(57)【要約】【課題】体格増大、コスト増大を抑えつつ、液面レベル検出の高精度化が可能な液面レベルセンサを提供する。【解決手段】強磁性体材質からなるカバー８によりマグネット６の外周を覆う構成とした。これにより、マグネット６からの漏洩磁束を抑制してホール素子７の出力信号レベルを高めるとともに、カバー８に外部から磁力を選択的に通すことでホール素子７を通る磁束への外部の磁界の影響を排除できる。したがって、磁石の体格を大きくする、あるいは、より高価な磁力の強い磁石を用いることなく、燃料レベルゲージ１による液面検出精度を向上することができる。【選択図】        図１
2004333283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面レベルの測定対象である液体に浮かぶフロートと、
本体部に回動可能に保持されるマグネットホルダと、
前記マグネットホルダに前記マグネットホルダの回転軸と同軸上に固定される２極着磁された筒型のマグネットと、
前記フロートと前記マグネットホルダとを連結して前記フロートの上下動を前記マグネットホルダの回転運動に変換するアームと、
前記マグネットホルダの略中心部に位置し且つ前記マグネットの磁束と交叉するように前記本体部に固定されて、前記マグネットの磁束密度を検出し、これを電気信号に変換する磁電変換素子とを備え、前記磁電変換素子からの電気信号に基づいて前記液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、
強磁性体材質からなるカバーにより前記マグネットの外周を覆うことを特徴とする液面レベルセンサ。
【請求項２】
液面レベルの測定対象である液体に浮かぶフロートと、
本体部に回動可能に保持されるマグネットホルダと、
前記マグネットホルダに前記マグネットホルダの回転軸と同軸円周上に１８０度対向し且つ異なる磁極を対向させて配置された２個の２極着磁されたマグネットと、
前記フロートと前記マグネットホルダとを連結して前記フロートの上下動を前記マグネットホルダの回転運動に変換するアームと、
前記マグネットホルダの略中心部に位置し且つ前記マグネットの磁束と交叉するように前記本体部に固定されて、前記マグネットの磁束密度を検出し、これを電気信号に変換する磁電変換素子とを備え、前記磁電変換素子からの電気信号に基づいて前記液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、
強磁性体材質からなるカバーにより２個の前記マグネットの外周を外挿するように覆うことを特徴とする液面レベルセンサ。
【請求項３】
前記強磁性材質は鉄系金属であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液面レベルセンサ。
【請求項４】
前記カバーは筒状に形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液面レベルセンサ。
【請求項５】
筒状の前記カバーは板材を丸めて形成されることを特徴とする請求項４に記載の液面レベルセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器内に貯蔵される液体の液面レベルを測定する液面レベルセンサに関するもので、特に、磁電変換素子を用いた非接触式液面レベルセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の液面レベルセンサは、例えば、自動車の燃料タンク内における貯蔵燃料量を監視するための液面レベルセンサとして利用されている。
【０００３】
この種の液面レベルセンサにおいては、液面レベルに連動して上下動するフロートと、このフロートに連結されフロートの上下動により回転運動する円環状マグネットと、このマグネットによる磁束と交叉するように配置されマグネットの磁束密度を電気信号に変換する磁電変換素子とを備え、磁電変換素子によって、フロートの上下動に連動したマグネットの回転による磁電変換素子を通過する磁束密度の変化を検出し、磁電変換素子からの電気信号に基づいて前記液面レベルを測定している（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、この液面レベルセンサにおいては、磁電変換素子の出力、たとえば出力電圧は、磁電変換素子を通過するマグネットの磁束密度が大きいほど高くなる。したがって、マグネットの磁束密度を高めることにより、よりノイズ等の影響を受け難くして液面レベル検出の高精度化が可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０６９５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の液面レベルセンサにおいては、マグネットは単体として用いられており、このため、マグネットからの漏洩磁束が多く発生しマグネットの磁力を有効に液面レベル検出に利用できない、という問題がある。
【０００７】
また、外部の電磁気機械、たとえば、電動機、変圧器等からの磁気の影響により、磁電変換素子を通過する磁束密度が変動して、液面レベルの検出精度が低下するという問題がある。
【０００８】
近年、自動車においては、燃料タンク内に配置される各種部品である液面レベルセンサおよび電動式燃料ポンプを一体的にモジュール化して、燃料タンクへの装着工数低減を図ることが行われている。この場合、液面レベルセンサと電動式燃料ポンプとは近接して配置されるため、磁電変換素子が電動式燃料ポンプの磁気の影響を受けやすくなる。
【０００９】
これらの問題の解決手段として、マグネットの磁力を強くする方法がある。すなわち、マグネットの体格を大きくする、あるいは磁束密度の高いマグネットを用いる等である。
【００１０】
しかしながら、前者の方法では、液面レベルセンサの体格が大型化するという問題がある。一方、後者の方法によれば、体格は変わらないがコストが増大するという問題がある。
【００１１】
本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、その目的は、液面レベルセンサの体格増大、コスト増大を抑えつつ、液面レベル検出の高精度化が可能な液面レベルセンサを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成する為に以下の技術的手段を採用する。
【００１３】
本発明の請求項１に記載の液面レベルセンサは、液面レベルの測定対象である液体に浮かぶフロートと、本体部に回動可能に保持されるマグネットホルダと、マグネットホルダにマグネットホルダの回転軸と同軸上に固定される２極着磁された筒型のマグネットと、フロートとマグネットホルダとを連結してフロートの上下動をマグネットホルダの回転運動に変換するアームと、マグネットホルダの略中心部に位置し且つマグネットの磁束と交叉するように本体部に固定されて、マグネットの磁束密度を検出し、これを電気信号に変換する磁電変換素子とを備え、磁電変換素子からの電気信号に基づいて液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、強磁性体材質からなるカバーによりマグネットの外周を覆う構成とした。
【００１４】
一般に、マグネットに強磁性体材質を密着させた場合、この強磁性体材質が磁路を形成してマグネットからの漏洩磁束を少なくできる。
【００１５】
これにより、本発明の請求項１に記載の構成においては、従来の液面レベルセンサと同一磁力のマグネットを用いても、カバーを設けることにより筒型のマグネット内周側の対向する磁極間の磁束密度磁を高めることができる。すなわち、カバーが無い従来の液面レベルセンサの場合に比べて、磁電変換素子を通過する磁束密度を高め、外部の電磁気機械からの磁気の影響による磁電変換素子を通過する磁束密度の変動を抑制して、液面レベル検出精度を良好に維持できる。
【００１６】
したがって、液面レベルセンサの体格増大、コスト増大を抑えつつ、液面レベル検出の高精度化が可能な液面レベルセンサを実現できる。
【００１７】
また、本発明の請求項１に記載の構成においては、カバーの外側に流れる磁束がほとんど無い、言い換えると、カバーがマグネットの磁気シールドとしても機能するので、磁性体からなる異物がマグネットの磁力に引き寄せられてマグネットやマグネットホルダに付着し、フロートの上下動と連動するマグネットホルダの回動を妨げるという不具合を防止できる。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の液面レベルセンサは、液面レベルの測定対象である液体に浮かぶフロートと、本体部に回動可能に保持されるマグネットホルダと、マグネットホルダにマグネットホルダの回転軸と同軸円周上に１８０度対向し且つ異なる磁極を対向させて配置された２個の２極着磁されたマグネットと、フロートとマグネットホルダとを連結してフロートの上下動をマグネットホルダの回転運動に変換するアームと、マグネットホルダの略中心部に位置し且つマグネットの磁束と交叉するように本体部に固定されて、マグネットの磁束密度を検出し、これを電気信号に変換する磁電変換素子とを備え、磁電変換素子からの電気信号に基づいて液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、強磁性体材質からなるカバーにより２個のマグネットの外周を外挿するように覆う構成とした。
【００１９】
この場合も、本発明の請求項１に記載の液面レベルセンサの場合と同様に、２つのマグネットの対向する磁極間の磁束密度磁を高めることができる。すなわち、カバーが無い従来の液面レベルセンサの場合に比べて、磁電変換素子を通過する磁束密度を高め、外部の電磁気機械からの磁気の影響による磁電変換素子を通過する磁束密度の変動を抑制して、液面レベル検出精度を良好に維持できる。
【００２０】
したがって、液面レベルセンサの体格増大、コスト増大を抑えつつ、液面レベル検出の高精度化が可能な液面レベルセンサを実現できる。
【００２１】
本発明の請求項３に記載の液面レベルセンサは、強磁性材質は鉄系金属である構成とした。
【００２２】
強磁性体としての鉄系金属は、磁気特性の種類が豊富且つ市場入手性が高い。さらに、加工性も良好なため、所望の特性および形状のカバーを容易に形成することができる。
【００２３】
本発明の請求項４に記載の液面レベルセンサは、カバーは筒状に形成される構成とした。
【００２４】
これにより、マグネットへのカバーの装着性を向上できる。
【００２５】
本発明の請求項５に記載の液面レベルセンサは、筒状のカバーは板材を丸めて形成される構成とした。
【００２６】
これにより、カバーを容易且つ低コストで形成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態による液面レベルセンサを、自動車の燃料タンク内に装着されて燃料の液面位置を検出する燃料レベルゲージに適用した場合を例として、図に基づいて説明する。なお、各図において、同一構成部分には同一符号を付してある。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態による液面レベルセンサである燃料レベルゲージ１の断面図であり、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【００２９】
図２は、燃料レベルゲージ１の正面図であり、燃料の液面１１が最低位にある状態を示している。
【００３０】
また、図１および図２において、図の上方が、燃料レベルゲージ１が自動車に取付けられた状態における上方となっている。
【００３１】
図３は、本発明の一実施形態による液面レベルセンサ１における、マグネット６の着磁状態を示す模式図である。
【００３２】
図４（ａ）は、本発明の一実施形態による液面レベルセンサ１における、マグネット６の磁束分布状態を説明する模式図であり、（ｂ）は、従来の液面レベルセンサにおける、マグネットの磁束分布状態を説明する模式図である。
【００３３】
図５（ａ）は、本発明の一実施形態による液面レベルセンサ１において、外部磁界が作用した場合のマグネット６の磁束分布状態を説明する模式図であり、（ｂ）は、従来の液面レベルセンサにおいて、外部磁界が作用した場合のマグネットの磁束分布状態を説明する模式図である。
【００３４】
燃料レベルゲージ１は、自動車の燃料タンク（図示せず）に取付けられている。すなわち、本体部であるボディ５が、図１および図２に示すように、自動車の燃料タンク（図示せず）の天板内面（図示せず）から垂下するブラケット１２に固定されている。なお、図１および図２は、燃料の液面１１が最低位にある状態を示しているが、燃料の液面１１が最高位にある時、つまり満タンの時は、ボディ５の大部分が燃料中に浸漬する。
【００３５】
フロート２は、樹脂等からなり、燃料の液面１１に確実に浮かぶように見掛けの比重が設定されている。
【００３６】
マグネットホルダ４は、樹脂等からなり、後述する本体部であるボディ５に回動可能に保持されている。すなわち、マグネットホルダ４の孔部４１とボディ５の軸部５１とが回動可能に嵌合している。なお、燃料レベルゲージ１が組み付けられると、マグネットホルダ４は、係止部５３により、図１中において左方向への移動が規制されて、ボディ５に保持される。また、マグネットホルダ４には、図２に示すように、孔部４１と同軸上に保持部４２が設けられている。この保持部４２内には、後述するマグネット６およびカバー８が保持固定されている。また、マグネットホルダ４には、後述するアーム３を固定するための貫通孔４３が設けられている。
【００３７】
アーム３は、たとえば金属棒から形成され、フロート２とマグネットホルダ４とを連結している。すなわち、アーム３の一方の端部には、図１に示すように、フロート２が固定され、アーム３の他方の端部は、マグネットホルダ４の貫通孔４３に圧入固定されている。アーム３のフロート２側端部には、スナップリング１０が装着されて、フロート２の脱落を防止している。液面１１レベルの変動によりフロート２が上下動すると、この動きは、アーム３によりマグネットホルダ４に伝達されて、マグネットホルダ４の回転運動に変換される。
【００３８】
マグネット６は、たとえばフェライト磁石等から筒型、つまり、図３に示すようなリング状に形成されている。マグネット６は、図３に示すように、その内周面に２極着磁されている。また、マグネット６は、マグネットホルダ４の保持部４２内に、マグネットホルダ４の孔部４１と同軸上に、言い換えるとボディ５の軸部５１と同軸状に固定されている。さらに、マグネット６の外周には、強磁性体からなるカバー８が密着固定されている。
【００３９】
カバー８は、強磁性体、たとえば鉄等から円筒状に形成されている。たとえば、継目無し引き抜き鋼管を所定の長さに切断して形成されている。
【００４０】
マグネットホルダ４の保持部４２内にマグネット６およびカバー８が挿入固定されると、マグネットホルダ４、マグネット６およびカバー８の三者は互いに強固に固定されて一体となる。
【００４１】
本体部であるボディ５は、たとえば樹脂等から形成されている。ボディ５には、図１に示すように、マグネットホルダ４が回動自在に保持されている。また、ボディ５には、収容室５２が設けられている。収容室５２には、後述する磁電変換素子としてのホール素子７が配置されている。また、ボディ５には、ホール素子７を、外部と電気的に接続するための端子９を備えている。端子９の一端側は、図１に示すように、収容室５２内に延出され、ホール素子７のリード７１に接続されている。一方、端子９の他端側は、ボディ５のコネクタ部５４内に延出され、コネクタ部５４を介して外部配線に接続される。
【００４２】
ホール素子７は、図１に示すように、マグネットホルダ４の略中心部、つまりマグネットホルダ４の略回転中心部且つマグネット６の内周部に配置されている。これにより、ホール素子７は、常にマグネット６の磁束と交叉している。
【００４３】
ここで、ホール素子７の作動について簡単に説明する。
【００４４】
ホール素子７は、半導体からなり、外部から電圧が印加された状態で外部から磁界が加えられると、ホール素子７を通過する磁束密度に比例したホール電圧を発生する。
【００４５】
本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１では、ホール素子７とマグネット６との位置関係を上述したように設定している。この場合、ホール電圧は、マグネット６の磁束がホール素子７と直交するとき最大となり、この状態からマグネット６が回転する、つまり液面１１の変動によりマグネットホルダ４が回転するに連れて、ホール電圧は低下していく。すなわち、このホール電圧を検出することにより、液面１１レベルを測定することができる。
【００４６】
次に、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１の特徴であるカバー８の作用・効果について説明する。
【００４７】
従来の燃料レベルゲージ、つまり、カバー８が無い場合、マグネット６の磁束分布は、図４（ｂ）中に実線で示すようになっている。すなわち、マグネット６の内周においてＮ極、Ｓ極間に分布するとともに、マグネット６の外側にも分布してこれが漏洩磁束となっている。このため、マグネット６の内周に分布する磁束、すなわち、ホール素子７と交叉して液面検出に利用される磁束の磁束密度が小さくなっている。
【００４８】
これに対して、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１では、マグネット６の外周に鉄製のカバー８を密着させて装着している。この場合、マグネット６の磁束分布は、図４（ａ）中に実線で示すように、マグネット６の内周においてＮ極、Ｓ極間に分布するとともに、カバー８の内部を通っており、カバー８の外側を通る漏洩磁束は無い。このため、マグネット６の内周に分布する磁束、すなわち、ホール素子７と交叉して液面検出に利用される磁束の磁束密度が、図３に示す従来の燃料レベルゲージの場合よりも大きくなっている。
【００４９】
これにより、ホール素子７中を通過する磁束密度を大きくして、ホール電圧、つまり、ホール素子７の出力信号レベルを高め、燃料レベルゲージ１による液面検出精度を向上することができる。
【００５０】
次に、燃料レベルゲージ１の近傍に配置されている電動式燃料ポンプ（図示せず）からの磁力が燃料レベルゲージ１に及ぼす影響について説明する。
【００５１】
従来の燃料レベルゲージ、つまり、カバー８が無い場合、燃料レベルゲージのマグネット周辺の磁束は、図５（ｂ）に示すように分布している。すなわち、図５（ｂ）において、実線はマグネットの磁束を、破線は電動式燃料ポンプ（図示せず）からの磁束を示している。この場合、マグネットの磁束は、電動式燃料ポンプ（図示せず）からの磁束の作用により、図５（ｂ）に示すように、歪んでしまう。このため、同一液面レベルであっても、ホール素子７を通過する磁束密度が変動して、その結果、ホール電圧つまりホール素子７の出力信号レベルが変動して、液面検出の精度が低下する。
【００５２】
これに対して、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１では、燃料レベルゲージ１のマグネット６周辺の磁束は、図５（ａ）に示すように分布している。すなわち、図５（ａ）において、実線はマグネットの磁束を、破線は電動式燃料ポンプ（図示せず）からの磁束を示している。この場合、電動式燃料ポンプからの磁束の一部は、比透磁率の高い強磁性体からなるカバー８内を選択的に通り、カバー８の内周側、言い換えるとマグネット６の内周側を通らない。このため、マグネット６の磁束は、電動式燃料ポンプ（図示せず）からの磁束の影響を受けることが無い。
【００５３】
したがって、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１では、その外部から磁力が作用しても、従来の燃料レベルゲージのように液面検出の精度が低下することがなく、良好な液面レベル検出精度を維持できる。
【００５４】
さらに、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１においては、カバー８により、マグネット６の磁束がカバー８の外側へ漏洩することが抑制されている。このため、燃料タンク（図示せず）の磁性体の異物、たとえば微小な鉄片や砂鉄等がマグネット６の磁力に引き寄せられマグネット６やマグネットホルダ４に付着すること抑制される。したがって、各種異物の付着により、フロート２の上下動と連動するマグネットホルダ４の回動が妨げられる、言い換えると液面レベル検出機能を阻害されるという不具合を防止できる。
【００５５】
なお、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１において、カバー８による、マグネット６からの漏洩磁束の抑制機能および外部磁界に対する磁気シールド機能を確実に発揮させるためには、カバー８が、マグネット６からの磁束および外部磁界により磁気飽和を起こさないことが必要条件である。そのため、図１に示すカバー８の厚さｔやカバー８を形成する強磁性体材質を適切に選定する必要がある。
【００５６】
なお、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１においては、カバー８を継目無し引き抜き鋼管から形成しているが、他の材質、たとえば珪素鋼、パーマロイ等で形成してもよい。さらに、管状の材料を切断する方法以外の方法で形成してもよい。たとえば、板材をプレス加工により円筒形に形成する、あるいは板材を丸めて筒状としてもよい。板材を丸めて筒状とする場合、継目に隙間があってもよい。
【００５７】
また、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１においては、マグネット６をリング状に形成しているが、リング状に限る必要は無く、たとえば、図６に示すように、円弧状に形成するとともに２個対向して配置してもよい。
【００５８】
また、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１においては、マグネット６の材質をフェライト磁石としているが、他の材質、たとえば希土類磁石、あるいはボンド系磁石としてもよい。
【００５９】
また、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１においては、磁気検出素子としてホール素子７を用いているが、これ以外の磁気検出素子、たとえば磁気抵抗素子、あるいは磁気ダイオード等を用いてもよい。
【００６０】
また、以上説明した本発明の一実施形態は、液面レベルセンサを自動車用の燃料レベルゲージ１に適用した場合を例に説明したが、その用途は自動車用の燃料レベルゲージ１に限らず、それ以外の液面レベルセンサに適用してもよい。また、液面検出対象としての液体も、燃料に限る必要はなく、水、潤滑油、各種薬品等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１の断面図で、図２中のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１の正面図であり、液面１１レベルが最低位の状態を示す。
【図３】本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１のマグネット６の着磁状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、本発明の一実施形態による液面レベルセンサ１における、マグネット６の磁束分布状態を説明する模式図であり、（ｂ）は、従来の液面レベルセンサにおける、マグネットの磁束分布状態を説明する模式図である。
【図５】（ａ）は、本発明の一実施形態による液面レベルセンサ１において、外部磁界が作用した場合のマグネット６の磁束分布状態を説明する模式図であり、（ｂ）は、従来の液面レベルセンサにおいて、外部磁界が作用した場合のマグネットの磁束分布状態を説明する模式図である。
【図６】本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１の変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
１    燃料レベルゲージ（液面レベルセンサ）
２    フロート
３    アーム
４    マグネットホルダ
４１    孔部
４２    保持部
５    ボディ（本体部）
５１    軸部
５２    収容室
５３    係止部
５４    コネクタ部
６    マグネット
７    ホール素子（磁電変換素子）
７１    リード
８    カバー
９    端子
１０    スナップリング
１１    液面
Ｎ    磁極
Ｓ    磁極
【図１】
2004333283.tif 000003
【図２】
2004333283.tif 000004
【図３】
2004333283.tif 000005
【図４】
2004333283.tif 000006
【図５】
2004333283.tif 000007
【図６】
2004333283.tif 000008