(57)【要約】【課題】  電極対の腐食を抑制しつつ、液体の性状を適切に特定し得る技術を提供する。【解決手段】  センサ装置２は、保護膜で覆われている電極対３３と、少なくとも一部が液体に露出する電極対３８と、を備える。センサ装置２は、電極対３８を用いて特定される液体の導電率に関する値と、電極対３３の静電容量に関する値とを用いて、液体の性状を検出する制御装置１０と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護膜で覆われている第１の電極対と、
少なくとも一部が液体に露出する第２の電極対と、
第２の電極対を用いて特定される液体の導電率に関する値と、第１の電極対の静電容量に関する値とを用いて、液体の性状を検出する検出部と、を備える、センサ装置。
【請求項２】
第２の電極対は、第１の電極対の近傍に配置されている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
第１の電極対の上端と第２の電極対の上端とは、同一の高さに位置する、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
第２の電極対の液体に露出する部分の表面は、耐食性を有する材料で作製されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
第２の電極対の液体に露出する部分は、耐食性を有する材料で作製されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、電極対を用いて、液体の性状を検出するセンサ装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、複数個の電極対を備える液位液質センサが開示されている。複数個の電極対のそれぞれは、少なくとも一部が液体に浸漬された状態で使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３５１６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液体に浸漬される電極対は、液体によって腐食される可能性がある。本明細書では、電極対の腐食を抑制しつつ、液体の性状を適切に検出し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で開示されるセンサ装置は、保護膜で覆われている第１の電極対と、少なくとも一部が液体に露出する第２の電極対と、第２の電極対を用いて特定される液体の導電率に関する値と、第１の電極対の静電容量に関する値とを用いて、液体の性状を検出する検出部と、を備える。
【０００６】
第１の電極対を保護膜で覆うことによって、第１の電極対が液体に露出することを防止することができる。この構成によれば、第１の電極対が腐食することを抑制することができる。
【０００７】
液体の誘電率は、液体の性状、例えば液体に含まれる物質の濃度、液体の温度、液体の劣化の程度等によって変化する。また、液体の導電率は、液体に含まれる物質の割合、液体の温度、液体の劣化の程度等によって変化する。この性状検出装置では、液体の導電率と液体の誘電率とを用いて液体の性状が検出される。この構成によれば、液体の性状を適切に検出し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施例のセンサ装置の概略図を示す。
【図２】図１のII-II断面の断面図を示す。
【図３】制御装置の回路図を示す。
【図４】第２実施例のセンサを示す。
【図５】第３実施例のセンサの基板の一方の面を示す。
【図６】第３実施例のセンサの基板の他方の面を示す。
【図７】図５のVII-VII断面の断面図を示す。
【図８】変形例のセンサを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
【００１０】
（特徴１）第２の電極対は、第１の電極対の近傍に配置されていてもよい。
【００１１】
液体が容器内に貯留されている状態では、液体の性質が容器内で均一化されていない場合がある。上記の構成によれば、第１の電極対と第２の電極対とが近くに配置されているため、容器内の液体の性質の不均一によるセンサ装置の検出誤差を抑制し得る。
【００１２】
（特徴２）第１の電極対の上端と第２の電極対の上端とは、同一の高さに位置していてもよい。
【００１３】
この構成によれば、液体の性質が容器の高さ方向において、均一化されていない場合に、容器内の液体の不均一によるセンサ装置の検出誤差を抑制し得る。
【００１４】
（特徴３）第２の電極対の液体に露出する部分の表面は、耐食性を有する材料で作製されていてもよい。
【００１５】
この構成によれば、第２の電極対の腐食を抑制することができる。
【００１６】
（特徴４）第２の電極対の液体に露出する部分は、耐食性を有する材料で作製されていてもよい。
【００１７】
この構成によれば、耐食性を有する第２の電極対を、容易に作製することができる。
【実施例】
【００１８】
図１に示すセンサ装置２は、自動車に搭載される。自動車には、ガソリンとエタノールとの混合燃料が用いられる。センサ装置２は、燃料タンク１００内に貯留される燃料中のエタノール濃度を特定するために用いられる。センサ装置２は、制御装置１０と、センサ３０とを備える。
【００１９】
制御装置１０は、ケーシング１２に収容されている。ケーシング１２は、燃料タンク１００の上壁に設けられている開口１００ａに取り付けられて、開口１００ａを閉塞する。ケーシング１２は、蓋１８と収容ケース１６とを備える。蓋１８は、開口１００ａの開口面積よりも広い面積を有する平板形状を有する。蓋１８の外縁部は、樹脂製のシール部材２０を介して、燃料タンク１００に当接する。シール部材２０によって、開口１００ａから燃料が漏れることを防止される。蓋１８の上面には、収容ケース１６が取り付けられている。収容ケース１６は、制御装置１０を収容する。収容ケース１６には、外部端子（図示省略）が貫通している。外部端子は、外部電源（例えばバッテリ）に接続され、制御装置１０に電力が供給される。
【００２０】
蓋１８には、後述するセンサ３０の縦電極の個数（即ち４個）と同数のリード線２４が貫通している。リード線２４は、蓋１８を貫通して燃料タンク１００内に伸びている。リード線２４は、制御装置１０とセンサ３０とを電気的に接続する。
【００２１】
センサ３０は、基板３２と２個の電極対３３，３８、保護膜３９と、を備える。基板３２は、樹脂製の矩形の平板である。基板３２は、燃料タンク１００の深さ方向に伸びている。電極対３３，３８は、基板３２の一方の表面３２ａ上に配置されている。電極対３８は、基板３２の下端、即ち、燃料タンク１００の底部付近に配置されている。電極対３３は、電極３８の上方に配置されている。
【００２２】
電極対３３は、それぞれ薄膜の導電性材料（例えば銅、銀のいずれかを含む合金）で作製されている。電極対３３は、基準電極３４と信号電極３６とを備える。基準電極３４は、複数個（図１では４個）の電極部分３４ａと縦電極４３とを備える（なお、図１では１個の電極部分３４ａのみに符号を付している）。縦電極４３は、基板３２の上端付近から、基板３２の長手方向（即ち燃料タンク１００の深さ方向）に、直線状に伸びている。なお、以下では、基板３２の長手方向を、センサ３０の高さ方向と呼ぶことがある。縦電極４３には、複数個の電極部分３４ａの一方の端（図１の右側の端）が接続されている。複数個の電極部分３４ａは、縦電極４３から、左側、即ち、縦電極４２に向かって伸びている。複数個の電極部分３４ａは、縦電極４３を介して、互いに電気的に接続される。複数個の電極部分３４ａは、複数個の電極部分３４ａは、互いに平行に、かつ、縦電極４３に対して垂直に配置されている。複数個の電極部分３４ａは、センサ３０の高さ方向（即ち縦電極４３の伸張方向）に等間隔に配置されている。
【００２３】
信号電極３６は、複数個（図１では４個）の電極部分３６ａと、縦電極４２と、を備える（なお、図１では１個の電極部分３６ａのみに符号を付している）。縦電極４２は、基板３２の上端付近から、基板３２の長手方向に直線状に伸びている。縦電極４２には、複数個の電極部分３６ａの一方の端（図１の左側の端）が接続されている。複数個の電極部分３６ａは、縦電極４２から、右側、即ち、縦電極４３に向かって伸びている。複数個の電極部分３６ａは、縦電極４２を介して、互いに電気的に接続される。複数個の電極部分３６ａは、互いに平行に、かつ、縦電極４２に対して垂直に配置されている。複数個の電極部分３６ａは、センサ３０の高さ方向に等間隔に配置されている。センサ３０の高さ方向に見たときに、電極部分３４ａと電極部分３６ａとは、交互に配置されている。
【００２４】
電極対３８は、それぞれ薄膜の混合燃料に対して耐食性を有する材料（例えばカーボンナノチューブ、ダイヤモンドライクカーボン）で作製されている。電極対３８は、正極３５と負極３７とを備える。正極３５は、複数個（図１では４個）の電極部分３５ａと縦電極４１とを備える（なお、図１では１個の電極部分３５ａのみに符号を付している）。縦電極４１は、信号電極３６の左側に配置されている。縦電極４１は、基板３２の上端付近から下端付近まで、基板３２の長手方向に直線状に伸びている。電極対３３よりも下方において、縦電極４１には、複数個の電極部分３５ａの一方の端（図１の左側の端）が接続されている。複数個の電極部分３５ａは、縦電極４１から、右側、即ち、縦電極４４に向かって伸びている。複数個の電極部分３５ａは、縦電極４１を介して、互いに電気的に接続される。複数個の電極部分３５ａは、互いに平行に、かつ、縦電極４１に対して垂直に配置されている。複数個の電極部分３５ａは、センサ３０の高さ方向に等間隔に配置されている。
【００２５】
負極３７は、複数個（図１では４個）の電極部分３７ａと縦電極４４とを備える（なお、図１では１個の電極部分３７ａのみに符号を付している）。縦電極４４は、基準電極３４の右側に配置されている。縦電極４４は、基板３２の上端付近から下端付近まで、基板３２の長手方向に直線状に伸びている。電極対３３よりも下方において、縦電極４４には、複数個の電極部分３７ａの一方の端（図１の右側の端）が接続されている。複数個の電極部分３７ａは、縦電極４４から、左側、即ち、縦電極４１に向かって伸びている。複数個の電極部分３７ａは、縦電極４４を介して、互いに電気的に接続される。複数個の電極部分３７ａは、互いに平行に、かつ、縦電極４４に対して垂直に配置されている。複数個の電極部分３７ａは、センサ３０の高さ方向に等間隔に配置されている。センサ３０の高さ方向に見たときに、電極部分３５ａと電極部分３７ａとは、交互に配置されている。
【００２６】
図２に示すように、基板３２の表面３２ａは、保護膜３９で覆われている。保護膜３９は、例えば、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド等の樹脂、あるいは、ガラス等の非導電性を有し、耐薬性の優れた材料で作製されている。保護膜３９は、表面３２ａの上端から電極対３３の下端までを覆っている。保護膜３９は、電極対３３の全体を覆っている。また、保護膜３９は、電極対３８のうち、縦電極４１，４４の一部を覆っている。電極対３８の複数個の電極部分３５ａ，３７ａは、保護膜３９に覆われておらず、燃料タンク１００内の燃料に露出している。
【００２７】
図３に示すように、制御装置１０は、基板５５と、発振回路５０，５２と、受信回路５１，５３と、演算回路５４とを備える。各回路５０〜５４は、基板５５上に配置されている。基板５５は、接地されている。基板５５に、例えばバッテリ等の電源が接続されることによって、各回路５０〜５４に電力が供給される。発振回路５０，５２は、予め決められた周波数（例えば、１０Ｈｚ〜３ＭＨｚ）の信号（即ち交流電圧）、又はパルス信号を発生する。発振回路５０は、正極３５に接続される。発振回路５２は、信号電極３６に接続される。発振回路５０，５２は、正極３５と信号電極３６とに、順次信号を供給する。なお、基準電極３４と負極３７とは、接地されている。
【００２８】
受信回路５１は、発振回路５０と正極３５との間に接続される。受信回路５１は、発振回路５０から正極３５に入力される信号を検出する。受信回路５３は、発振回路５２と信号電極３６との間に接続される。受信回路５３は、発振回路５２から信号電極３６に入力される信号を検出する。受信回路５１，５３は、検出した信号を、演算回路５３に出力する。
【００２９】
演算回路５４は、受信回路５１，５３のそれぞれに接続されている。また、演算回路５４は、ＥＣＵ（Engine Control Unitの略）５６に接続されている。演算回路５４は、受信回路５１，５３から入力される信号を用いて、燃料中のエタノール濃度を特定する。
【００３０】
具体的には、演算回路５４は、受信回路５１から入力される信号を用いて、燃料の導電率を算出する。また、演算回路５４は、受信回路５３から入力される信号を用いて、電極対３３の静電容量を算出する。電極対３３は、通常、全体的に燃料に浸漬している。このため、電極対３３の静電容量は、燃料の誘電率によって決まる。ガソリンの誘電率とエタノールの誘電率とが異なるため、燃料の誘電率は、燃料中のエタノール濃度によって変化する。さらに、燃料の誘電率は、燃料の温度、劣化の程度等によって変化する。燃料の温度、劣化の程度等は、燃料の導電率にも影響する。このことから、演算回路５４は、燃料の導電率を用いて、電極対３３の静電容量を補正する。補正後の静電容量は、燃料の温度、劣化の程度等のエタノール濃度以外による影響が排除されている。演算回路５４には、燃料の導電率を用いて、電極対３３の静電容量を補正するための第１の数式が、予め内蔵されている。第１の数式は、予め実験又は解析によって特定されている。演算回路５４は、第１の数式を用いて、静電容量を補正する。なお、変形例では、演算回路５４には、燃料の導電率を用いて、電極対３３の静電容量を補正するための第１のデータベースが、予め内蔵されていてもよい。第１のデータベースは、予め実験又は解析によって特定されていてもよい。演算回路５４は、第１のデータベースを用いて、静電容量を補正してもよい。
【００３１】
次いで、演算回路５４は、補正された静電容量を用いて、燃料の誘電率を算出する。演算回路５４には、さらに、燃料の誘電率と、燃料中のエタノール濃度との関係を示す第２の数式が、予め内蔵されている。第２の数式は、予め実験又は解析によって特定されている。演算回路５４は、第２の数式を用いて、燃料中のエタノール濃度を算出する。なお、変形例では、演算回路５４には、燃料の誘電率と、燃料中のエタノール濃度との関係を示す第２のデータベースが、予め内蔵されていてもよい。第２のデータベースは、予め実験又は解析によって特定されていてもよい。演算回路５４は、第２のデータベースを用いて、燃料中のエタノール濃度を特定してもよい。
【００３２】
演算回路５４は、特定された燃料中のエタノール濃度を、ＥＣＵ５６に出力する。ＥＣＵ５６は、自動車のエンジン（図示省略）を制御するための制御装置である。ＥＣＵ５６は、演算回路５４から入力された燃料中のエタノール濃度を用いて、自動車の各部（例えばインジェクタ、表示部等）を制御する。
【００３３】
（本実施例の効果）
本実施例では、電極対３８の静電容量と、燃料の導電率とを用いて、燃料のエタノール濃度を検出する。これにより、燃料のエタノール濃度を、より適切に特定することができる。
【００３４】
本実施例では、燃料に対する耐食性が高い材料で作製された電極対３８では、電極部分３５ａ，３７ａは、保護膜３９に覆われておらず、燃料タンク１００内の燃料に露出している。この構成では、電極対３８間の電流値を検出することによって、電極対３８間の導電率（即ち抵抗値）、即ち、燃料の導電率を検出する。この構成によれば、保護膜３９の影響を受けずに、電極対３８を用いて、燃料の導電率を適切に検出することができる。
【００３５】
また、燃料に対する耐食性が、電極対３８と比較して低い材料で作製された電極対３３は、保護膜３９で覆われている。電極対３３を比較的に耐食性の低い材料で作製することによって、電極対３３を比較的に耐食性の高い材料と比較して、コストを削減することができる。
【００３６】
燃料タンク１００内の燃料のエタノール濃度は、均一でない場合がある。例えば、燃料タンク１００内の燃料のエタノール濃度と異なるエタノール濃度の燃料が、燃料タンク１００に給油される場合がある。この場合、燃料の給油直後では、燃料タンク１００内の燃料のエタノール濃度は、均一でない。本実施例では、電極対３８は、電極対３３の真下に配置されている。即ち、電極対３８は、電極対３３の近傍に配置されている。このため、燃料タンク１００内の燃料のエタノール濃度は、均一でない場合がであっても、各電極対３３，３８は、エタノール濃度が均一な燃料を、検出の対象とすることができる。
【００３７】
（第２実施例）
第１実施例と異なる点を説明する。第２実施例のセンサ装置２は、燃料のエタノール濃度の他に、燃料タンク１００内の燃料の液位を検出する。図４に示すように、基板３２の表面３２ａには、電極対３３，３８以外に、電極対６０が配置されている。
【００３８】
電極対６０は、電極対３３の上方であって、２個の縦電極４１，４２の間に位置する。電極対６０は、薄膜の導電性材料（例えば銅、銀のいずれかを含む合金）で作製されている。電極対６０は、全体に亘って、保護膜３９に覆われている。電極対６０は、基準電極６２と信号電極６４とを備える。基準電極６２は、複数個（図４では１６個）の電極部分６２ａと縦電極６３とを備える（なお、図４では１個の電極部分６２ａのみに符号を付している）。縦電極６３は、基板３２の上端付近から、基板３２の長手方向に、最も上方に位置する電極部分３６ａ近傍まで直線状に伸びている。縦電極６３には、複数個の電極部分６２ａの一方の端（図４の右側の端）が接続されている。複数個の電極部分６２ａは、縦電極６３から、左側、即ち、縦電極６５に向かって伸びている。複数個の電極部分６２ａは、縦電極６３を介して、互いに電気的に接続される。複数個の電極部分６２ａは、互いに平行に、かつ、縦電極６３に対して垂直に配置されている。複数個の電極部分６２ａは、センサ３０の高さ方向に等間隔に配置されている。
【００３９】
信号電極６４は、複数個（図４では１６個）の電極部分６４ａと、縦電極６５と、を備える（なお、図４では１個の電極部分６４ａのみに符号を付している）。縦電極６５は、縦電極６３と同様に配置されている。縦電極６５には、複数個の電極部分６４ａの一方の端（図４の左側の端）が接続されている。複数個の電極部分６４ａは、縦電極６５から、縦電極６３に向かって伸びている。複数個の電極部分６４ａは、縦電極６５を介して、互いに電気的に接続される。複数個の電極部分６４ａは、互いに平行に、かつ、縦電極６５に対して垂直に配置されている。複数個の電極部分６４ａは、センサ３０の高さ方向に等間隔に配置されている。センサ３０の高さ方向に見たときに、電極部分５２ａと電極部分５４ａとは、交互に配置されている。
【００４０】
電極対６０は、燃料タンク１００内の燃料の液位が変化すると、燃料に浸漬されている部分の長さと、燃料タンク１００内の気体に露出している部分長さとが変化する。この結果、電極対６０の周囲の誘電率が変化する。この関係から、電極対６０の静電容量は、燃料の液位に相関して変化する。また、電極対６０の静電容量は、燃料の誘電率によって変化する。
【００４１】
制御装置１０は、信号電極６４に接続され、信号を供給する発振回路（図示省略）をさらに備える。なお、基準電極６２は、接地されている。制御装置１０は、発振回路５０と信号電極６４との間に接続される受信回路（図示省略）をさらに備える。演算回路５４は、信号電極６４に入力される信号を、受信回路から取得する。演算回路５４は、入力された信号を用いて、電極対６０の静電容量を算出する。次いで、演算回路５４は、電極対６０の静電容量と燃料の誘電率とを用いて、燃料の液位を特定する。
【００４２】
この構成によれば、電極対６０が燃料によって腐食されることを抑制することができる。また、燃料の液位は、電極対６０の静電容量と燃料の誘電率とを用いて特定されるため、燃料の液位を適切に特定することができる。
【００４３】
（第３実施例）
第２実施例と異なる点を説明する。図６に示すように、電極対３８は、基板３２の裏面３２ｂに配置されている。また、図５に示すように、電極対３３は、表面３２ａの下端付近に配置されている。図７に示すように、保護膜３９は、表面３２ａの全面を覆っている。なお、裏面３２ｂには、保護膜は配置されておらず、電極対３８は、全体的に、燃料に露出している。
【００４４】
この構成によれば、電極対３３と電極対３８とを同一の高さ、特に、電極部分３４ａ〜３７ａを同一の高さ範囲に配置することができる。燃料タンク１００内の燃料は、給油直後では、燃料タンクの高さ方向に不均一に分布されている場合がある。この構成によれば、燃料タンク１００内の燃料が、燃料タンクの高さ方向に不均一に分布されている場合でも、電極対３３と電極対３８とは、同質の燃料を検出することができる。
【００４５】
また、電極対３３を、基板３２の下端付近に配置することができる。この構成によれば、燃料の減少によって、電極対３３が燃料から露出することを抑制することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００４７】
（１）上記の実施例では、センサ３０は、３個の電極対３３，３８，６０以外の１個以上の電極対を備えていてもよい。例えば、制御装置１０は、３個の電極対３３，３８，６０以外の電極対を用いて、電極対３８の上端よりも下方に液面が存在する場合に、燃料の比誘電率と温度とに相関するが、燃料の液位に相関しない静電容量を算出してもよい。
【００４８】
（２）電極対３３，３８，６０の位置関係は、上記の実施例に限定されない。図７に示すように、電極対３３，３８は、電極対６０の左右両側に位置していてもよい。この場合、電極対３３，３８は、同じ高さであってもよい。また、保護膜３９は、電極対３８以外の電極対３３，６０を覆っていてもよい。
【００４９】
（３）本明細書で開示されるセンサ装置は、燃料の性状を特定するセンサ装置２に限られない。例えば、センサ装置は、エンジン内のエンジンオイルの性状（例えば、エンジンオイルの温度、液位、誘電率等）を特定してもよい。また、センサ装置２は、燃料の温度、エタノール濃度、液位以外に、例えば、液体の誘電率を用いて、液体の劣化の程度等を特定してもよい。本変形例では、液体の劣化の程度が、「液体の性状」の一例である。
【００５０】
（４）制御装置１０の回路構成は、図３に示す構成に限られない。例えば、制御装置１０は、１個の発振回路のみを備えていてもよい。この場合、制御装置１０は、正極３５に信号を供給する状態と、信号電極３６に信号供給する状態と、を切り替えるスイッチを備えていてもよい。同様に、制御装置１０は、１個の受信回路と、受信回路を、発振回路と正極３５との間に接続する状態と、発振回路と信号電極３６との間に接続する状態と、を切り替えるスイッチとを、備えていてもよい。また、受信回路５１，５３のそれぞれは、負極３７と基準電極３４とのそれぞれに接続されていてもよい。
【００５１】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５２】
２：センサ装置
１０：制御装置
３０：センサ
３２：基板
３３，３８，６０：電極対
３９：保護膜
５４：演算回路
１００：燃料タンク
【図１】
2015004568.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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