端子金具付き液体状態検知素子及び液体状態検知センサ
【目的】液体状態検知素子のの外部端子である金属層にロウ付けされた端子金具に外力がかかったとしても、その接合破断が生じることを有効に防止できる端子接合構造を提供。
【構成】絶縁基体内部に、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体１１７を備えると共に、その絶縁基体の一方の主面１１１ｃに、発熱抵抗体１１７に連なる外部端子１１４を備えてなる液体状態検知素子１１０と、外部端子１１４に、素子側接合部２０３ａを介してロウ付けされた端子金具２０１とからなる。素子１１０には、外部端子である第１金属層１１４とは別に、反対側の主面１１２ｃに第２金属層１２４を備える。端子金具２０１は、素子側接合部２０３ａに加えて第２金属層用接合部２０３ｂを有し、第２金属層用接合部２０３ｂを第２金属層１２４にロウ付けした。このロウ付けがある分、接合強度が倍増する。
【構成】絶縁基体内部に、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体１１７を備えると共に、その絶縁基体の一方の主面１１１ｃに、発熱抵抗体１１７に連なる外部端子１１４を備えてなる液体状態検知素子１１０と、外部端子１１４に、素子側接合部２０３ａを介してロウ付けされた端子金具２０１とからなる。素子１１０には、外部端子である第１金属層１１４とは別に、反対側の主面１１２ｃに第２金属層１２４を備える。端子金具２０１は、素子側接合部２０３ａに加えて第２金属層用接合部２０３ｂを有し、第２金属層用接合部２０３ｂを第２金属層１２４にロウ付けした。このロウ付けがある分、接合強度が倍増する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子金具付き液体状態検知素子及びこの端子金具付き液体状態検知素子を用いた液体状態検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する排ガス浄化装置においては、ＮＯｘ選択還元（ＳＣＲ）触媒が用いられることがあり、その還元剤としては尿素水溶液が用いられる。この還元反応を効率よく行うためには、尿素濃度が３２．５ｗｔ％の尿素水溶液を用いるのが好ましいとされている。しかしながら、ディーゼル自動車に搭載される尿素水タンクに収容される尿素水溶液は、経時変化などにより、尿素濃度が変化してしまうことがある。また、尿素水タンク内に誤って異種溶液（軽油など）や水等が混入してしまうこともある。そこで、このタンク内の尿素水溶液の尿素濃度など、その液体（液）の状態を管理するための液体状態検知センサ（尿素濃度識別装置ともいわれる）が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
この特許文献１に記載の液体状態検知センサ（尿素濃度識別装置）では、基板と感温体と絶縁層と発熱体と保護層とが、順次積層されてなる検知素子（薄膜チップ）を有する傍熱型濃度検知部を備えている。この装置では、発熱体に所定時間通電し、その通電前後において感温体により測定された発熱体の温度変化に基づいて尿素濃度を検知する手法がとられている。具体的には、尿素濃度の相違により、発熱体の温度変化に差異が生じることを利用し、発熱体の温度変化を検知することでその濃度を検知するようにしている。この装置に使用される検知素子においては、その内部に尿素水溶液が侵入しないようにする必要があるため、この検知素子は樹脂でモールドされている。このため、尿素水溶液に熱が伝わり難く、したがって、同水溶液が昇温しにくいことから、素子の感温体の温度変化の差異が生じ難くなり、検知感度が良くないという問題がある。
【０００４】
こうした中で、本願発明者は、発熱抵抗体を例えば２層のセラミック積層体内に封止してなる液体状態検知素子を用いた液体状態検知センサを提案している（特許文献２）。この液体状態検知センサにおける液体状態検知素子は、発熱抵抗体をセラミック積層体内に封止してなるセラミック積層体構造のものであるため、その内部に液体が侵入することがない。したがって、その素子自体を直接液体（尿素水溶液）に浸漬することができるため、周囲を樹脂でモールドした構造の前記素子に比べると、熱伝導も良好となり、したがって、センサとしての感度ないし応答特性が向上する。また、このようなセラミック積層体構造の液体状態検知素子においては、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を用いているため、その発熱抵抗体に通電すれば、液体の濃度等、液体の状態に応じて、発熱抵抗体の抵抗値に対応した信号を得ることができる。したがって、この信号に基づいて、液体の濃度（液体中の所定成分の濃度）等の液体（液）の状態が検知できる。
【０００５】
図１１は、特許文献２に記載の液体状態検知センサを構成する液体状態検知素子１１０を示したもので、この素子１１０は、内部に発熱抵抗体（図示せず）を備えたセラミック積層体（絶縁基体）の一方の主面（主表面）１１１に、その発熱抵抗体に連なる通電又は電圧印加用の外部端子（金属層）１１４を一対備えてなるものである。そして、その外部端子１１４には、端子金具２０１がその図示左端の素子側接合部２０３を介してロウ付け又はハンダ付けにより接合されており、この端子金具２０１の図示しないバレルに、図示しない電線が接続されて制御装置に配線される。なお、このような素子１１０は、例えば筒状体の先端部に設けられて液体状態検知センサを構成するものである。そして、このセンサは、ディーゼル自動車に搭載される尿素水タンクに取り付けられて使用されるが、その際には素子１１０が同タンク内に収容される尿素水溶液内に液没するようにして取り付けられる。なお、本明細書において液体状態とは、液体の濃度、温度のほか、測定対象の液体（液）の有無（液が所定量有るか無いかの状態）や液体の種類（液体が何であるのか）をも含む概念として用いている。
【特許文献１】特開２００５−８４０２６号公報
【特許文献２】特願２００５−２００８０８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記したこのような液体状態検知素子１１０における外部端子（金属層）１１４には、前記もしたように端子金具２０１がその素子側接合部２０３を介してロウ付け又はハンダ付け（以下、単にロウ付けとも言う）により接続されるが、この端子金具２０１又はこれに接続されている電線には自動車の走行等に起因する様々な原因により、外力が作用する。もちろん、素子１１０における外部端子１１４と端子金具２０１における素子側接合部２０３との接合部（ロウ付け部）には、このような外力からその端子接合部におけるロウに分離や破断等の不具合が生じないように設定されている。しかしながら、この端子接合部には、その電線に対する引張り作用などに起因して、想定外の大きさの外力（主として引張り力）がかかることがある。このため、その接合部におけるロウが破断したり、端子金具２０１が素子１１０の外部端子１１４から引き剥がされたり、或いは捲れたりして分離するなど、その端子接合部に接合破断が生じる可能性があるとの指摘があった。いうまでもなく、そのような破断の発生は必然的にセンサの故障の原因となって顕在化する。
【０００７】
そこで、このような対策として第１に考えられるのは、素子１１０における外部端子１１４と端子金具２０１における素子側接合部２０３とのロウ付け面積の増大があるが、これでは外部端子１１４の面積の増大や端子金具２０１の大型化につながり、結果的に素子の大型化を招くことなどの問題がある。また、このようにロウ付け面積を増大することで、一応の接合強度の向上は図られるが、それのみでは十分な効果は得られない。というのは、本願発明者によれば、上記の端子接合構造における接合破断の原因は、そのロウ付けが、素子１１０の片面においてなされることによる、ある意味のアンバランスにも起因しているためである。というのは、このような端子接合構造において、電線に対する外力（引張り力）の作用方向は、外部端子１１４が形成されている素子１１０の主面（表面）１１１に平行とは限らず、その主面に対して傾斜して加わりがちであるためである。すなわち、このような場合には、接合されている端子金具２０１に引き剥がし力が作用することから、比較的小さな力でも接合破断が発生する。
【０００８】
本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、液体状態検知素子の大型化を招くことなく、その外部端子である金属層にロウ付けされている端子金具に外力がかかったとしても、その接合破断が生じることを有効に防止できる高強度の端子接合構造を有する、端子金具付き液体状態検知素子、及びこれを用いた液体状態検知センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を内部に封止してなる板状の絶縁基体の一方の主面に、前記発熱抵抗体に連なる外部端子である第１金属層を備えてなる液体状態検知素子と、
前記第１金属層に、素子側接合部を介してロウ付け又はハンダ付けにより接合されてなる端子金具とを備え、
前記液体状態検知素子には、前記第１金属層とは別に、前記一方の主面と反対側の主面に第２金属層が設けられている一方、
前記端子金具は、前記素子側接合部に加えて第２金属層用接合部を備えており、この第２金属層用接合部が前記第２金属層にロウ付け又はハンダ付けにより接合されてなることを特徴とする端子金具付き液体状態検知素子である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記第２金属層は、前記絶縁基体を介して、前記第１金属層に対向する部位に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の端子金具付き液体状態検知素子である。請求項３に記載の発明は、前記液体状態検知素子は、第２金属層が第１金属層と電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の端子金具付き液体状態検知素子である。請求項４に記載の発明は、前記液体状態検知素子は、第２金属層が第１金属層と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の端子金具付き液体状態検知素子である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記端子金具における素子側接合部と第２金属層用接合部とが、前記液体状態検知素子をその両主面において挟み付けるように二股状に形成されていると共に、その股部が前記液体状態検知素子の端部に当接されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体状態検知素子である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の端子金具付き液体状態検知素子と、
前記発熱抵抗体への通電により、その発熱抵抗体の抵抗値に対応して出力される出力信号に基づいて、検知対象をなす液体の状態を検知する検知部と、を備えることを特徴とする液体状態検知センサである。また、請求項７に記載の発明は、前記液体が尿素水溶液である請求項６に記載の液体状態検知センサである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の端子金具付き液体状態検知素子（以下、単に素子とも言う）においては、外部端子である第１金属層に接合された端子金具が、液体状態検知素子の反対側の主面（主表面）に設けられた第２金属層にもロウ付け又はハンダ付け（以下、単にロウ付けともいう）により接合されている。すなわち、従来の素子における外部端子（本願発明の第１金属層）は、その片方の主面にのみ形成されており、端子金具は、その素子側接合部を介してその外部端子にロウ付けされた端子接合構造をなしている。このため、この端子金具又はこれに接続された電線が引張られるなどして、端子金具と素子における外部端子との間に引張り力（負荷）が作用すると、その接合をしているロウが破断したりして、外部端子から端子金具が分離する危険性が高かった。とくに、このような引張り力は素子の主面に傾斜して加わりがちであることから、このような場合にはそのロウ付け部において端子金具に引き剥がし力が作用するため、比較的小さな力でも接合破断が発生していた。
【００１４】
これに対して本願請求項１又は２に記載の発明によるときは、前記素子には、前記外部端子である第１金属層とは別に、前記反対側の主面に第２金属層が設けられている一方、前記端子金具は、前記素子側接合部に加えて第２金属層用接合部を備えており、この第２金属層用接合部が前記第２金属層にロウ付け又はハンダ付けにより接合されている。すなわち、素子の両面に設けられた２つの金属層に、端子金具における２つの接合部がそれぞれロウ付け等により接合されている。したがって、この端子金具又はこれに接続された電線と、素子における外部端子（第１金属層）との間に引張り力（負荷）が作用したとしても、その接合強度は倍増されていることから、そのような外力に対しても有効に抗することができる。このように本発明の素子によれば、その大型化を招くことなく、その外部端子（第１金属層）である金属層にロウ付けされている端子金具に外力がかかったとしても、その接合破断が生じることを有効に防止できるなど、高強度の端子接合構造を有するものとなすことができる。
【００１５】
なお、本発明の素子によれば、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を備えるから、この発熱抵抗体に通電すれば、液体の状態に応じて発熱抵抗体の抵抗値に対応した信号を得ることができるので、この信号に基づいて液体状態を検知することができる。そして、本発明の素子においては、発熱抵抗体が絶縁基体内に封止されているため、素子自体を直接液体内に浸漬させることができる。したがって、周囲を樹脂でモールドした素子に比べて感度においても優れている。
【００１６】
前記第２金属層は、請求項３に記載のように、前記第１金属層と電気的に接続されておらず、端子金具との機械的接合のみを目的とするもの（言わばダミー端子）としてもよいが、請求項４に記載のように、前記第１金属層と電気的に接続されているものとすると、第１金属層又は第２金属層のうちの一方におけるロウ付けが破断したとしても、直ちに断線にいたることがないため、安全性の高い端子接続構造となすことができる。
【００１７】
また、請求項５に記載のように、前記端子金具における素子側接合部と第２金属層用接合部とが、前記液体状態検知素子をその両主面において挟み付けるように二股状に形成されていると共に、その股部が前記液体状態検知素子の端部に当接状に保持されているものでは、ロウ付け時の位置決めにおいてその当接を利用することができるので、その位置決めを容易にできる。また、ロウ付け後においては、素子の端部にその股部が当接している分、端子金具の振れ止めないし揺れ止めの各作用が図られるため、強度アップも期待される。
【００１８】
なお、請求項６に記載の液体状態検知センサは、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を備え、検知対象をなす液体に浸漬される素子を備えているから、発熱抵抗体への通電により、この発熱抵抗体の抵抗値に対応して出力される出力信号に基づいて、液体状態を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明に係る端子金具付き液体状態検知素子の実施の形態について、図１〜図６に基づいて説明するが、まず、液体状態検知素子１１０について説明する。本形態の液体状態検知素子１１０は、細長い矩形の板形状をなしており、図４に示したように、第１、第２の２層のセラミック絶縁層１１１、１１２からなる積層構造をなしている。そして、第１セラミック絶縁層１１１と、第２セラミック絶縁層１１２との間（層間部位）には、発熱抵抗体１１７を含む導体層１１８を有しており、同時焼成により形成されている。この構造において内部の導体層１１８は、第１セラミック絶縁層１１１と第２セラミック絶縁層１１２との間に液密状に封止されており、したがって、素子１１０を直接、尿素水溶液に浸漬しても、その内部に尿素水溶液が浸水して導体層１１８が短絡する虞がないようにされている。
【００２０】
導体層１１８は、Ｐｔを主成分としてなるものであるが、図３、４に示したように、同素子１１０の先端（図３、４下）側に配置された発熱抵抗体１１７と、その発熱抵抗体１１７の両端部のそれぞれに連なり、素子１１０の左右の各長辺に沿ってそれぞれ延びるリード部１１５，１１６を両絶縁層１１１、１１２の間に備えている。そして、このリード部１１５，１１６の後端（図３、４上端）寄り部位に対応する第１セラミック絶縁層１１１のうちの外部に露出する主面（表面）１１１ｃには、発熱抵抗体１１７に対する通電用の外部端子をなす金属層（以下、第１金属層ともいう）１１４が一対、形成されている。この第１金属層１１４は、共に素子１１０に沿って縦長矩形をなしおり、ビア導体１１３を介して、左右のリード部１１５，１１６の後端寄り部位に電気的に接続されている。
【００２１】
なお、導体層１１８は、素子１１０の主面を平面視したときにおいて、図３に示したようなパターンをなしており、上記もしたが、矩形の長辺に沿ってそれぞれ先後に延びるように形成された第１リード部１１５と、第２リード部１１６と、先端寄り部位において両者に接続する発熱抵抗体１１７とを有している。そして、発熱抵抗体１１７は、第２セラミック絶縁層１１２の長手方向（図３において上下方向）に、互いに平行に直線状に延びる多数の平行線状部１１７ｂと、隣り合う平行線状部１１７ｂ同士を方向転換して連結する円弧状の連結部１１７ｃとを有しており、全体として、第１リード部１１５及び第２リード部１１６に比べて小さな断面積の線が蛇行して延びる線形状をなしている。このため、導体層１１８に通電すると、主に、発熱抵抗体１１７において発熱するように形成されている。そして、この発熱抵抗体１１７は、自身の温度に応じて抵抗値が変化する。
【００２２】
また、上記したように、素子１１０は、第１リード部１１５と、第２リード部１１６との各後端寄り部位において、素子１１０の一方の主面をなす第１セラミック絶縁層１１１の表面１１１ｃに、それぞれ外部端子（接続パッド）をなす金属層（第１金属層）１１４を備えている。そして、この第１金属層１１４，１１４は、それぞれ、第１セラミック絶縁層１１１を貫通するビア（導体）１１３，１１３を介して、第１リード部１１５と、第２リード部１１６とに電気的に接続されている。
【００２３】
他方、本形態では、図４に示したように、液体状態検知素子１１０をなす第２セラミック絶縁層１１２のうち、第１セラミック絶縁層１１１の表面１１１ｃの第１金属層１１４，１１４に対応する部位の表面１１２ｃに、その第１金属層１１４と同寸、同形（形状）の金属層（本発明の第２金属層。以下、第２金属層とも言う）１２４，１２４を備えている。すなわち、第１金属層１１４と第２金属層１２４とは、第１セラミック絶縁層１１１と第２セラミック絶縁層１１２を介して、対向している。本形態では、この第２金属層１２４もＰｔを主成分としてなるものとして、同時焼成により形成されている。なお、第１金属層１１４と第２金属層１２４とは、素子１１０の表裏両面１１１ｃ，１１２ｃにおいて対応する位置（同一位置）になくともよい（ずれていてもよい）が、このような位置関係にあるため、本形態の素子１１０は、表裏いずれの面も同じ外観を呈している。また、次に説明する端子金具２０１のうち、前記金属層１１４，１２４に対する各接合部を同様の形態に形成できる。
【００２４】
なお、このような液体状態検知素子１１０は次のようにして製造される。第１セラミック絶縁層１１１をなすセラミックグリーンシートの前記ビアに対応する位置にビアホール１１１ｂを穿孔し、導体層１１８及びビア１１３、さらには第１金属層１１４の各メタライズ層に対応する部位に、Ｐｔを主成分として含むメタライズペーストを印刷しておく。他方、第２セラミック絶縁層１１２をなすセラミックグリーンシートの第２金属層１２４に対応する部位に同様のメタライズペーストを印刷しておく。次いで、この両セラミックグリーンシートを積層、圧着し、同時焼成する。そして、この液体状態検知素子１１０の露出する外部端子をなす第１金属層１１４等の表面に所要のメッキを施す。なお、このような素子１１０の第１、第２金属層１１４、１２４には、次記する端子金具（コネクタ）１２１が、その素子側接合部２０３ａと第２金属層用接合部２０３ｂを介して例えば銀ロウにて接合（ロウ付け）され、端子金具付き液体状態検知素子をなす。
【００２５】
次に本形態の端子金具２０１について、図１及図２、び図４〜図６を参照して説明する。ただし、本形態では左右の端子金具２０１は、対称形状をなしているものの、実質、同一のものであるため、その一方について説明する。すなわち、端子金具２０１は、金属薄板から形成されてなるもので、その一端（図１上端）に、電線（端部）９０の先端の芯線を圧着（カシメ）によって接続するようにＵ字状に折り曲げて形成された一定長さを有する圧着部（バレル）２１１を備えている。そして、他端部には、素子１１０における第１セラミック絶縁層１１１の主面１１１ｃに形成された外部端子用の第１金属層１１４と、第２セラミック絶縁層１１２の主面１１２ｃに形成された第２金属層１２４とに、それぞれロウ付けにより接合可能に、略平行に２面が向き合って延びるように形成された素子側接合部２０３ａと、第２金属層用接合部２０３ｂとが形成されている。すなわち、本形態の端子金具２０１は、一端部の圧着部２１１と、他端部の２つの接合部２０３ａ、２０３ｂと、これらを一体で連結する中継線部２０７とからなっている。そして、中継線部２０７は、圧着部寄り部位が細い帯板２０８からなり、２つの接合部寄り部位は、それより幅広の帯板を横断面コ字形部２０４をなすように折り曲げて形成されている。このうち両接合部２０３ａ、２０３ｂは、そのコ字形部２０４の両フランジ部位２０４ｂの端から先端側に二股状となって延びるように形成されて、素子１１０をその両主面１１１ｃ，１１２ｃにおいて挟み付け可能に形成されている。ただし、両接合部２０３ａ、２０３ｂの先端寄り部位の約半分は、両者の平行間隔がやや小さくなるように屈曲形成されている。また、中継線部２０７の圧着部寄り部位の細い帯板２０８は、このコ字形部２０４の開口側に向けて斜めに屈曲されるとともに、圧着部２１１の近傍において、圧着部２１１が接合部２０３ａ、２０３ｂと略平行に延びるように屈曲されている。
【００２６】
なお、中継線部２０７の屈曲は、端子金具２０１を素子１１０に接合する際に、コ字形部２０４の上部と下部とを連結している連結部（以下、ウエブという）２０４ｃが素子１１０の幅方向の中央寄り部位に位置するようにして、その二股状の両接合部２０３ａ、２０３ｂを第１、第２の金属層１１４，１２４にロウ付けすることとしたため、そのロウ付け状態において、圧着部２１１が他方の端子金具２０１の圧着部２１１と離間するようになっている。また本形態では、中継線部２０７をなす帯板２０８は圧着部２１１寄り部位において、９０度ねじられており、これにより、圧着部２１１のＵ字状の開口とコ字形材の開口とが９０度異なる向きを向くようにされている。
【００２７】
上記した液体状態検知素子１１０と端子金具２０１とは、次のようにして、例えば銀ロウにてロウ付けされている。すなわち、本形態に用いる前記した端子金具２０１はその２つとも、各中継線部２０７におけるコ字形部２０４のウエブ２０４ｃを素子１１０の後端１１０ｂにおいて素子１１０の幅方向の中央寄り部位に位置させる。次いで、その二股状の両接合部２０３ａ、２０３ｂが素子１１０を、その両面の第１、第２金属層１１４，１２４においてそれぞれ挟むようにする。そして、二股状に延びる両接合部２０３ａ、２０３ｂの股部２０３ｃをなす中継線部２０７のコ字形部２０４のウエブ２０４ｃの端（接合部寄り端）を素子１１０の後端１１０ｂに当接させて、素子１１０の前後に対する位置決めをする。この状態において各素子１１０の第１、第２金属層１１４，１２４を、端子金具２０１の両接合部２０３ａ、２０３ｂのそれぞれをロウ付けする。
【００２８】
本形態では、このようにロウ付けにおいては、素子１１０の前後における位置決めができるため、その接合工程が容易になる。なお、端子金具２０１の圧着部２１１に対しては、ロウ付けの前又は後に、電線９０の先端を圧着により接続しておけばよい。
【００２９】
しかして、このようにして素子１１０と端子金具２０１とが接合されてなる本形態の端子金具付き液体状態検知素子における、その接合構造においては、各端子金具２０１は、いずれもその二股状に延びる接合部２０３ａ、２０３ｂにて、素子１１０の両面の各金属層１１４，１２４にロウ付けされている。すなわち、本形態では、発熱抵抗体１１７に通電するための一方の主面１１１ｃに形成された第１金属層１１４に加えて、他方の主面１１２ｃに独立して形成された第２金属層１２４にも、１つの端子金具２０１における接合部（素子側接合部２０３ａ、第２金属層用接合部２０３ｂ）がそれぞれロウ付けされている。したがって、このような端子金具付きの素子においては、端子金具２０１に引張り力が作用したとき、従来のように、その素子側接合部のみが外部端子をなす第１金属層にロウ付けされている場合に比べると、その接合強度は、約２倍の強度を保持できるため、高い信頼性が保持される。
【００３０】
なお、前記形態の端子金具付き素子においては、素子１１０における第２金属層１２４及び端子金具２０１における第２金属層用接合部２０３ｂは、接合強度確保のためのみの作用しかないが、図４に示したように、第２金属層１２４についても、その第１金属層１１４と同様に、ビア（ビア導体）１１３ｂを介して、左右のリード部１１５，１１６の後端寄り部位に電気的に接続しておいてもよい。このようにしておけば、万一、一方の金属層において、端子金具２０１の接合部２０３ａ，２０３ｂとのロウ付けが分断されたとしても、直ちに接合不良を招くことがない。また、本形態では、素子１１０の後端（端部）１１０ｂに素子側接合部２０３ａと第２金属層用接合部２０３ｂとの股部２０３ｃが当接している分、端子金具２０１の振れ止めないし揺れ止めの各作用が図られるため、接合強度のアップが図られる。
【００３１】
なお、上記した素子１１０によれば、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体１１７を備えるから、この発熱抵抗体１１７に通電すれば、液体の状態に応じて発熱抵抗体１１７の抵抗値に対応した信号を得ることができるので、この信号に基づいて液体状態を検知することができる。そして、上記した素子１１０においては、発熱抵抗体１１７が絶縁基体（セラミック絶縁層）内に封止されているため、素子１１０自体を直接液体内に浸漬させることができる。したがって、周囲を樹脂でモールドした素子に比べて感度においても優れたものとなすことができる。
【００３２】
次に、端子金具の別例について、図７に基づいて説明する。ただし、この端子金具３０１は、前記した端子金具２０１と基本的に共通するものであり、本質的な相違はない。したがって、その相違点のみ説明し、同一部位には同一の符号を付すに止める。すなわち、この端子金具３０１は、素子側接合部２０３ａと、第２金属層用接合部２０３ｂとが、上記形態のように二股状とはなっておらず、上記した形態の中継線部２０７における横断面がコ字形部２０４が、その横断面のままで先端に向けて延びた形態を呈している。ただし、この端子金具３０１においては、これを素子１１０の両外側から取付け得るように、その取り付け状態においてコ字形部２０４の開口が相互に向き合い、しかも圧着部２１１が相互に離間するように、帯板２０８が屈曲形成されている。このような端子金具３０１は、コ字形部２０４のウエブ２０４ｃが素子１１０の側面に押付けられると共に、両フランジ２０４ｂに連なる部位が接合部２０３ａ，２０３ｂとなって、素子１１０の両主面１１１ｃ，１１２ｃを挟み付ける形態となるが、接合部２０３ａ，２０３ｂが横断面がコ字形をなしている分、端子金具３０１自体の強度が高められる。
【００３３】
さて次に、上記した構成の端子金具付き液体状態検知素子が用いられてなる液体状態検知センサ１００について、図８に基づいて説明する。図８は本実施形態にかかる液体状態検知センサ１００の全体を説明する要部破断縦断面図である。図８に示すように、この液体状態検知センサ１００は、円筒状の外筒電極１０と、その内側に内挿状態に保持された円筒状の内筒電極２０、及び、この内筒電極２０の先端（図８下端）に配置されてなる上記した液体状態検知素子１１０と、これら両電極１０，２０を図示における上端部で固定すると共に、図示しない尿素水タンクの例えば天板部にセンサ１００自体を取り付けるためのフランジを有する取付部４０などから構成されている。
【００３４】
そして、この取付け部４０の図示上部には、詳しくは後述するが、ＣＰＵなどが実装された配線基板６０を含む検知部１６０が設けられており、保護カバー１６１にてカバーされている。なお、以下、液体状態検知センサ１００について、その全体を図示の上下方向に見て、下に位置する液体状態検知素子１１０の側を先端側、上に位置する検知部１６０の側を後端側として説明する。このような本実施形態の液体状態検知センサ１００は、その先端側が尿素水タンク内の尿素水溶液に浸漬され、液体状態検知素子１１０で同液の濃度等を、そして両電極１０，２０で液位を検知するように形成されている。
【００３５】
センサ１００を構成する外筒電極１０は金属製で円筒状の直管をなし、その軸線Ｇを上下にして上の取付け部４０から垂下状にして固定されている。この外筒電極１０の取付け部４０に対する固定は、後端部（図示上端）１２を取付部４０に溶接することによっている。なお、取付部４０は、検知部１６０を構成する配線基板６０に対し、そのグランド電位をなす配線部（図示しない）と同電位となるように接続されており、取付部４０に溶接されている外筒電極１０もグランド電位となるようにされている。
【００３６】
一方、内筒電極２０は、金属製で、外筒電極１０より小径の円筒状の直管をなし、その軸線を軸線Ｇに一致させて外筒電極１０の内側に配置されている。この内筒電極２０は、図示はしないが、その後端部において、絶縁部材を介して取付部４０に固着されている。また、その先端部は外筒電極１０の先端から突出しないようにその長さが設定されており、外筒電極１０の先端寄り部位の内側において、後述するように絶縁を保持して弾性的に支持されている。そして、本形態では、外筒電極１０の先端寄り部位の内側において、しかも、この内筒電極２０の内側先端から突出するようにして、上記した液体状態検知素子１１０が配置されている。
【００３７】
液体状態検知素子１１０（以下、単に素子１１０ともいう）自体の詳細な構成については上記した通りである。この素子１１０は、内筒電極２０の先端に取付けられた径違い筒状をなすホルダ１２０の下部の小径部内に充填された固定部材（樹脂）１２６によって、素子１１０自身の中間寄り部位をシール状に固定され、先端寄り部位をホルダ１２０の先端から所定量突出させている。なお、素子１１０を固定しているホルダ１２０は、その上部の大径部を、その内側にシール材（ゴムリング）１２７を介在させて、内筒電極２０の先端部外周面に外嵌することで取り付けられている。また、素子１１０の内部の発熱抵抗体１１７に通電するための金属層（以下、外部端子ともいう）１１４に、端子金具２０１を介して接続された電線９０は内筒電極２０の内側を通されて後端側に引出され、検知部１６０を構成する配線基板６０に電気的に接続されている。
【００３８】
上記のように、素子１１０を保持、固定して内筒電極２０の先端部外側に外嵌されてなるホルダ１２０には、その外周面に密着するホルダ密着部を有し、液体状態検知素子１１０を包囲して保護するように異径有底円筒状に形成されたプロテクタ１３０が装着されている。ただし、このプロテクタ１３０には、その内外を尿素水溶液が流通するための貫通孔が複数穿孔されている。一方、外筒電極１０の先端寄り部位の内側には、上部の内径が大径で異径筒状をなすゴムブッシュ８０が嵌着、固定されており、その内側にプロテクタ１３０におけるホルダ密着部を介して、ホルダ１２０を嵌合させており、これによって内筒電極２０の先端部と共に液体状態検知素子１１０を弾性的に支持している。なお、ゴムブッシュ８０の外筒電極１０に対する固定は、ゴムブッシュ８０の外周面に形成された突起を外筒電極１０の周面（筒壁）に形成された貫通穴に嵌合させることによっている。
【００３９】
また、本形態では内筒電極２０は、検知部１６０を構成する配線基板６０に電気的に接続され、交流電圧が印加されるように構成されている。そして、内筒電極２０のうち尿素水溶液に接触する外表面には、フッ素系樹脂からなる絶縁被膜２３が形成されている。また、外筒電極１０及び内筒電極２０をその後端において固定している取付部４０は、金属板からなり、その周囲のフランジ部には図示しないボルト用貫通孔（図示省略）が穿孔されている。これにより、この液体状態検知センサ１００は、取付部４０のボルト用貫通孔に取付ボルトを通して尿素水タンクに取付られる構成とされている。
【００４０】
次に、このセンサにおける検知システムについて説明する。検知部１６０は、上記もしたように、ＣＰＵなどが実装された配線基板６０等により構成されており、保護カバー１６１の内部に配置されている。この検知部１６０は、図９に示すように、マイクロコンピュータ２２０と、第１検知回路部２８０と、第２検知回路部２５０と、入出力回路部２９０とを有している。このうち、マイクロコンピュータ２２０は、ＣＰＵ２２１、ＲＯＭ２２２、及びＲＡＭ２２３を有し、各種制御を行う。入出力回路部２９０は、マイクロコンピュータ２２０とＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）との間で信号の入出力を行うための、通信プロトコルの制御を行う。
【００４１】
第２検知回路部２５０は、マイクロコンピュータ２２０からの指令に基づいて、外筒電極１０と内筒電極２０との間に所定の交流電圧を印加する。そして、このときに流れた電流を電圧変換し、その電圧信号をマイクロコンピュータ２２０に出力する。外筒電極１０と内筒電極２０との間に位置する尿素水溶液Ｌの液量に応じて、外筒電極１０と内筒電極２０との間の静電容量が異なることから、マイクロコンピュータ２２０では、出力された電圧信号に基づいて、尿素水溶液Ｌの液面レベルを検知することができる。
【００４２】
第１検知回路部２８０は、差動増幅回路部２３０と、定電流出力部２４０と、スイッチ２６０とを有している。この第１検知回路部２８０は、マイクロコンピュータ２２０からの指令に基づいて、液体状態検知素子１１０に定電流を流し、発熱抵抗体１１７の抵抗値に対応して出力された電圧信号を、マイクロコンピュータ２２０に出力する。
【００４３】
具体的には、定電流出力部２４０は、発熱抵抗体１１７と電気的に接続されており、定電流を出力する。スイッチ２６０は、定電流出力部２４０と発熱抵抗体１１７との通電経路上に位置し、マイクロコンピュータ２２０からの指令に基づいて、定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１７への通電のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行う。差動増幅回路部２３０は、発熱抵抗体１１７の入力端側の電位Ｐｉｎと出力端側の電位Ｐｏｕｔとの差分値を、検出電圧値としてマイクロコンピュータ２２０に出力する。これにより、マイクロコンピュータ２２０では、この検出電圧値に基づいて、例えば、尿素水溶液Ｌの尿素濃度を算出し、尿素濃度が適正であるか否かを検知したり、尿素水溶液Ｌの温度を算出したりすることができる。
【００４４】
例えば、尿素水溶液Ｌの尿素濃度が３２．５ｗｔ％であるときは、図１０に実線で示すように、通電時間の経過に伴って発熱抵抗体１１７の電圧が変動する。この例を参照して説明すると、まず、定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１７に定電流を流し、発熱抵抗体１１７への通電開始直後（具体的には、発熱抵抗体１１７への通電を開始してから１０ｍｓｅｃ経過後）に、発熱抵抗体１１７の抵抗値に対応して出力された電圧信号（第１検出電圧値Ｖ１）を検知する。次いで、通電開始から所定の通電時間ｔ１（例えば、ｔ１＝７００ｍｓｅｃ）経過後、発熱抵抗体１１７の抵抗値に対応して出力された電圧信号（第２検出電圧値Ｖ２）を検知する。
【００４５】
次いで、Ｖ２とＶ１との差分値ΔＶ（この例ではΔＶ１）＝Ｖ２−Ｖ１を算出し、このΔＶ（この例ではΔＶ１）が、閾値Ｑ（予め、様々な濃度の尿素水溶液Ｌについて取得したΔＶの最大値）以下であれば、尿素水タンク９８内には尿素水溶液Ｌが収容されていると判定できる。さらに、所定の演算式に基づいて、尿素水溶液の尿素濃度を算出すれば、尿素濃度が適正であるか否かを判定することができる。この例では、尿素濃度が３２．５ｗｔ％と算出され、尿素濃度は適正であると判定されることとなる。
【００４６】
これは、次のような原理に基づいて実現される。尿素水溶液Ｌに含まれる尿素の濃度の違いにより、尿素水溶液Ｌの熱伝導率が異なることから、発熱抵抗体１１７により尿素水溶液Ｌを加熱した場合、尿素濃度の違いにより、尿素水溶液Ｌの温度上昇率が異なることとなる。このため、尿素水溶液Ｌの温度上昇率（すなわち、尿素水溶液Ｌの濃度）が、尿素水溶液Ｌに浸漬された液体状態検知素子１１０に含まれる発熱抵抗体１１７の温度上昇に影響を与えることとなる。
【００４７】
前述のように、発熱抵抗体１１７は、自身の温度に応じて抵抗値が変化する。従って、発熱抵抗体１１７に所定時間定電流を流した後では、尿素水溶液Ｌの尿素濃度の違い、あるいは液種の違い等により、発熱抵抗体１１７の抵抗値に違いが生じることとなる。このため、発熱抵抗体１１７に所定の通電時間ｔ１だけ定電流を流したとき、尿素水溶液Ｌの尿素濃度の違い等により、第１検出電圧値Ｖ１と第２検出電圧値Ｖ２との差分値ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１にも違いが生じることとなる。従って、ΔＶに基づいて、尿素水溶液Ｌの尿素濃度、あるいは液種の違いを検知することが可能となる。また、通電開始直後の発熱抵抗体１１７の抵抗値の温度は、液体状態検知素子１１０（発熱抵抗体１１７）の周囲に位置する尿素水溶液Ｌの温度と略一致していることから、通電開始直後の発熱抵抗体１１７の抵抗値は、液体状態検知素子１１０（発熱抵抗体１１７）の周囲に位置する尿素水溶液Ｌの温度に対応した抵抗値となっている。従って、第１検出電圧値Ｖ１を利用して、尿素水溶液Ｌの温度を検知することもできる。
【００４８】
ところで、ΔＶが閾値Ｑを上回った場合は、尿素水タンク９８内に適正な尿素水溶液が収容されていないこととなる。具体的には、尿素水タンク９８内に、尿素水溶液Ｌとは異なる液体（具体的には、軽油など）が注入されている場合には、ΔＶが閾値Ｑを上回ることとなる。さらに、尿素水タンク９８内が空状態の場合には、より一層ΔＶの値が大きくなる。
【００４９】
そこで、予め、尿素水タンク９８内が空状態のときに取得したΔＶに基づいて閾値Ｒを設定しておけば、実測されたΔＶの値が閾値Ｑを上回り、さらに閾値Ｒを上回ったときには、尿素水タンク９８内が空状態であると判定することができる。一方、実測されたΔＶが、閾値Ｑと閾値Ｒとの間の値となった場合には、尿素水タンク９８内が空状態ではないが、尿素水タンク９８内に、適正な尿素水溶液Ｌよりも熱伝導率の小さな液体（軽油など）が入っていると判定することができる。このように、尿素水タンク９８内の異常をも検知することが可能となる。なお、このような異常検知も、尿素水溶液Ｌの状態検知の一態様である。
【００５０】
以上、本発明のセンサを実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。例えば、前記実施形態の液体状態検知センサ１００では、外筒電極１０及び内筒電極２０を設け、尿素水溶液Ｌの液面レベルを検知するようにしたが、本発明のセンサにおいては、外筒電極１０及び内筒電極２０を設けなくても良い。但し、この場合には、前述のように、尿素水溶液Ｌが空状態となつた場合の異常を検知するのが好ましい。
【００５１】
また、前記液体状態検知センサ１００では、発熱抵抗体１１７を含む導体層１１８を、Ｐｔ（白金）を主成分として形成したが、導体層１１８の材質はこれに限定されるものではなく、Ｗ（タングステン）等を主成分としても良い。さらに、導体層１１８中に、第１セラミック絶縁層１１１，第２セラミック絶縁層１１２を構成するセラミック成分（本実施形態ではアルミナ）が微量添加されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の端子金具付き液体状態検知素子の実施形態にかかる斜視図。
【図２】図１の端子金具付き液体状態検知素子を主面側から見た図（正面図）。
【図３】図２の素子の内部を説明する拡大破断正面図。
【図４】図１の端子金具付き液体状態検知素子を側面側から見た図、及びその素子の内部を説明用に誇張して示した拡大破断面図。
【図５】図４の分解図。
【図６】図１の端子金具付き液体状態検知素子のうちの端子金具（一対）の斜視図。
【図７】端子金具（一対）の別例を示す斜視図。
【図８】実施形態にかかる液体状態検知センサの一部破断面図。
【図９】液体状態検知センサの電気的な構成を示すブロック図。
【図１０】通電時における発熱抵抗体の電圧Ｖの変動の一例を示すグラフ。
【図１１】液体状態検知素子と端子金具との接合における問題点を説明する図。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 液体状態検知センサ
１１０ 液体状態検知素子
１１１ 第１セラミック絶縁層
１１１ｃ 絶縁基体の一方の主面
１１２ 第２セラミック絶縁層
１１２ｃ 反対側の主面
１１４ 外部端子（第１金属層）
１１７ 発熱抵抗体
１２４ 第２金属層
１６０ 検知部
２０１、３０１ 端子金具
２０３ａ 端子金具の素子側接合部
２０３ｂ 端子金具の第２金属層用接合部
２０３ｃ 素子側接合部と第２金属層用接合部との股部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子金具付き液体状態検知素子及びこの端子金具付き液体状態検知素子を用いた液体状態検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する排ガス浄化装置においては、ＮＯｘ選択還元（ＳＣＲ）触媒が用いられることがあり、その還元剤としては尿素水溶液が用いられる。この還元反応を効率よく行うためには、尿素濃度が３２．５ｗｔ％の尿素水溶液を用いるのが好ましいとされている。しかしながら、ディーゼル自動車に搭載される尿素水タンクに収容される尿素水溶液は、経時変化などにより、尿素濃度が変化してしまうことがある。また、尿素水タンク内に誤って異種溶液（軽油など）や水等が混入してしまうこともある。そこで、このタンク内の尿素水溶液の尿素濃度など、その液体（液）の状態を管理するための液体状態検知センサ（尿素濃度識別装置ともいわれる）が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
この特許文献１に記載の液体状態検知センサ（尿素濃度識別装置）では、基板と感温体と絶縁層と発熱体と保護層とが、順次積層されてなる検知素子（薄膜チップ）を有する傍熱型濃度検知部を備えている。この装置では、発熱体に所定時間通電し、その通電前後において感温体により測定された発熱体の温度変化に基づいて尿素濃度を検知する手法がとられている。具体的には、尿素濃度の相違により、発熱体の温度変化に差異が生じることを利用し、発熱体の温度変化を検知することでその濃度を検知するようにしている。この装置に使用される検知素子においては、その内部に尿素水溶液が侵入しないようにする必要があるため、この検知素子は樹脂でモールドされている。このため、尿素水溶液に熱が伝わり難く、したがって、同水溶液が昇温しにくいことから、素子の感温体の温度変化の差異が生じ難くなり、検知感度が良くないという問題がある。
【０００４】
こうした中で、本願発明者は、発熱抵抗体を例えば２層のセラミック積層体内に封止してなる液体状態検知素子を用いた液体状態検知センサを提案している（特許文献２）。この液体状態検知センサにおける液体状態検知素子は、発熱抵抗体をセラミック積層体内に封止してなるセラミック積層体構造のものであるため、その内部に液体が侵入することがない。したがって、その素子自体を直接液体（尿素水溶液）に浸漬することができるため、周囲を樹脂でモールドした構造の前記素子に比べると、熱伝導も良好となり、したがって、センサとしての感度ないし応答特性が向上する。また、このようなセラミック積層体構造の液体状態検知素子においては、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を用いているため、その発熱抵抗体に通電すれば、液体の濃度等、液体の状態に応じて、発熱抵抗体の抵抗値に対応した信号を得ることができる。したがって、この信号に基づいて、液体の濃度（液体中の所定成分の濃度）等の液体（液）の状態が検知できる。
【０００５】
図１１は、特許文献２に記載の液体状態検知センサを構成する液体状態検知素子１１０を示したもので、この素子１１０は、内部に発熱抵抗体（図示せず）を備えたセラミック積層体（絶縁基体）の一方の主面（主表面）１１１に、その発熱抵抗体に連なる通電又は電圧印加用の外部端子（金属層）１１４を一対備えてなるものである。そして、その外部端子１１４には、端子金具２０１がその図示左端の素子側接合部２０３を介してロウ付け又はハンダ付けにより接合されており、この端子金具２０１の図示しないバレルに、図示しない電線が接続されて制御装置に配線される。なお、このような素子１１０は、例えば筒状体の先端部に設けられて液体状態検知センサを構成するものである。そして、このセンサは、ディーゼル自動車に搭載される尿素水タンクに取り付けられて使用されるが、その際には素子１１０が同タンク内に収容される尿素水溶液内に液没するようにして取り付けられる。なお、本明細書において液体状態とは、液体の濃度、温度のほか、測定対象の液体（液）の有無（液が所定量有るか無いかの状態）や液体の種類（液体が何であるのか）をも含む概念として用いている。
【特許文献１】特開２００５−８４０２６号公報
【特許文献２】特願２００５−２００８０８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記したこのような液体状態検知素子１１０における外部端子（金属層）１１４には、前記もしたように端子金具２０１がその素子側接合部２０３を介してロウ付け又はハンダ付け（以下、単にロウ付けとも言う）により接続されるが、この端子金具２０１又はこれに接続されている電線には自動車の走行等に起因する様々な原因により、外力が作用する。もちろん、素子１１０における外部端子１１４と端子金具２０１における素子側接合部２０３との接合部（ロウ付け部）には、このような外力からその端子接合部におけるロウに分離や破断等の不具合が生じないように設定されている。しかしながら、この端子接合部には、その電線に対する引張り作用などに起因して、想定外の大きさの外力（主として引張り力）がかかることがある。このため、その接合部におけるロウが破断したり、端子金具２０１が素子１１０の外部端子１１４から引き剥がされたり、或いは捲れたりして分離するなど、その端子接合部に接合破断が生じる可能性があるとの指摘があった。いうまでもなく、そのような破断の発生は必然的にセンサの故障の原因となって顕在化する。
【０００７】
そこで、このような対策として第１に考えられるのは、素子１１０における外部端子１１４と端子金具２０１における素子側接合部２０３とのロウ付け面積の増大があるが、これでは外部端子１１４の面積の増大や端子金具２０１の大型化につながり、結果的に素子の大型化を招くことなどの問題がある。また、このようにロウ付け面積を増大することで、一応の接合強度の向上は図られるが、それのみでは十分な効果は得られない。というのは、本願発明者によれば、上記の端子接合構造における接合破断の原因は、そのロウ付けが、素子１１０の片面においてなされることによる、ある意味のアンバランスにも起因しているためである。というのは、このような端子接合構造において、電線に対する外力（引張り力）の作用方向は、外部端子１１４が形成されている素子１１０の主面（表面）１１１に平行とは限らず、その主面に対して傾斜して加わりがちであるためである。すなわち、このような場合には、接合されている端子金具２０１に引き剥がし力が作用することから、比較的小さな力でも接合破断が発生する。
【０００８】
本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、液体状態検知素子の大型化を招くことなく、その外部端子である金属層にロウ付けされている端子金具に外力がかかったとしても、その接合破断が生じることを有効に防止できる高強度の端子接合構造を有する、端子金具付き液体状態検知素子、及びこれを用いた液体状態検知センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を内部に封止してなる板状の絶縁基体の一方の主面に、前記発熱抵抗体に連なる外部端子である第１金属層を備えてなる液体状態検知素子と、
前記第１金属層に、素子側接合部を介してロウ付け又はハンダ付けにより接合されてなる端子金具とを備え、
前記液体状態検知素子には、前記第１金属層とは別に、前記一方の主面と反対側の主面に第２金属層が設けられている一方、
前記端子金具は、前記素子側接合部に加えて第２金属層用接合部を備えており、この第２金属層用接合部が前記第２金属層にロウ付け又はハンダ付けにより接合されてなることを特徴とする端子金具付き液体状態検知素子である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記第２金属層は、前記絶縁基体を介して、前記第１金属層に対向する部位に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の端子金具付き液体状態検知素子である。請求項３に記載の発明は、前記液体状態検知素子は、第２金属層が第１金属層と電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の端子金具付き液体状態検知素子である。請求項４に記載の発明は、前記液体状態検知素子は、第２金属層が第１金属層と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の端子金具付き液体状態検知素子である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記端子金具における素子側接合部と第２金属層用接合部とが、前記液体状態検知素子をその両主面において挟み付けるように二股状に形成されていると共に、その股部が前記液体状態検知素子の端部に当接されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体状態検知素子である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の端子金具付き液体状態検知素子と、
前記発熱抵抗体への通電により、その発熱抵抗体の抵抗値に対応して出力される出力信号に基づいて、検知対象をなす液体の状態を検知する検知部と、を備えることを特徴とする液体状態検知センサである。また、請求項７に記載の発明は、前記液体が尿素水溶液である請求項６に記載の液体状態検知センサである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の端子金具付き液体状態検知素子（以下、単に素子とも言う）においては、外部端子である第１金属層に接合された端子金具が、液体状態検知素子の反対側の主面（主表面）に設けられた第２金属層にもロウ付け又はハンダ付け（以下、単にロウ付けともいう）により接合されている。すなわち、従来の素子における外部端子（本願発明の第１金属層）は、その片方の主面にのみ形成されており、端子金具は、その素子側接合部を介してその外部端子にロウ付けされた端子接合構造をなしている。このため、この端子金具又はこれに接続された電線が引張られるなどして、端子金具と素子における外部端子との間に引張り力（負荷）が作用すると、その接合をしているロウが破断したりして、外部端子から端子金具が分離する危険性が高かった。とくに、このような引張り力は素子の主面に傾斜して加わりがちであることから、このような場合にはそのロウ付け部において端子金具に引き剥がし力が作用するため、比較的小さな力でも接合破断が発生していた。
【００１４】
これに対して本願請求項１又は２に記載の発明によるときは、前記素子には、前記外部端子である第１金属層とは別に、前記反対側の主面に第２金属層が設けられている一方、前記端子金具は、前記素子側接合部に加えて第２金属層用接合部を備えており、この第２金属層用接合部が前記第２金属層にロウ付け又はハンダ付けにより接合されている。すなわち、素子の両面に設けられた２つの金属層に、端子金具における２つの接合部がそれぞれロウ付け等により接合されている。したがって、この端子金具又はこれに接続された電線と、素子における外部端子（第１金属層）との間に引張り力（負荷）が作用したとしても、その接合強度は倍増されていることから、そのような外力に対しても有効に抗することができる。このように本発明の素子によれば、その大型化を招くことなく、その外部端子（第１金属層）である金属層にロウ付けされている端子金具に外力がかかったとしても、その接合破断が生じることを有効に防止できるなど、高強度の端子接合構造を有するものとなすことができる。
【００１５】
なお、本発明の素子によれば、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を備えるから、この発熱抵抗体に通電すれば、液体の状態に応じて発熱抵抗体の抵抗値に対応した信号を得ることができるので、この信号に基づいて液体状態を検知することができる。そして、本発明の素子においては、発熱抵抗体が絶縁基体内に封止されているため、素子自体を直接液体内に浸漬させることができる。したがって、周囲を樹脂でモールドした素子に比べて感度においても優れている。
【００１６】
前記第２金属層は、請求項３に記載のように、前記第１金属層と電気的に接続されておらず、端子金具との機械的接合のみを目的とするもの（言わばダミー端子）としてもよいが、請求項４に記載のように、前記第１金属層と電気的に接続されているものとすると、第１金属層又は第２金属層のうちの一方におけるロウ付けが破断したとしても、直ちに断線にいたることがないため、安全性の高い端子接続構造となすことができる。
【００１７】
また、請求項５に記載のように、前記端子金具における素子側接合部と第２金属層用接合部とが、前記液体状態検知素子をその両主面において挟み付けるように二股状に形成されていると共に、その股部が前記液体状態検知素子の端部に当接状に保持されているものでは、ロウ付け時の位置決めにおいてその当接を利用することができるので、その位置決めを容易にできる。また、ロウ付け後においては、素子の端部にその股部が当接している分、端子金具の振れ止めないし揺れ止めの各作用が図られるため、強度アップも期待される。
【００１８】
なお、請求項６に記載の液体状態検知センサは、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を備え、検知対象をなす液体に浸漬される素子を備えているから、発熱抵抗体への通電により、この発熱抵抗体の抵抗値に対応して出力される出力信号に基づいて、液体状態を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明に係る端子金具付き液体状態検知素子の実施の形態について、図１〜図６に基づいて説明するが、まず、液体状態検知素子１１０について説明する。本形態の液体状態検知素子１１０は、細長い矩形の板形状をなしており、図４に示したように、第１、第２の２層のセラミック絶縁層１１１、１１２からなる積層構造をなしている。そして、第１セラミック絶縁層１１１と、第２セラミック絶縁層１１２との間（層間部位）には、発熱抵抗体１１７を含む導体層１１８を有しており、同時焼成により形成されている。この構造において内部の導体層１１８は、第１セラミック絶縁層１１１と第２セラミック絶縁層１１２との間に液密状に封止されており、したがって、素子１１０を直接、尿素水溶液に浸漬しても、その内部に尿素水溶液が浸水して導体層１１８が短絡する虞がないようにされている。
【００２０】
導体層１１８は、Ｐｔを主成分としてなるものであるが、図３、４に示したように、同素子１１０の先端（図３、４下）側に配置された発熱抵抗体１１７と、その発熱抵抗体１１７の両端部のそれぞれに連なり、素子１１０の左右の各長辺に沿ってそれぞれ延びるリード部１１５，１１６を両絶縁層１１１、１１２の間に備えている。そして、このリード部１１５，１１６の後端（図３、４上端）寄り部位に対応する第１セラミック絶縁層１１１のうちの外部に露出する主面（表面）１１１ｃには、発熱抵抗体１１７に対する通電用の外部端子をなす金属層（以下、第１金属層ともいう）１１４が一対、形成されている。この第１金属層１１４は、共に素子１１０に沿って縦長矩形をなしおり、ビア導体１１３を介して、左右のリード部１１５，１１６の後端寄り部位に電気的に接続されている。
【００２１】
なお、導体層１１８は、素子１１０の主面を平面視したときにおいて、図３に示したようなパターンをなしており、上記もしたが、矩形の長辺に沿ってそれぞれ先後に延びるように形成された第１リード部１１５と、第２リード部１１６と、先端寄り部位において両者に接続する発熱抵抗体１１７とを有している。そして、発熱抵抗体１１７は、第２セラミック絶縁層１１２の長手方向（図３において上下方向）に、互いに平行に直線状に延びる多数の平行線状部１１７ｂと、隣り合う平行線状部１１７ｂ同士を方向転換して連結する円弧状の連結部１１７ｃとを有しており、全体として、第１リード部１１５及び第２リード部１１６に比べて小さな断面積の線が蛇行して延びる線形状をなしている。このため、導体層１１８に通電すると、主に、発熱抵抗体１１７において発熱するように形成されている。そして、この発熱抵抗体１１７は、自身の温度に応じて抵抗値が変化する。
【００２２】
また、上記したように、素子１１０は、第１リード部１１５と、第２リード部１１６との各後端寄り部位において、素子１１０の一方の主面をなす第１セラミック絶縁層１１１の表面１１１ｃに、それぞれ外部端子（接続パッド）をなす金属層（第１金属層）１１４を備えている。そして、この第１金属層１１４，１１４は、それぞれ、第１セラミック絶縁層１１１を貫通するビア（導体）１１３，１１３を介して、第１リード部１１５と、第２リード部１１６とに電気的に接続されている。
【００２３】
他方、本形態では、図４に示したように、液体状態検知素子１１０をなす第２セラミック絶縁層１１２のうち、第１セラミック絶縁層１１１の表面１１１ｃの第１金属層１１４，１１４に対応する部位の表面１１２ｃに、その第１金属層１１４と同寸、同形（形状）の金属層（本発明の第２金属層。以下、第２金属層とも言う）１２４，１２４を備えている。すなわち、第１金属層１１４と第２金属層１２４とは、第１セラミック絶縁層１１１と第２セラミック絶縁層１１２を介して、対向している。本形態では、この第２金属層１２４もＰｔを主成分としてなるものとして、同時焼成により形成されている。なお、第１金属層１１４と第２金属層１２４とは、素子１１０の表裏両面１１１ｃ，１１２ｃにおいて対応する位置（同一位置）になくともよい（ずれていてもよい）が、このような位置関係にあるため、本形態の素子１１０は、表裏いずれの面も同じ外観を呈している。また、次に説明する端子金具２０１のうち、前記金属層１１４，１２４に対する各接合部を同様の形態に形成できる。
【００２４】
なお、このような液体状態検知素子１１０は次のようにして製造される。第１セラミック絶縁層１１１をなすセラミックグリーンシートの前記ビアに対応する位置にビアホール１１１ｂを穿孔し、導体層１１８及びビア１１３、さらには第１金属層１１４の各メタライズ層に対応する部位に、Ｐｔを主成分として含むメタライズペーストを印刷しておく。他方、第２セラミック絶縁層１１２をなすセラミックグリーンシートの第２金属層１２４に対応する部位に同様のメタライズペーストを印刷しておく。次いで、この両セラミックグリーンシートを積層、圧着し、同時焼成する。そして、この液体状態検知素子１１０の露出する外部端子をなす第１金属層１１４等の表面に所要のメッキを施す。なお、このような素子１１０の第１、第２金属層１１４、１２４には、次記する端子金具（コネクタ）１２１が、その素子側接合部２０３ａと第２金属層用接合部２０３ｂを介して例えば銀ロウにて接合（ロウ付け）され、端子金具付き液体状態検知素子をなす。
【００２５】
次に本形態の端子金具２０１について、図１及図２、び図４〜図６を参照して説明する。ただし、本形態では左右の端子金具２０１は、対称形状をなしているものの、実質、同一のものであるため、その一方について説明する。すなわち、端子金具２０１は、金属薄板から形成されてなるもので、その一端（図１上端）に、電線（端部）９０の先端の芯線を圧着（カシメ）によって接続するようにＵ字状に折り曲げて形成された一定長さを有する圧着部（バレル）２１１を備えている。そして、他端部には、素子１１０における第１セラミック絶縁層１１１の主面１１１ｃに形成された外部端子用の第１金属層１１４と、第２セラミック絶縁層１１２の主面１１２ｃに形成された第２金属層１２４とに、それぞれロウ付けにより接合可能に、略平行に２面が向き合って延びるように形成された素子側接合部２０３ａと、第２金属層用接合部２０３ｂとが形成されている。すなわち、本形態の端子金具２０１は、一端部の圧着部２１１と、他端部の２つの接合部２０３ａ、２０３ｂと、これらを一体で連結する中継線部２０７とからなっている。そして、中継線部２０７は、圧着部寄り部位が細い帯板２０８からなり、２つの接合部寄り部位は、それより幅広の帯板を横断面コ字形部２０４をなすように折り曲げて形成されている。このうち両接合部２０３ａ、２０３ｂは、そのコ字形部２０４の両フランジ部位２０４ｂの端から先端側に二股状となって延びるように形成されて、素子１１０をその両主面１１１ｃ，１１２ｃにおいて挟み付け可能に形成されている。ただし、両接合部２０３ａ、２０３ｂの先端寄り部位の約半分は、両者の平行間隔がやや小さくなるように屈曲形成されている。また、中継線部２０７の圧着部寄り部位の細い帯板２０８は、このコ字形部２０４の開口側に向けて斜めに屈曲されるとともに、圧着部２１１の近傍において、圧着部２１１が接合部２０３ａ、２０３ｂと略平行に延びるように屈曲されている。
【００２６】
なお、中継線部２０７の屈曲は、端子金具２０１を素子１１０に接合する際に、コ字形部２０４の上部と下部とを連結している連結部（以下、ウエブという）２０４ｃが素子１１０の幅方向の中央寄り部位に位置するようにして、その二股状の両接合部２０３ａ、２０３ｂを第１、第２の金属層１１４，１２４にロウ付けすることとしたため、そのロウ付け状態において、圧着部２１１が他方の端子金具２０１の圧着部２１１と離間するようになっている。また本形態では、中継線部２０７をなす帯板２０８は圧着部２１１寄り部位において、９０度ねじられており、これにより、圧着部２１１のＵ字状の開口とコ字形材の開口とが９０度異なる向きを向くようにされている。
【００２７】
上記した液体状態検知素子１１０と端子金具２０１とは、次のようにして、例えば銀ロウにてロウ付けされている。すなわち、本形態に用いる前記した端子金具２０１はその２つとも、各中継線部２０７におけるコ字形部２０４のウエブ２０４ｃを素子１１０の後端１１０ｂにおいて素子１１０の幅方向の中央寄り部位に位置させる。次いで、その二股状の両接合部２０３ａ、２０３ｂが素子１１０を、その両面の第１、第２金属層１１４，１２４においてそれぞれ挟むようにする。そして、二股状に延びる両接合部２０３ａ、２０３ｂの股部２０３ｃをなす中継線部２０７のコ字形部２０４のウエブ２０４ｃの端（接合部寄り端）を素子１１０の後端１１０ｂに当接させて、素子１１０の前後に対する位置決めをする。この状態において各素子１１０の第１、第２金属層１１４，１２４を、端子金具２０１の両接合部２０３ａ、２０３ｂのそれぞれをロウ付けする。
【００２８】
本形態では、このようにロウ付けにおいては、素子１１０の前後における位置決めができるため、その接合工程が容易になる。なお、端子金具２０１の圧着部２１１に対しては、ロウ付けの前又は後に、電線９０の先端を圧着により接続しておけばよい。
【００２９】
しかして、このようにして素子１１０と端子金具２０１とが接合されてなる本形態の端子金具付き液体状態検知素子における、その接合構造においては、各端子金具２０１は、いずれもその二股状に延びる接合部２０３ａ、２０３ｂにて、素子１１０の両面の各金属層１１４，１２４にロウ付けされている。すなわち、本形態では、発熱抵抗体１１７に通電するための一方の主面１１１ｃに形成された第１金属層１１４に加えて、他方の主面１１２ｃに独立して形成された第２金属層１２４にも、１つの端子金具２０１における接合部（素子側接合部２０３ａ、第２金属層用接合部２０３ｂ）がそれぞれロウ付けされている。したがって、このような端子金具付きの素子においては、端子金具２０１に引張り力が作用したとき、従来のように、その素子側接合部のみが外部端子をなす第１金属層にロウ付けされている場合に比べると、その接合強度は、約２倍の強度を保持できるため、高い信頼性が保持される。
【００３０】
なお、前記形態の端子金具付き素子においては、素子１１０における第２金属層１２４及び端子金具２０１における第２金属層用接合部２０３ｂは、接合強度確保のためのみの作用しかないが、図４に示したように、第２金属層１２４についても、その第１金属層１１４と同様に、ビア（ビア導体）１１３ｂを介して、左右のリード部１１５，１１６の後端寄り部位に電気的に接続しておいてもよい。このようにしておけば、万一、一方の金属層において、端子金具２０１の接合部２０３ａ，２０３ｂとのロウ付けが分断されたとしても、直ちに接合不良を招くことがない。また、本形態では、素子１１０の後端（端部）１１０ｂに素子側接合部２０３ａと第２金属層用接合部２０３ｂとの股部２０３ｃが当接している分、端子金具２０１の振れ止めないし揺れ止めの各作用が図られるため、接合強度のアップが図られる。
【００３１】
なお、上記した素子１１０によれば、自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体１１７を備えるから、この発熱抵抗体１１７に通電すれば、液体の状態に応じて発熱抵抗体１１７の抵抗値に対応した信号を得ることができるので、この信号に基づいて液体状態を検知することができる。そして、上記した素子１１０においては、発熱抵抗体１１７が絶縁基体（セラミック絶縁層）内に封止されているため、素子１１０自体を直接液体内に浸漬させることができる。したがって、周囲を樹脂でモールドした素子に比べて感度においても優れたものとなすことができる。
【００３２】
次に、端子金具の別例について、図７に基づいて説明する。ただし、この端子金具３０１は、前記した端子金具２０１と基本的に共通するものであり、本質的な相違はない。したがって、その相違点のみ説明し、同一部位には同一の符号を付すに止める。すなわち、この端子金具３０１は、素子側接合部２０３ａと、第２金属層用接合部２０３ｂとが、上記形態のように二股状とはなっておらず、上記した形態の中継線部２０７における横断面がコ字形部２０４が、その横断面のままで先端に向けて延びた形態を呈している。ただし、この端子金具３０１においては、これを素子１１０の両外側から取付け得るように、その取り付け状態においてコ字形部２０４の開口が相互に向き合い、しかも圧着部２１１が相互に離間するように、帯板２０８が屈曲形成されている。このような端子金具３０１は、コ字形部２０４のウエブ２０４ｃが素子１１０の側面に押付けられると共に、両フランジ２０４ｂに連なる部位が接合部２０３ａ，２０３ｂとなって、素子１１０の両主面１１１ｃ，１１２ｃを挟み付ける形態となるが、接合部２０３ａ，２０３ｂが横断面がコ字形をなしている分、端子金具３０１自体の強度が高められる。
【００３３】
さて次に、上記した構成の端子金具付き液体状態検知素子が用いられてなる液体状態検知センサ１００について、図８に基づいて説明する。図８は本実施形態にかかる液体状態検知センサ１００の全体を説明する要部破断縦断面図である。図８に示すように、この液体状態検知センサ１００は、円筒状の外筒電極１０と、その内側に内挿状態に保持された円筒状の内筒電極２０、及び、この内筒電極２０の先端（図８下端）に配置されてなる上記した液体状態検知素子１１０と、これら両電極１０，２０を図示における上端部で固定すると共に、図示しない尿素水タンクの例えば天板部にセンサ１００自体を取り付けるためのフランジを有する取付部４０などから構成されている。
【００３４】
そして、この取付け部４０の図示上部には、詳しくは後述するが、ＣＰＵなどが実装された配線基板６０を含む検知部１６０が設けられており、保護カバー１６１にてカバーされている。なお、以下、液体状態検知センサ１００について、その全体を図示の上下方向に見て、下に位置する液体状態検知素子１１０の側を先端側、上に位置する検知部１６０の側を後端側として説明する。このような本実施形態の液体状態検知センサ１００は、その先端側が尿素水タンク内の尿素水溶液に浸漬され、液体状態検知素子１１０で同液の濃度等を、そして両電極１０，２０で液位を検知するように形成されている。
【００３５】
センサ１００を構成する外筒電極１０は金属製で円筒状の直管をなし、その軸線Ｇを上下にして上の取付け部４０から垂下状にして固定されている。この外筒電極１０の取付け部４０に対する固定は、後端部（図示上端）１２を取付部４０に溶接することによっている。なお、取付部４０は、検知部１６０を構成する配線基板６０に対し、そのグランド電位をなす配線部（図示しない）と同電位となるように接続されており、取付部４０に溶接されている外筒電極１０もグランド電位となるようにされている。
【００３６】
一方、内筒電極２０は、金属製で、外筒電極１０より小径の円筒状の直管をなし、その軸線を軸線Ｇに一致させて外筒電極１０の内側に配置されている。この内筒電極２０は、図示はしないが、その後端部において、絶縁部材を介して取付部４０に固着されている。また、その先端部は外筒電極１０の先端から突出しないようにその長さが設定されており、外筒電極１０の先端寄り部位の内側において、後述するように絶縁を保持して弾性的に支持されている。そして、本形態では、外筒電極１０の先端寄り部位の内側において、しかも、この内筒電極２０の内側先端から突出するようにして、上記した液体状態検知素子１１０が配置されている。
【００３７】
液体状態検知素子１１０（以下、単に素子１１０ともいう）自体の詳細な構成については上記した通りである。この素子１１０は、内筒電極２０の先端に取付けられた径違い筒状をなすホルダ１２０の下部の小径部内に充填された固定部材（樹脂）１２６によって、素子１１０自身の中間寄り部位をシール状に固定され、先端寄り部位をホルダ１２０の先端から所定量突出させている。なお、素子１１０を固定しているホルダ１２０は、その上部の大径部を、その内側にシール材（ゴムリング）１２７を介在させて、内筒電極２０の先端部外周面に外嵌することで取り付けられている。また、素子１１０の内部の発熱抵抗体１１７に通電するための金属層（以下、外部端子ともいう）１１４に、端子金具２０１を介して接続された電線９０は内筒電極２０の内側を通されて後端側に引出され、検知部１６０を構成する配線基板６０に電気的に接続されている。
【００３８】
上記のように、素子１１０を保持、固定して内筒電極２０の先端部外側に外嵌されてなるホルダ１２０には、その外周面に密着するホルダ密着部を有し、液体状態検知素子１１０を包囲して保護するように異径有底円筒状に形成されたプロテクタ１３０が装着されている。ただし、このプロテクタ１３０には、その内外を尿素水溶液が流通するための貫通孔が複数穿孔されている。一方、外筒電極１０の先端寄り部位の内側には、上部の内径が大径で異径筒状をなすゴムブッシュ８０が嵌着、固定されており、その内側にプロテクタ１３０におけるホルダ密着部を介して、ホルダ１２０を嵌合させており、これによって内筒電極２０の先端部と共に液体状態検知素子１１０を弾性的に支持している。なお、ゴムブッシュ８０の外筒電極１０に対する固定は、ゴムブッシュ８０の外周面に形成された突起を外筒電極１０の周面（筒壁）に形成された貫通穴に嵌合させることによっている。
【００３９】
また、本形態では内筒電極２０は、検知部１６０を構成する配線基板６０に電気的に接続され、交流電圧が印加されるように構成されている。そして、内筒電極２０のうち尿素水溶液に接触する外表面には、フッ素系樹脂からなる絶縁被膜２３が形成されている。また、外筒電極１０及び内筒電極２０をその後端において固定している取付部４０は、金属板からなり、その周囲のフランジ部には図示しないボルト用貫通孔（図示省略）が穿孔されている。これにより、この液体状態検知センサ１００は、取付部４０のボルト用貫通孔に取付ボルトを通して尿素水タンクに取付られる構成とされている。
【００４０】
次に、このセンサにおける検知システムについて説明する。検知部１６０は、上記もしたように、ＣＰＵなどが実装された配線基板６０等により構成されており、保護カバー１６１の内部に配置されている。この検知部１６０は、図９に示すように、マイクロコンピュータ２２０と、第１検知回路部２８０と、第２検知回路部２５０と、入出力回路部２９０とを有している。このうち、マイクロコンピュータ２２０は、ＣＰＵ２２１、ＲＯＭ２２２、及びＲＡＭ２２３を有し、各種制御を行う。入出力回路部２９０は、マイクロコンピュータ２２０とＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）との間で信号の入出力を行うための、通信プロトコルの制御を行う。
【００４１】
第２検知回路部２５０は、マイクロコンピュータ２２０からの指令に基づいて、外筒電極１０と内筒電極２０との間に所定の交流電圧を印加する。そして、このときに流れた電流を電圧変換し、その電圧信号をマイクロコンピュータ２２０に出力する。外筒電極１０と内筒電極２０との間に位置する尿素水溶液Ｌの液量に応じて、外筒電極１０と内筒電極２０との間の静電容量が異なることから、マイクロコンピュータ２２０では、出力された電圧信号に基づいて、尿素水溶液Ｌの液面レベルを検知することができる。
【００４２】
第１検知回路部２８０は、差動増幅回路部２３０と、定電流出力部２４０と、スイッチ２６０とを有している。この第１検知回路部２８０は、マイクロコンピュータ２２０からの指令に基づいて、液体状態検知素子１１０に定電流を流し、発熱抵抗体１１７の抵抗値に対応して出力された電圧信号を、マイクロコンピュータ２２０に出力する。
【００４３】
具体的には、定電流出力部２４０は、発熱抵抗体１１７と電気的に接続されており、定電流を出力する。スイッチ２６０は、定電流出力部２４０と発熱抵抗体１１７との通電経路上に位置し、マイクロコンピュータ２２０からの指令に基づいて、定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１７への通電のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行う。差動増幅回路部２３０は、発熱抵抗体１１７の入力端側の電位Ｐｉｎと出力端側の電位Ｐｏｕｔとの差分値を、検出電圧値としてマイクロコンピュータ２２０に出力する。これにより、マイクロコンピュータ２２０では、この検出電圧値に基づいて、例えば、尿素水溶液Ｌの尿素濃度を算出し、尿素濃度が適正であるか否かを検知したり、尿素水溶液Ｌの温度を算出したりすることができる。
【００４４】
例えば、尿素水溶液Ｌの尿素濃度が３２．５ｗｔ％であるときは、図１０に実線で示すように、通電時間の経過に伴って発熱抵抗体１１７の電圧が変動する。この例を参照して説明すると、まず、定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１７に定電流を流し、発熱抵抗体１１７への通電開始直後（具体的には、発熱抵抗体１１７への通電を開始してから１０ｍｓｅｃ経過後）に、発熱抵抗体１１７の抵抗値に対応して出力された電圧信号（第１検出電圧値Ｖ１）を検知する。次いで、通電開始から所定の通電時間ｔ１（例えば、ｔ１＝７００ｍｓｅｃ）経過後、発熱抵抗体１１７の抵抗値に対応して出力された電圧信号（第２検出電圧値Ｖ２）を検知する。
【００４５】
次いで、Ｖ２とＶ１との差分値ΔＶ（この例ではΔＶ１）＝Ｖ２−Ｖ１を算出し、このΔＶ（この例ではΔＶ１）が、閾値Ｑ（予め、様々な濃度の尿素水溶液Ｌについて取得したΔＶの最大値）以下であれば、尿素水タンク９８内には尿素水溶液Ｌが収容されていると判定できる。さらに、所定の演算式に基づいて、尿素水溶液の尿素濃度を算出すれば、尿素濃度が適正であるか否かを判定することができる。この例では、尿素濃度が３２．５ｗｔ％と算出され、尿素濃度は適正であると判定されることとなる。
【００４６】
これは、次のような原理に基づいて実現される。尿素水溶液Ｌに含まれる尿素の濃度の違いにより、尿素水溶液Ｌの熱伝導率が異なることから、発熱抵抗体１１７により尿素水溶液Ｌを加熱した場合、尿素濃度の違いにより、尿素水溶液Ｌの温度上昇率が異なることとなる。このため、尿素水溶液Ｌの温度上昇率（すなわち、尿素水溶液Ｌの濃度）が、尿素水溶液Ｌに浸漬された液体状態検知素子１１０に含まれる発熱抵抗体１１７の温度上昇に影響を与えることとなる。
【００４７】
前述のように、発熱抵抗体１１７は、自身の温度に応じて抵抗値が変化する。従って、発熱抵抗体１１７に所定時間定電流を流した後では、尿素水溶液Ｌの尿素濃度の違い、あるいは液種の違い等により、発熱抵抗体１１７の抵抗値に違いが生じることとなる。このため、発熱抵抗体１１７に所定の通電時間ｔ１だけ定電流を流したとき、尿素水溶液Ｌの尿素濃度の違い等により、第１検出電圧値Ｖ１と第２検出電圧値Ｖ２との差分値ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１にも違いが生じることとなる。従って、ΔＶに基づいて、尿素水溶液Ｌの尿素濃度、あるいは液種の違いを検知することが可能となる。また、通電開始直後の発熱抵抗体１１７の抵抗値の温度は、液体状態検知素子１１０（発熱抵抗体１１７）の周囲に位置する尿素水溶液Ｌの温度と略一致していることから、通電開始直後の発熱抵抗体１１７の抵抗値は、液体状態検知素子１１０（発熱抵抗体１１７）の周囲に位置する尿素水溶液Ｌの温度に対応した抵抗値となっている。従って、第１検出電圧値Ｖ１を利用して、尿素水溶液Ｌの温度を検知することもできる。
【００４８】
ところで、ΔＶが閾値Ｑを上回った場合は、尿素水タンク９８内に適正な尿素水溶液が収容されていないこととなる。具体的には、尿素水タンク９８内に、尿素水溶液Ｌとは異なる液体（具体的には、軽油など）が注入されている場合には、ΔＶが閾値Ｑを上回ることとなる。さらに、尿素水タンク９８内が空状態の場合には、より一層ΔＶの値が大きくなる。
【００４９】
そこで、予め、尿素水タンク９８内が空状態のときに取得したΔＶに基づいて閾値Ｒを設定しておけば、実測されたΔＶの値が閾値Ｑを上回り、さらに閾値Ｒを上回ったときには、尿素水タンク９８内が空状態であると判定することができる。一方、実測されたΔＶが、閾値Ｑと閾値Ｒとの間の値となった場合には、尿素水タンク９８内が空状態ではないが、尿素水タンク９８内に、適正な尿素水溶液Ｌよりも熱伝導率の小さな液体（軽油など）が入っていると判定することができる。このように、尿素水タンク９８内の異常をも検知することが可能となる。なお、このような異常検知も、尿素水溶液Ｌの状態検知の一態様である。
【００５０】
以上、本発明のセンサを実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。例えば、前記実施形態の液体状態検知センサ１００では、外筒電極１０及び内筒電極２０を設け、尿素水溶液Ｌの液面レベルを検知するようにしたが、本発明のセンサにおいては、外筒電極１０及び内筒電極２０を設けなくても良い。但し、この場合には、前述のように、尿素水溶液Ｌが空状態となつた場合の異常を検知するのが好ましい。
【００５１】
また、前記液体状態検知センサ１００では、発熱抵抗体１１７を含む導体層１１８を、Ｐｔ（白金）を主成分として形成したが、導体層１１８の材質はこれに限定されるものではなく、Ｗ（タングステン）等を主成分としても良い。さらに、導体層１１８中に、第１セラミック絶縁層１１１，第２セラミック絶縁層１１２を構成するセラミック成分（本実施形態ではアルミナ）が微量添加されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の端子金具付き液体状態検知素子の実施形態にかかる斜視図。
【図２】図１の端子金具付き液体状態検知素子を主面側から見た図（正面図）。
【図３】図２の素子の内部を説明する拡大破断正面図。
【図４】図１の端子金具付き液体状態検知素子を側面側から見た図、及びその素子の内部を説明用に誇張して示した拡大破断面図。
【図５】図４の分解図。
【図６】図１の端子金具付き液体状態検知素子のうちの端子金具（一対）の斜視図。
【図７】端子金具（一対）の別例を示す斜視図。
【図８】実施形態にかかる液体状態検知センサの一部破断面図。
【図９】液体状態検知センサの電気的な構成を示すブロック図。
【図１０】通電時における発熱抵抗体の電圧Ｖの変動の一例を示すグラフ。
【図１１】液体状態検知素子と端子金具との接合における問題点を説明する図。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 液体状態検知センサ
１１０ 液体状態検知素子
１１１ 第１セラミック絶縁層
１１１ｃ 絶縁基体の一方の主面
１１２ 第２セラミック絶縁層
１１２ｃ 反対側の主面
１１４ 外部端子（第１金属層）
１１７ 発熱抵抗体
１２４ 第２金属層
１６０ 検知部
２０１、３０１ 端子金具
２０３ａ 端子金具の素子側接合部
２０３ｂ 端子金具の第２金属層用接合部
２０３ｃ 素子側接合部と第２金属層用接合部との股部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を内部に封止してなる板状の絶縁基体の一方の主面に、前記発熱抵抗体に連なる外部端子である第１金属層を備えてなる液体状態検知素子と、
前記第１金属層に、素子側接合部を介してロウ付け又はハンダ付けにより接合されてなる端子金具とを備え、
前記液体状態検知素子には、前記第１金属層とは別に、前記一方の主面と反対側の主面に第２金属層が設けられている一方、
前記端子金具は、前記素子側接合部に加えて第２金属層用接合部を備えており、この第２金属層用接合部が前記第２金属層にロウ付け又はハンダ付けにより接合されてなることを特徴とする端子金具付き液体状態検知素子。
【請求項２】
前記第２金属層は、前記絶縁基体を介して、前記第１金属層に対向する部位に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の端子金具付き液体状態検知素子。
【請求項３】
前記液体状態検知素子は、第２金属層が第１金属層と電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の端子金具付き液体状態検知素子。
【請求項４】
前記液体状態検知素子は、第２金属層が第１金属層と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の端子金具付き液体状態検知素子。
【請求項５】
前記端子金具における素子側接合部と第２金属層用接合部とが、前記液体状態検知素子をその両主面において挟み付けるように二股状に形成されていると共に、その股部が前記液体状態検知素子の端部に当接されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体状態検知素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の端子金具付き液体状態検知素子と、
前記発熱抵抗体への通電により、その発熱抵抗体の抵抗値に対応して出力される出力信号に基づいて、検知対象をなす液体の状態を検知する検知部と、を備えることを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項７】
前記液体が尿素水溶液である請求項６に記載の液体状態検知センサ。
【請求項１】
自身の温度に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を内部に封止してなる板状の絶縁基体の一方の主面に、前記発熱抵抗体に連なる外部端子である第１金属層を備えてなる液体状態検知素子と、
前記第１金属層に、素子側接合部を介してロウ付け又はハンダ付けにより接合されてなる端子金具とを備え、
前記液体状態検知素子には、前記第１金属層とは別に、前記一方の主面と反対側の主面に第２金属層が設けられている一方、
前記端子金具は、前記素子側接合部に加えて第２金属層用接合部を備えており、この第２金属層用接合部が前記第２金属層にロウ付け又はハンダ付けにより接合されてなることを特徴とする端子金具付き液体状態検知素子。
【請求項２】
前記第２金属層は、前記絶縁基体を介して、前記第１金属層に対向する部位に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の端子金具付き液体状態検知素子。
【請求項３】
前記液体状態検知素子は、第２金属層が第１金属層と電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の端子金具付き液体状態検知素子。
【請求項４】
前記液体状態検知素子は、第２金属層が第１金属層と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の端子金具付き液体状態検知素子。
【請求項５】
前記端子金具における素子側接合部と第２金属層用接合部とが、前記液体状態検知素子をその両主面において挟み付けるように二股状に形成されていると共に、その股部が前記液体状態検知素子の端部に当接されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体状態検知素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の端子金具付き液体状態検知素子と、
前記発熱抵抗体への通電により、その発熱抵抗体の抵抗値に対応して出力される出力信号に基づいて、検知対象をなす液体の状態を検知する検知部と、を備えることを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項７】
前記液体が尿素水溶液である請求項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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２６１６７２（Ｐ２００８−２６１６７２Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０３２５２（Ｐ２００７−１０３２５２）
【出願日】平成１９年４月１０日（２００７．４．１０）
【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１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１０日（２００７．４．１０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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