JP6026117B2 - 摺動式液面検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の燃料タンク内に配設されて液体燃料の残量を検出する液面検出装置に関し、特に、フロートの変動に連動して摺動接点が複数条の電極上を摺動する摺動式液面検出装置に関する。

この種の摺動式液面検出装置では、摺動接点や電極の形成材料として、従来では銀−パラジウム合金や銀−ニッケル合金等の銀を主体成分とする合金が一般的に使用されている。しかし、銀は電気抵抗が小さく導電性に優れるが、液体燃料中では硫黄分、水分、アルコール分等によって劣化もしくは腐食して接触不良の原因となる。特に、液体燃料に含まれる硫黄分が銀と反応することで、摺動接点や電極の表面に絶縁材料である硫化銀の膜が形成されて摺動接点と電極との接触不良を招き、検出精度が経時的に低下するという問題があった。

そこで、上記問題に対応した技術として、下記特許文献１が提案されている。特許文献１では、電極が、銀−パラジウム合金１００重量部に対しガラスを３０〜５０重量部含有し、且つ銀−パラジウム合金における（銀／パラジウム）比が、重量比で７０／３０〜６０／４０であるガラス入り銀パラジウム合金で形成され、接点が、重量比で（銅７０：ニッケル３０）であるビッカース硬さＨｖ１９０〜２５０の銅ニッケル合金により形成されている。

特開２００７−１８７６３３号公報

特許文献１では、電極に多量のガラス成分を配合すると共に、摺動接点には銀を使用しないことで、銀の硫化（硫化銀の形成）等に伴う接触不良を抑制している。しかしながら、特許文献１では、電極を形成する合金は従来と同様に銀を主体成分している。これでは、ガラス成分を多量に配合したとしても、硫化銀の形成を根本的に解決することはできない。しかも、ガラス成分を多量に配合すると電極の硬度が必要以上に高くなることで、摺動接点の硬度も必然的に高くする必要がある。そのため、摺動接点に銀を使用しないことを前提としているので、その形成材料としてはある程度の硬度を有する銅−ニッケル合金を使用せざるを得ない。しかし、銅も銀と同様に液体燃料中にて硫化や酸化等し易いため、これにより摺動接点と電極との接触不良が生じてしまうという課題を残す。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、液体燃料中にて硫化等し難く、且つ硬度も適度な電極及び摺動接点を備える摺動式液面検出装置を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明は、車両の燃料タンク内に配設され、液体燃料の液面に追従して変動するフロートと、該フロートの動きに連動して摺動する摺動接点と、該摺動接点が接触する複数条の電極とを備える摺動式液面検出装置であって、前記電極は、ガラス成分を含む銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）合金により形成され、前記摺動接点は、パラジウム（Ｐｄ）−ニッケル（Ｎｉ）合金により形成されている。そのうえで、前記電極において、前記銀−パラジウム合金中の銀含有量が２０〜６０重量％、パラジウム含有量が８０〜４０重量％であり、且つ前記銀−パラジウム合金１００重量部に対して前記ガラス成分を３〜２０重量部含み、前記摺動接点は、パラジウムの含有量が７０〜９０重量％であり、ニッケルの含有量が３０〜１０重量％であることを特徴とする。

本発明によれば、電極を形成する銀−パラジウム合金において、銀の含有量を従来よりも少量としていることで、硫化銀の形成を根本的に抑制することができる。一方で、ある程度の銀を含有することで、良好な導電性は担保される。また、銀の含有量を従来よりも少量に抑えていることで、ガラス成分の配合量も従来よりも低減することができる。これにより、電極の硬度が過度に高くなることも避けることができる。但し、ガラス成分が適量配合されているので、摺動接点よりも電極の硬度を高くすることができ、電極と摺動接点との摺動摩擦による電極の摩耗を抑制することができる。

一方、摺動接点においては、液体燃料中において硫化や酸化等し易い銀や銅（Ｃｕ）を含有していないので、摺動接点と電極との接触不良を根本的に抑制することができる。なお、パラジウムを主体成分とすると硬度が低くなるが、適量のＮｉを含有することで適度な硬度を担保でき、電極と摺動接点との摺動摩擦による摺動接点の過度の摩耗を抑制することができる。また、Ｎｉは安価な金属なので、材料コストの低減にも有利である。

摺動式液面検出装置の正面図である。 電極周りの要部拡大底面図である。 実施例１の抵抗値の出力波形を示すグラフである。 比較例１の抵抗値の出力波形を示すグラフである。

以下、本発明の代表的な実施形態について説明する。本実施形態の摺動式液面検出装置は、ガソリンや軽油等の液体燃料を燃料とする自動車、オートバイ、バス、トラック等の各種車両の燃料タンク内に配設されるものであって、図１、図２に示すように、設置用のブラケットを兼ねる支持板１０と、該支持板１０へ回動自在に設けられたロッド状のアーム１１と、該アーム１１の先端に設けられたフロート１２と、アーム１１と一体的に回動する摺動子２０と、該摺動子２０の先端部に設けられた摺動接点２１と、支持板１０に固定された基板３０と、該基板３０の表面に扇状に並設された複数条の電極３１と、各電極３１の先端部（アーム１１や摺動子２０の回動基端と反対側端部）を跨ぐように帯状に設けられた抵抗体３２とを備える。

フロート１２は液体燃料の液面を浮遊するものであり、液体燃料の残量に応じた液面の昇降に追従してフロート１２の高さ位置も変動し、これに伴いアーム１１が回動する。一方、摺動子２０はアーム１１と同軸回動自在となっており、アーム１１と同期回動する。これにより、摺動子２０の先端部に設けられた摺動接点２１も、フロート１２の動きに連動して変位することになる。なお、摺動接点２１は、摺動子２０へ加締めや溶接などによって固定されている。

基板３０は絶縁性のセラミックス製からなり、これの表面に電極３１及び抵抗体３２が印刷形成されている。詳しくは、電極３１や抵抗体３２の形成材料を溶剤にてペースト状とする。そして、このペースト状の材料をスクリーン印刷などによって基板３０上へ所定形状に形成した後、乾燥、焼成の各工程を経て形成される。

電極３１は、ガラス成分を含む銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）合金により形成されている。このとき、銀−パラジウム合金中の銀含有量は２０〜６０重量％であり、パラジウム含有量は８０〜４０重量％となっている。なお、銀の含有量（重量％）とパラジウムの含有量（重量％）との合計は１００重量％となることはいうまでもない。銀の含有量が２０重量％未満（パラジウムの含有量が８０重量％超え）では、電極３１の良好な導電性を担保できなくなる。また、電極３１は約８５０℃で焼成されるが、その昇温過程の３００〜８００℃の範囲では酸化パラジウム（ＰｄＯやＰｄＯ₂）が生成され易い。当該昇温過程において生成した酸化パラジウムは、基本的には８００℃以上になれば消失するが、パラジウムの含有量が多すぎると酸化パラジウムが残存し易くなり、当該酸化パラジウムの存在によって電極３１の伝導性が低下するおそれもある。一方、銀の含有量が６０重量％超え（パラジウムの含有量が４０重量％未満）では、従来と同様に銀が多量に含有されていることになり、硫化銀が形成され易くなる。

また、電極３１は、銀−パラジウム合金１００重量部に対してガラス成分を３〜２０重量部含有する。ガラス成分は銀−パラジウム合金の組成に関係なく電極の摩耗を抑制するために添加されるものである。ガラス成分の含有量が３重量部未満では、電極３１の摩耗が増大する。一方、ガラス成分の含有量が２０重量部を超えると、電極３１の硬度が高くなり過ぎて、摺動接点２１への摩擦攻撃性が高くなる。なお、ガラスの種類や組成は特に限定されない。材料コストや入手容易な点からは、酸化ビスマスや珪素系のガラス、硼珪酸ガラスが好適である。

電極３１は、上記組成となっていることで、硫化銀の形成を効果的に抑制しながら、良好な導電性も担保できる。電極３１の導体抵抗は、１２０〜１５０ｍΩ／１０μｍ程度である。また、適量のガラス成分を含有することで適度な硬度も有し、摺動接点２１よりも硬く、電極３１と摺動接点２１との摺動による電極３１の摩耗も抑制される。

摺動接点２１は、パラジウム（Ｐｄ）−ニッケル（Ｎｉ）合金からなる。当該パラジウム−ニッケル合金は、パラジウムを７０〜９０重量％含有し、ニッケルを３０〜１０重量％含有する。なお、パラジウムの含有量（重量％）とニッケルの含有量（重量％）との合計は１００重量％となることはいうまでもない。このように、摺動接点２１には硫化・酸化され易い銀を含有しないので、硫化銀が形成されることはない。ニッケルは、摺動接点２１に適度な硬度を付与するために配合されている。したがって、ニッケルの含有量が１０重量％未満（パラジウムの含有量が９０重量％超え）では、摺動接点２１の硬度が低くなって、電極３１と摺動接点２１との摺動による摩耗量が多くなってしまう。逆に、ニッケルの含有量が３０重量％を超える（パラジウムの含有量が７０重量％未満）では、摺動接点２１の硬度が高くなり過ぎて、電極３１と摺動接点２１との摺動により電極３１が摩耗し易くなる。

電極３１と摺動接点２１とはそれぞれ上記組成となっていることで、電極３１の方が摺動接点２１よりも硬度が高く設定されている。これは、電極３１上を摺動接点２１が摺動したとき、印刷形成された薄膜状の電極３１よりも、ある程度の厚みがある突起状の摺動接点２１の方を優先して摩耗させることで、検出装置としての機能を持続さるためである。なお、摺動接点２１の導体抵抗は８〜１０μΩｃｍ程度であり、そのビッカース硬さは２３５〜２９５Ｈｖ程度である。

本実施形態の摺動式液面検出装置は、燃料タンクの天壁や側壁に設置することもできるし、燃料タンクの底面に設置され、燃料ポンプ、燃料フィルタ、及びプレッシャレギュレータ等を一体的にモジュール化した燃料ポンプユニットのケーシングに設置することもできる。

そのうえで、燃料タンクに貯留された液体燃料の量が増減してその液面が昇降すると、当該液面上を浮遊するフロート１２も昇降する。これによりアーム１１が回動し、摺動子２０もアーム１１と一体的に同軸回動する。すると、摺動子２０の先端部に設けられた摺動接点２１が電極３１上を摺動する。そして、そのとき接触している電極３１の位置により抵抗値が変化することで燃料タンク内の液量が検出され、その液量が図外の表示器に表示される。なお、図示していないが、電極３１にはリード線などの導電部材が接続されており、液面検出装置からの検出信号は導電部材を介して計器に出力される。

以下、本発明の具体的な実施例とこれによる性能の結果について説明する。
（実施例１）
金属材料重量比で銀含有量２５重量％とパラジウム含有量７５重量％とし、銀とパラジウムとの合計重量１００重量部に対して、ガラス成分を３．４重量部含有する複数状の電極を、アルミナ基板の上にスクリーン印刷法にて印刷し、乾燥、焼成工程を経て形成した。焼成工程は８５０℃で１０分間行った。各電極の形状は幅約０．２ｍｍ、長さ約５ｍｍであり、これらを櫛歯状に約５０本円弧状に併設した。続いて、各電極の長さ方向の片側に、酸化ルテニウムとガラスを主成分とする抵抗体を帯状に印刷、焼成を経て形成した。一方、銅ニッケルを台座とし、電極と接触する側に厚さ０．２ｍｍのパラジウム８０重量％とニッケル２０重量％含有する摺動接点を溶接にて接合した。

上記電極と摺動接点を組み込んだ摺動式液面検出装置を、硫黄含有量が３０重量％の燃料中で１４０万回作動をさせた。このときの抵抗値の出力波形を図３に示す。図３の結果に示されるように、実施例１では出力波形において階段状の出力波形にノイズの発生は無いことが確認される。また、このときの摩耗量を測定すると、電極の磨耗量は４μｍであり、摺動接点の磨耗量も７０μｍと小さかった。

（比較例１）
金属材料重量比で銀含有量４５重量％とパラジウム含有量５５重量％とし、銀とパラジウムとの合計重量１００重量部に対して、ガラス成分を３．４重量部含有する複数状の電極を、アルミナ基板の上にスクリーン印刷法にて印刷し、乾燥、焼成工程を経て形成した。焼成工程は８５０℃で１０分間行った。各電極の形状は幅約０．２ｍｍ、長さ約５ｍｍであり、これらを櫛歯状に約５０本円弧状に併設した。続いて、各電極の長さ方向の片側に、酸化ルテニウムとガラスを主成分とする抵抗体を帯状に印刷、焼成を経て形成した。一方、銅ニッケルを台座とし、電極と接触する側に厚さ０．２ｍｍのパラジウム１００％の摺動接点を溶接にて接合した。

上記電極と摺動接点を組み込んだ摺動式液面検出装置を、硫黄含有量が３０重量％の燃料中で１４０万回作動をさせた。このときの抵抗値の出力波形を図４に示す。このときの摩耗量を測定すると、電極の磨耗量は２μｍと小さいが、摺動接点側の磨耗量は０．３６ｍｍであり、摺動接点が全てなくなる程の大きな磨耗となっていた。

１０ 支持板
１１ アーム
１２ フロート
２０ 摺動子
２１ 摺動接点
３０ 基板
３１ 電極
３２ 抵抗体

Claims (1)

1. 車両の燃料タンク内に配設され、液体燃料の液面に追従して変動するフロートと、該フロートの動きに連動して摺動する摺動接点と、該摺動接点が接触する複数条の電極とを備える摺動式液面検出装置において、
   前記電極は、ガラス成分を含む銀−パラジウム合金により形成され、
   前記摺動接点は、パラジウム−ニッケル合金により形成されており、
   前記電極において、前記銀−パラジウム合金中の銀含有量が２０〜６０重量％、パラジウム含有量が８０〜４０重量％であり、且つ前記銀−パラジウム合金１００重量部に対して前記ガラス成分を３〜２０重量部含み、
   前記摺動接点は、パラジウムの含有量が７０〜９０重量％であり、ニッケルの含有量が３０〜１０重量％であることを特徴とする、摺動式液面検出装置。
   
   

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