液位センサ
【課題】本発明は、吸湿しにくいサーミスタ構成とすることにより、サーミスタの抵抗値が変化するということはなく、特性が安定している液位センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の液位センサは、絶縁基板１１をポリイミドで構成するとともに、第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０をフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成したものである。
【解決手段】本発明の液位センサは、絶縁基板１１をポリイミドで構成するとともに、第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０をフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成したものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、自動車のエンジンのオイルパンや、燃料タンク、スチーム型電子レンジ等に使用される容器内に入れられた液体の液量を検出する液位センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の液位センサは、図７、図８に示すように構成されていた。
【０００３】
図７は従来の液位センサを支持アームに取り付けた状態を示す斜視図、図８は同液位センサにおける絶縁基板の上面図である。
【０００４】
図７、図８において、１はポリイミドで構成された絶縁基板である。２はサーミスタで、このサーミスタ２は前記絶縁基板１の側面に上方から下方にわたって設けられている。３はヒーターで、このヒーター３は前記絶縁基板１の側面に上方から下方にわたって前記サーミスタ２の両側に位置して並設されている。４は支持アームで、この支持アーム４は前記絶縁基板１を立設するように固定している。
【０００５】
そして、従来の液位センサにおけるサーミスタ２には、ポリイミドで構成された絶縁基板１と密着するように、通常（化１）に示すようなポリイミド樹脂を含有させているものである。
【０００６】
【化１】
【０００７】
以上のように構成された従来の液位センサについて、次に、その動作を図面を参照しながら説明する。
【０００８】
図９に示すように、液位センサを液体を内側に入れた金属容器５の外側面に、絶縁基板１が密着するように固定する。そして、この状態において、ヒーター３を加熱して金属容器５の表面から熱伝達を行い、金属容器５の温度をサーミスタ２によって抵抗値の変化として測定する。そして、金属容器５の内部に液体が接するか否かによって、金属容器５の表面の温度が変化するため、サーミスタ２の抵抗値変化を測定することにより、金属容器５の内側に充填した液体の液面を検出するようにしていた。
【０００９】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００１−３４９７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら上記従来の液位センサにおいては、絶縁基板１の上面に設けたサーミスタ２には（化１）に示すような極性の大きい親水性のイミド基を有するポリイミド樹脂を含有させているため、ポリイミド樹脂が吸湿をすると、サーミスタ２の抵抗値が変化することになり、これにより、液位センサの特性が劣化してしまうという課題を有していた。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、吸湿しにくいサーミスタ構成とすることにより、サーミスタの抵抗値が変化するということはなく、特性が安定している液位センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項１に記載の発明は、上面に電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極を設けるとともに、立設された絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられ、かつ前記電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極と電気的に接続されることによりブリッジ回路を構成する少なくとも２つのサーミスタとを備え、前記絶縁基板をポリイミドで構成するとともに、前記サーミスタをフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成したもので、この構成によれば、絶縁基板をポリイミドで構成するとともに、前記サーミスタをフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成しているため、前記フェノール基の疎水性により、サーミスタは吸湿しにくくなり、これにより、サーミスタの抵抗値が変化するということはなくなるため、特性が安定している液位センサが得られるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明の液位センサは、上面に電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極を設けるとともに、立設された絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられ、かつ前記電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極と電気的に接続されることによりブリッジ回路を構成する少なくとも２つのサーミスタとを備え、前記絶縁基板をポリイミドで構成するとともに、前記サーミスタをフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成しているもので、前記フェノール基は疎水性であり、吸湿しにくいため、サーミスタの抵抗値が変化するということはなく、特性が安定している液位センサを提供することができるという優れた効果を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態における液位センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態における液位センサの上面図、図２は同液位センサの側断面図、図３は同液位センサの絶縁基板におけるサーミスタおよび回路パターンを示す上面図、図４は同液位センサの絶縁基板におけるヒーター層を示す上面図である。
【００１７】
図１〜図４において、１１はポリイミドからなる樹脂系材料によりフィルム状に構成された絶縁基板で、この絶縁基板１１の長手方向の一端側にはＡｇからなる電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４およびＧＮＤ電極１５を設けている。１６は極性の小さいフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物からなる第１の上位側サーミスタで、この第１の上位側サーミスタ１６は前記絶縁基板１１の上面に設けられるとともに、一端を回路パターン１７を介して前記電源電極１２と電気的に接続するとともに、他端を回路パターン１７を介して第１の出力電極１３と電気的に接続している。そして、前記第１の上位側サーミスタ１６におけるポリイミド材料は、（化２）で表される一般式
【００１８】
【化２】
【００１９】
および（化３）で表される一般式の繰り返し単位１種以上からなるポリイミドで、
【００２０】
【化３】
【００２１】
（化２）におけるＹ１は（化４）で表される材料で構成されている。
【００２２】
【化４】
【００２３】
また、第１の上位側サーミスタ１６における金属酸化物は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉを含んでいる。
【００２４】
１８は前記第１の上位側サーミスタ１６と同一の材料からなる第１の下位側サーミスタで、この第１の下位側サーミスタ１８は絶縁基板１１の上面に前記第１の上位側サーミスタ１６と離間して並設されるとともに、一端を前記第１の出力電極１３と回路パターン１７を介して電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極１５と電気的に接続している。１９は前記第１の上位側サーミスタ１６と同一の材料からなる第２の上位側サーミスタで、この第２の上位側サーミスタ１９は絶縁基板１１の上面に前記第１の上位側サーミスタ１６と第１の下位側サーミスタ１８との間に位置して設けられるとともに、一端を前記電源電極１２と電気的に接続し、かつ他端を第２の出力電極１４と電気的に接続している。２０は前記第１の上位側サーミスタ１６と同一の材料からなる第２の下位側サーミスタで、この第２の下位側サーミスタ２０は絶縁基板１１の上面に前記第２の上位側サーミスタ１９と離間して並設されるとともに、一端を前記第２の出力電極１４と回路パターン１７を介して電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極１５と電気的に接続している。そして、前記電源電極１２、第１の出力電極１３、ＧＮＤ電極１５、第１の上位側サーミスタ１６および第１の下位側サーミスタ１８により、図６に示すように第１のハーフブリッジ回路２１を構成している。
【００２５】
また、これと同様に、電源電極１２、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０により第２のハーフブリッジ回路２２を構成している。また、前記第１の上位側サーミスタ１６、第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８、第２の下位側サーミスタ２０は樹脂系材料によりフィルム状に構成されているものである。
【００２６】
２３は絶縁層で、この絶縁層２３は前記絶縁基板１１の上面に設けた第１の上位側サーミスタ１６、第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８、第２の下位側サーミスタ２０および回路パターン１７の上面を覆うように設けられている。２４はヒーター層で、このヒーター層２４は前記絶縁層２３の上面に蛇行するように設けられているとともに、回路パターン１７を介して前記絶縁基板１１の上面に設けたＡｇからなるヒーター電極２５に電気的に接続されている。２６は保護層で、この保護層２６は前記ヒーター層２４の上面を覆うように設けられている。
【００２７】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における液位センサについて、次にその組立方法を説明する。
【００２８】
まず、ポリイミドで構成された絶縁基板１１の上面における電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５および回路パターン１７を設ける位置に、厚膜印刷工法によりＡｇペーストを印刷した後、約２５０℃で約３０分間焼成することにより、絶縁基板１１の上面に電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５および回路パターン１７を形成する。
【００２９】
次に、攪拌機、温度計および窒素置換装置を備えたフラスコ内にジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水化物３５．８ｇとシクロヘキサノン４００ｇを投入する。
【００３０】
次に、アミノプロピル末端ポリジメチルシロキサン２４．７ｇとジアミノジフェニルエーテル６．０ｇをシクロヘキサノン１００ｇに溶解してジアミン混合溶液を形成した後、このジアミン混合溶液を前述したフラスコ内に滴下し、１０時間室温で攪拌した。
【００３１】
次に、前記フラスコ内にトルエン３０ｇを加えた後、１５０℃に昇温して６時間保持し、さらに、冷却して、メタノール中に投じて沈殿させ、これにより得られた沈殿物を乾燥させ、ポリイミド樹脂を形成する。
【００３２】
次に、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉをボールミルに、５０：２０：１０の原子％比で投入し、湿式混合を行った後、約１２４０℃で焼成し、固相反応させて、スピネル構造体を形成する。
【００３３】
次に、３本ロール（図示せず）に、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉの金属酸化物からなるスピネル構造体７０ｗｔ％と、ポリイミド樹脂２２ｗｔ％と、カーボン粉末８ｗｔ％とを投入し、有機溶剤を添加しながら練り合わせて厚膜ＮＴＣ素子のペーストを形成する。
【００３４】
次に、絶縁基板１１および回路パターン１７の上面における第１の上位側サーミスタ１６、第１下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０を設ける位置に厚膜ＮＴＣ素子のペーストを印刷した後、約２７０℃で約２時間焼成することにより、絶縁基板１１および回路パターン１７の上面に第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０を形成する。
【００３５】
次に、前記絶縁基板１１、回路パターン１７、第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０の上面に絶縁層ペーストを印刷した後、紫外線を照射して硬化させることにより、絶縁層２３を形成する。
【００３６】
次に、前記絶縁層２３の上面におけるヒーター層２４を設ける位置にヒーターペーストを印刷した後、約１５０℃で約３０分間焼成することにより、絶縁層２３の上面にヒーター層２４を形成する。
【００３７】
最後に、前記絶縁基板１１およびヒーター層２４の上面に保護層ペーストを印刷した後、紫外線を照射して硬化させることにより、絶縁基板１１およびヒーター層２４の上面に保護層２６を形成する。
【００３８】
以上のようにして組み立てられた本発明の一実施の形態における液位センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図５に示すように、予めスチーム型電子レンジ（図示せず）に使用される熱伝導性のプラスチック容器２７に水２８を満たした後、プラスチック容器２７の外側面に液位センサを立設するように接着剤で貼り付けて取り付ける。
【００４０】
また、液位センサにおける電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５、ヒーター電極２５をコネクタ３０に固定する。この場合、液位センサにおける電源電極１２およびＧＮＤ電極１５は予め５Ｖの電源と接続されており、初期状態では、第１の出力電極１３および第２の出力電極１４は２．５Ｖに設定されている。そして、コネクタ３０からリード線３１を介して図６に示すように、第１のハーフブリッジ回路２１の第１の出力電極１３における中点電位を、液位センサに外付けされて予め２．６Ｖに設定された第１の基準電位３２と第１のコンパレータ３３により比較する。また、第２のハーフブリッジ回路２２の第２の出力電極１４における中点電位を、液位センサに外付けされて予め２．６Ｖに設定された第２の基準電位３４と第２のコンパレータ３５により比較する。
【００４１】
一方、絶縁基板１１におけるヒーター電極２５に電圧を印加することにより、ヒーター層２４を発熱させる。
【００４２】
このような状態において、プラスチック容器２７内の水２８がスチーム型電子レンジ（図示せず）の使用により減少していく場合を考えると、液位が満水である初期状態のレベル３の場合は、第１の上位側サーミスタ１６のみが水２８の液面より高い位置にあり、一方、その他の第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０は水没している。したがって、第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０のすべては水２８により冷却されているため、第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０の抵抗値は高い状態である。一方、第１の上位側サーミスタ１６は空気と接しているため、冷却されておらず抵抗値は低い状態である。それゆえに、初期状態では、第１のハーフブリッジ回路２１の中点電位は第１の基準電位３２の２．６Ｖよりも高い値となっているため、第１のコンパレータ３３からローの出力信号を出力する。一方、第２のハーフブリッジ回路２２における第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０は共に水没して高い抵抗値となっているため、第２の出力電極１４からの出力電位が第２の基準電位３４より低い値となり、これにより、第２のコンパレータ３５からハイの出力信号を出力する。
【００４３】
次に、プラスチック容器２７内の水２８が減少して液面が第２の上位側サーミスタ１９と第１の下位側サーミスタ１８との間に位置するレベル２になった場合は、第１の上位側サーミスタ１６および第２の上位側サーミスタ１９は水２８の液面より高い位置にあり、一方、その他の第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０は水没している。したがって、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０は水２８により冷却されているため、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０の抵抗値は高い状態である。一方、第１の上位側サーミスタ１６および第２の上位側サーミスタ１９は空気と接しているため、冷却されておらず抵抗値は低い状態である。それゆえに、この状態では、第１のハーフブリッジ回路２１および第２のハーフブリッジ回路２２の中点電位は第１の基準電位３２および第２の基準電位３４の２．６Ｖよりも高い値となっているため、第１のコンパレータ３３および第２のコンパレータ３５からローの出力信号を出力する。
【００４４】
次に、プラスチック容器２７内の水２８がさらに減少して液面が第１の下位側サーミスタ１８と第２の下位側サーミスタ２０との間に位置するレベル１になった場合は、第２の下位側サーミスタ２０のみが水２８の液面より低い位置にあり、一方、その他の第１の上位側サーミスタ１６、第２の上位側サーミスタ１９および第１の下位側サーミスタ１８は空気に接している。したがって、第２の下位側サーミスタ２０のみが水２８により冷却されているため、第２の下位側サーミスタ２０の抵抗値だけが高い状態である。一方、第１の上位側サーミスタ１６、第２の上位側サーミスタ１９および第１の下位側サーミスタ１８は空気と接しているため、冷却されておらず抵抗値は低い状態である。それゆえに、この状態では、第１のハーフブリッジ回路２１の中点電位は、第１の上位側サーミスタ１６および第１の下位側サーミスタ１８が共に空気に接して低い抵抗値となっているため、第１の基準電位３２の２．６Ｖよりも低い値となり、これにより、第１のコンパレータ３３からハイの出力信号を出力する。一方、第２のハーフブリッジ回路２２における第２の下位側サーミスタ２０は水没して高い抵抗値となり、かつ第２の上位側サーミスタ１９は空気と接して低い抵抗値となっているため、第２の基準電位３４より高い値となり、これにより、第２のコンパレータ３５からローの出力信号を出力する。
【００４５】
次に、プラスチック容器２７内の水２８がさらに減少して液面が第２の下位側サーミスタ２０よりも下側に位置するレベル０になった場合は、第１の上位側サーミスタ１６、第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０は水２８の液位より高い位置にあり、空気と接しているため、冷却されておらず抵抗値は低い状態である。それゆえに、この状態では、第１のハーフブリッジ回路２１および第２のハーフブリッジ回路２２の中点電位は第１の基準電位３２および第２の基準電位３４の２．６Ｖよりも低い値となっているため、第１のコンパレータ３３および第２のコンパレータ３５からハイの出力信号を出力する。すなわち、プラスチック容器２７内の水２８の液面の増減にあわせて（表１）に示す真理表のようにレベル０からレベル３までの４つの段階の出力信号を第１のコンパレータ３３および第２のコンパレータ３５から出力するものである。
【００４６】
【表１】
【００４７】
上記したように、本発明の一実施の形態においては、絶縁基板１１をポリイミドで構成するとともに、第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０を極性の小さいフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成しているため、前記フェノール基の疎水性により、前記第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０は吸湿しにくくなり、これにより、第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０の抵抗値が変化するということはなくなるため、特性、すなわち、出力信号が安定している液位センサを提供することができるという作用効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る液位センサは、吸湿しにくいサーミスタ構成としているため、サーミスタの抵抗値が変化するということはなく、特性が安定している液位センサを提供することができるという効果を有するものであり、自動車のエンジンのオイルパンや、燃料タンクや、スチーム型電子レンジ等に使用される容器内に入れられた液体の液量を検出する液位センサとして有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態における液位センサの上面図
【図２】同液位センサの側断面図
【図３】同液位センサの絶縁基板におけるサーミスタおよび回路パターンを示す上面図
【図４】同液位センサの絶縁基板におけるヒーター層を示す上面図
【図５】本発明の一実施の形態における液位センサをスチーム型電子レンジのプラスチック容器に貼り付けて取り付けた状態を示す側断面図
【図６】同液位センサを出力検出回路に接続した状態を示す回路図
【図７】従来の液位センサを支持アームに取り付けた状態を示す斜視図
【図８】同液位センサにおける絶縁基板の上面図
【図９】同液位センサを金属容器に取り付けた状態を示す斜視図
【符号の説明】
【００５０】
１１ 絶縁基板
１２ 電源電極
１３ 第１の出力電極
１４ 第２の出力電極
１５ ＧＮＤ電極
１６，１８，１９，２０ サーミスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、自動車のエンジンのオイルパンや、燃料タンク、スチーム型電子レンジ等に使用される容器内に入れられた液体の液量を検出する液位センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の液位センサは、図７、図８に示すように構成されていた。
【０００３】
図７は従来の液位センサを支持アームに取り付けた状態を示す斜視図、図８は同液位センサにおける絶縁基板の上面図である。
【０００４】
図７、図８において、１はポリイミドで構成された絶縁基板である。２はサーミスタで、このサーミスタ２は前記絶縁基板１の側面に上方から下方にわたって設けられている。３はヒーターで、このヒーター３は前記絶縁基板１の側面に上方から下方にわたって前記サーミスタ２の両側に位置して並設されている。４は支持アームで、この支持アーム４は前記絶縁基板１を立設するように固定している。
【０００５】
そして、従来の液位センサにおけるサーミスタ２には、ポリイミドで構成された絶縁基板１と密着するように、通常（化１）に示すようなポリイミド樹脂を含有させているものである。
【０００６】
【化１】
【０００７】
以上のように構成された従来の液位センサについて、次に、その動作を図面を参照しながら説明する。
【０００８】
図９に示すように、液位センサを液体を内側に入れた金属容器５の外側面に、絶縁基板１が密着するように固定する。そして、この状態において、ヒーター３を加熱して金属容器５の表面から熱伝達を行い、金属容器５の温度をサーミスタ２によって抵抗値の変化として測定する。そして、金属容器５の内部に液体が接するか否かによって、金属容器５の表面の温度が変化するため、サーミスタ２の抵抗値変化を測定することにより、金属容器５の内側に充填した液体の液面を検出するようにしていた。
【０００９】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００１−３４９７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら上記従来の液位センサにおいては、絶縁基板１の上面に設けたサーミスタ２には（化１）に示すような極性の大きい親水性のイミド基を有するポリイミド樹脂を含有させているため、ポリイミド樹脂が吸湿をすると、サーミスタ２の抵抗値が変化することになり、これにより、液位センサの特性が劣化してしまうという課題を有していた。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、吸湿しにくいサーミスタ構成とすることにより、サーミスタの抵抗値が変化するということはなく、特性が安定している液位センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項１に記載の発明は、上面に電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極を設けるとともに、立設された絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられ、かつ前記電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極と電気的に接続されることによりブリッジ回路を構成する少なくとも２つのサーミスタとを備え、前記絶縁基板をポリイミドで構成するとともに、前記サーミスタをフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成したもので、この構成によれば、絶縁基板をポリイミドで構成するとともに、前記サーミスタをフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成しているため、前記フェノール基の疎水性により、サーミスタは吸湿しにくくなり、これにより、サーミスタの抵抗値が変化するということはなくなるため、特性が安定している液位センサが得られるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明の液位センサは、上面に電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極を設けるとともに、立設された絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられ、かつ前記電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極と電気的に接続されることによりブリッジ回路を構成する少なくとも２つのサーミスタとを備え、前記絶縁基板をポリイミドで構成するとともに、前記サーミスタをフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成しているもので、前記フェノール基は疎水性であり、吸湿しにくいため、サーミスタの抵抗値が変化するということはなく、特性が安定している液位センサを提供することができるという優れた効果を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態における液位センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態における液位センサの上面図、図２は同液位センサの側断面図、図３は同液位センサの絶縁基板におけるサーミスタおよび回路パターンを示す上面図、図４は同液位センサの絶縁基板におけるヒーター層を示す上面図である。
【００１７】
図１〜図４において、１１はポリイミドからなる樹脂系材料によりフィルム状に構成された絶縁基板で、この絶縁基板１１の長手方向の一端側にはＡｇからなる電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４およびＧＮＤ電極１５を設けている。１６は極性の小さいフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物からなる第１の上位側サーミスタで、この第１の上位側サーミスタ１６は前記絶縁基板１１の上面に設けられるとともに、一端を回路パターン１７を介して前記電源電極１２と電気的に接続するとともに、他端を回路パターン１７を介して第１の出力電極１３と電気的に接続している。そして、前記第１の上位側サーミスタ１６におけるポリイミド材料は、（化２）で表される一般式
【００１８】
【化２】
【００１９】
および（化３）で表される一般式の繰り返し単位１種以上からなるポリイミドで、
【００２０】
【化３】
【００２１】
（化２）におけるＹ１は（化４）で表される材料で構成されている。
【００２２】
【化４】
【００２３】
また、第１の上位側サーミスタ１６における金属酸化物は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉを含んでいる。
【００２４】
１８は前記第１の上位側サーミスタ１６と同一の材料からなる第１の下位側サーミスタで、この第１の下位側サーミスタ１８は絶縁基板１１の上面に前記第１の上位側サーミスタ１６と離間して並設されるとともに、一端を前記第１の出力電極１３と回路パターン１７を介して電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極１５と電気的に接続している。１９は前記第１の上位側サーミスタ１６と同一の材料からなる第２の上位側サーミスタで、この第２の上位側サーミスタ１９は絶縁基板１１の上面に前記第１の上位側サーミスタ１６と第１の下位側サーミスタ１８との間に位置して設けられるとともに、一端を前記電源電極１２と電気的に接続し、かつ他端を第２の出力電極１４と電気的に接続している。２０は前記第１の上位側サーミスタ１６と同一の材料からなる第２の下位側サーミスタで、この第２の下位側サーミスタ２０は絶縁基板１１の上面に前記第２の上位側サーミスタ１９と離間して並設されるとともに、一端を前記第２の出力電極１４と回路パターン１７を介して電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極１５と電気的に接続している。そして、前記電源電極１２、第１の出力電極１３、ＧＮＤ電極１５、第１の上位側サーミスタ１６および第１の下位側サーミスタ１８により、図６に示すように第１のハーフブリッジ回路２１を構成している。
【００２５】
また、これと同様に、電源電極１２、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０により第２のハーフブリッジ回路２２を構成している。また、前記第１の上位側サーミスタ１６、第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８、第２の下位側サーミスタ２０は樹脂系材料によりフィルム状に構成されているものである。
【００２６】
２３は絶縁層で、この絶縁層２３は前記絶縁基板１１の上面に設けた第１の上位側サーミスタ１６、第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８、第２の下位側サーミスタ２０および回路パターン１７の上面を覆うように設けられている。２４はヒーター層で、このヒーター層２４は前記絶縁層２３の上面に蛇行するように設けられているとともに、回路パターン１７を介して前記絶縁基板１１の上面に設けたＡｇからなるヒーター電極２５に電気的に接続されている。２６は保護層で、この保護層２６は前記ヒーター層２４の上面を覆うように設けられている。
【００２７】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における液位センサについて、次にその組立方法を説明する。
【００２８】
まず、ポリイミドで構成された絶縁基板１１の上面における電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５および回路パターン１７を設ける位置に、厚膜印刷工法によりＡｇペーストを印刷した後、約２５０℃で約３０分間焼成することにより、絶縁基板１１の上面に電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５および回路パターン１７を形成する。
【００２９】
次に、攪拌機、温度計および窒素置換装置を備えたフラスコ内にジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水化物３５．８ｇとシクロヘキサノン４００ｇを投入する。
【００３０】
次に、アミノプロピル末端ポリジメチルシロキサン２４．７ｇとジアミノジフェニルエーテル６．０ｇをシクロヘキサノン１００ｇに溶解してジアミン混合溶液を形成した後、このジアミン混合溶液を前述したフラスコ内に滴下し、１０時間室温で攪拌した。
【００３１】
次に、前記フラスコ内にトルエン３０ｇを加えた後、１５０℃に昇温して６時間保持し、さらに、冷却して、メタノール中に投じて沈殿させ、これにより得られた沈殿物を乾燥させ、ポリイミド樹脂を形成する。
【００３２】
次に、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉをボールミルに、５０：２０：１０の原子％比で投入し、湿式混合を行った後、約１２４０℃で焼成し、固相反応させて、スピネル構造体を形成する。
【００３３】
次に、３本ロール（図示せず）に、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉの金属酸化物からなるスピネル構造体７０ｗｔ％と、ポリイミド樹脂２２ｗｔ％と、カーボン粉末８ｗｔ％とを投入し、有機溶剤を添加しながら練り合わせて厚膜ＮＴＣ素子のペーストを形成する。
【００３４】
次に、絶縁基板１１および回路パターン１７の上面における第１の上位側サーミスタ１６、第１下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０を設ける位置に厚膜ＮＴＣ素子のペーストを印刷した後、約２７０℃で約２時間焼成することにより、絶縁基板１１および回路パターン１７の上面に第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０を形成する。
【００３５】
次に、前記絶縁基板１１、回路パターン１７、第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０の上面に絶縁層ペーストを印刷した後、紫外線を照射して硬化させることにより、絶縁層２３を形成する。
【００３６】
次に、前記絶縁層２３の上面におけるヒーター層２４を設ける位置にヒーターペーストを印刷した後、約１５０℃で約３０分間焼成することにより、絶縁層２３の上面にヒーター層２４を形成する。
【００３７】
最後に、前記絶縁基板１１およびヒーター層２４の上面に保護層ペーストを印刷した後、紫外線を照射して硬化させることにより、絶縁基板１１およびヒーター層２４の上面に保護層２６を形成する。
【００３８】
以上のようにして組み立てられた本発明の一実施の形態における液位センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図５に示すように、予めスチーム型電子レンジ（図示せず）に使用される熱伝導性のプラスチック容器２７に水２８を満たした後、プラスチック容器２７の外側面に液位センサを立設するように接着剤で貼り付けて取り付ける。
【００４０】
また、液位センサにおける電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５、ヒーター電極２５をコネクタ３０に固定する。この場合、液位センサにおける電源電極１２およびＧＮＤ電極１５は予め５Ｖの電源と接続されており、初期状態では、第１の出力電極１３および第２の出力電極１４は２．５Ｖに設定されている。そして、コネクタ３０からリード線３１を介して図６に示すように、第１のハーフブリッジ回路２１の第１の出力電極１３における中点電位を、液位センサに外付けされて予め２．６Ｖに設定された第１の基準電位３２と第１のコンパレータ３３により比較する。また、第２のハーフブリッジ回路２２の第２の出力電極１４における中点電位を、液位センサに外付けされて予め２．６Ｖに設定された第２の基準電位３４と第２のコンパレータ３５により比較する。
【００４１】
一方、絶縁基板１１におけるヒーター電極２５に電圧を印加することにより、ヒーター層２４を発熱させる。
【００４２】
このような状態において、プラスチック容器２７内の水２８がスチーム型電子レンジ（図示せず）の使用により減少していく場合を考えると、液位が満水である初期状態のレベル３の場合は、第１の上位側サーミスタ１６のみが水２８の液面より高い位置にあり、一方、その他の第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０は水没している。したがって、第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０のすべては水２８により冷却されているため、第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０の抵抗値は高い状態である。一方、第１の上位側サーミスタ１６は空気と接しているため、冷却されておらず抵抗値は低い状態である。それゆえに、初期状態では、第１のハーフブリッジ回路２１の中点電位は第１の基準電位３２の２．６Ｖよりも高い値となっているため、第１のコンパレータ３３からローの出力信号を出力する。一方、第２のハーフブリッジ回路２２における第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０は共に水没して高い抵抗値となっているため、第２の出力電極１４からの出力電位が第２の基準電位３４より低い値となり、これにより、第２のコンパレータ３５からハイの出力信号を出力する。
【００４３】
次に、プラスチック容器２７内の水２８が減少して液面が第２の上位側サーミスタ１９と第１の下位側サーミスタ１８との間に位置するレベル２になった場合は、第１の上位側サーミスタ１６および第２の上位側サーミスタ１９は水２８の液面より高い位置にあり、一方、その他の第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０は水没している。したがって、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０は水２８により冷却されているため、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０の抵抗値は高い状態である。一方、第１の上位側サーミスタ１６および第２の上位側サーミスタ１９は空気と接しているため、冷却されておらず抵抗値は低い状態である。それゆえに、この状態では、第１のハーフブリッジ回路２１および第２のハーフブリッジ回路２２の中点電位は第１の基準電位３２および第２の基準電位３４の２．６Ｖよりも高い値となっているため、第１のコンパレータ３３および第２のコンパレータ３５からローの出力信号を出力する。
【００４４】
次に、プラスチック容器２７内の水２８がさらに減少して液面が第１の下位側サーミスタ１８と第２の下位側サーミスタ２０との間に位置するレベル１になった場合は、第２の下位側サーミスタ２０のみが水２８の液面より低い位置にあり、一方、その他の第１の上位側サーミスタ１６、第２の上位側サーミスタ１９および第１の下位側サーミスタ１８は空気に接している。したがって、第２の下位側サーミスタ２０のみが水２８により冷却されているため、第２の下位側サーミスタ２０の抵抗値だけが高い状態である。一方、第１の上位側サーミスタ１６、第２の上位側サーミスタ１９および第１の下位側サーミスタ１８は空気と接しているため、冷却されておらず抵抗値は低い状態である。それゆえに、この状態では、第１のハーフブリッジ回路２１の中点電位は、第１の上位側サーミスタ１６および第１の下位側サーミスタ１８が共に空気に接して低い抵抗値となっているため、第１の基準電位３２の２．６Ｖよりも低い値となり、これにより、第１のコンパレータ３３からハイの出力信号を出力する。一方、第２のハーフブリッジ回路２２における第２の下位側サーミスタ２０は水没して高い抵抗値となり、かつ第２の上位側サーミスタ１９は空気と接して低い抵抗値となっているため、第２の基準電位３４より高い値となり、これにより、第２のコンパレータ３５からローの出力信号を出力する。
【００４５】
次に、プラスチック容器２７内の水２８がさらに減少して液面が第２の下位側サーミスタ２０よりも下側に位置するレベル０になった場合は、第１の上位側サーミスタ１６、第２の上位側サーミスタ１９、第１の下位側サーミスタ１８および第２の下位側サーミスタ２０は水２８の液位より高い位置にあり、空気と接しているため、冷却されておらず抵抗値は低い状態である。それゆえに、この状態では、第１のハーフブリッジ回路２１および第２のハーフブリッジ回路２２の中点電位は第１の基準電位３２および第２の基準電位３４の２．６Ｖよりも低い値となっているため、第１のコンパレータ３３および第２のコンパレータ３５からハイの出力信号を出力する。すなわち、プラスチック容器２７内の水２８の液面の増減にあわせて（表１）に示す真理表のようにレベル０からレベル３までの４つの段階の出力信号を第１のコンパレータ３３および第２のコンパレータ３５から出力するものである。
【００４６】
【表１】
【００４７】
上記したように、本発明の一実施の形態においては、絶縁基板１１をポリイミドで構成するとともに、第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０を極性の小さいフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成しているため、前記フェノール基の疎水性により、前記第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０は吸湿しにくくなり、これにより、第１の上位側サーミスタ１６、第１の下位側サーミスタ１８、第２の上位側サーミスタ１９および第２の下位側サーミスタ２０の抵抗値が変化するということはなくなるため、特性、すなわち、出力信号が安定している液位センサを提供することができるという作用効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る液位センサは、吸湿しにくいサーミスタ構成としているため、サーミスタの抵抗値が変化するということはなく、特性が安定している液位センサを提供することができるという効果を有するものであり、自動車のエンジンのオイルパンや、燃料タンクや、スチーム型電子レンジ等に使用される容器内に入れられた液体の液量を検出する液位センサとして有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態における液位センサの上面図
【図２】同液位センサの側断面図
【図３】同液位センサの絶縁基板におけるサーミスタおよび回路パターンを示す上面図
【図４】同液位センサの絶縁基板におけるヒーター層を示す上面図
【図５】本発明の一実施の形態における液位センサをスチーム型電子レンジのプラスチック容器に貼り付けて取り付けた状態を示す側断面図
【図６】同液位センサを出力検出回路に接続した状態を示す回路図
【図７】従来の液位センサを支持アームに取り付けた状態を示す斜視図
【図８】同液位センサにおける絶縁基板の上面図
【図９】同液位センサを金属容器に取り付けた状態を示す斜視図
【符号の説明】
【００５０】
１１ 絶縁基板
１２ 電源電極
１３ 第１の出力電極
１４ 第２の出力電極
１５ ＧＮＤ電極
１６，１８，１９，２０ サーミスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極を設けるとともに、立設された絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられ、かつ前記電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極と電気的に接続されることによりブリッジ回路を構成する少なくとも２つのサーミスタとを備え、前記絶縁基板をポリイミドで構成するとともに、前記サーミスタをフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成した液位センサ。
【請求項１】
上面に電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極を設けるとともに、立設された絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられ、かつ前記電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極と電気的に接続されることによりブリッジ回路を構成する少なくとも２つのサーミスタとを備え、前記絶縁基板をポリイミドで構成するとともに、前記サーミスタをフェノール基を有するポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成した液位センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１５１５２３（Ｐ２００８−１５１５２３Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３６８２７（Ｐ２００６−３３６８２７）
【出願日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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