(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面上に浮いて液面レベルに応じて移動するフロートと、
前記フロートに一端が係止されたアームと、
前記アームの他端に係止されたマグネットホルダーと、
前記マグネットホルダーが回動可能に装着されたフレームと、
前記マグネットホルダーに保持収容された２極着磁された筒型のマグネットと、
前記マグネットと同一平面、かつ前記マグネットの中心部にマグネットの内壁と直接対向して配置されるように前記フレームに取り付けられた磁電変換素子と、
を有し、
前記フロートの移動に伴って前記マグネットホルダーと共に回動する前記マグネットの回転角度に応じて変化する、前記磁電変換素子が出力する電気信号に基づき前記液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、
前記マグネットホルダーは、円環状マグネットの中心を仮想の回転軸として回動するようにフレームへ回動可能に装着されることを特徴とする液面レベルセンサ。
【請求項２】
前記液面レベルに応じた前記フロートの移動に伴って回動するマグネットの磁束密度が、単調に増加する範囲における前記磁束密度を、前記磁電変換素子により検出することによって、前記液面レベルを測定することを特徴とする請求項１に記載の液面レベルセンサ。
【請求項３】
前記磁電変換素子はホール素子であることを特徴とする請求項１又は２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、液面レベルセンサに関し、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、自動車の燃料の液量を監視するためのレベルセンサとして利用されている。この種の液面レベルセンサでは、液面レベルに連動するフロートに連結された円環状マグネットと、このマグネットにより生成される液面レベルに応じた磁力をホール素子等の磁電変換素子により電気信号に変換することによって、液面レベルを検出している。
【０００３】
ところが、従来の液面レベルセンサでは、上記円環状マグネットに層状に、円筒を２分割した形状の集磁部材としてのコアの空隙に上記ホール素子が配置されている。すなわち、このコアと円環状マグネットが足された分の厚さにより、この部分の薄型化が困難であった。また、上記１組のコアも必要とされ、構造が複雑で部品点数が多くなり、コスト高になっていた。
【０００４】
これらの問題を図６〜図８を用いて説明する。図６は、従来の液面レベルセンサの概要を示す構造説明図である。図７は、図６の液面レベルセンサの検出部を概略的に示す斜視図である。図８は、図６の液面レベルセンサによる磁石回転角度、磁束密度及びホール電圧の関係を示すグラフである。
【０００５】
図６に示すように、従来の液面レベルセンサは、容器ＴＮＫ内にある液体ＬＱの液面レベルを検出するため、容器内壁の一部に固定されている。そして、フロート１０１は棒状のアーム１０２を介して、マグネットホルダー１０３に連接されている。フロート１０１は液面レベルを測定する液体ＬＱに対して浮力を有する部材で形成されており、円筒状をしている。また、アーム１０２の一端は、フロート１０１の中心部を貫通してフロート１０１に結合されている。
【０００６】
マグネットホルダー１０３の内側面は円環状のマグネット１０４が接着剤等を用いて付着されており、外側面は上記アーム１０２の他端を保持するアーム保持部が設けられている。マグネットホルダー１０３は、フレーム１０５に一体形成された回転軸袴１１１にブッシュ１１２で固定された回転軸１０６を介して回動可能に軸着されている。このような構造により、マグネット１０４は液面レベルに応じて移動するフロート１０１に連動して回転軸１０６を中心として回動する。なお、マグネット１０４は、片面が２極着された円環状をした永久磁石である。
【０００７】
更に、上記マグネット１０４に対向する位置のフレーム１０５の内壁には、円筒を２分割した形状の１対のコア１１０（コア１１０Ａ、コア１１０Ｂ）が配置され、この１対のコア１１０の間隙には、図７で示すような位置関係で、ホール素子１０８が配線板１０７を介してフレーム１０５に固定されている。そして、このホール素子１０８により検出された磁束密度に基づく電気信号は、ターミナル１０９を介して外部に供給される。なお、フレーム１０５の内側は、モールド剤１１３が充填されている。
【０００８】
上記ホール素子１０８、コア及びマグネット１０４は、図７に示すように磁束密度の検出部を構成しており、液面レベル変動に応じて、図中、矢印で示す方向に回動するマグネット１０４の、この回動に伴い変動する磁束密度がコア１１０Ａ及びコア１１０Ｂを介してホール素子１０８によって検出される。このマグネット１０４の回転角度、磁束密度及びホール電圧の関係は図８に示すように、磁束密度及びホール電圧は共に回転角度（−９０度から＋９０度の範囲）に対して直線的に変化する。この特性を利用して、液面レベルが測定される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の液面レベルセンサでは、図６に示すように、上記円環状のマグネット１０４に層状にコア１１０が配置された構造になっている。すなわち、マグネット１０４とマグネットホルダー１０３により発生する厚さａ（ホルダー高さ）と、コアを内装するフレーム１０５の厚さｂ（フレーム高さ）とが足された分の厚さａ＋ｂが、従来の液面レベルセンサには最低限、必要とされていた。この厚さａ＋ｂのため、従来の液面レベルセンサでは、薄型化が困難であった。また、上記１組のコア１１０Ａ、１１０Ｂも必要とされ、構造が複雑で部品点数が多くなり、コスト高になっていた。
【００１０】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、上記検出部を改良して薄型化し、装置全体の小型化及びコストダウンを達成した液面レベルセンサを提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の液面レベルセンサは、図１〜３に示すように、液面上に浮いて液面レベルに応じて移動するフロート１と、前記フロートに一端が係止されたアーム２と、前記アーム２の他端に係止されたマグネットホルダー３と、前記マグネットホルダー３が回動可能に装着されたフレーム５と、前記マグネットホルダー３に保持収容された２極着磁された筒型のマグネット４と、前記マグネット４と同一平面、かつ前記マグネットの中心部にマグネットの内壁と直接対向して配置されるように前記フレーム５に取り付けられた磁電変換素子８と、を有し、前記フロート１の移動に伴って前記マグネットホルダー３と共に回動する前記マグネット４の回転角度に応じて変化する、前記磁電変換素子８が出力する電気信号に基づき前記液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、前記マグネットホルダー３は、円環状マグネット４の中心を仮想の回転軸として回動するようにフレーム５へ回動可能に装着されることを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、液面レベルの変動に応じてフロート１が移動する。回動可能にフレームに装着されたマグネットホルダー３が前記フロート１の移動に応じて、アーム２を介して回動するため、これに伴いこのマグネットホルダー３に保持収容される筒型のマグネット４も回動する。そして、磁電変換素子が、上記フロート１の移動に応じて回動するマグネット４の回転角度に応じた磁束密度を検出して、これを電気信号に変換することによって、この電気信号に基づき液面レベルが測定される。このような動作により液面レベルを測定する本液面レベルセンサの磁電変換素子は、マグネット４と同一平面、かつマグネット４の中心部にマグネットの内壁に直接対向して配置されるようにフレームに装着されているので、本液面レベルセンサの薄型化が可能になる。更に、従来のように集磁部材としての対になったコア等が不要になるため、部品点数が減少し、コストダウンが図れるようになる。更に、磁電変換素子と集磁部材との位置ずれの心配も無くなるので、測定精度も向上する。また、マグネットホルダー３が仮想回転軸を中心にして回動可能にフレームに装着されるので、図６に示された従来技術における回転軸１０６が不要になる。
さらにマグネット４は円環状であるので、製造が容易で、またフロート１の移動に応じて回動する際の動きも安定する。したがって、請求項１の発明によれば、より一層のコストダウン及び測定精度向上が図れる。さらに、請求項１の発明によれば磁電変換素子は、円環状のマグネット４の中心部に配置されているので、マグネット４の回動に応じて変化する磁束密度を最も効果的に検出することができる。したがって、請求項１の発明によれば、更に一層の測定精度向上が図れる。
【００１７】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の液面レベルセンサは、図１、２、３及び５に示すように、請求項１に記載の液面レベルセンサにおいて、前記液面レベルに応じた前記フロート１の移動に伴って回動するマグネット４の磁束密度が、単調に増加する範囲における前記磁束密度を、前記磁電変換素子により検出することによって、前記液面レベルを測定することを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、液面レベルに応じたフロート１の移動に伴って回動するマグネット４の磁束密度が、単調に増加する範囲における磁束密度を、磁電変換素子により検出することによって、液面レベルを測定するようにしているので、検出した磁束密度から、最終的に液面レベルを算出するまでの処理が容易になる。
【００１９】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の液面レベルセンサは、図１〜図３に示すように、請求項１〜２記載の液面レベルセンサにおいて、前記磁電変換素子はホール素子８であることを特徴とする。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、磁電変換素子はホール素子８であるので、広く普及していて入手しやすく、製造時間の短縮化が促進できる。したがって、請求項３の発明によれば、更に一層のコストダウンが図れる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１〜図３を用いて本発明の液面レベルセンサの一実施形態について説明する。図１は、本発明の液面レベルセンサの一実施形態の概要を示す説明図である。図２は、本発明の液面レベルセンサの一実施形態の概観を示す平面図である。図３は、図１の液面レベルセンサの検出部を概略的に示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、本液面レベルセンサは、容器ＴＮＫ内にある液体ＬＱの液面レベルを検出するため、容器ＴＮＫ内壁の一部に、内部の電気回路を防水するようにして固定されている。そして、フロート１はアーム２を介して、マグネットホルダー３に連接されている。フロート１は液面レベルを測定する液体ＬＱに対して浮力を有する部材で形成されており、円筒状をしている。また、アーム２は細長い棒状のステンレス等の金属により形成されている。このアーム２の一端は、フロート１の中心を貫通してフロート１に結合されている。
【００２３】
また、マグネットホルダー３は、内側に円環状のマグネット４を収容する収容部を有する一方、外側に例えばＴの字型になった上記アーム２の他端（フロートアーム２１）を保持するアーム保持部３１を有している。マグネットホルダー３は、非磁性体の材料で形成されており、その外形はそこに収容するマグネット４の外形よりやや大きい円筒形状の外側中心部に上記アーム保持部３１が設けられたようになっている。上記アーム保持部３１を介して、フロート１に結合されたアーム２はマグネットホルダー３にも連結されている。
【００２４】
このマグネットホルダー３は、図２に示すように１２０度毎に配設されたフレーム５の３つの抜け防止フランジ６１、６２、６３によって保持されながら、これらによって作られる仮想の回転軸を中心にして回動可能にフレーム５に装着されている。なお、抜け防止フランジ６３は、フレーム５に着脱可能になっており、マグネットホルダー３をフレーム５に組み込む際には、マグネットホルダー３をフレーム５の所定位置に位置決めした後に、この抜け防止フランジ６３が装着される。また、抜け防止フランジ６１、６２は、フレーム５と一体成形してもよいし、抜け防止フランジ６３と同様に、フレーム５に着脱可能にしてもよい。図２に示すθは、液面レベルに応じて回動するマグネットホルダー３に収容されるマグネット４の回転角度である。
【００２５】
上述したマグネットホルダー３のマグネット４の収容部は円環状のマグネット４の外形に合わせて円筒状の内径を有している。そして、マグネット４は、接着剤等を用いて、この収容部に固着されている。このような構造により、マグネット４は液面レベルに応じて移動するフロート１に連動して回転軸を中心として回動する。なお、このマグネット４は、２極着された円環状をした永久磁石である。このように、マグネット４は円環状であるので、製造が容易で、またフロート１の移動に応じて回動する際の動きも安定し測定精度が向上する。
【００２６】
そして、この円環状のマグネット４の中心部には、磁電変換素子が配線板７に実装されて固定的に配置されている。この磁電変換素子は、液面レベルに応じて回動するマグネット４による磁束密度を検出して、これを電気信号に変換して出力するものであり、例えば、公知のホール素子８が用いられる。このホール素子８及びマグネット４は、本液面レベルセンサにおいて、磁束密度の検出部を構成しており、図３に示すように、ホール素子８は円環状のマグネット４の中心部に固定的に配置されている。マグネット４は、上述したように液面レベルに応じて、図中、矢印で示す方向に回動するので、この回動に伴い変動するホール素子８に対する磁束密度が、液面レベル測定に利用される。
【００２７】
このようにホール素子８は、円環状のマグネット４の中心部に配置されているので、マグネット４の回動に応じて変化する磁束密度を最も効果的に検出することができる。したがって、更に一層の測定精度向上が図れる。また、ホール素子８は、広く普及していて入手しやすいので、製造時間の短縮化が促進できる。したがって、コストダウンの一助となる。
【００２８】
なお、上記ホール素子８を実装する配線板７は、本液面レベルセンサの筐体外形を構成するフレーム５にネジ止め等（不図示）により固定されており、この配線板７は、本液面レベル測定に必要な関連電気回路部品や上記磁束密度から変換された液面レベルに対応する電気信号を外部に出力するターミナル９も実装している。そして、フレーム５の裏側は、カバー１０が覆設されている。
【００２９】
上述のような構成において、液面レベルの変動に応じてフロート１が移動する。このフロート１の移動に応じて、アーム２を介してマグネットホルダー３が回動するため、これに伴いこのマグネットホルダー３に保持収容されるマグネット４も回動する。そして、磁電変換素子が、上記フロート１の移動に応じて回動するマグネット４による磁束密度を検出して、これを電気信号に変換することによって、この電気信号に基づき液面レベルが測定されることになる。
【００３０】
このような動作をして液面レベルを測定する本液面レベルセンサのホール素子８は、マグネット４と同一平面、かつマグネット４の中心部に配置されているので、本液面レベルセンサの薄型化が可能になる。すなわち、図１及び図６を比較すればわかるように、図１の本実施形態の液面レベルセンサは、図６の従来の液面レベルセンサにおけるほぼ厚さａの部分がなくなり、装置全体が薄型化している。また、従来装置のように集磁部材としての対になったコア等が不要になるため、部品点数が減少し、コストダウンが図れるようになる。更に、ホール素子８とコアとの位置ずれの心配も無くなるので、測定精度も向上する。
【００３１】
次に、図４及び図５を用いて、本液面レベルセンサによる、液面レベル検出の原理について説明をする。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本液面レベルセンサによる、液面レベルに応じて変動する磁束密度の検出原理を示す説明図である。図５は、磁石回転角度及びホール電圧の関係を示すグラフである。
【００３２】
図４（Ａ）に示すように、上記円環状のマグネット４のＮ極からＳ極に向かって、矢印で示すような磁力線が発生する。そして、図４（Ｂ）及び図５に示すように、ホール素子８は磁石（マグネット）回転角度θが０度の時に、検出される磁束密度が０（Ｔ）になるような位置関係で、マグネット４のほぼ中心部に配置されている。このように配置すると、検出される磁束密度は、マグネット４が磁石回転角度θで回動するに伴い、図５で示すように、角度θが０度から９０度の間では単調に増加し、９０度から１８０度の間では単調に減少することがわかる。また、ホール電圧も同様の特性を示す。
【００３３】
このような特性を利用することにより、マグネット４の回転角度θに対応するフロート１の位置が特定できるので、液面レベルも測定できるようになる。例えば、本実施形態では、図４（Ｂ）及び図５に示すように、回転角度θが０度の時に磁束密度がほぼ０（Ｔ）になり、かつこの時、液面レベルが最低位になるようにフロート１を初期設定しておき、上記角度θが０度から９０度の間において単調に増加する範囲を、液面レベルの最低位から最高位までに対応するようにする。
【００３４】
このように、上記角度θが０度から９０度の間における磁束密度を検出して、液面レベルを測定するようにしているので、検出した磁束密度から最終的に液面レベルを算出するまでの処理が容易になる。なお、上記角度θが９０度から１８０度の間に、測定範囲を割り当てるようにしてもよい。
【００３５】
以上のように、本実施形態によると、磁束密度検出部を改良して薄型化し、装置全体の小型化及びコストダウンを達成した液面レベルセンサが得られる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、マグネットホルダーが回動可能にフレームに装着され、磁電変換素子が、マグネット４と同一平面、かつマグネット４の中心部にマグネットの内壁に直接対向して配置されているので、磁電変換部分の構造が単純であり本液面レベルセンサの薄型化が可能になる。更に、上述のように、磁電変換素子を配置することにより、従来のように集磁部材としての対になったコア等が不要になるため、部品点数が減少し、コストダウンが図れるようになる。更に、集磁部材が不要になって磁電変換素子と集磁部材との位置ずれの心配も無くなるので、測定精度も向上する。さらに、請求項１記載の発明によれば、マグネットホルダーが円環状マグネットの中心を仮想の回転軸として回動するようにフレームへ回動可能に装着されるので、従来例の回転軸１０６を中心として回動するという複雑な構成が不要となり液面レベルセンサのコストダウンと小型化が図れる。そして、請求項１記載の発明によれば、マグネット４は円環状であり、磁電変換素子は、円環状のマグネット４の中心部に配置されているので、マグネット４の回動に応じて変化する磁束密度を最も効果的に検出することができるので、液面レベルセンサの製造が容易で、またフロート１の移動に応じて回動する際の動きも安定する。したがって、請求項１の発明によれば、より一層の液面レベルセンサのコストダウン及び測定精度向上が図れる。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば、液面レベルに応じたフロート１の移動に伴って回動するマグネット４の磁束密度が、単調に増加する範囲における磁束密度を、磁電変換素子により検出することによって、液面レベルを測定するようにしているので、検出した磁束密度
から、最終的に液面レベルを算出するまでの処理が容易になる。
【００４０】
請求項３記載の発明によれば、磁電変換素子はホール素子８であるので、広く普及していて入手しやすく、製造時間の短縮化が促進できる。したがって、請求項３の発明によれば、更に一層のコストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液面レベルセンサの一実施形態の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の液面レベルセンサの一実施形態の概観を示す平面図である。
【図３】図１の液面レベルセンサの検出部を概略的に示す斜視図である。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本液面レベルセンサによる、液面レベルに応じて変動する磁束密度の検出原理を示す説明図である。
【図５】磁石回転角度及びホール電圧の関係を示すグラフである。
【図６】従来の液面レベルセンサの概要を示す構造説明図である。
【図７】図６の液面レベルセンサの検出部を概略的に示す斜視図である。
【図８】図６の液面レベルセンサによる磁石回転角度、磁束密度及びホール電圧の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  フロート
２  アーム
３  マグネットホルダー
４  マグネット
５  フレーム
７  配線板
８  ホール素子
９  ターミナル
１０  カバー
２１  フロートアーム
６１〜６３  抜け防止フランジ
【図１】
0003905707.tif 000002
【図２】
0003905707.tif 000003
【図３】
0003905707.tif 000004
【図４】
0003905707.tif 000005
【図５】
0003905707.tif 000006
【図６】
0003905707.tif 000007
【図７】
0003905707.tif 000008
【図８】
0003905707.tif 000009