專利名稱：靜電容量式液狀態檢測傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及檢測收容在液體收容容器內的液體的狀態的靜電容量式液狀態檢測傳感器。
背景技術：
在從柴油汽車排出的排氣氣體中，除一氧化碳(CO)以及碳氫化合物(HC)以外，還含有氮氧化合物(NOx)。因此，近年，進行了將該有害的氮氧化合物(NOx)還原成無害的氣體。例如，提出了下述系統，該系統為，在柴油汽車的排氣氣體排出用的消音器的途中，設置NOx選擇還原(SCR)催化劑，在另行設置于車輛上的容器中注入作為還原劑溶液的尿素水，向上述催化劑噴射該尿素水，將NOx還原成N2等的無害的氣體。在該系統中，因為在沒有了尿素水的情況下，不能促進NOx還原反應，會引起大量的NOx的排出，所以采取了在收容尿素水的容器中，設置測定所收容的尿素水的水位(液位)的傳感器，在尿素水的殘量達到規定量以下的情況下，發出警報等的措施。
作為用于測定該水位的傳感器的一個例子，靜電容量式液狀態檢測傳感器已被公知。該靜電容量式液狀態檢測傳感器在由導體構成的細長的筒狀的外筒電極，和通過該外筒電極內沿軸線方向設置的內部電極之間(下面稱為[縫隙間])，測定靜電容量。在用于檢測象尿素水那樣的具有導電性的液體的水位的測定的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，為了防止在外筒電極和內部電極之間的短路，而在內部電極的外表面上形成絕緣膜。然后，以使外筒電極的軸線方向為液體的水位的上下方向的方式，將靜電容量式液狀態檢測傳感器設置于容器中。在使用導電性的液體的情況下，沒有浸漬于液體的部分的靜電容量依存于縫隙間的空氣層以及內部電極的絕緣膜的厚度。另一方面，浸漬于液體的部分的靜電容量由于導電性的液體與外筒電極同電位，所以依存于絕緣膜的厚度，與前者相比，靜電容量大。因此，浸漬于液體中的部分越是增多，所測定的靜電容量越大，能夠作為水位進行檢測。
在這樣的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，為了使液體易于流入流出縫隙間，或是使傳感器的前端側(外筒電極的前端側)形成為開放狀，或是在封閉的情況下也設置孔(例如參照專利文獻1)。再有，在以往的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，通過在外筒電極的側壁從其前端延伸至后端設置狹縫，即使是在外筒電極的一端側被異物等阻塞的情況下，也能使液體順暢地進行流入流出縫隙間(例如，參照專利文獻2)。
專利文獻1特開平7-318395號公報專利文獻2實開昭63-101815號公報但是，當柴油汽車在寒冷地等使用的情況下等，液體的容器曝露在例如-30℃～-40℃的環境中。在這樣的情況下，存在下述情況，即，進入到靜電容量式液狀態檢測傳感器的縫隙間的液體被急速冷卻，存在于縫隙間的液體從在沿著外筒電極的軸線方向看時的前端側和后端側兩個方向開始結冰。但是，如專利文獻1那樣，形成于外筒電極和內部電極之間的縫隙間為大致封閉空間，在存在于該縫隙間的液體從上述前端側和后端側兩個方向開始結冰的情況下，伴隨著液體結冰時的體積膨脹而產生的壓力，朝向存在于縫隙間的液體的中間側釋放。但是，因為縫隙間被形成為封閉空間，所以沒有上述壓力的釋放場所，產生了由于結冰造成的巨大的體積膨脹。其結果為，若存在于縫隙間的液體結冰，則存在以上述壓力上升或巨大的體積膨脹為起因，在外筒電極或內部電極產生變形的情況。特別是，在內部電極為柱狀(實心狀)的情況下等，因為內部電極的強度高，所以外筒電極容易產生變形。
另外，在這樣的情況下，因為若是在外筒電極上設置狹縫的靜電容量式液狀態檢測傳感器，則能夠借助狹縫，在外筒電極的外部和縫隙間之間，確保液體的循環作用，所以能夠有效地將隨著液體結冰時的體積膨脹而上升的壓力釋放到外筒電極的外部。但是，即使通過狹縫，將上述壓力釋放到外部，液體結冰時的體積膨脹依然沒有減少，在縫隙間產生。因此，若象專利文獻2那樣，遍及外筒電極的全長形成狹縫，則有外筒電極自身的強度降低的傾向，存在即使小的體積膨脹，也會產生外筒電極的變形的問題。
發明內容
本發明就是為了解決上述問題點而產生，其目的在于，提供一種在外筒電極上設置狹縫，有效地將縫隙間的壓力釋放到外部，并且能夠防止與狹縫的形成相伴的強度降低的靜電容量式液狀態檢測傳感器。
為了達到上述目的，根據本發明的第一特征，提供了一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，該靜電容量式液狀態檢測傳感器具有由導體構成的筒狀的外筒電極、和在上述外筒電極內，由沿上述外筒電極的軸線方向設置的導體構成的筒狀或者柱狀的內部電極、以及在上述外筒電極以及上述內部電極的后端側，以非接觸的狀態，支撐上述外筒電極和上述內部電極的基部，其特征在于，上述外筒電極具有以比該外筒電極的全長短的長度，沿上述軸線方向開口的多個狹縫，多個上述狹縫包括第一狹縫和第二狹縫，上述第一狹縫的前端與上述第二狹縫的前端相比位于前端側，上述第一狹縫的后端與上述第二狹縫的后端相比位于前端側。
另外，根據本發明的其他特征，提供了一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，多個上述狹縫其任意一個的前端與上述外筒電極的前端相比都位于后端側。
另外，根據本發明的其他特征，提供了一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，多個上述狹縫其任意一個的后端與上述外筒電極的后端相比都位于前端側。
另外，根據本發明的其他特征，提供了一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，多個上述狹縫位于在上述外筒電極的外周面中的至少一條母線上。
另外，根據本發明的其他特征，提供了一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，各個多個上述狹縫位于在上述外筒電極的外周面中的多個不同的母線上。
另外，根據本發明的其他特征，提供了一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，滿足上述第一狹縫的后端與上述第二狹縫的前端相比位于前端側的關系，遍及全周，不存在狹縫的中間狹縫非形成區域位于上述外筒電極中的上述第一狹縫的后端和上述第二狹縫的前端之間。
另外，根據本發明的其他特征，提供了一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，至少包括1個或多于1個的上述狹縫，在獲取與上述外筒電極的中心軸線正交的截面時，上述狹縫的開口寬度的合計尺寸具有上述外筒電極的外周的3％或大于3％的大小。
另外，根據本發明的其他特征，提供了一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，在上述內部電極的外周面上形成絕緣膜，在獲取上述截面時，上述狹縫的開口寬度的合計尺寸具有上述外筒電極的外周的10％或小于10％的大小。
另外，根據本發明的其他特征，提供了一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，在上述內部電極的外周面上形成絕緣膜，上述狹縫的與上述軸線方向正交的方向的開口寬度其任意一個都小于等于5mm。
另外，根據本發明的其他特征，提供了一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，上述液體是尿素水。
在本發明的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，多個狹縫包括第一狹縫和第二狹縫，并滿足下述關系，所述關系為第一狹縫的前端與第二狹縫的前端相比位于前端側，第一狹縫的后端與第二狹縫的后端相比位于前端側，這點應是最引人注目之處。由于外筒電極具有滿足這樣的關系的狹縫，即使設置了多個狹縫，外筒電極的外部的液體和縫隙間的液體的循環作用也能付與到外筒電極的軸線方向。據此，即使存在于縫隙間的液體被急速冷卻而結冰，與液體結冰時的體積膨脹相伴，從縫隙間的前端側以及后端側向中間側上升的壓力也能夠借助狹縫，釋放到外筒電極的外部。
另外，在本發明中，因為沒有設置遍及外筒電極的全長開口的狹縫，而是通過設置包括滿足上述關系的狹縫的多個狹縫，使液體的循環作用付與到外筒電極的軸線方向，所以即使是在存在于縫隙間的液體由于結冰而沒有減少，產生體積膨脹的情況下，外筒電極中的位于狹縫和狹縫之間的部位(區域)也作為加強部發揮功能，難以產生外筒電極的變形。再有，在外筒電極上形成用于促進相對于外筒電極的軸線方向的液體的循環作用的開口時，由于形成多個沿外筒電極的軸線方向開口的細長形狀的狹縫，所以與沿外筒電極的長度方向形成多個圓形的孔的情況相比，其形成作業容易，能夠提供制造效率優異的靜電容量式液狀態檢測傳感器。
因此，在本申請發明的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，即使是在縫隙間的液體結冰的情況下，也能有效地抑制內部電極和外筒電極的間隙(縫隙尺寸)的擴大，能夠長期地高精度地測定外筒電極和內部電極之間的靜電容量。
另外，在本發明的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，因為多個狹縫的各前端與外筒電極的前端相比位于后端側，所以被設置成遍及全周不存在狹縫的狹縫非形成區域(前端側狹縫非形成區域)與外筒電極的前端相連。據此，能夠增加外筒電極的前端側的強度，能夠有效地抑制與存在于縫隙間的液體的結冰相伴的外筒電極的變形。
另外，在本發明的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，因為多個狹縫的各后端與外筒電極的后端相比位于前端側，所以被設置成遍及全周不存在狹縫的狹縫非形成區域(后端側狹縫非形成區域)與外筒電極的后端相連。據此，能夠增加外筒電極的后端側的強度，能夠有效地抑制與存在于縫隙間的液體的結冰相伴的外筒電極的變形。再有，因為外筒電極的后端側與內側電極的后端側同時被支撐在基部，所以在將本傳感器應用在產生振動的用途(例如車輛用途)的情況下，雖然存在以振動為起因的應力容易集中在外筒電極的靠近后端部位的傾向，但是通過在外筒電極上設置上述后端側狹縫非形成區域，能夠增加外筒電極的后端側的強度，提高傳感器自身的抗振性。
另外，在本發明的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，因為狹縫在外筒電極的外周面的至少一條母線上形成多個，所以能夠將外筒電極的外部的液體和縫隙間的液體的循環作用有效地帶給外筒電極的軸線方向。據此，能夠將隨著液體結冰時的體積膨脹而從縫隙間的前端側以及后端側向中間側上升的壓力有效地向外筒電極的外部釋放。
另外，在本發明的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，因為各個多個狹縫形成于在外筒電極的外周面中的多個不同的母線上，所以能夠將隨著液體結冰時的體積膨脹而從縫隙間的前端側以及后端側向中間側上升的壓力有效地從外筒電極的周方向的多個位置向外部釋放。
再有，在本發明的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，遍及全周不存在狹縫的中間狹縫非形成區域介于外筒電極中的第一狹縫的后端和第二狹縫的前端之間。據此，因為在外筒電極的軸線方向的中間部位，配置遍及全周不存在狹縫的區域，所以即使是在存在于縫隙間的液體沒有減少而產生了體積膨脹的情況下，也能更有效地抑制外筒電極的變形。
另外，在本發明的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，因為在與至少包括1個或多于1個狹縫的外筒電極的中心軸線正交的截面中，在占外筒電極的外周3％或大于3％的部位形成狹縫，所以能夠有效地釋放與液體結冰時的體積膨脹相伴的上升的壓力。
再有，在本發明的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，因為在與至少包括1個或多于1個狹縫的外筒電極的中心軸線正交的截面中，將狹縫的開口寬度的合計尺寸限制為小于或等于外筒電極的外周的10％，所以例如通過外筒電極的外部，與結冰的液體的冰塊那樣的絕緣膜接觸，損傷該絕緣膜那樣大小的固形物難以通過狹縫，能夠有效地謀求對絕緣膜的保護。
再有，在本發明的靜電容量式液狀態檢測傳感器中，因為將上述狹縫的與上述軸線方向正交的方向的開口寬度被限制在小于等于5mm，所以能夠防止通過外筒電極的外部，與結冰的液體的冰塊那樣的絕緣膜接觸，損傷該絕緣膜那樣大小的固形物借助狹縫，進入外筒電極的內部，能夠有效地謀求對絕緣膜的保護。
圖1是液面傳感器的縱剖視圖。
圖2是外筒電極的立體圖。
圖3是液面傳感器的前端部附近的分解立體圖。
圖4是在充滿于外筒電極和內部電極之間(縫隙間)的尿素水的水面附近的放大剖視圖。
圖5是在與外筒電極的中心軸線正交的方向的狹縫的任意一個的形成部位的剖視圖。
圖6是表示對狹縫的寬度以及在母線上的分割數和外筒電極的強度的關系的評價試驗的結果的表。
圖7是狹縫的配列(形成部位)不同于圖2的外筒電極的其他的方式的外筒電極的立體圖。
圖8是狹縫的配列(形成部位)不同于圖2的外筒電極的其他的方式的外筒電極的立體圖。
具體實施例方式
下面，針對將本發明具體化的靜電容量式液狀態檢測傳感器的一個實施方式參照附圖，進行說明。首先，參照圖1-圖3，對作為靜電容量式液狀態檢測傳感器的一個例子的液面傳感器1進行說明。圖1是液面傳感器1的縱剖視圖。圖2是外筒電極10的立體圖。圖3是液面傳感器1的前端部附近的分解立體圖。
本實施方式的液面傳感器1安裝在收容著尿素水的容器(未圖示出)上，用于檢測液體的狀態，即，測定尿素水的水位，該尿素水用于在柴油汽車的排氣氣體中含有的氮氧化合物(NOx)的還原。
如圖1所示，液面傳感器1由下述部件構成，即，具有圓筒形狀的外筒電極10、通過該外筒電極10的內部，沿外筒電極10的軸線方向設置的內部電極20、以相互非接觸的狀態，支撐外筒電極10以及內部電極20的基部40。
外筒電極10由導電性的金屬材料構成，如圖2所示，具有細長的圓筒形狀。在相對于液面傳感器1的前端側(圖1中的下側)的外筒電極10的前端部11(圖2中的上側)上，設置著用于防止后述的內部電極20的襯套30(參照圖1)脫落的開口部13。然后，沿著設有開口部13的位置上的外筒電極10的母線(圖中單點劃線A所示)，窄幅的狹縫14、15、16從前端部11側依次向著后端部12(液面傳感器1的基部40側的端部)分別獨立地形成。狹縫14、15、16分別為大致相同的形狀，等間隔地沿1根母線上間歇地配置，遍及全周不存在狹縫的筒狀形態的中間狹縫非形成區域17、18位于各狹縫14、15、16之間。再有，在前端部11以及后端部12上，也設置從各自的端面開始相連，遍及全周不存在狹縫的圓筒形態的前端側狹縫非形成區域71以及后端側狹縫非形成區域72。然后，這些各狹縫14、15、16分別形成于在外筒電極10的外周面上沿周方向成為等間隔的3根母線上。另外，在外筒電極10的后端部12上，在與形成有狹縫14、15、16的各母線不同的母線上，形成1個排氣孔19。
象這樣，在本實施方式的液面傳感器1中，在外筒電極10上設置的多個(具體地說是9個)狹縫14、15、16中，選擇了1個狹縫14和1個狹縫15時，滿足了一方的狹縫14的開口前端與另一方的狹縫15的開口前端相比位于前端側(圖2中的上側)，一方的狹縫14的開口后端與另一方的狹縫16的開口后端相比位于前端側(圖2中的上側)的關系。在該情況下，一方的狹縫14相當于權利要求書中的[第一狹縫]，另一方的狹縫15相當于權利要求書中的[第二狹縫]。另外，在多個狹縫14、15、16中，選擇狹縫14和狹縫16來看時，或者選擇狹縫15和狹縫16時，也滿足上述的關系。
接著，如圖1所示，外筒電極10在其后端部12卡合到金屬制的基部40的電極支撐部41的外周的狀態下被焊接。基部40作為用于將液面傳感器1固定在收容著尿素水的容器(未圖示出)上的基臺發揮功能，在凸緣部42具有用于此的安裝孔(未圖示出)。另外，隔著基部40的凸緣部42，在電極支撐部41的相反側，形成收容了中繼用的回路基板60等的收容部43，該中繼用的回路基板60用于進行外筒電極10以及內部電極20與外部回路(未圖示出)的電連接。另外，回路基板60被載置在從收容部43的內壁面的四角突出的基板載置部(未圖示出)上。與外部回路的連接借助被固定在罩45的側部上的連接器62進行，罩45覆蓋保護收容部43，被固定在凸緣部42上，連接器62的外部連接端子(未圖示出)和回路基板60的配線通過配線電纜61連接。
在基部40的電極支撐部41上，貫穿設置著貫穿收容部43內的孔46，在該孔46內固定著內部電極20。本實施方式的內部電極20是實心的呈圓柱狀的導電性的金屬棒，具有與外筒電極10的全長大致相等的長度。內部電極20的前端部21側(圖1中的下側，液面傳感器1的前端側)的端部被倒角。在該內部電極20的外周面上，形成例如由PFA構成的絕緣膜23(參照圖4)。另外，在后端部22側(圖1中的上側)，為了將內部電極20固定在基部40上，管導向器55與內殼體50被卡合。管導向器55是接合在內部電極20的靠近后端部22的端緣的環狀的引導部件。
另外，內殼體50為了能夠使內部電極20和外筒電極10切實地絕緣，是定位支撐內部電極20的筒狀且具有絕緣性的樹脂制部件，前端側與基部40的電極支撐部41的孔46卡合。在內殼體50上形成向徑向外側突出的凸緣部51，在內殼體50與電極支撐部41卡合時，從收容部43側插通電極支撐部41的內周。然后，通過凸緣部51與收容部43內的底面抵接，來防止內殼體50穿過電極支撐部41的內周。雖然內部電極20也還是從收容部43側插通內殼體50的內周側，但通過管導向器55與凸緣部51的抵接，來防止相對于內殼體50的脫落。
再有，在內殼體50的外周和內周上，分別設置第一O型環53和第二O型環54。第一O型環53封閉內殼體50的外周和基部40的孔46間的間隙，第二O型環54封閉內殼體50的內周和內部電極20的后端部22的內周間的間隙。據此，在將液面傳感器1安裝到了容器(未圖示出)上時，確保其氣密性，使容器內和容器外不會借助收容部43連通。另外，在基部40的凸緣部42中，在液面傳感器1的前端側的面上嵌有未圖示出的板狀的橡膠部件，與第一O型環53、第二O型環54同樣，在向容器安裝時，確保容器的內外的氣密性。
然后，在向基部40組裝內部電極20時，通過兩片壓板56、57，向內殼體50的凸緣部51推壓管導向器55。壓板57在與管導向器55之間夾著壓板56，并推壓管導向器55的狀態下，被螺釘58固定在收容部43內。據此，與管導向器55接合的內部電極20被固定在電極支撐部41上。在壓板56、57的中央設置孔，插通著內部電極20的電極取出用引線59，與回路基板60接合。未圖示出詳細內容，從回路基板60開始，接地側的電極與基部40連接，因此，外筒電極10與接地側電連接。
另外，通過基部40的電極支撐部41支撐的內部電極20，其前端部21被橡膠制的襯套30保持，以便成為與外筒電極10的前端部11不接觸的狀態。如圖1、圖3所示，襯套30在外徑與外筒電極10的內周大致一致的圓筒形狀的筒體部32的一端側，形成逐漸縮小為錐狀的前端部31。前端部31作為筒體部32側的端比筒體部32的外徑大的構成的凸緣部34而形成，作為將筒體部32嵌于外筒電極10上時的擋塊發揮功能。
在襯套30的筒體部32的內周，用于定位保持內部電極20的前端部21的肋36相對于周方向多根分散地排列。然后，在前端部31上，開設與筒體部32的內周側連接的孔33，即使是在通過筒體部32的內周保持內部電極20的狀態下，襯套30的內側和外側也借助肋36的間隙連通而構成。據此，借助孔33，被收容在容器內的尿素水能夠進入形成于外筒電極10和內部電極20之間的縫隙(間隙)。另外，在筒體部32的外周，設置與外筒電極10的開口部13卡合，并發揮防止襯套30脫落的功能的突起部35。這樣的被襯套30保持的內部電極20其與外筒電極10的接觸得到防止。
但是，如上所述，外筒電極10的外周面的一個母線上的狹縫14、15、16，在該母線上一連串地形成，遍及全周沒有形成狹縫的中間狹縫非形成區域17、18位于各狹縫間。即，通過外筒電極10的母線上，從外筒電極10的前端部11到后端部12沒有連續地形成狹縫，狹縫間的強度通過筒狀形態的中間狹縫非形成區域17、18來確保。在本實施的方式中，通過在外筒電極10上設置狹縫14、15、16，來使容器(未圖示出)內的尿素水容易流入流出于縫隙間，將在縫隙間和外筒電極10的外部之間的尿素水的循環作用良好地帶給外筒電極10的軸線方向。因此，即使是在寒冷地等，尿素水結冰時，因為也能夠借助狹縫14、15、16的全部乃至任意一個，使伴隨著尿素水結冰時的體積膨脹而上升的壓力分散到外部，所以能夠抑制以上述壓力上升為起因的外筒電極10的變形。
另外，雖然即使通過上述循環作用，將上升的壓力釋放到外部，尿素水結冰時的體積膨脹依然沒有減少，在縫隙間產生，但是，由于上述的中間狹縫非形成區域17、18的存在，每一個狹縫的長度被抑制。因此，因為與形成了多個狹縫14、15、16無關，由于中間狹縫非形成區域17、18的存在，維持了外筒電極10的強度，抑制了外筒電極10的隨著上述體積膨脹的撓曲，所以能夠有效地抑制外筒電極10的變形。另外，為了象這樣有效地抑制外筒電極10的變形，而將在外筒電極10的外周面的一個母線上所形成的各狹縫14、15、16彼此的間隔(換言之，在上述母線上的各中間狹縫非形成區域17、18的長度)形成為在沿母線上看時大于等于5mm，另外，將外筒電極10的壁厚形成為大于等于0.5mm，這種情況在良好地確保外筒電極10的強度方面較好。
另外，通過在外筒電極10的前端部11上，設置從外筒電極10的前端側的端面開始相連的前端側狹縫非形成區域71，可以連接由各母線上的狹縫14分斷的部位彼此，進行加強，能夠增加外筒電極10的強度。再有，通過在外筒電極10的后端部12上，設置從外筒電極10的后端側的端面開始相連的后端側狹縫非形成區域72，能夠進一步增強外筒電極10的強度。這樣，因為通過設置該后端側狹縫非形成區域72，在將液面傳感器1安裝到車輛上使用時，即使振動施加到該傳感器1，以其振動為起因的應力波及外筒電極10的后端部12，也能夠確保抵御該應力的程度的強度，所以能夠提高該傳感器1的耐振性。
接著，參照圖4，就通過本實施方式的液面傳感器1，檢測液體的水位等的狀態(在本實施方式中是尿素水的水平面)的原理進行說明。圖4是充滿在外筒電極10和內部電極20之間(縫隙間)的尿素水的水面附近的放大剖視圖。該液面傳感器1以將外筒電極10以及內部電極20使其軸線方向沿尿素水的水位的高低方向配置的狀態，被組裝到收容著尿素水的容器(未圖示出)上。然后，可以通過測定縫隙間(外筒電極10和內部電極20之間)的靜電容量，來檢測存在于兩者間的尿素水沿外筒電極10的軸線方向存在于多高的水位。這樣做的基礎如公知的那樣，在電位不同的兩點之間，靜電容量的大小與該兩點間的距離呈反比例。
即，如圖4所示，在沒有被尿素水充滿的部分的縫隙間，產生電位差的部位的距離是由距離B所示的、兩者間的空氣層和絕緣膜23的合計的厚度量的距離。另一方面，在充滿了尿素水的部位的縫隙間，產生電位差的部位的距離由于尿素水具有導電性，外筒電極10和尿素水的電位差相等，所以是距離C所示的、絕緣膜23的厚度量的距離。即，因為充滿了尿素水的部位與沒有充滿的部位相比，產生電位差的部位間的距離更近，所以靜電容量大。因此，在向縫隙間施加了電壓的情況下，隨著充滿尿素水的部分的增多，作為靜電容量更大的距離C的部分的比例也增加。在這里，如公知的那樣，由于靜電容量的大小與相互相對的電位的不同部位的面積成比例，所以作為液面傳感器1的整體所檢測的靜電容量隨著尿素水的水位的升高而增大。
在這樣測定液體的水位時，形成在內部電極20的外周面上的絕緣膜23的厚度越薄，即使施加在外筒電極10和內部電極20之間的電壓降低，也能得到大的靜電容量。因為存在絕緣膜23由于傷等而喪失絕緣性的情況，所以在本實施方式的液面傳感器1中，對形成在外筒電極10上的狹縫14、15、16的寬度(開口寬度)設置限制，以便在冰塊等的固形物存在于尿素水中的情況下，也不使該固形物進入外筒電極10和內部電極20之間。下面，參照圖5，就狹縫14、15、16的寬度進行說明。圖5是在與外筒電極10的中心軸線正交的方向上的狹縫14、15、16中的任意一個形成部位的剖視圖。
如圖5所示，在外筒電極10上，在相對于外周面的周方向等間隔地配置的3根母線上，分別形成狹縫14、15、16。在圖5中，在外筒電極10的截面上的沿外周的方向，狹縫14、15、16的寬度用寬度D表示。另外同樣，在外筒電極10的軸線截面上的沿外周的方向，沒有形成狹縫14、15、16部分的寬度用寬度E表示。即，將全部的寬度D和全部的寬度E合計在一起的長度相當于外筒電極10的外周的長度。
在本實施方式中，將狹縫14、15、16的寬度D的合計設定成小于等于外筒電極10的外周的長度(寬度D和寬度E的合計)的10％。因為通過將狹縫14、15、16的寬度設定成這樣的大小，在尿素水中含有例如不純物或結冰的尿素水的塊等的固形物時，使該固形物難以通過狹縫14、15、16，所以能夠保護絕緣膜23不受傷等。另外，即使是在狹縫14、15、16的寬度D不足外筒電極10的外周的長度的10％的情況下，也有小的固形物通過狹縫14、15、16的情況。但是，能夠通過該寬度的狹縫14、15、16的大小的固形物即使與內部電極20的絕緣膜23碰撞，由于也沒有足夠的質量，所以很少會損傷絕緣膜23，難以影響絕緣性。
另外，在本實施方式中，將各狹縫14、15、16的與軸線方向正交的方向的寬度(開口寬度)E設定為2.5mm。象這樣，通過將各狹縫14、15、16的寬度E設定成小于等于5mm，可以防止通過外筒電極10的外部，結冰的尿素水的冰塊那樣的與絕緣膜23接觸，損傷該絕緣膜23那樣的大小的固形物借助各狹縫14、15、16，進入到外筒電極10的內側。因此，能夠謀求更有效地保護絕緣膜23。
另外，本實施方式的液面傳感器1的狹縫14、15、16被形成為在寒冷地等使用時，不會由于與存在于縫隙間的尿素水的結冰相伴的壓力上升而導致外筒電極10產生變形。詳細地說，若有進入縫隙間的尿素水被急速冷卻的情況，則有存在于縫隙間的尿素水從外筒電極10的前端部11側和后端部12側雙方向開始結冰的情況。于是，朝向存在于縫隙間的尿素水的中間側，產生與結冰相伴的壓力上升。但是，由于通過形成狹縫14、15、16，確保了在外筒電極10的內部和外部之間的循環作用，所以能夠將上述壓力有效地釋放到外筒電極10的外部。為了發揮這樣的效果，希望狹縫14、15、16的寬度D的合計大于等于外筒電極10的外周的3％。
在這里，針對狹縫的寬度以及在母線上的分割數(在同一母線上相連的狹縫的數)、和外筒電極的強度的關系，為了確認是否能夠得到上述的效果，進行了評價試驗。其結果表示在圖6的表中。圖6是表示對狹縫寬度以及在母線上的分割數和外筒電極的強度的關系的評價試驗的結果的表。
在進行該評價試驗時，在內部電極中，使用由SUS304構成的實心的圓柱狀的金屬棒。另外，在外筒電極上，分別準備在圓筒狀且外徑為30mm，壁厚為1mm，全長為300mm的SUS304構成金屬筒上，形成以后述的12種條件為基礎的狹縫的外筒電極。然后，每個種類各制作2根樣品，在用水充滿縫隙間的狀態下急速冷卻，使之結冰，然后，在解凍后，對外筒電極的狀態進行評價。
外筒電極根據以下的3個條件進行組合，準備12種。首先，就形成有狹縫的外筒電極的外周面上的母線數而言，組合1根、2根(從與外筒電極的中心軸線正交的截面看每180度)、3根(同樣的每120度)、4根(同樣的每90度)的外筒電極。接著，組合狹縫的每一個寬度(相當于圖5中的寬度D)為1.0mm的外筒電極、為2.5mm的外筒電極、為5.0mm的外筒電極。然后，狹縫的長度為120mm配置2根，位于狹縫彼此間的加強部的長度為10mm。另外，作為比較例1，準備設置著1根從外筒電極的前端到后端相連的狹縫(開口寬度2.5mm)的外筒電極，作為比較例2，準備以從外筒電極的前端開始相連的形式，并且在外筒電極的外周面上的不同的母線上形成有長度(120mm)比外筒電極的全長短的2條狹縫(開口寬度2.5mm)的外筒電極。另外，比較例2的2條狹縫的后端的位置調整成在外筒電極的軸線方向處于相同的位置。
如圖6所示，在形成有狹縫的外筒電極的外周面上的母線數為1根的情況下，在狹縫的寬度為1.0mm(在全周中的狹縫的寬度的比例為1.1％)或者2.5mm(同樣地比例為2.7％)的情況下，或是在外筒電極上產生極其微小的變形，或是在狹縫的緣部產生局部變形，評價結果為[△]。在同樣的條件下，使狹縫的寬度為5.0mm(同樣地比例為5.3％)的情況下，在狹縫的緣部產生局部變形，評價結果為[○]。
另外，在形成有狹縫的外筒電極的外周面上的母線數為2條的情況下，在狹縫的寬度為1.0mm(在全周的狹縫的寬度的比例為2.1％)的情況下，或是在外筒電極上產生極其微小的變形，或是在狹縫的緣部產生局部變形，評價結果為[△]。在同樣的條件下，使狹縫的寬度為2.5mm(同樣地比例為5.3％)或5.0mm(同樣的比例為10.6％)的情況下，在狹縫的緣部產生局部變形，評價結果為[○]。
再有，在形成有狹縫的外筒電極的外周面上的母線數為3條的情況下，與狹縫的寬度無關，沒有產生外筒電極的變形，完全沒有問題，評價結果為[☆]。另外，在本實施例中，在狹縫的寬度為1.0mm、2.Smm、5.0mm的情況下，在全周的狹縫的寬度的比例分別為3.2％、8.0％、15.9％。另外，在形成有狹縫的外筒電極的外周面上的母線數為4條的情況下，也同樣與狹縫的寬度無關，完全沒有問題，評價結果為[☆]。另外，在本實施例中，在狹縫的寬度為1.0mm、2.5mm、5.0mm的情況下，在全周的狹縫的寬度的比例分別為4.2％、10.6％、21.2％。
另一方面，就設置從外筒電極的前端到后端相連的1條狹縫的比較例1，以及設置從外筒電極的前端開始相連的2條狹縫的比較例2而言，都是在外筒電極上產生大的變形，評價結果為[×]。
根據上述評價試驗的結果，在沿外筒電極10的外周面上的母線，形成多個狹縫，并在狹縫彼此間設置加強部的構造中，與形成有狹縫的外筒電極的外周面上的母線數無關，沒有在外筒電極上產生大的變形，評價結果為[×]的情況。因此，就沿細長的外筒電極的外周面上的母線，形成多個狹縫，并在狹縫彼此間設置遍及全周不存在狹縫的中間狹縫非形成區域的構造而言，即使是在外筒電極和內部電極間(間隙間)的液體結冰的情況下，也能夠防止外筒電極產生很大的變形。因此，能夠有效地抑制內部電極和外筒電極的縫隙尺寸的擴大，進而，能夠提供一種長期地高精度地測定上述縫隙間的靜電容量的靜電容量式液狀態檢測傳感器。
另外，根據上述評價試驗的結果，若在外筒電極的外周的狹縫的寬度的比例至少大于等于3％，則雖然確認了在狹縫的緣部存在些許變形，但是可知外筒電極沒有產生變形。另外，在本實施例中，雖然不存在因狹縫的長度而對外筒電極的變形性的影響，但外筒電極的長度若使用比在本實施例中所使用的(300mm)長的長度，則由于會產生因狹縫的長度而產生的撓曲的影響，所以希望增加狹縫的分割數，設置發揮加強部的功能的中間狹縫非形成區域。另外，若使形成有狹縫的外筒電極的外周面上的母線數為大于等于3條，則可知不會產生對外筒電極的變形的影響。在這里，若母線數為3條，則由于在與外筒電極的中心軸線正交的截面中，狹縫的位置按每外周120度配置，所以是配置平衡好，良好地確保了外筒電極的強度的形式，能夠不依賴周方向的方向性，有效地將隨著液體結冰時的體積膨脹而上升的壓力釋放到外部。
另外，本發明當然能夠進行各種的變形。例如，在本實施的方式中，內部電極20為實心的圓柱狀的金屬棒，但并不限于圓柱狀，也可以是方柱狀或中空的圓筒狀或方筒狀。另外，外筒電極10也不限于是圓筒狀，也可以是方筒狀。
另外，在本實施的方式中，作為檢測液體的狀態的對象的液體，以尿素水為例進行了說明，但并不限于此，只要是導電性的液體，通過在內部電極20的外周面上添加絕緣膜23，即可檢測液體的狀態。另外，若為非導電性的液體，則也可以不在內部電極20的外周面上形成絕緣膜23。其原因是，因為在空氣的電容率和非導電性的液體的電容率之間存在差，與本實施的方式同樣，若進行外筒電極10和內部電極20之間的靜電容量的測定，則該靜電容量產生變化。
另外，被檢測的液體的狀態并不限于水位(液位)，例如也可以是液體的濃度、劣化度、異物的混入度等。
再有，在本實施的方式中，表示了沿外筒電極10的3條母線(圖中單點劃線A所示)，分別形成窄幅的狹縫14、15、16的構造，但多個狹縫向外筒電極的配置位置并非被限定于此。例如，也可以如圖7所示，沿外筒電極80的軸線方向，螺旋狀地設置多個狹縫85。另外，即使是在圖7所示的外筒電極80的前端部81以及后端部82中，也與上述實施方式的外筒電極10相同，設置從各自的端面開始相連，且不存在狹縫的筒狀形態的前端側狹縫非形成區域83以及后端側狹縫非形成區域84。另外，作為其他的方式，也可以如圖8所示，沿外筒電極90的軸線方向鋸齒狀地設置多個狹縫95。另外，即使是在圖8所示的外筒電極90的前端部91以及后端部92中，也與上述實施方式的外筒電極10相同，設置從各自的端面開始相連，且不存在狹縫的筒狀形態的前端側狹縫非形成區域93以及后端側狹縫非形成區域94。但是，即使是在圖8、9所示的外筒電極80、90中的任意一個方式中，多個狹縫85(95)也被形成為滿足下述關系，即，在選擇任意2個時，一方的狹縫85(95)的開口前端與另一方的狹縫85(95)的開口前端相比位于前端側，一方的狹縫85(95)的開口后端與另一方的狹縫85(95)的開口后端相比位于前端側。
產業上利用的可能性能夠應用于通過測定電位不同的2部件之間的靜電容量，來檢測液體的狀態的靜電容量式液狀態檢測傳感器中。
權利要求
1.一種靜電容量式液狀態檢測傳感器，具有由導體構成的筒狀的外筒電極、和在上述外筒電極內，由沿上述外筒電極的軸線方向設置的導體構成的筒狀或者柱狀的內部電極、以及在上述外筒電極以及上述內部電極的后端側，以非接觸的狀態支撐上述外筒電極和上述內部電極的基部，其特征在于，上述外筒電極具有以比該外筒電極的全長短的長度，沿上述軸線方向開口的多個狹縫，多個上述狹縫包括第一狹縫和第二狹縫，并滿足下述關系，所述關系為上述第一狹縫的前端與上述第二狹縫的前端相比位于前端側，上述第一狹縫的后端與上述第二狹縫的后端相比位于前端側。
2.如權利要求1所述的靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，多個上述狹縫其任意一個的前端與上述外筒電極的前端相比都位于后端側。
3.如權利要求1或2所述的靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，多個上述狹縫其任意一個的后端與上述外筒電極的后端相比都位于前端側。
4.如權利要求1至3中的任一項所述的靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，多個上述狹縫位于在上述外筒電極的外周面中的至少一條母線上。
5.如權利要求4所述的靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，各個多個上述狹縫位于在上述外筒電極的外周面中的多個不同的母線上。
6.如權利要求1至5中的任一項所述的靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，滿足上述第一狹縫的后端與上述第二狹縫的前端相比位于前端側的關系，遍及全周不存在狹縫的中間狹縫非形成區域位于上述外筒電極中的上述第一狹縫的后端和上述第二狹縫的前端之間。
7.如權利要求1至6中的任一項所述的靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，至少包括1個或多于1個的上述狹縫，在獲取與上述外筒電極的中心軸線正交的截面時，上述狹縫的開口寬度的合計尺寸具有上述外筒電極的外周的3％或大于3％的大小。
8.如權利要求7所述的靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，在上述內部電極的外周面上形成絕緣膜，在獲取上述截面時，上述狹縫的開口寬度的合計尺寸具有上述外筒電極的外周的10％或小于10％的大小。
9.如權利要求1至8中的任一項所述的靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，在上述內部電極的外周面上形成絕緣膜，上述狹縫的與上述軸線方向正交的方向的開口寬度其任意一個都小于等于5mm。
10.如權利要求1至9中的任一項所述的靜電容量式液狀態檢測傳感器，其特征在于，上述液體是尿素水。
全文摘要
本發明提供一種在外筒電極上設置狹縫，將縫隙間的壓力釋放到外部，并且能夠抑制與狹縫的形成相伴的強度降低的靜電容量式液狀態檢測傳感器。在與內部電極(20)隔著規定的間隔配置的外筒電極(10)上，沿著從前端部(11)到后端部(12)的母線(單點劃線A所示)，分別單獨形成多個狹縫(14)、(15)、(16)。沒有形成狹縫的中間狹縫非形成區域(17)、(18)位于各狹縫(14)、(15)、(16)間。通過狹縫(14)、(15)、(16)，由于確保了在外筒電極(10)的內部和外部之間的液體相對于同一電極(10)的軸線方向的循環作用，所以能夠將隨著存在于縫隙間的液體的結冰時的體積膨脹的壓力釋放到外部。另外，通過中間狹縫非形成區域(17)、(18)的存在，由于可以良好地維持外筒電極(10)的強度，所以能夠有效地防止外筒電極(10)的變形。
文檔編號G01F23/22GK1954197SQ200580015589
公開日2007年4月25日 申請日期2005年5月18日 優先權日2004年5月18日
發明者佐藤美邦, 山本享史, 笹沼威夫, 豐田秀樹 申請人:日本特殊陶業株式會社
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
