JP2007113997A - 液面レベルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】既存の部品や設備の多くを流用し且つ機能・性能を維持して、現行のフロートを、水平方向にみてアームの回転中心に関して反対側に配置した液面レベルセンサを提供する。
【解決手段】液面レベルセンサは、フロートが先端に取り付けられ液面の変位に伴い回動するアーム２と、アーム２を回動可能に支持し配線基板５が組み付けられたフレームとを備え、フロートが、水平方向にみて配線基板５とはアーム２の回転中心に関して反対側に配置され、配線基板５が、上下方向に延在する第１導体パターン１７と第２導体パターン１８とを有し、第１導体パターン１７が電源の負極に、第２導体パターン１８が電源の正極に接続され、アーム２が、第１導体板７及び第２導体板１０上を摺動し且つ互いに電気的に接続される第１接点１３及び第２接点１４を有し、第１導体パターン１７と第２導体パターン１８との間に流れる電流に基づき液面レベルが検出される。
【選択図】図２

Description

本発明は、液面の変位に伴って回動するアームを備えた液面レベルセンサに関し、特にガソリンや軽油などの液体を燃料とする車両の燃料タンクに取り付けられて燃料の残量を検出するのに好適な液面レベルセンサに関する。

ガソリンや軽油などの液体を燃料とする車両の燃料タンクには、燃料の残量を検出するための液面レベルセンサが取り付けられており、この種の液面レベルセンサとして、図３及び図４に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図３に示すように、特許文献１に開示された液面レベルセンサ１０１は、アーム１０２の先端にフロート１０３が取り付けられ、このアーム１０２の基端側はフレーム１０４に回動自在に支持されている。フレーム１０４には、配線基板１０５と、アーム１０２に連動して配線基板１０５上を摺動する摺動アーム１０６とが設けられている。

図４に示すように、配線基板１０５には、上下方向に間隔をおいて配置された複数の第１導電セグメント１０８及びこれら複数の第１導電セグメント１０８を接続している抵抗体１０９からなる第１摺動部１０７と、同じく上下方向に間隔をおいて配置された複数の第２導電セグメント１１１及びこれら複数の第２導電セグメント１１１を接続している導電連結部１１２からなる第２摺動部１１０と、が設けられている。そして、摺動アーム１０６には、いずれかの第１導電セグメント１０８及び第２導電セグメント１１１にそれぞれ接触し、且つ互いに電気的に接続されている第１接点１１３及び第２接点１１４が設けられている。

液面の変位に伴ってアーム１０２が回動し、これに連動して摺動アーム１０６が回動すると、第１接点１１３が接触する第１導電セグメント１０８及び第２接点１１４が接触する第２導電セグメント１１１が共に変化し、第１摺動部１０７の接続ランド１１５と第２摺動部１１０の接続ランド１１６との間の回路に介在する抵抗体１０９の合計長さが増減し、当該回路を流れる電流が変化する。

このように構成された液面レベルセンサ１０１では、液面の昇降と電流の増減とは互いに同一の傾向を示す。即ち、液面が上昇すると、図４において、摺動アーム１０６は上方に振れ、接続ランド１１５〜接続ランド１１６間の回路に介在する抵抗体１０９の合計長さが減少し、それにより接続ランド１１５〜接続ランド１１６間の回路を流れる電流は増大する。逆に、液面が降下すると、図４において、摺動アーム１０６は下方に振れ、接続ランド１１５〜接続ランド１１６間の回路に介在する抵抗体１０９の合計長さが増大し、それにより接続ランド１１５〜接続ランド１１６間の回路を流れる電流は減少する。そして、この電流に基づいて液面レベルが検出されるようになっている。

特開２００３−６５８２７号公報

ところで、燃料タンクの形状の制約などから、例えば上述の液面レベルセンサ１０１において、水平方向にみて、フロート１０３をアーム１０２の回転中心Ｏに関して図示のものとは反対側に配置したいという要請がある。これに対応するため、液面レベルセンサ１０１の全てを図示のものとは左右反転した構成とすることが考えられる。これによれば、現行のものと同等機能・性能を確保しやすいが、全ての部品を新規に製造する必要があり、また、生産設備も専用とする必要があり、多大な設備投資が必要となる。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、既存の部品や設備の多くを流用し且つ機能・性能を維持して、現行の液面レベルセンサのフロートを、水平方向にみてアームの回転中心に関して反対側に配置した液面レベルセンサを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明の液面レベルセンサは下記（１）及び（２）を特徴としている。

（１）液面に浮かべられたフロートと、前記フロートが先端に取り付けられて前記液面の変位に伴って回動するアームと、いずれかが抵抗板であって上下方向に延在している第１導体板及び第２導体板が形成された配線基板と、前記アームを回動可能に支持すると共に前記配線基板が組み付けられたフレームと、を備え、
前記フロートが、水平方向にみて、前記第１導体板及び前記第２導体板とは前記アームの回転中心に関して反対側に配置されており、
前記配線基板が、抵抗板である一方の前記導体板の下端から当該導体板に沿って当該配線基板の上縁まで延在している第１導体パターンと、他方の前記導体板から当該配線基板の上縁まで延在している第２導体パターンと、を有し、
前記第１導体パターンの末端が電源の負極に接続され、前記第２導体パターンの末端が前記電源の正極に接続されており、
前記アームが、前記第１導体板及び前記第２導体板上をそれぞれ摺動し且つ互いに電気的に接続されている第１接点及び第２接点を有し、
前記第１導体パターンの末端と第２導体パターンの末端との間に流れる電流に基づいて液面レベルが検出されること。

（２）上記（１）の液面レベルセンサにおいて、前記フロートが、前記アームの前記フレームから露出している部位を折り曲げることにより、水平方向にみて、前記第１導体板及び前記第２導体板とは前記アームの回転中心に関して反対側に配置されていること。

本発明者等は、以下の経緯で本発明に至った。

本発明者等は、例えば上述した図３に示す液面レベルセンサ１０１において、そのアーム１０２のフレーム１０４から露出した部分を折り曲げて図５に示すアーム１０２’とし、フロート１０３を回転中心Ｏに関して反対側に配置することを考え、それにより、既存のフレーム１０４などの部品を流用可能とした。

しかし、図５に示す液面レベルセンサ１０１’は、液面レベルセンサ１０１に対して、液面レベルとセンサ出力との関係が反転してしまう。即ち、液面レベルセンサ１０１では、フロート１０３と摺動アーム１０６（より詳細には、摺動アーム１０６の第１接点１１３、第２接点１１４、及びこれらが接触する第１摺動部１０７、第２摺動部１１０）とが回転中心Ｏに関して同一側にあるので、上述したとおり液面の昇降と電流の増減とは互いに同一の傾向を示すのに対し、液面レベルサンサ１０１’では、フロート１０３と摺動アーム１０６とが回転中心Ｏに関して互いに反対側にあるので、液面レベルセンサ１０１と同一の配線基板１０５を用いると、液面の昇降と電流の増減とは互いに逆の傾向を示す。

そこで、本発明者等は、図５に示す液面レベルセンサ１０１’において、接続ランド１１５が第１摺動部１０７の上端に接続されている配線基板１０５を図６に示すように第１摺動部１０７の下端に接続した配線基板１０５’とし、液面レベルセンサ１０１’においても、液面レベルセンサ１０１同様、液面の昇降と電流の増減とが互いに同一の傾向を示すようにすることを考え、それにより、センサ出力を液面レベルに変換する既存の演算装置を流用可能とした。

ここで、図６に示すように、第１摺動部１０７の下端と接続ランド１１５とを接続する導体パターン１１７は、配線基板１０５’の配線スペースの制約、或いは配線基板１０５’の小型化の観点から、第１摺動部１０７との間に僅かな隙間をおいて当該第１摺動部１０７に沿って形成されることが望ましい。

ところで、第１摺動部１０７の第１導電セグメント１０８や第２摺動部１１０の第２導電セグメント１１１及び導体パターン１１７、並びに第１摺動部１０７の抵抗体１０９は、通常、絶縁性の基板面上に導電材や抵抗材をスクリーン印刷して形成される。そして、抵抗体１０９においては電圧降下が生じ、第１摺動部１０７とこれに沿った導体パターン１１７との間で電位差が生じる。そこで、導体パターン１１７と抵抗体１０９との間でマイグレーションの発生が懸念される。

マイグレーションとは、電界の影響で導体中の金属成分が絶縁物上を横切るように移動する現象であり、銀、銅、錫、鉛、ニッケル、金、等の種々の金属で発生し得る。そして、マイグレーションの発生は、第１摺動部１０７の抵抗値の上昇をもたらし、液面レベルセンサ１０１’の性能の低下を招く虞がある。

そこで、本発明者等は、マイグレーションが高電位の側から低電位の側へ導体中の上記金属成分が移動するものであることに鑑み、抵抗体１０９の金属成分が酸化ルテニウムであり、マイグレーションが生じ難い材料であることを考慮し、抵抗体１０９側が高電位となるよう、導体パターン１１７の末端の接続ランド１１５を電源の負極に接続して導体パターン１１７を低電位とすることを考え、それにより、導体パターン１１７からの金属成分の移行を抑制して液面レベルセンサ１０１’の性能を維持するようにした。

このように、本発明によれば、既存の部品や設備の多くを流用し且つ機能・性能を維持して、現行の液面レベルセンサのフロートを、水平方向にみてアームの回転中心に関して反対側に配置した液面レベルセンサを提供することができる。

以下、本発明の組付構造に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の液面レベルセンサに係る一実施形態の概略構成を示す平面図、図２は図１に示す液面レベルセンサの配線基板の平面図である。

図１に示すように、本実施形態の液面レベルセンサ１は、液面に浮かべられたフロート３と、このフロート３が先端に取り付けられて液面の変位に伴い回動するアーム２と、アーム２の回動に応じて液面レベルを検出するための回路等が設けられた配線基板５と、アーム２の基端を回動自在に支持すると共に配線基盤５が組み付けられたフレーム４と、を備えている。

配線基板５は、アーム２の回転中心に関して水平方向の一方の側に配置されている。アーム２は、その基端部が配線基板５の基板面上を水平方向に横切るように配置され、そして、フレーム４から露出した部位が当該フレーム４の下方に回りこむように折り曲げられており、それにより、アーム２の先端に取り付けられたフロート１０３は、水平方向にみて、配線基板５とはアーム２の回転中心Ｏに関して反対側に配置されている。

さらに図２を参照して、配線基板５の基板面上には、上下方向、即ち液面の変位方向に延在している第１導体板７及び第２導体板１０が形成されている。第１導体板７は、上下方向に所定の間隔をおいてアーム２の回転中心Ｏと同心の円弧上に整列して配置された複数の第１導電セグメント８、及びこれら複数の第１導電セグメント８を接続している抵抗体９で構成されている。第２導体板１０は、上下方向に所定の間隔をおいてアーム２の回転中心Ｏと同心で且つ第１導体板７の内側の円弧上に整列して配置された複数の第２導体セグメント１１、及びこれら複数の第２導電セグメント１１を接続している導電連結部１２で構成されている。抵抗体９は、第１導電セグメント８や第２導電セグメント１１や導電連結部１２、並びに後述する第１導体パターン１７や第２導体パターン１８よりも大きい電気抵抗を有しており、つまり、本実施形態では第１導体板７が抵抗板とされている。

さらに、配線基板５の基板面上には、抵抗板である第１導体板７の下端から延び、この第１導体板７の外縁との間に僅かな隙間をおいて当該第１導体板７に沿って配線基板５の上縁まで延在している第１導体パターン１７が形成され、また、第２導体板１０の上端から配線基板５の上縁まで延在している第２導体パターン１８が形成されている。第１導体パターン１７及び第２導体パターン１８の末端にはそれぞれ接続ランド１５，１６が設けられており、これら接続ランド１５，１６には、定電圧の電源部に繋がるリード線６がそれぞれ接続されている。

第１導電セグメント８、第２導電セグメント１１、導電連結部１２、第１導体パターン１７、及び第２導体パターン１８は、配線基板５の基板面上に、例えばＡｇＰｂなどの導電材をスクリーン印刷して形成されている。また、抵抗体９は、配線基板５の基板面上に、例えばＲｕＯ_２などの抵抗材をスクリーン印刷して形成されている。

配線基板５の基板面上を横切るアーム２の基端部には、第１導体板７上を摺動していずれかの第１導電セグメント８に接触する第１接点１３、及び第２導体板１０上を摺動していずれかの第２導電セグメント１１に接触する第２接点１４が設けられており、これら第１接点１３と第２接点１４とは、リード線で結ばれるなどして互いに電気的に接続されている。

液面の変位に伴ってアーム２が回動し、第１接点１３が接触する第１導電セグメント８及び第２接点１４が接触する第２導電セグメント１１が共に変化し、接続ランド１５〜接続ランド１６間の回路に介在する抵抗体９の合計長さが増減する。つまり、液面レベルが最低位（Ｅｍｐｔｙ）では、アーム２の基端部は上方に振れ、第１接点１３及び第２接点１４は、それぞれ最上段の第１導電セグメント８Ｅおよび第２導電セグメント１１Ｅに接触しており、接続ランド１５〜接続ランド１６間の回路に介在する抵抗体９の合計長さが最も長い状態、換言すれば、接続ランド１５〜接続ランド１６間の電気抵抗が最も大きい状態となっている。一方、液面レベルが最高位（Ｆｕｌｌ）では、アーム２の基端部は下方に振れ、第１接点１３及び第２接点１４は、それぞれ最下段の第１導電セグメント８Ｆおよび第２導電セグメント１１Ｆに接触しており、接続ランド１５〜接続ランド１６間の回路に介在する抵抗体９の合計長さが最も短い状態、換言すれば、接続ランド１５〜接続ランド１６間の電気抵抗が最も小さい状態となっている。

このように構成された液面レベルセンサ１では、液面の昇降と、接続ランド１５〜接続ランド１６間の回路に流れる電流の増減とは互いに同一の傾向を示す。即ち、上記したとおり、液面が上昇すると回路に介在する抵抗体９の合計長さが減少し、それにより回路を流れる電流は増大する。逆に、液面が降下すると回路に介在する抵抗体９の合計長さが増大し、それにより回路を流れる電流は減少する。そして、リード線６が繋がる前記電源部には、センサ出力としての電流値を液面レベルに変換する演算装置が設けられており、これにより、液面レベルが検出されるようになっている。

ここで、抵抗板である第１導体板７の下端から延びて配線基板５の上縁まで延在している第１導体パターン１７の接続ランド１５は、リード線６を介して前記電源部の負極に接続され、第２導体板１０の上端から配線基板５の上縁まで延在している第２導体パターン１８の接続ランド１６は、リード線６を介して前記電源部の正極に接続されている。従って、接続ランド１５〜接続ランド１６間において、電流は接続ランド１６から接続ランド１５に向けて流れることとなる。そこで、第１導体板７の抵抗体９において電圧降下が生じ、第１導体板７に比べて導体パターン１７は低電位となっている。

以上説明したように、本実施形態の液面レベルセンサ１によれば、アーム２のフレーム４から露出した部分が折り曲げられ、それにより、フロート３が回転中心Ｏに関して反対側に配置されており、既存のフレーム４などの部品が流用可能である。

また、本実施形態の液面レベルセンサ１によれば、接続ランド１５が第１導体板７の下端に接続され、それにより、液面の昇降と電流の増減とが互いに同一の傾向を示すように構成されており、センサ出力を液面レベルに変換する既存の演算装置が流用可能である。

また、本実施形態の液面レベルセンサ１によれば、導体パターン１７の末端の接続ランド１５が電源部の負極に接続されて第１導体板７に比べて導体パターン１７が低電位とされ、それにより、導体パターン１７からの金属成分の移行、即ち、マイグレーションの発生が抑制され、液面レベルセンサ１の性能が維持されている。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。

本発明の液面レベルセンサに係る一実施形態の概略構成を示す平面図である。 図１に示す液面レベルセンサの配線基板の平面図である。 従来の液面レベルセンサの平面図である。 図３に示す液面レベルセンサの配線基板の平面図である。 図３に示す液面レベルセンサを例に、本発明に至る経緯を説明するための液面レベルセンサの平面図である。 図３に示す液面レベルセンサを例に、本発明に至る経緯を説明するための液面レベルセンサの配線基板の平面図である。

符号の説明

１ 液面レベルセンサ
２ アーム
３ フロート
４ フレーム
５ 配線基板
７ 第１導体板（抵抗板）
１０ 第２導体板
１７ 第１導電パターン
１８ 第２導電パターン
Ｏ アームの回転中心

Claims (2)

1. 液面に浮かべられたフロートと、前記フロートが先端に取り付けられて前記液面の変位に伴って回動するアームと、いずれかが抵抗板であって上下方向に延在している第１導体板及び第２導体板が形成された配線基板と、前記アームを回動可能に支持すると共に前記配線基板が組み付けられたフレームと、を備え、
   前記フロートが、水平方向にみて、前記第１導体板及び前記第２導体板とは前記アームの回転中心に関して反対側に配置されており、
   前記配線基板が、抵抗板である一方の前記導体板の下端から当該導体板に沿って当該配線基板の上縁まで延在している第１導体パターンと、他方の前記導体板から当該配線基板の上縁まで延在している第２導体パターンと、を有し、
   前記第１導体パターンの末端が電源の負極に接続され、前記第２導体パターンの末端が前記電源の正極に接続されており、
   前記アームが、前記第１導体板及び前記第２導体板上をそれぞれ摺動し且つ互いに電気的に接続されている第１接点及び第２接点を有し、
   前記第１導体パターンの末端と第２導体パターンの末端との間に流れる電流に基づいて液面レベルが検出されることを特徴とする液面レベルセンサ。
2. 前記フロートが、前記アームの前記フレームから露出している部位を折り曲げることにより、水平方向にみて、前記第１導体板及び前記第２導体板とは前記アームの回転中心に関して反対側に配置されてい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。

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