WO2014136383A1 - 液面検出装置 - Google Patents

Abstract

　液面検出装置（１００）は、フロート（６０）を保持する導電性のフロートアーム（５０）と、フロートアームを保持するインシュレータ（３０）と、インシュレータ（３０）を回転可能に支持するハウジング（２０）とを備えている。この液面検出装置（１００）では、ハウジング（２０）に固定された検出回路（４０ａ）に対して、インシュレータ（３０）に固定された摺動プレート（４５）が摺動する。これにより、インシュレータ（３０）の回転角度に応じて検出回路（４０ａ）の電気抵抗値を変化させることができる。したがって、燃料の液面の高さが検出可能となる。そして、インシュレータ（３０）には、フロートアーム（５０）と摺動プレート（４５）とを導通させる金属皮膜（３９）が形成されている。故に、フロート（６０）で生じた電荷を、検出回路（４０ａ）に逃がすことが可能となる。

Description

液面検出装置 関連出願の相互参照

　本開示は、２０１３年３月６日に出願された日本出願番号２０１３－４４５０７号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、液体の液面の高さを検出する液面検出装置に関する。

　従来、特許文献１に開示のように、液面に浮かぶフロートを保持するフロートアームと、フロートアームを保持するアームホルダと、アームホルダを回転可能に支持するフレームとを備えた液面検出装置が知られている。特許文献１の液面検出装置では、抵抗体を有するセラミック基板がフレームに固定されると共に、導電性のプレートがアームホルダに固定されている。以上の構成では、フロートアームの回転によって抵抗体の表面をプレートが摺動すると、抵抗体の電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値を計測することによれば、液面の高さの検出が可能となる。

　特許文献１に開示のような液面検出装置のフロートには、液体との摩擦によって電荷が蓄積される。この電荷が導電性のフロートアームから抵抗体へと放電された場合、液面検出装置の検出精度は、低下してしまう。そこで、特許文献１では、アームホルダが、導電性の樹脂材料によって形成される。以上の構成であれば、フロートアームとプレートとの電気的な導通が確保される。故に、フロートに生じた電荷は、抵抗体に逃がされ得る。

　しかし、特許文献１のアームホルダを形成する導電性樹脂は、カーボン等を添加されることにより、導電性を付与されている。こうしたカーボン等の添加に起因して、導電性の樹脂材料は、導電性を備えない標準的な樹脂材料と比較して、燃料等の液体に対する耐性が劣り易い。そのため、導電性樹脂によってアームホルダを形成してしまうと、液面検出装置の信頼性が不十分のおそれがある。

特許第３９４１７３５号公報

　本開示は、上記事項に鑑みてなされたものであって、高い信頼性を備えた液面検出装置を提供することを目的とする。

　本開示の一の態様において、液体の液面の高さを検出する液面検出装置であって、液面に浮かぶフロートを保持する導電性のフロートアームと、樹脂材料により形成され、フロートアームを保持する回転体と、回転体を回転可能に支持する支持体と、回転体に固定され、当該回転体の回転によって変位する導電性の導電部材と、支持体に固定され、導電部材を摺動させることで回転体の回転角度に応じて電気抵抗値を変化させる可変抵抗部と、を備え、回転体には、フロートアームと導電部材とを導通させる導電性の被膜が形成される。

　この様態によると、フロートアームと導電部材との電気的な導通が、回転体に形成された導電性の被膜によって確保されている。故に、フロートに生じた電荷を、フロートアーム、導電性の被膜、及び導電部材を通じて、可変抵抗部に逃がすことができる。そして、導電性の被膜によって上述の導通が確保されることによれば、回転体を形成する樹脂材料は、導電性を備えていなくてもよい。よって、液体に対し高い耐性を有する樹脂材料が、回転体の材料として採用可能となる。したがって、液面検出装置は、高い信頼性を獲得できる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
本開示の一実施形態による液面検出装置の正面図であり、 図１の矢印ＩＩの方向から見た液面検出装置の側面図であり、 インシュレータの平面図であり、 インシュレータの側面図であり、 インシュレータの斜視図である。

　以下、本開示の一実施形態を図面に基づいて説明する。

　本開示の一実施形態による液面検出装置１００は、図１に示すように、液体としての燃料を貯留する燃料タンク９０内に設置されている。液面検出装置１００は、燃料ポンプモジュール９３等に保持された状態で、燃料タンク９０に貯留されている燃料の液面の高さを検出する。液面検出装置１００によって検出された検出結果は、コネクタ９６からコンビネーションメータ（図示しない）に向けて出力され、コンビネーションメータによって運転者に表示される。

　液面検出装置１００は、フロート６０、フロートアーム５０、インシュレータ３０、ハウジング２０、回路基板４０、及び摺動プレート４５を備えている。

　フロート６０は、例えば発泡させたエボナイト等の燃料よりも比重の小さい材料により形成されている。フロート６０は、燃料の液面に浮揚可能である。フロート６０は、フロートアーム５０に保持されている。

　フロートアーム５０は、ステンレス鋼等の導電性の金属材料からなる丸棒状の心材によって形成されている。フロートアーム５０には、フロート保持部５３及び回転軸５１が形成されている。フロート保持部５３は、フロートアーム５０の第一端側を屈曲させることによって形成されている。回転軸５１は、フロートアーム５０の第二端側を、インシュレータ３０の回転軸線に沿う方向に、９０度程度屈曲させることによって形成されている。フロートアーム５０は、フロート６０をフロート保持部５３にて保持し、回転軸５１にてハウジング２０に回転可能に支持されている。以上の構成によるフロートアーム５０は、フロート６０の上下移動をインシュレータ３０の回転運動に変換する。

　インシュレータ３０は、例えばポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂等の樹脂材料によって形成されている。インシュレータ３０は、ハウジング２０に相対回転可能に支持されている。インシュレータ３０には、フロートアーム５０が取り付けられている。インシュレータ３０は、フロートアーム５０と一体的にハウジング２０に対して相対回転する。尚、以下の説明では、板状に形成されたインシュレータ３０の両面のうち、回路基板４０と対向する一方を裏面といい、この裏面とは反対側に位置する他方をおもて面という。

　図１，２に示すハウジング２０は、例えばＰＯＭ樹脂等の樹脂材料よって形成されている。ハウジング２０は、燃料ポンプモジュール９３に取り付けられており、当該燃料ポンプモジュール９３を介して燃料タンク９０に固定されている。ハウジング２０には、回路基板４０と、回路基板４０に接続されたプラス端子７１及びマイナス端子７４とが、取り付けられている。ハウジング２０は、底壁及び側壁を有する容器状に形成されており、回路基板４０を収容する基板収容部２８を形成している。ハウジング２０には、第一、第二端子取付部２３，２７、及び筒部２６、及び基板収容部２８が形成されている。

　第一、第二端子取付部２３，２７は、ハウジング２０の側壁に形成されている。第一端子取付部２３に設けられた孔部には、プラス端子７１が嵌め込まれている。また、第二端子取付部２７に設けられた孔部には、マイナス端子７４が嵌め込まれている。筒部２６は、ハウジング２０の底壁を貫通する円筒状に形成されている。図５に示す筒部２６は、円筒面状の外周壁によって、インシュレータ３０の軸受面３２を回転自在に支持している。加えて筒部２６は、円筒面状の内周壁によって、フロートアーム５０の回転軸５１を回転自在に支持している。

　図１に示す回路基板４０は、基板収容部２８に収容された状態で、ハウジング２０に保持されている。回路基板４０には、一組の抵抗体パターン４３，４４が、検出回路４０ａとして形成されている。各抵抗体パターン４３，４４は、回路基板４０においてインシュレータ３０に近い位置に位置する面に形成されている。各抵抗体パターン４３，４４は、インシュレータ３０の回転軸を中心とした円弧状に形成されている。第一抵抗体パターン４３は、所定の電気抵抗値を有する複数の抵抗体を配列することで形成されている。第一抵抗体パターン４３は、プラス極となる電極パターンであって、プラス端子７１と電気的に接続されている。第二抵抗体パターン４４は、マイナス極となる電極パターンであって、マイナス端子７４と電気的に接続されている。これにより、第二抵抗体パターン４４には、コネクタ９６を介して、グラウンド電位が印加される。

　摺動プレート４５は、金属材料によって形成された板状の部材である。摺動プレート４５は、導電性を有している。摺動プレート４５は、図１，５に示すように、全体としてＵ字状に形成されている。摺動プレート４５は、基端部４８、可撓部４７、及び摺動接点４６を有している。基端部４８は、インシュレータ３０の裏面に取り付けられている。これにより、摺動プレート４５は、インシュレータ３０と一体で回転する。可撓部４７は、基端部４８から一対延伸している。各可撓部４７は、摺動プレート４５の板厚方向に撓むことができる。摺動接点４６は、各可撓部４７の延伸方向における各先端部分に、それぞれ設けられている。各摺動接点４６は、摺動プレート４５の弾性により、各抵抗体パターン４３，４４に向けて押し付けられる。

　図１の検出回路４０ａ及び摺動プレート４５は、協働で可変抵抗器４１を形成している。検出回路４０ａにおける電気抵抗値は、インシュレータ３０の回転角度に応じて変化する。詳記すると、図４，５に示すように、インシュレータ３０が回転することにより、このインシュレータ３０に固定された摺動プレート４５は、各抵抗体パターン４３，４４に各摺動接点４６を接触させつつ、回路基板４０に対して相対的に変位する。これにより、各摺動接点４６は、各抵抗体パターン４３，４４上を摺動する。各摺動接点４６が各プラス端子７１，マイナス７４に最も近接している場合、検出回路４０ａの電気抵抗値は、最小となる。この状態からのインシュレータ３０の回転によって各摺動接点４６が各プラス端子７１，マイナス７４から遠ざかると、検出回路４０ａの電気的抵抗は、漸増する。よって、可変抵抗器４１によるインシュレータ３０の回転角度の検出が可能となる。そして、検出回路４０ａと接続されたコンビネーションメータは、検出回路４０ａの電気抵抗値に応じた各プラス端子７１，マイナス７４間の電位差を、液面の高さの検出情報として取得することができる。

　次に、上述したインシュレータ３０の詳細な構成について、図３～５に基づいてさらに説明する。

　インシュレータ３０には、プレート取付部３７、嵌合部３６、アーム挿入孔３３、アーム係止爪３１、及びアームストッパ３４が形成されている。

　プレート取付部３７は、インシュレータ３０の裏面に設けられている。プレート取付部３７は、インシュレータ３０において、アーム挿入孔３３から離れた位置に形成されている。プレート取付部３７には、基端部４８が熱かしめ等によって固定されている。こうした構成により、プレート取付部３７は、摺動プレート４５を保持している。

　図２に示す嵌合部３６は、ハウジング２０に設けられた筒部２６に外嵌されている。嵌合部３６の内周壁は、上述した軸受面３２を形成している。軸受面３２は、円筒面状に形成されている。軸受面３２は、インシュレータ３０の回転により、筒部２６の外周壁に対して摺動する。

　アーム挿入孔３３は、インシュレータ３０を板厚方向に貫通する円筒孔である。図２に示すアーム挿入孔３３は、軸受面３２及び筒部２６と同軸上に位置している。アーム挿入孔３３及び筒部２６には、回転軸５１が挿入される。回転軸５１に嵌合したアーム挿入孔３３の内周壁は、回転軸５１の外周壁に密着する。

　アーム係止爪３１は、インシュレータ３０のおもて面に、二つ設けられている。これらアーム係止爪３１は、アーム挿入孔３３の径方向に沿って並んでいる。アーム係止爪３１は、おもて面から延伸し、円弧状に湾曲している。こうした形状により、アーム係止爪３１における延伸方向の先端は、インシュレータ３０のおもて面と対向している。アーム係止爪３１の先端とインシュレータ３０のおもて面との間に形成される隙間は、フロートアーム５０の直径よりも小さくされている。

　アームストッパ３４は、インシュレータ３０のおもて面から突出するように形成されている。アームストッパ３４は、インシュレータ３０の板厚方向において、おもて面側から裏面側へと変位することができる。アームストッパ３４は、アーム挿入孔３３の周方向及び径方向のそれぞれにおいて、アーム係止爪３１に対し、ずれて位置している。

　インシュレータ３０には、図３に示すように、フロートアーム５０が組み付けられる。その工程を順に説明すると、まず回転軸５１がアーム挿入孔３３に挿入される。これにより、アームストッパ３４が、フロートアーム５０によって付勢され、裏面側へと押し込まれる。そして、アーム挿入孔３３への回転軸５１の挿入が完了した状態下、インシュレータ３０に対してフロートアーム５０を相対回転させることにより、当該フロートアーム５０は、各アーム係止爪３１によって形成された隙間を通過して、各アーム係止爪３１に嵌め込まれる。以上により、アーム係止爪３１の内周壁に形成される接触面３５が、当該アーム係止爪３１の弾性により、フロートアーム５０に押圧接触した状態となる。また、付勢力から解放されたアームストッパ３４は、おもて面側へと変位することで、フロートアーム５０のアーム係止爪３１からの離脱を防止する。

　さらに、インシュレータ３０には、金属皮膜３９が形成されている。金属皮膜３９は、金属材料よって形成された導電性の被膜である。金属皮膜３９は、インシュレータ３０に施された金属メッキによって形成されている。以下、インシュレータ３０にメッキを施すメッキ工程を順に説明する。

　まず、インシュレータ３０を形成する樹脂材料の外表面に、エッチング等の処理によって微小な穴が形成される。こうして外表面を粗化されたインシュレータ３０に、還元力の強い触媒材料、具体的にはパラジウム－スズによって、触媒被膜が形成される。そして、触媒被膜からスズが除去されることにより、パラジウムが活性化されて、インシュレータ３０の外表面が導電化される。以上のインシュレータ３０に、電気メッキが行われる。具体的には、まず下地を形成するために、銅がメッキされる。次に、ニッケルがメッキされる。最後に、クロムがメッキされることにより、金属皮膜３９の硬度が確保される。以上のメッキ工程により、インシュレータ３０の外表面の全体を覆う金属皮膜３９が形成される。

　こうして形成された金属皮膜３９は、フロートアーム５０を押圧している各接触面３５を被覆している。加えて金属皮膜３９は、回転軸５１に嵌合するアーム挿入孔３３の内壁面を被覆している。故に、金属皮膜３９とフロートアーム５０との導通は、確実に形成される。加えて、金属皮膜３９は、基端部４８を保持するプレート取付部３７を被覆している。故に、金属皮膜３９と摺動プレート４５との導通も、確実に形成される。これらにより、金属皮膜３９は、フロートアーム５０と摺動プレート４５とを導通させることができる。

　ここまで説明した本実施形態では、フロートアーム５０と摺動プレート４５との電気的な導通が、金属皮膜３９によって確保されている。これにより、燃料からマイナス側の第二抵抗体パターン４４に至る静電気の経路が形成される。よって、燃料との摩擦によってフロート６０に生じた電荷は、フロートアーム５０、金属皮膜３９、及び摺動プレート４５を通じて、第二抵抗体パターン４４に移動し、マイナス端子７４から外部へと逃がされ得る。

　加えて、こうした導通が金属皮膜３９によって確保されていれば、インシュレータ３０を形成する樹脂材料は、導電性を備えていなくてもよい。よって、燃料に対し高い耐性を有することが実証済みである標準的な樹脂材料、具体的には、カーボンを含有しない、又はカーボンの含有量の少ないＰＯＭ等が、インシュレータ３０の材料として採用可能となる。したがって、液面検出装置１００は、高い信頼性を獲得できる。

　加えて本実施形態のように、ニッケル及びクロム等の金属材料によって形成される金属皮膜３９は、電気を非常に通し易い。故に、フロートアーム５０から摺動プレート４５までの導通は、確実に確保され得る。したがって、フロート６０にて生じた電荷は、第二抵抗体パターン４４からマイナス端子７４へと確実に逃がされ得る。

　また本実施形態では、アーム係止爪３１のうちで、具体的に、フロートアーム５０を押圧している接触面３５が、少なくとも金属皮膜３９によって覆われている。故に、金属皮膜３９は、アーム係止爪３１の押圧力によって、フロートアーム５０と確実に接触した状態を維持し得る。よって、フロートアーム５０から摺動プレート４５までの導通は、いっそう確実なものとなり得る。

　さらに本実施形態のように、インシュレータ３０の外表面の全体を金属皮膜３９で覆う形態であれば、このインシュレータ３０は、金属皮膜３９に保護されて、燃料に晒され難くなる。そのため、インシュレータ３０を形成する樹脂材料は、長期に亘って機械的性質を維持し得る。したがって、液面検出装置１００は、いっそう高い信頼性を獲得できる。

　尚、本実施形態において、ハウジング２０が「支持体」に相当し、筒部２６が「支持部」に相当し、インシュレータ３０が「回転体」に相当する。また、アーム係止爪３１が「係止爪」に相当し、軸受面３２が「摺動面」に相当し、接触面３５が「フロートアームを押圧する領域」に相当する。そして、金属皮膜３９が「導電性の被膜」に相当し、検出回路４０ａが「可変抵抗部」に相当し、摺動プレート４５が「導電部材」に相当する。

　（他の実施形態）
　以上、本開示による一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

　上記実施形態の変形例１では、金属皮膜は、軸受面３２を避けて形成されている。軸受面３２は、上述したように筒部２６に対して摺動する。故に、軸受面３２に形成された金属皮膜には、剥がれが生じ易くなる。そして、剥離した金属皮膜は、筒部２６等の損傷を引き起こすおそれがある。故に、変形例１では、軸受面３２を避けて金属被膜を形成することにより、上述のおそれが解消され得る。したがって、変形例１による液面検出装置の信頼性は、いっそう確かとなる。

　また、上記変形例１のように、金属皮膜は、インシュレータの外表面全体を覆っていなくてもよい。金属皮膜は、フロートアーム５０に接触する接触面３５又はアーム挿入孔３３と、摺動プレート４５に接触するプレート取付部３７とを少なくとも覆い、かつ、これらの構成５０，４５を導通させていれば、形成範囲を適宜変更されてよい。

　上記実施形態のインシュレータ３０は、成型後のメッキ工程において、被膜の形成に係る種々の液体に浸されることとなる。故に、成型時に金型のゲート及びライナー等にて不可避的に形成される枝状の余剰部分は、メッキ工程の後に、インシュレータ３０から切り離されることが望ましい。こうした余剰部分等にインシュレータ３０を保持させることにより、インシュレータ３０を液体に浸す処理が、容易に実施できる。また、上記実施形態では、ＰＯＭ樹脂であったインシュレータを形成する樹脂材料は、強度等の機械的性質が確保されていれば、適宜変更されてよい。

　上記実施形態では、複数種類の金属メッキが重ねられることにより、金属皮膜３９は形成されていた。しかし、金属皮膜の構成は、上記実施形態のものに限定されず、適宜変更されてよい。例えば、上記実施形態におけるニッケルメッキが省略されることにより、銅メッキによる下地に、クロムメッキが施されてもよい。さらに金属皮膜は、単層であってもよい。また、メッキに用いられる金属の種類も、適宜変更されてよい。

　さらに、の「導電性の被膜」は、金属メッキによって形成されるものに限定されない。例えば、金属を含む塗装がインシュレータ３０の外表面に施されることにより、「導電性の被膜」が形成されていてもよい。さらに、「導電性の被膜」は、金属材料を含んでいなくてもよい。例えば、カーボンを含む樹脂材料によって、導電性の被膜が形成されていてもよい。

　上記実施形態では、検出回路４０ａの電気抵抗値の変化に基づいて液面の高さを検出する形態の液面検出装置において、「回転体」として機能するインシュレータ３０に、「導電性の被膜」が形成されていた。しかし、ホールＩＣに作用する磁束密度の変化に基づいて液面の高さを検出する形態の液面検出装置において、「回転体」として機能する構成に、「導電性の被膜」が形成されていてもよい。こうした構成の「導電性の被膜」は、ホールＩＣの出力を伝達するマイナス端子等に導通されていることが望ましい。

　以上、本開示を燃料の残量を検出する車両用の液面検出装置に適用した例に基づいて説明した。しかし、本開示の適用対象は、こうした液面検出装置に限る必要はなく、車両に搭載される他の液体、例えばブレーキフルード、エンジン冷却水、エンジンオイル等の容器内の液面検出装置であってもよい。さらに、車両用に限らず、各種民生用機器、各種輸送機械が備える液体容器内に設けられる液面検出装置に、本開示は適用可能である。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (5)

1. 　液体の液面の高さを検出する液面検出装置であって、
   　前記液面に浮かぶフロート（６０）を保持する導電性のフロートアーム（５０）と、
   　樹脂材料により形成され、前記フロートアームを保持する回転体（３０）と、
   　前記回転体を回転可能に支持する支持体（２０）と、
   　前記回転体に固定され、当該回転体の回転によって変位する導電性の導電部材（４５）と、
   　前記支持体に固定され、前記導電部材を摺動させることで前記回転体の回転角度に応じて電気抵抗値を変化させる可変抵抗部（４０ａ）と、を備え、
   　前記回転体には、前記フロートアームと前記導電部材とを導通させる導電性の被膜（３９）が形成される液面検出装置。
2. 　前記被膜は、金属材料によって形成される請求項１に記載の液面検出装置。
3. 　前記回転体は、前記フロートアームを係止する係止爪（３１）を有し、
   　前記被膜は、前記係止爪において前記フロートアームを押圧する領域（３５）を、少なくとも覆う請求項１又は２に記載の液面検出装置。
4. 　前記被膜は、前記回転体の外表面の全体を覆っている請求項１～３のいずれか一項に記載の液面検出装置。
5. 　前記支持体は、前記回転体を回転自在に支持する支持部（２６）を有し、
   　前記回転体は、前記支持部によって支持され、かつ、前記支持部に対して摺動する摺動面（３２）を有し、
   　前記被膜は、前記摺動面を避けて形成される請求項１～３のいずれか一項に記載の液面検出装置。

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