JP4659590B2 - 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内に収容される液体の液位等の状態を検知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、別途車両に設けた液体収容容器（以下、タンクともいう）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（特許文献１）。

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（外部電極）とし、この外部電極内にて、その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、外部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、外部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（ケーシング）に取り付け、セットする。このような導電性の液体の水位（液位）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、導電性の液体が外部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、水位を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、外部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、外部電極（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、外部電極の基端側（根元側）を位置させるため、外部電極の基端部（上）を、タンクの蓋又はタンクへの取り付け手段を有する基端支持部材（電極固定部材）に固定（又は支持）することになる。一方、内部電極は、外部電極内に、これとの絶縁を保持するように、絶縁材（絶縁層）を介して内部電極自身の基端部を外部電極内の基端側に固定することになる。図１１に示したセンサもこのようなセンサの一例であり、本願出願時において未公開である先行出願（特願２００５−１４００７１）に記載されている。

この先行出願に記載されたセンサ１では、そのうちの外部電極（外筒電極）１０が、例えば円筒状を呈しており、その基端部（上端部）１２を、基端支持部材（ベースケース）４０の底部の中央における開口から下向きに突出し電極支持部４１をなす円筒状部（以下、円筒状部４１という）に、外嵌した上で溶接して固定されている。一方、このセンサ１をなす内部電極２０は、例えば円柱状（棒状）又は円筒状を呈しており、しかも、基端部２２の外周に外向きに突出する円環状のフランジ（パイプガイド）５５を備えている。この内部電極２０は、基端支持部材４０の同開口をなす円筒状部４１内に、絶縁材からなり、図示上端に大径のフランジ５１を有する円環状又は円筒状をなすホルダ（インナーケース）５０をそのフランジ５１が開口の内周の上端周縁にて支持されるようにして介在させ、これにて絶縁を確保した上で、そのホルダ５０の内側にその内部電極２０を内挿するとともに基端部２２のフランジ５５をホルダ５０のフランジ５１の上に係合させて垂下状とされている。このような内部電極２０の固定は、そのフランジ５５の上に、絶縁板５６を介在させて押え板５７を載置し、その押え板５７をねじ部材（ビス）５８、５８により基端支持部材４０にねじ込むことで、そのフランジ５５を電極２０の軸Ｇ方向先端（図示下端）側に押さえつけて行われている。なお、このようなセンサ１では、基端支持部材４０の円筒状部４１の内周面と内部電極２０の外周面との間は、液密に保持する必要があるため、ホルダ５０の内、外周面の適所に、シール材としてパッキン（リング状のゴムパッキン）５３，５４が取付けられ、その間のシールが保持されている。

ところで、このような内部電極２０の固定構造を有するセンサ１では、内部電極２０の基端部２２の端面に、端子５９が突出するように設けられている。この端子５９は、内部電極２０の固定後において、押え板５７の上に配置されてネジ止等によって固定される回路基板（配線基板）６０の所定位置に設けられた端子（例えばスルーホール端子）にハンダ付け等により接続される構成とされている。同図のものでは、そのようなスルーホール端子に、内部電極２０の端子５９を通した状態でハンダ付けされている。このセンサ１では、基端支持部材４０内に回路基板６０を固定し、そのハンダ付けによる端子同士の接続後において、回路基板６０からの外部への取り出し用の配線６１を基端支持部材４０外のコネクタ６２に取り出し接続した状態で、回路基板６０を覆うように基端支持部材４０内には絶縁樹脂（図示せず）が充填され、要すれば保護キャップ４５が被されてセンサ１として組み立てられる。
実開平０１−１５１２１５号公報

前記した構造の先行出願のセンサ１では、その組み立て過程において、ねじ部材５８をねじ込み、押え板５７によって内部電極２０の基端部２２の端面を押え付けて固定するのに先立って、その基端部２２の端面に形成された端子５９が、その後で配置される回路基板６０の端子の位置に対応するようにその内部電極２０の軸線回りに対する設計上の位置決めをしないといけない。しかし、このセンサ１においては、内部電極２０の固定前、ホルダ５０は基端支持部材４０の円筒状部４１に対し、共に円筒状をなして嵌合していることから、パッキン５３が設けられるといえども、電極２０の軸線Ｇ回りに回転可能な状態にある。また、内部電極２０もホルダ５０に対し、共に円筒状をなして嵌合しているため、これもパッキン５４が設けられるといえども、回転可能な状態にある。このため、その組立過程においては、内部電極２０又はそれをホルダ５０とともに軸線Ｇ回りに適宜に回転させて位置を調節し、電極２０の端子５９が搭載される回路基板６０に設けられたスルーホール端子の位置に正しく対応する位置となるように保持し、その状態で、ねじ部材５８をねじ込み、押さえ板５７によって内部電極２０の基端部を押さえつけて固定する必要があった。すなわち、前記のセンサ１においては、その製造における組み立て工程において、内部電極２０を軸線Ｇ回りに適宜に回して位置決め（調節）をし、その状態を保持する必要があり、そのために組立に手間がかかるといった問題があった。

加えて、上記したように内部電極２０を基端部２２においてそのフランジ５５を軸線Ｇ方向先端側に押さえつけることで固定する構造においては、次のような解決すべき課題もあった。というのは、このものではセンサ１として組み立てられた後、ホルダ５０又は内部電極２０のいずれか一方に、押え板５７による内部電極２０の固定力を上回る軸線Ｇ回りの回転力（トルク）が作用したり、振動等が作用したりすると、その固定に弛緩が生じて内部電極２０が少しの角度とはいえ回転する可能性がある。そして、このような回転があると、内部電極２０の基端部２２の端面の端子５９と回路基板６０の端子との接続をなすハンダが切れたりするなどの可能性がある。すなわち、端子間において断線を招くおそれがある。

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、上記したセンサの組立上の問題点を解決すると共に、組立後における電極の回転による断線の発生を長期間にわたって防止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、液体収容容器内に収容される液体の状態を電極間の静電容量に基づいて検知する液状態検知センサであって、
軸線方向に沿って延び、それ自身の基端部の外周面にフランジを有する静電容量測定用の電極と、この電極を固定するための電極固定部材と、この電極固定部材に固定された該電極の基端部の端面の上に配置され、該端面に設けられた端子と接続される回路基板とを備えており、
前記電極固定部材は、前記回路基板を収容する凹状をなしたケース状部位を備えると共に、該ケース状部位はその底部に軸線方向に沿って延びる開口を備えており、
該開口の内周面に嵌合する環状部又は筒状部を有する絶縁材からなるホルダであって外周面に前記ケース状部位内における該開口の周縁に係合するホルダ側フランジを有するものが、前記開口内に、前記環状部又は筒状部を嵌合させ、しかも、該ホルダ側フランジを前記開口の周縁に係合させ、この状態において該ホルダがホルダ位置決め手段によって前記開口の内周面において回転不能とされて所定の位置に位置決めされ、
さらに、該ホルダ内には前記電極が挿通され、しかも、該電極の前記フランジを該ホルダの環状部又は筒状部の端面に係合させ、この状態において該電極が電極位置決め手段によって前記ホルダの内周面において回転不能とされて所定の位置に位置決めされ、
該電極が、前記ホルダを介して前記電極固定部材に回転不能とされて所定の位置に位置決めされた状態の下で、前記電極固定部材に固定手段によって固定されてなることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記固定手段が、前記電極の基端部の端面又はフランジに押圧体を配置し、この押圧体を介してネジ部材を前記電極固定部材へねじ込むことで、該電極をその軸線方向の先端側に押え付けて固定するものとしたことを特徴とする請求項１に記載の液状態検知センサである。

なお、本発明の液状態検知センサのように、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）内の液体の液位等の液状態を検知するものでは、正負一対の電極が必要となるところ、本発明のセンサにおいては、センサ自体が一対の電極を備えているものが普通であるが、必ずしもこのようなものに限定されるものではない。一対の電極を備えているものとしては、上記した従来技術や先行技術のように、筒状の外部電極と、その外部電極の内部（筒内側）に、その軸線方向に沿って設けられた、径の小さい柱状（又は筒状）をなす内部電極とを備えているものが例示されるが、このような電極の形態のものに限定されるものではない。また、電極間の静電容量を測定するためには、液体収容容器自体が金属製のものである場合には、その容器（タンク）自体を電極として使用することが可能であり、したがって、そのような場合には、センサ自体は１つの電極を備えていればよい。同様に、センサ自体とは別途、独立に１つの電極を設けることも可能であり、このような場合もセンサ自体は１つの電極を備えていればよい。すなわち、本発明のセンサには、それ自体としては、一対をなす電極のうちの一方のみを備えているものも含まれる。

本発明のセンサによれば、前記の構成により、電極は、前記ホルダを介して前記電極固定部材に回転不能とされて所定の位置に位置決めされた状態の下で、前記電極固定部材に固定されている。すなわち、電極を前記電極固定部材に固定する際においては、電極が回転しないため、この位置決めにおいて、電極の基端部の端子が、その上に配置される回路基板の接続位置に対応して所定位置となるように、ホルダ位置決め手段及び電極位置決め手段を予め設定しておくことで、電極は電極固定部材に対して所望とする位置に簡易に回転不能の状態で位置決めできる。すなわち、電極の位置決めにおいて、それを電極固定部材の開口の内周面に対して回転させて、同電極の基端部の端子を回路基板の端子位置に対応する位置に調節する必要もなく、同電極の端子位置を簡易迅速に所望とする位置に位置決めすることができるので、センサの組立が容易となる。しかも、本発明のセンサによれば、前記電極が前記電極固定部材の前記開口の内周面において回転するような力を受けたとしても回転することを防止できる。このため、前記電極の端子と回路基板との接続部における断線の発生も生じない。本発明によれば、こうした特有の効果が得られる。

すなわち、従来は、電極固定部材に対してホルダが、そして、ホルダに対して電極が回転し得たため、電極の端子の位置を、その後で配置される回路基板の接続位置に合致するように、ホルダ及び電極を回転して端子相互の位置を調整する必要があったのに対し、本発明においては、そのような回転、調整を要するまでもなく、簡易にその位置決めができる。そして、電極が、このように位置決めされた状態の下で、その端子と、回路基板とをハンダ付け等によって接続し、そして電極が固定された場合には、その後において、電極に回転力が及んでもその固定が弛緩したり、電極が回転することがないため、端子間の接続をなすハンダの切れによる断線等を招くこともない。したがって、この端子相互の接続の信頼性を長期間にわたって保証することができる。なお、請求項１において、前記電極の前記電極固定部材に対する固定手段は、適宜の手段によればよい。例えば、前記電極固定部材に前記ホルダを接着剤により接着すると共に、このホルダに前記電極を接着剤により接着することによっても可能である。しかし、請求項２に記載の構成とした場合には、簡易な構成で強固な固定が具体化できる。

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、その組立工程と共に詳細に説明する。図１は、液状態検知センサの一例としての液体レベルセンサ１の中間省略縦断面図である。図２はその要部の分解斜視図、図３はセンサをなす電極固定部材の斜視図、図４〜図８は組立工程を説明する図であって、各工程における平面図及び縦断面図である。なお、本形態では、正負一対の電極を備えたセンサであって、発明における「電極」が、管状（円筒状）をなす外部電極の内側に配置された円柱状の内部電極として具体化されたセンサについて説明する。

本実施の形態の液体レベルセンサ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に示したように、本形態のセンサ１においては、略同一長さの管状（円筒状）をなす電極（以下、外部電極ともいう）１０と、その内側に配置された円柱状の電極２０とからなる一対の電極を備えており、このうちの円柱状の電極（以下、内部電極ともいう）２０がその基端部（図１における上端部）２２の外周面に外向きに突出するフランジ２３を有している。そして、その内部電極２０を基端部２２において固定する、上方を開口するケース状部位３１を有する電極固定部材３０と、この電極固定部材３０内において電極２０の基端部２２の端面２４の上に配置された中継用の回路基板６０等を有し、次のように構成されている。

すなわち、本形態では、図１に示したように内部電極２０が円柱状を呈しており、その基端部２２の外周に外向きに突出するフランジ２３を溶接によって備えている（図２参照）。なお、このフランジ２３は、内部電極２０の軸線Ｇと同心で略円環状をなすように形成されているが、軸線Ｇ方向から（図１の上から）見たとき、その円の対向する両側が直線状にカットされてなる弦部２６をなす、平行な２面（平面）を備えている（図２、図６参照）。また、電極２０の基端部２２の端面２４には、本形態では電極２０の軸線Ｇ方向に沿って延びるように、複数（２本）の端子２８が取付けられている。ただし、この端子２８は、平面視（図１の上からみたとき）、フランジ２３の両側の弦部２６の中間であってそれと平行に引いた直線と、フランジ２３の外周と同心で描いた円との交点に位置するようにされている（図６参照）。また、この内部電極２０の表面には、例えばフッ素系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。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。この電極は、柱状（円柱状）又は管状（円管状）をベースとなすものが例示されるが、本発明のセンサはこれに限定されるものではない。

一方、電極固定部材３０は、図１〜図４に示されるように、上方を開口する有底の直方体で凹状をなすケース状部位３１を主体としてＳＵＳ材から次のように形成されている。すなわち、電極固定部材３０は、ケース状部位３１の底部３２の中央に円形の開口３３を備えており、本形態では、その開口３３にはそれと内径が同径、同心で下向きに突出する円筒状部３４を備えている。ただし、この円筒状部３４は、その外周面に外部電極１０が外嵌されて固定されるように、その先端寄り部位３４ｂが所定範囲にわたって若干、小径とされている。また、ケース状部位３１の外周面の下端部には、タンクＴへの取り付け部をなす取付け用フランジ３５が周設されており、その適所にねじ部材（図示せず）による取付け用の貫通孔３６が設けられている。

また、直方体で凹状をなすケース状部位３１の、平面視において短辺をなす対向する両端壁３７の内側には、その各端壁３７に沿って同一高さの棚３８が平面視矩形をなすように隆起状に形成されており、各棚３８の略中央にはねじ穴３９が設けられている。このねじ穴３９は、詳しくは後述するが、図１に示したように、絶縁板５６及び押え板５７を介して内部電極２０を軸線Ｇ方向の先端２１側へ押え付けて固定するためのねじ部材５８ａをねじ込むところである。そして、ケース状部位３１内には、この対向する棚３８の壁面４０と、平面視において長辺をなす対向する両側壁４１とにて包囲される形で、前記円形の開口３３の周縁に、平面視矩形の凹部４３が開口３３と同心で形成されており、ケース状部位３１の底部３２の開口３３の周縁の底面４４が平坦に形成されている。なお、この凹部４３の平面視、四隅には隅肉アールが付けられている。しかして、この凹部４３には、詳しくは後述するが、図１に示したように、絶縁材からなる環状のホルダ５０におけるフランジ５１が嵌り込み、開口３３の周縁に係合して支持されるように形成されている。

さらに、ケース状部位３１内の四隅であって、端壁３７に沿って形成された棚３８の上には、ケース状部位３１内において、矩形に形成された回路基板６０を支持する支持部４６が同一高さで隅肉状に形成されている。ただし、この支持部４６のうち、平面視、対角方向に位置するものにはねじ穴４７が設けられており、回路基板６０をねじ部材５８ｂで締付けて固定するように形成されている（図１、図４参照）。なお、本形態では平面視長辺をなす側壁４１の外面には鋸歯断面を呈する凸部４２がその適所に設けられており、キャップ状の保護カバー４９を取付けるようにされている。

一方、このような電極固定部材３０においては、その底部３２から下向きに突出している円筒状部３４の外周面の小径部３４ｂに対し、円筒状をなす外部電極（本形態ではＳＵＳ ３０４製）１０がその基端部１２を嵌合して、溶接により固定されている。なお、詳しくは説明しないが、外部電極１０の管部の適所にはその内外に測定対象をなす液が自由に出入りできるように開口が形成されている。すなわち、本形態では外部電極１０の周面に、その母線に沿って、スリット１４、１６が、先端部１１側（図１の下端側）から順に基端部１２（液体レベルセンサ１の電極固定部材３０側）にわたって、それぞれが独立（断続的）に形成されており、このスリット１４，１６が、内外に液体（尿素水）又はガス（空気）が自由に出入りできる開口とされている。なお、図示はしないが、外部電極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。

他方、電極固定部材３０の円筒状部３４の内側には、絶縁材からなる環状のホルダ５０の円筒状部（又は円環状部）５２が挿入されている。このホルダ５０は円筒状をなし、外径が電極固定部材３０の円筒状部３４の内径より、若干小さい円筒状部（又は円環状部）５２と、この円筒状部５２の上端において外向きに突出するように形成された平面視略矩形をなすフランジ（ホルダ側フランジ）５１を備えている（図１，２及び図５参照）。このフランジ５１は、上記した電極固定部材３０内の棚３８の壁面４０と、平面視において長辺をなす対向する両側壁４１にて包囲されるところの凹部４３の底面（開口３３の周縁の底面）４４に、周囲に微小な隙間を保持して着座されるように形成されている。そして、その平面視における４つの角には、凹部４３の四隅に嵌り込む様に面取り（アール面取り）が付けられている。しかして、ホルダ５０は、その円筒状部５２を開口３３及びこれに連なる円筒状部３４の内周面に嵌合（隙間嵌め）し、フランジ５１を開口３３の周縁（凹部４３の底面４４）に係合させ、その際において本例では、そのフランジ５１の外周面を棚３８の壁面４０と、両側壁４１にて形成された平面視、矩形の壁にて拘束させている。本形態では、これがホルダ位置決め手段をなし、ホルダ５０は開口３３の内周面において円筒状部３４の軸線Ｇ回りに回転不能とされて所定の位置に位置決めされるよう構成されている。

このホルダ５０のフランジ５１の厚みは、棚３８の壁４０の高さの半分程度に設定されている。そして、ホルダ５０の円筒状部５２の内外周面には、それぞれ周方向に沿って凹溝が形成されて、各凹溝にはゴムからなるシール用のリングパッキン５３、５４が取付けられており、外周面の凹溝に取付けられたリングパッキン５３によって、円筒状部３４の内周面とホルダ５０の円筒状部５２の外周面とのシールが保持されている。なお、円筒状部５２の内周面の内径は内部電極２０の円柱部の外径より若干大きく設定されている。また、本形態においてそのホルダ５０は、その上端面におけるフランジ５１の内周寄り部位が、平面視、円筒状部５２と同心で、略円形にて所定深さに凹設された凹部５５を備えている（図２、図５参照）。ただし、この凹部５５は、平面視において、内部電極２０の基端部の外周面に突出状に形成されたフランジ２３が若干の隙間を保持して嵌合し、その状態において、電極２０が軸線Ｇ回りに回転不能となるように、例えば次のように形成されている。すなわち、凹部５５は、平面視、フランジ２３の外形より若干大きいもののそれと同形状に、円筒状部５２の内周面と同心で略円環状をなすように形成されているが、軸線Ｇ方向から見たとき、その円の対向する両側が直線状をなす弦部壁５５ｂをなすように、平行な２面（平面）を備えている。本形態では、このような凹部５５に電極２０のフランジ２３を嵌合させることで電極位置決め手段をなすものとされている。なお、その凹部５５の深さは、電極２０のフランジ２３の厚みより浅く形成されている。ただし、この弦部壁５５ｂをなす２面は、ホルダ５０のフランジ５１における平面視矩形の長辺５１ｂと平行となるように形成されている。本形態では、ホルダ５０のフランジ５１における平面視矩形の長辺５１ｂが、電極固定部材３０における壁４１と平行となって凹部４３に嵌合され、位置決めされるように設定されている。

しかして、内部電極２０は、図５に示した状態の電極固定部材３０に対して上記したホルダ位置決め手段によって開口３３の内周面において回転不能とされて所定の位置で位置決めされたホルダ５０に対し、回転不能とされて所定の位置で位置決めされている。そして、図６に示したように、電極２０はその基端部２２のフランジ２３をホルダ５０の凹部５５に嵌合させるとともに、同フランジ２３を、凹部５５の底面であるホルダ５０の円筒状部５２の端面（上端面）５５ｔに着座させる形で係合させている。すなわち、ホルダ５０内に挿通された内部電極２０は、そのフランジ２３の弦部２６が、ホルダ５０の凹部５５の弦部壁５５ｂに位置するように嵌合されている。本形態では、この嵌合による電極位置決め手段によって、内部電極２０は、ホルダ５０の内周面において、電極２０の軸線Ｇ回りに回転不能とされ、その軸線回りに所定の位置となるようにして位置決めされている。かくして、本例では、電極２０の基端部２２の端面２４に設けられた２本の端子２８が、常に、平面視、壁４１に平行で軸線Ｇ回りに回転不能にして位置決めされるように設定されている。すなわち、本例では、内部電極２０の基端部２２の端面２４に直角で突出するように設けられた２つ（本）の端子２８は、内部電極２０を電極固定部材３０内に配置した際には、図６に示した位置で、その位置が常に一定になるように設定されている。

このように電極固定部材３０の開口３３に対し、ホルダ５０を介して回転不能に位置決めされた電極２０は、その基端部２２の端面２４又はフランジ２３を介して次記するような固定手段によってその軸線Ｇ方向の先端２１側に押え付けられ、電極固定部材３０に固定されている。すなわち、本形態において電極２０は、図７に示したように、フランジ２３の上に、電極２０と電極固定部材３０との絶縁確保のために例えば絶縁板（樹脂製矩形板）５６を介在させて、押圧体である押え板（金属板）５７を配置し、ネジ部材５８ａを棚３８に設けられたねじ穴３９にねじ込むことで、電極固定部材３０に固定されている。なお、絶縁板５６は、ケース状部位３１における凹部４３内に平面視において嵌る大きさの矩形状のものとされているが、電極２０の端面２４又はフランジ２３を押え付けて固定を可能とするため、絶縁板５６の上面が棚３８より上位となるようにその厚みが設定されている。また、図２に示されるように、絶縁板５６は、その央部に、電極２０の端子２８を突出させる貫通孔５６ｂを備えている。さらに、押え板５７は、六角形状の板とされ、絶縁板５６の両端から対角部位が突出するように形成され、その対角寄り部位に設けられた貫通孔５７ａにネジ部材５８ｂを通してねじ穴３９にねじ込んでいる。なお、押え板５７の中央には、電極２０の端子２８に対応してこれを突出させる貫通孔５７ｂを備えている。

なお、内部電極２０の固定後、内部電極２０の先端部２１の外周と、円筒状をなす外部電極１０の先端部１１の内周との間には、ゴム製でキャップ状をなす先端支持部材２５が圧入され、それを弾性的に支持しており、内部電極２０を外部電極１０の中心にして両者は平行とされている。また、本形態では、その先端支持部材２５は外周面に設けられた抜け止め用凸部２５ａが、電極１０の周面に等角度間隔で、３箇所設けらた貫通孔（開口部）１３に嵌り込んで抜け止めとされている。なお、前記においてはホルダ５０を電極固定部材３０に嵌合した後で、そのホルダ５０に内部電極２０を挿入した場合で説明したが、この組立は、内部電極２０をホルダ５０に挿入した状態で、すなわち、このようなセット状態の内部電極２０を含むホルダ５０をもって、電極固定部材３０の開口３３内にその円筒状部５２を嵌合させて、その内周面において回転不能として所定の位置に位置決めをするようにしてもよい。

さて、本形態ではこのようにして位置決めされた電極２０の基端部２２の端面２４の上に、図８に示したように回路基板６０が配置され、この配置において、電極２０の基端部の端面２４に設けられた各端子２８が、回路基板６０の所定位置に設けられたスルーホールをなす端子の中を貫通され、その先端を突出させた上で、両端子間をハンダ付けにより電気的に接続している。この回路基板６０は、ケース状部位３１内において、その四角を支持部４６にて支持させ、回路基板６０の対向角部に設けられた貫通穴（図示せず）にねじ部材５８ｂを通し、これを支持部４６に形成されたねじ穴４７にねじ込むことで、固定、収容されている。なお、その後は、ケース状部位３１には保護カバー４９が被せられ、図示はしないがその外側面に設けた貫通孔に、ケース状部位３１の側壁４１の外面に設けた凸部４２を嵌り込ませて取付けられている。また、回路基板６０の外部取り出し用端子に接続された配線ケーブル６１が外部のコネクタ６２に接続され、センサ１として組み立てられている。

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、導電性の電極固定部材３０に接続されており、これによって外部電極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。また、このような電極固定部材３０のケース状部位３１内の空所には、回路基板６０の取付け後に、図示はしないが、樹脂が充填されている。なお、本形態のセンサでは、その組み立てにおいて、ネジ部材５８ａをねじ込むことで電極２０を固定した後で、ネジ部材５８ｂをねじ込んで回路基板６０を固定した場合を説明したが、組立順はこれに限定されるものではない。例えば、電極２０を仮固定しつつ、その端子２８と回路基板６０の端子との接続をした後で、電極２０及び回路基板６０の固定（ねじ込み）を行うようにすることも、ネジ部材５８ａのねじ込みに支障がなければもちろん可能である。

このような本形態のセンサ１は、その電極固定部材３０における取付け用フランジ３５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して、ねじ部材等による締め付けで取り付けられる。そして、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の検出に供される。なお、ケース状部位３１の内側に収容される回路基板６０にはマイコンを含む複数の電子部品が実装されており、この回路基板６０が両電極１０，２０にて構成される検知部より得られる静電容量情報から水位を検出し、この検出結果を外部回路（例えばＥＣＵ）にコネクタ６２を介して出力するように作動する。

このような本形態のセンサ１は、上記した説明から明らかなように、その組み立てにおいては、内部の電極２０がホルダ５０を介して電極固定部材３０の開口３３の内周面において回転不能とされ、その端面２４に設けられた端子２８が所定の位置となるようにして位置決めされる。このため、その基端部２２の端面２４の端子２８を、電極２０をホルダ５０を介して電極固定部材３０に位置決めした際に、その端面２４の上に配置される回路基板６０の端子の位置に対応する位置となるように設定しておけば、その組み立てにおいて、内部電極２０の同端子２８は、常に所望とする位置（設計上の位置）に、簡易、迅速に位置決めすることができる。したがって、その後、配置する回路基板６０の端子との両端子間の接続を簡易、迅速に行うことができる。かくして、本発明のセンサによればその組立の簡易、迅速化が図られる。

また、このような位置決め後において、その両端子間をハンダ付け等によって接続し、回路基板６０を固定することにより、両者は適正位置で固定される。かくして、組み立てられた後のセンサ１に対し、その内部電極２０に、これを軸線Ｇ回りに回転させるような外力（ねじり）ないし振動等が作用したとしても、内部電極２０は、ホルダ５０を介して電極固定部材３０に対して回転不能の取付け構造で固定されていることから、回転することはない。これにより、内部電極２０の端子２８と回路基板６０の端子とを接合しているハンダの割れ等による接続不良ないし断線を招くことを有効に防止できる。このように、本発明のセンサ１によれば、内部電極２０を正しい端子位置として、電極固定部材３０に簡易迅速に位置決めできると共に、その後、その端子２８と回路基板の端子との接続後においても内部電極２０が回転することがないため、センサとして組立てられた後でも、端子相互の接続に断線を招かない信頼性の高いセンサとなすことができる。

なお、電極２０の電極固定部材３０に対する固定手段は、上記もしたように、例えば、電極固定部材３０にホルダ５０を接着剤により接着すると共に、このホルダ５０に電極２０を接着剤により接着することによっても可能である。しかし、上記形態では、押圧体である押え板５７を介し、これをネジ部材５８ａによって締め付けることで行ったため、簡易な構成でしかも確実な固定が期待される。なお、押圧体は、板形状のものでなくともよい。この他、この固定手段としては、図示はしないが、ケース状部位３１内にバネを配置し、そのバネで電極２０の基端部２２の端面２４又はフランジ２３を押圧して固定することもできる。

前記形態のセンサ１においては、ホルダ５０の端面（上端面）５５ｔの凹部５５と、これに嵌合する内部電極２０のフランジ２３とを、平面視、ともに円の対向する円弧部を一部カットして弦部２６又は弦部壁５５ｂとして、フランジ２３が凹部５５に微小な隙間で嵌合するようにして回り止めをなすとともに位置決めをなすようにしている。すなわち、その弦部２６又は弦部壁５５ｂとが電極位置決め手段をなすものとし、電極２０がホルダ５０の内周面において回転不能として位置決めされるようにした。しかし、本発明において、ホルダ５０に対して電極２０を回転不能として位置決めする電極位置決め手段は、上記した平面視の形状による嵌合に限定されるものではない。具体的には、図９に示したように、平面視において、ホルダ５０の凹部５５およびこれに嵌合する内部電極２０のフランジ２３がともに円形であっても、それらが相対的に回転することなく位置決めされるように、例えば、フランジ２３の外周の一部に切り欠き（凹部）Ｋ１を設けておく。一方、凹部５５の内周の一部にその切り欠きＫ１に嵌合する凸部Ｔ１を設けておき、凸部Ｔ１を切り欠きＫ１に嵌合させるようにすることで、それらが相対的に回転不能となり、電極２０の端子２８が所望とする位置に位置決めされるようにしてもよい。

これより明らかなように、電極２０の基端部２２のフランジ２３は、平面視、円形のものでなくともよいことは明らかである。また、電極２０の基端部２２のフランジ２３は、ホルダ５０の筒状部（または環状部）５２の端面に係合され、その状態において、電極２０が回転不能とされて所定の位置に位置決めされるものであればよく、したがって、図９において言えば、ホルダ５０のフランジ５１は、その端面を凹部５５を備えない平面としておき、凸部Ｔ１のみがその端面から隆起状に突出しているだけであってもよい。さらに、図示はしないが、電極２０の基端部２２のフランジ２３に電極２０の軸線方向に貫通する穴を設けておく一方、ホルダ５０の筒状部（または環状部）５２の端面にこの穴に嵌り込む凸部（ボス）を設けておいて、その凸部がその穴に嵌り込んだときに位置決めされるようにしておいて電極位置決め手段としてもよい。

また、ホルダ位置決め手段についても、前記形態のセンサ１においては、上記したように、電極固定部材３０のケース状部位３１の凹部（内周面）４３と、ホルダ５０のフランジ５１の外周面とを、共に平面視、略矩形をなすものとし、そのフランジ５１を凹部４３に微小な隙間で嵌合させることで、ホルダ５０を電極固定部材３０に対して回転不能とし、所定の位置で位置決めされるようにしたが、これについても同様のことが言える。例えば、図１０に示したように、図５におけるケース状部位３１の凹部４３の左右両棚３８の壁面４０に、平面視、内向きに突出する凸部Ｔ２を設けておく一方、ホルダ５０のフランジ５１の外周面を円形とし、かつその外周面の一部に凸部Ｔ２が嵌合する切り欠き（凹部）Ｋ２を設けておき、凸部Ｔ２を切り欠きＫ２に嵌合させるようにすることで、それらが相対的に回転不能として位置決めされるようにしてもよい。また、前記した電極位置決め手段と同様、ホルダ位置決め手段についても、ホルダ５０のフランジ５１に電極２０の軸線方向に貫通する穴を設けておく一方、ケース状部位３１の底面にこの穴に嵌り込む凸部（ボス）を設けておいて、その凸部がその穴に嵌り込んだときに位置決めされるようにしておいてホルダ位置決め手段としてもよい。

また上記形態において内部電極２０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、上記形態のセンサは、外部電極１０を備えて内部電極２０とで一対の電極をなすものとして具体化したが、本発明のセンサは、上記もしたように、タンク自体を外部電極とすることも可能であることから、その場合には、上記形態における内部電極２０のみを備えたものとしても具体化できる。また、電極の対をなす形態についても、上記形態のように内部電極、外部電極として対をなすものに限られず、２つの電極を向かい合わせて配置するものとしても具体化できる。そして、一方の電極が別途に設けられる場合には、センサは１つの電極は備えていればよい。

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、その場合には上記形態における内部電極のように、そ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）の中間省略縦断面図。 図１の要部の分解斜視図。 図１のセンサをなす電極固定部材の斜視図。 図１のセンサの組立（製造）工程を説明する図であって、Ａは電極固定部材の平面図、Ｂは電極固定部材に外部電極を固定した要部縦断面図。 Ａは図４における電極固定部材にホルダを位置決めした平面図、Ｂはその縦断面図。 Ａは図５におけるホルダに内部電極を位置決めした平面図、Ｂはその縦断面図。 Ａは図６において内部電極を固定した平面図、Ｂはその縦断面図。 Ａは図７において回路基板を固定した平面図、Ｂはその縦断面図。 電極固定部材に位置決めされたホルダに内部電極を位置決めする別例を示す平面図。 電極固定部材にホルダを位置決めする別例を示す平面図。 先行出願の液状態検知センサの中間省略縦断面図。

符号の説明

１ 液状態検知センサ
１０、２０ 電極
１２、２２ 電極の基端部
２３ 電極の基端部の外周面のフランジ
２４ 電極の基端部の端面
２８ 端面に設けられた端子
３０ 電極固定部材
３１ 電極固定部材のケース状部位
３３ ケース状部位の底部に開口
５０ ホルダ
５１ ホルダのフランジ
５２ ホルダの環状部又は筒状部
５５ｔ ホルダの環状部又は筒状部の端面
６０ 回路基板
Ｔ タンク（液体収容容器）
Ｇ 軸線

Claims (2)

1. 液体収容容器内に収容される液体の状態を電極間の静電容量に基づいて検知する液状態検知センサであって、
   軸線方向に沿って延び、それ自身の基端部の外周面にフランジを有する静電容量測定用の電極と、この電極を固定するための電極固定部材と、この電極固定部材に固定された該電極の基端部の端面の上に配置され、該端面に設けられた端子と接続される回路基板とを備えており、
   前記電極固定部材は、前記回路基板を収容する凹状をなしたケース状部位を備えると共に、該ケース状部位はその底部に軸線方向に沿って延びる開口を備えており、
   該開口の内周面に嵌合する環状部又は筒状部を有する絶縁材からなるホルダであって外周面に前記ケース状部位内における該開口の周縁に係合するホルダ側フランジを有するものが、前記開口内に、前記環状部又は筒状部を嵌合させ、しかも、該ホルダ側フランジを前記開口の周縁に係合させ、この状態において該ホルダがホルダ位置決め手段によって前記開口の内周面において回転不能とされて所定の位置に位置決めされ、
   さらに、該ホルダ内には前記電極が挿通され、しかも、該電極の前記フランジを該ホルダの環状部又は筒状部の端面に係合させ、この状態において該電極が電極位置決め手段によって前記ホルダの内周面において回転不能とされて所定の位置に位置決めされ、
   該電極が、前記ホルダを介して前記電極固定部材に回転不能とされて所定の位置に位置決めされた状態の下で、前記電極固定部材に固定手段によって固定されてなることを特徴とする液状態検知センサ。
2. 前記固定手段が、前記電極の基端部の端面又はフランジに押圧体を配置し、この押圧体を介してネジ部材を前記電極固定部材へねじ込むことで、該電極をその軸線方向の先端側に押え付けて固定するものとしたことを特徴とする請求項１に記載の液状態検知センサ。

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