JP2018112448A - 液体検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】液体検出器の検出感度を向上させる。
【解決手段】液体検出器１００、２００は、基板１０と、基板１０の表面に所定の間隔を空けて配置される第１電極２２及び第２電極２４と、を備え、第１電極２２と第２電極２４との間には、基板１０の一部を切り欠いて形成される切欠部１２，１４が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体の性状等を検出する液体検出器に関するものである。

特許文献１には、基板と、基板の表面に所定の間隔を空けて配置される一対の電極と、を備えた液体検出器が開示されている。この液体検出器では、一対の電極に接する液体の性状に応じて一対の電極間の静電容量が変化する。このため、静電容量の変化に基づいて液体の性状の変化を判定することができる。

特開２００５−２５７６１６号公報

しかしながら、上記構成の液体検出器において検知される一対の電極間の静電容量は、電極が配置される基板の誘電率の影響を大きく受ける。例えば、基板の誘電率が液体の誘電率と比較して高いほど液体検出器の感度が低下するため、液体の性状変化に伴い液体の誘電率が変化したとしても一対の電極間の静電容量はほとんど変化しない。このように、液体検出器の感度が低いと、静電容量の変化に基づいて液体の性状の変化を正確に判定することが困難になる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、液体検出器の検出感度を向上させることを目的とする。

第１の発明は、基板と、基板の表面に所定の間隔を空けて配置される第１及び第２電極と、を備え、第１電極と第２電極との間に、基板の一部を切り欠いて形成される切欠部が設けられることを特徴とする。

第１の発明では、第１電極と第２電極との間に設けられた切欠部に液体が入り込むことにより、この部分における誘電率は、液体の誘電率となる。つまり、第１電極と第２電極との間の全体的な誘電率に対して液体の誘電率が占める割合が大きくなる。このため、第１電極と第２電極との間の静電容量は、液体の誘電率の変化に応じて変化しやすくなる。

第２の発明は、切欠部が、第１及び第２電極に沿って形成される溝であることを特徴とする。

第３の発明は、切欠部が、基板を貫通して形成される貫通孔であることを特徴とする。

第２及び第３の発明では、切欠部は、溝や貫通孔といった簡素な形状で構成されている。このように切欠部は容易に加工ができる形状であるため、切欠部が設けられる液体検出器の製造コストの上昇を抑制することができる。

第４の発明は、第１電極が、第１櫛歯部を有する櫛歯状に形成され、第２電極が、所定の間隔を空けて第１櫛歯部に隣接して配置される第２櫛歯部を有する櫛歯状に形成され、切欠部が、第１櫛歯部と第２櫛歯部との間に設けられることを特徴とする。

第４の発明では、第１電極と第２電極とに、それぞれ第１櫛歯部と第２櫛歯部とが設けられる。このため、第１電極と第２電極とが近接する面積が増大し、第１電極と第２電極との間の静電容量が大きくなる。このように静電容量を大きくすることで、液体の誘電率の変化に伴う静電容量の変化も大きくなり、液体検出器の検出感度を向上させることができる。

本発明によれば、液体検出器の検出感度を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る液体検出器の構成を示す概略図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液体検出器の構成を示す概略図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る液体検出器１００について説明する。

液体検出器１００は、配管を流れる液体やタンクに貯留される液体の性状や性状の経時変化を検出するものである。液体検出器１００の検出対象は、作動流体や潤滑油、切削油、燃料、溶媒、化学薬品といった種々の液体である。以下では、液体検出器１００が作動流体としてのオイルの劣化を検出するオイルセンサ１００として用いられる場合について説明する。

図１に示すように、オイルセンサ１００は、セラミック等により形成される基板１０と、基板１０の表面に所定の間隔を空けて配置される金属製の一対の電極２２，２４と、を備える。一対の電極２２，２４は、それぞれ櫛歯状に形成された第１電極２２と第２電極２４とを有する。なお、基板１０の材質としては、セラミックに限定されず、表面に電極２２，２４が配置可能な材料であればどのようなものであってもよい。また、電極２２，２４の材料としては、金属に限定されず、導電性を有する材料であればどのようなものであってもよい。

第１電極２２と第２電極２４とは、互いに平行に延びる第１共通部２２ａと第２共通部２４ａとをそれぞれ有する。また、第１電極２２は、一端が第１共通部２２ａに接続され第１共通部２２ａから第２共通部２４ａに向かって延びる複数の第１櫛歯部２２ｂをさらに有し、第２電極２４は、一端が第２共通部２４ａに接続され第２共通部２４ａから第１共通部２２ａに向かって延びる複数の第２櫛歯部２４ｂをさらに有する。第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとは、第１共通部２２ａ及び第２共通部２４ａが延びる方向に沿って交互に配置される。つまり、第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとは、所定の間隔を空けて噛み合うように配置されている。

上記形状の第１電極２２及び第２電極２４は、スクリーン印刷やフォトエッチング等によって基板１０の表面上に形成される。第１電極２２と第２電極２４との間隔、特に第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとの間隔は、全域において予め設定された一定の間隔とされる。

第１共通部２２ａと第２共通部２４ａの一端には、それぞれ、第１接続部２２ｃと第２接続部２４ｃとが設けられる。第１電極２２と第２電極２４とは、第１接続部２２ｃ及び第２接続部２４ｃを介して検出部５０に接続される。

検出部５０は、第１電極２２及び第２電極２４に所定の周波数の交流電圧を印加することによって第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量を検出可能な回路を有し、検出部５０で検出された静電容量の値は演算部６０に入力される。

演算部６０では、検出部５０で検出された静電容量の値と、過去に検出された静電容量の値、または、予め記憶された静電容量の値と、を比較し、オイルの性状の変化度合が演算される。演算部６０における演算結果は、オイルを利用する図示しない油圧装置等のコントローラに入力され、油圧装置の制御やメンテナンスに反映される。なお、静電容量は誘電率と相関性があることから、演算部６０にオイルの性状に応じた誘電率を記憶させておくことにより、検出部５０で検出された静電容量から算出される誘電率と予め記憶された誘電率とを比較することでオイルの種類を判別することも可能である。

次に、図２を参照し、オイルセンサ１００の断面形状について説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を拡大して示した図である。

図２に示すように、第１電極２２の第１櫛歯部２２ｂと第２電極２４の第２櫛歯部２４ｂとの間には、基板１０の一部が切り欠かれて形成された切欠部としての断面Ｕ字状の溝１２が設けられる。溝１２は、第１櫛歯部２２ｂ及び第２櫛歯部２４ｂに沿って形成されるとともに、第１櫛歯部２２ｂと第２共通部２４ａとの間及び第２櫛歯部２４ｂと第１共通部２２ａとの間にも形成される。基板１０がオイルに浸漬されると溝１２内にはオイルが入り込む。

基板１０への溝１２の加工は、基板１０に第１電極２２及び第２電極２４がスクリーン印刷される前に行われる。なお、溝１２の断面形状は、Ｕ字状に限定されず、Ｖ字状や矩形状であってもよい。また、基板１０への溝１２の加工は、基板１０に第１電極２２及び第２電極２４が形成された後であってもよく、例えば、基板１０の表面を電極２２，２４となる金属材で覆い、溝１２を加工することによって、第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとを形成してもよい。

また、第１電極２２及び第２電極２４と、第１電極２２及び第２電極２４が配置される基板１０の表面と、を覆うようにして絶縁層３０が設けられる。絶縁層３０は、オイル中の電導性の不純物等によって特に第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとが短絡することを防止するために設けられる。絶縁層３０は、絶縁性を有する樹脂やセラミックなどによって形成される。なお、被検出液体が化学薬品等である場合は、液体によって第１電極２２及び第２電極２４が腐食されることを防止するために、絶縁層３０は液体に対する耐性を有する材料によって形成される。

また、絶縁層３０を設けておくことによって、第１電極２２及び第２電極２４が溝１２に隣接して配置される場合であっても、第１電極２２及び第２電極２４が基板１０から剥がれてしまう、いわゆるパターン剥離を抑制することができる。

続いて、上記構成のオイルセンサ１００によるオイルの性状の経時変化の検出について説明する。

一般的にオイルの誘電率は、オイルが劣化するにつれて上昇する。このため、オイルセンサ１００がオイルに浸漬された状態で検出される第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量もオイルの劣化とともに上昇する。したがって、定期的に第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量を検出し、検出された静電容量を過去に検出された静電容量と比較することでオイルの劣化度合を演算することが可能となる。

具体的には、油圧装置が駆動される度に、検出部５０により第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量を検出し、検出された静電容量を演算部６０に記憶させる。演算部６０では、今回検出された静電容量と過去に検出された静電容量とを比較し、その増減割合等に基づいてオイルの劣化度合を演算する。

ここで、検出部５０で検出される第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量は、第１電極２２及び第２電極２４と、これらの間に介在するオイル及び基板１０により構成されるコンデンサの静電容量といえる。そして、基板１０の誘電率はオイルの誘電率よりも高いため、検出部５０で検出される静電容量は、基板１０の誘電率の影響を大きく受けることになる。つまり、オイルの劣化によってオイルの誘電率が変化したとしても、検出部５０で検出される静電容量はあまり変化することはない。このようにオイルの誘電率の変化を検出する感度が低いとオイルの劣化を正確に検出することが困難となってしまう。

オイルの誘電率の変化を検出する感度を向上させるには、第１櫛歯部２２ｂ及び第２櫛歯部２４ｂの数を増やし隣接する第１電極２２と第２電極２４との面積を増大させて、第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量を大きくすることが考えられる。静電容量を大きくすることで、オイルの誘電率の変化に伴う静電容量の変化も大きくなるため、オイルの劣化の検出が容易となる。しかしながら、第１櫛歯部２２ｂ及び第２櫛歯部２４ｂの数を増やすとオイルセンサ１００が大型化し、配管やタンク内にオイルセンサ１００を設置することが困難になるおそれがある。

そこで本実施形態では、オイルセンサ１００を大型化させることなく、オイルの誘電率の変化を検出する感度を向上させるために、第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとの間に基板１０を切り欠いて形成された溝１２が設けられる。

以下に、溝１２が設けられることによりオイルの誘電率の検出感度が向上する理由について説明する。

図２において破線矢印で示される基板１０側の第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量に影響を及ぼす領域において、第１電極２２と第２電極２４との間にはオイルが入り込む溝１２が存在する。つまり、この領域における誘電率は、基板１０に溝１２が形成されていない場合と比較し、基板１０に形成される溝１２の大きさ、すなわち、溝１２に入り込むオイルの量に応じて低下することになる。換言すると、第１電極２２と第２電極２４との間に存在するオイルの量が増えることで、第１電極２２と第２電極２４との間の全体的な誘電率に対するオイルの影響が大きくなる。この結果、検出部５０で検出される静電容量は、オイルの誘電率の変化、すなわちオイルの劣化に応じて変化しやすくなる。

このように、第１電極２２と第２電極２４との間に溝１２を設けることで、誘電率が比較的高い基板１０が静電容量に及ぼす影響をできるだけ小さくし、オイルセンサ１００がオイルの誘電率の変化を検出する感度を向上させることが可能となる。また、検出感度が向上したことで第１櫛歯部２２ｂ及び第２櫛歯部２４ｂの数を減らし、隣接する第１電極２２と第２電極２４との面積を減少させることも可能となり、結果として、オイルセンサ１００を小型化することもできる。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

上記構成のオイルセンサ１００では、第１電極２２と第２電極２４との間に設けられた溝１２にオイルが入り込むことにより、この部分の誘電率は、基板１０ではなくオイルの誘電率となる。つまり、基板１０に溝１２が設けられることによって、第１電極２２と第２電極２４との間の全体的な誘電率に対してオイルの誘電率が占める割合が大きくなる。このため、第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量は、オイルの誘電率の変化に応じて変化しやすくなる。このように、基板１０に溝１２を設けることでオイルセンサ１００の検出感度を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、図３及び図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る液体検出器としてのオイルセンサ２００について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。

オイルセンサ２００の基本的な構成は、第１実施形態に係るオイルセンサ１００と同様である。オイルセンサ２００は、基板１０形成される切欠部が溝ではなく貫通孔である点でオイルセンサ１００と相違する。

オイルセンサ２００は、第１実施形態に係るオイルセンサ１００と同様に、セラミック等により形成される基板１０と、基板１０の表面に所定の間隔を空けて配置される一対の電極２２，２４と、を備える。一対の電極２２，２４の形状は、第１実施形態に係るオイルセンサ１００のものと同じであるため、その説明を省略する。

図３及び図４に示すように、第１電極２２と第２電極２４との間、特に第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとの間には、基板１０の一部が切り欠かれて形成された切欠部としての貫通孔１４が設けられる。貫通孔１４は、基板１０を貫通するように形成されているため、基板１０がオイルに浸漬されると貫通孔１４内にはオイルが入り込む。

このように、図４において破線矢印で示される基板１０側の第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量に影響を及ぼす領域において、第１電極２２と第２電極２４との間にはオイルが入り込む貫通孔１４が存在する。つまり、この領域における誘電率は、基板１０に貫通孔１４が形成されていない場合と比較し、オイルが入り込む貫通孔１４の大きさ、すなわち、貫通孔１４に入り込むオイルの量に応じて低下することになる。換言すると、第１電極２２と第２電極２４との間に存在するオイルの量が増えることで、第１電極２２と第２電極２４との間の全体的な誘電率に対するオイルの影響が大きくなる。この結果、検出部５０で検出される静電容量は、オイルの誘電率の変化、すなわちオイルの劣化に応じて変化しやすくなる。

貫通孔１４の断面形状は、円形に限定されず、正方形や、各櫛歯部２２ｂ，２４ｂが延びる方向に沿って形成される長方形や長円形であってもよい。貫通孔１４の断面形状を長方形や長円形とすることで、貫通孔１４に入り込むオイルの量を増やすことができる。また、各櫛歯部２２ｂ，２４ｂ間にオイルが浸入可能なスリットを形成し、これを貫通孔１４としてもよい。

このように、第１電極２２と第２電極２４との間に貫通孔１４を設けることで、誘電率が比較的高い基板１０が静電容量に及ぼす影響をできるだけ小さくし、オイルセンサ１００がオイルの誘電率の変化を検出する感度を向上させることが可能となる。また、上記第１実施形態と同様に、検出感度が向上したことで第１櫛歯部２２ｂ及び第２櫛歯部２４ｂの数を減らすことも可能となり、結果として、オイルセンサ２００を小型化することもできる。

以上の第２実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

上記構成のオイルセンサ２００では、第１電極２２と第２電極２４との間に設けられた貫通孔１４にオイルが入り込むことにより、この部分の誘電率は、基板１０ではなくオイルの誘電率となる。つまり、基板１０に貫通孔１４が設けられることによって、第１電極２２と第２電極２４との間の全体的な誘電率に対してオイルの誘電率が占める割合が大きくなる。このため、第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量は、オイルの誘電率の変化に応じて変化しやすくなる。このように、基板１０に貫通孔１４を設けることでオイルセンサ２００の検出感度を向上させることができる。

なお、上記各実施形態に係るオイルセンサ１００，２００では、第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとは、互いに直線状に形成され互いに噛み合うように配置されている。これに代えて、第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとは所定の間隔を空けて配置されていれば、曲線状、例えば、扇状や円弧状に形成されていてもよい。

また、上記各実施形態に係るオイルセンサ１００，２００における切欠部は、それぞれ溝１２、貫通孔１４である。切欠部の形状はこれらに限定されず、オイルセンサ１００，２００がオイル中に浸漬されたときにオイルが入り込めればどのような形状であってもよい。

また、上記各実施形態に係るオイルセンサ１００，２００では、第１電極２２及び第２電極２４を覆う絶縁層３０が設けられているが、絶縁層３０の誘電率も第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量に影響を及ぼすため、絶縁層３０は不要であれば設けなくともよい。

また、上記各実施形態に係るオイルセンサ１００，２００では、第１電極２２と第２電極２４とは、それぞれ櫛歯状に形成されている。これに代えて、第１電極２２と第２電極２４とは、それぞれ単一の帯状に形成され、所定の間隔を空けて配置されるものであってもよい。この場合、溝１２や貫通孔１４は、帯状に延びる第１電極２２と第２電極２４との間に設けられる。

また、上記各実施形態に係るオイルセンサ１００，２００における基板１０は平板である。基板１０の形状は平板に限定されず、第１電極２２及び第２電極２４が所定の間隔を空けて配置可能な形状であればどのような形状であってもよく、例えば、配管の曲率に合せて曲げられた円弧状板であってもよい。

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

オイルセンサ１００、２００は、基板１０と、基板１０の表面に所定の間隔を空けて配置される第１電極２２及び第２電極２４と、を備え、第１電極２２と第２電極２４との間には、基板１０の一部を切り欠いて形成される切欠部１２，１４が設けられる。

この構成では、第１電極２２と第２電極２４との間に設けられた切欠部１２，１４にオイルが入り込むことにより、この部分の誘電率は、基板１０ではなくオイルの誘電率となる。つまり、基板１０に切欠部１２，１４が設けられることによって、第１電極２２と第２電極２４との間の全体的な誘電率に対してオイルの誘電率が占める割合が大きくなる。このため、第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量は、オイルの誘電率の変化に応じて変化しやすくなる。このように、基板１０に切欠部１２，１４を設けることにより、オイルセンサ１００，２００の検出感度を向上させることができる。また、検出感度が向上したことで第１電極２２及び第２電極２４の面積を減らすことも可能となり、結果として、オイルセンサ１００，２００を小型化することができる。

また、切欠部は、第１電極２２及び第２電極２４に沿って形成される溝１２である。

また、切欠部は、基板１０を貫通して形成される貫通孔１４である。

これらの構成では、切欠部は、溝１２や貫通孔１４といった簡素な形状で構成されている。このように切欠部は容易に加工ができる形状であるため、切欠部が設けられるオイルセンサ１００，２００の製造コストの上昇を抑制することができる。

また、第１電極２２は、第１櫛歯部２２ｂを有する櫛歯状に形成され、第２電極２４は、所定の間隔を空けて第１櫛歯部２２ｂに隣接して配置される第２櫛歯部２４ｂを有する櫛歯状に形成され、切欠部１２，１４は、第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとの間に設けられる。

この構成では、第１電極２２と第２電極２４とに、それぞれ第１櫛歯部２２ｂと第２櫛歯部２４ｂとが設けられることで、第１電極２２と第２電極２４とが近接する面積が増大し、第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量が大きくなる。このように静電容量を大きくすることで、オイルの誘電率の変化に伴う静電容量の変化も大きくなり、オイルセンサ１００，２００の検出感度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、液体検出器１００，２００により検出された第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量に基づいて、液体の種類を判別することが可能であるとともに、タンク等に貯留された液体の液位を検知することも可能である。

１００，２００・・・オイルセンサ（液体検出器）、１０・・・基板、１２・・・溝（切欠部）、１４・・・貫通孔（切欠部）、２２・・・第１電極、２２ｂ・・・第１櫛歯部、２４・・・第２電極、２４ｂ・・・第２櫛歯部

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板の表面に所定の間隔を空けて配置される第１及び第２電極と、を備え、
   前記第１電極と前記第２電極との間には、前記基板の一部を切り欠いて形成される切欠部が設けられることを特徴とする液体検出器。
2. 前記切欠部は、前記第１及び第２電極に沿って形成される溝であることを特徴とする請求項１に記載の液体検出器。
3. 前記切欠部は、前記基板を貫通して形成される貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の液体検出器。
4. 前記第１電極は、第１櫛歯部を有する櫛歯状に形成され、
   前記第２電極は、前記所定の間隔を空けて前記第１櫛歯部に隣接して配置される第２櫛歯部を有する櫛歯状に形成され、
   前記切欠部は、前記第１櫛歯部と前記第２櫛歯部との間に設けられることを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の液体検出器。

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