JPH0674996B2 - 液面レベルセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般的には、車両の溜め内の液面レベルを検
出するためにはしばしば用いられる液面レベルセンサに
関し、特に、センサのハウジング内に圧電トランスジユ
ーサを取付ける手段に関する。

〔従来の技術〕

液面レベルセンサには、多くの公知の種類がある。しか
し、超音波レベルセンサは、フロート作動形センサのよ
うな他の形式のセンサに比し、いくつかの利点を有する
ことが知られている。圧電部材の極板に対し電圧を印加
すると、機械的振動が誘起される。この振動は、送信用
トランスジユーサと受信用トランスジユーサとの間の流
路を経て伝達され、それによつて受信用トランスジユー
サを振動せしめ、受信用トランスジユーサの極板に応答
電圧を誘起する。

これらのトランスジユーサは、振動および発生する電気
信号の振幅が最大化されるように、共振周波数で、また
は共振周波数に近い範囲内で、振動せしめられる。さら
に、連結路を経ての物理的連結が大きくなるほど、発生
する応答信号も大きくなる。もちろん、もし発振が、取
付け、または頻繁な振動に起因する減衰の影響を受けれ
ば、振動の振幅および電気信号の強度は実質的に減少す
ることがある。さらに、大量生産技術は、回路構成にし
ばしば不一致を生じ、また自動車両の液溜めは、センサ
に対してしばしば不安定な環境を与える。例えば、パー
フオーマンスは、液体の運動および温度条件を含めて
の、センサを取巻く環境の変化、およびセンサに結合せ
しめられる送信または受信回路の品質管理によつて、大
幅に変動しうる。このような諸因子が、センサハウジン
グ内における圧電部材の従来の公知の取付け配置と組合
わされると、ユニツトがさまざまな設備内に設置された
時動作特性の変動を生じることになる。

例えば、Zekulin外に対し発行された米国特許第4,063,4
57号には、複数のトランスジユーサ構体のそれぞれの対
が、金属円筒の１組の平行壁に取付けられた超音波セン
サ装置が開示されている。これらのセンサは、金属ハウ
ジングに対し直接取付けることもできる。あるいは、結
晶をいくつかのゴムの足部材上に座着せしめた後、通常
のエポキシ樹脂の薄い層により所定位置に接着する。し
かし、これらの構成方法はそれぞれ送信される信号を妨
害し、あるいは振動の送信または受信を減衰させる。さ
らに、そのような減衰はたとえ比較的小さくても、周波
数変化または環境条件による信号強度の損失と複合され
る。

また、そのような問題を回避するように圧電部材をセン
サハウジング内に取付けるための、従来公知の方法は、
困難な、または複雑な構成技術を必要とする。例えば、
Itoh外に対して発行された米国特許第4,703,652号にお
いては、導体、微細導線、ベース部材、キヤツプ、圧電
部材、などの間の多数の接続が必要とされる。このよう
な多数の部品を小さい空間内に組立てることは極めて困
難であり、殊に労働強化と多くの時間とを要する。特
に、この特許に教示された導線接続におけるろう付けお
よびはんだ付けは、特別の取扱いと注意とを要する。

〔発明の要約〕

本発明は、送信用および受信用の圧電トランスジユーサ
を弾性部材により間隔を置いた位置に保持した液面レベ
ルセンサを提供することによつて、上述の欠点を克服す
る。好ましくは、弾性部材は、外側ハウジングカバーと
圧電部材との間に配置されたコイル形導体とする。この
弾性部材は、トランスジユーサを、圧電トランスジユー
サ間に広がる開口をもつた接地面に対して押圧する。そ
れぞれのトランスジユーサの極板は接地面との係合によ
り共通に接地される。送信用トランスジユーサの他極板
は、好ましくはコイル形導体を経て発振回路に結合せし
められる。受信用トランスジユーサの他極板は、好まし
くはコイル形導体を経て信号回路に結合せしめられる。

センサは、圧電部材を収容するようにされた、間隔を置
いた開口を有するキヤリヤを含む。液用開口を有する端
部キヤツプの形式のカバーハウジングが、キヤリヤのト
ランスジユーサ収容部上に嵌合し、好ましくはキヤリヤ
に対しスナツプロツクされる。キヤリヤの他端部は、適
切な回路接続用の導線をトランスジユーサの端部に担持
された導体および接地面に接続されるべきケーブルを収
容するための細長い溝を備えている。いつたん、ケーブ
ルが設置され、導線が接続されると、キヤリヤの溝は被
覆材料による被覆成形を受け、それによつてケーブルは
溝内に保持され、接続された導体は安定化される。キヤ
リヤの導管状の溝と、端部キヤツプにより被覆された端
部との間のキヤリヤ部分は、導体とケーブルの導線との
間の連結部を安定した位置に保持するための凹部を含
む。中間部分の凹部はまた、接地回路内の液温測定能力
を備えたサーミスタを支持する。

ケーブルは、キヤリヤから外へ延長して、電子制御モジ
ユールに接続される。このモジユールは、液溜めの存在
する環境から遠隔の場所に配置でき、好ましくは低電力
論理回路とする。この論理回路は、警報ランプなどの警
報装置へ出力信号を供給する。さらに、この回路は、警
報装置が所定の条件の組のもと、例えば点火時または変
速機移動歯車選択状態の時、においてのみ動作するよう
に、付加的論理信号によりインタフエースされうる。

これにより、本発明は、組立てが容易で、自動車両の液
溜め内の環境条件の変化に耐えうる超音波センサを提供
する。さらに、このセンサは、液溜め内における温度測
定に関する補償を行なう。公知のように、液体がセンサ
の端部キヤツプ内に存在すると、センサ間に液体がない
場合に比し、送信用および受信用トランスジユーサ間に
異なつた連絡路が生じる。さらに、端部キヤツプは、液
面レベルがトランスジユーサのレベルよりも低くなる
と、液体が完全に連絡路から排出されうるようにする。
本発明のその他の利点および特徴は、以下の詳細な説明
において明らかにされる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施例について詳
述するが、全ての図を通じて同一部品には同一参照番号
が用いられている。

〔実施例〕

まず第１図において、本発明によつて構成されセンサ10
は、溜めのハウジング壁、例えば変速機液溜め壁、に係
合するようにされた取付部14を有するアクセス管12内に
取付けられている。センサ10は、導管16により、後に詳
述される電子制御モジユール18に結合せしめられる。制
御モジユールからの出力ケーブル19は、電子制御モジユ
ール18を、警報ランプなどの警報装置20、接地接続22、
好ましくは点火スイツチの起動に応答する電源接続24、
および第１図に示されているスイツチング制御回路59へ
の入力装置としての、点火スイツチ、移動選択位置スイ
ツチなどへの接続を含む１つまたはそれ以上の論理回路
26、に結合せしめるための端子を有するコネクタ17を備
えている。制御モジユール18はまた、警報装置20を起動
させる追加の論理入力を与えるレベルセンサスイツチ、
例えば公知の水銀ビードスイツチを含む。好ましくは、
アクセス管の取付部14は、溜めの頂部壁に係合せしめら
れるので、センサ10は第３図に関連して詳述されるよう
に実質的に鉛直に延長する。

次に、第２図において、センサ10は、送信機をなす第１
圧電部材30と、受信機をなす第２圧電部材32とを有す
る。それぞれのトランスジユーサ30および32の極板は、
接地面33に共通に接続される。第１導体34は、接地面33
および接地へ結合せしめられる。接地面33に結合せしめ
られた第２導体36は、サーミスタ38の導体36に接続され
ており、その出力導体40は温度スレツシヨルド検出回路
43の入力線路41に結合せしめられている。この温度検出
回路はキヤパシタおよび抵抗の形式の低減フイルタ42を
含み、誘起された信号を基準電圧との比較の前にフイル
タ除去する。サーミスタにより発生せしめられた電圧信
号が所定の基準電圧を超えると、スレツシヨルド検出器
はスイツチング制御回路59への入力信号を発生する。

送信機30の他極板は、導体44を経て2.5MHzの発振回路46
に結合せしめられ、キヤパシタなどの直流除去フイルタ
48によりトランスジユーサ内における電気分解反応を阻
止している。直流成分を除去すると、トランスジユーサ
内および導体接触表面における酸化が阻止される。受信
機32の他端子は、導体50により、キヤパシタおよび抵抗
の形式の1.0MHz高域フイルタ54と、整流器58とを含む比
較器回路52の入力に結合せしめられる。1.0MHz高域フイ
ルタは、センサの環境内の機械的振動によりトランスジ
ユーサ内に誘起される信号を排除するために使用され
る。温度スレツシヨルド検出回路43および比較器回路52
からの論理出力は、警報装置20を起動せしめるべきか否
かを決定するために用いられるスイツチング制御回路59
へ供給される。第２図および第４図に示されているよう
に、導体50および34は、受信機回路と送信機回路との間
の漏話を防止するためのフオイルラツプなどの共通接地
シールド51内に包囲されている。

スイツチング制御回路59においては、条件応答スイツチ
の１つまたは組合せが、警報装置20の起動をトリガす
る。例えば、変速機がパークまたはニユートラル位置に
置かれ、かつキー始動スイツチが係合せしめられると、
スイツチが閉成されて、センサスイツチの状態に関係な
く警報装置20を起動せしめる。さらに、論理信号が、比
較器回路52または温度検出補償器回路43から発生した時
は、スイツチング回路59内のスイツチが警報装置20を起
動せしめる。同様にして、点火応答スイツチおよび液面
レベル傾斜応答スイツチなど他のスイツチまたはスイツ
チの組合せが、警報装置20を起動させるのに必要とな
る。

第３図に示されているように、センサ10は、好ましくは
プラスチツクなどの絶縁材の単一部材として作られた、
キヤリヤ60を含むボデーを備えている。キヤリヤ60は、
ケーブル16を担持するようにされた細長い溝部分62を含
み、またケーブルアクセス開口63を有する。溝部分62
は、後に詳述される凹部を有する堅固なボデー部分64に
隣接している。堅固な中間部分64は、トランスジユーサ
支持端部66に隣接している。いつたん導体が後に詳述さ
れるように設置されると、第４図に示されているよう
に、被覆成形されたボデー部分68が、溝部分62の溝を封
じ、また堅固な中間部分64の凹部を封ずる。分離形端部
キヤツプ70は、キヤリヤ60の端部66上に嵌合する。

第５図に最もよく示されているように、端部66は１対の
脚72および74を含む。脚72および74は、それぞれ圧電部
材30および32を収容するようにされた整合位置にある開
口76および78を有する。脚82および84は、脚72および74
間の空間内に脚72および74と接して設けられ、それぞれ
整合位置にある開口86および88を有する。開口86および
88は、開口76および78よりも小さい直径を有するので、
開口の周辺部はそれぞれ圧電部材30および32に係合す
る。開口76はまた、導体44のコイル形ストランド部分90
を収容する。同様にして、開口78は、導体50のコイル形
ストランド部分92を収容する。それぞれの導体44および
50は、導電性ばね金属のストランドで形成される。

上述の諸成分は、端部キヤツプ70などの中空ボデーによ
り、所定位置に保持される。例えば、キヤリヤ60の中間
部分64から半径方向外向きに張り出す傾斜表面95を有す
る突起94（第６図参照）は、端部キヤツプ70の開口96に
係合する。第５図に示されているように、端部キヤツプ
70が所定位置にロツクされると、導体44および50のコイ
ル形部分90および92はそれぞれ端部キヤツプとそれぞれ
の圧電部材との間に弾性的に挾持される。その結果、導
体44および50は圧電部材を接地面33の脚82および84に対
して押圧し、間隔を置いた平行な位置関係に保持する。

端部キヤツプ70はまた、接地面33を固定位置に保持す
る。実施例においては、接地面33は、導電性材料の単一
部材、例えば金属スタンピング、から形成される。面33
は、アーム102から延長する脚82および84を連結する横
部材100を含む。アーム102は、堅固な中間部分64内のみ
ぞ穴内に収容された鋤状部104を含む。このみぞ穴は、
サーミスタ38と、サーミスタの導体36および接地導体34
を接地面33に接続するクリンプされた継手112とを収容
する凹部105と連通する。（第６図参照）中間部分64は
また、導体44および50をケーブル16の導線に結合せしめ
るクリンプされたコネクタ112を収容するようにされた
凹部108および110を含む。細長い部分62および中間部分
64は、被覆68を被覆成形されることにより、これらの結
合部を固定位置に保持する。

圧電部材30および32間の空間は、トランスジユーサ30お
よび32の上方に位置する横への開口116と、トランスジ
ユーサ30および32の下方の端部キヤツプ70のテーパした
底部壁の最下点に位置する底部開口118と、を経て、セ
ンサボデーの外部と連通する。従つて、センサ10の外部
の溜め内の液面レベルは、端部キヤツプ70内における液
面レベルによつて反映される。液面レベルがトランスジ
ユーサ30および32の上方にある限り、送信機30と受信機
32との間に作り出される流路は、送信機と受信機との間
に所定の応答を与える。同様にして、溜め内の液面レベ
ルがトランスジユーサのレベルより低下すれば、送信機
と受信機との間の連結路は、受信機の発生する信号を変
化させる。

本発明の装置の重要な構造上の特徴についての以上の説
明から、本発明の提供する液面レベルセンサが、従来の
公知の超音波液面レベルセンサよりも実質的に容易に組
立てられることが容易にわかる。さらに、トランスジユ
ーサが、比較的に固定された位置に弾性部材によつて弾
性的に支持されることによつて、電気信号により送信機
に誘起され、またトランスジユーサを結合せしめる流路
により受信機に誘起される振動の減衰が防止されてい
る。この構造上の設計により、厚みモードにおけるトラ
ンスジユーサの固有共振周波数は、一致した最小偏移を
示す。

さらに、端部キヤツプの底部壁の形状がテーパしている
ことにより、端部キヤツプがトランスジユーサ間の空間
に液体を保持しないことが保証される。溜め内の液面レ
ベルがトランスジユーサの位置より低下すると、残留液
は横への開口116から排出され、またテーパした底部壁
に沿い底部開口118を経て強制的に下方へ流される。

さらに、センサの導体と導管の導線との間の簡単なクリ
ンプ継手は被覆成形された被覆により、環境条件および
移動から保護される。さらに、キヤリヤのプラスチツク
による構成は、センサ10をアクセス導管12内へ取付ける
のに有利である。例えば、連通開口63の両側の１対の突
起120および122は、アクセス管12の開口に挿通され、こ
れらの開口上で第１図の122に示されているように加
熱、ピーニングなどにより拡大されうる。好ましくは、
加熱によつてキヤリヤの材料を変形せしめ、突起120お
よび122が挿通された開口をシールし、またケーブル16
が挿通された開口63（第３図）をシールしてセンサを溜
めの中に安定に支持し、かつ電気的成分を環境条件から
保護する。

以上、本発明の実施例について説明してきたが、本技術
分野に精通した者ならば、特許請求の範囲によつて定め
られた本発明の範囲および精神から逸脱することなく、
これに対して多くの改変が可能であることがわかるはず
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により構成された液体センサの斜視
図、第２図は、本発明により構成された検出回路の概略
図、第３図は、本発明により構成されたセンサの諸部品
をわかりやすくするために分解した分解斜視図、第４図
は、第３図の４−４線における拡大断面図、第５図は、
第１図に示されたセンサの一部分の拡大断面図、第６図
は、第３図に示されたセンサの一部分の横断面図であ
る。 符号の説明 10……センサ、18……電子制御モジユール、20……警報
装置、30……第１圧電部材、32……第２圧電部材、33…
…接地面、44,50……コイル形導体、60……キヤリヤ、7
0……端部キヤツプ、72,74……脚、76,78,86,88……開
口、90,92……コイル形ストランド部分、116,118……開
口。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液溜め中に挿入するためにハウジング内に
   載置された送信用圧電部材と、受信用圧電部材とを含む
   超音波液面レベルセンサであって、 前記圧電部材を離間させた整合位置で受容するように形
   成され間隔を有して配される開口を持つ担体と、 前記間隔を有して配される開口の間に間隔を有して位置
   する脚を持つ接地導体と、周壁を持つ中空端部キャップ
   と、 各々の前記圧電部材と前記周壁の間に位置する、前記圧
   電部材を前記接地導体の前記脚にバイアスして接触させ
   るためのコイル状の導体と、 を有することを特徴とする超音波液面レベルセンサー。
2. 【請求項２】送信用圧電部材と、液溜め中に挿入するた
   めにハウジング内に載置された受信用圧電部材とを含む
   超音波液面レベルセンサーであって、 各々が、前記圧電部材を離間された整合位置で受容する
   ように形成された開口を持ち、対をなす脚を有する担体
   と、 前記離間された開口の間に位置する接地導体と、 周壁と、前記離間された脚の間の空間と、液体の導通を
   行う開口とを有する端部キャップと、 前記各々の圧電部材と周壁の間に位置し、前記圧電部材
   を前記接地導体の前記脚の周辺と接触させてバイアスす
   る為のコイル状導体と、 を有することを特徴とする超音波液面レベルセンサー。