(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験的に振動を加える加振機と、この振動に対して測定対象の流体の流動抵抗を発生する本体と、この本体の抵抗力を測定する荷重計と、前記加振機の振動の速度を測定する速度計と、前記荷重計により測定された抵抗力と、前記速度計により測定された速度と、流体の密度とから流体の粘度を演算する演算装置とを具備し、
前記本体は、前記荷重計又は加振機のアクチュエータの一方に一端が連結され、内部に前記流体を充填するシリンダと、
一端が前記荷重計又は加振機のアクチュエータの他方に連結され、前記シリンダに出入り自在に挿入されるピストンロッドと、
このピストンロッドに固定され、前記シリンダ内を第１及び第２の圧力室に区画し、シリンダ内を軸線方向に移動可能なピストンと、
内部に流体を充填して第１及び第２の圧力室に連通し、前記加振機により入力される振動によるピストンの往復移動に伴って流動する流体に流動抵抗を付与するバイパス管とを具備し、
前記バイパス管内の流体の双方向の流動に対する流動抵抗による連続的なせん断に起因する粘性変化を測定可能であることを特徴とする粘性流体の粘度測定装置。
【請求項２】
前記演算装置は、流体の粘度を以下の数式により算出することを特徴とする請求項１に記載の粘性流体の粘度測定装置。
【数１】
0006716275.tif 000005
但し、μ：粘度，Ｆ2：粘性抵抗力，Ｆ1：流体の抵抗力，Ａｐ：有効受圧面積，Ｖ：ピストンの速度，Ｌ：流路長，ａ：流路断面積，ｋ：バイパス管内の流路， ｎ：バイパス管内の流路の個数とする。
【請求項３】
前記バイパス管は、孔径の異なる複数のものから測定対象の流体に応じて選択して前記シリンダに着脱可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粘性流体の粘度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の粘度を測定する装置に関し、特に流体の流動抵抗から粘性を算出するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体の粘度を測定する計測機器には、単一円筒型回転粘度計（スピンドルタイプ）や円錐平板型回転粘度計（コーン・プレートタイプ）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
出願人は、本件発明に関連する先行技術文献を特に見出せなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の計測器においては、通常のニュートン流体がずり速度に対してせん断力が比例的に変化する特性に基づいて、比例定数から粘度を求めることができる。しかし、グリース等の非ニュートン流体は、ずり速度とせん断力の関係が非線形であるため、従来の計測器で正確な粘度を測定できない。特に、流体を作動油に用いる油圧制振装置を設計するに当たり、流体の粘度を把握する必要がある。
そこで本発明は、非ニュートン流体の粘性を精度高く測定して、油圧制振装置への流体の適合性を評価できる粘性流体の粘度測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明においては、試験的に振動を加える加振機と、この振動に対して測定対象の流体の流動抵抗を発生する本体４と、この本体４の抵抗力を測定する荷重計３と、加振機の振動の速度を測定する速度計５と、荷重計３により測定された抵抗力と、速度計５により測定された速度と、流体の密度とから流体の粘度を演算する演算装置６とを具備させる。本体４は、荷重計３又は加振機のアクチュエータ２の一方に一端が連結され、内部に測定対象となる流体を充填するシリンダ９と、一端が荷重計３又は加振機のアクチュエータ２の他方に連結され、シリンダ９に出入り自在に挿入されたピストンロッド１０と、このピストンロッド１０に固定され、シリンダ９内を第１及び第２の圧力室１４，１５に区画し、シリンダ９内を軸線方向に移動可能なピストン１１と、内部に流体を充填して第１及び第２の圧力室１４，１５に連通し、加振機により入力される振動に伴うピストン１１の移動に従って流体に流動抵抗を付与するバイパス管１３とを具備させる。
演算装置６は、以下の数式により流体の粘度を算出する。
【数２】
0006716275.tif 000002
バイパス管１３は孔径の異なる複数のものから測定対象の流体に応じて選択するようにシリンダ９に着脱可能に構成する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、非ニュートン流体の粘性を正確に測定することができ、油圧制振装置への流体の適合性を的確に評価できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る粘度測定装置の概略的構成図である。
【図２】図１の粘度測定装置の本体の断面図である。
【図３】バイパス管の拡大断面図である。
【図４】オリフィスユニットの拡大断面図である。
【図５】接続管の拡大断面図である。
【図６】粘度測定装置の校正工程を示すフローチャートである。
【図７】粘度の算出工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施の一形態を図面を参照して説明する。
図１において、粘度測定装置は、前後方向に長尺の略矩形の枠体１と、枠体１の一端部に貫通する加振機のアクチュエータ２と、枠体１の他端内側に固定された荷重計３と、枠体１内において一端が加振機のアクチュエータ２に結合され、他端が荷重計３に結合された本体４と、アクチュエータ２の作動によって伸縮する本体４の相対速度を測定する速度計５と、荷重計３及び変位計５からのデータを受けて所定の演算処理を行う演算装置であるコンピュータ６とを具備する。
なお、速度計５を変位計に代え、アクチュエータ２と本体４の間の相対変位を測定してからコンピュータ６においてサンプリング周波数等を用いて微分処理を行うことで実質的に速度データを取得することとしてもよい。
【０００９】
本体４は、図２に示すように、荷重計３に接続部７を介して連結されるシリンダ９と、アクチュエータ２に接続部８を介して連結されシリンダ９に軸線方向へ出入り自在に挿入されたピストンロッド１０と、ピストンロッド１０上に固定されたピストン１１と、ピストン１１によってシリンダ９内に仕切られた圧力室１４，１５に連通するアキュムレータ１２と、同じく圧力室１４，１５に連通する
バイパス管１３とを備えている。
【００１０】
アキュムレータ１２は、図２に示すようにシリンダ９及びバイパス管１３の内部に充填される測定対象となる流体が温度変化などによる過不足を調整する。アキュムレータ１２内には、加圧用のバネ１２ａ及びピストン１２ｂを備える。アキュムレータ１２とシリンダ９との間には逆止弁１６が介設されている。この逆止弁１６は、ばねにより常時開いた状態にあるが、加振機の振動が加わり、圧力室１４（１５）の圧力が高まった時に閉じて流体をバイパス管１３に流し、アキュムレータ１２により加えられる圧力によりシリンダ９及びバイパス管１３内の圧力が一定に保持される。
【００１１】
バイパス管１３は、図２に示すように、シリンダ９の両端蓋９ａ，９ｂに結合する一対の接続ブロック１７の間に渡される。バイパス管１３は、図３に示すように、左右両側の接続ブロック１７にそれぞれ結合される両端のフランジ１８と、左右両側のフランジ１８の間に長手方向に並ぶ複数のオリフィスユニット１９と、隣り合うオリフィスユニット１９を接続する接続管２０とで構成される。接続ブロック１７、フランジ１８及び端蓋９ａ，９ｂには、流体の流路がそれぞれ貫通して圧力室１４，１５に連通する。左右両側のフランジ１８は互いにターンバックル２１で締め込み結合されることにより、バイパス管１３をシリンダ９に対して着脱可能である。オリフィスユニット１９は、図４に示すように、略円柱状を成しその中心軸に流体の粘性により流動抵抗を発生させるオリフィス１９ａが貫通し、フランジ１８の流路に連通する。接続管２０は、隣り合うオリフィスユニット１９，１９をその突き合わせた両端部の周りにそれぞれ嵌合し接続する。接続管２０の軸方向中央には、両側にオリフィスユニット１９の端面が当接し、オリフィス１９ａを連通させる透孔２０ｂを有するリング片２０ａを備える。オリフィスユニット１９は、オリフィス１９ａの直径の異なる複数を予め準備し、試験条件に応じて交換する事で、振動機による入力速度と共に、測定対象の流体に適合する様々な条件で試験できる。
【００１２】
この粘度測定装置は、枠体１に本体４を加振機、荷重計３及び速度計５と共に組み付けられ、アクチュエータ２を介して加振機の振動が加わると、ピストンロッド１０がシリンダ９内に押し込まれ、あるいはそれから引き出される。これに伴いシリンダ９内をピストン１１が移動すると圧力室１４，１５の容積が変化して、その内部の流体が流動する。例えば図２においてピストン１１が左行すると、流体がピストン１１に圧力室１４から押し出されてバイパス管１３内を流通し、圧力室１５へ移動する。このとき、バイパス管１３のオリフィス１９ａにより流体の流れが絞られて流動抵抗が生じることにより振動に対する抵抗力が生じる。
【００１３】
この粘度測定装置においては、振動に対する抵抗力を測定して流体の粘度を逆算するため、抵抗力の決定要素となる特性を予め取得しておく校正工程を行う。この校正工程においては、粘度・密度が既知である水・油などのニュートン流体を用いて、粘度測定装置が発生する抵抗力を測定し、粘度・密度と抵抗力との相関関係を求める。この校正工程は、下記表１及び表２の数式及び記号を用いて図６に示す手順に沿ってコンピュータ６の演算処理により行う。先ず、抵抗力の発生源であるバイパス管１３の流路（オリフィス１９ａ）の直径と、加振機の振動に対して速度計５により測定された入力速度とを変更可能な試験条件とし、これらと流体の粘度・密度とから、表１の式（６）に従ってバイパス管１３内を流れる流体のレイノルズ（Ｒe）数を演算する（ステップＳ１からＳ４）。Ｒe数は、バイパス管１３内の流体の流れが渦を伴う乱流の状態か層状の層流の状態かを確認する基準となる。Ｒe数が2000を超える場合には、試験条件である加振機の振動を変えることにより入力速度を適宜変更して2000以下となる層流の状態にする。流体の粘度・密度、バイパス管１３の流路直径及び入力速度から、表１の式（７），（８）に従って、バイパス管１３内の流体について助走区間における層流の状態の抵抗力Ｆ1及び助走区間を通して十分に発達した流れである放物状の流速分布を伴う流れでの流体の粘性により生じる粘性抵抗力Ｆ2を算出する（ステップＳ６）。次に、バイパス管１３の流路内で発生する抵抗力のうち、流路の断面積が拡大する位置で生じる流体の抵抗力である管内動圧抵抗力Ｆ31及び管出口動圧抵抗力Ｆ32を式（９），（１０）に従って算出する（ステップＳ７）。管内動圧抵抗力には補正係数αを乗算して、評価用の管内動圧抵抗力Ｆ31とする（ステップＳ８，Ｓ９）。バイパス管１３の流路内で発生するその他の抵抗力Ｆetc及び装置内の流体を密封する為に用いられているシール材の摺動抵抗Ｆsを補正値として加え、入力した振動に対する抵抗力Ｆev=Ｆ1+Ｆ2+Ｆ31+Ｆ32+Ｆs+Ｆetcを算出する（ステップＳ１１）。抵抗力についての荷重計３による実測値Ｆallと算出値Ｆevとの誤差＝（実測値−算出値）／実測値×100を求める（ステップＳ５，Ｓ１２）。この誤差が10％を超える場合には、管内動圧抵抗力Ｆ３１の補正係数α、その他の抵抗力Ｆetc、シール材の摺動抵抗Ｆsを見直して適宜変更する。誤差が１０％以内である場合には、バイパス管１３の流路直径・入力速度に対応する管内動圧抵抗力Ｆ３１の補正係数、その他の抵抗力Ｆetc、シール材の摺動抵抗Ｆsを決定する。
【００１４】
粘度測定装置による流体の粘度の算出方法は、図７に示すような手順に沿ってコンピュータ６による演算処理により行う。先ず、バイパス管１３の流路直径と流体の密度を測定条件とし、測定された抵抗力と加振機の入力速度、及び先の校正工程により測定条件に対応して決定した管内動圧抵抗力Ｆ31の補正係数α、その他の抵抗力Ｆetc、シール材の摺動抵抗Ｆsから、式（３）によりバイパス管１３の流路内を流れる流体の管壁面から管中心軸までのせん断速度γを算出する（ステップＳ１４からＳ１７）。さらに、バイパス管１３の流路直径、入力速度及び流体の密度から、式（７），（９），（１０）により、層流の状態の流体の抵抗力Ｆ1、管内動圧抵抗力Ｆ31及び管出口動圧抵抗力Ｆ32を算出する。式（１）により、抵抗力Ｆallから、層流の状態の流体の抵抗力Ｆ1、管内動圧抵抗力Ｆ31、管出口動圧抵抗力Ｆ32、その他の抵抗力Ｆetc及びシール材の摺動抵抗Ｆsを減じ、粘性抵抗力Ｆ2を算出する（ステップＳ１９）。この粘性抵抗力Ｆ2から、式（２）によりバイパス管１３の流路内を流れる流体のせん断速度に対する流体の見かけ粘度を算出する（ステップＳ２０）。
【００１５】
このように流路部で生じる流体の抵抗力は表１に示される式により求められ、加振機により確認された抵抗力から逆算する事で、ダンパの設計に必要な作動油の粘度を算出できる。
なお、確認次第では、流路の角部、断面積が縮小する部分及び流路長が短い流路接続部で生じる抵抗力については小さいものとして省略するか、補正係数等を用いて補正を行う。
【表１】
0006716275.tif 000003
【表２】
0006716275.tif 000004
【符号の説明】
【００１６】
１    枠体
２    アクチュエータ
３    荷重計
４    本体
５    速度計
６    コンピュータ（演算装置）
７    接続部
８    接続部
９    シリンダ
９ａ  端蓋
９ｂ  端蓋
１０    ピストンロッド
１１    ピストン
１２    アキュムレータ
１２ａ  加圧用バネ
１２ｂ  加圧用ピストン
１３    バイパス管
１４    圧力室
１５    圧力室
１６    逆止弁
１７    接続ブロック
１８    フランジ
１９    オリフィスユニット
１９ａ  オリフィス
２０    接続管
２０ｂ  透孔
２０ａ  リング片
２１    ターンバックル
【図１】
0006716275.tif 000006
【図２】
0006716275.tif 000007
【図３】
0006716275.tif 000008
【図４】
0006716275.tif 000009
【図５】
0006716275.tif 000010
【図６】
0006716275.tif 000011
【図７】
0006716275.tif 000012