(57)【要約】【課題】燃料ガスの外部への漏れを防止し、小型化可能な燃料性状センサを提供する。【解決手段】燃料性状センサ１のハウジング１０は、燃料が流入可能な燃料室１５を有する。外側電極５１は、ハウジング１０の内側に配置され、燃料室１５と連通する電極室５５を有する。内側電極６１は、外側電極５１の内側に配置される。第１ガラスシール７０は、ハウジング１０と外側電極５１との間に設けられ、燃料室１５の燃料を整合封止によりシールする。第２ガラスシール７５は、外側電極５１と内側電極６１との間に設けられ、電極室５５の燃料を整合封止によりシールする。これにより、燃料ガスの外部への漏れを防止することができる。また、圧縮封止と比較して、熱収縮によって作用する荷重が小さくなるので、ハウジング１０、外側電極５１、および、内側電極６１の肉厚を薄くすることができ、装置全体を小型化することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が流入可能な燃料室（１５）を有するハウジング（１０）と、
前記ハウジングの内側に配置され、前記燃料室と連通する電極室（５５）を有する外側電極（５１）と、
前記外側電極の内側に配置される内側電極（６１）と、
前記ハウジングと前記外側電極との間に設けられ、前記燃料室の燃料を整合封止によりシールする第１ガラスシール（７０）と、
前記外側電極と前記内側電極との間に設けられ、前記電極室の燃料を整合封止によりシールする第２ガラスシール（７５）と、
を備えることを特徴とする燃料性状センサ（１、２、３）。
【請求項２】
前記内側電極は、前記第２ガラスシールが設けられる位置より燃料が流通する側の外周壁（６２）に形成される内側電極突起（６８）を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料性状センサ（２、３）。
【請求項３】
前記外側電極は、前記第１ガラスシールが設けられる位置より燃料が流通する側の外周壁（５２）に形成される外側電極突起（５８）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状センサ（２）。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記第１ガラスシールが設けられる箇所よりも燃料が流通する側に形成され、燃料配管（１８０、１９０）が挿入される挿入孔（１８、１９）を有し、
前記燃料配管は、前記ハウジングに挿入される側の端部（１８１、１９１）が、前記第１ガラスシールの内周壁に対応する位置となるように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状センサ（３）。
【請求項５】
前記第１ガラスシールおよび前記第２ガラスシールは、軸方向において少なくとも一部が重なるように配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料性状センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料性状センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車などのエンジンに用いられる燃料として、低公害であるアルコール混合ガソリン（以下、「混合ガソリン」という。）が注目されている。混合ガソリンでは、燃料中のアルコール濃度により、最適な空燃比が異なる。そのため、最適な空燃比となるように制御するためには、混合ガソリン中のアルコール濃度を測定することが必要である。
【０００３】
混合ガソリン中のアルコール濃度などの燃料性状を精度よく測定するためには、変化比率の高い物理定数を用いることが望ましい。そのため、例えば混合ガソリン中のアルコール濃度を測定する場合、２つの電極および電極間の燃料により静電容量体を形成し、静電容量に基づいて混合ガソリン中のアルコール濃度を測定することが公知である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４５２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１では、第２ハウジングと第１電極との間を第２弾性体でシールしている。弾性体は、例えば気化した燃料（以下、「燃料ガス」という。）が透過しやすいため、燃料ガスが外部に漏れる虞がある。
また、特許文献１では、第１電極と第２電極との間をガラスシールによりシールしている。特許文献１におけるガラスシールは、第１電極の熱膨張係数がガラスより大きいことを利用した圧縮封止である。このような圧縮封止とする場合、第１電極の熱収縮によって作用する荷重に対する強度を確保するため、第１電極のガラスシール部の肉厚を大きくする必要があり、体格が大きくなってしまう。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ガスの外部への漏れを防止し、小型化可能な燃料性状センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料性状センサは、ハウジングと、外側電極と、内側電極と、第１ガラスシールと、第２ガラスシールと、を備える。ハウジングは、燃料が流入可能な燃料室を有する。外側電極は、ハウジングの内側に配置され、燃料室と連通する電極室を有する。外側電極の電極室には、燃料室から燃料が流入可能である。内側電極は、外側電極の内側に配置される。第１ガラスシールは、ハウジングと外側電極との間に設けられ、燃料室の燃料を整合封止によりシールする。第２ガラスシールは、外側電極と内側電極との間に設けられ、電極室の燃料を整合封止によりシールする。
【０００７】
本発明では、燃料のシールに弾性体を用いず、ハウジングと外側電極との間、および、外側電極と内側電極との間を、ガラスシールによりシールしているので、燃料ガスの外部への漏れを防止することができる。また、ハウジングおよび各電極とガラスシールとを化学結合を利用した整合封止によりシールしている。これにより、圧縮封止とする場合と比較し、熱収縮によって作用する荷重が小さくなるので、ハウジング、外側電極、および、内側電極の肉厚を薄くすることができ、装置全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料性状センサを示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態による燃料性状センサを示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態による燃料性状センサを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明による燃料性状センサを図面に基づいて説明する。なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料性状センサを図１に示す。本実施形態の燃料性状センサ１は、車両の燃料供給系に設けられる。より詳細には、燃料性状センサ１は、いずれも図示しない燃料タンクとデリバリパイプとを接続する燃料供給経路に設けられる。燃料タンクには、ガソリンとエタノールとの混合液体、ガソリン、および、エタノールのいずれもが任意で給油可能である。したがって、燃料タンク内の燃料中のエタノール濃度は、０％〜１００％の間で、給油時点を境に変動する可能性がある。以下、ガソリンとエタノールとが混合された混合ガソリンを、単に「燃料」という。
【００１０】
図１に示すように、燃料性状としての燃料中のエタノール濃度を検出する燃料性状センサ１は、ハウジング１０、外側電極５１、内側電極６１、第１ガラスシール７０、および、第２ガラスシール７５等を備える。
ハウジング１０は、略有底筒状に形成され、底部１１、筒部１２、および、筒部１２の底部１１と反対側に形成される鍔部１３を有する。ハウジング１０の内壁１４には、酸化膜が形成される。また、ハウジング１０の内部には、燃料室１５が形成される。
【００１１】
ハウジング１０の筒部１２には、燃料配管１８０、１９０が挿入される開口１８、１９が形成される。燃料配管１８０、１９０は、端部１８１、１９１が筒部１２の開口１８、１９から挿入され、ろう付け等により、ハウジング１０と接続する。燃料配管１８０、１９０の内部には、燃料室１５と連通する燃料通路１８５、１９５が形成される。また、燃料配管１８０、１９０の径方向外側には、爪１８２、１９２が形成される。燃料配管１８０、１９０は、爪１８２、１９２に嵌合する図示しないコネクタにより、燃料供給経路に接続する。これにより、燃料配管１８０、１９０の燃料通路１８５、１９５、および、ハウジング１０の燃料室１５に燃料が供給される。
【００１２】
基板ケース２０は、例えば樹脂等により形成され、図示しないねじ等によりハウジング１０に組み付けられる。基板ケース２０は、円筒部２１、および、基板収容部２２を有する。円筒部２１は、ハウジング１０の鍔部１３側からハウジング１０と外側電極５１との間に挿入される。基板収容部２２には、電気回路がプリントされた回路基板２５が収容される。回路基板２５は、熱かしめ等により基板ケース２０に固定される。
【００１３】
回路基板２５には、複数の電子部品が実装され、この電子部品により回路部を構成する。回路部では、外側電極５１、内側電極６１、および、外側電極５１と内側電極６１との間の燃料により構成されるコンデンサの静電容量（以下、単に「静電容量」という。）を算出する。また、回路部では、サーミスタ４０の抵抗値に基づき、燃料の温度を算出する。そして、コンデンサの静電容量および燃料の温度に基づき、燃料中のエタノール濃度を算出する。
また、回路基板２５には、スルーホール２６、２７が形成される。スルーホール２６、２７には、サーミスタ基板３０が挿入される。
【００１４】
サーミスタ基板３０は、接続部３１、３２、および、挿入部３９を有する。
接続部３１、３２は、回路基板２５のスルーホール２６、２７に挿入され、はんだ等で固定される。また、接続部３１、３２には、スルーホール３６、３７が形成される。スルーホール３６、３７は、少なくとも一部がスルーホール２６、２７の内部となるように配置される。これにより、はんだ付けの際の作業性が向上する。また、スルーホール２６、２７、３６、３７の縁部および内壁には、導電体が設けられる。これにより、サーミスタ基板３０は、回路基板２５に保持されるとともに、電気的に接続される。
【００１５】
挿入部３９は、内側電極６１の内部に挿入される。また、挿入部３９の先端近傍には、チップ型のサーミスタ４０が実装される。サーミスタ４０は、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体により構成され、図示しない配線を経由して回路基板２５と接続される。これにより、サーミスタ４０の抵抗値に基づき、回路基板２５の回路部にて燃料の温度を検出可能である。
【００１６】
また、基板収容部２２には、端子４６を有するコネクタ４５が形成される。端子４６は、一方の端部が回路基板２５に挿通されてはんだ等により電気的に接続され、中間部が基板ケース２０に埋設され、他方の端部がコネクタ４５の内部空間に設けられる。これにより、コネクタ４５は、図示しないＥＣＵや電源等と回路基板２５とを電気的に接続可能である。
基板ケース２０の円筒部２１と反対側の開口には、蓋部材４９が設けられる。
【００１７】
電極部５０は、外側電極５１および内側電極６１を有する。
外側電極５１は、薄板状の金属板をプレス加工することにより、略円筒状に形成される。外側電極５１の回路基板２５側の端部は、図示しない端子を介して回路基板２５と接続される。また、外側電極５１の回路基板２５と反対側は、燃料室１５内の燃料に浸漬される。以下、燃料に浸漬される側を「先端側」といい、回路基板２５側を「基端側」という。外側電極５１の外周壁５２および内周壁５３には、酸化膜が形成される。
【００１８】
外側電極５１と内側電極６１との間には、電極室５５が形成される。また、外側電極５１には、径方向に通じる燃料孔５６、５７が形成される。これにより、電極室５５は、ハウジング１０の燃料室１５と連通し、燃料室１５の燃料が燃料孔５６、５７を経由して電極室５５に流入する。
【００１９】
内側電極６１は、薄板状の金属板をプレス加工することにより、先端側に底部を有する有底円筒状に形成される。内側電極６１は、外側電極５１の径方向内側であって、外側電極５１と略同心状に配置される。内側電極６１の先端側は、電極室５５の燃料に浸漬される。なお、内側電極６１は、先端側に底部を有する有底円筒状に形成されているので、内側電極６１の内部には、燃料は流入しない。
内側電極６１の基端側の端部は、端子６９を介して回路基板２５と接続される。内側電極６１の外周壁６２には、酸化膜が形成される。
【００２０】
ハウジング１０と外側電極５１との間には、第１ガラスシール７０が設けられる。本実施形態では、第１ガラスシール７０中のケイ素が、ハウジング１０の内壁１４および外側電極５１の外周壁５２に形成された酸化膜中の酸素と反応することにより化学結合している。すなわち、ハウジング１０と外側電極５１との間が第１ガラスシール７０により整合封止されている。これにより、燃料室１５内の燃料は、基板ケース２０側へ流出しない。
【００２１】
また、外側電極５１と内側電極６１との間には、第２ガラスシール７５が設けられる。本実施形態では、第２ガラスシール７５中のケイ素が、外側電極５１の内周壁５３および内側電極６１の外周壁６２に形成された酸化膜中の酸素を反応することにより化学結合している。すなわち、外側電極５１と内側電極６１との間が第２ガラスシール７５により整合封止されている。これにより、電極室５５内の燃料は、基板ケース２０側へ流出しない。また、第１ガラスシール７０および第２ガラスシール７５は、弾性体ではなく、ガラス製であるので、燃料ガスが外部に漏れることがない。
【００２２】
本実施形態では、第１ガラスシール７０と第２ガラスシール７５とは、軸方向において、略同等の位置に配置されている。すなわち、第１ガラスシール７０と第２ガラスシール７５とは、軸方向において少なくとも一部が重なるように配置されている。これにより、径方向から衝撃力が加わった場合、ハウジング１０、第１ガラスシール７０、外側電極５１、第２ガラスシール７５、および、第２ガラスシール７５が直線上に一体の剛体とみなすことができ、第１ガラスシール７０および第２ガラスシール７５に作用する応力を低減することができる。これにより、耐衝撃性が向上する。
【００２３】
第１ガラスシール７０および第２ガラスシール７５には、例えばホウケイ酸ガラスが好適に用いられる。また、ハウジング１０、外側電極５１、および、内側電極６１には、例えばＦｅ（５４％）Ｎｉ（２８％）Ｃｏ（１８％）合金（コバー、Ｋｏｖａｒ（登録商標））が好適に用いられる。ホウケイ酸ガラス、および、ＦｅＮｉＣｏ合金は、いずれも熱膨張係数がおよそ４．５×１０-6である。そのため、熱膨張係数の差に起因する圧縮力が小さいので、ハウジング１０、外側電極５１、および、内側電極６１、特にハウジング１０および外側電極５１を薄肉化することができ、装置全体の小型化に寄与する。
【００２４】
ここで、燃料性状センサ１の組み付け方法について説明する。
まず、ハウジング１０と燃料配管１８０、１９０とがろう付け等により接続される。次に、ハウジング１０の鍔部１３側から、外側電極５１、内側電極６１、第１ガラスシール７０、および、第２ガラスシール７５が挿入される。このとき、第１ガラスシール７０および第２ガラスシール７５の基端側は、図示しない型により位置決めされ、この位置決め用の型が重力方向下側となる状態にて、封着処理を行う。具体的には、例えば９００℃以上等の雰囲気に晒すことにより、第１ガラスシール７０および第２ガラスシール７５を溶融させ、ハウジング１０、外側電極５１、および、内側電極６１の酸化膜と反応させて固化させる。これにより、ハウジング１０、第１ガラスシール７０、外側電極５１、第２ガラスシール７５、および、内側電極６１が一体となったアッセンブリが形成される。
これにより、外側電極５１および内側電極６１は、第１ガラスシール７０および第２ガラスシール７５により、所定の距離をもって絶縁されつつハウジング１０に保持される。
その後、めっき等の処理を施した後、基板ケース２０等が組み付けられる。
【００２５】
以上詳述したように、燃料性状センサ１は、ハウジング１０と、外側電極５１と、内側電極６１と、第１ガラスシール７０と、第２ガラスシール７５と、を備える。ハウジング１０は、燃料が流入可能な燃料室１５を有する。外側電極５１は、ハウジング１０の内部に配置され、燃料室１５と連通する電極室５５を有する。電極室５５には、燃料室１５から燃料が流入可能である。内側電極６１は、外側電極５１の内側に配置される。第１ガラスシール７０は、ハウジング１０と外側電極５１との間に設けられ、燃料室１５の燃料を整合封止によりシールする。第２ガラスシール７５は、外側電極５１と内側電極６１との間に設けられ、電極室５５の燃料を整合封止により封止する。
【００２６】
本実施形態では、ハウジング１０、外側電極５１および内側電極６１と、第１ガラスシール７０および第２ガラスシール７５とを、整合封止によりシールしている。圧縮封止の場合、２部材（例えば外側電極５１および内側電極６１）の封止しかできないが、整合封止とすることにより、３部材（本実施形態では、ハウジング１０、外側電極５１および内側電極６１）をガラスシールにて封止している。これにより、燃料のシールに弾性体を用いず、全てガラスシールにて封止しているので、燃料ガスの外部への漏れを防止することができる。
【００２７】
また、化学結合を利用した整合封止とすることにより、圧縮封止とする場合と比較し、熱収縮によって作用する荷重が小さくなるので、ハウジング１０、外側電極５１、および、内側電極６１の肉厚を薄くすることができる。特に、ハウジング１０および外側電極５１の肉厚を薄くすることができる。これにより、装置全体を小型化することができる。また、本実施形態では、ハウジング１０、外側電極５１、および、内側電極６１に用いられる金属材料の熱膨張係数と、第１ガラスシール７０および第２ガラスシール７５に用いられるガラスの熱膨張係数とが略等しいので、熱収縮による荷重をより小さくすることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、第１ガラスシール７０と第２ガラスシール７５は、軸方向において少なくとも一部が重なるように配置されている。これにより、径方向からの衝撃力に対し、第１ガラスシール７０および第２ガラスシール７５に作用する応力を低減することができるので、耐衝撃性が向上する。
【００２９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料性状センサを図２に基づいて説明する。
第２実施形態による燃料性状センサ２は、外側電極５１および内側電極６１の形状が第１実施形態と異なっているので、この点を中心に説明し、他の構成についての説明は省略する。
【００３０】
上記実施形態で説明したように、第１ガラスシール７０および第２ガラスシール７５の封着処理を行う際、基端側には位置決め用の型が配置される。一方、先端側には、型等は配置されない。そのため、封着処理を行う際、例えばガラスシールに用いるガラスの量が多い場合、溶解したガラスが先端側に流出する虞がある。
【００３１】
外側電極５１と内側電極６１との間の電極室５５にガラスが流出すると、電極室５５の体積が設計と異なってしまう。電極室５５の体積が設計と異なると、電気的特性が変化し、静電容量が変化するので、エタノール濃度の検出精度が悪化してしまう。また、外側電極５１の径方向外側の燃料室１５や燃料通路１８５、１９５にガラスが流出し、燃料配管１８０、１９１の内壁等にガラスが付着すると、燃料の流れが乱れ、気泡が発生しやすくなり、検出誤差が大きくなる虞がある。
【００３２】
そこで本実施形態では、外側電極５１は、第１ガラスシール７０が設けられる位置より燃料が流通する側の外周壁５２に形成される外側電極突起５８を有する。外側電極突起５８は、外周壁５２から径方向外側に突出するように、例えば冷鍛加工等により形成される。外側電極突起５８は、第１ガラスシール７０が配置される位置よりも先端側の外周壁５２に、全周に亘って形成される。また、外側電極突起５８の径方向外側の端部は、燃料配管１８０、１９０の端部１８１、１９１と、径方向における位置が略同等となるように形成される。
【００３３】
これにより、封着処理時において、溶解した第１ガラスシール７０が燃料室１５や燃料通路１８５、１９５側へ流れ込むのを防止することができる。したがって、燃料の流れが安定し気泡が発生しにくくなるので、エタノール濃度の検出誤差を小さくすることができる。
【００３４】
また、内側電極６１は、第２ガラスシール７５が設けられる位置より燃料が流通する側の外周壁６２に形成される内側電極突起６８を有する。内側電極突起６８は、外周壁６２から径方向外側に突出するように、例えばバルジ加工等により形成される。内側電極突起６８は、第２ガラスシール７５が配置される位置よりも先端側の外周壁６２に、全周に亘って形成される。なお、内側電極突起６８の径方向外側の端部は、外側電極５１と接触しないように形成される。
【００３５】
これにより、封着処理時において、溶解した第２ガラスシール７５が電極室５５へ流れ込むのを防止することができる。したがって、電極室５５の体積が設計からずれることがないので、エタノール濃度の検出精度を確保することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００３６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による燃料性状センサを図３に基づいて説明する。
本実施形態の燃料性状センサ３では、燃料配管１８０、１９０は、ハウジング１０に挿入される側の端部１８１、１９１が、第１ガラスシール７０の内周壁に対応する位置となるように配置される。なお、燃料配管１８０、１９０の端部１８１、１９１は、外側電極５１とは接触しないように配置される。
【００３７】
これにより、本実施形態の外側電極５１は外側電極突起５８を有していないが、燃料配管１８０、１９０が第１ガラスシール７０の内周壁に対応する箇所まで挿入されているので、燃料配管１８０、１９０の外壁により、少なくとも径方向の一部において、封着処理時に溶解した第１ガラスシール７０が燃料室１５や燃料通路１８５、１９５側へ流れ込むのを抑制することができる。したがって、燃料の流れが安定し、気泡が発生しにくくなるので、エタノール濃度の検出誤差を小さくすることができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００３８】
（他の実施形態）
上記実施形態では、外側電極突起および内側電極突起は、全周に亘って形成されていたが、他の実施形態では、外側電極突起および内側電極突起は、径方向の一部に形成されるようにしてもよい。
上記実施形態では、第１ガラスシールおよび第２ガラスシールは、軸方向において略同等の位置に配置されていたが、他の実施形態では、軸方向において、少なくとも一部が重なるように配置してもよいし、軸方向において重なる部分がないように、ずれて配置してもよい。
【００３９】
上記実施形態では、ハウジングの内壁、外側電極の外周壁および内周壁、および、内側電極の外周壁は、全体に亘って酸化膜が形成されていた。他の実施形態では、少なくとも第１ガラスシールまたは第２ガラスシールが設けられる箇所に酸化膜が形成されていればよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、ハウジング、外側電極および内側電極は、ＦｅＮｉＣｏ合金により形成され、第１ガラスシールおよび第２ガラスシールは、ホウケイ酸ガラスにより形成されていた。他の実施形態では、ハウジング、外側電極および内側電極と、第１ガラスシールおよび第２ガラスシールとが、化学結合による整合封止可能であれば、どのような素材を用いてもよい。なお、ハウジング、外側電極、内側電極、第１ガラスシール、および、第２ガラスシールは、熱膨張係数が比較的近い素材で形成されることが好ましい。
【００４１】
上記実施形態では、サーミスタは、チップ型のものであった。他の実施形態では、サーミスタはチップ型のものに限らず、どのような形態のものを用いてもよい。また、サーミスタとしてチップ型以外にものを用いた場合、基板に実装することに替えて、サーミスタリード等で保持されるように構成してもよい。さらに、温度センサとして、サーミスタ以外のものを用いてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、燃料性状センサは、燃料配管に設けられていたが、他の実施形態では、電極部の先端側を燃料に浸漬可能であれば、燃料タンク等、他の場所に設けてもよい。
また、上記実施形態では、電極部は、略円筒状の外側電極および内側電極により構成されていたが、他の実施形態では、電極部はどのような形状であってもよい。また、他の実施形態では、燃料性状センサは、電極間の静電容量に限らず、例えば電極間の抵抗値等の他の電気的特性値に基づき、燃料性状を検出するものであってもよい。
【００４３】
さらにまた、他の実施形態では、燃料性状センサは、燃料のアルコール濃度に限らず、例えば燃料の酸化状態等の他の性質を検出するものであってもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１、２、３・・・燃料性状センサ
１０・・・ハウジング
１５・・・燃料室
５１・・・外側電極
５５・・・電極室
５８・・・外側電極突起
６１・・・内側電極
６８・・・内側電極突起
７０・・・第１ガラスシール
７５・・・第２ガラスシール
【図１】
2014032079.tif 000003
【図２】
2014032079.tif 000004
【図３】
2014032079.tif 000005