JP2003013956A - Hydrostatic air bearing and rotary viscometer using same bearing - Google Patents
Hydrostatic air bearing and rotary viscometer using same bearingInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ジャーナル軸受タ
イプの静圧空気軸受と、これを用いた非ニュートン流体
の粘度を測定可能な回転粘度計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a journal bearing type static pressure air bearing and a rotational viscometer capable of measuring the viscosity of a non-Newtonian fluid using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】回転粘
度計は従来から非ニュートン流体の粘度を測定するため
の装置として広く知られている。回転粘度計には種々の
形態のものが存在しているが、一般的には回転駆動部、
検出部及び計測部とからなり、検出部を共軸の内筒及び
外筒から構成し、外筒を固定して内筒を回転駆動部によ
り回転駆動し、内筒が回転時に受ける粘性トルクを計測
部で計測する内筒回転型と、逆に内筒を固定して外筒を
回転させる外筒回転型と称するものがある。いずれにし
てもこのタイプの回転粘度計は、一般に、被験流体を投
入する円筒形状のカップ(外筒)と、このカップ内部に
投入された被験流体に接触しつつカップの中心軸の周り
にカップとは独立に回転可能に支持した円筒形状のロー
タ(内筒)と、このロータあるいはカップをそれらの中
心軸の周りに回転させる回転駆動手段とを備え、ロータ
あるいはカップの回転によりロータあるいはカップの他
方に被験流体を介して伝達される回転トルクを計測する
ことにより被験流体の粘度を測定するようになってい
る。カップあるいはロータは、必ずしも円筒形状である
とは限らず、円錐形状その他形状のものも広く利用され
ている。なおこのような粘度計及びその測定原理につい
ては、周知であるので詳細は省略する。2. Description of the Related Art The rotational viscometer has been widely known as an apparatus for measuring the viscosity of a non-Newtonian fluid. There are various types of rotational viscometers, but in general, rotational drive units,
It consists of a detection part and a measurement part.The detection part is composed of a coaxial inner cylinder and outer cylinder.The outer cylinder is fixed and the inner cylinder is rotationally driven by the rotation drive part. There are an inner cylinder rotating type that measures with a measuring unit, and an outer cylinder rotating type that fixes the inner cylinder and rotates the outer cylinder. In any case, this type of rotational viscometer generally has a cylindrical cup (outer cylinder) into which the test fluid is placed and a cup around the central axis of the cup that is in contact with the test fluid placed inside the cup. A rotor having a cylindrical shape (inner cylinder) rotatably supported independently of the rotor and a rotation driving means for rotating the rotor or the cup about their central axis. On the other hand, the viscosity of the test fluid is measured by measuring the rotational torque transmitted through the test fluid. The cup or rotor is not necessarily cylindrical, and cones and other shapes are widely used. Since such a viscometer and its measuring principle are well known, detailed description thereof will be omitted.
【0003】このような従来の回転粘度計で公知のもの
は、すべて上述のようにバッチ式のもので、例えば液槽
や配管中の被験流体の粘度を液槽内筒にあるそのままの
状態で計測するものではなく、いったん液槽等から被験
流体を試料として取り出して計測するものであり、した
がって測定値が実際に液槽中等に入っている状態での被
験流体の粘度を示すかどうかについては全く保証でき
ず、解決が望まれていた。All of the known conventional rotary viscometers are of the batch type as described above. For example, the viscosity of the test fluid in the liquid tank or the pipe in the inner tube of the liquid tank remains unchanged. It is not to measure, but to measure once by taking out the test fluid as a sample from the liquid tank etc., so whether the measured value actually shows the viscosity of the test fluid in the liquid tank etc. I could not guarantee at all, and a solution was desired.
【0004】そこで本願出願人は、特願平11−395
号(特開平11−264789号公報参照)において、
上記従来の問題点を解決し、被験流体が実際に液槽や配
管中にある状態で、換言すればインライン的に粘度を測
定可能な回転粘度計を提案したが、本発明は新規な構造
の静圧空気軸受を提案するとともに、これを用いてさら
に高精度な粘度測定が可能であって容易かつ安価に製作
できる回転粘度計を提供することを目的とする。Therefore, the applicant of the present application filed Japanese Patent Application No. 11-395.
In Japanese Patent Laid-Open No. 11-264789,
The above conventional problems have been solved, and in the state where the test fluid is actually in the liquid tank or piping, in other words, a rotary viscometer capable of measuring the viscosity in-line was proposed, but the present invention has a novel structure. It is an object of the present invention to propose a hydrostatic air bearing, and to provide a rotary viscometer which can be manufactured easily and inexpensively by using the hydrostatic air bearing to measure the viscosity with higher accuracy.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の静圧空気軸受の
うち請求項1に係るものは、上記目的を達成するため
に、円筒状の中空部を有する固定部と、該固定部の上記
中空部内に装着する回転軸部とからなり、上記固定部
が、上記中空部の両端開口近傍部位に、各開口端縁側に
向かって拡開する錐状の開口部を備えるとともに、該開
口部の錐状の内面に圧縮空気の絞りの開口を臨ませ、上
記回転軸部が、上記固定部の上記錐状の開口部に装着可
能な錐状部を一対備え、上記固定部の絞り開口から噴出
させる空気を上記回転軸部の錐状部の外面へ当て得るよ
うに上記固定部の上記中空部内へ上記回転軸部を共軸に
組み合わせてなることを特徴とする。In order to achieve the above object, a static pressure air bearing according to a first aspect of the present invention has a fixed portion having a cylindrical hollow portion, and the above fixed portion. The fixed part comprises a rotary shaft part to be mounted in the hollow part, and the fixed part is provided with a conical-shaped opening part that expands toward each opening end edge side in the vicinity of both end openings of the hollow part. The opening of the throttle of compressed air is exposed to the inner surface of the conical shape, and the rotary shaft portion is provided with a pair of conical portions that can be mounted in the conical opening of the fixed portion, and jets from the throttle opening of the fixed portion. It is characterized in that the rotating shaft portion is coaxially combined in the hollow portion of the fixing portion so that the air to be applied can be applied to the outer surface of the conical portion of the rotating shaft portion.
【0006】同請求項2に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項1の静圧空気軸受において、上記絞
りを上記錐状の開口部内面の周方向において等角度間隔
で設けてなることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the hydrostatic air bearing of the first aspect, the throttles are provided at equal angular intervals in the circumferential direction of the inner surface of the conical opening. It is characterized by
【0007】同請求項3に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項2の静圧空気軸受において、上記絞
りの上記錐状の開口部内面への開口部周囲に凹部を設
け、該凹部の開口面積を上記固定部の両端側で異ならせ
てなることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the hydrostatic air bearing of the second aspect, a recess is provided around an opening of the throttle to the inner surface of the conical opening. It is characterized in that the opening area of the concave portion is different on both end sides of the fixing portion.
【0008】本発明の回転粘度計のうち請求項4に係る
ものは、上記目的を達成するために、回転駆動部、検出
部及び計測部とからなり、非ニュートン流体である被験
流体の粘度を測定するための回転粘度計であって、上記
検出部が、共軸の内筒及び外筒からなり、該外筒を固定
して該内筒を上記回転駆動部により回転駆動可能とし、
上記内筒が回転時に受ける粘性トルクを上記計測部で計
測する内筒回転型の回転粘度計において、上記内筒が、
上記回転駆動部を搭載するとともに上記外筒内で自由に
回転可能に支持した基筒と、基端を上記回転駆動部に連
結して該基筒内を貫通するとともに該基筒内で自由に回
転可能に支持した回転軸と、外周面に螺旋状の溝を形成
した部位を有するとともに上記回転軸の先端に連結固定
した検出筒とからなり、上記外筒と上記基筒との間に共
軸にして請求項1または2の静圧空気軸受を配し、上記
外筒と上記検出筒の溝形成部位との嵌合部位の隙間を、
上記検出筒の回転を許すとともに、該隙間に入り込んだ
上記被験流体が上記検出筒の回転によってずり速度を与
えられてずり流動する寸法とし、上記計測部が、上記回
転軸を介して上記回転駆動部により上記検出筒を回転駆
動したときに、上記検出筒が上記隙間に入り込んだ上記
被験流体のずり流動によるずり応力によって受ける粘性
トルクの反力で、上記検出筒の回転駆動方向と反対方向
に回転する上記基筒及び上記回転駆動部の回転トルクを
検出することを特徴とする。In order to achieve the above object, the rotational viscometer of the present invention according to claim 4 comprises a rotational drive unit, a detection unit and a measurement unit, and determines the viscosity of a test fluid which is a non-Newtonian fluid. A rotational viscometer for measuring, wherein the detection unit comprises a coaxial inner cylinder and an outer cylinder, the outer cylinder is fixed, and the inner cylinder can be rotationally driven by the rotary drive unit.
In the inner cylinder rotation type rotational viscometer for measuring the viscous torque that the inner cylinder receives when rotating, the inner cylinder is
A base cylinder on which the rotation drive unit is mounted and which is rotatably supported in the outer cylinder, and a base end which is connected to the rotation drive unit and penetrates through the base cylinder and is freely movable in the base cylinder. The rotary shaft is rotatably supported, and the detection cylinder has a portion having a spiral groove formed on the outer peripheral surface and is fixedly connected to the tip of the rotary shaft. The hydrostatic air bearing according to claim 1 or 2 is disposed as an axis, and a gap between fitting portions between the outer cylinder and the groove forming portion of the detection cylinder is provided,
While allowing the rotation of the detection cylinder, the test fluid that has entered the gap is set to have a size that allows the test fluid to be sheared by being given a shear rate by the rotation of the detection cylinder, and the measurement unit is driven to rotate via the rotation shaft. When the detection cylinder is rotationally driven by the section, it is the reaction force of the viscous torque that is received by the shear stress due to the shear flow of the test fluid that has entered the gap, in the direction opposite to the rotational drive direction of the detection cylinder. The rotating torque of the rotating base cylinder and the rotating drive unit is detected.
【0009】同請求項5に係るものは、上記回転駆動部
が、上記回転軸及び上記検出筒を微速で回転させるもの
であることを特徴とする。A fifth aspect of the present invention is characterized in that the rotary drive section rotates the rotary shaft and the detection tube at a very low speed.
【0010】同請求項6に係るものは、上記検出筒の先
端を、上記外筒との嵌合部位から上記溝の一部が露出す
る程度に突出させてなることを特徴とする。The invention according to claim 6 is characterized in that the tip of the detection cylinder is made to protrude from the fitting portion with the outer cylinder to the extent that a part of the groove is exposed.
【0011】同請求項7に係るものは、上記外筒の上記
検出筒の溝形成部位との嵌合部位の上部に、上記隙間を
上昇してきた上記被験流体をオーバーフローさせて排出
するための開口を設けてなることを特徴とする。According to the seventh aspect of the present invention, an opening for overflowing and discharging the test fluid having risen in the gap is provided above the fitting portion of the outer cylinder with the groove forming portion of the detection cylinder. Is provided.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。なお以下では本発明に係る静圧空気
軸受を被験流体が配管中を流れているものについての粘
度測定例に用いる回転粘度計に適用したもののみを説明
するが、本発明に係る静圧空気軸受はこれに限定されず
種々の機器に用いることができ、また本発明に係る回転
粘度計については、被験流体が流れていることは必須条
件ではなく、後述の説明を参照すれば明らかなように、
貯蔵等されていて流れていない状態の被験流体について
もある一定の条件下において同様に測定に用いることが
可能である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following, only the hydrostatic air bearing according to the present invention applied to a rotational viscometer used in a viscosity measurement example of a fluid under test flowing in a pipe will be described, but the hydrostatic air bearing according to the present invention will be described. Is not limited to this, it can be used in various devices, and for the rotational viscometer according to the present invention, the fact that the test fluid is flowing is not an essential condition, and as will be apparent from the description below. ,
The test fluid that has been stored and is not flowing can be similarly used for measurement under certain conditions.
【0013】図1は本発明に係る回転粘度計の一実施形
態を示す断面図、図2は同平面図である。本実施形態の
回転粘度計は主に、回転駆動部1、検出部2及び計測部
3とからなる。回転駆動部1は、減速機付きDCサーボ
モータ4及びカップリング6からなる。また検出部2
は、外筒7、外筒7と共軸の内筒を構成する基筒8、回
転軸9及び検出スピンドル10からなる。さらに計測部
3は、回転軸9に取り付けた歯車11と近接センサ1
2、及びロードセル13からなる。図中14はベース板
で、このベース板14上には、近接センサ12とロード
セル13と外筒7を固定してある。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a rotational viscometer according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the same. The rotational viscometer of this embodiment mainly includes a rotation drive unit 1, a detection unit 2 and a measurement unit 3. The rotary drive unit 1 includes a DC servomotor 4 with a speed reducer and a coupling 6. In addition, the detection unit 2
Is composed of an outer cylinder 7, a base cylinder 8 forming an inner cylinder coaxial with the outer cylinder 7, a rotary shaft 9, and a detection spindle 10. Further, the measuring unit 3 includes a gear 11 attached to the rotating shaft 9 and a proximity sensor 1
2 and the load cell 13. In the figure, 14 is a base plate, on which the proximity sensor 12, the load cell 13, and the outer cylinder 7 are fixed.
【0014】外筒7は中空の筒体で、ベース板14に空
けた穴を通して先端側を下方へ突出させ、上端をベース
板14上に固定してある。また中空内部には、後述する
静圧空気軸受15を介して基筒8を自由に回転可能に支
持してある。また基筒8を支持した部分の下側には、一
対の開口16、16(図では正面側かが示されていな
い)を設け、さらにその下側が検出スピンドル10との
嵌合部17となっている。なお嵌合部17の内側にはブ
シュ17aを取り付けてある。The outer cylinder 7 is a hollow cylinder, and the front end is projected downward through a hole formed in the base plate 14 and the upper end is fixed on the base plate 14. Further, the base tube 8 is rotatably supported inside the hollow through a hydrostatic air bearing 15 described later. In addition, a pair of openings 16 and 16 (not shown on the front side in the drawing) are provided on the lower side of the portion supporting the base cylinder 8, and the lower side thereof is a fitting portion 17 with the detection spindle 10. ing. A bush 17a is attached to the inside of the fitting portion 17.
【0015】内筒を構成する基筒8も中空の筒体で、上
述のように外筒7内に自由回転可能に支持してあり、中
空内部に一対のベアリング18、18を設けて回転軸9
を自由に回転できるように支持している。回転軸9は基
筒8の中空内部を貫通し、上端がカップリング6を介し
てDCサーボモータ4の出力軸に連結し、下端が検出ス
ピンドル10に連結固定してある。回転軸9のカップリ
ング6の連結部のすぐ下側には、既に述べた歯車11を
取り付けてあり、歯車11は回転軸9とともに回転する
ようになっている。The base cylinder 8 which constitutes the inner cylinder is also a hollow cylinder, which is rotatably supported in the outer cylinder 7 as described above, and a pair of bearings 18, 18 are provided inside the hollow to provide a rotary shaft. 9
Is supported so that it can rotate freely. The rotating shaft 9 penetrates the hollow inside of the base cylinder 8, the upper end is connected to the output shaft of the DC servomotor 4 via the coupling 6, and the lower end is connected and fixed to the detection spindle 10. The gear 11 described above is attached to the rotary shaft 9 just below the coupling portion of the coupling 6, and the gear 11 rotates together with the rotary shaft 9.
【0016】基筒8の上端には、回転トルクを検出する
ためのアーム部材20を共軸にして基筒8とともに回転
するように取り付けてある。なお図示のアーム部材20
は、一対のアーム21、21を有するが、これはバラン
スのためであって、一方のアーム21のみがロードセル
13のセンサアーム13aと回転時に当接するようにな
っている。またアーム部材20の上面には、4本の支柱
22・・・を介してブラケット23を搭載し、このブラ
ケット23上に上述のDCサーボモータ4を設け、カッ
プリング6はブラケット23に設けた穴の下方で回転軸
9と連結している。なお図示の例では、アーム部材20
の中央部とブラケット23とが同形状であるため、平面
図である図2では重なっている。An arm member 20 for detecting a rotational torque is attached to the upper end of the base cylinder 8 so as to rotate together with the base cylinder 8 about the same axis. The illustrated arm member 20
Has a pair of arms 21 for the purpose of balance, and only one arm 21 comes into contact with the sensor arm 13a of the load cell 13 during rotation. Further, a bracket 23 is mounted on the upper surface of the arm member 20 via four columns 22. The bracket 23 is provided with the above-mentioned DC servo motor 4, and the coupling 6 is a hole provided in the bracket 23. Is connected to the rotating shaft 9 below. In the illustrated example, the arm member 20
Since the central portion of the bracket and the bracket 23 have the same shape, they overlap each other in FIG. 2, which is a plan view.
【0017】検出スピンドル10は、外筒7の嵌合部1
7内に位置する先端部の外周面に螺旋状の溝24を形成
してある。溝24は右ネジに切ってあり、図3、図4に
拡大して示すように回転時に被験流体を上昇させるため
に溝底面側を外方向へ下降傾斜する斜面状の断面として
ある。また溝上面は水平に外方向へ伸びる断面形状とし
てある。もっともこの溝24の断面形状は、単なる一例
であって、本発明がこの溝形状に限定されることはな
い。さらに検出スピンドル10の先端部は、外筒7に装
着した状態で嵌合部17よりも例えば数mm突出する長
さを有するとともに、嵌合部17の内壁面との間に生じ
る隙間を、検出スピンドル10が回転できるようにする
とともに、隙間に入り込んだ被験流体が回転によってず
り速度を与えられてずり流動する寸法とする。この寸法
は、従来公知の諸研究結果、実験結果等に基づいて定め
ればよい。The detection spindle 10 is a fitting portion 1 of the outer cylinder 7.
A spiral groove 24 is formed on the outer peripheral surface of the tip portion located inside 7. The groove 24 is cut with a right-hand thread, and has a slope-shaped cross section in which the groove bottom surface side is inclined downward toward the outside in order to raise the test fluid during rotation, as shown in an enlarged manner in FIGS. 3 and 4. The upper surface of the groove has a cross-sectional shape that horizontally extends outward. However, the cross-sectional shape of the groove 24 is merely an example, and the present invention is not limited to this groove shape. Further, the tip end of the detection spindle 10 has a length that protrudes, for example, by several mm from the fitting portion 17 when mounted on the outer cylinder 7, and detects a gap generated between the fitting spindle 17 and the inner wall surface. The dimension is set such that the spindle 10 is allowed to rotate and the test fluid that has entered the gap is sheared by being given a shear rate by the rotation. This size may be determined based on conventionally known research results, experimental results, and the like.
【0018】静圧空気軸受15は、円筒状の中空部25
を有する固定部26と、基筒8に取り付けて回転軸部を
構成する一対の回転軸コマ部27、27とからなる。固
定部26は、図5に示すように、中空部25の上下両端
開口近傍部位をそれぞれ開口端縁側に向かって拡開させ
て錐状の開口部25a、25aを形成してある。図示の
例では錐状面の傾斜角度θは45度であるが、この角度
θはこの値には限定されない。固定部26は、中空部2
5外周の胴部に圧縮空気の導入路28が120度間隔で
3個、それぞれ水平に形成してあり、各導入路28には
上下方向に伸びる絞り29、29が連通するように形成
している。The hydrostatic air bearing 15 has a cylindrical hollow portion 25.
And a pair of rotating shaft pieces 27, 27 which are attached to the base cylinder 8 to form a rotating shaft portion. As shown in FIG. 5, the fixing portion 26 has cone-shaped opening portions 25a, 25a formed by expanding portions of the hollow portion 25 in the vicinity of the upper and lower end openings toward the opening edge side. In the illustrated example, the inclination angle θ of the conical surface is 45 degrees, but the angle θ is not limited to this value. The fixed portion 26 is the hollow portion 2
5. Three compressed air introduction passages 28 are formed horizontally at 120-degree intervals on the outer periphery of the body, and each introduction passage 28 is formed so that throttles 29, 29 extending in the vertical direction communicate with each other. There is.
【0019】また固定部26の開口部25aの内周面に
は、やはり120度間隔で凹部30が形成してあり、各
絞り29は凹部30の底面に開口している。円周方向に
おける凹部30の形成角度は、下側(図5C)の角度α
を上側(図5A)の角度βよりも30度ほど広角に形成
してある。この角度差は、下側における受圧面積を上側
より広くして絞り29から圧縮空気を供給した際に回転
軸部を上方へ押し上げる力を働かせようとするものであ
る。なお凹部30の角度差の値については特に図示の例
には限定されない。Further, concave portions 30 are formed at 120 ° intervals on the inner peripheral surface of the opening portion 25a of the fixed portion 26, and each diaphragm 29 is opened at the bottom surface of the concave portion 30. The formation angle of the concave portion 30 in the circumferential direction is the angle α on the lower side (FIG. 5C).
Is formed to be wider than the angle β on the upper side (FIG. 5A) by about 30 degrees. This angle difference is such that the pressure receiving area on the lower side is made wider than that on the upper side, and when the compressed air is supplied from the throttle 29, the force for pushing the rotating shaft portion upward is exerted. The value of the angle difference of the recess 30 is not particularly limited to the illustrated example.
【0020】回転軸部をなす回転軸コマ部27は、固定
部26の開口部25aに装着可能な錐状のもので、外面
に絞り29から噴出した空気が当たるように開口部25
a内へ共軸に組み合わせる。もちろん回転軸コマ部27
を基筒8と一体に成形してもよい。静圧軸受は周知のよ
うに、軸等による重量を受ける部分と回転を受ける部分
とからなるが、本実施形態の回転軸部はこれらの機能を
同時に果たすものである。The rotary shaft piece 27, which constitutes the rotary shaft, is a cone-shaped member that can be mounted in the opening 25a of the fixed portion 26, and the opening 25 is formed so that the air ejected from the diaphragm 29 hits the outer surface.
Coaxially combine into a. Of course, the rotating shaft top 27
May be integrally formed with the base cylinder 8. As is well known, the hydrostatic bearing is composed of a portion that receives the weight of the shaft and a portion that receives the rotation. The rotating shaft portion of the present embodiment simultaneously fulfills these functions.
【0021】すなわち上述の構成では、回転軸部に偏心
が生じたときに3箇所の凹部30内の圧力が変わり、常
に動圧になろうとすることを利用して自動調心機能を果
たすようになっており、静圧空気軸受15としては簡単
な構造で、振動が少なく、静圧空気軸受に要求されるス
ピンドル機構としての高い回転精度が達成され、このた
め、基筒8及び回転軸コマ部27、回転軸9、検出スピ
ンドル10、アーム部材20のみならず、DCサーボモ
ータ4、支柱22、ブラケット23等からなる回転駆動
部1全体が、静圧空気軸受15の作用により外力によっ
て軽々と回転する。例えば手で回すなどすれば非常に自
由に回転可能になっている。またDCサーボモータ4を
回転駆動していない状態で検出スピンドル10を外力に
より、例えば手で回せば、回転軸9との連結によりDC
サーボモータ4内の回転体が連れ回りし、回転体を支持
する部材、要素の回転抵抗によりDCサーボモータ4全
体及び基筒8も結局は検出スピンドル10の外力による
回転に連れ回りするようになっている。That is, in the above-mentioned structure, when the eccentricity is generated in the rotary shaft portion, the pressures in the three concave portions 30 change, and the dynamic pressure is constantly attempted to be utilized to perform the self-centering function. Therefore, the static pressure air bearing 15 has a simple structure, has less vibration, and achieves high rotation accuracy as a spindle mechanism required for the static pressure air bearing. Not only 27, the rotary shaft 9, the detection spindle 10 and the arm member 20, but also the entire rotary drive unit 1 including the DC servo motor 4, the support column 22, the bracket 23, etc. is easily rotated by an external force by the action of the static pressure air bearing 15. To do. For example, it can be rotated very freely by turning it by hand. If the detection spindle 10 is rotated by an external force, for example, by hand, while the DC servo motor 4 is not rotationally driven, the detection spindle 10 is connected to the rotation shaft 9 to generate DC.
The rotating body in the servo motor 4 rotates together, and due to the rotation resistance of the members and elements that support the rotating body, the entire DC servo motor 4 and the base cylinder 8 eventually rotate together due to the external force of the detection spindle 10. ing.
【0022】次に上記各図及び図7、図8を参照して本
実施形態の回転粘度計の使用形態を説明する。例えば被
験流体を入れた液槽31上に上述の構成とした回転粘度
計のベース板14を適宜の保持手段により固定してセッ
トし、外筒7の嵌合部17を中ほどまで液槽31内の被
験流体32に浸け、液槽31内での流動、傾斜等により
被験流体32の液面が変化しても、検出スピンドル10
の溝24を設けた先端部が、液面上に出ないようにす
る。即ち、本実施形態の回転粘度計では後述するように
検出スピンドル10の外周面とブシュ17aの内壁面と
の隙間における被験流体32の状態を一定に保つことが
重要なためで、計測中に検出スピンドル10の先端側が
液面上に出たりすると、一定の状態を保てなくなるため
である。Next, the usage of the rotational viscometer of this embodiment will be described with reference to the above-mentioned drawings and FIGS. 7 and 8. For example, the base plate 14 of the rotational viscometer having the above-described configuration is fixed and set on the liquid tank 31 containing the test fluid by an appropriate holding means, and the fitting portion 17 of the outer cylinder 7 is set to the middle. Even if the liquid surface of the test fluid 32 changes due to the flow and inclination in the liquid tank 31 by being immersed in the test fluid 32 inside the detection spindle 10.
The tip end portion provided with the groove 24 is prevented from protruding above the liquid surface. That is, in the rotational viscometer of this embodiment, it is important to keep the state of the test fluid 32 constant in the gap between the outer peripheral surface of the detection spindle 10 and the inner wall surface of the bush 17a, as will be described later. This is because if the tip end side of the spindle 10 comes out above the liquid surface, a constant state cannot be maintained.
【0023】そしてDCサーボモータ4を駆動し、内蔵
する減速機によって減速することにより、回転軸9をで
きるだけ微速で回転駆動し、できるだけ被験流体32に
構造破壊を生じさせないようにしつつ検出スピンドル1
0を回転させる。すると検出スピンドル10の先端部近
傍を流れる被験流体32は、高粘度のものであっても検
出スピンドル10の溝24によって外筒7の嵌合部17
に取り付けたブシュ17aの内壁面との隙間に入り込
み、被験流体32自身の粘性と溝24の断面形状とによ
り溝24に沿って螺旋状に上昇する。By driving the DC servomotor 4 and decelerating it with a built-in speed reducer, the rotary shaft 9 is rotationally driven at the slowest speed possible, and the test fluid 32 is prevented from causing structural damage as much as possible.
Rotate 0. Then, the test fluid 32 flowing near the tip of the detection spindle 10 has a high viscosity even if it has a high viscosity.
Of the bush 17a attached to the inner wall of the bush 17a and rises spirally along the groove 24 due to the viscosity of the test fluid 32 itself and the sectional shape of the groove 24.
【0024】すなわち、この上昇運動は、検出スピンド
ル10の外周面とブシュ17aの内壁面との隙間での被
験流体32のずり流動であり、検出スピンドル10が受
ける回転駆動力がずり応力となって生じる。ずり応力が
生じると、周知のように被験流体32にはずり変形が生
じ、検出スピンドル10の外周面とブシュ17aの内壁
面との隙間における被験流体32のずり変形を引き起こ
す。このずり変形によって生じる速度勾配が周知のよう
にずり速度であるが、上述のずり流動を検出スピンドル
10の外周面とブシュ17aの内壁面との隙間の全面に
わたって生じさせることにより、被験流体26にある値
のずり速度を与え、これによるずり応力の変化を見るこ
とにより被験流体32の粘度を測定する。That is, this ascending movement is a shear flow of the test fluid 32 in the gap between the outer peripheral surface of the detection spindle 10 and the inner wall surface of the bush 17a, and the rotational driving force received by the detection spindle 10 becomes shear stress. Occurs. When shear stress is generated, the test fluid 32 is sheared and deformed, as is well known, and the test fluid 32 is sheared and deformed in the gap between the outer peripheral surface of the detection spindle 10 and the inner wall surface of the bush 17a. The velocity gradient generated by this shear deformation is the shear velocity as is well known, but by causing the above shear flow over the entire gap between the outer peripheral surface of the detection spindle 10 and the inner wall surface of the bush 17a, the test fluid 26 is The viscosity of the test fluid 32 is measured by giving a certain value of the shear rate and observing the change in the shear stress caused thereby.
【0025】検出スピンドル10をある時間にわたって
回転させ続けると、検出スピンドル10の外周面とブシ
ュ17aの内壁面との隙間を上昇してきた被験流体32
が、基筒8下部の開口16からオーバーフローするよう
になる。この状態を保つかぎり、検出スピンドル10の
外周面とブシュ17aの内壁面が全て被験流体32で濡
れ、隙間内の被験流体32は膜厚が均等で、移動速度、
移動状態等が一定の状態に保たれる。When the detection spindle 10 is continuously rotated for a certain period of time, the test fluid 32 that has risen in the gap between the outer peripheral surface of the detection spindle 10 and the inner wall surface of the bush 17a.
But overflows from the opening 16 at the bottom of the base cylinder 8. As long as this state is maintained, the outer peripheral surface of the detection spindle 10 and the inner wall surface of the bush 17a are all wet with the test fluid 32, and the test fluid 32 in the gap has a uniform film thickness and a moving speed,
The moving state is kept constant.
【0026】もちろん検出スピンドル10の外周面とブ
シュ17aの内壁面との隙間に被験流体32が入り込み
始めた状態から始まるが、隙間内での被験流体32のず
り流動に伴って粘性トルクによる反力が検出スピンドル
10に対してその回転方向と逆方向に外力として掛か
る。すると、上述のように検出スピンドル10に対して
掛かる外力によってDCサーボモータ4及び基筒8も連
れ回りし、これらはDCサーボモータ4による回転駆動
方向(図8中の矢印A方向)とは逆方向(図8中の矢印
B方向)にごくゆっくりと回転する。すると基筒8に取
り付けたアーム部材20も回転し、ロードセル13側の
アーム21がロードセル13のセンサアーム13aに当
接する。It goes without saying that the test fluid 32 begins to enter the gap between the outer peripheral surface of the detection spindle 10 and the inner wall surface of the bush 17a. Is applied as an external force to the detection spindle 10 in the direction opposite to the rotation direction. Then, as described above, the DC servo motor 4 and the base cylinder 8 are also rotated by the external force applied to the detection spindle 10, and these are opposite to the rotational drive direction (direction of arrow A in FIG. 8) by the DC servo motor 4. It rotates very slowly in the direction (arrow B direction in FIG. 8). Then, the arm member 20 attached to the base cylinder 8 also rotates, and the arm 21 on the load cell 13 side comes into contact with the sensor arm 13 a of the load cell 13.
【0027】このアーム21の当接力は、被験流体26
の粘性トルクによる反力の回転トルクに比例するので、
予め粘度が既知の流体による出力値を知っておけば、被
験流体32が上述したような一定状態下にあるときのロ
ードセル13の出力値を検出することにより、被験流体
32の粘度を測定できる。静圧空気軸受15の作用によ
りごく低摩擦で回転駆動部1全体が回転するので、回転
摩擦力による誤差も非常に小さい。もちろん被験流体3
2に応じて検出スピンドル10の回転速度を変更するこ
とにより、種々のずり速度に対して粘度測定が可能なこ
とは従来の一般的な回転粘度計と同様である。The contact force of the arm 21 is the same as the test fluid 26.
Since it is proportional to the rotational torque of the reaction force due to the viscous torque of
If the output value of the fluid of known viscosity is known in advance, the viscosity of the test fluid 32 can be measured by detecting the output value of the load cell 13 when the test fluid 32 is in the constant state as described above. Since the entire rotary drive unit 1 rotates with very low friction due to the action of the static pressure air bearing 15, the error due to the rotational friction force is very small. Of course test fluid 3
The viscosity can be measured for various shear rates by changing the rotation speed of the detection spindle 10 in accordance with 2 as in the case of the conventional general rotary viscometer.
【0028】なお本実施形態では、ロードセル13の出
力信号は、歯車11の山を近接センサ12で検出するタ
イミングでサンプリングするが、もちろん歯車や近接セ
ンサに代えてロータリエンコーダと光センサ等の適宜の
タイミング検知手段を用いればよい。またロードセル1
3の出力信号の変換、処理等についてはごく周知の事項
であるので説明は省略する。もちろんロードセル以外の
荷重センサを用いることも可能である。すなわち計測手
段については種々公知の手段を採用すればよい。In the present embodiment, the output signal of the load cell 13 is sampled at the timing when the crest of the gear 11 is detected by the proximity sensor 12, but, of course, instead of the gear or the proximity sensor, an appropriate rotary encoder, optical sensor or the like may be used. A timing detection means may be used. Also load cell 1
Since the conversion and processing of the output signal of No. 3 are very well known, the description will be omitted. Of course, a load sensor other than the load cell can be used. That is, various known means may be adopted as the measuring means.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る静圧空
気摩擦軸受は、その新規な構造によりよれば、簡単な構
造でありかつスピンドル剛性が高く、振動が少なく、静
圧空気軸受に要求されるスピンドル機構としての高い回
転精度を達成できるという効果がある。As described above, according to the novel structure of the hydrostatic air friction bearing according to the present invention, it has a simple structure, high spindle rigidity, little vibration, and is required for hydrostatic air bearings. There is an effect that it is possible to achieve high rotation accuracy as the spindle mechanism.
【0030】以上説明したように本発明に係る回転粘度
計は、被験流体が実際に液槽内や配管中にあるそのまま
の状態で、被験流体を別の場所等へ取り出すことなく、
いわばインライン的に粘度を測定でき、取り出し時に構
造破壊が生じる流体でも一定の状態で正確な粘度を測定
できるという効果がある。As described above, the rotational viscometer according to the present invention can be used without removing the test fluid to another place while the test fluid is actually in the liquid tank or in the pipe.
In other words, there is an effect that the viscosity can be measured in-line, and an accurate viscosity can be measured in a constant state even in a fluid that causes structural destruction when taken out.
【図1】本発明に係る回転粘度計の一実施形態を示す断
面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a rotational viscometer according to the present invention.
【図2】同平面図である。FIG. 2 is a plan view of the same.
【図3】内筒を構成する検出スピンドルの拡大部分断面
図である。FIG. 3 is an enlarged partial sectional view of a detection spindle that constitutes an inner cylinder.
【図4】検出スピンドルに設けた溝の拡大断面図であ
る。FIG. 4 is an enlarged sectional view of a groove provided on a detection spindle.
【図5】固定部の構造を拡大して示す平面図(A)、図
5A中のB−B断面図(B)、底面図(C)である。5A is an enlarged plan view showing the structure of a fixing portion, FIG. 5A is a sectional view taken along line BB in FIG. 5A, and FIG. 5C is a bottom view.
【図6】回転軸部の構造を拡大して示す断面図である。FIG. 6 is an enlarged sectional view showing a structure of a rotating shaft portion.
【図7】本発明に係る回転粘度計の一実施形態の使用状
態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a usage state of an embodiment of the rotational viscometer according to the present invention.
【図8】同斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of the same.
1 回転駆動部 2 検出部 3 計測部 4 減速機付きDCサーボモータ 6 カップリング 7 外筒 8 基筒 9 回転軸 10 検出スピンドル 11 歯車 12 近接センサ 13 ロードセル 13a ロードセルのセンサアーム 14 ベース板 15 静圧空気軸受 16 開口 17 嵌合部 17a ブシュ 18 ベアリング 20 アーム部材 21 アーム 22 支柱 23 ブラケット 24 検出スピンドルの溝 25 中空部 25a 開口部 26 固定部 27 回転軸コマ部 28 圧縮空気の導入路 29 絞り 30 凹部 31 液槽 32 被験流体 1 rotary drive 2 detector 3 measuring section 4 DC servo motor with reduction gear 6 coupling 7 outer cylinder 8 base tubes 9 rotation axis 10 Detection spindle 11 gears 12 Proximity sensor 13 load cell 13a Load cell sensor arm 14 Base plate 15 Hydrostatic air bearing 16 openings 17 Fitting part 17a bush 18 bearings 20 Arm member 21 arms 22 props 23 Bracket 24 Detection spindle groove 25 Hollow part 25a opening 26 Fixed part 27 Rotating axis top 28 Compressed air introduction path 29 Aperture 30 recess 31 liquid tank 32 Test fluid
Claims (7)
定部の上記中空部内に装着する回転軸部とからなり、 上記固定部が、上記中空部の両端開口近傍部位に、各開
口端縁側に向かって拡開する錐状の開口部を備えるとと
もに、該開口部の錐状の内面に圧縮空気の絞りの開口を
臨ませ、上記回転軸部が、上記固定部の上記錐状の開口
部に装着可能な錐状部を一対備え、上記固定部の絞り開
口から噴出させる空気を上記回転軸部の錐状部の外面へ
当て得るように上記固定部の上記中空部内へ上記回転軸
部を共軸に組み合わせてなることを特徴とする静圧空気
軸受。1. A fixed part having a cylindrical hollow part, and a rotary shaft part mounted in the hollow part of the fixed part, wherein the fixed part is provided at each of the openings in the vicinity of both end openings of the hollow part. A cone-shaped opening that widens toward the edge is provided, and the cone-shaped inner surface of the opening faces the opening of the throttle for compressed air, and the rotary shaft portion is the cone-shaped portion of the fixed portion. The rotary shaft is provided in the hollow portion of the fixed portion so that air ejected from the aperture of the fixed portion can be applied to the outer surface of the conical portion of the rotary shaft portion. A hydrostatic air bearing characterized in that the parts are coaxially combined.
向において等角度間隔で設けてなることを特徴とする請
求項1の静圧空気軸受。2. The hydrostatic air bearing according to claim 1, wherein the diaphragms are provided at equal angular intervals in the circumferential direction of the inner surface of the conical opening.
口部周囲に凹部を設け、該凹部の開口面積を上記固定部
の両端側で異ならせてなることを特徴とする請求項2の
静圧空気軸受。3. A recess is provided around the opening of the diaphragm toward the inner surface of the conical opening, and the opening area of the recess is different on both end sides of the fixing portion. Static pressure air bearing.
り、非ニュートン流体である被験流体の粘度を測定する
ための回転粘度計であって、上記検出部が、共軸の内筒
及び外筒からなり、該外筒を固定して該内筒を上記回転
駆動部により回転駆動可能とし、上記内筒が回転時に受
ける粘性トルクを上記計測部で計測する内筒回転型の回
転粘度計において、 上記内筒が、上記回転駆動部を搭載するとともに上記外
筒内で自由に回転可能に支持した基筒と、基端を上記回
転駆動部に連結して該基筒内を貫通するとともに該基筒
内で自由に回転可能に支持した回転軸と、外周面に螺旋
状の溝を形成した部位を有するとともに上記回転軸の先
端に連結固定した検出筒とからなり、 上記外筒と上記基筒との間に共軸にして請求項1ないし
3のいずれかの静圧空気軸受を配し、 上記外筒と上記検出筒の溝形成部位との嵌合部位の隙間
を、上記検出筒の回転を許すとともに、該隙間に入り込
んだ上記被験流体が上記検出筒の回転によってずり速度
を与えられてずり流動する寸法とし、 上記計測部が、上記回転軸を介して上記回転駆動部によ
り上記検出筒を回転駆動したときに、上記検出筒が上記
隙間に入り込んだ上記被験流体のずり流動によるずり応
力によって受ける粘性トルクの反力で、上記検出筒の回
転駆動方向と反対方向に回転する上記基筒及び上記回転
駆動部の回転トルクを検出することを特徴とする回転粘
度計。4. A rotational viscometer for measuring the viscosity of a test fluid, which is a non-Newtonian fluid, comprising a rotation drive section, a detection section and a measurement section, wherein the detection section comprises a coaxial inner cylinder and An inner-cylinder rotation-type viscometer in which the outer cylinder is fixed, the inner cylinder is rotatably driven by the rotation driving unit, and the measuring unit measures a viscous torque received when the inner cylinder rotates. In the above, the inner cylinder is mounted with the rotation drive unit and is rotatably supported in the outer cylinder, and the base end is connected to the rotation drive unit and penetrates the base cylinder. The rotating cylinder supported rotatably in the base cylinder, and the detecting cylinder having a portion having a spiral groove formed on the outer peripheral surface thereof and fixedly connected to the tip of the rotating shaft, the outer cylinder and the outer cylinder. 4. A coaxial arrangement with the base cylinder according to claim 1. A compressed air bearing is arranged to allow rotation of the detection cylinder through a gap between the outer cylinder and the groove-forming portion of the detection cylinder, and the test fluid entering the gap causes rotation of the detection cylinder. When the measurement unit rotationally drives the detection cylinder by the rotation drive unit via the rotation shaft, the test cylinder enters the gap. Rotational viscosity characterized by detecting the rotational torque of the base cylinder and the rotary drive section that rotate in the direction opposite to the rotational drive direction of the detection cylinder by the reaction force of the viscous torque received by the shear stress due to the shear flow of the fluid. Total.
検出筒を微速で回転させるものであることを特徴とする
請求項3の回転粘度計。5. The rotational viscometer according to claim 3, wherein the rotary drive unit rotates the rotary shaft and the detection cylinder at a very low speed.
部位から上記溝の一部が露出する程度に突出させてなる
ことを特徴とする請求項3または4の回転粘度計。6. The rotational viscometer according to claim 3, wherein the tip of the detection cylinder is made to protrude from a fitting portion with the outer cylinder to such an extent that a part of the groove is exposed.
嵌合部位の上部に、上記隙間を上昇してきた上記被験流
体をオーバーフローさせて排出するための開口を設けて
なることを特徴とする請求項3ないし5のいずれかの回
転粘度計。7. An opening for overflowing and discharging the test fluid that has risen in the gap is provided in an upper portion of a fitting portion of the outer cylinder with a groove forming portion of the detection cylinder. The rotational viscometer according to any one of claims 3 to 5.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102015010875B3 (en) * | 2015-08-25 | 2016-09-08 | Thermo Electron (Karlsruhe) Gmbh | Rheometer with gas bearing |
CN110514560A (en) * | 2019-09-24 | 2019-11-29 | 徐育平 | A kind of rotational viscometer that detection accuracy is high |
CN116539480A (en) * | 2023-06-28 | 2023-08-04 | 标格达精密仪器(广州)有限公司 | Rotary viscometer of air bearing |
-
2001
- 2001-06-27 JP JP2001194486A patent/JP2003013956A/en active Pending
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DE102015010875B9 (en) * | 2015-08-25 | 2016-12-29 | Thermo Electron (Karlsruhe) Gmbh | Rheometer with gas bearing |
CN110514560A (en) * | 2019-09-24 | 2019-11-29 | 徐育平 | A kind of rotational viscometer that detection accuracy is high |
CN110514560B (en) * | 2019-09-24 | 2021-12-07 | 博格隆(浙江)生物技术有限公司 | Rotational viscometer with high detection precision |
CN116539480A (en) * | 2023-06-28 | 2023-08-04 | 标格达精密仪器(广州)有限公司 | Rotary viscometer of air bearing |
CN116539480B (en) * | 2023-06-28 | 2023-09-19 | 标格达精密仪器(广州)有限公司 | Rotary viscometer of air bearing |
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