JPH02500858A - レオメーター - 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】 レオメータ一 本発明は、駆動装置によって回転可能で且つ粘弾性を測定されるべきサンプルに 対して係合するように移動回能とされた少なくとも１つの測定プロー１を有する フレーム並びに、該測定プローブから該サンプルへ伝達されるエネルギー量を測 定する測定器、を有するレオメータ−（ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ　）に関する。

長年にわたって、流動性の材料に於る粘弾性を上述した形式の構造のレオメータ −によって測定することは知られてきた。このような測定のために、回転可能な シャフト及びそれに絹付けられた測定プローブが、例えば一定した角速度の下で 又は変動する角速度の下で、そして測定プローブの間に配置されたサンプルを介 して行われるように、望ましい方法で駆動されている。この回転可能なシャフト 及び測定プローブの動きは、測定器に接続されたストレインゲージのような回転 力表示手段が取り付けられている静止シャフトに作用する回転力に変換されるの である。測定器に対してＦｉｉ！線されるストレインゲージ及び同様な公知の測 定装置は比較的感度が悪く、更に又、配線が測定結果に悪影響を及ぼしている。

非常に興味のある磁気弾性（ｉａｇｎｅｔｏｅｌａｓｔ　１ｃｐｒｏｐｅｒｔ　 ｉｅｓ　）を有する材料が最近開発されてきた。この材料の特徴は、その材料に よって作られたリボンに対して微小な力が作用されると、その材料の透磁率（ｐ ｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）が大幅に変化されるということにある。

この材料は多くの紙面に記載されており、又、メトグラス２６０５ＳＣ（ＨＥＴ ＧＬＡＳＳ　２６０５ＳＣ）なる商品名の下にリボンとして市販され、入手でき るようになっている。この材料は他の形態として使用できるが、リボンとしての 形態が好ましい。又、そのために、磁気弾性カップリングファクターの高いリボ ンに対して、以下の説明及び請求の範囲に於ては「磁気弾性のりボン」なる表現 を使用している。

本発明の根本は新規なレオメータ−に関する要望にある。このレオメータ−は感 度が高く、流体の粘弾性を従来のものよりも高い精度で測定できる機能を有して いる。

又、このレオメータ−によれば、測定装置やその接続装置が測定結果に悪影響を 及ぼすようなリスクは全く無いのである。

磁気弾性の材料を使用することで、この要望が簡単且つ信頼性の高い構造によっ て達成できるのである。このような構造は、本発明の１つの概念によれば、測定 プロー７が回転軸と同心的な部分を有するとともに、少なくとも１つの円周方向 の磁気弾性リボンセットを備えたことを特徴としている。上述した同心的な部分 は、少なくとも１つのコイルＩＩによって接触することなく取り巻かれる。この コイル装置は電源に対して接続可能な一次コイルと、測定器に接続された二次コ イルとを含む。この特徴とする構造に従って構成されたレオメータ−が１つの回 転シャフト及び１つの静止シャフトを有しているならば、何れか一方のシャフト 又は両方のシャフトがこれらのリボン及びコイルを備えることができる。

本発明の他の概念によれば、このしＡメーターは磁気弾性材料のテープ又はロッ ドによって構成された回転可能なシャフト及び／又は静止シャフトを有すること ができる。このようなシャフトは、コイルの両側のターミナルにて測定器に接続 され且つ電源に接続可能なコイルによって、取り巻かれる。

所望される正確な測定を得るためには、従来技術のフレームに比べて格段に安定 したレオメータ−フレームが必要とされる。このために本発明は安定したベース プレートを有するフレームを提供する。このベースフレーム上に、重たいボディ ーが取り付けられる。このボディーは中央に水平な貫通開口を有している。その 開口内には、測定プローブのサンプル担持部分がその開口のほぼ中央に位置する ように、ボディーに形成された反対両側の穴から垂直方向へそれぞれシャツ！・ が挿入されている。このボディーは四角形であることが好ましい。又、それに形 成された開口は円形であることが好ましい。シャフトは開口内へ半径方向に挿入 されており、又、その内部に軸線方向に且つ中央に受け入れられている。シャフ トは更に又、ボディーと一体形成され且つその開口を規制する壁部に備えられて いる環状の補強部によって取り囲まれている。

本発明は以下に更に詳細に説明される。例として選択された実施例を示す添付図 面を参照されたい。第１図は、本発明によるレオメータ−の１部を示す部分的に 断面とした側面図である。第２図は、第１図に示されたレオメータ−の頂部平面 図である。第３図は、第１図及び第２図によるレオメータ−のシャフトに配置さ れた磁気弾性リボン、及びこれらのリボンを取り囲むコイルの配列を示す概略的 な側面図である。第４図は、シャフトの回転を制御するための装置の例を示して おり、第５図はシャフトを回転させ且つそのシャフト回転を測定するための装置 を概略的に示している。

第１図及び第２図に示したように、このレオメータ−はかなり重い天然又は合成 の石で作られた取り付はプレート、即ちベースプレート１０、を含む。このプレ ート１０はねじ足１１によって支持され、プレート１ｏの高さ位置を調整できる ようになされている。ボディー１２が例えばボルト（図示せず）及び／又は接着 によってプレート１０の上に取り付けられている。このボディー１２は鋳鉄で作 られているのが好ましく、四角形で、中央に円形の貫通開口１３を形成されてい る。この開口は符号１４で示すように両端にベベル面を形成されている。

ボディー１２は貫通開口１５．１６を有している。これらの開口は互いに垂直方 向に対向して位ぼ決めされている。それらの中心線は円形開口１３に対して半径 方向に延在しており、又、第２図に示すようにボディー１２のフラット側面の間 の中央に位置決めされている。これらの開口１５．１６は開口１３を形成してい る壁部上の環状の補強部１７．１８によって取り囲まれている。開口１３に向か う端部付近に、開口ｉｓ、ｉｅはそれぞれショルダー１９．２０を備えている。

ショルダー１９によって円周フランジ２４を有する電気モーター２１が開口１５ 内に取り付けられている。同様に、以下に更に詳細に説明される位置決め装置２ ６がフランジ２８によって開口１６内のショルダー２０に対して固定されている 。

軸受部を有する測定プローブ２５が取外し可能なカップリング２４によってモー ターシャフト２３に取り付けられている。同様に、シャフト２９は位置決め装置 ２６から延在されており、このシャフトはカップリング２４に対応するカップリ ング３１によって、測定ブ０−ブ２５と反対側に位置された測定プローブ３２の 軸受部に固定されている。この実施例に於ては、測定プローブ２５゜３２は同心 的な軸受部を有するディスク形とされている。

勿論、その伯の形状も想定できる。従って、この測定プローブ３２のディスクは 液体サンプルを受け入れるためにカップとＩｔ！ｌＩでき、又、その他の応用と して２つの測定ブロー７２５．３２はクリソ１と置換できる。以下に更に詳細に 説明される測定器３０は位置決め装置２６の上に同心的に取り付けられるのであ る。

大雑把なアウトラインに於ては、第１図及び第２図に示されるようにレオメータ −は次のようにして使用されるのである。材料の粘弾性を測定することが望まれ るならばその材料のサンプルＰは、第１図に示されるように先ず位置決め装置２ ６を作動させてシャフト２９をカップリング３１及び測定プローブ３２と一緒に 垂直方向下方へ移動させ、その測定ブＯ−ブの上にサンプルＰを載せるための空 間を作ることによって、下側の測定プローブ３２の上に配置される。次に位置決 め装置２６が再び作動され、測定プローブ３２はシャフト２９及びカップリング ３１によって上側の測定プローブ２５よりも予め定めた距離だけ上方の正確に定 められた位置へ移動される。この位置に於ては、サンプルＰは両方の測定ブ〇− プと接触される。しかる後、ローター２１が作動されて所望の方法で上側のシャ フト２３を回転させ、一方下側のシャフト２９は静止状態に保持される。このた めに、シャフト２３及び２９は以下の説明及び請求の範囲の欄の記載に於て、ロ ータリーシャフト２３及び静止シャフト２９と識別する。静止シャフト２９はボ ディー１２に対して全体的に剛性的に結合されることができるが、予め設定され た回転力に耐えるように制動されることもできることは、認識できよう。従って 、「静止シャフト」なる用語は、シャフト２３が回転される際にシャフト２９が 回転しないように何等かの方法で用土されていることを意味する。モーター、シ ャフト２３及び測定プローブ２５は一定の又は変動する角速度、線形に増大する 又は減少する角速度、段階的に変化する角速度、等にて回転されることができる 。この回転は、測定プローブ２５及び３２の間に接触状態で配置されているサン プルＰを介して静止シャフトへ伝達される。そして測定器３ｏによって、測定プ ローブ３２及びシャフト２９ヘサンプルＰを介して伝達された回転力が読み取ら れ、サンプルＰを構成する材料の粘弾性の測定が行われるのである。

先に説明したように、本発明によるしＡメーターは極めて正確な測定結果を与え ることを意図されている。このために、フレームは上述したような安定構造とさ れている。しかしながら、このことは敏感な測定器をも要求しているのであり、 ケーシング３０内部に配置された例とする測定器が第３図に概略的に示されてい る。説明の最初で述べた磁気弾性材料で作られた外周に配列された一連のリボン ４７が、ケーシング３０を通して延在されているシャフト２９の上に備えられて いる。これらのリボンはその長手方向をシャフト２９の軸線方向に沿わせて配置 されている。リボン４７の下側には、第３図に磁気弾性リボンの全く無いシャフ ト２９の部分が示されている。更にその下側には、２つの一連のリボン４８及び ４９がそれぞれ示されている。明らかとなるように、リボン４９は軸線方向から ４５６の角度だけ傾けられている。リボン４８．４９はリボン４７と同様に磁気 弾性材料によって作られており、好ましくはメトグラス（ＨＥＴＧＬＡＳ　）２ ６０５５　Ｃなるトレードマークの下に市販されている形式の材料でつくられる 。このリボンは個個のユニットとして構成され、これらのユニットは適当な接着 剤によってシャフト２９に接着される。このような接着剤は著しく剛性的な接着 線を与え、シャフト２９の全ての動きがこれらのリボンに対して伝達され、決し て接着線によって吸収されないようにするのである。リボン４７．４８及び４９ は電解手段によって、即ち、［スパッターＪ　（５ｐｕｔｔｅｒｉｎｏ）と称す る手段によって、付与されることができる。これらのリボン４７．４８及び４９ 並びにシャフト２９のリボンの無い領域の外側には、共通の一次コイル３３が配 置されている。この−次コイルはシャフト２９と同心的に延在されており、シャ フト並びにシャフトに取り付けられたリボン４７．４８゜４９とは接触されてい ない。この−次コイル３３は、配線（図示せず）によって電源（図示せず）に接 続されている。−次コイル３３の外側には、リボン４７及びリボン無し領域５０ のそれぞれに対向させて、二次コイル３４．３５が備えられている。同様に、リ ボン４８．４９にそれぞれ対向させて一次コイル３３の外側に二次コイル３６． ３７が取り付けられている。これらの二次コイル３４〜３７はターミナル（図示 せず）を介して適当な測定器に接続されている。

上述した何、れかの方法でロータリーシャフト２３が矢印ωで示すように回転さ れると、静止シャフト２９は矢印１”ａｘで示される圧力を一方で受け、又、他 方で矢印Ｍで示す回転力を受けることになる。先に説明したように、磁気弾性リ ボンの透磁率は非常に小さな力の作用によってかなり変化されるのである。サン プルＰの測定の間にシャツｉ・２９に伝達された圧力Ｆａｘは先ず軸線方向に配 向されているリボン４７に圧縮歪を与える。又、例えこの歪が非常に小さくても 、リボン４７の磁気特性はこのようにして変化されるのである。第３図による実 施例に於ては、−次コイル３３と二次コイル３４との間の連結は、リボン４７が 存在プるために、−次コイル３３と磁気弾性リボン無し領域５０の外側の二次コ イル３５との間の連結よりも大幅に強い。又、シャフトが圧力作用を受けると、 リボン４７は圧縮歪を受けるのである。このリボンの透磁率並びにコイル３３と ３４との間のカップリングファクターは増大する。透磁率が増大することにより 、二次コイル３４の出力電圧が増大する。又、圧縮力の強さは二次コイル３４及 び二次コイル３５の出力電圧を比較するこのとて簡単に停出することができる。

シャフト２９が引張応力を受けたならば、二次コイル３４の出力は相対的に減少 する。加算された信号の位相位置は垂直な力の方向を示すのである。

リボン４８及び４９は回転力の計算に使用される。シャツｉ〜２９が回転力の作 用を受けると、二次コイル３６に対向するリボン４８は引張力の作用を受けるが 、二次コイル３７に対向するりボン４９は圧縮力の作用を受ける。回転力の値は 二次コイル３６及び３７に接続されている測定器によって得られるのであり、加 算信号の位相位置は回転力の方向を示すのである。上述したようなリボン及びコ イルの配列は、シャフト２９に対して伝達された垂直力及びその方向、並びにシ ャフトに伝達された回転力及びその方向、の都合のよい極めて正確な測定を可能 にする。上述した説明に於て、静止シャフトはリボンを備え、その回りをコイル で取り囲まれるが、ロータリーシャフトも同様に、或いはロータリーシャフトだ けがこのようなリボン及びコイルを備えることが可能であり、成る種の適用例に 於てはそれが望まれるのである。

しばしば、一方又は両方のシャフト２３及び／又は２９の正確な回転をチェック することが望まれる。このために、第４図によればシャフト２３及び／又は２９ に同心的にホイール３８を取り付けることができる。このホイールの周縁には予 め定めた幅を有する歯３９が予め定めた幅を有する歯間距離に隔てられて備えら れている。更に、磁界プレート、即ち磁気感応レジスター、を有するデファレン シャルトランスデユーサが歯付ホイール３８の周辺近くに密接に配置される。演 輝増幅器を介して磁場プレートを適当な測定回路に接続することにより、出力信 号が得られるのであって、この信号は非常に高い精度でシャフトの回転を与える のである。好ましくは、９０″にわたる信号の位相変位を行うために、２つのト ランスデユーサ４０が使用される。それ自体は公知であるこのように手段によっ て、シャフトの回転が１°の＋ガタの１の精度で確定できるのである。更に又、 ９０°にわたって位相が変位する正弦信号を発生させるために、シャフト２３及 び２９に対してその他の手段を接続することができる。この信号の位相位置は、 しかる後に高い精度にて測定されるのである。

シャフト２３を回転させるために、モーター２１の代わりに、第５図に示す構成 を使用することができる。この場合には、シャフト２３は磁気°弾性材料で作ら れた磁気弾性リボン又は０ツドを有して構成され、シャフトの回りにコイル４１ が配置される。コイル４１は電源４２に接続され、又、コイル４１の両側にター ミナル４３゜４４が備えられる。これらのターミナルに対して、配線４５の両端 が接続される。この配線は電源４６に接続されている。ロッドを取り巻く長手方 向の磁場がコイル４１によって発生されると、又、同時に電源４６からロッドを 通して電力が流されると、ロッドは回転を起こし、その回転は測定プローブ２５ を介して測定プローブ２５及び３２の間に配置されているサンプルＰへ伝達され る。

電源４６が直流電源であるならば、回転は１方向へ向かって起こる。これに対し て、電源４６が交流電源であれば、揺動が生じるのである。

静止ジャ７１−２９は強固に固定されて測定器を必要としないようにすることが できる。何故ならば、サンプルＰの粘弾性は、クイック作動電気スイッチ５２に よって電源４６の接続を解除し、電圧計５１によってターミナル４３．４４の電 位差を測定することで得られるからである。勿論、静止シャフト２９は第３図に 示された測定器や、或いは第４図に示された角度測定装２を有することができる 。しかしながら、第５図による構成は、伝達使用することもできる。この場合に は、シャフトを形成するロッドが電源４２により発生された！！ｓ内で伝達され た回転力によって回転されたと°きに、電源４６が接続解除されて、ターミナル ４３．４４の間の電位差を測定するための計器と置換されるのである。

手続補正書（自発） 平成１年５月ｌム日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．駆動装置によつて回転可能であるとともに粘弾性を測定すべきサンブル（Ｐ ）と係合するように移動可能とされている少なくとも１つの測定プローブ（２５ ，３２）を有するフレームと、測定プローブから前記サンブル（Ｐ）へ伝達され たエネルギー量を測定するための測定器とを含んで構成されるレオメーターであ って、回転軸線と同心的に延在され、且つ又少なくとも１つの円周方向のリボン セット（４７〜４９）即ら高い磁気弾性カツブリングファクターを有する材料を 備えた部分（２３）、を測定プローブ（２５，３２）が有しており、該部分が電 源に接続可能な一次コイル３３及び測定器に接続された二次コイル（３４〜３９ ）を含んでなる少なくとも１つのコイル装置（３３〜３７）によって接触するこ となく取り囲まれていること、を特徴とするレオメーター。 ２．レオメーターであり、該レオメーターはフレームと測定器とを有し、該フレ ームは２つのシヤフト（２３，２９）を含み、それらの端部は互いに接近されて いるとともにそれぞれ１つの測定プローブ（２５，３２）を備えており、前記シ ヤフトの一方は駆動装置によって回転可能とされ、他方のシヤフトは静止されて おり、粘弾性を測定すべきサンブル（Ｐ）が正確に調整可能な距離だけ間隔を隔 てられた前記両測定プローブの間に接触状態で配置可能であるフレームであり、 該測定器は該サンブル（Ｐ）を介して一方の測定プローブからもう一方のプロー ブへ伝達されるエネルギーを測定するそ測定器である、レオメーターであって、 回転及び／又は静止シヤフト（２３，２９）が、少なくとも１つの円周方向のリ ボンセット（４７〜４９）即ち高い磁気弾性カツブリングファクターを有する材 料を有し、且つ又、電源に接続可能な一次コイル（３３）及び測定器に接続され た二次コイル（３４〜３９）を含んでなる少なくとも１つのコイル装置（３３〜 ３７）によつて接触することなく取り囲まれている、ことを特徴とするレオメー ター。 ３．測定プローブの部分及びシヤフト上に配置された磁気弾性リボンが、それぞ れ、軸線方向に沿つてそれ自体の長手方向を配向された又シヤフトに於るりボン の無い領域（５０）に接近させて配置された第１のリボンセット（４７）、そし て、それ自体の長手方向を軸線方向からそれぞれ４５°及び１３５°だけ偏らせ て配置された第２及び第３のリボンセット（４８，４９）内に配列されており、 前記一次コイル（３３）は全てのリボンセット（４７〜４９）及びリボン無し領 域（５０）を覆つており、これらの各リボンセット及びリボン無し領域にはそれ ぞれ１つの二次コイル（３４〜３７）が組付けられている、ことを特徴とする請 求の範囲第１項又は第２項に記載のレオメーター。 ４．磁気弾性リボン（４７〜４９）がシヤフトに接着されたテーブであるか又は 、例えば電気分解によって前記シヤフトのフィールド内に沈着された磁気弾性材 料で構成されている、ことを特徴とする請求の範囲第１項、第２項又は第３項に 記載のレオメーター。 ５．測定プローブ及び回転可能なシヤフト（２３）がそれぞれモーター（２１） に連結されており、このモーターは、測定動作のために望ましい方法で、例えば 一定の又は変動する角速度、線形に増大する角速度、段階的に変化する速度、等 によつて、測定プローブを駆動できる形式のものとされている、ことを特徴とす る請求の範囲第１項から第４項迄の何れか１項に記載のレオメーター。 ６．ロータリー測定プローブが磁気弾性材料のテーブ又はロッドに連結されてい るか、或いはロータリーシヤフト（２３）が磁気弾性材料のテーブ又はロッドで 構成されており、このテーブ又はロッドは、コイル（４１）で取り囲まれており 、コイルは該テーブ又はロッドに磁場を形成するため電圧源（４２）に接続可能 であり且つ斑場の形成に際して該テーブ又はロッドを回転させるために該コイル （４１）の両側のターミナル（４３，４４）にて電流源（４６）に接続可能であ る、ことを特徴とする請求の範囲第１項から第４項迄の何れか１項に記載のレオ メーター。 ７．２つのシヤフト（２３，２９）を有し、相互に隣接されたそれらの端部には それぞれ１つの測定プローブ（２５，３２）が備えられていて、一方のシヤフト は駆動装置によつて回転可能とされるとともに、他方のシヤフトは静止されてい るフレームと、正確に調整可能な間隔に隔てられた前記測定プローブの間に接触 状態で配置可能な粘弾柱を測定されるべきサンブル（Ｐ）と、該サンブル（Ｐ） を介して一方のプローブから他方のプローブへ伝達されるエネルギーを測定する ための測定器と、を有するレオメーターであつて、 ロータリーシヤフト及び／又は静止シヤフト（それぞれ２３及び２４）が磁気弾 性カツブリングファクターのテーブ又は磁気弾性材料のロツドによつて構成され ており、このシヤフトは、電流源に接続可能なコイルによつて取り囲まれており 、又、コイル（４１）の両側のターミナル（４３，４４）において電流源（４６ ）又は代替として電圧測定装置（５１）に接続可能である、ことを特徴とするレ オメーター。 ８．シヤフトの回転を測定する装置が前記回転可能な測定プローブ又は前記ロー タリーシヤフト及び／又は静止シヤフト（それぞれ２３及び２９）に接続されて おり、該装置は、シヤフトに固定され又９０°にわたって位相変位されたシヌソ イド信号を発生するようになされた手段と、高い分解能でその信号の位相位置を 測定するための手段と、を含んでいる、ことを特徴とする請求の範囲第１項から 第７項迄の何れか１項に記載のレオメーター。 ９．前記シヤフトが安定なベースブレート（１０）上に取り付けられた重いボデ ィー（１２）の内部に配置されており、該ボデイーは中央水平貫通開口（１３） を有していて、該開口内に前記シヤフト（２３，２９）が該ボディー（１２）内 の相対する穴（１５，１６）から垂直方向に突出しており、これにより前記測定 プローブ（２５，３２）のサンブル受け止め部分が該開口（１３）内のほほ中央 に位置決めされることを特徴とする請求の範囲第２項から第８項迄の何れか１項 に記載のレオメーター。 １０．ボデイー（１２）が四角形であり、それ内の開口（１３）が円形であり、 又、シヤフト（２３，２９）が開口（１３）内に軸線方向に中心に突出していて 又シヤフトは、ボテイーに一体に形成され又前記開口を形成している壁部に配置 されたかどの補強部（１７，１８）によって取り囲まれていることを特徴とする 請求の範囲第９項に記載のレオメーター。