7575755 表面波検出装置、液面位置検出装置及び液種特定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-22

(45)【発行日】2024-10-30

(54)【発明の名称】表面波検出装置、液面位置検出装置及び液種特定装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/2962 20220101AFI20241023BHJP

   G01N 29/024 20060101ALI20241023BHJP

   G01N 29/24 20060101ALI20241023BHJP

【ＦＩ】

G01F23/2962

G01N29/024

G01N29/24

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020202956

(22)【出願日】2020-12-07

(65)【公開番号】P2022090517

(43)【公開日】2022-06-17

【審査請求日】2023-10-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304021288

【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100195648

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 悠太

(74)【代理人】

【識別番号】100175019

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 健朗

(72)【発明者】

【氏名】井原 郁夫

(72)【発明者】

【氏名】和田 眞治

(72)【発明者】

【氏名】粉川 えみい

(72)【発明者】

【氏名】坂井 亮

(72)【発明者】

【氏名】笛吹 健志

【審査官】松山 紗希

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０３４４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１８５６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－２０４２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１５２９３５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｆ ２３／００、２３／１４－２３／２９６５、２３／８０

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面波が伝搬する伝搬面を有する伝搬体と、
前記表面波を発生させるとともに反射した前記表面波を検出する圧電素子と、を備え、
前記伝搬体は、液体に一端から浸る柱状部と、前記柱状部の他端と接続されて前記柱状部よりも薄い板状の薄板部と、を有し、
前記薄板部の外面と前記柱状部の主面は面一で、前記伝搬面を構成し、
前記圧電素子は、前記薄板部と対向して設けられ、前記薄板部に対してその厚み方向の振動を与えることで前記表面波を発生させる、
表面波検出装置。

【請求項2】

前記圧電素子は、前記薄板部と接触する、
請求項１に記載の表面波検出装置。

【請求項3】

前記伝搬体の長手方向に互いに間隔を空けて配列された複数の歯を有する櫛歯部をさらに備え、
前記圧電素子は、前記櫛歯部を挟んで前記薄板部と対向し、前記櫛歯部を介して前記薄板部に前記振動を与える、
請求項１に記載の表面波検出装置。

【請求項4】

前記伝搬体は、樹脂で形成され、
前記櫛歯部は、金属で形成されている、
請求項３に記載の表面波検出装置。

【請求項5】

前記櫛歯部は、前記伝搬体と一体であり、樹脂で形成されている、
請求項３に記載の表面波検出装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表面波検出装置と、
前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて前記液体の液面位置を検出する検出部と、を備える、
液面位置検出装置。

【請求項7】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表面波検出装置と、
前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて前記液体の種類を特定する特定部と、を備える、
液種特定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面波検出装置、液面位置検出装置及び液種特定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１、２には、圧電素子によって、液体に浸る伝搬体に振動を与えて表面波を発生させるとともに、反射した表面波を検出する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術は、検出した表面波の伝搬時間に基づいて液体の液面位置を検出する。また、特許文献２に記載の技術は、検出した表面波の伝搬時間に基づいて液体の種類を特定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平４－８６５２５号公報

【文献】特開２０１８－５４３２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

伝搬体に振動を与える圧電素子としては、すべり振動を伝搬体に与えるすべり素子、縦振動（厚み方向の振動）を伝搬体に与える縦振動子などが挙げられるが、コストの観点からは縦振動子が好ましい。しかしながら、特許文献１、２に記載の技術に縦振動子を単に適用するだけでは、検出可能な表面波を発生させることが困難であった。

【0005】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、縦振動子を用いつつ、検出可能な表面波を発生させることができる表面波検出装置、液面位置検出装置及び液種特定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る表面波検出装置は、
表面波が伝搬する伝搬面を有する伝搬体と、
前記表面波を発生させるとともに反射した前記表面波を検出する圧電素子と、を備え、
前記伝搬体は、液体に一端から浸る柱状部と、前記柱状部の他端と接続されて前記柱状部よりも薄い板状の薄板部と、を有し、
前記薄板部の外面と前記柱状部の主面は面一で、前記伝搬面を構成し、
前記圧電素子は、前記薄板部と対向して設けられ、前記薄板部に対してその厚み方向の振動を与えることで前記表面波を発生させる。

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る液面位置検出装置は、
前記表面波検出装置と、
前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて前記液体の液面位置を検出する検出部と、を備える。

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る液種特定装置は、
前記表面波検出装置と、
前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて前記液体の種類を特定する特定部と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、縦振動子を用いつつ、検出可能な表面波を発生させることができる表面波検出装置、液面位置検出装置及び液種特定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係る液面位置検出装置の概略構成図。

【図2】第１実施形態に係る表面波検出装置の要部側面図。

【図3】本発明の第２実施形態に係る液種特定装置の概略構成図。

【図4】変形例１に係る表面波検出装置の要部側面図。

【図5】変形例２に係る表面波検出装置の要部側面図。

【図6】変形例３に係る表面波検出装置の要部側面図。

【図7】変形例４に係る表面波検出装置の要部側面図。

【図8】実験で得た表面波の波形を示す図であり、（ａ）は実施例１に係り、（ｂ）は実施例２に係る図。

【図9】実験で得た表面波の波形を示す図であり、（ａ）は実施例３に係り、（ｂ）は実施例４に係る図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0012】

（第１実施形態）
第１実施形態に係る液面位置検出装置１００は、図１に示すように、表面波検出装置１と、制御部２と、を備える。液面位置検出装置１００は、容器３内に入れられた液体４の液面４ａの位置（以下、液面位置とも言う。）を検出する。液体４の量の増減に伴い、液面４ａは上下する。

【0013】

表面波検出装置１は、図１に示すように、伝搬体１０と、圧電素子２０と、フランジ部３０と、を備える。

【0014】

伝搬体１０は、図１の上下方向に長尺の形状をなし、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの合成樹脂から形成されている。伝搬体１０は、圧電素子２０の駆動によって発生する表面波Ｗが伝搬する主要部分である伝搬面１０ａを有する。伝搬面１０ａは、伝搬体１０の長手方向（図１の上下方向）に延びる帯状をなす。伝搬面１０ａの先端は、表面波Ｗが反射する反射部１０ｂとして機能する。

【0015】

伝搬体１０は、液体４に一端（先端）から浸る柱状部１１と、図２に示すように、柱状部１１の他端（基端）と接続されて柱状部１１よりも薄い板状の薄板部１２と、を備える。

【0016】

柱状部１１は、概ね四角柱状に形成され、主面１１ａ、裏面１１ｂ、側面１１ｃ及び底面１１ｄを有する。また、柱状部１１は、図２に示す基端面１１ｅを有する。なお、図２は、表面波検出装置１のうち、主要部以外の構成を省略して表した側面図である。後述の図４～図７における各部の表し方も同様である。

【0017】

主面１１ａは、伝搬面１０ａの一部を構成する。裏面１１ｂは、伝搬体１０における主面１１ａの裏側に位置する。例えば、主面１１ａと裏面１１ｂは互いに平行である。側面１１ｃは図１、図２の紙面法線方向に向く。なお、柱状部１１は、側面１１ｃの裏側に位置する、図示しない側面も有する。例えば、側面１１ｃと図示しない側面は互いに平行である。底面１１ｄは、図１に示すように、主面１１ａと裏面１１ｂとを繋ぐ傾斜面である。例えば、底面１１ｄは、主面１１ａとなす角が鋭角で、裏面１１ｂとなす角が鈍角の面である。底面１１ｄと主面１１ａとの接続部が、前述の反射部１０ｂとして機能する。底面１１ｄにより、柱状部１１の先端部は先細りの形状をなす。底面１１ｄの傾斜によって、主面１１ａを先端に向かって伝搬する表面波Ｗが裏面１１ｂに回り込むことを抑制することができ、伝搬体１０の反射部１０ｂで反射して再び主面１１ａを伝搬する表面波Ｗを効率良く圧電素子２０に向かわせることができる。図２に示す基端面１１ｅは、図１に示すフランジ部３０によって覆われる。

【0018】

図２に示す薄板部１２は、柱状部１１と同一の材料により一体に形成されている。薄板部１２は、柱状部１１の主面１１ａと面一に形成された外面１２ａと、外面１２ａの裏側に位置する内面１２ｂと、を有する。例えば、外面１２ａと内面１２ｂは互いに平行である。前述の伝搬面１０ａは、柱状部１１の主面１１ａと薄板部１２の外面１２ａとから構成される。なお、薄板部１２の厚さ（つまり、外面１２ａと内面１２ｂの間隔）は任意に設定可能であるが、後述のように表面波Ｗの波長λ以下であることが好ましい。

【0019】

圧電素子２０は、伝搬体１０に振動を与えることで伝搬体１０に表面波Ｗを発生させる。具体的には図２に示すように、圧電素子２０は、薄板部１２の内面１２ｂと対向して設けられている。圧電素子２０は、薄板部１２に対してその厚み方向の振動Ｖ（縦振動）を与える、いわゆる縦振動子である。第１実施形態の圧電素子２０は、薄板部１２の内面１２ｂと接触する。また、圧電素子２０は、反射部１０ｂで反射した表面波Ｗを検出し、検出結果を示す検出信号（電圧信号）を出力する。例えば、表面波Ｗは、空気中ではレイリー波であり、液体４中ではシュルツ波である。圧電素子２０は、セラミックス等の無機材料、又は有機材料を用いた公知の超音波トランスデューサから構成され、直方体状をなす。

【0020】

図１に示すフランジ部３０は、例えば合成樹脂により形成され、圧電素子２０を収容する収容部３１と、収容部３１の外径方向に迫り出したフランジ３２と、フランジ３２の図１での上方に位置する中空状のキャップ部３３と、を有する。

【0021】

収容部３１は、伝搬体１０の基端面１１ｅ及び薄板部１２と、圧電素子２０とを収容する。なお、収容部３１と伝搬体１０の間は、図示しないパッキンにより水密性が保たれる。フランジ３２は、容器３に、図示しないビス等の固定手段によって取り付けられる部分である。キャップ部３３は、図示しないカプラを有する。カプラの内部には、図示しない出力端子が位置する。外部機器とカプラが連結されると、当該外部機器と出力端子が電気的に接続される。例えば、キャップ部３３の内部には、圧電素子２０及び出力端子の各々と電気的に接続され、後述の送信回路、受信回路などが形成された図示しないＰＣＢ（Printed Circuit Board）が収容される。

【0022】

図１に模式的に示す制御部２は、例えばマイクロコンピュータから構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。制御部２は、圧電素子２０が検出した表面波Ｗの伝搬時間に基づいて液体４の液面位置を検出する検出部として機能する。ＰＣＢの送信回路は、制御部２の制御により、圧電素子２０に駆動信号を送信して圧電素子２０を駆動する。この結果、伝搬体１０に表面波Ｗが発生する。ＰＣＢの受信回路は、反射した表面波Ｗを示す検出信号を圧電素子２０から受信し、制御部２に供給する。検出信号を受信した制御部２は、当該検出信号に基づき、液面４ａの位置（高さ）を算出する。

【0023】

なお、送信回路及び受信回路は、制御部２に備えられていてもよい。また、制御部２の少なくとも一部の機能を、フランジ部３０の内部に設けられたＰＣＢに実装してもよい。

【0024】

ここで、液面４ａの位置の算出方法の一例を説明する。以下では、圧電素子２０の駆動により伝搬体１０に表面波Ｗが発生した時点から、表面波Ｗが反射部１０ｂで反射して圧電素子２０に入力した時点までの期間を、表面波伝搬期間と言う。表面波Ｗは、伝搬体１０が液体４に浸かった部分では、伝搬体１０（伝搬面１０ａ）を進む速度が遅くなる。このため、液面４ａが高い位置にあるほど、表面波伝搬期間が長くなる。この特性を利用して、制御部２は、表面波伝搬期間を計測し、予めＲＯＭに記憶した、表面波伝搬期間と液面４ａの位置との関係を示す液面位置検出データを参照し、液面位置を算出する。なお、液面位置検出データは、数式とテーブルの少なくともいずれかを用いて構成されていればよい。また、液面位置検出装置１００は、図示しない温度センサを備え、温度センサが検出した温度に基づいて、温度依存性がある表面波伝搬期間を補正してもよい。液面４ａの位置の算出手法、温度補正の手法としては、公知技術を適宜用いることができる。

【0025】

制御部２は、検出した液面位置を図示しない報知部によってユーザに報知する。報知部は、例えば、液面位置を画像、インジケータ、指針などによりユーザに報知可能な構成であればよい。

【0026】

ここで、図８（ａ）、（ｂ）を参照して、第１実施形態に係る表面波検出装置１による効果を説明する。図８（ａ）、（ｂ）は、実験により観測された表面波Ｗの信号波形を示す。当該実験では、ＰＰＳで形成した伝搬体１０に、周波数４００ｋＨｚの振動Ｖを圧電素子２０により加え、約９５０ｍ／ｓの音速（実験室温での音速）の表面波Ｗを発生させた。この場合、表面波Ｗの波長λは、λ＝（表面波Ｗの音速）／(振動Ｖの周波数)の式により、約２．３８ｍｍである。図８（ａ）は、実施例１として、薄板部１２の厚さを１．１１λに設定した場合に観測された表面波Ｗの信号波形を示す。図８（ｂ）は、実施例２として、薄板部１２の厚さを０．５６λに設定した場合に観測された表面波Ｗの信号波形を示す。なお、図８（ａ）、（ｂ）では、グレーの波形は表面波Ｗであり、黒色の部分はノイズである。また、図８（ａ）、（ｂ）に示すグラフは、信号強度を縦軸にとり、経過時間を横軸にとったものであり、圧電素子２０の駆動を開始してから所定時間経過した後の信号波形を示す。

【0027】

図８（ａ）、（ｂ）を参照すると、実施例１及び２では、検出に充分な表面波Ｗが発生していることが分かる。また、図８（ａ）と図８（ｂ）を比較すると、薄板部１２の厚さがλ以下である実施例２のほうが、実施例１よりもＳＮ比が良好であることが分かる。薄板部１２の厚さが１．１１λよりも大きい場合についても検証したが、良好なＳＮ比を得る観点からは、薄板部１２の厚さがλ以下であることが好ましいことが分かる。

【0028】

第１実施形態に係る液面位置検出装置１００は、縦振動子を用いつつ、検出可能な表面波を発生させることができる表面波検出装置１を備えるため、液面位置を検出可能である。第１実施形態の説明は以上である。

【0029】

（第２実施形態）
ここからは、第２実施形態に係る液種特定装置２００について、主に図３を参照して説明する。なお、第１実施形態と共通の機能を有する各部については、第１実施形態と同一又は対応する符号を付すとともに、適宜説明を省略する。また、第２実施形態では、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0030】

第２実施形態に係る液種特定装置２００は、図３に示すように、表面波検出装置１と、制御部２Ｍと、を備える。液種特定装置２００は、容器３内に入れられた液体４の種類（以下、液種とも言う。）を特定する。

【0031】

表面波検出装置１の構成は、第１実施形態と同様である。第２実施形態では、容器３に対する表面波検出装置１の取り付け態様が第１実施形態と異なる。第２実施形態に係る表面波検出装置１は、例えば、伝搬体１０が容器３の底から液面４ａに向かう姿勢で、容器３に取り付けられている。なお、伝搬体１０は、少なくとも、伝搬面１０ａの全域が液体４に浸っていればよい。

【0032】

また、第２実施形態に係る制御部２Ｍは、第１実施形態と構成に関しては同様であるものの、その機能が第１実施形態と異なっている。制御部２Ｍは、圧電素子２０が検出した表面波Ｗの伝搬時間に基づいて液体４の種類を特定する特定部として機能する。なお、制御部２Ｍの少なくとも一部の機能は、フランジ部３０の内部に設けられたＰＣＢに実装されていてもよい。

【0033】

制御部２Ｍは、表面波伝搬期間に基づいて液体４の種類を特定する。具体的に、制御部２Ｍは、表面波伝搬期間と液体４の種類とが関係付けられたデータテーブルを参照することによって、液体４の種類を特定する。以下、表面波伝搬期間に基づいて液体４の種類を特定することができる原理を説明する。

【0034】

表面波伝搬期間は表面波伝搬速度に反比例するため、表面波伝搬速度が速くなるにつれて表面波伝搬期間が短くなる一方で、表面波伝搬速度が遅くなるにつれて表面波伝搬期間が長くなる。伝搬体１０の少なくとも伝搬面１０ａが全体に渡って液体４に浸っているときの表面波伝搬速度は、液体４に固有の液中の音速ｖｌ及び密度ρｌによって定まる。すなわち、伝搬体１０の少なくとも伝搬面１０ａが全体に渡って液体４に浸っているときの表面波伝搬速度は、液体４の種類によって変化する。そのため、実測又はシミュレーション等によって、伝搬体１０の少なくとも伝搬面１０ａが全体に渡って液体４に浸っているときの表面波伝搬速度と液体４の種類との関係を得ることができる。この関係に基づいて作成された表面波伝搬期間と液体４の種類とが関係付けられたデータテーブルを制御部２ＭのＲＯＭに記憶することによって、液種特定装置２００は、表面波伝搬期間を用いて液体４の種類を特定することができる。

【0035】

なお、制御部２Ｍが、表面波伝搬期間に基づいて液体４の種類を特定するという表現には、制御部２Ｍが、表面波伝搬期間から表面波伝搬速度を算出し、算出した表面波伝搬速度に基づいて液体４の種類を特定することも含まれる。すなわち、制御部２Ｍは、表面波伝搬速度と液体４の種類とが関係付けられたデータテーブルを参照することによって、算出した表面波伝搬速度に基づいて液体４の種類を特定してもよい。この場合では、制御部２Ｍは、表面波伝搬期間と液体４の種類とが関係付けられたデータテーブルの代わりに、表面波伝搬速度と液体４の種類とが関係付けられたデータテーブルをＲＯＭに記憶していればよい。

【0036】

以上のように、液種特定装置２００では、表面波伝搬期間に基づいて液体４の種類を特定することができる。前述のように、表面波伝搬期間及び表面波伝搬速度は、温度依存性があるため、図示しない温度センサが検出した温度に基づいて、温度依存性がある表面波伝搬期間又は表面波伝搬速度を補正してもよい。

【0037】

第２実施形態に係る液種特定装置２００は、縦振動子を用いつつ、検出可能な表面波Ｗを発生させることができる表面波検出装置１を備えるため、液種を特定可能である。第２実施形態の説明は以上である。

【0038】

表面波検出装置１は、以上に示した例に限られず、種々の変形が可能である。以下、図４～図７に示す変形例１～４に係る表面波検出装置１ａ～１ｄを順に説明する。なお、これらの変形例に係る表面波検出装置１ａ～１ｄは、前記の実施形態と同様に液面位置検出装置１００又は液種特定装置２００に適用可能である。このため、以下では、液面検出及び液種特定の手法の説明を省略する。また、第１実施形態に係る表面波検出装置１と共通の機能を有する各部については、第１実施形態と同一又は対応する符号を付すとともに、適宜説明を省略する。

【0039】

（変形例１）
図４に示す変形例１に係る表面波検出装置１ａは、金属で形成された櫛歯部４０をさらに備える。圧電素子２０は、櫛歯部４０を挟んで薄板部１２の内面１２ｂと対向し、櫛歯部４０を介して薄板部１２に振動Ｖを与える。

【0040】

櫛歯部４０は、先端が薄板部１２に接触する複数の歯４１と、複数の歯４１の基端と接続されたベース４２とを有し、例えばアルミから一体に形成されている。複数の歯４１は、それぞれの先端面が薄板部１２の内面１２ｂと平行に形成される。複数の歯４１は、伝搬体１０の長手方向（図４の上下方向）に互いに間隔Ｐを空けて配列されている。例えば、間隔Ｐは一定である。ベース４２は、均一の厚さＢを有する板状の部分であり、複数の歯４１を保持する面の裏面において圧電素子２０と接触する。

【0041】

薄板部１２に表面波Ｗを良好に発生させるべく、櫛歯部４０において、歯４１の厚さＴ、及び、隣り合う歯４１の間隔Ｐは、それぞれ、例えば、表面波Ｗの波長λの１／２に設定されている（Ｔ＝０．５λ、Ｐ＝０．５λ）。歯４１の高さＨ、及び、ベース４２の厚さＢは、任意に設定可能であるが、それぞれ、例えば、表面波Ｗの波長λの１／２に設定されている（Ｈ＝０．５λ、Ｂ＝０．５λ）。なお、図４では、櫛歯部４０が４つの歯４１を有する例を示したが、櫛歯部４０が有する歯４１の数は任意であり、実験により最適な数を定めればよい。

【0042】

ここで、図９（ａ）、（ｂ）を参照して、変形例１に係る表面波検出装置１ａによる効果を説明する。図９（ａ）、（ｂ）は、実験により観測された表面波Ｗの信号波形を示し、グラフの表し方は図８（ａ）、（ｂ）と同様である。また、当該実験の条件は、櫛歯部４０を設けた以外の点については、図８（ａ）、（ｂ）と同様である。実験では、櫛歯部４０は、アルミで形成し、歯４１の厚さＴ、間隔Ｐ、高さＨ、ベース４２の厚さＢのそれぞれを、表面波Ｗの波長λの１／２に設定した（Ｔ＝０．５λ、Ｐ＝０．５λ、Ｈ＝０．５λ、Ｂ＝０．５λ）。図９（ａ）は、実施例３として、薄板部１２の厚さを１．１１λに設定した場合に観測された表面波Ｗの信号波形を示す。図９（ｂ）は、実施例４として、薄板部１２の厚さを０．５６λに設定した場合に観測された表面波Ｗの信号波形を示す。

【0043】

図９（ａ）、（ｂ）を参照すると、検出に充分な表面波Ｗが発生していることが分かる。また、図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明した実施例１及び２に比べて、実施例３及び４では、高い信号強度の表面波Ｗが得られることが分かる。実験結果から、櫛歯部４０を設けた実施例３及び４では、必ずしも、薄板部１２の厚さがλ以下である必要はないと考えられる。薄板部１２の厚さ、及び、櫛歯部４０の諸条件は、ＳＮ比を考慮して適宜定めればよい。

【0044】

（変形例２）
図５に示す変形例２に係る表面波検出装置１ｂは、ＰＰＳ等の樹脂により、伝搬体１０と一体に形成された櫛歯部５０をさらに備える。圧電素子２０は、櫛歯部５０を挟んで薄板部１２の内面１２ｂと対向し、櫛歯部５０を介して薄板部１２に振動Ｖを与える。

【0045】

櫛歯部５０は、先端（図５の左方に向く端）が圧電素子２０に接触する一方で、基端が薄板部１２に接続された、複数の歯５１を有する。例えば、複数の歯５１は、それぞれの先端面が圧電素子２０と平行に形成される。複数の歯５１は、伝搬体１０の長手方向（図５の上下方向）に互いに間隔を空けて配列されている。例えば、当該間隔は一定である。図示しないが、例えば、櫛歯部５０の幅は、伝搬面１０ａの幅と略等しく（丁度等しいことも含む。）設定されている。なお、ここで言う幅は、図５の紙面法線方向の幅である。

【0046】

薄板部１２に表面波Ｗを良好に発生させるべく、櫛歯部５０の歯５１の厚さ、隣り合う歯５１の間隔等は、変形例１と同様に設定すればよい。なお、図５では、櫛歯部５０が４つの歯５１を有する例を示したが、櫛歯部５０が有する歯５１の数は任意であり、実験により最適な数を定めればよい。変形例２に係る表面波検出装置１ｂにおいても、前記と同様の実験を行ったが、金属で形成された櫛歯部４０を有する変形例１に比べ、表面波Ｗの信号強度の増加は見られなかった。しかしながら、検出可能な表面波Ｗを発生させることができることが確認されている。変形例２に係る表面波検出装置１ｂは、櫛歯部５０が伝搬体１０と一体であるため、装置の組み立てが容易であるという利点がある。

【0047】

（変形例３）
図６に示す変形例３に係る表面波検出装置１ｃは、薄板部１２に変えて、伝搬体１０が傾斜部１３を有する構成である。具体的に、変形例３では、伝搬体１０は、柱状部１１に接続された傾斜部１３及び壁部１４を有する。傾斜部１３及び壁部１４は、柱状部１１同一の材料（例えばＰＰＳ）により一体に形成されている。傾斜部１３は、柱状部１１の主面１１ａと面一に形成された外面１３ａと、外面１３ａの裏側に位置する傾斜面１３ｂと、を有する。変形例３では、傾斜面１３ｂ上に圧電素子２０が設けられている。例えば、傾斜面１３ｂは、外面１３ａに対する角度が４５°以下に設定されている。壁部１４は、柱状部１１の裏面１１ｂと面一に形成された外面１４ａと、外面１４ａの裏側に位置する内面１４ｂと、を有する。この内面１４ｂと傾斜面１３ｂの間に形成された収容室に圧電素子２０が収容される。当該収容室は、図１に示すフランジ部３０によって覆われる。

【0048】

また、表面波検出装置１ｃは、傾斜部１３の外面１３ａに固定された金属部材６０をさらに備える。金属部材６０は、板状をなし、例えばアルミから形成されている。金属部材６０は、傾斜部１３を挟んで圧電素子２０と対向する位置に設けられる。例えば、金属部材６０の幅は、伝搬面１０ａの幅と略等しく（丁度等しいことも含む。）設定されている。なお、ここで言う幅は、図６の紙面法線方向の幅である。

【0049】

変形例３に係る表面波検出装置１ｃは、圧電素子２０により、傾斜部１３に対してその厚み方向（傾斜面１３ｂの法線方向）の振動Ｖ（縦振動）を与える。そして、傾斜部１３を介して金属部材６０に伝達された振動により、伝搬面１０ａに表面波Ｗを発生させる。そして、第１実施形態と同様に反射部１０ｂで反射した表面波Ｗは、上記と逆の順序で伝搬し、振動として圧電素子２０に検出される。以上の構成の変形例３に係る表面波検出装置１ｃによっても、検出可能な表面波Ｗを発生させることができる。

【0050】

（変形例４）
図７に示す変形例４に係る表面波検出装置１ｄは、変形例３の金属部材６０を、変形例１の櫛歯部４０に変更した構成である。櫛歯部４０の配置が変形例１と異なるため、当該配置について主に説明する。

【0051】

変形例４に係る表面波検出装置１ｄは、変形例３と同様の形状の伝搬体１０と、櫛歯部４０とを備える。変形例４では、櫛歯部４０は、傾斜部１３の外面１３ａに固定されている。櫛歯部４０は、傾斜部１３を挟んで圧電素子２０と対向する位置に設けられる。櫛歯部４０が有する複数の歯４１は、先端が傾斜部１３の外面１３ａに接触する。伝搬面１０ａに表面波Ｗを良好に発生させるべく、櫛歯部４０の歯４１の厚さ、隣り合う歯４１の間隔等は、変形例１と同様に設定すればよい。

【0052】

変形例４に係る表面波検出装置１ｄは、圧電素子２０により、傾斜部１３に対してその厚み方向（傾斜面１３ｂの法線方向）の振動Ｖ（縦振動）を与える。そして、傾斜部１３を介して櫛歯部４０に伝達された振動により、伝搬面１０ａに表面波Ｗを発生させる。そして、第１実施形態と同様に反射部１０ｂで反射した表面波Ｗは、上記と逆の順序で伝搬し、振動として圧電素子２０に検出される。以上の構成の変形例４に係る表面波検出装置１ｄによっても、検出可能な表面波Ｗを発生させることができる。なお、櫛歯部４０の歯４１の厚さ、隣り合う歯４１の間隔等を調整することにより、変形例３に比べて良好に表面波Ｗを発生させることができると想定される。

【0053】

なお、本発明は以上の実施形態、変形例及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で適宜の変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

【0054】

表面波Ｗは、漏洩レイリー波、横波型弾性表面波（ＳＨ－ＳＡＷ）等であってもよい。

【0055】

第２実施形態では、伝搬体１０が液体４の深さ方向に沿って設けられる例を示したが、容器３及び液体４に対する伝搬体１０（表面波検出装置１）の姿勢は、伝搬面１０ａが液体４に浸っている限りは任意であり、限定されるものではない、例えば、伝搬体１０は、液面４ａの面内方向（水平方向）に沿っていてもよい。また、第１実施形態に係る液面位置検出装置１００も、液面位置が検出できる限りにおいては、液体４及び容器３に対する伝搬体１０の姿勢は任意である。例えば、伝搬体１０は、液体４の深さ方向（鉛直方向）に対して斜めに延びていてもよい。

【0056】

液体４の液面位置を検出するとは、液面４ａの位置を詳細に検出することの他、液面４ａの位置を何段階かに分けて現在の液面４ａの位置がどの段階に属するかを検出すること、液面４ａの位置に応じて変化する液体４の容量を検出すること等も含む。また、液体４の種類は限られず、水、ガソリン、アルコール、洗浄液など任意である。また、容器３は、車両に搭載される燃料タンクであってもよい。

【0057】

伝搬体１０の材質も、表面波Ｗが良好に伝搬できるものであれば任意である。例えば、伝搬体１０として使用される樹脂は、ＰＰＳに限られず、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等であってもよい。また以上では、櫛歯部４０、金属部材６０がアルミで形成される例を示したが、櫛歯部４０、金属部材６０を構成する金属の種類は、表面波Ｗを良好に発生可能な限りにおいては任意である。

【0058】

以上の実施形態及び変形例１，２では、圧電素子２０を薄板部１２の内面１２ｂの側に設けた例を示したが、薄板部１２の外面１２ａの側に設けることも可能である。ただし、圧電素子２０を内面１２ｂの側に設けた方が、フランジ部３０に収容する観点から好ましい。

【0059】

以上の手法で、液面位置の検出、又は、液種の特定を行うことができる限りにおいては、表面波Ｗの種類は任意である。以上では、表面波Ｗが超音波（例えば、２０ＫＨｚ以上の音波であればよい。）のパルス（超音波パルス）である例を説明したが、例えば、表面波Ｗは、超音波よりも低い周波数の音波であってもよい。

【0060】

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

【0061】

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

【符号の説明】

【0062】

１００…液面位置検出装置
１，１ａ～１ｄ…表面波検出装置
２…制御部（検出部の一例）、３…容器、４…液体、４ａ…液面
Ｗ…表面波
１０…伝搬体、１０ａ…伝搬面、１０ｂ…反射部
１１…柱状部、１１ａ…主面、１１ｂ…裏面
１２…薄板部、１２ａ…外面、１２ｂ…内面
２０…圧電素子、Ｖ…振動
３０…フランジ部
４０，５０…櫛歯部、４１，５１…歯
６０…金属部材
２００…液種特定装置、２Ｍ…制御部（特定部の一例）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】