JPH0520692B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧電セラミツクの如き電気機械振動子
を用いた粘度検出装置に係り、殊に検出子を被測
定液中において円方向振動させ粘性抵抗を検出子
の円方向振動で感知し、測定するようにした円方
向振動形粘度検出装置に関する。

従来技術 電気機械振動子の機械的振動を検出子に伝え、
該検出子を被測定液中に浸着し、該検出子で感知
した粘性抵抗を上記振動子により等価的電気信号
に変換して粘度を測定する装置が考えられる。例
えば従来汎用の厚さ縦方向振動子を用い、検出子
を被測定液中において同方向に振動させる等であ
る。

発明が解決しようとする問題点 而して電気機械振動子の機械的振動を検出子に
伝え、該検出子を被測定液中に浸し粘性抵抗を測
定せんとする場合、検出子の振動波が被測定液に
伝播されて波動を生じ粘度測定の外乱要因とな
る。この種振動子の機械的振動を用いる粘度測定
においては被測定液をいかに静状態に保ちつつ、
検出子を液中において安定振動させるかが課題と
なる。

例えば汎用の厚さ縦方向振動子を用い、検出子
をその表面と直交する方向に振動させた場合、上
記液の有害な波動が顕著となる。例えばこれを防
止するために検出子として薄肉片を用い、これを
その表面と平行する方向に振動させることを考え
たが、製作時及び作動時における芯振れ等を禁じ
得ず検出子の表面を正確に平行に保ち振動させる
技術に困難を伴ない、波動解消もまだ充分でな
い。加えて検出子の大型化（表面積の確保）、粘
性抵抗の感度に限界があり、高精度の測定が難し
く、測定範囲も狭いといつた欠点がある。

問題点を解決するための手段 本発明は電気機械振動子として捩れ振動子等の
円方向振動子を用い、該円方向振動子と検出子と
をその円方向振動軸線が同一となるように伝達軸
を介し直結し、円方向振動する検出子の周面で粘
性抵抗を感知するようにし、更に上記円方向振動
子を外囲器内に内蔵すると共に、上記検出子を上
記伝達軸を介して外囲器より露出状態に配置した
粘度検出装置を提供する。

作 用 本発明は電気機械振動子として円方向振動子を
用い、検出子を伝達軸を介し上記の如く直結して
おり、円方向振動子の振動軸線と同一軸線におい
て円方向振動する検出子円周面で被測定液の粘性
抵抗が良好に感知できる。

本発明は液中における定軸円方向振動によるも
ので従来の厚み縦方向振動子を用いた場合の如き
有害な波動の発生を効果的に防止し、精度が高く
且つ広範囲な測定を可能とする。

又本発明は検出子の円周面で粘性抵抗感知面積
を充分に確保し、その径や軸方向の長さの選択に
より同面積の増減が容易に図り得る。又本発明は
円方向振動子を外囲器内に内蔵しつつ、検出子を
外囲器より突出させる構成としたので、振動子を
接触等による外乱を受けることなく、又被測定液
に晒す不具合を招来することなく、検出子を外囲
器外において被測定液中に適切に浸着し測定作業
を適正に遂行することができる。

実施例 前記の如く本発明は電気機械振動子として円方
向振動子１を用いる。

該円方向振動として例えば捩れ振動子を適用す
る。該捩れ振動子は振動子の一端で時計方向に、
他端で反時計方向に互いに逆方向に円方向振動す
る振動子である。

第１図に示すように、上記の円方向振動子１の
一端に伝達軸２を円方向振動軸線が同一となるよ
うに直結し、更に該伝達軸２の先端にその円方向
振動軸線が同一となるように検出子３を直結す
る。即ち、円方向振動子１に検出子３を伝達軸２
を介して直結し一体なる検出構体を形成する。伝
達軸２は円柱又は角柱状を呈する。該伝達軸２は
検出子３の担体としての機能と、円方向振動動子
１から離間した距離に支持する機能を有すること
に加え、振動伝達媒体として機能しその長さ設定
により伝達軸における共振周波数の波長を設定す
る。

実施に応じ該伝達軸２には一定の慣性モーメン
トを有する質量体１９を同芯にして一体に取付
け、円方向振動子１の共振周波数を調整可能な構
造とする。

又検出子３は金属又は合成樹脂材等から成り、
第１０図Ａ，Ｂに示すように比較的広い面積の鏡
面仕上げした円周面３ａを有する無垢又は中空の
真円柱体又は円盤を用い、端面の中心に伝達軸２
を直結する。中空の真円柱体を検出子３として用
いる場合には同図Ｂに示すように有底筒を用い、
該筒底面の中心に伝達軸２を結合し、同底面の適
所に空気抜孔４を設ける。又検出子３は第１０図
Ｃ，Ｄに示すような円錐形、紡錐形のものが適用
可能である。

上記によつて円方向振動子１の円方向振動が伝
達軸２を介して検出子３に伝達され、該検出子３
は伝達軸２を中心に円方向振動し、その円方向振
動面、即ち円周面３ａにおいて被測定液の粘性抵
抗を感知する。

該円方向振動は縦方向振動等と異なつて外乱要
因となる液の波動を生じさせず、液を静的状態に
保ち粘性抵抗のみを捕捉する。

上記検出子３の円周面３ａで感知する機械的粘
性抵抗を円方向振動子１により等価的電気信号に
変換し粘度を測定する。即ち、検出子３で粘性抵
抗を感知すると該粘性抵抗が伝達軸２を介して円
方向振動子１に負荷され、振動子１の共振周波数
で励振した時の機械的インピーダンスを変化させ
る。円方向振動子１は該機械的インピーダンスの
変化量を電気信号に変換する。換言すれば検出子
３の円周面３ａで感知された粘性抵抗に応じた円
方向振動子１の機械的インピーダンスの変化量を
電気信号として検出する。即ち、検出子３の円周
面３ａで感知する粘性抵抗を円方向振動子１によ
り等価的電気信号に変換し粘度を測定するのであ
る。この機能は円方向振動子、例えば圧電セラミ
ツクの電気−機械エネルギー変換効果によるもの
である。

第２図に示すように、測定回路として円方向振
動子１を電気的に駆動する駆動回路５と振動子１
の共振周波数で励振した時の機械的インピーダン
スを電気信号として検出するインピーダンス検出
回路６と、上記インピーダンスの変化量に応動
し、粘度を表示する表示回路７とを有し、各回路
は上記円方向振動子１と接続する。

第３図に示すように、上記円方向振動子１及び
伝達軸２はハンドグリツプ形の外囲器８内に内蔵
し、検出子３を伝達軸２の端末部分と共に該外囲
器８の先端より露出状態とし、第２図に示すよう
に検出子３のみを被測定液９中に浸着できるよう
にし、該検出部１０と上記回路装置を内蔵した測
定機１１とをコネクタケーブル１２にて接続す
る。

前記の如く上記円方向振動子１の適材として新
規な捩れ振動子を適用する。第５図，第６図はそ
の一例を示している。同図に示すように、表裏面
に電極Ｖを施した外形が矩形の圧電セラミツク１
Ａ，１Ｂを四象限単位の分極領域に区分して一方
の対角となるコーナを占有する二象限に正方向分
極領域Ｐ２，Ｐ３を、他方の対角となるコーナを
占有する二象限に負方向分極領域Ｐ１，Ｐ４を
夫々配置し、該四分極圧電セラミツク１Ａ，１Ｂ
相互の貼り合せ体を形成し、各四分極圧電セラミ
ツク１Ａと１Ｂの各分極領域Ｐ１乃至Ｐ４を電圧
印加時の長さ振動方向が逆方向となるように対向
させる。

並列接続の場合には第５図に示すように、二枚
の四分極圧電セラミツク１Ａ，１Ｂの正方向分極
領域Ｐ２同志及びＰ３同志を対向させ、且つ負方
向分極領域Ｐ１同志及びＰ４同志を対向させ、電
圧印加方向が逆方向となるように貼り合せる。

又直列接続の場合には第６図に示すように、二
枚の四分極圧電セラミツク１Ａ，１Ｂを一方の正
方向分極領域Ｐ２，Ｐ３と他方の負方向分極領域
Ｐ１，Ｐ４とを対向させ、一方の負方向分極領域
Ｐ１，Ｐ４と他方の正方向分極領域Ｐ２，Ｐ３と
を対向させ、分極方向が逆方向となるように貼り
合せる。

四分極圧電セラミツク１Ａ，１Ｂを上記の如き
約束に従い貼り合せた場合には、各対向する一組
の分極領域においては一方では伸びを、他方では
縮みを生じ、又他の組の分極領域では一方では縮
みを、他方では伸びを生じ、前者においては厚み
方向の一方へ屈曲し、後者においては厚み方向の
他方へ屈曲することとなる。斯くして同様に複屈
曲振動、即ち捩れ振動を誘起する。

即ち、例えば第７図に示すように、一組の正方
向分極領域Ｐ２，Ｐ３において、一方の四分極圧
電セラミツク１Ａが伸びＸ１を生じた時、他方の
四分極圧電セラミツク１Ｂが縮みＸ２を生じ、従
つて該一組の正方向分極領域Ｐ２，Ｐ３は厚み方
向の一方に屈曲Ｙ１する。

他方、他の一組の負方向分極領域Ｐ１，Ｐ４に
おいて、一方の四分極圧電セラミツク１Ａが縮み
Ｘ２を生じた時、他方の四分極圧電セラミツク１
Ｂが伸びＸ１を生じ、従つて該一組の負方向分極
領域Ｐ１，Ｐ４は厚み方向の他方に屈曲Ｙ２し、
振動子の一端で時計方向に、同他端で反時計方向
に円方向振動し、全体として捩れ振動を来す。

上記円方向振動子１たる捩れ振動子の一端を第
１図，第４図Ａに示すように慣性質量体１３に一
体に固着し、該慣性質量体１３を外囲器８内面に
振動吸収用の緩衝材１４を介して固定し、同他端
に前記の如くして伝達軸２及び検出子３を直結す
る。円方向振動子１及びこれに直結する伝達軸２
及び検出子３の組立体（検出構体）は上記によつ
て外囲器８内に緩衝材１４を介して架装状態とさ
れる。緩衝材１４は外囲器８内壁面へ緊密に挿入
し摩擦保持させると共に、緩衝材１４を外囲器８
内面に形成した受部１５で支承し、移動を阻止
し、定位置に保持する。

又第４図Ｂに示すように円方向振動子１を伝達
軸上において節（振動零）を有するような波形１
６で共振させ、例えば該節１７を外囲器８の先端
に位置させ、該節１７において外囲器先端面を閉
鎖するシール１８を設けて伝達軸２を支持し、よ
つて検出構体の支持を強化し、外囲器８内への被
測定液９の浸入を防止する。

円方向振動子１たる捩れ振動子は上記の如く一
端を固定することによつて、他端において円方向
振動し、該円方向振動を同他端に連結された伝達
軸２を介し検出子３に伝え、これを伝達軸２を中
心として円方向振動させ、前記の如くその円周面
３ａで粘性抵抗を感知させる。

第８図，第９図は上記円方向振動子１たる捩れ
振動子の他例を示す。該振動子１は円筒形の圧電
セラミツクによつて構成されている。該円筒形圧
電セラミツクは直径線上を境に二分割され、一方
の圧電セラミツク１Ａと他方の圧電セラミツク１
Ｂにその内外周面の電極面Ｖと平行な分極処理
（ポーリング処理）を施し、矢印で示すように
夫々の分極方向２０ａ，２０ｂを互いに逆方向に
し、これを円筒形に組立て、内周面又は外周面側
の一方を固定し他方をフリーにすると電気駆動に
よりフリー側において円方向振動する。この円方
向振動側に伝達軸２を連結する。例えば円筒形円
方向振動子１を内周面側において円方向振動さ
せ、図示の如く同内周面側に伝達軸２の一端を嵌
挿し固定する。

斯くして円筒形円方向振動子１が円方向振動
し、これに直結された検出子３を伝達軸２を介し
て円方向振動し、その円周面３ａにおいて被測定
液９の粘性抵抗を感知する。

発明の効果 本発明は電気機械振動子として捩れ振動子等の
円方向振動子を用い、検出子を該円方向振動子と
同一円方向振動軸線において円方向振動させ、そ
の円周面において粘性抵抗を良好に感知できる粘
度検出装置を提供できる。

本発明によれば、検出子の粘性抵抗の感知を円
方向振動子による定軸円方向振動にて行うもの
で、従来の厚み縦方向振動子を用いた場合のよう
な外乱要因となる液の波動の発生を効果的に防止
する。又従来に比べ測定精度が高く、且つ広範囲
な測定を可能とし、粘性の非常に接近した被測定
液の正確な粘度測定が可能である。又本明によれ
ば、振動子を外囲器内において接触等による外乱
を受けることなく、又被測定液に晒す不具合を招
来することなく、健全に振動させることができる
と共に、検出子を外囲器外において被測定液中に
適切に浸着し測定作業を適正に遂行することがで
きる。

又本発明は、検出子の周面で粘性抵抗感知面積
を充分に確保し、その径や、軸方向長さの選択に
より、同面積の増減を容易に図ることができ、測
定目的に応じた設計が可能である。

又本発明によれば上記目的達成手段としての検
出子の円方向振動が容易に得られ、円方向振動す
る検出構体が極めて簡素に構成でき、従来の振動
モーター使用の粘度検出計に比べ著しく小形，軽
量化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す検出構体の側面
図、第２図はその外観と検出回路を示す図、第３
図は上記検出構体を内蔵せる検出部と測定機の外
観を表す斜視図、第４図Ａは同検出部の断面図、
同図Ｂは伝達軸上における波形を示す図、第５図
Ａは円方向振動子たる捩れ振動子の一例を示す分
解斜視図、同図Ｂは貼り合せ体とした同振動子の
断面図、第６図Ａは円方向振動子たる捩れ振動子
の他例を示す分解斜視図、同図Ｂ図は貼り合せ体
とした同振動子の断面図、第７図は第５図，第６
図における円方向振動子の捩れ振動動作を説明す
る斜視図、第８図は円方向振動子の他例たる円筒
形捩れ振動子の他例を示す横断面図、第９図は同
円筒形捩れ振動子を用いた検出構体側面図、第１
０図Ａ乃至Ｄ図は検出子の形態を夫々例示する側
面図である。 １……円方向振動子、２……伝達軸、３……検
出子、３ａ……同円周面、８……外囲器、９……
被測定液、１０……検出部、１１……測定機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気機械振動子として円方向に振動する円方
   向振動子を用い、該円方向振動子に伝達軸をその
   円方向振動軸線が同一となるように直結し、該伝
   達軸の先端にその円方向振動軸線が同一となるよ
   うに検出子を直結し、該検出子を被測定液中にお
   いて上記伝達軸を中心に円方向振動させ、該検出
   子の円周面で粘性抵抗を感知するように構成し、
   更に上記円方向振動子を外囲器内に内蔵し、上記
   検出子を伝達軸を介して外囲器より露出状態に配
   置したことを特徴とする円方向振動形粘度検出装
   置。 ２ 上記伝達軸と一体に一定の慣性モーメントを
   有する質量体を設けて円方向振動子の共振周波数
   を調整する構成としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の円方向振動形粘度検出装置。