JP2001153781A - 液体の特性値を測定するための弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体の特性値を測定するための弾性表面波装
置において、入出力電極と導電部材を液密に覆ってこれ
らとの間に空間を形成するカバーを設けることにより、
確実かつ正確に液体の粘性率などを測定する。 【解決手段】 弾性表面波装置４０は、ベース４１上に
設けられ圧電基板４３上に櫛歯状の入力電極４４および
出力電極４５を弾性表面波の伝搬方向に沿って並設した
弾性表面波デバイス４２と、入力電極４４および出力電
極４５からそれぞれ導出した複数の金属製の線材４９
ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄからなる。ベース上面に
は、入力電極４４と出力電極４５との間のセンシング面
４３ａを残して入力電極４４、出力電極４５および線材
４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄを液密に覆ってこれら
との間に空間Ｓを形成するカバー５０ａ，５０ｂが設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波を利用
して液体の粘性率、導電率、誘電率などの液体の特性値
を測定するための弾性表面波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置は、例えば図４
（Ａ），（Ｂ）に示すように、金属板製のベース１の上
面に固定された圧電基板２上に各一対の櫛歯状の入力電
極３ａ，３ｂおよび出力電極４ａ，４ｂを弾性表面波の
伝搬方向に沿って並設した弾性表面波デバイス５と、ベ
ース１を上下方向に貫通するように絶縁させてそれぞれ
固定した各一対の入力端子６ａ，６ｂおよび出力端子７
ａ，７ｂと、各入出力電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂから
導出し各入出力端子６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂにそれぞれ
接続する各導電部材（例えば、金属製の線材）８ａ，８
ｂ，８ｃ，８ｄと、各入出力電極３ａ，３ｂ，４ａ，４
ｂ、各入出力端子６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂおよび各導電
部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを液体から保護するために
ベース１上に形成したシリコンゴムなどよりなる保護層
９を備えている。この保護層９には、入力電極３ａ，３
ｂと出力電極４ａ，４ｂの間の弾性表面波が伝搬する部
分であって液体と接触するセンシング面５ａを露出させ
る貫通穴９ａが設けられている。そして、この装置を用
いた液体の性質の測定に際しては、貫通穴９ａに被測定
用の液体を満たし、入力電極３ａ，３ｂに発振器からの
高周波信号を印加するとともに出力電極４ａ，４ｂから
出力される信号を検出し、この検出した信号の電圧値に
基づいて液体の粘性率などを算出するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置にあっては、溶剤（例えば、シンナー）の特性値を測
定する際には、溶剤の浸潤によりシリコンゴム（保護層
９）が膨潤し変形するので、保護層９内に埋設している
導電部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ（図４（ｂ）参照）に
無理な力が加わって断線したり、浸潤した液体が入力電
極３ａ，３ｂおよび出力電極４ａ，４ｂに到達し、これ
らの電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを腐食してしまい液体
の粘性率などの測定ができなくなる場合があった。ま
た、シリコンゴムが硬くなるにしたがって弾性表面波の
減衰率は大きくなるので、液体の温度変化やシリコンゴ
ムの膨潤によりシリコンゴムの硬度が変化すると装置の
出力特性が変わってしまい正確な液体の粘性率などの測
定ができない場合があった。

【０００４】本発明は上記問題に対処するためになされ
たもので、その目的は、入出力電極と導電部材を液密に
覆ってこれらとの間に空間を形成するカバーを設けるこ
とにより、確実かつ正確に液体の粘性率などを測定する
ようにした液体の特性値を測定するための弾性表面波装
置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の構成上の特徴は、圧電基板上に各一対の櫛
歯状の入力電極および出力電極を弾性表面波の伝搬方向
に沿って並設した弾性表面波デバイスと、各入力電極お
よび各出力電極からそれぞれ導出した複数の導電部材か
らなる液体の特性値を測定するための弾性表面波装置に
おいて、入力電極と出力電極との間の所定領域を残して
入力電極、出力電極および導電部材を液密に覆ってこれ
らとの間に空間を形成するカバーを設けたことにある。

【０００６】このように構成した液体の特性値を測定す
るための弾性表面波装置を用いた測定にあっては、入力
電極と出力電極との間の所定領域をセンシング面として
液体に接触させ、入力電極に発振器からの高周波信号を
印加するとともに出力電極から出力される信号を検出
し、この検出した信号の電圧値に基づいて液体の粘性率
を算出している。このとき、カバーは入力電極、出力電
極および導電部材を液密に覆っているので、液体がカバ
ー内に侵入して入力電極、出力電極および導電部材に到
達することはない。また、入力電極および出力電極とカ
バーの間には空間が形成され、すなわち入力電極および
出力電極上面には温度変化に応じて弾性表面波の減衰率
を変化させる物質が存在しないので、液体の温度が変化
しても装置の出力特性をほぼ一定に保つことができる。

【０００７】また、本発明による液体の特性値を測定す
るための弾性表面波装置は、弾性表面波デバイスをベー
スの上面に固定するとともに、導電部材はベースに固定
した入力端子および出力端子に接続されることが好まし
い。これによっても、上記と同様な作用を得ることがで
きる。

【０００８】また、カバーおよびベースを導電性材料で
形成することが好ましい。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば、液体の特性値を測定す
る際に、液体がカバー内に侵入して入力電極、出力電極
および導電部材に到達することはないので、入力電極、
出力電極および導電部材は液体から保護され、また入力
電極および出力電極が腐食したり導電部材に無理な力が
加わって断線したりするおそれはない。したがって、確
実に液体の粘性率などを測定することができる。また、
入力電極および出力電極上面に接して温度変化に応じて
弾性表面波の減衰率を変化させる物質が存在しないの
で、液体の温度が変化しても液体の特性値を測定するた
めの弾性表面波装置の出力特性をほぼ一定に保つことが
できる。したがって、液体の温度が変化しても正確に液
体の粘性率などを測定することができる。

【００１０】また、カバーおよびベースを導電性材料で
形成した液体の特性値を測定するための弾性表面波装置
によれば、入出力電極が導電性材料により囲まれるの
で、入出力電極への外部からの電磁気的影響を遮断でき
る。したがって、正確に液体の粘性率などを測定するこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を用いて説明すると、図１は本発明を適用した粘性率測
定装置を示す外観図であり、図２は粘性率測定装置の構
成を示すブロック図である。

【００１２】この粘性率測定装置１０は、被測定用の液
体の粘性率を測定するためのものであり、液体の粘性率
を検知し電気信号に変換して出力するセンサ部２０と、
この出力された電気信号を入力し液体の粘性率を演算し
て表示する測定部３０から構成されている。センサ部２
０は本発明による弾性表面波装置４０および検波回路２
１からなり、これらは先端が閉じられた金属製の円筒体
２３内に収納されている。測定部３０は、発振器３１、
Ａ／Ｄ変換器３３、マイクロコンピュータ３４、表示器
３５および電源スイッチ３６からなり、発振器３１、Ａ
／Ｄ変換器３３およびマイクロコンピュータ３４は箱体
３７内に収納され、表示器３５および電源スイッチ３６
は箱体３７の正面に設けられている。なお、センサ部２
０と測定部３０はケーブル１１により接続されている。

【００１３】センサ部２０に設けた弾性表面波装置４０
は、図３に示すように、金属板製のベース４１の上面に
銀ペーストを介して固定された弾性表面波デバイス４２
を備えている。弾性表面波デバイス４２は、圧電基板４
３上に櫛歯状の正規型電極でそれぞれ構成した入力電極
４４および出力電極４５を弾性表面波の伝搬方向に沿っ
て並設してなる。なお、圧電基板４３はニオブ酸リチウ
ム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、水晶などの
圧電材料で薄い板状に形成されている。

【００１４】入力電極４４は、導電体帯により形成され
た第１及び第２連結部４４ａ，４４ｂ、並びに複数の第
１及び第２電極指４４ｃ，４４ｄを備えている。第１及
び第２連結部４４ａ，４４ｂは、所定距離だけ隔てて平
行かつ相対向して弾性表面波の伝搬方向（図示左右方
向）に沿って延設されている。複数の第１及び第２電極
指４４ｃ，４４ｄは、第１及び第２連結部４４ａ，４４
ｂの右端部から直角方向にそれぞれ延設されて互いに交
差している。

【００１５】出力電極４５も、入力電極４４と同様に、
導電体帯により形成された第１及び第２連結部４５ａ，
４５ｂ、並びに複数の第１及び第２電極指４５ｃ，４５
ｄを備えており、入力電極４４と左右対称となるように
形成されている。なお、図３は入出力電極４４，４５を
簡略して示しており、実際には電極指の幅及び隣り合う
電極指間の距離は共に等しく設定されている（例えば、
λ／４に設定されている。λは弾性表面波の波長を表
す。）。なお、入力電極４４と出力電極４５の間の圧電
基板４３上には、入力電極４４と出力電極４５との電磁
結合を防止するためのアース用の導電膜４６が蒸着され
ている。この導電膜４６は金属製の線材４６ａを介して
ベース４１に接地されている。

【００１６】また、入力電極４４と出力電極４５との間
であって弾性表面波が伝搬する部分のうちの所定領域
が、液体に接触するセンシング面４３ａとなる。液体が
センシング面４３ａに接触している場合、センシング面
４３ａに接触する液体の粘性および荷重により液体とセ
ンシング面４３ａとの間に摩擦が生じるので、センシン
グ面４３ａの表面部の変位が抑制され、弾性表面波は減
衰され伝搬する。したがって、センシング面４３ａによ
り液体の粘性率を検出できる。なお、本明細書におい
て、液体がセンシング面４３ａに接触するということ
は、液体が直接センシング面４３ａに接触することだけ
でなく、例えば、液体が導電膜４６を介してセンシング
面４３ａに間接的に接触する場合などのことを含んでい
る。

【００１７】ベース４１の両端部には、このベース４１
を上下方向に貫通するように絶縁させてそれぞれ固定し
た各一対の入力端子４７ａ，４７ｂおよび出力端子４８
ａ，４８ｂが設けられている。各入出力端子４７ａ，４
７ｂ，４８ａ，４８ｂは、金属製のピンで構成されてい
る。入力電極４４の第１及び第２連結部４４ａ，４４ｂ
の左端部から導出された金属製の各線材４９ａ，４９ｂ
は、入力端子４７ａ，４７ｂにそれぞれ電気的に接続さ
れている。出力電極４５の第１及び第２連結部４５ａ，
４５ｂの右端部から導出された金属製の各線材４９ｃ，
４９ｄは、出力端子４８ａ，４８ｂにそれぞれ電気的に
接続されている。

【００１８】そして、ベース４１上面両端部には、圧電
基板４３のセンシング面４３ａの左右両側に配置した金
属製の一対のカバー５０ａ，５０ｂが所定距離だけ隔て
て固定されている。カバー５０ａ，５０ｂは、入力電極
４４と各線材４９ａ，４９ｂ、出力電極４５と各線材４
９ｃ，４９ｄをそれぞれ液密に覆ってこれらとの間に空
間Ｓ（図３（Ｂ）参照）をそれぞれ形成している。な
お、カバー５０ａ，５０ｂのベース４１の外周に沿った
部分は溶接により固定されており、上記以外の部分であ
って弾性表面波デバイス４２およびベース４１との間に
隙間が生じる部分はシリコンゴムなどにより封止されて
いる（図３（Ｃ）参照）。

【００１９】したがって、カバー５０ａ，５０ｂは入力
電極４４、出力電極４５および線材４９ａ，４９ｂ，４
９ｃ，４９ｄを液密に覆っているので、液体がカバー５
０ａ，５０ｂ内に侵入して入力電極４４、出力電極４５
および線材４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄに到達する
ことはない。また、入力電極４４および出力電極４５と
カバー５０ａ，５０ｂの間には空間Ｓがそれぞれ形成さ
れ、すなわち入力電極４４および出力電極４５上面に接
して温度変化に応じて弾性表面波の減衰率を変化させる
物質は存在しないので、液体の温度が変化しても弾性表
面波装置４０の出力特性をほぼ一定に保つことができ
る。また、入出力電極４４，４５が各カバー５０ａ，５
０ｂとベース４１によりそれぞれ囲まれるので、入出力
電極４４，４５への外部からの電磁気的影響を遮断でき
る。

【００２０】なお、このように構成した弾性表面波装置
４０は、センシング面４３ａを円筒体２３の先端部に設
けた開口２３ａ（図１参照）に合わせるようにして円筒
体２３内に配置されている。このとき、円筒体２３と弾
性表面波装置４０との隙間はシリコンゴムなどで封止さ
れている。

【００２１】また、測定部３０に設けた発振器３１から
の高周波信号はケーブル１１を介して弾性表面波装置４
０の入力電極４４に印加され、これにより圧電基板４３
に生成された弾性表面波は圧電基板４３の表面を伝搬し
て出力電極４５により取り出され、検波回路２１に出力
される。

【００２２】弾性表面波装置４０から出力された高周波
信号は、検波回路２１により検波され直流電圧に変換さ
れてケーブル１１を介して測定部３０のＡ／Ｄ変換器３
３に入力されデジタル信号に変換されてマイクロコンピ
ュータ３４に入力される。マイクロコンピュータ３４
は、Ａ／Ｄ変換器３３からの前記直流電圧を表すデジタ
ル信号を電圧値に換算し、予め記憶された電圧値を粘性
率に変換するためのテーブルを用いて前記換算した電圧
値から粘性率を演算し、演算した粘性率を表示器３２に
表示する。

【００２３】次に、上述した粘性率測定装置を用いた被
測定用の液体の粘性率の測定について説明する。センシ
ング面４３ａが液体に接触するようにセンサ部２０を被
測定用の液体の中に入れた後、電源スイッチ３６をオン
にする。弾性表面波装置４０は発振器３１からの高周波
信号を入力して作動し、センシング面４３ａに接触する
液体の粘性率を測定してその測定結果を表す高周波信号
を出力する。この信号は検波回路２１により検波され、
Ａ／Ｄ変換器３３によりデジタル信号に変換されてマイ
クロコンピュータ３４に入力される。そして、マイクロ
コンピュータ３４はこのデジタル信号の信号値に応じた
表示信号を表示器３５に出力して、粘性率の測定結果を
表示器３５に表示する。

【００２４】上述した弾性表面波装置４０によれば、液
体の特性値を測定する際に、液体がカバー５０ａ，５０
ｂ内に侵入して入力電極４４、出力電極４５および線材
４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄに到達することはない
ので、入力電極４４、出力電極４５および線材４９ａ，
４９ｂ，４９ｃ，４９ｄは液体から保護され、また入力
電極４４および出力電極４５が腐食したり線材４９ａ，
４９ｂ，４９ｃ，４９ｄに無理な力が加わって断線した
りするおそれはない。したがって、確実に液体の粘性率
などを測定することができる。また、入力電極４４およ
び出力電極４５上面に接して温度変化に応じて弾性表面
波の減衰率を変化させる物質が存在しないので、液体の
温度が変化しても液体の特性値を測定するための弾性表
面波装置の出力特性をほぼ一定に保つことができる。し
たがって、液体の温度が変化しても正確に液体の粘性率
などを測定することができる。また、入出力電極４４，
４５が、金属製の各カバー５０ａ，５０ｂとベース４１
によりそれぞれ囲まれるので、入出力電極４４，４５へ
の外部からの電磁気的影響を遮断できる。したがって、
正確に液体の粘性率などを測定することができる。

【００２５】なお、上記実施形態においては、２つのカ
バー５０ａ，５０ｂをベース４１の上面両端部に接して
設けることにより入力電極４４、出力電極４５および線
材４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄを空間をおいて覆う
ようにしたが、中央に設けた開口部の周縁に弾性表面波
装置のセンシング面を囲む内枠が固着されベース４１よ
り若干小さいカバーをベース４１の上面に接して設ける
ことにより入力電極４４、出力電極４５および線材４９
ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄを空間をおいて覆うように
してもよい。このとき、カバーのベース４１の外周に沿
った部分は溶接により固定されており、内枠下端と弾性
表面波デバイス４２およびベース４１との間に隙間が生
じる部分はシリコンゴムなどにより封止されている。こ
れによっても、上記実施形態と同様な作用および効果を
期待できる。

【００２６】また、上記実施形態においては、入出力電
極４４，４５と入出力端子４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４
８ｂを金属製の各線材４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄ
を介して電気的に接続するようにしたが、カバーの内側
面に沿って形成した導電体帯またはベースの表面に沿っ
て形成した導電体帯を介して電気的に接続するようにし
てもよい。このとき、導電体はカバーおよびベースから
絶縁されて固定されている。なお、導電体帯をカバーに
形成した場合、導電体帯は押圧されて各入出力電極およ
び各入出力端子に当接するように、カバーがベースに固
定される。また、導電体帯をベースに形成した場合、各
入出力電極は圧電基板の表面に沿って設けた導電体帯を
介してベースの導電体帯に接続される。この場合でも、
上記実施形態と同様な作用および効果を期待できる。

【００２７】また、本発明による弾性表面波装置は、液
体の導電率および誘電率を測定するための測定装置にも
適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した粘性率測定装置の外観図で
ある。

【図２】 図１の粘性率測定装置の構成を示すブロック
図である。

【図３】 （Ａ）は図２の弾性表面波装置を示す平面図
であり、（Ｂ）は図３（Ａ）の弾性表面波装置の３Ｂ−
３Ｂ線に沿った断面図であり、（Ｃ）は図３（Ａ）の弾
性表面波装置の３Ｃ−３Ｃ線に沿った断面図である。

【図４】 （Ａ）は従来技術に係る弾性表面波装置を示
す平面図であり、（Ｂ）は同装置の４Ｂ−４Ｂ線に沿っ
た断面図である。

【符号の説明】

１０…粘性率測定装置、１１…ケーブル、２０…センサ
部、３０…測定部、４０…弾性表面波装置、２１…検波
回路、２３…円筒体、３１…発振器、３３…Ａ／Ｄ変換
器、３４…マイクロコンピュータ、３５…表示器、３６
…電源スイッチ、３７…箱体、４１…ベース、４２…弾
性表面波デバイス、４３…圧電基板、４３ａ…センシン
グ面、４４…入力電極、４５…出力電極、４４ａ，４４
ｂ、４５ａ，４５ｂ…第１及び第２連結部、４４ｃ，４
４ｄ、４５ｃ，４５ｄ…第１及び第２電極指、４６…導
電膜、４６ａ，４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄ…線
材、４７ａ，４７ｂ…入力端子、４８ａ，４８ｂ…出力
端子、５０ａ，５０ｂ…カバー。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電基板上に各一対の櫛歯状の入力電極お
   よび出力電極を弾性表面波の伝搬方向に沿って並設した
   弾性表面波デバイスと、前記各入力電極および前記各出
   力電極からそれぞれ導出した複数の導電部材からなる液
   体の特性値を測定するための弾性表面波装置において、 前記入力電極と前記出力電極との間の所定領域を残して
   同入力電極、同出力電極および前記導電部材を液密に覆
   ってこれらとの間に空間を形成するカバーを設けたこと
   を特徴とする液体の特性値を測定するための弾性表面波
   装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の液体の特性値を測定する
   ための弾性表面波装置において、 前記弾性表面波デバイスはベースの上面に固定されると
   ともに、前記導電部材は前記ベースに固定した入力端子
   および出力端子に接続されることを特徴とする液体の特
   性値を測定するための弾性表面波装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の液体の特性値を測定する
   ための弾性表面波装置において、 前記カバーおよび前記ベースを導電性材料で形成したこ
   とを特徴とする液体の特性値を測定するための弾性表面
   波装置。