液面検出装置
【課題】 超音波発振素子から反射板までの伝播経路の構成に工夫を凝らし、反射板に入射する超音波発振素子からの超音波の音圧レベルを高めて、高精度な液面検出が可能な液面検出装置を提供する。
【解決手段】 ガイドパイプ４を金属材料から形成し、その横断面形状を円形とし、横断面の直径寸法を、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した。つまり、ガイドパイプ４は、超音波の伝播経路が超音波センサ３から反射板６に向かって先細り状に形成されている。これにより、反射板６に入射する超音波の音圧レベルを従来の液面検出装置における値よりも高めることができる。したがって、超音波センサ３から発射された超音波のエネルギを高効率で液面検出に利用できるので、高精度な液面検出が可能な燃料液面検出装置１を提供することができる。
【解決手段】 ガイドパイプ４を金属材料から形成し、その横断面形状を円形とし、横断面の直径寸法を、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した。つまり、ガイドパイプ４は、超音波の伝播経路が超音波センサ３から反射板６に向かって先細り状に形成されている。これにより、反射板６に入射する超音波の音圧レベルを従来の液面検出装置における値よりも高めることができる。したがって、超音波センサ３から発射された超音波のエネルギを高効率で液面検出に利用できるので、高精度な液面検出が可能な燃料液面検出装置１を提供することができる。
【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、燃料中に配置された超音波発振素子と、燃料中に配置され超音波発振素子からの超音波を液面に向けて反射する反射板とを備え、液面で反射した超音波を反射板を介して超音波発振素子により受信して液面レベルを算出するものがある（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、正方形の横断面を有する筒体が燃料タンク内部の底面に固定され、筒体の一端側には、超音波発振素子が筒体の他端側に向けて超音波を発射可能に取り付けられるとともに、筒体の他端側には、筒体内を進行してきた超音波を液面に向けて反射する反射板が設けられている。この筒体は、液面検出装置において超音波伝播経路を形成している。
【特許文献１】特開平１１−１５３４７１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では、筒体は、その横断面が正方形であるとともに、筒体の軸方向において横断面形状が一様であるように形成されている。つまり、筒体を構成する４つの壁面において、対向する２つの壁面は互いに平行な関係にある。
【０００５】
超音波は、筒体内を筒体の各壁面にて反射を繰り返しながら進行するが、超音波が壁面で反射する度に一部が壁面を透過する等するために、超音波のエネルギがだんだん減少していく。
【０００６】
上述した従来の液面検出装置における筒体、すなわち、その軸方向のほぼ全域において横断面形状が一様である筒体においては、反射板に入射する超音波の強さ、すなわち筒体の横断面における単位面積当たりの超音波の音圧レベルが、超音波発振素子の近傍における超音波の音圧レベルよりも低下してしまう。
【０００７】
このため、反射板で反射して液面に向かう超音波の音圧レベルが低下し、それに伴って液面で反射する超音波の音圧レベルも低下して、精度の高い液面検出が困難になるという問題がある
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、超音波発振素子から反射板までの伝播経路の構成に工夫を凝らし、反射板に入射する超音波発振素子からの超音波の音圧レベルを高めて、高精度な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】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の液面検出装置では、液体を貯蔵するタンク内の底部に配置される超音波発振素子と、超音波発振素子が発射した超音波をタンク内の液体の液面に向けて反射する反射壁と、超音波発振素子および反射壁間の超音波伝播経路を形成する筒状の第1経路部材と、反射壁から液面間の超音波伝播経路を形成する筒状の第２経路部材とを備え、超音波発振素子から超音波を発射するとともにその液面からの反射波を反射壁を介して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、第１経路部材は、その軸線と直交する方向における断面積が超音波発振素子から遠ざかるに連れて小さくなるように形成された構成としている。
【００１０】
液面検出装置において、超音波発振素子から発射された超音波のエネルギは、第１経路部材内を進行する間に壁面における反射等のために徐々に減衰していく。
【００１１】
従来の液面検出装置の筒体は、その軸方向のほぼ全域において横断面形状が一様である。そのため、超音波の強さの指標である音圧レベル、つまり筒体の横断面における単位面積当たりの超音波の作用により生じる圧力レベルは、超音波発振素子から遠ざかるにつれて低下し、筒体の超音波発振素子と反対側端部である反射板付近においてはかなり低下してしまう。
【００１２】
これに対して、本発明の請求項１に記載の液面検出装置では、第１経路部材はその横断面の断面積が超音波発振素子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。言い換えると、第１経路部材は超音波の伝播経路が超音波発振素子から反射壁に向かって先細り状に形成されている。
【００１３】
このため、超音波発振素子から発射された超音波が第１経路部材内を進行中の超音波のエネルギ減衰度合いを従来の液面検出装置の筒体の場合と比べて小さくすることができる。したがって、反射壁に入射する超音波の音圧レベルを、従来の液面検出装置の場合よりも高めることができる。
【００１４】
これにより、反射壁に入射する超音波発振素子からの超音波の音圧レベルの低下を抑制して、高精度な液面検出が可能な液面検出装置を提供することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の液面検出装置では、前記第１経路部材は、その軸線と直交する方向における断面形状が円形に形成され、第２経路部材は、その軸線と直交する方向における断面形状が円形に形成される構成としている。
【００１６】
一般に、超音波発振素子から発射される超音波は、超音波発振素子を頂点として円錐状に伝播していく。
【００１７】
このため、従来の液面検出装置では、超音波の伝播経路である筒体の横断面形状が正方形であるため、その四隅部において超音波の干渉により超音波エネルギ減少が生じている。
【００１８】
一方、本発明の請求項２に記載の液面検出装置では、第１経路部材の横断面を円形としているので、上述の従来の液面検出装置における超音波の干渉によるエネルギ損失をなくすことができる。したがって、反射壁に入射する超音波の音圧レベルを、従来の液面検出装置の場合よりも高めることができる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項２に記載の液面検出装置では、反射壁から液面間の超音波伝播経路を形成する筒状の第２経路部材についてもその横断面形状を円形にしている。
【００２０】
これにより、反射壁・液面間においても、超音波の伝播中の超音波エネルギ損失を抑制することができる。
【００２１】
本発明の請求項３に記載の液面検出装置では、第１経路部材の反射壁側端部における直径寸法が、第２経路部材の反射壁側端部における直径寸法とほぼ等しく設定された構成としている。
【００２２】
一般に、超音波が筒状の経路内の液体中を進行する場合、経路の断面積が急変（拡大あるいは縮小）する箇所があると、そこで超音波のエネルギ損失が生じる。
【００２３】
液面検出装置においては、超音波発振素子からの超音波が第1経路部材中から反射壁を介して第２経路部材中へ伝播する、あるいは液面での反射波が第２経路部材中から反射壁を介して第１経路部材中へ伝播する。
【００２４】
ここで、本発明の請求項３に記載の液面検出装置においては、第１経路部材の反射壁側端部における直径寸法が、第２経路部材の反射壁側端部における直径寸法とほぼ等しく設定されているので、第１経路部材と第２経路部材の接続部において超音波の伝播経路の断面積が変化しない。
【００２５】
これにより、第１経路部材と第２経路部材の接続部において超音波のエネルギ損失が生じることを防止できる。
【００２６】
本発明の請求項４に記載の液面検出装置では、第２経路部材は、その直径寸法が全長に亘りほぼ一様に形成される構成としている。
【００２７】
この場合、第２経路部材は、直径寸法が一様のいわゆる円管状となっている。これにより第２経路部材の加工形成が容易に行えるので、液面検出装置のコスト上昇を抑制することができる。
【００２８】
本発明の請求項５に記載の液面検出装置では、第１経路部材および第２経路部材を金属材料から形成した構成としている。
【００２９】
金属材料は、超音波に対する反射率が高い、言い換えると超音波が透過し難いので、第１経路部材および第２経路部材を金属材料から形成すれば、超音波が第１経路部材および第２経路部材内を進行する途中における超音波のエネルギ損失を最小限度に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態による液面検出装置を、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。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１において、液体である燃料８を貯蔵するタンクとしての燃料タンク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。
【００３２】
図２は、図1中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００３３】
図３は、本発明の一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。
【００３４】
図４は、図１中のＩＶ矢視図である。
【００３５】
燃料液面検出装置１は、図１に示すように、タンクである燃料タンク２、超音波発振素子である超音波センサ３、第１経路部材であるガイドパイプ４、反射壁である反射板６、および第２経路部材であるガイドパイプ５から構成されている。そして、超音波センサ３、ガイドパイプ４、反射板６、およびガイドパイプ５は、ボディ７に一体的に収容保持されるとともに、ボディ７を介して、図１に示すように、燃料タンク２の底面２１に取り付けられている。
【００３６】
以下に、本発明の一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。
【００３７】
超音波発振素子である超音波センサ３は、図１に示すように、後述するガイドパイプ４の一端側に超音波を発射する発振面３１をガイドパイプ４内に対向させて配置されている。すなわち、超音波センサ３は、図１に示すように、ブラケット１５に固定され、このブラケット１５がボディ７に装着されている。
【００３８】
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）から形成されている。超音波センサ３は、図１に示すように、外部の電気回路に接続するためのリード線１４を備えており、リード線１４は、ブラケット１５外へ延出され、さらに燃料タンク２の外へ気密的に引き出されている。また、超音波センサ３の発振面３１は円形に形成されている。
【００３９】
ブラケット１５は、樹脂、あるいは金属から略有底円筒状に形成され、その底部１５ｂに、超音波センサ３がたとえば接着等により固定されている。また、ブラケット１５の開口端側（図１の右側）には、図１に示すように、プラグ１３が接着あるいは圧入等により固定されている。プラグ１３は、リード線１４が挿通されてそれを保持するとともに、ブラケット１５内への異物の侵入を防止している。また、ブラケット１５は、ガイドパイプ４の一端側（図１において右側）に、超音波センサ３の発振面３１をガイドパイプ４の他端（図１において左側）に向けて、すなわち、超音波センサ３が発射する超音波が、ガイドパイプ４内を他端側（図１において左側）に向けて伝播するようにして固定されている。リード線１４を介して超音波センサ３にパルス状電圧が印加されると、発振面３１が振動し、発振面３１の振動がブラケット１５の底部１５ｂへ伝わり、さらにブラケット１５の外側の表面１５ａから燃料８中に超音波が発射される。一方、この超音波が、液面８１あるいは段部４１で反射し、それらの反射波がブラケット１５の表面１５ａを介して発振面３１に到達し、その圧力作用により発振面３１が振動すると超音波センサ３は電圧を発生し、それが出力信号としてリード線１４を介して外部に出力される。
【００４０】
超音波センサ３および後述する反射壁である反射板６間の超音波伝播経路を形成する筒状の第１経路部材であるガイドパイプ４は、金属材料から形成され、ガイドパイプ４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１５に当接している。本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ４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４は、その軸線Ａと直交する方向における断面形状が、図２に示すように、円形に形成され、その超音波センサ３側端部（図１の右端）における直径寸法はｄ１、後述する反射板６側端部（図１の左端）における直径寸法はｄ２となっている。また、ガイドパイプ４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４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４には、図１に示すように、段部４１が形成されている。段部４１は、図２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４１に入射する。この超音波は、段部４１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。
【００４１】
また、ガイドパイプ４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８１に向けて反射する反射壁である反射板６が、図１に示すように、配置されている。反射板６は、金属材料から形成されている。本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、反射板６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６は、図１に示すように、その反射面６１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８１へ向けて反射する。すなわち、反射板６は、ガイドパイプ４の軸線Ａ上を進む超音波を、液面８１への入射角が０°となる方向、つまり液面８１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、反射面６１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。
【００４２】
反射板６から液面８１間の超音波伝播経路を形成する筒状の第２経路部材であるガイドパイプ５は、金属材料から形成されている。本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ５は、ステンレス鋼管から形成されている。また、ガイドパイプ５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５の直径寸法ｄ３は、ガイドパイプ４の反射板６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５の反射板６と反対側の先端部には、図１に示すように、波除け板５１が装着されている。自動車走行中において、たとえば悪路走行中に自動車が揺れると、それに伴って燃料タンク２内の液面８１も揺れて波が生じる。このとき、波がガイドパイプ５の上端側開口部からガイドパイプ５内に流入すると、液面８１が一時的に上昇するので正確な液面８１検出が困難となる。そこで、ガイドパイプ５先端に、図１に示すような、波除け板５１を設置すれば、自動車が揺れ燃料タンク２内に波が発生したときでも、ガイドパイプ５内への燃料８流入を阻止できるので、正確な液面８１検出が可能となる。この波除け板５１には、図４に示すように切欠き部５２が設けられ、それによりガイドパイプ５内外の空気の連通が可能となっている。したがって、波除け板５１を装着しても、ガイドパイプ５内の液面８１はガイドパイプ５外の液面８１の変動に十分追従することができる。また、ガイドパイプ５の液面８１側先端位置は、図１に示すように、燃料タンク２内の燃料８貯蔵量が最大時、つまり満タン時における液面８２よりも、所定長さ上方に突き出すように設定されている。
【００４３】
以上説明した、超音波センサ３を保持固定するブラケット１５、ガイドパイプ４、反射板６およびガイドパイプ５は、ボディ７に装着されている。ボディ７は、本発明の一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８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７は、上述の各構成部品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するとともに、上述の各構成部品を燃料タンク２の底面２１に固定する機能を果たしている。また、ガイドパイプ４、反射板６およびガイドパイプ５は、ボディ７に保持固定された状態において、ガイドパイプ４の軸線Ａとガイドパイプ５の軸線Ｂとが、図１に示すように、反射板６の反射面６１上において交差するような位置関係を形成している。なお、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１においては、ボディ７に、超音波センサ３が固定されたブラケット１５、ガイドパイプ４、反射板６およびガイドパイプ５を組み付ける構成としている。
【００４４】
次に、本発明の一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３に基づき説明する。
【００４５】
図３の電気回路構成図に示すように、制御回路９は、イグニッションスイッチ１１を介してバッテリ１２に接続されている。また、制御回路９は、超音波センサ３が接続されている。また、制御回路９は、表示部１０が接続されている。
【００４６】
制御回路９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９１、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９２、および演算回路９２により算出された液面位置信号に基づき表示部１０を駆動する駆動信号を出力する駆動回路９３から構成されている。制御回路９は、イグニッションスイッチ１１がＯＮされてバッテリ１２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。
【００４７】
表示部１０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１０は、制御回路９の駆動回路９３に駆動されて演算回路９２により算出された液面８１位置、すなわち燃料タン内２の燃料８残量を運転者が視認可能に表示する。
【００４８】
次に、本発明の一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。
【００４９】
パルス発生回路９１によりパルス状電圧信号を印加されると、超音波センサ３がパルス状の超音波を燃料タンク２内の燃料８中に発射すると、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１５の底部１５ａへ伝わり、さらにブラケット１５の外側の表面１５ａから超音波が燃料８中に発射される。この超音波の一部は、ガイドパイプ４内を進行して段部４１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８中に発射されたパルス状超音波の一部は、ガイドパイプ４内を進行して反射面６１に入射する。そこで反射されて、ガイドパイプ５内を液面８１へ向かって進む。さらに、液面８１で反射されて、往路と同一の経路、すなわちガイドパイプ５、反射面６１、ガイドパイプ４を経て超音波センサ３に入射する。
【００５０】
すなわち、超音波センサ３は、パルス発生回路９１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４１からの反射パルスと液面８１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４１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８１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４１からの反射パルスを受信し、次に、液面８１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９２に入力される。
【００５１】
演算回路９２は、パルス発生回路９１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。
【００５２】
ここで、段部４１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４１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９２は、パルス発生回路９１がパルス状電圧信号を発してから段部４１からの反射パルスを受信するまでの時間と段部４１と超音波センサ３との距離に基づいて、燃料８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８中における超音波パルスの伝播速度とパルス発生回路９１がパルス状電圧信号を発してから液面８１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８１位置、つまり図１中における液面８１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８残量を算出する。
【００５３】
駆動回路９３は、表示部１０に演算回路９２が算出した液面８１高さＨあるいは燃料８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８１高さＨあるいは燃料８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１０により燃料タンク２内の液面８１高さＨあるいは燃料８残量が表示される。
【００５４】
次に、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１の特徴である、ガイドパイプ４の構成およびその作用効果について説明する。
【００５５】
本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ４を金属材料、つまりアルミニウムダイカスト材から形成し、その軸線Ａと直交する方向における断面、すなわち横断面形状を円形とし、横断面の直径寸法を、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した。言い換えると、ガイドパイプ４は、超音波の伝播経路が超音波センサ３から反射板６に向かって先細り状に形成されている。
【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４内を反射板６まで進む間の超音波エネルギの減衰度合いを従来の液面検出装置の場合よりも小さくして、ガイドパイプ４の反射板６側端部付近における音圧レベル、つまり反射板６に入射する超音波の音圧レベルを従来の液面検出装置における値よりも高めることができる。したがって、超音波センサ３から発射された超音波のエネルギを高効率で液面検出に利用できるので、
高精度な液面検出が可能な燃料液面検出装置１を提供することができる。
【００５７】
また、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ４の反射板６側端部の直径寸法ｄ２を、ガイドパイプ５の反射板６側端部の直径寸法ｄ３と等しく設定している。
【００５８】
この場合、超音波センサ３からの超音波がガイドパイプ４から反射板６を介してガイドパイプ５内へ伝播する、あるいは液面８１で反射した超音波がガイドパイプ５から反射板６を介してガイドパイプ４内へ伝播する際に、ガイドパイプ４およびガイドパイプ５の遷移部分において、伝播経路の断面積変化がほとんど無い。これにより、ガイドパイプ４およびガイドパイプ５の接続部において超音波のエネルギ損失が生じることを防止できる。
【００５９】
また、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ５を、その直径寸法が全長に亘り一様に形成している。
【００６０】
これにより、ガイドパイプ５を、たとえば、入手容易な鋼管から形成することが可能となるので、燃料液面検出装置１の低コスト化を図ることができる。また、搭載される車両に対応して燃料タンク２の形状が変更されると、燃料タンク２の満タン時の液面８２高さも変化するので、ガイドパイプ５の長さもそれに応じて変える必要がある。この場合、ガイドパイプ５を鋼管から形成する構成とすれば、ガイドパイプ５の長さを変更する、という極めて容易な手段により、異なる形状の燃料タンク２に対応した燃料液面検出装置１を製作することができる。
【００６１】
また、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ４およびガイドパイプ５を金属材料から形成している。
【００６２】
金属材料は、超音波に対する反射率が高い、言い換えると超音波が透過し難いので、ガイドパイプ４およびガイドパイプ５を金属材料から形成すれば、超音波がガイドパイプ４およびガイドパイプ５内を進行する途中における超音波のエネルギ損失を最小限度に抑制して、超音波センサ３から発射された超音波のエネルギを高効率で液面検出に利用できる。
【００６３】
なお、以上説明した、本発明の一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４をアルミニウムダイカスト用合金から、ガイドパイプ５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４を鉄鋼材料から、ガイドパイプ５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４およびガイドパイプ５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。超音波を高効率で伝播させることができるものであればよい。
【００６４】
また、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１においては、ボディ７に、超音波センサ３が固定されたブラケット１５、ガイドパイプ４、反射板６およびガイドパイプ５を組み付ける構成としているが、このような構成に限る必要は無く、たとえば、ボディ７の樹脂成型時にガイドパイプ４、反射板６およびガイドパイプ５を同時にインサート成型し、その後に、ボディ７に超音波センサ３が固定されたブラケット１５を組み付ける構成としてもよい。
【００６５】
また、以上説明した本発明の一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４、ガイドパイプ５および反射板６をそれぞれ独立した部品として形成し、それらをボディ７に組み付ける構成としているが、ガイドパイプ４、ガイドパイプ５および反射板６のうちの少なくともいずれか２つを一体的に１つの部品として形成してもよい。この場合、ボディ７を省略して、ガイドパイプ４、ガイドパイプ５および反射板６のいずれかを介して燃料タンク２に固定する構成としてもよい。
【００６６】
また、本発明の一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４に段部４１を設けているが、特に段部４１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８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８中の超音波伝播速度を補正して液面８１高さＨを算出することにより、高精度で液面８１高さＨを算出することができる。
【００６７】
また、以上説明した実施形態は、本発明の液面検出装置を、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】
【００６８】
【図１】本発明の一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２】図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の一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４】図１中のＩＶ矢視図である。
【符号の説明】
【００６９】
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 発振面
４ ガイドパイプ（第１経路部材）
４１ 段部
５ ガイドパイプ（第２経路部材）
５１ 波除け板
５２ 連通孔
６ 反射板（反射壁）
６１ 反射面
７ ボディ
８ 燃料（液体）
８１ 液面
８２ 液面
９ 制御回路
９１ パルス発生回路
９２ 演算回路
９３ 駆動回路
１０ 表示部
１１ イグニッションスイッチ
１２ バッテリ
１３ プラグ
１４ リード線
１５ ブラケット
１５ａ 表面
Ａ 軸線
Ｂ 軸線
ｄ１ 内径
ｄ２ 内径
ｄ３ 内径
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、燃料中に配置された超音波発振素子と、燃料中に配置され超音波発振素子からの超音波を液面に向けて反射する反射板とを備え、液面で反射した超音波を反射板を介して超音波発振素子により受信して液面レベルを算出するものがある（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、正方形の横断面を有する筒体が燃料タンク内部の底面に固定され、筒体の一端側には、超音波発振素子が筒体の他端側に向けて超音波を発射可能に取り付けられるとともに、筒体の他端側には、筒体内を進行してきた超音波を液面に向けて反射する反射板が設けられている。この筒体は、液面検出装置において超音波伝播経路を形成している。
【特許文献１】特開平１１−１５３４７１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では、筒体は、その横断面が正方形であるとともに、筒体の軸方向において横断面形状が一様であるように形成されている。つまり、筒体を構成する４つの壁面において、対向する２つの壁面は互いに平行な関係にある。
【０００５】
超音波は、筒体内を筒体の各壁面にて反射を繰り返しながら進行するが、超音波が壁面で反射する度に一部が壁面を透過する等するために、超音波のエネルギがだんだん減少していく。
【０００６】
上述した従来の液面検出装置における筒体、すなわち、その軸方向のほぼ全域において横断面形状が一様である筒体においては、反射板に入射する超音波の強さ、すなわち筒体の横断面における単位面積当たりの超音波の音圧レベルが、超音波発振素子の近傍における超音波の音圧レベルよりも低下してしまう。
【０００７】
このため、反射板で反射して液面に向かう超音波の音圧レベルが低下し、それに伴って液面で反射する超音波の音圧レベルも低下して、精度の高い液面検出が困難になるという問題がある
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、超音波発振素子から反射板までの伝播経路の構成に工夫を凝らし、反射板に入射する超音波発振素子からの超音波の音圧レベルを高めて、高精度な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】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の液面検出装置では、液体を貯蔵するタンク内の底部に配置される超音波発振素子と、超音波発振素子が発射した超音波をタンク内の液体の液面に向けて反射する反射壁と、超音波発振素子および反射壁間の超音波伝播経路を形成する筒状の第1経路部材と、反射壁から液面間の超音波伝播経路を形成する筒状の第２経路部材とを備え、超音波発振素子から超音波を発射するとともにその液面からの反射波を反射壁を介して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、第１経路部材は、その軸線と直交する方向における断面積が超音波発振素子から遠ざかるに連れて小さくなるように形成された構成としている。
【００１０】
液面検出装置において、超音波発振素子から発射された超音波のエネルギは、第１経路部材内を進行する間に壁面における反射等のために徐々に減衰していく。
【００１１】
従来の液面検出装置の筒体は、その軸方向のほぼ全域において横断面形状が一様である。そのため、超音波の強さの指標である音圧レベル、つまり筒体の横断面における単位面積当たりの超音波の作用により生じる圧力レベルは、超音波発振素子から遠ざかるにつれて低下し、筒体の超音波発振素子と反対側端部である反射板付近においてはかなり低下してしまう。
【００１２】
これに対して、本発明の請求項１に記載の液面検出装置では、第１経路部材はその横断面の断面積が超音波発振素子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。言い換えると、第１経路部材は超音波の伝播経路が超音波発振素子から反射壁に向かって先細り状に形成されている。
【００１３】
このため、超音波発振素子から発射された超音波が第１経路部材内を進行中の超音波のエネルギ減衰度合いを従来の液面検出装置の筒体の場合と比べて小さくすることができる。したがって、反射壁に入射する超音波の音圧レベルを、従来の液面検出装置の場合よりも高めることができる。
【００１４】
これにより、反射壁に入射する超音波発振素子からの超音波の音圧レベルの低下を抑制して、高精度な液面検出が可能な液面検出装置を提供することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の液面検出装置では、前記第１経路部材は、その軸線と直交する方向における断面形状が円形に形成され、第２経路部材は、その軸線と直交する方向における断面形状が円形に形成される構成としている。
【００１６】
一般に、超音波発振素子から発射される超音波は、超音波発振素子を頂点として円錐状に伝播していく。
【００１７】
このため、従来の液面検出装置では、超音波の伝播経路である筒体の横断面形状が正方形であるため、その四隅部において超音波の干渉により超音波エネルギ減少が生じている。
【００１８】
一方、本発明の請求項２に記載の液面検出装置では、第１経路部材の横断面を円形としているので、上述の従来の液面検出装置における超音波の干渉によるエネルギ損失をなくすことができる。したがって、反射壁に入射する超音波の音圧レベルを、従来の液面検出装置の場合よりも高めることができる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項２に記載の液面検出装置では、反射壁から液面間の超音波伝播経路を形成する筒状の第２経路部材についてもその横断面形状を円形にしている。
【００２０】
これにより、反射壁・液面間においても、超音波の伝播中の超音波エネルギ損失を抑制することができる。
【００２１】
本発明の請求項３に記載の液面検出装置では、第１経路部材の反射壁側端部における直径寸法が、第２経路部材の反射壁側端部における直径寸法とほぼ等しく設定された構成としている。
【００２２】
一般に、超音波が筒状の経路内の液体中を進行する場合、経路の断面積が急変（拡大あるいは縮小）する箇所があると、そこで超音波のエネルギ損失が生じる。
【００２３】
液面検出装置においては、超音波発振素子からの超音波が第1経路部材中から反射壁を介して第２経路部材中へ伝播する、あるいは液面での反射波が第２経路部材中から反射壁を介して第１経路部材中へ伝播する。
【００２４】
ここで、本発明の請求項３に記載の液面検出装置においては、第１経路部材の反射壁側端部における直径寸法が、第２経路部材の反射壁側端部における直径寸法とほぼ等しく設定されているので、第１経路部材と第２経路部材の接続部において超音波の伝播経路の断面積が変化しない。
【００２５】
これにより、第１経路部材と第２経路部材の接続部において超音波のエネルギ損失が生じることを防止できる。
【００２６】
本発明の請求項４に記載の液面検出装置では、第２経路部材は、その直径寸法が全長に亘りほぼ一様に形成される構成としている。
【００２７】
この場合、第２経路部材は、直径寸法が一様のいわゆる円管状となっている。これにより第２経路部材の加工形成が容易に行えるので、液面検出装置のコスト上昇を抑制することができる。
【００２８】
本発明の請求項５に記載の液面検出装置では、第１経路部材および第２経路部材を金属材料から形成した構成としている。
【００２９】
金属材料は、超音波に対する反射率が高い、言い換えると超音波が透過し難いので、第１経路部材および第２経路部材を金属材料から形成すれば、超音波が第１経路部材および第２経路部材内を進行する途中における超音波のエネルギ損失を最小限度に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態による液面検出装置を、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。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１において、液体である燃料８を貯蔵するタンクとしての燃料タンク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。
【００３２】
図２は、図1中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００３３】
図３は、本発明の一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。
【００３４】
図４は、図１中のＩＶ矢視図である。
【００３５】
燃料液面検出装置１は、図１に示すように、タンクである燃料タンク２、超音波発振素子である超音波センサ３、第１経路部材であるガイドパイプ４、反射壁である反射板６、および第２経路部材であるガイドパイプ５から構成されている。そして、超音波センサ３、ガイドパイプ４、反射板６、およびガイドパイプ５は、ボディ７に一体的に収容保持されるとともに、ボディ７を介して、図１に示すように、燃料タンク２の底面２１に取り付けられている。
【００３６】
以下に、本発明の一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。
【００３７】
超音波発振素子である超音波センサ３は、図１に示すように、後述するガイドパイプ４の一端側に超音波を発射する発振面３１をガイドパイプ４内に対向させて配置されている。すなわち、超音波センサ３は、図１に示すように、ブラケット１５に固定され、このブラケット１５がボディ７に装着されている。
【００３８】
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）から形成されている。超音波センサ３は、図１に示すように、外部の電気回路に接続するためのリード線１４を備えており、リード線１４は、ブラケット１５外へ延出され、さらに燃料タンク２の外へ気密的に引き出されている。また、超音波センサ３の発振面３１は円形に形成されている。
【００３９】
ブラケット１５は、樹脂、あるいは金属から略有底円筒状に形成され、その底部１５ｂに、超音波センサ３がたとえば接着等により固定されている。また、ブラケット１５の開口端側（図１の右側）には、図１に示すように、プラグ１３が接着あるいは圧入等により固定されている。プラグ１３は、リード線１４が挿通されてそれを保持するとともに、ブラケット１５内への異物の侵入を防止している。また、ブラケット１５は、ガイドパイプ４の一端側（図１において右側）に、超音波センサ３の発振面３１をガイドパイプ４の他端（図１において左側）に向けて、すなわち、超音波センサ３が発射する超音波が、ガイドパイプ４内を他端側（図１において左側）に向けて伝播するようにして固定されている。リード線１４を介して超音波センサ３にパルス状電圧が印加されると、発振面３１が振動し、発振面３１の振動がブラケット１５の底部１５ｂへ伝わり、さらにブラケット１５の外側の表面１５ａから燃料８中に超音波が発射される。一方、この超音波が、液面８１あるいは段部４１で反射し、それらの反射波がブラケット１５の表面１５ａを介して発振面３１に到達し、その圧力作用により発振面３１が振動すると超音波センサ３は電圧を発生し、それが出力信号としてリード線１４を介して外部に出力される。
【００４０】
超音波センサ３および後述する反射壁である反射板６間の超音波伝播経路を形成する筒状の第１経路部材であるガイドパイプ４は、金属材料から形成され、ガイドパイプ４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１５に当接している。本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ４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４は、その軸線Ａと直交する方向における断面形状が、図２に示すように、円形に形成され、その超音波センサ３側端部（図１の右端）における直径寸法はｄ１、後述する反射板６側端部（図１の左端）における直径寸法はｄ２となっている。また、ガイドパイプ４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４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４には、図１に示すように、段部４１が形成されている。段部４１は、図２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４１に入射する。この超音波は、段部４１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。
【００４１】
また、ガイドパイプ４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８１に向けて反射する反射壁である反射板６が、図１に示すように、配置されている。反射板６は、金属材料から形成されている。本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、反射板６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６は、図１に示すように、その反射面６１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８１へ向けて反射する。すなわち、反射板６は、ガイドパイプ４の軸線Ａ上を進む超音波を、液面８１への入射角が０°となる方向、つまり液面８１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、反射面６１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。
【００４２】
反射板６から液面８１間の超音波伝播経路を形成する筒状の第２経路部材であるガイドパイプ５は、金属材料から形成されている。本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ５は、ステンレス鋼管から形成されている。また、ガイドパイプ５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５の直径寸法ｄ３は、ガイドパイプ４の反射板６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５の反射板６と反対側の先端部には、図１に示すように、波除け板５１が装着されている。自動車走行中において、たとえば悪路走行中に自動車が揺れると、それに伴って燃料タンク２内の液面８１も揺れて波が生じる。このとき、波がガイドパイプ５の上端側開口部からガイドパイプ５内に流入すると、液面８１が一時的に上昇するので正確な液面８１検出が困難となる。そこで、ガイドパイプ５先端に、図１に示すような、波除け板５１を設置すれば、自動車が揺れ燃料タンク２内に波が発生したときでも、ガイドパイプ５内への燃料８流入を阻止できるので、正確な液面８１検出が可能となる。この波除け板５１には、図４に示すように切欠き部５２が設けられ、それによりガイドパイプ５内外の空気の連通が可能となっている。したがって、波除け板５１を装着しても、ガイドパイプ５内の液面８１はガイドパイプ５外の液面８１の変動に十分追従することができる。また、ガイドパイプ５の液面８１側先端位置は、図１に示すように、燃料タンク２内の燃料８貯蔵量が最大時、つまり満タン時における液面８２よりも、所定長さ上方に突き出すように設定されている。
【００４３】
以上説明した、超音波センサ３を保持固定するブラケット１５、ガイドパイプ４、反射板６およびガイドパイプ５は、ボディ７に装着されている。ボディ７は、本発明の一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８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７は、上述の各構成部品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するとともに、上述の各構成部品を燃料タンク２の底面２１に固定する機能を果たしている。また、ガイドパイプ４、反射板６およびガイドパイプ５は、ボディ７に保持固定された状態において、ガイドパイプ４の軸線Ａとガイドパイプ５の軸線Ｂとが、図１に示すように、反射板６の反射面６１上において交差するような位置関係を形成している。なお、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１においては、ボディ７に、超音波センサ３が固定されたブラケット１５、ガイドパイプ４、反射板６およびガイドパイプ５を組み付ける構成としている。
【００４４】
次に、本発明の一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３に基づき説明する。
【００４５】
図３の電気回路構成図に示すように、制御回路９は、イグニッションスイッチ１１を介してバッテリ１２に接続されている。また、制御回路９は、超音波センサ３が接続されている。また、制御回路９は、表示部１０が接続されている。
【００４６】
制御回路９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９１、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９２、および演算回路９２により算出された液面位置信号に基づき表示部１０を駆動する駆動信号を出力する駆動回路９３から構成されている。制御回路９は、イグニッションスイッチ１１がＯＮされてバッテリ１２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。
【００４７】
表示部１０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１０は、制御回路９の駆動回路９３に駆動されて演算回路９２により算出された液面８１位置、すなわち燃料タン内２の燃料８残量を運転者が視認可能に表示する。
【００４８】
次に、本発明の一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。
【００４９】
パルス発生回路９１によりパルス状電圧信号を印加されると、超音波センサ３がパルス状の超音波を燃料タンク２内の燃料８中に発射すると、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１５の底部１５ａへ伝わり、さらにブラケット１５の外側の表面１５ａから超音波が燃料８中に発射される。この超音波の一部は、ガイドパイプ４内を進行して段部４１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８中に発射されたパルス状超音波の一部は、ガイドパイプ４内を進行して反射面６１に入射する。そこで反射されて、ガイドパイプ５内を液面８１へ向かって進む。さらに、液面８１で反射されて、往路と同一の経路、すなわちガイドパイプ５、反射面６１、ガイドパイプ４を経て超音波センサ３に入射する。
【００５０】
すなわち、超音波センサ３は、パルス発生回路９１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４１からの反射パルスと液面８１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４１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８１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４１からの反射パルスを受信し、次に、液面８１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９２に入力される。
【００５１】
演算回路９２は、パルス発生回路９１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。
【００５２】
ここで、段部４１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４１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９２は、パルス発生回路９１がパルス状電圧信号を発してから段部４１からの反射パルスを受信するまでの時間と段部４１と超音波センサ３との距離に基づいて、燃料８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８中における超音波パルスの伝播速度とパルス発生回路９１がパルス状電圧信号を発してから液面８１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８１位置、つまり図１中における液面８１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８残量を算出する。
【００５３】
駆動回路９３は、表示部１０に演算回路９２が算出した液面８１高さＨあるいは燃料８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８１高さＨあるいは燃料８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１０により燃料タンク２内の液面８１高さＨあるいは燃料８残量が表示される。
【００５４】
次に、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１の特徴である、ガイドパイプ４の構成およびその作用効果について説明する。
【００５５】
本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ４を金属材料、つまりアルミニウムダイカスト材から形成し、その軸線Ａと直交する方向における断面、すなわち横断面形状を円形とし、横断面の直径寸法を、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した。言い換えると、ガイドパイプ４は、超音波の伝播経路が超音波センサ３から反射板６に向かって先細り状に形成されている。
【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４内を反射板６まで進む間の超音波エネルギの減衰度合いを従来の液面検出装置の場合よりも小さくして、ガイドパイプ４の反射板６側端部付近における音圧レベル、つまり反射板６に入射する超音波の音圧レベルを従来の液面検出装置における値よりも高めることができる。したがって、超音波センサ３から発射された超音波のエネルギを高効率で液面検出に利用できるので、
高精度な液面検出が可能な燃料液面検出装置１を提供することができる。
【００５７】
また、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ４の反射板６側端部の直径寸法ｄ２を、ガイドパイプ５の反射板６側端部の直径寸法ｄ３と等しく設定している。
【００５８】
この場合、超音波センサ３からの超音波がガイドパイプ４から反射板６を介してガイドパイプ５内へ伝播する、あるいは液面８１で反射した超音波がガイドパイプ５から反射板６を介してガイドパイプ４内へ伝播する際に、ガイドパイプ４およびガイドパイプ５の遷移部分において、伝播経路の断面積変化がほとんど無い。これにより、ガイドパイプ４およびガイドパイプ５の接続部において超音波のエネルギ損失が生じることを防止できる。
【００５９】
また、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ５を、その直径寸法が全長に亘り一様に形成している。
【００６０】
これにより、ガイドパイプ５を、たとえば、入手容易な鋼管から形成することが可能となるので、燃料液面検出装置１の低コスト化を図ることができる。また、搭載される車両に対応して燃料タンク２の形状が変更されると、燃料タンク２の満タン時の液面８２高さも変化するので、ガイドパイプ５の長さもそれに応じて変える必要がある。この場合、ガイドパイプ５を鋼管から形成する構成とすれば、ガイドパイプ５の長さを変更する、という極めて容易な手段により、異なる形状の燃料タンク２に対応した燃料液面検出装置１を製作することができる。
【００６１】
また、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ４およびガイドパイプ５を金属材料から形成している。
【００６２】
金属材料は、超音波に対する反射率が高い、言い換えると超音波が透過し難いので、ガイドパイプ４およびガイドパイプ５を金属材料から形成すれば、超音波がガイドパイプ４およびガイドパイプ５内を進行する途中における超音波のエネルギ損失を最小限度に抑制して、超音波センサ３から発射された超音波のエネルギを高効率で液面検出に利用できる。
【００６３】
なお、以上説明した、本発明の一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４をアルミニウムダイカスト用合金から、ガイドパイプ５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４を鉄鋼材料から、ガイドパイプ５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４およびガイドパイプ５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。超音波を高効率で伝播させることができるものであればよい。
【００６４】
また、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１においては、ボディ７に、超音波センサ３が固定されたブラケット１５、ガイドパイプ４、反射板６およびガイドパイプ５を組み付ける構成としているが、このような構成に限る必要は無く、たとえば、ボディ７の樹脂成型時にガイドパイプ４、反射板６およびガイドパイプ５を同時にインサート成型し、その後に、ボディ７に超音波センサ３が固定されたブラケット１５を組み付ける構成としてもよい。
【００６５】
また、以上説明した本発明の一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４、ガイドパイプ５および反射板６をそれぞれ独立した部品として形成し、それらをボディ７に組み付ける構成としているが、ガイドパイプ４、ガイドパイプ５および反射板６のうちの少なくともいずれか２つを一体的に１つの部品として形成してもよい。この場合、ボディ７を省略して、ガイドパイプ４、ガイドパイプ５および反射板６のいずれかを介して燃料タンク２に固定する構成としてもよい。
【００６６】
また、本発明の一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４に段部４１を設けているが、特に段部４１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８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８中の超音波伝播速度を補正して液面８１高さＨを算出することにより、高精度で液面８１高さＨを算出することができる。
【００６７】
また、以上説明した実施形態は、本発明の液面検出装置を、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】
【００６８】
【図１】本発明の一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２】図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の一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４】図１中のＩＶ矢視図である。
【符号の説明】
【００６９】
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 発振面
４ ガイドパイプ（第１経路部材）
４１ 段部
５ ガイドパイプ（第２経路部材）
５１ 波除け板
５２ 連通孔
６ 反射板（反射壁）
６１ 反射面
７ ボディ
８ 燃料（液体）
８１ 液面
８２ 液面
９ 制御回路
９１ パルス発生回路
９２ 演算回路
９３ 駆動回路
１０ 表示部
１１ イグニッションスイッチ
１２ バッテリ
１３ プラグ
１４ リード線
１５ ブラケット
１５ａ 表面
Ａ 軸線
Ｂ 軸線
ｄ１ 内径
ｄ２ 内径
ｄ３ 内径
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配置される超音波発振素子と、
前記超音波発振素子が発射した超音波を前記タンク内の液体の液面に向けて反射する反射壁と、
前記超音波発振素子および前記反射壁間の超音波伝播経路を形成する筒状の第1経路部材と、
前記反射壁から前記液面間の超音波伝播経路を形成する筒状の第２経路部材とを備え、
前記超音波発振素子から超音波を発射するとともにその前記液面からの反射波を前記反射壁を介して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、
前記第１経路部材は、その軸線と直交する方向における断面積が前記超音波発振素子から遠ざかるに連れて小さくなるように形成されたことを特徴とする液面検出装置。
【請求項２】
前記第１経路部材は、その軸線と直交する方向における断面形状が円形に形成され、
前記第２経路部材は、その軸線と直交する方向における断面形状が円形に形成され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】
前記第１経路部材の前記反射壁側端部における直径寸法が、前記第２経路部材の前記反射壁側端部における直径寸法とほぼ等しく設定された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】
前記第２経路部材は、その直径寸法が全長に亘りほぼ一様に形成されることを特徴とする請求項３に記載の液面検出装置。
【請求項５】
前記第１経路部材および前記第２経路部材を金属材料から形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか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配置される超音波発振素子と、
前記超音波発振素子が発射した超音波を前記タンク内の液体の液面に向けて反射する反射壁と、
前記超音波発振素子および前記反射壁間の超音波伝播経路を形成する筒状の第1経路部材と、
前記反射壁から前記液面間の超音波伝播経路を形成する筒状の第２経路部材とを備え、
前記超音波発振素子から超音波を発射するとともにその前記液面からの反射波を前記反射壁を介して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、
前記第１経路部材は、その軸線と直交する方向における断面積が前記超音波発振素子から遠ざかるに連れて小さくなるように形成されたことを特徴とする液面検出装置。
【請求項２】
前記第１経路部材は、その軸線と直交する方向における断面形状が円形に形成され、
前記第２経路部材は、その軸線と直交する方向における断面形状が円形に形成され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】
前記第１経路部材の前記反射壁側端部における直径寸法が、前記第２経路部材の前記反射壁側端部における直径寸法とほぼ等しく設定された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】
前記第２経路部材は、その直径寸法が全長に亘りほぼ一様に形成されることを特徴とする請求項３に記載の液面検出装置。
【請求項５】
前記第１経路部材および前記第２経路部材を金属材料から形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の液面検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−４７０５６（Ｐ２００６−４７０５６Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２７００３（Ｐ２００４−２２７００３）
【出願日】平成１６年８月３日（２００４．８．３）
【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２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３日（２００４．８．３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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