JPS58606B2 - 音片式レベル検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粉粒体のレベル検出装置に係り、特に超微粒子
の粉体のレベル検出に好適な形状の音片を備えた音片式
レベル検出装置に関する。

音叉または振動体に粉粒体等を接触せしめ、その振動の
停止または減衰を電気的に検出して粉粒体等のレベルを
検出する装置は周知である。

従来、粉粒体等のレベル検出装置に用いられている音叉
形状は一般に第１図に示すごとくＵ字形である。

以下、第１図について説明する。Ｕ字形音叉振動体１の
脚片基部に接着した圧電素子２゜２′からのリード線３
，３′は支持板４に設置されている端子５，５′にそれ
ぞれ接続されている。

リード線３，３′は音叉の振動を拘束せず安定にするた
め、負荷のかからぬ軽量で細い線をたわみをもたせて使
用している。

なお、端子５″は音叉振動体１のアース端子である。

上記構成のＵ字形音叉振動体を小型にし、かつ、超微粒
子の粉体（例えば複写機のトナーの如きもの）のレベル
を検出するのに用いた場合、超微粒子の粉体は凝集力が
強いため、Ｕ字形音叉の設置位置より上記粉体のレベル
が低下しても、Ｕ字形音叉の両振動片の間隙に粉体が堆
積して、振動片を拘束したままになってしまう。

それゆえ、レベル検出に誤動作が生ずる重大な欠点があ
る。

また、上記において、音叉振動体を粉粒体中に挿入して
使用するので、リード線が粉粒体等の接触、衝撃により
断線したり、変形し、音叉振動体に接触して音叉の振動
特性を損うなどの機械的に弱い欠点もある。

本発明の目的は凝集力の強い超微粒子粉体にも適用しう
る小型化が可能でしかも堅牢な新規な構成の音片式レベ
ル検出装置を提供するにある。

本発明では棒の横振動を利用したＩ字形音片を用い、そ
の音片の振動の節の周囲を振動を拘束しないように簿い
膜板で支持し、さらにその膜板の外周部を中空柱で支持
する。

そして、音片の中空柱内に収納された部分の部近傍に２
個の圧電素子を接着し、励振部とする。

また、音片の中空柱から露出している部分が被レベル検
出粉粒体中に挿入する検出部となる。

ここで、本発明に適用した理論的根拠を示せば以下の通
りである。

すなわち、断面の一様な棒が全く自由な状態になってい
るとき、棒は横振動をする。

この横振動の基本共振周波数ｆ１は次式で表わされる。

ここに、ｌ＝棒の長さ、Ｅ＝ヤング率 Ｒ＝断面の回転半径、ρ＝棒の密度 Ｒは方形断面の棒では振動する方向の棒の厚さを以下、
本発明を第２図に示した一実施例によって説明する。

図において、棒の横振動を利用した方形断面のＩ字形音
片６の横振動の節部分を振動が拘束されないように簿く
膜板７で支持（両者を２溶接）し、さらに膜板７の外周
を支持板４に設置されている中空柱８で支持する。

中空柱８内に収納された音片６の両面の振動の部近傍に
接着された圧電素子２，２′はリード線３，３′、支持
台４に設置されている端子５，５′を経てアンプ９に接
続２されている。

そして、圧電素子２はアンプ９の入力側に、圧電素子２
はアンプ９の出力側に接続し、音片６を介して正帰還ル
ープを形成する。

リード線３″および端子５″は音片６のアース用である
。

なお、リード線３，３′には音片の振動を拘束せず安定
にするため、負荷のかからぬ軽量で細い線をたわみをも
たせて使用している。

以上の説明でわかるごとく、被レベル検出粉粒体に接触
して破損または変形し易い、圧電素子２，２′、リード
線３゜３′は簿い膜板７、中空柱８、支持板４よりなる
ハウジング内に収納され保護される構成になっている。

上記構成において、■字形音片６の長さの中央を薄い膜
板７で支持すると第３図のごとく、音片６は第２次モー
ドで振動し、その振動周波数はｆ１の２．７５６倍とな
る。

その振動を圧電素子２で電気信号に変換し、アンプ９に
より増幅する。

増幅された信号はもう一方の圧電素子２′に正帰還され
圧電素子２は歪みを生じ、その歪みは音片６の振動を促
すようになる。

そして、ついにはＩ字形音片６は第２次モードの固有振
動数により振動が持続される。

■字形音片６のハウジングから露出している部分すなわ
ち検出部に粉粒体が接触し、拘束すると正帰還ループが
断たれ振動が減衰し、ついには振動が停止する。

検出部を拘束している粉粒体が除かれると再びＩ字形音
片６は振動を始める。

アンプ９の振動出力は信号処理回路１０により任意の信
号に変換する。

したがって、粉粒体等のような、■字形音片６の振動を
拘束するもののレベルを正確に検出することができる。

しかも、検出部が単純形状のＩ字形音片であるから、凝
集力の強い超微粒子の粉体のレベル検出に適用しても粉
体が音片に耐着することなく、正確に検出できる効果が
ある。

第４図は第２図の構成でＩ字形音片６を第３次モードの
振動で振動させた場合の実施例である。

すなわち、■字形音片６の長さとその一端から測った簿
い膜板の位置との比を０．６４４２または０．３５５８
（音片６の節位置）にした場合である。

この場合の固有振動数はｆ１の５，４０４倍で第３図の
第２次モード振動時より高くなるが、動作は上記と全く
同じであるから、粉粒体等のごときＩ字形音片６の検出
部の振動を拘束するもののレベルを検出することができ
る。

第３次モードで振動させるようにすると、圧電素子２，
２′を接着する側の音片の長さが、露出している部分よ
り短かくてすむことになるので、装置としての小型化が
図れる効果がある。

勿論、凝集力の強い超微粒子粉体に対する効果は第３図
の場合と同様である。

第５図は圧電素子の接着位置の他の実施例である。

すなわち、簿い膜板７で支持され、かつ中空柱８内に収
納されているＩ字形音片６の同一側面に圧電素子２，２
′を同一極性で接着した場合である。

圧電素子の極性が同一極性であるから、回路が簡単にな
る。

この場合も前記２つの実施例と同様に動作し、■字形音
片６の露出部を粉粒体等で拘束すれば振動は停止または
減衰して、該粉粒体等のレベル検出ができることは勿論
である。

第４図に示した第３次モードの振動でその固有振動数が
約６ｋＨｚの音片式レベル検出装置（第２図構成）を製
作し、検出感度を測定した結果、音片の露出部の先端に
０．３ｇ程度の荷重をかけると音片の振動は停止し、荷
重を除くと再振動した。

これより高感度の粉粒体等のレベル検出が可能であるこ
とが明らかである。

以上の説明により、本発明によれば、棒の横振動を利用
するので、Ｕ字形音叉より構造が極めて単純である。

それゆえ、凝集力の強い超微粒子の粉体のレベル検出に
適用しても、音片に該粉体が耐着することなく、誤動作
することがない効果がある。

なお、本音片式レベル検出装置は液体中の粉粒体のレベ
ル検出に使用しうることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＵ字形音叉の構成図、第２図は本発明の
一実施例を示す音片式レベル検出装置の構成図、第３図
は■字形前片を第２次モードの振動で使用した場合の説
明図、第４図はＩ字形音片を第３次モードの振動で使用
した場合の説明図、第５図は圧電素子の接着位置の他の
実施例を示す構成図である。 １・・・Ｕ字形音叉、２，２′・・・圧電素子、３，３
′。 ３″・・・リード線、４・・・支持板、５，５′、５″
・・・端子、６・・・■字形前片、７・・・簿い膜板、
８・・・中空柱、９・・・アンプ、１０・・・信号処理
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振動時の節部を支持される■字形音片と、このＩ字
   形音片の支持部の一方側に取り付けた２つの圧電素子と
   、一方の圧電素子の電気的出力を増幅して他方の圧電素
   子に与える増幅回路と、前記Ｉ字形音片を支持部の他方
   側を被検出粉体側に向けて支持する支持手段とを備えた
   ことを特徴とする音片式レベル検出装置。 ２ 前記支持手段はＩ字形音片の支持部に取り付けられ
   た簿膜とこの簿膜の周縁をその先端に支持しＩ字形音片
   の前記−古訓を覆う中空柱とを有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項の音片式レベル検出装置。