JPH0688780A - 回転粘度計 - Google Patents

回転粘度計

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JPH0688780A
JPH0688780A JP23859792A JP23859792A JPH0688780A JP H0688780 A JPH0688780 A JP H0688780A JP 23859792 A JP23859792 A JP 23859792A JP 23859792 A JP23859792 A JP 23859792A JP H0688780 A JPH0688780 A JP H0688780A
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JP
Japan
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outer cylinder
inner cylinder
cylinder
fluid
viscosity
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Pending
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JP23859792A
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English (en)
Inventor
Shinpei Fujisawa
新坪 藤沢
Ichiro Kondo
伊知朗 近藤
Yoshinori Kita
義範 喜多
Tatsuya Oshima
竜也 大島
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MIZUSHIMA KIKAI KINZOKU KOGYO
MIZUSHIMA KIKAI KINZOKU KOGYO DANCHI KYODO KUMIAI
YOUNAN KOGYO KK
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MIZUSHIMA KIKAI KINZOKU KOGYO
MIZUSHIMA KIKAI KINZOKU KOGYO DANCHI KYODO KUMIAI
YOUNAN KOGYO KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常の粘性流体や固体分散系粘性流体の正確
な粘度測定のほか、容易かつ任意に電気粘性流体の粘性
を変化させることができて、電気粘性流体の流動状態を
明らかにすることのできる粘度計を提供する。 【構成】 二重円筒型粘度計であって、強制回転させる
外円筒1と、その回転による流体の粘性を検出する内円
筒2及びトルクメータ3とからなり、外円筒1と内円筒
2を横軸方向に配置し、内円筒2内部にヒータ4及び液
温測定可能位置へ温度センサ5を設け、更に、外円筒1
と内円筒2間を絶縁構造とし、外円筒1を透明にしてな
る回転粘度計である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、通常の粘性流体及び高
電場、高磁場下での粘性流体の粘度測定を可能とした回
転粘度計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電場が印加されるとその見掛けの粘性が
変化する電気粘性流体はクラッチ等の種々の装置に応用
しようとする研究が盛んになっている。そして、新しい
電気粘性流体の開発や電気粘性のメカニズムについての
理論的な研究も数多くなされてきた。一方、一般の粘度
測定装置は内筒ロータ又は円錐ロータであり、電気粘性
流体の測定には専らカップ型でカップを固定してトルク
とし、内筒をDCサーボモータで回転させる形式のもの
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】電気粘性流体の実験的
な研究の多くは、印加電場強さや剪断速度を種々に変え
た際の剪断応力の変化を調べた程度のもので、電圧印加
時の電気粘性流体の流動状態は未だ明らかではなく、流
速を計測するなどして調べた例は少ない。また、粘性を
測定する粘度計は、前述のようにカップ型で回転体が縦
型のものであるから、固体を分散質とした電気粘性流体
の測定するには分散質粒子がカップの底や円筒間下部に
沈降して不適当であった。そこで、本発明では容易かつ
任意に電気粘性流体の粘性を変化させることができて、
電気粘性流体の流動状態を明らかにすることのできる装
置を検討した。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を検討の結果、
二重円筒型粘度計であって、強制回転させる外円筒1
と、その回転による流体の粘性を検出する内円筒2及び
トルクメータ3とからなる回転粘度計を開発した。
【0005】そして、この外円筒1と内円筒2を横軸方
向に配置した。内円筒2内部にヒータ4及び液温測定可
能位置へ温度センサ5を設け、更に、外円筒1と内円筒
2間を絶縁構造とし、外円筒1を透明にした。これらは
測定目的によって、上記基体構造に付加実施できる。
【0006】
【作用】このような構造であると、外円筒1が回転する
と、内円筒2の表面に生じた剪断応力τをトルクメータ
3が流体の粘性として検出することができる。内円筒回
転式であると、内筒側から外筒側への2次流れが生ずる
が、外円筒回転式としたことにより、これを極力少なく
することができる。
【0007】外円筒1と内円筒2を横軸方向に配置した
ので、仮に電気粘性流体中の分散質粒子が円筒間下部に
沈降しても、外円筒を回転させることにより、再び分散
質粒子を均一に分散させることができる。
【0008】ヒータを内円筒2側に設けたので、このヒ
ータへの通電によって容易かつ任意に温度を変化させる
ことができて、これにより電気粘性流体の粘性を任意に
変化させることができる。加えて、電気粘性流体の温度
依存性を測定することができる。
【0009】外円筒1と内円筒2間を絶縁構造としたの
で、高電場下及び高磁場下での測定が可能となる。
【0010】外円筒1を透明材料で形成したので、粘度
計内部の観察や、外部からのレーザ光線等による流速の
測定が可能となる。
【0011】
【実施例】図1は本発明の回転粘度計の断面図である。
図2は斜視図である。装置ベースに対して固定可能な両
側板8a,8bによって中心軸6とそれに固着された内円筒
2が保持されている。中心軸6は内円筒2と一体に回転
するようベアリング7a,7bを介して両側板8a,8bに保持さ
れている。そこで、中心軸6に対してトルクメータ3を
接続することによって、内円筒2の表面に生じた剪断応
力τを測定することができるようになっている。剪断応
力τは後述するように流体の粘性として検出するのであ
る。
【0012】内円筒2の内部には内壁に添って線状のヒ
ータ4が捲回保持されており、更に温度センサ5aを設け
ている。ヒータ4と白金測温抵抗体の温度センサ5a、及
び、粘性流体の温度を直接測定できるように側板8aへ設
けた白金測温抵抗体の温度センサ5b等は、各部の温度を
調節できるように設けられた温度調節器へ接続されてい
る。
【0013】透明なプラスチック製の外円筒1は、内円
筒2の外周に二重円筒型となるように、所定の粘性流体
の収容間隙10を確保した状態でベアリング9a,9bを介し
て両側板8a,8bに保持されている。外円筒1を強制回転
させるために外円筒1の外周にプーリ11が設けられてお
り、タイミングベルト12を介して駆動モータ13に連結し
ている。外円筒1の回転数は、外円筒1のの端部へ一体
に回転するよう設けられた円盤18の円周上に複数の検出
孔を設け、その検出孔を光センサ19で検出してカウント
することにより回転数が分かるようにしている。
【0014】外円筒1には液体注入口14があり、通常は
ネジで閉鎖されている。液体注入口14から注入された粘
性流体は、外円筒1と内円筒2の間、及びそれら内外筒
と側板8a,8bとの間に形成された粘性流体の収容間隙10
内に充填されている。
【0015】電圧印加のための電極板15,16は、一方が
内円筒2の外周にあり、他方が外円筒1の内周にある。
外円筒1側の電極板15には外円筒外周よりネジ17を経て
通電される。内円筒2側の電極板16には外部から中心軸
6を経て通電される。高電圧が印加されるので、外円筒
1と内円筒2間は短絡されないよう絶縁構造となってい
る。
【0016】本装置において電極板15,16間に印加され
た電圧、及び内円筒表面に生じた剪断応力τによるトル
クメータ3の計測結果トルクTはオシロスコープに入力
されコンピュータに取り込まれるようにした。
【0017】次に、上記本発明の装置を用い、本発明の
主たる目的である電気粘性流体(以下ER流体と称す)の
粘度測定を行ない、その優れた作用効果を具体的にデー
タによって説明する。使用したER流体は強塩基性陰イ
オン交換樹脂(三菱化成(株)製ダイヤイオンSA10AS)を分
散質とし、トリ2エチル・トリメリテート(花王(株)製ト
リメックスT-08)を分散媒に用いて分散濃度10wt%のE
R流体を作成してトルクの測定を行なった。その結果を
図3と図4に示す。
【0018】図3は、剪断応力τ(kPa)の剪断速度γ(l/
s)による変化の様子を、電場強さE(kV/mm)をパラメー
タとして示したものである。電場強さE=0(kV/mm)の
時にはER流体はニュートン流体であることがわかる。
しかし電場を印加すると、ある降伏応力を持つようにな
り、E<3(kV/mm)の場合には、剪断速度γとともにτ
が増加するが、E>3(kV/mm)と大きくなると剪断速度
γとともにτが減少し、更にγが大きくなるとほぼ一定
の値を示すという傾向を示している。また、この降伏応
力は、印加する電場強さが強くなるほど、大きくなって
いる。
【0019】図4は、剪断応力τと電場強さEとの関係
を、剪断速度γをパラメータとして示したものである。
いずれの剪断速度γに対してもτはEの2乗にほぼ比例
している。これは、ER効果の理論的考察から導かれる
τ∝E2という関係とよく一致している。
【0020】分散質の濃度をφ(wt%)と表す。低濃度で
はτはφに比例して大きくなることが理論的に知られて
いる。そこで、剪断応力τと分散濃度φの関係を、電場
強さEをパラメータとして、図5に示した。図5によれ
ば、分散濃度φが高いほど剪断応力τは大きくなってお
り、弱い電場の場合(E<4)には、φ<40(wt%)程度の
濃度までもτとφの比例関係が成立している。しかし電
場が強くなると(E>4)、φ<20(wt%)程度までしかこ
の関係は成立しないことがわかる。
【0021】次に、分散質粒子の含水率の差異による違
いを見るために、完全乾燥させた粒子を空気中に数分間
放置し、水分を吸着させて、実験を行なった。分散濃度
は10(wt%)で、剪断速度γ=216(l/s)である。その結果
を図6に示す。以後、前述までの試験に使用した粒子を
含水率が低い粒子と呼び、空気中に放置した粒子を含水
率が高い粒子と呼ぶことにする。
【0022】図6によれば、同じ電場強さであれば、含
水率が高い方がτは大きいが、E=3.5(kV/mm)で放電し
てしまう。しかしながら、含水率の低いER流体の方
は、高電場を得ることができ、その結果、含水率が高い
ER流体よりも大きな剪断応力を得ることができる。
【0023】更に、電圧を印加して剪断応力τが増加し
たときの流動状態を調べるためにレーザ流速計を用いて
流速を測定した。図7(a)〜(c)は分散濃度が15wt%の場
合に得られた流速分布を示しており、横軸は周方向速度
U(m/s)で、縦軸は内円筒からの距離Y(mm)である。図
7(a)は電場強さE=0(kV/mm)の流速分布を示してい
る。この時の流速分布はほぼクェット流れであるとみな
すことができる。図7(b)では、もともとクェット流れ
であった流速分布がE=1.5(kV/mm)の電場強さを印加さ
れたことにより変化していることがわかる。すなわち、
回転する外円筒に近い所では外円筒とほぼ同じ速度で流
動している層があらわれていることがわかる。図7(c)
では、外円筒とほぼ同じ速度で流動している層が厚くな
って、静止している内筒表面上には大きな剪断速度を有
する層が現れているのがわかる。
【0024】以上のように、本発明の装置を用いた試験
により、イオン交換樹脂を用いたER流体で、ER効果
が確認され、τ∝E2及び高濃度までτ∝φとい関係が
成立することが実験的に確かめられた。また、含水率を
低く抑え、高電場を印加する方が大きなER効果が得ら
れることも確認された。更に、レーザ流速計により外部
より電圧印加時の流動状態の様子を調べた結果では、電
圧印加時の極板間のER流体は3層に分かれ、それゆ
え、電極板間の流体は電圧を印加した場合でも均一な分
散流体で見掛けの粘性だけが増加するとはみなせないこ
とが明らかとなったのである。
【0025】
【発明の効果】本発明によって、通常の粘性流体や粉体
分散系粘性流体などの正確な粘度測定はもちろんのこ
と、温度、電場、磁場を変化させながら容易かつ任意に
電気粘性流体の粘性を変化させることができて、電気粘
性流体の流動状態を明らかにすることのできるようにな
った。これにより、電気粘性流体の利用及び研究が促進
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回転粘度計の断面図である。
【図2】本発明の回転粘度計の斜視図である。
【図3】本発明の回転粘度計による剪断応力の剪断速度
による変化の様子を電場強さをパラメータとして示した
グラフである。
【図4】剪断応力と電場強さとの関係を剪断速度をパラ
メータとして示したグラフである。
【図5】剪断応力と分散質の分散濃度の関係を電場強さ
をパラメータとして示したグラフである。
【図6】水分濃度による剪断応力と電場強さとの関係に
水分濃度が与える影響を示すグラフである。
【図7】(a)〜(c)は電場強さと流速分布の関係を示すグ
ラフである。
【符号の説明】
1 外円筒 2 内円筒 3 トルクメータ 4 ヒータ 5 温度センサ 6 中心軸 10 粘性流体の収容間隙
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年10月7日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項4
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項5
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【0010】外円筒1を透明材料で形成したので、粘度
計内部の観察や、外部からのレーザ光線等による流速の
測定が可能となる。この作用は側板を同様に透明材料と
した場合にも得られる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 竜也 愛知県岡崎市竜美中1の2

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二重円筒型粘度計であって、強制回転さ
    せる外円筒1と、該回転による流体の粘性を検出する内
    円筒2及びトルクメータ3とからなる回転粘度計。
  2. 【請求項2】 外円筒1と内円筒2を横軸方向に配置し
    た請求項1記載の回転粘度計。
  3. 【請求項3】 内円筒2内部にヒータ4及び液温測定可
    能位置へ温度センサ5を設けてなる請求項1又は2に記
    載の回転粘度計。
  4. 【請求項4】 外円筒1と内円筒2間を絶縁構造とした
    ことを特徴とする請求項1,2又は3記載の回転温度
    計。
  5. 【請求項5】 外円筒1が透明である請求項1,2,3又
    は4記載の回転温度計。
JP23859792A 1992-09-07 1992-09-07 回転粘度計 Pending JPH0688780A (ja)

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JP23859792A JPH0688780A (ja) 1992-09-07 1992-09-07 回転粘度計

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JP23859792A JPH0688780A (ja) 1992-09-07 1992-09-07 回転粘度計

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JPH0688780A true JPH0688780A (ja) 1994-03-29

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ID=17032561

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JP23859792A Pending JPH0688780A (ja) 1992-09-07 1992-09-07 回転粘度計

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55122135A (en) * 1979-03-16 1980-09-19 Agency Of Ind Science & Technol Viscosity measuring device for thermoplastic material, such as coal
JPS5919837A (ja) * 1982-07-22 1984-02-01 レオメトリクス・インコ−ポレ−テツド 液体の粘性および弾性を測定するねじり管装置
JPS62235542A (ja) * 1986-04-07 1987-10-15 Toyobo Co Ltd 回転式粘度計

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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