WO2024134888A1 - 静電容量式液体センサ、及び静電容量式液体センサの取り付け方法 - Google Patents

静電容量式液体センサ、及び静電容量式液体センサの取り付け方法 Download PDF

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WO2024134888A1
WO2024134888A1 PCT/JP2022/047693 JP2022047693W WO2024134888A1 WO 2024134888 A1 WO2024134888 A1 WO 2024134888A1 JP 2022047693 W JP2022047693 W JP 2022047693W WO 2024134888 A1 WO2024134888 A1 WO 2024134888A1
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electrode plate
frame
frame body
liquid sensor
electrode
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PCT/JP2022/047693
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Inventor
成尚 石井
良生 山口
Original Assignee
株式会社生方製作所
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Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to a capacitance type liquid sensor and a method for installing a capacitance type liquid sensor.
  • capacitance-type liquid sensors have been proposed as a means of detecting non-conductive liquids such as lubricating oil.
  • Capacitive liquid sensors detect the presence or absence of liquid, the amount of liquid, and the mixture ratio of liquids by utilizing the change in capacitance between electrodes fixed across a space when a non-conductive liquid enters between the electrodes.
  • An example of a capacitance-type liquid sensor is one in which an electrode plate is fixed to each of two conductive pins of an airtight terminal, and changes in the liquid level in a container are detected from changes in the capacitance between the electrode plates.
  • such liquid sensors are installed in a position where the entire electrode is normally located in the liquid, and when the liquid level drops, the electrode is exposed to the gas. The liquid sensor detects changes in the liquid level due to the difference in the dielectric constant between the liquid and the gas.
  • JP 2013-92491 A Japanese Patent Application Publication No. 09-096618
  • This embodiment has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a capacitive liquid sensor equipped with multiple electrodes that can detect changes in the state of the liquid with high sensitivity by improving the support strength of the electrodes and improving the ability to expel droplets and bubbles between the electrodes.
  • the capacitance type liquid sensor includes a base member, a first conductive terminal pin and a second conductive terminal pin that are passed through the base member and fixed to the base member via an electrically insulating filler and are electrically insulated from each other, a first frame body made of a metal material and electrically connected to the first conductive terminal pin, a second frame body made of a metal material and electrically connected to the second conductive terminal pin, a plurality of first electrode plates made of a metal plate and fixed to the first frame body, and a plurality of second electrode plates made of a metal plate and fixed to the second frame body.
  • the first frame body and the second frame body each have a through portion through which the first electrode plate and the second electrode plate pass, and are arranged opposite each other.
  • the first electrode plate and the second electrode plate each have a detection portion and two fixing portions extending from both edges of the detection portion, and are formed in a cross shape in which the longitudinal direction of the detection portion and the protruding direction of the fixing portions intersect, and are arranged alternately opposite each other.
  • the first electrode plate is fixed to the first frame with the detection portion of the first electrode plate passing through the through-portions of the first frame and the second frame.
  • the second electrode plate is fixed to the second frame with the detection portion of the second electrode plate passing through the through-portions of the second frame and the first frame.
  • the method for mounting the capacitance type liquid sensor includes a step of mounting the capacitance type liquid sensor to the mounting target in a position in which the surface direction of the first frame body and the second frame body is vertical, and the surface direction of the first electrode plate and the second electrode plate is vertical.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of an example of a capacitive liquid sensor according to an embodiment
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing components of an example of a capacitive liquid sensor according to an embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a capacitance-type liquid sensor according to an embodiment, taken from the X3 direction in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line X4-X4 in FIG. 3 for an example of a capacitive liquid sensor according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line X5-X5 in FIG. 3 for an example of a capacitance-type liquid sensor according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line X6-X6 in FIG. 3 for an example of a capacitance-type liquid sensor according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line X7-X7 in FIG. 3 for an example of a capacitance-type liquid sensor according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an electrode plate in an example of a capacitive liquid sensor according to an embodiment;
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion indicated by X9 in FIG. 4 in an example of a capacitance-type liquid sensor according to an embodiment;
  • FIG. 1 is a diagram showing a first example of use of a capacitive liquid sensor according to an embodiment;
  • FIG. 13 is a diagram showing a second example of use of the capacitive liquid sensor according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating the positional relationship between a first electrode plate and a second electrode plate in the capacitance-type liquid sensor according to the embodiment;
  • the capacitance type liquid sensor may be simply referred to as a liquid sensor.
  • the liquid sensor 10 shown in FIG. 1 is attached to a container filled with an electrically insulating liquid, such as a compressor container, and is used to detect the state of the electrically insulating liquid present in the container, i.e., the liquid level and mixture ratio of the lubricating oil or liquid refrigerant in the container.
  • the liquid sensor 10 comprises two connection members 11, a base member 21, two conductive terminal pins 22, a filler 23, two frames 30, a plurality of electrode plates 40, and two spacers 50.
  • the base member 21, the conductive terminal pin 22, and the filler 23 constitute the airtight terminal 12.
  • the airtight terminal 12 is configured for attaching the liquid sensor 10 to a compressor container or the like.
  • the frame body 30, the electrode plate 40, and the spacer 50 constitute the detection unit 13.
  • the detection unit 13 is configured for detecting the state of electrically insulating liquid such as the compressor's lubricating oil or liquid refrigerant.
  • the connection member 11 is configured for electrically and physically connecting each of the conductive terminal pins 22 to the frame body 30.
  • the two connecting members 11 have different specific structures.
  • one connecting member 111 has a thicker plate thickness and higher rigidity, meaning it is less likely to deform, compared to the other connecting member 112.
  • the other connecting member 112 has a thinner plate thickness and higher elasticity, meaning it is more likely to deform, compared to the above-mentioned one connecting member 111.
  • first connecting member 111 the one with the greater rigidity
  • second connecting member 112 the one that is more easily deformed
  • first and second are used to conveniently distinguish between configurations that share common functions, etc., and do not indicate the order or superiority or inferiority of the configurations.
  • the second connection member 112 can be structured to be more easily deformed elastically by, for example, extending its overall length by making a large detour around the L-shaped bent portion.
  • This allows the first frame 301 to be firmly fixed by the highly rigid first connection member 111, while the highly elastic second connection member 112 elastically absorbs distortions and dimensional changes that occur during welding, etc.
  • deformation of the frame 30 and electrode plate 40 due to assembly errors and handling stresses can be suppressed, and variation in the characteristics of the liquid sensor 10 can be suppressed.
  • the base member 21 is made of a metal material and is formed in a shallow cup shape.
  • the conductive terminal pin 22 is made of a conductive material such as metal and is formed in, for example, a cylindrical rod shape. As shown in FIG. 4, the two conductive terminal pins 22 are each passed through a hole 211 formed in the bottom of the base member 21.
  • the filler 23 is made of an electrically insulating material such as glass and can also be called an insulating material. The filler 23 is filled between the inside of the hole 211 and the conductive terminal pin 22, electrically insulating the conductive terminal pin 22 from the base member 21 and fixing the conductive terminal pin 22 to the base member 21. As a result, the two conductive terminal pins 22 are fixed to the base member 21 in an airtight and watertight state while being electrically insulated from the base member 21.
  • the two conductive terminal pins 22 are electrically insulated from each other.
  • the two conductive terminal pins 22 are arranged in parallel to each other and extend in the depth direction of the base member 21.
  • the detection unit 13 is connected to one end of the two conductive terminal pins 22.
  • the detection unit 13 is located on the inside of the container when the liquid sensor 10 is attached to a container of a compressor or the like.
  • the other end of the two conductive terminal pins 22 is located on the outside of the container when the liquid sensor 10 is attached to a container of a compressor or the like.
  • the first conductive terminal pin 221 when distinguishing between the two conductive terminal pin 221 and the other as the second conductive terminal pin 222.
  • the frame body 30 is made of a metal material having electrical conductivity and is electrically connected to the conductive terminal pin 22.
  • the one connected to the first conductive terminal pin 221 may be referred to as the first frame body 301
  • the one connected to the second conductive terminal pin 222 may be referred to as the second frame body 302.
  • the first frame body 301 and the second frame body 302 are formed in the same shape.
  • the frame body 30 is formed in a rectangular frame shape with a rectangular hole formed in the center of a rectangular metal plate as a whole.
  • the frame body 30 is long in the longitudinal direction of the conductive terminal pin 22, and is formed in a frame shape with an overall outer shape of a substantially rectangular shape as a whole.
  • the two frame bodies 30 are arranged opposite each other with a predetermined distance between them. In this case, the surface direction of the frame body 30 coincides with the longitudinal direction of the conductive terminal pin 22.
  • the frame body 30 has a through portion 31, a protruding portion 32, and a defining portion 33.
  • the through portion 31 is formed in a rectangular hole shape and has the function of passing some of the multiple electrode plates 40 through.
  • the protruding portions 32 are provided on both edges of the frame body 30 extending in the longitudinal direction, i.e., on both long sides, and are formed in a shape that protrudes toward the opposite side of the opposing frame body 30.
  • the protruding portions 32 are formed long and continuous in the longitudinal direction of the frame body 30.
  • the length dimension of the protruding portions 32 is set to be greater than or equal to the length dimension of the through portion 31 in the longitudinal direction.
  • the regulating portion 33 is provided on both sides of the frame body 30 that extend in the width direction, i.e., on both short sides, and protrudes outward on both longitudinal sides of the frame body 30.
  • the width direction means the direction perpendicular to the longitudinal direction of the configuration.
  • the regulating portion 33 is inserted into the spacer 50 and has the function of regulating the distance to the opposing frame body 30, that is, the function of maintaining a constant distance to the opposing frame body 30.
  • the frame body 30 is formed integrally with the through portion 31, the protruding portion 32, and the regulating portion 33, for example, by pressing a metal plate.
  • the spacer 50 is configured in a rectangular block shape or container shape, and has two insertion parts 51.
  • the two insertion parts 51 are, for example, elongated rectangular or long hole-shaped holes extending in the width direction of the frame body 30, and are arranged parallel to each other.
  • the defining part 33 of the frame body 30 is inserted and held in the insertion part 51. This defines the positional relationship between the two frame bodies 30.
  • the spacer 50 is preferably made of an electrically insulating material such as resin or ceramic that does not change shape or deteriorate in the usage environment of the liquid sensor 10.
  • a total of two spacers 50 are provided, one on each end of the frame body 30, but the spacer 50 may be provided only on one end side of the frame body 30 as long as it can define the positional relationship between the two frame bodies 30.
  • the spacer 50 may be provided in the defining part 33 by insert molding.
  • the frame body 30 is electrically and physically connected to the conductive terminal pin 22 via the connection member 11.
  • the connection member 11 is, for example, a bent metal plate with a cross section that is approximately L-shaped. One end of the connection member 11 is fixed to the frame body 30 by, for example, welding or brazing, and the other end is connected to the conductive terminal pin 22 by, for example, welding or brazing.
  • the electrode plate 40 is made of a thin conductive plate material such as a metal plate, is provided on the frame body 30, and is electrically connected to the conductive terminal pin 22 via the frame body 30 and the connection member 11.
  • the electrode plate 40 provided on the first frame body 301 may be referred to as the first electrode plate 401
  • the electrode plate 40 provided on the second frame body 302 may be referred to as the second electrode plate 402.
  • the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 face each other without contacting each other, and are arranged alternately in the longitudinal direction of the frame body 30, i.e., in the longitudinal direction of the conductive terminal pin 22. In other words, the surface of each electrode plate 40 is arranged perpendicular to the extension direction of the conductive terminal pin 22.
  • the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 are formed in the same shape.
  • the electrode plate 40 has a detection portion 41 and two fixing portions 42.
  • the detection portion 41 is the area indicated by the dashed diagonal line in Fig. 8
  • the fixing portion 42 is the area indicated by the solid shaded line.
  • the detection portion 41 occupies most of the electrode plate 40 and is the portion that faces the other adjacent electrode plate 40. In other words, the detection portion 41 is the area where the adjacent first electrode plate 401 and second electrode plate 402 overlap each other.
  • the detection portion 41 is formed, for example, in a rectangular or approximately rectangular shape that is long overall in the direction in which the two frame bodies 30 are lined up.
  • the fixed portion 42 is a portion that extends from both edges of the detection portion 41, i.e., both ends of the long side portion.
  • the fixed portion 42 extends in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the detection portion 41.
  • the fixed portion 42 is an area of the adjacent first electrode plate 401 and second electrode plate 402 that does not overlap with each other.
  • the fixed portion 42 is provided not at the longitudinal end of the detection portion 41, but midway along the longitudinal direction.
  • the fixed portion 42 is provided at a position shifted to one side from the longitudinal center O of the detection portion 41.
  • the electrode plate 40 is formed in a cross shape where the longitudinal direction of the detection portion 41 and the protruding direction of the fixed portion 42 intersect.
  • the outer edge 411 of the detection portion 41 and the outer edge 421 of the fixed portion 42 are formed as arcs of the same circle, that is, arcs of the same radius.
  • the electrode plate 40 is formed integrally with the detection portion 41 and the fixed portion 42, for example, by punching out a circular thin plate by press processing or the like.
  • the outer edge 411 of the detection section 41 and the outer edge 421 of the fixed section 42 are assumed to be formed by arcs of a circle of radius R centered at center O.
  • Center O is the center of the detection section 41 in the longitudinal and width directions.
  • the width dimension A of the detection section 41 is set to a value larger than the radius R
  • the width dimension B of the fixed section 42 is set to a value smaller than the radius R. It is preferable that the width dimension A of the detection section 41 is within a range of 1.2 to 1.3 times the radius R, and the width dimension B of the fixed section 42 is within a range of 1/4 to 1/3 of the radius R.
  • the detection unit 41 has a recess 412.
  • the recess 412 is provided on the long side of both sides of the detection unit 41, and is formed by recessing or cutting out a part of the long side.
  • the recess 412 has a function of preventing contact between the electrode plate 40 and the frame body 30 to which the electrode plate 40 is not connected. That is, as shown in FIG. 6, the recess 412 of the first electrode plate 401 has a function of preventing contact with the second frame body 302. Also, as shown in FIG. 7, the recess 412 of the second electrode plate 402 has a function of preventing contact with the first frame body 301.
  • the area of the detection section 41 of each electrode plate 40 that is closer to the center O than the fixing section 42 is passed through the through section 31 from the protruding section 32 side of the frame body 30.
  • the electrode plate 40 and the frame body 30 are connected and fixed by, for example, projection welding, spot welding, or seam welding at the portion where the fixing section 42 of the electrode plate 40 and the frame body 30 contact each other.
  • the fixing section 42 is welded and fixed to the frame body 30.
  • the electrode plate 40 and the frame body 30 may be connected and fixed by means such as soldering.
  • the fixing section 42 of the electrode plate 40 and the frame body 30 may be provided with irregularities for positioning, for example.
  • the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 are alternately arranged at equal intervals. Also, as shown in FIG. 9, the distance L1 between the first frame body 301 and the second frame body 302 is set to a value larger than the distance L2 between the adjacent first electrode plate 401 and the second electrode plate 402. In other words, the distance L2 between the adjacent first electrode plate 401 and the second electrode plate 402, i.e., between the surfaces, is set to a value smaller than the distance L1 between the first frame body 301 and the second frame body 302, i.e., between the surfaces.
  • the thickness dimension T1 of the first frame body 301 and the second frame body 302 is set to be larger than the thickness dimension T2 of the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402.
  • the center-to-center distance taking into account the thickness of the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 is L2+T2.
  • the distance L2 between the adjacent first electrode plate 401 and second electrode plate 402 within a range of, for example, 1 mm to 1.8 mm. This provides the capacitance required for liquid detection and improves the drainage between the electrode plates 401, 402. It is also preferable to set the distance L1 between the frame bodies 301, 302 within a range of, for example, 2 mm to 3 mm. This prevents droplets or bubbles discharged from the electrode plates 401, 402 to the frame body 30 side from remaining between the two frame bodies 30 due to the influence of surface tension, etc. As a result, the drainage in the detection unit 13 is improved, and the responsiveness of the liquid sensor 10 can be improved.
  • Each electrode plate 40 is fixed to one of the two frames 30 and passes through the through portion 31 of the other frame 30 in a manner that does not contact the other frame 30 and the electrode plate 40 fixed to the other frame 30. That is, the first electrode plate 401 is fixed to the first frame 301 and passes through the through portion 31 of the second frame 302 in a manner that does not contact the second frame 302 and the second electrode plate 402. Similarly, the second electrode plate 402 is fixed to the second frame 302 and passes through the through portion 31 of the first frame 301 in a manner that does not contact the first frame 301 and the first electrode plate 401.
  • the first electrode plates 401 and the second electrode plates 402 can be configured in the same number, but can also be configured in different numbers.
  • the number of first electrode plates 401 is set to be one more than the number of second electrode plates 402.
  • the number of first electrode plates 401 is set to six, while the number of second electrode plates 402 is set to five.
  • the first electrode plates 401 are arranged at both ends of the arrangement of the first electrode plates 401 and the second electrode plates 402.
  • the liquid sensor 10 is mounted to, for example, a compressor container 80 and used by mounting it to this container 80.
  • the liquid sensor 10 is mounted directly to the peripheral wall of the container 80.
  • the liquid sensor 10 is mounted to a flange portion 81 of the container 80.
  • the flange portion 81 is provided on the peripheral wall of the container 80 and is formed in a cylindrical shape that protrudes outward from the peripheral wall of the container 80.
  • the liquid sensor 10 is mounted to the flange portion 81 via a flange lid 82.
  • the worker attaches the liquid sensor 10 to the container 80 in a position where the surface direction of the first frame body 301 and the second frame body 302 faces the vertical direction, and the surface direction of the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 faces the vertical direction. That is, the worker attaches the liquid sensor 10 to the container 80 in a position where the arrow D in FIG. 1 is vertical.
  • the two frame bodies 301, 302 are aligned horizontally, and the gap between the two frame bodies 301, 302 is open in the vertical direction.
  • the two conductive terminal pins 221, 222 are aligned horizontally.
  • the worker can adjust the position of the liquid sensor 10 while looking at the arrangement of the two conductive terminal pins 221, 222, for example, so that the two conductive terminal pins 221, 222 are aligned horizontally.
  • a signal processing circuit (not shown) is connected to the portion of the conductive terminal pin 22 exposed to the outside of the container 80, for example, via an electric wire (not shown) or directly.
  • the signal processing circuit determines the state of the liquid based on the change in capacitance of the detection unit 13 and outputs a signal according to that state.
  • the signal output from the signal processing circuit is then sent to, for example, a control device for a compressor to which the liquid sensor 10 is attached, and the control device controls the operation of the compressor according to the state of the liquid based on the signal output from the signal processing circuit.
  • the liquid sensor 10 includes a base member 21, a first conductive terminal pin 221, a second conductive terminal pin 222, a first frame body 301, a second frame body 302, a plurality of first electrode plates 401, and a plurality of second electrode plates 402.
  • the first conductive terminal pin 221 and the second conductive terminal pin 222 are passed through the base member 21 and fixed to the base member 21 via an electrically insulating filler material 23.
  • the first conductive terminal pin 221 and the second conductive terminal pin 222 are electrically insulated from each other.
  • the first frame body 301 is made of a metal material and is electrically connected to the first conductive terminal pin 221.
  • the second frame body 302 is made of a metal material and is electrically connected to the second conductive terminal pin 222.
  • the multiple first electrode plates 401 are made of metal plates and are connected and fixed to the first frame body 301.
  • the multiple second electrode plates 402 are made of metal plates and are connected and fixed to the second frame body 302. In other words, each first electrode plate 401 and each second electrode plate 402 is electrically connected and physically fixed to the first frame body 301 or the second frame body 302, respectively, by welding, brazing, etc.
  • the first frame body 301 and the second frame body 302 each have a through portion 31 through which the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 pass, and are arranged opposite each other.
  • the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 each have a detection portion 41 and two fixing portions 42 extending from both edges of the detection portion 41.
  • the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 are formed in a cross shape in which the longitudinal direction of the detection portion 41 and the protruding direction of the fixing portions 42 intersect.
  • the first frame body 301 and the second frame body 302 are arranged alternately opposite each other.
  • the first electrode plate 401 has the detection portion 41 of the first electrode plate 401 passed through the through portion 31 of the first frame body 301 and the second frame body 302, and the fixing portion 42 of the first electrode plate 401 is fixed to the first frame body 301.
  • the second electrode plate 402 has the detection portion 41 of the second electrode plate 402 passed through the through portion 31 of the second frame body 302 and the first frame body 301, and the fixing portion 42 of the second electrode plate 402 is fixed to the second frame body 302.
  • the fixing portions 42 of the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 are connected and fixed to the edge portion around the through portion 31 of the first frame body 301 or the second frame body 302, specifically the edge portion extending in the longitudinal direction of the first frame body 301 or the second frame body, by welding, brazing, or the like.
  • each electrode plate 40 is connected and fixed to the frame 30 not by the longitudinal ends of the detection section 41, but by two fixing parts 42 that extend from both edges of the detection section 41 in a cross shape toward the detection section 41. Therefore, the distance from the fixing parts to the ends of the electrode plates 40 can be made shorter compared to when each electrode plate 40 is supported at the longitudinal ends of the detection section 41, and as a result, the effects of bending due to external forces can be reduced. This makes it possible to suppress changes in the distance between the electrode plates 40, and as a result, the performance of the liquid sensor 10 can be stabilized.
  • the fixing portion 42 extends outward from both edges of the detection portion 41, tools and the like are less likely to interfere with the detection portion 41 when welding the fixing portion 42 to the frame body 30, so work can be done reliably with simple equipment.
  • the method of mounting the liquid sensor 10 of this embodiment to the container 80 includes a process of mounting the liquid sensor 10 to an object such as the container 80 in such a manner that the surface direction of the two frames 30 is vertical and the surface direction of the detection section 41 of each electrode plate 40 is vertical.
  • the liquid sensor 10 of this embodiment By mounting the liquid sensor 10 of this embodiment to a container 80 or the like as described above, when the position of the liquid level in the container 80 changes and the detection unit 13 moves from liquid to gas, or from gas to liquid, the liquid between the electrode plates 40 can be caused to flow in a direction along the surfaces of the electrode plates 40 by the influence of the flow of liquid around the detection unit 13 and gravity. This makes it easier to discharge droplets and air bubbles adhering to the electrode plates 40 from between the electrode plates 40. As a result, a liquid sensor 10 can be provided that can accurately detect changes in the liquid level.
  • each electrode plate 40 is fixed to the frame body 30 with the detection portion 41 passing through the through portion 31 of the frame body 30. That is, a part of the detection portion 41 is surrounded by the frame body 30. Then, when the liquid sensor 10 is attached to an attachment object such as a container 80 in a position in which the surface direction of the two frame bodies 30 is vertical and the surface direction of the detection portion 41 of each electrode plate 40 is vertical, the contact portion between the fixing portion 42 of the electrode plate 40 and the frame body 30 exists below the electrode plate 40 in the direction of gravity.
  • the droplets and bubbles attached to the electrode plate 40 run along the surface of the electrode plate 40 and collect downward in the weight direction, and then run down from the contact portion between the fixing portion 42 and the frame body 30 to the frame body 30. This allows droplets and air bubbles adhering to the electrode plates 40 to be quickly expelled from between the electrode plates 40, thereby further improving the detection accuracy and response speed of the liquid sensor 10.
  • the electrode plate 40 is formed such that the outer edge 411 of the detection portion 41 and the outer edge 421 of the fixing portion 42 are formed as part of an arc of the same circle, in this case, an arc of radius R. That is, the outer periphery of the electrode plate 40 is formed as part of an arc of the same radius R.
  • the distance L1 between the first frame 301 and the second frame 302 is greater than the distance L2 between the adjacent first electrode plate 401 and second electrode plate 402. This prevents the liquid that moves from between the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 toward the frame 30 from remaining in the gap between the two frame bodies 30 due to the influence of surface tension, etc. This more effectively prevents droplets and air bubbles from accumulating between the frame body 30 and the electrode plates 40. As a result, the liquid sensor 10 becomes able to quickly detect changes in the liquid level, further improving responsiveness.
  • the thickness dimension T1 of the first frame body 301 and the second frame body 302 is set to be larger than the thickness dimension T2 of the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402. This allows the first frame body 301 and the second frame body 302 to be thicker and more rigid than the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402. Therefore, even if multiple electrode plates 40 are closely arranged, the frame body 30 is prevented from bending due to the weight of each electrode plate 40, etc., and can reliably hold each electrode plate 40. This makes it possible to prevent the position of the electrode plate 40 from changing due to deformation of the frame body 30, etc., and as a result, the sensitivity and reliability of the liquid sensor 10 can be further improved.
  • the number of electrode plates 401 connected and fixed to one frame 301 of the electrode plates 40 is set to be one more than the number of electrode plates 402 connected and fixed to the other frame 302, and the electrode plates 40 are arranged at both ends of the row of electrode plates 40 with one more electrode plate 401. That is, the number of electrode plates 401 constituting one pole of each electrode plate 40 is set to be one more than the number of electrode plates 402 constituting the other pole. And, the electrode plates 401 of the same pole are arranged at both ends of each electrode plate 40 arranged alternately in the longitudinal direction.
  • the number of first electrode plates 401 is set to be one more than the number of second electrode plates 402, and the first electrode plates 401 are arranged at both ends of the row of first electrode plates 401 and second electrode plates 402.
  • the detection unit 13 when the first frame 301 to which the first electrode plate 401 is fixed and the second frame 302 to which the second electrode plate 402 is fixed are combined to form the detection unit 13, it is possible to suppress variation in characteristics due to misalignment in the longitudinal direction of the detection unit 13, i.e., the arrangement direction of the electrode plates 40.
  • the combinations of the opposing surfaces of the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402 when looking at the combinations of the opposing surfaces of the first electrode plate 401 and the second electrode plate 402, by making the electrode plates at both ends the same polarity, it is possible to match the number of combinations in which the plates approach each other, i.e., the capacitance increases, with the number of combinations in which the plates move away from each other, i.e., the capacitance decreases.
  • the first electrode plates 401 and the second electrode plates 402 are arranged alternately, if the number of first electrode plates 401 and second electrode plates 402 is the same, the first electrode plates 401 will be arranged at one end, and the second electrode plates 402 will be arranged at the other end. In this case, the number of arrows X and arrows Y shown in FIG. 12 will differ. Then, if the positional relationship between the first frame 301 on which the first electrode plates 401 are provided and the second frame 302 on which the second electrode plates 402 are provided is shifted, the total capacitance of the entire detection unit 13 will also change.
  • the distance L1 between the two frame bodies 30, the spacing L2 between each electrode plate 40, and the number and size of each electrode plate 40 are not limited to those described above, and can be adjusted appropriately depending on the properties of the liquid to be detected and the required sensitivity, etc.
  • a processed metal plate is used as the connecting member 11 connecting the conductive terminal pin 22 and the frame body 30, but when the detection unit 13 is fixed using a member other than the connecting member 11, the connecting member 11 may be composed of, for example, a flexible conductor or a plastically deforming member.
  • the liquid sensor 10 of this embodiment is not limited to detecting the liquid level of the lubricating oil or liquid refrigerant by placing the detection unit 13 near the gas-liquid boundary surface inside the compressor, but can be used to detect phenomena that cause a change in the dielectric constant between the electrode plates 40, such as detecting the mixture ratio of the lubricating oil and the liquid refrigerant, by, for example, always placing the detection unit 13 in the gas or liquid.
  • the airtight terminal 12 and the detection unit 13 may also be configured to be detachable.
  • the airtight terminal 12 and the detection unit 13 may be configured to be detachable, that is, the conductive terminal pin 22 and the frame body 30 may be configured to be detachable.

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Abstract

静電容量式液体センサ（１０）は、金属材料で構成された第１枠体（３０１）及び第２枠体（３０２）と、金属板で構成され複数の第１電極板（４０１）及び第２電極板（４０２）と、を備える。第１枠体及び第２枠体は、それぞれ第１電極板及び第２電極板を通す通し部（３１）を有し、相互に対向して配置されている。第１電極板及び第２電極板は、検出部（４１）と２つの固定部（４２）とを有し十字形状に形成されており、相互に対向して交互に配置されている。第１電極板は、第１電極板の検出部が第１枠体及び第２枠体の通し部に通された状態で第１電極板の固定部が第１枠体に固定されている。第２電極板は、第２電極板の検出部が第２枠体及び第１枠体の通し部に通された状態で第２電極板の固定部が第２枠体に固定されている。

Description

静電容量式液体センサ、及び静電容量式液体センサの取り付け方法
　本発明の実施形態は、静電容量式液体センサ、及び静電容量式液体センサの取り付け方法に関する。
　従来、例えば潤滑油等の非導電性の液体を検出する手段として、静電容量式の液体センサが提案されている。静電容量式の液体センサは、空間を挟んで固定された電極間に非導電性の液体が入り込むと電極間の静電容量が変化することを利用して、液体の有無や液体の量、及び液体の混合比を検出する。静電容量式の液体センサとしては、例えば気密端子の２本の導電ピンにそれぞれ電極板を固定し、電極板間の静電容量の変化から容器内の液面高さの変化を検出するものがある。このような液体センサは、例えば通常時は電極全体が液体中に位置し、液面が低下すると電極が気体中へ露出する位置に取り付けられる。そして、液体センサは、液体と気体の誘電率の違いにより、液面の変化を検出する。
　しかしながら、従来の静電容量式の液体センサは、電極間の液体の有無で得られる静電容量の変化は僅かであり、その静電容量の変化から液体の状態を正確に判断することは困難であった。この場合、電極の面積を大きくしたり、電極の間隔を狭くしたりすることで、液体の状態変化によって生じる静電容量の変化を大きくすることができる。そこで、複数の電極を狭い間隔で積層することで、大きな静電容量を得る技術が考えられている。
特開２０１３－９２４９１号公報 特開平０９－０９６６１８号公報
　しかしながら、複数の電極を狭い間隔で配置する場合、各電極の支持が弱いと、各電極が外力を受けた場合に電極間の位置関係が容易に変化し、液体センサの検出特性に悪影響が出てしまう。また、電極間を狭くすると、各電極が液体中から気体中へと露出した際に、電極間に入り込んだ液滴や気泡が、表面張力の影響等により電極間から排出され難くなる。そうすると、液体センサは、電極の周囲の気液状態が変化しても、その状態の変化に即座に応答できない、といった問題がある。
　本実施形態は上記した事情を鑑みてなされてものであり、その目的は、複数の電極を備えたものにおいて、電極の支持強度を向上させるとともに、電極間の液滴や気泡の排出性を向上させることで、液体の状態変化を高感度に検出することができる静電容量式液体センサを提供することにある。
　実施形態による静電容量式液体センサは、ベース部材と、前記ベース部材に通されて、電気絶縁性を有する充填材を介して前記ベース部材に固定され、相互の電気的に絶縁された第１導電端子ピン及び第２導電端子ピンと、金属材料で構成され前記第１導電端子ピンに電気的に接続された第１枠体と、金属材料で構成され前記第２導電端子ピンに電気的に接続された第２枠体と、金属板で構成され前記第１枠体に接続固定された複数の第１電極板と、金属板で構成され前記第２枠体に接続固定された複数の第２電極板と、を備える。前記第１枠体及び前記第２枠体は、それぞれ前記第１電極板及び前記第２電極板を通す通し部を有し、相互に対向して配置されている。前記第１電極板及び前記第２電極板は、それぞれ、検出部と、前記検出部の両縁部から延び出た２つの固定部と、を有し、前記検出部の長手方向と前記固定部の突出方向とが交差する十字形状に形成されており、相互に対向して交互に配置されている。前記第１電極板は、前記第１電極板の前記検出部が前記第１枠体及び前記第２枠体の前記通し部に通された状態で前記第１電極板の前記固定部が前記第１枠体に固定されている。前記第２電極板は、前記第２電極板の前記検出部が前記第２枠体及び前記第１枠体の前記通し部に通された状態で前記第２電極板の前記固定部が前記第２枠体に固定されている。
　また、実施形態による静電容量式液体センサの取り付け方法は、前記第１枠体と前記第２枠体との面方向が鉛直方向となり、かつ前記第１電極板及び前記第２電極板の面方向が鉛直方向となる姿勢で前記静電容量式液体センサを前記取付対象に取り付ける工程を含む。
一実施形態による静電容量式液体センサの一例の外観を示す斜視図 一実施形態による静電容量式液体センサの一例について、各構成を分解して示す斜視図 一実施形態による静電容量式液体センサの一例について、図１のＸ３方向から示す図 一実施形態による静電容量式液体センサの一例について、図３のＸ４－Ｘ４線に沿って示す断面図 一実施形態による静電容量式液体センサの一例について、図３のＸ５－Ｘ５線に沿って示す断面図 一実施形態による静電容量式液体センサの一例について、図３のＸ６－Ｘ６線に沿って示す断面図 一実施形態による静電容量式液体センサの一例について、図３のＸ７－Ｘ７線に沿って示す断面図 一実施形態による静電容量式液体センサの一例について、電極板の一例を示す図 一実施形態による静電容量式液体センサの一例について、図４のＸ９で示す部分を拡大して示す図 一実施形態による静電容量式液体センサの第１の使用例を示す図 一実施形態による静電容量式液体センサの第２の使用例を示す図 一実施形態による静電容量式液体センサについて、第１電極板と第２電極板との位置関係を概念的に示す図
　以下、一実施形態による静電容量式液体センサ、及び静電容量式液体センサの取り付け方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、静電容量式液体センサを単に液体センサと称することがある。
　図１に示す液体センサ１０は、電気絶縁性液体が充填された容器、例えば圧縮機の容器に取り付けられて、容器内に存在する電気絶縁性液体の状態の検出、すなわち容器内の潤滑油や液冷媒の液面高さや混合比率の検出に用いられる。液体センサ１０は、図１から図４に示すように、２つの接続部材１１、ベース部材２１、２つの導電端子ピン２２、充填材２３、２つの枠体３０、複数の電極板４０、及び２つのスペーサ５０を備えている。
　ベース部材２１、導電端子ピン２２、及び充填材２３は、気密端子１２を構成する。気密端子１２は、液体センサ１０を圧縮機の容器等に取り付けるための構成である。枠体３０、電極板４０、及びスペーサ５０は、検出部ユニット１３を構成する。検出部ユニット１３は、圧縮機の潤滑油や液冷媒等の電気絶縁性の液体の状態を検出するための構成である。そして、接続部材１１は、それぞれの導電端子ピン２２と枠体３０とを電気的及び物理的に接続するための構成である。
　本実施形態の場合、２つの接続部材１１はそれぞれ具体的な構造が異なる。２つの接続部材１１のうち、一方の接続部材１１１は、他方の接続部材１１２に比べて、板厚が厚く剛性が高いつまり変形し難くい構造としている。換言すると、他方の接続部材１１２は、上記した一方の接続部材１１１に比べて、板厚が薄く弾性を有するつまり変形し易い構造としている。
　以下の説明では、２つの接続部材１１１、１１２のうち、剛性が高い方を第１接続部材１１１と称し、変形し易い方を第２接続部材１１２と称することがある。なお、本明細書において、第１及び第２の文言は、機能等が共通する構成を便宜的に区別するためのものであって、構成の順序や優劣等を示すものではない。
　第２接続部材１１２は、図５に示すように、例えばＬ字の折り曲げ部分を大きく迂回させて全長を延ばし、より弾性変形し易い構造とすることができる。これにより、剛性が高い第１接続部材１１１で第１枠体３０１を強固に固定し、弾性の高い第２接続部材１１２によって、溶接時等に発生するひずみや寸法変化を弾性的に吸収する構成とすることができる。その結果、組付け誤差や取り扱い時の応力等による枠体３０や電極板４０の変形を抑制し、液体センサ１０の特性のばらつきを抑えることができる。
　ベース部材２１は、金属材料で構成され、浅いカップ状に形成されている。導電端子ピン２２は、金属等の導電性を有する部材で構成されており、例えば円柱の棒状に形成されている。２本の導電端子ピン２２は、図４に示すように、それぞれベース部材２１の底部に形成された穴部２１１に通されている。充填材２３は、ガラス等の電気絶縁性を有する材料で構成されており、絶縁部材と称することもできる。充填材２３は、穴部２１１の内側と導電端子ピン２２との間に充填されており、導電端子ピン２２とベース部材２１とを電気的に絶縁するとともに、導電端子ピン２２をベース部材２１に固定している。これにより、２本の導電端子ピン２２は、それぞれベース部材２１と電気的に絶縁された状態でかつ気密及び水密状態でベース部材２１に固定されている。
　２つの導電端子ピン２２は、相互に電気的に絶縁されている。２つの導電端子ピン２２は、それぞれ平行に配置されており、ベース部材２１の深さ方向に延びている。２つの導電端子ピン２２のうち一方の端部側には、検出部ユニット１３が接続されている。検出部ユニット１３は、液体センサ１０が圧縮機の容器等に取り付けられた場合の容器の内部側に位置する。２つの導電端子ピン２２のうち他方の端部側は、液体センサ１０が圧縮機の容器等に取り付けられた場合に、容器の外部側に位置する。以下の説明において、２つの導電端子ピン２２を区別する場合、一方を第１導電端子ピン２２１と称し、他方を第２導電端子ピン２２２と称することがある。
　枠体３０は、導電性を有する金属材料で構成されており、導電端子ピン２２に電気的に接続されている。以下の説明において、２つの枠体３０を区別する場合、第１導電端子ピン２２１に接続された方を第１枠体３０１と称し、第２導電端子ピン２２２に接続された方を第２枠体３０２と称することがある。第１枠体３０１及び第２枠体３０２は同一の形状に形成されている。枠体３０は、全体として矩形状の金属板の中央部に矩形の穴を形成した、矩形の枠状に形成されている。枠体３０は、導電端子ピン２２の長手方向に長く、全体として外形が略長方形の枠状に形成されている。また、２つの枠体３０は、それぞれ所定の距離を保って対向して配置されている。この場合、枠体３０の面方向は、導電端子ピン２２の長手方向に一致している。
　枠体３０は、図２、図３、図６、及び図７に示すように、通し部３１、突出部３２、及び規定部３３を有している。通し部３１は、矩形の穴形状に形成されており、複数の電極板４０の一部を通す機能を有する。突出部３２は、枠体３０のうち長手方向に延びる両縁部つまり両側の長辺部に設けられており、対向する枠体３０とは反対側へ向かって突出した形状に形成されている。突出部３２は、枠体３０の長手方向に長く連続して形成されている。突出部３２の長さ寸法は、通し部３１の長手方向の長さ寸法以上に設定されている。
　規定部３３は、図２等に示すように、枠体３０のうち幅方向に延びる両辺部つまり両側の短辺部に設けられており、枠体３０の長手方向の両外側へ向かって突出している。なお、本明細書において、ある構成ついて幅方向と称した場合、幅方向とは、その構成の長手方向に対する直角方向を意味する。規定部３３は、スペーサ５０に挿入されて、対向する枠体３０との距離を規定する機能、つまり対向する枠体３０との距離を一定に維持する機能を有する。枠体３０は、例えば金属板をプレス加工することで、通し部３１、突出部３２、及び規定部３３が一体に形成される。
　スペーサ５０は、矩形のブロック形状又は容器状に構成されており、２つの挿入部５１を有している。２つの挿入部５１は、例えば枠体３０の幅方向に延びる細長い矩形状若しくは長穴形状の穴で構成されており、相互に平行に配置されている。枠体３０の規定部３３は、挿入部５１に挿入されて保持される。これにより、２つの枠体３０の位置関係が規定される。スペーサ５０は、液体センサ１０の使用環境において形状変化や変質等を生じない樹脂やセラミック等の電気絶縁性を有する材料で構成されていることが好ましい。なお、本実施形態では、枠体３０の両端に１つずつ合計２つのスペーサ５０を設ける構成としたが、２つの枠体３０の位置関係を規定できるものであれば、枠体３０の一方の端部側にのみスペーサ５０を設ける構成であっても良い。スペーサ５０は、規定部３３にインサート成型により設けられた構成であってもよい。
　枠体３０は、接続部材１１を介して導電端子ピン２２に電気的及び物理的に接続されている。接続部材１１は、例えば金属板を曲げた断面が略Ｌ字状の部材で構成されている。そして、接続部材１１は、一方の端部が枠体３０に例えば溶接やろう接等によって固定され、他方の端部が導電端子ピン２２に例えば溶接やろう接等によって接続されている。
　電極板４０は、金属板等の導電性を有する薄い板材で構成されており、枠体３０に設けられて、枠体３０及び接続部材１１を介して導電端子ピン２２に電気的に接続されている。以下の説明では、第１枠体３０１に設けられた電極板４０を第１電極板４０１と称し、第２枠体３０２に設けられた電極板４０を第２電極板４０２と称することがある。第１電極板４０１と第２電極板４０２とは、相互に接触せずに対向し、かつ、枠体３０の長手方向つまり導電端子ピン２２の長手方向に向かって交互に配置されている。すなわち、それぞれの電極板４０の面は導電端子ピン２２の延伸方向に対して直交して配置されている。
　第１電極板４０１及び第２電極板４０２は、同一の形状に形成されている。電極板４０は、図６から図８に示すように、検出部４１及び２つの固定部４２を有している。検出部４１は、図８において破線の斜線で示した領域であり、固定部４２は実線の網掛け線で示した領域である。検出部４１は、電極板４０の大部分を占めており、隣り合う他の電極板４０と対向する部分である。すなわち、検出部４１は、隣り合う第１電極板４０１及び第２電極板４０２において相互に重なる領域である。検出部４１は、例えば全体として２つの枠体３０が並んでいる方向に向かって長い矩形状又は略矩形状に形成されている。
　固定部４２は、検出部４１の両縁部すなわち長辺部分の両端部から延び出た部分である。固定部４２は、検出部４１の長手方向に対して直交する方向へ延び出ている。本実施形態の場合、固定部４２は、隣り合う第１電極板４０１及び第２電極板４０２において相互に重ならない領域となっている。固定部４２は、検出部４１の長手方向の端部ではなく、長手方向の途中部分に設けられている。固定部４２は、検出部４１の長手方向の中心Ｏから一方側にずれた位置に設けられている。
　また、電極板４０は、検出部４１の長手方向と、固定部４２の突出方向とが交差する十字形状に形成されている。そして、電極板４０は、検出部４１の外側の縁部４１１と固定部４２の外側の縁部４２１とは同一円の円弧で形成つまり同一半径の円弧状に形成されている。電極板４０は、例えば円形の薄板をプレス加工等で打ち抜くことで、検出部４１と固定部４２とを一体に形成される。
　ここで、検出部４１の外側の縁部４１１と固定部４２の外側の縁部４２１とが、中心Ｏを中心とする半径Ｒの円の円弧で構成されているとする。中心Ｏは、検出部４１の長手方向及び幅方向の中心となる。この場合、検出部４１の幅方向の寸法Ａは、半径Ｒよりも大きい値に設定され、かつ、固定部４２の幅方向の寸法Ｂは、半径Ｒよりも小さい値に設定されている。検出部４１の幅寸法Ａは、半径Ｒの１．２倍から１．３倍の範囲内であり、かつ、固定部４２の幅寸法Ｂは、半径Ｒの１／４から１／３の範囲内であることが好ましい。
　検出部４１は、逃げ部４１２を有している。逃げ部４１２は、検出部４１の両側の長辺部に設けられており、この長辺部の一部を窪ませた又は切り欠いた形状に形成されている。逃げ部４１２は、電極板４０と、その電極板４０が接続されていない枠体３０との接触を防ぐ機能を有する。すなわち、図６に示すように、第１電極板４０１の逃げ部４１２は、第２枠体３０２との接触を防ぐ機能を有する。また、図７に示すように、第２電極板４０２の逃げ部４１２は、第１枠体３０１との接触を防ぐ機能を有する。
　各電極板４０を枠体３０に取り付ける際、各電極板４０は、検出部４１のうち固定部４２よりも中心Ｏ側の領域が、枠体３０の突出部３２側から通し部３１に通される。そして、電極板４０と枠体３０の接続固定は、電極板４０の固定部４２と枠体３０とが接する部分に対して例えばプロジェクション溶接、スポット溶接、又はシーム溶接等が行われる。これにより固定部４２が枠体３０に溶接固定される。なお、電極板４０と枠体３０の接続固定には、ろう接等の手段を用いてもよい。また、電極板４０の固定部４２と枠体３０とに、例えば位置決めのための凹凸を設けても良い。
　図１、図３、図４、及び図９に示すように、第１電極板４０１及び第２電極板４０２は、等間隔で交互に配置されている。また、図９に示すように、第１枠体３０１と第２枠体３０２との間の距離Ｌ１は、隣り合う第１電極板４０１と第２電極板４０２との間の距離Ｌ２よりも大きい値に設定されている。換言すると、隣り合う第１電極板４０１と第２電極板４０２との間つまり表面間の距離Ｌ２は、第１枠体３０１と第２枠体３０２との間つまり表面間の距離Ｌ１よりも小さい値に設定されている。また、第１枠体３０１及び第２枠体３０２の厚み寸法Ｔ１は、第１電極板４０１及び第２電極板４０２の厚み寸法Ｔ２よりも大きく設定されている。この場合、第１電極板４０１と第２電極板４０２との厚みを考慮した中心間の距離は、Ｌ２＋Ｔ２となる。
　液体センサ１０が、例えば圧縮機の内部に存在する冷凍機油や冷媒等を検出対象とした場合、隣り合う第１電極板４０１と第２電極板４０２の間隔Ｌ２は、例えば１ｍｍ～１．８ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。これによれば、液体の検出に必要な静電容量を得られるとともに、電極板４０１、４０２間の排液性を良好なものとすることができる。また、枠体３０１、３０２間の間隔Ｌ１は、例えば２ｍｍ～３ｍｍの範囲内に設定されることが好ましい。これによれば、電極板４０１、４０２から枠体３０側へ排出された液滴や気泡が、表面張力等の影響で２つの枠体３０の間に留まることが抑制される。これらの結果、検出部ユニット１３における排液性が良好となり、液体センサ１０の応答性を向上させることができる。
　各電極板４０は、２つの枠体３０のうちの一方に固定された状態で、他方の枠体３０及び他方の枠体３０に固定された電極板４０に接触しない態様で他方の枠体３０の通し部３１に通されている。すなわち、第１電極板４０１は、第１枠体３０１に固定され、第２枠体３０２及び第２電極板４０２に接触しない態様で、第２枠体３０２の通し部３１に通されている。同様に、第２電極板４０２は、第２枠体３０２に固定され、第１枠体３０１及び第１電極板４０１に接触しない態様で、第１枠体３０１の通し部３１に通されている。
　第１電極板４０１及び第２電極板４０２は、同一の個数で構成することができるが、異なる個数で構成することもできる。本実施形態の場合、第１電極板４０１の個数は、第２電極板４０２の個数よりも１つ多く設定されている。例えば本実施形態の場合、図２に示すように、第１電極板４０１の個数は６個に設定されており、一方で第２電極板４０２の個数は５個に設定されている。そして、第１電極板４０１及び第２電極板４０２の並びにおいて両端部分は、第１電極板４０１が配置されている。
　次に、図１０及び図１１も参照して、取付対象に対する液体センサ１０の取り付け例について説明する。液体センサ１０は、例えば圧縮機の容器８０を取付対象とし、この容器８０に取り付けられて使用される。図１０の例では、液体センサ１０は、容器８０の周壁部に直接取り付けられている。また、図１１の例では、液体センサ１０は、容器８０のフランジ部８１に取り付けられている。フランジ部８１は、容器８０の周壁部に設けられており、容器８０の周壁部から外側へ突出した筒状に形成されている。図１１の例では、液体センサ１０は、フランジ蓋８２を介してフランジ部８１に取り付けられている。
　液体センサ１０を容器８０に取り付ける際、作業者は、液体センサ１０を、第１枠体３０１及び第２枠体３０２の面方向が鉛直方向に向く姿勢で、かつ、第１電極板４０１及び第２電極板４０２の面方向が鉛直方向に向く姿勢で容器８０に取り付ける。すなわち、作業者は、図１の矢印Ｄが鉛直方向となる姿勢で液体センサ１０を容器８０に取り付ける。この場合、２つの枠体３０１、３０２は、水平方向に並んでおり、２つの枠体３０１、３０２の間の隙間は鉛直方向に開放されている。また、２つの導電端子ピン２２１、２２２は、水平方向に並んでいる。作業者は、液体センサ１０を容器８０に取り付ける際、例えば２つの導電端子ピン２２１、２２２の配置を見ながら、２つの導電端子ピン２２１、２２２が水平に並ぶようにして、液体センサ１０の姿勢を調整することができる。
　導電端子ピン２２のうち容器８０の外側に露出した部分には、例えば図示しない電線を介して、又は直接、図示しない信号処理回路が接続される。信号処理回路は、検出部ユニット１３の静電容量の変化に基づいて液体の状態を判定し、その状態に応じた信号を出力する。そして、信号処理回路から出力された信号は、液体センサ１０が取り付けられた例えば圧縮機の制御装置へ送信され、制御装置は、信号処理回路から出力された信号に基づき、液体の状態に応じた圧縮機の運転制御を行う。
　以上説明した実施形態によれば、液体センサ１０は、ベース部材２１、第１導電端子ピン２２１、第２導電端子ピン２２２、第１枠体３０１、第２枠体３０２、複数の第１電極板４０１、及び複数の第２電極板４０２を備える。第１導電端子ピン２２１及び第２導電端子ピン２２２は、ベース部材２１に通されて、電気絶縁性を有する充填材２３を介してベース部材２１に固定されている。第１導電端子ピン２２１及び第２導電端子ピン２２２は、相互の電気的に絶縁されている。
　第１枠体３０１は、金属材料で構成されており、第１導電端子ピン２２１に電気的に接続されている。第２枠体３０２は、金属材料で構成されており、第２導電端子ピン２２２に電気的に接続されている。複数の第１電極板４０１は、金属板で構成されており、第１枠体３０１に接続固定されている。複数の第２電極板４０２は、金属板で構成されており、第２枠体３０２に接続固定されている。すなわち、各第１電極板４０１及び各第２電極板４０２は、それぞれ第１枠体３０１又は第２枠体３０２に対して、溶接やろう接等により電気的に接続されているとともに物理的に固定されている。
　第１枠体３０１及び第２枠体３０２は、それぞれ第１電極板４０１及び第２電極板４０２を通す通し部３１を有し、相互に対向して配置されている。第１電極板４０１板及び第２電極板４０２は、それぞれ、検出部４１と、検出部４１の両縁部から延び出た２つの固定部４２と、を有している。第１電極板４０１板及び第２電極板４０２は、検出部４１の長手方向と固定部４２の突出方向とが交差する十字形状に形成されている。そして、第１枠体３０１及び第２枠体３０２は、相互に対向して交互に配置されている。
　第１電極板４０１は、第１電極板４０１の検出部４１が、第１枠体３０１及び第２枠体３０２の通し部３１に通された状態で第１電極板４０１の固定部４２が第１枠体３０１に固定されている。第２電極板４０２は、第２電極板４０２の検出部４１が第２枠体３０２及び第１枠体３０１の通し部３１に通された状態で第２電極板４０２の固定部４２が第２枠体３０２に固定されている。この場合、第１電極板４０１及び第２電極板４０２の各固定部４２は、第１枠体３０１又は第２枠体３０２のうち通し部３１の周囲の縁部、具体的には第１枠体３０１又は第２枠体の長手方向に延びる縁部に溶接やろう接等によって接続固定されている。
　これによれば、液体センサ１０は、複数の電極板４０を備えることで、静電容量を増大させることができ、その結果、液体センサ１０の感度を上げることができる。また、各電極板４０は、検出部４１の長手方向の端部ではなく、検出部４１の両縁部から検出部４１に対して十字状となるように延び出た２つの固定部４２によって枠体３０に接続固定されている。そのため、各電極板４０は、検出部４１の長手方向の端部で支持した場合に比べて、固定部分から電極板４０の端部までの距離を短くすることができ、その結果、外力による撓み等の影響を低減することができる。これにより、電極板４０間の距離の変化を抑制でき、その結果、液体センサ１０の性能を安定したものにすることができる。
　更に、固定部４２は、検出部４１の両縁側から外側へ延び出た構成であるため、固定部４２と枠体３０とを溶接する作業において、検出部４１に工具等が干渉し難くなるため、簡便な装置で確実な作業が可能となる。
　また、本実施形態の液体センサ１０を容器８０に取り付ける方法は、２つの枠体３０の面方向が鉛直方向となり、かつ、各電極板４０の検出部４１の面方向が鉛直方向となる姿勢で容器８０等の取付対象に取り付ける工程を含む。
　本実施形態の液体センサ１０を容器８０等に対して上述したように取り付けることで、容器８０内の液面の位置が変化して、検出部ユニット１３が液体中から気体中へ移る際、または、気体中から液体中へと移る際、検出部ユニット１３の周囲の液体の流れや重力等の影響によって、電極板４０間の液体を電極板４０の面に沿う方向へ流すことができる。これにより、電極板４０に付着した液滴や気泡を、電極板４０間から排出し易くすることができる。その結果、液面の変化を正確に検出可能な液体センサ１０を提供することができる。
　更に、各電極板４０は、検出部４１が枠体３０の通し部３１に通された状態で枠体３０に固定さている。すなわち、検出部４１の一部は、枠体３０に囲まれている。そして、液体センサ１０を、２つの枠体３０の面方向が鉛直方向となり、かつ、各電極板４０の検出部４１の面方向が鉛直方向となる姿勢で容器８０等の取付対象に取り付けた場合、電極板４０の重力方向の下方には、電極板４０の固定部４２と枠体３０との接触部分が存在する。このため、検出部ユニット１３が液体から露出した場合、電極板４０に付着した液滴や気泡は、電極板４０の表面を伝って重量方向の下方に集まり、その後、固定部４２と枠体３０との接触部分から枠体３０へと伝い流れる。これにより、電極板４０に付着した液滴や気泡を、電極板４０間から速やかに排出することができ、その結果、液体センサ１０の検出精度や応答速度を更に向上させることができる。
　電極板４０は、検出部４１の外側の縁部４１１と固定部４２の外側の縁部４２１とが同一円の円弧、この場合、半径Ｒの円弧の一部で形成されている。すなわち、電極板４０の外周部は、同一半径Ｒの円弧の一部で構成されている。これによれば、検出部ユニット１３を円筒形の空間に配置する場合等に、その円筒形の空間の輪郭の範囲において、検出部４１及び固定部４２の面積を大きく確保することができる。そして、検出部４１の面積を大きく確保することで、大きな静電容量を得ることができる。また、固定部４２の面積を広く確保することで、固定部４２における剛性を向上させて、電極板４０間の距離の変化を抑制させることができる。これらの結果、本実施形態によれば、液体センサ１０の性能を更に向上させることができる。
　図９に示すように、第１枠体３０１と第２枠体３０２との間の距離Ｌ１は、隣り合う第１電極板４０１と第２電極板４０２との間の距離Ｌ２よりも大きい。これによれば、第１電極板４０１と第２電極板４０２との間から枠体３０側へ移動した液体が、表面張力等の影響によって２つの枠体３０の間の隙間に留まることが抑制される。これにより、枠体３０や電極板４０間に液滴や気泡が貯まることが更に効果的に抑制される。その結果、液体センサ１０は、液面の変化を速やかに検出可能になり、応答性を更に向上させることができる。
　第１枠体３０１及び第２枠体３０２の厚み寸法Ｔ１は、第１電極板４０１及び第２電極板４０２の厚み寸法Ｔ２よりも大きく設定されている。これによれば、第１枠体３０１及び第２枠体３０２を、第１電極板４０１及び第２電極板４０２よりも厚く剛性の高いものとすることができる。そのため、枠体３０は、複数の電極板４０を密に並べた場合であっても、各電極板４０の重量等によって撓むことが抑制され、各電極板４０を確実に保持することができる。これにより、枠体３０の変形等によって電極板４０の位置が変化することを抑制でき、その結果、液体センサ１０の感度や信頼性を更に向上させることができる。
　電極板４０のうち、一方の枠体３０１に接続固定された電極板４０１の個数は、他方の枠体３０２に接続固定された電極板４０２の個数よりも１つ多く設定されており、かつ、電極板４０の並びにおいて両端部分は、１つ多く設定された電極板４０１が配置されている。すなわち、各電極板４０のうち、一方の極を構成する電極板４０１の枚数は、他方の極を構成する電極板４０２の枚数より１枚多く設定されている。そして、長手方向に交互に並べた各電極板４０のうち両端側は同極の電極板４０１が配置されている。本実施形態の場合、第１電極板４０１の個数は、第２電極板４０２の個数よりも１つ多く設定され、かつ、第１電極板４０１及び第２電極板４０２の並びにおいて両端部分は第１電極板４０１が配置されている。
　これによれば、第１電極板４０１が固定された第１枠体３０１と、第２電極板４０２が固定された第２枠体３０２と、を相互に組みわせて検出部ユニット１３を構成する際に、検出部ユニット１３の長手方向つまり各電極板４０の並び方向に対する位置関係のずれによる特性のばらつきを抑制することができる。すなわち、第１電極板４０１と第２電極板４０２との対向する面の組み合わせを見た場合に、両端の電極板を同極とすることで、相互に近づく組み合わせつまり静電容量が増大する組み合わせの数と、相互に遠ざかるつまり静電容量が減少する組み合わせの数とを一致させることができる。
　例えば図１２に示すように、第２電極板４０２が設けられた第２枠体３０２が、第１電極板４０１が設けられた第１枠体３０１に対して、白抜き矢印で示す方向つまり紙面右方向にずれた場合、矢印Ｘで示す距離は小さくなり、矢印Ｙで示す距離は大きくなる。この場合、隣り合う電極板４０１、４０２のうち、矢印Ｘの距離で離れた面間の静電容量は増大し、矢印Ｙの距離で離れた面間の静電容量は減少する。
　ここで、第１電極板４０１と第２電極板４０２とが交互に配置された構成において、第１電極板４０１と第２電極板４０２とを同数にすると、一方の端には第１電極板４０１が配置され、他方の端には第２電極板４０２が配置されることになる。この場合、図１２で示した矢印Ｘ及び矢印Ｙの数が異なってしまう。すると、第１電極板４０１が設けられた第１枠体３０１と、第２電極板４０２が設けられた第２枠体３０２との位置関係がずれると、検出部ユニット１３全体としての静電容量の総和も変化することになる。
　これに対し、両端に同極の電極板４０が配置されていれば、矢印Ｘと矢印Ｙは同数となるため、検出部ユニット１３全体としての静電容量の総和の変化量が小さくなる。このため、本実施形態によれば、各電極板４０の並び方向に対する位置関係つまり距離や傾きにずれが生じた場合であっても、検出部ユニット１３全体としての静電容量の総和が変化することを抑制できる。その結果、本実施形態によれば、組付けの際の位置ずれ等による特性のばらつきを抑制することができる。
　（変形例）
　なお、２つの枠体３０間の距離Ｌ１、各電極板４０の間隔Ｌ２、及び各電極板４０の数や大きさは、上記したものに限定されるものではなく、検出対象となる液体の性質や必要な感度等に応じて適宜調整することができる。
　上記では導電端子ピン２２と枠体３０とを接続する接続部材１１として金属板を加工したものを例示したが、検出部ユニット１３の固定を接続部材１１とは別の部材を用いて行う場合、接続部材１１は、例えば柔軟な導線や塑性変形する部材で構成されていても良い。
　また、本実施形態の液体センサ１０は、圧縮機の内部の気液境界面付近に検出部ユニット１３を配置することによる潤滑油や液冷媒の液面高さの検出に限られず、例えば常に気体中又は液体中に検出部ユニット１３を配置して、潤滑油と液冷媒との混合比の検出等、電極板４０間に誘電率の変化を生じる現象の検出に用いることができる。
　また、気密端子１２と検出部ユニット１３とは、着脱可能な構成としても良い。例えば液体センサ１０を取り付け可能な空間が限られている場合、あらかじめ容器の壁面に気密端子１２を取り付けた後で、検出部ユニット１３を取り付けることが好ましい場合がある。このような場合には、気密端子１２と検出部ユニット１３とを着脱可能に構成、つまり導電端子ピン２２と枠体３０とを着脱可能に構成しても良い。
　以上説明した一実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (6)

  1. 　ベース部材と、
    　前記ベース部材に通されて、電気絶縁性を有する充填材を介して前記ベース部材に固定され、相互の電気的に絶縁された第１導電端子ピン及び第２導電端子ピンと、
    　金属材料で構成され前記第１導電端子ピンに電気的に接続された第１枠体と、
    　金属材料で構成され前記第２導電端子ピンに電気的に接続された第２枠体と、
    　金属板で構成され前記第１枠体に接続固定された複数の第１電極板と、
    　金属板で構成され前記第２枠体に接続固定された複数の第２電極板と、
    　を備え、
    　前記第１枠体及び前記第２枠体は、それぞれ前記第１電極板及び前記第２電極板を通す通し部を有し、相互に対向して配置され、
    　前記第１電極板及び前記第２電極板は、それぞれ、検出部と、前記検出部の両縁部から延び出た２つの固定部と、を有し、前記検出部の長手方向と前記固定部の突出方向とが交差する十字形状に形成されており、相互に対向して交互に配置され、
    　前記第１電極板は、前記第１電極板の前記検出部が前記第１枠体及び前記第２枠体の前記通し部に通された状態で前記第１電極板の前記固定部が前記第１枠体に固定され、
    　前記第２電極板は、前記第２電極板の前記検出部が前記第２枠体及び前記第１枠体の前記通し部に通された状態で前記第２電極板の前記固定部が前記第２枠体に固定されている、
    　静電容量式液体センサ。
  2. 　前記第１電極板及び前記第２電極板は、前記検出部の外側の縁部と前記固定部の外側の縁部とが同一円の円弧で形成されている、
    　請求項１に記載の静電容量式液体センサ。
  3. 　前記第１枠体と前記第２枠体との間の距離は、隣り合う前記第１電極板と前記第２電極板との間の距離よりも大きい、
    　請求項１に記載の静電容量式液体センサ。
  4. 　前記第１枠体及び前記第２枠体の厚み寸法は、前記第１電極板及び前記第２電極板の厚み寸法よりも大きく設定されている、
    　請求項１に記載の静電容量式液体センサ。
  5. 　前記第１電極板及び前記第２電極板のうち、一方の枠体に接続固定された電極板の個数は、他方の枠体に接続固定された電極板の個数よりも１つ多く設定されており、かつ、前記第１電極板及び前記第２電極板の並びにおける両端部分は、１つ多く設定された電極板が配置されている、
    　請求項１に記載の静電容量式液体センサ。
  6. 　請求項１に記載の静電容量式液体センサを取付対象に取り付ける取り付け方法であって、
    　前記第１枠体と前記第２枠体との面方向が鉛直方向となり、かつ前記第１電極板及び前記第２電極板の面方向が鉛直方向となる姿勢で前記静電容量式液体センサを前記取付対象に取り付ける工程を含む、
    　静電容量式液体センサの取り付け方法。
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