度を検知可能とする。第五実施形態においては、第三ひずみゲージ１５０ｃが「第三ひずみセンサ」に相当し、第四ひずみゲージ１５０ｄが「第四ひずみセンサ」に相当している。
【００９４】
＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。なお、以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
【００９５】
＜変形例１＞
上述の実施形態に関する変形例１における算出部３２は、各ひずみεａ、εｂを高さｈおよび温度で表す関係式に従って定められたテーブルに基づいて、各ひずみεａ、εｂから高さｈおよび温度ｔを算出する。変形例１においても、液面検出装置１００を用いる液面検出システム１は、温度センサを用いなくても高さｈに加えて温度ｔを検出可能である。
【００９６】
＜変形例２＞
上述の実施形態に関する変形例２における各梁１４０ａ、１４０ｂは、液体により変性を生じにくい樹脂材料から選ばれた樹脂材料により形成されている。変形例２においても、樹脂材料におけるヤング率を近似して表す温度ｔの関係式を定めることにより、高さｈ、および温度ｔを変数とする二つの異なる関係式が定まる。
【００９７】
＜変形例３、４＞
上述の実施形態に関する変形例３における各梁１４０ａ、１４０ｂは、図９に示すように上下方向および径方向に対して傾斜した姿勢で設けられている。上述の実施形態に関する変形例４における第二梁１４０ｂは、図１０に示すようにＬ字状に屈曲した柱形状に形成されている。変形例３および変形例４においても、各梁１４０ａ、１４０ｂに生じるひずみの検出により、高さｈ、および温度ｔを共通の変数とする二つの異なる関係式が定まる。
【００９８】
＜変形例５＞
上述の実施形態に関する変形例５における各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂは、径方向内側を向いた面に、移動磁性部１３１の上端面に形成された磁極と同一の極性の磁極（すなわちＳ極）を形成されている。各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂは、移動磁性部１３１から、磁力として径方向外側に向かう斥力を受ける。変形例５においても、各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂに作用する磁力によって、各梁１４０ａ、１４０ｂに曲げ変形がひずみとして生じる。
【００９９】
＜変形例６＞
上述の実施形態に関する変形例６における移動磁性部１３１は、外周面に磁極を形成されている。変形例６においても、各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂに作用する磁力によって、各梁１４０ａ、１４０ｂに曲げ変形がひずみとして生じる。
【０１００】
＜変形例７＞
上述の実施形態に関する変形例７におけるカバー１１３は、ケイ素鋼などの透磁率の高い金属材料により形成されている。カバー１１３は、液面検出装置１００の外部からの磁気を遮蔽する。従って変形例７の液面検出装置１００は、外部からの磁気による検出誤差を抑制可能である。
【０１０１】
＜変形例８＞
上述の実施形態に関する変形例８における各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂは、フェライトなどの強磁性材料により形成されている。変形例８においても、各梁１４０ａ、１４０ｂには、移動磁性部１３１によって各梁磁性部１４１ａ、１４１ｂの受ける磁力により曲げ変形がひずみとして生じる。
【０１０２】
＜変形例９＞
上述の実施形態に関する変形例９における液面検出装置１００は、容器１０の側壁から水平方向に沿って突出するブラケットに設置されている。変形例９においても、液面検出装置１００は、移動磁性部１３１の移動可能な範囲における高さｈに加えて、温度ｔの検出を可能とする。
【０１０３】
＜変形例１０＞
上述の実施形態に関する変形例１０におけるひずみゲージ１５０ａは、径方向内側を向いた第一梁１４０ａの側面に貼り付けられている。第一梁磁性部１４１ａに作用する磁力による曲げ変形は、径方向内側を向く第一梁１４０ａの側面において上下方向に沿った縮み、すなわち面に沿った長さ寸法の減少として現れる。従って、変形例１０においても、ひずみゲージ１５０ａは第一梁１４０ａのひずみを検出可能である。
【０１０４】
＜変形例１１＞
液面検出装置１００の用いられる容器１０は、燃料タンク、冷却水タンク、あるいはウォッシャ液タンクなどであってもよい。すなわち、液面検出装置１００により液面および温度を検出される液体は、燃料、冷却水、あるいはウォッシャ液などであってもよい。また、液面検出装置１００は、液面および温度の一方のみの検出に用いられてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１０：容器、  １００，２００，３００，４００，５００：液面検出装置、  １１１：ボデー（支持部）、  １３０：フロート、  １３１：移動磁性部、  １４０ａ：第一梁、  １４０ｂ，２４０ｂ，３４０ｂ，４４０ｂ：第二梁、  １４０ｃ：第三梁、  １４０ｄ：第四梁、  １４１ａ：第一梁磁性部、  １４１ｂ，３４１ｂ：第二梁磁性部、  １４１ｃ：第三梁磁性部、  １４１ｄ：第四梁磁性部、  １４２ａ：下端（第一梁支持端）、  １４２ｂ：下端（第二梁支持端）、  １４３ａ：上端（第一梁自由端）、  １４３ｂ：上端（第二梁自由端）、  １５０ａ：第一ひずみゲージ（第一ひずみセンサ）、  １５０ｂ，３５０ｂ：第二ひずみゲージ（第二ひずみセンサ）、  １５０ｃ：第三ひずみゲージ（第三ひずみセンサ）、  １５０ｄ：第四ひずみゲージ（第四ひずみセンサ）、  Ａｘ：第一対向方向、  
Ａｙ：第二対向方向
【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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