JP5200811B2 - 液面検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液面位置の変動に伴って摺動部が電極上を摺動する液面検出装置に関するものである。

液面検出装置として、例えば、自動車の燃料タンクに貯蔵される燃料の液面位置を監視するため、液面位置の変動に伴って摺動部が電極上を摺動する電気抵抗式の液面検出装置が利用されている。

電気抵抗式の液面検出装置は、並列する複数の電極と、電極と電気接続された電気抵抗体とが形成された回路基板と、燃料の液面位置の変動に伴って、所定の回転中心を中心とする円弧に沿って電極上を摺動する摺動部と、を備える。電極において摺動部が摺動する摺動領域に電気抵抗体を形成しないで、摺動部を、摺動領域において電極上を摺動させつつ電極と電気接続させ、複数の電極のうち摺動部が電気接続している電極に応じて、電気抵抗体と電極と摺動部とによって生じる電気抵抗値が変動するように構成されている。

このような電気抵抗式の液面検出装置では、電極や電気抵抗体や摺動部を、燃料に浸漬させる構成となっているため、ガソリン等の燃料中の硫黄分により電極の硫化が生じるおそれがある。摺動領域において電極の硫化が生じれば、摺動部と電極の接触電気抵抗が大きくなるため、液面検出装置の性能が低下する。このため、摺動領域の電極に保護層を被覆して硫化が生じないようにする技術が開示されている（特許文献１を参照）。
特開２００４−９３３１３号公報

電気抵抗式の液面検出装置では摺動領域を除いた電極においても、燃料に露出している部分が多く存在し、燃料中にアルコール・水分がある場合、燃料に露出している電極の内、正電圧側の電極に電食が生じるおそれがある。これは、燃料中にアルコール・水分がある場合、正電圧側の電極から溶出した金属イオンが、正電圧側の電極と接地側の電極の間で生じている電界により、接地側の電極に引っぱられるからである。接地側の電極に引っぱられた金属イオンは、接地側の電極から電子を受け取って金属として付着するため、正電圧側の電極が腐食（いわゆる電食）して、液面検出装置の性能が低下するおそれが生じている。

上述の保護層またはガラス層を形成して、摺動領域を除いた領域の電極を、燃料に露出しないようにすれば、この領域の電極の電食を抑えることができる。しかしながら、保護層またはガラス層を形成する新たな工程を必要とするため、液面検出装置の製造コストが上昇するという問題が生じる。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、液面検出装置の製造コストの上昇を抑えて、電極の電食による液面検出装置の性能低下を抑えることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成する為に以下の技術的手段を採用する。

請求項１の発明によれば、並列する複数の電極と、電極と電気接続された電気抵抗体とが形成された回路基板と、液面位置の変動に伴って、所定の回転中心を中心とする円弧に沿って電極上を摺動する摺動部と、を備え、電極において摺動部が摺動する摺動領域には電気抵抗体を形成しないで、摺動部を、摺動領域において電極上を摺動させつつ電極と電気接続させ、複数の電極のうち摺動部が電気接続している電極に応じて、電気抵抗体と電極と摺動部とによって生じる電気抵抗値が変動するように構成された液面検出装置において、電極において電気抵抗体によって被覆される被覆領域を、摺動領域に隣接するまで広げており、被覆領域のうち第１領域では、互いに隣接する電極を被覆する電気抵抗体が、互いに隣接する電極の間で連続して形成され、被覆領域のうち第１領域を除いた第２領域では、互いに隣接する電極を被覆する電気抵抗体が、互いに隣接する電極の間で互いに分離されて形成されており、印刷によって第２領域の電気抵抗体と共に形成された第１領域の電気抵抗体は、互いに隣接する電極の間でレーザートリミングによって部分的に除去されていることを特徴とする。

この構成によれば、電極において電気抵抗体によって被覆される被覆領域を、摺動領域に隣接するまで広げているため、電気抵抗値を生じさせるための電気抵抗体と摺動領域の間の領域の電極は、検出対称の液体に対して露出しないようになっている。このため、この液体中にアルコール・水分がある場合に、この間の領域の電極の電食を抑えることができるため、電極の電食による液面検出装置の性能低下を抑えることができる。

また、この構成によれば、電気抵抗値を生じさせるための電気抵抗体と摺動領域の間の領域の電極を、電気抵抗体によって被覆しているため、電気抵抗値を生じさせるための電気抵抗体を形成する工程で、この間の領域の電極を被覆できる。このため、この間の領域の電極を被覆するために、新たな工程を必要としない。

したがって、液面検出装置の製造コストの上昇を抑えて、電極の電食による液面検出装置の性能低下を抑えることができる。

さらに、この構成によれば、被覆領域において第１領域では、互いに隣接する電極を被覆する電気抵抗体が、互いに隣接する電極の間で連続して形成されているため、第１領域の電気抵抗体は、電気抵抗値を生じさせる電気抵抗体となっている。このため、摺動部が電気接続している電極と電気抵抗値との関係を、所望の関係にするように、つまり、所望のセンサ特性値を得るように、第１領域を所望の領域に設定することができる。

一方、この構成によれば、被覆領域のうち第１領域を除いた第２領域では、互いに隣接する電極を被覆する電気抵抗体が、互いに隣接する電極の間で互いに分離されて形成されているため、第２領域の電気抵抗体は、電気抵抗値と無関係な電気抵抗体となっている。このため、第１領域と独立に、第２領域を所望の領域に設定することが可能となる。

したがって、液面検出装置のセンサ特性値とは独立に、所望の領域の電極の電食を抑えることができる。

請求項２の発明によれば、第１領域では、電極は、直線状に形成されていることを特徴とする。

ここで、第１領域において、互いに隣接する電極の間に形成されている電気抵抗体を、部分的に、レーザー照射によって除去することによって、液面検出装置のセンサ特性値を調整（レーザートリミング）する。この構成によれば、第１領域において電極が直線状に形成されているため、レーザートリミングのためのレーザー照射を、直線状で行なうことができるため、上述の効果を得ることができる液面検出装置において、レーザートリミングを効率的に行なうことができる。

請求項３の発明によれば、第１領域では、電極は、互いに平行に配置されていることを特徴とする。

このため、レーザートリミングのためのレーザー照射を、互いに平行な直線状で行なうことができるため、上述の効果を得ることができる液面検出装置において、レーザートリミングをより効率的に行なうことができる。

以下、本発明による液面検出装置を、自動車に搭載される燃料レベルゲージに適用した場合を例に図面に基づいて説明する。なお、図中の互いに同一若しくは均等である部分に、同一符号を付している。

図１に示す燃料レベルゲージ１０は、燃料ＦＵの液面位置Ｆ１，Ｆ２を検出するものであり、燃料タンク内に配設されたサブタンクに取付けられている。燃料レベルゲージ１０は、本体部１５と、燃料ＦＵの液面に浮くフロート１１と、本体部１５に対して回動可能な回転部１３と、フロート１１と回転部１３とを連結してフロート１１の上下運動を回転部１３の回転運動に変換するアーム１２とを備えている。本体部１５には、電極２と電気抵抗体３が形成されたセラミック基板１が固定され、回転部１３には、電極２と電気的に接続されつつ電極２上を摺動する摺動部１４が固定されている。

図１は、燃料ＦＵの液面位置Ｆ１が、燃料タンクにおいて最低位状態（ほぼ空状態）を示し、液面位置Ｆ２が最高位状態（満タン状態）を示し、液面位置Ｆ２のフロート１１およびアーム１２を２点鎖線で示す。燃料ＦＵが液面位置Ｆ１、Ｆ２の間で変化すると、それに連動してフロート１１が上下運動し、回転部１３は、本体部１５に対して所定の回転範囲内で回転中心Ｃ０を中心として回転する。

回転部１３の回転に伴って、摺動部１４は、回転中心Ｃ０を中心とする円弧に沿って電極２上を摺動する。図１と図２に示す摺動部１４は、後述する第１電極２１上を摺動する第１摺動部１４１と、後述する第２電極２２上を摺動する第２摺動部１４２と、摺動部１４１，１４２を電気接続する接続部１４３とを備え、導電性の金属から形成されている。

図２に示すセラミック基板１において、電極２は、正電圧用のターミナル１６１が電気接続されて正電圧が印加されている第１電極２１と、接地用のターミナル１６２が電気接続されて接地されている第２電極２２を備える。第１電極２１は、互いに等間隔で並列する複数の第１電極２１からなり、第２電極２２は、櫛歯状の電極として形成されている。電極２１，２２は、銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）とガラスフリット等からなるペーストをセラミック基板１に印刷・焼付けして厚膜状に形成されている。

なお、第２電極２２を櫛歯状に形成して凹部２３を設けている理由は、第２摺動部１４２が第２電極２２上を摺動することによって生じる磨耗物を、凹部２３を通して外側へ円滑に流出させるためである。第１電極２１でも、第１摺動部１４１が第１電極２１上を摺動することによって生じる磨耗物は、互いに隣接する第１電極２１の間を通して外側へ円滑に流出できるようになっている。

図２と図３に示す、第１電極２１において第１摺動部１４１が摺動する摺動領域Ａ１には、電気抵抗体３を形成しないで、第１摺動部１４１を、摺動領域Ａ１において第１電極２１上を摺動させつつ第１電極２１と電気接続させるようにしている。第１電極２１において電気抵抗体３によって被覆される被覆領域Ａ２を、摺動領域Ａ１に隣接するまで広げている。

被覆領域Ａ２において第１領域Ａ３では、互いに隣接する第１電極２１を被覆する電気抵抗体３が、互いに隣接する第１電極２１の間で連続して形成され、被覆領域Ａ２のうち第１領域Ａ３を除いた第２領域Ａ４では、互いに隣接する第１電極２１を被覆する電気抵抗体３が、互いに隣接する第１電極２１の間で互いに分離されて形成されている。摺動領域Ａ１は、円弧状の領域であり、第１領域Ａ３は、横寸法がＬ１で縦寸法がＬ２の長方形の領域であり、第２領域Ａ４は、摺動領域Ａ１と第１領域Ａ３に挟まれた形状となっている。

電気抵抗体３は、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）とガラスフリット等からなるペーストをセラミック基板１に印刷・焼付けして厚膜状に形成されている。なお、第１領域Ａ３では、第１電極２１は、直線状に形成され、互いに平行に配置され、第２領域Ａ４では、第１電極２１は、摺動部１４の回転中心Ｃ０に向かって延出する配置となっている。

上述したように、燃料ＦＵが液面位置Ｆ１、Ｆ２の間で変化すると、それに連動してフロート１１が上下運動し、回転部１３は、本体部１５に対して所定の回転範囲内で回転中心Ｃ０を中心として回転する。回転部１３の回転に伴って、摺動部１４は、回転中心Ｃ０を中心とする円弧に沿って第１電極２１上を摺動する。このため、液面位置Ｆ１，Ｆ２の変化に伴って、第１摺動部１４１が電気接続する第１電極２１が変わる。燃料レベルゲージ１０は、複数の第１電極２１のうち第１摺動部１４１が電気接続している第１電極２１に応じて、電気抵抗体３と電極２１，２２と摺動部１４１〜１４３とによって生じる電気抵抗値が変動するように構成されている。

具体的に、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値は、ターミナル１６１から、第１電極２１、電気抵抗体３、第１電極２１（摺動領域Ａ１）、第１摺動部１４１、接続部１４３、第２摺動部１４２、第２電極２２、ターミナル１６２の順に、または、この順序と反対の順序で形成される電気的経路による電気抵抗値となる。このため、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値は、複数の第１電極２１のうち第１摺動部１４１が電気接続している第１電極２１に応じて、電気抵抗値が変化する。燃料レベルゲージ１０は、液面位置Ｆ１，Ｆ２によって変化するこの電気抵抗値によって、液面位置Ｆ１，Ｆ２を検出するように構成されている。

トリミング部分３１は、第１領域Ａ３において、互いに隣接する第１電極２１の間に形成されている電気抵抗体３を、部分的に、レーザー照射によって除去した部分である。ターミナル１６１と摺動領域Ａ１の第１電極２１間の電気抵抗値を測定しつつ、レーザー照射によってトリミング部分３１を形成することによって、第１摺動部１４１が電気接続している第１電極２１とターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値との関係を、つまり、燃料レベルゲージ１０のセンサ特性値を調整（レーザートリミング）する。

なお、電極２１，２２と電気抵抗体３と摺動部１４１，１４２，１４３を、本体部１５に内蔵させる構成を採ることができないため、電極２１，２２と電気抵抗体３と摺動部１４１，１４２，１４３を燃料ＦＵに浸漬させる構成となっている。

燃料レベルゲージ１０は、請求項に記載の液面検出装置に相当し、セラミック基板１は、請求項に記載の回路基板に相当し、第１電極２１は、請求項に記載の電極に相当し、第１摺動部１４１は、請求項に記載の摺動部に相当し、燃料Ａは、請求項に記載の液体に相当する。

以上のように構成された、燃料レベルゲージ１０では、第１電極２１において電気抵抗体３によって被覆される被覆領域Ａ２を、摺動領域Ａ１に隣接するまで広げているため、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値を生じさせるための電気抵抗体３と摺動領域Ａ１の間の領域の第１電極２１は、燃料ＦＵに対して露出しないようになっている。後述するように、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値を生じさせるための電気抵抗体３が、第１領域Ａ３の電気抵抗体３であるため、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値を生じさせるための電気抵抗体３と摺動領域Ａ１の間の領域の第１電極２１は、第２領域Ａ４の第１電極２１となっている。

上述したように、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値は、ターミナル１６１から、第１電極２１、電気抵抗体３、摺動領域Ａ１の第１電極２１、第１摺動部１４１、接続部１４３、第２摺動部１４２、第２電極２２、ターミナル１６２の順に形成される電気的経路による電気抵抗値となる。この電気的経路の内、電気抵抗体３と、摺動領域Ａ１の第１電極２１とを電気接続する第２領域Ａ４の第１電極２１が、電食して断線などすると、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値を正確に測定できなくなる。

これに対して、第２領域Ａ４の第１電極２１が電気抵抗体３によって被覆されているため、燃料ＦＵ中に水分がある場合に第２領域Ａ４の第１電極２１の電食を抑えることができる。したがって、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値を正確に測定できなくなることを抑えることができるため、第１電極２１の電食による燃料レベルゲージ１０の性能低下を抑えることができる。

なお、第１電極２１には正電圧が印加されているに対して、第２電極２２では接地されているため、第２電極２２では、原理的に電食が生じない。このため、第２電極２２を電気抵抗体３によって被覆する必要がないため、第２電極２２を電気抵抗体３によって被覆していない。

また、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値を生じさせるための電気抵抗体３である第１領域Ａ３の電気抵抗体３と摺動領域Ａ１の間の第２領域Ａ４の第１電極２１を、電気抵抗体３によって被覆している。このため、電気抵抗値を生じさせるための電気抵抗体３を形成する工程で、第２領域Ａ４の第１電極２１を被覆できる。このため、第２領域Ａ４の第１電極２１を被覆するために、新たな工程を必要としない。

したがって、燃料レベルゲージ１０の製造コストの上昇を抑えて、第１電極２１の電食による燃料レベルゲージ１０の性能低下を抑えることができる。

さらに、被覆領域Ａ２において第１領域Ａ３では、互いに隣接する第１電極２１を被覆する電気抵抗体３が、互いに隣接する第１電極２１の間で連続して形成されているため、第１領域Ａ３の電気抵抗体３は、電気抵抗値を生じさせる電気抵抗体３となっている。このため、第１摺動部１４１が電気接続している第１電極２１と電気抵抗値との関係を、所望の関係にするように、つまり、所望のセンサ特性値を得るように、第１領域Ａ３を所望の領域に設定することができる。

図２に示す例では、第１領域Ａ３を、横寸法がＬ１で縦寸法がＬ２の長方形の領域としているため、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値が、第１摺動部１４１の回転角度に正比例して変化するようになっている。

一方、被覆領域Ａ２のうち第１領域Ａ３を除いた第２領域Ａ４では、互いに隣接する第１電極２１を被覆する電気抵抗体３が、互いに隣接する第１電極２１の間で互いに分離されて形成されているため、第２領域Ａ４の電気抵抗体３は、ターミナル１６１，１６２間の電気抵抗値と無関係な電気抵抗体３となっている。このため、第１領域Ａ３と独立に、第２領域Ａ４を所望の領域に設定することが可能となる。

したがって、燃料レベルゲージ１０のセンサ特性値とは独立に、所望の領域の第１電極２１の電食を抑えることができる。

さらに、第１領域Ａ３において第１電極２１が直線状に形成されているため、トリミング部分３１を直線状に形成できる。即ち、レーザートリミングのためのレーザー照射を、直線状で行なうことができるため、上述の効果を得ることができる燃料レベルゲージ１０において、レーザートリミングを効率的に行なうことができる。

さらに、第１領域において第１電極２１が、互いに平行に配置されているため、トリミング部分３１を、互いに平行な直線状に形成できる。即ち、レーザートリミングのためのレーザー照射を、互いに平行な直線状で行なうことができるため、上述の効果を得ることができる燃料レベルゲージ１０において、レーザートリミングをより効率的に行なうことができる。

（変形例）
上述の例では、第１領域Ａ３を長方形の領域としたが、図４と図５に示すように、円弧状の摺動領域Ａ１に沿った円弧状で幅寸法がＬ３の第１領域Ａ３１とすることが可能である。本変形例では、摺動領域Ａ１と第１領域Ａ３１に挟まれた形状の第２領域Ａ４１を、被覆領域Ａ２１に設け、円弧で帯状の第１領域Ａ３１と第２領域Ａ４１の各形状に合わせて、電極２Ａ（第１電極２１Ａ）の形状と、電気抵抗体３Ａの形状を設定する。本変形例でも、上述と同様の効果を得ることができる。

上述の例では、第２領域Ａ４、Ａ４１を設けたが、図６と図７に示すように、円弧状の摺動領域Ａ１に沿った円弧状で幅寸法がＬ４の被覆領域Ａ２２として、第２領域Ａ４、Ａ４１を設けないようにすることが可能である。第１電極２１，２１Ａ，２１Ｂは、いずれも、互いに平行に配置された平行部分と、平行部分から摺動部１４の回転中心Ｃ０に向かって延出する延出部分とを備えているが、上述の例では、この延出部分が形成されている一部の領域に摺動領域Ａ１を設けているため、この延出部分が形成されている残りの領域に、第２領域Ａ４，Ａ４１を設定する必要があった。

これに対して、図４に示す本変形例では、第１電極２１Ｂの延出部分が形成されている全領域に摺動領域Ａ１を設けることができるように、電極２Ｂ（第１電極２１Ｂ）の形状を設定している。このため、互いに隣接する第１電極２１，２１Ａを被覆する電気抵抗体３，３Ａが、互いに隣接する第１電極２１，２１Ａの間で互いに分離されて形成されている第２領域Ａ４，Ａ４１を設ける必要がなくなっている。本変形例でも、上述と同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態による燃料レベルゲージを示す正面図である。 図１中のセラミック基板の拡大正面図である。 図２に示す第１電極の領域を説明するための拡大正面図である。 図２の変形例を示す拡大正面図である。 図４に示す第１電極の領域を説明するための拡大正面図である。 図２の他の変形例を示す拡大正面図である。 図６に示す第１電極の領域を説明するための拡大正面図である。

符号の説明

１０ 第１燃料レベルゲージ（液面検出装置）、１１ フロート、１２ アーム
１３ 回転部、１４ 摺動部、１４１ 第１摺動部（摺動部）、１４２ 第２摺動部
１４３ 接続部、１５ 本体部、１６１，１６２ ターミナル、
１ セラミック基板（回路基板）、２，２Ａ，２Ｂ 電極
２１，２１Ａ，２１Ｂ 第１電極（電極）、２２ 第２電極、２３ 凹部
３，３Ａ，３Ｂ 電気抵抗体、３１ トリミング部分、Ａ１ 摺動領域
Ａ２，Ａ２１，Ａ２２ 被覆領域、Ａ３，Ａ３１ 第１領域、Ａ４，Ａ４１ 第２領域
ＦＵ 燃料、Ｆ１，Ｆ２ 液面位置、Ｃ０ 回転中心

Claims (3)

1. 並列する複数の電極と、前記電極と電気接続された電気抵抗体とが形成された回路基板と、
   液面位置の変動に伴って、所定の回転中心を中心とする円弧に沿って前記電極上を摺動する摺動部と、を備え、
   前記電極において前記摺動部が摺動する摺動領域には前記電気抵抗体を形成しないで、前記摺動部を、前記摺動領域において前記電極上を摺動させつつ前記電極と電気接続させ、
   前記複数の前記電極のうち前記摺動部が電気接続している電極に応じて、前記電気抵抗体と前記電極と前記摺動部とによって生じる電気抵抗値が変動するように構成された液面検出装置において、
   前記電極において前記電気抵抗体によって被覆される被覆領域を、前記摺動領域に隣接するまで広げており、
   前記被覆領域のうち第１領域では、互いに隣接する前記電極を被覆する前記電気抵抗体が、互いに隣接する前記電極の間で連続して形成され、
   前記被覆領域のうち前記第１領域を除いた第２領域では、互いに隣接する前記電極を被覆する前記電気抵抗体が、互いに隣接する前記電極の間で互いに分離されて形成されており、
   印刷によって前記第２領域の前記電気抵抗体と共に形成された前記第１領域の前記電気抵抗体は、互いに隣接する前記電極の間でレーザートリミングによって部分的に除去されていることを特徴とする液面検出装置。
2. 前記第１領域では、前記電極は、直線状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記第１領域では、前記電極は、互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の液面検出装置。

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