(57)【要約】【課題】振動部材の形状に工夫を凝らして、容器内残存液体量を検出可能な振動式液面検出装置を提供する【解決手段】振動板２の幅を、圧電素子４、５間において燃料タンク４０の下方に向かうに連れて徐々に狭くなるように形成して、振動板２上における振動の伝播速度は燃料タンク４０の下方に向かうに連れて小さくした。これにより、液面高さＬと燃料レベルゲージ１の出力信号レベルＳとの関係を非線形として、液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係とほぼ一致させることができるので、燃料レベルゲージ１により燃料タンク４０内残存燃料量Ｒを検出することができる。【選択図】　　　　図１
2004069315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する容器内に取り付けられ、
振動部材と、
前記振動部材の両端部にそれぞれ固定される圧電素子とを備え、
前記圧電素子の一方は外部からパルス状の入力信号を印加されて前記振動部材を振動させ、
前記圧電素子の他方は前記振動部材の前記振動を検出して検出信号を外部へ出力し、
前記入力信号および前記検出信号に基づき前記振動部材が浸漬される前記液体の液面位置を検出する振動式液面検出装置であって、
前記振動部材は、２つの前記圧電素子間において幅および厚さの少なくとも一方が変化することを特徴とする振動式液面検出装置。
【請求項２】
前記容器の深さ方向における前記容器の水平方向断面積の変化率に連動して前記振動部材の幅および厚さの少なくとも一方の変化率が設定されることを特徴とする請求項１に記載の振動式液面検出装置。
【請求項３】
液体を収容する容器内に取り付けられ、
振動部材と、
前記振動部材の両端部にそれぞれ固定される圧電素子とを備え、
前記圧電素子の一方は外部からパルス状の入力信号を印加されて前記振動部材を振動させ、
前記圧電素子の他方は前記振動部材の前記振動を検出して検出信号を外部へ出力し、
前記入力信号および前記検出信号に基づき前記振動部材が浸漬される前記液体の液面位置を検出する振動式液面検出装置であって、
前記振動部材は、２つの前記圧電素子間において鉛直方向の単位長さに対する前記振動の伝播方向実体長さの割合が変化することを特徴とする振動式液面検出装置。
【請求項４】
前記容器の深さ方向における前記容器の水平方向断面積の変化率に連動して前記振動部材の前記振動伝播方向における実体長さの割合の変化率が設定されることを特徴とする請求項３に記載の振動式液面検出装置。
【請求項５】
前記振動部材は、２つの前記圧電素子間において幅および厚さの少なくとも一方が変化することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の振動式液面検出装置。
【請求項６】
前記振動部材は略Ｕ字状に形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載の振動式液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体の液面位置を検出する振動式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の内部に取付けられて燃料の液面を検出する用途に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動式液面検出装置としては、たとえば、特許第３０２６１０５号公報に開示される超音波レベル検出装置がある。この超音波レベル検出装置は、金属棒状体の任意の位置に圧電素子を固着し、この圧電素子にパルス状の信号を印加し、該印加後の予め決められた固定時間内に検出された信号の位相を検出して、前記金属棒状体が浸漬する液体のレベルを検出するものである。この超音波レベル検出装置は、液面の変動に対応して回転する浮子を用いて、その回転角度を検出する方式に比べて、運動部分が無いため信頼性を向上させることができる。
【０００３】
上述の振動式液面検出装置を、たとえば自動車の燃料タンク内に取付けて燃料タンク内燃料の液面検出用として用いた場合、燃料タンク内燃料の液面を、燃料タンク内の燃料量が最大、すなわち満タンの状態から最小の状態まで連続して検出することができる。振動式液面検出装置により検出される燃料液面レベルは、自動車の運転席に備えられるコンビネーションメータ上の燃料計において指針の回動角度として表示される。
【０００４】
上述したように、自動車のコンビネーションメータ上の燃料計に表示される内容は燃料タンク内液面レベルであるが、通常、自動車の運転者は、この情報を燃料タンク内残存燃料量として読替えて利用している。言い換えると、自動車の運転者にとっては、燃料タンク内液面レベルよりも燃料タンク内残存燃料量こそが正確に知りたいという情報である。つまり、燃料タンク内残存燃料量に基づいて今後走行可能な距離あるいは時間を判断して給油時期を決定している。
【０００５】
従来の燃料タンクでは、その水平方向断面積が鉛直方向の全域においてほぼ一様であるような形状、たとえば直方体のような形状の燃料タンクが多かった。この場合、燃料タンク内燃料の液面位置と燃料タンク内残存燃料量とはほぼ線形の関係にあるので、振動式液面検出装置により検出される燃料液面レベル＝燃料タンク内残存燃料量となり、上述の運転者の要求を満たしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車、特に乗用車においては、ユーザーニーズの多様化に対応して車体形状が多様化し、燃料タンク形状も車体に搭載可能とするために複雑な形状となってきた。すなわち、燃料タンクの水平方向断面積が鉛直方向の各位置において一様ではない燃料タンクが増えてきた。このような燃料タンクにおいては、燃料液面位置と燃料タンク内残存燃料量との関係が線形にはならない。したがって、コンビネーションメータ上の燃料計に表示される燃料液面位置から燃料タンク内残存燃料量を推定することが困難となる、という問題が発生している。たとえば、燃料計の指針は燃料液面レベルがちょうど半分の目盛を指示しているが、燃料タンク内残存燃料量は満タン時の１／３である、というようなケースも起こり得る。
【０００７】
この問題を解決するために、コンビネーションメータ上における燃料計の目盛を、実際の燃料タンク内残存燃料量に対応して刻む、つまり最大目盛と最小目盛との間に不等間隔に目盛を設けることが考えられる。しかし、この方法は、運転者が目盛を読み取り難い、指針の位置から素早く残存燃料量を読み取ることができないといった問題がある。
【０００８】
また、別の解決方法として、燃料タンクから燃料を取り出す配管途中に流量計を設置し、自動車が消費した燃料量を計算して、燃料タンク内残存燃料量を算出し、燃料計により表示すること考えられる。しかし、この方法は、流量計および電気回路を追加する必要がありコストが増大するという問題がある。
【０００９】
本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、その目的は、振動部材の形状に工夫を凝らして、容器内残存液体量を検出可能な振動式液面検出装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成する為に以下の技術的手段を採用する。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の振動式液面検出装置は、液体を収容する容器内に取り付けられ、振動部材と、この振動部材の両端部にそれぞれ固定される圧電素子とを備え、圧電素子の一方は外部からパルス状の入力信号を印加されて振動部材を振動させ、圧電素子の他方は振動部材の振動を検出して検出信号を外部へ出力し、入力信号および検出信号に基づき振動部材が浸漬される液体の液面位置を検出する振動式液面検出装置であって、振動部材は、２つの圧電素子間において幅および厚さの少なくとも一方が変化する構成とした。従来の振動式液面検出装置においては、振動部材の断面形状は一様に、すなわち圧電素子による振動伝播方向と直交する方向の断面形状が全長に亘り一様に形成されており、振動部材上における圧電素子の振動の伝播速度は、振動部材の全長に亘り一様である。一方、振動部材が液体中に浸漬されると、振動部材の液体中に浸漬される部分の振動の伝播速度は変化する、つまり若干遅くなる。これにより、振動部材上における液面位置、すなわち容器内における液体の液面位置を検出している。しかし、この場合、振動部材の上の振動伝播速度は液体浸漬の有無のみに対応して変化するので、液面位置は検出できるが、容器内の残存液体量は検出できない。そこで、振動部材上の振動伝播速度を、液体浸漬の有無だけではなく、容器内の残存液体量に対応して変化させることができれば、振動式液面検出装置によって容器内の残存液体量を検出することが可能となる。
【００１２】
そこで、本発明の請求項１に記載の振動式液面検出装置では、振動部材の幅および厚さの少なくとも一方を、２つの圧電素子間において変化させる構成とした。振動部材における振動伝播速度の大きさはは、振動部材の断面二次モーメントの１／２乗に比例する。したがって、振動部材の幅および厚さの少なくとも一方を変化させれば振動部材上における振動伝播速度の大きさを変化させることができる。これにより、たとえば、容器の深さ方向における残存液体量の変化率に連動して振動部材の幅および厚さの少なくとも一方を変化させることにより、容器内の残存液体量を検出することが可能である振動式液面検出装置を実現できる。
【００１３】
この場合、請求項２に記載の振動式液面検出装置のように、容器の深さ方向における容器の水平方向断面積の変化率に連動して振動部材の幅および厚さの少なくとも一方の変化率を設定すれば、容器内の残存液体量を確実に検出することができる。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の振動式液面検出装置は、液体を収容する容器内に取り付けられ、振動部材と、この振動部材の両端部にそれぞれ固定される圧電素子とを備え、これらの圧電素子の一方は外部からパルス状の入力信号を印加されて振動部材を振動させ、圧電素子の他方は振動部材の振動を検出して検出信号を外部へ出力し、入力信号および検出信号に基づき振動部材が浸漬される液体の液面位置を検出する振動式液面検出装置であって、振動部材は、２つの圧電素子間において鉛直方向の単位長さに対する振動の伝播方向実体長さの割合が変化する構成とした。上述の請求項１および請求項２に記載の振動式液面検出装置では、振動部材の幅および厚さの少なくとも一方を２つの圧電素子間において変化させることにより、振動部材上における振動伝播速度の大きさを変化させているが、請求項３に記載の振動式液面検出装置では、２つの圧電素子間において鉛直方向の単位長さに対する振動部材の振動伝播方向実体長さの割合を変化させる、言い換えると容器内液体の単位深さ当たりの振動伝播経路長さを変化させている。これにより、たとえば、容器の深さ方向における残存液体量の変化率に連動して鉛直方向の単位長さに対する振動部材の振動伝播方向実体長さの割合を変化させることにより、容器内の残存液体量を検出することが可能である振動式液面検出装置を実現できる。
【００１５】
この場合、請求項４に記載の振動式液面検出装置のように、容器の深さ方向における容器の水平方向断面積の変化率に連動して鉛直方向の単位長さと振動部材の振動伝播方向実体長さとの比の変化率を設定すれば、容器内の残存液体量を確実に検出することができる。
【００１６】
さらに、請求項５に記載の振動式液面検出装置のように、請求項１に記載の発明の手段、すなわち、２つの圧電素子間において幅および厚さの少なくとも一方を変化させる、という手段を併用すれば、振動部材上の振動伝播速度変化を容器の水平方向断面積変化によりきめ細かく対応させることができ、容器内の残存液体量の検出精度を向上することができる。
【００１７】
本発明の請求項６に記載の振動式液面検出装置では、振動部材は略Ｕ字状に形成される構成としている。これにより、振動部材の外形上の長さを増大させずに振動伝播経路長さを長くして、振動式液面検出装置の液面検出精度を向上することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態による振動式液面検出装置を、自動車の燃料タンク内に装着されて燃料液面位置を検出するための燃料レベルゲージに適用した場合を例に図に基づいて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による振動式液面検出装置である燃料レベルゲージ１の燃料タンク４０内における装着状態を示す説明図である。図２は、燃料レベルゲージ１の断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。なお、各図において、同一構成部分には同一符号を付してある。
【００２０】
燃料レベルゲージ１は、大きくは、図２に示すように、振動部材である振動板２と、振動板２の両端部それぞれに固定される圧電素子４、５と、振動板２が固定される保持板６とから構成されている。燃料レベルゲージ１は、図１に示すように、容器である自動車の燃料タンク４０の天板内面から垂下するブラケット４０ａに保持板６を介して取り付けられると共に、燃料レベルゲージ１の振動板２は液体である燃料４１中に浸漬されている。本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１において、圧電素子４に外部からパルス状の入力信号が印加されるとそれに応じて圧電素子４の体積が変化して振動板２を振動させる。この振動が振動板２上を伝播して圧電素子５に至り圧電素子５に圧力を作用させると圧電素子５に電荷が発生し検出信号として外部へ出力される。ところで、圧電素子４へのパルス状入力信号印加後、圧電素子５から検出信号が出力されるまでの時間は、振動板２の燃料４１中にある部分の長さ、つまり液面４１ａ位置によって変化する。すなわち、本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１においては、圧電素子４へのパルス状入力信号印加後、圧電素子５から検出信号が出力されるまでの時間を測定し、それに基づいて液面４１ａ位置を検出している。
【００２１】
振動部材である振動板２は、自体の振動を効率良く伝播可能な材質、たとえば、金属材料であるステンレス鋼の薄板からなり、図２に示すように、Ｕ字状に形成されている。振動板２の両端部には、図１に示すように、圧電素子４、５が固定されている。両圧電素子４、５は、振動板２を確実に振動させることができるように、あるいは振動板２の振動を確実に検出できるように強固に固定されている。振動板２の幅（図２において左右方向の長さ）は、図１に示すように、圧電素子４取り付け位置から燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて狭くなるように形成されている。振動板２の幅を、このように変化させることで、本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１は、燃料タンク４０内の残存燃料量を検出することが可能である。これについては、後程詳細に説明する。
【００２２】
圧電素子４、５は、ピエゾ効果を有する物質、たとえばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）から形成されている。圧電素子４、５には、両者を外部に接続するためのリード線（図示せず）が引き出されている。
【００２３】
上述の振動板２は、支持板６に取り付けられている。支持板６は、たとえば鋼板から形成されている。
【００２４】
ところで、圧電素子４により起振された振動板２の振動が、振動板２以外の部材を経由して圧電素子５に伝達されると、液面検出の良好な精度を維持することが困難となる。したがって、燃料レベルゲージ１としての液面検出機能を良好に維持するためには、圧電素子４により起振された振動板２の振動が振動板２以外の部材には伝達されないようにする、すなわち、振動板２を支持板６に振動的に絶縁して取り付けることが望ましい。
【００２５】
振動板２を支持板６に振動的に絶縁して取り付けることを実現するために、本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１では図２に示すような構造を採用している。以下、振動板２の支持板６への取り付け手順について説明する。
【００２６】
先ず、振動板２の貫通孔２ｂにブッシュ７を装着する。ブッシュ７は柔軟性を有する材質、たとえばゴムあるいは樹脂で形成されている。
【００２７】
次に、ブッシュ７の貫通孔７ａに、スリーブ８を挿入する。スリーブ８は、たとえば鋼管で形成されている。
【００２８】
次に、鋼板製のワッシャ９を介してボルト１０をスリーブ８および支持板６の貫通孔６ａに貫通させた後ナット１１を締付けて、振動板２の支持板６への取り付けが完了する。
【００２９】
ここで、ブッシュ７の単品時（取り付け前の状態）における全長（図２の左右方向長さ）は、スリーブ８の軸方向長さ（図２の左右方向長さ）よりも若干長く設定されている。したがって、ボルト１０およびナット１１を締付けて振動板２の支持板６への取り付けが完了すると、ブッシュ７は圧縮され弾性変形し、その弾性力により振動板２が保持される。また、ブッシュ７による保持力は、燃料レベルゲージ１としての液面検出機能を良好に維持できるレベルであるように、ブッシュ７およびスリーブ８の長さ、ブッシュ７の材質特性（特に硬さ）が設定されている。
【００３０】
次に、本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１の液面検出原理について簡単に説明する。
【００３１】
圧電素子４は、パルス状の電気信号を印加されると体積が変化する、すなわち振動する。本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１においては、圧電素子４は、図２において上下方向に振動して振動板２を同じく上下方向に振動させ、この振動が横波（振動方向と進行方向が同一の波）として振動板２を圧電素子５に向かって伝播する。この横波の伝播速度は、下記の数式１で表される。
【００３２】
【数１】Ｖ∝√ＥＩ／（ρ１＋ρ２）
数式１中において、Ｖは横波の伝播速度、Ｅは振動板２のヤング率、Ｉは振動板２の断面２次モーメント、ρ１は振動板２の密度、ρ２は振動板２周囲の流体の密度である。ρ２は、振動板２が燃料４１に浸っている場合は燃料４１の密度であり、振動板２が燃料４１から露出している場合は空気の密度である。
【００３３】
燃料４１の密度は、空気の密度よりはるかに大きいので、数式１から明らかなように、振動板２が燃料４１に浸っている場合と、振動板２が燃料４１から露出している、つまり空気中にある場合とでは、振動板２における振動の伝播速度が異なる。すなわち、振動板２の燃料４１に浸っている部分における振動伝播速度は、振動板２の燃料４１から露出して空気中にある部分における振動伝播速度よりも小さくなる。したがって、圧電素子４へパルス状の電気信号を印加してから圧電素子５から発せられる振動検出信号を受信するまでの時間、すなわち振動の伝播時間は、振動板２全体が燃料４１に浸漬されている状態、つまり満タン状態のときに最大値となり、燃料４１がエンジン（図示せず）により消費されて液面４１ａが低下、すなわち振動板２の空気中への露出部分長さが増加するに連れて伝播時間は減少する。振動板２全体が空気中へ露出した状態のときに最小値となる。
【００３４】
以上説明したように、圧電素子４へパルス状の電気信号を印加してから圧電素子５から発せられる振動検出信号を受信するまでの時間を計測することにより、容易に且つ正確に液面４１ａ位置を検出することができる。
【００３５】
次に、本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１による燃料液面検出システムについて説明する。図３は、本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１を用いた燃料レベル表示システムを説明する構成図である。
【００３６】
イグニッションスイッチ５０がＯＮされると、図３に示すように、バッテリ６０から電力が制御装置２０へ供給される。
【００３７】
制御装置２０は、燃料レベルゲージ１の圧電素子４へパルス状の電気信号を印加すると共に、圧電素子５から発せられる振動検出信号を受信する。そして、圧電素子４へパルス状の電気信号を印加してから圧電素子５から発せられる振動検出信号を受信するまでの時間、すなわち振動の伝播時間を計測して、それに基づいて燃料タンク４０内の燃料４１の液面４１ａを算出する。
【００３８】
さらに制御部２０は、算出した液面４１ａに基づいて、コンビネーションメータ３０内の燃料計３１を駆動するための駆動信号を出力する。この駆動信号により燃料計３１のムーブメント（図示せず）が指針３１ａを回動させて、燃料４１の液面４１ａ位置が表示される。
【００３９】
次に、本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１の特徴である振動板２の形状およびその効果について説明する。
【００４０】
図４には、燃料タンク４０における液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係、および液面高さＬと燃料レベルゲージ１の出力信号レベルＳとの関係をそれぞれ示す。図４において、縦軸は液面高さＬを、横軸は残存燃料量Ｒおよび出力信号レベルＳを示す。図４中において、特性Ａは液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係を、特性Ｂは液面高さＬと燃料レベルゲージ１の出力信号レベルＳとの関係を、特性Ｃは液面高さＬと従来の燃料レベルゲージの出力信号レベルＳとの関係をそれぞれ示している。
【００４１】
本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１が取り付けられる燃料タンク４０は、図１に示すような断面形状を成し、その奥行き方向（紙面垂直方向）寸法は図１に示す断面全体において一様である。このため、燃料タンク４０の水平方向断面積は、鉛直方向下方に向かうに連れて大きくなっている。また、図１中において、液面Ｌｍａｘおよび液面Ｌｍｉｎは、それぞれ燃料タンク４０が満タン時および空時の液面を示す。燃料タンク４０においては、液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係は、図４中における特性Ａのように非線形となっている。
【００４２】
従来の燃料レベルゲージにおいては、振動板の幅寸法が振動板の長さ方向（図１における上下方向）において一様となっているので、振動板上における振動の伝播速度は振動板の全長に亘り一様の値となっている。燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて小さくなる。したがって、この従来の燃料レベルゲージを燃料タンク４０に装着した場合は、液面高さＬとその時の出力信号レベルＳとの関係は、図４中における特性Ｃのように線形となり、燃料レベルゲージでは、燃料タンク４０の残存燃料量Ｒを検出することができない。
【００４３】
本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１においては、振動板２の幅を、圧電素子４、５間において燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて徐々に狭くなるように形成している。したがって、振動板２の断面二次モーメントは燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて減少するので、数式１から明らかなように、振動板２上における振動の伝播速度は燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて小さくなる。ここで、燃料タンク４０の鉛直方向における振動板２の幅寸法の変化率は、燃料タンク４０の水平方向断面積の変化率に連動して、詳しくは略反比例関係に設定されている。これにより、液面高さＬと燃料レベルゲージ１の液面４１ａ検出信号、つまり出力信号レベルＳとの関係を図４中における特性Ｂのように非線形として、液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係である特性Ａとほぼ一致させることができるので、燃料レベルゲージ１により燃料タンク４０内残存燃料量Ｒを検出することができる。すなわち、図３に示すコンビネーションメータ３０の燃料計３１において、指針３１ａの回動角度により燃料タンク４０内残存燃料量Ｒそのものが指示される。
【００４４】
（第２実施形態）
図５に、本発明の第２実施形態による燃料レベルゲージ１の燃料タンク４０内における装着状態を示す。図６に、本発明の第２実施形態による燃料タンク４０における液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係を示す。
【００４５】
第２実施形態においては、第１実施形態に対して燃料タンク４０の形状が図５に示すように変更されている。すなわち、燃料タンク４０の水平方向断面積は燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて増大し、途中、液面Ｌｍｉｄの位置で最大となり、その後こんどは減少する。それにより、燃料タンク４０における液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係は図６に示す特性Ｄのようになっている。
【００４６】
上述の燃料タンク４０の形状変更に対応して、本発明の第２実施形態による燃料レベルゲージ１では振動板２の形状を変更している。すなわち振動板２の幅寸法を、燃料タンク４０の水平方向断面積の変化度合いに連動させて、図５に示すように、圧電素子４から燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて小さくし、途中、液面Ｌｍｉｄの位置で最小として、その後、さらに燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて徐々に大きくしている。このため、振動板２上における振動の伝播速度は、圧電素子４から燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて小さくなり、途中、液面Ｌｍｉｄの位置で最小となり、その後、さらに燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて徐々に増大する。これにより、液面高さＬと燃料レベルゲージ１の出力信号レベルＳとの関係を図６に示す特性Ｆとして、すなわち液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係である特性Ｄとほぼ同一特性とすることができるので、第１実施形態の場合と同様に、燃料レベルゲージ１により燃料タンク４０内残存燃料量Ｒを検出することができる。
【００４７】
（第３実施形態）
図７に、本発明の第３実施形態による燃料レベルゲージ１の燃料タンク４０内における装着状態を示す。図８には、図７中におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図を示す。
【００４８】
第３実施形態においては、図７および図８に示すように、第１実施形態に対して燃料レベルゲージ１の振動板２の形状を変更している。すなわち、第１実施形態においては、振動板２の幅寸法の変化率を、燃料タンク４０の水平方向断面積の鉛直方向における変化率に連動させて、詳しくは略反比例関係に設定しているが、第３実施形態においては、振動板２の板厚寸法の変化率を、燃料タンク４０の水平方向断面積の鉛直方向における変化率に連動させて、詳しくは略反比例関係に設定している。これにより、第１実施形態の場合と同様に、振動板２の断面二次モーメントは燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて減少するので、数式１から明らかなように、振動板２上における振動の伝播速度は燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて小さくなる。したがって、液面高さＬと燃料レベルゲージ１の液面４１ａ検出信号、つまり出力信号レベルＳとの関係を特性Ａとほぼ一致させることができるので、燃料レベルゲージ１により燃料タンク４０内残存燃料量を検出することができる。
【００４９】
（第４実施形態）
図９に、本発明の第４実施形態による燃料レベルゲージ１の断面図を示す。
【００５０】
第４実施形態においては、第１実施形態に対して燃料レベルゲージ１の振動板２の形状を変更している。すなわち、振動板２の幅および板厚寸法は振動板２の全長に亘り一様としつつ、図９に示すように、圧電素子４から燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて振動板２を図９の左右方向に折り曲げて、燃料タンク４０の単位深さ、つまり鉛直方向単位長さ当たりの振動伝播経路長さを変化させる、すなわち、鉛直方向単位長さに対する振動板２の振動伝播経路長さの比を１より大きくすると共に、この比の値を燃料タンク４０の深さ方向に増大するように変化させている。これにより、燃料タンク４０の鉛直方向における振動伝播速度は、燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かうに連れて小さくなる。ここで、燃料タンク４０の下方（図１における下方）に向かって、振動板２の実体長さ、つまり振動伝播経路長さの増加率は、燃料タンク４０の水平方向断面積の増加率に連動して略比例の関係になっている。これにより、第１実施形態の場合と同様に、液面高さＬと燃料レベルゲージ１の出力信号レベルＳとの関係を図４中における特性Ｂのように非線形として特性Ａ、つまり液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係とほぼ一致させて燃料レベルゲージ１により燃料タンク４０内残存燃料量を検出することができる。
【００５１】
以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による燃料レベルゲージ１では、振動板２の両圧電素子４、５間において、振動板２の幅寸法のみ、あるいは振動板２の板厚寸法のみを変化させているが、幅寸法および板厚寸法の両方を同時に変化させても良い。
【００５２】
また、以上説明した、本発明の第４実施形態による燃料レベルゲージ１では、振動板２の両圧電素子４、５間において、鉛直方向単位長さに対する振動伝播方向における実体長さの割合を１以上に設定しているが、これに加えて、振動板２の幅寸法および板厚寸法の少なくとも一方を変化させても良い。
【００５３】
なお、以上説明した本発明の第１実施形態および第２実施形態、その変形例および他の変形例による燃料レベルゲージ１においては、振動板２をステンレス鋼板、すなわち金属材料で形成しているが、振動を効率良く伝播可能であれば金属材料以外の材料、たとえば樹脂、セラミックス等であっても良い。
【００５４】
また、以上説明した本発明の第１〜第４実施形態では、振動式液面検出装置を自動車用燃料レベルゲージ１に適用した場合を例に説明したが、本発明の振動式液面検出装置を他の用途における振動式液面検出装置に適用してもよい。また、検出する液体も、燃料以外に水、潤滑油、各種薬品、各種飲料等であってもよい。その場合も、上述の本発明の第１〜第４実施形態による燃料レベルゲージ１の場合と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１の燃料タンク４０内における装着状態を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１の断面図であり、図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による燃料レベルゲージ１を用いた燃料レベル表示システムを説明する構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態における燃料タンク４０における液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係、および液面高さＬと燃料レベルゲージ１の出力信号レベルＳとの関係をそれぞれ示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態による燃料レベルゲージ１の燃料タンク４０内における装着状態を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態における燃料タンク４０における液面高さＬと残存燃料量Ｒとの関係、および液面高さＬと燃料レベルゲージ１の出力信号レベルＳとの関係をそれぞれ示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施形態による燃料レベルゲージ１の燃料タンク４０内における装着状態を示す説明図である。
【図８】本発明の第３実施形態による燃料レベルゲージ１の断面図であり、図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態による燃料レベルゲージ１の断面図である。
【符号の説明】
１　　燃料レベルゲージ（振動式液面検出装置）
２　　振動板（振動部材）
４、５　　圧電素子
６　　保持板
７　　ブッシュ
８　　スリーブ
９　　ワッシャ
１０　　ボルト
１１　　ナット
２０　　制御装置
３０　　コンビネーションメータ
３１　　燃料計
３１ａ　　指針
４０　　燃料タンク（容器）
４０ａ　　ブラケット
４１　　燃料（液体）
４１ａ　　液面
４２　　ボルト
５０　　イグニッションスイッチ
６０　　バッテリ
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ　　特性
Ｅ　　ヤング率
Ｉ　　断面二次モーメント
Ｌ　　液面高さ
Ｌｍａｘ　　液面
Ｌｍｉｄ　　液面
Ｌｍｉｎ　　液面
Ｒ　　残存燃料量
Ｓ　　信号
Ｓｍａｘ　　信号
Ｓｍｉｎ　　信号
Ｖ　　速度
ρ１、ρ２　　密度
【図１】
2004069315.tif 000003
【図２】
2004069315.tif 000004
【図３】
2004069315.tif 000005
【図４】
2004069315.tif 000006
【図５】
2004069315.tif 000007
【図６】
2004069315.tif 000008
【図７】
2004069315.tif 000009
【図８】
2004069315.tif 000010
【図９】
2004069315.tif 000011