JP3030947B2 - オイルレベルセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車のエンジンオイル
レベルなどのオイルレベルを検知する感温抵抗体からな
るオイルレベルセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のエンジンオイルなどのオ
イルレベルを検知するためには、目盛りの付いたフレキ
シビリティーのある金属棒（オイルレベルゲージ）をエ
ンジンの底部に差し込んで、金属棒に付着したオイルの
位置を金属棒の目盛りを目視で読んでオイルレベルを検
出していた。

【０００３】また、アルミナ基材上に白金薄膜感熱抵抗
素子を形成し、オイル残量に応じた感熱抵抗値変化をブ
リッジ出力電圧として検出するセンサがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなオ
イルレベルゲージでオイルレベルを検出するには、エン
ジンを停止した後、エンジンオイルの流下を待って、エ
ンジン底部からゲージを抜きだして目視で検査する必要
があり、自動車走行中にオイルレベルを検出することは
不可能であった。

【０００５】それに対して、アルミナ基板上に白金薄膜
感熱抵抗素子を形成したものは、走行中でも随時オイル
レベルを検出することができるが、強い衝撃が加わった
場合には、アルミナ基板にクラックを生じることがあ
り、信号を検出することが不可能となったり、また、基
板の一部が欠落してエンジンオイルに混入するために、
エンジントラブル発生の原因となることがあった。

【０００６】この解決策として、特願平１−２６２４２
８に開示されているように、金属基材上にホーロー製の
電気絶縁層を設け、その上に形成したリード線の端部に
温度変化により抵抗値が変化する抵抗体とオーバーコー
ト層を設けた構成のオイルレベルセンサがある。このオ
イルレベルセンサは、金属に直接ホーロー層が焼き付け
られているため、機械的強度が優れているが、電気絶縁
層がガラス質からなるホーローで構成されているため、
電極や抵抗体層を形成するために加熱すると、ホーロー
層が軟化流動しやすくなる。そのため、ホーロー上に形
成する電極および抵抗体の形成温度には制約があった。
また、エンジンが異常に高温になった場合、センサが熱
的に破壊され、耐熱信頼性に欠けるという問題があっ
た。

【０００７】このように従来のオイルレベルセンサは性
能的にまだ不十分で、特性面、信頼性面に課題があっ
た。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するもの
で、機械的衝撃に強く、耐熱性に優れ、自動車の走行中
でもオイルレベルを計測できるオイルレベルセンサを提
供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、金属基材上に設けた一層または多層の電気
絶縁層と、前記電気絶縁層上に設けた一対の電極と、前
記一対の電極間にまたがって、前記電気絶縁層の表面に
設けた感温抵抗体と、前記感温抵抗体の表面に設けたオ
ーバーコート層とを備えたオイルレベルセンサにあっ
て、前記電気絶縁層の少なくとも一層が焼成によってＭ
ｇＯ系結晶相を生成する結晶化ガラスであり、かつ、前
記結晶化ガラスの組成が重量％でＭｇＯ １６〜５０
％、ＢａＯ０〜５０％、ＣａＯ ０〜２０％、Ｌａ₂Ｏ₃
０〜４０％、Ｂ₂Ｏ₃ ５〜３４％、ＳｉＯ₂ ７〜３
０％、ＭＯ₂（ＭはＺｒ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｚｎの少なくと
も１種）０〜５％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜５％を主体として含む
ようにしたものである。

【００１０】また、結晶化ガラス粉末を電気泳動電着法
で金属基材上に電着し、電着した前記結晶化ガラス粉末
を焼成して電気絶縁層を形成するようにしたものであ
る。

【００１１】

【作用】この構成によれば、金属基材上の電気絶縁層が
結晶化ガラス粉末の塗布層からなり、焼成によってＭｇ
Ｏ系結晶相を有する結晶化ガラスを形成することによ
り、耐熱性が向上する。

【００１２】その理由は図３に示す熱膨張曲線からわか
るように、上記の組成であっても、ガラス状態（アモル
ファス状態）の（イ）の場合、６００〜７００℃に屈伏
点を有し、この屈伏点付近の温度では電気絶縁層の破損
が発生する。しかし、これを熱処理（焼成）し、少なく
とも、ＭｇＯ系の結晶相を析出させると、（ロ）のよう
に屈伏点が９００℃以上となり破損が発生しにくくな
り、耐熱性が向上する。その結果、オイルレベルセンサ
の耐衝撃性、耐熱性、信頼性が向上することとなる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の一実施例のオイルレベルセン
サを図面を参照しながら説明する。 （１）金属基体 図１に本実施例のオイルレベルセンサの構成を示す。図
に示すように金属基材１はホーロ用鋼板、ステンレス鋼
板、珪素鋼板、ニッケルークロムー鉄、ニッケルー鉄、
コバール、インバーなどの各種合金、クラッド材などが
用いられる。これらの金属基材を用いて、円筒状や平板
状など所望の形状に通常の機械加工、エッチング加工、
レーザ加工などで加工される。

【００１４】これら金属基体１は電気絶縁層２の密着性
を向上させるため、表面脱脂した後、ニッケル、コバル
トなどの金属メッキを施したり、熱酸化処理によって酸
化被覆層を形成したりする。 （２）電気絶縁層 図１に示す電気絶縁層２はガラス質層を焼成することに
より、ＭｇＯ系結晶相を有する結晶化ガラスを生成し、
電気絶縁性、耐熱性を向上させる。そのガラス組成は、
例えば下記のようなものである。

【００１５】 ＳｉＯ₂ ７〜３０重量％ Ｂ₂Ｏ₃ ５〜３４重量％ ＭｇＯ １６〜５０重量％ ＣａＯ ０〜２０重量％ ＢａＯ ０〜５０重量％ ＺｒＯ₂ ０〜５ 重量％ Ｐ₂Ｏ₅ ０〜５ 重量％ Ｌａ₂Ｏ₃ ０〜４０重量％ 上記の組成範囲のガラス質層が選択される理由は、上記
の電極、抵抗体層などの印刷焼成時の耐熱性あるいは使
用中の信頼性要求に応えるためである。

【００１６】また、上記の結晶化ガラス質を金属基体上
に被覆する方法としては、通常のスプレー法、粉末静電
塗装法、印刷法、電気泳動電着法などがある。被膜の緻
密性、電気絶縁性などの観点から、電気泳動電着法が最
も望ましい。

【００１７】電気泳動電着法は、ガラスとアルコールお
よび少量の水を混合し、ボールミル中で約２０時間粉
砕、混合し、ガラスの平均粒径を１〜５μｍ程度にす
る。得られたスラリーを電解槽に入れて、液を循環す
る。（１）で準備された金属基体１を、このスラリー中
に浸漬し、１００〜４００Ｖで陰分極させることによ
り、金属基体表面にガラス粒子を電着させる。この電着
層を乾燥後、８５０〜９００℃で１０分〜１時間焼成し
て、電気絶縁層２が得られる。

【００１８】なお、この電気絶縁層は電極体３および抵
抗体層４との膨張率の整合を図るため、ＭｇＯ系結晶相
を有する第１の層の他に、中間層として第２の層を設け
ることも可能である。 （３）電極体、抵抗体層 結晶化ガラスで形成された電気絶縁層２上に、図１に示
すように電極体３を形成する。抵抗体４の材質は、ルテ
ニウム、ロジウム、白金などの白金族元素もしくはその
酸化物材料が選択される。さらに、抵抗体４を保護する
ために、ガラス質のオーバーコート層５が形成される。

【００１９】これらのパターン形成法はメッキ法、溶射
法、スクリーン印刷法などが考えられるが、結晶化ガラ
ス質の電気絶縁層２と電極体３、抵抗体層４の密着性の
観点から、スクリーン印刷法が望ましい。スクリーン印
刷法は、所望のパターン形状のメッシュスクリーンによ
りインクを印刷し、焼成することにより電極体３、感温
抵抗体層４が形成される。電極体３、抵抗体層４は通常
５００〜８５０℃の温度で焼成されるので、電気絶縁層
２は耐熱性が要求される。また、回路パターンは時とし
て、微細パターンが要求されるので、電気絶縁層表面の
平滑性が重要であり、表面状態が印刷歩留まりに影響を
与える。

【００２０】以下に具体的な実施例を説明する。 （実施例１） （表１）〜（表５）に示す組成の結晶化ガラスを合成
し、ＳＵＳ４３０からなる金属基材（１００mm×１００
mm×０．５mm）１の表面に、厚さ１００μｍの結晶化ガ
ラス質層を電気泳動電着法で電着し、８８０℃で１０分
間焼成する。このサンプルの表面粗度、うねり性、耐熱
性などの諸特性を測定した。結果を（表１〜表５）に示
す。

【００２１】なお、表面粗度はタリサーフ表面粗さ計で
測定し、表面中心線平均粗さＲａで示した。うねり性は
タリサーフ表面粗さ計で得られた山と谷の差Ｒmax で表
わした。耐熱性は、サンプルを８５０℃の電気炉中に１
０分間入れ、炉から取り出して３０分間自然放冷するサ
イクルを繰り返す、スポーリングテストを行ってサンプ
ルのクラックや剥離の状態を調べた。なお、クラック検
査は赤インク中に浸漬した後、表面を拭き取って、目視
観察によってクラックの有無を調べた。表中の○、△、
×は、○が１０サイクル以上行っても、異常が認められ
ないもの、△は５〜９サイクルでクラックが発生したも
の、×は４サイクル以下で発生したものを示す。

【００２２】密着性は、金属基材１の曲げ試験を行い、
電気絶縁層が剥離して金属部が露出したものを×、金属
部が一部だけ露出したものを△、金属部が露出していな
いものを○とした。

【００２３】以上の評価にもとずき総合評価を行い、そ
の結果を○、△、×で示した。Ｎｏ１〜８は他の成分を
一定として、ＳｉＯ₂とＢ₂Ｏ₃を変化させたもの、Ｎｏ
９〜１５は、ＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃をほぼ一定にし、ＭｇＯ
量を変化させたもの、Ｎｏ１６〜１９は同じく、ＣａＯ
量を変化させたもの。Ｎｏ２０〜２４は、同じく、Ｂａ
Ｏ量を変化させたもの。Ｎｏ２５〜２９は、同じく、Ｌ
ａ₂Ｏ₃量を変化させたもの。Ｎｏ３０〜４２はそれぞ
れ、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅、ＺｎＯの影
響を示すものである。

【００２４】表から明らかなように、ＳｉＯ₂を増加し
ていけば、耐熱性は向上するが、表面性、および密着性
が悪くなる。逆に、Ｂ₂Ｏ₃量を増加していけば、表面
性、密着性は向上するが耐熱性は低下する。したがっ
て、本実施例では、ＳｉＯ₂ ７〜３０重量％、Ｂ₂Ｏ₃
５〜３４重量％の範囲内が望ましい。

【００２５】ＭｇＯ量は結晶性と相関があり、１６重量
％以下では結晶析出が不十分で、耐熱性に劣る。また、
５０重量％以上では、結晶が析出しやすく、ガラス溶融
時に簡単に結晶化し、均質なガラスを得ることが難し
く、また、表面粗度が大きくなる。

【００２６】ＣａＯ量は、２０重量％以上では、表面性
が悪くなり好ましくない。ＢａＯ量は、５０重量％以上
では、耐熱性、および密着性が劣化し好ましくない。

【００２７】Ｌａ₂Ｏ₃量は、４０重量％以上では、耐熱
性が劣化し好ましくない。その他の添加可能な成分とし
てＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅、ＺｎＯなどが
挙げられるが、５重量％以下までなら添加可能である。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】

【表５】

【００３３】（実施例２）図２に本発明の一実施例のオ
イルレベルセンサの構成を示す。図に示すように厚さ
０．５ｍｍ、外径φ３、内径φ２、長さ２００ｍｍのス
テンレスパイプ基材１１を脱脂、水洗、酸洗、水洗、ニ
ッケルメッキ、水洗して前処理を行った後、平均粒径が
２．５μｍの（表１）のＮｏ７ガラス粒子からなるスラ
リー中に浸漬して、対極と金属パイプ間に直流電圧を１
００V/cm印加してガラス粒子をパイプ基材の外周面に１
００μｍ電着した。その後、６０℃で乾燥し、８５０℃
で１０分間焼成してＭｇＯ系結晶相を有する結晶化ガラ
ス電気絶縁層１２を形成した。さらに、その上に銀の電
極体１３、白金の抵抗体層１４を印刷法で試作した。さ
らにその上にガラス質のオーバーコート層１５を形成し
た。それぞれの焼成温度は、８００℃、８００℃、７８
０℃でそれぞれ約３０分間行なった。これを本実施例の
オイルレベルセンササンプルとした。

【００３４】（比較例１）実施例２と同様な形状のパイ
プ状アルミナ基板上に印刷法で実施例２と同様の電極
体、抵抗体、オーバーコート層を形成し、オイルレベル
センサを作成した。

【００３５】（比較例２）実施例２と同様な形状のステ
ンレスパイプに、日本フェロー社製ステンレスホーロ釉
薬をスプレー法で約１００μｍ形成し、乾燥後、８３０
℃で１０分間焼成し、さらにその上に銀の電極体、白金
の抵抗体を印刷法で試作した。さらにその上にガラス質
のオーバーコート層を形成した。それぞれの焼成温度
は、５００℃、５００℃、４８０℃でそれぞれ約３０分
間行なった。

【００３６】以上の実施例２、比較例１、２について、
熱衝撃試験を行った。試験方法としては、５００℃で試
験体を１０分間保持した後、水中に浸漬し、乾燥させ、
抵抗値を測定した。この試験を１００サイクル繰り返し
た。その結果を（表６）に示す。

【００３７】

【表６】

【００３８】（表６）から解るように、本実施例のオイ
ルレベルセンサは従来のオイルレベルセンサより耐熱性
がよく、熱サイクル性も優れている。

【００３９】

【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に本発明によるオイルレベルセンサーは、金属基材を用
いたことにより機械的強度に優れるとともに、電気絶縁
層をＭｇＯ結晶相を有する結晶化ガラスで構成すること
により、耐熱性と信頼性に優れたオイルレベルセンサー
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のオイルレベルセンサーの断
面図

【図２】同別の実施例のオイルレベルセンサーの斜視図

【図３】同結晶化ガラスの熱膨張率の温度特性を示す図

【符号の説明】

１，１１ 金属基材 ２，１２ 電気絶縁層 ３，１３ 電極体 ４，１４ 抵抗体層 ５，１５ オーバーコート層

フロントページの続き (72)発明者 吉田 昭彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 23/22

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基材上に設けた一層または多層の電
   気絶縁層と、前記電気絶縁層上に設けた一対の電極と、
   前記一対の電極間にまたがって、前記電気絶縁層の表面
   に設けた感温抵抗体層と、前記感温抵抗体層の表面に設
   けたオーバーコート層とを備えたオイルレベルセンサに
   あって、前記電気絶縁層の少なくとも一層が焼成によっ
   てＭｇＯ系結晶相を生成する結晶化ガラスであり、か
   つ、前記結晶化ガラスの組成が重量％でＭｇＯ １６〜
   ５０％、ＢａＯ ０〜５０％、ＣａＯ ０〜２０％、Ｌ
   ａ₂Ｏ₃ ０〜４０％、Ｂ₂Ｏ₃ ５〜３４％、ＳｉＯ₂
   ７〜３０％、ＭＯ₂（ＭはＺｒ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｚｎの少
   なくとも１種）０〜５％、Ｐ₂Ｏ₅０〜５％を主体として
   なるオイルレベルセンサ。
2. 【請求項２】 結晶化ガラス粉末を電気泳動電着法で金
   属基材上に電着し、電着した前記結晶化ガラス粉末を焼
   成して電気絶縁層を形成した請求項１記載のオイルレベ
   ルセンサ。