JPH04290949A - 液体混合比センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光の屈折率の差を利
用して２種以上の透光性の液体が混合した被測定液体の
混合比を測定する液体混合比センサに係わり、とくにガ
ソリンとアルコールとの混合液体を燃料とするエンジン
に装着するのに適した液体（燃料）混合比センサの耐久
性と安全性の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体混合比センサとして、被測定液体に
一面を接触させたガラス（プリズム）に、その近傍に配
置した発光素子で発光させた光を、該一面以外から入射
させて該一面で反射させ、該発光素子と対向的に配置し
た受光素子で受光し、その光量でガソリンとアルコール
との混合比を検出する方式のものがある。

【０００３】この液体混合比センサは、自動車のエンジ
ンルームなど温度変化が大きく、かつ振動の加わる状況
で使用されるため、コンパクトで装着性に優れるととも
に頑丈であることが重要である。かかる要件を満たすセ
ンサとして、この発明者は、筒状の主体金具の先端に光
学ガラス製プリズムを嵌め込んで融着ガラスで融着し、
この中に発光素子と受光素子とを一体的に組み込んだ構
造のものを開発している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、この構造に
おいては次の課題がある。 １）プリズムと主体金具との熱膨張差が大きいと接着面
で剥離したり、プリズムがひび割れたりする。 ２）金属である主体金具と融着ガラスとは材質が異なる
ため接着力が不十分となりやすい。 この発明の目的は、上記構成の液体混合比センサにおい
て、主体金具と融着ガラスとの固着力が大きくでき、耐
久性と安全性に優れた液体混合比センサの提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の液体混合比セ
ンサは、被測定液体に接触した反射面を有するプリズム
、発光素子および受光素子を組み合わせた光学式液体混
合比センサにおいて、光学ガラス製で円柱状部を有する
プリズムを、該プリズムより熱膨張率の大きい金属製で
、耐蝕性を有する円筒状内周面を備えた主体金具に同軸
的に配し、主体金具の円筒状内周とプリズムの円柱状外
周との間隙を融着ガラスで融着するとともに、該融着面
において融着ガラスを主体金具により焼き嵌めする構成
を採用した。

【０００６】

【実施例】図１はこの発明の一実施例であるガソリン−
アルコール混合燃料の混合比検出装置１００を示し、混
合燃料が流れるエンジンの燃料供給路２００に装着され
、燃料混合比を検出する。混合比検出装置１００は、図
示上部にセンサ回路基板の設置室３０１が設けられてい
る樹脂製のセンサボディ３００内に、液体混合比センサ
ユニット１および被測定液体の測定室を形成するハウジ
ング２を射出成形によりモールドしてなる。またハウジ
ング２には前記燃料供給路２００を構成する燃料パイプ
２０１、２０２がろう付けされている。

【０００７】センサユニット１は、有底円筒状のステン
レス製ハウジング２の後部にその先部が嵌め込まれた主
体金具３と、該主体金具３の先端（図示下端）部に融着
ガラス４１で融着されたプリズム４と、主体金具３内に
嵌め込まれ、発光素子および受光素子を保持している電
気絶縁体製の素子ホルダ５とからなる。

【０００８】ハウジング２は、先端面中心が円錐台状に
先方に膨出した底２１と、円筒状の胴２２とを有する。 胴２２の先部には、燃料の流入口２３と流出口２４とが
開けられ、前記燃料パイプ２０１、２０２に連結されて
いる。また内部は前記流入口２３がらガソリンとアルコ
ールとの混合燃料が流入し、前記流出口２４から流出す
る燃料溜Ｃとなっている。

【０００９】主体金具３はＮｉ−Ｆｅ合金製であり、先
端３１が内周縁状に形成されたやや径小の先部３２と、
後端部３３が薄肉に形成された径大の後部３４とからな
り、中間にフランジ３５が設けられている。先端３１の
内周は円筒状のプリズム融着壁３６となっており、先部
３２が前記ハウジング２の後部に嵌め込まれたとき先端
面は前記燃料溜Ｃに面し、フランジ３５はハウジング２
の後端面に当接する。内周は前記フランジ３５に対応す
る位置に形成した段３７を境にして、先部が径小、後部
が径大に形成されている。またプリズム融着壁３６を含
む全表面に、膜厚２．０から３０ミクロンのニッケル鍍
金３８がなされている。

【００１０】プリズム４は、この実施例では円柱状のブ
ロック状の光学ガラスからなり、先端部４０が前記円筒
状融着壁３６に嵌め込まれた環状融着ガラス４１により
融着され、かつ該融着部において焼き嵌めされて主体金
具３に固着されている。この融着は融着ガラスと光学ガ
ラスの融点の差を利用してなされ、この融着ガラス４１
が固着手段であるとともに、混合燃料の一次シールとな
っている。プリズム４は主体金具の先部３２に位置し、
該先部３２の内周壁とプリズム外周壁との間には環状の
空間４３が形成される。

【００１１】素子ホルダ５は、この実施例では先後に２
分割された先側ホルダ６および後側ホルダ７を有する。 先側ホルダ６は、前記環状空間４３に差し込まれた筒部
６１と、その上端に展長され、前記段３７に当接した鍔
部６２とを有し、内壁に軸方向の溝６３、６４に対向し
て設けられている。後側ホルダ７は、先側ホルダ６に蓋
設された盤状を呈し、先面に凹所７１が設けられ、先端
外周にＯリング溝７２が形成されるとともに、後端外周
には段７３が周設されている。また前記溝６３、６４に
対応する小穴７５が開けられリードピン取り出し口とな
っている。

【００１２】前記溝６３、６４には、それぞれ発光素子
、受光素子５１、５２が固着されるとともに、これら素
子のリードがプリントされた帯板状のセラミック製素子
基板５３、５４が嵌め込まれている。これら素子基板５
３、５４の上端は前記凹所７１内へ突き出ており、この
部分でリードピン５５がろう付けされている。リードピ
ン５５は、前記小穴７５を挿通して上部に取り出されて
おり、小穴７５内にはシリコン樹脂によるシールがなさ
れている。また前記凹所内にはエポキシ樹脂５７が充填
されている。

【００１３】このホルダ５は、上記組付体の状態で主体
金具３内に嵌め込まれ、主体金具の上端部を内側にかし
めることにより、主体金具３内に固定される。この際前
記段７３と段３７との間にはメタルリング間にＯリング
を挟んでなる緩衝材３９が介在される。

【００１４】主体金具３は、光学ガラス製であるプリズ
ム４と熱膨張率を合わせるため、プリズム４より幾分熱
膨張率の大きいＦｅ合金が使用される。ガソリンとアル
コールとの混合燃料の場合、耐蝕性と屈折率の関係から
選択した光学ガラスの熱膨張係数は使用温度域で８．４
×１０−６／℃程度である。この場合、熱膨張係数が８
〜２０×１０−６／℃のＦｅ合金の使用が可能であり、
９から１５×１０−６／℃のＦｅ合金の使用が望ましい
。さらに１０〜１３×１０−６／℃のＦｅ合金が最適で
ある。この実施例では熱膨張率がほぼ１０×１０−６／
℃である５０％Ｎｉ−Ｆｅ合金製を使用する。

【００１５】融着ガラス４１とプリズム４とは、ガラス
同士であるため強固に融着するが、融着ガラス４１とニ
ッケル鍍金３８が施された主体金具のプリズム融着壁３
６とは相互になじみにくく、あまり強固な接着力が得ら
れない。しかるにこの発明では、混合比センサの使用温
度域において、プリズム４は主体金具３に強固に焼き嵌
めされているため、強い固着力が得られている。

【００１６】すなわち、融着は７００℃前後でなされ、
この温度で融着ガラス４１は溶融状態となり、冷却過程
においては５００℃程度で融着ガラスは固体となる。さ
らに冷却が進むと金属とガラスの熱膨張の差により融着
ガラス４１に圧縮力が加わり、融着ガラス４１は主体金
具の融着面３６に焼き嵌めされた状態となる。液体混合
比センサの使用温度は、上限が１００℃程度で有るため
、融着ガラス４１は常に適当な圧縮力を受けている。

【００１７】〔データ〕５０％Ｎｉ−Ｆｅ合金の主体金
具を、脱脂・酸による洗浄後、無電解ニッケル鍍金をＮ
ミクロンの膜厚となるよう施した。この主体金具３を、
図３に示す如く、平滑なカーボン板８１の上に光学ガラ
ス製プリズム４と同軸的に並置し、両者の環状間隙に低
融点の環状融着ガラス４１をセットし、カーボンリング
８２を介して荷重８３を乗せた。これを窒素雰囲気炉に
入れ、摂氏７００度で５分間熱処理を行い、主体金具３
とプリズム４との融着を行った。

【００１８】この融着体を各２０個のテストピースにつ
き、１０００時間５０％ガソリン−５０％メタノールの
混合燃料に浸漬した後、Ｈｅリークディテクターで接合
部の機密性を測定した。 （１）Ｎ＝１　　　　　　全てが１０−６ＡＴＭｃｃ／
ｓｅｃ以上 （２）Ｎ＝２　　　　　　３個が１０−６ＡＴＭｃｃ／
ｓｅｃ以上 １７個が１０−９ＡＴＭｃｃ／ｓｅｃ以下（３）Ｎ＝５
　　　　　　全てが１０−９ＡＴＭｃｃ／ｓｅｃ以下 （４）Ｎ＝１０　　　　全てが１０−９ＡＴＭｃｃ／ｓ
ｅｃ以下 （５）Ｎ＝１５　　　　全てが１０−９ＡＴＭｃｃ／ｓ
ｅｃ以下 （６）Ｎ＝２０　　　　全てが１０−９ＡＴＭｃｃ／ｓ
ｅｃ以下 （７）Ｎ＝２５　　　　全てが１０−９ＡＴＭｃｃ／ｓ
ｅｃ以下

【００１９】上記データから、ニッケル鍍金も膜厚は２
ミクロン以下だと、鍍金による主体金具３の被覆が充分
でなく、経時的に主体金具が侵食され、シール性が低下
することが分かる。またニッケル鍍金を厚くすると鍍金
コストが増大し効果は変わらないため、上限を３０ミク
ロンとした。

【００２０】鍍金金属は、被測定液体に対し耐蝕性が高
く、錆びにくい金属であればＣｒなど他の耐蝕金属が使
用できる。なお金、白金など貴金属でも良いが、コスト
が増大するため実用的でない。またこの発明においては
、主体金具をステンレスなど耐蝕性の高い鉄系金属で形
成することも可能であり、この場合は耐蝕金属鍍金は必
須の要件ではない。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の液体混合
比センサは、プリズムが融着ガラスを介して主体金具に
焼き嵌めされているので、融着部の高い気密性が長期間
維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液体混合比センサの断面図である。

【図２】主体金具とプリズムとの融着工程を示す断面図
である。

【図３】融着工程の組付図である。

【符号の説明】

１　　混合比センサユニット ２　　ハウジング ３　　主体金具 ４　　プリズム ４１　　融着ガラス ５１　　発光素子 ５２　　受光素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被測定液体に接触した反射面を有する
   プリズム、発光素子および受光素子を組み合わせた光学
   式液体混合比センサにおいて、光学ガラス製で円柱状部
   を有するプリズムを、該プリズムより熱膨張率の大きい
   金属製で、耐蝕性を有する円筒状内周面を備えた主体金
   具に同軸的に配し、主体金具の円筒状内周とプリズムの
   円柱状外周との間隙を融着ガラスで融着するとともに、
   該融着面において融着ガラスを主体金具により焼き嵌め
   したことを特徴とする液体混合比センサ。
2. 【請求項２】　　請求項１において、主体金具はＦｅ合
   金製で、円筒状内周面に耐蝕金属鍍金を施してなること
   を特徴とする液体混合比センサ。
3. 【請求項３】　　請求項２において、鍍金金属はニッケ
   ルであり、２．０ないし３０ミクロンの厚さを有する液
   体混合比センサ。