JP5019527B2 - 液体状態検知センサ - Google Patents

Description

本発明は、被測定液体の状態を検知する液体状態検知センサに関する。

ディーゼルエンジン等を搭載した自動車の排気ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の物質が含まれる。近年、特に環境保護の目的で、これらの自動車の排気ガスを浄化すべく種々の対策が講じられている。このような排気ガスの浄化対策の一つとして、排気ガス浄化装置が挙げられる。この排気ガス浄化装置は、自動車に搭載され、有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）をＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）により分解ないし還元して無害化する。ＮＯｘ選択還元触媒には尿素水溶液が還元剤として用いられ、この尿素水溶液は自動車に搭載した収容タンク内に収容される。この尿素水溶液は、窒素酸化物を効果的に分解ないし還元させるため、尿素水溶液の濃度（即ち、尿素の濃度）が適正な範囲に保たれることを必要としている。

ところで、適正な濃度の尿素水溶液を収容タンクに収容しても、経時変化等に起因して尿素水溶液の濃度が適正な範囲から外れてしまうことがある。また、収容タンクに作業者が誤って軽油や水を混入してしまうこともある。これを受けて、尿素水溶液が適正な濃度の範囲にあるかを検知するものとして、収容タンク内の尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を識別することができる尿素水溶液の識別装置が開発されている（特許文献１参照）。また、収容タンク内の尿素水溶液に含まれる尿素の濃度と尿素水溶液のレベル（水位）とを合わせて検知することができる液体状態検知センサが開発されている（特許文献２参照）。

この特許文献１に開示された識別装置は、濃度識別センサ部及び支持部からなる。このうち、濃度識別センサ部は、発熱体及び感温体を含む濃度検知部と、尿素水溶液の温度を測定する液温検知部とを有している。一方、支持部は、この識別装置の上端部に位置し、尿素水溶液タンクの開口部と取付け可能な取付け部と、その上方に位置する回路基板とを有し、取付け部の下方に位置する濃度識別センサ部を筒状管部材で支持している。この支持部のうち、配線基板（回路基板）は、濃度検知回路を構成し、蓋部材によって覆われている。また、この配線基板は、リード線により濃度識別センサ部の濃度検知部及び液温検知部と電気的に接続されている。この特許文献１に係る識別装置では、一端側で配線基板と電気的に接続されたリード線は、その一部を機械的に保持しないまま、支持部の筒状部材の内側を通して、他端側で濃度検知部及び液温検知部の所定部位に電気的に接続されている。

また、特許文献２に係る液体状態検知センサでは、一端側で濃度検知部を構成してなる配線基板と電気的に接続されたリード線は、その一部を拘束しないまま、レベル検知部を構成する筒状の内筒の内側を通して、他端側で液体の特定成分の濃度を検出するための発熱抵抗部を有する検出素子に電気的に接続されている。
特開２００５−８４０２６公報 特開２００７−１７０８６９公報

しかしながら、特許文献１に係る識別装置のような形態からなる液体状態検知センサや特許文献２に係るセンサを車載等して実使用する場合には、振動や衝撃、特に上下方向の振動や衝撃が液体状態検知センサに掛かる虞がある。この場合、リード線が、ハンダ付け等により配線基板に機械的に接続された状態で、下方に延びる形態とされていると、リード線の自重や、上下方向の振動や衝撃に起因して、リード線と回路基板との機械的な接続部分に、比較的大きな繰り返し応力や衝撃力が掛かる虞がある。このため、繰り返し応力による疲労によって経時的にあるいは衝撃力により瞬間的に、機械的な接続部分に亀裂や破断が生じる。これにより、液体状態検知センサのうち、センサ素子からの出力にノイズが生じたり、極端な場合には断線して適切にセンサを使用できなくなったりする虞がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、液体の状態を検知する液体状態検知センサに振動や衝撃が掛かった場合でも、導電経路部材と配線基板との機械的な接続部分における損傷の発生が抑制できる液体状態検知センサを提供することを目的とする。

その解決手段は、被測定液体と少なくとも一部が接触して、上記被測定液体の状態を検知するセンサ素子と、上記センサ素子の上方に配置され、上記センサ素子を駆動し、上記センサ素子から上記被測定液体の状態に関する信号を取得する駆動制御回路を含む配線基板と、上記配線基板に機械的に接続され下方に延び、上記駆動制御回路と上記センサ素子とを電気的に導通してなる導電経路部材と、上記配線基板の下方で上記センサ素子の下端よりも上方に位置し、上記導電経路部材を遊挿状態に包囲すると共に、自身の上端部の外周面に外側に向かって突出するフランジ部を有する包囲管と、上記配線基板を内部に収容してなり、上記包囲管の下端部を突出させた状態で当該包囲管の径方向周囲を包囲しつつ、上記フランジ部を直接又は他部材を介して着座させる着座部が上記配線基板よりも下方に形成されてなる基板収容部と、上記基板収容部の内部のうち、上記配線基板よりも下方の位置に収容されると共に、上記着座部に着座された上記包囲管の上記フランジ部を上記包囲管の長手方向の下方に向かって押さえつける押圧部材と、を備える液体状態検知センサであって、上記導電経路部材のうち上記配線基板と上記包囲管の上記フランジ部との間に位置する被保持部の外周の一部を径方向内側に変形させた状態で当該被保持部を保持すると共に、上記押圧部材と一体成形されてなる固定保持部を備える液体状態検知センサである。

本発明の液体状態検知センサでは、導電経路部材のうち被保持部が固定保持部に保持される。そして、この固定保持部は、被保持部の外周の一部を径方向内側に変形させた状態で被保持部を保持する。このため、このセンサでは、振動や衝撃が加わっても、少なくとも導電経路部材のうち被保持部よりも下方の部分の自重、振動や衝撃によって生じる繰り返し応力や衝撃力などの荷重が、配線基板とリード線との機械的な接続部分に加わることを防止できる。従って、機械的接続部分に亀裂や破断が生じることが防止され、適切にセンサを使用し続けることができる。また、導電経路部材のうち被保持部を保持する固定保持部は、単独部品としてセンサに適用されるものではなく、導電経路部材を包囲する包囲管のフランジ部を基板収容部の着座部に押さえつける押圧部材と一体成形される形態で設けられているため、部品点数の増加を招くことなく、且つセンサの組立ても容易となるため、センサの低コスト化に寄与することができる。

なお、液体状態検知センサとしては、例えば、液体温度センサや液体濃度センサ、液体の種類を識別するセンサ、さらにはこれらと他のセンサとを複合したセンサ等が挙げられる。
また、導電経路部材としては、駆動制御回路とセンサ素子との間を電気的に導通し、かつ配線基板に機械的に接続しうる部材であれば良いが、例えば、撚り線をポリエチレン等の樹脂で被覆した被膜線、エナメル線などのリード線のほか、複数のリード線を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。
さらに、配線基板と導電経路部材との機械的接続としては、例えば、リード線の芯線を配線基板にハンダ付けにより接続する方法が挙げられる。また、配線基板とリード線とを端子部材を介して接続する方法も挙げられる。

さらに、上記の液体状態検知センサであって、前記固定保持部は、前記導電経路部材のうち前記被保持部よりも下方に位置する部分の自重の１０倍以上の引き抜き強度で、上記導電経路部材を保持してなる液体状態検知センサとすると良い。

本発明の液体状態検知センサでは、上述の引き抜き強度を有した固定保持部で導電経路部材を固定保持している。これにより、この液体状態検知センサを自動車等に搭載した場合において、この液体状態検知センサに振動や衝撃が加わったときでも、固定保持部で導電経路部材を確実に保持できる。このため、配線基板と導電経路部材とのハンダ付け等の機械的接続の部分における亀裂等の不具合発生を確実に防止することができる。なお、固定保持部は、導電経路部材のうち被保持部よりも下方に位置する部分の自重の２０倍以上の引き抜き強度を有することが、保持力を高める観点から好ましい。

さらに、上述のいずれか１項に記載の液体状態検知センサであって、前記固定保持部は、前記導電経路部材の前記被保持部のうち、その外周の一部を径方向内側に変形させて上記被保持部を咳持する咳持部を含む液体状態検知センサとすると良い。

本発明の液体状態検知センサは、その固定保持部に咳持部を含む。これにより、固定保持部は、その咳持部で咳むように導電経路部材の被保持部を保持するので、確実に導電経路部材を保持できる。なお、咳持部は、被保持部の外周の一部を径方向内側に変形させて上記被保持部を咳持する形態を有するものであればよいが、例えば、導電経路部材の被保持部について、その外周のうち周方向の一部、複数箇所（例えば対向する２箇所）を径方向内側に変形させるように押圧して咳持する形態や、外周を歯車状に規則的に径方向内側に押圧変形させて咳持する形態が挙げられる。

また、上記の液体状態検知センサであって、前記咬持部は、前記導電経路部材の前記被保持部を弾性的に押圧するように構成されてなると良い。

本発明の液体状態検知センサは、咬持部が被保持部を弾性的に押圧するように構成されている。これにより、咬持部が確実に被保持部の外周の一部を径方向内側に変形させることができ、固定保持部は安定して導電経路部材を保持することができる。

さらに、上述のいずれか１項に記載の液体状態検知センサであって、前記包囲管は、円筒形状であり、前記導電経路部材は、１本または複数のリード線を含む中実円柱状のケーブル形状であり、上記包囲管の内径と上記ケーブルのうち上記包囲管の内側に位置する部位の外径との径差が１．５ｍｍ以下とされてなる液体状態検知センサとすると良い。

本発明の液体状態検知センサでは、包囲管の内側に遊挿状態に配置される導電経路部材は、包囲管の内周との径差が１．５ｍｍ以下とされた、外径を有する中実円柱状のケーブルによって構成されている。従って、外部からの振動により、この包囲管内で導電経路部材がその径方向に振れることがあっても、その振動は包囲管で制限されるため、導電経路部材のうち、被保持部、さらには配線基板と機械的に接続された部分への、このような振動の影響を抑制することができる。

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６を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る液体状態検知センサ１の形態及び構造を示す部分破断断面図である。図２は、基部１０の縦断面図である。図３は、基部10 を別方向から見たときの縦断面図である。図４は、内筒ケーブル保持部60 についての分解斜視図である。図５は、固定保持部９４が一定成形された絶縁板９０を示す図であり、（ａ）は上面図（平面図）、（ｂ）は正面図である。図６は、リード線保持具１１０を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図（平面図）である。なお、以下、本実施形態の液体状態検知センサ１及び各部品の説明では、図１において軸線Ｐ方向に沿う方向のうち、図１中上方を基端側とし、図１中下方を先端側とする。

本発明の実施の形態における液体状態検知センサ１は、例えば、ディーゼルエンジン等を搭載した自動車の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を、尿素水溶液で還元して無害化する排気ガス浄化装置において、収容タンクに収容された尿素水溶液の濃度や、尿素水溶液のレベル（水位）を検知する装置である。

この液体状態検出センサ１は、液体状態検出センサ１の基端側に位置する基部１０と、この基部１０から先端側に延びる筒状のセンサ部２１０とを備える。
センサ部２１０は、液面レベルセンサ部２２０とこれの先端部分に位置する液体濃度センサ部２５０とを有する。また、基部１０は、基板収容部２０、蓋部材３０、及びこれらに包囲された配線基板４０、さらに配線基板４０と液体濃度センサ部２５０とを接続するケーブル５０と、液面レベルセンサ部２２０の内筒２２１及びケーブル５０を基板収容部２０内に保持する内筒ケーブル保持部６０とを有する。この液体状態検出センサ１は、その基部１０を、尿素水溶液を収容した収容タンク（図示せず）に取り付けて、基部１０より先端側に設けたセンサ部２１０を尿素水溶液に浸漬させて用いる。

液体状態検出センサ１のうち、まず、基部１０について説明する。基部１０のうち、基板収容部２０は、金属からなり、図１に示すように、大略矩形板状の本体部２１と、この本体部２１の周縁部分から基端側に延びる矩形筒壁状の包囲部２２と、本体部２１の側面から径方向外側に突出する鍔状のフランジ部２３と、本体部２１の中央から先端側に突出する円筒状の外筒接続部２４とを備える。

図２及び図３に示すように、またこの基板収容部２０の中央には、軸線Ｐに沿って本体部２１及び外筒接続部２４を貫通するケーブル挿通孔２０Ｈが形成されている。このケーブル挿通孔２０Ｈは、先端側に位置する断面円形の円孔部２０Ｈａと、これより基端側に位置し円孔部２０Ｈａの径より一辺の寸法が大きな断面略正方形状の角孔部２０Ｈｂとからなり、本体部２１内においてこれらの間には段差面２１ｃが形成されている。このケーブル挿通孔２０Ｈ内には、内筒ケーブル保持部６０をなす各部材が配置保持されている。

本体部２１のうち基端側の底面２１ｂには、後述する押え板１２０をネジ止めするための雌ネジ孔２１ｄが、ケーブル挿通孔２０Ｈを挟んで２箇所形成されている。また、包囲部２２は矩形筒状であり、その直方体形状の内部空間である基板収納孔２２ｈは、本体部２１の基端側の底面２１ｂを底面とする有底孔をなしつつも、中央部分で本体部２２のケーブル挿通孔２０Ｈと互いに連通している。この基板収納孔２２ｈ内には、包囲部２２の四隅から内向きに突出する基板支持部２２ａが形成されている。このうち基端側の基板支持面２２ａｕに自身の四隅を当接させてネジ止め（図示しない）することにより、配線基板４０が保持されている。この基板支持面２２ａｕは、その軸線Ｐ方向の位置（配線基板４０の下面の位置）が、後述する内筒ケーブル保持部６０のうちリード線保持具１１０のアーチ部１１１（リード線保持部１１３）よりも基端側に位置するように構成されている。かくして、この基板支持部２２ａは、配線基板４０を底面２１ｂから基端側に離した位置で、この配線基板４０を支持する。

また、フランジ部２３は、矩形状の本体部２１のうち先端側のタンク取付面２１ａと面一のフランジ取付面２３ａを形成して、径方向外側に向けて四方（図２,３においてそれぞれ左右方向）に拡がった平面視ロ字状の鍔形状を有している。このフランジ部２３の各所には、ボルト挿通孔２３ｃ（図３参照）が穿孔されており、このボルト挿通孔２３ｃを用いて、図示しない収容タンクの開口部の周縁に、フランジ取付面２３ａを向けて液体状態検知センサ１を取付ける。このフランジ取付面２３ａと反対側の蓋部材当接面２３ｂは、後述する蓋部材３０のフランジ部３１の本体部材当接面３１ａと当接している。

また、外筒接続部２４のうち先端側には、基端側よりもやや径小の接続段部２４ａが形成されており、液面レベルセンサ部２２０を構成する外筒２３１の基端部分が、この接続段部２４ａを覆うように嵌め込まれ、溶接により互いに固着されている。そして、基板収容部２０と、配線基板４０上に形成される駆動制御回路４１の接地電位をなすパターンとを電気的に接続させることで、外筒２３１は、接続段部２４ａを含む基板収容部２０を介して配線基板４０上の駆動制御回路４１と導通するとともに、接地電位とされる。

次に、配線基板４０について説明する。この配線基板４０は、矩形平板状であり、詳細は図示しないが、この配線基板４０上には駆動制御回路４１が構成されている。この駆動制御回路４１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の電子部品等を備えており、外部接続ケーブル４２を通じて供給された電力を用いて、液面レベルセンサ部２２０及び液体濃度センサ部２５０を駆動すると共に、これらの出力信号を処理する。さらに、その処理結果を、外部ケーブル４２を通じて図示しない外部の電気回路（例えば、エンジン制御装置など）に出力可能に構成されている。

この駆動制御回路４１は、液面レベルセンサ部２２０をなす後述の内筒２２１及び外筒２３１の間に交流電圧を印加して、これらの間に生じるキャパシタンス（静電容量）の大きさを検知し、これに基づいて尿素水溶液のレベル（水位）を算出し、出力信号として外部へ送信する。また、液体濃度センサ部２５０においては、ケーブル５０を通じて尿素水溶液に浸漬された濃度センサ素子２６０に設けられた図示しない発熱抵抗体に一定時間の定電流を流して濃度センサ素子２６０を発熱させると共に、一定時間の通電による発熱抵抗体の両端の電圧（電位）変化を検知し、尿素の濃度を算出し出力信号として外部へ送信する。なお、外部接続ケーブル４２は、これに含まれるリード線４３の一端を配線基板４０の特定部位にハンダ付けすることで、駆動制御回路４１と接続されている。

この配線基板４０は、前述したように、包囲部２２内の基板収納孔２２ｈ内に配置されており、さらに断面略コ字状の蓋部材３０により覆われて保護されている。この蓋部材３０は、有底方形筒状で、その開口端周縁にフランジ部３１を備えている。この蓋部材３０の側部（図２中、左側面）には、グロメット孔３０ｂが穿孔されており、このグロメット孔３０ｂには、ゴム製のグロメット４４が嵌め込まれている。グロメット４４の挿通孔４５には、外部接続ケーブル４２が挿通されている。またこの蓋部材３０は、そのフランジ部３１の本体部材当接面３１ａを基板収容部２０のフランジ部２３における蓋部材当接面２３ｂに当接させて、配線基板４０及び包囲部２２の外側面を覆い、配線基板４０等を外部から保護している。なお、図示はしてないが、基部１０の包囲部２２の内側にはウレタン樹脂が充填され、配線基板４０等を収容した包囲部２２内の防水性を確保している。

次に、ケーブル５０について説明する。このケーブル５０は、駆動制御回路４１と濃度センサ素子２６０との間を導通し、かつ配線基板４０に機械的に接続してなるケーブルであり、その内部に２本のリード線５２を含む中実円柱状の２芯ケーブルである。このケーブル５０は、後述する内筒２２１内に遊挿されている。ただし、このケーブル５０の外径Ｄ１（６．４ｍｍ）は、後述する内筒２２１の内径Ｄ２（７．０ｍｍ）との径差△Ｄ(＝Ｄ２−Ｄ１)が０．６ｍｍとなっている。このように、径差△Ｄが１．５ｍｍ以下となるように寸法を調整することで、ケーブル５０が内筒２２１内でその径方向に大きく動くことが抑制されている。

次に、内筒ケーブル保持部６０について、図２〜図６を参照して説明する。本実施形態における内筒ケーブル保持部６０は、図４の分解斜視図に示すように、５つの部材からなる。具体的には、最も先端側（図４において下方）の位置に配置する電極支持部材７０から、基端側（図４中、上方）に向けて順に、電極部材８０、絶縁板９０、リード線保持具１１０、及び押え板１２０から構成されている。これらの部材からなる内筒ケーブル保持部６０では、センサ部２１０のうち、液面レベルセンサ部２２０の一方の電極として用いる内筒２２１を、機械的に保持するとともに、電極部材８０を介して配線基板４０上の駆動制御回路４１に電気的に接続する。また、後述する濃度センサ素子２６０と配線基板４０上の駆動制御回路４１とを電気的に接続するケーブル５０を、絶縁板９０の固定保持部９４でぶら下げるようにして保持している。

この内筒ケーブル保持部６０の各部材について、順に説明する。まず、電極支持部材７０は、絶縁性の硬質樹脂（例えば、ナイロン）からなり、基端側に位置する正方形板状の支持フランジ部７１と、この支持フランジ部７１の先端側の面である本体部材当接面７０ａから先端側に延びる円筒状の内筒包囲部７４とを有する。この電極支持部材70 のうち、支持フランジ部71 の基端側には、次述する電極部材８０（電極基体８１）に適合する二面取りされた略円板状の電極部材収納凹部７２が凹設されており、この底面は電極部材８０（電極基体８１）が当接する電極部材当接面７０ｂとなっている。一方、内筒包囲部７４内には、内筒挿通孔７３が貫通して形成されており、この内筒挿通孔７３は、支持フランジ部７１の電極部材収納凹部７２と連通している。この内筒挿通孔７３には、内筒２２１が挿通されている。

この電極支部部材７０は、図１〜図３に示すように、本体部材２０のケーブル挿通孔２０Ｈ内に配置されている。具体的には、ケーブル挿通孔２０Ｈの円孔部２０Ｈａ内に、従って、外筒接続部２４の内側に内筒包囲部７４が配置され、また、角孔部２０Ｈｂ内に、従って、本体部２２内に支持フランジ部７１が配置されている。これにより、支持フランジ部７１の本体部材当接面７０ａと、本体部２１の段差面２１ｃとが当接してなる。

また、内筒包囲部７４の外周には、図２〜図４に示すように、外側Ｏリング埋設溝７４ａが形成されており、この外側Ｏリング埋設溝７４ａ内に外側Ｏリング１３１が配置されて、本体部材２０（外筒接続部２４）と電極支持部材７０（内筒包囲部７４）との間が液密にシールされている。さらに、この内筒包囲部７４の内周には、内側Ｏリング埋設溝７４ｂが形成されており、この内側Ｏリング埋設溝７４ｂ内に内側Ｏリング１３２が配置されて、内筒２２１（詳細には、その外周の絶縁性被膜２２２）と電極支持部材７０（内筒包囲部７４）との間が液密にシールされている。

ついで、内筒ケーブル保持部６０の電極部材８０について説明する。金属からなるこの電極部材８０は、図４から容易に理解できるように、外側面が二面取りされた略円環板状をなす電極基体８１と、これに固着された２つの電極端子８２とからなる。この電極基体８１の中央には、内筒２２１と嵌合可能な内径とされ、電極基体８１のうち基端側の電極端子接続面８１ｂと先端側の支持部材当接面８１ａとの間を貫通する内筒挿通孔８１ｃが形成されている。この電極基体８１の内筒挿通孔８１ｃには内筒２２１の基端部分が嵌合され、電極基体８１と内筒２２１とが溶接により一体とされている。なお、内筒２２１の基端側端２２１ｕの面（端面）と、電極基体８１の電極端子接続面８１ｂとは面一にされている。なお、後述するように、内筒２２１の外表面には絶縁性被膜２２２が形成されるが、電極基体８１の内筒挿通孔８１ｃ内の部分（内筒２２１の基端部分）には、この絶縁性被膜２２２は形成されていない。従って、内筒２２１と電極基体８１とは直接接触して、電気的に導通している。

さらに、この電極基体８１の電極端子接続面８１ｂには、２つの電極端子８２の電極固定部８４が、内筒挿通孔８１ｃを挟んで対称に配置され、スポット溶接により機械的に固着され、電気的に接続されている。この電極端子８２は、基板挿通部８３と電極固定部８４との間で直角に曲げられたＬ字状の端子部材である。

この電極部材８０は、前述した電極支部部材７０の電極部材収納凹部７２内に、電極基体８１の一部が嵌め込まれて、電極部材当接面７０ｂと支持部材当接面８１ａとが当接して位置決めされている。また、電極端子８２の基板挿通部８３は、後述する絶縁板９０の電極端子挿通孔９２及び押え板１２０の電極端子挿通孔１２２内を貫通し、さらに、配線基板４０を貫通して駆動制御回路４１にハンダ付けにより電気的に接続している（図３,４参照）。

次に、内筒ケーブル保持部６０の絶縁板９０について説明する。この絶縁板９０は、絶縁性を有する硬質樹脂からなり、図４及び図５から容易に理解できるように、矩形板状である。この絶縁板９０の中央部には、先端側の電極部材当接面９０ａと、基端側の押え板当接面９０ｂとの間を貫通するケーブル挿通孔９１が設けられている。そして、このケーブル挿通孔９１の内周面から、当該ケーブル挿通孔９１の径方向内側に突出するにように、一対の固定保持部９４が突出している。つまり、固定保持部９４は、絶縁板９０と一体成形されてなる。

この一対の固定保持部９４は、軸線Ｐ方向に沿って平面視したときに、図５に示すように、互いに向かい合って内側部分の面が仮想円をなすような形態に形成されている。また、固定保持部材９４のそれぞれの内側部分が、周方向に歯車状の凹凸を繰り返し（図５参照）、かつ、この凹凸が軸線Ｐ方向に延びる形状を有する咬持部９５Ａ，９５Ｂとされている。さらに、この固定保持部材９４は、弾性変形片９６Ａ，９６Ｂを介して絶縁板９０に一体成形されている。この弾性変形片９６Ａ，９６Ｂにより、一対の固定保持部材９４の内側部分はケーブル５０の外周に向けて変形を生ずるが、この点については後述する。なお、本実施形態では、一対の固定保持部９４の咳持部９５Ａ，９５Ｂで、ケーブル５０の被保持部５１を咳むようにして保持するので、十分な保持力で確実にケーブル５０を保持できる。

また、この絶縁板９０のうち、固定保持部９４の外側には、前述したように、電極端子８２の基板挿通部８３を挿通する電極端子挿通孔９２が穿孔されている。また、ケーブル挿通孔９１の径方向外側で、固定保持部９４及び電極端子挿通孔９２の位置とは軸線Ｐ周りに９０度回転した位置に、保持具配置孔９３が、ケーブル挿通孔９１を挟んで２箇所穿孔されている。この保持具配置孔９３内に、次述するリード線保持具１１０のべース部１１２を配置することで、リード線保持具１１０が位置決めされる。絶縁板９０は、電極部材当接面９０ａで、電極部材８０（電極基体８１）の電極端子当接面８１ｂと当接して、軸線Ｐ方向の位置決めがなされている。また、絶縁板９０の周方向の位置決めは、本体部材２０のケーブル挿通孔２０Ｈの角孔部２０Ｈｂとの嵌め合いにより決定されている。

次に、内筒ケーブル保持部６０のリード線保持具１１０について説明する。リード線保持具１１０は、絶縁性の樹脂からなり、図４及び図６に示すように、２箇所のべース部１１２と、この間を結び基端側にアーチ状に突出するアーチ部１１１とを含む。このアーチ部１１１のうち、その頂部には、基端側が平坦面とされたリード線保持部１１３を含む。このリード線保持部１１３には、ケーブル５０の２本のリード線５２を側方から嵌め込み可能とする２つの切り欠き１１３ａ，１１３ａが互いに離間して形成されている。この切り欠き１１３ａのうち奥部分には、入り口部分よりもやや径大とされたリード線保持部位１１３ｂが形成され、この部分にリード線５２を保持できるように構成されている。

リード線保持具１１０のうちベース部１１２は、絶縁板９０と同じ厚さとされており、前述したように、保持具配置孔９３内に配置されて、リード線保持具１１０の位置決めがなされている。このべース部１１２のうち基端側の基端側面１１２ａは、次述する押え板１２０の押え面１２ａと当接して押え板１２０に押圧されて固定される。一方、アーチ部１１１は、図２，図３に示すように、絶縁板９０の基端側の面である押え板当接面９０ｂから基端側（図２,３中、上方）に突出するように配置されている。絶縁板９０の固定保持部９４よりも基端側に位置するリード線保持部１１３には、その切り欠き１１３ａのリード線保持部位１１３ｂに、ケーブル５０のリード線５２がそれぞれ嵌め込まれて個別に保持されると共に、互いに離間されて絶縁を保つようにされている。このリード線５２は、図２，図３に示すように、それぞれ配線基板４０に挿通され、これに形成された駆動制御回路４１に、接続部位ＳＬにおいてハンダ付け等により電気的及び機械的に接続されている。

次に、内筒ケーブル保持部６０の押え板１２０について説明する。この押え板１２０は、金属からなり、外側面が２面取りされた略円板状をなしている。この押え板１２０は、その中央部に、長辺の中央部分が弧状に膨らんだ固定保持部包囲部位１２１ａを有する概略細長矩形状の保持具挿通孔１２１を有する。この固定保持部包囲部位１２１ａの径方向外側には、これを挟むようにして、２つの電極端子挿通孔１２２を有する。この押え板１２０は、さらに、保持具挿通孔１２１の径方向外側で、その固定保持部包囲部位１２１ａ及び電極端子挿通孔１２２の位置とは軸線Ｐ周りに９０度回転した方向に、保持具挿通孔１２１を挟んで、２つの止めネジ挿通孔１２３を有する。

保持具挿通孔１２１は、その中に、リード線保持具１１０のアーチ部１１１及び絶縁板９０の固定保持部９４を挿通してなり、その固定保持部包囲部位１２１ａは、絶縁板９０の固定保持部９４の外周面９４ａと嵌合して、この固定保持部９４を径方向内側に押圧している。つまり、固定保持部包囲部位１２１ａが固定保持部９４の外周面９４ａに嵌合することで、弾性変形片９６Ａ，９６Ｂが弾性変形し、それぞれの固定保持部９４がケーブル５０の外周に向かって変形するのである。これにより、固定保持部９４（咳持部９５Ａ，９５Ｂ）において、ケーブル５０の被保持部５１を咳持（固定保持）する保持力がより大きくされている。さらに、この固定保持部９４（咳持部９５Ａ，９５Ｂ）でケーブル５０の被保持部５１を咳持（固定保持）し続けた場合、被保持部を押圧する押圧力の反力で、固定保持部９４が径方向外側に移動し、ケーブル５０の被保持部５１を咳持（固定保持）する保持力が経時的に低下する虞がある。しかし、本実施形態では、保持具挿通孔１２１の固定保持部包囲部位１２１ａで、絶縁板９０の固定保持部９４を径方向内側に押圧しているため、ケーブル５０の被保持部５１を咳持（固定保持）する力の経時的低下が防止される。従って、固定保持部９４でケーブル５０の被保持部５１を固定保持し続ける保持力を、長期間に渡って維持することができる。

なお、押え板１２０の電極端子挿通孔１２２には、前述したように、電極端子８２の基板挿通部８３が挿通されている。また、この押え板１２０は、止めネジ挿通孔１２３を挿通し、本体部材２０の本体部２１に形成したネジ孔２１ｄに螺入した押え板止めネジ２９により、押え板１２０を先端側（図２,３において下方）に向けて付勢した状態で、本体部材２０の本体部２１に固定されている。このため、リード線保持具１１０のべース部１１２がその基端側面１１２ａで、また絶縁板９０がその押え板当接面９０ｂで、押え板１２０の押え面１２０ａにより先端側に押圧され、電極部材８０の電極基体８１との間に挟持される。また、電極部材８０は、その支持部材当接面８１ａで、電極支持部材７０の電極部材当接面７０ｂを押圧し、さらに、この電極支持部材７０は、その本体部材当接面７０ａで、本体部材２０の本体部２１の段差面２１ｃを押圧する。

つまり、本実施形態では、絶縁板９０が押え板１２０によって押圧されることで、内筒２２１に一体化された電極基体８１が電極支持部７０を介して本体部材２０の段差面２１ｃに着座され、段差面２１ｃに着座された電極基体８１を絶縁板９０及び押え板１２０により、軸線Ｐ方向の下方に向かっておさえつける構成を採っている。かくして、内筒ケーブル保持部６０を構成する各部材が、ケーブル挿通孔２０Ｈ内で固定される。また、内筒２２１も固定される。さらに、ケーブル５０も、その被保持部５１で内筒ケーブル保持部６０に、具体的には、絶縁板９０の固定保持部９４の咳持部９５Ａ，９５Ｂに、固定保持されている。なお、本実施形態の内筒２２１は、本件発明における包囲管に相当し、電極基体８１はフランジ部に相当している。また、本実施形態の本体部材２０は、本件発明における基板収容部に相当し、段差面２１ｃは着座部に相当している。

次に、センサ部２１０について説明する。このうちまず、液面レベルセンサ部２２０について説明する。液面レベルセンサ部２２０は、図１に示すように、軸線Ｐに沿う方向（軸線方向）に延びた円筒形状の外筒２３１と、その内部においてこの外筒２３１と同軸状に配置された円筒形状の内筒２２１とを含む。この外筒２３１と内筒２２１とは、所定間隔で離間している。

この液面レベルセンサ部２２０のうち、内筒２２１は、金属からなり、液面レベルを測定するための一方の電極として、外筒２３１と電気的に絶縁しつつ外筒２３１と対向した形態に配置されている。また、前述したように、内筒ケーブル保持部６０（電極部材８０）を経由して、駆動制御回路４１に導通している。この内筒２２１の外周面には、外筒２３１との絶縁を確実に取るため、例えば、ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素系樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などからなる絶縁性被膜２２２が形成されている。また、この内筒２２１は、前述したように、内筒ケーブル保持部６０のうち、電極支持部材７０の内筒包囲孔７４内、及び電極基体８１の内筒挿通孔８１ｃ内に挿入され、基端側端２２１ｕの面が電極端子接続面８１ｂと面一になるようにして、溶接により電極基体８１に固着されてなる。

また、外筒２３１も、金属からなり、液面レベルを検出するための他方の電極として、駆動制御回路４１に導通してグランド電位とされている。この外筒２３１は、軸線Ｐ方向を長手方向とした細幅形態のスリット２３２を、所定位置に複数有しており、このスリット２３２を通じて、外筒２３１と内筒２２１との間の空間に、外部と連通した状態で、尿素水溶液（被測定液体）を収容できるようになっている。また、外筒２３１のうち、その先端側は開口する一方、その基端側は、基板収容部２０の外筒接続部２４に溶接されている。また、外筒２３１のうち、その先端部分には、後述するゴムブッシュ３００が内筒２２１の先端部分との間に介在した形態で配置されており、このゴムブッシュ３００の突起部３１２と係合させるための係合孔２２３が、外筒２３１の周方向の所定位置に、等間隔で複数箇所に穿孔されている（図１参照）。

液面レベルセンサ部２２０で尿素水溶液のレベルを検知する原理を簡単に説明する。液面レベルセンサ部２２０を尿素水溶液に浸漬して、尿素水溶液をスリット２３２等を通じて、外筒２３１と内筒２２１（絶縁性被膜２２２）との間に流入させておく。すると、外筒２３１と内筒２２１との間では、水位に応じ、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。内筒２２１と外筒２３１の間に交流電圧を印加すると、これらの間に生じた静電容量に応じた交流電流が流れるが、水位が変化するとそれに応じて内筒２２１と外筒２３１の間の静電容量も変化し、流れる交流電流も変化する。そこで、静電容量（交流電流）の大きさから尿素水溶液の水位を検知する。

次に、液体濃度センサ部２５０について、図１を参照して説明する。この液体濃度センサ部２５０は、液面レベルセンサ部２２０の先端部分に配置され、濃度センサ素子２６０、セパレータ２７０、ホルダ部材２８０、プロテクタ２９０及びゴムブッシュ３００等から構成されている。このうち、濃度センサ素子２６０は、ホルダ部材２８０から先端側（図１中、下方）に向けて、自身の一部が突出した形態で、このホルダ部材２８０内に保持されている。この濃度センサ素子２６０の基端側には、一対の接続端子２６１が基端側に突出する形態で接続されており、この接続端子２６１には、それぞれケーブル５０のリード線５２がハンダ付けによって接続されている。かくして、濃度センサ素子２６０は、接続端子２６１及びケーブル５０を介して、配線基板４０上の駆動制御回路４１と電気的に接続されている。

また、濃度センサ素子２６０及びホルダ部材２８０のうち、これらの基端側では、この濃度センサ素子２６０とホルダ部材２８０との間に内筒２２１が挿入されている。このため、内筒２２１の先端部分では、その内側に、濃度センサ素子２６０のうち基端側の一部、及び接続端子２６１が位置している。また、前述したように、この内筒２２１内には、ケーブル５０が挿通されている。なお、この内筒２２１（絶縁性被膜２２２）の外周面と、ホルダ部材２８０の内周面との間には、２つのＯリング３０１，３０２が配置されて、これらの間から、内筒２２１内に尿素水溶液が浸入するのを防止している。また、この内筒２２１は、配線基板４０よりも先端側（図１中、下方）で、濃度センサ素子２６０の下端２６０ｄよりも基端側（図１中、上方）に位置していることとなる。

ここで、液体濃度センサ部２５０（具体的には、濃度センサ素子２６０）で尿素水溶液中の尿素濃度を検知する原理を簡単に説明する。まず、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度によって、尿素水溶液の熱伝導率が異なることが知られている。このことから、濃度センサ素子２６０に設けられる発熱抵抗体を用いて、この濃度センサ素子２６０の周囲に位置する尿素水溶液を一定時間加熱した場合、尿素水溶液の濃度が異なると、加熱された濃度センサ素子２６０の尿素水溶液への熱引きの程度が異なる。また、発熱抵抗体に定電流を流した場合、尿素水溶液への熱引きの度合に略比例して、発熱抵抗体の抵抗値が変化することも知られている。このことから、濃度センサ素子２６０を構成する発熱抵抗体に一定時間通電して濃度センサ素子２６０を発熱させ、通電開始から通電終了までの発熱抵抗体の抵抗値変化に対応したこの発熱抵抗体の両端に発生する電圧（電位）の変化量を検出することで、尿素水溶液中の尿素濃度を検出することができる。

内筒２２１の先端部分には、セパレータ２７０が嵌め込まれている。セパレータ２７０は、絶縁性のゴム状弾性体からなり、内筒２２１内において、濃度センサ素子２６０のうち基端側の一部、及び接続端子２６１を内部に収容し、接続端子２６１と内筒２２１との間、及び接続端子２６１同士の間に介在して、これらの部材間の絶縁を行っている。

さらに、ホルダ部材２８０は、その先端部分にこれと嵌合するプロテクタ２９０が係合されてなり、このプロテクタ２９０によって、濃度センサ素子２６０のうち、ホルダ部材２８０から先端側に突出した部分を包囲し保護している。なお、このプロテクタ２９０には、自身の内外を尿素水溶液が流通可能とするための液流通孔を適宜の位置に複数備えている。ゴムブッシュ３００は、ホルダ部材２８０の外形と嵌合する形状のホルダ保持孔３００ａを備えている。自身の内部にホルダ部材２８０を保持した状態で、このゴムブッシュ３００は、突起部３１２を外筒２３１の係合孔２２３に係合させて、この外筒２３１の先端部分に固定保持されている。かくして、液体濃度センサ部２５０は、内筒２２１と外筒２３１の先端部分において、これらの間に保持されている。

ついで、ケーブル５０によって生じる荷重について説明する。前述したように、ケーブル５０は、自身の先端側（図１中、下方）において、濃度センサ素子２６０の接続端子２６１に接続されている。一方、自身の基端側（図１,２,３中、上方）において、被保持部５１が、内筒ケーブル保持部６０の、さらに詳細には、絶縁板９０の固定保持部９４の咳持部９５Ａ，９５Ｂに咳持され、固定保持されている。また、その基端は、リード線５２とされて、接続部位ＳＬにおいて、配線基板４０上の駆動制御回路４１にハンダ付けにより、電気的にも機械的にも接続されている。

ところで、ケーブル５０は、内筒１２２内に遊挿状に挿通されている。このため、もし、絶縁板９０に固定保持部９４（咳持部９５Ａ，９５Ｂ）を設けず、ケーブル５０を固定保持しなかった場合には、このケーブル５０自身の重量は、リード線５２を通じて、配線基板４０（駆動制御回路４１）との接続部位ＳＬに掛かることとなる。しかも、本実施形態の液体状態検知センサ１は、尿素水溶液の収容タンクとともに車等に搭載されるので、その走行時に、振動や衝撃が掛かる。すると、ケーブル５０の自重に加えてこのような振動や衝撃、特に軸線Ｐ方向の振動や衝撃による荷重が接続部位ＳＬに掛かる。従って、繰り返し振動が掛かることで経時的に、あるいは大きな衝撃が掛かることで瞬間的にこの接続部位ＳＬにおいて、ハンダに亀裂が入る、リード線５２が断線する、リード線５２が配線基板４０から抜けるなどの不具合を生じる虞がある。

しかるに、本実施形態の液体状態検知センサ１は、図３に示すように、接続部位ＳＬにおいてリード線５２を配線基板４０にハンダ付けしているのみならず、絶縁板９０に固定保持部９４（咳持部９５Ａ，９５Ｂ）を一体的に設け、ケーブル５０を、その被保持部５１において咳持（固定保持）している。具体的には、本実施形態の液体状態検知センサ１では、また、絶縁板９０に固定保持部９４（咳持部９５Ａ，９５Ｂ）におけるケーブル５０の保持力を、引き抜き強度で測定して、ケーブル５０の下方部５０ａの自重（約５０ｇｆ＝約０．４９Ｎ）の１０倍以上の２０Ｎとしている。従って、この被保持部５１より先端側（下方）の下方部５０ａ（図３参照）の自重を、固定保持部９４で支えることができる。また、振動や衝撃が本実施形態の液体状態検知センサ１に掛かっても、それによる荷重をも固定保持部９４（咳持部９５Ａ，９５Ｂ)で支えることができる。このため、配線基板４０とリード線５２との接続部位ＳＬに過大な荷重が掛かることが防止され、この接続部位ＳＬでハンダに亀裂が入る、リード線５２が断線する、リード線５２が配線基板４０から抜けるなどの不具合を生じる虞がなく、適切に液体状態検知センサ１を使用し続けることができる。

なお、ケーブル５０の引き抜き強度は、液体状態検知センサ１において、内筒２２１、外筒２３１、及び液体濃度センサ２５０を除去したものを用意し、万能強度試験機を用いて、本体部材２０を固定するとともに、ケーブル５０の先端部分を軸線Ｐ方向に１００ｍｍ／分のスピードで引っ張り、ケーブル５０が固定保持部９４から抜けた時点での引張力を引き抜き強度（保持力）とした。

また、ケーブル５０が、外部からの振動により横揺れすると、これによっても、咳持部９５Ａ，９５Ｂや配線基板４０とリード線５２との接続部位ＳＬに、この振動（横揺れ）に伴う応力が掛かる虞がある。しかるに、本実施形態の液体状態検知センサ１では、前述したように、ケーブル５０の外径Ｄ１(６．４ｍｍ）と内筒２２１の内径Ｄ２（７．０ｍｍ）との径差△Ｄを０．６ｍｍとしてある。このように、径差△Ｄを小さく、具体的には△Ｄ≦１．５ｍｍとすることにより、外部からの振動によりこの内筒２２１内でケーブル５０がその径方向に振れることがあっても、その振動は内筒２２１で制限される（図１参照）。したがって、ケーブル５０のこのような振動による、被保持部５１や配線基板４０とリード線５２との接続部位ＳＬへの影響を抑制することができる。

以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は、実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
前述の実施形態等では、ケーブル５０のうち、基端（上端）付近を被保持部５１として例を示した。しかし、例えば、基部１０の形状や配線基板４０の位置などに応じ、ケーブルなど導電経路部材のうち、配線基板とセンサ素子との間の適宜の位置を被保持部とすれば良い。この場合でも、被保持部を固定保持部（咳持部）で支えることで、この被保持部より下方の下方部についての自重や振動時や衝撃時にこの下方部にかかる荷重が、導電経路部材と配線基板との機械的な接続部分に掛かることを防止できるから、その分、導電経路部材と配線基板との機械的な接続部分における損傷を抑制することができる。また、前述の実施形態等では、２本のリード線５２を包含するケーブル５０を用いたが２本のリード線それぞれを内筒２２１内に挿通させて用いても良い。ただし、被保持部よりも下方の下方部の自重が大きいほど、本発明による導電経路部材と配線基板との機械的接続部分における損傷抑制の効果が高くなるので、ケーブルを用いた場合に本発明を適用するのがさらに好ましい。

実施形態に係る液体状態検知センサ１の形態及び構造を示す部分破断断面図である。 液体状態検知センサ１のうち、基部１０の縦断面図である。 液体状態検知センサ１のうち、基部１０を別方向から見た場合の縦断面図である。 内筒ケーブル保持部６０についての分解斜視図である。 固定保持部９４が一定成形されてなる絶縁板９０を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。 リード線保持具１１０を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図である。

符号の説明

１ 液体状態検知センサ
１０ 基部
２０ 本体部材（基板収容部）
４０ 配線基板
４１ 駆動制御回路
５０ ケーブル（導電経路部材）
５１ 被保持部
５２ （ケーブルの）リード線
６０ 内筒ケーブル保持部
７０ 電極支持部材
８０ 電極部材（フランジ部）
９０ 絶縁板（押圧部材）
９４ 固定保持部
９５Ａ，９５Ｂ 咳持部
９６Ａ，９６Ｂ 弾性変形片
１１０ リード線保持具
１２０ 押え板
２１０ センサ部
２２０ 液面レベルセンサ部
２２１ 内筒（包囲管）
２５０ 液体濃度センサ部
２６０ 濃度センサ素子
ＳＬ （リード線と配線基板との）接続部位

Claims (5)

1. 被測定液体と少なくとも一部が接触して、上記被測定液体の状態を検知するセンサ素子と、
   上記センサ素子の上方に配置され、上記センサ素子を駆動し、上記センサ素子から上記被測定液体の状態に関する信号を取得する駆動制御回路を含む配線基板と、
   上記配線基板に機械的に接続され下方に延び、上記駆動制御回路と上記センサ素子とを電気的に導通してなる導電経路部材と、
   上記配線基板の下方で上記センサ素子の下端よりも上方に位置し、上記導電経路部材を遊挿状態に包囲すると共に、自身の上端部の外周面に外側に向かって突出するフランジ部を有する包囲管と、
   上記配線基板を内部に収容してなり、上記包囲管の下端部を突出させた状態で当該包囲管の径方向周囲を包囲しつつ、上記フランジ部を直接又は他部材を介して着座させる着座部が上記配線基板よりも下方に形成されてなる基板収容部と、
   上記基板収容部の内部のうち、上記配線基板よりも下方の位置に収容されると共に、上記着座部に着座された上記包囲管の上記フランジ部を上記包囲管の長手方向の下方に向かって押さえつける押圧部材と、
   を備える液体状態検知センサであって、
   上記導電経路部材のうち上記配線基板と上記包囲管の上記フランジ部との間に位置する被保持部の外周の一部を径方向内側に変形させた状態で当該被保持部を保持すると共に、上記押圧部材と一体成形されてなる固定保持部を備える
   ことを特徴とする液体状態検知センサ。
2. 請求項１に記載の液体状態検知センサであって、
   前記固定保持部は、前記導電経路部材のうち前記被保持部よりも下方に位置する部分の自重の１０倍以上の引き抜き強度で、上記導電経路部材を保持してなる
   液体状態検知センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載の液体状態検知センサであって、
   前記固定保持部は、
   前記導電経路部材の前記被保持部のうち、その外周の一部を径方向内側に変形させて上記被保持部を咬持する咬持部を含む
   液体状態検知センサ。
4. 請求項３に記載の液体状態検知センサであって、
   前記咬持部は、前記導電経路部材の前記被保持部を弾性的に押圧するように構成されてなる
   液体状態検知センサ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の液体状態検知センサであって、
   前記包囲管は、円筒形状であり、
   前記導電経路部材は、１本または複数のリード線を含む中実円柱状のケーブルであり、上記包囲管の内径と上記ケーブルのうち上記包囲管の内側に位置する部位の外径との径差が１．５ｍｍ以下とされてなる
   液体状態検知センサ。