JP2017015670A - 摺動接点機構および液面検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高濃度の硫黄分を含む燃料に対しても正確な液面の検出が可能な摺動接点機構、およびそれを用いた液面検出装置を提供する。【解決手段】複数のパターン電極２３が間隔をあけて配列された回路面Ｆｃを有する回路基板２０と、一端に回路面Ｆｃに対向する接点が形成された摺動子３０と、液面または流体の状態に応じて動く移動体（フロート６）に連動して、接点が配列の方向に沿って複数のパターン電極２３上を摺動するように、移動体と摺動子３０とを支持する連動支持部（軸受部４０）と、を備え、接点は、パターン電極２３よりも硬度が低く、かつ、銅および銀のいずれも主成分として含まない導電体（錫鉛合金等）で形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料の液面を検出するための液面検出装置に関し、とくに、フロートに連動して接点が摺動する摺動接点機構に関するものである。

燃料の液面を検出する液面検出装置では、回路基板上に間隔を置いて配置された複数条のパターン電極上を、接点が燃料液面に連動して摺動する摺動接点機構が一般的に用いられている。その際、パターン電極の材料としては、回路基板への形成が容易な銀パラジウム合金に、耐摩耗性を向上させるためのガラス成分を含有させたものが多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、銀は、ガソリン中に含まれる硫黄分と反応しやすく劣化しやすい。そこで、パターン電極よりも硬度が低く、銀を含まない材料として、例えば、銅・ニッケルを主成分とする合金を摺動接点の材料に用いた液面検出装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００３−２８７４５５号公報（段落００１５〜００２２、図１、図２） 特開２０００−１３６９５６号公報（段落００３９〜００４０、図１〜図３）

しかしながら、燃料事情は地域ごとにさまざまであり、例えば、東南アジアなど一部地域においては、高濃度の硫黄分を含んでいるため、上述した銅合金であっても硫化銅となり、抵抗値が不安定となることで、正しく液面を検出しなくなる恐れがある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高濃度の硫黄分を含む燃料に対しても正確な液面の検出が可能な摺動接点機構、およびそれを用いた液面検出装置を実現するものである。

本発明の摺動接点機構は、複数のパターン電極が間隔をあけて配列された回路面を有する回路基板と、一端に前記回路面に対向する接点が形成された摺動子と、液面または流体の状態に応じて動く移動体に連動して、前記接点が前記配列の方向に沿って前記複数のパターン電極上を摺動するように、前記移動体と前記摺動子とを支持する連動支持部と、を備え、前記接点は、前記パターン電極よりも硬度が低く、かつ、銅および銀のいずれも主成分として含まない導電体で形成されていることを特徴とする。

本発明の摺動接点機構、あるいはそれを用いた液面検出装置によれば、パターン電極よりも硬度が低く、銀や銅を含まない導電体を接点材料に用いたので、高濃度の硫黄分を含む燃料に対しても正確な液面あるいは流れの検出が可能な摺動接点機構、およびそれを用いた液面検出装置を実現することができる。

本発明の実施の形態１にかかる摺動接点機構とそれを用いた液面検出装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１にかかる摺動接点機構を構成する回路基板の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態１にかかる摺動接点機構のパターン電極に対する摺動子の動作を説明するための部分斜視図である。 本発明の実施の形態１にかかる摺動接点機構の摺動子の形状およびパターン電極との接触状態を説明するための断面模式図である。 本発明の変形例にかかる摺動接点機構の摺動子とパターン電極との接触部分近傍を抽出した断面模式図である。

実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１にかかる摺動接点機構およびそれを用いた液面検出装置の構成、あるいは動作を説明するためのもので、図１は摺動接点機構を含む液面検出装置を燃料タンク内に設置した状態の構成を示す模式図、図２は摺動接点機構を構成するパターン電極が形成された回路基板の構成を示す平面図、図３は摺動接点機構におけるパターン電極に対する摺動子の動作を説明するための部分斜視図、図４は摺動接点機構の摺動子とパターン電極の接触部分近傍において、摺動子とパターン電極部分を抽出した断面模式図である。また、図５は、接点形状が異なる変形例に係る摺動接点機構の摺動子とパターン電極の接触部分近傍において、摺動子とパターン電極部分を抽出した断面模式図である。

本発明の実施の形態１にかかる液面検出装置１は、例えば、図示しない燃料タンク内に設置される図示しない燃料ポンプモジュールに取り付けられる。そして、図１に示すように、間隔をあけて配列された複数のパターン電極２３上を摺動子３０（接点３１：図３）が摺動するように構成された摺動接点機構２と、液面Ｌｆの位置に応じて摺動子３０が連動するように、フロートアーム７を介して摺動接点機構２に結合されたフロート６と、摺動接点機構２における電気的性質（例えば、抵抗値や静電容量等）から、液面Ｌｆの位置を演算する演算部９とを備えている。

摺動接点機構２は、回路面Ｆｃに複数のパターン電極２３が形成された回路基板２０と、摺動子３０がフロート６に連動するように、摺動子３０とフロートアーム７を回転可能に支持する軸受部４０と、摺動子３０がパターン電極２３の配列方向Ｄｗ（図２参照）に沿って駆動するように、軸受部４０の回転軸が回路面Ｆｃに垂直で、配列方向Ｄｗの中心に位置するように、回路基板２０と軸受部４０を固定するフレーム５０とを備えている。

回路基板２０は、図２に示すように、アルミナ等のセラミックの絶縁基材２１の回路面Ｆｃ上に、櫛の歯のように一定間隔をあけて配置される複数条のパターン電極２３と、外部回路との接続用の端子電極２２が形成されている。パターン電極２３のそれぞれの一端側は、摺動子３０の軌道に合わせて円弧状に配列し、他端側は、直線状に配列するよう、ガラス成分と焼結性の銀（Ａｇ）・パラジウム（Ｐｄ）粉末を含むペーストをパターン塗布し、熱処理することにより形成している。そして、パターン電極２３の他端側のそれぞれは、ルテニウム（Ｒｕ）で形成された抵抗体２４を介して接続されている。

そして、最も端子電極２２ａに近いパターン電極２３_−１は、一方の端子電極２２ａと接続されている。このため、図中左端のパターン電極２３_−１から右端のパターン電極２３_−ｎに向かうにつれて高くなるように、パターン電極２３_-ｉごとに、端子電極２２ａ間の抵抗値が変化することになる。

一方、図１に示す軸受部４０には、他方の端子電極２２ｂと摺動子３０とを電気的に接続するとともに、摺動子３０の回転に合わせて伸縮するスプリングワイヤ４１が巻きつけられている。そして、各端子電極２２は、リードワイヤ８によって、演算部９と電気的に接続されている。

そして、摺動子３０は、バネ性を有し、一端がパターン電極２３の円弧配列領域に向かって伸長する。そして、図３、図４に示すように他端が軸受部４０に結合される支持体３２と、支持体３２の一方の面に形成され、パターン電極２３のいずれかに接触する接点３１とで構成されている。そのため、燃料の液面Ｌｆ付近に浮くフロート６の動きに伴い、パターン電極２３上を接点３１が摺動することで、いずれかのパターン電極２３_−ｉと導通し、端子電極２２ａと２２ｂ間の抵抗が変化する。これにより、演算部９は、液面Ｌｆの位置を検出することが可能となる。

なお、上述した構成までは、一般的な液面検出装置と同様であり、パターン電極２３についても、それのみにおいては一般的なものと同様である。そこで、本発明の特徴である接点３１の材料構成と、パターン電極２３と接点３１との硬度の組合せ等について以下詳細に説明する。

パターン電極２３は銀パラジウムにガラス成分を約１０ｗｔ％含有させた粉末を焼成形成したものであり、端子電極２２も同様に形成される。焼成条件などにより多少ばらつきはあるが、その硬度は約１００〜１３０Ｈｖである。一方、摺動子３０の支持体３２は、ばね用りん青銅で構成し、パターン電極２３と摺動する接点３１には、銅や銀を含まない錫鉛合金を用い、パターン電極２３よりも硬度が低い５０〜７０Ｈｖとなるよう調整し、球形状接点になるように支持体３２上に形成した。

これにより、摺動時において銀を含むパターン電極２３よりも、銀や銅を含まない接点３１側の方が摩耗する。しかし、錫は銀・銅に比べ耐食性が良好である。そのため、従来の液面検出装置では銀・銅などの摺動摩耗粉が高濃度の硫黄分により硫化してしまい、抵抗値が不安定となり導通不良の要因となるが、本発明による摺動摩耗粉は硫化しないため導通不良を回避できる。つまり、高濃度の硫黄分を含む燃料に対しても正確な液面の検出が可能な摺動接点機構２、およびそれを用いた液面検出装置１を実現することができる。

なお、パターン電極２３の硬度は、ガラス成分量を増やすと高くなり、減らすと低くなるというように、ガラス成分量に応じて変化する。しかし、パターン電極２３と接点３１の硬度の差は、ばらつきを考えると、設計値（中心値あるいは平均値）として３０Ｈｖ以上の差をつけるのが望ましい。

支持体３２については、外乱によるばね圧力（パターン電極２３に対する接点３１の接触圧力）の変動を抑制するため、ばね用りん青銅を用いたが、ばね性の高い材質であれば特に限定しない。一方、パターン電極２３と接触する接点３１は、カシメまたは溶接などにより支持体３２と一体化したものであり、支持体３２との相性を考えて別の合金を選定してもよい。しかし、その場合であっても、硬度は必ずパターン電極２３よりも低くする必要があり、かつ、銅や銀を含まないことが条件である。本例では、銅や銀を含まない合金として、貴金属を用いず入手や加工が容易な錫鉛合金を用いた例について説明したが、錫アンチモン合金など、他の錫合金でもよい。また、パターン電極２３よりも硬度が低くて、銅や銀を含まず、耐食性に問題がなければ、他の合金、あるいはカーボンのような非金属材料でも接点３１として使用可能である。

なお、本実施の形態においては、接点３１の形状として、外乱による面圧変動の抑制および異物などの噛込みによる導通不良を抑制することを目的として、複数個の球形状を形成したものを用いたが、その形状および数量については特に限定しない。例えば、図５に示すように、断面が台形（例えば、バスタブのような形状）のもので形成してもよい。

また、パターン電極２３でなく、接点３１側を摩耗させるように構成したため、パターン電極２３間を短絡するように延びる電極バリの発生を抑制することが可能となる。

さらに、パターン電極２３でなく、接点３１を摩耗させる構成では、硫化対策だけではなく、近年市場で普及しているエタノール混合ガソリン状況下における電極バリショートによる抵抗値異常も抑制可能となる。

なお、本実施の形態１にかかる摺動接点機構２は、燃料の液面を検知する液面検出装置１に用いられることを前提として記載したが、これに限ることはない。例えば、硫黄を含む液体の液面を検出する装置に適用してもよい。また液面に連動するフロート６に限らず、流体の流れの方向や流速等の流れに応じて動く移動体と摺動子３０が連動するようにすれば、流れを検知する装置に適用することも可能である。その場合でも、高濃度の硫黄分を含む流体に対しても正確な液面や流れの検出が可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態１にかかる摺動接点機構２によれば、複数のパターン電極２３が間隔をあけて配列された回路面Ｆｃを有する回路基板２０と、一端に回路面Ｆｃに対向する接点３１が形成された摺動子３０と、液面または流体の状態に応じて動く移動体（例えば、フロート６）に連動して、接点３１が配列の方向Ｄｗに沿って複数のパターン電極２３上を摺動するように、前記移動体と摺動子３０とを支持する連動支持部（軸受部４０）と、を備え、接点３１は、パターン電極２３よりも硬度が低く、かつ、銅および銀のいずれも主成分として含まない導電体（例えば、錫鉛合金）で形成されているように構成したので、高濃度の硫黄分を含む燃料等の流体に対しても正確な液面や流れの検出が可能な摺動接点機構２を実現することができる。

とくに、接点３１は、パターン電極２３よりも３０Ｈｖ以上硬度が低いように構成したので、通常の製造管理をしている条件でのばらつきにおいては、上述した構成を容易に実現することができる。

また、接点３１は、錫合金で形成されているので、入手しやすい材料で、上述した構成を容易に実現することができる。

また、パターン電極２３は、ガラス成分と焼結性の銀・パラジウム粉末を用いて形成されたものであるので、液面検出装置に従来から一般的に用いられている部材を用いて、上述した構成を容易に実現することができる。

また、以上のように、本発明の実施の形態１にかかる液面検出装置１によれば、移動体として燃料の液面に応じて移動するフロート６を備えるとともに、上述した摺動接点機構２と、接点３１が複数のパターン電極２３のうちのいずれ２３_−ｉに接触したかによって、液面Ｌｆの位置を演算する演算部９と、を備えたので、高濃度の硫黄分を含む燃料に対しても正確な液面検出が可能な液面検出装置１を実現することができる。

１：液面検出装置、 ２：摺動接点機構、 ６：フロート（移動体）、 ７：フロートアーム、 ８：リードワイヤ、 ９：演算部、
２０：回路基板、 ２１：絶縁基材、 ２２：端子電極、 ２３：櫛形電極、 ２４：抵抗体、 ３０：摺動子、 ３１：接点（摺動接点）、 ３２：支持体、 ４０：軸受部（連動支持部）、 ５０：フレーム、 ４１：スプリングワイヤ、
Ｄｗ：（摺動またはパターン電極の配列）方向、 Ｆｃ：回路面、 Ｌｆ：液面。

Claims (5)

1. 複数のパターン電極が間隔をあけて配列された回路面を有する回路基板と、
   一端に前記回路面に対向する接点が形成された摺動子と、
   液面または流体の状態に応じて動く移動体に連動して、前記接点が前記配列の方向に沿って前記複数のパターン電極上を摺動するように、前記移動体と前記摺動子とを支持する連動支持部と、を備え、
   前記接点は、前記パターン電極よりも硬度が低く、かつ、銅および銀のいずれも主成分として含まない導電体で形成されていることを特徴とする摺動接点機構。
2. 前記接点は、前記パターン電極よりも３０Ｈｖ以上硬度が低いことを特徴とする請求項１に記載の摺動接点機構。
3. 前記接点は、錫合金で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の摺動接点機構。
4. 前記パターン電極は、ガラス成分と焼結性の銀・パラジウム粉末を用いて形成されたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の摺動接点機構。
5. 燃料の液面に応じて移動する前記移動体であるフロートと、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動接点機構と、
   前記接点が前記複数のパターン電極のうちのいずれに接触したかによって、前記液面の位置を演算する演算部と、
   を備えたことを特徴とする液面検出装置。

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