JP6103646B2 - 分析装置 - Google Patents
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Description
2,45,87,98a,98b 弾性体層
3 センサ部
7 情報処理装置(算出手段)
50a 第1センサ部(センサ部)
50b 第2センサ部(センサ部)
50c 第3センサ部(センサ部)
95a 片持ち梁センサ部(センサ部)
95b 両持ち梁センサ部(センサ部)
(1−1)分析装置の全体構成
次に、せん断力センサ4におけるセンサ部3の詳細構成について説明する。図4に示すように、せん断力センサ4のセンサ部3は、流路形成部9の板部12に固着される基台部20を備え、この基台部20にL字状に折り曲げられたカンチレバー部21の一端が固定された構成を有する。
次に、上述したせん断力センサ4の製造方法について以下説明する。図5A及び図5Bに示すように、表面からSi上層23、SiO2層28及びSi下層27の順に積層されたSOI(Silicon On Insulator)基板32を用意する。なお、このSOI基板32をHF(フッ化水素)溶液中で洗浄し、SOI基板32の表面に形成されている自然酸化膜を除去する。
ここで、せん断力センサ4のセンサ部3で計測した抵抗値変化率△R/Rと、流体FLからのせん断応力τとの関係について説明する。図10Aに示すように、可動部21c及びヒンジ部21bの厚さは微小であることから、これら可動部21c及びヒンジ部21bの厚さをt[m]とし、図10Bに示すように、可動部21c及びヒンジ部21bの全長L 1 [m]、可動部21cの板長L 2 [m]、可動部21cの全幅b[m]、1つのヒンジ部21bの脚幅w[m]、可動部21c(梁)の先端に負荷される力F[N]、可動部21c(梁)のヤング率E[Pa]、カンチレバー部21の圧電係数πLとした場合、カンチレバー部21の先端における変位νと、カンチレバー部21の抵抗値変化率△R/Rの関係は下記のようになる。但し、ここでは、カンチレバー部21の変形は、片持ち梁の1次モード変形に近似できるとし、その他の変形は無視できるものとする。
以上の構成において、せん断力センサ4では、ヒンジ部21bが変形することによりピエゾ抵抗層24の抵抗値が変化するセンサ部3が弾性体層2に覆われており、この弾性体層2の平面状の流路表面2aが所定の傾斜角度θで傾斜するように設けられている。
次に、上述した「(1−3)せん断力センサ及び粘度センサの製造方法」に従って製造した粘度センサ4aを備える分析装置1を用意し、各種検証試験を行った。実際上、粘度センサ4aは、約2[mm]四方であるセンサ部3のチップに対し、十分大きな流路幅として30[mm]をとった流路形成部9を用いた。また、流路形成部9は、壁面の高さの約5倍である40[mm]程度まで下端開口部から離した位置にセンサ部3を配置した。また、流路形成部9では、流体FLの定常な流れを計測するため、壁部13aから下端開口部までの流路形成領域ER1の長さを200[mm]とした。そして、流路形成部9は、45度に傾いた基台10上に設置し、流路表面2aを約45度に傾けた。
図18において、35は、第2の実施の形態によるスティック型の分析装置を示し、流体FL内にて所定の方向に移動させるだけで、流体FLの粘度を計測し得るように構成されており、使用者が携帯し易いように小型化が図られている。実際上、この分析装置35は、細長い四角柱形状で形成された棒状部材からなる本体36を備えており、この本体36の四辺のうち一側面36aにせん断力センサ37が設けられているとともに、一側面36aと直角に配置された一端面36bに圧力センサ38が設けられた構成を有する。
図21において、41は第3の実施の形態による携帯型の分析装置を示し、この分析装置41は、第2の実施の形態による分析装置35と異なり流体FLをかき混ぜる方向が特に決められておらず、流体FL内にて本体42を任意の方向に移動させるだけで、流体FLの粘度を計測し得るように構成されている。
図28において、55は第4の実施の形態による携帯型の分析装置を示し、この分析装置55は、第2の実施の形態による分析装置35とは本体52の形状がY字状に形成されている点と、せん断力センサ37が2つ設けられている点とで相違している。
図30において、70は第5の実施の形態による回転型の分析装置を示し、上述した第2の実施の形態と同一構成を有したせん断力センサ37が基板72に設けられた構成を有している。また、この分析装置70は、せん断力センサ37において弾性体層2で覆われた直立したセンサ部(図示せず)に対向するように回転基板73が設置された構成を有する。回転基板73は、円盤状に形成されており、弾性体層2の平面状の流路表面2aに対し、平面状の対向面部をほぼ平行に配置させ得るとともに、弾性体層2の流路表面2aとの間に所定の隙間が形成され得るように配置され得る。
(6)第6の実施の形態
図18との対応部分に同一符号を付して示す図32において、90は、第7の実施の形態によるスティック型の分析装置を示し、第2の実施の形態と同様に、流体内にて所定の方向に往復移動させるだけで、流体の粘度μを計測し得るように構成されている。実際上、この分析装置90は、細長い四角柱形状に形成された棒状部材からなる本体91を備え、使用者が親指、人差し指及び中指で本体91を把持し得、かつ使用者が携帯し易いように本体91の小型化が図られている。
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であり、これら上述した実施の形態を組み合わせたりしてもよく、また第2の実施の形態による分析装置35や、第3の実施の形態による分析装置41等に、それぞれ加速度センサを設けるようにしてもよい。
Claims (7)
- 流体の粘性を特定する分析装置であって、
流路表面に前記流体が流れることで、該流体からのせん断応力により変位する弾性体層と、
前記弾性体層に覆われており、該弾性体層が変位することにより可動する可動部の変化状態を基に前記流体の粘性を特定する計測結果を得るセンサ部と、
前記弾性体層に覆われた前記センサ部と、前記流体から受ける圧力を計測する圧力センサとが設けられ、前記流体内にて移動させる本体と、
前記センサ部から得られた計測結果と、前記圧力センサから得られた圧力計測結果とから、前記流体の粘度係数を算出する粘度係数算出手段とを備え、
前記本体には、該本体を前記流体内で移動させる移動方向と直交する側面に前記弾性体層に覆われた前記センサ部が設けられ、前記本体を前記流体内で移動させる移動方向に垂直な一端面に前記圧力センサが設けられている
ことを特徴とする分析装置。 - 流体の粘性を特定する分析装置であって、
流路表面に前記流体が流れることで、該流体からのせん断応力により変位する弾性体層と、
前記弾性体層に覆われており、該弾性体層が変位することにより可動する可動部の変化状態を基に前記流体の粘性を特定する計測結果を得るセンサ部と、
前記センサ部が複数設けられた本体とを備え、
各前記センサ部は、互いに直交するx軸方向、y軸方向及びz軸方向の3軸方向の前記流体からのせん断応力を検知して前記流体の粘性を特定する前記計測結果を得る
ことを特徴とする分析装置。 - 流体の粘性を特定する分析装置であって、
水平線に対し傾斜するように設置された流路と、
流路表面に前記流体が自重により流れることで、該流体からのせん断応力により変位する弾性体層と、
前記弾性体層に覆われており、該弾性体層が変位することにより可動する可動部の変化状態を基に前記流体の粘性を特定する計測結果を得るセンサ部と、
前記流路表面を流れる前記流体の表面流速と、前記流路表面を流れる前記流体の該流路表面からの高さである流体高さとを取得し、前記センサ部からの前記計測結果と、前記表面流速と、前記流体高さとから、前記流体の粘度係数を算出する算出手段とを備える
ことを特徴とする分析装置。 - 流体の粘性を特定する分析装置であって、
流路表面に前記流体が流れることで、該流体からのせん断応力により変位する弾性体層と、
前記弾性体層に覆われており、該弾性体層が変位することにより可動する可動部の変化状態を基に前記流体の粘性を特定する計測結果を得るセンサ部と、
前記弾性体層の流路表面との間に前記流体を配置させた状態で回動することで該流体を移動させる回転基板とを備え、
前記センサ部は、前記回転基板が回動したときに前記弾性体層が変位することで可動した前記可動部の変化状態を基に、前記流体の粘性を特定する計測結果を得る
ことを特徴とする分析装置。 - 流体の粘性を特定する分析装置であって、
流路表面に前記流体が流れることで、該流体からのせん断応力により変位する弾性体層と、
前記弾性体層に覆われており、該弾性体層が変位することにより可動する可動部の変化状態を基に前記流体の粘性を特定する計測結果を得るセンサ部と、
前記流体が内部の中空領域を通過する管状の本体とを備え、
前記本体の壁部には、前記弾性体層で覆われ、前記本体の壁部の上端部から下端部まで周方向に所定間隔を開けて配置された複数の前記センサ部が設けられており、
前記センサ部は、前記中空領域を前記流体が通過するときに前記弾性体層が変位することにより可動した前記可動部の変化状態を基に、前記流体の粘性を特定する計測結果を得る
ことを特徴とする分析装置。 - 前記センサ部は、前記可動部の可動状態を抵抗値の変化として検知するピエゾ抵抗層を備え、前記計測結果が前記ピエゾ抵抗層から得られる抵抗値変化率である
ことを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項記載の分析装置。 - 前記センサ部から得られた前記抵抗値変化率を基に、前記流体から受けるせん断応力を算出するせん断応力算出手段を備える
ことを特徴とする請求項6記載の分析装置。
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