特開 2024-87623 リニア位置センサ及びレベルセンサ

(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】P2024087623

(43)【公開日】2024-07-01

(54)【発明の名称】リニア位置センサ及びレベルセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/62 20060101AFI20240624BHJP

【ＦＩ】

G01F23/62 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022202551

(22)【出願日】2022-12-19

(71)【出願人】

【識別番号】516114787

【氏名又は名称】株式会社日本アレフ

(74)【代理人】

【識別番号】100082876

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 一幸

(74)【代理人】

【氏名又は名称】柿本 恭成

(74)【代理人】

【識別番号】100178906

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 充和

(72)【発明者】

【氏名】萩山 昌哉

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 忠勝

(72)【発明者】

【氏名】矢島 弘一

(72)【発明者】

【氏名】小菅 栄一

【テーマコード（参考）】

2F013

【Ｆターム（参考）】

2F013AA06

2F013AB03

2F013BC04

2F013BG01

2F013BG11

2F013CB02

(57)【要約】

【課題】検出範囲を広くでき、しかも変位が何れの方向であっても精度よく検出可能なリニア位置センサ及びレベルセンサを提供する。
【解決手段】長尺磁性体１２と、長尺磁性体１２に沿って移動可能に配置されてマグネット１５を支持するスライダ１６と、長尺磁性体１２により誘導された磁束を検出する磁気検出部品１８と、を備えるリニア位置センサであって、長尺磁性体１２は、飽和磁束密度が０．６５Ｔ以上、保磁力が１２Ａ／ｍ以下で、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が３０００以上の軟磁性材料からなる。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

長尺磁性体と、
前記長尺磁性体に沿って移動可能に配置されてマグネットを支持するスライダと、
前記長尺磁性体により誘導された磁束を検出する磁気検出部品と、を備えるリニア位置センサであって、
前記長尺磁性体は、飽和磁束密度が０．６５Ｔ以上、保磁力が１２Ａ／ｍ以下で、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が３０００以上の軟磁性材料からなる、リニア位置センサ。

【請求項2】

前記磁気検出部品に磁気検出素子が組み込まれ、
前記スライダが前記磁気検出部品の前記磁気検出素子から最も離間した位置に配置された状態で、前記マグネットにより前記磁気検出素子位置に生じる磁束密度が１ｍＴ以上である、請求項１に記載のリニア位置センサ。

【請求項3】

前記長尺磁性体の、前記磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が５０００以上である、請求項１に記載のリニア位置センサ。

【請求項4】

前記長尺磁性体がＰＣパーマロイからなり、前記飽和磁束密度が０．６５Ｔ以上であり、前記磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が８０００以上である、請求項３に記載のリニア位置センサ。

【請求項5】

前記長尺磁性体がＰＢパーマロイからなり、前記飽和磁束密度が１Ｔ以上であり、前記磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が５０００以上である、請求項３に記載のリニア位置センサ。

【請求項6】

前記長尺磁性体は磁性焼鈍されたパーマロイからなる、請求項１に記載のリニア位置センサ。

【請求項7】

前記マグネットは残留磁束密度１Ｔ以上のネオジム磁石またはサマリウムコバルト磁石からなる、請求項１に記載のリニア位置センサ。

【請求項8】

前記長尺磁性体の両端にそれぞれ前記磁気検出部品を備え、
前記スライダの移動可能範囲が１００ｍｍ以上である、請求項１に記載のリニア位置センサ。

【請求項9】

請求項１乃至８の何れかに記載のリニア位置センサからなるレベルセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リニア位置センサ及びこれを用いたレベルセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、各種タンクの液面位を検出するためのレベルセンサなどのリニア位置センサとして、ステムに沿って昇降可能なフロートにマグネットを支持させ、磁気的にフロートの位置を検出するものが多数知られている。
このようなリニア位置センサでは、ステムの所定位置にリードスイッチを配置し、フロートがステムの所定位置に配置されたときに液面位が所定位置に達したことを検出するものが多数存在する。

【0003】

またステムに磁気収束部材を配置して、磁気収束部材の長手方向の端部に磁電変換素子を配置したレベルセンサも提案されている（下記特許文献１参照）。このレベルセンサでは、液面位の変化を連続的に検出することができるとされていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－３００１８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載のようなレベルセンサでは、磁気収束部材となる長尺磁性体にソフトフェライトを用いているため、液面位を連続的に検出することができる範囲が狭く、しかも液面位が上昇する際と下降する際とで検出位置にズレが生じるという課題があった。

【0006】

そこで本発明では、検出範囲を広くでき、しかも変位が何れの方向であっても精度よく検出可能なリニア位置センサ及びレベルセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者等は、検出範囲を拡大するためには、長尺磁性体に用いる軟磁性材料として、飽和磁束密度を所定の値以上とし、かつ磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率を所定の値以上とすること、また、液面位が上昇する際と下降する際とで検出位置にズレが生じ難くするためには、保磁力を所定値以下とすることにより、上記課題の検出範囲を広くでき、しかも、精度よく検出可能なリニア位置センサ及びレベルセンサを開発し、本発明に想到した。

【0008】

上記目的を達成する本発明のリニア位置センサは、長尺磁性体と、長尺磁性体に沿って移動可能に配置されてマグネットを支持するスライダと、この長尺磁性体により誘導された磁束を検出する磁気検出部品と、を備えるリニア位置センサであって、長尺磁性体は、飽和磁束密度が０．６５Ｔ以上、保磁力が１２Ａ／ｍ以下で、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が３０００以上の軟磁性材料からなる。

【0009】

このレベルセンサでは、磁気検出部品に磁気検出素子が組み込まれ、スライダが、磁気検出部品の磁気検出素子から最も離間した位置に配置された状態で、マグネットにより磁気検出素子位置に生じる磁束密度が１ｍＴ以上であるのが好適である。
好ましくは、長尺磁性体において、飽和磁束密度が０．６５Ｔ以上であり、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が５０００以上である。
好ましくは、長尺磁性体がＰＣパーマロイからなり、飽和磁束密度が０．６５Ｔ以上であり、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が８０００以上である。
好ましくは、長尺磁性体がＰＢパーマロイからなり、飽和磁束密度が１Ｔ以上であり、前記磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が５０００以上である。

【0010】

この長尺磁性体は磁性焼鈍されたパーマロイからなるのがよい。またマグネットは残留磁束密度１Ｔ以上のネオジム磁石またはサマリウムコバルト磁石からなるのがよい。

【0011】

またこのレベルセンサでは、長尺磁性体の両端にそれぞれ磁気検出部品を備え、スライダの移動可能範囲が１００ｍｍ以上とすることも可能である。
本発明のレベルセンサは、上記の何れかに記載のリニア位置センサを用いることによって構成される。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、検出範囲を広くでき、しかも何れの方向への変位であっても精度よく検出することが可能なリニア位置センサ又はレベルセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係るレベルセンサの斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係るレベルセンサの縦断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係るレベルセンサ各部の拡大断面図であり、（ａ）は図２のＡ－Ａ横断面、（ｂ）はベース部の縦断面、（ｃ）は頂部側の縦断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係るレベルセンサの頂部側の拡大断面図である。

【図5】実施例１の結果を示すグラフである。

【図6】実施例１で用いた長尺磁性体の磁化曲線を示す図であり、それぞれ（Ａ）はＰＢパーマロイ、（Ｂ）はＰＣパーマロイ、（Ｃ）はパーメンジュール、（Ｄ）はソフトフェライトを示す。

【図7】実施例２及び比較例１の結果を示すグラフである。

【図8】実施例３の結果を示すグラフである。

【図9】実施例４乃至実施例６の結果を示すグラフである。

【図10】実施例７のレベルセンサの磁束密度を示す図である。

【図11】実施例７のレベルセンサの出力電圧を示す図である。

【図12】実施例８のレベルセンサの出力電圧を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。この実施形態ではリニア位置センサとしてレベルセンサの例を用いている。図１及び図２は本実施形態のレベルセンサを示す図である。

【0015】

レベルセンサ１０は、ベース部１１と、一端部がベース部１１に固定された状態でベース部１１から突出して設けられた長尺磁性体１２を有するステム部１３と、ステム部１３に沿って移動可能に配置され、マグネット１５が支持されたスライダとしてのフロート１６と、長尺磁性体１２の一端部を配置したベース部１１に設けられて長尺磁性体１２により誘導された磁束を検出する磁気検出部品１８と、フロート１６を移動可能に囲んでベース部１１に固定されステム部１３の他端部を固定して支持する剛性枠部２１と、長尺磁性体１２をベース部１１及び剛性枠部２１に弾性により支持する弾性支持部２３と、を備えている。磁気検出部品１８には磁気検出素子１８ｄを内包する磁気センサ１８ｃが組み込まれている。

【0016】

ベース部１１は、図２及び図３（ｂ）に示すように、用途により各種の又は所定の形状に形成された樹脂製の筐体２５を有している。磁気検出部品１８は、基板２７に磁気検出素子１８ｄを内包する磁気センサ１８ｃが取り付けられて構成されている。つまり、磁気センサ１８ｃを実装した基板２７からなる磁気検出部品１８が筐体２５内に固定されている。本実施形態のベース部１１は、筐体２５内の基板２７に磁気検出素子１８ｄを内包する磁気センサ１８ｃを取り付けて構成した磁気検出部品１８が収容されて樹脂封止されている。基板２７から磁気検出部品１８の出力１８ａが、導線として外部に引き出されている。
ベース部１１には取付用のフランジ部１１ａが設けられており、フランジ部１１ａの内側にステム部１３及び剛性枠部２１が突出して設けられ、フランジ部１１ａの外側には基板２７から図示しない制御部等に接続するための出力１８ａがコネクタ１８ｂにより液密に引き出されている。

【0017】

磁気検出部品１８に用いる磁気検出素子１８ｄは電磁変換素子を用いることができ、具体的には、ホール素子が好適に使用可能である。リニア位置センサを液面センサのようなレベルセンサとして利用する場合、磁気センサ１８ｃとしてはリニアホールＩＣ等が好適に使用可能である。後述するように、液面のレベルとリニアホールＩＣとの直線性が良好でない場合には、磁気検出素子１８ｄを備えた磁気センサ１８ｃとしてプログラマブルホールＩＣを用いることができる。プログラマブルホールＩＣは、ＥＥＰＲＯＭ素子等を備えたホールＩＣであり、液面のレベルとリニアホールＩＣの出力を直線に補正する機能を有している。本実施形態では、磁束変化を近似式により線形化して出力できるプログラマブルホールＩＣを用いている。

【0018】

ステム部１３は、図２及び図３（ａ）に示すように、長尺パイプ２９と長尺磁性体１２とを有する。長尺パイプ２９は一端部がベース部１１に固定され、他端部が剛性枠部２１に固定されている。長尺磁性体１２は長尺パイプ２９内に収容されていて、弾性支持部２３を介して長尺パイプ２９と非接合状態で支持されている。

【0019】

ステム部１３の長尺パイプ２９は、例えば樹脂等により長尺磁性体１２と同等の長さに形成されていて、横断面が略一定の概略円筒形状に形成されている。このステム部１３にはフロート１６が移動可能な少なくとも３０ｍｍ以上、好ましくは４０ｍｍ以上の検出領域、特に好ましくは１００ｍｍ以上の検出領域が設けられているが、測定対象の長さ（深さ）により適宜設定することができる。検出領域を区画するために各端部にストッパ等を配置していてもよいが、本実施形態では、フロート１６がベース部１１と当接する位置と、剛性枠部２１の内側端部と当接する位置との間の全長が検出領域となっている。
長尺パイプ２９の外周面には、軸方向に延びるリブ２９ａが複数設けられている。これはフロート１６と長尺パイプ２９とが接触した際に摺動抵抗を少なくするためである。各リブ間は閉塞されていてもよく、内外に貫通した開口であってもよい。

【0020】

フロート１６は環状に形成されていて、中心の貫通孔１６ａにステム部１３が挿通されている。貫通孔１６ａにステム部１３の長尺パイプ２９が挿通した状態では、ステム部１３に対して径方向に過剰にガタつかない範囲でフロート１６がステム部１３の軸線方向に滑らかにスライド可能となっている。
フロート１６の他の形状及び材質などは、マグネット１５を支持した状態で、検出対象の液体の液面に浮くものあれば特に限定されない。

【0021】

フロート１６に支持されたマグネット１５は、ネオジムなどのようにできるだけ強力な磁石が好ましく、両極がフロート１６の貫通孔１６ａの軸方向に沿って配置されているのがよい。マグネット１５は、例えば貫通孔１６ａを囲むように配置される環状のものであってもよく、貫通孔１６ａの軸方向に沿って延びる１又は複数の塊状又は棒状であってもよい。

【0022】

例えば、フロート１６が検出領域における磁気検出部品１８から最も離間した位置に配置された状態で、マグネット１５により得られる磁気検出素子１８ｄの位置の磁束密度が１ｍＴ以上であるのが好適である。ここで、磁気検出素子１８ｄの位置とは、磁気センサ１８ｃ内の電磁変換素子である例えばホール素子の配設される位置を示している。

【0023】

長尺磁性体１２は、フロート１６に支持されたマグネット１５の磁束を磁気検出部品１８の磁気検出素子１８ｄに誘導するもので、例えば飽和磁束密度が０．６５Ｔ以上、保磁力が１２Ａ／ｍ以下であって、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が３０００以上の軟磁性材料からなる。
長尺磁性体１２の保磁力を１２Ａ／ｍ以下とするのは、液面位が上昇する際と下降する際とで検出位置にズレが生じ難くするためであり、長尺磁性体１２の飽和磁束密度を０．６５Ｔ以上とし、かつ、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率を３０００以上とするのは、検出範囲を拡大するためである。

【0024】

検出位置のズレは、長尺磁性体１２の保磁力、所謂ヒステリシスに依存し、検出位置のズレを生じ難くするためには、保磁力が１２Ａ／ｍ以下、より好ましくは４Ａ／ｍ以下が好適である。保磁力が４Ａ／ｍ以下では、検出範囲が１００ｍｍ程度の場合に検出位置のズレは殆ど生じない。なお、保磁力が２０Ａ／ｍでは、検出範囲が１００ｍｍ程度の場合に検出位置のズレは例えば１０％程度であり、検出位置のズレが生じるので好ましくない。保磁力が２０Ａ／ｍ以上では検出位置のズレはより大きくなるが、検出位置のズレが問題とならない場合、例えば、液位がゼロ、中間、最大のような検知の場合には使用することができる。

【0025】

レベル位置センサ１０の検出範囲を拡大するには、磁気検出部品１８の磁気検出素子１８ｄの位置に生ずる磁束密度の量を大きくする必要がある。長尺磁性体１２に用いる軟磁性材料を電磁界解析ソフトウェアにより検討した結果、検出範囲の拡大には、長尺磁性体１２に用いる軟磁性材料が十分大きな飽和磁束密度を持っていることと、初透磁率が小さくとも磁気検出部品１８で検出できる磁束密度の最小値近辺において十分な透磁率を備えていることが有効であることが判明した。検出範囲を１００ｍｍ前後とした場合の磁気検出部品１８の磁気検出素子１８ｄの位置に１～３ｍＴ程度の磁束密度が生じるときの、長尺磁性体１２の端部に生じる表面磁束密度が得られる透磁率を求めた。具体的には、長尺磁性体１２の端部に生じる表面磁束密度が５～１５ｍＴにおける透磁率を算出した。これにより、検出範囲を拡大するためには、長尺磁性体に用いる軟磁性材料として、飽和磁束密度を０．６５Ｔ以上とし、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が３０００以上が必要であることが判明した。この条件を満たす軟磁性材料は、例えばＰＢパーマロイ、ＰＣパーマロイ、パーメンジュール等である。後述するように、ソフトフェライトでは、検出範囲を１００ｍｍ程度に拡大するのは困難であった。

【0026】

このような長尺磁性体１２としては、ＪＩＳＣ２５３１：１９９９に準拠した直流磁気特性を有する磁気等級０６のＰＢパーマロイ、磁気等級３０のＰＣパーマロイ、これらのパーマロイと同等以上の透磁率及び飽和磁束密度を有して同等以下の保磁力を有する鉄ニッケル磁性材料、センダスト、アモルファス磁性材料、ナノ結晶磁性材料などを挙げることができる。ＰＢパーマロイとしては、Ｎｉが４２～４９質量％、残部がＦｅの組成が挙げられる。ＰＣパーマロイとしては、Ｎｉが７５～７８質量％、Ｃｒが２～３質量％、Ｃｕが４～６質量％、残部がＦｅ、Ｎｉが７５～８０質量％、Ｃｕが１～６質量％、Ｍｏが３．５～６質量％、残部がＦｅ、Ｎｉが７９～８２質量％、Ｍｏが３．５～６質量％、残部がＦｅのような組成が挙げられる。

【0027】

長尺磁性体１２の形状としては、円柱状形状、角柱状形状、板状、帯状など各種のものが使用可能であるが、柱状形状のものを用いることで断面積を大きくして太くすることで飽和磁束密度を大きくして、磁気センサに届く磁束密度を大きくでき好ましい。

【0028】

また長尺磁性体１２の端部は球面、テーパー面、錐面等の先細り形状を有していてもよい。このようにすれば端部の狭い範囲に磁束が集中するため、磁気検出素子１８ｄに届く磁束密度のピークを大きくできる。

【0029】

剛性枠部２１は、図２及び図３（ｂ）（ｃ）に示すように、一端側がベース部１１に固定されてフロート１６の周囲を囲んで配置された複数本の枠板２１ａと、複数本の枠板２１ａの他端側が連結した連結部２１ｂと、を有し、連結部２１ｂによりステム部１３の他端側が支持されている。本実施形態では枠板２１ａにより連結部２１ｂが変位不能に支持されている。

【0030】

弾性支持部２３は、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、長尺磁性体１２をベース部１１及び剛性枠部２１に対して弾性により支持するものである。本実施形態では、長尺パイプ２９がベース部１１の筐体２５と剛性枠体２１の連結部２１ｂとに設けられた溝や凹部等に嵌合して固定されていて、この長尺パイプ２９内の長尺磁性体１２が弾性により支持されている。
本実施形態の弾性支持部２３は、剛性枠部２１の連結部２１ｂに設けられて、長尺磁性体１２の一端部を磁気検出部品１８に押し付けるようにこの長尺磁性体１２の他端部を付勢するバネ部２３ａと、筐体２５に設けられた受部２３ｂと、長尺パイプ２９の内側に長尺磁性体１２を囲むように複数突出して設けられ、長尺磁性体１２の外周に非接合状態で当接した内部支持片２３ｃと、を有している。

【0031】

バネ部２３ａは、剛性枠部２１の連結部２１ｂに設けられた弾性変形可能な片からなる板バネである。バネ部２３ａは、例えば長尺パイプ２９又は剛性枠部２１が樹脂製の場合には所望の弾性力が得られるのであれば、一体に形成することも可能である。
バネ部２３ａの形状は板バネに限定されず、コイルばねや皿ばねのような形状を用いてもよい。また、バネ部２３ａは軟質樹脂等の非磁性材料により形成されていてもよい。非磁性材料としては、樹脂や非磁性の金属材料等が挙げられる。

【0032】

このようなバネ部２３ａにより長尺磁性体１２を磁気検出部品１８側に押し付けて支持すれば、例えば長尺パイプ２９や剛性枠部２１に熱膨張や熱収縮が生じても、長尺磁性体１２の端部を適度な圧力で磁気検出部品１８側に押圧できるとともに、長尺磁性体１２の端部と磁気検出素子１８ｄとの間の間隔を一定に保ち易い。

【0033】

受部２３ｂは、筐体２５の壁面に設けられていて、壁面と磁気検出部品１８との間に空気や充填樹脂を存在させることで、磁気検出素子１８ｄと長尺磁性体１２との間に所望の間隔が得られるように形成されている。

【0034】

この受部２３ｂによれば、磁気センサ１８ｃの表面に、長尺磁性体１２の先端が直接当接せずに受部２３ｂの厚み分の隙間で離間させることができる。そのため長尺磁性体１２の端部から過剰な応力を受けることを防止して、磁気センサ１８ｃや磁気センサ１８ｃを実装する基板２７を保護することができ、同時に長尺磁性体１２の先端と磁気検素子１８ｄの間に間隔を設けることで、フロート１６のマグネット１５が磁気検出素子１８ｄに最接近した際に検出素子１８ｄに検出範囲を超えるような磁束が負荷されることを防止できる。
さらに内部支持片２３ｃは、長尺パイプ２９の内面から内側に、長尺磁性体１２を囲む複数位置に、長尺磁性体１２の外周に非接合状態で当接するように突出して設けられている。この内部支持片２３ｃは、長尺磁性体１２が長尺パイプ２９内の中心等の径方向の所定位置に配置されるように、長尺磁性体１２を径方向に弾性支持している。

【0035】

本実施形態では、これらの弾性支持部２３により、長尺磁性体１２がベース部１１、剛性枠部２１、長尺パイプ２９に対して弾性により微少変位可能に支持されていて、ベース部１１、剛性枠部２１、長尺パイプ２９等に生じる熱変形や振動等が直接伝わることを防止している。

【0036】

以上のようなレベルセンサ１０は、フランジ部１１ａを用いてタンク等の液体貯留部の底壁や蓋壁などに装着され、例えばステム部１３が上下方向に配向されるように設置して使用される。フランジ部１１ａにはパッキン等を用いた液密構造を備えていてもよい。
この状態で液体貯留部に液体が貯留されると、液面位に応じてフロート１６が昇降し、フロート１６に支持されたマグネット１５の磁束が長尺磁性体１２に誘導され、長尺磁性体１２の端部に配置された磁気検出部品１８の磁気検出素子１８ｄにより検出され、磁束に対応した検出信号が基板２７から外部に伝達される。
このとき長尺磁性体１２の検出領域全体でマグネット１５の位置に対応した磁束が検出できるため、検出領域全体で液面位を連続的に検出することができる。特に本実施形態では、磁気センサ１８ｃにより線形化しているため、液面位に対応した検出信号が得られ、使い勝手がよい。

【0037】

しかも長尺磁性体１２は、飽和磁束密度が０．６５Ｔ以上、保磁力が１２Ａ／ｍ以下であって、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が３０００以上の軟磁性材料からなるため、検出領域を長くでき、しかも液面位の上昇時と下降時とでズレが生じることを防止できる。その結果、何れの方向の液面位の変位であっても精度よく広い範囲で連続的に検出することが可能である。ここで、飽和磁束密度、透磁率及び保磁力は、JISC2531:1999鉄ニッケル軟質磁性材料に記載された測定方法で求めた値である。

【0038】

［第２実施形態］
図４は第２実施形態のレベルセンサ１０を示す。
この第２実施形態のレベルセンサ１０は、長尺磁性体１２の両端にそれぞれ磁気検出部品１８ｘ，１８ｙを備えていて、フロート１６の移動可能範囲が１００ｍｍ以上とされている。
詳細には、第１実施形態と同様に、一端側のベース部１１の筐体２５内で第１の基板２７ｘに磁気センサ１８ｃを取り付けた第１の磁気検出部品１８ｘが配置されていることに加え、他端側の剛性枠部２１の連結部２１ｂにも筐体２５が設けられ、筐体２５内で第２の基板２７ｙに磁気センサ１８ｃを取り付けた第２の磁気検出部品１８ｙが配置されている。さらに第１及び第２の基板２７ｘ、２７ｙ間が接続ハーネス３１により接続されている。そのため長尺磁性体１２の両端側で、フロート１６のマグネット１５の磁束を検出可能であり、両端側の第１及び第２の磁気検出部品１８ｘ，１８ｙで検出された検出信号が、一端側のコネクタ１８ａの出力１８ｂから外部に伝達される。
その他は、第１実施形態と同様である。

【0039】

このようなレベルセンサ１０であっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。しかも長尺磁性体１２の両端にそれぞれ磁気検出部品１８ｘ，１８ｙを有するため、フロート１６が移動可能範囲においてどちらの端部付近に移動しても、何れかの磁気検出部品１８ｘ，１８ｙによっても精度よく検出できる。そのため磁気検出部品１８ｘ，１８ｙ単独では精度よく検出できない程度に長尺磁性体１２の長さが大幅に長い場合であっても、長尺磁性体１２の両端付近に磁気検出部品１８ｘ，１８ｙが配置されていることから、フロート１６の移動可能な全範囲においてフロート１６の位置を精度よく検出することができ、使い勝手がよい。

【0040】

なお上記第１実施形態及び第２実施形態は、本発明の範囲内において、適宜変更可能である。
例えば上記実施形態では、ステム部１３として長尺パイプ２９内に長尺磁性体１２を収容した例について説明したが、長尺パイプ２９を用いることなく、長尺磁性体１２からなるステム部１３がベース部１１或いは剛性枠部２１に支持されていてもよい。
上記実施形態は、長尺磁性体１２とマグネット１５を除き非磁性の材料を用いて構成されていることが望ましい。非磁性材料としては、軟質樹脂や非磁性の金属材料等が挙げられる。

【実施例0041】

以下、本発明の幾つかの実施例を示して比較例との対比で詳細に説明する。
［実施例１］
線材形状が直径０．６ｍｍ、長さ１５０ｍｍで、それぞれＰＢパーマロイ（日立金属株式会社製、ＹＥＰ－Ｂ 初透磁率：６０００ 飽和磁束密度：１．４Ｔ）、ＰＣパーマロイ（日立金属株式会社製、ＹＥＰ－Ｃ 初透磁率：２０００００ 飽和磁束密度：０．７Ｔ）、パーメンジュール（日立金属株式会社製、ＹＥＰ－２Ｖ 初透磁率：８４０ 飽和磁束密度：２．４５Ｔ）、ソフトフェライト（ＪＦＥフェライト株式会社製、ＭＢＴ２ 初透磁率：３３００ 飽和磁束密度：０．５３Ｔ）で構成される長尺磁性体１２を用いて、磁気検出素子１８ｄの位置における磁束密度を磁気シミュレーションにより算出した。
マグネット１５は、残留磁束密度３９５ｍＴの異方性フェライト磁石で、外径が１５ｍｍ、内径が１０ｍｍ、厚みが３ｍｍのリング状を有し、厚み方向に着磁したものを使用した。

【0042】

磁気検出素子１８ｄの位置の磁束密度は、環状のマグネット１５の中心に長尺磁性体１２を配置して、マグネットと端部の距離に応じて発生する磁束を、株式会社ＪＳＯＬの電磁界解析ソフトウェア（ＪＭＡＧ）を用いてシミュレートすることにより算出した。

【0043】

実施例１の磁束密度の算出結果を図５に示す。図５の横軸は、長尺磁性体１２とマグネット１５との距離（ｍｍ）であり、縦軸は磁気検出素子１８ｄの位置の磁束密度（ｍＴ）である。
図５において、ＰＢパーマロイ、ＰＣパーマロイ、パーメンジュールはマグネット距離１１０ｍｍにおいても１．５ｍＴ以上の磁束密度が生じるのに対し、ソフトフェライトは１ｍＴ以下と小さい磁束密度となっている。

【0044】

また、磁気検出素子１８ｄの位置に磁束密度が２ｍＴ生じている時のマグネット位置における長尺磁性体１２の端部の表面磁束密度を算出すると、１０ｍＴであった。その表面磁束密度から各材料の磁化曲線に基づいて透磁率を求めた。
図６は、実施例１で用いた長尺磁性体１２の磁化曲線を示す図であり、それぞれ（Ａ）はＰＢパーマロイ、（Ｂ）はＰＣパーマロイ、（Ｃ）はパーメンジュール、（Ｄ）はソフトフェライトを示す。
図６の磁化曲線から、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率を算出すると、ＰＢパーマロイは６６００、ＰＣパーマロイは３７０００、パーメンジュールは４０００、ソフトフェライトは３３００であった。

【0045】

これらから、磁気検出素子１８ｄの位置に生ずる磁束密度の量を大きくするためには、長尺磁性体１２に用いる軟磁性材料が十分大きな飽和磁束密度を有していることと、初透磁率が小さくとも磁気検出素子１８ｄで検出する磁束密度の最小値近辺において十分な透磁率を備えていることが必要であることが判明した。飽和磁束密度が０．６５Ｔ以上で、かつ磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率が３０００以上の軟磁性材料としては、ＰＢパーマロイ、ＰＣパーマロイ、パーメンジュールは、その条件に当てはまる。

【0046】

［実施例２］
線材形状が直径０．６ｍｍ、長さ１５０ｍｍのＰＣパーマロイ（王子合金株式会社製、型番：７８Ｎｉ）を、窒素雰囲気下において処理温度８５０度処理時間６分以上の条件で焼鈍を施して製作した長尺磁性体１２を用いて、ヒステリシスの影響を測定した。実施例２のＰＣパーマロイの組成は、Ｎｉが７７．０質量％、Ｍｏが４．２質量％、Ｃｕが５．０質量％、Ｆｅが１３．５質量％であった。マグネット１５は、残留磁束密度１．０６Ｔのサマリウムコバルト磁石で、外径が１２ｍｍ、内径が７ｍｍ、厚みが３ｍｍのリング状を有し、厚み方向に着磁したものを使用した。

【0047】

測定は、長尺磁性体１２を樹脂パイプに内に収容して固定し、樹脂パイプの端部を、磁気センサ１８ｃとなるガウスメータ（Lake Shore社製、型番：425）のプローブに固定するとともに、上記の環状のマグネット１５に樹脂パイプを通し、マグネット１５を長尺パイプ２９に沿ってガウスメータに接近させる方向と離反させる方向とに移動させて、プローブに生じる磁束を測定した。

【0048】

［比較例１］
リードスイッチ材料等に使用される５２％鉄ニッケル合金（日本ベルパーツ社製、リードスイッチ用５２合金線、Ｆｅ－Ｎｉ：５２％）からなり、実施例１と同様の線材形状を有する他は、実施例１と同様にして、マグネットを長尺パイプ２９に沿ってガウスメータに接近させる方向と離反させる方向とに移動させて、プローブに生じる磁束を測定した。５２％鉄ニッケル合金は、実施例１のＰＢパーマロイに近似した飽和磁束密度、磁束密度５～１５ｍＴにおける透磁率を有し、保磁力は２０Ａ／ｍである。

【0049】

実施例２及び比較例１の磁束測定の結果を図７に示す。図７の横軸は、長尺磁性体１２とマグネット１５との距離（ｍｍ）であり、縦軸はガウスメータで測定した磁気検出素子１８ｄの位置の磁束密度（ｍＴ）である。
図７に示すように、実施例２では、マグネット１５をガウスメータに接近させる方向に移動させたときの磁束の変化と、離反させる方向に移動させたときの磁束の変化とが、略一致していた。

【0050】

比較例１の５２％鉄ニッケル合金はＰＣパーマロイに比べて飽和磁束密度が１．４Ｔと大きいため、発生する磁束が大きいものの、保磁力が２０Ａ／ｍと大きいのでヒステリシスの影響が生じており、接近時の磁束と離反時の磁束が顕著に乖離している。磁気検出素子１８ｄの素子位置で磁束密度２ｍＴ発生時のマグネット距離は、接近時に１００ｍｍであるのに対して離反時は１１２ｍｍとなっており、磁気検出素子１８ｄの位置の磁束密度の数値から距離を判別する際に１２ｍｍの誤差が生じる。検出範囲を１００ｍｍとすると、誤差は約１２％である。

【0051】

保磁力に起因する別の問題として、５２％鉄ニッケル合金の接近時のマグネット距離１３０ｍｍ以上の領域において、磁気検出素子１８ｄの位置の磁束密度の変化は０．２ｍＴ以下とごく小さくなっており、磁束密度数値の変化からマグネット位置を判別するのが困難となっている。これに対し、実施例２のＰＣパーマロイはマグネット距離１１０ｍｍ以上の領域で線形に近い磁気検出素子１８ｄの位置の磁束密度の変化が得られている。

【0052】

上記により、比較例１の５２％鉄ニッケル合金のように保磁力の大きい軟磁性材料は、ヒステリシスを生じるため長尺磁性体１２に適していないことがわかる。比較例１以外の保磁力の大きい軟磁性材料として、具体的には、ＳＵＹ－０（保磁力６０Ａ／ｍ以下）のような純鉄や、Ｋ－Ｍ３１（保磁力１０５Ａ／ｍ以下）のような電磁ステンレス鋼、ＹＥＰ－２Ｖ（保磁力６８Ａ／ｍ以下）のようなパーメンジュールが挙げられる。

【0053】

実施例２で用いた、保磁力が４Ａ／ｍ以下と小さいＰＣパーマロイのような軟磁性材料を用いることで、ヒステリシスにより生じるセンサの検出誤差を抑制することが可能である。検出誤差が問題とならない用途の場合、保磁力が１２Ａ／ｍ以下であるが飽和磁束密度が１．４Ｔ以上と大きいＰＢパーマロイを用いることで、弱い磁力のマグネットや低感度な磁気センサを利用してリニア位置センサを構成することが可能である。

【0054】

［実施例３］
長尺磁性体１２として、線材形状が直径２ｍｍである以外は実施例１と同じで、長さ１５０ｍｍのＰＣパーマロイからなり、焼鈍を施していないものを使用した。マグネットとして、残留磁束密度４１０ｍＴの異方性フェライト磁石で、外径が１２．５ｍｍ、内径が５．３ｍｍ、厚みが６ｍｍのリング状を有し、厚み方向に着磁したものを使用した他は、実施例１と同様にして、ガウスメータのプローブに生じる磁束を測定した。

【0055】

実施例３の結果を図８に示す。
図８から明らかなように、焼鈍しない長尺磁性体１２を使用した実施例３では、マグネット１５をガウスメータに接近させる方向に移動させたときと離反させる方向に移動させたときとで、特にマグネット距離５０ｍｍ近傍に見られるような顕著なズレが生じている。これは長尺磁性体１２に加工歪による保磁力の増大が生じているためであり、実施例１のように焼鈍して本来の保磁力に戻して使用することで、両方向における磁束を一致させることが可能である。

【0056】

［実施例４～実施例６］
長尺磁性体１２として、線材形状が長さ１５０ｍｍで、直径が０．６ｍｍ（実施例４）、０．８ｍｍ（実施例５）、２ｍｍ（実施例６）のＰＣパーマロイを、窒素雰囲気下において処理温度８５０度処理時間６分以上の条件で焼鈍を施して使用した。線径以外は実施例１と同じＰＣパーマロイを用いた。マグネット１５として、残留磁束密度１．３５Ｔのネオジム磁石で、外径が１２ｍｍ、内径が８ｍｍ、厚みが３ｍｍのリング状を有し、厚み方向に着磁したものを使用した他は、実施例１と同様にしてガウスメータのプローブに生じる磁束を測定した。結果を図９に示す。
図９から明らかなように、焼鈍した長尺磁性体１２の太さがいずれであっても、マグネット１５の接近させる方向と離反させる方向の両方向における磁束が一致していた。しかも、太い磁性体となるほどマグネット１５が中間部に位置した際の磁束密度を大きくできた。

【0057】

［実施例７］
実施例７として、実施例１のＰＣパーマロイからなる長尺磁性体１２（線材形状が直径０．６ｍｍ、長さ５０ｍｍ）と磁気センサ１８ｃとしてプログラマブルホールＩＣを用い、図１に示すレベルセンサ１０を試作した。プログラマブルホールＩＣは、ＴＤＫ-Ｍｉｃｒｏｎａｓ社製、型番ＨＡＬ２４２５を用いた。
図１０は実施例７のレベルセンサ１０の磁束密度を示す図である。図の横軸はフロート位置（ｍｍ）であり、縦軸は磁束密度（ｍＴ）である。磁束密度は、プログラマブルホールＩＣにおいて、直線性の補正をしないリニアホールＩＣの出力電圧から測定した磁束密度である。
図１０から、実施例７のレベルセンサ１０においては、フロート位置に従って磁束密度は変化するが、直線ではなく曲線となっていることが分かる。このフロート位置に対する磁束密度を、プログラマブルホールＩＣの機能により直線化を図った。

【0058】

図１１は、実施例７のレベルセンサ１０の出力電圧を示す図である。図の横軸はフロート位置（ｍｍ）であり、縦軸はプログラマブルホールＩＣで直線補正をした出力電圧（Ｖ）である。
図１１に示すように、フロート位置が０ｍｍ～４０ｍｍのときに、出力電圧が０．５Ｖから４．５Ｖ迄変化し、フロート位置が１ｃｍ変化すると、出力電圧が１Ｖ変化し、直線性が良好であり、液面の変位として４０ｍｍを測定できることが分かる。

【0059】

［実施例８］
実施例８では、実施例１の長尺磁性体１２（線材形状が直径０．６ｍｍ、長さ１１０ｍｍのＰＣパーマロイ）と磁気センサ１８ｃとして、実施例７と同じプログラマブルホールＩＣを用い、図１に示すレベルセンサ１０を試作した。長尺磁性体１２の長さを変えた以外は、実施例７と同様である。

【0060】

図１２は、実施例８のレベルセンサ１０の出力電圧を示す図である。図の横軸はフロート位置（ｍｍ）であり、縦軸はプログラマブルホールＩＣで直線補正をした出力電圧（Ｖ）である。
図１２に示すように、フロート位置が０ｍｍ～１００ｍｍのときに、出力電圧が０．５Ｖから４．５Ｖ迄変化し、フロート位置が２ｃｍ変化すると出力電圧が０．８Ｖ変化し、直線性が良好で、液面の変位として１００ｍｍを測定できることが分かる。

【0061】

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。
例えば、上述した実施形態においては、プログラマブルホールＩＣの出力は電圧で示したが、これに限らず、別途液晶や有機ＥＬ等を備えた表示装置で、液面の位置や、液面の目盛り等を表示したり、有線及び無線による通信を介して外部装置への液面位置情報の出力をしてもよいことは明らかである。

【0062】

上述した実施形態では、磁気検出部品１８の出力をコネクタ１８ｂを用いて出力しているが、絶縁被覆した導線による引き出し線やワイヤーハーネスを用いてもよい。

【符号の説明】

【0063】

１０ レベルセンサ
１１ ベース部
１１ａ フランジ部
１２ 長尺磁性体
１３ ステム部
１５ マグネット
１６ フロート（スライダ）
１６ａ 貫通孔
１８，１８ｘ，１８ｙ 磁気検出部品
１８ａ 出力
１８ｂ コネクタ
１８ｃ 磁気センサ
１８ｄ 磁気検出素子
２１ 剛性枠部
２１ａ 枠板
２１ｂ 連結部
２３ 弾性支持部
２３ａ バネ部
２３ｂ 受部
２３ｃ 内部支持片
２５ 筐体
２７，２７ｘ，２７ｙ 基板
２９ 長尺パイプ
２９ａ リブ
３１ 接続ハーネス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】