(57)【要約】振動子（１）を有する、液体の粘度を測定するためのセンサが提案される。振動子（１）は液体中へ持ち込まれる。振動子（１）の表面が、汚れをはじく性質を有する被覆体を備えている。
2004519695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の粘度を測定するためのセンサであって、液体中へ持ち込まれる圧電式の振動子（１）が設けられており、該振動子（１）の振動特性が液体の粘度に関連している形式のものにおいて、振動子（１）の表面に、汚れをはじく性質を有する被覆体が設けられていることを特徴とする、液体の粘度を測定するためのセンサ。
【請求項２】
汚れをはじく性質を有する被覆体として、改質されたオリゴマーのポリシロキサンから成る層が使用されている、請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
汚れをはじく性質を有する被覆体として、フッ素樹脂を主体としたエピラム処理剤から成る層が使用されている、請求項１記載のセンサ。
【請求項４】
汚れをはじく性質を有する被覆体が、１μｍよりも小さい層厚さ、特に０．５μｍよりも小さい層厚さを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項５】
振動子（１）が、ずり振動子として設計されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項６】
振動子（１）が、結晶軸の１軸のみを回転した面から切断した水晶基板に水晶振動子として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項７】
振動子（１）に電極（２）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、液体の粘度を測定するためのセンサから出発する。このような形式のセンサは、既にドイツ連邦共和国特許出願第１０１１２４３３．３号明細書に基づき公知である。このようなセンサでは、液体中へ振動子が浸漬されて、振動周波数および振動の減衰が観察される。振動周波数のシフトに基づき、もしくは変化された減衰に基づき、周囲の液体の粘度を推量することができる。
【０００２】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する、液体の粘度を測定するための本発明によるセンサには、従来のものに比べて次のような利点がある。すなわち、汚れをはじく性質を有する被覆体により、振動子の表面における汚れの沈積が阻止されるか、または著しく減じられる。こうして、センサの長時間耐性が改善される。
【０００３】
本発明の別の利点および別の改良形は請求項２以下に記載の手段から得られる。汚れをはじく性質を有する被覆体としては、特に改質されたオリゴマーのポリシロキサン層またはフッ素含有プラスチック層が挙げられる。層厚さはこの場合、液体中への振動波の侵入量よりも著しく小さく形成されていて、すなわち１μｍよりも小さく、特に０．５μｍよりも小さく形成されている。振動子がずり振動子（Ｓｃｈｅｒｓｃｈｗｉｎｇｅｒ）、すなわちずり振動を発生させる振動子として設計されると有利である。なぜならば、この振動モードは粘度に対して特に強い関連性を示すからである。結晶軸の１軸のみを回転した面から切断した片（ｅｉｎｆａｃｈ  ｒｏｔｉｅｒｔ．Ｓｃｈｎｉｔｔ）、たとえばＡＴカット片から成る水晶板が使用されると有利である。振動子の励振は、表面金属被覆体として形成された、被着された電極によって特に簡単に行われる。
【０００４】
実施例の説明
図１には、液体の粘度を測定するための本発明によるセンサの正面図、図２にはこのセンサの側面図がそれぞれ示されている。このセンサは振動子１を有しており、この振動子１は特に水晶板として形成されている。振動子１の表側には、図１に示したように電極２が被着されている。この電極２は薄い表面金属被覆層として形成されている。さらに、対応する電極が振動子１の裏側、すなわち図１には見えていない側に形成されている。電極２は縁範囲にまで延びており、この縁範囲で電極２は導電性のばね２１によってコンタクトされる。さらに、導電性の第２のばね２２も設けられており、この第２のばね２２によって、振動子１の裏側に設けられた、対応して形成された電極がコンタクトされる。したがって、この振動子１を裏側から見た背面図は、第２のばね２２が裏側の電極にコンタクトしている点を除いて、振動子１を表側から見た正面図と同じ外観を有している。ばねと電極との間のコンタクトは導電性の接着剤によって形成される（図面には図示していない）。さらに、導電性のばね２１，２２は保持機能をも引き受ける。すなわち、これらのばねによって振動子１は機械的に固持される。ばね２１，２２自体は底部プレート３によって保持される。底部プレート３は電気的に絶縁性の材料から成っているか、あるいは図１に示したように導電性の材料から成っていてよい。その場合には、絶縁性の貫通案内部３１，３２が設けられており、これらの貫通案内部３１，３２によってばね２１，２２は絶縁保持される。支持体として働く底部プレート３のための材料として絶縁性の材料が使用される場合には、これらの絶縁性の貫通案内部３１，３２はもちろん不要となる。
【０００５】
図２には、図１に示したセンサをばね２１の方向から見た側面図が示されている。図２から判るように、ばね２１は、上側の収容範囲４１を有している。この収容範囲４１では、ばね２１が振動子１の中心点に向かって曲げられていて、さらに長手方向スリットを有している。つまり、ばね２１は板ばねとして形成されていて、特に打抜き・曲げ加工によって簡単に加工され得る。こうして、振動子１のための特に単純な保持装置が提供され、このような保持装置は製作技術的に極めて簡単に製造され得る。
【０００６】
このセンサは、測定したい粘度を有する被測定液体中に浸漬される。振動子１の表側と裏側とに設けられた電極２に電圧を印加することにより、振動子１は励振されて機械的な振動を発生させる。振動子１のための材料としては、特に結晶軸の１軸のみを回転した面から切断した水晶片（ｅｉｎｆａｃｈ  ｒｏｔｉｅｒｔｅ  Ｑｕａｒｚｓｃｈｎｉｔｔｅ）が考えられる。このような水晶片では、電界を印加することによって、すべり振動もしくはずり振動（Ｓｃｈｅｒｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇ）が生ぜしめられる。振動子１の表側と裏側とに設けられた電極２により、これら両電極２の間には、振動子１の表面に垂直に位置する電界が発生させられる。結晶軸の１軸のみを回転した面から切断した水晶片の場合では、この電界によって水晶に、電界に対して垂直に向けられた振動が形成されることになる。
【０００７】
次に、図３および図４につき、ずり振動について説明する。図３には、水晶振動子１が、電界を印加されていない状態で概略的に示されている。振動子１の表面に垂直に位置する実線５０により、液体が示されている。図３では液体は静止している。なぜならば、振動子１が振動を実施していないからである。図４には、励振された状態が示されている。すなわち、振動子１はこの場合、矢印５１で示したように振動子表面に対して平行に振動する。液体への効果は曲げられた実線５０により描かれている。振動子１の表面のすぐ近くでは、液体が振動子１によって連行案内される。すなわち、液体は振動子１の運動に追従する。したがって、同じく振動子１の表面に対して平行な方向で液体の運動が生ぜしめられる。このような振動形態は、もちろん相応して液体中でも伝播されるので、振動子１の表面に対して小さな間隔を置いて位置する範囲でも液体の運動が行われるわけである。振動子１の表面から離れて位置する範囲では、液体は再び静止する（再び真っ直ぐに延びる実線５０により示す）。典型的には、ずり振動により生ぜしめられた振動は、僅か数μｍしか、またはそれどころかサブミクロン領域でしか液体に侵入することができない。振動子１の表面近傍範囲で液体が一緒に引きずられることにより、振動子１の振動特性に影響が与えられる。特に振動子１の振動周波数および振動子１の減衰に影響が与えられる。このような影響付与は液体の粘度や密度に関連している。したがって、特に媒体センサ装置（Ｍｅｄｉｅｎｓｅｎｓｏｒｉｋ）における使用では、液体の密度が極めて僅かにしか変動しないので、振動子１の振動に対する液体の効果は、主として粘度によって決定される。振動波は僅か数μｍだけしか液体中に侵入しないので、振動子１に対する効果は主として液体の表面層によって決定される。振動子１の表面に汚れが沈積すると、これにより振動子１の振動に大きな影響が与えられる。その場合には特に、振動子１の振動が主としてこの沈積された層によって決定されてしまい、もはや液体の粘度によっては決定されなくなるという事態が生じ得る。
【０００８】
ところで本発明によれば、汚れをはじく性質（ｓｃｈｍｕｔｚａｂｗｅｉｓｅｎｄ．）を有する表面被覆体がこのような粘度センサのためにも適していることが判った。振動子１の表面における汚れの付着を阻止する適当な表面被覆体によって、粘度測定に影響が与えられることなしに表面における汚れの沈積を阻止することができる。測定原理はやはり表面における液体の付着に基づいているので、表面における液体の付着を妨げる被覆体は本来、この測定原理にとって不都合となると思われるが、しかし実際にはセンサの測定機能が損なわれることなしに、汚れをはじく性質を有する一連の表面被覆体を使用できることが判った。さらに、振動がこのような表面被覆体によって妨げられないことも望まれる。この場合に問題となり得るのは、特に厚い有機被覆体である。このような被覆体は、たとえば振動の粘弾性的な減衰を招く恐れがある。その場合、このような被覆体は、合理的な粘度測定が妨げられてしまう程に強力な減衰をも生ぜしめる恐れがある。ところで本発明によれば、振動子１の振動が著しく損なわれることなしに、ひいては粘度測定が著しく損なわれることなしに、汚れをはじく性質を有する表面被覆体を被着させることができることが判った。
【０００９】
考えられ得る被覆体としては、改質されたオリゴマーのポリシロキサンが有利であることが判った。この種のポリシロキサンは汚れを阻止する性質もしくは落書きを阻止する（ｇｒａｆｆｉｔｉｂｅｈｉｎｄｅｒｎｄ．）性質を有する表面被覆体として知られている。このような被覆体は、たとえば「Ｐｏｌｙｓｉｌｏｘａｎ  ７０４」および「Ｐｏｌｙｓｉｌｏｘａｎ  ７０５」という名称でキスラ・マーケッティング・ウント・パルトナ社（Ｆｉｒｍａ  Ｋｉｓｓｌｅｒ  Ｍａｒｋｅｔｉｎｇ  ｕｎｄ  Ｐａｒｔｅｎｒ）（Ｋｌｅｉｎｅｒ  Ｗｅｇ  １７、９７８７７  Ｗｅｒｔｈｅｉｍ在）により販売されている。
【００１０】
さらに、表面被覆体としては、薄い表面層の形で被着させることのできるフッ素樹脂が適している。このような薄い表面層は「エピラム処理剤（Ｅｐｉｌａｍｉｓｉｅｒｕｎｇｓｍｉｔｔｅｌ）」とも呼ばれる。このような表面層は、たとえば製品名「アンチスプレッド（Ａｎｔｉｓｐｒｅａｄ）Ｆ２／５０ＦＫ６０」でドクタ・チルヴィッヒ社（Ｆａ．Ｄｒ．Ｔｉｌｌｗｉｃｈ  ＧｍｂＨ）（Ｍｕｒｒｂａｃｈｓｔｅｉｇｅ  ２６，７２１６０  Ｈｏｒｂ在）により販売されている。
【００１１】
一般には、十分に薄く、すなわち特に１μｍよりも薄い層厚さで、特に０．５μｍよりも薄い層厚さで製作され得る、汚れをはじく性質を有するあらゆる層が適している。
【００１２】
相応する表面被覆体を備えた、図示のセンサ素子は、特にエンジンルーム内のオイルのための粘度センサとして使用可能である。表面被覆体により、振動子１における汚染粒子の沈積は減じられるか、または少なくとも、長い時間にわたってオイルの粘度が測定され得る程度に阻止される。この粘度センサは、特に自動車のエンジンにおいて使用することができ、これにより粘度によってエンジンの潤滑の品質に関する説得力ある情報を得ることができる。特にオイルの粘度につき、オイル交換が必要であるかどうかを決定することができる。必ず、粘度の変化に基づいてオイル交換が必要となった場合にしか自動車のエンジンオイルが交換されなくなることを確保することができる。こうして、自動車のメンテナンス頻度を減少させるか、または実際の需要に適合させることができる。
【００１３】
次に、比較的自由に液体中へ浸漬される水晶板につき、当該方法を説明する。ただし、液体中へ振動、特にずり振動を送出する、その他のあらゆるマイクロアコースティック的（ｍｉｋｒｏａｋｕｓｔｉｓｃｈ．）な粘度センサも適している。このような素子は、たとえば表面波構成素子の形でも実現される。このような表面波構成素子は、しばしば伝播区間として実現され、この場合、この伝播区間では、表面波の伝播時間が測定される。液体によって波の伝播時間に影響が与えられ、そして伝播時間はとりわけ液体の粘度に関連している。さらに、波の減衰にも粘度によって影響が与えられる。さらに、上で説明した水晶とは異なる圧電材料を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
センサの正面図である。
【図２】
センサの側面図である。
【図３】
センサの機能を説明するための原理図である。
【図４】
センサの機能を説明するための別の原理図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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