液体状態検知センサ
【課題】液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子を備える液体状態検知センサで、素子を包囲するようにその外側に配置された外側包囲部の内側に入り込んだ気泡を、外側に円滑に排出して、気泡による濃度検知に対する悪影響を低減する。
【解決手段】外筒電極の下端寄り部位を延設してなる外側包囲部１１ｂの内側であってゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａの下方に、素子１１０の先端部１１０ｂの外側との間に空間が形成されるもので、外側包囲部１１ｂの側壁に気泡排気用の貫通部１８を形成する。ゴム状弾性部材の下向き面８０ａと外周面８９とのなす交差稜部のうち、貫通部１８に対応する部位に、切欠き部８０ｋを形成した。一方、貫通部１８は、切欠き部８０ｋにおける高さＨの範囲内で設けた。外側包囲部１１ｂの内側に侵入した気泡Ｗは、切欠き部８０ｋ及び貫通部１８を通過して、その外側に排出されるから、悪影響を低減できる。
【解決手段】外筒電極の下端寄り部位を延設してなる外側包囲部１１ｂの内側であってゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａの下方に、素子１１０の先端部１１０ｂの外側との間に空間が形成されるもので、外側包囲部１１ｂの側壁に気泡排気用の貫通部１８を形成する。ゴム状弾性部材の下向き面８０ａと外周面８９とのなす交差稜部のうち、貫通部１８に対応する部位に、切欠き部８０ｋを形成した。一方、貫通部１８は、切欠き部８０ｋにおける高さＨの範囲内で設けた。外側包囲部１１ｂの内側に侵入した気泡Ｗは、切欠き部８０ｋ及び貫通部１８を通過して、その外側に排出されるから、悪影響を低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の状態を検知する液体状態検知センサに関し、特に、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子を備える液体状態検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼル機関、例えば、ディーゼルエンジンを搭載した自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して無害化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。この装置では、還元剤として尿素水溶液が用いられるが、この装置で窒素酸化物を効果的に還元するには、尿素水溶液が適正な濃度範囲（尿素水溶液中の尿素液度の範囲）であることが必要である。
【０００３】
しかし、この尿素水溶液を貯溜する尿素水タンクに適正濃度の尿素水溶液を収容した場合でも、経時変化等に起因して尿素濃度が適正範囲を逸脱してしまうことがある。また、尿素水タンクに、水道水など、適正な尿素濃度の尿素水溶液以外の液体を注入してしまう場合もあり得る。
【０００４】
そこで、尿素水タンクに、尿素水溶液の尿素濃度を検知する濃度センサを取り付け、尿素水溶液の尿素濃度が適正範囲から逸脱した場合など、異常時に警告等を発し、排ガス浄化装置における窒素酸化物の還元（浄化）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（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２０００−３７１８３１号公報
【特許文献２】ＷＯ ２００７／００４５４３ Ａ１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、液体中の特定成分の濃度を検知する液体状態検知センサであって、その検知手段をなす液体濃度検知素子をその液中に液没させてその濃度を検知するものにおいては、次のような解決すべき課題がある。というのは、このような液体濃度検知素子（以下、単に素子とも言う）を用いて、尿素水溶液などの液体における尿素などの特定成分の濃度を検知するに当たっては、液体に含まれる気泡とくに多数の気泡（群）が、測定の妨げとなることがあるという点である。これは、液体中の特定成分の濃度を測定するのに、液体濃度検知素子に気泡が付着していたのでは、液体の濃度を検知するのに気泡の影響が重畳するなどの不具合を生じさせるからである。
【０００６】
一方、液体濃度検知素子のうち液中に配置される部分の周囲には、液体の流れの制御や素子の保護等を目的として、液の流動ないし出入りを許容する貫通部（貫通穴）付きの素子保護カバー（プロテクタ）を設ける場合がある。また、このような素子保護カバーに加えて、その貫通部からカバー内に入り込む液が素子に直接衝突するのを防止するなどの目的から、或いは、液体状態検知センサの構成ないし構造上から、液体濃度検知素子又は素子を包囲する素子保護カバーの外側（周囲）に、筒状部材又は環状部材などからなる外側包囲部材を支持部材を介在させて配置する構造としたい場合もある。さらに、液体状態検知センサが、特許文献２のように、導体からなる筒状の外筒電極と、この外筒電極内でその軸線方向に沿って設けられた導体からなる内部電極とを有し、この両電極の間で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（液位）検知部を備えているものであり、素子が内部電極の先端に取付けられるものでは、液流などから素子をさらに保護するため、外筒電極の先端を延設して、外側包囲部材と同様の役割を担うことになる外側包囲部を形成し、この外側包囲部にて素子を包囲することもある。
【０００７】
ところが、このように外側包囲部材又は外側包囲部（以下、外側包囲部ともいう）を設ける場合には、その外側包囲部で包囲される空間（領域）内に、液中に侵入或いは含まれる気泡或いは気泡群（以下、単に気泡とも言う）が滞留することがある。このように外側包囲部内に侵入した気泡は、液の流動或いは揺れに伴って、素子保護カバーの貫通部を通ってその内側に入り込むことがある。その場合には、入り込んだ気泡が、液体濃度検知素子の周囲を取り囲むことになり、その結果として濃度の誤検知を招いたりする。このように、外側包囲部を配置する場合には、その存在ゆえに、その内側に気泡が滞留し易く、結果として濃度検知に悪影響が生じることがあるといった問題があった。
【０００８】
なお、このような気泡対策としては、外側包囲部材又は外側包囲部自体の壁面に貫通部を設けて気泡の排出路を設けることが提案される。このようにすれば、その貫通部から外側包囲部の外側に気泡を排出（ないし誘導）できるため、素子保護カバーの有無にかかわらず、気泡が素子に接するのが防止される。しかし、そのような貫通部を設けることは本来、外側包囲部を設ける目的からすれば好ましいものではない。また、単に貫通部を設けたとしても、気泡の円滑な排出は容易でないし、一掃することは達成されない。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子を備える液体状態検知センサにおいて、気泡による濃度検知に対する悪影響を低減できるようにすることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の本発明は、導体からなる筒状の外筒電極と、
この外筒電極内でその軸線方向に沿って設けられた導体からなる内部電極とを有し、
この両電極の間で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を備えており、
さらに、前記内部電極の先端部に取付けられたホルダ部材と、
該ホルダ部材の下端から、自身の先端部を突出させた状態でそのホルダ部材に保持されてなる、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子と、
自身の下向き面が前記ホルダ部材の下端より低位置とならないようにして前記ホルダ部材の外周面に外嵌されてなると共に、前記外筒電極に内嵌されてなる筒状ないし環状をなす支持部材と、を備える液体状態検知センサであって、
前記外筒電極は、前記支持部材の下向き面よりも下方に延びて前記素子の先端部の外側と自身の内側に空間を形成する外側包囲部を有し、
該外側包囲部の側壁には内外に通じる気泡排気用の貫通部が１又は複数形成されて、前記素子がその先端部を下方にして液体中に液没された際に、前記外側包囲部の内側の前記空間にある液体中に侵入した気泡が、前記貫通部を通過して該外側包囲部の外側に排出されるように構成されており、
しかも、前記支持部材における下向き面と外周面とのなす交差稜部のうち、前記外側包囲部の周方向における前記貫通部に対応する部位に、切欠き部が形成されているか、或いは、周方向に沿って面取り部が形成されており、
前記貫通部の少なくとも一部が、前記切欠き部又は前記面取り部における高さの範囲内に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の本発明は、前記支持部材における下向き面は、全体が平坦面か、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体状態検知センサである。そして、請求項３に記載の本発明は、前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部が傾斜面取り状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体状態検知センサである。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、前記支持部材の下向き面側であって前記外筒電極の内側には、該支持部材をその下向き面において位置決めするための位置決め板部を有する位置決め部材が取付けられており、
前記位置決め板部は、その外周縁又は外周縁寄り部位のうち、前記外側包囲部に形成されたその周方向における前記貫通部に対応する部位に、気泡が通過可能の切欠き部を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体状態検知センサである。
【００１３】
請求項５に記載の本発明は、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子と、
前記素子の下端に位置する先端部を、自身の下端から突出させた状態で該素子を保持してなるホルダ部材と、
自身の下向き面が前記ホルダ部材の下端より低位置とならないようにして前記ホルダ部材の外周面に外嵌されてなる筒状ないし環状をなす支持部材と、
前記支持部材の下向き面の下方であって前記素子の先端部の外側と自身の内側に空間が形成されるように、該支持部材の外周面に外嵌されてなる筒状又は環状に形成された外側包囲部材と、を備える液体状態検知センサであって、
該外側包囲部材の側壁には内外に通じる貫通部が１又は複数形成されて、前記素子がその先端部を下方にして液体中に液没された際に、前記外側包囲部材の内側の前記空間内にある液体中に侵入した気泡が、前記貫通部を通過して該外側包囲部材の外側に排出されるように構成されており、
しかも、前記支持部材における下向き面と外周面とのなす交差稜部のうち、前記外側包囲部材の周方向における前記貫通部に対応する部位に、切欠き部が形成されているか、或いは、周方向に沿って面取り部が形成されており、
前記貫通部の少なくとも一部が、前記切欠き部又は前記面取り部における高さの範囲内に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、前記支持部材における下向き面は、全体が平坦面か、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成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である。そして、請求項７に記載の本発明は、前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部が傾斜面取り状に形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の液体状態検知センサである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の作用ないし効果について、図２〜図４を参照して説明すると、本発明の液体状態検知センサでは、支持部材であるゴム状弾性部材８０における切欠き部（又は面取り部）８０ｋと、外側包囲部（以下、外側包囲部材又は外側包囲部ともいう）１１ｂにおける貫通部１８との位置関係が、その貫通部１８の少なくとも一部が、切欠き部８０ｋにおける高さＨの範囲内に存在するように設けられている。このため、本液体状態検知センサの使用過程で、液体中の気泡Ｗが外側包囲部１１ｂの内側の空間（以下、包囲空間とも言う）に入り込んだとしても、その気泡Ｗは、外側包囲部材１１ｂ内に入って液体中を上昇する過程においてゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａ（又は位置決め板部１５２）に突き当り、その下向き面の外周縁に至ると、切欠き部８０ｋに案内され、外側包囲部１１ｂの側壁に形成された貫通部１８を通って外側に排出され得る。すなわち、本発明の液体状態検知センサでは、液体中の気泡Ｗが包囲空間内に入り込んだとしても、その内部の上方に位置するゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａのうち、外周に形成された切欠き部８０ｋに案内され、貫通部１８を気泡の通過路として外側包囲部１１ｂの外側に排出されるため、気泡Ｗが包囲空間内に滞留するのが防止される。このように本発明の液体状態検知センサによれば、外側包囲部１１ｂ内に入り込んだ気泡が、液体濃度検知素子１１０の先端部に付着することが防止される。これにより、液体中の特定成分の濃度検知に対する支障の発生防止に効果的である。なお、ここでは支持部材としてゴム状弾性部材からなるものを示したが、支持部材の材質がこれに限定されるものでないことは言うまでもない。
【００１６】
本発明においては、貫通部の少なくとも一部が、前記切欠き部（又は前記面取り部）における高さの範囲内に存在するように設けられていればよい。この場合、気泡の排出性能の点からは、貫通部は、その上端縁が前記切欠き部（又は前記面取り部）における上端縁より上に位置させることが好ましい。さらに、この位置関係に加えて、貫通部の下端縁が前記切欠き部（又は前記面取り部）における下端縁より下に位置させることが好ましい。ただし、貫通部の下端縁が下方に位置するほど、素子を包囲する外側包囲部の本来の目的を損ねることにもなるため、貫通部はこれらを考慮して、その上端縁及び下端縁の位置、さらには形状や寸法を設定するのが好ましい。
【００１７】
なお、前記支持部材における下向き面は、請求項２又は請求項６に記載したように、全体が平坦面（水平の平面）か、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成されていると、気泡が外側に円滑に案内される。このような傾斜面に形成することで、下向き面は、円錐形状、円錐台形状などのテーパ形状となる。
【００１８】
なお、本発明において、前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部は、請求項３又は請求項７に記載したように、傾斜面取り状に形成されているのが、気泡の排出性能の点から好ましいが、円弧面取り状に形成してもよい。もっとも本発明の前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部は、図３に示したような縦断面において、階段状をなしていてもよいなど、その形は限定されるものではない。
【００１９】
さらに、本発明の液体濃度検知素子は、少なくとも液体中の特定成分の濃度を検知するセンサであればよい。ただし、この濃度のほか、液体の温度や、液体の有無（液位が下限レベルを下回ったか否かを検知するもの）、或いは液体の種類、或いはこれらを併せて検知するものであってもよい。請求項１〜４に記載したセンサは、内外両電極を有してなるレベル検知部を備えたセンサであり、液位を検知することもできるものであるが、請求項５〜７に記載したセンサは、このようなレベル検知部を備えないセンサである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図１１に基づいて説明するが、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に含まれる尿素の濃度検知素子等からなる濃度検知部に加えて、尿素水溶液のレベル（液位）の検知部（レベル検知部）を備えているものである。すなわち、図１及び図２に示すように、液体状態検知センサ（以下、単にセンサともいう）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の下端側（図１，２下端側）に設けられた濃度検知部３０を主体として、以下に詳述するように構成されている。
【００２１】
まず、レベル検知部７０について説明する。レベル検知部７０をなす外筒電極１０は金属材料（導体）からなり、軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状を呈している。外筒電極１０の外周上における周方向に等間隔となる例えば３本の母線（図示せず）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の下端寄り部位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支持部材としてのゴム状弾性部材８０の抜け防止のための開口部（円形穴）１６が３つ、同寸で同一高さ位置にそれぞれ貫通して設けられている。さらに、外筒電極１０の基端部（図示上端）１２に近い位置で、スリット１５が形成された各母線のうちの１つの母線上には、１つの空気抜き孔１９が形成されている。
【００２２】
また、外筒電極１０の下端寄り部位１１は、後述する濃度検知部３０をなす液体濃度検知素子（セラミックヒータ）１１０の先端部（下端部）１１０ｂを包囲するように延設されており、本例では素子１１０の先端部１１０ｂを覆って保護する素子保護カバー１３０ごと、自身の内側に空間を保持して包囲する外側包囲部１１ｂをなしている。この外側包囲部１１ｂは、開口部１６の位置より下端側において、軸線Ｏ方向（図示下端側）に、本例では素子保護カバー１３０の下端を超えて延設（延長）されている。この外側包囲部１１ｂは、外筒電極１０をなす筒部材にて形成されており、その図示下端１０ａは開口されている。この外側包囲部１１ｂのうち、抜け防止のための３つの開口部（円形穴）１６の周方向における中間位置の側壁には、詳しくは後述するが、外側包囲部１１ｂが液没された際に、外側包囲部１１ｂの内外に気泡を通過可能な貫通部（円形穴）１８が３つ、同寸で同一高さ位置にそれぞれ貫通して設けられている。ただし、この高さ位置は、開口部１６より下に位置するように設定されている。なお、詳細は後述するが、この貫通部（円形穴）１８は、図３及び図４に示したように、その下端縁１８ａが本形態ではゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａと略一致する位置に設定されている。
【００２３】
他方、外筒電極１０は、その図示上端である基端部１２が、金属製の取付部（取付け部材）４０の下部中央に下向きに突出する筒状（円筒状）の電極支持部４１の外周に嵌合（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（図示せず）にセンサ１００を固定するための取付けフランジとして機能するところであり、取り付けボルトを挿通するための取り付け孔（図示せず）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（図示上側）には、センサ１００と外部回路（図示せず）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が立設形成されている。
【００２４】
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（図示せず）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（図示せず）と回路基板６０上の電極端子とが配線ケーブル６１によって接続されており、このコネクタ６２を介し、回路基板６０と外部回路（図示せず）との接続が行われている。
【００２５】
また、取付部４０における電極支持部４１の内周面（孔）４６は収容部４３内に開口されており、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っている。なお、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。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。
【００２６】
この内部電極２０の軸線Ｏ方向の図示上端側の基端部２２の外周には、内部電極２０を取付部４０に固定するためにフランジ状をなすパイプガイド５５が固定されており、電極支持部４１における孔４６内に配置された筒状のインナーケース５０の内側に配置され、パイプガイド５５を介して吊下げ状に係合されている。すなわち、このパイプガイド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（吊下げ部）である。一方、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、下端側が取付部４０の電極支持部４１の孔４６に内挿されている。そして、このインナーケース５０の上端部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、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ている。内部電極２０は、収容部４３側からインナーケース５０の内側に挿通されており、パイプガイド５５が鍔部５１の上面に当接することで、脱落が防止されている。
【００２７】
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とが設けられており、その外周と取付部４０の孔４６との間の隙間、そしてその内周と内部電極２０の基端部２２の外周との間の隙間をそれぞれ密閉している。これにより、センサ１００が尿素水タンク（図示せず）の天板又は上蓋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ている。なお、取付部４０の鍔部４２の下端側の面（図１下面）には図示せずの板状のシール部材が装着され、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。
【００２８】
なお、内部電極２０の取付部４０への組み付けは、図１に示したように、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ことによっている。ただし、押さえ板５６は、パイプガイド５５との間に絶縁性のある押さえ板５７を挟み込み、パイプガイド５５を押圧した状態で、ネジ５８による締付けによって収容部４３内に固定されている。これにより、内部電極２０が電極支持部４１に固定されている。この固定に使用している押さえ板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、後述する液体濃度検出素子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（図示せず）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ている。
【００２９】
さて、次に濃度検知部３０について説明するが、この濃度検知部３０は、内部電極２０の下端部２１に設けられている（図１、図２参照）。具体的には次のようである。濃度検知部３０は、本例では尿素水溶液中の尿素の濃度検出を行う液体濃度検出素子（セラミックヒータ）１１０と、この液体濃度検出素子１１０をその先端部（下端部）１１０ｂを突出させた状態で保持すると共に、内部電極２０の下端部２１に取付けられた絶縁性樹脂製のホルダ部材１２０などから構成されている。ただし、本形態では、このホルダ部材１２０の下端から突出する液体濃度検出素子１１０の先端部１１０ｂは、素子保護カバー１３０により包囲されて保護されている。素子保護カバー１３０の詳細は後述する。
【００３０】
このうち液体濃度検出素子１１０は、図５に示したように、絶縁性セラミックからなる矩形板状のセラミック基体１１１上にＰｔまたはＷを主体とするヒータパターン１１５を形成し、対となる矩形板状のセラミック基体（図示せず）で挟んだ状態でヒータパターン１１５を埋設状に形成したものである。ここでは発熱抵抗体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の表面に貫通するビア導体またはスルーホール導体（図示せず）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つの端子１１９（図２では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。
【００３１】
また、液体濃度検出素子１１０を支持する絶縁性樹脂製のホルダ部材１２０は、図２等に示したように、同心で、大径をなす大径円筒部１２２と小径をなす小径円筒部１２１との径違いの円筒状に形成されており、その大径円筒部１２２の内側に内部電極２０の下端部２１を挿入させてその外周を覆っている。なお、本形態では、このようにホルダ部材１２０を内部電極２０の下端部２１に取付けており、詳しくは後述するが、このホルダ部材１２０を介して、環状のゴム状弾性部材８０の内側にて内部電極２０の下端部２１を弾性的に支持している。また、このホルダ部材１２０における大径円筒部１２２と小径円筒部１２１とを接続する部位の外周面は下端に向かって縮径するテーパー状の段部（テーパ部）１２３とされている。そして、ホルダ部材１２０の下端寄り部位をなす小径円筒部１２１の外周面には、周方向に等角度間隔で４箇所、正面視において略矩形をなす凹部１２４が形成（凹設）されている。また、ホルダ部材１２０の小径円筒部１２１の下端（面）１２５の外周寄り部位には上向きにテーパが付されたテーパ面を有している。なお、ゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａは、ホルダ部材１２０の下端（面）１２５より低位置とならない位置に保持されている。
【００３２】
一方、ホルダ部材１２０の内周面は、小径円筒部１２１、段部１２３、そして大径円筒部１２２に向けて、段付き状に拡径する横断面円形に形成されている。ただし、小径円筒部１２１の下端面１２５には、液体濃度検出素子１１０の先端部１１０ｂが略隙間なく突出可能に軸線Ｏ方向から見て（横断面において）矩形をなす開口１２６が形成されている。この開口１２６の横断面における矩形の短辺及び長辺は、それぞれ液体濃度検出素子１１０の厚み及び幅の各寸法に対応するように設定されている。そして、素子１１０は、長手方向のリード部１１２，１１３（図５参照）側を小径円筒部１２１内に挿入し、発熱抵抗体１１４の埋設された先端部１１０ｂ側をホルダ部材１２０の下端面１２５から突出（露出）させ、その状態で、接着剤又は樹脂１２９を小径円筒部１２１の内周面１２７内に充填して固化させることにより、液体濃度検出素子１１０はホルダ部材１２０の開口１２６内にシールを保持して固定されている。
【００３３】
他方、大径円筒部１２２の内径は、内部電極２０の下端部２１の外径より若干大きく構成されており、その内周面１２８には本形態では２つの凹溝１２８ｂがその周方向に形成されている。しかして、このようなホルダ部材１２０が大径円筒部１２２側から内部電極２０の下端部２１に外嵌状に装着されている。ただし、その２つの凹溝１２８ｂに装填されたそれぞれのシールリング（例えばゴム製のＯリングパッキン）１４０を介して、その内周面１２８と内部電極２０の外周面との間のシールが確保され、内部電極２０の内部にこの間を通って測定対象をなす液が侵入することが防止されている。また、ホルダ部材１２０の段部１２３の内周面には、環状の棚段部１２８ｃが形成されており、ホルダ部材１２０が内部電極２０の下端部２１に装着された状態において、その下端部２１の端面２１ｂがこの棚段部１２８ｃに当接して軸線Ｏ方向の位置決めがされている。なお絶縁性被膜２３は、内部電極２０の外周面における下端部から、上端側の基端部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（図示せず）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がないようにされている。
【００３４】
なお、ホルダ部材１２０の内部電極２０への装着前において、液体濃度検出素子１１０の端子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。そして、その装着状態において、絶縁性の保護部材９５により、端子１１９とリード線９０とが接合部位ごと覆われて保護されている。さらに、この２本のリード線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。
【００３５】
また、本例では、ホルダ部材１２０の下端側には、液体濃度検出素子１１０の下端部の周囲を覆って保護する素子保護カバー１３０がその上部を外嵌状にして取付けられている。この素子保護カバー１３０は、例えば金属板製で有底円筒形状に形成されている。また、素子保護カバー１３０の胴部１３３の外周上にて、本形態では周方向に等間隔となる４本の母線上に、それぞれ２つの円形に開口された測定対象をなす液の流通孔１３５が形成されている。そして、底部１３２にはその中心に同様に開口された流通孔１３６が形成されている。このような素子保護カバー１３０は、その胴部１３３の内径が、上記したホルダ部材１２０における小径円筒部１２１の外径と同じか若干大きくなるように設定されている。そして、素子保護カバー１３０は、その胴部１３３のうち、ホルダ部材１２０に外嵌される基端（上端）又は基端寄り部位であって、周方向に等角度間隔で４箇所の部位には、その内側に下向き突出する凸部（舌片状の爪）１３７が設けられており、弾性変形してホルダ部材１２０における凹部１２４に嵌合して、ホルダ部材１２０に抜け止め状に、しかも軸線Ｏ回りに回転不能とされている。
【００３６】
他方、ゴム状弾性部材８０は、自身の下向き面８０ａがホルダ部材１２０の下端１２５より低位置とならないように、ホルダ部材１２０の外周面に外嵌されているが、同時に、その外周面８９を外筒電極１０の下端寄り部位１１の内周面に内嵌している。これにより、内部電極２０と外筒電極１０とは、その下方において相互に支持しあう形を成している。ただし、ゴム状弾性部材８０は、本形態では、図６、図７に示すように、それ自体全体が筒状又は環状をなすように構成されているが、その内周面は、素子保護カバー１３０の胴部１３３の外周面のうち、凸部１３７に対応する部位と、素子保護カバー１３０を避けたホルダ部材１２０の大径円筒部１２２の外周面とに、軸線Ｏ方向の先後に跨るようにして、その胴部１３３と大径円筒部１２２との外周面に締り嵌め状に取付けられるように、内径が径違いの筒状をなしている。そして、下端側の円筒部の内周面８１が小径をなし、上端側の円筒部の内周面８２が大径をなしている。小径の内周面８１は、その内径が素子保護カバー１３０の胴部１３３の外径より若干小さくされており、大径の円筒部の内周面８２は、その内径がホルダ部材１２０の大径円筒部１２２の外径より若干小さくされており、両者をテーパー状の内周面８３にて接続している。ただし、この内周面８３は、ホルダ部材１２０に外嵌される前は、若干、凸となす円弧状を呈している。
【００３７】
このように、ゴム状弾性部材８０の内周側の面は、ホルダ部材１２０および素子保護カバー１３０の外周面が締り嵌め状に嵌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。ただし、その内周面８２、８３上で、外周面８９上にて周方向に等間隔となる３本の各母線に対応する位置には、各内周面８２，８３上を連続する溝部８４がそれぞれ溝設されている（図６，７参照）。
【００３８】
また、本形態のゴム状弾性部材８０は、その溝部８４に対応する外周面８９上であって、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にそれぞれ嵌合（係合）し、抜け防止及び回転防止として機能する突起部８７が設けられている。本形態では、この突起部８７は、正面は略円形とされているが、側面視においては、下端側に向かって高さが高くなる（突出量が大きくなる）鋸歯（又は人の鼻）形状を呈している。また、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。しかして、このようなゴム状弾性部材８０は、外筒電極１０の内側へその下端１０ａ側から圧入され、ホルダ部材１２０における小径円筒部１２１に嵌合された素子保護カバー１３０を下端側の円筒部の内周面８１に臨ませると共に、外周面８９の突起部８７を外筒電極１０の各開口部１６にそれぞれ嵌合させている。これにより、内部電極２０は外筒電極１０の下端寄り部位において弾性的に支持されている。
【００３９】
他方、このようなゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａと外周面８９とのなす交差稜部には、周方向に沿って微小なアールの面取りが付与されているが、その交差稜部のうち、その周方向の各突起部８７の中間に位置する部位には、部分的に切り欠かれてなる切欠き部８０ｋが設けられている。これにより本形態では、ゴム状弾性部材８０が外筒電極１０の下端寄り部位に嵌合されている状態において、外側包囲部１１ｂの周方向における貫通部１８に対応する部位に切欠き部８０ｋが設けられている。ただし、その切欠き部８０ｋは所定の幅で傾斜面取り部をなすように形成されている。そして、本形態では、図３、図４に示したように、その切欠き部８０ｋの下端縁（本形態では下端面８０ａと同位置）が貫通部１８の下端縁１８ａと略一致し、しかも、切欠き部８０ｋの上端縁８０ｂが、貫通部１８の上端縁１８ｂと略一致するような位置関係となるように設定されている。これにより、切欠き部８０ｋと貫通部１８を介して、外側包囲部１１ｂの内外に流路が形成されている。なお、本形態では、３箇所の貫通部１８に対応する位置で、各切欠き部８０ｋをなすものとして説明したが、このような切欠き部８０ｋに代えて、周方向に沿って、その全体に面取り部を設けてもよいし、３箇所の貫通部１８に対応するように断続的に、そのような面取り部を設けてもよい。
【００４０】
ただし、本形態では、このように外筒電極１０の内側に取り付けられたゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａ側であって外筒電極１０の内側（外側包囲部１１ｂの内側）には、図２に示したように、このゴム状弾性部材８０をその下向き面８０ａ側において位置決めするための位置決め板部１５２を有する位置決め部材１５０が取付けられている。この位置決め部材１５０は、図２及び、図８、図９に示したように形成されている。すなわち、この位置決め部材１５０は、環状をなす円形板における外周縁を、等角度間隔で３箇所、接線方向に平行に直線状にカットしてなる切欠き部１５３を有する位置決め板部１５２と、その外周のうちの切欠き部１５３のない部位においてその位置決め板部１５２と略直角で下端側に延びる３つの脚部１５４と、その脚部１５４の下端において外向きに突出するフック１５６とを有している。各フック１５６は、脚部１５４の下端の中央に設けられており、このフック１５６を外筒電極１０における外側包囲部１１ｂの下端１０ａに係合させて軸線Ｏ方向の位置決めをしつつ、その位置決め板部１５２にてゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａを支持して位置決めしている。
【００４１】
この位置決め部材１５０の固定は、脚部１５４を外筒電極１０における外側包囲部１１ｂの下端１０ａ寄り部位に溶接することによっている。また、この固定においては、位置決め部材１５０の切欠き部１５３が、外側包囲部１１ｂの周方向の貫通部１８に対応する位置に設定されており、図２に示したように、外側包囲部１１ｂ内に侵入した気泡Ｗが、位置決め板部１５２の切欠き部１５３及びゴム状弾性部材８０の切欠き部８０ｋを通過して貫通部１８に至り、外側包囲部１１ｂの外側に排出されるように構成されている。
【００４２】
なお、位置決め板部１５２の中央には円形穴１５２ａが設けられており、ホルダ部材１２０の下端部に取付けられた素子保護カバー１３０の胴部１３３を挿通させている。また、この位置決め板部１５２は、外径が外筒電極１０の内径より小さ目とされ、脚部１５４は外筒電極１０の軸線方向にその内周面に沿うように設定されている。
【００４３】
また、本形態の位置決め部材１５０には、平面視において前記した円形穴１５２ａを閉塞するような底板１５７を脚部１５４の下端寄り部位に水平に備えている。ただし、この底板１５７は、その周縁において等角度間隔で３箇所、それぞれ「く」の字状に上向き屈曲形成された取付け片１５８を備えており、各取付け片１５８を各脚部１５４の上端寄り部位の内面に溶接により固定されている。この底板１５７は、液が外側包囲部１１ｂ内に下から上向きに流動する際、その液流が素子保護カバー１３０の底の流通孔１３６から素子１１０に直撃するのを防止するための役割を果たしている。しかして、このような位置決め部材１５０は、ゴム状弾性部材８０を外筒電極１０に取付けた後に、外筒電極１０の下端１０ａ側から内側に配置して、フック１５６を外筒電極１０の下端１０ａに係合させ、その状態で、各脚部１５４を外筒電極１０に例えば抵抗溶接で固定し、これによってゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａを支持している。
【００４４】
上記した構成の本形態のセンサ１００においては、次のような特有の作用効果が得られる。すなわち、このようなセンサ１００は、図示しないタンクの例えば天板に、素子１１０が下端に位置するようにして垂下状に取り付けられ、タンク内の液体（尿素水溶液）中に両電極１０，２０及び素子１１０が液没させられる。各検知原理の詳細は後述するが、液位は両電極１０，２０の間で前記液体のレベルに応じて静電容量が変化することで検知される。また、液体中の尿素の濃度は液体の熱伝導率が異なることに基づいて検知される。そして、この濃度の検知においては、外側包囲部１１ｂで包囲される空間（領域）内の液中に気泡が侵入して、液の流動等に伴って、素子保護カバー１３０の流通孔１３５、１３６を通ってその内側に入り込むと、入り込んだ気泡が、液体濃度検知素子１１０の周囲を取り囲むことになり、その結果として濃度の誤検知を招いたりする。
【００４５】
ところが、本形態のセンサ１００では、図２に示したように、このように外側包囲部１１ｂの内側に液中の気泡Ｗが入り込んだとしても、その気泡Ｗは外側包囲部１１ｂの側壁に設けられた気泡排出用の貫通部１８から円滑にその外側に排出させることができる。すなわち、本形態のセンサ１００では、ゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａと外周面８９との交差稜部に切欠き部８０ｋが設けられている。また、この切欠き部８０ｋは、位置決め部材１５０における位置決め板部１５２の切欠き部１５３と、外側包囲部１１ｂの気泡の排出用の貫通部１８に対応する位置にある。しかも、貫通部１８は上記したように切欠き部８０ｋの高さＨに略一致する位置関係において設けられている（図２〜図４参照）。このため、液体中の気泡Ｗが外側包囲部１１ｂの内側（空間）に入り込んだとしても、その気泡Ｗは、外側包囲部１１ｂ内にて上昇する過程においてゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａ又は位置決め板部１５２に当り、それらの外周縁側に至ると、切欠き部１５３及び切欠き部８０ｋに案内され、外側包囲部１１ｂの貫通部１８を通ってその外側に排出される。このため、外側包囲部１１ｂ内に入り込んだ気泡Ｗが、液体濃度検知素子１１０の先端部１１０ｂに接触することが防止されるから、液体中の特定成分の濃度検知に対する支障の発生防止に効果的である。なお、本形態では、気泡の一部はゴム状弾性部材８０に設けられた流通路８５を通じて外筒電極１０の内側に至り、スリット１５からもその外側に排出される。
【００４６】
上記形態では、ゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａと外周面８９とのなす交差稜部のうち、外側包囲部１１ｂの周方向における貫通部１８に対応する部位に切欠き部８０ｋが形成されているものとしたが、本発明では上記もしたように、このような部分的な切欠き部８０ｋに代えて、交差稜部の周方向に沿う全体に面取り部を設けてもよい。ただし、この場合の面取り部は周方向の全体でなく、周方向の一部又は複数部位に断続的に設けてもよい。なお、面取り部を周方向に沿ってその一部に設けたものは、切欠き部ともなる。
【００４７】
なお、ゴム状弾性部材８０における切欠き部又は面取り部と、外側包囲部１１ｂにおける貫通部１８との高さＨ上の位置関係は、前記例では上下の各端縁が一致するものとして例示したが、本発明においては、貫通部の少なくとも一部が、切欠き部又は面取り部における高さの範囲内に存在するように設けられていればよい。因みに、これを模式的に表すとその代表例としては、図１０のＡ〜Ｄに示したような４つの場合に分けられる。すなわち、同図−Ａは、貫通部１８の全部が、切欠き部８０ｋにおける高さＨの範囲内に存在する場合である。同図−Ｂは、貫通部１８の下端縁１８ａが、切欠き部８０ｋにおける高さＨの範囲内に存在し、上端縁１８ｂが、切欠き部８０ｋにおける上端縁８０ｂより上位に位置する場合である。同図−Ｃは、貫通部１８の上端縁１８ｂが、切欠き部８０ｋにおける高さＨの範囲内に存在し、下端縁１８ａが、切欠き部８０ｋにおける下端縁より下位に位置する場合である。そして、同図−Ｄは、貫通部１８の上端縁１８ｂが、切欠き部８０ｋにおける上端縁８０ｂより上位に位置し、下端縁１８ａが、切欠き部８０ｋにおける下端縁より下位に位置する場合である。気泡の排出性の点からは、上記もしたように、同図−Ｄに示したようにするのが好ましいが、素子１１０に対する液の直撃を防止する観点からは、同図−Ａ又はＢに示した位置関係とするのが好ましい。
【００４８】
また、上記形態では、ゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａを、切欠き部８０ｋを除いて平坦面としたが、これは、内側（中心）から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成してもよい。気泡の排出性の点からは、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面とするのが好ましい。すなわち、ゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａは、気泡の排出性の点からは、円錐又は円錐台等の形状とするのが好ましい。この場合、上記形態のように、位置決め部材を設ける場合には、その位置決め板部も、ゴム状弾性部材８０における下向き面に倣う形状とするのが好ましい。
【００４９】
なお、上記した液体状態検知センサ１００が尿素水タンク（図示せず）に取り付けられて使用されるときのセンサ内における液体の流れないし動きについて図２を参照して説明する。図２に示すように、外筒電極１０内には、ゴム状弾性部材８０よりも軸線Ｏ方向下端側のＢ部と、上端側のＣ部とに、それぞれ外筒電極１０の軸線Ｏ方向最下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、素子保護カバー１３０内のＤ部には、液体の流通孔１３５，１３６を介してＢ部より尿素水溶液が流入する。
【００５０】
次に、上記した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尿素の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。
【００５１】
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（図示せず）に、その底壁側に外筒電極１０および内部電極２０の下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（図示せず）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の下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（図示せず）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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
次に、液体性状検知部３０を構成する液体濃度検出素子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、液体中の特定成分の濃度を得ることができる。
【００５６】
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（図示せず）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。
【００５７】
なお、上記の本実施の形態では、液体濃度検出素子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。
【００５８】
さて、次に上記したセンサとは異なる本発明のセンサについて図１２に基づいて説明する。上記形態では、レベル検知部７０を備えたセンサの実施形態であったのに対し、本例は、そのようなレベル検知部を備えないで、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子のみを設けてなるセンサ２００である。図１２は、その一例を示す要部断面図であるが、このものは、図２との関係で言うと、レベル検知部を形成ないし構成する手段を除去した点が相違するのみであるため、その相違点のみ説明し、同一の部位には同一の符号を付すに止める。
【００５９】
すなわち、このセンサ２００は、上記形態における外筒電極１０及び内部電極２０を除去し、外筒電極１０の下端部寄り部位に延設してなる外側包囲部１１ｂの代わりに、円筒状の独立の外側包囲部材１１ｂを設けると共に、内部電極２０に代えて、上下に延びる単なる円筒部材２０の先端部に、上記したのとまったく同様にして素子１１０を設けたものである。より具体的には、外筒電極１０を図２において、ゴム状弾性部材８０の上端部において切断してその上部を除去するとともに、内部電極２０に代えて、上下に延びる単なる円筒部材２０としたものである。しかして、このセンサ２００は、その液体濃度検知素子１００を含む部位を液没して、その濃度の検知に供されるが、その使用過程において外側包囲部材１１ｂの内側に侵入した気泡Ｗは上記した形態の場合と同様にして円滑にその外側に排出される。
【００６０】
なお、液体濃度検出素子１１０は、上記もしたように、液体に含まれる特定成分（例えば、尿素）の濃度検出以外に、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、液体濃度検出素子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、液体濃度検出素子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】
【００６１】
【図１】本発明の液状態検知センサの実施の形態を示す縦断正面図。
【図２】図１の液状態検知センサの先端部（下端部）の拡大図。
【図３】図２のＡ部拡大図。
【図４】図３を矢印Ｂから見た図。
【図５】液体濃度検知素子（セラミックヒータ）のヒータパターンを示す模式図。
【図６】図１のセンサに使用した支持部材としてのゴム弾性部材の斜視図。
【図７】図６の支持部材としてのゴム弾性部材の説明図であって、Ａは正面図（側面図）、Ｂは平面図、ＣはＢの中央水平断面図、Ｄは底面図。
【図８】図１のセンサに使用した位置決め部材の斜視図。
【図９】図８の位置決め部材の説明図であって、Ａは正面図（側面図）、Ｂは平面図、ＣはＢの中央縦断面図、Ｄは底面図。
【図１０】貫通部と、支持部材としてのゴム弾性部材の切欠き部との高さ関係を示す説明図。
【図１１】外筒電極と内部電極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。
【図１２】本発明の液状態検知センサの別例の要部拡大断面図。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 外筒電極
１１ｂ 外側包囲部又は外側包囲部材
１８ 気泡排気用の貫通部
１８ｂ 貫通部の上端縁
１８ａ 貫通部の下端縁
２０ 内部電極
７０ レベル検知部
８０ ゴム状弾性部材（支持部材）
８０ａ ゴム状弾性部材の下向き面
８０ｃ ゴム状弾性部材における下向き面と外周面とのなす交差稜部
８０ｋ ゴム状弾性部材における切欠き部
８９ ゴム状弾性部材の外周面
１００ 液体状態検知センサ
１１０ 液体濃度検知素子
１１０ｂ 液体濃度検知素子の先端部
１２０ ホルダ部材
１２５ ホルダ部材の下端
１５０ 位置決め部材
１５２ 位置決め板部
１５３ 位置決め板部における気泡が通過可能の切欠き部
Ｏ 軸線
Ｈ 切欠き部における高さ
Ｗ 気泡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の状態を検知する液体状態検知センサに関し、特に、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子を備える液体状態検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼル機関、例えば、ディーゼルエンジンを搭載した自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して無害化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。この装置では、還元剤として尿素水溶液が用いられるが、この装置で窒素酸化物を効果的に還元するには、尿素水溶液が適正な濃度範囲（尿素水溶液中の尿素液度の範囲）であることが必要である。
【０００３】
しかし、この尿素水溶液を貯溜する尿素水タンクに適正濃度の尿素水溶液を収容した場合でも、経時変化等に起因して尿素濃度が適正範囲を逸脱してしまうことがある。また、尿素水タンクに、水道水など、適正な尿素濃度の尿素水溶液以外の液体を注入してしまう場合もあり得る。
【０００４】
そこで、尿素水タンクに、尿素水溶液の尿素濃度を検知する濃度センサを取り付け、尿素水溶液の尿素濃度が適正範囲から逸脱した場合など、異常時に警告等を発し、排ガス浄化装置における窒素酸化物の還元（浄化）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（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２０００−３７１８３１号公報
【特許文献２】ＷＯ ２００７／００４５４３ Ａ１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、液体中の特定成分の濃度を検知する液体状態検知センサであって、その検知手段をなす液体濃度検知素子をその液中に液没させてその濃度を検知するものにおいては、次のような解決すべき課題がある。というのは、このような液体濃度検知素子（以下、単に素子とも言う）を用いて、尿素水溶液などの液体における尿素などの特定成分の濃度を検知するに当たっては、液体に含まれる気泡とくに多数の気泡（群）が、測定の妨げとなることがあるという点である。これは、液体中の特定成分の濃度を測定するのに、液体濃度検知素子に気泡が付着していたのでは、液体の濃度を検知するのに気泡の影響が重畳するなどの不具合を生じさせるからである。
【０００６】
一方、液体濃度検知素子のうち液中に配置される部分の周囲には、液体の流れの制御や素子の保護等を目的として、液の流動ないし出入りを許容する貫通部（貫通穴）付きの素子保護カバー（プロテクタ）を設ける場合がある。また、このような素子保護カバーに加えて、その貫通部からカバー内に入り込む液が素子に直接衝突するのを防止するなどの目的から、或いは、液体状態検知センサの構成ないし構造上から、液体濃度検知素子又は素子を包囲する素子保護カバーの外側（周囲）に、筒状部材又は環状部材などからなる外側包囲部材を支持部材を介在させて配置する構造としたい場合もある。さらに、液体状態検知センサが、特許文献２のように、導体からなる筒状の外筒電極と、この外筒電極内でその軸線方向に沿って設けられた導体からなる内部電極とを有し、この両電極の間で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（液位）検知部を備えているものであり、素子が内部電極の先端に取付けられるものでは、液流などから素子をさらに保護するため、外筒電極の先端を延設して、外側包囲部材と同様の役割を担うことになる外側包囲部を形成し、この外側包囲部にて素子を包囲することもある。
【０００７】
ところが、このように外側包囲部材又は外側包囲部（以下、外側包囲部ともいう）を設ける場合には、その外側包囲部で包囲される空間（領域）内に、液中に侵入或いは含まれる気泡或いは気泡群（以下、単に気泡とも言う）が滞留することがある。このように外側包囲部内に侵入した気泡は、液の流動或いは揺れに伴って、素子保護カバーの貫通部を通ってその内側に入り込むことがある。その場合には、入り込んだ気泡が、液体濃度検知素子の周囲を取り囲むことになり、その結果として濃度の誤検知を招いたりする。このように、外側包囲部を配置する場合には、その存在ゆえに、その内側に気泡が滞留し易く、結果として濃度検知に悪影響が生じることがあるといった問題があった。
【０００８】
なお、このような気泡対策としては、外側包囲部材又は外側包囲部自体の壁面に貫通部を設けて気泡の排出路を設けることが提案される。このようにすれば、その貫通部から外側包囲部の外側に気泡を排出（ないし誘導）できるため、素子保護カバーの有無にかかわらず、気泡が素子に接するのが防止される。しかし、そのような貫通部を設けることは本来、外側包囲部を設ける目的からすれば好ましいものではない。また、単に貫通部を設けたとしても、気泡の円滑な排出は容易でないし、一掃することは達成されない。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子を備える液体状態検知センサにおいて、気泡による濃度検知に対する悪影響を低減できるようにすることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の本発明は、導体からなる筒状の外筒電極と、
この外筒電極内でその軸線方向に沿って設けられた導体からなる内部電極とを有し、
この両電極の間で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を備えており、
さらに、前記内部電極の先端部に取付けられたホルダ部材と、
該ホルダ部材の下端から、自身の先端部を突出させた状態でそのホルダ部材に保持されてなる、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子と、
自身の下向き面が前記ホルダ部材の下端より低位置とならないようにして前記ホルダ部材の外周面に外嵌されてなると共に、前記外筒電極に内嵌されてなる筒状ないし環状をなす支持部材と、を備える液体状態検知センサであって、
前記外筒電極は、前記支持部材の下向き面よりも下方に延びて前記素子の先端部の外側と自身の内側に空間を形成する外側包囲部を有し、
該外側包囲部の側壁には内外に通じる気泡排気用の貫通部が１又は複数形成されて、前記素子がその先端部を下方にして液体中に液没された際に、前記外側包囲部の内側の前記空間にある液体中に侵入した気泡が、前記貫通部を通過して該外側包囲部の外側に排出されるように構成されており、
しかも、前記支持部材における下向き面と外周面とのなす交差稜部のうち、前記外側包囲部の周方向における前記貫通部に対応する部位に、切欠き部が形成されているか、或いは、周方向に沿って面取り部が形成されており、
前記貫通部の少なくとも一部が、前記切欠き部又は前記面取り部における高さの範囲内に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の本発明は、前記支持部材における下向き面は、全体が平坦面か、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体状態検知センサである。そして、請求項３に記載の本発明は、前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部が傾斜面取り状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体状態検知センサである。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、前記支持部材の下向き面側であって前記外筒電極の内側には、該支持部材をその下向き面において位置決めするための位置決め板部を有する位置決め部材が取付けられており、
前記位置決め板部は、その外周縁又は外周縁寄り部位のうち、前記外側包囲部に形成されたその周方向における前記貫通部に対応する部位に、気泡が通過可能の切欠き部を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体状態検知センサである。
【００１３】
請求項５に記載の本発明は、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子と、
前記素子の下端に位置する先端部を、自身の下端から突出させた状態で該素子を保持してなるホルダ部材と、
自身の下向き面が前記ホルダ部材の下端より低位置とならないようにして前記ホルダ部材の外周面に外嵌されてなる筒状ないし環状をなす支持部材と、
前記支持部材の下向き面の下方であって前記素子の先端部の外側と自身の内側に空間が形成されるように、該支持部材の外周面に外嵌されてなる筒状又は環状に形成された外側包囲部材と、を備える液体状態検知センサであって、
該外側包囲部材の側壁には内外に通じる貫通部が１又は複数形成されて、前記素子がその先端部を下方にして液体中に液没された際に、前記外側包囲部材の内側の前記空間内にある液体中に侵入した気泡が、前記貫通部を通過して該外側包囲部材の外側に排出されるように構成されており、
しかも、前記支持部材における下向き面と外周面とのなす交差稜部のうち、前記外側包囲部材の周方向における前記貫通部に対応する部位に、切欠き部が形成されているか、或いは、周方向に沿って面取り部が形成されており、
前記貫通部の少なくとも一部が、前記切欠き部又は前記面取り部における高さの範囲内に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、前記支持部材における下向き面は、全体が平坦面か、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成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である。そして、請求項７に記載の本発明は、前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部が傾斜面取り状に形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の液体状態検知センサである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の作用ないし効果について、図２〜図４を参照して説明すると、本発明の液体状態検知センサでは、支持部材であるゴム状弾性部材８０における切欠き部（又は面取り部）８０ｋと、外側包囲部（以下、外側包囲部材又は外側包囲部ともいう）１１ｂにおける貫通部１８との位置関係が、その貫通部１８の少なくとも一部が、切欠き部８０ｋにおける高さＨの範囲内に存在するように設けられている。このため、本液体状態検知センサの使用過程で、液体中の気泡Ｗが外側包囲部１１ｂの内側の空間（以下、包囲空間とも言う）に入り込んだとしても、その気泡Ｗは、外側包囲部材１１ｂ内に入って液体中を上昇する過程においてゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａ（又は位置決め板部１５２）に突き当り、その下向き面の外周縁に至ると、切欠き部８０ｋに案内され、外側包囲部１１ｂの側壁に形成された貫通部１８を通って外側に排出され得る。すなわち、本発明の液体状態検知センサでは、液体中の気泡Ｗが包囲空間内に入り込んだとしても、その内部の上方に位置するゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａのうち、外周に形成された切欠き部８０ｋに案内され、貫通部１８を気泡の通過路として外側包囲部１１ｂの外側に排出されるため、気泡Ｗが包囲空間内に滞留するのが防止される。このように本発明の液体状態検知センサによれば、外側包囲部１１ｂ内に入り込んだ気泡が、液体濃度検知素子１１０の先端部に付着することが防止される。これにより、液体中の特定成分の濃度検知に対する支障の発生防止に効果的である。なお、ここでは支持部材としてゴム状弾性部材からなるものを示したが、支持部材の材質がこれに限定されるものでないことは言うまでもない。
【００１６】
本発明においては、貫通部の少なくとも一部が、前記切欠き部（又は前記面取り部）における高さの範囲内に存在するように設けられていればよい。この場合、気泡の排出性能の点からは、貫通部は、その上端縁が前記切欠き部（又は前記面取り部）における上端縁より上に位置させることが好ましい。さらに、この位置関係に加えて、貫通部の下端縁が前記切欠き部（又は前記面取り部）における下端縁より下に位置させることが好ましい。ただし、貫通部の下端縁が下方に位置するほど、素子を包囲する外側包囲部の本来の目的を損ねることにもなるため、貫通部はこれらを考慮して、その上端縁及び下端縁の位置、さらには形状や寸法を設定するのが好ましい。
【００１７】
なお、前記支持部材における下向き面は、請求項２又は請求項６に記載したように、全体が平坦面（水平の平面）か、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成されていると、気泡が外側に円滑に案内される。このような傾斜面に形成することで、下向き面は、円錐形状、円錐台形状などのテーパ形状となる。
【００１８】
なお、本発明において、前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部は、請求項３又は請求項７に記載したように、傾斜面取り状に形成されているのが、気泡の排出性能の点から好ましいが、円弧面取り状に形成してもよい。もっとも本発明の前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部は、図３に示したような縦断面において、階段状をなしていてもよいなど、その形は限定されるものではない。
【００１９】
さらに、本発明の液体濃度検知素子は、少なくとも液体中の特定成分の濃度を検知するセンサであればよい。ただし、この濃度のほか、液体の温度や、液体の有無（液位が下限レベルを下回ったか否かを検知するもの）、或いは液体の種類、或いはこれらを併せて検知するものであってもよい。請求項１〜４に記載したセンサは、内外両電極を有してなるレベル検知部を備えたセンサであり、液位を検知することもできるものであるが、請求項５〜７に記載したセンサは、このようなレベル検知部を備えないセンサである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図１１に基づいて説明するが、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に含まれる尿素の濃度検知素子等からなる濃度検知部に加えて、尿素水溶液のレベル（液位）の検知部（レベル検知部）を備えているものである。すなわち、図１及び図２に示すように、液体状態検知センサ（以下、単にセンサともいう）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の下端側（図１，２下端側）に設けられた濃度検知部３０を主体として、以下に詳述するように構成されている。
【００２１】
まず、レベル検知部７０について説明する。レベル検知部７０をなす外筒電極１０は金属材料（導体）からなり、軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状を呈している。外筒電極１０の外周上における周方向に等間隔となる例えば３本の母線（図示せず）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の下端寄り部位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支持部材としてのゴム状弾性部材８０の抜け防止のための開口部（円形穴）１６が３つ、同寸で同一高さ位置にそれぞれ貫通して設けられている。さらに、外筒電極１０の基端部（図示上端）１２に近い位置で、スリット１５が形成された各母線のうちの１つの母線上には、１つの空気抜き孔１９が形成されている。
【００２２】
また、外筒電極１０の下端寄り部位１１は、後述する濃度検知部３０をなす液体濃度検知素子（セラミックヒータ）１１０の先端部（下端部）１１０ｂを包囲するように延設されており、本例では素子１１０の先端部１１０ｂを覆って保護する素子保護カバー１３０ごと、自身の内側に空間を保持して包囲する外側包囲部１１ｂをなしている。この外側包囲部１１ｂは、開口部１６の位置より下端側において、軸線Ｏ方向（図示下端側）に、本例では素子保護カバー１３０の下端を超えて延設（延長）されている。この外側包囲部１１ｂは、外筒電極１０をなす筒部材にて形成されており、その図示下端１０ａは開口されている。この外側包囲部１１ｂのうち、抜け防止のための３つの開口部（円形穴）１６の周方向における中間位置の側壁には、詳しくは後述するが、外側包囲部１１ｂが液没された際に、外側包囲部１１ｂの内外に気泡を通過可能な貫通部（円形穴）１８が３つ、同寸で同一高さ位置にそれぞれ貫通して設けられている。ただし、この高さ位置は、開口部１６より下に位置するように設定されている。なお、詳細は後述するが、この貫通部（円形穴）１８は、図３及び図４に示したように、その下端縁１８ａが本形態ではゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａと略一致する位置に設定されている。
【００２３】
他方、外筒電極１０は、その図示上端である基端部１２が、金属製の取付部（取付け部材）４０の下部中央に下向きに突出する筒状（円筒状）の電極支持部４１の外周に嵌合（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（図示せず）にセンサ１００を固定するための取付けフランジとして機能するところであり、取り付けボルトを挿通するための取り付け孔（図示せず）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（図示上側）には、センサ１００と外部回路（図示せず）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が立設形成されている。
【００２４】
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（図示せず）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（図示せず）と回路基板６０上の電極端子とが配線ケーブル６１によって接続されており、このコネクタ６２を介し、回路基板６０と外部回路（図示せず）との接続が行われている。
【００２５】
また、取付部４０における電極支持部４１の内周面（孔）４６は収容部４３内に開口されており、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っている。なお、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。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。
【００２６】
この内部電極２０の軸線Ｏ方向の図示上端側の基端部２２の外周には、内部電極２０を取付部４０に固定するためにフランジ状をなすパイプガイド５５が固定されており、電極支持部４１における孔４６内に配置された筒状のインナーケース５０の内側に配置され、パイプガイド５５を介して吊下げ状に係合されている。すなわち、このパイプガイド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（吊下げ部）である。一方、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、下端側が取付部４０の電極支持部４１の孔４６に内挿されている。そして、このインナーケース５０の上端部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、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ている。内部電極２０は、収容部４３側からインナーケース５０の内側に挿通されており、パイプガイド５５が鍔部５１の上面に当接することで、脱落が防止されている。
【００２７】
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とが設けられており、その外周と取付部４０の孔４６との間の隙間、そしてその内周と内部電極２０の基端部２２の外周との間の隙間をそれぞれ密閉している。これにより、センサ１００が尿素水タンク（図示せず）の天板又は上蓋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ている。なお、取付部４０の鍔部４２の下端側の面（図１下面）には図示せずの板状のシール部材が装着され、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。
【００２８】
なお、内部電極２０の取付部４０への組み付けは、図１に示したように、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ことによっている。ただし、押さえ板５６は、パイプガイド５５との間に絶縁性のある押さえ板５７を挟み込み、パイプガイド５５を押圧した状態で、ネジ５８による締付けによって収容部４３内に固定されている。これにより、内部電極２０が電極支持部４１に固定されている。この固定に使用している押さえ板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、後述する液体濃度検出素子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（図示せず）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ている。
【００２９】
さて、次に濃度検知部３０について説明するが、この濃度検知部３０は、内部電極２０の下端部２１に設けられている（図１、図２参照）。具体的には次のようである。濃度検知部３０は、本例では尿素水溶液中の尿素の濃度検出を行う液体濃度検出素子（セラミックヒータ）１１０と、この液体濃度検出素子１１０をその先端部（下端部）１１０ｂを突出させた状態で保持すると共に、内部電極２０の下端部２１に取付けられた絶縁性樹脂製のホルダ部材１２０などから構成されている。ただし、本形態では、このホルダ部材１２０の下端から突出する液体濃度検出素子１１０の先端部１１０ｂは、素子保護カバー１３０により包囲されて保護されている。素子保護カバー１３０の詳細は後述する。
【００３０】
このうち液体濃度検出素子１１０は、図５に示したように、絶縁性セラミックからなる矩形板状のセラミック基体１１１上にＰｔまたはＷを主体とするヒータパターン１１５を形成し、対となる矩形板状のセラミック基体（図示せず）で挟んだ状態でヒータパターン１１５を埋設状に形成したものである。ここでは発熱抵抗体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の表面に貫通するビア導体またはスルーホール導体（図示せず）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つの端子１１９（図２では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。
【００３１】
また、液体濃度検出素子１１０を支持する絶縁性樹脂製のホルダ部材１２０は、図２等に示したように、同心で、大径をなす大径円筒部１２２と小径をなす小径円筒部１２１との径違いの円筒状に形成されており、その大径円筒部１２２の内側に内部電極２０の下端部２１を挿入させてその外周を覆っている。なお、本形態では、このようにホルダ部材１２０を内部電極２０の下端部２１に取付けており、詳しくは後述するが、このホルダ部材１２０を介して、環状のゴム状弾性部材８０の内側にて内部電極２０の下端部２１を弾性的に支持している。また、このホルダ部材１２０における大径円筒部１２２と小径円筒部１２１とを接続する部位の外周面は下端に向かって縮径するテーパー状の段部（テーパ部）１２３とされている。そして、ホルダ部材１２０の下端寄り部位をなす小径円筒部１２１の外周面には、周方向に等角度間隔で４箇所、正面視において略矩形をなす凹部１２４が形成（凹設）されている。また、ホルダ部材１２０の小径円筒部１２１の下端（面）１２５の外周寄り部位には上向きにテーパが付されたテーパ面を有している。なお、ゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａは、ホルダ部材１２０の下端（面）１２５より低位置とならない位置に保持されている。
【００３２】
一方、ホルダ部材１２０の内周面は、小径円筒部１２１、段部１２３、そして大径円筒部１２２に向けて、段付き状に拡径する横断面円形に形成されている。ただし、小径円筒部１２１の下端面１２５には、液体濃度検出素子１１０の先端部１１０ｂが略隙間なく突出可能に軸線Ｏ方向から見て（横断面において）矩形をなす開口１２６が形成されている。この開口１２６の横断面における矩形の短辺及び長辺は、それぞれ液体濃度検出素子１１０の厚み及び幅の各寸法に対応するように設定されている。そして、素子１１０は、長手方向のリード部１１２，１１３（図５参照）側を小径円筒部１２１内に挿入し、発熱抵抗体１１４の埋設された先端部１１０ｂ側をホルダ部材１２０の下端面１２５から突出（露出）させ、その状態で、接着剤又は樹脂１２９を小径円筒部１２１の内周面１２７内に充填して固化させることにより、液体濃度検出素子１１０はホルダ部材１２０の開口１２６内にシールを保持して固定されている。
【００３３】
他方、大径円筒部１２２の内径は、内部電極２０の下端部２１の外径より若干大きく構成されており、その内周面１２８には本形態では２つの凹溝１２８ｂがその周方向に形成されている。しかして、このようなホルダ部材１２０が大径円筒部１２２側から内部電極２０の下端部２１に外嵌状に装着されている。ただし、その２つの凹溝１２８ｂに装填されたそれぞれのシールリング（例えばゴム製のＯリングパッキン）１４０を介して、その内周面１２８と内部電極２０の外周面との間のシールが確保され、内部電極２０の内部にこの間を通って測定対象をなす液が侵入することが防止されている。また、ホルダ部材１２０の段部１２３の内周面には、環状の棚段部１２８ｃが形成されており、ホルダ部材１２０が内部電極２０の下端部２１に装着された状態において、その下端部２１の端面２１ｂがこの棚段部１２８ｃに当接して軸線Ｏ方向の位置決めがされている。なお絶縁性被膜２３は、内部電極２０の外周面における下端部から、上端側の基端部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（図示せず）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がないようにされている。
【００３４】
なお、ホルダ部材１２０の内部電極２０への装着前において、液体濃度検出素子１１０の端子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。そして、その装着状態において、絶縁性の保護部材９５により、端子１１９とリード線９０とが接合部位ごと覆われて保護されている。さらに、この２本のリード線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。
【００３５】
また、本例では、ホルダ部材１２０の下端側には、液体濃度検出素子１１０の下端部の周囲を覆って保護する素子保護カバー１３０がその上部を外嵌状にして取付けられている。この素子保護カバー１３０は、例えば金属板製で有底円筒形状に形成されている。また、素子保護カバー１３０の胴部１３３の外周上にて、本形態では周方向に等間隔となる４本の母線上に、それぞれ２つの円形に開口された測定対象をなす液の流通孔１３５が形成されている。そして、底部１３２にはその中心に同様に開口された流通孔１３６が形成されている。このような素子保護カバー１３０は、その胴部１３３の内径が、上記したホルダ部材１２０における小径円筒部１２１の外径と同じか若干大きくなるように設定されている。そして、素子保護カバー１３０は、その胴部１３３のうち、ホルダ部材１２０に外嵌される基端（上端）又は基端寄り部位であって、周方向に等角度間隔で４箇所の部位には、その内側に下向き突出する凸部（舌片状の爪）１３７が設けられており、弾性変形してホルダ部材１２０における凹部１２４に嵌合して、ホルダ部材１２０に抜け止め状に、しかも軸線Ｏ回りに回転不能とされている。
【００３６】
他方、ゴム状弾性部材８０は、自身の下向き面８０ａがホルダ部材１２０の下端１２５より低位置とならないように、ホルダ部材１２０の外周面に外嵌されているが、同時に、その外周面８９を外筒電極１０の下端寄り部位１１の内周面に内嵌している。これにより、内部電極２０と外筒電極１０とは、その下方において相互に支持しあう形を成している。ただし、ゴム状弾性部材８０は、本形態では、図６、図７に示すように、それ自体全体が筒状又は環状をなすように構成されているが、その内周面は、素子保護カバー１３０の胴部１３３の外周面のうち、凸部１３７に対応する部位と、素子保護カバー１３０を避けたホルダ部材１２０の大径円筒部１２２の外周面とに、軸線Ｏ方向の先後に跨るようにして、その胴部１３３と大径円筒部１２２との外周面に締り嵌め状に取付けられるように、内径が径違いの筒状をなしている。そして、下端側の円筒部の内周面８１が小径をなし、上端側の円筒部の内周面８２が大径をなしている。小径の内周面８１は、その内径が素子保護カバー１３０の胴部１３３の外径より若干小さくされており、大径の円筒部の内周面８２は、その内径がホルダ部材１２０の大径円筒部１２２の外径より若干小さくされており、両者をテーパー状の内周面８３にて接続している。ただし、この内周面８３は、ホルダ部材１２０に外嵌される前は、若干、凸となす円弧状を呈している。
【００３７】
このように、ゴム状弾性部材８０の内周側の面は、ホルダ部材１２０および素子保護カバー１３０の外周面が締り嵌め状に嵌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。ただし、その内周面８２、８３上で、外周面８９上にて周方向に等間隔となる３本の各母線に対応する位置には、各内周面８２，８３上を連続する溝部８４がそれぞれ溝設されている（図６，７参照）。
【００３８】
また、本形態のゴム状弾性部材８０は、その溝部８４に対応する外周面８９上であって、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にそれぞれ嵌合（係合）し、抜け防止及び回転防止として機能する突起部８７が設けられている。本形態では、この突起部８７は、正面は略円形とされているが、側面視においては、下端側に向かって高さが高くなる（突出量が大きくなる）鋸歯（又は人の鼻）形状を呈している。また、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。しかして、このようなゴム状弾性部材８０は、外筒電極１０の内側へその下端１０ａ側から圧入され、ホルダ部材１２０における小径円筒部１２１に嵌合された素子保護カバー１３０を下端側の円筒部の内周面８１に臨ませると共に、外周面８９の突起部８７を外筒電極１０の各開口部１６にそれぞれ嵌合させている。これにより、内部電極２０は外筒電極１０の下端寄り部位において弾性的に支持されている。
【００３９】
他方、このようなゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａと外周面８９とのなす交差稜部には、周方向に沿って微小なアールの面取りが付与されているが、その交差稜部のうち、その周方向の各突起部８７の中間に位置する部位には、部分的に切り欠かれてなる切欠き部８０ｋが設けられている。これにより本形態では、ゴム状弾性部材８０が外筒電極１０の下端寄り部位に嵌合されている状態において、外側包囲部１１ｂの周方向における貫通部１８に対応する部位に切欠き部８０ｋが設けられている。ただし、その切欠き部８０ｋは所定の幅で傾斜面取り部をなすように形成されている。そして、本形態では、図３、図４に示したように、その切欠き部８０ｋの下端縁（本形態では下端面８０ａと同位置）が貫通部１８の下端縁１８ａと略一致し、しかも、切欠き部８０ｋの上端縁８０ｂが、貫通部１８の上端縁１８ｂと略一致するような位置関係となるように設定されている。これにより、切欠き部８０ｋと貫通部１８を介して、外側包囲部１１ｂの内外に流路が形成されている。なお、本形態では、３箇所の貫通部１８に対応する位置で、各切欠き部８０ｋをなすものとして説明したが、このような切欠き部８０ｋに代えて、周方向に沿って、その全体に面取り部を設けてもよいし、３箇所の貫通部１８に対応するように断続的に、そのような面取り部を設けてもよい。
【００４０】
ただし、本形態では、このように外筒電極１０の内側に取り付けられたゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａ側であって外筒電極１０の内側（外側包囲部１１ｂの内側）には、図２に示したように、このゴム状弾性部材８０をその下向き面８０ａ側において位置決めするための位置決め板部１５２を有する位置決め部材１５０が取付けられている。この位置決め部材１５０は、図２及び、図８、図９に示したように形成されている。すなわち、この位置決め部材１５０は、環状をなす円形板における外周縁を、等角度間隔で３箇所、接線方向に平行に直線状にカットしてなる切欠き部１５３を有する位置決め板部１５２と、その外周のうちの切欠き部１５３のない部位においてその位置決め板部１５２と略直角で下端側に延びる３つの脚部１５４と、その脚部１５４の下端において外向きに突出するフック１５６とを有している。各フック１５６は、脚部１５４の下端の中央に設けられており、このフック１５６を外筒電極１０における外側包囲部１１ｂの下端１０ａに係合させて軸線Ｏ方向の位置決めをしつつ、その位置決め板部１５２にてゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａを支持して位置決めしている。
【００４１】
この位置決め部材１５０の固定は、脚部１５４を外筒電極１０における外側包囲部１１ｂの下端１０ａ寄り部位に溶接することによっている。また、この固定においては、位置決め部材１５０の切欠き部１５３が、外側包囲部１１ｂの周方向の貫通部１８に対応する位置に設定されており、図２に示したように、外側包囲部１１ｂ内に侵入した気泡Ｗが、位置決め板部１５２の切欠き部１５３及びゴム状弾性部材８０の切欠き部８０ｋを通過して貫通部１８に至り、外側包囲部１１ｂの外側に排出されるように構成されている。
【００４２】
なお、位置決め板部１５２の中央には円形穴１５２ａが設けられており、ホルダ部材１２０の下端部に取付けられた素子保護カバー１３０の胴部１３３を挿通させている。また、この位置決め板部１５２は、外径が外筒電極１０の内径より小さ目とされ、脚部１５４は外筒電極１０の軸線方向にその内周面に沿うように設定されている。
【００４３】
また、本形態の位置決め部材１５０には、平面視において前記した円形穴１５２ａを閉塞するような底板１５７を脚部１５４の下端寄り部位に水平に備えている。ただし、この底板１５７は、その周縁において等角度間隔で３箇所、それぞれ「く」の字状に上向き屈曲形成された取付け片１５８を備えており、各取付け片１５８を各脚部１５４の上端寄り部位の内面に溶接により固定されている。この底板１５７は、液が外側包囲部１１ｂ内に下から上向きに流動する際、その液流が素子保護カバー１３０の底の流通孔１３６から素子１１０に直撃するのを防止するための役割を果たしている。しかして、このような位置決め部材１５０は、ゴム状弾性部材８０を外筒電極１０に取付けた後に、外筒電極１０の下端１０ａ側から内側に配置して、フック１５６を外筒電極１０の下端１０ａに係合させ、その状態で、各脚部１５４を外筒電極１０に例えば抵抗溶接で固定し、これによってゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａを支持している。
【００４４】
上記した構成の本形態のセンサ１００においては、次のような特有の作用効果が得られる。すなわち、このようなセンサ１００は、図示しないタンクの例えば天板に、素子１１０が下端に位置するようにして垂下状に取り付けられ、タンク内の液体（尿素水溶液）中に両電極１０，２０及び素子１１０が液没させられる。各検知原理の詳細は後述するが、液位は両電極１０，２０の間で前記液体のレベルに応じて静電容量が変化することで検知される。また、液体中の尿素の濃度は液体の熱伝導率が異なることに基づいて検知される。そして、この濃度の検知においては、外側包囲部１１ｂで包囲される空間（領域）内の液中に気泡が侵入して、液の流動等に伴って、素子保護カバー１３０の流通孔１３５、１３６を通ってその内側に入り込むと、入り込んだ気泡が、液体濃度検知素子１１０の周囲を取り囲むことになり、その結果として濃度の誤検知を招いたりする。
【００４５】
ところが、本形態のセンサ１００では、図２に示したように、このように外側包囲部１１ｂの内側に液中の気泡Ｗが入り込んだとしても、その気泡Ｗは外側包囲部１１ｂの側壁に設けられた気泡排出用の貫通部１８から円滑にその外側に排出させることができる。すなわち、本形態のセンサ１００では、ゴム状弾性部材８０の下向き面８０ａと外周面８９との交差稜部に切欠き部８０ｋが設けられている。また、この切欠き部８０ｋは、位置決め部材１５０における位置決め板部１５２の切欠き部１５３と、外側包囲部１１ｂの気泡の排出用の貫通部１８に対応する位置にある。しかも、貫通部１８は上記したように切欠き部８０ｋの高さＨに略一致する位置関係において設けられている（図２〜図４参照）。このため、液体中の気泡Ｗが外側包囲部１１ｂの内側（空間）に入り込んだとしても、その気泡Ｗは、外側包囲部１１ｂ内にて上昇する過程においてゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａ又は位置決め板部１５２に当り、それらの外周縁側に至ると、切欠き部１５３及び切欠き部８０ｋに案内され、外側包囲部１１ｂの貫通部１８を通ってその外側に排出される。このため、外側包囲部１１ｂ内に入り込んだ気泡Ｗが、液体濃度検知素子１１０の先端部１１０ｂに接触することが防止されるから、液体中の特定成分の濃度検知に対する支障の発生防止に効果的である。なお、本形態では、気泡の一部はゴム状弾性部材８０に設けられた流通路８５を通じて外筒電極１０の内側に至り、スリット１５からもその外側に排出される。
【００４６】
上記形態では、ゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａと外周面８９とのなす交差稜部のうち、外側包囲部１１ｂの周方向における貫通部１８に対応する部位に切欠き部８０ｋが形成されているものとしたが、本発明では上記もしたように、このような部分的な切欠き部８０ｋに代えて、交差稜部の周方向に沿う全体に面取り部を設けてもよい。ただし、この場合の面取り部は周方向の全体でなく、周方向の一部又は複数部位に断続的に設けてもよい。なお、面取り部を周方向に沿ってその一部に設けたものは、切欠き部ともなる。
【００４７】
なお、ゴム状弾性部材８０における切欠き部又は面取り部と、外側包囲部１１ｂにおける貫通部１８との高さＨ上の位置関係は、前記例では上下の各端縁が一致するものとして例示したが、本発明においては、貫通部の少なくとも一部が、切欠き部又は面取り部における高さの範囲内に存在するように設けられていればよい。因みに、これを模式的に表すとその代表例としては、図１０のＡ〜Ｄに示したような４つの場合に分けられる。すなわち、同図−Ａは、貫通部１８の全部が、切欠き部８０ｋにおける高さＨの範囲内に存在する場合である。同図−Ｂは、貫通部１８の下端縁１８ａが、切欠き部８０ｋにおける高さＨの範囲内に存在し、上端縁１８ｂが、切欠き部８０ｋにおける上端縁８０ｂより上位に位置する場合である。同図−Ｃは、貫通部１８の上端縁１８ｂが、切欠き部８０ｋにおける高さＨの範囲内に存在し、下端縁１８ａが、切欠き部８０ｋにおける下端縁より下位に位置する場合である。そして、同図−Ｄは、貫通部１８の上端縁１８ｂが、切欠き部８０ｋにおける上端縁８０ｂより上位に位置し、下端縁１８ａが、切欠き部８０ｋにおける下端縁より下位に位置する場合である。気泡の排出性の点からは、上記もしたように、同図−Ｄに示したようにするのが好ましいが、素子１１０に対する液の直撃を防止する観点からは、同図−Ａ又はＢに示した位置関係とするのが好ましい。
【００４８】
また、上記形態では、ゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａを、切欠き部８０ｋを除いて平坦面としたが、これは、内側（中心）から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成してもよい。気泡の排出性の点からは、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面とするのが好ましい。すなわち、ゴム状弾性部材８０における下向き面８０ａは、気泡の排出性の点からは、円錐又は円錐台等の形状とするのが好ましい。この場合、上記形態のように、位置決め部材を設ける場合には、その位置決め板部も、ゴム状弾性部材８０における下向き面に倣う形状とするのが好ましい。
【００４９】
なお、上記した液体状態検知センサ１００が尿素水タンク（図示せず）に取り付けられて使用されるときのセンサ内における液体の流れないし動きについて図２を参照して説明する。図２に示すように、外筒電極１０内には、ゴム状弾性部材８０よりも軸線Ｏ方向下端側のＢ部と、上端側のＣ部とに、それぞれ外筒電極１０の軸線Ｏ方向最下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、素子保護カバー１３０内のＤ部には、液体の流通孔１３５，１３６を介してＢ部より尿素水溶液が流入する。
【００５０】
次に、上記した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尿素の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。
【００５１】
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（図示せず）に、その底壁側に外筒電極１０および内部電極２０の下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（図示せず）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の下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（図示せず）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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
次に、液体性状検知部３０を構成する液体濃度検出素子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、液体中の特定成分の濃度を得ることができる。
【００５６】
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（図示せず）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。
【００５７】
なお、上記の本実施の形態では、液体濃度検出素子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。
【００５８】
さて、次に上記したセンサとは異なる本発明のセンサについて図１２に基づいて説明する。上記形態では、レベル検知部７０を備えたセンサの実施形態であったのに対し、本例は、そのようなレベル検知部を備えないで、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子のみを設けてなるセンサ２００である。図１２は、その一例を示す要部断面図であるが、このものは、図２との関係で言うと、レベル検知部を形成ないし構成する手段を除去した点が相違するのみであるため、その相違点のみ説明し、同一の部位には同一の符号を付すに止める。
【００５９】
すなわち、このセンサ２００は、上記形態における外筒電極１０及び内部電極２０を除去し、外筒電極１０の下端部寄り部位に延設してなる外側包囲部１１ｂの代わりに、円筒状の独立の外側包囲部材１１ｂを設けると共に、内部電極２０に代えて、上下に延びる単なる円筒部材２０の先端部に、上記したのとまったく同様にして素子１１０を設けたものである。より具体的には、外筒電極１０を図２において、ゴム状弾性部材８０の上端部において切断してその上部を除去するとともに、内部電極２０に代えて、上下に延びる単なる円筒部材２０としたものである。しかして、このセンサ２００は、その液体濃度検知素子１００を含む部位を液没して、その濃度の検知に供されるが、その使用過程において外側包囲部材１１ｂの内側に侵入した気泡Ｗは上記した形態の場合と同様にして円滑にその外側に排出される。
【００６０】
なお、液体濃度検出素子１１０は、上記もしたように、液体に含まれる特定成分（例えば、尿素）の濃度検出以外に、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、液体濃度検出素子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、液体濃度検出素子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】
【００６１】
【図１】本発明の液状態検知センサの実施の形態を示す縦断正面図。
【図２】図１の液状態検知センサの先端部（下端部）の拡大図。
【図３】図２のＡ部拡大図。
【図４】図３を矢印Ｂから見た図。
【図５】液体濃度検知素子（セラミックヒータ）のヒータパターンを示す模式図。
【図６】図１のセンサに使用した支持部材としてのゴム弾性部材の斜視図。
【図７】図６の支持部材としてのゴム弾性部材の説明図であって、Ａは正面図（側面図）、Ｂは平面図、ＣはＢの中央水平断面図、Ｄは底面図。
【図８】図１のセンサに使用した位置決め部材の斜視図。
【図９】図８の位置決め部材の説明図であって、Ａは正面図（側面図）、Ｂは平面図、ＣはＢの中央縦断面図、Ｄは底面図。
【図１０】貫通部と、支持部材としてのゴム弾性部材の切欠き部との高さ関係を示す説明図。
【図１１】外筒電極と内部電極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。
【図１２】本発明の液状態検知センサの別例の要部拡大断面図。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 外筒電極
１１ｂ 外側包囲部又は外側包囲部材
１８ 気泡排気用の貫通部
１８ｂ 貫通部の上端縁
１８ａ 貫通部の下端縁
２０ 内部電極
７０ レベル検知部
８０ ゴム状弾性部材（支持部材）
８０ａ ゴム状弾性部材の下向き面
８０ｃ ゴム状弾性部材における下向き面と外周面とのなす交差稜部
８０ｋ ゴム状弾性部材における切欠き部
８９ ゴム状弾性部材の外周面
１００ 液体状態検知センサ
１１０ 液体濃度検知素子
１１０ｂ 液体濃度検知素子の先端部
１２０ ホルダ部材
１２５ ホルダ部材の下端
１５０ 位置決め部材
１５２ 位置決め板部
１５３ 位置決め板部における気泡が通過可能の切欠き部
Ｏ 軸線
Ｈ 切欠き部における高さ
Ｗ 気泡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体からなる筒状の外筒電極と、
この外筒電極内でその軸線方向に沿って設けられた導体からなる内部電極とを有し、
この両電極の間で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を備えており、
さらに、前記内部電極の先端部に取付けられたホルダ部材と、
該ホルダ部材の下端から、自身の先端部を突出させた状態でそのホルダ部材に保持されてなる、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子と、
自身の下向き面が前記ホルダ部材の下端より低位置とならないようにして前記ホルダ部材の外周面に外嵌されてなると共に、前記外筒電極に内嵌されてなる筒状ないし環状をなす支持部材と、を備える液体状態検知センサであって、
前記外筒電極は、前記支持部材の下向き面よりも下方に延びて前記素子の先端部の外側と自身の内側に空間を形成する外側包囲部を有し、
該外側包囲部の側壁には内外に通じる気泡排気用の貫通部が１又は複数形成されて、前記素子がその先端部を下方にして液体中に液没された際に、前記外側包囲部の内側の前記空間にある液体中に侵入した気泡が、前記貫通部を通過して該外側包囲部の外側に排出されるように構成されており、
しかも、前記支持部材における下向き面と外周面とのなす交差稜部のうち、前記外側包囲部の周方向における前記貫通部に対応する部位に、切欠き部が形成されているか、或いは、周方向に沿って面取り部が形成されており、
前記貫通部の少なくとも一部が、前記切欠き部又は前記面取り部における高さの範囲内に配置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２】
前記支持部材における下向き面は、全体が平坦面か、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体状態検知センサ。
【請求項３】
前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部が傾斜面取り状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体状態検知センサ。
【請求項４】
前記支持部材の下向き面側であって前記外筒電極の内側には、該支持部材をその下向き面において位置決めするための位置決め板部を有する位置決め部材が取付けられており、
前記位置決め板部は、その外周縁又は外周縁寄り部位のうち、前記外側包囲部に形成されたその周方向における前記貫通部に対応する部位に、気泡が通過可能の切欠き部を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体状態検知センサ。
【請求項５】
液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子と、
前記素子の下端に位置する先端部を、自身の下端から突出させた状態で該素子を保持してなるホルダ部材と、
自身の下向き面が前記ホルダ部材の下端より低位置とならないようにして前記ホルダ部材の外周面に外嵌されてなる筒状ないし環状をなす支持部材と、
前記支持部材の下向き面の下方であって前記素子の先端部の外側と自身の内側に空間が形成されるように、該支持部材の外周面に外嵌されてなる筒状又は環状に形成された外側包囲部材と、を備える液体状態検知センサであって、
該外側包囲部材の側壁には内外に通じる貫通部が１又は複数形成されて、前記素子がその先端部を下方にして液体中に液没された際に、前記外側包囲部材の内側の前記空間内にある液体中に侵入した気泡が、前記貫通部を通過して該外側包囲部材の外側に排出されるように構成されており、
しかも、前記支持部材における下向き面と外周面とのなす交差稜部のうち、前記外側包囲部材の周方向における前記貫通部に対応する部位に、切欠き部が形成されているか、或いは、周方向に沿って面取り部が形成されており、
前記貫通部の少なくとも一部が、前記切欠き部又は前記面取り部における高さの範囲内に配置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】
前記支持部材における下向き面は、全体が平坦面か、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成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。
【請求項７】
前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部が傾斜面取り状に形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の液体状態検知センサ。
【請求項１】
導体からなる筒状の外筒電極と、
この外筒電極内でその軸線方向に沿って設けられた導体からなる内部電極とを有し、
この両電極の間で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を備えており、
さらに、前記内部電極の先端部に取付けられたホルダ部材と、
該ホルダ部材の下端から、自身の先端部を突出させた状態でそのホルダ部材に保持されてなる、液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子と、
自身の下向き面が前記ホルダ部材の下端より低位置とならないようにして前記ホルダ部材の外周面に外嵌されてなると共に、前記外筒電極に内嵌されてなる筒状ないし環状をなす支持部材と、を備える液体状態検知センサであって、
前記外筒電極は、前記支持部材の下向き面よりも下方に延びて前記素子の先端部の外側と自身の内側に空間を形成する外側包囲部を有し、
該外側包囲部の側壁には内外に通じる気泡排気用の貫通部が１又は複数形成されて、前記素子がその先端部を下方にして液体中に液没された際に、前記外側包囲部の内側の前記空間にある液体中に侵入した気泡が、前記貫通部を通過して該外側包囲部の外側に排出されるように構成されており、
しかも、前記支持部材における下向き面と外周面とのなす交差稜部のうち、前記外側包囲部の周方向における前記貫通部に対応する部位に、切欠き部が形成されているか、或いは、周方向に沿って面取り部が形成されており、
前記貫通部の少なくとも一部が、前記切欠き部又は前記面取り部における高さの範囲内に配置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２】
前記支持部材における下向き面は、全体が平坦面か、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体状態検知センサ。
【請求項３】
前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部が傾斜面取り状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体状態検知センサ。
【請求項４】
前記支持部材の下向き面側であって前記外筒電極の内側には、該支持部材をその下向き面において位置決めするための位置決め板部を有する位置決め部材が取付けられており、
前記位置決め板部は、その外周縁又は外周縁寄り部位のうち、前記外側包囲部に形成されたその周方向における前記貫通部に対応する部位に、気泡が通過可能の切欠き部を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体状態検知センサ。
【請求項５】
液体中の特定成分の濃度を検知する液体濃度検知素子と、
前記素子の下端に位置する先端部を、自身の下端から突出させた状態で該素子を保持してなるホルダ部材と、
自身の下向き面が前記ホルダ部材の下端より低位置とならないようにして前記ホルダ部材の外周面に外嵌されてなる筒状ないし環状をなす支持部材と、
前記支持部材の下向き面の下方であって前記素子の先端部の外側と自身の内側に空間が形成されるように、該支持部材の外周面に外嵌されてなる筒状又は環状に形成された外側包囲部材と、を備える液体状態検知センサであって、
該外側包囲部材の側壁には内外に通じる貫通部が１又は複数形成されて、前記素子がその先端部を下方にして液体中に液没された際に、前記外側包囲部材の内側の前記空間内にある液体中に侵入した気泡が、前記貫通部を通過して該外側包囲部材の外側に排出されるように構成されており、
しかも、前記支持部材における下向き面と外周面とのなす交差稜部のうち、前記外側包囲部材の周方向における前記貫通部に対応する部位に、切欠き部が形成されているか、或いは、周方向に沿って面取り部が形成されており、
前記貫通部の少なくとも一部が、前記切欠き部又は前記面取り部における高さの範囲内に配置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】
前記支持部材における下向き面は、全体が平坦面か、内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面か、或いは、少なくとも外周縁寄り部位において内側から外周縁に向かうに従い上位となる上向き傾斜面に形成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。
【請求項７】
前記支持部材における前記切欠き部又は前記面取り部が傾斜面取り状に形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の液体状態検知センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２１５９５４（Ｐ２００８−２１５９５４Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１８８０（Ｐ２００７−５１８８０）
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]