(57)【要約】【課題】  第２筒の構成に工夫を凝らして、高精度な液面検出が可能な車両用液面検出装置を提供する。【解決手段】  ガイドパイプ６内に、燃料８中に浮かび且つ燃料８の液面８１と連動してガイドパイプ６内を軸方向に移動可能なフロート７を配置し、超音波センサ３から発射されガイドパイプ６内を液面８１に向かって進行する超音波パルスをフロート７の反射面７２ｂで反射させ、この反射パルスを超音波センサ３により受信して液面８１位置を検出する構成としている。これにより、超音波センサ３から発せられた超音波パルスが反射面７２ｂで反射した反射パルスのエネルギを、従来の車両用液面検出装置１００における液面１０２で反射した反射パルスのエネルギよりも大幅に増大させることができる。したがって、超音波センサ３による検出信号レベルを高めて、高精度な液面８１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。【選択図】        図１
2005140640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯蔵するタンクと、
前記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断面形状円筒形の第１筒と、
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断面形状円筒形の第２筒と、
前記第２筒内に配置され前記液体に浮かび且つ前記液面と連動して前記第２筒の軸方向に移動可能なフロートとを備え、
前記超音波発振素子から発射された超音波の前記フロートで反射した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車両用液面検出装置であって、
前記フロートの下面は静止時における前記液面と平行な平面として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】
前記フロートは、主に浮力を発生させるための浮力体と、該浮力体の下部に固定されて超音波を反射するための反射体とから構成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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両、たとえば自動車等において、タンク内に貯蔵される液体量、たとえば燃料量を検出するための手段として、燃料液面を検出する車両用液面検出装置がある。これは、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、このような機械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、液面を機械的に検出するのではなく、たとえば、超音波を発射し液面からの反射波を受信して液面を検出する方法、つまり非接触式検出法が提案されている。
【０００４】
たとえば、超音波発振素子と筒体を備える超音波センサを液体容器中の底部に配置される筒体の一端側開口部に超音波発振素子を配置し、筒体の他端側に超音波発振素子から発せられた超音波を筒体に設けられた開口部を通して液面に向けて反射する反射体を配置した構成のものがある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
この液面検出装置では、超音波発振素子がパルス状の超音波を発射してから、この超音波パルスの液面における反射波である反射パルスを超音波発振素子が受信するまでの時間、すなわち、超音波が、超音波発振素子と液面の間を往復するのに要する時間を測定し、それに基づいて液面位置を検出している。
【０００６】
これにより、液面検出装置の体格を小型化できると共に、検出精度を向上することができる。
【０００７】
しかしながら、この液面検出装置では、自動車の走行時の振動等により液体容器内の液面が揺れると超音波パルスの液面における反射パルスの進行方向が不安定になり、超音波発振素子により反射パルスを検出できなくなるという問題がある。
【０００８】
そこで、液体容器内に深さ方向に細い管状の伝送管を装着し、この伝送管内を超音波パルスの伝播経路とする構成としたものがある（たとえば、特許文献２参照）。
【０００９】
この液面検出装置においては、容器内の液面が揺れて伝送管内の液面が傾斜した場合、超音波パルスの液面における反射パルスの進行方向が超音波発振素子から逸れるが、反射パルスは伝送管内壁で反射されて最終的に超音波発振素子に到達し検出される。
【特許文献１】特開平１１−１５３４７１号公報
【特許文献２】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】
【００１０】
しかし、上述した特許文献２に記載の液面検出装置では、伝送管内の液面は、液体と伝送管内壁面間に作用する吸着力および液体の表面張力の作用により、伝送管内壁近傍では上に凹の球面状になっている。すなわち、伝送管内の液面において、超音波パルスを超音波発振素子に向けて反射する平面部は中央部に限られる。
【００１１】
また、超音波発振素子から発射された超音波パルスが、液面の球面状の部分に入射すると、球面状の液面と伝送管内壁間で反射を無数に繰返し減衰して消滅してしまう、つまり反射パルスが超音波発振素子に到達できない。
【００１２】
このため、超音波発振素子から発射された超音波のエネルギに対して、液面で反射して超音波発振素子に検出される超音波のエネルギはかなり弱くなる。すなわち、超音波発振素子による検出信号レベルが低くなり、高精度で液面検出を行うことが困難となる可能性がある。
【００１３】
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、第２筒の構成に工夫を凝らして、高精度な液面検出が可能な車両用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】
【００１４】
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。
【００１５】
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、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断面形状円筒形の第１筒と、反射壁から液面間の超音波伝播経路を形成する断面形状円筒形の第２筒と、第２筒内に配置され液体に浮かび且つ液面と連動して第２筒の軸方向に移動可能なフロートとを備え、超音波発振素子から発射された超音波のフロートで反射した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車両用液面検出装置であって、フロートの下面は静止時における液面と平行な平面として形成される構成としている。
【００１６】
従来の液面検出装置においては、超音波発振素子から発射された超音波を第２筒内を進行させて液面に入射させ、そこでの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している。
【００１７】
ところで、第２筒内の液面は、液体と第２筒内壁面間に作用する吸着力および液体の表面張力の作用により、第２筒内壁近傍では上に凹の球面状になっており、この球面状の部分に入射した超音波パルスは、球面状の液面と第２筒内壁間で反射を無数に繰返し減衰して消滅してしまう、つまり反射パルスが超音波発振素子に到達できない。このため、超音波発振素子からの超音波パルスを超音波発振素子に向けて反射可能な平面部は液面中央部の狭い範囲に限られる。
【００１８】
このため、液面で反射して超音波発振素子に検出される超音波パルスのエネルギが小さくなり、すなわち超音波発振素子による検出信号レベルが低くなり、高精度で液面検出を行うことが困難となる問題がある。
【００１９】
これに対して、本発明の請求項１に記載の車両用液面検出装置では、超音波発振素子から発射された超音波を第２筒内を進行させてフロートに入射させ、そこでの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している。このフロートは、液体に浮かび且つ液面と連動して第２筒の軸方向に移動可能である、すなわち液面の変動に一対一に対応しており液面と見なすことができる。さらに、フロート下面は、静止時における液面と平行な平面として形成されている。
【００２０】
これにより、フロート下面全面が超音波発振素子からの超音波パルスを超音波発振素子に向けて反射可能な平面部として機能するので、超音波発振素子が検出する反射パルスのエネルギを増大させることができる。
【００２１】
したがって、超音波発振素子による検出信号レベルを高めて、高精度な液面検出が可能な車両用液面検出装置を実現することができる。
【００２２】
また、本発明の請求項１に記載の車両用液面検出装置では、タンク内の液面が揺動して第２筒内の液面が傾斜しても、フロートは第２筒内でほとんど傾斜しない。言い換えると、超音波パルスを反射するフロートの下面と反射面との角度関係が変わらない。したがって、タンク内の液面が揺動中においても、超音波発振素子が検出するフロートからの反射パルスのエネルギを高いレベルで維持することができる。
【００２３】
本発明の請求項２に記載の車両用液面検出装置では、フロートは、主に浮力を発生させるための浮力体と、浮力体の下部に固定されて超音波を反射するための反射体とから構成されている。
【００２４】
フロートの超音波パルスの反射率を高めるために、フロートを、たとえば超音波パルスを高効率で反射可能な金属材料により形成すると、フロートの比重が液体の比重よりも大きくなり、フロートが沈んでしまう。
【００２５】
そこで、本発明の請求項２に記載の車両用液面検出装置のように、フロートを、反射体を超音波パルスを高効率で反射可能な金属材料により形成される反射体と、比重が液体の比重よりも小さい物質、たとえば発泡樹脂等から形成される浮力体とから構成することにより、フロートの見かけの比重を液体の比重よりも小さくして、フロートを液面の動きに連動して移動可能とし且つ超音波発振素子からの超音波を高効率で反射することが可能となる。したがって、超音波発振素子が発する検出信号レベルを高めて高精度な液面検出が可能な車両用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】
【００２６】
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。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１における、液体としての燃料８を貯蔵するタンクである燃料タンク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。また、図１中における液面８１は、燃料タンク２内に貯蔵される燃料８量が最大時、すなわち満タン時における液面位置を示している。
【００２８】
図２は、図１中のＩＩ部拡大断面図である。
【００２９】
図３は、図１中のＩＩＩ部拡大図、すなわちフロート７周辺の拡大図である。
【００３０】
図４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。
【００３１】
燃料液面検出装置１は、大きくは、図１に示すように、タンクである燃料タンク２、収納ケース４に収容固定される超音波発振素子である超音波センサ３、第１筒であるガイドパイプ５、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面５２、第２筒であるガイドパイプ６およびガイドパイプ６内に移動可能に配置されるフロート７から構成されている。そして、燃料液面検出装置１は、図１に示すように、ガイドパイプ５を介して、燃料タンク２の底面２１に取り付けられている。
【００３２】
以下に、燃料液面検出装置１の構成について説明する。
【００３３】
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）から形成されている。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。
【００３４】
超音波センサ３は、図１に示すように、収納ケース４内に収容固定され、この収納ケース４は、後述するガイドパイプ５の一端に固定されている。すなわち、図１に示すように、収納ケース４を、超音波センサ３の発振面３１をガイドパイプ５の内部空間であるガイド部５１に対向させて、ガイドパイプ５の一端に固定している。また、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３２を備えており、リード線３２は、収納ケース４外へ延出されて燃料タンク２の外へ気密的に引き出されている。これにより、リード線３２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、超音波センサ３の発振面３１が振動し、この発振面３１の振動が収納ケース４に伝達され、さらに収納ケース４からガイドパイプ５内の燃料８に伝播されてガイドパイプ５内を他端側に向けて進行する。すなわち、超音波センサ３が発射する超音波が収納ケース４に伝達され、さらに収納ケース４からガイドパイプ５内の燃料８に伝播され、超音波がガイドパイプ５内を他端側に向けて進行する。そして、この超音波が液面８１で反射し、その反射波が収納ケース４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３２を介して外部に出力される。
【００３５】
収納ケース４は、樹脂、あるいは金属から略有底円筒状に形成されている。超音波センサ３は、収納ケース４内において、図１に示すように、その発振面３１を収納ケース４の内面４１に密着させて配置されている。また、収納ケース４は、図２に示すように、その突起部４４がガイドパイプ５の係止部５５に係止してガイドパイプ５に固定されている。また、収納ケース４の内面４１と反対側の開口端側（図２の右側）には、図１に示すように、プラグ１３が装着されている。
【００３６】
プラグ１３は、たとえば樹脂材料等から形成され、その突起部１３ａが収納ケース４の係止部４５に係止して収納ケース４に固定されている。超音波センサ３とプラグ１３との間には、図２に示すように、固定手段であり弾性部材であるばね１４が配置されている。ばね１４としては、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、コイルばねが用いられている。ばね１４は、収納ケース４内へ組み付けられた状態においては圧縮状態となっており、その弾性力は、図２中の矢印で示す方向に作用している。この弾性力により、超音波センサ３の発振面３１が収納ケース４の内面４１に押圧されている。
【００３７】
また、プラグ１３には、図２に示すように、貫通孔１３ｂおよび１３ｃが設けられている。貫通孔１３ｃを介して超音波センサ３のリード線３２が収納ケース４外へ引き出されている。一方、貫通孔１３ｂは、収納ケース４内に溜まった空気排出用である。
【００３８】
第１筒であるガイドパイプ５は、たとえば、樹脂材料あるい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を、アルミニウムダイカスト用合金により形成している。ガイドパイプ５の一端側（図１において右側）には、収納ケース４を介して超音波センサ３が取り付けられている。
【００３９】
また、ガイドパイプ５の他端側（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方向に向けて反射する反射面５２が、ガイドパイプ５と一体成型により設けられている。つまり、ガイドパイプ５は、超音波センサ３と反射面５２との間の超音波伝播経路を形成している。反射面５２は、図１に示すように、超音波センサ３から発射され超音波センサ３の軸上の伝播経路Ａを進む超音波を、液面８１へ向かい且つフロート７の反射面７２ｂへの入射角が０°となるような方向に、つまり反射面７２ｂに直交する方向に反射するように設定されている。すなわち、反射面５２は、図１に示すように、液面８１、つまりフロート７の反射面７２ｂに対して４５°傾斜させて設けられている。これにより、超音波センサ３の発振面３１から発射され超音波センサ３の軸上の伝播経路Ａを進む超音波は、反射面５２で反射して図１に示す伝播経路Ｂを辿り反射面７２ｂに到達し、反射面７２ｂで反射した後、往路と同じ経路を辿って発振面３１に入射する。
【００４０】
また、ガイドパイプ５には、図１に示すように、反射面５２および反射面７２ｂ間の超音波伝播経路である第２筒としてのガイドパイプ６が装着されている。ガイドパイプ６は、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、ステンレス鋼製の円管から形成され、図１に示すように、ガイドパイプ５に設けられた固定孔５４に、たとえば圧入あるいは接着等により固定されている。また、ガイドパイプ６内には、フロート７が、ガイドパイプ６内を移動可能に配置されている。また、ガイドパイプ６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フロート７の上面７１ｃよりも、長さＫ１だけ上方にあるように、言い換えると最大時液面８２よりも長さＫ２だけ突き出すように設定されている。
【００４１】
ガイドパイプ６により、超音波センサ３から発せられた超音波が、反射面５２で反射し液面８１に向かう途中、あるいは液面８１で反射して反射面５２へ向かう途中において燃料タンク２内に拡散してしまい超音波センサ３による受信レベルが低下することを防止できる。また、燃料タンク２内の燃料８貯蔵量が最大時においてもフロート７の上方に余裕がある、つまりフロート７の移動代があるので、最大時液面８２位置を確実に検出することができる。さらに、自動車の走行中において液面８１が揺動し、それによりガイドパイプ６内の液面８１が変動した場合、ガイドパイプ６内に配置されているフロート７がガイドパイプ６外に飛び出すことを防止できる。
【００４２】
フロート７は、燃料８に浮かぶように形成され、すなわちフロート７の見かけの比重が燃料８の比重よりも小さく形成され、且つ液面８１の動きに連動してガイドパイプ６内を軸方向（図１において上下方向）に移動可能に配置されている。
【００４３】
フロート７は、図３に示すように、主に浮力を発生させるための浮力体７１と、浮力体７１の下側に固定され超音波を反射するための反射体７２とから構成されている。浮力体７１は、比重が燃料８の比重より小さい材料、たとえば樹脂材料から形成されている。反射体７２は、超音波パルスを高効率で反射可能な材質、たとえばステンレス鋼等の金属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においては、浮力体７１を樹脂成型する際に、反射体７２をインサート成型することにより浮力体７１と反射体７２を一体化して、フロート７を形成している。また、反射体７２の反射面７２ｂは、平滑な平面状に形成され、且つフロート７が液面８１に浮かんだ状態で液面８１と平行な関係になっている。フロート７の見かけの比重、つまり、浮力体７１と反射体７２との合成比重は、フロート７が燃料８に浮かぶように、燃料８の比重よりも小さく設定されている。
【００４４】
ところで、ガイドパイプ６内においてフロート７が傾斜すると、超音波センサ３からの超音波パルスが反射面７２Ｂで反射した反射パルスの進行方向が往路の伝播経路、つまり図１中の伝播経路Ｂからそれるので、超音波センサ３に受信される反射パルスのエネルギが減少する。また、ガイドパイプ６内におけるフロート７の傾斜角度は、フロート７の直径Ｄ１、ガイドパイプ６の内径ｄ、フロート７の長さＬによって決まる。
【００４５】
したがって、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、フロート７の直径Ｄ１、ガイドパイプ６の内径ｄ、フロート７の長さＬを、フロート７の傾斜角度が許容範囲であるように、言い換えると超音波センサ３に受信される反射パルスのエネルギ減少割合が高精度な液面検出が可能な範囲であるように、決定している。
【００４６】
また、フロート７とガイドパイプ６との間の径方向の隙間に入る燃料８の表面張力の作用により、フロート７がガイドパイプ６に吸着されて、フロート７の円滑な軸方向移動が妨げられる可能性がある。そこで、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、フロート７の全長Ｌは変えずに、フロート７のガイドパイプ６との嵌合部長さを短縮している。すなわち、浮力体７１に、図３に示すように、小径部７１ｂを設けて、その前後のガイド部７１ａおよびガイド部７２ａにおいてフロート７がガイドパイプ６内に嵌合する構成としている。ガイド部７１ａの軸方向長さＰおよびガイド部７２ａの軸方向長さＱは、フロート７がガイドパイプ６内を滑らかに摺動可能に決定されている。
【００４７】
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６内に配設されるフロート７の液面検出作動時における作用、効果について説明する。
【００４８】
図５は、従来の車両用液面検出装置１００における、ガイドパイプ１０１内の液面１０２形状および超音波パルスの進行状態を説明する拡大断面図である。
【００４９】
従来の車両用液面検出装置１００では、ガイドパイプ１０１内において、液面１０２の形状は、液体とガイドパイプ１０１の壁面間に作用する吸着力および液体の表面張力の作用により、図５に示すように、ガイドパイプ１０１内壁近傍では上に凹の球面状になっているとともに、液面１０２の平面状部分１０３は、ガイドパイプ６の中央部の狭い範囲に限られる。このため、ガイドパイプ１０１内を液面１０２に向かって進行して来た超音波パルスが液面１０２の球面状部分に入射すると、図５に示すように、球面状の液面１０２とガイドパイプ１０１内壁間で反射を無数に繰返し減衰して消滅してしまう、つまり液面１０２から反射パルスが超音波センサに到達できない。
【００５０】
一方、液面１０２の平面状部分１０３に入射した超音波パルスは、平面状部分１０３で反射して往路の伝播経路を反対方向に辿って超音波センサに入射する。しかしながら、ガイドパイプ１０１の全断面積に対して平面状部分１０３の面積の占める割合は小さいため、平面状部分１０３で反射して超音波センサに入射する超音波パルスのエネルギは、超音波センサから発せられた超音波パルスのエネルギより小さくなる。これにより、超音波発振素子による検出信号レベルが低くなり、高精度で液面検出を行うことが困難であるという問題がある。
【００５１】
これに対して、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６内に、燃料８中に浮かび且つ燃料８の液面８１と連動してガイドパイプ６内を軸方向に移動可能なフロート７を配置し、超音波センサ３から発射されガイドパイプ６内を液面８１に向かって進行する超音波パルスをフロート７の反射面７２ｂで反射させ、この反射パルスを超音波センサ３により受信して液面８１位置を検出する構成としている。
【００５２】
また、フロート７の下面である反射面７２ｂは、静止時の液面８１とは平行な平面として形成されている。さらに、フロート７は、液面８１の変動に一対一に対応してガイドパイプ６内を軸方向に移動する。したがって、フロート７の反射面７２ｂを液面８１と見なすことができる。また、フロート７の反射面７２ｂの直径Ｄは、ガイドパイプ６の内径ｄよりもわずかに小さく形成されている。つまり、入射した超音波パルスを往路と同一伝播経路に向けて反射可能な部分の面積が、従来の車両用液面検出装置の場合よりも大幅に拡大されている。
【００５３】
これにより、超音波センサ３から発せられてガイドパイプ６内を進行する超音波パルスは、そのエネルギの大部分が反射パルスのエネルギに変換されて超音波センサ３に受信されるので、超音波センサ３による検出信号レベルを高めて、高精度な液面８１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。
【００５４】
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、自動車の走行時の振動等により燃料タンク２内の液面８１が揺動しガイドパイプ６内の液面８１が傾斜しても、つまり、液面８１とガイドパイプ６の軸方向との成す角度が９０度から変化しても、超音波パルスを反射する部材であるフロート７の反射面７２ｂとガイドパイプ６の軸方向との成す角度が９０度で変わらない。したがって、燃料タンク２内の液面８１が揺動するような場合でも、超音波センサ３による検出信号レベルの低下を抑止して高精度な液面８１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。
【００５５】
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４に基づき説明する。
【００５６】
図４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。
【００５７】
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。
【００５８】
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により算出されたフロート７の反射面７２ｂ位置である液面８１位置、すなわち燃料タンク２内の燃料８残量を運転者が視認可能に表示する。
【００５９】
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。
【００６０】
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の振動が収納ケース４の内面４１へ伝わり、さらに収納ケース４の外側の表面４２から超音波が燃料８中に発射される。この超音波は、反射面５２で反射して液面８１に向かって進行し、フロート７の反射面７２ｂに到達し、そこで反射した後、往路と同じ経路を辿って発振面３１に入射する。
【００６１】
超音波センサ３は、反射面７２ｂからの反射パルスを受信すると電圧信号を発生し、この電圧信号は演算回路９２に入力される。
【００６２】
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反射パルスを検出するまでの時間を算出し、それに基づいて、反射面７２ｂ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。
【００６３】
ここで、液面８１位置と、フロート７の反射面７２ｂ位置とは、燃料タンク２の深さ方向において一致せず、図１に示すように、長さＳだけ差が生じているが、この長さＳは、液面８１位置如何によらず一定である。したがって、演算回路９２においては、この長さＳを補正して液面８１位置を算出している。
【００６４】
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。
【００６５】
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６内に、燃料８中に浮かび且つ燃料８の液面８１と連動してガイドパイプ６内を軸方向に移動可能なフロート７を配置し、超音波センサ３から発射されガイドパイプ６内を液面８１に向かって進行する超音波パルスをフロート７の反射面７２ｂで反射させ、この反射パルスを超音波センサ３により受信して液面８１位置を検出する構成としている。
【００６６】
また、フロート７の下面である反射面７２ｂは、静止時の液面８１とは平行な平面として形成されている。さらに、フロート７は、液面８１の変動に一対一に対応してガイドパイプ６内を軸方向に移動する。したがって、フロート７の反射面７２ｂを液面８１と見なすことができる。また、フロート７の反射面７２ｂの直径Ｄは、ガイドパイプ６の内径ｄよりもわずかに小さく形成されている。つまり、入射した超音波パルスを往路と同一伝播経路に向けて反射可能な部分の面積が、従来の車両用液面検出装置の場合よりも大幅に拡大されている。
【００６７】
これにより、超音波センサ３から発せられた超音波パルスが反射面７２ｂで反射した反射パルスのエネルギを、従来の車両用液面検出装置１００における液面１０２で反射した反射パルスのエネルギよりも大幅に増大させることができる。したがって、超音波センサ３による検出信号レベルを高めて、高精度な液面８１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。
【００６８】
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、自動車の走行時の振動等により燃料タンク２内の液面８１が揺動しガイドパイプ６内の液面８１が傾斜しても、つまり、液面８１とガイドパイプ６の軸方向との成す角度が９０度から変化しても、超音波パルスを反射する部材であるフロート７の反射面７２ｂとガイドパイプ６の軸方向との成す角度が９０度で変わらない。したがって、燃料タンク２内の液面８１が揺動するような場合でも、超音波センサ３による検出信号レベルの低下を抑止して高精度な液面８１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。
【００６９】
図６には、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１の変形例の部分拡大断面図を示す。
【００７０】
この変形例では、ガイドパイプ６の上端にキャップ１５を装着している。
【００７１】
キャップ１５は、たとえば樹脂材料あるいは金属板材等から形成され、通気孔１５ａを備えている。
【００７２】
これにより、フロート７がガイドパイプから外れることを防止できる。また通気孔１５ａを介して燃料８あるいは空気がガイドパイプ６内外へ自由に出入できるので、フロート７の動きが妨げられることもない。
【００７３】
キャップ１５は、燃料液面検出装置１の組み付け工程において、ガイドパイプ６内にフロート７を挿入した後にガイドパイプ６上端部に取り付けられる。
【００７４】
図７には、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１における他の変形例の部分拡大断面図を示す。
【００７５】
他の変形例においては、キャップ１５の下面に、図７に示すように、突起１５ｂを設けている。
【００７６】
自動車の振動等により、フロート７が図１の上方に移動してキャップ１５に当接した際に、フロート７とキャップ１５との間の隙間に入る燃料８の表面張力の作用により、フロート７がキャップ１５に吸着されてしまい、フロート７の円滑な上下方向移動が妨げられる可能性がある。
【００７７】
他の変形例によれば、キャップ１５の下面に設けられた突起１５ｂにより、フロート７とキャップ１５とを密着することがないので、フロート７がキャップ１５に吸着されることを確実に防止することができる。
【００７８】
なお、他の変形例においては、突起１５ｂを、図７に示すように、キャップ１５に設けているが、フロート7側に設けてもよい。
【００７９】
図８には、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１における他の変形例の部分拡大断面図を示す。
【００８０】
他の変形例においては、図８に示すように、フロート７を中空体として形成している。すなわち、フロート７を樹脂材料により、図８に示すように、一端が開口する鼓状のボディ７３の開口部に蓋を取り付けて構成している。なお、ブロー成型等により内部を中空として一体成型により形成してもよい。
【００８１】
液体、つまり燃料８中を進行する超音波が樹脂部材に入射するとその一部は透過するが空気に入射すると完全に反射する。これにより、樹脂材料により中空体として形成されたフロート７を用いても、超音波を確実に反射させて液面検出を行うことができる。さらに、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１のフロート７における反射体７２を省略することも可能である。
【００８２】
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、その変形例および他の変形例においては、超音波センサ３の収納ケース４への固定に、ばね１４の弾性力を利用しているが、これに限定する必要はなく、他の方法により超音波センサ３を収納ケース４へ固定してもよい。たとえば、接着剤を用いてもよい。
【００８３】
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およびその変形例においては、ガイドパイプ５をアルミニウムダイカスト用合金から、ガイドパイプ６をステンレス鋼管からそれぞれ形成しているが、これらの材質に限る必要は無く、他の材質から形成してもよい。
【００８４】
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およびその変形例においては、収納ケース４とガイドパイプ５とを別部品として形成し、両者を組み付けているが、収納ケース４とガイドパイプ５とを一体的に１個の部品として形成してもよい。たとえば、樹脂材料により一体成型により形成してもよい。
【００８５】
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およびその変形例においては、ガイドパイプ５およびガイドパイプ６別部品として形成し、両者を組み付けているが、ガイドパイプ５およびガイドパイプ６を一体的に１個の部品として形成してもよい。
【００８６】
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およびその変形例においては、反射面５２形状を単純な平面状としているが、これを凹面状、つまり発振面３１および液面８１の両方に向かって凹であるような形状としてもよい。
【００８７】
また、以上説明した実施形態は、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。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に用いてもよい。さらには、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。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】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、液体としての燃料８を貯蔵するタンクである燃料タンク２の部分断面図である。
【図２】図１のＩＩ部拡大図である。
【図３】図１中のＩＩＩ部拡大図である。
【図４】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５】従来の車両用液面検出装置１００における、ガイドパイプ１０１内の液面１０２形状および超音波パルスの進行状態を説明する拡大断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１の変形例の部分拡大断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１における他の変形例の部分拡大断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１における他の変形例の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１    燃料液面検出装置（車両用液面検出装置）
２    燃料タンク（タンク）
２１    底面（底部）
３    超音波素子（超音波発振素子）
３１    発振面
３２    リード線
４    収納ケース
４１    内面
４２    表面
４４    突起部
４５    係止部
５    ガイドパイプ（第１筒）
５１    ガイド部
５２    反射面
５３    表面
５４    固定孔
５５    係止部
６    ガイドパイプ（第２筒）
７    フロート
７１    浮力体
７１ａ    ガイド部
７１ｂ    小径部
７１ｃ    上面
７２    反射体
７２ａ    ガイド部
７２ｂ    反射面
７３    ボディ
７４    蓋
８    燃料（液体）
８１    液面
８２    最高液面
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
１３ａ    突起部
１３ｂ    貫通孔
１３ｃ    貫通孔
１４    ばね
１５    キャップ
１５ａ    通気孔
１５ｂ    突起
Ａ、Ｂ    伝播経路
ｄ    内径
Ｄ１    直径
Ｄ２    直径
Ｈ    液面高さ
Ｈｍａｘ    最大液面高さ
Ｋ    長さ
Ｋ１    長さ
Ｋ２    長さ
Ｌ    長さ
Ｐ    長さ
Ｑ    長さ
Ｓ    長さ
【図１】
2005140640.tif 000003
【図２】
2005140640.tif 000004
【図３】
2005140640.tif 000005
【図４】
2005140640.tif 000006
【図５】
2005140640.tif 000007
【図６】
2005140640.tif 000008
【図７】
2005140640.tif 000009
【図８】
2005140640.tif 000010