JP6130768B2 - 液面レベルセンサ - Google Patents

Description

本発明は、液面レベルセンサに関する。

従来より、液面レベル、例えば車両に搭載される燃料タンクの燃料レベル（燃料残量）を検出する液面レベルセンサが知られている。液面レベルセンサとしては、液面レベルの変化によって上下動するフロートの挙動に応じて当該液面レベルを検出する構成が周知である。具体的には、液面レベルセンサは、フロートと、これに連結されたアームとを備えている。アームはフロートの挙動に応じて回動することができる。アームの他端にはコンタクトが設けられている。コンタクトは、抵抗線が巻回された巻板に接触配置されており、アームが回動することで巻板に巻回された抵抗線上を摺動する。この液面レベルセンサでは、抵抗線の長さ（巻き数）に応じて抵抗値が異なることから、抵抗線に対するコンタクトの接触位置（すなわち、コンタクトの接触位置における抵抗線のターン数）に応じた電気信号が出力される。これにより、当該電気信号を通じて液面レベルを検出することができる（例えば特許文献１参照）。

この類の液面レベルセンサでは、巻板に導体からなるショート板を重ねて配置し、ショート板を含む巻板に抵抗線を巻回することが行われている。このショート板により、当該ショート板と対応する一定範囲の巻線領域について、抵抗値を一定とすることができる。すなわち、ショート板が存する領域、すなわち、抵抗値が一定となる巻線領域と、ショート板が存しない領域、すなわち、抵抗値が変化して液面レベルを検出可能な巻線領域とを設定することができる。そのため、ショート板の有無・長さを適宜選択することで、同一構成の液面レベルセンサを、コンタクトの回動範囲（例えば燃料タンクの容量や形状）が異なる複数種の車両に対して適用することができる。

実公平５−３２９６８号公報

しかしながら、使用環境によっては巻板に反りが生じる場合があり、ショート板と抵抗線との間に浮きが発生してしまうという問題がある。この場合においては、ショート板と抵抗線との間の圧接力が弱まり接触抵抗が増加してしまう。このため、コンタクトの接触位置に基づく抵抗値が予め定めた抵抗値と異なってしまい、液面レベルを正確に検出することができない可能性がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、巻板に反りが発生しても、ショート板と抵抗線との間の浮きを抑制することができる液面レベルセンサを提供することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、互いに対向して所定の板厚をなす第１の主面と第２の主面とを備える巻板と、第１の主面よりも小さな外形寸法に設定されて、第１の主面に重ねて配置されるショート板と、ショート板を含む状態で巻板に巻回される抵抗線と、を有する液面レベルセンサを提供する。この場合、巻板は、第１の主面において当該巻板の長手方向と平行する一対の辺縁部を切り欠いた切欠部を有し、前記第１の主面のエッジと、その側方に段違いとなる第２のエッジとが形成されており、ショート板のエッジ上の点と第２のエッジ上の点とを結ぶ線である基準線に対して、第１の主面のエッジが内側に収まる関係に設定されている。

ここで、本発明において、切欠部は、切り欠き後の残留形状が直角となるように設定されており、巻板の切欠面とショート板の側面とが面一となる関係を有していることが好ましい。

また、本発明において、第２のエッジとショート板のエッジとの間の板厚方向におけるエッジ間距離は、第２のエッジとショート板のエッジとの間の平面方向におけるエッジ間距離よりも大きく設定されていることが好ましい。

また、本発明において、ショート板は、Ｓｎ又はＳｎ合金からなるメッキ層が形成されていることが好ましい。

本発明によれば、抵抗線を巻回する際の張力を変更することなく、ショート板と抵抗線との圧接力を向上させることができる。その結果、巻板の反りが発生するようなシーンでも、ショート板と抵抗線との間の浮きの発生を抑制することができる。

本実施形態にかかる液面レベルセンサが適用された燃料タンクを模式的に示す説明図 本実施形態に係る液面レベルセンサの構成を模式的に示す説明図 巻板を中心とする液面レベルセンサの要部の構成を模式的に示す説明図 巻板を中心とする液面レベルセンサの要部の構成を模式的に示す断面図 従来の巻板構造を示す説明図 ショート板及び抵抗線の圧接力と接触抵抗との関係を示す説明図 接触抵抗の測定手法を示す説明図 変形例としての液面レベルセンサの要部の構成を模式的に示す説明図 変形例としての液面レベルセンサの要部の構成を模式的に示す説明図

図１は、本実施形態にかかる液面レベルセンサ１０が適用された燃料タンク１を模式的に示す説明図である。液面レベルセンサ１０は、自動車の燃料タンク１内に貯留される燃料の液面レベル（燃料残量）を検出するセンサである。この液面レベルセンサ１０は、燃料タンク１の上壁に取り付けられている。液面レベルセンサ１０には、回動自在にアーム３０が設けられ、アーム３０の先端にはフロート４０が固定されている。

図２は、本実施形態に係る液面レベルセンサ１０の構成を模式的に示す説明図であり、図３は、巻板１１を中心とする液面レベルセンサ１０の要部の構成を模式的に示す説明図である。液面レベルセンサ１０は、巻板１１と、ショート板１２と、抵抗線１３と、コンタクト１４を主体に構成されており、巻板１１、ショート板１２、抵抗線１３及びコンタクト１４は、カバー１５内に収容されている。

巻板１１は、板状部材であり、互いに対向して所定の板厚をなす一対の主面１１０、１１１を備えている。巻板１１は、例えば略矩形となる外形形状を有している。この巻板１１には、抵抗線１３が螺旋状に巻回されており、巻板１１の主面１１０、１１１上には個々のターン部（１ターン相当の巻線）に対応する抵抗線１３がその長手方向にかけて略等ピッチで配列されている。巻板１１は、同一の板厚及び同一の幅（短手方向の長さ（以下同じ））に設定され、抵抗線１３を巻回する外周長さは一定となっている。このため、抵抗線１３の１ターン毎の抵抗値は一定の割合（例えば２Ω程度）で変化することとなる。

ショート板１２は、板状部材であり、巻板１１よりも薄い板厚に設定されている。ショート板１２は、巻板１１における一方の主面（第１の主面）１１０に重ねて配置されている。抵抗線１３は、ショート板１２を含む状態で巻板１１に巻回されている。なお、ショート板１２が重ね合わされる巻板１１の主面（第１の主面）１１０は、コンタクト１４が接触する巻板１１の主面（第２の主面）１１１とは逆側となっている。ショート板１２及びこれに伴う巻板１１の詳細形状については、後述する。

コンタクト１４は、抵抗線１３が巻回された巻板１１に対して接触配置されている。また、コンタクト１４は、巻板１１に対して回動可能に配置されており、回動動作に応じて巻板１１に巻回された抵抗線１３上を摺動する。コンタクト１４は、アーム３０の回動と連動して回動するように当該アーム３０と接続されている。これにより、フロート４０が液面レベルの上下動に応じて移動すると、アーム３０を介してコンタクト１４も回動し、コンタクト１４は巻板１１に巻回した抵抗線１３の各ターン部を横断するように巻板１１上を摺動する。

この液面レベルセンサ１０では、１００％に相当する量の燃料が存在している場合、コンタクト１４が所定のターン部に相当する抵抗線１３と接触し、液面レベルセンサ１０は所定の抵抗値に応じた電気信号を出力する。一方、燃料が減少するに従って、コンタクト１４はそれとは異なるターン部に相当する抵抗線１３と接触することとなり、液面レベルセンサ１０は異なる抵抗値に応じた電気信号を出力することなる。このような抵抗値の相違に応じた電気信号により、液面レベルを検出することとなる。

本実施形態の特徴の一つとして、図３に示すように、液面レベルセンサ１０に係る巻板１１の第１の主面１１０には、ショート板１２が重ねて配置されている。

ショート板１２は、巻板１１の主面１１０，１１１よりも小さな外形寸法を有している。具体的には、巻板１１の短手方向については、ショート板１２は巻板１１の主面１１０，１１１よりも小さな寸法に設定され、第１の主面１１０の中央位置に配置されている。同様に、巻板１１の長手方向についても、ショート板１２は巻板１１の主面１１０，１１１より小さな外形寸法に設定され、第１の主面１１０の端部側に配置されている。また、ショート板１２の表面には、Ｓｎ又はＳｎ合金からなるメッキ層が形成されている。

抵抗線１３は、ショート板１２を含む状態で巻板１１に巻回されており、当該抵抗線１３が巻回される巻線領域のうちその端部側に位置づけられる所定の巻線領域に、ショート板１２が含まれるようになっている。ショート板１２が存する巻線領域は、ショート板１２の存在（短絡作用）により抵抗値が一定となる巻線領域であり、ショート板１２が存しない巻線領域は、抵抗値が変化して液面レベルを検出することができる巻線領域である。そのため、ショート板１２が存する領域を適宜選択（移動）することで、同一構成の液面レベルセンサ１０であっても、コンタクトの回動範囲（例えば燃料タンクの容量や形状）が異なる複数種の車両に対して適用することができる。

図４は、巻板１１を中心とする液面レベルセンサ１０の要部の構成を模式的に示す断面図である。ここで、同図（ｂ）は、同図（ａ）の破線内の領域を拡大して示す図である。巻板１１は、その長手方向と平行するように、第１の主面１１０の辺縁部を凹状に切り欠いた切欠部１１２を有している。この切欠部１１２の存在により、巻板１１には、第１の主面１１０のエッジ１１０ａと、その側方に段違いとなる第２のエッジ１１ａとが形成されることとなる。本実施形態では、切欠部１１２は、長手方向の全域に設定されている。

ここで、同図（ｂ）において、「Ａ”」は、切欠部１１２により切り欠いた板厚（切欠板厚）であり、「Ａ’」は第２のエッジ１１ａとショート板１２のエッジ１２ａとの間の板厚方向におけるエッジ間距離である。「Ｂ’」は第２のエッジ１１ａとショート板１２のエッジ１２ａとの間の平面方向（幅方向）におけるエッジ間距離である。「Ｆ’」は、ショート板１２のエッジ１２ａにかかる力であり、「Ｃ’」は、抵抗線１３に作用する張力である。「Ｗ１’」は巻板１１の幅であり、「Ｗ２’」はショート板１２の幅である。

本実施形態において、切欠部１１２による切欠幅は、第１の主面１１０の幅方向の寸法（第１の主面１１０のエッジ１１０ａ間の距離）がショート板１２の幅方向の寸法と同一となるように設定されている。また、切欠部１１２は、切り欠き後の残留形状が直角となるように設定されている。このため、巻板１１の切欠面と、ショート板１２の側面とが面一となる関係となっている。このような形状を採ることにより、図４（ｂ）に示すように、ショート板１２のエッジ１２ａ上の点Ｑと、第２のエッジ１１ａ上の点Ｐとを結ぶ線（以下「基準線ＰＱ」という）に対して、第１の主面１１０のエッジ１１０ａが内側に収まる関係を実現している。この関係により、ショート板１２と抵抗線１３との圧接力の向上を図ることができる。

また、板厚方向のエッジ間距離Ａ’は、幅方向のエッジ間距離Ｂ’よりも大きい関係に設定されている。この関係もまた、ショート板１２と抵抗線１３との圧接力の向上に寄与することとなる。

以下、本実施形態に係る巻板構造と、切欠部１１２を備えない従来の巻板構造との圧接力の相違について説明する。ここで、図５は、従来の巻板構造を示す説明図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）の破線内の領域を拡大して示す図である。この従来の巻板構造は、切欠部を備えていない以外の点において本実施形態に係る巻板構造と同じであり、巻板２１１、ショート板２１２、抵抗線２１３で構成されている。

ここで、同図において、「Ａ」は第１の主面のエッジ２１１ａとショート板２１２のエッジ２１２ａとの間の板厚方向におけるエッジ間距離であり、「Ｂ」は第１の主面のエッジ２１１ａとショート板２１２のエッジ２１２ａとの間の幅方向のエッジ間距離である。「Ｆ」は、ショート板２１２のエッジ２１２ａにかかる力である。「Ｃ」は抵抗線２１３に作用する張力である。「Ｗ１」は巻板２１１の幅であり、「Ｗ２」はショート板２１２の幅である。

ここで、上記の各パラメータは、以下に示す表１の通りとする。ここで、「Ｔ１」は巻板２１１の板厚であり、「Ｔ２」はショート板２１２の板厚である。

ショート板２１２のエッジ２１２ａにかかる力Ｆは、下式で算出される。

数式１における「θ」は、力Ｆと抵抗線２１３とのなす角であり、下式で示される。

数式１及び数式２に基づき演算を行うと、ショート板２１２のエッジ２１２ａに係る力Ｆは、概ね２．１Ｎとして算出される。

一方、本実施形態の巻板構造に係る各パラメータは、以下に示す表２の通りとする。ここで、「Ｔ１’」は巻板１１の板厚であり、「Ｔ２’」はショート板１２の板厚である。

ショート板１２のエッジ１２ａにかかる力は、数式１及び数式２に基づき同様に算出される。この場合、ショート板２１２のエッジに係る力は、概ね３．６Ｎとして算出される。

図６は、ショート板１２と抵抗線１３との圧接力と、接触抵抗との関係を示す説明図である。同図に示す圧接力と接触抵抗との関係は、図７に示すように、抵抗線１３を巻回した巻板１１にショート板１２を圧接させて荷重を変化させながら、所定電流のもと電圧降下から接触抵抗を測定することにより取得したものである。図６を参照するに、本実施形態の巻線構造では、エッジ１２ａに作用する圧接力が３．６Ｎ（Ｂ）であるところ、この圧接力に対応する接触抵抗は概ね０．０３Ω（Ｃ）となる。一方、従来の巻線構造では、エッジ２１２ａに作用する圧接力が２．１Ｎ（Ａ）であるところ、この圧接力に対応する接触抵抗は概ね０．０７Ω（Ｄ）となる。

また、図６を参照するに、圧接力が３．６Ｎから１Ｎ低下した際の接触抵抗の増加量は、圧接力が２．６Ｎから１Ｎ低下した際の接触抵抗の増加量よりも小さくなっている。すなわち、本実施形態の巻線構造の方が、圧接力低下時の接触抵抗の増加が抑制されることが分かる。

このように本実施形態において、巻板１１は、第１の主面１１０における長手方向の辺縁部を凹状に切り欠いた切欠部１１２を有しており、第１の主面１１０のエッジ１１０ａと、その側方に段違いとなる第２のエッジ１１ａとが形成されている。また、基準線（ＰＱに対して、第１の主面１１０のエッジ１１０ａが内側に収まる関係に設定されている。
かかる構成によれば、抵抗線１３が、第１の主面１１０のエッジ１１０ａを経由せず、ショート板１２のエッジ１２ａ（点Ｑ）から第２のエッジ１１ａ（点Ｐ）へと至ることから、ショート板１２のエッジ１２ａにおける抵抗線１３の折り曲げ角度が急峻なものとなる。このため、力Ｆ’と抵抗線１３とのなす角θ’を小さくことができ、抵抗線１３を巻回する際の張力を変更することなく、ショート板１２と抵抗線１３との圧接力を向上させることができる。その結果、巻板１１の反りが発生するようなシーンでも、ショート板１２と抵抗線１３との間の浮きの発生を抑制することができる。

また、本実施形態において、切欠部１１２は、切り欠き後の残留形状が直角となるように設定されており、巻板１１の切欠面とショート板１２の側面とが面一となる関係を有している。かかる構成によれば、ショート板１２を第１の主面１１０に重ね合わす際には、互いのエッジ１２ａ，１１０ａが一致するように作業をすればよいので、その位置合わせを容易に行うことできる。これにより、ショート板１２の組み付け精度及び生産性の向上を図ることができる。

なお、切欠部１１２を除いた第１の主面１１０の形状は、これに限定されず、図８に示すように、基準線ＰＱに対してエッジ１１０ａが内側に収まる関係であれば、第１の主面１１０の幅方向がショート板１２の幅方向よりも大きく形成されてもよい。また、切欠部１１２の設定は、凹状であることに限られず、図９に示すようなくさび状であってもよく、第１の主面１１０のエッジ１１０は、第１の主面１１０として平面をなす領域の外縁として定義されることとなる。

また、本実施形態において、板厚方向におけるエッジ間距離Ａ’は、平面方向におけるエッジ間距Ｂ’離よりも大きく設定されている。かかる構成によれば、力Ｆ’と抵抗線１３とのなす角θ’が小となる関係を適切に形成することができる。これにより、抵抗線１３を巻回する際の張力を変更することなく、ショート板１２と抵抗線１３との圧接力を向上させることができる。その結果、巻板１１の反りが発生するようなシーンでも、ショート板１２と抵抗線１３との間の浮きの発生を抑制することができる。

また、本実施形態において、ショート板１２は、Ｓｎ又はＳｎ合金からなるメッキ層が形成されている。かかる構成によれば、抵抗線１３がメッキ層に食い込むことで、接触面積を増やすことができる。

なお、上述した実施形態では、切欠部１１２を長手方向の全域にわたって形成しているが、これに限定されない。例えば、切欠部１１２は、少なくともショート板１２と対応する範囲に設定さることでもよい。また、第１の主面１１０がショート板１２の形状と一致するように、その中心部に至る範囲まで切欠部１１２を設定してもよい。

以上、本実施形態にかかる液面レベルセンサについて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態では自動車用の燃料タンク内の燃料の液面レベルを検出するものについて説明をしたが、本発明は液面レベルを検出するものであれば他の用途に用いられてもよい。

１０ 液面レベルセンサ
１１ 巻板
１１ａ 第２のエッジ
１１０ 第１の主面
１１０ａ エッジ
１１１ 第２の主面
１１２ 切欠部
１２ ショート板
１２ａ エッジ
１３ 抵抗線
１４ コンタクト
１５ カバー
３０ アーム
４０ フロート

Claims (4)

1. 互いに対向して所定の板厚をなす第１の主面と第２の主面とを備える巻板と、
   前記第１の主面よりも小さな外形寸法に設定されて、前記第１の主面に重ねて配置されるショート板と、
   前記ショート板を含む状態で前記巻板に巻回される抵抗線と、を有し、
   前記巻板は、前記第１の主面において当該巻板の長手方向と平行する一対の辺縁部を切り欠いた切欠部を有し、前記第１の主面のエッジと、その側方に段違いとなる第２のエッジとが形成されており、
   前記ショート板のエッジ上の点と前記第２のエッジ上の点とを結ぶ線である基準線に対して、前記第１の主面のエッジが内側に収まる関係に設定されていることを特徴とする液面レベルセンサ。
2. 前記切欠部は、切り欠き後の残留形状が直角となるように設定されており、前記巻板の切欠面と前記ショート板の側面とが面一となる関係を有していることを特徴とする請求項１に記載された液面レベルセンサ。
3. 前記第２のエッジと前記ショート板のエッジとの間の板厚方向におけるエッジ間距離は、前記第２のエッジと前記ショート板のエッジとの間の平面方向におけるエッジ間距離よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された液面レベルセンサ。
4. 前記ショート板は、Ｓｎ又はＳｎ合金からなるメッキ層が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された液面レベルセンサ。

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