WO2019131663A1

WO2019131663A1 - 液面検出装置

Info

Publication number: WO2019131663A1
Application number: PCT/JP2018/047635
Authority: WO
Inventors: 宮川　功
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2019-07-04

Abstract

液面検出装置は、超音波発振素子（１１）と、ケース（１５）と、蓋（１６）と、弾性体（１４）と、を備える。超音波発振素子は、超音波を送受信可能である。ケースは、超音波発振素子を収容する収容室（１５１）を有する。蓋は、収容室を閉じる。弾性体は、収容室において蓋により超音波発振素子側に押し付けられた状態で設けられる。また、弾性体は、蓋が当接する側の端部に、蓋との間に空間を形成するための凹部（１４１）を有する。

Description

液面検出装置

関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０１７年１２月２７日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１７－２５１９７３及び２０１８年７月４日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１８－１２７７３１号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１７－２５１９７３及び日本国特許出願第２０１８－１２７７３１号の全内容を本国際出願に参照により援用する。

　本開示は、液面検出装置に関する。

　液体を貯蔵するタンク内の底部において、超音波発振素子によって超音波を送信し、液面で反射した反射波を受信することにより、液面の位置を検出する液面検出装置が知られている。一般に、この種の液面検出装置は、超音波の伝搬経路として機能する内部空間を有するハウジングを備える。超音波発振素子は、有底円筒状のケースの収容室に収容され、収容室が蓋により閉じられた状態でハウジング内に設けられている。収容室において、超音波発振素子は、蓋とは反対側のケース底面側に位置する。超音波発振素子は、外部から電圧が印加されることで振動して伝搬経路に超音波を送信し、液面等で反射した反射波を受信するとその圧力作用により振動し電圧を発生する。この電圧が外部へ出力されることにより、液面の位置が検出される。

　特許文献１には、収容室において、液面検出の妨げとなり得る超音波発振素子の不要な振動を防ぐため、超音波発振素子と蓋との間に弾性体が設けられた構成の液面検出装置が開示されている。この構成では、弾性体が蓋によって押圧されることにより、超音波発振素子がケース底面に押し付けられている。

特開２００６－９０８１０号公報

　しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、上述した特許文献１に記載の構成では、液面検出装置の組付け工程において、弾性体を押圧しつつ蓋をケースに組み付ける際に相当の荷重が必要とされるため、作業性が低下し得るという課題が見いだされた。

　本開示の一局面は、液面検出装置の組付け工程における作業性を向上させるための技術を提供することにある。

　本開示の一態様は、液面の位置を検出する液面検出装置である。液面検出装置は、超音波発振素子と、ケースと、蓋と、弾性体と、を備える。超音波発振素子は、超音波を送受信可能である。ケースは、超音波発振素子を収容する収容室を有する。蓋は、収容室を閉じる。弾性体は、収容室において蓋により超音波発振素子側に押し付けられた状態で設けられる。また、弾性体は、蓋が当接する側の端部に、蓋との間に空間を形成するための凹部を有する。

　このような構成によれば、凹部を有さない弾性体を収容室に設ける場合と比較して、弾性体と蓋との接触面積を小さくすることができる。このため、弾性体を押圧しつつ蓋をケースに組み付ける際に必要な荷重を低減できる。その結果、液面検出装置の組付け工程における作業性を向上させることができる。加えて、弾性体と蓋との間に空間が形成されるため、空間が超音波を反射する空気層として機能し、超音波の蓋側への拡散を抑制する効果も得ることが可能となる。

第１実施形態の液面検出装置の側断面図である。第１実施形態のセンサ部の分解斜視図である。第１実施形態の内部端子の斜視図である。第１実施形態のセンサ部の断面平面図である。第１実施形態のセンサ部における逃がし部の拡大断面平面図である。第１実施形態のセンサ部における逃がし空間の拡大断面平面図である。第１実施形態の蓋及び外部端子の分解斜視図である。第１実施形態のセンサ部の斜視図である。第２実施形態の弾性体の斜視図である。第２実施形態のセンサ部の断面平面図である。第２実施形態のセンサ部における薄肉部の拡大断面平面図である。

　以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。

　［１．第１実施形態］
　［１－１．構成］
　図１に示す液面検出装置１００は、車両に搭載され、液体の燃料を貯蔵するタンク２００内の底部において、超音波を送信し、液面で反射した反射波を受信することにより、液面の位置を検出する装置である。なお、図１に示す液面検出装置１００の一部については、内部構造を分かりやすく示すため、断面ではなく側面を示している。液面検出装置１００は、機能的な見地から見て、大きく２つの機能部、具体的には、センサ部１と、ハウジング部２と、を備える。

　センサ部１は、全体として超音波の送受信部として機能するアセンブリである。図２に示すように、センサ部１は、超音波発振素子１１、インシュレータ１２、２つの内部端子１３、弾性体１４、ケース１５、蓋１６及び２つの外部端子１７を備える。

　超音波発振素子１１は、超音波を送受信する素子である。超音波発振素子１１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸）などのピエゾ効果を有する物質によって、円盤状に構成されている。ピエゾ効果とは、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のことである。超音波発振素子１１の両面にはそれぞれ、ほぼ全面に印刷された電極が設けられている。超音波発振素子１１は、両面の電極間に、図１に示すリード線３を介して外部の電気回路から電圧が印加されると、上述したピエゾ効果により板厚方向である中心軸Ａ方向に振動することにより超音波を発振する。

　インシュレータ１２は、超音波発振素子１１におけるおもて面を覆う底部１２１と外周面を覆う側部１２２とを有する有底円筒状の部材である。また、インシュレータ１２は、底部１２１に対して超音波発振素子１１の板厚分だけ間隔を空けた位置に、側部１２２の内側から突出し、超音波発振素子１１における裏面の一部を覆う突出片１２３を有する。インシュレータ１２は、例えば樹脂材料及びセラミックス材料などの絶縁材料で形成されている。

　内部端子１３は、超音波発振素子１１と外部端子１７とを電気的に接続する端子である。内部端子１３は、金属板で形成されている。図３に示すように、内部端子１３は、保持部１３１、棒部１３２及び湾曲部１３３を有する。保持部１３１は、超音波発振素子１１に押圧接触しつつ超音波発振素子１１を挟持する２つの接触部１３４，１３５を有する部分である。保持部１３１の先端部、具体的には各接触部１３４，１３５の先端部には、保持部１３１を超音波発振素子１１に組み付けやすくするために、外側へ湾曲するように超音波発振素子１１から離間する離間部１３６，１３７が形成されている。以下では、２つの内部端子１３のうちの一方を第１の内部端子１３ａ、他方を第２の内部端子１３ｂとも称する。同様に、第１の内部端子１３ａについての構成部については、最後にａを付した符号を用いる場合があり、また、第２の内部端子１３ｂについての構成部については、最後にｂを付した符号を用いる場合がある。図４に示すように、超音波発振素子１１は、第１の内部端子１３ａにおける２つの接触部１３４ａ，１３５ａと、第２の内部端子１３ｂにおける２つの接触部１３４ｂ，１３５ｂと、の間に配置されている。具体的には、２つの内部端子１３のうち、第１の内部端子１３ａでは、接触部１３４ａが超音波発振素子１１のおもて面の電極に接触しており、接触部１３５ａがインシュレータ１２の突出片１２３に接触している。第２の内部端子１３ｂでは、接触部１３４ｂがインシュレータ１２の底部１２１に接触しており、接触部１３５ｂが超音波発振素子１１の裏面の電極に接触している。接触部１３４ａ及び接触部１３５ｂと超音波発振素子１１とは、はんだ付けされている。このように、超音波発振素子１１と内部端子１３とが電気的に接続されている。

　棒部１３２は、直線状の部分である。湾曲部１３３は、保持部１３１と棒部１３２との間に設けられた、棒部１３２の長手方向及び板厚方向と直交する平面において波状に湾曲した部分である。

　弾性体１４は、超音波発振素子１１の中心軸Ａと同軸に配置された概略円柱状の部材である。弾性体１４は、軸方向両側の２つの端面のうち、第１の面が超音波発振素子１１に当接しており、第２の面が蓋１６に当接している。具体的には、弾性体１４は、蓋１６により超音波発振素子１１側に押し付けられるように設けられている。なお、説明の便宜上、図４には、蓋１６に当接していない状態での弾性体１４の形状が示されている。弾性体１４は、例えば柔軟な樹脂及びゴムなどの弾性材料で形成されている。図２に示すように、弾性体１４は、第２の面側の端部に、中心軸Ａの方向から見て幅が一定の円環状の凹部１４１を有する。弾性体１４が蓋１６により超音波発振素子１１側に押し付けられる前の自然状態において、弾性体１４の第２の面側の端部における凹部１４１に囲まれた部分である中央部１４２は、凹部１４１の外側の部分である外側部１４３よりも突出している。換言すれば、中心軸Ａに沿った弾性体１４の外形寸法は、中央部１４２に係る部分の方が外側部１４３に係る部分よりも長く設計されている。中心軸Ａの方向から見て、中央部１４２は円形であって、中央部１４２の中心と凹部１４１の中心とは一致する。図４及び図５に示すように、弾性体１４は、第１の面側に、第２の内部端子１３ｂにおける保持部１３１ｂ、より詳細には接触部１３５ｂとの干渉を避けるための逃がし部１４４を有する。つまり、弾性体１４は、超音波発振素子１１との間に空間を形成するための凹状の逃がし部１４４を有する。逃がし部１４４は、中心軸Ａの方向からみて、接触部１３５ｂよりも一回り大きい概略長方形状であって、接触部１３５ｂを収容可能である。逃がし部１４４は、離間部１３７ｂにおける弾性体１４側の面と、弾性体１４における離間部１３７ｂと対向する面と、の隙間の広さが、離間部１３７ｂにおける超音波発振素子１１側の面と、超音波発振素子１１における離間部１３７ｂと対向する面と、の隙間の広さ以上となる形状である。つまり、離間部１３７ｂを挟んだ弾性体１４側の隙間が、超音波発振素子１１側の隙間よりも狭くならないように設計されている。なお、弾性体１４の第１の面には、中心軸Ａを挟んで逃がし部１４４の反対側、つまり接触部１３５ａ側にも逃がし部１４４と同様の凹状の部分が形成されている。

　本実施形態における逃がし部１４４の具体的な形状について、軸沿最長点１３８ｂを基準に説明する場合は、次のとおりとなる。軸沿最長点１３８ｂとは、離間部１３７ｂにおける超音波発振素子１１側の面上の点であって、超音波発振素子１１における離間部１３７ｂと対向する面との中心軸Ａの方向に沿った距離が最も長い点である。本実施形態では、軸沿最長点１３８ｂは、離間部１３７ｂの先端の点である。まず、離間部１３７ｂにおける軸沿最長点１３８ｂと、超音波発振素子１１における離間部１３７ｂと対向する面と、の中心軸Ａの方向に沿った距離を距離αとする。そして、離間部１３７ｂにおける弾性体１４側の面上の点であって、離間部１３７ｂにおける軸沿最長点１３８ｂの裏側に位置する点である裏側最長点１３９ｂと、弾性体１４における離間部１３７ｂと対向する面と、の中心軸Ａの方向に沿った距離を距離βとする。この場合、逃がし部１４４は、距離βが距離α以上となる形状である。本実施形態では、距離βが距離αよりも十分に大きく、例えば距離βが距離αの１０％以上の距離となるように設計されている。

　また、図４及び図６に示すように、第１の内部端子１３ａにおいても、接触部１３４ａとの干渉を避けるための逃がし空間１５４がケース１５と超音波発振素子１１との間に形成される。逃がし空間１５４は、インシュレータ１２における底部１２１の板厚分の隙間であって、接触部１３４ａを収容可能である。逃がし空間１５４も、上述した逃がし部１４４の形状と同等な条件を満たす形状である。すなわち、逃がし空間１５４は、離間部１３６ａにおけるケース１５側の面と、ケース１５における離間部１３６ａと対向する面と、の隙間の広さが、離間部１３６ａにおける超音波発振素子１１側の面と、超音波発振素子１１における離間部１３６ａと対向する面と、の隙間の広さ以上となる形状である。つまり、離間部１３６ａを挟んだケース１５側の隙間が、超音波発振素子１１側の隙間よりも狭くならないように設計されている。

　本実施形態における逃がし空間１５４の具体的な形状について、軸沿最長点１３８ａを基準に説明する場合は、次のとおりとなる。軸沿最長点１３８ａとは、離間部１３６ａにおける超音波発振素子１１側の面上の点であって、超音波発振素子１１における離間部１３６ａと対向する面との中心軸Ａの方向に沿った距離が最も長い点である。本実施形態では、軸沿最長点１３８ａは、離間部１３６ａの先端の点である。まず、離間部１３６ａにおける軸沿最長点１３８ａと、超音波発振素子１１における離間部１３６ａと対向する面と、の中心軸Ａの方向に沿った距離を距離γとする。そして、離間部１３６ａにおけるケース１５側の面上の点であって、離間部１３６ａにおける軸沿最長点１３８ａの裏側に位置する点である裏側最長点１３９ａと、ケース１５における離間部１３６ａと対向する面と、の中心軸Ａの方向に沿った距離を距離δとする。この場合、逃がし空間１５４は、距離δが距離γ以上となる形状である。本実施形態では、距離δが距離γよりも十分に大きく、例えば距離δが距離γの１０％以上の距離となるように設計されている。

　ケース１５は、超音波発振素子１１、インシュレータ１２、２つの内部端子１３及び弾性体１４を収容する収容室１５１を有する有底円筒状のケースである。ケース１５は、複数の第１の係止爪１５２及び複数の第２の係止爪１５３を有する。第１の係止爪１５２は、ケース１５を蓋１６と係止するための爪である。第２の係止爪１５３は、ケース１５をハウジング部２と係止するための爪である。

　蓋１６は、ケース１５の収容室１５１を閉じる部材である。図２に示すように、蓋１６は、複数の係止孔１６１、２つの連通部１６２、２つの固定部１６３及び２つの壁１６４を有する。係止孔１６１は、ケース１５の第１の係止爪１５２と係合する孔である。蓋１６がケース１５に係止された状態において、弾性体１４は、蓋１６により圧縮され、弾性変形した状態で収容室１５１に収容されるように、中心軸Ａの方向における寸法が大きめに設計されている。このため、超音波発振素子１１は、弾性体１４の弾性力によりケース１５の底面に押し付けられた状態で固定される。弾性体１４は、中央部１４２及び外側部１４３において蓋１６に当接し、凹部１４１において蓋１６と離間した状態で、収容室１５１に収容される。このため、弾性体１４と蓋１６との間には、円環状の空間が形成される。壁１６４は、ケース１５の変形を防止するために設けられた壁である。壁１６４は、２つの連通部１６２を挟んで上下に１つずつ設けられている。ケース１５における筒状の側部は、複数のスリットを有しており、外力によって変形しやすい。蓋１６がケース１５に係止された状態においては、壁１６４がケース１５における側部の内面と当接しケース１５の端部を内側から支持することによって、ケース１５の変形が防止される。

　連通部１６２は、収容室１５１の内外を連通する部分であり、本実施形態では孔である。図７に示すように、連通部１６２は、収容室１５１の外側の開口よりも、収容室１５１の内側の開口の方が大きい。本実施形態における連通部１６２は、収容室１５１の内側から外側に向かうにつれて孔の面積が直線状に小さくなるテーパー状である。連通部１６２には、棒部１３２が挿通されており、棒部１３２の先端部は収容室１５１の外側へ突出している。固定部１６３は、外部端子１７が固定される部分である。

　外部端子１７は、内部端子１３と図１に示すリード線３とを電気的に接続する端子である。外部端子１７は、金属板で形成されている。図７に示すように、外部端子１７は、分岐端部１７１、かしめ部１７２及びケース係止爪１７３を有する。分岐端部１７１は、棒部１３２と接合される部分である。分岐端部１７１は、２つに分岐しており、その先端がさらにＹ字状に広がっている。図８に示すように、棒部１３２と分岐端部１７１とは、棒部１３２における収容室１５１の外側へ突出している先端部を分岐端部１７１が両側から挟んだ状態で、溶接により接合されている。かしめ部１７２は、図１に示すリード線３と、圧着等によりかしめられて接続される部分である。かしめ部１７２は、Ｕ字状に形成されている２つの部分を有する。ケース係止爪１７３は、固定部１６３と係止される爪である。外部端子１７は、固定部１６３に挿入され固定部１６３とケース係止爪１７３とが係止した状態で、収容室１５１の外側において蓋１６に固定されている。

　次に、ハウジング部２について説明する。ハウジング部２は、全体として超音波の伝搬経路として機能するアセンブリである。図１に示すように、ハウジング部２は、ボディ２１、ガイドパイプ２２、ガイドパイプ２３及び反射板２４を有する。

　ボディ２１は、センサ部１、ガイドパイプ２２、ガイドパイプ２３及び反射板２４を保持及び固定する樹脂製の部材である。ガイドパイプ２２、ガイドパイプ２３及び反射板２４は、ボディ２１に装着されている。ボディ２１は、タンク２００の底面に固定されている。センサ部１は、超音波発振素子１１の中心軸Ａがガイドパイプ２２の中心軸と同軸となるようにボディ２１に取り付けられている。

　ガイドパイプ２２は、概略円錐台状の金属製の筒である。図１では右側にあたる、ガイドパイプ２２の一端側は、センサ部１と対向する位置に設けられている。ガイドパイプ２２は、ガイドパイプ２２の中心軸Ａと直交する方向における断面が円形である。ガイドパイプ２２は、超音波発振素子１１が設けられる位置から水平に延びる、伝搬経路の一部である第１の経路４を形成している。第１の経路４は、円錐部４１、直線部４２及び段部４３を有する。円錐部４１は、超音波発振素子１１から離れるにつれて断面積が徐々に縮小する円錐台状の部分である。換言すると、円錐部４１は、中心軸Ａと直交する方向における断面の直径が、超音波発振素子１１から離れるにつれて縮小する。直線部４２は、断面積が一定、つまり直管状の部分である。段部４３は、円錐部４１と直線部４２とを連結する部分であって、円錐部４１における超音波発振素子１１が設けられる端部と反対側の端部においてステップ状に断面積が縮小する部分である。段部４３の存在により、ガイドパイプ２２には、円環状の基準面２２１が形成されている。

　ガイドパイプ２３は、直管状の金属製の筒である。ガイドパイプ２３は、ガイドパイプ２３の中心軸Ｂが中心軸Ａと直交し、かつガイドパイプ２２における直線部４２側の端部と、ボディ２１を介して連続するように設けられている。ガイドパイプ２３は、中心軸Ｂと直交する方向における断面が円形である。ガイドパイプ２３の上方端部は、タンク２００の燃料の貯蔵量が最大時における液面よりも、所定長さだけ上方に突出するように位置する。ガイドパイプ２３は、伝搬経路の一部である第２の経路５を形成している。第２の経路５は、タンク２００の底部から、上方、本実施形態では鉛直方向、に延びている。本実施形態における第２の経路５の直径は、直線部４２の直径と等しい。

　反射板２４は、金属製の板である。反射板２４は、ボディ２１に保持及び固定された状態において、ガイドパイプ２２の中心軸Ａとガイドパイプ２３の中心軸Ｂとが、反射板２４の反射面２４１にて交差するように配置されている。反射板２４は、超音波発振素子１１から送信された超音波を燃料の液面に向けて反射する。具体的には、反射板２４は、ガイドパイプ２２の中心軸Ａに沿って進む超音波を、液面への入射角が０°となる方向、すなわち液面に直交する方向に向けて反射するように設置されている。本実施形態では、反射板２４は、液面に対して４５°傾斜するように設けられている。

　以上のような構成により、リード線３、外部端子１７及び内部端子１３を介して超音波発振素子１１にパルス状電圧が印加されると、超音波発振素子１１が振動し、ケース１５の底面を介して超音波が第１の経路４に送信される。反射板２４を介し液面で反射した反射波又は基準面２２１で反射した反射波をセンサ部１が受信すると、その圧力作用によりケース１５の底面が振動し、これに伴い超音波発振素子１１も振動する。これにより、超音波発振素子１１は電圧を発生し、当該電圧が内部端子１３、外部端子１７及びリード線３を介して外部の電気回路に出力信号として入力される。

　［１－２．製造方法］
　次に、図２を参照しながらセンサ部１の製造方法について説明する。

　ステップ１：超音波発振素子１１を、インシュレータ１２に、底部１２１と突出片１２３との間に超音波発振素子１１が位置するように組み付ける。

　ステップ２：２つの内部端子１３を、超音波発振素子１１及びインシュレータ１２に組み付ける。具体的には、第１の内部端子１３ａを、接触部１３４ａが超音波発振素子１１のおもて面の電極に接触し、接触部１３５ａがインシュレータ１２の突出片１２３に接触するように組み付ける。そして、第２の内部端子１３ｂを、接触部１３４ｂがインシュレータ１２の底部１２１に接触し、接触部１３５ｂが超音波発振素子１１の裏面の電極に接触するように組み付ける。

　ステップ３：超音波発振素子１１の電極と内部端子１３との接触部をはんだ付けする。なお、超音波発振素子１１の電極における内部端子１３と接触する部分には、はんだペーストが塗布されている。

　ステップ４：超音波発振素子１１、インシュレータ１２及び２つの内部端子１３を、ケース１５に収容する。

　ステップ５：弾性体１４の第１の面を超音波発振素子１１に当接させるように、弾性体１４を収容室１５１に収容する。

　ステップ６：蓋１６の２つの固定部１６３のそれぞれに、ケース係止爪１７３が係止されるように外部端子１７を挿入する。

　ステップ７：係止孔１６１と第１の係止爪１５２とを係合させ、２つの壁１６４のそれぞれがケース１５における側部の内面に当接するように、蓋１６をケース１５に組み付ける。このとき、棒部１３２が連通部１６２に挿入され、棒部１３２の先端部が収容室１５１の外側、具体的には分岐端部１７１に挟まれる位置に突出する。蓋１６がケース１５に組み付けられた状態において、弾性体１４の第２の面、具体的には中央部１４２及び外側部１４３が蓋１６と当接する。このため、弾性体１４は、蓋１６によって圧縮され弾性変形した状態で収容室１５１に収容される。超音波発振素子１１は、弾性体１４の弾性力によりケース１５の底面側に押し付けられた状態で固定される。弾性体１４と蓋１６との間には、凹部１４１の存在により円環状の空間が形成される。

　ステップ８：分岐端部１７１をかしめて棒部１３２の先端部を挟持させ、通電溶接により接合する。このようにして、センサ部１が完成する。その後、かしめ部１７２にリード線３がかしめられることで、センサ部１が外部の電気回路と電気的に接続される。

　なお、センサ部１の製造方法は上記順序に限定されず、例えばステップ６とステップ７との順番を入れ替えてもよい。具体的には、蓋１６をケース１５に組み付けた後に、２つの外部端子１７を固定部１６３に組み付けてもよい。このとき、分岐端部１７１の先端がＹ字状に広がっているため、分岐端部１７１の両側で棒部１３２を挟む位置に調整する際、棒部１３２を既定の位置に案内しやすい。

　［１－３．効果］
　以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。

　（１ａ）弾性体１４が凹部１４１を有する。このため、凹部を有さない弾性体を収容室１５１に設ける場合と比較して、弾性体１４と蓋１６との接触面積を小さくすることができる。このため、弾性体１４を押圧しつつ蓋１６をケース１５に組み付ける際に必要な荷重を低減できる。その結果、液面検出装置１００の組付け工程における作業性を向上させることができる。さらに、弾性体１４と蓋１６との間に空間が形成される。このため、当該空間が超音波を反射する空気層として機能し、超音波の蓋１６側への拡散を抑制することができる。

　（１ｂ）空間を形成する凹部１４１は、中心軸Ａの方向から見て円環状に形成されているため、中央部１４２を有しない、例えば中心軸Ａの方向から見て単なる円形状の凹部の場合と比較して、蓋１６により弾性体１４をより均一に押圧することができる。

　（１ｃ）弾性体１４が蓋１６により超音波発振素子１１側に押し付けられる前の自然状態において、中央部１４２は、外側部１４３よりも突出している。このため、凹部１４１を広く確保した形状としつつ、中央部１４２及び外側部１４３を蓋１６によりバランスよく押圧することができる。

　（１ｄ）本実施形態の液面検出装置１００では、超音波発振素子１１とリード線３とが、内部端子１３及び外部端子１７を介して電気的に接続される。内部端子１３は、一端が超音波発振素子１１に接合しやすい形状であって、他端が連通部１６２に挿入しやすい形状である。外部端子１７は、一端が内部端子１３に接合しやすい形状であって、他端がリード線３を固定しやすい形状である。したがって、リード線３を超音波発振素子１１に直接接合する構成や、リード線３を内部端子１３に接合する構成と比較して、液面検出装置１００の組付け工程における作業性を向上させることができる。

　（１ｅ）連通部１６２は、収容室１５１の外側の開口よりも、収容室１５１の内側の開口の方が大きいテーパー状である。このような構成によれば、棒部１３２を連通部１６２に挿入する際、棒部１３２を収容室１５１の外側に案内しやすくすることができる。

　（１ｆ）内部端子１３は、保持部１３１と棒部１３２との間に湾曲部１３３を有する。このような構成によれば、棒部１３２に外力が加わることに起因する保持部１３１の位置ずれを生じにくくすることができる。

　（１ｇ）逃がし部１４４は、離間部１３７ｂにおける弾性体１４側の面と、弾性体１４における離間部１３７ｂと対向する面と、の隙間の広さが、離間部１３７ｂにおける超音波発振素子１１側の面と、超音波発振素子１１における離間部１３７ｂと対向する面と、の隙間の広さ以上となる形状である。

　このような構成によれば、液面検出装置１００の内部端子１３における電気的な接続による不具合を生じにくくすることができる。

　すなわち、燃料を貯蔵するタンク２００の底面に設置される液面検出装置１００では、燃料内に混入した水分が燃料に対して分離し、その水分がタンク２００の底面に溜まることがある。そして、低温時において、収容室１５１内の超音波発振素子１１と弾性体１４との間の隙間に入り込んだ水分が凍結することがある。水分は、凍結により体積が約１０％以上膨張する。

　特に、本実施形態のように超音波発振素子１１を挟持する保持部１３１が２つの離間部１３６，１３７を有する構成では、超音波発振素子１１と各離間部１３６，１３７との間に隙間が形成される。このため、その隙間において水分が凍結した場合、凍結した水分の体積膨張により、各離間部１３６，１３７を超音波発振素子１１から引き離そうとする力が生じる。ここで、仮に第２の内部端子１３ｂにおける離間部１３７ｂと超音波発振素子１１との隙間の広さが、離間部１３７ｂと弾性体１４との隙間の広さよりも大きいと、離間部１３７ｂを超音波発振素子１１から引き離そうとする力が、離間部１３７ｂを超音波発振素子１１側に押さえつける力よりも大きくなる。また、仮に第１の内部端子１３ａにおける離間部１３６ａと超音波発振素子１１との隙間の広さが、離間部１３６ａとケース１５との隙間の広さよりも大きいと、離間部１３６ａを超音波発振素子１１から引き離そうとする力が、離間部１３６ａを超音波発振素子１１側に押さえつける力よりも大きくなる。そうすると、保持部１３１における超音波発振素子１１と接触する部分が離れてしまい、液面検出装置１００の内部端子１３における電気的な接続による不具合が発生してしまう可能性がある。

　これに対して、本実施形態では、逃がし部１４４は、離間部１３７ｂにおける弾性体１４側の面と、弾性体１４における離間部１３７ｂと対向する面と、の隙間の広さが、離間部１３７ｂにおける超音波発振素子１１側の面と、超音波発振素子１１における離間部１３７ｂと対向する面と、の隙間の広さ以上となる形状である。このため、離間部１３７ｂを超音波発振素子１１側に押さえつける力が、離間部１３７ｂを超音波発振素子１１から引き離す力以上の大きさとなる。また、本実施形態では、逃がし空間１５４は、離間部１３６ａにおけるケース１５側の面と、ケース１５における離間部１３６ａと対向する面と、の隙間の広さが、離間部１３６ａにおける超音波発振素子１１側の面と、超音波発振素子１１における離間部１３６ａと対向する面と、の隙間の広さ以上となる形状である。このため、離間部１３６ａを超音波発振素子１１側に押さえつける力が、離間部１３６ａを超音波発振素子１１から引き離す力以上の大きさとなる。これにより、水分の凍結による体積膨張により、保持部１３１における超音波発振素子１１と接触する部分が離れることを抑制することができる。具体的には、本実施形態では、保持部１３１ｂにおける接触部１３５ｂと超音波発振素子１１とがはんだ付けされているので、水分の凍結による体積膨張により、接触部１３５ｂのはんだ付けが剥がれることを抑制することができる。また、保持部１３１ａにおける接触部１３４ａと超音波発振素子１１とがはんだ付けされているので、水分の凍結による体積膨張により、接触部１３４ａのはんだ付けが剥がれることを抑制することができる。したがって、液面検出装置１００の内部端子１３における電気的な接続による不具合を生じにくくすることができる。

　（１ｈ）本実施形態では、逃がし部１４４は、距離βが距離α以上となる形状である。これにより、逃がし部１４４に入り込んだ水分の凍結による体積膨張が起きても、第２の内部端子１３ｂにおける接触部１３５ｂを超音波発振素子１１側に押す方向の力が、当該接触部１３５ｂを弾性体１４側に押す方向の力以上の大きさとなる。つまり、接触部１３５ｂを超音波発振素子１１側に押さえつける力が、超音波発振素子１１にはんだ付けされている当該接触部１３５ｂを引き剥がす力以上の大きさとなる。また、本実施形態では、逃がし空間１５４は、距離δが距離γ以上となる形状である。これにより、逃がし空間１５４に入り込んだ水分の凍結による体積膨張が起きても、第１の内部端子１３ａにおける接触部１３４ａを超音波発振素子１１側に押す方向の力が、当該接触部１３４ａをケース１５側に押す方向の力以上の大きさとなる。つまり、接触部１３４ａを超音波発振素子１１側に押さえつける力が、超音波発振素子１１にはんだ付けされている当該接触部１３４ａを引き剥がす力以上の大きさとなる。したがって、水分の凍結による体積膨張により、接触部１３５ｂのはんだ付けが剥がれることを抑制することができる。

　（１ｉ）本実施形態の液面検出装置１００によれば、超音波発振素子１１、インシュレータ１２、２つの内部端子１３、弾性体１４、ケース１５、蓋１６及び２つの外部端子１７を、１つのアセンブリであるセンサ部１として製造することができる。したがって、センサ部１の外部端子１７におけるかしめ部１７２にリード線３をかしめれば外部の電気回路と電気的に接続することができる。その結果、深さが異なる複数種類のタンクに共通の液面検出装置１００を用いることができる。

　［２．第２実施形態］
　［２－１．構成］
　図９～図１１に示すように、第２実施形態では、弾性体１８の一部の形状が第１実施形態の弾性体１４の形状と異なる。また、第２実施形態では、ケース１９の一部の形状が第１実施形態のケース１５の形状と異なる。その他、液面検出装置１０１の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と共通する構成については同一符号を用いて説明を省略し、第１実施形態と相違する構成を中心に説明する。

　図９～図１１に示すように、弾性体１８は、第２の面側の端部に、凹部１４５を有する。第２実施形態の凹部１４５は、第１実施形態と同様の凹部、すなわち中心軸Ａの方向から見て幅が一定の円環状の凹部である環状凹部１４６に対し、中心軸Ａの方向から見て概略長方形状の凹部である長方形凹部１４７を更に形成したような形状である。具体的には、長方形凹部１４７は、中心軸Ａの方向から見て環状凹部１４６の外周よりも外側に突出し、中心軸Ａの方向に沿った深さが環状凹部１４６よりも深い形状である。

　弾性体１８は、第１の面側に、第１の内部端子１３ａにおける接触部１３５ａ及び第２の内部端子１３ｂにおける接触部１３５ｂとの干渉を避けるための凹状の部分が形成されている。そして、それぞれの凹状の部分は、中心軸Ａの方向からみて、接触部１３５ａ及び接触部１３５ｂよりも一回り大きい概略長方形状であって、接触部１３５ａ及び接触部１３５ｂを収容可能である。

　弾性体１８は、長方形凹部１４７が形成されることにより、第２の内部端子１３ｂにおける接触部１３５ｂ、具体的には離間部１３７ｂと対向する面に、肉厚の薄い薄肉部１４８を有する。つまり、薄肉部１４８は、凹部１４５により形成される。薄肉部１４８は、弾性体１８における超音波発振素子１１側の面において最も肉厚の薄い部分を含む部分である。本実施形態では、薄肉部１４８は、接触部１３５ｂ側の弾性体１８の凹状の部分に沿って、中心軸Ａに対して垂直な方向及び水平な方向にそれぞれ一定の幅ｔで形成される。薄肉部１４８は、その裏側に位置する長方形凹部１４７が形成する空間側に弾性変形可能な薄さである。

　また、第１の内部端子１３ａにおいても、接触部１３４ａと干渉を避けるため、インシュレータ１２における底部１２１の板厚分の隙間がケース１９と超音波発振素子１１との間に形成される。その隙間は、接触部１３４ａを収容可能である。ケース１９は、ケース１９の内側にある接触部１３４ａを収容する隙間とケース１９の外側とを連通する貫通孔１５５を有する。本実施形態では、ケース１９において、インシュレータ１２における底部１２１と対向する面を貫通する貫通孔１５５ｃと、インシュレータ１２における側部１２２と対向する面を貫通する貫通孔１５５ｄと、の２つの貫通孔１５５を有する。なお、貫通孔１５５は、貫通孔１５５ｃ又は貫通孔１５５ｄのいずれか１つが形成される構成であってもよい。

　［２－２．製造方法］
　第２実施形態のセンサ部６の製造方法は、弾性体１４及びケース１５の代わりにそれぞれ弾性体１８及びケース１９を用いる点以外は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　［２－３．効果］
　以上詳述した第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の（１ａ）～（１ｆ）及び（１ｉ）の効果に加え、以下の効果が得られる。

　（２ａ）弾性体１８は、接触部１３５ｂと対向する面に長方形凹部１４７により形成される薄肉部１４８を有する。このため、本実施形態における弾性体１８は、薄肉部１４８において、薄肉部１４８を有しない弾性体又は弾性体１８における長方形凹部１４７が形成されていない部分と比較して、弾性変形しやすい形状である。これにより、接触部１３５ｂを収容可能な凹状の部分に入り込んだ水分の凍結による体積膨張が起きても、その体積膨張により発生する力は薄肉部１４８が弾性変形することで長方形凹部１４７へ逃がすことができる。このため、水分の凍結による体積膨張により、保持部１３１ｂにおける超音波発振素子１１と接触する部分が離れることを抑制することができる。具体的には、本実施形態では、保持部１３１ｂにおける接触部１３５ｂと超音波発振素子１１とがはんだ付けされているので、水分の凍結による体積膨張により、接触部１３５ｂのはんだ付けが剥がれることを抑制することができる。したがって、本実施形態における液面検出装置１０１の内部端子１３における電気的な接続による不具合を生じにくくすることができる。

　（２ｂ）ケース１９は、ケース１９の内側にある接触部１３４ａを収容する隙間とケース１９の外側とを連通する貫通孔１５５を有する。このため、ケース１９と超音波発振素子１１との間の隙間である接触部１３４ａを収容する隙間に入り込んだ水分をケース１９の外に排出することが可能である。このため、水分の凍結による体積膨張により、保持部１３１ａにおける超音波発振素子１１と接触する部分が離れること、具体的には接触部１３４ａのはんだ付けが剥がれることを抑制することができる。したがって、本実施形態における液面検出装置１０１の内部端子１３における電気的な接続による不具合を生じにくくすることができる。

　［３．他の実施形態］
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

　（３ａ）上記各実施形態では、中心軸Ａの方向から見て幅が一定の円環状の凹部１４１及び環状凹部１４６を有する凹部１４５を例示した。しかしながら、凹部の形状については特に限定されるものではなく、例えば、弾性体の中心軸の方向から見て、幅が一定でない円環状であってもよく、また例えば四角環状など他の環状であってもよい。また例えば、凹部は弾性体の中心軸の方向から見て環状でなくてもよく、例えば中央部をなくした円形状であってもよい。

　（３ｂ）上記各実施形態では、弾性体１４，１８が蓋１６により超音波発振素子１１側に押し付けられる前の自然状態において、中央部１４２が外側部１４３よりも突出している弾性体１４，１８を例示した。しかしながら、弾性体の構成はこれに限定されるものではない。例えば、中央部と外側部とが同じ高さであってもよく、また例えば、外側部の方が中央部よりも突出していてもよい。

　（３ｃ）上記各実施形態では、収容室の内外を連通する連通部として、蓋１６に設けられた貫通孔としての連通部１６２を例示した。しかし、連通部はこれに限定されるものではない。連通部は、例えば蓋の側部に設けた切欠きでもよい。また本実施形態では、収容室１５１の内側から外側に向かうにつれて孔の面積が直線状に小さくなるテーパー状である連通部１６２を例示したが、連通部の形状はこれに限定されるものではない。連通部は、例えば、孔の面積が曲線状に小さくなる形状であってもよく、また、孔の面積が一定であってもよい。

　（３ｄ）上記各実施形態では、保持部１３１が超音波発振素子１１を挟持した状態で保持部１３１と超音波発振素子１１とがはんだ付けにより接合されている構成を例示したが、はんだ付けを行わない構成であってもよい。

　（３ｅ）上記各実施形態では、棒部１３２における収容室１５１の外側へ突出している先端部を分岐端部１７１が両側から挟んだ状態で、棒部１３２と分岐端部１７１とが溶接により接合されている構成を例示したが、溶接を行わない構成であってもよい。また、外部端子は分岐端部を有しない形状であってもよい。

　（３ｆ）上記第１実施形態では、逃がし部１４４及び逃がし空間１５４において、水分の凍結により保持部１３１における超音波発振素子１１と接触する部分が離れることを抑制するための条件として、中心軸Ａの方向に沿った距離に基づく条件を例示した。しかしながら、例えば断面最長点を基準とした距離に基づく条件であってもよい。

　逃がし部１４４及び逃がし空間１５４の具体的な形状について、断面最長点を基準に説明する場合は、次のとおりとなる。断面最長点とは、各離間部１３６ａ，１３７ｂにおける超音波発振素子１１側の面上の点であって、超音波発振素子１１における各離間部１３６ａ，１３７ｂと対向する面との中心断面における最短距離が最も長い点である。中心断面とは、中心軸Ａを含む断面であって内部端子１３の切断面を含む断面である。逃がし部１４４は、離間部１３７ｂにおける断面最長点の裏側に位置する点と、弾性体１４における離間部１３７ｂと対向する面と、の中心断面における最も短い距離が、離間部１３７ｂにおける断面最長点と、超音波発振素子１１における離間部１３７ｂと対向する面と、の中心断面における最も短い距離以上となる形状である。また、逃がし空間１５４は、離間部１３６ａにおける断面最長点の裏側に位置する点と、ケース１５における離間部１３６ａと対向する面と、の中心断面における最も短い距離が、離間部１３６ａにおける断面最長点と、超音波発振素子１１における離間部１３６ａと対向する面と、の中心断面における最も短い距離以上となる形状である。なお、第１実施形態の構成では、逃がし部１４４及び逃がし空間１５４において、断面最長点を基準とした距離は、図５及び図６に示す中心軸Ａの方向に沿った距離と同じになり、水分の凍結による保持部１３１における超音波発振素子１１と接触する部分が離れることを抑制するための条件をそれぞれ満たす。

　（３ｇ）上記第１実施形態では、逃がし空間１５４は、インシュレータ１２における底部１２１の板厚分の隙間によって、逃がし部１４４の形状と同様な条件を満たす形状を形成する構成を例示した。しかしながら、接触部１３４ａを収容する逃がし空間を形成する方法はこれに限定されるものではない。例えば、接触部１３４ａと対向するケース１５の壁を薄くして逃がし空間を形成するようにしてもよい。

　（３ｈ）上記第２実施形態では、薄肉部１４８が凹部１４５により形成される構成を例示したが、例えば弾性体１８内における凹部と独立した内部空間が形成されることにより薄肉部が形成される構成であってもよい。

　（３ｉ）上記第２実施形態では、薄肉部１４８は、接触部１３５ｂ側の弾性体１８の凹状の部分において、中心軸Ａに対して垂直な方向及び水平な方向のそれぞれに沿って形成されているが、薄肉部１４８の構成はこれに限定されるものではない。例えば、薄肉部１４８は、中心軸Ａに対して垂直な方向、具体的には接触部１３５ｂ側の弾性体１８の凹状の部分における超音波発振素子１１と対向する面にのみ形成されてもよい。

　（３ｊ）上記各実施形態では、タンク２００内の燃料の液面検出に用いられる液面検出装置１００，１０１を例示した。しかしながら、液面検出装置の用途は特に限定されるものではない。液面検出装置は、車両に搭載される他の液体、例えば、エンジンオイル、ブレーキフルード、ウィンドウォッシャ液等の液面検出に用いられてもよい。また例えば、液面検出装置は、液体輸送用車両に備えられた液体輸送用タンク内や車両以外の各種民生用機器の液体容器内などの液面検出に用いられてもよい。

　（３ｋ）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

Claims

　液面の位置を検出する液面検出装置（１００）であって、
　超音波を送受信可能な超音波発振素子（１１）と、
　前記超音波発振素子を収容する収容室（１５１）を有するケース（１５）と、
　前記収容室を閉じる蓋（１６）と、
　前記収容室において前記蓋により前記超音波発振素子側に押し付けられた状態で設けられる弾性体（１４，１８）と、
　を備え、
　前記弾性体は、前記蓋が当接する側の端部に、前記蓋との間に空間を形成するための凹部（１４１）を有する、液面検出装置。
　請求項１に記載の液面検出装置であって、
　前記凹部は、前記蓋が当接する側から見て環状であり、
　前記弾性体は、前記蓋が当接する側の端部に、前記凹部に囲まれた部分である中央部（１４２）と、前記凹部の外側の部分である外側部（１４３）と、を有する、液面検出装置。
　請求項２に記載の液面検出装置であって、
　前記弾性体は、前記蓋により前記超音波発振素子側に押し付けられる前の自然状態において、前記中央部が前記外側部よりも突出した形状である、液面検出装置。
　請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の液面検出装置であって、
　前記超音波発振素子を挟持する保持部（１３１）を有する内部端子（１３）を更に備え、
　前記保持部の先端部には、前記超音波発振素子から離間する離間部（１３６，１３７）が形成され、
　前記弾性体は、前記超音波発振素子側の面に、前記保持部との干渉を避けるための逃がし部（１４４）を有し、
　前記逃がし部は、前記離間部における前記弾性体側の面と、前記弾性体における前記離間部と対向する面と、の隙間の広さが、前記離間部における前記超音波発振素子側の面と、前記超音波発振素子における前記離間部と対向する面と、の隙間の広さ以上となる形状である、液面検出装置。
　請求項４に記載の液面検出装置であって、
　前記超音波発振素子は、中心軸が特定可能な形状であり、
　前記逃がし部は、前記離間部における軸沿最長点（１３８ｂ）の裏側に位置する点と、前記弾性体における前記離間部と対向する面と、の前記中心軸の方向に沿った距離が、前記離間部における前記軸沿最長点と、前記超音波発振素子における前記離間部と対向する面と、の前記中心軸の方向に沿った距離以上となる形状であり、
　前記軸沿最長点とは、前記離間部における前記超音波発振素子側の面上の点であって、前記超音波発振素子における前記離間部と対向する面との前記中心軸の方向に沿った距離が最も長い点である、液面検出装置。
　請求項４に記載の液面検出装置であって、
　前記超音波発振素子は、中心軸が特定可能な形状であり、
　前記逃がし部は、前記離間部における断面最長点の裏側に位置する点と、前記弾性体における前記離間部と対向する面と、の中心断面における最も短い距離が、前記離間部における前記断面最長点と、前記超音波発振素子における前記離間部と対向する面と、の前記中心断面における最も短い距離以上となる形状であり、
　前記断面最長点とは、前記離間部における前記超音波発振素子側の面上の点であって、前記超音波発振素子における前記離間部と対向する面との前記中心断面における最短距離が最も長い点であり、
　前記中心断面とは、前記中心軸を含む断面であって前記内部端子の切断面を含む断面である、液面検出装置。
　請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の液面検出装置であって、
　前記超音波発振素子を挟持する保持部（１３１）を有する内部端子（１３）を更に備え、
　前記保持部の先端部は、前記超音波発振素子から離間する離間部（１３６，１３７）が形成され、
　前記弾性体は、前記離間部と対向する面に、肉厚の薄い薄肉部（１４８）を有する、液面検出装置。
　請求項７に記載の液面検出装置であって、
　前記薄肉部は、前記弾性体における前記超音波発振素子側の面において最も肉厚の薄い部分を含む、液面検出装置。
　請求項７又は請求項８に記載の液面検出装置であって、
　前記薄肉部は、前記凹部により形成される、液面検出装置。