特開 2024-85079 静電容量式液位検出センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024085079

(43)【公開日】2024-06-26

(54)【発明の名称】静電容量式液位検出センサ

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/263 20220101AFI20240619BHJP

【ＦＩ】

G01F23/263

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022199416

(22)【出願日】2022-12-14

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129838

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 典輝

(74)【代理人】

【識別番号】100101203

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100104499

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 達人

(72)【発明者】

【氏名】堺 昭治

(72)【発明者】

【氏名】三好 新二

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 典彦

(72)【発明者】

【氏名】嶋根 義親

【テーマコード（参考）】

2F014

【Ｆターム（参考）】

2F014AB02

2F014EA00

(57)【要約】

【課題】１つの静電容量式の液位検出センサで満検出、空検出、及び、その間の液位検出を精度よく行うことができる静電容量式液位検出センサを提供する。
【解決手段】内側に配置された円柱又は円筒状の検出電極と、検出電極と同心で検出電極の外側に配置された円筒状の対向電極と、を有し、タンク内の液位の位置に応じて静電容量が変化する静電容量式の液位検出センサであって、タンクの満付近と、タンクの空付近における検出電極の直径が、その他の部位に比べて大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内側に配置された円柱又は円筒状の検出電極と、前記検出電極と同心で前記検出電極の外側に配置された円筒状の対向電極と、を有し、タンク内の液位の位置に応じて静電容量が変化する静電容量式の液位検出センサであって、
前記タンクの満付近と、前記タンクの空付近における前記検出電極の直径が、その他の部位に比べて大きい、
静電容量式液位検出センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は静電容量式の液位検出センサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、静電容量式の液位検出センサの構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－２０９２１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

タンク内の燃料等の液体の液位を検出する手段として、タンク内に電極（大小同心円筒を含む）を設置し、電極間の静電容量を測定して液位を検出する手法が広く知られている。従来では、満（満タン）付近と空付近とを精度よく検出する必要が有るため、液位を検出する検出計とは別に満付近と空付近との少なくとも一方に別途静電容量式センサを設置することがある。このようにセンサを複数配置する必要があるため、センサの取付スペースが多大となり、センサ重量が重く、コストも高くなる問題がある。

【0005】

本開示では上記問題を鑑み、１つの静電容量式の液位検出センサで満検出、空検出、及び、その間の液位検出を精度よく行うことができる静電容量式液位検出センサを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願は、内側に配置された円柱又は円筒状の検出電極と、検出電極と同心で検出電極の外側に配置された円筒状の対向電極と、を有し、タンク内の液位の位置に応じて静電容量が変化する静電容量式の液位検出センサであって、タンクの満付近と、タンクの空付近における検出電極の直径が、その他の部位に比べて大きい、静電容量式液位検出センサを開示する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、タンク満付近、空付近の検出精度が向上し、１つの静電容量式の液位検出センサで満検出、空検出、及び、その間の液位検出を精度よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は静電容量式液位検出センサ１０の構成を説明する図である。

【図2】図２は静電容量式液位検出センサ５０の構成を説明する図である。

【図3】図３は静電容量式液位検出センサ６０の構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示は、内側に配置された検出電極と検出電極の外周を囲むように配置された対向電極とを具備する電極部を有する静電容量式の液位検出センサにおいて、内側に配置された検出電極の直径を場所に応じて変更している。従来技術では、満付近及び空付近の、静電容量検出精度を上げるために、液位位置検出部とは別に、レベルスイッチと呼ばれる満検出部センサと空検出部センサを別途配置していた。このためセンサの体積が増し、コスト高、重量増の問題がある。これに対して本開示の静電容量式液位検出センサによれば、位置によって検出電極の大きさを変えることで、別途レベルスイッチを設けることなく満付近及び空付近での検出精度も高めることができ上記問題を解決することができる。

【0010】

１．第１形態
図１に第１形態の静電容量式液位検出センサ１０の構成を示した。（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ－Ａに沿った断面図、（ｃ）はＢ－Ｂ矢視断面図である。静電容量式液位検出センサ１０は実際に液位を検出する電極部２０、電極部２０で検出された情報を増幅する等して計器に送るアンプ４１、及び、電極部２０とアンプ４１との間に配置され静電容量式液位検出センサ１０を設置する際の取り付け部等となる拡径された板状であるフランジ４０を有している。フランジ４０、アンプ４１の具体的態様は公知の通りである。

【0011】

電極部２０による液位検出の基本的な考え方は公知の静電容量式の液位検出センサと同様である。従って、電極部２０は円柱状（又は円筒状）の検出電極２５、及び、検出電極２５の外周に対して所定の間隙を有して検出電極２５を囲むように対向電極２１が配置されている。検出電極２５、対向電極２１を構成する材料は公知の静電容量式液位検出センサと同様である。

【0012】

本形態では、図１からわかるように検出電極２５は円柱の軸線方向の両端部が太く形成されており、第１拡大部２５ｂ、第２拡大部２５ｃとされている。第１拡大部２５ｂと第２拡大部２５ｃとの間が液位検出部２５ａである。従って、第１拡大部２５ｂ及び第２拡大部２５ｃでは、液位検出部２５ａに比べて対向電極２１との間隔が狭くなる。

【0013】

ここで、第１拡大部２５ｂは静電容量式液位検出センサ１０が設置されたタンクの満付近に相当する位置に設けられ、第２拡大部２５ｃは静電容量式液位検出センサ１０が設置されたタンクの空付近に相当する位置に設けられる。このように、本形態では、満付近及び空付近の検出電極２５の直径を大きくして対向電極２１との間隙を狭くした。望ましくは、第１拡大部２５ｂ、第２拡大部２５ｃの直径が液位検出部２５ａの直径に対して１．２倍以上である。これにより、満付近及び空付近における静電容量の検出感度を３５％以上向上させることができる。

【0014】

具体的な例としては次の通りである。電極部における静電容量Ｃは、検出電極の半径をａ（ｍ）、対向電極の内側の半径をｂ（ｍ）、軸線方向の長さをＬ（ｍ）とすると、次の式により求めることができる。
Ｃ＝（２πεＬ）/（ｌｎ（ｂ/ａ））

【0015】

ここでｌｎは自然対数、εは誘電率である。
２πεＬを定数Ａ、ｂ＝２ａとすると、
Ｃ＝Ａ/ｌｎ（２ａ／ａ）＝１．４５Ａ
となる。これに対して検出電極の半径を１．２倍である１．２ａにすると、
Ｃ＝Ａ／ｌｎ（２ａ／１．２ａ）＝１．９６Ａ
となり、Ｃが３５％大きくなってその分検出感度が向上する。同様に検出電極の半径を１．５倍にすれば１３９％検出感度が向上する。
なお、液位検出部２５ａを含めた全ての部位で検出電極の半径を大きくすれば、当該全ての部位で検出感度が向上するように思えるが、これにより間隙が小さくなってしまい、実際には液が検出電極と対向電極との間に入り難くなり、誤検出の可能性が高まってしまう。

【0016】

また、本形態では対向電極２１のうち、検出電極２５の第一拡大部２５ｂに対向する位置に壁面を貫通する孔２１ａが設けられている。これは空気が抜ける孔として機能し、これにより検出電極２５と対向電極２１との間の間隙に液が入りやすくなり誤検出の発生を抑制することができる。

【0017】

対向電極２１に設けられ、その壁面を貫通する孔は、他の部位にも設けられてもよい。具体的には対向電極２１のうち、検出電極２５の第二拡大部２５ｃに対向する位置に少なくとも１つの孔を設けることができる。これによれば、狭くされた対向電極２１と検出電極２５の第二拡大部２５ｂとの間隙に液を速やかに導入することができる。

【0018】

さらに、本形態では検出電極２５の第二拡大部２５ｃと対向電極２１との間隙の一部に樹脂３０が充填されている。これにより検出電極２５と対向電極２１との相対位置が保持されて間隙の大きさが安定し、検出精度の向上が図られる。

【0019】

このように静電容量式液位検出センサ１０によれば、満付近、空付近で検出感度が高められていることから検出精度が向上し、１つの静電容量式液位検出センサで満検出、空検出、及び、その間の液位検出を精度よく行うことができる。

【0020】

本形態では拡大部を第一拡大部２５ｂ、及び第二拡大部２５ｃの２か所に設けたが、いずれか一方であってもよい。静電容量式液位検出センサの使用状況に応じて、いずれかの拡大部のみが具備されたものを用いるか、両方の拡大部が具備されたものを用いるかを適宜使い分けることができる。

【0021】

２．第２形態
図２には第２形態の静電容量式液位検出センサ５０を説明する図を示した。図２は図１（ｂ）と同じ視点による図である。
静電容量式液位検出センサ５０では、第一拡大部５１ｂ、第二拡大部５１ｃで検出電極５１を二重管形状とすることで液位検出部５１ａに対して径を拡張して検出感度を向上させている。これによっても静電容量式液位検出センサ１０と同様の効果を奏するものとなる。
本形態では第二拡大部５１ｃで２重管となる部位は樹脂３０を間隙の一部に配置することにより、当該２重管となる部位が対向電極２１の内側に保持される。このときには不図示の信号線により当該２重管部分とアンプ４１とが電気的に接続されている。

【0022】

３．第３形態
図３（ａ）～図３（ｃ）には第３形態の静電容量式液位検出センサ６０を説明する図を示した。図３（ａ）～図３（ｃ）の各図は図１（ｂ）と同じ視点による図である。
図３（ａ）の例では、静電容量式液位検出センサ６０では検出電極６１において、その軸線方向中央で径が小さく、両端に向けて径が大きくなるように傾斜（テーパ形状）とすることで液位検出部６１ａに対して第一拡大部６１ｂ及び第二拡大部６１ｃの径を大きくして対向電極２１との間隙を狭めている。これによっても静電容量式液位検出センサ１０と同様の効果を奏するものとなる。

【0023】

図３（ｂ）は図３（ａ）と同様の考え方で検出電極６１がその長手方向に沿って径が徐々に変化するテーパ形状を有することで、径が大きい第二拡大部６１ｃが形成されるが、満付近側では拡大部が設けらていない形態である。
図３（ｃ）は図３（ａ）と同様の考え方で検出電極６１がその長手方向に沿って径が徐々に変化するテーパ形状を有することで、径が大きい第一拡大部６１ｂが形成されるが、空付近側では拡大部が設けらていない形態である。
静電容量式液位検出センサ６０の使用状況に応じて、図３（ａ）～図３（ｂ）の形態を使い分けることができる。

【符号の説明】

【0024】

１０…静電容量式液位検出センサ、２０…電極部、２１…対向電極、２５…検出電極、２５ａ…液位検出部、２５ｂ…第一拡大部、２５ｃ…第二拡大部、３０…樹脂、４０…フランジ、４１…アンプ、５０…静電容量式液位検出センサ、５１…検出電極、５１ａ…液位検出部、５１ｂ…第一拡大部、５１ｃ…第二拡大部、６０…静電容量式液位検出センサ、６１ａ…液位検出部、６１ｂ…第一拡大部、６１ｃ…第二拡大部

【図1】

【図2】

【図3】