JP4559293B2 - 液状態検知センサ - Google Patents

Description

本発明は、電極間の静電容量を測定することで液体収容容器（タンク）内に収容される液体の状態を検知（検出）する液状態検知センサ（以下、単にセンサともいう）に関する。

ディーゼル自動車から排出される排気ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）以外に窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれている。そこで、近年、この有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害なガスに還元することが行われている。例えば、ディーゼル自動車の排気ガス排出用のマフラーの途中にＮＯｘ選択還元（ＳＣＲ）触媒を設置し、別途車両に設けたタンクに還元剤溶液として尿素水を入れ、この尿素水を上記触媒へ噴射するようにして、ＮＯｘをＮ_２等の無害なガスに還元するシステムが提案されている。このシステムでは、尿素水が無くなった場合にはＮＯｘ還元反応を促すことができずにＮＯｘの大量な排出を起こすため、尿素水を収容する収容容器（以下、タンクともいう）に、収容される尿素水の液位（以下、水位ともいう）を測定するセンサを設け、尿素水の残量が規定量以下となった場合に警報を発する等の措置が講じられている。

この水位を測定するためのセンサの一例として、静電容量式の液状態検知センサが知られている。この液状態検知センサは、導体からなる細長い筒を外側の電極（外筒電極）とし、この外筒電極内にて軸線方向に沿って同心で設けられた細長い柱状又は管状の内部電極との間の静電容量を測定し、その静電容量から水位を検知するというものである。例えば、尿素水のように導電性を有する液体の水位の測定に用いる静電容量式の液状態検知センサでは、外筒電極と内部電極との間でのショート防止のために、内部電極の表面に絶縁膜を形成し、その上で、外筒電極の軸線方向が水位の上下方向となるように、液状態検知センサを測定対象をなすタンクにセットする。このような導電性の液体の水位を測定する場合には、液体に浸漬していない部分の静電容量は、内外の両電極のギャップ間の空気層および内部電極の絶縁膜の厚みに依存する。一方、液体に浸漬している部分の静電容量は、導電性の液体が外筒電極と同電位となるため絶縁膜の厚みに依存し、前者よりも静電容量が大きくなる。このため、液体に浸漬している部分が増えるほど測定される静電容量が大きくなることとなり、水位として検知することができる。

こうした液状態検知センサは、タンク内に、外筒電極の軸線方向が水位の上下方向となるように取り付けられるのが普通である。例えば、外筒電極（及び内部電極）がタンクの天井からタンク内に垂下状にして取り付けられる場合、その液状態検知センサは、その天井側に、外筒電極の基端側を位置させるため、外筒電極の基端（上）を、タンクへの取り付け手段を有する基端支持部材に固定（又は支持）することになる。一方、内部電極は、外筒電極内にこれとの絶縁を保持するようにして、内部電極自身の基端部を外筒電極内の基端側に固定することになる。しかし、このように両電極をその基端部のみで固定或いは支持するだけでは、各電極はその先端側が自由であるいわば片持ち支持の状態となってしまうことから、センサが振動のある使用条件（環境下）におかれるときや、横方向からの外力が加わる場合には、各電極がその軸の半径方向に振れたり、撓み変形を起こしてしまう。このため、両電極間の寸法が不安定となったり、場合によっては両電極間の接触を招いたりするなどにより、正確な静電容量を測定することができない。また、このような振れや変形の繰り返しによって各電極には、特に内部電極の根元には大きな応力が発生し、折損してしまう危険性もある。

このため、このようなセンサでは、両電極間の寸法安定化手段ないし両電極間の寸法を一定に保持するための内部電極の支持手段として、両電極間にスペーサ或いは支持部材を介在させることが行われている。例えば、絶縁材からなるスペーサを、内外の両電極が同心に保持されるように、その軸周りと共に、電極の長手方向に複数配置するようにした技術が知られている（特許文献１）。また、内外の両電極の先端部において、その電極間に絶縁性のある樹脂製の支持部材を配置し、その支持部材によって電極間を絶縁しながら、その両電極間の間隔（寸法）を一定に保持するようにした技術も知られている（特許文献２）。
実開平０１−１５１２１５号公報 特開平０９−１５２３６８号公報

しかし、前者の内部電極の支持手段においては、複数のスペーサを必要とするために部品点数の増大を招いてしまう。また、各スペーサを内部電極の外周面に取り付けた後で、これを外筒電極内にその一端側の開口から圧入（又は挿入）する必要があるということから、組み立て作業が厄介である。また、後者の、電極間に樹脂製の支持部材を配置するという技術においては、それが樹脂製のものであることから、振動や外力が両電極間で吸収されにくいため、次の問題がある。まず、両電極の軸が製造、組立て上の誤差により正しく同心にない状態において、支持部材を両電極（先端）間に配置すると、各電極に横方向に残留応力が発生したり偏荷重が作用することになり、一方の電極が根元などで破断する要因となることがある。一方で、これを防止するためには、各電極を含む部品の寸法精度を極端に上げる必要があり、製造コストの上昇を招いてしまう。また、通常の樹脂製の支持部材ではそれが硬質のものであるため、その支持部材を介して両電極間に振動が直接伝わる結果、例えば、表面に絶縁膜が形成されているような内部電極ではその絶縁膜が損傷を受けやすく、絶縁が破壊される危険性がある。

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、部品点数の増大や、組立上の問題もなく、しかも、電極の支持において、誤差を吸収可能でありかつ内部電極の表面に絶縁膜が形成されている場合であってもその膜に損傷を与えることなく、両電極の支持をし得るようにすることをその目的とする。

前記の目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、導体からなる筒状の外筒電極と、前記外筒電極内でその軸線方向に沿って設けられた導体からなる内部電極と、前記外筒電極及び前記内部電極の基端側で、前記外筒電極と前記内部電極とを絶縁を保持して支持する基端支持部材とを備え、液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液状態検知センサにおいて、
前記内部電極の外側であって前記外筒電極の内側に、弾性体からなると共に、自身の内周面に、軸線方向から見て角度間隔をおいて内向きに突出する複数の内向き凸部が形成された先端支持部材を介在させて、この複数の内向き凸部が前記内部電極の先端又は先端寄り部位を前記外筒電極の内側に弾性的に支持させてなることにある。なお、本発明において、前記内部電極の先端又は先端寄り部位の外側であって前記外筒電極の内側に、弾性体からなる先端支持部材を介在させるのは、直接に介在させる場合のほか、別部材を介して間接に介在させる場合も含むものとする。

請求項２に記載の発明は、前記先端支持部材は、前記内部電極の先端又は先端寄り部位の外側であって前記外筒電極の内側に圧入されていることを特徴とする特徴とする請求項１に記載の液状態検知センサである。

請求項３に記載の発明は、前記先端支持部材には、その外周面に外向きに突出する凸部を設けておくと共に、前記外筒電極には、その先端寄り部位に径方向に貫通する貫通孔を設けておき、前記先端支持部材が、前記内部電極の外側であって前記外筒電極の内側に圧入された際に、前記凸部が前記貫通孔に嵌合されていることを特徴とする請求項２に記載の液状態検知センサである。

請求項４に記載の発明は、前記先端支持部材における凸部は、その外側面に、先端支持部材自身が圧入される先方に向けて、先端支持部材の径方向における突出量が漸減する傾斜部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の液状態検知センサである。

請求項５に記載の発明は、前記先端支持部材における凸部は、その外側面に、先端支持部材自身が圧入される先方に向けて、先端支持部材の径方向における突出量が漸減する傾斜部を備えていると共に、その傾斜部における最大突出部をなす後方端に、後方に向けて先端支持部材の径方向における突出量が漸減する形の面取りがつけられていることを特徴とする請求項３に記載の液状態検知センサである。

請求項１に記載の発明においては、上記もしたように、前記先端支持部材には、その内周面に、軸線方向から見て角度間隔をおいて内向きに突出する複数の内向き凸部が形成され、この複数の内向き凸部が前記内部電極を弾性的に支持している。

請求項６に記載の発明は、前記先端支持部材は、前記内部電極の先端又は先端寄り部位の外側であって前記外筒電極の内側に圧入されていると共に、前記内向き凸部は、先端支持部材自身が圧入される先方に向けて広がり状をなすガイドを備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液状態検知センサである。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の液状態検知センサにおいて、前記先端支持部材は、前記内部電極の外側であって前記外筒電極の内側に介在する筒状の胴部を備えた有底筒形状をなし、かつ、その底部には液状態検知センサ自身の外部に通じる貫通孔を備えており、さらに、前記貫通孔は前記内向き凸部相互の間に位置する流通凹部と共に流路を構成していることを特徴とする液状態検知センサである。

本発明とは別の参考発明としては、導体からなる筒状の外筒電極と、前記外筒電極内でその軸線方向に沿って設けられた導体からなる内部電極と、前記外筒電極及び前記内部電極の基端側で、前記外筒電極と前記内部電極とを絶縁を保持して支持する基端支持部材とを備え、液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液状態検知センサにおいて、
前記内部電極の外側であって前記外筒電極の内側に、弾性体が先端支持部材本体の外周面又は内周面の少なくとも一方に設けられてなる先端支持部材を介在させ、
この先端支持部材にて該内部電極の先端又は先端寄り部位を前記外筒電極の内側に弾性的に支持させてなることを特徴とする、ものがある。

請求項８に記載の発明は、前記弾性体がゴムであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の液状態検知センサである。

請求項９に記載の発明は、前記液体は尿素水であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の液状態検知センサである。

本発明のセンサによれば、前記先端支持部材にて内部電極の先端又は先端寄り部位を前記外筒電極の内側に弾性的に支持させてなるものであることから、部品点数の増大もなく、また組立上も容易であり、内部電極をその先端において安定して支持できる。しかも、内部電極の支持において、弾性体からなる先端支持部材を用いているため、各電極等の寸法ないし組立上の誤差を吸収可能である。また、内部電極の表面に絶縁膜が形成されている場合であってもその膜に損傷を与えることもない。すなわち、このような膜は薄く、したがって、センサが振動に晒される環境下で使用される場合には、従来の硬質の樹脂製支持部材による支持では損傷されやすいが、本発明では弾性体からなる先端支持部材で内部電極を支持しているため、そうした危険性も小さい。

請求項３に記載の発明によれば、前記先端支持部材を接着等の手段を用いるまでもなく、簡易、確実にその抜け止め（脱落防止）が図られる。また、請求項４に記載の発明によれば、前記先端支持部材における凸部に、上記した傾斜部があることから、圧入時においては、その傾斜部が圧入のガイドをなすために、円滑な圧入が図られる。

さらに、請求項５に記載の発明によれば、弾性体からなる先端支持部材を圧入する際、その凸部を外筒電極の貫通孔に容易に嵌合させることができるという効果がある。詳しくは、後述する。

また、請求項１に記載のように本発明によれば、弾性体からなる先端支持部材における内向きに突出する複数の内向き凸部が内部電極を弾性的に支持していることから、両者の接触面積が小さい。したがって圧入時の抵抗の低減が図られるため、圧入の容易化が図られる。また、内部電極の表面に絶縁膜が形成されている場合には、その抵抗が減る分、絶縁膜の損傷防止が図られるという効果もある。そして、請求項６に記載の発明のように、内向き凸部にガイドが形成されている場合には、圧入の一層の容易化ないし円滑化が図られる。

そして、請求項７に記載の発明のように、有底筒状をなすと共にその底部に貫通孔を備える先端支持部材において、前記内向き凸部相互の間に位置する流通凹部と該貫通孔とが連通しているものでは、次のような格別の効果も得られる。すなわち、先端支持部材の底部が塞がれて、本発明のように連通していない場合には、外筒電極の内側と内部電極の外側との間に存在している液が出入り可能の液出入り口（穴又はスリットなど）を外筒電極の下方に対して別途に設ける必要がある。この場合、その液出入り口を外筒電極の下端に設けたとしても、その液出入り口の下縁より下方には外筒電極の内側において液が存在する（溜まる）ことから、センサの測定範囲をなす液位の下限はその下縁となる。したがって、液出入り口の下縁から外筒電極の下端までの部位は液位の検出に寄与できない。ところが、請求項７に記載の発明にあっては、内向き凸部の間に位置する流通凹部が貫通孔と共に流路を構成しているため、このような液出入り口の有無にかかわらず先端支持部材の内側においても液位の低下（変動）が確保される。このため、請求項７に記載の発明においては、センサの全長（全高）が同じであっても、測定範囲を広げることができることから、所定の液位範囲を測定対象とする場合には、測定範囲が広げられる分、センサの全長を短くできるため、その小型化を図ることができる。

本発明における弾性体からなる先端支持部材は、内部電極の先端又は先端寄り部位を前記外筒電極の内側に弾性的に支持させてなるものであればよく、したがって、弾性体からなる先端支持部材は、その全てが弾性体からなっているものに限定されるものではなく、例えば一部に非弾性体を含む構造のものとしても形成できる。なお、請求項８に記載のように、弾性体はゴムとするのが適切である。

本発明に係るセンサは各種の液体の状態（液位、濃度等）の検知に好適であるが、特に、請求項９に記載の発明のように、前記液体が尿素水である場合には取り分け好適である。尿素水は導電性を有するため、内部電極の表面には、フッ素樹脂などからなる絶縁膜を形成しておく必要がある。一方、内部電極の先端における支持を本発明のように弾性体からなる先端支持部材で弾性的に支持した場合には、上記もしたように、振動や外力がセンサに作用したとしても、その絶縁膜が損傷を受けることが効果的に防止される。

本発明を具体化した静電容量式の液状態検知センサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、液状態検知センサの一例としての液体レベルセンサ１について説明する。図１は、液体レベルセンサ１の縦断面図である。図２は、図１の先端部（図１下端部の拡大図）である。図３は、弾性体からなる先端支持部材を圧入する前のセンサの下端寄り部位の要部断面図であり、図４は同下端寄り部位を下から見た拡大斜視図である。

本実施の形態の液体レベルセンサ（以下、単にセンサともいう）１は、ディーゼル自動車の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元に使用される尿素水を収容したタンクに取り付けられ、その内部の液体の状態の検知（尿素水の水位の測定）をするために使用されるものである。図１においては、センサがタンクＴの天井部（板）から垂下状に取り付けられる状態が図示されている。

図１に示すように、センサ１は、長い円筒形状を有する外筒電極１０と、その外筒電極１０の内部にて、外筒電極１０の軸線Ｇ方向に沿って設けられた、柱状をなす内部電極２０と、外筒電極１０および内部電極２０を互いに非接触の状態で支持する基端支持部材４０とから構成されている。詳細は後述するが、両電極１０，２０は各基端部（図示上端部）１２，２２側を、タンクＴへの取り付け手段をなすところの金属製の基端支持部材４０に固定されており、その状態において、両電極１０，２０の先端が略同一位置（高さ）となるように設定されている。

外筒電極１０は導電性の金属材料（本形態ではＳＵＳ ３０４）からなり、図１では、その中間部を省略しているが、長細い薄肉の円筒（円管）からなっている。液体レベルセンサ１の先端側（図１における下端側）にあたる、外筒電極１０の先端部１１近傍（先端寄り部位）の筒壁には、詳しくは後述するが、内部電極２０を弾性的に支持するためのブッシュ状の弾性体（本例ではゴム製弾性体）からなる先端支持部材（以下、本形態ではゴム製弾性体という）３０を圧入して抜け止め状に装填するための円形の貫通孔（開口部）１３が、軸Ｇ方向からみて（外筒電極１０の周面に）等角度間隔で、本形態では３箇所設けられている。なお本形態では、外筒電極１０の周面に、その母線に沿って、細幅のスリット１４、１６が、先端部１１側から順に基端部１２（液体レベルセンサ１の基端支持部材４０の端部側）にわたって、それぞれが独立に形成されている。このスリット１４，１６は、内外に液体（尿素水）又はガス（空気）が自由に出入りできるようにするところである。本例では、それぞれが略同形状で等間隔に、しかも軸Ｇ方向からみて等角度間隔にある３本の母線上に沿って断続的に配置されている。なお、図示はしないが、外筒電極１０の適所（図示上端寄り部位）には空気抜き穴が形成されている。

このような外筒電極１０は、図１に示すように、基端部１２が金属製の基端支持部材（ベース部材）４０の下方に形成された円筒状の電極支持部４１の外周に嵌合（外嵌）した状態で溶接されている。この基端支持部材４０は、外周方向に突出する、タンクＴへの取付け用のフランジ４２を備えている。本形態では、電極支持部４１の内側の上端面に、絶縁材からなる円筒状のインナーケース５０がその上部外周に設けられたフランジ５１を介して係合されている。そして、内部電極２０は、その基端部（図示上端部）がこのインナーケース５０の内側において固定され、外筒電極１０内においてそれと同心状にて、非接触状態で配置されている。なお、本形態において、内部電極２０は、中実で円柱状をした導電性の金属棒（ＳＵＳ ３０４製棒材）である。ただし、その先端部２１側（図１下側）の端面外周はアール面取り２５が施されている。また、この内部電極２０の表面には、例えばフッ素樹脂からなる絶縁膜（図示せず）が３００μｍ程度の厚さでコーティングによって形成されている。

このような内部電極２０は、その基端部２２寄り部位の外周に、環状のパイプガイド５５が接合されており、このパイプガイド５５をインナーケース５０の上端面に載置状に係合させる形で、外筒電極１０内において垂下状に支持されている。なお、インナーケース５０の内外周面には、それぞれ周溝が形成されており、液密及び気密用のリングパッキング５３，５４が装填されている。また、上記のように支持された内部電極２０は、パイプガイド５５の上に配置された樹脂製の押さえ板５６，及び金属製の押さえ板５７を介して、ねじ部材５８をねじ込むことで基端支持部材４０の収容部４３内において固定されている。収容部４３内には中継用の回路基板６０が設けられており、図示しない端子に内部電極２０の電極取り出し用リード線５９が接続され、配線ケーブル６１を介して外部のコネクタ６２に接続されている。なお、回路基板６０からはグランド側の電極が、図示はしないが、基端支持部材４０に接続されており、これによって外筒電極１０がグランド側に電気的に接続されるように構成されている。図中４５は、収容部４３のカバーである。

しかして、基端支持部材４０の電極支持部４１にて支持された内部電極２０は、その先端部２１が、外筒電極１０の先端部１１と非接触の状態となるように、次記するようにゴム製弾性体３０によって支持されている。すなわち、本形態のセンサ１においては、外筒電極１０の先端の内側であって、内部電極２０の先端（ないし先端寄り部位）の外側に、有底筒形状（コップ形状）を呈するゴム製弾性体３０の胴部３２が図１の下側から圧入されている。これにより、ゴム製弾性体３０の筒状の胴部３２の外周面３２ａが外筒電極１０の先端寄り部位の内周面に圧接状態とされ、かつ胴部３２の内周面３２ｂが内部電極２０の先端寄り部の外周面（本形態では絶縁膜の表面）に圧接状態とされている。このように本形態では、先端寄り部位における両電極１０、２０間に、有底筒形状をなすゴム製弾性体３０を介在させ、内部電極２０の先端（又は先端寄り）部位を外筒電極１０の内側に弾性的に支持させている。ただし、本形態では、胴部３２の外周面３２ａに、外向きに突出する凸部３５が設けられており、ゴム製弾性体３０が外筒電極１０の内側に圧入された際に、その凸部３５が外筒電極１０に設けられた貫通孔１３に弾性変形して嵌合され、抜け止めをなすように設定されている。

さて、次に本発明の要旨をなすところの、このようなゴム製弾性体３０の具体的形状、構造等について、図２〜図８に基づいて説明する。すなわち、このゴム製弾性体３０は、軸Ｇ方向から見たとき略円形のコップ形状を呈している。ただし、その底部３０ｔの中央には、上下に貫通する貫通孔３３が形成されている。この貫通孔３３の上部である筒状の胴部３２の内周面３２ｂの内径は、貫通孔３３より若干大径とされている。そして、その筒状の胴部３２の内周面３２ｂには、軸Ｇ方向に沿って延びる形で切り込み３６が入れられている。本形態では、この切り込み３６は平面視において等角度間隔で４箇所設けられており、その切り込み３６のない筒状の胴部３２の内周面３２ｂが内部電極２０の外周面に圧接するように形成されている。

すなわち、本形態では、ゴム製弾性体３０の内周面３２ｂに、この切り込み３６が設けられている結果として、軸線方向から見て等角度間隔をおいて内向きに突出する４つの内向き凸部３７が形成されたものとなっており、この複数の内向き凸部３７が内部電極２０を弾性的に支持している。なお、筒状の胴部３２の内側の上端部（内向き凸部３７の上端部）は大きく円弧状に丸められており、内部電極２０を圧入する際のガイド３９とされている。因みに、このガイド３９は、本形態では、内部電極２０の先端部２１の端面外周のアール面取り（例えばＲ３．５）２５より大きいアール（例えばＲ５）で面取り状に丸められている。また、本形態では、ゴム製弾性体３０を両電極１０、２０の先端に圧入した際に、内部電極２０の先端面がゴム製弾性体３０の底部３０ｔに至らないように設定されている。これにより、液体（尿素水）が、底部３０ｔの貫通孔３３から切り込み３６（内向き凸部３７相互間に位置する流通凹部に相当）を流路として通って、外筒電極１０の内側に入り込み可能とされている。なお、このようなゴム製弾性体３０は、耐液性のあるもので形成すればよく、またその硬度はＨｓ７０度程度のものとするのが適切である。本例では、ＥＰＤＭ製の一体成形品としている。

本形態におけるこのようなゴム製弾性体３０は、その下端部（先端部）外周３１がテーパ状に形成され、また胴部３２は略円筒状に形成されている。ただし、その胴部３２の外周面３２ａにおける下端部には、下端部外周３１のテーパに連なって外方に突出するフランジ３４が周方向に沿って断続的に形成されている。このフランジ３４は、ゴム製弾性体３０を外筒電極１０内に圧入した際のストッパをなすところである。さらに、本形態では、筒状の胴部３２の外周面３２ａには、上記したように外向きに突出する凸部３５が形成されている。この凸部３５は、自由状態（ゴム製弾性体３０の圧入前）においては、その外側面に、図７中の拡大図に示したように、ゴム製弾性体自身が圧入される先方（図示上方）に向けて、ゴム製弾性体３０の径方向における突出量が漸減する傾斜部３５ｂを備えており、ゴム製弾性体３０を外筒電極１０内に圧入するのに支障がないようにされている。すなわち、この凸部３５は、軸線Ｇと平行かつ該軸線を通る平面であって、凸部３５における軸線側から見た中心を通る位置で切断した断面において、その凸部３５は概略鋸歯状を呈するようにされている。しかも、その傾斜部３５ｂにおける最大突出部をなす後方端には、その傾斜と逆向きとなる傾斜の面取り３５ｍがつけられており、ゴム製弾性体３０の圧入時において、凸部３５が外筒電極１０の貫通孔１３に容易に嵌合するようにされている。本形態ではこの凸部３５は軸Ｇ方向からみて等角度間隔で３箇所とされている。なお、このようなゴム製弾性体３０は、自由状態において、その筒状の胴部３２の外周面３２ａの径が、外筒電極１０の内径より若干大きめとされ、内周面３２ｂの径が内部電極２０の外径より若干小さめとされている。また、本形態では、胴部３２の上端には胴部３２の外径より小さ目の外径を有する、圧入時のガイド３８が環状に配置されている。

このようなゴム製弾性体３０によって両電極１０、２０がその先端において支持されてなる本形態のセンサ１は、その基端支持部材４０におけるフランジ４２を、尿素水を収容したタンクＴの天井板に、パッキング（図示せず）等を介して着座状に載置され、ねじ部材等による締め付けで取り付けられる。こうしてその両電極１０、２０がタンクＴ内に垂下状に配置され、内部の尿素水に浸漬された状態で、両電極間の静電容量を測定することで、タンクＴ内の尿素水の液状態として水位が検出される。

しかして、このような本形態のセンサ１においては、内部電極２０をその先端においてゴム製弾性体３０によって弾性的に支持している。したがって、部品点数の増大もなく、組立上もゴム製弾性体３０を組立ての最終段階で圧入するだけで済むことから、作業が簡易にできる。また、弾性的に支持しているため、内部電極２０をその先端において安定して支持できる。しかも、ゴム製弾性体３０を用いた電極の支持のため、各電極等の寸法の誤差（バラツキ）や電極の微妙な傾き等の組み付け上の誤差があったとしても、その誤差はゴム製弾性体自身の弾力により吸収できるため、厳格な精度設定とすることを要しないため、コストの低減も図られる。加えて、硬い樹脂製の支持部材で内部電極２０を支持するものではないため、内部電極２０に過度の力（負荷）がかかることも回避できるため、その耐久性も高められる。さらに、このようなセンサ１における内部電極２０等に振動や外力がかかるときは、従来は、内部電極２０の外周面に形成した絶縁膜が薄いために損傷を受けやすく、不具合発生の危険度が高いが、本形態では、ゴム製弾性体３０による弾性的な支持とされているため、振動等が吸収され、その危険性も低減できる。このため、特に尿素水などのように導電性のある液の状態の検知に使用されるセンサであって、振動に晒される環境下で使用される場合においては、その効果に著しいものがある。

とくに、本形態では、凸部３５には上記したように外側面に傾斜部３５ｂを備えているため、容易に圧入できる。その上に、その傾斜部３５ｂにおける最大突出部をなす後方端に、後方に向けてゴム製弾性体３０の径方向における突出量が漸減する形の面取り３５ｍがつけられているため、次のような特有の効果も得られる。すなわち、本形態では、ゴム製弾性体３０の外周面における凸部３５は、軸線Ｇと平行かつ該軸線を通る平面であって、凸部３５における軸線側から見た中心を通る位置で切断した断面において、その凸部３５の最大突出部に面取り３５ｍがつけられている形状である。以下に、この凸部３５による特有の作用、効果について説明する。

すなわち、このような凸部３５は、ゴム製弾性体３０を外筒電極１０に圧入する過程で、その凸部３５それ自身が貫通孔１３に入り込む軸線Ｇ方向における位置まで来ないと、その貫通孔１３には円滑に嵌り込むことができない。これは、凸部３５に上記したような鋸歯状の傾斜部３５ｂを設けただけでも、貫通孔１３の直径によっては同様のことがいえる。というのは、凸部３５がこのように鋸歯状の傾斜部３５ｂのあるものでも、その傾斜は圧入初期におけるガイドにはなるものの、その後は、外筒電極１０の内周面にゴム製弾性体３０が圧入される過程で、その凸部３５の傾斜部３５ｂが外筒電極１０の内周面によって半径方向に次第に大きく圧縮ないし押しつぶされる作用を受けるため、圧入抵抗ないし圧入摩擦が大きくなる。このため、凸部３５における傾斜部３５ｂの後端は、後方（圧入される先方と反対方）に引かれる形に変形し、いわば後方にずれる形（又は伸びる形）となる。したがって、ゴム製弾性体３０が外筒電極１０に圧入され、凸部全体としてみたときは、凸部３５が設計上は貫通孔１３に嵌り込む軸線方向の位置にあるとしても、その変形がある分、その傾斜部３５ｂの後端は貫通孔１３の縁（外筒電極１０の先端側縁）をクリアできない場合がある。すなわち、凸部３５の傾斜部３５ｂの後端が貫通孔１３における外筒電極１０の先端寄り縁より若干先端側に位置していることがあり、これでは、凸部３５は貫通孔１３に嵌り込むことができない。しかし、上記の形態におけるように、凸部３５における最大突出部をなす後方端に、面取り３５ｍが付けられているときは、この面取り３５ｍ部分を、貫通孔１３における外筒電極１０の先端寄り縁に位置させることができる。かくして、凸部３５が貫通孔１３に正しく対応していない場合であっても、その面取り３５ｍ部分が凸部３５自体の持つ弾性とあいまって積極的に貫通孔１３に入り込もうとする作用をすることから、凸部３５は貫通孔１３に嵌合し易くなる。

また、前記した実施の形態においては、上記もしたように、弾性体からなる先端支持部材３０における内向きに突出する複数の内向き凸部３７が内部電極２０を弾性的に支持していることから、圧入時の抵抗の低減が図られるので、圧入の容易化が図られる。このため、上記のセンサ１のように、表面に絶縁膜が形成されている内部電極２０を用いる場合には、その絶縁膜の損傷防止が図られるという効果もある。なお、本形態では、先端支持部材３０の内周面３２ｂに軸線Ｇ方向に沿って切り込み３６を入れてその相互間に内向き凸部３７が存在するようにしたため、その内向き凸部３７はいわば縦に延びるリブ形状を呈しているが、内向き凸部３７は、縦に延びることなくボス状又は島状に内向きに突出して形成されてなるものとしてもよい。

そして、前記した実施の形態においては、その内向き凸部３７に、ガイド３９が設けられているため、圧入の一層の容易化ないし円滑化が図られる。なお、上記形態ではそのガイド３９をアール面取りとしたが、このガイド３９は、先端支持部材３０自身が圧入される先方（図１〜３の上方）に向けて広がり状をなすもの、すなわち、先端支持部材３０の径方向（内径方向）における内向き凸部３７の突出量が漸減するものであればよい。したがって、図９に示した別例のように、このガイド３９は傾斜面取りとしてもよい。なお、このような傾斜面取りとする場合においては、傾斜の異なる複数の傾斜面取り、又はアール面取りと傾斜面取りとの組合せとしてもよい。図９は、図２においてガイド３９を傾斜面取りとした点のみが異なるだけであるため、上記形態と同一の部位及び対応する部位には同一の符号を付すに止める。以下の説明においても同様とする。

さらに、前記した実施の形態に使用した先端支持部材３０においては、内向き凸部３７相互の間（切り込み３６）と底部３０ｔの中央に設けた貫通孔３３とが連通しているため、この先端支持部材３０の内部においても液位の変化がタンクＴ内の液位の変化に追従した形で確保される。このため、センサとしての測定範囲（液位）を大きくとることができ、したがって、センサの全長の小型化を図ることができる。因みに、前記形態では、外筒電極１０と内部電極２０の先端（最下端）を同じ高さとしているが、前記形態では、図９にも示したように、内部電極２０の先端部にアール面取り２５が付与されていることから、そのアール面取り２５の軸線Ｇに沿うアール尻点Ｐが測定可能の最下レベル（液位）となる。

なお、ゴム製弾性体３０は、上記においては一体成形のものとして具体化したが、成形上の支障等があれば、複数の分割体（成形体）の組み合わせ品としてもよい。また、上記においてはゴム製弾性体３０は、圧入によって、両電極間に介在させた場合で説明したが、本発明におけるゴム製弾性体は、圧入によらない挿入で、要すれば接着剤等を用いることで両電極間に介在させることもできる。さらに、上記においては、内部電極２０の先端部の外周面（絶縁膜の外周面）に直接、ゴム製弾性体３０を嵌合して介在させた場合で説明したが、絶縁膜の有無にかかわらず内部電極２０には、その先端部に、例えばリング状のカラー等を外嵌した上で、両電極間にゴム製弾性体を嵌合するようにしてもよい。詳しくは、後述する。

本発明は、上記した実施の形態のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない限りにおいては、種々、設計変更して具体化できる。例えば、上記した実施の形態においては、ゴム製弾性体は、ＥＰＤＭ製ゴムとしたが、ゴムの材質は、これに限られるものではなく、測定対象の液に対する耐液性、耐久性があるものであり、適度の弾性があるものであればよい。シリコンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴムなど、各種のゴム或いは合成ゴムで形成すればよい。また、ゴム製弾性体の形状、構造についても、適宜の形のものとして具体化すればよい。なお、上記形態においては、ゴム製弾性体３０の底部３０ｔの中央に、上下に貫通する貫通孔３３を設けるとともに、内部には切り込み３６を設けて液の出入り口及び流路を形成したが、このような貫通孔等は液が外筒電極の内側に自由に出入りできる開口（液出入り口）がその外筒電極に設けられていれば必ずしも必要としない。

また、上記においては、先端支持部材３０の全体が弾性体（ゴム）からなるものとして具体化したが、本発明のセンサにおける先端支持部材３０は、その全体が弾性体（例えばゴム）からなるものとする必要性は必ずしもない。すなわち、図１０に示したように、上記した先端支持部材３０において、その内部に、環状体（短管）をなす芯部材（金具或いは硬質樹脂管（リング））７１がインサート成形されていてもよい。このように、芯部材７１がインサート成形されている場合には、ゴム等の弾性体からなる先端支持部材３０の変形防止効果が得られるため、両電極間における先端支持部材３０の固定力が高められる。

図１１は、本発明とは別の参考形態（例１）を示したものである。この例における先端支持部材８０は、上記したもののような内周面の切り込み３６、底部３０ｔの貫通孔３３及び凸部３５は存在しないが、このような相違点を除けば全体形状はほぼ同じものであり、上記形態とは、図１１に示したように、内、外周面を含む部位が次のように弾性体８５，８３で形成されている点のみが異なる。このため、その相違点を中心として説明し、同一の部位又は対応する部位には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。すなわち、この先端支持部材８０は、金属或いは硬質樹脂からなる先端支持部材本体（芯部材） ８１の外周面に円筒形状の弾性体（例えばゴム）８３を接着等により設ける一方、同本体８１の内周面に有底円筒形状の弾性体（例えばゴム）８５を同様にして設けたものである。なお、このものにおいては底部３０ｔに貫通孔がないため、外筒電極１０の下端寄り部位に液出入り口１８が貫通して設けられている。

図１１に示した先端支持部材８０を用いた場合にも、上記した構成の相違点に基づく効果の相違を除けば、上記した実施の形態におけるのと同様の効果が得られる。なお、本参考形態（例１）に使用されている先端支持部材８０は、内部電極２０の先端又は先端寄り部位の外側であって外筒電極１０の内側に圧入によって介在させたものであるが、その圧入前には、外周面の弾性体８３の部位における外径は外筒電極１０の内径より若干大きくされ、その内周面の弾性体８５の部位における内径は内部電極２０の外径より若干小さくされている。なお、図１１においては、内周面の弾性体８５の底部８８と内部電極２０の先端部２１との間に空隙（空間）Ｋが形成されており、組立上における寸法誤差の吸収が図られている。もっとも、内周面をなす弾性体８５は、そのような底部８８のない単なる円筒状のものであってもよい。

上記した参考形態（例１）では、先端支持部材８０の内、外周面の両方が弾性体８５，８３で形成されているものとして具体化したが、本発明とは別の参考形態（例２）としては、図１２に示した先端支持部材８０のように、前記例における外周面の弾性体８３が設けられておらず、先端支持部材本体 ８１に内周面の弾性体８５のみが設けられているだけでもよい。この場合には、その弾性体８５の内径を内部電極２０の外径より若干小さく設定しておくとよい。一方、先端支持部材本体８１の外筒電極１０の内側に対応（嵌合）する部位（外周面）８２は、外筒電極１０の内側（内周面）に若干の締まり嵌めで固定されるようにしてもよいし、要すれば接着剤を介して固定してもよい。

同様に、本発明とは別の参考形態（例３）としては、図１３に示した先端支持部材８０のように、先端支持部材本体 ８１には前記参考形態における内周面の弾性体８５は設けられておらず、その外周面の弾性体８３のみが設けられているものとしてもよい。すなわち、この場合には、先端支持部材本体８１の内部電極２０の外側（外周面）に対応する内周面８４の内径は、若干の締まり嵌めで固定されるように設定してもよいが、上記のように内部電極２０の表面に絶縁膜が形成されているものでは、絶縁膜の保護のため、その内周面８４と内部電極２０の表面とを接着剤にて接着して固定するとよい。このものでは、内部電極２０の先端又は先端寄り部位の外周面に、先端支持部材本体８１をいわばカラー（リング）として介在させた上で、外周面の弾性体８３によってこの本体８１を外筒電極１０の内側に弾性的に支持したものともなる。このものでは、これを圧入する場合には、先端支持部材８０において外周面をなす弾性体８３の外径を外筒電極１０の内径より圧入代分大きしておけばよい。

図１４に示した先端支持部材８０は、図１１に示した本発明とは別の参考形態（例１）の変形例（参考形態（例４））とでも言うべきものである。このものは、先端支持部材本体８１の内、外周面に、軸線Ｇ回りに凹溝８７、８８を周設し、この各凹溝８７、８８に例えばＯリング状のゴムパッキングからなる弾性体９１，９２をそれぞれ配置（装填）し、図１１における各弾性体に８５，８３に代えたものである。

なお、本発明とは別の参考形態例のように内部電極２０の先端又は先端寄り部位の外側であって外筒電極１０の内側に、弾性体が先端支持部材本体８１自身の外周面又は内周面の少なくとも一方に設けられてなる先端支持部材を介在させる場合においても、その弾性体はゴムが適切な素材といえる。

また上記形態において内部電極は、中実の円柱状の金属棒としたが、当然のことながら、角柱状であってもよいし、中実でなく、中空の筒状（管状）のものであってもよい。さらに、外筒電極についても、その断面は円筒でなく、角筒であってもよい。

なお、上記形態のセンサでは、液の状態を検知する対象である液体として、尿素水を例として具体化したが、これに限定されるのではない。また、尿素水のように導電性のある液体でない液体（非導電性の液体）が測定対象であれば、その場合には内部電極の外周面には絶縁膜を形成する必要はない。このような場合には、周知のように、空気の誘電率と、測定対象をなす液体の誘電率との間で差があるため、内外の両電極間の静電容量の測定を行うことで、静電容量の変化を検出できるためである。

また、液状態検知センサの検知対象である液状態としては、上記においては液位を例示したが、この他、液体の濃度、劣化度、品質或いは異物の混入度などとすることもできる。すなわち、本発明のセンサは、２つの電極間の静電容量を測定することで、液体のこれらの各状態を検知することのできるセンサにおいて広く適用できる。

さらに、上記の形態では、センサを上から下に垂下状に配置したものにおいて具体化したが、これとは逆にタンク等の液体収容容器の底において起立状に配置するセンサにおいても同様に具体化できる。

本発明の静電容量式の液状態検知センサの実施の形態（液体レベルセンサ）の縦断面図。 図１の要部である下端部の拡大図。 弾性体からなる先端支持部材を圧入する前のセンサの下端寄り部位の要部断面図。 センサの下端寄り部位を下から見た拡大斜視図。 先端支持部材を上から見た斜視図。 先端支持部材の平面図。 先端支持部材の側面図及び軸線及び凸部の中央を通る凸部近傍の縦断面拡大図。 図７を右から見た図。 内向き凸部のガイドの別例を説明する、液状態検知センサの要部である下端部の拡大図。 先端支持部材の別例を説明する、液状態検知センサの要部である下端部の拡大図。 本発明とは別の液状態検知センサに用いる先端支持部材の参考形態（例１）を説明する、液状態検知センサの要部である下端部の拡大図。 本発明とは別の液状態検知センサに用いる先端支持部材の参考形態（例２）を説明する、液状態検知センサの要部である下端部の拡大図。 本発明とは別の液状態検知センサに用いる先端支持部材の参考形態（例３）を説明する、液状態検知センサの要部である下端部の拡大図。 本発明とは別の液状態検知センサに用いる先端支持部材の参考形態（例４）を説明する、液状態検知センサの要部である下端部の拡大図。

１ 液状態検知センサ
１０ 外筒電極
１３ 外筒電極の先端寄り部位の貫通孔
２０ 内部電極
３０、８０ 先端支持部材（ゴム製弾性体）
３０ｔ 先端支持部材の底部
３２ 先端支持部材の筒状の胴部
３２ａ ゴム製弾性体の外周面
３３ 底部の貫通孔
３５ 凸部
３５ｂ 凸部の傾斜部
３５ｍ 凸部の傾斜部の最大突出部をなす後方端の面取り
３７ 内向き凸部
３９ 内向き凸部のガイド
４０ 基端支持部材
８３，８５，９１，９２ 弾性体
Ｇ 軸線
Ｔ タンク（液体収容容器）

Claims (9)

1. 導体からなる筒状の外筒電極と、前記外筒電極内でその軸線方向に沿って設けられた導体からなる内部電極と、前記外筒電極及び前記内部電極の基端側で、前記外筒電極と前記内部電極とを絶縁を保持して支持する基端支持部材とを備え、液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液状態検知センサにおいて、
   前記内部電極の外側であって前記外筒電極の内側に、弾性体からなると共に、自身の内周面に、軸線方向から見て角度間隔をおいて内向きに突出する複数の内向き凸部が形成された先端支持部材を介在させて、この複数の内向き凸部が前記内部電極の先端又は先端寄り部位を前記外筒電極の内側に弾性的に支持させてなることを特徴とする液状態検知センサ。
2. 前記先端支持部材は、前記内部電極の先端又は先端寄り部位の外側であって前記外筒電極の内側に圧入されていることを特徴とする特徴とする請求項１に記載の液状態検知センサ。
3. 前記先端支持部材には、その外周面に外向きに突出する凸部を設けておくと共に、前記外筒電極には、その先端寄り部位に径方向に貫通する貫通孔を設けておき、前記先端支持部材が、前記内部電極の外側であって前記外筒電極の内側に圧入された際に、前記凸部が前記貫通孔に嵌合されていることを特徴とする請求項２に記載の液状態検知センサ。
4. 前記先端支持部材における凸部は、その外側面に、先端支持部材自身が圧入される先方に向けて、先端支持部材の径方向における突出量が漸減する傾斜部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の液状態検知センサ。
5. 前記先端支持部材における凸部は、その外側面に、先端支持部材自身が圧入される先方に向けて、先端支持部材の径方向における突出量が漸減する傾斜部を備えていると共に、その傾斜部における最大突出部をなす後方端に、後方に向けて先端支持部材の径方向における突出量が漸減する形の面取りがつけられていることを特徴とする請求項３に記載の液状態検知センサ。
6. 前記先端支持部材は、前記内部電極の先端又は先端寄り部位の外側であって前記外筒電極の内側に圧入されていると共に、前記内向き凸部は、先端支持部材自身が圧入される先方に向けて広がり状をなすガイドを備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液状態検知センサ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の液状態検知センサにおいて、前記先端支持部材は、前記内部電極の外側であって前記外筒電極の内側に介在する筒状の胴部を備えた有底筒形状をなし、かつ、その底部には液状態検知センサ自身の外部に通じる貫通孔を備えており、さらに、前記貫通孔は前記内向き凸部相互の間に位置する流通凹部と共に流路を構成していることを特徴とする液状態検知センサ。
8. 前記弾性体がゴムであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の液状態検知センサ。
9. 前記液体は尿素水であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の液状態検知センサ。

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