液面検出装置
【課題】 超音波振動子から発射された超音波が伝送管の実体に伝播することを抑制して精度の良い液面検出が可能な液面検出装置を提供する。
【解決手段】 ブラケット７は、その外表面に設けられた複数の円錐状突起７４の各先端で、すなわち円錐の頂点で伝送管であるガイドパイプ９およびボディ１２に接している。このため、ブラケット７とガイドパイプ９およびボディ１２との接触面積は極小さくなっているので、超音波センサ３が発振した際にブラケット７からガイドパイプ９およびボディ１２に伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。これにより、超音波センサ３から発射された超音波がガイドパイプ９およびボディ１２の実体に伝播することを確実に抑制できるので、超音波センサ３が受信するノイズを抑制して精度の良い液面検出が可能な燃料液面検出装置１を実現することができる。
【解決手段】 ブラケット７は、その外表面に設けられた複数の円錐状突起７４の各先端で、すなわち円錐の頂点で伝送管であるガイドパイプ９およびボディ１２に接している。このため、ブラケット７とガイドパイプ９およびボディ１２との接触面積は極小さくなっているので、超音波センサ３が発振した際にブラケット７からガイドパイプ９およびボディ１２に伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。これにより、超音波センサ３から発射された超音波がガイドパイプ９およびボディ１２の実体に伝播することを確実に抑制できるので、超音波センサ３が受信するノイズを抑制して精度の良い液面検出が可能な燃料液面検出装置１を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内の液体の液面位置を検出するための液面検出装置に関するものであり、たとえば自動車に装備される燃料タンク内の燃料液面を検出する用途に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンク内の液体の液面レベルを検出する液面検出装置としては、たとえば、タンク１に深さ方向に細い管状の伝送管を装着し、この伝送管の底部の水密ケースに超音波振動子を装着し、超音波振動子から超音波を発射し且つ超音波の液面からの反射波を超音波振動子で受信することにより液面を正確に計測するものがある。（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述した液面検出装置においては、超音波振動子と水密ケースの底面との間に充填材を設けて、超音波振動子から漏れる超音波パルスを吸収している。
【特許文献１】特開平６−２４９６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の液面検出装置の構成において、超音波振動子を内蔵する水密ケースは、伝送管に一体的に設けられている。
【０００５】
このような構成によると、超音波振動子から発射された超音波は、伝送管内に充満する液体中に伝播するとともに、水密ケースから伝送管自体へも伝達されて伝送管の実体中を伝播する。伝送管の実体中を伝播する超音波は伝送管の端部等で反射し、再び伝送管の実体中を進行して超音波振動子に入射する。すなわち、超音波振動子は、液面からの反射波および伝送管の端部からの反射波の２種類の反射波を受信することになる。液面からの反射波は液面位置検出に必要な信号であるが、伝送管の端部からの反射波はいわゆるノイズであり、このノイズにより正確な液面検出が妨げられるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような点に鑑みなされたものであり、その目的は、超音波振動子から発射された超音波が伝送管の実体に伝播することを抑制して精度の良い液面検出が可能な液面検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の液面検出装置は、液体を貯蔵するタンク内の底部に超音波発振素子を配置し、超音波発振素子から発射された超音波タンク内の液面における反射波を超音波発振素子により受信して液面位置を検出する液面検出装置であって、超音波発振素子を密閉的に収納するケースと、その一端側にケースが取り付けられるとともにその内部空間が超音波発振素子から発射された超音波の伝播経路を形成する略筒状の伝送管とを備え、ケースおよび伝送管の取り付け部にケースおよび伝送管間の振動伝播を抑制する防振手段を介在させたことを特徴としている。
【０００９】
超音波発振素子が振動して超音波を発射すると、超音波発振素子の振動がケースに伝達されケースが振動する。
【００１０】
上述の構成によれば、このケースの振動は、ケースと伝送管の間に介在する防振手段により減衰されるので、ケースから伝送管に伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。
【００１１】
これにより、超音波振動子から発射された超音波が伝送管の実体に伝播することを確実に抑制して精度の良い液面検出が可能な液面検出装置を実現することができる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の液面検出装置は、防振手段はケースおよび伝送管の少なくとも一方に設けられた突起部であり、ケースおよび伝送管は突起部の先端で当接していることを特徴としている。
【００１３】
互いに固定されている２つの部材において、一方の部材が振動してその振動が他方の部材に伝達される場合、一方から他方へ伝達される振動エネルギの大きさは、両部材の接触面積により変化する。すなわち、両部材の接触面積が大きいほど一方から他方へ伝達される振動エネルギの大きさは大きくなる。
【００１４】
上述の構成によれば、ケースおよび伝送管は突起部の先端で当接しているため、ケースおよび伝送管の接触面積はきわめて小さくなっている。したがって、超音波発振素子が発振した際に、ケースから伝送管に伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。
【００１５】
これにより、超音波振動子から発射された超音波が伝送管の実体に伝播することを確実に抑制して精度の良い液面検出が可能な液面検出装置を実現することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の液面検出装置は、突起部の先端は点状または線状であることを特徴としている。
【００１７】
これにより、ケースおよび伝送管の接触面積を確実に微少とすることができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の液面検出装置は、防振手段は柔軟なゴム材料または樹脂材料であることを特徴としている。
【００１９】
この場合、超音波発振素子が発振した際に、ケースの振動は柔軟な防振手段を介して伝送管に伝達される。このとき、ケースの振動は、防振手段内を伝播中に防振手段のダンパ作用により減衰され、伝送管へ伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。
【００２０】
これにより、超音波振動子から発射された超音波が伝送管の実体に伝播することを確実に抑制して精度の良い液面検出が可能な液面検出装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の第１実施形態による液面検出装置について、自動車の燃料タンク内の燃料液面位置を検出するための燃料液面検出装置１に適用した場合を例に図に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における燃料タンク２の部分断面図である。図１において、図の上下方向が自動車の上下方向である。
【００２３】
図２は、図４中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２４】
図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００２５】
図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００２６】
図５は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における電気回路構成を説明する模式図である。
【００２７】
燃料液面検出装置１は、図１に示すように、液体である燃料１４を貯蔵するタンクとしての燃料タンク２、超音波発振素子である超音波センサ３、超音波センサ３から発せられた超音波の伝播経路を形成する伝送管としてのボディ１２とから構成されている。
【００２８】
すなわち、燃料液面検出装置１は、機能的な見地から見て、大きくは、超音波センサ３を中心とした超音波送受信機能要素と、超音波センサ３と燃料１４の液面１４ａ間における超音波伝播経路を形成する超音波伝播経路機能要素の２つの機能要素から構成されている。
【００２９】
以下に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の構成について説明する。
【００３０】
先ず、超音波センサ３を中心とした超音波送受信機能要素について説明する。
【００３１】
超音波発振素子である超音波センサ３は、ピエゾ効果（電圧が印加されると体積が変化する一方、外部から力を受けると電圧を発生する特性）を有する物質、たとえばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等により円盤状に形成されている。超音波センサ３の表面３１および裏面３２には、図２に示すように、外部と電気的に接続される電極３３が形成されている。両電極３３は、それぞれ超音波センサ３の表面３１のほぼ全面および裏面３２のほぼ全面に亘って形成されている。超音波センサ３は、両電極３３間に電圧を印加されると、上述したピエゾ効果により板厚方向である軸方向（図２において左右方向）に振動して超音波を発射する。両電極３３には、両電極３３を外部に電気的に接続するためのリード部材であるリード線６がそれぞれ接続されている。各リード線６は、それぞれ電極３３にはんだ付けされている。また、超音波センサ３は、ケースであるブラケット７およびカバー８内に密閉的に収納されている。
【００３２】
ケースの一方としてのブラケット７は、たとえば樹脂材料から略有底円筒状に形成され、図２に示すように、その底部７１に、超音波センサ３が配置されている。ブラケット７の底部７１と反対側の開口端部７２（図２中において右端）には、ケースの他方としてのカバー８が装着されている。カバー８は、ブラケット７の開口端部７２に密着して固定され、これにより、超音波センサ３をブラケット７内に密閉している。また、ブラケット７の外表面には、図２に示すように、防振手段としての突起部である突起７４が設けられている。突起７４は、ブラケット７の外表面側を底面とする円錐状に形成されている。突起７４は複数個設けられ、カバー８が装着されたブラケット７がボディ１２に取り付けられると、突起７４は、その先端としての円錐の頂点において、伝送管であるボディ１２の内面およびガイドパイプ９の端面に、図２に示すように、当接している。なお、各突起７４の形状は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては同一に形成されている。また、ブラケット７の表面において、各突起７４は、ボディ１２内におけるブラケット７の姿勢が一義的に定まり且つ全ての突起７４の先端がガイドパイプ９あるいは９ボディ１２に当接するように設定されている。
【００３３】
すなわち、ブラケット７は、図４に示すように、３個の突起７４によりガイドパイプ９に当接している。この場合、ガイドパイプ９に当接している３個の突起７４は、図４に示すように、ガイドパイプ９と略同心上の円弧上に１２０度間隔で配置されているので、ブラケット７は、ガイドパイプ９に安定して当接できる。また、ブラケット７は、図２に示すように、突起７４によりボディ１２に当接している。この場合、ボディ１２に当接している突起７４は、図４に示すように、ブラケット７の外表面上に１２０度間隔で配置されているので、ブラケット７は、ボディ１２の孔部１２ｂと同軸状の位置関係を安定して維持できる。
【００３４】
カバー８は、たとえば樹脂材料から形成され、図２に示すように、その係止爪８２をブラケット７の係止孔７３に係止させてブラケット７に固定されている。また、カバー８には、超音波センサ３に接続されたリード線６をカバー８の外側へ延出させるための貫通孔８１が設けられている。カバー８のブラケット７と反対側（図２の右側）表面には、図２に示すように、コネクタ部８３が形成されている。コネクタ部８３には導電性材料からなるターミナル８４が配設されている。ターミナル８４には、一端が超音波センサ３の電極３３に接続されたリード線６の他端が、はんだ付け等により接続されている。コネクタ部８３に、外部の電気回路から延出されている図示しないコネクタを係合させることにより、超音波センサ３は外部の電気回路と電気的に接続される。また、カバー８と超音波センサ３との間には、緩衝部材４が配置されている。
【００３５】
緩衝部材４は、柔軟な樹脂材料あるいはゴム材料等から形成されている。本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、緩衝部材４は、ニトリルゴムから形成されている。緩衝部材４は、ブラケット７にカバー８が固定されると、ブラケット７内において圧縮されて弾性変形した状態となる。この緩衝部材４の弾性力により、超音波センサ３はブラケット７に押し付けられるので、超音波センサ３はブラケット７内の所定位置に固定される。緩衝部材４は、超音波センサ３から背後（図２における右方）へ漏れる超音波パルスを吸収する役目も果たしている。これにより、超音波センサ３から発射される超音波パルスは、伝送管であるガイドパイプ９内の燃料１４中へ向けて（図２の左方に向けて）のみ進行する。
【００３６】
伝送管であるボディ１２は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては樹脂材料、たとえば、燃料タンク２内の燃料１４に対して安定性に優れる樹脂材料から形成されている。ボディ１２は、超音波センサ３を保持固定する、詳しくは、超音波センサ３を収納しているブラケット７を保持固定するための係止爪１２ａを備えている。係止爪１２ａは複数個、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置においては、４個設けられている。係止爪１２ａは、ブラケット７の蓋としてのカバー８の端部に係止すると弾性変形し、その弾性力によりカバー８はガイドパイプ９側（図２において左側）へ押圧される。また、ボディ１２は、実際に超音波の伝播経路となる、ガイドパイプ９、反射板１１およびガイドパイプ１０を備えている。すなわち、ガイドパイプ９およびガイドパイプ１０の内部空間が超音波の伝播経路となっている。また、ガイドパイプ９およびガイドパイプ１０は、図1に示すように、それらの軸線Ａ、Ｂを直交させて配置されているが、両ガイドパイプ９、１０の中間に配置した反射板１１で超音波を反射させることにより、両ガイドパイプ９、１０間に超音波を伝播させている。
【００３７】
ガイドパイプ９は、金属材料から形成され、ガイドパイプ９の一端側（図１において右側）は、超音波センサ３を保持固定しているブラケット７に当接している。詳しくは、図２に示すように、ブラケット７に設けられた突起７４の先端、つまり円錐の頂点に当接している。本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ９は、アルミニウムダイカスト用合金により形成されている。また、ガイドパイプ９は、その軸線Ａと直交する方向における断面形状が、図３に示すように、円形に形成されるとともに、その超音波センサ３側端部（図１の右端）における内径寸法がｄ１、後述する反射板１１側端部（図１の左端）における内径寸法がｄ２となっている。また、ガイドパイプ９は、その軸線Ａと直交する方向における断面積が、超音波センサ３から遠ざかるに連れて、すなわち図１において右端から左方向に向かうに連れて小さくなるように形成されている。言い換えると、ガイドパイプ９は、その軸線Ａと直交する方向における断面の直径が、超音波センサ３から遠ざかるに連れて小さくなるように形成されている。すなわち、図１に示すように、ｄ１＞ｄ２という関係が成り立っている。また、ガイドパイプ９には、図１に示すように、段部９１が形成されている。段部９１は、図３に示すように、リング状に形成されるとともに、超音波センサ３に対向する面として形成されている。したがって、超音波センサ３から発射された超音波の一部は段部９１に入射する。この超音波は、段部９１で反射して超音波センサ３に向かって進み、超音波センサ３に入射することになる。
【００３８】
また、ガイドパイプ９の超音波センサ３と反対側（図１において左側）には、超音波センサ３から発射された超音波を燃料タンク２内の液面１４ａに向けて反射するための反射板１１が、図１に示すように、配置されている。反射板１１は、金属材料から形成されている。本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１では、反射板１１は、鉄系金属、たとえばステンレス鋼板により形成されている。反射板１１は、図１に示すように、その反射面１１ａに入射した超音波センサ３から発射された超音波を、液面１４ａへ向けて反射するように設置されている。詳しくは、ガイドパイプ９の軸線Ａ上を進む超音波を、液面１４ａへの入射角が０°となる方向、つまり液面１４ａに直交する方向に向けて反射するように設置されている。すなわち、反射板１１は、図１に示すように、液面に対して４５°傾斜させて設けられている。
【００３９】
反射板１１から液面１４ａ間の超音波伝播経路を形成する伝送管であるガイドパイプ１０は、ガイドパイプ９と同様に、ステンレス鋼管から形成されている。また、ガイドパイプ１０は、その軸線Ｂと直交する方向における断面形状が円形に形成されるとともに、その直径が全長に亘り一様に直径寸法ｄ３に形成されている。ガイドパイプ１０の直径寸法ｄ３は、ガイドパイプ９の反射板１１側端部における直径寸法ｄ２と等しく形成されている。また、ガイドパイプ１０の液面１４ａ側先端位置は、図１に示すように、燃料タンク２内の燃料１４貯蔵量が最大時、つまり満タン時における液面１４ｂよりも、所定長さだけ上方に突き出すように設定されている。
【００４０】
以上説明した、ガイドパイプ９、反射板１１およびガイドパイプ１０は、ガイドパイプ９の軸線Ａとガイドパイプ１０の軸線Ｂとが、図１に示すように、反射板１１の反射面１１ａ上において交差するような位置関係を形成している。
【００４１】
ボディ１２は、超音波伝播経路としてのガイドパイプ９、反射板１１およびガイドパイプ１０相互の位置関係を高精度に維持しつつそれらを保持固定している。
【００４２】
次に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の電気回路構成について図５に基づき説明する。
【００４３】
図５の電気回路構成図に示すように、制御回路１５は、イグニッションスイッチ１７を介してバッテリ１８に接続されている。また、制御回路１５は、超音波センサ３が接続されている。また、制御回路１５は、表示部１６が接続されている。
【００４４】
制御回路１５は、たとえばマイクロコンピュータ等から構成され、超音波センサ３へパルス状電圧信号を印加するためのパルス発生回路１５ａ、超音波センサ３から出力される反射波受信信号を処理し、それに基づいて液面位置を算出する演算回路１５ｂ、および演算回路１５ｂにより算出された液面位置信号に基づき表示部１６を駆動する駆動信号を出力する駆動回路１５ｃから構成されている。制御回路１５は、イグニッションスイッチ１７がＯＮされてバッテリ１８から電力が供給されると、燃料液面検出装置１は作動を開始する。
【００４５】
表示部１６は、たとえば指針計器あるいは液晶パネル等からなり、自動車の運転席正面のコンビネーションメータ（図示せず）内に設置されている。表示部１６は、制御回路１５の駆動回路１５ｃに駆動されて演算回路１５ｂにより算出された液面１４ａ位置、すなわち燃料タンク２内の燃料１４残量を運転者が視認可能に表示する。
【００４６】
次に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における、燃料液面検出作動について説明する。
【００４７】
パルス発生回路１５ａによりパルス状電圧信号が印加されると、超音波センサ３はパルス状の超音波を燃料タンク２内の燃料１４中に発射する。すなわち、超音波センサ３の発振面３１が振動し、発振面３１の振動がブラケット７の底部へ伝わり、さらにブラケット７の外側の表面から超音波が燃料１４中に発射される。この超音波の一部は、ガイドパイプ９内を進行して段部９１に入射する。そこで反射されて、再び超音波センサ３の発振面３１に入射する。一方、超音波センサ３から燃料１４中に発射されたパルス状超音波の一部は、ガイドパイプ９内を進行して反射面１１ａに入射する。そこで反射されて、ガイドパイプ１０内を液面１４ａへ向かって進む。さらに、液面１４ａで反射されて、往路と同一の経路、すなわちガイドパイプ１０、反射面１１ａ、ガイドパイプ９を経て超音波センサ３に入射する。
【００４８】
すなわち、超音波センサ３は、パルス発生回路１５ａに駆動されて１つの超音波パルスを発射すると、それに対応して、上述したように２つの反射パルス、つまり段部９１からの反射パルスと液面１４ａからの反射パルスとを受信する。超音波センサ３から段部９１までの伝播経路長さは、図１から明らかなように、超音波センサ３から液面１４ａまでの伝播経路長さよりも短いので、超音波センサ３は、先ず、段部９１からの反射パルスを受信し、次に、液面１４ａからの反射パルスを受信する。超音波センサ３は、これらの反射パルスを受信する度に電圧信号を発生し、この電圧信号は演算回路１５ｂに入力される。
【００４９】
演算回路１５ｂは、パルス発生回路１５ａがパルス状電圧信号を発してから上述の２つの反射パルスを検出するまでの時間をそれぞれ算出する。
【００５０】
ここで、段部９１は、超音波センサ３に対して予め定められた位置に設けられている。すなわち、段部９１と超音波センサ３との距離が既知である。したがって、演算回路１５ｂは、パルス発生回路１５ａがパルス状電圧信号を発してから段部９１からの反射パルスを受信するまでの時間と段部９１と超音波センサ３との距離に基づいて、燃料１４中における超音波パルスの伝播速度を算出する。次に、このようにして算出した燃料１４中における超音波パルスの伝播速度とパルス発生回路１５ａがパルス状電圧信号を発してから液面１４ａからの反射パルスを受信するまでの時間とに基づいて、液面１４ａ位置、つまり図１中における液面１４ａ高さＨを算出し、さらに予め記憶されている燃料タンク２形状に基づいて、燃料タンク２内の燃料１４残量を算出する。
【００５１】
駆動回路１５ｃは、表示部１６に演算回路１５ｂが算出した液面１４ａ高さＨあるいは燃料１４残量を表示させるための信号、たとえば指針軸（図示せず）を液面１４ａ高さＨあるいは燃料１４残量に対応した角度まで回動させるための駆動信号を出力する。これにより、表示部１６により燃料タンク２内の液面１４ａ高さＨあるいは燃料１４残量が表示される。
【００５２】
次に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の特徴である、ブラケット７に設けられた突起７４の作用および効果について説明する。
【００５３】
超音波センサ３にパルス状電圧信号が印加されると、超音波センサ３の発振面３１が振動し、発振面３１の振動がブラケット７へ伝達されてブラケット７が振動し、それによりブラケット７の外側の表面から超音波が燃料１４中に発射される。
【００５４】
ここで、従来の液面検出装置においては、ブラケットである水密ケースが伝送管に密着固定されているため、超音波振動子の振動が水密ケースから伝送管自体へも伝達されて伝送管の実体中を伝播する。伝送管の実体中を伝播する超音波は伝送管の端部等で反射し、再び伝送管の実体中を進行して超音波振動子に入射する。すなわち、超音波振動子は、液面からの反射波および伝送管の端部からの反射波の２種類の反射波を受信することになる。液面からの反射波は液面位置検出に必要な信号であるが、伝送管の端部からの反射波はいわゆるノイズであり、このノイズにより正確な液面検出が妨げられるという問題がある。
【００５５】
これに対して、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、ブラケット７は、その外表面に設けられた複数の円錐状突起７４の各先端で、すなわち円錐の頂点で伝送管であるガイドパイプ９およびボディ１２に接している。このため、ブラケット７とガイドパイプ９およびボディ１２との接触面積は極小さくなっているので、超音波センサ３が発振した際にブラケット７からガイドパイプ９およびボディ１２に伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。
【００５６】
これにより、超音波センサ３から発射された超音波がガイドパイプ９およびボディ１２の実体に伝播することを確実に抑制できるので、超音波センサ３が受信するノイズを抑制して精度の良い液面検出が可能な燃料液面検出装置１を実現することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
図６には、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１の部分断面図を示す。
【００５８】
本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１では、防振手段である突起部が形成される部材を一部変更している。すなわち、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１では、防振手段である突起部としての突起７４を全てケースであるブラケット７に形成しているが、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１では、そられの一部を伝送管であるボディ１２側に設けている。すなわち、図６に示すように、ボディ１２の孔部１２ｂの内壁に突起１２ｃとして形成している。
【００５９】
この構成によっても、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の場合と同様に、超音波センサ３が発振した際にブラケット７からガイドパイプ９およびボディ１２に伝達される振動エネルギを極わずかあるいは０とすることができる。したがって、超音波センサ３から発射された超音波がガイドパイプ９およびボディ１２の実体に伝播することを確実に抑制して、超音波センサ３が受信するノイズを抑制して精度の良い液面検出が可能な燃料液面検出装置１を実現することができる。
【００６０】
なお、この場合、ガイドパイプ９に当接する突起７４をも廃止して、代わりにガイドパイプ９の端面に突起を設けブラケット７に当接させる構成としてもよい。
【００６１】
（第３実施形態）
図７には、本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１の部分断面図を示す。
【００６２】
本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１では、防振手段を突起部から柔軟なゴム材料に変更している。すなわち、図７に示すように、ブラケット７とガイドパイプ９およびボディ１２間にゴム材料からなる防振部材１９を配置して、ブラケット７を、防振部材１９を介してガイドパイプ９およびボディ１２に押圧させている。
【００６３】
なお、防振部材１９としては、使用される燃料１４に対して安定性が高い材質、つまり燃料１４中に長期間浸漬されても柔軟性、すなわちダンパ作用を維持できるような材質を選定しなければならないことは言うまでもない。
【００６４】
この構成によれば、超音波センサ３が発振した際に、ブラケット７の振動は柔軟な防振部材１９を介してガイドパイプ９およびボディ１２に伝達される。このとき、ブラケット７の振動は、防振部材１９内を伝播中に防振部材１９のダンパ作用により減衰され、ガイドパイプ９およびボディ１２へ伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。
【００６５】
これにより、超音波センサ３から発射された超音波がガイドパイプ９およびボディ１２の実体に伝播することを確実に抑制できるので、超音波センサ３が受信するノイズを抑制して精度の良い液面検出が可能な燃料液面検出装置１を実現することができる。
【００６６】
なお、以上説明した、本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１において、防振部材１９をブラケット７とボディ１２間にのみ配置するとともに、ブラケット７に、第１実施形態における突起７４を設け、突起７４とガイドパイプ９とを当接させる構成としてもよい。
【００６７】
また、以上説明した、本発明の第１、第２実施形態による燃料液面検出装置１においては、ガイドパイプ９に当接する突起７４の個数を３個としているが、３個に限定する必要は無く、ボディ１２の孔部１２ｂ内においてブラケット７の所定の姿勢が維持される、すなわち超音波センサ３の表面３３がガイドパイプ９の軸線Ａに直交するような姿勢が安定して維持可能であれば、何個であってもよい。
【００６８】
また、以上説明した、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においてはボディ１２に当接する突起７４の個数を同一円周上に３個とし、また、第２実施形態による燃料液面検出装置１においてはブラケット７に当接する突起１２ｃの個数を同一円周上３個としているが、同一円周上３個に限定する必要は無く、ボディ１２の孔部１２ｂ内においてブラケット７の所定の姿勢が維持される、すなわち超音波センサ３の表面３３がガイドパイプ９の軸線Ａに直交するような姿勢が安定して維持可能であれば、何個であってもよい。
【００６９】
また、以上説明した、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における突起７４の形状、および第２実施形態による燃料液面検出装置１における突起１２ｃの形状を円錐形としているが、円錐形に限る必要は無く、他の形状、たとえば角錐状としてもよい。また、突起７４および突起１２ｃの先端を点状としているが、点状に限る必要は無く、線状あるいは微小な面状であってもよい。要は、ブラケット７から突起７４あるいは突起１２ｃを経てガイドパイプ９およびボディ１２へ伝達されるエネルギが極めて小さいような形状であればよい。
【００７０】
また、以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による燃料液面検出装置１においては、ガイドパイプ９をアルミニウムダイカスト用合金から、ガイドパイプ１０をステンレス鋼管からそれぞれ形成しているが、これらの金属材料に限る必要は無く、他の種類の金属材料を用いても良い。たとえば、ガイドパイプ９を鉄鋼材料から、ガイドパイプ１０をアルミニウム管からそれぞれ形成してもよい。さらに、ガイドパイプ９およびガイドパイプ１０を金属材料以外の材質、たとえば樹脂材料やセラミックス材料等から形成してもよい。その内部の液体中に超音波を高効率で伝播させることができる材質であればよい。
【００７１】
また、本発明の第１〜第３実施形態による燃料液面検出装置１においては、ガイドパイプ９に段部９１を設けているが、特に段部９１を設けなくてもよい。この場合、たとえば、燃料タンク２内の燃料１４温度を温度センサ（図示せず）等により検出し、それにより燃料１４中の超音波伝播速度を補正して液面１４ａ高さＨを算出することにより、高精度で液面１４ａ高さＨを算出することができる。
【００７２】
また、以上説明した各実施形態は、本発明による液面検出装置を自動車の燃料液面検出装置１に適用した場合を例に説明したが、燃料液面検出装置１以外に適用してもよい。すなわち、車両に搭載される他の液体、たとえば、エンジンオイル、ブレーキフルードあるいはウィンドウォッシャ液等の液面検出、あるいは液体輸送用車両に備えられた液体輸送用タンク内の液面を検出するために適用してもよい。さらには、自動車・車両以外の各種民生用機器の液体容器における液面検出の用途に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における燃料タンク２の部分断面図である。
【図２】図４中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における電気回路構成を説明する模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１の部分断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１の部分断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 燃料液面検出装置（液面検出装置）
２ 燃料タンク（タンク）
２１ 底面（底部）
３ 超音波センサ（超音波発振素子）
３１ 表面
３２ 裏面
３３ 電極
４ 緩衝部材
４１ 切欠き
５ スリーブ（カバー）
６ リード線
７ ブラケット（ケース）
７１ 底部
７２ 開口端部
７３ 係止孔
７４ 突起（防振手段、突起部）
８ カバー（ケース）
８１ 貫通孔
８２ 係止爪
８３ コネクタ部
８４ ターミナル
９ ガイドパイプ
９１ 段部
１０ ガイドパイプ
１１ 反射板
１１ａ 反射面
１２ ボディ
１２ａ 係止爪
１２ｂ 孔部
１２ｃ 突起（防振手段、突起部）
１３ 電線
１４ 燃料（液体）
１４ａ 液面
１４ｂ 液面
１５ 制御回路
１５ａ パルス発生回路
１５ｂ 演算回路
１５ｃ 駆動回路
１６ 表示部
１７ イグニッションスイッチ
１８ バッテリ
１９ 防振部材（防振手段、柔軟なゴム）
Ａ 軸線
Ｂ 軸線
Ｈ 液面高さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内の液体の液面位置を検出するための液面検出装置に関するものであり、たとえば自動車に装備される燃料タンク内の燃料液面を検出する用途に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンク内の液体の液面レベルを検出する液面検出装置としては、たとえば、タンク１に深さ方向に細い管状の伝送管を装着し、この伝送管の底部の水密ケースに超音波振動子を装着し、超音波振動子から超音波を発射し且つ超音波の液面からの反射波を超音波振動子で受信することにより液面を正確に計測するものがある。（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述した液面検出装置においては、超音波振動子と水密ケースの底面との間に充填材を設けて、超音波振動子から漏れる超音波パルスを吸収している。
【特許文献１】特開平６−２４９６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の液面検出装置の構成において、超音波振動子を内蔵する水密ケースは、伝送管に一体的に設けられている。
【０００５】
このような構成によると、超音波振動子から発射された超音波は、伝送管内に充満する液体中に伝播するとともに、水密ケースから伝送管自体へも伝達されて伝送管の実体中を伝播する。伝送管の実体中を伝播する超音波は伝送管の端部等で反射し、再び伝送管の実体中を進行して超音波振動子に入射する。すなわち、超音波振動子は、液面からの反射波および伝送管の端部からの反射波の２種類の反射波を受信することになる。液面からの反射波は液面位置検出に必要な信号であるが、伝送管の端部からの反射波はいわゆるノイズであり、このノイズにより正確な液面検出が妨げられるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような点に鑑みなされたものであり、その目的は、超音波振動子から発射された超音波が伝送管の実体に伝播することを抑制して精度の良い液面検出が可能な液面検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の液面検出装置は、液体を貯蔵するタンク内の底部に超音波発振素子を配置し、超音波発振素子から発射された超音波タンク内の液面における反射波を超音波発振素子により受信して液面位置を検出する液面検出装置であって、超音波発振素子を密閉的に収納するケースと、その一端側にケースが取り付けられるとともにその内部空間が超音波発振素子から発射された超音波の伝播経路を形成する略筒状の伝送管とを備え、ケースおよび伝送管の取り付け部にケースおよび伝送管間の振動伝播を抑制する防振手段を介在させたことを特徴としている。
【０００９】
超音波発振素子が振動して超音波を発射すると、超音波発振素子の振動がケースに伝達されケースが振動する。
【００１０】
上述の構成によれば、このケースの振動は、ケースと伝送管の間に介在する防振手段により減衰されるので、ケースから伝送管に伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。
【００１１】
これにより、超音波振動子から発射された超音波が伝送管の実体に伝播することを確実に抑制して精度の良い液面検出が可能な液面検出装置を実現することができる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の液面検出装置は、防振手段はケースおよび伝送管の少なくとも一方に設けられた突起部であり、ケースおよび伝送管は突起部の先端で当接していることを特徴としている。
【００１３】
互いに固定されている２つの部材において、一方の部材が振動してその振動が他方の部材に伝達される場合、一方から他方へ伝達される振動エネルギの大きさは、両部材の接触面積により変化する。すなわち、両部材の接触面積が大きいほど一方から他方へ伝達される振動エネルギの大きさは大きくなる。
【００１４】
上述の構成によれば、ケースおよび伝送管は突起部の先端で当接しているため、ケースおよび伝送管の接触面積はきわめて小さくなっている。したがって、超音波発振素子が発振した際に、ケースから伝送管に伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。
【００１５】
これにより、超音波振動子から発射された超音波が伝送管の実体に伝播することを確実に抑制して精度の良い液面検出が可能な液面検出装置を実現することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の液面検出装置は、突起部の先端は点状または線状であることを特徴としている。
【００１７】
これにより、ケースおよび伝送管の接触面積を確実に微少とすることができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の液面検出装置は、防振手段は柔軟なゴム材料または樹脂材料であることを特徴としている。
【００１９】
この場合、超音波発振素子が発振した際に、ケースの振動は柔軟な防振手段を介して伝送管に伝達される。このとき、ケースの振動は、防振手段内を伝播中に防振手段のダンパ作用により減衰され、伝送管へ伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。
【００２０】
これにより、超音波振動子から発射された超音波が伝送管の実体に伝播することを確実に抑制して精度の良い液面検出が可能な液面検出装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の第１実施形態による液面検出装置について、自動車の燃料タンク内の燃料液面位置を検出するための燃料液面検出装置１に適用した場合を例に図に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における燃料タンク２の部分断面図である。図１において、図の上下方向が自動車の上下方向である。
【００２３】
図２は、図４中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２４】
図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００２５】
図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００２６】
図５は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における電気回路構成を説明する模式図である。
【００２７】
燃料液面検出装置１は、図１に示すように、液体である燃料１４を貯蔵するタンクとしての燃料タンク２、超音波発振素子である超音波センサ３、超音波センサ３から発せられた超音波の伝播経路を形成する伝送管としてのボディ１２とから構成されている。
【００２８】
すなわち、燃料液面検出装置１は、機能的な見地から見て、大きくは、超音波センサ３を中心とした超音波送受信機能要素と、超音波センサ３と燃料１４の液面１４ａ間における超音波伝播経路を形成する超音波伝播経路機能要素の２つの機能要素から構成されている。
【００２９】
以下に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の構成について説明する。
【００３０】
先ず、超音波センサ３を中心とした超音波送受信機能要素について説明する。
【００３１】
超音波発振素子である超音波センサ３は、ピエゾ効果（電圧が印加されると体積が変化する一方、外部から力を受けると電圧を発生する特性）を有する物質、たとえばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等により円盤状に形成されている。超音波センサ３の表面３１および裏面３２には、図２に示すように、外部と電気的に接続される電極３３が形成されている。両電極３３は、それぞれ超音波センサ３の表面３１のほぼ全面および裏面３２のほぼ全面に亘って形成されている。超音波センサ３は、両電極３３間に電圧を印加されると、上述したピエゾ効果により板厚方向である軸方向（図２において左右方向）に振動して超音波を発射する。両電極３３には、両電極３３を外部に電気的に接続するためのリード部材であるリード線６がそれぞれ接続されている。各リード線６は、それぞれ電極３３にはんだ付けされている。また、超音波センサ３は、ケースであるブラケット７およびカバー８内に密閉的に収納されている。
【００３２】
ケースの一方としてのブラケット７は、たとえば樹脂材料から略有底円筒状に形成され、図２に示すように、その底部７１に、超音波センサ３が配置されている。ブラケット７の底部７１と反対側の開口端部７２（図２中において右端）には、ケースの他方としてのカバー８が装着されている。カバー８は、ブラケット７の開口端部７２に密着して固定され、これにより、超音波センサ３をブラケット７内に密閉している。また、ブラケット７の外表面には、図２に示すように、防振手段としての突起部である突起７４が設けられている。突起７４は、ブラケット７の外表面側を底面とする円錐状に形成されている。突起７４は複数個設けられ、カバー８が装着されたブラケット７がボディ１２に取り付けられると、突起７４は、その先端としての円錐の頂点において、伝送管であるボディ１２の内面およびガイドパイプ９の端面に、図２に示すように、当接している。なお、各突起７４の形状は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては同一に形成されている。また、ブラケット７の表面において、各突起７４は、ボディ１２内におけるブラケット７の姿勢が一義的に定まり且つ全ての突起７４の先端がガイドパイプ９あるいは９ボディ１２に当接するように設定されている。
【００３３】
すなわち、ブラケット７は、図４に示すように、３個の突起７４によりガイドパイプ９に当接している。この場合、ガイドパイプ９に当接している３個の突起７４は、図４に示すように、ガイドパイプ９と略同心上の円弧上に１２０度間隔で配置されているので、ブラケット７は、ガイドパイプ９に安定して当接できる。また、ブラケット７は、図２に示すように、突起７４によりボディ１２に当接している。この場合、ボディ１２に当接している突起７４は、図４に示すように、ブラケット７の外表面上に１２０度間隔で配置されているので、ブラケット７は、ボディ１２の孔部１２ｂと同軸状の位置関係を安定して維持できる。
【００３４】
カバー８は、たとえば樹脂材料から形成され、図２に示すように、その係止爪８２をブラケット７の係止孔７３に係止させてブラケット７に固定されている。また、カバー８には、超音波センサ３に接続されたリード線６をカバー８の外側へ延出させるための貫通孔８１が設けられている。カバー８のブラケット７と反対側（図２の右側）表面には、図２に示すように、コネクタ部８３が形成されている。コネクタ部８３には導電性材料からなるターミナル８４が配設されている。ターミナル８４には、一端が超音波センサ３の電極３３に接続されたリード線６の他端が、はんだ付け等により接続されている。コネクタ部８３に、外部の電気回路から延出されている図示しないコネクタを係合させることにより、超音波センサ３は外部の電気回路と電気的に接続される。また、カバー８と超音波センサ３との間には、緩衝部材４が配置されている。
【００３５】
緩衝部材４は、柔軟な樹脂材料あるいはゴム材料等から形成されている。本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、緩衝部材４は、ニトリルゴムから形成されている。緩衝部材４は、ブラケット７にカバー８が固定されると、ブラケット７内において圧縮されて弾性変形した状態となる。この緩衝部材４の弾性力により、超音波センサ３はブラケット７に押し付けられるので、超音波センサ３はブラケット７内の所定位置に固定される。緩衝部材４は、超音波センサ３から背後（図２における右方）へ漏れる超音波パルスを吸収する役目も果たしている。これにより、超音波センサ３から発射される超音波パルスは、伝送管であるガイドパイプ９内の燃料１４中へ向けて（図２の左方に向けて）のみ進行する。
【００３６】
伝送管であるボディ１２は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては樹脂材料、たとえば、燃料タンク２内の燃料１４に対して安定性に優れる樹脂材料から形成されている。ボディ１２は、超音波センサ３を保持固定する、詳しくは、超音波センサ３を収納しているブラケット７を保持固定するための係止爪１２ａを備えている。係止爪１２ａは複数個、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置においては、４個設けられている。係止爪１２ａは、ブラケット７の蓋としてのカバー８の端部に係止すると弾性変形し、その弾性力によりカバー８はガイドパイプ９側（図２において左側）へ押圧される。また、ボディ１２は、実際に超音波の伝播経路となる、ガイドパイプ９、反射板１１およびガイドパイプ１０を備えている。すなわち、ガイドパイプ９およびガイドパイプ１０の内部空間が超音波の伝播経路となっている。また、ガイドパイプ９およびガイドパイプ１０は、図1に示すように、それらの軸線Ａ、Ｂを直交させて配置されているが、両ガイドパイプ９、１０の中間に配置した反射板１１で超音波を反射させることにより、両ガイドパイプ９、１０間に超音波を伝播させている。
【００３７】
ガイドパイプ９は、金属材料から形成され、ガイドパイプ９の一端側（図１において右側）は、超音波センサ３を保持固定しているブラケット７に当接している。詳しくは、図２に示すように、ブラケット７に設けられた突起７４の先端、つまり円錐の頂点に当接している。本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ９は、アルミニウムダイカスト用合金により形成されている。また、ガイドパイプ９は、その軸線Ａと直交する方向における断面形状が、図３に示すように、円形に形成されるとともに、その超音波センサ３側端部（図１の右端）における内径寸法がｄ１、後述する反射板１１側端部（図１の左端）における内径寸法がｄ２となっている。また、ガイドパイプ９は、その軸線Ａと直交する方向における断面積が、超音波センサ３から遠ざかるに連れて、すなわち図１において右端から左方向に向かうに連れて小さくなるように形成されている。言い換えると、ガイドパイプ９は、その軸線Ａと直交する方向における断面の直径が、超音波センサ３から遠ざかるに連れて小さくなるように形成されている。すなわち、図１に示すように、ｄ１＞ｄ２という関係が成り立っている。また、ガイドパイプ９には、図１に示すように、段部９１が形成されている。段部９１は、図３に示すように、リング状に形成されるとともに、超音波センサ３に対向する面として形成されている。したがって、超音波センサ３から発射された超音波の一部は段部９１に入射する。この超音波は、段部９１で反射して超音波センサ３に向かって進み、超音波センサ３に入射することになる。
【００３８】
また、ガイドパイプ９の超音波センサ３と反対側（図１において左側）には、超音波センサ３から発射された超音波を燃料タンク２内の液面１４ａに向けて反射するための反射板１１が、図１に示すように、配置されている。反射板１１は、金属材料から形成されている。本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１では、反射板１１は、鉄系金属、たとえばステンレス鋼板により形成されている。反射板１１は、図１に示すように、その反射面１１ａに入射した超音波センサ３から発射された超音波を、液面１４ａへ向けて反射するように設置されている。詳しくは、ガイドパイプ９の軸線Ａ上を進む超音波を、液面１４ａへの入射角が０°となる方向、つまり液面１４ａに直交する方向に向けて反射するように設置されている。すなわち、反射板１１は、図１に示すように、液面に対して４５°傾斜させて設けられている。
【００３９】
反射板１１から液面１４ａ間の超音波伝播経路を形成する伝送管であるガイドパイプ１０は、ガイドパイプ９と同様に、ステンレス鋼管から形成されている。また、ガイドパイプ１０は、その軸線Ｂと直交する方向における断面形状が円形に形成されるとともに、その直径が全長に亘り一様に直径寸法ｄ３に形成されている。ガイドパイプ１０の直径寸法ｄ３は、ガイドパイプ９の反射板１１側端部における直径寸法ｄ２と等しく形成されている。また、ガイドパイプ１０の液面１４ａ側先端位置は、図１に示すように、燃料タンク２内の燃料１４貯蔵量が最大時、つまり満タン時における液面１４ｂよりも、所定長さだけ上方に突き出すように設定されている。
【００４０】
以上説明した、ガイドパイプ９、反射板１１およびガイドパイプ１０は、ガイドパイプ９の軸線Ａとガイドパイプ１０の軸線Ｂとが、図１に示すように、反射板１１の反射面１１ａ上において交差するような位置関係を形成している。
【００４１】
ボディ１２は、超音波伝播経路としてのガイドパイプ９、反射板１１およびガイドパイプ１０相互の位置関係を高精度に維持しつつそれらを保持固定している。
【００４２】
次に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の電気回路構成について図５に基づき説明する。
【００４３】
図５の電気回路構成図に示すように、制御回路１５は、イグニッションスイッチ１７を介してバッテリ１８に接続されている。また、制御回路１５は、超音波センサ３が接続されている。また、制御回路１５は、表示部１６が接続されている。
【００４４】
制御回路１５は、たとえばマイクロコンピュータ等から構成され、超音波センサ３へパルス状電圧信号を印加するためのパルス発生回路１５ａ、超音波センサ３から出力される反射波受信信号を処理し、それに基づいて液面位置を算出する演算回路１５ｂ、および演算回路１５ｂにより算出された液面位置信号に基づき表示部１６を駆動する駆動信号を出力する駆動回路１５ｃから構成されている。制御回路１５は、イグニッションスイッチ１７がＯＮされてバッテリ１８から電力が供給されると、燃料液面検出装置１は作動を開始する。
【００４５】
表示部１６は、たとえば指針計器あるいは液晶パネル等からなり、自動車の運転席正面のコンビネーションメータ（図示せず）内に設置されている。表示部１６は、制御回路１５の駆動回路１５ｃに駆動されて演算回路１５ｂにより算出された液面１４ａ位置、すなわち燃料タンク２内の燃料１４残量を運転者が視認可能に表示する。
【００４６】
次に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における、燃料液面検出作動について説明する。
【００４７】
パルス発生回路１５ａによりパルス状電圧信号が印加されると、超音波センサ３はパルス状の超音波を燃料タンク２内の燃料１４中に発射する。すなわち、超音波センサ３の発振面３１が振動し、発振面３１の振動がブラケット７の底部へ伝わり、さらにブラケット７の外側の表面から超音波が燃料１４中に発射される。この超音波の一部は、ガイドパイプ９内を進行して段部９１に入射する。そこで反射されて、再び超音波センサ３の発振面３１に入射する。一方、超音波センサ３から燃料１４中に発射されたパルス状超音波の一部は、ガイドパイプ９内を進行して反射面１１ａに入射する。そこで反射されて、ガイドパイプ１０内を液面１４ａへ向かって進む。さらに、液面１４ａで反射されて、往路と同一の経路、すなわちガイドパイプ１０、反射面１１ａ、ガイドパイプ９を経て超音波センサ３に入射する。
【００４８】
すなわち、超音波センサ３は、パルス発生回路１５ａに駆動されて１つの超音波パルスを発射すると、それに対応して、上述したように２つの反射パルス、つまり段部９１からの反射パルスと液面１４ａからの反射パルスとを受信する。超音波センサ３から段部９１までの伝播経路長さは、図１から明らかなように、超音波センサ３から液面１４ａまでの伝播経路長さよりも短いので、超音波センサ３は、先ず、段部９１からの反射パルスを受信し、次に、液面１４ａからの反射パルスを受信する。超音波センサ３は、これらの反射パルスを受信する度に電圧信号を発生し、この電圧信号は演算回路１５ｂに入力される。
【００４９】
演算回路１５ｂは、パルス発生回路１５ａがパルス状電圧信号を発してから上述の２つの反射パルスを検出するまでの時間をそれぞれ算出する。
【００５０】
ここで、段部９１は、超音波センサ３に対して予め定められた位置に設けられている。すなわち、段部９１と超音波センサ３との距離が既知である。したがって、演算回路１５ｂは、パルス発生回路１５ａがパルス状電圧信号を発してから段部９１からの反射パルスを受信するまでの時間と段部９１と超音波センサ３との距離に基づいて、燃料１４中における超音波パルスの伝播速度を算出する。次に、このようにして算出した燃料１４中における超音波パルスの伝播速度とパルス発生回路１５ａがパルス状電圧信号を発してから液面１４ａからの反射パルスを受信するまでの時間とに基づいて、液面１４ａ位置、つまり図１中における液面１４ａ高さＨを算出し、さらに予め記憶されている燃料タンク２形状に基づいて、燃料タンク２内の燃料１４残量を算出する。
【００５１】
駆動回路１５ｃは、表示部１６に演算回路１５ｂが算出した液面１４ａ高さＨあるいは燃料１４残量を表示させるための信号、たとえば指針軸（図示せず）を液面１４ａ高さＨあるいは燃料１４残量に対応した角度まで回動させるための駆動信号を出力する。これにより、表示部１６により燃料タンク２内の液面１４ａ高さＨあるいは燃料１４残量が表示される。
【００５２】
次に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の特徴である、ブラケット７に設けられた突起７４の作用および効果について説明する。
【００５３】
超音波センサ３にパルス状電圧信号が印加されると、超音波センサ３の発振面３１が振動し、発振面３１の振動がブラケット７へ伝達されてブラケット７が振動し、それによりブラケット７の外側の表面から超音波が燃料１４中に発射される。
【００５４】
ここで、従来の液面検出装置においては、ブラケットである水密ケースが伝送管に密着固定されているため、超音波振動子の振動が水密ケースから伝送管自体へも伝達されて伝送管の実体中を伝播する。伝送管の実体中を伝播する超音波は伝送管の端部等で反射し、再び伝送管の実体中を進行して超音波振動子に入射する。すなわち、超音波振動子は、液面からの反射波および伝送管の端部からの反射波の２種類の反射波を受信することになる。液面からの反射波は液面位置検出に必要な信号であるが、伝送管の端部からの反射波はいわゆるノイズであり、このノイズにより正確な液面検出が妨げられるという問題がある。
【００５５】
これに対して、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、ブラケット７は、その外表面に設けられた複数の円錐状突起７４の各先端で、すなわち円錐の頂点で伝送管であるガイドパイプ９およびボディ１２に接している。このため、ブラケット７とガイドパイプ９およびボディ１２との接触面積は極小さくなっているので、超音波センサ３が発振した際にブラケット７からガイドパイプ９およびボディ１２に伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。
【００５６】
これにより、超音波センサ３から発射された超音波がガイドパイプ９およびボディ１２の実体に伝播することを確実に抑制できるので、超音波センサ３が受信するノイズを抑制して精度の良い液面検出が可能な燃料液面検出装置１を実現することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
図６には、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１の部分断面図を示す。
【００５８】
本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１では、防振手段である突起部が形成される部材を一部変更している。すなわち、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１では、防振手段である突起部としての突起７４を全てケースであるブラケット７に形成しているが、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１では、そられの一部を伝送管であるボディ１２側に設けている。すなわち、図６に示すように、ボディ１２の孔部１２ｂの内壁に突起１２ｃとして形成している。
【００５９】
この構成によっても、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の場合と同様に、超音波センサ３が発振した際にブラケット７からガイドパイプ９およびボディ１２に伝達される振動エネルギを極わずかあるいは０とすることができる。したがって、超音波センサ３から発射された超音波がガイドパイプ９およびボディ１２の実体に伝播することを確実に抑制して、超音波センサ３が受信するノイズを抑制して精度の良い液面検出が可能な燃料液面検出装置１を実現することができる。
【００６０】
なお、この場合、ガイドパイプ９に当接する突起７４をも廃止して、代わりにガイドパイプ９の端面に突起を設けブラケット７に当接させる構成としてもよい。
【００６１】
（第３実施形態）
図７には、本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１の部分断面図を示す。
【００６２】
本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１では、防振手段を突起部から柔軟なゴム材料に変更している。すなわち、図７に示すように、ブラケット７とガイドパイプ９およびボディ１２間にゴム材料からなる防振部材１９を配置して、ブラケット７を、防振部材１９を介してガイドパイプ９およびボディ１２に押圧させている。
【００６３】
なお、防振部材１９としては、使用される燃料１４に対して安定性が高い材質、つまり燃料１４中に長期間浸漬されても柔軟性、すなわちダンパ作用を維持できるような材質を選定しなければならないことは言うまでもない。
【００６４】
この構成によれば、超音波センサ３が発振した際に、ブラケット７の振動は柔軟な防振部材１９を介してガイドパイプ９およびボディ１２に伝達される。このとき、ブラケット７の振動は、防振部材１９内を伝播中に防振部材１９のダンパ作用により減衰され、ガイドパイプ９およびボディ１２へ伝達される振動エネルギは極わずかあるいは０となる。
【００６５】
これにより、超音波センサ３から発射された超音波がガイドパイプ９およびボディ１２の実体に伝播することを確実に抑制できるので、超音波センサ３が受信するノイズを抑制して精度の良い液面検出が可能な燃料液面検出装置１を実現することができる。
【００６６】
なお、以上説明した、本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１において、防振部材１９をブラケット７とボディ１２間にのみ配置するとともに、ブラケット７に、第１実施形態における突起７４を設け、突起７４とガイドパイプ９とを当接させる構成としてもよい。
【００６７】
また、以上説明した、本発明の第１、第２実施形態による燃料液面検出装置１においては、ガイドパイプ９に当接する突起７４の個数を３個としているが、３個に限定する必要は無く、ボディ１２の孔部１２ｂ内においてブラケット７の所定の姿勢が維持される、すなわち超音波センサ３の表面３３がガイドパイプ９の軸線Ａに直交するような姿勢が安定して維持可能であれば、何個であってもよい。
【００６８】
また、以上説明した、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においてはボディ１２に当接する突起７４の個数を同一円周上に３個とし、また、第２実施形態による燃料液面検出装置１においてはブラケット７に当接する突起１２ｃの個数を同一円周上３個としているが、同一円周上３個に限定する必要は無く、ボディ１２の孔部１２ｂ内においてブラケット７の所定の姿勢が維持される、すなわち超音波センサ３の表面３３がガイドパイプ９の軸線Ａに直交するような姿勢が安定して維持可能であれば、何個であってもよい。
【００６９】
また、以上説明した、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における突起７４の形状、および第２実施形態による燃料液面検出装置１における突起１２ｃの形状を円錐形としているが、円錐形に限る必要は無く、他の形状、たとえば角錐状としてもよい。また、突起７４および突起１２ｃの先端を点状としているが、点状に限る必要は無く、線状あるいは微小な面状であってもよい。要は、ブラケット７から突起７４あるいは突起１２ｃを経てガイドパイプ９およびボディ１２へ伝達されるエネルギが極めて小さいような形状であればよい。
【００７０】
また、以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による燃料液面検出装置１においては、ガイドパイプ９をアルミニウムダイカスト用合金から、ガイドパイプ１０をステンレス鋼管からそれぞれ形成しているが、これらの金属材料に限る必要は無く、他の種類の金属材料を用いても良い。たとえば、ガイドパイプ９を鉄鋼材料から、ガイドパイプ１０をアルミニウム管からそれぞれ形成してもよい。さらに、ガイドパイプ９およびガイドパイプ１０を金属材料以外の材質、たとえば樹脂材料やセラミックス材料等から形成してもよい。その内部の液体中に超音波を高効率で伝播させることができる材質であればよい。
【００７１】
また、本発明の第１〜第３実施形態による燃料液面検出装置１においては、ガイドパイプ９に段部９１を設けているが、特に段部９１を設けなくてもよい。この場合、たとえば、燃料タンク２内の燃料１４温度を温度センサ（図示せず）等により検出し、それにより燃料１４中の超音波伝播速度を補正して液面１４ａ高さＨを算出することにより、高精度で液面１４ａ高さＨを算出することができる。
【００７２】
また、以上説明した各実施形態は、本発明による液面検出装置を自動車の燃料液面検出装置１に適用した場合を例に説明したが、燃料液面検出装置１以外に適用してもよい。すなわち、車両に搭載される他の液体、たとえば、エンジンオイル、ブレーキフルードあるいはウィンドウォッシャ液等の液面検出、あるいは液体輸送用車両に備えられた液体輸送用タンク内の液面を検出するために適用してもよい。さらには、自動車・車両以外の各種民生用機器の液体容器における液面検出の用途に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における燃料タンク２の部分断面図である。
【図２】図４中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における電気回路構成を説明する模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１の部分断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１の部分断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 燃料液面検出装置（液面検出装置）
２ 燃料タンク（タンク）
２１ 底面（底部）
３ 超音波センサ（超音波発振素子）
３１ 表面
３２ 裏面
３３ 電極
４ 緩衝部材
４１ 切欠き
５ スリーブ（カバー）
６ リード線
７ ブラケット（ケース）
７１ 底部
７２ 開口端部
７３ 係止孔
７４ 突起（防振手段、突起部）
８ カバー（ケース）
８１ 貫通孔
８２ 係止爪
８３ コネクタ部
８４ ターミナル
９ ガイドパイプ
９１ 段部
１０ ガイドパイプ
１１ 反射板
１１ａ 反射面
１２ ボディ
１２ａ 係止爪
１２ｂ 孔部
１２ｃ 突起（防振手段、突起部）
１３ 電線
１４ 燃料（液体）
１４ａ 液面
１４ｂ 液面
１５ 制御回路
１５ａ パルス発生回路
１５ｂ 演算回路
１５ｃ 駆動回路
１６ 表示部
１７ イグニッションスイッチ
１８ バッテリ
１９ 防振部材（防振手段、柔軟なゴム）
Ａ 軸線
Ｂ 軸線
Ｈ 液面高さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯蔵するタンク内の底部に超音波発振素子を配置し、
前記超音波発振素子から発射された超音波の前記タンク内の液面における反射波を前記超音波発振素子により受信して前記液面位置を検出する液面検出装置であって、
前記超音波発振素子を密閉的に収納するケースと、
その一端側に前記ケースが取り付けられるとともにその内部空間が前記超音波発振素子から発射された超音波の伝播経路を形成する略筒状の伝送管とを備え、
前記ケースおよび前記伝送管の取り付け部に前記ケースおよび前記伝送管間の振動伝播を抑制する防振手段を介在させたことを特徴とする液面検出装置。
【請求項２】
前記防振手段は前記ケースおよび前記伝送管の少なくとも一方に設けられた突起部であり、前記ケースおよび前記伝送管は前記突起部の先端で当接していることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
【請求項３】
前記先端は点状または線状であることを特徴とする請求項２に記載の液面検出装置。
【請求項４】
前記防振手段は柔軟なゴム材料または樹脂材料であることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
【請求項１】
液体を貯蔵するタンク内の底部に超音波発振素子を配置し、
前記超音波発振素子から発射された超音波の前記タンク内の液面における反射波を前記超音波発振素子により受信して前記液面位置を検出する液面検出装置であって、
前記超音波発振素子を密閉的に収納するケースと、
その一端側に前記ケースが取り付けられるとともにその内部空間が前記超音波発振素子から発射された超音波の伝播経路を形成する略筒状の伝送管とを備え、
前記ケースおよび前記伝送管の取り付け部に前記ケースおよび前記伝送管間の振動伝播を抑制する防振手段を介在させたことを特徴とする液面検出装置。
【請求項２】
前記防振手段は前記ケースおよび前記伝送管の少なくとも一方に設けられた突起部であり、前記ケースおよび前記伝送管は前記突起部の先端で当接していることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
【請求項３】
前記先端は点状または線状であることを特徴とする請求項２に記載の液面検出装置。
【請求項４】
前記防振手段は柔軟なゴム材料または樹脂材料であることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１１９０４６（Ｐ２００６−１１９０４６Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０８７２３（Ｐ２００４−３０８７２３）
【出願日】平成１６年１０月２２日（２００４．１０．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２２日（２００４．１０．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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