(57)【要約】【課題】  液体性状検出素子を備える液体状態検知センサにおいて、組み立て上の問題がなく、構造が複雑とならないセンサを提供する。【解決手段】  液体状態検知センサ１００は、尿素水溶液中の尿素の濃度を検出するセラミックヒータ（液体状態検出素子）１１０と、液体流通孔１３５、１３６が形成されると共に、セラミックヒータ１１０の先端部の径方向周囲を覆うプロテクタ１３０とを有する。そして、セラミックヒータ１１０を保持すると共に、内部電極２０の先端部２１に装着されるホルダ１２０の外面と、外筒電極１０と内部電極２０との間に介在するゴムブッシュ８０の内面との間で挟み込まれて固定（支持）される鍔部１３１を、プロテクタ１３０に形成している。これにより、プロテクタ１３０を内部電極２０等に固定するための接着工程やネジ止め工程が不要となり、組み立てが容易となり、構造が単純化する。【選択図】  図２
2007010587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容容器内に収容される液体中の特定成分の濃度を少なくとも検出するための液体性状検出素子を備える液体状態検知センサであって、
長手方向に延びる筒状の第１部材と、
前記第１部材の内側に配置されると共に、当該第１部材の長手方向に沿って延びる筒状または中実状の第２部材と、
前記液体性状検出素子の先端部を自身の先端より突出させた状態で当該液体性状検出素子を保持すると共に、前記第２部材の先端部に装着されるホルダと、
前記第２部材の外側と前記第１部材の内側との間に介在し、前記第２部材を前記第１部材に対して支持する支持部材であって、前記ホルダの径方向周囲を覆い、該ホルダが先端側に移動しないように支持する支持部材と、
前記液体が流通する流通孔が形成されると共に、前記ホルダの先端から突出する前記液体性状検出素子の前記先端部の径方向周囲を覆う包囲部材であって、前記ホルダの外面と前記支持部材の内面との間に挟持固定される固定部を有する包囲部材と、
を備えることを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の液体状態検知センサであって、
前記第２部材は筒状をなしており、前記第２部材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液体状態検知センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の液体状態検知センサであって、
前記ホルダは、前記内部電極の先端部の外側または内側にシールリングを介して装着されていることを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の液体状態検知センサであって、
前記第１部材の先端部は、前記包囲部材の径方向周囲を覆う位置まで延設されていることを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の液体状態検知センサであって、
前記支持部材はゴムからなり、前記第２部材は、該支持部材により前記第１部材に対して弾性的に保持されていることを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の液体状態検知センサであって、
前記第１部材は、導体からなる外筒電極である一方、前記第２部材は、導体からなる内部電極であり、前記第１部材と第２部材とによって、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レベル検知部を形成してなることを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の液体状態検知センサであって、
前記液体性状検出素子は、通電により発熱する発熱抵抗体を有し、前記発熱抵抗体の通電開始時の抵抗値と、前記発熱抵抗体の一定時間通電後の抵抗値とに基づき、前記特定成分の濃度を検出するように構成されていることを特徴とする液体状態検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体収容容器内に収容される液体中の特定成分の濃度を少なくとも検出するための液体性状検出素子を備える液体状態検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、適正な濃度範囲（尿素水溶液中に含まれる尿素の濃度範囲）があることが知られている。しかし、尿素水タンクに適正な濃度の尿素水溶液を収容した場合であっても、経時変化等に起因して尿素濃度が適正な範囲を逸脱してしまうことがある。また、尿素水タンクに誤って適正な尿素水溶液以外の液体（例えば、純水）が収容される可能性もある。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取り付け、尿素水溶液の濃度が適正範囲から逸脱した場合などの異常時に警告等を発し、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システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、尿素水溶液に含まれる尿素濃度を検出するセンサとして、後端部に尿素水タンク取り付け用の取付部が形成された支持部の先端部に、センサ部を取り付けたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２では、センサ部が、発熱体を含む濃度検知部と尿素水溶液との熱交換のための濃度検知部用熱伝達部材とから構成されており、濃度検知部用熱伝達部材を囲むように尿素溶液導入路を形成するカバー部材が設けられている。このようにカバー部材を設けることで、センサ部周囲の尿素水溶液に振動等に基づく激しい流動が生じ難く、センサ部による濃度検知の精度を高めることが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３７１８３１公報
【特許文献２】特開２００５−８４０２６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２に開示された濃度センサでは、カバー部材を取り付けるにあたって、取付ネジを複数用いて取り付ける構成であるため、部品点数が多くなりがちで組み立て作業が厄介であり、構造自体も複雑となる。
【０００６】
本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、液体中の特定成分の濃度を少なくとも検出するための液体性状検出素子を備える液体状態検知センサにおいて、組み立て上の問題がなく、構造が複雑とならない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】
その解決手段は、収容容器内に収容される液体中の特定成分の濃度を少なくとも検出するための液体性状検出素子を備える液体状態検知センサであって、長手方向に延びる筒状の第１部材と、前記第１部材の内側に配置されると共に、当該第１部材の長手方向に沿って延びる筒状または中実状の第２部材と、前記液体性状検出素子の先端部を自身の先端より突出させた状態で当該液体性状検出素子を保持すると共に、前記第２部材の先端部に装着されるホルダと、前記第２部材の外側と前記第１部材の内側との間に介在し、前記第２部材を前記第１部材に対して支持する支持部材であって、前記ホルダの径方向周囲を覆い、該ホルダが先端側に移動しないように支持する支持部材と、前記液体が流通する流通孔が形成されると共に、前記ホルダの先端から突出する前記液体性状検出素子の前記先端部の径方向周囲を覆う包囲部材であって、前記ホルダの外面と前記支持部材の内面との間で挟持固定される固定部を有する包囲部材と、を備える液体状態検知センサである。
【０００８】
この液体状態検知センサは、液体が流通する流通孔が形成されると共に、液体性状検出素子の先端部の径方向周囲を覆う包囲部材を有する。そして、本発明では、液体性状検出素子を保持すると共に、第２部材の先端部に装着されるホルダの外面と、第１部材と第２部材との間に介在すると共に、ホルダの径方向周囲を覆って当該ホルダの先端側への移動を規制する支持部材の内面との間で挟み込まれて固定（支持）される固定部を、包囲部材に設けたことが注目すべき点である。
【０００９】
このように本発明の液体状態検知センサでは、固定部をホルダと支持部材との間で挟持させるだけで包囲部材を第２部材に対して固定することができるので、包囲部材を第２部材等に固定する（組み付ける）ために、接着剤を使った接着工程や取付ネジを用いてネジ止め工程を実行する必要がない。従って、包囲部材を固定するための工数が従来に比して大きく低減し、組み立て上も容易となり、また構成が簡素化し、安価な液体状態検知センサとすることができる。また、液体性状検出素子を包囲部材により包囲しているので、振動等に起因して収容容器内の液体が激しく流動しても、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、流動に伴う圧力が液体性状検出素子に直接及ぶのを軽減することができる。これにより、液体性状検出素子の耐久性を向上させることができ、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替わることがないため、安定した濃度検知を行うことができる。
【００１０】
なお、液体性状検出素子は、液体に含まれる特定成分の濃度を少なくとも検出するものであればよく、濃度以外に液体の温度や、液体の下限レベルを下回ったか否かを検知するものであっても良い。また、液体としては、尿素水溶液、金属粉やセラミック粉が含有された溶液やスラリーなどが挙げられ、それら液体に含まれる特定成分としては、尿素水溶液であれば尿素を例示することができる。
【００１１】
さらに、上記の液体状態検知センサであって、前記第２部材は筒状をなしており、前記第２部材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液体状態検知センサとすると良い。
【００１２】
本発明の液体状態検知センサでは、第２部材の内側に液体性状検出素子と電気的に接続されるリード線を挿通させている。このように、リード線を液体に接しないように保護する保護部材を別途に設けずに、液体性状検出素子を収容容器内の狙い位置に配置させるための第２部材をリード線の保護部材として兼用させることにより、液体状態検知センサの構造の簡素化とコストダウンを有効に図ることができる。
【００１３】
さらに、上記の液体状態検知センサであって、前記ホルダは、前記内部電極の先端部の外側または内側にシールリングを介して装着されている液体状態検知センサとすると良い。
【００１４】
本発明の液体状態検知センサでは、シールリングがホルダと第２部材との間に介在することから、ホルダと第２部材との間の水密性を良好に確保することができる。これにより、第２部材の内側に液体が侵入するのを抑制することができ、第２部材の内側に配置されるリード線に腐食が生じたり、液体性状検出素子から出力が得られなくなったりするのを防ぐことができる。
【００１５】
さらに、上述した液体状態検知センサであって、前記第１部材の先端部は、前記包囲部材の径方向周囲を覆う位置まで延設されている液体状態検知センサとすると良い。
【００１６】
本発明の液体状態検知センサによれば、包囲部材に加えて液体性状検出素子の周囲が第１部材の先端部にも覆われることになるため、振動等に起因して収容容器内の液体が激しく流動しても、包囲部材及び第１部材の先端部が防壁となるため、流動に伴う圧力が液体性状検出素子に直接及ぶのをより一層軽減することができる。これにより、液体性状検出素子の耐久性をさらに向上させることができ、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替わることがないため、より安定した濃度検知を行うことができる。
【００１７】
さらに、上述した液体状態検知センサであって、前記支持部材はゴムからなり、前記第２部材は、該支持部材により前記第１部材に対して弾性的に保持されている液体状態検知センサとすると良い。
【００１８】
本発明の液体状態検知センサによれば、第２部材をゴム製の支持部材により第１部材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、第１部材、第２部材の変形を有効に抑制することができる。これにより、安定してホルダを支持部材に支持させることができ、ひいては液体性状検出素子のホルダによる保持を長期にわたって良好に維持することができる。
【００１９】
さらに、上述した液体状態検知センサであって、前記第１部材は、導体からなる外筒電極である一方、前記第２部材は、導体からなる内部電極であり、前記第１部材と第２部材とによって、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レベル検知部を形成してなる液体状態検知センサとすると良い。
【００２０】
本発明の液体状態検知センサでは、第１部材及び第２部材を導体から構成し、この第１部材と第２部材とによって、収容容器内に収容される液体のレベルに応じて静電容量が変化するレベル検知部（即ち、コンデンサ）を形成している。このように、液体性状検出素子を収容容器内の狙い位置に配置させるための第１部材及び第２部材をレベル検知部として兼用させることで、１つの液体状態検知センサを用いて、少なくとも液体の特定成分の濃度検知と液体のレベル変化の検知を行うことができる。これにより、収容容器内に収容される液体の濃度検知とレベル変化の検知を行う必要がある場合にも、１つのセンサを取り付けるだけで両検知を行うことができる。なお、液体が尿素水溶液のように導電性を呈する場合には、第１部材と第２部材との間での短絡防止のために、第２部材のうちで液体に接触する予定の部位の表面に絶縁性の被膜をコーティングすることで、導電性の液体のレベル変化を検知することが可能となる。
【００２１】
さらに、上述した液体状態検知センサであって、前記液体性状検出素子は、通電により発熱する発熱抵抗体を有し、前記発熱抵抗体の通電開始時の抵抗値と、前記発熱抵抗体の一定時間通電後の抵抗値とに基づき、前記特定成分の濃度を検出するように構成されている液体状態検知センサとすると良い。
【００２２】
本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を有している。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から、発熱抵抗体を用いて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の傾向が異なることになる。そこで、本発明では、抵抗値が温度によって変化する発熱抵抗体に一定時間の通電を行い、発熱抵抗体の通電開始時の抵抗値と、発熱抵抗体の一定時間通電後の抵抗値とに基づき、発熱抵抗体の温度上昇の度合を捉え、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、安定した特定成分の濃度検知を迅速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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（液位）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。
【００２６】
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つの空気抜き孔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、そのセラミックヒータ１１０を覆って保護するプロテクタ１３０ごと包囲するように、開口部１６の位置よりさらに軸線Ｏ方向先端側に延長されている。そして最先端部は開口されており、液体性状検知部３０を構成するプロテクタ１３０が開口側から視認可能な状態となっている。なお、外筒電極１０が、本発明における「第１部材」に相当する。
【００２７】
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を介し、外筒電極１０は接地されている。
【００２８】
回路基板６０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。
【００２９】
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。なお、内部電極２０が、本発明における「第２部材」に相当する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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５６は、パイプガイド５５との間に押さえ板５７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。
【００３３】
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。
【００３４】
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のパターンよりも小さくするようにして、通電時、主に発熱抵抗体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、それぞれセラミック基体１１１の表面に貫通するスルーホール（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。
【００３５】
次に、図２に示すように、セラミックヒータ１１０を支持する絶縁性樹脂製のホルダ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１１４の埋設された側を露出した状態で、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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１１４側がホルダ１２０から露出されたセラミックヒータ１１０は、プロテクタ１３０内に収容される。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。なお、鍔部１３１が、本発明における「固定部」に相当する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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の静電容量といえる。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。
【００４９】
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。なお、本実施の形態では、尿素水溶液のレベル検知を回路基板６０に搭載したマイクロコンピュータを含むレベル検知回路で行っており、レベル検知回路にて得られたレベル情報信号を、コネクタ６２を介して外部回路（例えば、ＥＣＵ）に対し出力している。外部回路は、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が適正か否かを判定し、適正では無い場合に運転者のその旨を通知する処理を適宜行う。
【００５０】
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。
【００５１】
本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、発熱抵抗体１１４に定電流を流すように構成されており、発熱抵抗体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、発熱抵抗体１１４の一端の電位をＰｉｎとし、発熱抵抗体１１４の他端の電位をＰｏｕｔとしたとき、検出電圧Ｖｄは、電位Ｐｉｎと電位Ｐｏｕｔの差分で求められる。具体的には、まず、発熱抵抗体１１４への通電開始直後の検出電圧Ｖｄを測定し、一定時間後（例えば７００ｍｓ後）に、再度検出電圧Ｖｄの測定を行う。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決定を行っている。なお、本実施の形態では、尿素水溶液のレベル検知と同様に、尿素水溶液の濃度検知（算出）を回路基板６０に搭載したマイクロコンピュータを含む濃度検知回路で行っており、濃度検知回路にて得られた濃度情報信号を、コネクタ６２を介して外部回路（例えば、ＥＣＵ）に対し出力している。外部回路は、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定し、適正範囲に無い場合に運転者にその旨を通知する処理を適宜行う。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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１１４の抵抗値を用い、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。
【００５５】
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によりレベル検知部７０を形成せずに、両筒状部材を、液体液状検知部３０を尿素水タンクの狙い位置に配置させるための位置決め部材として単に使用するようにしてもよい。
【００５６】
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。
【００５７】
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１１４に定電流を流し始めた直後の当該発熱抵抗体１１４の抵抗値の大きさ（より詳細には、発熱抵抗体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。発熱抵抗体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１１４の抵抗値の変化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。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【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】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。
【図１２】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。
【符号の説明】
【００５９】
１０    外筒電極（第１部材）
１１    外筒電極の先端部
２０    内部電極（第２部材）
２１    内部電極の先端部
２３    絶縁性被膜
３０    液体性状検知部
４０    取付部
７０    レベル検知部
８０    ゴムブッシュ（支持部材）
８５，８６  流通路
９０    リード線
１００    液体状態検知センサ
１１０    セラミックヒータ（液体性状検出素子）
１１４    発熱抵抗体
１２０    ホルダ
１３０    プロテクタ（包囲部材）
１３５，１３６  液体流通孔
１４０    シールリング
【図１】
2007010587.tif 000003
【図２】
2007010587.tif 000004
【図３】
2007010587.tif 000005
【図４】
2007010587.tif 000006
【図５】
2007010587.tif 000007
【図６】
2007010587.tif 000008
【図７】
2007010587.tif 000009
【図８】
2007010587.tif 000010
【図９】
2007010587.tif 000011
【図１０】
2007010587.tif 000012
【図１１】
2007010587.tif 000013
【図１２】
2007010587.tif 000014