JP4659590B2 - 液状態検知センサ - Google Patents

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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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