JPH067064B2 - 感熱式燃料残量検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は自動車等の燃料タンクの燃料残量を検出する感
熱式燃料残量検出器に関するものである。

従来の技術 従来、この種の燃料残量計測法は液面フロートの末端に
取りつけられた接点摺動式のポテンショメータが大半で
あるが、このようなポテンショメータを利用する従来の
構成では、接点が燃料液中、または蒸気中にさらされる
ため、燃料に含まれる硫化物、その他の添加物によっ
て、接点不良を起こし、正しい摺動抵抗値を長期にわた
り維持することは困難である。

また燃料タンク形状に比例した抵抗体形状を得ることが
難しく誤差が大きいという問題があった。

これらの問題を解決するため、種々の方法が考案されて
いるが、コスト，性能の面で、いずれも実用化されてい
ない。たとえば、特開昭５９−１４８８２６号公報に示
されているように、棒状または、長い板状の絶縁物上に
連続的にサーミスタ層を構成させた液位センサーでは、
一定温度の条件においては、液位を比較的正確に把握で
きるが、サーミスタは、温度変化に対する抵抗値変化の
リニアリティーに乏しいため、たとえ温度補償用センサ
ーを導入しても、液体及び雰囲気温度の変動がある場
合、連続的な液位変動を正確に検出することは非常に困
難であった。またサーミスタは硫化物を含むガソリン，
特に軽油等に対して極めて信頼性に乏しいという問題も
有しているため、これを自動車等の燃料残量検出器とし
て使用することは、不可能であった。

さらに、日本電装公開技報（１９８６年７月15日発行，
整理番号４８−１０１）では、第９図に示すように同一
材質でかつ同一の抵抗温度係数をもつ金属線の一方を自
己発熱用感熱抵抗線４０，他方を温度補償用抵抗線４１
として、自己発熱用感熱抵抗線４０を部分的に燃料液体
に浸漬し同一抵抗値を有する外部抵抗器４２及び４３と
共に構成したブリッジ回路で接続点４４と４５の電位差
を差動増幅器４６で増幅し抵抗線の自己発熱温度差を電
位差として検出し、液体のレベルを検出しているが、こ
の方法にも２つの大きな欠点を有している。第１に、温
度補償用抵抗線４１が燃料タンク内の燃料液体中に浸ら
ない部分に設置されるため、雰囲気温度の変動に対する
補正はできるが、燃料液体の温度の変動に対する補正を
することができない。第２に、金属線を用いるため、金
属線の材料強度を確保できる範囲内で、最も線径を細く
した場合であっても、金属線の単位長さ当りの抵抗値が
極めて低くなるため、自動車用バッテリー電源を利用し
た場合、消費電流が大きくなりすぎて、実用的でなかっ
た。

発明が解決しようとする課題 本発明はこのような課題を解決するためのもので、フロ
ートポテンショメータにおける欠点である接点不良を撲
滅し、いかなる雰囲気温度燃料液体温度に対しても、燃
料残量を正確に、かつ低消費電流で、信頼性良く検出
し、サーミスタ，金属線方式の欠点を解決することを目
的とする。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明は、大きい抵抗温度係
数を有する自己発熱用感温抵抗体を絶縁基板上に形成
し、燃料浸漬部位の気化熱冷却による感温抵抗値変化を
差動出力電圧として検出するものである。また、燃料タ
ンク内の雰囲気温度補正による差動出力電圧の誤差を防
止するため、温度補正用感温抵抗体を絶縁基板上に設け
たものである。

作用 本発明では、通電により自己発熱する自己発熱用感温抵
抗体と、温度補償用感温抵抗体が、ほぼ同一の長さで形
成され、また前記２つの感温抵抗体は、サーミスタに比
らべ周囲温度変化に対する抵抗値変化のリニアリティー
が非常に優れた白金，金，銀，パラジウム，酸化ルテニ
ウム，銅，ニッケル，鉄あるいはそれらを主成分とする
合金組成からなる膜抵抗体であるため、燃料タンク内の
雰囲気温度及び燃料液体の温度変動に対しても正確に燃
料残量を検出できる。

また自己発熱用感温抵抗体，温度補償用感温抵抗体は膜
抵抗体となっているため、単位長さ当りの抵抗値は、金
属線に比らべ、大きくすることができるため消費電流の
小さい実用的な感熱式燃料残量検出器となる。

さらに、メッキ法や金属有機物を塗布または印刷し、焼
成することにより、前記感温抵抗体膜を形成する場合、
あるいは、前記感温抵抗体をチップ状に形成し、ガラス
エポキシ，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポ
リエステル，ポリイミドおよびその変成品，ポリパラバ
ン酸樹脂，アラミドフィルム，ビスマレイミドトリアジ
ン樹脂（三菱ガス化学社製），ベクトラ（ポリプラスチ
ック社製），ポリアセタール，ガラス等の支持基板にチ
ップ状の感温抵抗体を実装した場合には、低コスト、か
つ高精度，高感度な感熱式燃料残量検出器となる。

実施例 以下に本発明の実施例を示す。

（実施例１） 第１図ａ，ｂは本発明の一実施例における燃料残量検出
器の検出部における感温抵抗体のパターン構成を示す図
であり、第１図において１は支持基板としての絶縁性の
セラミック基板である。２はこのセラミック基板１上に
コーティングされた軟化点９２０℃のSiO₂−Al₂O₃−B₂O
₃系のアンダーグレーズガラスである。３はアンダーグ
レーズガラス２上に印刷焼成により形成された大きい抵
抗温度係数を有する自己発熱用感温抵抗体、４は自己発
熱用感温抵抗体３と同一の材料で、またほぼ同一の長さ
に構成される温度補償用の感温抵抗体である。本実施例
では、テルペン類の４，５両体の硫化物またはメルカプ
チドの白金塩に樹脂酸あるいはその変成品をバインダー
として添加した白金金属有機物ペーストを用いてパター
ン印刷し９００℃で焼成して、厚み約４０００Åの白金
薄膜感温抵抗体としたものであり、０℃での抵抗値は自
己発熱用感温抵抗体が２０Ω，温度補償用抵抗体は５Ｋ
Ωで抵抗温度係数は、いずれも約３７００ppm／℃であ
る。５は低い導体抵抗を有する取り出し用電極であり、
本実施例では、銀パラジウム（厚み約１５μｍ）を用い
ている。

さらに、これらの感温抵抗体３，４および電極５上に
は、耐油性，耐薬品性，絶縁性を確保するため、ホウケ
イ酸鉛系のオーバーコートガラス膜６が形成され、保護
コートされている。

第２図は、自己発熱用感温抵抗体を含む第１の感温素子
７と、温度補償用感温抵抗体を含む第２の感温素子８が
対になって、燃料タンクに設けられた燃料ポンプユニッ
ト９に設置されている様子を示す図であるが、これらの
素子は、電気的には第３図に示す回路で接続される。図
において、11は第２図に示した検出部であり、第１図に
示す自己発熱用感温抵抗１２と温度補償用感温抵抗１３
により構成され、そして、これらの感温抵抗１２，１３
には、それぞれ抵抗１４，１５が接続され、これにより
抵抗ブリッジ回路を形成している。

そして、このブリッジ回路の出力端は、差動増幅回路を
構成するオペアンプ１６の反転入力端子、非反転入力端
子にそれぞれ抵抗１７，１８を介して接続されている。
１９は抵抗である。

すなわち、この回路では、燃料の液位によって一定電圧
または一定電流の通電により自己発熱している感温抵抗
１２の抵抗値が変化し、この変化がブリッジ回路の出力
端における電位の変化として差動増幅回路に入力され、
差動増幅回路の出力端からはその差電圧が出力されるこ
ととなり、燃料液位の変化を電圧変化して取出すことが
できる。

また、温度補償用感温抵抗１３が、自己発熱用感温抵抗
１２と熱的に分離されているので、自己発熱用感温抵抗
１２で自己発熱した熱が、温度補償用感温抵抗１３に伝
達されない。

したがって、温度補償用感温抵抗１３のガソリンタンク
内の雰囲気温度に対する温度補償機能が十分発揮される
ため、精度良く、燃料液位の検出が行える。

また、本実施例と同様にして、金，銀，ルテニウム，パ
ラジウムの金属有機物を用いて、金属あるいは、金属酸
化物薄膜を形成し、これを感温抵抗体とすることもでき
る。本実施例では、自己発熱用感温抵抗体と温度補償用
感温抵抗体を別々の基板上に形成したが、必要に応じて
第４図に示すようにこれらを同一基板上に形成してもか
まわない。

（実施例２） 第１図における、自己発熱用感温抵抗体、および温度補
償用感温抵抗体としてニッケルのオクチル酸塩等のニッ
ケル金属有機物と鉄のオクチル酸塩等の鉄金属有機物を
９：１の割合で混合し変成ロジン等をバインダとして添
加したペーストをスクリーン印刷し、空気中で６２０℃
で焼成したのち、還元雰囲気中で５５０℃で焼成還元す
ることにより得られる厚み約２０００Å、抵抗温度係数
約４５００ppm／℃のニッケル鉄薄膜を用い、さらに窒
素雰囲気中、６００℃でホウケイ酸系オーバーガラスコ
ートを施こすことにより形成される感温素子を実施例１
と同様に用いた。

また、本実施例と同様にして、銅金属有機物を用いて、
銅薄膜を形成し、これを感温抵抗体とすることもでき
る。

（実施例３） 第１図における自己発熱用感温抵抗体、および温度補償
用感温抵抗体が無電解ニッケルボロンメッキにより得ら
れるニッケルボロン薄膜であり、窒素雰囲気中、６００
℃でホウケイ酸系オーバーコートガラスを形成されるこ
とにより、ニッケルボロン薄膜の膜が熱エージングさ
れ、膜の焼結緻密性が向上するため、膜厚約２５００
Å、抵抗温度係数約４２００ppm／℃のニッケルボロン
薄膜となる。

また必要に応じて、電気メッキすることも可能である。

こうして形成された感温素子を実施例１と同様に利用す
ることもできる。

また、本実施例と同様にして、白金，金，銀，パラジウ
ム，銅，クロム，コバルト，鉄あるいはそれらを主成分
とする合金メッキ膜により、抵抗体薄膜を形成し、これ
を感温抵抗体とすることもできる。

ところで、自己発熱用感温抵抗体と、温度補償用感温抵
抗体の抵抗温度係数が同一であれば、理想的な燃料液位
計測が行えるが、実際に両者を全く同一にすることは困
難であり、実用的には、両者の差が５００ppm／℃以内
であれば、支障はない。したがって、抵抗温度係数の差
が500ppm／℃以内であれば、自己発熱用感温抵抗体と、
温度補償用感温抵抗体の材料が必ずしも同一である必要
はない。また、温度補償機能を各燃料液位全域にわたっ
て作用させるために、温度補償用感温抵抗体は、自己発
熱用感温抵抗体と同一の長さであることが望ましい。し
かし、感温抵抗体のパターン設計上やむを得ない場合は
その限りではない。

（実施例４） 第５図ａ，ｂは、本発明の他の一実施例による燃料残量
検出器の検出部を示す図である。

第５図において、２０は厚み５０μｍのポリイミドフィ
ルムの支持基板であり、この支持基板20上には所定の配
線パターンの導体２１が形成されている。２２は自己発
熱用白金感温抵抗体チップであり、アンダーグレーズ処
理された、フォルステライト基板上に白金金属有機物ペ
ーストを印刷し、９００℃で焼成後、さらに銀を主成分
とした電極ペーストを一次電極として印刷し、６００℃
で焼成後、ホウ珪酸鉛系のオーバーコートガラスを施し
たもので、抵抗温度係数３７００ppm／℃，０℃での抵
抗値は１．０Ωのものである。２３は自己発熱用感温抵
抗体チップと同じ方法で製造された温度補償用白金感温
抵抗体チップであり、抵抗温度係数３７００ppm／℃，
０℃での抵抗値は５０Ωであった。このようにして形成
されている自己発熱用感温抵抗体と、温度補償用感温抵
抗体を実施例１と同様に第３図に示す回路に接続して使
用することにより、熱応答性に優れた正確な、燃料残量
検出ができる。

尚、本実施例では自己発熱用感温抵抗体チップと温度補
償用感温抵抗体チップを別々の支持基板に実装したが、
同一の支持基板上に実装してもかまわない。さらに温度
補償用感温抵抗体もチップ状とした抵抗体群を用いた
が、これを第１図ｂに示すように、セラミック基板上に
形成された温度補償用感温抵抗体を用いても良い。

（実施例５） 第６図は本発明の他の実施例による燃料残量検出器の検
出部における感温抵抗体のパターン構成を示す図であ
り、第６図において２４は支持基板としてのセラミック
基板である。２５はこのセラミック基板２４上に印刷焼
成により形成された大きい抵抗温度係数を有する薄膜状
で極細線状の自己発熱用感温抵抗体であり、白金金属有
機物ペーストを９００℃の空気中で焼結して厚み４００
０Åの薄膜白金抵抗体としたものであり、温度係数は３
７００ppm／℃である。この極細線状の感温抵抗体２５
は、燃料液面と平行に複数段配置されるように形成され
ている。尚、本実施例では、燃料残量を１２分割する位
置に合計１３個の感温抵抗体２５が形成されている。ま
た本実施例では感温抵抗体は液面と平行になるように配
置したが必要に応じて液面と一定の角度をもつように配
置してもよい。そして低い導体抵抗を有する銀パラジウ
ム等よりなる膜厚の電極（厚み約１５μ）２６により接
続され、並列抵抗回路を構成している。２７は各感温抵
抗体２５の端部に設けた取出し用電極であり、これに、
感温抵抗体２５と直列に接続される温度係数の小さいチ
ップ抵抗器２９が実装され、また差動出力電圧の変動を
検出するため、スルーホール３２を介して裏面に信号ラ
イン３０を形成したフレキシブル基板３１がはんだ接合
されている。さらにこれらの感温抵抗体２５、および電
極２６上には耐油性，耐薬品性を確保するため、ホウケ
イ酸鉛系のオーバーコートガラス膜２８が形成され、保
護コートされている。

第７図に第６図に示す検出部を用いた燃料液位検出装置
の回路図を示しており、図において３３は検出部であ
り、並列接続されている１２個の自己発熱用感温抵抗３
４およびこの感温抵抗３４と直列接続される抵抗温度係
数の小さい抵抗３６は、それぞれ、検出部の最下点に形
成された感温抵抗３５およびこの感温抵抗３５と直列接
続される抵抗温度係数の小さい抵抗３７と抵抗ブリッジ
回路を構成している。

尚、感温抵抗３４と３５はほぼ同一の抵抗温度係数を持
つものであり、さらに理想的には、ほぼ同一の抵抗値を
もつほうが好ましい。

そして、これらブリッジ回路の出力端は、差動増幅回路
を構成するオペアンプ３８の反転入力端子、非反転入力
端子にそれぞれ接続されている。

すなわち、この回路では、常時、燃料中に浸っており、
自己発熱による抵抗値変動の少ない感温抵抗３５と、燃
料の液位によって感温抵抗３４のうち、燃料中に浸って
いる感温抵抗体から構成されるブリッジ回路からは第８
図ａに示すように、ほとんど差動出力電圧がでないが、
感温抵抗３５と、気中に露出している感温抵抗から構成
されるブリッジ回路からは、第８図ｂに示すように差動
出力電圧が瞬時にあらわれる。この差動出力電圧をオペ
アンプ３８で増幅したのち、演算部３９で、差動出力電
圧が発生しなかった感温抵抗体の数Ｘ個をカウントす
る。

たとえば、Ｘが５であれば、燃料残量は、全体の５／12
残っていることを示すのである。

このようにして燃料残量を検出するのであるが、本発明
による感熱式燃料残量検出器は、差動出力電圧が発生す
るか、しないかを検出するだけであって、差動出力電圧
の絶体値そのものを検出するのではない。したがって、
差動出力電圧の値が一定値になるまで待つことなく瞬時
に燃料残量を正確に把握することができる。また、この
ように応答性に優れることにより、常時通電することな
く、例えば、２分おきにパルス的に動作電圧Vccあるい
は一定電流Ｉを通電するだけで、燃料残量を検出でき
る。これにより、本感熱式燃料残量検出器の消費電力を
大巾に低下させることもでき、さらに、検出素子の信頼
性も向上させることができる。

さらに、本実施例においては、常時、燃料中に浸ってい
る感熱抵抗体と、残りの感熱抵抗体を比較することによ
り燃料残量を検出したが、常時、気中に露出した感熱抵
抗体と、残りの感熱抵抗体とを比較してもかまわない。

さらに、本実施例においては抵抗温度係数の小さい抵抗
体にチップ抵抗を用いたが、セラミック基板上に酸化ル
テニウム等のグレーズ抵抗体を印刷・焼成により形成し
てもかまわない。

以上本実施例に示すように、燃料タンクの形状に応じた
残量液位を示す各感温抵抗体をパターン配置することに
より、その感温抵抗体の部位に相当する正確な残量を検
知することができる。また異形燃料タンクに応じた残量
液位を検知することも容易である。さらに自己発熱用感
温抵抗体と温度補償用感温抵抗体が熱的に分離して配置
されている場合には、燃料の各燃面における感熱応答性
に優れる。また、燃料タンク内の外部雰囲気温度変化に
対しても自動的言に補正でき、かつ感熱式のため、各種
ガソリン燃料に対しても有意差が生じることなく検出す
ることができる。さらに感温抵抗体は緻密性と安定性に
優れるオーバーコートガラスを施してあるため、アルコ
ール類や硫化物など添加剤を含む各種燃料中に浸漬され
ても長期に亘り信頼性と品質を維持できるものである。
またメッキ法や金属有機物ペーストを用いる場合は、印
刷焼結により簡単に所望の感温抵抗体の薄膜パターンを
得ることができ、スパッタリング法などによる材料ロス
やエッチング工程を必要とせず、生産性よく低コストで
製造することができる。

また、ガラスエポキシ基板等の支持基板にチップ状の感
温素子を実装されることにより形成される感熱式燃料残
量検出器においては、基板の長さが例えば５０cmという
大型の燃料タンクにも、容易に対応でき、またセラミッ
クス基板に比らべ基板コストがより安価であり、かつ熱
容量が小さいため、検出速度がさらに速くなるという利
点を有するのであり、産業上きわめて有用である。

発明の効果 以上のように本発明によれば、燃料タンクの形状に応じ
た残量液面を示す各感温抵抗体をパターン配置すること
により、その感温抵抗体の部位に相当する正確な残量を
検知することができる。また異形燃料タンクに応じた残
量液位も容易に検知することができ、産業上極めて有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明の一実施例による燃料液位検出装
置に用いる検出部を示す平面図、第２図は同検出部が燃
料タンクに配置され様子を示す斜視図、第３図は同装置
の回路図、第４図は一枚の絶縁基板上に自己発熱用感温
抵抗体３と温度補償抵抗体が形成された感熱式燃料残量
検出器の検出部を示す平面図、第５図ａ，ｂは感温抵抗
チップを支持基板に実装されることにより形成される感
熱式燃料残量検出器の検出部を示す平面図、第６図は自
己発熱用感温抵抗体が並列に接続されることにより液面
レベルをデジタル的に検出するタイプの感熱式燃料残量
検出器の検出部を示す平面図、第７図は第６図の検出器
の回路図、第８図ａは感熱系統体が両方とも燃料中にあ
るブリッジ回路から発生する差動出力電圧を示す特性
図、第８図ｂは感温抵抗体の一方が気中に露出している
ブリッジ回路から発生する差動出力電圧を示す特性図、
第９図は金属線を燃料残量検出器として用いた従来例に
おける回路図である。 １，２４……セラミック基板、２……アンダーグレーズ
ガラス、３，２５……自己発熱用感温抵抗体、４……温
度補償用感温抵抗体、５，２６，２７……電極、６，２
８……オーバーコートガラス膜、７……第１の感温素
子、８……第２の感温素子、９……燃料ポンプユニッ
ト、１１，３３……検出部、１２，３４……自己発熱用
感温抵抗、１３……温度補償用感温抵抗、１４，１５，
１７，１８，１９，３６，３７……抵抗、１６，３８…
…オペアンプ、２０……支持基板、２１……導体、２２
……自己発熱用白金感温抵抗体チップ、２３……温度補
償用白金感温抵抗体チップ、２９……チップ抵抗器、３
０……信号ライン、３１……フレキシブル基板、３２…
…スルーホール、３５……感温抵抗、３９……演算部。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大きい抵抗温度係数を有しかつ比較的抵抗
   値の小さい自己発熱用感温抵抗体と、この自己発熱用感
   温抵抗体とほぼ同一の抵抗温度係数を有しかつ比較的抵
   抗値の大きい温度補償用感温抵抗体とを支持基板上に形
   成し、燃料浸漬部位の気化熱冷却による感温抵抗体の抵
   抗値変化を差動出力電圧として検出することにより、液
   体のレベルを検出することを特徴とする感熱式燃料残量
   検出器。
2. 【請求項２】大きい抵抗温度係数を有する自己発熱用感
   温抵抗体を支持基板上に形成し燃料浸漬部位の気化熱冷
   却による感温抵抗値変化を差動出力電圧として検出する
   第１の感温素子と、前記自己発熱用感温抵抗体と同様の
   抵抗温度特性を有する温度補償用感温抵抗体を支持基板
   上に形成した第２の感温素子とで構成した感熱式燃料残
   量検出器。
3. 【請求項３】第１の感温素子が、チップ状の絶縁基板に
   形成された大きい抵抗温度係数を有する自己発熱用感温
   抵抗体を１個または複数個，支持基板に実装することに
   より構成したものである請求項２記載の感熱式燃料残量
   検出器。
4. 【請求項４】チップ状の絶縁基板に形成された大きい抵
   抗温度係数を有する自己発熱用感温抵抗体を１個または
   複数個，支持基板に実装することにより構成されかつ燃
   料浸漬部位の気化熱冷却による感温抵抗体の抵抗値変化
   を差動出力電圧として検出する第１の感温素子と、前記
   自己発熱用感温抵抗体と同様の抵抗温度特性を有しかつ
   チップ状の絶縁基板に形成された温度補償用感温抵抗体
   を支持基板上に実装することにより構成された第２の感
   温素子とで構成した感熱式燃料残量検出器。
5. 【請求項５】第１の感温素子と第２の感温素子が同一支
   持基板上に実装したものである請求項４記載の感熱式燃
   料残量検出器。
6. 【請求項６】支持基板上に、通電発熱される複数個の抵
   抗温度係数の大きい自己発熱用感温抵抗体を多段にわた
   り分離して配置するとともに、抵抗温度係数の小さい抵
   抗体を各感温抵抗体に直列に接続し、その直列接続され
   た抵抗体群を並列に接続することにより構成され、燃料
   浸漬部位の気化冷却による感温抵抗変化を差動出力電圧
   の変動として検出することにより、燃料液位を検出する
   ことを特徴とする感熱式燃料残量検出器。
7. 【請求項７】抵抗温度係数の大きい自己発熱用感温抵抗
   体が、あらかじめ、チップ状の絶縁基板に形成された感
   温抵抗体であって、前記感温抵抗体を支持基板上に実装
   されたものである請求項６記載の感熱式燃料残量検出
   器。
8. 【請求項８】自己発熱用感温抵抗体と、温度補償用感温
   抵抗体がほぼ同一の長さであることを特徴とする請求項
   １または２記載の感熱式燃料残量検出器。
9. 【請求項９】自己発熱用感温抵抗体および温度補償用感
   温抵抗体が、白金，金，銀，パラジウム，酸化ルテニウ
   ム，銅，ニッケル，鉄，クロム，コバルトあるいはそれ
   らを主成分とする合金組成物よりなる膜抵抗体である請
   求項１，２，４または６記載の感熱式燃料残量検出器。
10. 【請求項１０】自己発熱用感温抵抗体及び温度補償感温
    抵抗体が、白金，金，銀，パラジウム，酸化ルテニウ
    ム，銅，ニッケル，鉄，クロム，コバルトあるいはそれ
    らを主成分とする合金組成物の金属有機物を塗布または
    印刷後、焼成することにより形成されたものである請求
    項９記載の感熱式燃料残量検出器。
11. 【請求項１１】自己発熱用感温抵抗体及び温度補償用感
    温抵抗体の抵抗体膜の表面をガラス，樹脂等の絶縁物で
    保護した請求項１，２，４または６記載の感熱式燃料残
    量検出器。