(57)【要約】【課題】タンクの大きさに制限を受け難くすることが可能な液位検出装置を提供する。【解決手段】液位検出装置１は、フロート２０の下部を上下方向に移動可能とすると共に横方向への移動を規制する第１ガイドレール３１と、フロート２０の上部を横方向に移動可能とすると共に上下方向への移動を規制する第２ガイドレール３２と、フロート２０の上部の移動に連動して横方向に移動可能な磁石４１と、フロート２０の上部の移動に連動して横方向に移動可能な磁石４１の可動範囲を制限するコイルスプリング８０と、を備えている。また、コイルスプリング８０は、液位が任意位置より高い場合に磁石４１の第１横方向への移動を制限すると共に、液位が当該任意位置より低い場合に磁石４１の第２横方向への移動を制限して、磁石４１の可動範囲を制限する。【選択図】図１
2013029337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性の材料により構成され内部に液体を収納するタンクと、
前記タンク内の液位に応じて変位するフロートと、
前記フロートの下部を上下方向に移動可能とすると共に横方向への移動を規制する第１ガイドレールと、
前記フロートの上部を横方向に移動可能とすると共に上下方向への移動を規制する第２ガイドレールと、
前記フロートの上部の移動に連動して横方向に移動可能な磁石と、
前記タンク外の上部に設けられ、磁束密度を磁電変換して出力する磁気センサと、
前記磁気センサから得られる出力信号から液位を検出する液位検出部と、
前記フロート上部の移動に連動して横方向に移動可能な磁石の可動範囲を制限する弾性部材と、を備え、
前記弾性部材は、液位が任意位置より高い場合に前記磁石の第１横方向への移動を制限すると共に、液位が当該任意位置より低い場合に前記磁石の前記第１横方向と反対方向となる第２横方向への移動を制限して、前記磁石の可動範囲を制限する
ことを特徴とする液位検出装置。
【請求項２】
前記弾性部材は、前記タンク内上部において前記第２ガイドレールの長手方向に沿って設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の液位検出装置。
【請求項３】
前記フロート、前記第１ガイドレール、前記第２ガイドレール、前記磁石、前記磁気センサ、及び前記弾性部材がフランジと一体的に形成され、前記タンクの開口部をフランジで塞ぐことにより形成されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の液位検出装置。
【請求項４】
前記フランジは、金属部材により構成されている
ことを特徴とする請求項３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、液位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検出指示量の誤差を抑制することが可能な液位検出装置が提案されている。この液位検出装置は、タンク内の液位に応じて回転するタンク内マグネットと、タンク内マグネットと磁気的に結合した回転伝達用マグネットと、回転伝達用マグネットと共に回転する検出側マグネットと、検出側マグネットの回転により変化する磁束によって起電力が変化するホールＩＣとを備え、ホールＩＣから出力される起電力の大きさにより液位を検出する。また、この液位検出装置では、液位の検出に要する部材同士が非接触となっているため、摩耗劣化などが殆どなく、劣化による検出指示量の誤差を抑えることができる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２０１３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の液位検出装置においてフロートは液位範囲の１／２以上の長さを有するフロートアームの回転軸を中心に回動するため、当該中心からタンク側面までに充分な距離が必要であり、縦長のタンクなどタンクの形状によっては回動スペースを確保することができない。これにより、特許文献１に記載の液位検出装置は、適用できるタンクが限られてしまう。
【０００５】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、タンクの大きさに制限を受け難くすることが可能な液位検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の液位検出装置は、非磁性の材料により構成され内部に液体を収納するタンクと、タンク内の液位に応じて変位するフロートと、フロートの下部を上下方向に移動可能とすると共に横方向への移動を規制する第１ガイドレールと、フロートの上部を横方向に移動可能とすると共に上下方向への移動を規制する第２ガイドレールと、フロートの上部の移動に連動して横方向に移動可能な磁石と、タンク外の上部に設けられ、磁束密度を磁電変換して出力する磁気センサと、磁気センサから得られる出力信号から液位を検出する液位検出部と、フロート上部の移動に連動して横方向に移動可能な磁石の可動範囲を制限する弾性部材と、を備え、弾性部材は、液位が任意位置より高い場合に磁石の第１横方向への移動を制限すると共に、液位が当該任意位置より低い場合に磁石の第１横方向と反対方向となる第２横方向への移動を制限して、磁石の可動範囲を制限することを特徴とする。
【０００７】
この液位検出装置によれば、フロートの下部を上下方向に移動可能とすると共に横方向への移動を規制する第１ガイドレールと、フロートの上部を横方向に移動可能とすると共に上下方向への移動を規制する第２ガイドレールとを備えるため、液位の上昇及び下降に応じて、フロート上部は横方向に移動する。また、磁石は、液位の上昇及び下降に応じて横方向に移動するフロート上部の移動に連動すると共に、タンク外の上部に磁気センサが設けられているため、液位の上昇及び下降に応じて、磁気センサから得られる出力信号が変化することとなり、液位を検出することができる。
【０００８】
さらに、弾性部材は、液位が任意位置より高い場合に磁石の第１横方向への移動を制限すると共に、液位が当該任意位置より低い場合に磁石の第１横方向と反対方向となる第２横方向への移動を制限して、磁石の可動範囲を制限する。このため、液位の変化に対して磁石の可動範囲は小さく制限され、横方向に短い縦長のタンクに対しても適用することができる。
【０００９】
従って、タンクの大きさに制限を受け難くすることができる。なお、液体とは、液体のみならず液化ガスを含む概念である。
【００１０】
また、本発明の液位検出装置において、弾性部材は、タンク内上部において第２ガイドレールの長手方向に沿って設けられていることが好ましい。
【００１１】
この液位検出装置によれば、弾性部材は、タンク内上部において第２ガイドレールの長手方向に沿って設けられているため、液体が弾性部材に接触し難くなり、弾性部材が液体によって腐食等してしまう事態を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の液位検出装置において、フロート、第１ガイドレール、第２ガイドレール、磁石、磁気センサ、及び弾性部材がフランジと一体的に形成され、タンクの開口部をフランジで塞ぐことにより形成されていることが好ましい。
【００１３】
この液位検出装置によれば、液位検出装置は、フロート、第１ガイドレール、第２ガイドレール、磁石、磁気センサ、及び弾性部材がフランジと一体的に形成されているため、液位検出装置を製造するにあたって各部の構成の位置関係等が崩れ難く、検出精度を向上させることができる。さらに、フランジをタンクの開口部に取り付けるだけでよく、組み付け性も向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の液位検出装置において、フランジは、金属部材により構成されていることが好ましい。
【００１５】
この液位検出装置によれば、フランジは、金属部材により構成されている。ここで、フランジが樹脂により構成されている場合、収納する液体の種類にもよるが液体がフランジを透過してしまうため、フランジに或る程度の厚みを持たせる必要がある。このため、磁石と磁気センサとの距離が長くなり、液位の検出が困難となる可能性がある。しかし、フランジが金属部材により構成されているため、液位の検出が困難となってしまう事態を防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、タンクの大きさに制限を受け難くすることが可能な液位検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る液位検出装置の概略構成図である。
【図２】液位上昇時における液位検出装置の状態を示す概略図である。
【図３】図１及び図２に示した磁気センサの出力信号を示す図である。
【図４】図１及び図２に示した差動アンプの出力信号を示す図である。
【図５】変形例に係る液位検出装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液位検出装置の概略構成図である。図１に示すように、液位検出装置１は、液体Ｆを収納したタンク１０内の液位を検出するものであって、タンク１０と、フロート２０と、ガイドレール３１，３２と、磁石４１と、磁気センサ５１，５２と、差動アンプ６０と、液位検出部７０とを備えている。
【００１９】
タンク１０は、タンク本体部１１と、本体部１１に設けられた開口部Ｒを塞ぐフランジ１２とから構成されており、内部に液体Ｆを収納するものである。このタンク１０（特にフランジ１２）は、非磁性の材料、すなわちステンレスやアルミや樹脂などにより構成されている。なお、後述するが、タンク１０は、ステンレスやアルミなどの金属部材により構成されていることが望ましい。
【００２０】
フロート２０は、タンク１０内の液位に応じて変位するものである。第１ガイドレール３１は、フロート２０の下部を上下方向に移動可能とすると共に横方向への移動を規制する案内部材である。具体的に本実施形態においてフロート２０は下部に第１支持ピン２１を備えている。また、第１ガイドレール３１は上下方向に伸びる２本のレールを備えており、２本のレールの間に第１支持ピン２１が挿入された状態となっている。このため、第１ガイドレール３１は、フロート２０の下部を上下方向に移動可能とすると共に横方向への移動を規制する。
【００２１】
第２ガイドレール３２は、フロート２０の上部を横方向に移動可能とすると共に上下方向への移動を規制する案内部材である。具体的に本実施形態においてフロート２０は上部に第２支持ピン２２を備えている。また、第２ガイドレール３２は横方向に伸びる２本のレールを備えており、２本のレールの間に第２支持ピン２２が挿入された状態となっている。このため、第２ガイドレール３２は、フロート２０の上部を横方向に移動可能とすると共に上下方向への移動を規制する。
【００２２】
磁石固定部材４０は磁石４１を有し、その一端側が第２支持ピン２２に固定されている。よって、磁石４１は、フロート２０の上部の移動に連動して横方向に移動することとなる。また、磁石固定部材４０は他端側に第３支持ピン４２を有しており、第３支持ピン４２は第２ガイドレール３２の２本のレールの間に挿入されている。
【００２３】
磁気センサ５１，５２は、タンク１０外の上部に設けられ、磁束密度を磁電変換して出力するものである。具体的に磁気センサ５１，５２は、タンク１０外において磁石４１に近接するように設置され、ホールＩＣやＭＲセンサなどが用いられる。このような磁気センサ５１，５２は、水平方向の磁束に応じた電気信号を出力するように配置されている。
【００２４】
また、磁気センサ５１，５２は、第２ガイドレール３２の長手方向に距離を隔てて２つ設けられており、それぞれが差動アンプ６０に信号出力する。差動アンプ６０は、２つの入力信号の差分を一定係数（差動利得）で増幅する増幅回路である。差動アンプ６０の非反転入力端子には第１磁気センサ５１からの出力信号が入力され、差動アンプ６０の反転入力端子には第２磁気センサ５２からの出力信号が入力される。
【００２５】
液位検出部７０は、磁気センサ５１，５２から得られる出力信号から液位を検出するものであって、本実施形態では２つの磁気センサ５１，５２から得られた出力信号の差分に基づいて液位を検出する。
【００２６】
図２は、液位上昇時における液位検出装置１の状態を示す概略図である。上記のような構成を有するため、図２に示すように液位が上がると、フロート２０自体は上昇しようとするが、フロート２０の上部は第２ガイドレール３２によって上下方向の移動が規制されているため、横方向（第１横方向）に移動する。また、フロート２０の上部は第２支持ピン２２、及び磁石固定部材４０を介して磁石４１に接続されている。このため、磁石４１は液位の上昇に応じて第１横方向に移動する。
【００２７】
一方、図１に示すように液位が下がると、フロート２０自体は下降しようとするが、フロート２０の上部は第２ガイドレール３２によって上下方向の移動が規制されているため、横方向（第２横方向）に移動する。また、フロート２０の上部は第２支持ピン２２、及び磁石固定部材４０を介して磁石４１に接続されている。このため、磁石４１は液位の低下に応じて第２横方向に移動する。
【００２８】
以上のように液位に応じて磁石４１が移動するため、磁気センサ５１，５２の出力信号が液位に応じて変動することとなる。次に、本実施形態に係る液位検出装置１による液位検出の概要について説明する。図３は、図１及び図２に示した磁気センサ５１，５２の出力信号を示す図である。図３に示すように、第１磁気センサ５１はタンク１０外の上部の第１横方向側に設けられている。このため、液位が上がって磁石４１が第１横方向に移動すると、第１磁気センサ５１と磁石４１とが近くなり、第１磁気センサ５１から大きい出力が得られる。一方、液位が下がって磁石４１が第２横方向に移動すると、第１磁気センサ５１と磁石４１とが遠くなり、第１磁気センサ５１から小さい出力が得られる。特に、第１磁気センサ５１は、液位の上昇に応じて指数関数的に大きくなる信号を出力する。
【００２９】
また、第２磁気センサ５２はタンク１０外の上部の第２横方向側に設けられている。このため、液位が上がって磁石４１が第１横方向に移動すると、第２磁気センサ５２と磁石４１とが遠くなり、第２磁気センサ５２から小さい出力が得られる。一方、液位が下がって磁石４１が第２横方向に移動すると、第２磁気センサ５２と磁石４１とが近くなり、第２磁気センサ５２から大きい出力が得られる。特に、第２磁気センサ５２は、液位の上昇に応じて指数関数的に小さくなる信号を出力する。
【００３０】
図４は、図１及び図２に示した差動アンプ６０の出力信号を示す図である。上記したように、第１磁気センサ５１からの出力信号は差動アンプ６０の非反転入力端子に入力され、第２磁気センサ５２からの出力信号は差動アンプ６０の反転入力端子に入力される。このため、差動アンプ６０は、図４に示すように液位に応じて略比例的な信号を出力することとなる。
【００３１】
液位検出部７０は、差動アンプ６０から得られた信号に基づいて、液位を検出する。この際、液位検出部７０は、例えば図４に示すような液位と出力信号との関係を示すデータを記憶しておき、差動アンプ６０から得られた信号に基づいて液位を検出する。
【００３２】
再度、図１及び図２を参照する。図１及び図２に示すように液位検出装置１はコイルスプリング８０（弾性部材）を備えている。コイルスプリング８０は、フロート２０の上部の移動に連動して横方向に移動可能な磁石４１の可動範囲を制限するものである。具体的にコイルスプリング８０は、一端が磁石固定部材４０の他端側に接続され、他端がフランジ１２に接続されている。フランジ１２は、フロート２０、ガイドレール３１，３２、磁石４１、磁気センサ５１，５２、及びコイルスプリング８０の各部を一体的に接続する。
【００３３】
また、コイルスプリング８０は、液位が任意位置より高い場合に自由長より伸びることとなり、液位が任意位置より低い場合に自由長より縮むこととなる。すなわち、コイルスプリング８０は、任意位置より液位が高い場合に伸張状態となり、任意位置より液位が低い場合に圧縮状態となる。
【００３４】
なお、フランジ１２と一体的に形成されるタンク内部材２０，２１，２２，３１，３２，４０，４２の少なくとも１つは、ステンレスにより構成されていることが望ましい。これにより、例えばタンク１０内に鉄やアルミでは腐食する液体Ｆを収納していたとしても、ステンレスにより構成したタンク内部材２０，２１，２２，３１，３２，４０，４２について腐食を防止することができるからである。
【００３５】
次に、本実施形態に係る液位検出装置１の作用を説明する。図２に示すように液位が上がった場合、フロート２０は浮力により全体的に上方移動するが、フロート２０の上部及び磁石４１は第１横方向に移動する。しかし、コイルスプリング８０が磁石固定部材４０を介して磁石４１を第２横方向に引くこととなり、磁石４１の動きを制限して磁石４１を所定位置で止めることとなる。
【００３６】
一方、図１に示すように液位が下がった場合、フロート２０が全体的に下方移動するが、フロート２０の上部及び磁石４１は第２横方向に移動する。しかし、コイルスプリング８０が磁石固定部材４０を介して磁石４１を第１横方向に押すこととなり、磁石４１の動きを制限して磁石４１を所定位置で止めることとなる。
【００３７】
このため、液位の変化量に対して磁石位置の変化量はｎ分の１（ｎは１より大きい数）とされる。具体的には図２に示すように、液位の変化量Ｌ１に対して磁石４１の変化量はＬ１よりも小さいＬ２となる。このため、横方向についてはタンク１０の大きさが小さくとも液位を検出できることとなり、縦長のタンク１０に対しても適用することができる。なお、本実施形態ではコイルスプリング８０を例に挙げているが、これに限らず、弾性部材であれば他のスプリングやゴム等であってもよい。
【００３８】
このようにして、本実施形態に係る液位検出装置１によれば、フロート２０の下部を上下方向に移動可能とすると共に横方向への移動を規制する第１ガイドレール３１と、フロート２０の上部を横方向に移動可能とすると共に上下方向への移動を規制する第２ガイドレール３２とを備えるため、液位の上昇及び下降に応じて、フロート２０の上部は横方向に移動する。また、磁石４１は、液位の上昇及び下降に応じて横方向に移動するフロート２０の上部の移動に連動すると共に、タンク１０外の上部に磁気センサ５１，５２が設けられているため、液位の上昇及び下降に応じて、磁気センサ５１，５２から得られる出力信号が変化することとなり、液位を検出することができる。
【００３９】
また、コイルスプリング８０は、液位が任意位置より高い場合に磁石４１の第１横方向への移動を制限すると共に、液位が当該任意位置より低い場合に磁石４１の第１横方向と反対方向となる第２横方向への移動を制限して、磁石４１の可動範囲を制限する。このため、液位の変化に対して磁石４１の可動範囲は小さく制限され、横方向に短い縦長のタンク１０に対しても適用することができる。
【００４０】
従って、タンク１０の大きさに制限を受け難くすることができる。
【００４１】
また、コイルスプリング８０は、タンク１０内上部において第２ガイドレール３２の長手方向に沿って設けられているため、液体Ｆがコイルスプリング８０に接触し難くなり、コイルスプリング８０が液体Ｆによって腐食してしまう事態を抑制することができる。
【００４２】
また、液位検出装置１は、フロート２０、第１ガイドレール３１、第２ガイドレール３２、磁石４１、磁気センサ５１，５２、及びコイルスプリング８０がフランジ１２と一体的に形成されているため、液位検出装置１を製造するにあたって各部の構成の位置関係等が崩れ難く、検出精度を向上させることができる。さらに、フランジ１２をタンク１０の開口部Ｒに取り付けるだけでよく、組み付け性も向上させることができる。
【００４３】
また、フランジ１２は、金属部材により構成されている。ここで、フランジ１２が樹脂により構成されている場合、収納する液体Ｆの種類にもよるが液体Ｆがフランジ１２を透過してしまうため、フランジ１２に或る程度の厚みを持たせる必要がある。このため、磁石４１と磁気センサ５１，５２との距離が長くなり、液位の検出が困難となる可能性がある。しかし、フランジ１２が金属部材により構成されているため、液位の検出が困難となってしまう事態を防止することができる。
【００４４】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００４５】
例えば、本実施形態においてコイルスプリング８０を備え、磁石４１の移動量を抑えているが、特にこれに限らず、他の弾性部材を備えるものであってもよい。
【００４６】
さらに、本実施形態に係るフロート２０は円柱形状となっているが、形状はこれに限らず、例えばテーパ形状とし、下部を大径とするようにしてもよい。これにより、液位が低い場合でもフロート２０に働く浮力を確保できるからである。
【００４７】
また、本実施形態においてフロート２０の案内部材としてガイドレール３１，３２を備えているが、２本のレールにより構成されるものに限らず、複数本の長尺棒により構成されるものであってもよいし、他の構成や形状のものであってもよい。すなわち、ガイドレール３１，３２はそれぞれフロート２０を案内できれば、特に構成や形状に限定されるものではない。
【００４８】
また、液位検出装置１は図５のように構成されていてもよい。図５は、変形例に係る液位検出装置の概略構成図である。図５に示すように、液位検出装置１は、コイルスプリング８０がフロート２０の下部とフランジ１２との間に設けられている。より詳細にコイルスプリング８０の一端はフランジ１２に接続され、他端はフロート２０に設けられた第１支持ピン２１に接続されている。
【００４９】
また、コイルスプリング８０は、液位が任意位置よりも高い場合に自由長よりも縮み、液位が任意位置よりも低い場合に自由長よりも伸びるように配置されている。このような構成であっても、第１実施形態に係る液位検出装置１と同様に、磁石４１の可動範囲を小さく制限して、横方向に短い縦長のタンクに対しても適用することができる。
【００５０】
さらに、図５に示す変形例ではコイルスプリング８０はフロート２０の下部とフランジ１２との間に設けられているが、これに限らず、フロート２０の上部とフランジ１２との間に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…液位検出装置
１０…タンク
２０…フロート
２１…第１支持ピン
２２…第２支持ピン
３１…第１ガイドレール
３２…第２ガイドレール
４０…磁石固定部材
４１…磁石
４２…第３支持ピン
５１，５２…磁気センサ
６０…差動アンプ
７０…液位検出部
８０…コイルスプリング（弾性部材）
９０…フランジ
Ｆ…液体
【図１】
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【図２】
2013029337.tif 000004
【図３】
2013029337.tif 000005
【図４】
2013029337.tif 000006
【図５】
2013029337.tif 000007