JP6623385B2 - 粘度計 - Google Patents

Description

本発明は、試料中でスピンドルを回転させ、反作用トルクを測定することにより、試料の粘性を測定する粘度計に関する。

従来、試料液体の粘度を測定する粘度計として、種々の方式のものが提案されている。例えば、特許文献１に記載された粘度計と同様の方式の粘度計としては、図３に示すように、試料液体１０１中において円柱状のスピンドル１０２を回転させ、この回転に対する反作用トルクを測定して、試料液体の粘度を算出するものが提案されている。

この粘度計は、パルスモータ１０３を備えており、このパルスモータ１０３の駆動力により、試料液体１０１中に浸漬されたスピンドル１０２を回転させる。パルスモータ１０３の駆動軸１０４には、シャフトカプラ１０５を介して、第１メタルシャフト１０６が接続されている。この第１メタルシャフト１０６は、第１貫通ベアリング１０７を介して、第１台座１０８により、回転可能に支持されている。この第１台座１０８は、図示しないシャーシに固定されている。第１メタルシャフト１０６は、下端側が中空となっている。

第１メタルシャフト１０６には、第１回転板１０９が取付けられている。第１回転板１０９には、連結ピン１１０を介して、連結板１１１が取付けられている。この連結板１１１は、第２メタルシャフト１１２に接続されている。この第２メタルシャフト１１２は、第２貫通ベアリング１１３を介して、第２台座１１４により、回転可能に支持されている。この第２台座１１４は、図示しないシャーシに固定されている。第２メタルシャフト１１２は、中空の円筒状シャフトであり、第１メタルシャフト１０６と同軸となっている。

第２メタルシャフト１１２の下端部近傍には、第１ピボットクランク１１５が取付けられている。この第１ピボットクランク１１５は、コ字状の部材であって、上端側が第２メタルシャフト１１２の下端部近傍に取付けられている。第１ピボットクランク１１５の下端側は、第２メタルシャフト１１２の軸上に位置している。第１ピボットクランク１１５の下端側の上面には、宝石軸受け１１６が取付けられている。

そして、第１メタルシャフト１０６の下端側の中空部と、宝石軸受け１１６との間には、第２メタルシャフト１１２の中空部を貫通して、ニードル軸１１７が配置されている。このニードル軸１１７の上端部は、ベアリング１２２を介して、第１メタルシャフト１０６の下端側（中空部の底部）に回転可能に支持されている。ニードル軸１１７の下端部は、円錐状の突起部となっており、この突起部において宝石軸受け１１６により回転可能に支持されている。このニードル軸１１７は、第１メタルシャフト１０６及び第２メタルシャフト１１２と同軸となっている。

ニードル軸１１７の下端部近傍には、第２ピボットクランク１１８が取付けられている。この第２ピボットクランク１１８は、コ字状の部材であって、上端側がニードル軸１１７の下端部近傍に取付けられている。第２ピボットクランク１１８の下端側は、ニードル軸１１７の軸上に位置している。第２ピボットクランク１１８の下端側の下面には、スピンドルホルダ１１９が取付けられている。このスピンドルホルダ１１９には、スピンドル１０２が、同軸に着脱可能に取付けられる。

第１回転板１０９とニードル軸１１７との間は、渦巻状のスパイラルスプリング１２０によって連結されている。スパイラルスプリング１２０の中心側の端部は、ニードル軸１１７の上端側部分に固定されている。スパイラルスプリング１２０の外周側の端部は、第１回転板１０９に固定されている。また、ニードル軸１１７の上端側部分には、第１回転板１０９に平行な第２回転板１２１が取付けられている。

この粘度計において、パルスモータ１０３が駆動して駆動軸１０４が回転操作されると、この駆動力により、第１メタルシャフト１０６、第１回転板１０９、連結板１１１、第２メタルシャフト１１２及び第１ピボットクランク１１５が、駆動軸１０４と同一速度で回転操作される。このとき、第１回転板１０９の回転力は、スパイラルスプリング１２０を介してニードル軸１１７に伝達され、ニードル軸１１７を回転操作する。ニードル軸１１７が回転操作されると、第２回転板１２１、第２ピボットクランク１１８、スピンドルホルダ１１９及びスピンドル１０２が、ニードル軸１１７と同一速度で回転操作される。

このとき、試料液体１０１の粘度が０であると、スピンドル１０２が回転することに抵抗を受けないので、スパイラルスプリング１２０は変位せず、ニードル軸１１７及び第２回転板１２１は、第１メタルシャフト１０６及び第１回転板１０９と同一速度かつ同位相で回転される。

試料液体１０１の粘度が０ではないときには、スピンドル１０２が回転することに抵抗を受け、この反作用トルクによってスパイラルスプリング１２０が変位し、ニードル軸１１７及び第２回転板１２１は、第１メタルシャフト１０６及び第１回転板１０９に対して位相が遅れて回転される。試料液体１０１の抵抗による反作用トルクと、変位したスパイラルスプリング１２０の復元力によるトルクとが平衡した状態で、ニードル軸１１７及び第２回転板１２１の回転速度が、第１メタルシャフト１０６及び第１回転板１０９の回転速度と同一速度になり、スパイラルスプリング１２０の変位量に相当する位相遅れが一定に維持される。この状態において、第１回転板１０９及び第２回転板１２１の位相差を検出すれば、この位相差から、試料液体１０１の粘度を算出することができる。

特許第３４７５０１９号公報

ところで、上記のような従来の粘度計においては、駆動軸１０４に第１メタルシャフト１０６から第２メタルシャフト１１２及び第１ピボットクランク１１５までが連結されており、これらの慣性質量が大きいため、大きな駆動力が必要であり、パルスモータ１０３を小型化することが困難である。また、パルスモータ１０３の大型化を避けるため、パルスモータ１０３として速度が可変調整可能であるものを用いることが困難である。

また、駆動軸１０４に連結されたこれらの部材に対して、パルスモータ１０３は、片持ち支持の状態となっているため、装置構成の小型化が困難である。さらに、パルスモータ１０３が各部材を片持ち支持していることにより、軸の傾斜が生じ易く、傾斜を防止するためには、軸受け等の部材の大型化をせざるを得ない。また、回転トルクの伝達ロスが生じ易く、高精度の粘度測定が困難である。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、構造が簡素化され、小型化が容易であって、また、回転トルクの伝達効率が高く、高精度の粘度測定が可能である粘度計を提供することを目的とする。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る粘度計は、以下の構成を有するものである。

[構成１]
中空駆動軸を有しシャーシに固定された中空軸モータと、
前記中空駆動軸を貫通して配設され、下端側を前記中空駆動軸の下端側により回転可能に支持されたニードル軸と、
前記中空軸モータよりも上方側に設けられ前記中空軸モータの駆動力を前記ニードル軸に伝達するスプリングと、
前記中空軸モータよりも下方側に設けられ前記中空駆動軸及び前記ニードル軸の回転位相差を検出する位相差検出手段と、
前記ニードル軸の下端部に装着されたスピンドルと、
を備え、
前記スピンドルを試料液体中に浸漬させ、前記中空軸モータを駆動させたとき、前記スピンドルに対する前記試料液体の粘性による抵抗に起因する反作用トルクにより前記スプリングが変位し、変位したスプリングの復元力に起因するトルクと前記反作用トルクとが平衡した状態における前記中空駆動軸及び前記ニードル軸の回転位相差を検出し、検出された回転位相差に基づいて前記試料液体の粘度を求めることを特徴とするものである。

[構成２]
構成１を有する粘度計において、前記中空駆動軸における前記中空軸モータよりも上方側に取り付けられた回転板を備え、
前記スプリングは、第１の端部が前記ニードル軸に固定され、第２の端部が前記回転板に固定されていることを特徴とするものである。
[構成３]
構成１又は構成２を有する粘度計において、前記ニードル軸の上端側は、軸受けを介して前記シャーシにより回転可能に支持されており、
前記ニードル軸の下端側は、前記中空駆動軸の下端側に取付けられたコ字状の第１ピボットクランクにより回転可能に支持されており、
前記スピンドルは、前記ニードル軸の下端部に取付けられたコ字状の第２ピボットクランクに対し着脱可能に取付けられており、
前記中空駆動軸及び前記ニードル軸の回転位相差の検出は、前記第１ピボットクランク及び前記第２ピボットクランクの回転位相差の検出によって行う
ことを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係る粘度計においては、駆動源となる中空軸モータと、この中空軸モータの中空駆動軸を貫通して配設されたニードル軸とを備え、これら中空駆動軸及びニードル軸の回転位相差を検出して試料液体の粘度を求めるので、構造が簡素であり、小型化が容易であり、また、回転トルクの伝達効率が高く、高精度の粘度測定が可能である。

構成２を有する本発明に係る粘度計においては、ニードル軸の上端側は、軸受けを介してシャーシにより回転可能に支持されており、ニードル軸の下端側は、中空駆動軸の下端側に取付けられたコ字状の第１ピボットクランクにより回転可能に支持されているので、ニードル軸の傾斜を良好に防止することができ、また、ニードル軸の回転抵抗を極めて低くすることができ、高精度の粘度測定が可能である。

すなわち本発明は、構造が簡素化され、小型化が容易であって、また、回転トルクの伝達効率が高く、高精度の粘度測定が可能である粘度計を提供することができるものである。

本発明に係る粘度計の構成を示す縦断面図である。 本発明に係る粘度計の構成を示すブロック図である。 従来の粘度計の構成を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る粘度計の構成を示す縦断面図である。

本発明に係る粘度計は、図１に示すように、試料液体１０１中において円柱状のスピンドル１０２を回転させ、この回転に対する反作用トルクを測定して、試料液体の粘度を算出する装置である。

この粘度計は、駆動源となる中空軸モータ３を備えており、この中空軸モータ３の駆動力により、試料液体１０１中に浸漬されたスピンドル１０２を回転させる。中空軸モータ３の中空駆動軸４は、中空の円筒状に形成されている。中空軸モータ３は、シャーシ５を構成する第１台座６及び第２台座７により、上端側及び下端側より固定されている。中空軸モータ３の中空駆動軸４の上端部には、回転板８が取付けられている。

なお、中空軸モータ３は、パルスモータであり、駆動電源としては、乾電池も使用可能である。また、中空軸モータ３は、回転速度調整が可能である。

中空軸モータ３の中空駆動軸４の下端部近傍には、第１ピボットクランク９が取付けられている。この第１ピボットクランク９は、コ字状の部材であって、上端側が中空駆動軸４の下端部近傍に取付けられている。第１ピボットクランク９の下端側は、中空駆動軸４の軸上に位置している。第１ピボットクランク９の下端側の上面には、宝石軸受け１０が取付けられている。

そして、中空軸モータ３の中空駆動軸４を貫通して、ニードル軸１１が配設されている。このニードル軸１１の上端部は、軸受け（ベアリング）１２を介して、シャーシ５を構成する第３台座１３により回転可能に支持されている。ニードル軸１１の下端部は、円錐状の突起部となっており、この突起部において、中空駆動軸４の下端側の宝石軸受け１０により、回転可能に支持されている。このニードル軸１１は、中空駆動軸４と同軸となっている。

ニードル軸１１の下端部近傍には、第２ピボットクランク１４が取付けられている。この第２ピボットクランク１４は、コ字状の部材であって、上端側がニードル軸１１の下端部近傍に取付けられている。第２ピボットクランク１４の下端側は、ニードル軸１１の軸上に位置している。第２ピボットクランク１４の下端側の下面には、スピンドルホルダ１５が取付けられている。このスピンドルホルダ１５には、スピンドル１０２が、同軸に着脱可能に取付けられる。

スピンドル１０２は、粘度を測定する試料液体の種類や粘度に応じて、異なる素材、大きさ及び形状のものに交換可能である。このスピンドル１０２が浸漬される試料液体は、なるべく大きな容器に収容したものであることが望ましいが、少なくとも５００ml程度を容器に収容したものであることが望ましい。

回転板８とニードル軸１１との間は、渦巻状のスパイラルスプリング１６によって連結されている。このスパイラルスプリング１６は、中空軸モータ３の駆動力をニードル軸１１に伝達するスプリングである。スパイラルスプリング１６の中心側の端部は、ニードル軸１１の上端側部分に固定されている。スパイラルスプリング１６の外周側の端部は、回転板８に固定されている。

そして、この粘度計は、中空駆動軸４及びニードル軸１１の回転位相差を検出する位相差検出手段を備えている。すなわち、第１ピボットクランク９の側面部には、第１被検出切片１７が取付けられている。この第１被検出切片１７は、シャーシ５に取付けられた第１インタラプタ１８によって検出される。第１インタラプタ１８は、第１ピボットクランク９が１回転する間に、第１被検出切片１７の通過を１回検出する。

また、第２ピボットクランク１４の側面部には、第２被検出切片１９が取付けられている。この第２被検出切片１９は、シャーシ５に取付けられた第２インタラプタ２０によって検出される。第２インタラプタ２０は、第２ピボットクランク１４が１回転する間に、第２被検出切片１９の通過を１回検出する。

なお、シャーシ５上には、液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネルからなる表示部２１が設けられている。

この粘度計においては、中空駆動軸４及びニードル軸１１の回転位相差を検出することにより、検出された回転位相差に基づいて試料液体１０１の粘度（mPa・S）を求める。すなわち、この粘度計において、中空軸モータ３が駆動して中空駆動軸４が回転操作されると、この駆動力により、回転板８が中空駆動軸４と同一速度で回転操作される。このとき、回転板８の回転力は、スパイラルスプリング１６を介してニードル軸１１に伝達され、ニードル軸１１を回転操作する。ニードル軸１１が回転操作されると、第２ピボットクランク１４、スピンドルホルダ１５及びスピンドル１０２が、ニードル軸１１と同一速度で回転操作される。

このとき、試料液体１０１の粘度が０であると、スピンドル１０２が回転することに抵抗を受けないので、スパイラルスプリング１６は変位せず、ニードル軸１１は、回転板８と同一速度かつ同位相で回転される。

試料液体１０１の粘度が０ではないときには、スピンドル１０２が回転することに抵抗を受け、この反作用トルクによってスパイラルスプリング１６が変位し、ニードル軸１１は、回転板８に対して位相が遅れて回転される。試料液体１０１の抵抗による反作用トルクと、変位したスパイラルスプリング１６の復元力によるトルクとが平衡した状態で、ニードル軸１１の回転速度が、回転板８の回転速度と同一速度になり、スパイラルスプリング１６の変位量に相当する位相遅れが一定に維持される。この状態において、中空駆動軸４及びニードル軸１１の回転位相差、すなわち、第１ピボットクランク９及び第２ピボットクランク１４の回転位相差を検出すれば、この位相差から、試料液体１０１の粘度を算出することができる。

図２は、本発明に係る粘度計の構成を示すブロック図である。

この粘度計においては、図２に示すように、中空軸モータ３は、モータ制御回路２２により、起動、停止及び回転速度を制御される。モータ制御回路２２は、この装置全体の制御を行う制御回路２３によって制御される。制御回路２３には、電源部２４により、電源供給されて動作する。また、電源部２４は、中空軸モータ３及びその他各部の駆動電源を供給する。この電源部２４は、商用交流電源の他、乾電池や蓄電池から電源を供給され、この装置の各部に駆動電源を供給する。

また、制御回路２３には、入力部２５より、種々の制御信号を入力することができる。この制御信号は、この装置の動作の起動、停止、中空軸モータ３の回転速度の指示（回転速度調整）等のための信号である。

第１及び第２インタラプタ１８，２０が第１及び第２被検出切片１７，１９を検出した検出信号は、制御回路２３に送られる。制御回路２３は、第１及び第２インタラプタ１８，２０より送られた検出信号に基づき、試料液体１０１の粘度を算出する。

また、制御回路２３は、表示部２１に所定の表示を行う。表示部２１に表示される内容は、測定（算出）された試料液体１０１の粘度（mPa・S）や、中空軸モータ３の回転速度、第１ピボットクランク９及び第２ピボットクランク１４の回転位相差、電源の投入状態等である。

本発明は、試料中でスピンドルを回転させ、反作用トルクを測定することにより、試料の粘性を測定する粘度計に適用される。

３ 中空軸モータ
４ 中空駆動軸
５ シャーシ
６ 第１台座
７ 第２台座
８ 回転板
９ 第１ピボットクランク
１１ ニードル軸
１２ 軸受け（ベアリング）
１３ 第３台座
１４ 第２ピボットクランク
１５ スピンドルホルダ
１６ スパイラルスプリング
１７ 第１被検出切片
１８ 第１インタラプタ
１９ 第２被検出切片
２０ 第２インタラプタ
１０１ 試料液体
１０２ スピンドル

Claims (3)

1. 中空駆動軸を有しシャーシに固定された中空軸モータと、
   前記中空駆動軸を貫通して配設され、下端側を前記中空駆動軸の下端側により回転可能に支持されたニードル軸と、
   前記中空軸モータよりも上方側に設けられ前記中空軸モータの駆動力を前記ニードル軸に伝達するスプリングと、
   前記中空軸モータよりも下方側に設けられ前記中空駆動軸及び前記ニードル軸の回転位相差を検出する位相差検出手段と、
   前記ニードル軸の下端部に装着されたスピンドルと、
   を備え、
   前記スピンドルを試料液体中に浸漬させ、前記中空軸モータを駆動させたとき、前記スピンドルに対する前記試料液体の粘性による抵抗に起因する反作用トルクにより前記スプリングが変位し、変位したスプリングの復元力に起因するトルクと前記反作用トルクとが平衡した状態における前記中空駆動軸及び前記ニードル軸の回転位相差を検出し、検出された回転位相差に基づいて前記試料液体の粘度を求める
   ことを特徴とする粘度計。
2. 前記中空駆動軸における前記中空軸モータよりも上方側に取り付けられた回転板を備え、
   前記スプリングは、第１の端部が前記ニードル軸に固定され、第２の端部が前記回転板に固定されていることを特徴とする請求項１記載の粘度計。
3. 前記ニードル軸の上端側は、軸受けを介して前記シャーシにより回転可能に支持されており、
   前記ニードル軸の下端側は、前記中空駆動軸の下端側に取付けられたコ字状の第１ピボットクランクにより回転可能に支持されており、
   前記スピンドルは、前記ニードル軸の下端部に取付けられたコ字状の第２ピボットクランクに対し着脱可能に取付けられており、
   前記中空駆動軸及び前記ニードル軸の回転位相差の検出は、前記第１ピボットクランク及び前記第２ピボットクランクの回転位相差の検出によって行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の粘度計。

Images