JPH10512367A - 径方向に固定されたワイヤ懸架装置を備えた支持システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 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、適切な取付け台を備えている。この取付け台によって、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いる。また、精度が向上し、測定速度が上がり、全体として計器の応答が良くなる。そのような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）が許容され、軸方向及び径方向の剛性が向上する。測定装置は、コーンプレート、振動、及び法線力測定用のプレートと共に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】 径方向に固定されたワイヤ懸架装置を備えた支持システム 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、９０，０ ００ｐｓｉ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０．０７６ ２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０．０ １２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、装置 アセンブリ１８に高速回転駆動を与えている。装置アセンブリ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１ ０１．６ｍｍ）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２ ６−３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。底部マウント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３ １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にに分けられて 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感知シャフト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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 主要な駆動装置によって駆動される、測定要素支持シャフト及び駆動シ ャフトの組み合わせを備えた懸架システム計器であって、 前記支持シャフト及び駆動シャフトは、小径で（径に対して）長さの長いワイ ヤによって相互に連結されており、それにより、前記ワイヤは、低い捩り抵抗を 有し、さらに、永久的変形をすることなしに５ポンド（約２．２７ｋｇ）までの 荷重を支持する十分な引張強度を有しており、前記ワイヤは、前記支持シャフト 及び被駆動シャフトの各々に固定された端部を有しており、また、前記ワイヤは 、取り付けられていないシャフトにより各端部で該ワイヤを支持して径方向に整 合させる手段を有していることを特徴とする懸架システム計器。 ２． 請求項１に記載の懸架システム計器において、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懸 架システム計器。 ３． 請求項１に記載の懸架システム計器において、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°よりも小 さな角度にわたって捩り剛性率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。 ４． 請求項３に記載の懸架システム計器において、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剛性率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。 ５． 請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の懸架システム計器に おいて、前記懸架システム計器が、粘度計として構成され配置されていることを 特徴とする懸架システム計器。 ６． 請求項１または２に記載の懸架システム計器において、感知及び駆動シ ャフト部材を軸方向に対して固定して制御して相対的に位置決めをする手段が設 けられており、前記手段は、前記シャフト間で軸方向に好適な空間を形成し、こ れにより、前記ワイヤの圧縮を感知した場合に前記支持シャフトの軸方向の移動 を 制限していることを特徴とする懸架システム計器。 ７． 請求項６に記載の懸架システム計器において、前記懸架システム計器が 、粘度計として構成され配置されていることを特徴とする懸架システム計器。 ８． 請求項７に記載の懸架システム計器において、前記ワイヤは、前記被駆 動固定手段を越えて伸びる伸長部を備えており、前記被駆動固定手段は再クラン プ可能となっており、これにより、前記伸長部を使用して、回転方向の停止及び 調節をする能力のある信号を無効にしたり供給することにより、前記支持シャフ トと前記駆動シャフトとの間を相対的に回転方向に位置決めできるようにしたこ とを特徴とする懸架システム計器。 ９． 請求項１に記載の懸架システム計器において、前記ワイヤは、前記被駆 動固定手段を越えて伸びる伸長部を備えており、前記被駆動固定手段は再クラン プ可能となっており、これにより、前記伸長部を使用して、回転方向の停止及び 調節をする能力のある信号を無効にしたり供給することにより、前記支持シャフ トと前記駆動シャフトとの間を相対的に回転方向に位置決めできるようにしたこ とを特徴とする懸架システム計器。 １０． 請求項１または９に記載の懸架システム計器において、前記支持シャフ トの非対称な部分が、同様に回転する部分によって完全に覆われるように、前記 支持シャフトを取り囲んで前記被駆動シャフトに固定状態に連結された手段を備 えており、それによって、高速回転状態での、空気乱流と風摩擦の影響を除去す るようにしたことを特徴とする懸架システム計器。 １１． 請求項６に記載の懸架システム計器において、前記支持シャフトの非対 称な部分が、同様に回転する部分によって完全に覆われるように、前記支持シャ フトを取り囲んで前記被駆動シャフトに固定状態に連結された手段を備えており 、それによって、高速回転状態での、空気乱流と風摩擦の影響を除去するように したことを特徴とする懸架システム計器。 １２． 請求項７に記載の懸架システム計器において、前記支持シャフトの非対 称な部分が、同様に回転する部分によって完全に覆われるように、前記支持シャ フトを取り囲んで前記被駆動シャフトに固定状態に連結された手段を備えており 、それによって、高速回転状態での、空気乱流と風摩擦の影響を除去するように し たことを特徴とする懸架システム計器。 １３． 請求項１、２、３または９のいずれか１項に記載の懸架システム計器に おいて、減衰流体が、前記支持シャフト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ことを特徴とする懸架システム計器。 １４． 請求項５に記載の粘度計において、減衰流体が、前記支持シャフトと前 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ことを特徴 とする粘度計。 １５． 請求項８に記載の粘度計において、減衰流体が、前記支持シャフトと前 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ことを特徴 とする粘度計。