(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤを含み径方向および軸方向に関して剛性の支持を与えられる、回転可能な計器にして、前記ワイヤが、互いに対向する端部どうしを固定されている二つのセクションと、該二つのセクションの互いに対向する端部を囲む管とを有している、計器であって、
（ａ）感知要素を回転可能に支持する支持手段を備え、
（ｂ）前記支持手段が、二つの部分を有する回転可能な感知及び駆動構造体を備えており、該二つの部分のうちの一方の部分はワイヤを介して他方の部分から懸架しており、該ワイヤは、回転可能な感知及び駆動構造体内をその回転軸線に沿って中央に伸びており、該ワイヤの一端は、軸受け無しで、前記回転可能な感知及び駆動構造体の一方の部分に固定状態に連結されており、前記ワイヤの他端は、軸受け無しで、前記回転可能な感知及び駆動構造体の他方の部分に固定状態に連結されており、前記支持手段がさらに、前記回転可能な感知及び駆動構造体の前記二つの部分が互いに同心をなして正確に整合状態を保つように該二つの部分を径方向に関して動かないように整合させる手段を備えており、
（ｃ）前記回転可能な構造体を回転させるように駆動する手段をさらに備え、
（ｄ）前記ワイヤと前記支持手段との連結部間に、軸方向に関して固定された間隔を与える手段をさらに備え、
（ｅ）前記感知要素の軸方向荷重は前記ワイヤ内で軸方向に支持されるが前記感知要素から伝達されるトルクは前記ワイヤの測定可能な捩れに帰する程度に、前記ワイヤは低い捩り抵抗と高い軸方向強度とを有しており、前記軸方向に関して固定された間隔を与える手段が、前記ワイヤを囲む管を備えている、
計器。
【請求項２】
請求項１に記載の計器において、前記ワイヤは、互いに対向する端部と端部とを固定状態に連結された二つのセクションを有しており、該セクションの互いに対向する端部を前記管が囲んでおり、前記計器が粘度計の形態をしており、
さらに、
（ｇ）前記支持手段によって支持された感知手段にして、粘度を測定されるべき流体に対してこれを回転剪断する形で相互作用するように構成された感知手段と、
（ｈ）流体粘度の読み出しとして前記ワイヤの捩れ撓みを測定する手段と、
を備える計器。
【請求項３】
径方向および軸方向に関して剛性の支持を与えられる、粘度測定のための回転可能な計器であって、
（ａ）感知要素を回転可能に支持するための構造体を備える支持手段を備え、
（ｂ）前記支持手段が、回転可能な二つの部分である感知部分および駆動部分を含む感知及び駆動構造体部分を有しており、前記感知部分はワイヤを介して前記駆動部分から吊り下げられており、該ワイヤは、回転可能な前記感知及び駆動構造体内をその共通な垂直回転軸線に沿って中央に伸びており、該ワイヤの上端は、軸受け無しで、前記回転可能な構造体の前記駆動部分に固定状態に連結されており、前記ワイヤの下端は、軸受け無しで、前記回転可能な構造体の前記感知部分に固定状態に連結されており、前記支持手段がさらに、前記感知部分を前記駆動部分から吊り下げ且つこれらの部分間で上方および下方連結部を径方向に関してクランプすることにより、前記回転可能な構造体の前記二つの部分が互いに同心をなして正確に整合状態を保つように該二つの部分を径方向に関して動かないように整合させて維持する手段を備えており、
（ｃ）前記回転可能な構造体を回転するように駆動する駆動手段をさらに備え、
（ｄ）前記ワイヤと前記支持手段との連結部間の、軸方向に関して固定された間隔を与える手段をさらに備え、
（ｅ）前記感知要素の軸方向荷重は前記ワイヤ内で軸方向に支持されるが前記感知要素から伝達されるトルクは前記ワイヤの測定可能な捩れに帰する程度に、前記ワイヤは低い捩り抵抗と高い軸方向強度とを有しており、
（ｆ）前記軸方向の間隔を与える手段が、前記ワイヤを囲む管を備えている、
計器。
【請求項４】
請求項１または２に記載の計器において、前記ワイヤの捩り剛性率とワイヤの径は、１０，０００ダインーセンチメートルの下で、４５°ないしそれ以上の角度にわたって捩り抵抗を与えるようになっていることを特徴とする計器。
【請求項５】
請求項３に記載の計器において、
さらに、
（ｇ）前記支持手段によって支持された感知手段にして、粘度を測定されるべき流体に対してこれを回転剪断する形で相互作用するように構成された感知手段と、
（ｈ）流体粘度の読み出しとして前記ワイヤの捩れ撓みを測定する手段と、
を備える計器。
【請求項６】
請求項３または５に記載の計器において、前記ワイヤの捩り剛性率とワイヤの径は、１０，０００ダインーセンチメートルの下で、４５°ないしそれ以上の角度にわたって捩り抵抗を与えるようになっていることを特徴とする計器。
【請求項７】
請求項６に記載の計器において、前記ワイヤの捩り剛性率とワイヤの径は、１０，０００ダインーセンチメートルの下で、２°よりも小さな角度にわたって捩り抵抗を与えるようになっていることを特徴とする懸架システム計器。
【請求項８】
径方向および軸方向に関して剛性の支持を与える捩り器具であって、
（ａ）感知要素を回転可能に支持する支持手段を備え、
（ｂ）前記支持手段が、実質的に垂直な回転軸線を持つ二つの部分を有する回転可能な構造体を備えており、第１の部分は駆動部分で第２の部分は感知部分であり、これら二つの部分のうちの一方の部分はワイヤを介して他方の部分から懸架しており、該ワイヤは、回転可能な構造体内をその回転軸線に沿って中央に伸びており、該ワイヤの一端部は、前記回転可能な構造体の一方の部分に固定状態に連結されており、前記ワイヤの他端部は、前記回転可能な構造体の他方の部分に連結されており、前記支持手段がさらに、前記回転可能な構造体の前記二つの部分が互いに同心をなして正確に整合状態を保つように該二つの部分を径方向に関して動かないように整合させる手段を備えており、
（ｃ）前記回転可能な構造体を回転させるように駆動する手段をさらに備え、
（ｄ）前記ワイヤと前記支持手段との連結部間に、軸方向に関して固定された間隔を与える手段をさらに備え、
（ｅ）前記感知要素の軸方向荷重は前記ワイヤ内で軸方向に支持されるが前記感知要素から伝達されるトルクは前記ワイヤの測定可能な捩れに帰する程度に、前記ワイヤは低い捩り抵抗と高い軸方向強度とを有しており、前記軸方向に関して固定された間隔を与える手段が、前記ワイヤを囲む管を備えており、
（ｆ）減衰流体が、前記支持手段と前記ワイヤとの間に設けられており、これにより、高速回転状態で及び／又はラフな駆動手段から、前記ワイヤ上に発生する振動とノイズを減少できるようになされている、
器具。
【請求項９】
径方向および軸方向に関して剛性の支持を与える捩り器具であって、
（ａ）感知要素を回転可能に支持する支持手段を備え、
（ｂ）前記支持手段が、実質的に垂直な回転軸線を持つ二つの部分を有する回転可能な構造体を備えており、第１の部分は駆動部分で第２の部分は感知部分であり、これら二つの部分のうちの一方の部分はワイヤを介して他方の部分から懸架しており、該ワイヤは、前記回転可能な構造体内をその回転軸線に沿って中央に伸びており、該ワイヤの一端部は、前記回転可能な構造体の一方の部分に固定状態に連結されており、前記ワイヤの他端部は、前記回転可能な構造体の他方の部分に連結されており、前記支持手段がさらに、前記回転可能な構造体の前記二つの部分が互いに同心をなして正確に整合状態を保つように該二つの部分を径方向に関して動かないように整合させる手段を備えており、
（ｃ）前記回転可能な構造体を回転させるように駆動する手段をさらに備え、
（ｄ）前記ワイヤと支持構造体部分との連結部間に、軸方向に関して固定された間隔を与える手段をさらに備え、
（ｅ）前記感知要素の軸方向荷重は前記ワイヤ内で軸方向に支持されるが前記感知要素から伝達されるトルクは前記ワイヤの測定可能な捩れに帰する程度に、前記ワイヤは低い捩り抵抗と高い軸方向強度とを有しており、前記軸方向に関して固定された間隔を与える手段が、前記ワイヤを囲む管を備えており、
（ｆ）前記器具が粘度計の形態をしており、
（ｇ）前記支持手段によって支持された感知手段にして、粘度を測定されるべき流体に対してこれを回転剪断する形で相互作用するように構成された感知手段をさらに備え、
（ｈ）流体粘度の読み出しとして前記ワイヤの捩れ撓みを測定する手段をさらに備え、
減衰流体が、前記管と前記ワイヤとの間に設けられており、これにより、高速回転状態で及び／又はラフな駆動手段から、前記ワイヤ上に発生する振動とノイズを減少できるようになされている、
計器。
【発明の詳細な説明】
本願発明の背景
本願発明は、回転トルクを測定するための計器システムに関し、トルク伝達要素を軸方向及び径方向で固定状態に支持できるようにしたことを特徴としている。
コイルばねのようなトルク伝達要素は、高速の回転力を受ける状態となるが、ワイヤの伸長や摩擦抵抗によってもたらされる著しいエラーから、径方向の整合を保つことが困難であった。かかる従来技術の例として、米国のマサチューセッツ州のＳｔｏｕｇｈｔｏｎにあるブルックフィールド・エンジニアリング試験所（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）のＤＶ−２，３粘度計がある。
本願発明の目的は、そのような困難性を解決することにある。
さらに、本願発明の目的は、非常に高速な能力を提供することである。
さらに、本願発明の目的は、正確なアライメントを行うことである。
さらに、本願発明の目的は、固定した支持構造において、回転摩擦を最小ないしは除去することである。
さらに、本願発明の目的は、振動を減衰させる手段を提供することである。そのような振動は、捩りシステムの捩れ精度に対して有害となっている。
発明の概要
本願発明は、粘度計（しかし、これに限定されるわけではない）を含む測定計器すなわち応答計器を備えている。粘度計は、ピアノ線（２０）またはこれと同等の引張強度の高いワイヤを備えている。ピアノ線（２０）は、駆動シャフトアセンブリ（１８）と被駆動シャフトアセンブリ（１６）との間で支持されている。粘度計は、また、適切な取付けがなされている。この取付けによって、抵抗、摩擦、径方向での非整合、及び特に高速回転時での振動等の問題を解決できるようになっており、また、精度が向上し、測定速度が上がり、全体として計器の他の応答が良くなる。取り付けの具体的な特徴によって、角度方向への大きな撓みや小さな撓み（１度以下のフルスケールにおいて）が許容され、軸方向及び径方向の剛性が向上する。測定計器は、振動及び法線力測定用のプレートと共に使用できる。
本願発明は、高い引張強度を有する硬化されたスチールワイヤ（例えば、ピアノ線）のワイヤ捩りマウントを提供している。前記スチールワイヤは、９０，０００ｐｓｉの引張強度と、２７．６×１０6ｐｓｉの弾性率（Ｅ）と、１０．６×１０6ｐｓｉの捩りの剪断弾性率（Ｇ）とを有している。しかしながら、本願発明は、捩り回転によりかなりの弾性変形を許容するけれども、軸方向の支持を与えるのに十分なほど高い弾性率（Ｅ）と剪断弾性率（Ｇ）とを有するワイヤに幅広く適用できる。ワイヤは、１０ポンドないしそれ以上の軸方向荷重（典型的には、軸方向荷重は、次の段落の下記の例における２ないし４ポンド、しかし、他の例においては他の荷重）を支えるときでも、軸方向の永久変形を避けることができる。
粘度計においては、直径が０．００３ないし０．０２５インチ（約０．０７６２ないし０．６３５ｍｍ）のワイヤ、典型的には、０．００６インチないし０．０１２インチ（約０．１５２４ｍｍないし０．３０４８ｍｍ）のワイヤが使用される。かかるワイヤは、粘度計の回転駆動システムの回転中心に取り付けられる。また、ワイヤは、直径が小さく比較的長さが長い（典型的には、直径が０．０１２インチ（約０．３０４８ｍｍ）に対して長さが２インチ（約５．０８ｍｍ）、そして、一般的には、長さと直径の比が１００：１を越える）ので、高速で回転されたときでも、回転トルクは低く、本質的に遠心力は発生しない。０ないし１０，０００ｄｙｎｅ−ｃｍ（ダインーセンチメートル）の範囲（典型的には、約７，０００）のトルクが、４５ないし９０°の範囲の角度撓みのフルスケールにわたって（典型的には、７５°）実現される。ワイヤは、該ワイヤの近くでまたは該ワイヤの両端で、宝石軸受け（ジュエルベアリング）によって取り囲まれており、これによって、ワイヤの径方向を支持している。それによって、回転駆動システムが同心をなして正確に整合する。捩りアセンブリが径方向に撓もうとする傾向は、前記宝石軸受けによって実質的に抑制される。前述した長さと直径との関係は、ある状況によって、例えば、後述するある実施例において多数のワイヤが配置される場合には、変更することができる。直径に対して、より短い長さを使用することによって、及び／または、長さと直径との比を、より低い値とする（すなわち、５０：１以上）ことによって、ワイヤの撓み角度を小さくすることができる。ワイヤの撓み角度をより小さくすることによって、一定の剛性で、あるいは剛性と感度とが一定に組合わされた状態で、より低い剛性、及び／または、より高い感度が許容される。
本願発明の他の目的、特徴及び効果は、添付した図面と関連して、後述する好適な実施例の詳細な説明から、明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本願発明の好適な実施例の断面図である。
図１Ａは、その実施例の上側のマウントの拡大した断面図であり、図１Ｂは、その実施例の下側のマウントの拡大した断面図であり、図１Ｃは、図１のＣ−Ｃに沿って取った横断面図である。
図２は、多数の結合されたワイヤを利用した他の好適な実施例の断面図であり、図２に加えられた図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに対応しており、図２Ｄはワイヤリンクの拡大図である。
好適な実施例の詳細な説明
図１は、粘度計計器１０を図示している。粘度計計器１０は、測定面１４を有する被駆動回転部材１２（スピンドル）と、被測定流体と相互に作用する支持シャフト１６とを備えている。モーターＭと伝動装置（ギアリング）Ｇとが、駆動アセンブリ１８に高速回転駆動を与えている。駆動アセンブリ１８は、通常の較正されている渦巻きばねによってではなく、むしろ細長いワイヤ２０によって、支持シャフト１６に相互に連結されている。前記細長いワイヤ２０は、２ないし６インチ（約５０．８ないし約１５２．４ｍｍ）、典型的には、４インチ（約１０１．６ｍｍ）の長さとなっており、上述したように高強度のワイヤ材料によって構成されている。そのようなワイヤの限定されない例として、ピアノ線として知られているタイプのワイヤがある。被駆動回転部材１２が出会う流体の粘度の作用によって、およそ８０°のフルスケールの角度範囲にわたって、ワイヤ２０にねじりが生じる。２２に示すような読み出しトランスジューサーまたは他のディスプレーまたは変換装置を、設けることができる。この装置は、スリップリング２４を使用することにより、０．００１内またはそれより良好なフル推測撓み（偏位）内で測定することができる。角度方向の撓みすなわち偏位がより大きくなることによって、感度が良くなる。しかしながら、ワイヤ材料の理論的な弾性範囲内に十分に前記偏位を維持することが必要である。
ワイヤは、頂部マウント２６と底部マウント２８との間で、取付けピンＰに保持されている。図１Ａに示された頂部マウント２６は、１セットのねじ２６−１を備えている。ねじ２６−１をゆるめそして再締め付けすることによって、ゼロ角度設定をできるようになっている。駆動（ドライブ）トレインにロックされたブロック（２６−２）は、ワイヤアセンブリの上端の非破壊クランプとして、作動する。リング２６−３が、ワイヤに接着あるいは接合されている。これにより、リング２６−３は、シャフト２０−１の軸方向の位置決めをし、そして、シャフト２０−１の上方への移動を制御する止め部材として機能している。リング２６−３は、典型的に、０．００３ないし０．００５インチ（約０．０７６２ないし約０．１２７ｍｍ）に移動を制限する。低部マウント２８（図１Ｂ）は、ピアノ線を備えている。このピアノ線は、０．６２インチ（約１５．７４８ｍｍ）直径のピンＰに圧入されている。０．６２インチ直径のピンＰは、ワイヤを受けるための適切なボアを備えている。回転可能な管すなわちシャフト２０−１は、ワイヤ２０を囲み、そして、頂部マウント２６及び底部マウント２８によって、該ワイヤ２０とともに回転可能に保持されている。ワイヤと管すなわちシャフトとの間にある環状の部分（２０−２）は、減衰流体（例えば、高い粘度のシリコーン油や同様の流体）で充填されている。
粘度計計器１０の固定構造プレート３０は、ベアリングすなわちブッシュ３１内で回転できるように、回転アセンブリのうち下方に伸長するネック部３２を収容している。
回転アセンブリは、全体として、軸方向及び径方向に対して剛性のある懸架装置（サスペンション）を備えている。この懸架装置は、臨界（ｃｒｉｔｉｃａｌ）ワイヤ２０や管２０−１を軸方向に関して軸受けする必要はない（ブッシュ３１は、感度を悪化させない）。また、この懸架装置は、感度のよい懸架装置の設計として、画期的なものとなっている。ワイヤ２０の頂部マウント２６及び底部マウント２８は、ワイヤ２０を径方向に対して動かないように保持している。しかし、頂部マウント２６及び底部マウント２８は、周方向に関して干渉せず、実質的に軸方向にも動かないようにワイヤ２０を支持している。
管７が感知シャフト１６を囲っており、また、管７が被駆動シャフト１８−４に固定状態に連結されているので、回転感知シャフトアセンブリの非対称な部分が、同様な回転部分によって覆われている。それによって、高速回転による空気の乱流と風損の影響とを除去することができる。
上述したように、捩りアセンブリは、全体として、粘度計、磁気センサ、トルクセンサ、及び他の一般的な測定計器（例えば、電圧計、電流計及び他の電位計のダイヤルディスプレー）において有用であり、また、非測定計器（時計仕掛けのモーター、ディスプレー、ベーン支持ポインター）でも役立っている。後者の場合、下端でシャフト１６にロックされた被駆動（管状）シャフトである。１８−１、１８−２、１８−３、及び１８−４は、それぞれ駆動構成要素であり、全て、モーターＭと伝動装置Ｇとによって直接的に駆動される。駆動シャフト１６は、捩られたワイヤ２０による角度方向の撓みすなわち偏位を受ける。
図２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、及び２Ｄに示された計器１０’は、他の好適な実施例であり、以下の点を除いて図１の実施例と同じになっている。重要な相違は、計器１０’においては、ワイヤ２０がセクション２０Ａと２０Ｂとに分けられていることである。セクション２０Ａ、２０Ｂは、互いに対向する端部を備えており、これらの端部は、中間ピンＰ’に固定されている。この構成によって、ワイヤの宝石軸受け支持体がシャフト２０−１に取り付けられた状態で、支持ワイヤアセンブリの両端が、被駆動部１８−４に固定されることとなる。したがって、軸方向の遊びが全体としてなくなり、これによって、摩擦損失がなくなり、感度が良好となる。しかしながら、この構成は、回転方向により大きな剛性を与えており、より小さいサイズのワイヤ及び／又はフルスケールでより小さな偏位角度を要求する。本願発明の１つの主要な特徴は、次の通りである。すなわち、レオグラム計器が、速度設定を新しくするたびに時間設定をする必要なしに、回転速度を変化させて、レオロジー（流動学）の特性を連続的に且つ迅速に追跡できる。（図２Ｄに示されるようにワイヤを２つに分ける）長さを有する所定のワイヤ直径は、４倍だけ剛性を高めている。図２のワイヤアセンブリは可撓性があるが、しかし、（図１の軸方向にわずかな遊びがある場合に比較して）、軸方向移動に対して完全にロックされている。
他の実施例、改良、詳細、及び使用を、前記開示内容にしたがって、また、特許法にしたがって解釈される、同等物を含む請求項に記載の範囲内で行うことは、当業者にとって明らかである。
【図１】
0003904600.tif 000002
【図１Ａ】
0003904600.tif 000003
【図１Ｂ】
0003904600.tif 000004
【図１Ｃ】
0003904600.tif 000005
【図２】
0003904600.tif 000006
【図２Ａ】
0003904600.tif 000007
【図２Ｂ】
0003904600.tif 000008
【図２Ｃ】
0003904600.tif 000009
【図２Ｄ】
0003904600.tif 000010