JP4771480B2 - 液体状態検知センサ - Google Patents
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Description
一方、支持部は、この濃度識別センサ部の上方に位置しており、尿素水溶液タンクの開口部に取付け可能な取付け部、この上方に位置する回路基板のほか、取付け部の下方に位置し濃度識別センサ部を保持する筒状の管部材を有する。この支持部のうち、回路基板には、濃度検知回路が構成されてなり、この回路基板は蓋部材によって覆われている。また、濃度識別センサ部の濃度検知部及び液温検知部は、管部材内を挿通してなるリード線を通じて、それぞれ回路基板に電気的に接続されている。
しかしながら、このように構成した場合、組み付け状態において、保持管と端子部材とが接触し短絡する虞がある。また、保持管とセンサ素子とが接触し短絡する虞があるいはセンサ素子にクラック等の生じる虞がある。複数の端子部材がある場合には、端子部材同士が接触し短絡する虞もある。さらに、実使用において掛かる振動や衝撃により、センサ素子や端子部材、リード線等が振動し、リード線と端子部材あるいは端子部材とセンサ素子との接続部分に応力が掛かり、これらの接続部分あるいは端子部材やセンサ素子のうちこの近傍の部分に亀裂が生じるなどの不具合が生じる虞もある。
また、本願第二発明として、被測定液体に少なくとも一部を浸漬して、上記被測定液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、上記被測定液体に少なくとも一部が浸漬するセンサ素子と、上記センサ素子に固着された端子部材と、
上記端子部材に接続され、これを介して上記センサ素子と導通してなる導電経路部材と、自身の先端部に直接または間接的に上記センサ素子を保持し、上記導電経路部材の少なくとも一部及び上記端子部材の少なくとも一部を包囲した長手方向に延びる保持管と、上記端子部材と上記保持管との間に介在して両者間を絶縁するセパレータと、を備える液体状態検知センサであって、前記センサ素子は、その一部が前記保持管に包囲されてなり、前記セパレータは、上記保持管内において、上記センサ素子を保持してなる素子保持部を含み、自身の外周面から突出するとともに、前記保持管の内径よりも大きい外径を有する内筒係合部を含んでおり、前記セパレータの上記内筒係合部が、前記保持管の先端に係合してなる液体状態検知センサがある。
さらに、本願第三発明として、被測定液体に少なくとも一部を浸漬して、上記被測定液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、上記被測定液体に少なくとも一部が浸漬するセンサ素子と、上記センサ素子に固着された端子部材と、上記端子部材に接続され、これを介して上記センサ素子と導通してなる導電経路部材と、自身の先端部に直接または間接的に上記センサ素子を保持し、上記導電経路部材の少なくとも一部及び上記端子部材の少なくとも一部を包囲した長手方向に延びる保持管と、上記端子部材と上記保持管との間に介在して両者間を絶縁するセパレータと、を備える液体状態検知センサであって、前記センサ素子は、その一部が前記保持管に包囲されてなり、前記セパレータは、ゴム状弾性を有する材料からなり、自身の外周面から突出するとともに、前記長手方向に沿って複数設けられた突起部を含んでなり、前記セパレータの上記突起部が前記保持管の内周面に接触して、前記セパレータの少なくとも一部が径方向内側に向かって弾性変形することにより、前記セパレータは、前記保持管内において、前記センサ素子および前記端子部材を弾性的に保持してなり、前記セパレータは、自身の外周面から突出するとともに、前記保持管の内径よりも大きい外径を有する内筒係合部を含んでおり、前記セパレータの上記内筒係合部が、前記保持管の先端に係合してなる液体状態検知センサがある。
このため、この液体状態検知センサでは、端子部材の少なくとも一部が保持管に包囲されている形態でありながらも、端子部材と保持管との間を離間させて、両者が接触して短絡することを確実に防止できる。
また、導電経路部材としては、端子部材に機械的にまた電気的に接続して、センサ素子と導通しうる部材であれば良い。具体的には、例えば、撚り線等の芯線をポリエチレン等の樹脂で被覆した被覆線、エナメル線などのリード線のほか、複数の被覆線(リード線)を1つのケーブルとしてまとめた多芯ケーブル、芯線と同軸に配置した編組を有する同軸ケーブル等を挙げることができる。
導電経路部材と端子部材との接続としては、ハンダ付け、ロー付けのほか、端子部材の一部を加締めることによりリード線(芯線)に端子部材を圧着することもできる。さらに、セパレータとしては、保持管と端子部材との間を絶縁できるもので有ればよいが、全体を絶縁材料で構成するのが好ましい。また、保持管内への配置を考慮すると、ゴム状弾性を有する絶縁材を用いるのが好ましい。
このため、端子部材同士を離間させることができ、これらが互いに接触して短絡することを確実に防止できる。
この液体状態検知センサは、自動車に搭載した場合など振動や衝撃が加わったときでも、セパレータの端子保持部が端子部材を弾性的に保持しているので、端子部材自身が振動するのが抑制される。このため、端子部材の振動によって、この端子部材と導通保持部材とのハンダ付けなどによる接続部分や、この端子部材とセンサ素子との接続部分、この端子部材やセンサ素子のうち接続部分の近傍において、亀裂等の不具合が生じるのを適切に防止することができる。
あるいは、セパレータを保持管内に配置しない状態では、端子保持部は端子部材を弾性的に保持しないが、セパレータを保持管内に配置した状態では、セパレータの変形により端子保持部が端子部材を弾性的に保持する形態とすることもできる。この形態とすると、このセパレータを保持管内に配置する前に、端子部材等をセパレータ内で移動させるなどの位置合わせが容易となるので、特に好ましい。
この液体状態検知センサは、自動車に搭載した場合など振動や衝撃が加わったときでも、セパレータの素子保持部がセンサ素子を保持しているので、センサ素子が振動することが抑制される。このため、センサ素子が振動することによって、このセンサ素子と端子部材の接続部分や端子部材と導通保持部材とのハンダ付けなどによる接続部分、端子部材やセンサ素子のうち接続部分の近傍において、亀裂等の不具合が生じるのを防止することができる。
このような構成によって、保持管内において、センサ素子および端子部材をセパレータにより弾性的に保持させることで、セパレータを弾性変形させるために保持管を変形させる等の工数が不要となり、簡易的な構成で、且つ、安定してセンサ素子および端子部材を保持管内にて弾性的に保持することができる。
そこで、本発明の液体状態検知センサでは、セパレータに保持管の内径よりも大きい外径を有する内筒係合部を設け、この内筒係合部を保持管の先端に係合させるようにしている。このため、端子部材に接続される導電経路部材に対して引張り力が加わった場合にも、内筒係合部が保持管の先端に係合されるため、セパレータが保持管内に引きずり込まれるのを抑制することができる。
このようなセパレータを用いることにより、この液体状態検知センサを組み立てるにあたり、導通経路部材をセンサ素子の端子部材に接続する前に、導電経路部材をセパレータの貫通孔に予め挿通しておく必要が無く、液体状態検知センサの組立が容易となる。また、導電経路部材をセパレータの貫通孔に予め挿通しておく場合には、組立の際、導電経路部材や端子部材を貫通孔内に引き込むにあたり、セパレータやその貫通孔の形状を、それらの移動を考慮した形状とする必要がある。しかし、本発明の液体状態検知センサでは、セパレータやその貫通孔の形状についてこのような考慮は必要ないから、導通経路部材や端子部材をより適切に保持できる形状とすることができる。
なお、この発熱抵抗体を第1セラミック層と第2セラミック層との間に配置してセンサ素子を構成することで、素子自身を液体に接触させることも可能となる。このように素子を液体に接触させたときには、被測定液体の状態検知精度が一層高まるというメリットが得られる。
また、発熱抵抗体への通電により、当該発熱抵抗体の抵抗値に対応して出力される「出力信号」としては、例えば、発熱抵抗体に定電流を流すことにより生ずる「電圧」や、発熱抵抗体に定電圧をかけたときに流れる「電流」を挙げることができる。
本発明を具体化した液体状態検知センサの一実施の形態について、図1〜図7を参照して説明する。
なお、本実施形態にかかる液体状態検知センサ1及び各部品の説明では、図1に示す軸線Oに沿う方向(軸線方向)のうち、この図1における上方を基端側とし、下方を先端側とする。
この液体状態検知センサ1は、基部2及びこの基部2から延びるセンサ部3から構成されている。この液体状態検知センサ1は、その基部2を、尿素水溶液を収容してなる収容タンク(図示せず)の開口部周りに取り付けて、基部2 の先端側に設けたセンサ部3を尿素水溶液に浸漬させて用いる。
この配線基板22に形成された制御回路は、液体濃度センサ部5のうち、図6に示す濃度センサ素子51への通電により、内部ヒータ配線518の抵抗値に対応した出力信号に基づいて、例えば、濃度センサ素子51に所定の電流を流すことにより生じる電圧値に基づいて、尿素水溶液の濃度を検知する。
液面レベルセンサ部4は、図1に示すように、軸線Oに沿う方向(長手方向)に延びた円筒形状の外筒41と、その内部に配置され、この外筒41と同軸に長手方向に延び、相対的に小径の円筒形状を有する内筒42とを含む。外筒441の内周面と内筒42の外周面とは、所定間隔で離間している。なお、内筒42が、本発明の保持管に対応する。
また、外筒41の先端部411と内筒42の先端部421との間には、後述するゴムブッシュ56が介在しており、このゴムブッシュ56の係合突起部562と係合してゴムブッシュ56(液体濃度センサ部5)を保持するための保持孔41Hが、外筒41の周方向の複数の所定位置に形成されているく図1参照)。
すると、この液面レベルセンサ部4では、外筒41と内筒42との間において、液位に応じて尿素水溶液が存在する部分と存在しない部分とができるから、液位に応じて外筒41と内筒42との間に形成されるコンデンサの静電容量が変化する。そこで、外筒41と内筒42との間に交流電圧を印加すると、この静電容量の大きさに応じた電流が流れるので、この電流の大きさに基づき尿素水溶液の液位を検知できる。
液体濃度センサ部5は、液面レベルセンサ部4の先端側に配置され、濃度センサ素子51、ホルダ部材55、プロテクタ58及びゴムブッシュ56等から構成されている(図1、図4、図5参照)。
このうち、濃度センサ素子51は、ホルダ部材55の内部に保持されている。また、濃度センサ素子51は、これにハンダ付けにより固着された接続端子52及び接続ケーブル53を介して、配線基板22に形成された制御回路と電気的に接続されている。一方、ホルダ部材55は、これを取り囲む外筒41との間に介在するゴムブッシュ56により、外筒41の先端部411に保持されている。さらに、プロテクタ58は、ホルダ部材55の先端部(径小部553)に係合して保持されている。
これにより、この濃度センサ素子51のうち、内部に内部ヒータ配線518が配置されている先端部511が、ホルダ部材55から先端側(図1中、下方)に突出した状態に配置される。
セパレータ54は、ゴム状弾性を有する絶縁性の樹脂からなり、概略円柱形状を有する部材である。このセパレータ54は、軸線方向にかつ互いに平行に延びて自身を貫通する2つの貫通孔54H1,54H2をなす貫通孔壁部541、及びこの2つの貫通孔54H1,54H2の間を隔てる壁状の端子間絶縁部548を備えている。この2つの貫通孔54H1,54H2は、図4、図5に示すように、接続端子52及びリード線532をそれぞれ挿通し保持するための貫通孔である。
さらに、このセパレータ54の最も先端部分は、径方向外側に突出してなり、内筒42の先端422に係合して、内筒42に対するセパレータ54の挿入深さを規定する内筒係合部546とされている(図5参照)。なお、後述するが、本実施形態では、セパレータ54により接続端子52及び濃度センサ素子51の一部を保持するものであるため、接続ケーブル53に引張り力がかかった場合に、セパレータ54が内筒42の内側に引きずり込まれる可能性がある。しかし、セパレータ54の内筒係合部546の後端面が内筒42の先端に係合することで、接続ケーブル53に引張り力がかかった場合にも、セパレータ54が内筒42内に引きずり込まれるのを抑制することができる。
また、セパレータ54のうち端子間絶縁部548が、一対の接続端子52同士の間に介在する。これにより、接続端子52同士が互いに接触して短絡を生じることが確実に防止されている。
このセパレータ54を内筒42内に挿入する以前には、このセパレータ54の2つの貫通孔54H1,54H2内に、濃度センサ素子51、接続端子52及びリード線532が遊挿された状態となっていた。
同様に、この貫通孔壁部541の変形部543のうち、素子保持部545は、濃度センサ素子51に弾性的に接触し、この濃度センサ素子51を保持する。すると、振動や衝撃がかかったとしても、濃度センサ素子51は素子保持部545に弾性的に保持されているために、濃度センサ素子51が振動することが抑制される。
これにより、接続端子52や濃度センサ素子51の振動によって、この接続端子52とリード線532とのハンダ付けなどによる接続部分や、この接続端子52と濃度センサ素子51との接続部分、この接続端子52や濃度センサ素子51のうち接続部分の近傍において、亀裂等の不具合が生じるのを適切に防止することができる。
プロテクタ58は、図2〜図5に示すように、円筒状の側部581とこの側部581の先端側を閉塞する底部582とを含む。概略有底円筒形のキャップ形状を有する。側部581及び底部582には、このプロテクタ58の内外を尿素水溶液が流通可能とするための液体流通孔58H1,58H2,58H3が形成されている。また、側部582のうち基端付近には、その一部にコ字状の切り込みを形成して内側に折り曲げた係止舌部583が形成されている。
このゴムブッシュ56は、ゴム状弾性を有する絶縁性の高分子材料からなる。このゴムブッシュ56は、図2〜図5に示すように、その中央に上述のホルダ保持孔56Hが貫通してなり、外筒41と最合可能な外径を有する円筒形状のブッシュ本体部561と、このブッシュ木体部561の外周の3カ所に均等に配置され、ブッシュ本体部561から径方向外側に向けて突出する係止突起部562とを有する。ブッシュ本体部561のホルダ保持孔56Hは、ホルダ部材55及びプロテクタ58と密着して、これらを保持可能な形状とされている。
本実施形態の液体状態検知センサ1では、配線基板22上に構成された制御回路から一定の大きさの電流を液体濃度センサ部5の濃度センサ素子51に流し、その内部ヒータ配線518を発熱させる。すると、内部ヒータ配線518には自身の抵抗値の大きさに対応した検出電圧が発生する。そこで、この検出電圧の変化を制御回路で検知して、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検知する。具体的には、濃度センサ素子51への通電開始直後の検出電圧と、通電開始から所定時間経過後の検出電圧とを計測する。そして、この間の検出電圧の変化量を用いて、この変化量に対応する尿素水溶液の尿素濃度を、予め得ておいた尿素水溶液の尿素濃度と変化量との関係から得る。
例えば、上述の実施形態では、液体状態検知センサ1として、液体レベルセンサ部4と液体濃度センサ部5とを一体化したタイプのセンサを例示した。しかし、液体レベルセンサとしての機能を有さないもの、さらには、外筒を備えないものに、本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、液体濃度センサ部5において、尿素水溶液の尿素濃度を検知する手法について説明したが、濃度センサ素子51(内部ヒータ配線518)への通電直後の抵抗値から、尿素水溶液の液温が測定できる。従って、尿素水溶液の尿素濃度のほか、液温を測定する液温センサとして用いることもできる。
また、上述の実施形態では、接続端子52のみならず、濃度センサ素子51の基端部514もセパレータ54内に配置される形態とした。しかし、接続端子と内筒との絶縁、接続端子同士の絶縁を考慮するだけであるならば、濃度センサ素子51をセパレータ54内に配置しない形態とすることもできる。
また、上述の実施形態では、セパレータ54を内筒42内に挿入する以前には、このセパレータ54の2つの貫通孔54H1,54H2内に、濃度センサ素子51、接続端子52及びリード線532が遊挿された状態となる。その一方、セパレータ54を内筒42内に挿入すると、貫通孔壁部541(変形部543)が径方向内側に向けて変形して、接続端子52及び濃度センサ素子51を弾性的に保持する形態のセパレータ54を備える液体状態検知センサ1を例示した。しかし、貫通孔の径を小さくする、貫通孔の内側に突出する突起を設けるなどにより、セパレータを内筒内に挿入する以前から、貫通孔内で接続端子あるいは濃度センサ素子が常にセパレータの貫通孔壁部に弾性的に保持される形態のセパレータを備える液体状態検知センサとしても良い。
2 基部
22 配線基板
3 センサ部
4 液面レベルセンサ部
41 外筒
41H 保持孔
42 内筒(保持管)
5 液体濃度センサ部
51 濃度センサ素子
516 内部配線(発熱抵抗体)
52 接続端子(端子部材)
53 接続ケーブル(導電経路部材)
532 リード線
533 芯線
54 セパレータ
54B (セパレータの)基端
54C (セパレータの)先端
54H1,54H2 貫通孔
54H3 孔連通部
541 貫通孔壁部
541G (貫通孔壁部の)外周面
542 (貫通孔壁部のうち)端子一内筒絶縁部(端子一管絶縁部)
544 端子保持部
545 素子保持部
546 内筒係合部
547 当接突起(突起部)
548 端子間絶縁部
549 (端子間絶縁部のうち)素子当接部
54S1,54S2 スリット
55 ホルダ部材
56 ゴムブッシュ
Claims (11)
- 被測定液体に少なくとも一部を浸漬して、上記被測定液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、
上記被測定液体に少なくとも一部が浸漬するセンサ素子と、
上記センサ素子に固着された端子部材と、
上記端子部材に接続され、これを介して上記センサ素子と導通してなる導電経路部材と、
自身の先端部に直接または間接的に上記センサ素子を保持し、上記導電経路部材の少なくとも一部及び上記端子部材の少なくとも一部を包囲した長手方向に延びる保持管と、
上記端子部材と上記保持管との間に介在して両者間を絶縁するセパレータと、を備える液体状態検知センサであって、
前記セパレータは、
ゴム状弾性を有する材料からなり、
前記保持管内において、前記端子部材を弾性的に保持してなる端子保持部を含み、
さらに、自身の外周面から突出するとともに、前記保持管の内径よりも大きい外径を有する内筒係合部を含んでおり、
前記セパレータの上記内筒係合部が、前記保持管の先端に係合してなる
液体状態検知センサ。 - 被測定液体に少なくとも一部を浸漬して、上記被測定液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、
上記被測定液体に少なくとも一部が浸漬するセンサ素子と、
上記センサ素子に固着された端子部材と、
上記端子部材に接続され、これを介して上記センサ素子と導通してなる導電経路部材と、
自身の先端部に直接または間接的に上記センサ素子を保持し、上記導電経路部材の少なくとも一部及び上記端子部材の少なくとも一部を包囲した長手方向に延びる保持管と、
上記端子部材と上記保持管との間に介在して両者間を絶縁するセパレータと、を備える液体状態検知センサであって、
前記センサ素子は、その一部が前記保持管に包囲されてなり、
前記セパレータは、
上記保持管内において、上記センサ素子を保持してなる素子保持部を含み、
さらに、自身の外周面から突出するとともに、前記保持管の内径よりも大きい外径を有する内筒係合部を含んでおり、
前記セパレータの上記内筒係合部が、前記保持管の先端に係合してなる
液体状態検知センサ。 - 被測定液体に少なくとも一部を浸漬して、上記被測定液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、
上記被測定液体に少なくとも一部が浸漬するセンサ素子と、
上記センサ素子に固着された端子部材と、
上記端子部材に接続され、これを介して上記センサ素子と導通してなる導電経路部材と、
自身の先端部に直接または間接的に上記センサ素子を保持し、上記導電経路部材の少なくとも一部及び上記端子部材の少なくとも一部を包囲した長手方向に延びる保持管と、
上記端子部材と上記保持管との間に介在して両者間を絶縁するセパレータと、を備える液体状態検知センサであって、
前記センサ素子は、その一部が前記保持管に包囲されてなり、
前記セパレータは、
ゴム状弾性を有する材料からなり、
自身の外周面から突出するとともに、前記長手方向に沿って複数設けられた突起部を含んでなり、
前記セパレータの上記突起部が前記保持管の内周面に接触して、前記セパレータの少なくとも一部が径方向内側に向かって弾性変形することにより、前記セパレータは、前記保持管内において、前記センサ素子および前記端子部材を弾性的に保持してなり、
さらに、前記セパレータは、
自身の外周面から突出するとともに、前記保持管の内径よりも大きい外径を有する内筒係合部を含んでおり、
前記セパレータの上記内筒係合部が、前記保持管の先端に係合してなる
液体状態検知センサ。 - 請求項1に記載の液体状態検知センサであって、
前記センサ素子は、その一部が前記保持管に包囲されてなり、
前記セパレータは、
上記保持管内において、上記センサ素子を保持してなる素子保持部を含む
液体状態検知センサ。 - 請求項2または請求項4に記載の液体状態検知センサであって、
前記素子保持部を含む前記セパレータは、ゴム状弾性を有する材料からなり、この素子保持部が前記センサ素子を弾性的に保持してなる
液体状態検知センサ。 - 請求項1〜請求項5に記載の液体状態検知センサであって、
前記端子部材を複数備え、
前記セパレータは、
上記端子部材同士の間に介在して、これらを互いに絶縁してなる端子間絶縁部を含む
液体状態検知センサ。 - 請求項1〜請求項6に記載の液体状態検知センサであって、
前記センサ素子は、その一部が前記保持管に包囲されてなり、
前記セパレータは、
上記センサ素子に当接して、上記セパレータ内における上記センサ素子の基端−先端方向の位置決めを行う素子当接部を含む
液体状態検知センサ。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の液体状態検知センサであって、
前記セパレータは、
前記導電経路部材及び前記端子部材のうち少なくともいずれかを内部に収容する貫通孔をなす貫通孔壁部を有し、
上記貫通孔壁部は、
上記貫通孔の一方端から他方端にわたってこの貫通孔壁部を横断し、この貫通孔壁部の外周面から上記貫通孔にまで届くスリットであって、上記セパレータを変形させ上記スリットを開かせることにより、上記導電経路部材及び上記端子部材のうち少なくともいずれかを上記貫通孔内に収納可能としてなるスリットを有する
液体状態検知センサ。 - 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の液体状態検知センサであって、
前記センサ素子は、
第1セラミック層と、
上記第1セラミック層に積層される第2セラミック層と、
上記第1セラミック層と上記第2セラミック層との間に配置され、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体と、を有するとともに、
上記発熱抵抗体に前記端子部材を介して通電がなされたとき、前記被測定液体の状態に関連した出力信号を上記発熱抵抗体より出力する
液体状態検知センサ。 - 請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の液体状態検知センサであって、
長手方向に延びる筒状をなし、前記保持管の径方向外側を包囲する外筒を有しており、
上記外筒と前記保持管との間で前記被測定液体のレベルに応じて静電容量が変化するコンデンサをなすレベルセンサ部を構成した
液体状態検知センサ。 - 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の液体状態検知センサであって、
前記被測定液体が尿素水溶液である
液体状態検知センサ。
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