JP2010203992A - Viscosity sensor and method of measuring viscosity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粘性センサーおよび粘性の測定方法に関する。 The present invention relates to a viscosity sensor and a viscosity measuring method.
液体に振動子を接触させて該液体の粘性を測定する方法が知られている。たとえば、特許文献1には、オイル等の液体中に平板状の水晶振動子を浸漬し、該水晶振動子を発振させて、C.I.値(クリスタルインピーダンス)を観測することによって、液体の粘度を検出する粘度センサ用水晶振動子が開示されている。 A method for measuring the viscosity of a liquid by bringing a vibrator into contact with the liquid is known. For example, in Patent Document 1, a flat crystal resonator is immersed in a liquid such as oil, and the crystal resonator is oscillated. I. A crystal oscillator for a viscosity sensor that detects the viscosity of a liquid by observing a value (crystal impedance) is disclosed.
また、特許文献2には、特許文献1と類似した粘度センサ用圧電振動子が開示されている。特許文献2には、粘度センサ用圧電振動子の振動片を保持する保持具等が、クロムメッキされており測定対象であるオイルに接触しても各部材が硫化せず、粘度測定の信頼性を高めることができる等の記載がある。 Patent Document 2 discloses a piezoelectric vibrator for a viscosity sensor similar to Patent Document 1. In Patent Document 2, a holder or the like for holding a vibrating piece of a piezoelectric vibrator for a viscosity sensor is chrome-plated, and each member does not sulfidize even when it comes into contact with the oil to be measured. There is a description that can be improved.
しかしながら、従来の振動子を利用した粘度センサーの測定対象は、流動性を有する程度の粘度以下の粘度を有する流体に限られていた。すなわち、非常に粘度の高い流体や、プラスチック等の粘弾性体の粘度(粘性)を測定することは困難であった。その理由としては、測定対象の粘性が高すぎると、プローブである振動子の振動が、測定対象に接触したときに阻害されてしまい、振動子のC.I.値が非常に大きくなってセンサーを発振させることができなくなることなどが挙げられる。 However, the measurement target of a viscosity sensor using a conventional vibrator is limited to a fluid having a viscosity equal to or lower than a viscosity that has fluidity. That is, it has been difficult to measure the viscosity (viscosity) of a very viscous fluid or a viscoelastic body such as plastic. The reason is that if the viscosity of the measurement object is too high, the vibration of the vibrator serving as the probe is hindered when contacting the measurement object. I. For example, the value becomes so large that the sensor cannot oscillate.
また、従来の振動子は、振動部分が直接測定対象に接触するため、各部材に腐食防止のための処理等を行う必要があった。 In addition, since the vibration portion of the conventional vibrator is in direct contact with the measurement target, it is necessary to perform a treatment for preventing corrosion on each member.
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、液体を含む広範な物質の粘性を容易に測定することができる粘性センサーを提供することにある。 One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a viscosity sensor that can easily measure the viscosity of a wide range of substances including liquids.
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、信頼性および再現性の良好な粘性センサーを提供することにある。 One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a highly reliable and reproducible viscosity sensor.
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、振動片によって液体を含む広範な物質の粘性を容易に測定する方法を提供することにある。 One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a method for easily measuring the viscosity of a wide range of substances including liquids using a vibrating piece.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.
[適用例1]
第1ハウジングと、
第2ハウジングと、
前記第1ハウジングおよび前記第2ハウジングを接続して密閉空間を形成するとともに、前記第1ハウジングおよび前記第2ハウジングの間の振動の伝搬をアイソレートするアイソレーターと、
前記密閉空間に収容され、前記第2ハウジングに固定された基部および前記基部から伸びた腕部を有する振動片と、
を含み、
前記振動片の前記腕部の振動は、前記基部および前記第2ハウジングに漏出する、粘性センサー。
[Application Example 1]
A first housing;
A second housing;
An isolator for connecting the first housing and the second housing to form a sealed space, and isolating vibration propagation between the first housing and the second housing;
A vibrating piece having a base portion housed in the sealed space and fixed to the second housing and an arm portion extending from the base portion;
Including
A viscosity sensor in which vibration of the arm portion of the vibrating piece leaks to the base and the second housing.
このような粘性センサーは、液体を含む広範な物質の粘性を容易に測定することができる。このような粘性センサーは、腕部の振動に由来する漏れ振動を利用して測定対象の粘性を測定できる。そのため、非常に粘度の大きい液体や、粘弾性体の粘性を測定するときに、測定部の振動が抑制された場合でも、振動片が停止することなく発振し続けることができる。また、このような粘性センサーは、密閉空間内に振動片が収容されるため、振動片の腕部が測定対象に直接接することがないため、信頼性および再現性高く粘性を測定することができる。 Such a viscosity sensor can easily measure the viscosity of a wide range of substances including liquids. Such a viscosity sensor can measure the viscosity of the measurement object using leakage vibration derived from the vibration of the arm. Therefore, when measuring the viscosity of a liquid having a very high viscosity or a viscoelastic body, the vibration piece can continue to oscillate without stopping even if the vibration of the measurement unit is suppressed. In addition, such a viscosity sensor can measure viscosity with high reliability and reproducibility because the vibrating piece is accommodated in the sealed space and the arm portion of the vibrating piece does not directly contact the measurement target. .
[適用例2]
適用例1において、
前記振動片は、前記腕部に形成された電極、および、前記基部に形成され前記電極と電気的に接続された配線を有し、
前記第1ハウジングは、外側から内側への電気的な接続を行う端子を有し、
前記配線は、前記密閉空間内で前記端子に電気的に接続された、粘性センサー。
[Application Example 2]
In application example 1,
The vibrating piece includes an electrode formed on the arm portion, and a wiring formed on the base portion and electrically connected to the electrode,
The first housing has a terminal for electrical connection from the outside to the inside,
The wiring is a viscosity sensor electrically connected to the terminal in the sealed space.
このような粘性センサーは、密閉空間内に振動片に対する電気的接続が収容されるため、さらに信頼性および再現性高く粘性を測定することができる。 Such a viscosity sensor can measure the viscosity with higher reliability and reproducibility because the electrical connection to the vibrating piece is accommodated in the sealed space.
[適用例3]
適用例1または適用例2において、
前記振動片は、音叉型振動片である、粘性センサー。
[Application Example 3]
In application example 1 or application example 2,
The vibration piece is a tuning fork type vibration piece, a viscosity sensor.
このような粘性センサーは、振動特性を制御しやすい音叉型振動片を用いるため、さらに信頼性および再現性高く粘性を測定することができる。 Since such a viscosity sensor uses a tuning-fork type vibration piece whose vibration characteristics are easy to control, the viscosity can be measured with higher reliability and reproducibility.
[適用例4]
適用例1ないし適用例3のいずれか一項において、
前記振動片の前記基部は、前記第2ハウジングを貫通している、粘性センサー。
[Application Example 4]
In any one of the application examples 1 to 3,
The base of the vibration piece is a viscosity sensor that penetrates the second housing.
このような粘性センサーは、振動片の基部を直接測定対象に接触させることができるため、さらに感度良く粘性を測定することができる。 Such a viscosity sensor can directly measure the viscosity with high sensitivity because the base of the resonator element can be brought into direct contact with the object to be measured.
[適用例5]
適用例1ないし適用例3のいずれか一項において、
前記第2ハウジングの前記基部が固定された位置の外側に、さらに接触片が設けられた、粘性センサー。
[Application Example 5]
In any one of the application examples 1 to 3,
A viscosity sensor, wherein a contact piece is further provided outside the position where the base portion of the second housing is fixed.
このような粘性センサーは、第2ハウジングとともに振動する接触片を有しているため、測定対象との接触が容易となり、さらに感度、信頼性および再現性よく粘性を測定することができる。 Since such a viscosity sensor has a contact piece that vibrates together with the second housing, the contact with the measurement object is facilitated, and the viscosity can be measured with high sensitivity, reliability, and reproducibility.
[適用例6]
適用例1ないし適用例4のいずれか一項において、
前記振動片は、前記基部および前記第2ハウジングの少なくとも一方が測定対象に接触し、前記基部の振動の大きさが変化することに対応してインピーダンスが変化する、粘性センサー。
[Application Example 6]
In any one of the application examples 1 to 4,
The vibration piece is a viscosity sensor in which impedance changes in response to a change in magnitude of vibration of the base when at least one of the base and the second housing is in contact with a measurement target.
このような粘性センサーは、振動片のインピーダンスが、漏れ振動の変化に敏感に反応するため、さらに感度、信頼性および再現性よく粘性を測定することができる。 In such a viscosity sensor, since the impedance of the vibration piece responds sensitively to changes in leakage vibration, the viscosity can be measured with higher sensitivity, reliability, and reproducibility.
[適用例7]
適用例5において、
前記接触片は、前記腕部から漏出する漏れ振動によって振動し、
前記振動片は、前記接触片および前記第2ハウジングの少なくとも一方が測定対象に接触し、前記基部の振動の大きさが変化することに対応してインピーダンスが変化する、粘性センサー。
[Application Example 7]
In application example 5,
The contact piece vibrates due to leakage vibration leaking from the arm portion,
The vibration piece is a viscosity sensor in which an impedance changes in response to a change in magnitude of vibration of the base portion when at least one of the contact piece and the second housing comes into contact with a measurement target.
このような粘性センサーは、振動片のインピーダンスが、漏れ振動の変化に敏感に反応するため、さらに感度、信頼性および再現性よく粘性を測定することができる。 In such a viscosity sensor, since the impedance of the vibration piece responds sensitively to changes in leakage vibration, the viscosity can be measured with higher sensitivity, reliability, and reproducibility.
[適用例8]
基部および前記基部から伸びた腕部を有し、前記基部の振動が変化したときにインピーダンスが変化する振動片を用いる粘性の測定方法であって、
前記振動片の前記腕部に駆動信号を入力して前記腕部および前記基部を振動させる工程と、
前記基部を測定対象に直接または間接に接触させる工程と、
前記基部の振動の変化を、前記振動片のインピーダンスの変化として検出する工程と、
を含む、粘性の測定方法。
[Application Example 8]
A viscosity measuring method using a vibrating piece having a base and an arm extending from the base, the impedance of which changes when the vibration of the base changes,
Inputting a drive signal to the arm portion of the vibrating piece to vibrate the arm portion and the base portion;
Contacting the base directly or indirectly with a measurement object;
Detecting a change in vibration of the base as a change in impedance of the vibrating piece;
Viscosity measurement method including
このようにすれば、液体を含む広範な物質の粘性を容易に測定することができる。すなわち、腕部の振動に由来する漏れ振動を利用して測定対象の粘性を測定できる。そのため、非常に粘度の大きい液体や、粘弾性体の粘性を測定するときに、基部の振動が抑制された場合でも、振動片を停止させることなく発振させ続けることができる。 In this way, the viscosity of a wide range of substances including liquid can be easily measured. That is, the viscosity of the measurement target can be measured using leakage vibration derived from the vibration of the arm portion. Therefore, when measuring the viscosity of a liquid having a very high viscosity or a viscoelastic body, it is possible to continue to oscillate without stopping the resonator element even when the vibration of the base is suppressed.
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the following embodiment demonstrates an example of this invention.
1.粘性センサー
図1は、実施形態にかかる粘性センサー100を模式的に示す部分切断断面図である。図2は、振動片40を模式的に示す平面図である。
1. Viscosity Sensor FIG. 1 is a partially cut sectional view schematically showing a
粘性センサー100は、第1ハウジング10と、第2ハウジング20と、アイソレーター30と、振動片40と、を含む。
The
第1ハウジング10は、図1に示すように、粘性センサー100の振動片40を封じる筐体の一部である。第1ハウジング10は、アイソレーター30と接続され、粘性センサー100の内部に密閉空間32を形成する部材の1つである。第1ハウジング10の断面形状および平面的な形状は、いずれも限定されない。図1の例では、振動片40の上部を覆う器状の形状を有しているが、アイソレーター30の形状等を適宜選ぶことにより平板状等であってもよい。また、第1ハウジング10は、粘性センサー100における振動しない部位(非振動部)の1つであるため、第1ハウジング10によって粘性センサー100を支持することができる。第1ハウジング10の材質としては、金属、セラミック等が挙げられ、密閉空間32を形成しうる材質であれば特に限定されない。
As shown in FIG. 1, the
第1ハウジング10には、粘度センサー100の外部から内部への(内部から外部への)電気的接続を行うための端子12を設けることができる。端子12は、必要数を設けることができる。端子12は、第1ハウジング10が導電性の材質で形成される場合には、第1ハウジング10と電気的に絶縁されて設けられる。図1に示す例では、導電性の芯が絶縁性の鞘で覆われた、2つのハーメチックシール端子が描かれている。このような端子12を設けることにより、密閉空間32内の振動片40の電極等と外部回路等とを粘性センサー100の密閉を保ったまま電気的に接続することができる。
The
第2ハウジング20は、図1に示すように、アイソレーター30と接続される。第2ハウジング20は、粘性センサー100の内部に密閉空間32を形成するための部材の1つである。第2ハウジング20の断面形状および平面的な形状は、いずれも限定されない。図1の例では、振動片40の下部に設けられた板状の形状を有しているが、アイソレーター30の形状等を適宜選ぶことにより器状等であってもよい。第2ハウジング20は、測定対象に接触させるための粘性センサー100のプローブ(測定部)として機能する。第2ハウジング20の材質としては、金属、セラミック等が挙げられ、密閉空間32を形成しうる材質であれば限定されない。なお、図1に示す例では、第2ハウジング20は測定対象に接触することになるため、該測定対象に対して化学的、機械的に安定な材質で形成されることがより好ましい。このような材質の例としては、たとえば、第2ハウジング20の少なくとも外側表面を、金、クロム等の安定な金属で形成したり、外側表面に高分子材料からなるコートを施したりすることができる。
The
第2ハウジング20は、粘性センサー100の振動する部位の1つである。第2ハウジング20には、振動片40の基部42の少なくとも端面が固定される。第2ハウジング20に振動片40の基部42を固定する方法としては、たとえば、接着剤、金属製のロウ材等による接着、プラズマ溶接、シーム溶接などの溶接、および超音波接合などを挙げることができる。図1の例では、接着剤層22を形成することによって第2ハウジング20に基部42を固定している。接着剤層22で基部42を固定する場合に用いる接着剤としては、エポキシ系、アクリル系またはガラス系の接着剤が挙げられるが、基部42の振動をより効率よく第2ハウジング20に伝達させるために、できるだけ硬度の大きい接着剤を用いることが好ましい。
The
アイソレーター30は、第1ハウジング10および第2ハウジング20を接続する部材である。アイソレーター30によって、第1ハウジング10および第2ハウジング20が接続されると、内部に密閉空間32が形成される。アイソレーター30は、第2ハウジング20の振動を第1ハウジング10に伝搬させない(アイソレートする)機能を有する。アイソレーター30の構造としては、密閉空間32を形成しつつ振動の伝搬を抑制できるような構造、たとえば、ベローズ構造、ダイヤフラム構造などが挙げられる。図1の例では、アイソレーター30は、ベローズ構造となっている。アイソレーター30の細部の形状は、第1ハウジング10および第2ハウジング20と接続できるかぎり任意である。
The
アイソレーター30の材質としては、金属、プラスチック等が挙げられる。また、アイソレーター30の材質としては、アイソレーター30が測定対象に接触する場合にそなえ、該測定対象に対して安定な材質で形成されることがより好ましい。このような場合は、たとえば、アイソレーター30の少なくとも外側表面を、金、クロム等の安定な金属で形成したり、表面に高分子材料等のコートを施したりすることができる。
Examples of the material of the
アイソレーター30と、第1ハウジング10および第2ハウジング20との接続は、たとえば、接着剤、金属製のロウ材等による接着、プラズマ溶接、シーム溶接などの溶接、および超音波接合などにより行うことができる。第1ハウジング10、第2ハウジング20およびアイソレーター30によって形成される密閉空間32は、アイソレーター30の機能を阻害しない範囲において、大気圧よりも小さい圧力を有してもよい。また、密閉空間32内には、窒素、不活性ガス等が封入されてもよい。
The
振動片40は、密閉空間32に収容される。振動片40は、基部42および基部42から延びた腕部44を有する。振動片40は、腕部44の振動のエネルギーが基部42の端面へ漏れ出す振動漏れを有するように形成される。振動片40は、腕部44から基部42への振動漏れを有する限り任意のものを用いることができる。振動片40としては、たとえば、単梁型振動片、音叉型振動片、ウォーク型振動片などを例示することができる。例示した振動片は、いずれも基部42と基部42から延びた腕部44とを有する態様を採ることができる。振動片40は、たとえば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料で形成されることができる。
The vibrating
本実施形態では、振動片40が音叉型振動片である態様について例示する。図2に示すように、振動片40は、基部42から突出する2本の腕部44が基端を有した片持ち梁状に形成されている。これら2本の腕部44は、同一方向に延びている。
In the present embodiment, an example in which the vibrating
腕部44には、複数の電極46が形成される。電極46は、腕部44の表面に形成される。電極46によって、腕部44を構成する圧電材料に電界を印加することができる。これにより腕部44は、屈曲することができる。そして、与えられる電界の方向を交番させることによって、腕部44は、屈曲振動することができる。
A plurality of
腕部44に設けられる電極46の配置としては、腕部44を屈曲させることができるかぎり任意である。図2の例では、腕部44の表面側および裏面側に電極46が設けられている。電極46は、1本の腕部44に対して少なくとも2つ設けられ、これら2つの電極46が互いに異なる電位を有するように、配線48によって電気的に接続される。配線48は、腕部44の表面側、裏面側および側面に形成されることができる。配線48は、腕部44において、重り部49を兼ねていてもよい。重り部49は、腕部44の先端付近に形成されることができる。重り部49は、腕部44の振動の周波数の調整に用いることができる。配線48は、腕部44から基部42に延設されている。
The arrangement of the
図示の例では、配線48は、基部42に2本引き出されている。各配線48を介して、各電極46に電圧信号を印加することができる。基部42において、配線48は、図示のようなパッド47を有していてもよい。これにより、ボンディングワイヤー50等の振動片40への接続を容易化することができる。電極46および配線48の材質としては、たとえば、CrおよびAu等を挙げることができ、これらの積層構造としてもよい。
In the illustrated example, two
配線48は、基部42において、ボンディングワイヤー50の一方の端に接続される。ボンディングワイヤー50の他方の端は、第1ハウジング10に設けられた端子12に接続される。このようにして、電極46から、端子12までの電気的接続が第1ハウジング10の内部の密閉空間32内に形成される。そして、端子12は、第1ハウジング10の外側で外部回路等(図示せず)に電気的に接続されることができる。ボンディングワイヤー50としては、たとえば、金線を用いることができる。ボンディングワイヤー50は、基部42の動作を阻害しない程度に細く形成されることがより好ましい。また、ボンディングワイヤー50は、基部42の動作を阻害しないように巻き線状に形成されてもよい。
The
上記のような電極46および配線48の構造を採り、外部から電圧信号を印加することにより、2本の腕部44は、互いに接近・離間するように屈曲振動することができる。
By adopting the structure of the
振動片40は、腕部44の振動が、腕部44から基部42に伝搬されるように形成される。換言すると、振動片40の基部42および腕部44は、腕部44の振動が基部42に漏出するように形成される。音叉型振動片の場合、たとえば、腕部44の一方の質量を他方よりも大きくすること、腕部44の一方の長さを他方よりも長くすること、電極46の配置を2本の腕部44で非対称とすること、2本の腕部44の形状を非対称とすること、およびそれらの組み合わせ等によって、振動片40を形成すれば、腕部44の振動を基部42に漏出させることができる。基部42の振動は、基部42が固定されている第2ハウジング20に伝搬され、第2ハウジング20は基部42の振動とともに振動する。なお、図2に示す振動片40の場合は、基準信号源としての音叉型振動片において振動エネルギーの伝搬を抑制するために基部42に形成される貫通孔や切り欠きといった構成を有していない。たとえば、このような構成を有さないことによっても、腕部44の振動を基部42に漏出させやすくすることができる。
The
以上説明した粘性センサー100は、振動片40が密閉空間32内に収容されている。そのため、粘性センサー100は、振動片40の腕部44が測定対象に直接接することがない。したがって、液体を含む広範な物質の粘性を、信頼性および再現性高く、容易に測定することができる。
In the
2.粘性センサーによる粘性の検出および粘性センサーの動作
以下に、粘性センサーによる粘性の検出および粘性センサーの動作について説明する。
2. Viscosity Detection by Viscosity Sensor and Operation of Viscous Sensor The following describes the viscosity detection by the viscosity sensor and the operation of the viscosity sensor.
図3は、粘性センサー100を発振させる発振器の回路図の一例および粘性を測定するためのブロックダイヤグラムの一例である。図4は、粘性センサー100の動作を示す簡略化された等価回路図である。図4のC0は、粘性センサー100全体における電位の異なる電極46(および/または配線48)間の静電容量を表している。
FIG. 3 is an example of a circuit diagram of an oscillator that oscillates the
発振回路200は、増幅器212、帰還抵抗214、抵抗222、およびコンデンサー224、226を含み、粘性センサー100に接続されている。
The
上記のような発振回路200によって粘性センサー100は、駆動されることができる。そして、測定対象の粘性の大きさによって、粘性センサー100の出力信号102の振幅が変化するため、たとえば、図示のように、出力信号102を、バッファー、整流、平滑回路を経て電圧として出力することにより測定対象の粘性を測定することができる。
The
粘性センサー100が測定対象に接触した場合、測定対象の粘性の大きさによって、基部42の振動が変化する。すなわち、粘性センサー100が測定対象に接触すると、図4に示すように等価直列抵抗r1が変化する。このとき、測定対象の粘性が大きいほど、基部42の振動エネルギーが測定対象に対して散逸し、等価直列抵抗r1は大きくなる。仮に、測定対象の粘性が非常に大きく、基部42の振動が停止してしまうと、等価直列抵抗r1は最大値rmaxを示すことになる。なお、等価直列抵抗r1は、粘性センサー100が水晶で形成された場合は、いわゆるC.I.値(クリスタルインピーダンス)に相当する。
When the
ここで、発振回路200の負性抵抗(−R)の絶対値をあらかじめ、rmaxよりも大きく設計しておけば、基部42の振動が完全に停止してしまっても、腕部44の屈曲振動における共振状態を維持することができる。
Here, if the absolute value of the negative resistance (−R) of the
このように、本実施形態の粘性センサー100は、腕部44を振動させるために外部から与えられたエネルギーの一部は、基部42を振動させるために消費される。基部42を振動させるためのエネルギーは、たとえば、粘性センサー100を駆動するために与えられるエネルギーの10〜70%とすることができる。すなわち、基部42の振動エネルギーが完全に散逸しても、残りの90〜30%のエネルギーによって腕部44は振動することができる。
Thus, in the
以上のように、本実施形態の粘性センサー100は、たとえば非常に粘度の大きい液体や、粘弾性体の粘性を測定するときに、測定部の振動が抑制された場合でも、振動片が停止することなく発振し続けることができ、これらの粘性を測定することが容易である。その上、本実施形態の粘性センサー100は、振動片40のインピーダンス(等価直列抵抗r1)が、漏れ振動の変化に対して非常に敏感に反応するため、高感度に粘性を測定することができる。
As described above, in the
本実施形態の粘性センサーによって粘性を測定することができる測定対象としては、極めて広範な物質を挙げることができ、たとえば、気体、液体、粘度の高い液体、樹脂、生体等が挙げられる。 Examples of measurement objects whose viscosity can be measured by the viscosity sensor of the present embodiment include a wide range of substances, such as gas, liquid, liquid with high viscosity, resin, living body, and the like.
3.粘性センサーの変形例
図5は、本実施形態の変形例にかかる粘性センサー300を模式的に示す部分切断断面図である。図6は、本実施形態の他の変形例にかかる粘性センサー400を模式的に示す部分切断断面図である。図7は、粘性センサーの変形例の要部を模式的に示す図である。図8は、粘性センサーの変形例の要部を模式的に示す部分切断断面図である。図9は、粘性センサーの変形例の要部を模式的に示す断面図である。図9は図8のA−A線断面に相当する。図10は、粘性センサーの変形例の要部を模式的に示す断面図である。
3. FIG. 5 is a partially cut cross-sectional view schematically showing a
図5に示した変形例にかかる粘性センサー300は、アイソレーターの形態が異なる以外は粘性センサー100と同様である。したがって、その他の部材の説明は省略する。粘性センサー200のアイソレーター34の構造はダイヤフラム構造となっている。アイソレーター34の材質、アイソレーター34と第1ハウジング10および第2ハウジング20との接続等は、粘性センサー100のアイソレーター30と同様である。
The
図6に示した他の変形例にかかる粘性センサー400は、振動片の形状が異なる以外は粘性センサー100と同様である。したがって振動片以外の部材の説明は省略する。粘性センサー400の振動片41は、基部42から突出して腕部44に並行して延びる2本の配線用枝部43を有する。そして、配線48は、基部42から各配線用枝部43に延出している。
The
2本の配線用枝部43は、基部42に基端を有して片持ち梁状に形成されている。配線用枝部43は、基部42から振動が漏出しないように形成されることができる。配線用枝部43は、振動片41の材質と同様の材質で形成されることができ、一体的に形成されることができる。配線用枝部43の機能としては、密閉空間32内において、ボンディングワイヤー50の長さを短縮することが挙げられる。すなわち、配線用枝部43が形成されることによって、密閉空間32内でボンディングワイヤー50が振動等によって各部材に接触する不具合を低減することができる。また、そのため、粘性センサーを小型化することができる。
The two
さらに粘性センサーの部分の変形例について説明する。本実施形態の粘性センサーは、図7に示すように、第2ハウジング20の基部42が固定された位置の外側に、さらに接触片26が設けられている。接触片26は、第2ハウジング20とともに振動することができる。接触片26は、第2ハウジング20と一体的であってもよく、接着剤、ペースト、ロウ材等による接着、プラズマ溶接、シーム溶接などの溶接、および超音波接合などによって第2ハウジング20に接合されていてもよい。図7の例では、接着剤層28を形成して第2ハウジング20に接触片26を固定している。接着剤層28は、上述の接着剤層22と同様である。接触片26は、測定対象に対して粘性センサー(第2ハウジング20)の振動を伝達しやすくする機能を有する。図示の例では、接触片26は直方体状に描かれているが、接触片26の形状は任意である。
Further, a modified example of the viscosity sensor portion will be described. As shown in FIG. 7, the viscosity sensor of the present embodiment is further provided with a
本実施形態の粘性センサーは、図8および図9に示すように、振動片40の基部42を、第2ハウジング20を貫通させて設けることができる。このようにすれば、基部42を測定対象に接触させることができるため、粘性センサーの感度をさらに向上させることができる。この場合の第2ハウジング20への基部42の固定方法としては、たとえば、接着剤、ペースト、ロウ材等による接着、プラズマ溶接、シーム溶接などの溶接、および超音波接合などを挙げることができる。図8および図9の例では、接着剤層29を基部42の周囲に形成して第2ハウジング20に振動片40の基部42を固定している。
As shown in FIGS. 8 and 9, the viscosity sensor of the present embodiment can be provided with a
なお、基部42を接着剤によって固定すると、該接着剤が、測定対象に接触する場合がある。このような場合には、接着剤が測定対象によって劣化することがある。これを回避する方法としては、図10に示すように、接着剤を用いずに、基部42を固定するという変形が可能である。たとえば、図10に示すように、基部42の表面に、基部42を取り巻くように、パッキング60を形成し、ロウ材層68によって第2ハウジング20に接合されることができる。パッキング60の材質としては、たとえば、Cr、Ni、Pa、Auなどが挙げられる。ロウ材層68の材質としては、Au/Sn等のハンダ材料が挙げられる。図示の例では、パッキング60は、基部42の表面側からCr層62、Pa層64およびAu層66が積層された構造となっている。なお、Pa層64は、Niを含んでもよく、またはNi層としてもよい。Cr層62、Pa層64およびAu層66は、それぞれ、100Å、3000〜5000Å、および5〜10μmの厚みを有するように、スパッタ、蒸着、メッキ等によって形成されることができ、適宜パターニングされることができる。なお、図10の例では、基部42は、第2ハウジング20を貫通して接合されるように描かれているが、パッキング60を第2ハウジングとみなすことができる。したがって、図10の例において、基部42が、第2ハウジング(パッキング60)を貫通していると解してもよい。
In addition, when the
上述の変形例は、「1.粘性センサー」の項で述べた粘性センサーにおいて、いくつかの部材の態様がそれぞれ異なるものであり、粘性センサーの動作および粘性の検出は、「2.粘性センサーによる粘性の検出および粘性センサーの動作」で述べたと同様である。 The above-described modification is different from the viscosity sensor described in the section of “1. Viscosity sensor” in that some aspects of the members are different, and the operation of the viscosity sensor and the detection of the viscosity are described in “2. This is the same as described in “Detection of viscosity and operation of viscosity sensor”.
以上例示した変形例は、個々にあるいは互いに組み合わせて、本実施形態の粘性センサーに対して自由に適用することができる。 The modifications exemplified above can be freely applied to the viscosity sensor of this embodiment individually or in combination with each other.
4.粘性の測定方法
本実施形態にかかる粘性の測定方法は、基部42および基部42から伸びた腕部44を有し、基部42の振動が変化したときにインピーダンスが変化する振動片40を用いる粘性の測定方法であって、振動片40の腕部44に駆動信号を入力して腕部44および基部42を振動させる工程と、基部42を測定対象に直接または間接に接触させる工程と、基部42の振動の変化を、振動片40のインピーダンスの変化として検出する工程と、を含む。
4). Viscosity Measuring Method A viscosity measuring method according to this embodiment includes a
本測定方法において、基部42および基部42から伸びた腕部44を有し、基部42の振動が変化したときにインピーダンスが変化する振動片40としては、上述した粘性センサーが有する振動片40を挙げることができる。したがって本測定方法では、「1.粘性センサー」の項で述べた粘性センサー、または、これに「3.変形例」で述べた変形を自由に組み合わせた粘性センサーを用いることができる。
In this measurement method, as the vibrating
したがって、本測定方法における腕部44および基部42を振動させる工程、および基部42の振動の変化を検出する工程は、上述の「2.粘性センサーによる粘性の検出および粘性センサーの動作」の項で述べたとおりである。
Therefore, the step of vibrating the
基部42を測定対象に直接または間接に接触させる工程では、たとえば、基部42が第2ハウジング20を貫通して設けられた粘性センサーを用いることにより、基部42を測定対象に直接接触させることができる。また、基部42を測定対象に直接または間接に接触させる工程では、基部42が第2ハウジング20を貫通しないで設けられた粘性センサーを用いることにより、基部42を測定対象に第2ハウジング20を介して間接に接触させることができる。
In the step of bringing the
本実施形態の粘性の測定方法によれば、液体を含む広範な物質の粘性を容易に測定することができる。すなわち、腕部44の振動に由来する漏れ振動を利用して測定対象の粘性を測定できる。そのため、非常に粘度の大きい液体や、粘弾性体の粘性を測定するときに、基部42の振動が抑制された場合でも、振動片40を停止させることなく発振させ続けることができる。
According to the viscosity measurement method of the present embodiment, the viscosity of a wide range of substances including liquid can be easily measured. In other words, the viscosity of the measurement target can be measured using leakage vibration derived from the vibration of the
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and effects). In addition, the present invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
10…第1ハウジング、12…端子、20…第2ハウジング、
22,28,29…接着剤層、30…アイソレーター、32…密閉空間、
40,41…振動片、42…基部、43…配線用枝部、44…腕部、46…電極、
48…配線、49…重り部、50…ボンディングワイヤー、60…パッキング、
62…Cr層、64…Pa層、66…Au層、68…ロウ材層、
100,300,400…粘性センサー、102…出力信号、200…発振回路、
212…増幅器、214…帰還抵抗、222…ドレイン抵抗、
224,226…コンデンサー
10 ... 1st housing, 12 ... Terminal, 20 ... 2nd housing,
22, 28, 29 ... adhesive layer, 30 ... isolator, 32 ... sealed space,
40, 41 ... vibrating piece, 42 ... base, 43 ... wiring branch, 44 ... arm, 46 ... electrode,
48 ... wiring, 49 ... weight, 50 ... bonding wire, 60 ... packing,
62 ... Cr layer, 64 ... Pa layer, 66 ... Au layer, 68 ... brazing material layer,
100, 300, 400 ... viscosity sensor, 102 ... output signal, 200 ... oscillation circuit,
212 ... Amplifier, 214 ... Feedback resistor, 222 ... Drain resistor,
224,226 ... Condenser
Claims (8)
第2ハウジングと、
前記第1ハウジングおよび前記第2ハウジングを接続して密閉空間を形成するとともに、前記第1ハウジングおよび前記第2ハウジングの間の振動の伝搬をアイソレートするアイソレーターと、
前記密閉空間に収容され、前記第2ハウジングに固定された基部および前記基部から伸びた腕部を有する振動片と、
を含み、
前記振動片の前記腕部の振動は、前記基部および前記第2ハウジングに漏出する、粘性センサー。 A first housing;
A second housing;
An isolator for connecting the first housing and the second housing to form a sealed space, and isolating vibration propagation between the first housing and the second housing;
A vibrating piece having a base portion housed in the sealed space and fixed to the second housing and an arm portion extending from the base portion;
Including
A viscosity sensor in which vibration of the arm portion of the vibrating piece leaks to the base and the second housing.
前記振動片は、前記腕部に形成された電極、および、前記基部に形成され前記電極と電気的に接続された配線を有し、
前記第1ハウジングは、外側から内側への電気的な接続を行う端子を有し、
前記配線は、前記密閉空間内で前記端子に電気的に接続された、粘性センサー。 In claim 1,
The vibrating piece includes an electrode formed on the arm portion, and a wiring formed on the base portion and electrically connected to the electrode,
The first housing has a terminal for electrical connection from the outside to the inside,
The wiring is a viscosity sensor electrically connected to the terminal in the sealed space.
前記振動片は、音叉型振動片である、粘性センサー。 In claim 1 or claim 2,
The vibration piece is a tuning fork type vibration piece, a viscosity sensor.
前記振動片の前記基部は、前記第2ハウジングを貫通している、粘性センサー。 In any one of Claims 1 to 3,
The base of the vibration piece is a viscosity sensor that penetrates the second housing.
前記第2ハウジングの前記基部が固定された位置の外側に、さらに接触片が設けられた、粘性センサー。 In any one of Claims 1 to 3,
A viscosity sensor, wherein a contact piece is further provided outside the position where the base portion of the second housing is fixed.
前記振動片は、前記基部および前記第2ハウジングの少なくとも一方が測定対象に接触し、前記基部の振動の大きさが変化することに対応してインピーダンスが変化する、粘性センサー。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The vibration piece is a viscosity sensor in which impedance changes in response to a change in magnitude of vibration of the base when at least one of the base and the second housing is in contact with a measurement target.
前記接触片は、前記腕部から漏出する漏れ振動によって振動し、
前記振動片は、前記接触片および前記第2ハウジングの少なくとも一方が測定対象に接触し、前記基部の振動の大きさが変化することに対応してインピーダンスが変化する、粘性センサー。 In claim 5,
The contact piece vibrates due to leakage vibration leaking from the arm portion,
The vibration piece is a viscosity sensor in which an impedance changes in response to a change in magnitude of vibration of the base portion when at least one of the contact piece and the second housing comes into contact with a measurement target.
前記振動片の前記腕部に駆動信号を入力して前記腕部および前記基部を振動させる工程と、
前記基部を測定対象に直接または間接に接触させる工程と、
前記基部の振動の変化を、前記振動片のインピーダンスの変化として検出する工程と、
を含む、粘性の測定方法。 A viscosity measuring method using a vibrating piece having a base and an arm extending from the base, the impedance of which changes when the vibration of the base changes,
Inputting a drive signal to the arm portion of the vibrating piece to vibrate the arm portion and the base portion;
Contacting the base directly or indirectly with a measurement object;
Detecting a change in vibration of the base as a change in impedance of the vibrating piece;
Viscosity measurement method including
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104502235A (en) * | 2014-12-15 | 2015-04-08 | 中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所 | Self-closed type oil viscosity online detection sensor and online detection method thereof |
CN108328563A (en) * | 2018-03-27 | 2018-07-27 | 苏州原位芯片科技有限责任公司 | A kind of MEMS chip and its measurement method for measuring liquid viscosity |
CN111307666A (en) * | 2020-03-19 | 2020-06-19 | Oppo(重庆)智能科技有限公司 | Solder paste viscosity testing method and solder paste viscosity testing device |
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2009
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