(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向に互いに隣接して配列された複数の帯状接点、および全ての前記帯状接点の共通側の端部と電気的に導通する抵抗素子を備える抵抗部材と、
前記抵抗部材と平行な平面内において幅方向に互いに隣接し且つ各前記帯状接点と対応して配列され磁性および導電性を有する材質から形成された複数の帯状導体、および全ての前記帯状導体の共通側の端部と電気的に導通する導体基部を備える導体部材と、
位置が揺動する磁石と、を備え、
前記磁石、前記抵抗部材および前記導体部材は、それらの順にて互いに重なるよう積層配置されており、
前記帯状導体は、前記磁石の揺動により該磁石の磁束の影響を受けない時には前記帯状接点に導通接触しており、
前記磁石の揺動により該磁石が前記帯状導体と重なるときは該磁石の磁束の作用により該帯状導体が反帯状接点側に撓んで該帯状接点から離れるように設定されており、
前記磁石は、前記複数の全体の帯状導体と重ならない位置から該全体の帯状導体石と重なる位置まで揺動するように設定されているとともに該全体の帯状導体と重なる形状を備え、
前記磁石の位置に関連して前記抵抗素子と前記導体基部との間の抵抗値に基づく出力信号を発するように設定されていることを特徴とする磁気的位置検出装置。
【請求項２】
前記導体部材および前記抵抗素子が配置されたチャンバを有するハウジングを備え、
前記ハウジングには該ハウジングに対して回転自在にアームが支持されており、
前記磁石は前記アームに固定されているとともに、前記チャンバの外部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気的位置検出装置。
【請求項３】
前記導体部材は全部の前記帯状導体と前記導体基部とが一枚の共通の板状材料から一体的に形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２のどちらか一つに記載の磁気的位置検出装置。
【請求項４】
前記アームの前記ハウジングに対する回転支持部分とは反対側の端部に固定された液体に浮かぶフロートを備え、  前記フロートを前記液体の液面位置の変動に追従して移動させることにより前記アームを介して前記磁石を揺動させ、  前記抵抗素子と前記導体基部との間の抵抗値に基づいて前記液面位置を検出することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の磁気的位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁力作用に基づいて位置を検出する磁気的位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の磁気的位置検出装置としては、たとえば、複数の櫛歯状接点と抵抗素子とを備え、櫛歯状接点の外方を磁石が移動することにより櫛歯状接点を磁石の磁力作用により撓ませて抵抗素子に導通接触させ、導通接触した櫛歯状接点とそれに対応した抵抗素子の位置とで決定される電気出力に基づいて、位置を検出する構成のものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１６０５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来の磁気的位置検出装置においては、その作動原理から、櫛歯状接点の幅方向、つまり複数の櫛歯状接点の配列方向に対して幅寸法あるいは直径寸法の小さい磁石を採用する必要がある。そうすると、磁気的位置検出装置の磁石による磁界とは別の外部磁界が櫛歯状接点の周囲に発生すると、他の櫛歯状接点が外部磁界の磁力作用を受けて撓み、誤作動する、つまり検出精度が低下する可能性がある。外部磁界の影響を排除するために櫛歯状接点を磁気検出素子遮蔽することが考えられるが、従来の磁気的位置検出装置に用いられている磁石は小さいため検出動作自体も困難になる。
【０００４】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、外部磁界による誤作動を抑制することが可能な磁気的位置検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
本発明の請求項１に記載の磁気的位置検出装置は、幅方向に互いに隣接して配列された複数の帯状接点、および全ての前記帯状接点の共通側の端部と電気的に導通する抵抗素子を備える抵抗部材と、前記抵抗部材と平行な平面内において幅方向に互いに隣接し且つ各前記帯状接点と対応して配列され磁性および導電性を有する材質から形成された複数の帯状導体、および全ての前記帯状導体の共通側の端部と電気的に導通する導体基部を備える導体部材と、位置が揺動する磁石と、を備え、前記磁石、前記抵抗部材および前記導体部材は、それらの順にて互いに重なるよう積層配置されており、前記帯状導体は、前記磁石の揺動により該磁石の磁束の影響を受けない時には前記帯状接点に導通接触しており、前記磁石の揺動により該磁石が前記帯状導体と重なるときは該磁石の磁束の作用により該帯状導体が反帯状接点側に撓んで該帯状接点から離れるように設定されており、前記磁石は、前記複数の全体の帯状導体と重ならない位置から該全体の帯状導体石と重なる位置まで揺動するように設定されているとともに該全体の帯状導体と重なる形状を備え、前記磁石の位置に関連して前記抵抗素子と前記導体基部との間の抵抗値に基づく出力信号を発するように設定されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の磁気的位置検出装置においては、帯状導体を磁石の磁束の作用により帯状接点から離れる方向に撓ませるための磁石の大きさを、磁石の揺動方向における導体の全体と重なる大きさに設定している。同一磁束密度の磁性材料から形成される磁石においては、磁石の体格が大きいほど磁力が強くなる。したがって、導体部材の帯状導体の周囲に外部磁界が発生した場合でも、その影響を受け難くすることができるので、外部磁界による誤作動を抑制することが可能な磁気的位置検出装置を実現することができる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の磁気的位置検出装置は、抵抗素子や導体部材がチャンバ内に収容されているので、磁気的位置検出装置が設置される環境下に存在する各種物質、たとえば液体や塵埃、あるいは腐食性気体等に対して抵抗素子、導体部材を隔離することができ、従って抵抗素子、導体部材の損傷を回避することが可能となる。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の磁気的位置検出装置は、導体部材は全部の帯状導体と導体基部とが一枚の共通の板状材料から一体的に形成されたことを特徴としている。
【００１０】
上述の構成によれば、たとえば磁性金属の板材にプレス加工を施す等により導体部材を形成することができるので、導体部材の製作工数を低減するとともに、複数の帯状導体の形状、配置間隔等を高精度で形成することができる。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の磁気的位置検出装置は、アームのハウジングに対する回転支持部分と反対側の端部に固定された液体に浮かぶフロートを備え、フロートを液体の液面位置の変動に追従して移動させることにより磁石回転軸を回転させ、抵抗素子と導体基部との間の抵抗値に基づいて液面位置を検出することを特徴としている。
【００１２】
上述の構成によれば、磁気的位置検出装置を液体中に浸漬配置した状態で、液面位置を高精度で検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態による磁気的位置検出装置を、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１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。
【００１４】
燃料レベルゲージ１は、図１に示すように、燃料タンク１２内に固定されている。詳しくは、たとえば、同じく燃料タンク１２内に配置されて固定されて、燃料１１をエンジン（図示せず）へ送出するための燃料ポンプモジュール（図示せず）に固定されている。図１は、燃料タンク１２内の液面１１ａが最低位置、つまりエンプティ位置にあるときを示している。また、燃料タンク１２内における液面１１ａの最高位置、つまり満タン位置を、図１中において二点鎖線で示している。
【００１５】
燃料レベルゲージ１は、大きくは、図１に示すように、ハウジング２と、その一端がハウジング２に回転可能に支持され且つ他端に燃料１１に浮かぶフロート４が固定されたアーム３とを備えている。さらに、図２に示すように、ハウジング２に気密的に形成されたチャンバＣ内に、抵抗部材５と、抵抗部材５と導通接触する導体部材であるコンタクトユニット６とを備えている。また、アーム３には磁石であるマグネット８が固定されている。
【００１６】
以下に、燃料レベルゲージ１の構成について説明する。
【００１７】
ハウジング２は、たとえば樹脂材料から一端が開放された直方体状に形成された本体部２ａと、本体部２ａの開放端を塞ぐように本体部２ａに密着固定された壁面としてのカバー２ｂとから構成されている。カバー２ｂと本体部２ａの内壁により囲まれた空間としてチャンバＣが形成されている。カバー２ｂが本体部２ａに固定されると、チャンバＣは気密的に密閉される。すなわち、ハウジング２の外部からチャンバＣ内に燃料１１が流入することがない。
【００１８】
ハウジング２の本体部２ａには、図２に示すように、ボス部２ａ１が一体的に形成されている。ボス部２ａ１には、図２に示すように、貫通孔２ａ２が形成されている。貫通孔２ａ２は、後述するアーム３の軸部３ａを回転自在に嵌合保持するためのものである。貫通孔２ａ２はカバー２ｂと直交するように形成されている。これにより、アーム３が、ハウジング２に回転自在に保持されているので、アーム３の軸部３ａもカバー２ｂに対して垂直となる。(後述しているので削除)
アーム３はたとえばステンレス鋼の棒材から形成されている。アーム３は、図２に示すように、ハウジング２に回転自在に保持される回転軸としての軸部３ａと、この軸部３ａに連なる腕部３ｂから構成されている。腕部３ｂの軸部３ａと反対側の端部には、図２に示すように、フロート４が取り付けられている。軸部３ａのカバー２ｂから突き出した部分、および腕部３ｂのフロート４から突き出した部分は、図２に示すように、かしめにより部分的に拡径され、これにより、アーム３がハウジング２から外れること、およびフロート４がアーム３から外れることを抑制している。また、アーム３の腕部３ｂには、図１に示すように、磁石であるマグネット８が取り付けられている。マグネット８は、その平面形状が、図１に示すように、アーム３の軸部３ａと同軸上の扇形に形成され、図２の左右方向に磁場が形成されている。
【００１９】
フロート４は、たとえば樹脂材料等から形成され、アーム３に取り付けられた状態で燃料の液面１１ａに確実に浮かぶように見掛けの比重が設定されている。液面１１ａ位置の変動に応じてフロート４が上下動すると、この動きがアーム３に伝達され、アーム３は、その軸部３ａを回転軸としてハウジング２の貫通孔２ａ２内で回転する。
【００２０】
ハウジング２のチャンバＣ内において本体部２ａには、図２に示すように、抵抗部材５および導体部材であるコンタクトユニット６が取り付けられている。
【００２１】
抵抗部材５は、絶縁基板、たとえばセラミック基板からなる基板５ａ上に、たとえば、炭素皮膜、あるいは酸化金属皮膜等からなる抵抗素子としての抵抗皮膜５ｂ、および複数の帯状接点としてのコンタクト５ｄがそれぞれの一端を抵抗皮膜５ｂに導通接続させて形成されている。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、コンタクト５ｄの個数は２２個、すなわち図５に示すように、コンタクト５０１〜５２２が設けられている。なお、図５においては、分かり易さのためにコンタクトユニット６を省略している。全てのコンタクト５ｄは、図５に示すように、その形状、つまり幅および長さ同じであり、等間隔で配列されている。すなわち、互いに隣接するコンタクト５ｄ同士は互いに絶縁して配置されている。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、抵抗皮膜５ｂおよびコンタクト５ｄは同一材質により一体的に印刷等により形成されている。抵抗部材５には、図３に示すように、抵抗皮膜５ｂをリード１０に接続するための電極５ｃが抵抗皮膜５ｂに導通させて設けられている。電極５ｃは、導電性金属から形成されている。
【００２２】
コンタクトユニット６は、磁性と導電性の両方を有する材質、たとえばフェライト系ステンレス鋼板の薄板から形成されている。コンタクトユニット６は、その平面形状が、図３に示すように略櫛状に形成され、櫛の歯に相当する複数の帯状導体であるコンタクト６ａと、コンタクト６ａの共通の一端を連結している基部であるベース６ｂとから構成されている。全てのコンタクト６ａは、その大きさ、つまり幅および長さ、間隔、個数を抵抗部材５のコンタクト５ｄと同じにして形成されている。すなわち、図３に示すように、２２個のコンタクト６ａ（コンタクト６０１〜６２２）が設けられている。さらに、コンタクトユニット６は、全てのコンタクト６ａが抵抗部材５の全てのコンタクト５ｄと一対一で重なるようにして配置されている。本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１のコンタクトユニット６は、上述したフェライト系ステンレス鋼板の薄板にプレス加工を施して、あるいはエッチング処理を施して作られている。コンタクトユニット６は、絶縁材質、たとえば樹脂材質等から形成されたインシュレータ７を介して抵抗部材５に、図４に示すように固定されている。このとき、コンタクトユニット６の各コンタクト６ａは図４に示すような形状に曲げられ、その先端が抵抗部材５の抵抗皮膜５ｂに導通接触している。つまり、コンタクト６ａは、抵抗部材５に固定されると、図４中において破線で示す自然状態から弾性変形して抵抗部材５に固定されている。この弾性変形による弾性力により、コンタクト６ａと抵抗皮膜５ｂとの間に接触圧力が発生して両者間の良好な導通が得られている。
【００２３】
抵抗部材５、インシュレータ７およびコンタクトユニット６を組み付けてアセンブリは、図２に示すように、ハウジング２の本体部２ａに抵抗部材５を密着させて固定されている。すなわち、燃料レベルゲージ１の完成状態において、軸部３ａの軸方向においてハウジング２の外側から、アーム３に固定されたマグネット８、カバー２ｂ、コンタクトユニット６、抵抗部材５の順番で並んでいる。
【００２４】
ハウジング２の本体部２ａには、電気導体、たとえば銅製のピンからなるターミナル９が、図２に示すように本体部２ａの内外に突き出して２本設けられている。チャンバＣ内において、一方のターミナル９は、リード線１０を介して抵抗部材５の電極５ｃに接続され、他方のターミナル９は、別のリード線１０を介してコンタクトユニット６のベース６ｂに接続されている。これらのターミナル９に図示しない電気配線が結合されると、燃料レベルゲージ１が外部の電気回路に接続される。
【００２５】
次に、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１における、燃料１１の液面１１ａレベル検出動作について説明する。
【００２６】
液面１１ａ位置の変動に応じてフロート４が上下動すると、この動きがアーム３に伝達され、アーム３は、その軸部３ａを回転軸として回転する。アーム３の腕部３ｂに取り付けられているマグネット８もアーム３と一体的に回転する。
【００２７】
先ず、燃料タンク１２内の燃料量が空状態、すなわちフロート４およびアーム３が図１中の実線で示すような位置にあるときについて説明する。この場合、コンタクトユニット６とマグネット８との位置関係は図３の破線に示すようになっている。このとき、軸部３ａの軸方向において、マグネット８は、コンタクト６０１を除いた残りのコンタクト６ａであるコンタクト６０２〜６２２と重なっている。したがって、コンタクト６０２〜６２２はマグネット８の磁力に吸引されて図２の右側へ変形し、抵抗部材５の帯状接点５０２〜５２２から離れている。つまり、コンタクト６０２〜６２２はそれぞれ抵抗部材５の帯状接点５０２〜５２２と導通していない。一方、コンタクト６０１は、マグネット８の磁力を受けないので、変形せずに抵抗部材５の帯状接点５０１と導通している。すなわち、燃料タンク１２内の燃料量が空状態のときには、抵抗皮膜５ｂと導通接触しているコンタクト６ａの個数は１個であり、抵抗部材５の電極５ｃとコンタクトユニット６のベース６ｂ間の抵抗値は、抵抗皮膜５ｂにおける電極５ｃからコンタクト５０１とコンタクト６０１との接点までの抵抗値、つまり図６（ａ）中における抵抗値Ｒｅとなる。
【００２８】
次に、燃料タンク１２内の燃料量が満タン状態、すなわちフロート４およびアーム３が図１中の二点鎖線で示すような位置にあるときについて説明する。この場合、コンタクトユニット６に対するマグネット８の位置は、図３中において二点鎖線で示すようになっている。つまり、軸部３ａの軸方向において、マグネット８は、コンタクトユニット６と重ならない。言い換えると、マグネット８は、全てのコンタクト６ａと重ならない。したがって、全てのコンタクト６ａ、つまりコンタクト６０１〜６２２はマグネット８の磁力を受けないので変形せずに抵抗部材５の帯状接点５０１〜５２２とそれぞれ導通している。すなわち、燃料タンク１２内の燃料量が満タン状態のときには、全てのコンタクト６ａが抵抗皮膜５ｂと導通接触しているおり、その個数は本実施形態においては２２個である。抵抗部材５の電極５ｃとコンタクトユニット６のベース６ｂ間の抵抗値は、抵抗皮膜５ｂにおける電極５ｃから、コンタクト６ａと導通接触しているコンタクト５ｄのうちで、電極５ｃに最も近いコンタクト５ｄであるコンタクト５２２とコンタクト６２２との接触までの抵抗値、つまり図６（ａ）中における抵抗値Ｒｆとなる。
【００２９】
自動車の走行時間経過により燃料タンク１２内の燃料量が、たとえば満タン状態から減少すると、燃料レベルゲージ１のアーム３の位置は、図１中において二点鎖線で示される位置から、軸部３ｂの周りに半時計方向に回転して行くことになる。このとき、燃料レベルゲージ１において、抵抗部材５のコンタクト５ｄと導通接触しているコンタクト６ａの個数は、全数である２２個から、燃料の減少にともないアーム３が半時計方向に回転するに連れて、つまり、図６（ｂ）において右側の「満タン」から左側へ向かうに連れて一個ずつ減少していく。これに同期して、抵抗部材５の電極５ｃとコンタクトユニット６のベース６ｂ間の抵抗値、すなわち２本のターミナル９間の抵抗値は、図６（ａ）において右側の「満タン」から左側へ向かうに連れてステップ状に増大していく。
【００３０】
以上説明したように、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１によって、燃料タンク１２内の燃料１１の液面１１ａレベル、すなわち燃料タンク１２内の残存燃料量を高精度で検出することができる。
【００３１】
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は、気密的に密閉されたチャンバ内に、抵抗部材５と櫛状に形成されたコンタクトユニット６を配置し、抵抗素子に導通接触している櫛の歯に相当する複数のコンタクト６ａを、液面レベル変動によるフロートの動き追随して回転するアーム３に固定されたマグネット８の磁力により導通・開放させるとともに、マグネット８の形状をコンタクトユニット６の全コンタクト６ａと重なるような形状としている。
【００３２】
従来の磁気的位置検出装置においては、磁石の移動方向における導体部材の長さと比べてはるかに小さい磁石を用いているのに対して、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１においては、磁石の体格を磁石の移動方向における導体部材の長さと同じ大きさに設定している。同一磁束密度の磁性材料から形成される磁石においては、磁石の体格が大きいほど磁力が強くなる。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においては、その使用中において周囲に外部磁界が発生した場合でも、この外部磁界の磁力によりコンタクト５ｄとコンタクト６ａとの接触・離間状態が変化することを抑制することができる。これにより、外部磁界による誤作動を抑制することが可能な燃料レベルゲージ１を実現することができる。
【００３３】
なお、本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１は、抵抗部材５およびコンタクトユニット６を気密的に密閉されているチャンバＣ内に収容しているため、抵抗部材５およびコンタクトユニット６が燃料１１に触れることがない。これにより、抵抗部材５およびコンタクトユニット６が燃料１１に含まれる成分により腐食する、あるいは燃料１１に含まれる異物により損傷を受けるといった不具合の発生を抑制できる。
【００３４】
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、抵抗部材５が備えるコンタクト５ｄの個数およびコンタクトユニット６が備えるコンタクト６ａの個数をそれぞれ２２個としているが、コンタクト５ｄおよびコンタクト６ａの個数、言い換えるとコンタクト５ｄおよびコンタクト６ａのペア数は必要に応じて増減してよい。
【００３５】
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、抵抗部材５において、抵抗皮膜５ｂとコンタクト５ｄとを同一材料により一体的に印刷して形成しているが、コンタクト５ｄを抵抗皮膜５ｂとは異なる材質、たとえば導電性金属箔等から形成してもよい。
【００３６】
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、コンタクトユニット６を、金属薄板から一体的に形成しているが、このような構成に限定する必要はなく、別の構成、たとえば、帯状導体と基部とを別部品から製作した後、両者を接合して形成してもよい。
【００３７】
また、以上説明した本発明の一実施形態においては、液面検出装置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に限る必要はない。自動車に搭載される他の液体、たとえばブレーキフルード、エンジン冷却水等の容器内の液面検出用に適用してもよい。さらに、自動車用に限らず、各種民生用機器が備える液体容器内の液面検出用に適用してもよい。
【００３８】
また、以上説明した本発明の一実施形態においては、液面検出装置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、その用途は液面検出に限る必要はなく、回転軸の回転角度を検出することにより検出される物理量の検出、たとえば、自動車のエンジンのスロットルバルブの回転角度（スロットルバルブ開度）を検出する用途に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態による燃料レベルゲージ１の正面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２中のＩＩＩ矢視図である。
【図４】図３中のＩＶ矢視図である。
【図５】抵抗部材５の正面図である。
【図６】（ａ）は、アーム回転角度と両ターミナル９間の抵抗値との関係を、（ｂ）は、アーム回転角度とコンタクト５ｄと導通接触しているコンタクト６ａの個数との関係をそれぞれ示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１    燃料レベルゲージ（液面検出装置）
２    ハウジング
２ａ    本体部
２ａ１    ボス部
２ａ２    貫通孔
２ｂ    カバー
３    アーム
３ａ    軸部
３ｂ    腕部
４    フロート
５    抵抗部材
５ａ    基板
５ｂ    抵抗皮膜（抵抗素子）
５ｃ    電極
５ｄ    コンタクト（帯状接点）
５０１〜５２２    コンタクト（帯状接点）
６    コンタクトユニット（導体部材）
６ａ    コンタクト（帯状導体）
６ｂ    ベース（導体基部）
６０１〜６２２    コンタクト（帯状導体）
７    インシュレータ
８    マグネット（磁石）
９    ターミナル
１０    リード線
１１    燃料（液体）
１１ａ    液面
１２    燃料タンク
Ｃ    チャンバ
【図１】
0004992689.tif 000002
【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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