JP6159325B2 - レオメータ内の測定間隙の保持 - Google Patents

Description

本願は、２０１１年８月１２日に出願された米国特許仮出願第６１／５２２／８７１号の優先権を主張する。米国特許仮出願第６１／５２２／８７１の全内容は、参照により本願に組み込まれる。

本開示は、レオメータ内の測定間隙の保持に関し、より具体的には、レオメータ駆動軸の熱膨張に付随する測定間隙の変化の修正に関する。

回転式レオメータ、粘度計、または粘性計は、物質中の測定対象物を回転、偏向、または振動させることによって、ならびにたとえば物質中の対象物を回転または偏向または振動させるために必要とされるトルクを測定することによって、流体、またはその粘度などの物質のその他の特性を測定するために使用される。

本発明は部分的に、測定間隙に対する変化がリアルタイムで検出および修正されることが可能なように、駆動軸の熱膨張を測定するための位置センサがレオメータに設けられてもよいという認識に起因する。

一態様において、本発明は、駆動軸と、駆動軸を回転させるためのドラッグカップモータと、駆動軸によって支持される第１の測定対象物と、第２の測定対象物と、線形位置センサと、処理電子回路および制御電子回路とを備える、レオメータを提供する。線形位置センサは、駆動軸に実装されたターゲット（たとえばアルミニウムターゲット）と、１対のコイルとを含む。線形位置センサは、コイルに対するターゲットの変位から生じるコイルのインピーダンスの変化に基づいて、駆動軸の熱膨張を測定するように構成されている。処理電子回路および制御電子回路は、コイルと連絡しており、コイルに対するターゲットの変位から生じるコイルのインピーダンスの変化に基づいて、測定対象物のうちの１つの他方に対する位置を調整し、これによってそれらの間に実質的に一定の測定間隙を保持するように、構成されている。

別の態様において、本発明は、レオメータ内の測定間隙を保持する方法を特徴とする。方法は、それによってコイルの間に設けられたターゲット内に渦電流を発生させるために、１対のコイルに高周波信号を供給するステップと、それによって駆動軸の熱膨張に対応するコイルに対するターゲットの変位を検出するために、コイルのインピーダンスを測定するステップと、それらの間に実質的に一定の測定間隙を保持するために、第２の測定対象物に対する第１の測定対象物の位置を自動的に調整するステップとを含む。

諸実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。

いくつかの実施形態において、コイルは第２の測定対象物に対する動きのために実装されている。

特定の実施形態において、コイルはドラッグカップモータに実装されている。

場合により、レオメータは、フレームおよびレオメータヘッドアセンブリも含む。フレームは第２の測定対象物を支持する。レオメータヘッドアセンブリは、ドラッグカップモータと、駆動軸と、線形位置センサとを含み、フレームに対する動きのために実装されている。処理電子回路および制御電子回路は、駆動軸の熱膨張に対応する、コイルに対するターゲットの変位から生じるコイルのインピーダンスの変化に基づいて、フレームに対するレオメータヘッドアセンブリの位置を調整し、それによって第１および第２の測定対象物の間に実質的に一定の測定間隙を保持するように構成されている。

いくつかの実施形態において、コイルのインピーダンスは、ターゲットがそれらの間の中心に置かれるときに平衡する。

特定の実施形態において、コイルはターゲットを中心に円周方向に設けられている。

いくつかの実施形態において、測定対象物は、たとえばステンレス鋼、陽極酸化アルミニウム、または陽極酸化チタンで作られてもよい。

本明細書において使用される際に、「レオメータ」という用語は、レオメータ、粘度計、粘性計、および流体または類似の物質の特性を測定するために使用される類似の計測器を意味するものとする。

「測定対象物」という用語は、たとえば円錐、円盤、羽根、平行板、同心円筒、および二重同心円筒を含む、いくつかの形状のうちのいずれか１つを有する物体を意味する。

実施形態は、以下の利点のうちの１つ以上を提供することができる。

いくつかの実施形態において、平行板／円錐、板／板、または同心円筒の測定において、実質的に一定の測定間隙が保持されることが可能である。

特定の実施形態において、熱膨張に付随する測定間隙の変化は、リアルタイムで修正される。

いくつかの実施形態において、特殊な高慣性鉄コイル巻型測定ジオメトリ、または温度範囲の限られた特殊な環境システム構成に対する必要性に関連して、熱膨張誤差が低減（たとえば除去）される。

その他の態様、特徴、および利点は、明細書、図面、および請求項に含まれる。

回転式レオメータの概略斜視図である。 図１Ａのレオメータからのレオメータヘッドアセンブリの概略斜視図である。 図１Ａの回転式レオメータの位置センサの概略斜視図である。

類似の参照番号は類似要素を示す。

図１Ａは、回転式レオメータ１００の概略斜視図である。回転式レオメータ１００は、フレーム１０２（たとえば、一体アルミニウム鋳物）と、フレーム１０２によって支持される第１の測定対象物１０４（測定板の形態で示される）と、垂直力トランスデューサ１０６と、フレーム１０２に対する動きのために実装されたレオメータヘッドアセンブリ１０８と、フレーム１０２に対するレオメータヘッドアセンブリ１０８の動きを制御するための線形駆動システム１１０と、とりわけ線形駆動システム１１０の動作を制御する、処理電子回路および制御電子回路１１２とを含む。

線形駆動システム１１０は、親ネジ１１４と、間隙設定モータおよびエンコーダ１１６とを含む。親ネジ１１４は、親ネジ１１４の回転がフレーム１０２に対するレオメータヘッドアセンブリ１０８の線形変位を生じるように、レオメータヘッドアセンブリ１０８に接続されている。処理電子回路および制御電子回路１１２は、間隙設定モータおよびエンコーダ１１６と電気的に連絡しており、その動作を制御する。処理電子回路および制御電子回路１１２は、親ネジ１１４の回転を制御するために間隙設定モータおよびエンコーダ１１６に電気信号を供給し、これによってフレーム１０２に対するレオメータヘッドアセンブリ１０８の動きを制御するように構成されている。

図１Ｂを参照すると、レオメータヘッドアセンブリ１０８は、延伸ロッド１１８と、光学エンコーダ１２０と、１対のラジアル空気軸受１２２と、磁気スラスト軸受１２４と、ドラッグカップモータ１２６と、駆動軸１２８とを含む。第２の測定対象物１３０（平行板として示される）は、駆動軸１２８の遠位端部分に実装されている。

処理電子回路および制御電子回路１１２（図１Ａ）は、ドラッグカップモータ１２６に電流を供給し、これがトルクを発生させて駆動軸１２８に印加する。同様に駆動軸１２８のトルクは、第２の測定対象物１３０にトルクを印加する。光学エンコーダ１２０は、処理電子回路および制御電子回路１１２と電気的に連絡しており、第２の測定対象物１３０の角度変位および／または角速度を測定するように構成されている。ラジアル空気軸受１２２は駆動軸１２８に半径方向の剛性および支持を提供し、スラスト軸受１２４は駆動軸１２８に剛性の軸方向支持を提供する。

正確な測定値を得るために、第１および第２の測定対象物１０４、１３０の間には、固定寸法の測定間隙が保持されるべきである。測定間隙は、検査される物質が受容される、第１および第２の測定対象物１０４、１３０の間の空間である。モータ内の発熱によるモータ駆動軸１２８の熱膨張は、測定間隙を変化（すなわち増大または減少）させる可能性がある。この点に関して、第２の測定対象物１３０につながる駆動軸１２８の端部の付近に、位置センサ１３２が設けられている。位置センサ１３２は、駆動軸１２８の膨張を測定するように構成されている。測定された膨張はその後、それらの間に固定（一定）の測定間隙を保持するように、第１の測定対象物１０４に対して第２の測定対象物１３０の位置を調整するために、使用されることが可能である。

図１Ｃに示されるように、位置センサ１３２は、駆動軸１２８の遠位端部分を中心に円周方向に実装されたターゲット１３４を含む、誘導性線形位置センサである。ターゲット１３４は、たとえばアルミニウムなどの金属で形成されることが可能である。位置センサ１３２はまた、プラスチック材料で形成されることが可能なコイル巻型１３６と、コイル巻型１３６を中心に巻き付けられた１対の導電性コイル１３８とを含む。コイル巻型１３６は、ドラッグカップモータ１２６に実装されている。コイル１３８は、処理電子回路および制御電子回路１１２と電気的に連絡している。処理電子回路および制御電子回路１１２は、コイル１３８に高周波信号を提供し、コイル１３８のインピーダンスを測定する。コイル１３８の高周波信号は、ターゲット１３４に渦電流を発生させる。ターゲットがコイル１３８間の中心に置かれるときに、コイル１３８のインピーダンスは平衡する。しかしながら、熱膨張による駆動軸１２８の動きは、ターゲット１３４をコイル１３８に対して変位させ、これによりコイル１３８のインピーダンスに差を生じる。処理電子回路および制御電子回路１１２は、インピーダンス変化を測定間隙における対応する変化と相関させることが可能であり、線形駆動システム１１０の動作を介して第１の測定対象物１０４に対する第２の測定対象物１３０の位置を調整することができる。

使用中、検査される物質は、第１および第２の測定対象物１０４、１３０の間に配置される。その後、第１および第２の測定対象物１０４、１３０の間に所定の測定間隙を確立するために、レオメータヘッドアセンブリ１０８はフレーム１０２に対して変位させられる。レオメータヘッドアセンブリ１０８の変位は、上記で説明されたように、処理電子回路および制御電子回路１１２を介して制御されることが可能である。制御された温度条件の下で、第１の測定対象物１０４に対する第２の測定対象物１３０の相対的な動きを介して、物質にせん断力が印加される。処理電子回路および制御電子回路１１２は、駆動軸１２８の熱膨張を検出するために、位置センサ１３２のコイル１３８のインピーダンスを監視する。インピーダンス変化は間隙変化に関連しており、間隙変化はリアルタイムで修正されることが可能である。この点に関して、測定されたインピーダンスが駆動軸１２８の熱膨張および測定間隙における対応する変化を示している場合には、所定の測定間隙を再確立するために、第１の測定対象物１０４に対する第２の測定対象物１３０の位置が、フレーム１０２に対するレオメータヘッドアセンブリ１０８の変位を通じて調整される。

少数の実施形態のみが上記で詳細に記載されたが、その他の変形例も可能である。たとえば、レオメータヘッドアセンブリおよび関連する第２の測定対象物が、フレームに対して変位可能なレオメータの実施形態が記載されたものの、場合により、測定間隙を制御するために、第１の測定対象物が、その代わりにまたはそれに加えてで、フレームに対して、および／または第２の測定装置に対して、変位可能であってもよい。

したがって、その他の実施形態も、以下の特許請求の範囲に含まれる。

Claims (8)

1. 駆動軸と、
   駆動軸を回転させるためのドラッグカップモータと、
   フレームによって支持される第１の測定対象物と、
   駆動軸によって支持される第２の測定対象物と、
   線形位置センサであって、
   駆動軸に実装されたターゲットと、
   ターゲットを中心に円周方向に配置され、軸方向に間隔を空けて互いから離れている１対のコイルとを備え、コイルに対するターゲットの変位から生じるコイルのインピーダンスの変化に基づいて駆動軸の熱膨張を測定するように構成されている、線形位置センサと、
   コイルと連絡しており、コイルに対するターゲットの変位から生じるコイルのインピーダンスの変化に基づいて測定対象物のうちの１つの他方に対する位置を調整し、これによってそれらの間に実質的に一定の測定間隙を保持するように構成されている、処理電子回路および制御電子回路と
   を含むレオメータ。
2. コイルが、第１の測定対象物に対して動くように実装されている、請求項１に記載のレオメータ。
3. コイルがドラッグカップモータに実装されている、請求項１に記載のレオメータ。
4. ドラッグカップモータ、駆動軸、および線形位置センサを備えるレオメータヘッドアセンブリを備え、
   レオメータヘッドアセンブリは、フレームに対して動くように実装されており、
   処理電子回路および制御電子回路は、駆動軸の熱膨張に対応する、コイルに対するターゲットの変位から生じるコイルのインピーダンスの変化に基づいて、フレームに対するレオメータヘッドアセンブリの位置を調整し、これによって第１および第２の測定対象物の間に実質的に一定の測定間隙を保持するように構成されている、請求項１に記載のレオメータ。
5. コイルのインピーダンスが、ターゲットが１対のコイルの間で軸方向の中心にあるときに平衡する、請求項１に記載のレオメータ。
6. ターゲットが金属ターゲットである、請求項１に記載のレオメータ。
7. ターゲットがアルミニウムで形成されている、請求項１に記載のレオメータ。
8. レオメータ内の測定間隙を保持する方法であって、
   駆動軸を中心に円周方向に配置され、軸方向に間隔を空けて互いから離れている１対のコイルに高周波信号を供給して、これによって、駆動軸に実装され、コイルの間に配置されたターゲット内に渦電流を発生させるステップと、
   コイルのインピーダンスを測定して、これによって、駆動軸の熱膨張に対応する、コイルに対するターゲットの変位を検出するステップと、
   フレームによって支持される第１の測定対象物に対する、駆動軸によって支持される第２の測定対象物の位置を自動的に調整して、第１および第２の測定対象物の間に実質的に一定の測定間隙を保持するステップとを含む、方法。

Images