JP4008144B2

JP4008144B2 - 振動式粘度計

Info

Publication number: JP4008144B2
Application number: JP08792899A
Authority: JP
Inventors: 友和小山; 栄一吉田; 直人出雲
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Co Ltd
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2000283907A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粘度計に係り、特に一対の感応板を試料中で共振させることにより試料の粘度を計測する粘度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料の粘度を計測する装置は各種の形式のものがあるが、応答性に優れる振動式粘度計の一種として音叉式の振動式粘度計がある（以下特に断らない限り「粘度計」の語はこの音叉式の振動式粘度計を示すこととする）。
【０００３】
図６は粘度計の構成の概略を示す。粘度計全体は保持部５０を介して図示しない装置本体により吊り下げ支持されている。保持部５０には板ばね５１を介して支持部材５２が取り付けられ、この支持部材５２の先端には感応板５３が形成されている。また各支持部材５２には感応板５３を振動させるための電磁駆動部５４が設けられ、この電磁駆動部５４に発生する電磁力と板ばね５１の弾性とにより感応板５３は試料Ｌ中で振動する。
【０００４】
この粘度計による試料の粘度の測定原理及び測定方法は大略以下のとおりである。即ち電磁駆動部５４を作動させることにより、レベル針５５によって試料Ｌ中の所定の位置に配置された感応板５３をそれぞれ逆位相かつ同一周期で振動させる。この際試料中に配置されている感応板５３と試料Ｌとの間に生じる剪断抵抗を、変位センサ５６において感応板５３（板ばね５１）の振幅値の変化として検出することにより試料の粘度を計測するものである。
【０００５】
即ち、上記振幅値と粘性抵抗との間には反比例の関係が成立するため、この振幅値の変化を計測することにより試料Ｌの粘性を計測することが可能となる。通常はこの計測はフィードバック回路を構成することにより実施されている。即ち、電磁駆動部に出力する電気量（電流）を調節することにより前記の振幅値の変位が、予め設定した振幅になるよう修正するフィードバック回路を構成し、このフィードバック回路に出力された電気量から対象物の粘度を算出する方法が採用されている。この場合、振動を利用する粘度計においては、高い測定精度を得るために共振現象を利用し、振動系の振幅を最大にすることによって粘度計としての感度を高く設定している。またこの場合振動の反力を可能な限り吸収する必要があるが、振動系を音叉型とすることにより一対の感応板５３を逆位相で振動させる上記装置は反力の吸収が極めて良好であり、安定した正弦波振動を得ることができる装置であるといえる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の粘度計はその基本構成において高い測定精度を得ることが可能な装置であるが、実際に高い測定精度を得るためには固有振動数の調整が極めて重要である。測定対象の種類によっては感応板に対する相対速度により粘度が変化するものものあるため、感応板は常に一定の振動数で振動させなければならない。このため振動を発生させる電磁駆動部の発信振動数（周波数）を固定にし、感応板の固有振動数をこの発信振動数に合わせる必要がある。この固有振動数が発信振動数とずれていると共振現象が生ぜず、従って感応板の振幅が減少し、この結果測定対象の粘度に対する振幅の変化も減少し、結果的に高い測定精度は保証されないことになる。
【０００７】
上記構成の粘度計において、感応板５３は例えば３０Ｈｚ程度の固有振動数をもって振動するよう調整されている。図７（Ａ）、（Ｂ）は図６に示す粘度計に用いられている板ばねであって、上下の固定部５１ｂ、５１ｃの間の薄肉部がばねとして作用するばね部５１ａが形成されている。
【０００８】
感応板５３の固有振動数の調整に当たってはこの板ばね５１の弾性を調整することにより行われるわけであるが、音叉型の振動式粘度計では固有振動数付近の強制振動で感応板の振幅が一気に大きくなる共振現象を利用しているため、僅かな固有振動数のずれが振幅に大きく影響を与えることになる。このため共振現象が効果的に生じるよう板ばね５１をそれぞれ微調整する必要があるが、この調整は極めて微妙なものである。
【０００９】
上記調整は感応板個々の固有振動数の微調整と同時に、左右一対の感応板の固有振動数を合わせるよう、それぞれの板ばね５１の微調整を行うわけであるが、一対の感応板の固有振動数のずれは、前述の電磁部の設定振動数（周波数）と個々の感応板の固有振動数のずれの場合と同様、粘度計の測定精度に大きな影響を与えるので、もしこの調整が不良であると相互の振動は相殺されず、装置全体の異常振動を引き起こし、測定精度の低下へと展開することになる。
【００１０】
調整は、ばね部５１ａをやすり等の研削手段を用いて人手により削ることによって実施されるが、研削は高度の技術を持つ熟練者が実施する必要があり、しかも細心の注意を払って個々の板ばね毎に実施せねばならず、粘度計を製造する上で時間的、価格的に大きな障害となっている。また調整は研削という板ばねの剛性を低下する方向でのみ実施せざるを得ないため、ひとたび削りすぎるともはやその板ばねは使用不可能となってしまい、板ばねの歩留りも決して高いものではなかった。なお、支持部材５２の一部に錘を取り付ける等の方法により振幅調整を行う方法も実施されているが、このような錘の取り付けはあくまでも粗調整のみが可能であり、微調整は板ばねの研削により調整せねばならず、問題の解決にはなっていない。
【００１１】
以上の理由により、発明者等は上記構成の板ばねに変えて、感応板を振動させる板ばねとして、プレス加工やワイヤカット放電加工等により形成され、対向するようＲ部が形成された左右対象の断面形状のばね部を有する板ばね（図１参照）を採用して振動式粘度計を構成することとした。
【００１２】
この形状の板ばねを採用することにより次のような技術的、経済的な利点が生じる反面、その板ばねの特性に由来する問題点も生じた。
先ず利点としては、プレス加工やワイヤカット放電加工で板ばねの製作が可能であるため、製造単価が大幅に低減できるという経済的な利点の他に、次のような技術的な利点がある。即ち、図８（Ａ）に示す従来の板ばね５１に対して、図８（Ｂ）に示すように対向するＲ部を有する板ばね（本発明の実施例を示す図１乃至５に対応して符号１で示す）は、重心線Ｇと板ばねの剛性を代表するポイントＰとが一致するため大きな振幅が得られる。また、対向する一対のＲ部の形成によりばね部の変曲点位置（振動時に撓む部分）が特定され、板ばねの器差が少なくなる。従って板ばね自体については従来構成の板ばねで実施されていたような調整作業が不要となる。
【００１３】
この様に、対向するＲ部を有する板ばねは、ばねの構造上剛性を代表するポイントＰが明瞭となるため、この板ばね１を用いた感応板の共振点の振幅が図９のＬ１の如く感応板の固有振動数域でピーク状に鋭く立ち上がる。つまりこの板ばね１を用いれば粘度測定装置としての性能を向上させることが可能である。
因みに板ばね５１は図８（Ａ）の如く、重心線Ｇと剛性を代表するポイントＰとが一致しないため変曲点位置が不明確となり、この結果板ばね５１を用いた感応板の共振点の振幅はＬ２で示すようにピークが生ぜず、ばね性能は低いものである。
【００１４】
符号５１で示す従来型の板ばねを用いた構成では感応板の固有振動数の調整及び一対の感応板の振動数の調整は、前述の如く板ばね５１の切削調整に加えて、感応板を支持する部材に対して錘を取り付け、この錘の大きさ（質量）を調整したり、錘の取り付け個数を調整することにより実施されているが、このような調整を行っても図９のＬ２に示すようにばね性能には限界がある。反面Ｒ部を有する板ばね１を用いた場合には、前記の如く振幅のピークが鋭いことにより粘度計としてより高い性能が期待されるが、振幅のピークが鋭い分固有振動数の調整はより微妙となり、この性能を発揮するためには板ばね１が本来有する性能を十分に発揮するための特別な調整手段が必要となる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点に鑑み構成されたものであり、感応板を振動させる板ばねとして、断面形状においてＲ部が対向位置するばね部を有する板ばねが用いられ、感応板を有する支持部材にはこの板ばねによって振動する感応板の固有振動数を微調整することが可能な手段が設けられ、板ばね部分にはなんら調整を施すことなく、この調整手段を用いて固有振動数の調整が微妙かつ適正に行えるよう構成したことを特徴とする粘度計である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
板ばねはプレス加工、ワイヤカット放電加工等より形成されたものを使用する。この場合、板ばねの性能が一定範囲内にあれば、板ばね自体の調整を実施しない。一方、感応板を有する支持部材には固有振動数調整用の手段が設けられている。この固有振動数調整用の手段は、基本的には錘の位置を変更することによる重心の調整を行うことにより感応板の固有振動数の調整が実施されるように構成されている。
【００１７】
重心位置の調整は例えば、長穴が形成された錘を、この長穴を介してねじ等の螺合手段により支持部材に固定し、かつこの長穴により錘の取り付け位置を調整することより実施される。また他の構成としては鉛直方向に取り付けられたねじ棒に対して錘を螺合し、かつこの錘をねじ棒を中心として回転させることよりねじ棒の軸心方向（鉛直方向）に錘を変位させる方法、或いはこれらの構成に加えて、若しくはこれらの方法に代えて、錘となるべきねじ部材を支持部材に形成された複数のねじ穴のうち所定のねじ穴に螺合させることにより実施される。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）は板ばねを、また（Ａ）はこの板ばねを用いた支持部材の構成を示す。
先ず板ばね１は図（Ｂ）、（Ｃ）に示すように上下に固定部１ｂ、１ｃが形成され、かつこれら上下の固定部の中間部にばね部１ａが形成される構成となっている。
【００１９】
この板ばね１のばね部１ａは図（Ｃ）に示されるとおり、中央部に向かって徐々に肉厚が薄くなるよう、その側面形状が左右対象の円弧若しくはこれに近似する形状のＲ部をそれぞれ描くように形成される。ばね部１ａをこの様な形状にすることにより、図８（Ｂ）について説明したような高性能のばねを得ることができる。なお、前記説明以外にも次の利点がある。即ち、ばね部においては従来の板ばね５１のように固定部５１ｂ、５１ｃとばね部５１ａとの境界部に応力が集中することもなく、ばねとしての強度を高く保持することができ、また、板ばねの変曲部がＲ部の中心部に集中するため可動部重心位置からの距離が一定となる。然もこの形状であれば板ばね１の表裏をプレス加工することによりばね部１ａを形成することが可能となり板ばねとしての製造コストを大幅に低下させることができる。因みに従来の板ばね５１に於けるばね部５１ａの形成は、予め設定されたばね定数に出来るだけ近似させ、前述の調整作業を少なくする必要を含め、高価な削り出し加工により行われていた。
【００２０】
次に、符号２は支持部材であってこの支持部材２には感応板３が設けられている。上述のようにして構成された板ばね１は、そのばね定数が予め定められたばね定数から一定の許容値内にあるならば、同図（Ａ）に示す如く固定部１ｃをもって支持部材２に取り付けられる。以下板ばね１のばね定数の相違（器差）は支持部材２に設けられた調節手段により調節されることにより振幅調整等が実施される。
【００２１】
符号４は支持部材２に取り付けられた錘であり、かつこの錘４には長穴４ａが形成され、この長穴４ａを介してビス５等の固定手段により支持部材２に固定されている。感応板３の固有振動数の調整にはこの長穴４ａを用いて錘４の取り付け位置を変位させることにより実施する。即ちこの構成では錘の取り付け位置を鉛直方向に自由に変位させることができ、かつ従来例の板ばねの研削作業のように調整が不可逆的ではないため、錘４の位置を適宜調整することによって容易に、然も板ばねを無駄にすることなく適正な固有振動数に調整することが可能となる。なお図中符号６は振動を発生させる電磁駆動部の一部たるヨークである。
【００２２】
図２は以上の構成の板ばね１及び支持部材２により組み立てられた粘度計の作動部の構成例を示す。
一対の支持部材２は板ばね１を介して本体支持部７に接続し、この本体支持部７により吊り下げ支持される構造となっている。この本体支持部７の中央部には中央部材７ａが下垂するよう構成され、この中央部材７ａに形成されたフォースコイルと支持部材２側のヨーク６とが係合することにより電磁駆動部８が形成される。なお符号９は試料Ｌの液面を検出するレベル針である。
【００２３】
これらの各部材を支持する本体支持部材７は振動吸収部材１０ａ、１０ｂを介してケーシング１１に接続し、かつこのケーシング１１は図示しない粘度計本体に接続する構造となっている。
【００２４】
この装置において、感応板３を試料Ｌに挿入しかつレベル針９によりこの感応板３が試料Ｌの所定の位置に配置されたならば電磁駆動部８を所定の周期で断続的に作動させ、かつ板ばね１の弾性により感応板３を予め設定した振動数及び振幅をもって振動させる。この際感応板３の振幅を保持するよう電磁部に対する電気量をフィードバック回路により調整しているので、粘度はこの電気量に対応することになり、この電気量から資料の粘度を算出する。
【００２５】
図３は本発明の第２の実施例を示す。支持部材２には空間部１２が形成され、この空間部１２において、鉛直方向にねじ棒１３が配置されている。このねじ棒１３には錘部材１４が螺合しており、この錘部材１４を回転させることにより錘部材１４はねじ棒１３の軸心方向に移動可能なように構成されている。この錘部材１４の位置を調節することにより感応板３の固有振動数の調整を行う。この実施例では錘部材１４を回転させるだけで錘部材１４の位置を容易且つ微妙に調整することができる。
【００２６】
図４は第３の実施例を示す。この実施例は粗調整と微調整の両方が実施できるよう構成されている。符号１５ａ、１５ｂはねじ穴であり、このねじ穴には錘部材用ねじ（以下「錘ねじ」とする）と螺合するよう構成されいてる。符号１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃはそれぞれ重さの異なる錘ねじであるが、これらの錘ねじの雄ねじ部１６Ａ´、１６Ｂ´、１６Ｃ´は何れも同じ径および同じピッチに形成されている。また重量は例えば１６Ｃ＞１６Ａ＞１６Ｂであるように異ならせ、かつこれらの錘ねじの何れもがねじ穴１５ａ、１５ｂの何れに対してもそれぞれ螺合可能なようになっている。従ってこれらの錘ねじの何れかを一以上、所定のねじ穴に螺合させることにより固有振動数の粗調整を先ず行うようにする。
【００２７】
一方、支持部材２の上部には前記実施例と同じ錘部材１４がねじ棒１３に螺合しており、この錘部材１４の位置調整を行うことにより最終的な微調整を行うよう構成されている。なお、錘部材１４の配置位置を前記実施例と同じ位置とし、支持部材２の上部、即ち本実施例における錘部材１４の配置位置に錘ねじ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを螺合させるねじ穴１５ａ、１５ｂを形成することも可能である。
【００２８】
図５の構成は複数の調整手段に、調整をより一層精密に行えるよう構成したものを示す。
まず（Ａ）は第４の実施例であって、支持部材２の下部に図３に示す実施例２と同様な錘部材１４を配置し、かつ上部には図１に示す実施例１と同様な錘４を配置させた構造となっている。この構造において、何れか一方を粗調整に使用し、他方を微調整に使用する。例えばまず長穴４ａを介して錘４の位置を調節することにより粗調整を行ない、続いて錘部材１４を回転させることにより微調整を行う。この場合、錘４の位置調節はドライバー等によりビス５を一端緩めた後錘４を位置調整し、続いて再度ビス５を締めて錘４の位置を固定する作業を行うので、錘４の位置調整は基本的に一回のみとして粗調整を行い、後は錘部材１４を回転させて微調整を行うこととすれば調整作業はより楽となる。なお、図示の構成と逆に、錘４を支持部材２の下部に、錘部材１４を上部に配置する構成も当然可能である。
【００２９】
図５（Ｂ）は別の構成を示す。この構成は図１に示す実施例の１の変形例であって、図１に示す構成に対して支持部材２の上部に、図４に示すものと同様なねじ穴１５ａ、１５ｂを形成し、このねじ穴に対して錘ねじ１７を適宜螺合可能に構成してある。なお図示の錘ねじ１７は何れも同じ重量のものを示しているが、図４に示す錘ねじ１６Ａ〜１６Ｃの如く重量の異なるものを螺合させるようにすることはもとより可能である。この実施例の場合には先ず錘ねじ１７を適宜支持部材２に螺合させることにより粗調整を行ない、続いて錘４の位置を調節することにより微調整を行う。なお、この構成の場合も、配置位置を逆転させて、錘４を支持部材２の上部に配置し、かつ錘ねじ１７を支持部材２の下部に螺合させる構成とすることも当然可能である。
【００３０】
なお、本発明に使用される板ばねは図１に示されるものに限定する趣旨ではなく、支持部材側の錘調整により調整可能な板ばねであればその形状、構造及び製造工程の如何を問うものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上各実施例により本発明を説明したように、本発明によれば感応板の固有振動数の微調整が可能となったため、対向する一対のＲ部を有する板ばねの高いばね性能を十分発揮でき、粘度計の性能を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、上記性能向上にも係わらず、感応板の振動の調整は支持部材における錘の調整によってのみ行われ、従来技術の様に板ばねの研削による高度かつ不可逆的な調整が全く不要となり、板ばねの製造コストを大幅に低減できると共に、調整作業は極めて容易となって熟練を要さない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１の実施例を示す支持部材の斜視図、（Ｂ）は支持部材に取り付ける板ばねの斜視図、（Ｃ）は（Ｂ）の板ばねの側面図である。
【図２】図１に示す支持部材を取り付けた粘度計作動部の断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の第２の実施例を示す支持部材の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）における矢印Ａ方向の視図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示す支持部材の斜視図である。
【図５】（Ａ）は本発明の第４の実施例を示す支持部材の斜視図、（Ｂ）は本発明の第１の実施例の変形例を示す支持部材の斜視図である。
【図６】音叉型振動式粘度計の構成を概念的に示す粘度計概略図である。
【図７】（Ａ）は従来使用されていた板ばねの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示される板ばねの側面図である。
【図８】（Ａ）は従来の板ばねの断面形状における重心線Ｇと剛性を代表するポイントＰとの関係を示す図、（Ｂ）は本発明に使用する板ばねの断面形状における重心線Ｇと剛性を代表するポイントＰとの関係を示す図である。
【図９】共振点を中心とした感応板の振動数と振幅との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１板ばね
１ａばね部
２支持部材
３感応板
４錘
４ａ長穴
５ビス
１２空間部
１３ねじ棒
１４錘部材
１５ａ、１５ｂねじ穴
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１７錘ねじ

Claims

板ばねの弾性と振動駆動部の動作とにより試料中で一対の感応板を逆位相で振動させかつ感応板の振幅の変位から試料の粘度を計測する粘度計において、板ばねは、ばね部の断面形状が対向する一対のＲ部から成るよう構成され、感応板を有する支持部材には、錘とこの錘を鉛直方向に位置調節する手段とから成る振動調整手段が設けられ、当該振動調整手段の錘を鉛直方向に変位させることにより感応板の固有振動数の調整が行われるよう構成したことを特徴とする振動式粘度計。
錘を鉛直方向に位置調節する手段は、錘と、この錘に形成された長穴を介して支持部材に螺合することにより錘を支持部材に固定するねじとから構成され、当該長穴を介して錘の取り付け位置が調節可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の振動式粘度計。
錘を鉛直方向に位置調節する手段は、支持部材に形成された空間部において鉛直方向に配置されたねじ棒と、このねじ棒に螺合する錘部材とから構成され、錘部材をねじ棒を中心に回転させることにより、錘部材をねじ棒軸心方向に変位させて錘の位置を調節するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の振動式粘度計。
板ばねの弾性と振動駆動部の動作とにより試料中で一対の感応板を逆位相で振動させかつ感応板の振幅の変位から試料の粘度を計測する粘度計において、板ばねは、ばね部の断面形状が対向する一対のＲ部から成るよう構成され、感応板を有する支持部材には、複数の錘と、この錘を着脱可能に取り付ける手段から成る振動調整手段が設けられ、これらの錘を選択的に取り付けることにより感応板の固有振動数の調整が行われるよう構成したことを特徴とする振動式粘度計。
前記複数の錘は錘ねじであり、かつ錘を着脱可能に取り付ける手段はこれら錘ねじと螺合するよう支持部材に設けられたねじ穴であることを特徴とする請求項４記載の振動式粘度計。
支持部材のねじ穴に螺合される１以上の錘ねじは各々その重量が異なるよう構成されていることを特徴とする請求項５記載の振動式粘度計。
板ばねの弾性と振動駆動部の動作とにより試料中で一対の感応板を逆位相で振動させかつ感応板の振幅の変位から試料の粘度を計測する粘度計において、板ばねは、ばね部の断面形状が対向する一対のＲ部から成るよう構成され、感応板を有する支持部材には、当該感応板の振動を調整する振動調整手段が二つ設けられ、その一つは錘と、この錘に形成された長穴を介して錘を支持部材に螺合することにより錘を鉛直方向における取付位置が調整可能に固定するねじとから構成された振動調整手段であり、他方は支持部材に形成された空間部において鉛直方向に配置されたねじ棒と、このねじ棒に螺合する錘部材とから構成され、錘部材をねじ棒を中心に回転させることにより、錘部材をねじ棒軸心方向に変位させて錘の位置を調節するよう構成した振動調整手段であり、これら二つの振動調整手段のうち一方が粗調整手段として、他方が微調整手段として使用されるよう構成したことを特徴とする振動式粘度計。
板ばねのばね部はプレスまたはワイヤカット放電加工により形成されていることを特徴とする請求項１、請求項４、請求項７のうちの何れかに記載の振動式粘度計。