(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波を利用し精度良く液面検出が可能な液面検出装置及び液面検出装置の製造方法を提供する。【解決手段】液面検出装置は、液体に浸る伝搬体と、伝搬体に振動を与え伝搬体の表面に表面波を発生させる振動発生手段と、伝搬体の振動を検出する振動検出手段と、振動発生手段を駆動する駆動信号を出力するとともに振動発生手段の振動によって発生した表面波が伝搬体を伝搬し反射し振動検出手段で検出した測定信号を受信し液体の液面の位置を検出する位置検出手段と、を備え、伝搬体は金型を用いて樹脂成形され長手方向に複数の面を有し、複数の面のうち表面波を伝搬させる平滑面からなる第１の面を備え、複数の面のうち、第１の面を除く何れか１つ以上の面に、金型からの取り出し機構と接触する接触部１ｇを設ける。【選択図】図４
2018040661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に浸る伝搬体と、
前記伝搬体に振動を与え前記伝搬体の表面に表面波を発生させる振動発生手段と、
前記伝搬体の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動発生手段を駆動する駆動信号を出力するとともに前記振動発生手段の振動によって発生した前記表面波が前記伝搬体を伝搬し反射し前記振動検出手段で検出した測定信号を受信し前記液体の液面の位置を検出する位置検出手段と、
を備えた液面検出装置であって、
前記伝搬体は金型を用いて樹脂成形され長手方向に複数の面を有し、
前記複数の面のうち、前記表面波を伝搬させる平滑面からなる第１の面を備え、
前記複数の面のうち、前記第１の面を除く何れか１つ以上の面に、
前記金型からの取り出し機構と接触する接触部を設けることを特徴とする液面検出装置。
【請求項２】
前記振動発生手段は、前記伝搬体の内部に内部伝搬波を発生させ、
前記第１の面と異なる第２の面は、前記内部伝搬波を反射させる内部伝搬波反射部を備えるとともに、
前記接触部を備えた前記面を、前記伝搬体の取付面とすること
を特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
【請求項３】
液体に浸る伝搬体と、
前記伝搬体に振動を与え前記伝搬体の表面に表面波を発生させる振動発生手段と、
前記伝搬体の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動発生手段を駆動する駆動信号を出力するとともに前記振動発生手段の振動によって発生した前記表面波が前記伝搬体を伝搬し反射し前記振動検出手段で検出した測定信号を受信し前記液体の液面の位置を検出する位置検出手段と、
を備えた液面検出装置の製造方法であって、
前記伝搬体は、金型を用いて樹脂成形された後、
前記表面波を伝搬させる第１の面以外の面に接触する取り出し機構を用いて、前記金型から取り出されることを特徴とする液面検出装置の製造方法。
【請求項４】
前記伝搬体の成形後に、内部伝搬波が反射する反射面が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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用し、タンク内の液体の液面を検出する液面検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波を利用した液面検出装置は、例えば特許文献１に開示されるように、合成樹脂からなる伝搬体の表面を伝う表面波が伝搬体上端に戻るまでの伝搬時間の変化によって液面位置を計測するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０６５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
伝搬体を樹脂成形する場合、伝搬体を金型から分離する際にエジェクタピンを用いることができる。この場合伝搬体の表面にエジェクタピンが接触したことによる接触痕が生じることがある。伝搬体表面を伝う表面波が接触痕の箇所で反射してしまい、液面位置を計測する場合に悪影響を受ける虞が懸念される点で、改善の余地があった。
【０００５】
そこで、本発明は、前述の問題点に着目し、樹脂成形した伝搬体を用いた場合であっても、超音波を利用し精度良く液面検出が可能な液面検出装置及び液面検出装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
液体Ｌに浸る伝搬体１と、伝搬体１に振動を与え伝搬体１の表面に表面波Ｗ１を発生させる振動発生手段２と、伝搬体１の振動を検出する振動検出手段２と、振動発生手段２を駆動する駆動信号を出力するとともに振動発生手段２の振動によって発生した表面波Ｗ１が伝搬体１を伝搬し反射し振動検出手段２で検出した測定信号Ｓ３を受信し液体Ｌの液面ＬＳの位置を検出する位置検出手段３と、を備え、伝搬体１は金型Ａ，Ｂを用いて樹脂成形され長手方向に複数の面１ｃ，１ｄ，１ｅ．１ｆを有し、複数の面１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆのうち、表面波Ｗ１を伝搬させる平滑面からなる第１の面１ｃを備え、複数の面１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆのうち、第１の面１ｃを除く何れか１つ以上の面に、金型Ａ，Ｂからの取り出し機構Ｃと接触する接触部１ｇを設けることを特徴とする。
【０００７】
振動発生手段２は伝搬体１の内部に内部伝搬波Ｗ２を発生させ、第１の面１ｃと異なる第２の面１ｄは、内部伝搬波Ｗ２を反射させる内部伝搬波反射部１ｂを備えるとともに、接触部１ｇを備えた面１ｄ，１ｅ，１ｆを、伝搬体１の取付面とすることを特徴とする。
【０００８】
液面検出装置Ｆの製造方法は、液体に浸る伝搬体１と、伝搬体１に振動を与え伝搬体１の表面に表面波Ｗ１を発生させる振動発生手段２と、伝搬体１の振動を検出する振動検出手段２と、振動発生手段２を駆動する駆動信号を出力するとともに振動発生手段２の振動によって発生した表面波Ｗ１が伝搬体１を伝搬し反射し振動検出手段２で検出した測定信号Ｓ３を受信し液体Ｌの液面ＬＳの位置を検出する位置検出手段３と、を備え、伝搬体１は、金型Ａ，Ｂを用いて樹脂成形された後、表面波Ｗ１を伝搬させる第１の面１ｃ以外の面１ｄ，１ｅ，１ｆに接触する取り出し機構Ｃを用いて、金型Ａ，Ｂから取り出されることを特徴とする。
【０００９】
液面検出装置Ｆの製造方法は、伝搬体１の成形後に、内部伝搬波Ｗ２が反射する反射面（内部伝搬波反射部）１ｂが形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、樹脂成形した伝搬体を用いた場合であっても、超音波を利用し精度良く液面検出が可能な液面検出装置及び液面検出装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の構成図。
【図２】同実施形態の伝搬体の側面図。
【図３】同実施形態の伝搬体と金型、取り出し機構を示す図。
【図４】同実施形態の伝搬体と接触部を示す図。
【図５】同実施形態の表面波と内部伝搬波とを示す波形図。
【図６】同実施形態の液面検出処理を表すフロー図。
【図７】（ａ）は、内部伝搬波の伝搬時間と温度との関係を示す図、（ｂ）は、表面波の伝搬時間と液面位置との関係を示す図。
【図８】別の実施形態の伝搬体を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を用いて本発明の第１実施形態を説明する。
【００１３】
本発明の実施形態による液面検出装置Ｆは、図１に示すように伝搬体１と、振動発生検出手段２と、位置検出手段３とを少なくとも備えている。
【００１４】
伝搬体１は、図２に示すようにタンク内に貯留した液体Ｌ、例えば、ガソリンやアルコールなどの媒質に浸るものである。
【００１５】
伝搬体１は、振動を良好に伝達可能な材質であり、本実施形態では、合成樹脂、特に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主体とし、場合によっては添加剤を加えたものである。伝搬体１の形状は、柱状体であり、後述する表面波Ｗ１が伝搬する平面からなる伝搬面を備えており、本実施形態では、棒状の四角柱である。伝搬体１には、長手方向に略直交するように一部に切り欠いた溝１ａを備えている。この溝１ａの振動発生検出手段２（圧電素子２ａ）側には、後述する内部伝搬波を反射する内部伝搬波反射部１ｂを備えている。
【００１６】
伝搬体１は、図３に示すように金型Ａ，Ｂを用いた樹脂成形によって作成される。金型Ａ，Ｂは、エジェクタピン（取り出し機構）Ｃ、図示しないゲート口、パーティングラインＤを備えている。加熱され液状となった合成樹脂は、閉じられた金型Ａ，Ｂのゲート口より金型Ａ，Ｂ内部に充填される。冷却され合成樹脂が硬化した後、パーティングラインＤを中心に金型Ａ，Ｂが開かれ、金型Ｂに設けられたエジェクタピンＣで伝搬体１が押し出されることにより、伝搬体１は金型Ｂから取り出される。伝搬体１が樹脂成形された後、切削加工により溝１ａは形成される。
【００１７】
伝搬面（第１の面）１ｃは、金型Ａによって平滑に成形され、内部伝搬波反射部１ｂを備えた面（第２の面）１ｄに対向する面である。伝搬体１を樹脂成形する際に、エジェクタピンＣは伝搬面１ｃ以外の１つ以上の面と接触するように配置される。すなわち、エジェクタピンＣは面１ｄと接するように配置することができ、あるいは、伝搬面１ｃと面１ｄの間にある他の面１ｅ，１ｆと接するように配置することもできる。また、面１ｄ，１ｅ，１ｆのうち複数の面と接するように配置することもできる。伝搬体１を金型から分離する際に、エジェクタピンＣと接する面には、図４に示すようにこの跡となる接触部１ｇ，１ｇ１が生じる。この場合、接触部１ｇは、面１ｄに凹む円形面として残る。なお、接触部１ｇは、突出する円形面となる場合もあり、面１ｄに段違いとなる円形面として残る。
【００１８】
振動発生検出手段２は、伝搬体１に振動を与える振動発生手段であるとともに、伝搬体１の振動を検出する振動検出手段である。この場合、振動発生検出手段２は、後述する表面波を形成するため、特に伝搬面１ｃに振動が伝わり易いように伝搬面１ｃの端部付近に設けられる。
【００１９】
振動発生検出手段２は、圧電素子２ａと、圧電素子２ａを駆動する信号を送信する送信回路２ｂと、圧電素子２ａで検出した信号を受信する受信回路２ｃとから構成されている。
【００２０】
圧電素子２ａは、伝搬体１に表面波Ｗ１と内部伝搬波Ｗ２を発生させるとともに、表面波Ｗ１と内部伝搬波Ｗ２を検出するために、伝搬体１の他端まで溝１ａを設けていない面に圧電素子２ａが突き出るように設置してある。伝搬体１と圧電素子２ａとは、密着状態で固定されている。このように構成したことによって、圧電素子２ａは、伝搬体１に振動を与え、伝搬体１の表面に表面波Ｗ１を発生させるとともに、伝搬体１の内部に内部伝搬波Ｗ２を発生させるものであり、さらに、伝搬体１の振動（表面波Ｗ１と内部伝搬波Ｗ２による振動）を検出し電圧に変換するものである。なお、表面波Ｗ１としては、レイリー波や漏洩レイリー波や横波表面弾性波があり、内部伝搬波Ｗ２としては、横波がある。
【００２１】
送信回路２ｂは、圧電素子２ａを駆動するものであり、例えば、図示しない駆動回路とトランスとから構成されており、位置検出手段３が出力した所定周期で出力する駆動信号Ｓ１によって圧電素子２ａに電圧を加えるものである。
【００２２】
受信回路２ｃは、圧電素子２ａが出力した信号を検出し、位置検出手段３に信号を出力するものであり、例えば、図示しない入力保護回路、増幅回路、バンドパスフィルタ及び波形整形回路などから構成されており、圧電素子２ａが検出した振動を位置検出手段３に信号として出力するものである。
【００２３】
伝搬体１に生じる振動について、図５を用いて説明する。図５は、模式的に示してある。図中、最も左の振動が、位置検出手段３が出力した駆動信号Ｓ１によって圧電素子２ａが発生させた振動Ｖ１である。左から二番目の振動が、伝搬体１内を伝わって伝搬体１の内部伝搬波反射部１ｂで反射し戻ってきた内部伝搬波Ｗ２の振動Ｖ２である。最も右の振動が、伝搬体１の表面を伝わって伝搬体１の他端で反射し戻ってきた表面波Ｗ１の振動Ｖ３である。本実施形態では、表面波Ｗ１の振動Ｖ３によって受信回路２ｃが出力する信号を測定信号Ｓ３と呼び、内部伝搬波Ｗ２の振動Ｖ２によって受信回路２ｃが出力する信号を基準信号Ｓ２と呼ぶ。なお、表面波Ｗ１は、伝搬体１が液体Ｌに浸かった部分では、表面波Ｗ１の伝搬体１を進む速度が遅くなる性質があり、表面波Ｗ１の伝搬時間Ｔ２によって液体Ｌの液面ＬＳを検出することができる。
【００２４】
なお、内部伝搬波Ｗ２の伝搬時間Ｔ１は、位置検出手段３の制御部３ａが駆動信号Ｓ１を出力した時点ｔ１から内部伝搬波Ｗ２が発生し、振動発生検出手段２で反射した内部伝搬波Ｗ２を検出して出力した基準信号Ｓ２を受ける時点ｔ２までの時間であり、表面波Ｗ１の伝搬時間Ｔ２は、位置検出手段３の制御部３ａが駆動信号Ｓ１を出力した時点ｔ１から表面波Ｗ１が発生し、伝搬体１の他端で反射した表面波Ｗ１を検出して出力した測定信号Ｓ３を受ける時点ｔ３までの時間である。
【００２５】
振動発生検出手段２の受信回路２ｃは、表面波Ｗ１が伝搬体１を伝搬し反射した表面波Ｗ１の振動Ｖ３を検出した測定信号Ｓ３を位置検出手段３へ出力するとともに内部伝搬波Ｗ２が伝搬体１を伝搬し反射した内部伝搬波Ｗ２の振動Ｖ２を検出した基準信号Ｓ２を位置検出手段３へ出力するものである。
【００２６】
位置検出手段３は、少なくともマイクロコンピュータなどからなる制御部３ａと記憶手段３ｂとを備えている。位置検出手段３は、振動発生検出手段２を駆動し振動させる駆動信号Ｓ１を出力するとともに、振動発生検出手段２の振動によって発生した伝搬波である表面波Ｗ１と内部伝搬波Ｗ２が伝搬体１を伝搬し反射し、振動発生検出手段２で表面波Ｗ１と内部伝搬波Ｗ２の振動を検出することによって、液体Ｌの液面ＬＳの位置を検出するものである。
【００２７】
制御部３ａは、制御部３ａが実行する処理を行うＣＰＵと、ＣＰＵのメインメモリとして機能するＲＡＭと、制御部３ａに所定の処理などを実行させる各種プログラムを記憶するＲＯＭと、制御部３ａに入出力される情報（信号）をＣＰＵ用にデジタル変換したり出力用にアナログ変換したりする各種変換器と、を備える。
【００２８】
記憶手段３ｂは、不揮発性メモリなどであり、後述する内部伝搬波Ｗ２の伝搬時間Ｔ１と伝搬体１の温度との関係を記憶したものである。
【００２９】
位置検出手段３は、駆動信号Ｓ１と基準信号Ｓ２によって求められる内部伝搬波Ｗ２の伝搬時間Ｔ１によって、記憶手段３ｂを参照して伝搬体１の温度を求め、この伝搬体１の温度によって、駆動信号Ｓ１と測定信号Ｓ３によって求められる表面波Ｗ１の伝搬時間Ｔ２を補正し液面ＬＳを精度良く検出するものである。
【００３０】
次に、図５、図６を用いて、位置検出手段３の処理動作について説明する。
【００３１】
ステップＳＴ１にて、位置検出手段３は、駆動信号Ｓ１を出力する。
【００３２】
ステップＳＴ２にて、位置検出手段３は、駆動信号Ｓ１によって、伝搬体１に生じた内部伝搬波Ｗ２に基づく基準信号Ｓ２の検出の有無を判定する。基準信号Ｓ２を検出したと判定した場合は、ステップＳＴ３へ進み。検出しないと判定した場合は、ステップＳＴ１へ戻る。
【００３３】
ステップＳＴ３にて、位置検出手段３は、内部伝搬波Ｗ２が、伝搬体１を伝搬した伝搬時間Ｔ１を求める。本実施形態では、伝搬時間Ｔ１は、駆動信号Ｓ１を出力してから基準信号Ｓ２を入力するまでの伝搬時間Ｔ１で求めている。本実施形態では、位置検出手段３が、駆動信号Ｓ１を出力してから圧電素子２ａが振動するまでの時間と、圧電素子２ａが振動を検出し、受信回路２ｃを介して位置検出手段３が信号を受けるまでの時間は、無視できるほど短い時間と考えている。
【００３４】
ステップＳＴ４にて、位置検出手段３は、基準信号Ｓ２の伝搬時間Ｔ１から記憶手段３ｂを参照し伝搬体１の温度を求める。
【００３５】
ステップＳＴ５にて、位置検出手段３は、駆動信号Ｓ１によって、伝搬体１の表面に生じた表面波Ｗ１に基づく測定信号Ｓ３の検出の有無を判定する。測定信号Ｓ３を検出したと判定した場合は、ステップＳＴ６へ進み。検出しないと判定した場合は、ステップＳＴ１へ戻る。
【００３６】
ステップＳＴ６にて、位置検出手段３は、表面波Ｗ１が、伝搬体１の表面を伝搬した伝搬時間Ｔ２を求める。
【００３７】
ステップＳＴ７にて、位置検出手段３は、ステップＳＴ４にて求めた伝搬体１の温度に基づいて、伝搬体１の温度に基づく補正係数（ａ、ｂ）によって、表面波Ｗ１の伝搬時間Ｔ２を補正し、補正した伝搬時間に基づいて液面ＬＳを検出する。なお、伝搬時間Ｔ２を解とする式は、下記の一次式により表されるものである。
【００３８】
Ｔ２＝ａｘ＋ｂ
【００３９】
なお、記憶手段３ｂは、図７（ａ）に示すように内部伝搬波Ｗ２の伝搬時間Ｔ１と伝搬体１の温度との関係や、図７（ｂ）で示すように、伝搬体１の所定の温度毎（例えば、摂氏５度毎）に表面波Ｗ１の伝搬時間Ｔ２に関連した液面ＬＳの位置を記憶しておく。図７（ｂ）では、摂氏０度、摂氏５度、摂氏１０度他の例を図示している。位置検出手段３は、記憶手段３ｂで記憶した伝搬体１の温度に基づく表面波Ｗ１の伝搬時間Ｔ２に関連した液面ＬＳの位置を求めて、液面ＬＳの位置を検出するものであってもよい。
【００４０】
伝搬体１の、表面波Ｗ１を伝搬させる伝搬面１ｃ以外の面１ｄ，１ｅ，１ｆの何れか１つ以上の面に接触部１ｇ，１ｇ１を設けることで、表面波Ｗ１が接触部１ｇ，１ｇ１で反射することがなく、伝搬面１ｃを伝う表面波Ｗ１の伝搬時間が正しく測定できるため、精度良く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。
【００４１】
また、接触部１ｇ、１ｇ１を備えた面を伝搬体のタンク内に設けられた図示しない取付部への取付面とすることで、伝搬面１ｃに表面波Ｗ１が伝搬される阻害要因を別の面に設けることができ、伝搬面１ｃを伝う表面波Ｗ１の振幅が減衰しにくくなるため、精度よく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。
また、伝搬体１を樹脂成形する際に、接触部１ｇを備えた面、即ち、伝搬面１ｃ以外の面に、樹脂を注入するゲート口やパーティングラインＤを設けることで、伝搬面１ｃを金型によって平滑にできる。このため、計測に適した表面波を生成するための伝搬面１ｃの切削や研磨などの加工処理が必要ないためコストや品質の普遍性など有利となる。
【００４２】
なお、本発明は、上述実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更（構成要素の削除を含む）が可能であることはもちろんである。上述実施形態（図３）において、接触部１ｇ，１ｇ１を円形で表現したが、丸エジェクタピンでの接触に限定するものではなく、角エジェクタピンなど別の形状、直上げブロックでつきだす方法に応じた形状などを用いても、同様の効果が期待できる。
【００４３】
また、上述実施形態では、溝１ａを切削加工によって形成したが、伝搬体１を樹脂成形する際、同時に金型を用いて溝１ａを形成するようにしても、同様の効果が期待できる。
【００４４】
また、上述実施形態では、内部伝搬波反射部１ｂを切り欠いた溝１ａによって構成したが、上述実施形態に限定されるものではなく、内部伝搬波Ｗ２が反射する構成であれば、貫通穴や、伝搬体１の一部分を底面まで切り欠き鍵状に形成したものや、ビス止めや、溝１ａに別の部材を嵌め込んだものであってもよい。なお、前記別の部材は、樹脂や金属であっても良い。
【００４５】
また、上述実施形態では、ガソリンやアルコールなどの液体燃料の液面を検出するものであったが、ガソリンやアルコールなどの液体燃料のみに限定されるものではなく、水などの他の液体を検出することも可能である。また、用途は、車両などの乗物に限定されるものではなく、広い用途に利用することができる。
【００４６】
また、伝搬体１の形状は、四角柱に限定されるものではなく、表面波Ｗ１が伝搬可能な平面を備えていればよく、例えば、図８（ａ）に示すように伝搬体１の長手方向に対して垂直方向の断面形状が、Ｄの字形状の円柱形状などであってもよい。また、図８（ｂ），（ｃ）に示す三角柱形状などの多角柱形状であってもよい。また、図示していないが、五角形以上の多角形であってもよい。さらに、正多角形である必要はなく、伝搬体１を取り付けるために最適な形状としてよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、液面検出装置に関し、特に、超音波を利用し、液面を検出する液面検出装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ      金型
Ｂ      金型
Ｃ      エジェクタピン（取り出し機構）
Ｄ      パーティングライン
Ｆ      液面検出装置
Ｌ      液体
ＬＳ    液面
Ｓ１    駆動信号
Ｓ２    基準信号（内部伝搬波Ｗ２）
Ｓ３    測定信号（表面波Ｗ１）
Ｔ１    伝搬時間（内部伝搬波Ｗ２）
Ｔ２    伝搬時間（表面波Ｗ１）
Ｖ１    振動
Ｖ２    振動（内部伝搬波）
Ｖ３    振動（表面波）
Ｗ１    表面波
Ｗ２    内部伝搬波
１      伝搬体
１ａ    溝
１ｂ    内部伝搬波反射部（反射面）
１ｃ    伝搬面（第１の面）
１ｄ    面（第２の面）
１ｅ    面
１ｆ    面
１ｇ    接触部
１ｇ１  接触部
２      振動発生検出手段（振動発生手段、振動検出手段）
２ａ    圧電素子
２ｂ    送信回路
２ｃ    受信回路
３      位置検出手段
３ａ    制御部
３ｂ    記憶手段
【図１】
2018040661.tif 000003
【図２】
2018040661.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018040661.tif 000008
【図７】
2018040661.tif 000009
【図８】
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