JPH02500858A - レオメーター - Google Patents
レオメーターInfo
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- JPH02500858A JPH02500858A JP50657187A JP50657187A JPH02500858A JP H02500858 A JPH02500858 A JP H02500858A JP 50657187 A JP50657187 A JP 50657187A JP 50657187 A JP50657187 A JP 50657187A JP H02500858 A JPH02500858 A JP H02500858A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
- G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
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)
- 【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。
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