JP2024115444A - センサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】既存の容器をそのまま使用することができ、収容物の複数の残量を検知可能なセンサモジュールを提供する。
【解決手段】収容物が収容された容器１の開口部２に取付けられたキャップ３の外側に配置され、筐体１０に収容されたセンサモジュール１００は、センサ部２０とレンズ部３２を備える。センサ部２０は、送受信部２１、及び演算部を有する。センサモジュール１００において、送受信部２１は、電波を送信する送信部２１ａと電波を受信する受信部２１ｂとを有し、送信部２１ａは、キャップ３を通過して容器の内部空間１ａに到達する電波を送信し、受信部２１ｂは、内部空間１ａにおいて電波が収容物５で反射した後の反射波を受信し、演算部は、送信部２１ａから電波を送信してから受信部２１ｂで反射波が受信されるまでの時間に基づいて、収容物５の残量を演算する。
【選択図】図４

Description

本開示は、センサモジュールに関する。

例えば、北海道などの寒冷地においては、建物内の主な暖房器具の燃料として灯油が用いられている。冬場に暖房器具を継続して使用するために、暖房器具への灯油の供給源として、屋外に設置され、屋外から屋内の暖房器具に灯油を供給することができる燃料タンクが用いられることが多い。しかしながら、暖房器具を継続して使用するためには、燃料タンク内の灯油が空になってから補充するのではなく、灯油が空になる前に補充することが望ましい。そのため、に燃料タンクには専用の残量検知センサが取付けられているものもがある。

特許文献１には、フォトセンサを使用して燃料タンク内の灯油が所定量以下になったことを検知する非接触微小位置変化検知センサが開示されている。非接触微小位置変化検知センサは、燃料タンクの残量表示器の周りにハウジングを嵌着して用いることにより、燃料タンク内の灯油の残量を検知する残量検知センサとして用いられる。残量表示器には、燃料タンク内の灯油の残量変化に伴って上下方向に移動するフロート式のインジケータが備えられており、このインジケータを被測定物としてその位置変化をフォトセンサで検知することにより、燃料タンク内の灯油が所定量以下になったことを検知する。また、特許文献１には、この検知信号が、燃料タンクを特定するＩＤと共に、電話回線などの公衆通信網を介して、燃料タンクを管理する燃料販売店や管理会社に送信されることが開示されている。これにより、燃料タンク内の灯油が空になる前に、新たな灯油を補充することができる。

特開２００６－２３４６７３号公報

特許文献１に記載の非接触微小位置変化検知センサは、フォトセンサを一つだけ備えているので、灯油が所定量以下になったか否かしか検知できない。仮に、複数の所定量を検知するためには、所望の所定量の数だけフォトセンサを必要とする。この場合、複数の所定量の検知分解能をフォトセンサの高さ以下にするには、フォトセンサをインジケータの移動方向（上下方向）とは異なる方向（例えば周方向）にずらして複数配置しなければならない。このため、非接触微小位置変化検知センサのサイズが大きくなってしまう。また、既設の燃料タンクの全てがフロート式のインジケータを有する残量表示器を備えているわけではないので、そのような残量表示器を備えていない燃料タンクにおいては、特許文献１に記載の非接触微小位置変化検知センサでは灯油が所定量以下になったことを検知できないおそれがある。

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、既存の容器（燃料タンク）をそのまま使用することができ、収容物（灯油）の複数の残量（所定量）を検知可能なセンサモジュールを提供する点にある。

本開示に係るセンサモジュールの一つの実施形態は、収容物が収容された容器の開口部に取付けられたキャップの外側に配置され、筐体に収容されたセンサモジュールであって、センサ部とレンズ部とを備え、前記センサ部は、電波を送信する送信部と電波を受信する受信部とを含む送受信部、及び演算部を有し、前記送信部は、前記キャップを通過して前記容器の内部空間に到達する前記電波を送信し、前記受信部は、前記内部空間において前記電波が前記収容物で反射した後の反射波を受信し、前記レンズ部は、前記センサ部の前記送受信部に対向するように配置されると共に、前記電波及び前記反射波を通過させる底壁を有しており、前記演算部は、前記送信部から前記電波を送信してから前記受信部で前記反射波が受信されるまでの時間に基づいて、前記収容物の残量を演算する。

本実施形態によると、センサモジュールをキャップの外側に配置するので、既存の容器にセンサモジュールを配置するために容器を改造する必要がなく、そのままの状態で容器内に収容される収容物の残量を演算することができる。また、電波を用いて収容物の残量を演算するので、インジケータの位置を計測する場合とは異なり、収容物の複数の残量を容易に検知（演算）することができる。さらに、電波を直接収容物に反射させて電波を受信するまでの時間を演算することで収容物の残量を演算するので、一つのセンサモジュールで収容物の複数の残量を高分解能で検知することができる。

本開示に係るセンサモジュールの他の一つの実施形態において、前記レンズ部の底壁は、前記キャップの上面に当接している。

本実施形態によると、レンズ部の底壁がキャップの上面に当接しているので、送信部から送信される電波及び電波が収容物で反射した反射波がキャップの上面とレンズ部の底壁との境界で反射するのを抑制することができる。

本開示に係るセンサモジュールの他の一つの実施形態において、前記筐体は係合部を有し、前記キャップは被係合部を有し、前記係合部と前記被係合部とが係合されることにより、前記容器に対して着脱可能に固定され、前記レンズ部は、前記キャップに一体的に形成されている。

本実施形態によると、レンズ部をキャップや筐体等に支持させるための作業を必要とせずに、レンズ部とキャップの隙間をなくすことができる。

本開示に係るセンサモジュールの他の一つの実施形態において、前記レンズ部は、前記キャップの上面に向かう方向の付勢力を発揮する付勢手段によって前記筐体に対して支持されている。

本実施形態によると、仮にセンサモジュールがキャップから離間する方向に移動したとしても、レンズ部の底壁をキャップの上面に当接させ続けることができる。

本開示に係るセンサモジュールの他の一つの実施形態において、前記筐体は係合部を有し、前記キャップは被係合部を有し、前記係合部と前記被係合部とが係合されることにより、前記筐体と前記キャップとにより形成される閉塞空間は、水密状態になる。

本実施形態によると、センサモジュールが屋外に配置されていた場合でも、閉塞空間内に雨水が浸入することがない。

本開示に係るセンサモジュールの他の一つの実施形態において、前記筐体は、前記容器に対して固定される被係合部材の被係合部に係合可能な係合部を有し、前記係合部と前記被係合部とが係合されることにより、前記筐体と前記被係合部材と前記キャップとにより形成される閉塞空間は、水密状態になる。

本実施形態によると、被係合部材を用いることで、容器やキャップを改造することなくセンサモジュールを容器に対して着脱可能に固定することができる。また、センサモジュールが屋外に配置されていた場合でも、閉塞空間内に雨水が浸入することがない。

本開示に係るセンサモジュールの他の一つの実施形態において、電源部と外部通信部とを更に備え、前記電源部は、前記センサ部及び前記外部通信部へ電力を供給する機能を有し、前記外部通信部は、前記演算部で演算された前記収容物の前記残量を無線信号により外部に無線送信する。

本実施形態によると、センサモジュールは外部電源を使用することなく駆動し続けることができると共に、容器の内部を目視等で確認することなく容器から離れた場所で収容物の残量を知ることができる。

第１実施形態に係るセンサモジュールと燃料タンクとを分離した状態を示す分解図である。 センサモジュールの分解斜視図である。 センサモジュールの分解斜視図である。 燃料タンクに取付けられたセンサモジュールを示す断面図である。 燃料タンクに取付けられた第１実施形態の変形例に係るセンサモジュールを示す断面図である。 第２実施形態に係るセンサモジュールと燃料タンクとを分離した状態を示す分解図である。 センサモジュールの分解斜視図である。 センサモジュールの分解斜視図である。 燃料タンクに取付けられたセンサモジュールを示す断面図である。

以下、本開示に係るセンサモジュールの実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に記載される実施形態は、センサモジュールを説明するための例示であり、センサモジュールをこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本開示に係るセンサモジュールは、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

〔第１実施形態〕
〔センサモジュールの構成〕
図１に示されるように、第１実施形態に係るセンサモジュール１００は、燃料タンク１（容器の一例）の開口部２を閉塞するキャップ３の外側に取付けられ、筐体１０に収容されて使用する。燃料タンク１は、タンク本体１ｂ（容器本体の一例）と、タンク本体１ｂから突出した円筒形状の開口部２とを含んでいる。タンク本体１ｂの内部空間１ａは、開口部２の内側空間と連通しており、灯油５（収容物の一例）は開口部２から注がれて内部空間１ａに供給される。これにより、内部空間１ａには、灯油５が貯留される。センサモジュール１００は、燃料タンク１の内部空間１ａに貯留された灯油５の残量を検出する。キャップ３は、樹脂からなり、開口部２に螺合されて開口部２を閉塞する。

図２から図４に示されるように、センサモジュール１００は、センサ部２０とレンズ部３２を備えている。センサ部２０は、送受信用ＩＣ２１（送受信部の一例）と、演算用ＩＣ２２（演算部の一例）と、を含んで構成されている。

図２、図３に示されるように、送受信用ＩＣ２１と演算用ＩＣ２２とは、第１基板４０の板面の異なる面にそれぞれ実装されている。送受信用ＩＣ２１は送信部２１ａと受信部２１ｂとを有する。なお、送受信用ＩＣ２１と演算用ＩＣ２２は、第１基板４０の同一面に実装されていてもよい。

送受信用ＩＣ２１の送信部２１ａは送信する信号を変調した電波を外部に送信する機能を有し、受信部２１ｂは外部からの電波を復調して信号を受信する機能を有する。送受信用ＩＣ２１は、送信部２１ａから送信した電波を受信部２１ｂで受信することができる。第１基板４０に実装された送受信用ＩＣ２１は、送信する信号を変調して送信部２１ａの送信アンテナ（不図示）から電波を送信すると共に、受信部２１ｂの受信アンテナ（不図示）から受信した電波を復調する。演算用ＩＣ２２は、送信アンテナから送信した電波が受信アンテナで受信されるまでの時間に基づいて、燃料タンク１の内部空間１ａに貯留された灯油５の残量を演算する機能を有する。

センサモジュール１００は、電源用ＩＣ６１と電池部６２とを含む電源部６０を有する。電源用ＩＣ６１は、第１基板４０の演算用ＩＣ２２が実装された面と同じ面に実装されている。電池部６２は、電池６２ａと電池６２ａを保持する電池ソケット６２ｂとを含んで構成されている。電池６２ａが保持された電池ソケット６２ｂは第２基板５０の板面に実装されている。第１基板４０に実装された送受信用ＩＣ２１、演算用ＩＣ２２、及び電源用ＩＣ６１は、第２基板５０に実装された電池６２ａから電力の供給を受けて作動する。なお、電源用ＩＣ６１は、第１基板４０の演算用ＩＣ２２が実装された面と異なる面に実装されてもよい。また、センサモジュール１００が第２基板５０を備えない場合は、電池ソケット６２ｂは第１基板４０に実装されるように構成されてもよい。

第２基板５０の電池部６２が実装された面と同じ面には、外部通信用ＩＣ９０（外部通信部の一例）が実装されており、外部通信用ＩＣ９０で生成された信号を外部に送信する外部通信アンテナ９１が第２基板５０の外部通信用ＩＣ９０が実装された面と同じ面上にパターンで形成されている。外部通信アンテナ９１は、パターンではなく、専用のアンテナ部品を用いて構成してもよい。

図２、図４に示されるように、第１基板４０と第２基板５０とは、接続部材８０により電気的に接続されている。接続部材８０は、ＦＦＣ（Flexible Flat Cable）やＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）等、第１基板４０と第２基板５０との間を電気的に接続するものであればよい。このとき、第１基板４０と第２基板５０には、接続部材８０の両端が電気的に接続されるコネクタ８２が実装されている。すなわち、第１基板４０に実装されたコネクタ８２、接続部材８０、第２基板５０に実装されたコネクタ８２により、第１基板４０と第２基板５０とは電気的に接続される。なお、上記の構成に代えて、電線とプラグからなるハーネスと第１基板４０と第２基板５０のそれぞれに実装されるレセプタクルとにより構成されていてもよいし、基板対基板接続用コネクタで構成されていてもよいし、その他の構成であってもよい。

レンズ部３２は、基板ホルダ３０に一体的に形成されている。基板ホルダ３０は樹脂からなり、底壁３１と底壁３１の外縁から立設した周壁３３を含む有底の円筒形状を有する。基板ホルダ３０は、第１基板４０と後述する第２基板５０とを保持する。基板ホルダ３０は、レンズ部３２は、基板ホルダ３０の底面から開口側に向けて隆起した形状を有する。第１基板４０は、送受信用ＩＣ２１がレンズ部３２の頂面３２ａに当接するように、基板ホルダ３０に固定される。すなわち、レンズ部３２は、第１基板４０を基板ホルダ３０に固定したときに、送受信用ＩＣ２１が頂面３２ａに当接する程度の高さだけ隆起している。なお、底壁３１はレンズ部３２の一部を構成する。

基板ホルダ３０の周壁３３には、周壁３３の立設方向に沿って延出する複数（本実施形態では四本）の支持ボス３４が、周方向で均等になるように配置されている。第１基板４０と第２基板５０とは、支持ボス３４で支持されることにより、基板ホルダ３０に対して固定される。第１基板４０と第２基板５０には、支持ボス３４に対応する箇所に貫通孔が形成されており、該貫通孔を支持ボス３４が貫通している。支持ボス３４は複数でなくても、一本であってもよい。なお、支持ボス３４は、基板ホルダ３０と一体的に形成されてもよいし、基板ホルダ３０に対して圧入や接着等の方法により配置されていてもよい。

支持ボス３４により第１基板４０及び第２基板５０を基板ホルダ３０に固定する方法としては、例えば、支持ボス３４の先端を加熱して溶融させ、第２基板５０に熱溶着してもよい。また、支持ボス３４の先端を割ピン形状にして第１基板４０及び第２基板５０を固定してもよい。若しくは、支持ボス３４の先端に雌ねじを形成し、雄ねじで固定してもよい。第１基板４０及び第２基板５０を基板ホルダ３０に固定することができれば、任意の方法を採ることができる。

支持ボス３４に支持された状態で、第１基板４０と第２基板５０との間には、支持ボス３４に挿通されたスペーサ４２が配置されている。このスペーサ４２により、第１基板４０と第２基板５０とは、互いに離間して配置される。また、上記の構成に代えて、支持ボス３４の外径について、基端部を大径にすると共に先端部を小径にして、基端部と先端部との間に段差を設けてもよい。そして、第１基板４０には支持ボス３４の基端部に挿通可能な内径の貫通孔を形成し、第２基板５０には支持ボス３４の先端部に挿通可能だが基端部に挿通不可能な内径の貫通孔を形成する。これにより、第１基板４０と第２基板５０とを支持ボス３４に挿通したときに、第２基板５０は支持ボス３４の基端部と先端部との間の段差に支持されるので、スペーサ４２がなくても第１基板４０と第２基板５０とは離間した状態で固定される。なお、第１基板４０と第２基板５０とは異なる外径を持つ別々の支持ボス３４により配置されていてもよい。この場合にも、スペーサ４２は不要となる。

センサモジュール１００が第２基板５０を備えている場合、第１基板４０及び第２基板５０は、少なくとも１本の支持ボス３４と、第１基板４０と第２基板５０の対向する板面の距離を一定に保つためのスペーサ４２とを用いることにより、キャップ３に対して固定されていてもよい（図４参照）。また、第１基板４０は少なくとも１本の支持ボス３４を用いることによりキャップ３に対して固定されており、第２基板５０はその他の支持ボス（不図示）を用いることによりキャップ３に対して固定されていてもよい。さらに、第１基板４０及び第２基板５０は、いずれもその他の方法によりキャップ３に対して固定されていてもよい。「キャップ３に対して固定される」とは、キャップ３に直接固定される場合と、他の部材を介してキャップ３に間接的に固定される場合の両方を含むことを意味する。また、支持ボス３４及び／又はその他の支持ボスは、キャップ３と一体的に形成されてもよいし、レンズ部３２と一体的に形成されていてもよいし、別体であってもよい。

第１基板４０に実装された送受信用ＩＣ２１（不図示の送信アンテナ及び受信アンテナを有している）は基板ホルダ３０に覆われている。ここで、「基板ホルダ３０に覆われる」とは、図４に示されるように、基板ホルダ３０の周壁３３と第１基板４０とが当接して送受信用ＩＣ２１が基板ホルダ３０の内部に完全に収容された場合を含む。ただし、それだけではなく、基板ホルダ３０の周壁３３と第１基板４０との間に間隙を有する場合も含む。この場合、基板ホルダ３０の周壁３３と第１基板４０との隙間から、送受信用ＩＣ２１、不図示の送信アンテナ、及び不図示の受信アンテナの少なくとも一部が視認可能となる。

基板ホルダ３０は、例えば両面テープによってキャップ３に固定することが可能である。具体的には、基板ホルダ３０の底壁３１をキャップ３の上面３ｃに当接させる。基板ホルダ３０をキャップ３に固定する方法としては、例えば接着剤により固定してもよいし、その他の方法で固定してもよい。基板ホルダ３０がキャップ３に固定されることで、支持ボス３４で基板ホルダ３０に固定されている第１基板４０及び第２基板５０も、キャップ３及び燃料タンク１に対して固定される。基板ホルダ３０をキャップ３に固定することで、燃料タンク１の種類によりキャップ３の高さが異なる場合であっても、基板ホルダ３０の底壁３１を確実にキャップ３の上面３ｃに当接させることができる。

レンズ部３２は、センサ部２０の送受信用ＩＣ２１に対向する位置に配置されており、送受信用ＩＣ２１とレンズ部３２の頂面３２ａとは密着している。しかし、送受信用ＩＣ２１とレンズ部３２の頂面３２ａとは離間していてもよい。また、本実施形態においては、レンズ部３２は、厚みや形状を変えることによりレンズ機能を有している。基板ホルダ３０がレンズ部３２を有することにより、送受信用ＩＣ２１からの電波の送受信の効率を高めることができる。具体的には、レンズ部３２は、底壁３１から開口側に向かうほど外径が小さくなる三つの円柱を積層して構成されている。なお、本実施形態におけるレンズ部３２は凸レンズ形状であるが、凹レンズ形状であってもよい。目的に応じて任意のレンズ形状を採ることができる。また、基板ホルダ３０のレンズ部３２はレンズ機能を有していなくてもよい。

キャップ３は、蓋部３ａと固定部３ｂを有する。蓋部３ａは、有底の円筒形状を有しており、内側面に雌ねじが形成されている。該雌ねじと燃料タンク１の開口部２の外側面に形成された雄ねじとを螺合することにより、キャップ３を燃料タンク１に固定する。蓋部３ａの底部は基板ホルダ３０が固定される上面３ｃである。固定部３ｂは、蓋部３ａの側面から径外方向に延出している。固定部３ｂの外縁は、径方向に対して立設した周壁３ｄになっており、周壁３ｄの内周面には雌ねじ３ｅ（被係合部の一例）が形成されている。

筐体１０は、樹脂又は金属からなり、内径がキャップ３の外径よりも大きい有底の円筒形状を有している。筐体１０の周壁１０ａの外周面には、雄ねじ１０ｂ（係合部の一例）が形成されている。キャップ３に基板ホルダ３０とセンサモジュール１００とが固定された状態で、筐体１０の雄ねじ１０ｂとキャップ３の雌ねじ３ｅとを螺合する。筐体１０の周壁１０ａとキャップ３の固定部３ｂの周壁３ｄとの境界には環状のシール１５が配置されており（図４参照）、これにより、キャップ３と筐体１０とにより閉塞され、センサモジュール１００が収容される第１空間１１（閉塞空間の一例）は、水密状態に維持する構造とすることが可能である。

キャップ３の固定部３ｂの雌ねじ３ｅと筐体１０の周壁１０ａの雄ねじ１０ｂとを逆にしてもよい。具体的には、固定部３ｂの周壁３ｄの外周面に雄ねじ（被係合部の一例）を形成すると共に筐体１０の周壁１０ａに雌ねじ（係合部の一例）を形成し、雄ねじと雌ねじとを螺合する。このとき、筐体１０の周壁１０ａと固定部３ｂの周壁３ｄとの境界には環状のシール１５が配置されている。このような構造によっても、キャップ３と筐体１０とにより閉塞され、センサモジュール１００が収容される第１空間１１を、水密状態に維持することが可能である。水密状態を維持するためのシール１５はＯリングであってもよいし、コーキング剤であってもよいし、撥水材を螺合部に塗布していてもよいし、その他の方法を使用してもよい。なお、図２、図３においては、シール１５の描写は省略されている。

〔センサモジュールの動作〕
次に、センサモジュール１００の動作について、図４を用いて説明する。燃料タンク１のキャップ３の外側に配置されたセンサモジュール１００は、所定の時間毎（例えば１０分毎）に、第１基板４０に実装された送受信用ＩＣ２１で生成された送信パルス信号が、変調されて送受信用ＩＣ２１の不図示の送信アンテナから燃料タンク１の内部空間１ａに向けて電波となって送信される。送信アンテナは、樹脂製のレンズ部３２とキャップ３とを透過し、かつ灯油５で反射されるようなミリ波の電波を送信する。当該電波は例えば電磁パルスである。燃料タンク１の内部空間１ａに入射した電波は、灯油５の液面５ａで反射され、反射波となってセンサモジュール１００に向かう。反射波はキャップ３とレンズ部３２とを透過し、不図示の受信アンテナで受信される。受信アンテナで受信された反射波（電磁パルス）は復調されて受信パルス信号となった後に演算用ＩＣ２２に入力される。演算用ＩＣ２２では、電磁パルスが送信アンテナから送信されてから反射波が受信アンテナで受信されるまでの時間（以下、伝搬時間ともいう）を計測し、当該伝搬時間に基づいて、燃料タンク１の内部空間１ａ内の灯油５の残量を演算する。演算用ＩＣ２２は、予め燃料タンク１の内部空間１ａに灯油５が上限となる量（以下、満量ともいう）まで十分貯留されたときの伝搬時間（以下、満量伝搬時間ともいう）を記憶しており、満量伝搬時間と伝搬時間との比若しくは差から灯油５の残量を演算する。残量の演算は、満了伝搬時間との伝搬時間との比較に拘らず、灯油５が空の状態や５０％の状態の伝搬時間を記憶しておき、これに基づいて残量を演算するように構成してもよい。

演算用ＩＣ２２は、燃料タンク１内の灯油５の残量が例えば満量の５０％以下（以下、所定量以下ともいう）となったとき、灯油５の残量を示す信号を出力する。演算用ＩＣ２２から出力された信号は、接続部材８０を介して外部通信用ＩＣ９０に入力される。外部通信用ＩＣ９０は、演算用ＩＣ２２から灯油５の残量を示す信号が入力されると、センサモジュール１００の外部に向けて、当該灯油５の残量と当該燃料タンク１を表す固有番号とが含まれる無線信号を外部通信アンテナ９１から送信する。当該無線信号を受信した燃料販売店や管理会社は、燃料タンク１における灯油５の残量を把握する。なお、演算用ＩＣ２２から出力される信号、若しくは外部通信用ＩＣ９０から送信された無線信号は、灯油５の残量ではなく、灯油５の満量に対する残量の比率であってもよい。

センサモジュール１００を用いることにより、燃料販売店や管理会社は、燃料タンク１の灯油５が所定量以下になったときに、外部通信アンテナ９１から送信される無線信号を店や会社で受信することで、１０分毎に灯油５の残量を把握することができる。これにより、燃料販売店や管理会社は燃料タンク１の設置箇所を巡回訪問して灯油５の残量を計量する必要がなくなる。燃料タンク１の灯油５の残量が所定量以下であることを把握した燃料販売店や管理会社は、燃料タンク１への灯油５の補充を適切に行うことができる。また、燃料タンク１の所有者が自宅で外部通信アンテナ９１から送信される無線信号を受信することで、１０分毎に灯油５の残量を把握することができるので、所有者は、燃料タンク１の灯油５の残量が所定量以下になった場合に燃料販売店や管理会社に灯油５の補充を依頼することができる。

〔センサモジュールの効果〕
本実施形態のセンサモジュール１００によると、センサモジュール１００をキャップ３の外側に配置するので、既存の燃料タンク１にセンサモジュール１００を配置するために燃料タンク１を改造する必要がなく、そのままの状態で燃料タンク１内に収容された灯油５の残量を演算することができる。また、電波を用いて灯油５の残量を演算するので、従来のようにインジケータの位置を計測する場合とは異なり、灯油５の複数の残量を容易に検知（演算）することができる。さらに、電波を直接灯油５に反射させて電波を受信するまでの時間を演算することで灯油５の残量を演算するので、一つのセンサモジュール１００で灯油５の残量を高分解能で検知することができる。

本実施形態のセンサモジュール１００によると、レンズ部３２の底壁３１がキャップ３の上面３ｃに当接した状態で、センサモジュール１００をキャップ３に対して安定して固定することができる。また、センサ部２０の送受信用ＩＣ２１を基板ホルダ３０のレンズ機能を有する底壁３１を含むレンズ部３２に対向する位置に配置することができるので、送信部２１ａから送信される電波及び電波が灯油５で反射した反射波がキャップ３の上面３ｃと底壁３１を含むレンズ部３２を連続して通過する際、キャップ３の上面３ｃとレンズ部３２の底壁３１との境界で電波が反射するのを抑制することができる。

本実施形態のセンサモジュール１００によると、仮に燃料タンク１の種類によりキャップ３の高さが異なる場合でも、基板ホルダ３０の底壁３１をキャップ３の上面３ｃに当接させ続けることができると共に、センサ部２０の送受信用ＩＣ２１をレンズ機能を有するレンズ部３２の底壁３１に対向する位置に配置することができるので、電波の送受信の効率を高めることができる。

本実施形態のセンサモジュール１００によると、センサモジュール１００が屋外に配置されていた場合でも、第１空間１１内に雨水が浸入することがない。

本実施形態のセンサモジュール１００によると、燃料タンク１の内部を目視等で確認することなく燃料タンク１から離れた場所で灯油５の残量を知ることができる。

本実施形態のセンサモジュール１００によると、電波にミリ波を用いることで、電波が樹脂を透過することができる。このため、燃料タンク１の樹脂製のキャップ３においては、センサモジュール１００をキャップ３の外側に配置しても、キャップ３越しに燃料タンク１内の灯油５の残量を演算することができる。電波が赤外線や可視光などの光である場合、キャップ３を通過させるにはキャップの一部又は全部を、透明又は半透明の樹脂で形成するかキャップに穴をあけなければならないが、電波にミリ波を使用することで、キャップ３は透明又は半透明の材料を使用することや穴をあける必要はなく、既存のキャップ３に使用される光を透過しない有色の絶縁材料で形成されていてもよく、穴をあけて水密性を阻害することもない。仮にキャップが金属製である場合は、燃料タンク１のメーカーが専用品として販売している樹脂製のキャップ３に交換することで、キャップ３越しに燃料タンク１内の灯油５の残量を演算できるようになるので、開口部２に対するキャップ３の取付け状態の安全面における信頼性は、燃料タンク１のメーカーによって保証される。このため、燃料タンク１としての従来機能の信頼性を損なうことはない。

〔第１実施形態の変形例〕
次に、本発明の第１実施形態の変形例について説明する。本変形例は、図５に示されるように、キャップ３と基板ホルダ３０とが一体化されている点で第１実施形態と異なる。それ以外は第１実施形態と同様の構成を有している。そのため、本変形例の説明においては、第１実施形態と同様の構成の箇所については同じ符号を付し、同様の構成に関する詳細な説明を省略する。

本変形例によると、キャップ３と基板ホルダ３０とが一体化されているので、第１実施形態の基板ホルダ３０の底壁３１の底面に相当する箇所が、キャップ３の上面３ｃになっている。本変形例では、基板ホルダ３０をキャップ３の上面３ｃに固定するための工数を必要とせずに、基板ホルダ３０の底壁３１とキャップ３の上面３ｃとの隙間をなくすことができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図６から図９を用いて説明する。本実施形態においては、キャップ３、筐体１０の構成、及び第１基板４０と第２基板５０の支持方法が第１実施形態とは異なっている。それ以外は第１実施形態と同様の構成を有している。そのため、本実施形態の説明においては、第１実施形態と同様の構成の箇所については同じ符号を付し、同様の構成に関する詳細な説明を省略する。

図７から図９に示されるように、本実施形態に係るセンサモジュール１００は、筐体１０、センサ部２０、レンズ部３２、カバー３５、及び蓋１８を含んで構成されている。筐体１０は、樹脂又は金属からなり、内径がキャップ３の外径よりも大きい円筒形状を有している。筐体１０の円筒内の空間は、仕切壁１３により第１空間１１（閉塞空間の一例）と第２空間１２とに区画されている。仕切壁１３は、第１空間１１から第２空間１２に向かう断面矩形状の凹部１３ａを有している。凹部１３ａの底壁１３ｂには、第１空間１１と第２空間１２とを連通する矩形状の貫通孔である連通孔１４が形成されている。

センサ部２０を構成する送受信用ＩＣ２１、送信アンテナ２１ｃ（送受信部及び送信部の一例）、受信アンテナ２１ｄ（送受信部及び受信部の一例）、及び演算用ＩＣ２２は、第１基板４０の板面の同じ側に実装されている。第１基板４０の両側の板面のうち、センサ部２０を構成する素子が実装された板面と反対側の板面は、底壁１３ｂに対向している。すなわち、センサ部２０を構成する素子が実装された第１基板４０の板面は、筐体１０の底壁１３ｂに対向していない。第１基板４０は、筐体１０の第１空間１１の凹部１３ａに収容されている（図９参照）。第１基板４０の外形は凹部１３ａの内寸よりも少し小さい。第１基板４０は、４つの圧縮コイルばね４４（付勢手段の一例）によって底壁１３ｂに対して支持されている。

レンズ部３２は、カバー３５に形成されている。カバー３５は、樹脂からなり、有底角筒状を有しており、第１空間１１の凹部１３ａに嵌め込まれ、第１基板４０を内部に収容している。すなわち、第１基板４０に実装された送受信用ＩＣ２１、送信アンテナ２１ｃ、受信アンテナ２１ｄ、及び演算用ＩＣ２２はカバー３５に覆われている。ここで、カバー３５に覆われるとは、図９に示されるように、カバー３５が第１基板４０の全体が内部に収容された場合だけではなく、第１基板４０の全体がカバー３５の内部に収容されていない場合も含む。具体的には、カバー３５が第１基板４０に対して間隙を有して配置されており、カバー３５の側面と第１基板４０との隙間から、送受信用ＩＣ２１、送信アンテナ２１ｃ、受信アンテナ２１ｄ、及び演算用ＩＣ２２の少なくとも一つの少なくとも一部が視認可能な場合も含む。

カバー３５は、例えば爪４６ａを有する割ピンである支持ピン４６を４本用いることにより、凹部１３ａの底壁１３ｂに支持されている。具体的には、４本の支持ピン４６は、カバー３５の外側からカバー３５、第１基板４０、底壁１３ｂにそれぞれ形成された４つの孔を貫通し、支持ピン４６の先端の爪４６ａが第２空間１２側の仕切壁１３に引っ掛けられて支持される。このとき、第１基板４０と底壁１３ｂとの間の４本の支持ピン４６には、４つの圧縮コイルばね４４がそれぞれ挿通されている。カバー３５及び第１基板４０は、圧縮コイルばね４４の弾性力により、底壁１３ｂから離間する方向に押圧され、送信アンテナ２１ｃの先端及び受信アンテナ２１ｄの先端がカバー３５の底壁３５ａに押し付けられて密着している。また、カバー３５を圧縮コイルばね４４で押圧することにより、燃料タンク１の種類によりキャップ３の高さが異なる場合であっても、カバー３５、送信アンテナ２１ｃ及び受信アンテナ２１ｄを確実にキャップ３の上面３ｃに密着させることができる。なお、カバー３５及び第１基板４０は、支持ピン４６の代わりにねじにより底壁１３ｂに固定されていてもよい。また、送信アンテナ２１ｃの先端及び受信アンテナ２１ｄの先端の少なくとも一方がカバー３５の底壁３５ａから離間していてもよい。

本実施形態においては、送信アンテナ２１ｃの先端及び受信アンテナ２１ｄの先端に対向するカバー３５の底壁３５ａの厚みを変えてレンズ部３２を形成すること等により、カバー３５の底壁３５ａにレンズ機能を持たせている。底壁３５ａがレンズ機能を有することにより、電波の送受信の効率を高めることができる。本実施形態におけるレンズ部３２は凸レンズ形状であるが、凹レンズ形状であってもよい。目的に応じて任意のレンズ形状を採ることができる。なお、カバー３５の底壁３５ａはレンズ機能を有していなくてもよい。

筐体１０の第２空間１２には、第２基板５０が収容されている。第１基板４０と第２基板５０とは、連通孔１４に配置された接続部材８０により電気的に接続されている。第２基板５０には、センサモジュール１００を作動させる電源である電池６２ａと電池ソケット６２ｂとを含む電池部６２、及び外部通信用ＩＣ９０が実装されており、外部通信用ＩＣ９０で生成された信号を外部に送信する外部通信アンテナ９１が第２基板５０上にパターンで形成されている。第２基板５０は、４本のねじ５２により仕切壁１３に固定されている。

第２空間１２を区画する筐体１０の周壁１０ａの内周面には、雌ねじ１２ｂが形成されている。雌ねじ１２ｂには、蓋１８に形成された雄ねじ１８ａが螺合されており、これにより第２空間１２は閉空間となる。筐体１０の周壁１０ａと蓋１８との境界には環状のシール１９が配置されており（図９参照）、これにより第２空間１２は水密状態に維持される。なお、蓋１８は樹脂からなる。図７、図８においては、シール１９の描写は省略されている。

本実施形態において、センサモジュール１００は、固定部材７０（被係合部材の一例）に係合されることにより、燃料タンク１のキャップ３に固定される。固定部材７０は、中央に貫通孔７１を有する円板形状を有すると共に、円形状の外縁から全周に亘って立設した環状の側壁である周壁７２を有している。貫通孔７１は、燃料タンク１の開口部２に外嵌可能な内径を有している。また、周壁７２の内周面には雌ねじ７３（被係合部の一例）が形成されている。固定部材７０を燃料タンク１の開口部２に外嵌した状態でキャップ３を開口部２に螺合することにより、開口部２が閉塞されると共に、固定部材７０が燃料タンク１のタンク本体１ｂとキャップ３とに挟持されて燃料タンク１に対して固定される。

固定部材７０が燃料タンク１に固定された状態で、センサモジュール１００の筐体１０の第１空間１１を区画する周壁１０ａの外周面に形成された雄ねじ１０ｂ（係合部の一例） を固定部材７０の雌ねじ７３に螺合する。これにより、センサモジュール１００は、キャップ３（燃料タンク１）に対して固定される。このとき、センサモジュール１００のカバー３５の底壁３５ａがキャップ３の上面３ｃに当接している。筐体１０の周壁１０ａと固定部材７０の周壁７２との境界には環状のシール１５が配置されており（図９参照）、これにより、キャップ３と固定部材７０とで区画された筐体１０の第１空間１１は、水密状態に維持される。なお、図７、図８においては、シール１５の描写は省略されている。

本実施形態のセンサモジュール１００によると、固定部材７０を用いることで、燃料タンク１を改造することなくセンサモジュール１００を燃料タンク１のキャップ３に対して着脱可能に固定することができる。

〔その他の実施形態〕
（１）上記第１実施形態のセンサモジュール１００において、基板ホルダ３０がキャップ３と別体である場合、両面テープを使用するなどして基板ホルダ３０をキャップ３に固定することで、基板ホルダ３０の底壁３１がキャップ３の上面３ｃに当接することが可能となっているが、これに限られるものではない。基板ホルダ３０は筐体１０に直接支持されるように構成されてもよいし、基板ホルダ３０が第１基板４０に支持された状態で、第１基板４０が筐体１０に支持されてるように構成されてもよい。基板ホルダ３０は直接的又は間接的に筐体１０に支持されるように構成することが可能である。

（２）上記第２実施形態においては、固定部材７０は、キャップ３とタンク本体１ｂとに挟持されることにより燃料タンク１に対して固定されていたが、これに限られるものではない。固定部材７０とキャップ３とを接着等の方法により一体化したものを用いることにより、固定部材７０を燃料タンク１に対して固定してもよい。また、固定部材７０を燃料タンク１と一体的に形成することにより、固定部材７０を燃料タンク１に対して固定してもよい。さらに、固定部材７０を燃料タンク１に接着固定等することにより燃料タンク１に対して固定してもよい。固定部材７０を燃料タンク１に対して安定的に固定することができるのであれば、任意の方法を採用することができる。

（３）上記第２実施形態では、固定部材７０と１００の筐体１０とは別部品であったが、ヒンジ等で繋げられて一体化されていてもよい。

（４）上記第２実施形態において、センサモジュール１００を収容する筐体１０は、固定部材７０に対して螺合して固定されていたが、これに限られるものではない。例えば、筐体１０の周壁１０ａが固定部材７０の周壁７２に対して圧入されることにより固定されてもよい。

（５）上記実施形態においては、第１基板４０に送受信用ＩＣ２１、演算用ＩＣ２２が実装され、第２基板５０に外部通信用ＩＣ９０が実装されていたが、各ＩＣは任意の基板に実装することができる。

（６）上記第２実施形態においては、カバー３５及び第１基板４０をキャップ３の上面３ｃに密着させるために圧縮コイルばね４４を用いたが、これに限られるものではない。圧縮コイルばね４４の代わりに、板ばねや弾性を有するゴムを用いてもよい。また、雄ねじ１０ｂと雌ねじ７３の螺合によりカバー３５の底壁３５ａをキャップ３の上面３ｃに当接させてもよい。

（７）上記各実施形態においては、センサモジュール１００は電池６２ａにより作動するように構成したが、商用電源により作動するように構成してもよい。

（８）上記第１実施形態においては、基板ホルダ３０の底壁３１を含むレンズ部３２にレンズ機能を持たせ、第２実施形態においては、カバー３５の底壁３５ａのレンズ部３２にレンズ機能を持たせてもよい旨説明したが、これに限られるものではない。仮にキャップ３をセンサモジュール１００に適した形状に変更可能であれば、キャップ３の上面３ｃにレンズ機能を持たせてもよい。また、基板ホルダ３０若しくはカバー３５、及びキャップ３の両方にレンズ機能を持たせてもよい。この場合、例えば、送信アンテナから送信される電波のレンズ機能を基板ホルダ３０若しくはカバー３５のレンズ部３２に持たせ、受信アンテナで受信される反射波のレンズ機能をキャップ３に持たせてもよい。

（９）上記実施形態では、灯油５の残量が５０％以下になった後は、１０分毎に灯油５の残量を無線信号で送信していたが、これに限られるものではない。例えば、灯油５の残量が５０％以下になった後は、残量が４０％、３０％、２０％になる毎に、すなわち、灯油５が１０％減少する毎に無線信号を送信するようにしてもよい。また、灯油５の残量が２０％以下になった後は、例えば、灯油５が３％減少する毎に無線信号を送信するようにしてもよい。このように、燃料タンク１が空に近づくにつれて無線信号の送信頻度を高めることで、燃料タンク１が空になる前に確実に燃料タンク１に灯油５を補充することができる。

本開示はセンサモジュールに利用することができる。

１ ：燃料タンク（容器）
２ ：開口部
３ ：キャップ
３ｃ ：上面
３ｅ ：雌ねじ（被係合部）
５ ：灯油（収容物）
１０ ：筐体
１０ｂ ：雄ねじ（係合部）
１１ ：第１空間（閉塞空間）
１５ ：シール
２０ ：センサ部
２１ ：送受信用ＩＣ（送受信部）
２１ａ ：送信部
２１ｂ ：受信部
２１ｃ ：送信アンテナ（送受信部、送信部）
２１ｄ ：受信アンテナ（送受信部、受信部）
２２ ：演算用ＩＣ（演算部）
３１ ：底壁
３２ ：レンズ部
４４ ：圧縮コイルばね（付勢手段）
６０ ：電源部
７０ ：固定部材（被係合部材）
９０ ：外部通信用ＩＣ（外部通信部）
１００ ：センサモジュール

Claims (7)

1. 収容物が収容された容器の開口部に取付けられたキャップの外側に配置され、筐体に収容されたセンサモジュールであって、
   センサ部とレンズ部とを備え、
   前記センサ部は、電波を送信する送信部と前記電波を受信する受信部とを含む送受信部、及び演算部を有し、
   前記送信部は、前記キャップを通過して前記容器の内部空間に到達する前記電波を送信し、
   前記受信部は、前記内部空間において前記電波が前記収容物で反射した後の反射波を受信し、
   前記レンズ部は、前記センサ部の前記送受信部に対向するように配置されると共に、前記電波及び前記反射波を通過させる底壁を有しており、
   前記演算部は、前記送信部から前記電波を送信してから前記受信部で前記反射波が受信されるまでの時間に基づいて、前記収容物の残量を演算するセンサモジュール。
2. 前記レンズ部の底壁は、前記キャップの上面に当接している請求項１に記載のセンサモジュール。
3. 前記筐体は係合部を有し、
   前記キャップは被係合部を有し、
   前記係合部と前記被係合部とが係合されることにより、前記容器に対して着脱可能に固定され、
   前記レンズ部は、前記キャップに一体的に形成されている請求項１に記載のセンサモジュール。
4. 前記レンズ部は、前記キャップの上面に向かう方向の付勢力を発揮する付勢手段によって前記筐体に対して支持されている請求項１に記載のセンサモジュール。
5. 前記筐体は係合部を有し、
   前記キャップは被係合部を有し、
   前記係合部と前記被係合部とが係合されることにより、前記筐体と前記キャップとにより形成される閉塞空間は、水密状態になる請求項１に記載のセンサモジュール。
6. 前記筐体は、前記容器に対して固定される被係合部材の被係合部に係合可能な係合部を有し、
   前記係合部と前記被係合部とが係合されることにより、前記筐体と前記被係合部材と前記キャップとにより形成される閉塞空間は、水密状態になる請求項１に記載のセンサモジュール。
7. 電源部と外部通信部とを更に備え、
   前記電源部は、前記センサ部及び前記外部通信部へ電力を供給する機能を有し、
   前記外部通信部は、前記演算部で演算された前記収容物の前記残量を無線信号により外部に無線送信する請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサモジュール。

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