KR101437272B1

KR101437272B1 - 슬라이딩식 액면 검출 장치

Info

Publication number: KR101437272B1
Application number: KR1020130025836A
Authority: KR
Inventors: 구니오 다카기; 진욱 장; 훈표 곽
Original assignee: 아이상 고교 가부시키가이샤; 현담산업 주식회사
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2014-09-03
Also published as: DE102013004398A1; US9316526B2; JP6026117B2; DE102013004398B4; KR20130105426A; JP2013190352A; US20130239677A1

Abstract

과제
액체 연료 중에서 잘 황화되거나 하지 않고, 또한 경도도 적당한 전극 및 슬라이딩 접점을 구비하는 슬라이딩식 액면 검출 장치를 제공한다.
해결 수단
연료 탱크 내에 배치 형성되며, 액체 연료의 액면에 추종하여 변동되는 플로트 (12) 와, 플로트 (12) 의 움직임에 연동하여 슬라이딩하는 슬라이딩 접점 (21) 과, 슬라이딩 접점 (21) 이 접촉하는 복수 스트립의 전극 (31) 을 구비한다. 전극 (31) 은, 은의 함유량이 20 ∼ 60 중량％, 팔라듐의 함유량이 80 ∼ 40 중량％ 이고, 또한 은-팔라듐 합금 100 중량부에 대해 유리 성분을 3 ∼ 20 중량부 함유하는 조성으로 이루어진다. 슬라이딩 접점 (21) 은, 팔라듐의 함유량이 70 ∼ 90 중량％, 니켈의 함유량이 30 ∼ 10 중량％ 인 조성으로 이루어진다.

Description

슬라이딩식 액면 검출 장치{SLIDING-TYPE LIQUID LEVEL DETECTOR}

본 발명은, 차량의 연료 탱크 내에 배치 형성되어 액체 연료의 잔량을 검출하는 액면 검출 장치에 관한 것으로, 특히, 플로트의 변동에 연동하여 슬라이딩 접점이 복수 스트립의 전극 상을 슬라이딩하는 슬라이딩식 액면 검출 장치에 관한 것이다.

이러한 종류의 슬라이딩식 액면 검출 장치에서는, 슬라이딩 접점이나 전극의 형성 재료로서, 종래에는 은-팔라듐 합금이나 은-니켈 합금 등의 은을 주체 성분으로 하는 합금이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나, 은은 전기 저항이 작아 도전성이 우수하지만, 액체 연료 중에서는 황분, 수분, 알코올분 등에 의해 열화 혹은 부식되어 접촉 불량의 원인이 된다. 특히, 액체 연료에 함유되는 황분이 은과 반응함으로써, 슬라이딩 접점이나 전극의 표면에 절연 재료인 황화은의 막이 형성되어 슬라이딩 접점과 전극의 접촉 불량을 초래하여, 검출 정밀도가 시간이 경과함에 따라 저하된다는 문제가 있었다.

그래서, 상기 문제에 대응한 기술로서, 하기 특허문헌 1 이 제안되어 있다. 특허문헌 1 에서는, 전극이, 은-팔라듐 합금 100 중량부에 대해 유리를 30 ∼ 50 중량부 함유하고, 또한 은-팔라듐 합금에 있어서의 (은/팔라듐) 비가, 중량비로70/30 ∼ 60/40 인 유리가 들어 있는 은팔라듐 합금에 의해 형성되고, 접점이, 중량비로 (구리 70 : 니켈 30) 인 비커스 경도 (Hv) 190 ∼ 250 의 구리니켈 합금에 의해 형성되어 있다.

일본 공개특허공보 2007-187633호

특허문헌 1 에서는, 전극에 다량의 유리 성분을 배합함과 함께, 슬라이딩 접점에는 은을 사용하지 않음으로써, 은의 황화 (황화은의 형성) 등에 수반하는 접촉 불량을 억제하고 있다. 그러나, 특허문헌 1 에서는, 전극을 형성하는 합금은 종래와 마찬가지로 은을 주체 성분으로 하고 있다. 이래서는 유리 성분을 다량으로 배합했다 하더라도, 황화은의 형성을 근본적으로 해결하지는 못한다. 게다가, 유리 성분을 다량으로 배합하면 전극의 경도가 필요 이상으로 높아짐으로써, 슬라이딩 접점의 경도도 필연적으로 높게 할 필요가 있다. 그 때문에, 슬라이딩 접점에 은을 사용하지 않는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 그 형성 재료로서는 어느 정도의 경도를 갖는 구리-니켈 합금을 사용하지 않을 수 없다. 그러나, 구리도 은과 마찬가지로 액체 연료 중에서 황화나 산화되거나 하기 쉽기 때문에, 이로 인해 슬라이딩 접점과 전극의 접촉 불량이 발생해 버린다는 과제를 남긴다.

그래서, 본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로서, 액체 연료 중에서 잘 황화되거나 하지 않고, 또한 경도도 적당한 전극 및 슬라이딩 접점을 구비하는 슬라이딩식 액면 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그것을 위한 수단으로서, 본 발명은, 차량의 연료 탱크 내에 배치 형성되며, 액체 연료의 액면에 추종하여 변동되는 플로트와, 그 플로트의 움직임에 연동하여 슬라이딩하는 슬라이딩 접점과, 그 슬라이딩 접점이 접촉하는 복수 스트립의 전극을 구비하는 슬라이딩식 액면 검출 장치로서, 상기 전극은, 유리 성분을 함유하는 은 (Ag)-팔라듐 (Pd) 합금에 의해 형성되고, 상기 슬라이딩 접점은, 팔라듐 (Pd)-니켈 (Ni) 합금에 의해 형성되어 있다. 게다가, 상기 전극에 있어서, 상기 은-팔라듐 합금 중의 은 함유량이 20 ∼ 60 중량％, 팔라듐 함유량이 80 ∼ 40 중량％ 이고, 또한 상기 은-팔라듐 합금 100 중량부에 대해 상기 유리 성분을 3 ∼ 20 중량부 함유하고, 상기 슬라이딩 접점은, 팔라듐의 함유량이 70 ∼ 90 중량％ 이고, 니켈의 함유량이 30 ∼ 10 중량％ 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 전극을 형성하는 은-팔라듐 합금에 있어서, 은의 함유량을 종래보다 소량으로 하고 있음으로써, 황화은의 형성을 근본적으로 억제할 수 있다. 한편, 어느 정도의 은을 함유함으로써, 양호한 도전성은 담보된다. 또, 은의 함유량을 종래보다 소량으로 억제하고 있음으로써, 유리 성분의 배합량도 종래보다 저감시킬 수 있다. 이로써, 전극의 경도가 과도하게 높아지는 것도 피할 수 있다. 단, 유리 성분이 적당량 배합되어 있기 때문에, 슬라이딩 접점보다 전극의 경도를 높게 할 수 있어, 전극과 슬라이딩 접점의 슬라이딩 마찰에 의한 전극의 마모를 억제할 수 있다.

한편, 슬라이딩 접점에 있어서는, 액체 연료 중에서 황화나 산화되거나 하기 쉬운 은이나 구리 (Cu) 를 함유하고 있지 않기 때문에, 슬라이딩 접점과 전극의 접촉 불량을 근본적으로 억제할 수 있다. 또한, 팔라듐을 주체 성분으로 하면 경도가 낮아지지만, 적당량의 Ni 를 함유함으로써 적당한 경도를 담보할 수 있어, 전극과 슬라이딩 접점의 슬라이딩 마찰에 의한 슬라이딩 접점의 과도한 마모를 억제할 수 있다. 또, Ni 는 저렴한 금속이기 때문에, 재료 비용의 저감에도 유리하다.

도 1 은 슬라이딩식 액면 검출 장치의 정면도이다.
도 2 는 전극 주위의 주요부 확대 바닥면도이다.
도 3 은 실시예 1 의 저항값의 출력 파형을 나타내는 그래프이다.
도 4 는 비교예 1 의 저항값의 출력 파형을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 대표적인 실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 슬라이딩식 액면 검출 장치는, 가솔린이나 경유 등의 액체 연료를 연료로 하는 자동차, 오토바이, 버스, 트럭 등의 각종 차량의 연료 탱크 내에 배치 형성되는 것으로서, 도 1, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 설치용 브래킷을 겸하는 지지판 (10) 과, 그 지지판 (10) 에 자유롭게 회동(回動)할 수 있게 형성된 로드상의 아암 (11) 과, 그 아암 (11) 의 선단에 형성된 플로트 (12) 와, 아암 (11) 과 일체적으로 회동하는 슬라이딩 부재 (20) 와, 그 슬라이딩 부재 (20) 의 선단부에 형성된 슬라이딩 접점 (21) 과, 지지판 (10) 에 고정된 기판 (30) 과, 그 기판 (30) 의 표면에 부채상으로 나란히 형성된 복수 스트립의 전극 (31) 과, 각 전극 (31) 의 선단부 (아암 (11) 이나 슬라이딩 부재 (20) 의 회동 기단과 반대측 단부(端部)) 를 걸치도록 띠상으로 형성된 저항체 (32) 를 구비한다.

플로트 (12) 는 액체 연료의 액면을 부유하는 것으로, 액체 연료의 잔량에 따른 액면의 승강에 추종하여 플로트 (12) 의 높이 위치도 변동되고, 이에 수반하여 아암 (11) 이 회동한다. 한편, 슬라이딩 부재 (20) 는 아암 (11) 과 자유롭게 동축 회동할 수 있도록 되어 있어, 아암 (11) 과 동기 회동한다. 이로써, 슬라이딩 부재 (20) 의 선단부에 형성된 슬라이딩 접점 (21) 도, 플로트 (12) 의 움직임에 연동하여 변위하게 된다. 또한, 슬라이딩 접점 (21) 은, 슬라이딩 부재 (20) 에 코킹이나 용접 등에 의해 고정되어 있다.

기판 (30) 은 절연성의 세라믹스제로 이루어지고, 이것의 표면에 전극 (31) 및 저항체 (32) 가 인쇄 형성되어 있다. 상세하게는, 전극 (31) 이나 저항체 (32) 의 형성 재료를 용제로 페이스트상으로 한다. 그리고, 이 페이스트상의 재료를 스크린 인쇄 등에 의해 기판 (30) 상에 소정 형상으로 형성한 후, 건조, 소성의 각 공정을 거쳐 형성된다.

전극 (31) 은, 유리 성분을 함유하는 은 (Ag)-팔라듐 (Pd) 합금에 의해 형성되어 있다. 이 때, 은-팔라듐 합금 중의 은 함유량은 20 ∼ 60 중량％ 이고, 팔라듐 함유량은 80 ∼ 40 중량％ 로 되어 있다. 또한, 은의 함유량 (중량％) 과 팔라듐의 함유량 (중량％) 의 합계는 100 중량％ 가 되는 것은 말할 필요도 없다. 은의 함유량이 20 중량％ 미만 (팔라듐의 함유량이 80 중량％ 초과) 에서는, 전극 (31) 의 양호한 도전성을 담보할 수 없게 된다. 또, 전극 (31) 은 약 850 ℃ 에서 소성되는데, 그 승온 과정의 300 ∼ 800 ℃ 의 범위에서는 산화팔라듐 (PdO 나 PdO₂) 이 생성되기 쉽다. 당해 승온 과정에서 생성된 산화팔라듐은, 기본적으로는 800 ℃ 이상이 되면 소실되지만, 팔라듐의 함유량이 지나치게 많으면 산화팔라듐이 잔존하기 쉬워지고, 당해 산화팔라듐의 존재로 인해 전극 (31) 의 전도성이 저하될 우려도 있다. 한편, 은의 함유량이 60 중량％ 초과 (팔라듐의 함유량이 40 중량％ 미만) 에서는, 종래와 마찬가지로 은이 다량으로 함유되어 있게 되어, 황화은이 형성되기 쉬워진다.

또, 전극 (31) 은, 은-팔라듐 합금 100 중량부에 대해 유리 성분을 3 ∼ 20 중량부 함유한다. 유리 성분은 은-팔라듐 합금의 조성에 관계없이 전극의 마모를 억제하기 위해 첨가되는 것이다. 유리 성분의 함유량이 3 중량부 미만에서는, 전극 (31) 의 마모가 증대된다. 한편, 유리 성분의 함유량이 20 중량부를 초과하면, 전극 (31) 의 경도가 지나치게 높아져, 슬라이딩 접점 (21) 에 대한 마찰 공격성이 높아진다. 또한, 유리의 종류나 조성은 특별히 한정되지 않는다. 재료 비용이나 입수 용이한 점에서는, 산화비스무트나 규소계 유리, 붕규산 유리가 바람직하다.

전극 (31) 은, 상기 조성으로 되어 있음으로써, 황화은의 형성을 효과적으로 억제하면서, 양호한 도전성도 담보할 수 있다. 전극 (31) 의 도체 저항은, 120 ∼ 150 mΩ/10 ㎛ 정도이다. 또, 적당량의 유리 성분을 함유함으로써 적당한 경도도 가져, 슬라이딩 접점 (21) 보다 단단하여, 전극 (31) 과 슬라이딩 접점 (21) 의 슬라이딩에 의한 전극 (31) 의 마모도 억제된다.

슬라이딩 접점 (21) 은, 팔라듐 (Pd)-니켈 (Ni) 합금으로 이루어진다. 당해 팔라듐-니켈 합금은, 팔라듐을 70 ∼ 90 중량％ 함유하고, 니켈을 30 ∼ 10 중량％ 함유한다. 또한, 팔라듐의 함유량 (중량％) 과 니켈의 함유량 (중량％) 의 합계는 100 중량％ 가 되는 것은 말할 필요도 없다. 이와 같이, 슬라이딩 접점 (21) 에는 황화ㆍ산화되기 쉬운 은을 함유하지 않기 때문에, 황화은이 형성되는 경우는 없다. 니켈은, 슬라이딩 접점 (21) 에 적당한 경도를 부여하기 위해 배합되어 있다. 따라서, 니켈의 함유량이 10 중량％ 미만 (팔라듐의 함유량이 90 중량％ 초과) 에서는, 슬라이딩 접점 (21) 의 경도가 낮아져, 전극 (31) 과 슬라이딩 접점 (21) 의 슬라이딩에 의한 마모량이 많아져 버린다. 반대로, 니켈의 함유량이 30 중량％ 초과 (팔라듐의 함유량이 70 중량％ 미만) 에서는, 슬라이딩 접점 (21) 의 경도가 지나치게 높아져, 전극 (31) 과 슬라이딩 접점 (21) 의 슬라이딩에 의해 전극 (31) 이 마모되기 쉬워진다.

전극 (31) 과 슬라이딩 접점 (21) 은 각각 상기 조성으로 되어 있음으로써, 전극 (31) 쪽이 슬라이딩 접점 (21) 보다 경도가 높게 설정되어 있다. 이것은, 전극 (31) 상을 슬라이딩 접점 (21) 이 슬라이딩했을 때, 인쇄 형성된 박막상의 전극 (31) 보다, 어느 정도의 두께가 있는 돌기상의 슬라이딩 접점 (21) 쪽을 우선하여 마모시킴으로써, 검출 장치로서의 기능을 지속시키기 위해서이다. 또한, 슬라이딩 접점 (21) 의 도체 저항은 8 ∼ 10 μΩ㎝ 정도이고, 그 비커스 경도는 235 ∼ 295 Hv 정도이다.

본 실시형태의 슬라이딩식 액면 검출 장치는, 연료 탱크의 천벽(天壁)이나 측벽에 설치할 수도 있고, 연료 탱크의 바닥면에 설치되어, 연료 펌프, 연료 필터, 및 프레셔 레귤레이터 등을 일체적으로 모듈화한 연료 펌프 유닛의 케이싱에 설치할 수도 있다.

그러한 후에, 연료 탱크에 저류된 액체 연료의 양이 증감하여 그 액면이 승강하면, 당해 액면 위를 부유하는 플로트 (12) 도 승강한다. 이로써 아암 (11) 이 회동하고, 슬라이딩 부재 (20) 도 아암 (11) 과 일체적으로 동축 회동한다. 그러면, 슬라이딩 부재 (20) 의 선단부에 형성된 슬라이딩 접점 (21) 이 전극 (31) 상을 슬라이딩한다. 그리고, 그 때 접촉하고 있는 전극 (31) 의 위치에 따라 저항값이 변화함으로써 연료 탱크 내의 액량이 검출되고, 그 액량이 도면 밖의 표시기에 표시된다. 또한, 도시 생략되어 있지만, 전극 (31) 에는 리드선 등의 도전 부재가 접속되어 있어, 액면 검출 장치로부터의 검출 신호는 도전 부재를 통해 계기에 출력된다.

실시예

이하, 본 발명의 구체적인 실시예와 이에 따른 성능의 결과에 대하여 설명한다.

(실시예 1)

금속 재료 중량비로 은 함유량 25 중량％ 와 팔라듐 함유량 75 중량％ 로 하고, 은과 팔라듐의 합계 중량 100 중량부에 대해, 유리 성분을 3.4 중량부 함유하는 복수 스트립의 전극을, 알루미나 기판 상에 스크린 인쇄법으로 인쇄하고, 건조, 소성 공정을 거쳐 형성하였다. 소성 공정은 850 ℃ 에서 10 분간 실시하였다. 각 전극의 형상은 폭 약 0.2 ㎜, 길이 약 5 ㎜ 이고, 이들을 빗살상으로 약 50 개 원호상으로 병설하였다. 계속해서, 각 전극의 길이 방향의 편측에, 산화루테늄과 유리를 주성분으로 하는 저항체를 띠상으로 인쇄, 소성을 거쳐 형성하였다. 한편, 구리니켈을 대좌(臺座)로 하고, 전극과 접촉하는 측에 두께 0.2 ㎜ 의 팔라듐 80 중량％ 와 니켈 20 중량％ 함유하는 슬라이딩 접점을 용접으로 접합하였다.

상기 전극과 슬라이딩 접점을 삽입한 슬라이딩식 액면 검출 장치를, 황 함유량이 30 ppm 인 연료 중에서 140 만회 작동을 시켰다. 이 때의 저항값의 출력 파형을 도 3 에 나타낸다. 도 3 의 결과에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 에서는 출력 파형에 있어서 계단상의 출력 파형에 노이즈의 발생은 없는 것이 확인된다. 또, 이 때의 마모량을 측정하면, 전극의 마모량은 4 ㎛ 이고, 슬라이딩 접점의 마모량도 70 ㎛ 로 작았다.

(비교예 1)

금속 재료 중량비로 은 함유량 45 중량％ 와 팔라듐 함유량 55 중량％ 로 하고, 은과 팔라듐의 합계 중량 100 중량부에 대해, 유리 성분을 3.4 중량부 함유하는 복수 스트립의 전극을, 알루미나 기판 상에 스크린 인쇄법으로 인쇄하고, 건조, 소성 공정을 거쳐 형성하였다. 소성 공정은 850 ℃ 에서 10 분간 실시하였다. 각 전극의 형상은 폭 약 0.2 ㎜, 길이 약 5 ㎜ 이고, 이들을 빗살상으로 약 50 개 원호상으로 병설하였다. 계속해서, 각 전극의 길이 방향의 편측에, 산화루테늄과 유리를 주성분으로 하는 저항체를 띠상으로 인쇄, 소성을 거쳐 형성하였다. 한편, 구리니켈을 대좌로 하고, 전극과 접촉하는 측에 두께 0.2 ㎜ 의 팔라듐 100 ％ 의 슬라이딩 접점을 용접으로 접합하였다.

상기 전극과 슬라이딩 접점을 삽입한 슬라이딩식 액면 검출 장치를, 황 함유량이 30 ppm 인 연료 중에서 140 만회 작동을 시켰다. 이 때의 저항값의 출력 파형을 도 4 에 나타낸다. 이 때의 마모량을 측정하면, 전극의 마모량은 2 ㎛ 로 작지만, 슬라이딩 접점측의 마모량은 0.36 ㎜ 로, 슬라이딩 접점이 전부 없어질 정도의 큰 마모가 되었다.

10 : 지지판
11 : 아암
12 : 플로트
20 : 슬라이딩 부재
21 : 슬라이딩 접점
30 : 기판
31 : 전극
32 : 저항체

Claims

차량의 연료 탱크 내에 배치 형성되며, 액체 연료의 액면에 추종하여 변동되는 플로트와, 그 플로트의 움직임에 연동하여 슬라이딩하는 슬라이딩 접점과, 그 슬라이딩 접점이 접촉하는 복수 스트립의 전극을 구비하는 슬라이딩식 액면 검출 장치에 있어서,
상기 전극은, 유리 성분을 함유하는 은-팔라듐 합금에 의해 형성되고,
상기 슬라이딩 접점은, 팔라듐-니켈 합금에 의해 형성되어 있으며,
상기 전극에 있어서, 상기 은-팔라듐 합금 중의 은 함유량이 20 ∼ 60 중량％, 팔라듐 함유량이 80 ∼ 40 중량％ 이고, 또한 상기 은-팔라듐 합금 100 중량부에 대해 상기 유리 성분을 3 ∼ 20 중량부 함유하고,
상기 슬라이딩 접점은, 팔라듐의 함유량이 70 ∼ 90 중량％ 이고, 니켈의 함유량이 30 ∼ 10 중량％ 인 것을 특징으로 하는 슬라이딩식 액면 검출 장치.