JPS61213635A - 彎曲形圧電振動子式レベルセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は容器中の液体または粉体の量が十分か否かを検
出するレベルセンサに関し、特に検出特性が安定してお
り、信頼性が高く、しかも生産歩留りの高いレベルセン
サに関する。

〔従来の技術及び問題点〕

従来、容器中の液体または粉体の量が十分か否かを検出
するレベルセンサとして種々のものが提案されているが
、実用的見地から圧電式レベルセンサが最近注目されて
きている。

特公昭５Ｂ−１３７１号は、圧電磁器板の両面に電極を
設けるとともに一方の面の電極を２分割し、この分割し
た一方の電極を入力電極とし対向面の電極との間に圧電
磁器板を機械的に振動させる交流電圧またはパルス電圧
を印加し、分割された他方の電極を出力電極とし、上記
対向面の電極との間よりレベル検知信号を取り出すよう
に構成した圧電素子を振動板に貼り付け、流体、粉体、
粒体等の被検知物のレベルの変化する方向に対して圧電
素子がほぼ平行に振動するように駆動し、被検知物のレ
ベルの大小により、レベル検知信号電圧が変化するよう
に構成したレベル）★知器を開示している。かかる構造
のレベル検知器においては、圧電素子の振動モードのう
ち電極と平行な振動モードが利用される。圧電素子は振
動板に貼り合わされているために、上記振動モードは振
動板に垂直な方向の振動セード（ベンディング）に変換
されるようになっている。そこで圧電素子に交流の電気
信号を印加すると振動板は彎曲振動するが、電気信号の
周波数がこの彎曲振動の固有周波数と一致すると共振し
て、振幅は最大となる。このとき、電気的にはアドミッ
タンス最大となるが、共振周波数近傍のアドミッタンス
は場動子の状態にきわめて敏感で、粉体、液体などが接
触すると大幅に変化する。この現象を利用して液体、粉
体等のレベルを検知する。

しかしながら、圧電素子の共振特性は振動板の状態にき
わめて敏感であり、振動板と圧電素子との接着層に気泡
や異物等が混入することにより接着状態が変わると共振
特性も著しく変動する。従って、所望の共振特性を有す
るレベルセンサを、上記構造により作製しようとすると
、歩留りが極めて低いという問題があった。また温度、
湿度等の環境条件の変動により圧電素子と撮動板との接
着状態が微妙に変動し、共振特性が低下するという問題
もあった。

特開昭５７−８０８９８号は圧電セラミック薄膜と、ｉ
ｉ膜の両主面に形成された電極と、薄膜の周囲を保持１
となる枠と、電極に電気信号を印加する電気信号印加手
段とを有し、上記圧電セラミック薄膜が枠に嵌合されて
彎曲面を有している圧電セラミックトランスデエーサを
開示している。

しかし、この圧電セラミックトランスデエーサは、スピ
ーカやマイクロフォンに使用されるものであって、粉体
や液体等のレベルセンサではない。

〔問題点を解決するための手段〕

従って、本発明の目的は安定した共振特性を有し、歩留
りよく作製することのできる圧電振動子式レベルセンサ
を提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等は圧電素子
を振動板に貼付した構造が上記問題点の原因であること
に想到し、圧電素子板を彎曲状にすることにより振動板
を貼付することなしに十分に安定な共振特性を有するレ
ベルセンサを得ることができることを発見し、本発明を
完成した。

容器中の被検知物のレベルを検知する本発明の圧電振動
子式レベルセンサは、彎曲板状の圧電素子と、圧電素子
の一面に設けられた共通電極と、圧電素子の他面に設け
られた分割電極と、圧電素子の周囲を固定する部材とを
有し、共通電極と一方の分割電極とに励振用入力電圧が
印加されると、共通電極と他方の分割電極とから被検知
物のレベルに応じた出力電圧が得られることを特徴とす
る。

〔実施例及び作用〕

第１図は本発明のレベルセンサの一実施例の外観を示す
。レベルセンサは外側に凸の彎曲形圧電振動子１と、そ
の周囲を固定するリング部材２と支持枠３とを有する。

このレベルセンサは、例えば４で示すような被検知物の
レベルを検出する。

第２（ａ）図及び第２（ｂ）図はレベルセンサの要部を
示す０本実施例においては、彎曲形圧電振動子は凸曲面
上に共通電極５を、また凹曲面上に分割電極６．７を有
する。共通電極５に接続されたリード線８は金属製リン
グ部材２に接地される。また分割電極６及び７にそれぞ
れリード線９．１０を接続する。共通電極５は被検知物
側にあるので、保護膜１１で被覆されている。なお共通
電極５の一部を凹曲面側まで延長してそこからリード線
を引き出すことにより、リード線が表に出ないようにす
るのが好ましい。

第３図は彎曲形圧電振動子１の振動原理を示す。

一般に圧電体の両側に電極を設けて交流電圧を印加する
と、圧電体は電極と垂直な振動及び平行な振動をする。

両者の振動周波数は一般に異なる。

本発明の圧電振動子１においては、電極と平行な振動を
利用する。今、電極５．６間にリード線８．９より交流
電圧を印加すると、入力電圧の正負の変動に応じて圧電
振動子ｌは拡張縮小を繰り返す。

この振動モードは矢印Ａで示される。ところが、圧電振
動子１の周囲はリング部材２により固定されており、か
つ彎曲しているので、圧電振動子ｌが拡大しようとする
ときは振動モードは矢印Ｂの左向きの振動になり、反対
に、縮小しようとするときは矢印Ｂの右向きの振動にな
る。つまり本発明の構造においては、圧電振動子ｌの振
動はモードＡからモードＢに変換される。ところが、圧
電振動子１が平坦な場合、モードＡの振動をモードＢの
彎曲振動に変換するのに要する力は大きいので、センサ
として鈍感になり、不満足である。これに対し、本発明
の圧電振動子は彎曲しているので感度が非常に良く、共
振のＱ値は高い。

圧電振動子１の振動が粉体等の被検知物により拘束され
ると、それに応じた出力電圧が電極５．７からリード線
８．１０を通って得られる。これにより、被検知物のレ
ベルの検知が行われる。

彎曲形圧電振動子は被検知物のレベルを敏感に検知しう
るために薄い方が望ましいが、薄すぎると破損の問題が
あるので、一般に　０．１〜０．５　＋ｕ＋程度が望ま
しい。また圧電振動子の彎曲塵は曲率半径にして２００
〜５００　ａｍである。曲率半径が２００ＩＩ１１より
小さいと破損しやす（、５００＋ｗ＋ｍより大きいと振
動子垂直方向への振動モードの変換に大きな力を要する
ようになり、センサとしての感度が低下する。なお圧電
振動子は全体が彎曲している必要はなく、一部が平坦で
あるような形状、例えば周囲が彎曲していて中央部が平
坦なものでもよい。

圧電振動子の直径は一般に１０〜３０ｍ＋ｓであればよ
い。

電極は、圧電振動子の振動を妨げないために、導電ペイ
ントで形成するのが好ましく、その厚さは０．１〜０．
３　ａｒｍ程度である。共通電極上に形成される保護膜
はウレタン系接着剤等で形成することができ、その厚さ
は０．１＝０．２＋＋ｖ＋程度である。

リング部材２は圧電振動子を強固に固定するもので、圧
電振動子の外周と一致する内周を有する。

またリード線を接地するので金属製である。必要に応じ
、圧電振動子の外周と接着剤により接着することができ
る。リング部材２はまた支持枠３に固定される。

なお被検知物としては液体、粉体、粒体があるが、特に
複写機のトナー等の粉体のレベル検知に関して優れた機
能を発揮する。圧電振動子の励振用入力は交流電圧又は
パルス電圧のいずれでもよい。

第４図は本発明の別の実施例によるレベルセンサを示す
。彎曲形圧電振動子２０自身は第１図及び第２図の実施
例のものと同一であるが、凹曲面側が被検知物に接する
よう゛な配置になっている。圧電振動子２０の外周はリ
ム付円板２１のリム２２に固着されている。圧電振動子
の凹曲面上に共通電極が、また凸曲面上に分割電極がそ
れぞれ設けられており、各電極には適当なリード線（図
示せず）が接続されている。圧電振動子は円板２１に非
常に近接して設けられているので、圧電振動子が異物等
により強く押されたときに円板２１はバックアップとし
て作用し、圧電振動子の破損が防止される。

本考案を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例 第１図及び第２図に示す構造のレベルセンサを作製した
。彎曲形圧電振動子１は、Ｐｂ　　（Ｚｒ−Ｔｉ）０３
系圧電セラミツクス製であり、厚さ０．１ｔｍ、直径１
６ｍｍ、曲率半径３００ＩＩＩＩＩｌであった。各電極
５〜７は導電ペイントにより形成し、保護膜は紫外線硬
化型ウレタン系接着剤で形成した。

リード線５．７に５■の正弦波電圧を印加し、周波数を
掃引すると５．６２　Ｋ１１ｚでアドミッタンスの急峻
な山が現われ、Ｑの高い共振状態が得られた。その状態
のままセンサの振動面を鉛直にして静かに容器中のトナ
ーに入れると、トナー面４が高くなるに従って振動子の
アドミッタンスは低下し、完全に潜ると非共振状態に近
くなった。従って、このレベルセンサはトナーのレベル
検知装置として有効であることがわかる。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明の圧電式レベルセンサは彎曲形圧電
素子そのものからなる振動子を用いているので感度が高
く、また、圧電素子と振動板とを接着した構造としてい
ないので、共振特性が安定であり、かつ歩留りよく製造
することができる。

また接着部がないため、温度、湿度等の環境条件の変動
に対しても安定であり、信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による彎曲形圧電振動子式レ
ベルセンサの外観を示す斜視図であり、第２　（８１図
は第１図のレベルセンサの要部の縦断面図であり、 第２（ｂ）図は第２（ａ）図に示す要部の背面図であり
、第３図は第２（ａ）図の一部省略拡大図であり、第４
図は本発明の別の実施例による彎曲形圧電振動子式レベ
ルセンサの要部の縦断面図である。 ｌ、２０　　・・・・・・・・・・・・　彎曲形圧電振
動子２　・・・・・・・・・・・・・・・・・・　リン
グ部材５．６．７　・旧・・　電極 ８．９、ｌＯ・・・・・・　リード線 １１　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・　保護
膜第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器中の被検知物のレベルを検知する圧電振動子
   式レベルセンサにおいて、彎曲板状の圧電素子と、前記
   圧電素子の一面に設けられた共通電極と、前記圧電素子
   の他面に設けられた分割電極と、前記圧電素子の周囲を
   固定する部材とを有し、前記共通電極と前記一方の分割
   電極とに励振用入力電圧が印加されると、前記共通電極
   と前記他方の分割電極とから前記被検知物のレベルに応
   じた出力電圧が得られることを特徴とする圧電振動子式
   レベルセンサ。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の圧電振動子式レベ
   ルセンサにおいて、前記共通電極は前記圧電素子の凸曲
   面上に設けられ、前記分割電極は前記圧電素子の凹曲面
   上に設けられ、前記共通電極の表面に保護膜が形成され
   ており、かつ前記保護膜側が前記被検知物に接するよう
   になっている圧電振動子式レベルセンサ。