(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動軸の下端に測定液中に浸着される検液子を備え、同上端に振動軸を軸線を中心に円方向振動せしめる振動子を備えた検液装置において、上記振動子としてベンディング振動する圧電振動板を用い、該圧電振動板を上記振動軸に対し軸線方向においてベンディング振動するように軸対称に複数配し、該各圧電振動板の検液子側の下部振動端を振動抑止部材に剛結合すると共に、該各圧電振動板の上記検液子とは反対側の上部振動端の内端を上記振動軸に剛結合し、上記各圧電振動板の上記振動結合部を除く内端縁を上記振動軸に対しフリーにし、上記各圧電振動板の下部振動端のベンディング振動を上記振動抑止結合部側において抑止して上記上部振動端のベンディング振動を増幅し、該増幅された各上部振動端のベンディング振動を上記振動結合部を介して振動軸と検液子に与え、該検液子を測定液中において円方向振動せしめるようにしたことを特徴とする検液装置。
【請求項２】
振動軸の下端に測定液中に浸着される検液子を備え、同上端に振動軸を軸線を中心に円方向振動せしめる振動子を備えた検液装置において、上記振動子としてベンディング振動する圧電振動板を用い、該圧電振動板を上記振動軸に対し軸線方向においてベンディング振動するように軸対称に複数配し、各圧電振動板の内端縁を連結する上記振動軸線を軸線とする筒体を設け、該各圧電振動板を筒体を以って上記振動軸の上端に外挿し、上記各圧電振動板の検液子側の下部振動端を振動抑止部材に剛結合すると共に、上記各圧電振動板の上記検液子とは反対側の上部振動端の内端を筒体を以って上記振動軸に剛結合し、上記各圧電振動板の上記振動結合部を除く内端縁を上記振動軸に対しフリーにし、上記圧電振動板の下部振動端の振動を上記振動抑止結合部側において抑止して上記上部振動端のベンディング振動を増幅し、該増幅された各上部振動端のベンディング振動を上記振動結合部を介して振動軸と検液子に与え、該検液子を測定液中において円方向振動せしめるようにしたことを特徴とする検液装置。
【請求項３】
上記振動抑止部材に上記振動軸線を軸線とする貫通孔を設け、該貫通孔に振動軸を貫挿し、上記各圧電振動板を該振動抑止部材の半径線上において同抑止部材に剛結合したことを特徴とする請求項１又は２記載の検液装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測定液の粘度計又は密度計を構成する検液装置、殊に振動源として圧電振動板から成る振動子を使用した検液装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
特許文献１、２は振動軸の下端に測定液中に浸着される検液子を備え、同上端に振動軸を軸線を中心に円方向振動せしめる振動子を備えた検液装置において、上記振動子としてベンディング振動する圧電振動板を用い、該圧電振動板のベンディング振動にて振動軸を円方向振動せしめ、よって検液子を測定液中において円方向振動せしめる検液装置を開示している。
【０００３】
この特許文献１、２に代表される検液装置においては、上記各圧電振動板の内端縁を上記振動軸とその母線上において剛結合すると共に、上記各圧電振動板の検液子とは反対側の上部振動端と振動軸の上端に質量体を剛結合し、同検液子側の下部振動端のベンディング振動によって検液子の測定液中における円方向振動を惹起せしめんとしているが、上記各圧電振動板はその上部振動端と内端縁に沿う二辺において夫々質量体と振動軸に剛結合されているため、振動軸への振動伝達エネルギーが減殺され、この結果検液子への振動伝達エネルギーが減殺されて測定液中における活性な円方向振動を減殺する問題を内在している。
【０００４】
加えて質量体と振動板と振動軸とが同一軸線上に直列に配置された構造であるため、振動ユニット全体の長さが過大になる欠点を有している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２４７９１７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平８−８６７３３公報
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題を解決する検液装置を提供する。この検液装置は振動軸の下端に測定液中に浸着される検液子を備え、同上端に振動軸を軸線を中心に円方向振動せしめる振動子を備えた検液装置に係り、上記振動子としてベンディング振動する圧電振動板を用いる。
【０００８】
上記圧電振動板を上記振動軸に対し軸線方向においてベンディング振動するように軸対称に複数配し、該各圧電振動板の検液子側の下部振動端を振動抑止部材に剛結合（振動抑止結合）すると共に、該各圧電振動板の上記検液子とは反対側の上部振動端の内端を上記振動軸に剛結合（振動結合）する。
【０００９】
よって上記各圧電振動板の上記振動結合部を除く内端縁を上記振動軸に対しフリーにし、上記各圧電振動板の下部振動端のベンディング振動を上記振動抑止結合部側において抑止して上記上部振動端のベンディング振動を増幅し、該増幅された各上部振動端のベンディング振動を上記振動結合部を介して振動軸と検液子に与え、該検液子を測定液中において円方向振動せしめる。
【００１０】
他例として上記圧電振動板を上記振動軸に対し軸線方向においてベンディング振動するように軸対称に複数配すると共に、各圧電振動板の内端縁を連結する上記振動軸線を軸線とする筒体を設け、該各圧電振動板を筒体を以って上記振動軸の上端に外挿する。
【００１１】
そして上記各圧電振動板の検液子側の下部振動端を振動抑止部材に剛結合（振動抑止結合）すると共に、上記各圧電振動板の上記検液子とは反対側の上部振動端の内端を筒体を以って上記振動軸に剛結合（振動結合）する。
【００１２】
よって上記各圧電振動板の上記振動結合部を除く内端縁を上記振動軸に対しフリーにし、上記圧電振動板の下部振動端の振動を上記振動抑止結合部側において抑止して上記上部振動端のベンディング振動を増幅し、該増幅された各上部振動端のベンディング振動を上記振動結合部を介して振動軸と検液子に与え、該検液子を測定液中において円方向振動せしめる。
【００１３】
上記振動抑止部材には上記振動軸線を軸線とする貫通孔を設け、該貫通孔に振動軸を貫挿し、上記各圧電振動板を該振動抑止部材の半径線上において同抑止部材に剛結合する。
【００１４】
上記検液装置は圧電振動板の上端側のベンディング振動を増幅し上記振動結合部を介して検液子へ伝達し、該検液子の測定液中における円方向振動を健全に惹起せしめる。
【００１５】
又上記検液装置の構造によれば、各圧電振動板を振動軸上端側方に配置することを可能とし、更に該圧電振動板の下端に振動抑止部材が配置される関係となるため、振動ユニット全体の縮小と小形化を達成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図１乃至図１２に基づき説明する。
【００１７】
図１乃至図５、図１１に示すように、検液装置は振動軸１の下端に測定液２中に浸着される検液子３を備え、同上端に振動軸１の軸線（振動軸線）Ｘ方向においてベンディング振動する振動子４を備える。
【００１８】
上記振動軸１は金属製の直棒材、例えばステンレス製の直棒材から成り、又は合成樹脂製、セラミック製の直棒材から成る。
【００１９】
図４、図７等に示す検液子３は主として密度計用に形成したものであり、図示のように、上下に貫通する筒部５と軸部６間に径方向に延びる複数の隔壁７を周方向に等間隔で設けて測定液２との接触面積を増大した構造を有し、軸部６の上端面で開口するほぞ穴８を設け、該ほぞ穴８に振動軸１の下端面から突出せしめたほぞピン９を挿入し、軸部６上端面と振動軸１下端面を突き合わせ、突き合わせ部において溶接し、振動軸１に検液子３を振動軸線Ｘ上において一体に直結する。
【００２０】
他方図１１に示す検液子３は粘度計用に形成されたものであり、上記直棒状の振動軸１の下端部を同径又は大径にして上記検液子３を形成した例を示している。よって検液子３は振動軸１の一部を成す。又は検液子３を振動軸１とは別部品から成る円柱体又は多角柱体で形成し、前記方法等によって振動軸１の下端に振動軸線Ｘ上において直結する。
【００２１】
上記検液子３はステンレス等の金属、又は合成樹脂、又はセラミック、又はこれらの複合材にて形成できる。
【００２２】
次に上記振動子４としてベンディング振動する圧電振動板１９を用い、該圧電振動板１９を上記振動軸に対し軸線方向においてベンディング振動するように軸対称に複数配する。例えば図示のように、振動軸１の直径線上へ２枚の圧電振動板１９を張り出す。
【００２３】
図１、図２に示すように、上記各圧電振動板１９の検液子３側の下部振動端１４を振動抑止部材１３に剛結合（振動抑止結合）すると共に、該各圧電振動板１９の上記検液子３とは反対側の上部振動端１５の内端を上記振動軸１に剛結合（振動結合）する。
【００２４】
よって上記各圧電振動板１９の上記振動結合部１７を除く内端縁を上記振動軸１に対しフリーにし、上記各圧電振動板１９の下部振動端１４のベンディング振動を上記振動抑止結合部１６側において抑止して上記上部振動端１５のベンディング振動を増幅し、該増幅された各上部振動端１５のベンディング振動を上記振動結合部１７を介して振動軸１と検液子３に与え、該検液子３を測定液２中において円方向振動せしめる。
【００２５】
具体例として図２又は図３以降に示すように、各圧電振動板１９の内端縁（図３以降）を連結する、又は各圧電振動板１９の内端縁の上端を連結する筒体１０を、上記振動軸線Ｘ上に設け、該各圧電振動板１９を筒体１０を以って上記振動軸１の上端に外挿し、上記各圧電振動板１９の検液子３側の下部振動端１４を振動抑止部材１３に剛結合（振動抑止結合）すると共に、上記各圧電振動板１９の上記検液子３とは反対側の上部振動端１５の内端を筒体１０を以って上記振動軸１に剛結合（振動結合）する。
【００２６】
よって上記各圧電振動板１９の上記振動結合部１７を除く内端縁を上記振動軸１に対しフリーにし、上記圧電振動板１９の下部振動端１４の振動を上記振動抑止結合部１６側において抑止して上記上部振動端１５のベンディング振動を増幅し、該増幅された各上部振動端１５のベンディング振動を上記振動結合部１７を介して振動軸１と検液子３に与え、該検液子３を測定液２中において円方向振動せしめる。
【００２７】
上記圧電振動板１９について述べると、筒体１０の外周面の母線上から直径線上へ左右対称に張り出した振動基板１１を有し、図１２に示すように、該各振動基板１１の一方表面又は両表面に圧電板１２を貼付し、一対のバイモルフ構造の圧電振動板１９を形成している。この圧電振動板１９は周方向において等間隔に３枚以上設けることができる。
【００２８】
上記振動子４を形成する圧電振動板１９の下端縁、即ち両振動基板１１の下端縁に振動軸線Ｘを軸線とする円柱ブロック形の振動抑止部材１３を一体に設ける。両振動基板１１はこの振動抑止部材１３の上端面の直径線上において同抑止部材１３と剛結合する。
【００２９】
換言すると、一方の圧電振動板１９の振動基板１１はその下端縁を振動抑止部材１３の直径線上の半径線上において同抑止部材１３と剛結合し、同様に他の圧電振動板１９の振動基板１１はその下端縁を上記直径線上の他の半径線上において同抑止部材１３と剛結合する。
【００３０】
例えば振動子４を形成する上記筒体１０と上記振動基板１１と振動抑止部材１３とは一体に切削加工して形成する。又は筒体１０の外周面の母線上に形成した溝に振動基板１１の振動軸線Ｘと平行な内端縁を圧入付けするか、溶接して一体構造とする。
【００３１】
同様に圧電振動板１９の下端縁、即ち振動基板１１の下端縁は振動抑止部材１３の上面の直径線上に形成した溝に圧入付けするか、溶接して一体構造とする。
【００３２】
上記筒体１０は角柱体又は円柱体から成り、該筒体１０と振動基板１１と振動抑止部材１３とはステンレス等の金属又は合成樹脂又はセラミック等から成る。
【００３３】
而して上記振動子４の筒体１０の貫通孔２２内に上記振動軸１の上端を挿入し、上記検液子３側の下部振動端１４に既述した構造により振動抑止部材１３を剛結合（振動抑止結合）する。
【００３４】
上記筒体１０の貫通孔２２の上端には小口径部４２を設け、該小口径部４２と該小口径部４２内に挿入する振動軸部とを略同径にし、小口径部４２内周面にて同軸部を規制して芯出しする。
【００３５】
同時に振動子４の上記検液子３とは反対側の上部振動端１５を筒体１０を以って上記振動軸１に、例えば溶接２５を介して剛結合（振動結合）し、上記振動軸１の上記振動抑止結合部１６と振動結合部１７間に延在する軸部１８（振動軸部の上端部）を上記振動子４に対しフリーにする。
【００３６】
換言すると、図１に示すように、各圧電振動板１９の検液子３側の下部振動端１４を振動抑止部材１３に剛結合（振動抑止結合）すると共に、該各圧電振動板１９の上記検液子３とは反対側の上部振動端１５の内端を上記筒体１０を介して又は介さずして上記振動軸１に剛結合（振動結合）し、上記各圧電振動板１９の上記振動結合部１７を除く内端縁を上記振動軸１に対しフリーにする。
【００３７】
よって図８に示すように、筒体１０を圧電振動板１９の内端縁に沿って長く延在させる場合には、上記振動結合部１７以外の、該筒体１０の貫通孔２２内周面とこれに挿入された軸部１８の外周面間には僅かな環状間隙２３を形成し、非接触状態にする。
【００３８】
同様に上記振動抑止部材１３に上記振動軸線Ｘを軸線とする貫通孔２０を設け、即ち筒体１０の貫通孔２２と同一軸線で連通する貫通孔２０を設け、該貫通孔２０に振動軸１の上端部を貫挿し、図９に示すように、貫通孔２０の内周面と軸部１８の外周面との間に僅かな環状間隙２４を形成し、非接触状態とする。上記振動抑止部材１３は振動軸線Ｘを軸線とする円柱体又は角柱体である。
【００３９】
再述すると、振動軸１の上端部は振動抑止部材１３と筒体１０の貫通孔２０、２２に挿入され、環状間隙２３、２４を存して振動子４及び振動抑止部材１３と非干渉状態に置かれ、上記振動軸１の上端末の局部を上記筒体１０の上端に環状に溶接２５する。
【００４０】
図４、図１１に示すように、上記振動抑止部材１３は該振動抑止部材１３及び振動子４を収容せる外囲器２１に剛結合する。
【００４１】
外囲器２１は外囲器本体２６と該外囲器本体２６の下端に組み付けられた据付フランジ２７とから成り、該据付フランジ２７の中央部に振動軸線Ｘを軸線とする貫通穴２８を設け、該貫通穴２８に上記振動抑止部材１３を収容しつつ、振動子４とこれに挿入された軸部１８を外囲器本体２６内に収容する。
【００４２】
振動抑止部材１３の下端周縁部を据付フランジ２７の貫通穴２８の下端周縁部において環状に溶接３２し、一体に剛結合する。振動軸１は据付フランジ２７の貫通穴２８から更に下方へ延び、下端に検液子３を形成している。
【００４３】
上記検液装置は上記据付フランジ２７を測定液２が通流する配管又は測定液２を保有するタンク等の測定液外囲器４３にボルト等を介して取り付ける。従って振動抑止部材１３は外囲器２１を介して測定液２の外囲器４３に実質的に剛結合される。この場合、振動抑止部材１３は振動抑制を更に強化した振動制止手段として機能する。
【００４４】
上記検液装置を据付フランジ２７を以って測定液外囲器４３に取り付け固定することによって、上記少なくとも検液子３を外囲器４３内の測定液２中に浸着する。Ｓは測定液２の液面を示す。
【００４５】
図３乃至図５に示す検液装置においては、上記振動抑止部材１３の下端面中心部から振動軸線Ｘを軸線とするばね筒３３を垂設し、図１０に示すように、該ばね筒３３内に振動軸１を僅かな環状間隙３４を存して貫挿し、ばね筒３３の下端を振動抑止部材１３から延出する振動軸１の途中に固定３５する。
【００４６】
従って振動軸１は前記振動結合部１７とこの固定部３５の二点において支持されつつ、ばね筒３３から更に延出してその下端に検液子３を設ける。換言すると、振動抑止部材１３と圧電振動板１９の一体品を上記振動結合部１７と上記ばね筒３３を介しての固定部３５の二点において振動軸１に対し支持し、夫々が軸線上において中心を保つようにする。
【００４７】
他方図１１に示す検液装置においては、外囲器２１から延出する振動軸１の途中に共振周波数を調整するための質量体３６を同一軸線になるように取り付け、該質量体３６をシールケース３７で覆う。
【００４８】
上記シールケース３７は金属製又は合成樹脂製又はセラミック製等であり、図示のように、その上端を上記振動抑止部材１３の下端に同一軸線となるように一体に結合し、同下端から垂設して質量体３６を覆う。
【００４９】
例えば振動基板１１と振動抑止部材１３とシールケース３７の筒部とを一体切削加工した単一部品にて形成する。又ばね筒３３を設ける場合には、四者１１、１３、３７、３３を一体切削加工した単一部品にて形成する。
【００５０】
又シールケース３７はその下端面を密閉する底板３８を有し、該底板３８の下端面中心部から振動軸線Ｘを軸線とするばね筒３３を垂設し、図１０に示すように、該ばね筒３３内に振動軸１を僅かな環状間隙３４を存して貫挿し、ばね筒３３の下端を振動抑止部材１３から延出する振動軸１の下端付近に固定３５する。
【００５１】
上記各ばね筒３３は非常に薄肉であり、振動軸１を支持しつつ振動軸１の円方向振動に追随して円方向振動する弾性を有する。
【００５２】
上記外囲器本体２６内には上記振動子４に駆動電圧を供給するための駆動回路と、後記する振動センサー２９の出力を増幅する回路等を形成する回路基板３０を内蔵し、外囲器本体２６の形成壁に設けたコネクタ３１を介して回路基板３０と外部電源或いは制御回路とを配線接続する。このコネクタ３１を設けずに、回路基板３０から外囲器本体２６の形成壁に設けた配線口を通して上記配線接続を行うことができる。
【００５３】
上記振動子４を形成する圧電振動板１９は本来図１２Ｃに示すように、振動軸線Ｘの上端側に上部振動端１５を有し、同下端側に下部振動端１４を有し、上部振動端１５と下部振動端１４が厚み方向へ交互に且つ周期的にベンディング振動する。
【００５４】
而して各圧電振動板１９の下部振動端１４を上記の通り、振動抑止部材１３に剛結合した結果、図１２Ｂに示すように、下部振動端１４は振動を制止され、図１２Ａに矢印で示すように、一方の圧電振動板１９の上部振動端１５と他方の圧電振動板１９の上部振動端１５は互いに時計方向又は反時計方向にベンディング振動する。
【００５５】
よって上記振動子４の上部振動端１５のベンディング振動を振動結合部１７側において増幅し、該増幅された上部振動端１５のベンディング振動を上部振動端１５の内端の上記振動結合部１７を介して振動軸１と検液子３に伝達し、該検液子３を測定液２中において健全に円方向振動せしめる。
【００５６】
上記検液子３の測定液２中における振動変化を振動センサー２９にて検出し、回路基板３０を介して外部装置へ出力する。
【００５７】
上記振動子４、即ち圧電振動板１９は電気信号によって変位する電気−機械変換素子であるのに対し、上記振動センサー２９は振動によって電気信号を出力する機械−電気変換素子であり、この振動センサー２９を振動軸１の上端、好ましくは圧電振動板１９が延在する領域、即ち実施例においては筒体１０内の振動軸１の上端軸部１８に圧電板３９又は歪み素子を貼付して形成する。
【００５８】
振動軸１を円形棒材にて形成した場合、図示のように、振動軸１の対向する側面に平面から成る貼付面４０を設け、該各貼付面４０に上記圧電板３９又は歪み素子を貼付する。
【００５９】
又上記筒体１０の対向する側壁に上記貼付面４０と対向せる貫通窓４１を設け、この貫通窓４１を通して上記圧電板３９又は歪み素子を貼付面４０に貼付し配線する。又は予め貼付された圧電板３９又は歪み素子と窓４１とを対向させ、補修点検を可能とする。又は上記貫通窓４１は振動センサー２９、即ち圧電板３９又は歪み素子の放熱窓として機能する。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、振動子の上部振動端のベンディング振動を増幅し、振動結合部を介して振動軸及び検液子へ伝達し、該検液子の測定液中における円方向振動を健全に惹起せしめることができる。
【００６１】
又振動子を振動軸上端側方へ配置することを可能とし、更に該振動子の下端に振動抑止部材を配する構造となるため、振動ユニット全体の縮小と小形化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】検液装置における振動子による振動構造の基本思想を示す側面図。
【図２】検液装置における振動子による振動構造の基本思想において、振動子を円筒体によって振動軸に結合した例を示す側面図。
【図３】検液装置の具体構造を示す分解斜視図。
【図４】上記検液装置の半截縦断面図。
【図５】上記検液装置における振動ユニットを９０度回転して観た半截縦断面図。
【図６】上記検液装置の平面図。
【図７】上記検液装置における検液子の底面図。
【図８】図４、図１１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図９】図４、図１１におけるＢ−Ｂ線断面図。
【図１０】図４、図１１におけるＣ−Ｃ線断面図。
【図１１】検液装置の具体構造の他例を示す半截縦断面図。
【図１２】Ａは振動子の上部振動端の動作を説明する平面図、Ｂは同下部振動端の動作を説明する底面図、Ｃは振動子を形成する圧電振動板のベンディング振動を説明する側面図。
【符号の説明】
１…振動軸、２…測定液、３…検液子、４…振動子、５…筒部、６…軸部、７…隔壁、８…ほぞ穴、９…ほぞピン、１０…筒体、１１…振動基板、１２…圧電板、１３…振動抑止部材、１４…下部振動端、１５…上部振動端、１６…振動抑止結合部、１７…振動結合部、１８…軸部、１９…圧電振動板、２０…貫通孔、２１…外囲器、２２…貫通孔、２３…環状間隙、２４…環状間隙、２５…溶接、２６…外囲器本体、２７…据付フランジ、２８…貫通穴、２９…振動センサー、３０…回路基板、３１…コネクタ、３２…溶接、３３…ばね筒、３４…環状間隙、３５…固定部、３６…質量体、３７…シールケース、３８…底板、３９…圧電板、４０…貼付面、４１…貫通窓、４２…小口径部、４３…測定液の外囲器、Ｓ…測定液の液面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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