JP2012242137A - 粘性・弾性測定装置及びその方法 - Google Patents
粘性・弾性測定装置及びその方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012242137A JP2012242137A JP2011109833A JP2011109833A JP2012242137A JP 2012242137 A JP2012242137 A JP 2012242137A JP 2011109833 A JP2011109833 A JP 2011109833A JP 2011109833 A JP2011109833 A JP 2011109833A JP 2012242137 A JP2012242137 A JP 2012242137A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- viscosity
- floating rotor
- rotor
- magnetic field
- floating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- 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
- G01N11/14—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane
-
- 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
- G01N11/14—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane
- G01N2011/147—Magnetic coupling
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
Abstract
【解決手段】本発明の粘性・弾性測定装置は、粘性または弾性を検出する対象の検出対象物質が入れられた容器と、検出対象物質に浮いた状態で配置され、導電体を構成要素とした板状で、かつ平面視で円形の浮き回転子と、浮き回転子に対して、検出対象物質の表面に垂直方向の磁場を印加する磁石と、磁石を駆動して浮き回転子に回転磁場を与え、浮き回転子における導電体内に誘導電流を誘起し、誘導電流と回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用により、回転子に回転トルクを与えて回転させる回転磁場制御部と、浮き回転子の回転状態により、回転子に接する検出対象物質の粘性・弾性を検出する粘性検出部とを有する。
【選択図】図1
Description
粘性・弾性測定は、医薬品、食品、塗料、インク、化粧品、化学製品、紙、粘着剤、繊維、プラスチック、ビール、洗剤、コンクリート混和剤、シリコン等の製造過程で、品質管理、性能評価、原料管理、研究開発に必要不可欠な測定技術である。
従来知られている粘性測定法には以下に示すような方法がある。
特に、(2)〜(5)の方法に関しては、少なくとも試料の粘度(粘性係数)が10cP以上でないと精度のよい計測が出来ないため、10cP未満よりも低粘度の材料の粘度を、正確に測定できないという欠点があった。
さらに(6)の方法に関しては、測定装置が大掛かりになり、また測定精度を維持できる程度に光を透過する必要があるため、透明試料以外には適用できない。
しかしながら、(7)の方法においては、浮力によって回転子を維持しようとした場合、回転子における試料に対する濡れ性などの不均一によって、回転子を直立に維持することが困難である。回転子の試料に対する濡れ性が、回転子の表面全体で均一でなければ、試料中において、回転子を直立させることはできない。
したがって、(8)の方法に関しては、摩擦の程度にもよるが、この摩擦により発生する測定誤差により、(2)〜(5)の方法と同様に、少なくとも10cP未満の粘度の試料に対して、高い精度の測定が行えないという欠点がある。
また、(8)の方法に関しては、容器内の試料中に完全に没している回転子の回転を観察するため、測定精度を維持できる程度に光を透過する必要があり、透明試料以外の試料、例えば黒色の試料に対して適用できないという欠点がある。
また、(8)の方法に関しては、レーザの散乱を用いて、試料中の回転子の回転を観察する場合、反射光として強い散乱光を発生するコロイドやスラリーなどの試料に対しては適用できない欠点がある。
また、この発明によれば、検出対象物質の上面に対して垂直方向の磁場を与え、この磁場を回転させて回転磁場を生成するため、磁石を容器の側壁の外周部において回転させる必要が無く、容器の側壁の外周部に回転磁場を生成する装置の他の装置構成を設ける余裕ができ、従来に比較して装置を小型化することができる。
また、本発明によれば、浮き回転子が容器の底面と接することがないため、従来における回転子と容器との接触による測定誤差が発生せず、10cP以下の低粘性の物質の粘度を従来に比較して高精度に測定することが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、この発明の一実施形態による粘性・弾性測定装置の構成例を示す図である。
本実施形態による粘性・弾性測定装置は、浮き回転子1、試料容器2、第1磁石3_1、第2磁石3_2、モータ4、回転検出センサ5、試料台6、磁石固定台7及び粘性測定部8を備えている。以下、粘性・弾性測定装置により、物質の力学的物性としての粘性(すなわち粘性係数)を測定する場合について説明する。測定対象の物質としては、液体、あるいはソフトマテリアルである。ソフトマテリアルとは、高分子、液晶、コロイド(エマルション 例:乳液、乳剤、ゾルなど)、生体分子(生体膜、蛋白質、DNAなど)などの一連の分子性物質群である。
次に、図2は、試料容器2に試料100を入れ、浮き回転子1を試料100の表面に浮かべた概念図である。図2に示すように、試料容器2の内径は、試料100に浮かべる浮き回転子1の直径よりも僅かに大きければ良い。例えば、浮き回転子1が回転した際、試料容器2の内周面に接触しない距離が保てれば良い。また、試料100は、試料容器2において深さHの量が入れられるが、本実施形態の場合、浮き回転子1が試料容器2の底面に接触しなければ良く、例えば、H=0.5mm程度の深さがあれば良い。
したがって、従来に比較して、極めて微量な試料100により、粘性の測定が可能となる。ここで、浮き回転子1は、浮力、あるいは表面張力、または浮力及び表面張力の双方によって、試料100の表面において浮くことになる。
また、浮き回転子1は、上面(試料100に接している下面と逆の面)に、マーク1Mが付加されている。このマークは、後述するように、回転検出センサ5により検出可能であれば、印刷、テープの貼り付け、上面を加工して形成された凹部あるいは凸部などでも良い。
また、図3(b)は、円盤(円板)の外周部に深さaの側壁1Bが設けられ、測定する試料より比重の大きな導電体でも、試料100に対して浮かせることができ、測定する試料より比重浮き回転子1の材料として用いることができる。
図3(c)は、図3(a)の形状と同様であるが、浮き回転子1の一部分のみがアルミニウムなどの導電体を用いており、他の部分はプラスチックやビニールなどで構成することができる。例えば、図3(c)及び図3(d)において、1Cの導電体部分がアルミニウムなどの導電体で、浮き回転子1の他の部分を絶縁物で構成しても良い。この導電体部分1Cは、例えば浮き回転子1の上面に市販のアルミ箔などを貼着させて作成しても良い。
この結果、生体材料などの粘性を測定した後、その生体材料が廃棄に特段の注意を要する場合、測定に用いた浮き回転子1及び試料容器2を焼却処理、あるいは滅菌処理を容易に行うことができる。
また、浮き回転子1がこの図4(b)の形状である場合、試料容器2の浮き回転子1の円錐形状の下面と対向する底面は、平面とされる。
一方、浮き回転子1が図4(a)の形状である場合、試料容器2の浮き回転子1の平面である下面と対向する底面を、浮き回転子1の下面に向かって凸部がある円錐形状とすれば、同様に、浮き回転子1の下面全体における試料100のずり変形を一様とすることができる。
第1磁石3_1は、磁石固定台7の上面側にS極が接し、試料容器2と対向する上面がN極となるように配置されている。
第2磁石3_2は、磁石固定台7の上面側にN極が接し、試料容器2と対向する上面がS極となるように配置されている。
したがって、第1磁石3_1と第2磁石3_2とは、互いに異なる極性の極が試料容器2と対向する配置となっている。
第1磁石3_1と第2磁石3_2とは、それぞれが直方体であり、互いに平行に配置されている。
これにより、試料容器2に入れられている試料100の上面と、第1磁石3_1と第2磁石3_2とが回転した際における、第1磁石3_1と第2磁石3_2との各々の上面とがなす平面とは、平行となる。
上述した試料台6、磁石固定台7、第1磁石3_1、第2磁石3_2の各々の配置から、第1磁石3_1及び第2磁石3_2により、試料容器2に入れられた浮き回転子1の上面に対して垂直方向の磁場(また、垂直となる磁場成分でも良い)を発生させることができる。
また、平面視において、浮き回転子1が試料容器2の内壁に接触せずに、試料100の上面(液面)上において回転する位置に、回転軸4aがくるように、試料容器2とモータ4との配置が設定されている。すなわち、平面視において。試料容器2の中心と、回転軸4aとが重なる位置に、試料容器2とモータ4とが配置されている。
また、回転検出センサ5の代わりに、レンズとCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子を顕微鏡に付加した撮像装置を設け、マークを拡大して撮像した撮像画像を出力するようにしても良い。
回転検出部81は、回転検出センサ5から供給される検出電気信号により、マーク(図2の1M)の検出を行い、単位時間(例えば、1秒)当たりの検出回数を、単位時間当たりの回転数(rpm:revolutions per minute)として出力する。また、回転検出部8は、マーク検出において、回転検出センサ5の検出電気信号を用いるのではなく、撮像装置の撮像画像を用いる場合、撮像装置が撮像して出力する撮像画像から、浮き回転子1の上面のマークを画像処理により検出し、単位時間当たりの回転数を求めるようにしても良い。
この粘性検出テーブルは、以下の様に作成されている。本実施形態の粘性・弾性測定装置において、粘度が予め判っている標準試料を装置容器2に入れ、標準試料の表面に浮き回転子1を浮かべ、予め設定した複数の回転数ΩMによりモータ4を回転させた場合に、各モータ4の回転数ΩMに対応した浮き回転子1の回転数ΩDを、上述した回転検出部81により測定する。この標準試料に対する回転数ΩDの測定を、複数の異なる粘性を有する標準試料(予め粘性の判っている試料)に対して行う。
図1に戻り、標準データ記憶部84には、粘性(cP)と、傾きの逆数ΩMD/ΩDとの対応を示す粘性検出テーブルが記憶されている。また、粘性検出テーブルではなく、粘性(cP)と、傾きの逆数ΩMD/ΩDとの対応を示す実験式が記憶されていても良い。
回転検出部81は、粘性検出部82から制御信号が供給される毎に、回転数ΩMにおいて試料容器2に入れた試料100の表面に浮かべた浮き回転子1の回転数ΩDを回転検出センサ5から入力する。
そして、回転検出部81は、検出した回転数ΩDを、制御信号に対応して粘性検出部82へ出力する。
そして、粘性検出部82は、標準データ記憶部84に記憶されている粘性検出テーブルから、試料100の逆数ΩMD/ΩDに対応する粘性(cP)を読み出し、これを試料100の粘性として出力する。ここで、標準データ記憶部84に実験式が記憶されている場合、粘性検出部82は、標準データ記憶部84から実験式を読み出し、この実験式に対して傾きの逆数ΩMD/ΩDを代入し、粘性を算出して求める。
図7において、第1磁石3_1のN極と、第2磁石3_2のS極とにより、ある基準面(ここでは、試料容器2に入れた試料100の上面、試料100が液体の場合、液面)に対して垂直な磁場が発生する。
この基準面を、x軸及びy軸からなる基準2次元平面(試料100の液面)とし、この2次元平面において回転する浮き回転子1の回転軸をz軸とする。
すでに述べたように、磁場は、基準2次元平面に対して垂直であるため、z軸に依存しないと仮定しているが、z軸に依存しても以下の説明に支障はない。また、基準2次元平面に対して垂直な磁場の成分があれば、他に基準2次元平面に対して垂直でない磁場の成分が存在しても、浮き回転子1に対して回転トルクを与えることに支障とならない。
例えば、半空間x>0においてBz(x,y)>0であり、半空間x<0においてBz(x,y)<0となった時点の磁場を考える。
このとき、半空間y>0において、磁場の時間変化∂Bz/∂tは正(∂Bz/∂t>0)であり、一方、半空間y<0において、磁場の時間変化∂Bz/∂tは負(∂Bz/∂t>0)である。
このとき、回転磁場が浮き回転子1における導電体に印加されている場合、レンツの法則を考えると、浮き回転子1の導電体部分の内部には、半空間y>0においては時計回りの渦電流が流れ、半空間y<0においては反時計回りの渦電流が流れる。
上述したように、渦電流が基準2次元平面に平行に生成される場合、第1磁石3_1及び第2磁石3_2によって生成される磁場が基準2次元平面に対して垂直であるため、渦電流と磁場とにより、浮き回転子1の導電体に対してかかるローレンツ力は、基準2次元平面に対して平行に発生する。
この場合、基準2次元平面において、x<0かつy<0の領域における浮き回転子1のz軸(浮き回転子1の回転軸)に対して対称の位置のQ点には、ローレンツFL2(−Fx,−Fy,0)が生じる。
この結果、浮き回転子1の導電体には回転トルクが印加され、浮き回転子1はz軸を回転軸として反時計回りに回転することになる。
また、回転磁場が時計回りに回転すれば、渦電流における電流の流れる方向が、上述した回転磁場が反時計回りに回転する場合と逆となり、浮き回転子1も時計回りに回転することになる。
また、基準2次元平面において、x<0かつy>0の領域における任意の点に対し、x>0かつy<0におけるz軸に対照な点には、ローレンツ力FL4(−Fx,Fy,0)が印加される。したがって、このローレンツ力FL3及びローレンツ力FL4により浮き回転子1に対して反時計回りの回転トルクが発生する。
この結果、浮き回転子1の導電体に発生する渦電流は、全体として反時計回りの回転トルクを受けることにより、導電体を介して浮き回転子1に対して回転トルクが印加されることになる。
したがって、試料容器2に入れられた試料100の上面(表面)に浮いている浮き回転子に対して、回転トルクが印加されることになる。この回転トルクが印加された結果、浮き回転子1は、試料100の表面において回転トルクの印加される方向に回転することになる。浮き回転子1の回転数ΩDが一定となった場合、この一定となった回転数ΩDは、試料100の粘性に反比例の関係を有する。
この場合、浮き回転子1に印加される回転トルクTと、浮き回転子1の回転数ΩDと、試料100の粘性ηとの間には、以下の(1)式に示す関係がある。
ここで、粘性ηの測定において、浮き回転子1に印加される回転トルクTは、予め粘性ηの判っている標準試料を用いて、すでに説明した図6のように、回転磁界の回転数ΩMと浮き回転子1の回転数ΩDとの回転数差ΩMDの関数として求めておく。
さらに、本実施形態によれば、浮き回転子1が測定する試料100表面に浮いているため、試料容器2と接触することによる測定精度の低下を防止することができ、10cP程度以下の低粘性の物質の粘度を従来に比較して高精度に測定することが可能となる。
次に、図8は、基準2次元平面に平行に置かれた磁石固定台7に対し、第1磁石3_1、第2磁石3_2、第3磁石3_3及び第4磁石3_4を配置した場合の磁場の状態を示す図である。
この図8において、基準2次元平面において、第1磁石3_1がx>0かつy>0にS極が上面となり、第2磁石3_2がx<0かつy>0にN極が上面となり、第3磁石3_3がx<0かつy<0にS極が上面となり、第4磁石3_4がx>0かつy<0にN極が上面となるよう配置されている。
このように、複数のN極とS極との組み合わせ、図8においては、2つのN極とS極との組み合わせを用いて、磁場を生成してもよい。
コイルCL1及びコイルCL2に電流を流し、基準2次元平面に対して垂直な磁場を生成し、流す電流の向きを周期的に変化させ、基準2次元平面に対して垂直な磁場を回転させて回転磁場を形成しても良い。
この場合、回転磁場制御部83が図9の電磁石における巻線CL1及びCL2に対して電流を流し、この流す電流の向きを周期的に変えて、回転磁場を生成させる処理を行う。
しかしながら、浮き回転子1の上面に対して、レーザを照射して回転による反射及び干渉パターンの変化を光学的に測定する構成としても良い。
また、浮き回転子1の1部を誘電体で置き換え、電極間に浮き回転子1が挟まれる電極を、図1などの磁石固定台7の回転の邪魔にならない位置に構成し、コンデンサを構成する。そして、回転検出部81は、マークとしての誘電体が電極間を通過する際、電極で構成したコンデンサの容量変化を検出し、所定の期間(たとえば、1秒)におけるこの容量変化の回数を検出し、浮き回転子1の回転数を検出するように構成しても良い。
例えば、回転磁場の回転方向と、回転速度とを周期的に掃引することにより、浮き回転子1に対して、周期的に変化する回転トルクを与えることができる。
図2に示すように、浮き回転子1を試料容器2内の試料100の表面において、回転磁場を与えて回転させる際、回転磁場の印加状態により、浮き回転子1の回転軸がずれる場合がある。ここで、平面視において、浮き回転子1の面積に比較して試料容器2の内部の面積が大きく作成すれば、浮き回転子1の回転軸がずれても、試料容器2の内部の側壁に接触することはない。しかしながら、試料容器2を大きく作成するため、粘性の測定に必要な試料100の量が多くなってしまう。
これにより、図10の構成によれば、平面視において、試料容器2の内部の大きさを、浮き回転子1を回転させて粘性を測定するために必要な最小限の大きさとすることができ、従来に比較して試料容器2を小さくし、粘性の測定に必要な試料100の量を低減することが可能となる。
本実施形態によれば、液体のように粘性を求めるのではなく、ゲルやゴムなどのように弾性率を有する物質、あるいは粘性の緩和により弾性率が生じる高分子溶液のような物質に対し、一定トルクを与えた際の静止位置からの変位により、粘性率及び弾性率を同時に測定することが可能である。
したがって、粘性に加えて弾性がある場合、弾性率による復元力は、歪の程度に比例して大きくなる。このため、浮き回転子1は、回転開始してから、試料のバネ定数に比例した弾性力と、回転磁場による回転トルクが釣り合った回転角度θで回転を停止することになる。図11は、弾性測定を説明する平面視における浮き回転子1の回転状態を示す図である。磁石固定台7が反時計回りに回転することにより、すでに述べたように、反時計回りの回転トルクが浮き回転子1に印加される。
ここで、回転検出部81は、モータ4が回転しておらず、磁石固定台7が停止状態における浮き回転子1表面のマーク1Mの位置と、所定の回転数ΩMでモータ4が回転した後、回転が停止した際のマーク1Mの位置との各々の撮像画像から回転角度θを求める。
すなわち、図1に示す粘性・弾性測定装置の場合、磁石固定台7がモータ4により回転することにより、この磁石固定台7に配置されている第1磁石3_1及び第2磁石3_2の磁石が、モータ4の回転速度に対応した回転磁場を生成する。
この図13は、図12における各標準試料の傾き(回転速度ΩMと回転角度θとの比)と、対応する標準試料の粘性とを対応付けて作成した、弾性測定に用いる弾性の標準データである。
実際の未知の弾性の試料100の測定において、この測定対象の試料100を試料容器2に入れ、標準試料の場合と同様に、回転磁場制御部83がモータ4を予め設定した回転速度で回転させる。
粘性検出部82は、回転検出部81から供給される回転速度ΩMと回転角度θとの比例係数を求め、この比例係数に対応する弾性のデータを、標準データ記憶部84の標準データから読み出し、読み出したデータを試料100の弾性として出力する。
例えば、浮き回転子1に対し、電磁石に対して励磁電流を印加して所定の回転トルクを印加した後、この励磁電流の印加を停止し、停止した後の浮き回転子1の回転状態を観察する。
したがって、予め粘性及び弾性の判っている複数の標準試料毎に、その回転振動の振幅の減衰率と、周期及び振動時間とを、浮き回転子1に対して回転磁界を印加することにより測定し、標準データを作成して標準データ記憶部84に予め記憶させておく。
そして、粘性検出部82は、標準データから読み取った粘性及び弾性を、測定対象の試料100の粘性及び弾性として出力する。
上述したように、本実施形態によれば、試料100の粘性及び弾性を一括して測定することが可能となる。
そして、この回転方向と回転トルクとを掃引する周期を変化させつつ、浮き回転子1の回転振動の振幅と位相とを、撮像画像から観察することにより、粘性と弾性とを独立して測定であることが可能となる。
すなわち、この回転振動の観察は、すでに述べた、磁場を消去した後の減衰振動を、周波数スペクトルとして検出するものであり、磁場を消去した後の粘性及び弾性の測定と原理的に同様である。
試料容器2は、内径が35mmであり、内部の側壁の高さ10mmのガラス製シャーレを用いた。そして、試料容器2に測定対象の物質である試料100を3cc入れた(試料100の温度は20℃)。
予め粘性の判っている標準試料としては、図5に示すように、1cP、2cP、5cP及び10cPの4種類を用いた。
そして、この標準試料の表面で回転させる浮き回転子1としては、直径30mmであり、厚さ0.1mmのアルミニウム板の円盤を用いた。
この結果、第1磁石3_1及び第2磁石3_2が回転することにより、第1磁石3_1及び第2磁石3_2が生成する、試料容器2に入れた標準試料の液面に垂直な磁場を、回転させて回転磁場を生成する。この回転磁場により、浮き回転子1は回転トルクが印加され、印加された回転磁界の回転方向と同一方向に回転を行う。
そして、回転検出部81は、例えば、回転検出センサ(撮像素子)5が撮像する、浮き回転子1の回転する動画像を撮像画像として自身内部の記憶部に記憶し、画像処理によりマーク1Mの回転周期を求め、このマーク1Mの回転周期から浮き回転子1の回転数を求める。
図5において、各標準試料の浮き回転子1の回転数ΩDと、回転数ΩM及びΩMの差分との関係を示す直線は、原点(0)を通っている。このため、図5は、浮き回転子1の回転数と、浮き回転子1に印加される回転トルクの関係のみから粘性を求めることが可能であることを示している。
この結果、図6に示す粘性と、回転数ΩM及びΩMの差分及び回転数ΩDの比との対応如何形を示す直線も、原点を通り、この標準データを用いることにより粘性を正確に測定できることが分かる。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
1M…マーク
2…試料容器
3_1…第1磁石
3_2…第2磁石
4…モータ
5…回転検出センサ
6…試料台
7…磁石固定台
8…粘性測定部
81…回転検出部
82…粘性検出部
83…回転磁場制御部
84…標準データ記憶部
Claims (16)
- 粘性または弾性を検出する対象の検出対象物質が入れられた容器と、
該検出対象物質に浮いた状態で配置され、導電体を構成要素とした板状で、かつ平面視で円形の浮き回転子と、
前記浮き回転子に対して、前記検出対象物質の表面に垂直方向の磁場を印加する磁石と、
該磁石を駆動して前記浮き回転子に回転磁場を与え、前記浮き回転子における前記導電体内に誘導電流を誘起し、該誘導電流と該回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用により、該回転子に回転トルクを与えて回転させる回転磁場制御部と、
前記浮き回転子の回転状態により、前記回転子に接する検出対象物質の粘性・弾性を検出する粘性検出部と
を有することを特徴とする粘性・弾性測定装置。 - 前記回転磁場の回転軸に垂直な配置面において、前記磁石がN極とS極とが交互に複数配列されて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の粘性・弾性測定装置。
- 前記磁石が永久磁石から構成されており、前記回転軸を中心として、前記配置面に対して平行に回転させて、前記回転磁場を生成することを特徴とする請求項2に記載の粘性・弾性測定装置。
- 前記磁石が、電磁石で構成されており、
前記回転磁場制御部が、配列された前記電磁石が隣接した他の電磁石と異なる極性となるように、前記電磁石を駆動して前記回転磁場を生成することを特徴とする請求項2に記載の粘性・弾性測定装置。 - 前記磁石が前記容器の上部あるいは下部に、前記検出対象物質の表面に平行に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。
- 前記浮き回転子が浮力、あるいは表面張力、または浮力及び表面張力の双方によって、前記検出対象物質の表面に浮いてることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。
- 前記浮き回転子が、
回転中心に凹状の回転位置固定部を有しており、前記回転軸に対して平行方向に形成された突起が、前記回転位置固定部に挿入されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。 - 前記浮き回転子が、前記検出対象物質と接する下面が円錐形状に形成され、
前記容器が、内部の底面が平面形状を有しており、
前記浮き回転子の前記下面における円錐形状の最も厚い部分の厚さと最も薄い部分の厚さとの比が、前記浮き回転子が回転する際、当該浮き回転子の前記下面と前記検出対象物質との界面において、前記検出対象物質に生じるずり変形の大きさが一様となる比で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。 - 前記浮き回転子が、前記検出対象物質と接する下面が平面形状に形成され、
前記容器が、内部の底面が円錐形状を有しており、
前記容器の内部の前記底面における円錐形状の最も厚い部分の厚さと最も薄い部分の厚さとの比が、前記浮き回転子が回転する際、当該浮き回転子の前記下面と前記検出対象物質との界面において、前記検出対象物質に生じるずり変形の大きさが一様となる比で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の粘性。弾性測定装置。 - 前記浮き回転子の回転数を検出する回転検出部をさらに有し、
前記粘性検出部が、前記回転磁場の回転数及び前記浮き回転子の回転数の比とにより、前記検出対象物質の粘性を求めることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。 - 粘度が分かっている複数の基準物質における前記浮き回転子の回転数、及び前記回転磁場との比と、前記複数の基準物質の粘度との対応関係を予め標準データとして記憶する標準データ記憶部を更に有し、
前記粘性検出部が測定した検出対象物質における前記浮き回転子の回転数、及び前記回転磁場との比を、前記標準データと比較して、前記検出対象物質の粘性を求めることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。 - 前記検出対象物質の表面に浮いた前記浮き回転子の下面と、前記容器の底面との試料距離を測定する距離測定部と、
前記試料距離及び補正係数の関係を示す補正係数記憶部と
をさらに有し、
前記粘性検出部が、距離測定部の測定した試料距離に対応する前記補正係数を前記補正係数記憶部から読み出し、前記標準データから求めた粘性に乗算して、乗算結果を粘性として出力する
ことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。 - 前記回転検出部が、光学測定により、前記浮き回転子の回転数を検出することを特徴とする請求項10または請求項11に記載の粘性・弾性測定装置。
- 前記浮き回転子の上面にマークが付加されており、
前記回転検出部が、前記マークの回転数を検出し、前記浮き回転子の回転数として出力することを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。 - 前記検出対象物質が、液体あるいはソフトマテリアルであることを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の粘性・弾性測定装置。
- 容器に粘性または弾性を検出する対象の検出対象物質を入れる過程と、
導電体を構成要素とした板状で、かつ平面視で円形の浮き回転子を、前記検出対象物質に浮いた状態で配置し、
前記浮き回転子に対して、磁石により前記検出対象物質の表面に垂直方向の磁場を印加する過程と、
該磁石を駆動して前記浮き回転子に回転磁場を与え、前記浮き回転子における前記導電体内に誘導電流を誘起し、該誘導電流と該回転子に印加される磁場とのローレンツ相互作用により、該回転子に回転トルクを与えて回転させる過程と、
前記浮き回転子の回転状態により、前記回転子に接する検出対象物質の粘性・弾性を検出する過程と
を有することを特徴とする粘性・弾性測定方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011109833A JP5842246B2 (ja) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | 粘性・弾性測定装置及びその方法 |
PCT/JP2012/062185 WO2012157572A1 (ja) | 2011-05-16 | 2012-05-11 | 粘性/弾性測定装置及びその測定方法 |
CN201280023178.7A CN103534572B (zh) | 2011-05-16 | 2012-05-11 | 粘性/弹性测定装置及其测定方法 |
DE112012002120.7T DE112012002120B4 (de) | 2011-05-16 | 2012-05-11 | Viskosität-/Elastizität-Messvorrichtung und Messverfahren |
US14/113,288 US10184872B2 (en) | 2011-05-16 | 2012-05-11 | Viscosity/elasticity measurement device and measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011109833A JP5842246B2 (ja) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | 粘性・弾性測定装置及びその方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012242137A true JP2012242137A (ja) | 2012-12-10 |
JP5842246B2 JP5842246B2 (ja) | 2016-01-13 |
Family
ID=47176890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011109833A Active JP5842246B2 (ja) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | 粘性・弾性測定装置及びその方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10184872B2 (ja) |
JP (1) | JP5842246B2 (ja) |
CN (1) | CN103534572B (ja) |
DE (1) | DE112012002120B4 (ja) |
WO (1) | WO2012157572A1 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2013015211A1 (ja) * | 2011-07-27 | 2015-02-23 | 京都電子工業株式会社 | 粘度測定装置 |
CN105223108A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-06 | 重庆科技学院 | 一种石油粘度测量装置及测量方法 |
JP2016031352A (ja) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | 一般財団法人生産技術研究奨励会 | 粘性・弾性測定装置及び粘性・弾性測定方法 |
JP2021032795A (ja) * | 2019-08-28 | 2021-03-01 | 国立大学法人 東京大学 | 粘性又は弾性の測定装置及び方法 |
JP2021063675A (ja) * | 2019-10-11 | 2021-04-22 | 学校法人常翔学園 | 粘性に関する係数の測定方法及び測定装置 |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6181183B2 (ja) * | 2013-07-23 | 2017-08-16 | 京都電子工業株式会社 | 回転速度検出装置、該装置を用いた粘度測定装置、回転速度検出方法及び該方法に用いる回転体 |
US10823743B1 (en) | 2013-10-28 | 2020-11-03 | Ifirst Medical Technologies, Inc. | Methods of measuring coagulation of a biological sample |
JP6550840B2 (ja) * | 2015-03-27 | 2019-07-31 | ブラザー工業株式会社 | 液体カートリッジ及び液体消費装置 |
EP3150987A1 (en) * | 2015-09-30 | 2017-04-05 | University Of Oulu | Method for monitoring viscoelastic properties of fluids and its use in measuring biofilms |
US10030961B2 (en) | 2015-11-27 | 2018-07-24 | General Electric Company | Gap measuring device |
CN105954150A (zh) * | 2016-06-16 | 2016-09-21 | 广州立邦涂料有限公司 | 一种快速评定水性高分子涂层材料耐冻融性的方法 |
EP3574321A1 (en) | 2017-01-26 | 2019-12-04 | enicor GmbH | Devices and methods for measuring viscoelastic changes of a sample |
EP3382370A1 (en) | 2017-03-30 | 2018-10-03 | University Of Oulu | Probe arrangement and method for rheometric measurements with a disposable probe and remote readability |
CN109406343B (zh) * | 2017-08-15 | 2021-06-08 | 廊坊立邦涂料有限公司 | 一种墙面腻子施工流变参数范围获取方法 |
CN109060871B (zh) * | 2018-07-11 | 2021-08-17 | 长沙鲜源生物科技有限公司 | 一种蓄冷工质相变检测装置及其方法 |
US11041878B2 (en) * | 2019-01-10 | 2021-06-22 | Christopher Todter | Three dimensional sensing element suspension method and measurement system |
CN110672465A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-10 | 中国人民解放军国防科技大学 | 利用光致轨道旋转技术测量微区空间液体粘滞系数的装置及方法 |
CN113124792B (zh) * | 2019-12-31 | 2022-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 基于非接触超声的大型高速回转装备贴合面积测量方法 |
US20240102906A1 (en) * | 2021-01-07 | 2024-03-28 | Aalto University Foundation Sr | Microscope comprising a magnetic micromanipulator |
CN114324063A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-12 | 南京航空航天大学 | 一种基于电涡流效应的抗磁悬浮气体粘度计及其测量方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6312936A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 粘度計測方法 |
JP2000266117A (ja) * | 1999-03-15 | 2000-09-26 | Kosuke Nagaya | 回転磁気ダンパ |
JP2007024744A (ja) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 回転粘度計 |
US20070059840A1 (en) * | 2005-05-16 | 2007-03-15 | Haemoscope Corporation | Hemostasis Analysis Device and Method |
JP2007083168A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | As One Corp | 攪拌子 |
JP2009063505A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Elquest Corp | 粘度測定装置 |
WO2009131185A1 (ja) * | 2008-04-25 | 2009-10-29 | 国立大学法人東京大学 | 粘性・弾性測定装置および粘性・弾性測定方法 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3875791A (en) * | 1974-08-21 | 1975-04-08 | Nat Metal And Refining Company | Variable shear rate, wide dynamic range true indicating viscometer |
CN1031279A (zh) | 1987-08-12 | 1989-02-22 | 蔡建安 | 光测速陀螺转子粘度计 |
WO1995009353A1 (fr) | 1993-09-29 | 1995-04-06 | Toki Sangyo Co., Ltd. | Appareil de mesure automatique de la viscosite dote d'un rotor se detachant automatiquement |
JP3553255B2 (ja) | 1996-01-31 | 2004-08-11 | Ntn株式会社 | 粘度計測機能付磁気浮上型ポンプ |
AT409304B (de) * | 1999-09-24 | 2002-07-25 | Anton Paar Gmbh | Rotationsrheometer |
EP1243315A1 (en) | 2001-03-22 | 2002-09-25 | Avantium International B.V. | Stirring device and method for measuring a parameter of the substance to be stirred |
AU2003903578A0 (en) | 2003-07-11 | 2003-07-24 | Bluescope Steel Limited | Improved water tank and method of making same |
JP4022622B2 (ja) | 2003-08-07 | 2007-12-19 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 回転粘度計用トルク検出器 |
JP2005069872A (ja) | 2003-08-25 | 2005-03-17 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 粘性測定装置 |
SE526246C2 (sv) | 2003-12-09 | 2005-08-02 | Btg Pulp & Paper Sensors Ab | Anordning vid en vridmoments-eller skärkraftsmätare för bestämning av fiberkoncentration eller viskositet i massasuspensioner samt förfarande för återföring av mätaxeln i en vridmoments- eller skärkraftsmätare |
CN1737531A (zh) * | 2005-07-11 | 2006-02-22 | 中国矿业大学 | 磁性液体表观粘度测试仪及其测试方法 |
US8132445B2 (en) * | 2006-08-23 | 2012-03-13 | Basf Se | Rheometer |
-
2011
- 2011-05-16 JP JP2011109833A patent/JP5842246B2/ja active Active
-
2012
- 2012-05-11 CN CN201280023178.7A patent/CN103534572B/zh active Active
- 2012-05-11 DE DE112012002120.7T patent/DE112012002120B4/de active Active
- 2012-05-11 US US14/113,288 patent/US10184872B2/en active Active
- 2012-05-11 WO PCT/JP2012/062185 patent/WO2012157572A1/ja active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6312936A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 粘度計測方法 |
JP2000266117A (ja) * | 1999-03-15 | 2000-09-26 | Kosuke Nagaya | 回転磁気ダンパ |
US20070059840A1 (en) * | 2005-05-16 | 2007-03-15 | Haemoscope Corporation | Hemostasis Analysis Device and Method |
JP2007024744A (ja) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 回転粘度計 |
JP2007083168A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | As One Corp | 攪拌子 |
JP2009063505A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Elquest Corp | 粘度測定装置 |
WO2009131185A1 (ja) * | 2008-04-25 | 2009-10-29 | 国立大学法人東京大学 | 粘性・弾性測定装置および粘性・弾性測定方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JPN6009037191; Mikulas Bano,Igor Strharsky,Igor Hrmo: 'A viscosity and density meter with a magnetically suspended rotor' REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Vol. 74, No. 11, 200311, PP.4788-4793 * |
JPN6015013341; 高松享,福富誠,橋本勉: '円筒回転型粘度計の製作,および高分子量ポリスチレンの固有粘度の測定' 東洋曹達研究報告 第20巻、第1号, 1976, 37〜41頁 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2013015211A1 (ja) * | 2011-07-27 | 2015-02-23 | 京都電子工業株式会社 | 粘度測定装置 |
JP2016031352A (ja) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | 一般財団法人生産技術研究奨励会 | 粘性・弾性測定装置及び粘性・弾性測定方法 |
CN105223108A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-06 | 重庆科技学院 | 一种石油粘度测量装置及测量方法 |
JP2021032795A (ja) * | 2019-08-28 | 2021-03-01 | 国立大学法人 東京大学 | 粘性又は弾性の測定装置及び方法 |
JP7287670B2 (ja) | 2019-08-28 | 2023-06-06 | 国立大学法人 東京大学 | 粘性又は弾性の測定装置及び方法 |
JP2021063675A (ja) * | 2019-10-11 | 2021-04-22 | 学校法人常翔学園 | 粘性に関する係数の測定方法及び測定装置 |
JP7302867B2 (ja) | 2019-10-11 | 2023-07-04 | 学校法人常翔学園 | 粘性に関する係数の測定方法及び測定装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10184872B2 (en) | 2019-01-22 |
US20140047903A1 (en) | 2014-02-20 |
CN103534572A (zh) | 2014-01-22 |
CN103534572B (zh) | 2016-08-31 |
DE112012002120T5 (de) | 2014-02-27 |
WO2012157572A1 (ja) | 2012-11-22 |
DE112012002120B4 (de) | 2016-01-14 |
JP5842246B2 (ja) | 2016-01-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5842246B2 (ja) | 粘性・弾性測定装置及びその方法 | |
WO2009131185A1 (ja) | 粘性・弾性測定装置および粘性・弾性測定方法 | |
CN104520750B (zh) | 双轴式扫描镜 | |
JP6128650B2 (ja) | 粘度測定装置 | |
JPH04363665A (ja) | 撹拌子 | |
Huang et al. | A water-immersible 2-axis scanning mirror microsystem for ultrasound andha photoacoustic microscopic imaging applications | |
JP2016031352A (ja) | 粘性・弾性測定装置及び粘性・弾性測定方法 | |
Luo et al. | Cylindrical fused silica resonators driven by PZT thin film electrodes with Q factor achieving 2.89 million after coating | |
WO2018159688A1 (ja) | 粘性・弾性測定装置及び粘性・弾性測定方法 | |
JP6209757B2 (ja) | 粘性測定装置及びその測定方法 | |
JP6095005B2 (ja) | 粘性・弾性測定装置及びその方法 | |
US20160033446A1 (en) | Devices and Methods for Measuring Analyte Concentration | |
US9956590B2 (en) | Shaker | |
EP3382370A1 (en) | Probe arrangement and method for rheometric measurements with a disposable probe and remote readability | |
JP7453678B2 (ja) | 粘性又は弾性の測定装置及び方法 | |
JP7287670B2 (ja) | 粘性又は弾性の測定装置及び方法 | |
JP2006153574A5 (ja) | ||
JP2007193021A (ja) | 流体プリズム | |
WO1985004248A1 (en) | Vibrorheometer | |
JP2011180126A (ja) | カンチレバーホルダ及びそれを備えた走査型プローブ顕微鏡 | |
KR20060079689A (ko) | 생분자결합 검출장치 및 그 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140512 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150407 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150522 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151006 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151023 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5842246 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |