(57)【要約】【課題】燃料タンク３の燃料液面センサ２取付け部周辺形状を工夫して、車両走行中等に異物との衝突によって燃料液面センサ２が損傷を受けることを防止する。【解決手段】燃料タンク３の底面３３の燃料液面センサ２の周囲にプロテクタ３６を設け、且つ底面３３からのプロテクタ３６の突き出し長さＨを、底面３３からの燃料液面センサ２の突き出し長さｈよりも大きく形成している。これにより、自動車走行中に石等の異物がタイヤで弾かれて飛んで燃料タンクに衝突するような場合において、燃料液面センサ２が損傷を受けることを防止できる。また、プロテクタ３６を燃料タンク３と共に樹脂の一体成形により形成しているので、燃料タンク３にプロテクタ３６を容易に設けることができる。【選択図】　　　　図１
2004101373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯蔵するタンクと、
超音波振動子を内蔵し前記タンクの外表面に取り付けられる超音波検出器とを備え、
前記超音波振動子から前記タンク内の液体に超音波を発射して液面を計測する車両用液面検出装置において、
前記タンクの前記外表面且つ前記超音波検出器の周囲に防護部を設け、
前記防護部の前記外表面からの突出高さは前記超音波検出器の前記外表面からの突出高さより大きく形成されることを特徴とする車両用液面検出装置。
【請求項２】
前記防護部は前記超音波検出器の外周側に前記超音波検出器と略同軸上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の車両用液面検出装置。
【請求項３】
前記超音波検出器の前記タンクと反対側を覆うカバーを備え、このカバーは前記防護部に固定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用液面検出装置。
【請求項４】
前記タンクは樹脂材料からなり且つ前記防護部は前記タンクと一体成形により形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車両用液面検出装置。
【請求項５】
前記超音波検出器は前記タンクの底面または側面に取り付けられる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車両用液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されて液体の液面位置を検出する車両用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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等において燃料の量、すなわち燃料液面を検出する車両用液面検出装置としては、燃料の表面に浮くフロートに回動腕を設け、液面の変動によるフロートの位置変化に応じて回動腕を回動させ、その回動角度変化をたとえば電気抵抗変化に変換するものが一般的である。しかしながら、この方式の液面検出装置は、体格が大きく設置場所が制限される、あるいは検出精度があまり良くない、等の問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するために、たとえば特開平６−２４９６９７号公報に開示される液面検出装置においては、燃料タンク底部に超音波振動子を備える超音波センサを装着し、超音波センサから燃料タンク内の燃料に超音波を発射し、この超音波が燃料液面で反射して再び超音波センサにて受信して、超音波が超音波センサと液面間を往復する時間を計測し、これに基づいて液面位置を検出している。しかし、特開平６−２４９６９７号公報には、超音波振動子のタンクへの取付け構造について具体的な説明はない。
【０００４】
一方、超音波センサを用いた液面検出装置としては、ほかに、特開２０００−３１４６５１号公報、あるいは特開２００１−２０８５９５号公報に開示されるものがある。
【０００５】
特開２０００−３１４６５１号公報に開示される液面検出装置においては、超音波センサを、ばねの弾性力によりタンクへ押圧すると共に磁石の磁力によりタンクに固定している。
【０００６】
また、特開２００１−２０８５９５号公報に開示される液面検出装置においては、超音波センサを、タンク外表面に複数のねじにより固定している。
【０００７】
上述した、特開２０００−３１４６５１号公報および特開２００１−２０８５９５号公報に開示される超音波センサは、何れもタンク外表面に露出して固定されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の超音波センサを、車両用に用いる場合、たとえば燃料タンクの外表面に取り付けて燃料の液面位置検出用に使用する場合を考える。車両走行中において、特に未舗装路走行中においては、石等の異物がタイヤで弾かれて燃料タンクに向かって飛んでくることがある。このとき、タンク外表面に露出して固定されている超音波センサに石等の異物に当たり損傷を受ける可能性がある。また、燃料タンクに超音波センサを取り付ける工程から燃料タンクを車両に取り付ける工程へ（通常、両工程は異なる事業所において実施される。）燃料タンクを搬送する必要があるが、搬送中において、燃料タンクの外表面に固定された超音波センサが他の物体と衝突して損傷を受ける可能性がある。
【０００９】
本発明は上記のような点に鑑みなされたものであり、その目的は、超音波センサのタンクへの取付け部形状に工夫を凝らして、車両走行中あるいはタンク搬送中にタンクが損傷を受けることを防止できる車両用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ために以下の技術的手段を採用する。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の車両用液面検出装置では、液体を貯蔵するタンクと、超音波振動子を内蔵しタンクの外表面に取り付けられる超音波検出器とを備え、超音波振動子からタンク内の液体に超音波を発射して液面を計測する車両用液面検出装置において、タンクの外表面且つ超音波検出器の周囲に防護部を設け、タンク外表面からの防護部の突出高さはタンク外表面からの超音波検出器の突出高さより大きく形成される構成とした。これにより、車両の走行中タンクに異物が衝突した場合、あるいは超音波検出器固定済みのタンクを搬送中にタンクが他の物体に接触した場合、上述の異物あるいは他の物体は防護部により弾き返され、超音波検出器に衝突することがない。したがって、超音波検出器が異物あるいは他の物体により損傷を受けることを防止できる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の車両用液面検出装置では、防護部は超音波検出器の外周側に超音波検出器と略同軸上に配置される構成とした。これにより、防護部は、異物あるいは他の物体が超音波検出器に衝突することを確実に防止することができる。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の車両用液面検出装置では、超音波検出器のタンクと反対側を覆うカバーを備え、このカバーは防護部に固定される構成とした。これにより、車両の走行中タンクに異物が衝突した場合、あるいは超音波検出器固定済みのタンクを搬送中にタンクが他の物体に接触した場合、上述の異物あるいは他の物体はカバーあるいは防護部により弾き返され、超音波検出器に衝突することがない。したがって、超音波検出器が異物あるいは他の物体により損傷を受けることを防止できる。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の車両用液面検出装置では、タンクは樹脂材料からなり且つ防護部はタンクと一体成形により形成される構成としている。これにより、タンクの外表面に防護部を容易に形成することができる。また、部品点数を低減してコストを低減することができる。
【００１５】
本発明の請求項５に記載の車両用液面検出装置では、超音波検出器はタンクの底面または側面に取り付けられる構成としている。これにより、超音波検出器から発射される超音波を確実にタンク内の液体中を進行させて、液面を検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による車両用液面検出装置を、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。
【００１７】
（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、タンクである燃料タンク３への超音波検出器である燃料液面センサ２の取付け状態を示す断面図であり、図２中のＩ部拡大断面図である。図２は、燃料液面検出装置１の全体外観図である。図３は、図１中のＩＩＩ矢視図である。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。
【００１８】
超音波検出器である燃料液面センサ２は、図２に示すように、液体を貯蔵するタンクである自動車の燃料タンク３の外表面である底面３３に固定されている。図２の上下方向が自動車の上下方向であり、図２の上方が自動車の上方である。
【００１９】
以下に、燃料液面検出装置１の構成について説明する。
【００２０】
先ず、超音波検出器である燃料液面センサ２について説明する。
【００２１】
超音波振動子２１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。超音波振動子２１は、図１に示すように、外部から電圧を印加するため、あるいは発生した電圧信号を外部へ出力するためのリード線２６が接続されている。また、超音波振動子２１はハウジング２２に、たとえば接着等により固定されている。
【００２２】
ハウジング２２は、剛性の高い材質、たとえば金属（ステンレス鋼板等）から形成され、超音波振動子２１を保護すると共に、超音波振動子２１の振動を確実に外部へ伝達する役目を果たしている。また、ハウジング２２は、樹脂製のケース２４に保持されている。ここで、ハウジング２２は、柔軟で振動を吸収可能な材質からなる防振部材２３を介して樹脂製のケース２４に保持されている。これにより、超音波振動子２１の振動が燃料タンク３内の燃料以外に伝達されることを防止して、良好な燃料液面検出機能を維持している。
【００２３】
ケース２４は、図３に示すように、略円盤状に形成されている。ケース２４には、図１および図３に示すように、後述する燃料タンク３の孔部３２と係合する突き出し部２５が２個、中心を挟んで対向して設けられている。燃料液面センサ２が燃料タンク３に取り付けられると、突き出し部２５は燃料タンク３の孔部３２に係合、当接して、燃料液面センサ２が燃料タンク３の底面３３から離れる方向の移動を規制している。言い換えると、突き出し部２５を燃料タンク３の孔部３２に係合、当接させて、燃料液面センサ２が燃料タンク３に保持固定される。
【００２４】
次に、タンクである燃料タンク３について説明する。
【００２５】
燃料タンク３は、樹脂材料により形成されている。また、燃料タンク３の底面３３には、図１および図３に示すように、底面３３沿い方向への燃料液面センサ２の移動、すなわち図１中における左右方向への移動を規制する支持壁３１が２個、互いに対向するように設けられている。支持壁３１は、図３に示すように、燃料液面センサ２の外形に対応して円弧状に形成されている。支持壁３１には、底面３３から離れる方向への燃料液面センサ２の移動を規制する孔部３２が設けられている。孔部３２は、図１に示すように、底面３３と略平行な貫通孔状に形成されている。また、支持壁３１は、燃料タンク３の樹脂成形時において燃料タンク３と一体に形成される。また、燃料タンク３の底面３３には、燃料液面センサ２の周囲に、図１および図３に示すように、防護部であるプロテクタ３６が設けられている。プロテクタ３６は樹脂材料からなり、燃料タンク３と一体成形により形成されている。プロテクタ３６は、図３に示すように、燃料液面センサ２と略同心状に４個設けられている。また、図１に示すように、プロテクタ３６の底面３３からの突き出し長さＨは、燃料液面センサ２の底面３３からの突き出し長さｈよりも大きく形成されている。すなわち、燃料液面センサ２は、プロテクタ３６より引っ込んで配置されている。これにより、自動車走行中において、石等の異物がタイヤで弾かれて燃料タンクに向かって飛んでくることがあっても、石等の異物は上述のプロテクタ３６に当たるので、燃料液面センサ２が石等の異物との衝突により損傷を受けることを防止できる。また、燃料液面センサ２の取り付けが完了した燃料タンク３を、自動車組付け工程、すなわち自動車に燃料タンク３を取り付ける工程へ搬送する途中において、たとえば燃料タンク３同士が接触する、あるいは燃料液面センサ２を下側にして燃料タンク３が床等に置かれる等しても、プロテクタ３６により燃料液面センサ２が直接他の部品や床に接触することがないので燃料液面センサ２の破損を防止できる。
【００２６】
次に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の組付け工程における燃料液面センサ２の燃料タンク３への取付け方法について説明する。
【００２７】
先ず、燃料タンク３の底面３３の２つの支持壁３１間に略円形のシート状の接着剤４をセットする。
【００２８】
次に、燃料液面センサ２を、燃料タンク３の２つの支持壁３１間に、燃料液面センサ２の突き出し部２５と燃料タンク３の支持壁３１の孔部３２との円周方向位置を一致させ、ハウジング２２を底面３３に対向させて押し込んでいく。すなわち、燃料液面センサ２を燃料タンク３の底面３３に向かう方向に押圧する。これにより、支持壁３１は、突き出し部２５に押されて図１の左右方向に弾性変形する。さらに燃料液面センサ２を押込んでいくと、燃料液面センサ２の突き出し部２５が燃料タンク３の支持壁３１の孔部３２に係合して、つまり燃料液面センサ２の端面２５ａが孔部３２に当接して、燃料液面センサ２の燃料タンク３への取付け作業が完了する。このとき、接着剤４は、燃料タンク３底面３３と燃料液面センサ２のハウジング２２の両者に完全に密着している。これにより、超音波振動子２１と燃料タンク３内の燃料との間の空気を排除して、超音波振動子２１から燃料への超音波放射および液面からの反射波受信を安定させて、燃料液面センサ２による液面検出精度を向上できる。
【００２９】
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、図４に基づいて説明する。
【００３０】
図４に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の電気回路構成図を示す。
【００３１】
燃料液面センサ２、すなわち超音波振動子２１は制御回路６に接続され、この制御回路６は表示部７に接続されている。
【００３２】
制御回路６は、超音波振動子２１への電圧印加を制御するパルス発生回路６１、超音波振動子２１からの電圧信号を処理すると共に液面位置を算出する演算回路６２および演算回路６２からの液面検出信号に基づき表示部７を駆動する駆動信号を出力する駆動回路６３から構成されている。
【００３３】
表示部７は、たとえば指針計器等からなり、燃料タンク３内の液面位置を運転者が認知可能に表示するものである。一般に、表示部７は、自動車（図示せず）の運転席正面のコンビネーションメータ内に設置されている。
【００３４】
パルス発生回路６１からの信号により超音波振動子２１がパルス状の超音波を燃料タンク３内の燃料５中に発射すると、この超音波パルスは図４中に矢印で示すように進行し、燃料５の液面５１で反射され、再び超音波振動子２１に戻ってくる。超音波振動子２１は、この反射パルスにより振動して電圧信号を発生し、この電圧信号は演算回路６２に入力される。演算回路６２は、パルス発生回路６１が超音波振動子２１へ信号を発してから、その反射波を検出するまでの時間を算出し、それに基づいて、液面５１位置、つまり図４中における液面高さＨを算出する。駆動回路６３は、表示部７に演算回路６２が算出した液面高さＨを表示させるための信号、たとえば指針軸（図示せず）を液面高さＨ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。
【００３５】
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、燃料タンク３の底面３３の燃料液面センサ２の周囲にプロテクタ３６を設けると共に、プロテクタ３６の底面３３からの突き出し長さＨを、燃料液面センサ２の底面３３からの突き出し長さｈよりも大きく形成している。すなわち、燃料液面センサ２は、プロテクタ３６より引っ込んで配置されている。これにより、自動車走行中において、石等の異物がタイヤで弾かれて燃料タンクに向かって飛んでくることがあっても、石等の異物は上述のプロテクタ３６に当たるので、燃料液面センサ２が石等の異物との衝突により損傷を受けることを防止できる。また、燃料液面センサ２の取り付けが完了した燃料タンク３を、自動車組付け工程、すなわち自動車に燃料タンク３を取り付ける工程へ搬送する途中において、たとえば燃料タンク３同士が接触する、あるいは燃料液面センサ２を下側にして燃料タンク３が床等に置かれる等しても、プロテクタ３６により燃料液面センサ２が直接他の部品や床に接触することがないので燃料液面センサ２の破損を防止できる。
【００３６】
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、燃料タンク３を樹脂で形成すると共に、プロテクタ３６を、燃料タンク３の樹脂成形時において燃料タンク３と一体に形成している。これにより、部品点数を低減してコストを低減すると共に、燃料タンク３にプロテクタ３６を容易に設けることができる。また、プロテクタ３６と燃料液面センサ２との位置精度を向上することができる。
【００３７】
図５に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の変形例の平面図を示す。これは、図３に相当するものである。
【００３８】
この変形例は、燃料タンク３の底面３３に設けるプロテクタ３６の形状を変更したものである。すなわち、４個独立して配置されているプロテクタ３６を、図５に示すように、連続する１個の円筒状のプロテクタ３６としている。この場合も、上述の第１実施形態による燃料液面検出装置１の場合と同様に、石等の異物や他の部材との衝突・接触により燃料液面センサ２が破損することを防止できる。
【００３９】
図６に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の他の変形例の部分断面図を示す。
【００４０】
この他の変形例は、燃料液面センサ２を保持・固定する支持壁３１の機能をプロテクタ３６に兼用させたものである。すなわち、図６に示すように、支持壁３１をプロテクタ３６と合体させて、プロテクタ３６に孔部３２を設けている。この場合も、上述の第１実施形態による燃料液面検出装置１の場合と同様に、石等の異物や他の部材との衝突・接触により燃料液面センサ２が破損することを防止できる。さらに、燃料タンク３の樹脂成形用の型形状を単純化してコストを低減できる。
【００４１】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１の断面図であり、図２中のＩ部拡大断面図に対応している。
【００４２】
本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１は、図７に示すように、燃料液面センサ２の燃料タンク３と反対側を覆う樹脂製のカバー８を備え、このカバー８は、プロテクタ３６に固定されている。すなわち、カバー８には係止部８１が設けられ、係止部８がプロテクタ３６に設けられる段部３７に係合することにより、カバー８がプロテクタ３６に固定される。
【００４３】
なお、カバー８のプロテクタ３６への取り付けは、カバー８を燃料タンク３に向けて（図７において上方に向けて）押付けることで容易に行える。
【００４４】
上述の、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１においても、プロテクタ３６およびカバー８により、石等の異物や他の部材との衝突・接触により燃料液面センサ２が破損することを防止できる。
【００４５】
さらに、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１においては、燃料液面センサ２の直下から石等異物が飛来した場合でも、カバー８により、石等異物が燃料液面センサ２に衝突することを防止できる。
【００４６】
また、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１においては、プロテクタ３６およびカバー８により燃料液面センサ２がほぼ密閉されるので、水や埃等が付着することを防止できる。
【００４７】
なお、以上説明した本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１においては、カバー８を樹脂により形成しているが他の材質であってもよい。たとえば、鋼板をプレス加工して形成してもよい。
【００４８】
また、以上説明した本発明の第１、第２実施形態、第２実施形態および各変形例による燃料液面検出装置１において、燃料液面センサ２を燃料タンク３の底面３３に取り付けているが、取り付け位置は底面３３に限る必要はなく、燃料タンク３の外表面であればどこであってもよい。
【００４９】
また、以上説明した本発明の第１、第２実施形態、第２実施形態および各変形例による燃料液面検出装置１において、接着剤４をシート状としているが、シート状に限る必要はなく、たとえばゼリー状等であってもよい。
【００５０】
また、以上説明した各実施形態および各変形例は、本発明の車両用液面検出装置を、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。たとえば、エンジンオイル液面検出、ブレーキフルード液面検出あるいはウィンドウォッシャ液面検出等に用いてもよい。
【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液面検出装置１の部分断面図であり、図２中のＩ部拡大断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の全体外観図である。
【図３】図１中のＩＩＩ矢視図である。
【図４】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の変形例における平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の他の変形例における部分断面図である。
【図７】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。
【符号の説明】
１　　燃料液面検出装置（車両用液面検出装置）
２　　燃料液面センサ（超音波検出器）
２１　　超音波振動子
２２　　ハウジング
２３　　防振部材
２４　　ケース
２５　　突き出し部
２５ａ　　端面
２６　　リード線
３　　燃料タンク（タンク）
３１　　支持壁
３２　　孔部
３３　　底面（外表面）
３６　　プロテクタ（防護部）
４　　接着剤
５　　燃料（液体）
５１　　液面
６　　制御回路
６１　　パルス発生回路
６２　　演算回路
６３　　駆動回路
７　　表示部
８　　カバー
８１　　係止部
Ｄ　　液面高さ
Ｈ　　突き出し長さ
ｈ　　突き出し長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004101373.tif 000006
【図５】
2004101373.tif 000007
【図６】
2004101373.tif 000008
【図７】
2004101373.tif 000009