JPWO2007004583A1 - 液体状態検知センサ - Google Patents

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Abstract

液体のレベルを検知するレベル検知部と液体に含まれる特定成分の濃度を検知する濃度検知部を一体化した液体状態検知センサを提供する。尿素水溶液のレベルと尿素濃度を測定できる液体状態検知センサ１００は、レベル検知部７０と液体性状検知部３０が絶縁した状態で連結される。レベル検知部７０をなす外筒電極１０と内部電極２０はコンデンサを形成し、両者間に存在する尿素水溶液のレベルに応じて変化する静電容量に基づきレベル検知を行う。内部電極２０の先端部２１にはセラミックヒータ１１０を保持するホルダ１２０が装着され、ホルダ１２０がゴムブッシュ８０により外筒電極１０の先端部１１内で支持される。そして、尿素濃度は、セラミックヒータ１１０に設けられる発熱抵抗体パターンに一定時間通電し、このとき得られる発熱抵抗体パターンの抵抗値に対応した電圧値に基づき、回路基板６０の液体性状検知回路部にて求められる。

Description

本発明は、液体収容容器内に収容される液体のレベルと、少なくともその液体に含まれる特定成分の濃度とを検知する液体状態検知センサに関するものである。
従来、液体の状態を検知するセンサの一例として、例えば液体のレベル（液位）を検知するためのレベルセンサが知られており、その一例としての静電容量型液量計は、例えば自動車の燃料などの残量の測定に用いられる（例えば、特許文献１参照。）。この静電容量型液量計は、導体からなる細長い筒状の電極（外筒電極）と、その筒内にて軸線方向に沿って設けられた筒状の電極（内部電極）との間（以下、「ギャップ間」という。）でコンデンサを構成し、その静電容量を測定するものである。静電容量型液量計は、外筒電極の軸線方向が液体のレベルの上下方向となるように、液体を収容するタンクに取り付けられる。液体に浸漬していない部分の静電容量はギャップ間の空気の誘電率に依存し、液体に浸漬した部分の静電容量がギャップ間に満たされた液体の誘電率に依存することから、液体のレベルが高くなるに従って測定される静電容量が大きくなる。このため、静電容量に基づき、液体のレベルを検知することができる。
近年、例えばディーゼル自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害なガスに還元する排ガス浄化装置にＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）を用いる場合があるが、その還元剤として尿素水溶液が用いられる。この尿素水溶液のように導電性を示す液体のレベルを測定する場合、上記レベルセンサの外筒電極と内部電極との間でのショートの防止のために、内部電極の外表面上には誘電体からなる絶縁性の被膜をコーティングしたものが用いられる。液体に浸漬していない部分の静電容量は、ギャップ間の空気層の静電容量と内部電極の絶縁性被膜の静電容量との合成容量となる。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略同電位となるため、絶縁性被膜の静電容量となる。そして両者の静電容量の合計が、センサ全体の静電容量として測定される。空気層の厚みにくらべ絶縁性被膜の厚みは十分に小さいので、液体に浸漬していない部分の減少に伴う静電容量の変化量は、浸漬している部分の増加に伴う静電容量の変化量と比べ十分に小さい。このため、センサ全体の静電容量は液体に浸漬している部分の静電容量の増減にほぼ正比例することとなり、測定される静電容量の大小からレベルを検知することができる。
このようなレベルセンサを尿素水タンクに組み付けて使用すれば、尿素水溶液の残量が少ない場合に警告等を発し、排ガス浄化装置による窒素酸化物の還元が適切に行えなくなっていることを運転者に知らせることができる。ところで、尿素水溶液は、窒素酸化物を効果的に還元するにあたって、適正な濃度（溶液中に含まれる尿素濃度）の範囲があることが知られている。そのため、尿素水溶液の残量が適量であっても、経時変化等によって尿素水溶液の濃度が適正範囲から逸脱してしまった場合や適正な尿素水溶液以外の液体（軽油や水）が尿素水タンクに収容された場合には、窒素酸化物の還元を良好に行えない虞がある。そこで、尿素水タンクに尿素水溶液の濃度を検知する濃度センサを併設し、レベルセンサおよび濃度センサのそれぞれの出力に応じて警告等を発することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。なお、このような濃度センサとして、発熱抵抗体及び感温体を含んでなる傍熱型濃度検出部に用いたものが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平９−１５２３６８号公報 特開２００２−３７１８３１号公報 特開２００５−８４０２６号公報
しかしながら、特許文献２のように、尿素水タンクにレベルセンサと濃度センサとを別体で設けた場合、尿素水タンクにそれぞれの取り付け位置を設ける必要が生じたり、両センサの占める容積の影響により尿素水タンクを大きくしなければ、尿素水溶液の収容量を増やすことができないという問題があった。また、特許文献１、特許文献３に示された比較的容積の大きいレベルセンサと濃度センサとを尿素水タンク内に別体で取り付けた場合、尿素水タンク内に占めるセンサの熱容量が大きくなってしまうため、尿素水溶液の凍結時に解凍するまでの時間がかかり、液体の状態検知を迅速に行えないという問題があった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、液体のレベルを検知するレベル検知部と少なくとも液体に含まれる特定成分の濃度を検知する濃度検知部とを一体に連結した液体状態検知センサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の液体状態検知センサは、収容容器内に収容される液体の状態を検知するための液体状態検知センサであって、長手方向に延びる第１電極および第２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極との間で前記収容容器内に収容される前記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形成してなるレベル検知部と、前記レベル検知部の前記長手方向の後端側に位置し、前記収容容器に前記液体状態検知センサを取り付けるための取付部と、前記レベル検知部に絶縁された状態で連結されると共に、少なくとも前記液体に含まれる特定成分の濃度を検出するための液体性状検出素子であって、自身の先端が前記レベル検知部の前記長手方向の先端よりも先端側に位置してなる液体性状検出素子とを備えていることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記液体性状検出素子は、通電により発熱する発熱パターンを有すると共に、前記発熱抵抗体パターンが前記レベル検知部の前記長手方向の先端よりも先端側に位置しており、この発熱抵抗体パターンの電気的特性の変化に基づき、前記液体に含まれる特定成分の濃度を検出する検出回路を備えていることを特徴とする。
また、請求項３に係る発明の液体状態検知センサは、請求項２に記載の構成に加え、前記液体は導電性の液体であって、前記液体性状検出素子は、前記発熱抵抗体パターンを絶縁性セラミック基体内に埋設させた構成をなし、前記絶縁性セラミック基体のうち前記発熱抵抗体パターンが配置された部位の外表面が前記液体に接触することを特徴とする。
また、請求項４に係る発明の液体状態検知センサは、請求項２又は３に記載の構成に加え、前記検出回路は、前記発熱抵抗体パターンを一定時間通電すると共に、前記一定時間内の異なるタイミングにおける前記発熱抵抗体パターンの抵抗値に対応する第１対応値及び第２対応値を取得し、前記第１対応値及び第２対応値に基づき前記液体中の特定成分の濃度を検出することを特徴とする。
また、請求項５に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記第１電極は、導体からなる筒状の外筒電極である一方、前記第２電極は、前記外筒電極内でその長手方向に沿って設けられた導体からなる内部電極であることを特徴とする。
また、請求項６に係る発明の液体状態検知センサは、請求項５に記載の発明の構成に加え、前記内部電極は筒状をなしており、前記内部電極の内側に、前記液体性状検出素子と電気的に接続されるリード線が挿通されていることを特徴とする。
また、請求項７に係る発明の液体状態検知センサは、請求項５または６に記載の発明の構成に加え、前記液体性状検出素子は、前記内部電極の先端部に装着される絶縁性のホルダに保持されていることを特徴とする。
また、請求項８に係る発明の液体状態検知センサは、請求項７に記載の発明の構成に加え、前記液体は導電性の液体であって、前記ホルダは前記内部電極の先端部外側にてシールリングを介して装着され、少なくとも前記内部電極に対する前記シールリングの配置位置から前記内部電極の後端部外側にかけて、前記内部電極の表面上に絶縁性被膜が形成されていることを特徴とする。
また、請求項９に係る発明の液体状態検知センサは、請求項７に記載の発明の構成に加え、前記液体は導電性の液体であって、前記内部電極は筒状をなしており、前記ホルダは前記内部電極の先端部内側にてシールリングを介して装着され、少なくとも前記内部電極に対する前記シールリングの配置位置から前記内部電極の後端部外側にかけて、前記内部電極の表面上に絶縁性被膜が形成されていることを特徴とする。
また、請求項１０に係る発明の液体状態検知センサは、請求項５乃至９のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記外筒電極の外周面の少なくとも一の母線状に、１または複数のスリットが形成されていることを特徴とする。
また、請求項１１に係る発明の液体状態検知センサは、請求項５乃至１０のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記内部電極の外側と前記外筒電極の内側との間に介在するゴム製の支持部材を有し、前記支持部材によって前記内部電極が前記外筒電極の内側に弾性的に支持されていることを特徴とする。
また、請求項１２に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１１に記載の発明の構成に加え、前記液体性状検出素子は、前記内部電極の先端部に装着される絶縁性のホルダに保持されており、前記支持部材は、さらに、前記ホルダを先端側に移動しないように支持することを特徴とする。
また、請求項１３に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１１または１２に記載の発明の構成に加え、前記支持部材には、前記支持部材の先端側に存在する前記液体と、前記支持部材の後端側に存在する前記液体とを流通させる流通路が形成されていることを特徴とする。
また、請求項１４に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１３に記載の発明の構成に加え、前記流通路は、支持部材の外側面に溝設されていることを特徴とする。
また、請求項１５に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１３または１４に記載の発明の構成に加え、前記流通路は、支持部材の内側面に溝設されていることを特徴とする。
また、請求項１６に係る発明の液体状態検知センサは、請求項５乃至１５のいずれかに記載の構成に加え、前記外筒電極の先端部は、前記液体性状検出素子を径方向周囲から包囲していることを特徴とする。
また、請求項１７に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１乃至１６のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記液体が流通する液体流通孔が形成されると共に、前記液体性状検出素子を覆う包囲部材を有し、前記包囲部材は、前記レベル検知部に絶縁された状態で連結されていることを特徴とする。
また、請求項１８に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１６に記載の発明の構成に加え、前記液体が流通する液体流通孔が形成されると共に、前記液体性状検出素子の周囲を覆う包囲部材を有し、前記包囲部材は、前記レベル検知に絶縁された状態で連結されており、前記外筒電極の先端は、前記包囲部材の先端よりも先端側に位置していることを特徴とする。
また、請求項１９に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１乃至１８のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分が尿素であることを特徴とする。
請求項１に係る発明の液体状態検知センサでは、液体のレベルを検知するためのレベル検知部と、少なくとも液体に含まれる特定成分の濃度を検出するための液体性状検出素子とが絶縁された状態で一体化されている。従って、これらを別体に設けた場合に２つ必要となる収容容器の取り付け部位は、１つ設ければ足りるため、取付部を設ける手間が軽減され、取付部と収容容器との間の気密性および水密性維持のための構成を簡易にすることができる。また、レベル検知部と液体性状検出素子とが一体となったセンサ構造を採るため、従来のようにレベルセンサと濃度センサとを別体で収容容器内に設ける場合と比較して、収容容器内に占めるセンサの容積を相対的に小さくすることができる。これにより、収容容器内に収容可能な液体（例えば、尿素水溶液）の最大量を従来のように別体で設置する場合よりも増やすことが可能となる。また、液体（例えば、尿素水溶液）が凍結していた際の解凍時においても、センサの熱容量が従来よりも減ることから早期に解凍が行え、迅速な液体の状態検知が可能となる。
また、請求項２に係る発明の液体状態検知センサでは、液体性状検出素子が発熱抵抗体パターンを有しており、この発熱抵抗体パターンがレベル検知部の先端より先端側に位置している。ここで、液体に含まれる特定成分の濃度によって液体の熱伝導率が異なることが知られており、発熱抵抗体パターン（換言すれば、液体性状検出素子）によりその周囲の液体を加熱した場合、濃度の異なる液体では温度上昇の傾向が異なってくる。そこで、本発明では、発熱抵抗体パターンの電気的特性の変化（例えば、抵抗値の変化）に基づいて当該発熱抵抗体パターンの温度上昇の度合を捉えるための検出回路を設け、この検出回路によって液体に含まれる特定成分の濃度を検出するようにしている。このような構成を図ることにより、液体に含まれる特定成分の濃度を良好に検知することができる。
また、請求項３に係る液体状態検知センサでは、液体性状検出素子が、上記発熱抵抗体パターンを絶縁セラミック基体内に埋設させた構成としている。これにより、液体が導電性の液体である場合にも、絶縁性セラミック基体の外表面を液体に接触させることができ、素子自身を直接液体に浸漬させることができる。従って、特定成分の濃度検知の感度をより高めることができる。
また、請求項４に係る液体状態検知センサでは、上記検出回路が、発熱抵抗体パターンを一定時間通電すると共に、この一定時間内の異なるタイミングにて発熱抵抗体パターンの抵抗値に対応した第１対応値及び第２対応値を取得し、この第１対応値及び第２対応値に基づき特定成分の濃度を検出するよう構成されている。このような構成を図ることにより、発熱抵抗体パターンの温度上昇の度合いを的確に捉えることができ、特定成分の濃度検知を安定して行うことができる。
なお、本発明における第１対応値及び第２対応値としては、発熱抵抗体パターンの抵抗値に対応した同じ単位の値であればよく、具体的には電圧値や電流値、温度換算値を上げることができる。また、第１対応値と第２対応値とに基づいて、特定成分の濃度検知を行うにあたっては、具体的に両対応値を差分した差分値や両対応値の比を用いて行うことができる。
さらに、請求項５に係る発明の液体状態検知センサでは、第１電極を筒状の外筒電極とし、第２電極をその外筒電極内に設けた内部電極としたので、簡易的な構成でありながら、精度よく液体のレベルに応じて変化する静電容量を検出可能なレベル検知部を構成することができる。
また、請求項６に係る発明の液体状態検知センサでは、内部電極を筒状にし、内側に液体性状検出素子のためのリード線を挿通させている。このように、リード線を保護する保護部材を別途に設けることなく、内部電極をリード線の保護部材として兼用させることで、液体状態検知センサの小型化とコストダウンを効果的に図ることができる。
また、請求項７に係る発明の液体状態検知センサのように、絶縁性のホルダに液体性状検出素子を保持させ、そのホルダを内部電極の先端部に装着すれば、容易に液体性状検出素子とレベル検知部とを絶縁した状態で連結することができる。
さらに、請求項８や請求項９に係る発明の液体状態検知センサのように、シールリングを介して内部電極の先端部へのホルダの装着を行うと共に、少なくともその内部電極に対してシールリングが配置される位置から後端部外側にかけての内部電極の表面上に絶縁性被膜を形成すれば、液体性状検出素子およびレベル検知部が液体に浸漬されても、内部電極の表面が液体に接触することがない。このため、導電性の液体のレベル検知を正確に行うことができる。また、シールリングにより内部電極の内側に液体が浸入することがないため、内部回路等が液体に浸漬されることがなく、ショートや腐食などの虞がない。
また、請求項１０に係る発明の液体状態検知センサでは、外筒電極に設けたスリットを介し外筒電極の外側と内側との間で液体を流通させることができ、収容容器内の液体のレベルの変化に対し外筒電極内の液体のレベルの変化を追従させることができる。また、液体状態検知センサを寒冷地などで使用し、液体が急冷された場合に、液体の凍結に伴う体積膨張により生じた圧力を、スリットを介し外筒電極の外側に逃がすことができる。このため、液体の凍結に起因した外筒電極、内部電極の変形を抑制することができる。
また、請求項１１に係る発明の液体状態検知センサでは、内部電極をゴム製の支持部材により外筒電極の内側に弾性的に支持することで、振動等による内部応力の発生や共振等の発生を抑制することができ、内部電極の変形や内部電極の表面に絶縁性被膜が形成される場合にはその被膜の損傷等の虞を低減することができる。
また、請求項１２に係る発明の液体状態検知センサでは、上記支持部材により液体性状検出素子を保持するホルダを支持している。このため、ホルダを内部電極の先端部に装着する場合、接着、加締め、螺合、ねじ止めなどにより固定しなくともホルダの脱落が防止されるので、製造過程における手間を低減することができる。
また、請求項１３に係る発明の液体状態検知センサでは、支持部材に形成された液体流通路を介し、支持部材の先端側に存在する液体と後端側に存在する液体とを流通させている。そして、この流通路を支持部材に設けるにあたっては、請求項１４に係る発明のように、支持部材の外側面に溝設し、外筒電極との間で流通路を確保してもよいし、請求項１５に係る発明のように、支持部材の内側面に溝設し、ホルダや内部電極との間で流通路を確保してもよい。このように支持部材に流通路を設けたことで、レベル検知部における液体の変動を良好に確保することできる。従って、支持部材を設けたことでレベル検知部にて液溜まりが生ずるようなことはなく、レベル検知の範囲を広く確保しつつレベル検知の精度を高めることができる。
また、流通路を介し、支持部材の先端側に残る気泡を後端側に逃がすことも可能である。これにより、液体性状検出素子を液体に浸漬させる場合に、その周囲に気泡が残らないようにすることができるので、液体の特定成分の濃度の検知を正確に行うことができる。
さらに、請求項１６に係る発明の液体状態検知センサでは、先端部が延設された外筒電極により、径方向周囲から液体性状検出素子が包囲している。これにより、振動等により収容容器内で液体が流動しても外筒電極が防壁となり液体性状検出素子を保護するので、流動に伴う圧力が液体性状検出素子に直接かかるのを抑制することができ、液体性状検出素子の耐久性が高められる。また、液体性状検出素子の周囲を取り巻く液体が激しく入れ換わることがないため、特定成分の濃度検知を安定して行い続けることができる。
また、請求項１７に係る発明の液体状態検知センサでは、液体流通孔が形成された包囲部材により液体性状検出素子の周囲を覆っている。これにより、振動等により収容容器内で液体が流動しても包囲部材が防壁となり液体性状検出素子を保護するので、流動に伴う圧力が直接かかりにくい。また、液体性状検出素子の周囲を取り巻く液体が激しく入れ換わることがないため、特定成分の濃度検知を安定して行い続けることができる。
また、請求項１８に係る発明の液体状態検知センサでは、液体流通孔が形成された包囲部材にて液体性状検出素子を覆いつつ、この包囲部材を上記外筒電極の先端部により覆うように構成している。これにより、外筒電極の先端部と包囲部材の両者が液体性状検出素子を保護する防壁として機能するため、液体性状検出素子の耐久性をより高めることができる。また、液体性状検出素子の周囲を取り巻く液体の激しい入れ換わりを効果的に抑えることができ、特定成分の濃度検知をより安定して行えるメリットがある。
さらに、請求項１９に係る発明の液体状態検知センサは、尿素水溶液のレベルと、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検知することができる。
液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。 液体状態検知センサ１００の液体性状検知部３０付近の拡大断面図である。 セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。 プロテクタ１３０の側面図である。 プロテクタ１３０の底面図である。 ゴムブッシュ８０を斜め下方からみた斜視図である。 ゴムブッシュ８０の側面図である。 ゴムブッシュ８０の平面図である。 図８の一点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向からみたゴムブッシュ８０の断面図である。 図１に示す液体状態検知センサ１００を先端側から軸線Ｏ方向に見た液体状態検知センサ１００の底面図である。 外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間に満たされた尿素水溶液の水面近傍の拡大断面図である。 変形例としての液体状態検知センサ３００の液体性状検知部４３０付近の拡大断面図である。 変形例としての液体状態検知センサの内部電極４００の構成を示す図である。 液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
符号の説明
１０ 外筒電極
１１ 先端部
１５ スリット
２０，３２０，４００ 内部電極
２１ 先端部
２３，３２３ 絶縁性被膜
３０ 液体性状検知部
４０ 取付部
６０ 回路基板
７０ レベル検知部
８０ ゴムブッシュ
８５，８６ 流通路
９０ リード線
１００，３００ 液体状態検知センサ
１１０ セラミックヒータ
１１４ 発熱抵抗体パターン
１１５ ヒータパターン
１２０，３５０ ホルダ
１３０ プロテクタ
１３５，１３６ 液体流通孔
１４０，３４０ シールリング
２２０ マイクロコンピュータ
２８０ 液体性状検知回路部
以下、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、図面を参照して説明する。図１〜図１０を参照し、一例としての液体状態検知センサ１００の構造について説明する。
図１は、液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。図２は、液体状態検知センサ１００の液体性状検知部３０付近の拡大断面図である。図３は、セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。図４は、プロテクタ１３０の側面図である。図５は、プロテクタ１３０の底面図である。図６は、ゴムブッシュ８０を斜め下方からみた斜視図である。図７は、ゴムブッシュ８０の側面図である。図８は、ゴムブッシュ８０の平面図である。図９は、図８の一点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向からみたゴムブッシュ８０の断面図である。図１０は、図１に示す液体状態検知センサ１００を先端側から軸線Ｏ方向に見た液体状態検知センサ１００の底面図である。なお、液体状態検知センサ１００においてレベル検知部７０（外筒電極１０および内部電極２０から構成されるコンデンサ）の長手方向を軸線Ｏ方向とし、液体性状検知部３０が設けられる側を先端側、取付部４０が設けられる側を後端側とする。
本実施の形態の液体状態検知センサ１００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溶液の状態、つまりは尿素水溶液のレベルと、その尿素水溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知するためのセンサである。図１に示すように、液体状態検知センサ１００は、円筒形状を有する外筒電極１０、および、その外筒電極１０の内部にて外筒電極１０の軸線Ｏ方向に沿って設けられた円筒状の内部電極２０から構成されるレベル検知部７０と、内部電極２０の先端側に設けられた液体性状検知部３０と、液体状態検知センサ１００を、尿素水溶液の収容容器としての尿素水タンク（図示外）に取り付けるための取付部４０とを備えて構成される。
外筒電極１０は金属材料からなり、軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状を有する。外筒電極１０の外周上にて周方向に等間隔となる３本の母線上には、各母線に沿ってそれぞれ複数の細幅のスリット１５が断続的に開口されている。また、外筒電極１０の先端部１１において、上記スリット１５が形成された各母線上には、後述する内部電極２０との間に介在されるゴムブッシュ８０の抜け防止のための開口部１６がそれぞれ設けられている。さらに、外筒電極１０の後端側の基端部１２に近い位置で、スリット１５が形成された各母線とは異なる母線上には、１つの空気抜孔１９が形成されている。また、外筒電極１０の先端部１１は、後述する液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０の径方向周囲を包囲するように、開口部１６の位置よりさらに軸線Ｏ方向先端側に延びている。なお、この先端部１１は、セラミックヒータ１１０を覆うプロテクタ１３０の径方向周囲をも包囲しており、自身の先端がプロテクタ１３０の先端よりも先端側に位置するように延びている。そして、外筒電極１０の先端は開口されており、プロテクタ１３０が開口側から視認可能な状態となっている。
次に、外筒電極１０は、基端部１２が金属製の取付部４０の電極支持部４１の外周に係合した状態で溶接されている。取付部４０は尿素水タンク（図示外）に液体状態検知センサ１００を固定するための台座として機能し、取り付けボルトを挿通するための取り付け孔（図示外）が鍔部４２に形成されている。また、取付部４０の鍔部４２を挟んで電極支持部４１の反対側には、液体状態検知センサ１００と外部回路（図示外）との電気的な接続を行うために設けられた中継用の回路基板６０などを収容する収容部４３が形成されている。なお、この取付部４０は、回路基板６０に対し、そのグランド電位をなす配線部（図示しない）と同電位となるように接続されている。そのため、外筒電極１０はこの取付部４０を介して接地されている。
回路基板６０は、取付部４０に収容されており、具体的には収容部４３の内壁面の四隅より突出する基板載置部（図示外）上に載置されている。収容部４３はカバー４５に覆われ保護されており、そのカバー４５は、鍔部４２に固定されている。また、カバー４５の側面にはコネクタ６２が固定されており、コネクタ６２の接続端子（図示外）と回路基板６０上のパターンとが配線ケーブル６１によって接続されている。このコネクタ６２を介し、回路基板６０と外部回路（図示外）との接続が行われる。
取付部４０の電極支持部４１には収容部４３内に貫通する孔４６が開口されており、この孔４６内に、内部電極２０の基端部２２が挿通されている。本実施の形態の内部電極２０は軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状をした金属材料からなる。この内部電極２０の外周面上には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ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２３が形成されている。絶縁性被膜２３は、このような樹脂をディッピングもしくは静電粉体塗装により内部電極２０の外表面上に塗布し、熱処理することにより、樹脂コーティング層の形態で形成される。後述するが、この内部電極２０と外筒電極１０との間で、尿素水溶液のレベルに応じて静電容量が変化するコンデンサを形成してなるレベル検知部７０が構成されている。なお、内部電極２０の絶縁性被膜２３は、少なくとも、後述するシールリング１４０との接触位置からＯリング５４との接触位置にかけて形成されており、外筒電極１０内で内部電極２０が尿素水溶液と接しないように、内部電極２０の外周面上を被膜している。
内部電極２０の軸線Ｏ方向後端側の基端部２２には、内部電極２０を取付部４０に固定するためのパイプガイド５５とインナーケース５０が係合されている。パイプガイド５５は、内部電極２０の基端部２２の端縁寄りに接合された環状のガイド部材である。インナーケース５０は内部電極２０と外筒電極１０とが確実に絶縁されるように内部電極２０を位置決め支持する鍔付き筒状の樹脂製部材であり、先端側が取付部４０の電極支持部４１の孔４６に係合する。インナーケース５０には径方向外側に向かって突出する鍔部５１が形成されており、インナーケース５０が電極支持部４１に係合される際には、収容部４３側から電極支持部４１の孔４６に挿通される。そして、鍔部５１が収容部４３内の底面に当接することで、インナーケース５０が孔４６内を通り抜けることが防止される。また、内部電極２０は、収容部４３側からインナーケース５０の内側に挿通されるが、パイプガイド５５が鍔部５１に当接することで、インナーケース５０からの脱落が防止される。
さらに、インナーケース５０の外周と内周とには、それぞれ、Ｏリング５３とＯリング５４とが設けられている。Ｏリング５３は、インナーケース５０の外周と取付部４０の孔４６との間の隙間を密閉し、Ｏリング５４は、インナーケース５０の内周と内部電極２０の基端部２２の外周との間の隙間を密閉している。これにより、液体状態検知センサ１００が尿素水タンク（図示外）に取り付けられた際に、尿素水タンクの内部と外部とが収容部４３を介して連通しないようにその水密性および気密性が保たれる。なお、取付部４０の鍔部４２の先端側の面には図示外の板状のシール部材が装着され、液体状態検知センサ１００を尿素水タンクに取り付けた際に、鍔部４２と尿素水タンクとの間の水密性および気密性が保たれるようになっている。
そして、内部電極２０の取付部４０への組み付けの際には、２枚の押さえ板５６，５７によって、パイプガイド５５がインナーケース５０の鍔部５１に対して押圧される。絶縁性の押さえ板５７は、パイプガイド５５との間に押さえ板５６を挟み、パイプガイド５５を押圧した状態で、ネジ５８によって収容部４３内に固定される。これにより、パイプガイド５５に接合された内部電極２０が電極支持部４１に固定されることとなる。押さえ板５６，５７には中央に孔５９が開口されており、内部電極２０の電極引出線５２と、後述するセラミックヒータ１１０との電気的な接続を行う２本のリード線９０（図１では一方のリード線９０のみを表示している。）を内包する２芯のケーブル９１とが挿通され、それぞれ回路基板６０上のパターンに電気的に接続されている。回路基板６０のグランド側の電極（図示外）は取付部４０に接続されており、これにより、取付部４０に溶接された外筒電極１０がグランド側に電気的に接続される。
次に、液体性状検知部３０は、内部電極２０の先端部２１に連結されている。図２に示すように、液体性状検知部３０は、本実施の形態では尿素水溶液中の尿素の濃度検出を行う液体性状検出素子としてのセラミックヒータ１１０と、セラミックヒータ１１０を支持すると共に、内部電極２０の先端部２１に装着される絶縁性樹脂製のホルダ１２０と、ホルダ１２０から露出されたセラミックヒータ１１０の周囲を覆って保護するプロテクタ１３０とを備えて構成される。
図３に示すように、セラミックヒータ１１０は、絶縁性セラミック（具体的にはアルミナ）からなる板状のセラミック基体１１１上にＰｔを主体とするヒータパターン１１５を形成し、対となるセラミック基体（図示せず）で挟んだ状態でヒータパターン１１５を埋設した状態で形成したものである。発熱抵抗体パターン１１４を構成するパターンの断面積を、電圧印加のための両極となるリード部１１２，１１３のそれよりも小さくするようにして、通電時、主に発熱抵抗体パターン１１４において発熱が行われるようにしている。また、リード部１１２，１１３の両端には、一方のセラミック基体の表面に設けられた電極パッドに導通するビア導体（図示外）が設けられており、２本のリード線９０との接続を中継する２つのコネクタ１１９（図２では共に一方のみを表示している。）のそれぞれと電気的に接続されている。なお、セラミックヒータ１１０が、本発明における「液体性状検出素子」に相当する。
次に、図２に示すように、セラミックヒータ１１０を支持するホルダ１２０は、内部電極２０の先端部２１を外周から覆うように構成されている。ホルダ１２０は外径の異なる２つの円筒部１２１，１２２を有し、テーパー状の段部１２３により円筒部１２１，１２２が接続されている。そしてホルダ１２０の小径の円筒部１２１側の筒端の稜角部分は面取りされている。セラミックヒータ１１０は、長手方向のリード部１１２，１１３（図３参照）側を小径の円筒部１２１内に挿入しつつ、発熱抵抗体パターン１１４が配置された部位を露出させた状態で、接着剤等からなる固定部材１２５，１２６によりホルダ１２０に固定される。
また、大径の円筒部１２２の内径は、内部電極２０の先端部２１外径より大きく構成されている。ホルダ１２０が円筒部１２２側から内部電極２０の先端部２１に装着される際には、円筒部１２２の内周面と内部電極２０の外周面との間にシールリング１４０が介在され、内部電極２０の内部の水密性が確保される。絶縁性被膜２３は、内部電極２０の外周面において、内部電極２０先端側の先端部２１にてこのシールリング１４０が配置される位置よりも先端側から、後端側の基端部２２にてＯリング５４が配置される位置にかけて形成されており、尿素水タンク（図示外）内にてレベル検知部７０が尿素水溶液に浸漬されても、内部電極２０が尿素水溶液に直接接触することはない。
ところで、ホルダ１２０の装着前に、セラミックヒータ１１０のコネクタ１１９にはケーブル９１の２本のリード線９０の芯線がそれぞれ加締めまたは半田付けにより接合される。さらに絶縁性の保護部材９５により、コネクタ１１９とリード線９０とが接合部位ごと覆われ保護される。そして、２つのリード線９０は筒形状の内部電極２０内を挿通され、上記回路基板６０に接続されている。
次に、図４，図５に示す、プロテクタ１３０は、有底円筒形状に形成された金属製の保護部材である。開口側の端部には軸線Ｏ方向に対し斜め方向に広がり形状の鍔部１３１が形成されており、底部１３２と胴部１３３との間の稜角部分は曲面状に面取りされ、剛性が高められている。また、プロテクタ１３０の外周上にて周方向に等間隔となる３本の母線上に、底部１３２から胴部１３３にかけて開口された液体流通孔１３５と、胴部１３３から鍔部１３１にかけて開口された液体流通孔１３６とがそれぞれ形成されている。底部１３２において、３つの母線上の液体流通孔１３５は、互いに連接されていない。なお、プロテクタ１３０が、本発明における「包囲部材」に相当する。
そして、図２に示すように、プロテクタ１３０は、ホルダ１２０の小径の円筒部１２１の外周に、開口側の内周が嵌合され、鍔部１３１はホルダ１２０の段部１２３の斜面に沿うように係合される。発熱抵抗体パターン１１４の配置された部位がホルダ１２０の先端から露出されたセラミックヒータ１１０は、プロテクタ１３０内に収容され、このセラミックヒータ１１０の先端寄り部位は直接液体に浸漬されることになる。
このような構成の液体性状検知部３０は、内部電極２０の先端部２１にホルダ１２０が装着されることによって、レベル検知部７０と絶縁された状態で連結される。そして、液体性状検知部３０は、内部電極２０の先端部２１と共に、外筒電極１０の内側と内部電極２０の外側との間に介在するゴム製のゴムブッシュ８０によって、外筒電極１０内で位置決め支持される。
図６〜図９に示すように、ゴムブッシュ８０は円筒形状を有し、その外周面８９上にて周方向に等間隔となる３本の母線上に、外筒電極１０の各開口部１６にそれぞれ係合し抜け防止として機能する突起部８７が設けられている。さらに、外周面８９の周方向において各突起部８７間には、それぞれ軸線Ｏ方向に沿った複数（本実施の形態では５本）の溝部８８が溝設されている。なお、ゴムブッシュ８０が、本発明における「支持部材」に相当する。
また、ゴムブッシュ８０の内周側の面は、ホルダ１２０の外周面が係合するように形成された内径の異なる２つの内周面８１，８２と、両者を接続するテーパー状の内周面８３とから構成される。そして、内周面８１〜８３上で、突起部８７が形成された外周面８９上の各母線に対応する位置には、小径の内周面８１側から大径の内周面８２側にかけて各内周面８１，８３，８２上を連続する溝部８４がそれぞれ溝設されている。なお、ゴムブッシュ８０の小径の内周面８１の形成部位は、大径の内周面８２の形成部位よりも肉厚に形成されている。
ゴムブッシュ８０が外筒電極１０の内側と内部電極２０の外側との間に配置される際には、図１０に示すように、ゴムブッシュ８０の内周面８１〜８３側の溝部８４の形成位置に、プロテクタ１３０の液体流通孔１３５の形成位置が揃えられて組み付けられる。また、前述したように、内部電極２０はパイプガイド５５を介し２枚の押さえ板５６，５７により軸線Ｏ方向先端側に向け押圧される（図１参照）。これにより、図２に示すように、その内部電極２０の先端部２１に装着されたホルダ１２０の段部１２３が、ゴムブッシュ８０の内周面８３に押し付けられた状態となる。このとき、プロテクタ１３０の鍔部１３１がゴムブッシュ８０の内周面８３とホルダ１２０の段部１２３との間に挟まれることで、プロテクタ１３０が弾性保持される。そしてホルダ１２０および内部電極２０は、外筒電極１０に位置決め保持されたゴムブッシュ８０によって、外筒電極１０の内側に弾性的に支持されることとなる。
液体状態検知センサ１００が尿素水タンク（図示外）に取り付けられ使用されたとき、図２に示すように、外筒電極１０内には、ゴムブッシュ８０よりも軸線Ｏ方向先端側のＢ部と、後端側のＣ部とに、それぞれ外筒電極１０の軸線Ｏ方向最先端部の開口とスリット１５とを介して尿素水溶液が流入する。また、プロテクタ１３０内のＤ部には、液体流通孔１３５，１３６を介してＢ部より尿素水溶液が流入する。そして、Ｂ部とＣ部とに流入した尿素水溶液は、ゴムブッシュ８０の溝部８８と外筒電極１０の内周面とで形成された流通路８５や、溝部８４とホルダ１２０の外周面とで形成された流通路８６を介して流通される。さらに、溝部８４の形成位置に揃えられて配置されたプロテクタ１３０の液体流通孔１３６（図４参照）に、流通路８６が連続している（図１０参照）。これにより、流通路８５，８６を介してＢ部とＣ部との間およびＤ部とＣ部との間で尿素水溶液の流通が行われる。また、空の尿素水タンクに尿素水溶液を満たした場合にＢ部やＤ部に空気（気泡）が残る虞があるが、Ｂ部に残る空気は流通路８５，８６を通じてＣ部に到達することができる。このとき、ホルダ１２０の小径の円筒部１２１側の筒端の稜角部分が面取りされているので、残留空気が面取り部分に集まりやすく、液体流通孔１３６を介し流通路８６へスムーズに移動されやすい。
なお、本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、液体性状検出素子をなすセラミックヒータ１１０が、絶縁性樹脂からなるホルダ１２０およびゴムブッシュ８０を介してレベル検知部７０に絶縁された状態で連結されている。そして、図２に示すように、セラミックヒータ１１０の先端部（詳細には、発熱抵抗体パターン１１４が配置された部位）が、レベル検知部７０の長手方向の先端（本実施の形態では、シールリング１４０と内部電極２０に形成した絶縁性被膜２３とが接触する領域の最後端に相当）よりも先端側に位置している。これにより、本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、尿素水溶液のレベルがレベル検知部７０を下回らない間、確実に尿素水溶液の尿素濃度を検出することができる。
次に、図１４を参照して、液体状態検知センサ１００の電気的な構成について説明する。図１４は、液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
図１４に示すように、液体状態検知センサ１００は尿素水タンク９８に取付部４０を介して取り付けられ、一対の電極（外筒電極１０及び内部電極２０）を備えたレベル検知部７０と、発熱抵抗体パターン１１４が設けられたセラミックヒータ１１０を備えた液体性状検知部３０とが、尿素水溶液に浸漬される。液体状態検知センサ１００は、回路基板６０上にマイクロコンピュータ２２０を搭載し、レベル検知部７０の制御を行うレベル検知回路部２５０と、液体性状検知部３０の制御を行う液体性状検知回路部２８０と、ＥＣＵとの通信を行う入出力回路部２９０とが接続されている。
入出力回路部２９０は、液体性状検知センサ１００とＥＣＵとの間での信号の入出力を行うため、通信プロトコルの制御を行う。また、レベル検知回路部２５０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、レベル検知部７０の外筒電極１０と内部電極２０との間に交流電圧を印加し、レベル検知部７０をなすコンデンサを流れた電流を電圧変換して、その電圧信号をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。
液体性状検知回路部２８０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０に定電流を流し、発熱抵抗体パターン１１４の両端に発生する検出電圧をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。液体性状検知回路部２８０は、差動増幅回路部２３０、定電流出力部２４０、スイッチ２６０から構成される。
定電流出力部２４０は、発熱抵抗体パターン１１４に流す定電流を出力する。スイッチ２６０は、発熱抵抗体パターン１１４への通電経路上に設けられ、マイクロコンピュータ２２０の指示に従って開閉（オン／オフ）を行う。差動増幅回路部２８０は、発熱抵抗体パターン１１４の一端に現れる電位Ｐｉｎと他端に現れるＰｏｕｔとの差分を検出電圧としてマイクロコンピュータ２２０に出力する。
次に、本実施の形態の液体状態検知センサ１００により、尿素水溶液のレベルおよび濃度を検知する原理について説明する。まず、図１１を参照し、レベル検知部７０において尿素水溶液のレベルを検知する原理について説明する。図１１は、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間に満たされた尿素水溶液の水面近傍の拡大断面図である。
液体状態検知センサ１００は、尿素水溶液を収容した尿素水タンク（図示外）に、その底壁側に外筒電極１０および内部電極２０の先端側を向けた状態で組み付けられる。つまり液体状態検知センサ１００のレベル検知部７０は、尿素水タンク（図示外）内で容量の変化する尿素水溶液の変位方向（尿素水溶液のレベルの高低方向）を軸線Ｏ方向とし、外筒電極１０および内部電極２０の先端側が尿素水溶液の容量の少ない側（低レベル側）となるように、尿素水タンク（図示外）に組み付けられる。そして、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間の静電容量を測定し、両者間に存在する尿素水溶液が軸線Ｏ方向においてどれだけのレベルまで存在しているか検知している。これは周知のように、径方向の電位の異なる２点間において、その経の差が小さくなるほど静電容量の大きさが大きくなることに基づく。
すなわち、図１１に示すように、尿素水溶液で満たされていない部分においては、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、外筒電極１０の内周面と絶縁性被膜２３との間に介在する空気層の厚みに相当する距離（距離Ｆで示す）と、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離（距離Ｇで示す）との合計の距離（距離Ｅで示す）となる。一方、尿素水溶液が満たされた部分において、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、尿素水溶液が導電性を示すため外筒電極１０と尿素水溶液との電位がほぼ等しくなることから、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離Ｇとなる。
換言すれば、尿素水溶液で満たされていない部分におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離がＦで空気を誘電体（不導体）とするコンデンサの静電容量と、電極間の距離がＧで絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサとを直列に接続したコンデンサの合成容量といえる。また、尿素水溶液で満たされた部分におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離がＧで絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサの静電容量といえる。そして両者を並列に接続したコンデンサの静電容量が、レベル検知部７０全体の静電容量として測定されることとなる。
ここで、絶縁性被膜２３を挟む電極間の距離Ｇと比べ、空気層を挟む電極間の距離Ｆは大きく構成されているため、空気を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量は、絶縁性被膜２３を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量よりも小さい。このため、尿素水溶液で満たされていない部分の静電容量の変化よりも尿素水溶液で満たされた部分の静電容量の変化の方が大きく、外筒電極１０および内部電極２０からなるコンデンサ全体としての静電容量は、尿素水溶液のレベルに比例する。
本実施の形態では、尿素水溶液のレベルの測定は、上述したレベル検知回路２５０を介してマイクロコンピュータ２２０にて行われ、得られたレベル情報信号は、入出力回路部２９０から図示外のＥＣＵに対して出力される。そして、ＥＣＵは、入力されるレベル情報信号に基づき、尿素水溶液のレベル（残量）が適正か否かを判断し、適正ではない場合に運転者にその旨を通知する処理を適宜行う。
次に、液体性状検知部３０を構成するセラミックヒータ１１０において、尿素水溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知する原理について説明する。一般に、液体に含まれる特定成分の濃度によって、液体の熱伝導率が異なることが知られている。つまり、発熱抵抗体を用い、その周囲の液体を一定時間加熱した場合、濃度の異なる液体では温度上昇率が異なってくる。また、発熱抵抗体に定電流を流した場合に、発熱抵抗体の周囲の温度の上昇に比例して、発熱抵抗体の抵抗値が上昇することも知られている。このことから発熱抵抗体を用い、その周囲の液体を一定時間加熱した場合に、発熱抵抗体の抵抗値変化の度合いが求まれば、周囲の液体の温度変化の度合いが求まり、液体の濃度を得ることができる。
本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、発熱抵抗体パターン１１４に定電流を一定時間流すように構成されており、発熱抵抗体パターン１１４の両端には自身の抵抗値の大きさに応じた検出電圧Ｖｄが発生する。なお、検出電圧Ｖｄは、上述したように発熱抵抗体パターン１１４の一端に現れる電位Ｐｉｎと他端に現れる電位Ｐｏｕｔの差分として、差動増幅回路部２３０にて測定される。
具体的には、まず、マイクロコンピュータ２２０の指示によりスイッチ２６０を閉じて発熱抵抗体パターン１１４に定電流を流し始める。そして、発熱抵抗体パターン１１４への通電開始直後の検出電圧Ｖｄを、差動増幅回路部２３０を介してマイクロコンピュータ２２０にて取得し、一定時間後（例えば７００ｍｓ後）に、再度検出電圧Ｖｄの取得をマイクロコンピュータ２２０にて行う。そして、予め実験等により作成したテーブル（図示外）を用い、上記２つの検出電圧Ｖｄの差分値をパラメータとして、尿素水溶液の濃度の算出をマイクロコンピュータ２２０にて行う。また、一定時間が経過するとマイクロコンピュータ２２０の指示に基づきスイッチ２６０を開き、発熱抵抗体パターン１１４への通電を中断する。そして、マイクロコンピュータ２２０にて最終的に得られた濃度情報信号を、入出力回路部２９０からＥＣＵに対して出力される。ＥＣＵは、入力された濃度情報信号に基づき、尿素水溶液の濃度が適正範囲にあるか否かを判断し、適正範囲にない場合に運転者にその旨を通知する処理を適宜行う。
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、図１２に示す、液体状態検知センサ３００のホルダ３５０のように、内部電極３２０の先端部３２１の内周と、その先端部３２１内に挿入させるホルダ３５０の円筒部３５２との間にシールリング３４０を介在させ、内部電極３２０の内部の水密性を確保してもよい。この場合、内部電極３２０の先端部３２１において、絶縁性被膜３２３を内部電極３２０の外周側から内周側に折り返すように形成する。そして少なくとも内部電極３２０の先端部３２１の内周側に対してシールリング３４０が配置される位置まで絶縁性被膜３２３の形成を行えば、レベル検知部７０が尿素水溶液に浸漬されても内部電極３２０が尿素水溶液に直接接触することはない。
また、図１３に示すように、レベル検知部４７０の一方の電極と液体性状検知部４３０とを電極パターンとして同一の絶縁性セラミックシート４１０上に形成し、これを中実または中空で棒状の支持部材４２０に巻き付けた内部電極４００を用いてもよい。このような内部電極４００は、以下のように作製すればよい。レベル検知部４７０を構成する内電極部４１５の電極パターンは、矩形の絶縁性セラミックシート４１０上の長手方向の一端側で液体性状検知部４３０を配置する部位を残し、面積を広く形成する。そして内電極部４１５と接触しないように絶縁性セラミックシート４１０の長手方向沿って、液体性状検知部４３０のリード部４１１，４１２となる電極パターンを形成する。液体性状検知部４３０ではリード部４１１，４１２同士を接続する発熱抵抗体４１３となる電極パターンを形成する。そしてこれら電極パターンが形成された絶縁性セラミックシート４１０を、支持部材４２０に巻き付ける。
ここで、電極パターンを絶縁性セラミックシート４１０中に埋設するのであれば、支持部材４２０は導電性の金属棒であってもよい。また絶縁性の支持部材４２０であれば、電極パターンを埋設せずとも支持部材４２０側に向けて巻き付ければよい。この状態で内部電極４００を焼成し、本実施の形態の外筒電極１０内に組み付けることで、外筒電極１０と内電極部４１５との間でレベル検知部４７０を構成することができる。そして、液体性状検知部４３０は、この内部電極４００の先端部にて、レベル検知部４７０に絶縁された状態で連結して配置されることとなる。
また、本実施の形態では、セラミックヒータ１１０の発熱抵抗体パターン１１４とリード部１１２，１１３とは同一の材料を用いパターンの断面積を異ならせたことによって主に発熱抵抗体１１４で発熱が行われるようにしたが、それぞれの材質を異ならせてもよい。
また、本実施の形態ではセラミックヒータ１１０の発熱抵抗体パターン１１４の抵抗値に対応する電圧値を用い、テーブル参照により尿素水溶液中の尿素濃度を求めたが、抵抗値に対応する電圧値を変数として、予め実験等により求めた上記関係を表す計算式に代入することで、尿素水溶液の濃度を算出してもよい。
また、内部電極２０に形成した絶縁性被膜２３としては、液体の特性（例えば、酸化・還元性など）にあわせて腐食されにくい材質のものを選択するとよい。なお、絶縁性被膜の形成をディッピングや静電粉体塗装により行ったが、内部電極との間で空気層の混入が全くない状態となるようにすれば、絶縁チューブを用いて絶縁性被膜の形成を行ってもよい。さらに、外筒電極１０，内部電極２０は金属により形成したが、導電性樹脂を用いて形成してもよい。
また、ゴムブッシュ８０の溝部８４，８８は、ゴムブッシュ８０の内周側や外周側に溝状に設けたが、肉厚部分を貫通する貫通孔として形成してもよい。さらに、溝部８４，８８のいずれかを省略してゴムブッシュ８０を形成してもよい。また、外筒電極１０や内部電極２０を円筒形状としたが、角筒状であってもよい。
さらに、液体性状検出素子としてのセラミックヒータ１１０は、液体に含まれる特定成分（例えば、尿素）の濃度を少なくとも検出するものであればよく、濃度検出以外に、液体の温度や液体の下限レベルの検知を検出するために用いられてもよい。
例えば、セラミックヒータ１１０にて液体の温度を検出する場合には、発熱抵抗体パターン１１４に定電流を流し始めた直後の当該発熱抵抗体パターン１１４の抵抗値の大きさ（より詳細には、発熱抵抗体パターン１１４の両端に生じる検出電圧Ｖｄの大きさ）に基づき、液体の温度を検出することができる。発熱抗体パターン１１４の通電直後の抵抗値は、液体の温度に対応した値を示していることから、このような手法により液体の温度を検出することができるのである。また、セラミックヒータ１１０の周囲に液体が存在する場合と存在しない場合とでは、発熱抵抗体パターン１１４の抵抗値変化の挙動が大きく異なることから、この違いを利用して液体の下限レベルの検知を行うようにしてもよい。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2005年7月1日出願の日本特許出願（特願2005−193298）、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
液体のレベル検知を行うセンサと濃度検知を行うセンサとを一体に連結した液体状態検知センサに適用できる。
【０００３】
ため、尿素水溶液の凍結時に解凍するまでの時間がかかり、液体の状態検知を迅速に行えないという問題があった。
［０００６］
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、液体のレベルを検知するレベル検知部と少なくとも液体に含まれる特定成分の濃度を検知する濃度検知部とを一体に連結した液体状態検知センサを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００７］
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の液体状態検知センサは、収容容器内に収容される液体の状態を検知するための液体状態検知センサであって、長手方向に延びる第１電極および第２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極との間で前記収容容器内に収容される前記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形成してなるレベル検知部と、前記レベル検知部の前記長手方向の後端側に位置し、前記収容容器に前記液体状態検知センサを取り付けるための取付部と、前記レベル検知部に絶縁された状態で連結されると共に、少なくとも前記液体に含まれる特定成分の濃度を検出するための液体性状検出素子であって、自身の先端が前記レベル検知部の前記長手方向の先端よりも先端側に位置し、通電により発熱する発熱パターンを有すると共に、前記発熱抵抗体パターンが前記レベル検知部の前記長手方向の先端よりも先端側に位置する液体性状検出素子と、前記発熱抵抗体パターンの電気的特性の変化に基づき、前記液体に含まれる特定成分の濃度を検出する検出回路と、を備えていることを特徴とする。
［０００８］
［０００９］
また、請求項２に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１に記載の構成に加え、前記液体は導電性の液体であって、前記液体性状検出素子は、前記発熱抵抗体パターンを絶縁性セラミック基体内に埋設させた構成をなし、前記絶縁性セラミック基体のうち前記発熱抵抗体パターンが配置された部位の外表面が前記液体に接触することを特徴とする。
［００１０］
また、請求項３に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１又は２に記載の構成
【０００４】
に加え、前記検出回路は、前記発熱抵抗体パターンを一定時間通電すると共に、前記一定時間内の異なるタイミングにおける前記発熱抵抗体パターンの抵抗値に対応する第１対応値及び第２対応値を取得し、前記第１対応値及び第２対応値に基づき前記液体中の特定成分の濃度を検出することを特徴とする。
［００１１］
また、請求項４に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記第１電極は、導体からなる筒状の外筒電極である一方、前記第２電極は、前記外筒電極内でその長手方向に沿って設けられた導体からなる内部電極であることを特徴とする。
［００１２］
また、請求項５に係る発明の液体状態検知センサは、請求項４に記載の発明の構成に加え、前記内部電極は筒状をなしており、前記内部電極の内側に、前記液体性状検出素子と電気的に接続されるリード線が挿通されていることを特徴とする。
［００１３］
また、請求項６に係る発明の液体状態検知センサは、請求項４又は５に記載の発明の構成に加え、前記液体性状検出素子は、前記内部電極の先端部に装着される絶縁性のホルダに保持されていることを特徴とする。
［００１４］
また、請求項７に係る発明の液体状態検知センサは、請求項６に記載の発明の構成に加え、前記液体は導電性の液体であって、前記ホルダは前記内部電極の先端部外側にてシールリングを介して装着され、少なくとも前記内部電極に対する前記シールリングの配置位置から前記内部電極の後端部外側にかけて、前記内部電極の表面上に絶縁性被膜が形成されていることを特徴とする。
［００１５］
また、請求項８に係る発明の液体状態検知センサは、請求項６に記載の発明の構成に加え、前記液体は導電性の液体であって、前記内部電極は筒状をなしており、前記ホルダは前記内部電極の先端部内側にてシールリングを介して装着され、少なくとも前記内部電極に対する前記シールリングの配置位置から前記内部電極の後端部外側にかけて、前記内部電極の表面上に絶縁性被膜が形成されていることを特徴とする。
［００１６］
また、請求項９に係る発明の液体状態検知センサは、請求項４乃至８のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記外筒電極の外周面の少なくとも一の母線状に、１または複数のスリットが形成されていることを特徴とする。
【０００５】
［００１７］
また、請求項１０に係る発明の液体状態検知センサは、請求項４乃至９のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記内部電極の外側と前記外筒電極の内側との間に介在するゴム製の支持部材を有し、前記支持部材によって前記内部電極が前記外筒電極の内側に弾性的に支持されていることを特徴とする。
［００１８］
また、請求項１１に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１０に記載の発明の構成に加え、前記液体性状検出素子は、前記内部電極の先端部に装着される絶縁性のホルダに保持されており、前記支持部材は、さらに、前記ホルダを先端側に移動しないように支持することを特徴とする。
［００１９］
また、請求項１２に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１０または１１に記載の発明の構成に加え、前記支持部材には、前記支持部材の先端側に存在する前記液体と、前記支持部材の後端側に存在する前記液体とを流通させる流通路が形成されていることを特徴とする。
［００２０］
また、請求項１３に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１２に記載の発明の構成に加え、前記流通路は、支持部材の外側面に溝設されていることを特徴とする。
［００２１］
また、請求項１４に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１２または１３に記載の発明の構成に加え、前記流通路は、支持部材の内側面に溝設されていることを特徴とする。
［００２２］
また、請求項１５に係る発明の液体状態検知センサは、請求項４乃至１４のいずれかに記載の構成に加え、前記外筒電極の先端部は、前記液体性状検出素子を径方向周囲から包囲していることを特徴とする。
［００２３］
また、請求項１６に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１乃至１５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記液体が流通する液体流通孔が形成されると共に、前記液体性状検出素子を覆う包囲部材を有し、前記包囲部材は、前記レベル検知部に絶縁された状態で連結されていることを特徴とする。
［００２４］
また、請求項１７に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１５に記載の発明の構成に加え、前記液体が流通する液体流通孔が形成されると共に、前記液体性状検出素子の周囲を覆う包囲部材を有し、前記包囲部材は、前記レベル検知に絶縁された状態で連結されており、前記外筒電極の先端は、前記包囲部材の先端よりも先
【０００６】
端側に位置していることを特徴とする。
［００２５］
また、請求項１８に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１乃至１７のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分が尿素であることを特徴とする。
発明の効果
［００２６］
請求項１に係る発明の液体状態検知センサでは、液体のレベルを検知するためのレベル検知部と、少なくとも液体に含まれる特定成分の濃度を検出するための液体性状検出素子とが絶縁された状態で一体化されている。従って、これらを別体に設けた場合に２つ必要となる収容容器の取り付け部位は、１つ設ければ足りるため、取付部を設ける手間が軽減され、取付部と収容容器との間の気密性および水密性維持のための構成を簡易にすることができる。また、レベル検知部と液体性状検出素子とが一体となったセンサ構造を採るため、従来のようにレベルセンサと濃度センサとを別体で収容容器内に設ける場合と比較して、収容容器内に占めるセンサの容積を相対的に小さくすることができる。これにより、収容容器内に収容可能な液体（例えば、尿素水溶液）の最大量を従来のように別体で設置する場合よりも増やすことが可能となる。また、液体（例えば、尿素水溶液）が凍結していた際の解凍時においても、センサの熱容量が従来よりも減ることから早期に解凍が行え、迅速な液体の状態検知が可能となる。
［００２７］
また、請求項１に係る発明の液体状態検知センサでは、液体性状検出素子が発熱抵抗体パターンを有しており、この発熱抵抗体パターンがレベル検知部の先端より先端側に位置している。ここで、液体に含まれる特定成分の濃度によって液体の熱伝導率が異なることが知られており、発熱抵抗体パターン（換言すれば、液体性状検出素子）によりその周囲の液体を加熱した場合、濃度の異なる液体では温度上昇の傾向が異なってくる。そこで、本発明では、発熱抵抗体パターンの電気的特性の変化（例えば、抵抗値の変化）に基づいて当該発熱抵抗体パターンの温度上昇の度合を捉えるための検出回路を設け、この検出回路によって液体に含まれる特定成分の濃度を検出するようにしている。このような構成を図ることにより、液体に含まれる特定成分の濃度を良好に検知することができる。
【０００７】
［００２８］
また、請求項２に係る液体状態検知センサでは、液体性状検出素子が、上記発熱抵抗体パターンを絶縁セラミック基体内に埋設させた構成としている。これにより、液体が導電性の液体である場合にも、絶縁性セラミック基体の外表面を液体に接触させることができ、素子自身を直接液体に浸漬させることができる。従って、特定成分の濃度検知の感度をより高めることができる。
［００２９］
また、請求項３に係る液体状態検知センサでは、上記検出回路が、発熱抵抗体パターンを一定時間通電すると共に、この一定時間内の異なるタイミングにて発熱抵抗体パターンの抵抗値に対応した第１対応値及び第２対応値を取得し、この第１対応値及び第２対応値に基づき特定成分の濃度を検出するよう構成されている。このような構成を図ることにより、発熱抵抗体パターンの温度上昇の度合いを的確に捉えることができ、特定成分の濃度検知を安定して行うことができる。
［００３０］
なお、本発明における第１対応値及び第２対応値としては、発熱抵抗体パターンの抵抗値に対応した同じ単位の値であればよく、具体的には電圧値や電流値、温度換算値を上げることができる。また、第１対応値と第２対応値とに基づいて、特定成分の濃度検知を行うにあたっては、具体的に両対応値を差分した差分値や両対応値の比を用いて行うことができる。
［００３１］
さらに、請求項４に係る発明の液体状態検知センサでは、第１電極を筒状の外筒電極とし、第２電極をその外筒電極内に設けた内部電極としたので、簡易的な構成でありながら、精度よく液体のレベルに応じて変化する静電容量を検出可能なレベル検知部を構成することができる。
［００３２］
また、請求項５に係る発明の液体状態検知センサでは、内部電極を筒状にし、内側に液体性状検出素子のためのリード線を挿通させている。このように、リード線を保護する保護部材を別途に設けることなく、内部電極をリード線の保護部材として兼用させることで、液体状態検知センサの小型化とコストダウンを効果的に図ることができる。
［００３３］
また、請求項６に係る発明の液体状態検知センサのように、絶縁性のホルダに液体性状検出素子を保持させ、そのホルダを内部電極の先端部に装着すれば、容易に液体性状検出素子とレベル検知部とを絶縁した状態で連結することができる。
【０００８】
［００３４］
さらに、請求項７や請求項８に係る発明の液体状態検知センサのように、シールリングを介して内部電極の先端部へのホルダの装着を行うと共に、少なくともその内部電極に対してシールリングが配置される位置から後端部外側にかけての内部電極の表面上に絶縁性被膜を形成すれば、液体性状検出素子およびレベル検知部が液体に浸漬されても、内部電極の表面が液体に接触することがない。このため、導電性の液体のレベル検知を正確に行うことができる。また、シールリングにより内部電極の内側に液体が浸入することがないため、内部回路等が液体に浸漬されることがなく、ショートや腐食などの虞がない。
［００３５］
また、請求項９に係る発明の液体状態検知センサでは、外筒電極に設けたスリットを介し外筒電極の外側と内側との間で液体を流通させることができ、収容容器内の液体のレベルの変化に対し外筒電極内の液体のレベルの変化を追従させることができる。また、液体状態検知センサを寒冷地などで使用し、液体が急冷された場合に、液体の凍結に伴う体積膨張により生じた圧力を、スリットを介し外筒電極の外側に逃がすことができる。このため、液体の凍結に起因した外筒電極、内部電極の変形を抑制することができる。
［００３６］
また、請求項１０に係る発明の液体状態検知センサでは、内部電極をゴム製の支持部材により外筒電極の内側に弾性的に支持することで、振動等による内部応力の発生や共振等の発生を抑制することができ、内部電極の変形や内部電極の表面に絶縁性被膜が形成される場合にはその被膜の損傷等の虞を低減することができる。
［００３７］
また、請求項１１に係る発明の液体状態検知センサでは、上記支持部材により液体性状検出素子を保持するホルダを支持している。このため、ホルダを内部電極の先端部に装着する場合、接着、加締め、螺合、ねじ止めなどにより固定しなくともホルダの脱落が防止されるので、製造過程における手間を低減することができる。
［００３８］
また、請求項１２に係る発明の液体状態検知センサでは、支持部材に形成された液体流通路を介し、支持部材の先端側に存在する液体と後端側に存在する液体とを流通させている。そして、この流通路を支持部材に設けるにあたっては、請求項１３に係る発明のように、支持部材の外側面に溝設し、外筒電極との間で流通路を確保してもよいし、請求項１４に係る発明のように、支持部材の内側面に溝設し、ホルダや内
【０００９】
部電極との間で流通路を確保してもよい。このように支持部材に流通路を設けたことで、レベル検知部における液体の変動を良好に確保することできる。従って、支持部材を設けたことでレベル検知部にて液溜まりが生ずるようなことはなく、レベル検知の範囲を広く確保しつつレベル検知の精度を高めることができる。
［００３９］
また、流通路を介し、支持部材の先端側に残る気泡を後端側に逃がすことも可能である。これにより、液体性状検出素子を液体に浸漬させる場合に、その周囲に気泡が残らないようにすることができるので、液体の特定成分の濃度の検知を正確に行うことができる。
［００４０］
さらに、請求項１５に係る発明の液体状態検知センサでは、先端部が延設された外筒電極により、径方向周囲から液体性状検出素子が包囲している。これにより、振動等により収容容器内で液体が流動しても外筒電極が防壁となり液体性状検出素子を保護するので、流動に伴う圧力が液体性状検出素子に直接かかるのを抑制することができ、液体性状検出素子の耐久性が高められる。また、液体性状検出素子の周囲を取り巻く液体が激しく入れ換わることがないため、特定成分の濃度検知を安定して行い続けることができる。
［００４１］
また、請求項１６に係る発明の液体状態検知センサでは、液体流通孔が形成された包囲部材により液体性状検出素子の周囲を覆っている。これにより、振動等により収容容器内で液体が流動しても包囲部材が防壁となり液体性状検出素子を保護するので、流動に伴う圧力が直接かかりにくい。また、液体性状検出素子の周囲を取り巻く液体が激しく入れ換わることがないため、特定成分の濃度検知を安定して行い続けることができる。
［００４２］
また、請求項１７に係る発明の液体状態検知センサでは、液体流通孔が形成された包囲部材にて液体性状検出素子を覆いつつ、この包囲部材を上記外筒電極の先端部により覆うように構成している。これにより、外筒電極の先端部と包囲部材の両者が液体性状検出素子を保護する防壁として機能するため、液体性状検出素子の耐久性をより高めることができる。また、液体性状検出素子の周囲を取り巻く液体の激しい入れ換わりを効果的に抑えることができ、特定成分の濃度検知をより安定して行えるメリットがある。
【００１０】
［００４３］
さらに、請求項１８に係る発明の液体状態検知センサは、尿素水溶液のレベルと、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検知することができる。
図面の簡単な説明
［００４４］
［図１］液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。
［図２］液体状態検知センサ１００の液体性状検知部３０付近の拡大断面図である。
［図３］セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。
［図４］プロテクタ１３０の側面図である。
［図５］プロテクタ１３０の底面図である。
［図６］ゴムブッシュ８０を斜め下方からみた斜視図である。
［図７］ゴムブッシュ８０の側面図である。
［図８］ゴムブッシュ８０の平面図である。
［図９］図８の一点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向からみたゴムブッシュ８０の断面図である。
［図１０］図１に示す液体状態検知センサ１００を先端側から軸線Ｏ方向に見た液体状態検知センサ１００の底面図である。
［図１１］変形例としての液体状態検知センサ３００の液体性状検知部４３０付近の拡大断面図である。
［図１２］変形例としての液体状態検知センサの内部電極４００の構成を示す図である。
［図１３］液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
符号の説明
［００４５］
１０ 外筒電極
１１ 先端部
１５ スリット
２０，３２０，４００ 内部電極
２１ 先端部
２３，３２３ 絶縁性被膜
【００１８】
流通孔１３５，１３６を介してＢ部より尿素水溶液が流入する。そして、Ｂ部とＣ部とに流入した尿素水溶液は、ゴムブッシュ８０の溝部８８と外筒電極１０の内周面とで形成された流通路８５や、溝部８４とホルダ１２０の外周面とで形成された流通路８６を介して流通される。さらに、溝部８４の形成位置に揃えられて配置されたプロテクタ１３０の液体流通孔１３６（図４参照）に、流通路８６が連続している（図１０参照）。これにより、流通路８５，８６を介してＢ部とＣ部との間およびＤ部とＣ部との間で尿素水溶液の流通が行われる。また、空の尿素水タンクに尿素水溶液を満たした場合にＢ部やＤ部に空気（気泡）が残る虞があるが、Ｂ部に残る空気は流通路８５，８６を通じてＣ部に到達することができる。このとき、ホルダ１２０の小径の円筒部１２１側の筒端の稜角部分が面取りされているので、残留空気が面取り部分に集まりやすく、液体流通孔１３６を介し流通路８６へスムーズに移動されやすい。
［００６８］
なお、本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、液体性状検出素子をなすセラミックヒータ１１０が、絶縁性樹脂からなるホルダ１２０およびゴムブッシュ８０を介してレベル検知部７０に絶縁された状態で連結されている。そして、図２に示すように、セラミックヒータ１１０の先端部（詳細には、発熱抵抗体パターン１１４が配置された部位）が、レベル検知部７０の長手方向の先端（本実施の形態では、シールリング１４０と内部電極２０に形成した絶縁性被膜２３とが接触する領域の最後端に相当）よりも先端側に位置している。これにより、本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、尿素水溶液のレベルがレベル検知部７０を下回らない間、確実に尿素水溶液の尿素濃度を検出することができる。
［００６９］
次に、図１３を参照して、液体状態検知センサ１００の電気的な構成について説明する。図１３は、液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
［００７０］
図１３に示すように、液体状態検知センサ１００は尿素水タンク９８に取付部４０を介して取り付けられ、一対の電極（外筒電極１０及び内部電極２０）を備えたレベル検知部７０と、発熱抵抗体パターン１１４が設けられたセラミックヒータ１１０を備えた液体性状検知部３０とが、尿素水溶液に浸漬される。液体状態検知センサ１００は、回路基板６０上にマイクロコンピュータ２２０を搭載し、レベル検知部７０の制御を行うレベル検知回路部２５０と、液体性状検知部３０の制御を行う液体性状検知回路部２８０と、ＥＣＵ
【００１９】
との通信を行う入出力回路部２９０とが接続されている。
［００７１］
入出力回路部２９０は、液体性状検知センサ１００とＥＣＵとの間での信号の入出力を行うため、通信プロトコルの制御を行う。また、レベル検知回路部２５０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、レベル検知部７０の外筒電極１０と内部電極２０との間に交流電圧を印加し、レベル検知部７０をなすコンデンサを流れた電流を電圧変換して、その電圧信号をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。
［００７２］
液体性状検知回路部２８０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０に定電流を流し、発熱抵抗体パターン１１４の両端に発生する検出電圧をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。液体性状検知回路部２８０は、差動増幅回路部２３０、定電流出力部２４０、スイッチ２６０から構成される。
［００７３］
定電流出力部２４０は、発熱抵抗体パターン１１４に流す定電流を出力する。スイッチ２６０は、発熱抵抗体パターン１１４への通電経路上に設けられ、マイクロコンピュータ２２０の指示に従って開閉（オン／オフ）を行う。差動増幅回路部２８０は、発熱抵抗体パターン１１４の一端に現れる電位Ｐｉｎと他端に現れるＰｏｕｔとの差分を検出電圧としてマイクロコンピュータ２２０に出力する。
［００７４］
次に、本実施の形態の液体状態検知センサ１００により、尿素水溶液のレベルおよび濃度を検知する原理について説明する。まず、レベル検知部７０において尿素水溶液のレベルを検知する原理について説明する。
［００７５］
液体状態検知センサ１００は、尿素水溶液を収容した尿素水タンクに、その底壁側に外筒電極１０および内部電極２０の先端側を向けた状態で組み付けられる。つまり液体状態検知センサ１００のレベル検知部７０は、尿素水タンク内で容量の変化する尿素水溶液の変位方向（尿素水溶液のレベルの高低方向）を軸線Ｏ方向とし、外筒電極１０および内部電極２０の先端側が尿素水溶液の容量の少ない側（低レベル側）となるように、尿素水タンクに組み付けられる。そして、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間の静電容量を測定し、両者間に存在する尿
【００２０】
素水溶液が軸線Ｏ方向においてどれだけのレベルまで存在しているか検知している。これは周知のように、径方向の電位の異なる２点間において、その径の差が小さくなるほど静電容量の大きさが大きくなることに基づく。
［００７６］
すなわち、尿素水溶液で満たされていない部分においては、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、外筒電極１０の内周面と絶縁性被膜２３との間に介在する空気層の厚みに相当する距離と、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離との合計の距離となる。一方、尿素水溶液が満たされた部分において、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、尿素水溶液が導電性を示すため外筒電極１０と尿素水溶液との電位がほぼ等しくなることから、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離となる。
［００７７］
換言すれば、尿素水溶液で満たされていない部分におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離が空気を誘電体（不導体）とするコンデンサの静電容量と、電極間の距離が絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサとを直列に接続したコンデンサの合成容量といえる。また、尿素水溶液で満たされた部分におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離が絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサの静電容量といえる。そして両者を並列に接続したコンデンサの静電容量が、レベル検知部７０全体の静電容量として測定されることとなる。
［００７８］
ここで、絶縁性被膜２３を挟む電極間の距離と比べ、空気層を挟む電極間の距離は大きく構成されているため、空気を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量は、絶縁性被膜２３を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量よりも小さい。このため、尿素水溶液で満たされていない部分の静電容量の変化よりも尿素水溶液で満たされた部分の静電容量の変化の方が大きく、外筒電極１０および内部電極２０からなるコンデンサ全体としての静電容量は、尿素水溶液のレベルに比例する。
［００７９］
本実施の形態では、尿素水溶液のレベルの測定は、上述したレベル検知回路２５０を介してマイクロコンピュータ２２０にて行われ、得られたレベル情報信号は、入出力回路部２９０から図示外のＥＣＵに対して出力される。そして、ＥＣＵは、入力されるレベル情報信号に基づき、尿素水溶液のレベル（残量）が適正か否かを判断し、適正ではない場合に運転者にその旨を通知する処理を適宜行う。
【００２１】
［００８０］
次に、液体性状検知部３０を構成するセラミックヒータ１１０において、尿素水溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知する原理について説明する。一般に、液体に含まれる特定成分の濃度によって、液体の熱伝導率が異なることが知られている。つまり、発熱抵抗体を用い、その周囲の液体を一定時間加熱した場合、濃度の異なる液体では温度上昇率が異なってくる。また、発熱抵抗体に定電流を流した場合に、発熱抵抗体の周囲の温度の上昇に比例して、発熱抵抗体の抵抗値が上昇することも知られている。このことから発熱抵抗体を用い、その周囲の液体を一定時間加熱した場合に、発熱抵抗体の抵抗値変化の度合いが求まれば、周囲の液体の温度変化の度合いが求まり、液体の濃度を得ることができる。
［００８１］
本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、発熱抵抗体パターン１１４に定電流を一定時間流すように構成されており、発熱抵抗体パターン１１４の両端には自身の抵抗値の大きさに応じた検出電圧Ｖｄが発生する。なお、検出電圧Ｖｄは、上述したように発熱抵抗体パターン１１４の一端に現れる電位Ｐｉｎと他端に現れる電位Ｐｏｕｔの差分として、差動増幅回路部２３０にて測定される。
［００８２］
具体的には、まず、マイクロコンピュータ２２０の指示によりスイッチ２６０を閉じて発熱抵抗体パターン１１４に定電流を流し始める。そして、発熱抵抗体パターン１１４への通電開始直後の検出電圧Ｖｄを、差動増幅回路部２３０を介してマイクロコンピュータ２２０にて取得し、一定時間後（例えば７００ｍｓ後）に、再度検出電圧Ｖｄの取得をマイクロコンピュータ２２０にて行う。そして、予め実験等により作成したテーブル（図示外）を用い、上記２つの検出電圧Ｖｄの差分値をパラメータとして、尿素水溶液の濃度の算出をマイクロコンピュータ２２０にて行う。また、一定時間が経過するとマイクロコンピュータ２２０の指示に基づきスイッチ２６０を開き、発熱抵抗体パターン１１４への通電を中断する。そして、マイクロコンピュータ２２０にて最終的に得られた濃度情報信号を、入出力回路部２９０からＥＣＵに対して出力される。ＥＣＵは、入力された濃度情報信号に基づき、尿素水溶液の濃度が適正範囲にあるか否かを判断し、適正範囲にない場合に運転者にその旨を通知する処理を適宜行う。
［００８３］
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、図１１に示す、液体状態検知センサ３００のホルダ３５０のように、内部電極３２０の先端部３２１の内周
【００２２】
と、その先端部３２１内に挿入させるホルダ３５０の円筒部３５２との間にシールリング３４０を介在させ、内部電極３２０の内部の水密性を確保してもよい。この場合、内部電極３２０の先端部３２１において、絶縁性被膜３２３を内部電極３２０の外周側から内周側に折り返すように形成する。そして少なくとも内部電極３２０の先端部３２１の内周側に対してシールリング３４０が配置される位置まで絶縁性被膜３２３の形成を行えば、レベル検知部７０が尿素水溶液に浸漬されても内部電極３２０が尿素水溶液に直接接触することはない。
［００８４］
また、図１２に示すように、レベル検知部４７０の一方の電極と液体性状検知部４３０とを電極パターンとして同一の絶縁性セラミックシート４１０上に形成し、これを中実または中空で棒状の支持部材４２０に巻き付けた内部電極４００を用いてもよい。このような内部電極４００は、以下のように作製すればよい。レベル検知部４７０を構成する内電極部４１５の電極パターンは、矩形の絶縁性セラミックシート４１０上の長手方向の一端側で液体性状検知部４３０を配置する部位を残し、面積を広く形成する。そして内電極部４１５と接触しないように絶縁性セラミックシート４１０の長手方向沿って、液体性状検知部４３０のリード部４１１，４１２となる電極パターンを形成する。液体性状検知部４３０ではリード部４１１，４１２同士を接続する発熱抵抗体４１３となる電極パターンを形成する。そしてこれら電極パターンが形成された絶縁性セラミックシート４１０を、支持部材４２０に巻き付ける。
［００８５］
ここで、電極パターンを絶縁性セラミックシート４１０中に埋設するのであれば、支持部材４２０は導電性の金属棒であってもよい。また絶縁性の支持部材４２０であれば、電極パターンを埋設せずとも支持部材４２０側に向けて巻き付ければよい。この状態で内部電極４００を焼成し、本実施の形態の外筒電極１０内に組み付けることで、外筒電極１０と内電極部４１５との間でレベル検知部４７０を構成することができる。そして、液体性状検知部４３０は、この内部電極４００の先端部にて、レベル検知部４７０に絶縁された状態で連結して配置されることとなる。
［００８６］
また、本実施の形態では、セラミックヒータ１１０の発熱抵抗体パターン１１４とリード部１１２，１１３とは同一の材料を用いパターンの断面積を異ならせたことによって主に発熱抵抗体１１４で発熱が行われるようにしたが、それぞれの材質を異ならせてもよい

Claims (19)

  1. 収容容器内に収容される液体の状態を検知するための液体状態検知センサであって、
    長手方向に延びる第１電極および第２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極との間で前記収容容器内に収容される前記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形成してなるレベル検知部と、
    前記レベル検知部の前記長手方向の後端側に位置し、前記収容容器に前記液体状態検知センサを取り付けるための取付部と、
    前記レベル検知部に絶縁された状態で連結されると共に、少なくとも前記液体に含まれる特定成分の濃度を検出するための液体性状検出素子であって、自身の先端が前記レベル検知部の前記長手方向の先端よりも先端側に位置してなる液体性状検出素子と
    を備えることを特徴とする液体状態検知センサ。
  2. 前記液体性状検出素子は、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体パターンを有すると共に、前記発熱抵抗体パターンが前記レベル検知部の前記長手方向の先端よりも先端側に位置しており、
    この発熱抵抗体パターンの電気的特性の変化に基づき、前記液体に含まれる特定成分の濃度を検出する検出回路を備える請求項１に記載の液体状態検知センサ。
  3. 前記液体は導電性の液体であって、前記液体性状検出素子は、前記発熱抵抗体パターンを絶縁性セラミック基体内に埋設させた構成をなし、前記絶縁性セラミック基体のうち前記発熱抵抗体パターンが配置された部位の外表面が前記液体に接触する請求項２に記載の液体状態検知センサ。
  4. 前記検出回路は、前記発熱抵抗体パターンを一定時間通電すると共に、前記一定時間内の異なるタイミングにおける前記発熱抵抗体パターンの抵抗値に対応した第１対応値及び第２対応値を取得し、前記第１対応値及び第２対応値に基づき前記液体中の特定成分の濃度を検出することを特徴とする請求項２又は３に記載の液体状態検知センサ。
  5. 前記第１電極は、導体からなる筒状の外筒電極である一方、前記第２電極は、前記外筒電極内でその長手方向に沿って設けられた導体からなる内部電極であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
  6. 前記内部電極は筒状をなしており、前記内部電極の内側に、前記液体性状検出素子と電気的に接続されるリード線が挿通されていることを特徴とする請求項５に記載の液体状態検知センサ。
  7. 前記液体性状検出素子は、前記内部電極の先端部に装着される絶縁性のホルダに保持されていることを特徴とする請求項５または６に記載の液体状態検知センサ。
  8. 前記液体は導電性の液体であって、前記ホルダは前記内部電極の先端部外側にてシールリングを介して装着され、少なくとも前記内部電極に対する前記シールリングの配置位置から前記内部電極の後端部外側にかけて、前記内部電極の表面上に絶縁性被膜が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の液体状態検知センサ。
  9. 前記液体は導電性の液体であって、前記内部電極は筒状をなしており、前記ホルダは前記内部電極の先端部内側にてシールリングを介して装着され、少なくとも前記内部電極に対する前記シールリングの配置位置から前記内部電極の後端部外側にかけて、前記内部電極の表面上に絶縁性被膜が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の液体状態検知センサ。
  10. 前記外筒電極の外周面の少なくとも一の母線状に、１または複数のスリットが形成されていることを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
  11. 前記内部電極の外側と前記外筒電極の内側との間に介在するゴム製の支持部材を有し、
    前記支持部材によって前記内部電極が前記外筒電極の内側に弾性的に支持されていることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
  12. 前記液体性状検出素子は、前記内部電極の先端部に装着される絶縁性のホルダに保持されており、
    前記支持部材は、さらに、前記ホルダを先端側に移動しないように支持することを特徴とする請求項１１に記載の液体状態検知センサ。
  13. 前記支持部材には、前記支持部材の先端側に存在する前記液体と、前記支持部材の後端側に存在する前記液体とを流通させる流通路が形成されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の液体状態検知センサ。
  14. 前記流通路は、支持部材の外側面に溝設されていることを特徴とする請求項１４に記載の液体状態検知センサ。
  15. 前記流通路は、支持部材の内側面に溝設されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の液体状態検知センサ。
  16. 前記外筒電極の先端部は、前記液体性状検出素子を径方向周囲から包囲していることを特徴とする請求項５乃至１５のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
  17. 前記液体が流通する液体流通孔が形成されると共に、前記液体性状検出素子の周囲を覆う包囲部材を有し、
    前記包囲部材は、前記レベル検知部に絶縁された状態で連結されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
  18. 前記液体が流通する液体流通孔が形成されると共に、前記液体性状検出素子の周囲を覆う包囲部材を有し、
    前記包囲部材は、前記レベル検知に絶縁された状態で連結されており、
    前記外筒電極の先端は、前記包囲部材の先端よりも先端側に位置している請求項１６に記載の液体状態検知センサ。
  19. 前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分が尿素であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の液体状態検知センサ。
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