JP3481551B2

JP3481551B2 - 回転粘度計

Info

Publication number: JP3481551B2
Application number: JP2000140178A
Authority: JP
Inventors: 泰彦斉藤
Original assignee: 東機産業株式会社
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2003-12-22
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: JP2001324436A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転粘度計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、液状物質の粘性を回転法で測定す
る回転粘度計として、駆動装置によって回転する駆動側
回転軸と、被測定流体に浸漬されるロータが連結された
従動側回転軸と、駆動側回転軸と従動側回転軸とを結合
する捩り弾性部材と、を備え、捩り弾性部材の捩り角度
を測定し、その捩り角度から粘性トルクに変換して粘度
を測定するものが知られている。このような回転粘度計
においては、従動回転軸を摩擦なくラジアル方向に調芯
（センタリング）して軸支することが、測定精度向上の
ために欠かすことができない重要な問題である。

【０００３】例えば、第１の例として特許第２７４６５
６６号公報では、従動側回転軸である指針支持筒にバラ
ンスウエイトを取り付けており、このバランスウエイト
の作用により捩り弾性部材であるピアノ線にスラスト方
向のテンションをかけて、ピアノ線の直線を保ち、指針
支持筒の軸芯を安定させることが記載されている。

【０００４】第２の例として特開平８−５５４１号公報
には、駆動側回転軸と従動側回転軸とをそれぞれエアベ
アリングを介してケースに非接触状態で軸支することが
記載されている。

【０００５】第３の例として特公昭４５−２６８４０号
公報には、捩り弾性部材によって懸架される従動側回転
軸となる金属製吸引用枠型固定部と、支持固定部とにそ
れぞれ永久磁石を取り付け、それぞれの磁石間に発生す
る吸引力により、金属製吸引用枠型固定部を下方に吸引
し、捩り弾性部材に下方への張力を加えて、調軸を行う
ことが記載されている。

【０００６】第４の例として特許第２７４９５５２号公
報には、出力軸の上端をピポット軸受けにより芯出し
し、出力軸に可動側環状マグネットを固定し、ハウジン
グ側に固定側環状マグネットを固定し、これらのマグネ
ットとの間の磁気吸着力により、出力軸の重量を支える
垂直を働かせることが記載されている。

【０００７】上記以外に特開平１−５３４１１号公報で
は、磁気軸受を用いた例があり、特許第２７８８２２２
号公報では、固定磁石で捩り弾性部材を吸引して軸方向
にテンションを与える構成が記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例には次のような問題点がある。

【０００９】前記第１の例のように、バランスウエイト
を用いた場合には、その効果が不十分で、従動側回転軸
を調芯することができず、実用化は困難である。

【００１０】また、第２の例のように、エアベアリング
を用いた場合には、十分な機能・効果が期待できるもの
の装置が複雑、大型化し、高価となるという問題があ
る。従って、高額な高級粘度計には適用できても、一般
に広く使用される普及機には適用が困難である。

【００１１】また、第３の例、第４の例及びその他の例
では、磁力の吸引力を利用しているが、この方式の場
合、磁力は距離の２乗に反比例するため、僅かな偏心に
対しては調芯力が高いものの、偏心が大きくなり大きな
調芯力を必要とする状態では、吸引による磁力が弱くな
るという根本的な弱点がある。

【００１２】よって、高価でない普及クラスの粘度計に
おいて、従動側回転軸を摩擦なく軸支することができる
回転粘度計は、実用化されていないのが現状である。

【００１３】本発明はかかる課題に鑑みなされたもの
で、従動側回転軸を摩擦なく軸支することができ、安価
に構成することができる回転粘度計を提供することをそ
の目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、駆動装置によって回転する駆
動側回転軸と、駆動側回転軸に捩り弾性部材によって同
軸状に連結され、被測定流体からのトルクを受ける従動
側回転軸と、前記捩り弾性部材の捩り角度を検出する検
出部と、を備え該捩り角度から被測定流体の粘度を検出
する回転粘度計において、従動側回転軸を少なくとも１
つの磁気軸受で軸支し、該磁気軸受を、従動側回転軸に
固定された従動側磁石と、該従動側磁石に対向する対向
磁石とから構成し、該従動側磁石及び対向磁石とを同軸
状に適当な間隔を設けて常時、径方向に磁気反発力を発
生しうるように配置し、さらに、前記捩り弾性部材と従
動側回転軸との間に、捩り弾性部材を軸とする滑り軸受
を設けることを特徴とする。径方向に磁気反発力を発生
する磁気軸受を用いることにより、偏心が生じた場合
に、強い反発による調芯力が得られ、偏心からの強い回
復力が得られる。これに対して、径方向の磁気吸引力を
利用する磁気軸受を使用したと仮定すると、偏心が生じ
た場合、または磁気軸受を構成する磁石の磁化が周方向
にわたって均一でなく吸引力が弱い部分が互いに離反す
るようにして偏心が生じた場合に、軸心から離反すれば
するだけ離反した部分の吸引力が弱くなるため、軸心へ
の復帰が困難となる。本発明の磁気軸受では、径方向の
反発力を利用しているため、軸心から離反すればするだ
け、接近した部分での磁気反発力が強くなり、偏心から
の強い回復力が得られることになる。対向磁石と従動側
磁石との間隔を十分小さくすることで、調芯状態でも十
分な磁気反発力を発生させることができる。また、捩り
弾性部材と従動側回転軸との間に滑り軸受を設けること
により、摩擦抵抗を小さく抑えつつ、従動側回転軸の径
方向の変位をより確実に防ぐことができる。

【００１５】また、前記従動側磁石に対向する対向磁石
は、固定部に固定することも可能であるが、請求項２記
載の発明は、前記対向磁石を、駆動側回転軸に固定され
た駆動側磁石とすることを特徴とする。また、請求項３
記載の発明は、請求項１または２記載の前記磁気軸受の
従動側磁石と対向磁石との軸方向位置を予め所定量ずら
して配置することを特徴とする。これにより、軸方向の
磁気反発力を発生させることができ、従来のウエイトと
同様の効果を併せ持たせることができる。

【００１６】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の前記従動側磁石と対向磁石との軸方向位置を、従動
側回転軸を相対的に前記被測定流体の方向へ接近させる
ような軸方向の磁気反発力が発生するように、設定する
ことを特徴とする。これにより、従動側回転軸が被測定
流体から受ける軸方向の力に対して対向することがで
き、捩り弾性部材の座屈を防ぐことができる。

【００１７】

【００１８】請求項５記載の発明は、請求項１記載の
前記磁気軸受を、前記滑り軸受よりも従動側回転軸の捩
り弾性部材の連結点に接近して設ける。径方向の力が磁
気軸受により発生した場合、連結点から遠いところで
は、従動側回転軸を傾けるモーメントが大きくなるおそ
れがあるが、連結点から離れた部分で滑り軸受を設ける
ことで、そのような大きなモーメントの発生を抑えるこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態を表す
図である。図１において、この回転粘度計は大別して、
固定部１０、駆動部１２、従動部１４及び捩り弾性部材
であるトーションワイヤ１６とから構成される。

【００２０】固定部１０は、上下に互いに平行に配設さ
れる上部基板２２、中部基板２４及び下部基板２６を有
しており、互いの基板は、これらを連結する複数の連結
具２８及び複数の柱３０によって一体に連結されてい
る。図１では１つの柱３０のみを表す。また、下部基板
２６には、その下方に延びる円筒軸３２が固定されてい
る。

【００２１】駆動部１２は、前記上部基板２２によって
支持された減速機付きモータよりなる駆動装置４０によ
って回転駆動されるものである。上部基板２２を貫通し
て下方に突出した駆動装置４０の出力軸４０ａが、駆動
部１２の駆動軸組立体４２に一体に連結されている。駆
動軸組立体４２は簡略化して図示するが、全体として前
記中部基板２４を貫通しており、該中部基板２４に対し
てベアリング４６により回転可能に軸支される。また、
駆動軸組立体４２の下部には、上部円盤体４８が固定さ
れており、上部円盤体４８の下面には、１２０度間隔で
下方に延びる３個のスタッド５０（図１では１個のみを
示す）が取り付けられている。各スタッド５０は、後述
の下部円盤体６６に形成された各円弧状の溝６６ａを貫
通して下方へ延びて、その下端が駆動側回転軸５２の上
端部に取り付けられている。筒状の駆動側回転軸５２の
下端は、底具５６を介してベアリング５４によって前記
円筒軸３２に回転可能に軸支されている。以上のように
して駆動部１２が構成される。

【００２２】駆動部１２の前記駆動軸組立体４２の下部
には、後述の固定部５８によってトーションワイヤ１６
の上端が固定されており、トーションワイヤ１６によっ
て、従動部１４が駆動部１２に繋留される。

【００２３】従動部１４は、前記駆動側回転軸５２の内
側に配設される筒状の従動側回転軸６０を有しており、
該従動側回転軸６０の下内部には、前記トーションワイ
ヤ１６の下端を固定するワイヤチャック６２が固定され
る。また、従動側回転軸６０の下端にはロータ接続部６
４が取り付けられており、ロータ接続部６４には被測定
流体に浸漬される図示しないロータが接続される。ま
た、従動側回転軸６０の上端には、ホルダ６８を介して
下部円盤体６６が取り付けられる。以上のようにして従
動部１４が構成される。

【００２４】従動部１４の下部円盤体６６は、図２に示
すように、１２０度間隔毎に１２０度未満の中心角を持
つ円弧状の溝６６ａが前記スタッド５０に対応して形成
されている。また、スリット６６ｂが所定角度毎（図の
例では、９０度毎）に形成されている。上部円盤体４８
にも、下部円盤体６６と同じ角度毎にスリットが形成さ
れている。それぞれの下部円盤体６６及び上部円盤体４
８のスリットを透光しうる位置に、検出部であるフォト
センサ７０，７２が設けられており、これらのフォトセ
ンサ７０，７２は、中部基板２４から延びるホルダ７４
に固定されている。これらのフォトセンサ７０，７２か
らの出力は、図示しない処理部へと送られるようになっ
ている。

【００２５】駆動部１２と従動部１４との間、具体的に
は、駆動側回転軸５２と従動側回転軸６０との相対向す
る周面には、１つ以上の磁気軸受が設けられる。この実
施形態では、駆動側回転軸５２と従動側回転軸６０のそ
れぞれの上端部及び下端部に上側磁気軸受８０及び下側
磁気軸受９０がそれぞれ設けられる。上側磁気軸受８０
は、駆動側回転軸５２の内周面に設けられた円筒状の外
側永久磁石８２と、従動側回転軸６０の外周面に設けら
れた円筒状の内側永久磁石８４とからなり、下側磁気軸
受９０は、駆動側回転軸５２の内周面に設けられた円筒
状の外側永久磁石９２と、従動側回転軸６０の外周面に
設けられた円筒状の内側永久磁石９４とからなる。

【００２６】これらの磁気軸受８０，９０は、対向する
磁石の着磁方向を軸方向としており、図３に示すよう
に、同極が接近するように配列され、互いに反発力を発
生するように構成されている。

【００２７】以上のように構成される回転粘度計におい
ては、従動側回転軸６０と駆動側回転軸５２との間が磁
気軸受８０，９０によって調芯される。即ち、駆動側回
転軸５２と従動側回転軸６０との偏心が生じると、接近
した部分でより強く反発力が生じて調芯されるようにな
っている。偏心する程強い反発力が発生するので、偏心
からの回復力が強い。駆動側回転軸５２と従動側回転軸
６０のギャップを十分に小さくおくことにより、十分に
強い回復力を持たせることができる。Ｅａｒｎｓｈａｗ
の定理によれば、永久磁石だけで構成される磁気軸受は
それだけでは成立し得ないが、このように、磁気反発で
浮遊する内側永久磁石８４，９４を、トーションワイヤ
１６で拘束・位置決めすることにより、成立させること
ができる。

【００２８】また、この実施形態では、各磁気軸受８
０、９０共に、外側永久磁石８２，９２と内側永久磁石
８４，９４のそれぞれの位置を軸方向で予めずらして配
置しており、外側永久磁石８２，９２と内側永久磁石８
４，９４の軸方向反発力が従動側回転軸６０に作用する
ようになっている。具体的には、各磁気軸受８０、９０
の内側永久磁石８４、９４が外側永久磁石８２、９２に
対して軸方向にやや下方に位置づけられている。これに
より、各磁気軸受８０，９０において、従動側回転軸６
０が駆動側回転軸５２から軸方向下方に飛び出すような
軸方向反発力が常時、従動側回転軸６０に作用するよう
になっている。

【００２９】磁気軸受８０，９０の例としては、図１及
び図３に示した例に限ることなく、図４（ａ）ないし
（ｅ）に示す配置とすることも可能である。図４（ａ）
ないし（ｃ）に示すように、複数の磁石を用いることに
より、より調芯力の強い軸受を実現することができる。
また、図４（ｄ）に示すように、ラジアル方向に着磁さ
せて、外側永久磁石８２，９２の内周面と内側永久磁石
８４，９４の外周面とが同極になるように着磁してもよ
い。さらには、図４（ｅ）に示すように、駆動側回転軸
５２と従動側回転軸６０の軸上に複数の磁気軸受を配置
する代わりに、軸長さの長い２つの円筒状永久磁石から
構成することも可能である。

【００３０】図６は、トーションワイヤ１６の上端の固
定部５８及びその固定方法を表す拡大図である。トーシ
ョンワイヤ１６の先端を２枚のワイヤチャックプレート
７６，７６で挟み付け、これらをタガ７８内に圧入す
る。このとき、トーションワイヤ１６をワイヤチャック
プレート７６で変形させることにより、トーションワイ
ヤ１６がワイヤチャックプレート７６から外れることを
防ぐ。そして、これらを駆動軸組立体４２の凹部４２ａ
内に挿入する。この駆動軸組立体４２の凹部４２ａの周
囲壁には、周方向に等間隔に複数のネジ孔４２ｂが径方
向に形成されており、ネジ孔４２ｂから径方向中心に向
けて止めネジ４５が螺合されて、複数の止めネジ４５で
タガ７８を挟み付ける。図６の例では、それぞれ３つの
ネジ孔４２ｂ及び止めネジ４５が周方向に等間隔に設け
られている。駆動側１２即ち駆動軸組立体４２を回転さ
せた状態で、トーションワイヤ１６を顕微鏡Ｍ等で確認
しながら、トーションワイヤ１６のぶれがなくなるよう
に止めネジ４５の締め方を調整することにより、芯出し
を行うことができる。

【００３１】測定を行う際には、従動側回転軸６０の下
端に取り付けられたロータを被測定流体に浸漬した状態
で、駆動装置４０によって、駆動部１２、即ち出力軸４
０ａ、駆動軸組立体４２を介して、駆動側回転軸５２を
回転させる。駆動部１２に上端が固定され下端が従動側
回転軸６０に固定されたトーションワイヤ１６は、被測
定流体の粘度によって、捩りが発生する。この捩り角度
は、上部円盤体４８と下部円盤体６６の位相差となり、
この位相差がフォトセンサ７０，７２の出力差として検
出される。捩り角度から粘度に換算されて、被測定流体
の粘度を求めることができる。

【００３２】本実施形態では、磁気軸受８０，９０を用
いているため、偏心からの強い復元力を持たせつつ、従
動側回転軸６０を摩擦なく軸支することができる。ま
た、磁気軸受８０，９０によって、従動側回転軸６０が
軸方向下方に飛び出すような軸方向反発力が発生するよ
うに調整しているので、例えばワイゼンベルグ効果（法
線応力効果）を有する液体を測定するとき、または高い
粘稠性や高い塑性を有する液体に対してロータを押し込
みながら測定するときに、ロータに作用する浮上力を相
殺し、トーションワイヤ１６に座屈が発生することを防
ぐことができる。磁気による軸方向反発力はかかる浮上
力よりも十分大きく設定することができるので、さらな
るウエイトを付加する必要もない。

【００３３】次に、図５は本発明の第２実施形態を表す
図である。図において、図１と同一の部材は同一の符号
を付してその詳細説明を省略する。

【００３４】この実施形態では、第１実施形態のように
上側磁気軸受８０と下側磁気軸受９０の２つの磁気軸受
を設けずに、下側磁気軸受９０のみを設け、その代わり
に従動側回転軸６０の上端部に滑り軸受１００を設けて
いる点で第１実施形態と異なっている。従動側回転軸６
０の上端に固定された滑り軸受１００の位置は、そのト
ーションワイヤ１６を受ける軸受部１００ａが、トーシ
ョンワイヤ１６の上端を固定する固定部５８よりも所定
距離だけ下方に離れた位置となるように設定されてい
る。この所定距離は、輸送中の衝撃などで従動側回転軸
６０が径方向に移動したときに、滑り軸受１００がトー
ションワイヤ１６を押し曲げて変形させてしまわないよ
う、トーションワイヤ１６の曲げ変形が弾性限度内であ
って、永久変形しない距離に設定されると良い。また、
滑り軸受１００よりも下側軸受９０の方が、トーション
ワイヤ１６の従動側回転軸６０の連結点であるワイヤチ
ャック６２に接近している。

【００３５】磁気軸受だけで構成される場合と比較し
て、この実施形態によれば、磁気軸受を構成する磁石の
磁化が周方向にわたって均一でなく吸引力が弱い部分が
互いに離反するようにして偏心が生じた場合に、連結点
から遠いところでは、従動側回転軸６０を傾けるモーメ
ントが大きくなるおそれがあるが、連結点から離れた部
分で滑り軸受１００を設けることで、そのような大きな
モーメントの発生を抑えることができる。

【００３６】また、第１実施形態と同様に磁気軸受９０
に軸方向下向きの反発力を発生させるように、外側永久
磁石９２と内側永久磁石９４との位置調整を行うこと
で、ウエイトを付加することなく、従動側回転軸６０に
作用する浮上力を抑えることができる。

【００３７】このように、磁気軸受９０に加えて滑り軸
受１００を設けた場合でも、従来の粘度計に比較してそ
の摩擦を遙かに少なくすることができ、上下にそれぞれ
磁気軸受８０，９０を設けた第１実施形態の場合に比較
しても、その測定精度（再現性）を遜色のないようにす
ることができる。また、１つの磁気軸受だけで良いの
で、内側永久磁石と外側永久磁石のずらし方向と量の調
整作業が単純になる。また、構造が簡素化され、低コス
トで製造することができるようになる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の発明によ
れば、磁気軸受の径方向の磁気反発力を利用するように
しているので、従動側回転軸を摩擦なく軸支することが
でき、安価に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転粘度計の縦
断面図である。

【図２】図１の下部円盤体６６の平面図である。

【図３】図１の磁気軸受の構成例である。

【図４】磁気軸受の他の構成例である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る回転粘度計の縦
断面図である。

【図６】（ａ）はトーションワイヤの固定部の拡大断面
図、（ｂ）は（ａ）の矢視（ａ）方向から見た図、
（ｃ）はトーションワイヤの固定方法を表す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１６トーションワイヤ（捩り弾性部材）４０駆動装置５２駆動側回転軸６０従動側回転軸７０、７２フォトセンサ（検出部）８０上側磁気軸受９０下側磁気軸受８２、９２外側永久磁石（駆動側磁石）８４、９４内側永久磁石（従動側磁石）１００滑り軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 11/14 F16C 32/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動装置によって回転する駆動側回転軸
と、駆動側回転軸に捩り弾性部材によって同軸状に連結
され、被測定流体からのトルクを受ける従動側回転軸
と、前記捩り弾性部材の捩り角度を検出する検出部と、
を備え該捩り角度から被測定流体の粘度を検出する回転
粘度計において、従動側回転軸を少なくとも１つの磁気軸受で軸支し、該
磁気軸受を、従動側回転軸に固定された従動側磁石と、
該従動側磁石に対向する対向磁石とから構成し、該従動
側磁石及び対向磁石とを同軸状に適当な間隔を設けて常
時、径方向に磁気反発力を発生しうるように配置し、さらに、前記捩り弾性部材と従動側回転軸との間に、捩
り弾性部材を軸とする滑り軸受を設けることを特徴とす
る回転粘度計。
【請求項２】前記対向磁石を、駆動側回転軸に固定さ
れた駆動側磁石とすることを特徴とする請求項１記載の
回転粘度計。
【請求項３】前記磁気軸受の従動側磁石と対向磁石と
の軸方向位置を予め所定量ずらして配置することを特徴
とする請求項１または２記載の回転粘度計。
【請求項４】前記従動側磁石と対向磁石との軸方向位
置を、従動側回転軸を相対的に前記被測定流体の方向へ
接近させるような軸方向の磁気反発力が発生するよう
に、設定することを特徴とする請求項３記載の回転粘度
計。
【請求項５】前記磁気軸受を、前記滑り軸受よりも従
動側回転軸の捩り弾性部材の連結点に接近して設けるこ
とを特徴とする請求項１記載の回転粘度計。