(57)【要約】  本発明は、連続負荷せん断セル及び連続せん断セル内で、磁気流動流体を連続的に負荷する方法に関する。連続負荷せん断セルは、ロータープレート（２）が固定された回転シャフト（１）を有している。形成された磁気流動流体を、ロータープレート（２）の第１の側面（３）と第１のせん断面（４）との間に維持するための第１の空隙部（５）。形成された磁気流動流体を、ロータープレート（２）の、第１の側面に対向する第２の側面（６）と第２のせん断面（７）との間に維持するための第２の空隙部（８）。更に連続負荷せん断セルは、第１と第２の空隙部（５，８）内に磁界を発生させるための少なくとも１個の磁石（９）を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気流動流体のための連続負荷せん断セルであって、
回転シャフト（１）にロータープレート（２）が固定されており、
ロータープレート（２）の第１の側面（３）と第１のせん断面（４）との間に、第１の空隙部（５）が磁気流動流体を保持するために形成され、及び
ロータープレート（２）の、第１の側面の反対側に位置する第２の側面（６）と第２のせん断面（７）との間に、第２の空隙部（８）が磁気流動流体を保持するために形成され、及び
第１と第２の空隙部（５，８）内に磁界を発生させるための少なくとも１個の磁石（９）を含むことを特徴とする磁気流動流体のための連続負荷せん断セル。
【請求項２】
ロータープレート（２）が、少なくとも部分的に磁化可能な材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項３】
少なくとも１個の磁石（９）が、少なくとも１個の永久磁石を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項４】
第１と第２のせん断面（４，７）が、それぞれ第１と第２の空隙部（５，８）と隣接する第１と第２のプレート（１３，１４）によって形成されているか、又はそれぞれが、第１又は第２の空隙部（５，８）に隣接する磁石（９）の表面によって形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項５】
第１及び第２の空隙部（５，８）は、外側が、境界要素（２１）によって閉じられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項６】
境界要素（２１）が、弾性的に圧縮可能な材料の小区域（２３）を含むことを特徴とする請求項５に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項７】
第１及び第２の空隙部（５，８）を磁気流動流体で満たすために、閉塞可能な溝部（３１）が、空隙部（５，８）に隣接する構成要素を通って伸びていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項８】
ホールプローブ、圧力センサー又は温度センサーから選ばれる少なくとも１つの測定センサーを保持するための、少なくとも１つの溝部（２４）が、空隙部（５，８）に隣接する構成要素内に含まれることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項９】
第１及び第２の空隙部（５，８）の、ロータープレート（２）の外側部領域（１７）に隣接する部分が、磁気流動流体で満たすことが可能であり、及び第１及び第２の空隙部（５，８）の、ローター（２）の内側部領域（１８）に隣接する部分は、押退体（１５，１６）を含むことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項１０】
ロータープレート（２）が２枚の平面のプレート表面、一枚の平面と１個の円錐のプレート表面又は２個の円錐のプレート表面を含むことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項１１】
第１及び第２の空隙部（５，８）内に含まれている磁気流動流体への、ロータープレート（２）の回転によって与えられるエネルギー投入量を測定するための測定装置を含むことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項１２】
連続負荷せん断セルを分解及び組み立てる時に使用される分解装置（３４）と係合するための係合要素（２７）を有するハウジング（１１）を含むことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項１３】
回転シャフト（１）が、平行又は直列に連結した更なる連続負荷せん断セルと結合可能であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項１４】
連続負荷せん断セル内で、磁気流動流体に連続的に負荷を与えるための方法であって、
シャフトに固定されたロータープレートを回転させること、
ロータープレートは、第１の側面が第１の空隙部内に含められた磁気流動流体と接触していること、及び
第１の面の反対側に位置する第２の側面が、第２の空隙部内に含められた磁気流動流体と接触していること、及び
ロータープレートの回転の間、第１と第２の空隙部内に磁界を発生させること、
を特徴とする方法。
【請求項１５】
シャフトに加えられた回転モーメント、磁界の磁界強さ、磁気流動流体の温度、ロータープレートの回転速度、及び磁気流動流体へと失われる仕事から成る群から選ばれる少なくとも１つの量が、連続的に負荷する間に測定されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ロータープレートを所定の期間回転させることにより、連続負荷せん断セル内で磁気流動流体に負荷を与え、そして次に磁気流動流体を連続負荷せん断セルから除去し、そして磁気流動流体の特性を調査することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
第１と第２の空隙部に隣接し、及び連続的な負荷の間に磁気流動流体と接触し、これにより使用されるせん断面の内、少なくとも１つのせん断面の材料が、連続的な負荷が与えられた後に、その変化のために調査されることを特徴とする請求項１４〜１６の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転シャフトに設けられたロータープレートを有する磁気流動流体のための連続負荷せん断セル及び磁気流動流体に負荷を与えるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流動学(rheology)は、流動状態(flow process)、例えば、外力の作用下に材料の連続的な変形を扱う科学分野である。流動(flow)の場合の変形（粘性変形）は、有限速度(finite rate)で起こる。実際の材料では、可塑的特性（挙動）と弾性的特性が粘性的特性に加えられる。従来技術では、流動学的な特性を定量的に測定するために、種々の流動計(rheometer)が使用されている。回転流動計、毛細管流動計、伸長流動計(extensin rheometer)、及び収縮流動計(constriction rheometer)の区別がなされている。
【０００３】
実験室では、回転流動計が最も普及している。この場合、通常では種々の幾何学形状（ジオメトリー）を有する３種の異なる測定システムが使用される。これらの異なる測定システムは、円錐／プレート測定システム、プレート／プレート測定システム、及びシリンダー測定システムを含む。
【０００４】
特許文献１（ＤＥ１９９１１４４１Ａ１）は、シリンダー測定システムを有する回転粘度計に関する文献であり、この文献では、調査するサンプルで満（充）たされたシリンダー状測定ブレーカー内で測定シリンダーが回転する。サンプルが測定シリンダーに及ぼす力が測定され、そして評価される。ここで、サンプルは、測定シリンダーと測定ブレーカーの間の空隙部（ギャップ：gap）を満たしている。
【０００５】
特許文献２（ＤＥ３４２３８７３Ａ１）、特許文献３（ＡＴ４０４１９２Ｂ）、特許文献４（ＡＴ４０９３０４Ｂ）、特許文献５（ＡＴ４０９４２２Ｂ）及び特許文献６（ＡＴ５００３５８Ａ１）は、プレート−プレート又は円錐−プレート測定システムに関する文献で、これらのシステムでは、相互に平行に並べられた２枚のプレート（この内、１枚は回転する）の間でサンプルがせん断される。
【０００６】
磁気流動流体（略称：ＭＲＦ）は、通常、磁界の影響によって、その流動的な特性が変化する液体のことを意味している。これらは、通常、強磁性体粒子、超磁性体粒子、又は常磁性体粒子が担体液体（担体液体は、通常ベースオイルと称される）内で懸濁したもの（懸濁物）である。該懸濁物に加え、本願発明について、「磁気流動流体」は、このような懸濁物が含浸した連続気泡フォーム(open-celled foam)及び磁性粒子が充填されたエラストマー（磁気流動エラストマー）をも含む。
【０００７】
このような懸濁物が磁界にさらされた場合、その粘性（流動抵抗）が増加する。これは、分散した磁性粒子、例えば鉄粉末が、その磁性の作用を受けて、磁界ラインに対して平行に鎖状構造を形成するからである。これらの構造は、ＭＲＦの変形の間、部分的に破壊されるが、これらの構造は再形成される。磁界中の磁気流動流体の流動学的特性は、降伏点(yield point)におけるプラスチック体の特性に類似しており、すなわち、磁気流動流体を流動させるために、最小限のせん断応力(shear stress)を施す必要がある。
【０００８】
磁気流動流体は、非−ニュートン性流体のグループに属する。その粘度は、通常、付加されたせん断速度（ずり速度）に依存する。磁界を付加することによる粘度変化（この粘度変化は可逆的である）がミリ秒以内に発生する。
【０００９】
磁気流動流体の流動学的特性は、Ｂｉｎｇｈａｍモデルによっておおよそ記述することができ、その降伏点(流動境界：yield point)は、磁界の強さを増加させることによって上昇する。例えば、１テスラ未満の磁束密度で、数万Ｎ／ｍ2のせん断応力に到達し得るものである。緩衝装置、クラッチ、ブレーキ等の装置内、及び他の制御可能な装置（例えば、触覚装置、衝突緩衝装置、操作−バイ−ワイヤーガイドシステム、ギヤ及びブレーキ−バイ−ワイヤーシステム、シール、維持システム、プロテーゼ、フィットネス装置又はベアリング）で磁気流動流体を使用するためには、高伝導性せん断応力が必要とされる。
【００１０】
公知の磁気流動流体の適用(application)は、例えば特許文献７（ＵＳ５，５４７，０４９）、特許文献８（ＥＰ１０１６８０６）又は特許文献９（ＥＰ１０２５３７３Ｂ１）に記載されている。
【００１１】
このような適用のために、特に磁気流動流体及び磁気流動流体と隣接する（境界を接する）材料が、長時間の負荷（装填）下に挙動する態様が非常に興味深い。例えば、磁気流動流体では「使用下の増粘(in-use thickening)」が公知である。これは、（より高いＢフィールドのために）長時間にわたり高いせん断応力と高いせん断速度にさらされる磁気流動流体の粘度が増加する影響を含む。
【００１２】
磁気流動流体は、その使用下で磁気流動流体と接触するか、又は磁気流動流体がその上をスライドする成分を磨損させる原因にもなり得る。
【００１３】
このような影響を研究するために、例えば、連続負荷せん断セルを使用することが可能であり、その内部では、（回転流動計内として、）磁気流動流体のせん断が発生し、そしてこれにより調査するＭＲＦサンプル内に所望のエネルギー投入が行われる。
【００１４】
相互に回転する２枚の測定面を有する、プレート−円錐又はプレート−プレート原理に従う、この技術分野では公知の回転流動計は、通常、スタンド又はフレームを含み、これらの上にプレートが配置される。モーターによって駆動される回転シャフトは、測定本体として回転プレートを支えており、そして回転プレートはシャフトを介してモーターによって回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＤＥ１９９１１４４１Ａ１
【特許文献２】ＤＥ３４２３８７３Ａ１
【特許文献３】ＡＴ４０４１９２Ｂ
【特許文献４】ＡＴ４０９３０４Ｂ
【特許文献５】ＡＴ４０９４２２Ｂ
【特許文献６】ＡＴ５００３５８Ａ１
【特許文献７】ＵＳ５，５４７，０４９
【特許文献８】ＥＰ１０１６８０６
【特許文献９】ＥＰ１０２５３７３Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
通常、シャフトのためのガイドベアリング（軸受）がスタンドの上に形成されており、このために、例えば空気ベアリング、磁石ベアリング、又は他の低摩擦ベアリングが設けられる。空気ベアリングの場合、垂直力(法線力：normal force)によるシャフトの軸方向負荷下に、バネに類似した空気クッションがこの負荷に対抗する。例えば磁気流動流体の加熱、又は測定の間の他の影響によって発生したこのような垂直力は、回転プレートに影響を及ぼし、そして従って、シャフトに影響を及ぼす。しかしながら、従来技術によって公知の流動計では、ベアリングの構造（例えば、空気ベアリング）によって許容可能な垂直力に上限が置かれ、そして連続負荷せん断セル（連続負荷せん断装置）の機能範囲が、これにより制限される。
【００１７】
本発明の目的は、従来技術の不利な点を回避し、及び特に磁気流動流体のための連続的な負荷せん断セル、及び（これにより、磁気流動流体が規定された負荷(load)下に置かれる）磁気流動流体を連続的に負荷する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的は、本発明に従い、連続負荷せん断セル、及び連続負荷せん断セル内で磁気流動流体に連続的に負荷を与える方法によって達成される。連続負荷せん断セルは、回転シャフトを有しており、回転シャフトの上にロータープレートが固定されている。磁気流動流体を保持するための第１の空隙部は、ロータープレートの第１の側面と第１のせん段面との間に形成される。磁気流動流体を保持するための第２の空隙部は、ロータープレートの（第１の側面の反対側に位置する）第２の側面と第２のせん段面との間に形成される。更に、連続負荷せん断セルは、第１と第２の空隙部内に磁界を発生させるための、少なくとも１個の磁石を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に従う連続負荷せん断セルの第１の実施の形態の分解組立図を概略的に示した図である。
【図２】本発明に従う連続負荷せん断セルの第２の実施の形態の分解組立図を概略的に示した図である。
【図３】本発明に従う連続負荷せん断セルのための分解装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
連続負荷せん断セルは、せん断することにより、サンプルを規定された負荷(load)（サンプルの単位体積当たりの規定されたエネルギー投入）下に、特定の期間、置くことができる装置である。例えば、本発明に従うサンプルの連続負荷は、１×１０10Ｊ／ｍ3を超えるエネルギー投入、好ましくは１×１０12Ｊ／ｍ3を超えるエネルギー投入に相当して良い。
【００２１】
本発明に従う連続負荷せん断セルの構造は、回転流動計に基くもので、プレート−プレート及び／又は円錐−プレートの原理に類似する原理で運転される。ロータープレートは、回転シャフトに固定されており、そしてモーター、例えば実験室攪拌器によって駆動される。連続負荷せん断セルの運転（操作）の間、ロータープレートはその両側面（両方の面）が、負荷が加えられる磁気流動流体と接触する。液体は、２個の空隙部(gap)内に置かれており、２個の空隙部はそれぞれロータープレートの片面と静止せん断面によって境界付けられている。上記空隙部は、実質的に対称的に設計され、及び／又は空隙部は同一の高さを有していることが好ましく、これらは、ロータープレートの表面と対応するせん断面との間の距離にとって決定される。
【００２２】
本発明に従う連続負荷せん断セルは、更に（磁気流動流体を含んだ）第１と第２の空隙部内に磁界を発生させるための少なくとも１個の磁石を含む。これにより、磁気流動流体の連続負荷が、磁界内で行われる。規定された連続負荷を達成するために、少なくとも１個の磁石によって発生した磁界は、対称であることが好ましい。
【００２３】
更に本発明は、連続負荷せん断セル内の磁気流動流体の連続的な負荷を行うための方法に関し、該方法では、シャフトに固定されたロータープレートが回転し、ロータープレートは、第１の側面で、第１の空隙部内に含まれる磁気流動流体と接触し、そして第１の面の反対側に位置する第２の側面で第２の空隙部内に含まれる磁気流動流体と接触する。ロータープレートの回転の間、第１と第２の空隙部の中に磁界が（少なくとも所定時間）発生する。磁気流動流体は、連続負荷せん断セル内で、特定の期間、プレートの回転によって、負荷を与えられることが好ましく、そして次に連続負荷せん断セルから取り出され、磁気流動流体の特性が調査されることが好ましい。
【００２４】
本発明に従う連続負荷せん断セル及び本発明に従う方法の、二重空隙部という測定配置構成は、以下の有利な点を有している。すなわち、ロータープレート上に加わる垂直力の補償(compensation)が行われ、従って本発明では、垂直力が、（通常の空隙部が単一であるの場合のように、）連続負荷せん断セルの使用範囲を制限することがないという有利な点を有している。空隙部を有する連続負荷せん断セルで、磁気流動流体を連続的に負荷する場合、測定間隙が設けられた回転流動計の形式では、磁界内に存在する磁気流動流体は、その異方性のために長さ方向（連続負荷せん断セルのシャフトに平行）に伸びることになる。ロータープレートの両側に配置された、磁気流動流体が満たされた空隙部によって、垂直力の補償（補正:compensation）が達成されるので、従って、本発明の二重空隙部の配置構成は、磁気流動流体の連続的な負荷のために特に有利である。
【００２５】
２個の空隙部内で磁気流動流体に連続的に負荷を与えるためには、対称的で均一な磁界を発生させることが好ましい。このような対称的な磁界は、連続負荷せん断セルの（対称軸としての）回転シャフトに対して対称的、及び／又は（対称面としての）回転プレートに対して対称的であることが好ましい。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態に従えば、少なくとも１個の磁石は、少なくとも１個の永久磁石、特に少なくとも２個の高温ネオジム永久磁石を含む。このようなネオジム永久磁石は、代表例では、その表面上で、１．２テスラ以下の磁束密度を有している。本発明に従う連続付加せん断セル内で永久磁石を使用することにより、連続負荷せん断セルが強く（堅固な）そしてコンパクトな構造を有するという有利性が得られる。
【００２７】
磁石は、電磁石であっても良く、特に、コイル、第１の空隙部の上側（上手）に配置された第１の磁石ヨーク及び第２の空隙部の下側（下手）に配置された第２のヨークを有する電磁石（ここで、第１と第２のヨークはロータープレートに対して、及びシャフトに対して対称に設計されている）であって良い。二重空隙部内のロータープレートに対して上側と下側に配置されたヨークの対称的な構造は、空隙部高さ又は負荷する磁気流動流体の特性を変動させた場合であっても、両方の空隙部内に均一な磁束密度を形成することを可能にする。
【００２８】
本発明での少なくとも１個の磁石は、２個の空隙部のせん断作用領域（活性せん断領域）において、均一な磁束密度が達成されるように構成することが好ましい。
【００２９】
本発明の好ましい実施の形態では、ロータープレートは、磁化できる材料で少なくとも部分的に（好ましくは全部が）形成されている。磁気流動流体のためのせん断面として使用されるロータープレートの、少なくともこれらの領域は、磁化できる材料で形成されていることが好ましい。磁化できない材料で形成されたシャフトに設けられた、磁化できるロータープレート（例えば、スチールタイプ１．００３７製）は、空隙部内で磁束密度を相当に増幅し、そして作用中の空隙部における磁界の均一性を改良する。連続負荷せん断セルのために、磁化できない材料で形成されたロータープレートを使用することも可能である。
【００３０】
空隙部に隣接する（境界を接する）２つのせん断面は、それぞれ第１又は第２の空隙部と隣接する（境界を接する）状態の第１と第２のプレートで形成されることが好ましく、又はそれぞれが第１又は第２の空隙部と隣接する状態の磁石の表面（例えば磁石ヨークの表面）で形成されることが好ましい。空隙部に隣接するプレート（該プレートは、第１又は第２の空隙部と隣接する状態のせん断面を形成する）を使用することにより、その材料（該材料は、磁気流動流体と接触し、これにより磁気流動流体の連続負荷の間、圧力（stress）が加えられる）が、連続負荷の終了時における変化のために調査可能になる。従って、負荷される磁気流動流体と接触する（アプリケーション用の）材料の安定性を評価することが可能になる。
【００３１】
好ましくは、本発明に従う連続負荷せん断セル内で、ホールプローブ、圧力センサー又は温度センサーから選ばれる少なくとも１つの測定センサーを保持するための、少なくとも１個の（任意に閉塞可能な）溝部が、空隙部に隣接する要素内に含まれる。
【００３２】
ホールプローブを使用することにより、空隙部内の有効な磁束密度をオンラインで測定することが可能になる。例えば、ホールプローブは、空隙部の上側又は下側の、磁化できないプレートの内側の平坦な溝部内に配置される。測定空隙部内の磁気流動流体のせん断の間、ホールプローブを使用することも可能である。溝部（チャンネル）内のホールプローブの半径方向位置(radical position)（回転シャフトに対して垂直）を変動させることにより、半径方向の磁束密度のプロフィールを測定することができる。ホールプローブにより空隙部内の磁束密度を測定することは、連続負荷せん断セルが休止している間に、閉塞可能な開口を通して、ホールプローブを溝部内に導入して行うことが好ましい。
【００３３】
温度センサー（特に熱伝対）を使用することにより、空隙部内で調査するべき物質の温度を、オンラインで測定することができる。例えば、温度センサーは、１つの空隙部の下側又は上側の熱伝導性のプレートの内部の平坦な溝部内に（磁気流動流体にできるだけ近づけて）配置される。空隙部（ギャップ）内で磁気流動流体のせん断を行う間、温度センサーを使用して測定を行うことも可能である。これにより、せん断の間、液体の温度変化を記録することができ、そしてこの目的のために設けられた温度制御装置を使用して任意に温度を規定することができる。
【００３４】
エネルギー投入が高い（高回転モーメント／高回転速度）場合であっても両方の空隙部内で最大限に一定した温度を確保するために、温度制御装置は、空隙部と可能な限り直接的に接触しているべきである。他の代わりの実施の形態に従えば、温度制御装置は、以下のように構成される。すなわち、ロータープレート、空隙部、少なくとも一部のシャフト、及び少なくとも１個の磁石を有するハウジングを含む、せん断セルの大半の部分が、磁気流動流体をせん断する間、温度的に調節された液体に浸漬されるように構成される。浸漬の間、磁気流動流体は、適切なシール及び／又は温度的に調節された液体の適切な選択によって、こぼれ出ること(流出：emerge)が防止される。
【００３５】
圧力センサーを使用することにより、せん断の間の圧力をオンラインで測定することができる。従って、例えば、温度変化による圧力の変化を観察することができる。同様に例えば、ガスの形成又は通常では体積膨張をもたらし、従って圧力変化をもたらす化学変化も観察可能である。更に例えば、具体的に圧力を施し、圧力と回転モーメント（トルク）を同時に測定することにより、圧力の伝達性せん断力への影響を測定することも可能である。
【００３６】
本発明の好ましい実施の形態に従えば、第１と第２の空隙部は、境界要素(delimiting element)により、外側が閉塞されている。この構成は、磁気流動流体が、（ロータープレートの回転の間、遠心力によって）空隙部から半径方向（放射状）にこぼれ出ることができないという有利な点を有している。境界要素は、一体的に設計されていて良く、又は複数の部分で設計されていても良い。境界要素は、ロータープレート周辺に（回転を妨害することなく）直接的に隣接して配置されていて良く、又磁器流動流体が、両方の空隙部内で、ロータープレート周辺に沿って接触するようにロータープレート周辺から特定の距離をおいて配置されていても良い。境界要素は、例えば、円形のロータープレートを同心円状に閉塞する環状のスリーブであって良い。空隙部内の磁気流動流体の体積は変化しても良いので、境界要素は、弾性的に圧縮可能な材料の小領域(subregion)を含むことが好ましい。これにより、温度が上昇した場合の磁気流動流体の体積膨張は、弾性的に圧縮可能な材料（好ましくは、例えばシリコン製の弾性圧縮性フォーム）によって吸収される。しかしながら、（例えば化学反応に起因しての）圧力変化を測定する場合、境界要素は、全てが非圧縮性材料で形成されていることが好ましい。従って、せん断の間、負荷される磁気流動流体は、（境界要素及び２個の空隙部の他の限界面及び付加されたシールによって結合された）閉塞されたシステム内に置かれていることが有利である。
【００３７】
第１と第２の空隙部を磁気流動流体で満たし及び／又は磁気流動流体を除去するための、少なくとも１つの閉塞可能な溝部（チャンネル）が、本発明に従う連続付加せん断セル内の空隙部に隣接する構成部分を通って伸びていることが好ましい。このような溝部は、例えば、空隙部を外側で閉塞する境界要素を通って伸びていても良い。空隙部は、連続負荷せん断セルが分解されている状態で満たし、又は除去（空）にすることもできる。本発明に従う連続負荷せん断セル内で空隙部が保持可能な磁気流動流体の体積は、０．５〜１０ｍｌが好ましく、１〜３ｍｌが特に好ましい。
【００３８】
本発明に従う連続負荷せん断セルのロータープレートは、円形状に設計されていることが好ましく、そして半径が、３ｍｍ〜２０ｃｍの範囲であることが好ましく、５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲であることが特に好ましい。ロータープレートは、２枚の平面、１枚の平面と１個の円錐、又は２個の円錐プレート表面を含んでいることが好ましい。２枚の平面ロータープレート表面は、連続負荷せん断セルの２枚の平坦なせん断面と一緒になって、２重のプレート−プレート配置構成を形成する。プレート−プレートシステムでは、負荷される磁気流動流体は、空隙部内において、互いに平行に配置されたロータープレート表面とせん断面との間でせん断される。しかしながらせん断速度は、個々の空隙部において同一ではない。この場合、せん断速度は、半径が増加するに従い増加し、そしてロータープレートの外端でその最大値に達する。
【００３９】
２個の円錐ロータープレート表面は、連続負荷せん断セルの２枚の平坦なせん断面と一緒になって、２重の円錐−プレート配置構成を形成する。円錐−プレートシステム内では、各場合の個々の円錐（ロータープレート表面）が、プレート（せん断面）上で回転する。負荷される磁気流動流体は、それぞれ、これらの間に配置された空隙部内に置かれる。円周速度は、円錐表面の下方向に向けて増加する。同時に、空隙部高さは、円錐の形状のために高くなる。このことの影響は、垂直方向（法線方向）のせん断速度が、ロータープレートの半径範囲にわたり一定に維持されることである。従って本発明において、二重円錐の配置構成は、２個の空隙部内の均一なせん断速度の設定を可能にする。この構成から生じる、半径方向に不均一な磁界は、シミュレーション計算によって定量化することができ、そして対応するヨーク修正によって実質的に補償することができる。
【００４０】
本発明における２個の空隙部の高さは、それぞれ０．１〜２ｍｍの範囲に存在することが好ましく、０．８〜１．２ｍｍの範囲に存在することが特に好ましい。本発明に従う連続せん断セル内の空隙部高さは、特定のロータープレート厚さの選択によって調節することができる。従ってロータープレートは、本発明に従う連続負荷せん断セル内で、交換可能であることが好ましい。空隙部高さが小さくなると、最大せん断速度が増加する。予め選定された永久磁石で、２個の空隙部内の磁界の強さに影響を及ぼすことができ、これは例えば、磁石と個々の空隙部との間に配置されたプレートの厚さを選択することにより行われる。
【００４１】
本発明の好ましい実施の形態では、第１と第２の空隙部は、ロータープレートの外側部領域に隣接する部分を磁気流動流体で満たすことができ、そして第１と第２の空隙部は、ロータープレートの内側部領域に隣接する部分に押退体(displacer)を含む。押退体を使用して、低いせん断速度（及び小さい面積）を有する小半径部分をフェードアウトすることができ、そして（外部領域に）隣接する半径範囲（該範囲にせん断の間ＭＲＦが存在する）によって、狭いせん断速度範囲が達成される（典型的には例えば、異なるせん断速度のために、２の最大ファクター）。ロータープレート上にはんだ付けされた、シーリングディスク（例えば、ＰＴＦＥ製）、又は非磁性スペーサーディスク（ディスクは、追加的に、シーリング用のＯリングを有しても良い）を（例えば）押退体として使用しても良い。
【００４２】
本発明に従う連続せん断セルは、第１と第２の空隙部内に含まれた磁気流動流体への（ロータープレートの回転によって与えられた）エネルギー投入を測定するための測定装置を含むことが好ましい。エネルギー投入は、例えば、回転モーメントを測定することによって測定しても良く（この場合、せん断セルの個々の構成要素の摩擦を考慮する必要がある）、又は消散した熱を測定することによって測定しても良い。本発明では、シャフトに働く回転モーメント、磁石の磁界強さ、磁気流動流体の温度、ロータープレートの回転速度、及び磁気流動流体へのパワーインプットからなる群から選ばれる少なくとも１種の量を連続負荷の間、測定することが好ましい。これらの量は、直接的又は間接的に、連続的又は間隔をおいて測定又は計測して良い。エネルギー投入を測定するために、回転モーメントと回転速度を連続的に測定する必要がある。
【００４３】
負荷される磁気流動流体の流動学的特性を測定するために、シャフトを一定の回転速度で回転させ、そしてこのために必要な回転モーメントを測定することができる。また、モーターを使用してシャフトに一定の回転モーメントを施し、そして回転速度を測定するか、又はロータープレートに作用させる回転モーメントを与える回転位置を測定することも可能である。更にシャフトに、正弦関数の回転動作を行わせるか、又は他の波形（振動実験）に対応する回転動作を行わせることも可能であり、この場合、粘性部分に加え、磁気流動流体の弾性成分も測定可能である。各場合において、後者の動作の間にロータープレート上の磁気流動流体に作用させる回転モーメントが、測定機器によって（任意に間接的に）測定される。
【００４４】
使用中、粘度を増加させるせん断（in-use thickening-IUT）の間、磁気流動流体の変化を一貫して、（例えば）回転モーメントプロフィールを時間の関数として（シャフトの回転モーメント測定によって直接的に、又はモーター電流によって間接的に）記録しても良く、この場合、（ベアリングとシールによって付加された）ベース摩擦を考慮する必要がある。
【００４５】
本発明の一実施の形態に従えば、発生したせん断において、ロータープレートの回転の間、せん断セルのシャフトの回転モーメントプロフィール、又は回転速度のプロフィールが連続的に測定される。更なる（別の）実施の形態に従えば、複数の位相（フェーズ）が交互に発生する。これら複数の位相のある位相では、もっぱら磁気流動流体をせん断することを目的として、ロータープレートの回転が使用される。そして、他の位相では、ロータープレートの動作（例えば、回転又は動揺）の間、磁気流動流体の流動学的特徴付け（特性調査）のために、回転モーメントと回転速度の測定が行われる。
【００４６】
本発明に従う連続せん断セルは、以下のように構成されることが好ましい。すなわち、せん断セル内で負荷されるＭＲＦサンプルが、流動学的特徴付け（磁束密度に対する粘度の変化及び特性曲線−せん断応力）及び分析（成分、ＣＩＰモーフォロジー（電子顕微鏡検査）、密度、ＣＩＰ濃度）を目的とした規定された負荷の後、除去可能なように、数作業工程で分解できるように構成されることが好ましい。ＣＩＰモーフォロジーは、使用されたカルボニル−鉄粉の粒子径及び粒子径分布を表す。流動学的特徴付けは、流動計内のＭＲＦサンプルを除去した後に行って良い。
【００４７】
組み立てと分解が容易である、本発明に従うモジュール構造は更に、（特に、ロータープレートとせん断面の）幾何学的形状（ジオメトリー）と材料について、大きな柔軟性を許容する。磁気流動流体の規定された負荷の後に、ロータープレートとせん断面として使用されるプレートを分解することにより、その中に含まれている（磁気流動流体と接触する）材料の摩耗と表面の変化の特徴付け（調査）が可能になる。
【００４８】
本発明の好ましい実施の形態に従えば、連続負荷せん断セルは、所定のハウジングを含み、ハウジングは、連続負荷せん断セルを分解して組み立てる時に分解装置を係合させる係合要素を有している。このような分解装置は、特に永久磁石を有する連続負荷せん断セル内で有利である。この理由は、セルを分解するための磁石の引付力に対抗する必要があり、そしてこの引付力が存在しても、規定された方法で組み立てを行う必要があるからである。連続負荷せん断セルの内側又は外側ネジ溝へのねじ込み部分を、例えば、分解装置に係合するための係合要素として使用しても良い（ここで、分解装置の部分の外側又は内側ネジ溝が、それぞれ係合することができる）。
【００４９】
本発明の他の実施の形態に従えば、本発明に従う連続負荷せん断セルの回転シャフトは、互いに平行又は直列に連結された別の連続負荷せん断セルと結合することができる。セルの直列状の（共通の回転シャフトを有する）回路(circuit)、又はセルの平行な（全てのセルの各回転シャフトのための共通の装置を有する）回路により、連続的な負荷試験を同時に行うことができる。例えば、複数の磁気流動流体及び／又は複数のロータープレート材料を同時にテストしても良い。
【００５０】
以下に図面を使用して、本発明をより詳細に説明する。ここで、使用する図面は以下のものである。
【００５１】
図１は、本発明に従う連続負荷せん断セルの第１の実施の形態の分解組立図を概略的に示した図である。
【００５２】
図２は、本発明に従う連続負荷せん断セルの第２の実施の形態の分解組立図を概略的に示した図である。
【００５３】
図３は、本発明に従う連続負荷せん断セルのための分解装置の概略図である。
【００５４】
図１に従う連続負荷せん断セルは、磁化可能な材料（例えば軟鉄又はスチール−材料ナンバー１．４５７１）で形成されたロータープレート２を含む。回転シャフト１は、シャフト１を駆動するモーター（図示せず）と連結されており、シャフト１は、ベアリング（図示せず）を使用して備えることが好ましい。磁気流動流体を保持可能な第１の空隙部５は、ロータープレート２の上側面（第１の側面３）と第１のせん断面４との間に配置されている。同様に磁気流動流体を保持することができる第２の空隙部８は、ロータープレート２の下側面（第２の側面６）と第２のせん断面７との間に形成されている。
【００５５】
更に連続負荷せん断セルは、ネオジム磁石９を含み、ネオジム磁石９は、空隙部５、８の側面に位置するようにハウジング１０に取り付けることが可能である。永久磁石９は、それぞれハウジング部分１１内に係合し、ハウジング部分１１は、シャフト１を受けるための中心孔１２を含んでいる。永久磁石９を有するハウジング１１が、ハウジング１０内に（これらのために）設けられた区画２６に取り付けられると、永久磁石９は、第１と第２の空隙部５、８内に磁界を発生させる。孔１２は、ベアリング（図示せず）を含んでおり、該ベアリングは、シャフト１が横（斜め）に動くことを防止している。
【００５６】
第１と第２のせん断面４、７は、それぞれ第１の空隙部５に隣接する第１のプレート１３と第２の空隙部８に隣接する第２のプレート１４によって形成されており、両プレート１３、１４は、関連するハウジング部分１１から除去可能である。空隙部５、８内の磁界の強さは、プレート１３、１４の厚さを選択することによって調整可能である。
【００５７】
永久磁石９を（含んだ状態で）有するハウジング部分１１が、ハウジング１０に取り付けられる前に、第１の押退体１５として第１のテフロン（登録商標）シーリングディスクが、第１の空隙部５内に配置され、そして第２の押退体１６として第２のテフロン（登録商標）シーリングディスクが、第２の空隙部８内に配置される。上記押退体１５、１６が理由となって、空隙部５、８は、ロータープレート２の（黒色で表した）活性外側部領域１７とだけ隣接し、そしてロータープレート２の（白色で表した）非活性内側部領域１８とは隣接しない状態で、磁気流動流体で満たすことができる。従って連続負荷せん断セルを運転（操作）する間、狭いせん断速度範囲で、ローター２の外側部領域１７とだけ隣接した状態で、磁気流動流体のせん断が行われる。
【００５８】
更に、プレート１３、１４内でせん断要素１９のために形成された、リセス２０（収納部２０）内に保持されたせん断要素１９が、空隙部５、８をそれぞれ中心孔１２からシールするために設けられる。適切なシーリング要素１９は、例えば、Ｏリング、クアドリング、ラビリンスシール、スライドリングシール又はこの技術分野の当業者にとって公知の、回転要素をシーリングするための他のシーリング要素である。
【００５９】
ハウジング１０に統合された状態で、境界要素２１が設けられており、該境界要素２１は、空隙部５、８を外側で閉塞している。境界要素２１は、孔（ボア）の状態で小領域２３を含んでおり、該小領域２３は、圧縮性の材料２２（シリコンゴム）で満たされている。圧縮性材料２２を有するこの小領域は、空隙部５、８内の磁気流動流体の体積膨張を吸収するために使用される（連続負荷せん断セルの運転の間、磁気流動流体は、空隙部５、８内に完全に閉塞されている）。
【００６０】
測定センサー（例えば、ホールプローブ及び／又は温度センサー）を保持することが意図されている溝部２４が、ハウジング１０内、及び境界要素２１内に形成されている。
【００６１】
上述した実施の形態のロータープレート２は、その２つのサイト３、６の２つの平坦なプレート表面を含んでいる。
【００６２】
磁気流動流体の連続負荷のための、本発明に従う方法は、図１に示した連続負荷せん断セルを使用して行うことができる。
【００６３】
図２は、本発明に従う、別の連続せん断セルの分解組立図を概略的に示している。
【００６４】
連続負荷せん断セルは、ロータープレート２を有する回転シャフト１、第１の空隙部５（第１の空隙部５は、ロータープレート２の第１の面３と第１のせん断面４との間に形成された磁気流動流体を保持するためのものである）及び第２の空隙部８（第２の空隙部８は、第１の面３に対向して位置する、ロータープレート２の第２の面６と第２のせん断面７との間に形成された磁気流動流体を保持するためのものである）を含んでいる。
【００６５】
更に連続負荷せん断セルは、永久磁石９を含んでおり、そして永久磁石９は、セルを組み立てた時に、第１と第２の空隙部内に磁界を発生させるためのものである。それぞれのものが、ハウジング１１によって部分的に閉鎖されている一方で、永久磁石９は、（シーリング要素２５とプレート１３、１４がそこに設置された後、）ハウジング１０の区画２６に導入される。永久磁石９は、そのハウジング部分１１と共に、シャフト１を受け入れるための中心孔１２を含んでいる。孔１２は、シャフト１が横（斜め）に動くことを防止するベアリング（図示せず）を含んでいる。外側では、ハウジング１１は、それぞれ外部ネジ溝（外側ネジ溝）を有するピンを含んでおり、該ピンは、連続せん断セルを組み立て及び分解するための分解装置を係合させるための係合要素２７として使用される。
【００６６】
第１及び第２のせん断面４、７は、それぞれ第１の空隙部５に隣接する第１のプレート１３、及び第２の空隙部８に隣接する第２のプレート１４によって形成されている。プレート１３、１４は、それぞれ環状の突出部分を有しており、該突出部分は（プレート１３、１４がせん断セルのハウジング１０と（孔２８を介して）ネジ留めされると）押退体１５及び１６として使用される。そして、空隙部５、８は、ロータープレート２の外側部領域１７に隣接して（境界を接して）磁気流動流体で満たすことができるが、しかし押退体１５、１６が存在するので、空隙部５、８は、ロータープレート２の内側部領域１８に隣接して、磁気流動流体で満たすことができない。押退体１５、１６はリセス２９（リセス２９は、シーリング要素３０、例えば小さいＯリング、クアドリング、ラビリンスシール、又はスライドリングシールを収納する）を含む。
【００６７】
空隙部５、８を外側で閉鎖する境界要素２１は、ハウジング１０と一体的に形成されている。境界要素２１は、圧縮製材料２２で満たされた小領域２３、及び測定装置を保持する溝部２５を含んでいる。充填溝部３１は、空隙部５、８を磁気流動流体で満たすために使用され、そして連続負荷せん断セルの運転の間、閉鎖される。シーリング要素３３、例えば空隙部５、８を外側にシールする大きいＯリングが境界要素２１内のリセス３２内に配置されている。
【００６８】
磁気流動流体を連続負荷するための、本発明に従う方法は、図２に示した連続負荷せん断セルを使用して行うことができる。
【００６９】
図３は、連続負荷せん断セル、例えば図２に示したせん断セルのための分解装置３４を示している。
【００７０】
分解装置３４は、本発明に従う（特に永久磁石を含んだ）連続負荷せん断セルを分解及び組み立てるために使用されるものである。分解装置は、外側ネジ溝３６を有するネジ溝付ロッド３５を含んでいる。ネジ溝付ロッド３５は内側ネジ溝３８を有する軸孔３７を含んでいる（軸孔３７は、連続負荷せん断セルの係合要素上でネジ留めすることができる）。きざみ付きナット３９が下部領域４０（下部領域４０には、例えばプレキシグラス製の支持チューブ４１が固定される）の上で、ネジ溝付ロッド３５の外側ネジ溝３６上にネジ込まれる。
【００７１】
連続負荷せん断セルを分解するために、ネジ溝付ロッド３５の内側ネジ溝３８がせん断セルの係合要素にねじ込まれ、支持チューブ４１が、せん断セルのハウジングの構成要素上に支持される。次に、きざみ付きナット３９が、ネジ溝付ロッド３５の上側でねじ込まれる。これは、係合要素が接続されているせん断セル構成要素（例えば、永久磁石を内部に含んだ状態で有するハウジング部分）がせん断セルの残り部分から十分に離れて除去されるまで行われる。次にこの要素は、せん断セルから任意に除去されても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１  回転シャフト
２  ロータープレート
３  第１の面
４  第１のせん断面
５  第１の空隙部
６  第２の面
７  第２のせん断面
８  第２の空隙部
９  ネオジム永久磁石
１０  ハウジング
１１  ハウジング部分
１２  中心孔
１３  第１のプレート
１４  第２のプレート
１５  第１の押退体
１６  第２の押退体
１７  外側部領域
１８  内側部領域
１９  シーリング要素
２０  リセス（収納部）
２１  境界要素
２２  圧縮性材料
２３  小領域
２４  溝部
２５  シーリング要素
２６  区画
２７  係合要素
２８  孔（ボア）
２９  リセス
３０  シーリング要素
３１  充填溝部
３２  リセス
３３  シーリング要素
３４  分解装置
３５  ネジ溝付ロッド
３６  外側ネジ溝
３７  軸孔
３８  内側ネジ溝
３９  きざみ付きナット
４０  下部領域
４１  支持チューブ
【図１】
2010501839.tif 000003
【図２】
2010501839.tif 000004
【図３】
2010501839.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月19日(2008.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気流動流体のための連続負荷せん断セルであって、
回転シャフト（１）にロータープレート（２）が固定されており、
ロータープレート（２）の第１の側面（３）と第１のせん断面（４）との間に、第１の空隙部（５）が磁気流動流体を保持するために形成され、及び
ロータープレート（２）の、第１の側面の反対側に位置する第２の側面（６）と第２のせん断面（７）との間に、第２の空隙部（８）が磁気流動流体を保持するために形成され、及び
第１と第２の空隙部（５，８）内に磁界を発生させるための少なくとも１個の磁石（９）を含む磁気流動流体のための連続負荷せん断セルにおいて、
第１及び第２の空隙部（５，８）において、ロータープレート（２）の外側部領域（１７）に隣接する部分を、磁気流動流体で満たすことが可能であり、及び第１及び第２の空隙部（５，８）における、ローター（２）の内側部領域（１８）に隣接する部分は、押退体（１５，１６）を含むことを特徴とする連続負荷せん断セル。
【請求項２】
ロータープレート（２）が、少なくとも部分的に磁化可能な材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項３】
少なくとも１個の磁石（９）が、少なくとも１個の永久磁石を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項４】
第１と第２のせん断面（４，７）が、それぞれ第１と第２の空隙部（５，８）と隣接する第１と第２のプレート（１３，１４）によって形成されているか、又はそれぞれが、第１又は第２の空隙部（５，８）に隣接する磁石（９）の表面によって形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項５】
第１及び第２の空隙部（５，８）は、外側が、境界要素（２１）によって閉じられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項６】
境界要素（２１）が、弾性的に圧縮可能な材料の小区域（２３）を含むことを特徴とする請求項５に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項７】
第１及び第２の空隙部（５，８）を磁気流動流体で満たすために、閉塞可能な溝部（３１）が、空隙部（５，８）に隣接する構成要素を通って伸びていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項８】
ホールプローブ、圧力センサー又は温度センサーから選ばれる少なくとも１つの測定センサーを保持するための、少なくとも１つの溝部（２４）が、空隙部（５，８）に隣接する構成要素内に含まれることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項９】
ロータープレート（２）が２枚の平面のプレート表面、一枚の平面と１個の円錐のプレート表面又は２個の円錐のプレート表面を含むことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項１０】
第１及び第２の空隙部（５，８）内に含まれている磁気流動流体への、ロータープレート（２）の回転によって与えられるエネルギー投入量を測定するための測定装置を含むことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項１１】
連続負荷せん断セルを分解及び組み立てる時に使用される分解装置（３４）と係合するための係合要素（２７）を有するハウジング（１１）を含むことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項１２】
回転シャフト（１）が、平行又は直列に連結した更なる連続負荷せん断セルと結合可能であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の連続負荷せん断セル。
【請求項１３】
連続負荷せん断セル内で、磁気流動流体に連続的に負荷を与えるための方法であって、
シャフトに固定されたロータープレートを回転させること、
ロータープレートは、第１の側面が第１の空隙部内に含められた磁気流動流体と接触していること、及び
第１の面の反対側に位置する第２の側面が、第２の空隙部内に含められた磁気流動流体と接触していること、及び
ロータープレートの回転の間、第１と第２の空隙部内に磁界を発生させる、方法において、第１と第２の空隙部が、ロータープレートの内側部領域に隣接する部分に押退体を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
シャフトに加えられた回転モーメント、磁界の磁界強さ、磁気流動流体の温度、ロータープレートの回転速度、及び磁気流動流体への仕事から成る群から選ばれる少なくとも１つの量が、連続的に負荷する間に測定されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ロータープレートを所定の期間回転させることにより、連続負荷せん断セル内で磁気流動流体に負荷を与え、そして次に磁気流動流体を連続負荷せん断セルから除去し、そして磁気流動流体の特性を調査することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１と第２の空隙部に隣接し、及び連続的な負荷の間に磁気流動流体と接触し、これにより使用されるせん断面の内、少なくとも１つのせん断面の材料が、連続的な負荷が与えられた後に、その変化のために調査されることを特徴とする請求項１３〜１５の何れか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
2010501839.tif 000006
2010501839.tif 000007
2010501839.tif 000008
2010501839.tif 000009
2010501839.tif 000010
2010501839.tif 000011